(57)【要約】【課題】画像表示装置において、視野角を拡大するとともに、小型化を達成する。【解決手段】本開示に係る画像表示装置は、複数の画素から構成される表示パネルと、複数の前記画素から出射される光線を平行光束に変換するコリメート光学系と、を備え、前記コリメート光学系は、レンズと光線方向制御素子を含む複数の光学要素を有し、複数の前記光学要素は、前記表示パネルの表示面に沿った方向に配列される。この構成により、画像表示装置において、視野角を拡大するとともに、小型化を達成することが可能となる。【選択図】図４Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素から構成される表示パネルと、
複数の前記画素から出射される光線を平行光束に変換するコリメート光学系と、を備え、
前記コリメート光学系は、レンズと光線方向制御素子を含む複数の光学要素を有し、
複数の前記光学要素は、前記表示パネルの表示面に沿った方向に配列される、画像表示装置。
【請求項２】
前記表示パネルは、少なくとも１つの前記光学要素を含む大きさに分割され、
分割された前記表示パネルと、当該分割された前記表示パネルに対応する１又は複数の前記光学要素から光学ユニットが構成され、
前記光学ユニットは、前記表示パネルの表示面に沿った方向に配置される、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記コリメート光学系において、
複数の前記光学要素に対応した複数の開口を有する遮光マスクが光路内に挿入された、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記コリメート光学系から出射された光を導光して射出瞳を拡大する導光板を更に備える、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記コリメート光学系において、
前記光学要素の直径又は光路内に挿入される遮光マスクの開口の大きさにより、コリメート光の光束を０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下に絞る、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記光線方向制御素子は、前記光学要素が含むそれぞれの前記レンズに対応したプリズムをアレイ状に並べた光学素子である、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記光線方向制御素子は、前記光学要素が含むそれぞれの前記レンズに共通して設けられた凸レンズ効果をもつフィールドレンズである、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記レンズは、光軸方向に２枚以上の正または負のレンズを組み合わせて構成される、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記レンズは、シリンドリカルレンズアレイを直交配置して構成される、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
複数の前記光学要素は、ハニカム配列又は正方格子配列される、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記光学ユニットは、前記表示パネルの中央に向けて傾斜して配置される、請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記導光板は、複数の反射面を有して構成されるマルチミラー型、又はホログラム反射型である、請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記コリメート光学系により前記複数の画素から構成される前記表示パネルの表示領域がそれぞれ形成する虚像の画角領域が決定され、
ユーザの眼内で複数の前記虚像を重ね合わせて１つの虚像が得られる、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記コリメート光学系から出射された光を導光して射出瞳を拡大する導光板を更に備え、  前記コリメート光学系に加えて前記導光板により前記表示領域がそれぞれ形成する虚像の画角領域が決定され、
ユーザの眼内で複数の前記虚像を重ね合わせて１つの虚像が得られる、請求項１３に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
観察者の視度又は視度補正レンズを介した観察者の視度に応じて、前記表示パネルが表示する表示画像にキャリブレーションをかける、請求項１３に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
観察者の視線位置に基づいて前記表示パネルが表示する表示画像にキャリブレーションをかける、請求項１３に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
虚像の重なり部分で生じる輝度ムラについて、
観察者の瞳孔径を検出することにより、前記輝度ムラを補正する画像処理を行う、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１８】
使用環境の明るさから予測した観察者の瞳孔径に基づいて前記輝度ムラを補正する、請求項１７に記載の画像表示装置。
【請求項１９】
レンズと光線方向制御素子を含む複数の光学要素を表示パネルの表示面に沿って配列してなるコリメート光学系により、複数の画素から構成される前記表示パネルの複数の表示領域がそれぞれ形成する虚像の画角領域を決定することと、
複数の前記虚像を重ね合わせて１つの虚像を得ることと、
を備える、画像表示方法。
【請求項２０】
複数の画素から構成される表示パネルと、
複数の前記画素から出射される光線を平行光束に変換するコリメート光学系と、
前記コリメート光学系から出射された光を導光して射出瞳を拡大する導光板と、
を備える、画像表示装置が眼鏡レンズの前面に配置され、
前記コリメート光学系は、レンズと光線方向制御素子を含む複数の光学要素を有し、
複数の前記光学要素は、前記表示パネルの表示面に沿った方向に配列される、ヘッドマウントディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、画像表示装置、画像表示方法及びヘッドマウントディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼鏡型の画像表示装置は、使い易さと快適な装着感を得るため、観察画像の広視野化と画像表示装置の小型化、軽量化が求められる。この種類の画像表示装置は、光学系で形成された虚像を観察する方式が多く、視野角等の性能を決定するのは光学系であると同時に、小型化、軽量化を律速しているのも光学系であるといえる。
【０００３】
例えば、特許文献１、２には、レンズアレイで虚像を作り、観察する技術が開示されている。特許文献１には、各画素からの出射光束をマイクロレンズと集光レンズにより平行光束に変換し、眼まで導く表示装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、マイクロレンズに対応する画像表示エリアを有し、その各エリアに観察画像の分割画像を表示させることで、各レンズが分割画像の虚像を形成し、それら複数の虚像を重ねて１つの虚像を形成する表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３２８２６１号公報
【特許文献２】特開２０１５−２１５４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、表示パネルの１画素に対応するマイクロレンズアレイが設けてあるが、レンズから出射する光束が細く、眼球運動によるケラレが多い。従って、アイボックスを広く確保できないため、眼鏡型の画像表示装置として不利である。
【０００７】
特許文献２では、表示パネルの複数の画像表示エリアを含むサイズでレンズアレイを設けてあるため、各レンズから出射される光束は太いものの、視野角を広げるためには、表示パネルの大型化は避けられない。
【０００８】
加えて、特許文献１、特許文献２のように、レンズアレイを眼前に置く方式では、シースルー型の画像表示装置を実現することはできない。
【０００９】
そこで、画像表示装置において、視野角を拡大するとともに、小型化を達成することが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示によれば、複数の画素から構成される表示パネルと、複数の前記画素から出射される光線を平行光束に変換するコリメート光学系と、を備え、複数の前記コリメート光学系は、レンズと光線方向制御素子を含む複数の光学要素を有し、前記光学要素は、前記表示パネルの表示面に沿った方向に配列される、画像表示装置が提供される。
【００１１】
本開示によれば、レンズと光線方向制御素子を含む複数の光学要素を表示パネルの表示面に沿って配列してなるコリメート光学系により、複数の画素から構成される前記表示パネルの複数の表示領域がそれぞれ形成する虚像の画角領域を決定することと、複数の前記虚像を重ね合わせて１つの虚像を得ることと、を備える、画像表示方法が提供される。
【００１２】
また、本開示によれば、複数の画素から構成される表示パネルと、複数の前記画素から出射される光線を平行光束に変換するコリメート光学系と、前記コリメート光学系から出射された光を導光して射出瞳を拡大する導光板と、を備える、画像表示装置が眼鏡レンズの前面に配置され、前記コリメート光学系は、レンズと光線方向制御素子を含む複数の光学要素を有し、複数の前記光学要素は、前記表示パネルの表示面に沿った方向に配列される、ヘッドマウントディスプレイ装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本開示によれば、画像表示装置において、視野角を拡大するとともに、小型化を達成することが可能となる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】複数の光学要素からなる本実施の形態の画像表示装置を説明する図である。
【図２】複数の表示パネルをもつ本実施の形態を説明する図である。
【図３Ａ】遮光マスクの一例を示す図である。
【図３Ｂ】遮光マスクの一例を示す図である。
【図３Ｃ】遮光マスクの一例を示す図である。
【図４Ａ】導光板が有する射出瞳拡大の作用を用いない場合を示す断面図である。
【図４Ｂ】本実施形態に係る導光板１５が有する射出瞳拡大の作用を用いた場合の断面図である。
【図５Ａ】射出瞳径と虚像距離深度の関係を説明する図である。
【図５Ｂ】射出瞳径と虚像距離深度の関係を説明する図である。
【図６Ａ】光線方向制御素子の一例を示す図である。
【図６Ｂ】光線方向制御素子の一例を示す図である。
【図７Ａ】レンズそれぞれに対応するプリズムを光線方向制御素子とした場合の構成例を示す斜視図である。
【図７Ｂ】レンズそれぞれに対応するプリズムを光線方向制御素子とした場合の構成例を示す斜視図である。
【図７Ｃ】レンズそれぞれに対応するプリズムを光線方向制御素子とした場合の構成例を示す斜視図である。
【図８】シリンドリカルレンズ２枚を直交させてなるアレイ光学系の構成を説明する図である。
【図９Ａ】光学要素の２次元的な配列パターンの一例を示す図である。
【図９Ｂ】光学要素の２次元的な配列パターンの一例を示す図である。
【図９Ｃ】光学要素の２次元的な配列パターンの一例を示す図である。
【図１０】導光板の構成を示す模式図である。
【図１１】導光板がホログラム反射型である本実施の形態、および、導光板のもつ射出瞳拡大作用の効果を説明する図である。
【図１２】本実施の形態に係る画像表示方法について基本概念を説明する図である。
【図１３】導光板を備えた本実施の形態に係る画像表示方法について基本概念を説明する図である。
【図１４Ａ】観察者の視度を考慮した画像処理について説明する図である。
【図１４Ｂ】観察者の視度を考慮した画像処理について説明する図である。
【図１４Ｃ】観察者の視度を考慮した画像処理について説明する図である。
【図１５Ａ】瞳孔径による輝度ムラの変化を示す図である。
【図１５Ｂ】瞳孔径による輝度ムラの変化を示す図である。
【図１６Ａ】輝度ムラ補正の画像処理を説明する図である。
【図１６Ｂ】輝度ムラ補正の画像処理を説明する図である。
【図１７】具体的構成例１の形態に係る画像表示装置の構成を説明する図である。
【図１８】具体的構成例２の形態に係るコリメート光学系のレンズ構成を説明する図である。
【図１９Ａ】具体的構成例２の形態に係るコリメート光学系のＭＴＦ特性を示す図である。
【図１９Ｂ】具体的構成例２の形態に係るコリメート光学系のＭＴＦ特性を示す図である。
【図１９Ｃ】具体的構成例２の形態に係るコリメート光学系のＭＴＦ特性を示す図である。
【図２０】具体的構成例３の形態に係る遮光マスクを備えたコリメート光学系を説明する図である。
【図２１Ａ】具体的構成例３の形態に係る遮光マスクの効果を示す図である。
【図２１Ｂ】具体的構成例３の形態に係る遮光マスクの効果を示す図である。
【図２１Ｃ】具体的構成例３の形態に係る遮光マスクの効果を示す図である。
【図２２Ａ】具体的構成例４の形態に係る虚像距離深度拡大の効果を示す図である。
【図２２Ｂ】具体的構成例４の形態に係る虚像距離深度拡大の効果を示す図である。
【図２３Ａ】具体的構成例５の形態に係る導光板とのカップリング構造の一例を示す図である。
【図２３Ｂ】具体的構成例５の形態に係る導光板とのカップリング構造の一例を示す図である。
【図２４Ａ】具体的構成例６の形態に係る導光板とのカップリング構造の一例を示す図である。
【図２４Ｂ】実施例６の形態に係る導光板とのカップリング構造の一例を示す図である。
【図２５】具体的構成例７の形態に係る画像表示の一例を示す図である。
【図２６】本実施形態に係る画像処理装置をヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に適用した例を示す模式図である。
【図２７】本実施形態に係る画像処理装置を車両のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置に適用した例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。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、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．画像表示装置の基本となる構成例
２．導光板を備えた画像表示装置の構成例
３．射出瞳径と虚像深度の関係
４．光線方向制御素子、及びレンズの構成例
５．光学要素の２次元的な配列パターンの例
６．導光板の構成例
７．画像表示装置における虚像の繋ぎ合わせ
８．画像表示装置の具体的構成例
９．ヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイへの適用
【００１７】
１．画像表示装置の基本となる構成例
図１は、本実施形態に係る画像表示装置の基本的な構成を説明するための模式図（光路図）である。画像表示装置は、表示パネル１とコリメート光学系（アレイ光学系２）から構成される。コリメート光学系は、１つ以上のレンズ３と光線方向制御素子４からなる光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・を２次元的に配列したアレイ光学系２である。図１では、アレイ光学系２を構成する５つの光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・を示しているが、アレイ光学系２を構成する光学要素は当然５つに限定されるものではない。
【００１８】
表示パネル１において、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・の中央直下に位置する画素から出射した光線は、アレイ光学系２により瞳５の中心に向かう平行光束に変換され、瞳５のレンズ作用により網膜面６に結像される。光線方向制御素子４は、プリズム等から構成され、光線を効率良く瞳５に導く機能を有する。このとき、観察者にはあたかも網膜面６と共役関係にある虚像面７で各画素が発光しているように視認される。
【００１９】
図１において、好ましい形態によれば、図２に示すように、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・のある境界部分で、表示パネル１を複数の表示パネル１ａ、１ｂ、１ｃに分割し、光学ユニット８ａ，８ｂ，８ｃを形成してもよい。図１の形態では、視野角（瞳５に入射する角度）に比例して表示パネル１の幅は長くなるが、分割することで必要な表示パネルのサイズは小さくなり、特に広視野を得る場合、製造プロセスや歩留まりの観点でも有利である。後で図１６で説明するように、分割した表示パネル１ａ、１ｂ、１ｃに対応するユニットを傾けることで、視野を拡大することができる。
【００２０】
また、好ましい形態によれば、アレイ光学系２において、隣接した光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・の間で生じる信号光のクロストークを抑えるため、表示パネル１から瞳５までの光路内に遮光マスクを挿入することが望ましい。図３Ａ〜図３Ｃは、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・の有効エリア形状に応じた遮光マスクの開口形状を示す模式図である。遮光マスクは、アレイ光学系２を構成する光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・の有効エリア形状と等しい開口形状を有することが望ましい。図３Ａは開口形状が円形である遮光マスク１０、図３Ｂは開口形状が六角形である遮光マスク１２、図３Ｃは開口形状が四角形である遮光マスク１４、をそれぞれ示している。
【００２１】
図３Ａは、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・が円形の場合を示しており、開口形状の周囲に破線で示す複数の円形の領域は、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・の有効エリア９を示している。図３Ｂは、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・が六角形の場合を示しており、開口形状の周囲に破線で示す複数の六角形の領域は、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・の有効エリア１１を示している。図３Ｃは、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・が四角形の場合を示しており、開口形状の周囲に破線で示す複数の四角形の領域は、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・の有効エリア１３を示している。このように、遮光マスク１０，１２，１４の開口形状は、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・の有効エリア９，１１，１３とほぼ一致している。
【００２２】
図３Ａ〜図３Ｃに示すように、遮光マスク１０，１２，１４の開口形状を光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・の有効エリア９．１１，１３の形状とほぼ一致させることで、開口率がより高くなり、なるべく明るい視認画像を取得して開口率を高めることができる。従って、遮光線幅を極力細く選ぶことが望ましいが、製造時のアライメントズレを考慮すると、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・の境界を確実に遮光するためには、最細部の遮光線幅ｄｍｉｎは０．４ｍｍ以上であることが望ましい。
【００２３】
２．導光板を備えた画像表示装置の構成例
図４Ａおよび図４Ｂは、本実施形態による導光板１５を備えた画像表示装置の基本的な考え方と構成を説明する光路図である。ここでは、一例として、マルチミラー型でミラー面の垂直断面方向に射出瞳拡大の作用を有する導光板１５を示す。図４Ａは、比較として、導光板１５が有する射出瞳拡大の作用を用いない場合を示す断面図である。図４Ａに示す例では、必要な視野角に応じて光学要素の配置は幾何的に決まる。図４Ｂは、本実施形態に係る導光板１５が有する射出瞳拡大の作用を用いた場合の断面図であり、図４Ｂに示すアレイ光学系２は図４Ａに示すアレイ光学系２よりも更に小型化できるため、本来必要なサイズの光学ユニット１８よりも小型化できる。
【００２４】
図４Ｂに示す本実施形態に係る構成例が有する効果を、アレイ光学系２の中央に位置する光学要素２ｂに隣接する光学要素２ａ，２ｃに着目して考える。この位置から光束径ａ，ｃの平行光束が比較的大きな角度で出射された場合、導光板１５が無ければ光束径ａ，ｃでは瞳５から外れて視認されなくなるのに対し、導光板１５が有する射出瞳拡大の作用で光束径Ａ，Ｃに広がることで、瞳５に入射させることが可能となる。これにより、アレイ光学系２の中央近傍に位置する光学要素２ｂから視野角の大きな光線束を取り出すことができるため、結果として光学ユニットを小型化できる。なお、図４Ａにおいて、アレイ光学系２の出射直後の各光束径を光束径１６ａ，１６ｂ，１６ｃで示し、導光板１５の出射直後の各光束径を光束径１７ａ，１７ｂ，１７ｃで示している。
【００２５】
図４Ｂに示すアレイ光学系１８は、導光板１５を用いない場合に導光板１５を用いた場合と同等の視野角を確保するために必要なサイズを示している。図４Ｂに示すアレイ光学系１８とアレイ光学系２を比較すると明らかなように、導光板１５を用いることで、アレイの数が減少し、アレイ光学系２の大幅な小型化を達成することができる。また、導光板１５を用いることで瞳５の正面にアレイ光学系２が位置しなくなるため、導光板１５を透過したシースルー画像を瞳５が視認することができる。従って、ユーザは、例えば表示パネル１により表示したＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）画像と導光板１５を透過した実世界の物体を重畳して視認することができる。
【００２６】
３．射出瞳径と虚像深度の関係
図５Ａおよび図５Ｂは、本実施形態による射出瞳径と虚像深度の関係を説明する図である。図５Ａは、射出瞳径Ｄ１が比較的大きい場合に、眼がピントを合わせる距離、すなわち虚像距離に応じて観察画像の解像感がどのように変化するかを示している。ここで、虚像距離を手元から遠方に変えるにつれ、焦点距離はｆａ，ｆｂ，ｆｃのように変化する。瞳５に入射した平行光束は、焦点距離ｆａ，ｆｂ，ｆｃの位置に一度集光された後、網膜面６で錯乱円２１ａ，２１ｂ，２１ｃの径をもって広がる。焦点距離ｆａは錯乱円２１ａに対応し、焦点距離ｆｂは錯乱円２１ｂに対応し、焦点距離ｆｃは錯乱円２１ｃに対応している。このため、十分な解像感が得られるのは、虚像距離を遠方に合わせた場合となる。
【００２７】
一方、図５Ｂは、射出瞳径Ｄ２を絞った場合を示しており、瞳５に入射する平行光束自体が細いため、焦点距離ｆａ，ｆｂ，ｆｃの変化に伴う錯乱円径２２ａ，２２ｂ，２２ｃの変化は少なく、より手元の虚像距離まで解像感が得られる。従って、射出瞳径を小さくすることで、虚像深度を拡大することができる。
【００２８】
但し、射出瞳径を小さくしていくと射出された光束が回折により広がり、平行光束を維持できなくなるため、射出瞳径は０．５ｍｍ以上であることが望ましい。射出瞳径を絞るには、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・の有効エリアを小さくするか、遮光マスクの開口サイズを小さくすればよい。
【００２９】
４．光線方向制御素子、及びレンズの構成例
図６Ａおよび図６Ｂは、本実施の形態による光線方向制御素子４の一例を示す図である。図６Ａは、上述の説明で例示してきたように、レンズ３それぞれに対応する複数のプリズム１０４を光線方向制御素子４とした例を示す模式図である。図６Ｂは、複数のレンズ３を覆う凸レンズ機能を有するフィールドレンズ２３を光線方向制御素子４とした例を示す模式図である。
【００３０】
図７Ａ〜図７Ｃは、図６Ａと同様にレンズ３それぞれに対応するプリズム１０４を光線方向制御素子４とした場合の構成例を示す斜視図である。図７Ａ及び図７Ｂは、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・が六角形の場合を示しており、六角形の複数のプリズム１０４を複数のレンズ３それぞれに対応して配置した例を示している。また、図７Ｃは、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・が四角形の場合を示しており、四角形の複数のプリズム１０４を複数のレンズ３それぞれに対応して配置した例を示している。
【００３１】
レンズ３としては、光軸に対して回転対称なレンズを適用することができる。一方、レンズ３は、光軸に対して回転対称なレンズ以外であっても良い。図８は、図６Ｂと同様にフィールドレンズ２３を光線方向制御素子４とした例を示しており、レンズ３として、シリンドリカルレンズアレイ２４ａ，２４ｂを直交させて形成したアレイ光学系２４を用いた例を示している。図８に示すように、シリンドリカルレンズアレイ２４ａ，２４ｂを直交させることで、小型のレンズを複数設けた場合と同等の効果を得ることができる。
【００３２】
５．光学要素の２次元的な配列パターンの例
図９Ａ〜図９Ｃは、本実施形態に係る光学要素の２次元的な配列パターンの一例を示す図である。図９Ａおよび図９Ｂは、光学要素２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，・・・、光学要素２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，・・・をハニカム配列した例を示しているが、図９Ａと図９Ｂとでは、配列方向が互いに９０°だけ異なっている。図９Ｃは、光学要素２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，・・・を正方格子配列した例を示している。図９Ａ〜図９Ｃはあくまで一例であり、光学要素が表示パネル１を効率よく覆う配列パターンであれば、これらに限定されない。また、簡便のため、図９Ａ〜図９Ｃでは、光学要素の有効エリア形状を円形として図示したが、図３Ｂ、図３Ｃに示したように、有効エリアを六角形や四角形としてもよい。
【００３３】
６．導光板の構成例
図１０は、本実施形態による導光板１５を示す斜視図である。一方、導光板１５は図１０と異なる構成とすることもできる。図１０に示すように、導光板１５は、複数の反射面１５ａを有して構成されている。また、図１１は、本実施形態による導光板の別の例を適用した画像表示装置を示す光路図である。図１１では、ホログラム反射型の導光板２８を使用しており、コリメート光学系から射出された光束径ａ，ｂ，ｃは、導光板２８が有する射出瞳拡大の作用により光束径Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ広げられる。これにより、図４Ｂと同様に、アレイ光学系１の中央近傍に位置する光学要素２ａ，２ｂ，２ｃから視野角の大きな光線束を取り出すことができるため、光学ユニットを小型化できる。
【００３４】
７．画像表示装置における虚像の繋ぎ合わせ
図１２は、本実施形態の画像表示装置による画像表示方法の基本的な考え方を説明するための光路図である。図１で説明したように、画像表示装置は、表示パネル１とコリメート光学系から構成され、かつ、コリメート光学系は、１つ以上のレンズ３と光線方向制御素子４からなる光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・を２次元的に配列したアレイ光学系２である。表示パネル１は、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・に対応して分割された表示範囲３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，・・・を有し、その範囲に含まれる画素から出射した光線は、コリメート光学系を介して視野角範囲３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，・・・を有する光束を形成する。また、視野角範囲３２ａ、３２ｂ、３２ｃ，・・・を有する光束は、範囲３３ａ、３３ｂ、３３ｃ，・・・でそれぞれ網膜面６に結像される。このとき観察者は、網膜面６と共役関係にある虚像面７に範囲３４ａ、３４ｂ、３４ｃ，・・・で分割表示された虚像を視認し、複数の虚像を繋ぎ合わせて範囲３４で１つの虚像を得る。
【００３５】
さらに、複数の虚像が１つの虚像にシームレスに繋ぎ合わされるよう、虚像面７の虚像範囲３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，・・・に対応する分割画像を決定し、表示パネル１の表示範囲３１ａ、３１ｂ、３１ｃ，・・・に、この分割画像をそれぞれ表示する。これにより、ユーザは、複数の虚像が１つの虚像にシームレスに繋ぎ合わされた像を視認することができる。
【００３６】
図１３は、本実施の形態による導光板１５を備えた画像表示方法の基本的な考え方を説明するための光路図である。ここでは、導光板１５が持つ射出瞳拡大の作用を用いる断面方向の図を示す。導光板１５を透過した光束は、範囲３７ａ、３７ｂ、３７ｃ，・・・でそれぞれ網膜面６に結像される。導光板１５を介して得られる虚像面７の虚像範囲３８ａ、３８ｂ、３８ｃが、１つの虚像３８にシームレスに繋ぎ合わされるよう、表示パネル１の表示範囲３５ａ、３５ｂ、３５ｃに対応する分割画像をそれぞれ決定すればよい。
【００３７】
なお、導光板１５の射出瞳拡大の作用を用いる場合と用いない場合とで、表示パネル１の表示範囲を等しくしても、虚像面７で得られる虚像範囲は当然異なるため、表示パネル１に表示させる分割画像は射出瞳拡大の作用を考慮して決定する必要がある。
【００３８】
また、本実施形態の好ましい形態によれば、観察者の視度、および観察者の視度補正レンズを介した視度に応じて、表示パネルに表示させる分割画像にキャリブレーションをかけるようにする。図１４Ａ〜図１４Ｃは、視度に応じたキャリブレーション方法を説明するための模式図である。図１４Ａは、観察者の視度および視度補正レンズを介した視度に応じて、網膜面６の結像位置が変化する様子を示す模式図である。観察者が十分遠方の虚像面までピントを合わせることができる場合、焦点距離はｆａとなり、このとき、隣接する光学要素２ａ、２ｂから同じ角度で出射された２つの光束は、網膜面６で１点に結像される。
【００３９】
一方、観察者が視度調整できる範囲がｆｂまでの場合、２つの光束は焦点距離ｆｂの位置で一度集光された後、網膜面６の異なる位置に到達する。従って、図１４Ｂに示すように、光学要素２ａ，２ｂに対応する表示画像３９ａ，３９ｂは、焦点距離ｆａの視認画像４１からずれた視認画像４０ａ、４０ｂをそれぞれ形成し、像が重なって見えることから解像感を劣化させる。その対策として、図１４Ｃのように、観察者の焦点距離ｆａに応じて、表示画像４２ａ、４２ｂをシフトさせるキャリブレーションをかけることで、焦点距離ｆａにおける理想的な視認画像４１と等しい視認画像４３ａ、４３ｂを得ることができる。図１４Ｃに示すように、表示画像４２ａは表示画像３９ａに対して上方向にシフトし、表示画像４２ｂは表示画像３９ｂに対して下方向にシフトしている。これにより、表示画像４２ａ、４２ｂは、焦点距離ｆａの視認画像４１と一致する視認画像４３ａ、４３ｂをそれぞれ形成し、解像感の劣化を抑止できる。
【００４０】
網膜面６の結像位置の変化は、観察者の視度および視度補正レンズを介した視度だけでなく、眼がピントを合わせる距離、すなわち虚像距離を変化させても生じる。そのため、本実施形態の好ましい形態によれば、観察者の視線を検出することにより虚像距離を算出し、表示画像をシフトさせるキャリブレーションをかけることが望ましい。なお、眼がピントを合わせる距離は、ユーザの眼の輻輳角を検出することで取得可能であり、これに基づいて表示画像をシフトさせる。
【００４１】
また、本実施形態の好ましい形態によれば、観察者の瞳孔径に応じて変化する輝度ムラを画像処理技術で補正することが望ましい。図１５Ａおよび図１５Ｂは、瞳孔径に応じた輝度ムラの変化を説明する光路図である。図１５Ａは、瞳孔径Ａ１が比較的大きい場合であり、表示パネル１の表示範囲が十分に大きいとき、光学要素２ａ、２ｂ、２ｃから射出された光束は、瞳５でケラレたのち結像範囲４４ａ、４４ｂ、４４ｃで網膜面６にそれぞれ結像される。そして、結像範囲４４ａ、４４ｂ、４４ｃがもつ輝度分布４５ａ，４５ｂ，４５ｃを重ね合わせることで輝度分布４５が形成される。図１５Ａの場合、輝度分布４５ａ，４５ｂ，４５ｃの重なりが生じるため、輝度ムラのある視認画像４６が得られる。
【００４２】
図１５Ｂは、瞳孔径Ａ２が小さい場合であり、図１５Ａと同様に視認画像４９の輝度ムラが生じる。ここで、図１５Ａと図１５Ｂを比較すると、輝度ムラは光学要素２ａ，２ｂ，２ｃが網膜面６にそれぞれ形成する輝度分布の重なり方で決まり、さらに、輝度分布は瞳孔径に依存することが分かる。
【００４３】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、輝度ムラを補正するための画像処理技術を説明する図である。図１６Ａは、補正なしの場合であり、光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・をハニカム格子状に配列し、表示パネル１の表示範囲を全画素発光させた場合に得られる視認画像５１を示している。一方、図１６Ｂは、補正ありの場合であり、瞳孔径に応じて生じる輝度ムラを予測し、表示パネル１に表示する分割画像の輝度を画像処理技術で制御することにより、輝度ムラのない視認画像５３が得られる。ここでは、一例としてハニカム格子状に配列した光学要素を示したが、配列パターンはこれに限定されるものではない。配列パターンは、例えば正方格子状でもよく、そのとき予測される輝度ムラを画像処理技術で補正できていればよい。
【００４４】
また、本実施形態の好ましい形態によれば、観察者の瞳孔径をカメラ等で検出し、そのとき予測される輝度ムラを画像処理技術で補正することが望ましい。
【００４５】
なお、観察者の瞳孔径は使用環境の明るさで変化するため、本実施形態の好ましい形態によれば、使用環境の明るさをセンシングすることにより観察者の瞳孔径を予測し、前記輝度ムラを画像処理技術で補正してもよい。
【００４６】
８．画像表示装置の具体的構成例
以下では、本実施形態に係る画像表示装置の幾つかの具体的構成例について説明する。図１７は、画像表示装置の具体的構成例１を示す図である。具体的構成例１において、画像表示装置は、表示パネル１とコリメート光学系で構成されており、かつ、表示パネル１が複数の表示パネル１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに分割され、表示パネル単位で光学ユニット８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを構成している。さらにコリメート光学系は、図示されていないが１つ以上のレンズ３と光線方向制御素子４からなる光学要素２ａ、２ｂ、２ｃを２次元的に配列してなるアレイ光学系２であり、それぞれの表示パネル１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに１つ以上の光学要素が配置されるような構成となっている。さらに、それぞれの光学ユニットは、観察者の目に向かって（表示パネル１の中央に向かって）傾けられて配置されている。
【００４７】
具体的構成例１は、広視野な画像表示装置を得る上で、特に視野角４０°を超える画像表示装置を得る上で有利である。１つの光学ユニットだけで視野角を広げる場合、少ないレンズ構成で光線を強く屈折させることとなり、倍率色収差や歪曲収差等の収差が強くなり、視認画像の画質を担保できない。これに対し、具体的構成例１のように光学ユニット８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが担当する視野角範囲に応じて光学ユニットを傾けることで、比較的容易に広視野を実現できる。
【００４８】
また、具体的構成例１では、光学ユニット８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ間で光学的な不連続が発生するが、それぞれの光学ユニット８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄで得られる視認画像がシームレスに繋がるよう、光学要素２ａ、２ｂ、２ｃの配置や設計を適切に設計すればよい。
【００４９】
図１８は、具体的構成例２のコリメート光学系の構成を示す図である。このコリメート光学系は、負のパワーをもつレンズ５４、正のパワーをもつレンズ３、光線方向制御素子４からなる光学要素５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，・・・を２次元的に配列してなるアレイ光学系５５である。具体的構成例２は、コリメート光学系の厚みは増えるが、レンズ３とレンズ５４を組み合わせたことによる高い結像性能をもつ画像表示装置を得る上で有利である。
【００５０】
図１９Ａ〜図１９Ｂは、具体的構成例２で得られるＭＴＦ曲線を示す図である。画像表示装置は図１のような構成とし、それぞれの光学要素の有効サイズを直径２．０ｍｍとした。図１９Ａ〜図１９Ｂは、光学要素の位置に応じて得られるＭＴＦ曲線であり、その位置を光学要素中心の直下にある画素から出射した光線が瞳５に入射する角度（視野半角）で整理した時、図１９Ａは視野半角０．０°、図１９Ｂは視野半角１１．３°、図１９Ｃは視野半角２０．５°となっている。また、それぞれの図には、表示パネル１の各光学要素に対応する表示範囲において、発光画素が像高０％と像高７２％の２つのＭＴＦ曲線を示している。これらの結果から、具体的構成例２の画像表示装置において、視野角が４０°と比較的広い条件においても、ＭＴＦ特性に著しい劣化は見られず、十分な解像感が得られていることが分かる。
【００５１】
図２０は、具体的構成例３の形態のコリメート光学系の構成を示す図である。具体的構成例３の画像表示装置は、コリメート光学系においてレンズ３と光線方向制御素子４の間に遮光マスク５６を挿入した構造となっている。
【００５２】
具体的構成例３によれば、遮光マスク５６を挿入したことにより、隣接した光学要素の間で生じる信号光のクロストークを抑えることができ、迷光のない良好な視認画像を得ることができる。なお、遮光マスク５６は、図３Ａ〜図３Ｃで示した構成とすることができる。
【００５３】
図２０のように、表示パネル１のある画素から出射された光線は、その画素に対応する光学要素により平行光束に変換され、信号光５７として瞳５に入射する。しかしながら、このとき表示パネル１のある画素から出射された光線は、その画素に対応する光学要素に隣接した光学要素や、それらの境界の不連続部分にも向かうため迷光となり得る。ここで、遮光マスク５６を挿入することで、迷光として瞳５に入射する光線をカットし、かつ、遮光マスク５６を通り抜けた信号光以外の光束５８ａ，５８ｂも瞳５に入射しないため、良好な視認画像を得ることができる。
【００５４】
図２１Ａ〜図２１Ｃは、具体的構成例３の形態で得られる視認画像の一例を示す図である。いずれも光学要素が２次元的に配列されたコリメート光学系により得られるクロスハッチパターンの視認画像であり、その光学要素の有効エリアは正六角形、かつ、その外接円の大きさが２．３ｍｍとなっている。図２１Ａは、そのコリメート光学系において、図２０の位置に開口径０．８ｍｍの遮光マスク５６を挿入した場合、図２１Ｂは、同位置に開口径１．４ｍｍの遮光マスク５６を挿入した場合の結果である。また、図２１Ｃは、比較のため、遮光マスク５６がない場合の結果を示す。これらの結果から、図２１Ｃでは迷光成分による画質の劣化が見られるが、図２１Ａのように遮光マスク５６で迷光成分を低減することで良好な視認画像が得られることが分かる。
【００５５】
具体的構成例４の形態は、コリメート光学系のもつ射出瞳径を小さく設計し、虚像深度を拡張した画像表示装置である。射出瞳径はコリメート光学系を構成する光学要素の有効エリアの大きさ、もしくは、遮光マスクの開口サイズで規定される。
【００５６】
瞳孔径以上の平行光束が出射される一般的なコリメート光学系の場合、最大の解像感が得られる虚像距離は無限遠であり、眼が十分遠方にピントを合わせた場合である。そのため、眼が手元にピントを合わせた場合、十分な解像感が得られず、視認画像を正しく認識することができない。これに対し、具体的構成例４の形態は、虚像深度が拡大されており、眼が比較的手元までピントを合わせた場合でも視認画像を認識できる。これは、眼鏡型の画像表示装置において、遠方から手元まで、あらゆる位置にある対象物にＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ
Ｒｅａｌｉｔｙ）情報を重ねて見られることを意味しており、大きなアドバンテージとなる。
【００５７】
図２２Ａおよび図２２Ｂは、具体的構成例４の形態で得られる虚像距離とＭＴＦの関係を示す図である。図２２Ａおよび図２２Ｂは、目に入射する視野角違いで得られる結果であり、図２２Ａは視野半角が水平方向０°、垂直方向０°、図２２Ｂは視野半角が水平方向２０°、垂直方向１５°となっている。いずれの図も射出瞳径を１．０ｍｍ、１．５ｍｍまで小さくした場合のＭＴＦ特性と、比較として射出瞳径が瞳孔径と同等の４．０ｍｍである場合のＭＴＦ特性を併記している。これらの結果から、射出瞳径を１．０ｍｍ、１．５ｍｍまで小さく設計することで、射出瞳径が４．０ｍｍの場合よりもピークのＭＴＦは落ちるが、遠方から１ｍ付近までＭＴＦを維持できることが分かる。より好適には、コリメート光の光束を０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下に絞ることで、遠方から近距離までＭＴＦを維持できる。
【００５８】
図２２Ａおよび図２２Ｂは、具体的構成例５の形態の画像表示装置の構造を示す光路図である。具体的構成例５の画像表示装置は、射出瞳拡大の作用をもつ導光板１５を備えており、表示パネル１とコリメート光学系からなる光学ユニット８と導光板１５の間にカップリング用の光学部品を挿入した構造となっている。
【００５９】
具体的構成例５の形態では、光学ユニット８と導光板１５の間に挿入した光学部品により、コリメート光学系から出射された信号光の平行光束を効率よく導光板１５にカップリングさせることができる。
【００６０】
図２３Ａは、カップリング用の光学部品をダブプリズム５９とした場合の光路図であり、眼軸方向に画像表示装置の厚みを抑えるのに有利な構造である。図２３Ｂは、カップリング用の光学部品を三角プリズム６０とした場合の光路図であり、画像表示装置の高さを抑えるのに有利な構造である。ここでは、一例として２つの構成例を示したが、カップリング用の光学部品はこれらに限定されるものではなく、画像表示装置に求められるデザインに応じて、信号光を効率良くカップリングできる設計となっていればよい。
【００６１】
図２４Ａおよび図２４Ｂは、具体的構成例６の画像表示装置の構造を示す光路図である。具体的構成例６の画像表示装置は、射出瞳拡大の作用をもつ導光板を備えており、かつ、表示パネル１とコリメート光学系からなる光学ユニット８ａ、８ｂ、８ｃを有しており、さらに、それらの光学ユニット８ａ、８ｂ、８ｃと導光板の間にそれぞれカップリング用の光学部品を挿入した構造となっている。
【００６２】
具体的構成例６の形態は、広視野な画像表示装置を得る上で、特に視野角４０°を超える画像表示装置を得る上で有利である。具体的構成例１と同様に導光板を備えた場合においても、光学ユニット８ａ、８ｂ、８ｃをそれぞれが担当する視野角範囲に応じて傾けて配置することで、比較的容易に広視野を実現できる。
【００６３】
図２４Ａおよび図２４Ｂでは、導光板がもつ射出瞳拡大の作用を用いない方向に大きな視野角を得るため、いずれも広視野領域を担当する光学ユニット８ａ、８ｃを傾けて配置している。図２４Ａは、外形が長方形の導光板６１を用いた場合であり、光学ユニット８ａ、８ｃの傾きに応じて厚みを制御した光学部品６２ａ、６２ｂ、６２ｃにより、それぞれの光学ユニットと導光板６０との間を効率よくカップリングしている。図２４Ｂは、光学ユニット８ａ、８ｃの傾きに応じて外形を設計した導光板６３を用いた場合であり、それぞれの光学ユニットと導光板６３との間を、厚みが均一な光学部品６４ａ、６４ｂ、６４ｃにより効率よくカップリングしている。ここでは、一例として２つの設計例を示したが、使用する光学ユニットの数や導光板の外形形状、および、カップリング用の光学部品はこれらに限定されるものではなく、必要な視野角を得るためにそれらが最適に設計されてなる画像表示装置であればよい。
【００６４】
図２５は、具体的構成例７の形態の画像表示方法を示す図である。具体的構成例７の画像表示方法は、図４のように導光板を備えた構成とし、導光板のもつ射出瞳拡大の作用を用いる方向とそうでない方向とで、表示パネルの表示範囲、および、隣接する光学要素２ａ、２ｂ、２ｃの間に設定する視野角範囲のシフト量が異なることを特徴とする。
【００６５】
具体的構成例７の形態は、光学要素の有効エリア６５ａ、６５ｂ、６５ｃの直下に並ぶ表示パネルの画素のうち、信号光が瞳に入射しない周辺の画素は発光させず、表示エリアの範囲を限定する画像表示方法である。このとき、信号光が瞳に入射する画素の範囲は、導光板がもつ射出瞳拡大の作用で広がるため、表示パネルでは方向に応じて表示範囲を変えることが望ましい。このように、発光画素を必要最小限に選ぶことで、不要な画素から出射された光線が迷光となるリスクを減らし、良好な視認画像を得ることができる。
【００６６】
図２５では、導光板がもつ射出瞳拡大の作用を用いる方向を図の上下方向としており、表示パネルの表示範囲６５ａ，６５ｂ、６５ｃは左右方向より上下方向が広くなっていることが分かる。
【００６７】
また、本実施形態によれば、アレイ光学系２の光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・が担当する視野角範囲は、アレイ光学系２を構成する光線方向制御素子４により制御される。この時、隣接する光学要素２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・間に設定する視野角範囲のシフト量は、１つの光学要素で得られる視野角範囲の大きさに左右される。具体的構成例７の形態では、１つの光学要素で得られる視野角範囲は、導光板により図２５の上下方向に大きくなっているため、隣接する光学要素間に設定する視野角範囲のシフト量も上下方向に大きくなっている。これは、コリメート光学系がアナモルフィックなパワーを有することと等価である。したがって、縦横比が等しい視認画像６６を得るのに必要な光学要素の数は、左右方向に４個〜５個が必要なのに対し、上下方向には３個となっており、導光板の射出瞳拡大方向にコリメート光学系を小型化できることを示している。
【００６８】
図２６は、本実施形態に係る画像処理装置をヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）２００に適用した例を示す模式図である。図２６において、視度補正レンズ（眼鏡レンズ）２１０はヘッドマウントディスプレイの左目用のレンズであり、視度補正レンズ２２０はヘッドマウントディスプレイの右目用のレンズである。なお、図２６において、視度補正レンズ２１０，２２０を支持するフレームの図示は省略している。
【００６９】
本実施形態に係る画像処理装置は、視度補正レンズ２１０，２２０のそれぞれの前方に装着される。表示パネル１及びアレイ光学系２は、視度補正レンズ２１０，２２０の前方の上部に配置される。また、導光板１５は、視度補正レンズ２１０，２２０のそれぞれの前方に配置される。アレイ光学系２と導光板１５は、ダブプリズム２３０によって接続される。
【００７０】
９．ヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイへの適用
図２６に示したヘッドマウントディスプレイ２００によれば、表示パネル１に表示された画像は、アレイ光学系２、ダブプリズム２３０、導光板１５を通り、更に視度補正レンズ２１０，２２０を通って瞳５に入射する。例えば、ＡＲなどの画像を表示する場合、ユーザは、導光板１５から視度補正レンズ２１０，２２０を通って瞳５に入射した画像を視認するとともに、視度補正レンズ２１０，２２０を通って入射する実際の物体を視認する。従って、ＡＲなどの画像と実際の物体を重畳してユーザに視認させることが可能となる。なお、視度補正レンズ２１０，２２０は視度補正の機能を有さないものであっても良い。
【００７１】
図２７は、本実施形態に係る画像処理装置を車両４００のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置３００に適用した例を示す模式図である。図２７に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置３００は、インストルメントパネル３１０の内側に配置されており、インストルメントパネル３１０の内側からフロントウインドシールド３２０に向けて、運転を支援するための情報が含まれた画像を投影する。運転者には、その画像がフロントウインドシールド３２０の向こう側に表示されているように認識される。運転者は、前方の状況に重ねてその画像を目視することで、視線を大きく動かすことなく各種の情報を得ることができる。
【００７２】
以上説明したように本実施形態によれば、コリメート光学系を複数の光学要素を２次元的に配列した構造とし、そこに射出瞳拡大の作用をもつ導光板を組み合わせることで、広視野かつ小型、軽量な眼鏡型の画像表示装置を提供できる。
【００７３】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７４】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【００７５】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）  複数の画素から構成される表示パネルと、
複数の前記画素から出射される光線を平行光束に変換するコリメート光学系と、を備え、
前記コリメート光学系は、レンズと光線方向制御素子を含む複数の光学要素を有し、
複数の前記光学要素は、前記表示パネルの表示面に沿った方向に配列される、画像表示装置。
（２）  前記表示パネルは、少なくとも１つの前記光学要素を含む大きさに分割され、
分割された前記表示パネルと、当該分割された前記表示パネルに対応する１又は複数の前記光学要素から光学ユニットが構成され、
前記光学ユニットは、前記表示パネルの表示面に沿った方向に配置される、前記（１）に記載の画像表示装置。
（３）  前記コリメート光学系において、
複数の前記光学要素に対応した複数の開口を有する遮光マスクが光路内に挿入された、前記（１）又は（２）に記載の画像表示装置。
（４）  前記コリメート光学系から出射された光を導光して射出瞳を拡大する導光板を更に備える、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の画像表示装置。
（５）  前記コリメート光学系において、
前記光学要素の直径又は光路内に挿入された遮光マスクの開口の大きさにより、コリメート光の光束を０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下に絞る、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の画像表示装置。
（６）  前記光線方向制御素子は、前記光学要素が含むそれぞれの前記レンズに対応したプリズムをアレイ状に並べた光学素子である、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の画像表示装置。
（７）  前記光線方向制御素子は、前記光学要素が含むそれぞれの前記レンズに共通して設けられた凸レンズ効果をもつフィールドレンズである、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の画像表示装置。
（８）  前記レンズは、光軸方向に２枚以上の正または負のレンズを組み合わせて構成される、前記（１）〜（７）のいずれかに記載の画像表示装置。
（９）  前記レンズは、シリンドリカルレンズアレイを直交配置して構成される、前記（１）〜（８）のいずれかに記載の画像表示装置。
（１０）  複数の前記光学要素は、ハニカム配列又は正方格子配列される、前記（１）〜（９）のいずれかに記載の画像表示装置。
（１１）  前記光学ユニットは、前記表示パネルの中央に向けて傾斜して配置される、前記（２）に記載の画像表示装置。
（１２）  前記導光板は、複数の反射面を有して構成されるマルチミラー型、又はホログラム反射型である、前記（４）に記載の画像表示装置。
（１３）  前記コリメート光学系により前記複数の画素から構成される前記表示パネルの表示領域がそれぞれ形成する虚像の画角領域が決定され、
ユーザの眼内で複数の前記虚像を重ね合わせて１つの虚像が得られる、前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の画像表示装置。
（１４）  前記コリメート光学系から出射された光を導光して射出瞳を拡大する導光板を更に備え、  前記コリメート光学系に加えて前記導光板により前記表示領域がそれぞれ形成する虚像の画角領域が決定され、
ユーザの眼内で複数の前記虚像を重ね合わせて１つの虚像が得られる、前記（１３）に記載の画像表示装置。
（１５）  観察者の視度又は視度補正レンズを介した観察者の視度に応じて、前記表示パネルが表示する表示画像にキャリブレーションをかける、前記（１３）に記載の画像表示装置。
（１６）  観察者の視線位置に基づいて前記表示パネルが表示する表示画像にキャリブレーションをかける、前記（１３）に記載の画像表示装置。
（１７）  虚像の重なり部分で生じる輝度ムラについて、
観察者の瞳孔径を検出することにより、前記輝度ムラを補正する画像処理を行う、前記（１）に記載の画像表示装置。
（１８）  使用環境の明るさから予測した観察者の瞳孔径に基づいて前記輝度ムラを補正する、請求項１７に記載の画像表示装置。
（１９）  レンズと光線方向制御素子を含む複数の光学要素を表示パネルの表示面に沿って配列してなるコリメート光学系により、複数の画素から構成される前記表示パネルの複数の表示領域がそれぞれ形成する虚像の画角領域を決定することと、
複数の前記虚像を重ね合わせて１つの虚像を得ることと、
を備える、画像表示方法。
（２０）  複数の画素から構成される表示パネルと、
複数の前記画素から出射される光線を平行光束に変換するコリメート光学系と、
前記コリメート光学系から出射された光を導光して射出瞳を拡大する導光板と、
を備える、画像表示装置が眼鏡レンズの前面に配置され、
前記コリメート光学系は、レンズと光線方向制御素子を含む複数の光学要素を有し、
複数の前記光学要素は、前記表示パネルの表示面に沿った方向に配列される、ヘッドマウントディスプレイ装置。
【符号の説明】
【００７６】
１    表示パネル
２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・    光学要素
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ    各光学ユニット
１０，１２，１４    遮光マスク
１５    導光板
２４    シリンドリカルレンズアレイ
２００  ヘッドマウントディスプレイ
２１０，２２０    視度補正レンズ
【図１】
2017223825.tif 000003
【図２】
2017223825.tif 000004
【図３Ａ】
2017223825.tif 000005
【図３Ｂ】
2017223825.tif 000006
【図３Ｃ】
2017223825.tif 000007
【図４Ａ】
2017223825.tif 000008
【図４Ｂ】
2017223825.tif 000009
【図５Ａ】
2017223825.tif 000010
【図５Ｂ】
2017223825.tif 000011
【図６Ａ】
2017223825.tif 000012
【図６Ｂ】
2017223825.tif 000013
【図７Ａ】
2017223825.tif 000014
【図７Ｂ】
2017223825.tif 000015
【図７Ｃ】
2017223825.tif 000016
【図８】
2017223825.tif 000017
【図９Ａ】
2017223825.tif 000018
【図９Ｂ】
2017223825.tif 000019
【図９Ｃ】
2017223825.tif 000020
【図１０】
2017223825.tif 000021
【図１１】
2017223825.tif 000022
【図１２】
2017223825.tif 000023
【図１３】
2017223825.tif 000024
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
2017223825.tif 000026
【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
2017223825.tif 000028
【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
2017223825.tif 000030
【図１６Ｂ】
2017223825.tif 000031
【図１７】
2017223825.tif 000032
【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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