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公開番号2024054489
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-17
出願番号2022160726
出願日2022-10-05
発明の名称虚像表示装置用光学系、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ
出願人株式会社リコー
代理人インフォート弁理士法人,個人
主分類G02B 27/02 20060101AFI20240410BHJP(光学)
要約【課題】適切な虚像距離を設定するのに好適な虚像表示装置用光学系を提供すること。
【解決手段】虚像表示装置用光学系は、画像を表示する画像表示素子からの画像光を導光する導光部材と、第1の側から導光部材内を導光される第1方向の画像光を透過させ、かつ第1の側とは異なる第2の側から導光部材内を導光される第2方向の画像光を反射させることにより、画像光を導光部材の射出面から外部へ射出させる、部分反射部と、部分反射部を挟んで第1の側とは異なる第2の側に位置し、部分反射部を透過した第1方向の画像光を第2方向の画像光として部分反射部に向けて反射する反射部と、を含む。画像光が導光部材内を全反射することなく導光されるように、導光部材の寸法が導光部材内を導光される画像光の光束幅よりも大きくなっている。導光部材の射出面は、負のパワーを有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
画像を表示する画像表示素子からの画像光を導光する導光部材と、
第１の側から前記導光部材内を導光される第１方向の前記画像光を透過させ、かつ前記第１の側とは異なる第２の側から前記導光部材内を導光される第２方向の前記画像光を反射させることにより、前記画像光を前記導光部材の射出面から外部へ射出させる、部分反射部と、
前記部分反射部を挟んで前記第１の側とは異なる前記第２の側に位置し、前記部分反射部を透過した前記第１方向の画像光を前記第２方向の画像光として前記部分反射部に向けて反射する反射部と、を含み、
前記画像光が前記導光部材内を全反射することなく導光されるように、前記導光部材の寸法が前記導光部材内を導光される画像光の光束幅よりも大きくなっており、
前記導光部材の射出面は、負のパワーを有する、
虚像表示装置用光学系。
続きを表示（約 900 文字）【請求項２】
前記導光部材の射出面は、凹面状に形成された、
請求項１に記載の虚像表示装置用光学系。
【請求項３】
前記反射部は、前記第１方向の画像光をコリメート光に変換して、前記第２方向の画像光として、前記部分反射部に向けて反射する、
請求項１に記載の虚像表示装置用光学系。
【請求項４】
前記画像表示素子からの画像光を前記導光部材に伝搬する伝搬光学系を更に含み、
前記伝搬光学系は、前記画像光の中間像を前記導光部材内に形成する、
請求項１に記載の虚像表示装置用光学系。
【請求項５】
前記画像表示素子と前記部分反射部との間の光路上に配置された開口絞りを更に含む、
請求項４に記載の虚像表示装置用光学系。
【請求項６】
前記伝搬光学系は、
第３方向の倍率と前記第３方向と異なる第４方向の倍率とが異なるアナモフィック面を含み、
前記画像光の中間像を、前記第３方向に第１の倍率で且つ前記第４方向に第２の倍率で前記導光部材内に形成する、
請求項４に記載の虚像表示装置用光学系。
【請求項７】
前記射出面の近軸曲率半径（単位：ｍｍ）をＲＡとしたとき、次式
１００＜｜ＲＡ｜＜２０００
を満たす、
請求項１に記載の虚像表示装置用光学系。
【請求項８】
前記導光部材は、前記射出面と対向する面が正のパワーを有する、
請求項１に記載の虚像表示装置用光学系。
【請求項９】
前記射出面の近軸曲率半径（単位：ｍｍ）をＲＡとし、前記射出面と対向する面の近軸曲率半径（単位：ｍｍ）をＲＢとしたとき、次式
０．０＜｜ＲＡ／ＲＢ｜＜１．１
を満たす、
請求項８に記載の虚像表示装置用光学系。
【請求項１０】
前記部分反射部は、前記虚像表示装置用光学系の光軸方向に間隔を空けて複数配置される、
請求項１に記載の虚像表示装置用光学系。
（【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、虚像表示装置用光学系、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイに関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
２次元の画像を拡大し、拡大された虚像を観察者に観察させるように表示する虚像表示装置が知られている。例えば特許文献１に、この種の虚像表示装置の具体的構成が記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載の虚像表示装置は、グラスデバイスであり、画像表示素子の各画素から発せられた光（以下「画像光」と記す。）をグラスレンズ内で導光し、導光された画像光を観察者に向けて射出し、射出された画像光を観察者が拡大された虚像として観察できるように構成される。
【０００４】
特許文献１に記載の虚像表示装置には、適切な虚像距離を設定するための部材として、観察者の眼前に位置するグラスレンズ部分に凹面レンズが取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
米国特許第１０，７３９，５９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、グラスレンズ内で画像光を全反射で導光させる際、全反射条件を充足するため、グラスレンズと凹面レンズとの間にクリアランスを設ける必要がある。凹面レンズをグラスレンズに直接貼り付けることができないため、凹面レンズを支持する部材が別途必要になるといったデメリットがある。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、適切な虚像距離を設定するのに好適な虚像表示装置用光学系、このような虚像表示装置用光学系を備える虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る虚像表示装置用光学系は、画像を表示する画像表示素子からの画像光を導光する導光部材と、第１の側から導光部材内を導光される第１方向の画像光を透過させ、かつ第１の側とは異なる第２の側から導光部材内を導光される第２方向の画像光を反射させることにより、画像光を導光部材の射出面から外部へ射出させる、部分反射部と、部分反射部を挟んで第１の側とは異なる第２の側に位置し、部分反射部を透過した第１方向の画像光を第２方向の画像光として部分反射部に向けて反射する反射部と、を含む。画像光が導光部材内を全反射することなく導光されるように、導光部材の寸法が導光部材内を導光される画像光の光束幅よりも大きくなっている。導光部材の射出面は、負のパワーを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、適切な虚像距離を設定するのに好適な虚像表示装置用光学系、このような虚像表示装置用光学系を備える虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る虚像表示装置を備えるヘッドマウントディスプレイの概略図である。
本発明の一実施形態に係る虚像表示装置の基本的な構成を示す概略構成図である。
本発明の一実施形態において、画像表示素子の画像光の中間像を導光部材内に形成した場合に導光部材を薄型化させられる理由を説明する図である。
開口絞りの結像位置を装用者の眼付近に配置することが広いアイボックスを確保することにつながる理由を説明するための図である。
開口絞りの結像位置を装用者の眼付近に配置することが広いアイボックスを確保することにつながる理由を説明するための図である。
開口絞りの結像関係を示す模式図である。
本発明の変形例１に係る虚像表示装置の概略構成図である。
本発明の変形例２に係る虚像表示装置の概略構成図である。
本発明の数値実施例１に係る虚像表示装置の光学構成を示す図である。
本発明の数値実施例１に係る虚像表示装置の光学構成を示す図である。
本発明の数値実施例１において、画像光が虚像表示装置用光学系を通過したときの横収差図である。
本発明の数値実施例１において、画像光が虚像表示装置用光学系を通過したときの横収差図である。
本発明の各数値実施例における横収差の測定位置を示す図である。
本発明の数値実施例１において、無限遠物体からの光が導光部材を通過したときの横収差図である。
本発明の数値実施例２に係る虚像表示装置の光学構成を示す図である。
本発明の数値実施例２において、無限遠物体からの光が導光部材を通過したときの横収差図である。
本発明の数値実施例３に係る虚像表示装置の光学構成を示す図である。
本発明の数値実施例３に係る虚像表示装置の光学構成を示す図である。
本発明の数値実施例３において、画像光が虚像表示装置用光学系を通過したときの横収差図である。
本発明の数値実施例３において、画像光が虚像表示装置用光学系を通過したときの横収差図である。
本発明の数値実施例３において、無限遠物体からの光が導光部材を通過したときの横収差図である。
本発明の数値実施例４に係る虚像表示装置の光学構成を示す図である。
本発明の数値実施例４において、無限遠物体からの光が導光部材を通過したときの横収差図である。
本発明の数値実施例５に係る虚像表示装置の光学構成を示す図である。
本発明の数値実施例５において、画像光が虚像表示装置用光学系を通過したときの横収差図である。
本発明の数値実施例５において、画像光が虚像表示装置用光学系を通過したときの横収差図である。
本発明の数値実施例５において、無限遠物体からの光が導光部材を通過したときの横収差図である。
外科手術コンテキストにおいて頭部搭載型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）をミュートにする実施例を示す図である。
外科手術コンテキストにおいて頭部搭載型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）をミュートにする実施例を示す図である。
半透過ディスプレイの表示の一例を示す模式図である。
調理用ヘッドマウントディスプレイの制御ユニットの動作の一例を示すフローチャートである。
調理用ヘッドマウントディスプレイの制御ユニットの動作の一例を示すフローチャートである。
調理用ヘッドマウントディスプレイの制御ユニットの動作の一例を示すフローチャートである。
制御ユニットが具材で調理できる料理のリストの一例を示す模式図である。
半透過ディスプレイの表示の一例を示す模式図である。
半透過ディスプレイの表示の一例を示す模式図である。
半透過ディスプレイの表示の一例を示す模式図である。
半透過ディスプレイの表示の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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