画像表示装置
【課題】可変焦点レンズを用いて画像光の波面曲率を調節することが可能な画像表示装置において、可変焦点レンズを小型化するのに適した位置にその可変焦点レンズが配置されることを可能にする。
【解決手段】画像表示装置を、光源部１２と、その光源部から出射する光を、表示すべき画像を表す画像光に変換することにより、その画像光を形成する画像光形成部１４と、その画像光形成部から出射した画像光をリレーするリレー光学系１６であって、そのリレー光学系の内部に、前記画像光が通過する瞳を有するものと、その瞳の位置と概して等しい位置に配置された可変焦点レンズ５０であって、可変である焦点距離を有するものと、その可変焦点レンズを駆動して前記焦点距離を変化させることにより、前記リレー光学系から出射する画像光の波面曲率を調節する波面曲率調節部５２とを含むように構成する。
【解決手段】画像表示装置を、光源部１２と、その光源部から出射する光を、表示すべき画像を表す画像光に変換することにより、その画像光を形成する画像光形成部１４と、その画像光形成部から出射した画像光をリレーするリレー光学系１６であって、そのリレー光学系の内部に、前記画像光が通過する瞳を有するものと、その瞳の位置と概して等しい位置に配置された可変焦点レンズ５０であって、可変である焦点距離を有するものと、その可変焦点レンズを駆動して前記焦点距離を変化させることにより、前記リレー光学系から出射する画像光の波面曲率を調節する波面曲率調節部５２とを含むように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、可変焦点レンズを用いて、表示すべき画像を表す画像光の波面曲率を調節する技術の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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や、そのような画像光を物理的なスクリーンに投影し、それにより、観察者が画像を実像として観察することを可能にする技術が存在する。
【０００３】
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。
【０００４】
特許文献１は、画像を光学的に表示する装置としてのヘッドマウントディスプレイ装置を開示している。このヘッドマウントディスプレイ装置は、表示すべき画像を表す画像光を直接的に網膜上に投影し、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と、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、各画素ごとに空間的に変調する技術とを採用している。
【０００５】
このヘッドマウントディスプレイ装置は、さらに、虚像の位置を奥行き方向に変化させて動画の立体表示を可能にするために、可変焦点レンズを採用している。
【特許文献１】特開平９−２９７２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、可変焦点レンズを使用すれば、画像光の奥行きを決める光学的物理量、すなわち、画像光の波面曲率を変調することが可能であることを教えている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１は、そのような可変焦点レンズの大きさと、それが配置される位置との間に一定の関係があることを教えておらず、よって、特許文献１は、そのような可変焦点レンズを小型化するのに適した配置位置を教えていない。
【０００８】
以上説明した事情を背景として、本発明は、可変焦点レンズを用いて画像光の波面曲率を調節することが可能な画像表示装置において、可変焦点レンズを小型化するのに適した位置にその可変焦点レンズが配置されることを可能にすることを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
（１） 画像を光学的に表示する画像表示装置であって
光源部と、
その光源部から出射する光を、表示すべき画像を表す画像光に変換することにより、その画像光を形成する画像光形成部と、
その画像光形成部から出射した画像光をリレーするリレー光学系であって、そのリレー光学系の内部に、前記画像光が通過する瞳を有するものと、
その瞳の位置と概して等しい位置に配置された可変焦点レンズであって、可変である焦点距離を有するものと、
その可変焦点レンズを駆動して前記焦点距離を変化させることにより、前記リレー光学系から出射する画像光の波面曲率を調節する波面曲率調節部と
を含む画像表示装置。
【００１２】
この画像表示装置によれば、当該画像表示装置が、画像光形成部から出射した画像光をリレーするリレー光学系であって、そのリレー光学系の内部に、画像光が通過する瞳を有するものを含むように構成される。さらに、この画像表示装置によれば、その瞳の位置と概して等しい位置に可変焦点レンズが配置される。その可変焦点レンズは、リレー光学系から出射する画像光の波面曲率を調節するために、駆動される。
【００１３】
一方、前記リレー光学系の内部を進行する画像光は、その経路全体において光軸に垂直な面での断面の直径（形状）が一定であるわけではなく、そのリレー光学系の瞳の位置において、画像光の前記断面を包含する面の直径（以下、「画像光の直径」と略称する。）が最小となり、その瞳の位置から遠ざかるにつれて、画像光の直径が増加する。また、一般に、リレー光学系の瞳を通過する画像光の直径は、リレー光学系の外部において画像光が有する直径より小さい。
【００１４】
したがって、この画像表示装置によれば、可変焦点レンズを、その小型軽量化にとって有利な位置に配置することが可能となり、その結果、当該画像表示装置の小型軽量化が容易となる。さらに、この画像表示装置によれば、可変焦点レンズの小型化のおかげで、焦点距離を変化させる際の可変焦点レンズの応答速度を高速化することが容易となる。
【００１５】
本項において、「画像光の波面曲率を調節する」ための用途としては、例えば、観察者の視力に応じて画像光をキャリブレーションするという用途、画像が投影されるスクリーンの幾何学的歪み（画像光に対する設置スクリーンの傾斜や、スクリーン自体の湾曲）に応じて画像光をキャリブレーションするという用途、画像を３次元的に表示するために画像内の各オブジェクトの奥行きを表現するという用途などがある。
【００１６】
（２） 前記波面曲率調節部は、前記画像の奥行き情報に基づいて前記波面曲率を変調する変調手段を含む（１）項に記載の画像表示装置。
【００１７】
この画像表示装置によれば、画像の立体表示が可能となる。
【００１８】
（３） 前記画像は、複数のフレームの列によって構成され、
前記画像光形成部は、各フレームごとに、そのフレームを構成する複数個の画素が一斉に表示されるように、前記画像光を形成する形成手段を含み、
前記波面曲率調節部は、各フレームごとに、各フレームの表示タイミングと同期するように、前記波面曲率を調節する調節手段を含む（１）または（２）項に記載の画像表示装置。
【００１９】
この画像表示装置によれば、フレームごとに画像光の波面曲率を異ならせることが可能となる。よって、例えば、同じフレームについては、実現すべき奥行きが一様であるが、フレームごとに、実現すべき奥行きが異なるように、複数のフレームが構成される場合に、それらフレームによって構成される画像を、複数の奥行きを有するように表示することが可能となる。
【００２０】
さらに、この画像表示装置によれば、同じフレームについて画像光の波面曲率が各画素ごとに変化するように可変焦点レンズが駆動される場合より、その可変焦点レンズの作動状態が変化する頻度が低下し、それにより、その可変焦点レンズに課されるべき負担が軽減される。
【００２１】
本項において、「フレーム」は、例えば、もとのフレームを構成する複数個の画素と同じ画素によって構成されるものと定義したり、もとのフレームを構成する複数個の画素を、同じ目標波面曲率を共有する複数個の画素グループに分割し、それにより、もとのフレームを複数のサブフレームに分割した場合の各サブフレームとして定義することが可能である。
【００２２】
（４） 前記画像は、複数個の画素の集まりによって構成され、
前記波面曲率調節部は、各画素または各画素グループごとに、前記波面曲率を調節する調節手段を含む（１）または（２）項に記載の画像表示装置。
【００２３】
この画像表示装置によれば、同じフレームにつき、各画素または各画素グループごとに、画像光の波面曲率を異ならせることが可能となる。よって、例えば、同じフレームが複数の奥行きを有する場合に、そのフレームによって構成される画像を、複数の奥行きを有するように表示することが可能となる。
【００２４】
本項において、「画素グループ」は、１つの画像またはフレームのうち、同じ奥行きを共有する複数個の画素の集まりを意味しており、それら画素がすべて、同じ画像またはフレーム上において互いに隣接していることを要せず、それら画素は、互いに離散している複数個の画素を含み得る。
【００２５】
（５） 前記画像は、複数のフレームの列によって構成され、
各フレームは、複数個の画素の集まりによって構成され、
前記画像光形成部は、各フレームごとに、そのフレームを構成する複数個の画素が、各フレームの表示時間中に、各画素または各画素グループごとに、時分割で順次表示されるように、前記画像光を形成する形成手段を含み、
前記波面曲率調節部は、各画素または画素グループごとに、各画素または画素グループの表示タイミングと同期するように、前記波面曲率を調節する調節手段を含む（１）または（２）項に記載の画像表示装置。
【００２６】
この画像表示装置によれば、各画素または画素グループごとに、各画素または画素グループの表示タイミングと同期するように、画像光の波面曲率が調節される。よって、各画素または画素グループにつき、画像の表示と奥行きの実現とが互いに同期するように行われる。
【００２７】
この画像表示装置においては、例えば、各画素の元目標波面曲率が、その元目標波面曲率の最大レベル数より少ないように予め定められた数の近似目標波面曲率（複数個の離散値）のうちのいずれかに変換され、その変換された近似目標波面曲率が実現されるように可変焦点レンズが駆動されることが望ましい。このようにすれば、元目標波面曲率ができる限り忠実に実現されるように可変焦点レンズが駆動される場合より、その可変焦点レンズの負担が軽減され、その制御が容易となる。
【００２８】
（６） 前記可変焦点レンズは、液晶レンズと、液体レンズと、前記リレー光学系の光軸方向における位置が可変である可動レンズとのうちの少なくとも一つを含む（１）ないし（５）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００２９】
（７） 前記画像光形成部は、光スキャナと、フラットパネルディスプレイとのうちの少なくとも一つを含む（１）ないし（６）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００３０】
（８） 前記画像光形成部は、前記フラットパネルディスプレイを含み、
そのフラットパネルディスプレイは、液晶ディスプレイと、有機エレクトロルミネッセンスと、デジタルマイクロミラーデバイスとのうちの少なくとも一つを含む（１）ないし（７）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００３１】
（９） さらに、
前記リレー光学系の下流に配置された接眼光学系と、
その接眼光学系を、それの光軸方向に移動させて任意の位置で停止させることにより、前記波面曲率をデフォールト値からオフセットさせる波面曲率オフセット機構と
を含む（１）ないし（８）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００３２】
この画像表示装置によれば、例えば、観察者の視力に応じて接眼光学系の位置を調節することが可能となり、よって、観察者の視力の良否にかかわらず、観察者が画像を鮮明に観察することが可能となる。
【００３３】
（１０） さらに、
前記可変焦点レンズを、前記リレー光学系の光軸に対して直角な方向に移動させて任意の位置で停止させることにより、当該可変焦点レンズの、前記リレー光学系に対する相対的な位置をキャリブレーションするキャリブレーション機構を含む（１）ないし（９）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００３４】
この画像表示装置によれば、例えば、観察者の視力に応じて可変焦点レンズの位置を調節することが可能となり、よって、観察者の視力の良否にかかわらず、観察者が画像を鮮明に観察することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のうちのいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
【００３６】
図１には、本発明の第１実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０が概念的に示されている。このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、図示しない観察者の頭部に装着されて使用される形式の画像表示装置である。
【００３７】
このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、概略的には、光源から一斉に入射した面状の光を、空間変調素子を用いて、各画素ごとに空間的に変調し、そのようにして形成された画像光を観察者の瞳孔を経て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ように構成されている。
【００３８】
具体的には、このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、光源部１２と、画像光形成部１４と、リレー光学系１６と、接眼光学系１８とを、それらの順に、互いに直列に並ぶように備えている。
【００３９】
光源部１２は、光源としての白色ＬＥＤ２０と、その白色ＬＥＤ２０からの白色光をコリメートするコリメートレンズ２２とを含むように構成されている。白色ＬＥＤ２０は、ＬＥＤドライバ２４によって駆動され、それにより、白色光を発光する。
【００４０】
画像光形成部１４は、フラットパネルディスプレイ（空間変調素子の一例）としてのＬＣＤ（液晶ディスプレイ）３０を含むように構成されている。ＬＣＤ３０は、コリメートレンズ２２からの白色光を、各画素ごとに、３色の成分光（ＲＧＢ）に分解するカラーフィルタ（ＲＧＢフィルタ）と、各成分光の透過度を制御する液晶パネルとを含むように構成されている。その液晶パネルは、複数個の画素を有しており、各画素ごとに、各成分光の透過度を制御する。
【００４１】
ＬＣＤ３０のいくつかの例が特開平１１−１９４３１３号公報に開示されており、その公報は、引用によって本明細書に全体的に合体させられる。ＬＣＤ３０は、ＬＣＤドライバ３２によって駆動され、それにより、白色ＬＥＤ２０から出射した白色光に対して空間変調を施す。
【００４２】
本実施形態においては、画像光形成部１４がフラットパネルディスプレイを主体として構成されているが、これに限定されることなく、例えば、光スキャナを主体として構成することが可能である。この場合、このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、網膜走査型ディスプレイ装置とも称される。
【００４３】
また、本実施形態においては、フラットパネルディスプレイの一例としてＬＣＤ３０が採用されているが、これに限定されることなく、例えば、有機エレクトロルミネッセンスとしたり、デジタルマイクロミラーデバイスとすることが可能である。
【００４４】
リレー光学系１６は、前段リレーレンズ４０と後段リレーレンズ４２とを含むように構成されている。前段リレーレンズ４０の前側焦点位置にＬＣＤ３０が、その後側焦点位置に可変焦点レンズ５０がそれぞれ配置され、また、後段リレーレンズ４２の前側焦点位置に可変焦点レンズ５０が配置されている。可変焦点レンズ５０は、それの焦点距離が変化させられる。その焦点距離を変化させるために、可変焦点レンズ５０は、可変焦点レンズドライバ５２によって駆動される。
【００４５】
可変焦点レンズ５０は、それの屈折率もしくは屈折力またはレンズ形状が可変である液晶レンズまたは液体レンズとすることが可能であるが、これに限定されることなく、例えば、リレー光学系１６の光軸方向における位置が可変である可動レンズとすることも可能である。液晶レンズおよび液体レンズのそれぞれについてのいくつかの例が特開２００６−２８５１８２号公報に開示されており、その公報は、引用によって本明細書に全体的に合体させられる。
【００４６】
接眼光学系１８は、接眼レンズ６０と、その接眼レンズ６０からの画像光をユーザの瞳孔に誘導する光ガイドとしてのハーフミラー６２とを含むように構成されている。
【００４７】
本実施形態においては、その光ガイドがハーフミラー６２として構成されているため、ユーザは、ハーフミラー６２を通して現実外界を観察すると同時に、接眼レンズ６０からの画像光を、ハーフミラー６２の反射によって受光して表示画像を観察することが可能である。すなわち、このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、現実外界に重ねて表示画像を観察可能なシースルー型なのである。
【００４８】
図２には、このヘッドマウントディスプレイ装置１０が光路図で示されている。可変焦点レンズ５０は、リレー光学系１６の瞳とちょうど同じ位置、すなわち、前段リレーレンズ４０の後側焦点位置と一致し、かつ、後段リレーレンズ４２の前側焦点位置と一致する位置に配置されている。なお、図２には、ハーフミラー６２が省略されている。
【００４９】
図３には、このヘッドマウントディスプレイ装置１０のうちの電気的な部分がブロック図で概念的に表されている。このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、信号処理装置７０を備えている。その信号処理装置７０は、コンピュータ７２と、メモリ部７４と、クロック発振器７６とを含むように構成されている。
【００５０】
この信号処理装置７０は、概略的には、外部から入力されたコンテンツを表すデータに基づき、そのコンテンツを表示するために必要な信号を生成し、その信号に基づき、ＬＥＤドライバ２４を介して白色ＬＥＤ２０、ＬＣＤドライバ３２を介してＬＣＤ３０、可変焦点レンズドライバ５２を介して可変焦点レンズ５０をそれぞれ制御する。
【００５１】
コンテンツは、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号と、奥行きを表すＺ信号とが互いに関連付けられた信号によって表現される。コンピュータ７２は、それら信号を入力すると、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号はＲ／Ｇ／Ｂバッファ７８に保存する一方、Ｚ信号はＺバッファ８０に保存する。
【００５２】
コンピュータ７２は、各フレームごとに、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号から、ＬＣＤ３０制御用のＲ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号を生成して、それら画像信号をＬＣＤドライバ３２に供給するとともに、Ｚ信号から奥行き信号を生成して、その奥行き信号を可変焦点レンズドライバ５２に供給する。コンピュータ７２は、クロック発振器７６からのクロック信号に基づき、Ｒ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号のＬＣＤドライバ３２への供給タイミングと、奥行き信号の可変焦点レンズドライバ５２への供給タイミングとを互いに同期させる。
【００５３】
図３に示すように、メモリ部７４には、さらに、キャリブレーションプログラムと、画像表示プログラムと、前記キャリブレーションプログラムの実行に必要なテストパターンデータとが不揮発的に予め記憶されている。
【００５４】
図５には、前記キャリブレーションプログラムが概念的にフローチャートで表されている。このキャリブレーションプログラムは、ヘッドマウントディスプレイ装置１０の電源（図示しない）がユーザによって投入された後に、１回限り実行される。
【００５５】
その実行時には、まず、ステップＳ１０１において、テストパターンデータがメモリ部７４から読み込まれ、その読み込まれたテストパターンデータに基づき、ＬＣＤ３０が駆動されることにより、テストパターンがユーザの網膜上に直接的に投影される。図６（ａ）には、そのテストパターンの一例が示されている。このとき、奥行き信号は、奥行きのデフォールト値を表す信号として、可変焦点レンズドライバ５２に供給される。
【００５６】
次に、ステップＳ１０２において、テストパターンがユーザによって鮮明に観察されていることをユーザが示すために「ＯＫ」を表すデータが、図示しない入力装置を介して、コンピュータ７２に入力されたか否かが判定される。ユーザによって認識されたテストパターンが図６（ｂ）に示すように、不鮮明であるため、ユーザにより、「ＯＫ」を表すデータが入力されなかった場合には、ステップＳ１０２の判定がＮＯとなり、ステップＳ１０３において、テストパターンの奥行きが現在値から一方向に一定量変化するように、奥行き信号が生成される。その生成された奥行き信号は、可変焦点レンズドライバ５２に供給され、その結果、テストパターンの奥行きが変更される。
【００５７】
その後、再び、ステップＳ１０２において、ユーザにより、「ＯＫ」を表すデータが入力されたか否かが判定される。今回も、入力されなかった場合には、再び、ステップＳ１０３において、テストパターンの奥行きが現在値から、予め定められた一方向に、一定量だけ変化するように、奥行き信号が生成される。
【００５８】
ステップＳ１０２およびＳ１０３の実行が繰り返された結果、ステップＳ１０２の判定がＹＥＳとなると、ステップＳ１０４において、そのときの奥行きが、奥行きのデフォールト値に対する固定バイアス値に決定される。したがって、その後、本来の画像表示工程においては、画像の目標奥行きが指定されると、その指定値が固定バイアス値で補正され、それにより、ユーザの視力の良否にかかわらず、目標奥行きを有する画像が鮮明にユーザによって観察される。
【００５９】
以上で、このキャリブレーションプログラムの実行が終了する。
【００６０】
図７には、前記画像表示プログラムが概念的にフローチャートで表されている。この画像表示プログラムは、ヘッドマウントディスプレイ装置１０の電源がユーザによって投入された後、ユーザが、表示すべき画像を指定したうえで、図示しない画像スタートスイッチをオンに操作することに応答して実行される。今回は、複数のフレームの列によって表現される画像であるコンテンツ（例えば、奥行きが時間と共に変化するオブジェクトを有する動画や、奥行きは時間と共に変化しないが複数の奥行きを有する１つの静止画）が表示対象としてユーザによって指定されたと仮定する。
【００６１】
この画像表示プログラムの実行が開始されると、まず、ステップＳ２０１において、フレームの番号ＦＮが１にセットされる。次に、ステップＳ２０２において、表示すべきコンテンツのうち今回のフレームを表す画像信号が元画像信号として入力される。その元画像信号は、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号とＺ信号とを含んでいる。
【００６２】
続いて、ステップＳ２０３において、その元画像信号からＺ信号が抽出され、そのＺ信号が奥行き信号に変換される。具体的には、Ｚ信号によって表現される奥行きの最大レベル数より少ない数（本実施形態においては、６）が、可変焦点レンズ５０によって実現される奥行きの最大レベル数に設定されており、このステップＳ２０３においては、実際のＺ信号が、６つの奥行きレベルのうち最も近似するものを表す奥行き信号に変換される。
【００６３】
図８には、可変焦点レンズ５０によって実現される６つの奥行きレベルが表示モード０−５として表記されている。表示モード０は、ディオプターが０である状態（焦点距離が無限大である状態）で画像を表示するためのモードである。表示モード１−５は、ディオプターが−０．５、−１．０、−１．５、−２．０および−２．５である状態で画像をそれぞれ表示するためのモードである。
【００６４】
したがって、このステップＳ２０３の実行が終了すると、今回のフレームを構成する各画素ごとに、６つの表示モードのうちのいずれかが割り当てられることになる。
【００６５】
図７に示すように、ステップＳ２０３の実行が終了すると、ステップＳ２０４において、図８に示すように、今回のフレームが、表示モード数と同数のサブフレームに分割される。具体的には、今回のフレームに属する複数個の画素が、同じ表示モード（同じディオプター）を割り当てられた複数個の画素グループに分割され、各表示モードごとに、１つのサブフレームが構成される。
【００６６】
例えば、図９（ａ）に示すように、今回のフレーム番号が１である場合には、図９（ｂ）に示すように、サブフレーム番号ＳＦＮが１であるサブフレームが、表示モードが０である画素についてのみ、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号を有するように構成される。このことは、サブフレーム番号ＳＦＮが２−６であるそれぞれのサブフレームについても同様である。
【００６７】
なお付言するに、各サブフレームを構成する複数個の画素のうち、各サブフレームに対応する奥行きを有しない画素については、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光のいずれも透過しないようにＬＣＤ３０が制御されるように、サブフレームの画像信号が生成される。
【００６８】
図７に示すように、ステップＳ２０４の実行が終了すると、ステップＳ２０５において、ＬＥＤドライバ２４がオンされ、それにより、白色ＬＥＤ２０が点灯させられる。続いて、ステップＳ２０６において、各サブフレームごとに、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号がそれぞれ、ＬＣＤ３０制御用のＲ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号に変換される。さらに、各サブフレームごとに、それらＲ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号がＬＣＤドライバ３２に供給される。
【００６９】
その後、ステップＳ２０７において、各サブフレームごとに、奥行き信号（６つの表示モードのうちのいずれかを表す信号）が、可変焦点レンズドライバ５２に供給される。このステップＳ２０７の実行は、ステップＳ２０６の実行と同期するように行われる。
【００７０】
続いて、ステップＳ２０８において、今回のフレームが、今回の画像のうちの最終フレームであるか否かが判定される。今回のフレームは最終フレームではないと仮定すると、ステップＳ２０８の判定がＮＯとなり、その後、ステップＳ２０９において、フレーム番号ＦＮが１だけインクリメントされた後、ステップＳ２０２に移行する。
【００７１】
ステップＳ２０２−Ｓ２０９の実行がすべてのフレームについて実行された結果、ステップＳ２０８の判定がＹＥＳとなると、この画像表示プログラムの一回の実行が終了する。
【００７２】
図１０（ａ）−（ｃ）には、このヘッドマウントディスプレイ装置１０が、可変焦点レンズ５０の表示モードが０であって、ディオプターが０である場合と、可変焦点レンズ５０の表示モードが３であって、ディオプターが−１．５である場合と、可変焦点レンズ５０の表示モードが５であって、ディオプターが−２．５である場合とについてそれぞれ、光路図で示されている。
【００７３】
なお付言するに、例えば、図１０（ａ）には、ＬＣＤ３０から３つのビームが出射するように示されているが、これは、ある瞬間において、ＬＣＤ３０を構成する複数個の画素のうち、同じ表示モード（＝０）、換言すれば、同じ奥行きすなわち焦点距離が割り当てられた３つの画素から３つのビームがそれぞれ同時に出射して可変焦点レンズ５０に入射する様子を説明するためである。
【００７４】
このように、本実施形態においては、奥行きが同じ画素のみが存在するように複数の独自のサブフレームが作成され、そのうえで、各サブフレームごとに、可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられて、各サブフレームごとの焦点距離すなわち奥行きが実現される。
【００７５】
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、信号処理装置７０が前記（１）項における「波面曲率調節部」の一例を構成し、コンピュータ７２のうち、図７におけるステップＳ２０２、Ｓ２０３およびＳ２０７を実行する部分が、前記（２）項における「変調手段」の一例を構成し、コンピュータ７２のうち、図７におけるステップＳ２０４およびＳ２０６を実行する部分が、前記（３）項における「形成手段」の一例を構成し、コンピュータ７２のうち、図７におけるステップＳ２０７を実行する部分が、同項における「調節手段」の一例を構成していると考えることが可能である。
【００７６】
さらに、本実施形態においては、説明の便宜上、コンピュータ７２のうち、図５に示すキャリブレーションプログラムを実行する部分が、前記（１）項における「波面曲率調節部」の別の一例を構成していると考えることが可能である。
【００７７】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態に対して、接眼レンズ６０が移動可能である点でのみ異なり、他の点では共通するため、接眼レンズ６０の移動についてのみ説明する。
【００７８】
図１１には、接眼レンズ６０を、それの光軸方向に移動させて任意の位置で停止させることにより、画像光の波面曲率をデフォールト値からオフセットさせる波面曲率オフセット機構１００が示されている。
【００７９】
波面曲率オフセット機構１００は、ヘッドマウントディスプレイ装置１０のうちのハウジング（静止部材）１０２に取り付けられている。
【００８０】
この波面曲率オフセット機構１００は、ユーザの操作に応じて機械的に作動することにより、接眼レンズ６０を、それの光軸上において変位させるように構成されている。具体的には、この波面曲率オフセット機構１００は、ユーザによって操作される操作部（例えば、回転つまみ）１０４と、ハウジング１０２に固定された静止部１０６と、その静止部１０６に対して相対的に直線変位可能に支持された直線可動部１０８とを備えている。その直線可動部１０８に接眼レンズ６０が固定されている。
【００８１】
この波面曲率オフセット機構１００は、さらに、操作部１０４によって回転させられる回転部１１０と、その回転部１１０の回転運動を直線可動部１０８の直線運動に変換する運動変換機構１１２とを備えている。その運動変換機構１１２は、例えば、直線可動部１０８のめねじと、回転部１１０のおねじとが互いに螺合されたねじ機構として構成することが可能である。また、この波面曲率オフセット機構１００は、よく知られたマイクロメータに採用される変位機構と構造的に共通するように設計することが可能である。
【００８２】
したがって、ユーザは、この波面曲率オフセット機構１００により、接眼レンズ６０をデフォールト位置から所望の向きに所望の量で変位させることが可能となる。よって、ユーザは、表示画像を見ながら、それが鮮明に見えるように接眼レンズ６０の位置を調節し、その結果、画像光の波面曲率をデフォールト値から適量だけオフセットさせることが可能となる。
【００８３】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態に対して、可変焦点レンズ５０が移動可能である点でのみ異なり、他の点では共通するため、可変焦点レンズ５０の移動についてのみ説明する。
【００８４】
図１２には、可変焦点レンズ５０を、リレー光学系１６の光軸に対して直角な方向に移動させて任意の位置で停止させることにより、可変焦点レンズ５０の、リレー光学系１６に対する相対的な位置をキャリブレーションするキャリブレーション機構１２０が示されている。
【００８５】
このキャリブレーション機構１２０は、第２実施形態における波面曲率オフセット機構１００と共通する構成を有しており、操作部１０４、静止部１０６、直線可動部１０８、回転部１１０および運動変換機構１１２を含むように構成されている。直線可動部１０８に、可変焦点レンズ５０が固定されている。
【００８６】
ユーザは、このキャリブレーション機構１２０により、可変焦点レンズ５０をデフォールト位置から所望の向きに所望の量で変位させることが可能となる。よって、ユーザは、表示画像を見ながら、それが鮮明に見えるように可変焦点レンズ５０の位置を調節し、その結果、画像光の波面曲率をデフォールト値から適量だけオフセットさせることが可能となる。
【００８７】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態に対して、画像表示プログラムの内容の点でのみ異なり、他の点では共通するため、画像表示プログラムについてのみ説明する。
【００８８】
第１実施形態においては、各サブフレームごとに可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられるが、本実施形態においては、各画素ごとに可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられる。第１実施形態と同様に、本実施形態においても、同じフレームに属する複数個の画素にそれぞれ、各画素のＺ信号に基づき、６つの表示モードのうちのいずれかが割り当てられる。
【００８９】
図１３には、本実施形態における画像表示プログラムが概念的にフローチャートで表されている。この画像表示プログラムが実行されると、まず、ステップＳ３０１において、フレーム番号ＦＮが１にセットされ、次に、ステップＳ３０２において、今回のコンテンツを表す画像信号のうち今回のフレームに対応する部分が元画像信号として入力される。
【００９０】
続いて、ステップＳ３０３において、画素番号ＰＮが１にセットされる。その後、ステップＳ３０４において、今回の画素に対応するＲ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号がそれぞれ、ＬＣＤ３０用のＲ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号に変換され、それらＲ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号がＬＣＤドライバ３２に出力される。
【００９１】
なお付言するに、今回の画素を反映したＲ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号は、ＬＣＤ３０のうち、今回の画素に対応する電極についてしか供給されず、他の画素に対応する電極については、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光のいずれも透過しないようにＬＣＤ３０が制御される。
【００９２】
続いて、ステップＳ３０５において、今回の画素に対応するＺ信号に、６つの表示モードのうちのいずれかを表す奥行き信号が割り当てられることにより、そのＺ信号が、対応する奥行き信号に変換される。
【００９３】
その後、ステップＳ３０６において、その奥行き信号が可変焦点レンズドライバ５２に出力される。このステップＳ３０６の実行は、ステップＳ３０４の実行と同期するように行われる。続いて、ステップＳ３０７において、今回の画素が、今回のフレームを構成する複数個の画素のうち最後の画素であるか否かが判定される。今回は、最終画素ではないと仮定すると、その判定がＮＯとなり、ステップＳ３０８において、画素番号ＰＮが１だけインクリメントされ、その後、ステップＳ３０４に移行する。
【００９４】
ステップＳ３０４−Ｓ３０８の実行が繰り返された結果、ステップＳ３０７の判定がＹＥＳとなると、ステップＳ３０９において、今回のフレームが、今回の画像のうちの最終フレームであるか否かが判定される。今回のフレームは最終フレームではないと仮定すると、ステップＳ３０９の判定がＮＯとなり、その後、ステップＳ３１０において、フレーム番号ＦＮが１だけインクリメントされた後、ステップＳ３０２に移行する。
【００９５】
ステップＳ３０２−Ｓ３１０の実行がすべてのフレームについて実行された結果、ステップＳ３０９の判定がＹＥＳとなると、この画像表示プログラムの一回の実行が終了する。
【００９６】
図１４（ａ）−（ｃ）には、このヘッドマウントディスプレイ装置１０が、可変焦点レンズ５０の表示モードが０であって、ディオプターが０である場合と、可変焦点レンズ５０の表示モードが３であって、ディオプターが−１．５である場合と、可変焦点レンズ５０の表示モードが５であって、ディオプターが−２．５である場合とについてそれぞれ、光路図で示されている。
【００９７】
なお付言するに、例えば、図１４（ａ）には、ＬＣＤ３０から１つのビームが出射するように示されているが、これは、ある瞬間において、ＬＣＤ３０を構成する複数個の画素のうち、今回の表示モード（＝０）、換言すれば、今回の奥行きすなわち焦点距離が割り当てられた今回の画素のみから１つのビームが出射して可変焦点レンズ５０に入射する様子を説明するためである。
【００９８】
このように、本実施形態においては、各画素ごとに、可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられて、各画素ごとの焦点距離すなわち奥行きが実現される。
【００９９】
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、コンピュータ７２のうち、図１３におけるステップＳ３０２、Ｓ３０４、Ｓ３０５およびＳ３０６を実行する部分が、前記（２）項における「変調手段」の一例を構成し、コンピュータ７２のうち、図１３におけるステップＳ３０５およびＳ３０６を実行する部分が前記（４）項における「調節手段」の一例を構成し、コンピュータ７２のうち、図１３におけるステップＳ３０４を実行する部分が、前記（５）項における「形成手段」の一例を構成し、コンピュータ７２のうち、図１３におけるステップＳ３０５およびＳ３０６を実行する部分が、同項における「調節手段」の一例を構成していると考えることが可能である。
【０１００】
さらに、本実施形態においては、説明の便宜上、コンピュータ７２のうち、図５に示すキャリブレーションプログラムを実行する部分が、前記（１）項における「波面曲率調節部」の別の一例を構成していると考えることが可能である。
【０１０１】
なお付言すれば、本実施形態においては、各フレームの表示中、各画素ごとに、可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられて画像光の波面曲率が変調されるが、実質的に同じ奥行きを共有する各画素グループごとに、可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられて画像光の波面曲率が変調される態様で本発明を実施することが可能である。この態様によれば、各画素ごとに可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられる場合より、可変焦点レンズ５０の作動頻度が低下し、それにより、可変焦点レンズ５０の負担が軽減される。
【０１０２】
さらに付言するに、図１９に例示されるように、焦点距離が必ずしも一致しない複数のオブジェクトが、互いにオーバラップする部分を有することなく配置された画像については、すべての画素につき、１個の画素に１個の焦点距離が割り当てられる。この種の画像を表示するための複数枚のサブフレームは、図２０に例示される。この例においては、すべての画素につき、１個の画素が１枚のサブフレームに割り当てられる。
【０１０３】
これに対し、図２１に例示されるように、焦点距離が必ずしも一致しない複数のオブジェクトのうちの少なくとも一部が、互いにオーバラップする部分を有するように配置された画像については、一部の画素につき、１個の画素に複数個の焦点距離が割り当てられる。この種の画像を表示するための複数枚のサブフレームは、図２２に例示される。
【０１０４】
この例においては、一部の画素につき、１個の画素が複数枚のサブフレームに割り当てられる。この種の画像が表示されると、観察者は、各々透明でピント位置が互いに異なる複数個のオブジェクトがレイアー状に重なっているように知覚することになる。この例においては、複数枚のサブフレームがレイアー構造を成していると考えることが可能である。
【０１０５】
本発明によれば、それら２種類の画像のいずれについても、画像を正しく表示することができる。
【０１０６】
次に、本発明の第５実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態と共通する点が多いため、その共通点については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、重複した説明を省略し、第１実施形態とは異なる点についてのみ詳細に説明する。
【０１０７】
図１５は、本発明の第５実施形態に従う液晶プロジェクタ１４０である。この液晶プロジェクタ１４０は、画像を物理的なスクリーンに投影し、それにより、観察者に画像を表示する形式の画像表示装置である。
【０１０８】
この液晶プロジェクタ１４０は、概略的には、光源から一斉に入射した面状の光を、空間変調素子を用いて、各画素ごとに空間的に変調し、そのようにして形成された画像光をスクリーン上に投影し、それにより、観察者が画像を実像として観察することを可能にするように構成されている。
【０１０９】
具体的には、この液晶プロジェクタ１４０は、第１実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０と同様に、光源部１２と、画像光形成部１４と、リレー光学系１６とを、それらの順に、互いに直列に並ぶように備えている。この液晶プロジェクタ１４０は、ヘッドマウントディスプレイ装置１０とは異なり、接眼光学系１８は備えていない。
【０１１０】
図１５に示すＬＥＤドライバ２４、ＬＣＤドライバ３２および可変焦点レンズドライバ５２は、図３に示す信号処理装置７０によって制御される。図１６には、その信号処理装置７０のうちのメモリ部７４の内容が概念的に表されている。図１６に示すように、メモリ部７４には、第１実施形態と同様に、キャリブレーションプログラムと、画像表示プログラムと、テストパターンデータとが不揮発的に予め記憶されている。それらプログラムおよびデータは、第１実施形態と共通するため、重複した説明を省略する。
【０１１１】
このメモリ部７４には、さらに、独自のプログラムとして、画像歪みキャンセルプログラムと、その画像歪みキャンセルプログラムの実行に必要な焦点距離分布パターンデータとが不揮発的に予め記憶されている。
【０１１２】
図１７には、その画像歪みキャンセルプログラムが概念的にフローチャートで表されている。
【０１１３】
この画像歪みキャンセルプログラムは、液晶プロジェクタ１４０が画像を投影しようとするスクリーン１４２が、その液晶プロジェクタ１４０の光軸に対して十分に直角でなかったり、または、そのスクリーン１４２自体が湾曲しているために、スクリーン１４２上において表示画像が幾何学的に歪んでしまってピンボケになってしまう場合に、その画像の歪みをソフトウエアによってキャンセルするために実行される。
【０１１４】
具体的には、この画像歪みキャンセルプログラムは、スクリーン１４２に照射する画像光の波面曲率の分布すなわち焦点距離の分布を、スクリーン１４２上に投影される画像の幾何学的歪みがキャンセルされるように、再設定するように実行される。
【０１１５】
さらに具体的には、この画像歪みキャンセルプログラムは、画像の幾何学的歪みをキャンセルするために効果的である焦点距離分布を表す焦点距離分布パターンを複数種類、用意している。
【０１１６】
図１８には、焦点距離分布パターンの例として、４種類の焦点距離分布パターンが示されている。焦点距離分布パターンＮｏ．１は、表示画像の左側から右側に向かうにつれて焦点距離が順に短くなるパターンである。焦点距離分布パターンＮｏ．２は、表示画像の左側から右側に向かうにつれて焦点距離が順に長くなるパターンである。焦点距離分布パターンＮｏ．３は、表示画像の上側から下側に向かうにつれて焦点距離が順に短くなるパターンである。焦点距離分布パターンＮｏ．４は、表示画像の上側から下側に向かうにつれて焦点距離が順に長くなるパターンである。
【０１１７】
図１７には、前記画像歪みキャンセルプログラムが概念的にフローチャートで表されている。この画像歪みキャンセルプログラムは、液晶プロジェクタ１４０の、図示しない電源がユーザによって投入されたことに応答して実行される。
【０１１８】
その実行時には、まず、ステップＳ４０１において、ユーザにより、図示しない入力装置を介して、「画像歪みキャンセルモード」が選択されたか否かが判定される。今回は、「画像歪みキャンセルモード」が選択されなかったと仮定すると、直ちにこの画像歪みキャンセルプログラムの実行が終了する。
【０１１９】
これに対し、今回は、「画像歪みキャンセルモード」が選択されたと仮定すると、ステップＳ４０２において、焦点距離分布パターンＮｏ．１が今回の焦点距離分布パターンとして選択され、さらに、その選択された焦点距離分布パターンに基づき、奥行き信号が、１フレーム全体について作成される。
【０１２０】
続いて、ステップＳ４０３において、その作成された奥行き信号と、前記テストパターンデータとに基づき、例えば図６（ａ）に示すテストパターンが、今回の焦点距離分布パターンのもとに表示される。
【０１２１】
その後、ステップＳ４０４において、そのテストパターンがユーザによって鮮明に観察されていることをユーザが示すために「ＯＫ」を表すデータが、図示しない入力装置を介して、コンピュータ７２に入力されたか否かが判定される。
【０１２２】
今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されたと仮定すると、ステップＳ４０４の判定がＹＥＳとなり、この画像歪みキャンセルプログラムの実行が終了し、以後、今回の焦点距離分布パターンが、バイアスとして、前記画像表示プログラムの実行によって作成された奥行き信号に付加される。
【０１２３】
これに対し、今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されなかったと仮定すると、ステップＳ４０４の判定がＮＯとなり、ステップＳ４０５に移行する。
【０１２４】
ステップＳ４０５においては、焦点距離分布パターンＮｏ．２が今回の焦点距離分布パターンとして選択され、さらに、その選択された焦点距離分布パターンに基づき、奥行き信号が、１フレーム全体について作成される。
【０１２５】
続いて、ステップＳ４０６において、その作成された奥行き信号と、前記テストパターンデータとに基づき、テストパターンが、今回の焦点距離分布パターンのもとに表示される。
【０１２６】
その後、ステップＳ４０７において、「ＯＫ」を表すデータが入力されたか否かが判定される。今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されたと仮定すると、ステップＳ４０７の判定がＹＥＳとなり、この画像歪みキャンセルプログラムの実行が終了し、以後、今回の焦点距離分布パターンが、バイアスとして、前記画像表示プログラムの実行によって作成された奥行き信号に付加される。
【０１２７】
これに対し、今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されなかったと仮定すると、ステップＳ４０７の判定がＮＯとなり、ステップＳ４０８に移行する。
【０１２８】
ステップＳ４０８においては、焦点距離分布パターンＮｏ．３が今回の焦点距離分布パターンとして選択され、さらに、その選択された焦点距離分布パターンに基づき、奥行き信号が、１フレーム全体について作成される。
【０１２９】
続いて、ステップＳ４０９において、その作成された奥行き信号と、前記テストパターンデータとに基づき、テストパターンが、今回の焦点距離分布パターンのもとに表示される。
【０１３０】
その後、ステップＳ４１０において、「ＯＫ」を表すデータが入力されたか否かが判定される。今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されたと仮定すると、ステップＳ４１０の判定がＹＥＳとなり、この画像歪みキャンセルプログラムの実行が終了し、以後、今回の焦点距離分布パターンが、バイアスとして、前記画像表示プログラムの実行によって作成された奥行き信号に付加される。
【０１３１】
これに対し、今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されなかったと仮定すると、ステップＳ４１０の判定がＮＯとなり、ステップＳ４１１に移行する。
【０１３２】
ステップＳ４１１においては、焦点距離分布パターンＮｏ．４が今回の焦点距離分布パターンとして選択され、さらに、その選択された焦点距離分布パターンに基づき、奥行き信号が、１フレーム全体について作成される。
【０１３３】
続いて、ステップＳ４１２において、その作成された奥行き信号と、前記テストパターンデータとに基づき、テストパターンが、今回の焦点距離分布パターンのもとに表示される。
【０１３４】
その後、ステップＳ４１３において、「ＯＫ」を表すデータが入力されたか否かが判定される。今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されたと仮定すると、ステップＳ４１３の判定がＹＥＳとなり、この画像歪みキャンセルプログラムの実行が終了し、以後、今回の焦点距離分布パターンが、バイアスとして、前記画像表示プログラムの実行によって作成された奥行き信号に付加される。
【０１３５】
これに対し、今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されなかったと仮定すると、ステップＳ４１３の判定がＮＯとなり、ステップＳ４１４に移行する。
【０１３６】
このステップＳ４１４においては、ユーザにより、図示しない入力装置を介して、「モード終了」が選択されたか否かが判定される。今回は、「モード終了」が選択されたと仮定すると、この画像歪みキャンセルプログラムの実行が終了し、一方、今回は、「モード終了」が選択されなかったと仮定すると、ステップＳ４０２に戻り、再度、テストパターンが、異なる焦点距離分布パターンのもとに表示される。
【０１３７】
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、コンピュータ７２のうち、図１７に示す画像歪みキャンセルプログラムを実行する部分が、前記（１）項における「波面曲率調節部」の別の一例を構成していると考えることが可能である。
【０１３８】
以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、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。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の第１実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０を概念的に表す系統図である。
【図２】図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置１０を示す光路図である。
【図３】図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置１０のうち電気的な部分を概念的に表すブロック図である。
【図４】図３に示すメモリ部７４の内容を概念的に表すブロック図である。
【図５】図４に示すキャリブレーションプログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、図５に示すキャリブレーションプログラムの実行によって表示されるテストパターンを示す正面図であり、図６（ｂ）は、そのテストパターンが観察者によって不鮮明に認識される様子を説明するための正面図である。
【図７】図４に示す画像表示プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図８】図７に示す画像表示プログラムの実行によって１つのフレームが複数のサブフレームに分割される様子と、複数の表示モードと複数のディオプターとの対応関係とを説明するための表である。
【図９】図９（ａ）は、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号、Ｂ輝度信号およびＺ信号を各フレームごとに示すタイムチャートであり、図９（ｂ）は、図７に示す画像表示プログラムの実行によって１つのフレーム（ＦＮ＝１）が６つのサブフレーム（ＳＦＮ＝１−６）に分割される様子を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】図１０（ａ）は、図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置１０が可変焦点レンズ５０の表示モードが０であるときに示す状態を示す光路図であり、図１０（ｂ）は、図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置１０が可変焦点レンズ５０の表示モードが３であるときに示す状態を示す光路図であり、図１０（ｃ）は、図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置１０が可変焦点レンズ５０の表示モードが５であるときに示す状態を示す光路図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０のうち、波面曲率オフセット機構１００を接眼光学系１８と共に示す側面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０のうち、キャリブレーション機構１２０をリレー光学系１６と共に示す側面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０のうちのメモリ部７４に記憶されている画像表示プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図１４】図１４（ａ）は、第４実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０が可変焦点レンズ５０の表示モードが０であるときに示す状態を示す光路図であり、図１４（ｂ）は、第４実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０が可変焦点レンズ５０の表示モードが３であるときに示す状態を示す光路図であり、図１４（ｃ）は、第４実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０が可変焦点レンズ５０の表示モードが５であるときに示す状態を示す光路図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に従う液晶プロジェクタ１４０を概念的に表す系統図である。
【図１６】図１５に示す液晶プロジェクタ１４０のうちのメモリ部７４の内容を概念的に表すブロック図である。
【図１７】図１６に示す画像歪みキャンセルプログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図１８】図１７に示す画像歪みキャンセルプログラムを実行するために用いられる複数種類の焦点距離分布パターンを示す平面図である。
【図１９】本発明の適用可能範囲を説明するために、焦点距離が必ずしも一致しない複数のオブジェクトが、互いにオーバラップする部分を有することなく配置された画像の一例を示す正面図である。
【図２０】図１９に示す画像を表示するために生成される複数枚のサブフレームを示す正面図である。
【図２１】本発明の適用可能範囲を説明するために、焦点距離が必ずしも一致しない複数のオブジェクトのうちの少なくとも一部が、互いにオーバラップする部分を有するように配置された画像の一例を示す正面図である。
【図２２】図２１に示す画像を表示するために生成される複数枚のサブフレームを示す正面図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１０ ヘッドマウントディスプレイ装置
１２ 光源部
１４ 画像光形成部
１６ リレー光学系
１８ 接眼光学系
２０ 白色ＬＥＤ
３０ ＬＣＤ
５０ 可変焦点レンズ
６０ 接眼レンズ
７０ 信号処理装置
７２ コンピュータ
１００ 波面曲率オフセット機構
１２０ キャリブレーション機構
１４０ 液晶プロジェクタ
１４２ スクリーン
【技術分野】
【０００１】
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、可変焦点レンズを用いて、表示すべき画像を表す画像光の波面曲率を調節する技術の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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や、そのような画像光を物理的なスクリーンに投影し、それにより、観察者が画像を実像として観察することを可能にする技術が存在する。
【０００３】
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。
【０００４】
特許文献１は、画像を光学的に表示する装置としてのヘッドマウントディスプレイ装置を開示している。このヘッドマウントディスプレイ装置は、表示すべき画像を表す画像光を直接的に網膜上に投影し、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と、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、各画素ごとに空間的に変調する技術とを採用している。
【０００５】
このヘッドマウントディスプレイ装置は、さらに、虚像の位置を奥行き方向に変化させて動画の立体表示を可能にするために、可変焦点レンズを採用している。
【特許文献１】特開平９−２９７２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、可変焦点レンズを使用すれば、画像光の奥行きを決める光学的物理量、すなわち、画像光の波面曲率を変調することが可能であることを教えている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１は、そのような可変焦点レンズの大きさと、それが配置される位置との間に一定の関係があることを教えておらず、よって、特許文献１は、そのような可変焦点レンズを小型化するのに適した配置位置を教えていない。
【０００８】
以上説明した事情を背景として、本発明は、可変焦点レンズを用いて画像光の波面曲率を調節することが可能な画像表示装置において、可変焦点レンズを小型化するのに適した位置にその可変焦点レンズが配置されることを可能にすることを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
（１） 画像を光学的に表示する画像表示装置であって
光源部と、
その光源部から出射する光を、表示すべき画像を表す画像光に変換することにより、その画像光を形成する画像光形成部と、
その画像光形成部から出射した画像光をリレーするリレー光学系であって、そのリレー光学系の内部に、前記画像光が通過する瞳を有するものと、
その瞳の位置と概して等しい位置に配置された可変焦点レンズであって、可変である焦点距離を有するものと、
その可変焦点レンズを駆動して前記焦点距離を変化させることにより、前記リレー光学系から出射する画像光の波面曲率を調節する波面曲率調節部と
を含む画像表示装置。
【００１２】
この画像表示装置によれば、当該画像表示装置が、画像光形成部から出射した画像光をリレーするリレー光学系であって、そのリレー光学系の内部に、画像光が通過する瞳を有するものを含むように構成される。さらに、この画像表示装置によれば、その瞳の位置と概して等しい位置に可変焦点レンズが配置される。その可変焦点レンズは、リレー光学系から出射する画像光の波面曲率を調節するために、駆動される。
【００１３】
一方、前記リレー光学系の内部を進行する画像光は、その経路全体において光軸に垂直な面での断面の直径（形状）が一定であるわけではなく、そのリレー光学系の瞳の位置において、画像光の前記断面を包含する面の直径（以下、「画像光の直径」と略称する。）が最小となり、その瞳の位置から遠ざかるにつれて、画像光の直径が増加する。また、一般に、リレー光学系の瞳を通過する画像光の直径は、リレー光学系の外部において画像光が有する直径より小さい。
【００１４】
したがって、この画像表示装置によれば、可変焦点レンズを、その小型軽量化にとって有利な位置に配置することが可能となり、その結果、当該画像表示装置の小型軽量化が容易となる。さらに、この画像表示装置によれば、可変焦点レンズの小型化のおかげで、焦点距離を変化させる際の可変焦点レンズの応答速度を高速化することが容易となる。
【００１５】
本項において、「画像光の波面曲率を調節する」ための用途としては、例えば、観察者の視力に応じて画像光をキャリブレーションするという用途、画像が投影されるスクリーンの幾何学的歪み（画像光に対する設置スクリーンの傾斜や、スクリーン自体の湾曲）に応じて画像光をキャリブレーションするという用途、画像を３次元的に表示するために画像内の各オブジェクトの奥行きを表現するという用途などがある。
【００１６】
（２） 前記波面曲率調節部は、前記画像の奥行き情報に基づいて前記波面曲率を変調する変調手段を含む（１）項に記載の画像表示装置。
【００１７】
この画像表示装置によれば、画像の立体表示が可能となる。
【００１８】
（３） 前記画像は、複数のフレームの列によって構成され、
前記画像光形成部は、各フレームごとに、そのフレームを構成する複数個の画素が一斉に表示されるように、前記画像光を形成する形成手段を含み、
前記波面曲率調節部は、各フレームごとに、各フレームの表示タイミングと同期するように、前記波面曲率を調節する調節手段を含む（１）または（２）項に記載の画像表示装置。
【００１９】
この画像表示装置によれば、フレームごとに画像光の波面曲率を異ならせることが可能となる。よって、例えば、同じフレームについては、実現すべき奥行きが一様であるが、フレームごとに、実現すべき奥行きが異なるように、複数のフレームが構成される場合に、それらフレームによって構成される画像を、複数の奥行きを有するように表示することが可能となる。
【００２０】
さらに、この画像表示装置によれば、同じフレームについて画像光の波面曲率が各画素ごとに変化するように可変焦点レンズが駆動される場合より、その可変焦点レンズの作動状態が変化する頻度が低下し、それにより、その可変焦点レンズに課されるべき負担が軽減される。
【００２１】
本項において、「フレーム」は、例えば、もとのフレームを構成する複数個の画素と同じ画素によって構成されるものと定義したり、もとのフレームを構成する複数個の画素を、同じ目標波面曲率を共有する複数個の画素グループに分割し、それにより、もとのフレームを複数のサブフレームに分割した場合の各サブフレームとして定義することが可能である。
【００２２】
（４） 前記画像は、複数個の画素の集まりによって構成され、
前記波面曲率調節部は、各画素または各画素グループごとに、前記波面曲率を調節する調節手段を含む（１）または（２）項に記載の画像表示装置。
【００２３】
この画像表示装置によれば、同じフレームにつき、各画素または各画素グループごとに、画像光の波面曲率を異ならせることが可能となる。よって、例えば、同じフレームが複数の奥行きを有する場合に、そのフレームによって構成される画像を、複数の奥行きを有するように表示することが可能となる。
【００２４】
本項において、「画素グループ」は、１つの画像またはフレームのうち、同じ奥行きを共有する複数個の画素の集まりを意味しており、それら画素がすべて、同じ画像またはフレーム上において互いに隣接していることを要せず、それら画素は、互いに離散している複数個の画素を含み得る。
【００２５】
（５） 前記画像は、複数のフレームの列によって構成され、
各フレームは、複数個の画素の集まりによって構成され、
前記画像光形成部は、各フレームごとに、そのフレームを構成する複数個の画素が、各フレームの表示時間中に、各画素または各画素グループごとに、時分割で順次表示されるように、前記画像光を形成する形成手段を含み、
前記波面曲率調節部は、各画素または画素グループごとに、各画素または画素グループの表示タイミングと同期するように、前記波面曲率を調節する調節手段を含む（１）または（２）項に記載の画像表示装置。
【００２６】
この画像表示装置によれば、各画素または画素グループごとに、各画素または画素グループの表示タイミングと同期するように、画像光の波面曲率が調節される。よって、各画素または画素グループにつき、画像の表示と奥行きの実現とが互いに同期するように行われる。
【００２７】
この画像表示装置においては、例えば、各画素の元目標波面曲率が、その元目標波面曲率の最大レベル数より少ないように予め定められた数の近似目標波面曲率（複数個の離散値）のうちのいずれかに変換され、その変換された近似目標波面曲率が実現されるように可変焦点レンズが駆動されることが望ましい。このようにすれば、元目標波面曲率ができる限り忠実に実現されるように可変焦点レンズが駆動される場合より、その可変焦点レンズの負担が軽減され、その制御が容易となる。
【００２８】
（６） 前記可変焦点レンズは、液晶レンズと、液体レンズと、前記リレー光学系の光軸方向における位置が可変である可動レンズとのうちの少なくとも一つを含む（１）ないし（５）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００２９】
（７） 前記画像光形成部は、光スキャナと、フラットパネルディスプレイとのうちの少なくとも一つを含む（１）ないし（６）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００３０】
（８） 前記画像光形成部は、前記フラットパネルディスプレイを含み、
そのフラットパネルディスプレイは、液晶ディスプレイと、有機エレクトロルミネッセンスと、デジタルマイクロミラーデバイスとのうちの少なくとも一つを含む（１）ないし（７）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００３１】
（９） さらに、
前記リレー光学系の下流に配置された接眼光学系と、
その接眼光学系を、それの光軸方向に移動させて任意の位置で停止させることにより、前記波面曲率をデフォールト値からオフセットさせる波面曲率オフセット機構と
を含む（１）ないし（８）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００３２】
この画像表示装置によれば、例えば、観察者の視力に応じて接眼光学系の位置を調節することが可能となり、よって、観察者の視力の良否にかかわらず、観察者が画像を鮮明に観察することが可能となる。
【００３３】
（１０） さらに、
前記可変焦点レンズを、前記リレー光学系の光軸に対して直角な方向に移動させて任意の位置で停止させることにより、当該可変焦点レンズの、前記リレー光学系に対する相対的な位置をキャリブレーションするキャリブレーション機構を含む（１）ないし（９）項のいずれかに記載の画像表示装置。
【００３４】
この画像表示装置によれば、例えば、観察者の視力に応じて可変焦点レンズの位置を調節することが可能となり、よって、観察者の視力の良否にかかわらず、観察者が画像を鮮明に観察することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のうちのいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
【００３６】
図１には、本発明の第１実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０が概念的に示されている。このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、図示しない観察者の頭部に装着されて使用される形式の画像表示装置である。
【００３７】
このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、概略的には、光源から一斉に入射した面状の光を、空間変調素子を用いて、各画素ごとに空間的に変調し、そのようにして形成された画像光を観察者の瞳孔を経て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ように構成されている。
【００３８】
具体的には、このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、光源部１２と、画像光形成部１４と、リレー光学系１６と、接眼光学系１８とを、それらの順に、互いに直列に並ぶように備えている。
【００３９】
光源部１２は、光源としての白色ＬＥＤ２０と、その白色ＬＥＤ２０からの白色光をコリメートするコリメートレンズ２２とを含むように構成されている。白色ＬＥＤ２０は、ＬＥＤドライバ２４によって駆動され、それにより、白色光を発光する。
【００４０】
画像光形成部１４は、フラットパネルディスプレイ（空間変調素子の一例）としてのＬＣＤ（液晶ディスプレイ）３０を含むように構成されている。ＬＣＤ３０は、コリメートレンズ２２からの白色光を、各画素ごとに、３色の成分光（ＲＧＢ）に分解するカラーフィルタ（ＲＧＢフィルタ）と、各成分光の透過度を制御する液晶パネルとを含むように構成されている。その液晶パネルは、複数個の画素を有しており、各画素ごとに、各成分光の透過度を制御する。
【００４１】
ＬＣＤ３０のいくつかの例が特開平１１−１９４３１３号公報に開示されており、その公報は、引用によって本明細書に全体的に合体させられる。ＬＣＤ３０は、ＬＣＤドライバ３２によって駆動され、それにより、白色ＬＥＤ２０から出射した白色光に対して空間変調を施す。
【００４２】
本実施形態においては、画像光形成部１４がフラットパネルディスプレイを主体として構成されているが、これに限定されることなく、例えば、光スキャナを主体として構成することが可能である。この場合、このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、網膜走査型ディスプレイ装置とも称される。
【００４３】
また、本実施形態においては、フラットパネルディスプレイの一例としてＬＣＤ３０が採用されているが、これに限定されることなく、例えば、有機エレクトロルミネッセンスとしたり、デジタルマイクロミラーデバイスとすることが可能である。
【００４４】
リレー光学系１６は、前段リレーレンズ４０と後段リレーレンズ４２とを含むように構成されている。前段リレーレンズ４０の前側焦点位置にＬＣＤ３０が、その後側焦点位置に可変焦点レンズ５０がそれぞれ配置され、また、後段リレーレンズ４２の前側焦点位置に可変焦点レンズ５０が配置されている。可変焦点レンズ５０は、それの焦点距離が変化させられる。その焦点距離を変化させるために、可変焦点レンズ５０は、可変焦点レンズドライバ５２によって駆動される。
【００４５】
可変焦点レンズ５０は、それの屈折率もしくは屈折力またはレンズ形状が可変である液晶レンズまたは液体レンズとすることが可能であるが、これに限定されることなく、例えば、リレー光学系１６の光軸方向における位置が可変である可動レンズとすることも可能である。液晶レンズおよび液体レンズのそれぞれについてのいくつかの例が特開２００６−２８５１８２号公報に開示されており、その公報は、引用によって本明細書に全体的に合体させられる。
【００４６】
接眼光学系１８は、接眼レンズ６０と、その接眼レンズ６０からの画像光をユーザの瞳孔に誘導する光ガイドとしてのハーフミラー６２とを含むように構成されている。
【００４７】
本実施形態においては、その光ガイドがハーフミラー６２として構成されているため、ユーザは、ハーフミラー６２を通して現実外界を観察すると同時に、接眼レンズ６０からの画像光を、ハーフミラー６２の反射によって受光して表示画像を観察することが可能である。すなわち、このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、現実外界に重ねて表示画像を観察可能なシースルー型なのである。
【００４８】
図２には、このヘッドマウントディスプレイ装置１０が光路図で示されている。可変焦点レンズ５０は、リレー光学系１６の瞳とちょうど同じ位置、すなわち、前段リレーレンズ４０の後側焦点位置と一致し、かつ、後段リレーレンズ４２の前側焦点位置と一致する位置に配置されている。なお、図２には、ハーフミラー６２が省略されている。
【００４９】
図３には、このヘッドマウントディスプレイ装置１０のうちの電気的な部分がブロック図で概念的に表されている。このヘッドマウントディスプレイ装置１０は、信号処理装置７０を備えている。その信号処理装置７０は、コンピュータ７２と、メモリ部７４と、クロック発振器７６とを含むように構成されている。
【００５０】
この信号処理装置７０は、概略的には、外部から入力されたコンテンツを表すデータに基づき、そのコンテンツを表示するために必要な信号を生成し、その信号に基づき、ＬＥＤドライバ２４を介して白色ＬＥＤ２０、ＬＣＤドライバ３２を介してＬＣＤ３０、可変焦点レンズドライバ５２を介して可変焦点レンズ５０をそれぞれ制御する。
【００５１】
コンテンツは、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号と、奥行きを表すＺ信号とが互いに関連付けられた信号によって表現される。コンピュータ７２は、それら信号を入力すると、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号はＲ／Ｇ／Ｂバッファ７８に保存する一方、Ｚ信号はＺバッファ８０に保存する。
【００５２】
コンピュータ７２は、各フレームごとに、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号から、ＬＣＤ３０制御用のＲ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号を生成して、それら画像信号をＬＣＤドライバ３２に供給するとともに、Ｚ信号から奥行き信号を生成して、その奥行き信号を可変焦点レンズドライバ５２に供給する。コンピュータ７２は、クロック発振器７６からのクロック信号に基づき、Ｒ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号のＬＣＤドライバ３２への供給タイミングと、奥行き信号の可変焦点レンズドライバ５２への供給タイミングとを互いに同期させる。
【００５３】
図３に示すように、メモリ部７４には、さらに、キャリブレーションプログラムと、画像表示プログラムと、前記キャリブレーションプログラムの実行に必要なテストパターンデータとが不揮発的に予め記憶されている。
【００５４】
図５には、前記キャリブレーションプログラムが概念的にフローチャートで表されている。このキャリブレーションプログラムは、ヘッドマウントディスプレイ装置１０の電源（図示しない）がユーザによって投入された後に、１回限り実行される。
【００５５】
その実行時には、まず、ステップＳ１０１において、テストパターンデータがメモリ部７４から読み込まれ、その読み込まれたテストパターンデータに基づき、ＬＣＤ３０が駆動されることにより、テストパターンがユーザの網膜上に直接的に投影される。図６（ａ）には、そのテストパターンの一例が示されている。このとき、奥行き信号は、奥行きのデフォールト値を表す信号として、可変焦点レンズドライバ５２に供給される。
【００５６】
次に、ステップＳ１０２において、テストパターンがユーザによって鮮明に観察されていることをユーザが示すために「ＯＫ」を表すデータが、図示しない入力装置を介して、コンピュータ７２に入力されたか否かが判定される。ユーザによって認識されたテストパターンが図６（ｂ）に示すように、不鮮明であるため、ユーザにより、「ＯＫ」を表すデータが入力されなかった場合には、ステップＳ１０２の判定がＮＯとなり、ステップＳ１０３において、テストパターンの奥行きが現在値から一方向に一定量変化するように、奥行き信号が生成される。その生成された奥行き信号は、可変焦点レンズドライバ５２に供給され、その結果、テストパターンの奥行きが変更される。
【００５７】
その後、再び、ステップＳ１０２において、ユーザにより、「ＯＫ」を表すデータが入力されたか否かが判定される。今回も、入力されなかった場合には、再び、ステップＳ１０３において、テストパターンの奥行きが現在値から、予め定められた一方向に、一定量だけ変化するように、奥行き信号が生成される。
【００５８】
ステップＳ１０２およびＳ１０３の実行が繰り返された結果、ステップＳ１０２の判定がＹＥＳとなると、ステップＳ１０４において、そのときの奥行きが、奥行きのデフォールト値に対する固定バイアス値に決定される。したがって、その後、本来の画像表示工程においては、画像の目標奥行きが指定されると、その指定値が固定バイアス値で補正され、それにより、ユーザの視力の良否にかかわらず、目標奥行きを有する画像が鮮明にユーザによって観察される。
【００５９】
以上で、このキャリブレーションプログラムの実行が終了する。
【００６０】
図７には、前記画像表示プログラムが概念的にフローチャートで表されている。この画像表示プログラムは、ヘッドマウントディスプレイ装置１０の電源がユーザによって投入された後、ユーザが、表示すべき画像を指定したうえで、図示しない画像スタートスイッチをオンに操作することに応答して実行される。今回は、複数のフレームの列によって表現される画像であるコンテンツ（例えば、奥行きが時間と共に変化するオブジェクトを有する動画や、奥行きは時間と共に変化しないが複数の奥行きを有する１つの静止画）が表示対象としてユーザによって指定されたと仮定する。
【００６１】
この画像表示プログラムの実行が開始されると、まず、ステップＳ２０１において、フレームの番号ＦＮが１にセットされる。次に、ステップＳ２０２において、表示すべきコンテンツのうち今回のフレームを表す画像信号が元画像信号として入力される。その元画像信号は、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号とＺ信号とを含んでいる。
【００６２】
続いて、ステップＳ２０３において、その元画像信号からＺ信号が抽出され、そのＺ信号が奥行き信号に変換される。具体的には、Ｚ信号によって表現される奥行きの最大レベル数より少ない数（本実施形態においては、６）が、可変焦点レンズ５０によって実現される奥行きの最大レベル数に設定されており、このステップＳ２０３においては、実際のＺ信号が、６つの奥行きレベルのうち最も近似するものを表す奥行き信号に変換される。
【００６３】
図８には、可変焦点レンズ５０によって実現される６つの奥行きレベルが表示モード０−５として表記されている。表示モード０は、ディオプターが０である状態（焦点距離が無限大である状態）で画像を表示するためのモードである。表示モード１−５は、ディオプターが−０．５、−１．０、−１．５、−２．０および−２．５である状態で画像をそれぞれ表示するためのモードである。
【００６４】
したがって、このステップＳ２０３の実行が終了すると、今回のフレームを構成する各画素ごとに、６つの表示モードのうちのいずれかが割り当てられることになる。
【００６５】
図７に示すように、ステップＳ２０３の実行が終了すると、ステップＳ２０４において、図８に示すように、今回のフレームが、表示モード数と同数のサブフレームに分割される。具体的には、今回のフレームに属する複数個の画素が、同じ表示モード（同じディオプター）を割り当てられた複数個の画素グループに分割され、各表示モードごとに、１つのサブフレームが構成される。
【００６６】
例えば、図９（ａ）に示すように、今回のフレーム番号が１である場合には、図９（ｂ）に示すように、サブフレーム番号ＳＦＮが１であるサブフレームが、表示モードが０である画素についてのみ、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号を有するように構成される。このことは、サブフレーム番号ＳＦＮが２−６であるそれぞれのサブフレームについても同様である。
【００６７】
なお付言するに、各サブフレームを構成する複数個の画素のうち、各サブフレームに対応する奥行きを有しない画素については、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光のいずれも透過しないようにＬＣＤ３０が制御されるように、サブフレームの画像信号が生成される。
【００６８】
図７に示すように、ステップＳ２０４の実行が終了すると、ステップＳ２０５において、ＬＥＤドライバ２４がオンされ、それにより、白色ＬＥＤ２０が点灯させられる。続いて、ステップＳ２０６において、各サブフレームごとに、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号がそれぞれ、ＬＣＤ３０制御用のＲ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号に変換される。さらに、各サブフレームごとに、それらＲ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号がＬＣＤドライバ３２に供給される。
【００６９】
その後、ステップＳ２０７において、各サブフレームごとに、奥行き信号（６つの表示モードのうちのいずれかを表す信号）が、可変焦点レンズドライバ５２に供給される。このステップＳ２０７の実行は、ステップＳ２０６の実行と同期するように行われる。
【００７０】
続いて、ステップＳ２０８において、今回のフレームが、今回の画像のうちの最終フレームであるか否かが判定される。今回のフレームは最終フレームではないと仮定すると、ステップＳ２０８の判定がＮＯとなり、その後、ステップＳ２０９において、フレーム番号ＦＮが１だけインクリメントされた後、ステップＳ２０２に移行する。
【００７１】
ステップＳ２０２−Ｓ２０９の実行がすべてのフレームについて実行された結果、ステップＳ２０８の判定がＹＥＳとなると、この画像表示プログラムの一回の実行が終了する。
【００７２】
図１０（ａ）−（ｃ）には、このヘッドマウントディスプレイ装置１０が、可変焦点レンズ５０の表示モードが０であって、ディオプターが０である場合と、可変焦点レンズ５０の表示モードが３であって、ディオプターが−１．５である場合と、可変焦点レンズ５０の表示モードが５であって、ディオプターが−２．５である場合とについてそれぞれ、光路図で示されている。
【００７３】
なお付言するに、例えば、図１０（ａ）には、ＬＣＤ３０から３つのビームが出射するように示されているが、これは、ある瞬間において、ＬＣＤ３０を構成する複数個の画素のうち、同じ表示モード（＝０）、換言すれば、同じ奥行きすなわち焦点距離が割り当てられた３つの画素から３つのビームがそれぞれ同時に出射して可変焦点レンズ５０に入射する様子を説明するためである。
【００７４】
このように、本実施形態においては、奥行きが同じ画素のみが存在するように複数の独自のサブフレームが作成され、そのうえで、各サブフレームごとに、可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられて、各サブフレームごとの焦点距離すなわち奥行きが実現される。
【００７５】
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、信号処理装置７０が前記（１）項における「波面曲率調節部」の一例を構成し、コンピュータ７２のうち、図７におけるステップＳ２０２、Ｓ２０３およびＳ２０７を実行する部分が、前記（２）項における「変調手段」の一例を構成し、コンピュータ７２のうち、図７におけるステップＳ２０４およびＳ２０６を実行する部分が、前記（３）項における「形成手段」の一例を構成し、コンピュータ７２のうち、図７におけるステップＳ２０７を実行する部分が、同項における「調節手段」の一例を構成していると考えることが可能である。
【００７６】
さらに、本実施形態においては、説明の便宜上、コンピュータ７２のうち、図５に示すキャリブレーションプログラムを実行する部分が、前記（１）項における「波面曲率調節部」の別の一例を構成していると考えることが可能である。
【００７７】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態に対して、接眼レンズ６０が移動可能である点でのみ異なり、他の点では共通するため、接眼レンズ６０の移動についてのみ説明する。
【００７８】
図１１には、接眼レンズ６０を、それの光軸方向に移動させて任意の位置で停止させることにより、画像光の波面曲率をデフォールト値からオフセットさせる波面曲率オフセット機構１００が示されている。
【００７９】
波面曲率オフセット機構１００は、ヘッドマウントディスプレイ装置１０のうちのハウジング（静止部材）１０２に取り付けられている。
【００８０】
この波面曲率オフセット機構１００は、ユーザの操作に応じて機械的に作動することにより、接眼レンズ６０を、それの光軸上において変位させるように構成されている。具体的には、この波面曲率オフセット機構１００は、ユーザによって操作される操作部（例えば、回転つまみ）１０４と、ハウジング１０２に固定された静止部１０６と、その静止部１０６に対して相対的に直線変位可能に支持された直線可動部１０８とを備えている。その直線可動部１０８に接眼レンズ６０が固定されている。
【００８１】
この波面曲率オフセット機構１００は、さらに、操作部１０４によって回転させられる回転部１１０と、その回転部１１０の回転運動を直線可動部１０８の直線運動に変換する運動変換機構１１２とを備えている。その運動変換機構１１２は、例えば、直線可動部１０８のめねじと、回転部１１０のおねじとが互いに螺合されたねじ機構として構成することが可能である。また、この波面曲率オフセット機構１００は、よく知られたマイクロメータに採用される変位機構と構造的に共通するように設計することが可能である。
【００８２】
したがって、ユーザは、この波面曲率オフセット機構１００により、接眼レンズ６０をデフォールト位置から所望の向きに所望の量で変位させることが可能となる。よって、ユーザは、表示画像を見ながら、それが鮮明に見えるように接眼レンズ６０の位置を調節し、その結果、画像光の波面曲率をデフォールト値から適量だけオフセットさせることが可能となる。
【００８３】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態に対して、可変焦点レンズ５０が移動可能である点でのみ異なり、他の点では共通するため、可変焦点レンズ５０の移動についてのみ説明する。
【００８４】
図１２には、可変焦点レンズ５０を、リレー光学系１６の光軸に対して直角な方向に移動させて任意の位置で停止させることにより、可変焦点レンズ５０の、リレー光学系１６に対する相対的な位置をキャリブレーションするキャリブレーション機構１２０が示されている。
【００８５】
このキャリブレーション機構１２０は、第２実施形態における波面曲率オフセット機構１００と共通する構成を有しており、操作部１０４、静止部１０６、直線可動部１０８、回転部１１０および運動変換機構１１２を含むように構成されている。直線可動部１０８に、可変焦点レンズ５０が固定されている。
【００８６】
ユーザは、このキャリブレーション機構１２０により、可変焦点レンズ５０をデフォールト位置から所望の向きに所望の量で変位させることが可能となる。よって、ユーザは、表示画像を見ながら、それが鮮明に見えるように可変焦点レンズ５０の位置を調節し、その結果、画像光の波面曲率をデフォールト値から適量だけオフセットさせることが可能となる。
【００８７】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態に対して、画像表示プログラムの内容の点でのみ異なり、他の点では共通するため、画像表示プログラムについてのみ説明する。
【００８８】
第１実施形態においては、各サブフレームごとに可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられるが、本実施形態においては、各画素ごとに可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられる。第１実施形態と同様に、本実施形態においても、同じフレームに属する複数個の画素にそれぞれ、各画素のＺ信号に基づき、６つの表示モードのうちのいずれかが割り当てられる。
【００８９】
図１３には、本実施形態における画像表示プログラムが概念的にフローチャートで表されている。この画像表示プログラムが実行されると、まず、ステップＳ３０１において、フレーム番号ＦＮが１にセットされ、次に、ステップＳ３０２において、今回のコンテンツを表す画像信号のうち今回のフレームに対応する部分が元画像信号として入力される。
【００９０】
続いて、ステップＳ３０３において、画素番号ＰＮが１にセットされる。その後、ステップＳ３０４において、今回の画素に対応するＲ輝度信号、Ｇ輝度信号およびＢ輝度信号がそれぞれ、ＬＣＤ３０用のＲ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号に変換され、それらＲ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号がＬＣＤドライバ３２に出力される。
【００９１】
なお付言するに、今回の画素を反映したＲ画像信号、Ｇ画像信号およびＢ画像信号は、ＬＣＤ３０のうち、今回の画素に対応する電極についてしか供給されず、他の画素に対応する電極については、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光のいずれも透過しないようにＬＣＤ３０が制御される。
【００９２】
続いて、ステップＳ３０５において、今回の画素に対応するＺ信号に、６つの表示モードのうちのいずれかを表す奥行き信号が割り当てられることにより、そのＺ信号が、対応する奥行き信号に変換される。
【００９３】
その後、ステップＳ３０６において、その奥行き信号が可変焦点レンズドライバ５２に出力される。このステップＳ３０６の実行は、ステップＳ３０４の実行と同期するように行われる。続いて、ステップＳ３０７において、今回の画素が、今回のフレームを構成する複数個の画素のうち最後の画素であるか否かが判定される。今回は、最終画素ではないと仮定すると、その判定がＮＯとなり、ステップＳ３０８において、画素番号ＰＮが１だけインクリメントされ、その後、ステップＳ３０４に移行する。
【００９４】
ステップＳ３０４−Ｓ３０８の実行が繰り返された結果、ステップＳ３０７の判定がＹＥＳとなると、ステップＳ３０９において、今回のフレームが、今回の画像のうちの最終フレームであるか否かが判定される。今回のフレームは最終フレームではないと仮定すると、ステップＳ３０９の判定がＮＯとなり、その後、ステップＳ３１０において、フレーム番号ＦＮが１だけインクリメントされた後、ステップＳ３０２に移行する。
【００９５】
ステップＳ３０２−Ｓ３１０の実行がすべてのフレームについて実行された結果、ステップＳ３０９の判定がＹＥＳとなると、この画像表示プログラムの一回の実行が終了する。
【００９６】
図１４（ａ）−（ｃ）には、このヘッドマウントディスプレイ装置１０が、可変焦点レンズ５０の表示モードが０であって、ディオプターが０である場合と、可変焦点レンズ５０の表示モードが３であって、ディオプターが−１．５である場合と、可変焦点レンズ５０の表示モードが５であって、ディオプターが−２．５である場合とについてそれぞれ、光路図で示されている。
【００９７】
なお付言するに、例えば、図１４（ａ）には、ＬＣＤ３０から１つのビームが出射するように示されているが、これは、ある瞬間において、ＬＣＤ３０を構成する複数個の画素のうち、今回の表示モード（＝０）、換言すれば、今回の奥行きすなわち焦点距離が割り当てられた今回の画素のみから１つのビームが出射して可変焦点レンズ５０に入射する様子を説明するためである。
【００９８】
このように、本実施形態においては、各画素ごとに、可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられて、各画素ごとの焦点距離すなわち奥行きが実現される。
【００９９】
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、コンピュータ７２のうち、図１３におけるステップＳ３０２、Ｓ３０４、Ｓ３０５およびＳ３０６を実行する部分が、前記（２）項における「変調手段」の一例を構成し、コンピュータ７２のうち、図１３におけるステップＳ３０５およびＳ３０６を実行する部分が前記（４）項における「調節手段」の一例を構成し、コンピュータ７２のうち、図１３におけるステップＳ３０４を実行する部分が、前記（５）項における「形成手段」の一例を構成し、コンピュータ７２のうち、図１３におけるステップＳ３０５およびＳ３０６を実行する部分が、同項における「調節手段」の一例を構成していると考えることが可能である。
【０１００】
さらに、本実施形態においては、説明の便宜上、コンピュータ７２のうち、図５に示すキャリブレーションプログラムを実行する部分が、前記（１）項における「波面曲率調節部」の別の一例を構成していると考えることが可能である。
【０１０１】
なお付言すれば、本実施形態においては、各フレームの表示中、各画素ごとに、可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられて画像光の波面曲率が変調されるが、実質的に同じ奥行きを共有する各画素グループごとに、可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられて画像光の波面曲率が変調される態様で本発明を実施することが可能である。この態様によれば、各画素ごとに可変焦点レンズ５０の作動状態が切り換えられる場合より、可変焦点レンズ５０の作動頻度が低下し、それにより、可変焦点レンズ５０の負担が軽減される。
【０１０２】
さらに付言するに、図１９に例示されるように、焦点距離が必ずしも一致しない複数のオブジェクトが、互いにオーバラップする部分を有することなく配置された画像については、すべての画素につき、１個の画素に１個の焦点距離が割り当てられる。この種の画像を表示するための複数枚のサブフレームは、図２０に例示される。この例においては、すべての画素につき、１個の画素が１枚のサブフレームに割り当てられる。
【０１０３】
これに対し、図２１に例示されるように、焦点距離が必ずしも一致しない複数のオブジェクトのうちの少なくとも一部が、互いにオーバラップする部分を有するように配置された画像については、一部の画素につき、１個の画素に複数個の焦点距離が割り当てられる。この種の画像を表示するための複数枚のサブフレームは、図２２に例示される。
【０１０４】
この例においては、一部の画素につき、１個の画素が複数枚のサブフレームに割り当てられる。この種の画像が表示されると、観察者は、各々透明でピント位置が互いに異なる複数個のオブジェクトがレイアー状に重なっているように知覚することになる。この例においては、複数枚のサブフレームがレイアー構造を成していると考えることが可能である。
【０１０５】
本発明によれば、それら２種類の画像のいずれについても、画像を正しく表示することができる。
【０１０６】
次に、本発明の第５実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態と共通する点が多いため、その共通点については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、重複した説明を省略し、第１実施形態とは異なる点についてのみ詳細に説明する。
【０１０７】
図１５は、本発明の第５実施形態に従う液晶プロジェクタ１４０である。この液晶プロジェクタ１４０は、画像を物理的なスクリーンに投影し、それにより、観察者に画像を表示する形式の画像表示装置である。
【０１０８】
この液晶プロジェクタ１４０は、概略的には、光源から一斉に入射した面状の光を、空間変調素子を用いて、各画素ごとに空間的に変調し、そのようにして形成された画像光をスクリーン上に投影し、それにより、観察者が画像を実像として観察することを可能にするように構成されている。
【０１０９】
具体的には、この液晶プロジェクタ１４０は、第１実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０と同様に、光源部１２と、画像光形成部１４と、リレー光学系１６とを、それらの順に、互いに直列に並ぶように備えている。この液晶プロジェクタ１４０は、ヘッドマウントディスプレイ装置１０とは異なり、接眼光学系１８は備えていない。
【０１１０】
図１５に示すＬＥＤドライバ２４、ＬＣＤドライバ３２および可変焦点レンズドライバ５２は、図３に示す信号処理装置７０によって制御される。図１６には、その信号処理装置７０のうちのメモリ部７４の内容が概念的に表されている。図１６に示すように、メモリ部７４には、第１実施形態と同様に、キャリブレーションプログラムと、画像表示プログラムと、テストパターンデータとが不揮発的に予め記憶されている。それらプログラムおよびデータは、第１実施形態と共通するため、重複した説明を省略する。
【０１１１】
このメモリ部７４には、さらに、独自のプログラムとして、画像歪みキャンセルプログラムと、その画像歪みキャンセルプログラムの実行に必要な焦点距離分布パターンデータとが不揮発的に予め記憶されている。
【０１１２】
図１７には、その画像歪みキャンセルプログラムが概念的にフローチャートで表されている。
【０１１３】
この画像歪みキャンセルプログラムは、液晶プロジェクタ１４０が画像を投影しようとするスクリーン１４２が、その液晶プロジェクタ１４０の光軸に対して十分に直角でなかったり、または、そのスクリーン１４２自体が湾曲しているために、スクリーン１４２上において表示画像が幾何学的に歪んでしまってピンボケになってしまう場合に、その画像の歪みをソフトウエアによってキャンセルするために実行される。
【０１１４】
具体的には、この画像歪みキャンセルプログラムは、スクリーン１４２に照射する画像光の波面曲率の分布すなわち焦点距離の分布を、スクリーン１４２上に投影される画像の幾何学的歪みがキャンセルされるように、再設定するように実行される。
【０１１５】
さらに具体的には、この画像歪みキャンセルプログラムは、画像の幾何学的歪みをキャンセルするために効果的である焦点距離分布を表す焦点距離分布パターンを複数種類、用意している。
【０１１６】
図１８には、焦点距離分布パターンの例として、４種類の焦点距離分布パターンが示されている。焦点距離分布パターンＮｏ．１は、表示画像の左側から右側に向かうにつれて焦点距離が順に短くなるパターンである。焦点距離分布パターンＮｏ．２は、表示画像の左側から右側に向かうにつれて焦点距離が順に長くなるパターンである。焦点距離分布パターンＮｏ．３は、表示画像の上側から下側に向かうにつれて焦点距離が順に短くなるパターンである。焦点距離分布パターンＮｏ．４は、表示画像の上側から下側に向かうにつれて焦点距離が順に長くなるパターンである。
【０１１７】
図１７には、前記画像歪みキャンセルプログラムが概念的にフローチャートで表されている。この画像歪みキャンセルプログラムは、液晶プロジェクタ１４０の、図示しない電源がユーザによって投入されたことに応答して実行される。
【０１１８】
その実行時には、まず、ステップＳ４０１において、ユーザにより、図示しない入力装置を介して、「画像歪みキャンセルモード」が選択されたか否かが判定される。今回は、「画像歪みキャンセルモード」が選択されなかったと仮定すると、直ちにこの画像歪みキャンセルプログラムの実行が終了する。
【０１１９】
これに対し、今回は、「画像歪みキャンセルモード」が選択されたと仮定すると、ステップＳ４０２において、焦点距離分布パターンＮｏ．１が今回の焦点距離分布パターンとして選択され、さらに、その選択された焦点距離分布パターンに基づき、奥行き信号が、１フレーム全体について作成される。
【０１２０】
続いて、ステップＳ４０３において、その作成された奥行き信号と、前記テストパターンデータとに基づき、例えば図６（ａ）に示すテストパターンが、今回の焦点距離分布パターンのもとに表示される。
【０１２１】
その後、ステップＳ４０４において、そのテストパターンがユーザによって鮮明に観察されていることをユーザが示すために「ＯＫ」を表すデータが、図示しない入力装置を介して、コンピュータ７２に入力されたか否かが判定される。
【０１２２】
今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されたと仮定すると、ステップＳ４０４の判定がＹＥＳとなり、この画像歪みキャンセルプログラムの実行が終了し、以後、今回の焦点距離分布パターンが、バイアスとして、前記画像表示プログラムの実行によって作成された奥行き信号に付加される。
【０１２３】
これに対し、今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されなかったと仮定すると、ステップＳ４０４の判定がＮＯとなり、ステップＳ４０５に移行する。
【０１２４】
ステップＳ４０５においては、焦点距離分布パターンＮｏ．２が今回の焦点距離分布パターンとして選択され、さらに、その選択された焦点距離分布パターンに基づき、奥行き信号が、１フレーム全体について作成される。
【０１２５】
続いて、ステップＳ４０６において、その作成された奥行き信号と、前記テストパターンデータとに基づき、テストパターンが、今回の焦点距離分布パターンのもとに表示される。
【０１２６】
その後、ステップＳ４０７において、「ＯＫ」を表すデータが入力されたか否かが判定される。今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されたと仮定すると、ステップＳ４０７の判定がＹＥＳとなり、この画像歪みキャンセルプログラムの実行が終了し、以後、今回の焦点距離分布パターンが、バイアスとして、前記画像表示プログラムの実行によって作成された奥行き信号に付加される。
【０１２７】
これに対し、今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されなかったと仮定すると、ステップＳ４０７の判定がＮＯとなり、ステップＳ４０８に移行する。
【０１２８】
ステップＳ４０８においては、焦点距離分布パターンＮｏ．３が今回の焦点距離分布パターンとして選択され、さらに、その選択された焦点距離分布パターンに基づき、奥行き信号が、１フレーム全体について作成される。
【０１２９】
続いて、ステップＳ４０９において、その作成された奥行き信号と、前記テストパターンデータとに基づき、テストパターンが、今回の焦点距離分布パターンのもとに表示される。
【０１３０】
その後、ステップＳ４１０において、「ＯＫ」を表すデータが入力されたか否かが判定される。今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されたと仮定すると、ステップＳ４１０の判定がＹＥＳとなり、この画像歪みキャンセルプログラムの実行が終了し、以後、今回の焦点距離分布パターンが、バイアスとして、前記画像表示プログラムの実行によって作成された奥行き信号に付加される。
【０１３１】
これに対し、今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されなかったと仮定すると、ステップＳ４１０の判定がＮＯとなり、ステップＳ４１１に移行する。
【０１３２】
ステップＳ４１１においては、焦点距離分布パターンＮｏ．４が今回の焦点距離分布パターンとして選択され、さらに、その選択された焦点距離分布パターンに基づき、奥行き信号が、１フレーム全体について作成される。
【０１３３】
続いて、ステップＳ４１２において、その作成された奥行き信号と、前記テストパターンデータとに基づき、テストパターンが、今回の焦点距離分布パターンのもとに表示される。
【０１３４】
その後、ステップＳ４１３において、「ＯＫ」を表すデータが入力されたか否かが判定される。今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されたと仮定すると、ステップＳ４１３の判定がＹＥＳとなり、この画像歪みキャンセルプログラムの実行が終了し、以後、今回の焦点距離分布パターンが、バイアスとして、前記画像表示プログラムの実行によって作成された奥行き信号に付加される。
【０１３５】
これに対し、今回は、「ＯＫ」を表すデータが入力されなかったと仮定すると、ステップＳ４１３の判定がＮＯとなり、ステップＳ４１４に移行する。
【０１３６】
このステップＳ４１４においては、ユーザにより、図示しない入力装置を介して、「モード終了」が選択されたか否かが判定される。今回は、「モード終了」が選択されたと仮定すると、この画像歪みキャンセルプログラムの実行が終了し、一方、今回は、「モード終了」が選択されなかったと仮定すると、ステップＳ４０２に戻り、再度、テストパターンが、異なる焦点距離分布パターンのもとに表示される。
【０１３７】
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、コンピュータ７２のうち、図１７に示す画像歪みキャンセルプログラムを実行する部分が、前記（１）項における「波面曲率調節部」の別の一例を構成していると考えることが可能である。
【０１３８】
以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、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。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の第１実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０を概念的に表す系統図である。
【図２】図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置１０を示す光路図である。
【図３】図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置１０のうち電気的な部分を概念的に表すブロック図である。
【図４】図３に示すメモリ部７４の内容を概念的に表すブロック図である。
【図５】図４に示すキャリブレーションプログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、図５に示すキャリブレーションプログラムの実行によって表示されるテストパターンを示す正面図であり、図６（ｂ）は、そのテストパターンが観察者によって不鮮明に認識される様子を説明するための正面図である。
【図７】図４に示す画像表示プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図８】図７に示す画像表示プログラムの実行によって１つのフレームが複数のサブフレームに分割される様子と、複数の表示モードと複数のディオプターとの対応関係とを説明するための表である。
【図９】図９（ａ）は、Ｒ輝度信号、Ｇ輝度信号、Ｂ輝度信号およびＺ信号を各フレームごとに示すタイムチャートであり、図９（ｂ）は、図７に示す画像表示プログラムの実行によって１つのフレーム（ＦＮ＝１）が６つのサブフレーム（ＳＦＮ＝１−６）に分割される様子を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】図１０（ａ）は、図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置１０が可変焦点レンズ５０の表示モードが０であるときに示す状態を示す光路図であり、図１０（ｂ）は、図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置１０が可変焦点レンズ５０の表示モードが３であるときに示す状態を示す光路図であり、図１０（ｃ）は、図１に示すヘッドマウントディスプレイ装置１０が可変焦点レンズ５０の表示モードが５であるときに示す状態を示す光路図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０のうち、波面曲率オフセット機構１００を接眼光学系１８と共に示す側面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０のうち、キャリブレーション機構１２０をリレー光学系１６と共に示す側面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０のうちのメモリ部７４に記憶されている画像表示プログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図１４】図１４（ａ）は、第４実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０が可変焦点レンズ５０の表示モードが０であるときに示す状態を示す光路図であり、図１４（ｂ）は、第４実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０が可変焦点レンズ５０の表示モードが３であるときに示す状態を示す光路図であり、図１４（ｃ）は、第４実施形態に従うヘッドマウントディスプレイ装置１０が可変焦点レンズ５０の表示モードが５であるときに示す状態を示す光路図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に従う液晶プロジェクタ１４０を概念的に表す系統図である。
【図１６】図１５に示す液晶プロジェクタ１４０のうちのメモリ部７４の内容を概念的に表すブロック図である。
【図１７】図１６に示す画像歪みキャンセルプログラムを概念的に表すフローチャートである。
【図１８】図１７に示す画像歪みキャンセルプログラムを実行するために用いられる複数種類の焦点距離分布パターンを示す平面図である。
【図１９】本発明の適用可能範囲を説明するために、焦点距離が必ずしも一致しない複数のオブジェクトが、互いにオーバラップする部分を有することなく配置された画像の一例を示す正面図である。
【図２０】図１９に示す画像を表示するために生成される複数枚のサブフレームを示す正面図である。
【図２１】本発明の適用可能範囲を説明するために、焦点距離が必ずしも一致しない複数のオブジェクトのうちの少なくとも一部が、互いにオーバラップする部分を有するように配置された画像の一例を示す正面図である。
【図２２】図２１に示す画像を表示するために生成される複数枚のサブフレームを示す正面図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１０ ヘッドマウントディスプレイ装置
１２ 光源部
１４ 画像光形成部
１６ リレー光学系
１８ 接眼光学系
２０ 白色ＬＥＤ
３０ ＬＣＤ
５０ 可変焦点レンズ
６０ 接眼レンズ
７０ 信号処理装置
７２ コンピュータ
１００ 波面曲率オフセット機構
１２０ キャリブレーション機構
１４０ 液晶プロジェクタ
１４２ スクリーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を光学的に表示する画像表示装置であって、
光源部と、
その光源部から出射する光を、表示すべき画像を表す画像光に変換することにより、その画像光を形成する画像光形成部と、
その画像光形成部から出射した画像光をリレーするリレー光学系であって、そのリレー光学系の内部に、前記画像光が通過する瞳を有するものと、
その瞳の位置と概して等しい位置に配置された可変焦点レンズであって、可変である焦点距離を有するものと、
その可変焦点レンズを駆動して前記焦点距離を変化させることにより、前記リレー光学系から出射する画像光の波面曲率を調節する波面曲率調節部と
を含む画像表示装置。
【請求項２】
前記波面曲率調節部は、前記画像の奥行き情報に基づいて前記波面曲率を変調する変調手段を含む請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記画像は、複数のフレームの列によって構成され、
前記画像光形成部は、各フレームごとに、そのフレームを構成する複数個の画素が一斉に表示されるように、前記画像光を形成する形成手段を含み、
前記波面曲率調節部は、各フレームごとに、各フレームの表示タイミングと同期するように、前記波面曲率を調節する調節手段を含む請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記画像は、複数個の画素の集まりによって構成され、
前記波面曲率調節部は、各画素または各画素グループごとに、前記波面曲率を調節する調節手段を含む請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記画像は、複数のフレームの列によって構成され、
各フレームは、複数個の画素の集まりによって構成され、
前記画像光形成部は、各フレームごとに、そのフレームを構成する複数個の画素が、各フレームの表示時間中に、各画素または各画素グループごとに、時分割で順次表示されるように、前記画像光を形成する形成手段を含み、
前記波面曲率調節部は、各画素または画素グループごとに、各画素または画素グループの表示タイミングと同期するように、前記波面曲率を調節する調節手段を含む請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記可変焦点レンズは、液晶レンズと、液体レンズと、前記リレー光学系の光軸方向における位置が可変である可動レンズとのうちの少なくとも一つを含む請求項１ないし５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記画像光形成部は、光スキャナと、フラットパネルディスプレイとのうちの少なくとも一つを含む請求項１ないし６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記画像光形成部は、前記フラットパネルディスプレイを含み、
そのフラットパネルディスプレイは、液晶ディスプレイと、有機エレクトロルミネッセンスと、デジタルマイクロミラーデバイスとのうちの少なくとも一つを含む請求項１ないし７のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】
さらに、
前記リレー光学系の下流に配置された接眼光学系と、
その接眼光学系を、それの光軸方向に移動させて任意の位置で停止させることにより、前記波面曲率をデフォールト値からオフセットさせる波面曲率オフセット機構と
を含む請求項１ないし８のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１０】
さらに、
前記可変焦点レンズを、前記リレー光学系の光軸に対して直角な方向に移動させて任意の位置で停止させることにより、当該可変焦点レンズの、前記リレー光学系に対する相対的な位置をキャリブレーションするキャリブレーション機構を含む請求項１ないし９のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１】
画像を光学的に表示する画像表示装置であって、
光源部と、
その光源部から出射する光を、表示すべき画像を表す画像光に変換することにより、その画像光を形成する画像光形成部と、
その画像光形成部から出射した画像光をリレーするリレー光学系であって、そのリレー光学系の内部に、前記画像光が通過する瞳を有するものと、
その瞳の位置と概して等しい位置に配置された可変焦点レンズであって、可変である焦点距離を有するものと、
その可変焦点レンズを駆動して前記焦点距離を変化させることにより、前記リレー光学系から出射する画像光の波面曲率を調節する波面曲率調節部と
を含む画像表示装置。
【請求項２】
前記波面曲率調節部は、前記画像の奥行き情報に基づいて前記波面曲率を変調する変調手段を含む請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記画像は、複数のフレームの列によって構成され、
前記画像光形成部は、各フレームごとに、そのフレームを構成する複数個の画素が一斉に表示されるように、前記画像光を形成する形成手段を含み、
前記波面曲率調節部は、各フレームごとに、各フレームの表示タイミングと同期するように、前記波面曲率を調節する調節手段を含む請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記画像は、複数個の画素の集まりによって構成され、
前記波面曲率調節部は、各画素または各画素グループごとに、前記波面曲率を調節する調節手段を含む請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記画像は、複数のフレームの列によって構成され、
各フレームは、複数個の画素の集まりによって構成され、
前記画像光形成部は、各フレームごとに、そのフレームを構成する複数個の画素が、各フレームの表示時間中に、各画素または各画素グループごとに、時分割で順次表示されるように、前記画像光を形成する形成手段を含み、
前記波面曲率調節部は、各画素または画素グループごとに、各画素または画素グループの表示タイミングと同期するように、前記波面曲率を調節する調節手段を含む請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記可変焦点レンズは、液晶レンズと、液体レンズと、前記リレー光学系の光軸方向における位置が可変である可動レンズとのうちの少なくとも一つを含む請求項１ないし５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記画像光形成部は、光スキャナと、フラットパネルディスプレイとのうちの少なくとも一つを含む請求項１ないし６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記画像光形成部は、前記フラットパネルディスプレイを含み、
そのフラットパネルディスプレイは、液晶ディスプレイと、有機エレクトロルミネッセンスと、デジタルマイクロミラーデバイスとのうちの少なくとも一つを含む請求項１ないし７のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】
さらに、
前記リレー光学系の下流に配置された接眼光学系と、
その接眼光学系を、それの光軸方向に移動させて任意の位置で停止させることにより、前記波面曲率をデフォールト値からオフセットさせる波面曲率オフセット機構と
を含む請求項１ないし８のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１０】
さらに、
前記可変焦点レンズを、前記リレー光学系の光軸に対して直角な方向に移動させて任意の位置で停止させることにより、当該可変焦点レンズの、前記リレー光学系に対する相対的な位置をキャリブレーションするキャリブレーション機構を含む請求項１ないし９のいずれかに記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００９−１８０７５８（Ｐ２００９−１８０７５８Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７０４３（Ｐ２００８−１７０４３）
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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