特許 7434936 表示装置および画像の表示方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-13

(45)【発行日】2024-02-21

(54)【発明の名称】表示装置および画像の表示方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20240214BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20240214BHJP

   G02B 5/32 20060101ALI20240214BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B5/18

G02B5/32

H04N5/64 511A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020011413

(22)【出願日】2020-01-28

(65)【公開番号】P2020177219

(43)【公開日】2020-10-29

【審査請求日】2022-10-31

(31)【優先権主張番号】P 2019080697

(32)【優先日】2019-04-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】野口 俊幸

【審査官】堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０３６９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第１００８８６８５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２００５－２４１８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０９４１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１５－００７１６１２（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１ － ２７／０２

Ｇ０２Ｂ ５／１８

Ｇ０２Ｂ ５／３２

Ｈ０４Ｎ ５／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

カラーの原画像の色度範囲を修正する修正部と、
前記原画像の色度範囲が修正された画像を形成し前記画像に対応する画像光を出射する
画像形成部と、
前記画像光を表示位置まで導く導光体と、
前記導光体に設けられ、前記画像光の進行方向を観察者に向けて偏向する第１回折光学
素子と、を備え、
前記修正部は、前記第１回折光学素子に入射する前記画像光のうち、第１の角度で入射
する前記画像光の有する色度範囲を前記第１の角度より大きな角度である第２の角度で入
射する前記画像光の有する色度範囲に近づけるように、前記原画像のうち前記第１の角度
に対応した位置の色度範囲を制限し、
前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置にある画像の取り得る色度範囲を小画
角色度範囲とし、前記原画像のうち前記第２の角度に対応した位置にある画像の取り得る
色度範囲を大画角色度範囲とし、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置と前記
第２の角度に対応した位置との間の位置にある画像の取り得る色度範囲を中央色度範囲と
し、前記小画角色度範囲と、前記中央色度範囲と、前記大画角色度範囲と、の重なる範囲
を共通範囲としたとき、前記修正部は、前記原画像の色度範囲が前記共通範囲となるよう
に修正し、
前記小画角色度範囲は、前記中央色度範囲より広く、
前記中央色度範囲は、前記大画角色度範囲より広く、
前記画像が第１画角範囲における前記共通範囲は、前記画像が前記第１画角範囲よりも
大きい第２画角範囲における前記共通範囲よりも広く、
前記第１の角度と前記第２の角度とは、それぞれ、前記画像光と、前記導光体と前記第
１回折光学素子との境界と、が成す角度である、表示装置。

【請求項2】

前記修正部は、
前記大画角色度範囲に対応する位置の画像に対する色度範囲を、前記中央色度範囲に対
応する位置の画像の色度範囲よりも制限する、請求項１に記載の表示装置。

【請求項3】

前記カラーの原画像は三原色によって再現可能なフルカラー画像であり、
前記修正部は、
色度範囲をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標で表わしたとき、
前記第１の角度で入射する前記画像光の有する色度範囲を前記ＸＹ色度座標で表わす
第１の三角形が、前記第２の角度で入射する前記画像光の有する色度範囲を前記ＸＹ色度
座標で表わす第２の三角形に近付くように、前記原画像の色度範囲を制限する、請求項１
または請求項２に記載の表示装置。

【請求項4】

前記第１の三角形は、前記第２の三角形に、面積で８０％以上重なる、請求項３に記載
の表示装置。

【請求項5】

前記導光体は、前記画像形成部が出射した前記画像光が入射する入射部と、前記画像光
を出射する出射部と、を有し、
前記第１回折光学素子は、前記導光体の前記出射部に設けられる、請求項１から請求項
４のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項6】

前記導光体の前記入射部に設けられ、前記画像光の前記進行方向を偏向する第２回折光
学素子を備える、請求項５に記載の表示装置。

【請求項7】

前記第２回折光学素子は、平面状の干渉縞で構成された反射型体積ホログラムである、
請求項６に記載の表示装置。

【請求項8】

前記第１回折光学素子は、平面状の干渉縞で構成された反射型体積ホログラムである、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項9】

前記画像形成部が出射する前記画像光は、波長の互いに異なる第１画像光と第２画像光
と第３画像光とを含み、
前記第１回折光学素子は、前記第１画像光の波長に対応した第１干渉縞と前記第２画像
光の波長に対応した第２干渉縞と前記第３画像光の波長に対応した第３干渉縞とが積層ま
たは重畳されている、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の表示装置。

【請求項10】

前記第１画像光のピーク波長は赤（Ｒ）であり、
前記第２画像光のピーク波長は緑（Ｇ）であり、
前記第３画像光のピーク波長は青（Ｂ）である、請求項９に記載の表示装置。

【請求項11】

カラーの原画像に基づく画像を表示する表示方法であって、
前記原画像に対応した画像光を導光体により表示位置まで導き、回折光学素子により、
前記画像光の進行方向を観察者に向けて偏向して表示し、
前記原画像の表示に際して、前記回折光学素子に入射する前記画像光のうち、第１の角
度で入射する前記画像光の有する色度範囲を、前記第１の角度より大きな角度である第２
の角度で入射する前記画像光の有する色度範囲に近づけるように、前記原画像のうち前記
第１の角度に対応した位置の色度範囲を制限し、
前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置にある画像の取り得る色度範囲を小画
角色度範囲とし、前記原画像のうち前記第２の角度に対応した位置にある画像の取り得る
色度範囲を大画角色度範囲とし、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置と前記
第２の角度に対応した位置との間の位置にある画像の取り得る色度範囲を中央色度範囲と
し、前記小画角色度範囲と、前記中央色度範囲と、前記大画角色度範囲と、の重なる範囲
を共通範囲としたとき、前記原画像の色度範囲を前記共通範囲となるように修正し、
前記小画角色度範囲は、前記中央色度範囲より広く、
前記中央色度範囲は、前記大画角色度範囲より広く、
前記画像が第１画角範囲における前記共通範囲は、前記画像が前記第１画角範囲よりも
大きい第２画角範囲における前記共通範囲よりも広く、
前記第１の角度と前記第２の角度とは、それぞれ、前記画像光と、前記導光体と前記回
折光学素子との境界と、が成す角度である、表示方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回折光学素子を用いた表示装置とその表示方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、眼鏡型の表示装置が種々提案されている。こうした表示装置では、表示装置自体の透過性が高く外景が見えるシースルー型であるか否かを問わず、装置の小型化や薄型化が求められる。表示装置は、画像を形成する画像形成部と、眼の前に配置されて画像を表示する表示部と、両者を繋ぐ導光部から構成される。通常、導光部では、入射した光が内部で全反射を繰り返しながら導かれる。このため、表示装置の小型化・薄型化を図ろうとすると、画像形成部からの光を導光部に導くために、光の進行方向を大きく変更することが求められる。これは、導光部からの光を表示部に導く場合も同様である。こうした目的のために、回折光学素子（ホログラフィック光学素子ともいう）が用いられる。

【0003】

回折光学素子は、ブラッグの条件を満たす方向に光を偏光するため、入射光の角度が異なると、特定の方向に反射する光の主波長にズレを生じる。この結果、表示部の面内で色むらが生じてしまう。そこで、表示部に白色を表示し、面内の色むらを観察し、例えば赤っぽく表示されているところはＲ成分を抑制する、といった対応を取ることにより、面内の色むらを抑制する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－２４１８２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、回折光学素子は、入射する光の波長毎に回折効率の変化の態様が異なるので、白色を表示する場合の色むらを抑制しても、他の色を表示する際には色むらが生じてしまう。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、以下の形態としての表示装置を含む。この表示装置は、カラーの原画像の色度
範囲を修正する修正部と、前記原画像の色度範囲が修正された画像を形成し前記画像に対
応する画像光を出射する画像形成部と、前記画像光を表示位置まで導く導光体と、前記導
光体に設けられ、前記画像光の進行方向を観察者に向けて偏向する第１回折光学素子と、
を備え、前記修正部は、前記第１回折光学素子に入射する前記画像光のうち、第１の角度
で入射する前記画像光の有する色度範囲を前記第１の角度より大きな角度である第２の角
度で入射する前記画像光の有する色度範囲に近づけるように、前記原画像のうち前記第１
の角度に対応した位置の色度範囲を制限し、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した
位置にある画像の取り得る色度範囲を小画角色度範囲とし、前記原画像のうち前記第２の
角度に対応した位置にある画像の取り得る色度範囲を大画角色度範囲とし、前記原画像の
うち前記第１の角度に対応した位置と前記第２の角度に対応した位置との間の位置にある
画像の取り得る色度範囲を中央色度範囲とし、前記小画角色度範囲と、前記中央色度範囲
と、前記大画角色度範囲と、の重なる範囲を共通範囲としたとき、前記修正部は、前記原
画像の色度範囲が前記共通範囲となるように修正し、前記小画角色度範囲は、前記中央色
度範囲より広く、前記中央色度範囲は、前記大画角色度範囲より広く、前記画像が第１画
角範囲における前記共通範囲は、前記画像が前記第１画角範囲よりも大きい第２画角範囲
における前記共通範囲よりも広く、前記第１の角度と前記第２の角度とは、それぞれ、前
記画像光と、前記導光体と前記第１回折光学素子との境界と、が成す角度である。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態の表示装置の外観を例示する斜視図。

【図2】左眼表示部の構成を模式的に示す説明図。

【図3】回折光学素子と導光体における入射角度を示す説明図。

【図4】回折光学素子における波長と回折効率との関係を示す説明図。

【図5】出射回折光学素子上の位置を示す説明図。

【図6】画像形成部の内部構成を示すブロック図。

【図7】ＬＵＴの構成を例示する説明図。

【図8A】画角±３°の場合に表現可能な色度範囲を示す説明図。

【図8B】画角±５°の場合に表現可能な色度範囲を示す説明図。

【図8C】画角±８°の場合に表現可能な色度範囲を示す説明図。

【図8D】画角±１０°の場合に表現可能な色度範囲を示す説明図。

【図9】他の実施形態における左眼表示部の構造を模式的に示す説明図。

【図10】他の実施形態における左眼表示部の構造を模式的に示す説明図。

【図11】他の実施形態における光学系の配置を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態としての表示装置２０の斜視図である。図１に示すように、この表示装置２０は、いわゆる眼鏡タイプのものであり、使用する者は、表示装置２０を通して外景を視認できる、いわゆるシースルータイプである。表示装置２０は、使用する者（以下、観察者という）からみて左右に配置された左眼表示部３０および右眼表示部４０、両表示部３０，４０を繋ぐブリッジ２２、左眼表示部３０の端部に取り付けられた左テンプル３７、右眼表示部４０の端部に取り付けられた右テンプル４７、左テンプル３７の肉厚部に内蔵された左画像形成部３９，右テンプル４７の肉厚部に内蔵された右画像形成部４９、これら左画像形成部３９および右画像形成部４９に無線により画像データを送信する画像送信装置８０を備える。

【0009】

画像送信装置８０は、写真や画像などを編集・保存可能な端末であり、例えばスマートフォンやタブレット等、あるいは専用装置として実現される。画像送信装置８０は、起動用の起動ボタン８１と、タッチパネルが表面に積層されたディスプレイ８２とを備え、タッチパネルを操作することで、記憶した写真などの静止画や動画などを、左右の画像形成部３９，４９に送信する。左右のテンプル３７，４７の先端は先セルとして下方に湾曲しており、使用者の耳介に表示装置２０を装着するのに利用される。

【0010】

左眼表示部３０と右眼表示部４０とは、左右対称に各部品が配置される点を除いて同一の構造を備えるので、以下、左眼表示部３０を例として、その構造を説明するが、各部の構成と機能は、右眼表示部４０についても同様である。図２は、左眼表示部３０の構成を模式的に示す説明図である。図示するように、左テンプル３７に内蔵された画像形成部３９は、アンテナ３８を介して、画像送信装置８０から画像の送信を受けると、受け取った画像を、ＥＬディスプレイ５１上に形成する。ＥＬディスプレイ５１は、ＲＧＢの３原色を発光する微小な素子が配列されたディスプレイである。ＥＬディスプレイ５１上に形成された画像はＥＬディスプレイから画像光として出射され、コリメートレンズ５２により平行化されて、左眼表示部３０に入射する。なお、ＥＬディスプレイ５１に代えて、光源として機能するバックライトとＬＣＤの組合せや、微少なＬＥＤを配列したディスプレイ、あるいはレーザダイオードとＭＭＤの組み合わせなどを用いることも可能である。以下、ＥＬディスプレイ５１は、単にディスプレイ５１とも呼ぶ。ディスプレイ５１上に形成される画像は、静止画像であってもよいし、動画像であってもよい。また、画像は、三原色（ＲＧＢ）を用いたフルカラー画像であってもよいし、２つの原色（例えばＲとＧ）を用いた制限されたカラー画像であってもよい。

【0011】

本実施形態では光学系を形成する導光体３１，４１は、図１に示すように、観察者の両眼の並び方向に光を導光するように配置される。他の実施形態も含めて、本明細書での方向の呼び方について説明する。使用者が直立して表示装置２０を装着した際の重力方向を下方向、その反対方向を上方向と呼ぶ。頭部に対しては、この方向を上下方向と呼ぶ。また、この上下方向に略直交し、両眼の並び方向を左右方向と呼ぶ。第１実施形態では、左眼表示部３０，右眼表示部４０は、左右方向に沿って配列されている。他方、導光体３１，４１に対しては、その内部において光が導かれる方向（一般に、導光体３１，４１の長手方向）を導光方向と呼び、導光体３１，４１の入射回折光学素子３３，出射回折光学素子３５が設けられている面内において、導光方向に直交する方向を幅方向とよぶ。第１実施形態では、左右方向が導光方向に一致し、上下方向が幅方向に一致している。

【0012】

左眼表示部３０は、導光体３１の両側端部付近におけるＥＬディスプレイ５１からの光が入射する面とは反対側の面に、入射回折光学素子３３と出射回折光学素子３５とを備える。入射回折光学素子３３および出射回折光学素子３５は、本実施形態では、光の回折を生じさせるパターンを備える反射型体積ホログラム（反射型体積ホログラフィック素子ともいう）であって、三原色であるＲＧＢの各色に対応した干渉縞を一体に形成した一体型のホログラムを用いた。従って、入射回折光学素子３３および出射回折光学素子３５には、ＲＧＢ用の干渉縞が含まれており、各色の光は、それぞれの干渉縞により回折するが、説明の便を図って、ＲＧＢ各色は、単に入射回折光学素子３３，出射回折光学素子３５により回折するとして説明する。

【0013】

Ｂ．画像に生じ得る色むらについて：
こうした回折光学素子を用いて画像を表示する場合の色むらの発生について説明する。図２では、便宜上、ディスプレイ５１からの画像光が入射回折光学素子３３に入射する位置の違いや、出射回折光学素子３５から出射する画像光の位置の違い、特に導光方向の位置の違いを、画角θの違いとして表わした。ディスプレイ５１からコリメートレンズ５２を介して入射する光は、入射回折光学素子３３により、その進行方向を大きく偏向し、導光体３１の境界面で全反射しながら導光体３１内を進み、出射回折光学素子３５で、その進行方向を大きく変え、表示装置２０を装着した観察者の瞳ＥＹ方向へと射出する。この射出する画像光の角度を、出射回折光学素子３５の中心部から法線方向に射出する光の画角θｃに対して、出射回折光学素子３５の端部であって、入射回折光学素子３３からは最も遠い端部に入射する画像光の画角をθ＋、これとは反対側の端部に入射する画像光の画角をθ－、とする。同様に、入射回折光学素子３３については、ディスプレイ５１の中央から出て、入射回折光学素子３３に入射する画像光の画角θｃに対して、入射回折光学素子３３の端部であって、出射回折光学素子３５から最も遠い端部に入射する画像光の画角をθ＋、これとは反対側の端部に入射する画像光の画角をθ－、とした。

【0014】

入射回折光学素子３３および出射回折光学素子３５として採用した回折光学素子は、反射型体積ホログラムであって、回折用のパターンとしての干渉縞を備える。干渉縞は互いに屈折率が異なる平面状の層が所定の方向（ピッチ方向）に沿って交互に積層された構造であり、所定の方向に沿った干渉縞の間隔をピッチｄ、入射する光の波長をλとすると、次式（１）を満たす角度方向αに、入射光を回折する。
ｄ・ｓｉｎα＝ｍ・λ …（１）
なお、式（１）において、ｍは、次数であり、一般にｍ＝１の方向への回折光が支配的となる。入射回折光学素子３３および出射回折光学素子３５に形成された干渉縞等によるパターンは、光を偏向させるためのものなので、このパターンのピッチ方向は、入射光の進行方向に対し導光の方向に傾斜しており、入射光が入射する面に対して傾斜している。したがって、反射型体積ホログラムの入射光が入射する面上においては、導光の方向と交差する方向に延在する干渉縞等によるパターンが、導光の方向に沿ってピッチｄとは異なるピッチで配置されている。本実施形態では、出射回折光学素子３５が第１回折光学素子に相当し、入射回折光学素子３３が第２回折光学素子に相当する。

【0015】

入射回折光学素子３３や出射回折光学素子３５では、その導光方向の位置により、入射する光の角度が相違する。この角度の相違を図３に示した。図３は、出射回折光学素子３５を示す。導光体３１内を全反射を繰り返しながら、入射回折光学素子３３から出射回折光学素子３５に至った光は、出射回折光学素子３５において入射回折光学素子３３側に近い位置で回折して、観察者の瞳ＥＹに至る画像光と、出射回折光学素子３５において入射回折光学素子３３から遠い位置で回折して、観察者の瞳ＥＹに至る画像光とでは、その回折の角度が異なる。この相違は、図２では、ディスプレイ５１から入射回折光学素子３３に入射する画像光の画角の違いや、出射回折光学素子３５から瞳ＥＹに入射する画像光の画角として示したが、図３では、各画像光の入射角度の違いとして表わした。両者は、上述した式（１）における角度αの相違という点では、本質的に同一である。図３では、出射回折光学素子３５において最も入射回折光学素子３３側に近い位置で回折する画像光の入射角度をθ－、出射回折光学素子３５において最も導光体３１側に近い位置で回折する画像光の入射角度をθ＋、両者の中間、出射回折光学素子３５のほぼ中心位置で回折する画像光の入射角度をθｃ、として示した。出射回折光学素子３５の性能、つまり式（１）に従う波長と回折角度との関係は、中心位置での画像光の入射角度θｃにより設計されているので、図３における入射角度θ－，θ＋は、この中心位置での画像光の入射角度θｃからの偏差として扱う。

【0016】

出射回折光学素子３５において画像光が入射する導光方向の位置が異なると、入射角度が異なる。このとき、出射回折光学素子３５の特性が、出射回折光学素子３５の導光方向中心位置における入射角度θｃにおいて、所定の色（基準波長λ）に対して上記式（１）が満たされるように設計されているとすれば、出射回折光学素子３５の両端の位置での入射角度θ－，θ＋では、式（１）は必ずしも満たされない。出射回折光学素子３５の両端において入射角度θ－，θ＋で入射する画像光が、式（１）を満たすとすれば、その画像光の波長は、中心位置で式（１）を満たす画像光の波長とは異なる。

【0017】

この様子を図４に例示した。図４は、出射回折光学素子３５の中心位置における入射角度θｃに対して、入射角度が５°増減した場合に式（１）を満たす波長がどの程度シフトするかを示す。仮に同一の波長範囲でかつ強度の等しい画像光が、出射回折光学素子３５に対して入射したとすると、入射角度が式（１）を満たす角度から増減するにつれて、回折効率は低下し、回折される光の強度も低下する。図４では、出射回折光学素子３５の中心位置における入射角度θｃに対して、入射角度が５°増減した場合を示したが、入射角度の増減が小さければ、つまり中心位置に近い位置においては、回折効率がピークとなる波長のズレは小さく、同じ波長範囲の画像光の回折効率の低下も小さくなる。逆に、出射回折光学素子３５の中心位置における入射角度θｃに対して、入射角度の増減が大きければ、つまり中心位置から更に遠い位置においては、回折効率がピークとなる波長のズレは大きく、同じ波長範囲の画像光の回折効率の低下も大きくなる。入射角度θｃは、中心位置での画像光の入射角度であることから、以下、これを基準画角θｃとも呼ぶ。この基準画角θｃに対する偏差として扱う場合には、出射回折光学素子３５において基準画角θｃより入射角度が小さくなる画像光の入射角度θ－を、中心画角θｃに対して偏差がマイナスとなるという意味で負側画角θ－とも呼び、入射角度が大きくなる画像光の入射角度θ＋を正側画角θ＋とも呼ぶ。

【0018】

ディスプレイ５１に形成された画像は、入射回折光学素子３３から導光体３１を介して出射回折光学素子３５に導かれ、観察者から見れば、出射回折光学素子３５上に画像として形成される。従って、観察者から見れば、出射回折光学素子３５に対する画像光の角度の相違は、出射回折光学素子３５上の位置が異なることに等しい。そこで、図５に示すように、出射回折光学素子３５上において画像が形成される範囲を符号ＰＣとし、この範囲ＰＣにおける導光方向の位置を位置ｉと呼ぶものとする。更に、負側画角θ－の絶対値が最も大きくなる位置を位置１とし、正側画角θ＋の値が最も大きくなる位置を位置ｎとする。基準画角θｃにおいて、ある範囲の波長λの画像光に対する回折効率がピークとなれば、画像光の入射する位置ｉが位置１または位置ｎに近づく角度になるにつれて、回折効率は低下する。ある位置ｉ（ｉ＝１～ｎ）の回折効率を位置ｉにおける回折効率Ｅｉと呼ぶ。

【0019】

上述したように、出射回折光学素子３５における回折効率Ｅｉは、その位置ｉにより異なるから、ある波長範囲の画像光が出射回折光学素子３５に入射すると、その位置に対応した入射角度θにより回折効率Ｅｉは異なる。図４に示したように、回折される波長（基準波長）の画像光は、基準画角θｃにおいて回折効率が最大となるように出射回折光学素子３５の干渉縞のピッチ等が調整されているから、負側画角θ－でも正側画角θ＋でも回折効率は低下する。既述した式（１）から見て取れるように、回折効率が最大となる波長λが、図５に示した画像の形成範囲ＰＣから導光方向の端に行くほど、短波長側、長波長側にそれぞれシフトする。回折効率の低下、あるいは最大効率の波長のシフトは、画角が標準画角θｃから離れるに従って大きくなる。なお、こうした回折効率Ｅｉの低下や回折効率が最大となる波長λのシフトは、出射回折光学素子３５に対して、導光方向、つまり干渉縞の縞のピッチ方向に生じ、これに直交する方向、つまり干渉縞の縞の方向には生じない。こうした回折効率Ｅｉの低下の割合は、波長λ毎に異なるので、カラー画像を表示する場合、回折効率Ｅｉの変動による色むらを生じる。

【0020】

Ｃ．ムラの発生を抑制する構成：
本実施形態の表示装置２０は、かかる色むらを低減するための修正部として、画像形成部３９の内部に色変換部６５を備える。図６に示すように、画像形成部３９は、アンテナ３８により画像送信装置８０からの無線信号を受け取る受信部６１、受信した信号から送信された画像を構成する画像構成部６２、画像構成部６２からの入力信号（Ｒin，Ｇin，Ｂin）を入力して色変換を行なう色変換部６５、色変換部６５が出力する変換後の出力信号（Ｒout ，Ｇout ，Ｂout）を入力しディスプレイ５１に表示用の信号を出力する画像出力部６８、色変換部６５が色変換の際に参照するルックアップテーブル（ＬＵＴ）を記憶する記憶部６６、を備える。

【0021】

画像形成部３９における色変換部６５は、画像構成部６２から入力した入力信号（Ｒin，Ｇin，Ｂin）に基づき、記憶部６６に記憶したＬＵＴを参照することにより、出射回折光学素子３５おける画像光の入射位置による色むらの発生を抑制する出力信号（Ｒout ，Ｇout ，Ｂout ）を生成する。この様子を図７に示した。入力信号（Ｒin，Ｇin，Ｂin）は、本実施形態では、各色８ビットの信号なので、図７に示すように、Ｒin，Ｇin，Ｂinのそれぞれにおいて、階調値０～２５５の値をとる。ＬＵＴは、図７右欄に示すよう、図５に示した位置ｉ毎に用意されている。図７では、ｉ＝０、ｉ＝２４０，ｉ＝ｎの場合を示したが、ｉ＝０～ｎについて、予め用意されている。もとより、全ての位置ｉについてＬＵＴを用意せず、とびとびの値ｉに対してのみＬＵＴを用意し、その間については、内挿補間により各色の出力信号Ｒout ，Ｇout ，Ｂout を求めるようにしても差し支えない。

【0022】

図８Ａから図８Ｄに例示するように、画角によりＲＧＢの各色の表現できる範囲が異なることに鑑み、ＬＵＴは、画角毎に表現できる範囲の相違を低減するように作られている。各図を例にとって説明する。図８Ａから図８Ｄは、色度範囲をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標により示す説明図である。図において、符号Ｒは、その頂点がレッド（Ｒ＝２５５，Ｇ＝Ｂ＝０）であることを示し、符号Ｇは、その頂点がグリーン（Ｇ＝２５５，Ｒ＝Ｂ＝０）であることを示し、符号Ｂは、その頂点がブルー（Ｂ＝２５５，Ｒ＝Ｇ＝０）であることを示す。各図において、白い実線Ｔθｃは、中心画角θｃで表現可能な色度範囲を示し、白い破線Ｔθ－は、負側画角θ－で表現可能な色度範囲を示し、白い一点鎖線Ｔθ＋は、正側画角θ＋で表現可能な色度範囲を示す。

【0023】

図８Ａから図８Ｄでは、各図上段に、画角範囲±３°、±５°、±８°、±１０°における色度範囲を示す。図示するように、いずれの画角範囲においても、負側画角θ－で表現可能な色度範囲（白い破線Ｔθ－）と、正側画角θ＋で表現可能な色度範囲（白い一点鎖線Ｔθ＋）とは、中心画角θｃで表現可能な色度範囲（白い実線Ｔθｃ）に対して、概ね相反する形状に歪んでいる。負側画角θ－で表現可能な色度範囲（白い破線Ｔθ－）が小画角色度範囲に相当し、正側画角θ＋で表現可能な色度範囲（白い一点鎖線Ｔθ＋）が大画色度範囲に相当し、中心画角θｃで表現可能な色度範囲（白い実線Ｔθｃ）が中央画角色度範囲に相当する。ここで、小画角色度範囲は中央色度範囲より広く、中央色度範囲は、大画角色度範囲より広い。図８Ａから図８Ｄの下段は、これら３つの色度範囲の重なる範囲である共通範囲を、黒い実線ＴＣ３、ＴＣ５、ＴＣ８、ＴＣ１０により示す。図示するように、画角範囲が大きくなるに従って、共通範囲は概ね狭くなる。

【0024】

本実施形態では、こうした画角の違いによる色度範囲の共通範囲の違いを考慮して、図７に示したＬＵＴに、変換後の出力信号（Ｒout ，Ｇout ，Ｂout）に対応したＲＧＢ値が、位置ｉに対応付けて記憶されている。従って、画像形成部３９は、画像送信装置８０から送信された画像を、ディスプレイ５１上に形成する際、出射回折光学素子３５上の各位置ｉに対応した画像の入力信号（Ｒin，Ｇin，Ｂin）を入力すると、この入力信号を、色変換部６５が、記憶部６６に予め記憶したＬＵＴを参照して、共通範囲内の画像に対応した出力信号（Ｒout ，Ｇout ，Ｂout）に変換する。このため、出射回折光学素子３５は、ＲＧＢの各色について、その位置ｉによらず、同程度の回折効率Ｅｉとなる。この結果、出射回折光学素子３５内に形成される画像の色むらは抑制される。

【0025】

上述し第１実施形態では、図７に示したＬＵＴは、例えば負側画角θ－でのＲＧＢ各色の階調値を共通範囲内に変換する際、白い破線Ｔθ－で示した色度範囲の最も外側の各色階調値を、共通範囲の最も外側の、かつホワイトバランス点に至る軸線上の各色階調値とし、更に、各色階調値が白い破線Ｔθ－で示した色度範囲の内側の値になるほど、比例計算により徐々に圧縮しつつ、共通範囲内側の値としている。このため、画像の位置ｉの相違による色むらは、ほぼ解消している。もとより、共通範囲外の各色階調値を、ＬＵＴにより、全て共通範囲に変換するのではなく、共通範囲に向けてシフトするようにＬＵＴを作成してもよい。こうすれば、色むらを抑制できる。また、各色全てについて、ＬＵＴを用意するのではなく、一部の色についてのみＬＵＴを用意しても良い。なお、色変換後の各色階調値は、上記のように、ホワイトバランス点に至る軸線上の各色階調値とするといった機械的な比例配分とはせず、観察者が視認しながら、色むらが低減される階調値を求めて、決定してもよい。

【0026】

Ｄ．他の実施形態：
上記実施形態では、ＲＧＢの各色毎の干渉縞が一体に作り込まれた反射型体積ホログラムを用いたが、他の形態の回折光学素子を用いることも差し支えない。図９は、他の形態の回折光学素子を用いた光学系の構成例として、左眼表示部３０Ａの構造を模式的に示す説明図である。なお、右眼表示部も同様の構成を備える。

【0027】

この左眼表示部３０Ａは、フルカラー画像を形成するディスプレイ５１と、ディスプレイ５１から出射される第１画像光に相当する赤（Ｒ）の画像光，第２画像光に相当する緑（Ｇ）の画像光，第３画像光に相当する青（Ｂ）の画像光をそれぞれ導く導光経路を備える。即ち、ディスプレイ５１は、画素単位で、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の発光が可能であり、左眼表示部３０Ａは、これら赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の画像光を、個別に導く３つの導光経路を備える。赤色光Ｒ用の導光経路は、入射回折光学素子３３Ｒ、導光体３１Ｒ、出射回折光学素子３５Ｒからなり、緑色光Ｇ用の導光経路は、入射回折光学素子３３Ｇ、導光体３１Ｇ、出射回折光学素子３５Ｇからなり、青色光Ｂ用の導光経路は、入射回折光学素子３３Ｂ、導光体３１Ｂ、出射回折光学素子３５Ｂからなる。左眼表示部３０Ａは、これら３つの導光経路が重ねられた構成を備える。このように重ねても、回折光学素子は、回折するように設計された波長の光以外は透過するので、例えばＲＧＢの光の内、Ｂの光は、ディスプレイ５１側に存在するＲ用の入射回折光学素子３３Ｒ、Ｇ用の入射回折光学素子３３Ｇを透過し、Ｂ用の入射回折光学素子３３Ｂに到達する。ＲＧＢの光の内、Ｇの光も、手前の入射回折光学素子３３Ｒを透過する。

【0028】

図９に示した左眼表示部３０Ａは、ＲＧＢの三原色を、各色の光に対応して独立に用意された３つの導光経路によりディスプレイ５１から観察者の瞳ＥＹまで導くので、フルカラーの画像を表示することができる。このように構成しても、表示装置２０全体としての作用効果は、第１実施形態と同様である。

【0029】

図１０は、更に回折光学素子と導光体の他の実施形態として、左眼表示部３０Ｂの構造を模式的に示す説明図である。右眼表示部も同様の構成を備える。この左眼表示部３０Ｂは、ディスプレイ５１においてフルカラー画像を形成する三原色、ＲＧＢを同じ１つの導光経路により観察者の瞳ＥＹまで導く。ディスプレイ５１は、第１実施形態と同様に、画素単位で、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の発光が可能であり、第１画像光に相当する赤（Ｒ）の画像光，第２画像光に相当する緑（Ｇ）の画像光，第３画像光に相当する青（Ｂ）の画像光を出射する。左眼表示部３０Ｂは、１つの導光体３１上に、三原色ＲＧＢ用の入射回折光学素子１３３と、三原色ＲＧＢ用の出射回折光学素子１３５を備える。入射回折光学素子１３３および出射回折光学素子１３５は、三原色ＲＧＢの各色用の回折光学素子を積層もしくは重畳しているが、回折光学素子は、回折するように設計された波長の光以外は透過するので、各色の光は対応する回折光学素子の位置まで到達する。

【0030】

図１０に示した左眼表示部３０Ｂは、ＲＧＢの三原色を、各色の光に対してまとめて用意された１つの導光体３１により、ディスプレイ５１から観察者の瞳ＥＹまで導くので、装置構成を薄型化することができる。しかも、フルカラーの画像を表示することができる。なお、表示装置２０全体としての他の作用効果は、第１実施形態と同様である。

【0031】

上記各実施形態では、表示装置２０は眼鏡型とし、観察者の頭部の左右方向から、画像光を瞳ＥＹの前まで導いたが、図１１に示すように、画像光は、上下方向に導くものしてもよい。この形態の表示装置２５は、図示するように、観察者ＰＳの頭部に装着する頭部装着具７０を備え、この頭部装着具７０から、左眼表示部３０と右眼表示部４０とが上下方向に設けられた構造を備える。左眼表示部３０と右眼表示部４０とは、第１実施形態と同様の構成を備える。

【0032】

頭部装着具７０には、左眼表示部３０および右眼表示部４０に合せて、画像形成部が設けられており、第１実施形態と同様の構成（図２参照）を備え、そのディスプレイ５１に形成された画像が、左眼表示部３０および右眼表示部４０の入射回折光学素子３３，４３に入射し、導光体３１，４１を介して、出射回折光学素子３５，４５まで導かれる。

【0033】

上記実施形態では、表示装置２０，２５は外景を視認することができるシースルー型としたが、必ずしもシースルー型にする必要はない。また、両眼タイプに限る必要なく、片眼用の表示装置としてもよい。ディスプレイ５１に形成する画像は、１６対９のアスペクト比に限られず、４対３など他のアスペクト比であっても差し支えない。また、表示される画像は、数学的な意味での長方形に限る必要はなく、正方形や楕円形など、種々の形状が可能である。いずれの形状でも、表現され色度範囲を求め、これに応じたＬＵＴを用意すれば良い。また、ディスプレイ５１自体の形状と、表示される画像の形状とは異なっていてもよい。

【0034】

上記実施形態では、三原色であるＲＧＢの各色に対して、回折光学素子を用意したが、三原色に限る必要はない。例えばＲＧ、ＧＢ、ＲＢなど、２つの色の組み合わせとして実現してもよい。例えばＲ/ＧＢ、ＲＧ/Ｂ、Ｇ/ＲＢなどの組み合わせとして実現してもよい。またＲＧＢに限る必要はなく、Ｙ、Ｃ、Ｍなど、異なる色の組み合わせとして表示装置を構成してもよい。

【0035】

回折光学素子としては、反射型体積ホログラムに限る必要はなく、他の回折素子であっても良い。例えばＥＬディスプレイ５１からの光が入射する面側に透過型体積ホログラムを備える構成でも良く、基材の表面に凹凸を形成した表面レリーフホログラムでも採用可能である。

【0036】

Ｅ．その他の構成例：
（１）更に本開示は、表示装置として、以下の構成例を含む。その１つの表示装置は、カラーの原画像の色度範囲を修正する修正部と、前記色度範囲が修正された画像を形成し画像光として出射する画像形成部と、前記画像光を表示位置まで導く光学系と、前記光学系において、前記画像光の進行方向を観察者に向けて偏向する第１回折光学素子と、を備える。この表示装置の前記修正部により、第１回折光学素子に入射する画像光のうち、第１の角度で入射する画像光の有する色度範囲を、前記第１の角度より大きな角度である第２の角度で入射する画像光の有する色度範囲に近づけるように、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置にある画像の色度範囲を制限すれば、第１回折光学素子の偏向方向の色むらの発生を抑制することができる。

【0037】

（２）こうした表示装置において、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置にある画像の取り得る色度範囲を小画角色度範囲とし、前記原画像のうち前記第２の角度に対応した位置にある画像の取り得る色度範囲を大画角色度範囲とし、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置と前記第２の角度に対応した位置との間の位置にある画像の取り得る色度範囲を中央色度範囲としたとき、 前記小画角色度範囲は、前記中央色度範囲より広く、
前記中央色度範囲は、前記大画角色度範囲より広いものであってよい。こうすれば、三者の色度範囲のズレを小さくするように、各色度範囲を制限すればよく、修正を容易に実現することができる。

【0038】

（３）こうした表示装置において、前記修正部は、前記大画角色度範囲に対応する位置の画像に対する色度範囲を、前記中央色度範囲に対応する位置の画像の色度範囲より大きく制限するものとしてもよい。こうすれば、色むらの発生を、低減できる。

【0039】

（４）こうした表示装置において、前記カラーの原画像は三原色によって再現可能なフルカラー画像であってよく、また、前記修正部は、前記色度範囲をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標で表わしたとき、前記第１角度で入射する画像光の有する色度範囲を前記ＸＹ色度座標で表わす第１の三角形が、前記第２の角度で入射する画像光の有する色度範囲を前記ＸＹ色度座標で表わす第２の三角形に近付くように、前記原画像の前記色度範囲を制限するものとしてもよい。こうすれば、色度範囲の修正を座標で表現でき、修正の内容を明確できる。

【0040】

（５）こうした表示装置において、前記第１の三角形は、前記第２の三角形に、面積で８０％以上重なるものとしてもよい。色度範囲の８０％以上が重なれば、色むらは十分に抑制される。

【0041】

（６）こうした表示装置において、前記光学系は、前記画像光を導く導光体を備え、前記第１回折光学素子は、前記導光体に画像光が入射する入射側と前記画像光が前記導光体から出射する出射側のうち、前記出射側に設けられたものとしてよい。出射側の回折光学素子による色むらが最も色むらの発生に寄与するので、出射側の回折光学素子を第１回折光学素子とすれば、色むらの発生を抑制しやすい。

【0042】

（７）こうした表示装置において、前記光学系において、前記画像光の進行方向を偏向する第２回折光学素子を、更に備え、前記第２回折光学素子は、前記導光体に画像光が入射する入射側と前記画像光が前記導光体から出射する出射側のうち、前記入射側の位置に設けられたものとしてよい。こうすれば、入射側と出射側の両方において回折光学素子により画像光を偏向させるので、表示装置の薄型化を図ることができる。

【0043】

（８）上記の表示装置において、前記第２回折光学素子は、平面状の干渉縞で構成された反射型体積ホログラムとしてもよい。反射型体積ホログラムは、特定の波長の光に対して選択的に回折を起こすので、他の波長の光に対しては、これを阻害しない。従って、原画像を構成する複数の波長の光に対する光学系の設計が容易となる。

【0044】

（９）こうした表示装置において、前記第１回折光学素子は、平面状の干渉縞で構成された反射型体積ホログラムとしてもよい。反射型体積ホログラムは、特定の波長の光に対して選択的に回折を起こすので、他の波長の光に対しては、これを透過させる。従って、第１回折光学素子として、こうした平面状の干渉縞で構成された反射型ホログラムを用いれば、高い透過性を実現でき、外景と画像形成部が形成する画像とを、同時に視認することが容易となる。

【0045】

（１０）こうした表示装置において、前記画像形成部が出射する前記画像光は、波長の互いに異なる第１画像光と第２画像光と第３画像光とを含み、前記第１回折光学素子は、前記第１画像光の波長に対応した第１干渉縞と前記第２画像光の波長に対応した第２干渉縞と前記第３画像光の波長に対応した第３干渉縞とが積層または重畳されているものとしてもよい。こうすれば、波長の互いに異なる第１画像光，第２画像光，第３画像光によるカラー画像を容易に表示できる。

【0046】

（１１）こうした表示装置において、前記第１画像光のピーク波長は赤（Ｒ）であり、前記第２画像光のピーク波長は緑（Ｇ）であり、前記第３画像光のピーク波長は青（Ｂ）であるものしてもよい。こうすれば、表示装置は、フルカラーを表示することができる。

【0047】

（１２）本開示は、カラーの原画像に基づく画像を表示する表示方法を含む。この表示方法は、前記原画像に対応した画像光を光学系により表示位置まで導き、回折光学素子により、前記画像光の進行方向を観察者に向けて偏向して表示し、前記原画像の表示に際して、前記カラーの原画像の色度範囲を、前記回折光学素子に入射する画像光のうち、第１の角度で入射する画像光の有する色度範囲を、前記第１の角度より大きな角度である第２の角度で入射する画像光の有する色度範囲に近づけるように、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置にある画像の色度範囲を制限する。こうすれば、カラー画像の表示おいて、回折光学素子内の色むらの発生を抑制できる。

【0048】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【0049】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。例えば、上記実施形態においてハードウェアにより実現した構成の一部は、ソフトウェアにより実現することができる。

【符号の説明】

【0050】

２０，２５…表示装置、２２…ブリッジ、３０，３０Ａ，３０Ｂ…左眼表示部、３１，３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒ…導光体、３３，３３Ｂ，３３Ｇ，３３Ｒ，１３３…入射回折光学素子、３５…出射回折光学素子、３５Ｂ，３５Ｇ，３５Ｒ，１３５…出射回折光学素子、３７…左テンプル、３８…アンテナ、３９…左画像形成部、４０…右眼表示部、４７…右テンプル、４９…右画像形成部、５１…ディスプレイ、５２…コリメートレンズ、６１…受信部、６２…画像構成部、６５…色変換部、６６…記憶部、６８…画像出力部、７０…頭部装着具、８０…画像送信装置、８１…起動ボタン、８２…ディスプレイ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9】

【図10】

【図11】