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公開番号2025113710
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-04
出願番号2024007999
出願日2024-01-23
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,個人
主分類G02B 27/02 20060101AFI20250728BHJP(光学)
要約【課題】虚像表示装置の光の利用効率を向上させること。
【解決手段】映像光MLを射出する表示パネル11aと、表示パネル11aからの映像光MLをコリメートする投影光学系20と、映像光MLを導光する導光板51aと、導光板51aに映像光MLを入射させる入力回折光学素子DIと、導光板51aから映像光MLを射出させる出力回折光学素子DOとを備える導光部材50と、を備え、入力回折光学素子DIの回折領域Drは、導光部材50における映像光MLの入射領域Lrをカバーし、かつ入力回折光学素子DIで回折された映像光MLが導光板51aの対向面で反射され入力回折光学素子DIの外側へ入射する範囲に設定されている。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
映像光を射出する表示パネルと、
前記表示パネルからの前記映像光をコリメートする投影光学系と、
前記映像光を導光する導光板と、前記導光板に前記映像光を入射させる入力回折光学素子と、前記導光板から前記映像光を射出させる出力回折光学素子とを備える導光部材と、
を備え、
前記入力回折光学素子の回折領域は、前記導光部材における前記映像光の入射領域をカバーし、かつ前記入力回折光学素子で回折された前記映像光が前記導光板の対向面で反射され前記入力回折光学素子の外側へ入射する範囲に設定されている、
虚像表示装置。
続きを表示（約 850 文字）【請求項２】
前記映像光が前記入力回折光学素子の外側へ入射する前記範囲は、前記回折領域のサイズが導光方向において光線折り返しまでの幅以下となるように前記入射領域のサイズを設定する外側入射構造で規定される、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記入射領域を制限する領域制限部材を備える、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記回折領域は、前記入射領域に対して導光側で拡張サイズが小さい、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記回折領域と前記入射領域とは、実質的に等しい、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記入力回折光学素子は、前記投影光学系の射出瞳の位置に配置される、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記投影光学系と前記導光部材との間、及び前記導光部材に対して外側のいずれかにカバー部材を備える、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記映像光のうち第１映像光を射出する前記表示パネルである第１表示パネルと、
前記第１映像光とは波長域が異なる第２映像光を射出する第２表示パネルと、
前記第１映像光及び前記第２映像光とは波長域が異なる第３映像光を射出する第３表示パネルと、
前記第１映像光、前記第２映像光、及び前記第３映像光を合成するクロスダイクロイックプリズムと、を備える、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記導光部材である第１導光部材と、
前記第１導光部材とは異なる波長域の前記映像光を回折する第２導光部材と、を備える、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記回折領域は、円形である、
請求項１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 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
虚像の観察を可能にする映像表示装置として、映像投射モジュールと、映像光複製部と、光入力部及び光出力部を有する導光板とを備えるものがある（特許文献１）。特許文献１の装置では、均一な明るさの映像を表示するため、映像投射モジュールから入射する映像光を映像光複製部によって均一に複製した後に光入力部に入射させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１３１５７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の装置では、光入力部のサイズが大きくなるため、光入力部の入力格子で回折された光線が対面側で反射され、再び入力格子に入射してしまうおそれがある。つまり、特許文献１の装置では、光線が再び導光板外に出てしまうため光利用効率が落ちてしまうという問題がある。
【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又は光学ユニットは、映像光を射出する表示パネルと、表示パネルからの映像光をコリメートする投影光学系と、映像光を導光する導光板と、導光板に映像光を入射させる入力回折光学素子と、導光板から映像光を射出させる出力回折光学素子とを備える導光部材と、を備え、入力回折光学素子の回折領域は、導光部材における映像光の入射領域をカバーし、かつ入力回折光学素子で回折された映像光が導光板の対向面で反射され入力回折光学素子の外側へ入射する範囲に設定されている。
【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。
第１表示駆動部の光学系を主に説明する概念図である。
第１導光光学系を主に説明する背面図である。
入力回折光学素子の部分拡大背面図である。
入力回折光学素子等の大きさを説明する図である。
第２実施形態における光学系を説明する概念図である。
入力回折光学素子等の大きさを説明する図である。
第３実施形態における光学系を説明する概念図である。
第３実施形態における光学系の変形例を説明する概念図である。
第４実施形態における光学系を説明する概念図である。
回折領域及び入射領域の配置の変形例を説明する図である。
虚像表示装置を構成する光学系の変形例を説明する概念図である。
虚像表示装置を構成する光学系の別の変形例を説明する概念図である。
【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る。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、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。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。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。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。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。
（【００１１】以降は省略されています）

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