JP7325408B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、部分的に解像度を変えた画像表示を行う表示装置に関する。

ＶＲ（バーチャルリアリティ）向けのヘッドマウントディスプレイにおいて、観察者の視線位置に応じた画像表示を行う技術が開発されている（例えば特許文献１参照）。

米国特許出願公開第２０１７／０２６２０５４号明細書

例えばヘッドマウントディスプレイなどの表示装置では、観察者の注視領域のみ部分的に解像度を高めて視認性を向上させる技術の開発が望まれる。この場合、画像全体としての見え方に違和感を与えることがないように、解像度を変える技術の開発が望まれる。

部分的に解像度を変えつつ、画像全体としての見え方に違和感の少ない表示を行うことが可能な表示装置を提供することが望ましい。

本開示の一実施の形態に係る表示装置は、複数の面を有する偏光ビームスプリッタと、元画像における複数の画像領域ごとに解像度を異ならせて画像表示を行う表示素子と、複数の画像領域ごとに解像度の異なる画像表示を行ったことによって生じる表示画像の歪みを光学的に補正する反射型位相変調素子とを備え、偏光ビームスプリッタにおける互いに対向する２つの異なる面にそれぞれ、表示素子と反射型位相変調素子とが対向配置され、表示素子に表示された表示画像の光が偏光ビームスプリッタを介して反射型位相変調素子に入射し、表示画像の光が反射型位相変調素子で反射されることによって、表示画像の歪みが光学的に補正された後、偏光ビームスプリッタを介して観察者の眼に向けて出射されるものである。
また、本開示の一実施の形態に係る表示装置は、相対的に高解像度の画像表示を行う第１の表示素子と、相対的に低高解像度の画像表示を行う第２の表示素子と、複数の面を有し、第１の表示素子による表示画像と第２の表示素子による表示画像とを合成する偏光ビームスプリッタと、第２の表示素子による表示画像の表示位置に対する第１の表示素子による表示画像の表示位置を光学的に補正する反射型位相変調素子とを備え、偏光ビームスプリッタにおける互いに対向する２つの異なる面にそれぞれ、第１の表示素子と反射型位相変調素子とが対向配置され、第２の表示素子は、偏光ビームスプリッタにおける、第１の表示素子と反射型位相変調素子とが対向配置された面とは異なり、かつ、観察者の眼と対向する面側に配置され、第１の表示素子による表示画像の光が偏光ビームスプリッタを介して反射型位相変調素子に入射し、第１の表示素子による表示画像の光が反射型位相変調素子で反射されることによって、第１の表示素子による表示画像の表示位置が光学的に補正された後、偏光ビームスプリッタを介して観察者の眼に向けて出射されるようにしてもよい。

本開示の一実施の形態に係る表示装置では、表示素子において、元画像における複数の画像領域ごとに解像度を異ならせて画像表示が行われる。複数の画像領域ごとに解像度の異なる画像表示を行ったことによって生じる表示画像の歪み、または複数の画像領域間の画像表示の位置の少なくとも一方が、反射型位相変調素子によって光学的に補正される。

比較例に係る表示装置の概要を示す構成図である。 本開示の第１の実施の形態に係る表示装置の第１の構成例を概略的に示す構成図である。 第１の実施の形態に係る表示装置の第２の構成例を概略的に示す構成図である。 第１の実施の形態に係る表示装置における画像表示素子への画像表示の概要を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る表示装置における表示画像の歪みの補正の概要を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る表示装置による画像表示の具体例を示す説明図である。 光位相変調素子の一構成例を示す説明図である。 光位相変調素子の各種光学素子への適用例を示す説明図である。 第２の実施の形態に係る表示装置の第１の構成例を概略的に示す構成図である。 第２の実施の形態に係る表示装置の第２の構成例を概略的に示す構成図である。 第３の実施の形態に係る表示装置の一構成例を概略的に示す構成図である。 第３の実施の形態に係る表示装置における画像表示の概要を示す説明図である。 第３の実施の形態に係る表示装置の一変形例を概略的に示す構成図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（元画像の解像度を部分的に変えて表示する表示装置）
１．０ 比較例（図１）
１．１ 第１の実施の形態に係る表示装置の構成および動作（図２～図８）
１．２ 効果
２．第２の実施の形態（視線検出に基づく画像表示を行う表示装置）（図９～図１０）
３．第３の実施の形態（２つの画像表示素子を備える表示装置）（図１１～図１３）
４．その他の実施の形態

＜１．第１の実施の形態＞
［１．０ 比較例］
（比較例に係る表示装置の概要と課題）
図１は、比較例に係る表示装置１０１の概要を示している。

比較例に係る表示装置１０１は、第１の表示部１１０と、第２の表示部１２０と、ビームスプリッタ１３０と、光学素子１４０とを備えている。

第１の表示部１１０と第２の表示部１２０は、例えばＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイで構成されている。

第２の表示部１２０は、元画像に対して高精細化したい画像領域のみを部分的に表示する。第１の表示部１１０は、高精細化したい画像領域以外の画像領域全体の画像表示を行う。表示装置１０１では、ビームスプリッタ１３０と光学素子１４０とを介して、第１の表示部１１０による全体的な表示画像と、第２の表示部１２０による部分的な表示画像とを合成し、観察者の眼１００に向けて出射する。これにより、観察者は部分的に高精細化された画像を観察することができる。

一般に観察者は画像の中央領域を注視するので、例えば高精細化したい画像領域は画像の中央領域に固定してもよいが、表示装置１０１では、例えばビームスプリッタ１３０の配置角度を変えることによって、高精細化したい画像領域を任意の領域に変えることが可能である。この際、視線センサによって観察者の注視領域を検出し、その注視領域を高精細化したい画像領域に設定することも可能である。

比較例に係る表示装置１０１では、例えばビームスプリッタ１３０を機械的に動かすことで、高精細化したい画像領域を移動させることが可能である。この方式では、画素単位での位置精度を保ちつつ、第１の表示部１１０による全体的な表示画像と第２の表示部１２０による部分的な表示画像とを合成することは困難である。また、観察者の視力に応じた表示補正を行う視力調節機能があることが望ましいが、視力調節機能を付加することが困難である。

［１．１ 第１の実施の形態に係る表示装置の構成および動作］
（表示装置の概要）
図２は、本開示の第１の実施の形態に係る表示装置の第１の構成例を概略的に示している。図３は、本開示の第１の実施の形態に係る表示装置の第２の構成例を概略的に示している。

第１の実施の形態に係る表示装置は、例えばヘッドマウントディスプレイに好適である。ただし、第１の実施の形態に係る表示装置は、ヘッドマウントディスプレイ以外の装置にも適用可能である。

第１の実施の形態に係る表示装置は、画像表示素子１０と、画像表示素子１０の表示画像の歪みを光学的に補正する光学素子（以下、「補正光学素子」という。）とを備えている。第１の実施の形態に係る表示装置は、表示素子駆動回路１１と、位相変調素子駆動回路１２と、信号処理部１３とをさらに備えている。

信号処理部１３には、元画像に相当する画像信号Ｖｉｎが入力される。信号処理部１３は、画像表示素子１０において、元画像が、複数の画像領域ごとに解像度が異なる状態で表示されるように、画像信号Ｖｉｎに対して画像処理を行う。

画像表示素子１０は、例えば液晶ディスプレイやＯＬＥＤディスプレイで構成されている。表示素子駆動回路１１は、画像表示素子１０を駆動して、信号処理部１３によって信号処理された後の画像信号Ｖｉｎに基づく画像を画像表示素子１０に表示させる。

画像表示素子１０は、元画像における複数の画像領域ごとに解像度を異ならせて画像表示を行う。例えば、複数の画像領域は、第１の画像領域と第２の画像領域とを含む。画像表示素子１０は、第２の画像領域よりも第１の画像領域の解像度が高くなるように画像表示を行う。

補正光学素子は、表示画像の任意の領域を光学的に拡大または縮小させることが可能な自由曲面レンズのような光学作用を有する素子、例えば光位相変調素子で構成されている。光位相変調素子は、例えば液晶パネル等のＳＬＭ（Spatial Light Modulator）で構成される。光位相変調素子は、後述する図７および図８に示すように、素子内を通過する光に対する位相分布（屈折率分布）を変化させることで、画素単位で光学作用を変化させることができる。

補正光学素子は、複数の画像領域ごとに解像度の異なる画像表示を行ったことによって生じる、画像表示素子１０における表示画像の歪みを光学的に補正する。

例えば、図２に示した第１の構成例に係る表示装置１では、補正光学素子として、透過型位相変調素子２０を備えている。位相変調素子駆動回路１２は、画像表示素子１０に表示する画像の状態に応じて表示画像の歪みが光学的に補正されるように、透過型位相変調素子２０内の位相分布（屈折率分布）を変化させる。表示装置１では、画像表示素子１０と透過型位相変調素子２０とが同一光路上に配置されている。画像表示素子１０に表示された表示画像の光が透過型位相変調素子２０を透過することによって、表示画像の歪みが光学的に補正された後、観察者の眼１００に向けて出射される。これにより、観察者は部分的に高精細化された画像を観察することができる。

また、例えば図３に示した第２の構成例に係る表示装置１Ａでは、補正光学素子として、反射型位相変調素子２０Ａを備えている。第２の構成例に係る表示装置１Ａは、偏光ビームスプリッタ３０と、λ／４板３１とをさらに備えている。位相変調素子駆動回路１２は、画像表示素子１０に表示する画像の状態に応じて表示画像の歪みが光学的に補正されるように、反射型位相変調素子２０Ａ内の位相分布（屈折率分布）を変化させる。表示装置１Ａでは、偏光ビームスプリッタ３０における互いに対向する２つの異なる面にそれぞれ、画像表示素子１０と反射型位相変調素子２０Ａとが対向配置されている。λ／４板３１は、反射型位相変調素子２０Ａと偏光ビームスプリッタ３０との間に挿入されている。λ／４板３１は、反射型位相変調素子２０Ａからの反射光が偏光ビームスプリッタ３０で反射される偏光となるように偏光の向きを回転させる。なお、画像特性、特にコントラスト向上のため、偏光板をλ／４板３１と反射型位相変調素子２０Ａとの間にさらに挿入してもよい。表示装置１Ａでは、画像表示素子１０に表示された表示画像の光が偏光ビームスプリッタ３０およびλ／４板３１を介して反射型位相変調素子２０Ａに入射する。表示画像の光が反射型位相変調素子２０Ａで反射されることによって、表示画像の歪みが光学的に補正された後、λ／４板３１および偏光ビームスプリッタ３０を介して観察者の眼１００に向けて出射される。これにより、観察者は部分的に高精細化された画像を観察することができる。

（表示動作の具体例）
図４は、表示装置１，１Ａにおける画像表示素子１０への画像表示の概要を示している。図５は、画像表示素子１０における表示画像の歪みの補正の概要を示している。図６は、表示装置１，１Ａによる画像表示の具体例を示している。

表示装置１，１Ａでは、元画像における複数の画像領域ごとに解像度を異ならせて画像表示を行う。以下では、簡単のため、複数の画像領域が、第１の画像領域と第２の画像領域との２つの画像領域である場合を例に説明する。ただし、３以上の画像領域を設定し、解像度を３段階以上に異ならせて表示させてもよい。また、第１の画像領域が複数、あってもよい（解像度を高くする領域が複数、あってもよい）。

例えば、図４に示したように、画像表示素子１０において、元画像における特定の第１の画像領域５１の解像度を、第１の画像領域５１以外の第２の画像領域５２よりも高くなるように画像表示を行う。ここで、人の視覚特性として、注視点（眼球の中心軸すなわち視線を向けて見ている対象の位置）およびその狭い周囲でのみ、物がよく見えて、それ以外の領域では像がぼけて見えるという現象が知られている（通常は視線を中心に±５゜の領域）。通常、観察者の注視領域は画像の中央領域であることが多い。そこで、図４に示したように、第１の画像領域５１を例えば元画像の中央領域とし、第１の画像領域５１を画像表示素子１０において相対的に解像度を高くして表示する。また、第２の画像領域５２を例えば元画像の中央領域以外の周囲領域とし、第２の画像領域５２を画像表示素子１０において相対的に解像度を低くして表示する。

例えば、図６の左側に示したように、元画像が４Ｋ解像度（水平方向の画素は４０９６ｐｉｘｅｌ）であるものとする。第１の画像領域５１は例えば中央領域（水平方向の画素は１０２４ｐｉｘｅｌ）であり、第２の画像領域５２は中央領域以外の周囲領域であるものとする。また、図６の中央に示したように、画像表示素子１０の全体の水平方向の表示解像度は２０４８ｐｉｘｅｌであるものとする。この場合、信号処理部１３において、例えば、第１の画像領域５１の解像度は元画像のままとし、第２の画像領域５２は画素を間引くような画像処理を行う。表示素子駆動回路１１は、信号処理部１３によって信号処理された後の画像信号Ｖｉｎに基づく画像を画像表示素子１０に表示する。これにより、画像表示素子１０における第１の画像領域５１Ａは相対的に高解像度表示、画像表示素子１０における第２の画像領域５２Ａは相対的に低解像度表示となる。

以上のような方式で部分的に高解像度表示を行った場合、元画像における第１の画像領域５１と第２の画像領域５２との画像比率に対して、画像表示素子１０における第１の画像領域５１Ａと第２の画像領域５２Ａとの画像比率が異なって表示されてしまう。元画像における第１の画像領域５１に対して画像表示素子１０における第１の画像領域５１Ａのの画像比率は大きくなる。逆に、元画像における第２の画像領域５２に対して画像表示素子１０における第２の画像領域５２Ａの画像比率が小さくなる。

そこで、図５および図６の右側に示したように、補正光学素子（透過型位相変調素子２０または反射型位相変調素子２０Ａ）によって、表示画像の歪みを光学的に補正する。具体的には、補正光学素子によって、画像表示素子１０における第１の画像領域５１Ａの画像を光学的に縮小し（光学倍率を下げ）、第２の画像領域５２Ａの画像を光学的に拡大する（光学倍率を上げる）ように補正する。これにより、観察者の眼１００における観察画像（光学補正後の表示画像）は、注視領域の解像度が高く、かつ、画像全体としての見え方の違和感が少ないものとなる。

なお、補正光学素子を光位相変調素子で構成した場合、焦点距離等のレンズ特性を任意の状態に変化させることができる。このため、補正光学素子において、表示画像の歪みだけでなく、観察者の視力に応じた光学補正を行うことも可能である。これにより、視力調節機能を付加してもよい。

また、以上の具体例では、元画像の中央領域を解像度を高くする領域（第１の画像領域５１）として設定したが、解像度を高くする領域は元画像の中央領域以外の領域であってもよい。

（光位相変調素子の具体例）
補正光学素子としての光位相変調素子（透過型位相変調素子２０または反射型位相変調素子２０Ａ）の具体例を説明する。図７は、光位相変調素子の一構成例を示している。

図７には、光位相変調素子を位相変調液晶パネルで構成した例を示している。光位相変調素子は、例えば、互いに対向配置された第１のガラス基板と第２のガラス基板とを備えている。第１のガラス基板と第２のガラス基板との間には、液晶分子２３を含む液晶層が図示しない封止部材によって封止されている。

第１のガラス基板には、対向電極（共通電極）２２が設けられている。第２のガラス基板には、複数の画素電極２１が設けられている。

光位相変調素子が透過型位相変調素子２０である場合、対向電極２２と画素電極２１とが共に、光を透過する透明電極で構成される。光位相変調素子が反射型位相変調素子２０Ａである場合、対向電極２２は光を透過する透明電極で構成され、画素電極２１は光を反射する反射電極で構成される。

対向電極２２には、共通電圧が印加される。複数の画素電極２１には、入力信号に応じた印加電圧が印加される。光位相変調素子における液晶分子２３の傾きは、印加電圧に応じて変化する。液晶分子２３の傾きが変わることにより、図７の下段に示したように素子内を通過する光に対する位相分布（屈折率分布）が変化する。これにより、画素単位で光学作用を変化させることができる。なお、光位相変調を行う材料は液晶に限定されず、電気光学結晶などでもよい。

図８は、光位相変調素子の各種光学素子への適用例を示している。

図８に示したように、各種光学素子として、凸レンズ、凹レンズ、レンズアレイ、フレネルレンズ、および自由曲面レンズ等の各種レンズが知られている。これらのレンズでは、レンズ材料の厚みを変えることで、光路長を変化させている。光位相変調素子では、素子内の屈折率分布を変えることで、光路長を変化させることができる。これにより、各種レンズと同等の光学特性を得ることができる。

［１．２ 効果］
以上説明したように、第１の実施の形態に係る表示装置１，１Ａによれば、複数の画像領域ごとに解像度を異ならせて画像表示を行い、それによって生じる表示画像の歪みを補正光学素子によって光学的に補正するようにしたので、部分的に解像度を変えつつ、画像全体としての見え方に違和感の少ない表示を行うことが可能となる。

また、第１の実施の形態に係る表示装置１，１Ａによれば、任意の画像領域を部分的に高解像度表示することができる。また、補正光学素子によって視力調節機能を付加することができる。また、画像表示素子１０の全体の解像度が元画像に対して低解像度であっても、部分的に高解像度表示することができる。これにより、画像表示素子１０の性能を生かしつつ、例えば注視領域の解像度を相対的に高めることができる。

なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態の効果についても同様である。

＜２．第２の実施の形態＞
次に、本開示の第２の実施の形態に係る表示装置について説明する。なお、以下では、上記第１の実施の形態に係る表示装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

図９は、本開示の第２の実施の形態に係る表示装置の第１の構成例を概略的に示している。

図９に示した表示装置１Ｂは、図３に示した表示装置１Ａの構成に対して、視線検出部４０をさらに備えている。視線検出部４０は、偏光ビームスプリッタ３０を介して観察者の視線位置を検出することにより、観察者の注視領域を検出する。

視線検出部４０は、例えば赤外線センサを用いた赤外線検出方式であってもよいし、可視光イメージセンサを用いた可視光検出方式であってもよい。

視線検出部４０は、検出結果を信号処理部１３に出力する。信号処理部１３は、視線検出部４０の検出結果に基づいて、注視領域を上述の第１の画像領域５１、注視領域以外の領域を第２の画像領域５２に設定し、画像表示素子１０において注視領域が相対的に高解像度表示され、注視領域以外の領域が相対的に低解像度表示されるように画像信号Ｖｉｎに対して画像処理を行ってもよい。

なお、高解像度表示を行う領域を観察者が任意に指定可能な機能を追加してもよい。この場合、高解像度表示する領域を視線検出部４０の検出結果によって決定するか、観察者自身が指定するを選択可能な構成にしてもよい。

以上説明したように、第２の実施の形態に係る表示装置１Ｂによれば、視線検出部４０による検出結果に基づいて部分的な高解像度表示を行うようにしたので、観察者の視線位置が変わったとしても、視線追尾によって常時、注視領域の高解像度表示を行うことができる。

なお、補正光学素子として透過型位相変調素子２０を用いた表示装置１（図２）においても、同様に視線検出部４０を備えた構成にすることが可能である。

図１０は、本開示の第２の実施の形態に係る表示装置の第２の構成例を概略的に示している。

図１０に示した表示装置１Ｃは、図２に示した表示装置１の構成に対して、視線検出部４０Ａ，４０Ｂをさらに備えている。視線検出部４０Ａは、透過型位相変調素子２０と眼１００との間に配置されている。視線検出部４０Ｂは、画像表示素子１０と透過型位相変調素子２０との間に配置されている。

視線検出部４０Ａ，４０Ｂは、図９に示した表示装置１Ｂにおける視線検出部４０と同様に、観察者の視線位置を検出することにより、観察者の注視領域を検出する。視線検出部４０Ａ，４０Ｂは、例えば赤外線センサを用いた赤外線検出方式であってもよいし、可視光イメージセンサを用いた可視光検出方式であってもよい。

視線検出部４０Ａ，４０Ｂはそれぞれ、検出結果を信号処理部１３に出力する。信号処理部１３は、視線検出部４０Ａ，４０Ｂの検出結果に基づいて、注視領域を上述の第１の画像領域５１、注視領域以外の領域を第２の画像領域５２に設定し、画像表示素子１０において注視領域が相対的に高解像度表示され、注視領域以外の領域が相対的に低解像度表示されるように画像信号Ｖｉｎに対して画像処理を行ってもよい。

なお、視線検出部４０Ａおよび視線検出部４０Ｂのうちいずれか一方のみを配置し、いずれか一方のみによって観察者の視線位置を検出するようにしてもよい。

その他の構成、動作および効果は、上記第１の実施の形態に係る表示装置１，１Ａと略同様であってもよい。

＜３．第３の実施の形態＞
次に、本開示の第３の実施の形態に係る表示装置について説明する。なお、以下では、上記第１または第２の実施の形態に係る表示装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

図１１は、本開示の第３の実施の形態に係る表示装置の第１の構成例を概略的に示している。図１２は、第３の実施の形態に係る表示装置１Ｄにおける画像表示の概要を示している。

図１１に示した表示装置１Ｄは、図３に示した表示装置１Ａの構成に対して、画像表示素子１０に代えて、高精細画像表示素子１０Ａと通常画像表示素子１０Ｂとを備えている。また、図１１に示した表示装置１Ｄは、図３に示した表示装置１Ａの構成に対して、表示素子駆動回路１１に代えて、高精細画像表示素子駆動回路１１Ａと通常画像表示素子駆動回路１１Ｂとを備えている。

高精細画像表示素子１０Ａは、本開示の技術における「第１の表示素子」の一具体例に相当する。通常画像表示素子１０Ｂは、本開示の技術における「第２の表示素子」の一具体例に相当する。

高精細画像表示素子駆動回路１１Ａは、高精細画像表示素子１０Ａを駆動して、信号処理部１３によって信号処理された後の画像信号Ｖｉｎに基づく画像を高精細画像表示素子１０Ａに表示させる。

通常画像表示素子駆動回路１１Ｂは、通常画像表示素子１０Ｂを駆動して、信号処理部１３によって信号処理された後の画像信号Ｖｉｎに基づく画像を通常画像表示素子１０Ｂに表示させる。

高精細画像表示素子１０Ａと反射型位相変調素子２０Ａは、偏光ビームスプリッタ３０における互いに対向する２つの異なる面側に対向配置されている。

通常画像表示素子１０Ｂは、偏光ビームスプリッタ３０における眼１００と対向する面側に配置されている。

図１２に示したように、高精細画像表示素子１０Ａは、相対的に高解像度の画像表示を行う。通常画像表示素子１０Ｂは、相対的に低高解像度（通常解像度）の画像表示を行う。

偏光ビームスプリッタ３０は、本開示の技術における「合成素子」の一具体例に相当する。偏光ビームスプリッタ３０は、高精細画像表示素子１０Ａによる表示画像と通常画像表示素子１０Ｂによる表示画像とを合成する。偏光ビームスプリッタ３０は、上述の第１の画像領域５１に相当する領域（注視領域）に高精細画像表示素子１０Ａによる表示画像が表示され、上述の第２の画像領域５２に相当する領域（注視領域以外の領域）に通常画像表示素子１０Ｂによる表示画像が表示されるように画像を合成する。

反射型位相変調素子２０Ａは、第１の画像領域５１に相当する領域と第２の画像領域５２に相当する領域との２つの画像領域間の画像表示の位置を光学的に補正する。

ここで、図１１に示した表示装置１Ｄは、図３に示した表示装置１Ａの構成に対して、視線検出部４０Ａ，４０Ｂをさらに備えている。視線検出部４０Ａは、偏光ビームスプリッタ３０と眼１００との間に配置されている。視線検出部４０Ｂは、偏光ビームスプリッタ３０における通常画像表示素子１０Ｂが配置された面側に配置されている。

視線検出部４０Ａ，４０Ｂは、観察者の視線位置を検出することにより、観察者の注視領域を検出する。視線検出部４０Ａ，４０Ｂは、例えば赤外線センサを用いた赤外線検出方式であってもよいし、可視光イメージセンサを用いた可視光検出方式であってもよい。

なお、視線検出部４０Ａおよび視線検出部４０Ｂのうちいずれか一方のみを配置し、いずれか一方のみによって観察者の視線位置を検出するようにしてもよい。

視線検出部４０Ａ，４０Ｂはそれぞれ、検出結果を信号処理部１３に出力する。信号処理部１３は、視線検出部４０Ａ，４０Ｂの検出結果に基づいて、通常画像表示素子１０Ｂによる表示画像の表示位置に対する、高精細画像表示素子１０Ａの表示画像の表示位置が光学的に補正されるように（高精細画像表示素子１０Ａの表示画像の表示位置が注視領域に相当する位置となるように）、位相変調素子駆動回路１２を介して、反射型位相変調素子２０Ａの光学特性を制御する。これにより、偏光ビームスプリッタ３０による合成後の表示は、注視領域が相対的に高解像度となり、注視領域以外の領域が相対的に低解像度となる。

図１３は、第３の実施の形態に係る表示装置の一変形例を概略的に示す構成図である。

図１３に示した表示装置１Ｅは、図１１に示した表示装置１Ｄの構成に対して、加速度センサ４１をさらに備えている。加速度センサ４１は、表示装置１Ｅが例えばヘッドマウントディスプレイとして構成された場合において、観察者の頭部の動きを検出する。

信号処理部１３は、加速度センサ４１の検出結果に基づいて、例えば、観察者の頭部の動きの方向や距離を算出する。信号処理部１３は、視線検出部４０Ａ，４０Ｂによる視線位置の検出結果と、加速度センサ４１による観察者の頭部の動きの検出結果とに基づいて、高精細画像表示素子１０Ａの表示画像の表示位置が光学的に補正されるように、位相変調素子駆動回路１２を介して、反射型位相変調素子２０Ａの光学特性を制御する。反射型位相変調素子２０Ａは、例えば、高精細画像表示素子１０Ａによる表示画像の表示位置が、観察者の頭部が動く方向に移動するように、高精細画像表示素子１０Ａの表示画像の表示位置を光学的に補正する。これにより、画像の動きと観察者が動きとを一致させることができ、いわゆる「ＶＲ酔い」を抑制することが可能となる。

以上の第３の実施の形態に係る表示装置によれば、反射型位相変調素子２０Ａを用いて高精細画像表示素子１０Ａによる表示画像の表示位置を光学的に補正するようにしたので、表示位置を補正するための可動部が存在せず、信頼性を向上させることができる。例えば図１に示した比較例に係る表示装置１０１では、ビームスプリッタ１３０を機械的に移動させることで、高精細化したい画像領域の位置を変化させているので、可動部が存在し、信頼性が低下する。また、この場合、ビームスプリッタ１３０の可動支点の近傍と可動支点から離れた場所とでビームスプリッタ１３０による画像の移動量が異なるため、高精度での表示位置の補正が困難である。これに対し、第３の実施の形態に係る表示装置によれば、高精度での表示位置の補正が可能となる。

なお、以上の第３の実施の形態の説明では、高精細画像表示素子１０Ａによる表示画像の表示位置の補正を行う場合を例に説明したが、反射型位相変調素子２０Ａを用いて、表示位置だけでなく、高精細画像表示素子１０Ａによる表示画像の歪みを補正するようにしてもよい。

その他の構成、動作および効果は、上記第１または第２の実施の形態に係る表示装置と略同様であってもよい。

＜４．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

例えば、本技術は以下のような構成を取ることもできる。
以下の構成の本技術によれば、複数の画像領域ごとに解像度を異ならせて画像表示を行い、それによって生じる表示画像の歪み、および複数の画像領域間の画像表示の位置の少なくとも一方を光学素子によって光学的に補正するようにしたので、部分的に解像度を変えつつ、画像全体としての見え方に違和感の少ない表示を行うことが可能となる。

（１）
元画像における複数の画像領域ごとに解像度を異ならせて画像表示を行う少なくとも１つの表示素子と、
前記複数の画像領域ごとに解像度の異なる画像表示を行ったことによって生じる表示画像の歪み、および前記複数の画像領域間の画像表示の位置の少なくとも一方を光学的に補正する光学素子と
を備える
表示装置。
（２）
前記少なくとも１つの表示素子において、前記元画像が、前記複数の画像領域ごとに解像度が異なる状態で表示されるように、前記元画像に対して画像処理を行う信号処理部、
をさらに備えた
上記（１）に記載の表示装置。
（３）
前記複数の画像領域として、少なくとも１つの第１の画像領域と、第２の画像領域とを含み、
前記少なくとも１つの表示素子は、前記第２の画像領域よりも前記第１の画像領域の解像度が高くなるように画像表示を行う
上記（１）または（２）に記載の表示装置。
（４）
前記第１の画像領域は、画像の中央領域を含み、
前記第２の画像領域は、前記中央領域以外の周囲領域を含む
上記（３）に記載の表示装置。
（５）
前記第１の画像領域は、観察者が注視する注視領域を含み、
前記第２の画像領域は、前記注視領域以外の領域を含む
上記（３）に記載の表示装置。
（６）
前記注視領域を検出する検出部、をさらに備えた
上記（５）に記載の表示装置。
（７）
前記検出部は、赤外線センサである
上記（６）に記載の表示装置。
（８）
前記検出部は、イメージセンサである
上記（６）に記載の表示装置。
（９）
前記光学素子は、透過型位相変調素子である
上記（１）ないし（８）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１０）
前記光学素子は、反射型位相変調素子である
上記（１）ないし（８）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１１）
前記少なくとも１つの表示素子は、相対的に高解像度の画像表示を行う第１の表示素子と、相対的に低高解像度の画像表示を行う第２の表示素子とを含み、
前記第１の表示素子による表示画像と前記第２の表示素子による表示画像とを合成する合成素子、をさらに備える
上記（１）ないし（８）のいずれか１つに記載の表示装置。
（１２）
前記光学素子は、位相変調素子であり、観察者の視線位置に基づいて、前記第２の表示素子による表示画像の表示位置に対する前記第１の表示素子の表示画像の表示位置を光学的に補正する
上記（１１）に記載の表示装置。
（１３）
前記光学素子は、位相変調素子であり、観察者の頭部の動きに基づいて、前記第２の表示素子による表示画像の表示位置に対する前記第１の表示素子の表示画像の表示位置を光学的に補正する
上記（１１）または（１２）に記載の表示装置。

本出願は、日本国特許庁において２０１８年５月１５日に出願された日本特許出願番号第２０１８－０９３７１６号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (13)

1. 複数の面を有する偏光ビームスプリッタと、
   元画像における複数の画像領域ごとに解像度を異ならせて画像表示を行う表示素子と、
   前記複数の画像領域ごとに解像度の異なる画像表示を行ったことによって生じる表示画像の歪みを光学的に補正する反射型位相変調素子と
   を備え、
   前記偏光ビームスプリッタにおける互いに対向する２つの異なる面にそれぞれ、前記表示素子と前記反射型位相変調素子とが対向配置され、
   前記表示素子に表示された表示画像の光が前記偏光ビームスプリッタを介して前記反射型位相変調素子に入射し、
   前記表示画像の光が前記反射型位相変調素子で反射されることによって、前記表示画像の歪みが光学的に補正された後、前記偏光ビームスプリッタを介して観察者の眼に向けて出射される
   表示装置。
2. 前記表示素子において、前記元画像が、前記複数の画像領域ごとに解像度が異なる状態で表示されるように、前記元画像に対して画像処理を行う信号処理部、
   をさらに備えた
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記複数の画像領域として、少なくとも１つの第１の画像領域と、第２の画像領域とを含み、
   前記表示素子は、前記第２の画像領域よりも前記第１の画像領域の解像度が高くなるように画像表示を行う
   請求項１に記載の表示装置。
4. 前記第１の画像領域は、画像の中央領域を含み、
   前記第２の画像領域は、前記中央領域以外の周囲領域を含む
   請求項３に記載の表示装置。
5. 前記第１の画像領域は、観察者が注視している注視領域を含み、
   前記第２の画像領域は、前記注視領域以外の領域を含む
   請求項３に記載の表示装置。
6. 前記注視領域を検出する検出部、をさらに備えた
   請求項５に記載の表示装置。
7. 前記検出部は、赤外線センサである
   請求項６に記載の表示装置。
8. 前記検出部は、イメージセンサである
   請求項６に記載の表示装置。
9. 前記検出部は、前記偏光ビームスプリッタにおける、前記表示素子と前記反射型位相変調素子とが対向配置された面とは異なり、かつ、前記観察者の眼と対向する面側に配置され、前記偏光ビームスプリッタを介して前記観察者の視線位置を検出する
   請求項６に記載の表示装置。
10. 前記偏光ビームスプリッタ、前記表示素子、および前記反射型位相変調素子は、画像表示、および表示画像の光学的な補正の際に不動である
    請求項１に記載の表示装置。
11. 相対的に高解像度の画像表示を行う第１の表示素子と、
    相対的に低高解像度の画像表示を行う第２の表示素子と、
    複数の面を有し、前記第１の表示素子による表示画像と前記第２の表示素子による表示画像とを合成する偏光ビームスプリッタと、
    前記第２の表示素子による表示画像の表示位置に対する前記第１の表示素子による表示画像の表示位置を光学的に補正する反射型位相変調素子と
    を備え、
    前記偏光ビームスプリッタにおける互いに対向する２つの異なる面にそれぞれ、前記第１の表示素子と前記反射型位相変調素子とが対向配置され、
    前記第２の表示素子は、前記偏光ビームスプリッタにおける、前記第１の表示素子と前記反射型位相変調素子とが対向配置された面とは異なり、かつ、観察者の眼と対向する面側に配置され、
    前記第１の表示素子による表示画像の光が前記偏光ビームスプリッタを介して前記反射型位相変調素子に入射し、
    前記第１の表示素子による表示画像の光が前記反射型位相変調素子で反射されることによって、前記第１の表示素子による表示画像の表示位置が光学的に補正された後、前記偏光ビームスプリッタを介して前記観察者の眼に向けて出射される
    表示装置。
12. 前記偏光ビームスプリッタと前記観察者の眼との間、および前記偏光ビームスプリッタにおける前記第２の表示素子が配置された面側の少なくとも一方に配置された視線検出部、をさらに備え、
    前記反射型位相変調素子は、前記視線検出部によって検出された前記観察者の視線位置に基づいて、前記第２の表示素子による表示画像の表示位置に対する前記第１の表示素子による表示画像の表示位置を光学的に補正する
    請求項１１に記載の表示装置。
13. 前記観察者の頭部の動きを検出する加速度センサ、をさらに備え、
    前記反射型位相変調素子は、前記加速度センサによって検出された前記観察者の頭部の動きに基づいて、前記第２の表示素子による表示画像の表示位置に対する前記第１の表示素子による表示画像の表示位置を光学的に補正する
    請求項１１に記載の表示装置。

Images