JP2020154138A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】拡大画像をユーザに提示可能な画像表示装置を提供すること。【解決手段】本技術の画像表示装置は、第１のレンズ部と、第２のレンズ部と、マイクロレンズアレイとを有する。上記第２のレンズ部は、上記第１のレンズ部に対して偏心して対向する。上記マイクロレンズアレイは、上記第１及び第２のレンズ部に基づく第１の共役位置に配置される。【選択図】図１

Description

本技術は、画像表示装置に関する。

近年、ヘッドマウントディスプレイ等の頭部装着式のディスプレイに、像の画角を拡大可能な光学系を適用する技術が提案されている。例えば特許文献１には、透過型表示素子と接眼光学系の間に入射面又は射出面を拡散面とした拡散光学素子が配置され、この拡散光学素子の拡散面が接眼光学系の像面湾曲に沿った形状を有する光学系が記載されている。

上記光学系においては、透過型表示素子上の画像が、拡散光学素子により接眼光学系の像面湾曲を補償する表示画像に変換されるため、これを拡大観察する接眼光学系に像面湾曲があっても、全画角にわたってボケのない高解像度の画像が観察できるとしている。

特開平０６−３１９０９２号公報

このように、ヘッドマウントディスプレイ等の頭部装着式ディスプレイにおいて、拡大画像をユーザに提示する技術が求められている。

本技術は以上のような事情に鑑み、例えば、拡大画像をユーザに提示可能な画像表示装置を提供するものである。

上記課題を解決するため、本技術の一形態に係る画像表示装置は、第１のレンズ部と、第２のレンズ部と、マイクロレンズアレイとを有する。
上記第２のレンズ部は、上記第１のレンズ部に対して偏心して対向する。
上記マイクロレンズアレイは、上記第１及び第２のレンズ部に基づく第１の共役位置に配置される。

上記第１及び第２のレンズ部に基づく上記第１の共役位置とは異なる第２の共役位置に、ユーザの眼が置かれてもよい。

上記マイクロレンズアレイに向かって光を出射する光出射部をさらに具備し、
上記光出射部は、上記マイクロレンズアレイに入射する光を制御してもよい。

上記光出射部は、光の出射位置又は出射方向を変更することによって、上記マイクロレンズアレイに入射する光を制御してもよい。

上記光出射部は、空間光変調器又はマイクロディスプレイであって、上記マイクロレンズアレイに入射する光の出射位置を変更してもよい。

上記光出射部は、ＭＥＭＳアレイであって、上記マイクロレンズアレイに入射する光の出射方向を変更してもよい。

上記光出射部は、上記マイクロレンズアレイにより屈折して平行光となるように、上記マイクロレンズアレイに入射する光を制御してもよい。

上記第２のレンズ部は、上記第１のレンズ部により屈折した光を発散光に変換してもよい。

上記光出射部は、上記マイクロレンズアレイにより屈折して収束光となるように、上記マイクロレンズアレイに入射する光を制御してもよい。

上記第２のレンズ部は、上記第１のレンズ部により屈折した光を略平行光に変換してもよい。

上記マイクロレンズアレイと上記光出射部との間において、上記マイクロレンズアレイに入射する光を制限する絞りをさらに具備してもよい。

上記絞りは開口部を有し、上記開口部の配置に基づいて、上記マイクロレンズアレイに入射する光を制限してもよい。

上記第１のレンズ部は、透過型又は反射型のホログラムレンズであり、
上記第２のレンズ部は、反射型のホログラムレンズであってもよい。

上記マイクロレンズアレイは、複数のレンズを有し、
上記光出射部は、上記複数のレンズ各々に対応する領域を複数有し、上記領域毎に光の出力量を異ならせてもよい。

上記第２のレンズ部は、上記ユーザの眼から上記第１のレンズ部よりも離れた位置に配置されてもよい。

上記第１及び第２のレンズ部は、中心軸を有し、
上記第１のレンズ部の中心軸は、上記ユーザの眼から上記第２のレンズ部の中心軸よりも離れた位置に配置されてもよい。

上記第１のレンズ部は、透過型又は反射型の偏心レンズであり、
上記第２のレンズ部は、反射型の偏心レンズであってもよい。

本技術の第１の実施形態に係る画像表示装置の光学系の構成例を簡略的に示す模式図である。 上記光学系の光線追跡結果を示す模式図である。 上記光学系の光線追跡結果を示す模式図である。 上記光学系の光線追跡結果を示す模式図である。 上記光学系の光線追跡結果を示す模式図である。 上記第１の実施形態の変形例に係る画像表示装置の光学系の構成例を簡略的に示す模式図である。 本技術の第２の実施形態に係る画像表示装置の光学系の光線追跡結果を示す図である。 上記第２の実施形態の変形例に係る画像表示装置の光学系の構成例を簡略的に示す模式図である。 上記変形例に係る画像表示装置の光学系の構成例を簡略的に示す模式図である。 本技術の第３の実施形態に係る画像表示装置の光学系の光線追跡結果を示す図である。 上記第３の実施形態の変形例に係る画像表示装置の光学系の構成例を簡略的に示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本技術の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
［画像表示装置の構成］
図１は、本技術の実施形態に係る画像表示装置の光学系の構成例を簡略的に示す模式図であり、当該光学系における光線追跡結果を示す図である。画像表示装置１００は、図１に示すように、光源１０と、集光レンズ２０と、ＳＬＭ（空間光変調器：Spatial Light Modulator）３０と、第１の絞り４０と、マイクロレンズアレイ５０と、第２の絞り６０と、第１レンズ部７０と、第２レンズ部８０とを有する。なお、図１に示すＸ，Ｙ及びＺ軸は相互に直交する３軸方向であり、以下の図においても共通である。

光源１０は、典型的にはレーザーのようなコヒーレント光を照射するものであるがこれに限られず、例えば点光源であってもよく、コリメートされた光源であってもよい。光源１０の光は集光レンズ２０に向かって照射される。

集光レンズ２０は、光源１０から照射された光を集光させるためのレンズである。集光レンズ２０により集光された光は、ＳＬＭ３０に向かって照射される。集光レンズ２０は、単レンズであってもよく、組み合わせレンズであってもよい。集光レンズ２０は、ＳＬＭ３０よりも光の入射側において光源１０と対向するように配置される。

ＳＬＭ３０は、光源１０からの光の空間的な分布(振幅、位相、偏光など)を、電気的に制御することによって光を変調させるデバイスである。ＳＬＭ３０によって変調され、出射された光は、マイクロレンズアレイ５０に入射する。ＳＬＭ３０は、特許請求の範囲の「光出射部」の一例である。

ＳＬＭ３０は、集光レンズ２０から照射された光を回折させる。これにより発生した回折光は、マイクロレンズアレイ５０に向かって出射する。本実施形態のＳＬＭ３０は、典型的には透過型の空間光変調器であるがこれに限られず、例えば反射型の空間光変調器であってもよい。

第１の絞り４０は、ＳＬＭ３０により回折された回折光の光量を調整する遮蔽物であり、ＳＬＭ３０とマイクロレンズアレイ５０との間に設けられる。第１の絞り４０は、ＳＬＭ３０からの回折光の通過を許容する開口（アパーチャ）Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を有する（図２参照）。開口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は、互いに所定の間隔をあけて第１の絞り４０に設けられる。

第１の絞り４０は、ＳＬＭ３０により回折された回折光のうちマイクロレンズアレイ５０に入射する光を制限する。これにより、ＳＬＭ３０により再生される再生像（ホログラム像）の乱れが抑制される。

マイクロレンズアレイ５０は、第１の絞り４０と第２の絞り６０との間に設けられ、第１レンズ部７０及び第２レンズ部８０に基づく共役位置Ｋ１（ＳＬＭ３０により回折された回折光が第１レンズ部７０に向かって出射される位置）に配置される。共役位置Ｋ１は、特許請求の範囲の「第１の共役位置」の一例である。マイクロレンズアレイ５０は、一軸方向に沿って配置された複数の凸レンズ５０ａからなる。なお、上記の「共役」とは、任意な関係にある両者を入れ換えてもその関係が変化しないことを意味し、「共役位置」は当該両位置を指す。これは、以下の説明においても同義である。

凸レンズ５０ａは、第１レンズ部７０側に所定の曲率半径の曲面を持ち、光源１０側に当該曲率半径よりも小さい曲率半径の曲面を持つ。

凸レンズ５０ａは、典型的には両凸レンズであるがこれに限られず、例えば平凸レンズ又は凸メニスカスレンズであってもよい。凸レンズ５０ａは、例えば、ガラス、プラスチック、石英又は蛍石からなるものであってもよいが、これらの材料に限定されない。

凸レンズ５０ａの数は特に限定されないが、レンズ数が少なすぎると光線本数が少なくなって再生像の視認性が悪くなり、レンズ数が多すぎると凸レンズ５０ａの曲率半径が極小になることでレンズ製造時の設計誤差による再生像の劣化を招くおそれがあるため、例えば５個以上５０個以下が好ましい。この場合、凸レンズ５０ａの配列方向に直交するＺ軸方向における凸レンズ５０ａの配列数は５列以上５０列以下が好ましい。凸レンズ５０ａは、ＳＬＭ３０に表示された干渉縞により回折された回折光を屈折させ、第１レンズ部７０に導く機能を有する。

第２の絞り６０は、マイクロレンズアレイ５０により屈折した回折光の光量を調整する遮蔽物であり、第１レンズ部７０とマイクロレンズアレイ５０との間に配置される。第２の絞り６０は、マイクロレンズアレイ５０（凸レンズ５０ａ）の第１レンズ部７０側の表面近傍の位置に配置される。

第２の絞り６０は、マイクロレンズアレイ５０からの屈折光の通過を許容する開口（アパーチャ）を有する。この開口は、複数の凸レンズ５０ａの配列方向に所定の間隔をあけて、第２の絞り６０に複数設けられる。なお、第２の絞り６０は必要に応じて省略されてもよい。

第１レンズ部７０は、マイクロレンズアレイ５０により屈折した回折光を収束させるレンズである。第１レンズ部７０は、中心軸Ｘ１を有する。この中心軸Ｘ１は、第１レンズ部７０の長手方向中央を通る第１レンズ部７０の軸心である。

第１レンズ部７０は、第２レンズ部８０よりも光の入射側において、第２レンズ部８０に対して偏心して対向するように配置される。なお当該偏心とは、第１レンズ部７０の中心軸Ｘ１と後述する第２レンズ部８０の中心軸Ｘ２とが同軸上に位置しないこと意味する。

ここで、本実施形態では、中心軸Ｘ１及び光源１０は、第２レンズ部８０の中心軸Ｘ２よりもユーザの眼から離れた位置に配置される。ここで、第１の絞り４０、マイクロレンズアレイ５０及び第２の絞り６０は、中心軸Ｘ１上に配置されてもよい。

第１レンズ部７０は、凸レンズ５０ａにより屈折した回折光をさらに屈折させ、当該回折光を第２レンズ部８０との間において結像させる。これにより、像面Ｓ１上に結像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が形成される。ここで、像面Ｓ１は、ユーザの網膜であるＳ３と互いに共役な関係にある。

ここで、本実施形態では、第１レンズ部７０によって形成される結像点Ｐ２を中心として、第１レンズ部７０と第２レンズ部８０とが互いに点対象な関係にある。

第１レンズ部７０は、透過型の偏心凸レンズであることが好ましい。これにより、図１に示すように、光源１０をユーザの眼が置かれる側に配置することができ、画像表示装置１００が例えばヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤ）等のアイウェアに適用された場合に、後述の図６に示す構成と比較して当該アイウェアの装置構成のコンパクト化を図ることができる。

第１レンズ部７０は典型的には透過型の偏心凸レンズであるがこれに限られず、例えば、透過型又は反射型のホログラムレンズであってもよく、回折レンズであってもよい。なお、上述の「偏心」とは、第１レンズ部７０の中心軸Ｘ１と結像点Ｐ２とのズレを意味する。

第１レンズ部７０は、例えば、ガラス、プラスチック、石英又は蛍石からなるものであってもよいが、これらの材料に限定されない。

本実施形態の第１レンズ部７０は、例えば、ＳＬＭ３０に表示された干渉縞により回折された回折光の色分散や、第２のレンズ部８０によって生じる回折光の色分散を補正する機能を有する。これにより、ユーザに提示される再生像（ホログラム像）の画質劣化が抑制される。

第２レンズ部８０は、図１に示すように、ユーザの眼と所定の間隔をあけて対向するように配置される。第２レンズ部８０は、中心軸Ｘ２を有する。この中心軸Ｘ２は、第２レンズ部８０の長手方向中央を通る第２レンズ部８０の軸心である。

本実施形態では、第２レンズ部８０は、第１レンズ部７０よりもユーザの眼から離れた位置に配置されてもよい。この場合、ユーザの眼は、第１レンズ部７０及び第２レンズ部８０に基づいた、共役位置Ｋ１とは異なる共役位置Ｋ２（第２レンズ部８０により反射された回折光がユーザの眼に入射する位置）に配置される。共役位置Ｋ２は、特許請求の範囲の「第２の共役位置」の一例である。第２レンズ部８０とユーザの眼との間隔は、例えば、１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。

第２レンズ部８０は、第１レンズ部７０により屈折し、結像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で結像する回折光を略平行光に変換する。これにより、ユーザの眼の網膜Ｓ３上に結像点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６が形成される。結像点Ｐ４，５，Ｐ６と結像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３はそれぞれ共役な関係にある。

第２レンズ部８０は、典型的には反射型の偏心凸レンズであるがこれに限られず、例えば反射型のホログラムレンズであってもよく、回折レンズであってもよい。なお、当該偏心とは、第２レンズ部８０の中心軸Ｘ２と結像点Ｐ２とのズレを意味する。

第２レンズ部８０は、例えば、ガラス、プラスチック、石英又は蛍石からなるものであってもよいが、これらの材料に限定されない。

本実施形態の第２レンズ部８０は、第１レンズ部７０が偏心していることに起因した収差を補正する機能を有する。これにより、第１レンズ部７０による偏心収差が第２レンズ部８０によりキャンセルされ、収差の少ない拡大光学系が実現される。

以上、画像表示装置１００の光学系の構成例を簡略的に示した。上記の各構成要件は、汎用的な部材を用いて構成されてもよいし、各構成要件の機能に特化した部材により構成されてもよい。かかる構成は、実施する時々の技術レベルに応じて適宜変更され得る。

［画像表示装置の動作］
次に、画像表示装置１００の光学系の動作について適宜図面を参照しながら説明する。

先ず、光源１０から照射された光が集光レンズ２０に集光され、この集光された光がＳＬＭ３０に照射される。ＳＬＭ３０に照射された光は、その一部がＳＬＭ３０に表示された干渉縞により回折し、マイクロレンズアレイ５０に向かって入射する。

この際、複数の凸レンズ５０ａ各々に対応するＳＬＭ３０の領域３０ａ，３０ｂ，３０ｃ毎に、光源１０に照射される光の強度分布（強度比）が異なっていてもよい。これにより、各領域３０ａ，３０ｂ，３０ｃにおいて回折される回折光の強度分布の均一化を図ることができ、光量ムラ及び輝度の低下を少なくすることができる。なお、以降の説明では、ＳＬＭ３０により回折された回折光を説明の便宜上、光線ｒ１，ｒ２，ｒ３とする。

マイクロレンズアレイ５０に向かって直進する光線ｒ１，ｒ２，ｒ３は、第１の絞り４０によって、第１の絞り４０に設けられた各開口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３内において焦点Ｆ１を結び、凸レンズ５０ａを通過して焦点Ｆ２をさらに結ぶ（図２参照）。

ここで、凸レンズ５０ａは、光源１０側に所定の曲率半径の曲面を持ち、第１レンズ部７０側に当該曲率半径よりも大きい曲率半径の曲面を持つことから、凸レンズ５０ａにより屈折する光線ｒ１，ｒ３のなす角θ２は、凸レンズ５０ａに入射する光線ｒ１，ｒ３のなす角θ１よりも大きくなる。

これにより、焦点Ｆ２の焦点距離（凸レンズ５０ａと焦点Ｆ２との間の距離）は焦点Ｆ１の焦点距離（ＳＬＭ３０と焦点Ｆ１との間の距離）よりも短くなる。従って、光線ｒ１，ｒ３は、マイクロレンズアレイ５０が無い場合と比較してＳＬＭ３０からより離間した位置で像を結ぶこととなり、当該像の画角が焦点Ｆ１における像よりも大幅に拡大される。即ち、ＳＬＭ３０により描画された画像の画角がマイクロレンズアレイ５０により拡大された拡大画像がユーザに提示される。

図２〜図５は画像表示装置１００の光学系の光線追跡結果を示す図であり、図２，図４は当該光学系のマイクロレンズアレイ５０周辺を拡大して示す模式図である。また、図３，図５は、上記光学系の第１及び第２レンズ部７０，８０周辺の構成例を示す模式図である。

（光線制御について）
・制御例１
ＳＬＭ３０は、所定の角度成分の光線ｒ１，ｒ２，ｒ３のみが第１の絞り４０の開口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を通過するように光線ｒ１，ｒ２，ｒ３の出射位置を制御可能に構成される。ここで、本実施形態のＳＬＭ３０は、図２に示すように、マイクロレンズアレイ５０により屈折した後で平行光となる光線ｒ１，ｒ３と、凸レンズ５０ａの中心を平行のまま通過する光線ｒ２のみが開口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を通過するように光線ｒ１，ｒ２，ｒ３を制御する。

これにより、マイクロレンズアレイ５０により屈折した光線ｒ１，ｒ３とマイクロレンズアレイ５０を通過した光線ｒ２は、図３に示すように、第１レンズ部７０により無限遠の位置に投影される。そして、第１レンズ部７０に対して無限遠の位置に投影された光線ｒ１，ｒ２，ｒ３は、第１レンズ部７０により屈折し、像面Ｓ１よりも第２レンズ部８０に近い位置において像を結ぶ。制御例１では、像面Ｓ１よりも第２レンズ部８０に近い位置で結像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が形成されるように、第１レンズ部７０の焦点距離が設定される。なお、この像面Ｓ１とは、第１レンズ部７０により屈折し、第２のレンズ部８０により略平行光に変換される光線ｒ１，ｒ２，ｒ３が結像する結像点を結ぶ仮想面であり、以降の説明においても同様である。

ここで、ＳＬＭ３０が光線ｒ１，ｒ２，ｒ３を制御例１のように制御する場合、結像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の形成位置が像面Ｓ１よりも第２のレンズ部８０に近くなり、第２レンズ部８０によりユーザの眼に反射される光線ｒ１，ｒ２，ｒ３は、略平行光ではなく発散光となってユーザの眼に届けられる。これにより、ユーザの眼に対して有限遠の位置（例えば第２レンズ部８０から１ｍ程度離間した位置）に虚像が投影される像面Ｓ２が仮想的に形成される。

・制御例２
さらに、本実施形態のＳＬＭ３０は、図４に示すように、マイクロレンズアレイ５０により屈折された後に収束光となる光線ｒ１，ｒ２，ｒ３のみが開口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を通過するように光線ｒ１，ｒ２，ｒ３を制御することもできる。

具体的には、例えば、画像表示装置１００の光学系におけるマイクロレンズアレイ５０周辺の構成が図４に示す構成の場合、ＳＬＭ３０は、同図に示すように、開口Ｈ１を通過する光線ｒ２，ｒ３の光線軌道を左側から内側にかけて移動させ、開口Ｈ２を通過する光線ｒ１，ｒ３の光線軌道を内側に移動させる。さらに、ＳＬＭ３０は、開口Ｈ３を通過する光線ｒ１，ｒ２の光線軌道を右側から内側にかけて移動させる。

これにより、マイクロレンズアレイ５０により屈折した光線ｒ１，ｒ２，ｒ３は、第１レンズ部７０により有限遠の位置に投影される。そして、第１レンズ部７０に対して有限遠の位置に投影された光線ｒ１，ｒ２，ｒ３は、第１レンズ部７０により屈折し、像面Ｓ１上において像を結ぶ。制御例２では、像面Ｓ１上で結像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が形成されるように、光線ｒ１，ｒ２，ｒ３が投影される投影距離（図５に示す第１レンズ部７０からの有限遠の距離Ｄ）が設定される。

つまり、ＳＬＭ３０が光線ｒ１，ｒ２，ｒ３を制御例２のように制御する場合、結像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の形成位置が図３に示す位置から第１レンズ部７０側に移動し、図５に示すように、結像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と像面Ｓ１とが一致する。これにより、第２レンズ部８０によりユーザの眼に反射される光線ｒ１，ｒ２，ｒ３は、第２レンズ部８０により略平行光に変換されてユーザの眼に届けられる。従って、ユーザの眼に対して無限遠の位置（例えば第２レンズ部８０から１０ｍ程度離間した位置）に虚像が投影される像面Ｓ２が仮想的に形成される。

以上のことから、本実施形態のＳＬＭ３０は、光線ｒ１，ｒ２，ｒ３を制御することによって、第１レンズ７０と第２レンズ部８０との間における結像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の形成位置を移動させることができる。即ち、ＳＬＭ３０は、ユーザに提示される虚像の虚像距離を任意の位置とすることができる。

なお、上記の制御例１，２では、ＳＬＭ３０が結像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の全てを移動させることを前提として説明したがこれに限られず、ＳＬＭ３０は、結像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３各々の形成位置をそれぞれ異ならせてもよい。これにより、例えば、像面Ｓ２に投影される虚像の奥行が表現され、当該虚像の３次元像を得ることができる。これは、眼の輻輳運動と焦点調節の機能のアンバランスを意味する所謂「輻輳と調節の矛盾」を解決可能とするものである。

［変形例］
第１の実施形態では、ＳＬＭ３０によってマイクロレンズアレイ５０に入射する回折光が制御されるがこれに限られず、例えば、第１の絞り４０の各開口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の口径、または、各開口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の配置に基づき、マイクロレンズアレイ５０に入射する回折光が制限されてもよい。この場合、例えば第１の絞り４０に形成される開口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の配置を、マイクロレンズアレイ５０により屈折された後に平行光又は収束光となる光線ｒ１，ｒ２，ｒ３のみを通過させる位置とすることによって、ユーザに提示される虚像の虚像距離を任意の位置とすることができる。

図６は、第１の実施形態の変形例に係る画像表示装置の光学系の構成例を簡略的に示す模式図である。画像表示装置１００の光学系においては、第１レンズ部７０は透過型の偏心凸レンズであるがこれに限られず、例えば図６に示すように、反射型の偏心凸レンズであってもよい。なお、図６では、図１と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を省略する。

＜第２の実施形態＞
図７は、本技術の第２の実施形態に係る画像表示装置の光学系の光線追跡結果を示す図であり、この光学系のマイクロレンズアレイ５０周辺を拡大して示す図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については図示を省略するか、当該構成については同様の符号を付しその説明を省略する。

［画像表示装置の構成］
本技術の第２の実施形態では、上記第１の実施形態の光源１０及びＳＬＭ３０に代えて、マイクロディスプレイ９０が採用される点で第１の実施形態と異なる、この構成により、マイクロディスプレイ９０の大きさ相当の光線幅を持つ光学エンジンが実現される。マイクロディスプレイ９０は、特許請求の範囲の「光出射部」の一例である。

マイクロディスプレイ９０は、例えば所定のピクセル以上の解像度を有する１インチ未満の超小型ディスプレイである。マイクロディスプレイ９０は、自発光型のマイクロディスプレイであってもよく、光源ブロック付きの透過型又は反射型のマイクロディスプレイであってもよい。なお、以降の説明では、マイクロディスプレイ９０から出射された光を説明の便宜上、光線ｒ４〜ｒ７とする。

［画像表示装置の動作］
マイクロディスプレイ９０は、図７に示すように、画素Ｇの表示位置を変更することによって、各画素Ｇに対応する光の光線軌道をそれぞれ制御可能に構成される。従って、本実施形態のマイクロディスプレイ９０は、マイクロレンズアレイ５０により屈折された後に平行光又は収束光となる光線ｒ４，ｒ５，ｒ６，ｒ７のみが開口Ｈを通過するように各光線ｒ４，ｒ５，ｒ６，ｒ７の出射位置を制御することができる。

これにより、各光線ｒ４，ｒ５，ｒ６，ｒ７は、マイクロディスプレイ９０により上述の第１の実施形態と同様に制御されることによって（段落［００６２］〜［００６８］）、マイクロディスプレイ９０は、第１の実施形態と同様の作用効果（段落［００６９］）を奏する。

［変形例］
図８，９は、第２の実施形態の変形例に係る画像表示装置の光学系の構成例を簡略的に示す模式図である。第２の実施形態の画像表示装置の光学系においては、図８に示すように、プリズムアレイ１２０を有する構成であってもよい。プリズムアレイ１２０は、マイクロディスプレイ９０から出射された光をマイクロレンズアレイ５０に向かって反射させる。この構成により、マイクロレンズアレイ５０の凸レンズ５０ａ毎の輝度ムラが抑制される。

また、第２の実施形態の画像表示装置の光学系においては、第１及び第２レンズ部７０，８０がホログラムレンズである場合に、マイクロディスプレイ９０は、複数の凸レンズ５０ａ各々に対応する各領域９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄ，９０ｅ毎に、光の出力量が異なっていてもよい。

これにより、例えば領域９０ａ〜９０ｅのなかで、領域９０ｃから出射された光が最も第１レンズ部７０又は第２レンズ部８０に反射される場合に、領域９０ｃより領域９０ａ，９０ｂ，９０ｄ，９０ｅにおける光の出力量を上げることによって、領域９０ａ，９０ｂ，９０ｄ，９０ｅに対応する第１レンズ部７０又は第２レンズ部８０の反射効率を補い、第１レンズ部７０又は第２レンズ部８０により反射される光の強度分布の均一化を図ることができる。

＜第３の実施形態＞
図１０は、本技術の第３の実施形態に係る画像表示装置の光学系の光線追跡結果を示す図であり、この光学系のマイクロレンズアレイ５０周辺を拡大して示す図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については図示を省略するか、当該構成については同様の符号を付しその説明を省略する。

［画像表示装置の構成］
本技術の第３の実施形態では、上記第１の実施形態のＳＬＭ３０に代えて、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）アレイ１１０が採用される点で、第１の実施形態と異なる。この構成により、光の利用効率が向上するだけではなく、ＭＥＭＳ１１１の走査可能な範囲（回動範囲）を拡大することによって画角がより拡大された像が得られる。ＭＥＭＳアレイ１１０は、特許請求の範囲の「光出射部」の一例である。

ＭＥＭＳアレイ１１０は、複数の凸レンズ５０ａ各々に対応するＭＥＭＳ１１１を有する。ＭＥＭＳ１１１は、例えば、半導体のシリコン基板、ガラス基板又は有機材料等に、各種センサ、アクチュエータ又は電子回路等が搭載されＭＥＭＳミラーである。

本実施形態のＭＥＭＳアレイ１１０は、規則的に配列された複数のＭＥＭＳ１１１から構成され、図１０に示すように、ＭＥＭＳ１１１をＺ軸周りに回動可能に構成される。なお以降の説明では、光源１０から出射された光を説明の便宜上、光線ｒ８〜ｒ１１とする。

［画像表示装置の動作］
ＭＥＭＳアレイ１１０は、図１０に示すように、ＭＥＭＳ１１１をＺ軸周りに回動させることによって、各ＭＥＭＳ１１１に対応する光線ｒ８，ｒ９，ｒ１０，ｒ１１の光線軌道をそれぞれ制御可能に構成される。従って、本実施形態のＭＥＭＳアレイ１１０は、光線ｒ８，ｒ９，ｒ１０，ｒ１１がマイクロレンズアレイ５０により屈折された後に平行光又は収束光となるように、各光線ｒ８，ｒ９，ｒ１０，ｒ１１の出射方向を制御することができる。

これにより、各光線ｒ８，ｒ９，ｒ１０，ｒ１１は、ＭＥＭＳアレイ１１０により上述の第１の実施形態と同様に制御されることによって（段落［００６２］〜［００６８］）、ＭＥＭＳアレイ１１０は、第１の実施形態と同様の作用効果（段落［００６９］）を奏する。

［変形例］
図１１は、第３の実施形態の変形例に係る画像表示装置の光学系の構成例を簡略的に示す模式図である。第３の実施形態の画像表示装置の光学系においては、図１１に示すように、ＳＬＭ３０に代えて、ＭＥＭＳ１１１及びプリズムアレイ１２０を有する構成であってもよい。プリズムアレイ１２０は、ＭＥＭＳ１１１により反射された光源１０由来の光をマイクロレンズアレイ５０に向かってさらに反射させる。この構成により、例えば光線幅が拡大されるという効果が得られる。

＜補足＞
以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の第１〜第３の実施形態に限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

また本技術の画像表示装置は典型的にはＨＭＤ等のアイウェアに適用されるがこれに限られず、画像を表示することが可能な種々の装置に適用されてもよい。

さらに、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。

以上、添付図面を参照しながら本技術の好適な実施形態について詳細に説明したが、本技術はかかる例に限定されない。本技術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、当然に本技術の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、本技術は以下のような構成もとることができる。

（１）
第１のレンズ部と、
上記第１のレンズ部に対して偏心して対向する第２のレンズ部と、
上記第１及び第２のレンズ部に基づく第１の共役位置に配置されるマイクロレンズアレイと
を具備する画像表示装置。
（２）
上記（１）に記載の画像表示装置であって、
上記第１及び第２のレンズ部に基づく上記第１の共役位置とは異なる第２の共役位置に、ユーザの眼が置かれる
画像表示装置。
（３）
上記（１）又は（２）に記載の画像表示装置であって、
上記マイクロレンズアレイに向かって光を出射する光出射部をさらに具備し、
上記光出射部は、上記マイクロレンズアレイに入射する光を制御する
画像表示装置。
（４）
上記（３）に記載の画像表示装置であって、
上記光出射部は、光の出射位置又は出射方向を変更することによって、上記マイクロレンズアレイに入射する光を制御する
画像表示装置。
（５）
上記（３）又は（４）に記載の画像表示装置であって、
上記光出射部は、空間光変調器又はマイクロディスプレイであって、上記マイクロレンズアレイに入射する光の出射位置を変更する
画像表示装置。
（６）
上記（３）又は（４）に記載の画像表示装置であって、
上記光出射部は、ＭＥＭＳアレイであって、上記マイクロレンズアレイに入射する光の出射方向を変更する
画像表示装置。
（７）
上記（３）から（６）のいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
上記光出射部は、上記マイクロレンズアレイにより屈折して平行光となるように、上記マイクロレンズアレイに入射する光を制御する
画像表示装置。
（８）
上記（３）から（７）のいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
上記第２のレンズ部は、上記第１のレンズ部により屈折した光を発散光に変換する
画像表示装置。
（９）
上記（３）から（８）のいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
上記光出射部は、上記マイクロレンズアレイにより屈折して収束光となるように、上記マイクロレンズアレイに入射する光を制御する
画像表示装置。
（１０）
上記（３）から（９）のいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
上記第２のレンズ部は、上記第１のレンズ部により屈折した光を略平行光に変換する
画像表示装置。
（１１）
上記（３）から（１０）のいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
上記マイクロレンズアレイと上記光出射部との間において、上記マイクロレンズアレイに入射する光を制限する絞りをさらに具備する画像表示装置。
（１２）
上記（１１）に記載の画像表示装置であって、
上記絞りは開口部を有し、上記開口部の配置に基づいて、上記マイクロレンズアレイに入射する光を制限する
画像表示装置。
（１３）
上記（３）から（１２）のいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
上記第１のレンズ部は、透過型又は反射型のホログラムレンズであり、
上記第２のレンズ部は、反射型のホログラムレンズである
画像表示装置。
（１４）
上記（１３）に記載の画像表示装置であって、
上記マイクロレンズアレイは、複数のレンズを有し、
上記光出射部は、上記複数のレンズ各々に対応する領域を複数有し、上記領域毎に光の出力量を異ならせる
画像表示装置。
（１５）
上記（２）から（１４）のいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
上記第２のレンズ部は、上記ユーザの眼から上記第１のレンズ部よりも離れた位置に配置される
画像表示装置。
（１６）
上記（２）から（１５）のいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
上記第１及び第２のレンズ部は、中心軸を有し、
上記第１のレンズ部の中心軸は、上記ユーザの眼から上記第２のレンズ部の中心軸よりも離れた位置に配置される
画像表示装置。
（１７）
上記（１）から（１６）のいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
上記第１のレンズ部は、透過型又は反射型の偏心レンズであり、
上記第２のレンズ部は、反射型の偏心レンズである
画像表示装置。

光源・・・１０
集光レンズ・・・２０
ＳＬＭ（空間光変調器）・・・３０
第１の絞り・・・４０
マイクロレンズアレイ・・・５０
凸レンズ・・・５０ａ
第２の絞り・・・６０
第１レンズ部・・・７０
第２レンズ部・・・８０
マイクロディスプレイ・・・９０
画像表示装置・・・１００
ＭＥＭＳアレイ・・・１１０

Claims (17)

1. 第１のレンズ部と、
   前記第１のレンズ部に対して偏心して対向する第２のレンズ部と、
   前記第１及び第２のレンズ部に基づく第１の共役位置に配置されるマイクロレンズアレイと
   を具備する画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記第１及び第２のレンズ部に基づく前記第１の共役位置とは異なる第２の共役位置に、ユーザの眼が置かれる
   画像表示装置。
3. 請求項２に記載の画像表示装置であって、
   前記マイクロレンズアレイに向かって光を出射する光出射部をさらに具備し、
   前記光出射部は、前記マイクロレンズアレイに入射する光を制御する
   画像表示装置。
4. 請求項３に記載の画像表示装置であって、
   前記光出射部は、光の出射位置又は出射方向を変更することによって、前記マイクロレンズアレイに入射する光を制御する
   画像表示装置。
5. 請求項４に記載の画像表示装置であって、
   前記光出射部は、空間光変調器又はマイクロディスプレイであって、前記マイクロレンズアレイに入射する光の出射位置を変更する
   画像表示装置。
6. 請求項４に記載の画像表示装置であって、
   前記光出射部は、ＭＥＭＳアレイであって、前記マイクロレンズアレイに入射する光の出射方向を変更する
   画像表示装置。
7. 請求項３に記載の画像表示装置であって、
   前記光出射部は、前記マイクロレンズアレイにより屈折して平行光となるように、前記マイクロレンズアレイに入射する光を制御する
   画像表示装置。
8. 請求項７に記載の画像表示装置であって、
   前記第２のレンズ部は、前記第１のレンズ部により屈折した光を発散光に変換する
   画像表示装置。
9. 請求項３に記載の画像表示装置であって、
   前記光出射部は、前記マイクロレンズアレイにより屈折して収束光となるように、前記マイクロレンズアレイに入射する光を制御する
   画像表示装置。
10. 請求項９に記載の画像表示装置であって、
    前記第２のレンズ部は、前記第１のレンズ部により屈折した光を略平行光に変換する
    画像表示装置。
11. 請求項３に記載の画像表示装置であって、
    前記マイクロレンズアレイと前記光出射部との間において、前記マイクロレンズアレイに入射する光を制限する絞りをさらに具備する画像表示装置。
12. 請求項１１に記載の画像表示装置であって、
    前記絞りは開口部を有し、前記開口部の配置に基づいて、前記マイクロレンズアレイに入射する光を制限する
    画像表示装置。
13. 請求項３に記載の画像表示装置であって、
    前記第１のレンズ部は、透過型又は反射型のホログラムレンズであり、
    前記第２のレンズ部は、反射型のホログラムレンズである
    画像表示装置。
14. 請求項１３に記載の画像表示装置であって、
    前記マイクロレンズアレイは、複数のレンズを有し、
    前記光出射部は、前記複数のレンズ各々に対応する領域を複数有し、前記領域毎に光の出力量を異ならせる
    画像表示装置。
15. 請求項２に記載の画像表示装置であって、
    前記第２のレンズ部は、前記ユーザの眼から前記第１のレンズ部よりも離れた位置に配置される
    画像表示装置。
16. 請求項２に記載の画像表示装置であって、
    前記第１及び第２のレンズ部は、中心軸を有し、
    前記第１のレンズ部の中心軸は、前記ユーザの眼から前記第２のレンズ部の中心軸よりも離れた位置に配置される
    画像表示装置。
17. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
    前記第１のレンズ部は、透過型又は反射型の偏心レンズであり、
    前記第２のレンズ部は、反射型の偏心レンズである
    画像表示装置。

Images