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公開番号2025140384
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024039745
出願日2024-03-14
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 20060101AFI20250919BHJP(光学)
要約【課題】偏光回折レンズの色収差を補正する。
【解決手段】虚像表示装置は、第1状態で第1色の第1映像光を射出する第1映像光射出装置と、第2状態で第2色の第2映像光を射出し、第2状態以外の状態で光を透過させる第2映像光射出装置と、円偏光を有する第1映像光及び第2映像光に対して正のパワーを持つ第1偏光回折レンズと、第1偏光回折レンズを経て入射して円偏光を有する第1映像光及び第2映像光に対して正のパワーを持つ第2偏光回折レンズと、第1映像光射出装置及び第2映像光射出装置を制御して第1状態及び第2状態を切り替える制御装置と、を備え、第1色の第1波長は、第2色の第2波長より短く、第1映像光射出装置に含まれる第1画素の第1寸法は、第2映像光射出装置に含まれる第2画素の第2寸法より大きい。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
第１状態において第１色の第１映像光を射出する第１映像光射出装置と、
前記第１映像光射出装置に対向して配置され、第２状態において第２色の第２映像光を射出し、前記第２状態以外の状態において前記第１映像光を透過させる第２映像光射出装置と、
前記第１映像光射出装置及び前記第２映像光射出装置に対向して配置され、円偏光を有する前記第１映像光及び前記第２映像光に対して正のパワーを持つ第１偏光回折レンズと、
前記第１偏光回折レンズを挟んで前記第１映像光射出装置及び前記第２映像光射出装置に対向して配置され、前記第１偏光回折レンズを経て入射して円偏光を有する前記第１映像光及び前記第２映像光に対して正のパワーを持つ第２偏光回折レンズと、
前記第１映像光射出装置及び前記第２映像光射出装置を制御して前記第１状態及び前記第２状態を切り替える制御装置と、
を備え、
前記第１色の第１波長は、前記第２色の第２波長より短く、
前記第１映像光射出装置に含まれる複数の第１画素のそれぞれの第１寸法は、前記第２映像光射出装置に含まれる複数の第２画素のそれぞれの第２寸法より大きい、
虚像表示装置。
続きを表示（約 2,600 文字）【請求項２】
前記第１寸法と前記第２寸法との差は、前記第１画素および前記第２画素の前記第１偏光回折レンズまでの距離における差を相殺し、互いに対応する前記第１画素及び前記第２画素は、所望の観測位置において見かけ上重なり合う形状を有する、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記第１偏光回折レンズと前記第２偏光回折レンズとは、平面内で屈折率異方性の分布が形成され、所定の円偏光に対してレンズ形状に対応する幾何学的位相を生じさせる、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記第１映像光射出装置及び前記第２映像光射出装置に対向して配置され、第３状態において第３色の第３映像光を射出し、前記第３状態以外の状態において前記第１映像光及び前記第２映像光を透過させる第３映像光射出装置
をさらに備え、
前記第１偏光回折レンズは、さらに、前記第３映像光射出装置に対向して配置され、円偏光を有する前記第３映像光に対して正のパワーを持ち、
前記第２偏光回折レンズは、さらに、前記第１偏光回折レンズを挟んで前記第３映像光射出装置に対向して配置され、前記第１偏光回折レンズを経て入射して円偏光を有する前記第３映像光に対して正のパワーを持ち、
前記制御装置は、前記第３映像光射出装置をさらに制御して前記第１状態、前記第２状態及び前記第３状態を切り替え、
前記第２波長は、前記第３色の第３波長より短く、
前記第２寸法は、前記第３映像光射出装置に含まれる複数の第３画素のそれぞれの第３寸法より大きい、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記第１映像光射出装置、前記第２映像光射出装置及び前記第３映像光射出装置は、第４状態において外界光を透過させ、
前記第１偏光回折レンズ及び前記第２偏光回折レンズの間に配置され、前記第１状態、前記第２状態及び前記第３状態において円偏光を有する光の偏光回転方向を逆にする１／２波長板として動作し、前記第４状態において光を透過させるスイッチング１／２波長板
をさらに備え、
前記制御装置は、前記スイッチング１／２波長板をさらに制御して前記第１状態、前記第２状態、前記第３状態及び前記第４状態を切り替える、
請求項４に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記第１映像光射出装置は、
前記第１状態において前記第１色の第１照明光を射出する第１光源と、
前記第１状態において前記第１照明光に対応する前記第１映像光を形成する第１透過型イメージャーと、
を備え、
前記第１光源及び前記第１透過型イメージャーのそれぞれは、前記第１状態以外の状態において光を透過させ、
前記第２映像光射出装置は、
前記第２状態において前記第２色の第２照明光を射出する第２光源と、
前記第２状態において前記第２照明光に対応する前記第２映像光を形成する第２透過型イメージャーと、
を備え、
前記第２光源及び前記第２透過型イメージャーのそれぞれは、前記第２状態以外の状態において光を透過させ、
前記第３映像光射出装置は、
前記第３状態において前記第３色の第３照明光を射出する第３光源と、
前記第３状態において前記第３照明光に対応する前記第３映像光を形成する第３透過型イメージャーと、
を備え、
前記第３光源及び前記第３透過型イメージャーのそれぞれは、前記第３状態以外の状態において光を透過させる、
請求項４又は５に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源と、前記第１透過型イメージャー、前記第２透過型イメージャー及び前記第３透過型イメージャーとの間に配置され、前記第１照明光、前記第２照明光及び前記第３照明光の偏光を第１直線偏光にする第１偏光板と、
前記第１透過型イメージャー、前記第２透過型イメージャー及び前記第３透過型イメージャーと、前記第１偏光回折レンズとの間に配置され、前記第１直線偏光を第２直線偏光にする第２偏光板と、
前記第１偏光板及び前記第１偏光回折レンズの間に配置され、前記第２直線偏光を円偏光にする１／４波長板と、
をさらに備える、
請求項６に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
一様な第１厚さを有し、一方の表面が前記第１透過型イメージャーの第１表面に固定され、他方の表面が前記第２透過型イメージャーの第１表面に固定され、光を透過させる第１スペーサーと、
一様な第２厚さを有し、一方の表面が前記第２透過型イメージャーの第２表面に固定され、他方の表面が前記第３透過型イメージャーの第１表面に固定され、光を透過させる第２スペーサーと、
をさらに備える、
請求項７に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記第１映像光射出装置は、前記第１状態において前記第１映像光を形成して射出し、前記第１状態以外の状態において光を透過させる自発光型の第１透過型イメージャーを備え、
前記第２映像光射出装置は、前記第２状態において前記第２映像光を形成して射出し、前記第２状態以外の状態において光を透過させる自発光型の第２透過型イメージャーを備え、
前記第３映像光射出装置は、前記第３状態において前記第３映像光を形成して射出し、前記第３状態以外の状態において光を透過させる自発光型の第３透過型イメージャーを備える、
請求項４又は５に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記第１透過型イメージャー、前記第２透過型イメージャー及び前記第３透過型イメージャーと、前記第１偏光回折レンズとの間に配置され、前記第１映像光、前記第２映像光及び前記第３映像光のそれぞれの偏光を直線偏光にする第１偏光板と、
前記第１偏光板及び前記第１偏光回折レンズの間に配置され、前記直線偏光を円偏光にする１／４波長板と、
をさらに備える、
請求項９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、特に偏光回折レンズを用いた虚像表示装置等に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
熱成形多層反射偏光子として、熱成形多層反射偏光子の頂点を通過する光軸に対して実質的に回転対称であり、光軸に直交する、直交する第１の軸及び第２の軸に沿って凸状であり、頂点から離れた少なくとも１つの第１の場所で、実質的に光学的一軸性である少なくとも１つの内部層と、光軸からの半径方向距離ｒ１、及び、頂点で光軸に対して垂直な平面からの変位ｓ１を有し、ｓ１／ｒ１が、少なくとも０．２である反射偏光子上の少なくとも１つの第１の場所と、を有する、ものが公知となっている（特許文献１）。この熱成形多層反射偏光子は、厚肉レンズを備えるため、重たくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
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】
【０００４】
比較的重たい厚肉レンズの代わりに、比較的薄くて軽い偏光回折レンズを使用することが期待されている。しかし、偏光回折レンズは色収差の補正が難しい。
【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、第１状態において第１色の第１映像光を射出する第１映像光射出装置と、第１映像光射出装置に対向して配置され、第２状態において第２色の第２映像光を射出し、第２状態以外の状態において第１映像光を透過させる第２映像光射出装置と、第１映像光射出装置及び第２映像光射出装置に対向して配置され、円偏光を有する第１映像光及び第２映像光に対して正のパワーを持つ第１偏光回折レンズと、第１偏光回折レンズを挟んで第１映像光射出装置及び第２映像光射出装置に対向して配置され、第１偏光回折レンズを経て入射して円偏光を有する第１映像光及び第２映像光に対して正のパワーを持つ第２偏光回折レンズと、第１映像光射出装置及び第２映像光射出装置を制御して第１状態及び第２状態を切り替える制御装置と、を備え、第１色の第１波長は、第２色の第２波長より短く、第１映像光射出装置に含まれる複数の第１画素のそれぞれの第１寸法は、第２映像光射出装置に含まれる複数の第２画素のそれぞれの第２寸法より大きい。
【０００６】
本発明の一側面における光学ユニットは、第１状態において第１色の第１映像光を射出する第１映像光射出装置と、第１映像光射出装置に対向して配置され、第２状態において第２色の第２映像光を射出し、第２状態以外の状態において第１映像光を透過させる第２映像光射出装置と、第１映像光射出装置及び第２映像光射出装置に対向して配置され、円偏光を有する第１映像光及び第２映像光に対して正のパワーを持つ第１偏光回折レンズと、第１偏光回折レンズを挟んで第１映像光射出装置及び第２映像光射出装置に対向して配置され、第１偏光回折レンズを経て入射して円偏光を有する第１映像光及び第２映像光に対して正のパワーを持つ第２偏光回折レンズと、第１映像光射出装置及び第２映像光射出装置を制御して第１状態及び第２状態を切り替える制御装置と、を備え、第１色の第１波長は、第２色の第２波長より短く、第１映像光射出装置に含まれる複数の第１画素のそれぞれの第１寸法は、第２映像光射出装置に含まれる複数の第２画素のそれぞれの第２寸法より大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
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正面図である。
虚像表示装置の構造を説明する概念的な斜視図である。
虚像表示装置の結像系を説明する側方断面図である。
結像系における光線状態を説明する斜視図及び裏面図である。
偏光回折レンズの機能を説明する概念的な斜視図である。
透過型イメージャーの位置関係及び寸法を説明する正面図及び断面図である。
透過型イメージャー及びスペーサーの位置関係を説明する断面図である。
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側方断面図である。
第２実施形態の虚像表示装置を説明する側方断面図である。
第２実施形態の虚像表示装置の動作を説明するチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔第１実施形態〕
以下、図１～８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。
【０００９】
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正面図である。頭部装着型表示装置（以下、ＨＭＤとも称する。）２００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。
【００１０】
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。
（【００１１】以降は省略されています）

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