(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波面曲率を有する光束を発生する複数の光束発生手段と、
当該複数の光束発生手段によって発生された複数の光束のうち少なくとも１つの光束を選択する光束選択手段と
を備えた波面曲率変調装置。
【請求項２】
前記光束選択手段は、前記複数の光束発生手段によって発生された複数の光束をそれぞれ独立に強度変調もしくは遮断する光束強度変調手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の波面曲率変調装置。
【請求項３】
前記複数の光束発生手段によって発生された複数の光束を同軸上に合成する光束合成手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の波面曲率変調装置。
【請求項４】
前記光束選択手段は前記複数の光束の選択を行う光スイッチを備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の波面曲率変調装置。
【請求項５】
前記複数の光束の波面曲率をそれぞれ独立に調整もしくは変調可能な波面曲率調整手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の波面曲率変調装置。
【請求項６】
前記波面曲率調整手段は、前記複数の光束によって波面の曲率半径を無限大から約１０ｃｍまでの領域に変調もしくは調整可能であることを特徴とする請求項５に記載の波面曲率変調装置。
【請求項７】
前記異なる波面曲率を有する複数の光束のそれぞれが、複数の波長の光束の集合体であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の波面曲率変調装置。
【請求項８】
前記光束発生手段は、
少なくとも１つの光源から出射される光束を複数の光束に分離する光束分離手段と、
当該分離された複数の光束をそれぞれ異なる波面曲率を有する光束に変換する光束変換手段と
を備えたことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の波面曲率変調装置。
【請求項９】
前記光束発生手段は、
複数の光束をそれぞれ発生する複数の光源と、
当該複数の光源によって発生された複数の光束を、それぞれ異なる波面曲率を有する光束に変換する複数の光束変換手段と
を備えたことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の波面曲率変調装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載の波面曲率変調装置を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
前記波面曲率変調装置から出射される光束を走査する光走査手段と、
当該光走査手段によって走査された光束を観察者の瞳孔に入射させる光学手段と
を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
観察者の視点を想定した仮想視点からの距離が異なる複数の仮想投影面上にそれぞれ２次元画像を投影することで３次元画像を表現する仮想投影手段を備えたことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記複数の仮想投影面の任意の１つに観察者のピント調整がされた場合、前記仮想視点からみた前記仮想投影面の前後に位置する２つの前記仮想投影面のそれぞれのピントのずれの差に基づくボケ量がほぼ同一となるように仮想投影面間の距離が設定されていることを特徴とする請求項１２に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記複数の仮想投影面の任意の１つに観察者のピント調整がされた場合、当該仮想投影面に隣接する仮想投影面のボケ量が観察者の視覚分解能とほぼ一致するように仮想投影面間の距離が設定されていることを特徴とする請求項１２に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記仮想投影手段は、前記複数の仮想投影面上に投影される２次元画像に加え、奥行き情報を含む画像データもしくはポリゴンデータに基づく画像を前記仮想投影面上に投影することを特徴とする請求項１２乃至１４の何れかに記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記仮想視点から観察した３次元画像の任意の部位を、当該任意の部位と前記仮想視点との間の距離に対応したそれぞれの前記仮想投影面上に投影することを特徴とする請求項１２乃至１５の何れかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光束の波面曲率を変調し、その波面曲率が変調された光束を走査して眼の網膜に直接画像を投影する波面曲率変調装置及び波面曲率変調装置を備えた画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年レーザ、ＬＥＤ等の光源が発する微弱な光束を２次元光走査装置で走査して観察者の瞳孔に投入することにより網膜上に直接描画を行う、いわゆる網膜走査型ディスプレイと呼ばれる装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この網膜走査型ディスプレイは、例えば、眼鏡と同様に観察者の頭部に装着して使用するように構成されており、高精細で画角の大きな画像を提供することができる。このような網膜走査型ディスプレイには、観察者の眼に入射する画像の奥行きを表現する手段として、発生された光束の波面曲率を変調する波面曲率変調装置が設けられている。
【０００３】
ここで、波面曲率について説明する。光源から発した光は、光源を中心とした全方位に等速、同位相で進む光の波、いわゆる等位球面波として伝搬されるが、光源と観察者との距離に応じてその球面波の持つ曲率半径が異なってくる。光源が近ければ曲率半径の小さい像として、また、光源が遠ければ曲率半径の大きい像として観察者の眼に入射される。観察者はピント合わせ動作を介してこの曲率半径のずれを認識し、遠近感を感じることができる。波面曲率変調装置は、光源が任意の距離に存在するかのように観察者の眼に入射することができ、自然な立体視を可能としている。
【０００４】
上記特許文献１に記載の波面曲率変調装置（波面曲率変調手段）では、圧電板へ制御電圧を印加して圧電板を変形し、圧電板に設けられている反射膜における光束の反射の前後で、その光束の波面曲率を変化させていた。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８７４２０８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成による波面曲率変調装置よりも、より高い動作周波数で波面曲率の変調を行うことができる波面曲率変調装置が求められていた。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、高速な波面曲率の変調を行うことのできる波面曲率変調装置及び波面曲率変調装置を備えた画像表示装置を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の波面曲率変調装置は、互いに異なる波面曲率を有する光束を発生する複数の光束発生手段と、当該複数の光束発生手段によって発生された複数の光束のうち少なくとも１つの光束を選択する光束選択手段とを備えている。
【０００９】
この構成の波面曲率変調装置では、複数の光束発生手段が、互いに異なる波面曲率を有する光束をそれぞれ発生し、光束選択手段が、発生された複数の光束のうち少なくとも１つの光束を選択することができる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明の波面曲率変調装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記光束選択手段は、前記複数の光束発生手段によって発生された複数の光束をそれぞれ独立に強度変調もしくは遮断する光束強度変調手段を備えている。
【００１１】
この構成の波面曲率変調装置では、請求項１に係る発明の作用に加え、光束選択手段の光束強度変調手段が、複数の光束発生手段によって発生された複数の光束をそれぞれ独立に強度変調もしくは遮断することができる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明の波面曲率変調装置は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記複数の光束発生手段によって発生された複数の光束を同軸上に合成する光束合成手段を備えている。
【００１３】
この構成の波面曲率変調装置では、請求項１又は２に係る発明の作用に加え、光束合成手段が、複数の光束発生手段によって発生された複数の光束を同軸上に合成することができる。
【００１４】
また、請求項４に係る発明の波面曲率変調装置は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の構成に加え、前記光束選択手段は前記複数の光束の選択を行う光スイッチを備えたことを特徴とする構成となっている。
【００１５】
この構成の波面曲率変調装置では、請求項１乃至３の何れかに係る発明の作用に加え、光束選択手段の光スイッチが、複数の光束の選択を行うことができる。
【００１６】
また、請求項５に係る発明の波面曲率変調装置は、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記複数の光束の波面曲率をそれぞれ独立に調整もしくは変調可能な波面曲率調整手段を備えている。
【００１７】
この構成の波面曲率変調装置では、請求項１乃至４の何れかに係る発明の作用に加え、波面曲率調整手段が、複数の光束の波面曲率をそれぞれ独立に調整もしくは変調することができる。
【００１８】
また、請求項６に係る発明の波面曲率変調装置は、請求項５に記載の発明の構成に加え、前記波面曲率調整手段は、前記複数の光束によって波面の曲率半径を無限大から約１０ｃｍまでの領域に変調もしくは調整可能であることを特徴とする構成となっている。
【００１９】
この構成の波面曲率変調装置では、請求項５に係る発明の作用に加え、波面曲率調整手段は、発生された互いに異なる波面曲率を有する複数の光束によって、波面の曲率半径を無限大から約１０ｃｍまでの領域に変調もしくは調整することができる。
【００２０】
また、請求項７に係る発明の波面曲率変調装置は、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の構成に加え、前記異なる波面曲率を有する複数の光束のそれぞれが、複数の波長の光束の集合体であることを特徴とする構成となっている。
【００２１】
この構成の波面曲率変調装置では、請求項１乃至６の何れかに係る発明の作用に加え、異なる波面曲率を有する複数の光束のそれぞれが、複数の波長の光束の集合体であるので、複数の波長からなる光束の波面曲率を調整もしくは変調することができる。
【００２２】
また、請求項８に係る発明の波面曲率変調装置は、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の構成に加え、前記光束発生手段は、少なくとも１つの光源から出射される光束を複数の光束に分離する光束分離手段と、当該分離された複数の光束をそれぞれ異なる波面曲率を有する光束に変換する光束変換手段とを備えている。
【００２３】
この構成の波面曲率変調装置では、請求項１乃至７の何れかに係る発明の作用に加え、光束発生手段の光束分離手段が、少なくとも１つの光源から出射される光束を複数の光束に分離し、光束変換手段が、分離された複数の光束をそれぞれ異なる波面曲率を有する光束に変換することができる。
【００２４】
また、請求項９に係る発明の波面曲率変調装置は、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の構成に加え、前記光束発生手段は、複数の光束をそれぞれ発生する複数の光源と、当該複数の光源によって発生された複数の光束を、それぞれ異なる波面曲率を有する光束に変換する複数の光束変換手段とを備えている。
【００２５】
この構成の波面曲率変調手段では、請求項１乃至７の何れかに係る発明の作用に加え、複数の光源からそれぞれ発生された光束を、その各光束にそれぞれ対応した光束変換手段によってそれぞれ異なる波面曲率を有する光束に変換することができる。
【００２６】
また、請求項１０に係る発明の画像表示装置は、請求項１乃至９の何れかに記載の波面曲率変調装置を備えている。
【００２７】
この構成の画像表示装置では、請求項１乃至９の何れかに記載の波面曲率変調装置を備えているので、光束の波面曲率を変調できる。
【００２８】
また、請求項１１に係る発明の画像表示装置は、請求項１０に記載の発明の構成に加え、前記波面曲率変調装置から出射される光束を走査する光走査手段と、当該光走査手段によって走査された光束を観察者の瞳孔に入射させる光学手段とを備えている。
【００２９】
この構成の画像表示装置では、請求項１０に係る発明の作用に加え、光走査手段が、波面曲率変調装置から出射される光束を走査し、光学手段が、光走査手段によって走査された光束を観察者の瞳孔に入射させることができる。
【００３０】
また、請求項１２に係る発明の画像表示装置は、請求項１０又は１１に記載の発明の構成に加え、観察者の視点を想定した仮想視点からの距離が異なる複数の仮想投影面上にそれぞれ２次元画像を投影することで３次元画像を表現する仮想投影手段を備えている。
【００３１】
この構成の画像表示装置では、請求項１０又は１１に係る発明の作用に加え、仮想投影手段が、観察者の視点を想定した仮想視点からの距離が異なる複数の仮想投影面上にそれぞれ２次元画像を投影することで３次元画像を表現することができる。
【００３２】
また、請求項１３に係る発明の画像表示装置は、請求項１２に記載の発明の構成に加え、前記複数の仮想投影面の任意の１つに観察者のピント調整がされた場合、前記仮想視点からみた前記仮想投影面の前後に位置する２つの前記仮想投影面のそれぞれのピントのずれの差に基づくボケ量がほぼ同一となるように仮想投影面間の距離が設定されていることを特徴とする構成となっている。
【００３３】
この構成の画像表示装置では、請求項１２に係る発明の作用に加え、複数の仮想投影面の任意の１つに観察者のピント調整がされた場合、仮想視点からみた仮想投影面の前後に位置する２つの仮想投影面のそれぞれのピントのずれの差に基づくボケ量がほぼ同一となるように仮想投影面間の距離が設定されているので、それぞれの仮想投影面間の遠近感の差を自然に表現することができる。
【００３４】
また、請求項１４に係る発明の画像表示装置は、請求項１２に記載の発明の構成に加え、前記複数の仮想投影面の任意の１つに観察者のピント調整がされた場合、当該仮想投影面に隣接する仮想投影面のボケ量が観察者の視覚分解能とほぼ一致するように仮想投影面間の距離が設定されていることを特徴とする構成となっている。
【００３５】
この構成の画像表示装置では、請求項１２に係る発明の作用に加え、複数の仮想投影面の任意の１つに観察者のピント調整がされた場合、仮想投影面に隣接する仮想投影面のボケ量が観察者の視覚分解能とほぼ一致するように仮想投影面間の距離が設定されているので、表現したい遠近感にあわせて効率よく仮想投影面の配置を設定することができる。
【００３６】
また、請求項１５に係る発明の画像表示装置は、請求項１２乃至１４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記仮想投影手段は、前記複数の仮想投影面上に投影される２次元画像に加え、奥行き情報を含む画像データもしくはポリゴンデータに基づく画像を前記仮想投影面上に投影することを特徴とする構成となっている。
【００３７】
この構成の画像表示装置では、請求項１２乃至１４の何れかに係る発明の作用に加え、仮想投影手段が、複数の仮想投影面上に投影される２次元画像に加え、奥行き情報を含む画像データもしくはポリゴンデータに基づく画像を仮想投影面上に投影することができる。
【００３８】
また、請求項１６に係る発明の画像表示装置は、請求項１２乃至１５の何れかに記載の発明の構成に加え、前記仮想視点から観察した３次元画像の任意の部位を、当該任意の部位と前記仮想視点との間の距離に対応したそれぞれの前記仮想投影面上に投影することを特徴とする構成となっている。
【００３９】
この構成の画像表示装置では、請求項１２乃至１５の何れかに係る発明の作用に加え、仮想視点から観察した３次元画像の任意の部位を、任意の部位と仮想視点との間の距離に対応したそれぞれの仮想投影面上に投影することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る波面曲率変調装置の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明に係る波面曲率変調装置１の構成について、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、波面曲率変調装置１の構成を示す構成図である。図２は、光束発生手段１０の構成を示す構成図である。図３は、第１の実施の形態の光束選択手段２０の構成を示す構成図である。図４は、第２の実施の形態の光束選択手段２０の構成を示す構成図である。図５は、第３の実施の形態の光束選択手段２０の構成を示す構成図である。
【００４１】
まず、図１に示すように、波面曲率変調装置１は、４種類のそれぞれ波面曲率の異なる光束を発生する光束発生手段１０と、光束発生手段１０で発生された光束が入射され、入射された光束のうち少なくとも１つを選択して外部に出射する光束選択手段２０とから構成される。光束発生手段１０は、略平行な光束を発生する光源１１と、波面曲率ａの光束Ａを発生する光束Ａ発生部２と、波面曲率ｂの光束Ｂを発生する光束Ｂ発生部３と、波面曲率ｃの光束Ｃを発生する光束Ｃ発生部４と、波面曲率ｄの光束Ｄを発生する光束Ｄ発生部５とで構成される。光束発生手段１０から出射された光束Ａ〜Ｄは光束選択手段２０に入射され、そのうちの少なくとも１つ、例えば波面曲率ｂの光束Ｂが、光束選択手段２０から選択的に出射される構成となっている。
【００４２】
次に、図２に示すように、光束発生手段１０には、略平行な光束を発生する光源１１と、光源１１から発せられた光束の一部を透過し一部を反射する部分透過ミラー１２と、部分透過ミラー１２によって透過された光束の波面曲率を変調するレンズ列１３とが、それぞれＸ軸方向の同軸上に設けられており、光束Ａ発生部２は、部分透過ミラー１２とレンズ列１３とで構成されている。また、部分透過ミラー１２に反射される光束の光軸上（Ｙ軸方向）には、部分透過ミラー１４と、部分透過ミラー１６と、全反射ミラー１８とが設けられている。さらに、部分透過ミラー１４，１６にそれぞれ反射される光束の光軸上（Ｘ軸方向）には、光束の波面曲率を変調するレンズ列１５，１７がそれぞれ設けられている。光束Ｂ発生部３は、部分透過ミラー１４とレンズ列１５とで、光束Ｃ発生部４は、部分透過ミラー１６とレンズ列１７とでそれぞれ構成されている。また、全反射ミラー１８が反射する光束の光軸上には、光束の波面曲率を変調するレンズ列１９が設けられている。光束Ｄ発生部５は、全反射ミラー１８とレンズ列１９とで構成されている。尚、部分透過ミラー１２，１４，１６と、全反射ミラー１８とが、本発明における光束分離手段であり、レンズ列１３，１５，１７，１９が、本発明の請求項８における光束変換手段である。
【００４３】
部分透過ミラー１２，１４，１６は、入射した光束の一部を透過し、一部を反射するハーフミラーである。部分透過ミラー１２は、−Ｘ方向から入射する光束の一部を＋Ｘ方向に透過し、一部を−Ｙ方向に反射する向きに、また、部分透過ミラー１４，１６は、＋Ｙ方向から入射する光束の一部を−Ｙ方向に透過し、一部を＋Ｘ方向に反射する向きにそれぞれ設けられている。また、全反射ミラー１８は、＋Ｙ方向から入射する光束を＋Ｘ方向に反射する向きに設けられている。
【００４４】
また、レンズ列１３，１５，１７，１９は、それぞれ焦点距離がｆの２つの凸レンズから構成されており、それぞれの凸レンズの主点間の距離がｆａ＋ｆ，ｆｂ＋ｆ，ｆｃ＋ｆ，ｆｄ＋ｆとなるように固定されている。そして、ｆａ〜ｆｄの関係が、以下の式を満たすように、それぞれの凸レンズは光束発生手段１０に設けられている。
ｆ＝ｆａ                  ・・・（１）
ｆａ＞ｆｂ＞ｆｃ＞ｆｄ＞０・・・（２）
【００４５】
光源１１として利用するには、略平行な光束であるレーザ光を発することのできるレーザ光源が適しているが、ＬＥＤ等のその他の光源を利用することもできる。
【００４６】
次に、図３に示すように、第１の実施の形態の光束選択手段２０には、入射される光束Ａの光強度を変調する強度変調器２１と、強度変調器２１によって変調された光束Ａを全反射する全反射ミラー２５とが、光束Ａの光軸上（Ｘ軸方向）に設けられている。同様に入射される光束Ｂ，Ｃ，Ｄの光強度をそれぞれ変調する強度変調器２２，強度変調器２３，強度変調器２４と、変調された光束Ｂ，Ｃ，Ｄをそれぞれ反射または透過する合成ミラー２６，合成ミラー２７，合成ミラー２８とが、光束Ｂ，Ｃ，Ｄの光軸上（Ｘ軸方向）にそれぞれ設けられている。さらに、全反射ミラー２５に反射された光束Ａと、合成ミラー２６〜２８に反射された光束Ｂ〜Ｄとが合成されるように、全反射ミラー２５及び合成ミラー２６〜２８の位置が、Ｙ軸方向の同軸上に整列されている。尚、強度変調器２１〜２４が、本発明における光束強度変調手段であり、全反射ミラー２５と、合成ミラー２６〜２８とが、本発明における光束合成手段である。
【００４７】
強度変調器２１〜２４は、光変調器であり、光変調器は、電気信号を変換回路を介して光信号に変換するデバイスである。光変調器には、半導体レーザ等を用いて変調信号の変化をそのレーザ光の強度変化に変調する方式や、デバイスに入射した光束を変調し、変調した光束を出射する方式等がある。例えば強度変調器２１〜２４として後者の方式の音響光学効果を利用したＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator：音響光学変調器）等を用いれば、数百ＭＨｚの駆動周波数での光束の高速な変調が可能である。
【００４８】
合成ミラー２６〜２８は、その表面から入射した光束の一部を反射し、その裏面から入射した光束の一部を透過する。合成ミラー２６，２７は、＋Ｙ方向から入射した光束の一部を−Ｙ方向に透過し、−Ｘ方向から入射した光束の一部を−Ｙ方向に反射する向きにそれぞれ設けられている。また、合成ミラー２８は、＋Ｙ方向から入射した光束の一部を＋Ｘ方向に反射し、−Ｘ方向から入射した光束の一部を＋Ｘ方向に透過する向きに設けられている。全反射ミラー２５は、−Ｘ方向から入射した光束を−Ｙ方向に反射する向きに設けられている。
【００４９】
次に、図４に示すように、第２の実施の形態の光束選択手段２０には、入射される光束Ａ〜Ｄのそれぞれの光軸上（Ｘ軸方向）に、光束Ａ〜Ｄの反射方向をそれぞれ変更する光スイッチ３１、光スイッチ３２、光スイッチ３３、及び光スイッチ３４が設けられている。また、光スイッチ３１，３２，３３，３４で反射されたそれぞれの光束の光軸上（Ｙ軸方向）には、全反射ミラー３５，合成ミラー３６，合成ミラー３７，合成ミラー３８が設けられている。さらに、光束Ａ〜Ｄが、反射または透過して合成され、光束選択手段２０の光束の出射部位に設けられたスリット３９を介して出射されるように、全反射ミラー３５、合成ミラー３６〜３８、及びスリット３９の位置が、Ｘ軸方向の同軸上に整列されている。
【００５０】
光スイッチ３１〜３４には、例えばシリコンマイクロミラーアレイを用いることができ、その生産においてシリコン微細加工などの半導体プロセスによる生産が可能であり、光束選択手段２０の小型化、ひいては波面曲率変調装置１の小型化を図ることができる。
【００５１】
光スイッチ３１〜３４は、−Ｘ方向から入射した光束を−Ｙ方向に反射する向きにそれぞれ設けられている。また、光スイッチ３１〜３４は可動することができ、入射する光束の反射方向を変更することができる。また、全反射ミラー３５は、＋Ｙ方向から入射した光束を＋Ｘ方向に反射する向きに設けられている。合成ミラー３６〜３８は、その表面から入射した光束の一部を反射し、その裏面から入射した光束の一部を透過することができ、それぞれ＋Ｙ方向から入射した光束の一部を＋Ｘ方向に反射し、−Ｘ方向から入射した光束の一部を＋Ｘ方向に透過する向きに設けられている。スリット３９は、全反射ミラー３５及び合成ミラー３６〜３８によって合成される光束の光軸と同軸となる光束のみが通過できるようになっており、光スイッチ３１〜３４によって反射方向をずらされた光束は、このスリット３９を通過することができないようになっている。
【００５２】
次に、図５に示すように、第３の実施の形態の光束選択手段２０には、入射される光束Ａ〜Ｄのそれぞれの光軸上（Ｘ軸方向）に、固定ミラー４４、固定ミラー４５，固定ミラー４６、及び固定ミラー４７がそれぞれ設けられている。また、固定ミラー４４，４５がそれぞれ反射する光束Ａ，Ｂの光軸が同軸上（Ｙ軸方向）で重なるように固定ミラー４４，４５は整列され、さらにその同軸上に光スイッチ４１が設けられている。同様に、固定ミラー４６，４７と光スイッチ４２も、Ｙ軸方向の同軸上に整列されている。
【００５３】
光スイッチ４１，４２及び光スイッチ４３は、前述のシリコンマイクロミラーアレイ等で形成されており、高速な光束のスイッチングを可能としている。光スイッチ４１，４２はそれぞれ光束ＡまたはＢのいずれか一方，光束ＣまたはＤのいずれか一方を選択的に反射するようになっている。さらに、光スイッチ４１，４２のＸ軸方向の同軸上には、固定ミラー４８，固定ミラー４９がそれぞれ設けられている。そして、固定ミラー４８，４９がそれぞれ反射する光束の光軸が同軸上（Ｙ軸方向）で重なるように固定ミラー４８，４９は整列され、さらにその同軸上に光スイッチ４３が設けられている。光スイッチ４３もまた、固定ミラー４８または４９を介して入射された光束のうちいずれか一方を選択的に反射するようになっている。
【００５４】
固定ミラー４４，４６，４８は、−Ｘ方向から入射した光束を−Ｙ方向に反射する向きに、また、固定ミラー４５，４７，４９は、−Ｘ方向から入射した光束を＋Ｙ方向に反射する向きにそれぞれ設けられている。光スイッチ４１〜４３は、＋Ｙ方向または−Ｙ方向から入射される光束のうちいずれか一方を選択的に＋Ｘ方向に出射するように、その反射面の角度を変更することができるようになっている。
【００５５】
次に、図１乃至図５を参照して、各実施の形態の波面曲率変調装置１の動作について説明する。まず、第１の実施の形態の波面曲率変調装置１の動作について、図１乃至図３を参照して説明する。図２に示すように、光源１１で発生された光束は＋Ｘ方向に出射され、光束Ａ発生部２の部分透過ミラー１２に入射される。部分透過ミラー１２は、入射した光束の一部を＋Ｘ方向に透過し、一部を−Ｙ方向に反射する。＋Ｘ方向に透過された光束はレンズ列１３に入射し、その波面曲率を変調され、＋Ｘ方向に出射される。
【００５６】
レンズ列１３を構成する焦点距離ｆの２つの凸レンズは、その主点間の距離がｆａ＋ｆとなっており、数式（１）においてｆａがｆと等しくなるように定義されている。すなわち、２つの凸レンズの主点間の距離は凸レンズの焦点距離ｆの２倍であり、−Ｘ方向から１の凸レンズに入射した光束はその中間位置で焦点を結び、２の凸レンズに入射する。２つの凸レンズの仕様は同一であり、１の凸レンズを通過し距離ｆで焦点を結んだ光束がその収束角度と同じ広がり角度をもって距離ｆの２の凸レンズに入射すると、２の凸レンズを通過した光束は１の凸レンズに入射する前の光束と同じ広がり幅の光束（光束Ａ）となって光束Ａ発生部２から出射される。この場合、光源１１から発せられた光束が略平行な光束であるので、その波面曲率ａは平行光の場合の値（ほぼ０に等しい）をとる。
【００５７】
ところで、波面曲率は、曲率半径の逆数である。平行光の曲率半径はほぼ無限大に等しいので、その逆数である波面曲率はほぼ０に等しくなる。
【００５８】
また、部分透過ミラー１２で反射された光束は−Ｙ方向に進み、光束Ｂ発生部３の部分透過ミラー１４に入射される。部分透過ミラー１４は、入射した光束の一部を＋Ｘ方向に反射し、一部を−Ｙ方向に透過する。＋Ｘ方向に反射された光束はレンズ列１５に入射し、その波面曲率が変調され、＋Ｘ方向に出射される。
【００５９】
レンズ列１５を構成する焦点距離ｆの２つの凸レンズは、その主点間の距離がｆｂ＋ｆとなっており、数式（２）においてｆｂは、ｆより小さく０より大きい値として定義されているので、２つの凸レンズの主点間の距離は凸レンズの焦点距離ｆより大きく２ｆより小さい。−Ｘ方向から１の凸レンズに入射した光束は、１の凸レンズから距離ｆの位置で焦点を結び、２の凸レンズに入射する。１の凸レンズを通過し距離ｆで焦点を結んだ光束がその収束角度と同じ広がり角度をもって距離ｆより近い距離ｆｂの位置にある２の凸レンズに入射すると、２の凸レンズはその光束を１の凸レンズに入射する前の光束と同じ平行光に屈折することができず、広がり角度を有する波面曲率ｂの光束Ｂとして光束Ｂ発生部３から出射される。光束Ｂは広がり角度をもち、ほぼ平行光の光束Ａより曲率半径が小さいので、波面曲率ｂは波面曲率ａより大きい値となる。
【００６０】
また、部分透過ミラー１４で透過された光束は−Ｙ方向に進み、光束Ｃ発生部４の部分透過ミラー１６に入射される。部分透過ミラー１６は、部分透過ミラー１４と同様に、入射した光束の一部を＋Ｘ方向に反射し、一部を−Ｙ方向に透過する。さらに、部分透過ミラー１６で透過された光束は−Ｙ方向に進み、光束Ｄ発生部５の全反射ミラー１８に入射される。全反射ミラー１８は、＋Ｙ方向から入射した光束を＋Ｘ方向に反射する。部分透過ミラー１６，全反射ミラー１８で＋Ｘ方向に反射された光束は、それぞれレンズ列１７，１９に入射し、その波面曲率が調整され、＋Ｘ方向に出射される。
【００６１】
光束Ｃ発生部４，光束Ｄ発生部５は、入射した光束の波面曲率をレンズ列１７，１９を利用してそれぞれ調整している。その調整の方法は前述の光束Ｂ発生部３の場合と同様であり、それぞれのレンズ列１７，１９に入射した光束は、各々が有する２つの凸レンズの間の距離ｆｃ＋ｆ，距離ｆｄ＋ｆに応じて波面曲率ｃの光束Ｃ，波面曲率ｄの光束Ｄにそれぞれ調整され、光束Ｃ発生部４，光束Ｄ発生部５より各々出射される。また、数式（１），（２）より、
波面曲率ａ＜波面曲率ｂ＜波面曲率ｃ＜波面曲率ｄ
の関係が満たされ、光束発生手段１０からは、それぞれが異なる波面曲率を有する４つの光束として出射されることとなる。
【００６２】
ところで、網膜上に投影されたピンボケ像の眼のピント調整機能による検出能力を考慮すると、波面曲率による表現が無段階に行われる必要はない。例えば、曲率半径が１０ｃｍ，５０ｃｍ，３ｍ，無限遠といった４段階程度の対数的に異なる波面曲率の光束を表現するだけでも、実質的に十分な波面曲率の変調の効果を得ることができる。
【００６３】
次に、図３に示すように、光束選択手段２０には、光束発生手段１０から出射された４つの光束Ａ〜Ｄが、−Ｘ方向より強度変調器２１〜２４にそれぞれ入射される。強度変調器２１〜２４は、図７に示す、光束選択手段駆動回路６３からの信号に基づいて動作され、通過する光束Ａ〜Ｄの光強度をそれぞれ変調する。強度変調器２１〜２４を通過して変調された光束Ａ〜Ｄは＋Ｘ方向に出射され、光束Ａは全反射ミラー２５に、光束Ｂ，Ｃは合成ミラー２６，２７にそれぞれ−Ｙ方向へ反射され、さらに同軸上で合成され、この合成された光束が、合成ミラー２８によって＋Ｘ方向に反射される。光束Ｄは合成ミラー２８を透過し、この合成された光束にマージされ、光束選択手段２０からの出射光、すなわち、図１に示す、波面曲率変調装置１からの出射光として＋Ｘ方向に出射される。
【００６４】
図３に示す例の場合、−Ｘ方向から入射する波面曲率ａの光束Ａ，波面曲率ｃの光束Ｃ，波面曲率ｄの光束Ｄが、図７に示す、光束選択手段駆動回路６３からの信号に基づき、強度変調器２１，２３，２４によってそれぞれ遮断され、＋Ｘ方向に出射されない。一方、波面曲率ｂの光束Ｂは、強度変調器２２に遮断されず、強度変調器２２から＋Ｘ方向に出射される。さらに、合成ミラー２６で反射されて−Ｙ方向に進み、合成ミラー２８で＋Ｘ方向に反射され、光束選択手段２０によって選択された波面曲率ｂの光束Ｂとして波面曲率変調装置１から出射される。
【００６５】
強度変調器２１〜２４は、入射する光束Ａ〜Ｄの光強度を遮断及び変調するが、それぞれ光強度の異なる光束としても出射できる。この場合、１つの光束に複数の異なる波面曲率を有する光束を合成して、波面曲率変調装置１から出射することができる。例えば、波面曲率ｂの光束Ｂと、波面曲率ｃの光束Ｃとを、その光強度を１対１として合成して出射すると、観察者は、光束Ｂ及びＣの波面曲率に対応した２つの仮想投影面の中間に仮想投影面があるかのように認識することができる。さらに、合成する光束の光強度の比率を任意に設定することで、任意の位置に仮想投影面があるかのように観察者に認識させることができる。従って、光束Ａ〜Ｄの光強度の比率を強度変調器２１〜２４によってそれぞれ調整し、変調された光束を合成して出射することによって、波面曲率の変化を実質無段階に調整するのと同じ効果が得られる。
【００６６】
尚、強度変調器の中には、前述のＡＯＭのように波面曲率に影響を与える可能性のあるものもある。この場合は、光束発生手段１０で発生された光束の波面曲率がＡＯＭを通過することによって乱されてしまう。これを防止するために、強度変調器２１〜２４を、光束発生手段１０中のレンズ列１３，１５，１７，１９と部分透過ミラー１２，１４，１６及び全反射ミラー１８との間に設置することもできる。この配置においても、異なった波面曲率を持つ光束を選択するための光束選択手段として同様の効果が得られる。また、強度変調器として、半導体レーザの直接変調を用いる場合においては、半導体レーザ光源自体が強度変調機能を持つため、必然的にレンズ列１３，１５，１７，１９の前段で強度変調を行う配置となる。
【００６７】
また、上記形態の他にも、図９に示すように、光源として４つの半導体レーザ光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを、それぞれ光束発生手段１０中のレンズ列１３，１５，１７，１９の光路上流側に配置することも可能である。すなわち、光束発生手段１０において、光束Ａ発生部２の光源として半導体レーザ光源１１ａを設け、これより出射される光束の光軸上にレンズ列１３を設ける。同様に、光束Ｂ発生部３，光束Ｃ発生部４，光束Ｄ発生部５のそれぞれに、半導体レーザ光源１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、レンズ列１４，１７，１９とを光軸が同じとなるように各々設ける。そして、前記同様、各半導体レーザ光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄより出射される光束の波面曲率を各レンズ列１３，１５，１７，１９で変調し、それぞれ波面曲率ａの光束Ａ，波面曲率ｂの光束Ｂ，波面曲率ｃの光束Ｃ，波面曲率ｄの光束Ｄとして光束発生手段１０より出射させ、光束選択手段２０に入射させる。この場合、各半導体レーザ光源１１ａ〜１１ｄより出射される光束の光強度をそれぞれ調節することで、光束選択手段２０における強度変調器２１〜２４（図３参照）の構成を省いても、光束選択手段２０からの出力は、上記同様の効果を得ることができる。尚、半導体レーザ光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが、本発明の請求項９における光源であり、レンズ列１３，１５，１７，１９が、本発明の請求項９における光束変換手段である。
【００６８】
次に、第２の実施の形態の波面曲率変調装置１について、図４を参照して説明する。第２の実施の形態の波面曲率変調装置１において、光束発生手段１０によって、光束が発生され、それぞれが異なる波面曲率を有する４つの光束に分離され、光束選択手段２０に対して出射されるまでの動作に関しては、前述の実施の形態の場合と同様である。
【００６９】
図４に示すように、光束選択手段２０には、光束発生手段１０から出射された４つの光束Ａ〜Ｄが、−Ｘ方向より光スイッチ３１〜３４にそれぞれ入射される。光スイッチ３１〜３４は、図７に示す、光束選択手段駆動回路６３からの信号に基づいて動作され、入射される光束Ａ〜Ｄの反射方向をそれぞれ調整する。光スイッチ３１〜３４に反射された光束Ａ〜Ｄは−Ｙ方向に進み、光束Ａは全反射ミラー３５に、光束Ｂ〜Ｄは合成ミラー３６〜３８によって、＋Ｘ方向にそれぞれ反射され、同軸上で合成される。この合成された光束はスリット３９を通過して、光束選択手段２０からの出射光、すなわち、図１に示す、波面曲率変調装置１からの出射光として＋Ｘ方向に出射される。
【００７０】
ここで、光スイッチ３１〜３４によって光束Ａ〜Ｄのいずれかの反射方向が変化された場合、その光束は、同軸上に整列されている全反射ミラー３５、合成ミラー３６〜３８、及びスリット３９と同じ軸上を通過できなくなる。スリット３９はこれら軸のずれた光束が通過されないように設けられているので、図７に示す、光束選択手段駆動回路６３からの信号に基づく光スイッチ３１〜３４による光束の反射方向の調整によって、光束選択手段２０から出射される光束を選択することができる。
【００７１】
図４に示す例の場合、−Ｘ方向から入射する波面曲率ａの光束Ａ，波面曲率ｃの光束Ｃ，波面曲率ｄの光束Ｄの−Ｙ方向への反射方向が、図７に示す、光束選択手段駆動回路６３からの信号に基づいて可動される光スイッチ３１，３３，３４によって変化される。さらに、全反射ミラー３５，合成ミラー３７，３８で＋Ｘ方向にそれぞれ反射された光束は、その光路がスリット３９を通過できる光束の軸とずれるため、スリット３９に遮られて光束選択手段２０から出射されない。一方、波面曲率ｂの光束Ｂは、その光路がスリット３９を通過できる光束の軸と同軸上で重なる方向に合成ミラー３６で反射されるように、光スイッチ３２によって−Ｙ方向に反射される。従って、光束Ｂはスリット３９を通過することができ、光束選択手段２０によって選択された波面曲率ｂの光束Ｂとして波面曲率変調装置１から出射される。
【００７２】
スリット３９は、通過する光束の軸がわずかにずれただけでもその通過を遮断することができるので、光スイッチ３１〜３４は、大きく可動する必要はない。また、全反射ミラー３５及び合成ミラー３６〜３８によって光束Ａ〜Ｄを合成することができるので、第１の実施の形態の場合と同様に、波面曲率変調装置１は合成した光束の波面曲率を表現することができる。
【００７３】
次に、第３の実施の形態の波面曲率変調装置１について、図５を参照して説明する。第３の実施の形態の波面曲率変調装置１において、光束発生手段１０によって、光束が発生され、それぞれが異なる波面曲率を有する４つの光束に分離され、光束選択手段２０に対して出射されるまでの動作に関しては、前述の実施の形態の場合と同様である。
【００７４】
図５に示すように、光束選択手段２０には、光束発生手段１０から出射された４つの光束Ａ〜Ｄが、−Ｘ方向より固定ミラー４４〜４７にそれぞれ入射される。固定ミラー４４，４６は、光束Ａ，Ｃを−Ｙ方向にそれぞれ反射し、固定ミラー４５，４７は、光束Ｂ，Ｄを＋Ｙ方向にそれぞれ反射する。光スイッチ４１は、固定ミラー４４，４５にそれぞれ反射された光束Ａ，Ｂのうちいずれか一方を＋Ｘ方向に反射するように、図７に示す、光束選択手段駆動回路６３からの信号に基づいて動作され、その選択された光束が、光スイッチ４１によって反射され、固定ミラー４８に入射される。同様に、光束Ｃ，Ｄのうちいずれか一方の選択された光束が光スイッチ４２によって反射され、固定ミラー４９に入射される。固定ミラー４８，４９は、−Ｘ方向から入射される光束を−Ｙ方向，＋Ｙ方向にそれぞれ反射する。そして、光スイッチ４３が、図７に示す、光束選択手段駆動回路６３からの信号に基づいて動作し、固定ミラー４８，４９にそれぞれ反射された光束のうち選択されたいずれか一方の光束を＋Ｘ方向に反射する。このように、光スイッチ４１〜４３によって選択的に光束選択手段２０を通過した光束は、光束選択手段２０からの出射光、すなわち、図１に示す、波面曲率変調装置１からの出射光として＋Ｘ方向に出射される。
【００７５】
図５に示す例の場合、−Ｘ方向から入射する波面曲率ａの光束Ａ，波面曲率ｄの光束Ｄは、光スイッチ４１，４２によってそれぞれ光路を絶たれ、光束選択手段２０を通過できない。また、光スイッチ４２で反射された波面曲率ｃの光束Ｃは、光スイッチ４３によって光路を絶たれ、光束選択手段２０を通過できない。一方、波面曲率ｂの光束Ｂは、光スイッチ４１，４３で反射され光路を進むことができ、光束選択手段２０によって選択された波面曲率ｂの光束Ｂとして波面曲率変調装置１から出射される。
【００７６】
以上説明したように、第１、第２及び第３の実施の形態の波面曲率変調装置１は、光束発生手段１０において、光源１１で発した光束を部分透過ミラー１２，１４，１６及び全反射ミラー１８によって４つの光束に分離し、レンズ列１３，１５，１７，１９によってそれぞれが異なる波面曲率ａ〜ｄを有する光束Ａ〜Ｄに変調する。さらに、第１の実施の形態の光束選択手段２０の場合、光束Ａ〜Ｄは、強度変調器２１〜２４によってそれぞれ変調され、全反射ミラー２５及び合成ミラー２６〜２８によって同軸上に光軸が重なった光束となるように合成され、光束Ａ〜Ｄのいずれかの光束が、光束選択手段２０から出射される。
【００７７】
また、第２の実施の形態の光束選択手段２０の場合、光束Ａ〜Ｄは、光スイッチ３１〜３４によってそれぞれその光路が変化され全反射ミラー３５及び合成ミラー３６〜３８によって合成される光束は、その変化された光路が、スリット３９を通過できる光束と同軸上で重なる光路であった場合にのみ、光束Ａ〜Ｄのいずれかの光束が、光束選択手段２０から出射される。
【００７８】
また、第３の実施の形態の光束選択手段２０の場合、光束Ａ〜Ｄは、固定ミラー４４〜４９及び光スイッチ４１〜４３によってそれぞれの光路が決定され、その光路が光スイッチ４１〜４３に遮断されなかった場合にのみ、光束Ａ〜Ｄのいずれかの光束が、光束選択手段２０から出射される。
【００７９】
尚、第２及び第３の実施の形態においては、まず光束を複数に分離した後、それぞれを異なる波面曲率を持つ光束とし、さらに光スイッチによって特定の光束を選択するという構成をとったが、必ずしもこの順番に限られるものではない。例えば、光スイッチを、異なる波面曲率を持った光束を発生する手段の前方に配置することも可能である。光ファイバーにカップリングされた光スイッチのように、波面曲率を維持したままスイッチングすることが困難なものも存在する。このような形式の光スイッチを用いる場合は、波面曲率を調整する手段よりも前方に配置することが必須となる。
【００８０】
尚、本発明の波面曲率変調装置１は、前記第１、第２及び第３の実施の形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、光束発生手段１０によって分離される光束は４つに限定する必要はない。また、光束発生手段１０は光源１１を有せず、外部で発生された光束を分離し、異なる波面曲率の光束に変調する手段であっても良い。
【００８１】
また、光束発生手段１０の各レンズ列１３，１５，１７，１９の変形例について、図６を参照して説明する。図６は、光束発生手段１０のレンズ列５０の変形例を示す図である。図６に示すように、光束発生手段１０のレンズ列５０は、焦点距離がｆの２つの凸レンズ５１，凸レンズ５３と、凸レンズ５１がＸ軸方向に変動可能になるように設けられた圧電アクチュエータ５２とからなる。凸レンズ５１は圧電アクチュエータ５２の駆動によって、その位置をＸ軸方向に移動することができるので、凸レンズ５３との間の距離を調整することができる。凸レンズ５１と凸レンズ５３との間の距離ｆｅ＋ｆは、
０＜ｆｅ≦ｆ
となる範囲で変動可能となるように定義されており、ほぼ平行光の入射光として−Ｘ方向から凸レンズ５１に入射する光束は、レンズ列５０を通過して凸レンズ５３から出射される場合、レンズ列１３，１５，１７，１９で説明したのと同様に、距離ｆｅ＋ｆに応じて波面曲率が変調された光束として出射される。例えばｆｅがｆと等しい場合は、レンズ列５０を通過して出射される光束は、入射光と同じ波面曲率を有する光束となる。また、ｆｅの値が小さくなるに従い、出射される光束の波面曲率は大きくなる。尚、このレンズ列５０が、本発明における波面曲率調整手段である。
【００８２】
レンズ列１３，１５，１７，１９としてレンズ列５０を利用することで、光束発生手段１０によって発生され変調される４つの光束は、その利用形態に合わせて波面曲率を変調することができるようになる。例えば、近距離のみからなる画像を提供する場合には、曲率半径が１０ｃｍ，３０ｃｍ，５０ｃｍ，１ｍの４つの光束を、また、遠距離が中心の画像を提供する場合には、曲率半径が１ｍ，３ｍ，５ｍ，無限大の４つの光束を発生させることで、きめ細かな遠近感の表現が実現できる。
【００８３】
次に、本発明に係る波面曲率変調装置を備えた画像表示装置の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図７は、画像表示装置８０の構成を示す構成図である。
【００８４】
まず、図７を参照して、画像表示装置８０の構成について説明する。図７に示すように、画像表示装置８０には、３次元の立体画像を解析してその奥行きに合わせて異なる２次元の平面画像を合成する仮想投影手段７７からの映像信号７８に基づいて、画像信号６８、奥行き信号６７、水平同期信号６９、及び垂直同期信号７０を発生する映像信号供給手段７１が設けられている。この映像信号供給手段７１からの画像信号６８、奥行き信号６７、水平同期信号６９及び垂直同期信号７０を受信して、波面曲率変調装置１の光束発生手段１０（図２参照）、波面曲率変調装置１の光束選択手段２０（図３参照）、水平走査光学系６０、及び垂直走査光学系６１をそれぞれ駆動する駆動電圧を発生する、光束発生手段駆動回路６４、光束選択手段駆動回路６３、水平走査系駆動回路６５、及び垂直走査系駆動回路６６がそれぞれ設けられている。
【００８５】
水平走査光学系６０には、入射した光束を水平方向に走査するポリゴンミラー（図示外）が設けられ、垂直走査光学系６１には、入射した光束を垂直方向に走査するガルバノミラー（図示外）が設けられている。また、水平走査光学系６０で走査された光束を垂直走査光学系６１に入射するための第１リレー光学系７５と、垂直走査光学系６１で走査された光束を観察者の眼６２に入射するための第２リレー光学系７６とが設けられている。波面曲率変調装置１と、水平走査光学系６０と、第１リレー光学系７５と、垂直走査光学系６１と、第２リレー光学系７６とは、波面曲率変調装置１で発生された光束が、水平走査光学系６０によって走査され、第１リレー光学系７５を介して入射した垂直走査光学系６１によって走査され、第２リレー光学系７６を介して観察者の眼６２に入射するようにそれぞれ配置されている。尚、水平走査光学系６０、及び垂直走査光学系６１が、本発明における光走査手段であり、第１リレー光学系７５、及び第２リレー光学系７６が、本発明における光学手段である。
【００８６】
次に、図７を参照して、画像表示装置８０の動作について説明する。図７に示すように、仮想投影手段７７からの映像信号７８を受信した映像信号供給手段７１は、受信した映像信号７８に基づいて、観察者の眼６２に入射する画像を形成するための各信号、すなわち奥行き信号６７、画像信号６８、水平同期信号６９及び垂直同期信号７０を発生する。光束発生手段駆動回路６４は、画像信号６８を受信すると、波面曲率変調装置１の光束発生手段１０（図２参照）を駆動するための駆動電圧を発生し、光束発生手段１０に印加する。光束発生手段１０は、この駆動電圧に基づいて光源１１より光束を発生し、前述のように、それぞれが異なる波面曲率を有する４つの光束に分離する。
【００８７】
次に、光束選択手段駆動回路６３は、奥行き信号６７を受信すると、波面曲率変調装置１の光束選択手段２０（図３参照）を駆動するための駆動電圧を発生し、光束選択手段２０に印加する。前述のように、光束選択手段２０はこの駆動電圧に基づいて強度変調器等を駆動し、光束発生手段１０より入射された４つの光束のうち少なくとも１つを選択し、波面曲率変調装置１からの出射光として水平走査光学系６０に対して出射する。
【００８８】
さらに、水平走査光学系６０は、波面曲率変調装置１より入射された光束を、ポリゴンミラー（図示外）で水平方向に走査する。ポリゴンミラーは水平走査系駆動回路６５で発生された駆動電圧に基づいて回転され、水平走査系駆動回路６５は、水平同期信号６９に基づいてポリゴンミラーの回転速度を調整するようにその駆動電圧を発生する。ポリゴンミラーで水平方向に走査された光束は、垂直走査光学系６１のガルバノミラー（図示外）に対して出射される。
【００８９】
次に、垂直走査光学系６１は、水平走査光学系６０より第１リレー光学系７５を介して入射された光束を、ガルバノミラーで垂直方向に走査する。ガルバノミラーは垂直走査系駆動回路６６で発生された駆動電圧に基づいて上下方向に振幅運動され、垂直走査系駆動回路６６は、垂直同期信号７０に基づいてガルバノミラーの振幅運動の速度を調整するようにその駆動電圧を発生する。ガルバノミラーで垂直方向に走査された光束は、第２リレー光学系７６を介して観察者の眼６２に対して出射され、その網膜上で結像することによって、観察者に画像の提供が行われる。
【００９０】
次に、図８を参照して、仮想投影手段７７における立体画像の処理について説明する。図８は、仮想投影手段７７において、３次元立体画像を仮想投影面に投影することで、画像提示位置の異なる２次元の画像情報の集合体を作成する情報処理を説明するための図である。尚、図８において、紙面の上下方向をＺ軸方向、左右方向をＸ軸方向、表裏方向をＹ軸方向とする。
【００９１】
図８に示すように、画像表示装置８０（図７参照）で立体画像を観察者の網膜上に投影するために、仮想投影手段７７（図７参照）では３次元物体モデル９０の解析が行われる。仮想投影手段７７では、例えば、３次元物体モデル９０の奥行き方向（Ｚ軸方向）に合わせて、Ｚ軸方向における、３つの仮想投影面ａ，仮想投影面ｂ，仮想投影面ｃが設定される。仮想投影面ａ〜ｃはＺ軸方向に垂直な平面（ＸＹ平面）であり、仮想投影面ａ，ｂのほぼ中間位置に設定された仮想分割面ｄと、仮想投影面ｂ，ｃのほぼ中間位置に設定された仮想分割面ｅとで３次元物体モデル９０をＺ軸方向に３分割する。
【００９２】
次に、仮想投影手段７７は、仮想視点８２からＸＹ平面に投影した３次元物体モデル９０を想定する。仮想視点８２は、観察者の網膜上に３次元物体モデル９０を投影する場合の、観察者が３次元物体モデル９０を見る位置として仮に想定する位置である。この仮想視点８２と３次元物体モデル９０との位置関係を再現した画像を観察者の眼に入射させることで、観察者に、あたかも仮想視点８２位置で３次元物体モデル９０を観察しているかのような錯覚をおこさせることができる。仮想投影手段７７は、仮想分割面ｅより仮想視点８２側に位置する３次元物体モデル９０の部分を、仮想視点８２から３次元物体モデル９０のその部分を仮想投影面ｃ上に投影した画像、すなわち投影された２次元画像８１ｃを作成する。同様に、仮想投影手段７７は、仮想分割面ｅと仮想分割面ｄとの間に位置する３次元物体モデル９０の部分を仮想投影面ｂ上に、また、仮想分割面ｄより＋Ｚ側に位置する３次元物体モデル９０の部分を仮想投影面ａ上に、それぞれ投影した画像、すなわち投影された２次元画像８１ｂ、投影された２次元画像８１ａを作成する。
【００９３】
さらに、仮想投影手段７７は、投影された２次元画像８１ａ〜８１ｃを、３つの異なる奥行きをもった１つの画像として処理し、処理内容に基づいて映像信号７８（図７参照）を発生し、映像信号供給手段７１（図７参照）に伝達する。以降、この映像信号７８が処理され観察者の網膜上に３次元物体モデル９０が投影されるまでの画像表示装置８０の動作については、前述の通りである。
【００９４】
尚、仮想投影面ａ〜ｃは３つでなくともよく、２つ、あるいは４つ以上の仮想投影面を設定してもよい。また、仮想投影面ａ〜ｃの位置は、３次元物体モデル９０のＺ軸方向の大きさに合わせて設定されるが、それぞれの仮想投影面間の距離は、この仮想投影面ａ〜ｃを合成した画像を観察者の網膜上に投影した場合、そのボケ量がピントのずれの差に基づいてほぼ同一となるように、３次元物体モデル９０の奥行き位置に合わせて設定してもよい。また、例えば、Ｚ軸方向において仮想投影面ｂの前後の仮想投影面ａ，ｃの、仮想投影面ｂに対する前記ボケ量が観察者の視覚分解能に基づいてほぼ一致するように設定してもよい。また、仮想投影手段７７からの映像信号７８と、外部からの映像信号（図示外）を映像信号供給手段７１においてマージして、そのマージされた映像信号に基づいた画像表示を行ってもよい。また、このマージする画像信号は、奥行き信号を含まない画像データに限られず、奥行き情報を含む画像データやポリゴンデータであってもよい。また、この画像表示装置８０に複数、例えば、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色を発生する３つの波面曲率変調装置１を設けてもよく、この場合、観察者の網膜上にカラーの画像を投影することができる。
【００９５】
尚、一般的な画像においては、各画素ごとではＲ，Ｇ，Ｂの３色の波面曲率は等しいので、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光束を合成した後、波面曲率変調装置１に入射するという構成をとることも可能である。この構成においては波面曲率変調装置１を各色ごとに３つ用意する必要はなく、単色の場合と同様に１つでカラー画像の波面曲率変調を行うことができる。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明の波面曲率変調装置では、複数の光束発生手段が、互いに異なる波面曲率を有する光束をそれぞれ発生し、光束選択手段が、発生された複数の光束のうち少なくとも１つの光束を選択することができる。従って、異なる波面曲率を有する光束を出射することができる。
【００９７】
また、請求項２に係る発明の波面曲率変調装置では、請求項１に係る発明の効果に加え、光束選択手段の光束強度変調手段が、複数の光束発生手段によって発生された複数の光束をそれぞれ独立に強度変調もしくは遮断することができる。従って、異なる強度及び異なる波面曲率を有する光束を、任意に出射することができる。
【００９８】
また、請求項３に係る発明の波面曲率変調装置では、請求項１又は２に係る発明の効果に加え、光束合成手段が、複数の光束発生手段によって発生された複数の光束を同軸上に合成することができる。従って、異なる波面曲率を有する光束を合成して同時に出射することができる。
【００９９】
また、請求項４に係る発明の波面曲率変調装置では、請求項１乃至３の何れかに係る発明の効果に加え、光束選択手段の光スイッチが、複数の光束の選択を行うことができる。従って、光束の選択を高速に行うことができる。
【０１００】
また、請求項５に係る発明の波面曲率変調装置では、請求項１乃至４の何れかに係る発明の効果に加え、波面曲率調整手段が、複数の光束の波面曲率をそれぞれ独立に調整もしくは変調することができる。従って、任意の波面曲率を有する光束を出射することができる。
【０１０１】
また、請求項６に係る発明の波面曲率変調装置では、請求項５に係る発明の効果に加え、波面曲率調整手段は、発生された互いに異なる波面曲率を有する複数の光束によって、波面の曲率半径を無限大から約１０ｃｍまでの領域に変調もしくは調整することができる。従って、出射する光束の波面曲率を、観察者が遠近感を認識できる範囲にすることができる。
【０１０２】
また、請求項７に係る発明の波面曲率変調装置では、請求項１乃至６の何れかに係る発明の効果に加え、異なる波面曲率を有する複数の光束のそれぞれが、複数の波長の光束の集合体であるので、複数の波長からなる光束の波面曲率を調整もしくは変調することができる。従って、任意の波面曲率及び任意の色調を有する光束を出射することができる。
【０１０３】
また、請求項８に係る発明の波面曲率変調装置では、請求項１乃至７の何れかに係る発明の効果に加え、光束発生手段の光束分離手段が、少なくとも１つの光源から出射される光束を複数の光束に分離し、光束変換手段が、分離された複数の光束をそれぞれ異なる波面曲率を有する光束に変換することができる。従って、複数の互いに異なる波面曲率を有する光束を発生することができる。
【０１０４】
また、請求項９に係る発明の波面曲率変調手段では、請求項１乃至７の何れかに係る発明の効果に加え、複数の光源からそれぞれ発生された光束を、その各光束にそれぞれ対応した光束変換手段によってそれぞれ異なる波面曲率を有する光束に変換することができる。従って、各光源を制御すれば、各光束変換手段から出力される各光束を、それぞれ独立に強度変調もしくは遮断することができる。
【０１０５】
また、請求項１０に係る発明の画像表示装置では、請求項１乃至９の何れかに記載の波面曲率変調装置を備えているので、光束の波面曲率を変調できる。従って、異なる波面曲率を有する光束によって画像を形成することができる。
【０１０６】
また、請求項１１に係る発明の画像表示装置では、請求項１０に係る発明の効果に加え、光走査手段が、波面曲率変調装置から出射される光束を走査し、光学手段が、光走査手段によって走査された光束を観察者の瞳孔に入射させることができる。従って、異なる波面曲率を有する光束によって形成された画像を観察者の網膜上に投影することができる。
【０１０７】
また、請求項１２に係る発明の画像表示装置では、請求項１０又は１１に係る発明の効果に加え、仮想投影手段が、観察者の視点を想定した仮想視点からの距離が異なる複数の仮想投影面上にそれぞれ２次元画像を投影することで３次元画像を表現することができる。従って、観察者の眼に入射した画像によって、遠近感を表現することができる。
【０１０８】
また、請求項１３に係る発明の画像表示装置では、請求項１２に係る発明の効果に加え、複数の仮想投影面の任意の１つに観察者のピント調整がされた場合、仮想視点からみた仮想投影面の前後に位置する２つの仮想投影面のそれぞれのピントのずれの差に基づくボケ量がほぼ同一となるように仮想投影面間の距離が設定されているので、それぞれの仮想投影面間の遠近感の差を自然に表現することができる。従って、観察者はそれほど違和感を感じることもなく、それぞれの仮想投影面間のピント移動を行うことができる。
【０１０９】
また、請求項１４に係る発明の画像表示装置では、請求項１２に係る発明の効果に加え、複数の仮想投影面の任意の１つに観察者のピント調整がされた場合、仮想投影面に隣接する仮想投影面のボケ量が観察者の視覚分解能とほぼ一致するように仮想投影面間の距離が設定されているので、表現したい遠近感にあわせて効率よく仮想投影面の配置を設定することができる。従って、仮想投影面数を少なくしても違和感の少ない遠近感を表現することができる。
【０１１０】
また、請求項１５に係る発明の画像表示装置では、請求項１２乃至１４の何れかに係る発明の効果に加え、仮想投影手段が、複数の仮想投影面上に投影される２次元画像に加え、奥行き情報を含む画像データもしくはポリゴンデータに基づく画像を仮想投影面上に投影することができる。従って、異なるソースからの画像を合成して、観察者の網膜上に投影することができる。
【０１１１】
また、請求項１６に係る発明の画像表示装置では、請求項１２乃至１５の何れかに係る発明の効果に加え、仮想視点から観察した３次元画像の任意の部位を、任意の部位と仮想視点との間の距離に対応したそれぞれの仮想投影面上に投影することができる。従って、観察者の網膜上に違和感の少ない３次元画像を投影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、波面曲率変調装置１の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、光束発生手段１０の構成を示す構成図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態の光束選択手段２０の構成を示す構成図である。
【図４】図４は、第２の実施の形態の光束選択手段２０の構成を示す構成図である。
【図５】図５は、第３の実施の形態の光束選択手段２０の構成を示す構成図である。
【図６】図６は、光束発生手段１０のレンズ列５０の変形例を示す図である。
【図７】図７は、画像表示装置８０の構成を示す構成図である。
【図８】図８は、仮想投影手段７７において、３次元立体画像を仮想投影面に投影することで、画像提示位置の異なる２次元の画像情報の集合体を作成する情報処理を説明するための図である。
【図９】図９は、光束発生手段１０の変形例の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１    波面曲率変調装置
２    光束Ａ発生部
３    光束Ｂ発生部
４    光束Ｃ発生部
５    光束Ｄ発生部
１０    光束発生手段
１１    光源
１２，１４，１６  部分透過ミラー
１８    全反射ミラー
１３，１５，１７，１９，５０  レンズ列
２０    光束選択手段
２１〜２４  強度変調器
２５    全反射ミラー
２６〜２８  合成ミラー
３１〜３４  光スイッチ
３５    全反射ミラー
３６〜３８  合成ミラー
３９    スリット
４１〜４３  光スイッチ
６０    水平走査光学系
６１    垂直走査光学系
７５    第１リレー光学系
７６    第２リレー光学系
８０    画像表示装置
【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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