特許ウォッチ

公開番号2025139745
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024038752
出願日2024-03-13
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,個人
主分類G02B 27/02 20060101AFI20250919BHJP(光学)
要約【課題】小型化及び製造し易く、広視野角で優れた光学特性を発揮する虚像表示装置を提供する。
【解決手段】本実施形態の虚像表示装置は、第1方向の第1側に画像光を射出する表示素子と、表示素子に向けて突出する曲面からなる第1レンズと、表示素子に向けて突出する曲面からなる第2レンズと、第2レンズの第1側の曲面に沿って形成され、第1偏光を透過し、第1偏光とは異なる第2偏光を第2側に反射する第1偏光層と、第1偏光を透過する第2偏光層と、第1レンズの第1側の曲面に沿って形成され、入射する光に対して位相差を与えて入射する光を透過する第1波長層と、入射する光の一部を透過し、入射する光の残部を反射する反射層と、第1レンズの第1側の曲面に沿って形成され、入射する光に対して位相差を与えて入射する光を透過する第2波長層と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１方向に沿って第１側に画像光を射出する表示素子と、
前記表示素子よりも前記第１側に配置され、前記表示素子に向けて突出する曲面からなる第１レンズと、
前記第１レンズよりも前記第１側に配置され、前記表示素子に向けて突出する曲面からなり、前記第１側の曲面の曲率半径が前記第１方向における前記第１側とは反対側の第２側の曲面の曲率半径よりも大きい第２レンズと、
前記第２レンズよりも前記第１側に配置され、前記第２レンズの前記第１側の曲面に沿って形成され、入射する光のうちの第１偏光を透過し、入射する光のうちの前記第１偏光とは異なる第２偏光を反射する第１偏光層と、
前記第１方向において前記表示素子と前記第２レンズとの間に配置され、入射する光のうちの第１偏光を透過する第２偏光層と、
前記第１方向において前記第２偏光層と前記第２レンズとの間に配置され、前記第１レンズの前記第１側の曲面に沿って形成され、入射する光に対して前記光の波長の１／４に相当する位相差を与えて前記入射する光を透過する第１波長層と、
前記第１方向において前記第１波長層と前記第２レンズとの間に配置され、入射する光の一部を透過し、入射する光の残部を反射する反射層と、
前記第１方向において前記反射層と前記第１偏光層との間に配置され、前記第１レンズの前記第１側の曲面に沿って形成され、入射する光に対して前記光の波長の１／４に相当する位相差を与えて前記入射する光を透過する第２波長層と、
を備える、
虚像表示装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第２レンズの屈折率は前記第１レンズの屈折率よりも低い、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記第１方向において、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に、前記第１側に向かって前記第２偏光層、前記第１波長層、前記反射層、及び、前記第２波長層が順次配置されている、
請求項１又は請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記第１波長層は、
前記第２レンズの前記第２側の曲面に沿って設けられた第１配向膜と、
前記第１配向膜の前記第２側に配置され、前記第１配向膜の前記第２側の表面から前記第２側に一定の間隔をあけるために介在する封止材と、
前記第１配向膜と前記封止材に囲まれる空間内に充填され、前記第１配向膜の配光方向に沿って配向されている複屈折材料と、
を有する、
請求項３に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記第２波長層は、
前記第２レンズの前記第２側の曲面に沿って設けられた第２配向膜と、
前記第２配向膜の前記第２側に配置され、前記第２配向膜の前記第２側の表面から前記第２側に一定の間隔をあけるために介在する封止材と、
前記第２配向膜と前記封止材に囲まれる領域内に充填され、前記第２配向膜の配光方向に沿って配向されている複屈折材料と、
を有する、
請求項４に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記第１偏光層は、
前記第２レンズの前記第１側の曲面に設けられた第１ワイヤーグリッド偏光子と、
前記第１ワイヤーグリッド偏光子を前記第１側から覆う第１基材フィルムと、
を有する、
請求項１又は請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記第２偏光層は、
前記第１レンズの前記第１側の曲面に設けられた第２ワイヤーグリッド偏光子と、
前記第２ワイヤーグリッド偏光子を前記第１側から覆う第２基材フィルムと、
を有する、
請求項１又は請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記第１方向において、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に、前記第１側に向かって前記第２偏光層、前記第１波長層、及び、前記反射層が順次配置され、
前記第１方向において、前記第２レンズと前記第１偏光層との間に、前記第２波長層が配置されている、
請求項１又は請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記第１方向において、前記表示素子と前記第１レンズとの間に、前記第２偏光層が配置され、
前記第１方向において、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に、前記第１側に向かって前記第１波長層、及び、前記反射層が順次配置されている、
請求項１又は請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記第１偏光層は、前記第２レンズの前記第１側の曲面上に形成され、前記第２レンズの前記第１側の曲面に接している、
請求項１又は請求項２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、虚像表示装置に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
表示素子から射出される画像光をレンズ等の光学素子によって観察者の眼に導くことにより、虚像の観察を可能とする虚像表示装置が従来から知られている。例えば、特許文献１には、画像を表示する映像素子と、映像光の光路上に配置される第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鋸状面に設けられるハーフミラーと、第１光学部の射出側に設けられる透過反射選択部材と、を備える虚像表示装置が開示されている。透過反射選択部材は、入射する光の偏光状態に応じて、光を選択的に透過又は反射する。
【０００３】
特許文献２には、表示素子からの画像光を導光するために用いられる熱成形多層反射偏光子が開示されている。熱成形多層反射偏光子は、頂点を通る画像光の光軸に対して実質的に回転対称に形成され、光軸に直交する面に対して凸状に形成されている。熱成形多層反射偏光子では、光軸を中心とする半径をｒ１とし、光軸に直交する面での変位をｓ１とすると、ｓ１／ｒ１が０．２である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－０２４２４６号公報
特表２０１８－５００５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている虚像表示装置では、光学素子における鋸状面の設計及び製造がやや複雑である。特許文献２に開示されている熱成形多層反射偏光子では、広視野角において結像特性等の光学特性が得られず、表示素子側においてテレセントリック光学系が構成され難く、表示素子から観察者に最も近く配置される光学素子までの距離の短縮が困難である。そのため、小型化及び製造し易く、広視野角で優れた光学特性を発揮する虚像表示装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態の虚像表示装置は、第１方向に沿って第１側に画像光を射出する表示素子と、表示素子よりも第１側に配置され、表示素子に向けて突出する曲面からなる第１レンズと、第１レンズよりも第１側に配置され、表示素子に向けて突出する曲面からなり、第１側の曲面の曲率半径が第１方向における第１側とは反対側の第２側の曲面の曲率半径よりも大きい第２レンズと、第２レンズよりも第１側に配置され、第２レンズの第１側の曲面に沿って形成され、入射する光のうちの第１偏光を透過し、入射する光のうちの第１偏光とは異なる第２偏光を反射する第１偏光層と、第１方向において表示素子と第２レンズとの間に配置され、入射する光のうちの第１偏光を透過する第２偏光層と、第１方向において第２偏光層と第２レンズとの間に配置され、第１レンズの第１側の曲面に沿って形成され、入射する光に対して光の波長の１／４に相当する位相差を与えて入射する光を透過する第１波長層と、第１方向において第１波長層と第２レンズとの間に配置され、入射する光の一部を透過し、入射する光の残部を反射する反射層と、第１方向において反射層と第１偏光層との間に配置され、第１レンズの第１側の曲面に沿って形成され、入射する光に対して光の波長の１／４に相当する位相差を与えて入射する光を透過する第２波長層と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
第１実施形態の虚像表示装置の構成を示す概略図である。
第１実施形態の虚像表示装置の構成を示す部分分解図である。
図１の虚像表示装置における画像光の進路を説明するための側面分解図である。
第２実施形態の虚像表示装置の構成を示す概略図である。
第３実施形態の虚像表示装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。各図面では、各構成要素を見やすくするために、構成要素によって寸法の縮尺が変更されている場合がある。
【０００９】
［第１実施形態］
先ず、本発明の第１実施形態について、図１から図３を参照して説明する。図１は、第１実施形態の虚像表示装置１１の概略図である。図１に示すように、虚像表示装置１１は、表示素子５０と、レンズ１０１と、偏光層１１１と、１／４波長層１２１と、反射層１３１と、レンズ１０２と、１／４波長層１４１と、偏光層１５１と、を備える。
【００１０】
虚像表示装置１１において、表示素子５０、レンズ１０１、偏光層１１１、１／４波長層１２１、反射層１３１、１／４波長層１４１、レンズ１０２、偏光層１５１、及び、観察者の眼ＥＹは、Ｚ方向に沿って－Ｚ側から＋Ｚ側へ順次配置されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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