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公開番号2025019760
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-07
出願番号2023123561
出願日2023-07-28
発明の名称表示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 20060101AFI20250131BHJP(光学)
要約【課題】トリプルパス構成の表示光学系において、高倍率化と薄型化のために反射面に強い集光作用を持たせつつ、色収差、像面湾曲および非点収差を良好に補正する。
【解決手段】表示装置は、表示素子と、該表示素子の表示面IDからの光を観察側SPに導く表示光学系とを有する。表示光学系は、第1の半透過反射面PBSと、2つの光学素子の接合面に配置された第2の半透過反射面HMとを有し、表示面からの光を、第2の半透過反射面での透過、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の半透過反射面での透過を介して観察側に導く。第2の半透過反射面の曲率が第1の半透過反射面の曲率より大きい。表示面が、表示光学系の光軸を含んで互いに直交する2つの断面のうち少なくとも一方において観察側に向かって凸形状を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
表示素子と、該表示素子の表示面からの光を観察側に導く表示光学系とを有する表示装置であって、
前記表示光学系は、
第１の半透過反射面と、
２つの光学素子の接合面に配置された第２の半透過反射面とを有し、
前記表示面からの光を、前記第２の半透過反射面での透過、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の半透過反射面での透過を介して前記観察側に導き、
前記第２の半透過反射面の曲率が前記第１の半透過反射面の曲率より大きく、
前記表示面が、前記表示光学系の光軸を含んで互いに直交する２つの断面のうち少なくとも一方において前記観察側に向かって凸形状を有することを特徴とする表示装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記２つの光学素子は、樹脂材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記２つの光学素子のうち前記観察側の第１の光学素子の参照球面の曲率半径から計算される空気中における該第１の光学素子の焦点距離をｆＧ１、前記表示素子側の第２の光学素子の参照球面の曲率半径から計算される空気中における該第２の光学素子の焦点距離をｆＧ２とするとき、
ｆＧ１／ｆＧ２＜０．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記２つの光学素子のうち参照球面の曲率半径から計算される空気中における焦点距離が正である光学素子のｄ線における屈折率をＮｄｐ、参照球面の曲率半径から計算される空気中における焦点距離が負である光学素子のｄ線における屈折率をＮｄｎとするとき、
１．４≦Ｎｄｐ＜Ｎｄｎ≦１．９
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記２つの光学素子のうち前記観察側の光学素子の前記焦点距離が正であり、前記表示素子側の光学素子の前記焦点距離が負であることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記２つの光学素子のうち参照球面の曲率半径から計算される空気中における焦点距離が正である光学素子のｄ線を基準とするアッベ数をνｄｐ、参照球面の曲率半径から計算される空気中における焦点距離が負である光学素子のｄ線を基準とするアッベ数をνｄｎとするとき、
１．０＜νｄｐ／νｄｎ≦４．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項７】
前記第２の半透過反射面の参照球面の曲率半径をＲｈｍ、前記表示光学系の焦点距離をｆとするとき、
１．０＜｜Ｒｈｍ｜／ｆ≦５．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項８】
前記第２の半透過反射面の参照球面の曲率半径をＲｈｍ、前記表示面の参照球面の曲率半径をＲｐとするとき、
０．１≦｜Ｒｈｍ｜／｜Ｒｐ｜≦２．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項９】
前記表示光学系は、光学有効径内に変曲点を含む非球面形状の屈折面を有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記第１の半透過反射面は、平面であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
（【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、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表示光学系に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
上記のような表示装置には、小型かつ広視野角であることが求められている。特許文献１には、反射面を用いた小型かつ広視野角の表示光学系が開示されている。この表示光学系では、表示素子（表示面）からの光を反射する２つの反射面を用いたトリプルパス構成を採用することで広視野角（高倍率）と薄型化を両立している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－１４８６２７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の表示光学系では、、反射面（凹面鏡）で発生するペッツバール像面湾曲を、屈折面で発生するペッツバール像面湾曲で相殺するようにレンズの光学材料を選択している。これにより、光学系全系で像面湾曲を補正して平面の表示面に対応している。
【０００５】
ただし、光学材料の屈折率やアッベ数の範囲は有限であり、ペッツバール和の補正を優先して光学材料を選択すると、色収差の補正が困難になる場合がある。倍率色収差に関しては、表示素子上で画像に対する電子的な補正を行うることで低減することが可能である。
【０００６】
しかしながら、空間周波数の高い高精細画像を表示する場合には、ＲＧＢの各色チャンネル内での倍率色収差により光学性能が低下する。また、軸上色収差については電子的な補正は困難である。
【０００７】
さらに特許文献１の表示光学系では、像面湾曲と色収差のバランスをとるため、反射面に強い集光作用を持たせることが困難であり、光学系の高倍率化と小型化に限界がある。また、表示光学系を、間に反射面を挟んだ平凸レンズと凹平レンズからなる１つの接合レンズで構成しているため、非点収差の補正についても限界がある。
【０００８】
本発明は、トリプルパス構成の表示光学系において、高倍率化と薄型化のために反射面に強い集光作用を持たせつつ、色収差、像面湾曲および非点収差を良好に補正できるようにした表示光学系を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての表示装置は、表示素子と、該表示素子の表示面からの光を観察側に導く表示光学系とを有する。表示光学系は、第１の半透過反射面と、２つの光学素子の接合面に配置された第２の半透過反射面とを有し、表示面からの光を、第２の半透過反射面での透過、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の半透過反射面での透過を介して観察側に導く。第２の半透過反射面の曲率が第１の半透過反射面の曲率より大きく、表示面が、表示光学系の光軸を含んで互いに直交する２つの断面のうち少なくとも一方において観察側に向かって凸形状を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、トリプルパス構成の表示光学系において、高倍率化と薄型化のために反射面に強い集光作用を持たせつつ、色収差、像面湾曲および非点収差を良好に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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