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公開番号2025117741
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-13
出願番号2024012623
出願日2024-01-31
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 20060101AFI20250805BHJP(光学)
要約【課題】解像度を確保しつつ、映像素子と眼との間に配置される結像光学系の厚みを薄くすること。
【解決手段】虚像表示装置100A,100Bは、外界からの順で、例えば右円偏光c1の映像光を射出する画素領域A1を有し、外界光OLを部分的に透過させる表示器10a,10bと、表示器10a,10b側が平面であり、パワーを有する半透過型の反射光学面R1を内部に有する第1光学部材21と、第1光学部材21を通過した映像光MLの偏光状態を直線偏光である垂直偏光q1に変換する1/4波長板である波長板23と、波長板23を通過した映像光MLを反射する偏光反射層R2を含む第2光学部材22とを備え、表示器10a,10bと第1光学部材21と波長板23と第2光学部材22とを組み合わせた結像光学系ISは、表示器10a,10bの光透過領域A2を通過した外界光OLの偏光成分である左円偏光c2に対して実質的にパワーを有しない。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
外界からの順で、
円偏光の映像光を射出する画素領域を有し、外界光を部分的に透過させる表示器と、
前記表示器側が平面であり、パワーを有する半透過型の反射光学面を内部に有する第１光学部材と、
前記第１光学部材を通過した前記映像光の偏光状態を直線偏光又は円偏光に変換する波長板と、
前記波長板を通過した前記映像光を反射する偏光反射層を含む第２光学部材と、
を備え、
前記表示器と前記第１光学部材と前記波長板と前記第２光学部材とを組み合わせた結像光学系は、前記表示器の光透過領域を通過した外界光の偏光成分に対して実質的にパワーを有しない、
虚像表示装置。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記第１光学部材から前記第２光学部材までの結像光学系の厚みが７ｍｍ以下である、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記反射光学面は、連続的な曲面であり、
前記第１光学部材は、前記反射光学面を挟んで接合される第１レンズ要素と第２レンズ要素とを有する、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記反射光学面は、フレネル光学面であり、
前記第１光学部材は、前記反射光学面を挟んで接合される第１レンズ要素と第２レンズ要素とを有する、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記偏光反射層は、連続的な曲面であり、
前記第１光学部材は、前記偏光反射層を挟んで接合される第３レンズ要素と第４レンズ要素とを有する、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記波長板は、１／４波長板であり、
前記偏光反射層は、反射型の偏光子である、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記波長板は、１／２波長板であり、
前記偏光反射層は、コレステリック液晶層である、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記コレステリック液晶層は、平面上に形成されている、
請求項７に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記コレステリック液晶層は、液晶材料を安定化させることによって形成されている、
請求項７に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記表示器は、前記外界光の透過を妨げる前記画素領域と、前記外界光に対して光透過性を有する前記光透過領域とを個別に有する、
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等に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
虚像表示装置として、画像を表示する映像素子と、映像光の取出し位置に配置される第１光学部と、第１光学部よりも映像素子側に配置される第２光学部と、第１光学部と第２光学部との接合部に形成されるフレネル型のハーフミラーと、第１光学部の光射出側に設けられ光の偏光状態に応じて透過または反射を選択的に行う透過反射選択部材とを備え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２０２０－２４２４６号公報
【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、シースルーの歪みをなくすことができるが、映像素子と眼との間に配置される結像光学系の厚みを薄くしようとすると、フレネル型のハーフミラーだけでは、パワーが不足し、高い解像度が得られず、画角の周辺で色ムラ等が発生しやすくなるという問題がある。
【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及び光学ユニットは、外界からの順で、円偏光の映像光を射出する画素領域を有し、外界光を部分的に透過させる表示器と、表示器側が平面であり、パワーを有する半透過型の反射光学面を内部に有する第１光学部材と、第１光学部材を通過した映像光の偏光状態を直線偏光又は円偏光に変換する波長板と、波長板を通過した映像光を反射する偏光反射層を含む第２光学部材とを備え、表示器と第１光学部材と波長板と第２光学部材とを組み合わせた結像光学系は、表示器の光透過領域を通過した外界光の偏光成分に対して実質的にパワーを有しない。
【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。
表示光学系の光学的構造を説明する概念的な側面図である。
第１表示器の具体的な構造の一例を説明する部分拡大側面図である。
第１表示器の具体的な構造の一例を説明する部分拡大裏面図である。
図２に示す装置の第１表示器に関する変形例を説明する図である。
図２に示す装置における映像光等の偏光状態を説明する概念図である。
図３Ｃに示す変形例における偏光状態を説明する概念図である。
別の変形例における偏光状態を説明する概念図である。
第２実施形態の虚像表示装置の光学的構造を説明する図である。
第１表示光学系の中央の部分拡大図である。
第３実施形態の虚像表示装置の光学的構造を説明する概念的な側面図である。
図８に示す装置における映像光等の偏光状態を説明する概念図である。
図８に示す虚像表示装置の変形例を説明する図である。
第４実施形態の虚像表示装置の光学的構造を説明する概念的な図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
〔第１実施形態〕
以下、図１～４を参照して、本発明に係る虚像表示装置等の第１実施形態について説明する。
【０００８】
図１は、頭部装着型虚像表示装置（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、右眼用であって直接虚像型の第１虚像表示装置１００Ａと、左眼用であって直接虚像型の第２虚像表示装置１００Ｂと、これらの虚像表示装置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コンバイナー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コンバイナー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を介して一対のコンバイナー１０３ａ，１０３ｂの上端を支持している。第１虚像表示装置１００Ａと第２虚像表示装置１００Ｂとは、光学的に同一又は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の内部構造を説明する側方断面図である。第１虚像表示装置１００Ａは、第１表示器１０ａと第１表示光学系２０ａと第１回路部材８０ａとを備える。これらのうち、第１表示器１０ａは、円偏光の映像光ＭＬを射出する。第１表示光学系２０ａは、中間像を形成することなく直接的に虚像を形成する結像光学系ＩＳである。第１表示光学系２０ａつまり結像光学系ＩＳは、パワーを有する反射光学面Ｒ１を内部に有する第１光学部材２１と、映像光ＭＬの偏光状態を直線偏光又は円偏光に変換する波長板２３と、偏光反射層Ｒ２を含む第２光学部材２２とを有する。つまり、第１虚像表示装置１００Ａは、光学的要素として、外界からの順で、第１表示器１０ａと、第１光学部材２１と、波長板２３と、第２光学部材２２とを備える。以下で詳述するが、結像光学系ＩＳは、表示器１０ａ，１０ｂの光透過領域Ａ２（図３（Ａ）参照）を通過した外界光ＯＬの偏光成分である左円偏光ｃ２に対して実質的にパワーを有しない。ここで、結像光学系ＩＳが外界光ＯＬの特定偏光成分に対して実質的にパワーを有しないとは、外界光ＯＬの特定偏光成分に関するパワーが、映像光ＭＬに関するパワーよりも小さいことを意味し、より具体的には、結像光学系ＩＳの外界光ＯＬの特定偏光成分に関する焦点距離が例えば１～２ｍ程度以上で無限遠以下であることを意味する。
（【００１１】以降は省略されています）

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