WO2013030978A1 - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

　画像表示装置は、画像情報を含む画像情報光を出射する出射手段と、画像情報光が入射されるホログラム素子と、を備え、ホログラム素子を介した画像情報光を網膜に投影させることで画像を視認させる。ホログラム素子は、第１ホログラム領域及び第２ホログラム領域を備え、画像情報光のうち、第１ホログラム領域を介した第１画像情報光が網膜に投影する第１画像と、画像情報光のうち、第２ホログラム領域を介した第２画像情報光が網膜に投影する第２画像と、が異なった画像である。

Description

画像表示装置

　本発明は、ユーザの網膜上に光を投影することで画像を視認させる画像表示装置に関する。

　従来から、マックスウェル視を利用して、画像を視認させるための光をユーザの網膜に投影する画像表示装置が知られている。マックスウェル視は、画像に対応する光を一旦瞳孔の中心で収束させてから網膜上に投影する方法であり、この方法によれば、水晶体の調節機能に影響されずに画像を観察することができる。

　例えば、特許文献１には、同一画像が瞳孔位置の可動範囲全域に複数の収束点を持つようにホログラフィック光学素子を配置し、瞳孔位置が変化しても、いずれかの収束点を通過した光が網膜上に直接投影されるようにした網膜投影表示方法が提案されている。また、例えば特許文献２には、複数の点光源から液晶ディスプレイを照射し、その透過光が瞳孔の可動範囲内に所定間隔で複数位置に収束点を形成するように光学系を構成した広視域網膜投影型表示システムが提案されている。また、例えば特許文献３には、ユーザが正面を注視している状態では映像は視認されず、ユーザが特定の方向に視線を向けた際に映像が視認される網膜ディスプレイ装置が提案されている。

特開２００２－２７７８２２号公報 特開２００４－１５７１７３号公報 特開２００２－９０６８８号公報

　上記した特許文献１乃２には、ユーザの視線の方向によらずに同じ画像を提示するための技術が記載されているに止まり、また、特許文献３には、ユーザの視線の方向によって、画像の提示と非提示とを切り替えるための技術が記載されているに止まっていた。しかしながら、特許文献１乃至３には、ユーザの視線の方向が変化した場合に、言い換えるとユーザの瞳孔位置が変化した場合に、ユーザに異なる画像を視認させることについて記載されていない。

　本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、ユーザの瞳孔位置に応じて、ユーザに視認させる画像を変更することが可能な画像表示装置を提供することを課題とする。

　請求項１に記載の発明では、画像情報を含む画像情報光を出射する出射手段と、前記画像情報光が入射されるホログラム素子と、を備え、前記ホログラム素子を介した画像情報光を網膜に投影させることで画像を視認させる画像表示装置であって、前記ホログラム素子は、第１ホログラム領域及び第２ホログラム領域を備え、前記画像情報光のうち、前記第１ホログラム領域を介した第１画像情報光が前記網膜に投影する第１画像と、前記画像情報光のうち、前記第２ホログラム領域を介した第２画像情報光が前記網膜に投影する第２画像と、が異なった画像である。

　請求項１５に記載の発明では、出射手段から照射された画像を構成するための画像情報光を、第１ホログラム領域及び第２ホログラム領域を備えるホログラム素子を介して網膜に投影させることで、画像をユーザに視認させる画像表示装置であって、前記第１ホログラム領域は、前記網膜に第１画像を投影させるように構成され、前記第２ホログラム領域は、前記網膜に第２画像を投影させるように構成されている。

第１実施例に係る画像表示装置の構成を概略的に示した図である。 第１実施例による作用について具体的に説明するための図である。 ユーザの眼球の移動方向を考慮してホログラム領域を形成することを説明するための図である。 焦点が瞳孔上に位置しない場合の具体例を示す図である。 第２実施例に係る画像表示装置の構成を概略的に示した図である。 第３実施例に係る画像表示装置の構成を概略的に示した図である。 第３実施例による作用について具体的に説明するための図である。 変形例１に係る画像表示装置の構成を概略的に示した図である。 変形例２に係る画像表示装置の構成を概略的に示した図である。 変形例３に係る画像表示装置の構成を概略的に示した図である。

　本発明の１つの観点では、画像情報を含む画像情報光を出射する出射手段と、前記画像情報光が入射されるホログラム素子と、を備え、前記ホログラム素子を介した画像情報光を網膜に投影させることで画像を視認させる画像表示装置であって、前記ホログラム素子は、第１ホログラム領域及び第２ホログラム領域を備え、前記画像情報光のうち、前記第１ホログラム領域を介した第１画像情報光が前記網膜に投影する第１画像と、前記画像情報光のうち、前記第２ホログラム領域を介した第２画像情報光が前記網膜に投影する第２画像と、が異なった画像である。

　上記の画像表示装置は、出射手段及びホログラム素子を備え、ホログラム素子を介した画像情報光を網膜に投影させることで画像を視認させる。ホログラム素子は、第１ホログラム領域及び第２ホログラム領域を備えている。第１ホログラム領域を介した第１画像情報光により、網膜上に第１画像が投影され、第２ホログラム領域を介した第２画像情報光により、網膜上に第２画像が投影される。第１ホログラム領域及び第２ホログラム領域は、第１画像と第２画像とが異なる画像となるように構成されている。これにより、ホログラム領域ごとに異なる画像をユーザに視認させることができる。

　上記の画像表示装置の一態様では、前記第１画像情報光と前記第２画像情報光とは、各々異なった位置に集光される。この態様によれば、ユーザの瞳孔位置（言い換えるとユーザの視線の方向）に応じて、ユーザに視認させる画像を変更することが可能となる。

　上記の画像表示装置の他の一態様では、前記第１画像情報光と前記第２画像情報光とは、ユーザの眼球の動きに応じて、いずれか一方が前記網膜に投影されるように、各々異なった位置に集光される。この態様によれば、ユーザの眼球の動きに応じて、つまりユーザの瞳孔位置に応じて、第１画像と第２画像との間でユーザに視認させる画像を適切に切り替えることができる。

　上記の画像表示装置の他の一態様では、前記第１画像及び前記第２画像は前記画像情報に含まれ、前記画像情報における前記第１画像及び前記第２画像の位置関係は、前記第１画像情報光と前記第２画像情報光とが集光される位置関係と概ね一致する。この態様では、ホログラム素子において眼球の移動方向に対応する位置に、ホログラム領域が形成されている。これにより、眼球の移動方向に対応しない位置にホログラム領域を形成した場合に発生し得る違和感を、適切に抑制することが可能となる。

　上記の画像表示装置の他の一態様では、前記第１ホログラム領域は、ユーザの眼球が正面を向いたときに、前記第１画像情報光を前記網膜に投影させるように形成され、前記第２ホログラム領域は、ユーザの眼球が正面以外の所定の方向を向いたときに、前記第２画像情報光を前記網膜に投影させるように形成されている。この態様によれば、眼球が正面を向いた場合と正面以外の所定の方向を向いた場合とで、第１画像と第２画像との間でユーザに視認させる画像を切り替えることができる。

　上記の画像表示装置の他の一態様では、前記第１ホログラム領域及び前記第２ホログラム領域は、ユーザの眼球が正面以外の所定の方向を向いたときに、前記第１画像情報光及び前記第２画像情報光を前記網膜に投影させるように形成されている。この態様によれば、眼球が正面以外の所定の方向を向いた場合にのみ、画像を視認させることができる。

　上記の画像表示装置の他の一態様では、前記第１ホログラム領域及び前記第２ホログラム領域は、少なくとも一部の領域が重なるように形成されている。この態様では、第１画像と第２画像とは少なくとも一部分が重なるものとなる。

　上記の画像表示装置の他の一態様では、前記第１ホログラム領域及び前記第２ホログラム領域は、互いに重ならないように形成されている。この態様では、第１画像と第２画像とは異なる内容のものとなる。

　上記の画像表示装置において好適には、前記第１ホログラム領域及び前記第２ホログラム領域は、入射された前記画像情報光を、それぞれで異なる方向に偏向する。これにより、第１画像情報光と第２画像情報光とが各々異なった位置に集光される。

　好適な例では、前記ホログラム素子は、入射された前記画像情報光を透過させるように構成されている。

　他の好適な例では、前記ホログラム素子は、入射された前記画像情報光を反射するように構成されている。例えば、ホログラム素子が光透過性を有している場合、前記画像情報光とホログラム素子を透過して視認される風景とが同時に視認することができる。

　また、好適な例では、上記の画像表示装置は、前記出射手段から出射された前記画像情報光を走査することで画像を視認させる走査型ディスプレイである。

　他の好適な例では、上記の画像表示装置は、前記出射手段から出射された前記画像情報光を平行光束にし、当該平行光束を所定の光学素子を透過させることで画像を視認させる投影型ディスプレイである。

　本発明の他の観点では、出射手段から照射された画像を構成するための画像情報光を、第１ホログラム領域及び第２ホログラム領域を備えるホログラム素子を介して網膜に投影させることで、画像をユーザに視認させる画像表示装置であって、前記第１ホログラム領域は、前記網膜に第１画像を投影させるように構成され、前記第２ホログラム領域は、前記網膜に第２画像を投影させるように構成されている。

　上記の画像表示装置の一態様では、前記第１画像と前記第２画像とは異なった画像である。

　以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

　［第１実施例］
　図１は、第１実施例に係る画像表示装置１０１の構成を概略的に示した図である。図１（ａ）に示すように、画像表示装置１０１は、主に、レーザ光源１と、スキャン機構２と、ホログラム素子３と、ビームスプリッター４とを備える。画像表示装置１０１は、画像情報を含む画像情報光を、ユーザの網膜上に投影することで画像を視認させる装置である。例えば、画像表示装置１０１は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）として利用される。

　レーザ光源１は、赤色ＬＤ（レーザダイオード）、緑色ＬＤ及び青色ＬＤなどを有し、赤色、緑色及び青色のレーザ光（以下では、単に「光」とも表記する。）を出射する。この他にも、レーザ光源１は、ビデオＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やレーザドライバＡＳＩＣなどの制御回路を有する。例えば、レーザ光源１は、画像に応じてレーザ光に対して強度変調を行い、強度変調後のレーザ光を出射する。なお、レーザ光源１は、本発明における「出射手段」の一例に相当する。

　レーザ光源１から出射されたレーザ光は、スキャン機構２に入射する。スキャン機構２は、ミラーやアクチュエータなどを具備して構成され、レーザ光源１からのレーザ光をホログラム素子３に向けて偏向する。スキャン機構２は、表示すべき画像を網膜上に描画するべく、レーザ光を照射する網膜上の位置を変更するためのスキャン動作を行う。

　ホログラム素子３は、透過型に構成されており、スキャン機構２からのレーザ光を集光して、ビームスプリッター４に向けて出射する。ビームスプリッター４は、ホログラム素子３からのレーザ光を、ユーザの眼球に向けて反射する。これにより、レーザ光がユーザの瞳孔近傍（瞳孔上も含むものとする。以下同様とする。）に集光され、レーザ光がユーザの網膜上に投影されることとなる。その結果、画像表示装置１０１によって形成された画像が、ユーザに視認されることとなる。なお、画像表示装置１０１は、レーザ光を瞳孔近傍に一旦集光させるといった点に関し、マックスウェル視の原理を利用している。

　図１（ｂ）を参照して、第１実施例に係るホログラム素子３について具体的に説明する。図１（ｂ）は、図１（ａ）中の矢印Ａ１で示す方向からホログラム素子３を観察した図である。

　図１（ｂ）に示すように、ホログラム素子３は、２つのホログラム領域３ａ、３ｂが形成されている。ホログラム領域３ａは、ホログラム素子３の中心位置を概ね中心にして、比較的広い範囲に渡って形成されている。ホログラム領域３ｂは、ホログラム領域３ａよりも小さなサイズを有しており、ホログラム素子３の中央から離れた位置に形成されている。また、ホログラム領域３ａとホログラム領域３ｂとは、一部の領域が重なっている。

　ホログラム領域３ａは、入射された光を集光する機能を具備しており、ホログラム領域３ｂは、入射された光を集光するだけでなく、偏向する機能も具備している。具体的には、ホログラム領域３ａから出射された光が進む方向と異なる方向にホログラム領域３ｂから出射された光が進むように、ホログラム領域３ｂは入射された光を偏向する。詳しくは、ホログラム領域３ｂは、ホログラム領域３ａによって生成される焦点の位置とは異なる位置に焦点が生成されるように、入射された光を偏向する。なお、ホログラム領域３ａ、３ｂは、それぞれ本発明における「第１ホログラム領域」及び「第２ホログラム領域」の一例に相当する。また、ホログラム領域３ａを介した光は「第１画像情報光」に相当し、ホログラム領域３ｂを介した光は「第２画像情報光」に相当する。

　このようにホログラム領域３ａ、３ｂを構成することで、ホログラム領域３ａとホログラム領域３ｂとは、互いに異なる位置に焦点を生成する。具体的には、図１（ａ）に示すように、ホログラム領域３ａは点Ｐ１ａに焦点を生成し、ホログラム領域３ｂは点Ｐ１ｂに焦点を生成する。この場合、ホログラム領域３ａ、３ｂは、ホログラム領域３ａを介した光とホログラム領域３ｂを介した光とが同時に瞳孔に照射されないように、ある程度離れた位置に焦点Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを生成する。これにより、異なるホログラム領域３ａ、３ｂによる画像情報が同時に視認されてしまうことを抑制することができる。なお、焦点Ｐ１ａは、ユーザの眼球が正面を向いているときの瞳孔位置に対応する位置に生成され、焦点Ｐ１ｂは、ユーザの眼球が正面以外の所定の方向を向いているときの瞳孔位置に対応する位置に生成される。

　図２は、上記した第１実施例による作用について具体的に説明するための図である。図２（ａ）は、ユーザの眼球が正面を向いているときの図を示している。この状態においては、ユーザの瞳孔は、ホログラム領域３ａによって生成された焦点Ｐ１ａの近傍に位置し、ホログラム領域３ｂによって生成された焦点Ｐ１ｂから離れている。そのため、ホログラム領域３ａを介した光のみが瞳孔近傍に集光される。したがって、ホログラム領域３ａを介した光に対応する画像（「第１画像」に相当する）のみが網膜上に投影され、ホログラム領域３ｂを介した光に対応する画像は網膜上に投影されない。

　一方、図２（ｂ）は、ユーザの眼球が正面以外の所定の方向を向いているときの図を示している。この状態では、ユーザの瞳孔は、ホログラム領域３ｂによって生成された焦点Ｐ１ｂの近傍に位置し、ホログラム領域３ａによって生成された焦点Ｐ１ａから離れている。そのため、ホログラム領域３ｂを介した光のみが瞳孔近傍に集光される。したがって、ホログラム領域３ｂを介した光に対応する画像（「第２画像」に相当する）のみが網膜上に投影され、ホログラム領域３ａを介した光に対応する画像は網膜上に投影されない。

　ここで、図１（ｂ）に示したようにホログラム領域３ａは比較的大きなサイズを有しているため、ユーザの眼球が正面を向いている場合には、ホログラム領域３ａを介した光が網膜上に投影する画像（第１画像）として、例えば画像表示装置１０１によって形成された画像の全体が視認される。他方で、図１（ｂ）に示したように、ホログラム領域３ｂはホログラム素子３の中央から離れた位置に形成されていると共に比較的小さなサイズを有しているため、ユーザの眼球が正面以外の所定の方向を向いている場合には、ホログラム領域３ｂを介した光が網膜上に投影する画像（第２画像）として、例えば画像表示装置１０１によって形成された画像の一部分の画像が視認される。よって、ユーザが正面と正面以外の所定の方向との間で眼球を向ける方向を変えると、例えば画像表示装置１０１によって形成された画像の全体と当該画像の一部分の画像との間で、ユーザに視認される画像が変更されることとなる。なお、本明細書では、画像表示装置１０１によって形成された画像の全体と当該画像の一部分とでは、画像のサイズや提示される画像情報の範囲が異なるため、異なる画像として扱うものとする。

　以上のことから、第１実施例によれば、ユーザの瞳孔位置に応じて、ユーザの観察できる画像情報を変更することができる。つまり、ユーザの視線の方向が変化した場合に、ユーザに異なる画像を視認させることができる。

　なお、ホログラム領域３ａによって生成される焦点Ｐ１ａにて広い視野を観察できる画像情報を与えても、画像情報の周辺を観察しようとすると、瞳孔が焦点Ｐ１ａ近傍から離れることで当該画像情報が観察できなくなる傾向にある。そのため、中心視野と周辺視野との対応を考慮して、ホログラム素子３にホログラム領域３ｂを形成することが好ましい。具体的には、周辺を観察するときに、その際の視線方向に応じた画像情報が観察されるように、ホログラム領域３ｂを形成することが好ましい。

　より好ましくは、ユーザの眼球の移動方向（つまり瞳孔の移動方向）を考慮して、ホログラム素子３においてホログラム領域３ｂを形成する位置を決めるのが良い。つまり、ホログラム領域３ａにより生成される焦点Ｐ１ａとホログラム領域３ｂにより生成される焦点Ｐ１ｂとの位置関係が、ホログラム領域３ａによって形成される第１画像とホログラム領域３ｂによって形成される第２画像との画像上での位置関係に概ね一致するように、ホログラム素子３にホログラム領域３ｂを形成することが好ましい。具体的には、ホログラム素子３において眼球の移動方向に対応する側に、ホログラム領域３ｂを形成することが好ましい。

　図３は、ユーザの眼球の移動方向を考慮してホログラム領域３ｂを形成することを説明するための図を示す。ここでは、説明の便宜上、ビームスプリッター４を省略した光学系を用いて説明する。

　図３（ａ）は、眼球の回転移動方向と同じ側にホログラム領域３ｂを形成したホログラム素子３を示している。具体的には、図３（ａ）の右側には、ホログラム領域３ｂによって生成された焦点Ｐ１ｂの近傍に瞳孔が位置する状態を示しており、図３（ａ）の左側には、矢印Ａ２方向からホログラム素子３を観察した図を示している。図３（ａ）に示すようにホログラム領域３ｂを形成した場合には、焦点Ｐ１ａ近傍に瞳孔が位置する状態から焦点Ｐ１ｂ近傍に瞳孔が位置する状態へと眼球が回転移動した際に、眼球の回転移動方向と同じ側に設けられたホログラム領域３ｂによって形成された画像（第２画像）が視認される。具体的には、瞳孔が下方向を向くように眼球が回転移動した際に、画像表示装置１０１によって形成された画像の下側の部分が視認されることとなる。この場合には、ユーザは違和感を覚えない。

　他方で、図３（ｂ）は、図３（ａ）で示した構成の比較例として、眼球の回転移動方向と反対側にホログラム領域３ｘｂを形成したホログラム素子３ｘを示している。具体的には、図３（ｂ）の右側には、ホログラム領域３ｘｂによって生成された焦点Ｐ１ｘｂの近傍に瞳孔が位置する状態を示しており、図３（ｂ）の左側には、矢印Ａ３方向からホログラム素子３ｘを観察した図を示している。図３（ｂ）に示すようにホログラム領域３ｘｂを形成した場合には、焦点Ｐ１ｘａ近傍に瞳孔が位置する状態から焦点Ｐ１ｘｂ近傍に瞳孔が位置する状態へと眼球が回転移動した際に、眼球の回転移動方向と反対側に設けられたホログラム領域３ｘｂによる画像が視認される。具体的には、瞳孔が下方向を向くように眼球が回転移動した際に、画像表示装置１０１によって形成された画像の上側の部分が視認されることとなる。この場合には、ユーザは違和感を覚えることとなる。

　以上説明したことから分かるように、ホログラム素子３において眼球の移動方向に対応する側にホログラム領域３ｂを形成することで、図３（ｂ）で述べたような違和感の発生を抑制することができる。なお、上記では、瞳孔が下方向を向くように眼球が回転移動した際に、画像表示装置１０１によって形成された画像の下側の部分が視認されるようにホログラム素子３を構成する例を示したが、瞳孔が上方向を向くように眼球が回転移動した際に、画像表示装置１０１によって形成された画像の上側の部分が視認されるようにホログラム素子３を構成しても良い。これ以外の方向（例えば右方向や左方向など）についても同様である。

　なお、上記した例では焦点Ｐ１ａ、Ｐ１ｂが概ね瞳孔上に位置していたが、瞳孔上に焦点を形成しなくても良い。図４は、焦点Ｐ１ｙａ、Ｐ１ｙｂが瞳孔上に位置しない場合の例を示している。図４では、レーザ光源１及びスキャン機構２の図示を省略している。この例では、ホログラム素子３ｙは、２つのホログラム領域（ホログラム領域３ａ、３ｂと同様であるものとする）を用いて、眼球において瞳孔よりも内側の位置に、焦点Ｐ１ｙａ、Ｐ１ｙｂを形成している。なお、このような焦点Ｐ１ｙａ、Ｐ１ｙｂを形成する場合にも、焦点Ｐ１ｙａ、Ｐ１ｙｂのそれぞれに対応する光束が同時に瞳孔に照射されないようにホログラム素子３ｙを構成することが望ましい。焦点Ｐ１ｙａ、Ｐ１ｙｂのそれぞれに対応する光束が同時に瞳孔に照射されると、異なるホログラム領域による画像情報が同時に視認されてしまうからである。

　［第２実施例］
　次に、第２実施例について説明する。第２実施例は、画像表示装置の構成が、上記した第１実施例と異なる。具体的には、第１実施例では、ホログラム素子３が透過型に構成されていたのに対して、第２実施例では、ホログラム素子が反射型に構成されている。

　なお、以下では、第１実施例と同様の構成については、適宜説明を省略する。また、ここで特に説明しない構成については、第１実施例と同様であるものとする。

　図５は、第２実施例に係る画像表示装置１０２の構成を概略的に示した図である。図５（ａ）に示すように、第２実施例に係る画像表示装置１０２は、ホログラム素子３及びビームスプリッター４の代わりに、レンズ５及びホログラム素子３２を有する点で、第１実施例に係る画像表示装置１０１と構成が異なる。ホログラム素子３２は、光透過性を有していても良い。

　レンズ５は、スキャン機構２からのレーザ光を集光し、ホログラム素子３２に向けて出射する。ホログラム素子３２は、反射型に構成されており、レンズ５からのレーザ光をユーザの眼球に向けて反射する。

　図５（ｂ）は、図５（ａ）中の矢印Ｂ１で示す方向からホログラム素子３２を観察した図である。図５（ｂ）に示すように、ホログラム素子３２は、２つのホログラム領域３２ａ、３２ｂを有する。ホログラム領域３２ａ、３２ｂの形状や配置などの構成は、第１実施例で示したホログラム領域３ａ、３ｂと同様である。ホログラム領域３２ａ、３２ｂは、両方とも、入射された光を偏向する機能を具備している。具体的には、ホログラム領域３２ａ、３２ｂは、入射された光を、それぞれで異なる方向に偏向する。詳しくは、ホログラム領域３２ａ、３２ｂは、それぞれで偏向された光が異なる位置に焦点を形成するように、入射された光を偏向する。なお、ホログラム領域３２ａ、３２ｂは、それぞれ本発明における「第１ホログラム領域」及び「第２ホログラム領域」の一例に相当する。

　このようにホログラム領域３２ａ、３２ｂを構成することで、図５（ａ）に示すように、ホログラム領域３２ａは点Ｐ２ａに焦点を形成し、ホログラム領域３２ｂは点Ｐ２ｂに焦点を形成する。この場合、ホログラム領域３２ａ、３２ｂは、ホログラム領域３２ａを介した光とホログラム領域３２ｂを介した光とが同時に瞳孔に照射されないように、ある程度離れた位置に焦点Ｐ２ａ、Ｐ２ｂを形成する。詳しくは、ホログラム領域３２ａは、ユーザの眼球が正面を向いているときの瞳孔位置の近傍に焦点Ｐ２ａを形成し、ホログラム領域３２ｂは、ユーザの眼球が正面以外の所定の方向を向いているときの瞳孔位置の近傍に焦点Ｐ２ｂを形成する。

　以上説明した第２実施例によっても、ユーザの瞳孔位置に応じて、ユーザの観察できる画像情報を変更することができる。

　［第３実施例］
　次に、第３実施例について説明する。第３実施例は、画像表示装置の構成が、上記した第１及び第２実施例と異なる。具体的には、第１及び第２実施例では、画像表示装置１０１、１０２が走査型ディスプレイとして構成されていたのに対して、第３実施例では、画像表示装置が投影型ディスプレイとして構成されている。

　なお、以下では、第１実施例と同様の構成については、適宜説明を省略する。また、ここで特に説明しない構成については、第１実施例と同様であるものとする。

　図６は、第３実施例に係る画像表示装置１０３の構成を概略的に示した図である。図６（ａ）に示すように、第３実施例に係る画像表示装置１０３は、レーザ光源１、スキャン機構２、ホログラム素子３及びビームスプリッター４を具備せずに、光源６、レンズ７、透過物体８及びホログラム素子３３を具備する点で、第１実施例に係る画像表示装置１０１と構成が異なる。

　光源６は、点光源であり、レンズ７に向けて光を出射する。光源６は、本発明における「出射手段」の一例に相当する。レンズ７は、光源６からの光を平行光束に変換し、その平行光束を透過物体８に向けて光を出射する。透過物体８は、例えば空間光変調器などで構成され、レンズ７からの平行光束を透過させ、その平行光束をホログラム素子３３に向けて出射する。透過物体８の空間光変調器として、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などを用いても良い。

　ホログラム素子３３は、透過型に構成されており、透過物体８からの平行光束を集光して、ユーザの眼球に向けて出射する。これにより、光がユーザの瞳孔近傍に集光されて、ユーザの網膜上に投影されることとなる。その結果、画像表示装置１０３によって形成された画像が、ユーザに視認されることとなる。

　図６（ｂ）は、図６（ａ）中の矢印Ｃ１で示す方向からホログラム素子３３を観察した図である。図６（ｂ）に示すように、ホログラム素子３３は、２つのホログラム領域３３ａ、３３ｂを有する。ホログラム領域３３ａ、３３ｂの形状や配置などの構成は、第１実施例で示したホログラム領域３ａ、３ｂと同様である。ホログラム領域３３ａは、入射された光を集光する機能を具備しており、ホログラム領域３３ｂは、入射された光を集光するだけでなく、偏向する機能も具備している。具体的には、ホログラム領域３３ａから出射された光が進む方向と異なる方向にホログラム領域３３ｂから出射された光が進むように、ホログラム領域３３ｂは入射された光を偏向する。詳しくは、ホログラム領域３３ｂは、ホログラム領域３３ａによって生成される焦点の位置とは異なる位置に焦点が生成されるように、入射された光を偏向する。なお、ホログラム領域３３ａ、３３ｂは、それぞれ本発明における「第１ホログラム領域」及び「第２ホログラム領域」の一例に相当する。

　このようにホログラム領域３３ａ、３３ｂを構成することで、図６（ａ）に示すように、ホログラム領域３３ａは点Ｐ３ａに焦点を生成し、ホログラム領域３３ｂは点Ｐ３ｂに焦点を生成する。この場合、ホログラム領域３３ａ、３３ｂは、ホログラム領域３３ａを介した光とホログラム領域３３ｂを介した光とが同時に瞳孔に照射されないように、ある程度離れた位置に焦点Ｐ３ａ、Ｐ３ｂを生成する。詳しくは、ホログラム領域３３ａは、ユーザの眼球が正面を向いているときの瞳孔位置の近傍に焦点Ｐ３ａを生成し、ホログラム領域３３ｂは、ユーザの眼球が正面以外の所定の方向を向いているときの瞳孔位置の近傍に焦点Ｐ３ｂを生成する。

　図７は、上記した第３実施例による作用について具体的に説明するための図である。図７（ａ）は、ユーザの眼球が正面を向いているときの図を示している。この状態においては、ユーザの瞳孔は、ホログラム領域３３ａによって生成された焦点Ｐ３ａの近傍に位置し、ホログラム領域３３ｂによって生成された焦点Ｐ３ｂから離れている。そのため、ホログラム領域３３ａを介した光のみが瞳孔近傍に集光される。したがって、ホログラム領域３３ａを介した光に対応する画像（第１画像）のみが網膜上に投影され、ホログラム領域３３ｂを介した光に対応する画像は網膜上に投影されない。

　一方、図７（ｂ）は、ユーザの眼球が正面以外の所定の方向を向いているときの図を示している。この状態においては、ユーザの瞳孔は、ホログラム領域３３ｂによって生成された焦点Ｐ３ｂの近傍に位置し、ホログラム領域３３ａによって生成された焦点Ｐ３ａから離れている。そのため、ホログラム領域３３ｂを介した光のみが瞳孔近傍に集光される。したがって、ホログラム領域３３ｂを介した光に対応する画像（第２画像）のみが網膜上に投影され、ホログラム領域３３ａを介した光に対応する画像は網膜上に投影されない。

　図７から分かるように、ユーザが正面と正面以外の所定の方向との間で眼球を向ける方向を変えると、例えば画像表示装置１０３によって形成された画像の全体と当該画像の一部分の画像との間で、ユーザに視認される画像が変更されることとなる。したがって、第３実施例によっても、ユーザの瞳孔位置に応じて、ユーザの観察できる画像情報を変更することができる。

　［変形例］
　次に、上記した実施例の変形例について説明する。なお、以下で提示する変形例は、上記した実施例と適宜組み合わせて実施することができる。例えば、変形例は、走査型ディスプレイだけでなく、投影型ディスプレイにも適用することができる。

　また、以下では、上記した第１実施例と同様の構成については、適宜説明を省略する。そして、特に説明しない構成については、第１実施例と同様であるものとする。

　（変形例１）
　変形例１は、第１実施例で示したホログラム素子３及びビームスプリッター４の機能を、１つのホログラム素子に具備させたものである。

　図８は、変形例１に係る画像表示装置１０４の構成を概略的に示した図である。図８に示すように、変形例１に係る画像表示装置１０４は、ホログラム素子３及びビームスプリッター４の代わりに、１つのホログラム素子３４を具備する点で、第１実施例に係る画像表示装置１０１と構成が異なる。

　ホログラム素子３４は、第１実施例で示したホログラム素子３及びビームスプリッター４の両方の基本機能を具備して構成されている。具体的には、ホログラム素子３４は、反射型に構成されており、スキャン機構２からの光をユーザの眼球に向けて偏向する。ホログラム素子３４は、第１実施例と同様に、２つのホログラム領域が形成されており、一方のホログラム領域は点Ｐ４ａに焦点を形成し、他方のホログラム領域は点Ｐ４ｂに焦点を形成する。

　以上説明した変形例１によれば、ホログラム素子３４が複数の光学機能を具備しているため、光学部品数を減らすことができ、画像表示装置１０４を小型化することが可能となる。

　（変形例２）
　変形例２は、ホログラム素子においてホログラム領域が互いに重ならないように形成されていると共に、ホログラム素子に３つのホログラム領域が形成されている点で、上記した第１実施例等と異なる。

　図９は、変形例２に係る画像表示装置１０５の構成を概略的に示した図である。図９（ａ）に示すように、変形例２に係る画像表示装置１０５も、変形例１に係る画像表示装置１０４と同様に、第１実施例で示したホログラム素子３及びビームスプリッター４の代わりに、１つのホログラム素子３５を具備する。つまり、ホログラム素子３５は、第１実施例で示したホログラム素子３及びビームスプリッター４の両方の基本機能を具備している。

　図９（ｂ）は、図９（ａ）中の矢印Ｄ１で示す方向からホログラム素子３５を観察した図である。図９（ｂ）に示すように、ホログラム素子３５は、３つのホログラム領域３５ａ、３５ｂ、３５ｃを有する。ホログラム領域３５ａは、ホログラム素子３５の中央に形成されており、ホログラム領域３５ｂ、３５ｃは、ホログラム素子３５の中央から離れた位置に形成されている。ホログラム領域３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、概ね同一のサイズを有しており、互いに重なり合っていない。

　ホログラム領域３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、図９（ａ）に示すように、それぞれ、点Ｐ５ａ、Ｐ５ｂ、Ｐ５ｃに焦点を形成する。具体的には、ホログラム領域３５ａは、ユーザの眼球が正面を向いているときの瞳孔位置の近傍に焦点Ｐ５ａを形成し、ホログラム領域３５ｂ、３５ｃは、ユーザの眼球が正面以外の方向を向いているときの瞳孔位置の近傍に焦点Ｐ５ｂ、Ｐ５ｃを形成する。詳しくは、ホログラム領域３５ｂは、眼球が図９（ａ）における左方向を向いているときの瞳孔位置の近傍に焦点Ｐ５ｂを形成し、ホログラム領域３５ｃは、眼球が図９（ａ）における右方向を向いているときの瞳孔位置の近傍に焦点Ｐ５ｃを形成する。

　このようにホログラム領域３５ａ、３５ｂ、３５ｃが互いに重ならないように構成することで、ユーザの瞳孔位置が変化した場合に、異なる内容の画像情報をユーザに視認させることができる。なお、第１実施例で示したようにホログラム領域３ａ、３ｂが重なり合っている場合には、ユーザの瞳孔位置が変化しても、視認される画像情報の内容は基本的には重複する（但し、視認される画像情報の範囲は変化する）。

　（変形例３）
　変形例３は、ユーザの眼球が正面を向いているときの瞳孔位置の近傍に、ホログラム素子による焦点を形成しない点で、上記した第１実施例等と異なる。具体的には、変形例３では、ユーザの眼球が正面以外の方向を向いているときの瞳孔位置の近傍にのみ、ホログラム素子による焦点を形成する。

　図１０は、変形例３に係る画像表示装置１０６の構成を概略的に示した図である。図１０（ａ）に示すように、変形例３に係る画像表示装置１０６も、変形例１に係る画像表示装置１０４と同様に、第１実施例で示したホログラム素子３及びビームスプリッター４の代わりに、１つのホログラム素子３６を具備する。つまり、ホログラム素子３６は、第１実施例で示したホログラム素子３及びビームスプリッター４の両方の基本機能を具備している。

　図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中の矢印Ｅ１で示す方向からホログラム素子３６を観察した図である。図１０（ｂ）に示すように、ホログラム素子３６は、２つのホログラム領域３６ａ、３６ｂを有する。ホログラム領域３６ａ、３６ｂは、ホログラム素子３５の中央から離れた位置に形成されている。また、ホログラム領域３６ａ、３６ｂは、概ね同一のサイズを有しており、互いに重なり合っていない。

　ホログラム領域３６ａ、３６ｂは、図１０（ａ）に示すように、それぞれ、点Ｐ６ａ、Ｐ６ｂに焦点を形成する。具体的には、ホログラム領域３６ａ、３６ｂは、両方とも、ユーザの眼球が正面以外の方向を向いているときの瞳孔位置の近傍に焦点Ｐ６ａ、Ｐ６ｂを形成する。詳しくは、ホログラム領域３６ａは、眼球が図１０（ａ）における左方向を向いているときの瞳孔位置の近傍に焦点Ｐ６ａを形成し、ホログラム領域３６ｂは、眼球が図１０（ａ）における右方向を向いているときの瞳孔位置の近傍に焦点Ｐ６ｂを形成する。

　このようにホログラム領域３６ａ、３６ｂを構成することで、眼球が正面を向いている場合には、画像表示装置１０６によって形成された画像は視認されず、眼球が正面以外の所定の方向を向いている場合に、画像表示装置１０６によって形成された画像を視認させることができる。つまり、変形例３によれば、視線を正面から動かしたときにのみ、画像情報を観察することができる。

　なお、変形例３では、視線を正面から動かしたときにのみ画像情報が観察されるため、視線を正面以外に向けた場合に提示することが好適な画像を用いると良い。例えば、視線を正面に向けている際に観察される景色などに対して補助的な内容の画像を用いると良い。１つの例では、字幕などの画像を用い、視線を正面以外に向けた場合に字幕が観察されるようにすると良い。

　（変形例４）
　上記では、２つ又は３つのホログラム領域をホログラム素子に形成する例を示したが、４つ以上のホログラム領域をホログラム素子に形成しても良い。また、ホログラム領域のサイズや、ホログラム素子においてホログラム領域を形成する位置などは、上記した例で示したものに限定はされない。

　また、上記では、異なるホログラム領域による画像情報が同時に視認されてしまうことを抑制すべく、２つ以上のホログラム領域を介した光が瞳孔に照射されないようにホログラム領域を構成することを述べた。しかしながら、２つ以上のホログラム領域が互いに重なり合わないように構成すれば、２つ以上のホログラム領域を介した光が瞳孔に照射されても構わない。この場合には、２以上の同じ内容の画像情報が、視野上で異なる位置に、同時に視認されることとなる。

　（変形例５）
　上記した実施例で示したビームスプリッター４として、透過率と反射率がそれぞれ５０％であるハーフミラーを適用しても良い。

　以上に述べたように、実施例は、上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能である。

　本発明は、ヘッドマウントディスプレイなどの画像表示装置に利用することができる。

　１　レーザ光源
　２　スキャン機構
　３　ホログラム素子
　３ａ、３ｂ　ホログラム領域
　４　ビームスプリッター
　１０１　画像表示装置

Claims (16)

1. 　画像情報を含む画像情報光を出射する出射手段と、前記画像情報光が入射されるホログラム素子と、を備え、前記ホログラム素子を介した画像情報光を網膜に投影させることで画像を視認させる画像表示装置であって、
   　前記ホログラム素子は、第１ホログラム領域及び第２ホログラム領域を備え、
   　前記画像情報光のうち、前記第１ホログラム領域を介した第１画像情報光が前記網膜に投影する第１画像と、前記画像情報光のうち、前記第２ホログラム領域を介した第２画像情報光が前記網膜に投影する第２画像と、が異なった画像であることを特徴とする画像表示装置。
2. 　前記第１画像情報光と前記第２画像情報光とは、各々異なった位置に集光されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 　前記第１画像情報光と前記第２画像情報光とは、ユーザの眼球の動きに応じて、いずれか一方が前記網膜に投影されるように、各々異なった位置に集光されることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 　前記第１画像及び前記第２画像は前記画像情報に含まれ、前記画像情報における前記第１画像及び前記第２画像の位置関係は、前記第１画像情報光と前記第２画像情報光とが集光される位置関係と概ね一致することを特徴とする請求項２又は３に記載の画像表示装置。
5. 　前記第１ホログラム領域は、ユーザの眼球が正面を向いたときに、前記第１画像情報光を前記網膜に投影させるように形成され、
   　前記第２ホログラム領域は、ユーザの眼球が正面以外の所定の方向を向いたときに、前記第２画像情報光を前記網膜に投影させるように形成されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
6. 　前記第１ホログラム領域及び前記第２ホログラム領域は、ユーザの眼球が正面以外の所定の方向を向いたときに、前記第１画像情報光及び前記第２画像情報光を前記網膜に投影させるように形成されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
7. 　前記第１ホログラム領域及び前記第２ホログラム領域は、少なくとも一部の領域が重なるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の画像表示装置。
8. 　前記第１ホログラム領域及び前記第２ホログラム領域は、互いに重ならないように形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の画像表示装置。
9. 　前記第１ホログラム領域及び前記第２ホログラム領域は、入射された前記画像情報光を、それぞれで異なる方向に偏向することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の画像表示装置。
10. 　前記ホログラム素子は、入射された前記画像情報光を透過させるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
11. 　前記ホログラム素子は、入射された前記画像情報光を反射するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
12. 　前記ホログラム素子は、光透過性を有することを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置。
13. 　前記出射手段から出射された前記画像情報光を走査することで画像を視認させる走査型ディスプレイであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の画像表示装置。
14. 　前記出射手段から出射された前記画像情報光を平行光束にし、当該平行光束を所定の光学素子を透過させることで画像を視認させる投影型ディスプレイであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の画像表示装置。
15. 　出射手段から照射された画像を構成するための画像情報光を、第１ホログラム領域及び第２ホログラム領域を備えるホログラム素子を介して網膜に投影させることで、画像をユーザに視認させる画像表示装置であって、
    　前記第１ホログラム領域は、前記網膜に第１画像を投影させるように構成され、
    　前記第２ホログラム領域は、前記網膜に第２画像を投影させるように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
16. 　前記第１画像と前記第２画像とは異なった画像であることを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。

Images