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公開番号2025140433
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024039839
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】虚像表示装置の結像系を薄型化すること。
【解決手段】虚像表示装置100A,100B又は光学ユニット100は、映像光MLを射出する表示器40と、表示器40に対向して配置され、映像光MLの偏光に対して選択的に作用する屈折力を有する偏光選択レンズ50aと、を備え、偏光選択レンズ50aは、表示器40側から順に、円偏光の映像光MLに対して正の屈折力を持ち円偏光の外界光OLに対して負の屈折力を持つ偏光回折レンズ51と、偏光回折レンズ51と同等の正の屈折力を持つ補助レンズ52とを有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
映像光を射出する表示器と、
前記表示器に対向して配置され、前記映像光の偏光に対して選択的に作用する屈折力を有する偏光選択レンズと、
を備え、
前記偏光選択レンズは、前記表示器側から順に、円偏光の前記映像光に対して正の屈折力を持ち円偏光の外界光に対して負の屈折力を持つ偏光回折レンズと、前記偏光回折レンズと同等の正の屈折力を持つ補助レンズとを有する、
虚像表示装置。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記表示器は、前記偏光選択レンズの前記表示器側に配置され前記映像光と前記外界光とで異なる偏光成分を持たせる偏光分離部材と、所定の直線偏光を所定の円偏光にする１／４波長板とを有する、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記偏光回折レンズは、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】
前記補助レンズは、前記偏光回折レンズを経て第１円偏光から第２円偏光になった前記映像光に屈折作用を持たせる、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記偏光回折レンズは、前記映像光を前記第１円偏光である左円偏光から前記第２円偏光である右円偏光にし、前記外界光を前記第２円偏光である右円偏光から前記第１円偏光である左円偏光にする、
請求項４に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記補助レンズは、屈折型レンズ及び回折型レンズのいずれかである、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記屈折型レンズは、凸レンズ及びフレネルレンズのいずれかである、
請求項６に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記回折型レンズは、フレネルゾーンプレート及び液晶レンズのいずれかである、
請求項６に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記偏光分離部材は、前記映像光のうち特定方向の第１偏光を前記偏光選択レンズに向けて反射させ、前記外界光のうち前記第１偏光に直交する第２偏光を透過させる偏光ハーフミラーである、
請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記偏光分離部材は、前記映像光を形成する発光領域と前記外界光を透過させる透過領域とを有する画像表示パネルと、前記画像表示パネルと前記偏光選択レンズとの間に配置され前記発光領域と前記透過領域とで異なる偏光成分を持たせるパターン偏光素子である、
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 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
偏光変換システムとして、幾何学的位相素子とリターダ素子とを備えるものが公知となっている（特許文献１参照）。幾何学的位相素子は、表面に沿って少なくとも１つの次元で非線形に変化する局所的な光軸方向を備えた光学異方性を有している。リターダ素子は、幾何学的位相素子から出力される光を受け取るように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特表２０１６－５１９３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記偏光変換システムのうち幾何学的位相素子は、右円偏光に対して集光作用が機能し、左円偏光に対して発散作用が機能する。そのため、虚像表示装置に特許文献１のシステムを単純に適用しても、映像観察と外光観察との両立が難しい。シースルー型の虚像表示装置とする場合、幾何学的位相素子をシースルーの領域から外した位置に配置する必要があるため、光学系が大型化す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、映像光を射出する表示器と、表示器に対向して配置され、映像光の偏光に対して選択的に作用する屈折力を有する偏光選択レンズと、を備え、偏光選択レンズは、表示器側から順に、円偏光の映像光に対して正の屈折力を持ち円偏光の外界光に対して負の屈折力を持つ偏光回折レンズと、偏光回折レンズと同等の正の屈折力を持つ補助レンズとを有する。
【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。
表示光学系の構成を説明する概念的な側方断面図である。
画像表示パネルを説明する背面図である。
パターン偏光素子を説明する背面図である。
偏光回折レンズの機能を説明する図である。
表示光学系における光の状態を説明する図である。
第２実施形態の虚像表示装置を説明する概念的な側方断面図である。
第３実施形態の虚像表示装置を説明する概念的な側方断面図である。
第４実施形態の虚像表示装置を説明する概念的な側方断面図である。
第５実施形態の虚像表示装置の構造を説明する概念的な斜視図である。
図１１の表示光学系の構成を説明する概念的な側方断面図である。
図１１の表示光学系における光の状態を説明する図である。
図１１の虚像表示装置の動作を説明するチャートである。
第６実施形態の虚像表示装置の表示光学系の構成及び光の状態を説明する概念的な側方断面図である。
図１５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】
【０００７】
〔第１実施形態〕
以下、図１～７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。
【０００８】
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。
【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。
【００１０】
図２は、第１虚像表示装置１００Ａの第１表示光学系１０３ａの構造を説明する概念的な斜視図である。図３は、第１表示光学系１０３ａの構成を説明する概念的な側方断面図である。第１表示光学系１０３ａは、２次元的な画像を形成しこれに対応する映像光ＭＬを射出する板状の表示器４０と、表示器４０から射出された映像光ＭＬに対してレンズとして機能し虚像を形成する結像系５０とを備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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