(57)【要約】【課題】小型軽量化を達成し得る構成、構造を有する網膜投影型ＨＭＤといった表示装置を構成する画像表示装置を提供する。【解決手段】画像表示装置１０は、外部（系外）に配置された画像形成装置２１から出射された画像が入射され、画像を複数の画像に分ける光分岐素子１１、及び、光分岐素子１１によって分けられ、光分岐素子１１から出射された複数の画像を、観察者３１の瞳孔３２に集光する集光素子１２を備えており、集光素子１２の焦点距離をＦ0（単位：ｍｍ）、光分岐素子１１から集光素子１２までの光学的な距離をＬ0（単位：ｍｍ）としたとき、Ｌ0＝Ｆ0±１０を満足する。【選択図】  図１
2019113794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に配置された画像形成装置から出射された画像が入射され、画像を複数の画像に分ける光分岐素子、及び、
光分岐素子によって分けられ、光分岐素子から出射された複数の画像を、観察者の瞳孔に集光する集光素子、
を備えており、
集光素子の焦点距離をＦ0（単位：ｍｍ）、光分岐素子から集光素子までの光学的な距離をＬ0（単位：ｍｍ）としたとき、
Ｌ0＝Ｆ0±１０
を満足する画像表示装置。
【請求項２】
外部に配置された画像形成装置から出射された画像が入射され、画像を複数の画像に分ける光分岐素子、及び、
光分岐素子によって分けられ、光分岐素子から出射された複数の画像を、観察者の瞳孔に集光する集光素子、
を備えており、
瞳孔中心線の延長線をＺ軸、左右眼球の旋回中心を結ぶ直線をＸ軸、Ｘ軸及びＺ軸と直交する軸をＹ軸としたとき、光分岐素子及び集光素子はＸＹ平面と平行な仮想平面内に配設されている画像表示装置。
【請求項３】
外部に配置された画像形成装置から出射された画像が入射され、画像を複数の画像に分ける光分岐素子、及び、
光分岐素子によって分けられ、光分岐素子から出射された複数の画像を、観察者の瞳孔に集光する集光素子、
を備えており、
光分岐素子は観察者の耳側に配設され、集光素子は観察者の鼻側に配設されている画像表示装置。
【請求項４】
光分岐素子に入射する画像を構成する光線は平行光であり、光分岐素子から出射する複数の画像のそれぞれを構成する光線も平行光である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
光分岐素子によって複数に分けられ、観察者の網膜上において結像する画像は、同じ画像である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
光分岐素子によって分けられた複数の画像は、直接、集光素子に入射する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
光分岐素子は、反射型回折格子若しくは反射型ホログラム回折格子、又は、透過型回折格子若しくは透過型ホログラム回折格子から成り、
集光素子はホログラムレンズから成る請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項８】
光分岐素子によって分けられた複数の画像は、１回以上、反射して、集光素子に入射する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項９】
光分岐素子は、透過型回折格子若しくは透過型ホログラム回折格子、又は、反射型回折格子若しくは反射型ホログラム回折格子から成り、
集光素子はホログラムレンズから成り、
光分岐素子を出射した光を集光素子に向けて反射する光反射部材を更に備えている請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
光分岐素子によって分けられた複数の画像の観察者の瞳孔上におけるズレ量は２ｍｍ以上、７ｍｍ以下である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
光分岐素子によって少なくとも２つの画像に分けられる請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
集光素子はホログラムレンズから成る請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
光分岐素子は、回折格子又は体積ホログラム回折格子から成る請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
位置表示手段が取り付けられている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
位置表示手段は再帰性反射マーカーから成る請求項１４に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
画像形成装置は、観察者よりも前方に配置されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
観察者の頭部に装着される請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１８】
画像形成装置及び画像表示装置から成り、
画像表示装置は、請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の画像表示装置から成る表示装置。
【請求項１９】
画像表示装置には、位置表示手段が取り付けられており、
画像形成装置には、位置表示手段の位置を検出する位置検出手段が備えられており、
位置検出手段による位置表示手段の位置検出結果に基づき、画像形成装置から出射される画像の位置を制御する請求項１８に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、画像表示装置、及び、係る画像表示装置を備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直接、画像（光束）を観察者の網膜に投影することにより画像を表示する、マクスウェル視に基づく網膜投影型ディスプレイ、具体的には、網膜投影型ヘッドマウントディスプレイ（以下、『網膜投影型ＨＭＤ』と略称する場合がある）が周知である。ところで、このような網膜投影型ＨＭＤにおいては瞳孔に光の収束点を位置させる必要があるが、人間の瞳孔径は、明環境で２ｍｍ、暗環境で７ｍｍと、その範囲が非常に狭い。従って、人間の瞳孔に画像（光束）が入射するように画像の位置を厳しく制御する必要がある。また、眼球の動き、網膜投影型ＨＭＤの装着位置ズレ等に起因して画像（光束）が観察者の瞳孔から外れてしまい、画像が正しく観察し続けられないといった問題もある。
【０００３】
網膜投射型ＨＭＤにおいて、画像形成装置と、瞳孔に画像を収束させる接眼レンズとの間の光路上に光を分岐する光分岐素子を配設する技術が開示されている（例えば、米国特許第５７０１１３２号）。この技術にあっては、分岐された光束により観察者の瞳孔に複数の画像を収束させることで、上記の問題を解決している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５７０１１３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の米国特許公報に開示された技術を応用して、画像形成装置と接眼レンズとが分離された形式の、即ち、接眼レンズから遠く離れた所に画像形成装置が配置された形式の網膜投影型ＨＭＤを想定した場合（具体的には、例えば、観察者が手に画像形成装置を装着し、あるいは又、画像形成装置を外部の設備に配設し、接眼レンズを眼鏡として観察者が装着している場合）、画像形成装置と接眼レンズとの間に光分岐素子を配設することが困難である。即ち、光分岐素子を画像形成装置側に配設した場合、光分岐素子と接眼レンズとの間の距離が長くなってしまうといった問題があるし、光分岐素子を接眼レンズ側に配設した場合、眼鏡の外に配設せざるを得ないため、網膜投影型ヘッドマウントディスプレイの小型軽量化が困難であるといった問題がある。
【０００６】
従って、本開示の目的は、小型軽量化を達成し得る構成、構造を有する網膜投影型ＨＭＤといった表示装置、係る表示装置を構成する画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本開示の第１の態様に係る画像表示装置は、
外部（系外）に配置された画像形成装置から出射された画像が入射され、画像を複数の画像に分ける光分岐素子、及び、
光分岐素子によって分けられ、光分岐素子から出射された複数の画像を、観察者の瞳孔に集光する集光素子、
を備えており、
集光素子の焦点距離をＦ0（単位：ｍｍ）、光分岐素子から集光素子までの光学的な距離をＬ0（単位：ｍｍ）としたとき、
Ｌ0＝Ｆ0±１０
を満足する。
【０００８】
上記の目的を達成するための本開示の第２の態様に係る画像表示装置は、
外部（系外）に配置された画像形成装置から出射された画像が入射され、画像を複数の画像に分ける光分岐素子、及び、
光分岐素子によって分けられ、光分岐素子から出射された複数の画像を、観察者の瞳孔に集光する集光素子、
を備えており、
瞳孔中心線の延長線をＺ軸、左右眼球の旋回中心を結ぶ直線をＸ軸、Ｘ軸及びＺ軸と直交する軸をＹ軸としたとき、光分岐素子及び集光素子はＸＹ平面と平行な仮想平面内に配設されている。
【０００９】
上記の目的を達成するための本開示の第３の態様に係る画像表示装置は、
外部（系外）に配置された画像形成装置から出射された画像が入射され、画像を複数の画像に分ける光分岐素子、及び、
光分岐素子によって分けられ、光分岐素子から出射された複数の画像を、観察者の瞳孔に集光する集光素子、
を備えており、
光分岐素子は観察者の耳側に配設され、集光素子は観察者の鼻側に配設されている。
【００１０】
上記の目的を達成するための本開示の表示装置は、画像形成装置及び画像表示装置から成り、画像表示装置は本開示の第１の態様〜第３の態様に係る画像表示装置から構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の第１の態様〜第３の態様に係る画像表示装置あるいは本開示の表示装置を構成する画像表示装置にあっては、光分岐素子及び集光素子が備えられており、光分岐素子によって分けられ、光分岐素子から出射された複数の画像が観察者の瞳孔に集光される（収束される）。従って、観察者は、複数の画像の内の少なくとも１つの画像を確実に認識することができるし、たとえ、観察者の瞳孔に入射する複数の画像が重複したとしても、Ｆ0とＬ0との関係が規定されているので、観察者には１つの画像として認識され得る。それ故、集光素子の位置と観察者の瞳孔の位置とが相対的に変化しても、複数の画像の内の少なくとも１つを観察者の瞳孔に確実に集光（収束）させることができるので、画像（光束）が観察者の瞳孔から外れる可能性を出来る限り低くすることができ、観察者は画像を観察し続けることができる。しかも、Ｆ0とＬ0との関係が規定されているので、小型の画像表示装置を作製することができるし、従来の技術のように画像形成装置と接眼レンズとの間に光分岐素子を配設することが困難であることを解消することができる。また、光分岐素子及び集光素子はＸＹ平面と平行な仮想平面内に配設されているので、あるいは又、光分岐素子は観察者の耳側に配設され、集光素子は観察者の鼻側に配設されているので、表示装置、あるいは、係る表示装置を構成する画像表示装置の小型軽量化を達成することができる。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、実施例１の画像表示装置及び表示装置の概念図、及び、実施例１の画像表示装置の模式的な断面図である。
【図２】図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃは、実施例１の画像表示装置及び表示装置の概念図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、実施例１の画像表示装置の変形例の模式的な断面図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、実施例２の画像表示装置及びその変形例の模式的な断面図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、実施例２の画像表示装置の別の変形例の模式的な断面図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、実施例１の画像表示装置を正面から眺めた模式図、及び、実施例１の画像表示装置をＸＺ平面で切断したときの模式的な断面図である。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、第１構成の画像形成装置及び第２構成の画像形成装置の概念図である。
【図８】図８は、実施例１の画像表示装置を含むフレーム等を正面から眺めた模式図である。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、実施例１の表示装置を室内で使用している状態、及び、座席の背の背面に画像形成装置を配設した模式図である。
【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ、実施例３の表示装置を室内で使用している状態の模式図、及び、実施例３の画像表示装置をＸＺ平面で切断したときの模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、反射型体積ホログラム回折格子の作製方法を説明するための図である。
【図１２】図１２Ａは、反射型体積ホログラム回折格子の一部を拡大して示す模式的な断面図であり、図１２Ｂ及び図１２Ｃは、反射型ブレーズド回折格子、及び、ステップ形状を有する反射型ブレーズド回折格子の模式的な一部断面図（但し、ハッチング線は省略）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の第１の態様〜第３の態様に係る画像表示装置及び本開示の表示装置、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の第１の態様〜第３の態様に係る画像表示装置及び本開示の表示装置）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（実施例１及び実施例２の変形）
５．その他
【００１４】
〈本開示の第１の態様〜第３の態様に係る画像表示装置及び本開示の表示装置、全般に関する説明〉
本開示の第１の態様〜第３の態様に係る画像表示装置及び本開示の表示装置を構成する本開示の第１の態様〜第３の態様に係る画像表示装置において、光分岐素子によって分けられ、光分岐素子から出射された複数の画像を、集光素子は観察者の瞳孔に集光させるが、集光素子の位置と観察者の瞳孔の位置が相対的に固定されたと仮定した状態において、複数の画像の全部が観察者の瞳孔に集光される場合もあるし、複数の画像の一部が観察者の瞳孔に集光される場合もある。但し、集光素子と観察者の瞳孔とがＸＹ平面に沿って相対的に移動したとき、集光素子は、複数の画像の全部を観察者の瞳孔に集光させ得る。
【００１５】
また、本開示の第１の態様に係る画像表示装置及び本開示の表示装置を構成する本開示の第１の態様に係る画像表示装置において、Ｌ0は、例えば光分岐素子が回折格子から構成される場合、画像形成装置の中心から出射された光が、光分岐素子に入射し、光分岐素子から０次の回折光として出射され、集光素子に入射するときのこの光の進路（便宜上、『中心光進路』と呼ぶ）に沿った、光分岐素子から集光素子までの光学距離（具体的には、光分岐素子及び集光素子の対向面間の光学距離）と定義する。光学距離とは、媒質の屈折率を乗じた媒質内の光路の実際の長さを指す。集光素子の焦点上に観察者の瞳孔が位置することが好ましいが、実際の使用に問題が生じないならば、集光素子の焦点から若干ズレた位置に観察者の瞳孔が位置してもよい。
【００１６】
また、本開示の第２の態様に係る画像表示装置及び本開示の表示装置を構成する本開示の第２の態様に係る画像表示装置において、瞳孔中心線［観察者の眼球の瞳孔中心線（目線前方光線）］とは、左右眼球の旋回中心を結ぶ直線（Ｘ軸）の垂直二等分線に平行な各眼球の旋回中心を通る直線である。あるいは又、瞳孔中心線（Pupillary Axis）とは、眼球の入射瞳中心を通り、角膜表面に垂直な直線で定義される。光分岐素子及び集光素子はＸＹ平面と平行な仮想平面内に配設されているが、光分岐素子及び集光素子は、厳密に同一のＸＹ平面と平行な仮想平面に配設されていなくともよい。即ち、光分岐素子は第１のＸＹ平面に配設され、集光素子は第２のＸＹ平面に配設され、第１のＸＹ平面と第２のＸＹ平面との間の距離は、例えば、３０ｍｍ以下であるような場合も、光分岐素子及び集光素子はＸＹ平面と平行な仮想平面内に配設されているとする。また、光分岐素子は第１のＸＹ平面に配設され、集光素子は第２のＸＹ平面に配設され、第１のＸＹ平面が第２のＸＹ平面に対して傾いている場合も、光分岐素子及び集光素子はＸＹ平面と平行な仮想平面内に配設されているとする。
【００１７】
本開示の表示装置において、
画像表示装置には、位置表示手段が取り付けられており、
画像形成装置には、位置表示手段の位置を検出する位置検出手段が備えられており、
位置検出手段による位置表示手段の位置検出結果に基づき、画像形成装置から出射される画像の位置を制御する形態とすることができる。ここで、位置表示手段として、具体的には、再帰性反射マーカーを挙げることができるし、位置検出手段として、赤外線を出射する発光ダイオード、及び、再帰性反射マーカーから戻ってくる赤外線を検出する赤外線センサあるいは赤外線カメラを挙げることができる。赤外線センサあるいは赤外線カメラの赤外線入射側には、赤外線を透過し、可視光を遮断するフィルタ（赤外線透過フィルタ）を配置することが好ましい。そして、位置検出手段によって、再帰性反射マーカーの位置、更には、画像表示装置の位置を検出し、検出結果に基づき画像形成装置から出射される画像の位置を制御すれば、画像形成装置から出射される画像を光分岐素子に確実に到達させることができる。画像形成装置から出射される画像の位置制御の方法として、画像形成装置から出射される画像が入射する可動鏡を配置し、可動鏡によって反射された画像を光分岐素子に入射させる方法を例示することができるが、このような方法に限定するものではない。
【００１８】
本開示の第１の態様〜第３の態様に係る画像表示装置、あるいは、上記の好ましい形態を含む本開示の表示装置を構成する本開示の第１の態様〜第３の態様に係る画像表示装置（以下、これらを総称して、『本開示の画像表示装置等』と呼ぶ）において、光分岐素子に入射する画像を構成する光線は略平行光であり、光分岐素子から出射する複数の画像のそれぞれを構成する光線も略平行光である形態とすることができる。
【００１９】
上記の好ましい形態を含む本開示の画像表示装置等において、光分岐素子によって複数に分けられ、観察者の網膜上において結像する画像は、同じ画像である形態とすることができる。
【００２０】
そして、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の画像表示装置等において、光分岐素子によって分けられた複数の画像は、直接、集光素子に入射する構成とすることができる。光分岐素子と集光素子との間に位置する空間は、空気で占められていてもよいし、基材（例えば、プラスチック材料やガラス）で占められていてもよい。前者の場合、光分岐素子及び集光素子を適切な支持部材に取り付ければよいし、後者の場合、光分岐素子及び集光素子を基材に取り付ければよい。そして、このような構成において、光分岐素子は、反射型回折格子若しくは反射型ホログラム回折格子（具体的には、反射型体積ホログラム回折格子）、又は、透過型回折格子若しくは透過型ホログラム回折格子（具体的には、透過型体積ホログラム回折格子）から成り、集光素子はホログラムレンズから成る構成とすることができる。
【００２１】
あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の画像表示装置等において、光分岐素子によって分けられた複数の画像は、１回以上、反射して、集光素子に入射する構成とすることができる。そして、この場合、光分岐素子は、透過型回折格子若しくは透過型ホログラム回折格子（具体的には、透過型体積ホログラム回折格子）、又は、反射型回折格子若しくは反射型ホログラム回折格子（具体的には、反射型体積ホログラム回折格子）から成り、集光素子はホログラムレンズから成り、光分岐素子を出射した光を集光素子に向けて反射する光反射部材を更に備えている構成とすることができる。光反射部材として、反射型回折格子部材を挙げることができる。そして、この場合、光分岐素子と光反射部材と集光素子との間に位置する空間は、空気で占められていてもよいし、基材（例えば、プラスチック材料やガラス）で占められていてもよい。前者の場合、光分岐素子、光反射部材及び集光素子を適切な支持部材に取り付ければよいし、後者の場合、光分岐素子、光反射部材及び集光素子を基材に取り付ければよい。あるいは又、基材が光反射部材を兼ねている構成とすることもできる。具体的には、光分岐素子及び集光素子を基材に取り付け、光分岐素子によって分けられ、基材の内部を伝播する複数の画像を、基材において、１回以上、全反射させ、集光素子に入射させればよい。尚、「全反射」という用語は、内部全反射、あるいは、基材内部における全反射を意味する。
【００２２】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の画像表示装置等において、光分岐素子によって分けられた複数の画像の観察者の瞳孔上におけるズレ量は２ｍｍ以上、７ｍｍ以下である形態とすることができる。あるいは又、
２（ｍｍ）≦Ｆ0・ｔａｎ（θ）≦７（ｍｍ）
を満足することが好ましい。ここで、光分岐素子によって分けられた画像の内、最も内側に位置する画像（便宜上、『画像−Ａ』と呼ぶ）の中心に位置する光束（『中心光束−Ａ』と呼ぶ）と、中心光進路を対称軸として画像−Ａと対称に最も内側に位置する画像（便宜上、『画像−Ｂ』と呼ぶ）の中心に位置する光束（『中心光束−Ｂ』と呼ぶ）との成す角度を２θとする。
【００２３】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の画像表示装置等にあっては、光分岐素子によって少なくとも２つの画像に分けられる形態とすることができる。観察者を基準として水平方向（Ｘ軸方向）、垂直方向（Ｙ軸方向）としたとき、具体的には、例えば、光分岐素子によって、水平方向に３つの画像に分ける形態、垂直方向に３つの画像に分ける形態、水平方向に３つの画像、垂直方向に３つの画像に十文字に画像を分ける形態（中心光進路を含む１つの画像は重複するので、合計５つの画像に分ける形態）、水平方向に２つの画像、垂直方向に２つの画像に、画像を２×２＝４に分ける形態、水平方向に３つの画像、垂直方向に３つの画像に、画像を３×３＝９に分ける形態を例示することができる。
【００２４】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の画像表示装置等において、上述したとおり、集光素子はホログラムレンズから成る形態とすることができる。ホログラムレンズは、周知の構成、構造とすることができる。ホログラムレンズを基材表面に形成してもよい。集光素子をホログラムレンズから構成することで、画像表示装置を半透過（シースルー）型とすることができ、これによって、集光素子を介して外景を眺めることができる。画像表示装置を半透過（シースルー）型とする必要が無い場合には、集光素子を、例えば、通常のレンズから構成することができる。
【００２５】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の画像表示装置等において、光分岐素子は、回折格子（反射型回折格子あるいは透過型回折格子）から成る形態とすることができる。回折格子は、周知の構成、構造とすることができ、例えば、反射型ブレーズド回折格子（図１２Ｂ参照）、ステップ形状を有する反射型ブレーズド回折格子（図１２Ｃ参照）を例示することができるが、これらの回折格子に限定するものではない。回折格子から出射されるｋ次の回折光（但し、ｋ＝０，±１，±２・・・）に基づき、複数の画像が得られる。回折格子は、格子状のパターンにより回折現象を生じさせる光学素子であり、格子パターンは、例えば、直線状の凹凸がマイクロメートルサイズの周期で平行に並んで構成されており、その周期やパターン厚（凹凸の差厚）等は画像形成装置から出射される光の波長域に基づき、適宜、選択される。回折格子を基材表面に形成してもよい。また、反射型回折格子の光入射面に、誘電体多層膜、金属膜から成る光反射膜を形成してもよい。回折格子は周知の方法で作製することができる。
【００２６】
あるいは又、光分岐素子を、ホログラム回折格子から構成することもできる。即ち、光分岐素子を、透過型体積ホログラム回折格子から構成することもできるし、反射型体積ホログラム回折格子から構成することもできる。
【００２７】
図１２Ａに反射型体積ホログラム回折格子の拡大した模式的な一部断面図を示す。反射型体積ホログラム回折格子には、傾斜角（スラント角）φを有する干渉縞が形成されている。傾斜角φとは、反射型体積ホログラム回折格子の表面と干渉縞の成す角度を指す。干渉縞は、反射型体積ホログラム回折格子の内部から表面に亙り、形成されている。干渉縞は、ブラッグ条件を満たしている。ブラッグ条件とは、以下の式（Ａ）を満足する条件を指す。式（Ａ）中、ｍは正の整数、λは波長、ｄは格子面のピッチ（干渉縞を含む仮想平面の法線方向の間隔）、Θは干渉縞へ入射する角度の余角を意味する。また、入射角ψにて反射型体積ホログラム回折格子に光が侵入した場合の、Θ、傾斜角φ、入射角ψの関係は、式（Ｂ）のとおりである。
【００２８】
ｍ・λ＝２・ｄ・ｓｉｎ（Θ）    （Ａ）
Θ＝９０°−（φ＋ψ）          （Ｂ）
【００２９】
画像を構成する光の入射角ψを一定としたとき、光分岐素子によって分けられ、光分岐素子から出射される複数の画像を得るためには、Θの値を、種々、変える必要がある。Θの値を変えるには、式（Ｂ）から傾斜角φの値を変えればよいし、また、式（Ａ）から格子面のピッチｄの値を変えればよい。云い換えれば、傾斜角φの値及び格子面のピッチｄの値を適切に選択することによって、体積ホログラム回折格子から成る光分岐素子に入射する画像を、光分岐素子によって分け、光分岐素子から複数の画像を出射させることができる。尚、平行光から構成された画像が光分岐素子に入射すると、光分岐素子から出射される画像のそれぞれを構成する光線も平行光となる。
【００３０】
光反射部材を構成する反射型回折格子部材も、ホログラム回折格子、より具体的には、体積ホログラム回折格子から成る形態とすることができる。
【００３１】
体積ホログラム回折格子の構成材料として、フォトポリマー材料を挙げることができる。体積ホログラム回折格子の構成材料や基本的な構造は、従来の体積ホログラム回折格子の構成材料や構造と同じとすればよい。体積ホログラム回折格子には、その内部から表面に亙り干渉縞が形成されているが、係る干渉縞それ自体の形成方法は、従来の形成方法と同じとすればよい。具体的には、図１１に示すように、例えば、体積ホログラム回折格子を構成する部材（例えば、フォトポリマー材料）に対して一方の側の第１の所定の方向から物体光を照射し、同時に、体積ホログラム回折格子を構成する部材に対して他方の側の第２の所定の方向から参照光を照射し、物体光と参照光とによって形成される干渉縞を体積ホログラム回折格子の内部に記録すればよい。図１１に示す例では、フォトポリマー材料に対して参照光を照射するミラーを６０度及び（６０±６度）傾けて、参照光を、合計３回、フォトポリマー材料に照射する。こうして得られた体積ホログラム回折格子にあっては、入射された画像を３つの画像に分けることができる。第１の所定の方向、第２の所定の方向、物体光及び参照光の波長を適切に選択することで、体積ホログラム回折格子の表面における干渉縞の所望のピッチ、干渉縞の所望の傾斜角（スラント角）を得ることができる。干渉縞の傾斜角とは、体積ホログラム回折格子の表面と干渉縞の成す角度を意味する。体積ホログラム回折格子をＰ層の体積ホログラム回折格子層の積層構造から構成する場合、このような体積ホログラム回折格子層の積層は、Ｐ層の体積ホログラム回折格子層をそれぞれ別個に作製した後、Ｐ層の体積ホログラム回折格子層を、例えば、紫外線硬化型接着剤を使用して積層（接着）すればよい。また、粘着性を有するフォトポリマー材料を用いて１層の体積ホログラム回折格子層を作製した後、その上に順次粘着性を有するフォトポリマー材料を貼り付けて体積ホログラム回折格子層を作製することで、Ｐ層の体積ホログラム回折格子層を作製してもよい。このような体積ホログラム回折格子は、屈折率変調型である。作製された体積ホログラム回折格子層に、必要に応じてエネルギー線を照射することで、体積ホログラム回折格子層の物体光及び参照光の照射時に重合せずに残ったフォトポリマー材料中のモノマーを重合させて、定着させてもよい。また、必要に応じて、熱処理を行い、安定化させてもよい。
【００３２】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の画像表示装置にあっては、位置表示手段が取り付けられている形態とすることができるし、この場合、位置表示手段は再帰性反射マーカーから成る形態とすることができる。
【００３３】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の画像表示装置において、画像形成装置は、観察者よりも前方に配置されている形態とすることができる。尚、画像形成装置は、観察者よりも前方に配置されていれば、光分岐素子及び集光素子の仕様に依存するが、観察者の頭部よりも高いところに位置していてもよいし、観察者の頭部と同じレベルに位置していてもよいし、観察者の頭部よりも低いところに位置していてもよいし、観察者に対向して位置していてもよいし、観察者に対して斜めに位置していてもよい。
【００３４】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の画像表示装置等は、観察者の頭部に装着される形態とすることができる。即ち、本開示の画像表示装置等は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ, Head Mounted Display）である形態、より具体的には、マクスウェル視に基づく網膜投影型ＨＭＤである形態とすることができる。
【００３５】
透明なプラスチック材料から基材を構成する場合、プラスチック材料として、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、酢酸セルロース等のセルロースエステル、ポリフッ化ビニリデンあるいはポリテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体等のフッ素ポリマー、ポリオキシメチレン等のポリエーテル、ポリアセタール、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、メチルペンテンポリマー等のポリオレフィン、ポリアミドイミドあるいはポリエーテルイミド等のポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフッ化ビニリデン、テトラアセチルセルロース、ブロム化フェノキシ、ポリアリレート、ポリスルフォン等を挙げることができる。ガラスから基材を構成する場合、ガラスとして、ソーダライムガラス、白板ガラス等の透明なガラスを挙げることができる。基材の外面に、有機／無機混合層から成るハードコート層や、フッ素系樹脂から成る反射防止膜を形成してもよい。支持部材は、金属や合金、プラスチック材料から作製された枠状部材から構成することができるし、後述するフレームから構成することもできる。
【００３６】
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の表示装置において、画像形成装置は、２次元マトリクス状に配列された複数の画素を有する形態とすることができる。このような画像形成装置の構成を、便宜上、『第１構成の画像形成装置』と呼ぶ。
【００３７】
第１構成の画像形成装置として、例えば、反射型空間光変調装置及び光源から構成された画像形成装置；透過型空間光変調装置及び光源から構成された画像形成装置；有機ＥＬ（Electro Luminescence）、無機ＥＬ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ素子等の発光素子から構成された画像形成装置を挙げることができるが、中でも、有機ＥＬ発光素子から構成された画像形成装置（有機ＥＬ表示装置）、反射型空間光変調装置及び光源から構成された画像形成装置とすることが好ましい。空間光変調装置として、ライト・バルブ、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の透過型あるいは反射型の液晶表示装置、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を挙げることができ、光源として発光素子を挙げることができる。更には、反射型空間光変調装置は、液晶表示装置、及び、光源からの光の一部を反射して液晶表示装置へと導き、且つ、液晶表示装置によって反射された光の一部を通過させて光分岐素子へと導く偏光ビームスプリッターから成る構成とすることができる。光源を構成する発光素子として、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子、白色発光素子を挙げることができる。あるいは又、赤色発光素子、緑色発光素子及び青色発光素子から出射された赤色光、緑色光及び青色光をライトパイプを用いて混色、輝度均一化を行うことで白色光を得てもよい。発光素子として、例えば、半導体レーザ素子や固体レーザ、ＬＥＤを例示することができる。画素の数は、画像表示装置に要求される仕様に基づき決定すればよく、画素の数の具体的な値として、３２０×２４０、４３２×２４０、６４０×４８０、１０２４×７６８、１９２０×１０８０等を例示することができる。第１構成の画像形成装置にあっては、レンズ系（後述する）の前方焦点（画像形成装置側の焦点）の位置に絞りが配置されている形態とすることができ、この絞りが、画像形成装置から画像が出射される画像出射部に該当する。
【００３８】
あるいは又、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の表示装置における画像表示装置において、画像形成装置は、光源、及び、光源から出射された光を走査して画像を形成する走査手段を備えている形態とすることができる。このような画像形成装置を、便宜上、『第２構成の画像形成装置』と呼ぶ。
【００３９】
第２構成の画像形成装置における光源として発光素子を挙げることができ、具体的には、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子、白色発光素子を挙げることができるし、あるいは又、赤色発光素子、緑色発光素子及び青色発光素子から出射された赤色光、緑色光及び青色光をライトパイプを用いて混色、輝度均一化を行うことで白色光を得てもよい。発光素子として、例えば、半導体レーザ素子や固体レーザ、ＬＥＤを例示することができる。第２構成の画像形成装置における画素（仮想の画素）の数も、画像表示装置に要求される仕様に基づき決定すればよく、画素（仮想の画素）の数の具体的な値として、３２０×２４０、４３２×２４０、６４０×４８０、１０２４×７６８、１９２０×１０８０等を例示することができる。また、カラーの画像表示を行う場合であって、光源を赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子から構成する場合、例えば、クロスプリズムを用いて色合成を行うことが好ましい。走査手段として、光源から出射された光を水平走査及び垂直走査する、例えば、二次元方向に回転可能なマイクロミラーを有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーやガルバノ・ミラーを挙げることができる。第２構成の画像形成装置にあっては、レンズ系（後述する）の前方焦点（画像形成装置側の焦点）の位置にＭＥＭＳミラーやガルバノ・ミラーが配置されている形態とすることができ、これらのＭＥＭＳミラーやガルバノ・ミラーが、画像形成装置から画像が出射される画像出射部に該当する。
【００４０】
第１構成の画像形成装置あるいは第２構成の画像形成装置において、レンズ系（出射光を平行光とする光学系）にて複数の平行光とされた光を光分岐素子に入射させるが、このように平行光とすることで、画像を光分岐素子によって複数の画像に分けることができるし、観察者の網膜上において結像する画像を同じ画像とすることができる。平行光を生成させるためには、具体的には、上述したとおり、例えば、レンズ系における焦点距離の所（位置）に画像形成装置の光出射部を位置させればよい。レンズ系として、凸レンズ、凹レンズ、自由曲面プリズム、ホログラムレンズを、単独、若しくは、組み合わせた、全体として正の光学的パワーを持つ光学系を例示することができる。レンズ系と光分岐素子との間には、レンズ系から不所望の光が出射されて光分岐素子に入射しないように、開口部を有する遮光部を、レンズ系の近傍に配置してもよい。
【００４１】
本開示の画像表示装置等において、支持部材あるいは基材は、フレームに取り付けられている形態とすることができる。あるいは又、フレームが支持部材を兼ねている形態とすることもできる。あるいは又、支持部材あるいは基材は、例えば、磁石を用いて、あるいは又、鈎状部材を用いて、フレームに着脱自在に取り付けられている形態とすることもできる。フレームは、観察者の正面に配置されるフロント部、フロント部の両端に蝶番を介して回動自在に取り付けられた２つのテンプル部、及び、ノーズパッドを備えている。各テンプル部の先端部にはモダン部が取り付けられている。フレーム（リム部を含む）及びノーズパッドの組立体は、通常の眼鏡と略同じ構造を有する。ノーズパッドも周知の構成、構造とすることができる。また、フロント部と２つのテンプル部とが一体となった構成とすることもできる。即ち、本開示の画像表示装置等の全体を眺めたとき、フレームは、概ね通常の眼鏡と略同じ構造を有する。ノーズパッドを含むフレームを構成する材料は、金属や合金、プラスチック、これらの組合せといった、通常の眼鏡を構成する材料と同じ材料から構成することができる。
【００４２】
観察者に装着される画像表示装置は非常に簡素な構造であり、駆動部が無いため駆動のための電池等が不要であり、画像表示装置の小型軽量化を容易に達成することができる。従来のＨＭＤと異なり、画像形成装置は観察者の頭部に装着されていない。画像形成装置は、外部の設備等に配設されており、あるいは又、観察者の手首等にウエアラブル・デバイスとして装着される。画像形成装置が、外部の設備等に配設されている例として、
（Ａ）車両や航空機の座席の背（背もたれ）の背面に、乗客向けの画像形成装置が取り付けられている例
（Ｂ）劇場等の座席の背（背もたれ）の背面に、観客者向けの画像形成装置が取り付けられている例
（Ｃ）車両や航空機、自動車、オートバイ、自転車等に、運転手等向けの画像形成装置が取り付けられている例
（Ｄ）パーソナルコンピュータにおいて使用されるモニターの代替として使用される例
（Ｅ）金融機関における現金自動預け払い機において使用されるディスプレイやタッチパネルの代替として使用される例
（Ｆ）店舗や事務所において使用されるディスプレイやタッチパネルの代替として使用される例
（Ｇ）携帯電話の画面を拡大して表示する例
（Ｈ）美術館や遊園地等において使用される表示プレート等の代替として使用される例
（Ｉ）喫茶店やカフェ等のテーブルに顧客向けの画像形成装置が取り付けられている例
【００４３】
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の表示装置（以下、これらを総称して、『本開示の表示装置等』と呼ぶ場合がある）にあっては、画像表示装置において画像を表示するための信号（画像表示装置において虚像を形成するための信号）を外部（表示装置の系外）から受け取る形態とすることができる。このような形態にあっては、画像表示装置において表示する画像に関する情報やデータは、例えば、所謂クラウドコンピュータやサーバーに記録、保管、保存されており、画像形成装置が通信手段、例えば、電話回線や光回線、携帯電話機、スマートフォンを備えることによって、あるいは又、画像形成装置と通信手段とを組み合わせることによって、クラウドコンピュータやサーバーと画像形成装置との間での各種情報やデータの授受、交換を行うことができるし、各種情報やデータに基づく信号、即ち、画像表示装置において画像を表示するための信号を受け取ることができる。あるいは又、画像表示装置において画像を表示するための信号は画像形成装置に記憶されている形態とすることができる。画像表示装置において表示される画像には、各種情報や各種データが含まれる。ウエアラブル・デバイスとしての画像形成装置はカメラ（撮像装置）を備えている形態とすることもでき、カメラによって撮像された画像を通信手段を介してクラウドコンピュータやサーバーに送出し、クラウドコンピュータやサーバーにおいてカメラによって撮像された画像に該当する各種情報やデータを検索し、検索された各種情報やデータを通信手段を介して画像形成装置に送出し、検索された各種情報やデータを画像表示装置において画像を表示してもよい。
【００４４】
以上に説明した種々の形態、構成を含む本開示の表示装置等は、例えば、インターネット上の種々のサイトにおける各種情報等の表示、各種装置等の観察対象物の運転、操作、保守、分解時等における各種説明や、記号、符号、印、標章、図案等の表示；人物や物品等の観察対象物に関する各種説明や、記号、符号、印、標章、図案等の表示；動画や静止画の表示；映画等の字幕の表示；映像に同期した映像に関する説明文やクローズド・キャプションの表示；芝居や歌舞伎、能、狂言、オペラ、音楽会、バレー、各種演劇、遊園地（アミューズメントパーク）、美術館、観光地、行楽地、観光案内等における観察対象物に関する各種説明、その内容や進行状況、背景等を説明するための説明文等の表示に用いることができるし、クローズド・キャプションの表示に用いることができる。芝居や歌舞伎、能、狂言、オペラ、音楽会、バレー、各種演劇、遊園地（アミューズメントパーク）、美術館、観光地、行楽地、観光案内等にあっては、適切なタイミングで観察対象物に関連した画像としての文字を画像表示装置において表示すればよい。具体的には、例えば、映画等の進行状況に応じて、あるいは又、芝居等の進行状況に応じて、所定のスケジュール、時間配分に基づき、作業者の操作によって、あるいは、コンピュータ等の制御下、画像制御信号が画像表示装置に送出され、画像が画像表示装置にて表示される。また、各種装置、人物や物品等の観察対象物に関する各種説明の表示を行うが、カメラによって各種装置、人物や物品等の観察対象物を撮影（撮像）し、画像形成装置において撮影（撮像）内容を解析することで、予め作成しておいた各種装置、人物や物品等の観察対象物に関する各種説明の表示を画像表示装置にて行うことができる。
【実施例１】
【００４５】
実施例１は、本開示の第１の態様〜第３の態様に係る画像表示装置、及び、本開示の表示装置に関する。実施例１の画像表示装置及び表示装置の概念図を図１Ａ、図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃに示し、実施例１の画像表示装置の模式的な断面図を図１Ｂに示す。また、実施例１の画像表示装置を正面から眺めた模式図を図６Ａに示し、実施例１の画像表示装置をＸＺ平面で切断したときの模式的な断面図を図６Ｂに示し、第１構成の画像形成装置の概念図を図７Ａに示し、第２構成の画像形成装置の概念図を図７Ｂに示す。更には、実施例１の画像表示装置を含むフレーム等を正面から眺めた模式図を図８に示し、実施例１の表示装置を室内で使用している状態を図９Ａに示し、座席の背（背もたれ）の背面に画像形成装置を配設した模式図を図９Ｂに示す。尚、図１Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂは、画像表示装置の模式的な断面図であり、本来ならばハッチング線を付すべきところであるが、図面の簡素化のため、ハッチング線を省略した。
【００４６】
実施例１の画像表示装置１０は、
外部（系外）に配置された画像形成装置２１から出射された画像が入射され、画像を複数の画像に分ける光分岐素子１１、及び、
光分岐素子１１によって分けられ、光分岐素子１１から出射された複数の画像を、観察者３１の瞳孔３２に集光する（収束させる）集光素子１２、
を備えている。
【００４７】
そして、集光素子１２の焦点距離をＦ0（単位：ｍｍ）、光分岐素子１１から集光素子１２までの光学的な距離をＬ0（単位：ｍｍ）としたとき、
Ｌ0＝Ｆ0±１０
を満足する。焦点距離Ｆ0は、例えば、中心光進路の集光素子１２から観察者３１の瞳孔３２までの光学距離と等しい。即ち、観察者３１の瞳孔３２は、集光素子１２の焦点に位置する。あるいは又、瞳孔中心線の延長線をＺ軸、左右眼球の旋回中心を結ぶ直線をＸ軸、Ｘ軸及びＺ軸と直交する軸をＹ軸としたとき、光分岐素子１１及び集光素子１２はＸＹ平面と平行な仮想平面内に配設されている。あるいは又、光分岐素子１１は観察者３１の耳側に配設され、集光素子１２は観察者３１の鼻側に配設されている。
【００４８】
尚、本開示の第１の態様に係る画像表示装置と本開示の第２の態様に係る画像表示装置を組み合わせてもよいし、本開示の第１の態様に係る画像表示装置と本開示の第３の態様に係る画像表示装置を組み合わせてもよいし、本開示の第２の態様に係る画像表示装置と本開示の第３の態様に係る画像表示装置を組み合わせてもよいし、本開示の第１の態様に係る画像表示装置と本開示の第２の態様に係る画像表示装置と本開示の第３の態様に係る画像表示装置を組み合わせてもよい。
【００４９】
また、実施例１の表示装置は画像形成装置２１及び画像表示装置から成り、画像表示装置は実施例１の画像表示装置１０から構成されている。そして、実施例１の画像表示装置１０は、観察者３１の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、具体的には、マクスウェル視に基づく網膜投影型ＨＭＤである。
【００５０】
実施例１の画像表示装置１０において、光分岐素子１１に入射する画像を構成する光線は平行光であり、光分岐素子１１から出射する複数の画像のそれぞれを構成する光線も平行光である。また、光分岐素子１１によって複数に分けられ、観察者３１の網膜３３上において結像する画像は、同じ画像である。更には、光分岐素子１１によって少なくとも２つの画像に分けられる。図１Ａ、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃにおいて、画像形成装置２１から出射される平行光から構成される画像を矢印「Ｃ」で示す。光分岐素子１１に入射する矢印「Ｃ」で示す画像は、光分岐素子１１から出射されるとき、複数の画像、例えば、３つの画像、即ち、矢印「Ａ」、「Ｃ」、「Ｂ」で示す画像に分けられる（図１Ａ参照）。具体的には、実施例１にあっては、観察者３１を基準として水平方向（Ｘ軸方向）、垂直方向（Ｙ軸方向）としたとき、水平方向に３つの画像に分けられる。矢印「Ｃ」で示される画像は、中心光進路（一点鎖線で示す）を含む光束によって形成される画像である（図２Ａ参照）。光分岐素子１１によって分けられた画像の内、最も外側に位置する画像（矢印「Ａ」で示す画像）の中心に位置する光束（『中心光束−Ａ』と呼び、点線で示す。図２Ｂ参照）と、中心光進路を対称軸として矢印「Ａ」で示す画像と対称に最も外側に位置する画像（矢印「Ｂ」で示す画像）の中心に位置する光束（『中心光束−Ｂ』と呼び、細線で示す。図２Ｃ参照）とが成す角度を２θとする。観察者３１の瞳孔３２に入射する矢印「Ａ」で示す画像、矢印「Ｃ」で示す画像及び矢印「Ｂ」で示す画像は、例えば、光分岐素子１１が反射型回折格子から成る場合、＋１次の回折光、０次の回折光及び−１次の回折光によって形成される平行光から構成される画像である。また、光分岐素子１１が反射型体積ホログラム回折格子から成る場合、傾斜角φの値及び格子面のピッチｄの値を、３種類、適切に選択することによって得られる画像である。尚、図示した例では、光分岐素子１１から出射され、集光素子１２に入射した＋１次の回折光及び−１次の回折光のそれぞれは、集光素子１２から出射されるとき、０次光と略平行光となり、観察者３１の瞳孔３２によって収束（集光）され、観察者３１の網膜３３上に全体として１つの像として結像する。
【００５１】
実施例１においては、Ｌ0＝Ｆ0＝２０ｍｍとした。また、２θ＝１３．６度である。
【００５２】
図２Ａにおいては、中心光進路を含む光束が観察者３１の瞳孔３２の中心に入射する状態を示す。この状態にあっては、観察者３１は、主に、矢印「Ｃ」で示す画像を画像として認識する。図２Ｂにおいては、集光素子１２に対して観察者３１が水平方向、右側に、少し移動した状態を示す。また、図２Ｃにおいては、集光素子１２に対して観察者３１が水平方向、左側に、少し移動した状態を示す。これらの状態にあっては、観察者３１は、主に、矢印「Ａ」あるいは矢印「Ｂ」で示す画像を画像として認識する。このように、観察者３１が水平方向に移動しても、画像形成装置から出射された画像を適切に眺め続けることができる。然るに、もしも、光分岐素子１１によって、３つの画像、即ち、矢印「Ａ」、「Ｃ」、「Ｂ」で示す画像に分けられない場合、集光素子１２に対して観察者３１の瞳孔３２が相対的に移動してしまうと、図２Ｂあるいは図２Ｃに示すように、矢印「Ｃ」で示す画像を観察者３１は画像として認識するが、この画像は、最適な画像とは云い難いし、場合によっては、画像を認識できなくなる。
【００５３】
図１Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂに示す実施例１の画像表示装置１０にあっては、基材１３の画像入射側の面を第１面１３Ａ、第１面１３Ａと対向する面を第２面１３Ｂとしたとき、第２面１３Ｂに光分岐素子１１を配設し、第１面１３Ａに集光素子１２を配設する。ここで、第２面１３Ｂは第１のＸＹ平面に該当し、第１面１３Ａは第２のＸＹ平面に該当する。第１のＸＹ平面と第２のＸＹ平面との間の距離（基板１３の厚さ）は、例えば、３０ｍｍ以下、例えば、１ｍｍ乃至３０ｍｍである。光分岐素子１１によって分けられた複数の画像は、直接、集光素子１２に入射する。光分岐素子１１と集光素子１２との間に位置する空間は、空気で占められていてもよいが、図示した例では、基材１３（例えば、プラスチック材料やガラス）で占められている。光分岐素子１１は、反射型回折格子若しくは反射型ホログラム回折格子（具体的には、反射型体積ホログラム回折格子）、又は、透過型回折格子若しくは透過型ホログラム回折格子（具体的には、透過型体積ホログラム回折格子）から成る。実施例１においては、より具体的には、反射型回折格子又は反射型体積ホログラム回折格子から成る。また、集光素子１２はホログラムレンズから成る。画像表示装置１０は半透過（シースルー）型であり、集光素子１２を介して外景を眺めることができる。光分岐素子１１によって分けられた複数の画像の観察者３１の瞳孔３２上におけるズレ量は２ｍｍ以上、７ｍｍ以下である。あるいは又、
２（ｍｍ）≦Ｆ0・ｔａｎ（θ）≦７（ｍｍ）    （１）
を満足する。
Ｆ0＝２０ｍｍ
２θ＝１３．６度
としたので、
Ｆ0・ｔａｎ（θ）＝２．４ｍｍ
である。図１Ａに「Ｒ」で示す人間の瞳孔径は、明環境で２ｍｍ、暗環境で７ｍｍである。従って、光分岐素子１１によって分けられた複数の画像の観察者３１の瞳孔３２上におけるズレ量を２ｍｍ以上、７ｍｍ以下とすることで、あるいは又、式（１）を満足することで、観察者３１の瞳孔３２に画像（光束）を確実に入射させることができる。
【００５４】
実施例１において、図７Ａに概念図を示すように、画像形成装置１１０は、第１構成の画像形成装置であり、２次元マトリクス状に配列された複数の画素を有する。具体的には、画像形成装置１１０は、有機ＥＬ表示装置１１１から成る。有機ＥＬ表示装置１１１から出射され画像は、レンズ系を構成する第１の凸レンズ１１３Ａを通過し、更に、レンズ系を構成する第２の凸レンズ１１３Ｂを通過し、平行光となって、光分岐素子１１へと向かう。第１の凸レンズ１１３Ａの後方焦点ｆ1Bに、第２の凸レンズ１１３Ｂの前方焦点ｆ2Fが位置する。また、第１の凸レンズ１１３Ａの後方焦点ｆ1B（第２の凸レンズ１１３Ｂの前方焦点ｆ2F）の位置に、絞り１１４が配置されている。絞り１１４は画像出射部に該当する。画像形成装置１１０の全体は、筐体１１５内に納められている。有機ＥＬ表示装置１１１は、２次元マトリクス状に配列された複数（例えば、６４０×４８０個）の画素（有機ＥＬ素子）を備えている。
【００５５】
あるいは又、図７Ｂに概念図を示すように、画像形成装置２１０は、第２構成の画像形成装置であり、光源２１１、光源２１１から出射された平行光を走査する走査手段２１２、及び、光源２１１から出射された光を平行光とするレンズ系２１３から構成されている。画像形成装置２１０全体が筐体２１５内に納められており、係る筐体２１５には開口部（図示せず）が設けられており、開口部を介してレンズ系２１３から光が光分岐素子１１へと出射される。光源２１１は、例えば、半導体レーザ素子から構成されている。光源２１１から出射された光は、図示しないレンズによって平行光とされ、マイクロミラーを二次元方向に回転自在とし、入射した平行光を２次元的に走査することができるＭＥＭＳミラーから成る走査手段２１２によって水平走査及び垂直走査が行われ、一種の２次元画像化され、仮想の画素（画素数は、例えば、画像形成装置１１０と同じとすることができる）が生成される。そして、仮想の画素（画像出射部に該当する走査手段２１２）からの光は、正の光学的パワーを持つレンズ系２１３を通過し、平行光とされた光束が光分岐素子１１に入射する。
【００５６】
画像表示装置１０を含むフレーム４０等を正面から眺めた模式図を図８に示すように、フレーム４０は、観察者３１の正面に配置されるフロント部４１と、フロント部４１の両端に蝶番４２を介して回動自在に取り付けられた２つのテンプル部４３と、各テンプル部４３の先端部に取り付けられたモダン部（先セル、耳あて、イヤーパッドとも呼ばれる）４４から成る。また、ノーズパッド（図示せず）が取り付けられている。即ち、フレーム４０及びノーズパッドの組立体は、基本的には、通常の眼鏡と略同じ構造を有する。フレーム４０は、金属又はプラスチックから作製されている。フロント部４１に備えられたリム部４１’に基材１３を嵌め込むことができる（図６Ｂ参照）。尚、光分岐素子１１及び集光素子１２を適切な支持部材に取り付け、支持部材をリム部４１’に嵌め込んでもよい。
【００５７】
実施例１の表示装置の一使用例を図９Ａに示すが、図９Ａは、実施例１の表示装置を室内で使用している状態の模式図である。部屋５０の壁面５１に画像形成装置２１が配設されている。観察者が部屋５０の所定の位置に立つと、画像形成装置２１からの画像が、画像表示装置１０を構成する光分岐素子１１に到達し、観察者は集光素子１２を介してこの画像を見ることができる。
【００５８】
あるいは又、実施例１の表示装置の別の一使用例を図９Ｂに示すが、実施例１の表示装置を構成する画像形成装置２１を座席５２の背（背もたれ）の背面に配設して使用している状態の模式図である。観察者が後ろ側の座席５２に着席すると、前側の座席５２の背の背面に配設された画像形成装置２１から、観察者が装着した画像表示装置１０に向けて、画像が出射され、画像表示装置１０を構成する光分岐素子１１に到達し、観察者は集光素子１２を介してこの画像を見ることができる。より具体的には、車両や航空機の座席の背（背もたれ）の背面に、乗客向けの画像形成装置が取り付けられている例や、劇場等の座席の背（背もたれ）の背面に、観客者向けの画像形成装置が取り付けられている例を挙げることができる。
【００５９】
以上のとおり、実施例１の画像表示装置あるいは本開示の表示装置を構成する画像表示装置にあっては、光分岐素子及び集光素子が備えられており、光分岐素子によって分けられ、光分岐素子から出射された複数の画像を観察者の瞳孔に集光（収束）する。従って、複数の画像の内の少なくとも１つの画像が観察者に確実に認識されるし、たとえ、観察者の瞳孔に入射する複数の画像が重複したとしても観察者には１つの画像として認識される。それ故、観察者の瞳孔の位置が変化しても、複数の画像の内の少なくとも１つを観察者の瞳孔に確実に集光（収束）させることができるので、画像（光束）が観察者の瞳孔から外れる可能性を出来る限り低くすることができ、観察者は画像を観察し続けることができる。そして、そして、Ｆ0とＬ0との関係が規定されているので、あるいは又、光分岐素子及び集光素子はＸＹ平面と平行な仮想平面内に配設されているので、あるいは又、光分岐素子は観察者の耳側に配設され、集光素子は観察者の鼻側に配設されているので、表示装置、あるいは、係る表示装置を構成する画像表示装置の小型軽量化を達成することができる。
【００６０】
図１Ｂに示した例では、第２面１３Ｂに光分岐素子１１を配設し、第１面に集光素子１２を配設したが、図３Ａに示すように、基材１３の第２面１３Ｂに斜面１３Ｃを形成し、この斜面１３Ｃの上に、反射型回折格子あるいは反射型体積ホログラム回折格子から成る光分岐素子１１を配設してもよい。即ち、光分岐素子１１は第１のＸＹ平面（第２面１３Ｃ）に配設され、集光素子１２は第２のＸＹ平面（第１面１３Ａ）に配設され、第１のＸＹ平面１３Ｃは第２のＸＹ平面１３Ａに対して傾いている。また、図３Ｂに示すように、透過型回折格子又は透過型体積ホログラム回折格子から成る光分岐素子１１を第１面１３Ａ（第１のＸＹ平面）に配設し、ホログラムレンズから成る集光素子１２を第２面（第２のＸＹ平面）に配設してもよい。
【実施例２】
【００６１】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２の画像表示装置及びその変形例の模式的な断面図を、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂに示す。
【００６２】
実施例２の画像表示装置１０において、光分岐素子１１によって分けられた複数の画像は、１回以上、反射して、集光素子１２に入射する。具体的には、光分岐素子１１は、透過型回折格子若しくは透過型ホログラム回折格子、又は、反射型回折格子若しくは反射型ホログラム回折格子から成り、集光素子１２はホログラムレンズから成り、光分岐素子１１を出射した光を集光素子１２に向けて反射する光反射部材を更に備えている。
【００６３】
図４Ａに示す例において、光分岐素子１１は透過型回折格子あるいは透過型体積ホログラム回折格子から成り、集光素子１２はホログラムレンズから成り、光分岐素子１１を出射した光を集光素子１２に向けて反射する光反射部材１４は反射型回折格子部材（より具体的には、反射型体積ホログラム回折格子）から成る。光分岐素子１１と光反射部材１４と集光素子１２との間に位置する空間は、空気で占められていてもよいが、図４Ａに示す例では、基材１３（例えば、プラスチック材料やガラス）で占められている。光分岐素子１１及び集光素子１２は基材１３の第１面１３Ａ（ＸＹ平面と平行な仮想平面）に配設され、光反射部材１４は基材１３の第２面１３Ｂに配設されている。画像形成装置２１からの平行光から構成された画像は、光分岐素子１１に入射し、それぞれが平行光から構成された複数の画像に分けられ、光反射部材１４に入射し、光反射部材１４によって反射され、集光素子１２に入射し、集光素子１２から出射して、観察者３１の瞳孔３２に集光される。
【００６４】
図４Ｂに示す例において、光分岐素子１１は透過型回折格子あるいは透過型体積ホログラム回折格子から成り、集光素子１２はホログラムレンズから成り、光分岐素子１１を出射した光を集光素子１２に向けて反射する光反射部材は基材１３から構成されている。光分岐素子１１は基材１３の第１面１３Ａ（第１のＸＹ平面）に配設されており、集光素子１２は基材１３の第２面１３Ｂ（第２のＸＹ平面）に配設されている。画像形成装置２１からの平行光から構成された画像は、光分岐素子１１に入射し、それぞれが平行光から構成された複数の画像に分けられ、基材１３内を伝播し、基材１３において、２回、全反射し、集光素子１２に入射し、集光素子１２から出射して、観察者３１の瞳孔３２に集光される。
【００６５】
図５Ａに示す例において、基材１３の第２面１３Ｂには斜面１３Ｃ（第１のＸＹ平面）が形成されており、この斜面１３Ｃの上に、反射型回折格子あるいは反射型体積ホログラム回折格子から成る光分岐素子１１が配設されている。光分岐素子１１を出射した光を集光素子１２に向けて反射する光反射部材は基材１３から構成されている。集光素子１２は基材１３の第１面１３Ａ（第２のＸＹ平面）に配設されている。画像形成装置２１からの平行光から構成された画像は、光分岐素子１１に入射し、それぞれが平行光から構成された複数の画像に分けられ、基材１３内を伝播し、基材１３において、１回、全反射し、集光素子１２に入射し、集光素子１２から出射して、観察者３１の瞳孔３２に集光される。尚、平坦な第２面１３Ｂ（第１のＸＹ平面）に、反射型回折格子あるいは反射型体積ホログラム回折格子から成る光分岐素子１１を配設してもよい。
【００６６】
図５Ｂに示す例においては、２つの光分岐素子１１Ａ，１１Ｂが、基材１３の第１面１３Ａ（第１のＸＹ平面）及び第２面１３Ｂ（別の第１のＸＹ平面）に配設されている。具体的には、透過型回折格子あるいは透過型体積ホログラム回折格子から成る第１の光分岐素子１１Ａが基材１３の第１面１３Ａ（第１のＸＹ平面）に配設され、反射型回折格子あるいは反射型体積ホログラム回折格子から成る第２の光分岐素子１１Ｂが基材１３の第２面１３Ｂ（別の第１のＸＹ平面）に配設されている。基材１３の第１面１３Ａ（第１のＸＹ平面）に配設された集光素子１２はホログラムレンズから成り、光分岐素子１１を出射した光を集光素子１２に向けて反射する光反射部材は基材１３から構成されている。画像形成装置２１からの平行光から構成された画像は、第１の光分岐素子１１Ａに入射し、それぞれが平行光から構成された複数の画像（図５Ｂに示す例では２つの画像）に分けられ、複数の画像の内の一部の画像（図５Ｂに示す例では１つの画像）は、基材１３を伝播し、基材１３の第２面１３Ｂにおいて全反射し、集光素子１２に入射し、集光素子１２から出射して、観察者３１の瞳孔３２に集光される。また、複数の画像の残り（図５Ｂに示す例では残りの１つの画像）は、第２の光分岐素子１１Ｂによってそれぞれが平行光から構成された複数の画像（図５Ｂに示す例では２つの画像）に分けられ、反射され、あるいは又、１つの画像の場合、第２の光分岐素子１１Ｂによって反射され、集光素子１２に入射し、集光素子１２から出射して、観察者３１の瞳孔３２に集光される。
【００６７】
以上の点を除き、実施例２の画像表示装置あるいは表示装置の構成、構造は、実施例１の画像表示装置あるいは表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【実施例３】
【００６８】
実施例３は、実施例１〜実施例２の変形である。実施例３の表示装置の一使用例を図１０Ａに示す。即ち、図１０Ａは、実施例３の表示装置を室内で使用している状態の模式図である。部屋５０の壁面５１に画像形成装置２１が配設されている。観察者が部屋５０の所定の位置に立つと、画像形成装置２１からの画像が、画像表示装置１０を構成する光分岐素子１１に到達し、観察者は集光素子１２を介してこの画像を見ることができる。
【００６９】
実施例３の画像表示装置をＸＺ平面で切断したときの模式的な断面図を図１０Ｂに示すように、画像表示装置１０には、位置表示手段６０が取り付けられている。ここで、位置表示手段６０は再帰性反射マーカーから成る。
【００７０】
また、実施例３の表示装置において、画像表示装置１０には、位置表示手段６０が取り付けられており、画像形成装置２１には、位置表示手段６０の位置を検出する位置検出手段が備えられている。そして、位置検出手段による位置表示手段６０の位置検出結果に基づき、画像形成装置２１から出射される画像の位置を制御する。位置検出手段として、赤外線を出射する発光ダイオード６１、及び、再帰性反射マーカー６０から戻ってくる赤外線を検出する赤外線センサあるいは赤外線カメラ６２を挙げることができる。赤外線センサあるいは赤外線カメラ６２の赤外線入射側には赤外線を透過し、可視光を遮断するフィルタ（赤外線透過フィルタ）を配置することが好ましい。画像形成装置２１から出射される画像の位置制御の方法として、画像形成装置２１から出射される画像が入射する可動鏡（図示せず）を配置し、３軸に対して可動な可動鏡によって反射された画像を光分岐素子１１に入射させる方法を例示することができる。このように、位置検出手段によって、再帰性反射マーカー６０の位置、更には、画像表示装置１０の位置を検出し、検出結果に基づき画像形成装置２１から出射される画像の位置を制御することで、画像形成装置２１から出射される画像を光分岐素子１１に確実に到達させることができる。
【００７１】
以上の点を除き、実施例３の画像表示装置あるいは表示装置の構成、構造は、実施例１〜実施例２の画像表示装置あるいは表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００７２】
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した表示装置（頭部装着型ディスプレイ）、画像表示装置、画像形成装置の構成、構造は例示であり、適宜変更することができる。光分岐素子によって分けられる画像として、その他、垂直方向に３つの画像に分ける形態、水平方向に３つの画像、垂直方向に３つの画像に十文字に画像を分ける形態（中心光進路を含む１つの画像は重複するので、合計５つの画像に分ける形態）、水平方向に２つの画像、垂直方向に２つの画像に、画像を２×２＝４に分ける形態、水平方向に３つの画像、垂直方向に３つの画像に、画像を３×３＝９に分ける形態を例示することができる。
【００７３】
表示装置は複数の画像形成装置を備えていてもよい。即ち、表示装置は、画像を出射する位置の異なる画像形成装置を、複数、備えており、これらの複数の画像形成装置から同じ画像を射出し、１つの画像表示装置でこれらの複数の画像の内の１つの画像を受け取る構成とすることもできる。そして、これによって、画像形成装置と観察者の相対的な位置関係の自由度を高くすることができる。即ち、例えば、観察者が所定の位置に位置すると、画像形成装置からの画像が、画像表示装置を構成する光分岐素子に到達し、観察者は集光素子を介してこの画像を見ることができるが、この所定の位置の拡大を図ることができる。
【００７４】
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《画像表示装置：第１の態様》
外部に配置された画像形成装置から出射された画像が入射され、画像を複数の画像に分ける光分岐素子、及び、
光分岐素子によって分けられ、光分岐素子から出射された複数の画像を、観察者の瞳孔に集光する集光素子、
を備えており、
集光素子の焦点距離をＦ0（単位：ｍｍ）、光分岐素子から集光素子までの光学的な距離をＬ0（単位：ｍｍ）としたとき、
Ｌ0＝Ｆ0±１０
を満足する画像表示装置。
［Ａ０２］《画像表示装置：第２の態様》
外部に配置された画像形成装置から出射された画像が入射され、画像を複数の画像に分ける光分岐素子、及び、
光分岐素子によって分けられ、光分岐素子から出射された複数の画像を、観察者の瞳孔に集光する集光素子、
を備えており、
瞳孔中心線の延長線をＺ軸、左右眼球の旋回中心を結ぶ直線をＸ軸、Ｘ軸及びＺ軸と直交する軸をＹ軸としたとき、光分岐素子及び集光素子はＸＹ平面と平行な仮想平面内に配設されている画像表示装置。
［Ａ０３］  集光素子の焦点距離をＦ0（単位：ｍｍ）、光分岐素子から集光素子までの光学的な距離をＬ0（単位：ｍｍ）としたとき、
Ｌ0＝Ｆ0±１０
を満足する［Ａ０２］に記載の画像表示装置。
［Ａ０４］《画像表示装置：第３の態様》
外部に配置された画像形成装置から出射された画像が入射され、画像を複数の画像に分ける光分岐素子、及び、
光分岐素子によって分けられ、光分岐素子から出射された複数の画像を、観察者の瞳孔に集光する集光素子、
を備えており、
光分岐素子は観察者の耳側に配設され、集光素子は観察者の鼻側に配設されている画像表示装置。
［Ａ０５］  集光素子の焦点距離をＦ0（単位：ｍｍ）、光分岐素子から集光素子までの光学的な距離をＬ0（単位：ｍｍ）としたとき、
Ｌ0＝Ｆ0±１０
を満足する［Ａ０４］に記載の画像表示装置。
［Ａ０６］瞳孔中心線の延長線をＺ軸、左右眼球の旋回中心を結ぶ直線をＸ軸、Ｘ軸及びＺ軸と直交する軸をＹ軸としたとき、光分岐素子及び集光素子はＸＹ平面と平行な仮想平面内に配設されている［Ａ０４］又は［Ａ０５］に記載の画像表示装置。
［Ａ０７］光分岐素子に入射する画像を構成する光線は平行光であり、光分岐素子から出射する複数の画像のそれぞれを構成する光線も平行光である［Ａ０１］乃至［Ａ０６］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ０８］光分岐素子によって複数に分けられ、観察者の網膜上において結像する画像は、同じ画像である［Ａ０１］乃至［Ａ０７］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ０９］光分岐素子によって分けられた複数の画像は、直接、集光素子に入射する［Ａ０１］乃至［Ａ０８］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ１０］光分岐素子は、反射型回折格子若しくは反射型ホログラム回折格子、又は、透過型回折格子若しくは透過型ホログラム回折格子から成り、
集光素子はホログラムレンズから成る［Ａ０９］に記載の画像表示装置。
［Ａ１１］光分岐素子によって分けられた複数の画像は、１回以上、反射して、集光素子に入射する［Ａ０１］乃至［Ａ０９］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ１２］光分岐素子は、透過型回折格子若しくは透過型ホログラム回折格子、又は、反射型回折格子若しくは反射型ホログラム回折格子から成り、
集光素子はホログラムレンズから成り、
光分岐素子を出射した光を集光素子に向けて反射する光反射部材を更に備えている［Ａ１１］に記載の画像表示装置。
［Ａ１３］光分岐素子によって分けられた複数の画像の観察者の瞳孔上におけるズレ量は２ｍｍ以上、７ｍｍ以下である［Ａ０１］乃至［Ａ１２］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ１４］光分岐素子によって少なくとも２つの画像に分けられる［Ａ０１］乃至［Ａ１３］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ１５］集光素子はホログラムレンズから成る［Ａ０１］乃至［Ａ１４］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ１６］光分岐素子は、回折格子又は体積ホログラム回折格子から成る［Ａ０１］乃至［Ａ１５］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ１７］位置表示手段が取り付けられている［Ａ０１］乃至［Ａ１６］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ１８］位置表示手段は再帰性反射マーカーから成る［Ａ１７］に記載の画像表示装置。
［Ａ１９］画像形成装置は、観察者よりも前方に配置されている［Ａ０１］乃至［Ａ１８］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ２０］観察者の頭部に装着される［Ａ０１］乃至［Ａ１９］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ｂ０１］《表示装置》
画像形成装置及び画像表示装置から成り、
画像表示装置は、［Ａ０１］乃至［Ａ２０］のいずれか１項に記載の画像表示装置から成る表示装置。
［Ｂ０２］画像表示装置には、位置表示手段が取り付けられており、
画像形成装置には、位置表示手段の位置を検出する位置検出手段が備えられており、
位置検出手段による位置表示手段の位置検出結果に基づき、画像形成装置から出射される画像の位置を制御する［Ｂ０１］に記載の表示装置。
【符号の説明】
【００７５】
１０・・・画像表示装置、１１，１１Ａ，１１Ｂ・・・光分岐素子、１２・・・集光素子、１３・・・基材、１３Ａ・・・基材の第１面、１３Ｂ・・・基材の第２面、１３Ｃ・・・基材の斜面、１４・・・光反射部材、２１・・・画像形成装置、３１・・・観察者、３２・・・瞳孔、３３・・・網膜、４０・・・フレーム、４１・・・フロント部、４１’・・・リム部、４２・・・蝶番、４３・・・テンプル部、４４・・・モダン部、５０・・・部屋、５１・・・壁面、５２・・・座席、６０・・・位置表示手段（再帰性反射マーカー）、６１・・・発光ダイオード、６２・・・赤外線センサあるいは赤外線カメラ、１１０・・・画像形成装置、１１１・・・有機ＥＬ表示装置、１１３Ａ・・・第１の凸レンズ、１１３Ｂ・・・第２の凸レンズ、１１４・・・絞り、１１５・・・筐体、２１０・・・画像形成装置、２１１・・・光源、２１２・・・走査手段、２１３・・・レンズ系、２１５・・・筐体
【図１】
2019113794.tif 000003
【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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