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WO2020095856A1 - 映像投射システム、映像投射装置、映像表示光回折用光学素子及び映像投射方法 - Google Patents

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

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WO2020095856A1
WO2020095856A1 PCT/JP2019/043147 JP2019043147W WO2020095856A1 WO 2020095856 A1 WO2020095856 A1 WO 2020095856A1 JP 2019043147 W JP2019043147 W JP 2019043147W WO 2020095856 A1 WO2020095856 A1 WO 2020095856A1
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WO
WIPO (PCT)
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optical element
image display
image
light
display light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2019/043147
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正則 岩崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to DE112019005523.2T priority Critical patent/DE112019005523T5/de
Priority to CN201980071400.2A priority patent/CN112955808B/zh
Priority to CN202311300961.XA priority patent/CN117420684A/zh
Priority to US17/288,732 priority patent/US20210397003A1/en
Publication of WO2020095856A1 publication Critical patent/WO2020095856A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
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    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0187—Display position adjusting means not related to the information to be displayed slaved to motion of at least a part of the body of the user, e.g. head, eye

Definitions

  • the present technology relates to an image projection system, an image projection device, an optical element for diffracting image display light, and an image projection method. More specifically, the present technology is directed to a video projection system including a projection optical system that projects video display light on an eyeball and an optical element that focuses the video display light near a pupil and reaches a retina, and the video projection system.
  • the present invention relates to each of the elements configuring the above and a video projection method in the video projection system.
  • the technology is also called augmented reality (AR) technology.
  • AR augmented reality
  • One of the products using this technology is a head mounted display.
  • the head mounted display is used by being mounted on the user's head.
  • the light from the head mounted display reaches the user's eyes in addition to the light from the outside world, so that the image by the light from the display is superimposed on the image of the outside world. The user recognizes that
  • Patent Document 1 discloses a beam scanning display device that displays an image by scanning a beam on the retina of a user.
  • the beam scanning display device includes a housing that houses a light source that outputs a beam that draws each pixel that forms an image, and a scanning unit that scans the beam from the light source in a two-dimensional direction, and the scanning unit. It is characterized by comprising a contact lens separate from the housing, the contact lens having a deflecting unit for deflecting the focused beam in a direction toward a retina of an eye of a user wearing the housing.
  • the head-mounted display that projects the image directly on the retina focuses the image display light near the pupil to reach the retina. Therefore, when the user rotates the eyeball by changing the line of sight, the image display light may not pass through the pupil and may not reach the retina. Therefore, the main purpose of the present technology is to provide a technology for recognizing an image without being affected by the position of the pupil.
  • the present technology includes a video projection device that includes a projection optical system that projects video display light onto the eyeball, and an optical element that condenses the video display light near the pupil and reaches the retina.
  • a video projection system used in a state where a positional relationship with an eyeball is fixed.
  • a chief ray of the image display light incident on the optical element may be substantially parallel to an optical axis.
  • the optical element may be used in contact with the surface of the eyeball.
  • the image projection system may be used with the positional relationship between the optical element and the pupil fixed.
  • the optical element may be used without contacting the surface of the eyeball.
  • the optical element may have a curved surface, and the center of curvature of the curved surface and the center of curvature of the curved surface of the eyeball surface may be substantially concentric.
  • the optical element may be a holographic optical element.
  • the projection optical system may include a two-dimensional array display element, and the two-dimensional array display element may form the image display light.
  • the projection optical system may include a scanning mirror, and the scanning mirror may form the image display light.
  • the projection optical system may include a partial multiplexing member, and the partial multiplexing member may reflect or diffract the image display light to reach the optical element.
  • the optical element has a holographic optical element layer, and the holographic optical element layer is configured to collect the image display light incident on the optical element near a pupil. Can be diffracted.
  • the optical element further has a 0th-order light reflection layer, and the optical element is formed by laminating the holographic optical element layer and the 0th-order light reflection layer in this order from the outside.
  • the 0th-order light reflection layer can reflect the 0th-order light that has passed through the holographic optical element layer so as to travel in a direction other than the eyeball.
  • the holographic optical element layer is composed of a plurality of layers, and the plurality of layers can diffract lights of different wavelengths.
  • the optical element includes a first holographic optical element layer and a second holographic optical element layer, and the optical element includes the first holographic optical element from the outside.
  • the first holographic optical element layer transmits the image display light
  • the second holographic optical element layer is the The transmitted image display light may be reflected
  • the first holographic optical element layer may diffract the reflected image display light so that the reflected image display light is condensed near the pupil.
  • the optical element further includes a 0th-order light reflection layer, and the optical element includes the first holographic optical element layer and the second holographic optical element from the outside world side.
  • the first and / or second holographic optical element layers are composed of a plurality of layers, and the plurality of layers can diffract lights having different wavelengths.
  • the projection optical system includes a light selection element, and the light selection element can separate and remove an unnecessary wavelength component from the image display light.
  • the optical element has a holographic optical element layer, the holographic optical element layer, the image display light incident on the optical element to the front side or the back side of the pupil. Can be diffracted to focus.
  • an eyeball position detecting device that detects the position of the eyeball with respect to the optical element, and a light ray group that reaches the retina based on the detection result of the eyeball position detecting device is specified.
  • a control unit that controls the projection optical system so that the image display light is configured by a group.
  • the present technology includes a projection optical system that projects image display light onto the eyeball, is used in combination with an optical element that condenses the image display light near the pupil and reaches the retina, and There is also provided a video projection device in which the positional relationship between the optical element and the eyeball is fixed when used in combination.
  • the present technology is used in combination with a video projection device including a projection optical system that projects video display light onto the eyeball, and in the use of the combination, the positional relationship with the eyeball is fixed, and There is also provided an optical element for diffracting image display light, which focuses the image display light near the pupil and reaches the retina.
  • the present technique is a projection step of projecting image display light from an image projection device toward an eyeball, and a collection step of collecting the image display light projected in the projection step by an optical element near the pupil and reaching the retina.
  • a video projection method including a light process, wherein the projection process and the light collection process are performed in a state where the positional relationship between the optical element and the eyeball is fixed.
  • First embodiment video projection system
  • First example of the first embodiment video projection system
  • Second example of first embodiment video projection system
  • Third Example of First Embodiment Configuration Example of Image Projection Device
  • Fourth Example of First Embodiment Configuration Example of Optical Element
  • Fifth Example of First Embodiment Configuration Example of Optical Element
  • Sixth Example of First Embodiment Configuration Example of Video Projecting Device
  • Second embodiment video projection device
  • Third embodiment optical element for diffracting image display light
  • Fourth embodiment image projection method
  • Modification video projection system
  • a video projection system includes a video projection device having a projection optical system and an optical element.
  • the projection optical system projects image display light toward the optical element provided in front of the eyeball. Since the optical element of the present technology is used in a state where the positional relationship with the eyeball is fixed, even if the position of the eyeball with respect to the projection optical system moves, it can be condensed near the pupil and the displayable visual field is wide. Become.
  • the projection optical system may include a two-dimensional array display element.
  • the two-dimensional array display element can form the image display light from the illumination light emitted from the light source.
  • the two-dimensional array display element may be, for example, an LCD, LCOS, or OLED.
  • the projection optical system may include a scanning mirror.
  • the scanning mirror can scan the laser light emitted from the light source so that the laser light reaches the optical element.
  • An image may be formed as a result of the scanning.
  • the scanning mirror may be, for example, a MEMS mirror.
  • the optical element may be used while being in contact with the surface of the eyeball.
  • the optical element may be used in a state where the positional relationship with the pupil is fixed.
  • the optical element may be, for example, a contact lens-like optical element made of the same material as a contact lens, and more particularly a contact lens-like holographic optical element. Since the optical element is a contact lens-like optical element, a field of view for recognizing an image by the image display light can be expanded, and can be set to, for example, 60 degrees or more. Further, since the optical element is a contact lens-like optical element, the eye box (that is, the spatial region around the eyeball where the image displayed by the image display light can be recognized) can be easily enlarged.
  • the optical element may be used without contacting the surface of the eyeball.
  • the distance between the eyeball surface and the eyeball side surface of the optical element may be 20 mm or less. The distance may be greater than or equal to 12 mm, for example, to prevent the user's eyelashes from contacting the optical element when worn.
  • the projection optical system includes a two-dimensional array display element.
  • An example of a video projection system according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 1A is a schematic diagram showing an example of a video projection system 100 according to the present technology.
  • FIG. 1B is an enlarged view of the area A in FIG. Note that FIG. 1 schematically shows the chief ray and the marginal ray emitted from the projection optical system 110.
  • the video projection system 100 includes a video projection device 101 and an optical element 120. Since the image projection system 100 is used in a state where the positional relationship between the optical element 120 and the eyeball 130 is fixed, even if the eyeball 130 rotates, the distance between the optical element 120 and the rotation center of the eyeball 130 does not change. .. Therefore, it is not necessary to adjust the image display light according to the movement of the eyeball, and it is not necessary to provide an eye tracking device.
  • the image projection apparatus 101 includes a projection optical system 110, and the projection optical system 110 includes a two-dimensional array display element 111, a first lens 112 and a second lens 113.
  • the two-dimensional array display element 111 forms image display light from, for example, illumination light emitted from a light source (not shown).
  • An imaging system and a color separation / combination system may be provided on the optical path between the light source and the two-dimensional array display element 111, for example.
  • the layout of these components can be appropriately designed by those skilled in the art.
  • the two-dimensional array display element 111 may be, for example, an LCD, LCOS or OLED.
  • the emission of the image display light by the two-dimensional array display element 111 can be controlled by, for example, a control unit (not shown). That is, the image projection device 101 may include a control unit (not shown) that controls the emission of the image display light by the two-dimensional array display element 111.
  • the control unit can include, for example, a CPU (Central Processing Unit) and a RAM. Any processor may be used as the CPU.
  • the RAM includes, for example, a cache memory and a main memory, and can temporarily store a program used by the CPU.
  • the image projection device 101 may further include various components used for controlling an image display element such as a disc, a communication device, and a drive.
  • the communication device can acquire a program and / or image data for controlling the image display device from a network, for example.
  • the drive can read a program and / or image data recorded in a recording medium such as a microSD memory card and an SD memory card, and output the program and / or image data to a RAM.
  • Scanning mirrors have been often used in the image presentation method (also referred to as Maxwell's image presentation) in which the image display light is condensed near the pupil and reaches the retina.
  • a scanning mirror it is required to use laser light as a light source.
  • the range of selection of light sources is widened.
  • the laser light is scanned by the scanning mirror, it is difficult to widen the display angle of view, and if the number of pixels is increased, the display time per pixel may be shortened and display driving may be difficult. According to the two-dimensional array display element, even when the viewing angle is wide, the number of pixels can be easily increased by increasing the number of pixels of the display element.
  • the first lens 112 and the second lens 113 are provided between the two-dimensional array display element 111 and the optical element 120. As shown in FIG. 1A, the image display light projected from the two-dimensional array display element 111 is refracted by the first lens 112, further refracted by the second lens 113, and enters the optical element 120. ..
  • the image projection system 100 is configured such that the image display light refracted by the second lens 113 is focused at P1 to P3 immediately before the optical element 120.
  • the image display light refracted by the second lens 113 is focused at P1 to P3 immediately before the optical element 120.
  • the image display light By focusing the image display light in front of the optical element 120, it is possible to prevent the peripheral light rays from being eclipsed by the pupil, and the peripheral light rays can be sufficiently incident on the pupil. Is condensed near the pupil, a bright image can be projected on the retina 132.
  • the distance between the focal point and the optical element 120 can be set according to the amount of peripheral rays that are desired to be incident on the pupil.
  • the chief ray of the image display light that enters the optical element 120 preferably has an orientation such that the image display light can be condensed near the pupil after entering the optical element 120, and more preferably. Can be substantially parallel to the optical axis. That is, in the present embodiment, the chief ray of the image display light preferably reaches the optical element 120 as a telecentric ray.
  • the projection optical system 110 may be configured to cause the image display light whose chief ray is substantially parallel to the optical axis to enter the optical element 120. As shown in FIG. 2, since the chief ray of the image display light is substantially parallel to the optical axis, the image display light is condensed near the pupil even when the positions of the optical element 120 and the eyeball 130 are changed. It becomes possible.
  • the image display light is emitted near the pupil. It can be focused and guided to the retina 132. If the chief ray of the image display light is substantially parallel to the optical axis, the angle and position of the chief ray of the image display light incident on the optical element 120 even if the positions of the optical element 120 and the eyeball 130 change. Is always the same. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent the resolution of the central part of the visual field recognized by the user from changing even if the eyeball 130 is moved.
  • the projection optical system 110 may be configured such that the image display light is condensed near the pupil and reaches the retina 132. That is, the image display light can be projected on the retina 132 by so-called Maxwell's view.
  • the image display light projected from the projection optical system 110 is diffracted by the optical element 120.
  • the diffracted image display light is condensed near the pupil and reaches the retina 132.
  • one dot (minimum display unit) in the displayed image passes through one point on the crystalline lens 131, so that the image of one dot on the retina is less affected by the state of the crystalline lens 131.
  • the image display light may be condensed in the vicinity of the pupil, for example, may be condensed on the pupil or in the optical axis direction from several mm to several tens of mm from the pupil (for example, 1 mm to 20 mm, particularly, 2 mm to 15 mm) may be offset. As in the latter case, Maxwell's vision can be realized even if the focus is not on the pupil. By shifting the focus in the optical axis direction, it is possible to prevent the user from losing the image even if the image is displaced. More specifically, the image display light may be condensed on the pupil, inside the lens 131, or between the corneal surface and the pupil.
  • the chief ray of the image display light may be divergent or converged, provided that the image display light is condensed near the pupil.
  • Such diverging or converging chief rays are included in the “substantially parallel” chief rays in the present technology.
  • chief rays that are slightly divergent or convergent due to manufacturing tolerances are included in "substantially parallel" chief rays.
  • the image display light refracted by the second lens 113 may be divergent as shown in FIG. 3 or may be converged as shown in FIG.
  • the difference ⁇ 1 between the maximum angle and the minimum angle with respect to the optical axis is preferably 5 degrees or less, 4 degrees or less, 3 degrees or less, 2 degrees or less, or 1 degree or less.
  • the difference ⁇ 2 between the maximum angle and the minimum angle with respect to the optical axis is 5 degrees or less, 4 degrees or less, 3 degrees or less, 2 degrees or less, or 1 degree or less. More preferable.
  • the optical element 120 focuses the image display light near the pupil and makes it reach the retina 132.
  • the optical element 120 is used in a state where the positional relationship with the eyeball 130 is fixed.
  • the optical element 120 is provided, for example, in contact with the eyeball 130 and can be used in a state where the positional relationship between the optical element 120 and the pupil is fixed.
  • the optical element 120 may have a curved surface, and the center of curvature of the curved surface and the center of rotation of the eyeball 130 may be concentric. Since the positional relationship between the optical element 120 and the pupil is fixed, even when the eyeball 130 rotates and the position of the pupil changes, the image display light refracted by the lens 113 can be condensed near the pupil. ..
  • the optical element 120 is, for example, a contact lens-like optical element, and preferably a contact lens-like holographic optical element. Since the optical element 120 is a contact lens-like optical element, it is possible to expand a field of view in which an image can be recognized by the image display light, for example, 60 degrees or more, and particularly 100 degrees or more. You can Further, since the optical element 120 is a contact lens-like optical element, the eye box (that is, the spatial region around the eyeball where the image displayed by the image display light can be recognized) can be easily enlarged.
  • the holographic optical element layer may be manufactured by a technique known in the art, and may be imparted with desired optical properties by a technique known in the art.
  • a holographic optical element manufactured so that the image display light projected from the projection optical system 110 is condensed near the pupil may be used as it is as the optical element 120, or is generally used as a material for a contact lens.
  • One or two or more of the holographic optical element layers may be formed inside the protective layer made of the material to be used as the optical element 120.
  • a photopolymer layer is formed on the surface of a commercially available contact lens or inside a protective layer made of a material generally used as a material for a contact lens, and the photopolymer layer is projected from the projection optical system 110.
  • a hologram may be formed so as to focus the image display light near the pupil and used as the optical element 120.
  • a relief type diffractive optical element generally called DOE may be used as the optical element 120.
  • an image projected from the projection optical system 110 by forming an uneven surface using an imprint method or the like on the surface of a commercially available contact lens or inside a protective layer made of a material generally used as a material for a contact lens.
  • An embossed hologram in which interference fringes that condense the display light near the pupil are formed may be used as the optical element 120.
  • the optical element 120 may have a function as a contact lens (for example, a vision correction function), or may not have the function.
  • the projection optical system includes a scanning mirror.
  • An example of the image projection system in this embodiment will be described with reference to FIGS. Since the description of (2) above applies to the optical element, the description below is omitted.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a video projection system 200 according to the present technology.
  • the video projection system 200 includes a video projection device 201 and an optical element 220.
  • the image projection device 201 includes a projection optical system 210, and the projection optical system 210 includes a light source 211, a scanning mirror 212, and a lens 213.
  • the light source 211 emits a light beam toward the scanning mirror 212.
  • an LED or LD may be used as the light source 211.
  • the light source 211 can be output as a single light flux including, for example, red, green, and blue laser light.
  • the scanning mirror 212 can two-dimensionally scan the laser light emitted from the light source 211 so that the laser light reaches the optical element 220.
  • a MEMS mirror may be used as the scanning mirror 212.
  • the scanning mirror 212 can move the direction of the laser light at high speed so that an image is formed on the retina 232.
  • the emission of the image display light from the light source 211 can be controlled by, for example, a control unit (not shown). That is, the image projection device 201 may include a control unit (not shown) that controls the emission of the image display light by the light source 211. Further, the control unit can control driving of the scanning mirror 212. For example, the control unit can change the scanning swing angle of the scanning mirror 212.
  • the control unit can include, for example, a CPU (Central Processing Unit) and a RAM. Any processor may be used as the CPU.
  • the RAM includes, for example, a cache memory and a main memory, and can temporarily store a program used by the CPU.
  • the image projection device 201 may further include various components used for controlling an image display element such as a disc, a communication device, and a drive.
  • the communication device can acquire a program and / or image data for controlling the image display device from a network, for example.
  • the drive can read a program and / or image data recorded in a recording medium such as a microSD memory card and an SD memory card, and output the program and / or image data to a RAM.
  • the lens 213 is provided between the light source 211 and the optical element 220. As shown in FIG. 5, the image display light projected from the light source 211 is refracted by the lens 213 and enters the optical element 220.
  • the chief ray of the image display light that enters the optical element 220 preferably has an orientation such that the image display light can be condensed near the pupil after entering the optical element 220, and more preferably. Can be substantially parallel to the optical axis. That is, in the present embodiment, the chief ray of the image display light preferably reaches the optical element 220 as a telecentric ray.
  • the projection optical system 210 may be configured to make the image display light whose chief ray is substantially parallel to the optical axis enter the optical element 220. As described with reference to FIG.
  • the image display light can be condensed near the pupil. Further, in the present embodiment, since the image display light is projected on the retina 232 by so-called Maxwell's vision, the effect by Maxwell's vision described in the above (2) is similarly exhibited.
  • the chief ray of the image display light may be divergent or converged, provided that the image display light is condensed near the pupil.
  • the image display light refracted by the lens 213 may be divergent as shown in FIG. 6 or may be converged as shown in FIG.
  • the difference ⁇ 3 between the maximum angle and the minimum angle with respect to the optical axis is preferably 5 degrees or less, 4 degrees or less, 3 degrees or less, 2 degrees or less, or 1 degree or less.
  • the difference ⁇ 4 between the maximum angle and the minimum angle with respect to the optical axis is 5 degrees or less, 4 degrees or less, 3 degrees or less, 2 degrees or less, or 1 degree or less. More preferable.
  • FIGS. 8 to 15 An example of the configuration of the video projection device will be shown with reference to FIGS. 8 to 15.
  • the image display light can be guided to the retina without blocking the front field of view, and the image projection system is a so-called see-through type. You can
  • the image projection device 301 may be configured to project the chief ray of the image display light onto the eyeball 330 from an oblique direction.
  • the angle at which the image display light is projected can be appropriately set by those skilled in the art within a range that does not block the user's line-of-sight direction, provided that the image display light is condensed near the pupil.
  • the image projection device 301 can be provided beside the face or above the eyes (for example, near the forehead). According to this configuration, since there is no optical component in front of the eyeball 330, it is possible to realize a visual field close to that of the naked eye.
  • the image projection device 301 may include a reflection mirror 314.
  • the image projection device 301 may be configured to reflect the image display light emitted from the projection optical system 310 by the reflection mirror 314 and project it obliquely onto the eyeball 330. According to this configuration, since there is no optical component in front of the eyeball 330, it is possible to realize a field of view close to the state of the naked eye, and further it is possible to make the image projection device 301 more compact than that in FIG.
  • the image projection device 301 may include a light guide plate 315, a first hologram 316a, and a second hologram 316b.
  • the image projection device 301 diffracts the image display light emitted from the projection optical system 310 by the first hologram 316a, totally reflects the inside of the light guide plate 315, and diffracts it by the second hologram 316b. It can be configured to project the chief ray from the front of the pupil.
  • the light guide plate 315 may be formed of a material for a light guide plate known in the art, for example, an acrylic resin (such as PMMA), a cycloolefin resin (such as COP), or a polycarbonate resin. ..
  • first hologram 316a and the second hologram 316b may be holographic optical elements, for example.
  • the first hologram 316a and the second hologram 316b are provided on the back side of the light guide plate 315 as viewed from the eyeball 330 in FIG. 10, the first hologram 316a and the second hologram 316a are provided on the front side of the light guide plate 315.
  • the hologram 316b may be provided.
  • the image projection device 301 may include a reflective holographic optical element 317 in front of the eyeball 330.
  • the image projection device 301 may be configured to reflect the image display light emitted from the projection optical system 310 by the reflective holographic optical element 317 and project it on the eyeball 330.
  • the reflective holographic optical element 317 may be a reflective holographic optical element known in the art.
  • the image projection device 401 may include a partial multiplexing member 414.
  • a partial multiplexing member 414 for example, a half mirror may be used.
  • the partial multiplexing member 414 may have a property of reflecting or diffracting the image display light emitted from the projection optical system 410 to reach the optical element 420 and transmitting light from the outside. According to the partial multiplexing member 414, the image display light can reach the retina 432 without interrupting the external scene, so that the external scene and the image display light can be superimposed.
  • the partial multiplexing member 414 is not limited to the case where the two-dimensional array display element 411 forms the image display light, and forms the image display light by the light source 511 and the scanning mirror 512 as shown in FIGS. 14 and 15. It can be used as well.
  • the optical element may be used without contacting the surface of the eyeball.
  • An example of the image projection system in this embodiment will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • the optical element 620 can be used, for example, in a state where the distance between the surface of the eyeball 630 and the side surface of the eyeball of the optical element 620 is, for example, 20 mm or less, and preferably 18 mm or less.
  • the distance may be, for example, 12 mm or more, preferably 14 mm or more, for example, in order to prevent the user's eyelashes from coming into contact with the optical element during wearing.
  • the optical element 620 may have a curved surface.
  • the center of curvature of the curved surface and the center of curvature of the surface of the eyeball 630 are preferably substantially concentric. Furthermore, it is more preferable that the center of curvature of the curved surface and the center of rotation of the eyeball 630 are substantially concentric. According to this configuration, even if the eyeball 630 rotates, the optical element 620 can guide the image display light to the pupil, so that the field of view can be widened.
  • the center of curvature of the curved surface of the optical element 620 and the center of curvature of the surface of the eyeball 630 may be slightly displaced on condition that the image display light is condensed near the pupil.
  • the slight deviation is also included in “substantially concentric” in the present technology. For example, even if the center of curvature of the curved surface of the optical element 620 and the center of curvature of the surface of the eyeball 630 are slightly deviated due to manufacturing tolerances of the optical element 620, they are included in “substantially concentric”.
  • the viewing angle achieved by the example of the image projection system according to the present embodiment was tested as follows.
  • a two-dimensional array display element 611 that constitutes the image projection system 600-1, a first lens 612 (focal length 75 mm), a second lens 613 (focal length 75 mm), and an optical
  • the element 620 and the element 620 are provided in front of the eyeball 630 so as to form a 4f optical system.
  • the image projection system 600-1 is configured so that the image display light from the light source 611 reaches the optical element 620 substantially in parallel to the optical axis.
  • the optical element 620 is composed of a reflective holographic optical element having a two-layer structure.
  • the reflection-type holographic optical element having the two-layer structure is arranged such that the holographic optical element on the eyeball side makes image display light incident from the front direction of the eyeball 630 (that is, 0 degrees with respect to the optical axis) in the vertical direction (that is, , .
  • the holographic optical element on the external side reflects the reflected image display light in the vertical direction (that is, 0 degree with respect to the incident direction) with NA 0.78. there were.
  • the image projection system 600-1 can obtain a viewing angle of 102.5 degrees. As described above, the image projection system according to the present embodiment can obtain a wide viewing angle.
  • FIG. 600-2 Another example of the image projection system 600-2 is shown in FIG. After the second lens 613 in the above example, a half mirror 614 is provided with a tilt of 45 degrees with respect to the first lens 612 and the second lens 613, and an optical element 620 is provided with respect to the two-dimensional array display element 611. I installed it at an angle. In this example, when the optical element 620 having the same configuration as the above example was used, a viewing angle of 102.5 degrees could be obtained without blocking the visual field in the front direction. As described above, the image projection system according to the present embodiment can obtain a wide viewing angle.
  • FIG. 20 shows still another example of the image projection system 600-3.
  • the two-dimensional array display element 611 in the above example is provided with a tilt of 55 degrees with respect to the first lens 612 and the second lens 613, and the half mirror 614 is provided after the second lens 613 and the first lens 612 and the second lens 613.
  • the optical element 620 is provided so as to be inclined by 53 degrees with respect to the second lens 613, and is provided so as to be parallel to the half mirror 614 (that is, is inclined by 53 degrees with respect to the first lens 612 and the second lens 613). ..
  • a viewing angle of 102.5 degrees could be obtained without blocking the visual field in the front direction.
  • the image projection system according to the present embodiment can obtain a wide viewing angle.
  • a light source 615 that constitutes the image projection system 600-4, a MEMS mirror 616, a lens 617, and an optical element 620 are provided in front of the eyeball 630.
  • the image projection system 600-4 is configured so that the image display light from the light source 615 reaches the optical element 620 substantially parallel to the optical axis.
  • a viewing angle of 102.5 degrees could be obtained.
  • the image projection system according to the present embodiment can obtain a wide viewing angle.
  • a light source 615, a MEMS mirror 616, and a lens 617, which form the image projection system 600-5, are provided at an angle of 60 degrees from the front direction of the eyeball 630, and The element 620 was provided in front of the eyeball 630.
  • the image projection system 600-5 is configured so that the image display light from the light source 615 reaches the optical element 620 substantially in parallel to the optical axis.
  • the optical element 620 is composed of a reflective holographic optical element having a two-layer structure.
  • the reflection-type holographic optical element having the two-layer structure is configured such that the holographic optical element on the eyeball side makes image display light incident obliquely at an angle of 60 degrees with respect to the front direction of the eyeball 630 in the vertical direction (that is, with respect to the incident direction).
  • the holographic optical element on the external side reflects the reflected image display light in the vertical direction (that is, 0 degree with respect to the incident direction) with NA 0.78.
  • the optical element may have one or more optical element layers.
  • An example of the optical element in this embodiment will be described with reference to FIGS. 23 to 27. 23 to 27, the light rays shown by the solid lines are the incident light rays and the outgoing light rays, and the light rays shown by the dotted lines are the 0th order light.
  • the optical element 720 may include a holographic optical element layer 721.
  • the holographic optical element layer 721 can diffract the image display light that has entered the optical element 720 so as to be condensed near the pupil.
  • the optical element 720 may have protective layers 722a and 722b on the outside world side and the eyeball side, respectively.
  • the optical element 720 may further include a 0th-order light reflection layer 723.
  • the optical element 720 may be formed by stacking the holographic optical element layer 721 and the 0th-order light reflection layer 723 in this order from the outside.
  • the 0th-order light reflection layer 723 can reflect the 0th-order light that has passed through the holographic optical element layer 721 so as to travel in a direction other than the eyeball. With this configuration, the image display light can reach the eyeball 730 without being affected by the 0th-order light, and thus the image can be clearly recognized.
  • the holographic optical element layer 721 may have, for example, three holograms for diffracting red, green, and blue light multiplexed on one layer, or may be composed of a plurality of layers.
  • the plurality of layers may be configured to diffract light having different wavelengths.
  • the diffraction efficiency of the image display light can be improved.
  • 25A to 25C show an example in which the holographic optical element layer 721 is composed of a plurality of layers. For example, as shown in FIG. 25A, one layer may be provided in the holographic optical element layer 721 for each wavelength to be diffracted.
  • a layer 721a that diffracts a red wavelength, a layer 721b that diffracts a green wavelength, and a layer 721c that diffracts a blue wavelength can be stacked in this order from the outside.
  • a hologram for diffracting light of a plurality of wavelengths may be multiply formed in one layer forming the holographic optical element layer 721.
  • a layer 721d that diffracts red and blue wavelengths and a layer 721e that diffracts green wavelengths may be stacked in this order from the outside, or FIG.
  • a layer 721f that diffracts the green wavelength from the outside and a layer 721g that diffracts the red and blue wavelengths may be stacked in this order.
  • the optical element 720 may include a first holographic optical element layer 724 and a second holographic optical element layer 725.
  • the optical element 720 may include a first holographic optical element layer 724 and a second holographic optical element layer 725 stacked in that order from the outside.
  • the first holographic optical element layer 724 transmits the image display light incident on the optical element 720
  • the second holographic optical element layer 725 reflects the transmitted image display light
  • the element layer 724 can diffract the reflected image display light so as to be condensed near the pupil.
  • the optical element 720 may have the protective layers 722a and 722b on the external side and the eyeball side, respectively.
  • the optical element 720 may further include a 0th-order light reflection layer 726.
  • the optical element 720 may include a first holographic optical element layer 724, a second holographic optical element layer 725, and a zero-order light reflection layer 726 stacked in that order from the outside.
  • the 0th-order light reflection layer 726 may reflect the 0th-order light that has passed through the first holographic optical element layer 724 and the second holographic optical element layer 725 so as to travel in a direction other than the eyeball.
  • the first holographic optical element layer 724 and / or the second holographic optical element layer 725 diffracts red, green, and blue light into one layer, for example.
  • the three holograms may be formed in multiple layers or may be composed of a plurality of layers.
  • the plurality of layers may be configured to diffract light having different wavelengths.
  • the projection optical system may include a light selection element.
  • An example of the optical element in this embodiment will be described with reference to FIGS. 28 to 32.
  • FIG. 28 shows the characteristic of the diffraction efficiency of the holographic optical element created so that the light incident at 0 degree is reflected and diffracted in the original direction.
  • FIG. 29 shows a part of a diffracted ray component that collects the light diffracted and diffracted in the original direction on the outer second layer, and here is a holographic optical element created so as to diffract and diffract in the direction of 45 degrees. It is the figure which showed the characteristic of the diffraction efficiency which it has.
  • the design wavelengths of the holograms forming the optical element were 460 nm, 532 nm and 660 nm.
  • a region a in FIG. 28 shows a wavelength component of light that is incident on the first layer on the eyeball side of the optical element at 0 degree with respect to the optical axis.
  • a region a in FIG. 29 shows a wavelength component of light incident on the outer second layer of the optical element at 0 degree with respect to the optical axis.
  • the wavelength component in the area a is reflected and diffracted, it is condensed near the pupil, so that the wavelength to be diffracted by the optical element is the wavelength component in the area a.
  • the light source has a wide wavelength band such as a lamp, as shown in FIGS.
  • wavelength components other than the region a are also diffracted by the first and second layers of the optical element.
  • the wavelength components other than the area a are diffracted by the optical element, the light other than the desired light reaches the retina, so that the desired image cannot be obtained.
  • FIG. 31 is a diagram showing the characteristic of diffraction efficiency of a holographic optical element that is created so that light incident from a direction of 45 degrees in the light selection element is reflected and diffracted in the front direction (0 degree direction) of the eyeball. .. That is, according to the light selection element 819, since only the wavelength of the area a in FIG. 31 is reflected and diffracted in the eyeball direction from the image display light emitted from the light source, it is possible to separate and remove unnecessary wavelength components. it can. By separating only the desired wavelength components as shown in FIG. 32 by the light selection element 819, it becomes difficult for undesired light to reach the retina.
  • the present technology also provides a video projection device that constitutes a video projection system according to the present technology.
  • the image projection device includes a projection optical system that projects image display light onto an eyeball.
  • the image projection device is used in combination with an optical element that focuses the image display light near the pupil and reaches the retina, and in the use of the combination, the positional relationship between the optical element and the eyeball is It is fixed.
  • the image projection device is the same as the above 1.
  • the video projection apparatus described in Section 1 above, and all the contents described regarding the video projection apparatus also apply to the video projection apparatus according to the present embodiment. Therefore, the description of the image projection apparatus is omitted.
  • the image projection device is the same as the above 1. By using it in combination with the optical element described in (1), the effects as described above can be obtained.
  • the present technology also provides an optical element for diffracting image display light, which constitutes an image projection system according to the present technology.
  • the image display light diffractive optical element is used in combination with an image projection device including a projection optical system that projects image display light onto the eyeball, and in the use of the combination, the positional relationship with the eyeball is fixed. In addition, the image display light is condensed near the pupil and reaches the retina.
  • the image display light diffracting optical element is the same as in 1.
  • the optical element described in 1 above, and all the contents described regarding the optical element also apply to the image display light diffracting optical element in the present embodiment. Therefore, description of the optical element is omitted.
  • the image display light diffracting optical element is the same as in 1. When used in combination with the video projection device described in 1 above, the effects as described above are obtained.
  • the present technology includes a projection step of projecting image display light from an image projection device toward an eyeball, and a step of condensing the image display light projected in the projection step by an optical element near a pupil and reaching a retina. And a projecting step and a converging step are performed in a state in which the positional relationship between the optical element and the eyeball is fixed.
  • the image projection device projects the image display light toward the eyeball.
  • the image projection device used in the projection step is the same as the above 1. It is the video projection device described in.
  • the chief ray of the image display light may be substantially parallel to the optical axis.
  • the image display light projected in the projecting step is focused by an optical element near the pupil and reaches the retina.
  • the optical element used in the condensing step is the same as the above 1. It is the optical element described in.
  • the optical element can be used in contact with the surface of the eyeball, or can be used without contacting the surface of the eyeball.
  • the optical element has a holographic optical element layer, the holographic optical element layer, the image display light incident on the optical element is the front side or the back side of the pupil. Diffract to focus on.
  • a video projection system of a modified example according to the present technology an eyeball position detection device that detects the position of the eyeball with respect to the optical element, and based on the detection result by the eyeball position detection device, to identify a group of light rays reaching the retina.
  • the video display light can be reliably viewed without having a mechanical mechanism such as an eye tracking mechanism, that is, while achieving downsizing of the entire system and reduction of power consumption.
  • FIG. 33 to 35 are diagrams showing a video projection system 800 of Modification 1 according to the present technology.
  • the image projection system 800 directs a light source (not shown), a projection optical system 810 that projects light from the light source, and the light projected from the projection optical system 810 toward an eyeball 830.
  • a substantially flat plate-shaped optical element 820 that diffracts.
  • the projection optical system 810 may be configured to include a two-dimensional array display element or a scanning mirror.
  • the optical element 820 is an optical element that is used not in contact with a lens but in contact with the eyeball.
  • the holographic optical element layer of the optical element 820 may be a volume phase type diffractive optical element made of a photopolymer, or may be a surface relief type diffractive optical element generally called DOE.
  • the optical element 820 diffracts the light emitted from the light source (not shown) and projected from the projection optical system 810 so as to be condensed on the inner side (retina 832 side) of the pupil 840. That is, in the image projection system 800, the positions of the optical element 820 and the eyeball 830 are arranged so that the light projected from the projection optical system 810 and diffracted by the optical element 820 is focused on the inner side (retina 832 side) of the pupil 840. The relationship is set. In the example of FIG. 33, the eyeball 830 directly faces the optical element 820.
  • the center of the pupil 840 and the center of the eyeball 830 are located on a straight line 880 that passes through the center of the optical element 820 and is orthogonal to the optical element 820 (shown by a chain line in FIG. 33).
  • peripheral light rays shown by broken lines in FIG. 33
  • central light rays shown by solid lines in FIG. 33
  • the eyeball 830 is rotated from the position facing the optical element 820 (the position shown in FIG. 33) so as to form an angle with the straight line 880.
  • one side ray (indicated by a broken line in FIG. 35) is blocked by the peripheral portion of the pupil 840, while the other side ray (indicated by a solid line in FIG. 35). (Shown) passes through the pupil 840 and reaches the retina 832. That is, among all the light rays, light rays within a certain range reach the retina 832.
  • FIG. 36 to 38 are diagrams showing a video projection system 900 of Modification 2 according to the present technology.
  • the image projection system 900 directs a light source (not shown), a projection optical system 910 that projects light from the light source, and the light projected from the projection optical system 910 toward an eyeball 930.
  • a substantially flat plate-shaped optical element 920 that diffracts.
  • the projection optical system 910 may be configured to include a two-dimensional array display element or a scanning mirror.
  • the optical element 920 is an optical element that is used not in contact with a lens but in contact with the eyeball.
  • the holographic optical element layer of the optical element 920 may be a volume phase type diffractive optical element of photopolymer, or may be a surface relief type diffractive optical element generally called DOE.
  • the optical element 920 diffracts the light emitted from the light source (not shown) and projected from the projection optical system 910 so as to be focused on the front side (corneal side, that is, the side opposite to the retina side) of the pupil 940. That is, in the image projection system 900, the positional relationship between the optical element 920 and the eyeball 930 is so arranged that the light projected from the projection optical system 910 and diffracted by the optical element 920 is focused on the front side (corneal side) of the pupil 940. Is set. In the example of FIG. 36, the eyeball 930 faces the optical element 920.
  • the center of the pupil 940 and the center of the eyeball 930 are located on a straight line 980 that passes through the center of the optical element 920 and is orthogonal to the optical element 920 (shown by the alternate long and short dash line in FIG. 36).
  • peripheral light rays shown by broken lines in FIG. 36
  • central light rays shown by solid lines in FIG. 36
  • the eyeball 930 is displaced from the position directly facing the optical element 920 (the position shown in FIG. 36) with respect to the straight line 980 (indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 37) in the direction orthogonal to the straight line 980. ing.
  • one light ray (indicated by a broken line in FIG. 37) is blocked by the peripheral portion of the pupil 940, while the other light ray (indicated by a solid line in FIG. 37).
  • Display passes through the pupil 940 and reaches the retina. That is, among all the light rays, light rays within a certain range reach the retina 932.
  • FIG. 36 the position directly facing the optical element 920
  • the straight line 980 indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 37
  • the eyeball 930 is displaced from the position directly facing the optical element 920 (the position shown in FIG. 36) with respect to the straight line 980 (indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 37)
  • the eyeball 930 is rotated so as to form an angle with respect to the straight line 980 from the position facing the optical element 920 (the position shown in FIG. 36).
  • the light ray on one side (indicated by a broken line in FIG. 38) is blocked by the peripheral portion of the pupil 940, while the light ray on the other side (indicated by a solid line in FIG. 38).
  • (Display) passes through the pupil 940 and reaches the retina. That is, among all the light rays, light rays within a certain range reach the retina 932.
  • the light diffracted by the optical element is condensed on the back side or the front side of the pupil, so that regardless of the positional relationship between the optical element and the eyeball, It is possible to reliably reach the retina with light rays within a certain range out of all the light rays projected from the projection optical system.
  • the optical element is diffracted so that the light projected from the projection optical system is condensed by the pupil, all the diffracted light by the optical element may be changed depending on the position of the eyeball with respect to the optical element. Most of the light rays are focused on the periphery of the pupil and blocked, and there is a possibility that almost no light rays reach the retina.
  • the image projection systems 800 and 900 include an eyeball position detecting device (eye sensing device) for detecting the position of the eyeball with respect to the optical element, and an eyeball position detecting device. It is preferable to further include a control unit that specifies a light ray group reaching the retina based on the detection result and controls the projection optical system so that the light ray group configures image display light.
  • the eyeball position detection device detects the position of the eyeball with respect to the optical element by the method described above.
  • the eyeball position detection device may be provided integrally with the optical element.
  • the eyeball position detecting device is, for example, the displacement of the eyeball from the straight line 880 shown in FIGS. 33 to 35 and the straight line 980 shown in FIGS. 36 to 38 (the displacement of the straight line 880 or the direction orthogonal to the straight line 980 and (Including displacement in the rotational direction) may be detected as the position of the eyeball with respect to the optical element.
  • the control unit detects the detection result by the eyeball position detection device, that is, according to the position of the eyeball with respect to the optical element, identifies the light ray group reaching the retina, and the light ray group of the projection optical system so as to constitute the image display light.
  • the two-dimensional array display element or the scanning mirror is controlled (see FIGS. 39 (a) and 39 (b)). It is also possible to specify the light ray group that substantially reaches the retina by specifying the light ray group that does not reach the retina among all the light rays projected from the projection optical system.
  • An image projection device having a projection optical system for projecting image display light onto the eyeball, An optical element for converging the image display light near the pupil and reaching the retina, Equipped with An image projection system used in a state where the positional relationship between the optical element and the eyeball is fixed.
  • the image projection system according to [1] wherein a chief ray of the image display light incident on the optical element is substantially parallel to an optical axis.
  • the image projection system according to [3] which is used in a state in which the positional relationship between the optical element and the pupil is fixed.
  • the projection optical system includes a two-dimensional array display element, The image projection system according to any one of [1] to [7], wherein the two-dimensional array display element forms the image display light.
  • the projection optics includes a scanning mirror, The image projection system according to any one of [1] to [7], wherein the scanning mirror forms the image display light.
  • the projection optical system includes a partial multiplexing member, The image projection system according to any one of [1] to [9], wherein the partial multiplexing member reflects or diffracts the image display light to reach the optical element.
  • the optical element has a holographic optical element layer, The image projection system according to any one of [1] to [10], wherein the holographic optical element layer diffracts the image display light incident on the optical element so as to collect the image display light near a pupil.
  • the optical element further has a 0th-order light reflection layer,
  • the optical element is formed by laminating the holographic optical element layer and the 0th-order light reflecting layer in this order from the outside.
  • the image projection system according to [11], wherein the 0th-order light reflection layer reflects 0th-order light that has passed through the holographic optical element layer so as to travel in a direction other than an eyeball.
  • the holographic optical element layer is composed of a plurality of layers, The image projection system according to [11] or [12], wherein the plurality of layers diffract light having different wavelengths.
  • the optical element has a first holographic optical element layer and a second optical element layer,
  • the optical element is formed by laminating the first holographic optical element layer and the second holographic optical element layer in this order from the outside.
  • the first holographic optical element layer transmits the image display light
  • the second holographic optical element layer reflects the transmitted image display light
  • the image projection system according to any one of [1] to [10], wherein the first holographic optical element layer diffracts the reflected image display light so that the reflected image display light is condensed near a pupil.
  • the optical element further has a 0th-order light reflection layer,
  • the optical element is formed by laminating the first holographic optical element layer, the second holographic optical element layer, and the 0th-order light reflecting layer in this order from the outside.
  • the image projection system according to [14] wherein the 0th-order light reflection layer reflects the 0th-order light that has passed through the first and second holographic optical element layers so as to travel in a direction other than an eyeball.
  • the first and / or second holographic optical element layer is composed of a plurality of layers, The image projection system according to [14] or [15], wherein the plurality of layers diffract lights having different wavelengths.
  • the projection optical system includes a light selection element, The image projection system according to any one of [1] to [16], wherein the light selection element separates and removes unnecessary wavelength components from the image display light.
  • the optical element has a holographic optical element layer, The image projection system according to [1] to [17], wherein the holographic optical element layer diffracts the image display light incident on the optical element so as to focus the image display light on a front side or a back side of a pupil.
  • An eyeball position detecting device for detecting the position of the eyeball with respect to the optical element, A control unit that controls the projection optical system so that the light ray group that reaches the retina based on the detection result in the eyeball position detection device is specified, and the image display light is configured by the light ray group,

Landscapes

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Abstract

本技術は、映像表示光を眼球（１３０）に投射する投射光学系（１１０）を備える映像投射装置（１０１）と、前記映像表示光を瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる光学素子（１２０）と、を備え、前記光学素子（１２０）と前記眼球（１３０）との位置関係が固定された状態で使用される映像投射システム（１００）を提供する。また、本技術は、映像投射装置から映像表示光を眼球に向けて投射する投射工程と、前記投射工程において投射された映像表示光を光学素子（１２０）で瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる集光工程と、を含み、前記投射工程及び前記集光工程が、前記光学素子（１２０）と前記眼球（１３０）との位置関係が固定された状態で行われる、映像投射方法も提供する。

Description

映像投射システム、映像投射装置、映像表示光回折用光学素子及び映像投射方法
　本技術は、映像投射システム、映像投射装置、映像表示光回折用光学素子及び映像投射方法に関する。より詳細には、本技術は、映像表示光を眼球に投射する投射光学系と当該映像表示光を瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる光学素子とを備える映像投射システム、当該映像投射システムを構成する各要素及び当該映像投射システムにおける映像投射方法に関する。
　近年、外界の光景に画像を重ねて表示する技術に注目が集まっている。当該技術は、拡張現実（ＡＲ）技術とも呼ばれる。この技術を利用した製品の一つとして、ヘッドマウントディスプレイが挙げられる。ヘッドマウントディスプレイは、ユーザの頭部に装着して使用される。ヘッドマウントディスプレイを用いた画像表示方法では、例えば外界からの光に加えてヘッドマウントディスプレイからの光がユーザの眼に到達することで、外界の像に当該ディスプレイからの光による画像が重畳されているようにユーザは認識する。
　ＡＲ技術に関して、コンタクトレンズを光学素子として用いる映像提示手法も提案されている。例えば、下記特許文献１には、ユーザの網膜にビームを走査して画像を表示するビーム走査型表示装置が開示されている。当該ビーム走査型表示装置は、画像を構成する各画素を描画するビームを出力する光源、及び前記光源からのビームを２次元方向に走査させる走査部を収納する筐体と、前記走査部で走査されたビームを、前記筐体を装着するユーザの眼の網膜に向かう方向へ偏向する偏向部を有する、前記筐体とは別体のコンタクトレンズとを備えることを特徴とする。
国際公開第２００９／０６６４４６号
　網膜に直接映像を投影するヘッドマウントディスプレイは、瞳孔付近で映像表示光を集光させて網膜へ到達させる。そのため、ユーザが視線を変える等して眼球が回転すると、映像表示光が瞳孔を通らなくなり、網膜へ到達しなくなる場合がある。そこで、本技術は、瞳孔の位置に影響されずに映像を認識するための技術を提供することを主目的とする。
　本技術は、映像表示光を眼球に投射する投射光学系を備える映像投射装置と、前記映像表示光を瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる光学素子と、を備え、前記光学素子と前記眼球との位置関係が固定された状態で使用される映像投射システムを提供する。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子に入射する前記映像表示光の主光線は光軸に対して略平行でありうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子は、前記眼球の表面に接触した状態で使用されうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記映像投射システムは、前記光学素子と瞳孔との位置関係が固定された状態で使用されうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子は、前記眼球の表面に接触しない状態で使用されうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子が、曲面を有し、前記曲面の曲率中心と前記眼球表面の曲面の曲率中心とが略同心でありうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子がホログラフィック光学素子でありうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記投射光学系が２次元配列表示素子を含み、前記２次元配列表示素子が前記映像表示光を形成しうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記投射光学系が走査ミラーを含み、前記走査ミラーが前記映像表示光を形成しうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記投射光学系が部分合波部材を含み、前記部分合波部材が前記映像表示光を反射又は回折して前記光学素子に到達させうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子が、ホログラフィック光学素子層を有し、前記ホログラフィック光学素子層が、前記光学素子に入射した前記映像表示光を瞳孔付近で集光するように回折しうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子が、０次光反射層をさらに有し、前記光学素子は、外界側から前記ホログラフィック光学素子層、前記０次光反射層の順に積層されており、前記０次光反射層が、前記ホログラフィック光学素子層を通過した０次光を眼球以外の方向へ進行するように反射しうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記ホログラフィック光学素子層が、複数の層から構成されており、前記複数の層が、互いに異なる波長の光を回折しうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子が、第１のホログラフィック光学素子層及び第２のホログラフィック光学素子層を有し、前記光学素子は、外界側から前記第１のホログラフィック光学素子層、前記第２のホログラフィック光学素子層の順に積層されており、前記第１のホログラフィック光学素子層は、前記映像表示光を透過させ、前記第２のホログラフィック光学素子層は、前記透過した映像表示光を反射し、前記第１のホログラフィック光学素子層が、前記反射された映像表示光を瞳孔付近で集光するように回折しうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子が、０次光反射層をさらに有し、前記光学素子は、外界側から前記第１のホログラフィック光学素子層、前記第２のホログラフィック光学素子層、前記０次光反射層の順に積層されており、前記０次光反射層が、前記第１及び第２のホログラフィック光学素子層を通過した０次光を眼球以外の方向へ進行するように反射しうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記第１及び／又は第２のホログラフィック光学素子層が、複数の層で構成されており、前記複数の層が、互いに異なる波長の光を回折しうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記投射光学系が光選別素子を含み、前記光選別素子が前記映像表示光から不要波長成分を分離して取り除きうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子が、ホログラフィック光学素子層を有し、前記ホログラフィック光学素子層が、前記光学素子に入射した前記映像表示光を瞳孔の手前側又は奥側に集光するように回折しうる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子に対する前記眼球の位置を検出する眼球位置検出装置と、前記眼球位置検出装置での検出結果に基づいて網膜に到達する光線群を特定し、該光線群により前記映像表示光が構成されるように前記投射光学系を制御する制御部と、を更に備えうる。 
　また、本技術は、映像表示光を眼球に投射する投射光学系を備えており、前記映像表示光を瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる光学素子との組み合わせで使用され、且つ、当該組み合わせの使用において、前記光学素子と前記眼球との位置関係が固定されている、映像投射装置も提供する。
　また、本技術は、映像表示光を眼球に投射する投射光学系を備える映像投射装置との組み合わせで使用され、当該組み合わせの使用において、前記眼球との位置関係が固定されており、且つ、前記映像表示光を瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる、映像表示光回折用光学素子も提供する。
　また、本技術は、映像投射装置から映像表示光を眼球に向けて投射する投射工程と、前記投射工程において投射された映像表示光を光学素子で瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる集光工程と、を含み、前記投射工程及び前記集光工程が、前記光学素子と前記眼球との位置関係が固定された状態で行われる、映像投射方法も提供する。
本技術に従う映像投射システムの一例を示す図である。 本技術に従う映像表示光回折用光学素子と映像表示光との関係を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの一例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの一例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの一例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの一例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの一例を示す図である。 本技術に従う映像投射装置の一例を示す図である。 本技術に従う映像投射装置の一例を示す図である。 本技術に従う映像投射装置の一例を示す図である。 本技術に従う映像投射装置の一例を示す図である。 本技術に従う映像投射装置の一例を示す図である。 本技術に従う映像投射装置の一例を示す図である。 本技術に従う映像投射装置の一例を示す図である。 本技術に従う映像投射装置の一例を示す図である。 本技術に従う映像表示光回折用光学素子の一例を示す図である。 本技術に従う映像表示光回折用光学素子の一例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの実験例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの実験例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの実験例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの実験例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの実験例を示す図である。 本技術に従う映像表示光回折用光学素子の一例を示す図である。 本技術に従う映像表示光回折用光学素子の一例を示す図である。 本技術に従う映像表示光回折用光学素子の一例を示す図である。 本技術に従う映像表示光回折用光学素子の一例を示す図である。 本技術に従う映像表示光回折用光学素子の一例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの回折効率の一例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの回折効率の一例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの一例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの回折効率の一例を示す図である。 本技術に従う映像投射システムの回折効率の一例を示す図である。 本技術に従う変形例１の映像投射システムを示す図である。 本技術に従う変形例１の映像投射システムを示す図である。 本技術に従う変形例１の映像投射システムを示す図である。 本技術に従う変形例２の映像投射システムを示す図である。 本技術に従う変形例２の映像投射システムを示す図である。 本技術に従う変形例２の映像投射システムを示す図である。 本技術に従う変形例１、２の映像投射システムの機能を示すブロック図である。
　以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、本技術の範囲がこれらの実施形態に限定されることはない。なお、本技術の説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施形態（映像投射システム）
（１）第１の実施形態の説明
（２）第１の実施形態の第１の例（映像投射システム）
（３）第１の実施形態の第２の例（映像投射システム）
（４）第１の実施形態の第３の例（映像投射装置の構成例）
（５）第１の実施形態の第４の例（光学素子の構成例）
（６）第１の実施形態の第５の例（光学素子の構成例）
（７）第１の実施形態の第６の例（映像投射装置の構成例）
２．第２の実施形態（映像投射装置）
３．第３の実施形態（映像表示光回折用光学素子）
４．第４の実施形態（映像投射方法）
５．変形例（映像投射システム）
１．第１の実施形態（映像投射システム）
（１）第１の実施形態の説明
　本技術に従う映像投射システムは、投射光学系を備える映像投射装置と、光学素子とを備えている。当該投射光学系が、眼球の前に設けられた当該光学素子に向かって映像表示光を投射する。本技術の光学素子は、眼球との位置関係が固定された状態で使用されるため、投射光学系に対する眼球の位置が移動しても瞳孔付近へ集光することができ、表示できる視野が広くなる。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記投射光学系は、２次元配列表示素子を含みうる。当該２次元配列表示素子が、光源から出射した照明光から前記映像表示光を形成しうる。２次元配列表示素子は、例えばＬＣＤ、ＬＣＯＳ、又はＯＬＥＤであってよい。
　本技術の他の実施態様に従い、前記投射光学系は、走査ミラーを含みうる。当該走査ミラーは、光源から出射されたレーザ光を走査して、当該レーザ光を光学素子に到達させうる。当該走査の結果、映像が形成されうる。走査ミラーは、例えばＭＥＭＳミラーであってよい。
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子は、前記眼球の表面に接触した状態で使用されるものでありうる。例えば、前記光学素子は、瞳孔との位置関係が固定された状態で使用されうる。この実施態様において、前記光学素子は、例えばコンタクトレンズと同様の素材からなるコンタクトレンズ様光学素子であり、より特にはコンタクトレンズ様のホログラフィック光学素子でありうる。前記光学素子がコンタクトレンズ様光学素子であることによって、映像表示光による映像を認識可能な視野（ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｖｉｅｗ）を拡大することができ、例えば６０度以上とすることができる。また、前記光学素子がコンタクトレンズ様光学素子であることによって、アイボックス（すなわち、映像表示光による映像を認識可能な眼球周囲の空間領域）を容易に拡大することができる。
　本技術の他の実施態様に従い、前記光学素子は、前記眼球の表面に接触しない状態で使用されるものでありうる。この実施態様において、前記光学素子は、例えば眼球表面と当該光学素子の眼球側面との距離が２０ｍｍ以下でありうる。前記距離は、例えば装着時にユーザの睫毛が光学素子に接触しないようにするために、１２ｍｍ以上でありうる。
（２）第１の実施形態の第１の例（映像投射システム）
　本技術の一つの実施態様に従い、前記投射光学系は、２次元配列表示素子を含む。この実施態様に従う映像投射システムの例を、図１～図４を参照しながら説明する。
　図１（ａ）は、本技術に従う映像投射システム１００の一例を示す模式図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）の領域Ａの拡大図である。なお、図１では、投射光学系１１０から照射される主光線及び周辺光線を模式的に示している。
　図１（ａ）に示されるとおり、映像投射システム１００は、映像投射装置１０１と、光学素子１２０とから構成される。映像投射システム１００は、光学素子１２０と眼球１３０との位置関係が固定された状態で使用されるため、眼球１３０が回転しても、光学素子１２０と眼球１３０の回転中心との距離が変化しない。そのため、眼球の動きに応じて映像表示光を調整する必要がなく、アイトラッキング装置を設ける必要もない。
　映像投射装置１０１は、投射光学系１１０を含み、当該投射光学系１１０は、２次元配列表示素子１１１、第１のレンズ１１２及び第２のレンズ１１３を備えている。
　２次元配列表示素子１１１は、例えば光源（図示せず）から出射された照明光から、映像表示光を形成する。当該光源と２次元配列表示素子１１１との間の光路上には、例えば、結像系及び色分離合成系が設けられていてよい。これらの構成要素の配置は、当業者により適宜設計されうる。２次元配列表示素子１１１は、例えばＬＣＤ、ＬＣＯＳ又はＯＬＥＤでありうる。
　２次元配列表示素子１１１による映像表示光の出射は、例えば制御部（図示せず）により制御されうる。すなわち、映像投射装置１０１は、２次元配列表示素子１１１による映像表示光の出射を制御する制御部（図示せず）を備えていてよい。当該制御部は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）及びＲＡＭを含みうる。ＣＰＵとして任意のプロセッサが用いられてよい。ＲＡＭは、例えばキャッシュ・メモリ及びメイン・メモリを含み、ＣＰＵにより使用されるプログラムなどを一時記憶しうる。映像投射装置１０１はさらに、例えばディスク、通信装置及びドライブなどの映像表示素子の制御のために用いられる種々の構成要素を備えていてよい。当該ディスクには、例えば２次元配列表示素子１１１による映像表示光の出射を実現するためのプログラムなど種々のプログラム及び種々の画像データが格納されうる。当該通信装置は、例えばネットワークから映像表示素子を制御するためのプログラム及び／又は画像データを取得しうる。当該ドライブは、例えばｍｉｃｒｏＳＤメモリカード及びＳＤメモリカードなどの記録媒体に記録されているプログラム及び／又は画像データを読み出して、ＲＡＭに出力しうる。
　映像表示光を瞳孔付近で集光させそして網膜に到達させる映像提示手法（マックスウェル視による映像提示とも呼ばれる）では、これまで走査ミラーが用いられる場合が多かった。走査ミラーを用いる場合は、光源としてレーザ光を使用することが求められる。
　本技術の映像投射システムでは、上記のとおり２次元配列表示素子を用いることができるため、光源の選択の幅が広がる。また、レーザ光を走査ミラーで走査する場合は、表示画角を広げることが難しく、画素数を増やそうとすると１画素当たりの表示時間が短くなってしまい表示駆動が困難となる場合があるが、２次元配列表示素子によれば、広視野角にした場合も表示素子の画素数を増やすことで画素数を容易に増やすことができる。
　第１のレンズ１１２及び第２のレンズ１１３は、２次元配列表示素子１１１と光学素子１２０との間に設けられる。図１（ａ）に示すように、２次元配列表示素子１１１から投射された映像表示光は、第１のレンズ１１２で屈折し、さらに第２のレンズ１１３によって屈折して光学素子１２０に入射する。
　図１（ｂ）に示されるとおり、映像投射システム１００は、第２のレンズ１１３によって屈折した映像表示光は光学素子１２０の直前Ｐ１～Ｐ３で焦点を結ぶように構成されている。映像表示光が光学素子１２０の直前で焦点を結ぶことで、周辺光線が瞳孔にけられることを抑えることができ、周辺光線を十分に瞳孔に入射させることができるため、光学素子１２０が周辺光線を瞳孔付近に集光すると、明るい像を網膜１３２に投射することができる。前記焦点と光学素子１２０との間の距離は、瞳孔に入射させたい周辺光線の量に応じて設定されうる。
　本実施形態において、光学素子１２０に入射する映像表示光の主光線は、好ましくは当該映像表示光が光学素子１２０に入射したあと瞳孔付近に集光可能であるような向きを有し、より好ましくは光軸に対して略平行でありうる。すなわち、本実施形態において、映像表示光の主光線はテレセントリック光線として光学素子１２０に到達することが好ましい。投射光学系１１０は、主光線が光軸に対して略平行である映像表示光を光学素子１２０に入射させるように構成されうる。
　図２に示すように、前記映像表示光の主光線が光軸に対して略平行であることにより、光学素子１２０及び眼球１３０の位置が変化しても、映像表示光を瞳孔付近で集光させることが可能となる。具体的には、例えば図２（ａ）に示される位置から、図２（ｂ）又は（ｃ）に示される位置に光学素子１２０及び眼球１３０が移動しても、映像表示光を瞳孔付近で集光させ、網膜１３２に導くことができる。
　また、前記映像表示光の主光線が光軸に対して略平行であると、光学素子１２０及び眼球１３０の位置が変化しても光学素子１２０に入射する映像表示光の主光線の角度や位置は常に変わらない。そのため、本実施形態によれば、眼球１３０を動かしても、ユーザが認識する視野の中央部の解像力が変化しないようにすることが可能となる。
　本実施形態において、投射光学系１１０は、映像表示光が瞳孔付近で集光されそして網膜１３２に到達されるように構成されうる。すなわち、映像表示光は、いわゆるマックスウェル視によって網膜１３２に投射されうる。例えば、図１（ａ）に示すように、投射光学系１１０から投射された映像表示光は、光学素子１２０により回折される。回折された映像表示光は、瞳孔付近で集光されそして網膜１３２に到達する。
　マックスウェル視光学系においては、表示映像中の１ドット（最小表示単位）が水晶体１３１上の１点を通るので、網膜上の１ドットの像が水晶体１３１の状態による影響を受けにくい。よって、例えば近視、遠視又は乱視などを有するユーザであっても、映像をはっきりと認識することができる。また、空間に浮かんで見える虚像はフォーカスフリーであり、虚像が眼からどの距離にあってもピントが合う。
　本技術において、映像表示光は瞳孔付近で集光されてよく、例えば、瞳孔上で集光されてもよく又は光軸方向に瞳孔から数ｍｍ～十数ｍｍ程度（例えば１ｍｍ～２０ｍｍ、特には２ｍｍ～１５ｍｍ）ずれてよい。後者のとおり焦点が瞳孔上になくても、マックスウェル視を実現することができる。焦点を光軸方向にずらすことで、映像がずれても、ユーザが映像を失いにくくすることができる。前記映像表示光は、より具体的には、瞳孔上、水晶体１３１内、又は角膜表面と瞳孔との間において集光されうる。
　本実施形態において、映像表示光の主光線は、当該映像表示光が瞳孔付近で集光されることを条件として、発散又は収束していてよい。このように発散又は収束している主光線が、本技術における「略平行」な主光線に包含される。例えば、製造公差によってわずかに発散又は収束している主光線が、「略平行」な主光線に包含される。
　例えば、第２のレンズ１１３で屈折した映像表示光は、図３に示すように発散していてもよく、又は、図４に示すように収束していてよい。主光線が発散する場合は、光軸に対する最大角度と最小角度との差θ１が５度以下、４度以下、３度以下、２度以下、又は１度以下であることが好ましい。主光線が収束する場合は特に制約されないが、光軸に対する最大角度と最小角度との差θ２が５度以下、４度以下、３度以下、２度以下、又は１度以下であることがより好ましい。
　光学素子１２０は、映像表示光を瞳孔付近に集光させ、網膜１３２に到達させる。
　本技術において、光学素子１２０は眼球１３０との位置関係が固定された状態で使用される。好ましくは、図１に示されるとおり、光学素子１２０は例えば眼球１３０に接して設けられ、光学素子１２０と瞳孔との位置関係が固定された状態で使用されうる。また、光学素子１２０は、曲面を有してよく、前記曲面の曲率中心と眼球１３０の回転中心とが同心であってよい。光学素子１２０と瞳孔との位置関係が固定されていることによって、眼球１３０が回転して瞳孔の位置が変化しても、レンズ１１３で屈折した映像表示光を瞳孔付近で集光させることができる。
　本技術において、光学素子１２０は、例えばコンタクトレンズ様光学素子であり、好ましくはコンタクトレンズ様のホログラフィック光学素子でありうる。光学素子１２０がコンタクトレンズ様光学素子であることによって、映像表示光による映像を認識可能な視野（ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｖｉｅｗ）を拡大することができ、例えば６０度以上、より特には１００度以上とすることができる。また、光学素子１２０がコンタクトレンズ様光学素子であることによって、アイボックス（すなわち、映像表示光による映像を認識可能な眼球周囲の空間領域）を容易に拡大することができる。
　当該ホログラフィック光学素子層は、当技術分野において公知の技法により製造されてもよく、当技術分野で公知の技法により、所望の光学特性を付与してもよい。例えば、投射光学系１１０から投射される映像表示光を瞳孔付近に集光するように製造されたホログラフィック光学素子をそのまま光学素子１２０として用いてもよく、又は、コンタクトレンズの素材として一般的に用いられる素材からなる保護層の内部に、前記ホログラフィック光学素子層を１又は２以上形成して光学素子１２０として用いてもよい。もしくは、市販入手可能なコンタクトレンズの表面又はコンタクトレンズの素材として一般的に用いられる素材からなる保護層の内部にフォトポリマー層を形成し、当該フォトポリマー層に、投射光学系１１０から投射される映像表示光を瞳孔付近に集光するようにホログラムを形成して光学素子１２０として用いてもよい。また、一般にＤＯＥと呼ばれるレリーフ型の回折光学素子を光学素子１２０として用いてもよい。あるいは、市販入手可能なコンタクトレンズの表面又はコンタクトレンズの素材として一般的に用いられる素材からなる保護層の内部にインプリント法等を用いて凹凸面を作り、投射光学系１１０から投射される映像表示光を瞳孔付近に集光するような干渉縞を形成したエンボス型ホログラムを光学素子１２０として用いてもよい。光学素子１２０は、コンタクトレンズとしての機能（例えば視力矯正機能）を有するものであってよく、又は、当該機能を有さないものであってよい。
（３）第１の実施形態の第２の例（映像投射システム）
　本技術の他の実施態様に従い、前記投射光学系は、走査ミラーを含む。この実施態様における映像投射システムの例を、図５～図７を参照しながら説明する。なお、光学素子については上記（２）の説明が当てはまるので、以下での説明は省略する。
　図５は、本技術に従う映像投射システム２００の一例を示す模式図である。
　図５に示されるとおり、映像投射システム２００は、映像投射装置２０１と、光学素子２２０とから構成される。映像投射装置２０１は投射光学系２１０を含み、当該投射光学系２１０は、光源２１１と、走査ミラー２１２と、レンズ２１３とを備えている。
　光源２１１は、走査ミラー２１２に向かって光線を照射する。光源２１１として、例えばＬＥＤ又はＬＤが用いられてよい。当該光源２１１は、例えば赤色、緑色及び青色のレーザ光からなる１本の光束として出力されうる。
　走査ミラー２１２は、光源２１１から出射されたレーザ光を二次元的に走査して、当該レーザ光を光学素子２２０に到達させうる。走査ミラー２１２として、例えばＭＥＭＳミラーが用いられてよい。当該走査ミラー２１２は、レーザ光の方向を、網膜２３２上に映像が形成されるように高速に移動させうる。
　光源２１１からの映像表示光の出射は、例えば制御部（図示せず）により制御されうる。すなわち、映像投射装置２０１は、光源２１１による映像表示光の出射を制御する制御部（図示せず）を備えていてよい。また、当該制御部は、走査ミラー２１２の駆動を制御しうる。例えば、当該制御部は、走査ミラー２１２の走査振角を変更しうる。当該制御部は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）及びＲＡＭを含みうる。ＣＰＵとして任意のプロセッサが用いられてよい。ＲＡＭは、例えばキャッシュ・メモリ及びメイン・メモリを含み、ＣＰＵにより使用されるプログラムなどを一時記憶しうる。映像投射装置２０１はさらに、例えばディスク、通信装置及びドライブなどの映像表示素子の制御のために用いられる種々の構成要素を備えていてよい。当該ディスクには、例えば光源２１１による映像表示光の出射を実現するためのプログラムなど種々のプログラム及び種々の画像データが格納されうる。当該通信装置は、例えばネットワークから映像表示素子を制御するためのプログラム及び／又は画像データを取得しうる。当該ドライブは、例えばｍｉｃｒｏＳＤメモリカード及びＳＤメモリカードなどの記録媒体に記録されているプログラム及び／又は画像データを読み出して、ＲＡＭに出力しうる。
　レンズ２１３は、光源２１１と光学素子２２０との間に設けられる。図５に示すように、光源２１１から投射された映像表示光は、レンズ２１３で屈折して光学素子２２０に入射する。
　本実施形態において、光学素子２２０に入射する映像表示光の主光線は、好ましくは当該映像表示光が光学素子２２０に入射したあと瞳孔付近に集光可能であるような向きを有し、より好ましくは光軸に対して略平行でありうる。すなわち、本実施形態において、映像表示光の主光線はテレセントリック光線として光学素子２２０に到達することが好ましい。投射光学系２１０は、主光線が光軸に対して略平行である映像表示光を光学素子２２０に入射させるように構成されうる。
　上記（２）で図２を用いて説明したように、前記映像表示光の主光線が光軸に対して略平行であることにより、光学素子２２０及び眼球２３０の位置が変化しても、映像表示光を瞳孔付近で集光させることが可能となる。また、本実施形態において、映像表示光はいわゆるマックスウェル視によって網膜２３２に投射されるため、上記（２）で説明したマックスウェル視による効果が同様に奏される。
　本実施形態においても、上記（２）と同様に、映像表示光の主光線は、当該映像表示光が瞳孔付近で集光されることを条件として、発散又は収束していてよい。
　例えば、レンズ２１３で屈折した映像表示光は、図６に示すように発散していてもよく、又は、図７に示すように収束していてよい。主光線が発散する場合は、光軸に対する最大角度と最小角度との差θ３が５度以下、４度以下、３度以下、２度以下、又は１度以下であることが好ましい。主光線が収束する場合は特に制約されないが、光軸に対する最大角度と最小角度との差θ４が５度以下、４度以下、３度以下、２度以下、又は１度以下であることがより好ましい。
（４）第１の実施形態の第３の例（映像投射装置の構成例）
　図８～図１５を用いて映像投射装置の構成例を示す。以下に示す構成例では、ユーザの正面視線上に投射光学系がないことによって、正面の視野を遮ることなく、映像表示光を網膜に導くことができ、映像投射システムをいわゆるシースルー型とすることができる。
　図８に示すように、映像投射装置３０１は、映像表示光の主光線を眼球３３０に対して斜方から投射するように構成されていてよい。なお、映像表示光を投射する角度は、当該映像表示光が瞳孔付近で集光されることを条件として、ユーザの視線方向を遮らない範囲内で当業者により適宜設定されうる。例えば、映像投射装置３０１は、顔の横や、眼の上部（例えば、額付近）に設けられうる。この構成によれば、眼球３３０の正面に光学部品がないため、裸眼の状態に近い視野を実現することができる。
　図９に示すように、映像投射装置３０１は、反射ミラー３１４を備えていてよい。映像投射装置３０１は、投射光学系３１０から照射した映像表示光を反射ミラー３１４で反射し、眼球３３０に対して斜方から投射するように構成されうる。この構成によれば、眼球３３０の正面に光学部品がないため、裸眼の状態に近い視野を実現することができ、さらに図８よりも映像投射装置３０１をコンパクトにすることができる。
　図１０に示すように、映像投射装置３０１は、導光板３１５、第１のホログラム３１６ａ及び第２のホログラム３１６ｂを備えていてよい。映像投射装置３０１は、投射光学系３１０から照射した映像表示光を第１のホログラム３１６ａで回折させ、導光板３１５内を全反射させて第２のホログラム３１６ｂで回折させることで、映像表示光の主光線を瞳孔の正面から投射するように構成されうる。導光板３１５は、当技術分野で既知の導光板用材料から形成されてよく、例えばアクリル系樹脂（例えばＰＭＭＡ等）、シクロオレフィン系樹脂（例えばＣＯＰ等）、又はポリカーボネート系樹脂から形成されてよい。また、第１のホログラム３１６ａ及び第２ホログラム３１６ｂは、例えばホログラフィック光学素子であってよい。
　なお、図１０では眼球３３０から見て導光板３１５の奥側に第１のホログラム３１６ａ及び第２のホログラム３１６ｂを設けているが、導光板３１５の手前側に第１のホログラム３１６ａ及び第２のホログラム３１６ｂを設けてよい。
　図１１に示すように、映像投射装置３０１は、眼球３３０の正面に反射型ホログラフィック光学素子３１７を備えていてよい。映像投射装置３０１は、投射光学系３１０から照射した映像表示光を反射型ホログラフィック光学素子３１７で反射させて、眼球３３０に投射するように構成されうる。反射型ホログラフィック光学素子３１７は、当技術分野で既知の反射型ホログラフィック光学素子であってよい。
　図１２及び図１３に示すように、映像投射装置４０１は、部分合波部材４１４を含んでいてよい。当該部分合波部材４１４は、例えばハーフミラーが用いられてよい。部分合波部材４１４は、投射光学系４１０から照射した映像表示光を反射又は回折して光学素子４２０に到達させ、且つ外界からの光を透過する特性を有しうる。当該部分合波部材４１４によれば、外界の光景を遮ることなく映像表示光を網膜４３２に到達させることができるため、外界の光景と映像表示光が重畳されうる。
　なお、部分合波部材４１４は、２次元配列表示素子４１１が映像表示光を形成する場合に限られず、図１４及び図１５に示すように、光源５１１及び走査ミラー５１２で映像表示光を形成する場合にも同様に使用することができる。
（５）第１の実施形態の第４の例（光学素子の構成例）
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子は、眼球の表面に接触しない状態で使用されうる。この実施態様における映像投射システムの例を、図１６及び図１７を参照しながら説明する。
　光学素子６２０は、例えば眼球６３０の表面と当該光学素子６２０の眼球側面との距離が例えば２０ｍｍ以下であり、好ましくは１８ｍｍ以下である状態で使用されうる。前記距離は、例えば装着時にユーザの睫毛が光学素子に接触しないようにするために、例えば１２ｍｍ以上であり、好ましくは１４ｍｍ以上でありうる。
　また、図１７に示すように、光学素子６２０は曲面を有していてよい。当該曲面の曲率中心と眼球６３０の表面の曲率中心とは、略同心であることが好ましい。さらに、当該曲面の曲率中心と眼球６３０の回転中心とが、略同心であることがより好ましい。この構成によれば、眼球６３０が回転しても、光学素子６２０が瞳孔に映像表示光を導くことができるため、視野を広くすることができる。なお、本実施形態において、光学素子６２０の曲面の曲率中心と眼球６３０の表面の曲率中心とは、映像表示光が瞳孔付近で集光されることを条件として、多少のずれがあってもよい。当該多少のずれも、本技術における「略同心」に包含される。例えば、光学素子６２０の製造公差によって光学素子６２０の曲面の曲率中心と眼球６３０の表面の曲率中心とがわずかにずれていても、「略同心」に包含される。
　本実施形態に従う映像投射システムの一例により達成される視野角を以下のとおりに試験した。
　図１８に示されるように、映像投射システム６００－１を構成する２次元配列表示素子６１１と、第１のレンズ６１２（焦点距離７５ｍｍ）と、第２のレンズ６１３（焦点距離７５ｍｍ）と、光学素子６２０とを４ｆ光学系になるように眼球６３０の正面に設けた。光源６１１からの映像表示光が光軸に対して略平行で光学素子６２０に到達するように、映像投射システム６００－１が構成された。当該光学素子６２０は、２層構造の反射型ホログラフィック光学素子で構成した。当該２層構造の反射型ホログラフィック光学素子は、眼球側のホログラフィック光学素子が眼球６３０の正面方向から（すなわち、光軸に対して０度）で入射してきた映像表示光を垂直方向（すなわち、入射方向に対して０度）に反射させ、外界側のホログラフィック光学素子が当該反射した映像表示光を垂直方向（すなわち、入射方向に対して０度）にＮＡ０．７８で反射するものであった。当該映像投射システム６００－１により、１０２．５度の視野角を得ることができる。このように、本実施形態に従う映像投射システムにより、広い視野角を得ることができる。
　映像投射システム６００－２の別の例を図１９に示す。上記の例における第２のレンズ６１３のあとにハーフミラー６１４を第１のレンズ６１２及び第２のレンズ６１３に対して４５度傾けて設け、光学素子６２０を２次元配列表示素子６１１に対して９０度傾けて設けた。この例において、上記の例と同様の構成である光学素子６２０を用いたところ、正面方向の視野を遮ることなく、１０２．５度の視野角を得ることができた。このように、本実施形態に従う映像投射システムにより、広い視野角を得ることができる。
　映像投射システム６００－３のさらに別の例を図２０に示す。上記の例における２次元配列表示素子６１１を第１のレンズ６１２及び第２のレンズ６１３に対して５５度傾けて設け、第２のレンズ６１３のあとにハーフミラー６１４を第１のレンズ６１２及び第２のレンズ６１３に対して５３度傾けて設け、光学素子６２０をハーフミラー６１４と平行になるように（すなわち、第１のレンズ６１２及び第２のレンズ６１３に対して５３度傾けて）設けた。この例において、上記の例と同様の構成である光学素子６２０を用いたところ、正面方向の視野を遮ることなく、１０２．５度の視野角を得ることができた。このように、本実施形態に従う映像投射システムにより、広い視野角を得ることができる。
　別の例として、図２１に示されるように、映像投射システム６００－４を構成する光源６１５と、ＭＥＭＳミラー６１６と、レンズ６１７と、光学素子６２０とを眼球６３０の正面に設けた。光源６１５からの映像表示光が光軸に対して略平行で光学素子６２０に到達するように、映像投射システム６００－４が構成された。この例において、上記の例と同様の構成である光学素子６２０を用いたところ、１０２．５度の視野角を得ることができた。このように、本実施形態に従う映像投射システムにより、広い視野角を得ることができる。
　さらに別の例として、図２２に示されるように、映像投射システム６００－５を構成する光源６１５と、ＭＥＭＳミラー６１６と、レンズ６１７とを眼球６３０の正面方向から６０度斜めにして設け、光学素子６２０を眼球６３０の正面に設けた。光源６１５からの映像表示光が光軸に対して略平行で光学素子６２０に到達するように、映像投射システム６００－５が構成された。当該光学素子６２０は、２層構造の反射型ホログラフィック光学素子で構成した。当該２層構造の反射型ホログラフィック光学素子は、眼球側のホログラフィック光学素子が眼球６３０の正面方向に対して６０度斜めから入射してきた映像表示光を垂直方向（すなわち、入射方向に対して０度）に反射させ、外界側のホログラフィック光学素子が当該反射した映像表示光を垂直方向（すなわち、入射方向に対して０度）にＮＡ０．７８で反射するものであった。当該映像投射システム６００－５により、正面方向の視野を遮ることなく、１０２．５度の視野角を得ることができた。
　従来はシースルー型で１００度を超える視野角を得ることは困難であったが、本実施形態によれば、１００度を超える視野角を得ることができる。
（６）第１の実施形態の第５の例（光学素子の構成例）
　本技術の一つの実施態様に従い、前記光学素子は、１又は複数の光学素子層を有しうる。この実施態様における光学素子の例を、図２３～図２７を参照しながら説明する。なお、図２３～図２７において、実線で示した光線は入射光線及び出射光線であり、点線で示した光線は０次光である。
　図２３に示すように、光学素子７２０は、ホログラフィック光学素子層７２１を有してよい。当該ホログラフィック光学素子層７２１が、光学素子７２０に入射した映像表示光を瞳孔付近で集光するように回折しうる。本実施形態において、光学素子７２０は、外界側及び眼球側にそれぞれ保護層７２２ａ及び７２２ｂを有していてよい。
　図２４に示すように、光学素子７２０は、０次光反射層７２３をさらに有してよい。本実施形態において、光学素子７２０は、外界側からホログラフィック光学素子層７２１、０次光反射層７２３の順に積層されうる。０次光反射層７２３は、ホログラフィック光学素子層７２１を通過した０次光を眼球以外の方向へ進行するように反射しうる。この構成によれば、０次光の影響を受けることなく映像表示光を眼球７３０に到達させることができるため、映像をはっきりと認識することができる。
　なお、ホログラフィック光学素子層７２１は、例えば１つの層に赤色、緑色及び青色の光を回折する３つのホログラムを多重に形成してもよく、又は複数の層から構成されていてよい。当該複数の層は、互いに異なる波長の光を回折する構成でありうる。ホログラフィック光学素子層７２１を複数の層で構成することにより、映像表示光の回折効率を向上させることができる。
　図２５（ａ）～（ｃ）に、ホログラフィック光学素子層７２１を複数の層で構成する例を示す。例えば、図２５（ａ）に示すように、ホログラフィック光学素子層７２１において回折したい波長ごとに層を１つずつ設けてよい。具体的には、外界側から赤色の波長を回折する層７２１ａ、緑色の波長を回折する層７２１ｂ、青色の波長を回折する層７２１ｃの順に積層させうる。あるいは、図２５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ホログラフィック光学素子層７２１を構成する１つの層において複数の波長の光を回折するホログラムを多重に形成してよい。具体的には、図２５（ｂ）に示すように、外界側から赤色及び青色の波長を回折する層７２１ｄ、緑色の波長を回折する層７２１ｅの順に積層してもよく、又は、図２５（ｃ）に示すように、外界側から緑色の波長を回折する層７２１ｆ、赤色及び青色の波長を回折する層７２１ｇの順に積層してよい。
　図２６に示すように、光学素子７２０は、第１のホログラフィック光学素子層７２４及び第２のホログラフィック光学素子層７２５を有してよい。本実施形態において、光学素子７２０は、外界側から第１のホログラフィック光学素子層７２４、第２のホログラフィック光学素子層７２５の順に積層されうる。第１のホログラフィック光学素子層７２４が光学素子７２０に入射してきた映像表示光を透過させ、第２のホログラフィック光学素子層７２５が当該透過した映像表示光を反射し、第１のホログラフィック光学素子層７２４が、当該反射した映像表示光を瞳孔付近で集光するように回折しうる。本実施形態においても、光学素子７２０は、外界側及び眼球側にそれぞれ保護層７２２ａ及び７２２ｂを有していてよい。
　図２７に示すように、光学素子７２０は、０次光反射層７２６をさらに有してよい。本実施形態において、光学素子７２０は外界側から第１のホログラフィック光学素子層７２４、第２のホログラフィック光学素子層７２５、０次光反射層７２６の順に積層されうる。０次光反射層７２６は、第１のホログラフィック光学素子層７２４及び第２のホログラフィック光学素子層７２５を通過した０次光を眼球以外の方向へ進行するように反射しうる。この構成によれば、０次光の影響を受けることなく映像表示光を眼球７３０に到達させることができるため、映像をはっきりと認識することができる。
　なお、第１のホログラフィック光学素子層７２４及び／又は第２のホログラフィック光学素子層７２５は、上記ホログラフィック光学素子層７２１と同様に、例えば１つの層に赤色、緑色及び青色の光を回折する３つのホログラムを多重に形成してもよく、又は複数の層から構成されていてよい。当該複数の層は、互いに異なる波長の光を回折する構成でありうる。第１のホログラフィック光学素子層７２４及び／又は第２のホログラフィック光学素子層７２５を複数の層で構成することにより、映像表示光の回折効率を向上させることができる。
（７）第１の実施形態の第６の例（映像投射装置の構成例）
　本技術の一つの実施態様に従い、前記投射光学系は、光選別素子を含みうる。この実施態様における光学素子の例を、図２８～図３２を参照しながら説明する。
　光源として、広い波長帯域を持つランプを用い、前記光学素子を２つの光学素子層から構成した場合において、全波長の光が光学素子に入射した場合に、眼球側の１層目に光軸に対して０度で入射した光が元の方向に反射回折するように作成したホログラフィック光学素子が有する回折効率の特性を図２８に示す。図２９は、外側の２層目で元の方向に反射回折した光を瞳孔付近に集光する回折光線成分の一部でここでは４５度方向に反射回折するように作成したホログラフィック光学素子が有する回折効率の特性を示した図である。なお、光学素子を構成するホログラムの設計波長は４６０ｎｍ、５３２ｎｍ及び６６０ｎｍとした。
　図２８の領域ａは、光学素子のうち眼球側の１層目に光軸に対して０度で入射した光の波長成分を示している。図２９の領域ａは、光学素子のうち外側の２層目に光軸に対して０度で入射した光の波長成分を示している。領域ａ内にある波長成分が反射回折すると瞳孔付近に集光するため、光学素子により回折されるべき波長は領域ａ内の波長成分である。
　しかしながら、光源がランプなどの広い波長帯域を持つものである場合、図２８と図２９に示すように、光学素子の１層目及び２層目で領域ａ以外の波長成分も回折してしまう。この領域ａ以外の波長成分が光学素子で回折されると、所望の光以外も網膜上に到達してしまうため、所望の像を得ることができない。
　そこで、図３０に示すように光選別素子８１９を設ける。当該光選別素子８１９は、光学素子８２０により回折されるべき波長成分のみを回折し、それ以外の波長成分を透過する。図３１は、光選別素子において４５度の方向から入射した光が眼球の正面方向（０度方向）に反射回折するように作成したホログラフィック光学素子が有する回折効率の特性を示した図である。すなわち、光選別素子８１９によれば、光源から照射された映像表示光から図３１の領域ａの波長だけが眼球方向に反射回折されるので、それ以外の不要波長成分を分離して取り除くことができる。
　光選別素子８１９によって、図３２に示すように所望の波長成分のみを分離することで、所望外の光が網膜上に届きにくくなる。
２．第２の実施形態（映像投射装置）
　本技術は、本技術に従う映像投射システムを構成する映像投射装置も提供する。当該映像投射装置は、映像表示光を眼球に投射する投射光学系を備えている。当該映像投射装置は、前記映像表示光を瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる光学素子との組み合わせで使用され、且つ、当該組み合わせの使用において、前記光学素子と前記眼球との位置関係が固定されているものである。
　当該映像投射装置は、上記１．において説明した映像投射装置であり、当該映像投射装置に関して説明した内容の全てが、本実施形態における映像投射装置にも当てはまる。そのため、当該映像投射装置に関する説明は省略する。
　当該映像投射装置を、上記１．において説明した光学素子と組み合わせて使用することで、上記で説明したとおりの効果が奏される。
３．第３の実施形態（映像表示光回折用光学素子）
　本技術は、本技術に従う映像投射システムを構成する映像表示光回折用光学素子も提供する。当該映像表示光回折用光学素子は、映像表示光を眼球に投射する投射光学系を備える映像投射装置との組み合わせで使用され、当該組み合わせの使用において、前記眼球との位置関係が固定されており、且つ、前記映像表示光を瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させるものである。
　当該映像表示光回折用光学素子は、上記１．において説明した光学素子であり、当該光学素子に関して説明した内容の全てが、本実施形態における映像表示光回折用光学素子にも当てはまる。そのため、当該光学素子に関する説明は省略する。
　当該映像表示光回折用光学素子を、上記１．において説明した映像投射装置と組み合わせて使用することで、上記で説明したとおりの効果が奏される。
４．第４の実施形態（映像投射方法）
　本技術は、映像投射装置から映像表示光を眼球に向けて投射する投射工程と、前記投射工程において投射された映像表示光を光学素子で瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる集光工程と、を含み、前記投射工程及び前記集光工程が、前記光学素子と前記眼球との位置関係が固定された状態で行われる、映像投射方法を提供する。
　前記投射工程において、映像投射装置が、映像表示光を眼球に向けて投射する。当該投射工程において用いられる映像投射装置は、上記１．において説明した映像投射装置である。前記映像表示光の主光線は、光軸に対して略平行でありうる。
　次に、前記集光工程において、前記投射工程において投射された映像表示光を光学素子で瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる。当該集光工程において用いられる光学素子は、上記１．において説明した光学素子である。当該光学素子は、眼球の表面に接触した状態で使用され、又は、眼球の表面に接触しない状態で使用されうる。
　本技術に従う映像投射方法によって、上記１．において説明したとおりの効果が奏される。
５．変形例（映像投射システム）
　本技術に従う変形例の映像投射システムでは、光学素子が、ホログラフィック光学素子層を有し、前記ホログラフィック光学素子層が、前記光学素子に入射した前記映像表示光を瞳孔より手前側又は奥側に集光するように回折する。
　本技術に従う変形例の映像投射システムは、前記光学素子に対する前記眼球の位置を検出する眼球位置検出装置と、前記眼球位置検出装置での検出結果に基づいて、網膜に到達する光線群を特定し、該光線群により映像表示光が構成されるように投射光学系を制御する制御部と、を更に備えていてもよい。
　本変形例の映像投射システムによれば、アイトラッキング機構等のメカ機構を有することなく、すなわちシステム全体の小型化及び消費電力の低減を図りつつ、映像表示光を確実に視認させることができる。
　以下に、本技術に従う変形例（変形例１、２）の映像投射システムについて、具体的に説明する。
＜変形例１の映像投射システム＞
　図３３～図３５は、本技術に従う変形例１の映像投射システム８００を示す図である。
　映像投射システム８００は、図３３に示すように、光源（不図示）と、該光源からの光を投射する投射光学系８１０と、該投射光学系８１０から投射された光を眼球８３０に向けて回折する、略平板状の光学素子８２０とを含む。
　投射光学系８１０は、２次元配列表示素子を含んで構成されてもよいし、走査ミラーを含んで構成されてもよい。
　光学素子８２０は、コンタクトレンズ様ではなく、眼球と非接触で用いられる光学素子である。
　光学素子８２０のホログラフィック光学素子層は、フォトポリマーの体積位相型の回折光学素子であってもよいし、一般にＤＯＥと呼ばれる表面レリーフ型の回折光学素子であってもよい。
　光学素子８２０は、光源（不図示）から出射され投射光学系８１０から投射された光を瞳孔８４０の奥側（網膜８３２側）に集光するように回折する。
　すなわち、映像投射システム８００では、投射光学系８１０から投射され光学素子８２０で回折された光が瞳孔８４０の奥側（網膜８３２側）に集光するように、光学素子８２０と眼球８３０との位置関係が設定されている。
　図３３の例では、眼球８３０が光学素子８２０に対して正対している。詳述すると、光学素子８２０の中心を通る、該光学素子８２０に直交する直線８８０（図３３に一点鎖線で表示）上に瞳孔８４０の中心及び眼球８３０の中心が位置している。
　この場合に、投射光学系８１０から投射された全光線のうち周辺の光線（図３３に破線で表示）は瞳孔８４０の周囲部で遮光される一方、中央の光線（図３３に実線で表示）は瞳孔８４０を通過して網膜８３２に到達する。すなわち、上記全光線のうちある一定範囲にある光線が網膜８３２に到達する。
　図３４の例では、眼球８３０が光学素子８２０に対して正対する位置（図３３に示す位置）から、直線８８０（図３４に一点鎖線で表示）に対して、該直線８８０に直交する方向にずれている。この場合に、投射光学系８１０から投射された全光線のうち一方側の光線（図３４に破線で表示）は瞳孔８４０の周囲部で遮光される一方、他方側の光線（図３４に実線で表示）は瞳孔８４０を通過して網膜８３２に到達する。すなわち、上記全光線のうちある一定範囲にある光線が網膜８３２に到達する。
　図３５の例では、眼球８３０が光学素子８２０に対して正対する位置（図３３に示す位置）から、直線８８０に対して角度を成すように回転している。この場合に、投射光学系８１０から投射された全光線のうち一方側の光線（図３５に破線で表示）は瞳孔８４０の周囲部で遮光される一方、他方側の光線（図３５に実線で表示）は瞳孔８４０を通過して網膜８３２に到達する。すなわち、上記全光線のうちある一定範囲にある光線が網膜８３２に到達する。
＜変形例２の映像投射システム＞
　図３６～図３８は、本技術に従う変形例２の映像投射システム９００を示す図である。
　映像投射システム９００は、図３６に示すように、光源（不図示）と、該光源からの光を投射する投射光学系９１０と、該投射光学系９１０から投射された光を眼球９３０に向けて回折する、略平板状の光学素子９２０とを含む。
　投射光学系９１０は、２次元配列表示素子を含んで構成されてもよいし、走査ミラーを含んで構成されてもよい。
　光学素子９２０は、コンタクトレンズ様ではなく、眼球と非接触で用いられる光学素子である。
　光学素子９２０のホログラフィック光学素子層は、フォトポリマーの体積位相型の回折光学素子であってもよいし、一般にＤＯＥと呼ばれる表面レリーフ型の回折光学素子であってもよい。
　光学素子９２０は、光源（不図示）から出射され投射光学系９１０から投射された光を瞳孔９４０の手前側（角膜側、すなわち網膜側とは反対側）に集光するように回折する。
　すなわち、映像投射システム９００では、投射光学系９１０から投射され光学素子９２０で回折された光が瞳孔９４０の手前側（角膜側）に集光するように、光学素子９２０と眼球９３０との位置関係が設定されている。
　図３６の例では、眼球９３０が光学素子９２０に対して正対している。詳述すると、光学素子９２０の中心を通る、該光学素子９２０に直交する直線９８０（図３６に一点鎖線で表示）上に瞳孔９４０の中心及び眼球９３０の中心が位置している。
　この場合に、投射光学系９１０から投射された全光線のうち周辺の光線（図３６に破線で表示）は瞳孔９４０の周囲部で遮光される一方、中央の光線（図３６に実線で表示）は瞳孔９４０を通過して網膜９３２に到達する。すなわち、上記全光線のうちある一定範囲にある光線が網膜９３２に到達する。
　図３７の例では、眼球９３０が光学素子９２０に対して正対する位置（図３６に示す位置）から直線９８０（図３７に一点鎖線で表示）に対して、該直線９８０に直交する方向にずれている。この場合に、投射光学系９１０から投射された全光線のうち一方側の光線（図３７に破線で表示）は瞳孔９４０の周囲部で遮光される一方、他方側の光線（図３７に実線で表示）は瞳孔９４０を通過して網膜上に到達する。すなわち、上記全光線のうちある一定範囲にある光線が網膜９３２に到達する。
　図３８の例では、眼球９３０が光学素子９２０に対して正対する位置（図３６に示す位置）から、直線９８０に対して角度を成すように回転している。この場合に、投射光学系９１０から投射された全光線のうち一方側の光線（図３８に破線で表示）は瞳孔９４０の周囲部で遮光される一方、他方側の光線（図３８に実線で表示）は瞳孔９４０を通過して網膜上に到達する。すなわち、上記全光線のうちある一定範囲にある光線が網膜９３２に到達する。
　以上説明した変形例１、２の映像投射システム８００、９００では、光学素子で回折された光が瞳孔の奥側又は手前側で集光するため、光学素子と眼球との位置関係によらず、投射光学系から投射された全光線のうちある一定範囲にある光線を網膜に確実に到達させることができる。
　これに対して、仮に光学素子が、投射光学系から投射された光が瞳孔で集光するように回折する場合には、当該光学素子に対する眼球の位置によっては、当該光学素子で回折された全光線のほとんどが瞳孔の周囲部に集光して遮光され、網膜上にほとんど光線が到達しなくなるおそれがある。
　映像投射システム８００、９００は、図３９（ａ）及び図３９（ｂ）に示すように、光学素子に対する眼球の位置を検出する眼球位置検出装置（アイセンシング装置）と、眼球位置検出装置での検出結果に基づいて、網膜に到達する光線群を特定し、該光線群により映像表示光が構成されるように投射光学系を制御する制御部と、を更に備えることが好ましい。
　眼球位置検出装置は、上述したような手法により光学素子に対する眼球の位置を検出する。眼球位置検出装置は、光学素子と一体的に設けられてもよい。
　眼球位置検出装置は、例えば図３３～図３５に示す直線８８０、図３６～図３８に示す直線９８０からの眼球の変位（直線８８０又は直線９８０に直交する方向の変位と、該方向の周りの回転方向の変位とを含む）を、光学素子に対する眼球の位置として検出してもよい。
　制御部は、眼球位置検出装置での検出結果、すなわち光学素子に対する眼球の位置に応じて、網膜に到達する光線群を特定し、該光線群が映像表示光を構成するように投射光学系の２次元配列表示素子又は走査ミラーを制御する（図３９（ａ）及び（ｂ）参照）。なお、投射光学系から投射された全光線のうち網膜に到達しない光線群を特定することによって、実質的に網膜に到達する光線群を特定することも可能である。 
　なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
〔１〕
　映像表示光を眼球に投射する投射光学系を備える映像投射装置と、
　前記映像表示光を瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる光学素子と、
　を備え、
　前記光学素子と前記眼球との位置関係が固定された状態で使用される映像投射システム。
〔２〕
　前記光学素子に入射する前記映像表示光の主光線が光軸に対して略平行である、〔１〕に記載の映像投射システム。
〔３〕
　前記光学素子が、前記眼球の表面に接触した状態で使用される、〔１〕又は〔２〕に記載の映像投射システム。
〔４〕
　前記光学素子と瞳孔との位置関係が固定された状態で使用される、〔３〕に記載の映像投射システム。
〔５〕
　前記光学素子が、前記眼球の表面に接触しない状態で使用される、〔１〕又は〔２〕に記載の映像投射システム。
〔６〕
　前記光学素子が、曲面を有し、前記曲面の曲率中心と前記眼球表面の曲面の曲率中心とが略同心である、〔１〕～〔５〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔７〕
　前記光学素子がホログラフィック光学素子である、〔１〕～〔６〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔８〕
　前記投射光学系が２次元配列表示素子を含み、
　前記２次元配列表示素子が前記映像表示光を形成する、〔１〕～〔７〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔９〕
　前記投射光学系が走査ミラーを含み、
　前記走査ミラーが前記映像表示光を形成する、〔１〕～〔７〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔１０〕
　前記投射光学系が部分合波部材を含み、
　前記部分合波部材が前記映像表示光を反射又は回折して前記光学素子に到達させる、〔１〕～〔９〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔１１〕
　前記光学素子が、ホログラフィック光学素子層を有し、
　前記ホログラフィック光学素子層が、前記光学素子に入射した前記映像表示光を瞳孔付近で集光するように回折する、〔１〕～〔１０〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔１２〕
　前記光学素子が、０次光反射層をさらに有し、
　前記光学素子は、外界側から前記ホログラフィック光学素子層、前記０次光反射層の順に積層されており、
　前記０次光反射層が、前記ホログラフィック光学素子層を通過した０次光を眼球以外の方向へ進行するように反射する、〔１１〕に記載の映像投射システム。
〔１３〕
　前記ホログラフィック光学素子層が、複数の層から構成されており、
　前記複数の層が、互いに異なる波長の光を回折する、〔１１〕又は〔１２〕に記載の映像投射システム。
〔１４〕
　前記光学素子が、第１のホログラフィック光学素子層及び第２の光学素子層を有し、
　前記光学素子は、外界側から前記第１のホログラフィック光学素子層、前記第２のホログラフィック光学素子層の順に積層されており、
　前記第１のホログラフィック光学素子層は、前記映像表示光を透過させ、
　前記第２のホログラフィック光学素子層は、前記透過した映像表示光を反射し、
　前記第１のホログラフィック光学素子層が、前記反射された映像表示光を瞳孔付近で集光するように回折する、〔１〕～〔１０〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔１５〕
　前記光学素子が、０次光反射層をさらに有し、
　前記光学素子は、外界側から前記第１のホログラフィック光学素子層、前記第２のホログラフィック光学素子層、前記０次光反射層の順に積層されており、
　前記０次光反射層が、前記第１及び第２のホログラフィック光学素子層を通過した０次光を眼球以外の方向へ進行するように反射する、〔１４〕に記載の映像投射システム。
〔１６〕
　前記第１及び／又は第２のホログラフィック光学素子層が、複数の層で構成されており、
　前記複数の層が、互いに異なる波長の光を回折する、〔１４〕又は〔１５〕に記載の映像投射システム。
〔１７〕
　前記投射光学系が光選別素子を含み、
　前記光選別素子が前記映像表示光から不要波長成分を分離して取り除く、〔１〕～〔１６〕のいずれか一つに記載の映像投射システム。
〔１８ 〕
　前記光学素子が、ホログラフィック光学素子層を有し、
　前記ホログラフィック光学素子層が、前記光学素子に入射した前記映像表示光を瞳孔の手前側又は奥側に集光するように回折する、〔１〕～〔１７〕に記載の映像投射システム。
〔１９ 〕
　前記光学素子に対する前記眼球の位置を検出する眼球位置検出装置と、
　前記眼球位置検出装置での検出結果に基づいて網膜に到達する光線群を特定し、該光線群により前記映像表示光が構成されるように前記投射光学系を制御する制御部と、
　を更に備える、〔１８〕に記載の映像投射システム。
〔２０〕
　映像表示光を眼球に投射する投射光学系を備えており、
　前記映像表示光を瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる光学素子との組み合わせで使用され、且つ、当該組み合わせの使用において、前記光学素子と前記眼球との位置関係が固定されている、映像投射装置。
〔２１〕
　映像表示光を眼球に投射する投射光学系を備える映像投射装置との組み合わせで使用され、
　当該組み合わせの使用において、前記眼球との位置関係が固定されており、且つ、
　前記映像表示光を瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる、映像表示光回折用光学素子。
〔２２〕
　映像投射装置から映像表示光を眼球に向けて投射する投射工程と、
　前記投射工程において投射された映像表示光を光学素子で瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる集光工程と、を含み、
　前記投射工程及び前記集光工程が、前記光学素子と前記眼球との位置関係が固定された状態で行われる、映像投射方法。
１００、２００　映像投射システム
１０１、２０１　映像投射装置
１１０、２１０　投射光学系
１１１　２次元配列表示素子
２１１　光源
２１２　走査ミラー
１１２、１１３、２１３　レンズ
１２０、２２０　光学素子
１３０、２３０　眼球
１３１、２３１　水晶体
１３２、２３２　網膜

Claims (22)

  1. 　映像表示光を眼球に投射する投射光学系を備える映像投射装置と、
    　前記映像表示光を瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる光学素子と、
    　を備え、
    　前記光学素子と前記眼球との位置関係が固定された状態で使用される映像投射システム。
  2. 　前記光学素子に入射する前記映像表示光の主光線が光軸に対して略平行である、請求項１に記載の映像投射システム。
  3. 　前記光学素子が、前記眼球の表面に接触した状態で使用される、請求項１に記載の映像投射システム。
  4. 　前記光学素子と瞳孔との位置関係が固定された状態で使用される、請求項３に記載の映像投射システム。
  5. 　前記光学素子が、前記眼球の表面に接触しない状態で使用される、請求項１に記載の映像投射システム。
  6. 　前記光学素子が、曲面を有し、前記曲面の曲率中心と前記眼球表面の曲面の曲率中心とが略同心である、請求項１に記載の映像投射システム。
  7. 　前記光学素子がホログラフィック光学素子である、請求項１に記載の映像投射システム。
  8. 　前記投射光学系が２次元配列表示素子を含み、
    　前記２次元配列表示素子が前記映像表示光を形成する、請求項１に記載の映像投射システム。
  9. 　前記投射光学系が走査ミラーを含み、
    　前記走査ミラーが前記映像表示光を形成する、請求項１に記載の映像投射システム。
  10. 　前記投射光学系が部分合波部材を含み、
    　前記部分合波部材が前記映像表示光を反射又は回折して前記光学素子に到達させる、請求項１に記載の映像投射システム。
  11. 　前記光学素子が、ホログラフィック光学素子層を有し、
    　前記ホログラフィック光学素子層が、前記光学素子に入射した前記映像表示光を瞳孔付近で集光するように回折する、請求項１に記載の映像投射システム。
  12. 　前記光学素子が、０次光反射層をさらに有し、
    　前記光学素子は、外界側から前記ホログラフィック光学素子層、前記０次光反射層の順に積層されており、
    　前記０次光反射層が、前記ホログラフィック光学素子層を通過した０次光を眼球以外の方向へ進行するように反射する、請求項１１に記載の映像投射システム。
  13. 　前記ホログラフィック光学素子層が、複数の層から構成されており、
    　前記複数の層が、互いに異なる波長の光を回折する、請求項１１に記載の映像投射システム。
  14. 　前記光学素子が、第１のホログラフィック光学素子層及び第２のホログラフィック光学素子層を有し、
    　前記光学素子は、外界側から前記第１のホログラフィック光学素子層、前記第２のホログラフィック光学素子層の順に積層されており、
    　前記第１のホログラフィック光学素子層は、前記映像表示光を透過させ、
    　前記第２のホログラフィック光学素子層は、前記透過した映像表示光を反射し、
    　前記第１のホログラフィック光学素子層が、前記反射された映像表示光を瞳孔付近で集光するように回折する、請求項１に記載の映像投射システム。
  15. 　前記光学素子が、０次光反射層をさらに有し、
    　前記光学素子は、外界側から前記第１のホログラフィック光学素子層、前記第２のホログラフィック光学素子層、前記０次光反射層の順に積層されており、
    　前記０次光反射層が、前記第１及び第２のホログラフィック光学素子層を通過した０次光を眼球以外の方向へ進行するように反射する、請求項１４に記載の映像投射システム。
  16. 　前記第１及び／又は第２のホログラフィック光学素子層が、複数の層から構成されており、
    　前記複数の層が、互いに異なる波長の光を回折する、請求項１４に記載の映像投射システム。
  17. 　前記投射光学系が光選別素子を含み、
    　前記光選別素子が前記映像表示光から不要波長成分を分離して取り除く、請求項１に記載の映像投射システム。
  18. 　前記光学素子が、ホログラフィック光学素子層を有し、
    　前記ホログラフィック光学素子層が、前記光学素子に入射した前記映像表示光を瞳孔の手前側又は奥側に集光するように回折する、請求項１に記載の映像投射システム。
  19. 　前記光学素子に対する前記眼球の位置を検出する眼球位置検出装置と、
    　前記眼球位置検出装置での検出結果に基づいて網膜に到達する光線群を特定し、該光線群により前記映像表示光が構成されるように前記投射光学系を制御する制御部と、
    　を更に備える、請求項１８に記載の映像投射システム。
  20. 　映像表示光を眼球に投射する投射光学系を備えており、
    　前記映像表示光を瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる光学素子との組み合わせで使用され、且つ、当該組み合わせの使用において、前記光学素子と前記眼球との位置関係が固定されている、映像投射装置。
  21. 　映像表示光を眼球に投射する投射光学系を備える映像投射装置との組み合わせで使用され、
    　当該組み合わせの使用において、前記眼球との位置関係が固定されており、且つ、
    　前記映像表示光を瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる、映像表示光回折用光学素子。
  22. 　映像投射装置から映像表示光を眼球に向けて投射する投射工程と、
    　前記投射工程において投射された映像表示光を光学素子で瞳孔付近に集光させそして網膜に到達させる集光工程と、を含み、
    　前記投射工程及び前記集光工程が、前記光学素子と前記眼球との位置関係が固定された状態で行われる、映像投射方法。
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