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公開番号2025155458
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2024067090
出願日2024-04-01
発明の名称立体像表示装置
出願人個人
代理人
主分類G02B 30/40 20200101AFI20251006BHJP(光学)
要約【課題】頭部に装着する立体像表示装置において、1個の光偏向装置を用い、かつ可動部を持たない構成で、輻輳と調節の不一致に起因する視覚疲労を抑制した高解像度の立体像表示装置を提供する。
【解決手段】開示の技術の一態様に係る表示装置は、立体像表示装置であって、光源と、レンズと、光偏向装置を有し、前記光偏向装置は複数の光偏向素子を有し、前記光偏向素子は共通の2軸4方向に傾斜するミラーデバイスであり、前記光偏向装置は4方向に光偏向を行い、前記光偏向により異なる4方向に反射光が放射され、その内の2又は3方向の反射光がそれぞれの方向に画像を形成し、前記それぞれの方向に形成された画像はレンズにより同一面に導かれ、かつ前記それぞれの方向に形成された画像は観察者の眼球の奥行きのそれぞれ異なる位置に焦点を有することを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
立体像表示装置であって、光源と、レンズと、光偏向装置を有し、前記光偏向装置は複数の光偏向素子を有し、前記光偏向素子は共通の２軸４方向に傾斜するミラーデバイスであり、前記光偏向装置は４方向に光偏向を行い、前記光偏向により異なる４方向に反射光が放射され、その内の２又は３方向の反射光がそれぞれの方向に画像を形成し、前記それぞれの方向に形成された画像はレンズにより同一面に導かれ、かつ前記それぞれの方向に形成された画像は観察者の眼球の奥行きのそれぞれ異なる位置に焦点を有することを特徴とする立体像表示装置
続きを表示（約 360 文字）【請求項２】
前記光偏向素子は、基板と、支点部材と、複数の規制部材と、板状部材と、複数の電極とを有し、前記支点部材は、頂部を有し、前記基板の上面に設けられ、前記規制部材のそれぞれは、上部にストッパを有し、前記板状部材の端部に設けられ、前記板状部材は、光反射面と、導電部とを有し、前記板状部材における一の面が前記頂部と接触することで前記支点部材により支持され、固定端を有さずに、前記基板と前記規制部材とで定められる範囲において可動であり、前記電極のそれぞれは、前記基板上に、前記板状部材の前記導電部と対向して設けられ、前記導電部と前記電極との間で発生する静電引力により、前記頂部を支点に、前記板状部材が傾斜をすることで、前記光反射面による反射光を偏向する光偏向素子であることを特徴とする請求項１に記載の立体像表示装置

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体像表示装置に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、立体像を表示する手段の一つとしてヘッドマウントディスプレイがある。ヘッドマウントディスプレイにおいて、立体視を実現するために観察者の左右の眼球に視差を有する画像を表示させるが、この場合乗り物酔いのような動揺病の一つのＶＲ酔いと呼ばれる不具合があると言われている。本来、人間が立体を視認する際には、両眼視差による奥行き知覚と単眼のピント調節による奥行き知覚の両方を統合して機能させることが必要であるが、従来のヘッドマウントディスプレイの立体視は、上記両眼視差による奥行き知覚（輻輳）を獲得するのみである。ヘッドマウントディスプレイでは画像は数ｍ先に虚像として結像されるが、ＶＲやＡＲの用途では手元空間に立体像を表示することが多い。従来のヘッドマウントディスプレイでは画像の結像位置がディスプレイ自体に固定されるため、この場合立体像の表示位置と大きく異なることとなる。人間の目は空中に浮かんでいる物体にピントを合わせようとするが、ディスプレイ自体にピントが合っているため物体へのピント合わせが難しい。これは上記単眼のピント調節による奥行き知覚が為されていないためである。それにより、調節が不十分のため自然な立体認識が困難となり、ＶＲ酔いと呼ばれる輻輳と調節の不一致に起因する視覚疲労を誘発する。この視覚疲労を解決する手段としては、ホログラフィ技術やライトフィールドディスプレイ、焦点距離可変レンズを用いたもの、マルチフォーカルプレーンを用いたものがある。これらは、観察者の眼球に複数の焦点位置を有する画像を表示することにより上記課題を解決している。
【０００３】
ホログラフィ技術では、空間光変調器（すなわち本発明でいうところの光偏向装置）の画素ピッチを１マイクロメートル程度にする微細化が必要であるが、現状は実用可能な水準に達していない。一方、ライトフィールドディスプレイ技術では、解像度は画素数では無く画素前に配置したレンズ数に依存するため低解像度となる。焦点距離可変レンズを用いたものとして、特許文献１を例示する。上記視覚疲労の課題を解決する従来技術の一例である特許文献１では、複数の画素がマトリクス状に配置された１つの空間光変調器と、焦点距離が変化する１つのレンズ部と、前記レンズ部の焦点距離の変化と同期するようにマトリクス状に配置された複数の領域の点灯又は非点灯の切り替えを行うことで、前記複数の領域の各々を順に点灯させて機能する１つのブロック光源部とを備え、１フレーム内で、互いに焦点距離の異なる複数の立体表示用画像が連続して表示されることで立体視を実現することが示されている。
【０００４】
次に別の従来技術である特許文献２を例示する。特許文献２はヘッドマウントディスプレイのような接眼系システムでは無く、多くの人が裸眼で立体画像を見るライトフィールドディスプレイに関するものである。光源と、投影レンズと、光源から投影レンズまでの光路沿いに複数のピクセルを含む第１のデジタルマイクロミラーデバイスと、前記第１のデジタルマイクロミラーデバイスと前記投影レンズとの間の前記光路沿いに第２のデジタルマイクロミラーデバイスを有し、第２のデジタルマイクロミラーデバイスは前記第１のデジタルマイクロミラーデバイスによって生成された変調された光パターンを、異なる角度方向に前記投影レンズに向かって反射するよう構成されている。前記第１のデジタルマイクロミラーデバイスと前記第２のデジタルマイクロミラーデバイスとの間に配置された結像レンズにより、拡大率にしたがって第２のデジタルマイクロミラーデバイスの各画素上に第１のデジタルマイクロミラーデバイスの複数の画素を結像する。上記特許文献２では、まず第１のデジタルマイクロミラーデバイスの画素は映像画素としての役割を果たし、上記結像レンズは、第１のデジタルマイクロミラーデバイスの画素を第２のデジタルマイクロミラーデバイス上に効果的にマッピングする役割を果たしている。それにより、第２のデジタルマイクロミラーデバイスは、各画素がそれらの角度範囲にわたって回転するにつれて、僅かに異なる角度方向に向かって映像を投影する構成となっている。上記構成により、複数の焦点位置を有する画像を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
公開特許公報特開２０２３－９４０８０号
公告特許公報特許第７２２７２２４号
公告特許公報特許第４６８８１３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術によれば、空間光変調器は１個で良いが、その動作に同期した焦点距離可変レンズや複数の領域の各々を順に点灯させて機能する１つのブロック光源部が必要となりかつ稼働部を有するため、制御が複雑で高価かつ大きな構成となる。
【０００７】
また特許文献２の技術では、第１のデジタルマイクロミラーデバイスの複数の画素がそれぞれ異なる焦点位置の画像を担うため解像度が低下する。又、２個のデジタルマイクロミラーデバイスが必要であり、第１のデジタルマイクロミラーデバイスの動作と第２のデジタルマイクロミラーデバイスの動作を同期させる都合上、やはり制御が複雑で高価かつ大きな構成となる。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、特にヘッドマウントディスプレイ等の眼球の近い位置に画像（映像も含む）を表示させる技術に関して、可動部を有するレンズや複数の光偏向装置を持たずに、単眼球に１個の光偏向装置を用いて複数の焦点位置を有する画像を、１フレーム時間内に時間順次に表示させることにより、輻輳と調節の不一致に起因する視覚疲労を抑制しながら立体像を表示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の一態様は、光源と、レンズと、光偏向装置を有し、前記光偏向装置は複数の光偏向素子を有し、前記光偏向素子は共通の２軸４方向に傾斜するミラーデバイスであり、前記光偏向装置は４方向に光偏向を行い、前記光偏向により異なる４方向に反射光が放射され、その内の２又は３方向の反射光がそれぞれの方向に画像を形成し、前記それぞれの方向に形成された画像はレンズにより同一面に導かれ、かつ前記それぞれの方向に形成された画像は観察者の眼球の奥行きのそれぞれ異なる位置に焦点を有することを特徴とする立体像表示装置である。
【００１０】
本発明の一態様では、上記構成において、前記光偏向素子は、基板と、支点部材と、複数の規制部材と、板状部材と、複数の電極とを有し、前記支点部材は、頂部を有し、前記基板の上面に設けられ、前記規制部材のそれぞれは、上部にストッパを有し、前記板状部材の端部に設けられ、前記板状部材は、光反射面と、導電部とを有し、前記板状部材における一の面が前記頂部と接触することで前記支点部材により支持され、固定端を有さずに、前記基板と前記規制部材とで定められる範囲において可動であり、前記電極のそれぞれは、前記基板上に、前記板状部材の前記導電部と対向して設けられ、前記導電部と前記電極との間で発生する静電引力により、前記頂部を支点に、前記板状部材が傾斜をすることで、前記光反射面による反射光を偏向する光偏向素子であることを特徴とする立体像表示装置である。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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