特許ウォッチ

公開番号2025177538
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-05
出願番号2024084468
出願日2024-05-24
発明の名称表示光学系および表示装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 25/00 20060101AFI20251128BHJP(光学)
要約【課題】ピント調整における表示画像の倍率変動を抑制する。
【解決手段】表示光学系1000は、表示素子1400の表示面からの表示光を瞳面SPへ導く。表示光学系は、瞳面側から表示面側へ順に配置された、第1透過反射面Aと第2透過反射面Cとを含む。表示装置は、第1透過反射面と第2透過反射面との間の間隔を変化させて、瞳面上の視度としての第1視度から第2視度までの範囲でピント調整を行うことが可能である。第1視度を含めた表示光学系の焦点距離と第2視度を含めた表示光学系の焦点距離をそれぞれ、ft[D1]とft[D2]とするとき、0.97≦ft[D2]/ft[D1]≦1.03なる条件を満足する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
表示素子の表示面からの表示光を瞳面へ導く表示光学系であって、
前記表示光学系は、瞳面側から表示面側へ順に配置された、第１透過反射面と、第２透過反射面とを含み、
前記第１透過反射面と前記第２透過反射面との間の第１間隔を変化させて、前記瞳面上の視度としての第１視度から第２視度までの範囲でピント調整を行うことが可能であり、
前記ピント調整が行われたときの前記第１視度を含めた前記表示光学系の焦点距離と前記第２視度を含めた前記表示光学系の焦点距離をそれぞれ、ｆｔ［Ｄ１］とｆｔ［Ｄ２］とするとき、
０．９７≦ｆｔ［Ｄ２］／ｆｔ［Ｄ１］≦１．０３
なる条件を満足することを特徴とする表示光学系。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
０．９８≦ｆｔ［Ｄ２］／ｆｔ［Ｄ１］≦１．０２
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の表示光学系。
【請求項３】
前記第１視度は０ディオプタ、前記第２視度は－４ディオプタであり、０ディオプタでのｆｔ［Ｄ１］をｆｔ［０Ｄ］、－４ディオプタでのｆｔ［Ｄ２］をｆｔ［－４Ｄ］とするとき、
０．９８≦ｆｔ［－４Ｄ］／ｆｔ［０Ｄ］≦１．０２
なる条件を満足することを特徴とする請求項２に記載の表示光学系。
【請求項４】
前記瞳面を通過する前記表示光の主光線がなす最大半画角が３０°以上であることを特徴とする請求項１に記載の表示光学系。
【請求項５】
前記ピント調整が行われたときの前記瞳面上の視度が前記第１視度としての０ディオプタである場合の該視度を含めた前記表示光学系の焦点距離をｆｔ［０Ｄ］、前記瞳面上の視度が０ディオプタである場合の前記第１間隔の変化を生じる、瞳面側の間隔である第１内部間隔より瞳面側における前記瞳面までの透過光路の焦点距離をｆｅ２［０Ｄ］とするとき、
１．０≦ｆｅ２［０Ｄ］／ｆｔ［０Ｄ］≦１０．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の表示光学系。
【請求項６】
前記ピント調整が行われたときの前記瞳面上の視度が０ディオプタである場合の前記第１透過反射面より瞳面側における前記瞳面までの透過光路の焦点距離をｆｅ１［０Ｄ］とするとき、
１．０≦ｆｅ１［０Ｄ］／ｆｅ２［０Ｄ］≦１０．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項５に記載の表示光学系。
【請求項７】
前記瞳面を通過する前記表示光の主光線のうち最大半画角の主光線の前記表示面からの出射角度は、前記表示光学系の光軸から離れる向きの角度であることを特徴とする請求項１に記載の表示光学系。
【請求項８】
前記出射角度が、２０°以下であることを特徴とする請求項７に記載の表示光学系。
【請求項９】
前記表示光学系において、光線有効径内でパワーの正負が反転する光学面は２つ以下であることを特徴とする請求項１に記載の表示光学系。
【請求項１０】
前記ピント調整において、前記表示素子は駆動されずに、２つ以下の樹脂製の屈折素子が駆動されることを特徴とする請求項１に記載の表示学系。
（【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、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）等の表示装置に好適な表示光学系に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
上記のような表示光学系として特許文献１には、レンズまたは表示素子をシフトさせてピント調整を行うものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６４９４７５２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に開示された表示光学系では、ピント調整時に表示画像の倍率が変動する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面としての表示光学系は、表示素子の表示面からの表示光を瞳面へ導く。表示光学系は、瞳面側から表示面側へ順に配置された、第１透過反射面と、第２透過反射面とを含む。第１透過反射面と第２透過反射面との間の間隔を変化させて、瞳面上の視度としての第１視度から第２視度までの範囲でピント調整を行うことが可能である。ピント調整が行われたときの第１視度を含めた表示光学系の焦点距離と第２視度を含めた表示光学系の焦点距離をそれぞれ、ｆｔ［Ｄ１］とｆｔ［Ｄ２］とするとき、
０．９７≦ｆｔ［Ｄ２］／ｆｔ［Ｄ１］≦１．０３
なる条件を満足することを特徴とする。なお、上記表示光学系を有する表示装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ピント調整時の表示画像の倍率変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
実施例１の表示光学系の調整なし時の断面図および収差図。
実施例１のおよび部分拡大図、表示素子上の発光位置と出射角度との関係および光路を示す図。
実施例１の表示光学系の－４Ｄ調整時の断面図および収差図。
実施例１の表示光学系の－５Ｄ調整時の断面図および収差図。
実施例２の表示光学系の調整なし時の断面図、収差図および要部説明図。
実施例２の表示光学系の光路図。
実施例２の表示光学系の－４Ｄ調整時の断面図および収差図。
実施例２の表示光学系の－５Ｄ調整時の断面図および収差図。
実施例１および２の表示光学系を備えたＨＭＤの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。まず実施例１、２の具体的な説明に先立って各実施例に共通する事項について説明する。
【０００９】
各実施例の表示光学系は、表示装置としてのＨＭＤにおいて右眼用および左眼用にそれぞれ設けられ、表示素子の表示面からの表示光を瞳面へ導く。これにより、表示面に表示された原画像を拡大して表示画像を表示する。
【００１０】
各実施例における表示光学系のうち第１分類の光学系は、瞳面側から表示面側へ順に配置された、透過面かつ反射面としての２つの透過反射面（第１透過反射面と第２透過反射面）を有する。また第２分類の光学系は、瞳面側から表示面側へ順に配置された、第１光学系（瞳面側光学系）と、第２光学系（透過反射光学系）と、第３光学系（パネル側光学系）とを有する。第２光学系は、２つの透過反射面（第１透過反射面と第２透過反射面）を含み、それらによって挟まれる光学系である。第１光学系は、瞳面と第１透過反射面とにより挟まれた光学系である。第３光学系は、第２透過反射面と表示素子とにより挟まれた光学系である。第１光学系および第３光学系はそれぞれ存在しない場合もある。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許