特許ウォッチ

公開番号2023127121
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-09-13
出願番号2022030701
出願日2022-03-01
発明の名称観察光学系および表示装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 25/00 20060101AFI20230906BHJP(光学)
要約【課題】金属ワイヤ微細構造を用いて光路折り返しを行う観察光学系において、入射角によらず金属ワイヤ微細構造を透過する偏光に対する透過率を高める。
【解決手段】観察光学系は、第1の半透過反射面R1を有するレンズGPと、第1の半透過反射面よりも表示素子側に配置された第2の半透過反射面R2とを有し、表示素子IDからの光を、第2の半透過反射面の透過、第1の半透過反射面での反射、第2の半透過反射面での反射および第1の半透過反射面の透過を介して観察側に導く。第1の半透過反射面は、金属ワイヤ微細構造による偏光選択性半透過反射機能を有し、レンズの光軸からの高さに応じて金属ワイヤ微細構造のピッチが変化している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
表示素子からの光を観察側に導く観察光学系であって、
第１の半透過反射面を有するレンズと、
前記第１の半透過反射面よりも表示素子側に配置された第２の半透過反射面とを有し、
前記表示素子からの光を、前記第２の半透過反射面の透過、前記第１の半透過反射面での反射、前記第２の半透過反射面での反射および前記第１の半透過反射面の透過を介して観察側に導き、
前記第１の半透過反射面は、金属ワイヤ微細構造による偏光選択性半透過反射機能を有し、
前記レンズの光軸からの高さに応じて前記金属ワイヤ微細構造のピッチが変化していることを特徴とする観察光学系。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記第２の半透過反射面で反射して前記第１の半透過反射面を透過する主光線の前記第１の半透過反射面への入射角に応じて前記金属ワイヤ微細構造のピッチが変化していることを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。
【請求項３】
観察側から順に、
前記第１の半透過反射面を有する前記レンズと、
第１の４分の１波長板と、
前記第２の半透過反射面と、
第２の４分の１波長板とを有し、
前記表示素子からの光を、前記第２の４分の１波長板、前記第２の半透過反射面および前記第１の４分の１波長板の透過、前記第１の半透過反射面での反射、前記第１の４分の１波長板の透過、前記第２の半透過反射面での反射、前記第１の４分の１波長板での透過および前記第１の半透過反射面の透過を介して観察側に導くことを特徴とする請求項１または２に記載の観察光学系。
【請求項４】
前記レンズは樹脂レンズであり、
前記金属ワイヤ微細構造は、前記樹脂レンズに前記光軸からの高さに応じてピッチが異なるように設けられた複数の凸部に金属が設けられることで形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の観察光学系。
【請求項５】
前記第１の半透過反射面の有効範囲において、前記ピッチが、前記光軸上よりも周辺部において小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の観察光学系。
【請求項６】
前記光軸上での前記ピッチをＰ０、前記周辺部での前記ピッチをＰ１、前記第１の半透過反射面を透過する主光線の該第１の半透過反射面への入射角をθとするとき、
－０．６×｛θ＋（５／３６）π｝≦（Ｐ１－Ｐ０）／Ｐ０＜０
なる条件を満足することを特徴とする請求項５に記載の観察光学系。
【請求項７】
前記第１の半透過反射面の有効範囲において、前記ピッチが、前記光軸上よりも周辺部において大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の観察光学系。
【請求項８】
前記光軸上での前記ピッチをＰ０、前記周辺部での前記ピッチをＰ１、前記第１の半透過反射面を透過する主光線の該第１の半透過反射面への入射角をθとするとき、
０＜（Ｐ１－Ｐ０）／Ｐ０≦１．２×｛θ＋（５／３６）π｝
なる条件を満足することを特徴とする請求項７に記載の観察光学系。
【請求項９】
前記光軸上での前記ピッチが４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の観察光学系。
【請求項１０】
前記第１の４分の１波長板の遅相軸と前記第２の４分の１波長板の遅相軸とが、互いに９０°傾いていることを特徴とする請求項３に記載の観察光学系。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示素子に表示された原画像を拡大して表示する、ヘッドウントディスプレイ（ＨＭＤ）等の画像表示装置に好適な観察光学系に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
広画角で小型の観察光学系として、特許文献１には、ワイヤグリッド偏光子とハーフミラーとを用いて光路折り返しを行う観察光学系が開示されている。また、特許文献２には、ワイヤグリッド偏光子の金属ワイヤ構造のピッチを変えることで偏光に対する透過率の入射角特性が変わることが開示され、さらにワイヤグリット偏光子の配置角度を制御することでワイヤグリット偏光子に最適な入射角を得る構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６５０１８７７号公報
特開２０１５－１６６８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の観察光学系で用いられるワイヤグリッド偏光子は、一様な周期の金属ワイヤ構造を有し、これを透過する偏光に対する透過率の入射角特性は一定である。ただし、偏光を用いた光路折り返しにおいて、ワイヤグリット偏光子には軸上では垂直に光線に入射するのに対して、周辺部では斜めに光線が入射する。このため、ワイヤグリット偏光子が垂直入射に適した金属ワイヤ微細構造であると、周辺部では透過偏光の光量が低下するおそれがある。
【０００５】
また、ワイヤグリッド偏光子を用いた光路折り返しを行う光学系においては、空間的に異なる入射角でワイヤグリット偏光子に光が入射する。したがって、特許文献２に開示された光学装置のようにワイヤグリット偏光子の配置角度を制御しても、空間的に異なる入射角の光の全てに対して偏光に対する透過率を最大とするのは困難である。
【０００６】
本発明は、金属ワイヤ微細構造を用いて光路折り返しを行う観察光学系であって、入射角によらず金属ワイヤ微細構造を透過する偏光に対する透過率を高めることが可能な観察光学系およびこれを備えた表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての観察光学系は、第１の半透過反射面を有するレンズと、第１の半透過反射面よりも表示素子側に配置された第２の半透過反射面とを有し、表示素子からの光を、第２の半透過反射面の透過、第１の半透過反射面での反射、第２の半透過反射面での反射および第１の半透過反射面の透過を介して観察側に導く。第１の半透過反射面は、金属ワイヤ微細構造による偏光選択性半透過反射機能を有し、レンズの光軸からの高さに応じて金属ワイヤ微細構造のピッチが変化していることを特徴とする。なお、上記観察光学系を用いた表示装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属ワイヤ微細構造を用いて光路折り返しを行う観察光学系において、入射角によらず金属ワイヤ微細構造を透過する偏光に対する透過率を高めることできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施例の観察光学系の軸上および周辺部での主光線の光路を示す図。
実施例における金属ワイヤ微細構造の作成方法を示す図。
実施例１の観察光学系の断面図。
実施例１の観察光学系の縦収差図。
実施例２の観察光学系の断面図。
実施例２の観察光学系の縦収差図。
実施例３の観察光学系の断面図。
実施例３の観察光学系の縦収差図。
各実施例における金属ワイヤ微細構造を透過する主光線の入射角の空間分布を示す図。
各実施例における金属ワイヤ微細構造の空間分布を示す図。
実施例１～３の観察光学系を用いたＨＭＤを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許