JP2010085621A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像を光学的に表示する装置であって、それの光学的部分の構造の単純化を図りつつ、画像を各部位ごとに奥行きが表現されるように表示可能なものを提供する。
【解決手段】網膜走査型ディスプレイ装置を、（ａ）画像を形成するための画像光が入射し、その入射した画像光を反射するＤＭＤ(Digital Micro-mirror Device)５２であって、前記入射した画像光を、各マイクロミラー７０に入射した部分光ごとに、各マイクロミラーの角度に応じた角度で反射するものと、（ｂ）各マイクロミラーから出射した各部分光が選択的に入射する複数の光学素子７４，７６を有する光学系５４であって、各光学素子ごとに、それに入射した部分光の波面曲率の変調量が互いに異なるものとを含み、各マイクロミラーの角度を個別に制御し、それにより、各マイクロミラーに入射した部分光ごとに、前記複数の光学素子のうち、各部分光が通過すべきものを選択するものとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像を光学的に表示する技術に関するものであり、特に、表示される画像の各部位ごとに奥行きを表現する技術の改良に関するものである。

画像を光学的に表示する技術として、例えば、表示すべき画像を表す画像光を直接的に観察者の網膜上に投影し、それにより、観察者が画像を虚像として観察することを可能にする技術が存在する。

さらに、光源からの光を、表示すべき画像を表す画像光に変換する技術として、例えば、光源から一斉に入射した面状の光を、ＬＣＤ等、空間変調素子を用いて、各画素ごとにまたは画素グループごとに空間的に変調し、それにより、面状の画像光を形成する技術や、光源から入射したビーム状の光であって各画素ごとに強度変調されたものを、スキャナを用いて、２次元方向に走査することによって面状の画像光に変換する技術が存在する。

特許文献１は、複数のオブジェクトを有する画像を、各オブジェクトごとに、それの奥行きが個別に表現されるように、立体的に表示する立体画像表示システムを開示している。この立体画像表示システムによれば、表示される画像の各部位ごとに奥行きを変更することが可能である。

その目的を達成するために、この立体画像表示システムは、具体的には、一つの画像を構成する複数のオブジェクトをそれぞれ表現する複数の画像光を順次生成するために複数の発光部を光軸が互いに異なるように有している。この立体画像表示システムは、さらに、順次生成される各画像光が順次入射する複数の凸レンズを焦点距離が互いに異なるように有している。それら凸レンズは、複数のオブジェクトを奥行きが互いに異なるように表現するために設けられている。

この立体画像表示システムは、さらに、それら画像光に共通の接眼レンズと、その接眼レンズと前記複数の発光部との間に形成された複数の光路であって光軸が互いに異なるものとを有している。

この立体画像表示システムは、さらにまた、それら光路に幾何学的に関連付けて複数のＤＭＤ(Digital Micro-mirror Device)を有している。それらＤＭＤは、それら光路のうちのいずれかを、順次生成される各画像光が進行する光路として、順次選択するために設けられている。

この立体画像表示システムにおいては、各ＤＭＤは、フラットな鏡面を有するミラーを複数有している。それらミラーは、全体的に、互いに同じ角度で、かつ、互いに同じ向きに傾くように、駆動される。したがって、各ＤＭＤは、それに入射した画像光を、全体的に、同じ向きに反射する。
特開２００６−１７８７１号公報

このように、特許文献１に記載の立体画像表示システムでは、複数の画像光を生成するために、光軸が互いに異なる複数の発光部を使用するとともに、複数の各画像光ごとに選択される複数の光路が互いに異なる光軸を有するため、システム全体の光路設計が複雑になり易いうえに、それら光路を選択するために使用することが必要なＤＭＤの数が２以上になり易い。

以上説明した知見に基づき、本発明は、画像を光学的に表示する画像表示装置であって、それの光学的部分の構造の単純化を図りつつ、画像を各部位ごとに奥行きが表現されるように表示することが可能なものを提供することを課題としてなされたものである。

本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。

さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。

（１） 画像を光学的に表示する画像表示装置であって、
入力された画像データに基づき、その画像データにより表される画像を形成するための画像光を少なくとも最終的に２次元的に発生させる画像光発生部と、
その発生させられた画像光が入射し、その入射した画像光を反射するＤＭＤ(Digital Micro-mirror Device)であって、複数の可動マイクロミラーの２次元アレイを有し、かつ、前記入射した画像光を、各マイクロミラーに入射した部分光ごとに、各マイクロミラーの角度に応じた角度で反射するものと、
各マイクロミラーの角度を個別に変更可能なドライバと、
前記複数のマイクロミラーからそれぞれ出射した複数の部分光が選択的に入射する複数の光学素子を有する光学系であって、各光学素子ごとに、それに入射した部分光の波面曲率の変調量が互いに異なるとともに、前記複数の部分光は、それぞれが実現すべき目標波面曲率を有するものと、
前記ドライバに接続されたコントローラであって、前記複数のマイクロミラーの角度を個別に制御し、それにより、各マイクロミラーに入射した部分光ごとに、各部分光が実現すべき目標波面曲率を実現するために、前記複数の光学素子のうち、各部分光が通過すべきものを選択するものと
を含む画像表示装置。

この画像表示装置によれば、同じＤＭＤに属する複数のマイクロミラーが、同じ画像内の各部位ごとに奥行きを表現するために、互いに異なる傾きを有するように制御される。それにより、同じ画像光発生部（すなわち、一つの発光部）から出射した画像光が、実現すべき波面曲率すなわち奥行きが最終的に互いに異ならせられるべき複数の部分光に分割される。

したがって、この画像表示装置によれば、奥行きが互いに異なる複数の部分光を画像光発生部において生成せずに済み、その結果、光軸が互いに異なる複数の発光部を使用せずに済む。「画像光発生部」の一例は、実現すべき目標波面曲率が互いに異なる複数の部分光が合成された全体画像光を、一つの光軸のもとに、それら部分光に分割することなく出射するものである。

ここに、「全体画像光」なる用語は、各瞬間ごとに、１枚の画像全体を一斉に表示する光を意味する場合があるが、それに限定されず、各瞬間ごとに、１枚の画像内の１つの画素を表示する光（１枚の画像全体を一斉に表示する光が各画素ごとに分解された光であると考えることができる）であって、その光で画像が２次元的に走査されることにより、結果的に、１枚の画像全体を表示する光を意味する場合もある。すなわち、各瞬間ごとには、１つの画素しか表示しないが、幅を有する時間領域で見ると、１枚の画像全体を表示する光を意味する場合もあるのである。

よって、この画像表示装置によれば、それの光学的部分の構造の単純化を図りつつ、画像を各部位ごとに奥行きが表現されるように表示することが可能となる。

本項において、「入射した部分光の波面曲率の変調量」なる文言は、ある部分光が、複数の光学素子のうち対応するものに入射するときにおけるその部分光の波面曲率と、同じ部分光が同じ光学素子から出射するときにおけるその部分光の波面曲率との差を意味する。

本項における「光学素子」は、凸レンズを含むように構成したり、凹レンズを含むように構成したり、凸面鏡を含むように構成したり、凹面鏡を含むように構成したり、液晶光学デバイスを含むように構成することが可能である。

また、「光学素子」は、それの焦点距離（波面曲率の変調量に影響を及ぼす光学的ファクタ）が固定であるように構成したり、可変であるように構成することが可能である。

（２） 前記光学系は、前記複数の光学素子の１次元アレイとして構成され、
前記ＤＭＤは、各マイクロミラーに入射して各マイクロミラーから出射する部分光の進行方向を１次元的に変化させる（１）項に記載の画像表示装置。

（３） 前記光学系は、前記複数の光学素子の２次元アレイとして構成され、
前記ＤＭＤは、各マイクロミラーに入射して各マイクロミラーから出射する部分光の進行方向を２次元的に変化させる（１）項に記載の画像表示装置。

この画像表示装置によれば、ＤＭＤの数が１個でありながら、各部分光の波面曲率すなわち奥行きを３以上の数で段階的に変更することが容易となる。

（４） 前記ＤＭＤは、各マイクロミラーの角度を段階的に変化させる（１）ないし（３）項のいずれかに記載の画像表示装置。

（５） 前記光学系は、前記複数の光学素子が互いに共通する１つの光軸を有するように構成され、
前記ＤＭＤは、その１つの光軸に幾何学的に関連付けて配置される（１）ないし（４）項のいずれかに記載の画像表示装置。

この画像表示装置によれば、ＤＭＤから出射する複数の部分光が、それぞれ、光軸が互いに共通する複数の光学素子のうち対応するものに入射する。したがって、この画像表示装置によれば、一つのＤＭＤを、複数の光学素子が共有する一つの光軸に関連付けて、すなわち、例えば、その光軸上に位置するように、配置することが可能となる。

よって、この画像表示装置によれば、複数の部分光のそれぞれと、複数の光学素子のうち対応するものとの間における光路を、部分光ごとに切り換えるために、一つのＤＭＤさえ用いれば足りることになり、その結果、この画像表示装置のうちの光学的部分の構造をさらに簡単化することが容易となる。

（６） 前記複数の光学素子は、屈折力が互いに異なる複数のレンズである（１）ないし（５）項のいずれかに記載の画像表示装置。

（７） 前記複数のレンズは、互いに共通する１つの光軸を有する（６）項に記載の画像表示装置。

（８） さらに、前記画像を観察するために観察者の瞳孔が取るべき位置と前記光学系との間に、前記複数の光学素子に共通するリレーレンズを含む（１）ないし（７）項のいずれかに記載の画像表示装置。

以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のうちの１つを図面に基づいて詳細に説明する。

図１には、本発明の一実施形態に従う網膜走査型ディスプレイ装置（以下、単に「ＲＳＤ」という。）１０のハードウエア構成がブロック図で概念的に表されている。この種のディスプレイ装置の一例が米国特許出願公開公報第２００３／０１４２０８６号に開示されており、この公報は、全体的に、引用により、本明細書に合体させられる。

このＲＳＤ１０は、光学系として、複数の光源２０，２２，２４を備えている。それら光源２０，２２，２４は、赤色のレーザ光を発生させるＲ光源２０と、緑色のレーザ光を発生させるＧ光源２２と、青色のレーザ光を発生させるＢ光源２４とを備えている。

それら光源２０，２２，２４は、光源制御回路３０によって制御される。具体的には、各光源２０，２２，２４ごとに、発光タイミングと、発光時におけるレーザ光の輝度（強度）とが制御され、それにより、表示すべき画像を表す画像光（目標画像光）が３原色のレーザ光の合成によって生成される。

それら光源２０，２２，２４からそれぞれ発生させられた３原色のレーザ光は、それらに共通の合波部３４に入射し、その合波部３４は、それら３原色のレーザ光を単一のレーザ光に合成する。これにより、３原色の成分レーザ光が単一の合成レーザ光に変換される。その合波部３４は、単一の光軸を有する。

合波部３４から出射したレーザ光は、スキャナ４０に入射し、そのスキャナ４０は、それに入射したレーザ光を２次元的に走査する。これにより、合波部３４から出射したレーザ光が走査光に変換される。スキャナ４０は、スキャナ駆動回路４２によって駆動される。

スキャナ４０から出射した走査光は、結像光学系５０に入射する。その結像光学系５０からの出射光は、ＤＭＤ５２に入射し、そのＤＭＤ５２からの出射光は、波面曲率変調光学系５４に入射する。それらＤＭＤ５２および波面曲率変調光学系５４のそれぞれの構造および作動は、後に詳述する。

波面曲率変調光学系５４からの出射光は、接眼光学系５６に入射する。その接眼光学系５６は、図示しないリレーレンズを有している。そのリレーレンズは、２個のレンズ７４，７６に共通に設けられている。

接眼光学系５６からの出射光は、観察者の眼６０の瞳孔６２を通過して網膜６４上に達し、やがてその網膜６４上に結像する。したがって、このＲＳＤ１０は、表示すべき画像を表す画像光を直接的に観察者の網膜６４上に投影し、それにより、観察者が画像を虚像として観察することを可能にする。

図２に示すように、ＤＭＤ５２は、よく知られているように、複数の可動マイクロミラー７０の２次元アレイを有する。ＲＳＤ１０は、観察者の各眼６０につき、１個のＤＭＤ５２しか備えていない。

このＤＭＤ５２は、それに全体的に入射した画像光（２次元走査光）を、各マイクロミラー７０に入射した部分光ごとに、各マイクロミラー７０の角度に応じた角度で反射する。ＤＭＤ５２については、後に詳述するが、各マイクロミラー７０の角度が個別に制御され、それにより、各部分光の出射角度も個別に制御される。その結果、このＤＭＤ５２は、画像光を、すべてについて向きが互いに一致するとは限らない複数の部分光に分割する機能を果たす。

ＤＭＤ５２の一例が、特開２００６−１７８７１号公報に開示されており、この公報は、全体的に、引用によって本明細書に合体させられる。

各マイクロミラー７０は、フラットな鏡面を有している。各マイクロミラー７０は、中立位置と、その中立位置から一方向に一定角度だけ傾斜した第１の傾斜位置と、その中立位置から逆方向に同じ角度だけ傾斜した第２の傾斜位置とに選択的に位置させられる。

このＤＭＤ５２は、さらに、各マイクロミラー７０を駆動するアクチュエータ（図示しない）を有し、各アクチュエータには、ＤＭＤ駆動回路７２が電気的に接続されている。このＤＭＤ駆動回路７２は、各マイクロミラー７０の角度を個別に変更することが可能である。

図２に示すように、波面曲率変調光学系５４は、複数のマイクロミラー７０からそれぞれ出射した複数の部分光が選択的に入射する第１および第２のレンズ（焦点距離が固定の凸レンズ）７４，７６を有している。それらレンズ７４，７６は、屈折力が互いに異なり、ひいては焦点距離が互いに異なる。具体的には、屈折力は、第２のレンズ７６の方が第１のレンズ７４より大きい。その結果、それらレンズ７４，７６は、各レンズ７４，７６に入射した部分光の波面曲率の変調量が互いに異なる。

図３に示す例においては、ある瞬間において、ＤＭＤ５２から出射した複数の部分光のうち第１のレンズ７４（第２のレンズ７６より屈折力が小さい）に入射したもの、すなわち、第１の部分光群７８は、網膜６４上に結像する一方、前記複数の部分光のうち第２のレンズ７６（第１のレンズ７４より屈折力が大きい）に入射したもの、すなわち、第２の部分光群７９は、網膜６４上に結像せず、ピントがぼけている。

したがって、観察者は、画像のうち、第１の部分光群７８によって形成される部分を、ピントが合った状態で観察する一方、同じ画像のうち、第２の部分光群７９によって形成される部分を、ピントがぼけている状態で観察する。

図４（ａ）に示す例においては、画像が、近くに位置する１本の木である第１オブジェクトと、遠くに位置する山である第２オブジェクトを有するように構成されている。図４（ａ）に示す画像が観察者によって実際に知覚される２種類の画像が、図４（ｂ）および（ｃ）にそれぞれ示されている。

図４（ｂ）においては、上記第１オブジェクトが、第２の部分光群７９によって形成され、その結果、観察者は、その第１オブジェクトをピントが合った状態で観察する一方、上記第２オブジェクトは、第１の部分光群７８によって形成され、その結果、観察者は、その第２オブジェクトをピントがぼけた状態で観察する。

これに対し、次の瞬間、例えば、観察者が、そのピントを、第１オブジェクトではなく、第２オブジェクトに合わせると、図４（ｃ）に示すように、観察者は、第２オブジェクトをピントが合った状態で観察する一方、第１オブジェクトをピントがぼけた状態で観察する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、ＤＭＤ５２と波面曲率変調光学系５４との組合せの採用により、観察者は、１枚の画像を、各部位の奥行きの違い（遠近感）を認識しつつ、自然な状態で、すなわち、高い現実感を伴って観察することが可能となる。

なお付言するに、本明細書の全体を通じ、「レンズ」なる用語は、屈折力が０であるレンズ、すなわち、通常のガラス板を含み得る用語として使用する。レンズが通常のガラス板として構成される場合には、波面曲率の変調量は０となる。

図３に示すように、各レンズ７４，７６は、レンズ本来の形状（すなわち、完全な円形状）のうちの半分、すなわち、半円形状のレンズセグメントとして形成されている。それら半円形状のレンズセグメントが、光軸が互いに共通するように、互いに結合されることにより、波面曲率変調光学系５４が構成されている。このように、この波面曲率変調光学系５４は、２個のレンズ７４，７６の１次元アレイとして構成されている。

この波面曲率変調光学系５４におけるレンズ７４，７６の数は、マイクロミラー７０の数、すなわち、部分光の数より少ない。したがって、複数の部分光のすべてが第１および第２のレンズ７４，７６のうちのいずれかに入射する場合と、複数の部分光のうちの一部は第１のレンズ７４に入射し、残りは第２のレンズ７６に入射する場合とがある。

図３に示すように、この波面曲率変調光学系５４においては、２個のレンズ７４，７６が、同じ光軸を共有する。また、結像光学系５０からＤＭＤ５２に入射する画像光の光軸も１つのみであり、もちろん、ＤＭＤ５２から出射する画像光の光軸も１つのみである。したがって、１個のＤＭＤ５２から出射した複数の部分光は、同じ光軸を共有する状態で、１つの光軸のみを有する接眼光学系５６に入射することになる。

なお、念のために付言するに、このＲＳＤ１０は、ＤＭＤ５２上で一旦、結像が行われる構造になっているため、ＤＭＤ５２の各マイクロミラー７０の角度が変わっても、網膜６４までの光路の位置が変わるのみで、網膜６４上での結像点の位置は変わらない。ただし、そのため、ＤＭＤ５２へ入射する光束の開口数ＮＡが、ＤＭＤ５２の各マイクロミラー７０の振れ角より小さくなっていて、分離ができるようになっている。

以上、このＲＳＤ１０のうちの光学系を説明したが、次に、電気系を説明する。

図１に示すように、このＲＳＤ１０は、画像処理回路８０を備えている。その画像処理回路８０は、コンピュータ８２を主体として構成されている。そのコンピュータ８２は、よく知られているように、図示しないが、プロセッサとメモリとがバスによって互いに接続されることによって構成されている。

画像処理回路８０は、映像信号入力部８６に接続されている。その映像信号入力部８６は、外部装置としてのパーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」という。）９０に有線または無線で接続されている。ＰＣ９０は、ＲＳＤ１０によって表示すべき画像を定義するための映像信号（前述の「画像信号」の一例である。）を映像信号入力部８６に供給する。その映像信号は、各々輝度信号であるＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号と、Ｚ信号（すなわち、奥行き信号）と、ＳＹＮＣ信号（例えば、水平同期信号、垂直同期信号等）とを含んでいる。映像信号入力部８６は、ＰＣ９０から供給された映像信号を画像処理回路８０に転送する。

画像処理回路８０は、光源制御回路３０とスキャナ駆動回路４２とＤＭＤ駆動回路７２とに電気的に接続されている。画像処理回路８０は、映像信号のうちのＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号、すなわち、輝度信号を光源制御回路３０に、各色に関連付けて出力する。光源制御回路３０は、入力された各輝度信号に基づき、３つの光源２０，２２，２４のうち対応するものを駆動する。

さらに、画像処理回路８０は、映像信号のうちのＳＹＮＣ信号を、上述の輝度信号と同期するように、スキャナ駆動回路４２に出力する。その結果、スキャナ４０から出射する走査光が、再現すべき映像を光学的に表現する画像光として機能することになる。

さらに、画像処理回路８０には、映像信号のうちのＺ信号を処理することにより、ＤＭＤ駆動回路７２に出力すべき指令信号を生成する。その生成された指令信号に基づき、ＤＭＤ駆動回路７２は、駆動信号を生成してそれをＤＭＤ５２に出力し、それにより、ＤＭＤ５２における複数のマイクロミラー７０を個々に、前述の第１の傾斜位置と第２の傾斜位置とのいずれかに傾くように、駆動する。

図５には、画像処理回路８０においてＺ信号から指令信号を生成するためにコンピュータ８２によって実行される信号処理プログラムが概念的にフローチャートで表されている。

まず、概略的に説明すれば、この信号処理プログラムは、ＤＭＤ５２における複数のマイクロミラー７０の角度を個別に制御し、それにより、各マイクロミラー７０に入射した部分光ごとに、各部分光が実現すべき目標波面曲率を実現するために、第１および第２のレンズ７４，７６のうち、各部分光が通過すべきものを選択するために実行される。

具体的に説明すれば、この信号処理プログラムは繰返し実行される。各回の実行が開始されると、まず、ステップＳ１において、映像信号入力部８６から、Ｚ信号が、１枚の画像フレーム分、取り込まれる。次に、ステップＳ２において、画像を構成する複数の画素のうち今回注目される画素の番号ｎが１にセットされる。

続いて、ステップＳ３において、前記取り込まれたＺ信号に基づき、第ｎ画素について実現すべき目標奥行き（目標波面曲率に相当する）Ｚ（焦点距離（ｍ））が求められる。その後、ステップＳ４において、その求められた目標奥行きＺがしきい値Ｚｔｈより小さいか否か、すなわち、第ｎ画素を、近い位置においてピントが合うように表示すべきか否かが判定される。

今回は、目標奥行きＺがしきい値Ｚｔｈより大きいと仮定すると、ステップＳ４の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ５において、複数のマイクロミラー７０のうち第ｎ画素に対応するものの目標駆動位置として、前述の第１の傾斜位置（マイクロミラー７０から出射した部分光が第１のレンズ７４に入射することを可能にする傾斜位置）が選択される。

これに対し、今回は、目標奥行きＺがしきい値Ｚｔｈより大きくはないと仮定すると、ステップＳ４の判定がＮＯとなり、ステップＳ６において、複数のマイクロミラー７０のうち第ｎ画素に対応するものの目標駆動位置として、前述の第２の傾斜位置（マイクロミラー７０から出射した部分光が第２のレンズ７６に入射することを可能にする傾斜位置）が選択される。

いずれの場合にも、その後、ステップＳ７において、前述の指令信号が生成される。続いて、ステップＳ８において、画素番号ｎの現在値が、１枚の画像フレームを構成する全画素数ｎｍａｘ以上であるか否かが判定される。今回は、画素番号ｎの現在値が全画素数ｎｍａｘ以上ではないと仮定すると、ステップＳ８の判定がＮＯとなり、ステップＳ９において、画像番号ｎが１だけインクリメントされた後、ステップＳ３に戻る。

これに対し、今回は、画素番号ｎの現在値が全画素数ｎｍａｘ以上であると仮定すると、ステップＳ８の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ１０において、今回の画像フレーム全体について最終的に生成された指令信号がＤＭＤ駆動回路７２に出力される。その結果、今回の画像フレームの複数の画素についての奥行きが個々に実現されるように、ＤＭＤ５２が駆動される。

以上で、この信号処理プログラムの実行が今回の画像フレームについて終了し、次に、この信号処理プログラムの実行が次回の画像フレームについて開始される。

ここで、各画素の位置と各マイクロミラー７０の位置との対応関係について説明するに、１つの画素が、１つのマイクロミラー７０に対応するとは限らず、一般に、通常の画素の大きさと通常のマイクロミラー７０の大きさとの関係から、互いに隣接した複数の画素から成る１つの画素グループが、１つのマイクロミラー７０に対応する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、説明の便宜上、ＲＳＤ１０が、前記（１）項に係る「画像表示装置」の一例を構成し、Ｒ光源２０、Ｇ光源２２およびＢ光源２４、合波部３４ならびにスキャナ４０が互いに共同して、同項における「画像光発生部」の一例を構成し、ＤＭＤ駆動回路７２が同項における「ドライバ」の一例を構成し、波面曲率変調光学系５４が同項における「光学系」の一例を構成し、コンピュータ８２のうち、図５に示す信号処理プログラムを実行する部分が、同項における「コントローラ」の一例を構成していると考えることが可能である。

なお付言するに、本実施形態においては、波面曲率変調光学系５４が、２個のレンズ７４，７６として例示された複数の光学素子の１次元アレイとして構成されているとともに、ＤＭＤ５２が、各マイクロミラー７０に入射して各マイクロミラー７０から出射する部分光の進行方向を１次元的に変化させるように構成されている。

これに代えて、波面曲率変調光学系５４が、複数の光学素子の２次元アレイとして構成されているとともに、ＤＭＤ５２が、各マイクロミラー７０に入射して各マイクロミラー７０から出射する部分光の進行方向を２次元的に変化させるように構成される態様で本発明を実施することが可能である。この態様を採用すれば、ＤＭＤ５２の数が１個でありながら、各部分光の波面曲率すなわち奥行きを３以上の数で段階的に変更することが容易となる。

例えば、３個のレンズの２次元アレイとして波面曲率変調光学系５４を構成するためには、各レンズを、レンズ本来の形状（すなわち、完全な円形状）を角度的に三等分したものに相当するレンズセグメントとして形成すればよい。また、４個のレンズの２次元アレイとして波面曲率変調光学系５４を構成するためには、各レンズを、レンズ本来の形状（すなわち、完全な円形状）を角度的に四等分したものに相当するレンズセグメントとして形成すればよい。

以上、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これは例示であり、前記［発明の開示］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

本発明の一実施形態に従う網膜走査型ディスプレイ装置（ＲＳＤ）１０の構成を概念的に表すブロック図である。 図１におけるスキャナ４０、ＤＭＤ５２、波面曲率変調光学系５４および観察者の眼６０の間に形成される光路を示す光路図である。 図２におけるＤＭＤ５２、波面曲率変調光学系５４および観察者の眼６０の間に形成される光路を示す光路図である。 図４（ａ）は、図１に示すＲＳＤ１０によって観察される画像の一例の構成を示す図であり、図４（ｂ）および（ｃ）は、図４（ａ）に示す画像が観察者によって実際に知覚される２種類の画像であって観察者に対する見え方が互いに異なるものをそれぞれ示す図である。 図１に示す画像処理回路８０のコンピュータ８２によって実行される信号処理プログラムを概念的に表すフローチャートである。

符号の説明

１０ 網膜走査型ディスプレイ装置（ＲＳＤ）
２０ Ｒ光源
２２ Ｇ光源
２４ Ｂ光源
４０ スキャナ
５２ ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）
５４ 波面曲率変調光学系
７０ マイクロミラー
７２ ＤＭＤ駆動回路
７４ 第１のレンズ
７６ 第２のレンズ
７８ 第１の部分光群
７９ 第２の部分光群
８０ 画像処理回路
８２ コンピュータ

Claims (8)

1. 画像を光学的に表示する画像表示装置であって、
   入力された画像データに基づき、その画像データにより表される画像を形成するための画像光を少なくとも最終的に２次元的に発生させる画像光発生部と、
   その発生させられた画像光が入射し、その入射した画像光を反射するＤＭＤ(Digital Micro-mirror Device)であって、複数の可動マイクロミラーの２次元アレイを有し、かつ、前記入射した画像光を、各マイクロミラーに入射した部分光ごとに、各マイクロミラーの角度に応じた角度で反射するものと、
   各マイクロミラーの角度を個別に変更可能なドライバと、
   前記複数のマイクロミラーからそれぞれ出射した複数の部分光が選択的に入射する複数の光学素子を有する光学系であって、各光学素子ごとに、それに入射した部分光の波面曲率の変調量が互いに異なるとともに、前記複数の部分光は、それぞれが実現すべき目標波面曲率を有するものと、
   前記ドライバに接続されたコントローラであって、前記複数のマイクロミラーの角度を個別に制御し、それにより、各マイクロミラーに入射した部分光ごとに、各部分光が実現すべき目標波面曲率を実現するために、前記複数の光学素子のうち、各部分光が通過すべきものを選択するものと
   を含む画像表示装置。
2. 前記光学系は、前記複数の光学素子の１次元アレイとして構成され、
   前記ＤＭＤは、各マイクロミラーに入射して各マイクロミラーから出射する部分光の進行方向を１次元的に変化させる請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記光学系は、前記複数の光学素子の２次元アレイとして構成され、
   前記ＤＭＤは、各マイクロミラーに入射して各マイクロミラーから出射する部分光の進行方向を２次元的に変化させる請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記ＤＭＤは、各マイクロミラーの角度を段階的に変化させる請求項１ないし３のいずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記光学系は、前記複数の光学素子が互いに共通する１つの光軸を有するように構成され、
   前記ＤＭＤは、その１つの光軸に幾何学的に関連付けて配置される請求項１ないし４のいずれかに記載の画像表示装置。
6. 前記複数の光学素子は、屈折力が互いに異なる複数のレンズである請求項１ないし５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記複数のレンズは、互いに共通する１つの光軸を有する請求項６に記載の画像表示装置。
8. さらに、前記画像を観察するために観察者の瞳孔が取るべき位置と前記光学系との間に、前記複数の光学素子に共通するリレーレンズを含む請求項１ないし７のいずれかに記載の画像表示装置。

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