(57)【要約】  本出願は、画像から回折パターンを生成するパターン生成部と、出射光を出射する光源と、前記出射光を集光し、照明光を生成する集光部と、前記回折パターンに応じて前記照明光を回折し、回折光を生成する空間光変調部と、を備える。前記回折光は、前記集光部を通過する。前記空間光変調部は、前記照明光を反射し、前記回折光を生成してもよい。表示装置は、前記空間光変調部を透過することによって生成された前記回折光を反射する反射部を更に備えてもよい。前記反射部によって反射された前記回折光は、前記集光部を通過してもよい。前記集光部は、前記出射光を集光する第１集光素子と、前記空間光変調部を透過することによって生成された前記回折光を集光する第２集光素子と、を含んでもよい。
2014073201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像から回折パターンを生成するパターン生成部と、
出射光を出射する光源と、
前記出射光を集光し、照明光を生成する集光部と、
前記回折パターンに応じて前記照明光を回折し、回折光を生成する空間光変調部と、を備え、
前記回折光は、前記集光部を通過することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記空間光変調部は、前記照明光を反射し、前記回折光を生成することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記空間光変調部を透過することによって生成された前記回折光を反射する反射部を更に備え、
前記反射部によって反射された前記回折光は、前記集光部を通過することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記集光部は、前記出射光を集光する第１集光素子と、前記空間光変調部を透過することによって生成された前記回折光を集光する第２集光素子と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記空間光変調部は、前記照明光を受ける表示面を含み、
前記集光部は、前記表示面の隣に配置されることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項６】
前記集光部は、平凸レンズを含むことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記空間光変調部は、前記回折光と、前記空間光変調部によって回折されない非回折光と、を出射し、
前記非回折光は、収束光であり、
前記空間光変調部が出射する前記回折光が、少なくとも部分的に平行光又は発散光となるように、前記パターン生成部は、前記回折パターンを生成することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項８】
前記画像は、第１領域と、前記第１領域とは位置的に異なる第２領域と、を含み、
前記パターン生成部は、前記第１領域に対応する第１回折パターンと、前記第２領域に対応する第２回折パターンと、を、前記回折パターンとして生成し、
前記第１回折パターンは、前記第２回折パターンとは異なる光学的作用を有することを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記光源と前記集光部との間において、前記出射光の強度を減衰させる減衰フィルタを更に備え、
前記減衰フィルタは、前記出射光の光路に対して傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記出射光又は前記照明光の偏光を調整する偏光板を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記偏光板は、前記集光部の光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１０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、計算機ホログラムを用いてレーザ光を回折させ、画像を表示する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を表示するための様々な表示装置が開発されている。例えば、これらの表示装置として、ヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ−Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ（以下、「ＨＭＤ」と称される））が例示される。【０００３】
使用者は、ＨＭＤを頭部に装着する。ＨＭＤは、使用者の眼前に画像を表示し、使用者に情報を提供する。一般的に、装着性の観点から、ＨＭＤは、小型且つ軽量であることが望まれる。【０００４】
従来のＨＭＤは、小型の液晶パネルと、光学的な拡大素子（例えば、凸レンズや自由曲線プリズム）と、を備える。拡大素子は、液晶パネルが表示する画像を拡大する。この結果、拡大された仮想画像が、使用者に観察される（特許文献１を参照）。以下の説明において、拡大素子を用いて画像を拡大する表示技術は、「光学拡大方式」と称される。【０００５】
他の表示技術として、計算機ホログラム（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ（以下、「ＣＧＨ」と称される））を用いた表示装置が例示される（特許文献２を参照）。例えば、表示装置は、光源と、位相変調型の液晶パネルと、計算機ホログラムを作成するための計算機と、を備える。画像のデータが計算機に入力されると、計算機は、回折パターンを演算する。表示装置は、回折パターンをＣＧＨとして、液晶パネルに表示する。光源が、液晶パネルにレーザ光を出射すると、仮想的な画像位置からの表示光の波面が再現される。この結果、使用者は、仮想的な画像を観察することができる。【０００６】
光学拡大方式とは異なり、ＣＧＨを用いた表示技術は、プリズムといった拡大素子を必要としない。したがって、ＣＧＨが利用されるならば、小型の光学系の設計が可能になる。この結果、ＣＧＨの利用の下、小型のＨＭＤが作成可能となる。【０００７】
（ＣＧＨを用いた画像表示方法）
図２４Ａは、計算機に入力される画像データによって表現される例示的な画像である。図２４Ｂは、図２４Ａに示される画像データに対応する例示的な回折パターンである。図２４Ａ及び図２４Ｂを参照して、ＣＧＨを用いた画像表示方法が説明される。【０００８】
ＣＧＨを用いる表示装置は、画像データから回折パターンを計算する。回折パターンの計算技術として、点充填法やフーリエ変換を利用する画像生成技術が例示される。例えば、表示装置は、図２４Ａに示される画像を表現する画像データから、図２４Ｂに示される回折パターンを生成することができる。表示装置は、生成された回折パターンを液晶パネル（例えば、位相変調型）にＣＧＨとして表示する。表示装置が、ＣＧＨを表示する液晶パネルに、レーザ光を照射すると、液晶パネルは、回折パターンに応じて、レーザ光を回折する。この結果、使用者は、回折されたレーザ光を、図２４Ａに示される画像として観察することができる。【０００９】
（回折パターンの生成方法）
図２５は、点充填法に従う回折パターンの生成方法の概念図である。図２５を参照して、回折パターンの生成方法が説明される。【００１０】
図２５は、画像データによって表される画像と、液晶パネル上に設定されたξ−η座標と、を示す。ξ−η座標の原点は、液晶パネルの中心と一致されている。【００１１】
点充填法が用いられるならば、画像データによって表される画像は、点光源の集合として見なされる。図２５には、画像上の点ｉが示されている。画像上の点から出射された出射光が、液晶パネル上の点に重なったときの位相から、回折パターンは計算される。【００１２】
以下に示される数式は、点ｉから点ｕに到達した光の複素振幅ｕｉ（ξ，η）を表す。【００１３】
【数１】
2014073201.tif 000003
【００１４】
尚、上記の数式において、記号「αｉ」は、点ｉでの光の振幅を表す。記号「φｉ」は、点ｉでの光の位相を表す。尚、位相「φｉ」は、画像に対して加算されたランダムな位相値であってもよい。記号「ｋ」は、波数を表す。点ｉから出射される光の波長が、記号「λ」で表されるならば、波数「ｋ」は、「２π／λ」で表される。記号「ｒｉ」は、点ｉと点ｕとの間の距離を表す。距離「ｒｉ」は、以下の数式で表される。【００１５】
【数２】
2014073201.tif 000004
【００１６】
尚、上述の数式において、点ｉの座標は、（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）で表されている。点ｕの座標は、（ξ，η，０）で表されている。【００１７】
画像上の全ての点それぞれから点ｕに到達した光の複素振幅は、画像上の各点から点ｕに到達した複素振幅の総和として表される。以下の数式は、画像上の全ての点それぞれから点ｕに到達した光の複素振幅を表す。【００１８】
【数３】
2014073201.tif 000005
【００１９】
上述の数式の演算は、液晶パネル上の全ての点に対して実行される。この結果、回折パターンが生成される。尚、点充填法の原理を簡便に説明するために、上述の点充填法に従う演算おいて、参照光による位相変化は、示されていない。【００２０】
上述の如く、点充填法を用いて、回折パターンが算出されるならば、任意の物体からの光の波面が再現される。したがって、従来の光学拡大方式とは異なり、プリズムといった拡大素子を必要とすることなく、使用者に観察される再生像の位置は適切に制御される。【００２１】
（画角に関する課題）
ＣＧＨを利用する表示装置は、再生像の小さな画角に関する課題に直面する。【００２２】
図２６は、液晶パネルと、液晶パネルを照明する照明光と、液晶パネルによって回折された回折光と、を示す。図２６を参照して、画角に関する課題が説明される。【００２３】
図２６に示される液晶パネルは、ＣＧＨを表示している。照明光が、液晶パネルに照射されると、液晶パネルは、ＣＧＨに応じた回折光を生成する。尚、ＣＧＨは、次数において異なる複数種の回折光を生じさせるが、図２６は、１次回折光のみを示している。【００２４】
以下の数式は、回折光と液晶パネルの垂線との間の角度（即ち、回折角θａ）を表す。尚、液晶パネルの画素ピッチは、記号「ｐ」で表されている。照明光の波長は、記号「λ」で表されている。【００２５】
【数４】
2014073201.tif 000006
【００２６】
上述の数式から、小さな画素ピッチ「ｐ」は、大きな回折角θａに帰結することが分かる。一般的に、液晶パネルからの回折光の回折可能な範囲が大きいならば、再生像の画角や視域は拡大されやすい。しかしながら、現状の液晶パネルの製造技術によって、６μｍを下回る画素ピッチを作り出すことは困難である。すなわち、画素ピッチを用いて大きな回折角θａを得ることには限界がある。【００２７】
図２６に示される照明光は、液晶パネルに対して垂直な平行光である。図２６に示される技術とは異なり、特許文献３は、液晶パネルへ照射される照明光の入射角度を変更し、大きな回折角を得ることを提案する。【００２８】
図２７は、特許文献３によって提案される回折角の設定技術を示す。図２６及び図２７を参照して、特許文献３によって提案される回折角の設定技術が説明される。【００２９】
図２６と同様に、図２７は、液晶パネルの垂線から角度「θａ」だけ傾斜した回折光を示す。図２６とは異なり、照明光は、液晶パネルの垂線から角度「θｂ」だけ傾斜している。このとき、液晶パネルは、角度「θａ」と角度「θｂ」との間の差に相当する角度「θｃ」だけ照明光を回折する。照明光が液晶パネルの垂線から傾斜するならば、液晶パネルに要求される回折角度は小さくなるので、画素ピッチとは異なる因子を用いて、広い画角が得られることになる。【００３０】
図２７を参照して説明された回折角の設定技術は、照明光として収束光を利用することによって容易に実現される。しかしながら、照明光として収束光が利用されるならば、大きな光学系が必要とされることになる。【００３１】
図２８は、収束光を生成する光学系９００の概略図である。図２８を参照して、光学系９００が説明される。【００３２】
光学系９００は、光源９１０と、集光レンズ９２０と、液晶パネル９３０と、を備える。光源９１０は、出射光ＥＭＬを出射する。出射光ＥＭＬは、発散光である。集光レンズ９２０は、出射光ＥＬＭを収束光ＣＶＬに変える。収束光ＣＶＬは、液晶パネル９３０へ入射する。液晶パネル９３０は、ＣＧＨを表示する。したがって、液晶パネル９３０は、収束光ＣＶＬを回折し、回折光ＤＦＬを生成する。【００３３】
図２９は、集光レンズ９２０と液晶パネル９３０との間の大きさの関係を表す概略図である。図２９を参照して、集光レンズ９２０と液晶パネル９３０との間の大きさの関係が説明される。【００３４】
集光レンズ９２０の直径は、記号「Ｗ」を用いて表されている。液晶パネル９３０の直径は、記号「Ｄ」を用いて表されている。収束光ＣＶＬは、液晶パネル９３０に対する垂線ＮＬに対して、角度「θｂ」だけ傾斜している。集光レンズ９２０と液晶パネル９３０との間の距離は、記号「Ｌ」を用いて表されている。以下の数式は、集光レンズ９２０の直径「Ｗ」を表す。【００３５】
【数５】
2014073201.tif 000007
【００３６】
上述の如く、回折角を大きくするための方法として、収束光ＣＶＬの角度「θｂ」を大きくすることが考えられる。しかしながら、上述の数式から、大きな角度「θｂ」は、大きな集光レンズ９２０の直径「Ｗ」に帰結する。また、集光レンズ９２０と液晶パネル９３０との間の長い距離も、大きな集光レンズ９２０の直径「Ｗ」に帰結する。これらの光学的な知見から、従来技術は、大きな光学系を必要としがちであることが分かる。しかしながら、大きな光学系は、外観といった観点から、ＨＭＤといった装着式の表示装置の適用に不向きである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３７】
【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２０１１−３５８９９号公報
【発明の概要】
【００３８】
本発明は、小型の光学系を用いて画像を表示することができる表示装置を提供することを目的とする。
【００３９】
本発明の一の局面に係る表示装置は、画像から回折パターンを生成するパターン生成部と、出射光を出射する光源と、前記出射光を集光し、照明光を生成する集光部と、前記回折パターンに応じて前記照明光を回折し、回折光を生成する空間光変調部と、を備える。前記回折光は、前記集光部を通過する。
【００４０】
本発明の表示装置は、回折光が集光部を通過するように設計されるので、表示装置は、小型の光学系を用いて画像を表示することができる。
【００４１】
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施形態の表示装置の概略的なブロック図である。
【図２】図１に示される表示装置の集光部として例示される平凸レンズの概略図である。
【図３】図１に示される表示装置の集光部として例示される他の平凸レンズの概略図である。
【図４】図１に示される表示装置のパターン生成部の例示的なブロック図である。
【図５】図４に示されるパターン生成部の例示的な動作を表すフローチャートである。
【図６】画像データによって表される画像と回折パターンとの間の例示的な関係を表す概略図である。
【図７】図４に示されるパターン生成部によって利用される例示的な位相パターンである。
【図８】第２実施形態の表示装置の概略的なブロック図である。
【図９】第３実施形態の表示装置の概略的なブロック図である。
【図１０】第４実施形態の表示装置の概略的なブロック図である。
【図１１】第５実施形態のＨＭＤの概略図である。
【図１２】観察者と虚像との位置関係を表す概略図である。
【図１３】観察者と虚像との位置関係を表す他の概略図である。
【図１４】第６実施形態のＨＭＤの概略図である。
【図１５】第７実施形態のＨＭＤの概略図である。
【図１６】図１５に示されるＨＭＤの概略的な拡大図である。
【図１７】第８実施形態のＨＭＤの概略図である。
【図１８】図１７に示されるＨＭＤの概略的な拡大図である。
【図１９】第９実施形態のＨＭＤの概略図である。
【図２０】図１９に示されるＨＭＤの概略的な拡大図である。
【図２１】第１０実施形態のＨＭＤの概略図である。
【図２２】第１１実施形態の表示装置の概略図である。
【図２３】第１２実施形態の表示装置の概略図である。
【図２４Ａ】計算機に入力される画像データによって表現される例示的な画像である。
【図２４Ｂ】図２４Ａに示される画像データに対応する例示的な回折パターンである。
【図２５】点充填法に従う回折パターンの生成方法の概念図である。
【図２６】液晶パネルと、液晶パネルを照明する照明光と、液晶パネルによって回折された回折光と、を示す。
【図２７】特許文献３によって提案される回折角の設定技術を示す。
【図２８】収束光を生成する光学系の概略図である。
【図２９】集光レンズと液晶パネルとの間の大きさの関係を表す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
添付の図面を参照して、画像を表示する表示装置に関する様々な実施形態が以下に説明される。表示装置は、以下の説明によって、明確に理解可能である。「上」、「下」、「左」や「右」といった方向を表す用語は、単に、説明の明瞭化を目的とする。したがって、これらの用語は、限定的に解釈されるべきものではない。【００４４】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の表示装置１００の概略的なブロック図である。図１を参照して、表示装置１００が説明される。【００４５】
表示装置１００は、光源１１０と、集光部１２０と、空間光変調部１３０と、駆動部１４０と、を備える。駆動部１４０は、光源１１０と空間光変調部１３０とを駆動する。駆動部１４０によって駆動された光源１１０は、レーザ光ＬＢを集光部１２０へ出射する。集光部１２０は、レーザ光ＬＢから、空間光変調部１３０に向けて集光された照明光ＩＢを生成する。空間光変調部１３０は、照明光ＩＢを反射し、回折光ＤＦＬを生成する。空間光変調部１３０によって回折された回折光ＤＦＬは、集光部１２０を通過する。観察者は、集光部１２０を通過した回折光ＤＦＬによって表現された虚像ＶＩを観察することができる。本実施形態において、光源１１０から出射されたレーザ光ＬＢは、出射光として例示される。【００４６】
駆動部１４０は、第１駆動部１４１と、第２駆動部１４２と、パターン生成部１４３と、を備える。第１駆動部１４１は、光源１１０を駆動するための第１駆動信号を生成する。第１駆動信号は、第１駆動部１４１から光源１１０へ出力される。光源１１０は、第１駆動信号に応じて、レーザ光ＬＢを出射する。パターン生成部１４３は、画像を表現する画像データから回折パターンを表すパターンデータを生成する。パターンデータは、パターン生成部１４３から第２駆動部１４２に出力される。第２駆動部１４２は、パターンデータに応じて、空間光変調部１３０を駆動するための第２駆動信号を生成する。第２駆動信号は、第２駆動部１４２から空間光変調部１３０へ出力される。空間光変調部１３０は、第２駆動信号に応じて、回折パターンに対応するＣＧＨを表示する。照明光ＩＢが空間光変調部１３０に入射すると、空間光変調部１３０のＣＧＨは、照明光ＩＢを回折し、回折光ＤＦＬを生成する。この結果、観察者は、画像に対応する虚像ＶＩを観察することができる。【００４７】
光源１１０は、レーザ光ＬＢを出射することができる一般的なレーザ光源であってもよい。例えば、緑色波長のレーザ光を出射することができる半導体レーザ（レーザダイオード）が、光源１１０として用いられてもよい。代替的に、光源１１０は、赤色のレーザ光や青色のレーザ光を出射してもよい。更に、光源１１０は、赤色のレーザ光、緑色のレーザ光及び青色のレーザ光を出射してもよい。この場合、光源１１０は、赤色のレーザ光、緑色のレーザ光及び青色のレーザ光を合波するための合波部（図示せず）を含んでもよい。この結果、観察者は、複数の色相で表現された虚像ＶＩを観察することができる。【００４８】
光源１１０が、赤色のレーザ光、緑色のレーザ光及び青色のレーザ光を出射するならば、第１駆動部１４１は、光源１１０を時分割駆動してもよい。この場合も、観察者は、複数の色相で表現された虚像ＶＩを観察することができる。【００４９】
光源１１０は、半導体レーザ以外のレーザ装置であってもよい。代替的に、光源１１０は、半導体レーザと他の光学的素子との組み合わせであってもよい。例えば、光源１１０は、赤外線を出射する半導体レーザと、赤外線を緑色レーザ光に変換するＳＨＧ素子（第２次高調波発生素子）と、の組み合わせであってもよい。本実施形態の原理は、光源１１０の構造や特性に何ら限定されない。【００５０】
図２は、集光部１２０として例示される平凸レンズ１２１の概略図である。図１及び図２を参照して、集光部１２０が説明される。【００５１】
本実施形態において、平凸レンズ１２１は、集光部１２０として、好適に利用可能である。平凸レンズ１２１は、レーザ光ＬＢが入射する第１面１２２と、第１面１２２とは反対側の第２面１２３と、を含む。第２面１２３は、平坦である一方で、第１面１２２は、湾曲した凸面である。【００５２】
レーザ光ＬＢは、第１面１２２に入射する。レーザ光ＬＢが第１面１２２から第２面１２３に向かう間、平凸レンズ１２１は、レーザ光ＬＢを照明光ＩＢに変える。照明光ＩＢは、平凸レンズ１２１から空間光変調部１３０に伝搬する。空間光変調部１３０は、ＣＧＨを表示する表示面１３１を含む。照明光ＩＢによって照明された表示面１３１上のＣＧＨは、回折光ＤＦＬを生成する。照明光ＩＢは、平凸レンズ１２１を通過するレーザ光ＬＢから生成されるので、照明光ＩＢは、収束光になる。上述の如く、照明光ＩＢが収束光であるならば、空間光変調部１３０が小さな回折角の下で照明光ＩＢを回折光ＤＦＬに変えても、広い画角が得られることになる。【００５３】
平凸レンズ１２１の第２面１２３は、表示面１３１の隣に配置される。第２面１２３は、表示面１３１に接触していてもよいし、或いは、表示面１３１から僅かに離間してもよい。【００５４】
平凸レンズ１２１は、空間光変調部１３０に接着剤によって固定されてもよい。代替的に、平凸レンズ１２１は、空間光変調部１３０に、ネジといった固定具によって固定されてもよい。本実施形態の原理は、平凸レンズ１２１と空間光変調部１３０との間の固定技術によっては何ら制限されない。【００５５】
図３は、集光部１２０として例示される平凸レンズ１２４の概略図である。図１乃至図３を参照して、集光部１２０が説明される。【００５６】
図２を参照して説明された平凸レンズ１２１と同様に、平凸レンズ１２４も、集光部１２０として、好適に利用可能である。平凸レンズ１２４は、レーザ光ＬＢが入射する第１面１２５と、第１面１２５とは反対側の第２面１２６と、を含む。図２を参照して説明された平凸レンズ１２１とは異なり、第２面１２６は、湾曲した凸面である一方で、第１面１２５は、平坦である。【００５７】
光源１１０は、レーザ光ＬＢを発散光として出射する。レーザ光ＬＢは、第１面１２５に入射する。平坦な第１面１２５は、光源１１０からのレーザ光ＬＢを屈折させるので、第２面１２６の曲率は、図２を参照して説明された平凸レンズ１２１の第１面１２２の曲率よりも小さくてもよい。したがって、図２に示される平凸レンズ１２１に代えて、平凸レンズ１２４が用いられるならば、表示装置１００は、低減された収差の下で、虚像ＶＩを生成することができる。【００５８】
図２及び図３において、単一のレンズが集光部１２０として示されている。代替的に、集光部１２０は、複数のレンズ素子を用いて形成されてもよい。複数のレンズが集光部１２０として用いられるならば、収差が適切に低減されるように、集光部１２０は設計され得る。【００５９】
集光部１２０は、レーザ光ＬＢを回折する回折素子を含んでもよい。この場合、非常に薄いレンズが集光部１２０に利用されてもよい。この結果、表示装置１００は、小型化され、及び／又は、軽量化される。【００６０】
上述の如く、空間光変調部１３０は、表示面１３１を含む。集光部１２０によって生成された照明光ＩＢは、表示面１３１へ入射する。表示面１３１上のＣＧＨは、照明光ＩＢを回折し、回折光ＤＦＬを生成する。本実施形態において、反射型の液晶パネル（位相変調型）が、空間光変調部１３０として用いられてもよい。代替的に、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）が、空間光変調部１３０として用いられてもよい。ＭＥＭＳが、位相変調素子として形成された微細なミラーを有するならば、上述の液晶パネルよりも小さな画素ピッチを達成し得る。この場合、表示装置１００は、大きな画角の下で、虚像ＶＩを生成することができる。【００６１】
図１に示される如く、回折光ＤＦＬは、集光部１２０を通過する。したがって、回折光ＤＦＬは、集光部１２０の集光作用を受ける。観察者が、虚像ＶＩを適切に観察するためには、観察者の瞳孔に入射する虚像ＶＩの光は、平行光或いは発散光である必要がある。本実施形態において、パターン生成部１４３は、集光部１２０を通過した回折光ＤＦＬが、平行光或いは発散光となるように、回折パターンを生成する。この結果、パターン生成部１４３によって生成された回折パターンに基づいて作成されたＣＧＨは、回折光ＤＦＬを集光部１２０から平行光或いは発散光として出射するためのレンズ作用を有することになる。ＣＧＨのレンズ作用の結果、観察者は、虚像ＶＩを適切に観察することができる。【００６２】
上述のレンズ作用なしでは、ＣＧＨから出射された回折光は、集光部によって集光されるので、収束光になる。この結果、観察者は、画像を適切に観察することはできない。本実施形態において、パターン生成部１４３は、集光部１２０を通過した回折光ＤＦＬが、平行光或いは発散光となるように、回折パターンを生成するので、ＣＧＨのレンズ作用の結果、観察者は、集光部１２０を通過した回折光ＤＦＬによって表現される虚像ＶＩを適切に観察することができる。すなわち、本実施形態の原理は、集光部１２０と空間光変調部１３０との間の短い距離「Ｌ」の設計を可能にする。【００６３】
上述の数式で表されるように、距離「Ｌ」が小さくなるならば、集光部１２０の直径「Ｗ」は、空間光変調部１３０の直径「Ｄ」に近似されることになる。したがって、表示装置１００は、小型の光学系を用いて、画像を適切に表示することができる。【００６４】
上述の如く、第１駆動部１４１は、光源１１０を駆動するための第１駆動信号を出力する一方で、第２駆動部１４２は、空間光変調部１３０を駆動するための第２駆動信号を出力する。第１駆動信号の出力は、第２駆動信号の出力に連動される。【００６５】
光源１１０は、第１駆動信号に応じて、レーザ光ＬＢを出射し、或いは、レーザ光ＬＢの出射を停止する。この結果、観察者の眼球が適切な光量を受けるように、レーザ光ＬＢの強度は、調整される。【００６６】
光源１１０が、赤色レーザ光、緑色レーザ光及び青色レーザ光を出射するように時分割駆動されるならば、第２駆動部１４２は、各レーザ光の出射に同期して、対応する回折パターンのＣＧＨを表示面１３１に表示させてもよい。この結果、観察者は、複数の色相で表現された虚像ＶＩを観察することができる。この場合、空間光変調部１３０として利用される液晶パネルは、カラーフィルタを必要としない。したがって、空間光変調部１３０は、小型であってもよい。【００６７】
本実施形態において、駆動部１４０は、光源１１０及び空間光変調部１３０を駆動する。駆動部１４０は、他の光学素子を制御及び／又は駆動してもよい。例えば、駆動部１４０は、照明光ＩＢを生成するための他の光学素子や表示装置１００中の光を反射させる反射ミラーを付随的に制御及び／又は駆動してもよい。【００６８】
図４は、パターン生成部１４３の例示的なブロック図である。図１及び図４を参照して、パターン生成部１４３が説明される。【００６９】
パターン生成部１４３は、取得部１４４と、演算部１４５と、データ生成部１４６と、を含む。取得部１４４は、画像を表す画像データを取得する。画像データは、取得部１４４から演算部１４５へ出力される。演算部１４５は、画像データから回折パターンを算出するための演算を実行する。回折パターンを算出するための演算の結果は、演算部１４５からデータ生成部１４６へ出力される。データ生成部１４６は、回折パターンの演算結果に応じて、回折パターンを表すパターンデータを生成する。パターンデータは、データ生成部１４６から第２駆動部１４２へ出力される。第２駆動部１４２は、パターンデータに応じて、第２駆動信号を生成する。第２駆動信号は、第２駆動部１４２から空間光変調部１３０へ出力される。空間光変調部１３０は、第２駆動信号に応じて、ＣＧＨを表示面１３１上に表示する。【００７０】
取得部１４４は、外部装置（図示せず）と通信可能に設計された通信素子であってもよい。この場合、取得部１４４は、外部装置からインターネットを介して画像データを取得することができる。代替的に、取得部１４４は、画像データを予め格納する記憶媒体であってもよい。この場合、外部装置との通信を利用して画像を取得する技術よりも少ない電力消費の下、画像データが生成される。更に代替的に、取得部１４４は、所定の情報から画像を生成するプログラムであってもよい。本実施形態の原理は、取得部１４４によって何ら限定されない。【００７１】
取得部１４４が出力する画像データのファイル形式は、画像ファイル、テキストファイル或いはこれらの組み合わせであってもよい。例えば、取得部１４４は、所定の情報からＢｉｔｍａｐ形式の画像データを生成してもよい。本実施形態の原理は、画像データによって何ら限定されない。【００７２】
演算部１４５は、取得部１４４から出力された画像データに対して、位相加算処理を行う。画像データ中の各画素は、実数値としての画素値を有している。演算部１４５は、「０」から「２π」の範囲で設定された位相値を各画素に対してランダムで生成する。生成された位相値は、対応する画素の画素値に加算される。この結果、画像データは、複素数化される。尚、生成される位相値は、「１」の大きさを有する複素数として生成される。【００７３】
位相値は、ランダムに生成されなくともよい。演算部１４５は、隣り合う画素の組に対して、「１／２π」だけ異なる位相値を割り当ててもよい。この結果、隣り合う画素間で潜在的に生じ得るレーザ光ＬＢのスペックルノイズは抑制される。【００７４】
演算部１４５は、上述の位相加算処理後の画像データから回折パターンを算出する。例えば、演算部１４５は、画像データに逆フーリエ変換を施与し、回折パターンを算出してもよい。逆フーリエ変換に基づく回折パターンの算出は、上述の点充填法に基づく演算の近似式を利用する。逆フーリエ変換が回折パターンの算出に利用されるならば、点充填法よりも少ない演算量が要求される。したがって、回折パターンは、点充填法よりも短時間で得られることとなる。【００７５】
回折パターンの演算手法は、逆フーリエ変換以外の演算技術に依存してもよい。例えば、演算部１４５は、上述の点充填法に基づく演算を実行してもよい。この場合、演算部１４５は、画素ごとに異なる３次元座標を設定することができる。したがって、演算部１４５は、高精度な立体表示を行うための回折パターンを算出することができる。【００７６】
演算部１４５は、回折パターンに対して、収差補正処理を更に施与してもよい。図１に示される如く、空間光変調部１３０によって生成された回折光ＤＦＬは、集光部１２０を通過する。この結果、回折光ＤＦＬは、集光部１２０の収差に影響されることもある。演算部１４５が、収差補正処理を実行するならば、収差の影響は緩和される。この結果、観察者が観察する虚像ＶＩは、高い品位を維持することができる。【００７７】
演算部１４５は、収差を補正するための位相パターンを回折パターンに重畳してもよい。演算部１４５は、収差を補正するための位相パターンを予め保持してもよい。収差を補正するための位相パターンは、回折パターンと同じ画素数を有してもよい。収差を補正するための位相パターンの各画素の値は、位相を表現する複素数である。演算部１４５は、画素毎に、位相パターンの画素の値と回折パターンの画素の値とを重畳させ、回折パターンを補正する。【００７８】
本実施形態の原理は、収差を補正するための位相パターンの生成技術によって何ら限定されない。演算部１４５は、他の演算技術を用いて、収差を低減してもよい。例えば、収差の量は、ＺＥＭＡＸといった光学シミュレータによって予め算出されてもよい。演算部１４５は、算出された収差を補正するための位相値を決定してもよい。【００７９】
演算部１４５は、収差を補正するための位相パターンを予め保持してもよいし、或いは、収差を補正するための位相パターンを必要に応じて算出してもよい。演算部１４５が位相パターンを必要に応じて算出するならば、パターン生成部１４３は、位相パターンを記憶するための記憶素子を有さなくてもよい。したがって、駆動部１４０は、廉価に製造され得る。【００８０】
上述の位相パターンは、集光部１２０の収差の補正だけでなく、観察者の視力を補正するために用いられてもよい。加えて、或いは、代替的に、位相パターンは、虚像ＶＩの表示位置を変更するために用いられてもよい。【００８１】
データ生成部１４６は、演算部１４５によって算出された回折パターンに対して量子化処理を施与し、パターンデータを生成する。【００８２】
空間光変調部１３０が、「０」又は「π」の二値の位相を表示することができるならば、データ生成部１４６は、演算部１４５によって算出された回折パターンの各画素の位相の値が、「０」に近いか否かを判定する。演算部１４５によって算出された回折パターンの各画素の位相の値が、「０」に近いならば、データ生成部１４６は、対応する画素に「０」の値を割り当てる。演算部１４５によって算出された回折パターンの各画素の位相の値が、「π」に近いならば、データ生成部１４６は、対応する画素に「π」の値を割り当てる。【００８３】
量子化処理は、空間光変調部１３０の表示特性に依存してもよい。したがって、データ生成部１４６は、二値を超えた量子化処理を実行してもよい。この場合、量子化処理に起因するノイズは低減される。【００８４】
データ生成部１４６は、量子化処理の後、パターンデータを出力する。第２駆動部１４２は、パターンデータに応じて、第２駆動信号を生成する。空間光変調部１３０は、第２駆動信号に応じて、表示面１３１にＣＧＨを表示する。【００８５】
液晶パネルが、空間光変調部１３０として、利用されるならば、液晶パネルの液晶は、パターンデータによって定められた位相値を達成するように第２駆動信号に応じて動作する。この結果、液晶パネルでの変調量は、適切に設定される。第１駆動部１４１からの第１駆動信号によって制御された光源１１０がレーザ光ＬＢを出射すると、空間光変調部１３０の表示面１３１上のＣＧＨによって回折光ＤＦＬが生成される。この結果、観察者は、虚像ＶＩを観察することができる。【００８６】
図５は、パターン生成部１４３の例示的な動作を表すフローチャートである。図１、図４及び図５を参照して、パターン生成部１４３が更に説明される。【００８７】
（ステップＳ１１０）
ステップＳ１１０において、取得部１４４は、画像データを取得する。上述の如く、取得部１４４は、インターネットを通じて、画像データを取得してもよい。代替的に、画像データは、取得部１４４に予め格納されてもよい。画像データは、取得部１４４から演算部１４５へ出力される。その後、ステップＳ１２０が実行される。【００８８】
（ステップＳ１２０）
ステップＳ１２０において、演算部１４５は、上述の如く、位相加算処理を実行する。この結果、画像データは、複素数化される。その後、ステップＳ１３０が実行される。【００８９】
（ステップＳ１３０）
ステップＳ１３０において、演算部１４５は、上述の如く、逆フーリエ変換や点充填法を用いて、画像データから回折パターンを算出する。このとき、空間光変調部１３０から集光部１２０を通じて出射される回折光ＤＦＬが平行光又は発散光になるように、演算部１４５は、回折パターンを算出する。この結果、回折光ＤＦＬが集光部１２０を通過しても、観察者によって知覚可能な虚像ＶＩが生成される。【００９０】
空間光変調部１３０は、次数において異なる複数種の光を回折光ＤＦＬとして生成してもよい。空間光変調部１３０が生成する回折光ＤＦＬのうち一部が平行光又は発散光となるように、演算部１４５は、回折パターンを算出してもよい。【００９１】
回折パターンに基づいて空間光変調部１３０の表示面１３１に表示されるＣＧＨは、全ての照明光ＩＢを回折光ＤＦＬに変換しなくともよい。この場合、空間光変調部１３０から出射される光は、回折光ＤＦＬと、非回折光（空間光変調部１３０によって回折光ＤＦＬに変換されない光の成分）と、を含むこととなる。照明光ＩＢは、集光部１２０を通過するので、収束光になる。したがって、非回折光も、収束光になる。この結果、観察者は、非回折光に起因するノイズ像をほとんど知覚しない。【００９２】
回折パターンの算出の後、ステップＳ１４０が実行される。【００９３】
（ステップＳ１４０）
ステップＳ１４０において、演算部１４５は、上述の如く、収差を補正するための補正パターンを用いて、回折パターンを補正する。演算部は、補正された回折パターンを演算結果としてデータ生成部１４６へ出力する。その後、ステップＳ１５０が実行される。【００９４】
（ステップＳ１５０）
ステップＳ１５０において、データ生成部１４６は、上述の如く、回折パターンに対して、量子化処理を施与する。この結果、第２駆動部１４２は、空間光変調部１３０を駆動するための第２駆動信号を生成することができる。【００９５】
図６は、画像データによって表される画像と回折パターンとの間の例示的な関係を表す概略図である。図１、図４乃至図６を参照して、パターン生成部１４３の動作が更に説明される。【００９６】
ステップＳ１１０において、取得部１４４は、画像データを取得する。図６は、画像データによって表現される画像の領域を概略的に示す。画像データによって表現される画像の領域は、左画像領域と、左画像領域の右側の右画像領域とを含む。図６は、左画像領域と右画像領域との間の境界線ＢＬを示す。本実施形態において、左画像領域及び右画像領域のうち一方は、第１領域として例示される。左画像領域及び右画像領域のうち他方は、第２領域として例示される。【００９７】
ステップＳ１３０において、演算部１４５は、回折パターンを算出する。図６に示される回折パターンは、左画像領域に対応する左回折パターンと、右画像領域に対応する右回折パターンと、を含む。このとき、演算部１４５は、左回折パターンと右回折パターンとの間でレンズ作用の強度において差異を設けてもよい。図６に示される右回折パターンは、左回折パターンよりも強いレンズ作用を有している。本実施形態において、左回折パターン及び右回折パターンのうち一方は、第１回折パターンとして例示される。左回折パターン及び右回折パターンのうち他方は、第２回折パターンとして例示される。左回折パターンと右回折パターンとの間で相違するレンズ作用は、第１回折パターンと第２回折パターンとの間で相違する光学的作用として例示される。【００９８】
演算部１４５は、画像データによって表される画像の特性や表示装置１００の光学的な性能特性といった様々な因子に応じて、画像の領域ごとに異なるレンズ作用を与えてもよい。したがって、図６に示される領域区分は、本実施形態の原理を何ら限定しない。【００９９】
図７は、ステップＳ１４０において利用される例示的な位相パターンである。図１、図４、図５及び図７を参照して、パターン生成部１４３の動作が更に説明される。【０１００】
ステップＳ１４０において、演算部１４５は、位相パターンを用いて、ステップＳ１３０において算出された回折パターンを補正する。位相パターンは、光源１１０と空間光変調部１３０との間の位置関係や他の光学的な特性に応じて設定されてもよい。したがって、図７に示される位相パターンは、本実施形態の原理を何ら限定しない。【０１０１】
＜第２実施形態＞
第１実施形態に関連して説明された様々な要素に加えて、表示装置は、他の光学素子を有してもよい。第２実施形態において、光源から出射されたレーザ光の拡がり角を大きくする光学素子を追加的に有する表示装置が説明される。【０１０２】
図８は、第２実施形態の表示装置１００Ａの概略的なブロック図である。図８を参照して、表示装置１００Ａが説明される。第１実施形態と第２実施形態との間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第１実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【０１０３】
第１実施形態と同様に、表示装置１００Ａは、光源１１０と、集光部１２０と、空間光変調部１３０と、駆動部１４０と、を備える。表示装置１００Ａは、拡光部１５０を更に備える。【０１０４】
拡光部１５０は、光源１１０と集光部１２０との間において、レーザ光ＬＢの拡がり角を大きくする。拡光部１５０は、単一の凹面レンズであってもよい。代替的に、拡光部１５０は、複数のレンズ素子を用いて形成されてもよい。この場合、レンズ素子に起因する収差は、単一の凹面レンズに起因する収差よりも小さくなる。【０１０５】
＜第３実施形態＞
ＣＧＨを表示する空間光変調部は、透過型であってもよい。第３実施形態において、透過型の空間光変調部を備える表示装置が説明される。【０１０６】
図９は、第３実施形態の表示装置１００Ｂの概略的なブロック図である。図９を参照して、表示装置１００Ｂが説明される。第１実施形態と第３実施形態との間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第１実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【０１０７】
第１実施形態と同様に、表示装置１００Ｂは、光源１１０と、集光部１２０と、駆動部１４０と、を備える。表示装置１００Ｂは、空間光変調部１３０Ｂと、反射部１６０と、を更に備える。空間光変調部１３０Ｂとして、透過型の液晶パネルが例示される。反射部１６０として、一般的な反射ミラーが用いられてもよい。【０１０８】
第１実施形態と同様に、光源１１０は、レーザ光ＬＢを出射する。レーザ光ＬＢが集光部１２０を通過する間、集光部１２０は、レーザ光ＬＢを照明光ＩＢに変える。空間光変調部１３０Ｂは、照明光ＩＢによって照明される表示面１３１を含む。空間光変調部１３０Ｂは、駆動部１４０によって駆動され、ＣＧＨを表示面１３１上に表示する。表示面１３１上のＣＧＨは、照明光ＩＢを回折し、回折光ＤＦＬを生成する。【０１０９】
第１実施形態とは異なり、空間光変調部１３０Ｂは、回折光ＤＦＬを透過させる。反射部１６０は、回折光ＤＦＬを反射させる。この結果、回折光ＤＦＬは、集光部１２０を通じて、表示装置１００Ｂから出射される。第１実施形態と同様に、集光部１２０から出射された回折光ＤＦＬが平行光又は発散光となるように、表示面１３１上のＣＧＨは形成される。したがって、観察者は、回折光ＤＦＬによって表現される虚像ＶＩを適切に観察することができる。【０１１０】
＜第４実施形態＞
第１実施形態において、空間光変調部は、光を反射させる機能を有する反射素子として用いられる。第３実施形態において、反射部が、反射素子として用いられる。これらの反射機能は、必ずしも必要とされない。第３実施形態において、光を反射させることなく、虚像を表示することができる表示装置が説明される。【０１１１】
図１０は、第４実施形態の表示装置１００Ｃの概略的なブロック図である。図１０を参照して、表示装置１００Ｃが説明される。第１実施形態又は第３実施形態と第４実施形態との間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第１実施形態又は第３実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第１実施形態又は第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【０１１２】
第１実施形態と同様に、表示装置１００Ｃは、光源１１０と、駆動部１４０と、を備える。第３実施形態と同様に、表示装置１００Ｃは、空間光変調部１３０Ｂを備える。表示装置１００Ｃは、第１集光素子１２７と、第２集光素子１２８と、を更に備える。第１集光素子１２７は、光源１１０と空間光変調部１３０Ｂとの間に配置される。空間光変調部１３０Ｂは、第１集光素子１２７と第２集光素子１２８との間に配置される。本実施形態において、第１集光素子１２７及び第２集光素子１２８は、集光部として例示される。【０１１３】
第１実施形態と同様に、光源１１０は、レーザ光ＬＢを出射する。第１集光素子１２７は、空間光変調部１３０Ｂに向けてレーザ光ＬＢを集光し、照明光ＩＢを生成する。第３実施形態と同様に、照明光ＩＢは、ＣＧＨを表示する表示面１３１に入射し、回折光ＤＦＬになる。回折光ＤＦＬは、その後、第２集光素子１２８を通じて、表示装置１００Ｃから出射される。【０１１４】
第２集光素子１２８は、空間光変調部１３０Ｂから出射された光に対して、集光作用を発揮するが、第２集光素子１２８から出射された回折光ＤＦＬが平行光又は発散光となるように、表示面１３１上のＣＧＨは形成されるので、観察者は、回折光ＤＦＬによって表現される虚像ＶＩを適切に観察することができる。一方、空間光変調部１３０Ｂによって回折されない光成分は、第２集光素子１２８の集光作用の下、観察者に、虚像ＶＩ上のノイズ像として知覚されにくくなる。【０１１５】
＜第５実施形態＞
上述の様々な実施形態の原理は、装着型の表示装置に好適に適用される。装着型の表示装置として、ＨＭＤが例示される。第５実施形態において、第１実施形態の原理に基づいて構築されたＨＭＤが説明される。【０１１６】
図１１は、第５実施形態のＨＭＤ３００の概略図である。図１、図４及び図１１を参照して、ＨＭＤ３００が説明される。ＨＭＤ３００は、表示装置として例示される。【０１１７】
ＨＭＤ３００は、視力矯正用の一般的な眼鏡に、形状的に類似する。ＨＭＤ３００は、右アーム３１０と、左アーム３２０と、スクリーン部３３０と、を備える。右アーム３１０は、観察者に右耳に引っ掛けられる。左アーム３２０は、観察者に左耳に引っ掛けられる。スクリーン部３３０は、右アーム３１０と左アーム３２０との間に位置する。【０１１８】
図１を参照して説明された様々な要素は、右アーム３１０に収容される。したがって、右アーム３１０は、筐体として機能する。右アーム３１０は、出射窓３１１を含む。右アーム３１０内で生成された回折光ＤＦＬは、出射窓３１１からスクリーン部３３０に向けて出射される。【０１１９】
ＨＭＤ３００は、レーザ光源４１０と、集光レンズ４２０と、液晶パネル４３０（反射型）と、制御回路４４０と、を更に備える。レーザ光源４１０は、レーザ光ＬＢを出射する。レーザ光源４１０は、第１実施形態に関連して説明された光源１１０に対応する。集光レンズ４２０は、レーザ光ＬＢを集光し、照明光ＩＢを生成する。集光レンズ４２０は、第１実施形態に関連して説明された集光部１２０に対応する。液晶パネル４３０は、ＣＧＨを用いて、照明光ＩＢを回折し、回折光ＤＦＬを生成する。液晶パネル４３０は、第１実施形態に関連して説明された空間光変調部１３０に対応する。制御回路４４０は、レーザ光源４１０と液晶パネル４３０とを制御する。レーザ光源４１０は、制御回路４４０の制御下で、レーザ光ＬＢを出射する。液晶パネル４３０は、制御回路４４０の制御下で、ＣＧＨを表示する。制御回路４４０は、第１実施形態に関連して説明された駆動部１４０に対応する。【０１２０】
第１実施形態とは異なり、液晶パネル４３０は、レーザ光源４１０と液晶パネル４３０との間で規定される光路に対して傾斜している。したがって、液晶パネル４３０に要求される回折角度は、第１実施形態よりも小さくなる。すなわち、液晶パネル４３０に起因する回折角度が小さくても、観察者は、広い画角の画像を観察することができる。【０１２１】
ＨＭＤ３００は、通信部４４４を更に備える。通信部４４４は、外部装置（図示せず）と情報を通信するために用いられる。例えば、通信部４４４は、インターネット上のサーバと無線通信可能に形成されてもよい。代替的に、携帯電話といった携帯端末に用いられる通信網に接続可能に形成されてもよい。更に代替的に、通信部４４４は、近距離に存在する機器と接続するために用いられてもよい（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ）。更に代替的に、通信部４４４は、無線通信機能及び／又はインターネット接続機能を有する端末装置に有線式に接続されてもよい。本実施形態の原理は、通信部４４４と外部装置との間での通信技術によっては何ら限定されない。【０１２２】
通信部４４４が、外部装置から画像データを取得するならば、通信部４４４は、第１実施形態に関連して説明された取得部１４４に対応する。この場合、通信部４４４は、画像データを制御回路４４０へ出力する。制御回路４４０は、画像データに応じて、回折パターンを算出する。液晶パネル４３０は、回折パターンに応じて、ＣＧＨを表示する。【０１２３】
ＨＭＤ３００は、バッテリ４７０を更に備える。バッテリ４７０は、レーザ光源４１０、液晶パネル４３０、制御回路４４０や通信部４４４へ電力を供給する。バッテリ４７０は、充電可能に形成されてもよい。この場合、ＨＭＤ３００が使用されていない間に、バッテリ４７０は充電されてもよい。代替的に、バッテリ４７０は、充電可能に形成されなくともよい。【０１２４】
右アーム３１０は、スクリーン部３３０に接続される基端部３１２と、基端部３１２とは反対側の先端部３１３と、を含む。レーザ光源４１０、集光レンズ４２０、液晶パネル４３０、制御回路４４０、通信部４４４及びバッテリ４７０は、基端部３１２から先端部３１３に向けて順次配列されている。この場合、バッテリ４７０は、レーザ光源４１０、集光レンズ４２０、液晶パネル４３０、制御回路４４０や通信部４４４よりも重くてもよい。バッテリ４７０の重量は、スクリーン部３３０の眼前での保持に貢献する。【０１２５】
本実施形態において、ＨＭＤ３００は、バッテリ４７０を備える。しかしながら、バッテリ４７０は、本実施形態の原理を何ら限定しない。ＨＭＤは、外部電源（図示せず）からコードを通じて電力を受け取ってもよい。代替的に、ＨＭＤは、発電可能な要素を含んでもよい。ＨＭＤの駆動のための電力供給は、既知の様々な技術であってもよい。【０１２６】
左アーム３２０は、スクリーン部３３０に接続される基端部３２２と、基端部３２２とは反対側の先端部３２３と、を含む。右アーム３１０及び左アーム３２０は、基端部３１２，３２２において、スクリーン部３３０に対して折曲可能に形成されてもよい。代替的に、右アーム３１０は、液晶パネル４３０と先端部３１３との間で折曲可能に形成されてもよい。左アーム３２０は、右アーム３１０の折曲位置に対応する位置において折曲可能に形成されてもよい。右アーム３１０及び左アーム３２０が折曲可能に形成されるならば、使用者は、ＨＭＤ３００を容易に携帯することができる。【０１２７】
図１１は、右眼球ＲＥＢと、左眼球ＬＥＢと、を示す。尚、右眼球ＲＥＢ及び左眼球ＬＥＢは、ＨＭＤ３００の設計において想定された位置に描かれている。右眼球ＲＥＢ内には、右瞳孔ＲＰＬ及び右眼球ＲＥＢの回転中心点ＲＥＣが描かれている。左眼球ＬＥＢ内には、左瞳孔ＬＰＬ及び左眼球ＬＥＢの回転中心点ＬＥＣが描かれている。右瞳孔ＲＰＬ及び回転中心点ＲＥＣも、ＨＭＤ３００の設計において想定された位置に描かれている。左瞳孔ＬＰＬ及び回転中心点ＬＥＣも、ＨＭＤ３００の設計において想定された位置に描かれている。【０１２８】
眼球やこれに関係する要素とＨＭＤ３００との実際の位置関係は、設計において想定されたこれらの位置とＨＭＤ３００との位置関係からずれることがある。ＨＭＤ３００は、実際の位置関係と設計上の位置関係との間の差異を相殺するための調整機能を有してもよい。【０１２９】
スクリーン部３３０は、右眼球ＲＥＢ前に配置される右スクリーン部３３１と、左眼球ＬＥＢ前に配置される左スクリーン部３３２と、を有する。左スクリーン部３３２は、スクリーン部３３０前の空間から左眼球ＬＥＢへ向かう光を妨げない。したがって、観察者は、左眼球ＬＥＢで、スクリーン部３３０の前の空間の景色を視認することができる。【０１３０】
スクリーン部３３０は、右スクリーン部３３１に形成された右反射ミラー３３３を更に含む。右スクリーン部３３１は、スクリーン部３３０前の空間から右眼球ＲＥＢへ向かう光を妨げない。右反射ミラー３３３は、スクリーン部３３０前の空間から右眼球ＲＥＢへ向かう光の少なくとも一部の透過を許容する。したがって、観察者は、右眼球ＲＥＢで、スクリーン部３３０の前の空間の景色を視認することができる。【０１３１】
出射窓３１１から出射された回折光ＤＦＬは、右反射ミラー３３３に入射する。右反射ミラー３３３は、回折光ＤＦＬを反射するので、回折光ＤＦＬは、右瞳孔ＲＰＬに入射する。その後、回折光ＤＦＬは、右眼球ＲＥＢの網膜に結像されるので、観察者は、回折光ＤＦＬによって表される画像を知覚することができる。【０１３２】
右反射ミラー３３３として、半透過フレネルミラーが用いられてもよい。半透過フレネルミラーは、フレネルレンズへの金属薄膜の蒸着によって形成される。半透過フレネルミラーは、右スクリーン部３３１に、接着剤によって接着されてもよい。尚、使用される接着剤の屈折率は、半透過フレネルミラーの屈折率に略等しいことが好ましい。接着剤と半透過フレネルミラーとの間での屈折率の差異が十分に小さいならば、スクリーン部３３０前の空間から右眼球ＲＥＢへ向かう光は、直進することができる。この結果、観察者は、スクリーン部３３０の前の空間の景色を歪みなく知覚することができる。【０１３３】
代替的に、半透過フレネルミラーは、一対のフレネルミラーとこれらのフレネルミラーの間で蒸着された金属薄膜を有してもよい。この場合、半透過フレネルミラーは、スクリーン部３３０前の空間から右眼球ＲＥＢへ向かう光に対して、平板ガラスとして作用する。したがって、観察者は、スクリーン部３３０の前の空間の景色を歪みなく知覚することができる。【０１３４】
金属薄膜に代えて、誘電体多層膜が、フレネルミラーに蒸着されてもよい。誘電体多層膜は、金属薄膜よりも光を吸収しにくいので、スクリーン部３３０前の空間から右眼球ＲＥＢへ向かう光に対する透過率は向上される。【０１３５】
右反射ミラー３３３は、右スクリーン部３３１に埋設されてもよい。スクリーン部３３０は、薄くなるので、ＨＭＤ３００の美観は向上する。【０１３６】
右反射ミラー３３３は、レンズ形状を有してもよい。【０１３７】
右反射ミラー３３３は、ホログラムといった回折格子を用いて形成されてもよい。右反射ミラー３３３として、ホログラムが用いられるならば、高い透過率が達成される。加えて、スクリーン部３３０は、薄くなる。【０１３８】
本実施形態において、ＨＭＤ３００は、右反射ミラー３３３を備える。しかしながら、右反射ミラー３３３は、必ずしも必要とされない。回折光ＤＦＬが、右瞳孔ＲＰＬに直接的に入射するように、ＨＭＤが設計されてもよい。回折光ＤＦＬが反射することなしに右瞳孔ＲＰＬに入射するならば、回折光ＤＦＬの反射に起因する画角の縮小は生じない。したがって、観察者は、広い画角の画像を観察することができる。【０１３９】
左スクリーン部３３２及び右スクリーン部３３１は、視力矯正用のレンズと同様の作用を発揮してもよい。この場合、観察者の近視、遠視や乱視は、適切に矯正される。【０１４０】
左スクリーン部３３２及び右スクリーン部３３１は、スクリーン部３３０の前の空間から入射する光の透過率を低減してもよい。この場合、ＨＭＤ３００は、サングラスと同様の機能を発揮することができる。【０１４１】
左スクリーン部３３２及び右スクリーン部３３１は、不必要な反射を防止する機能や防汚機能を有する薄膜を有してもよい。【０１４２】
図１２は、観察者と虚像ＶＩとの位置関係を表す概略図である。図１１及び図１２を参照して、観察者と虚像ＶＩとの位置関係が説明される。【０１４３】
図１２は、右眼球ＲＥＢと、虚像ＶＩと、液晶パネル４３０と、を示す。図１２は、反射ミラー３３４を更に示す。反射ミラー３３４は、図１１を参照して説明された右反射ミラー３３３として利用される。反射ミラー３３４の光学倍率は、「１」に設定されている。図１２において、右眼球ＲＥＢから反射ミラー３３４までの距離は、記号「Ｄ１」によって表されている。液晶パネル４３０から反射ミラー３３４までの距離は、記号「Ｄ２」によって表されている。尚、図１２において、液晶パネル４３０から反射ミラー３３４までの距離は、液晶パネル４３０の中心点から反射ミラー３３４の中心点までの距離として定義されている。代替的に、他の定義によって、液晶パネル４３０から反射ミラー３３４までの距離が定められてもよい。【０１４４】
虚像ＶＩは、右眼球ＲＥＢから距離「Ｄ３」だけ離間した位置に描かれている。距離「Ｄ３」は、液晶パネル４３０上で作り出されるＣＧＨによって定められる。【０１４５】
図１２は、反射ミラー３３４を中心とした液晶パネル４３０の反転像ＩＶＩを示す。図１２において、右眼球ＲＥＢから反転像ＩＶＩまでの距離は、記号「Ｄ４」を用いて表されている。距離「Ｄ４」は、距離「Ｄ１」と距離「Ｄ２」との和に等しい。【０１４６】
図１３は、観察者と虚像ＶＩとの位置関係を表す概略図である。図１１乃至図１３を参照して、観察者と虚像ＶＩとの位置関係が説明される。【０１４７】
図１２と同様に、図１３は、右眼球ＲＥＢと、虚像ＶＩと、液晶パネル４３０と、を示す。図１３は、反射ミラー３３５を更に示す。反射ミラー３３５は、図１１を参照して説明された右反射ミラー３３３として利用される。反射ミラー３３５の光学倍率は、「１」より大きな倍率「Ｍ」に設定されている。【０１４８】
図１２と同様に、図１３において、右眼球ＲＥＢから反射ミラー３３５までの距離は、記号「Ｄ１」によって表されている。液晶パネル４３０から反射ミラー３３５までの距離は、記号「Ｄ２」によって表されている。尚、図１３においても、液晶パネル４３０から反射ミラー３３５までの距離は、液晶パネル４３０の中心点から反射ミラー３３５の中心点までの距離として定義されている。代替的に、他の定義によって、液晶パネル４３０から反射ミラー３３５までの距離が定められてもよい。【０１４９】
図１２と同様に、虚像ＶＩは、右眼球ＲＥＢから距離「Ｄ３」だけ離間した位置に描かれている。距離「Ｄ３」は、液晶パネル４３０上で作り出されるＣＧＨによって定められる。【０１５０】
図１２と同様に、図１３は、反射ミラー３３５を中心とした液晶パネル４３０の反転像ＩＶＩを示す。図１３において、右眼球ＲＥＢから反転像ＩＶＩまでの距離は、記号「Ｄ５」を用いて表されている。距離「Ｄ５」は、反射ミラー３３４よりも大きな反射ミラー３３５の光学倍率によって、距離「Ｄ４」よりも長くなる。したがって、右反射ミラー３３３として、大きな倍率を有する反射ミラー３３５が用いられるならば、観察者は、大きな虚像ＶＩを観察することができる。【０１５１】
上述の如く、距離「Ｄ３」は、液晶パネル４３０上のＣＧＨに依存する。したがって、ＣＧＨは、観察者の視力に適合するように設定されてもよい。【０１５２】
本実施形態において、ＨＭＤ３００の様々な機能が説明されている。これらの機能の一部は、ＨＭＤ以外の装置（例えば、携帯端末やネットワークサーバ）からもたらされてもよい。【０１５３】
本実施形態において、制御回路４４０が、回折パターンを演算してもよい。代替的に、外部装置（図示せず）が、回折パターンを演算してもよい。この場合、通信部４４４は、外部装置が算出した回折パターンの演算結果を受け取ってもよい。更に代替的に、外部装置は、回折パターンの演算の一部を実行してもよい。この場合、通信部４４４は、外部装置から演算結果を受け取ってもよい。制御回路４４０は、通信部４４４から出力された演算結果を用いて、回折パターンを取得するための残りの演算を実行してもよい。【０１５４】
外部装置が回路パターンの演算の少なくとも一部を担うならば、ＨＭＤ３００に要求される演算能力は低くてもよい。この結果、ＨＭＤ３００は、低廉に製造される。加えて、ＨＭＤ３００の消費電力量は、小さくなる。【０１５５】
本実施形態において、レーザ光源４１０は、右アーム３１０内に配置される。代替的に、光源は、ＨＭＤの外に存在してもよい。この場合、光源は、ＨＭＤに光ファイバによって接続されてもよい。光源が、ＨＭＤの外に配置されるならば、光源からの熱に起因する使用上の不都合、機械的な不具合や電気的な不具合は生じにくくなる。【０１５６】
本実施形態において、バッテリ４７０は、右アーム３１０内に配置される。大きな蓄電能力を有する電力供給源は、一般的に大型である。したがって、ＨＭＤが大きな蓄電能力を有する電力供給源を必要とするならば、電力供給源は、ＨＭＤの外に設けられることが好ましい。大きな電力供給源がＨＭＤの外に設けられるので、電力供給源は、使用者がＨＭＤを装着することを妨げない。【０１５７】
ＨＭＤは、表示機能以外の機能を有してもよい。例えば、ＨＭＤは、スピーカやカメラとしての機能を有してもよい。ＨＭＤは、角速度や温度を検出するための様々なセンサを有してもよい。ＨＭＤは、ＧＰＳとしての機能を有してもよい。ＨＭＤは、電力供給のオン／オフを手動式に切り換えるためのスイッチ素子といった入力装置を有してもよい。【０１５８】
＜第６実施形態＞
第５実施形態の原理は、片眼で、虚像を観察することを可能にする。第６実施形態において、両眼で虚像を観察することを可能にするＨＭＤが説明される。【０１５９】
図１４は、第６実施形態のＨＭＤ３００Ｄの概略図である。図１及び図１４を参照して、ＨＭＤ３００Ｄが説明される。ＨＭＤ３００Ｄは、表示装置として例示される。第５実施形態と第６実施形態との間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第５実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【０１６０】
第５実施形態と同様に、ＨＭＤ３００Ｄは、右アーム３１０と、レーザ光源４１０と、集光レンズ４２０と、液晶パネル４３０（反射型）と、制御回路４４０と、通信部４４４と、バッテリ４７０と、を備える。ＨＭＤ３００Ｄは、スクリーン部３３０Ｄと、左アーム３２０Ｄを更に備える。左アーム３２０Ｄは、観察者に左耳に引っ掛けられる。スクリーン部３３０Ｄは、右アーム３１０と左アーム３２０Ｄとの間に位置する。【０１６１】
ＨＭＤ３００Ｄは、レーザ光源４１０Ｄと、集光レンズ４２０Ｄと、液晶パネル４３０Ｄ（反射型）と、制御回路４４０Ｄと、通信部４４４Ｄと、バッテリ４７０Ｄと、を更に備える。レーザ光源４１０Ｄ、集光レンズ４２０Ｄ、液晶パネル４３０Ｄ、制御回路４４０Ｄ、通信部４４４Ｄ及びバッテリ４７０Ｄは、左アーム３２０Ｄに収容される。したがって、左アーム３２０Ｄは、筐体として機能する。左アーム３２０Ｄは、出射窓３１１Ｄを含む。左アーム３２０Ｄ内で生成された回折光ＤＦＬは、出射窓３１１Ｄからスクリーン部３３０Ｄに向けて出射される。【０１６２】
右アーム３１０内のレーザ光源４１０と同様に、レーザ光源４１０Ｄは、レーザ光ＬＢを出射する。レーザ光源４１０Ｄは、第１実施形態に関連して説明された光源１１０に対応する。【０１６３】
右アーム３１０内の集光レンズ４２０と同様に、集光レンズ４２０Ｄは、レーザ光ＬＢを集光し、照明光ＩＢを生成する。集光レンズ４２０Ｄは、第１実施形態に関連して説明された集光部１２０に対応する。【０１６４】
右アーム３１０内の液晶パネル４３０と同様に、液晶パネル４３０Ｄは、ＣＧＨを用いて、照明光ＩＢを回折し、回折光ＤＦＬを生成する。液晶パネル４３０Ｄは、第１実施形態に関連して説明された空間光変調部１３０に対応する。【０１６５】
右アーム３１０内の制御回路４４０と同様に、制御回路４４０Ｄは、レーザ光源４１０Ｄと液晶パネル４３０Ｄとを制御する。レーザ光源４１０Ｄは、制御回路４４０Ｄの制御下で、レーザ光ＬＢを出射する。液晶パネル４３０Ｄは、制御回路４４０Ｄの制御下で、ＣＧＨを表示する。制御回路４４０Ｄは、第１実施形態に関連して説明された駆動部１４０に対応する。【０１６６】
右アーム３１０内の液晶パネル４３０と同様に、液晶パネル４３０Ｄは、レーザ光源４１０Ｄと液晶パネル４３０Ｄとの間で規定される光路に対して傾斜している。したがって、液晶パネル４３０Ｄに要求される回折角度は、第１実施形態よりも小さくなる。すなわち、液晶パネル４３０Ｄに起因する回折角度が小さくても、観察者は、広い画角の画像を観察することができる。【０１６７】
右アーム３１０内の通信部４４４と同様に、通信部４４４Ｄは、外部装置（図示せず）と情報を通信するために用いられる。例えば、通信部４４４Ｄは、インターネット上のサーバと無線通信可能に形成されてもよい。代替的に、携帯電話といった携帯端末に用いられる通信網に接続可能に形成されてもよい。更に代替的に、通信部４４４Ｄは、近距離に存在する機器と接続するために用いられてもよい（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ）。更に代替的に、通信部４４４Ｄは、無線通信機能及び／又はインターネット接続機能を有する端末装置に有線式に接続されてもよい。本実施形態の原理は、通信部４４４Ｄと外部装置との間での通信技術によっては何ら限定されない。【０１６８】
通信部４４４Ｄが、外部装置から画像データを取得するならば、通信部４４４Ｄは、第１実施形態に関連して説明された取得部１４４に対応する。この場合、通信部４４４Ｄは、画像データを制御回路４４０Ｄへ出力する。制御回路４４０Ｄは、画像データに応じて、回折パターンを算出する。液晶パネル４３０Ｄは、回折パターンに応じて、ＣＧＨを表示する。【０１６９】
右アーム３１０内のバッテリ４７０と同様に、バッテリ４７０Ｄは、レーザ光源４１０Ｄ、液晶パネル４３０Ｄ、制御回路４４０Ｄや通信部４４４Ｄへ電力を供給する。バッテリ４７０Ｄは、充電可能に形成されてもよい。この場合、ＨＭＤ３００Ｄが使用されていない間に、バッテリ４７０Ｄは充電されてもよい。代替的に、バッテリ４７０Ｄは、充電可能に形成されなくともよい。【０１７０】
第５実施形態と同様に、左アーム３２０Ｄは、スクリーン部３３０に接続される基端部３２２と、基端部３２２とは反対側の先端部３２３と、を含む。レーザ光源４１０Ｄ、集光レンズ４２０Ｄ、液晶パネル４３０Ｄ、制御回路４４０Ｄ、通信部４４４Ｄ及びバッテリ４７０Ｄは、基端部３２２から先端部３２３に向けて順次配列されている。この場合、バッテリ４７０Ｄは、レーザ光源４１０Ｄ、集光レンズ４２０Ｄ、液晶パネル４３０Ｄ、制御回路４４０Ｄや通信部４４４Ｄよりも重くてもよい。バッテリ４７０Ｄの重量は、スクリーン部３３０の眼前での保持に貢献する。【０１７１】
第５実施形態と同様に、スクリーン部３３０Ｄは、右スクリーン部３３１と、右反射ミラー３３３と、を含む。スクリーン部３３０Ｄは、左眼球ＬＥＢ前に配置される左スクリーン部３３２Ｄを更に含む。【０１７２】
スクリーン部３３０Ｄは、左スクリーン部３３２Ｄに形成された左反射ミラー３３３Ｄを更に含む。左スクリーン部３３２Ｄは、スクリーン部３３０Ｄ前の空間から左眼球ＬＥＢへ向かう光を妨げない。左反射ミラー３３３Ｄは、スクリーン部３３０Ｄ前の空間から左眼球ＬＥＢへ向かう光の少なくとも一部の透過を許容する。したがって、観察者は、左眼球ＬＥＢで、スクリーン部３３０Ｄの前の空間の景色を視認することができる。【０１７３】
出射窓３１１から出射された回折光ＤＦＬは、左反射ミラー３３３Ｄに入射する。左反射ミラー３３３Ｄは、回折光ＤＦＬを反射するので、回折光ＤＦＬは、左瞳孔ＬＰＬに入射する。その後、回折光ＤＦＬは、左眼球ＬＥＢの網膜に結像されるので、観察者は、回折光ＤＦＬによって表される画像を知覚することができる。左反射ミラー３３３Ｄは、右反射ミラー３３３と同一の光学的特性を有してもよい。【０１７４】
出射窓３１１から出射される回折光ＤＦＬは、右眼球ＲＥＢによって観察される画像を表す。出射窓３１１Ｄから出射される回折光ＤＦＬは、左眼球ＬＥＢによって観察される画像を表す。したがって、観察者は、両眼で画像を観察することができる。左眼球ＬＥＢによって観察される画像は、右眼球ＲＥＢによって観察される画像と同一であってもよいし、相違してもよい。本実施形態の原理は、観察者が観察する画像によっては何ら限定されない。【０１７５】
本実施形態において、左眼で観察される画像は、制御回路４４０Ｄの制御下で生成され、且つ、右眼で観察される画像は、制御回路４４０の制御下で生成される。代替的に、左眼で観察される画像及び右眼で観察される画像は、共通の制御回路の制御下で生成されてもよい。この場合、ＨＭＤは、少ない部品数で構築される。加えて、ＨＭＤは、廉価に製造され得る。また、ＨＭＤは、軽量化される。【０１７６】
＜第７実施形態＞
画像の表示に用いられる光の収差は、画質を低減させる原因となる。第７実施形態において、減光フィルタを用いた収差の低減技術が説明される。【０１７７】
図１５は、第７実施形態のＨＭＤ３００Ｅの概略図である。図１５を参照して、ＨＭＤ３００Ｅが説明される。ＨＭＤ３００Ｅは、表示装置として例示される。第５実施形態と第７実施形態との間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第５実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【０１７８】
第５実施形態と同様に、ＨＭＤ３００Ｅは、スクリーン部３３０と、右アーム３１０と、左アーム３２０と、レーザ光源４１０と、集光レンズ４２０と、液晶パネル４３０（反射型）と、制御回路４４０と、通信部４４４と、バッテリ４７０と、を備える。ＨＭＤ３００Ｅは、減光フィルタ４８０（ＮＤフィルタ）を更に備える。減光フィルタ４８０は、レーザ光源４１０と集光レンズ４２０との間に配置される。【０１７９】
図１６は、減光フィルタ４８０の周囲におけるＨＭＤ３００Ｅの概略的な拡大図である。図１６を参照して、収差の低減が説明される。【０１８０】
レーザ光源４１０から出射されたレーザ光ＬＢは、減光フィルタ４８０と通過する。その後、レーザ光ＬＢは、集光レンズ４２０を通過する。減光フィルタ４８０は、レーザ光ＬＢの強度を低減する。本実施形態において、減光フィルタ４８０は、減衰フィルタとして例示される。【０１８１】
減光フィルタ４８０は、入射端面４８１と、入射端面４８１とは反対側の出射端面４８２と、を含む。レーザ光ＬＢは、入射端面４８１に入射する。入射端面４８１に入射したレーザ光ＬＢよりも低い強度のレーザ光ＬＢは、出射端面４８２から出射される。【０１８２】
図１６は、減光フィルタ４８０の光軸ＯＡ１と、集光レンズ４２０及び液晶パネル４３０の光軸ＯＡ２と、を示す。光軸ＯＡ１，ＯＡ２はともにレーザ光ＬＢの光路に対して傾斜している。光軸ＯＡ２が、レーザ光ＬＢの光路に対して傾斜しているので、集光レンズ４２０へのレーザ光ＬＢの入射によって収差が発生する。しかしながら、集光レンズ４２０の前に傾斜された減光フィルタ４８０が配置されるので、傾斜した集光レンズ４２０へのレーザ光ＬＢの入射に起因する収差は緩和される。【０１８３】
＜第８実施形態＞
回折効率の向上は、画質の向上に帰結する。第８実施形態において、回折効率を向上させるための技術が説明される。【０１８４】
図１７は、第８実施形態のＨＭＤ３００Ｆの概略図である。図１７を参照して、ＨＭＤ３００Ｆが説明される。ＨＭＤ３００Ｆは、表示装置として例示される。第５実施形態と第８実施形態との間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第５実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【０１８５】
第５実施形態と同様に、ＨＭＤ３００Ｆは、スクリーン部３３０と、右アーム３１０と、左アーム３２０と、レーザ光源４１０と、集光レンズ４２０と、液晶パネル４３０（反射型）と、制御回路４４０と、通信部４４４と、バッテリ４７０と、を備える。ＨＭＤ３００Ｆは、偏光板４９０を更に備える。偏光板４９０は、集光レンズ４２０と液晶パネル４３０との間に配置される。【０１８６】
図１８は、偏光板４９０の周囲におけるＨＭＤ３００Ｆの概略的な拡大図である。図１８を参照して、回折効率を増大させるための技術が説明される。【０１８７】
液晶パネル４３０における回折効率が増大するように、偏光板４９０は、照明光ＩＢの偏光を調整する。この結果、液晶パネル４３０は、効率的に、回折光ＤＦＬを生成することができる。【０１８８】
＜第９実施形態＞
第８実施形態において、偏光板は、集光レンズと液晶パネルとの間に配置される。しかしながら、偏光板は、他の位置に配置されてもよい。第９実施形態において、偏光板の他の配置が説明される。【０１８９】
図１９は、第９実施形態のＨＭＤ３００Ｇの概略図である。図１９を参照して、ＨＭＤ３００Ｇが説明される。ＨＭＤ３００Ｇは、表示装置として例示される。第５実施形態と第９実施形態との間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第５実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【０１９０】
第５実施形態と同様に、ＨＭＤ３００Ｇは、スクリーン部３３０と、右アーム３１０と、左アーム３２０と、レーザ光源４１０と、集光レンズ４２０と、液晶パネル４３０（反射型）と、制御回路４４０と、通信部４４４と、バッテリ４７０と、を備える。ＨＭＤ３００Ｇは、偏光板４９０Ｇを更に備える。偏光板４９０Ｇは、レーザ光源４１０と集光レンズ４２０との間に配置される。【０１９１】
図２０は、偏光板４９０Ｇの周囲におけるＨＭＤ３００Ｇの概略的な拡大図である。図２０を参照して、収差の低減が説明される。【０１９２】
レーザ光源４１０から出射されたレーザ光ＬＢは、偏光板４９０Ｇと通過する。液晶パネル４３０における回折効率が向上するように、偏光板４９０Ｇは、レーザ光ＬＢの偏光を調整する。【０１９３】
図２０は、集光レンズ４２０及び液晶パネル４３０の光軸ＯＡ２と、偏光板４９０Ｇの光軸ＯＡ３と、を示す。図２０は、レーザ光ＬＢの光路に対する光軸ＯＡ２の傾斜角αと、レーザ光ＬＢの光路に対する光軸ＯＡ３の傾斜角βと、更に示す。図２０に示される如く、傾斜角αは、傾斜角βとは異なる。【０１９４】
図２０は、レーザ光ＬＢの光路と回折光ＤＦＬの光路との間の角度γを示す。図２０に示される如く、角度γは、傾斜角βとは異なる。【０１９５】
上述の角度の条件が満足されるならば、観察者は、偏光板４９０Ｇの表面反射に起因する不要な光によって引き起こされるノイズ像をほとんど知覚しなくなる。【０１９６】
＜第１０実施形態＞
上述の様々なＨＭＤは、反射型の空間光変調部を用いて、回折光を生成する。しかしながら、第３実施形態及び第４実施形態に関連して説明された原理は、透過型の空間光変調部も利用可能にする。第１０実施形態において、透過型の空間光変調部を備えるＨＭＤが説明される。【０１９７】
図２１は、第１０実施形態のＨＭＤ３００Ｈの概略図である。図１０及び図２１を参照して、ＨＭＤ３００Ｈが説明される。ＨＭＤ３００Ｈは、表示装置として例示される。第５実施形態と第１０実施形態との間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第５実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【０１９８】
第５実施形態と同様に、ＨＭＤ３００Ｈは、スクリーン部３３０と、右アーム３１０と、左アーム３２０と、制御回路４４０と、通信部４４４と、バッテリ４７０と、を備える。ＨＭＤ３００Ｈは、レーザ光源４１０Ｈと、第１集光レンズ４２７と、第２集光レンズ４２８と、液晶パネル４３０Ｈ（透過型）と、を更に備える。レーザ光源４１０Ｈは、第４実施形態に関連して説明された光源１１０に対応する。第１集光レンズ４２７は、第４実施形態に関連して説明された第１集光素子１２７に対応する。第２集光レンズ４２８は、第４実施形態に関連して説明された第２集光素子１２８に対応する。【０１９９】
レーザ光源４１０Ｈ、第１集光レンズ４２７、第２集光レンズ４２８及び液晶パネル４３０Ｈは、右アーム３１０内に配置される。液晶パネル４３０Ｈと右アーム３１０の基端部３１２との間の第２集光レンズ４２８は、右アーム３１０の出射窓３１１の近くに配置される。液晶パネル４３０Ｈに近接して配置された第１集光レンズ４２７は、液晶パネル４３０Ｈとレーザ光源４１０Ｈとの間に配置される。レーザ光源４１０Ｈは、第１集光レンズ４２７と制御回路４４０との間に配置される。【０２００】
レーザ光源４１０Ｈは、レーザ光ＬＢを第１集光レンズ４２７に向けて出射する。第１集光レンズ４２７は、レーザ光ＬＢを液晶パネル４３０Ｈに向けて集光し、照明光ＩＢを生成する。液晶パネル４３０Ｈは、照明光ＩＢを透過し、回折光ＤＦＬを生成する。回折光ＤＦＬは、第２集光レンズ４２８を通過し、出射窓３１１から出射される。【０２０１】
回折光ＤＦＬが、第２集光レンズ４２８を通過する間、回折光ＤＦＬは、第２集光レンズ４２８から集光作用を受ける。しかしながら、第２集光レンズ４２８を通過した回折光ＤＦＬが、平行光又は発散光となるように、制御回路４４０は、液晶パネル４３０Ｈ上のＣＧＨを設定するので、観察者は、回折光ＤＦＬによって描かれる画像を適切に観察することができる。【０２０２】
＜第１１実施形態＞
観察者は、ＨＭＤと、ＨＭＤと通信可能な通信装置と、を用いて、画像を観察することができる。第１１実施形態において、ＨＭＤと通信装置とを備える表示装置が説明される。【０２０３】
図２２は、第１１実施形態の表示装置５００の概略図である。図５及び図２２を参照して、表示装置５００が説明される。第５実施形態と第１１実施形態との間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第５実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【０２０４】
表示装置５００は、ＨＭＤ３００Ｉと、端末装置５１０と、を備える。ＨＭＤ３００Ｉは、端末装置５１０と情報を無線通信し、画像を表示することができる。【０２０５】
第５実施形態と同様に、ＨＭＤ３００Ｉは、スクリーン部３３０と、右アーム３１０と、左アーム３２０と、レーザ光源４１０と、集光レンズ４２０と、液晶パネル４３０（反射型）と、バッテリ４７０と、を備える。ＨＭＤ３００Ｉは、第１制御回路５４０と、第１通信部５４４と、を更に備える。【０２０６】
端末装置５１０は、第２制御回路５１１と、第２通信部５１２と、を備える。第２制御回路５１１は、図５を参照して説明されたステップＳ１１０からステップＳ１４０を実行してもよい。ステップＳ１１０からステップＳ１４０までの工程の実行から得られた演算結果は、第２制御回路５１１から第２通信部５１２へ出力される。第２通信部５１２は、演算結果を第１通信部５４４へ送信する。【０２０７】
第１通信部５４４は、演算結果を受信する。演算結果は、その後、第１通信部５４４から第１制御回路５４０へ出力される。第１制御回路５４０は、図５を参照して説明されたステップＳ１５０を実行してもよい。ステップＳ１５０の実行の結果、第１制御回路５４０は、液晶パネル４３０を駆動するための第２駆動信号を生成する。液晶パネル４３０は、第２駆動信号に応じて、ＣＧＨを表示する。第１制御回路５４０は、レーザ光源４１０を駆動するための第１駆動信号も生成する。レーザ光源４１０は、第１駆動信号に応じて、レーザ光ＬＢを出射する。この結果、観察者は、画像を観察することができる。【０２０８】
第１通信部５４４は、第２通信部５１２と同一の通信機能を有してもよい。代替的に、第１通信部５４４は、第２通信部５１２とは異なる通信機能を有してもよい。例えば、第１通信部５４４は、近距離の無線通信のみが可能である一方で、第２通信部５１２は、長距離の無線通信網に接続する機能を有してもよい。この場合、ＨＭＤ３００Ｉの消費電力量は、非常に小さくなる。【０２０９】
端末装置５１０は、携帯電話であってもよいし、スマートフォンであってもよい。代替的に、端末装置５１０は、他の携帯型の装置であってもよい。【０２１０】
＜第１２実施形態＞
第１１実施形態において、ＨＭＤは、通信装置と無線通信を行う。しかしながら、ＨＭＤは、通信装置とケーブルを通じて通信をしてもよい。第１２実施形態において、通信装置とケーブルを通じて通信を行うＨＭＤを備える表示装置が説明される。【０２１１】
図２３は、第１２実施形態の表示装置５００Ｊの概略図である。図５及び図２３を参照して、表示装置５００Ｊが説明される。第１１実施形態と第１２実施形態との間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第１１実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第１１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【０２１２】
表示装置５００Ｊは、ＨＭＤ３００Ｊと、端末装置５１０Ｊと、ケーブル５２０と、を備える。ＨＭＤ３００Ｊは、端末装置５１０Ｊと情報を、ケーブル５２０を通じて通信し、画像を表示することができる。【０２１３】
第１１実施形態と同様に、ＨＭＤ３００Ｊは、スクリーン部３３０と、右アーム３１０と、左アーム３２０と、レーザ光源４１０と、集光レンズ４２０と、液晶パネル４３０（反射型）と、第１制御回路５４０と、を備える。ＨＭＤ３００Ｊは、第１通信部５４４Ｊを更に備える。【０２１４】
第１１実施形態と同様に、端末装置５１０Ｊは、第２制御回路５１１を備える。端末装置５１０Ｊは、第２通信部５１２Ｊと、バッテリ５７０と、を更に備える。ケーブル５２０は、第１通信部５４４Ｊを第２通信部５１２Ｊに電気的に接続するために用いられる。【０２１５】
第２制御回路５１１は、図５を参照して説明されたステップＳ１１０からステップＳ１４０を実行してもよい。ステップＳ１１０からステップＳ１４０までの工程の実行から得られた演算結果は、第２制御回路５１１から第２通信部５１２Ｊへ出力される。第２通信部５１２Ｊは、演算結果を第１通信部５４４Ｊへケーブル５２０を通じて送信する。【０２１６】
第１通信部５４４Ｊは、演算結果を受信する。演算結果は、その後、第１通信部５４４Ｊから第１制御回路５４０へ出力される。第１制御回路５４０は、図５を参照して説明されたステップＳ１５０を実行してもよい。ステップＳ１５０の実行の結果、第１制御回路５４０は、液晶パネル４３０を駆動するための第２駆動信号を生成する。液晶パネル４３０は、第２駆動信号に応じて、ＣＧＨを表示する。第１制御回路５４０は、レーザ光源４１０を駆動するための第１駆動信号も生成する。レーザ光源４１０は、第１駆動信号に応じて、レーザ光ＬＢを出射する。この結果、観察者は、画像を観察することができる。【０２１７】
ケーブル５２０は、バッテリ５７０が蓄える電力を第２通信部５１２Ｊから第１通信部５４４Ｊへ供給する。その後、電力は、第１制御回路５４０、液晶パネル４３０及びレーザ光源４１０へ供給される。【０２１８】
第１１実施形態とは異なり、バッテリ５７０は、端末装置５１０Ｊに属する。したがって、ＨＭＤ３００Ｊは、小型化される。この結果、観察者は、ＨＭＤ３００Ｊを快適に装着することができる。【０２１９】
端末装置５１０Ｊは、タブレット型の端末であってもよいし、ネットワーク上のサーバ端末であってもよい。【０２２０】
上述の様々な実施形態の原理は、組み合わされてもよい。上述の様々な実施形態の原理に基づいて、多様な表示装置は設計され得る。したがって、上述の様々な実施形態の原理は、上述の様々な表示装置の改良、変更や省略した設計を包含する。【０２２１】
上述された実施形態は、以下の構成を主に備える。【０２２２】
上述の実施形態の一局面に係る表示装置は、画像から回折パターンを生成するパターン生成部と、出射光を出射する光源と、前記出射光を集光し、照明光を生成する集光部と、前記回折パターンに応じて前記照明光を回折し、回折光を生成する空間光変調部と、を備える。前記回折光は、前記集光部を通過する。【０２２３】
上記構成によれば、回折光が集光部を通過するように、集光部と空間光変調部との間において十分に短い距離が設定される。したがって、表示装置は、小型の光学系を用いて、画像を表示することができる。【０２２４】
上記構成において、前記空間光変調部は、前記照明光を反射し、前記回折光を生成してもよい。【０２２５】
上記構成によれば、空間光変調部から反射された回折光が、回折光が集光部を通過するように、集光部と空間光変調部との間において十分に短い距離が設定される。したがって、表示装置は、小型の光学系を用いて、画像を表示することができる。【０２２６】
上記構成において、表示装置は、前記空間光変調部を透過することによって生成された前記回折光を反射する反射部を更に備えてもよい。前記反射部によって反射された前記回折光は、前記集光部を通過してもよい。【０２２７】
上記構成によれば、反射部から反射された回折光が、回折光が集光部を通過するように、集光部と空間光変調部との間において十分に短い距離が設定される。したがって、表示装置は、小型の光学系を用いて、画像を表示することができる。【０２２８】
上記構成において、前記集光部は、前記出射光を集光する第１集光素子と、前記空間光変調部を透過することによって生成された前記回折光を集光する第２集光素子と、を含んでもよい。【０２２９】
上記構成によれば、反射に起因する光学的損失をほとんど引き起こすことなく、表示装置は、画像を表示することができる。【０２３０】
上記構成において、前記空間光変調部は、前記照明光を受ける表示面を含んでもよい。前記集光部は、前記表示面の隣に配置されてもよい。【０２３１】
上記構成によれば、集光部は、表示面の隣に配置されるので、集光部と空間光変調部との間において十分に短い距離が設定される。したがって、表示装置は、小型の光学系を用いて、画像を表示することができる。【０２３２】
上記構成において、前記集光部は、平凸レンズを含んでもよい。【０２３３】
上記構成によれば、集光部として平凸レンズが利用されるならば、表示装置は、小さな収差の下で、画像を表示することができる。【０２３４】
上記構成において、前記空間光変調部は、前記回折光と、前記空間光変調部によって回折されない非回折光と、を出射してもよい。前記非回折光は、収束光であってもよい。前記空間光変調部が出射する前記回折光が、少なくとも部分的に平行光又は発散光となるように、前記パターン生成部は、前記回折パターンを生成してもよい。【０２３５】
上記構成によれば、空間光変調部は、照明光を部分的に回折光に変換してもよい。この場合、回折光だけでなく、非回折光も空間光変調部から出射される。非回折光が収束光である一方で、回折光は、少なくとも部分的に平行光又は発散光である。非回折光は、集光部によって集光されるので、観察者は、非回折光をほとんど知覚しない。回折光は、少なくとも部分的に平行光又は発散光であるので、観察者は、集光部を通過した回折光を画像として知覚することができる。【０２３６】
上記構成において、前記画像は、第１領域と、前記第１領域とは位置的に異なる第２領域と、を含んでもよい。前記パターン生成部は、前記第１領域に対応する第１回折パターンと、前記第２領域に対応する第２回折パターンと、を、前記回折パターンとして生成してもよい。前記第１回折パターンは、前記第２回折パターンとは異なる光学的作用を有してもよい。【０２３７】
上記構成によれば、表示装置は、画像の領域に応じて、光学的作用において異なる回折パターンを生成するので、表示装置は、高品位の画像を表示することができる。【０２３８】
上記構成において、表示装置は、前記光源と前記集光部との間において、前記出射光の強度を減衰させる減衰フィルタを更に備えてもよい。前記減衰フィルタは、前記出射光の光路に対して傾斜してもよい。【０２３９】
上記構成によれば、減衰フィルタは、出射光の光路に対して傾斜するので、表示装置は、小さな収差の下で、画像を表示することができる。【０２４０】
上記構成において、表示装置は、前記出射光又は前記照明光の偏光を調整する偏光板を更に備えてもよい。【０２４１】
上記構成によれば、表示装置が偏光板を備えるならば、表示装置は、迷光をほとんど生じさせることなく、画像を表示することができる。【０２４２】
上記構成において、前記偏光板は、前記集光部の光軸に対して傾斜してもよい。【０２４３】
上記構成によれば、偏光板は、集光部の光軸に対して傾斜するならば、表示装置は、迷光をほとんど生じさせることなく、画像を表示することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２４４】
上述の実施形態の原理は、画像を表示する表示装置に利用可能である。上述の実施形態の原理は、小型の光学系の使用を許容するので、ＨＭＤといった装着型の表示装置に好適である。上述の実施形態の原理に基づいて作成されたＨＭＤを装着した観察者は、空間光変調部によって生成された回折光を画像として知覚することができる。上述の実施形態の原理は、表示システム、表示方法や表示装置の設計技術にも利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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