(57)【要約】【課題】優れた視覚効果を実現することが可能な画像表示装置を提供すること。【解決手段】本技術の一形態に係る画像表示装置は、第１の透明部材と、第２の透明部材と、出射部とを具備する。前記第１の透明部材は、各点に入射する光を拡散する拡散面を有する。前記第２の透明部材は、前記拡散面に対向して配置され前記拡散面の各点で拡散された光の進行方向を制御して前記拡散面の虚像を形成する制御面を有し、前記第１の透明部材と一体的に構成される。前記出射部は、前記拡散面に画像光を出射する。【選択図】図１
2018163307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各点に入射する光を拡散する拡散面を有する第１の透明部材と、
前記拡散面に対向して配置され前記拡散面の各点で拡散された光の進行方向を制御して前記拡散面の虚像を形成する制御面を有し、前記第１の透明部材と一体的に構成される第２の透明部材と、
前記拡散面に画像光を出射する出射部と
を具備する画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記制御面は、前記拡散された光を少なくとも回折、屈折、または反射することにより前記進行方向を制御する
画像表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記制御面は、前記拡散された光の少なくとも一部を前記制御面の焦点に集光する
画像表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記拡散面は、前記拡散面の各点に所定の入射角度で入射された前記光を拡散する
画像表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像表示装置であって、
前記拡散面は、前記光を所定の角度範囲で拡散する
画像表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像表示装置であって、
前記所定の角度範囲は、前記制御面での回折効率の角度依存性に基づいて設定される
画像表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の透明部材の少なくとも一方は、ホログラフィック光学素子である
画像表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の画像表示装置であって、
前記第１の透明部材は、反射型の前記ホログラフィック光学素子であり、
前記拡散面は、前記各点に入射する光を拡散反射する
画像表示装置。
【請求項９】
請求項７に記載の画像表示装置であって、
前記第１の透明部材は、透過型の前記ホログラフィック光学素子であり、
前記拡散面は、前記各点に入射する光を拡散透過する
画像表示装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の画像表示装置であって、
前記第２の透明部材は、反射型の前記ホログラフィック光学素子であり、
前記制御面は、平面鏡、又は凹面鏡としての光学機能を備える
画像表示装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の画像表示装置であって、
前記第２の透明部材は、透過型の前記ホログラフィック光学素子であり、
前記制御面は、レンズとしての光学機能を備える
画像表示装置。
【請求項１２】
請求項３に記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の透明部材は、前記制御面の焦点距離よりも短い間隔で互いに略平行に配置される
画像表示装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記拡散面は、前記各点で拡散される光の拡散方向を制御するフィールドレンズとしての光学機能を備える
画像表示装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の透明部材は、前記第１及び前記第２の透明部材の間に配置された透明材料を介して保持される
画像表示装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の透明部材は、ＲＧＢの各波長に対応した積層構造を有する
画像表示装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記出射部は、レーザ光源を有する
画像表示装置
【請求項１７】
各点に入射する光を拡散する拡散面を有する第１の透明部材と、
前記拡散面に対向して配置され前記拡散面の各点で拡散された光の進行方向を制御して前記拡散面の虚像を形成する制御面を有し、前記第１の透明部材と一体的に構成される第２の透明部材と
を具備する画像表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、画像表示装置、及び画像表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、透明スクリーン等に画像光を投射して画像を表示する技術が開発されている。例えば背景等が透けて見える透明なスクリーンに画像光を投射することで、背景と重なるように画像を表示することが可能となる。
【０００３】
特許文献１には、背景を透かして見ながら画像を表示可能なホログラムスクリーンが記載されている。特許文献１では、映像投射装置から入射された映像光がホログラムスクリーンにより散乱・拡散されて出射される。これによりホログラムスクリーンの背後に設置された展示物と共に、ホログラムスクリーンに映る映像を観察者に提示することが可能となる。（特許文献１の明細書段落［０００２］［００４５］［００４６］図１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２１９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
透過スクリーン等を用いて画像を表示する技術は、アミューズメント、広告、医療といった様々な分野での応用が期待されており、優れた視覚効果を実現することが可能な技術が求められている。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、優れた視覚効果を実現することが可能な画像表示装置、及び画像表示素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る画像表示装置は、第１の透明部材と、第２の透明部材と、出射部とを具備する。
前記第１の透明部材は、各点に入射する光を拡散する拡散面を有する。
前記第２の透明部材は、前記拡散面に対向して配置され前記拡散面の各点で拡散された光の進行方向を制御して前記拡散面の虚像を形成する制御面を有し、前記第１の透明部材と一体的に構成される。
前記出射部は、前記拡散面に画像光を出射する。
【０００８】
この画像表示装置では、第１の透明部材と第２の透明部材とが一体的に構成され、第１の透明部材の拡散面に画像光が出射される。第２の透明部材の制御面により、拡散面の各点で拡散された画像光の進行方向が制御され、拡散面の虚像が形成される。これにより優れた視覚効果を実現することが可能となる。
【０００９】
前記制御面は、前記拡散された光を少なくとも回折、屈折、または反射することにより前記進行方向を制御してもよい。
これにより回折現象等を用いて光の進行方向を容易に制御することが可能となる。この結果シンプルな装置で優れた視覚効果を実現することが可能となる。
【００１０】
前記制御面は、前記拡散された光の少なくとも一部を前記制御面の焦点に集光してもよい。
これにより、例えば焦点を基準として画像光の進行方向を精度よく制御することが可能となる。この結果高品質な虚像を形成することが可能となり優れた視覚効果が発揮される。
【００１１】
前記拡散面は、前記拡散面の各点に所定の入射角度で入射された前記光を拡散してもよい。
例えば所定の入射角度の光を拡散し、その他の入射角度の光を透過するといったことが可能となる。これにより透明性の高いスクリーン等を実現することが可能となる。
【００１２】
前記拡散面は、前記光を所定の角度範囲で拡散してもよい。
これにより光の拡散範囲が制御され不要な拡散等が抑制される。この結果、高い精度で虚像を形成することが可能となり、優れた視覚効果を実現することが可能となる。
【００１３】
前記所定の角度範囲は、前記制御面での回折効率の角度依存性に基づいて設定されてもよい。
例えば光が拡散される角度範囲を回折効率の高い範囲に設定することで、虚像を形成する画像光の光量が増加し、明るい画像を提供することが可能となる。
【００１４】
前記第１及び前記第２の透明部材の少なくとも一方は、ホログラフィック光学素子であってもよい。
これにより、ホログラフィック光学素子を用いて所望の機能を有する透明部材を実現することが可能となり、様々な視覚効果を提供することが可能となる。
【００１５】
前記第１の透明部材は、反射型の前記ホログラフィック光学素子であってもよい。この場合、前記拡散面は、前記各点に入射する光を拡散反射してもよい。
これにより、例えば装置の使用環境や設置場所等に応じて装置を構成することが可能となり、様々なシーンで優れた視覚効果を提供することが可能となる。
【００１６】
前記第１の透明部材は、透過型の前記ホログラフィック光学素子であってもよい。この場合、前記拡散面は、前記各点に入射する光を拡散透過してもよい。
これにより様々なシーンで優れた視覚効果を提供することが可能となる。
【００１７】
前記第２の透明部材は、反射型の前記ホログラフィック光学素子であってもよい。この場合、前記制御面は、平面鏡、又は凹面鏡としての光学機能を備えてもよい。
これにより様々なシーンで優れた視覚効果を提供することが可能となる。
【００１８】
前記第２の透明部材は、透過型の前記ホログラフィック光学素子であってもよい。この場合、前記制御面は、レンズとしての光学機能を備えてもよい。
これにより様々なシーンで優れた視覚効果を提供することが可能となる。
【００１９】
前記第１及び前記第２の透明部材は、前記制御面の焦点距離よりも短い間隔で互いに略平行に配置されてもよい。
これにより、例えば所望のサイズや表示位置に容易に虚像を形成することが可能となり、所望の視覚効果を実現することが可能となる。
【００２０】
前記拡散面は、前記各点で拡散される光の拡散方向を制御するフィールドレンズとしての光学機能を備えてもよい。
これにより、例えば拡散面は制御面のサイズ等に合わせて光を拡散することが可能となる。この結果、虚像を形成する画像光の光量が増加し、明るい画像を提供可能となる。
【００２１】
前記第１及び前記第２の透明部材は、前記第１及び前記第２の透明部材の間に配置された透明材料を介して保持されてもよい。
これにより、第１及び第２の透明部材の位置関係がずれるといったことを十分に防止することが可能となり、透明スクリーン等での信頼性を向上することが可能となる。
【００２２】
前記第１及び前記第２の透明部材は、ＲＧＢの各波長に対応した積層構造を有してもよい。
これにより、フルカラーの画像等を表示することが可能となる。
【００２３】
前記出射部は、レーザ光源を有してもよい。
これにより、画像光の進行方向等を高精度に制御することが可能となる。この結果、高品質な虚像を形成することが可能となり、優れた視覚効果が発揮される。
【００２４】
本技術の一形態に係る画像表示素子は、第１の透明部材と、第２の透明部材とを具備する。
前記第１の透明部材は、各点に入射する光を拡散する拡散面を有する。
前記第２の透明部材は、前記拡散面に対向して配置され前記拡散面の各点で拡散された光の進行方向を制御して前記拡散面の虚像を形成する制御面を有し、前記第１の透明部材と一体的に構成される。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本技術によれば、優れた視覚効果を実現することが可能となるなお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本技術の第１の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す模式図である。
【図２】画像表示装置の光学的な特性を説明するための模式図である。
【図３】第１のＨＯＥでの画像光の回折の一例を示す模式図である。
【図４】図３に示す第１のＨＯＥの回折効率の一例を示すグラフである。
【図５】図３に示す第１のＨＯＥの生成例を示す模式図である。
【図６】第２のＨＯＥでの画像光の回折の一例を示す模式図である。
【図７】第２のＨＯＥの生成例を示す模式図である。
【図８】第２のＨＯＥの回折効率の一例を示すグラフである。
【図９】第２のＨＯＥの波長特性の一例を示すグラフである。
【図１０】第１のＨＯＥ及び第２のＨＯＥを一体的に保持するための具体的な構成例を示す模式図である。
【図１１】第２の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す模式図である。
【図１２】図１１に示す第１のＨＯＥの生成例を示す模式図である。
【図１３】第３の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す模式図である。
【図１４】画像表示装置の光学的な特性を説明するための模式図である。
【図１５】図１３に示す第２のＨＯＥの生成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
＜第１の実施形態＞
［画像表示装置の構成］
図１は、本技術の第１の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す模式図である。画像表示装置１００は、出射部１０と、スクリーンユニット２０とを有する。図１に示すように、画像表示装置１００では、出射部１０から出射された画像を構成する画像光１１がスクリーンユニット２０に入射され、スクリーンユニット２０の正面側（画像表示側）から出射される。観察者はスクリーンユニット２０の正面側を見ることで画像等を視認することが可能となる。
【００２９】
本実施形態では、スクリーンユニット２０の厚み方向がＸ方向、厚み方向と垂直でスクリーンユニット２０が延在する方向がＹＺ平面方向となるようにＸＹＺ座標が設定される。
【００３０】
出射部１０は、スクリーンユニット２０の正面側（左側）の下方に配置され、スクリーンユニット２０に向けて画像光１１を出射する。出射部１０は、所定の出射角度の範囲（画角）で画像光１１を出射可能である。図１には、スクリーンユニット２０の上方に向かう上側の光路１２ａと、下方に向かう下側の光路１２ｂと、上側及び下側の光路１２ａ及び１２ｂの間の光路１２ｃとが模式的に図示されている。なお出射部１０が配置される位置は限定されない。
【００３１】
出射部１０は、所定の波長のレーザ光を出射可能なレーザ光源を有し、画像光１１は干渉性の高いコヒーレントな光（レーザ光）により構成される。出射部１０としては、例えば液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等を備えたプロジェクタ等が用いられる。出射部１０の具体的な構成は限定されず、例えば小型のモバイルプロジェクタ（ピコプロジェクタ）等が、画像表示装置１００のサイズや用途等に応じて適宜用いられてよい。この他、画像光１１を出射可能な任意のデバイスや機構が用いられてよい。
【００３２】
スクリーンユニット２０は、第１のＨＯＥ（Holographic Optical Element）３０及び第２のＨＯＥ４０を有する。第１及び第２のＨＯＥ３０及び４０は、互いに一体的に構成される。本実施形態では、スクリーンユニット２０は、画像表示素子に相当する。
【００３３】
ＨＯＥは、ホログラム技術を用いた光学素子（ホログラフィック光学素子）である。例えばＨＯＥでは、予め記録された干渉縞により光を回折することで、光拡散や光路制御等の種々の光学機能を実現することが可能である。例えば特定の入射角度の光を回折し、その他の入射角度の光を透過するといった角度選択性を持たせることが可能である。本実施形態では、第１及び第２のＨＯＥ３０及び４０は、角度選択性のある透明な光学素子として機能する。
【００３４】
第１のＨＯＥ３０は、平板状であり、出射部１０により出射された画像光１１が入射される第１の面３１とその反対側の第２の面３２とを有する。第１のＨＯＥ３０は、第１の面３１及び第２の面３２の各々の面方向がＹＺ平面方向と平行となるように配置される。また第１のＨＯＥは、第１の面３１がスクリーンユニット２０の正面側（左側）に向くように配置される。
【００３５】
本実施形態では、第１のＨＯＥ３０として、第１の面３１に入射した光を拡散透過する透過型のホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）が用いられる。図１に示すように、第１のＨＯＥ３０は、第１の面３１の各点に入射する画像光１１を拡散し、第２の面３２から出射する。すなわち第１のＨＯＥ３０は、出射部１０から第１の面３１の各点に出射される画像光１１の入射角度に基づいて、当該入射角度で入射する光を拡散して透過する特性が備えられている。
【００３６】
第１の面３１の各点に対して異なる入射角度で入射する光は、第１のＨＯＥ３０をそのまま透過する。例えば第１の面３１に対して垂直に入射する光等は、拡散されずに透過されるので第１のＨＯＥ３０の透明性は損なわれない。
【００３７】
また第１の面３１（第１のＨＯＥ３０）は、第１の面３１の各点に入射した画像光１１を所定の角度範囲Φで拡散する。所定の角度範囲Φは、例えば第２のＨＯＥ４０での回折効率の角度依存性等に応じて設定される。この点については後に詳しく説明する。なお画像光１１が拡散されて出射される向き等についても適宜設定することが可能である。
【００３８】
図１に示す例では、上側の光路１２ａ、下側の光路１２ｂ、及び中間の光路１２ｃを通って第１の面３１の入射ポイント３３ａ、３３ｂ、及び３３ｃに入射した画像光１１ａ、１１ｂ、及び１１ｃがそれぞれ所定の角度範囲Φで拡散される様子が模式的に図示されている。
【００３９】
本実施形態では、第１の面３１は、各点に入射する光を拡散する拡散面に相当し、第１のＨＯＥ３０は、第１の透明部材に相当する。なお光を拡散する面（拡散面）が設けられる位置や面積等は限定されず、例えば干渉縞が記録される位置等に応じて適宜拡散面を設定することが可能である。
【００４０】
第２のＨＯＥ４０は、平板状であり図示しない保持機構により第１のＨＯＥ３０と一体的に構成される。第２のＨＯＥ４０は、第１のＨＯＥ３０に向けられた第３の面４１とその反対側の第４の面４２とを有する。第２のＨＯＥ４０は、第１のＨＯＥ３０と所定の間隔をあけて互いに略平行に配置される。なお所定の間隔は、後述する焦点距離ｆよりも短くなるように設定される。
【００４１】
本実施形態では、第２のＨＯＥ４０として、第３の面４１に入射した光を当該光が入射された側（左側）に回折する反射型のホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）が用いられる。また第２のＨＯＥ４０は、第３の面４１が凹面鏡としての光学機能を備えるように適宜構成される。
【００４２】
第３の面４１は、第１のＨＯＥ３０の第１の面３１の各点で拡散された画像光の進行方向を制御して第１の面３１の虚像を形成する。本実施形態では、拡散面（第１の面３１）の各入射ポイント３３ａ〜３３ｃで拡散された画像光１１が、第３の面４１により反射（回折）される。これにより反射面（第３の面４１）を挟んで第１の面３１とは反対側の結像面５０に、各入射ポイント３３ａ〜３３ｃの虚像５１ａ〜５１ｃが形成される。
【００４３】
図１では、虚像を形成する画像光４３が模式的に図示されている。虚像を形成する画像光４３は、第３の面４１から観察者の視点１に向けて出射される。観察者の視点１からは、虚像を形成する画像光４３が、各入射ポイント３３ａ〜３３ｃの虚像５１ａ〜５１ｃ等から出射された光（図中の点線の矢印）であるかのように観察される。これにより観察者は結像面５０に形成された虚像を視認することが可能となる。
【００４４】
また第３の面４１は光軸と焦点とを有する。例えば第１の面３１の虚像は、光軸と直交する結像面５０に焦点距離に応じたサイズで形成される。第３の面４１の光軸の向きや焦点の位置等は限定されず、例えば画像表示装置１００の用途等に応じて所望の光軸や焦点等が適宜設定されてよい。
【００４５】
本実施形態では、第３の面４１は、制御面に相当し、第２のＨＯＥ４０は、第２の透明部材に相当する。なお制御面が設けられる位置や面積等は限定されず、例えば干渉縞が記録される位置等に応じて適宜制御面を設定することが可能である。
【００４６】
図２は、画像表示装置１００の光学的な特性を説明するための模式図である。図２には、第２のＨＯＥ４０の光軸２と焦点Ｏとが図示されている。なお図２では、出射部１０が省略されている。
【００４７】
第１のＨＯＥ３０の第１の面３１では、各点に入射された画像光１１が所定の角度範囲に拡散され拡散光３４として出射される。図２では上側及び下側の入射ポイント３３ｄ及び３３ｅから出射される拡散光３４ｄ及び３４eが模式的に図示されている。
【００４８】
拡散光３４は、第１のＨＯＥ３０を透過して第２のＨＯＥ４０の第３の面４１に向けて出射される。すなわち第１の面３１は、第３の面４１に向けて画像を表示するスクリーンとして機能する。なお第１の面３１から出射される拡散光３４は、観察者の視点１側には出射されないため、第１の面３１に表示される画像は観察者からは視認されない。
【００４９】
第３の面４１は、入射された拡散光３４を反射（回折）して第１の面３１の各点の虚像を形成する。また反射された拡散光３４は、第１のＨＯＥ３０を透過して観察者の視点１に向けて出射される。図２では、結像面５０に形成された上側の入射ポイント３３ｄの虚像５１ｄと、下側の入射ポイント３３ｅの虚像５１ｅとが模式的に図示されている。
【００５０】
例えば上側の入射ポイント３３ｄから出射された拡散光３４ｄは、第３の面４１により焦点を基準とした光路に沿って反射される。具体的には、入射ポイント３３ｄから光軸Ｏと平行な方向に出射された光が、入射ポイント３３ｄの虚像５１ｄと焦点Ｏとを結ぶ光路に沿って反射される。他の方向に出射された光は、その角度に応じた方向に沿って反射される。
【００５１】
同様に下側の入射ポイント３３ｅから出射された拡散光３４ｅも、第３の面４１により焦点を基準とした光路に沿って反射される。すなわち第３の面４１は、平行に入射する光を焦点に集光させるように、第１の面３１の各点から出射される各拡散光３４を反射する。これにより結像面５０には、第１の面３１に表示された画像が拡大された虚像が形成される。
【００５２】
虚像が形成される結像面５０の位置は、例えば以下に示す虚像公式で与えられる。
（１／ｂ）＝（１／ａ）−（１／ｆ）
ここで、ｂは第３の面４１と結像面５０との距離であり、結像面５０の位置を表す値である。また、ａは第３の面４１と第１の面３１との距離であり、ｆは第３の面４１の焦点距離である。例えば焦点距離ｆや距離ａを適宜設定することで、結像面５０の位置（距離ｂ）を所望の位置に設定することが可能である。
【００５３】
また、第１の面３１に表示された画像が虚像として拡大される倍率ｍ（虚像倍率）は、ｍ＝ｂ／ａで与えられる。従って、例えば第１及び第２のＨＯＥ３０及び４０の間隔等を適宜設定することで、所望の倍率で拡大された虚像を形成することが可能である。
【００５４】
例えば、第３の面４１と第１の面３１との距離ａが１０ｍｍ、第３の面４１の焦点距離ｆが１００ｍｍに設定された場合、第３の面４１と結像面５０との距離ｂは約１１ｍｍとなる。また、このときの虚像倍率ｍは約１．１倍となる。この場合、第３の面４１の奥側の１１ｍｍ離れた位置に、１．１倍の虚像が形成される。
【００５５】
図３は、第１のＨＯＥ３０での画像光１１の回折の一例を示す模式図である。図４は、図３に示す第１のＨＯＥ３０の回折効率の一例を示すグラフである。
【００５６】
図３では、第１のＨＯＥ３０の入射ポイントＰに入射する画像光１１と、入射ポイントＰから出射される拡散光３４とが模式的に図示されている。また図４では、入射ポイントＰに入射する画像光１１（再生照明光）の入射角度θと回折効率との関係が示されている。なお図４に示すグラフは、露光波長が約５３２ｎｍ、再生波長が約５２５ｎｍでの結果である。
【００５７】
以下では、画像光１１が第１のＨＯＥ３０に対して垂直に入射する場合の入射角度（θ＝０度）を基準として、左上方から入射される画像光１１の入射角度を＋θ、左下方から入射される画像光１１の入射角度を−θとする。
【００５８】
図３に示すように、第１のＨＯＥ３０の入射ポイントＰには、約−５０°の入射角度θで画像光１１が入射する。当該画像光１１は、第１の面３１により約２０°の角度範囲に拡散され、第２の面３２から拡散光３４として出射される。
【００５９】
図４に示すように、入射ポイントＰでは、入射角度θが約−５０°の場合に画像光１１が最も効率的に拡散光３４に変換される。従って出射部１０から出射されて入射ポイントＰに入射する画像光１１を、高い効率で拡散することが可能となる。
【００６０】
また例えば入射角度θが−３０°よりも深い角度（第１の面３１に対して垂直に近い角度）である場合、回折効率は１０％以下となり、ほとんどの画像光１１は回折されることなく第１のＨＯＥ３０を透過することになる。同様に入射角度θが−７０°よりも浅い角度である場合にも画像光１１は第１のＨＯＥ３０を透過する。
【００６１】
第１の面３１の他の位置（他の入射ポイント）では、回折効率が最大となる他の角度が設定されている。各点に設定される角度は、出射部１０から各点に入射される画像光１１の入射角度に基づいて定められる。これにより第１の面３１は、出射部１０から出射された画像光１１を最も効率的に拡散光３４に変換し、他の方向から入射する光に対しては透明性を維持することが可能となる。
【００６２】
なお、回折効率が最大となる角度を第１の面３１の各点にどのように設定するかという点は限定されず、例えば第１の面３１の全面にわたって同じ角度が設定されてもよい。また第１の面３１を複数の領域に分けて領域ごとに角度を設定するといったことも可能である。この他、出射部１０の位置や画角等に応じて、第１の面３１の各点に対して回折効率が最大となる角度が適宜設定されてよい。
【００６３】
図５は、図３に示す第１のＨＯＥ３０の生成例を示す模式図である。図５には第１のＨＯＥ３０に干渉縞を露光する際の構成が模式的に図示されている。拡散機能を持ったホログラム（ＨＯＥ）を形成するために、物体光６０として拡散光が用いられる。図５に示す例では、干渉縞が記録される前のホログラム乾板６１と、物体光６０を生成可能な拡散板６２が用いられる。
【００６４】
ホログラム乾板６１は、例えば所定の波長で感光する感光材料等で構成される。ホログラム乾板６１の材質等は限定されず、例えば任意の感光材料等が用いられてよい。拡散板６２は、入射された光を所定の角度範囲Φで拡散して出射する拡散出射面６３を有する。拡散板６２としては、入射した光を所定の配光角で配光させるレンズアレイ拡散板やすりガラス拡散板等の任意の拡散板が用いられてよい。図５では、拡散光の角度範囲Φが約２０°となる拡散板６２が用いられる。
【００６５】
図５に示すように、ホログラム乾板６１の片側の面と、拡散板６２の拡散出射面６３とが近接して配置される。拡散板６２の拡散出射面６３とは反対の側から、参照光６４が入射される。参照光６４としては、所定の波長（露光波長）のレーザ光等が用いられる。図５では、入射ポイントＰとなる位置に向けて、約−５０°の入射角度で参照光６４が入射される。また他の位置では、出射部１０から各点に入射される画像光１１の角度と同様の角度で参照光６４が入射される。以下参照光６４の入射角度を参照光角度θ'と記載する。
【００６６】
拡散板６２に入射した参照光６４の一部は、拡散出射面６３で拡散され物体光６０として、ホログラム乾板６１に入射される。また参照光６４の他の一部は、拡散出射面６３を透過してホログラム乾板６１に入射される。この結果、ホログラム乾板６１には、拡散板６２を透過した参照光６４と物体光６０との干渉縞が記録される。干渉縞が露光されたホログラム乾板６１は、第１のＨＯＥ３０として用いられる。なお拡散出射面６３に向けられるホログラム乾板６１の面が、第１のＨＯＥ３０の第１の面３１に相当する。
【００６７】
このように第１のＨＯＥ３０を露光することで、拡散機能を持った透過型のホログラフィック光学素子を構成することが可能である。また第１の面３１の各点での回折効率が最大となる角度は、各点に干渉縞を露光する際の参照光角度θ'により設定される。従って、参照光角度θ'を適宜制御することで、第１の面３１に対して所望の角度選択性を持たせることが可能となる。
【００６８】
第１の面３１の各点に対してそれぞれ参照光角度θ'を変えて露光する場合に限定されず、例えば第１の面３１の全面が同一の参照光角度θ'で露光されてもよい。これにより、参照光角度θ'を調節するための機構等を省くことが可能となり、容易に第１のＨＯＥ３０を露光することが可能となる。
【００６９】
なお図５では１つの光束(参照光６４)で露光する１光束露光について説明した。これに限定されず、拡散光（物体光６０）を生成する光と、拡散光と干渉する参照光６４とを分けて干渉縞を生成する２光束露光等が適宜行われてもよい。２光束露光を用いることで、参照光角度θ'とは別の角度から物体光６０を照射することが可能となり、例えば第１の面３１の各点で拡散光が出射される向きを制御することが可能となる。
【００７０】
図６は、第２のＨＯＥ４０での画像光１１の回折の一例を示す模式図である。第２のＨＯＥ４０の第３の面４１には、第１のＨＯＥ３０の第１の面３１の各点から出射された拡散光３４が入射される。第３の面４１は、凹面鏡の鏡面としての光学機能を有し、第１の面３１の各点の虚像が形成されるように拡散光３４を反射する。すなわち、第３の面４１からは、虚像を形成する画像光４３が出射される。
【００７１】
虚像を形成する画像光４３は、第１のＨＯＥ３０の第２の面３２に入射される。この場合、第２の面３２に対する虚像を形成する画像光４３の入射角度は、第１のＨＯＥ３０での回折効率（図４参照）が高い入射角度の範囲から外れている。従って虚像を形成する画像光  は、第１のＨＯＥ３０により散乱されることなく第１のＨＯＥ３０を透過する。
【００７２】
図７は、第２のＨＯＥ４０の生成例を示す模式図である。第２のＨＯＥ４０は反射型のホログラムであり、参照光及び物体光を異なる方向から入射して干渉縞を露光する２光束露光を用いて生成される。
【００７３】
図７に示すように、第２のＨＯＥ４０の露光には、干渉縞が記録される前のホログラム乾板７０と、参照光７１と、物体光７２とが用いられる。ホログラム乾板７０は、第５の面７３と第５の面７３とは反対側の第６の面７４とを有する。
【００７４】
図７に示すように、ホログラム乾板７０の第５の面７３に参照光７１が照射され、第６の面に物体光７２が照射される。ホログラム乾板７０には、互いに異なる面から入射した参照光７１及び物体光７２の干渉による干渉縞が記録され、反射型のホログラムが生成される。参照光７１及び物体光７２の波長（露光波長）は、第１のＨＯＥ３０を露光した波長と同様の波長である。
【００７５】
例えば露光波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、ビームスプリッタ等を有する分離光学系とが配置される（ともに図示は省略）。露光波長のレーザ光が分離光学系により分離され、一方のレーザ光は参照光７１として第５の面７３に照射される。他方のレーザ光は、物体光７２として、第６の面７４に照射される。このような構成により簡単に２光束露光を行うことが可能となる。もちろん他の構成が用いられてもよい。
【００７６】
図７に示す例では、参照光７１は、第５の面７３の全面に対して一定の参照光角度θ'（約−５０°）で入射される。物体光７２は、ホログラム乾板７０の中央部分を露光する際には、略垂直に第６の面７４に入射される。ホログラム乾板７０の上部分を露光する際には、物体光７２が斜め上方向から入射されるように入射角度が傾けられる。また下部分を露光する際には、物体光７２が斜め下方向から入射されるように入射角度が傾けられる。
【００７７】
このように、ホログラム乾板７０の位置ごとに物体光７２の入射角度を調節することで、干渉縞により回折（反射）される画像光１１の進行方向を制御することが可能である。これにより、ホログラム乾板７０に凹面鏡として機能する干渉縞を露光することが可能となる。干渉縞が露光されたホログラム乾板７０は、第２のＨＯＥ４０として用いられる。なお、ホログラム乾板７０の第５の面７３が、第２のＨＯＥ４０の第３の面４１に相当する。
【００７８】
凹面鏡としての光学機能を記録する方法等は限定されない。例えば物体光７２の入射角度等の露光条件を適宜制御して、所望とする焦点距離や光軸の向きを備えた第２のＨＯＥ４０が構成されてよい。
【００７９】
図８は、第２のＨＯＥ４０の回折効率の一例を示すグラフである。図９は、第２のＨＯＥ４０の波長特性の一例を示すグラフである。
【００８０】
図８には、物体光７２が垂直に入射して露光された領域（中央部分）での回折効率が示されている。第２のＨＯＥ４０の露光波長は約５３２ｎｍであり、再生波長は約５２５ｎｍである。
【００８１】
図８に示すように、第２のＨＯＥ４０は、例えば−６５°から−５５°までの約２０°の角度範囲で入射した画像光１１（拡散光３４）を高い効率で回折（反射）する角度依存性を有する。すなわち第２のＨＯＥ４０の第３の面４１では、露光に用いられた参照光角度（約−５０°）と同様の入射角度で入射した画像光１１のみならず、上記した約２０°の角度範囲で入射した画像光１１も高い回折効率で反射される。
【００８２】
本実施形態では、第３の面４１での回折効率の角度依存性に基づいて、第１の面３１により拡散される画像光１１の角度範囲Φが設定される。例えば図３で説明した拡散光３４の角度範囲Φ（約−２０°）は、第３の面４１により高い効率で拡散することが可能な画像光１１の入射角度の角度範囲に基づいて設定される。
【００８３】
このため、第３の面４１は、第１のＨＯＥ３０の第１の面３１により約２０°の角度範囲Φで拡散された画像光１１（拡散光３４）を効率的に反射することが可能となる。
【００８４】
なお第２のＨＯＥ４０は、中央部分とは異なる他の位置においても図８に示すような回折効率の角度依存性を有する。従って第３の面４１は、第１の面３１の各点で拡散された画像光１１を高い効率で反射する凹面鏡として機能する。これにより、例えば結像面に形成される虚像の輝度等を向上することが可能となる。
【００８５】
図９には、第２のＨＯＥ４０に対して再生波長を変えてレーザ光（画像光１１）を入射した場合の回折効率が示されている。グラフの横軸は再生波長であり、縦軸は回折効率である。図９に示すように、第２のＨＯＥ４０は、波長が約５２０ｎｍ〜約５４０ｎｍである緑色光に対して高い回折効率を有する。また第２のＨＯＥ４０では、他の波長の光はほとんど回折されずに第２のＨＯＥ４０を透過する。
【００８６】
従って第２のＨＯＥ４０は、出射部１０から出射された画像光１１は高い効率で反射し、例えば照明器具等からの環境光は透過する。このように第２のＨＯＥ４０は、反射型のホログラムの特性である強い波長選択性を有し、環境光等に対する高い透明性を発揮する。
【００８７】
図１０は、第１のＨＯＥ３０及び第２のＨＯＥ４０を一体的に保持するための具体的な構成例を示す模式図である。図１０に示すスクリーンユニット２０は、第１のＨＯＥ３０と、第２のＨＯＥ４０と、透明基材８０とを有する。本実施形態では、透明基材８０は透明材料に相当する。
【００８８】
透明基材８０は、平板状であり、第１及び第２のＨＯＥ３０及び４０の間に配置される。透明基材８０の片方の面には、第１のＨＯＥ３０が接続され、他の片方の面に第２のＨＯＥ４０が接続される。従ってスクリーンユニット２０は、第１のＨＯＥ３０、透明基材８０、及び第２のＨＯＥ４０をこの順番に張り合わせた構造を有する。透明基材８０としては、例えばアクリルやポリカーボネート等の透明性を有する任意の材料が用いられてよい。
【００８９】
これにより第１及び第２のＨＯＥ３０及び４０を１枚のスクリーンユニット２０として一体的に構成することが可能となる。この結果、第１及び第２のＨＯＥ３０及び４０の位置関係がずれるといったことが十分に防止される。
【００９０】
第１のＨＯＥ３０及び第２のＨＯＥ４０を一体的に保持するための具体的な構成は限定されず、任意の保持機構等が用いられてよい。例えば、第１及び第２のＨＯＥ３０及び４０の間を空洞にして、これらを一体的に保持する構成を採用することで、各ＨＯＥ間の光学的な距離を長くすることが可能である。これにより虚像が形成される結像面の位置を第２のＨＯＥ４０から遠ざけることが可能である。
【００９１】
以上、本実施形態に係る画像表示装置１００では、第１のＨＯＥ３０と第２のＨＯＥ４０とが一体的に構成され、第１のＨＯＥ３０の第１の面３１に画像光１１が出射される。第２のＨＯＥ４０の第３の面４１により、第１の面３１の各点で拡散された画像光１１の進行方向が制御され、第１の面３１の虚像が形成される。これにより優れた視覚効果を実現することが可能となる。
【００９２】
透明スクリーン等に画像光を投射して画像を表示する方法として、透明スクリーンで拡散された画像光をそのまま表示する方法が考えられる。この場合、観察者は透明スクリーンの表面で拡散された画像光を観察することになり、透明スクリーンの表面が画像の表示面となる。
【００９３】
透明スクリーンの表面や透明スクリーンが配置してある透明基材の表面では、照明器具等からの光が反射される表面反射が生じる。このため透明スクリーンや透明基材等の存在が視認されてしまい、透明スクリーンの表面に表示された画像は空中に浮いているように見えない可能性が生じる。
【００９４】
本実施形態に係る画像表示装置１００では、第１のＨＯＥ３０の第１の面３１で拡散された画像光１１が、第２のＨＯＥ４０の第３の面４１に入射される。第３の面４１は、第１の面３１の虚像が結像されるように画像光１１を反射（回折）する。これにより、第１及び第２のＨＯＥ３０及び４０の表面（例えば第１の面３１等）とは異なる結像面５０に第１の面３１の虚像が形成される。
【００９５】
観察者は、スクリーンユニット２０の正面側を見ることで、スクリーンユニット２０の表面とは異なる位置に形成された虚像を視認することが可能となる。この結果、観察者には画像が空中に浮いているように表示され、浮遊感の高い画像表示を楽しむことが可能となる。
【００９６】
例えば観察者は、スクリーンユニット２０の背面（第４の面４２）よりも奥側に表示された虚像を視認することが可能となる（図１参照）。このため観察者は、スクリーンユニット２０の第１〜第４の面３１〜４２等で生じる表面反射とは別に、スクリーンユニット２０奥の空中に浮いている画像をみることが可能となり、優れた視覚効果が発揮される。
【００９７】
本実施系形態では、第１のＨＯＥ３０は、出射部１０から出射された画像光１１を選択的に拡散するように構成される。従って例えば第２のＨＯＥ４０により反射された画像光１１は、第１のＨＯＥ３０で拡散されることなく透過される。これによりホログラムを透過する際の拡散等による画像のぼけ等が十分に抑制される。この結果、鮮明な画像を表示することが可能となる。
【００９８】
また、第１の面３１で拡散される画像光１１の拡散範囲（角度範囲）は、第３の面４１での回折効率が高い角度範囲と同じになるように設定される。従って、第１の面３１で拡散された画像光１１は、第２のＨＯＥ４０をほとんど透過することなく、虚像を形成する画像光４３に変換される。これにより、明るい虚像を表示することが可能となり、視認性の高い画像表示を実現することが可能となる。
【００９９】
＜第２の実施形態＞
本技術に係る第２の実施形態の画像表示装置について説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明した画像表示装置１００における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。
【０１００】
図１１は、第２の実施形態に係る画像表示装置２００の構成例を示す模式図である。画像表示装置２００は、出射部２１０と、スクリーンユニット２２０とを有する。スクリーンユニット２２０は、第１のＨＯＥ２３０と、第２のＨＯＥ２４０とを有する。
【０１０１】
出射部２１０は、スクリーンユニット２２０の正面側とは反対の背面側（右側）の下方に配置され、スクリーンユニット２２０に向けて画像光２１１を出射する。図１では、スクリーンユニット２２０に対する入射角度が約５０°となる画像光２１１の光路が図示されている。もちろんこれに限定されず、出射部２１０は、所定の画角で画像光２１１を出射可能である。
【０１０２】
第１のＨＯＥ２３０は、スクリーンユニット２２０の正面側に向けられた第１の面２３１と、その反対側の第２の面２３２とを有する。本実施形態では、第１のＨＯＥ２３０として、第２の面２３２に入射した画像光２１１を拡散反射する反射型のホログラフィック光学素子が用いられる。第１のＨＯＥ２３０は、第２の面２３２の各点に入射する画像光２１１の入射角度に基づいて、当該入射角度で入射する光を拡散して反射する特性が備えられている。本実施形態では、第２の面２３１は、拡散面に相当する。
【０１０３】
第２のＨＯＥ２４０は、第２の面２３２に向けられた第３の面２４１と、その反対側の第４の面２４２を有する。第２のＨＯＥ２４０として、第３の面２４１に入射した光を当該光が入射された側（左側）に回折する反射型のホログラフィック光学素子が用いられる。第２のＨＯＥ２４０は、例えば図１に示す第２のＨＯＥ４０と同様に構成される。
【０１０４】
図１１に示すように、出射部２１０から出射された画像光２１１は、第２のＨＯＥ２４０の第４の面２４２に斜め下方向から入射される。第４の面２４２に入射した画像光２１１の入射角度は、第２のＨＯＥ２４０での回折効率が高い角度範囲から外れている（図８参照）。このため第４の面２４２に入射した画像光２１１は、第２のＨＯＥ２４０を透過して第３の面２４１からそのまま出射される。
【０１０５】
第２のＨＯＥ２４０を透過した画像光２１１は、第１のＨＯＥ２３０の第２の面２３１の各点に入射される。第２の面２３１は、入射した画像光２１１を約２０°の角度範囲Φで拡散反射する。すなわち第２の面２３１の各点からは、拡散された画像光２１１（拡散光２３４）が第２のＨＯＥ２４０の第３の面２４１に向けて出射される。図１１には、第２の面２３１の各点から出射される画像光２１１により構成される画像２３３が太線で模式的に図示されている。
【０１０６】
第３の面２４１は、入射された拡散光２３４を第２の面２３２の各点の虚像が形成されるように反射（回折）する。第３の面２４１からは虚像を形成する画像光２４３が出射され、結像面２５０には第２の面２３２に表示された画像２３３の虚像２５１が形成される。図１１には結像面２５０に形成される虚像２５１が太線で模式的に図示されている。
【０１０７】
虚像を形成する画像光２４３は、第１のＨＯＥ２３０を透過してスクリーンユニット２２０の正面側から観察者の視点１に向けて出射される。これにより観察者は、スクリーンユニット２２０の奥に形成された虚像２５１を視認することが可能となる。
【０１０８】
図１２は、図１１に示す第１のＨＯＥ２３０の生成例を示す模式図である。第１のＨＯＥ２３０の生成には、ホログラム乾板２６１と、拡散光２６０を生成可能な拡散板２６２が用いられる。図１２では、拡散光２６０の角度範囲Φが約２０°となる拡散板２６２が用いられる。
【０１０９】
図１２に示すように、ホログラム乾板２６１の片側の面と、拡散板２６２の拡散出射面２６３とが近接して配置される。拡散板２６２の拡散出射面２６３とは反対の側から、物体光２６５が入射される。拡散板２６２に入射した物体光２６５は拡散光２６０として拡散出射面２６３から出射され、ホログラム乾板２６１に入射される。物体光２６５の入射角度の設定方法等は限定されない。例えば第２のＨＯＥ２４０での回折効率が高い角度範囲となるように、物体光２６５の入射角度が適宜設定されてよい。
【０１１０】
ホログラム乾板２６１の拡散板２６２と近接している側の反対の側から参照光２６４が入射される。図１２では、約−５０°の参照光角度で入射される参照光２６４が図示されている。なおホログラム乾板２６１の他の位置では、出射部２１０から各点に入射される画像光２１１の角度と同様の角度で参照光２６４が入射される。
【０１１１】
ホログラム乾板２６１には、片側の面から入射された拡散光２６０（物体光２６５）と、他の片側の面から入射された参照光２６４とによる干渉縞が記録される。これにより、出射部２１０から出射された画像光２１１を反射拡散する光学機能を備えた第１のＨＯＥ２３０が構成される。なおホログラム乾板２６１において参照光２６４が入射される面が、第１のＨＯＥ２３０の第２の面２３２に相当する。
【０１１２】
本実施形態に関わる画像表示装置２００では、反射型の第１のＨＯＥ２３０が用いられる。これにより、スクリーンユニット２２０の背面側に出射部２１０を配置することが可能となる。この結果、例えば店舗のショーウィンドウや受付窓口等の様々な設置場所に画像表示装置２００を配置することが可能となり、様々なシーンで優れた視覚効果を提供することが可能となる。
【０１１３】
＜第３の実施形態＞
図１３は、第３の実施形態に係る画像表示装置３００の構成例を示す模式図である。画像表示装置３００は、出射部３１０と、スクリーンユニット３２０とを有する。スクリーンユニット３２０は、第１のＨＯＥ３３０と、第２のＨＯＥ３４０とを有する。図１３に示すように、画像表示装置３００では、第２のＨＯＥ３４０がスクリーンユニット３２０の正面側（左側）に配置され、第１のＨＯＥ３３０がスクリーンユニット３２０の奥側（右側）に配置される。
【０１１４】
出射部３１０は、スクリーンユニット３２０の正面側の下方に配置され、スクリーンユニット３２０に向けて画像光３１１を出射する。図１３では、スクリーンユニット３２０に対する入射角度が約−５０°となる画像光３１１の光路が図示されている。もちろんこれに限定されず、出射部３１０は、所定の画角で画像光３１１を出射可能である。
【０１１５】
第１のＨＯＥ３３０は、第１の面３３１とその反対側の第２の面３３２とを有し、第２の面３３２を第２のＨＯＥ３４０に向けて配置される。第１のＨＯＥ３３０としては、第２の面３３２の各点に入射した画像光３１１を拡散反射する反射型のホログラフィック光学素子が用いられる。本実施形態では、第２の面３３２は、拡散面に相当する。
【０１１６】
第２のＨＯＥ３４０は、第１のＨＯＥ３３０に向けられた第３の面３４１とその反対側の第４の面３４２とを有する。従ってスクリーンユニット３２０では、第２のＨＯＥ３４０の第４の面３４２が正面側に配置される。
【０１１７】
本実施形態では、第２のＨＯＥ３４０として、第３の面３４１に入射した光の進行方向を制御して第４の面３４２から出射する透過型のホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）が用いられる。また第２のＨＯＥ３４０は、第３の面３４１が屈折レンズとしての光学機能を備えるように適宜構成される。本実施形態では、第３の面３４１は、制御面に相当する。
【０１１８】
第３の面３４１は、第１のＨＯＥ３３０の第２の面３３２の各点で拡散された画像光３１１（拡散光３３４）の進行方向を制御して第２の面３３２の虚像を形成する。また第３の面３４１は光軸と焦点とを有する。例えば第２の面３３２の虚像は、光軸と直交する結像面３５０に焦点距離に応じたサイズで形成される。
【０１１９】
図１３に示すように、出射部３１０から出射された画像光３１１は、第２のＨＯＥ３４０の第４の面３４２に斜め下方向から入射される。第４の面３４２に入射した画像光３１１は、第２のＨＯＥ３４０を透過して第３の面３４１からそのまま出射される。
【０１２０】
第２のＨＯＥ３４０を透過した画像光３１１は、第１のＨＯＥ３３０の第２の面３３２の各点に入射される。第２の面３３２は、各点に入射した画像光３１１を約２０°の角度範囲Φで拡散する拡散光３３４として出射する。これにより第２の面３３２には、画像光３１１により構成される画像３３３が表示される。第２の面３３２の各点から出射された拡散光３３４は、第２のＨＯＥ３４０の第３の面３４１に入射される。
【０１２１】
第３の面３４１に入射された拡散光３３４は、第２の面３３２の各点の虚像が形成されるように回折される。回折された拡散光３３４は、第４の面３４２から虚像を形成する画像光３４３として出射される。この結果、第２の面３３２を挟んで第２のＨＯＥ３４０の反対側の結像面３５０には、第２の面３３２に表示された画像３３３の虚像３５１が形成される。
【０１２２】
図１４は、画像表示装置３００の光学的な特性を説明するための模式図である。図１４には、第２のＨＯＥ３４０の光軸３と焦点Ｏ'とが図示されている。
【０１２３】
図１４に示すように、画像表示装置では、第３の面３４１から第２の面３３２までの距離ａが第２のＨＯＥ３４０の焦点距離ｆよりも短く設定され、虚像光学系が構成される。これにより屈折レンズ（図中では凸レンズ）として機能する第３の面３４１により、第２の面３３２の虚像が形成される。図１４では、結像面３５０に形成された上側の入射ポイント３３３ａの虚像３５１ａと、下側の入射ポイント３３３ｂの虚像３５１ｂとが模式的に図示されている。
【０１２４】
虚像が形成される結像面３５０の位置、すなわち第３の面３４１から結像面３５０までの距離ｂは、例えば図２で説明した虚像公式（１／ｂ）＝（１／ａ）−（１／ｆ）で与えられる。従って、例えば焦点距離ｆや距離ａを適宜設定することで、虚像が表示される位置やサイズ等を高い精度で制御することが可能となる。
【０１２５】
図１５は、図１３に示す第２のＨＯＥ３４０の生成例を示す模式図である。第２のＨＯＥ３４０の露光には、干渉縞が記録される前のホログラム乾板３７０と、参照光３７１と、物体光３７２とが用いられる。ホログラム乾板３７０は、第５の面３７３と第５の面３７３とは反対側の第６の面３７４とを有する。
【０１２６】
図１５に示すように、ホログラム乾板３７０の第５の面３７３に参照光３７１及び物体光３７２が異なる角度で照射される。ホログラム乾板３７０には、第５の面３７３から互いに異なる角度で入射した参照光３７１及び物体光３７２の干渉による干渉縞が記録され、透過型のホログラムが生成される。参照光３７１及び物体光３７２の波長（露光波長）は、第１のＨＯＥ３３０を露光した波長と同様の波長である。
【０１２７】
参照光３７１は、第５の面３７３の全面に対して一定の参照光角度θ'（約−５０°）で入射される。物体光３７２は、ホログラム乾板３７０の中央部分を露光する際には、略垂直に第５の面３７３に入射される。ホログラム乾板３７０の上部分を露光する際には、物体光３７２が斜め上方向から入射されるように入射角度が傾けられる。また下部分を露光する際には、物体光３７２が斜め下方向から入射されるように入射角度が傾けられる。
【０１２８】
このように、ホログラム乾板３７０の位置ごとに物体光３７２の入射角度を調節することで、ホログラム乾板３７０に屈折レンズとして機能する干渉縞を露光することが可能である。干渉縞が露光されたホログラム乾板３７０は、第２のＨＯＥ３４０として用いられる。なお、ホログラム乾板３７０の第５の面３７３が、第２のＨＯＥ３４０の第３の面３４１に相当する。
【０１２９】
屈折レンズとしての光学機能を記録する方法等は限定されない。例えば物体光３７２の入射角度等の露光条件を適宜制御して、所望とする焦点距離や光軸の向きを備えた第２のＨＯＥ３４０が構成されてよい。
【０１３０】
このように第２のＨＯＥ３４０として透過型のホログラフィック光学素子を用いた場合であっても、スクリーンユニット３２０とは異なる位置に虚像を形成することが可能となる。これにより、浮遊感のある画像表示を提供することが可能となり、様々なシーンで優れた視覚効果を発揮することが可能となる。
【０１３１】
＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【０１３２】
上記した実施形態では、第１のＨＯＥの光学機能として、第１のＨＯＥに入射する画像光を拡散光として出射する拡散機能が用いられた。第１のＨＯＥが備える光学機能は限定されず、拡散機能に加え他の光学機能が備えられてもよい。
【０１３３】
例えば第１のＨＯＥは、各点で拡散される画像光の拡散方向を制御するフィールドレンズとしての光学機能を備えてもよい。ここで拡散方向とは、例えば所定の角度範囲で出射される拡散光のうち、出射角度が所定の角度範囲での平均角度である拡散光が出射される方向である。従って拡散方向は、所定の角度範囲で出射された拡散光が、全体としてどの方向に向けて出射されたかを表す指標となる。
【０１３４】
例えば第１のＨＯＥの周縁部（上端や下端等）から出射される拡散光が第２のＨＯＥの照射範囲の内側に照射されるように、第１のＨＯＥにより拡散方向が適宜制御される。このように第１のＨＯＥに対して、拡散光を照射対象となる領域に向けて集光するフィールドレンズとしての機能を付加することが可能である。なおフィールドレンズ機能は、例えば拡散機能を持った干渉縞を露光する際に、物体光である拡散光の照射方向等を適宜制御することで実現可能である（図５及び図１２参照）。
【０１３５】
フィールドレンズ機能を付加することで、例えば第２のＨＯＥの外側に向けて出射される拡散光等が規制され、拡散光を所望の領域に向けて照射することが可能となる。また第１のＨＯＥに対して第２のＨＯＥのサイズを大きくする必要がなくなり、装置の製造コスト等を抑えることが可能となる。
【０１３６】
上記した実施形態では、第１のＨＯＥ及び第２のＨＯＥが、所定の波長のレーザ光（画像光）を回折可能な単層のホログラムにより構成された。これに限定されず、第１のＨＯＥ及び第２のＨＯＥが、ＲＧＢの各波長に対応した積層構造を有してもよい。
【０１３７】
例えば図７等で説明した第２のＨＯＥ４０の生成例と同様の方法で、赤色Ｒ、緑色Ｇ、及び青色Ｂのレーザ光で露光された３種類のホログラムがそれぞれ作成される。これら３種類のホログラムを積層して第２のＨＯＥが構成される。また例えば図５等で説明した第１のＨＯＥの生成例と同様の方法で、ＲＧＢの各波長に対応するホログラムを作成し、これらを積層して第１のＨＯＥが構成される。
【０１３８】
これによりＲＧＢの各波長のレーザ光をそれぞれ回折することが可能となり、カラー画像等の虚像を表示することが可能となる。この他、積層構造を構成する方法等は限定されず、例えば波長選択性の強い反射型のＨＯＥを積層構造にして、透過型のＨＯＥを単層にするといった場合もあり得る。
【０１３９】
第１及び第２の実施形態では、凹面鏡としての光学機能を備える第２のＨＯＥ４０及び２４０（第３の面４１及び２４１）が用いられた。第２のＨＯＥ４０及び２４０に代えて、平面鏡としての光学機能を備えるホログラフィック光学素子が第２のＨＯＥとして用いられてもよい。
【０１４０】
この場合、スクリーンユニットの奥側に第１及び第２のＨＯＥの間隔と略同じ距離だけ離れた位置に虚像が形成される。また虚像のサイズは第１のＨＯＥに表示される画像と同じサイズとなる。このように第２のＨＯＥが平面鏡として機能する場合であっても、浮遊感のある画像表示を実現することが可能である。
【０１４１】
第３の実施形態では、反射型の第１のＨＯＥ３３０及び透過型の第２のＨＯＥ３４０が用いられた。反射型の第１のＨＯＥ３３０に代えて、例えば図１で説明した透過型の第１のＨＯＥ３０を用いることも可能である。この場合、スクリーンユニットの後方から出射された画像光が第１のＨＯＥにより拡散透過され、第２のＨＯＥに入射される。第２のＨＯＥは屈折レンズとして機能し、第１のＨＯＥに表示される画像の虚像が形成される。このように第１及び第２のＨＯＥがともに透過型である場合でも浮遊感のある画像を表示することが可能である。
【０１４２】
上記した実施形態では、ホログラフィック光学素子（第１及び第２のＨＯＥ）による回折現象を用いて、拡散機能やレンズ機能等の光学機能が実現された。これに限定されず、拡散機能やレンズ機能等の光学機能を実現可能な他の光学素子等が適宜用いられてよい。
【０１４３】
例えばフレネル型の屈折面にハーフミラーを組み合わせることで、入射角度選択性のある透明なレンズスクリーン等を構成することが可能である。この場合、フレネルレンズでの屈折及びハーフミラーでの反射によりレンズ機能等を実現することが可能である。また所定の入射角度で入射した光を拡散する拡散フィルム等を用いて拡散機能を実現することも可能である。
【０１４４】
また例えば、拡散機能を備えるホログラフィック光学素子と、レンズ機能を有する他の光学素子とを組み合わせることも可能である。もちろん、レンズ機能を備えるホログラフィック光学素子と、拡散機能を備える他の光学素子とが組み合わされてもよい。この他、虚像を形成さるための光学機能を実現する光学素子の種類や組み合わせ等は限定されない。
【０１４５】
以上説明した本技術に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。
【０１４６】
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）各点に入射する光を拡散する拡散面を有する第１の透明部材と、
前記拡散面に対向して配置され前記拡散面の各点で拡散された光の進行方向を制御して前記拡散面の虚像を形成する制御面を有し、前記第１の透明部材と一体的に構成される第２の透明部材と、
前記拡散面に画像光を出射する出射部と
を具備する画像表示装置。
（２）（１）に記載の画像表示装置であって、
前記制御面は、前記拡散された光を少なくとも回折、屈折、または反射することにより前記進行方向を制御する
画像表示装置。
（３）（１）又は（２）に記載の画像表示装置であって、
前記制御面は、前記拡散された光の少なくとも一部を前記制御面の焦点に集光する
画像表示装置。
（４）（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記拡散面は、前記拡散面の各点に所定の入射角度で入射された前記光を拡散する
画像表示装置。
（５）（４）に記載の画像表示装置であって、
前記拡散面は、前記光を所定の角度範囲で拡散する
画像表示装置。
（６）（５）に記載の画像表示装置であって、
前記所定の角度範囲は、前記制御面での回折効率の角度依存性に基づいて設定される
画像表示装置。
（７）（１）から（６）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の透明部材の少なくとも一方は、ホログラフィック光学素子である
画像表示装置。
（８）（７）に記載の画像表示装置であって、
前記第１の透明部材は、反射型の前記ホログラフィック光学素子であり、
前記拡散面は、前記各点に入射する光を拡散反射する
画像表示装置。
（９）（７）に記載の画像表示装置であって、
前記第１の透明部材は、透過型の前記ホログラフィック光学素子であり、
前記拡散面は、前記各点に入射する光を拡散透過する
画像表示装置。
（１０）（７）から（９）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第２の透明部材は、反射型の前記ホログラフィック光学素子であり、
前記制御面は、平面鏡、又は凹面鏡としての光学機能を備える
画像表示装置。
（１１）（７）から（９）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第２の透明部材は、透過型の前記ホログラフィック光学素子であり、
前記制御面は、レンズとしての光学機能を備える
画像表示装置。
（１２）（３）から（１１）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の透明部材は、前記制御面の焦点距離よりも短い間隔で互いに略平行に配置される
画像表示装置。
（１３）（１）から（１２）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記拡散面は、前記各点で拡散される光の拡散方向を制御するフィールドレンズとしての光学機能を備える
画像表示装置。
（１４）（１）から（１３）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の透明部材は、前記第１及び前記第２の透明部材の間に配置された透明材料を介して保持される
画像表示装置。
（１５）（１）から（１４）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の透明部材は、ＲＧＢの各波長に対応した積層構造を有する
画像表示装置。
（１６）（１）から（１５）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記出射部は、レーザ光源を有する
画像表示装置。
（１７）各点に入射する光を拡散する拡散面を有する第１の透明部材と、
前記拡散面に対向して配置され前記拡散面の各点で拡散された光の進行方向を制御して前記拡散面の虚像を形成する制御面を有し、前記第１の透明部材と一体的に構成される第２の透明部材と
を具備する画像表示素子。
【符号の説明】
【０１４７】
Ｏ、Ｏ'…焦点
θ…入射角度
Φ…所定の角度範囲
１…視点
２、３…光軸
１０、２１０、３１０…出射部
１１、２１１、３１１…画像光
２０、２２０、３２０…スクリーンユニット
３０、２３０、３３０…第１のＨＯＥ
３１、２３１、３３１…第１の面
３２、２３２、３３２…第２の面
３３ａ〜３３ｅ、Ｐ、３３３ａ、３３３ｂ…入射ポイント
４０、２４０、３４０…第２のＨＯＥ
４１、２４１、３４１…第３の面
３４、２３４、３３４…拡散光
５０、２５０、３５０…結像面
５１ａ〜５１ｅ、２５１、３５１…虚像
８０…透明基材
１００、２００、３００…画像表示装置
【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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