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公開番号2025140975
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024040652
出願日2024-03-15
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
主分類G02B 27/02 20060101AFI20250919BHJP(光学)
要約【課題】虚像表示装置の光の利用効率及び画質を向上させること。
【解決手段】虚像表示装置100Aは、映像光MLを射出する表示パネル11aと、表示パネル11aからの映像光MLをコリメートし波長毎に焦点距離が異なる偏光回折レンズ21と、波長に対応する複数の導光部材51,52,53と、を備え、複数の導光部材51,52,53は、映像光MLを導光する導光板51a,52a,53aと、導光板51a,52a,53aに映像光MLを入射させる入力回折光学素子DIと、導光板51a,52a,53aから映像光MLを射出させる出力回折光学素子DOとをそれぞれ有する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
映像光を射出する表示パネルと、
前記表示パネルからの前記映像光をコリメートし波長毎に焦点距離が異なる偏光回折レンズと、
前記波長に対応する複数の導光部材と、
を備え、
前記複数の導光部材は、前記映像光を導光する導光板と、前記導光板に前記映像光を入射させる入力回折光学素子と、前記導光板から前記映像光を射出させる出力回折光学素子とをそれぞれ有する、
虚像表示装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記偏光回折レンズの前記波長に対応する射出瞳は、前記波長に対応する前記入力回折光学素子の位置に設定される、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記波長に対応する前記入力回折光学素子のサイズは、前記偏光回折レンズの前記波長に対応する射出瞳のサイズと一致するように設定される、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記映像光は、波長域が異なる第１映像光、第２映像光、及び第３映像光を含み、
前記第１映像光は、赤の波長域を有し、
前記第２映像光は、緑の波長域を有し、
前記第３映像光は、青の波長域を有し、
前記偏光回折レンズは、前記第１映像光、前記第２映像光、及び前記第３映像光の順で焦点距離が長くなる、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記映像光は、波長域が異なる第１映像光、第２映像光、及び第３映像光を含み、
前記複数の導光部材は、前記第１映像光を回折する第１導光部材と、前記第２映像光を回折する第２導光部材と、前記第２映像光を回折する第３導光部材とを有する、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記映像光は、波長域が異なる第１映像光、第２映像光、及び第３映像光を含み、
前記第１映像光は、赤の波長域を有し、
前記第２映像光は、緑の波長域を有し、
前記第３映像光は、青の波長域を有し、
前記偏光回折レンズ側から順に、前記第１導光部材と、前記第２導光部材と、前記第３導光部材とが配列される、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記映像光は、波長域が異なる第１映像光、第２映像光、及び第３映像光を含み、
前記第１映像光を射出する前記表示パネルである第１表示パネルと、
前記第１映像光とは波長域が異なる前記第２映像光を射出する第２表示パネルと、
前記第１映像光及び前記第２映像光とは波長域が異なる前記第３映像光を射出する第３表示パネルと、
前記第１映像光、前記第２映像光、及び前記第３映像光を合成するクロスダイクロイックプリズムと、を備える、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記クロスダイクロイックプリズムと、前記第１表示パネル、前記第２表示パネル、及び前記第３表示パネルとの間に光学レンズを有する、
請求項７の記載の虚像表示装置。
【請求項９】
映像光を射出する表示パネルと、
前記表示パネルからの前記映像光をコリメートし波長毎に焦点距離が異なる偏光回折レンズと、
前記波長に対応する複数の導光部材と、
を備え、
前記複数の導光部材は、前記映像光を導光する導光板と、前記導光板に前記映像光を入射させる入力回折光学素子と、前記導光板から前記映像光を射出させる出力回折光学素子とをそれぞれ有する、
光学ユニット。

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する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
虚像表示装置として、映像光を射出する映像投影部と、映像投影部で射出された映像光を装着者の眼まで伝搬させる導光板とを備えるものがある（特許文献１）。導光板は、入射光を回折する光回折部を有する。光回折部では、導光板の入射面に対する角度が異なる複数のホログラムが形成されており、ある平行光線を入射したときに複数のホログラムによって異なる波長を回折する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－３３０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置では、映像投影部から射出されるＲＧＢの光を導光板に入射させると、映像投影部を構成する同一のレンズの作用によりＲＧＢ全ての波長について瞳の位置が略同じとなる。導光板がＲＧＢの光に対応するように複数枚で構成される場合、ＲＧＢの光の利用効率が変わるため、色むらが生じて画質が劣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又は光学ユニットは、映像光を射出する表示パネルと、表示パネルからの映像光をコリメートし波長毎に焦点距離が異なる偏光回折レンズと、波長に対応する複数の導光部材と、を備え、複数の導光部材は、映像光を導光する導光板と、導光板に映像光を入射させる入力回折光学素子と、導光板から映像光を射出させる出力回折光学素子とをそれぞれ有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第１実施形態であるＨＭＤの装着状態を説明する斜視図である。
虚像表示装置を構成する光学系の配置等を説明する側面図である。
虚像表示装置を構成する光学系の配置等を説明する平面図である。
虚像表示装置を構成する光学系を説明する断面図である。
第１導光光学系を主に説明する背面図である。
第２実施形態における光学系を説明する概念図である。
第３実施形態における光学系を説明する概念図である。
第４実施形態における光学系を説明する概念図である。
第５実施形態における光学系を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
〔第１実施形態〕
以下、図１～５を参照して、本発明に係る虚像表示装置の第１実施形態について説明する。
【０００８】
図１は、頭部装着型表示装置（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る。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導光光学系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導光光学系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。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を介して一対の導光光学系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。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の第１表示駆動部１０２ａと第１導光光学系１０３ａとを具体的に説明する概念的な側面図である。図３は、第１表示駆動部１０２ａと第１導光光学系１０３ａとを具体的に説明する概念的な平面図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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