JP4679700B2 - 情報端末 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報端末、特に携帯型の情報端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、個人で大画面の画像を楽しむこと等を目的とした画像表示装置、特に、頭部や顔面に装着するタイプの画像表示装置の開発が盛んになされている。また、近年、携帯電話の普及や携帯情報端末の普及に伴い、携帯電話や携帯情報端末の画像や文字データを大画面で見たいというニーズが高まっている。
【０００３】
従来、頭部装着式の画像表示装置として、ＣＲＴのような画像表示素子の像を画像伝達素子で物体面に伝達し、この物体面の像をトーリック反射面によって空中に投影するようにしたものが知られている（米国特許第４０２６６４１号）。また、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の画像表示装置上の画像を屈折型のリレー光学系を介して一度空中に結像させた後、さらに偏心配置された凹面鏡からなる接眼光学系を介して観察者の眼球に導くようにしたものが知られている（特開平６−２９４９４３号）。しかし、これらはいずれも光学系が大きいため、携帯電話や携帯情報端末に用いるには不適当である。
【０００４】
携帯型情報端末においては、表示デバイスの拡大虚像を表示し、通話をしながら画像視認が可能なファインダー方式の携帯電話が提案されている（特開平７−２３５８９２号）。さらに、ファインダーを覗きながら携帯型情報端末を操作する方法も提案されている（特開平９−２１９７５５号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの従来例は、もっぱらファインダーを用いて画像を観察することを想定して構成されているため、画像表示素子を直視モードで観察できないか、あるいは、ファインダー光学系等との干渉によって、直視モードで観察しにくくなっている。そこで、ファインダー表示モード用の画像表示素子と、直視モード用の画像表示素子の２つの画像表示素子を同時に備えて構成することが、上記問題を解決するための一つの選択肢としては考えられる。しかし、画像表示素子を２つ使う構成はコストを上昇させるだけでなく、部品レイアウトの制限や消費電力の増加につながるので、携帯型情報端末を構成するにはふさわしくない。
【０００６】
携帯型情報端末における最も自然で楽な操作方法は、実像として表示された画像を直視モードで観察しながら、同一視野にあるデータ入力キーを操作する方法であることは否めない。すなわち携帯型情報端末は、特に画像を詳細に見る必要がある場合や、あるいは、携帯電話として通話しながら用いる場合のような特殊な用途の場合を除き、通常の多くの用途においては、このような直視モードで操作できることが望ましい。
【０００７】
そこで本発明は、携帯型情報端末の直視モードでの操作性を損なわずに、用途に応じて容易に拡大虚像を表示可能な情報端末を提供すること、より一般的に言えば、従来から携帯電話などの携帯型情報端末の利便性を損なうことなく、有益な光学的機能を付加した情報端末を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】
本第１の発明による情報端末は、画像表示デバイスと、平板状の透過型ホログラム部材と、画像観察窓と、波長選択手段を有し、前記画像表示デバイスは、前記透過型ホログラム部材に入射するように光を発散し、前記画像観察窓は、前記画像表示デバイスを外部から照明するのに十分な大きさを有していて、前記画像表示デバイスの画像表示面に対向して配置され、前記透過型ホログラム部材は、前記画像観察窓と前記画像表示デバイスのそれぞれに対して略平行に配置されていて、前記画像表示デバイスが発散する光のうち第１の方向に発散する光を正のレンズ作用によって拡大虚像を形成する虚像形成光にし、前記画像表示デバイスが発散する光のうち前記第１の方向と異なる第２の方向に発散する光を透過させて前記拡大虚像を形成しない直接観察光にし、前記波長選択手段は、前記虚像形成光の波長分布を制限することを特徴としている。
【０００９】
本第１の発明のように、画像表示デバイスを直接観察する窓部に虚像形成用の光学系を配置して、さらにその虚像形成用の光学系をホログラム部材で実現すれば、実質的に虚像形成用光学系用のスペースを新たに確保する必要が無く、コンパクトな構成を実現することができる。また、本第１の発明によれば、直接観察と虚像観察のそれぞれの用途に対して、透過型ホログラムの入射角度選択性を利用し、画像表示デバイスから拡散する光の拡散角によって用途別に光を分割することができるので、ホログラム部材を観察窓部に近接配置しているにも関わらず、画像表示デバイスの直接観察を実質的に妨げることがない。また、直接観察と虚像観察の切り換えは、観察窓を覗き込む角度を変えるだけの簡単な動作で実現できる。また、本第１の発明のように波長選択手段を用いて、ホログラム部材に入射する光の波長幅を制限すれば、ホログラムの大きな分散特性によって生じる色収差を実質的に抑制することができ、拡大虚像の品質を保つことができる。さらに、本第１の発明によれば、外光照明を活用でき、また、画像表示デバイスは一つで足りるので、従来の携帯電話等と比較しても、携帯性や消費電力の点で遜色ない。
【００１０】
なお、本第１の発明においては、ホログラム部材に想定されていない波長の光が入射するのを防止するために、画像表示デバイスから射出する光の配光特性を最適に制御する光拡散部材を具備することがより好ましい。
【００１１】
本第２の発明による情報端末は、透過率変調型の画像表示デバイスと、光拡散部材と、直接観察を行う第１の画像観察窓と、虚像観察を行う第２の画像観察窓と、拡大虚像形成光学系と、画像反転回路を有していて、前記画像表示デバイスは、表面と裏面に互いに表裏の関係にある画像を表示し、前記光拡散部材は、前記画像表示デバイスの裏面に接して、又は近接して配置されていて、前記画像表示デバイスの表面側と裏面側に所定の比率及び配光特性で光を分配し、前記第１の画像観察窓は、前記画像表示デバイスを外部から照明するのに十分な大きさを有していて、前記画像表示デバイスの表面に対向して配置され、前記第２の画像観察窓は、前記拡大虚像形成光学系から出射された光を通過させるのに十分な大きさを有していて、前記画像表示デバイスの裏面側に配置され、前記拡大虚像形成光学系は、レンズ作用を有するホログラム部材と屈折光学素子を有するホログラム部材を含んでいて、前記画像表示デバイスの裏面側に配置されていて、前記光拡散部材が前記裏面側に発散する光を前記レンズ作用によって拡大虚像を形成する虚像形成光にし、前記画像反転回路が、観察方法の違いに対応して表示画像を互いに表裏の関係に変換することを特徴としている。
【００１２】
本第２の発明によれば、画像表示デバイスを直接観察する従来からの機構には実質的に手を加えることなく、例えば、半透明の拡散部材の配光特性を制御することにより、画像表示デバイスの表裏面から画像を取り出しているので、用途別に光の分割を確実に行なうことができ、安定的かつ明瞭な直接観察および拡大虚像観察を行なうことができる。また、本第２の発明によれば、画像の表裏を画像反転回路で反転し、裏側から覗くという簡単な操作で、直接観察と拡大虚像観察とを切り替えることができる。また、本第２の発明によれば、画像観察窓と拡大虚像形成光学系とを完全に分離しているので、画像表示デバイスを観察窓に実質的に接した状態で配置することができ、窓部におけるケラレなどの問題も生じにくい。一方で、裏面には比較的空間が確保しやすいため、拡大虚像形成光学系の光学的レイアウトの自由度が上がり、高品質な拡大虚像形成光学系を達成することができる。また、本第２の発明によれば、本第１の発明と同様に、外部の照明を活用でき、また、画像表示デバイスが一つで足りるので、従来の携帯電話等と比較しても、携帯性や消費電力の点で遜色ない。
【００１３】
なお、本第２の発明においては、画像表示デバイスの裏面側に比較的空間的余裕があるが、情報端末のコンパクト化のためには、この空間はなるべく有効に使う必要がある。従って、裏面において虚像を形成するための光学系としては、ホログラム部材を用いることが好ましい。さらにこの場合は、波長選択手段を併用することでホログラム部材の特性を活かすことが好ましい。
【００１４】
本第３の発明による情報端末は、画像表示デバイスと、平板状の第１のホログラム部材と、平板状の第２のホログラム部材と、画像観察窓を有し、前記画像表示デバイスは、前記第１のホログラム部材に入射するように光を発散し、前記第１のホログラム部材及び前記第２のホログラム部材は、それぞれ所定方向から入射する光に対してレンズ作用を有し、前記画像観察窓は、前記画像表示デバイスを外部から照明するのに十分な大ささを有していて、前記画像表示デバイスの画像表示面に対向して配置され、少なくとも前記第１のホログラム部材及び前記第２のホログラム部材によって、前記第１のホログラム部材及び前記第２のホログラム部材が互いに相殺する方向に色収差を発生させる結像光学系を構成し、前記結像光学系は、前記画像表示デバイスが発散する光のうち前記第１の方向に発散する光を波面変換作用によって前記第２のホログラム部材から射出して所定の位置に拡大虚像を形成する虚像形成光にし、前記画像表示デバイスが発散する光のうち前記第１の方向と異なる第２の方向に発散する光を前記第１のホログラム部材及び前記第２のホログラム部材のレンズ作用を受けさせずに通過させて直接観察光にすることを特徴としている。
【００１５】
携帯型の情報端末のボディーは、概ね、平板状が使いやすい形態であり、通常、携帯型の情報端末に具備される画像表示デバイスは、ボディーの平面部に沿って配置されている。
上述のように、本願においては、拡大虚像観察が可能な携帯型情報端末の小電力化、およびコンパクト化を実現するために、一つの表示デバイスで直接観察と拡大虚像観察を行なうことを目指している。
画像表示デバイスに表示された画像から拡大虚像を形成するには、通常はその平面部に沿って配置された画像表示デバイスに対して垂直な光軸上に拡大虚像形成用の結像光学系を配置することが必要になるが、そのような配置構成は携帯型の情報端末にはふさわしくない。
【００１６】
これに対し、ホログラム部材は厚さが実質的に存在しないため、極めて薄い光学系を実現することができる。ここで、携帯型の情報端末においては、外光を活用することで消費電力を節約することが好ましいが、外光として白色光を用いた場合にホログラム部材が色収差を大きく発生させてしまうという問題がある。そこで、本第３の発明のように、複数のホログラム部材を用いて、それぞれのホログラムから生じる色収差を互いにキャンセルさせるように構成すれば、上記色収差の問題を回避することができる。
【００１７】
なお、第１及び第２のホログラム部材は、偏心レンズ作用を有することが好ましい。このように構成すれば、実質的に光軸を携帯型情報端末のボディーの長手方向に傾けることができ、ボディーのコンパクトさを損なうことなく比較的体積のある屈折光学素子を上記結像光学系に導入することが可能になる。
【００１８】
なお、第１のホログラム部材は、画像表示デバイスに対して略平行に配置されることが好ましい。このように構成すれば、上記結像光学系をより薄く、コンパクト化することができる。
また、上記２つのホログラム部材には、透過型ホログラムと反射型ホログラムとを組み合わせて構成することが好ましい。一般に、透過型ホログラムは入射角選択性が大きく、反射型ホログラムは波長選択性が大きいので、このように２つのタイプのホログラムを組み合わせて構成すれば、透過型ホログラムにより直接観察用の光と虚像を形成する光が分離しやすくなると同時に、反射型ホログラムにより色収差の問題も発生しにくくなる。これにより、直接観察の利便性を損なわずに高品質の拡大虚像を形成することができる。
【００１９】
また、第２のホログラム部材は、画像観察窓に近接もしくは接して配置されていることが好ましい。このように構成すれば、拡大虚像を形成する光の射出窓を新たに設ける必要が無くなるので、装置をコンパクト化する上で効果的である。
【００２０】
本第４の発明として、画像表示デバイスと、撮像デバイスと、平板状のホログラム部材を有する情報端末は、物体像を前記撮像デバイスに投影し撮影するための撮像光路と、前記画像表示デバイスが表示した像を観察するための観察光路を有し、前記撮像光路を通って前記撮像デバイスに入射する撮像光線の分布の中心と、前記観察光路を通って観察者の目に到達する観察光線の分布の中心とがほぼ重なり、前記撮像光線及び前記観察光線のそれぞれが情報端末から射出、もしくは情報端末に入射するインターフェース面を有し、前記インターフェース面の上には、少なくとも一つのホログラム部材を有し、前記ホログラム部材が、前記インターフェース面より情報端末内部の側において、撮像光路と観察光路を分離していることが好ましい。
【００２１】
本第４の発明によれば、同一の窓部を通して観察と撮影を行うことができるので、例えば、テレビ電話などを実況した場合に、モニターに映った相手の目線が不自然になるといった不具合が改善される。また、本第４の発明では、撮像光学系及び観察光学系にホログラム部材を採用しているので、光学系を極めて薄く構成することが可能になり、情報端末の携帯性に支障を与えることがない。
なお、インターフェース面は、画像表示デバイスが表示する画像を直接観察する画像観察窓に、近接または接して配置することが好ましい。そのように構成すれば、画像表示デバイスの表示を直接観察しながら、自身を撮影することが可能になり、極めて携帯性にすぐれたテレビ電話を実現できる。
【００２２】
なお、本第４の発明においては、撮像光学系及び観察光学系として少なくとも２つのホログラム部材を用いることが好ましい。そのように構成すれば、光学系を極めて薄くすることが出来ると同時に、ホログラムによる大きな分散（色収差）の問題を回避することが可能になる。
また、本第４の発明においては、反射型ホログラムと透過型ホログラムとの組み合わせでホログラム部材を用いることが好ましい。そのように構成すれば用途の異なる光の分離が容易になり、同時に色収差の問題も発生しにくくなり、これにより、高品質の光学系を実現することができる。
【００２３】
また、本第４の発明においては、ホログラム部材が偏心レンズ作用を有することが好ましい。そのように構成すれば、携帯型情報端末のボディーのコンパクトさを損なわずに比較的体積のある屈折光学素子を光学系に導入することが可能となり、これにより、高品質の光学系を実現できる。
【００２４】
なお、以上の全ての構成の中で波長選択手段を有する構成の場合において、波長選択手段は、所定の方向に所定波長の光を選択的に回折する反射型ホログラムで構成することができる。
同様に、波長選択手段は、所定波長の光を選択的に発する照明手段で構成することができる。
【００２５】
また、波長選択手段は、複数の波長の中から選択波長を切り替え可能とし、少なくとも一つのホログラム部材が、それぞれの選択波長に対応して結像特性が最適となる複数のホログラムを重畳した構成とすることができる。
また、以上の全ての構成の中でホログラム部材を有する構成の場合において、少なくとも一つのホログラム部材を、ホログラム作用のオン／オフが可能な可変ホログラムで構成することができる。
【００２６】
なお、ホログラム部材を構成するホログラムは、次の条件式(1)を満足する厚い体積型ホログラムであることが好ましい。
Ｑ＞１０ ……(1)
ただし、Ｑ＝２πλＴ／ｎ∧２、λは波長、Ｔは厚さ、ｎは平均屈折率、∧は屈折率変調の周期である。
【００２７】
なお、以上の全ての構成の中で拡大虚像を形成する構成の場合において、
情報端末は拡大虚像の像歪みを補正する、像歪み補正回路を有することが好ましい。
【００２８】
また、本発明におけるホログラム部材（ＨＯＥ）は以下のように定義する。図１０は本発明におけるＨＯＥを定義するための原理図である。
まず、ＨＯＥ面に入射し、さらに射出する波長λの光線追跡は、基準波長λ0＝ＨＷＬに対して定義されるＨＯＥ面上での光路差関数Φ0を用いて、次式(2)で与えられる。
ｎdＱd・Ｎ＝ｎiＱi・Ｎ＋ｍ（λ／λ0）∇Ф0・Ｎ ……(2)
ただし、ＮはＨＯＥ面の法線ベクトル、ｎi（ｎd）は入射側（射出側）の屈折率、Ｑi（Ｑd）は入射（射出）ベクトル（単位ベクトル）である。また、ｍ＝ＨＯＲは射出光の回折次数である。
【００２９】
ＨＯＥが基準波長λ0の２点光源、すなわち図１０に示すような点Ｐ1＝（ＨＸ１，ＨＹ１，ＨＺ１）を光源とする物体光、および点Ｐ2＝（ＨＸ２，ＨＹ２，ＨＺ２）を光源とする参照光の干渉によって製造される（定義される）とすれば、
Φ0＝Φ0 2P
＝ｎ2・ｓ2・ｒ2−ｎ1・ｓ1・ｒ1
となる。ただし、ｒ1（ｒ2）は点Ｐ1（点Ｐ2）からＨＯＥ面の所定の座標までの距離（＞０）、ｎ1（ｎ2）は製造時（定義時）にＨＯＥを置く媒質の、点Ｐ1（点Ｐ2）を配置した側の屈折率であり、ｓ1＝ＨＶ１、およびｓ2＝ＨＶ２は光の進行方向を考慮する符号である。この符号は光源が発散光源（実点光源）である場合に、ＲＥＡ＝＋１、逆に光源が収束する光源（仮想点光源）の場合にＶＩＲ＝−１となる。なお、レンズデータ中におけるＨＯＥの定義として、製造時（定義時）にＨＯＥを置く媒質の屈折率ｎ1（ｎ2）は、レンズデータ中でＨＯＥ面が接している媒質の、点Ｐ1（点Ｐ2）が存在する側の屈折率とする。
【００３０】
一般的な場合、ＨＯＥを製造する際の参照光と物体光は球面波とは限らない。この場合のＨＯＥの光路差関数Φ0は、多項式で表した付加的な位相項Φ0 Poly（基準波長λ0における光路差関数）を加えて次式(3)で表わすことができる。
Φ0＝Φ0 2P＋Φ0 Poly ……(3)
ここで、多項式は、
であり、一般には
ｊ＝｛（ｍ＋ｎ）2＋ｍ＋３ｎ｝／２
で定義することができる。ただし、Ｈjは各項の係数である。
【００３１】
さらに光学設計の便宜から、光路差関数Φ0を
Φ0＝Φ0 Poly
のように付加項のみで表し、それによってＨＯＥを定義することもできる。例えば、２点光源Ｐ1（点Ｐ2）を一致させると光路差関数Φ0の干渉による成分Φ0 2Pはゼロとなるので、この場合は実質的に付加項（多項式）のみで光路差関数を表示したことに相当する。
以上のＨＯＥに関する説明は、すべてＨＯＥ原点を基準とするローカル座標に対するものである。
【００３２】
以下に、ＨＯＥを定義する構成パラメータの例を示す。
ＨＯＥ：
ＨＶ１（ｓ1）＝ＲＥＡ（＋１）
ＨＶ２（ｓ2）＝ＶＩＲ（−１）
ＨＯＲ（ｍ） ＝１
ＨＸ１＝０ ，ＨＹ１＝-3.40×109 ，ＨＺ１＝-3.40×109
ＨＸ２＝０ ，ＨＹ２＝ 2.50×10 ，ＨＺ２＝-7.04×10
ＨＷＬ（λ0）＝５４４
Ｈ１＝ -1.39×10-21， Ｈ２＝ -8.57×10-5， Ｈ３＝ -1.50×10-4
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、各実施形態におけるホログラムには、次の条件式(1)を満足する厚い体積型ホログラムが用いられている。
Ｑ＞１０ ……(1)
ただし、Ｑ＝２πλＴ／ｎ∧２、λは波長、Ｔは厚さ、ｎは平均屈折率、∧は屈折率変調の周期である。
【００３４】
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態の情報端末の概略構成図である。
本実施形態の情報端末は、画像表示デバイスとして透過型の液晶パネル３と、平板状の透過型ホログラム部材である透過型体積ホログラム１と、画像観察窓２を有している。
画像観察窓２は、液晶パネル３を外部から照明するのに十分な大きさを有している。
透過型体積ホログラム１は、画像観察窓２の表面に形成され、液晶パネル３の画像表示面に対向して配置されており、所定の入射角近傍で入射した光に対して正の偏心レンズ作用を有し、そのレンズ作用により所定の位置に拡大虚像を形成するようになっている。
【００３５】
また、本実施形態の情報端末は、虚像形成光の波長分布を制限する波長選択手段として平板状の反射型体積ホログラム４を有している。
また、液晶パネル３には、拡大虚像の像の歪みを補正する画像歪み補正回路７が接続され、画像歪み補正回路７には、観察方法切替えスイッチ６が接続されており、拡大虚像を観察する場合には、観察方法切り替えスイッチ６から送られる切り替え信号に従い、画像歪み補正回路7によって映像信号が補正され、拡大虚像に歪みが生じないようになっている。
その他、拡散板５が、反射型体積ホログラム４を挟んで液晶パネル３と対向する位置に設けられている。そして、拡散板５は、拡散光の配光特性が透過型体積ホログラム１がレンズ作用を持たない角度範囲に調整されている。
【００３６】
このように構成された本実施形態の情報端末によれば、画像観察窓２に入射した外部の光は、透過型体積ホログラム１、所望の画像を表示した透過型液晶パネル３を透過する。液晶パネル３を透過した光のうちの所定の波長λ及びその近傍の光は、反射型体積ホログラム４によって、透過型体積ホログラム１がレンズ作用を生じる方向に選択的に回折されて反射し、その方向に液晶パネル３を照明する。一方、それ以外の波長の光は反射型体積ホログラム４を透過し、拡散板５によって拡散されて、反射型体積ホログラム４を透過し、液晶パネル３を照明する。液晶パネル３を照明した光は、透過型体積ホログラム１に入射する。
【００３７】
ここで、拡散板５の配光特性は、透過型体積ホログラム１がレンズ作用を持たない角度範囲に調整されており、また、透過型体積ホログラム１によって回折される光は実質的に波長λ近傍の光に制限されているため、透過型体積ホログラム１に入射した光のうち、反射型体積ホログラム４によって回折された波長λ及びその近傍の光が、透過型体積ホログラム１により回折されて透過して、観察者の瞳位置で拡大虚像を形成する。一方、それ以外の波長の光は回折されないでそのまま透過型体積ホログラム１を透過する。
【００３８】
本実施形態の情報端末によれば、透過型体積ホログラム１により拡大虚像を形成する際に発生する色収差によるぼけは許容できる範囲に抑えられる。また、透過型体積ホログラム１は、一般的に入射角選択性が大きいため、拡散板５の配光特性を比較的広い角度範囲に設定することが可能であり、液晶パネル３に表示された画像を直接観察する（直視方向から観察する）のをほとんど妨げることはない。
【００３９】
従って、本実施形態の情報端末によれば、究めてコンパクトな構成でありながら、液晶パネルに表示された画像の直接観察を実質的に妨げることなく、その拡大虚像の観察をも同時に実現することができる。
【００４０】
第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態の情報端末の概略構成図である。本実施形態は第１実施形態の変形例である。
本実施形態では、波長選択手段として、図１に示す反射型体積ホログラム４の代わりに、図２に示すように、比較的狭い波長幅を有する光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）４１を用いている。なお、図２中、１１は透過型体積ホログラムである。
画像観察窓２は、液晶パネル３を外部から照明するのに十分な大きさを有している。
透過型体積ホログラム１１は、画像観察窓２の表面に形成され、液晶パネル３の画像表示面に対向して配置されており、所定の入射角近傍で入射した光に対して正の偏心レンズ作用を有し、そのレンズ作用により所定の位置に拡大虚像を形成するようになっている。
【００４１】
本実施形態の情報端末によれば、画像観察窓２に入射した外部の光は、透過型体積ホログラム１１、所望の画像を表示した透過型液晶パネル３を透過する。液晶パネル３を透過した光は、拡散板５によって拡散されて、液晶パネル３を照明する。液晶パネル３を照明した光は、透過型体積ホログラム１に入射する。また、発光ダイオード４１から射出された前記比較的狭い波長幅の光が拡散板５を通り、液晶パネル３を透過して、透過型体積ホログラム１１に入射する。
【００４２】
ここで、拡散板５の配光特性は、液晶パネル３を透過した発散光については透過型体積ホログラム１がレンズ作用を持たない角度範囲に調整されており、また、透過型体積ホログラム１によって回折される光は、発光ダイオード４１から射出された前記比較的狭い波長幅の光に制限されているため、透過型体積ホログラム１に入射した光のうち、発光ダイオード４１から射出された前記比較的狭い波長幅の光が、透過型体積ホログラム１１により回折されて透過して、観察者の瞳位置で拡大虚像を形成する。一方、それ以外の波長の光は回折されないでそのまま透過型体積ホログラム１１を透過する。
従って、本実施形態においても、図１と同様の作用を奏することができる。
なお、本実施形態においては、光源としてＬＥＤを用いているが、より波長範囲の狭いレーザーダイオード（ＬＤ）を用いれば、色収差によるぼけの抑制効果はより大きくなる。
【００４３】
また、本実施形態では、レンズ作用を有する通過型の体積ホログラムとして、電気信号でスイッチ（オン／オフ）可能な可変ホログラム１１を用いている。このような素子は、例えば、光硬化性ポリマーと液晶の混合物の膜に干渉露光を施すことで実現できる。図２中、７１はこの素子の駆動回路で、観察方法切り替えスイッチ６から送られる切り替え信号に従い、可変ホログラム１１のオン／オフを行う。このような素子を用いれば、虚像観察時以外は可変ホログラム１１の回折作用を消失させることができるので、液晶パネルに表示された画像を直接観察する際に、わずかながら混入する可能性のある不要な回折光を完全に除去することができる。
【００４４】
また、本実施形態で明示してはいないが、発光波長の異なる複数の光源と、その波長に対してそれぞれ最適なレンズ作用を持つように形成した可変ホログラムを用意し、各々を時間的に同期させて交互に動作させるように構成すれば、拡大虚像のカラー表示が容易に実現可能である。その際、可変ホログラムは積層することが可能であり、しかも実質的な厚さが存在しないため、装置のコンパクト性に影響することはほとんど無い。
【００４５】
また、複数の光源の代わりに、それぞれ異なる波長の光を選択的に回折する反射型の可変ホログラムを用いて図１と同様に配置すれば、外部の光により拡大虚像をカラー表示することも可能である。
なお、その他の構成及び作用効果は図１の実施形態とほぼ同様である。
【００４６】
第３実施形態
図３は、本発明の第３実施形態の情報端末の概略構成図である。
本実施形態の情報端末は、画像表示デバイスとして透過型の液晶パネル３と、光拡散部材５１と、画像観察窓２，２１と、拡大虚像形成光学系と、画像反転回路７２を有している。
【００４７】
本実施形態では、上述のように、画像を直接観察する画像観察窓２以外に、平板状ボディーの裏面に虚像観察用の画像観察窓２１が設けられており、透過型の体積ホログラム１は、この裏面の画像観察窓２１上に配置されている。
画像観察窓２，２１は、液晶パネル３を外部から照明するのに十分な大きさを有している。
透過型体積ホログラム１は、画像観察窓２１の表面に形成され、液晶パネル３の画像表示面に対向して配置されており、所定の入射角近傍で入射した光に対して偏心レンズ作用を有している。
【００４８】
光拡散部材５１は、半透明の薄板状拡散板で構成されており、液晶パネル３の裏面に近接して配置されており、液晶パネル３の表面側および裏面側にそれぞれ後述のような所定の適性な比率と配光特性で光を分配するようになっている。なお、光拡散部材５１は、液晶パネル３の裏面に接して配置されていてもよい。
拡大虚像形成光学系は、屈折光学系８と透過型ホログラム１とで構成されており、所定の位置に拡大虚像を形成するようになっている。
【００４９】
また、液晶パネル３には、拡大虚像の像の歪みを補正する画像歪み補正回路７が接続され、画像歪み補正回路７には、観察方法切替えスイッチ６が接続されており、拡大虚像を観察する場合には、観察方法切り替えスイッチ６から送られる切り替え信号に従い、画像歪み補正回路７によって映像信号が補正され、拡大虚像に歪みが生じないようになっている。
画像反転回路７２は、観察方法切替えスイッチ６に接続されており、観察方法の違いに対応して表示画像を互いに表裏の関係に変換するようになっている。
また、拡散部材５１と屈折部材８との間には、波長選択手段として干渉フィルター４２が設けられており、干渉フィルター４２は、ホログラム１に入射する光の波長分布を、ホログラム１の設計波長の成分のみに制御している。
【００５０】
本実施形態によれば、画像観察窓２に入射した外部の光は、光拡散部材５１で拡散され、そのうち画像観察窓２の向きに拡散された光が、液晶パネル３を照明し、それにより液晶パネル３に表示された画像が画像観察窓２を通して直接観察される。一方、光拡散部材５１を透過し、虚像観察窓２１の向きに拡散された光が、光拡散部材５１の面内の明るさ分布として画像を表示し、その画像が、屈折光学系８と透過型ホログラム１とで構成される拡大虚像形成光学系により、所定位置に拡大虚像として結像される。その際、拡大虚像を形成する光は、波長選択手段として配置した干渉フィルター４２によって、ホログラム１の設計波長の成分のみとなっており、ホログラム１による色収差は発生しない。
【００５１】
また、払大虚像観察時は、観察方法切り替えスイッチ６からの信号に従い、画像反転回路７２で画像の表裏反転処理がおこなわれ、さらに歪み補正回路７で歪み補正がおこなわれるので、歪みの内正常な画像を観察することができる。
【００５２】
第４実施形態
図４は、本発明の第４実施形態の情報端末の概略構成図である。本実施形態は実施形態３の変形例である。
本施形態では、外部からの電気信号でオン・オフ可能な可変拡散部材５２、および５２’が透過型液晶パネル３の表裏面に近接して配置されている。このオン・オフ可能な可変拡散部材５２，５２’は、例えば、第２実施形態で説明した可変ホログラム１１と同様に構成することで実現できる。
【００５３】
図４中、７３はこの素子の駆動回路で、観察方法切り替えスイッチ６から送られる切り替え信号に従い、可変拡散部材５２、および５２’のオン／オフを交互におこない、液晶パネル３が実質的に画像を表示する向きをスイッチするようになっている。例えば、虚像観察を選択した場合、可変拡散部材５２を透過拡散状態とし、可変拡散部材５２’を透過することで、液晶表示パネル３から発散する光を効率よく裏面方向に導く。
【００５４】
また図４中、１２は透過型ホログラム、１３は反射型ホログラム、８１はプリズム光学系、８２は反射光学系である。これらの光学系は、液晶表示パネル３の裏面方向に導かれた光を、透過型ホログラム１２、プリズム光学系８１、反射光学系８２、反射型ホログラム１３を介して、所定の位置に拡大虚像を形成するようになっている。
ホログラム１２，１３は夫々偏心レンズ作用を有し、また、互いの色収差を概ね相殺する回折作用を有している。また、プリズム光学系８１は、主に像の歪みや球面収差などを補正する作用を有している。
また、観察窓２と観察窓２１は、互いにずらした位置に配置されている。
【００５５】
本実施形態によれば、ホログラム１２，１３のレンズ作用が偏心しているため、収差補正のためのプリズム光学系８１を配置しても、情報端末全体として薄い構成を実現できる。また、この構成では、透過型ホログラム１２が実質的に入射する光の波長分布を制御する波長分離手段の役割を果たしており、さらに、観察窓２と観察窓２１を互いにずらして配置しているため、虚像観察において背景光がかぶることもなく、鮮明な映像を提供することができる。
なお、その他の構成及び作用効果は図３の実施形態とほぼ同様である。
【００５６】
第５実施形態
図５は本発明の第５実施形態の情報端末の概略構成図であり、(a)は一使用形態、(b)は他の使用形態をそれぞれ示す。
本実施形態の情報端末は、図５(a),(b)に示すように、ボディー９が、ヒンジ６１を介してコンバイナー支持部材９１と動作可能に結合されており、観察方法に応じてコンバイナー支持部材９１を開閉して使用するようになっている。
【００５７】
また、本実施形態の情報端末は、反射型の画像表示デバイス３１と、平板状の第１ホログラム部材として透過型ホログラム１４と、平板状の第２ホログラム部材として反射型ホログラム１５と、画像観察窓２，２２を有している。画像観察窓２，２２は、図５(b)に示すように、画像表示デバイス３１を外部から照明するのに十分な大きさを有している。画像観察窓２は、ボディー9の表面に、画像表示デバイス３１の画像表示面に対向するように配置されている。また、画像表示窓２２は、透明部材で構成されていて、図５(b)に示すように、コンバイナー支持部材９１を閉じた状態において、画像表示デバイス３１の画像表示面に対向するようにコンバイナー支持部材９１に配置されている。
【００５８】
透過型ホログラム１４は、偏心レンズ作用を有しており、画像観察窓２と接して配置されている。反射型ホログラム１５は、同様に偏心レンズ作用を有しており、画像観察窓２２に沿って配置されている。また、透過型ホログラム１４と反射型ホログラム１５とは、互いに回折作用により互いの色収差を概ね相殺する方向に色収差を発生させている。
そして、本実施形態の情報端末では、反射型の画像表示デバイス３１から所定の角度で発散した光が、ホログラム１４，１５を介して所定の位置に拡大虚像を形成するようになっている。また、残りの光は、ホログラム１４の回折作用を受けずに観察窓２から射出され、表示デバイス３１に表示された画像の直接観察が可能になっている。
その他、液晶パネル３１には、拡大虚像の像の歪みを補正する画像歪み補正回路７が接続されており、拡大虚像を観察する場合に画像歪み補正回路7を介して、映像信号が補正されて、拡大虚像に歪みが生じないようになっている。また、ヒンジ６１は、コンバイナー部の開閉に連動して拡大虚像観察と直視モードでの観察の２つの観察モードの切り替えスイッチの役割を兼ねている。また、この構成では、透過型ホログラム１４が実質的に入射する光の波長分布を制御する波長分離手段の役割を果たしている。
【００５９】
本実施形態の情報端末によれば、通常の使用、あるいは携行するときは図５(b)に示すように、コンバイナー部を折りたたんでコンパクトな構成にする。この時、コンバイナー部にはシースルー窓２２が配置されているので、折りたたんだ状態で直視モードの観察が可能になる。また、ヒンジ６１が観察モードの切り替えスイッチを兼ねているので、コンバイナー部を展開することによって、観察モードが直視モードから拡大観察モードへと自動的に切り替わり、簡単に拡大虚像を観察することができる。
【００６０】
第６実施形態
図６は本発明の第６実施形態の情報端末の概略構成図である。
本実施形態の情報端末は、図６に示すように、ボディー９が、ヒンジ６１を介してコンバイナー支持部材９１と動作可能に結合されており、観察方法に応じてコンバイナー支持部材９１を開閉して使用するようになっている。
【００６１】
また、本実施形態の情報端末は、反射型の画像表示デバイス３１と、２つの平板状のホログラム部材１７，１８を有している。また、本実施形態の情報端末は、ボディー９に、偏心レンズ作用を有する透過型ホログラム１６、プリズム光学系８３、窓部２３を有しており、反射型の画像表示デバイス３１から所定の方向に拡散する光が、偏心レンズ作用を有する透過型ホログラム１６、プリズム光学系８３、窓部２３を通り、さらに、偏心レンズ作用を有する反射型ホログラム１７、もしくは１８を通って所定の位置に拡大虚像を形成するようになっている。観察者は、これにより拡大虚像を観察することができる。また、ボディー９には、画像観察窓２が設けられており、透過型ホログラム１６を介して画像表示デバイス３１を直視モードで観察することができるようになっている。
【００６２】
ホログラム１８は、ホログラム作用のオン・オフが可能な可変ホログラムとして構成されており、ホログラム１８がオンの時、光はホログラム１８で反射回折し、ホログラム１７の影響を受けない一方、ホログラム１８がオフの時、光はホログラム１８を素通りし、ホログラム１７の回折作用を受けるようになっている。このため、ホログラム１７と１８は、二つ合せて実質的に焦点可変レンズ作用を有するホログラム部材として機能する。この機能により、同じ拡大虚像表示モードであっても、顔を近づけて観察する近接視モードと、やや離して観察する通常視モードとを両立させることができるようになっている。また、透過型ホログラム１６と反射型のホログラム１７，１８とは、互いの回折作用により、互いに相殺する方向に色収差を発生するようになっている。さらに、この構成においては、ＴＶカメラ９２、スピーカー９３、マイク９４を備え、携帯テレビ電話機能を実現している。
【００６３】
第７実施形態
図７は本発明の第７実施形態の情報端末の概略構成図である。
本実施形態の情報端末は、二つのボディー９２，９３を備え、夫々は動作可能なヒンジ６１で結合されている。ボディー９２にはデータ入力用のキーボード９５が配置されて、デー夕入力部分を構成し、一方で、ボディー９３には、画像表示手段が配置されて、モニター部が構成されている。
【００６４】
また、本実施形態の情報端末は、画像観察窓２の一部に透過型ホログラム１０２が設けられている。そして、本実施形態においては、反射型の画像表示デバイス３１から所定方向に拡散する光は、偏心レンズ作用を有する透過型ホログラム１０１、プリズム光学系８４、偏心レンズ作用を有する透過型ホログラム１０２を介して、所定の位置に拡大虚像を形成し、一方、それ以外の光は、ホログラムの作用を受けずに直接画像観察窓２から射出されるようになっている。なお、透過型ホログラム１０１，１０２は、互いの回折作用により互いに相殺する方向に色収差を発生するようになっており、また、画像観察窓２は、反射型の画像表示デバイス３１を外部から照明するのに十分な大きさを有している。
【００６５】
第８実施形態
図８は本発明の第８実施形態の情報端末の概略構成図である。本実施形態の情報端末は、図５を用いて説明した第５実施形態の情報端末に撮像機能の構成を重畳して構成されている。
【００６６】
そして、本実施形態の情報端末は、画像表示デバイス３１と、撮像デバイスとしてＣＣＤ９７と、平板状の透過型ホログラム１４及び平板状の反射型ホログラム１５を有すると共に、反射型ホログラム１０３を虚像観察光学系を構成するホログラム１５に重ねて配置し、また、ボディー９に透過型ホログラム１０４を配置し、さらに、可動ミラー部材８５、プリズム光学系８６を備えている。
【００６７】
そして、本実施形態では、図において撮像光路として示す矢印の向きに沿って、コンバイナー部に入射した光は、反射型ホログラム１０３、透過型ホログラム１０４、可動ミラー部材８５、プリズム光学系８６を通って、ＣＣＤ９７上に実像を形成するようになっている。
また、ＣＣＤ９７上に結像された実像は、映像信号生成回路７４によって映像信号となる。コンバイナー支持部材９１上に配置された、ポジション確認マーク９６の位置情報は、この映像信号からポジション補償信号発生回路７５によって解析され、ポジション補償信号発生回路７５からの信号に従って、可動ミラー部材８５は最適な状態に安定するようになっている。
【００６８】
なお、本実施形態においても、図５の実施形態と同様に、画像表示デバイス３１の像の拡大観察は、透過型ホログラム１４、反射型ホログラム１５を介して行なうことができると共に、通常の直視モードでの画像観察は、透過型ホログラム１４を介して行なうことができるようになっている。
【００６９】
即ち、本実施形態の情報端末は、コンバイナー部材９１上には、拡大虚像の観察用光線が射出すると共に撮像用光線が入射するインターフェース面が構成されており、そのインターフェース面上に、ホログラム部材１５，１０３を有し、インターフェース面より情報端末内部の側において、ホログラム部材１５，１０３が観察光路と撮像光路とに分離している。
【００７０】
本実施形態によれば、虚像形成光の射出面と撮像光の入射面が一致しているため、映像を双方向通信するテレビ電話のような場合において、目線の不自然さを解消できる。この機能はホログラムの入射角選択性を利用したことにより、新しい機能を付加したにも関わらず非常にシンプルな構成となっており、携帯型情報端末としての利便性を全く妨げていない。
【００７１】
第９実施形態
図９は本発明の第９実施形態の情報端末の概略構成図である。本実施形態は、第８実施形態の構成をさらにシンプルにしたもので、虚像形成光学系を省いて構成されている。
【００７２】
即ち、本実施形態の情報端末は、ホディー９に画像観察窓２と、画像表示デバイス３１と、平板状の透過型ホログラム１０５を備えると共に、平板状の透過型ホログラム１０６、プリズム光学系８７、ＣＣＤ９７を備えている。透過型ホログラム１０５，１０６は、互いに偏心レンズ作用を有している。また、ホログラム１０５，１０６は、互いに発生する色収差の符号が逆であり、それぞれにおいて発生する色収差をほぼ相殺させるようになている。
また、ホログラム１０５は、可変ホログラムとして構成されていると共に、ＣＣＤ９７に可変ホログラム１０５のオン・オフを行なうシャッター機能を持たせている。
【００７３】
そして、本実施形態の情報端末では、画像表示デバイス３１から拡散する光は、透過型ホログラム１０５で回折されることなく、画像観察窓２からそのまま射出され、観察光Ａとなる。一方、外部の物体から拡散し、観察窓２に入射した光（撮影光Ｂ）は、偏心レンズ作用を有する透過型ホログラム１０５でその一部の光が回折され、透過型ホログラム１０６、プリズム光学系８７を通り、ＣＣＤ９７上に結像される。
即ち、本実施形態では、ボディー９の画像観察窓２に設けられた透過型ホログラム１０５で、観察用光線を射出すると共に撮像光線が入射するインターフェース面を構成しており、インターフェース面より情報端末の内部の側において、透過型ホログラム１０５が撮像光路と観察光路とを分離している。
【００７４】
本実施形態によれば、観察光Ａと撮影光Ｂが入射、または射出する面は、共に観察窓２であるので、外観上は現状の携帯電話をなんら変えずに済む。
また、本実施形態では、ホログラム１０５を可変ホログラムとして構成し、ＣＣＤ９７に可変ホログラム１０５のオン・オフをおこなうシャッター機能を持たせたため、撮像を行なわないときは、そのようなモードを設定する図示省略したスイッチ部材によりホログラム１０５が完全に透過観察可能状態となり、画像表示デバイス３１の表示画像を観察する上でなんの制約も生じない。
【００７５】
以上説明したように、本発明の画像表示装置は、特許請求の範囲に記載された特徴のほかに下記に示すような特徴も備えている。
（１）前記画像表示デバイスから発散する光の配光特性を適正に制御する拡散部材を含み、画像表示デバイスが、透過率変調型で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の情報端末。
【００７６】
（２）前記拡大虚像形成光学系が、少なくとも一つの偏心レンズ作用を有するホログラム部材を含むことを特徴とする請求項２に記載の情報端末。
【００７７】
（３）前記ホログラム部材に入射する光の波長分布を制御する波長選択手段を有することを特徴とする上記（２）に記載の情報端末。
【００７８】
（４）前記第１のホログラム部材、及び、前記第２のホログラム部材が、偏心レンズ作用を有することを特徴とする請求項３に記載の情報端末。
【００７９】
（５）前記第１のホログラム部材が、前記画像表示デバイスに対して略平行に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の情報端末。
【００８０】
（６）前記第１のホログラム部材と前記第２のホログラム部材が、それぞれ透過型ホログラムと反射型ホログラム、又は反射型ホログラムと透過型のホログラムの組み合わせで構成されていることを特徴とする上記（４）に記載の情報端末。
【００８１】
（７）前記第２のホログラム部材が、前記画像観察窓に近接、又は、接して配置されていることを特徴とする請求項３に記載の情報端末。
【００８２】
（８）前記ホログラム部材に入射する光の波長分布を制御する波長選択手段を有していることを特徴とする請求項３に記載の情報端末。
【００８３】
（９）画像表示デバイスと、撮像デバイスと、平板状のホログラム部材を有し、物体像を前記撮像デバイスに投影し撮影するための撮像光路と、前記画像表示デバイスが表示した像を観察するための観察光路を有し、前記撮像光路を通って前記撮像デバイスに入射する撮像光線の分布の中心と、前記観察光路を通って観察者の目に到達する観察光線の分布の中心がほぼ重なり、前記撮像光線、及び前記観察光線のそれぞれが情報端末から射出、もしくは情報端末に入射するインターフェース面を有し、前記インターフェース面の上には、少なくとも一つのホログラム部材を有し、前記ホログラム部材が、インターフェース面の情報端末内部の側において、撮像光路と観察光路を分離していることを特徴とする情報端末。
【００８４】
（１０）前記インターフェース面が、前記画像表示デバイスの画像表示面に対向した画像観察窓、または、それに近接した面であり、前記画像表示面からの拡散光が、前記ホログラム部材の作用を受けずにそのまま前記画像観察窓を通って射出し、前記画像観察窓に入射した撮像光線が、前記ホログラム部材の回折作相を受けて撮像光学系に導かれるようにしたことを特徴とする上記（９）に記載の情報端末。
【００８５】
（１１）少なくとも２つのホログラム部材を有し、前記２つのホログラム部材が、観察光学系又は撮像光学系の構成要素であり、かつ、互いに符号が逆の色収差を発生させることを特徴とする上記（９）に記載の情報端末。
【００８６】
（１２）透過型及び反射型のホログラム部材を少なくとも一つずつ有していることを特徴とする上記（９）に記載の情報端末。
【００８７】
（１３）前記ホログラム部材が、偏心レンズ作用を有することを特徴とする上記（９）に記載の情報端末。
【００８８】
（１４）前記波長選択手段が所定方向に所定波長の光を選択的に回折する反射型ホログラムからなることを特徴とする請求項１、上記（３）、（６）のいずれかに記載の情報端末。
【００８９】
（１５）前記波長選択手段が、所定波長の光を選択的に照明する照明手段であることを特徴とする請求項１、上記（３）、（６）のいずれかに記載の情報端末。
【００９０】
（１６）前記波長選択手段が、複数の波長の中から選択波長を切り替え可能であり、少なくとも一つの前記ホログラム部材が、それぞれの選択波長に対応して結像特性が最適となる複数のホログラムを重畳してなることを特徴とする請求項１、上記（３）、（６）のいずれかに記載の情報端末。
【００９１】
（１７）少なくとも一つの前記ホログラム部材が、ホログラム作用のオン／オフが可能な可変ホログラムで構成されていることを特徴とする請求項１、３、上記（２）、（９）のいずれかに記載の情報端末。
【００９２】
（１８）拡大虚像の像歪みを補正する、像歪み補正回路を有していることを特徴とする請求項１、３、上記（２）、（９）のいずれかに記載の情報端末。
【００９３】
（１９）前記ホログラム部材を構成するホログラムが、次の条件式(1)を満足する厚い体積型ホログラムであることを特徴とする請求項１、３、上記（２）、（９）のいずれかに記載の情報端末。
Ｑ＞１０ ……(1)
ただし、Ｑ＝２πλＴ／ｎ∧２、λは波長、Ｔは厚さ、ｎは平均屈折率、∧は屈折率変調の周期である。
【００９４】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明の情報端末によれば、携帯型情報端末の直視モードでの操作性を損なうことなく、用途によっては容易に拡大虚像を表示可能とすることである。また、携帯電話などの現在の携帯型情報端末の利便性を損なうことなく、有益な光学的付加機能を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図５】本発明の第５実施形態の情報端末の概略構成図であり、(a)は一使用形態、(b)は他の使用形態をそれぞれ示す。
【図６】本発明の第６実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図７】本発明の第７実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図８】本発明の第８実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図９】本発明の第９実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図１０】本発明におけるＨＯＥを定義するための原理図である。
【符号の簡単な説明】
１，１２，１３，１４，１０１，１０２，１０４，１０６透過型ホログラム
２，２１ 画像観察窓
３ 液晶パネル
４，１５，１７，１０３ 反射型ホログラム
５ 拡散板
６ 観察方法切り替えスイッチ
７ 画像歪み補正回路
８ 屈折光学系
９ ボディー
１１，１８，１０５ 可変ホログラム
２３ 窓部
３１ 画像表示デバイス
４２ 干渉フィルター
５１ 拡散部材
５２，５２’ 可変拡散部材
６１ ヒンジ
７３ 可変拡散部材駆動回路
７４ 映像信号生成回路
７５ ポジション補償信号発生回路
８１，８３，８４，８６，８７ プリズム光学系
８２ 反射光学系
８５ 可動ミラー部材
９１ コンバイナー支持部材
９２ ＴＶカメラ
９３ スピーカー
９４ マイク
９５ キーボード
９６ ポジション確認マーク
９７ ＣＣＤ
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報端末、特に携帯型の情報端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、個人で大画面の画像を楽しむこと等を目的とした画像表示装置、特に、頭部や顔面に装着するタイプの画像表示装置の開発が盛んになされている。また、近年、携帯電話の普及や携帯情報端末の普及に伴い、携帯電話や携帯情報端末の画像や文字データを大画面で見たいというニーズが高まっている。
【０００３】
従来、頭部装着式の画像表示装置として、ＣＲＴのような画像表示素子の像を画像伝達素子で物体面に伝達し、この物体面の像をトーリック反射面によって空中に投影するようにしたものが知られている（米国特許第４０２６６４１号）。また、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の画像表示装置上の画像を屈折型のリレー光学系を介して一度空中に結像させた後、さらに偏心配置された凹面鏡からなる接眼光学系を介して観察者の眼球に導くようにしたものが知られている（特開平６−２９４９４３号）。しかし、これらはいずれも光学系が大きいため、携帯電話や携帯情報端末に用いるには不適当である。
【０００４】
携帯型情報端末においては、表示デバイスの拡大虚像を表示し、通話をしながら画像視認が可能なファインダー方式の携帯電話が提案されている（特開平７−２３５８９２号）。さらに、ファインダーを覗きながら携帯型情報端末を操作する方法も提案されている（特開平９−２１９７５５号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの従来例は、もっぱらファインダーを用いて画像を観察することを想定して構成されているため、画像表示素子を直視モードで観察できないか、あるいは、ファインダー光学系等との干渉によって、直視モードで観察しにくくなっている。そこで、ファインダー表示モード用の画像表示素子と、直視モード用の画像表示素子の２つの画像表示素子を同時に備えて構成することが、上記問題を解決するための一つの選択肢としては考えられる。しかし、画像表示素子を２つ使う構成はコストを上昇させるだけでなく、部品レイアウトの制限や消費電力の増加につながるので、携帯型情報端末を構成するにはふさわしくない。
【０００６】
携帯型情報端末における最も自然で楽な操作方法は、実像として表示された画像を直視モードで観察しながら、同一視野にあるデータ入力キーを操作する方法であることは否めない。すなわち携帯型情報端末は、特に画像を詳細に見る必要がある場合や、あるいは、携帯電話として通話しながら用いる場合のような特殊な用途の場合を除き、通常の多くの用途においては、このような直視モードで操作できることが望ましい。
【０００７】
そこで本発明は、携帯型情報端末の直視モードでの操作性を損なわずに、用途に応じて容易に拡大虚像を表示可能な情報端末を提供すること、より一般的に言えば、従来から携帯電話などの携帯型情報端末の利便性を損なうことなく、有益な光学的機能を付加した情報端末を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】
本第１の発明による情報端末は、画像表示デバイスと、平板状の透過型ホログラム部材と、画像観察窓と、波長選択手段を有し、前記画像表示デバイスは、前記透過型ホログラム部材に入射するように光を発散し、前記画像観察窓は、前記画像表示デバイスを外部から照明するのに十分な大きさを有していて、前記画像表示デバイスの画像表示面に対向して配置され、前記透過型ホログラム部材は、前記画像観察窓と前記画像表示デバイスのそれぞれに対して略平行に配置されていて、前記画像表示デバイスが発散する光のうち第１の方向に発散する光を正のレンズ作用によって拡大虚像を形成する虚像形成光にし、前記画像表示デバイスが発散する光のうち前記第１の方向と異なる第２の方向に発散する光を透過させて前記拡大虚像を形成しない直接観察光にし、前記波長選択手段は、前記虚像形成光の波長分布を制限することを特徴としている。
【０００９】
本第１の発明のように、画像表示デバイスを直接観察する窓部に虚像形成用の光学系を配置して、さらにその虚像形成用の光学系をホログラム部材で実現すれば、実質的に虚像形成用光学系用のスペースを新たに確保する必要が無く、コンパクトな構成を実現することができる。また、本第１の発明によれば、直接観察と虚像観察のそれぞれの用途に対して、透過型ホログラムの入射角度選択性を利用し、画像表示デバイスから拡散する光の拡散角によって用途別に光を分割することができるので、ホログラム部材を観察窓部に近接配置しているにも関わらず、画像表示デバイスの直接観察を実質的に妨げることがない。また、直接観察と虚像観察の切り換えは、観察窓を覗き込む角度を変えるだけの簡単な動作で実現できる。また、本第１の発明のように波長選択手段を用いて、ホログラム部材に入射する光の波長幅を制限すれば、ホログラムの大きな分散特性によって生じる色収差を実質的に抑制することができ、拡大虚像の品質を保つことができる。さらに、本第１の発明によれば、外光照明を活用でき、また、画像表示デバイスは一つで足りるので、従来の携帯電話等と比較しても、携帯性や消費電力の点で遜色ない。
【００１０】
なお、本第１の発明においては、ホログラム部材に想定されていない波長の光が入射するのを防止するために、画像表示デバイスから射出する光の配光特性を最適に制御する光拡散部材を具備することがより好ましい。
【００１１】
本第２の発明による情報端末は、透過率変調型の画像表示デバイスと、光拡散部材と、直接観察を行う第１の画像観察窓と、虚像観察を行う第２の画像観察窓と、拡大虚像形成光学系と、画像反転回路を有していて、前記画像表示デバイスは、表面と裏面に互いに表裏の関係にある画像を表示し、前記光拡散部材は、前記画像表示デバイスの裏面に接して、又は近接して配置されていて、前記画像表示デバイスの表面側と裏面側に所定の比率及び配光特性で光を分配し、前記第１の画像観察窓は、前記画像表示デバイスを外部から照明するのに十分な大きさを有していて、前記画像表示デバイスの表面に対向して配置され、前記第２の画像観察窓は、前記拡大虚像形成光学系から出射された光を通過させるのに十分な大きさを有していて、前記画像表示デバイスの裏面側に配置され、前記拡大虚像形成光学系は、レンズ作用を有するホログラム部材と屈折光学素子を有するホログラム部材を含んでいて、前記画像表示デバイスの裏面側に配置されていて、前記光拡散部材が前記裏面側に発散する光を前記レンズ作用によって拡大虚像を形成する虚像形成光にし、前記画像反転回路が、観察方法の違いに対応して表示画像を互いに表裏の関係に変換することを特徴としている。
【００１２】
本第２の発明によれば、画像表示デバイスを直接観察する従来からの機構には実質的に手を加えることなく、例えば、半透明の拡散部材の配光特性を制御することにより、画像表示デバイスの表裏面から画像を取り出しているので、用途別に光の分割を確実に行なうことができ、安定的かつ明瞭な直接観察および拡大虚像観察を行なうことができる。また、本第２の発明によれば、画像の表裏を画像反転回路で反転し、裏側から覗くという簡単な操作で、直接観察と拡大虚像観察とを切り替えることができる。また、本第２の発明によれば、画像観察窓と拡大虚像形成光学系とを完全に分離しているので、画像表示デバイスを観察窓に実質的に接した状態で配置することができ、窓部におけるケラレなどの問題も生じにくい。一方で、裏面には比較的空間が確保しやすいため、拡大虚像形成光学系の光学的レイアウトの自由度が上がり、高品質な拡大虚像形成光学系を達成することができる。また、本第２の発明によれば、本第１の発明と同様に、外部の照明を活用でき、また、画像表示デバイスが一つで足りるので、従来の携帯電話等と比較しても、携帯性や消費電力の点で遜色ない。
【００１３】
なお、本第２の発明においては、画像表示デバイスの裏面側に比較的空間的余裕があるが、情報端末のコンパクト化のためには、この空間はなるべく有効に使う必要がある。従って、裏面において虚像を形成するための光学系としては、ホログラム部材を用いることが好ましい。さらにこの場合は、波長選択手段を併用することでホログラム部材の特性を活かすことが好ましい。
【００１４】
本第３の発明による情報端末は、画像表示デバイスと、平板状の第１のホログラム部材と、平板状の第２のホログラム部材と、画像観察窓を有し、前記画像表示デバイスは、前記第１のホログラム部材に入射するように光を発散し、前記第１のホログラム部材及び前記第２のホログラム部材は、それぞれ所定方向から入射する光に対してレンズ作用を有し、前記画像観察窓は、前記画像表示デバイスを外部から照明するのに十分な大ささを有していて、前記画像表示デバイスの画像表示面に対向して配置され、少なくとも前記第１のホログラム部材及び前記第２のホログラム部材によって、前記第１のホログラム部材及び前記第２のホログラム部材が互いに相殺する方向に色収差を発生させる結像光学系を構成し、前記結像光学系は、前記画像表示デバイスが発散する光のうち前記第１の方向に発散する光を波面変換作用によって前記第２のホログラム部材から射出して所定の位置に拡大虚像を形成する虚像形成光にし、前記画像表示デバイスが発散する光のうち前記第１の方向と異なる第２の方向に発散する光を前記第１のホログラム部材及び前記第２のホログラム部材のレンズ作用を受けさせずに通過させて直接観察光にすることを特徴としている。
【００１５】
携帯型の情報端末のボディーは、概ね、平板状が使いやすい形態であり、通常、携帯型の情報端末に具備される画像表示デバイスは、ボディーの平面部に沿って配置されている。
上述のように、本願においては、拡大虚像観察が可能な携帯型情報端末の小電力化、およびコンパクト化を実現するために、一つの表示デバイスで直接観察と拡大虚像観察を行なうことを目指している。
画像表示デバイスに表示された画像から拡大虚像を形成するには、通常はその平面部に沿って配置された画像表示デバイスに対して垂直な光軸上に拡大虚像形成用の結像光学系を配置することが必要になるが、そのような配置構成は携帯型の情報端末にはふさわしくない。
【００１６】
これに対し、ホログラム部材は厚さが実質的に存在しないため、極めて薄い光学系を実現することができる。ここで、携帯型の情報端末においては、外光を活用することで消費電力を節約することが好ましいが、外光として白色光を用いた場合にホログラム部材が色収差を大きく発生させてしまうという問題がある。そこで、本第３の発明のように、複数のホログラム部材を用いて、それぞれのホログラムから生じる色収差を互いにキャンセルさせるように構成すれば、上記色収差の問題を回避することができる。
【００１７】
なお、第１及び第２のホログラム部材は、偏心レンズ作用を有することが好ましい。このように構成すれば、実質的に光軸を携帯型情報端末のボディーの長手方向に傾けることができ、ボディーのコンパクトさを損なうことなく比較的体積のある屈折光学素子を上記結像光学系に導入することが可能になる。
【００１８】
なお、第１のホログラム部材は、画像表示デバイスに対して略平行に配置されることが好ましい。このように構成すれば、上記結像光学系をより薄く、コンパクト化することができる。
また、上記２つのホログラム部材には、透過型ホログラムと反射型ホログラムとを組み合わせて構成することが好ましい。一般に、透過型ホログラムは入射角選択性が大きく、反射型ホログラムは波長選択性が大きいので、このように２つのタイプのホログラムを組み合わせて構成すれば、透過型ホログラムにより直接観察用の光と虚像を形成する光が分離しやすくなると同時に、反射型ホログラムにより色収差の問題も発生しにくくなる。これにより、直接観察の利便性を損なわずに高品質の拡大虚像を形成することができる。
【００１９】
また、第２のホログラム部材は、画像観察窓に近接もしくは接して配置されていることが好ましい。このように構成すれば、拡大虚像を形成する光の射出窓を新たに設ける必要が無くなるので、装置をコンパクト化する上で効果的である。
【００２０】
本第４の発明として、画像表示デバイスと、撮像デバイスと、平板状のホログラム部材を有する情報端末は、物体像を前記撮像デバイスに投影し撮影するための撮像光路と、前記画像表示デバイスが表示した像を観察するための観察光路を有し、前記撮像光路を通って前記撮像デバイスに入射する撮像光線の分布の中心と、前記観察光路を通って観察者の目に到達する観察光線の分布の中心とがほぼ重なり、前記撮像光線及び前記観察光線のそれぞれが情報端末から射出、もしくは情報端末に入射するインターフェース面を有し、前記インターフェース面の上には、少なくとも一つのホログラム部材を有し、前記ホログラム部材が、前記インターフェース面より情報端末内部の側において、撮像光路と観察光路を分離していることが好ましい。
【００２１】
本第４の発明によれば、同一の窓部を通して観察と撮影を行うことができるので、例えば、テレビ電話などを実況した場合に、モニターに映った相手の目線が不自然になるといった不具合が改善される。また、本第４の発明では、撮像光学系及び観察光学系にホログラム部材を採用しているので、光学系を極めて薄く構成することが可能になり、情報端末の携帯性に支障を与えることがない。
なお、インターフェース面は、画像表示デバイスが表示する画像を直接観察する画像観察窓に、近接または接して配置することが好ましい。そのように構成すれば、画像表示デバイスの表示を直接観察しながら、自身を撮影することが可能になり、極めて携帯性にすぐれたテレビ電話を実現できる。
【００２２】
なお、本第４の発明においては、撮像光学系及び観察光学系として少なくとも２つのホログラム部材を用いることが好ましい。そのように構成すれば、光学系を極めて薄くすることが出来ると同時に、ホログラムによる大きな分散（色収差）の問題を回避することが可能になる。
また、本第４の発明においては、反射型ホログラムと透過型ホログラムとの組み合わせでホログラム部材を用いることが好ましい。そのように構成すれば用途の異なる光の分離が容易になり、同時に色収差の問題も発生しにくくなり、これにより、高品質の光学系を実現することができる。
【００２３】
また、本第４の発明においては、ホログラム部材が偏心レンズ作用を有することが好ましい。そのように構成すれば、携帯型情報端末のボディーのコンパクトさを損なわずに比較的体積のある屈折光学素子を光学系に導入することが可能となり、これにより、高品質の光学系を実現できる。
【００２４】
なお、以上の全ての構成の中で波長選択手段を有する構成の場合において、波長選択手段は、所定の方向に所定波長の光を選択的に回折する反射型ホログラムで構成することができる。
同様に、波長選択手段は、所定波長の光を選択的に発する照明手段で構成することができる。
【００２５】
また、波長選択手段は、複数の波長の中から選択波長を切り替え可能とし、少なくとも一つのホログラム部材が、それぞれの選択波長に対応して結像特性が最適となる複数のホログラムを重畳した構成とすることができる。
また、以上の全ての構成の中でホログラム部材を有する構成の場合において、少なくとも一つのホログラム部材を、ホログラム作用のオン／オフが可能な可変ホログラムで構成することができる。
【００２６】
なお、ホログラム部材を構成するホログラムは、次の条件式(1)を満足する厚い体積型ホログラムであることが好ましい。
Ｑ＞１０ ……(1)
ただし、Ｑ＝２πλＴ／ｎ∧２、λは波長、Ｔは厚さ、ｎは平均屈折率、∧は屈折率変調の周期である。
【００２７】
なお、以上の全ての構成の中で拡大虚像を形成する構成の場合において、
情報端末は拡大虚像の像歪みを補正する、像歪み補正回路を有することが好ましい。
【００２８】
また、本発明におけるホログラム部材（ＨＯＥ）は以下のように定義する。図１０は本発明におけるＨＯＥを定義するための原理図である。
まず、ＨＯＥ面に入射し、さらに射出する波長λの光線追跡は、基準波長λ0＝ＨＷＬに対して定義されるＨＯＥ面上での光路差関数Φ0を用いて、次式(2)で与えられる。
ｎdＱd・Ｎ＝ｎiＱi・Ｎ＋ｍ（λ／λ0）∇Ф0・Ｎ ……(2)
ただし、ＮはＨＯＥ面の法線ベクトル、ｎi（ｎd）は入射側（射出側）の屈折率、Ｑi（Ｑd）は入射（射出）ベクトル（単位ベクトル）である。また、ｍ＝ＨＯＲは射出光の回折次数である。
【００２９】
ＨＯＥが基準波長λ0の２点光源、すなわち図１０に示すような点Ｐ1＝（ＨＸ１，ＨＹ１，ＨＺ１）を光源とする物体光、および点Ｐ2＝（ＨＸ２，ＨＹ２，ＨＺ２）を光源とする参照光の干渉によって製造される（定義される）とすれば、
Φ0＝Φ0 2P
＝ｎ2・ｓ2・ｒ2−ｎ1・ｓ1・ｒ1
となる。ただし、ｒ1（ｒ2）は点Ｐ1（点Ｐ2）からＨＯＥ面の所定の座標までの距離（＞０）、ｎ1（ｎ2）は製造時（定義時）にＨＯＥを置く媒質の、点Ｐ1（点Ｐ2）を配置した側の屈折率であり、ｓ1＝ＨＶ１、およびｓ2＝ＨＶ２は光の進行方向を考慮する符号である。この符号は光源が発散光源（実点光源）である場合に、ＲＥＡ＝＋１、逆に光源が収束する光源（仮想点光源）の場合にＶＩＲ＝−１となる。なお、レンズデータ中におけるＨＯＥの定義として、製造時（定義時）にＨＯＥを置く媒質の屈折率ｎ1（ｎ2）は、レンズデータ中でＨＯＥ面が接している媒質の、点Ｐ1（点Ｐ2）が存在する側の屈折率とする。
【００３０】
一般的な場合、ＨＯＥを製造する際の参照光と物体光は球面波とは限らない。この場合のＨＯＥの光路差関数Φ0は、多項式で表した付加的な位相項Φ0 Poly（基準波長λ0における光路差関数）を加えて次式(3)で表わすことができる。
Φ0＝Φ0 2P＋Φ0 Poly ……(3)
ここで、多項式は、
ｊ＝｛（ｍ＋ｎ）2＋ｍ＋３ｎ｝／２
で定義することができる。ただし、Ｈjは各項の係数である。
【００３１】
さらに光学設計の便宜から、光路差関数Φ0を
Φ0＝Φ0 Poly
のように付加項のみで表し、それによってＨＯＥを定義することもできる。例えば、２点光源Ｐ1（点Ｐ2）を一致させると光路差関数Φ0の干渉による成分Φ0 2Pはゼロとなるので、この場合は実質的に付加項（多項式）のみで光路差関数を表示したことに相当する。
以上のＨＯＥに関する説明は、すべてＨＯＥ原点を基準とするローカル座標に対するものである。
【００３２】
以下に、ＨＯＥを定義する構成パラメータの例を示す。
ＨＶ１（ｓ1）＝ＲＥＡ（＋１）
ＨＶ２（ｓ2）＝ＶＩＲ（−１）
ＨＯＲ（ｍ） ＝１
ＨＸ１＝０ ，ＨＹ１＝-3.40×109 ，ＨＺ１＝-3.40×109
ＨＸ２＝０ ，ＨＹ２＝ 2.50×10 ，ＨＺ２＝-7.04×10
ＨＷＬ（λ0）＝５４４
Ｈ１＝ -1.39×10-21， Ｈ２＝ -8.57×10-5， Ｈ３＝ -1.50×10-4
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、各実施形態におけるホログラムには、次の条件式(1)を満足する厚い体積型ホログラムが用いられている。
Ｑ＞１０ ……(1)
ただし、Ｑ＝２πλＴ／ｎ∧２、λは波長、Ｔは厚さ、ｎは平均屈折率、∧は屈折率変調の周期である。
【００３４】
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態の情報端末の概略構成図である。
本実施形態の情報端末は、画像表示デバイスとして透過型の液晶パネル３と、平板状の透過型ホログラム部材である透過型体積ホログラム１と、画像観察窓２を有している。
画像観察窓２は、液晶パネル３を外部から照明するのに十分な大きさを有している。
透過型体積ホログラム１は、画像観察窓２の表面に形成され、液晶パネル３の画像表示面に対向して配置されており、所定の入射角近傍で入射した光に対して正の偏心レンズ作用を有し、そのレンズ作用により所定の位置に拡大虚像を形成するようになっている。
【００３５】
また、本実施形態の情報端末は、虚像形成光の波長分布を制限する波長選択手段として平板状の反射型体積ホログラム４を有している。
また、液晶パネル３には、拡大虚像の像の歪みを補正する画像歪み補正回路７が接続され、画像歪み補正回路７には、観察方法切替えスイッチ６が接続されており、拡大虚像を観察する場合には、観察方法切り替えスイッチ６から送られる切り替え信号に従い、画像歪み補正回路7によって映像信号が補正され、拡大虚像に歪みが生じないようになっている。
その他、拡散板５が、反射型体積ホログラム４を挟んで液晶パネル３と対向する位置に設けられている。そして、拡散板５は、拡散光の配光特性が透過型体積ホログラム１がレンズ作用を持たない角度範囲に調整されている。
【００３６】
このように構成された本実施形態の情報端末によれば、画像観察窓２に入射した外部の光は、透過型体積ホログラム１、所望の画像を表示した透過型液晶パネル３を透過する。液晶パネル３を透過した光のうちの所定の波長λ及びその近傍の光は、反射型体積ホログラム４によって、透過型体積ホログラム１がレンズ作用を生じる方向に選択的に回折されて反射し、その方向に液晶パネル３を照明する。一方、それ以外の波長の光は反射型体積ホログラム４を透過し、拡散板５によって拡散されて、反射型体積ホログラム４を透過し、液晶パネル３を照明する。液晶パネル３を照明した光は、透過型体積ホログラム１に入射する。
【００３７】
ここで、拡散板５の配光特性は、透過型体積ホログラム１がレンズ作用を持たない角度範囲に調整されており、また、透過型体積ホログラム１によって回折される光は実質的に波長λ近傍の光に制限されているため、透過型体積ホログラム１に入射した光のうち、反射型体積ホログラム４によって回折された波長λ及びその近傍の光が、透過型体積ホログラム１により回折されて透過して、観察者の瞳位置で拡大虚像を形成する。一方、それ以外の波長の光は回折されないでそのまま透過型体積ホログラム１を透過する。
【００３８】
本実施形態の情報端末によれば、透過型体積ホログラム１により拡大虚像を形成する際に発生する色収差によるぼけは許容できる範囲に抑えられる。また、透過型体積ホログラム１は、一般的に入射角選択性が大きいため、拡散板５の配光特性を比較的広い角度範囲に設定することが可能であり、液晶パネル３に表示された画像を直接観察する（直視方向から観察する）のをほとんど妨げることはない。
【００３９】
従って、本実施形態の情報端末によれば、究めてコンパクトな構成でありながら、液晶パネルに表示された画像の直接観察を実質的に妨げることなく、その拡大虚像の観察をも同時に実現することができる。
【００４０】
第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態の情報端末の概略構成図である。本実施形態は第１実施形態の変形例である。
本実施形態では、波長選択手段として、図１に示す反射型体積ホログラム４の代わりに、図２に示すように、比較的狭い波長幅を有する光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）４１を用いている。なお、図２中、１１は透過型体積ホログラムである。
画像観察窓２は、液晶パネル３を外部から照明するのに十分な大きさを有している。
透過型体積ホログラム１１は、画像観察窓２の表面に形成され、液晶パネル３の画像表示面に対向して配置されており、所定の入射角近傍で入射した光に対して正の偏心レンズ作用を有し、そのレンズ作用により所定の位置に拡大虚像を形成するようになっている。
【００４１】
本実施形態の情報端末によれば、画像観察窓２に入射した外部の光は、透過型体積ホログラム１１、所望の画像を表示した透過型液晶パネル３を透過する。液晶パネル３を透過した光は、拡散板５によって拡散されて、液晶パネル３を照明する。液晶パネル３を照明した光は、透過型体積ホログラム１に入射する。また、発光ダイオード４１から射出された前記比較的狭い波長幅の光が拡散板５を通り、液晶パネル３を透過して、透過型体積ホログラム１１に入射する。
【００４２】
ここで、拡散板５の配光特性は、液晶パネル３を透過した発散光については透過型体積ホログラム１がレンズ作用を持たない角度範囲に調整されており、また、透過型体積ホログラム１によって回折される光は、発光ダイオード４１から射出された前記比較的狭い波長幅の光に制限されているため、透過型体積ホログラム１に入射した光のうち、発光ダイオード４１から射出された前記比較的狭い波長幅の光が、透過型体積ホログラム１１により回折されて透過して、観察者の瞳位置で拡大虚像を形成する。一方、それ以外の波長の光は回折されないでそのまま透過型体積ホログラム１１を透過する。
従って、本実施形態においても、図１と同様の作用を奏することができる。
なお、本実施形態においては、光源としてＬＥＤを用いているが、より波長範囲の狭いレーザーダイオード（ＬＤ）を用いれば、色収差によるぼけの抑制効果はより大きくなる。
【００４３】
また、本実施形態では、レンズ作用を有する通過型の体積ホログラムとして、電気信号でスイッチ（オン／オフ）可能な可変ホログラム１１を用いている。このような素子は、例えば、光硬化性ポリマーと液晶の混合物の膜に干渉露光を施すことで実現できる。図２中、７１はこの素子の駆動回路で、観察方法切り替えスイッチ６から送られる切り替え信号に従い、可変ホログラム１１のオン／オフを行う。このような素子を用いれば、虚像観察時以外は可変ホログラム１１の回折作用を消失させることができるので、液晶パネルに表示された画像を直接観察する際に、わずかながら混入する可能性のある不要な回折光を完全に除去することができる。
【００４４】
また、本実施形態で明示してはいないが、発光波長の異なる複数の光源と、その波長に対してそれぞれ最適なレンズ作用を持つように形成した可変ホログラムを用意し、各々を時間的に同期させて交互に動作させるように構成すれば、拡大虚像のカラー表示が容易に実現可能である。その際、可変ホログラムは積層することが可能であり、しかも実質的な厚さが存在しないため、装置のコンパクト性に影響することはほとんど無い。
【００４５】
また、複数の光源の代わりに、それぞれ異なる波長の光を選択的に回折する反射型の可変ホログラムを用いて図１と同様に配置すれば、外部の光により拡大虚像をカラー表示することも可能である。
なお、その他の構成及び作用効果は図１の実施形態とほぼ同様である。
【００４６】
第３実施形態
図３は、本発明の第３実施形態の情報端末の概略構成図である。
本実施形態の情報端末は、画像表示デバイスとして透過型の液晶パネル３と、光拡散部材５１と、画像観察窓２，２１と、拡大虚像形成光学系と、画像反転回路７２を有している。
【００４７】
本実施形態では、上述のように、画像を直接観察する画像観察窓２以外に、平板状ボディーの裏面に虚像観察用の画像観察窓２１が設けられており、透過型の体積ホログラム１は、この裏面の画像観察窓２１上に配置されている。
画像観察窓２，２１は、液晶パネル３を外部から照明するのに十分な大きさを有している。
透過型体積ホログラム１は、画像観察窓２１の表面に形成され、液晶パネル３の画像表示面に対向して配置されており、所定の入射角近傍で入射した光に対して偏心レンズ作用を有している。
【００４８】
光拡散部材５１は、半透明の薄板状拡散板で構成されており、液晶パネル３の裏面に近接して配置されており、液晶パネル３の表面側および裏面側にそれぞれ後述のような所定の適性な比率と配光特性で光を分配するようになっている。なお、光拡散部材５１は、液晶パネル３の裏面に接して配置されていてもよい。
拡大虚像形成光学系は、屈折光学系８と透過型ホログラム１とで構成されており、所定の位置に拡大虚像を形成するようになっている。
【００４９】
また、液晶パネル３には、拡大虚像の像の歪みを補正する画像歪み補正回路７が接続され、画像歪み補正回路７には、観察方法切替えスイッチ６が接続されており、拡大虚像を観察する場合には、観察方法切り替えスイッチ６から送られる切り替え信号に従い、画像歪み補正回路７によって映像信号が補正され、拡大虚像に歪みが生じないようになっている。
画像反転回路７２は、観察方法切替えスイッチ６に接続されており、観察方法の違いに対応して表示画像を互いに表裏の関係に変換するようになっている。
また、拡散部材５１と屈折部材８との間には、波長選択手段として干渉フィルター４２が設けられており、干渉フィルター４２は、ホログラム１に入射する光の波長分布を、ホログラム１の設計波長の成分のみに制御している。
【００５０】
本実施形態によれば、画像観察窓２に入射した外部の光は、光拡散部材５１で拡散され、そのうち画像観察窓２の向きに拡散された光が、液晶パネル３を照明し、それにより液晶パネル３に表示された画像が画像観察窓２を通して直接観察される。一方、光拡散部材５１を透過し、虚像観察窓２１の向きに拡散された光が、光拡散部材５１の面内の明るさ分布として画像を表示し、その画像が、屈折光学系８と透過型ホログラム１とで構成される拡大虚像形成光学系により、所定位置に拡大虚像として結像される。その際、拡大虚像を形成する光は、波長選択手段として配置した干渉フィルター４２によって、ホログラム１の設計波長の成分のみとなっており、ホログラム１による色収差は発生しない。
【００５１】
また、払大虚像観察時は、観察方法切り替えスイッチ６からの信号に従い、画像反転回路７２で画像の表裏反転処理がおこなわれ、さらに歪み補正回路７で歪み補正がおこなわれるので、歪みの内正常な画像を観察することができる。
【００５２】
第４実施形態
図４は、本発明の第４実施形態の情報端末の概略構成図である。本実施形態は実施形態３の変形例である。
本施形態では、外部からの電気信号でオン・オフ可能な可変拡散部材５２、および５２’が透過型液晶パネル３の表裏面に近接して配置されている。このオン・オフ可能な可変拡散部材５２，５２’は、例えば、第２実施形態で説明した可変ホログラム１１と同様に構成することで実現できる。
【００５３】
図４中、７３はこの素子の駆動回路で、観察方法切り替えスイッチ６から送られる切り替え信号に従い、可変拡散部材５２、および５２’のオン／オフを交互におこない、液晶パネル３が実質的に画像を表示する向きをスイッチするようになっている。例えば、虚像観察を選択した場合、可変拡散部材５２を透過拡散状態とし、可変拡散部材５２’を透過することで、液晶表示パネル３から発散する光を効率よく裏面方向に導く。
【００５４】
また図４中、１２は透過型ホログラム、１３は反射型ホログラム、８１はプリズム光学系、８２は反射光学系である。これらの光学系は、液晶表示パネル３の裏面方向に導かれた光を、透過型ホログラム１２、プリズム光学系８１、反射光学系８２、反射型ホログラム１３を介して、所定の位置に拡大虚像を形成するようになっている。
ホログラム１２，１３は夫々偏心レンズ作用を有し、また、互いの色収差を概ね相殺する回折作用を有している。また、プリズム光学系８１は、主に像の歪みや球面収差などを補正する作用を有している。
また、観察窓２と観察窓２１は、互いにずらした位置に配置されている。
【００５５】
本実施形態によれば、ホログラム１２，１３のレンズ作用が偏心しているため、収差補正のためのプリズム光学系８１を配置しても、情報端末全体として薄い構成を実現できる。また、この構成では、透過型ホログラム１２が実質的に入射する光の波長分布を制御する波長分離手段の役割を果たしており、さらに、観察窓２と観察窓２１を互いにずらして配置しているため、虚像観察において背景光がかぶることもなく、鮮明な映像を提供することができる。
なお、その他の構成及び作用効果は図３の実施形態とほぼ同様である。
【００５６】
第５実施形態
図５は本発明の第５実施形態の情報端末の概略構成図であり、(a)は一使用形態、(b)は他の使用形態をそれぞれ示す。
本実施形態の情報端末は、図５(a),(b)に示すように、ボディー９が、ヒンジ６１を介してコンバイナー支持部材９１と動作可能に結合されており、観察方法に応じてコンバイナー支持部材９１を開閉して使用するようになっている。
【００５７】
また、本実施形態の情報端末は、反射型の画像表示デバイス３１と、平板状の第１ホログラム部材として透過型ホログラム１４と、平板状の第２ホログラム部材として反射型ホログラム１５と、画像観察窓２，２２を有している。画像観察窓２，２２は、図５(b)に示すように、画像表示デバイス３１を外部から照明するのに十分な大きさを有している。画像観察窓２は、ボディー9の表面に、画像表示デバイス３１の画像表示面に対向するように配置されている。また、画像表示窓２２は、透明部材で構成されていて、図５(b)に示すように、コンバイナー支持部材９１を閉じた状態において、画像表示デバイス３１の画像表示面に対向するようにコンバイナー支持部材９１に配置されている。
【００５８】
透過型ホログラム１４は、偏心レンズ作用を有しており、画像観察窓２と接して配置されている。反射型ホログラム１５は、同様に偏心レンズ作用を有しており、画像観察窓２２に沿って配置されている。また、透過型ホログラム１４と反射型ホログラム１５とは、互いに回折作用により互いの色収差を概ね相殺する方向に色収差を発生させている。
そして、本実施形態の情報端末では、反射型の画像表示デバイス３１から所定の角度で発散した光が、ホログラム１４，１５を介して所定の位置に拡大虚像を形成するようになっている。また、残りの光は、ホログラム１４の回折作用を受けずに観察窓２から射出され、表示デバイス３１に表示された画像の直接観察が可能になっている。
その他、液晶パネル３１には、拡大虚像の像の歪みを補正する画像歪み補正回路７が接続されており、拡大虚像を観察する場合に画像歪み補正回路7を介して、映像信号が補正されて、拡大虚像に歪みが生じないようになっている。また、ヒンジ６１は、コンバイナー部の開閉に連動して拡大虚像観察と直視モードでの観察の２つの観察モードの切り替えスイッチの役割を兼ねている。また、この構成では、透過型ホログラム１４が実質的に入射する光の波長分布を制御する波長分離手段の役割を果たしている。
【００５９】
本実施形態の情報端末によれば、通常の使用、あるいは携行するときは図５(b)に示すように、コンバイナー部を折りたたんでコンパクトな構成にする。この時、コンバイナー部にはシースルー窓２２が配置されているので、折りたたんだ状態で直視モードの観察が可能になる。また、ヒンジ６１が観察モードの切り替えスイッチを兼ねているので、コンバイナー部を展開することによって、観察モードが直視モードから拡大観察モードへと自動的に切り替わり、簡単に拡大虚像を観察することができる。
【００６０】
第６実施形態
図６は本発明の第６実施形態の情報端末の概略構成図である。
本実施形態の情報端末は、図６に示すように、ボディー９が、ヒンジ６１を介してコンバイナー支持部材９１と動作可能に結合されており、観察方法に応じてコンバイナー支持部材９１を開閉して使用するようになっている。
【００６１】
また、本実施形態の情報端末は、反射型の画像表示デバイス３１と、２つの平板状のホログラム部材１７，１８を有している。また、本実施形態の情報端末は、ボディー９に、偏心レンズ作用を有する透過型ホログラム１６、プリズム光学系８３、窓部２３を有しており、反射型の画像表示デバイス３１から所定の方向に拡散する光が、偏心レンズ作用を有する透過型ホログラム１６、プリズム光学系８３、窓部２３を通り、さらに、偏心レンズ作用を有する反射型ホログラム１７、もしくは１８を通って所定の位置に拡大虚像を形成するようになっている。観察者は、これにより拡大虚像を観察することができる。また、ボディー９には、画像観察窓２が設けられており、透過型ホログラム１６を介して画像表示デバイス３１を直視モードで観察することができるようになっている。
【００６２】
ホログラム１８は、ホログラム作用のオン・オフが可能な可変ホログラムとして構成されており、ホログラム１８がオンの時、光はホログラム１８で反射回折し、ホログラム１７の影響を受けない一方、ホログラム１８がオフの時、光はホログラム１８を素通りし、ホログラム１７の回折作用を受けるようになっている。このため、ホログラム１７と１８は、二つ合せて実質的に焦点可変レンズ作用を有するホログラム部材として機能する。この機能により、同じ拡大虚像表示モードであっても、顔を近づけて観察する近接視モードと、やや離して観察する通常視モードとを両立させることができるようになっている。また、透過型ホログラム１６と反射型のホログラム１７，１８とは、互いの回折作用により、互いに相殺する方向に色収差を発生するようになっている。さらに、この構成においては、ＴＶカメラ９２、スピーカー９３、マイク９４を備え、携帯テレビ電話機能を実現している。
【００６３】
第７実施形態
図７は本発明の第７実施形態の情報端末の概略構成図である。
本実施形態の情報端末は、二つのボディー９２，９３を備え、夫々は動作可能なヒンジ６１で結合されている。ボディー９２にはデータ入力用のキーボード９５が配置されて、デー夕入力部分を構成し、一方で、ボディー９３には、画像表示手段が配置されて、モニター部が構成されている。
【００６４】
また、本実施形態の情報端末は、画像観察窓２の一部に透過型ホログラム１０２が設けられている。そして、本実施形態においては、反射型の画像表示デバイス３１から所定方向に拡散する光は、偏心レンズ作用を有する透過型ホログラム１０１、プリズム光学系８４、偏心レンズ作用を有する透過型ホログラム１０２を介して、所定の位置に拡大虚像を形成し、一方、それ以外の光は、ホログラムの作用を受けずに直接画像観察窓２から射出されるようになっている。なお、透過型ホログラム１０１，１０２は、互いの回折作用により互いに相殺する方向に色収差を発生するようになっており、また、画像観察窓２は、反射型の画像表示デバイス３１を外部から照明するのに十分な大きさを有している。
【００６５】
第８実施形態
図８は本発明の第８実施形態の情報端末の概略構成図である。本実施形態の情報端末は、図５を用いて説明した第５実施形態の情報端末に撮像機能の構成を重畳して構成されている。
【００６６】
そして、本実施形態の情報端末は、画像表示デバイス３１と、撮像デバイスとしてＣＣＤ９７と、平板状の透過型ホログラム１４及び平板状の反射型ホログラム１５を有すると共に、反射型ホログラム１０３を虚像観察光学系を構成するホログラム１５に重ねて配置し、また、ボディー９に透過型ホログラム１０４を配置し、さらに、可動ミラー部材８５、プリズム光学系８６を備えている。
【００６７】
そして、本実施形態では、図において撮像光路として示す矢印の向きに沿って、コンバイナー部に入射した光は、反射型ホログラム１０３、透過型ホログラム１０４、可動ミラー部材８５、プリズム光学系８６を通って、ＣＣＤ９７上に実像を形成するようになっている。
また、ＣＣＤ９７上に結像された実像は、映像信号生成回路７４によって映像信号となる。コンバイナー支持部材９１上に配置された、ポジション確認マーク９６の位置情報は、この映像信号からポジション補償信号発生回路７５によって解析され、ポジション補償信号発生回路７５からの信号に従って、可動ミラー部材８５は最適な状態に安定するようになっている。
【００６８】
なお、本実施形態においても、図５の実施形態と同様に、画像表示デバイス３１の像の拡大観察は、透過型ホログラム１４、反射型ホログラム１５を介して行なうことができると共に、通常の直視モードでの画像観察は、透過型ホログラム１４を介して行なうことができるようになっている。
【００６９】
即ち、本実施形態の情報端末は、コンバイナー部材９１上には、拡大虚像の観察用光線が射出すると共に撮像用光線が入射するインターフェース面が構成されており、そのインターフェース面上に、ホログラム部材１５，１０３を有し、インターフェース面より情報端末内部の側において、ホログラム部材１５，１０３が観察光路と撮像光路とに分離している。
【００７０】
本実施形態によれば、虚像形成光の射出面と撮像光の入射面が一致しているため、映像を双方向通信するテレビ電話のような場合において、目線の不自然さを解消できる。この機能はホログラムの入射角選択性を利用したことにより、新しい機能を付加したにも関わらず非常にシンプルな構成となっており、携帯型情報端末としての利便性を全く妨げていない。
【００７１】
第９実施形態
図９は本発明の第９実施形態の情報端末の概略構成図である。本実施形態は、第８実施形態の構成をさらにシンプルにしたもので、虚像形成光学系を省いて構成されている。
【００７２】
即ち、本実施形態の情報端末は、ホディー９に画像観察窓２と、画像表示デバイス３１と、平板状の透過型ホログラム１０５を備えると共に、平板状の透過型ホログラム１０６、プリズム光学系８７、ＣＣＤ９７を備えている。透過型ホログラム１０５，１０６は、互いに偏心レンズ作用を有している。また、ホログラム１０５，１０６は、互いに発生する色収差の符号が逆であり、それぞれにおいて発生する色収差をほぼ相殺させるようになている。
また、ホログラム１０５は、可変ホログラムとして構成されていると共に、ＣＣＤ９７に可変ホログラム１０５のオン・オフを行なうシャッター機能を持たせている。
【００７３】
そして、本実施形態の情報端末では、画像表示デバイス３１から拡散する光は、透過型ホログラム１０５で回折されることなく、画像観察窓２からそのまま射出され、観察光Ａとなる。一方、外部の物体から拡散し、観察窓２に入射した光（撮影光Ｂ）は、偏心レンズ作用を有する透過型ホログラム１０５でその一部の光が回折され、透過型ホログラム１０６、プリズム光学系８７を通り、ＣＣＤ９７上に結像される。
即ち、本実施形態では、ボディー９の画像観察窓２に設けられた透過型ホログラム１０５で、観察用光線を射出すると共に撮像光線が入射するインターフェース面を構成しており、インターフェース面より情報端末の内部の側において、透過型ホログラム１０５が撮像光路と観察光路とを分離している。
【００７４】
本実施形態によれば、観察光Ａと撮影光Ｂが入射、または射出する面は、共に観察窓２であるので、外観上は現状の携帯電話をなんら変えずに済む。
また、本実施形態では、ホログラム１０５を可変ホログラムとして構成し、ＣＣＤ９７に可変ホログラム１０５のオン・オフをおこなうシャッター機能を持たせたため、撮像を行なわないときは、そのようなモードを設定する図示省略したスイッチ部材によりホログラム１０５が完全に透過観察可能状態となり、画像表示デバイス３１の表示画像を観察する上でなんの制約も生じない。
【００７５】
以上説明したように、本発明の画像表示装置は、特許請求の範囲に記載された特徴のほかに下記に示すような特徴も備えている。
（１）前記画像表示デバイスから発散する光の配光特性を適正に制御する拡散部材を含み、画像表示デバイスが、透過率変調型で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の情報端末。
【００７６】
（２）前記拡大虚像形成光学系が、少なくとも一つの偏心レンズ作用を有するホログラム部材を含むことを特徴とする請求項２に記載の情報端末。
【００７７】
（３）前記ホログラム部材に入射する光の波長分布を制御する波長選択手段を有することを特徴とする上記（２）に記載の情報端末。
【００７８】
（４）前記第１のホログラム部材、及び、前記第２のホログラム部材が、偏心レンズ作用を有することを特徴とする請求項３に記載の情報端末。
【００７９】
（５）前記第１のホログラム部材が、前記画像表示デバイスに対して略平行に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の情報端末。
【００８０】
（６）前記第１のホログラム部材と前記第２のホログラム部材が、それぞれ透過型ホログラムと反射型ホログラム、又は反射型ホログラムと透過型のホログラムの組み合わせで構成されていることを特徴とする上記（４）に記載の情報端末。
【００８１】
（７）前記第２のホログラム部材が、前記画像観察窓に近接、又は、接して配置されていることを特徴とする請求項３に記載の情報端末。
【００８２】
（８）前記ホログラム部材に入射する光の波長分布を制御する波長選択手段を有していることを特徴とする請求項３に記載の情報端末。
【００８３】
（９）画像表示デバイスと、撮像デバイスと、平板状のホログラム部材を有し、物体像を前記撮像デバイスに投影し撮影するための撮像光路と、前記画像表示デバイスが表示した像を観察するための観察光路を有し、前記撮像光路を通って前記撮像デバイスに入射する撮像光線の分布の中心と、前記観察光路を通って観察者の目に到達する観察光線の分布の中心がほぼ重なり、前記撮像光線、及び前記観察光線のそれぞれが情報端末から射出、もしくは情報端末に入射するインターフェース面を有し、前記インターフェース面の上には、少なくとも一つのホログラム部材を有し、前記ホログラム部材が、インターフェース面の情報端末内部の側において、撮像光路と観察光路を分離していることを特徴とする情報端末。
【００８４】
（１０）前記インターフェース面が、前記画像表示デバイスの画像表示面に対向した画像観察窓、または、それに近接した面であり、前記画像表示面からの拡散光が、前記ホログラム部材の作用を受けずにそのまま前記画像観察窓を通って射出し、前記画像観察窓に入射した撮像光線が、前記ホログラム部材の回折作相を受けて撮像光学系に導かれるようにしたことを特徴とする上記（９）に記載の情報端末。
【００８５】
（１１）少なくとも２つのホログラム部材を有し、前記２つのホログラム部材が、観察光学系又は撮像光学系の構成要素であり、かつ、互いに符号が逆の色収差を発生させることを特徴とする上記（９）に記載の情報端末。
【００８６】
（１２）透過型及び反射型のホログラム部材を少なくとも一つずつ有していることを特徴とする上記（９）に記載の情報端末。
【００８７】
（１３）前記ホログラム部材が、偏心レンズ作用を有することを特徴とする上記（９）に記載の情報端末。
【００８８】
（１４）前記波長選択手段が所定方向に所定波長の光を選択的に回折する反射型ホログラムからなることを特徴とする請求項１、上記（３）、（６）のいずれかに記載の情報端末。
【００８９】
（１５）前記波長選択手段が、所定波長の光を選択的に照明する照明手段であることを特徴とする請求項１、上記（３）、（６）のいずれかに記載の情報端末。
【００９０】
（１６）前記波長選択手段が、複数の波長の中から選択波長を切り替え可能であり、少なくとも一つの前記ホログラム部材が、それぞれの選択波長に対応して結像特性が最適となる複数のホログラムを重畳してなることを特徴とする請求項１、上記（３）、（６）のいずれかに記載の情報端末。
【００９１】
（１７）少なくとも一つの前記ホログラム部材が、ホログラム作用のオン／オフが可能な可変ホログラムで構成されていることを特徴とする請求項１、３、上記（２）、（９）のいずれかに記載の情報端末。
【００９２】
（１８）拡大虚像の像歪みを補正する、像歪み補正回路を有していることを特徴とする請求項１、３、上記（２）、（９）のいずれかに記載の情報端末。
【００９３】
（１９）前記ホログラム部材を構成するホログラムが、次の条件式(1)を満足する厚い体積型ホログラムであることを特徴とする請求項１、３、上記（２）、（９）のいずれかに記載の情報端末。
Ｑ＞１０ ……(1)
ただし、Ｑ＝２πλＴ／ｎ∧２、λは波長、Ｔは厚さ、ｎは平均屈折率、∧は屈折率変調の周期である。
【００９４】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明の情報端末によれば、携帯型情報端末の直視モードでの操作性を損なうことなく、用途によっては容易に拡大虚像を表示可能とすることである。また、携帯電話などの現在の携帯型情報端末の利便性を損なうことなく、有益な光学的付加機能を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図５】本発明の第５実施形態の情報端末の概略構成図であり、(a)は一使用形態、(b)は他の使用形態をそれぞれ示す。
【図６】本発明の第６実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図７】本発明の第７実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図８】本発明の第８実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図９】本発明の第９実施形態の情報端末の概略構成図である。
【図１０】本発明におけるＨＯＥを定義するための原理図である。
【符号の簡単な説明】
１，１２，１３，１４，１０１，１０２，１０４，１０６透過型ホログラム
２，２１ 画像観察窓
３ 液晶パネル
４，１５，１７，１０３ 反射型ホログラム
５ 拡散板
６ 観察方法切り替えスイッチ
７ 画像歪み補正回路
８ 屈折光学系
９ ボディー
１１，１８，１０５ 可変ホログラム
２３ 窓部
３１ 画像表示デバイス
４２ 干渉フィルター
５１ 拡散部材
５２，５２’ 可変拡散部材
６１ ヒンジ
７３ 可変拡散部材駆動回路
７４ 映像信号生成回路
７５ ポジション補償信号発生回路
８１，８３，８４，８６，８７ プリズム光学系
８２ 反射光学系
８５ 可動ミラー部材
９１ コンバイナー支持部材
９２ ＴＶカメラ
９３ スピーカー
９４ マイク
９５ キーボード
９６ ポジション確認マーク
９７ ＣＣＤ
Claims (3)
- 画像表示デバイスと、平板状の透過型ホログラム部材と、画像観察窓と、波長選択手段を有し、
前記画像表示デバイスは、前記透過型ホログラム部材に入射するように光を発散し、
前記画像観察窓は、前記画像表示デバイスを外部から照明するのに十分な大きさを有していて、前記画像表示デバイスの画像表示面に対向して配置され、
前記透過型ホログラム部材は、前記画像観察窓と前記画像表示デバイスのそれぞれに対して略平行に配置されていて、前記画像表示デバイスが発散する光のうち第１の方向に発散する光を正のレンズ作用によって拡大虚像を形成する虚像形成光にし、前記画像表示デバイスが発散する光のうち前記第１の方向と異なる第２の方向に発散する光を透過させて前記拡大虚像を形成しない直接観察光にし、
前記波長選択手段は、前記虚像形成光の波長分布を制限することを特徴とする情報端末。 - 透過率変調型の画像表示デバイスと、光拡散部材と、直接観察を行う第１の画像観察窓と、虚像観察を行う第２の画像観察窓と、拡大虚像形成光学系と、画像反転回路を有していて、
前記画像表示デバイスは、表面と裏面に互いに表裏の関係にある画像を表示し、
前記光拡散部材は、前記画像表示デバイスの裏面に接して、又は近接して配置されていて、前記画像表示デバイスの表面側と裏面側に所定の比率及び配光特性で光を分配し、
前記第１の画像観察窓は、前記画像表示デバイスを外部から照明するのに十分な大きさを有していて、前記画像表示デバイスの表面に対向して配置され、
前記第２の画像観察窓は、前記拡大虚像形成光学系から出射された光を通過させるのに十分な大きさを有していて、前記画像表示デバイスの裏面側に配置され、
前記拡大虚像形成光学系は、レンズ作用を有するホログラム部材と屈折光学素子を含んでいて、前記画像表示デバイスの裏面側に配置されていて、前記光拡散部材が前記裏面側に発散する光を前記レンズ作用によって拡大虚像を形成する虚像形成光にし、
前記画像反転回路が、観察方法の違いに対応して表示画像を互いに表裏の関係に変換することを特徴とする情報端末。 - 画像表示デバイスと、平板状の第１のホログラム部材と、平板状の第２のホログラム部材と、画像観察窓を有し、
前記画像表示デバイスは、前記第１のホログラム部材に入射するように光を発散し、
前記第１のホログラム部材及び前記第２のホログラム部材は、それぞれ所定方向から入射する光に対してレンズ作用を有し、
前記画像観察窓は、前記画像表示デバイスを外部から照明するのに十分な大ささを有していて、前記画像表示デバイスの画像表示面に対向して配置され、
少なくとも前記第１のホログラム部材及び前記第２のホログラム部材によって、前記第１のホログラム部材及び前記第２のホログラム部材が互いに相殺する方向に色収差を発生させる結像光学系を構成し、
前記結像光学系は、前記画像表示デバイスが発散する光のうち前記第１の方向に発散する光を波面変換作用によって前記第２のホログラム部材から射出して所定の位置に拡大虚像を形成する虚像形成光にし、前記画像表示デバイスが発散する光のうち前記第１の方向と異なる第２の方向に発散する光を前記第１のホログラム部材及び前記第２のホログラム部材のレンズ作用を受けさせずに通過させて直接観察光にすることを特徴とする情報端末。
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