特許 7396305 画像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】画像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20231205BHJP

   G02B 30/00 20200101ALI20231205BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20231205BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B30/00

G02B3/00 A

H04N5/64 511A

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020571110

(86)(22)【出願日】2020-01-28

(86)【国際出願番号】 JP2020002873

(87)【国際公開番号】W WO2020162258

(87)【国際公開日】2020-08-13

【審査請求日】2022-12-12

(31)【優先権主張番号】P 2019021184

(32)【優先日】2019-02-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002185

【氏名又は名称】ソニーグループ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】米澤 健

【審査官】後藤 昌夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０４１２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１７０４９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００４５１７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００９／０１１１５３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０２

Ｇ０２Ｂ ３０／００

Ｇ０２Ｂ ３／００

Ｈ０４Ｎ ５／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の同一の像各々に対応する光が入射するレンズ部と、
前記レンズ部を通過した前記光が入射する拡大部と
を具備し、
前記レンズ部は、
前記複数の同一の像各々に対応するレンズを少なくとも２つ以上含む第１のレンズ群と、
前記第１のレンズ群により屈折した前記光が入射する第２のレンズ群と、
前記第２のレンズ群により屈折した前記光を集光する集光レンズと
を有する
画像表示装置。

【請求項2】

請求項１に記載の画像表示装置であって、
光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を変調する空間光変調器と
をさらに具備する画像表示装置。

【請求項3】

請求項２に記載の画像表示装置であって、
前記空間光変調器は、前記第１のレンズ群を構成する複数のレンズ各々に対応する第１の像面において、前記複数の同一の像各々に対応する光を結像させる
画像表示装置。

【請求項4】

請求項２に記載の画像表示装置であって、
前記空間光変調器は、前記複数の同一の像各々に対応する光の結像位置を、前記光源の光軸方向に変更可能に構成される
画像表示装置。

【請求項5】

請求項３に記載の画像表示装置であって、
前記レンズ部は、前記複数の同一の像各々に対応する光が合成された合成光を形成する
画像表示装置。

【請求項6】

請求項５に記載の画像表示装置であって、
前記レンズ部は、前記拡大部との間において、前記合成光を第２の像面で結像させる
画像表示装置。

【請求項7】

請求項６に記載の画像表示装置であって、
前記第２の像面における前記合成光の最外光線角度は、前記第１の像面における光の最外光線角度よりも大きい
画像表示装置。

【請求項8】

請求項５に記載の画像表示装置であって、
前記第１及び第２のレンズ群は、前記合成光にエアギャップを形成するレンズピッチ及び焦点距離を有し、
前記集光レンズ及び前記拡大部は、前記合成光に前記エアギャップを形成する焦点距離を有する
画像表示装置。

【請求項9】

請求項５に記載の画像表示装置であって、
前記拡大部は、前記合成光を平行光にコリメートするホログラムレンズである
画像表示装置。

【請求項10】

請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記第２のレンズ群と前記集光レンズとの間において、アパーチャ（絞り）をさらに具備する画像表示装置。

【請求項11】

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のレンズ群は、マイクロレンズアレイである
画像表示装置。

【請求項12】

複数の同一の像各々に対応する光が入射するレンズ部と、
前記レンズ部を通過した前記光が入射する拡大部と
を有する画像表示装置と、
前記拡大部により拡大された像を表示する表示部と
を具備し、
前記レンズ部は、
前記複数の同一の像各々に対応するレンズを少なくとも２つ以上含む第１のレンズ群と、
前記第１のレンズ群により屈折した前記光が入射する第２のレンズ群と、
前記第２のレンズ群により屈折した前記光を集光する集光レンズと
を有する
ヘッドマウントディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、画像表示装置及び当該画像表示装置を有するヘッドマウントディスプレイに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ヘッドマウントディスプレイ等のアイウェアに、レンズアレイを用いた画像表示装置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、光源と、光源からの光を結像させるレンズと、これらをラスタースキャンすることによって像を形成する可動ミラーとを有する画像表示装置の光学系が記載されている。この光学系においては、像の形成位置にマルチレンズアレイ、マイクロレンズアレイが配置されることによって光線の見込み角が増大されたのち、像が拡大される。これにより、アイウェアを装着したユーザに広視域な画像がユーザに提示される。ここで、広視域とは、ユーザが像を確認可能は範囲が広いことを意味する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１３／１７５５４９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このように、ヘッドマウントディスプレイ等のアイウェアにおいて、広視域な画像をユーザに提示可能な技術が求められている。

【0005】

本技術は以上のような事情に鑑み、例えば、広視域な画像をユーザに提示することが可能な画像表示装置及びこの画像表示装置を有するヘッドマウントディスプレイを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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、レンズ部と、拡大部とを有する。
上記レンズ部には、複数の同一の像各々に対応する光が入射する。
上記拡大部には、上記レンズ部を通過した上記光が入射する。

【0007】

上記レンズ部は、上記複数の同一の像各々に対応するレンズを少なくとも２つ以上含む第１のレンズ群を有してもよい。

【0008】

上記レンズ部は、
上記第１のレンズ群により屈折した上記光が入射する第２のレンズ群と、
上記第２のレンズ群により屈折した上記光を集光する集光レンズと
をさらに有してもよい。

【0009】

光を出射する光源と、
上記光源から出射された光を変調する空間光変調器と
をさらに具備してもよい。

【0010】

上記空間光変調器は、上記第１のレンズ群を構成する複数のレンズ各々に対応する第１の像面において、上記複数の同一の像各々に対応する光を結像させてもよい。

【0011】

上記空間光変調器は、上記複数の同一の像各々に対応する光の結像位置を、上記光源の光軸方向に変更可能に構成されてもよい。

【0012】

上記レンズ部は、上記複数の同一の像各々に対応する光が合成された合成光を形成してもよい。

【0013】

上記レンズ部は、上記拡大部との間において、上記合成光を第２の像面で結像させてもよい。

【0014】

上記第２の像面における上記合成光の最外光線角度は、上記第１の像面における光の最外光線角度より大きくてもよい。

【0015】

上記第１及び第２のレンズ群は、上記合成光にエアギャップを形成するレンズピッチ及び焦点距離を有し、
上記集光レンズ及び上記ホログラムレンズは、上記合成光に上記エアギャップを形成する焦点距離を有してもよい。

【0016】

上記拡大部は、上記合成光を平行光にコリメートするホログラムレンズであってもよい。

【0017】

上記第２のレンズ群と上記集光レンズとの間において、アパーチャ（絞り）をさらに具備してもよい。

【0018】

上記第１及び第２のレンズ群は、マイクロレンズアレイであってもよい。

【0019】

上記課題を解決するため、本技術の一形態に係るヘッドマウントディスプレイは、画像表示装置と、表示部とを有する。
上記画像表示装置は、レンズ部と、拡大部とを有する。
上記レンズ部には、複数の同一の像各々に対応する光が入射する。
上記拡大部には、上記レンズ部を通過した上記光が入射する
上記表示部は、上記拡大部により拡大された像を表示する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】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。

【図2】上記画像表示装置の光学系の構成を平面的に示す模式図である。

【図3】第１の像面に投影される像の一例と、第２の像面に投影される像の一例とを併記して示す図である。

【図4】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構成例を簡略的に示す模式図である。

【図5】本技術の変形例に係るレンズの構成例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照しながら、本技術の実施形態を説明する。

【0022】

＜第１の実施形態＞
［画像表示装置の構成］
図１は、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。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、反射ミラー４０と、レンズアレイ群５０と、ホログラムレンズ６０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。

【0023】

光源１０は、典型的にはレーザーのような可干渉性のある光源であるがこれに限られず、点光源あってもよく、コリメートされた光源であってもよい。光源１０からでた光は集光レンズ２０に向かって照射される。

【0024】

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。

【0025】

ＳＬＭ３０は、ユーザに提示される再生像（ホログラム像）のもととなる干渉縞（回折パターン）を表示するデバイスであり、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可能に構成される。

【0026】

ＳＬＭ３０は、集光レンズ２０から照射された入射光を回折させ、この回折光を反射ミラー４０に向かって反射させる。本実施形態のＳＬＭ３０は、典型的には反射型の空間光変調器であるがこれに限られず、例えば透過型の空間光変調器であってもよい。

【0027】

反射ミラー４０は、ＳＬＭ３０から反射された回折光をレンズアレイ群５０に向かって反射させるミラーである。反射ミラー４０により反射された回折光は、レンズアレイ群５０を通過する。反射ミラー４０は、ＳＬＭ３０に対して所定の距離をおいて対向するように配置される。本実施形態の反射ミラー４０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ホログラムレンズ６０の色分散を補正する機能を有する。

【0028】

レンズアレイ群５０は、図１に示すように、第１マイクロレンズアレイ５０ａと、第２マイクロレンズアレイ５０ｂと、凸レンズ５０ｃとを有する。レンズアレイ群５０は、特許請求の範囲の「レンズ部」の一例である。

【0029】

第１マイクロレンズアレイ５０ａは、一軸方向に沿って所定の間隔をあけて配置された複数の凸レンズ５１ａからなる。本実施形態の凸レンズ５１ａは、当該一軸方向及びＺ軸方向に沿って、２次元的に配置されることが好ましい。凸レンズ５１ａは、光源１０側の面が所定の曲率半径を持つ曲面であり、この曲面に対して反対側の面が平面である。第１マイクロレンズアレイ５０ａは、特許請求の範囲の「第１のレンズ群」の一例である。

【0030】

凸レンズ５１ａの間隔（レンズピッチ）は、ＳＬＭ３０に対して相対的に小さすぎると再生像の分解能が落ち、大きすぎると当該再生像を構成する光線の空気幅（エアギャップ）が大きくなりユーザの眼の瞳孔サイズを大幅に超えてしまうことから、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、０．８ｍｍ以上３．４ｍｍ以下がより好ましい。ここで、レンズピッチとは、隣接する凸レンズ５１ａ同士の間隔を意味する。

【0031】

凸レンズ５１ａは、典型的には平凸レンズであるがこれに限られず、例えば両凸レンズ又は凸メニスカスレンズであってもよい。

【0032】

凸レンズ５１ａ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５１ａの数は２個以上であれば特に限定されないが、レンズ数が少ないと再生像を構成する光線の光線数が少なくなり視域を大きく確保することが難しく、レンズ数が多すぎると再生像の分解能が落ちることから、例えば２個以上１０個以下が好ましい。この場合、凸レンズ５１ａの配列方向に直交するＺ軸方向における凸レンズ５１ａの配列数は２列以上１０列以下が好ましい。

【0033】

凸レンズ５１ａは、反射ミラー４０により反射された回折光を屈折させ、第２マイクロレンズアレイ５０ｂに導く機能を有する。第２マイクロレンズアレイ５０ｂは、特許請求の範囲の「第２のレンズ群」の一例である。

【0034】

第２マイクロレンズアレイ５０ｂは、図１に示すように、複数の凸レンズ５１ａが配列される方向と直交する方向に所定の間隔をあけて第１マイクロレンズアレイ５０ａと対向する。

【0035】

第２マイクロレンズアレイ５０ｂは、複数の凸レンズ５１ａの配列方向と平行な方向に沿って所定の間隔をあけて配置された複数の凸レンズ５１ｂからなる。本実施形態の凸レンズ５１ｂは、当該配列方向及びＺ軸方向に沿って、２次元的に配置されることが好ましい。ここで、複数の凸レンズ５１ｂ各々は、典型的には、複数の凸レンズ５１ａ各々と対向する。凸レンズ５１ｂは、光源１０側の面が平面であり、この反対側の面が所定の曲率半径を持つ曲面である。

【0036】

凸レンズ５１ｂ間の間隔（レンズピッチ）は、典型的には凸レンズ５１ａ間の間隔と同じであるがこれに限られず、当該間隔と異なっていてもよい。また、図１に示す凸レンズ５１ｂは平凸レンズであるがこれに限られず、例えば両凸レンズ又は凸メニスカスレンズであってもよい。

【0037】

凸レンズ５１ｂ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５１ｂは、凸レンズ５１ａにより屈折された回折光をさらに屈折させ、凸レンズ５０ｃに導く機能を有する。

【0038】

凸レンズ５０ｃは、凸レンズ５１ｂにより屈折された回折光を集光させるための集光レンズである。凸レンズ５０ｃは、光源１０側の面が所定の曲率半径を持つ曲面であり、この曲面に対して反対側の面が平面である。凸レンズ５０ｃは、特許請求の範囲の「集光レンズ」の一例である。

【0039】

凸レンズ５０ｃは、典型的には平凸レンズであるがこれに限られず、両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５０ｃ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。

【0040】

凸レンズ５０ｃは、凸レンズ５１ｂにより屈折された回折光をさらに屈折させ、当該回折光を凸レンズ５０ｃとホログラムレンズ６０との間において結像させる。凸レンズ５０ｃは、第２マイクロレンズアレイ５０ｂよりも光の出射側において複数の凸レンズ５１ｂの全てと対向するように配置される。凸レンズ５０ｃはユーザの視界を妨げないように、第２マイクロレンズアレイ５０ｂに近接して配置されることが好ましい。

【0041】

ホログラムレンズ６０は、光源１０側の面が平面であり、この平面に対して反対側の面が曲面である（図２参照）。ホログラムレンズ６０には、レンズアレイ群５０により屈折した回折光が入射する。ホログラムレンズ６０は、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。ホログラムレンズ６０は、特許請求の範囲の「拡大部」の一例である。

【0042】

ホログラムレンズ６０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。ホログラムレンズ６０とユーザの眼との間隔は、例えば２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度である。

【0043】

ホログラムレンズ６０は、焦点位置や集光形状を自在に成形可能に加工されたレンズであり、本実施形態のホログラムレンズ６０は、レンズアレイ群５０とホログラムレンズ６０との間において結像後の回折光を平行光にコリメートし、ユーザの眼に届ける。これにより、ユーザは虚像を確認する。

【0044】

本実施形態のホログラムレンズ６０は、典型的には反射型のホログラムレンズであるがこれに限られず、透過型のホログラムレンズであってもよい。なお、ホログラムレンズ６０は偏心しており、この偏心とは、ホログラムレンズ６０に入射する参照光及び物体光のいずれか又は両方に対してホログラムレンズ６０の中心軸（ホログラムレンズ６０の長手方向中央を通る軸心）が傾斜していることを意味する。

【0045】

以上、画像表示装置１００の光学系の構成例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されてもよいし、各構成要素の機能に特化した部材により構成されていてもよい。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。

【0046】

［画像表示装置の動作］
図２は、画像表示装置１００の光学系の構成を平面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。以下、画像表示装置１００の動作について図２を適宜参照しながら説明する。

【0047】

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に表示されている干渉縞により回折し、反射ミラー４０に向かって直進する。反射ミラー４０は、ＳＬＭ３０により回折された回折光をレンズアレイ群５０に向かって反射させる。

【0048】

ここで、本実施形態では、図２に示すように、ＳＬＭ３０の空間変調作用によって、反射ミラー４０に反射された回折光が複数の凸レンズ５１ａ各々の光源側表面近傍に位置する像面Ｓ１（第１の像面）において結像し、凸レンズ５１ａ毎に対応した実像が像面Ｓ１に投影される。本実施形態のＳＬＭ３０は、空間上に実像が投影される結像位置、即ち、像面Ｓ１の空間上の位置を光源１０の光軸方向に変更可能に構成される。

【0049】

これにより、後述する像面Ｓ２（第２の像面）の空間上の位置も光軸方向に変更可能となるので、像面Ｓ２に投影されホログラムレンズ６０により拡大された虚像の奥行表現が可能となり、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。なお、上記のＳＬＭ３０の空間変調作用とは、ＳＬＭ３０に表示される干渉縞（回折パターン）に可干渉性の高い光をあてることによって再生像を空間上に投影することを意味する。ＳＬＭ３０は当該再生像の３次元的な奥行きを表現することができるデバイスである。

【0050】

図３は、像面Ｓ１に投影された実像の一例と、像面Ｓ２に投影された虚像の一例とを併記して示す図である。像面Ｓ１においては、例えば、図３ａに示すような実像が投影される。本実施形態では、複数の凸レンズ５１ａ各々に対応した像面Ｓ１毎に図３ａに示すようなほぼ同一又は同一の実像が投影される。これらの実像は、特許請求の範囲の「複数の同一の像」の一例である。

【0051】

実像を結像後の回折光はレンズアレイ群５０に入射し、第１マイクロレンズアレイ５０ａ，第２マイクロレンズアレイ５０ｂ及び凸レンズ５０ｃにより屈折されて、図２に示すように凸レンズ５０ｃとホログラムレンズ６０との間において合成される。これにより、像面Ｓ１よりも見込み角の大きな像面Ｓ２が形成され、複数に分割されていた実像が合成、拡大された虚像が得られる。

【0052】

より詳細には、図３ａに示される実像の星Ｇ１に対応する光が回折光Ｌ１であり、星Ｇ２に対応する光が回折光Ｌ２であり、星Ｇ３に対応する光が回折光Ｌ３である場合に、実像を結像後の回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は凸レンズ５１ａにより屈折されて凸レンズ５１ｂに集光される。この際、凸レンズ５１ｂに屈折された回折光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３各々の光線角度は像（例えば図３ａの星Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）毎にそれぞれ異なるものとなり、複数の凸レンズ５１ｂ各々を通過後の回折光Ｌ１（回折光Ｌ２，回折光Ｌ３）が平行光となる。そして、この複数の回折光Ｌ１（回折光Ｌ２，回折光Ｌ３）からなる平行光が凸レンズ５０ｃに入射することによって、像面Ｓ２（凸レンズ５０ｃの焦点位置）において結像する。即ち、像面Ｓ１で分割された実像が像面Ｓ２において合成される。

【0053】

本実施形態では、空間上の像面Ｓ２に虚像が投影されることから、レンズ上に像を投影して拡大するこれまでの方式と比較して、レンズパターンやレンズの製造誤差による不要なパターンがユーザにより確認されることが抑制される。なお、像面Ｓ２においては、像面Ｓ１で図３ａに示すような実像が投影された場合、例えば図３ｂに示すような当該実像に対して反転した実像が再結像される。

【0054】

ここで、本実施形態では、像面Ｓ２において結像された合成光（例えば図３ｂの各星にそれぞれ対応した平行光）の見込み角βが最外光線角度αより大きい場合に、合成光に間隔Ｄ（エアギャップ）が生まれるように、凸レンズ５１ａ，５１ｂのレンズピッチと、凸レンズ５１ａ，５１ｂ，５０ｃとホログラムレンズ６０の焦点距離が設定される。これにより、合成光に光線間の間隔Ｄ（エアギャップ）が生まれ、間隔Ｄがユーザの視域を確保する上での最適値となる。

【0055】

間隔Ｄは、ユーザの視域をＥ、最外光線角度をα、凸レンズ群５０ａの一次元分割数をｎ、ホログラムレンズ６０の焦点距離をｆ_６０とした場合に、例えば下記式（１）により算出される。

【0056】

Ｅ＝ｆ_６０・ｔａｎα＋Ｄ（ｎ－１）・・・（１）

【0057】

また、像面Ｓ１において結像された回折光の最外光線角度（ＳＬＭ３０の見込み角）αは、ＳＬＭ３０の画素ピッチをＰ_３０、光源１０の光源波長をλ_１０とした場合に、例えば下記式（２）により算出される。

【0058】

２・Ｐ_３０・ｓｉｎ（α／２）＝λ_１０・・・（２）

【0059】

具体的には、凸レンズ５１ａ，５１ｂのレンズピッチと、凸レンズ５１ａ，５１ｂ，５０ｃとホログラムレンズ６０の焦点距離は、例えば間隔Ｄが０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下となるように設定される。

【0060】

これにより、合成光を構成する光線がユーザの眼の瞳孔サイズに捉えられる機会が増える、即ち、ユーザの眼が旋回する動きの範囲内において捉えられる当該光線数が増えるため視域（ユーザが像を確認可能な範囲）が拡大するという効果がある。これは、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、アイウェアのかけずれによるユーザの不快感を緩和させ、より多くのユーザに適したアイウェアを提供可能とする。

【0061】

虚像を結像後の回折光（合成光）は、ホログラムレンズ６０により平行光にコリメートされ、ユーザの眼に届けられる。これにより、像面Ｓ２に投影された虚像が小さくならずに、当該虚像が拡大された像がユーザの網膜上に結像されるので、画像表示装置１００が例えばＨＭＤ等のアイウェアに適用された場合に、実像よりも画角が広角な画像（虚像）がＨＭＤの表示部（図示略）を介してユーザに提示される。

【0062】

なお、上記の表示部とは、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）または有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイなどの表示装置である。この表示装置は、テキスト及び画像などの映像に加えて、音声もしくは音響などの音声またはバイブレーションなども出力してもよい。

【0063】

＜第２の実施形態＞
図４は、本技術の第２の実施形態に係る画像表示装置２００の光学系の構成例を簡略的に示す模式図である。以下、第１の実施形態と同様の構成、機能については同様の符号を付し、その説明を省略する。

【0064】

第２の実施形態では、画像表示装置２００がビームスプリッタ７０を有し、反射ミラー４０が無く、レンズアレイ群５０にかえてレンズアレイ群８０が採用される点で第１の実施形態と異なる。

【0065】

ビームスプリッタ７０は、レンズアレイ群８０とＳＬＭ３０との間に設けられ、光源１０から照射された光の一部をＳＬＭ３０に向かって反射させる。ビームスプリッタ７０は、
光源１０からの光をＳＬＭ３０に対して大よそ垂直に反射させる。ＳＬＭ３０により回折、変調された回折光はビームスプリッタ７０を透過してレンズアレイ群８０に入射する。

【0066】

レンズアレイ群８０は、図４に示すように、凸レンズ群８０ａと凸レンズ８０ｂとを有する。凸レンズ群８０ａは、一軸方向に沿って所定の間隔をあけて配置された複数の凸レンズ８１ａからなる。凸レンズ群８０は、画像表示装置２００が適用されるデバイスの装置構成のコンパクト化を図る観点から、ビームスプリッタ７０の端部と近接して配置されるのが好ましい。

【0067】

凸レンズ８１ａは、ビームスプリッタ７０側及び凸レンズ８０ｂ側の両面が所定の曲率半径を持つ曲面である。凸レンズ８１ａ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。

【0068】

凸レンズ８１ａの数は２個以上であれば特に限定されないが例えば２個以上１０個以下が好ましい。この場合、凸レンズ８１ａの配列方向に直交するＺ軸方向における凸レンズ８１ａの配列数は２列以上１０列以下が好ましい。

【0069】

凸レンズ８１ａ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、凸レンズ８０ｂに導く機能を有する。

【0070】

凸レンズ８０ｂは、図４に示すように、複数の凸レンズ８１ａの配列方向と直交する方向に所定の間隔をあけて凸レンズ群８０ａと対向する。凸レンズ８０ｂはユーザの視界を妨げないように、凸レンズ群８０ａに近接して配置されることが好ましい。なお、第２の実施形態においては、凸レンズ群８０ａと凸レンズ８０ｂとの間にアパーチャ（絞り）が設けられてもよい。

【0071】

凸レンズ８０ｂは、凸レンズ８１ａ近傍に凸レンズ８１ａとほぼ同サイズに投影された再生像（実像）を、凸レンズ８１ａにより再結像させるための集光レンズである。凸レンズ８０ｂは、凸レンズ群８０ａ側及びホログラムレンズ６０側の両面が所定の曲率半径を持つ曲面である。

【0072】

凸レンズ８０ｂ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８０ｂ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。

【0073】

凸レンズ８０ｂは、凸レンズ８１ａにより屈折された回折光をさらに屈折させ、当該回折光を凸レンズ８０ｂとホログラムレンズ６０との間において結像させる。

【0074】

第２の実施形態の画像表示装置２００は、第１の実施形態の画像表示装置１００と同様に動作する。これにより、上述した第１の実施形態と同様な作用効果が得られる。

【0075】

＜変形例＞
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。

【0076】

例えば、上記第１の実施形態の画像表示装置１００の光学系は図１に示す構成に限定されず、第２マイクロレンズアレイ５０ｂと凸レンズ５０ｃとの間にアパーチャ（絞り）が設けられてもよい。これにより、ユーザの眼に不要光が入り、ＳＬＭ３０により再生された再生像（ホログラム像）の乱れが抑制される。

【0077】

図５は、本技術の変形例に係るレンズの構成例を示す模式図である。上記第１の実施形態の画像表示装置１００の光学系においては、凸レンズ５１ａと凸レンズ５１ｂとが別体的に構成されるがこれに限られず、凸レンズ５１ａと凸レンズ５１ｂとが一体的に構成されてもよい。この場合、凸レンズ５１ａ及び凸レンズ５１ｂと共に又はこれらにかえて図５に示すような、レンズの長手方向に直交する方向に突出する曲面状の凸部が当該長手方向に沿って所定の間隔をあけて設けられる構成であってもよい。

【0078】

また、上記第２の実施形態の画像表示装置２００の光学系では、凸レンズ８０ｂが単一のレンズであるがこれに限られず、凸レンズ８０ｂにかえて、凸レンズ群が採用されてもよい。この場合、虚像面を効率的に形成させるため、あるいは、ＳＬＭ３０の補正量を低減させるために、当該凸レンズ群にチルト成分を持たせてもよい。これにより、ＳＬＭ３０での再生像作成時に光学系の収差を補正する必要がなくなる。

【0079】

さらに、上記第１及び第２の実施形態の画像表示装置１００，２００の光学系においては、像面Ｓ１に奥行きのある実像が投影されてもよい。これにより、像面Ｓ２に奥行きのある虚像が投影される。この場合、複数の像面Ｓ１各々に投影される実像は完全に同じ実像ではなく、像面Ｓ２において各実像が重畳されるように予め調整されることによって画質の劣化が抑制される。

【0080】

加えて、上記第１及び第２の実施形態の画像表示装置１００，２００の光学系においては、ＳＬＭ３０が採用されるがこれに限られず、例えばＳＬＭ３０にかえてマイクロミラーが採用されてもよい。あるいは、光源１０及びＳＬＭ３０にかえて例えばマイクロディスプレイが採用されてもよい。

【0081】

＜補足＞
本技術の画像表示装置１００，２００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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

なお、本技術は以下のような構成もとることができる。

【0085】

（１）
複数の同一の像各々に対応する光が入射するレンズ部と、
上記レンズ部を通過した上記光が入射する拡大部と
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、
上記レンズ部は、上記複数の同一の像各々に対応するレンズを少なくとも２つ以上含む第１のレンズ群を有する
画像表示装置。
（３）
上記（２）に記載の画像表示装置であって、
上記レンズ部は、
上記第１のレンズ群により屈折した前記光が入射する第２のレンズ群と、
上記第２のレンズ群により屈折した前記光を集光する集光レンズと
をさらに有する画像表示装置。
（４）
上記（３）に記載の画像表示装置であって、
光を出射する光源と、
上記光源から出射された光を変調する空間光変調器と
をさらに具備する画像表示装置。
（５）
上記（４）に記載の画像表示装置であって、
上記空間光変調器は、上記第１のレンズ群を構成する複数のレンズ各々に対応する第１の像面において、上記複数の同一の像各々に対応する光を結像させる
画像表示装置。
（６）
上記（４）又は（５）に記載の画像表示装置であって、
上記空間光変調器は、上記複数の同一の像各々に対応する光の結像位置を、上記光源の光軸方向に変更可能に構成される
画像表示装置。
（７）
上記（５）又は（６）に記載の画像表示装置であって、
上記レンズ部は、上記複数の同一の像各々に対応する光が合成された合成光を形成する
画像表示装置。
（８）
上記（７）に記載の画像表示装置であって、
上記レンズ部は、上記拡大部との間において、上記合成光を第２の像面で結像させる
画像表示装置。
（９）
上記（８）に記載の画像表示装置であって、
上記第２の像面における上記合成光の最外光線角度は、上記第１の像面における光の最外光線角度よりも大きい
画像表示装置。
（１０）
上記（７）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１及び第２のレンズ群は、上記合成光にエアギャップを形成するレンズピッチ及び焦点距離を有し、
上記集光レンズ及び上記ホログラムレンズは、上記合成光に前記エアギャップを形成する焦点距離を有する
画像表示装置。
（１１）
上記（７）から（１０）のいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
上記拡大部は、上記合成光を平行光にコリメートするホログラムレンズである
画像表示装置。
（１２）
上記（３）から（１１）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のレンズ群と上記集光レンズとの間において、アパーチャ（絞り）をさらに具備する画像表示装置。
（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及び第２のレンズ群は、マイクロレンズアレイである
画像表示装置。
（１４）
複数の同一の像各々に対応する光が入射するレンズ部と、
上記レンズ部を通過した上記光が入射する拡大部と
を有する画像表示装置と、
上記拡大部により拡大された像を表示する表示部と
を具備するヘッドマウントディスプレイ。

【符号の説明】

【0086】

光源・・・１０
集光レンズ・・・２０
ＳＬＭ（空間光変調器）・・・３０
反射ミラー・・・４０
レンズアレイ群（レンズ部）・・・５０
第１のマイクロレンズアレイ（第１のレンズ群）・・・５０ａ
第２のマイクロレンズアレイ（第２のレンズ群）・・・５０ｂ
凸レンズ・・・５１ａ，５１ｂ，５０ｃ（集光レンズ）
ホログラムレンズ（拡大部）・・・６０
画像表示装置・・・１００，２００

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】