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公開番号2024165632
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2023081990
出願日2023-05-18
発明の名称画像表示装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 27/02 20060101AFI20241121BHJP(光学)
要約【課題】簡易な構成でありながらも、良好な解像度を有する画像を表示可能とする。
【解決手段】画像表示装置は、光源部10と、入射した光束を変調して画像光束を生成する画像生成素子30と、光源部からの光束を内部を伝搬させながら該光束の一部ずつを複数の領域から照明光束として画像生成素子に向けて出射する導光部材20と、画像生成素子からの画像光束を観察側または投射側に導く光学系50と、光学系を構成する光学素子の間に配置され、画像光束の配光角を制御する配光角制御素子40とを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
光源部と、
入射した光束を変調して画像光束を生成する画像生成素子と、
前記光源部からの光束を内部を伝搬させながら該光束の一部ずつを複数の領域から照明光束として前記画像生成素子に向けて出射する導光部材と、
前記画像生成素子からの画像光束を観察側または投射側に導く光学系と、
前記光学系を構成する光学素子の間に配置され、前記画像光束の配光角を制御する配光角制御素子とを有することを特徴とする画像表示装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記光学系は、前記観察側または前記投射側から順に第１光学系と第２光学系とを有し、前記第１光学系と前記第２光学系との間に前記画像光束に中間像を形成させ、
前記配光角制御素子は、前記第１光学系と前記第２光学系との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記光源部から出射する光束の発散角をθ１、前記導光部材から前記画像生成素子に向かって出射する光束の発散角をθ２、前記第２光学系から前記配光角制御素子に向かって出射する前記画像光束の収斂角としての２ＮＡをθ３、前記配光角制御素子から前記第１光学系に向かって出射する前記画像光束の発散角としての２ＮＡをθ４、前記第１光学系の取り込み角としての２ＮＡをθ５とするとき、
０．９≦θ２／θ１≦１．１
θ３＜θ４
０．２≦θ４／θ５≦１．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第１光学系のバックフォーカスをＢＦ、前記第１光学系における最も前記画像生成素子に近い光学面の頂点と前記配光角制御素子の出射面との間隔をＢＬとするとき、
０．９≦ＢＬ／ＢＦ≦１．１
なる条件を満足することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記配光角制御素子は、前記光学系の光軸上の中心部と該中心部より周辺の周辺部とで異なる配光角制御特性を有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記配光角制御素子の前記中心部から出射する前記画像光束の発散角をθ４α、前記周辺部から出射する前記画像光束の発散角をθ４βとするとき、
θ４α＞θ４β
なる条件を満足することを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記配光角制御素子の前記中心部から出射する前記画像光束の主光線に対して、前記周辺部から出射する前記画像光束の主光線が傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記画像生成素子は反射型の画像生成素子であり、
前記画像生成素子からの前記画像光束が前記導光部材を透過して前記光学系に入射することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記導光部材の出射面の法線と前記導光部材から出射する前記画像光束の主光線とがなす角をω１、前記法線と前記画像生成素子から出射する前記画像光束の主光線とがなす角をω２とするとき、
２０°≦|ω１－ω２|≦４０°
なる条件を満足することを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記画像生成素子の出射面と前記導光部材の出射面との間隔をＬ１、前記画像生成素子の前記出射面と前記配光角制御素子の入射面との間隔をＬ２とするとき、
Ｌ１／Ｌ２＜１
なる条件を満足することを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。
（【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、ヘッドマウントディスプレイやスマートグラス等の画像表示装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
光源からの光を導光部材を介して広い配光特性のバックライトとして画像生成素子に入射させ、画像生成素子からの出射光を光学系を介して観察者の瞳や投射面に導く画像表示装置が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許公開２０２０／０３４１１９４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の画像表示装置では、画像生成素子と光学系との間に配光角を制御する素子（拡散板）が配置される。この結果、光学系から出射する光により形成される像の解像度が低下する。また、導光部材内に配光角を制御する素子が設けられているため、構成が複雑になる。
【０００５】
本発明は、簡易な構成でありながらも、良好な解像度を有する画像を表示可能な画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての画像表示装置は、光源部と、入射した光束を変調して画像光束を生成する画像生成素子と、光源部からの光束を内部を伝搬させながら該光束の一部ずつを複数の領域から照明光束として画像生成素子に向けて出射する導光部材と、画像生成素子からの画像光束を観察側または投射側に導く光学系と、光学系を構成する光学素子の間に配置され、画像光束の配光角を制御する配光角制御素子とを有することを特徴とする。なお、上記画像表示装置と、画像光束を観察者の眼に導く接眼光学系または画像光束を投射面に投射する投射光学系とを有する画像表示システムも、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡易な構成でありながらも、良好な解像度を有する画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施例１の画像表示装置の構成を示す図。
実施例１における入射偏向素子の構成を示す図。
実施例１における別の入射偏向素子の構成を示す図。
実施例１におけるさらに別の入射偏向素子の構成を示す図。
実施例１における出射偏向素子の構成を示す図。
実施例１における誘電体多層膜の特性を示す図。
実施例１の画像表示装置の別の構成を示す図。
実施例１における光源部の構成を示す図。
実施例１における別の光源部の構成を示す図。
実施例１におけるさらに別の光源部の構成を示す図。
実施例１における配光角制御素子の特性を示す図。
実施例１における画像生成素子の周辺の構成を示す図。
実施例１における解像感を説明する図。
実施例１の画像表示装置における画像生成素子周辺の構成を示す図。
実施例１の画像表示装置の応用例を示す図。
実施例１の画像表示装置の他の応用例を示す図。
実施例１の画像表示装置のさらに他の応用例を示す図。
実施例１の画像表示装置の別の応用例を示す図。
実施例２の画像表示装置の構成を示す図。
実施例２の画像表示装置における画像生成素子周辺の構成を示す図。
実施例３の画像表示装置の構成を示す図。
実施例３の画像表示装置における画像生成素子周辺の構成を示す図。
実施例４の画像表示装置の構成を示す図。
実施例４における配光角制御素子の構成を示す図。
実施例４における配光角制御素子の詳細構成を示す図。
実施例５の画像表示装置の光学系の構成を示す図。
実施例５の光学系の縦収差図。
実施例６の画像表示装置の光学系の構成を示す図。
実施例６の光学系の縦収差図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【実施例】
【００１０】
図１は、実施例１の画像表示装置の構成を示している。画像表示装置は、画像生成部１００と光学系５０とにより構成されており、画像生成部１００により生成された画像光束７０ａを光学系５０を介して観察者に画像として視認させる。
（【００１１】以降は省略されています）

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