JP2021189299A - 光学装置、コントローラ、光学制御方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させる。【解決手段】本開示の一態様に係る光学装置は、所定の方向に沿って積層された第１の透光性光学素子、第１の透光性電極、液晶、第２の透光性電極、および第２の透光性光学素子を具備し、液晶には、光学パターンが形成されており、光学パターンは、第１の透光性電極と第２の透光性電極との間に電圧が印加されていない時に第１の透光性電極から到来した光を反射し、且つ、反射光を予め定められた集光点に集光させるように構成される。【選択図】図４

Description

本開示は、光学装置、コントローラ、光学制御方法、およびプログラムに関する。

近年、実世界に付加的な情報を重畳してユーザに提示する拡張現実（ＡＲ：Augmented Reality）と呼ばれる技術が注目されている。ＡＲ技術を用いた情報提示には、透過型ＨＭＤ（Head Mounted Display）等のシースルー型の表示装置が利用される。

シースルー型の表示装置は、画素ごとの階調を表現した光（以下、画像光とも称する）を生成する光学エンジンと、実世界の光を透過しつつ画像光を反射または回折させて実世界の光と共にユーザの眼に出射するコンバイナと、を含んで構成される場合が多い。シースルー型の表示装置は、開発されてから未だ日が浅く、性能向上のための種々の技術が開発されている。

特許文献１には、輝度制御の精度の向上を企図したシースルー型の表示装置について記載されている。

特開2020-042212号公報

特許文献１に記載のシースルー型の表示装置は、コンバイナ（コンバイナは、実世界の光を透過しつつ、光源から入射された画像光を回折させて実世界の光と共にユーザの眼に出射する）の回折効率に基づいて光源の光出力を制御する。

つまり、従来のシースルー型の表示装置では、輝度制御を向上させるために光源に対して複雑な制御が必要であった。

本開示の目的は、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることを目的とする。

本開示の一態様に係る光学装置は、所定の方向に沿って積層された第１の透光性光学素子、第１の透光性電極、液晶、第２の透光性電極、および第２の透光性光学素子を具備し、液晶には、光学パターンが形成されており、光学パターンは、第１の透光性電極と第２の透光性電極との間に電圧が印加されていない時に第１の透光性電極から到来した光を反射し、且つ、反射光を予め定められた集光点に集光させるように構成される。

本開示によれば、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

第１実施形態の表示装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の表示装置の構成例を示す図である。 第１実施形態の光学装置の構成の例を示す図である。 第１実施形態の概要の説明図である。 第１実施形態の概要の説明図である。 第１実施形態の制御処理の全体フローを示す図である。 第２実施形態の概要の説明図である。 第２実施形態の制御処理の全体フローを示す図である。 第３実施形態の表示装置の構成を示すブロック図である。 第３実施形態の光学装置の構成の例を示す図である。 第３実施形態の概要の説明図である。 第３実施形態の概要の説明図である。 第３実施形態の制御処理の第１の例の全体フローを示す図である。 第４実施形態の表示装置の構成を示すブロック図である。 第４実施形態の光学装置の構成の例を示す図である。 第４実施形態の概要の説明図である。 第４実施形態の概要の説明図である。 第４実施形態の制御処理の全体フローを示す図である。 変形例の制御処理の全体フローを示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

以降の説明において、光学装置を基準として、上方（Ｔ方向）、下方（Ｂ方向）、前方（Ｆ方向）、後方（Ｒ方向）、左方向（ＳＬ方向）、および右方向（ＳＲ方向）を定義する。

（１）第１実施形態
第１実施形態について説明する。

（１−１）表示装置の構成
表示装置の構成について説明する。図１は、第１実施形態の表示装置の構成を示すブロック図である。図２は、第１実施形態の表示装置の構成例を示す図である。

図１に示すように、表示装置１は、コントローラ１０と、光学装置２０と、光源３０とを備える。

コントローラ１０は、光学装置２０、および光源３０を制御する情報処理装置の一例である。

図２に示すように、光学装置２０は、後方（Ｒ方向）の端面である第１面２０ａと、前方（Ｆ方向）の端面である第２面２０ｂとを備える。光学装置２０は、ユーザ（「装着者」の一例）が表示装置１を装着している時に第１面２０ａが当該ユーザの眼に対向し、かつ第２面２０ｂが外界に対向するように配置される。光学装置２０の第１面２０ａと第２面２０ｂとの間には、複数の光学素子が積層される。光学装置２０は、コントローラ１０からの制御に応じて、第１の状態と第２の状態との間で状態遷移を繰り返す。光学装置２０は、第１の状態では、光源３０から放射される光（「画像光」）をユーザの眼に導くように構成される。光学装置２０は、第２の状態では、外界からの光（「環境光」）をユーザの眼に導くように構成される。

光源３０は、ユーザが表示装置１を装着している時に、光学装置２０の第１面２０ａに向かって光を放射可能に配置される。光源３０は、コントローラ１０からの制御に応じて発光するように構成される。光源３０は、例えばレーザープロジェクターである。

（１−１−１）コントローラの構成
第１実施形態のコントローラの構成について説明する。

図１に示すように、コントローラ１０は、記憶装置１１と、プロセッサ１２と、入出力インタフェース１３と、通信インタフェース１４とを備える。

記憶装置１１は、プログラム及びデータを記憶するように構成される。記憶装置１１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、ストレージ（例えば、フラッシュメモリ又はハードディスク）の組合せである。

プログラムは、例えば、以下のプログラムを含む。
・ＯＳ（Operating System）のプログラム
・情報処理を実行するアプリケーション（例えば、ウェブブラウザ）のプログラム

データは、例えば、以下のデータを含む。
・情報処理において参照されるデータベース
・情報処理を実行することによって得られるデータ（つまり、情報処理の実行結果）

プロセッサ１２は、記憶装置１１に記憶されたプログラムを起動することによって、コントローラ１０の機能を実現するように構成される。プロセッサ１２は、コンピュータの一例である。

入出力インタフェース１３は、コントローラ１０に接続される入力デバイスから信号（例えば、ユーザの指示）を取得し、かつ、コントローラ１０に接続される出力デバイスに信号（例えば、画像信号）を出力するように構成される。
入力デバイスは、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、センサ、又は、それらの組合せである。
出力デバイスは、光学装置２０、および光源３０を含む。出力デバイスは、さらに、例えば、ディスプレイ、スピーカ、またはそれらの組み合わせを含むことができる。

通信インタフェース１４は、コントローラ１０と外部装置（例えば図示されないサーバ）との間の通信を制御するように構成される。

（１−１−２）光学装置の構成
第１実施形態の光学装置の構成について説明する。図３は、第１実施形態の光学装置の構成の例を示す図である。

図３に示すように、光学装置２０は、第１の透光性光学素子２１と、第１の透光性電極２２と、液晶２３と、第２の透光性電極２４と、第２の透光性光学素子２５とを備える。

第１の透光性光学素子２１と、第１の透光性電極２２と、液晶２３と、第２の透光性電極２４と、第２の透光性光学素子２５とは、所定の方向に沿って（例えば、後方（Ｒ方向）から前方（Ｆ方向）に向かって）積層される。

第１の透光性光学素子２１は、光透過性を備える素子である。第１の透光性光学素子２１は、後方（Ｒ方向）から到来した光（例えば画像光）を前方（Ｆ方向）に位置する第１の透光性電極２２へ導くように構成される。第１の透光性光学素子２１は、前方（Ｆ方向）に位置する第１の透光性電極２２から到来した光（例えば環境光、または液晶２３によって反射された画像光）を後方（Ｒ方向）へ導くように構成される。第１の透光性光学素子２１は、材料として、ガラス、透明プラスチック、またはそれらの組み合わせを含み得る。ガラスは、クラウン系ガラス材料（例えば、ＢＫ７、Ｋ３）を含み得る。

第１の透光性電極２２は、光透過性を備える電極である。第１の透光性電極２２は、コントローラ１０によって電位を制御される。第１の透光性電極２２は、コントローラ１０からの制御に応じて、液晶２３の正極として作用するように構成される。
第１の透光性電極２２は、後方（Ｒ方向）に位置する第１の透光性光学素子２１から到来した光（例えば画像光）を前方（Ｆ方向）に位置する液晶２３へ導くように構成される。第１の透光性電極２２は、前方（Ｆ方向）に位置する液晶２３から到来した光（例えば環境光、または液晶２３によって反射された画像光）を後方（Ｒ方向）に位置する第１の透光性光学素子２１へ導くように構成される。第１の透光性電極２２は、材料として、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜、または導電性ポリマー（例えば、Poly（3,4-ethylenedioxythiophene）/poly（4-styrenesulfonate）（PEDOT/PSS））を含み得る。

液晶２３は、所定の光学パターン（例えば、ホログラム）が形成されている。具体的には、所定の光学パターンは、液晶２３の正極（すなわち、第１の透光性電極２２）と液晶２３の負極（すなわち、第２の透光性電極２４）との間に電圧（「液晶駆動電圧」）が印加されていない時には、液晶２３の後方（Ｒ方向）に位置する第１の透光性電極２２から到来した光（例えば画像光）を反射し、且つ、反射光を予め定められた集光点に集光させるように構成される。集光点の位置は、一例として表示装置１を装着したユーザの眼（瞳孔）の位置に一致するように定められる。
コントローラ１０が液晶駆動電圧を印加すると、当該液晶駆動電圧に従って液晶２３を構成する液晶分子の配向が揃う（すなわち、ホログラムが解消する）。
その結果、液晶駆動電圧が印加されている時には、液晶２３の後方（Ｒ方向）に位置する第１の透光性電極２２から到来した光（例えば画像光）は、液晶２３の前方（Ｆ方向）に位置する第２の透光性電極２４へ導かれる。液晶駆動電圧が印加されている時には、液晶２３の前方（Ｆ方向）に位置する第２の透光性電極２４から到来した光（例えば環境光）は、液晶２３の後方（Ｒ方向）に位置する第１の透光性電極２２へ導かれる。

第２の透光性電極２４は、光透過性を備える電極である。第２の透光性電極２４は、コントローラ１０によって電位を制御される。第２の透光性電極２４は、コントローラ１０からの制御に応じて、液晶２３の負極として作用するように構成される。
第２の透光性電極２４は、後方（Ｒ方向）に位置する液晶２３から到来した光（例えば画像光）を前方（Ｆ方向）に位置する第２の透光性光学素子２５へ導くように構成される。第２の透光性電極２４は、前方（Ｆ方向）に位置する第２の透光性光学素子２５から到来した光（例えば環境光）を後方（Ｒ方向）に位置する液晶２３へ導くように構成される。第２の透光性電極２４は、材料として、ＩＴＯ膜、または導電性ポリマー（例えば、（PEDOT/PSS））を含み得る。

第２の透光性光学素子２５は、光透過性を備える素子である。第２の透光性光学素子２５は、後方（Ｒ方向）に位置する第２の透光性電極２４から到来した光（例えば画像光）を前方（Ｆ方向）へ導くように構成される。第２の透光性光学素子２５は、前方（Ｆ方向）から到来した光（例えば外界からの光）を後方（Ｒ方向）に位置する第２の透光性電極２４へ導くように構成される。第２の透光性光学素子２５は、材料として、ガラス、透明プラスチック、またはそれらの組み合わせを含み得る。ガラスは、クラウン系ガラス材料（例えば、ＢＫ７、Ｋ３）を含み得る。

第１の透光性光学素子２１、第１の透光性電極２２、液晶２３（液晶駆動電圧印加時）、第２の透光性電極２４、および第２の透光性光学素子２５の屈折率は略同一の値（例えば、略１．５（好ましくは、１．４５以上１．５５未満））となるように定められる。

（１−２）実施形態の概要
第１実施形態の概要について説明する。図４は、第１実施形態の概要の説明図である。図５は、第１実施形態の概要の説明図である。

コントローラ１０は、液晶駆動電圧の印加を停止する（０にする）。その結果、光学装置２０は第１の状態に遷移する。
コントローラ１０は、光源３０から画像光Ｌ１を発光させる。
図４に示すように、光学装置２０が第１の状態にある場合に、光源３０からの画像光Ｌ１は、第１の透光性光学素子２１、および第１の透光性電極２２を順に通って、液晶２３によって反射される。液晶２３によって反射された画像光Ｌ１は、第１の透光性電極２２、および第１の透光性光学素子２１を順に通って集光点（例えば、ユーザＵＳの眼（瞳孔）周辺の集光点）に集光する。

コントローラ１０が液晶駆動電圧の印加を開始する。その結果、光学装置２０は第２の状態に遷移する。
コントローラ１０は、光源３０の発光を停止する。
図５に示すように、光学装置２０が第２の状態にある場合に、外界からの環境光Ｌ２（例えば、物体ＯＢから放射される反射光）は、第２の透光性光学素子２５、第２の透光性電極２４、液晶２３、第１の透光性電極２２、および第１の透光性光学素子２１を順に通ってユーザＵＳの眼に入射する。

コントローラ１０は、人間の反応時間の限界以下のスイッチング間隔（例えば、８ｍｓｅｃ程度）で液晶駆動電圧の印加と印加停止とを交互に繰り返すことで、ユーザＵＳに画像光Ｌ１による像（画像）と、環境光による像（例えば、ＯＢ１の像）との両方を視認させることができる。

（１−３）制御処理
第１実施形態の制御処理について説明する。図６は、第１実施形態の制御処理の全体フローを示す図である。

図６に示すように、コントローラ１０は、発光命令信号の送出（Ｓ１１０）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、記憶装置１１に含まれるバッファに蓄積された投影対象となる画像信号を取得する。プロセッサ１２は、取得した画像信号を参照して発光命令信号を生成し、当該発光命令信号を光源３０へ送出する。ステップＳ１１０において、プロセッサ１２は、液晶駆動電圧を印加していない。すなわち、光学装置２０は、第１の状態にある。

ステップＳ１１０の後に、光源３０は発光（ステップＳ１３０）を実行する。
具体的には、光源３０は、発光命令信号に応じて、画像光Ｌ１を第１の透光性光学素子２１に向けて放射する。画像光Ｌ１の強度およびスペクトルは、発光命令信号によって指定される。

ステップＳ１１０の後に、コントローラ１０は、停止命令信号の送出（Ｓ１１１）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、ステップＳ１１０の終了後、所定時間（例えば、８ｍｓｅｃ程度）待機する。プロセッサ１２が待機している間、光学装置２０は第１の状態にあるので、ユーザＵＳの眼には画像光Ｌ１が入射する。所定時間の待機後に、プロセッサ１２は、光源３０へ停止命令信号を送出する。

ステップＳ１１１の後に、光源３０は発光の停止（Ｓ１３１）を実行する。
具体的には、光源３０は、停止命令信号に応じて、画像光Ｌ１の放射を停止する。

ステップＳ１１０の後に、コントローラ１０は、電圧の印加（Ｓ１１２）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、ステップＳ１１０の終了後、所定時間（例えば、８ｍｓｅｃ程度）待機する。所定時間の待機後に、プロセッサ１２は、液晶駆動電圧を印加する。これにより、光学装置２０は、第１の状態から第２の状態に遷移する。
プロセッサ１２は、ステップＳ１１１よりも前、または後にステップＳ１１２を実行してもよいし、ステップＳ１１１と同時にステップＳ１１２を実行してもよい。

ステップＳ１１２の後に、コントローラ１０は、電圧の印加の停止（Ｓ１１３）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、ステップＳ１１２の終了後、所定時間（例えば、８ｍｓｅｃ程度）待機する。プロセッサ１２が待機している間、光学装置２０は第２の状態にあるので、ユーザＵＳの眼には環境光Ｌ２が入射する。所定時間の待機後に、プロセッサ１２は、液晶駆動電圧の印加を停止する。これにより、光学装置２０は、第２の状態から第１の状態に遷移する。

ステップＳ１１３の後に、コントローラ１０は、投影終了の判定（Ｓ１１４）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、画像投影を終了するか否かを判定する。一例として、プロセッサ１２は、以下の少なくとも１つの条件が成立する場合に、画像投影を終了する。
・画像の投影終了を命令するユーザ指示が取得されたこと
・投影対象の画像信号がバッファに蓄積されていないこと

ステップＳ１１４において画像投影を終了しないと判定した場合に、コントローラ１０は、ステップＳ１１０を再実行する。

ステップＳ１１４において画像投影を終了すると判定した場合に、コントローラ１０は、図６の制御処理を終了する。

以上説明したように、第１実施形態の光学装置は、前述の光学パターンが形成された液晶を備えており、液晶駆動電圧の非印加時には光源からの画像光をユーザの眼（瞳孔）周辺の集光点に集光させる。光学装置は、液晶駆動電圧の印加時には外界からの環境光をユーザの眼に入射させる。第１実施形態のコントローラは、人間の反応時間の限界以下のスイッチング間隔（例えば、８ｍｓｅｃ程度）で液晶駆動電圧の印加と印加停止とを交互に繰り返すことで、ユーザに画像光による像（画像）と、環境光による像との両方を視認させることができる。要するに、第１実施形態によれば、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

第１実施形態のコントローラは、光源の発光と光源の発光の停止とを繰り返し、光源が発光している間に液晶駆動電圧の印加を停止し、且つ、光源が発光を停止している間に液晶駆動電圧を印加してもよい。これにより、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させるとともに、液晶の消費電力を節減できる。

（２）第２実施形態
第２実施形態について説明する。
第２実施形態の表示装置の構成は、第１実施形態と同様である。

（２−１）実施形態の概要
第２実施形態の概要について説明する。図７は、第２実施形態の概要の説明図である。

コントローラ１０は、液晶駆動電圧の印加を停止する（０にする）。その結果、光学装置２０は第１の状態に遷移する。
コントローラ１０が液晶駆動電圧の印加を開始する。その結果、光学装置２０は第２の状態に遷移する。
コントローラ１０は、第１実施形態とは異なり、光学装置２０の状態に関わらず、光源３０を継続的に発光させる（発光を停止しない）。

図４に示すように、光学装置２０が第１の状態にある場合に、光源３０からの画像光Ｌ１は、第１の透光性光学素子２１、および第１の透光性電極２２を順に通って、液晶２３によって反射される。液晶２３によって反射された画像光Ｌ１は、第１の透光性電極２２、および第１の透光性光学素子２１を順に通って集光点（例えば、ユーザＵＳの眼（瞳孔）周辺の集光点）に集光する。

図６に示すように、光学装置２０が第２の状態にある場合に、外界からの環境光Ｌ２（例えば、物体ＯＢから放射される反射光）は、第２の透光性光学素子２５、第２の透光性電極２４、液晶２３、第１の透光性電極２２、および第１の透光性光学素子２１を順に通ってユーザＵＳの眼に入射する。光源３０からの画像光Ｌ１は、第１の透光性光学素子２１、第１の透光性電極２２、液晶２３、第２の透光性電極２４、および第２の透光性光学素子２５を順に通って外界に抜ける（ユーザＵＳの眼には入射しない）。

コントローラ１０は、人間の反応時間の限界以下のスイッチング間隔（例えば、８ｍｓｅｃ程度）で液晶駆動電圧の印加と印加停止とを交互に繰り返すことで、ユーザＵＳに画像光Ｌ１による像（画像）と、環境光による像（例えば、ＯＢ１の像）との両方を視認させることができる。

（２−２）制御処理
第２実施形態の制御処理について説明する。図８は、第２実施形態の制御処理の全体フローを示す図である。

図８に示すように、コントローラ１０は、発光命令信号の送出（Ｓ１１０）を実行する（図６）。
ステップＳ１１０の後に、光源３０は発光（ステップＳ１３０）を実行する（図６）。

ステップＳ１１０の後に、コントローラ１０は、電圧の印加（Ｓ２１２）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、ステップＳ１１０の終了後、所定時間（例えば、８ｍｓｅｃ程度）待機する。プロセッサ１２が待機している間、光学装置２０は第１の状態にあるので、ユーザＵＳの眼には画像光Ｌ１が入射する。所定時間の待機後に、プロセッサ１２は、液晶駆動電圧を印加する。これにより、光学装置２０は、第１の状態から第２の状態に遷移する。

ステップＳ２１２の後に、コントローラ１０は、電圧の印加の停止（Ｓ２１３）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、ステップＳ２１２の終了後、所定時間（例えば、８ｍｓｅｃ程度）待機する。プロセッサ１２が待機している間、光学装置２０は第２の状態にあるので、ユーザＵＳの眼には環境光Ｌ２が入射する。所定時間の待機後に、プロセッサ１２は、液晶駆動電圧の印加を停止する。これにより、光学装置２０は、第２の状態から第１の状態に遷移する。

ステップＳ２１３の後に、コントローラ１０は、投影終了の判定（Ｓ１１４）を実行する（図６）。

ステップＳ１１４において画像投影を終了しないと判定した場合に、コントローラ１０は、ステップＳ１１０を再実行する。

ステップＳ１１４において画像投影を終了すると判定した場合に、コントローラ１０は、停止命令信号の送出（Ｓ２１５）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、光源３０へ停止命令信号を送出する。

ステップＳ２１５の後に、光源３０は発光の停止（Ｓ２３１）を実行する。
具体的には、光源３０は、停止命令信号に応じて、画像光Ｌ１の放射を停止する。

ステップＳ２１５の後に、コントローラ１０は、図８の制御処理を終了する。

以上説明したように、第２実施形態の光学装置は、前述の光学パターンが形成された液晶を備えており、液晶駆動電圧の非印加時には光源からの画像光をユーザの眼（瞳孔）周辺の集光点に集光させる。光学装置は、液晶駆動電圧の印加時には外界からの環境光をユーザの眼に入射させる。第２実施形態のコントローラは、人間の反応時間の限界以下のスイッチング間隔（例えば、８ｍｓｅｃ程度）で液晶駆動電圧の印加と印加停止とを交互に繰り返すことで、ユーザに画像光による像（画像）と、環境光による像との両方を視認させることができる。要するに、第２実施形態によれば、光源に対する複雑な制御が不要なシースルー型の表示装置を実現できる。
特に、第２実施形態によれば、コントローラは、制御処理の実行中に光源の発光を繰り返し停止する必要がない。これにより、光源制御と液晶駆動電圧の制御との同期を取る必要がないので、光源に対する制御をいっそう簡略化しながらも、輝度制御を向上させることができる。

（３）第３実施形態
第３実施形態について説明する。

（３−１）表示装置の構成
表示装置の構成について説明する。図９は、第３実施形態の表示装置の構成を示すブロック図である。

図９に示すように、表示装置２は、コントローラ１０と、光学装置４０と、光源３０とを備える。
表示装置２は、図１の表示装置１の光学装置２０を光学装置４０に置き換えた構成である。

光学装置４０は、後方（Ｒ方向）の端面である第１面と、前方（Ｆ方向）の端面である第２面とを備える。光学装置４０は、ユーザが表示装置２を装着している時に第１面が当該ユーザの眼に対向し、かつ第２面が外界に対向するように配置される。光学装置４０の第１面と第２面との間には、複数の光学素子が積層される。光学装置４０は、コントローラ１０からの制御に応じて、第１の状態と第２の状態との間で状態遷移を繰り返す。光学装置４０は、第１の状態では、光源３０から放射される画像光をユーザの眼に導くように構成される。光学装置４０は、第２の状態では、外界からの環境光をユーザの眼に導くように構成される。

（３−１−１）光学装置の構成
第３実施形態の光学装置の構成について説明する。図１０は、第３実施形態の光学装置の構成の例を示す図である。

図１０に示すように、光学装置４０は、第１の透光性光学素子２１と、第１の透光性電極２２と、液晶４３と、第２の透光性電極２４と、第２の透光性光学素子４５とを備える。

第１の透光性光学素子２１と、第１の透光性電極２２と、液晶４３と、第２の透光性電極２４と、第２の透光性光学素子４５とは、所定の方向に沿って（すなわち、後方（Ｒ方向）から前方（Ｆ方向）に向かって）積層される。

液晶４３の屈折率は、液晶駆動電圧に関する第１の条件が成立する場合と液晶駆動電圧に関する第２の条件が成立する場合とで異なるように構成される。具体的には、液晶４３の屈折率は、第１の条件が成立する場合には、第１の透光性光学素子２１、第１の透光性電極２２、第２の透光性電極２４、および第２の透光性光学素子４５の屈折率（「第２の値」）（例えば、１．５付近）と異なる値（「第１の値」）に略一致する。液晶４３の屈折率は、第２の条件が成立する場合には第２の値と略一致する。

第１の条件および第２の条件は、以下のいずれかの組み合わせであってよい。
・第１の条件は液晶駆動電圧が印加されていること、かつ第２の条件は液晶駆動電圧が印加されていないこと
・第１の条件は液晶駆動電圧が印加されていないこと、かつ第２の条件は液晶駆動電圧が印加されていること

液晶４３は、第１の条件が成立する場合には、後方（Ｒ方向）に位置する第１の透光性電極２２から到来した光（例えば画像光）を前方（Ｆ方向）に位置する第２の透光性電極２４へ導くように構成される。液晶４３は第１の条件が成立する場合には、前方（Ｆ方向）に位置する第２の透光性電極２４から到来した光（例えば第２の透光性光学素子４５と第２の透光性電極２４との間の界面から戻ってきた画像光）を後方（Ｒ方向）に位置する第１の透光性電極２２へ導くように構成される。
液晶４３は、第２の条件が成立する場合には、後方（Ｒ方向）に位置する第１の透光性電極２２から到来した光（例えば画像光）を前方（Ｆ方向）に位置する第２の透光性電極２４へ導くように構成される。第２の透光性電極２４は、第２の条件が成立する場合には、前方（Ｆ方向）に位置する第２の透光性電極２４から到来した光（例えば環境光）を後方（Ｒ方向）に位置する第１の透光性電極２２へ導くように構成される。

第２の透光性光学素子４５は、光透過性を備える素子である。第２の透光性光学素子は、後方（Ｒ方向）の端面（すなわち、第２の透光性電極２４と当接する面）に光学パターン（例えば凹凸）が形成されている。
具体的には、第２の透光性光学素子４５に形成された光学パターンは、第１の条件の成立時に、第２の透光性光学素子４５の後方（Ｒ方向）に位置する第２の透光性電極２４から到来する光の一部が当該光学パターンと第２の透光性電極２４との間の界面によって反射され、当該第２の透光性光学素子４５よりも後方の予め定められた集光点に集光するように構成される。集光点の位置は、一例として表示装置２を装着したユーザの眼（瞳孔）の位置に一致するように定められる。
第２の透光性光学素子４５は、前方（Ｆ方向）から到来した光（例えば外界からの光）を後方（Ｒ方向）に位置する第２の透光性電極２４へ導くように構成される。
第２の透光性光学素子４５は、材料として、ガラス、透明プラスチック、またはそれらの組み合わせを含み得る。ガラスは、クラウン系ガラス材料（例えば、ＢＫ７、Ｋ３）を含み得る。第２の透光性光学素子４５は、回折光学素子（DOE: Diffractive Optical Element）、およびホログラフィック光学素子（HOE: Holographic Optical Element）の少なくとも１つを含むことができる。

第１の透光性光学素子２１、第１の透光性電極２２、液晶４３（第２の条件の成立時）、第２の透光性電極２４、および第２の透光性光学素子４５の屈折率は略同一の値（例えば、略１．５（好ましくは、１．４５以上１．５５未満））となるように定められる。

（３−２）実施形態の概要
第３実施形態の概要について説明する。図１１は、第３実施形態の概要の説明図である。図１２は、第３実施形態の概要の説明図である。

コントローラ１０は、液晶駆動電圧に関する第１の条件が成立するように液晶駆動電圧を制御する。その結果、光学装置４０は第１の状態に遷移する。
コントローラ１０は、液晶駆動電圧に関する第２の条件が成立するように液晶駆動電圧を制御する。その結果、光学装置４０は第２の状態に遷移する。
コントローラ１０は、光学装置４０の状態に関わらず、光源３０を継続的に発光させる（発光を停止しない）。

図１１に示すように、光学装置４０が第１の状態にある場合に、光源３０からの画像光Ｌ１は、第１の透光性光学素子２１、および第１の透光性電極２２、液晶４３、および第２の透光性電極２４を順に通って、第２の透光性光学素子４５と第２の透光性電極２４との間の界面によって反射される。第２の透光性光学素子４５と第２の透光性電極２４との間の界面によって反射された画像光Ｌ１は第２の透光性電極２４、液晶４３、第１の透光性電極２２、および第１の透光性光学素子２１を順に通って集光点（例えば、ユーザＵＳの眼（瞳孔）周辺の集光点）に集光する。

図１２に示すように、光学装置４０が第２の状態にある場合に、外界からの環境光Ｌ２（例えば、物体ＯＢから放射される反射光）は、第２の透光性光学素子４５、第２の透光性電極２４、液晶４３、第１の透光性電極２２、および第１の透光性光学素子２１を順に通ってユーザＵＳの眼に入射する。

コントローラ１０は、人間の反応時間の限界以下のスイッチング間隔（例えば、８ｍｓｅｃ程度）で液晶駆動電圧に関する第１の条件と第２の条件とが交互に成立するように液晶駆動電圧の印加を制御することで、ユーザＵＳに画像光Ｌ１による像（画像）と、環境光による像（例えば、ＯＢ１の像）との両方を視認させることができる。

（３−３）制御処理
第３実施形態の制御処理について説明する。

（３−３−１）制御処理の第１の例
第３実施形態の制御処理の第１の例について説明する。図１３は、第３実施形態の制御処理の第１の例の全体フローを示す図である。

液晶駆動電圧に関する第１の条件は液晶駆動電圧が印加されていることであって、液晶駆動電圧に関する第２の条件は液晶駆動電圧が印加されていないことである場合に、コントローラ１０は第３実施形態の制御処理の第１の例を行う。

図１３に示すように、コントローラ１０は、発光命令信号の送出（Ｓ１１０）を実行する（図６）。
ステップＳ１１０の後に、光源３０は発光（ステップＳ１３０）を実行する（図６）。

ステップＳ１３０の後に、コントローラ１０は、電圧の印加（Ｓ３１２）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、液晶駆動電圧を印加する。これにより、光学装置４０は、第２の状態から第１の状態に遷移する。プロセッサ１２は、液晶駆動電圧の印加後、所定時間（例えば、８ｍｓｅｃ程度）待機する。プロセッサ１２が待機している間、光学装置４０は第１の状態にあるので、ユーザＵＳの眼には画像光Ｌ１が入射する。

ステップＳ３１２の後に、コントローラ１０は、電圧の印加の停止（Ｓ３１３）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、液晶駆動電圧の印加を停止する。これにより、光学装置４０は、第１の状態から第２の状態に遷移する。プロセッサ１２は、液晶駆動電圧の印加の停止後、所定時間（例えば、８ｍｓｅｃ程度）待機する。プロセッサ１２が待機している間、光学装置４０は第２の状態にあるので、ユーザＵＳの眼には環境光Ｌ２が入射する。

ステップＳ３１３の後に、コントローラ１０は、投影終了の判定（Ｓ１１４）を実行する（図６）。
ステップＳ１１４において画像投影を終了しないと判定した場合に、コントローラ１０は、ステップＳ１１０を再実行する。

ステップＳ１１４において画像投影を終了すると判定した場合に、コントローラ１０は、停止命令信号の送出（Ｓ２１５）を実行する（図８）。
ステップＳ２１５の後に、光源３０は発光の停止（Ｓ２３１）を実行する（図８）。
ステップＳ２１５の後に、コントローラ１０は、図１３の制御処理を終了する。

（３−３−２）制御処理の第２の例
第３実施形態の制御処理の第２の例について説明する。

液晶駆動電圧に関する第１の条件は液晶駆動電圧が印加されていないことであって、液晶駆動電圧に関する第２の条件は液晶駆動電圧が印加されていないことである場合に、コントローラ１０は第３実施形態の制御処理の第２の例を行う。
第３実施形態の制御処理の第２の例は、図８と同様である。すなわち、プロセッサ１２は、発光命令信号の送出（Ｓ１１０）、電圧の印加（Ｓ２１２）、電圧の印加の停止（Ｓ２１３）、投影終了の判定（Ｓ１１４）、および停止命令信号の送出（Ｓ２１５）を実行する。光源３０は、発光（Ｓ１３０）、および発光の停止（Ｓ２３１）を実行する。

以上説明したように、第３実施形態の光学装置は、前述の光学パターンが形成された第２の透光性光学素子を備えており、液晶駆動電圧に関する第１の条件の成立時には光源からの画像光をユーザの眼（瞳孔）周辺の集光点に集光させる。光学装置は、液晶駆動電圧に関する第２の条件の成立時には外界からの環境光をユーザの眼に入射させる。第３実施形態のコントローラは、人間の反応時間の限界以下のスイッチング間隔（例えば、８ｍｓｅｃ程度）で第１の条件と第２の条件とが交互に成立するように液晶駆動電圧の印加を制御することで、ユーザに画像光による像（画像）と、環境光による像との両方を視認させることができる。要するに、第３実施形態によれば、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

第３実施形態の光学装置は、回折光学素子（DOE: Diffractive Optical Element）、およびホログラフィック光学素子（HOE: Holographic Optical Element）の少なくとも１つを第２の透光性光学素子４５として用いることができる。これにより、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

第３実施形態の光学装置は、クラウン系ガラス材料を含む第１の透光性光学素子２１または第２の透光性光学素子４５を用いることができる。これにより、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

第３実施形態の光学装置において、第２の条件の成立時の液晶の屈折率と、第１の透光性光学素子２１、第１の透光性電極２２、第２の透光性電極２４、および第２の透光性光学素子４５の屈折率とは、１．４５以上１．５５未満であってもよい。これにより、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

なお、第３実施形態では、ステップＳ１１０の後にステップＳ３１２を実行する例を示したが、これに限られるものではない。第３実施形態は、以下の何れかの例にも適用可能である。
・ステップＳ１３０の前にステップＳ３１２を実行する例
・ステップＳ１３０と同時にステップＳ３１２を実行する例

（４）第４実施形態
第４実施形態について説明する。

（４−１）表示装置の構成
表示装置の構成について説明する。図１４は、第４実施形態の表示装置の構成を示すブロック図である。

図１４に示すように、表示装置３は、コントローラ１０と、光学装置５０と、光源３０と、視線計測装置６０とを備える。
表示装置３は、図１の表示装置１の光学装置２０を光学装置５０に置き換えるとともに、視線計測装置６０を追加した構成である。

コントローラ１０は、光学装置５０、および光源３０を制御する情報処理装置の一例である。コントローラ１０は、視線計測装置６０から表示装置３を装着したユーザの視線の計測結果を取得可能に構成される。

光学装置５０は、後方（Ｒ方向）の端面である第１面と、前方（Ｆ方向）の端面である第２面とを備える。光学装置５０は、ユーザが表示装置３を装着している時に第１面が当該ユーザの眼に対向し、かつ第２面が外界に対向するように配置される。光学装置５０の第１面と第２面との間には、複数の光学素子が積層される。光学装置５０は、コントローラ１０からの制御に応じて、第１の状態と第２の状態との間で状態遷移を繰り返す。光学装置５０は、第１の状態では、光源３０から放射される画像光をユーザの眼に導くように構成される。光学装置５０は、第２の状態では、外界からの環境光をユーザの眼に導くように構成される。

視線計測装置６０は、表示装置３を装着したユーザの視線を計測する。視線計測装置６０は、ユーザの視線の計測結果をコントローラ１０へ送出する。

（４−１−１）光学装置の構成
第４実施形態の光学装置の構成について説明する。図１５は、第４実施形態の光学装置の構成の例を示す図である。

図１５に示すように、光学装置５０は、第１の透光性光学素子２１と、第１の透光性電極５２と、液晶４３と、第２の透光性電極５４と、第２の透光性光学素子４５とを備える。

第１の透光性光学素子２１と、第１の透光性電極５２と、液晶４３と、第２の透光性電極５４と、第２の透光性光学素子４５とは、所定の方向に沿って（すなわち、後方（Ｒ方向）から前方（Ｆ方向）に向かって）積層される。

第１の透光性電極５２および第２の透光性電極５４は、Ｆ−Ｒ軸に直交する平面（電極平面）上の複数の位置のそれぞれに異なる電圧を印加可能な構造を持つ点で、第１の透光性電極２２および第２の透光性電極２４とは異なる。
例えば、電極平面上の第１の座標（ｘ１，ｙ１）における液晶駆動電圧と、電極平面上の第２の座標（ｘ２，ｙ２）における液晶駆動電圧とを異ならせることができる。換言すれば、コントローラ１０は、電極平面上で任意の分布（非一様な電圧分布、または一様な電圧分布）を持つ液晶駆動電圧を印加することができる。

液晶４３の電極平面上の屈折率分布は、第１の透光性電極５２および第２の透光性電極５４に印加される液晶駆動電圧の電極平面上の分布に依存する。
液晶４３は、電極平面上で一様な電圧分布を持つ液晶駆動電圧が印加された場合には、電極平面上で一様な屈折率分布を示す。液晶４３は、電極平面上で非一様な電圧分布を持つ液晶駆動電圧が印加された場合には、電極平面上で非一様な屈折率分布を示す。
コントローラ１０は、液晶４３の電極平面上の屈折率分布を制御することで、光学装置５０が第１の状態である時に画像光Ｌ１が集光する集光点の位置を調整可能である。

第１の透光性光学素子２１、第１の透光性電極５２、液晶４３（液晶駆動電圧非印加時）、第２の透光性電極５４、および第２の透光性光学素子４５の屈折率は略同一の値（例えば、略１．５（好ましくは、１．４５以上１．５５未満））となるように定められる。

（４−２）実施形態の概要
第４実施形態の概要について説明する。図１６は、第４実施形態の概要の説明図である。図１７は、第４実施形態の概要の説明図である。

コントローラ１０が視線計測装置６０の計測結果を参照して決定した分布を持つ液晶駆動電圧を印加する。その結果、光学装置５０は第１の状態に遷移する。
コントローラ１０が液晶駆動電圧の印加を停止する。その結果、光学装置５０は第２の状態に遷移する。
コントローラ１０は、第１実施形態とは異なり、光学装置５０の状態に関わらず、光源３０を継続的に発光させる（発光を停止しない）。

図１６に示すように、光学装置５０が第１の状態にある場合に、光源３０からの画像光Ｌ１は、第１の透光性光学素子２１、および第１の透光性電極５２、液晶４３、および第２の透光性電極５４を順に通って、第２の透光性光学素子４５と第２の透光性電極５４との間の界面によって反射される。第２の透光性光学素子４５によって反射された画像光Ｌ１は第２の透光性電極５４、液晶４３、第１の透光性電極５２、および第１の透光性光学素子２１を順に通って集光点（例えば、ユーザＵＳの眼（瞳孔）周辺の集光点）に集光する。
画像光Ｌ１の集光点の位置は、液晶４３の電極平面上の屈折率分布に依存して変化する。コントローラ１０は、視線計測装置６０から取得したユーザＵＳの視線の計測結果を参照して、液晶駆動電圧の電極平面上の分布を決定し、決定した分布を持つ液晶駆動電圧を第１の透光性電極５２および第２の透光性電極５４に印加する。これにより、ユーザＵＳの眼（瞳孔）の位置に応じて画像光Ｌ１の集光点を調整すること（すなわちアイボックスの拡大）が可能となる。

図１７に示すように、光学装置５０が第２の状態にある場合に、外界からの環境光Ｌ２（例えば、物体ＯＢから放射される反射光）は、第２の透光性光学素子４５、第２の透光性電極５４、液晶４３、第１の透光性電極５２、および第１の透光性光学素子２１を順に通ってユーザＵＳの眼に入射する。

コントローラ１０は、人間の反応時間の限界以下のスイッチング間隔（例えば、８ｍｓｅｃ程度）で液晶駆動電圧の印加と印加停止とを交互に繰り返すことで、ユーザＵＳに画像光Ｌ１による像（画像）と、環境光による像（例えば、ＯＢ１の像）との両方を視認させることができる。

（４−３）制御処理
第４実施形態の制御処理について説明する。図１８は、第４実施形態の制御処理の全体フローを示す図である。

図１８に示すように、コントローラ１０は、発光命令信号の送出（Ｓ１１０）を実行する（図６）。
ステップＳ１１０の後に、光源３０は発光（ステップＳ１３０）を実行する（図６）。

コントローラ１０は、視線計測結果の取得（Ｓ４１６）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、視線計測装置６０から表示装置３を装着したユーザの視線の計測結果を取得する。
プロセッサ１２は、ステップＳ１１０よりも前、または後にステップＳ４１６を実行してもよいし、ステップＳ１１０と同時にステップＳ４１６を実行してもよい。

ステップＳ４１６の後に、コントローラ１０は、電圧分布の決定（Ｓ４１７）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、ステップＳ４１６において取得した計測結果を参照して、液晶駆動電圧の電極平面上の分布を決定する。

ステップＳ４１７の後に、コントローラ１０は、電圧の印加（Ｓ４１２）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、ステップＳ４１７において決定した電圧分布を持つ液晶駆動電圧を印加する。これにより、光学装置５０は、第２の状態から第１の状態に遷移する。プロセッサ１２は、液晶駆動電圧の印加後、所定時間（例えば、８ｍｓｅｃ程度）待機する。プロセッサ１２が待機している間、光学装置５０は第１の状態にあるので、ユーザＵＳの眼には画像光Ｌ１が入射する。

ステップＳ４１２の後に、コントローラ１０は、電圧の印加の停止（Ｓ３１３）を実行する（図１３）。
ステップＳ３１３の後に、コントローラ１０は、投影終了の判定（Ｓ１１４）を実行する（図６）。

ステップＳ１１４において画像投影を終了しないと判定した場合に、コントローラ１０は、ステップＳ１１０を再実行する。

ステップＳ１１４において画像投影を終了すると判定した場合に、コントローラ１０は、停止命令信号の送出（Ｓ２１５）を実行する（図８）。
ステップＳ２１５の後に、光源３０は発光の停止（Ｓ２３１）を実行する（図８）。
ステップＳ２１５の後に、コントローラ１０は、図１８の制御処理を終了する。

以上説明したように、第４実施形態の光学装置は、前述の光学パターンが形成された第２の透光性光学素子を備えており、第１の状態にある時には光源からの画像光をユーザの眼（瞳孔）周辺の集光点に集光させる。光学装置は、電極平面上の複数の位置のそれぞれに異なる電圧を印加可能な構造を有する第１の透光性電極および第２の透光性電極を備えており、液晶の電極平面上の屈折率分布が可変である。故に、第４実施形態のコントローラは、ユーザの視線の計測結果に応じて、液晶駆動電圧の電極平面上の分布を変更することで、画像光の集光点を変化させる。これにより、ユーザの眼（瞳孔）の位置に応じて画像光の集光点を調整すること（すなわちアイボックスの拡大）が可能となる。光学装置は、第２の状態にある時には外界からの環境光をユーザの眼に入射させる。
第４実施形態のコントローラは、人間の反応時間の限界以下のスイッチング間隔（例えば、８ｍｓｅｃ程度）で液晶駆動電圧の印加と印加停止とを交互に繰り返すことで、ユーザに画像光による像（画像）と、環境光による像との両方を視認させることができる。要するに、第４実施形態によれば、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

（５）変形例
変形例について説明する。変形例は、第４実施形態の光学装置を、電極平面上で所定の大きさの一様な分布を持つ液晶駆動電圧の印加時に第２の状態に遷移するように構成する例である。

（５−１）光学装置の構成
変形例の光学装置の構成について説明する。変形例の光学装置５０の構成は、以下に説明する点で第４実施形態の光学装置５０の構成と異なる。

第１の透光性光学素子２１、第１の透光性電極５２、液晶４３（電極平面上で所定の大きさの一様な分布を持つ液晶駆動電圧の印加時）、第２の透光性電極５４、および第２の透光性光学素子４５の屈折率は略同一の値（例えば、略１．５（好ましくは、１．４５以上１．５５未満））となるように定められる。

（５−２）変形例の概要
変形例の概要について説明する。

第４実施形態とは異なり、コントローラ１０が所定の大きさの分布を持つ液晶駆動電圧を印加する。その結果、光学装置５０は第２の状態に遷移する。

図１７に示すように、光学装置５０が第２の状態にある場合に、外界からの環境光Ｌ２（例えば、物体ＯＢから放射される反射光）は、第２の透光性光学素子４５、第２の透光性電極５４、液晶４３、第１の透光性電極５２、および第１の透光性光学素子２１を順に通ってユーザＵＳの眼に入射する。

コントローラ１０は、人間の反応時間の限界以下のスイッチング間隔（例えば、８ｍｓｅｃ程度）で、視線計測装置６０の計測結果を参照して決定した分布を持つ液晶駆動電圧の印加と所定の大きさの分布を持つ液晶駆動電圧の印加とを交互に繰り返すことで、ユーザＵＳに画像光Ｌ１による像（画像）と、環境光による像（例えば、ＯＢ１の像）との両方を視認させることができる。

（５−３）制御処理
変形例の制御処理について説明する。図１９は、変形例の制御処理の全体フローを示す図である。

図１８に示すように、コントローラ１０は、発光命令信号の送出（Ｓ１１０）を実行する（図６）。
ステップＳ１１０の後に、光源３０は発光（ステップＳ１３０）を実行する（図６）。

コントローラ１０は、視線計測結果の取得（Ｓ４１６）、電圧分布の決定（Ｓ４１７）、および電圧の印加（Ｓ４１２）を実行する（図１８）。

ステップＳ４１２の後に、コントローラ１０は、一様分布を持つ電圧の印加（Ｓ５１３）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、所定の大きさの一様な分布を持つ液晶駆動電圧を印加する。これにより、光学装置５０は、第１の状態から第２の状態に遷移する。プロセッサ１２は、液晶駆動所定の大きさの一様な分布を持つ液晶駆動電圧の印加後、所定時間（例えば、８ｍｓｅｃ程度）待機する。プロセッサ１２が待機している間、光学装置４０は第２の状態にあるので、ユーザＵＳの眼には環境光Ｌ２が入射する。

ステップＳ５１３の後に、コントローラ１０は、投影終了の判定（Ｓ１１４）を実行する（図６）。

ステップＳ１１４において画像投影を終了しないと判定した場合に、コントローラ１０は、ステップＳ１１０を再実行する。

ステップＳ１１４において画像投影を終了すると判定した場合に、コントローラ１０は、停止命令信号の送出（Ｓ２１５）を実行する（図８）。
ステップＳ２１５の後に、光源３０は発光の停止（Ｓ２３１）を実行する（図８）。

コントローラ１０は、電圧の印加の停止（Ｓ５１８）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、液晶駆動電圧の印加を停止する。
プロセッサ１２は、ステップＳ２１５よりも前、または後にステップＳ５１８を実行してもよいし、ステップＳ２１５と同時にステップＳ５１８を実行してもよい。

ステップＳ２１５、およびステップＳ５１８の後に、コントローラ１０は、図１９の制御処理を終了する。

以上説明したように、変形例の光学装置は、前述の光学パターンが形成された第２の透光性光学素子を備えており、第１の状態にある時には光源からの画像光をユーザの眼（瞳孔）周辺の集光点に集光させる。光学装置は、電極平面上の複数の位置のそれぞれに異なる電圧を印加可能な構造を有する第１の透光性電極および第２の透光性電極を備えており、液晶の電極平面上の屈折率分布が可変である。故に、変形例のコントローラは、ユーザの視線の計測結果に応じて、液晶駆動電圧の電極平面上の分布を変更することで、画像光の集光点を変化させる。これにより、ユーザの眼（瞳孔）の位置に応じて画像光の集光点を調整すること（すなわちアイボックスの拡大）が可能となる。光学装置は、第２の状態にある時には外界からの環境光をユーザの眼に入射させる。
変形例のコントローラは、人間の反応時間の限界以下のスイッチング間隔（例えば、８ｍｓｅｃ程度）で、視線計測装置６０の計測結果を参照して決定した分布を持つ液晶駆動電圧の印加と所定の大きさの分布を持つ液晶駆動電圧の印加とを交互に繰り返すことで、ユーザに画像光による像（画像）と、環境光による像との両方を視認させることができる。要するに、変形例によれば、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

（６）その他の変形例
記憶装置１１は、ネットワークＮＷを介して、コントローラ１０と接続されてもよい。

実施形態の説明では、光学装置は、画像光と環境光とを交互にユーザの眼に導く例を説明したが。これに限られるものではない。実施形態は、光学装置２０が画像光をユーザの眼に導く時に、液晶の環境光を遮断することなく、環境光の一部をユーザの眼に導く例にも適用可能である。

実施形態の説明では、第１の透光性電極２２及び５２を正極として構成し、第２の透光性電極２４及び５４を負極として構成したが、これに限られるものではない。実施形態は、第１の透光性電極２２及び５２を負極として構成し、第２の透光性電極２４及び５４を正極として構成する例にも適用可能である。

実施形態の説明では、液晶２３に液晶駆動電圧が印加されていない場合には光学装置２０は第１の状態にあり、液晶２３に液晶駆動電圧が印加されている場合には光学装置２０は第２の状態にあると説明したが、これに限られない。実施形態は、液晶２３に印加される電圧が第１の条件を満たす場合に屈折率が光学装置２０に含まれる他の素子と異なる値になり、液晶２３に印加される電圧が第２の条件を満たす場合に屈折率が光学装置２０に含まれる他の素子と略同一の値になる例にも適用可能である。
第１の条件及び第２の条件の組合せは、以下の少なくとも１つの例を含む。
・第１の条件は液晶駆動電圧が非零であり、第２の条件は液晶駆動電圧がゼロである（つまり、電圧が印加されていない）。
・第１の条件は液晶駆動電圧がゼロであり、第２の条件は液晶駆動電圧が非零である。
・第１の条件は液晶駆動電圧が第１の非零値Ｖ１であり、第２の条件は液晶駆動電圧が第２の非零値Ｖ２（＜Ｖ１）である。
・第１の条件は液晶駆動電圧が第１の非零値Ｖ１であり、第２の条件は液晶駆動電圧が第２の非零値Ｖ２（＞Ｖ１）である。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。また、上記の実施形態及び変形例は、組合せ可能である。

（７）付記
実施形態で説明した事項を、以下に付記する。

（付記１）
所定の方向に沿って積層された第１の透光性光学素子（２１）、第１の透光性電極（２２）、液晶（２３）、第２の透光性電極（２４）、および第２の透光性光学素子（２５）を具備し、
液晶には、光学パターンが形成されており、
光学パターンは、第１の透光性電極と第２の透光性電極との間に電圧が印加されていない時に第１の透光性電極から到来した光を反射し、且つ、反射光を予め定められた集光点に集光させるように構成される、
光学装置（２０）。

付記１の光学装置は、液晶に形成された光学パターンを利用することで、液晶駆動電圧の非印加時には光源からの画像光を装着者の眼（瞳孔）周辺の集光点に集光させ、かつ液晶駆動電圧の印加時には外界からの環境光を装着者の眼に入射させる。これにより、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

（付記２）
付記１に記載の光学装置と、第１の透光性光学素子に向かって光を放射可能に配置された光源（３０）とを制御するコントローラ（１０）であって、
第１の透光性電極および第２の透光性電極の間の電圧を制御する手段（Ｓ１１２，Ｓ１１３，Ｓ２１２，Ｓ２１３）
を具備し、
電圧を制御する手段は、電圧の印加と、電圧の印加の停止と、を繰り返す、
コントローラ。

付記２のコントローラは、液晶駆動電圧の印加と印加停止とを交互に繰り返して装着者に画像光による像（画像）と、環境光による像との両方を視認させる。これにより、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

（付記３）
光源の発光を制御する手段（Ｓ１１０，Ｓ１１１）をさらに具備し、
発光を制御する手段は、光源の発光と、光源の発光の停止とを繰り返し、
電圧を制御する手段は、光源が発光している間に電圧の印加を停止し、且つ、光源が発光を停止している間に電圧を印加する、
付記２に記載のコントローラ。

付記３のコントローラは、光源の発光と光源の発光の停止とを繰り返し、光源が発光している間に液晶駆動電圧の印加を停止し、且つ、光源が発光を停止している間に液晶駆動電圧を印加する。これにより、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させるとともに、液晶の消費電力を節減できる。

（付記４）
所定の方向に沿って積層された第１の透光性光学素子（２１）、第１の透光性電極（２２，５２）、液晶（４３）、第２の透光性電極（２４，５４）、および第２の透光性光学素子（４５）を具備し、
第２の透光性光学素子には、光学パターンが形成されており、
光学パターンは、第２の透光性電極から到来する光の一部が当該光学パターンと第２の透光性電極との間の界面によって反射して予め定められた集光点に集光するように構成され、
液晶の屈折率は、第１の透光性電極と第２の透光性電極との間の電圧に関する第１の条件が成立する場合に第１の値に略一致し、且つ、電圧に関する第２の条件が成立する場合に第１の値とは異なる第２の値に略一致し、
第１の透光性光学素子、第１の透光性電極、第２の透光性電極、および第２の透光性光学素子の屈折率は第２の値に略一致する、
光学装置（４０，５０）。

付記４の光学装置は、第２の透光性光学素子に形成された光学パターンを利用することで、液晶駆動電圧に関する第１の条件の成立時には光源からの画像光を装着者の眼（瞳孔）周辺の集光点に集光させ、かつ液晶駆動電圧に関する第２の条件の成立時には外界からの環境光を装着者の眼に入射させる。これにより、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

（付記５）
第２の透光性光学素子は、回折光学素子（DOE: Diffractive Optical Element）、およびホログラフィック光学素子（HOE: Holographic Optical Element）の少なくとも１つを含む、付記４に記載の光学装置。

付記５の光学装置は、回折光学素子（DOE: Diffractive Optical Element）、およびホログラフィック光学素子（HOE: Holographic Optical Element）の少なくとも１つを第２の透光性光学素子として用いる。これにより、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

（付記６）
第１の透光性光学素子、および第２の透光性光学素子の少なくとも１つは、クラウン系ガラス材料を含む、付記４または付記５に記載の光学装置。

付記６の光学装置は、クラウン系ガラス材料を含む第１の透光性光学素子または第２の透光性光学素子を用いる。これにより、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

（付記７）
第２の値は１．４５以上１．５５未満である、付記４乃至付記６のいずれかに記載の光学装置。

付記７の光学装置において、第２の条件の成立時の液晶の屈折率と、第１の透光性光学素子、第１の透光性電極、第２の透光性電極、および第２の透光性光学素子の屈折率は、１．４５以上１．５５未満である。これにより、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

（付記８）
第１の透光性電極（５２）および第２の透光性電極（５４）は、複数の位置のそれぞれに異なる電圧を印加可能な構造を持つ、付記４乃至付記７のいずれかに記載の光学装置（５０）。

付記８の光学装置は、液晶駆動電圧の電極平面上の分布を制御可能である。これにより、画像光の集光点を変化させることができる。

（付記９）
付記４乃至付記８のいずれかに記載の光学装置と、第１の透光性光学素子に向かって光を放射可能に配置された光源（３０）とを制御するコントローラ（１０）であって、
第１の透光性電極および第２の透光性電極の間の電圧を制御する手段（Ｓ３１２，Ｓ３１３）と
を具備し、
電圧を制御する手段は、電圧の印加と、電圧の印加の停止と、を繰り返す、
コントローラ。

付記９のコントローラは、液晶駆動電圧の印加と印加停止とを交互に繰り返して装着者に画像光による像（画像）と、環境光による像との両方を視認させる。これにより、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

（付記１０）
付記８に記載の光学装置と、第１の透光性光学素子に向かって光を放射可能に配置された光源（３０）とを制御するコントローラ（１０）であって、
光学装置を備えた表示装置を装着した装着者の視線の計測結果を取得する手段（Ｓ４１６）と、
第１の透光性電極および第２の透光性電極の間の電圧を制御する手段（Ｓ４１７，Ｓ４１２，Ｓ３１３）と
を具備し、
電圧を制御する手段は、
第１の透光性電極と第２の透光性電極との間に計測結果に応じた電圧分布を持つ電圧の印加、および、当該電圧の印加の停止を繰り返す、
コントローラ。

付記１０のコントローラは、装着者の視線の計測結果に応じて、液晶駆動電圧の電極平面上の分布を変更することで、画像光の集光点を変化させる。これにより、装着者の眼（瞳孔）の位置に応じて画像光の集光点を調整すること（すなわちアイボックスの拡大）が可能となる。

（付記１１）
付記８に記載の光学装置と、第１の透光性光学素子に向かって光を放射可能に配置された光源（３０）とを制御するコントローラ（１０）であって、
光学装置を備えた表示装置を装着した装着者の視線の計測結果を取得する手段（Ｓ４１６）と、
第１の透光性電極および第２の透光性電極の間の電圧を制御する手段（Ｓ４１７，Ｓ４１２，Ｓ５１３，Ｓ５１８）と
を具備し、
電圧を制御する手段は、
計測結果に応じた第１の電圧分布を持つ電圧の印加、および、所定の大きさの一様な分布を持つ第２の電圧の印加を繰り返す、
コントローラ。

付記１１のコントローラは、装着者の視線の計測結果に応じて、液晶駆動電圧の電極平面上の分布を変更することで、画像光の集光点を変化させる。装着者の眼（瞳孔）の位置に応じて画像光の集光点を調整すること（すなわちアイボックスの拡大）が可能となる。

（付記１２）
付記１に記載の光学装置と、第１の透光性光学素子に向かって光を放射可能に配置された光源とを制御する光学制御方法であって、
コンピュータが、
第１の透光性電極および第２の透光性電極の間の電圧を制御するステップと
を具備し、
電圧を制御するステップは、電圧と、電圧の印加の停止と、を繰り返す、
方法。

付記１２の光学制御方法は、液晶駆動電圧の印加と印加停止とを交互に繰り返して装着者に画像光による像（画像）と、環境光による像との両方を視認させる。これにより、シースルー型の表示装置において、光源に対する複雑な制御を必要とすることなく、輝度制御を向上させることができる。

１ ：表示装置
２ ：表示装置
３ ：表示装置
１０ ：コントローラ
１１ ：記憶装置
１２ ：プロセッサ
１３ ：入出力インタフェース
１４ ：通信インタフェース
２０ ：光学装置
２１ ：第１の透光性光学素子
２２ ：第１の透光性電極
２３ ：液晶
２４ ：第２の透光性電極
２５ ：第２の透光性光学素子
３０ ：光源
４０ ：光学装置
４３ ：液晶
４５ ：第２の透光性光学素子
５０ ：光学装置
５２ ：第１の透光性電極
５４ ：第２の透光性電極
６０ ：視線計測装置

Claims (17)

1. 所定の方向に沿って積層された第１の透光性光学素子、第１の透光性電極、液晶、第２の透光性電極、および第２の透光性光学素子を具備し、
   前記液晶には、光学パターンが形成されており、
   前記光学パターンは、前記第１の透光性電極と前記第２の透光性電極との間に電圧が印加されていない時に前記第１の透光性電極から到来した光を反射し、且つ、反射光を予め定められた集光点に集光させるように構成される、
   光学装置。
2. 請求項１に記載の光学装置と、前記第１の透光性光学素子に向かって光を放射可能に配置された光源とを制御するコントローラであって、
   前記第１の透光性電極および前記第２の透光性電極の間の電圧を制御する手段
   を具備し、
   前記電圧を制御する手段は、前記電圧の印加と、前記電圧の印加の停止と、を繰り返す、
   コントローラ。
3. 前記光源の発光を制御する手段をさらに具備し、
   前記発光を制御する手段は、前記光源の発光と、前記光源の発光の停止とを繰り返し、
   前記電圧を制御する手段は、前記光源が発光している間に前記電圧の印加を停止し、且つ、前記光源が発光を停止している間に前記電圧を印加する、
   請求項２に記載のコントローラ。
4. 所定の方向に沿って積層された第１の透光性光学素子、第１の透光性電極、液晶、第２の透光性電極、および第２の透光性光学素子を具備し、
   前記第２の透光性光学素子には、光学パターンが形成されており、
   前記光学パターンは、前記第２の透光性電極から到来する光の一部が当該光学パターンと前記第２の透光性電極との間の界面によって反射して予め定められた集光点に集光するように構成され、
   前記液晶の屈折率は、前記第１の透光性電極と前記第２の透光性電極との間の電圧に関する第１の条件が成立する場合に第１の値に略一致し、且つ、前記電圧に関する第２の条件が成立する場合に前記第１の値とは異なる第２の値に略一致し、
   前記第１の透光性光学素子、前記第１の透光性電極、前記第２の透光性電極、および前記第２の透光性光学素子の屈折率は前記第２の値に略一致する、
   光学装置。
5. 前記第２の透光性光学素子は、回折光学素子（DOE: Diffractive Optical Element）、およびホログラフィック光学素子（HOE: Holographic Optical Element）の少なくとも１つを含む、請求項４に記載の光学装置。
6. 前記第１の透光性光学素子、および前記第２の透光性光学素子の少なくとも１つは、クラウン系ガラス材料を含む、請求項４または請求項５に記載の光学装置。
7. 前記第２の値は１．４５以上１．５５未満である、請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の光学装置。
8. 前記第１の透光性電極および前記第２の透光性電極は、複数の位置のそれぞれに異なる電圧を印加可能な構造を持つ、請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の光学装置。
9. 請求項４乃至請求項８のいずれかに記載の光学装置と、前記第１の透光性光学素子に向かって光を放射可能に配置された光源とを制御するコントローラであって、
   前記第１の透光性電極および前記第２の透光性電極の間の電圧を制御する手段と
   を具備し、
   前記電圧を制御する手段は、前記電圧の印加と、前記電圧の印加の停止と、を繰り返す、
   コントローラ。
10. 請求項８に記載の光学装置と、前記第１の透光性光学素子に向かって光を放射可能に配置された光源とを制御するコントローラであって、
    前記光学装置を備えた表示装置を装着した装着者の視線の計測結果を取得する手段と、
    前記第１の透光性電極および前記第２の透光性電極の間の電圧を制御する手段と
    を具備し、
    前記電圧を制御する手段は、
    前記第１の透光性電極と前記第２の透光性電極との間に前記計測結果に応じた電圧分布を持つ電圧の印加、および、当該電圧の印加の停止を繰り返す、
    コントローラ。
11. 請求項８に記載の光学装置と、前記第１の透光性光学素子に向かって光を放射可能に配置された光源とを制御するコントローラであって、
    前記光学装置を備えた表示装置を装着した装着者の視線の計測結果を取得する手段と、
    前記第１の透光性電極および前記第２の透光性電極の間の電圧を制御する手段と
    を具備し、
    前記電圧を制御する手段は、
    前記計測結果に応じた第１の電圧分布を持つ電圧の印加、および、所定の大きさの一様な分布を持つ第２の電圧の印加を繰り返す、
    コントローラ。
12. 請求項１に記載の光学装置と、前記第１の透光性光学素子に向かって光を放射可能に配置された光源とを制御する光学制御方法であって、
    コンピュータが、
    前記第１の透光性電極および前記第２の透光性電極の間の電圧を制御するステップと
    を具備し、
    前記電圧を制御するステップは、前記電圧と、前記電圧の印加の停止と、を繰り返す、
    方法。
13. コンピュータが、
    前記光源の発光を制御するステップをさらに具備し、
    前記発光を制御するステップは、前記光源の発光と、前記光源の発光の停止とを繰り返し、
    前記電圧を制御するステップは、前記光源が発光している間に前記電圧の印加を停止し、且つ、前記光源が発光を停止している間に前記電圧を印加する、
    請求項１２に記載の方法。
14. 請求項４乃至請求項８のいずれかに記載の光学装置と、前記第１の透光性光学素子に向かって光を放射可能に配置された光源とを制御する光学制御方法であって、
    コンピュータが、
    前記第１の透光性電極および前記第２の透光性電極の間の電圧を制御するステップを具備し、
    前記電圧を制御するステップは、前記電圧の印加と、前記電圧の印加の停止と、を繰り返す、
    方法。
15. 請求項８に記載の光学装置と、前記第１の透光性光学素子に向かって光を放射可能に配置された光源とを制御する光学制御方法であって、
    コンピュータが、
    前記光学装置を備えた表示装置を装着した装着者の視線の計測結果を取得するステップ、
    前記第１の透光性電極および前記第２の透光性電極の間の電圧を制御するステップと
    を具備し、
    前記電圧を制御するステップは、前記計測結果に応じた電圧分布を持つ電圧の印加と、当該電圧の印加の停止と、を繰り返す、
    方法。
16. 請求項８に記載の光学装置と、前記第１の透光性光学素子に向かって光を放射可能に配置された光源とを制御する光学制御方法であって、
    コンピュータが、
    前記光学装置を備えた表示装置を装着した装着者の視線の計測結果を取得するステップと、
    前記第１の透光性電極および前記第２の透光性電極の間の電圧を制御する手段と
    を具備し、
    前記電圧を制御する手段は、前記計測結果に応じた電圧分布を持つ第１の電圧の印加と、一様な電圧分布を持つ第２の電圧の印加と、を繰り返す、
    方法。
17. コンピュータに、請求項２〜請求項３、および、請求項９〜請求項１１の何れかに記載の各手段を実現させるためのプログラム。
    
    

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