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公開番号2025086979
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-10
出願番号2023201297
出願日2023-11-29
発明の名称虚像表示装置
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 20060101AFI20250603BHJP(光学)
要約【課題】画像表示領域でのシースルー透過率を高めること。
【解決手段】虚像表示装置100A,100Bは、光源10と、導光部材21と、導光部材21に設けられ、照明光ILを導光部材21外に射出させる散乱状態と外光OLの通過を許容する透明状態とになる強誘電液晶板12と、強誘電液晶板12を経た照明光ILを入射させて映像光MLを形成する表示状態と強誘電液晶板12を経た外光OLを透過させる非表示状態とになる透過型液晶パネル22と、液晶の配向方向によって入射光の偏光方向を互いに交差する第1方向と第2方向とに切替えて通過させるスイッチング1/2波長板23と、第1方向の第1偏光P1を虚像として結像させる屈折力を有し、第2方向の第2偏光P2を通過させる偏光レンズ50とを備える。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
外界からの順で、
光源からの照明光を伝搬させる導光部材と、
前記導光部材に設けられ、前記照明光に対して散乱状態と外光に対して透明状態とになる強誘電液晶板と、
表示状態と非表示状態とになる透過型液晶パネルと、
液晶の配向方向によって入射光の偏光方向を互いに交差する第１方向と第２方向とに切替えて通過させるスイッチング１／２波長板と、
前記第１方向の偏光を虚像として結像させる屈折力を有し、前記第２方向の偏光を通過させる偏光レンズとを備え、
前記透過型液晶パネルが前記表示状態の場合に、前記スイッチング１／２波長板は、前記透過型液晶パネルからの映像光を前記第１方向の偏光として前記偏光レンズに入射させ、前記透過型液晶パネルが前記非表示状態の場合に、前記透過型液晶パネルを経た外光を前記第２方向の偏光として前記偏光レンズに入射させる、
虚像表示装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記光源は、赤、緑及び青の照明光を切替えて発生し、
前記透過型液晶パネルは、無色の画素を有し、前記光源が発生する前記照明光の色に合わせて前記画素により変調を行い、前記光源の非発光時に前記画素を透過状態とする、
請求項1に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記光源は、赤、緑及び青の照明光を切替えて発生し、
前記透過型液晶パネルは、無色の表示用画素と無色の透過用画素とを有し、前記光源が発生する前記照明光の色に合わせて前記無色の表示用画素により変調を行い、前記光源の非発光時に前記無色の透過用画素を透過状態とする、
請求項1に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記強誘電液晶板の有効領域は、前記透過型液晶パネルの前記無色の表示用画素に対向する領域に局在的に形成されている、
請求項３に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記透過型液晶パネルは、前記光源の非発光時に前記無色の表示用画素を透過状態とする、
請求項３に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記光源は、白色の照明光を発生し、
前記透過型液晶パネルは、赤、緑及び青のサブ画素を有し、前記光源の発光に合わせて各色の前記サブ画素により変調を行い、前記光源の非発光時に各色の前記サブ画素を透過状態とする、
請求項1に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記光源は、白色の照明光を発生し、
前記透過型液晶パネルは、赤、緑、青及び無色のサブ画素を有し、前記光源の発光に合わせて各色の前記サブ画素により変調を行い、前記光源の非発光時に前記無色のサブ画素を透過状態とする、
請求項1に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記強誘電液晶板の有効領域は、前記透過型液晶パネルの前記無色のサブ画素に対向する領域に局在的に形成されている、
請求項７に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記透過型液晶パネルは、前記光源の非発光時に各色の前記サブ画素を透過状態とする、
請求項７に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記無色のサブ画素は、前記各色のサブ画素とともにストライプ状又はベイヤー状に配列されて画素を構成する、
請求項６及び７のいずれか一項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に関し、特に外界像を視認可能にするシースルー型の虚像表示装置に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
外界を視認可能にするシースルー型の虚像表示装置として、画像表示領域と、この画像表示領域を囲むように形成された透明表示領域とを有する液晶パネルと、光源から端部に入射されたバックライト光を導光する導光板とを備え、導光板が液晶パネルの画像表示領域にバックライト光を照射する発光領域と環境光を透過させる光透過領域とを備えるものが公知となっている（特許文献１）。この虚像表示装置は、導光板の光透過領域及び液晶パネルの透明表示領域から環境光が観察者に到達するとともに、画像表示領域にバックライト光を照射しない期間に環境光が導光板の発光領域と液晶パネルの画像表示領域とを透過して観察者に到達するように構成されている。このような構成により、映像光と環境光とが重ね合わされたシースルー表示が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０１６／０５６２９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記装置では、導光板の発光領域にドットの形成、散乱材の塗布等の加工がなされており、液晶パネルの画像表示領域を通過する環境光が、加工がなされた発光領域を通過することになるので、画像表示領域に対応する視野の中央付近でのシースルー透過率が低下する。視野の中央付近において高いシースルー透過率のシースルー表示を実現するためには、別途、シースルー透過率の高い光学系等が必要となり、大型化に繋がる。
【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は、外界からの順で、光源からの照明光を伝搬させる導光部材と、導光部材に設けられ、照明光に対して散乱状態と外光に対して透明状態とになる強誘電液晶板と、表示状態と非表示状態とになる透過型液晶パネルと、液晶の配向方向によって入射光の偏光方向を互いに交差する第１方向と第２方向とに切替えて通過させるスイッチング１／２波長板と、第１方向の偏光を虚像として結像させる屈折力を有し、第２方向の偏光を通過させる偏光レンズとを備え、透過型液晶パネルが表示状態の場合に、スイッチング１／２波長板は、透過型液晶パネルからの映像光を第１方向の偏光として偏光レンズに入射させ、透過型液晶パネルが非表示状態の場合に、透過型液晶パネルを経た外光を第２方向の偏光として偏光レンズに入射させる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第１実施形態の虚像表示装置の装着状態を説明する外観斜視図である。
虚像表示装置の光学的構造を説明する概念的な斜視図である。
虚像表示装置の光学的構造を説明する拡大側断面図である。
表示光学系を通過する光の状態を説明する図である。
虚像表示装置の動作を説明するチャートである。
第２実施形態の虚像表示装置を説明する拡大側断面図である。
表示光学系を通過する光の状態を説明する図である。
虚像表示装置の動作を説明するチャートである。
第３実施形態の虚像表示装置を説明する拡大側断面図である。
第３実施形態の虚像表示装置を説明する拡大側断面図である。
画素構造を説明する図である。
虚像表示装置の動作を説明するチャートである。
変形例の虚像表示装置を説明する拡大側断面図である。
画素と強誘電液晶板の有効領域との配置関係を説明する図である。
第４実施形態の虚像表示装置を説明する拡大側断面図である。
第４実施形態の虚像表示装置を説明する拡大側断面図である。
画素構造を説明する図である。
変形例の虚像表示装置を説明する拡大側断面図である。
画素と強誘電液晶板の有効領域との配置関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
〔第１実施形態〕
以下、図１～５を参照して、本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置について説明する。
【０００８】
図１は、ヘッドマウントディスプレイ、すなわち頭部装着型表示装置２００の装着状態を説明する斜視図である。頭部装着型表示装置（以下、ＨＭＤとも称する。）２００は、双眼型表示装置２０１であり、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、右眼用の第１虚像表示装置１００Ａと、左眼用の第２虚像表示装置１００Ｂと、虚像表示装置１００Ａ，１００Ｂを支持する一対のテンプル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、上部に配置される第１表示駆動部１０２ａと、眼前を覆う第１表示光学系１０３ａと、第１表示光学系１０３ａを外界側又は前方側において覆う光透過カバー１０４ａとで構成される。第２虚像表示装置１００Ｂは、上部に配置される第２表示駆動部１０２ｂと、眼前を覆う第２表示光学系１０３ｂと、第２表示光学系１０３ｂを外界側又は前方側において覆う光透過カバー１０４ｂとで構成される。第１虚像表示装置１００Ａと、第２虚像表示装置１００Ｂとを組み合わせたＨＭＤ２００は、広義の虚像表示装置でもある。一対のテンプル１００Ｃは、装着者ＵＳの頭部に装着される装着部材又は支持装置１０６であり、外観上一体化されている表示駆動部１０２ａ，１０２ｂを介して一対の表示光学系１０３ａ，１０３ｂの上端側と、一対の光透過カバー１０４ａ，１０４ｂの上端側とを支持している。一対の表示駆動部１０２ａ，１０２ｂを組み合わせたものを駆動装置１０２と呼ぶ。一対の光透過カバー１０４ａ，１０４ｂを組み合わせたものをシェード１０４と呼ぶ。
【００１０】
図２は、第１表示光学系１０３ａの構造を説明する斜視図である。第１表示光学系１０３ａは、照明光として３色の光を時分割で発生する光源１０と、２次元的な画像を形成し映像光ＭＬを射出する板状の複合表示部材２０と、映像光ＭＬに対してレンズとして機能する偏光レンズ５０とを備える。光源１０は、図１に示す第１表示駆動部１０２ａの一部でもあり、複合表示部材２０のうち後述する導光部材２１に対して上端辺から照明光を供給するように、導光部材２１の上辺の上方近傍に配置されている。光源１０と複合表示部材２０とは、第１表示駆動部１０２ａに組み込まれた制御装置８０の駆動回路８１に駆動されて動作し、映像光ＭＬによる虚像の観察と、外界のシースルー視とを同時に実現する。複合表示部材２０と偏光レンズ５０とは、光軸ＡＸ方向に離間して配置されている。第１表示光学系１０３ａにおいて、眼ＥＹと偏光レンズ５０との間の距離は、例えば１０ｍｍ～２０ｍｍ程度である。また、複合表示部材２０と偏光レンズ５０との間の距離は、例えば３ｍｍ～２５ｍｍ程度である。
（【００１１】以降は省略されています）

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