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公開番号2025127075
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-01
出願番号2024023574
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、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傾斜曲面ミラ
ー14と、透過型イメージャー22及び傾斜曲面ミラー14の顔側に配置され、映像光M
L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
傾斜曲面ミラーと、
前記透過型イメージャー及び前記傾斜曲面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 1,100 文字）【請求項２】
前記傾斜曲面ミラーは、上方よりも下方で前記透過型イメージャーに近づくように延び
る、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記傾斜曲面ミラーは、自由曲面を有する、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記投影光学系は、前記照明光を前記傾斜曲面ミラーに向けて反射させるプリズムを有
し、
前記プリズムは、２面の透過屈折面と２面の反射面とを有する、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記投影光学系は、前記照明光を前記傾斜曲面ミラーに向けて反射させるプリズムと、
前記照明装置と前記プリズムとの間にレンズとを有し、
前記プリズムは、２面の透過屈折面と１面の反射面とを有する、
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７】
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偏光方向と異なる第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８】
前記透過型イメージャーの前記傾斜曲面ミラー側に１／４波長板を備え、
前記照明装置は、所定方向の偏光を含む前記照明光を射出し、
前記傾斜曲面ミラーは、前記所定方向の偏光の前記照明光を反射させ、前記所定方向と
異なる偏光の前記映像光を透過させる偏光選択ミラーである、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記傾斜曲面ミラーは、所定の入射角以上の前記照明光を反射させ、前記所定の入射角
以下の前記映像光を透過させる角度選択ミラーである、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記照明装置は、青色の前記照明光を射出し、
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８及び９のいずれか一項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 3,100 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備えるものが
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。視野の中央付近において高いシースルー透過率のシースルー表示を実現するためには
、別途シースルー透過率の高い光学系等が必要となり、大型化に繋がる。
【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
択的に反射する傾斜曲面ミラーと、透過型イメージャー及び傾斜曲面ミラーの顔側に配置
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。
【０００６】
本発明の一側面における光学ユニットは、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
択的に反射する傾斜曲面ミラーと、透過型イメージャー及び傾斜曲面ミラーの顔側に配置
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】
【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斜視図である。
表示光学系の光学的構造を説明する概念的な側面図である。
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。
表示光学系を説明する部分拡大斜視図である。
表示光学系を説明する別の部分拡大斜視図である。
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。
偏光分離膜ミラーの透過特性を説明する図である。
虚像表示装置による表示動作を説明するタイミングチャートである。
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背面図である。
透過型イメージャーを説明する背面図である。
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。
本実施形態のサブ画素スポットの大きさを説明する図である。
比較例のサブ画素スポットの大きさを説明する図である。
本実施形態の投影画像の歪みを示す図である。
比較例の投影画像の歪みを示す図である。
本実施形態の画像表示パネルの表示面を示す図である。
比較例の画像表示パネルの表示面を示す図である。
第２実施形態の虚像表示装置を説明する図である。
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。
誘電体多層膜ミラーの角度特性を説明する図である。
偏光部材を説明する平面図である。
第４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５実施形態の虚像表示装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔第１実施形態〕
以下、図１～図１３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。
【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。
【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１
００Ｂ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１
０３ａ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１００
Ｃ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。
（【００１１】以降は省略されています）

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