(57)【要約】【課題】  高い表示品位及び良好な表示態様を実現することができるとともに、従来の眼鏡型のＨＭＤ装置における装着上の問題点を解消することのできる表示装置を提供する。【解決手段】  本発明の表示装置１００は、装着者の眼部１に装着された状態で表示を行う表示装置であって、眼部１の角膜２の外面上に配置された状態で用いられる、角膜２の外面に沿った曲板状の装用体を具備し、装用体は、眼部１にあってマックスウェル視を実現する態様で光を放射する表示構造１１０を有することを特徴とする。【選択図】図１
2005311823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着者の眼部に装着された状態で表示を行う表示装置であって、
前記眼部の角膜外面上に配置された状態で用いられる、前記角膜外面に沿った曲板状の装用体を具備し、
前記装用体は、前記眼部にあってマックスウェル視を実現する態様で光を放射する表示構造を有することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記装用体の内面形状は角膜の外面形状に整合したトーリック面であ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】
前記表示構造は、光を出射する光出射手段と、該光出射手段の出射光を前記装用体の前記角膜外面に沿った曲面上にて伝播させる光導波路と、該光導波路の前記曲面上の複数の部位において独立に伝播光を外部に放出可能とする伝播光放出手段と、前記光導波路から放出された放出光を前記眼部にあってマックスウェル視を実現する態様で放射するための光変調手段と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記光出射手段は光源を備えていることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記曲面に沿って伸びる複数の長尺状の前記光導波路が前記曲面に沿って並列に配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記光出射手段は、前記複数の光導波路にそれぞれ独立に光を出射する複数の光出射部を有することを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記光導波路は前記曲面に沿った板状に構成され、前記光出射手段の出射光を前記光導波路の前記曲面に沿った幅方向に広げる光拡散手段を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の表示装置。
【請求項８】
前記伝播光放出手段は、前記光導波路の前記部位に電界を印加する電界印加手段と、該電界印加手段による電界印加状態を制御する電界駆動手段とを有することを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記光変調手段は、前記光導波路に沿って配置されたホログラム光学素子を含むことを特徴とする請求項３乃至８のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記ホログラム光学素子は、前記光導波路の外面側に配置された反射型のホログラム光学素子で構成されることを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記ホログラム光学素子は、前記光導波路の内面側に配置された透過型のホログラム光学素子で構成されることを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記装用体は、前記表示構造により放射された光によって形成されるべき画像に対応する制御信号を前記表示構造に出力する表示制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記装用体は、前記表示構造により放射された光によって形成されるべき画像の表示データ若しくは制御コマンドを無線通信により外部から受信する無線受信手段を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に係り、特に、眼部に装着された状態で用いられる小型の表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッド・マウンテッド・ディスプレイ（ＨＭＤ）装置は頭部に装着する小型表示装置であり、個別映像鑑賞用表示装置、３次元画像表示装置、視覚障害者等のための視覚補助装置、手術時などの作業補助装置などの様々な用途分野において従来から種々の構造が提案されている。このＨＭＤ装置は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等に代表される表示素子からなる画像形成部と、レンズおよびミラーからなる画像伝送部とを眼前に配置し、通常、眼鏡に準ずる形で頭部に固定して用いるようになっている。
【０００３】
このようなＨＭＤ装置には、外界を見ることができるシースルー型と、外界を見ることができないクローズ型とがある。多くの場合においては外界も同時に観察できるシースルー型の方が便利である。このシースルー型のＨＭＤ装置は、シースルー機能を実現するための要素としてビームコンバイナが必須とされる。ビームコンバイナとしては、ハーフミラー、プリズム、ホログラムなどが挙げられる。ハーフミラーやプリズムは、その原理において、画像光と外界光の光量の和が１００％となるためトレードオフの特性を持つ。すなわち、明るい画像を得るために高い反射率を設定すると、外界光が減少してシースルー性が低下する。一方、ホログラム方式は、特定波長に対して鋭い波長選択性があり、その波長のみを反射回折させることができるため、特定波長の１００％の画像光とその波長を除いた残りの外界光を重ねて見ることができる。この働きは、ビームコンバイナで表示画像を表示すると同時に外界からの光の大部分を取り込むことが可能で、高いシースルー性を実現できる。
【０００４】
上記のホログラム方式を用いた従来のシースルー型のＨＭＤ装置としては、頭部に装着される眼鏡型の構造に、光を出射する光出射手段と、この光出射手段からの光を一端から入射され、その光を他端に伝送する光導波路と、この光導波路に電圧を印加する電圧印加手段と、映像信号に応じた光導波路の部分に電圧を印加するように電圧印加手段を制御し、電圧が印加された光導波路の部分を伝送中の光をカットオフ現象により外部に放射させて映像を表示する制御手段とを設けた映像表示装置が挙げられる（例えば、以下の特許文献１参照）。
【０００５】
この映像表示装置では、光出射手段の光源から光ファイバで光を伝送し、眼鏡のレンズ部分に設けられたディスプレイ部に形成された光導波路に光を入射させ、この光導波路の前後に形成された行電極と列電極とによって光導波路の所定部分に電界を印加することにより、電気光学効果により光を光導波路から出射させ、ディスプレイ部に設けた透過型のホログラム光学素子を用いて、装着者の瞳孔に焦点を結ぶ態様（マックスウェル視を実現する態様）で画像を投射するように構成されている。これにより、背景に重畳された画像を表示することができる。
【特許文献１】特開２００１−２１８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来の映像表示装置は眼鏡型に構成されていることにより、眼鏡のレンズ部分に設けられた表示構造と装着者の眼部との距離が装着者の頭部形状や装着状態によって大きく変化するので、マックスウェル視を維持するためには光学系を上記距離に合わせて精密に調整する必要がある。ところが、一般には光学系を上記距離に正確に合わせることは困難であることから、高い表示品位を実現することが難しいと言う問題点がある。
【０００７】
また、装着者の視線が移動すると眼部とともに網膜が回動するが、上記の装置では表示構造が頭部に対して固定されていることから、装着者の視線移動に伴って表示画像が移動するため、良好な表示態様を実現できないという問題点がある。
【０００８】
さらに、上記の眼鏡型構造では、通常の眼鏡と同様に眼部から離れた場所に表示構造が配置されることから、装着した際に視野が狭くなったり、ものの大きさが変わって見えたり、視界がゆがんだりするという欠点があった。さらに、雨や湯気でくもったり、激しいスポーツをしたり汗をかいたりすると気になったりする欠点もあった。もちろん、上記の装置と通常の眼鏡やサングラスとを併用することも不可能である。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その目的は、高い表示品位及び良好な表示態様を実現することができるとともに、従来の眼鏡型のＨＭＤ装置における装着上の問題点を解消することのできる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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の表示装置は、装着者の眼部に装着された状態で表示を行う表示装置であって、前記眼部の角膜外面上に配置された状態で用いられる、前記角膜外面に沿った曲板状の装用体を具備し、前記装用体は、前記眼部にあってマックスウェル視を実現する態様で光を放射する表示構造を有することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、装着者の眼部の角膜外面上に表示構造を含む装用体が配置されることにより、所定の画像を表示する場合、装着者の頭部形状や装着態様による眼部と表示構造の距離のばらつきをなくすことができることから、マックスウェル視を実現するために眼部の瞳孔中心近傍に上記画像の焦点を正確に設定することができるため、高い表示品位を実現することが可能になる。また、装用体が角膜外面上に配置されることにより、装用体が眼部と一体に回動するように構成できるので、装着者の視線が移動しても表示画像の移動が少なくなり、良好な表示態様を実現することが可能になる。さらに、表示構造と装着者の眼部とが離間することに起因する従来の眼鏡型ＨＭＤ装置の装着上の問題点を全て解決することができる。
【００１２】
本発明において、前記装用体の内面（角膜外面側の表面）形状は角膜の外面形状に整合したトーリック面であることが好ましい。一般に角膜外面はトーリック面であり、上記装用体の内面形状をこれに整合したトーリック面とすることにより、装用体の光軸周りの回転姿勢を保持することが可能になり、装用体の姿勢の回転による表示のずれを防止できるなど、眼部と装用体との一体性を高めることができることから、表示態様をさらに向上させることが可能になる。
【００１３】
本発明において、前記表示構造は、光を出射する光出射手段と、該光出射手段の出射光を前記装用体の前記角膜外面に沿った曲面上にて伝播させる光導波路と、該光導波路の前記曲面上の複数の部位において独立に伝播光を外部に放出可能とする伝播光放出手段と、前記光導波路から放出された放出光を前記眼部にあってマックスウェル視を実現する態様で放射するための光変調手段と、を備えていることが好ましい。これによれば、光出射手段の出射光が光導波路に沿って伝播し、この伝播光が伝播光放出手段によって所定の部位において外部へ放出され、この放出光が光変調手段によって変調され、眼部においてマックスウェル視を実現する態様で放射される。このような光導波路型の表示構造においては、角膜外面に沿った曲面に沿って光を導くように構成することが原理上及び製造上の観点からきわめて容易であり、角膜上に配置可能とする程度の小型化や薄型化にもほとんど支障がない。例えば、製造上、上記の光導波路を可撓性素材で構成したり、曲面状に変形させたりすることは従来の液晶表示装置や有機ＥＬ装置などを用いる場合に較べて格段に容易である。また、光導波路は出射光を角膜外面に沿った曲面上にて伝播させるため、従来の液晶表示装置などのように別途照明ユニットを表示領域と重ねるように設ける必要がなくなり、また、ＥＬ表示装置などのように多くの層構造を表示領域中に積層する必要もなくなるため、装用体を薄く形成でき、また、高い光透過率を有する態様で構成できる。また、有機ＥＬ装置などのＥＬ表示装置では発光の狭指向性（レンズ特性）を実現する光学系を画素単位で作りこむ必要があるのに対して、本発明では狭指向性（レンズ特性）をホログラムレンズにより画素群単位で実現できるので現実的に設計・製造できる。
【００１４】
本発明において、前記光出射手段は光源を備えていることが好ましい。光出射手段としては、外部から供給される光を光導波路に導くもの、例えば、光ファイバや集光レンズなどであっても構わないが、本発明の場合、角膜外面上に配置される装用体に光出射手段が設けられるので、外部から光を供給することが物理的に困難であり、また、装着感を悪化させる原因にもなり得る。そこで、光出射手段に光源を設けることで、外部から光の供給を受ける必要がなくなるため、構造を簡易なものとすることができるとともに、装用体の装着感を向上させることができる。この光源としては、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）などを用いることができる。これらの光源は微細な寸法に形成することができるため、装用体内において容易に構成できるとともに、その輝度や発光色（発光波長）を自在に設定することができる点で優れている。
【００１５】
本発明において、前記曲面に沿って伸びる複数の長尺状の前記光導波路が前記曲面に沿って並列に配置されていることが好ましい。これによれば、複数の長尺状の光導波路を並列に配置することにより、各光導波路単位で光の放出の有無を制御できるため、伝播光放出手段による光放出位置の制御性を高めることができる。
【００１６】
この場合に、前記光出射手段は、前記複数の光導波路に対してそれぞれ独立に光を出射する複数の光出射部を有することが望ましい。これによれば、上述のように並列に配置された複数の光導波路に対してそれぞれの光出射部から独立に光を供給することにより、各光導波路内の伝播光を独立に制御することが可能になるため、さらに放出光の制御性を高めることが可能になる。ここで、上記複数の光出射部はそれぞれ独立した光源によって構成されることがさらに望ましい。このように複数の独立した光源を設けることで、複数の光源間において輝度や発光波長を独立にクロストークなく制御することも可能になる。
【００１７】
本発明において、前記光導波路は前記曲面に沿った板状に構成され、前記光出射手段の出射光を前記光導波路の前記曲面に沿った幅方向に広げる光拡散手段を有することが好ましい。このように光導波路を上記曲面に沿った板状（すなわち曲板状）に構成することで、単一の光導波路或いは数少ない光導波路だけで構成することが可能になるので、表示構造を簡易なものとすることができる。また、光出射手段の出射光を光拡散手段により上記の曲面に沿った幅方向に広げて光導波路の全体に光を伝播させるようにしたことにより、光出射手段の小型化を図ることができるため、装用体の小型化や薄型化をさらに容易に実現できる。
【００１８】
本発明において、前記伝播光放出手段は、前記光導波路の前記部位に電界を印加する電界印加手段と、該電界印加手段による電界印加状態を制御する電界駆動手段とを有することが好ましい。これによれば、電界印加手段によって光導波路の部位に電界を印加し、この電界印加状態を電界駆動手段によって制御することで、光導波路の電界光学効果（例えばＫｅｒｒ効果）によって屈折率を変更したり、光散乱モードの液晶構造体を用いて光散乱状態を変更したりすることにより、伝播光を光導波路の外部へと放出することが可能になる。電界印加手段としては、上記光導波路の両側に配置され、光導波路に所定の電界を印加できる一対の電極を備えた構造が挙げられる。また、電界駆動手段としては、上記一対の電極の少なくとも一方の電位を制御可能な電極駆動回路などが挙げられる。
【００１９】
本発明において、前記光変調手段は、前記光導波路に沿って配置されたホログラム光学素子を含むことが好ましい。上述のように、光変調手段は、伝播光放出手段によって光導波路から外部へと放出された放出光を眼部においてマックスウェル視が実現される態様で放射するように構成されたものであれば如何なるものであっても構わない。しかし、一般に、上記の放出光は、光導波路の形状寸法や光学特性、或いは、伝播光放出手段の作用等に応じて種々の態様で放出されるとともに、マックスウェル視を実現するために例えば瞳孔中心の近傍に焦点を結ぶ態様で放射されるようにしなければならないので、通常、非対称光学系が必要となる。また、高品位のシースルー特性を実現するには、放出光を確実に上記態様で放射すると同時に、外部から入射する外光に対する影響を最小限に留めなければならない。このような要請を満足するためには、放出光に対して確実に作用する光学特性を有すると同時に、放出光に対して高い選択性を有し、外光に対する影響の小さいホログラム光学素子を用いることが最も有効である。
【００２０】
ホログラム光学素子は、マックスウェル視を実現する収束光を光導波路から放出される放出光と等価な参照光と共にホログラム乾板等の光学基材（感光材料）に照射し、両光の干渉縞を記録することによって製造される。これによって、光導波路から放出される放出光（再生照明光）がホログラム光学素子に入射すると、上記収束光に対応する収束特性を備えた放射光を得ることができるため、マックスウェル視を実現することが可能になる。
【００２１】
ここで、前記ホログラム光学素子は、前記光導波路の外面側に配置された反射型のホログラム光学素子で構成される場合がある。この場合には、光導波路から放出される放出光が内面側からホログラム光学素子に照射されると、マックスウェル視を実現する態様で内面側（すなわち眼部側）へ光が放射される。この反射型のホログラム光学素子においては、光導波路から放出された放出光のうちホログラム光学素子で反射・回折された放射光のみが視認されるので、比較的シャープな表示態様を実現することができる。
【００２２】
また、前記ホログラム光学素子は、前記光導波路の内面側に配置された透過型のホログラム光学素子で構成される場合がある。この場合には、光導波路から放出される放出光が外面側からホログラム光学素子に照射されると、マックスウェル視を実現する態様で内面側（すなわち眼部側）へ光が放射される。この場合には、光導波路から内面側へ放出光が放出されるので、表示装置から漏洩する光が他人に見えにくくなり、装着者の眼部を見ても違和感を生じないように構成できる。
【００２３】
本発明において、前記装用体は、前記表示構造により放射された光によって形成されるべき画像に対応する制御信号を前記表示構造に出力する表示制御手段を有することが好ましい。これによれば、装用体に表示制御手段が設けられていることにより、装用体が外部から配線を介して制御信号の供給を受ける必要がなくなるので、装用体の物理的な制約を低減し、装着感を向上させることができる。ここで、表示制御手段が出力する制御信号とは、例えば、上記表示構造の電界駆動手段などの表示駆動手段（駆動回路）を駆動するための制御信号を言う。
【００２４】
本発明において、前記装用体は、前記表示構造により放射された光によって形成されるべき画像の表示データ若しくは制御コマンドを無線通信により外部から受信する無線受信手段を有することが好ましい。これによれば、無線通信により表示データや制御コマンドを受信することができるので、外部から配線を介して表示データや制御コマンドの供給を受ける必要がなくなるため、任意の画像を表示可能としながらも、装用体の物理的な制約を低減し、装着感を向上させることができる。ここで、表示データとは、上記画像を表現するための画像データや上記画像を形成するための映像データのいずれであっても構わない。また、制御コマンドとは、表示の有無、表示状態の切り替えなどを表示制御手段に対して促すための指令などを言う。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明した通り、本発明の表示装置によると、コンタクトレンズ状の装用体に表示構造を形成してマックスウェル視を実現するので、高い表示品位及び良好な表示態様を得ることができるとともに、眼鏡構造に起因する装着上の問題点を解消することができる。特に、光出射手段、光導波路、伝播光放出手段及び光変調手段を組み合わせた表示構造を設けることにより、装用体を小型軽量薄型化することが可能になるため、高いシースルー性を実現することが可能となり、健常者は元より、眼疾患者の方にも有用なアクセシブルデザイン（ユニバーサルデザイン、或いは共用品といった概念）を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明に係る実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態は本発明を実施する際の例に過ぎず、何等本発明を限定するものではない。
【００２７】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る表示装置１００を示す。ここで、図１（ａ）は表示装置１００の拡大正面図であり、図１（ｂ）は表示装置１００を装着者の眼部とともに示す断面図である。
【００２８】
この表示装置１００は、図１（ａ）に示すように、眼部（眼球）１の角膜２の外面上に配置され、角膜２の外面に沿って湾曲した曲板状の装用体として構成されている。この装用体は、ベース基板１０１を備えている。ベース基板１０１は、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）、シロキサニルメタクリレート（ＳＭＡ）、フルオロメタクリレート（ＦＭＡ）、ハイドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、Ｎ−ビニルピロリドン（Ｎ−ＶＰ）、ジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡ）、グリセロールメタクリレート（ＧＭＡ）、シリコン合成ゴム、ブチルアクリレート、ジメチルシロキサン、コラーゲン、その他のアミノ酸重合体などの各種の光透過性を備えた合成樹脂（高分子化合物）によって構成される。ベース基板１０１は基本的に角膜２の外面に沿った曲板形状を有している。
【００２９】
通常、装用体の直径は５〜１０ｍｍ程度、中心厚みが０．１〜０．５ｍｍ程度であり、装用体の内面（角膜２側の表面）と外面（角膜２とは反対側の表面）は共に角膜２の外面に沿った湾曲形状を有する。特に、内面曲率（ベースカーブ）は角膜２の外面の曲率（カーブ）にほぼ一致することが好ましい。
【００３０】
本実施形態の装用体は角膜２に沿って湾曲した内面形状を備えているので、通常、眼部１の回動と共に一体的に回動する。したがって、装用体の後述する表示構造によって得られる表示は、装着者の視線が移動しても、装着者の視野内において原則として移動しない。
【００３１】
一般に、角膜２の外面形状はトーリック面といわれている。トーリック面とは、ある曲率半径を有する一つの曲線を、その曲率半径とは異なる回転半径で回転軸の中心の周りに回転させたときに得られる、直交する二つの方向に異なる曲率をもつ曲面（回転楕円体の表面）のことである。厳密には、角膜２の外面形状は周辺部へ行くに従ってさらに曲率が大きくなるような形を有しているので、それに応じて装用体の内面形状を形成することが好ましい。角膜２の外面形状と装用体の内面形状が相互に整合したトーリック面である場合には、装着したときに角膜２の外面上において装用体が光軸周りに回転しないように構成できる。実際には、上記のように構成された装用体であっても、装着者が瞬きをすると正面から見て右目のコンタクトは反時計方向に少し回転し、左目のコンタクトは時計方向に少し回転する。この回転角度は瞬き１回で５〜１０度以下程度といわれている。しかし、上記のように角膜２の外面と装用体の内面は相互に整合したトーリック面同士であるので、上記装用体の回転によって面同士の整合性が失われるため、復元力が生じて直ちに元の位置に戻る。
【００３２】
上記のようにして装用体の姿勢は眼部１に対して常時一定に保持されるので、後述する表示構造によって装着者が視認する画像の姿勢も一定に維持される。
【００３３】
装用体には、瞳孔３ａを通して網膜６に所定の光を放射するための表示構造１１０が設けられている。この表示構造１１０は、上記ベース基板１０１の内部若しくは表面上に形成されている。表示構造１１０には、光出射手段或いは光源を構成する発光素子１１１が設けられている。発光素子１１１としては有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、ＬＥＤ（発光ダイオード）素子、ＬＤ（レーザーダイオード）素子などを用いることができる。本実施形態では、複数の発光素子１１１が設けられている。
【００３４】
上記表示構造１１０には、上記の発光素子１１１から出射される出射光を受けて伝播させる光導波路１１２が設けられている。この光導波路１１２は、発光素子１１１に対向する位置から装用体の中心部に向けて伸びている。また、複数の光導波路１１２は相互に並列に配置されている。光導波路１１２は光透過性素材で構成され、好ましくは、後述するように光閉じ込め効果を有する導光構造を有する。
【００３５】
また、この光導波路１１２の延長方向と交差（直交）する方向に伸びる複数の走査電極１１３が光導波路１１２と重なるように配置されている。さらに、光導波路１１２に対して走査電極１１３の反対側には共通電極１１４がやはり光導波路１１２と重なるように配置されている。上記の走査電極１１３及び共通電極１１４は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、酸化亜鉛、酸化スズ等の透明導電体で構成されている。
【００３６】
上記の発光素子１１１は駆動回路１１７によって駆動される。駆動回路１１７は発光素子１１１に対して駆動電圧を供給する。そして、駆動回路１１７の駆動状態によって発光素子１１１の発光の有無を制御できるように構成されている。ここで、駆動回路１１７の駆動電圧を制御することにより、発光素子１１１の発光輝度（出射光の強度）を制御できるように構成されていることが好ましい。
【００３７】
また、上記の走査電極１１３には駆動回路１１８によって所定の走査電位が供給される。駆動回路１１８は、複数の走査電極１１３に供給する電位をそれぞれ独立に変えることができるように構成されている。一方、共通電極１１４には予め所定の基準電位が供給される。そして、駆動回路１１８により供給される走査電位を制御することにより、走査電極１１３と共通電極１１４との間の電圧が調整され、これによって後述する各画素領域の点灯状態と非点灯状態を選択できるように構成されている。
【００３８】
上記の駆動回路１１７，１１８は、例えば、半導体集積回路（ＩＣ）チップにより構成することができる。この場合、半導体集積回路チップには複数の図示しない接続端子が設けられ、これらの接続端子が上記発光素子１１１や走査電極１１３及び共通電極１１４に導電接続される態様で半導体集積回路チップがベース基板１０１上に実装されている。
【００３９】
表示構造１１０には、光変調手段を構成するホログラム光学素子１１６が設けられている。このホログラム光学素子１１６は既定の光学特性を有する光変調素子であり、通常は、予め記録された光学構造により所定の光学作用を奏するように構成されたものである。このホログラム光学素子１１６は、光導波路１１２から放出される光をマックスウェル視が実現される態様で、すなわち瞳孔３ａの中心部近傍に焦点を結ぶ態様で放射するように構成されている。ここで、マックスウェル視とは、図２１に示すように、物体Ａの透過光若しくは反射光で構成される物体光を瞳孔３ａの中心部（実際には眼部の光学系による光学的影響が最も少なくなる焦点位置）の近傍で焦点を結ぶように放射することにより、水晶体５などの光学系の特性にほとんど影響されずに網膜６上に物体Ａの像Ｂが結像する状態を言う。本実施形態のホログラム光学素子１１６は、内面側（すなわち眼部１側）から入射した放出光を反射してマックスウェル視を実現する反射型ホログラム光学素子である。
【００４０】
図３及び図４は、ホログラム光学素子１１６の製造方法及び光学機能の説明を行うための説明図である。ホログラム光学素子１１６を製造する場合には、まず、ホログラム乾板などのように、感光材料自体で構成され、若しくはこの感光材料を担持した透明な基板を有する光学基材Ｈを用意する。そして、この光学基材Ｈに対して、光導波路１１２から放出される放出光と同じ入射角θと波長を有する参照光Ｘと、当該放出光と同じ波長を有し、レンズＲなどによって形成された焦点位置Ｆにて収束する収束光Ｙとを相互に反対側から照射し、上記感光材料を感光させることにより、参照光Ｘと収束光Ｙの干渉縞を記録する。そして、これに現像処理を施すことによって上記のホログラム光学素子１１６が完成する。なお、図においては、光導波路１１２から放出される放出光のホログラム光学素子１１６への入射角θが場所に依らずに常に一定である場合を示してある。
【００４１】
そして、上記の干渉縞が記録されてなるホログラム光学素子１１６に参照光Ｘのみを照射すると、図４に示すように、この参照光Ｘは反射・回折されて回折光Ｚとなり、この回折光Ｚは上記と同じ焦点位置Ｆに収束する。したがって、装用体を角膜２上に装着した場合に、上記の焦点位置Ｆが瞳孔３ａの中心部近傍に位置するようにホログラム光学素子１１６を構成することにより、マックスウェル視を実現することができる。
【００４２】
上記の感光材料としては、フォトポリマ、フォトレジスト、フォトクロミック、フォトダイクロミック、銀塩フィルム、銀塩乳剤、重クロム酸ゼラチン、ダイクロメートゼラチン、プラスチック、強誘電体、磁気光学材料、電気光学材料、非結晶半導体、フォトリフラクチィブ材料等が用いられ、特に、本実施形態の表示装置１００にシースルー性を付与するためには、透光性のある材料が用いられる。また、本実施形態の表示装置をカラー表示装置として構成するには、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色などの複数の色相を呈する光を出射する発光素子１１１を設け、これらの発光素子１１１の出射光に対応するように、上記ホログラム光学素子を、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色などの複数の色相を呈する光でそれぞれ記録し、いずれの色相の光でも上記のような回折特性を有することとなるように製造すればよい。この場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの特定波長のみはシースルー性が保たれないが、これらの特定波長は可視光の波長帯のほんの一部であり、実質的にシースルー性が保たれていると考えられる。
【００４３】
ホログラム光学素子１１６は、上記の角膜２の外面に沿った曲板状に構成され、この形状で上述の光学特性を奏するように形成されている。また、このホログラム光学素子１１６は、光導波路１１２の後述するクラッド領域と等しい屈折率を有する光学接着剤（図示せず）を介して装用体の一部（例えば、上記ベース基板１０１）に固定され、表示構造１１０上に配置される。なお、このホログラム光学素子１１６は、上記ベース基板１０１や表示構造１１０上に感光材料を配置して上記と同様に製造するなどの方法により、装用体の他の構造と一体に製造してもよい。
【００４４】
再び図１に戻って説明を続ける。装用体には、上記の表示構造１１０を制御する制御部１２０が設けられている。この制御部１２０もまた、上記ベース基板１０１の内部若しくは表面上に形成されている。制御部１２０はベース基板１０１の外周部に形成されることが好ましい。制御部１２０には、上記駆動回路１１７，１１８に制御信号を供給する表示制御手段を構成する表示制御回路１２１が設けられる。この表示制御回路１２１もまた半導体集積回路チップで構成することができる。表示制御回路１２１としては、ＣＰＵ（中央処理ユニット）、メモリ、内部バスなどを含むＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）で構成することができる。
【００４５】
また、制御部１２０には、表示制御回路１２１や上記の駆動回路１１７，１１８に所要の電源電位（電力）を供給するための電源ブロック１２２が設けられている。この電源ブロック１２２は、電力を蓄えることのできる素子、例えば大容量キャパシタなどによって構成することができる。あるいは、この電源ブロック１２２は涙液を活用した燃料電池といったものでもよい。
【００４６】
さらに、制御部１２０には、上記無線受信手段を構成するアンテナ及び受信回路を含む無線受信回路１２３が形成されている。この無線受信回路１２３は、外部から無線通信（例えば、ブルートゥースなどの近距離無線通信規格や赤外線通信規格などを用いた、電磁波（光）や音波などによる配線を介さない通信）により送信される表示データや制御コマンドを受信し、上記表示制御回路１２１に送出するように構成されている。これによって、導電線や光ファイバなどの配線を介することなく外部から表示内容を制御することが可能になる。ここで、外部から無線通信によって受信する表示データとしては、動画、静止画、グラフィック、キャラクタ等何でもよい。また、制御コマンドとしては、表示の有無、表示状態の切替などを行うための上記表示制御回路１２１に対する各種コマンドが含まれる。さらに、本実施形態では、上記無線受信回路１２３のアンテナ部に対して電磁誘導でエネルギー伝送を行うことにより、上記電源ブロック１２２や無線受信回路１２３内の２次電池等を充電する機能を有する。２次電池は装着時あるいは、非装着時のどちらかで充電される。
【００４７】
図１１は、本実施形態の表示構造１１０のうち、光出射手段、光導波路及び伝播光放出手段の構造を示す概略斜視図である。ここで、複数の発光素子１１１は光源基板１１１Ｓに実装された状態で一列に配列されている。実際には、複数の発光素子１１１は角膜２の外面に沿った曲面上に配列されている。発光素子１１１はすべて同一の発光波長分布を有するものであってもよいが、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の発光素子１１１を繰り返し配列させることによってカラー表示を可能とするように構成してもよい。この場合は、画素密度を上げて混色させるか網膜上で同一部分に像を結ぶようにする。
【００４８】
光導波路１１２は長尺状に構成され、発光素子１１１側から反対側に伸びている。本実施形態では複数の長尺状の光導波路１１２が並列配置されている。光導波路１１２は長手方向に角膜２の外面に沿って湾曲している。また、複数の光導波路１１２の配列面もまた、角膜２の外面に沿って湾曲している。なお、光導波路１１２の発光素子１１１側には図示しない導波路レンズが配置され、これによって光導波路１１２における光の伝播効率を高めている。また、光導波路１１２の発光素子１１１とは反対側の端部には、光を吸収する光吸収材（例えばブラックマトリクスに使用されている材料（黒色樹脂）など）が配置されている。
【００４９】
上記複数の光導波路１１２が並列している部分の一方側には複数の走査電極１１３が配列され、他方側には共通電極１１４が配置されている。これらの走査電極１１３及び共通電極１１４は、上記角膜２の外面に沿った曲面上に配列され、また、当該曲面に沿った形状（湾曲形状）を備えている。本実施形態では、光導波路１１２と走査電極１１３とが交差している範囲が画素領域となっている。また、本実施形態では、走査電極１１３が光導波路１１２の外面側（ホログラム光学素子１１６側）に配置され、共通電極１１４が光導波路１１２の内面側（角膜２側）に配置されているが、走査電極１１３と選択電極１１４とが逆の配置でも構わない。
【００５０】
なお、本実施形態では、図示のように均等なピッチの画素が基本的にマトリクス状に縦横に配列されている。ここで、人間工学的に中心の視野と周辺の分解能の違いを考慮して、画素の配列密度が中心では密で、周辺では粗となるように構成してもよい。また、装着者が眼疾患者であるならば、その個人の網膜の特性に合わせて画素サイズや画素の配列密度の粗密を調整してもよい。また同心円状の画素配列としてもよい。
【００５１】
光導波路１１２は、図８に示すように、中心に設けられたコア領域１１２ａと、このコア領域１１２ａの周囲に設けられたクラッド領域１１２ｂとを有する。クラッド領域１１２ｂはコア領域１１２ａよりも屈折率の低い材料で構成されている。コア領域１１２ａ及びクラッド領域１１２ｂはいずれも光透過性を有する素材で構成される。この光透過性を有する素材としては、例えば、アクリル樹脂などの合成樹脂材料や石英などのガラス材料などが挙げられる。また、ＬｉＮｂＯ3 系などの光学結晶や液晶材料等を用いてもよい。
【００５２】
本実施形態の光導波路１１２は図８に示すように角柱形状であり、上記コア領域１１２ａも角柱形状とされ、上記クラッド領域１１２ｂも矩形枠状の断面を有している。なお、光導波路１１２の断面形状は全反射を繰り返す形状であれば任意であり、例えば、図９に示すように、コア領域１１２ａが円柱形状を有し、クラッド領域１１２ｂが円筒形状を有する光導波路１１２を用いても構わない。
【００５３】
上記の光導波路１１２においては、図７に示すように、発光素子１１１から出射された光がコア領域１１２ａの内部に入射して伝播光Ｌ１となる。この伝播光Ｌ１は、コア領域１１２ａとクラッド領域１１２ｂとの境界面で全反射を繰り返し、コア領域１１２ａ内に閉じ込められた状態で光導波路１１２の長手方向に伝播していく。このとき、走査電極１１３と共通電極１１４との間に充分な電圧（所定の閾値を越える電圧）が印加されたときには、光導波路１１２のうちの上記走査電極１１３と共通電極１１４の交差領域である画素領域の屈折率が電気光学効果（Ｋｅｒｒ効果）によって変化し、これによってコア領域１１２ａに閉じ込められていた伝播光Ｌ１の進行方向が変化して放出光Ｌ２となる。このときの放出光の光出射角θは、画素領域に印加された電界や光導波路１１２の構造によって決定される。ここで、画素領域において放出光Ｌ２が放出されていれば当該画素領域は点灯状態であり、画素領域において放出光Ｌ２が放出されていなければ当該画素領域は非点灯状態である。
【００５４】
本実施形態の画素領域に対する駆動態様は任意であり、例えば、２値駆動であってもよく、階調駆動であってもよい。また、装置によってはフレーム単位で画面を重ねあわせることで光量をコントロールするフレーム階調であってもよく、選択期間中の発光時間の調整によるパルス階調であってもよい。
【００５５】
図１０は、本実施形態の上記画素領域の駆動方法の一例を示す概略説明図である。本実施形態では、発光素子１１１の発光輝度の調整と、走査電極１１３の供給電位の調整とによって複数の画素領域ａ〜ｌの発光状態を制御する。図示例では、説明を簡略化するために３行（Ｙ１〜Ｙ３）４列（Ｘ１〜Ｘ４）の計１２個の画素領域を描いてあり、以下においては、２値駆動の場合について説明する。
【００５６】
本実施形態においては、マルチプレックス駆動（時分割駆動）が採用されている。この駆動方法では、１駆動周期Ｔ内を走査電極１１３の数（図示例では３）に分割し、複数の選択期間ｔ１、ｔ２、ｔ３を設け、これらの各選択期間ｔ１〜ｔ３に対してそれぞれ表示態様に応じて発光素子１１１の発光輝度（図示例では発光の有無）を制御する。
【００５７】
例えば、選択期間ｔ１では、複数の走査電極のうちのＹ１行に相当する走査電極１１３に走査電位Ｖｙを供給することによって走査電極１１３と基準電位（図示例では接地電位）が供給されている共通電極１１４との間に既定の電圧が印加されるので、Ｙ１行にある４つの画素領域ａ、ｄ、ｇ、ｊが選択され、このときの発光素子１１１の発光状態に応じて、画素領域ａは非点灯状態に、画素領域ｄ、ｇ、ｊは点灯状態になる。次に、選択期間ｔ２では、Ｙ２行にある画素領域ｂ、ｅ、ｈ、ｋが選択され、このときの発光素子１１１の発光状態に応じて、画素領域ｂ、ｅ、ｋは非点灯状態に、画素領域ｈは点灯状態になる。さらに、選択期間ｔ３では、Ｙ３行にある画素領域ｃ、ｆ、ｉ、ｌが選択され、このときの発光素子１１１の発光状態に応じて、画素領域ｃは非点灯状態に、画素領域ｆ、ｉ、ｌは点灯状態になる。
【００５８】
上記の駆動方法の例はいわゆる線順次駆動であるが、これに限定されるものではない。周波数的には点順時は厳しくなるが、もちろん点順次駆動でもよい。また、前述したように、２値駆動ではなく、階調駆動を行っても構わない。
【００５９】
以上説明した本実施形態においては、装着体を角膜２の外面上に配置した状態で用いる。そして、外部から表示データや制御コマンドなどを送信することにより、上記無線受信回路１２３が表示データや制御コマンドを受信し、これが表示制御回路１２１に送られる。表示制御回路１２１では、送られた表示データや制御コマンドに応じて制御信号（映像信号やタイミング信号に相当する信号）を駆動回路１１７，１１８に送出し、これに応じて発光素子１１１、走査電極１１３及び共通電極１１４が駆動され、所定の画像を構成するための放出光が光導波路１１２から画素領域毎に放出される。
【００６０】
上記のようにして画素領域から所定の光出射角θにて放出された放出光は、光導波路１１２の外面側に配置されたホログラム光学素子１１６に入射し、このホログラム光学素子１１６において反射・回折されて瞳孔３ａの中心部近傍にて焦点を持つように放射される放射光となる。実際には、光出射角θの中央値は７０〜８０度程度であり、この光出射角θの分布に対応してマックスウェル視を実現するように上記ホログラム光学素子１１６が形成されている。
【００６１】
本実施形態においては、装着者の眼部１の角膜２の外面上に表示構造１１０を含む装用体が配置されることにより、所定の画像を表示する場合、装着者の頭部形状や装着態様による眼部と表示構造の距離のばらつきをなくすことができることから、マックスウェル視を実現するために眼部の瞳孔３ａの中心部近傍に上記画像の焦点を正確に設定することができるため、高い表示品位を実現することが可能になる。また、装用体が角膜２の外面上に配置されることにより、装用体が眼部１と一体に回動するように構成できるので、装着者の視線が移動しても表示画像の移動が少なくなり、良好な表示態様を実現することが可能になる。さらに、本実施形態では、表示構造と眼部１とが離れていることに起因する従来の眼鏡型ＨＭＤ装置の装着上の問題点を全て解決することができる。すなわち、眼鏡では１２０度程度と視界が狭いのに対して、本願のような装用体を用いる場合には２００度程度の視界を確保することができる。また、角膜２の外面上に配置されるので、ものの大きさが変わって見えたり、視界がゆがんだりすることを抑制できる。さらに、雨や湯気でくもったり、激しいスポーツをしたり汗をかいたりするときに気になることもない。また、本実施形態の表示装置１００と通常の眼鏡やサングラスとを併用することも可能である。
【００６２】
また、本実施形態では、上記装用体の内面形状を角膜２の外面に整合したトーリック面とすることにより、眼部１と装用体との一体性を高めることができることから、表示態様をさらに向上させることが可能になる。具体的には、トーリック面同士の整合性により装用体の回転姿勢が自動的に保持されることにより、表示の角度ずれを回避できる。
【００６３】
さらに、本実施形態では、発光素子１１１の出射光が光導波路１１２に沿って伝播し、この伝播光が画素領域毎に外部へ放出されたりしなかったりし、その放出光がホログラム光学素子１１６によって眼部１においてマックスウェル視を実現する態様で放射される。このような光導波路型の表示構造１１０においては、角膜２の外面に沿った曲面に沿って光を導くように構成することが原理上及び製造上の観点からきわめて容易であり、装用体を角膜２上に配置可能とする程度の小型化や薄型化にもほとんど支障がない。例えば、製造上、上記の光導波路１１２を可撓性素材で構成したり、曲面状に変形させたりすることは従来の液晶表示装置や有機ＥＬ装置などに較べて格段に容易である。また、光導波路１１２は出射光を角膜２の外面に沿った曲面上にて伝播させるため、従来の液晶表示装置などのように別途照明ユニットを表示領域と重ねるように設ける必要がなくなり、また、ＥＬ表示装置などのように多くの層構造を表示領域中に積層する必要もなくなるため、装用体を薄く構成できるとともに、その光透過性を高めることができる。また、有機ＥＬ装置などのＥＬ表示装置では発光の狭指向性（レンズ特性）を実現する光学系を画素単位で作りこむ必要があるのに対して、本実施形態では狭指向性（レンズ特性）をホログラムレンズにより画素群単位で実現でき、現実的に設計・製造できる。
【００６４】
また、本実施形態では、装用体の内部に光源となる発光素子１１１が設けられているので、外部から光の供給を受ける必要がなくなることから、光ファイバなどを引き回したり接続したりする必要がなくなるため、その構造を簡易なものとすることができるとともに、光ファイバなどによる拘束力を受けないことから、装用体の装着感を向上させることができる。この光源となる発光素子１１１として、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）などを用いることにより、微細な寸法に形成することができるため、装用体内において容易に構成できるとともに、その輝度や発光色（発光波長）を自在に設定することができる。
【００６５】
本実施形態では、角膜２の外面に沿って伸びる複数の長尺状の光導波路１１２が角膜２の外面に沿った曲面上に並列に配置されている。このように、複数の長尺状の光導波路１１２を並列に配置することにより、各光導波路１１２単位で光の放出の有無を制御できるため、光放出位置の制御性を高めることができ、クロストークなくシャープな画像を表示することが可能になる。
【００６６】
また、複数の光導波路１１２に対してそれぞれ独立に光を出射する複数の発光素子１１１を有することにより、各光導波路１１２内の伝播光を独立に制御することが可能になるため、さらに放出光の制御性を高めることが可能になる。特に、複数の発光素子１１１間においてその輝度や発光波長を独立に制御することも可能になる。
【００６７】
本実施形態では、光変調手段としてホログラム光学素子を用いることにより、光導波路１１２から所定の光出射角で放出される光を非対称光学系によって確実に反射・回折させることができ、マックスウェル視を容易に実現できる。また、ホログラム光学素子は、放出光に対して確実に作用する光学特性を有すると同時に、放出光に対して高い選択性を有し、外光に対する影響が小さいため、高いシースルー特性、例えば透過率９０％以上を得ることができる。特に、反射型のホログラム光学素子１１６を用いることにより、ホログラム光学素子１１６にて反射・回折された光のみが瞳孔３ａに向けて放射されるため、迷光が少ないさらにシャープな画像を表示できる。
【００６８】
さらに、本実施形態の表示構造１１０は、光導波路を用いたディスプレイ構造とホログラム光学素子のみを配置した構成なので、表示装置の小型化、軽量化、薄型化が容易で、角膜上に配置されるのに適した表示装置を実現でき、その装着感も良好なものとすることができる。
【００６９】
本実施形態では、装用体において、表示構造１１０により放射された光によって形成されるべき画像に対応する制御信号を表示構造１１０に出力する表示制御回路１２１を有することにより、装用体が外部から配線を介して制御信号の供給を受ける必要がなくなるので、配線接続に起因する装用体の物理的な制約を低減し、装着感を向上させることができる。
【００７０】
また、装用体には、表示構造１１０により放射された光によって形成されるべき画像の表示データや制御コマンドを無線通信により外部から受信する無線受信回路１２３を有することにより、外部から配線を介して表示データや制御コマンドの供給を受ける必要がなくなるため、任意の画像を表示可能としながらも、配線接続に起因する装用体の物理的な制約を低減し、装着感を向上させることができる。もちろん、装着者が装用体に触って操作を行う必要もない。
【００７１】
［第２実施形態］
次に、図２を参照して、本発明に係る第２実施形態について説明する。この実施形態の表示装置２００は、基本的に上記と同様のベース基板２０１、発光素子２１１、光導波路２１２、制御部２２０、表示制御回路２２１、電源ブロック２２２、無線受信回路２２３を有するため、これらの説明は省略する。
【００７２】
本実施形態では、装用体の内面側にホログラム光学素子２１６が配置され、このホログラム光学素子２１６が透過型のホログラム光学素子である点で、上記第１実施形態とは異なる。そして、光導波路２１２から放出された放出光は外面側からホログラム光学素子２１６に入射し、ホログラム光学素子２１６を透過することによって回折され、マックスウェル視が実現される態様で瞳孔３ａに向けて放射されるように構成されている。
【００７３】
この透過型のホログラム光学素子２１６は、図５に示すように、第１実施形態と同様の光学基材Ｈに対して、上記放出光と同じ光入射角θ及び波長を備えた参照光Ｘと、この参照光Ｘと同じ波長を有し、上記第１実施形態と同様の焦点位置Ｆを有する収束光Ｙとを同じ側（外面側）から照射し、現像処理を行うことによって形成される。そして、図６に示すように、このホログラム光学素子２１６に対して外面側から参照光Ｘを照射すると、この参照光Ｘの回折光Ｚは上記焦点位置Ｆに収束する。
【００７４】
上記のように、本実施形態では、透過型のホログラム光学素子２１６が用いられているので、ホログラム光学素子２１６は内側（装着者の瞳孔側）へ向かう放出光の方向を制御するように構成されているので、第１実施形態のように放出光が外部へ向かう場合と異なり、ホログラム光学素子で生ずる漏洩光によって本装置の使用が他人に知られるといった恐れがない。なお、この透過型のホログラム２１６を用いる構成は、上記第１実施形態においても、上記の反射型のホログラム光学素子１１６を有する構成の代わりに用いることができる。
【００７５】
また、本実施形態では、図１３に示すように、走査電極２１３及び駆動回路２１７，２１８は第１実施形態と同様であるが、光導波路２１２に対して走査電極２１３とは反対側に複数の対向電極２１４が配置されている。この対向電極２１４は、光導波路２１２と重なるように配置され、光導波路２１２と同じ方向に伸びるように形成され、光導波路２１２と同様に並列配置されている。
【００７６】
本実施形態では、複数の対向電極２１４が光導波路２１２と共に長尺状に並列配置され、それぞれの光導波路２１２と対向電極２１４が組となって形成されている。したがって、対向電極２１４を光導波路２１２と一体に構成することも可能であるため、光導波路２１２と対向電極２１４とが一体化された長尺構造を集合させることにより上記表示構造２１０を構成することができ、製造コストを低減することが可能になる。また、この構成であれば、対向電極２１４を光導波路２１２の中心部に形成することも可能である。例えば、対向電極２１４の周りに筒状のコア領域が構成され、このコア領域の周りにさらに筒状のクラッド領域が構成されていてもよい。
【００７７】
図１２は、本実施形態の駆動回路２１７，２１８による駆動方法を示す概略説明図である。この駆動方法は、基本的には第１実施形態と同様のマルチプレックス駆動（時分割駆動）であり、いわゆる線順次駆動であって、発光素子２１１及び走査電極２１３を２値的に制御することで、第１実施形態と同様に画素領域ａ〜ｌにおいてそれぞれ独立にその点灯と非点灯を選択することができる。ここで、複数の対向電極２１４には共通の基準電位（図示例では接地電位）が供給されている。
【００７８】
［第３実施形態］
次に、図１５を参照して、本発明に係る第３実施形態について説明する。この実施形態の表示装置３００は、基本的に上記第１実施形態若しくは第２実施形態と同様のベース基板、ホログラム光学素子及び制御部を有するため、これらの説明は省略する。
【００７９】
本実施形態の表示構造３１０には単一の発光素子３１１及び光導波路３１２が設けられ、光導波路３１２は、角膜２の外面に沿って平面的に広がった曲板状に構成されている。そして、この光導波路３１２の一方側に複数の帯状の走査電極３１３が並列に配列され、光導波路３１２の他方側に複数の帯状の対向電極３１４が並列に配列されている。ここで、走査電極３１３と対向電極３１４とは相互に交差（直交）する方向に伸び、両者の交差する範囲が画素領域になる。
【００８０】
発光素子３１１の光出射面に対向する光導波路３１２の部分には、導波路レンズなどで構成される光拡散手段３１５が形成されており、この光拡散手段３１５は、発光素子３１１の出射光を光導波路３１２の幅方向（発光素子３１１の光出射方向と直交し、かつ、光導波路３１２の広がり面と平行な方向）に広げるように作用する。これによって、発光素子３１１の出射光は上記幅方向に配列された複数の光導波路３１２にそれぞれ導入される。なお、本実施形態の光拡散手段３１５は光導波路３１２内に一体に設けた回折格子やレンズ構造などで構成されているが、光導波路３１２と別体に構成されたレンズや光拡散フィルタなどで構成されていてもよい。
【００８１】
本実施形態では、光導波路３１２は角膜２の外面に沿った曲板状に構成されていることにより、単一の光導波路或いは数少ない光導波路だけで構成することが可能になるので、表示構造を簡易なものとすることができ、製造工程を簡略化できる。また、発光素子３１１の出射光を光導波路３１２の幅方向に広げる光拡散手段３１５を設けたので、発光素子３１１の数を低減することができることから、光出射手段の小型化を図ることができ、これによって装用体の更なる小型化や薄型化を図ることが可能になる。
【００８２】
図１４は、本実施形態の駆動回路２１７，２１８による他の駆動方法を示す概略説明図である。この実施形態では、発光素子３１１が一つであるため、複数の画素領域の列について同時点では伝播光の伝播状態を相互に変えることができない。そこで、複数の走査電極２１３と複数の対向電極２１４によりいわゆる点順次駆動を実現した駆動方法の例を示す。この駆動方法では、例えば、最初のフレーム周期Ｔ１においては発光素子３１１が非点灯状態であるのでいずれの画素も点灯しないが、次のフレーム周期Ｔ２においては、発光素子３１１は走査電極２１３の選択期間ｔ１、とｔ３において点灯状態になり、選択期間ｔ２では非点灯状態になるとともに、Ｘ２列の対向電極３１４が基準電位（接地電位）になるため、このＸ２列に含まれる画素領域ｄ及びｆには閾値を越える電圧が印加されて点灯状態になり、画素領域ｅには閾値を越える電圧が印加されずに非点灯状態になる。また、さらに次のフレーム周期Ｔ３においては、発光素子３１１は選択期間ｔ１〜ｔ３において点灯状態であり、Ｘ３列の対向電極３１４が基準電位（接地電位）になるので、Ｘ３列に含まれる画素領域ｇ、ｈ及びｉは全て点灯状態になる。そして、次のフレーム周期Ｔ４においては、発光素子３１１は選択期間ｔ１及びｔ３において点灯状態、選択期間ｔ２において非点灯状態であり、Ｘ４列の対向電極３１４が基準電位（接地電位）になるので、Ｘ４列に含まれる画素領域ｊ及びｌでは閾値を越える電圧が印加されて点灯状態になり、画素領域ｋでは閾値を越える電圧が印加されずに非点灯状態になる。
【００８３】
なお、上記において、走査電極３１３に電圧Ｖｙが印加されるとともに対向電極３１４に基準電位が供給される場合には画素領域には閾値を超える電圧が印加される。一方、走査電極３１３に電圧Ｖｙが印加されるとともに対向電極３１４に電圧Ｖｘが印加される場合には画素領域には閾値を超える電圧が印加されないように設定されている。
【００８４】
［第４実施形態］
次に、図１６乃至図２０を参照して、本発明に係る第４実施形態について説明する。図１６は、本実施形態の構成および作用を示す説明図である。なお、本実施形態では、光導波路４１２のみが上記各実施形態と異なるだけで、図示の電極４１３，４１４を含むその他の構成については上記実施形態のいずれか一つと同様に構成できるので、光導波路４１２以外の構成については説明を省略する。
【００８５】
本実施形態では、光導波路４１２のコア領域４１２ａが光散乱モード液晶により構成される点に特徴を有する。ここで、光散乱モード液晶とは、外部からの電界の印加により、その内部を通過する光を散乱させる特性がある液晶材料をいうものとする。かかる液晶材料には、例えば、高分子分散型液晶(ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal)やポリマーネットワーク液晶（ＰＮＬＣ：Polymer Network Liquid Crystal)がある。
【００８６】
図１７及び図１８は、光散乱モード液晶の特性を示す説明図である。これらの図では、一例として、光散乱モード液晶が高分子分散型液晶により構成される場合を示してある。これらの図に示すように、光散乱モード液晶は、高分子ＰＭのマトリックス内に液晶領域ＬＣを相分離状態で分散させた構造を有する。この光散乱モード液晶は、電界が印加されていない状態では、図１７に示すように、分散した液晶領域ＬＣ内の液晶分子の配向ベクトルが不均一な方向を向いているが、電界が印加されると、図１８に示すように、液晶分子の誘電率異方性により液晶領域ＬＣ内の液晶分子が所定方向に均一に配向する。一般に液晶分子は屈折率異方性を有しており、液晶分子の配向ベクトルに対して平行な方向と垂直な方向とでは屈折率が異なるため、電圧無印加状態と電圧印加状態とでは液晶領域ＬＣの平均の屈折率が変化する。
【００８７】
本実施形態では、電圧無印加時においては、液晶領域ＬＣの平均屈折率と高分子ＰＭの屈折率とが異なるため、液晶領域ＬＣと高分子ＰＭとの界面において光が散乱される。また、液晶領域ＬＣ内の液晶分子の配向方向のばらつきによって液晶領域ＬＣ内でも光が散乱される。
【００８８】
一方、この光散乱モード液晶に電界を印加すると、液晶領域ＬＣ内の液晶分子が電界方向に配列されて液晶領域ＬＣが透明状態になるとともに、液晶領域ＬＣの屈折率と高分子ＰＭの屈折率との間にほとんど差がなくなるため、光散乱モード液晶内の光散乱が弱くなり、光透過状態となる。
【００８９】
この表示装置１では、光導波路４１２のコア領域４１２ａが上記の光散乱モード液晶により構成されていて、このコア領域４１２ａの外側に、コア領域４１２ａよりも屈折率の低いクラッド領域４１２ｂが形成されている。したがって、電圧印加時においてはコア領域４１２ａが光透過状態となるので、伝播光はクラッド領域４１２ｂによって閉じ込められた状態でコア領域４１２ａ内を伝播していく。一方、電圧無印加状態では、コア領域４１２ａが光散乱状態となるので、伝播光は散乱して外部へ放出される。散乱光の主たる放出角度は、ホログラムレンズの特性と合致させてある。
【００９０】
なお、この表示装置の光導波路４１２では、図１９に示す透過率の印加電圧依存性を有し、上記のように電界の印加により光透過作用を奏するノーマルモードの光散乱モード液晶を採用している。この光散乱モード液晶は、配向膜や偏光板が不要であり、また、一般的な反射型液晶表示装置が採用するノーマルモードにより構成されるので、その製造が容易な点で好ましい。
【００９１】
ただし、上記のノーマルモードの光散乱モード液晶では、駆動方法に関しては相補的な電圧印加が必要であり、選択部分を電圧無印加状態とし、非選択部分を電圧印加状態とする必要がある。ところが、光散乱モード液晶には、上記とは逆に、電界印加時に光散乱作用を奏し、電界非印加時に光透過作用を奏するリバースモードの光散乱モード液晶がある。図２０には、このリバースモードの光散乱モード液晶の透過率の印加電圧依存性を示す。このリバースモードの光散乱モード液晶を採用することにより、電圧を印加した部分において光導波路４１２から光を放出させることができる。このリバースモードを有する光散乱モード液晶は、例えば、高分子ＰＭおよび液晶領域ＬＣの配合比率を変更することにより構成される。
【００９２】
なお、この実施形態では、高分子分散型の光散乱モード液晶を用いているが、液晶の光学異方性を利用して或る領域の屈折率を変化させ、光散乱状態と光透過状態とを切り替えるものであれば、他の液晶モードであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】第１実施形態の拡大正面図（ａ）及び装着状態を示す概略断面図（ｂ）。
【図２】第２実施形態の拡大正面図（ａ）及び装着状態を示す概略断面図（ｂ）。
【図３】第１実施形態のホログラム光学素子の製造方法を示す説明図。
【図４】第１実施形態のホログラム光学素子の光学特性を示す説明図。
【図５】第２実施形態のホログラム光学素子の製造方法を示す説明図。
【図６】第２実施形態のホログラム光学素子の光学特性を示す説明図。
【図７】第１実施形態の光導波路の電圧印加時の光学特性を示す拡大断面図。
【図８】第１実施形態の光導波路の斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）。
【図９】異なる光導波路の斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）。
【図１０】第１実施形態の駆動方法を示す説明図。
【図１１】第１実施形態の表示構造の主要部を示す概略斜視図。
【図１２】第２実施形態の駆動方法を示す説明図。
【図１３】第２実施形態の表示構造の主要部を示す概略斜視図。
【図１４】第３実施形態の駆動方法を示す説明図。
【図１５】第３実施形態の表示構造の主要部を示す概略斜視図。
【図１６】第４実施形態の光導波路の選択（電圧印加あるいは無印加）時の光学特性を示す拡大断面図。
【図１７】第４実施形態の光導波路の電圧無印加時の状態を示す模式図。
【図１８】第４実施形態の光導波路の電圧印加時の状態を示す模式図。
【図１９】ノーマルモードの光散乱モード液晶における透過率と駆動電圧との関係を示すグラフ。
【図２０】リバースモードの光散乱モード液晶における透過率と駆動電圧との関係を示すグラフ。
【図２１】マックスウェル視の実現状態を説明するための説明図。
【符号の説明】
【００９４】
１００…表示装置、１０１…ベース基板、１１０…表示構造、１１１…発光素子、１１２…光導波路、１１２ａ…コア領域、１１２ｂ…クラッド領域、１１３…走査電極、１１４…共通電極、１１６…ホログラム光学素子、１１７，１１８…駆動回路、１２０…制御部、１２１…表示制御回路、１２２…電源ブロック、１２３…無線受信回路、３１５…光拡散手段、Ｈ…光学基材、Ｒ…レンズ、Ｘ…参照光、Ｙ…収束光、Ｚ…放射光
【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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