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公開番号2025047901
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-03
出願番号2023156668
出願日2023-09-22
発明の名称虚像表示装置及び光学ユニット
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 27/02 20060101AFI20250327BHJP(光学)
要約【課題】複数の表示パネルからの映像光を合成するクロスダイクロイックプリズムの光学的不完全部分に由来するクロス線の発現を抑制し、輝度を高める。
【解決手段】虚像表示装置は、第1映像光ML1を出射する第1表示パネル11aからの第1映像光をコリメートする第1投影光学系21aと、第2表示パネル11bが射出する第2映像光MLb及び第3表示パネル11cが射出する第3色映像光MLcを合成光学系18が合成して射出する第4映像光ML2をコリメートする第2投影光学系21bと、第1、第2及び第3映像光を導光する導光板群51と、第1及び第4映像光を導光板群51に入射させる第1及び第2入射回折光学系51b,52bと、第1及び第4映像光を互いに重なり合うように出射させる出力回折光学系51cとを備え、第1投影光学系から第1入射回折光学系までの光路と、第2投影光学系から第2入射回折光学系までの光路とは、互いに独立している。
【選択図】図13
特許請求の範囲【請求項１】
第１映像光を出射する第１表示パネルと、
前記第１表示パネルからの前記第１映像光をコリメートする第１投影光学系と、
第２映像光を出射する第２表示パネルと、
第３映像光を出射する第３表示パネルと、
前記第２映像光及び前記第３映像光を合成して第４映像光として出射する合成光学系と、
前記合成光学系からの前記第４映像光をコリメートする第２投影光学系と、
前記第１映像光、前記第２映像光及び前記第３映像光を導光する導光板群と、
前記第１投影光学系からの前記第１映像光を前記導光板群に入射させる第１入射回折光学系と、
前記合成光学系からの前記第４映像光を前記導光板群に入射させる第２入射回折光学系と、
前記導光板群からの前記第１映像光及び前記第４映像光を、互いに重なり合うように出射させる射出回折光学系と
を備え、
前記第１投影光学系から前記第１入射回折光学系までの光路と、前記第２投影光学系から前記第２入射回折光学系までの光路とは、互いに独立している
虚像表示装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第１表示パネルは、第１色の前記第１映像光を出射し、
前記第２表示パネルは、前記第１色とは異なる第２色の前記第２映像光を出射し、
前記第３表示パネルは、前記第１色及び前記第２色とは異なる第３色の前記第３映像光を出射し、
前記第２入射回折光学系は、前記第２色及び前記第３色を前記導光板群へ入射させる
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記第１色の第１波長は、前記第２色の第２波長より短く、
前記第２色の前記第２波長は、前記第３色の第３波長より短い、
請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記第１色の第１波長は、前記第２色の第２波長より長く、
前記第２色の前記第２波長は、前記第３色の第３波長より長い、
請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記合成光学系は、
前記第２色及び前記第３色を合成するダイクロイックプリズム
を備える
請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記合成光学系は、
前記第２色及び前記第３色を合成するダイクロイック膜
を備える
請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記導光板群は、
前記第１映像光及び前記第４映像光を導光する導光板
を備え、
前記第１入射回折光学系は、
前記第１投影光学系からの前記第１映像光を前記導光板へ入射させる第１入射回折光学素子
を備え、
前記第２入射回折光学系は、
前記第２投影光学系からの前記第４映像光を前記導光板へ入射させる第２入射回折光学素子
を備え、
前記射出回折光学系は、
前記導光板の第１表面に設けられ、前記導光板からの前記第１映像光を射出する第１射出回折光学素子と、
前記導光板の前記第１表面に対向する第２表面に設けられ、前記導光板からの前記第４映像光を射出する第２射出回折光学素子と、
を備え、
前記第１射出回折光学素子と、前記第２射出回折光学素子とは、前記導光板の厚さ方向に重なり合って設けられている、
請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記第１入射回折光学素子及び前記第２入射回折光学素子は、前記第１表面及び前記第２表面のうち、互いに異なる表面に設けられている、
請求項７に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記第１入射回折光学素子及び前記第２入射回折光学素子は、前記第１表面及び前記第２表面のうち、いずれか１つの表面に設けられている、
請求項７に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記導光板群は、
前記第１映像光を導光する第１導光板と、
前記第４映像光を導光する第２導光板と、
を備え、
前記第１入射回折光学系は、前記第１投影光学系からの前記第１映像光を前記第１導光板へ入射させ、
前記第２入射回折光学系は、前記第２投影光学系からの前記第４映像光を前記第２導光板へ入射させ、
前記射出回折光学系は、
前記第１導光板からの前記第１映像光を射出する第１射出回折光学素子と、
前記第２導光板からの前記第４映像光を射出する第２射出回折光学素子と、
を備え、
前記第１射出回折光学素子と、前記第２射出回折光学素子とは、前記第１導光板及び前記第２導光板が対向する方向に重なり合って設けられている、
請求項２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光学ユニットに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
頭部装着型表示装置として、クロスダイクロイックプリズムと、複数の表示パネルと、投射光学系とを備え、クロスダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムと、隣り合う三角柱プリズムの間に設けられたダイクロイック膜と、４つの三角柱プリズムの接合部の中心における光学的不完全部分とを有し、クロスダイクロイックプリズムの光入射面に配置された複数の表示パネルの各々から接合部の中心までの空気換算長と光学的不完全部分の幅との比はそれぞれ２５０：１以上であるものが公知となっている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－００３７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に示される頭部装着型表示装置では、パネルの小型化に伴うクロスダイクロイックプリズムの小型化や、投射光学系のＦナンバーの増大などにより、光学的不完全部分に由来するクロス線が見えるようになる場合がある。また、クロスダイクロイックプリズムの色分離性能は、表示パネルから出射された光のダイクロイック膜への入射角に依存するため、入射角度特性を４５度±７度程度にする必要がある。そのため、表示パネルから出射される光の主光線は、表示パネルの射出面に対して略垂直（テレセントリック）にする必要があり、視野角を大きくできない。さらに、ＲＧＢ（赤緑青）の表示パネルが同じである場合、それぞれの開口率もほぼ同等となるので、各色の表示パネルの明るさ（輝度）を、これらの表示パネルのうちで輝度が最も小さいものに合わせて制限する必要がある。
【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及び光学ユニットは、第１映像光を出射する第１表示パネルと、第１表示パネルからの第１映像光をコリメートする第１投影光学系と、第２映像光を出射する第２表示パネルと、第３映像光を出射する第３表示パネルと、第２映像光及び第３映像光を合成して第４映像光として出射する合成光学系と、合成光学系からの第４映像光をコリメートする第２投影光学系と、第１映像光、第２映像光及び第３映像光を導光する導光板群と、第１投影光学系からの第１映像光を導光板群に入射させる第１入射回折光学系と、合成光学系からの第４映像光を導光板群に入射させる第２入射回折光学系と、導光板群からの第１映像光及び第４映像光を、互いに重なり合うように出射させる射出回折光学系とを備え、第１投影光学系から第１入射回折光学系までの光路と、第２投影光学系から第２入射回折光学系までの光路とは、互いに独立している。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第１実施形態であるＨＭＤの装着状態を説明する図である。
虚像表示装置を構成する光学系の配置等を説明する側面図である。
虚像表示装置を構成する光学系の配置等を説明する平面図である。
導光光学系又は導光部材を説明する部分透視背面図である。
ダイクロイックプリズムを用いる光学系を説明する平面図である。
色収差の低減について説明する図である。
導光光学系又は導光部材を説明する部分透視背面図である。
虚像表示装置を構成する光学系の配置等を説明する平面図である。
虚像表示装置を構成する光学系の配置等を説明する平面図である。
導光光学系又は導光部材を説明する部分透視背面図である。
虚像表示装置を構成する光学系の配置等を説明する平面図である。
虚像表示装置を構成する光学系の配置等を説明する平面図である。
虚像表示装置を構成する光学系の配置等を説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
〔第１実施形態〕
以下、図１～３等を参照して、本発明に係る虚像表示装置１００Ａ，１００Ｂの第１実施形態について説明する。
【０００８】
図１は、頭部装着型表示装置（以下、ヘッドマウントディスプレイ又はＨＭＤとも称する。）２００の装着状態を説明する図であり、ＨＭＤ２００は、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、左眼用の第１虚像表示装置１００Ａと、右眼用の第２虚像表示装置１００Ｂと、虚像表示装置１００Ａ，１００Ｂを支持するテンプル状の一対の支持装置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、単独でＨＭＤとして機能し、上部に配置される第１表示駆動部１０２ａと、メガネレンズ状で眼前を覆う第１導光光学系１０３ａとで構成される。第２虚像表示装置１００Ｂも同様に、単独でＨＭＤとして機能し、上部に配置される第２表示駆動部１０２ｂと、メガネレンズ状で眼前を覆う第２導光光学系１０３ｂとで構成される。支持装置１００Ｃは、装着者ＵＳの頭部に装着される装着部材であり、外観上一体化されている表示駆動部１０２ａ，１０２ｂを介して一対の導光光学系１０３ａ，１０３ｂの上端側を支持している。第１虚像表示装置１００Ａと第２虚像表示装置１００Ｂとは、光学的に左右反転させたものであり、第２虚像表示装置１００Ｂについては、詳細な説明を省略する。
【００１０】
図２は、第１虚像表示装置１００Ａの第１表示駆動部１０２ａと第１導光光学系１０３ａとを具体的に説明する側面図である。図３は、第１表示駆動部１０２ａと第１導光光学系１０３ａとを具体的に説明する平面図である。図４は、主に第１導光光学系１０３ａを説明する背面図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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