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公開番号2025138778
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-25
出願番号2025108312,2024072919
出願日2025-06-26,2021-04-15
発明の名称表示装置
出願人キヤノン株式会社
代理人弁理士法人大塚国際特許事務所
主分類G02B 27/02 20060101AFI20250917BHJP(光学)
要約【課題】光路を折り畳むように構成された接眼光学系の周辺画角での視野角特性を改善しつつ、ゴーストを低減できる画像観察装置を提供する。
【解決手段】表示素子の周辺部において、発光素子の発光中心と対応するマイクロレンズの中心が平面に平行な方向にずれている表示装置。マイクロレンズ高さをh、発光素子開口の表面からマイクロレンズ底面までの高さをL、表示素子周辺部における発光素子中心とマイクロレンズ中心の平面と平行な方向のずれ量をΔML、角度φ1=arctan(ΔML/(h+L))とした場合、6.0°≦φ1≦37.5°を満たし、発光素子開口の表面からカラーフィルタ上面までの高さをL2、表示素子周辺部における発光素子発光中心とカラーフィルタの中心平面に平行な方向のずれ量をΔCF、角度φ2=arctan(ΔCF/L2)、角度φ1と角度φ2の比AをA=φ2/φ1とした場合、Aが、0≦A≦0.85を満足する。
【選択図】図4C
特許請求の範囲【請求項１】
平面に２次元状に配置された複数の発光素子と、該複数の発光素子のそれぞれに対応して設けられた複数のマイクロレンズと、前記発光素子と前記マイクロレンズとの間に配されたカラーフィルタと、を有する表示素子と、
内部に少なくとも１つの反射面を有し、前記表示素子の表示面からの光を射出瞳に導く接眼光学系と、を備え、
前記表示素子の周辺部において、前記発光素子の発光中心と該発光素子に対応する前記マイクロレンズの中心が前記平面に平行な方向にずれている表示装置であって、
前記マイクロレンズの高さをｈ、前記発光素子の開口の表面から前記マイクロレンズの底面までの高さをＬ、前記表示素子の周辺部における前記発光素子の中心と前記マイクロレンズの中心の前記平面と平行な方向のずれ量をΔＭＬ、前記高さｈと前記高さＬと前記ずれ量ΔＭＬで決まる角度φ１をφ１＝arctan（ΔＭＬ／（ｈ＋Ｌ）)とした場合に、φ１が、
６．０° ≦φ１≦３７．５°
を満たし、
前記発光素子の開口の表面から前記カラーフィルタの上面までの高さをＬ２、前記表示素子の周辺部における前記発光素子の発光中心と前記カラーフィルタの中心の前記平面に平行な方向のずれ量をΔＣＦ、前記高さＬ２と前記ずれ量ΔＣＦで決まる角度をφ２＝arctan（ΔＣＦ／Ｌ２）、角度φ１と角度φ２の比ＡをＡ＝φ２／φ１とした場合、Ａが、
０ ≦Ａ≦０．８５
を満足することを特徴とする表示装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記複数のマイクロレンズがいずれも、前記φ１の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記表示素子の周辺部において、正規光の主光線の放射角度をθｍ、ゴースト光の放射角度をθgとした場合、θｍとθgが、
｜θｍ－ θg | ≧１５°
を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記接眼光学系を通過した前記表示素子の周辺部からの正規光の発光強度が増加し、前記接眼光学系を通過した前記表示素子の周辺部からのゴースト光の発光強度が低下するように、前記表示素子の周辺部において、前記発光素子の発光中心と該発光素子に対応する前記マイクロレンズの中心が前記平面に平行な方向にずれていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記接眼光学系は、前記表示素子から前記射出瞳に向かって順に、第１の位相板と、半透過反射面と、少なくとも１つのレンズと、第１の直線偏光を反射し該第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偏光分離素子とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記半透過反射面が前記レンズの表面に設けられており、該表面が前記表示素子に向かって凸面であることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記半透過反射面が前記レンズの表面に設けられており、該表面が非球面であることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つのレンズのうち、最も前記射出瞳に近い側のレンズが、前記表示素子に向かって凸面を有する平凸レンズであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つのレンズの光学有効領域における偏肉比が、１．５以上、４以下であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記接眼光学系は、前記偏光分離素子と前記射出瞳との間に、前記第２の直線偏光を透過させる偏光板を有することを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載の表示装置。
（【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、表示素子に表示された画像を接眼光学系を介して観察可能な表示装置に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
表示素子に表示された画像を接眼光学系を介して観察可能な画像観察装置としては、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）が知られている。このようなＨＭＤにおいて、小型化と広画角を両立させるために、光路を折り畳む接眼光学系が用いられることがある。このような接眼光学系としては、例えば、偏光を利用した偏光光学系や、レンズ内部に反射面を有する自由曲面プリズムなどが挙げられる。
【０００３】
このような接眼光学系では、焦点距離が短くなるため、周辺画角での表示素子からの光の出射角が大きくなり、表示素子の視野角特性（輝度や色度ずれ）が低下しやすいといった特徴がある。また、ゴースト光と呼ばれる、設計上意図しない光路を通過した光が発生しやすい。例えば、軽量化を目的として偏光光学系の一部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、ゴーストが発生する場合がある。
【０００４】
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。さらに特許文献２には、表示素子に設けられたカラーフィルタのサイズを中心部から周辺部にかけて大きくすることで周辺画角での視野角特性を改善することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１９－０５３１５２号公報
特表２０１９－６１１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に開示されているＨＭＤでは、光源とカラーフィルタの中心とが揃っており、表示素子の法線方向での視野角特性が良好であるために、レンズの複屈折によるゴーストを低減することができない。
【０００７】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光路を折り畳むように構成された接眼光学系の周辺画角での視野角特性を改善しつつ、ゴーストを低減できる表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る表示装置は、平面に２次元状に配置された複数の発光素子と、該複数の発光素子のそれぞれに対応して設けられた複数のマイクロレンズと、前記発光素子と前記マイクロレンズとの間に配されたカラーフィルタと、を有する表示素子と、
内部に少なくとも１つの反射面を有し、前記表示素子の表示面からの光を射出瞳に導く接眼光学系と、を備え、
前記表示素子の周辺部において、前記発光素子の発光中心と該発光素子に対応する前記マイクロレンズの中心が前記平面に平行な方向にずれている表示装置であって、
前記マイクロレンズの高さをｈ、前記発光素子の開口の表面から前記マイクロレンズの底面までの高さをＬ、前記表示素子の周辺部における前記発光素子の中心と前記マイクロレンズの中心の前記平面と平行な方向のずれ量をΔＭＬ、前記高さｈと前記高さＬと前記ずれ量ΔＭＬで決まる角度φ１をφ１＝arctan（ΔＭＬ／（ｈ＋Ｌ）)とした場合に、φ１が、
６．０° ≦φ１≦３７．５°
を満たし、
前記発光素子の開口の表面から前記カラーフィルタの上面までの高さをＬ２、前記表示素子の周辺部における前記発光素子の発光中心と前記カラーフィルタの中心の前記平面に平行な方向のずれ量をΔＣＦ、前記高さＬ２と前記ずれ量ΔＣＦで決まる角度をφ２＝arctan（ΔＣＦ／Ｌ２）、角度φ１と角度φ２の比ＡをＡ＝φ２／φ１とした場合、Ａが、
０ ≦Ａ≦０．８５
を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光路を折り畳むように構成された接眼光学系の周辺画角での視野角特性を改善しつつ、ゴーストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の実施形態１に係る表示素子の平面図。
図１の表示素子の端部の拡大図。
実施形態１の表示素子の断面図。
マイクロレンズを有さない表示素子の断面図。
マイクロレンズをずらさない表示素子の断面図。
実施形態１の表示素子の断面図。
正規光及びゴースト光となる光線の光学条件を表した図。
正規光及びゴースト光となる光線の光学条件を表した図。
正規光及びゴースト光となる光線の光学条件を表した図。
正規光となる光線とカラーフィルタのずれ量ΔＣＦの関係を示す図。
正規光となる光線とカラーフィルタのずれ量ΔＣＦの関係を示す図。
実施形態１の表示素子の平面図。
実施形態１の表示素子の平面図。
実施形態１に係る表示装置の一例を表す模式図。
実施形態１に係る撮像装置と電子機器を示す図。
実施形態１に係る表示装置の例を示す図。
実施形態１に係る照明装置と自動車を示す図。
実施形態１に係る眼鏡型の表示装置の例を示す図。
実施形態１に係るＨＭＤの構成を示す図。
実施形態１に係るＨＭＤの外観図。
実施形態１における接眼光学系の構成を示す図。
実施形態１における接眼光学系の光路図。
実施形態１におけるゴースト光の光路を示す図。
実施形態１における表示面の水平端部での視野角特性を示す図。
実施形態２におけるＨＭＤの構成を示す図。
実施形態２における接眼光学系の構成を示す図。
実施形態２における接眼光学系の光路図。
実施形態２におけるゴースト光の光路を示す図。
実施形態３におけるＨＭＤの構成を示す図。
実施形態３における接眼光学系の構成を示す図。
実施形態３における接眼光学系の光路図。
実施形態３におけるゴースト光の光路を示す図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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