JPWO2013057923A1 - 表示装置および表示システム - Google Patents

Abstract

表示装置（１００）は、レーザ光を出力する光源（１０１）と、レーザ光を照明光として出射する照明光学系（１０２）と、回折パターンを表示することにより照明光を回折する空間変調素子（１０３）と、画像に基づき生成された基本回折パターンを取得する回折パターン取得部（１１０５）と、空間変調素子（１０３）に表示する回折パターンとして、基本回折パターンと、基本回折パターンを補正するための補正回折パターンとを用いて、基本回折パターンが補正回折パターンにより補正された合成回折パターンを生成する回折パターン加工部（１１０１）と、を備える。空間変調素子（１０３）は、合成回折パターンを表示することにより回折した回折光を使用者に仮想画像として表示する。

Description

本発明は、計算機ホログラムによる回折パターンでレーザ光を回折させることにより情報を表示させる、例えば頭部装着型の表示装置および表示システムに関するものである。

ヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ−Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ、以下「ＨＭＤ」と記す）は、ユーザが頭部に装着した状態で、ユーザに情報を表示する装置である。ＨＭＤは、一般的に、装着性の観点から、小型軽量であることが望ましく、一方で、表示性能の観点からは、大画面で高画質であることが望ましい。従来、ＨＭＤでは、小型の液晶パネル等に表示した画像を、凸レンズや自由曲面プリズム等で光学的に拡大することで、拡大された仮想画像をユーザへ表示する方式があった（例えば、特許文献１参照）。なお、本明細書では前述の画像をプリズムなどで拡大する方式について「光学拡大方式」と記す。

また一方、計算機ホログラム（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ、以下「ＣＧＨ」と記す）を用いた表示装置では、表示したい画像を入力データとして計算機で求めた回折パターンを、位相変調型の液晶パネル等に表示し、その液晶パネルにレーザ光を照射して回折させることで、仮想画像位置からの表示光の波面を再現し、仮想画像をユーザへ表示するものがある（例えば、特許文献２参照）。ＣＧＨ方式では、液晶パネルの手前や奥の位置に３次元立体画像を表示できる特徴がある。また、ＣＧＨ方式ではないが、回折パターンにより３次元立体画像をユーザに表示する先行例もある（例えば、特許文献３参照）。

図２６（ａ）、２６（ｂ）は、ＣＧＨ方式において液晶パネルに表示される回折パターンと、ユーザが視認する画像の例を示す図である。図２６（ａ）は元画像４０１の例を示す。図２６（ｂ）は、元画像４０１から生成された回折パターン４０２の例を示す。この回折パターン４０２を位相変調型の液晶パネルなどに表示し、レーザ光を照射して回折させることで、ユーザは、回折パターン４０２を生成する基となった元画像４０１を視認することが可能になる。

一般に、元画像から回折パターンを計算するためには、点充填法やフーリエ変換による生成方法が用いられる。以下、回折パターンの生成方法について、点充填法を用いる場合の計算方法について例示する。点充填法では、元画像（物体）を点光源の集合とみなし、各点光源からの光が、液晶パネル上の各点で重なったときの位相から、回折パターンを計算する。

図２７は、回折パターンを生成する際の、元画像５０１と回折パターンを表示する液晶パネル５０２の位置関係の例を示す図である。液晶パネル５０２上に表示する回折パターンを点充填法によって生成するためには、前述のように元画像５０１上の各点（各画素）を点光源とみなす。元画像５０１上の点ｉが、振幅αｉ、位相φｉであった場合、この点ｉから発生した光の、液晶パネル５０２上の点ｕでの複素振幅は式（１）で表される。

また、式（１）でのｒｉは、点ｉと点ｕとの距離であり、液晶パネル５０２の中心を原点とし、点ｉの座標を（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）、点ｕの座標を（ξ、η）で表した場合に、ｒｉは式（２）で計算される。

また、式（１）におけるｋは波数であり、点ｉからの光の波長をλとした場合に、ｋ＝２π／λで求められる。式（１）による計算によって、点ｉからの光の点ｕでの複素振幅が求められるため、同様の計算を元画像５０１上の各点に対して行い、足し合わせることで、液晶パネル５０２上の点ｕでの複素振幅の値を求めることができる。点ｕでの複素振幅を示す数式を式（３）に示す。

点充填法では、式（３）に示す計算を液晶パネル５０２上の各点によって行うことで回折パターンを生成する。なお、この例では簡単のため、参照光による位相の変化などを例示していない。

しかしながら、点充填法を用いて回折パターンを計算する場合、式（１）〜式（３）の計算式から示されるように、元画像５０１の画素数および液晶パネル５０２の画素数（回折パターンの画素数）が増えると、必要な計算回数が増加し、計算コストが増大する。回折パターンの画素数および元画像の画素数がともに、Ｎ×Ｎで表されるとき（Ｎは自然数）、点充填法にかかる計算オーダはＮの４乗となり、画素数の増大に伴い、回折パターンを計算するための計算量は大きくなる。

一般に、ＨＭＤのようなモバイル端末は、サーバなどに用いられる端末と比較した場合、計算能力が低い。そのため、点充填法での回折パターン計算のように計算量の大きな処理を、ＨＭＤのようなモバイル端末で行うと、回折パターンの生成に長い時間がかかる場合がある。また、計算量の大きな処理を行うことは、モバイル端末のバッテリーを大きく消費してしまうことになり、モバイル端末の使用可能時間を減らしてしまうことになる。

点充填法を改良し、ユーザに表示したい画像に対して逆フーリエ変換を施す方法で回折パターンを計算する方法も提案されている（例えば特許文献４）。しかしながら、元画像や回折パターンの画素数が増加すると、フーリエ変換の計算量もＨＭＤなどのモバイル端末にとっては、大きな負担となり、高速に回折パターンの生成を行うことが困難となる。

計算量の大きな回折パターンを高速に計算するために、モバイル端末ではなく計算能力の高い端末を複数使用して計算を行う方法が提案されている（例えば、非特許文献１）。図２８は、処理能力の高いサーバを使用して回折パターンを計算し、表示をＨＭＤで行う場合の例を示す図である。図２８の例では、元画像２６０１から回折パターン２６０４を生成するために、サーバ２６０２が計算処理を行う。式（１）〜（３）に示されるように、点充填法による回折パターンの計算は並列処理が容易な計算であるため、図２８の例では複数のサーバ２６０２が並列計算をおこなうための計算クラウド２６０３を構築している。複数のサーバ２６０２による計算クラウド２６０３を用いることで、より高速に回折パターン２６０４の計算を行うことが可能になる。計算された回折パターン２６０４をＨＭＤなどの表示端末２６０５に送信し、表示端末２６０５で回折パターン２６０４の表示を行うことで、表示端末２６０５の計算能力が低い場合であっても、高速に回折パターン２６０４の表示を行うことなどが可能になる。

特開平８−２４０７７３号公報 特表２００８−５４１１４５号公報 特開平６−２０２５７５号公報 特表２０１１−５０７０２２号公報

ＧＰＵクラスタと波面記録法によるフレネル計算機合成ホログラムの高速生成とスケーラビリティの評価（立体映像及びホログラフィ）、映像情報メディア学会技術報告 ３３（３５）， ２１−２４， ２００９−０９−０４

図２８に示されるように、回折パターンを計算する計算端末と、回折パターンを表示する表示端末とを分離した場合、一つの計算端末により、複数の表示端末において表示可能な回折パターンを計算することが考えられる。しかしながら、この場合、計算能力が高い計算端末を用いても、複数の回折パターンを同時に計算すると、計算負荷が過大になることがあり得る。一方、表示端末においては、個々の表示端末に適合する回折パターンを表示することが望ましい。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、個々の装置に適合する回折パターンを表示することが可能な表示装置を提供することを目的とする。また、本発明は、計算端末にかかる計算負荷の増大を抑制しつつ、表示端末に適合する回折パターンを表示することが可能な表示システムを提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る表示装置は、レーザ光を出力する光源と、前記レーザ光を照明光として出射する照明光学系と、回折パターンを表示することにより前記照明光を回折する空間変調素子と、画像に基づき生成された基本回折パターンを取得する回折パターン取得部と、前記空間変調素子に表示する前記回折パターンとして、前記基本回折パターンと、前記基本回折パターンを補正するための補正回折パターンとを用いて、前記基本回折パターンが前記補正回折パターンにより補正された合成回折パターンを生成する回折パターン加工部と、を備え、前記空間変調素子は、前記合成回折パターンを表示することにより回折した回折光を使用者に仮想画像として表示する。

本発明によれば、装置に適合する合成回折パターンを空間変調素子に表示することにより、使用者に仮想画像の表示を好適に行うことが可能な表示装置を提供することが可能になる。

本実施の形態１における表示システムの構成の一例を示す図 本実施の形態１における表示システムの構成の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるＨＭＤの構成図 ユーザの視力の影響を示す例を説明する図 ユーザの視力の影響を示す例を説明する図 計算端末が複数の表示端末に別々の回折パターンを送信する場合のシステムの一例を示す図 本実施の形態１における計算端末と表示端末との関係を示す図 本発明の実施の形態１における空間変調素子と再生像の位置関係説明図 本発明の実施の形態１における空間変調素子と再生像の位置関係説明図 本実施の形態１における表示端末管理部が保持するテーブルの一例を示す図 本実施の形態１における回折パターンを補正する処理フロー図 基本回折パターンによる再生像と、補正後の回折パターンによる再生像の位置関係の一例を示す図 基本回折パターンの一例を示す図 補正回折パターンの一例を示す図 補正後の合成回折パターンの一例を示す図 補正回折パターンの別の例を示す図 補正回折パターンのさらに別の例を示す図 本発明の実施の形態２における表示システムの構成の一例を示す図 本発明の実施の形態２における表示装置の構成図 計算端末の機能を携帯端末により実現した構成の一例を示す図 計算端末の機能を携帯端末により実現した構成の別の例を示す図 基本回折パターンの別の例を示す図 補正回折パターンの別の例を示す図 合成回折パターン生成手法の一例を説明する模式図 合成回折パターンの別の例を示す図 表示画像と回折パターンの一例を示す図 表示画像と液晶パネル（空間変調素子）の位置関係の一例を示す図 サーバを利用したＣＧＨ方式の表示システムの構成の一例を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（発明者の知見）
最初に、発明者の知見が説明される。図２８に示したように計算クラウド２６０３を回折パターン２６０４の計算端末として使用する場合、計算端末により複数の表示端末において表示可能な回折パターンを生成し、複数の表示端末に対して、生成した回折パターンをそれぞれネットワーク経由で送信することが考えられる。しかしながら、回折パターンによって表示像（仮想画像）を再生するＣＧＨ方式の表示装置では、ユーザの視力を考慮にいれた回折パターンの生成が必要になる。

図４、図５は、ユーザの視力の影響を示す例を説明する図である。図４の例では、液晶パネル５０２から近い位置（ユーザからの視距離７０３）に再生像７０１が表示されている例を示している。この時、液晶パネル５０２には、再生像７０１の位置に仮想画像が表示されるような回折パターンが表示されている。この回折パターンからの回折光７０４は、ユーザ７０２の目に入射し、網膜上で結像している。図４の例では、ユーザ７０２の網膜上に回折光７０４が集光しているため、ユーザ７０２は、再生像７０１を鮮明に視認することが可能になる。しかしながら、ユーザ７０２の視力が悪い場合（例えば近視で有る場合）、ユーザ７０２と再生像との距離が遠くなると、ユーザ７０２が鮮明に再生像を視認することができなくなる。

図５の例では、液晶パネル５０２から遠い位置（ユーザからの視距離８０２）に再生像８０１が表示されている。この時、液晶パネル５０２には、再生像８０１の位置に仮想画像が表示されるような回折パターンが表示されている。この回折パターンからの回折光８０３は、図４の例と同様にユーザ７０２の目に入射する。しかしながら、図５の例では、ユーザ７０２は近視であり、再生像８０１の位置に眼の焦点を合わすことができない。そのため、再生像８０１からの光を再現している回折光８０３は、ユーザ７０２の網膜上で集光されない。この結果、ユーザ７０２は再生像８０１を正しく視認することが困難になる（図５の例の場合は、再生像８０１がボケた状態で視認される）。

図５の例に示されるように、ＣＧＨ方式の表示装置では、ユーザ７０２の視力に合わない回折パターンを表示してしまうと、ユーザ７０２が表示された仮想画像を正しく視認できない問題が発生する。そのため、一つの計算端末で複数の表示端末に対応する回折パターンを生成する場合には、個々の表示端末に応じた回折パターンを、計算端末上で計算する必要がある。この例を図６に示す。

図６は、一つの計算端末で複数の表示端末に対応する回折パターンを生成する構成例を示す図である。図６では、計算端末９０１が、複数の表示端末９０５〜９０７に対して、それぞれ異なる回折パターン９０２〜９０４を生成し、生成した回折パターン９０２〜９０４を送信している。回折パターン９０２〜９０４は、同一の元画像から生成されるが、各表示端末を使用するユーザ９０８〜９１０の視力に応じて異なる回折パターンとなっている。このような処理を行うことで、一つの計算端末９０１で複数の表示端末９０５〜９０７に対応した回折パターンを表示することが可能になる。

しかしながら、同一の元画像から各表示端末９０５〜９０７に対して、異なる回折パターンを生成することになり、計算端末９０１の計算負荷は非常に大きなものとなり、多くの表示端末への対応は困難となる。前記非特許文献１ではこのような点に対する考慮がなされていない。以上の点を考慮した実施の形態について、以下、説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態１では、表示端末の一例であるＨＭＤが、通信ネットワークを介して計算端末と通信する場合の例について述べる。

図７は、本実施の形態１における計算端末と表示端末との関係を示す図である。図７では、図６と同一の構成要素には同一の符号が付されている。計算端末９０１は、ユーザに表示すべき画像（例えば図２６（ａ）に示される元画像４０１）から基本回折パターン１００１を生成し、生成した基本回折パターン１００１を表示端末９０５〜９０７に送信する。表示端末９０５〜９０７は、基本回折パターン１００１を各ユーザ９０８〜９１０の視力に合わせて補正することで、回折パターン１００２〜１００４を生成し、ユーザ９０８〜９１０に仮想画像を表示する。この処理については後に詳述する。

図１、図２は、実施の形態１における頭部装着型の表示装置（ＨＭＤ）１００及び計算端末９０１を含む表示システムのブロック図である。図３は、図１に示されるＨＭＤ１００の構成を模式的に示す図である。実施の形態１のＨＭＤ１００は、図３に示されるように、メガネ型形状をしており、図３は上方から見た図である。本実施の形態１では、ＨＭＤ１００が図７における表示端末９０５に該当する場合を例示する。

本実施の形態１において、ＨＭＤ１００の制御部１０５は、図３に示されるように、ＣＰＵ１１及びメモリ１２を含み、回折パターンの生成制御などを行う。制御部１０５は、ＣＰＵ１１の機能ブロックとして、図１に示されるように、回折パターン加工部１１０１、補正パターン管理部１１０２、表示制御部１１０３、回折パターン管理部１１０４、通信部１１０５を有する。メモリ１２には、プログラムが保存されている。また、メモリ１２には、データなどが一時的に保存される。ＣＰＵ１１は、メモリ１２に保存されているプログラムを実行することによって、上記各機能ブロックとして動作する。図１の各機能ブロックの機能については、後述する。

本実施の形態１においては、計算端末９０１は、図１に示されるように、ＣＰＵ９０１ａと、メモリ９０１ｂとを備える。ＣＰＵ９０１ａは、機能ブロックとして、図２に示されるように、コンテンツ管理部１２０１、回折計算部１２０２、通信部１２０３、表示端末管理部１２０４を含む。メモリ９０１ｂには、プログラムが保存されている。また、メモリ９０１ｂには、データなどが一時的に保存される。ＣＰＵ９０１ａは、メモリ９０１ｂに保存されているプログラムを実行することによって、上記各機能ブロックとして動作する。図２の各機能ブロックの機能については、後述する。

図１、図３において、光源１０１は、レーザ光を出力するレーザ光源である。実施の形態１では、光源１０１として、緑色波長のレーザ光を出力する半導体レーザ（レーザダイオード）を用いる。なお、赤色や青色の単色でもよいし、赤緑青の３色を合波してカラー表示としてもよいし、後述するよう３色を時分割駆動してカラー表示としてもよい。また、半導体レーザ以外のレーザを用いてもよいし、半導体レーザと他との組合せでもよい。赤外線の半導体レーザと、赤外線を緑色に変換する第２次高調波発生（ＳＨＧ）素子の組合せでもよい。

照明光学系１０２は、光源１０１からのレーザ光の波面形状や強度分布を変更した照明光を出射する。実施の形態１では照明光学系１０２として、拡散光のレーザ光を収束光へ変換する凸レンズと、レーザ光の強度を減衰させる減光フィルタ（ＮＤフィルタ）とを用いる。なお、照明光の波面形状を変える素子は、レンズでもよいしミラーでもよいし、液晶レンズのように動的に変更できる素子でもよい。また、照明光学系１０２は、強度分布を変更する光学系を含んでもよい。また、照明光学系１０２は、不要照明光の除去フィルタを含んでもよい。

空間変調素子１０３は、回折パターンを表示することによって、照明光学系１０２からの照明光を回折させ、ユーザが表示像を視認することを可能にする。実施の形態１では空間変調素子１０３として、位相変調型の反射型液晶パネルを用いる。なお、空間変調素子１０３は、回折パターンを表示することで照明光を回折できれば、別の表示素子でもよい。空間変調素子１０３として、例えば透過型パネルを用いても良い。この場合、光源１０１などを眼鏡の耳側に配置するなどの光学系のレイアウトを変更することなどが可能になる。

反射ミラー１０４は、空間変調素子１０３からの回折光をユーザの眼球１９０の方向へ反射させる。実施の形態１では反射ミラーとして、半透過フレネルミラーを用いる。フレネルレンズに薄い金属膜を蒸着させることで半透過フレネルミラーとし、フロント部１１２のレンズ部１１３に接着剤で接着している。フレネルミラーと接着剤の屈折率を近づけることで、透過光が直進するようにし、レンズ部１１３を通して見える外界が歪まないようにしている。なお、反射ミラー１０４を用いずに、液晶パネルをユーザが直接見るＨＭＤとしてもよい。なお、反射ミラー１０４は、レンズ型を用いてもよいし、ホログラム等の回折格子で実現してもよい。ホログラムで反射ミラー１０４を構成することで、より薄型で透過率の高いシースルーディスプレイを構成することが可能になる。

眼球１９０は、ＨＭＤ１００の眼球想定位置にある眼球を図示している。眼球想定位置は、ユーザがＨＭＤ１００を装着している際の眼球位置として想定される位置を意味する。実施の形態１では、眼球想定位置は、ユーザがＨＭＤ１００を装着している際の眼球１９０の瞳孔１９１の瞳孔中心１９３としている。反射ミラー１０４で反射された回折光は、眼球想定位置に位置する眼球１９０の瞳孔１９１を経由して、網膜に像を結像し、ユーザに画像を表示する。図３における眼球中心１９２は、眼球１９０の中心位置であり、眼球１９０の回転中心でもある。なお、眼球想定位置は、瞳孔中心１９３から多少ずれても構わない。また、眼球想定位置は、瞳孔中心１９３に代えて、眼球中心１９２や瞳孔１９１の先端としてもよい。

なお、ユーザが図３に示されるＨＭＤ１００を頭部に装着すると（つまりテンプル部１１１を耳に掛けると）、空間変調素子１０３と眼球想定位置との位置関係は固定される。なお、頭部に対する眼球１９０の位置のユーザによる個人差や、ＨＭＤ１００の装着ずれを考慮して、眼球想定位置に許容誤差を設けてもよく、眼球想定位置を調整する機能を有するようにしてもよい。

制御部１０５は、光源１０１を駆動し、回折パターンを空間変調素子１０３に表示させる。制御部１０５は、光源１０１を点灯消灯させ、眼球に適切な光量が入射するように、光源１０１が出力するレーザ光の強度を調整する。なお、本実施の形態では、制御部１０５は、３色のレーザ光源を時分割駆動し、３色それぞれに対応した回折パターンを各レーザ光源に同期させて表示することで、カラー表示を行う。

また、制御部１０５は、バッテリー１０６の制御を行ってもよいし、照明光学系１０２や反射ミラー１０４が制御可能な場合は制御してもよい。

バッテリー１０６は、制御部１０５や空間変調素子１０３など、ＨＭＤ１００の各部へ電源を供給する。実施の形態１のバッテリー１０６は充電式であり、ユーザのＨＭＤ１００の非装着時に充電される。バッテリー１０６は、テンプル部１１１の耳側の後端近くに配置されることで、全体の重量バランスを耳側に近づけ、フロント部１１２のずり落ちを軽減できる効果もある。なお、バッテリー１０６は充電式でなくてもよく、ＨＭＤ１００の使用中に電源供給されてもよい。また、外部からＨＭＤ１００に電源供給されてもよいし、発電手段をＨＭＤ１００が有してもよい。

図３のメガネ形状のＨＭＤ１００は、側頭部のテンプル部１１１と、眼前のフロント部１１２から成る。テンプル部１１１には光源１０１、照明光学系１０２、空間変調素子１０３、制御部１０５、バッテリー１０６が配置される。テンプル部１１１には出射窓１１４が設けられ、空間変調素子１０３からの回折光が反射ミラー１０４へと出射されるようになっている。

フロント部１１２はレンズ部１１３を含み、レンズ部１１３の一部（表面または内部）に、反射ミラー１０４が配置されている。なお、実施の形態１の反射ミラー１０４は表示光を反射しつつ、外景を透過させるが、外景を透過させない構成としてもよい。また、フロント部１１２とテンプル部１１１は、携帯性を向上させるために、折れ曲がるようにしてもよい。この場合、折れ曲がる位置はテンプル部１１１の端でもよいし、空間変調素子１０３より耳側でもよい。レンズ部１１３は、本実施の形態では、通常のメガネレンズのように近視用の度数が入ったレンズである必要はなく、遠視や乱視を補正するレンズである必要もない。また、レンズ部１１３は、サングラスのように、透過率を下げる機能を有してもよく、偏光機能を有してもよい。また、レンズ部１１３は、不要光の反射を防止してもよく、汚れを防止する機能を有する膜を含んでもよい。

本実施の形態１では、図３に示すように、使用者の左右の目の両方に仮想画像を表示する構成としている。そのため、図３に示されるように、左目部分についても、右目部分と同様の構成要素が配置されている。ＨＭＤ１００の左目部分の各構成要素には、右目部分の対応する構成要素の符号に添え字「ａ」を添えた対応する符号が付されている。左目部分の各構成要素は、右目部分の対応する各構成要素と同じ機能を有する。この構成によって、左右の目に視力差があるユーザに対しても、それぞれの目の視力に応じた回折パターンの補正を行うことが可能になる。

なお、両眼に対して表示を行う際には、左目部分と右目部分とで全ての構成要素を備えなくても良い。例えば、制御部１０５は右目部分にのみ配置し、左目部分には制御部１０５ａを配置せずに、右目部分の制御部１０５によって、右目と左目の両方の表示を同時に制御しても良い。この場合、左右の目の視力差がないユーザに対しては違和感のない表示を行うことができる。また、ＨＭＤ１００の部品数を低減し、ＨＭＤ１００のコストや重量を削減する効果がある。また、左目部分には制御部１０５ａを配置せずに、右目部分の制御部１０５によって、互いに異なる、右目用の回折パターンと、左目用の回折パターンとを、生成するようにしてもよい。

以下では、説明の便宜上、右目部分の制御部１０５が、左目部分の光源１０１ａ、空間変調素子１０３ａ等も制御するものとして説明する。また、以下では、回折パターンの表示として空間変調素子１０３のみに言及している場合でも、特に断りのない限り、空間変調素子１０３ａにも回折パターンが表示されるものとする。

本実施の形態において、テンプル部１１１，１１１ａが装着部の一例に相当し、光源１０１が第１光源の一例に相当し、照明光学系１０２が第１照明光学系の一例に相当し、空間変調素子１０３が第１空間変調素子の一例に相当し、光源１０１ａが第２光源の一例に相当し、照明光学系１０２ａが第２照明光学系の一例に相当し、空間変調素子１０３ａが第２空間変調素子の一例に相当する。

図３に符号１２１で示される距離は、ユーザの眼球想定位置（この実施形態では、上述のように瞳孔中心１９３）から反射ミラー１０４までの距離を示し、図３に符号１２２で示される距離は、反射ミラー１０４から空間変調素子１０３までの距離を示す。また本明細書では距離１２１と距離１２２との和を、眼球想定位置から空間変調素子１０３までの距離（あるいは光軸距離）と称す。

図８および図９は、眼球１９０、反射ミラー１０４、空間変調素子１０３、及び回折パターンによる再生像（仮想画像）等の位置関係の説明図である。

図８に示すように、眼球１９０、反射ミラー１０４、空間変調素子１０３が位置している。反射ミラー１０４の光学倍率が１である場合、空間変調素子１０３の虚像２０２は図８に示した位置にある。眼球１９０の瞳孔中心から虚像２０２までの距離は、眼球１９０の瞳孔中心から反射ミラー１０４までの距離１２１と、反射ミラー１０４から空間変調素子１０３までの距離１２２との和である「空間変調素子１０３までの距離２１０」に等しい。なお、図８の例では、空間変調素子１０３が光軸２２０に対して斜めに配置してあるが、この場合の距離は、空間変調素子１０３の中央の点を基準とした距離である。なお、中央以外の点を基準として用いてもよい。

また、図９に示すように、反射ミラー１０４の光学倍率が１より大きい場合は、空間変調素子１０３の虚像３０２は図９に示した位置にある。眼球１９０の瞳孔中心から空間変調素子１０３の虚像３０２までの距離３１０は、前記「空間変調素子１０３までの距離２１０」よりも遠くなり、虚像３０２は虚像２０２に比べて大きくなる。

空間変調素子１０３に、回折パターン（例えば、図２６（ｂ）に示される回折パターン４０２）を表示することにより、図８、図９の仮想画像２０１、３０１（例えば、図２６（ａ）に示される元画像（仮想画像）４０１）をユーザは視認することができる。ここで、仮想画像までの距離２１１、３１１は、回折パターンの算出で変えることができる。そのため、ユーザの視力に合わせて眼球１９０から仮想画像までの距離を適切に調節することなどが可能になる。本実施の形態１においては、ＨＭＤ１００は、計算端末９０１から受信した回折パターンを補正することで、ユーザの視力に合わせた距離を調節する。この処理については後述する。

なお、本実施の形態で示したＨＭＤ１００の各部機能の一部が、ＨＭＤ１００とは別の装置で実現されていてもよい。また、ＨＭＤ１００に本実施の形態で示さなかった機能が搭載されていてもよい。例えば、光源１０１が外部の装置に設けられ、光ファイバで光源１０１から出力された光を伝送してもよい。また、例えば、バッテリー１０６が外部の装置に設けられ、電源コードがＨＭＤ１００に接続されていてもよい。また、ＨＭＤ１００は、他の機能として、カメラ、角速度や温度やＧＰＳなど各種センサ、スイッチなどの入力デバイス、スピーカー等の出力デバイスを含んでもよい。これらの点は、後述の実施の形態や変形形態でも、同様である。

このように、図１及び図３に示されるＣＧＨ方式によるＨＭＤ１００を用いて、空間変調素子１０３に回折パターンを表示することで、照明光学系１０２などを大型化させることなく、ユーザの眼球１９０から遠い位置に仮想画像を生成することが可能になる。

図２において、コンテンツ管理部１２０１は、ユーザに対して表示する静止画や動画といった表示コンテンツを管理する。本実施の形態においては、表示コンテンツとして静止画を用いる場合を例示するが、動画やテキストコンテンツ（例えばメールやＷｅｂページなど）であっても構わない。

コンテンツ管理部１２０１は、ユーザに表示可能な表示コンテンツを内部の記録部に保持しておいても良い。あるいは、コンテンツ管理部１２０１は、表示コンテンツのアドレス、例えばインターネット上のＵｎｉｆｏｒｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｌｏｃａｔｏｒ（ＵＲＬ）などを保持しておき、必要に応じて、通信部１２０３を経由して、表示コンテンツを取得しても良い。

コンテンツ管理部１２０１が表示コンテンツを保持する場合、表示コンテンツへのアクセスをより高速に行うことが可能になる。また、コンテンツ管理部１２０１が表示コンテンツへのアドレスを保持する場合には、記録部の容量を小さく抑えることができるため、計算端末９０１のコストを低減することなどが可能になる。

回折計算部１２０２は、コンテンツ管理部１２０１が取得した表示コンテンツから、ＨＭＤ１００に送信するための基本回折パターンの計算を行う。本実施の形態においては、回折計算部１２０２は、コンテンツ管理部１２０１から取得した画像（例えば図２６（ａ）に示される元画像４０１）に対して、逆フーリエ変換処理を施したものを基本回折パターンとして扱う。

また、本実施の形態では、画像に対して逆フーリエ変換を可能にするために、回折計算部１２０２は、コンテンツ管理部１２０１から取得した画像の画素値に対して位相パターンを重畳することで、画像データを実部と虚部とを有する複素振幅データに変換する。

この処理では、回折計算部１２０２は、０から２πまでの間に存在する位相値ｐｈａｓｅ＿ｄａｔａを生成した後、画像の各画素値Ｉｍａｇｅ＿Ａに対して、下記式（４）、（５）に示される計算処理を行うことで、ユーザに表示したい画像の各画素に対して複素振幅データを生成する。

Ｉｍａｇｅ＿Ｒｅ＝Ｉｍａｇｅ＿Ａ×Ｃｏｓ（ｐｈａｓｅ＿ｄａｔａ） （４）
Ｉｍａｇｅ＿Ｉｍ＝Ｉｍａｇｅ＿Ａ×Ｓｉｎ（ｐｈａｓｅ＿ｄａｔａ） （５）

この時、各画素に対して生成された複素振幅データの実部と虚部を、本明細書では、変換画素値実部Ｉｍａｇｅ＿Ｒｅ、変換画素値虚部Ｉｍａｇｅ＿Ｉｍとして記載する。回折計算部１２０２は、画像に対して上記の複素振幅データへの変換を行った後に、逆フーリエ変換を実行することで、基本回折パターンの生成を行うことが可能になる。

なお、本実施の形態においては、元画像の各画素は、ＲＧＢの各色に対応する３つの画素値を有するものとし、回折計算部１２０２は、ＲＧＢのそれぞれに対して複素振幅データ化と、逆フーリエ変換を行う。つまり、ＲＧＢデータを有する一枚の元画像からは、ＲＧＢの各波長に対応した三枚の基本回折パターンが生成させる。なお、本明細書では、簡単のため、ＲＧＢの内、一色に対応した回折パターンを生成した処理を記載する。

なお、基本回折パターンの計算は、逆フーリエ変換によるものでなくても良い。回折計算部１２０２は、例えば、上記式（１）〜（３）に示されるような点充填法による計算を使用しても良い。

ここで、上述のように、式（１）は、点光源ｉからの点ｕでの複素振幅、式（２）は、点光源ｉと空間変調素子上の点ｕとの距離、式（３）は、空間変調素子上の点ｕでの複素振幅を表す。この場合、表示する画像の画素ごとに異なる視距離を設定するなど、自由な距離情報の設定を行うことなどが可能になる。なお、本実施の形態では、回折データを生成する元となる画像は、ＲＧＢのデータを持つカラー画像を想定したが、単色の画像を扱うようにしても良い。この場合、回折計算部１２０２は、基本回折パターンを一種類のみ生成すればよく、計算端末９０１の計算負荷を低減することが可能になる。

通信部１２０３は、ＨＭＤ１００との間で通信を行い、ＨＭＤ１００からの回折パターン生成の要求受付、および計算端末９０１が生成した基本回折パターンの送信などを行う。本実施の形態において、通信部１２０３は、通信ネットワーク９００、例えばインターネット経由でＨＭＤ１００と通信を行う。通信部１２０３は、通信プロトコルとしてイーサーネットなどを用いることができる。なお、通信部１２０３は、特定の通信手段に限定する必要はない。通信部１２０３は、Ｗｉ−Ｆｉなど無線ＬＡＮを使用して通信ネットワーク９００に接続しても良いし、携帯電話通信網に接続するための構成を備えていても良い。

表示端末管理部１２０４は、計算端末９０１が通信するＨＭＤ１００の情報を管理する。計算端末９０１が複数のＨＭＤなどの表示端末に対して基本回折パターンの送信を行う場合、各表示端末の通信アドレス（例えばＩＰアドレス）を格納しておくことで、生成した基本回折パターンを、通信部１２０３を利用して送信することが可能になる。

図１０は、本実施の形態において、表示端末管理部１２０４が保持する表示端末管理表の例を示す図である。図１０の例では、複数の表示端末９０５〜９０７の通信アドレスおよび通信手段が保持されている。なお、表示端末管理表の内容は別の形式であってもよいし、別の情報を含んでいても良い。表示端末管理表は、例えば表示端末との通信に使用するセキュリティ情報（例えばパスワードなど）を含んでいても良い。この場合、セキュリティを考慮した基本回折パターンの生成を行うことが可能になる。

なお、計算端末９０１は、単一の端末で構成されている必要はなく、図２８に示されるように、複数のサーバ端末から構成されていても良い。この場合、計算端末９０１の計算能力を向上させることができる。また、一度に複数の表示端末からの要求に対応することなどが容易になる効果がある。また、計算端末９０１は、図２に示した機能以外の機能を有していても良い。例えば、計算端末９０１は、メールサーバなど他のアプリケーションを実行する機能を備えていても良い。この場合、同一の端末上で実行されている他のアプリケーションからのデータをコンテンツ管理部１２０１で取得することが容易になる効果がある。

図１１は、本実施の形態１において、回折パターンを生成する手順を示すフローチャートである。図１、図２、１１を用いて、計算端末９０１で生成した基本回折パターンを、ＨＭＤ１００で補正し、各ユーザに対応した回折パターンを生成する方法について例を説明する。本実施の形態では、ＨＭＤ１００および計算端末９０１は、図１１に示されるステップ１３０１〜１３０８の処理を行うことで、回折パターンの生成および表示の制御を行う。

＜ステップ１３０１：コンテンツ取得要求＞
ＨＭＤ１００の表示制御部１１０３は、ユーザに表示すべき表示情報を決定し、通信部１１０５を使用して、計算端末９０１に対してコンテンツ取得要求を行う。

計算端末９０１に通知される情報には、少なくともＨＭＤ１００の通信アドレス、要求する表示情報の識別情報（例えばＵＲＬなど）が含まれる。

なお、計算端末９０１に送信されるコンテンツ取得要求には、表示情報の識別情報以外の情報を含んでいても良い。コンテンツ取得要求は、例えば、表示情報を保持しているサーバを利用するための、認証情報などを含んでいても良い。この場合、ＨＭＤ１００は、メールやソーシャルネットワークサービスなど機密性の高いサービスの情報も、表示情報として取得することが可能になる。

なお、本実施の形態においては、計算端末９０１の通信アドレスを、あらかじめ通信部１１０５が保持しているものとするが、通信部１１０５以外のブロックが保持していても良い。例えば、表示制御部１１０３が計算端末９０１の通信アドレスを保持していても良い。

なお、表示制御部１１０３がユーザに表示すべき表示情報を決定する手段については、特定の方法に限定する必要はない。ＨＭＤ１００に、ユーザが情報を選択するための選択Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＵＩ）を設け、選択ＵＩへのユーザの操作に応じて表示情報を決定しても良い。また、表示制御部１１０３が自動的に表示情報を決定する方法を用いても良い。後者の場合、ユーザの情報選択の手間を軽減することが可能になる。

なお、表示制御部１１０３がコンテンツ取得要求を行う計算端末９０１は、本実施の形態においては、通信部１１０５があらかじめ通信アドレスを保持している特定の計算端末である場合の例を示す。表示制御部１１０３は、複数の計算端末に対して同時にコンテンツ取得要求を出しても良い。または、表示制御部１１０３は、計算端末のアドレスを動的に取得する方法を用いてもよい。例えば、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｖｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌｌｉａｎｃｅ（ＤＬＮＡ）規格のサービスのように、通信ネットワーク９００上に、基本回折パターンを生成するサービスを提供する端末が存在するか否かの検索を行える仕組みを用いても良い。この場合、ＨＭＤ１００は、そのＨＭＤ１００に最適な計算端末を検索することなどが可能になる。

＜ステップ１３０２：表示コンテンツ取得＞
本ステップ１３０２では、計算端末９０１の通信部１２０３が、ＨＭＤ１００からのコンテンツ取得要求を受信し、要求に含まれる表示情報を、コンテンツ管理部１２０１が取得する。ＨＭＤ１００から要求された表示情報を、コンテンツ管理部１２０１が保持している場合、コンテンツ管理部１２０１は、表示情報を回折計算部１２０２に通知する。

ＨＭＤ１００からのコンテンツ取得要求に含まれる表示情報をコンテンツ管理部１２０１が保持していない場合、コンテンツ管理部１２０１は、通信部１２０３を介して、表示情報を保持している他の端末（例えばＷｅｂサーバなど）に対して通信を行い、表示情報の取得を行う。コンテンツ管理部１２０１は、どの端末に対して表示情報の取得を行うかについて、ＨＭＤ１００から送信されたコンテンツ取得要求に含まれる表示情報の識別情報から判断することができる。コンテンツ管理部１２０１は、表示情報を取得後、取得した表示情報を回折計算部１２０２に通知する。また、コンテンツ取得要求に含まれるＨＭＤ１００の通信アドレスについては、通信部１２０３から表示端末管理部１２０４に通知され、保持される。

なお、他の端末から取得した表示情報をコンテンツ管理部１２０１内で保持することで、再度、同様の表示情報へのコンテンツ取得要求が生じた場合に、表示情報を取得する処理を高速化することができる。

＜ステップ１３０３：基本回折パターン生成＞
本ステップ１３０３では、計算端末９０１の回折計算部１２０２が、前ステップ１３０２でコンテンツ管理部１２０１から通知された表示情報から、基本回折パターンの生成を行う。

前述のように、本実施の形態においては、回折計算部１２０２は、コンテンツ管理部１２０１から取得した画像に対して、逆フーリエ変換処理を施したものを基本回折パターンとして扱う。そのため、回折計算部１２０２は、取得された表示画像の各画素に対して、位相データを重畳することで表示画像の複素振幅データ化を行い、画素ごとに画素値Ｉｍａｇｅ＿Ａから、変換画素値実部Ｉｍａｇｅ＿Ｒｅ、変換画素値虚部Ｉｍａｇｅ＿Ｉｍの生成を行う。この処理は、前述のように、上記式（４）、（５）に示される計算を表示画像の各画素値Ｉｍａｇｅ＿Ａに対して行うことで実行される。この際、位相値ｐｈａｓｅ＿ｄａｔａについては、０から２πまでの間でランダムに選択される。

ここで、式（４）は回折パターン計算対象の実部を表し、式（５）は回折パターン計算対象の虚部を表す。

なお、本実施の形態においては、回折計算部１２０２は、位相値ｐｈａｓｅ＿ｄａｔａをランダムに選択するものとしたが、別の方法を用いても良い。例えば、回折計算部１２０２は、隣り合う画素に対しては、位相が異なるような処理を行っても良い。この場合、ＣＧＨ方式での表示におけるノイズの発生を抑制する効果などがある。

回折計算部１２０２は、複素振幅データ化した表示画像に対して、逆フーリエ変換を実行し、基本回折パターンとして通信部１２０３に対して通知する。逆フーリエ変換を用いることで、回折計算部１２０２は、高速に基本回折パターンの生成を行うことができる。

なお、回折計算部１２０２は、基本回折パターンの生成を、逆フーリエ変換以外の計算で行っても良い。例えば、上述のように、回折計算部１２０２は、点充填法を行うことで基本回折パターンの生成を行っても良い。

なお、回折計算部１２０２は、一度生成した基本回折パターンを保持する機能を備えていても良い。この場合、他の端末から同一の表示情報に対して基本回折パターンを計算する要求を受けた際に、回折計算部１２０２は、再度、計算処理を行うことなく、既に保持している基本回折パターンを利用することができる。その結果、計算端末９０１の計算負荷を大きく軽減することが可能になる。

＜ステップ１３０４：基本回折パターン送信＞
本ステップ１３０４では、前ステップ１３０３で回折計算部１２０２が計算した基本回折パターンを、通信部１２０３が、ＨＭＤ１００に対して送信する。この際、通信部１２０３は、ＨＭＤ１００の通信アドレスを表示端末管理部１２０４から取得して、基本回折パターンの送信を行う。

＜ステップ１３０５：基本回折パターン受信＞
本ステップ１３０５では、ＨＭＤ１００の通信部１１０５が、計算端末９０１から送信された基本回折パターンを受信し、回折パターン加工部１１０１に対して受信した基本回折パターンを通知する。本実施の形態において、通信部１１０５は、回折パターン取得部の一例に相当する。

＜ステップ１３０６：回折パターン補正＞
本ステップ１３０６では、前ステップ１３０５で通信部１１０５から通知された基本回折パターンに対して、回折パターン加工部１１０１が補正処理を行い、ユーザに表示する合成回折パターンの生成を行う。

前述のように、ＣＧＨ方式での表示では、ユーザの視力に合わせた回折パターンの生成が必要になる。本実施の形態では、基本回折パターンの生成に際してユーザの視力に対する考慮がなされていない。そのため、回折パターン加工部１１０１は、基本回折パターンに対してユーザの視力に応じた補正を行う。

図１２は、回折パターンによる再生像の表示位置の違いを例示する図である。図１２において、補正前の再生像１５０１は、ＨＭＤ１００の空間変調素子１０３に基本回折パターンを表示した場合の表示像（仮想画像）の位置を示す。逆フーリエ変換により基本回折パターンを生成した場合、補正前の再生像１５０１からユーザ１５０５への光は、平行光となる。このため、空間変調素子１０３と補正前再生像１５０１との距離である補正前の距離１５０２は無限遠になる。

ユーザ１５０５の視力が高い場合は、瞳に入射した平行光を網膜に集光させることができる。しかし、ユーザ１５０５の視力が低い場合には、再生像を鮮明に視認することができない。そのため、ユーザ１５０５が再生像を視認できる距離である補正後の距離１５０４まで、再生像を近づける必要がある。そこで、回折パターン加工部１１０１は、補正前の再生像１５０１を、補正後の再生像１５０３に移動させるために、基本回折パターンに対して、補正回折パターンの重畳を行う。

本実施の形態では、回折パターン加工部１１０１は、基本回折パターンに重畳するための補正回折パターンを、補正パターン管理部１１０２から取得する。補正パターン管理部１１０２は、ユーザの視力に合わせた補正回折パターンを保持している。本実施の形態における補正回折パターンは、複素振幅を補正した後の再生像の位置、つまり図１２の補正中心１５０６に仮想的に配置された点光源からの光が、空間変調素子１０３に入射した場合の位相パターンから構成される。また、基本回折パターンの画素のそれぞれに対応するように、補正回折パターンのデータは生成される。

ＨＭＤ１００において、基本回折パターンを空間変調素子１０３上に表示した場合に、基本回折パターン（空間変調素子１０３）上の画素（ξ、η）と、補正中心１５０６との距離をｒとする。この時、画素（ξ、η）に対応する補正回折パターンのデータの実部Ｃｏｒｒｅｃｔ＿Ｒｅおよび虚部Ｃｏｒｒｅｃｔ＿Ｉｍは、次式（６）、（７）で表される。

Ｃｏｒｒｅｃｔ＿Ｒｅ＝Ｃｏｓ（２π×ｒ／λ） （６）
Ｃｏｒｒｅｃｔ＿Ｉｍ＝−Ｓｉｎ（２π×ｒ／λ） （７）

なお、式（６）、（７）におけるλは、回折パターンを表示する際の光源１０１の波長である。ＲＧＢの三色表示を行う場合には、各波長に対応した三種類の補正回折パターンを保持する必要がある。但し、前述のとおり、簡単のため、本実施の形態では単一波長についてのみ回折パターンの補正方法を例示する。

回折パターン加工部１１０１は、補正パターン管理部１１０２から取得した補正回折パターンを、計算端末９０１から取得した基本回折パターンに重畳し、補正後の合成回折パターンを生成する。この際に、合成回折パターンの各画素の実部Ｃｏｍｂｉｎｅｄ＿Ｒｅは、次式（８）の計算式によって計算される。同様に、合成回折パターンの各画素の虚部Ｃｏｍｂｉｎｅｄ＿Ｉｍは、次式（９）の計算式によって計算される。

Ｃｏｍｂｉｎｅｄ＿Ｒｅ＝Ｉｍａｇｅ＿Ｒｅ×Ｃｏｒｒｅｃｔ＿Ｒｅ
−Ｉｍａｇｅ＿Ｉｍ×Ｃｏｒｒｅｃｔ＿Ｉｍ （８）
Ｃｏｍｂｉｎｅｄ＿Ｉｍ＝Ｉｍａｇｅ＿Ｒｅ×Ｃｏｒｒｅｃｔ＿Ｉｍ
−Ｉｍａｇｅ＿Ｉｍ×Ｃｏｒｒｅｃｔ＿Ｒｅ （９）

回折パターン加工部１１０１は、この処理を行うことで、補正後の合成回折パターンによる再生像の位置を、ユーザの視力に応じた位置に近づけることが可能になる。

補正パターン管理部１１０２が予め補正回折パターンを保持している場合、回折パターン加工部１１０１が、基本回折パターンに対して、補正回折パターンを重畳するための計算量は、基本回折パターンの画素数がＮ×Ｎの場合に、Ｎの二乗のオーダに収まる。そのため、ＨＭＤ１００で回折パターンを全て計算する場合よりも、ＨＭＤ１００にかかる計算負荷を低減することが可能になる。

なお、本実施の形態において、補正パターン管理部１１０２は、ユーザの視力に応じた補正回折パターンを予め保持していることを想定している。しかし、補正回折パターンを回折パターン加工部１１０１から要求される毎に、補正パターン管理部１１０２は、式（６）、（７）の計算式を実行して、補正回折パターンを適時計算する方法を用いても良い。この場合、補正回折パターンの保存に必要な記録部などを削減することが可能になる。

また、本実施の形態においては、式（６）、（７）における補正中心と画素との距離ｒを、ＨＭＤ１００を使用するユーザに合わせて予め補正パターン管理部１１０２が保持しているが、別の方法を用いても良い。例えば、ＨＭＤ１００にユーザの視力を入力するための入力部を設け、補正パターン管理部１１０２は、その入力結果から距離ｒの情報を更新するようにしてもよい。この場合、ＨＭＤ１００を複数のユーザで利用する場合に、使用するユーザが変わるごとに最適な視力を入力し、補正回折パターンの修正を行うことが容易になる。

回折パターン加工部１１０１は、基本回折パターンと補正回折パターンとを用いて生成した合成回折パターンを表示制御部１１０３に対して通知する。

＜ステップ１３０７：合成回折パターン表示＞
本ステップ１３０７では、前ステップ１３０６で回折パターン加工部１１０１が生成した合成回折パターンに基づく仮想画像をユーザに表示するために、表示制御部１１０３が、光源１０１、空間変調素子１０３に対する制御を行う。

前ステップ１３０６で生成された合成回折パターンは、実部と虚部からなる複素振幅データであるため、表示制御部１１０３は、空間変調素子１０３で表示可能なデータ形式となるように、合成回折パターンの量子化を行う。

本実施の形態では、空間変調素子１０３は、二値の位相値０もしくはπを表現することが可能な素子であることを想定している。そのため、表示制御部１１０３は、補正後の合成回折パターンの実部もしくは虚部のデータを取得し、その値が正数なら位相値が０となるように量子化を行い、その値が負数なら位相値がπとなるように量子化を行う。この処理を行うことで、空間変調素子１０３として、位相値が２つしか表示できない液晶（例えば強誘電液晶）などを使用した場合であっても、表示制御部１１０３は、空間変調素子１０３に合成回折パターンの表示を行うことが可能になる。

なお、空間変調素子１０３として、複数の位相値を複数とることができる素子を使用する場合には、表示制御部１１０３は、量子化の値を０もしくはπの二値に限定する必要はなく、複数の値に量子化してもよい。この場合、ＣＧＨ方式で表示を行う際のノイズ発生を抑制することなどが可能になる。

表示制御部１１０３は、量子化を行った合成回折パターンに応じて、空間変調素子１０３と光源１０１の制御を行い、ユーザに対して合成回折パターンに対応する仮想画像の表示を行う。

図１３は、本実施の形態における基本回折パターン１６０１の例を示す図である。図１４は、本実施の形態における補正回折パターン１７０１の例を示す図である。図１５は、図１３、図１４のデータから生成された合成回折パターン１８０１の例を示す図である。

図１３は、ユーザに表示する画像として、画面中に点が一点ある場合の例である。図１３において、線状になっている同じ濃度の部分は同一の位相を有することを示している。また、図１４は、補正中心１５０６（図１２）に置かれた点光源からの光の位相を表した図になっている。回折パターン加工部１１０１は、図１３に示される基本回折パターン１６０１と、図１４に示される補正回折パターン１７０１とを用いて、図１５に示される合成回折パターン１８０１を生成する。表示制御部１１０３は、図１５の合成回折パターン１８０１を空間変調素子１０３に表示することで、ユーザの視力にあった表示を行うことが可能となる。

図１６、図１７は、ユーザの視力によって使用される補正回折パターンが変わる例を示す図である。図１６の補正回折パターン１９０１は、補正中心１５０６（図１２）が空間変調素子１０３から近い場合の補正回折パターンの例であり、視力の悪い（近眼の度合いが強い）ユーザに適した例である。図１７の補正回折パターン１９０２は、補正中心１５０６（図１２）が空間変調素子１０３から遠い場合の補正回折パターンの例であり、比較的視力の良い（近眼の度合いが弱い）ユーザに適した例である。本実施の形態において、補正回折パターン１９０１が第１補正回折パターンの一例に相当し、補正回折パターン１９０２が第２補正回折パターンの一例に相当し、基本回折パターン１６０１と補正回折パターン１９０１とを用いて生成された合成回折パターンが第１合成回折パターンの一例に相当し、基本回折パターン１６０１と補正回折パターン１９０２とを用いて生成された合成回折パターンが第２合成回折パターンの一例に相当する。

補正パターン管理部１１０２は、ユーザの視力に応じて、図１６、図１７に示されるように、補正回折パターンの内容を変更することで、ユーザにとって最適な位置に再生像（仮想画像）を表示することが可能になる。

図１１に戻って、本ステップ１３０７では、表示制御部１１０３は、量子化した合成回折パターンを回折パターン管理部１１０４に対して通知する。

＜ステップ１３０８：合成回折パターンの管理＞
本ステップ１３０８では、回折パターン管理部１１０４が、表示制御部１１０３から通知された合成回折パターンを保存する。例えば計算端末９０１との通信ができない場合など、計算端末９０１から基本回折パターンを取得できない場合、表示制御部１１０３に対して、回折パターン管理部１１０４が保持している合成回折パターンを通知することで、ユーザに対して静止画などの表示を継続することが可能になる。

以上説明されたように、本実施の形態では、計算量の多い基本回折パターンを計算端末９０１が生成し、生成した基本回折パターンを表示端末９０５〜９０７（ＨＭＤ１００）に送信する。表示端末９０５〜９０７（ＨＭＤ１００）は、基本回折パターンと、個々のユーザの視力に応じて生成された補正回折パターンとを用いて、合成回折パターンの生成を行う。合成回折パターンの生成を、少ない計算量で実現可能な方法で行うことで、計算端末９０１に比べて計算能力の低い表示端末９０５〜９０７（ＨＭＤ１００）においても、回折パターンの生成を実現可能なものとしている。

また、ユーザの視力に応じた回折パターンの補正を各表示端末９０５〜９０７（ＨＭＤ１００）で行うことで、基本回折パターンを生成する計算端末９０１は、各表示端末９０５〜９０７（ＨＭＤ１００）のために異なる回折パターンを生成する必要がなくなる。

このように、本実施の形態では、回折パターンの空間変調素子１０３への表示の際に、基本回折パターンの生成と、基本回折パターンの補正とを別々の端末で行う。これによって、本実施の形態によれば、計算能力の低い表示端末９０５〜９０７（ＨＭＤ１００）での回折パターンの表示を可能にしながら、複数の表示端末９０５〜９０７（ＨＭＤ１００）に対応する際の計算端末９０１にかかる計算負荷を低減し、ユーザの視力に合わせた表示を可能にしている。

なお、本実施の形態では、表示情報（仮想画像）が静止画である場合の例を示した。例えば表示情報（仮想画像）が動画などの場合、ＨＭＤ１００の一度のコンテンツ取得要求に対して、計算端末９０１は、動画の各フレームに対応する複数の基本回折パターンを順次計算し、計算した基本回折パターンを順次、ＨＭＤ１００に送信する方法を用いても良い。この場合、ユーザに対して動画表示などが可能になる。

なお、本実施の形態では、補正回折パターンは、ユーザの視力に合わせた補正を行うためのデータを用いたが、他のデータを用いても良い。例えば、ＨＭＤ１００の光源１０１とユーザの眼球１９０との間に配置された光学系で生じる収差を補正するデータを用いても良い。例えば図３のＨＭＤ１００では、照明光学系１０２及び反射ミラー１０４を含む光学系で生じる収差を補正するデータを用いても良い。

この場合において、補正パターン管理部１１０２は、照明光学系１０２及び反射ミラー１０４を含む光学系で生じる収差を補正するデータを用いて予め生成された補正回折パターンを保持しておいてもよい。あるいは、補正パターン管理部１１０２は、照明光学系１０２及び反射ミラー１０４を含む光学系で生じる収差を表すデータを保持し、当該データを用いて補正回折パターンを生成してもよい。

一般に、眼鏡のデザインは多種多様である。そのため、各眼鏡型のＨＭＤ１００において、それぞれのデザインによって変更される照明光学系１０２及び反射ミラー１０４などの光学系のレイアウトに起因する収差も、各ＨＭＤ１００のデザインに応じて異なる。そのため、例えばＨＭＤ１００の補正パターン管理部１１０２は、当該ＨＭＤの光学系で生じる収差を補正するための補正回折パターンを保持してもよい。また、例えば表示端末９０５〜９０７（図７）ごとに、光学系の収差を補正するための補正回折パターンを保持してもよい。

これによって、計算端末９０１は、異なるデザインの表示端末９０５〜９０７に対して同一の基本回折パターンを提供すればよいことになる。その結果、計算端末９０１の計算負荷を低減することが可能になり、かつ、各表示端末９０５〜９０７で表示される仮想画像の画質を向上させることが可能になる。

さらに、補正回折パターンは、ＨＭＤ１００のユーザの視力に合わせた補正を行うためのデータと、ＨＭＤ１００の光源１０１とユーザの眼球１９０との間に配置された光学系で生じる収差を補正するデータとの両方を用いても良い。例えば図３のＨＭＤ１００では、ユーザの視力に合わせた補正を行うためのデータと、照明光学系１０２及び反射ミラー１０４を含む光学系で生じる収差を補正するデータとの両方を用いても良い。

この場合において、補正パターン管理部１１０２は、ユーザの視力に合わせた補正を行うためのデータと、照明光学系１０２及び反射ミラー１０４を含む光学系で生じる収差を補正するデータとの両方を用いて予め生成された、補正回折パターンを保持しておいてもよい。あるいは、補正パターン管理部１１０２は、ユーザの視力に関するデータと、照明光学系１０２及び反射ミラー１０４を含む光学系で生じる収差を表すデータとを保持しておき、それらのデータを用いて、補正回折パターンを生成してもよい。

なお、本実施の形態では、ユーザが近視の場合に視力補正を行うための補正回折パターンの例について説明した。これに代えて、ユーザが乱視や遠視である場合に対応した補正回折パターンを使用しても良い。例えば遠視の場合には、補正パターン管理部１１０２は、空間変調素子１０３とユーザの眼球１９０との間に仮想的に配置された点光源からの光が空間変調素子１０３に入射する際の位相パターンを補正回折パターンとして保持しておいてもよい。また、補正パターン管理部１１０２は、点光源に代えて、縦方向と横方向の焦点距離が異なる光源からの光、または例えばシリンドリカルレンズなどを通過した点光源からの光などを想定して、補正回折パターンとして利用する位相パターンを生成してもよい。この場合、ユーザの視力に、より適応した仮想画像の表示を行うことが可能になる。

なお、本実施の形態では、補正回折パターンは、ユーザの視力に合わせた補正を行うために、ユーザの視力に適合する再生像の位置に点光源を仮想的に配置した場合の位相データを用いた。これに代えて、別の位相データを用いて生成した、ユーザの視力を補正する補正回折パターンを用いても良い。補正パターン管理部１１０２は、例えば、点光源以外の光源（例えば縦方向と横方向の焦点距離が異なる光源、例えばシリンドリカルレンズなどを通過した点光源からの光）などを想定した位相データを用いて生成した補正回折パターンを保持しても良い。

（実施の形態２）
本実施の形態では、回折パターンを表示する表示端末の機能が更に複数の端末に分かれている場合を例示する。上記実施の形態１では、制御部１０５がＨＭＤ１００内部に格納されている例を示したが、必要に応じて、制御部１０５などは、ＨＭＤ１００の外部の端末に配置しても良い。

図１８は、実施の形態２におけるＨＭＤ２００１、携帯端末２００２及び計算端末９０１を含む表示システムのブロック図である。図１９は、図１８に示されるＨＭＤ２００１及び携帯端末２００２の構成を模式的に示す図である。図１８、図１９では、図１、図３に示される実施の形態１と同様の要素には同様の符号が付されている。また、図１９では、左目用の構成の図示を省略している。以下、実施の形態１との相違点を中心に、実施の形態２が説明される。

図１８、図１９では、制御部１０５の機能がＨＭＤ２００１と、携帯端末２００２とに存在する形態の例が示されている。ここで、携帯端末２００２は、例えば、携帯電話またはいわゆるスマートフォンなどのモバイル端末であることを想定している。図１８、図１９では、実施の形態１のＨＭＤ１００の制御部１０５の機能が、表示端末２００１の制御部２００３と、携帯端末２００２の制御部２００４とに分散して配置されている。実施の形態２におけるＨＭＤ２００１及び携帯端末２００２は、表示端末９０５（図７）を構成している。

ＨＭＤ２００１の制御部２００３は、図１に示されるＨＭＤ１００において、ＣＰＵ１１に代えてＣＰＵ１１ｂを備え、メモリ１２に代えてメモリ１２ｂを備える。ＣＰＵ１１ｂは、機能ブロックとして、通信部２１０２、表示制御部１１０３、回折パターン管理部１１０４を含む。メモリ１２ｂには、プログラムが保存されている。また、メモリ１２ｂには、データなどが一時的に保存される。ＣＰＵ１１ｂは、メモリ１２ｂに保存されているプログラムを実行することによって、上記各機能ブロックとして動作する。

携帯端末２００２の制御部２００４は、ＣＰＵ２００４ａと、メモリ２００４ｂとを備える。ＣＰＵ２００４ａは、機能ブロックとして、通信部２１０１、回折パターン加工部１１０１、補正パターン管理部１１０２を含む。メモリ２００４ｂには、プログラムが保存されている。また、メモリ２００４ｂには、データなどが一時的に保存される。ＣＰＵ２００４ａは、メモリ２００４ｂに保存されているプログラムを実行することによって、上記各機能ブロックとして動作する。

制御部２００３及び２００４に含まれる機能ブロックのうち、回折パターン加工部１１０１、補正パターン管理部１１０２、表示制御部１１０３、回折パターン管理部１１０４の機能は、実施の形態１と同様である。本実施の形態２では、実施の形態１における通信部１１０５の機能が、２つの通信部２１０１、２０１２に分割されている。

本実施の形態２では、実施の形態１とは異なり、回折パターン加工部１１０１と表示制御部１１０３との間での通信が、通信部２１０１、２１０２を介して行われる。このことで、実施の形態１における制御部１０５の機能を２つの端末２００１，２００２に分散することが可能になっている。また、表示制御部１１０３から計算端末９０１へコンテンツ取得要求を送信する際にも、２つの通信部２１０１、２１０２を介してコンテンツ取得要求が送信される。

本実施の形態においては、通信部２１０１、２１０２間の通信は、近距離無線通信で行われる。近距離無線通信の方式は特定の方式に限定する必要はない。近距離無線通信として、例えばＷｉ−Ｆｉ規格や、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの通信規格を用いることができる。

また、携帯端末２００２の通信部２１０１と計算端末９０１との間の通信は、通信ネットワーク９００、例えばインターネット経由で行われる。通信部２１０１がインターネットに接続する手段は、特定の方法に限定する必要はないが、携帯電話通信網を利用した方法や、公衆無線ＬＡＮに接続する方法などを用いることができる。このことで、ＨＭＤ２００１の通信部２１０２は、通信ネットワーク９００に接続する必要がなくなる。したがって、実施の形態１のＨＭＤ１００の通信部１１０５に比べて、ＨＭＤ２００１の通信部２１０２が使用する電力を低く抑えることが可能になる。その結果、ＨＭＤ２００１に搭載するバッテリー１０６を小型のものにすることで、より軽量なＨＭＤ２００１を実現することが可能になる。

また、本実施の形態２では、回折パターン加工部１１０１が携帯端末２００２に設けられている。したがって、ＨＭＤ２００１のＣＰＵ１１ｂに必要な計算能力をＨＭＤ１００のＣＰＵ１１に比べて低減することができる。その結果、より小型で軽量なＨＭＤ２００１を実現することが可能になる。

本実施の形態では、ＨＭＤ２００１ではなくて、携帯端末２００２において、計算端末９０１から取得した基本回折パターンに対して回折パターン加工部１１０１が補正を行って合成回折パターンを生成する。これによって、ＨＭＤ２００１の表示制御部１１０３が、空間変調素子１０３に、ユーザに適した合成回折パターンの表示を行う。本実施の形態における回折パターンの補正手順は、前述のように、表示制御部１１０３からの計算端末９０１へのコンテンツ取得要求の際に、２つの通信部２１０１、２１０２を経由する点と、表示制御部１１０３と回折パターン加工部１１０１間の通信が通信部２１０１、２１０２を経由する点を除くと、実施の形態１で示したステップ１３０１〜１３０８の処理とほぼ同様である。よって、詳細な説明を省略する。

なお、本実施の形態では、通信部２１０１と通信部２１０２との間の通信を無線通信で行う例を示したが、ＨＭＤ２００１と携帯端末２００２との間をケーブルで繋いで有線通信を行うようにしても良い。有線通信の場合、無線通信に比べて通信に必要な電力を抑制することができる。このため、表示端末２００１、携帯端末２００２を長時間利用できるようになる効果がある。

なお、ＨＭＤ２００１の制御部２００３と、携帯端末２００２の制御部２００４とに含まれる機能の分担は、図１８で示した構成に限定する必要はなく、別の分担方法を用いても良い。例えば、回折パターン管理部１１０４を携帯端末２００２に設ける構成を採用しても良い。この場合、ＨＭＤ２００１における処理の負担が軽減され、よりバッテリー１０６の容量を削減し、ＨＭＤ２００１の軽量化が可能になる効果がある。

なお、本実施の形態では、ＨＭＤ２００１と携帯端末２００２との組み合わせが１対１である場合の例を示した。これに代えて、一つの携帯端末２００２が複数のＨＭＤ２００１と通信を行ってもよい。この場合、複数のユーザがそれぞれＨＭＤ２００１を使用する際に、携帯端末２００２を複数用意する必要がなくなる効果がある。

なお、携帯端末２００２は、本実施の形態で説明した機能以外の機能を有していても良い。例えば、携帯電話またはスマートフォンが有する機能、例えば通話機能、ゲーム機能、Ｗｅｂブラウジング機能などを有していても良い。また、携帯端末２００２の制御部２００４は、専用回路で実現しても良い。あるいは、携帯端末２００２の制御部２００４は、携帯電話またはスマートフォン上で実行されるソフトウェアとして実現されていても良い。この場合、携帯電話またはスマートフォンと、回折パターン補正を行う機能とを統合することが容易になる。また、ソフトウェアにより携帯端末２００２の制御部２００４の機能を実現する場合には、携帯端末２００２のコストを低減することが可能になる。

このように、実施の形態２では、基本回折パターンを補正して合成回折パターンを生成する機能と、合成回折パターンを表示する機能とを複数の端末で分担する。これによって、眼鏡型のＨＭＤ２００１に必要な部品数やバッテリー１０６の容量を削減することが可能になる。その結果、より軽量で装着しやすい眼鏡型のＨＭＤ２００１を実現することが可能になる。

なお、上記実施の形態１では、計算端末９０１が計算能力の高いサーバである場合の構成を示したが、例えば図２０、図２１に示されるように、別の構成をとっても良い。

図２０は、計算端末９０１の機能を携帯端末により実現した構成の例を示すブロック図である。図２０では、図２と同一要素には同一符号が付されている。図２０のＨＭＤ１００は、図１、図３に示される実施の形態１と同様に構成されている。

図２０に示される表示システムは、携帯端末２２０１と、ＨＭＤ１００とを備える。携帯端末２２０１は、例えば携帯電話またはスマートフォンなどのモバイル端末である。携帯端末２２０１は、図２に示される計算端末９０１において、通信部１２０３に代えて、通信部２２０２を備える。通信部２２０２は、ＨＭＤ１００の通信部１１０５（図１）との間の通信を、近距離無線通信または有線通信により行う。したがって、ＨＭＤ１００の通信部１１０５（図１）において通信に必要な電力を削減することができる。その結果、ＨＭＤ１００を、より長時間使用することが可能になる。

図２１は、計算端末９０１の機能を携帯端末により実現した構成の別の例を示すブロック図である。図２１では、図２０と同一要素には同一符号が付されている。図２１のＨＭＤ１００は、図１、図３に示される実施の形態１と同様に構成されている。

図２１に示される表示システムは、携帯端末２３０１と、ＨＭＤ１００と、サーバ１２０５とを備える。携帯端末２３０１は、例えば携帯電話またはスマートフォンなどのモバイル端末である。携帯端末２３０１は、図２０に示される携帯端末２２０１において、コンテンツ管理部１２０１に代えて、通信部２３０２を備える。サーバ１２０５は、コンテンツ管理部１２０１と、通信部１２０６とを備える。携帯端末２３０１の通信部２３０２は、インターネットなどの通信ネットワーク９００を介して、サーバ１２０５の通信部１２０６と通信可能に構成されている。

携帯端末２３０１は、ＨＭＤ１００からのコンテンツ取得要求を通信部２２０２により受信すると、受信したコンテンツ取得要求を通信部２３０２によりサーバ１２０５に送信する。サーバ１２０５は、携帯端末２３０１の通信部２３０２からのコンテンツ取得要求を通信部１２０６により受信すると、コンテンツ管理部１２０１が取得した表示情報を通信部１２０６により携帯端末２３０１に送信する。通信部２３０２は、受信した表示情報を回折計算部１２０２に通知する。

図２１の形態では、携帯端末２３０１は、コンテンツ管理部１２０１を備えず、サーバ１２０５から、コンテンツ取得要求に対応する表示情報を取得する。したがって、携帯端末２３０１に必要なメモリ容量を削減することができる。

また、上記実施の形態１では、図１３に示される基本回折パターン１６０１と、図１４に示される補正回折パターン１７０１と、図１５に示される合成回折パターン１８０１とは、実質的に同一画素数を有することを前提としていたが、同一画素数を有するものでなくてもよい。

図２２は、基本回折パターンの別の例を示す図である。図２３は、補正回折パターンの別の例を示す図である。図２４は、合成回折パターン生成手法の一例を説明する模式図である。図２５は、図２２、図２３のデータから生成された合成回折パターン１８０１の例を示す図である。

図２２に示される基本回折パターン１６０２は、回折計算部１２０２（例えば図２）により、元画像（例えば図２６（ａ）に示される元画像４０１）から逆フーリエ変換により生成される。図２３に示される補正回折パターン１７０２は、補正パターン管理部１１０２（例えば図１）により、保持されている。

基本回折パターン１６０２は、横方向の画素数Ｘ１（例えばＸ１＝５１２）、縦方向の画素数Ｙ１（例えばＹ１＝４８０）の長方形状を有する。補正回折パターン１７０２は、横方向の画素数Ｘ２（例えばＸ２＝１３６６）、縦方向の画素数Ｙ２（例えばＹ２＝１２００）の長方形状を有する。ここで、Ｘ１＜Ｘ２、Ｙ１＜Ｙ２になっている。すなわち、基本回折パターン１６０２の画素数は、補正回折パターン１７０２の画素数より少なくなっている。なお、補正回折パターン１７０２と合成回折パターン１８０２とは、同一画素数を有している。

回折パターン加工部１１０１（例えば図１）は、基本回折パターン１６０２と補正回折パターン１７０２とを用いて、図２５に示される合成回折パターン１８０２を生成する。このとき、回折パターン加工部１１０１は、図２４に示されるように、基本回折パターン１６０２を、横方向及び縦方向に、それぞれ補正回折パターン１７０２以上の画素数になるような枚数だけ並べる。図２４では、横方向及び縦方向にそれぞれ２枚で合計４枚の基本回折パターン１６０２が並べられている。

回折パターン加工部１１０１は、４枚の基本回折パターン１６０２から、補正回折パターン１７０２に対応する範囲、つまり横方向の画素数Ｘ２及び縦方向の画素数Ｙ２の範囲を切り出す。回折パターン加工部１１０１は、切り出した範囲の基本回折パターン１６０２と、補正回折パターン１７０２とを用いて、合成回折パターン１８０２を生成する。

このように、回折パターン加工部１１０１は、図２４に示されるように、基本回折パターン１６０２のデータを繰り返し使用する。これによって、基本回折パターン１６０２の画素数を補正回折パターン１７０２の画素数より少なくしても、回折パターン加工部１１０１は、合成回折パターン１８０２を好適に生成することができる。図２２〜図２５の形態において、画素数は、情報量の一例に相当する。

図２２〜図２５の形態によれば、基本回折パターン１６０２の画素数が補正回折パターン１７０２の画素数より少ない。このため、計算端末９０１の回折計算部１２０２の計算負荷を低減することができる。また、計算端末９０１からＨＭＤ１００に基本回折パターンを送信するのに要する時間を短縮することができる。また、図２２〜図２５の形態を図２０、図２１の形態に適用した場合には、携帯端末２２０１，２３０１の回折計算部１２０２の計算負荷を低減することができる。また、携帯端末２２０１，２３０１からＨＭＤ１００に基本回折パターンを送信するのに要する時間を短縮することができる。

なお、基本回折パターン１６０２の縦横の画素数は、２のべき乗（例：５１２）であってもよいし、それ以外であってもよい。画素数が２のべき乗である場合、逆フーリエ変換の計算速度を向上させることが可能になる。また、基本回折パターン１６０２の縦横の画素数は同一であってもよいし、異なっていてもよい。

また、上記各実施の形態では、ＨＭＤ１００，２００１は、メガネ形状を有するものとしているが、ＨＭＤ１００，２００１の形状は、メガネ形状に限られない。また、表示端末９０５は、ＨＭＤとしているが、頭部装着型ではない表示装置でもよい。

なお、これまでに説明した実施の形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でさまざまな形態を採りうる。

上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。

本発明の一局面に係る表示装置は、レーザ光を出力する光源と、前記レーザ光を照明光として出射する照明光学系と、回折パターンを表示することにより前記照明光を回折する空間変調素子と、画像に基づき生成された基本回折パターンを取得する回折パターン取得部と、前記空間変調素子に表示する前記回折パターンとして、前記基本回折パターンと、前記基本回折パターンを補正するための補正回折パターンとを用いて、前記基本回折パターンが前記補正回折パターンにより補正された合成回折パターンを生成する回折パターン加工部と、を備え、前記空間変調素子は、前記合成回折パターンを表示することにより回折した回折光を使用者に仮想画像として表示する。

本構成によれば、光源からレーザ光が出力される。照明光学系により、レーザ光が照明光として出射される。空間変調素子に回折パターンが表示されることにより、照明光が回折される。画像に基づき生成された基本回折パターンが、回折パターン取得部により取得される。空間変調素子に表示する回折パターンとして、基本回折パターンと、基本回折パターンを補正するための補正回折パターンとを用いて、基本回折パターンが補正回折パターンにより補正された合成回折パターンが、回折パターン加工部により生成される。合成回折パターンが空間変調素子に表示されることにより回折された回折光が、使用者に仮想画像として表示される。したがって、補正回折パターンを用いて基本回折パターンを補正することによって、当該装置に適合する合成回折パターンを生成することが可能になる。また、基本回折パターンの生成を行っていないため、例えば基本回折パターン生成の分だけ、装置の計算負荷を低減することが可能になる。

また、上記の表示装置において、前記回折パターン取得部は、外部の計算端末によって生成された前記基本回折パターンを、通信を介して取得するとしてもよい。

本構成によれば、外部の計算端末によって生成された基本回折パターンが、通信を介して回折パターン取得部により取得される。したがって、装置の計算負荷を低減することができる。その結果、装置をより小型かつ軽量にすることができる。

また、上記の表示装置において、前記補正回折パターンは、前記合成回折パターンが前記空間変調素子に表示された際に前記仮想画像が表示される位置を、前記基本回折パターンが前記空間変調素子に表示された際に前記仮想画像が表示される位置と異ならせるとしてもよい。

本構成によれば、合成回折パターンが空間変調素子に表示された際に仮想画像が表示される位置は、補正回折パターンによって、基本回折パターンが空間変調素子に表示された際に仮想画像が表示される位置と異なる位置になる。したがって、補正回折パターンによって、仮想画像の表示位置を調節することが容易にできるようになる。

また、上記の表示装置において、前記補正回折パターンは、前記合成回折パターンが前記空間変調素子に表示された際に、前記使用者の視力に応じた位置に前記仮想画像を表示するとしてもよい。ここで、使用者の視力に応じた位置に代えて、使用者の眼球が焦点を合わせることが可能な位置としてもよい。

本構成によれば、合成回折パターンが空間変調素子に表示された際に、補正回折パターンによって、使用者の視力に応じた位置に仮想画像が表示される。したがって、表示装置を利用する使用者の視力に応じて、使用者の見やすい位置に仮想画像を表示することが可能になる。

また、上記の表示装置において、前記補正回折パターンは、前記使用者の右目の視力に合わせられた第１補正回折パターンと、前記使用者の左目の視力に合わせられた第２補正回折パターンと、を含み、前記回折パターン加工部は、前記合成回折パターンとして、前記基本回折パターンと前記第１補正回折パターンとを用いて、前記使用者の右目の視力に応じた位置に前記仮想画像を表示するための第１合成回折パターンを生成し、かつ、前記基本回折パターンと前記第２補正回折パターンとを用いて、前記使用者の左目の視力に応じた位置に前記仮想画像を表示するための第２合成回折パターンを生成し、前記空間変調素子は、前記第１合成回折パターンを表示する第１空間変調素子と、前記第２合成回折パターンを表示する第２空間変調素子と、を含み、前記第１空間変調素子は、前記第１合成回折パターンを表示することにより回折した回折光を前記使用者の右目に前記仮想画像として表示し、前記第２空間変調素子は、前記第２合成回折パターンを表示することにより回折した回折光を前記使用者の左目に前記仮想画像として表示するとしてもよい。

本構成によれば、第１補正回折パターンは、使用者の右目の視力に合わせられている。第２補正回折パターンは、使用者の左目の視力に合わせられている。合成回折パターンとして、基本回折パターンと第１補正回折パターンとを用いて、使用者の右目の視力に応じた位置に仮想画像を表示するための第１合成回折パターンが、回折パターン加工部により生成される。また、合成回折パターンとして、基本回折パターンと第２補正回折パターンとを用いて、使用者の左目の視力に応じた位置に仮想画像を表示するための第２合成回折パターンが、回折パターン加工部により生成される。第１合成回折パターンが第１空間変調素子に表示されることにより回折された回折光が、使用者の右目に仮想画像として表示される。第２合成回折パターンが第２空間変調素子に表示されることにより回折された回折光が、使用者の左目に仮想画像として表示される。したがって、使用者の左右の視力差に応じて、左右の目に対する仮想画像の表示位置の調節を行うことが可能になる。

また、上記の表示装置において、前記補正回折パターンは、前記使用者の眼球が焦点を合わせることが可能な位置に仮想的に配置された点光源からの光が前記空間変調素子に入射した場合の位相パターンであるとしてもよい。

本構成によれば、補正回折パターンは、使用者の眼球が焦点を合わせることが可能な位置に仮想的に配置された点光源からの光が空間変調素子に入射した場合の位相パターンであるため、使用者の視力に適合する位置に仮想画像を表示することが可能になる。

また、上記の表示装置において、前記補正回折パターンは、前記合成回折パターンが前記空間変調素子に表示された際に、前記照明光学系において生じる収差を補正する位相パターンであるとしてもよい。

本構成によれば、補正回折パターンは、合成回折パターンが空間変調素子に表示された際に、照明光学系において生じる収差を補正する位相パターンである。したがって、照明光学系の収差を低減し、より画質の高い仮想画像を使用者に表示することが可能になる。

また、上記の表示装置において、前記光源から前記使用者の眼球に至る光路上に配置された光学部品をさらに備え、前記補正回折パターンは、前記合成回折パターンが前記空間変調素子に表示された際に、前記光学部品において生じる収差を補正する位相パターンであるとしてもよい。

本構成によれば、光源から使用者の眼球に至る光路上に光学部品が配置されている。補正回折パターンは、合成回折パターンが空間変調素子に表示された際に、光学部品において生じる収差を補正する位相パターンである。したがって、光学部品の収差を低減し、より画質の高い仮想画像を使用者に表示することが可能になる。

また、上記の表示装置において、前記使用者の頭部に装着するための装着部をさらに備え、前記空間変調素子は、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記回折光を前記使用者に前記仮想画像として表示するとしてもよい。

本構成によれば、装着部が使用者の頭部に装着された状態で、空間変調素子により、回折光が使用者に仮想画像として表示されるため、頭部装着型の表示装置を好適に実現することができる。

また、上記の表示装置において、前記基本回折パターンの情報量は、前記補正回折パターンの情報量より少ないとしてもよい。

本構成によれば、基本回折パターンの情報量は、補正回折パターンの情報量より少ないため、基本回折パターンの情報量が補正回折パターンの情報量と同一の場合に比べて、例えば基本回折パターンの通信に要する時間を短縮することができ、例えば基本回折パターンを生成するための計算負荷を低減することができ、例えば基本回折パターンを保持するために必要な記憶容量を低減することができる。

本発明の一局面に係る表示システムは、上記の表示装置からなる表示端末と、前記表示端末と通信可能に構成された計算端末と、を備え、前記計算端末は、前記基本回折パターンを生成し、生成した前記基本回折パターンを前記表示端末に送信し、前記回折パターン取得部は、前記計算端末から送信された前記基本回折パターンを受信して取得する。

本構成によれば、計算端末により、基本回折パターンが生成され、生成された基本回折パターンが表示端末に送信される。表示端末の回折パターン取得部により、計算端末から送信された基本回折パターンが受信されて取得される。したがって、補正回折パターンによって、表示端末に適合する合成回折パターンを生成することが可能になる。また、基本回折パターンが計算端末により生成されるため、表示端末の計算負荷を低減することが可能になる。

また、上記の表示システムにおいて、前記表示端末として、第１表示端末と、第２表示端末とを備え、前記計算端末は、前記第１表示端末及び前記第２表示端末に対して、同一の前記基本回折パターンをそれぞれ送信し、前記第１表示端末において用いられる前記補正回折パターンと、前記第２表示端末において用いられる前記補正回折パターンとは、互いに異なるとしてもよい。

本構成によれば、計算端末により、第１表示端末及び第２表示端末に対して、同一の基本回折パターンがそれぞれ送信される。第１表示端末において用いられる補正回折パターンと、第２表示端末において用いられる補正回折パターンとは、互いに異なる。したがって、第１表示端末及び第２表示端末のための基本回折パターンを生成する計算端末にかかる計算負荷を低減しながら、第１表示端末及び第２表示端末を使用する使用者に対して、互いに異なる合成回折パターンによる仮想画像を表示することが可能になる。

また、上記の表示システムにおいて、前記計算端末は、通信ネットワークを介して前記表示端末と通信可能に構成されたサーバであり、前記表示端末は、使用者の頭部に装着するための装着部をさらに含み、前記空間変調素子は、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記回折光を前記使用者に前記仮想画像として表示するとしてもよい。

本構成によれば、サーバにより生成された基本回折パターンは、通信ネットワークを介して表示端末に送信される。表示端末の回折パターン取得部は、サーバにより送信された基本回折パターンを、通信ネットワークを介して受信して取得する。装着部が使用者の頭部に装着された状態で、空間変調素子によって、回折光が使用者に仮想画像として表示される。したがって、基本回折パターンがサーバにより生成されるため、使用者が装着する表示端末に必要な計算負荷を低減することができる。その結果、より小型かつ軽量の頭部装着型の表示端末を実現することが可能になる。

また、上記の表示システムにおいて、前記計算端末は、近距離無線通信を介して前記表示端末と通信可能に構成された携帯端末であり、前記表示端末は、使用者の頭部に装着するための装着部をさらに含み、前記空間変調素子は、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記回折光を前記使用者に前記仮想画像として表示するとしてもよい。

本構成によれば、計算端末は、近距離無線通信を介して表示端末と通信可能に構成された携帯端末である。装着部が使用者の頭部に装着された状態で、空間変調素子によって、回折光が使用者に仮想画像として表示される。したがって、使用者が装着する表示端末に必要な計算負荷を低減することができる。また、表示端末は、近距離無線通信を介して携帯端末と通信を行うため、例えば通信ネットワークを介して通信を行う場合に比べて、通信に要する電力を低減することができる。その結果、より小型かつ軽量の頭部装着型の表示端末を実現することが可能になる。

また、上記の表示システムにおいて、前記計算端末は、近距離無線通信を介して前記表示端末と通信可能に構成された携帯端末であり、前記表示端末は、前記光源として、前記使用者の右目用の第１光源と、前記使用者の左目用の第２光源と、を含み、前記照明光学系として、前記使用者の前記右目用の第１照明光学系と、前記使用者の前記左目用の第２照明光学系と、を含み、かつ、前記空間変調素子として、前記使用者の前記右目用の第１空間変調素子と、前記使用者の前記左目用の第２空間変調素子と、を含み、前記回折パターン加工部は、前記合成回折パターンとして、前記第１空間変調素子に表示する第１合成回折パターンと、前記第２空間変調素子に表示する第２合成回折パターンと、を生成し、前記第１空間変調素子は、前記第１合成回折パターンを表示することにより回折した回折光を前記使用者の右目に前記仮想画像として表示し、前記第２空間変調素子は、前記第２合成回折パターンを表示することにより回折した回折光を前記使用者の左目に前記仮想画像として表示するとしてもよい。

本構成によれば、第１光源から出力されたレーザ光が第１照明光学系により照明光として出射され、第１空間変調素子に回折パターンが表示されることにより回折される。第２光源から出力されたレーザ光が第２照明光学系により照明光として出射され、第２空間変調素子に回折パターンが表示されることにより回折される。回折パターン加工部により、合成回折パターンとして、第１空間変調素子に表示する第１合成回折パターンと、第２空間変調素子に表示する第２合成回折パターンとが生成される。第１合成回折パターンが第１空間変調素子に表示されることにより回折された回折光が、使用者の右目に仮想画像として表示される。第２合成回折パターンが第２空間変調素子に表示されることにより回折された回折光が、使用者の左目に仮想画像として表示される。したがって、携帯端末の計算負荷の増大を抑制しつつ、使用者の右目及び左目に対して仮想画像を好適に表示することができる。また、表示端末は、近距離無線通信を介して携帯端末と通信を行うため、例えば通信ネットワークを介して通信を行う場合に比べて、通信に要する電力を低減することができる。

本発明にかかる表示装置及び表示システムは、回折パターンを表示することでレーザ照明光を回折する空間変調素子を眼球近くに有し、空間変調素子からの回折光が眼球想定位置へ至る、ＨＭＤ等の表示装置及び表示システムとして有用である。また、表示方法、表示装置設計方法、等の用途にも応用できる。

Claims (15)

1. レーザ光を出力する光源と、
   前記レーザ光を照明光として出射する照明光学系と、
   回折パターンを表示することにより前記照明光を回折する空間変調素子と、
   画像に基づき生成された基本回折パターンを取得する回折パターン取得部と、
   前記空間変調素子に表示する前記回折パターンとして、前記基本回折パターンと、前記基本回折パターンを補正するための補正回折パターンとを用いて、前記基本回折パターンが前記補正回折パターンにより補正された合成回折パターンを生成する回折パターン加工部と、
   を備え、
   前記空間変調素子は、前記合成回折パターンを表示することにより回折した回折光を使用者に仮想画像として表示することを特徴とする表示装置。
2. 前記回折パターン取得部は、外部の計算端末によって生成された前記基本回折パターンを、通信を介して取得することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記補正回折パターンは、前記合成回折パターンが前記空間変調素子に表示された際に前記仮想画像が表示される位置を、前記基本回折パターンが前記空間変調素子に表示された際に前記仮想画像が表示される位置と異ならせることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記補正回折パターンは、前記合成回折パターンが前記空間変調素子に表示された際に、前記使用者の視力に応じた位置に前記仮想画像を表示することを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記補正回折パターンは、
   前記使用者の右目の視力に合わせられた第１補正回折パターンと、
   前記使用者の左目の視力に合わせられた第２補正回折パターンと、
   を含み、
   前記回折パターン加工部は、前記合成回折パターンとして、前記基本回折パターンと前記第１補正回折パターンとを用いて、前記使用者の右目の視力に応じた位置に前記仮想画像を表示するための第１合成回折パターンを生成し、かつ、前記基本回折パターンと前記第２補正回折パターンとを用いて、前記使用者の左目の視力に応じた位置に前記仮想画像を表示するための第２合成回折パターンを生成し、
   前記空間変調素子は、
   前記第１合成回折パターンを表示する第１空間変調素子と、
   前記第２合成回折パターンを表示する第２空間変調素子と、
   を含み、
   前記第１空間変調素子は、前記第１合成回折パターンを表示することにより回折した回折光を前記使用者の右目に前記仮想画像として表示し、
   前記第２空間変調素子は、前記第２合成回折パターンを表示することにより回折した回折光を前記使用者の左目に前記仮想画像として表示することを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 前記補正回折パターンは、前記使用者の眼球が焦点を合わせることが可能な位置に仮想的に配置された点光源からの光が前記空間変調素子に入射した場合の位相パターンであることを特徴とする請求項４または５に記載の表示装置。
7. 前記補正回折パターンは、前記合成回折パターンが前記空間変調素子に表示された際に、前記照明光学系において生じる収差を補正する位相パターンであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記光源から前記使用者の眼球に至る光路上に配置された光学部品をさらに備え、
   前記補正回折パターンは、前記合成回折パターンが前記空間変調素子に表示された際に、前記光学部品において生じる収差を補正する位相パターンであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 前記使用者の頭部に装着するための装着部をさらに備え、
   前記空間変調素子は、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記回折光を前記使用者に前記仮想画像として表示することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の表示装置。
10. 前記基本回折パターンの情報量は、前記補正回折パターンの情報量より少ないことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の表示装置。
11. 請求項１に記載の表示装置からなる表示端末と、
    前記表示端末と通信可能に構成された計算端末と、
    を備え、
    前記計算端末は、前記基本回折パターンを生成し、生成した前記基本回折パターンを前記表示端末に送信し、
    前記回折パターン取得部は、前記計算端末から送信された前記基本回折パターンを受信して取得することを特徴とする表示システム。
12. 前記表示端末として、第１表示端末と、第２表示端末とを備え、
    前記計算端末は、前記第１表示端末及び前記第２表示端末に対して、同一の前記基本回折パターンをそれぞれ送信し、
    前記第１表示端末において用いられる前記補正回折パターンと、前記第２表示端末において用いられる前記補正回折パターンとは、互いに異なることを特徴とする請求項１１に記載の表示システム。
13. 前記計算端末は、通信ネットワークを介して前記表示端末と通信可能に構成されたサーバであり、
    前記表示端末は、使用者の頭部に装着するための装着部をさらに含み、
    前記空間変調素子は、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記回折光を前記使用者に前記仮想画像として表示することを特徴とする請求項１１または１２に記載の表示システム。
14. 前記計算端末は、近距離無線通信を介して前記表示端末と通信可能に構成された携帯端末であり、
    前記表示端末は、使用者の頭部に装着するための装着部をさらに含み、
    前記空間変調素子は、前記装着部が前記使用者の頭部に装着された状態で、前記回折光を前記使用者に前記仮想画像として表示することを特徴とする請求項１１または１２に記載の表示システム。
15. 前記計算端末は、近距離無線通信を介して前記表示端末と通信可能に構成された携帯端末であり、
    前記表示端末は、前記光源として、前記使用者の右目用の第１光源と、前記使用者の左目用の第２光源と、を含み、前記照明光学系として、前記使用者の前記右目用の第１照明光学系と、前記使用者の前記左目用の第２照明光学系と、を含み、かつ、前記空間変調素子として、前記使用者の前記右目用の第１空間変調素子と、前記使用者の前記左目用の第２空間変調素子と、を含み、
    前記回折パターン加工部は、前記合成回折パターンとして、前記第１空間変調素子に表示する第１合成回折パターンと、前記第２空間変調素子に表示する第２合成回折パターンと、を生成し、
    前記第１空間変調素子は、前記第１合成回折パターンを表示することにより回折した回折光を前記使用者の右目に前記仮想画像として表示し、
    前記第２空間変調素子は、前記第２合成回折パターンを表示することにより回折した回折光を前記使用者の左目に前記仮想画像として表示することを特徴とする請求項１１または１２に記載の表示システム。

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