JP7275124B2 - 映像投射システム、映像投射装置、映像表示光回折用光学素子、器具、及び映像投射方法 - Google Patents

映像投射システム、映像投射装置、映像表示光回折用光学素子、器具、及び映像投射方法 Download PDF

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Description

本技術は、映像投射システム、映像投射装置、映像表示光回折用光学素子、器具、及び映像投射方法に関する。より詳細には、本技術は、両目の前に配置される映像表示光回折用光学素子と当該映像表示光回折用光学素子から分離されており且つ当該映像表示光回折用光学素子に向けて映像表示光を投射する映像投射装置とから構成される映像投射システム、当該映像投射システムを構成する各要素、及び当該映像投射システムにおける映像投射方法に関する。
近年、例えば現実の風景などの外界の光景に映像を重ねて表示する技術に注目が集まっている。当該技術は、拡張現実（ＡＲ）技術とも呼ばれる。この技術を利用した製品の一つとして、ヘッドマウントディスプレイが挙げられる。ヘッドマウントディスプレイは、ユーザの頭部に装着して使用される。ヘッドマウントディスプレイを用いた映像表示方法では、例えば外界からの光に加えてヘッドマウントディスプレイからの光がユーザの眼に到達することで、外界の像に当該ディスプレイからの光による映像が重畳されているようにユーザは認識する。
ヘッドマウントディスプレイの一つにメガネ型ディスプレイがあり、種々のメガネ型ディスプレイが提案されている。
映像投射装置が内蔵されているメガネ型ディスプレイがこれまでに多く提案されてきた。当該メガネ型ディスプレイは、メガネに内蔵された映像投射装置から投射された光がメガネ内の光学系を通じて目に導かれるという構成を有する。例えば、下記特許文献１には、そのようなメガネ型ディスプレイが開示されている。具体的には、下記特許文献１は、観察者の頭部に装着された頭部装着状態で観察者に画像を表示するヘッドマウントディスプレイが記載されており、当該ヘッドマウントディスプレイは、前記画像を表示するための画像信号に応じた画像光を観察者の両眼のうちの一方である観察眼に投射することにより、観察者に前記画像を表示する単眼式の表示ユニットを含む。
また、映像投射装置が例えばメガネなどの頭部装着部から分離されているメガネ型ディスプレイも提案されている。例えば、下記特許文献２に記載の眼球投影型表示装置は、画像生成手段から発せられる光束を出射する投影光学手段と、当該投影光学手段からの光束を集光して射出瞳を形成し、当該射出瞳近傍に配された使用者眼球内の網膜上に像を形成させる接眼光学手段とを有している。当該投影光学手段と当該接眼光学手段とは離間して構成されており、且つ、当該接眼光学手段のみが使用者眼球近傍に配設されている。
特開２０１３－４４８３３号公報 特開２００６－９８８２０号公報
ヘッドマウントディスプレイの構成要素のうち、頭部装着部は、ユーザの負担を軽減するために、小型であり且つ／又は軽量であることが望ましい。頭部装着部の小型化及び／又は軽量化は、ヘッドマウントディスプレイの低コスト化又はデザイン性向上の観点からも重要である。
また、ユーザが自然な映像、特には立体的な映像を認識するために、両眼視を可能とする映像表示光がユーザに投射されることが望ましい。しかしながら、両眼視を可能とする映像表示光をユーザに投射するためには、装置が複雑になってしまう場合がある。装置が複雑であればあるほど、装置の小型化及び／又は軽量化はより困難となる。
本技術は、ヘッドマウントディスプレイの構成要素のうちの頭部装着部を小型化及び／又は軽量化することを目的とする。さらに、本技術は、両眼視を可能とする技術を提供することも目的とする。
本技術は、両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得部、前記位置情報取得部により得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整部、及び、両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能であり、且つ、前記映像表示光調整部により調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する１つの投射光学系を備えている映像投射装置と、
前記映像投射装置と分離されており且つ前記両目の前に配置される映像表示光回折用光学素子と
から構成されており、
前記三次元的位置情報は、前記映像投射装置に対する前記映像表示光回折用光学素子の三次元的な位置情報であり、且つ、前記映像投射装置から前記映像表示光回折用光学素子までの距離を含み、
前記映像表示光回折用光学素子は、当該光学素子を両目の前で保持するための器具に備えられている、
映像投射システムを提供する。
前記三次元的位置情報は、前記投射光学系に対する前記映像表示光回折用光学素子の三次元的な位置情報であってよい。
前記器具は、メガネ、ゴーグル、又はヘルメットであってよい。
本技術の一つの実施態様に従い、前記映像表示光回折用光学素子が、前記映像表示光の波長範囲の光に対してはレンズとして働き、当該波長範囲外の波長の光は透過する光学特性を有しうる。
本技術の一つの実施態様に従い、前記投射光学系は、拡大光学系により映像表示光を両目に照射するように構成されていてよい。
本技術の他の実施態様に従い、前記投射光学系は、映像表示光が瞳孔付近に集光されそして網膜に照射されてマクスウェル視を行えるように構成されていてよい。
本技術の一つの実施態様に従い、前記投射光学系が、映像表示光を投射可能な領域が２つに分割されるように構成されていてよく、当該２つの領域がそれぞれ左右の眼をカバーしうる。
本技術の一つの実施態様に従い、前記投射光学系が、前記分割のための光学素子として、ウェッジプレート、くの字型ミラー、又は回折素子を含みうる。
本技術の一つの実施態様に従い、前記投射光学系が、映像表示光を投射可能な領域が２つに分割されるように構成されていてよく、当該２つの領域がそれぞれ左右の眼をカバーし、且つ、前記投射光学系が、投射された映像表示光を偏向する偏向制御部を含みうる。
前記映像表示光回折用光学素子は、前記投射光学系から投射された映像表示光を回折して、両目に到達させるように構成されており、且つ、
前記映像表示光回折用光学素子は、該映像表示光回折用光学素子を両目の前で保持するための器具に貼り付けられていてよい。
前記映像表示光回折用光学素子は、前記投射光学系から投射された映像表示光を回折して、両目に到達させるように構成されており、且つ、
前記映像表示光回折用光学素子は、該映像表示光回折用光学素子を両目の前で保持するための器具に備えられているフィルム状のホログラムレンズであってよい。
前記映像表示光回折用光学素子は、前記器具のレンズ面に積層されていてよい。
本技術の一つの実施態様に従い、前記器具は投射光学系を含まない。
本技術の一つの実施態様に従い、前記位置情報取得部はイメージセンサを含み、当該イメージセンサにより得られた情報に基づき、前記位置情報取得部は前記三次元的位置情報を取得しうる。
本技術の一つの実施態様に従い、前記映像表示光調整部が、前記両目のそれぞれに異なる映像表示光が投射されるように映像表示光を調整するものであってよい。
本技術の一つの実施態様に従い、前記映像表示光調整部が、前記両目の視差に基づき映像表示光を調整しうる。
本技術の一つの実施態様に従い、前記両目のそれぞれに異なる映像表示光が投射されることによって、前記映像投射システムのユーザが、提示される映像の三次元的な位置を認識しうる。

また、本技術は、両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得部、前記位置情報取得部により得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整部、及び、両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能であり、且つ、前記映像表示光調整部により調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する１つの投射光学系を備えており、前記三次元的位置情報は、前記映像投射装置に対する前記映像表示光回折用光学素子の三次元的な位置情報であり、且つ、前記映像投射装置から前記映像表示光回折用光学素子までの距離を含み、前記映像表示光回折用光学素子は、当該光学素子を両目の前で保持するための器具に備えられている、映像投射装置も提供する。

また、本技術は、両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得部、前記位置情報取得部により得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整部、及び、両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能であり且つ前記映像表示光調整部により調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する１つの投射光学系を備えている映像投射装置から投射された映像表示光を回折して両目に到達させるために用いられる、前記映像投射装置から分離されており且つ両目の前に配置されるものであり、当該映像表示光光学素子を両目の前で保持するための器具に備えられており、且つ、前記三次元的位置情報は、前記映像投射装置に対する前記映像表示光回折用光学素子の三次元的な位置情報であり、且つ、前記映像投射装置から前記映像表示光回折用光学素子までの距離を含む、映像表示光回折用光学素子も提供する。

また、本技術は、両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得部、前記位置情報取得部により得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整部、及び、両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能であり且つ前記映像表示光調整部により調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する１つの投射光学系を備えている映像投射装置から投射された映像表示光を回折して両目に到達させるために用いられる映像表示光回折用光学素子を含み、且つ、前記三次元的位置情報は、前記映像投射装置に対する前記映像表示光回折用光学素子の三次元的な位置情報であり、且つ、前記映像投射装置から前記映像表示光回折用光学素子までの距離を含む、前記映像投射装置から分離されており且つ当該光学素子を両目の前で保持するための器具も提供する。

また、本技術は、両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得工程、前記位置情報取得工程において得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整工程、及び両目をカバーする領域内で、１つの投射光学系から、前記映像表示光調整工程において調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する投射工程を含み、前記三次元的位置情報は、前記映像投射装置に対する前記映像表示光回折用光学素子の三次元的な位置情報であり、且つ、前記映像投射装置から前記映像表示光回折用光学素子までの距離を含み、前記映像表示光回折用光学素子は、前記映像表示光を投射する映像投射装置と分離されており且つ前記両目の前に配置されるものであり、且つ
前記映像表示光回折用光学素子は、当該光学素子を両目の前で保持するための器具に備えられている、
映像投射方法も提供する。
本技術により、頭部装着部が小型化及び／又は軽量化されており且つ両眼視を可能とするヘッドマウントディスプレイが提供される。そのため、ヘッドマウントディスプレイの頭部装着部がユーザに与える負担を軽減することができ、且つ、自然な映像をユーザに提示することができる。
なお、本技術により奏される効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術に従う映像投射システムを構成する映像投射装置のブロック図の一例である。 本技術に従う映像投射システムをユーザが利用している状態の一例を示す図である。 拡大光学系を示す図である。 マックスウェル視光学系を示す図である。 本技術に従う映像表示光回折用光学素子及び当該光学素子を両目の前で保持するための器具の一例を示す図である。 本技術に従う映像表示光回折用光学素子の形状の例及びマークの配置の例を示す図である。 本技術に従う映像表示光回折用光学素子の一例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムをユーザが利用している状態の一例を示す図である。 本技術に従い映像表示光がユーザに投射されている状態の一例を示す模式図である。 本技術に従い映像表示光が投射されている状態の一例を示す模式図である。 映像投射可能領域内での映像表示光回折用光学素子の位置の変化を示す図である。 本技術に従い映像投射可能領域を２つに分割するための構成の一例を示す図である。 本技術に従い映像投射可能領域を２つに分割するための構成の一例を示す図である。 本技術に従い映像投射可能領域を２つに分割するための構成の一例を示す図である。 本技術に従い映像投射可能領域を２つに分割するための構成の一例を示す図である。 映像投射可能領域内での映像表示光回折用光学素子の位置の変化を示す図である。 本技術に従い映像投射可能領域を２つに分割するための構成の一例を示す図である。 映像投射可能領域内での映像表示光回折用光学素子の位置の変化を示す図である。 本技術に従う映像投射装置の構成例を示す図である。 本技術に従う映像投射方法のフローの一例を示す図である。 映像表示光の走査方式の例を示す図である。
以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、本技術の範囲がこれらの実施形態に限定されることはない。なお、本技術の説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施形態（映像投射システム）
（１）第１の実施形態の説明
（２）第１の実施形態の第１の例（映像投射システム）
（３）第１の実施形態の第２の例（映像表示光の投射方式の例）
（４）第１の実施形態の第３の例（映像表示光の投射方式の例）
（５）第１の実施形態の第４の例（映像表示光の投射方式の例）
（６）第１の実施形態の第５の例（映像投射装置の構成例）
２．第２の実施形態（映像投射装置）
３．第３の実施形態（映像表示光回折用光学素子）
４．第４の実施形態（映像表示光回折用光学素子を含む器具）
５．第５の実施形態（映像投射方法）
（１）第５の実施形態の説明
（２）第５の実施形態の例（映像投射方法）
１．第１の実施形態（映像投射システム）
（１）第１の実施形態の説明
本技術に従う映像投射システムは、映像投射装置と、当該映像投射装置から分離された映像表示光回折用光学素子とから構成されている。当該映像投射装置に投射光学系が備えられており、当該映像投射装置から、両目の前に設けられた当該映像表示光回折用光学素子に向けて映像表示光が投射される。そのため、当該映像表示光回折用光学素子を両目の前に保持するための頭部に装着される器具（例えばメガネ及びヘルメットなど）には、投射光学系が含まれなくてよく、さらには、映像表示光を投射するために必要な要素（例えば前記投射光学系、電源、及び、電力により駆動する装置など）が含まれなくてよい。これにより、当該器具を小型化及び／又は軽量化することができ、ユーザの負担を軽減することができる。
また、当該器具の小型化及び／又は軽量化に伴い、当該器具の低コスト化も可能となり、さらには当該器具のデザインの自由度も高まる。
上記特許文献１に記載のヘッドマウントディスプレイは、観察者に前記画像を表示する単眼式の表示ユニットを含み、当該表示ユニットが、頭部に装着されるフレームに装着される。当該表示ユニットは中空のハウジングを有し、当該ハウジング内に画像光形成部が収容されている。すなわち、上記特許文献１に記載のヘッドマウントディスプレイは、頭部に装着されるフレームに、映像表示光を形成するための構成要素が装着されるという構成を有する。当該ヘッドマウントディスプレイは、当該構成要素を含むので、小型化又は軽量化することが難しい。
本技術に従う映像投射システムでは、上記のとおり、映像表示光を投射するために必要な要素は、前記頭部に装着される器具に含まれなくてよい。そのため、本技術により、前記頭部に装着される器具を小型化及び／又は軽量化することができる。
また、本技術の映像投射システムに含まれる映像投射装置は、１つの投射光学系を含み、当該投射光学系は両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能である。本技術において、１つの投射光学系から映像表示光を投射可能な領域を「映像投射可能領域」ともいう。当該映像表示光は、位置情報取得部により取得された映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報に基づき、映像表示光調整部によって調整される。本技術の映像投射システムにおいて、上記のとおりに調整された映像表示光が、両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能な１つの投射光学系により投射される。そのため、両眼視を可能とする映像表示光を１つの投射光学系から投射することができる。よって、シンプルな構成を有する映像投射装置によってユーザに自然な映像を提示することができる。
上記特許文献２に記載の眼球投影型表示装置は、投影光学手段と接眼光学手段とを有しており、当該投影光学手段と当該接眼光学手段とは離間して構成されており、且つ、当該接眼光学手段のみが使用者眼球近傍に配設されている。しかしながら、上記特許文献２には、両眼視を可能とするための具体的な構成が記載されていない。当該表示装置の投影光学手段を右眼及び左眼のそれぞれのために２系統設けることが考えられるが、その場合は、当該表示装置のサイズ及びコストが大きくなる。
本技術の映像投射システムにおいて、両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能な１つの投射光学系から、上記のとおりに調整された映像表示光が映像表示光回折用光学素子に向けて投射され、そして、当該映像表示光が両目に到達する。そのため、両眼視を可能とする映像表示光を１つの投射光学系から投射することができる。
（２）第１の実施形態の第１の例（映像投射システム）
以下で、本技術に従う映像投射システムの例を、図１及び２を参照しながら説明する。図１は、本技術に従う映像投射システムを構成する映像投射装置のブロック図の一例である。図２は、本技術に従う映像投射システムをユーザが利用している状態の一例を示す図である。
図１に示されるとおり、映像投射装置１１０には、位置情報取得部１１１、投射光学系１１２、及び制御部１１３が備えられている。制御部１１３には、映像表示光調整部１１４が含まれている。図２に示されるとおり、映像投射システム１００を利用するユーザの両目の前に映像表示光回折用光学素子１５０が配置されている。映像表示光回折用光学素子１５０は、器具１５１によってユーザの両目の前に配置されている。器具１５１は、例えばユーザの頭部に装着されるメガネである。以下で、各構成要素について説明する。
位置情報取得部１１１は、両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子１５０の三次元的位置情報を取得する。当該三次元的位置情報は例えば、映像投射装置１１０に対する映像表示光回折用光学素子１５０の三次元的位置情報であってよく、好ましくは投射光学系１１２に対する映像表示光回折用光学素子１５０の三次元的位置情報であってよい。
より好ましくは、当該三次元的位置情報は、左右の眼それぞれの前に設けられた映像表示光回折用光学素子１５０の、映像投射装置１１０（特には投射光学系１１２）に対する位置情報でありうる。すなわち、当該三次元的位置情報は、左目の前の映像表示光回折用光学素子及び右目の前の映像表示光回折用光学素子のそれぞれに関する位置情報でありうる。これにより、左右の眼の視差に基づく映像表示光の調整が可能となり、平面的な映像だけでなく、立体的又は三次元的な映像をユーザに提示することができる。
当該三次元的位置情報は、より具体的には、例えば以下の情報のいずれか一つ又は二つ以上を含みうる：
映像投射装置１１０（特には投射光学系１１２）から映像表示光回折用光学素子１５０までの距離、特には左右の眼それぞれの前の各映像表示光回折用光学素子１５０までの距離；
映像投射装置１１０（特には投射光学系１１２）に対する映像表示光回折用光学素子１５０の方向、特には左右の眼それぞれの前の各映像表示光回折用光学素子１５０の方向；
映像投射装置１１０（特には投射光学系１１２）に対する映像表示光回折用光学素子１５０の面の向き、左右の眼それぞれの前の各映像表示光回折用光学素子１５０の面の向き）；及び
左右の眼の前の２つの映像表示光回折用光学素子１５０の位置に関する関係性、例えば右目の前の映像表示光回折用光学素子に対する左目の前の映像表示光回折用光学素子の位置又は左目の前の映像表示光回折用光学素子に対する右目の前の映像表示光回折用光学素子の位置など。
位置情報取得部１１１は好ましくは、両目の三次元的位置情報、より好ましくは両目の瞳孔の三次元的位置情報を取得しうる。映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報及び両目の三次元的位置情報の両方を利用することで、映像表示光調整部１１４が、映像表示光回折用光学素子に対する両目の三次元的位置情報に基づき映像表示光を調整することができる。これにより、映像表示光をユーザにより適したものに調整することができる。
両目（特には両目の瞳孔）の三次元的位置情報は、例えば映像表示光回折用光学素子１５０に対するものでありうる。両目の三次元的位置情報は、より特には、左目の前の映像表示光回折用光学素子に対する左目の位置情報、及び、右目の前の映像表示光回折用光学素子に対する右目の位置情報を含みうる。
また、両目（特には両目の瞳孔）の三次元的位置情報は、左右の眼の位置関係に関する情報を含みうる。左右の眼の位置関係情報は、例えば左右の眼の間の距離（特には左右の眼の瞳孔の間の距離）及び／又は左右の眼の互いに対する位置情報を含みうる。
また、両目の三次元的位置情報は、左右の眼の瞳孔のサイズに関する情報を含みうる。当該情報は、例えば瞳孔の直径若しくは半径及び／又は瞳孔の面積を含みうる。
位置情報取得部１１１は、例えばイメージセンサなどの光学検出装置１１５を含みうる。イメージセンサとして、例えばＣＭＯＳ又はＣＣＤが用いられてよい。光学検出装置１１５によって、両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子１５０の画像が取得されうる。すなわち、本技術において、位置情報取得部がイメージセンサを含み、当該イメージセンサにより得られた情報、特には画像情報に基づき、位置情報取得部１１１は、映像表示光回折用光学素子１５０の三次元的位置情報を取得しうる。当該三次元的位置情報を取得は、位置情報取得部１１１に含まれる画像処理部１１６により行われうる。
また、当該画像には、通常は両目の画像も含まれる。そのため、位置情報取得部１１１（特には画像処理部１１６）は、当該画像から両目の三次元的位置情報を取得しうる。
図１において、画像処理部１１６は、制御部１１３とは別の構成として記載されているが、画像処理部１１６は、制御部１１３内に含まれていてもよい。
本技術の一つの実施態様に従い、画像処理部１１６は、映像表示光回折用光学素子１５０の三次元的位置情報を、マークを利用した技術により取得しうる。例えば、映像表示光回折用光学素子１５０の一部又は周囲に、画像処理部１１６が三次元的位置情報を取得するためのマークが設けられうる。画像処理部１１６は、画像中の当該マークを認識して、映像表示光回折用光学素子１５０の三次元的位置情報を取得しうる。
本技術の他の実施態様に従い、画像処理部１１６は、両目の三次元的位置情報を、瞳認識技術により取得しうる。瞳認識技術として、当技術分野で既知の技術が用いられてよい。
また、画像処理部１１６は、映像表示光回折用光学素子及び／又は両目を三次元的に計測及び／又は学習することによって、映像表示光回折用光学素子及び／又は両目の三次元的位置情報を取得してもよい。
本技術の好ましい実施態様の一つに従い、位置情報取得部１１１は、リアルタイムで映像表示光回折用光学素子及び／又は両目の三次元的位置情報を取得しうる。リアルタイムで取得された三次元的位置情報を利用することで、映像表示光のより正確な投射が可能となる。
映像投射装置１１０は、１つの投射光学系１１２を備えており、投射光学系１１２は、両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能であるように構成されている。本技術において、投射光学系が１つであるとは、右目及び左目のそれぞれに到達されるべき映像表示光が、同じ投射光学系から投射されることを意味しうる。例えば、投射光学系が１つであるとは、両目のそれぞれに到達されるべき映像表示光を投射するために用いられる投射口が１つであることを意味してよい。例えば、投射光学系が１つであるとは、両目のそれぞれに到達されるべき映像表示光を投射するための光源が同じであることを意味してもよい。本技術の映像投射システムを構成する映像投射装置は１つの投射光学系のみを含むので、映像投射装置のサイズ及び／又はコストを低減することができる。
投射光学系１１２から投射される映像表示光は、ＬＥＤ又はＣＲＴにより照射される光であってよい。当該映像表示光は、例えばレーザ光でありうる。
投射光学系１１２は、好ましくは光学的なズーム調整部を含みうる。これにより、投射される映像のピントを調節することができる。
本技術において、１つの投射光学系の映像投射可能領域は、より好ましくは、映像表示光回折用光学素子の三次元的位置が、例えば顔又は手のブレなどにより変化しても当該領域内に当該光学素子が存在するように設定されうる。これにより、映像表示光回折用光学素子の三次元的位置が上下、左右、又は前後に変化しても、映像表示光調整部が映像表示光を調整することで、当該変化後の位置に映像表示光を投射することができる。
投射光学系１１２は、映像表示光調整部１１４により調整された映像表示光を映像表示光回折用光学素子１５０に向けて投射することができるように構成されている。本技術において採用される投射光学系の種類は、例えば製品コンセプトなどに応じて、当業者により適宜選択されてよい。
本技術の一つの実施態様に従い、投射光学系１１２は、拡大光学系により映像表示光を両目に投射するように構成されていてよい。拡大光学系は、例えば顕微鏡及び望遠鏡などにおいて採用される光学系である。本技術の他の実施態様に従い、投射光学系１１２は、映像表示光が瞳孔付近に集光されそして網膜に照射されてマクスウェル視を行えるように構成されていてもよい。拡大光学系及びマックスウェル視光学系のそれぞれについて、以下で図３及び４を参照して説明する。
図３に示されるとおり、拡大光学系において、映像投射装置３１から投射された映像表示光は、映像表示光回折用光学素子としてのホログラムレンズ３２を通って瞳３３に到達する。映像表示光の光速は、瞳（瞳孔）３３の全体を通り、網膜上でフォーカスする。そのため、瞳３３又はホログラムレンズ３２がずれた場合であっても、視野を確保しやすく、画像が消えにくい。また、空間に浮かんで見える虚像３４は、固定された距離でフォーカスが合うので、ユーザの視力に応じて、認識される映像が異なりうる。拡大光学系により映像表示光を投射する投射光学系は、例えばＬＥＤなどの光源部と例えば液晶などの映像表示部とを含みうる。
図４に示されるとおり、マックスウェル視光学系では、映像投射装置４１から投射された映像表示光は、映像表示光回折用光学素子としてのホログラムレンズ４２を通って瞳４３に到達する。映像表示光は瞳孔付近で集光されそして網膜に照射される。マックスウェル視光学系において、表示映像中の１ドット(最小表示単位)が水晶体上の１点を通るので、網膜上の１ドットの像が水晶体の状態による影響を受けにくい。例えば近視、遠視、又は乱視などを有するユーザであっても、映像をはっきりを認識することができる。また、空間に浮かんで見える虚像は、フォーカスフリーであり、虚像が目からどの距離にあってもピントが合う。マックスウェル視光学系において、映像表示光は瞳孔付近で集光されてよく、例えば瞳孔上で集光されてもよく又は光軸方向に瞳孔から数ｍｍ～十数ｍｍ程度（例えば１ｍｍ～２０ｍｍ、特には２ｍｍ～１５ｍｍ）ずれてもよい。後者のとおり焦点が瞳孔上になくても、マックスウェル視を実現することができる。焦点を光軸方向にずらすことで、映像がずれても、ユーザが映像を失いにくくすることができる。マックスウェル視光学系により映像表示光を投射する投射光学系は、例えば、レーザ光を出力する光源部及び出力されたレーザ光を二次元的に走査する光走査部を含みうる。当該レーザ光は、例えば赤、緑、及び青のレーザ光からなる１本の光束として出力されうる。光走査部は、例えばＭＥＭＳミラーを含みうる。光走査部は、レーザ光の方向を、網膜上に映像が形成されるように高速に移動させうる。
映像表示光調整部１１４は、位置情報取得部１１１により得られた前記三次元的位置情報に基づき、映像表示光を調整する。当該調整によって、両目のそれぞれに投射される映像表示光が、所望の映像をユーザに提示するために適したものとなる。例えば、映像表示光調整部１１４は、映像表示光の波長、強度、及び方向のいずれか一つ以上を調整しうる。映像表示光調整部１１４は、例えば、映像がシフトされ若しくは回転され、又は、映像のサイズ若しくは歪みが調整されるように、映像表示光を調整しうる。好ましくは、映像表示光調整部１１４は、両眼視差に基づき映像表示光を調整しうる。
本技術の好ましい実施態様に従い、映像表示光調整部１１４は、両目のそれぞれに異なる映像表示光が投射されるように映像表示光を調整しうる。例えば、映像表示光調整部１１４は、両目の視差に基づき映像表示光を調整し、これにより両目のそれぞれに異なる映像表示光が投射される。両目のそれぞれに異なる映像表示光が投射されることによって、例えばユーザが、例えば両眼視によって、提示される映像の三次元的な位置を認識する。例えばユーザがメガネを介して見ている外界風景中に、映像が浮かび上がって見える。
映像表示光回折用光学素子１５０は、図２に示されるとおり、映像投射装置１１０と分離されており且つ両目の前に配置される。映像表示光回折用光学素子１５０は、映像投射装置１１０から投射された映像表示光を回折して、両目に到達させるために用いられる。本技術の一つの実施態様に従い、図２に示されるようにユーザの視線方向よりも下方に映像投射装置１１０が位置されてよく、又は、ユーザの視線方向よりも上方に映像投射装置１１０が位置されてもよい。映像投射装置１１０から投射された映像表示光の進行方向が、映像表示光回折用光学素子１５０により変更されて、ユーザの両目に導かれる。これにより、ユーザの視線方向には映像投射装置１１０が無い状態で、映像投射装置１１０からの映像表示光による映像をユーザが認識することができる。本技術の他の実施態様に従い、映像投射装置１１０は、ユーザの視線方向と同じ高さ付近に位置されていてもよい。この場合、例えば映像の明るさを調整し及び／又は映像が表示される位置を視野内の一部（例えば上半分、下半分、左半分、又は右半分など）に限定することなどによって、映像投射装置と外界風景との重なりをユーザが気にならなくすることができる。映像表示光回折用光学素子１５０は、図２において映像表示光を屈曲させているが、本技術において映像表示光は、映像表示光回折用光学素子１５０により屈曲されることなく、両目に到達されてもよい。
好ましくは、映像表示光回折用光学素子１５０は、映像表示光の波長範囲の光に対してはレンズとして働き且つ当該波長範囲外の波長の光は透過させる光学特性を有しうる。当該光学特性によって、ユーザは、映像表示光回折用光学素子１５０を介して例えば視線方向の先の風景を認識し、且つ、当該映像表示光による映像を認識することができる。前記光学特性を有する映像表示光回折用光学素子１５０として、例えばホログラムレンズ、好ましくはフィルム状のホログラムレンズ、より好ましくは透明なフィルム状ホログラムレンズを挙げることができる。当技術分野で既知の技法により、ホログラムレンズに所望の光学特性を付与することができる。ホログラムレンズとして、市販入手可能なホログラムレンズが用いられてよく、又は、ホログラムレンズは、当技術分野において公知の技法により製造されてもよい。
映像表示光回折用光学素子１５０は、当該光学素子１５０を両目の前で保持するための器具１５１に備えられていてよい。すなわち、当該光学素子１５０は器具１５１によって、両目の前で保持されうる。当該器具は、例えばメガネ、ゴーグル、又はヘルメットでありうる。例えば、図５に示されるとおり、メガネ５１のレンズ５２の一方の面（外界風景側の面又は眼球側の面）に、映像表示光回折用光学素子としてホログラムレンズ５３が積層されうる。また、前記光学特性を映像表示光回折用光学素子が有することで、器具１５１は、映像投射が行われていない場合は、当該器具自体の用途（例えばメガネとしての用途など）のために利用することができる。映像表示光回折用光学素子１５０を、ユーザ又は当業者により適宜選択された器具に貼り付けることで、本技術に従う映像投射システムを利用することができる。そのため、本技術において採用可能な器具の選択の幅は非常に広い。
好ましくは、器具１５１は投射光学系を含まない。器具１５１は、より好ましくは映像表示光を投射するために必要な要素（例えば前記投射光学系、電源、及び、電力により駆動する装置など）が含まれなくてよい。器具１５１がこのように構成されることで、器具１５１を小型化及び／又は軽量化することができる。
上記で画像処理部１１６に関して述べたとおり、映像表示光回折用光学素子１５０の一部又は周囲に、画像処理部１１６が三次元的位置情報を取得するためのマークが設けられてよい。マークの数は、例えば１つ、２つ、３つ、若しくは４つ、又はそれより多くてもよい。複数のマークを用いることで、より正確な三次元的位置情報を取得することができる。マークの位置は、目立たないように選択されうる。これにより、頭部装着部のデザイン性を高めることができる。
映像表示光回折用光学素子の形状の例及びマークの配置の例を、図６に示す。
図６（ａ）に示されるとおり、メガネ６０１のレンズ表面の一部にホログラムフィルムレンズ６０２が張り付けられる。ホログラムフィルムレンズ６０２の周囲に４つのマーク６０３が設けられている。これらのマーク６０３を、画像処理部１１６が認識することで、映像表示光回折用光学素子であるホログラムフィルムレンズ６０２の三次元的位置情報が取得される。マーク６０３は、例えばホログラム、反射フィルム、又は赤外光反射フィルムにより形成されてよく、又は、所定の模様などであってもよい。マーク６０３が赤外反射フィルムである場合、位置情報取得部は、赤外光投射装置及び赤外光検出装置を含みうる。
図６（ｂ）に示されるとおり、メガネ６１１のレンズ表面の一部にホログラムフィルムレンズ６１２が張り付けられてよい。図６（ｂ）において、ホログラムフィルムレンズ６１２内の四角のそれぞれにマーク６１３が設けられている。
図６（ｃ）に示されるとおり、メガネ６２１のレンズ表面の全面にホログラムレンズ６２２が張り付けられてもよい。この場合は、ホログラムレンズ６２２内に４つのマーク６２３が設けられている。
上記で画像処理部１１６に関して述べたとおり、映像表示光回折用光学素子及び／又は両目の三次元的位置情報は、映像表示光回折用光学素子及び／又は両目を三次元的に計測及び／又は学習することによって取得されてもよい。この場合は、前記マークは不要である。そのため、例えば図７に示されるとおり、映像表示光回折用光学素子としてのホログラムレンズ７０２を張り付けただけのメガネ７０１が、本技術のシステムを構成しうる。
映像投射装置１１０は、例えばスマートフォン、携帯電話、及びウォッチ型端末などの携帯機器であってよい。このような携帯機器を、本技術の映像投射システムにおける映像投射装置として採用することで、本技術に従う映像投射が、小型又は超小型のモバイル装置により可能となる。図８に、スマートフォンである映像投射装置を含む本技術に従う映像投射システムをユーザが利用している状態の一例を示す。ユーザの頭部には、メガネ８５０が装着されており、メガネ８５０のレンズには、映像表示光回折用光学素子８５１が張り付けられている。また、ユーザは例えば手にスマートフォン８１０を携帯している。
スマートフォン８１０には、イメージセンサ（カメラ）８１１が設けられている。イメージセンサ８１１によって、ユーザの両目の前に位置する映像表示光回折用光学素子８５１の三次元的位置情報及び、必要に応じて、両目の三次元的位置情報が取得される。当該三次元的位置情報に基づき、スマートフォン８１０内の位置情報取得部が、映像表示光を調整する。調整された映像表示光が、スマートフォン８１０の投射口８１２から映像表示光回折用光学素子８５１に向けて投射される。映像表示光は、映像表示光回折用光学素子８５１によって回折されてユーザの両目に到達する。それにより、ユーザは、外界風景に重畳された映像を認識する。
また、映像表示光回折用光学素子８５１は、映像表示光の波長範囲の光に対してはレンズとして働き、当該波長範囲外の波長の光は透過する光学特性を有しうる。これにより、映像表示光による映像が、外界の風景に重畳される。
（３）第１の実施形態の第２の例（映像表示光の投射方式の例）
本技術の一つの実施態様に従い、映像表示光調整部は、映像投射可能領域のうち、右目及び左目の眼球（又は瞳孔）に映像表示光が投射され且つその周囲には映像表示光が投射されないように、映像表示光を調整する。これにより、映像投射可能領域のうち、ユーザが映像を認識するために必要な領域のみに、映像表示光が投射される。当該実施態様における映像表示光の投射方式を、図９及び１０を参照して以下で説明する。
図９及び１０は、本実施態様に従い映像表示光が投射されている状態の一例を示す模式図である。図９及び１０において、映像表示光はマックスウェル視光学系によってユーザに投射されている。
図９（ａ）は、映像投射装置から映像表示光がユーザに投射されている状態をユーザの頭上から見た場合の模式図である。映像投射装置２１０の投射光学系の映像投射可能領域の横方向の幅がＷ１で示されている。右目に映像を提示するために必要な映像表示光の幅はＷ２であり、左目に映像を提示するために必要な映像表示光の幅はＷ３である。そのため、映像投射可能領域の幅Ｗ１のうち、Ｗ２及びＷ３の領域に映像表示光が投射され、その周囲の領域には映像表示光は投射されない。
図９（ｂ）は、映像投射装置から映像表示光がユーザに投射されている状態をユーザの横方向から見た場合の模式図である。映像投射装置２１０の投射光学系の映像投射可能領域の縦方向の幅（高さ）がＨ１で示されている。左目に映像を提示するために必要な映像表示光の幅はＨ３である。そのため、映像投射可能領域の幅Ｈ１のうち、Ｈ３の領域に映像表示光が投射され、その周囲には映像表示光は投射されない。右目についても、同様にＨ１のうち必要な領域にのみ映像表示光が投射される。
投射された映像表示光は、映像表示光回折用光学素子２５１によって回折され、瞳孔上で集光し、そして網膜に到達する。これによって、マックスウェル視によりユーザに映像が提示される。なお、図９において、映像表示光回折用光学素子２５１による光路の屈曲は省略されている。
図１０に、映像投射装置から映像表示光がユーザに投射されている状態をユーザの頭上から見た場合の模式図とユーザの顔の正面から見た場合の映像投射可能領域の模式図とを示す。図１０に示されるとおり、頭上から見た場合、映像投射可能領域の幅Ｗ１のうち、Ｗ２及びＷ３の領域に映像表示光が投射され、その周囲には映像表示光は投射されない。さらに、ユーザの顔正面から見た場合は、両目をカバーする映像投射可能領域Ａ１のうち、メガネ内のＡ２及びＡ３の領域に映像表示光が投射され、その他の領域には映像表示光は投射されない。Ａ２及びＡ３の領域に、映像表示光回折用光学素子が設けられることによって、ユーザの両目のそれぞれに映像表示光が投射される。
また、図１０に示されるとおり、映像表示光回折用光学素子及び両目の位置は、例えばイメージセンサなどの光学検出装置１０により取得されうる。
以上図９及び１０を参照して説明したとおり、本実施態様において、映像投射可能領域のうち、右目及び左目に映像を提示するために必要な領域にのみ、映像表示光が投射される。
以上で説明した映像表示光の投射が走査により行われる場合の例を、図２１を参照して説明する。図２１は、映像表示光の走査方式の例を示す図である。
図２１に示される映像投射可能領域Ａ１のうち、領域Ａ２及びＡ３に映像表示光が投射され、その他の領域には映像表示光が投射されない場合を想定する。映像投射可能領域Ａ１中の投射光学系による走査線は、Ｌ１～Ｒ１、Ｒ２～Ｌ２、・・・及びＬｎ～Ｒｎである。上記の場合、Ｌ１～Ｒ１、Ｒ２～Ｌ２、・・・Ｒｉ－１～Ｌｉ－１の走査線においては、映像表示光は投射されない。Ｌｉ～Ｒｉの走査線のうち、Ａ２及びＡ３と重なる部分において映像表示光が投射され、Ｌｉ～Ｒｉの走査線のうちその他の部分においては、映像表示光は投射されない。Ｌｉ＋１～Ｒｉ＋１の走査線からＬｉ＋４～Ｒｉ＋４の走査線においても同様である。Ｌｉ＋５～Ｒｉ＋５の走査線からＬｎ～Ｒｎの走査線においては、映像表示光は投射されない。このように、映像投射可能領域Ａ１のうち、領域Ａ２及びＡ３において映像表示光が投射され、その他の領域には映像表示光は投射されない。このようにして、特定の領域にのみ映像表示光を投射することができる。また、特定の領域にのみ映像表示光を投射するために、映像表示光調整部により、映像表示光が制御されうる。
なお、図２１において、より良い理解ために走査線の間隔が極めて広い。実際の映像投射装置においては、より狭い間隔で走査線が設定されることは言うまでもない。
また、拡大光学系においても、映像投射可能領域Ａ１のうち、領域Ａ２及びＡ３に映像表示光が投射され、その他の領域には映像表示光が投射されないように、映像表示光を調整することができる。
なお、図２１では理解し易さを考慮して、領域Ａ２及びＡ３を長方形で図示しているが、これらは任意の形状（たとえばメガネレンズの形状等）で設定されてもよいことは言うまでもない。
映像投射可能領域のうちの、映像表示光が投射される領域の周囲領域はマージン領域とも言える。ユーザの動き又はメガネの動きなどによる映像表示光回折用光学素子の三次元的位置が変化しても、当該マージン領域によって、変化後の位置に映像表示光を投射することができる。また、当該マージン領域によって、映像表示光を偏向制御するための構成要素を映像投射装置に設ける必要がなくなり、映像投射装置の構成をよりシンプルにすることができる。これは、映像投射装置の小型化、軽量化、又は低コスト化ももたらしうる。
また、当該変化後の映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報は、前記位置情報取得部により取得される。そして、当該三次元的位置情報に基づき、前記映像表示光調整部が、映像表示光を調整する。そのため、ユーザ又はメガネの動きによって映像表示光回折用光学素子の三次元的位置が変化しても、映像投射可能領域内に当該光学素子が存在すれば、映像表示光調整部が映像表示光を調整することによって、当該光学素子に向けて映像表示光を投射することができる。
例えば、図１１（ａ）に示されるとおり、映像投射可能領域の中央部分に映像表示光回折用光学素子が位置していることを基準とする。前記変化によって、映像表示光回折用光学素子が、例えば図１１（ｂ）に示されるとおりの上下方向の位置ずれ、図１１（ｃ）に示されるとおりの左右方向の位置ずれ、図１１（ｄ）に示されるとおりの回転ずれ、又は、図１１（ｅ）に示されるとおりの上下左右のあおりずれ且つ回転ずれを起こしうる。このような三次元的位置の変化が起こったとしても、前記位置情報取得部が映像表示光回折用光学素子の三次元的位置を取得し且つ当該取得された変化後の三次元的位置に映像表示光が投射されるように映像表示光調整部が映像表示光を調整することで、適切な映像表示光がユーザの両目に投射される。
前記マージン領域は、上下方向に関しては、映像表示光回折用光学素子が映像投射可能領域の基準位置にある場合の上端から上方向に例えば４～７ｃｍ、好ましくは５～６ｃｍだけひろがり、且つ、下端から下方向に例えば４～７ｃｍ、好ましくは５～６ｃｍでひろがる領域でありうる。マージン領域は、左右方向に関しても同様に、映像表示光回折用光学素子が映像投射可能領域の中心にある場合の左端から左方向に例えば４～７ｃｍ、好ましくは５～６ｃｍだけひろがり、且つ、右端から右方向に例えば４～７ｃｍ、好ましくは５～６ｃｍでひろがる領域でありうる。
画像に注力するヒトの顔は１～２ｃｍ程度の範囲内でぶれることが多いので、上記マージン領域によって、ヒトの顔のブレによる映像表示光回折用光学素子の三次元的位置の変化に対応することができる。また、例えばユーザが映像投射装置（例えばスマートフォンなどの携帯機器）を手に持ちながら前方を注視している場合、映像投射装置は使用中に例えば７～８度だけ傾くことがあり、及び／又は、映像投射装置を持つ手がブレることもある。この場合においても、上記マージン領域によって、当該装置の傾き又は手ブレによる映像表示光回折用光学素子の相対的な三次元的位置の変化に対応することができる。
以上で説明した投射方式において、映像投射可能領域内の映像表示光が投射される領域を調整することで、両目のそれぞれに映像表示光が投射される。そのため、映像表示光の光路は偏向される必要がない。従って、当該投射方式を採用する場合、投射光学系は光路を偏向する偏向制御部を含まなくてよい。
（４）第１の実施形態の第３の例（映像表示光の投射方式の例）
本技術の一つの実施態様に従い、前記投射光学系が、映像表示光を投射可能な領域（映像投射可能領域）が２つに分割されるように構成されており、当該２つの領域がそれぞれ左右の眼をカバーする。これにより、映像投射可能領域に対する映像を見ることができる領域の割合が高まる。そのため、映像の解像度（分解能）を上げやすくなる。映像投射可能領域に対する映像を見ることができる領域の割合は、必要となる前記マージン領域及び必要となる解像度を考慮して選択されうる。当該選択された割合に応じて、映像投射可能領域を分割するかどうかが選択されてよい。
映像投射可能領域を２つに分割するために、例えば、ウェッジプレート、くの字型ミラー、又は回折素子が、映像投射装置の投射レンズの前に設けられてよい。当該回折素子は、好ましくは体積ホログラムでありうる。体積ホログラムは、透過型又は反射型でありうる。本技術において、映像投射可能領域を２つに分割するための光学系構成要素は当業者により適宜選択されてよい。そのため、本技術に従う映像投射装置の設計の自由度が高い。
以下で、映像投射可能領域を２つに分割するための構成について、図１２～１５を参照して説明する。
図１２に示される投射光学系において、投射レンズ３０１の前に、透過型のウェッジプレート３０２が設けられている。これにより、映像投射可能領域が２つの領域（右目をカバーする領域及び左目をカバーする領域）に分割される。
図１３に示される投射光学系において、投射レンズ３１１の前に、くの字型ミラー３１２が設けられている。これにより、映像投射可能領域が２つの領域に分割されてもよい。この場合、投射レンズ３１１を通過した映像表示光が、くの字型ミラー３１２によって反射されることで、当該分割が行われる。
図１４に示される投射光学系において、投射レンズ３２１の前に、透過型の体積ホログラム素子３２２が設けられている。これにより、映像投射可能領域が２つの領域に分割されうる。
図１５に示される投射光学系において、投射レンズ３３１の前に、反射型の体積ホログラム素子３３２が設けられている。これにより、映像投射可能領域が２つの領域に分割されてもよい。この場合、投射レンズ３３１を通過した映像表示光が、反射型の体積ホログラム素子３３２によって反射されることで、当該分割が行われる。
以上図１２～１５を参照して説明した本実施態様の場合における、映像投射可能領域内での映像表示光回折用光学素子の三次元的位置の変化を、図１６を参照しながら説明する。
図１６に、ユーザの正面から見た場合の映像投射可能領域及び当該映像投射可能領域内において映像表示光が投射される領域を示す。
図１６（ａ）に示されるとおり、右目及び左目のそれぞれをカバーする映像投射可能領域の中央部分に映像表示光回折素子が位置していることを基準とする。映像表示光回折素子が、例えば図１６（ｂ）に示されるとおりの上下方向の位置ずれ、図１６（ｃ）に示されるとおりの左右方向の位置ずれ、図１６（ｄ）に示されるとおりの回転ずれ、又は、図１６（ｅ）に示されるとおりの上下左右のあおりずれ且つ回転ずれを起こしうる。このような三次元的位置の変化が起こったとしても、前記位置情報取得部によって、映像表示光回折用光学素子の三次元的位置を正確に取得することができ、そして、取得された変化後の三次元的位置に適切な映像表示光が投射されるように、映像表示光調整部が映像表示光を調整する。
また、前記第２の例において説明したとおりの映像投射可能領域が分割されていない場合と比べて、本実施態様では、映像投射可能領域をより狭くすることで、映像投射可能領域のうちの映像表示光が投射される領域の割合をより大きくすることができる。そのため、本実施態様では、映像投射可能領域が分割されていない場合と比べて、解像度をより上げることができる。
以上で説明した投射方式において、映像投射可能領域内の映像表示光が投射される領域を調整することで、両目のそれぞれに映像表示光が投射される。そのため、映像表示光の光路は偏向される必要がない。従って、当該投射方式を採用する場合、投射光学系は光路を偏向する偏向制御部を含まなくてよい。
（５）第１の実施形態の第４の例（映像表示光の投射方式の例）
本技術の一つの実施態様に従い、前記投射光学系が、映像表示光を投射可能な領域（映像投射可能領域）が２つに分割されるように構成されており、当該２つの領域がそれぞれ左右の眼をカバーし、且つ、映像表示光を偏向制御する偏向制御部を含みうる。これにより、映像投射可能領域のうち、ユーザが映像を認識するために必要な領域のみに、映像表示光が投射される。加えて、偏向制御部によって、映像表示光の分割された２つの映像投射可能領域内に投射するように、映像表示光を偏向することができる。そのため、本実施態様では、前記第３の例において説明したとおりの場合と比べて、映像投射可能領域をより狭くすることができる。これにより、映像投射可能領域のうちの映像表示光が投射される領域の割合をより大きくすることができる。そのため、本実施態様では、前記第３の例の場合と比べて、解像度をより上げることができる。
偏向制御部は、例えばガルバノミラーなどの可動ミラーを含みうる。可動ミラーは、例えばそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に映像表示光を偏向することができるように構成されていてよい。例えば２枚のガルバノミラーが、それぞれＸ軸方向の偏向及びＹ軸方向の偏向を行いうる。当該偏向によって、映像表示光が、両目のそれぞれの適切な位置（例えば瞳孔内）に投射されるように調整されうる。
映像投射可能領域を２つに分割するために、例えば、ウェッジプレート、くの字型ミラー、又は回折素子が、映像投射装置の投射レンズの前に設けられてよい。当該回折素子は、好ましくは体積ホログラムでありうる。体積ホログラムは、透過型又は反射型でありうる。
以下で、本実施態様における構成例を、図１７を参照して説明する。
図１７に示される投射光学系において、投射レンズ４０１の前に、透過型のウェッジプレート４０２が設けられている。当該ウェッジプレートの前に、さらに偏向制御部４０３が設けられている。前記ウェッジプレート４０２によって、映像投射可能領域が２つの領域（右目をカバーする領域及び左目をカバーする領域）に分割される。また、前記偏向制御部４０３によって、映像表示光が偏向される。
図１８に、ユーザの正面から見た場合の映像投射可能領域及び当該映像投射可能領域内において映像表示光が投射される領域を示す。
図１８（ａ）に示されるとおり、右目及び左目のそれぞれをカバーする映像投射可能領域の中央部分に映像表示光回折素子が位置していることを基準とする。映像表示光回折素子が、例えば図１８（ｂ）に示されるとおりの上下方向の位置ずれ、図１８（ｃ）に示されるとおりの左右方向の位置ずれ、図１８（ｄ）に示されるとおりの回転ずれ、又は、図１８（ｅ）に示されるとおりの上下左右のあおりずれ且つ回転ずれを起こしうる。このような三次元的位置の変化が起こったとしても、前記位置情報取得部によって、映像表示光回折用光学素子の三次元的位置を正確に取得することができ、そして、取得された変化後の三次元的位置に適切な映像表示光が投射されるように、映像表示光調整部が映像表示光を調整する。図１８（ｃ）の場合、映像表示光回折素子の三次元的位置が、映像投射可能領域外に変化している。この場合、前記偏向制御部によって、映像表示光が当該変化後の三次元的位置に投射されるように、映像表示光が偏向される。
（６）第１の実施形態の第５の例（映像投射装置の構成例）
以下で、図１９を参照しながら、本技術の映像投射システムを構成する映像投射装置の構成の一例を説明する。図１９は、本技術に従う映像投射装置の概略的な構成の一例を示す図である。
図１９に示される映像投射装置１０００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１００２及びＲＡＭ１００３を備えている。ＣＰＵ１００２及びＲＡＭ１００３は、バス１００５を介して相互に接続されており、また、映像投射装置１０００の他の構成要素ともバス１００５を介して接続されている。
ＣＰＵ１００２は、映像投射装置１０００の制御及び演算を行う。ＣＰＵ１００２として、任意のプロセッサを用いることができ、その例としてＸｅｏｎ（登録商標）シリーズ、Ｃｏｒｅ（商標）シリーズ、又はＡｔｏｍ（商標）シリーズのプロセッサを挙げることができる。図１を参照して説明した映像投射装置１１０の制御部１１３、映像表示光調整部１１４、及び画像処理部１１６の機能は例えばＣＰＵ１００２により実現されうる。
ＲＡＭ１００３は、例えばキャッシュ・メモリ及びメイン・メモリを含み、ＣＰＵ１００２により使用されるプログラムなどを一時記憶しうる。
映像投射装置１０００は、ディスク１００４、通信装置１００６、投射光学系１００７、及びドライブ１００８を備えていてもよい。これらの構成要素はいずれもバス１００５に接続されうる。
ディスク１００４には、オペレーティング・システム（例えば、ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、又はＬＩＮＵＸ（登録商標）など）、本技術に従う映像投射方法を実現するためのプログラム、位置情報取得処理を行うためのプログラム、映像表示光を調整するためのプログラム、及び他の種々のプログラム、並びに各種データ（例えば映像データ）が格納されうる。
通信装置１００６は、映像投射装置１０００をネットワーク１０１０に有線又は無線で接続する。通信装置１００６は、映像投射装置１０００を、ネットワーク１０１０を介して各種データ（例えば映像データなど）を取得することができる。取得したデータは、例えばディスク１００４に格納されうる。通信装置１００６の種類は当業者により適宜選択されてよい。ディスク１００４は、例えばフラッシュメモリ等の半導体記録媒体等でもよく、特に限定されない。
投射光学系１００７は、本技術に従い制御された映像表示光を映像表示光回折素子に向けて投射しうる。
ドライブ１００８は、記録媒体に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ１００３に出力することができる。記録媒体は、例えば、ｍｉｃｒｏＳＤメモリカード、ＳＤメモリカード、又はフラッシュメモリであるが、これらに限定されない。
２．第２の実施形態（映像投射装置）
本技術は、本技術に従う映像投射システムを構成する映像投射装置も提供する。本技術に従う映像投射装置は、当該映像投射装置は、上記「１．第１の実施形態（映像投射システム）」において説明した映像投射装置であり、当該映像投射装置に関して説明した内容の全てが、本実施形態における映像投射装置にも当てはまる。そのため、当該装置に関する説明は省略する。
当該映像投射装置を、上記「１．第１の実施形態（映像投射システム）」にて説明した映像表示光回折用光学素子と組み合わせて使用することで、上記で説明したとおりの効果が奏される。
３．第３の実施形態（映像表示光回折用光学素子）
本技術は、本技術に従う映像投射システムを構成する映像表示光回折用光学素子も提供する。当該映像表示光回折用光学素子は、本技術に従う映像投射装置から投射された映像表示光を回折して両目に到達させるために用いられ、且つ、当該映像投射装置から分離されており且つ両目の前に配置されるものである。
当該映像表示光回折用光学素子は、上記「１．第１の実施形態（映像投射システム）」において説明した映像表示光回折用光学素子であり、当該映像表示光回折用光学素子に関して説明した内容の全てが、本実施形態における映像表示光回折用光学素子にも当てはまる。そのため、当該光学素子に関する説明は省略する。
当該光学素子を、上記「１．第１の実施形態（映像投射システム）」にて説明した映像投射装置と組み合わせて使用することで、上記で説明したとおりの効果が奏される。
４．第４の実施形態（映像表示光回折用光学素子を含む器具）
本技術は、本技術に従う映像投射システムを構成する映像表示光回折用光学素子を含む器具（例えばメガネ、ゴーグル、又はヘルメットなど）も提供する。当該器具は、当該映像投射装置から分離されており且つ当該光学素子を両目の前で保持するためのものである。
当該器具及び当該器具に含まれる映像表示光回折用光学素子は、上記「１．第１の実施形態（映像投射システム）」において説明した器具及び映像表示光回折用光学素子であり、当該器具及び当該映像表示光回折用光学素子に関して説明した内容の全てが、本実施形態における器具及び映像表示光回折用光学素子にも当てはまる。そのため、当該器具及び当該光学素子に関する説明は省略する。
当該器具を、上記「１．第１の実施形態（映像投射システム）」にて説明した映像投射装置と組み合わせて使用することで、上記で説明したとおりの効果が奏される。
５．第５の実施形態（映像投射方法）
（１）第５の実施形態の説明
本技術は、両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得工程、前記位置情報取得工程において得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整工程、及び両目をカバーする領域内で、１つの投射光学系から、前記映像表示光調整工程において調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する投射工程を含み、前記映像表示光回折用光学素子は、前記映像投射装置と分離されており且つ前記両目の前に配置されるものである、映像投射方法を提供する。
本技術に従う映像投射方法によって、上記「１．第１の実施形態（映像投射システム）」にて説明した効果が奏される。
（２）第５の実施形態の例（映像投射方法）
以下で、本技術に従う映像投射方法の例を図１及び２並びに図２０を参照しながら説明する。図２０は、本技術に従う映像投射方法のフローの一例を示す図である。
ステップＳ１０１において、映像投射装置１１０は、本技術に従う映像投射処理を開始する。
ステップＳ１０２の位置情報取得工程において、位置情報取得部１１１が、映像表示光回折用光学素子１５０の三次元的位置情報を取得する。位置情報取得工程は、例えば、制御部１１３が、光学検出装置１１５を駆動して、両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子１５０の画像を取得させる画像取得工程、及び、当該画像から、画像処理部１１６が映像表示光回折用光学素子１５０の三次元的位置情報を取得する情報処理工程を含みうる。ステップＳ１０２の位置情報取得工程において、両目の三次元的位置情報が取得されてもよい。
ステップＳ１０３の映像表示光調整工程において、映像表示光調整部１１４が、ステップＳ１０２において取得された三次元的位置情報に基づき、映像表示光を調整する。
ステップＳ１０４の投射工程において、１つの投射光学系１１２が、映像表示光調整工程において調整された映像表示光を映像表示光回折用光学素子１５０に向けて投射する。投射された映像表示光は映像表示光回折用光学素子１５０によって回折されて、ユーザの両目に到達し、ユーザが映像を認識する。
なお、ステップＳ１０４の後に、継続的にステップＳ１０２、ステップＳ１０３、及び、ステップＳ１０４が繰り返されてよい。これにより、リアルタイムで、本技術に従う映像投射が行われうる。又は、ステップＳ１０２、ステップＳ１０３、及び、ステップＳ１０４は、映像表示光回折用光学素子１５０及び／又は両目の三次元的位置が変化した場合に繰り返されてもよい。これにより、例えば映像投射装置が使用する電力量を抑制することができる。
ステップＳ１０５において、映像投射装置１１０は、本技術に従う映像投射処理を終了する。
以上の処理が、例えば本技術に従う映像投射装置により行われうる。上記の各ステップにおける当該映像投射装置の各構成要素のより詳細な動作については、上記「１．第１の実施形態（映像投射システム）」を参照されたい。
なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
〔１〕両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得部、
前記位置情報取得部により得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整部、及び
両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能であり、且つ、前記映像表示光調整部により調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する１つの投射光学系
を備えている映像投射装置と、
前記映像投射装置と分離されており且つ前記両目の前に配置される映像表示光回折用光学素子と
から構成されている映像投射システム。
〔２〕前記映像表示光回折用光学素子が、前記映像表示光の波長範囲の光に対してはレンズとして働き、当該波長範囲外の波長の光は透過する光学特性を有する、〔１〕に記載の映像投射システム。
〔３〕前記投射光学系が、拡大光学系により映像表示光を両目に照射するように構成されている、〔１〕又は〔２〕に記載の映像投射システム。
〔４〕前記投射光学系が、映像表示光が瞳孔付近に集光されそして網膜に照射されてマクスウェル視を行えるように構成されている、〔１〕又は〔２〕に記載の映像投射システム。
〔５〕前記投射光学系が、映像表示光を投射可能な領域が２つに分割されるように構成されており、当該２つの領域がそれぞれ左右の眼をカバーする、〔１〕～〔４〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔６〕前記投射光学系が、前記分割のための光学素子として、ウェッジプレート、くの字型ミラー、又は回折素子を含む、〔５〕に記載の映像投射システム。
〔７〕前記投射光学系が、映像表示光を投射可能な領域が２つに分割されるように構成されており、当該２つの領域がそれぞれ左右の眼をカバーし、且つ、
前記投射光学系が、投射された映像表示光を偏向する偏向制御部を含む、
〔１〕～〔４〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔８〕前記映像表示光回折用光学素子が、当該光学素子を両目の前で保持するための器具に備えられている、〔１〕～〔７〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔９〕前記器具が投射光学系を含まない、〔８〕に記載の映像投射システム。
〔１０〕前記位置情報取得部がイメージセンサを含み、当該イメージセンサにより得られた情報に基づき、前記位置情報取得部は前記三次元的位置情報を取得する、〔１〕～〔９〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔１１〕前記映像表示光調整部が、前記両目のそれぞれに異なる映像表示光が投射されるように映像表示光を調整する、〔１〕～〔１０〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔１２〕前記映像表示光調整部が、前記両目の視差に基づき映像表示光を調整する、〔１〕～〔１１〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔１３〕前記両目のそれぞれに異なる映像表示光が投射されることによって、前記映像投射システムのユーザが、提示される映像の三次元的な位置を認識する、〔１〕～〔１２〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔１４〕両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得部、
前記位置情報取得部により得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整部、及び
両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能であり、且つ、前記映像表示光調整部により調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する１つの投射光学系
を備えている映像投射装置。
〔１５〕両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得部、前記位置情報取得部により得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整部、及び、両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能であり且つ前記映像表示光調整部により調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する１つの投射光学系を備えている映像投射装置から投射された映像表示光を回折して両目に到達させるために用いられる、
前記映像投射装置から分離されており且つ両目の前に配置されるものである
映像表示光回折用光学素子。
〔１６〕両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得部、前記位置情報取得部により得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整部、及び、両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能であり且つ前記映像表示光調整部により調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する１つの投射光学系を備えている映像投射装置から投射された映像表示光を回折して両目に到達させるために用いられる映像表示光回折用光学素子を含む、
前記映像投射装置から分離されており且つ当該光学素子を両目の前で保持するための器具。
〔１７〕両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得工程、
前記位置情報取得工程において得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整工程、及び
両目をカバーする領域内で、１つの投射光学系から、前記映像表示光調整工程において調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する投射工程
を含み、
前記映像表示光回折用光学素子は、前記映像表示光を投射する映像投射装置と分離されており且つ前記両目の前に配置されるものである、
映像投射方法。
１００ 映像投射システム
１１０ 映像投射装置
１１１ 位置情報取得部
１１２ 投射光学系
１１３ 制御部
１１４ 映像表示光調整部
１１５ 光学検出装置
１１６ 画像処理部
１５０ 映像表示光回折用光学素子
１５１ 器具

Claims (21)

  1. 両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得部、
    前記位置情報取得部により得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整部、及び
    両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能であり、且つ、前記映像表示光調整部により調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する１つの投射光学系
    を備えている映像投射装置と、
    前記映像投射装置と分離されており且つ前記両目の前に配置される映像表示光回折用光学素子と
    から構成されており、
    前記三次元的位置情報は、前記映像投射装置に対する前記映像表示光回折用光学素子の三次元的な位置情報であり、且つ、前記映像投射装置から前記映像表示光回折用光学素子までの距離を含み、
    前記映像表示光回折用光学素子は、当該光学素子を両目の前で保持するための器具に備えられている、
    映像投射システム。
  2. 前記三次元的位置情報は、前記投射光学系に対する前記映像表示光回折用光学素子の三次元的な位置情報である、請求項１に記載の映像投射システム。
  3. 前記器具は、メガネ、ゴーグル、又はヘルメットである、請求項１又は２に記載の映像投射システム。
  4. 前記映像表示光回折用光学素子が、前記映像表示光の波長範囲の光に対してはレンズとして働き、当該波長範囲外の波長の光は透過する光学特性を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の映像投射システム。
  5. 前記投射光学系が、拡大光学系により映像表示光を両目に照射するように構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の映像投射システム。
  6. 前記投射光学系が、映像表示光が瞳孔付近に集光されそして網膜に照射されてマクスウェル視を行えるように構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の映像投射システム。
  7. 前記投射光学系が、映像表示光を投射可能な領域が２つに分割されるように構成されており、当該２つの領域がそれぞれ左右の眼をカバーする、請求項１～６のいずれか一項に記載の映像投射システム。
  8. 前記投射光学系が、前記分割のための光学素子として、ウェッジプレート、くの字型ミラー、又は回折素子を含む、請求項７に記載の映像投射システム。
  9. 前記投射光学系が、映像表示光を投射可能な領域が２つに分割されるように構成されており、当該２つの領域がそれぞれ左右の眼をカバーし、且つ、
    前記投射光学系が、投射された映像表示光を偏向する偏向制御部を含む、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の映像投射システム。
  10. 前記映像表示光回折用光学素子は、前記投射光学系から投射された映像表示光を回折して、両目に到達させるように構成されており、且つ、
    前記映像表示光回折用光学素子は、該映像表示光回折用光学素子を両目の前で保持するための器具に貼り付けられている、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の映像投射システム。
  11. 前記映像表示光回折用光学素子は、前記投射光学系から投射された映像表示光を回折して、両目に到達させるように構成されており、且つ、
    前記映像表示光回折用光学素子は、該映像表示光回折用光学素子を両目の前で保持するための器具に備えられているフィルム状のホログラムレンズである、請求項１～１０のいずれか一項に記載の映像投射システム。
  12. 前記映像表示光回折用光学素子は、前記器具のレンズ面に積層されている、請求項１～１１のいずれか一項に記載の映像投射システム。
  13. 前記器具が投射光学系を含まない、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の映像投射システム。
  14. 前記位置情報取得部がイメージセンサを含み、当該イメージセンサにより得られた情報に基づき、前記位置情報取得部は前記三次元的位置情報を取得する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の映像投射システム。
  15. 前記映像表示光調整部が、前記両目のそれぞれに異なる映像表示光が投射されるように映像表示光を調整する、請求項１～１４のいずれか一項に記載の映像投射システム。
  16. 前記映像表示光調整部が、前記両目の視差に基づき映像表示光を調整する、請求項１～１５のいずれか一項に記載の映像投射システム。
  17. 前記両目のそれぞれに異なる映像表示光が投射されることによって、前記映像投射システムのユーザが、提示される映像の三次元的な位置を認識する、請求項１～１６のいずれか一項に記載の映像投射システム。
  18. 両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得部、
    前記位置情報取得部により得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整部、及び
    両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能であり、且つ、前記映像表示光調整部により調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する１つの投射光学系
    を備えており、
    前記三次元的位置情報は、前記映像投射装置に対する前記映像表示光回折用光学素子の三次元的な位置情報であり、且つ、前記映像投射装置から前記映像表示光回折用光学素子までの距離を含み、
    前記映像表示光回折用光学素子は、当該光学素子を両目の前で保持するための器具に備えられている、
    映像投射装置。
  19. 両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得部、前記位置情報取得部により得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整部、及び、両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能であり且つ前記映像表示光調整部により調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する１つの投射光学系を備えている映像投射装置から投射された映像表示光を回折して両目に到達させるために用いられ、
    前記映像投射装置から分離されており且つ両目の前に配置されるものであり、
    当該映像表示光光学素子を両目の前で保持するための器具に備えられており、且つ、
    前記三次元的位置情報は、前記映像投射装置に対する前記映像表示光回折用光学素子の三次元的な位置情報であり、且つ、前記映像投射装置から前記映像表示光回折用光学素子までの距離を含む、
    映像表示光回折用光学素子。
  20. 両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得部、前記位置情報取得部により得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整部、及び、両目をカバーする領域に映像表示光を投射可能であり且つ前記映像表示光調整部により調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する１つの投射光学系を備えている映像投射装置から投射された映像表示光を回折して両目に到達させるために用いられる映像表示光回折用光学素子を含み、且つ、
    前記三次元的位置情報は、前記映像投射装置に対する前記映像表示光回折用光学素子の三次元的な位置情報であり、且つ、前記映像投射装置から前記映像表示光回折用光学素子までの距離を含む、
    前記映像投射装置から分離されており且つ当該光学素子を両目の前で保持するための器具。
  21. 両目の前に設けられた映像表示光回折用光学素子の三次元的位置情報を取得する位置情報取得工程、
    前記位置情報取得工程において得られた前記三次元的位置情報に基づき、投射される映像表示光を調整する映像表示光調整工程、及び
    両目をカバーする領域内で、１つの投射光学系から、前記映像表示光調整工程において調整された映像表示光を前記映像表示光回折用光学素子に向けて投射する投射工程
    を含み、
    前記三次元的位置情報は、前記映像投射装置に対する前記映像表示光回折用光学素子の三次元的な位置情報であり、且つ、前記映像投射装置から前記映像表示光回折用光学素子までの距離を含み、
    前記映像表示光回折用光学素子は、前記映像表示光を投射する映像投射装置と分離されており且つ前記両目の前に配置されるものであり、且つ
    前記映像表示光回折用光学素子は、当該光学素子を両目の前で保持するための器具に備えられている、
    映像投射方法。

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