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公開番号2024178014
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-24
出願番号2023096488
出願日2023-06-12
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 20060101AFI20241217BHJP(光学)
要約【課題】簡易な構成で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。
【解決手段】画像表示装置は、光源部10と、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、導光部材と光学系との間に配置され、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。光源部から出射する光束の発散角をθ1、導光部材から画像生成素子に向かって出射する光束の発散角をθ2、配光角制御素子から出射する画像光束の発散角をθ3、光学系の取り込み角としての2NAをθ4とする。0.9≦θ2/θ1≦1.1、θ2<θ3、0.2≦θ3/θ4≦1.5なる条件を満足する。
【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、
前記導光部材と前記光学系との間に配置され、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し、
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、前記配光角制御素子から出射する前記画像光束の発散角をθ３、前記光学系の取り込み角としての２ＮＡをθ４とするとき、
０．９≦θ２／θ１≦１．１
θ２＜θ３
０．２≦θ３／θ４≦１．５
なる条件を満足することを特徴とする画像表示装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記光学系のバックフォーカスをＢＦ、前記光学系のうち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１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記画像生成素子は透過型の画像生成素子であり、
前記配光角制御素子が、前記画像生成素子と前記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４】
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５】
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４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
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照明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５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
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、
前記導光部材と前記画像生成素子との間に配置され、前記照明光束および前記画像光束のうち少なくとも一方の配光角を制御する配光角制御素子とを有し、
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、前記照明光束および前記画像光束のうち前記配光角制御素子から前記光学系に向かって出射する光束の発散角をθ３、前記光学系の取り込み角としての２ＮＡをθ４とするとき、
０．９≦θ２／θ１≦１．１
θ２＜θ３
０．２≦θ３／θ４≦１．５
なる条件を満足することを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
前記画像生成素子の入射面と前記配光角制御素子の画像生成素子側の面との間隔をＬ１、前記画像生成素子の入射面と前記導光部材のうち前記照明光束が出射する出射面との間隔をＬ２とするとき、
０＜Ｌ１／Ｌ２＜１
なる条件を満足することを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記光学系のバックフォーカスをＢＦ、前記光学系のうち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７に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記画像生成素子は透過型の画像生成素子であり、
前記配光角制御素子が、前記導光部材と前記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７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 2,300 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、導光部材と光学系との間に配置され、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。光源部から出射する光束の発散角をθ１、導光部材から画像生成素子に向かって出射する光束の発散角をθ２、配光角制御素子から出射する画像光束の発散角をθ３、光学系の取り込み角としての２ＮＡをθ４とするとき、
０．９≦θ２／θ１≦１．１
θ２＜θ３
０．２≦θ３／θ４≦１．５
なる条件を満足することを特徴とする。
【０００７】
また本発明の他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、導光部材と画像生成素子との間に配置され、照明光束および画像光束のうち少なくとも一方の配光角を制御する配光角制御素子とを有する。光源部から出射する光束の発散角をθ１、導光部材から画像生成素子に向かって出射する光束の発散角をθ２、照明光束および画像光束のうち配光角制御素子から光学系に向かって出射する光束の発散角をθ３、光学系の取り込み角としての２ＮＡをθ４とするとき、
０．９≦θ２／θ１≦１．１
θ２＜θ３
０．２≦θ３／θ４≦１．５
なる条件を満足することを特徴とする。なお、上記画像表示装置と、該画像表示装置からの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】
【０００８】
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】
【０００９】
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２の画像生成装置の構成を示す図。
実施例２における画像生成素子の周辺の構成を示す図。
実施例３の画像生成装置の構成を示す図。
実施例３における画像生成素子の周辺の構成を示す図。
実施例４の画像生成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構成を示す別の図。
実施例５の画像生成装置の構成を示す図。
実施例５における画像生成素子の周辺の構成を示す図。
実施例５における画像生成素子の周辺の構成を示す別の図。
実施例６の画像生成装置の構成を示す図。
実施例６における画像生成素子の周辺の構成を示す図。
実施例６の画像生成素子周りの構成を示す図
実施例７の画像生成装置の構成を示す図。
実施例７における画像生成素子の周辺の構成を示す図。
【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。
【実施例】
（【００１１】以降は省略されています）

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