特許 7465204 眼鏡型画像表示装置

(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】2024-04-02

(45)【発行日】2024-04-10

(54)【発明の名称】眼鏡型画像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20240403BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20240403BHJP

   G03H 1/26 20060101ALI20240403BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B5/18

G03H1/26

H04N5/64 511A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020215329

(22)【出願日】2020-12-24

(65)【公開番号】P2022101004

(43)【公開日】2022-07-06

【審査請求日】2023-08-15

(73)【特許権者】

【識別番号】392026693

【氏名又は名称】株式会社ＮＴＴドコモ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100121980

【弁理士】

【氏名又は名称】沖山 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100128107

【弁理士】

【氏名又は名称】深石 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】中西 美木子

(72)【発明者】

【氏名】森永 康夫

(72)【発明者】

【氏名】岩村 幹生

【審査官】岩村 貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３５０１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－４４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－５８４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１２５６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／２０３２８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５１８７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５０８９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００１８４８５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１－２７／０２

Ｇ０２Ｂ ５／１８，５／３０，５／３２

Ｇ０３Ｈ １／２６

Ｈ０４Ｎ ５／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像情報を含む光である画像光を眼鏡のレンズ面に向けて出射する画像出力部、を含む眼鏡型画像表示装置であって、
前記眼鏡のレンズを形成するレンズ基板に設けられた光学系素子であって、
前記画像光が、前記レンズ基板内を伝搬する平行光となるように、前記画像光の進行方向を曲げる方向変換機能部と、
前記画像光を１つ又は複数の光に変換する１つ以上の位相変換機能部であって、変換後の光の位相が、前記光学系素子における同じ位置で形成される他の光を総合した光の位相と直交する関係を持つ前記光に変換する当該位相変換機能部と、
前記レンズ基板内を伝搬してきた平行光の位相に応じて、前記眼鏡型画像表示装置を装着したユーザの瞳孔内に複数の光が入射するように、前記平行光を前記ユーザの眼の方向に収束させる収束機能部と、
を有する当該光学系素子、
を備える眼鏡型画像表示装置。

【請求項2】

前記光学系素子は、
前記方向変換機能部、前記位相変換機能部、および、前記収束機能部、のうち２つ以上が、前記光学系素子における同じ場所に形成される、
請求項１に記載の眼鏡型画像表示装置。

【請求項3】

前記光学系素子は、
前記方向変換機能部に係る方向変換機能として、前記レンズ基板に入射した前記画像光が、前記レンズ基板内を伝搬する平行光となるように、前記画像光の進行方向を曲げる機能、
前記１つ以上の位相変換機能部に係る位相変換機能として、前記方向変換機能により平行光とされた前記画像光を１つ又は複数の光に変換する機能であって、変換後の光の位相が、前記光学系素子における同じ位置で形成される他の光を総合した光の位相と直交する関係を持つ前記光に変換する機能、および、
前記収束機能部に係る収束機能として、前記位相変換機能による変換で得られた複数の光を、各光の位相に応じて、前記眼の方向に収束させる機能、
を有する請求項１又は２に記載の眼鏡型画像表示装置。

【請求項4】

前記光学系素子は、
前記画像光が前記レンズ基板に入射する位置に、前記方向変換機能部および前記位相変換機能部が形成され、当該位置にて方向変換機能と位相変換機能の両方を実行する、
請求項１又は２に記載の眼鏡型画像表示装置。

【請求項5】

前記光学系素子は、
さらに、前記レンズ基板内を伝搬する前記画像光の少なくとも１つの反射位置に、前記方向変換機能部および前記位相変換機能部が形成され、当該反射位置にて方向変換機能と位相変換機能の両方を実行する、
請求項４に記載の眼鏡型画像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、スマートグラスとも呼称される眼鏡型画像表示装置に関する。なお、本明細書における「画像」には、静止画像および動画像が含まれるものとする。

【背景技術】

【0002】

従来、眼鏡のレンズ面に画像を表示する眼鏡型画像表示装置が知られている。この眼鏡型画像表示装置に係る技術分野では、ユーザが眼鏡型画像表示装置を装着した場合に眼を動かして画像が見える範囲は「Eyebox（アイボックス）」と呼ばれ、ユーザが安定的に画像を視認する上で、Eyeboxを拡大することは欠かせない。例えば下記の特許文献１には、眼鏡型画像表示装置においてEyeboxの拡大と視野角拡大を行うために、ディスプレイ画像の光（以下「画像光」という）を透過ホログラムで複製し、複製された光を反射ホログラムで目の方向に反射させる方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許公開公報２０２０／０１７４２５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１の手法でEyeboxを拡大させるには、例えば図１４に示す眼鏡のレンズ基板９０の内部を伝搬する光９１の伝搬角度を、レンズ面に垂直な方向から大きく傾ける（即ち、図１４の角度αをより小さくする）必要があるが、実装上、伝搬角度を傾けるには限度があり、Eyeboxの拡大には限界があった。また、眼鏡のレンズ基板９０へ入射させる画像光９２の振り角βが狭くなり、高解像度の画像を表示させることは困難であり、表示される画像が台形に歪むおそれがあった。

【0005】

本開示は、上記の課題を解決するために成されたものであり、Eyebox拡張のためにレンズ基板内を伝搬する光の伝搬角度を傾ける必要性およびレンズ基板に入射させる画像光の振り角を狭くする必要性を無くして、Eyeboxを拡張することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る眼鏡型画像表示装置は、画像情報を含む光である画像光を眼鏡のレンズ面に向けて出射する画像出力部、を含む眼鏡型画像表示装置であって、前記眼鏡のレンズを形成するレンズ基板に設けられた光学系素子であって、前記画像光が、前記レンズ基板内を伝搬する平行光となるように、前記画像光の進行方向を曲げる方向変換機能部と、前記画像光を１つ又は複数の光に変換する１つ以上の位相変換機能部であって、変換後の光の位相が、前記光学系素子における同じ位置で形成される他の光を総合した光の位相と直交する関係を持つ前記光に変換する当該位相変換機能部と、前記レンズ基板内を伝搬してきた平行光の位相に応じて、前記眼鏡型画像表示装置を装着したユーザの瞳孔内に複数の光が入射するように、前記平行光を前記ユーザの眼の方向に収束させる収束機能部とを有する当該光学系素子、を備える。

【0007】

上記の眼鏡型画像表示装置では、例えば、方向変換機能部によって、レンズ基板に入射した画像光が、レンズ基板内を伝搬する平行光となるように、画像光の進行方向を曲げ、１つ以上の位相変換機能部によって、方向変換機能部により平行光とされた画像光を１つ又は複数の光に変換する。この変換では、変換後の光の位相が、光学系素子における同じ位置で形成される他の光を総合した光の位相と直交する関係を持つ光に変換される。そして、収束機能部によって、レンズ基板内を伝搬してきた平行光の位相に応じて、ユーザの瞳孔内に複数の光が入射するように、平行光をユーザの眼の方向に収束させる。上記の「１つ以上の位相変換機能部」は、例えば、画像光を１つの位相の光に変換するホログラムを複数含んでもよいし、画像光を、位相が互いに異なる複数の光に変換する１つ又は複数のホログラムを含んでもよい。上記のように平行光とされた画像光を、上記のような関係を持つ複数の光に変換することで、従来のように光の伝搬角度を変化させなくても、互いに干渉し合わない複数の光に分離することができ、Eyebox拡張のためにレンズ基板内を伝搬する光の伝搬角度を傾ける必要性およびレンズ基板に入射させる画像光の振り角を狭くする必要性を無くしつつ、ユーザの瞳孔内に、より多くの光を入射させることで、Eyeboxを拡張することができる。なお、上記では、方向変換機能部により平行光とされた画像光を、１つ以上の位相変換機能部によって、全体として、上記のような関係を持つ複数の光に変換する例を挙げたが、例えば、「方向変換機能部」および「位相変換機能部」を光学系素子における同じ箇所に形成することで、方向変換機能と位相変換機能を同時に実行してもよい。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、Eyebox拡張のためにレンズ基板内を伝搬する光の伝搬角度を傾ける必要性およびレンズ基板に入射させる画像光の振り角を狭くする必要性を無くして、Eyeboxを拡張することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】眼鏡型画像表示装置の構成例を模式的に示す図である。

【図2】画像出力部の機能ブロック構成図である。

【図3】ホログラムの方向変換機能を説明するための図である。

【図4】（ａ）は露光時の参照光と物体光を示す図であり、（ｂ）は再生時における第１パターンの再生光（参照光と同じ位相の再生光）と物体光を示す図であり、（ｃ）は再生時に第２パターンの再生光（参照光の位相と直交する位相の再生光）に対し物体光が再生されないことを示す図である。

【図5】（ａ）は露光時に同じ場所に、互いに直交する位相の参照光Ｘ、Ｙでホログラムを重ねて形成する例を示す図であり、（ｂ）は再生時における第１パターンの再生光（参照光Ｘと同じ位相の再生光）と物体光を示す図であり、（ｃ）は再生時における第２パターンの再生光（参照光Ｙと同じ位相の再生光）と物体光を示す図である。

【図6】（ａ）はホログラムの位相変換機能を説明するための図であり、（ｂ）はホログラムの収束機能を説明するための図である。

【図7】（ａ）は第１の態様に係るホログラムにおいて収束機能と位相変換機能を同時に実行する態様を説明するための図であり、（ｂ）は（ａ）よりも多重度を上げて、収束機能と位相変換機能を同時に実行する態様を説明するための図である。

【図8】平行光の伝搬角度に関する制約を説明するための図である。

【図9】ホログラムの作成（露光）を説明するための図である。

【図10】露光後のホログラムの構成を説明するための図である。

【図11】第２の態様に係るホログラムの方向変換機能および位相変換機能を説明するための図である。

【図12】第３の態様に係るホログラムの方向変換機能および位相変換機能を説明するための図である。

【図13】制御部のハードウェア構成例を示す図である。

【図14】従来技術における課題を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して、本開示に係る実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0011】

図１は、本開示に係る眼鏡型画像表示装置１の構成例を模式的に示す図である。眼鏡型画像表示装置１は、眼鏡のレンズ面に画像（静止画像および動画像）を表示することにより、眼鏡を装着したユーザ（以下、単に「ユーザ」と記載）に画像を視認させる表示装置である。眼鏡型画像表示装置１は、眼鏡のテンプル５２に組み付けられた後述する画像出力部１０からレンズ面にほぼ垂直に画像光を入射させ、レンズ基板内を伝搬した画像光をユーザの瞳孔に入射させることにより、ユーザに画像を視認させる。なお、画像出力部１０においてディスプレイ表示に用いられる照明光としては、レーザ光を用いてもよい。

【0012】

眼鏡型画像表示装置１は、眼鏡の基本構成を具備しており、図１に示すように、両眼に対応する一対のレンズ５０、両眼のレンズ５０を保持するフレーム間を架け渡すブリッジ５１、および、両眼のレンズ５０を保持するフレームに連続すると共にユーザの側頭部に固定される一対のテンプル５２等の構成を備えている。レンズ５０は、入射した（投影された）画像光の少なくとも一部をユーザの瞳孔に向けて反射する。レンズ５０の入射面において反射した画像光は、瞳孔から見て虚像として像を形成する。これにより、ユーザに画像を視認させることができる。なお、眼鏡型画像表示装置１は、テンプル５２におけるユーザの耳に対応した位置に、画像に応じた音声を出力するスピーカー（不図示）を有してもよい。

【0013】

眼鏡型画像表示装置１は、画像出力部１０を備えており、画像出力部１０は、コンテンツ蓄積部１０Ａと光出力部１０Ｂと制御部１０Ｃとを有する。なお、眼鏡型画像表示装置１は、画像出力部１０を、片方の眼のみに対応して有してもよいし、両眼それぞれに対応して有してもよい。後者の場合、両眼それぞれに対応する構成は同様の機能を有するため、以下の説明においては片方の眼に対応した構成を説明する。また、画像出力部１０は、レンズ５０から近い位置に、例えばレンズ５０との間隔が１cm以下となるように設置されてもよい。

【0014】

コンテンツ蓄積部１０Ａは、ユーザに視認させるコンテンツを蓄積する構成であり、ユーザに視認させるコンテンツとは、本実施形態ではレンズ５０に投影される画像である。

【0015】

光出力部１０Ｂは、画像情報を含む光である画像光を出力する構成であり、有線または無線接続によりコンテンツ蓄積部１０Ａから画像情報を取得し、取得した画像情報に関する画像光を出射する。光出力部１０Ｂは、例えば、光源およびディスプレイを含んだＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スキャンディスプレイにより構成され、光源から出射された照射光をディスプレイにおいて反射させて、画像情報を含む画像光として出力する構成とされている。

【0016】

制御部１０Ｃは、各種の制御を行う回路である。制御部１０Ｃのハードウェア構成例については後述する。制御部１０Ｃは、例えば、光出力部１０Ｂによって、コンテンツ蓄積部１０Ａからの画像の取得および画像光の出射が行われるように、光出力部１０Ｂに所定の制御信号を出力する。

【0017】

なお、図１には、画像出力部１０全体がテンプル５２に組み付けられた構成を示したが、図２の画像出力部１０の各構成部のうち、光出力部１０Ｂは図１のようにテンプル５２に組み付けられる必要があるが、コンテンツ蓄積部１０Ａおよび制御部１０Ｃは、テンプル５２に組み付けられてもよいし、テンプル５２から離れた位置に配置されてもよい。

【0018】

［眼鏡型画像表示装置１の特徴について］
図３に示すように、眼鏡型画像表示装置１では、レンズ５０は、レンズ基板２１と、レンズ基板２１の表面（ユーザからみて外側の面（図３における上側の面））に設けられた光学系素子としての反射ホログラム２０とを有する。なお、反射ホログラム２０は、その厚みが、多重する回数に応じて適切なものが設けられる。以下に説明するが、反射ホログラム２０は、画像光がレンズ基板２１の内部を伝搬する平行光となるように、画像光の進行方向を曲げる方向変換機能部と、画像光を１つ又は複数の光に変換する１つ以上の位相変換機能部であって、変換後の光の位相が、同じ位置で形成される他の光を総合した光の位相と直交する関係を持つ光に変換する位相変換機能部と、レンズ基板２１の内部を伝搬してきた平行光の位相に応じて、ユーザの瞳孔内に複数の光が入射するように、平行光をユーザの眼の方向に収束させる収束機能部と、を有し、これら方向変換機能部、位相変換機能部、および、収束機能部、のうち２つ以上が、露光によって、反射ホログラム２０における同じ場所に形成されている。

【0019】

ここで、複数の参照光のうち一の光の位相が、当該一の光を除く他の光を総合した光の位相と直交する関係を持つ複数の参照光を用いて、反射ホログラム２０における同じ場所にホログラムを重ねて形成すること（いわゆる位相多重）の意義について概説する。反射ホログラム２０について、図４（ａ）に示す参照光と物体光を用いて露光した場合、再生時には図４（ｂ）に示すように、参照光と同じ位相の再生光を反射ホログラム２０に、露光時と同じ角度から入射させると、露光時と同じ角度で反射する物体光が再生される。一方、再生時に図４（ｃ）に示すように、参照光の位相と直交する位相の再生光を上記の反射ホログラム２０に、露光時と同じ角度から入射させても、物体光は再生されない。

【0020】

上記性質を利用して、反射ホログラム２０について、図５（ａ）に実線で示す参照光Ｘと物体光Ｘを用いて露光するとともに、反射ホログラム２０における同じ場所に、図５（ａ）に破線で示す参照光Ｙと物体光Ｙを用いて露光する。ここで、参照光ＸとＹは、反射ホログラム２０への入射角度が同じであるが、位相が互いに直交する参照光とし、物体光ＸとＹの反射角度は異なるとする。このような露光を施した反射ホログラム２０に対し、再生時には図５（ｂ）に示すように、参照光Ｘと同じ位相の再生光を、露光時と同じ角度から入射させると、露光時と同じ角度で反射する物体光Ｘが再生される。同じく、上記反射ホログラム２０に対し、再生時には図５（ｃ）に示すように、参照光Ｙと同じ位相の再生光を、露光時と同じ角度から入射させると、露光時と同じ角度で反射する物体光Ｙが再生される。このように、再生時に、露光時の参照光の位相と直交する位相の再生光を反射ホログラム２０に、露光時と同じ角度から入射させても、物体光の再生には影響を与えない。なお、上述した参照光の位相および物体光の位相は、例えば、空間光位相変調器（Spatial Light Modulator（以下「ＳＬＭ」と称する））などを用いて変換すればよい。

【0021】

以下、反射ホログラム２０における前述した「方向変換機能部」、「位相変換機能部」、および「収束機能部」に関するさまざまな態様を説明する。

【0022】

（第１の態様）
第１の態様として、画像出力部１０からの画像光の入射位置にて方向変換（平行光への曲げ）を行い、その後、レンズ基板２１の内部の反射位置で位相変換（一の光の位相が、当該一の光を除く他の光を総合した光の位相と直交する関係を持つ複数の光への変換）および収束（ユーザの眼の方向への平行光の収束）を行う態様を説明する。

【0023】

図３に示す反射ホログラム２０は、画像出力部１０からの画像光の入射位置に形成された方向変換機能部２０Ａを有し、方向変換機能部２０Ａによって、画像光がレンズ基板２１の内部を伝搬する平行光となるように、画像光の進行方向を曲げる。具体的には、方向変換機能部２０Ａは、画像出力部１０からの画像光１１の進行方向を曲げて光１１Ａとし、画像光１２の進行方向を曲げて、上記光１１Ａと平行な光１２Ａとする。これらの光１１Ａ、１２Ａは、レンズ基板２１と空気との境界で反射し、互いに平行な平行光１１Ｂ、１２Ｂとして反射ホログラム２０へ戻ってくる。また、レンズ基板２１の屈折率と反射ホログラム２０の屈折率とを一致させることが望ましい。屈折率を一致させないと、レンズ基板２１と反射ホログラム２０の境界面で光の反射が起こる可能性があるからである。上記のような光の反射は、レンズ基板２１と空気の屈折率の差異、又は、レンズ基板２１と反射ホログラム２０の屈折率の差異に起因して起こる。

【0024】

図６（ａ）、（ｂ）には、反射ホログラム２０における同じ場所に、位相変換機能部２０Ｂと収束機能部２０Ｃが形成された例を示す。なお、ここでは、説明を簡単にするために、後述する図７（ａ）、（ｂ）の位相変換機能部２０Ｄおよび収束機能部２０Ｅ、２０Ｆが形成されていないことを前提に説明する。図６（ａ）に示すように反射ホログラム２０は、レンズ基板２１の内部を伝搬する平行光が、レンズ基板２１と空気との境界で反射して戻ってくる位置に形成された位相変換機能部２０Ｂを有し、位相変換機能部２０Ｂは、位相変換機能部２０Ｂによる位相変換後の光の位相が、位相変換機能部２０Ｂと同じ位置に形成された他のホログラム機能の総合による位相変換後の光の位相と直交する関係を持つ光に変換する。具体的には、図６（ａ）、（ｂ）に示す位相変換機能部２０Ｂと同じ位置に形成された他のホログラム機能が位相変換機能を有しない（即ち、位相変換しない）と仮定すると、位相変換機能部２０Ｂは、実線で示す同じ位相の平行光１１Ｂ、１２Ｂにおいて、平行光１１Ｂを、位相が平行光１１Ｂと直交する点線で示す光１１Ｃに変換するとともに、平行光１２Ｂを、位相が平行光１２Ｂと直交する点線で示す光１２Ｃに変換する。

【0025】

また、図６（ｂ）に示すように反射ホログラム２０は、上記の位相変換機能部２０Ｂと同じ場所に形成された収束機能部２０Ｃを有し、収束機能部２０Ｃによって、平行光の位相に応じて、ユーザの瞳孔内に複数の光が入射するように、平行光をユーザの眼の方向に収束させる。具体的には、図６（ｂ）に示す実線で示す同じ位相の平行光１１Ｂ、１２Ｂについて、収束機能部２０Ｃは、当該位相の平行光についてはユーザの眼の方向に収束させると予め露光により設定されており、そのため、収束機能部２０Ｃは、平行光１１Ｂを、ユーザの眼Ｅの方向に収束する収束光１１Ｄとし、平行光１２Ｂを、ユーザの眼Ｅの方向に収束する収束光１２Ｄとする。

【0026】

なお、図６（ａ）、（ｂ）では、説明の便宜上、反射ホログラム２０に形成された位相変換機能部２０Ｂ、収束機能部２０Ｃを、反射ホログラム２０上に形成されたシートとして模式的に図示したが、実際には、このようなシートは存在せず、位相変換機能部２０Ｂ、収束機能部２０Ｃは、露光により反射ホログラム２０に記録されたホログラフィーによる干渉縞であることは言うまでもない。この点は、後述する図７（ａ）、（ｂ）、図８、図１０についても同様である。なお、本開示では、「方向変換機能部」、「位相変換機能部」、「収束機能部」のうち２つ以上を反射ホログラム２０における同じ箇所に形成することは必須要件ではないものの、図６（ａ）、（ｂ）のように同じ箇所に形成することで、例えば、画像光を眼鏡のレンズ面にほぼ垂直に入射させる設計が可能となり、設計寸法などの面で余裕を持った実装が実現できる。

【0027】

図７（ａ）には、反射ホログラム２０が、位相変換機能部２０Ｄと同じ場所に形成された収束機能部２０Ｅを有する例を示す。即ち、図７（ａ）に点線で示す同じ位相の平行光１１Ｅ、１２Ｅについて、収束機能部２０Ｅは、当該位相の平行光についてはユーザの眼の方向に収束させると予め露光により設定されており、そのため、収束機能部２０Ｅは、平行光１１Ｅを、ユーザの眼の方向に収束する収束光１１Ｆとし、平行光１２Ｅを、ユーザの眼の方向に収束する収束光１２Ｆとする。さらに、位相変換機能部２０Ｄは、露光時に、位相変換機能部２０Ｄの位相が、位相変換機能部２０Ｄと同じ位置に形成された他のホログラム機能の総合の位相と直交するように、露光で用いる参照光の位相を設定する。再生時には、当該位相変換機能部２０Ｄに、上記露光時に設定した位相の光が入射するように、位相変換機能部２０Ｄに対し光進行方向上流側の位相変換機能部２０Ｂによって位相変換を行う。なお、位相変換機能部２０Ｄと同じ位置に形成された他のホログラム機能は、位相変換機能部２０Ｄの場所によって変わる（即ち、均一ではない）。そのため、位相変換機能部２０Ｄは、全体として均一な位相変換機能を有するわけではなく、位置が重なった他のホログラム機能の総合による位相変換機能に応じて、保持すべき位相変換機能が変化する。

【0028】

図７（ｂ）には、反射ホログラム２０がさらに収束機能部２０Ｆを有する例を示す。即ち、図７（ｂ）に一点鎖線で示す、ある位相の平行光１１Ｈ、１２Ｈについて、収束機能部２０Ｆは、当該位相の平行光についてはユーザの眼の方向に収束させると予め露光により設定されており、そのため、収束機能部２０Ｆは、平行光１１Ｈを、ユーザの眼の方向に収束する収束光１１Ｊとし、平行光１２Ｈを、ユーザの眼の方向に収束する収束光１２Ｊとする。また、図７（ｂ）における位相変換機能部２０Ｄは、位相変換機能部２０Ｂおよび収束機能部２０Ｆと重なった部分を有する。このように位相変換機能部２０Ｄにおける「重なった部分」を露光する際には、当該位相変換機能部２０Ｄにおける「重なった部分」の位相と、位相変換機能部２０Ｂおよび収束機能部２０Ｆを重ねた際の位相とが直交するように、露光で用いる参照光の位相を設定する。再生時には、当該位相変換機能部２０Ｄにおける「重なった部分」に、上記露光時に設定した位相の光が入射するように、位相変換機能部２０Ｄに対し光進行方向上流側の位相変換機能部２０Ｂによって位相変換を行う。なお、図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）および図７（ｂ）において、各機能部が上下方向に重なった箇所には、当該機能部が重なって形成されていることは言うまでもない。

【0029】

実際の構成では、図８に示すレンズ基板２１の内部を伝搬する平行光同士の間隔Ｗは、ユーザの瞳の直径（１mm～２mm）以下が望ましいとされている。そのため、図８に示す光１２Ｂの進行方向とレンズ面法線方向との成す角度をΦ、光１２Ｃの進行方向とレンズ面法線方向との成す角度をθ、レンズ基板２１の厚みをｔとすると、上記の角度θは、以下の式（１）を満たすように設定される。
１mm～２mm≧tanΦ×ｔ＋tanθ×ｔ ・・・（１）

【0030】

（反射ホログラム２０の作成（露光）について）
ここで、反射ホログラム２０の作成（露光）について概説する。例えば図９に示すように、レンズ３２を介して形成される破線で示す波面（物体光）４５と、実線で示す波面（参照光）４１とによってホログラムを露光することで反射ホログラム２０が作成される。本実施形態では、図５（ａ）で説明したように互いに直交する位相の参照光で同じ場所にホログラムを重ねて形成するが、その手法を概説する。

【0031】

図９に示すように、参照光４１は、レーザ光４０を偏光ビームスプリッタ（Polarizing Beam Splitter（以下「ＰＢＳ」という））３０に照射し、ＰＢＳ３０によってＳＬＭ３１へ向けて反射した光の、ＳＬＭ３１からの反射光によって形成される。ここでＳＬＭ３１は、多重露光した際、収束光に反応するホログラムの位相とそれ以外の重なったホログラムの位相の総合とが直交するように設定された複数の領域（例えば領域Ａ～Ｄ）に分割され、ＳＬＭ３１における領域Ａ～ＤのそれぞれにおいてＰＢＳ３０からの光の位相を変調して、位相変調後の光を反射ホログラム２０へ向けて反射する。このＳＬＭ３１からの反射光、即ち、領域Ａ～Ｄにおける位相変調後の光（位相が互いに直交する光）が、参照光４１となる。なお、領域Ａ～Ｄにおける位相変調後の光の位相は、全て異なる位相であることに限定されるものではない。また、ＳＬＭ３１は、小さい画素が並べられた構成であるため、例えば、領域Ａに複数の画素が含まれており、領域Ａにおける全ての画素が同じ位相であってもよいし、異なる位相の画素が含まれていてもよい。

【0032】

上記のようにＳＬＭ３１の領域Ａ～Ｄによる位相変調後の光を参照光とする露光を行った後、例えば、ＳＬＭ３１およびＰＢＳ３０を矢印Ｐ方向へ１つの領域分だけスライドさせて、再度、ＳＬＭ３１の領域Ａ～Ｄによる位相変調後の光を参照光とする露光を行う。その後も、上記のスライドと露光を繰り返す。これにより、図１０に示すように、露光された反射ホログラム２０は、複数のホログラムが重なった構成となる。例えば、反射ホログラム２０における領域Ｑは、ＳＬＭ３１の領域Ａによる位相変調後の光を参照光とする露光が実行された領域ａ、ＳＬＭ３１の領域Ｂによる位相変調後の光を参照光とする露光が実行された領域ｂ、および、ＳＬＭ３１の領域Ｃによる位相変調後の光を参照光とする露光が実行された領域ｃが、重なった領域となる。図１０に示すホログラム２０Ｘの領域ｂで、実線で示す平行光の位相が、互いに直交する破線で示す平行光の位相に変調される。即ち、領域ｂのホログラムの位相と、領域ａおよびｃのホログラムを重ねた際の総合的な位相とが直交するように、領域ｂのホログラムで位相を変換する。即ち、位相変調後の破線で示す平行光が領域Ｑに入射したとき、当該入射した光が、領域Ｑにおける領域ｃのホログラムにも、領域ａのホログラムにも反応せずに、領域ｂのホログラムにのみ反応するように、反射ホログラム２０を作成（露光）する。以上のような露光により、前述した位相多重を実現する。なお、図８に示す平行光同士の間隔Ｗを１mm～２mm以下にするには、図１０に示すホログラムのずらし幅Ｓを１mm～２mm以下にすることが望ましい。

【0033】

以上説明した眼鏡型画像表示装置１により、平行光とされた画像光（基板内の伝搬光）を、位相が互いに直交する複数の光に変換することで、従来のように光の伝搬角度を変化させなくても、互いに干渉し合わない複数の光に分離することができ、Eyebox拡張のためにレンズ基板内を伝搬する光の伝搬角度を傾ける必要性およびレンズ基板に入射させる画像光の振り角を狭くする必要性を無くしつつ、ユーザの瞳孔内に、より多くの光を入射させることで、Eyeboxを拡張することができる。また、「方向変換機能部」、「位相変換機能部」、「収束機能部」のうち２つ以上を反射ホログラム２０における同じ箇所に形成することで、例えば、画像光を眼鏡のレンズ面にほぼ垂直に入射させる設計が可能となり、設計寸法などの面で余裕を持った実装が実現できる。

【0034】

また、図１４に示す従来の構成は反射ホログラムと透過ホログラムの両方を備えているが、上記の眼鏡型画像表示装置１は、従来の構成のように透過ホログラムを備える必要が無く、そのため、眼鏡のレンズ５０を従来よりも薄型化することができる。また、Eyebox拡張のためホログラムをずらす間隔（前述した図１０のずらし幅Ｓ）を狭くすれば、ユーザの瞳孔内に、より多くの光を入射させることができるため、画像光の光エネルギーを高いレベルに保持できるという利点もある。

【0035】

（第２の態様）
次に、第２の態様として、反射ホログラム２０における画像光の入射位置において、方向変換機能と位相変換機能の両方を実行する態様を説明する。

【0036】

図１１には、眼鏡のレンズ面上の反射ホログラム２０の２次元平面を示しており、四角形の領域２０Ｒは、画像出力部１０から出射された画像光が最初に入射する領域である。この領域２０Ｒは、入射した画像光を複数（例えば図１１では５つ）の光に分割して、図１１の矢印１３Ａ～１３Ｅの方向にそれぞれ反射するとともに、反射する複数の光において任意の１つの光の位相が、当該１つの光を除く他の光を総合した光の位相と直交する関係を持つように位相変調を行う機能を有する。なお、この機能は、重なる部分がずれている場合には、１つの光で作成されるホログラムと、それ以外の光で作成されるホログラムの重なっている部分とで、位相が直交する関係を持つように位相変調を行う機能である。

【0037】

かかる機能を実現するために、領域２０Ｒに、上記第１の態様で図９、図１０に基づき説明したＳＬＭを用いた露光によって、
(1)入射した画像光を矢印１３Ａの方向に反射するともに、当該反射光の位相が第１の位相となるように位相変調を行うホログラム、
(2)入射した画像光を矢印１３Ｂの方向に反射するともに、当該反射光の位相が第２の位相となるように位相変調を行うホログラム、
(3)入射した画像光を矢印１３Ｃの方向に反射するともに、当該反射光の位相が第３の位相となるように位相変調を行うホログラム、
(4)入射した画像光を矢印１３Ｄの方向に反射するともに、当該反射光の位相が第４の位相となるように位相変調を行うホログラム、および、
(5)入射した画像光を矢印１３Ｅの方向に反射するともに、当該反射光の位相が第５の位相となるように位相変調を行うホログラム
を重ねて形成する。ここで、上記(1)～(5)のホログラムのうち、任意の１つのホログラムの位相が、当該１つのホログラムを除く他のホログラムの位相の総合と直交する関係にある。このようにして、反射ホログラム２０における画像光の入射位置において、方向変換機能と位相変換機能の両方を実行する第２の態様を実現する。

【0038】

このように初期段階で方向変換機能と位相変換機能の両方を実行することで、例えば、反射ホログラム２０の２次元平面における左右方向に沿って、第１の態様よりも狭い範囲で、同様の機能を実現することが可能となる。なお、領域２０Ｒの形状は、四角形に限定されるものではなく、四角形以外の多角形、円形、楕円形など、任意の形状とすることができる。

【0039】

また、第２の態様は、ＳＬＭを用いた露光によって実現する例であるが、その変形例として、以下のように、露光時でなく再生時にＳＬＭを用いて実現してもよい。即ち、反射ホログラム２０における領域２０Ｒが、入射する画像光の位相に応じて反射方向を変換する方向変換機能のみを有するように作成（露光）しておき、画像出力部１０をＭＥＭＳスキャンディスプレイではなく、ＳＬＭにより構成する。そして、再生時に、ＳＬＭによる位相変調を高速に切り替える、即ち、反射ホログラム２０の領域２０Ｒへ入射する画像光の位相を高速に切り替えることにより、領域２０Ｒにおいて、画像光の位相に応じて図１１に示すように複数の方向に曲げて反射する。これにより、方向変換機能と位相変換機能の両方を実行することができる。

【0040】

（第３の態様）
次に、第３の態様として、反射ホログラム２０における画像光の入射位置に加え、レンズ基板２１の内部の反射位置においても、方向変換機能および位相変換機能を実行する態様を説明する。

【0041】

即ち、第３の態様では、図１２における領域２０Ｒを、図１１の領域２０Ｒと同様に形成するとともに、さらに、レンズ基板の内部の反射位置においても、方向変換機能および位相変換機能を実行するホログラムを、第１の態様のように形成する。例えば、領域２０Ｒに、上記第１の態様で図９、図１０に基づき説明したＳＬＭを用いた露光によって、
(1)入射した画像光を矢印１４Ａの方向に反射するともに、当該反射光の位相が第１の位相となるように位相変調を行うホログラム、
(2)入射した画像光を矢印１４Ｂの方向に反射するともに、当該反射光の位相が第２の位相となるように位相変調を行うホログラム、および、
(3)入射した画像光を矢印１４Ｃの方向に反射するともに、当該反射光の位相が第３の位相となるように位相変調を行うホログラム
を重ねて形成する。ここで、上記(1)～(3)のホログラムのうち、任意の１つのホログラムの位相が、当該１つのホログラムを除く他のホログラムの位相の総合と直交する関係にある。さらに、矢印１４Ａの方向に反射した光の次の反射位置に、
(4)伝搬光を矢印１４Ｄの方向に反射するともに、当該反射光の位相が第４の位相となるように位相変調を行うホログラム
を形成し、矢印１４Ｄの方向に反射した光の次の反射位置に、
(5)伝搬光を矢印１４Ｅの方向に反射するともに、当該反射光の位相が第５の位相となるように位相変調を行うホログラム
を形成する。なお、上記(4)、(5)のホログラムのそれぞれについても、当該ホログラムの位相が、位置の重なった他のホログラムの位相の総合と直交するように設定されることは言うまでもない。

【0042】

このようにして、反射ホログラム２０における画像光の入射位置に加え、レンズ基板内の反射位置においても、方向変換機能および位相変換機能を実行する第３の態様を実現する。このように方向変換機能および位相変換機能を実行する場所を増やすことで、２次元平面のほぼ全体に光を伝搬させることが可能となる。また、設計寸法などの面で、より余裕を持った実装を実現することが可能となる。

【0043】

（その他）
以上、本開示の一実施形態に係る眼鏡型画像表示装置について説明したが、上記の構成に限定されず、適宜変更することができる。ユーザ向けに表示させる画像は、動画像（映像）であっても静止画像であってもよい。

【0044】

また、眼鏡型画像表示装置に設けられる光学部品の数、配置等は、少なくとも上記実施形態で説明した構成を満たしていればよく、上記実施形態で説明した光学部品とは異なる光学部品が光路内に設けられていてもよい。

【0045】

例えば、眼鏡型画像表示装置１における制御部１０Ｃは、コンピュータとして機能してもよい。図１３は、制御部１０Ｃのハードウェア構成の一例を示す図である。上述の制御部１０Ｃは、物理的には、プロセッサ１００１、メモリ１００２、ストレージ１００３、通信装置１００４、入力装置１００５、出力装置１００６、及びバス１００７などを含むコンピュータ装置として構成されてもよい。制御部１０Ｃにおける各機能は、プロセッサ１００１、メモリ１００２などのハードウェア上に所定のソフトウェア（プログラム）を読み込ませることで、プロセッサ１００１が演算を行い、通信装置１００４による通信、メモリ１００２及びストレージ１００３におけるデータの読み出し及び／又は書き込みを制御することで実現される。

【0046】

以上、本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更された態様として実施することができる。したがって、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。

【0047】

本明細書で説明した各態様／実施形態の処理手順などは、矛盾の無い限り、順序を入れ替えてもよい。例えば、本明細書で説明した方法については、例示的な順序で様々なステップの要素を提示しており、提示した特定の順序に限定されない。

【0048】

入出力された情報等は特定の場所（例えば、メモリ）に保存されてもよいし、管理テーブルで管理されてもよい。入出力される情報等は、上書き、更新、又は追記され得る。出力された情報等は削除されてもよい。入力された情報等は他の装置へ送信されてもよい。

【0049】

本明細書で説明した各態様／実施形態は単独で用いられてもよいし、組み合わせて用いられてもよいし、実行に伴って切り替えて用いられてもよい。また、所定の情報の通知（例えば、「Ｘであること」の通知）は、明示的に行うものに限られず、暗黙的（例えば、当該所定の情報の通知を行わない）によって行われてもよい。

【0050】

なお、本明細書で説明した用語及び／又は本明細書の理解に必要な用語については、同一の又は類似する意味を有する用語と置き換えてもよい。

【0051】

また、本明細書で説明した情報、パラメータなどは、絶対値で表されてもよいし、所定の値からの相対値で表されてもよいし、対応する別の情報で表されてもよい。

【0052】

上述したパラメータに使用される名称はいかなる点においても限定的なものではない。さらに、これらのパラメータを使用する数式等は、本明細書で明示的に開示したものと異なる場合もある。

【0053】

本明細書で使用する「に基づいて」という記載は、別段に明記されていない限り、「のみに基づいて」を意味しない。言い換えれば、「に基づいて」という記載は、「のみに基づいて」と「に少なくとも基づいて」との両方を意味する。

【0054】

本明細書で使用する「第１」、「第２」などの呼称を使用した要素へのいかなる参照も、それらの要素の量又は順序を全般的に限定するものではない。これらの呼称は、２つ以上の要素間を区別する便利な方法として本明細書で使用され得る。したがって、第１及び第２の要素への参照は、２つの要素のみがそこで採用され得ること、又は何らかの形で第１の要素が第２の要素に先行しなければならないことを意味しない。

【0055】

「含む（including）」、「含んでいる（comprising）」、及びそれらの変形が、本明細書あるいは特許請求の範囲で使用されている限り、これら用語は、用語「備える」と同様に、包括的であることが意図される。さらに、本明細書あるいは特許請求の範囲において使用されている用語「又は（or）」は、排他的論理和ではないことが意図される。

【0056】

本明細書において、文脈又は技術的に明らかに１つのみしか存在しない装置であることが示されていなければ、複数の装置をも含むものとする。

【符号の説明】

【0057】

１…眼鏡型画像表示装置、１０…画像出力部、１０Ａ…コンテンツ蓄積部、１０Ｂ…光出力部、１０Ｃ…制御部、１１、１２…画像光、２０…反射ホログラム（光学系素子）、２０Ａ…方向変換機能部、２０Ｂ、２０Ｄ…位相変換機能部、２０Ｃ、２０Ｅ、２０Ｆ…収束機能部、２０Ｒ…領域、２０Ｘ…ホログラム、２１…レンズ基板、３２…レンズ、４０…レーザ光、４１…参照光、５０…レンズ、５１…ブリッジ、５２…テンプル、１００１…プロセッサ、１００２…メモリ、１００３…ストレージ、１００４…通信装置、１００５…入力装置、１００６…出力装置、１００７…バス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】