特許ウォッチ

公開番号2024102728
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-31
出願番号2023006815
出願日2023-01-19
発明の名称虚像表示装置及び頭部装着型表示装置
出願人セイコーエプソン株式会社
代理人個人,個人
主分類G02B 27/04 20060101AFI20240724BHJP(光学)
要約【課題】光学系全体が大型化してしまうことを回避しつつ画角を広くする。
【解決手段】虚像表示装置100A,100Bは、画素表示領域22pとして映像光MLで励起して蛍光を発する波長変換領域22eを有する表示部材22と、波長変換領域22eに単一波長の励起光として映像光MLを照射する投射光学系10と、表示部材22の外界側に配置され、波長変換領域22eへの外界光OLの入射を抑制する遮光部材21と、表示部材22の顔側に配置され、波長変換領域22eに対応して設けられ表示部材22で表示された映像光MLを第1偏光方向に制限する第1偏光領域23bを有する第1偏光部材60と、第1偏光部材60の位置から外界側に配置され、外界光OLを第1偏光方向と異なる第2偏光方向に制限する第2偏光領域23cを有する第2偏光部材70と、第1偏光部材60の顔側に配置され、映像光MLの偏光に対して選択的に作用する屈折力を有する偏光分離レンズ素子50と、を備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
画素表示領域として映像光で励起して蛍光を発する波長変換領域を有する表示部材と、
前記波長変換領域に単一波長の励起光として前記映像光を照射する投射光学系と、
前記表示部材の外界側に配置され、前記波長変換領域への外界光の入射を抑制する遮光部材と、
前記表示部材の顔側に配置され、前記波長変換領域に対応して設けられ前記表示部材で表示された前記映像光を第１偏光方向に制限する第１偏光領域を有する第１偏光部材と、
前記第１偏光部材の位置から外界側に配置され、前記外界光を前記第１偏光方向と異なる第２偏光方向に制限する第２偏光領域を有する第２偏光部材と、
前記第１偏光部材の顔側に配置され、前記映像光の偏光に対して選択的に作用する屈折力を有する偏光分離レンズ素子と、
を備える、虚像表示装置。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記励起光は、紫外光であり、
前記波長変換領域は、紫外光励起により赤色光、緑色光、及び青色光のいずれかの蛍光を発する、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記波長変換領域の顔側に前記紫外光を吸収又は反射させる紫外線遮断部材を有する、請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記励起光は、青色光であり、
前記表示部材は、前記青色光を散乱させる散乱領域を有し、
前記波長変換領域は、青色光励起により赤色光及び緑色光のいずれかの蛍光を発する、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記表示部材は、前記波長変換領域と、外界を視認可能にする光透過領域とを有する、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記第１偏光領域は、前記波長変換領域に対応して離散的に設けられる、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記遮光部材は、前記外界光の入射を抑制する遮光層を有し、
前記遮光層は、前記波長変換領域に対応する大きさを有する、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記第１偏光部材と前記第２偏光部材とは、同一基板上に配置され、
前記第２偏光領域は、前記第１偏光領域の周囲に配置される、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記偏光分離レンズ素子は、前記表示部材を構成する複数の画素を包括的に結像させる偏光分離液晶レンズである、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記投射光学系は、画像を表示する画像表示パネルを有し、前記画像表示パネルの発光領域からの射出光を前記映像光として前記画素表示領域に投影する、請求項１に記載の虚像表示装置。
（【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、虚像の観察を可能にする虚像表示装置及び頭部装着型表示装置に関し、特に外界像を視認可能にするシースルー型の虚像表示装置等に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
外界を視認可能にするシースルー型の虚像表示装置として、画像表示領域と、該画像表示領域を囲むように形成された透明表示領域とを有する液晶パネルと、光源から端部に入射されたバックライト光を導光する導光板とを備え、導光板が液晶パネルの画像表示領域にバックライト光を照射する発光領域と環境光を透過させる光透過領域とを備えるものが公知となっている（特許文献１）。この表示装置は、導光板の光透過領域及び液晶パネルの透明表示領域から環境光が観察者に到達するとともに、画像表示領域にバックライト光を照射しない期間に環境光が導光板の発光領域と液晶パネルの画像表示領域とを透過して観察者に到達するように構成されている。このような構成により、映像光と環境光とが重ね合わされたシースルー表示が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０１６／０５６２９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記装置では、導光板の発光領域にドットの形成、散乱材の塗布等の加工がなされており、液晶パネルの画像表示領域を通過する環境光が、加工がなされた発光領域を通過することになるので、画像表示領域に対応する視野の中央付近でのシースルー透過率が低下する。視野の中央付近において高いシースルー透過率のシースルー表示を実現するためには、別途、シースルー透過率の高い光学系等が必要となり、大型化に繋がる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面における虚像表示装置は、画素表示領域として映像光で励起して蛍光を発する波長変換領域を有する表示部材と、波長変換領域に単一波長の励起光として映像光を照射する投射光学系と、表示部材の外界側に配置され、波長変換領域への外界光の入射を抑制する遮光部材と、表示部材の顔側に配置され、波長変換領域に対応して設けられ表示部材で表示された映像光を第１偏光方向に制限する第１偏光領域を有する第１偏光部材と、第１偏光部材の位置から外界側に配置され、外界光を第１偏光方向と異なる第２偏光方向に制限する第２偏光領域を有する第２偏光部材と、第１偏光部材の顔側に配置され、映像光の偏光に対して選択的に作用する屈折力を有する偏光分離レンズ素子と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第１実施形態の虚像表示装置の装着状態を説明する外観斜視図である。
表示光学系の光学的構造を説明する概念的な斜視図である。
表示光学系の光学的構造を説明する概念的な側面図である。
複合表示部材の繰返単位又はサブ画素を説明する概念的な拡大斜視図である。
遮光部材を説明する平面図である。
表示部材を説明する平面図である。
パターン偏光部材を説明する平面図である。
画素区画でのサブ画素スポットの照射状態の例を説明する図である。
遮光部材、表示部材、及びパターン偏光部材を重ねて示した図である。
投射光学系を説明する概念図である。
投射光学系で形成される画素又はサブ画素を説明する図である。
偏光分離レンズ素子の構造及び機能を説明する概念的な斜視図である。
第１実施形態の虚像表示装置の動作を説明する概念図である。
第１実施形態の虚像表示装置の動作を説明する概念図である。
第２実施形態の虚像表示装置を説明する概念図である。
第３実施形態の虚像表示装置を説明する概念図である。
第３実施形態のパターン偏光部材を説明する平面図である。
第３実施形態の外光偏光部材を説明する平面図である。
第４実施形態の虚像表示装置を説明する概念図である。
第５実施形態の虚像表示装置を説明する概念図である。
第５実施形態の虚像表示装置の変形例を説明する概念図である。
第６実施形態の虚像表示装置を説明する概念図である。
第６実施形態の複合表示部材を説明する概念図である。
複合表示部材の表示部材の変形例を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
〔第１実施形態〕
以下、図１～１１を参照して、本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置等について説明する。
【０００８】
図１は、ヘッドマウントディスプレイ、すなわち頭部装着型表示装置２００の装着状態を説明する斜視図である。頭部装着型表示装置（以下、ＨＭＤとも称する。）２００は、双眼型表示装置２０１であり、これを装着する観察者又は装着者ＵＳに虚像としての映像を認識させる。図１等において、Ｘ、Ｙ、及びＺは、直交座標系であり、＋Ｘ方向は、ＨＭＤ２００を装着した観察者又は装着者ＵＳの両眼ＥＹの並ぶ横方向に対応し、＋Ｙ方向は、装着者ＵＳにとっての両眼ＥＹの並ぶ横方向に直交する上方向に相当し、＋Ｚ方向は、装着者ＵＳにとっての前方向又は正面方向に相当する。±Ｙ方向は、鉛直軸又は鉛直方向に平行になっている。
【０００９】
ＨＭＤ２００は、右眼用の第１虚像表示装置１００Ａと、左眼用の第２虚像表示装置１００Ｂと、虚像表示装置１００Ａ，１００Ｂを支持する一対のテンプル１００Ｃと、情報端末であるユーザー端末９０とを備える。第１虚像表示装置１００Ａは、第１装置１Ａであり、上部に配置される第１表示駆動部１０２ａと、眼前を覆う第１表示光学系１０３ａと、第１表示光学系１０３ａを外界側又は前方側において覆う光透過カバー１０４ａとで構成される。第２虚像表示装置１００Ｂは、第２装置１Ｂであり、上部に配置される第２表示駆動部１０２ｂと、眼前を覆う第２表示光学系１０３ｂと、第２表示光学系１０３ｂを外界側又は前方側において覆う光透過カバー１０４ｂとで構成される。第１装置１Ａである第１虚像表示装置１００Ａと、第２装置１Ｂである第２虚像表示装置１００Ｂとを組み合わせたＨＭＤ２００は、広義の虚像表示装置でもある。一対のテンプル１００Ｃは、装着者ＵＳの頭部に装着される装着部材又は支持装置１０６である。テンプル１００Ｃは、外観上一体化されている表示駆動部１０２ａ，１０２ｂを介して一対の表示光学系１０３ａ，１０３ｂの上端側と、一対の光透過カバー１０４ａ，１０４ｂの上端側とを支持している。一対の表示駆動部１０２ａ，１０２ｂを組み合わせたものを駆動装置１０２と呼ぶ。一対の光透過カバー１０４ａ，１０４ｂを組み合わせたものをシェード１０４と呼ぶ。
【００１０】
図２は、第１表示光学系１０３ａの構造を説明する概念的な斜視図である。図３は、第１表示光学系１０３ａの構造を説明する概念的な側面図である。第１表示光学系１０３ａは、投射光学系１０と、複合表示部材２０と、偏光分離レンズ素子５０とを備える。投射光学系１０は、複合表示部材２０の表示部材２２に映像光ＭＬが照射されるように、複合表示部材２０の斜め上方向に配置されている。表示部材２２は、投射光学系１０からの投影光又は映像光ＭＬの投射によって画像を表示するスクリーンとして機能する受動的な画像表示部材である。複合表示部材２０と偏光分離レンズ素子５０とは、光軸ＡＸ方向に離間して配置されている。第１表示光学系１０３ａにおいて、眼ＥＹと偏光分離レンズ素子５０との間の距離は、例えば１０ｍｍ～２０ｍｍ程度である。また、表示部材２２と偏光分離レンズ素子５０との間の距離は、例えば３ｍｍ～２５ｍｍ程度である。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許