JPH0764013A

JPH0764013A - 画像表示装置

Info

Publication number: JPH0764013A
Application number: JP5211557A
Authority: JP
Inventors: Shuri Sekiguchi; 修利関口
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-08-26
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1995-03-10
Anticipated expiration: 2018-04-14
Also published as: JP3396062B2; US5574473A

Abstract

(57)【要約】【目的】観察者の眼の動きによって生じる網膜像の歪み
を抑制することによって、網膜上に広画角且つ高精細な
画像を投影して表示することができる画像表示装置を提
供する。【構成】複数のコヒーレントな点光源対を生成・表示可
能な画像表示部１１と、点光源対を観察者の眼１５の瞳
面Ａに結像して、光の干渉作用によって眼の網膜１６上
に画像を生成させる光伝達部１７と、眼の動きを監視し
て、その視線方向を検出する視線検出器５１と、この視
線検出器によって検出された検出データに基づいて、眼
の動きによって生じる網膜像の歪みを許容範囲内に抑制
する画像表示補正部５２とを備える。画像表示補正部
は、画像表示部とレンズ１２との間の光路中に回動自在
に設けられた光学部材５３と、この光学部材を所定方向
に所定量だけ回動させる光学部材駆動手段５４とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、眼の網膜上に広画角且
つ高精細な画像を投影して表示する画像表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の画像表示装置（図示しない）にお
いて、画像表示部と観察者の眼の網膜とは、共役な位置
関係に規定されており、画像表示部で生成された画像
は、画像伝達媒体を介して伝達された後、眼の光学系に
よって網膜上に結像される。

【０００３】このような画像表示装置では、画角の広さ
と精細度とは相反するパラメータで規定されており、例
えば、広画角を得るために画像表示部で生成・表示され
た画像を拡大する場合、画像表示部の画素が拡大され、
個々の画素が知覚されてしまったり、帯域に制限が加わ
ってしまうという著しい画質の劣化が生じていた。

【０００４】また、従来の画像表示装置では、網膜像の
生成が観察者の眼の屈折力に依存するため、屈折異常者
が観察しようとする場合には、眼鏡やコンタクトレンズ
等を装着したり、又は、光学システム自体に視度調節等
の機能を付加することによって、屈折異常を矯正する必
要があった。

【０００５】そこで、例えば特願平４−３０２１６０号
（以下、従来例と称する）には、画像表示部の解像度や
眼の光学的特性の影響を受けることなく、網膜上に広画
角且つ高精細な画像を投影して表示する装置が提案され
ている。

【０００６】この装置の原理は、画像表示部で生成・表
示された複数のコヒーレントな点光源対を光学手段を介
して眼の瞳面に結像させて、網膜上に多数の干渉縞を生
成することによって、これら干渉縞を合成して画像を形
成するものである。

【０００７】かかる原理によれば、画像表示部と網膜と
は共役な位置関係にないため、光学システムの空間解像
特性が画像表示部自身の特性に影響されることはない。
従って、高い空間周波数成分でも高いコントラストで表
示することが可能となる。また、画角の大きさは、空間
解像特性とは独立して、接眼レンズのＦナンバー又は画
素の大きさによって規定することができる。従って、広
画角且つ高精細の双方の条件を満足する画像を網膜上に
投影・表示することが可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光の干
渉作用を利用して網膜像を生成する従来の装置には、以
下の欠点が存在する。即ち、観察者の眼の動きに伴って
画像を構成する干渉縞の位相が変化した場合、その変化
の度合いが空間周波数によって異なるため、観察者の視
線方向が変わると、生成される網膜像に歪みが生じてし
まう。

【０００９】本発明は、このような欠点を除去するため
になされており、その目的は、観察者の眼の動きによっ
て生じる網膜像の歪みを抑制することによって、網膜上
に広画角且つ高精細な画像を投影して表示することがで
きる画像表示装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の画像表示装置は、複数のコヒーレン
トな点光源対を生成して表示する画像表示部と、前記点
光源対の像を観察者の眼の瞳面に結像し、光の干渉作用
によって網膜上に画像を生成させる光伝達部と、前記眼
の動きを監視して、その視線方向を検出する視線検出部
と、この視線検出部によって検出された検出データに基
づいて、前記眼の動きによって生じる前記画像の歪みを
許容範囲内に抑制する画像表示補正部とを備えている。

【００１１】

【作用】画像表示部で生成・表示された点光源対の像
は、その歪みが、画像表示補正手段によって許容範囲内
に抑制された状態で光伝達部を介して眼の瞳面上に結像
される。

【００１２】

【実施例】以下、干渉法を適用した網膜像の形成原理を
説明した後に、本発明の原理及びこの原理を適用した本
発明の各実施例について説明する。図１には、干渉法を
適用した網膜像の形成原理を説明するための画像表示光
学系の構成が概略的に示されている。

【００１３】図１に示すように、本原理に適用された画
像表示光学系は、画像そのものではなく、複数のコヒー
レントな点光源対を生成・表示可能な画像表示部１１
と、この画像表示部１１に生成・表示された点光源対を
観察者の眼１５の瞳面Ａに結像して、光の干渉作用によ
って眼１５の網膜１６上に画像を生成させる光伝達部１
７とを備えている。

【００１４】光伝達部１７は、レンズ１２（焦点距離；
ｆ₁ ）と接眼レンズ１４（焦点距離；ｆ₂ ）とを備えて
おり、レンズ１２の像側焦点位置と接眼レンズ１４の物
体側焦点位置とが一致するように構成されている。な
お、接眼レンズ１４の物体側焦点位置（即ち、レンズ１
２の像側焦点位置）には、マスク１３が配置されてお
り、視野の範囲やその形状が規定される。

【００１５】また、レンズ１２の物体側焦点位置には、
画像表示部１１が配置され、接眼レンズ１４の像側焦点
位置には、観察者の眼１５の瞳面Ａが整合配置されてい
る。このように構成することによって、画像表示部１１
と眼１５の瞳面Ａとの関係、及び、レンズ１２の像側焦
点位置と網膜１６との関係は、夫々、光学的に共役な位
置関係に規定される。

【００１６】画像表示部１１で生成・表示されたコヒー
レントな点光源対は、眼１５の瞳面Ａに結像された後、
それらが新たな点光源となって眼１５の網膜１６上に Y
oungの干渉縞が生成される。

【００１７】一般の画像は、種々の空間周波数、縞方
向、振幅、位相を有する正弦波の和として表現されるた
め、複数の点光源対の像を眼１５の瞳面Ａに結像させる
ことによって、網膜１６上には、複数の Youngの干渉縞
が生成される。そして、これら干渉縞が合成されること
によって網膜像が形成されることになる。

【００１８】特に、対を成す点光源のみが互いにコヒー
レントであって、それ以外はインコヒーレントである場
合、画像表示部１１とレンズ１２の像側焦点面（即ち、
接眼レンズ１４の物体側焦点面）とに生成される画像の
間には、フーリエ変換の関係が成立しているため、画像
表示部１１によってフーリエ変換像を生成・表示する
と、レンズ１２の像側焦点面には、原画像と等価な画像
が生成される。

【００１９】この原画像は、更に、レンズ１２の像側焦
点面と光学的に共役な位置関係にある網膜１６に伝達さ
れ、網膜像として生成される。従って、網膜１６には、
画像表示部１１で生成・表示された像のフーリエ変換
像、即ち、原画像が生成されることになる。

【００２０】この原理の効果は、従来の画像表示方法に
比べて以下の点で優れている。第１に、眼１５の瞳面Ａ
に複数のコヒーレントな点光源対を結像して網膜１６上
に原画像を生成する手法を採用することによって、回
折，収差，ディフォーカス等の眼１５の光学特性の影響
を受けることなく網膜像を生成することができる。この
ため、表示画像の空間解像特性は、眼１５の光学特性に
よって制約を受けることはなく、且つ、高い空間周波数
成分でも高いコントラストで原画像を生成させることが
できるという特徴がある。従って、観察者の眼１５に屈
折異常がある場合でも、それを矯正する必要がないだけ
でなく、更に、左右両眼に画像を表示する場合でも、左
右眼の見えを合わせるための視度調節を行う必要もな
い。

【００２１】第２に、画像表示部１１と網膜１６との関
係は、従来の原理と異なり、共役な位置関係にないた
め、表示画像の空間解像特性は、画像表示部１１の空間
解像特性によって制約を受けることはない。

【００２２】第３に、本原理によって得られる画角は、
接眼レンズ１４のＦナンバーあるいは画像表示部１１の
画素の大きさによって決定され、画像の解像特性から独
立して決定される。このため、Ｆナンバーの小さいレン
ズを接眼レンズ１４として用いたり、あるいは、眼１５
の瞳面Ａに結像される個々の点光源像が小さくなるよう
に設定することによって、広画角且つ高精細な画像を網
膜上に生成することができる。

【００２３】しかしながら、このような原理には、観察
者の眼の動きによって網膜像に歪みが生じるという弊害
も存在する。以下、図２を参照してかかる弊害について
説明を加える。

【００２４】画像表示部（図示しない）で生成・表示さ
れた点光源対（ここでは、簡単のため、そのうちの２種
類の空間周波数成分のみについて記述する）は、眼２５
の角膜２１によって屈折された後、瞳面Ａの近傍に結像
される。この結果、この瞳面Ａには、図中、白丸と黒丸
で示す２種類の点光源対２２ａ，２２ｂが生成される。

【００２５】このとき、図２（ａ）に示すように、眼２
５の光軸と画像表示部の光軸とが一致する場合、点光源
対２２ａ，２２ｂは、光軸に関して対称位置に生成され
る。ここで、点光源対２２ａ，２２ｂの位相情報が互い
に等しいと仮定すると、網膜２４上に生成される干渉縞
の明線の１つは、点光源対２２ａ，２２ｂから夫々等距
離だけ離間した光軸上に形成される。同図（ａ）には、
干渉縞の明線が生成された位置を網膜位置Ｃとして示
す。

【００２６】図２（ｂ）には、眼２５が図中紙面に向か
って上方に移動した状態が示されている。この場合、曲
面形状を有する角膜２１の周辺部に入射された光ほど大
きく屈折するため、瞳面Ａに結像される点光源対２２
ａ，２２ｂは、画像表示部の光軸に対して非対称に配置
される。

【００２７】ここで、図２（ａ）の場合と同様に、点光
源対２２ａ，２２ｂの位相情報が互いに等しいと仮定す
ると、点光源対２２ａ，２２ｂから等距離にある網膜位
置は、符号Ｃ′，Ｃ″で示すように、空間周波数によっ
て異なる結果を呈する。このような網膜位置Ｃ′，Ｃ″
は、空間周波数が増加するに従って、網膜位置Ｃ（この
位置は、眼２５が移動する前の位置）に対して離間する
傾向にある。

【００２８】また、カラー映像を生成する場合には、異
なる波長の点光源対を瞳面Ａ上に生成することになる
が、角膜２１等の眼２５の光学媒体の屈折率が波長によ
って異なるため、たとえ同一の空間周波数の干渉縞を網
膜２４上に生成しても、観察者の眼２５の動きによっ
て、異なる波長相互の相対位相が変化して網膜像に歪み
を発生させる結果となる。

【００２９】このように、干渉法によって網膜像の形成
する原理を適用した画像表示光学系には、眼２５の動き
によって網膜２４上に生成される干渉縞の相対位相が変
化してしまうという不具合が存在する関係上、観察者の
視線方向の変化によって、画像に歪みが生じてしまうと
いう欠点を有する。

【００３０】このような弊害を除去するために、本願発
明の画像表示装置には、観察者の視線を検出する視線検
出部と、眼の動きによって生じる網膜像の歪みを許容範
囲内に抑制する画像表示補正部とが設けられている。

【００３１】視線を検出する方法としては、従来から様
々な方法が提案されている。例えば、E.O.G (electro-o
culography) 法は、眼の角膜が眼底に対して正の電位を
有しているという特性を利用して視線を検出する方法で
あり、具体的には、顔面に貼り付けた複数個の電極から
得られる電位差に基づいて眼の動きを検出する方法であ
る。

【００３２】他の方法としては、例えば、図３（ａ）に
示すような光学系が考えられる。即ち、２つの光源３６
から出射した２つの赤外光スポット３５を眼３１の虹彩
３２と強膜３４との境界に照射する。この境界から反射
した反射光を２つの受光素子３７を介して受光する。こ
れら受光素子３７は、受光量に対応した電気信号を差動
回路３８に出力する。差動回路３８は、これら電気信号
に対する差演算を施してその演算結果を出力する。この
とき得られた演算結果に基づいて視線が検出される。

【００３３】具体的には、図３（ｂ）〜（ｄ）に示すよ
うに、眼３１の動きによって生じる上記境界からの反射
光の強度差を検出することによって眼球運動が測定され
る。また、他の方法としては、例えば、図４に示すよう
に、眼４１内部の種々の光学界面（角膜前面４２、角膜
後面４３、水晶体前面４４、水晶体後面４５等）から反
射した反射光（プルキンエ像）の位置関係を解析して視
線方向や眼４１の動きを測定する方法が考えられる。

【００３４】更に、他の方法としては、眼底にある血管
のパターンまたは瞳孔の像を取り込み、画像処理を介し
て視線方向を計測する方法等が考えられる。以下、この
ような原理を適用した本発明の各実施例について説明す
るが、視線検出器と記述した場合には、上述したような
視線検出方法又は他の方法を応用した測定装置又は測定
手段を示すものとする。

【００３５】以下、本発明の第１の実施例に係る画像表
示装置について、図５を参照して説明する。なお、本実
施例の説明に際し、図１に示された画像表示光学系と同
一の構成には同一符号を付してその説明を省略する。

【００３６】図５に示すように、本実施例の画像表示装
置は、画像そのものではなく、複数のコヒーレントな点
光源対を生成・表示可能な画像表示部１１と、この画像
表示部１１に生成・表示された点光源対を観察者の眼１
５の瞳面Ａに結像して、光の干渉作用によって眼１５の
網膜１６上に画像を生成させる光伝達部１７と、眼１５
の動き（例えば、図中矢印Ｔ方向の動き）を監視して、
その視線方向を検出する視線検出器５１と、この視線検
出器５１によって検出された検出データに基づいて、眼
１５の動きによって生じる網膜像の歪みを許容範囲内に
抑制する画像表示補正部５２とを備えている。

【００３７】画像表示補正部５２は、画像表示部１１と
レンズ１２との間の光路中に回動自在に設けられた光学
部材５３と、この光学部材５３を所定方向（図中矢印Ｓ
で示す方向）に所定量だけ回動させる光学部材駆動手段
５４とを備えている。

【００３８】光学部材５３は、例えばガラス板で形成さ
れており、図中矢印Ｓ方向に回動させることによって、
画像表示部１１で生成・表示された点光源対の像を光軸
に対して平行に移動させる機能を有する。

【００３９】具体的には、いま、光学部材５３が図中点
線で示す状態に位置付けられているときには、画像表示
部１１で生成・表示された点光源対の像は、図中点線で
示す光路に沿って光伝達部１７に導光され、接眼レンズ
１４によって眼１５の瞳面Ａ上に結像される（この結像
位置を仮に符号Ｉ₂ で示す）。次に、光学部材５３が図
中矢印Ｓ方向に回動して図中実線で示す傾斜状態に位置
付けられたときには、点光源対の像は、点線で示す光路
に対して平行に移動した図中実線で示す光路に沿って光
伝達部１７に導光され、接眼レンズ１４によって眼１５
の瞳面Ａ上に結像される（この結像位置を仮に符号Ｉ₁
で示す）。

【００４０】図５から明らかなように、光学部材５３を
回動させた際に形成される結像位置Ｉ₁ は、先の結像位
置Ｉ₂ に対して平行移動した状態にある。従って、光学
部材５３を所定方向に所定量だけ回動させることによっ
て、画像表示部１１で生成・表示された点光源像を瞳面
Ａ内で平行移動させることが可能となる。ここで、光学
部材５３の屈折率をｎ、厚みをｄ、傾斜角をθとする
と、点光源像の瞳面Ａ内での平行移動量Ｘは、

【００４１】

【数１】と表される。なお、ｆ₁ は、レンズ１２の焦点距離を示
し、ｆ₂ は、接眼レンズ１４の焦点距離を示す。

【００４２】このような光学部材５３の回動方向及び回
動量は、視線検出器５１から出力される視線方向データ
に基づいて決定される。光学部材駆動手段５４は、この
視線方向データに基づいて、画像表示部１１で生成・表
示された点光源像が常に眼１５の瞳面Ａ上の所定位置に
結像されるように、光学部材５３の回動を制御してい
る。

【００４３】例えば、視線検出器５１によって、観察者
の眼１５が図中矢印Ｔに沿って図面上方に移動したこと
が検出されたとき、視線検出器５１は、検出した移動量
に基づいて数１式に従って光学部材５３の回動方向及び
回動量を演算し、その演算結果を光学部材駆動手段５４
に出力する。光学部材駆動手段５４は、上記演算結果に
基づいて、光学部材５３を時計方向に所定量だけ回動さ
せる。この結果、画像表示部１１で生成・表示された点
光源像は、眼１５の移動方向及び移動量に追従するよう
に平行移動して、瞳面Ａ上の同一部位に結像されること
になる。

【００４４】このように本実施例によれば、光学部材５
３の回動方向及び回動量を制御することによって、観察
者の眼１５の動きに追従するように点光源像を瞳面Ａ上
の同一部位に結像させることができるため、観察者の眼
１５の動きによって生じる網膜像の歪みを抑制すること
が可能となる。この結果、観察者の視線方向に対応し
て、常に、網膜Ａ上に広画角且つ高精細な画像を投影し
て表示することができる。

【００４５】なお、本発明は、上述した実施例の構成に
限定されることはない。例えば、光学部材５３は、接眼
レンズ１４と眼１５との間の光路中に配置しても同様の
効果を奏する。また、点光源像を２次元的に平行移動さ
せる場合、光学部材５３を互いに直交する２つの回転軸
（図示しない）によって支持し、各軸をモータ又はガル
バノメータ等によって回動制御するように構成すること
もできる。

【００４６】次に、本発明の第２の実施例に係る画像表
示装置について、図６を参照して説明する。なお、本実
施例の説明に際し、第１の実施例と同一の構成には、同
一符号を付してその説明を省略する。

【００４７】本実施例の画像表示装置は、画像表示部１
１自身を図中矢印Ｘ方向に所定量だけ移動させることに
よって、眼１５の瞳面Ａの同一部位に点光源像を結像さ
せるように構成されている。

【００４８】このため、本実施例の画像表示装置は、画
像表示部１１を図中矢印Ｘ方向に移動可能に構成すると
共に、この画像表示部１１を所定方向に所定量だけ移動
させる画像表示補正部即ち画像位置制御部６１を備えて
いる。

【００４９】画像位置制御部６１は、画像表示部１１を
図中矢印Ｘ方向に移動させる例えばＸＹステージのよう
な２軸ステージ（図示しない）を備えており、視線検出
器５１から出力された視線方向データに基づいて、２軸
ステージを所定方向に所定量だけ移動させるように構成
されている。

【００５０】例えば、観察者の眼１５が、点線で示した
位置から実線で示した位置に、図中矢印Ｔに沿って図面
上方に移動した場合、視線検出器５１は、その移動方向
及び移動量を検出して、視線方向データを画像位置制御
部６１に出力する。画像位置制御部６１は、視線方向デ
ータに基づいて、画像表示部１１で生成・表示された点
光源像が瞳面Ａ上の同一部位に結像されるように、２軸
ステージの移動方向及び移動量を演算する。そして、画
像位置制御部６１は、この演算結果に基づいて、２軸ス
テージを移動制御して、画像表示部１１を所定方向に所
定量だけ図中矢印Ｘに沿って図面下方に移動させる。こ
の結果、点光源像は、移動した眼１５の瞳面Ａ上の同一
部位に結像されることになる。

【００５１】このように本実施例によれば、画像表示部
１１の移動方向及び移動量を制御することによって、観
察者の眼１５の動きに追従するように点光源像を瞳面Ａ
上の同一部位に結像させることができるため、観察者の
眼１５の動きによって生じる網膜像の歪みを抑制するこ
とが可能となる。この結果、観察者の視線方向に対応し
て、常に、網膜Ａ上に広画角且つ高精細な画像を投影し
て表示することができる。

【００５２】なお、コヒーレント光学系では、光学部品
間での反射によって発生する干渉ノイズの影響が問題と
なるが、本実施例では、光伝達部１７に他の光学部材を
追加する必要がないため、眼１５の動きによって生じる
網膜像の歪みの発生を効率的に抑制することが可能とな
る。

【００５３】次に、本発明の第３の実施例に係る画像表
示装置について、図７を参照して説明する。なお、本実
施例の説明に際し、上述した実施例と同一の構成には、
同一符号を付してその説明を省略する。

【００５４】本実施例の画像表示装置は、画像表示部１
１自身を移動させるのではなく、観察者の視線方向の変
化に応じて画像表示部１１に生成・表示される点光源対
そのものを所定方向に所定量だけ移動させる機能を有す
る画像表示補正部即ち画像位置制御部７１を備えてお
り、他の構成は、図６に示された装置と同様である。

【００５５】点光源対自身の移動制御は、視線検出器５
１から出力された視線方向データに基づいて行われ、画
像位置制御部７１は、この視線方向データに基づいて画
像表示部１１の作動制御を行って、常に瞳面Ａ上の同一
部位に点光源像が結像されるように、画像表示部１１に
生成・表示された点光源対を所定方向に所定量だけ移動
させる。

【００５６】例えば、観察者の眼１５が、点線で示した
位置から実線で示した位置に、図中矢印Ｔに沿って図面
上方に移動した場合、視線検出器５１は、その移動方向
及び移動量を検出して、視線方向データを画像位置制御
部７１に出力する。画像位置制御部７１は、視線方向デ
ータに基づいて、画像表示部１１に生成・表示された点
光源対の移動方向及び移動量を演算する。そして、画像
位置制御部７１は、この演算結果に基づいて、画像表示
部１１に生成・表示された点光源対を図面下方方向に所
定量だけ移動させる。この結果、点光源像は、移動した
眼１５の瞳面Ａ上の同一部位に結像されることになる。

【００５７】このように本実施例によれば、画像表示部
１１に生成・表示された点光源対の移動方向及び移動量
を制御することによって、観察者の眼１５の動きに追従
するように点光源像を瞳面Ａ上の同一部位に結像させる
ことができるため、観察者の眼１５の動きによって生じ
る網膜像の歪みを抑制することが可能となる。この結
果、観察者の視線方向に対応して、常に、網膜Ａ上に広
画角且つ高精細な画像を投影して表示することができ
る。

【００５８】なお、本実施例によれば、駆動系を必要と
せず、ソフトウェアのみによって視線方向の変化によっ
て発生する網膜像の歪みを抑制することができるため、
装置の構成を簡素化させることができると共に、装置の
小型化及び軽量化が達成される。

【００５９】次に、本発明の第４の実施例に係る画像表
示装置について、図８を参照して説明する。なお、本実
施例の説明に際し、上述した実施例と同一の構成には、
同一符号を付してその説明を省略する。

【００６０】本実施例の画像表示装置は、観察者の視線
方向の変化に対応して、画像表示部１１に生成・表示さ
れるフーリエ変換像の位相成分を制御する機能を有する
画像表示補正部即ち位相情報制御部８１を備えており、
他の構成は、図７に示された装置と同様である。

【００６１】フーリエ変換像の位相成分の制御は、視線
検出器５１から出力された視線方向データに基づいて行
われる。具体的には、位相情報制御部８１は、まず、こ
の視線方向データに基づいて各空間周波数成分に発生す
る位相誤差成分を演算する。次に、直前に画像表示部１
１に生成・表示されたフーリエ変換像の位相成分からこ
の位相誤差成分を差し引く。そして、このとき得られた
演算値を次に画像表示部１１で生成・表示されるフーリ
エ変換像の位相成分として設定する。

【００６２】観察者の眼１５の動きによって発生する位
相誤差成分を全てキャンセルするように位相成分を設定
することによって、フーリエ変換像を常に眼１５の瞳面
Ａ上の同一部位に結像させることができる。この結果、
観察者の眼１５の動きによって生じる網膜像の歪みを発
生させることなく、網膜Ａ上に広画角且つ高精細な画像
を投影して表示することができる。

【００６３】なお、図２を参照して説明したように、眼
１５の動きによって光線の角膜への入射位置及び角度の
相違によって生じる位相誤差成分のみをキャンセルする
ように位相成分を設定することによって、網膜像に歪み
を発生させることなく、（視線方向を変えることによっ
て）観察者の意図する部位の画像を呈示させることも可
能である。

【００６４】このように本実施例によれば、フーリエ変
換像の位相成分を制御することによって、観察者の眼１
５の動きに追従するように点光源像を瞳面Ａ上の同一部
位に結像させることができるため、観察者の眼１５の動
きによって生じる網膜像の歪みを抑制することが可能と
なる。更に、視線方向の変化に対応して観察者の意図す
る画像部位を呈示させることもできる。この結果、観察
者の視線方向に対応して、常に、網膜Ａ上に広画角且つ
高精細な画像を投影して表示することができる。

【００６５】なお、本実施例によれば、駆動系を必要と
せず、ソフトウェアのみによって視線方向の変化によっ
て発生する網膜像の歪みを抑制することができるため、
装置の構成が簡素化され、装置の小型化及び軽量化が達
成される。

【００６６】次に、本発明の第５の実施例に係る画像表
示装置について説明する。本実施例は、第１ないし第４
の実施例の組み合わせに係り、画像表示部１１で生成・
表示されたフーリエ変換像を常に瞳孔（図示しない）の
中心近傍に結像させつつ、視線方向の変化に対応して異
なる画像部位を呈示させることを目的として構成されて
いる。

【００６７】ところで、第４の実施例は、観察者の眼１
５の動きによって発生する位相誤差成分を全てキャンセ
ルするように位相成分を設定することによって、フーリ
エ変換像を常に眼１５の瞳面Ａ上の同一部位に結像させ
ることを目的として構成されている。

【００６８】しかしながら、眼１５の運動量が大きい場
合、画像表示部１１で生成・表示されたフーリエ変換像
が眼１５の瞳面Ａの周辺部に結像されることになる。一
般に、網膜１６に達する光が視細胞に取り込まれる効率
は、その光が瞳孔のどの位置を通過して網膜１６に到達
するのかによって異なる（Stiles-Crawford効果）。こ
の効率のピーク（Stiles-Crawford maximum)は、瞳孔の
中心から若干離間した位置にあり、かかるピーク点から
離間するに従って各方位に向ってほぼ対称に効率が低下
する。

【００６９】従って、画像表示部１１で生成・表示され
たフーリエ変換像が瞳面Ａの周辺部に結像された場合に
は、各点光源の実効強度が低くなるため、網膜像が暗く
なったり、あるいは、点光源対の実効強度が不均等にな
るため、網膜像のコントラストが低下するといった不具
合が生じる。

【００７０】そこで、本実施例は、このような不具合を
除去して上述した目的を達成するために、後述するよう
に構成されている。まず、第１ないし第３の実施例の構
成（図５ないし図７参照）を適用することによって、観
察者の眼１５の動きを視線検出器５１を介して検出し、
その視線方向データに基づいて画像表示部１１に生成・
表示されたフーリエ変換像を常に眼１５の瞳面Ａ上の同
一部位に結像させる。

【００７１】このとき、画像表示部１１において、直前
に画像表示部１１に生成・表示されたフーリエ変換像の
位相成分からフーリエ変換像の移動量に見合った位相成
分（単純に空間周波数に比例する成分）を差し引いた値
を新規の位相成分として設定する。

【００７２】このような構成によれば、光線の角膜への
入射位置及び角度の相違によって発生する位相誤差（眼
球運動によって発生する誤差）のみをキャンセルするよ
うに新規の位相成分を設定する場合と同様の効果が得ら
れる。従って、第４の実施例（図８参照）と同様に、視
線方向の変化に対応して、表示画像の種々の部位を観察
することが可能となる。

【００７３】即ち、第１ないし第３の実施例の構成とフ
ーリエ変換像の位相成分を制御する構成とを組み合わせ
ることによって、観察者の眼１５の動きによって生じる
網膜像の歪みを抑制することが可能となり、観察者の視
線方向に対応した画像を常に高輝度且つ高コントラスト
な状態で呈示させることができる。

【００７４】なお、フーリエ変換像の位相情報を操作し
て網膜像の補正を行う場合であって（第４及び第５の実
施例参照）、且つ、異なる波長成分を処理してカラー画
像を生成する際には、眼１５の光学媒体の屈折率の差異
を考慮して、画像を構成する種々の波長成分に対して夫
々位相成分を算出し設定する必要がある。

【００７５】

【発明の効果】本発明の画像表示装置には、観察者の眼
の動きによって生じる画像の歪みを許容範囲内に抑制す
る画像表示補正部が設けられている。この結果、観察者
の眼の動きによって生じる画像の歪みを抑制させた状態
で、画像表示部で生成・表示された点光源対の像を瞳面
Ａ上に結像させることが可能となり、網膜上に広画角且
つ高精細な画像を投影して表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】干渉法を適用した網膜像の形成原理を説明する
ための画像表示光学系の構成を概略的に示す図。

【図２】観察者の眼の動きによって網膜像に歪みが生じ
る状態を説明するための図であって、（ａ）は、眼と画
像表示部の光軸が一致している状態を示す図、（ｂ）
は、眼の光軸がずれている状態を示す図。

【図３】（ａ）は、視線を検出する方法の他の例に適用
された構成を示す図、（ｂ）〜（ｄ）は、眼の移動状態
とスポット位置との関係を示す図。

【図４】視線を検出する方法として眼内部の光学界面を
利用した他の例を示す図。

【図５】本発明の第１の実施例に係る画像表示装置の構
成を概略的に示す図。

【図６】本発明の第２の実施例に係る画像表示装置の構
成を概略的に示す図。

【図７】本発明の第３の実施例に係る画像表示装置の構
成を概略的に示す図。

【図８】本発明の第４の実施例に係る画像表示装置の構
成を概略的に示す図。

【符号の説明】

１１…画像表示部、１２…レンズ、１５…眼、１６…網
膜、１７…光伝達部、５１…視線検出器、５２…画像表
示補正部、５３…光学部材、５４…光学部材駆動手段、
Ａ…瞳面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のコヒーレントな点光源対を生成し
て表示する画像表示部と、前記点光源対の像を観察者の眼の瞳面に結像し、光の干
渉作用によって網膜上に画像を生成させる光伝達部と、前記眼の動きを監視して、その視線方向を検出する視線
検出部と、この視線検出部によって検出された検出データに基づい
て、前記眼の動きによって生じる前記画像の歪みを許容
範囲内に抑制する画像表示補正部とを備えていることを
特徴とする画像表示装置。