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公開番号2025061053
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2025002065,2021016900
出願日2025-01-07,2021-02-04
発明の名称光学系および画像表示装置
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 20060101AFI20250403BHJP(光学)
要約【課題】偏光を利用した広画角で軽量な光学系において、ゴーストを目立ちにくくする。
【解決手段】光学系OR1は、画像を表示する表示素子108からの光を観察者に導く光学系であり、表示素子から観察者に向かって順に配置された、第1の位相板111と、半透過反射面112と、レンズ104と、第2の位相板113と、偏光分離素子114とを含む。偏光分離素子は、第1の直線偏光を反射させ、該第1の直線偏光の偏光方向に直交する偏光方向の第2の直線偏光を透過させる。430nmから480nmの波長の範囲、520nmから570nmの波長の範囲、および600nmから650nmの波長の範囲にそれぞれ含まれる第1、第2、第3の波長のそれぞれにおける半透過反射面の反射率の最大値と最小値との差が7%以下であり、光学系に含まれるレンズのうち最も表示素子に近いレンズは、表示素子に向かって凸形状の面を有する負レンズである。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
画像を表示する表示素子からの光を観察者に導く光学系であって、
前記表示素子から前記観察者に向かって順に配置された、
第１の位相板と、
半透過反射面と、
レンズと、
第２の位相板と、
偏光分離素子とを含み、
前記偏光分離素子は、第１の直線偏光を反射させ、該第１の直線偏光の偏光方向に直交する偏光方向の第２の直線偏光を透過させ、
４３０ｎｍから４８０ｎｍの波長の範囲に含まれる第１の波長、５２０ｎｍから５７０ｎｍの波長の範囲に含まれる第２の波長、および６００ｎｍから６５０ｎｍの波長の範囲に含まれる第３の波長のそれぞれにおける前記半透過反射面の反射率の最大値と最小値との差が７％以下であり、
前記光学系に含まれるレンズのうち最も前記表示素子に近いレンズは、前記表示素子に向かって凸形状の面を有する負レンズであることを特徴とする光学系。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
前記差が５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記第１の波長、第２の波長および第３の波長のそれぞれにおける、
前記レンズの透過率×前記半透過反射面の反射率×前記レンズの透過率
の値の最大値と最小値との差が７％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
【請求項４】
前記レンズが樹脂材料からなるレンズであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項５】
前記半透過反射面が、前記表示素子に向かって凸形状かつ非球面形状を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項６】
前記半透過反射面が、銀からなる層を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の接眼光学系。
【請求項７】
前記半透過反射面が、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化チタンおよび酸化アルミニウムのうちいずれかを含む誘電体膜を有することを特徴とする請求項６に記載の光学系。
【請求項８】
前記光学系に含まれる１以上のレンズのうち最も前記観察者に近いレンズは、前記表示素子に向かって凸形状の面を有する平凸レンズであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光学系。
【請求項９】
前記第１、第２および第３の波長における前記半透過反射面の反射率が透過率よりも高いことを特徴とする請求項１から８のいずれかに一項に記載の光学系。
【請求項１０】
前記第１、第２および第３の波長のうち少なくとも１つの波長における前記半透過反射面の透過率をＴとするとき、
２５％≦Ｔ≦４５％
なる条件を満足することを特徴とする請求項９に記載の光学系。
（【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画像を光学系を介して観察者に観察させることが可能な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】
上記のような画像表示装置としては、観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）がある。このようなＨＭＤにおいて広画角での画像提示を実現するために、偏光を利用して光路を折り畳む接眼光学系が用いられることがある。ただし、このような接眼光学系の軽量化のためにプラスチックレンズが使用されると、プラスチックレンズ内の複屈折によって光の偏光状態が乱れ、この結果、ゴーストが発生する。
【０００３】
特許文献１および特許文献２には、偏光を利用して広画角化された接眼光学系を有するＨＭＤが開示されている。特許文献１のＨＭＤでは、接眼光学系内の半透過型偏光板の透過軸の方向を観察者の両眼が並ぶ方向に一致させて輝度むらを低減している。また特許文献２のＨＭＤでは、曲面形状の偏光素子を利用して広画角を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－０５３１５２号公報
特表２０１８－５０８８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、接眼光学系のプラスチックレンズ内の複屈折によるゴーストの低減に関して、複屈折が小さいプラスチック材料を用いるとの記載しかない。また特許文献２報には、レンズの複屈折により発生するゴーストの低減に関する記載はない。
【０００６】
本発明は、偏光を利用した広画角で軽量な接眼光学系に好適であり、ゴーストを目立ちにくくすることができるようにした光学系およびこれを備えた画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての光学系は、画像を表示する表示素子からの光を観察者に導く光学系であり、表示素子から観察者に向かって順に配置された、第１の位相板と、半透過反射面と、レンズと、第２の位相板と、偏光分離素子とを含む。偏光分離素子は、第１の直線偏光を反射させ、該第１の直線偏光の偏光方向に直交する偏光方向の第２の直線偏光を透過させる。４３０ｎｍから４８０ｎｍの波長の範囲に含まれる第１の波長、５２０ｎｍから５７０ｎｍの波長の範囲に含まれる第２の波長、および６００ｎｍから６５０ｎｍの波長の範囲に含まれる第３の波長のそれぞれにおける半透過反射面の反射率の最大値と最小値との差が７％以下であり、光学系に含まれるレンズのうち最も表示素子に近いレンズは、表示素子に向かって凸形状の面を有する負レンズであることを特徴とする。なお、上記光学系と表示素子を有する画像表示装置も、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、偏光を利用した広画角で軽量な光学系において、ゴーストを目立ちにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施例１のＨＭＤの構成を示す図。
実施例１における接眼光学系の構成を示す図。
実施例１のＨＭＤの外観図。
実施例１における接眼光学系の光路図。
実施例１における接眼光学系のゴースト光を説明する図。
実施例１における接眼光学系のハーフミラーの分光特性を示す図。
実施例１にける接眼光学系のハーフミラーの別の分光特性を示す図。
実施例１における接眼光学系のレンズとハーフミラーの分光特性を示す図。
実施例２のＨＭＤの構成を示す図。
実施例２における接眼光学系の構成を示す図。
実施例２における接眼光学系のゴースト光を説明する図。
実施例２における接眼光学系のハーフミラーの分光特性を示す図。
実施例２における接眼光学系のハーフミラーの別の分光特性を示す図。
実施例１における接眼光学系のハーフミラーの入射角特性を示す図。
実施例２における接眼光学系のハーフミラーの入射角特性を示す図。
【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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