(57)【要約】【課題】見易い表示装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、画像表示部と、投影部と、集光部と、光制御部と、を含む表示装置が提供される。前記画像表示部は、画像情報を含む光を出射する。前記投影部は、前記光を投影する。前記集光部は、前記光の光路上において前記画像表示部と前記投影部との間に設けられ、前記光を集光する。前記光制御部は、前記光路上において前記集光部と前記投影部との間に設けられ、第１面を有する。前記光制御部は、前記第１面の第１領域に入射した前記集光された光の第１部分を前記投影部へ向けて進行させる第１動作と、前記第１面の第２領域に入射した前記集光された光の第２部分を前記投影部へ向けて進行させる第２動作と、を実施可能である。前記第１領域は、前記第２領域の形状とは異なる形状、及び、前記第２領域の面積とは異なる面積の少なくともいずれかを有する。【選択図】図１
2015138051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像情報を含む光を出射する画像表示部と、
前記光を投影する投影部と、
前記光の光路上において前記画像表示部と前記投影部との間に設けられ、前記光を集光する集光部と、
前記光路上において前記集光部と前記投影部との間に設けられ、第１面を有する光制御部と、
を備えた表示装置であって、
前記光制御部は、
前記第１面の第１領域に入射した前記集光された光の第１部分を前記投影部へ向けて進行させる第１動作と、
前記第１面の第２領域に入射した前記集光された光の第２部分を前記投影部へ向けて進行させる第２動作と、
を実施可能であり、
前記第１領域は、前記第２領域の形状とは異なる形状、及び、前記第２領域の面積とは異なる面積の少なくともいずれかを有する表示装置。
【請求項２】
前記集光部は、前記画像情報を含む前記光を集光点に向けて集光し、
前記光制御部は、前記集光点に対応した位置に設けられる請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記投影部は、前記第１部分の少なくとも一部を前記集光点の光学的共役点に向けて集光する請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記光制御部は、複数の光学素子を含み、
前記複数の光学素子のそれぞれは、
前記複数の光学素子のそれぞれに入射した前記集光された光の一部を前記投影部へ向けて進行させる第１素子動作と、
前記一部を前記投影部へ向けて進行させない第２素子動作と、
を実施する請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項５】
前記複数の光学素子のそれぞれは、前記第１面と平行な面内において並ぶ請求項４記載の表示装置。
【請求項６】
前記光制御部は、前記第１部分を前記第１領域で反射または透過して前記投影部へ向けて進行させる請求項１〜５のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項７】
前記第１部分における光束の密度は、前記第２部分における光束の密度とは異なる請求項１〜６のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項８】
前記投影部は、第１投影レンズと、第２投影レンズと、を含み、
前記第１投影レンズは、前記光路上において前記第２投影レンズと前記光制御部との間に配置される請求項１〜７のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項９】
前記投影部は、第３投影レンズをさらに含み、
前記第３投影レンズは、前記光路上において前記第１投影レンズと前記第２投影レンズとの間に配置される請求項８記載の表示装置。
【請求項１０】
第１検出部をさらに備え、
前記第１検出部は、前記画像の観視者の眼の位置を検出する請求項１〜９のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１１】
前記光制御部は、前記第１検出部が検出した前記眼の前記位置に応じて、前記第１動作及び前記第２動作の少なくともいずれかを実施する請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
前記第１領域の面積は、前記第２領域の面積よりも広く、
前記光制御部は、前記第１検出部による前記眼の検出の前に前記第１動作を実施し、前記検出の後に前記第２動作を実施する請求項１０または１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
第２検出部をさらに備え、
前記第２検出部は、前記第２検出部の周囲の明るさを検知する請求項１〜１２記載の表示装置。
【請求項１４】
前記光制御部は、前記周囲の前記明るさに対する、前記画像表示部から出射される前記光の明るさの比に応じて、前記第１動作及び前記第２動作の少なくともいずれかを実施する請求項１３記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、マックスウェル視を用いて、網膜に映像を直接投影する表示装置がある。このような表示装置として、例えば、光路中にピンホールを設けたピンホール光学系が用いられる。このような光学系においては、画像が見える領域（観視域）が非常に狭い。観視者が像を見易い表示装置が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、見易い表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、画像表示部と、投影部と、集光部と、光制御部と、を含む表示装置が提供される。前記画像表示部は、画像情報を含む光を出射する。前記投影部は、前記光を投影する。前記集光部は、前記光の光路上において前記画像表示部と前記投影部との間に設けられ、前記光を集光する。前記光制御部は、前記光路上において前記集光部と前記投影部との間に設けられ、第１面を有する。前記光制御部は、前記第１面の第１領域に入射した前記集光された光の第１部分を前記投影部へ向けて進行させる第１動作と、前記第１面の第２領域に入射した前記集光された光の第２部分を前記投影部へ向けて進行させる第２動作と、を実施可能である。前記第１領域は、前記第２領域の形状とは異なる形状、及び、前記第２領域の面積とは異なる面積の少なくともいずれかを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る表示装置を示す模式図である。
【図２】表示装置を示す模式図である。
【図３】第１の実施形態に係る表示装置を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｆ）は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図５】第１の実施形態に係る表示装置を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１の実施形態に係る表示装置を示す模式図である。
【図７】第１の実施形態に係る表示装置を示す模式図である。
【図８】第１の実施形態に係る表示装置を示す模式的斜視図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｄ）は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を示す模式図である。
【図１３】第２の実施形態に係る表示装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る表示装置を例示する模式図である。  
実施形態に係る表示装置１００は、マックスウェル視を用いて、画像を表示する表示装置である。
【０００９】
図１に表したように、表示装置１００は、画像表示部１０と、集光部２０と、投影部３０と、光制御部４０と、を含む。  
この例では、画像表示部１０は、光源１１と、光源集光レンズ１２と、ＬＣＤパネル１３と、を含む。光源１１から出射された光の少なくとも一部は、光源集光レンズ１２に入射する。光源集光レンズ１２に入射した光の少なくとも一部は、ＬＣＤパネル１３に入射する。光がＬＣＤパネル１３を通過する。これにより、画像情報を含む光が生成される。画像表示部１０は、画像情報を含む光を出射する。
【００１０】
画像情報を含む光の光路上において、画像表示部１０と、投影部３０と、の間に集光部２０が設けられる。画像情報を含む光の光路上において、集光部２０と、投影部３０との間に光制御部４０が設けられる。
【００１１】
生成された画像情報を含む光は、集光部２０に入射する。集光部２０は、画像情報を含む光を集光する。集光部２０には、例えば、凸レンズが用いられる。集光部２０は、集光部２０に入射した光を、例えば、凸レンズの焦点２０ｆ（集光点）に向けて集光する。
【００１２】
焦点２０ｆに向けて集光された光は、光制御部４０に入射する。光制御部４０は、例えば、第１面４０ａを有する。光制御部４０は、第１面４０ａに入射した光の一部を投影部３０へ向けて進行させる。光制御部４０は、例えば、光制御部４０に入射した光を、選択的に、反射または透過させる。この例では、光制御部４０は、例えば、光制御部４０に入射した光の一部を反射させる。
【００１３】
光制御部４０は、例えば、複数の光学素子４２を含む。複数の光学素子４２のそれぞれは、例えば、第１面４０ａに設けられる。複数の光学素子４２は、第１面４０ａに対して平行な面内において並ぶ。すなわち、複数の光学素子４２は、第１面４０ａに対して平行な面内にアレイ状に配置されている。例えば、複数の光学素子４２のそれぞれに、集光部２０によって集光された光の一部が入射する。
【００１４】
複数の光学素子４２のそれぞれには、例えば、光スイッチが設けられている。例えば、光スイッチがオンの状態において、複数の光学素子４２のそれぞれは、複数の光学素子４２のそれぞれに入射した光を投影部３０へ向けて進行させる第１素子動作を実施する。例えば、光スイッチがオフの状態において、複数の光学素子のそれぞれは、複数の光学素子のそれぞれに入射した光を投影部へ向けて進行させない第２素子動作を実施する。
【００１５】
光学素子４２は、例えばミラーである。光制御部４０は、例えば、マルチミラーアレイである。光スイッチをオンにすることで、光学素子４２は、入射した光を投影部３０へ向けて反射させる。光スイッチをオフにすることで、光学素子４２は、入射した光を投影部３０へ向けて反射させない。
【００１６】
光制御部４０は、例えば、開口絞りとして用いられる。光制御部４０によって、光の絞り（開口状態）を調整する。複数の光学素子のそれぞれにおいて、光スイッチの状態（オンまたはオフ）を切り換える。これにより、開口絞りの大きさ、数及び位置などを調整しても良い。光制御部４０には、例えば、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）などを用いたマトリクスアドレッサが用いられる。
【００１７】
光制御部４０に入射した光の少なくとも一部は、投影部３０に入射する。投影部３０は、焦点２０ｆの光学的共役点３０ｆに向けて光を集光する。これにより、投影部３０は、画像を投影する。この例では、投影部３０には、第１投影レンズ３１と、第２投影レンズ３２と、が設けられる。光の光路上において、第２投影レンズ３２と、光制御部４０と、の間に第１投影レンズ３１が設けられる。投影部３０に入射した光は、第１投影レンズ３１及び第２投影レンズ３２を通過することで光学的共役点３０ｆに向けて集光される。
【００１８】
例えば、光学的共役点３０ｆの位置は、観視者５０（表示装置１００の使用者）の眼球５１の角膜の位置に応じて設定される。投影部３０は、例えば、集光部２０によって集光された光の少なくとも一部を画像の観視者５０の眼（眼球５１）に向けて集光する。これにより、光学的共役点３０ｆに向けて集光された光は、観視者５０の眼（眼球５１）に入射する。投影部３０は、画像を観視者５０の網膜５２に投影する。眼球５１に入射した光によって、観視者５０の網膜５２に画像が結像される。これにより、観視者５０は、画像表示部１０によって生成された画像を知覚する。
【００１９】
図２は、表示装置を例示する模式図である。  
図２は、参考例の表示装置１９０を例示している。表示装置１９０においても、画像表示部１０と、集光部２０と、投影部３０と、が設けられる。これらについては、表示装置１００に関して説明した構成と同様の構成を適用することができる。
【００２０】
表示装置１９０には、光制御部４１が設けられる。この例では、光制御部４１には、ピンホールが用いられる。光制御部４１は、画像情報を含む光の光路上において、投影部３０と、集光部２０との間に設けられる。ピンホールは、焦点２０ｆに対応した位置に配置される。
【００２１】
表示装置１００及び表示装置１９０には、例えば、マックスウェル視が用いられている。これにより、例えば、人の眼球調整状態、または、眼球光学系の性質に依存せず、網膜上に映像情報を与えることができる。すなわち、例えば、本を読むというような極端な近景を望む状態であっても、または、風景を概観するような極端な遠景を望む状態であっても、網膜上に像を結ばせることが可能となる。
【００２２】
光学的に見通せる状態において、映像情報と外界情報とを重畳させて観視者に与えることで、現実世界と映像情報とを協調させて知覚させるといった映像提示手法が模索されている（ＡＲ：Augmented Reality）。
【００２３】
このＡＲ表示おいて、外界情報と重畳させる映像情報を、マックスウェル視を用いて与える。これにより、例えば、観視者の眼球調整状態に依存せず、映像情報を明瞭に与えることができる。すなわち、与える映像の状態を変えることなく、観視者の注目する空間的な位置に関係なく、映像情報と外界情報とを重畳させることができる。
【００２４】
小さな開口を用いて集光した映像情報を含む光のフーリエ変換像を、観視者の角膜上に与える。これにより、マックスウェル視を用いることができる。例えば、映像情報を含む光を一度集光し、この集光した状態の共役状態を角膜上に生成させる。このため、開口の幅は、極端に狭く、観視者の視覚機能によって著しく異なる場合がある。例えば、開口の幅は、１ｍｍ程度から０．１ｍｍ程度であり、場合によって大きく異なる。
【００２５】
図２に表したように、マックスウェル視によって画像を見る場合、集光部２０の開口絞り径（例えば、ピンホールの径）は、小さい。このため観視者５０が画像を知覚できる領域、すなわち画像情報を受容可能な視点の位置（観視域）は、著しく限定される場合がある。すなわち、表示装置１９０を用いた場合、ある視点においては、画像を観察することができるが、眼球運動、または、頭部位置のずれ、によって、すぐに画像が見えなくなる。
【００２６】
例えば、光の開口を複数設ける別の参考例の表示装置がある。複数の開口を設けることで観視域を広げることができる。しかし、開口の数に依存して、多数の像のずれが生じる。これにより、網膜上に結像する像が著しく劣化する。
【００２７】
これに対して、本実施形態に係る表示装置１００においては、観視者５０の眼（眼球５１）の位置に応じて、光制御部４０が反射（または透過）する光の位置などを調整することができる。例えば、眼の位置に応じて、開口状態（例えば、反射光の位置など）を動的に変化させる。これにより、眼球が運動しても、画像を知覚することができる。マックスウェル視を用いた表示装置において、広い観視域が与えられる。表示装置１００においては、眼球位置、眼球旋回状況、及び頭部の位置、が変化しても、画像が見易い。また、観視者の視覚機能に合わせて、開口状態を調整することができる。見易い表示が提供できる。
【００２８】
図３は、第１の実施形態に係る表示装置を例示する模式図である。  
図３に表したように、表示装置１００ａは、画像表示部１０と、集光部２０と、投影部３０と、光制御部４０と、を含む。
【００２９】
画像表示部１０、集光部２０及び投影部３０には、表示装置１００について説明した構成を適用することができる。この例では、光制御部４０は、例えば、光制御部４０に入射した光の一部を透過させる。
【００３０】
光制御部４０は、複数の光学素子４２を含む。この例では、光学素子４２は、光スイッチがオンの状態において、光学素子４２に入射した光を、投影部３０へ向けて透過させる。光スイッチがオフの状態において、光学素子４２に入射した光を、投影部３０へ向けて透過させない。
【００３１】
図４（ａ）〜図４（ｆ）は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式図である。  
図４（ａ）〜図４（ｆ）は、光制御部４０の動作を例示している。
【００３２】
光制御部４０に、集光部２０によって集光された光Ｌ０が入射する。例えば、光学素子４２のそれぞれにおいて、光Ｌ０の一部は、反射または透過する。以下の実施例においては、光学素子４２が、オンの状態のときに入射した光を投影部３０へ反射させる場合について説明する。上述のように、光学素子４２は、オンの状態のときに入射した光を投影部３０へ透過させる素子であっても良い。
【００３３】
図４（ａ）においては、光制御部４０の複数の光学素子４２のそれぞれは、例えば、オンの状態である。このとき、光制御部４０に入射した光Ｌ０は、例えば、全ての光学素子４２において反射し、投影部３０へ進行する。
【００３４】
図４（ｂ）においては、複数の光学素子４２のそれぞれは、オフの状態である。このとき、光制御部４０に入射した光Ｌ０は、例えば、投影部３０へ向かって反射しない。但し、投影部３０へ向かう方向とは異なる方向において、オフ光がミラーアレイから射出される場合がある。この光は、例えば、表示装置の表示機能において有効ではない。
【００３５】
図４（ｃ）は、光制御部４０の第１素子領域Ｒ１に設けられた光学素子４２がオンである状態を例示している。第１素子領域Ｒ１以外に設けられた光学素子４２は、オフの状態である。この場合、光Ｌ０のうち、第１素子領域Ｒ１に入射した光Ｌ１が投影部３０へ向けて反射される。
【００３６】
光制御部４０は、例えば、光Ｌ０の集光点に対応した位置に設けられる。光制御部４０は、光Ｌ０の集光点に、実質的に配置される。光制御部４０における、反射面の大きさ、または、反射面の形状、などによって、開口絞りを調整することができる。すなわち、図４（ａ）の状態における反射光に比べて、図４（ｃ）の状態における反射光は、より小さな開口絞りを通過した光束に相当する。
【００３７】
図４（ｄ）は、光制御部４０の第２素子領域Ｒ２に設けられた光学素子４２がオンである状態を例示している。第２素子領域Ｒ２以外に設けられた光学素子４２は、オフの状態である。例えば、第２素子領域Ｒ２の面積は、第１素子領域Ｒ１の面積よりも大きい。この場合、光Ｌ０のうち、第２素子領域Ｒ２に入射した光Ｌ２が投影部３０へ向けて反射される。
【００３８】
例えば、図４（ｄ）の状態において光スイッチがオンになっている光学素子４２の数は、図４（ｃ）の状態において光スイッチがオンになっている光学素子４２の数よりも多い。図４（ｄ）の状態は、図４（ｃ）の状態に比べて、開口絞りの径が大きい状態に相当する。
【００３９】
図４（ｅ）は、光制御部４０の第３素子領域Ｒ３に設けられた光学素子４２がオンである状態を例示している。第３素子領域Ｒ３以外に設けられた光学素子４２は、オフの状態である。例えば、第３素子領域Ｒ３の面積は、第１素子領域Ｒ１の面積よりも小さい。この場合、光Ｌ０のうち、第３素子領域Ｒ３に入射した光Ｌ３が投影部３０へ向けて反射される。
【００４０】
例えば、図４（ｅ）の状態において光スイッチがオンになっている光学素子４２の数は、図４（ｃ）の状態において光スイッチがオンになっている光学素子４２の数よりも少ない。図４（ｅ）の状態は、図４（ｃ）の状態に比べて、開口絞りの径が小さい状態に相当する。
【００４１】
角膜上に投影される共役像は、開口絞り径を反映した形となる。例えば、図４（ｄ）の状態において投影される共役像は、図４（ｃ）の状態において投影される共役像よりも大きい。例えば、図４（ｅ）の状態において投影される共役像は、図４（ｃ）の状態において投影される共役像よりも小さい。
【００４２】
図４（ｆ）に表したように、第１素子領域Ｒ１に設けられた光学素子４２がオンである状態から、第４素子領域Ｒ４に設けられた光学素子４２がオンである状態に変化させることが可能である。この場合、光Ｌ０のうち第１素子領域Ｒ１に入射した光Ｌ１が投影部３０へ向けて反射される状態から、光Ｌ０のうち第４素子領域Ｒ４に入射した光Ｌ４が投影部３０へ向けて反射される状態へ変化する。これは、開口絞りの位置を動的に移動させることに相当する。これに対応して、角膜上の焦点像の共役像の位置も変化する。光制御部４０における光学素子４２を制御することで、観視点の位置を制御することができる。
【００４３】
すなわち、光制御部４０は、第１面４０ａの第１領域ＲＧ１に入射した光Ｌ０の第１部分を投影部３０へ向けて進行させる第１動作を実施可能である。さらに、光制御部４０は、第１面４０ａの第２領域ＲＧ２に入射した光Ｌ０の第２部分を投影部３０へ向けて進行させる第２動作を実施可能である。
【００４４】
例えば、第１動作において、第１部分は、第１領域ＲＧ１において反射し、投影部３０へ向けて進行する。または、第１動作において、第１部分は、第１領域ＲＧ１を透過し、投影部３０へ向けて進行する。投影部は、第１部分の少なくとも一部を集光点の光学的共役点に向けて集光する。これにより、画像を表示することができる。
【００４５】
第１領域ＲＧ１及び第２領域ＲＧ２は、複数の光学素子４２のそれぞれの状態（オンまたはオフ）を制御することで変更可能である。例えば、第１領域ＲＧ１として、第１〜第４素子領域Ｒ１〜Ｒ４の少なくともいずれかを用いることができる。第２領域ＲＧ２として、第１〜第４素子領域Ｒ１〜Ｒ４のうちの第１領域ＲＧ１以外の領域を用いることができる。
【００４６】
第１領域ＲＧ１は、形状及び面積の少なくともいずれかにおいて、第２領域ＲＧ２は異なる。すなわち、第１領域ＲＧ１は、第２領域ＲＧ２の形状とは異なる形状、及び、第２領域ＲＧ２の面積とは異なる面積の少なくともいずれかを有する。例えば、第１領域ＲＧ１の面積と第２領域ＲＧ２の面積とは、互いに異なる。例えば、第１領域ＲＧ１の形状と第２領域ＲＧ２の形状とは、互いに異なる。例えば、光Ｌ０の第１部分における光束の密度は、光Ｌ０の第２部分における光束の密度とは異なる。
【００４７】
このように観視者の眼（眼球５１）の位置などによって、光制御部４０を制御する。これにより、実質的に観視域を広くすることができる。本実施形態によれば、マックスウェル視を用いた見易い表示装置が提供される。
【００４８】
図５は、第１の実施形態に係る表示装置を例示する模式図である。  
図５に表したように表示装置１０１においても画像表示部１０、集光部２０、及び光制御部４０が設けられている。これらについては、表示装置１００について説明した構成を適用できる。
【００４９】
表示装置１０１において、投影部３０ａが設けられる。投影部３０ａには、第１投影レンズ３１ａが設けられる。投影部３０ａには、光制御部４０に入射した光の少なくとも一部が入射する。
【００５０】
例えば、第１投影レンズ３１ａは、第１焦点３１ａｆと、第２焦点３１ａｇと、を有する。例えば、第１焦点３１ａｆは、光の光路上において、第１投影レンズ３１ａの光制御部４０側に配置される。第２焦点３１ａｇは、光の光路上において、第１投影レンズ３１ａの光制御部４０とは反対側に配置される。
【００５１】
第１投影レンズ３１ａの焦点距離は、第１焦点距離ｆ１である。表示装置１０１において、第１焦点３１ａｆと、焦点２０ｆとの間の距離は、第１距離Ｓ１である。第２焦点３１ａｇと、光学的共役点３０ｆと、の間の距離は、第２距離Ｓ２である。Ｓ１×Ｓ２は、定数である。このような配置にすることで、光学的共役点３０ｆの位置の変化を、大きくまたは小さくすることができる。すなわち、投影レンズの選択によって、実質的な観視域を拡大、または縮小することができる。例えば、観視位置のレイアウトが自由となる。
【００５２】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１の実施形態に係る表示装置を例示する模式図である。  
図６（ａ）及び図６（ｂ）に表したように表示装置１０２ａ及び１０２ｂにおいても画像表示部１０、集光部２０、及び光制御部４０が設けられている。これらについては、表示装置１００について説明した構成を適用できる。
【００５３】
表示装置１０２ａ及び１０２ｂには、投影部３０ｂが設けられる。投影部３０ｂには、第１投影レンズ３１ｂと、第２投影レンズ３２ｂと、が設けられる。投影部３０ｂには、光制御部４０に入射した光の少なくとも一部が入射する。画像情報を含む光の光路上において、第２投影レンズ３２ｂと、光制御部４０と、の間に第１投影レンズ３１ｂが設けられる。
【００５４】
図６（ｂ）に表したように、表示装置１０２ｂにおいて、例えば、第１投影レンズ３１ｂと、第２投影レンズ３２ｂと、の間に１つ以上の第３投影レンズ３３を設けても良い。
【００５５】
第１投影レンズ３１ｂは、第１焦点３１ｂｆを有する。第２投影レンズ３２ｂは、第２焦点３２ｂｆを有する。例えば、第１焦点３１ｂｆは、光の光路上において、第１投影レンズ３１ｂの光制御部４０側に配置される。例えば、第２焦点３２ｂｆは、光の光路上において、第２投影レンズ３２ｂの光制御部４０とは反対側に配置される。
【００５６】
例えば、第１投影レンズ３１ｂの焦点距離は、第１焦点距離ｆ１である。第２投影レンズ３２ｂの焦点距離は、第２焦点距離ｆ２である。表示装置１０２ｂにおいて、第１焦点３１ｂｆと、焦点２０ｆとの間の距離は、第１距離Ｓ１である。第２焦点３２ｂｆと、光学的共役点３０ｆと、の間の距離は、第２距離Ｓ２である。ここで、Ｓ１×Ｓ２＝−ｆ１×ｆ２の関係が成り立つ。このように、投影部３０に複数の投影レンズを設ける。これにより、集光点（物側の光制御部４０）の配置の自由度、及び、光学的共役点３０ｆ（像側の角膜面）の配置の自由度、を高めることができる。
【００５７】
例えば、投影部３０が単レンズ構成の場合には、物側の位置（焦点２０ｆの位置）と、像側の位置（光学的共役点３０ｆ）と、の関係は、一意に決定される場合がある。  
一方、表示装置１０２ａ及び１０２ｂのように投影部３０に複数のレンズを設ける。これにより、第１焦点距離ｆ１（合成前側焦点距離）と、第２焦点距離ｆ２（合成後ろ側焦点距離）と、の比を考慮して光制御部４０または光学的共役点３０ｆなどを配置しても良い。第２焦点距離ｆ２を変化させることによって、共役像の拡大率を変えることができる。これにより、光制御部４０の像を拡大することができ、光制御部４０の開口部位置が変化した後の像を、広く観視者に与えることができる。
【００５８】
図７は、第１の実施形態に係る表示装置を例示する模式図である。  
図７は、表示装置１０３のシステム構成を例示している。図７に表したように、表示装置１０３においても、画像表示部１０と、集光部２０と、投影部３０と、光制御部４０と、が設けられている。これらには、表示装置１０１において説明した構成を適用することができる。
【００５９】
表示装置１０３においては、投影部３０は、例えば、ハーフミラーを含む。この例では、第１ハーフミラー７１と、第２ハーフミラー７２と、が設けられている。画像情報を含む光の光路上において、例えば、第２ハーフミラー７２と、光制御部４０と、の間に第１ハーフミラー７１が設けられる。
【００６０】
表示装置１０３は、第１検出部６１と、第２検出部６２と、をさらに含む。第１検出部６１には、例えば、カメラなどが用いられる。第１検出部６１は、画像の観視者５０の眼（眼球５１）の位置を検出する。
【００６１】
例えば、眼球５１の位置情報を含む光の光路上において、眼球５１、第２ハーフミラー７２、第１ハーフミラー７１、第１検出部６１が、この順に並んでいる。第１検出部６１によって検出された眼球５１の位置情報に応じて、光制御部４０における開口を変化させる。すなわち、光制御部４０は、検出された眼球５１の位置に応じて、第１動作と、第２動作と、を切り替えて実施する。これによって、観視者の状態に適した画像表示を行うことができる。
【００６２】
第２検出部６２には、例えば、カメラなどが用いられる。第２検出部６２は、表示装置１０３を装着した観視者５０の、外界環境、外光輝度、または、外界状況を検出する。例えば、第２検出部６２は、観視者５０の視軸に合わせて配置される。ただし、第２検出部６２が配置される位置は、上記に限られない。例えば、第２検出部６２は、システム（画像表示部１０、集光部２０、投影部３０及び光制御部４０）と隣接しても良く、システムから離れても良い。
【００６３】
図８は、第１の実施形態に係る表示装置を例示する模式的斜視図である。  
図８に表したように、表示装置１０３は、保持部８０をさらに含むことができる。
【００６４】
保持部８０は、少なくとも投影部３０を保持する。保持部８０は、投影部３０と、観視者５０の眼球５１と、の間の空間的配置を規定する。例えば、保持部８０は、画像表示部１０、集光部２０、光制御部４０、投影部３０、第１検出部６１及び第２検出部６２を保持する。例えば、保持部８０に、筐体８５が設けられる。例えば、筐体８５の中に画像表示部１０、集光部２０、光制御部４０及び投影部３０が格納される。
【００６５】
例えば、保持部８０は、右側保持部材８１と、左側保持部材８２と、を有する。右側保持部材８１は、観視者５０の頭部の右側部分（例えば右側の耳の近傍）に接するように設計される。左側保持部材８２は、観視者５０の頭部の左側部分（例えば左側の耳の近傍）に接するように設計される。これにより、保持部８０は、画像表示部１０、集光部２０、光制御部４０、投影部３０、第１検出部６１及び第２検出部６２と、観視者５０の眼球５１と、の間の空間的配置を規定する。保持部８０により、光が、眼球５１に安定して入射し、安定した表示を可能にする。
【００６６】
図９（ａ）〜図９（ｄ）は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式図である。  
図９（ａ）は、第１状態ＳＴ１における光制御部４０の動作を例示している。  
図９（ｂ）は、第１状態ＳＴ１における投影部３０の動作を例示している。  
図９（ｃ）は、第２状態ＳＴ２における光制御部４０の動作を例示している。  
図９（ｄ）は、第２状態ＳＴ２における投影部３０の動作を例示している。
【００６７】
第１状態ＳＴ１は、例えば、表示装置１０３を装着する前、または、表示装置１０３を装着した直後である。第２状態ＳＴ２は、例えば、表示装置１０３を装着した後である。第２状態ＳＴ２は、例えば、第１状態ＳＴ１の後の状態である。
【００６８】
図９（ａ）に表したように、例えば、第１状態ＳＴ１において、光制御部４０の開口幅を広くする（オンの状態である光学素子４２の数を多くする）。このとき、図９（ｂ）に表したように、観視者５０の観視域が広い。これにより、観視者５０は、眼球５１の位置を容易に観視域に合わせることができる。
【００６９】
例えば、第１検出部６１が、眼球５１の位置を検出する。例えば、検出された位置に基づいて、表示装置１０３は、第１状態ＳＴ１から第２状態ＳＴ２へ移行する。
【００７０】
図９（ｃ）に表したように、第２状態ＳＴ２において、光制御部４０の開口幅を狭くする（オンの状態である光学素子４２の数を少なくする）。これにより、図９（ｄ）に表したように、眼球５１の位置に共役像が配置される。このように、装着直後は、観視域を広くする。その後、眼球の位置を検出し、検出した位置に合わせて、像を配置する。
【００７１】
すなわち、光制御部４０は、眼球５１の位置が検出される前に第１動作を実施し、眼球５１の位置が検出された後に第２動作を実施する。この場合、第１領域ＲＧ１の面積は、第２領域ＲＧ２の面積よりも広い。この方法によれば、観視者が像を見やすくなる。
【００７２】
図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式図である。  
図１０（ａ）は、第３状態ＳＴ３における光制御部４０の動作を例示している。  
図１０（ｂ）は、第３状態ＳＴ３における投影部３０の動作を例示している。  
図１０（ｃ）は、第４状態ＳＴ４における光制御部４０の動作を例示している。  
図１０（ｄ）は、第４状態ＳＴ４における投影部３０の動作を例示している。
【００７３】
第３状態ＳＴ３は、例えば、表示装置１０３を装着する前、または、表示装置１０３を装着した直後である。第４状態ＳＴ４は、例えば、表示装置１０３を装着した後である。第４状態ＳＴ４は、例えば、第３状態ＳＴ３の後の状態である。
【００７４】
図１０（ａ）に表したように、例えば、光制御部４０の互いに離間した複数の部分のそれぞれにおいて、光学素子４２をオンの状態にする。このとき、図１０（ｂ）に表したように、観視者５０には、複数の光束が入射する。これにより、観視者５０は、眼球５１の位置を容易に観視域に合わせることができる。
【００７５】
例えば、第１検出部６１が、眼球５１の位置を検出する。例えば、検出された位置に基づいて、表示装置１０３は、第３状態ＳＴ３から第４状態ＳＴ４へ移行する。
【００７６】
図１０（ｃ）に表したように、第４状態ＳＴ４において、検出された眼球の位置に対応した光学素子４２以外の光学素子４２をオフの状態にする。例えば、さらに、検出された眼球の位置に対応した光学素子４２をオンの状態にする。これにより、図１０（ｄ）に表したように、眼球５１の位置に共役像が配置される。このように、装着直後は、観視域を広くする。その後、眼球の位置を検出し、検出した位置に合わせて、像を配置する。この方法によれば、観視者が像を見やすくなる。
【００７７】
図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式図である。  
図１１（ａ）は、第５状態ＳＴ５における光制御部４０の動作を例示している。  
図１１（ｂ）は、第５状態ＳＴ５における投影部３０の動作を例示している。  
図１１（ｃ）は、第６状態ＳＴ６における光制御部４０の動作を例示している。  
図１１（ｄ）は、第６状態ＳＴ６における投影部３０の動作を例示している。
【００７８】
第５状態ＳＴ５は、例えば、外界が暗い状態における表示装置の状態である。例えば、観視者が室内にいる状態などである。第６状態ＳＴ６は、例えば、外界が明るい状態における表示装置の状態である。例えば、観視者が室外にいる状態などである。
【００７９】
図１１（ａ）に表したように、第５状態ＳＴ５においては、光制御部４０における開口幅は狭い。図１１（ｂ）に表したように、この時、観視者５０の眼球５１に入射する光は、少なくなる。画像の表示輝度が小さくなる。
【００８０】
図１１（ｃ）に表したように、第６状態ＳＴ６においては、光制御部４０における開口幅は広い。図１１（ｄ）に表したように、この時、観視者５０の眼球５１に入射する光は、多くなる。画像の表示輝度が大きくなる。
【００８１】
例えば、第１検出部６１によって、眼球５１の瞳の径を検出することができる。例えば、検出された瞳の径が大きく変化するときに、表示装置１０３は、第５状態ＳＴ５及び第６状態ＳＴ６の一方の状態から、第５状態ＳＴ５及び第６状態ＳＴ６の他方の状態へ移行する。  
例えば、第２検出部６２によって、外光輝度が検出される。検出された外光輝度が大きく変化するときに、表示装置１０３は、第５状態ＳＴ５及び第６状態ＳＴ６の一方の状態から、第５状態ＳＴ５及び第６状態ＳＴ６の他方の状態へ移行する。
【００８２】
例えば、外光輝度が明るくなったときに、それに合わせて、光制御部４０における反射面積を増大させる。例えば、表示輝度は、表示輝度の外光輝度に対する比によって制御される。例えば、この比に比例するように反射面積を制御する。
【００８３】
例えば、光制御部４０は、周囲の明るさと、画像表示部１０から出射される光の明るさと、の比に応じて、第１動作と、第２動作と、を切り替えて実施する。  
また、画像表示部１０は、周囲の明るさと、画像表示部１０から出射される光の明るさと、の比に応じて、画像表示部から出射される光の明るさを変化させる。
【００８４】
図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式図である。  
図１２（ａ）は、第７状態ＳＴ７における光制御部４０の動作を例示している。  
図１２（ｂ）は、第７状態ＳＴ７における投影部３０の動作を例示している。  
図１２（ｃ）は、第８状態ＳＴ８における光制御部４０の動作を例示している。  
図１２（ｄ）は、第８状態ＳＴ８における投影部３０の動作を例示している。  
この例では、表示装置１０３は、頭部搭載型の表示装置（HMD : Head Mount Display）として用いられる。
【００８５】
図１２（ａ）に表したように、例えば、第７状態ＳＴ７において、光制御部４０の開口幅を広くする。このとき、図１２（ｂ）に表したように、観視者５０の観視域が広い。これにより、観視者５０は、眼球５１の位置を容易に観視域に合わせることができる。
【００８６】
例えば、第１検出部６１が、眼球５１の位置を検出する。例えば、検出された位置に基づいて、表示装置１０３は、第７状態ＳＴ７から第８状態ＳＴ８へ移行する。
【００８７】
図１２（ｃ）に表したように、第８状態ＳＴ８において、光制御部４０の開口幅を狭くする。これにより、図１２（ｄ）に表したように、眼球５１の位置において共役像が配置される。
【００８８】
例えば、ＨＭＤにおいては、ディスプレイ位置を機械的に観視者に合わせて調整する。これにより、表示を見ることができる。一方、本実施形態における表示装置においては、観視位置を制御できる領域が広い。このため、例えば、機械的な調整を行わず、観視者は、表示を見ることができる。ＨＭＤを装着直後の観視開始時には、太い反射光、または、複数の光束によって、観視者は、眼球の位置を容易に観視域に合わせることができる。第１検出部６１によって眼球の位置が検出された後、その位置に応じて、共役像が与えられる。
【００８９】
（第２の実施形態）  
図１３は、第２の実施形態に係る表示装置を例示するブロック図である。  
実施形態に係る表示装置１０４は、画像表示部１０と、集光部２０と、投影部３０と、光制御部４０と、第１検出部６１（瞳孔位置検出部）と、第２検出部６２（外光検知部）と、を含む。これらについては、第１の実施形態に係る表示装置において説明した構成を適用することができる。表示装置１０４は、さらに、開口絞り制御装置４５と、表示輝度制御部１５と、表示映像制御部１６と、表示制御部１７と、を含む。
【００９０】
瞳孔位置検出部は、観視者の瞳孔の位置を検出する。開口絞り制御装置４５は、検出された瞳孔の位置の情報に基づいて、光制御部４０における開口絞りを制御する。これにより、例えば、開口絞りマトリクス４６が形成される。開口絞り制御装置４５には、例えば、初期状態を与えること（プリセット）ができる。例えば、初期状態は、適宜調節可能である。
【００９１】
外光検知部は、表示装置の外界の外光の輝度などを検出する。表示輝度制御部１５は、検出された外光輝度に基づいて、画像表示部１０における表示輝度を制御する。また、表示映像制御部１６は、表示輝度制御部１５の動作に応じて、画像表示部１０が生成する映像を制御する。開口絞り制御装置４５は、例えば、表示輝度制御部１５の動作に応じて、光制御部４０における開口絞りを制御しても良い。表示輝度制御部１５には、例えば、初期状態を与えること（プリセット）ができる。例えば、初期状態は、適宜調節可能である。
【００９２】
表示輝度制御部１５、表示映像制御部１６及び表示制御部１７によって、画像表示部１０から出射される光が制御される。  
生成された画像情報を含む光は、開口絞り制御装置４５によって制御された光制御部４０に入射し、投影部３０へ入射する。これにより、射出映像が形成され、観視者５０が画像を知覚する。
【００９３】
本実施形態によれば、マックスウェル視を用いた見易い表示装置が提供できる。
【００９４】
実施形態によれば、見易い表示装置が提供できる。
【００９５】
なお、本願明細書において、「平行」は、厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に平行であれば良い。
【００９６】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、画像表示部、投影部、集光部、光制御部、光学素子、第１検出部及び第２検出部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００９７】
その他、本発明の実施の形態として上述した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００９８】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００９９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１００】
１０…画像表示部、  １１…光源、  １２…光源集光レンズ、  １３…ＬＣＤパネル、  １５…表示輝度制御部、  １６…表示映像制御部、  １７…表示制御部、  ２０…集光部、  ２０ｆ…焦点（集光点）、  ３０、３０ａ、３０ｂ…投影部、  ３０ｆ…光学的共役点、  ３１、３１ａ、３１ｂ…第１投影レンズ、  ３１ａｆ…第１焦点、  ３１ａｇ…第２焦点、  ３２、３２ｂ…第２投影レンズ、  ３２ｂｆ…第２焦点、  ３３…第３投影レンズ、  ４０…光制御部、  ４０ａ…第１面、  ４１…光制御部、  ４２…光学素子、  ４５…開口絞り制御装置、  ４６…開口絞りマトリクス、  ５０…観視者、  ５１…眼球（眼）、  ５２…網膜、  ６１…第１検出部、  ６２…第２検出部、  ７１…第１ハーフミラー、  ７２…第２ハーフミラー、  ８０…保持部、  ８１…右側保持部材、  ８２…左側保持部材、  ８５…筐体、  １００、１００ａ、１０１、１０２ａ、１０２ｂ、１０３、１０４、１９０…表示装置、  Ｌ０〜Ｌ４…光、  Ｒ１〜Ｒ４…第１〜第４素子領域、  ＲＧ１、ＲＧ２…第１、第２領域、  Ｓ１、Ｓ２…第１、第２距離、  ＳＴ１〜ＳＴ８…第１〜第８状態、  ｆ１…第１焦点距離、  ｆ２…第２焦点距離
【図１】
2015138051.tif 000003
【図２】
2015138051.tif 000004
【図３】
2015138051.tif 000005
【図４】
2015138051.tif 000006
【図５】
2015138051.tif 000007
【図６】
2015138051.tif 000008
【図７】
2015138051.tif 000009
【図８】
2015138051.tif 000010
【図９】
2015138051.tif 000011
【図１０】
2015138051.tif 000012
【図１１】
2015138051.tif 000013
【図１２】
2015138051.tif 000014
【図１３】
2015138051.tif 000015