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公開番号2025127026
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-01
出願番号2024023492
出願日2024-02-20
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 20060101AFI20250825BHJP(光学)
要約【課題】光学系全体が大型化してしまうことを回避しつつ画角を広くする。
【解決手段】虚像表示装置100A,100Bは、虚像表示装置100A,100B及び光学ユニット100は、照明装置10aと、照明装置10aから射出された照明光ILを結像させる投影光学系12と、照明光ILの結像位置に配置され、照明光ILに対応する映像光MLを形成する透過型イメージャー22と、投影光学系12からの照明光ILを透過型イメージャー22に向けて選択的に反射する照明光用ミラー14と、透過型イメージャー22及び照明光用ミラー14の顔側に配置され、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レンズ50とを備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
照明装置と、
前記照明装置から射出された照明光を結像させる投影光学系と、
前記照明光の結像位置に配置され、前記照明光に対応する映像光を形成する透過型イメージャーと、
前記投影光学系からの前記照明光を前記透過型イメージャーに向けて選択的に反射する照明光用ミラーと、
前記透過型イメージャー及び前記照明光用ミラーの顔側に配置され、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レンズと、
を備える、虚像表示装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記透過型イメージャーは、離散的に２次元に配置され映像光を形成する表示領域と、前記表示領域の周囲に設けられている光透過領域とを有する、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記透過型イメージャーの顔側に表示領域に対向して配置され、前記表示領域からの前記映像光を第１偏光方向に制限する第１偏光領域と、前記第１偏光領域の位置から外界側に配置され、外界光を前記第１偏光領域と異なる第２偏光方向に制限する第２偏光領域とを有する偏光部材を備える、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記照明装置は、青色の前記照明光を射出し、
前記照明光用ミラーは、所定の入射角以上の青色の前記照明光を反射し、前記所定の入射角以下の前記映像光を透過させ、
前記透過型イメージャーは、前記表示領域として、青色の前記照明光を散乱し前記映像光として射出する第１表示領域と、青色の前記照明光に励起されて蛍光を生成し前記映像光として射出する第２表示領域とを有する、
請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記透過型イメージャーの前記第２表示領域は、青色の前記照明光に励起されて緑色の蛍光を生成し前記映像光として射出し、
前記透過型イメージャーは、青色の前記照明光に励起されて赤色の蛍光を生成し前記映像光として射出する第３表示領域をさらに有する、
請求項４に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記照明装置は、紫外域の前記照明光を射出し、
前記照明光用ミラーは、紫外域の前記照明光を反射し、可視域の光を透過させ、
前記透過型イメージャーは、前記表示領域として、紫外域の前記照明光に励起されて蛍光を生成し前記映像光として射出する第１表示領域を有する、
請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記透過型イメージャーの前記第１表示領域は、紫外域の前記照明光に励起されて青色の蛍光を生成し前記映像光として射出し、
前記透過型イメージャーは、紫外域の前記照明光に励起されて緑の蛍光を生成し前記映像光として射出する第２表示領域と、紫外域の前記照明光に励起されて赤色の蛍光を生成し前記映像光として射出する第３表示領域とをさらに有する、
請求項６に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記照明装置は、可視域の前記照明光を射出し、
前記照明光用ミラーは、所定の入射角以上の可視域の前記照明光を反射し、前記所定の入射角以下の可視域の前記映像光を透過させ、
前記透過型イメージャーは、前記表示領域として、可視域の前記照明光を散乱し前記映像光として射出する第１表示領域を有する、
請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記透過型イメージャーの前記第１表示領域は、青色の前記照明光を散乱し前記映像光として射出し、
前記透過型イメージャーは、緑色の前記照明光を散乱し前記映像光として射出する第２表示領域と、赤色の前記照明光を散乱し前記映像光として射出する第３表示領域とをさらに有する、
請求項８に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記偏光レンズは、一対の基材間に挟まれた液晶層を有する、
請求項１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、特に外界像を視認可能にするシースルー型の虚像表示装置等に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
外界を視認可能にするシースルー型の虚像表示装置として、画像表示領域と、該画像表示領域を囲むように形成された透明表示領域とを有する液晶パネルと、光源から端部に入射されたバックライト光を導光する導光板とを備え、導光板が液晶パネルの画像表示領域にバックライト光を照射する発光領域と環境光を透過させる光透過領域とを有するものが公知となっている（特許文献１）。この表示装置は、導光板の光透過領域及び液晶パネルの透明表示領域から環境光が観察者に到達するとともに、画像表示領域にバックライト光を照射しない期間に環境光が導光板の発光領域と液晶パネルの画像表示領域とを透過して観察者に到達するように構成されている。このような構成により、映像光と環境光とが重ね合わされたシースルー表示が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０１６／０５６２９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記装置では、導光板の発光領域にドットの形成、散乱材の塗布等の加工がなされており、液晶パネルの画像表示領域を通過する環境光が、加工がなされた発光領域を通過することになるので、画像表示領域に対応する視野の中央付近でのシースルー透過率が低下する。
【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は、照明装置と、照明装置から射出された照明光を結像させる投影光学系と、照明光の結像位置に配置され、照明光に対応する映像光を形成する透過型イメージャーと、投影光学系からの照明光を透過型イメージャーに向けて選択的に反射する照明光用ミラーと、透過型イメージャーの顔側に配置され、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レンズとを備える。
【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斜視図である。
表示光学系の光学的構造を説明する側面図である。
表示光学系の光学的構造を説明する概念的な斜視図である。
像形成光学系及び複合表示部材の配置を説明する概念的な斜視図である。
誘電体多層膜ミラーの角度特性を説明する図である。
複合表示部材のサブ画素を説明する概念的な拡大斜視図である。
遮光部材を説明する平面図である。
透過型イメージャーを説明する平面図である。
パターン偏光部材を説明する平面図である。
画素区画でのサブ画素スポットの照射状態を説明する図である。
変形例の虚像表示装置を説明する図である。
変形例における光学的な動作を説明する概念図である。
第２実施形態の虚像表示装置を説明する図である。
誘電体多層膜ミラーの反射及び透過の波長特性を説明する図である。
画素区画でのサブ画素スポットの照射状態を説明する図である。
第３実施形態の虚像表示装置を説明する図である。
画素区画でのサブ画素スポットの照射状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
〔第１実施形態〕
以下、図１～８を参照して、本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置等について説明する。
【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斜視図である。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、第１表示光学系１０３ａを外界側又は前方側において覆う光透過カバー１０４ａ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、第２表示光学系１０３ｂを外界側又は前方側において覆う光透過カバー１０４ｂ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である。テンプル１００Ｃは、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の上端側と、一対の光透過カバー１０４ａ，１０４ｂの上端側とを支持している。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。一対の光透過カバー１０４ａ，１０４ｂを組み合わせたものをシェード１０４と呼ぶ。
【００１０】
図２は、第１表示光学系１０３ａの構造を説明する概念的な側面図であり、図３は、第１表示光学系１０３ａの照明用の光学系を主に説明する概念的な斜視図であり、図４は、第１表示光学系１０３ａの観察用の光学系を主に説明する概念的な斜視図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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