(57)【要約】  表示装置（１）は、レーザ光を出力する光源（１０１）と、レーザ光を照明光として出射する照明光学系（１０２）と、回折パターンを表示することで照明光を回折する空間変調素子（１０３）と、使用者の頭部に装着するための装着部（１１１）と、を備える。装着部（１１１）が使用者の頭部に装着された状態で、空間変調素子（１０３）と使用者の眼球（１９０）の位置として想定される眼球想定位置（１９１ａ）との位置関係が固定される。空間変調素子（１０３）は、回折パターンとして、回折パターンにより回折された回折光が眼球想定位置（１９１ａ）へ至ることで、使用者に仮想画像を表示するような回折パターンを表示する。
2012132289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力する光源と、
前記レーザ光を照明光として出射する照明光学系と、
回折パターンを表示することで前記照明光を回折する空間変調素子と、
使用者の頭部に装着するための装着部と、
を備え、
前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記空間変調素子と前記使用者の眼球の位置として想定される眼球想定位置との位置関係が固定され、
前記空間変調素子は、前記回折パターンとして、前記回折パターンにより回折された回折光が前記眼球想定位置へ至ることで前記使用者に仮想画像を表示するような回折パターンを表示することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置から前記空間変調素子までの光軸距離が１０ｃｍ以下となる位置に、前記空間変調素子が配置され、
前記空間変調素子は、前記眼球想定位置から前記空間変調素子の虚像までの距離より遠方に前記仮想画像を表示させる前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記眼球想定位置から前記空間変調素子の虚像までの距離が明視距離２５ｃｍより短くなる位置に、前記空間変調素子が配置され、
前記空間変調素子は、前記眼球想定位置から前記仮想画像までの距離が前記明視距離より長くなる前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
前記空間変調素子によって回折された回折光を、前記眼球想定位置に向けて反射する反射ミラーをさらに備え、
前記光源と前記照明光学系と前記空間変調素子とは、前記装着部の内部に形成された空洞内に配置され、
前記反射ミラーは、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置の前方に配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記空間変調素子は反射型素子であり、
前記照明光学系から出射された照明光が前記空間変調素子の表面に対して斜めに入射するように、前記照明光学系に対して前記空間変調素子が配置され、
前記空間変調素子は、前記使用者に表示される前記仮想画像の表示面が、前記空間変調素子の表面と比べて、前記回折光の光軸に対して垂直に近くなる前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項４記載の表示装置。
【請求項６】
前記装着部には、前記空間変調素子により回折された前記回折光が前記眼球想定位置に到達するように、透過窓が形成され、
前記装着部における前記透過窓の周囲は、前記空間変調素子への前記照明光以外の外光の入射により発生する不要回折光が前記眼球想定位置に到達しないように、遮光されていることを特徴とする請求項４または５記載の表示装置。
【請求項７】
前記回折光が前記反射ミラーで前記眼球想定位置に向けて反射される反射光の光量に対し、前記回折光が前記反射ミラーを透過して前記眼球想定位置と反対方向へ出力される透過光の光量が、１００倍以内であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記装着部を頭部に装着した前記使用者が直立した状態における水平方向を第１方向と定義し、
前記第１方向に垂直な方向を第２方向と定義し、
前記反射ミラーに入射する前記回折光の入射角を第１入射角と定義し、
前記反射ミラーにより反射される前記回折光の反射角を第１反射角と定義し、
前記反射ミラーに入射する前記回折光の前記第１方向における入射角を第２入射角と定義し、
前記反射ミラーに入射する前記回折光の前記第２方向における入射角を第３入射角と定義し、
前記反射ミラーの反射領域において、前記第１入射角が前記第１反射角より大きい領域が、前記第１入射角が前記第１反射角より小さい領域に比べて広く、かつ、前記第２入射角が前記第３入射角より大きい領域が、前記第２入射角が前記第３入射角より小さい領域に比べて広くなるように、前記反射ミラーに対して前記空間変調素子が配置されていることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記装着部が前記使用者の前記頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置の前方に配置されるレンズ部をさらに備え、
前記反射ミラーは、前記レンズ部の前記眼球想定位置側の表面に接着剤により接着されたフレネルレンズを含み、
前記接着剤により接着された前記レンズ部及び前記フレネルレンズは、境界面として、前記眼球想定位置側から反対側へ順に、前記眼球想定位置側の表面、フレネルレンズ面、接着面及び前記反対側の表面を有し、
前記眼球想定位置側の表面と前記フレネルレンズ面との間の前記フレネルレンズの屈折率と、前記フレネルレンズ面と前記接着面との間の前記接着剤の屈折率とが実質的に等しくなるように、前記フレネルレンズを形成する材料及び前記接着剤を形成する材料が選択されていることを特徴とする請求項４ないし８のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記照明光学系は、前記照明光を前記眼球想定位置に収束させることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記眼球想定位置は、前記使用者の眼球の中心の位置であり、
前記空間変調素子の幅をＷ１と定義し、
前記使用者の瞳孔の位置における前記照明光の幅をＷ２と定義し、
前記回折パターンの縞の精細度に応じて定まる回折角の上限による、前記瞳孔の位置での回折範囲の幅をＷ３と定義し、
Ｗ３≦Ｗ２≦Ｗ１となるように、前記照明光学系による前記照明光の収束度合と、前記空間変調素子の精細度とが、予め定められていることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
前記照明光学系は、前記瞳孔の位置における瞳孔中心から前記使用者の前記眼球の眼球中心までの線分上の位置に収束中心が位置するように、前記照明光を収束させることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１３】
前記装着部を頭部に装着した前記使用者が直立した状態における水平方向を第１方向と定義し、
前記第１方向に垂直な方向を第２方向と定義し、
前記照明光学系は、前記第１方向と前記第２方向とにおいて前記照明光の収束度合が異なるように、かつ、前記第１方向における前記照明光の収束中心の位置が、前記第２方向における前記収束中心の位置より前記眼球中心に近くなるように、前記照明光を収束させることを特徴とする請求項１２記載の表示装置。
【請求項１４】
前記光源は、０．１ｎｍ以上のスペクトル幅を有する前記レーザ光を出力することを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記光源から出力されるレーザ光のスペクトル幅は、常時点灯時と比べてパルス点灯時に広がり、
前記光源は、前記レーザ光として、赤、緑及び青の３色のレーザ光を時分割で出力し、
前記空間変調素子は、前記３色の前記レーザ光の出力に同期して、前記色ごとに異なる前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１６】
前記光源の温度、前記光源の点灯時間、前記光源から出力される前記レーザ光の強度及び前記空間変調素子による前記回折光の回折角度のうちの少なくとも１つを回折角度情報として取得する取得部をさらに備え、
前記空間変調素子は、前記取得部により取得された前記回折角度情報を用いて表示する前記回折パターンを変更することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１７】
前記使用者の近視度数を記憶する記憶部をさらに備え、
前記空間変調素子は、前記眼球想定位置から前記仮想画像までの距離が前記近視度数に応じた距離になる前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１８】
外部装置から無線通信で送信される前記回折パターンを受信する受信部をさらに備え、
前記空間変調素子は、前記受信部により受信された前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１９】
前記仮想画像に対応する回折パターンを算出する演算部をさらに備え、
前記空間変調素子は、前記演算部により算出された前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項２０】
前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置の前方に配置されるレンズ部と、
前記空間変調素子と別に設けられた第２空間変調素子と、
をさらに備え、
前記空間変調素子及び前記第２空間変調素子は、前記レンズ部に配置され、
前記第２空間変調素子は、前記空間変調素子における外景透過光に対する位相変調を打ち消す回折パターンを表示することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計算機ホログラムによる回折パターンでレーザ光を回折させることにより情報を表示させる、頭部装着型の表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウントディスプレイ(Ｈｅａｄ−Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ、以下「ＨＭＤ」と記す）は、ユーザが頭部に装着した状態で、ユーザに情報を表示する装置である。ＨＭＤは一般的に、装着性の観点から、小型軽量であることが望ましく、一方で、表示性能の観点からは、大画面で高画質であることが望ましい。従来、ＨＭＤでは、小型の液晶パネル等に表示した画像を、凸レンズや自由曲面プリズム等で光学的に拡大することで、拡大された仮想画像をユーザへ表示する方式があった（以下「光学拡大方式」と記す）。例えば、光学拡大方式のＨＭＤとして、特許文献１の「画像表示装置」がある。【０００３】
また一方、計算機ホログラム（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ、以下「ＣＧＨ」と記す）を用いた表示装置では、表示したい画像を入力データとして計算機で求めた回折パターンを、位相変調型の液晶パネル等に表示し、その液晶パネルにレーザ光を照射して回折させることで、仮想画像位置からの表示光の波面を再現し、仮想画像をユーザへ表示する。ＣＧＨ方式では液晶パネルの手前や奥の位置に３次元立体画像を表示できる特徴がある。例えば、ＣＧＨ方式で３次元立体表示させるものとして、特許文献２の「３次元シーンのホログラフィック再構成用装置」がある。また、ＣＧＨ方式ではないが、回折パターンにより３次元立体画像をユーザに表示する先行例もある（特許文献３参照）。【０００４】
しかしながら、前記従来の光学拡大方式では、本体小型化のため小型の液晶パネルをユーザの眼球近くに配置しつつ、ユーザに表示する仮想画面を、前記液晶パネルサイズより大きく、液晶パネルまでの距離より遠くに表示しようとしても、拡大光学系が大きくなるため、表示装置の小型化と、大画面遠方表示を両立しにくい課題がある。【０００５】
また、前記従来のＣＧＨでは、回折パターンを表示する液晶パネルのドットピッチが細かいほど回折角度を大きくできるため、ドットピッチが細かい液晶パネルを用いる結果、液晶パネルサイズも比較的小さくなってしまい、大画面化が困難な課題がある。【０００６】
前記特許文献２では液晶パネルを照射するレーザ平行光を、光源を複数設けることで、複数角度から照射して大画面化（広画角化）を実現しており、また前記特許文献３では、液晶パネルを照射するレーザ平行光の入射角を時間で変える走査方式で、大画面化を実現しているが、いずれの方式もレーザ平行光の入射角を変えるために、複数光源や走査手段が必要となり、本体の小型化への課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２４０７７３号公報
【特許文献２】特表２００８−５４１１４５号公報
【特許文献３】特開平６−２０２５７５号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、本体の小型化と、ユーザに表示する仮想画像の遠方表示による大画面（広画角）化とを両立できる表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の一局面に係る表示装置は、レーザ光を出力する光源と、前記レーザ光を照明光として出射する照明光学系と、回折パターンを表示することで前記照明光を回折する空間変調素子と、使用者の頭部に装着するための装着部と、を備え、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記空間変調素子と前記使用者の眼球の位置として想定される眼球想定位置との位置関係が固定され、前記空間変調素子は、前記回折パターンとして、前記回折パターンにより回折された回折光が前記眼球想定位置へ至ることで前記使用者に仮想画像を表示するような回折パターンを表示する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における頭部装着型の表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１に示される表示装置１の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示される表示装置の空間変調素子を照明する照明光学系を示す図である。
【図４】図１に示される表示装置の反射ミラーの構成を示す図である。
【図５】図１に示される表示装置の出射窓を示す図である。
【図６】眼球、反射ミラー、空間変調素子及び仮想画像等の位置関係を説明する図である。
【図７】眼球、反射ミラー、空間変調素子及び仮想画像等の位置関係を説明する図である。
【図８】（ａ）は、仮想画像を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示される仮想画像を実現する回折パターンを示す図である。
【図９】図３に示される照明光学系と別の照明光学系を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における表示装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における表示装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態４における表示装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態５における表示装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態６における表示装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施の形態７における表示装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の実施の形態７の表示装置の要部の構成を示す図である。
【図１７】メガネ形状と異なる形状の表示装置の一例を模式的に示す図である。
【図１８】従来の表示装置における照明光学系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における頭部装着型の表示装置１の構成を模式的に示す図である。図２は、図１に示される表示装置１の電気的構成を示すブロック図である。図３は、図１に示される表示装置１の空間変調素子を照明する照明光学系を示す図である。図４は、図１に示される表示装置１の反射ミラーの構成を示す図である。図５は、図１に示される表示装置１の出射窓を示す図である。実施の形態１における表示装置１はメガネ型形状をしており、図１は上方から見た図である。
【００１３】
図１において、光源１０１はレーザ光を出力するレーザ光源である。図１では光源として、緑色波長のレーザ光を出力する半導体レーザ（レーザダイオード）を用いる。なお、赤色や青色の単色でもよいし、赤緑青の３色を合波してカラー表示としてもよい。また、半導体レーザ以外のレーザを用いてもよいし、半導体レーザと他との組合せでもよい。赤外線の半導体レーザと、赤外線を緑色に変換する第２次高調波発生（ＳＨＧ）素子の組合せでもよい。なお、光源１０１は、例えば、０．１ｎｍ以上のスペクトル幅を有するレーザ光を出力する。
【００１４】
照明光学系１０２は、光源１０１からのレーザ光の波面形状や強度分布を変更した照明光を出射する。実施の形態１では照明光学系１０２は、図３に示されるように、拡散光のレーザ光を収束光へ変換する凸レンズ５１１と、レーザ光の強度を減衰させる減光フィルタ（ＮＤフィルタ）５１２とを含む。なお、照明光の波面形状を変えるのはレンズでもよいしミラーでもよいし、液晶レンズのように動的に変更できる素子でもよい。また強度分布を変更する光学系を含んでもよい。不要照明光の除去フィルタを含んでもよい。照明光学系１０２については、さらに後述される。
【００１５】
空間変調素子１０３は、回折パターンを表示することによって、照明光学系１０２からの照明光を回折させる。実施の形態１では空間変調素子１０３として、位相変調型の反射型液晶パネルを用いる。なお、空間変調素子１０３は、液晶パネルに限られず、回折パターンを表示することで照明光を回折できれば、別の表示素子でもよい。
【００１６】
反射ミラー１０４は、空間変調素子１０３からの回折光をユーザの眼球１９０の方向へ反射させる。実施の形態１では反射ミラー１０４として、図４に示されるように、フレネルレンズ７４２を用いる。反射ミラー１０４は、フレネルレンズ７４２に薄い金属膜を蒸着させることで半透過フレネルミラーとされている。フレネルレンズ７４２は、フロント部１１２のレンズ部１１３に接着剤７４１で接着されている。
【００１７】
図４において、眼球１９０の側（図４の下側）から反対側（図４の上側）へ順に、フレネルレンズ７４２、接着剤７４１、レンズ部１１３が配置される。接着剤７４１で接着されたフレネルレンズ７４２及びレンズ部１１３は、境界面として、眼球１９０の側から反対側へ順に、眼球１９０側の表面１０４ａ、フレネルレンズ面１０４ｂ、接着面１０４ｃ、反対側の表面１０４ｄを有する。空間変調素子１０３からの回折光は、フレネルレンズ面１０４ｂで反射して瞳孔１９１へと向かう。フレネルレンズ７４２の屈折率と接着剤７４１の層の屈折率が近いほど、透過する外景の歪を減少できる効果がある。なお、フレネルレンズ７４２として、光学倍率が１のプリズムシートを用いてもよいし、光学倍率を有するフレネルレンズを用いてもよい。
【００１８】
なお、反射ミラー１０４を用いずに、液晶パネルをユーザが直接見るＨＭＤとしてもよい。なお、反射ミラーは、レンズ型でもよいし、ホログラム等の回折格子で実現してもよい。また、実施の形態１の反射ミラー１０４は表示光を反射しつつ、外景を透過させるが、外景を透過させない構成としてもよい。また、この実施形態では、フロント部１１２のレンズ部１１３の表面に反射ミラー１０４が配置されているが、レンズ部１１３の内部に反射ミラー１０４を配置するようにしてもよい。
【００１９】
眼球１９０は、表示装置１の眼球想定位置にある眼球を図示している。実施の形態１では、眼球想定位置は、ユーザが表示装置１を装着している際の眼球１９０の瞳孔１９１の瞳孔中心１９１ａとしている。なお、眼球想定位置は、瞳孔中心１９１ａから多少ずれても構わない。反射ミラー１０４で反射された回折光は、眼球想定位置にある眼球１９０の瞳孔１９１を経由して、網膜に像を結像する。これによってユーザに画像を表示する。言い換えると、ユーザは画像を視認することができる。図１における眼球中心１９２は、眼球１９０の中心位置であり、眼球１９０の回転中心でもある。使用者が表示装置１を装着すると（つまりテンプル部１１１を耳に掛けると）、空間変調素子１０３と眼球想定位置との位置関係は固定される。なお、頭部に対する眼球１９０の位置のユーザによる個人差や、表示装置１の装着ずれを考慮して、眼球想定位置に許容誤差を設けてもよく、眼球想定位置を調整する機能を有するようにしてもよい。
【００２０】
制御部１０５は、光源制御部１１及び通信制御部１２を含む。光源制御部１１は、光源１０１の駆動を制御し、光源１０１を点灯消灯させ、眼球１９０に適切な光量が入射するように、光源１０１が出力するレーザ光の強度を調整する。通信制御部１２は、無線通信機能を有し、外部装置から送信される回折パターンを取得する。通信制御部１２は、空間変調素子１０３を制御して、取得した回折パターンを空間変調素子１０３（実施の形態１では液晶パネル）に表示させる。また、通信制御部１２は、回折パターンの変更を行ってもよい。また、制御部１０５は、バッテリー１０６の制御を行ってもよいし、照明光学系１０２や反射ミラー１０４が制御可能な場合は制御してもよい。
【００２１】
バッテリー１０６は、制御部１０５や空間変調素子１０３など表示装置１の各部へ電源を供給する。図１のバッテリー１０６は充電式であり、ユーザが表示装置１を装着していない時に充電される。バッテリー１０６は、テンプル部１１１の耳側の後端近くに配置されることで、全体の重量バランスを耳側に近づけ、フロント部１１２のずり落ちを軽減できる効果もある。なお、バッテリー１０６は充電式でなくてもよく、表示装置１の使用中に電源供給されてもよい。また、表示装置１がバッテリー１０６を備えずに、外部から電源供給されてもよい。また、バッテリー１０６に代えて、発電機能を有する部材を表示装置１が有してもよい。
【００２２】
ここで、図３を参照して、照明光学系１０２がさらに詳述される。照明光学系１０２は、上述のように、凸レンズ５１１と減光フィルタ５１２を含む。図３に示されるように、照明光学系１０２は、光源１０１から出力されたレーザ光を、凸レンズ５１１によって、眼球１９０の瞳孔１９１の瞳孔中心１９１ａに収束させる。減光フィルタ５１２は、眼球１９０の視認に適した強度になるようにレーザ光の強度を低減する。照明光学系１０２から出射された照明光は、空間変調素子１０３に表示された回折パターンによって回折される。空間変調素子１０３は、この実施形態では反射型素子であるが、図示の便宜上、図３では透過型素子として図示されている。また、この実施形態では、図１に示されるように、空間変調素子１０３は、照明光学系１０２の光軸に対して斜めに配置されているが、図示の便宜上、図３では光軸に対して垂直に配置されている。
【００２３】
図１８は、背景技術で説明された例（特許文献２、特許文献３）における照明光学系を示す図である。図１８では、平行光の照明光は、空間変調素子９００で回折され、ユーザの眼球１９０の瞳孔１９１へと至る。空間変調素子９００の端付近の光を瞳孔１９１に向けて回折するには、図１８に示されるように、回折角９０１が必要となる。
【００２４】
一方、この実施形態では、図３に示されるように、空間変調素子１０３の端付近での回折角は、回折角５０１で充分である。この実施形態の照明光学系１０２は、照明光を瞳孔１９１の瞳孔中心への収束光としているために、回折角５０１は、回折角９０１（図１８）より小さくてよい。
【００２５】
この実施形態では、必要回折角を図１８に示される場合より小さくできる結果、回折パターンを表示する空間変調素子１０３のドットピッチは、図１８に示される空間変調素子９００より大きくてもよい。これによって、同じピクセル数の空間変調素子なら、従来の空間変調素子９００より大きな空間変調素子を使えるので、大画面化が可能となる。もしくは、従来の空間変調素子９００と同じ大きさの空間変調素子を使う場合でも、反射ミラー１０４の光学倍率を上げることで、大画面化してもよい。
【００２６】
このように収束光照明により必要回折角を減少できる効果は、空間変調素子１０３の大きさが瞳孔１９１のサイズと比べて大きいほど有効となる。また、反射ミラー１０４等で空間変調素子１０３が光学拡大されている場合は、空間変調素子１０３の虚像の大きさが瞳孔１９１のサイズと比べて大きいほど有効となる。眼球１９０への収束光照明は、表示装置１のように空間変調素子１０３と眼球１９０との位置関係がほぼ固定されている表示装置において特に有効となる。空間変調素子１０３と眼球１９０との位置関係が固定されていない場合は、収束中心を変えるしくみが別途必要となる。
【００２７】
図１に戻って、メガネ形状の表示装置１は、側頭部のテンプル部１１１と、眼前のフロント部１１２を含む。テンプル部１１１の内部には空洞が形成され、この空洞内に、光源１０１、照明光学系１０２、空間変調素子１０３、制御部１０５、バッテリー１０６が配置される。テンプル部１１１には出射窓１１４が設けられ、空間変調素子１０３からの回折光が反射ミラー１０４へと出射されるようになっている。
【００２８】
出射窓１１４の周囲は、図５に示されるように、例えば黒塗りされて、テンプル部１１１に配置された空間変調素子１０３の周辺が遮光されている。これによって、空間変調素子１０３への照明光学系１０２からの照明光以外の光が入射することにより発生する不要回折光が眼球１９０に到達しないようにすることができる。
【００２９】
また、空間変調素子１０３による回折をレンズ部１１３でなくテンプル部１１１の内部で行うので、レンズ部１１３での不要回折光対策をしなくてよい効果がある。不要回折光対策が容易になるので、一般的に不要回折光が発生しやすい屋外や夜間などの状況でも不要回折光の少ない表示装置１を実現できる効果がある。表示装置１が仮想画像の表示を行っていなくて、単なるメガネとして使用中でも、不要光の少ない状態を実現できる効果がある。
【００３０】
出射窓１１４の形状は、図５に示されるように、台形形状とし、耳側（図５中、右側）の縦辺を前側（図５中、左側）の縦辺より長くしている。これによって、反射ミラー１０４に斜めに入射して眼球１９０へ反射することにより、仮想画像の左右の高さを揃えられる効果がある。
【００３１】
なお、出射窓１１４の形状は、台形に限られず、円形、楕円形、長方形などの四角形、その他の多角形や、自由曲面でもよい。なお、出射窓１１４には、穴が開いていてもよい。出射窓１１４に穴が開いていると、テンプル部１１１の内部の換気や排熱に有効な効果がある。出射窓１１４には透明な蓋がされていてもよい。出射窓１１４に蓋が設けられることにより、ホコリ等の進入を減少させ、汚れを防止できる効果がある。出射窓１１４に蓋を設ける場合において、透明な蓋にレンズ機能を持たせてもよい。出射窓１１４の蓋は、反射ミラー１０４に斜めに入射させること等によって発生する収差を、補正するレンズとしてもよい。例えば、ウェッジプリズムを出射窓１１４の蓋または蓋と空間変調素子１０３の間に配置することで、コマ収差を補正してもよい。
【００３２】
フロント部１１２はレンズ部１１３を含み、レンズ部１１３の表面に、反射ミラー１０４が配置されている。また、フロント部１１２とテンプル部１１１は、携帯性を向上させるために、折れ曲がるようにしてもよい。この場合において、折れ曲がる位置はテンプル部１１１の端でもよいし、空間変調素子１０３より耳側でもよい。レンズ部１１３は、通常のメガネレンズと同様に、近視用の度数が入ったレンズでもよいし、遠視や乱視を補正するレンズでもよい。また、レンズ部１１３は、サングラスのように、透過率を下げてもよく、偏光機能を有してもよい。また、レンズ部１１３は、不要光の反射を防止してもよく、汚れを防止する機能を有する膜を含んでもよい。
【００３３】
図１に示される実施の形態１では、片目のみに仮想画像を表示しているが、これに限られない。例えば、反対側のテンプル部１１５にも空間変調素子を設けて、両眼対応の表示装置としてもよい。また、１つの空間変調素子を両眼で共有してもよい。さらに、単眼に複数の空間変調素子を用いてもよい。
【００３４】
図１に符号１２１で示される距離Ａ（図６）は、ユーザの眼球想定位置（この実施形態では、上述のように瞳孔中心１９１ａ）から反射ミラー１０４までの距離を示す。図１に符号１２２で示される距離Ｂ（図６）は、反射ミラー１０４から空間変調素子１０３までの距離を示す。距離Ａと距離Ｂの和を、眼球想定位置から空間変調素子１０３までの距離（あるいは光軸距離）と称す。
【００３５】
図６および図７は、眼球１９０、反射ミラー１０４、空間変調素子１０３及び仮想画像等の位置関係を説明する図である。図８（ａ）は、仮想画像を示す図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示される仮想画像を実現する回折パターンを示す図である。
【００３６】
図６に示すように、眼球１９０、反射ミラー１０４、空間変調素子１０３が配置されている。反射ミラー１０４の光学倍率が１である場合、空間変調素子１０３の虚像２０２は図６に示した位置にある。眼球１９０の瞳孔１９１の瞳孔中心から虚像２０２までの距離２１０は、眼球１９０から反射ミラー１０４までの距離Ａと、反射ミラー１０４から空間変調素子１０３までの距離Ｂとの和である眼球１９０の瞳孔１９１の瞳孔中心から空間変調素子１０３までの距離に等しい。なお、図６の例では、空間変調素子１０３が光軸２２０に対して斜めに配置してあるが、この場合の距離は、空間変調素子１０３の中央の点を基準とした距離である。なお、中央以外の点を基準として用いてもよい。
【００３７】
また、図７に示すように、反射ミラー１０４の光学倍率が１より大きい場合は、空間変調素子１０３の虚像３０２は図７に示した位置にある。この場合、眼球１９０の瞳孔１９１の瞳孔中心から空間変調素子１０３の虚像３０２までの距離３１０は、図６の場合の距離２１０よりも長くなり、虚像３０２は虚像２０２に比べて大きくなる。
【００３８】
本実施形態の表示装置１では、図１のように空間変調素子１０３はテンプル部１１１の内部に配置される。このため、眼球１９０の瞳孔１９１の瞳孔中心１９１ａから空間変調素子１０３までの距離２１０は、約７ｃｍである。この距離２１０の大きさは、メガネ形状の種類によって若干変わるが、空間変調素子１０３をテンプル部１１１に配置する場合は、概ね１０ｃｍ以内となり、下限は約２ｃｍ以上となる。
【００３９】
一方、図６及び図７に符号２１１で示される、ユーザの眼球１９０が無理なく物体を見られる最短距離である「明視距離」は、ユーザ毎に異なるが、一般的には２５ｃｍ程度とされている。図６の例では、空間変調素子１０３の虚像２０２は、明視距離２１１よりも近くにある。このため、空間変調素子１０３に表示された回折パターンや画像をユーザが視認するのは困難である。
【００４０】
前記従来の光学拡大方式では、眼球と空間変調素子の間に、拡大光学系を設けることで、空間変調素子の虚像の位置を明視距離以上とする必要があるが、拡大光学系が大型化する課題があった。
【００４１】
本実施形態では、ユーザに表示する画像を空間変調素子に表示する従来方式とは異なり、ユーザに表示したい仮想画像が明視距離より遠方に見えるような回折パターンをＣＧＨの計算で求め、その求めた回折パターンを空間変調素子１０３が表示する。これによって、空間変調素子１０３の虚像までの距離が明視距離より近くても、明視距離より遠い位置に仮想画像を表示できる。これにより、空間変調素子１０３をテンプル部１１１に配置しても、拡大光学系の光学倍率を上げて大型化する必要がないので、小型でメガネ型のＨＭＤである表示装置１を実現できる。
【００４２】
図６の例では、空間変調素子１０３に、回折パターン４０２（図４）を表示させることにより、明視距離２１１より遠い仮想画像２０１の位置において、例えば仮想画像４０１（図４）をユーザは見ることができる。ここで、眼球１９０から仮想画像までの距離２１２は、回折パターンの算出結果で変えることができ、例えば２００ｃｍとすることができる。その結果、距離２１２を明視距離２１１より長くできる。図７の例でも同様に、眼球１９０の瞳孔１９１から仮想画像３０１までの距離３１２を明視距離２１１より長くできる。
【００４３】
本実施形態において、テンプル部１１１が装着部の一例に相当し、瞳孔１９１の瞳孔中心１９１ａが眼球想定位置の一例に相当し、出射窓１１４が透過窓の一例に相当し、表面１０４ａが眼球想定位置側の表面の一例に相当し、表面１０４ｄが反対側の表面の一例に相当し、通信制御部１２が受信部の一例に相当する。
【００４４】
このように、本実施の形態１の表示装置１は、眼球想定位置である瞳孔１９１の瞳孔中心１９１ａから空間変調素子１０３までの光軸距離が１０ｃｍ以下となるよう空間変調素子１０３を配置し、瞳孔中心１９１ａから空間変調素子１０３の虚像２０２までの距離より遠方に画像２０１を仮想表示させるような回折パターンを、空間変調素子１０３が表示する。
【００４５】
本構成によって、空間変調素子１０３を眼球１９０の近くに配置できる結果、メガネ形状のような小型で頭部装着性に優れた表示装置１を実現できる効果がある。テンプル部１１１に配置する照明光学系１０２をより小型にできる効果がある。またその際に、ＣＧＨ方式を用いるために、ユーザの眼球１９０は空間変調素子１０３の虚像２０２にピントを合わせる必要がなく、より遠方の仮想画像２０１にピントを合わせれば画像が見えるので、眼球１９０のピント調整能力に制約されずに、空間変調素子１０３を眼球１９０に近づけて表示装置１を小型化できる効果がある。
【００４６】
従来の光学拡大方式のように、空間変調素子１０３上の画像を見る必要がないため、拡大倍率を上げる必要性も低下するので、収差の発生も抑えられて、高画質化できる効果もある。また、空間変調素子１０３を眼球１９０に近づけられるので、広画角で大画面化できる効果もある。また、仮想画像２０１までの距離をＣＧＨの計算によって遠ざけることもできるので、眼球１９０のピント調整疲労を軽減できる効果もある。また近視度数や乱視等の各個人の眼の特性に合わせた表示を、ＣＧＨの計算で実現できるため、照明光学系１０２を簡易化・共通化でき、小型化や低コスト化や信頼性向上につながる効果がある。
【００４７】
また、本実施の形態１の表示装置１では、瞳孔１９１の位置から空間変調素子１０３の虚像２０２までの距離が、ユーザの眼球１９０が無理なく物体を見られる最短距離である明視距離２５ｃｍより短くなるよう空間変調素子１０３を配置し、瞳孔１９１の位置からユーザに視認させる仮想画像２０１までの距離が長くなるような回折パターンを空間変調素子１０３が表示する。
【００４８】
本構成によって、空間変調素子１０３を、眼球１９０のピントの合わないほど近くに配置でき、本体の小型化、メガネ型化しつつ、眼球１９０のピントの合う遠方に仮想画像２０１を表示できる効果がある。また、空間変調素子１０３を光学拡大するレンズやミラーを用いる場合でも、その拡大倍率を低減できる結果、より小型化で高画質な表示装置１を実現できる効果がある。
【００４９】
また、本実施の形態１の表示装置１は、空間変調素子１０３によって回折された回折光を、瞳孔１９１の位置へ反射させる反射ミラー１０４を有し、表示装置１はメガネ形状であって、光源１０１と照明光学系１０２と空間変調素子１０３とは、テンプル部１１１の内部に配置され、反射ミラー１０４は、フロント部１１２のレンズ部１１３の表面に配置される。
【００５０】
本構成によって、表示装置１の形状をメガネに近づけられる効果がある。また、メガネ形状の形状自由度を上げられる効果がある。特に、メガネのフロント部１１２の形状自由度を上げられる効果がある。レンズ部１１３には反射ミラー１０４があればよいので、レンズ部１１３の透過性を上げられる効果がある。レンズ部１１３の形状の自由度を上げられる効果もある。レンズ部１１３及び反射ミラー１０４の透過性能や反射性能を空間変調素子１０３の特徴とは分けて設計できる効果がある。
【００５１】
反射ミラー１０４が回折ミラーでない場合は、迷光や波長の違いによる回折ずれなどの、回折の影響を低減できる効果もある。光源１０１と照明光学系１０２と空間変調素子１０３とをテンプル部１１１の内部に配置するので、テンプル部１１１以外を小型化でき、デザイン自由度を上げられる効果がある。また、テンプル部１１１の照明光学系１０２を小型化することで、テンプル部１１１を小型化できる効果がある。照明光学系１０２を薄型に設計すれば、テンプル部１１１も薄型にできる効果がある。例えば、テンプル部１１１の厚みを高さより小さく薄くできる効果がある。
【００５２】
また、本実施の形態１の表示装置１では、空間変調素子１０３は反射型素子であり、照明光学系１０２からの照明光が空間変調素子１０３に斜めに入射して斜めに反射する。表示装置１は、入射光と反射光を分離させる分離光学系を含まない。空間変調素子１０３は、ユーザに表示される仮想画像２０１の表示面が、空間変調素子１０３の表面と比べて、回折光の光軸に対して垂直面に近くなる回折パターンを表示する。
【００５３】
本構成によって、空間変調素子１０３として反射型素子を用いているため、透過型素子を用いる場合と比較して、光の利用効率を上げて、省電力にできる効果がある。また、空間変調素子１０３の画素以外の面積を減らしやすいので、高画質化できる効果もあり、素子の小型化や挟ドットピッチ化できる効果もある。分離光学系が含まれないため、小型の表示装置１を実現できる効果がある。また、分離光学系が含まれないため、テンプル部１１１を小型化でき、テンプル部１１１の厚みを薄くできる効果がある。光軸に対して、空間変調素子１０３が傾いていても、ＣＧＨの計算によって、仮想画像２０１を垂直に近づけられる効果がある。照明光学系１０２の収差補正をＣＧＨの計算で行うことで、照明光学系１０２を小型化できる効果がある。空間変調素子１０３を斜め配置してもよいことで、テンプル部１１１の設計自由度を上げ、例えばテンプル部１１１の厚みを薄くできる効果がある。また、空間変調素子１０３を斜めに配置することで、光軸基準でのドットピッチが狭められる結果、回折角を広げて、広画角化・高画質化できる効果もある。
【００５４】
また、本実施の形態１の表示装置１は、照明光学系１０２が空間変調素子１０３へ出射する照明光が、瞳孔中心１９１ａへの収束光である。
【００５５】
本構成によって、空間変調素子１０３において必要な回折角を減少できる。その結果、より広画角・大画面の表示装置１を実現できる効果がある。また、従来例のように平行光を振り分ける必要がない、簡素な照明光学系１０２を実現でき、小型化できる効果がある。眼球１９０の瞳孔中心１９１ａへの収束光とする結果、瞳孔１９１の位置に集中して画質や画角を上げられる効果がる。眼球１９０の位置以外への不要な光が減り、必要光量が減るため、より小型化、高輝度化、省電力化を実現できる効果がある。省電力はバッテリー１０６の小型化にもなるので、小型化及び軽量化できる効果もある。
【００５６】
また、本実施の形態１の表示装置１は、光源１０１は、照明光学系１０２へ出力するレーザ光のスペクトル幅が０．１ｎｍ以上である。
【００５７】
本構成によって、照明光学系１０２の収束光照明によって、空間変調素子１０３において必要な回折角を減少できる。このため、よりスペクトル幅の広いレーザ光を出力する光源１０１を使える効果がある。これにより、光源１０１を、小型化、低コスト化できる効果がある。
【００５８】
また、本実施の形態１の表示装置１では、空間変調素子１０３からの回折光が反射ミラー１０４でユーザの眼球１９０の方向へ反射する反射光の光量に対し、反射ミラー１０４を透過してユーザの眼球１９０とは逆の方向へ出力される透過光の光量が、１００倍以内である。
【００５９】
本構成によって、レンズ部１１３の透過率を高めつつ、反射によって表示もできる表示装置１を実現できる効果がある。１００倍以内とすることで、表示光の透過光の光量の反射光の光量に対する比率を２桁までとできる。よって、反射光による仮想画像２０１の輝度を落とすことなく、表示光の不要透過光の光量を抑えられる効果がある。これにより、眼球想定位置以外の場所に、ユーザやユーザ以外の眼球があった場合でも、眼球への入射光を軽減でき不快感を低減できる効果がある。また、光源１０１の出力を低減し、小型化、省電力化できる効果もある。なお、反射光の光量に対する透過光の光量の比率の下限は特に限定されないが、例えば１０倍以上とすることで、反射ミラー１０４を通して外景を好適に見ることができる。
【００６０】
また、本実施の形態１の表示装置１では、空間変調素子１０３から入射する回折光の入射角と、瞳孔１９１に向けて反射する回折光の反射角とを比べたとき、反射ミラー１０４の反射領域において、入射角が反射角より大きい領域が、入射角が反射角より小さい領域に比べて広い。また、反射ミラー１０４の反射領域において、テンプル部１１１を頭部に装着したユーザが直立した状態における水平方向の入射角が垂直方向の入射角より大きい領域が、水平方向の入射角が垂直方向の入射角より小さい領域に比べて広い。
【００６１】
本構成によって、レンズ部１１３の傾きやテンプル部１１１の形状を、ＨＭＤ機能のない従来のメガネに似た形状にすることができる効果がある。仮想画像２０１の左右位置を、ユーザの正面に近づけることができる効果もある。テンプル部１１１の空間変調素子１０３の位置を、テンプル部１１１の前寄りとでき、テンプル部１１１の耳寄りより前端のレンズ部１１３寄りのほうが高さのあるテンプル形状を実現できる効果がある。また、空間変調素子１０３から反射ミラー１０４へ向かう表示光を、空間変調素子１０３と反射ミラー１０４との間に位置するユーザの目尻周辺の顔の一部が遮蔽しない表示装置１を実現できる効果がある。
【００６２】
なお、反射ミラー１０４の光学倍率が、水平方向と垂直方向とで異なっていてもよい。反射ミラー１０４の水平方向の倍率を垂直方向の倍率より大きくすることで、横幅の広い仮想画像２０１を実現できる効果や、空間変調素子１０３を照明光の光軸に対して斜めに配置することにより狭まった横幅を優先して拡大できる効果もある。
【００６３】
また、本実施の形態１の表示装置１では、反射ミラー１０４は、フレネルレンズ７４２を含む。接着剤７４１により接着されたフレネルレンズ７４２及びレンズ部１１３は、境界面として、顔側から外側へ順に、顔側表面１０４ａ、フレネルレンズ面１０４ｂ、接着面１０４ｃ、外側表面１０４ｄを有する。顔側表面１０４ａとフレネルレンズ面１０４ｂとの間の媒質（つまりフレネルレンズ７４２）の屈折率と、フレネルレンズ面１０４ｂと接着面１０４ｃとの間の媒質（つまり接着剤７４１）の屈折率が等しい。
【００６４】
本構成によって、レンズ部１１３の形状や傾きを、ＨＭＤ機能のない従来のメガネに近づけられる効果がある。反射ミラー１０４の形状を薄くし、入射角や反射角を自由に設計できる効果がある。テンプル部１１１に配置された空間変調素子１０３からの回折光が、あたかもユーザの正面から来るかのように反射しつつ、外界の透過光が直進透過して外景の歪みを抑えた、表示装置１を実現できる効果がある。また、反射ミラー１０４に回折素子ではなくてフレネルレンズ７４２を用いているため、不要回折光の影響や回折角度変化の影響を回避できる効果がある。
【００６５】
また、本実施の形態１の表示装置１は、空間変調素子１０３として、１画素以上の動作不良画素を有する素子を用いてもよい。
【００６６】
本構成によって、より低コストの空間変調素子１０３を用いた、低コストの表示装置１を実現できる効果がある。回折パターンの１画素が不良でも、仮想画像４０１の全体のノイズが僅かに増すだけで、仮想画像４０１の１画素が欠けるわけではないので、動作不良画素の影響が局所化されない表示装置１を実現できる効果がある。
【００６７】
また、本実施の形態１の表示装置１は、通信制御部１２を備え、通信制御部１２は、回折パターンを無線通信で外部から受信して、受信した回折パターンを空間変調素子１０３に表示させる。
【００６８】
本構成によって、回折パターンの計算を表示装置１の本体では行わない。その結果、表示装置１を小型化、軽量化できる効果がある。また、回路パターンの計算を行う回路の発熱を低減できる効果もある。また、バッテリー１０６を備えているため、制御線や電源供給線のない、ワイヤレスの表示装置１を実現できる効果がある。また、ワイヤレスの表示装置１を省電力できるので、バッテリー１０６の充電までの連続使用時間を延ばす効果がある。
【００６９】
なお、上記実施の形態１において、さらに、無線通信で、外部装置から照明光の波長変動に繋がりうる情報を送信するようにしてもよい。そして、通信制御部１２は、受信した情報に基づき、取得した回折パターンを変更し、波長変動の影響を軽減させてもよい。これにより、環境変化等に伴う画質劣化を軽減できる効果がある。送信する情報は、光源１０１など光学系の温度、気温、レーザ戻り光の状態、レーザ強度、回折角などを含んでもよく、またそれらの変化でもよい。外部装置からの送信は、表示装置１の電源入力後、一定時間内に行ってもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態１では、図３に示されるように、照明光学系１０２は、照明光を眼球１９０の瞳孔１９１の瞳孔中心１９１ａに収束させているが、本発明は、これに限られない。例えば、照明光を眼球１９０の眼球中心に収束させるようにしてもよい。
【００７１】
図９は、図３に示される照明光学系と別の照明光学系を示す図である。照明光が眼球１９０への収束光であることは図３と同様であるが、照明光の収束中心が瞳孔の中心ではなく、眼球１９０の眼球中心１９２になっている。空間変調素子１０３の虚像が大きく、仮想画像の画角が広がってくるほど、仮想画像の端を中心視野で見る際に、眼球１９０が回転して瞳孔が移動するようになる。例えば、図９の空間変調素子１０３の中央からの回折光を中心視野で見る際には、瞳孔は位置６２１にあるが、空間変調素子１０３の上端からの回折光を中心視野で見る際には、瞳孔は位置６２２に移動する。
【００７２】
よって、収束光の瞳孔位置での幅６１２は、位置６２１及び６２２の瞳孔を含むように、瞳孔サイズより広くすることが望ましい。ここで、図９に示すように、照明光を眼球中心１９２への収束光とし、かつ、回折角６０１に相当する、回折範囲の瞳孔位置での幅６１３を、幅６１２より小さくすることにより、空間変調素子１０３において必要な回折角を減少できる効果がある。必要回折角を減少できれば、前述のとおり、空間変調素子１０３のドットピッチ拡大を許容でき、さらなる大画面化が可能となる。また、図９に示されるように、瞳孔位置における収束光の幅６１２は、空間変調素子１０３の幅６１１より小さい。図９に示される形態において、眼球中心１９２が眼球想定位置の一例に相当し、空間変調素子１０３の幅６１１がＷ１の一例に相当し、瞳孔位置における収束光の幅６１２がＷ２の一例に相当し、瞳孔位置での回折範囲の幅６１３がＷ３の一例に相当する。
【００７３】
このように、図９に示される形態の表示装置は、空間変調素子１０３の幅６１１、収束光のユーザの瞳孔位置での幅６１２と、回折パターン縞の精細度に応じて定まる回折角上限による、瞳孔位置での回折範囲の幅６１３において、幅６１２が幅６１１以下で幅６１３以上である。
【００７４】
本構成によって、より広画角な表示装置を実現できる効果がある。より大きな空間変調素子１０３を使える効果がある。眼球１９０を回転しても仮想画像を表示しつづけられる効果がある。注視点（中心視野）での画質を、周辺視野より向上できる効果もある。
【００７５】
また、上記実施の形態１では、図３に示されるように、照明光学系１０２は、照明光を眼球１９０の瞳孔中心１９１ａに収束させており、図９に示される形態では、照明光を眼球１９０の眼球中心１９２に収束させているが、本発明は、これに限られない。例えば、照明光学系１０２は、瞳孔中心１９１ａから眼球中心１９２までの線分上の位置を照明光の収束中心とするようにしてもよい。
【００７６】
本構成によって、照明光の収束中心が瞳孔中心１９１ａにある場合は、瞳孔１９１がユーザの頭部に対して正面にある場合の表示性能を優先した表示装置１を実現できる効果がある。照明光の収束中心が眼球中心１９２にある場合は、眼球１９０が回転して仮想画像を視認する場合の表示性能を優先した表示装置１を実現できる効果がある。照明光の収束中心を瞳孔中心１９１ａから眼球中心１９２までの線分上の位置とすることで、それらのバランスを自由に決められる効果がある。
【００７７】
さらに、上記実施の形態１において、照明光学系１０２は、照明光の収束中心が水平方向と垂直方向とにおいて異なり、水平方向における収束中心が垂直方向における収束中心より眼球中心１９２に近くなるように、照明光を収束するようにしてもよい。つまり、照明光学系１０２は、水平方向と垂直方向とで照明光の収束度合を異ならせてもよい。
【００７８】
本構成によって、横長の仮想画像に適した表示装置１を実現できる効果がある。
【００７９】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２における表示装置の電気的構成を示すブロック図である。実施の形態２では、実施の形態１と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。以下、実施の形態１との相違点を中心に、実施の形態２が説明される。
【００８０】
図１０に示される実施の形態２の表示装置１ａは、図２に示される実施の形態１の表示装置１において、制御部１０５は、通信制御部１２に代えて素子制御部１３を備える。これ以外の実施の形態２の構成は、実施の形態１と同様である。
【００８１】
素子制御部１３は、所望の仮想画像（例えば図８（ａ）に示される仮想画像４０１）から回折パターン（例えば図８（ｂ）に示される回折パターン４０２）を算出する。素子制御部１３は、空間変調素子１０３を制御して、算出した回折パターンを空間変調素子１０３に表示させる。
【００８２】
素子制御部１３が仮想画像４０１から回折パターン４０２を求める方法は、ＣＧＨで一般的な方法でよい。例えば点充填法では、仮想画像の各ピクセルから出射される光の波面の強度と位相より、空間変調素子１０３の各ピクセル位置での波面の強度と位相を求めて、空間変調素子１０３の各ピクセル毎に、求めた強度と位相の２次元ベクトル値を１次元の位相値に変換することで、位相変調型の空間変調素子１０３に表示する回折パターンを生成できる（特許文献２参照）。点充填法では、仮想画像から空間変調素子１０３までの距離や、空間変調素子１０３を照明するレーザ光の発散や収束度合いなど、自由に設定して計算できる。また、点充填法を高速化するために、一部に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いる、回折パターン算出法としてもよい。本実施形態において、素子制御部１３が演算部の一例に相当する。
【００８３】
この実施の形態２でも、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、図９に示されるように、幅６１３が幅６１２より小さい場合は、素子制御部１３による回折パターンの算出法を簡略化してもよい。例えばユーザに表示する仮想画像の上端のピクセル値を、空間変調素子１０３に表示する回折パターン全面に適用する代わりに、回折パターンの上部の一部に限定して適用し、回折パターンの下部の算出では用いないようにしてもよい。これによって、回折パターンを算出する計算量を削減できる。
【００８４】
（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３における表示装置の電気的構成を示すブロック図である。実施の形態３では、実施の形態１，２と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。以下、実施の形態１，２との相違点を中心に、実施の形態３が説明される。
【００８５】
図１１に示される実施の形態３の表示装置１ｂは、図２に示される実施の形態１の表示装置１において、通信制御部１２に代えて素子制御部１３ａを備え、さらに、新たに回折角度情報取得部１０７を備える。これ以外の実施の形態３の構成は、実施の形態１と同様である。
【００８６】
回折角度情報取得部１０７は、空間変調素子１０３における回折角度の変化に繋がる情報を取得する。回折角度情報取得部１０７は、この実施形態では例えば、温度センサ２１、タイマー２２、光センサ２３，２４を含む。温度センサ２１は、光源１０１の温度を検出する。タイマー２２は、光源１０１の点灯時間をカウントする。光センサ２３は、光源１０１から出力されるレーザ光の強度を検出する。光センサ２４は、空間変調素子１０３により回折される回折光の回折角度を検出する。
【００８７】
素子制御部１３ａは、所望の仮想画像（例えば図８（ａ）に示される仮想画像４０１）から回折パターン（例えば図８（ｂ）に示される回折パターン４０２）を算出する。素子制御部１３ａは、回折角度情報取得部１０７で検出された値を用いて、回折パターンを変更する。素子制御部１３ａは、空間変調素子１０３を制御して、変更した回折パターンを空間変調素子１０３に表示させる。
【００８８】
光源１０１の温度が上昇して、光源１０１から出力されるレーザ光の波長が変化すると、空間変調素子１０３により回折される回折光の回折角度が変化する。また、光源１０１の点灯時間が長くなると光源１０１の温度が上昇し、光源１０１から出力されるレーザ光の強度が増大すると光源１０１の温度が上昇して、同様に、空間変調素子１０３により回折される回折光の回折角度が変化する。このため、回折角度が変化したときに、空間変調素子１０３に表示される回折パターンが同じままであれば、所望の仮想画像が得られなくなる。そこで、この実施の形態３では、回折角度情報取得部１０７により、空間変調素子１０３における回折角度の変化に繋がる情報を取得し、この情報に基づき、素子制御部１３ａは、算出する回折パターンを変更する。本実施形態において、素子制御部１３ａが演算部の一例に相当し、回折角度情報取得部１０７が取得部の一例に相当する。
【００８９】
これによって、実施の形態３によれば、光源１０１の波長変動等による回折角度変化に伴う画質劣化を軽減できる効果がある。また、実施の形態３では、回折角度の変化に対して、照明光学系１０２や反射ミラー１０４の移動制御でなく、素子制御部１３ａによるＣＧＨの計算で対応している。このため、照明光学系１０２や反射ミラー１０４を小型化、簡素化、低コスト化、長寿命化、できる効果がある。また、表示装置１ｂの使用時の温度範囲等の環境適応能力を向上させられる効果もある。
【００９０】
なお、回折角度情報取得部１０７は、温度センサ２１、タイマー２２、光センサ２３，２４のうちのいずれか１つを含み、それ以外を含まないようにしてもよい。この形態でも、回折角度情報取得部１０７は、回折角度の変化に繋がる情報を取得することができる。すなわち、回折角度情報取得部１０７は、温度センサ２１、タイマー２２、光センサ２３，２４のうちの少なくとも１つを含んでいればよい。
【００９１】
（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４における表示装置の電気的構成を示すブロック図である。実施の形態４では、実施の形態１と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。以下、実施の形態１との相違点を中心に、実施の形態４が説明される。
【００９２】
図１２に示される実施の形態４の表示装置１ｃは、図２に示される実施の形態１の表示装置１において、光源制御部１１に代えて光源制御部１１ａを備え、通信制御部１２に代えて通信制御部１２ａを備える。また、光源１０１は、赤色光源３１、緑色光源３２、青色光源３３を備える。これ以外の実施の形態４の構成は、実施の形態１と同様である。
【００９３】
赤色光源３１は、赤色波長のレーザ光を出力する半導体レーザを含む。緑色光源３２は、緑色波長のレーザ光を出力する半導体レーザを含む。青色光源３３は、青色波長のレーザ光を出力する半導体レーザを含む。なお、緑色光源３２は、赤外レーザ光を出力する半導体レーザと、赤外光を緑色に変換する第２次高調波発生（ＳＨＧ）素子とを含むようにしてもよい。
【００９４】
光源制御部１１ａは、３色の赤色光源３１、緑色光源３２、青色光源３３を時分割駆動する。通信制御部１２ａは、無線通信機能を有し、外部装置から送信される３色それぞれに対応した回折パターンを取得する。通信制御部１２ａは、空間変調素子１０３を制御して、取得した回折パターンを時分割駆動される赤色光源３１、緑色光源３２、青色光源３３に同期させて空間変調素子１０３に表示させる。これによって、カラーの仮想画像を表示することができる。
【００９５】
この実施形態では、赤色光源３１、緑色光源３２、青色光源３３は、それぞれ、照明光学系１０２へ出力するレーザ光のスペクトル幅が、常時点灯時と比べてパルス点灯時に広がる特徴を持つ。
【００９６】
このように、実施の形態４では、実施の形態１と同様に、照明光学系１０２による収束光照明によって、空間変調素子１０３において必要な回折角を減少できる。このため、空間変調素子１０３は、光源１０１から出力されるレーザ光のスペクトル幅として、よりスペクトル幅の広い状態を許容できる。その結果、赤色光源３１、緑色光源３２、青色光源３３の３色光源の時分割駆動によって、カラー表示を好適に実現できる効果がある。また、光源１０１に用いる赤色光源３１、緑色光源３２、青色光源３３を、小型化、低コスト化できる効果がある。
【００９７】
なお、上記実施の形態４では、３色の光源３１，３２，３３を実施の形態１に適用しているが、これに限られず、実施の形態２に適用してもよい。すなわち、実施の形態２において、光源１０１が赤色光源３１、緑色光源３２、青色光源３３を備えるようにしてもよい。そして、素子制御部１３は、３色それぞれに対応した回折パターンを算出し、時分割駆動される光源３１，３２，３３に同期して、各回折パターンを空間変調素子１０３に表示させるようにしてもよい。
【００９８】
（実施の形態５）
図１３は、本発明の実施の形態５における表示装置の電気的構成を示すブロック図である。実施の形態５では、実施の形態１と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。以下、実施の形態１との相違点を中心に、実施の形態５が説明される。
【００９９】
図１３に示される実施の形態５の表示装置１ｄは、図２に示される実施の形態１の表示装置１において、通信制御部１２に代えて通信制御部１２ｂを備え、さらに、記憶部１０８を新たに備える。これ以外の実施の形態５の構成は、実施の形態１と同様である。
【０１００】
記憶部１０８は、使用者の近視度数を記憶する。通信制御部１２ｂは、無線通信機能を有し、外部装置から送信される回折パターンを取得する。通信制御部１２ｂは、取得した回折パターンにおいて、記憶部１０８に記憶されている近視度数に応じて眼球想定位置から仮想画像までの距離を変更する。通信制御部１２ｂは、空間変調素子１０３を制御して、変更した回折パターンを空間変調素子１０３に表示させる。
【０１０１】
実施の形態５によれば、簡素な光学系で、ユーザ毎に異なる近視度数に対応できる効果がある。
【０１０２】
また、実施の形態５によれば、近視度数に対して、照明光学系１０２ではなくて空間変調素子１０３が表示する回折パターンによって対応しているので、照明光学系１０２が物理的に駆動する部分を減らし、より小型化、簡素化、低コスト化することができ、故障率を低減できる効果がある。また、記憶部１０８に使用者の近視度数を記憶させているため、使用毎に照明光学系１０２及び空間変調素子１０３を設定する手間を軽減できる効果がある。
【０１０３】
なお、上記実施の形態５では、記憶部１０８を実施の形態１に適用しているが、これに限られず、実施の形態２に適用してもよい。すなわち、実施の形態２において、記憶部１０８を備えるようにしてもよい。そして、素子制御部１３は、眼球想定位置から仮想画像までの距離として、記憶部１０８に記憶されている近視度数に応じた距離を有する回折パターンを算出し、算出した回折パターンを空間変調素子１０３に表示させるようにしてもよい。
【０１０４】
（実施の形態６）
図１４は、本発明の実施の形態６における表示装置の電気的構成を示すブロック図である。実施の形態６では、実施の形態１と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。以下、実施の形態１との相違点を中心に、実施の形態６が説明される。
【０１０５】
図１４に示される実施の形態６の表示装置１ｅは、図２に示される実施の形態１の表示装置１において、通信制御部１２に代えて通信制御部１２ｃを備え、さらに、装着センサ１０９を新たに備える。これ以外の実施の形態６の構成は、実施の形態１と同様である。
【０１０６】
装着センサ１０９は、表示装置１ｅがユーザに装着されているか否かを検出する。装着センサ１０９として、例えばテンプル部１１１に設けられた圧力センサまたは反射型光センサを用いることができる。例えば圧力センサにより、頭部への装着による圧力を検出することができる。また、例えば反射型光センサにより、頭部からの光の反射を検出することができる。また、装着センサ１０９は、テンプル部１１１とフロント部１１２との開閉状態を検出し、開いているときは表示装置１ｅがユーザに装着されていると判定するようにしてもよい。
【０１０７】
通信制御部１２ｃは、装着センサ１０９による検出結果に基づき、表示装置１ｅのユーザへの装着状態を認識して、空間変調素子１０３における表示の状態を変更する。通信制御部１２ｃは、例えば、装着センサ１０９によって表示装置１ｅが頭部に装着されたことが検出されると、空間変調素子１０３への回折パターンの表示を自動的に開始する。通信制御部１２ｃは、装着センサ１０９によって表示装置１ｅが頭部に装着されていないことが検出されると、空間変調素子１０３への回折パターンの表示を一定時間後に自動的に停止する。
【０１０８】
また、通信制御部１２ｃは、表示装置１ｅが装着されていない際に、空間変調素子１０３に回折パターンを表示させる代わりに、通常の画像を表示させるようにしてもよい。これにより、メガネを掛ける（つまり表示装置１ｅを頭部に装着する）前でも、通信制御部１２ｃによりメール着信などの情報を空間変調素子１０３に表示することで、ユーザに情報通知できる効果もある。あるいは、通信制御部１２ｃは、空間変調素子１０３に回折パターンの表示と画像の表示とを同時に行ってもよい。
【０１０９】
なお、上記実施の形態６では、装着センサ１０９を実施の形態１に適用しているが、これに限られず、実施の形態２に適用してもよい。すなわち、実施の形態２において、装着センサ１０９を備えるようにしてもよい。そして、素子制御部１３は、表示装置１ａの頭部への装着状態に応じて、空間変調素子１０３の表示を制御するようにしてもよい。
【０１１０】
（実施の形態７）
図１５は、本発明の実施の形態７における表示装置の電気的構成を示すブロック図である。図１６は、本発明の実施の形態７の表示装置の要部の構成を示す図である。実施の形態７では、実施の形態１と同様の要素に対して、同様の符号が割り当てられている。以下、実施の形態１との相違点を中心に、実施の形態７が説明される。
【０１１１】
図１５に示される実施の形態７の表示装置１ｆは、図２に示される実施の形態１の表示装置１において、通信制御部１２に代えて通信制御部１２ｄを備え、さらに、空間変調素子１０３とは別に、空間変調素子８０３を新たに備える。
【０１１２】
図１６の表示装置１ｆは、実施の形態１と同様にメガネ形状であるが、実施の形態１と異なり、空間変調素子１０３がテンプル部１１１（図１）ではなく、レンズ部１１３に配置される特徴を持つ。本実施形態の表示装置１ｆは、空間変調素子１０３に加えて、別の空間変調素子８０３を有する。空間変調素子１０３と空間変調素子８０３とは、フロント部１１２（図１）のレンズ部１１３に、回折光の光軸方向に重なるように配置される。
【０１１３】
通信制御部１２ｄは、空間変調素子８０３に、空間変調素子１０３での外景透過光に対する位相変調を打ち消すような回折パターン（例えば空間変調素子１０３が表示する回折パターンの反転パターン）を表示させる。照明光学系１０２は、空間変調素子１０３と空間変調素子８０３との間に配置され、光源１０１からのレーザ光で空間変調素子１０３を照明する。この実施形態では、空間変調素子１０３と空間変調素子８０３とは、共に透過型素子である。
【０１１４】
実施の形態７によれば、レンズ部１１３に表示機能を持たせるため、反射ミラーが不要になり、表示装置１ｆを小型化及び簡素化できる効果がある。また、実施の形態７によれば、テンプル部１１１（図１）に空間変調素子を配置する必要がなく、テンプル部１１１を小型化できる効果がある。また、実施の形態７では、眼球１９０の瞳孔１９１から空間変調素子１０３までの距離を近づけることができる。このため、実施の形態７によれば、表示装置１ｆをより広画角化・大画面化できる効果がある。また、実施の形態７では、空間変調素子８０３に、空間変調素子１０３での外景透過光に対する位相変調を打ち消すような回折パターンを表示させているため、空間変調素子１０３による外景の歪を軽減できる効果がある。
【０１１５】
なお、上記実施の形態７では、空間変調素子８０３を実施の形態１に適用しているが、これに限られず、実施の形態２に適用してもよい。すなわち、実施の形態２において、空間変調素子８０３を備えるようにしてもよい。そして、素子制御部１３は、空間変調素子１０３での外景透過光に対する位相変調を打ち消すような回折パターンを算出し、この算出した回折パターンを空間変調素子８０３に表示させるようにしてもよい。
【０１１６】
（その他）
上記各実施の形態では、表示装置は、図１に示されるように、メガネ形状を有するものとしているが、本発明は、これに限られず、ユーザの頭部に装着される表示装置であればよい。
【０１１７】
図１７は、メガネ形状と異なる形状の表示装置の一例を模式的に示す図である。図１７に示される表示装置１ｇは、ユーザの頭部に装着するための例えばベルト状のフレーム部２００と、このフレーム部２００に接続されたテンプル部１１１ａと、テンプル部１１１ａに接続されたフロント部１１２ａと、フロント部１１２ａに形成されたレンズ部１１３ａとを備える。表示装置１ｇでは、空間変調素子１０３（図１）等の各部材は、図１と同様に配置される。図１７に示される表示装置１ｇでも、上記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。図１７の形態において、フレーム部２００及びテンプル部１１１ａが装着部の一例に相当する。
【０１１８】
また、上記各実施の形態で示した表示装置１等の各部機能の一部が、表示装置１等の本体とは別の装置で実現されていてもよい。また、表示装置１等に上記各実施の形態で示さなかった機能が搭載されていてもよい。表示装置１等の本体と、表示装置１等とは別の例えば携帯端末とで、機能を分担してもよい。また、表示装置１等とネットワークサーバとで機能を分担してもよい。
【０１１９】
また、上記実施の形態２では、回折パターンの計算を、表示装置１ａの素子制御部１３で行い、上記実施の形態１では、外部の装置で求めた回折パターンを表示装置１の通信制御部１２が取得している。しかし、これに限られず、外部で回折パターンの計算の一部を行い、その結果を通信制御部１２が取得し、通信制御部１２が回折パターンの計算の残りを行ってもよい。
【０１２０】
また、上記各実施の形態において、光源１０１が外部の装置に設けられ、光ファイバで光源１０１から出力された光を伝送してもよい。また、バッテリー１０６が外部の装置に設けられ、電源コードが表示装置１等に接続されていてもよい。また、表示装置１等は、他の機能として、カメラ、角速度や温度やＧＰＳなど各種センサ、スイッチなどの入力デバイス、スピーカー等の出力デバイスを含んでもよい。
【０１２１】
上記各実施の形態によれば、表示装置１等は、レーザ光の照明光を出射する照明光学系１０２と、回折パターンを表示することで照明光を回折する空間変調素子１０３と、使用者の頭部に装着するためのテンプル部１１１とを備える。また、表示装置１等では、テンプル部１１１が使用者の頭部に装着された状態で、空間変調素子１０３と使用者の眼球想定位置との位置関係が固定される。また、表示装置１等は、眼球１９０から空間変調素子１０３の虚像２０２までの距離を明視距離より短く、眼球１９０から仮想画像２０１までの距離を明視距離より長くする。これによって、小型でありながら、仮想画像２０１を遠方表示することにより、大画面化できる表示装置１等を実現できる。また、空間変調素子１０３が立体画像に対応する回折パターンを表示することによって、使用者に立体画像を表示することも可能である。
【０１２２】
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
【０１２３】
本発明の一局面に係る表示装置は、レーザ光を出力する光源と、前記レーザ光を照明光として出射する照明光学系と、回折パターンを表示することで前記照明光を回折する空間変調素子と、使用者の頭部に装着するための装着部と、を備え、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記空間変調素子と前記使用者の眼球の位置として想定される眼球想定位置との位置関係が固定され、前記空間変調素子は、前記回折パターンとして、前記回折パターンにより回折された回折光が前記眼球想定位置へ至ることで前記使用者に仮想画像を表示するような回折パターンを表示する。
【０１２４】
この構成によれば、光源は、レーザ光を出力する。照明光学系は、レーザ光を照明光として出射する。空間変調素子は、回折パターンを表示することで照明光を回折する。装着部は、使用者の頭部に装着するためのものである。装着部が使用者の頭部に装着された状態で、空間変調素子と使用者の眼球の位置として想定される眼球想定位置との位置関係が固定される。空間変調素子は、回折パターンとして、回折パターンにより回折された回折光が眼球想定位置へ至ることで使用者に仮想画像を表示するような回折パターンを表示する。したがって、従来の光学拡大方式とは異なり、使用者の眼球から空間変調素子までの距離とは別に、使用者の眼球から使用者に表示する仮想画像までの距離を、回折パターンにより定めることができる。その結果、装置の小型化と、使用者に表示する仮想画像の遠方表示による大画面（広画角）化とを両立できる表示装置を提供することができる。
【０１２５】
また、上記の表示装置において、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置から前記空間変調素子までの光軸距離が１０ｃｍ以下となる位置に、前記空間変調素子が配置され、前記空間変調素子は、前記眼球想定位置から前記空間変調素子の虚像までの距離より遠方に前記仮想画像を表示させる前記回折パターンを表示することが好ましい。
【０１２６】
この構成によれば、装着部が使用者の頭部に装着された状態で、眼球想定位置から空間変調素子までの光軸距離が１０ｃｍ以下となる位置に、空間変調素子が配置される。空間変調素子は、眼球想定位置から空間変調素子の虚像までの距離より遠方に仮想画像を表示させる回折パターンを表示する。したがって、空間変調素子を眼球近くに配置することができる。その結果、小型で頭部装着性に優れた表示装置を実現できる効果がある。また、空間変調素子に回折パターンを表示することにより仮想画像を使用者に表示しているので、使用者の眼球は空間変調素子の虚像にピントを合わせる必要がなく、より遠方の仮想画像にピントを合わせれば画像が見える。したがって、眼球のピント調整能力に制約されずに、空間変調素子を眼球に近づけることにより、装置を小型化できる効果がある。
【０１２７】
また、従来の光学拡大方式のように、空間変調素子上の画像を見る必要がないため、拡大倍率を上げる必要性も低下する。その結果、収差の発生も抑えられて、高画質化できる効果もある。また、空間変調素子を使用者の眼球に近づけられるので、広画角で大画面化できる効果もある。また、仮想画像までの距離を空間変調素子に表示する回折パターンによって遠ざけることもできるので、眼のピント調整疲労を軽減できる効果もある。
【０１２８】
また、上記の表示装置において、前記眼球想定位置から前記空間変調素子の虚像までの距離が明視距離２５ｃｍより短くなる位置に、前記空間変調素子が配置され、前記空間変調素子は、前記眼球想定位置から前記仮想画像までの距離が前記明視距離より長くなる前記回折パターンを表示することが好ましい。
【０１２９】
この構成によれば、眼球想定位置から空間変調素子の虚像までの距離が明視距離２５ｃｍより短くなる位置に、空間変調素子が配置される。空間変調素子は、眼球想定位置から使用者により視認される仮想画像までの距離が明視距離より長くなる回折パターンを表示する。したがって、空間変調素子を、眼球のピントが合わないほど眼球に近い位置に配置できる。その結果、本体を小型化しつつ、眼球のピントが合う遠方に仮想画面を表示できる効果がある。
【０１３０】
また、上記の表示装置において、前記空間変調素子によって回折された回折光を、前記眼球想定位置に向けて反射する反射ミラーをさらに備え、前記光源と前記照明光学系と前記空間変調素子とは、前記装着部の内部に形成された空洞内に配置され、前記反射ミラーは、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置の前方に配置されることが好ましい。
【０１３１】
この構成によれば、反射ミラーは、空間変調素子によって回折された回折光を、眼球想定位置に向けて反射する。光源と照明光学系と空間変調素子とは、装着部の内部に形成された空洞内に配置される。反射ミラーは、装着部が使用者の頭部に装着された状態で眼球想定位置の前方に配置される。したがって、反射ミラーの透過性能や反射性能を空間変調素子の特徴とは分けて設計できる効果がある。また、光源と照明光学系と空間変調素子とを装着部の内部に配置するので、装着部以外を小型化でき、デザイン自由度を上げられる効果がある。
【０１３２】
また、上記の表示装置において、前記空間変調素子は反射型素子であり、前記照明光学系から出射された照明光が前記空間変調素子の表面に対して斜めに入射するように、前記照明光学系に対して前記空間変調素子が配置され、前記空間変調素子は、前記使用者に表示される前記仮想画像の表示面が、前記空間変調素子の表面と比べて、前記回折光の光軸に対して垂直に近くなる前記回折パターンを表示することが好ましい。
【０１３３】
この構成によれば、空間変調素子は反射型素子である。照明光学系から出射された照明光が空間変調素子の表面に対して斜めに入射するように、照明光学系に対して空間変調素子が配置される。空間変調素子は、使用者に表示される仮想画像の表示面が、空間変調素子の表面と比べて、回折光の光軸に対して垂直面に近くなる回折パターンを表示する。したがって、空間変調素子が反射型であるため、透過型と比較して、光の利用効率を上げて、省電力にできる効果がある。また、空間変調素子の画素以外の面積を減らしやすいので、高画質化できる効果もあり、素子の小型化や挟ドットピッチ化できる効果もある。
【０１３４】
また、照明光が空間変調素子の表面に対して斜めに入射するため、入射光と反射光とを分離するための光学系が必要ない。このため、装着部を小型化でき、装着部の厚みを薄くできる効果がある。その結果、小型の表示装置を実現できる効果がある。また、空間変調素子は、使用者に表示される仮想画像の表示面が、空間変調素子の表面と比べて、回折光の光軸に対して垂直に近くなる回折パターンを表示する。このため、光軸に対して、空間変調素子が傾いていても、仮想画像を垂直に近づけられる効果がある。空間変調素子を照明光学系に対して斜めに配置してもよいことで、装着部の設計自由度を上げ、例えば装着部の厚みを薄くできる効果がある。また、空間変調素子を斜めに配置することで、光軸基準でのドットピッチが狭められる結果、回折角を広げて、広画角化・高画質化できる効果もある。
【０１３５】
また、上記の表示装置において、前記装着部には、前記空間変調素子により回折された前記回折光が前記眼球想定位置に到達するように、透過窓が設けられ、前記装着部における前記透過窓の周囲は、前記空間変調素子への前記照明光以外の外光の入射により発生する不要回折光が前記眼球想定位置に到達しないように、遮光されていることが好ましい。
【０１３６】
この構成によれば、装着部には、空間変調素子により回折された回折光が眼球想定位置に到達するように、透過窓が形成されている。装着部における透過窓の周囲は、空間変調素子への照明光以外の外光の入射により発生する不要回折光が眼球想定位置に到達しないように、遮光されている。したがって、回折に伴う不要光を軽減できる効果がある。空間変調素子による回折を反射ミラーでなくて装着部で行うので、反射ミラーにおいて不要回折光対策をしなくてよい効果がある。不要回折光対策が容易になるので、一般的に不要回折光が発生しやすい屋外や夜間などの状況でも不要回折光の少ない表示装置を実現できる効果がある。
【０１３７】
また、上記の表示装置において、前記回折光が前記反射ミラーで前記眼球想定位置に向けて反射される反射光の光量に対し、前記回折光が前記反射ミラーを透過して前記眼球想定位置と反対方向へ出力される透過光の光量が、１００倍以内であることが好ましい。
【０１３８】
この構成によれば、回折光が反射ミラーで眼球想定位置に向けて反射される反射光の光量に対し、回折光が反射ミラーを透過して眼球想定位置と反対方向へ出力される透過光の光量が、１００倍以内である。したがって、反射ミラーの透過率を高めつつ、反射ミラーによる回折光の反射によって仮想画像の表示も可能な表示装置を実現できる効果がある。１００倍以内とすることで、回折光の透過光と反射光の比率を２桁までとできるので、反射光による仮想画像の輝度を低下させることなく、回折光の不要透過光の光量を抑えられる効果がある。これにより、眼球想定位置以外の場所に、使用者や使用者以外の眼球があった場合でも、当該眼球への入射光を軽減でき不快感を低減できる効果がある。また、光源の出力を低減し、小型化、省電力化できる効果もある。
【０１３９】
また、上記の表示装置において、前記装着部を頭部に装着した前記使用者が直立した状態における水平方向を第１方向と定義し、前記第１方向に垂直な方向を第２方向と定義し、前記反射ミラーに入射する前記回折光の入射角を第１入射角と定義し、前記反射ミラーにより反射される前記回折光の反射角を第１反射角と定義し、前記反射ミラーに入射する前記回折光の前記第１方向における入射角を第２入射角と定義し、前記反射ミラーに入射する前記回折光の前記第２方向における入射角を第３入射角と定義し、前記反射ミラーの反射領域において、前記第１入射角が前記第１反射角より大きい領域が、前記第１入射角が前記第１反射角より小さい領域に比べて広く、かつ、前記第２入射角が前記第３入射角より大きい領域が、前記第２入射角が前記第３入射角より小さい領域に比べて広くなるように、前記反射ミラーに対して前記空間変調素子が配置されていることが好ましい。
【０１４０】
この構成によれば、装着部を頭部に装着した使用者が直立した状態における水平方向を第１方向と定義する。第１方向に垂直な方向を第２方向と定義する。反射ミラーに入射する回折光の入射角を第１入射角と定義する。反射ミラーにより反射される回折光の反射角を第１反射角と定義する。反射ミラーに入射する回折光の第１方向における入射角を第２入射角と定義する。反射ミラーに入射する回折光の第２方向における入射角を第３入射角と定義する。反射ミラーの反射領域において、第１入射角が第１反射角より大きい領域が、第１入射角が第１反射角より小さい領域に比べて広く、かつ、第２入射角が第３入射角より大きい領域が、第２入射角が第３入射角より小さい領域に比べて広くなるように、反射ミラーに対して空間変調素子が配置されている。
【０１４１】
したがって、仮想画像の左右位置を、使用者の正面に近づけることができる効果がある。装着部における空間変調素子の位置を、装着部の前寄りにすることができ、その結果、装着部の耳寄りより前方の反射ミラー寄りのほうが高さのある装着部の形状を実現できる効果がある。また、空間変調素子から反射ミラーへ向かう回折光を、空間変調素子と反射ミラーとの間にある使用者の目尻周辺の顔の一部によって遮蔽されない表示装置を実現できる効果がある。
【０１４２】
また、上記の表示装置において、前記装着部が前記使用者の前記頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置の前方に配置されるレンズ部をさらに備え、前記反射ミラーは、前記レンズ部の前記眼球想定位置側の表面に接着剤により接着されたフレネルレンズを含み、前記接着剤により接着された前記レンズ部及び前記フレネルレンズは、境界面として、前記眼球想定位置側から反対側へ順に、前記眼球想定位置側の表面、フレネルレンズ面、接着面及び前記反対側の表面を有し、前記眼球想定位置側の表面と前記フレネルレンズ面との間の前記フレネルレンズの屈折率と、前記フレネルレンズ面と前記接着面との間の前記接着剤の屈折率とが実質的に等しくなるように、前記フレネルレンズを形成する材料及び前記接着剤を形成する材料が選択されていることが好ましい。
【０１４３】
この構成によれば、レンズ部は、装着部が使用者の頭部に装着された状態で、眼球想定位置の前方に配置される。フレネルレンズは、レンズ部の眼球想定位置側の表面に接着剤により接着されている。接着剤により接着されたレンズ部及びフレネルレンズは、境界面として、眼球想定位置側から反対側へ順に、眼球想定位置側の表面、フレネルレンズ面、接着面及び反対側の表面を有する。眼球想定位置側の表面とフレネルレンズ面との間のフレネルレンズの屈折率と、フレネルレンズ面と接着面との間の接着剤の屈折率とが実質的に等しくなるように、フレネルレンズを形成する材料及び接着剤を形成する材料が選択されている。
【０１４４】
したがって、レンズ部の形状や傾きを、仮想画像を表示する機能のない従来のメガネに近づけられる効果がある。反射ミラーの形状を薄くし、入射角や反射角を自由に設計できる効果がある。装着部の空間変調素子からの回折光が、あたかも使用者の正面から来るかのように反射しつつ、外界の透過光が直進透過して外景の歪みを抑えた、表示装置を実現できる効果がある。また、反射ミラーが回折素子ではないフレネルレンズを含むことで、不要回折光の影響や回折角度変化の影響を回避できる効果がある。
【０１４５】
また、上記の表示装置において、前記照明光学系は、前記照明光を前記眼球想定位置に収束させることが好ましい。
【０１４６】
この構成によれば、照明光学系は、照明光を眼球想定位置に収束させる。したがって、空間変調素子において必要な回折角を減少できる。その結果、より広画角・大画面の仮想画像を表示する表示装置を実現できる効果がある。また、従来例のように平行光を振り分ける必要がない、簡素な照明光学系を実現でき、小型化できる効果がある。また、眼球想定位置に収束する照明光とする結果、眼球想定位置に集中して画質や画角を上げられる効果がある。また、眼球想定位置以外への不要な光が減り、必要光量が減るため、より小型化、高輝度化、省電力化を実現できる効果がある。
【０１４７】
また、上記の表示装置において、前記眼球想定位置は、前記使用者の眼球の中心の位置であり、前記空間変調素子の幅をＷ１と定義し、前記使用者の瞳孔の位置における前記照明光の幅をＷ２と定義し、前記回折パターンの縞の精細度に応じて定まる回折角の上限による、前記瞳孔の位置での回折範囲の幅をＷ３と定義し、Ｗ３≦Ｗ２≦Ｗ１となるように、前記照明光学系による前記照明光の収束度合と、前記空間変調素子の精細度とが、予め定められていることが好ましい。
【０１４８】
この構成によれば、眼球想定位置は、使用者の眼球の中心の位置である。空間変調素子の幅をＷ１と定義する。使用者の瞳孔の位置における照明光の幅をＷ２と定義する。回折パターンの縞の精細度に応じて定まる回折角の上限による、瞳孔の位置での回折範囲の幅をＷ３と定義する。Ｗ３≦Ｗ２≦Ｗ１となるように、照明光学系による照明光の収束度合と、空間変調素子の精細度とが、予め定められている。したがって、より広画角の仮想画像を表示する表示装置を実現できる効果がある。また、より大きな空間変調素子を使える効果がある。また、眼球を回転しても仮想画像を視認しつづけられる効果がある。眼球による注視点（中心視野）での画質を、周辺視野より向上できる効果もある。
【０１４９】
また、上記の表示装置において、前記照明光学系は、前記瞳孔の位置における瞳孔中心から前記使用者の眼球の眼球中心までの線分上の位置に収束中心が位置するように、前記照明光を収束させることが好ましい。
【０１５０】
この構成によれば、照明光学系は、瞳孔の位置における瞳孔中心から使用者の眼球の眼球中心までの線分上の位置に収束中心が位置するように、照明光を収束させる。すなわち、眼球想定位置は、瞳孔中心と眼球中心とを結ぶ線分上に位置する。本構成によって、照明光の収束中心が瞳孔中心に位置する場合は、瞳孔が頭部に対して正面にある場合の表示性能を優先した表示装置を実現できる効果がある。照明光の収束中心が眼球中心に位置する場合は、眼球を回転させて仮想画像を視認する場合の表示性能を優先した表示装置を実現できる効果がある。収束中心を瞳孔中心から眼球中心までの線分上の位置とすることで、それらのバランスを自由に決められる効果がる。
【０１５１】
また、上記の表示装置において、前記装着部を頭部に装着した前記使用者が直立した状態における水平方向を第１方向と定義し、前記第１方向に垂直な方向を第２方向と定義し、前記照明光学系は、前記第１方向と前記第２方向とにおいて前記照明光の収束度合が異なるように、かつ、前記第１方向における前記照明光の収束中心の位置が、前記第２方向における前記収束中心の位置より前記眼球中心に近くなるように、前記照明光を収束させることが好ましい。
【０１５２】
この構成によれば、装着部を頭部に装着した使用者が直立した状態における水平方向を第１方向と定義する。第１方向に垂直な方向を第２方向と定義する。照明光学系は、第１方向と第２方向とにおいて照明光の収束度合が異なるように、かつ、第１方向における照明光の収束中心の位置が、第２方向における収束中心の位置より眼球中心に近くなるように、照明光を収束させる。本構成によって、横長の仮想画像に適した表示装置を実現できる効果がある。
【０１５３】
また、上記の表示装置において、前記光源は、０．１ｎｍ以上のスペクトル幅を有する前記レーザ光を出力することが好ましい。
【０１５４】
この構成によれば、光源は、０．１ｎｍ以上のスペクトル幅を有するレーザ光を出力する。照明光学系により照明光が収束されているため、空間変調素子における必要な回折角を減少できる。その結果、よりスペクトル幅の広い光源を使用しても、問題が生じないという効果がある。これにより、光源を、小型化、低コスト化できる効果がある。
【０１５５】
また、上記の表示装置において、前記光源から出力されるレーザ光のスペクトル幅は、常時点灯時と比べてパルス点灯時に広がり、前記光源は、前記レーザ光として、赤、緑及び青の３色のレーザ光を時分割で出力し、前記空間変調素子は、前記３色の前記レーザ光の出力に同期して、前記色ごとに異なる前記回折パターンを表示することが好ましい。
【０１５６】
この構成によれば、光源から出力されるレーザ光のスペクトル幅は、常時点灯時と比べてパルス点灯時に広がる。光源は、レーザ光として、赤、緑及び青の３色のレーザ光を時分割で出力する。空間変調素子は、３色のレーザ光の出力に同期して、色ごとに異なる回折パターンを表示する。照明光学系により照明光が収束されているため、空間変調素子において必要な回折角を減少できる。したがって、よりスペクトル幅の広いレーザ光を用いることができる。その結果、３色のレーザ光を時分割駆動で出力することによってカラー表示できる効果がある。また、用いる光源を、小型化、低コスト化できる効果がある。
【０１５７】
また、上記の表示装置において、前記光源の温度、前記光源の点灯時間、前記光源から出力される前記レーザ光の強度及び前記空間変調素子による前記回折光の回折角度のうちの少なくとも１つを回折角度情報として取得する取得部をさらに備え、前記空間変調素子は、前記取得部により取得された前記回折角度情報を用いて表示する前記回折パターンを変更することが好ましい。
【０１５８】
この構成によれば、取得部は、光源の温度、光源の点灯時間、光源から出力されるレーザ光の強度及び空間変調素子による回折光の回折角度のうちの少なくとも１つを回折角度情報として取得する。空間変調素子は、取得部により取得された回折角度情報を用いて表示する回折パターンを変更する。光源の温度が上昇して、光源から出力されるレーザ光の波長が変化すると、空間変調素子により回折される回折光の回折角度が変化する。光源の点灯時間が長くなり、光源の温度が上昇して、光源から出力されるレーザ光の波長が変化すると、同様に回折角度が変化する。光源から出力されるレーザ光の強度が増大し、光源の温度が上昇して、光源から出力されるレーザ光の波長が変化すると、同様に回折角度が変化する。これに対して、空間変調素子は、取得部により取得された回折角度情報を用いて表示する回折パターンを変更する。このため、光源の波長変動等による回折角度変化に伴う画質劣化を軽減できる効果がある。回折角度の変化に対して、照明光学系の調整でなく、回折パターンの変更で対応しているために、照明光学系を小型化、簡素化、低コスト化、長寿命化できる効果がある。また、表示装置の使用時の温度範囲等の環境適応能力を向上させられる効果もある。
【０１５９】
また、上記の表示装置において、前記使用者の近視度数を記憶する記憶部をさらに備え、前記空間変調素子は、前記眼球想定位置から前記仮想画像までの距離が前記近視度数に応じた距離になる前記回折パターンを表示することが好ましい。
【０１６０】
この構成によれば、記憶部は、使用者の近視度数を記憶する。空間変調素子は、眼球想定位置から仮想画像までの距離が近視度数に応じた距離になる回折パターンを表示する。したがって、簡素な照明光学系で、使用者毎に異なる近視度数に対応できる効果がある。
【０１６１】
また、異なる近視度数に対して、照明光学系の調整でなく、表示する回折パターンで対応しているために、照明光学系が物理的に駆動される部分を減らし、照明光学系をより小型化、簡素化、低コスト化することができ、故障率を低減できる効果がある。また、記憶部に近視度数を記憶しているため、使用者毎に、照明光学系及び空間変調素子を設定する手間を軽減できる効果がある。
【０１６２】
また、上記の表示装置において、外部装置から無線通信で送信される前記回折パターンを受信する受信部をさらに備え、前記空間変調素子は、前記受信部により受信された前記回折パターンを表示することが好ましい。
【０１６３】
この構成によれば、受信部は、外部装置から無線通信により送信される回折パターンを受信する。空間変調素子は、受信部により受信された回折パターンを表示する。本構成によって、回折パターンの計算を表示装置の本体では行わない。その結果、表示装置を小型化、軽量化できる効果がある。また、回折パターンの計算を行う部材の発熱を低減できる効果もある。
【０１６４】
また、上記の表示装置において、前記仮想画像に対応する回折パターンを算出する演算部をさらに備え、前記空間変調素子は、前記演算部により算出された前記回折パターンを表示することが好ましい。
【０１６５】
この構成によれば、演算部は、仮想画像に対応する回折パターンを算出する。空間変調素子は、演算部により算出された回折パターンを表示する。したがって、使用者に仮想画像を好適に表示することができる。
【０１６６】
また、上記の表示装置において、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置の前方に配置されるレンズ部と、前記空間変調素子と別に設けられた第２空間変調素子と、をさらに備え、前記空間変調素子及び前記第２空間変調素子は、前記レンズ部に配置され、前記第２空間変調素子は、前記空間変調素子における外景透過光に対する位相変調を打ち消す回折パターンを表示することが好ましい。
【０１６７】
この構成によれば、レンズ部は、装着部が使用者の頭部に装着された状態で、眼球想定位置の前方に配置される。第２空間変調素子は、空間変調素子と別に設けられている。空間変調素子及び第２空間変調素子は、レンズ部に配置される。第２空間変調素子は、空間変調素子における外景透過光に対する位相変調を打ち消す回折パターンを表示する。したがって、レンズ部に仮想画像の表示機能を持たせることができる。このため、空間変調素子からの回折光を眼球想定位置に向ける反射ミラー等の部材を設ける必要がないので、表示装置を小型化及び簡素化できる効果がある。また、装着部に空間変調素子が配置されないため、装着部を小型化できる効果がある。また、眼球から空間変調素子までの距離を近づけられるので、より広画角化・大画面化できる効果がある。また、第２空間変調素子によって、外景の歪を軽減できる効果がある。
【０１６８】
本発明の表示装置によれば、小型化と、使用者に表示する仮想画像の遠方表示による大画面（広画角）化とを両立できる表示装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
本発明に係る表示装置は、回折パターンを表示することでレーザ光の照明光を回折する空間変調素子を眼球の近くに配置し、空間変調素子からの回折光が眼球想定位置へ至る、ＨＭＤ等の表示装置として有用である。また、表示システム、表示方法、表示装置設計方法、等の用途にも応用できる。
【図１】
2012132289.tif 000003
【図２】
2012132289.tif 000004
【図３】
2012132289.tif 000005
【図４】
2012132289.tif 000006
【図５】
2012132289.tif 000007
【図６】
2012132289.tif 000008
【図７】
2012132289.tif 000009
【図８】
2012132289.tif 000010
【図９】
2012132289.tif 000011
【図１０】
2012132289.tif 000012
【図１１】
2012132289.tif 000013
【図１２】
2012132289.tif 000014
【図１３】
2012132289.tif 000015
【図１４】
2012132289.tif 000016
【図１５】
2012132289.tif 000017
【図１６】
2012132289.tif 000018
【図１７】
2012132289.tif 000019
【図１８】
2012132289.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月29日(2012.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力する光源と、
前記レーザ光を照明光として出射する照明光学系と、
回折パターンを表示することで前記照明光を回折する空間変調素子と、
使用者の頭部に装着するための装着部と、
前記空間変調素子によって回折された回折光を、前記眼球想定位置に向けて反射する反射ミラーと、
を備え、
前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記空間変調素子と前記使用者の眼球の位置として想定される眼球想定位置との位置関係が固定され、
前記空間変調素子は、前記回折パターンとして、前記回折パターンにより回折された回折光が前記眼球想定位置へ至ることで前記使用者に仮想画像を表示するような回折パターンを表示し、
前記光源と前記照明光学系と前記空間変調素子とは、前記装着部の内部に形成された空洞内に配置され、
前記反射ミラーは、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置の前方に配置され、
前記空間変調素子は反射型素子であり、
前記照明光学系から出射された照明光が前記空間変調素子の表面に対して斜めに入射するように、前記照明光学系に対して前記空間変調素子が配置され、
前記空間変調素子は、前記使用者に表示される前記仮想画像の表示面が、前記空間変調素子の表面と比べて、前記回折光の光軸に対して垂直に近くなる前記回折パターンを表示することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置から前記空間変調素子までの光軸距離が１０ｃｍ以下となる位置に、前記空間変調素子が配置され、
前記空間変調素子は、前記眼球想定位置から前記空間変調素子の虚像までの距離より遠方に前記仮想画像を表示させる前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記眼球想定位置から前記空間変調素子の虚像までの距離が明視距離２５ｃｍより短くなる位置に、前記空間変調素子が配置され、
前記空間変調素子は、前記眼球想定位置から前記仮想画像までの距離が前記明視距離より長くなる前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
前記装着部には、前記空間変調素子により回折された前記回折光が前記眼球想定位置に到達するように、透過窓が形成され、
前記装着部における前記透過窓の周囲は、前記空間変調素子への前記照明光以外の外光の入射により発生する不要回折光が前記眼球想定位置に到達しないように、遮光されていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項５】
前記回折光が前記反射ミラーで前記眼球想定位置に向けて反射される反射光の光量に対し、前記回折光が前記反射ミラーを透過して前記眼球想定位置と反対方向へ出力される透過光の光量が、１００倍以内であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記装着部を頭部に装着した前記使用者が直立した状態における水平方向を第１方向と定義し、
前記第１方向に垂直な方向を第２方向と定義し、
前記反射ミラーに入射する前記回折光の入射角を第１入射角と定義し、
前記反射ミラーにより反射される前記回折光の反射角を第１反射角と定義し、
前記反射ミラーに入射する前記回折光の前記第１方向における入射角を第２入射角と定義し、
前記反射ミラーに入射する前記回折光の前記第２方向における入射角を第３入射角と定義し、
前記反射ミラーの反射領域において、前記第１入射角が前記第１反射角より大きい領域が、前記第１入射角が前記第１反射角より小さい領域に比べて広く、かつ、前記第２入射角が前記第３入射角より大きい領域が、前記第２入射角が前記第３入射角より小さい領域に比べて広くなるように、前記反射ミラーに対して前記空間変調素子が配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記装着部が前記使用者の前記頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置の前方に配置されるレンズ部をさらに備え、
前記反射ミラーは、前記レンズ部の前記眼球想定位置側の表面に接着剤により接着されたフレネルレンズを含み、
前記接着剤により接着された前記レンズ部及び前記フレネルレンズは、境界面として、前記眼球想定位置側から反対側へ順に、前記眼球想定位置側の表面、フレネルレンズ面、接着面及び前記反対側の表面を有し、
前記眼球想定位置側の表面と前記フレネルレンズ面との間の前記フレネルレンズの屈折率と、前記フレネルレンズ面と前記接着面との間の前記接着剤の屈折率とが実質的に等しくなるように、前記フレネルレンズを形成する材料及び前記接着剤を形成する材料が選択されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記照明光学系は、前記照明光を前記眼球想定位置に収束させることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記眼球想定位置は、前記使用者の眼球の中心の位置であり、
前記空間変調素子の幅をＷ１と定義し、
前記使用者の瞳孔の位置における前記照明光の幅をＷ２と定義し、
前記回折パターンの縞の精細度に応じて定まる回折角の上限による、前記瞳孔の位置での回折範囲の幅をＷ３と定義し、
Ｗ３≦Ｗ２≦Ｗ１となるように、前記照明光学系による前記照明光の収束度合と、前記空間変調素子の精細度とが、予め定められていることを特徴とする請求項８記載の表示装置。
【請求項１０】
前記照明光学系は、前記瞳孔の位置における瞳孔中心から前記使用者の前記眼球の眼球中心までの線分上の位置に収束中心が位置するように、前記照明光を収束させることを特徴とする請求項８記載の表示装置。
【請求項１１】
前記装着部を頭部に装着した前記使用者が直立した状態における水平方向を第１方向と定義し、
前記第１方向に垂直な方向を第２方向と定義し、
前記照明光学系は、前記第１方向と前記第２方向とにおいて前記照明光の収束度合が異なるように、かつ、前記第１方向における前記照明光の収束中心の位置が、前記第２方向における前記収束中心の位置より前記眼球中心に近くなるように、前記照明光を収束させることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
前記光源は、０．１ｎｍ以上のスペクトル幅を有する前記レーザ光を出力することを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記光源から出力されるレーザ光のスペクトル幅は、常時点灯時と比べてパルス点灯時に広がり、
前記光源は、前記レーザ光として、赤、緑及び青の３色のレーザ光を時分割で出力し、
前記空間変調素子は、前記３色の前記レーザ光の出力に同期して、前記色ごとに異なる前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記光源の温度、前記光源の点灯時間、前記光源から出力される前記レーザ光の強度及び前記空間変調素子による前記回折光の回折角度のうちの少なくとも１つを回折角度情報として取得する取得部をさらに備え、
前記空間変調素子は、前記取得部により取得された前記回折角度情報を用いて表示する前記回折パターンを変更することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記使用者の近視度数を記憶する記憶部をさらに備え、
前記空間変調素子は、前記眼球想定位置から前記仮想画像までの距離が前記近視度数に応じた距離になる前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１６】
外部装置から無線通信で送信される前記回折パターンを受信する受信部をさらに備え、
前記空間変調素子は、前記受信部により受信された前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１７】
前記仮想画像に対応する回折パターンを算出する演算部をさらに備え、
前記空間変調素子は、前記演算部により算出された前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の表示装置。
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月8日(2012.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力する光源と、
前記レーザ光を照明光として出射する照明光学系と、
回折パターンを表示することで前記照明光を回折する空間変調素子と、
使用者の頭部に装着するための装着部と、
前記空間変調素子によって回折された回折光を、前記眼球想定位置に向けて反射する反射ミラーと、
を備え、
前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記空間変調素子と前記使用者の眼球の位置として想定される眼球想定位置との位置関係が固定され、
前記空間変調素子は、前記回折パターンとして、前記回折パターンにより回折された回折光が前記眼球想定位置へ至ることで前記使用者に仮想画像を表示するような回折パターンを表示し、
前記反射ミラーは、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置の前方に配置され、
前記空間変調素子は反射型素子であり、
前記照明光学系から出射された照明光が前記空間変調素子の表面に対して斜めに入射するように、前記照明光学系に対して前記空間変調素子が配置され、
前記空間変調素子は、
前記使用者に表示される前記仮想画像の表示面と、前記反射ミラーによって反射された後の回折光の光軸とのなす角が、
前記空間変調素子の表面と、前記反射ミラーによって反射される前の回折光の光軸とのなす角と比べて、
垂直に近くなる前記回折パターンを表示することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置から前記空間変調素子までの光軸距離が１０ｃｍ以下となる位置に、前記空間変調素子が配置され、
前記空間変調素子は、前記眼球想定位置から前記空間変調素子の虚像までの距離より遠方に前記仮想画像を表示させる前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記眼球想定位置から前記空間変調素子の虚像までの距離が明視距離２５ｃｍより短くなる位置に、前記空間変調素子が配置され、
前記空間変調素子は、前記眼球想定位置から前記仮想画像までの距離が前記明視距離より長くなる前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
前記装着部には、前記空間変調素子により回折された前記回折光が前記眼球想定位置に到達するように、透過窓が形成され、
前記装着部における前記透過窓の周囲は、前記空間変調素子への前記照明光以外の外光の入射により発生する不要回折光が前記眼球想定位置に到達しないように、遮光されていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項５】
前記回折光が前記反射ミラーで前記眼球想定位置に向けて反射される反射光の光量に対し、前記回折光が前記反射ミラーを透過して前記眼球想定位置と反対方向へ出力される透過光の光量が、１００倍以内であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記装着部を頭部に装着した前記使用者が直立した状態における水平方向を第１方向と定義し、
前記第１方向に垂直な方向を第２方向と定義し、
前記反射ミラーに入射する前記回折光の入射角を第１入射角と定義し、
前記反射ミラーにより反射される前記回折光の反射角を第１反射角と定義し、
前記反射ミラーに入射する前記回折光の前記第１方向における入射角を第２入射角と定義し、
前記反射ミラーに入射する前記回折光の前記第２方向における入射角を第３入射角と定義し、
前記反射ミラーの反射領域において、前記第１入射角が前記第１反射角より大きい領域が、前記第１入射角が前記第１反射角より小さい領域に比べて広く、かつ、前記第２入射角が前記第３入射角より大きい領域が、前記第２入射角が前記第３入射角より小さい領域に比べて広くなるように、前記反射ミラーに対して前記空間変調素子が配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記装着部が前記使用者の前記頭部に装着された状態で、前記眼球想定位置の前方に配置されるレンズ部をさらに備え、
前記反射ミラーは、前記レンズ部の前記眼球想定位置側の表面に接着剤により接着されたフレネルレンズを含み、
前記接着剤により接着された前記レンズ部及び前記フレネルレンズは、境界面として、前記眼球想定位置側から反対側へ順に、前記眼球想定位置側の表面、フレネルレンズ面、接着面及び前記反対側の表面を有し、
前記眼球想定位置側の表面と前記フレネルレンズ面との間の前記フレネルレンズの屈折率と、前記フレネルレンズ面と前記接着面との間の前記接着剤の屈折率とが実質的に等しくなるように、前記フレネルレンズを形成する材料及び前記接着剤を形成する材料が選択されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記照明光学系は、前記照明光を前記眼球想定位置に収束させることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記眼球想定位置は、前記使用者の眼球の中心の位置であり、
前記空間変調素子の幅をＷ１と定義し、
前記使用者の瞳孔の位置における前記照明光の幅をＷ２と定義し、
前記回折パターンの縞の精細度に応じて定まる回折角の上限による、前記瞳孔の位置での回折範囲の幅をＷ３と定義し、
Ｗ３≦Ｗ２≦Ｗ１となるように、前記照明光学系による前記照明光の収束度合と、前記空間変調素子の精細度とが、予め定められていることを特徴とする請求項８記載の表示装置。
【請求項１０】
前記照明光学系は、前記瞳孔の位置における瞳孔中心から前記使用者の前記眼球の眼球中心までの線分上の位置に収束中心が位置するように、前記照明光を収束させることを特徴とする請求項８記載の表示装置。
【請求項１１】
前記装着部を頭部に装着した前記使用者が直立した状態における水平方向を第１方向と定義し、
前記第１方向に垂直な方向を第２方向と定義し、
前記照明光学系は、前記第１方向と前記第２方向とにおいて前記照明光の収束度合が異なるように、かつ、前記第１方向における前記照明光の収束中心の位置が、前記第２方向における前記収束中心の位置より前記眼球中心に近くなるように、前記照明光を収束させることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
前記光源は、０．１ｎｍ以上のスペクトル幅を有する前記レーザ光を出力することを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記光源から出力されるレーザ光のスペクトル幅は、常時点灯時と比べてパルス点灯時に広がり、
前記光源は、前記レーザ光として、赤、緑及び青の３色のレーザ光を時分割で出力し、
前記空間変調素子は、前記３色の前記レーザ光の出力に同期して、前記色ごとに異なる前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記光源の温度、前記光源の点灯時間、前記光源から出力される前記レーザ光の強度及び前記空間変調素子による前記回折光の回折角度のうちの少なくとも１つを回折角度情報として取得する取得部をさらに備え、
前記空間変調素子は、前記取得部により取得された前記回折角度情報を用いて表示する前記回折パターンを変更することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記使用者の近視度数を記憶する記憶部をさらに備え、
前記空間変調素子は、前記眼球想定位置から前記仮想画像までの距離が前記近視度数に応じた距離になる前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１６】
外部装置から無線通信で送信される前記回折パターンを受信する受信部をさらに備え、
前記空間変調素子は、前記受信部により受信された前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１７】
前記仮想画像に対応する回折パターンを算出する演算部をさらに備え、
前記空間変調素子は、前記演算部により算出された前記回折パターンを表示することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の表示装置。
【国際調査報告】
2012132289.tif 000021
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