特許ウォッチ

公開番号2025134135
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-17
出願番号2024031839
出願日2024-03-04
発明の名称導光部材、光学系及び表示装置
出願人株式会社リコー
代理人インフォート弁理士法人
主分類G02B 27/02 20060101AFI20250909BHJP(光学)
要約【課題】アイボックスを形成するための光の利用効率を向上させることができる導光部材、光学系及び表示装置を提供する。
【解決手段】画像を表示する画像表示素子からの画像光を導光する導光部材であって、前記画像光を全反射しながら伝搬する互いに平行な一対の平面部と、前記一対の平面部の間に位置して前記一対の平面部と平行に延びるとともに、前記画像光の一部分を反射して他部分を透過することで前記画像光を複製する第1の部分反射面と、前記一対の平面部の間に位置するとともに、前記第1の部分反射面で複製された前記画像光の一部分を反射することで、前記一対の平面部の一方としての出射面から出射させる第2の部分反射面群と、を有することを特徴とする導光部材。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
画像を表示する画像表示素子からの画像光を導光する導光部材であって、
前記画像光を全反射しながら伝搬する互いに平行な一対の平面部と、
前記一対の平面部の間に位置して前記一対の平面部と平行に延びるとともに、前記画像光の一部分を反射して他部分を透過することで前記画像光を複製する第１の部分反射面と、
前記一対の平面部の間に位置するとともに、前記第１の部分反射面で複製された前記画像光の一部分を反射することで、前記一対の平面部の一方としての出射面から出射させる第２の部分反射面群と、
を有することを特徴とする導光部材。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
次の条件式（１）を満足する、
ことを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
（１）０．３＜Ｄ／ｔ＜０．７
但し、
Ｄ：前記第１の部分反射面と前記出射面の間の距離、
ｔ：前記導光部材の厚さ。
【請求項３】
次の条件式（２）を満足する、
ことを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
（２）３ｍｍ＜Ｌ＜２０ｍｍ
但し、
Ｌ：前記第１の部分反射面の伝搬方向の長さ。
【請求項４】
次の条件式（３）を満足する、
ことを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
（３）４０％＜Ｒ１＜６０％
但し、
Ｒ１：前記第１の部分反射面の反射率。
【請求項５】
次の条件式（４）を満足する、
ことを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
（４）４０％＜Ｒ１ｓ＜６０％
但し、
Ｒ１ｓ：前記第１の部分反射面のＳ偏光の反射率。
【請求項６】
前記導光部材から前記第１の部分反射面に向けて前記画像光を入射させる入射面を有し、
次の条件式（５）を満足する、
ことを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
（５）４０°＜θ１＜８０°
但し、
θ１：前記入射面と前記出射面がなす角度。
【請求項７】
前記導光部材に入射した前記画像光を前記第１の部分反射面に向けて反射させる入射側反射面を有し、
次の条件式（６）を満足する、
ことを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
（６）２５°＜θ２＜４０°
但し、
θ２：前記入射側反射面と前記出射面がなす角度。
【請求項８】
前記導光部材に入射した前記画像光を前記第１の部分反射面に向けて反射させる入射側反射面を有し、
次の条件式（７）、（８）を満足する、
ことを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
（７）６０％＜Ｒ０ｓ＜１００％
（８）０％＜Ｒ０ｐ＜３０％
但し、
Ｒ０ｓ：前記入射側反射面のＳ偏光の反射率。
Ｒ０ｐ：前記入射側反射面のＰ偏光の反射率。
【請求項９】
次の条件式（９）を満足する、
ことを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
（９）５０°＜θ３＜７０°
但し、
θ３：前記第２の部分反射面群と前記出射面がなす角度。
【請求項１０】
次の条件式（１０）を満足する、
ことを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
（１０）Ｒ２（ｎ－１）≦Ｒ２（ｎ）（ｎは２以上の整数）
但し、
Ｒ２（ｎ－１）：前記第２の部分反射面群に含まれる、前記第１の部分反射面に近い側からｎ－１番目の部分反射面の反射率、
Ｒ２（ｎ）：前記第２の部分反射面群に含まれる、前記第１の部分反射面に近い側からｎ番目の部分反射面の反射率。
（【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、導光部材、光学系及び表示装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、近年、表示装置としてヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Head Mounted Display）が多く普及し始めており、小型で眼鏡に近い透過型のＨＭＤが開発されている。また、眼鏡のグラス部の付近に画像表示素子を配置して小型化を図る技術が知られている。さらに、景色等に虚像を重畳して観察者に観察させるスマートグラス等のグラスデバイス、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）が知られており、装用者の眼の動きや瞳孔間距離の違いに対応できるタイプも増えてきている。
【０００３】
特許文献１には、画像光（light waves）を所定の視野（given field-of-view）に導光するための光デバイス（optical device）が記載されている。この光デバイスは、光透過基板（light-transmitting substrate）の２つの平面（two major surfaces）で画像光の全反射を繰り返しながら、複数の部分反射面（selectively reflecting surfaces）で部分反射することで、装用者の眼に光が届けられる。
【０００４】
特許文献２には、光ビーム（light beam）を導くように適合された導光エレメント（light guide element）が記載されている。この導光エレメントは、２つの平面（first surfaceとsecond surface）を有する第１の導光板（first light guide plate）と、第１の導光板の一方の平面の一部の外側に配置された第２の導光板（second light guide plate）とを有している。また、第１、第２の導光板の間（境界）には光分割フィルム（light splitting film）が配置されている。そして、光分割フィルムと第２の導光板で光ビームを繰り返し反射させることで、第１の導光板における光ビームの光束を増やしている（多数に分割している）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
米国特許出願公開第２００５／０１８０６８７号明細書
米国特許出願公開第２０１８／００５９３０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者の鋭意研究によると、特許文献１の光デバイス及び特許文献２の導光エレメントを含む従来技術は、アイボックスを形成するための光の利用効率を向上させるという観点で、改善の余地がある。
【０００７】
本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、アイボックスを形成するための光の利用効率を向上させることができる導光部材、光学系及び表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の導光部材は、画像を表示する画像表示素子からの画像光を導光する導光部材であって、前記画像光を全反射しながら伝搬する互いに平行な一対の平面部と、前記一対の平面部の間に位置して前記一対の平面部と平行に延びるとともに、前記画像光の一部分を反射して他部分を透過することで前記画像光を複製する第１の部分反射面と、前記一対の平面部の間に位置するとともに、前記第１の部分反射面で複製された前記画像光の一部分を反射することで、前記一対の平面部の一方としての出射面から出射させる第２の部分反射面群と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アイボックスを形成するための光の利用効率を向上させることができる導光部材、光学系及び表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの概略図である。
従来の技術課題の第１の例を示す図である。
従来の技術課題の第２の例を示す図である。
本発明の導光部材の内部における光路を示す概念図である。
本発明の光学系及び表示装置における光路を示す概念図である。
導光部材の一対の平面部及び第２の部分反射面群による画像光の光路の一例を示す図である。
数値実施例１の光学系及び表示装置を示す断面図である。
第１の部分反射面による画像光の複製の様子を示す概念図である。
数値実施例１のアイボックス形成の優位性を示す照度分布図である。
数値実施例２の光学系及び表示装置を示す第１の断面図である。
数値実施例２の光学系及び表示装置を示す第２の断面図である。
数値実施例２のアイボックス形成の優位性を示す照度分布図である。
数値実施例３の光学系及び表示装置を示す第１の断面図である。
数値実施例３の光学系及び表示装置を示す第２の断面図である。
数値実施例３のアイボックス形成の優位性を示す照度分布図である。
数値実施例４の光学系及び表示装置を示す第１の断面図である。
数値実施例４の光学系及び表示装置を示す第２の断面図である。
数値実施例４のアイボックス形成の優位性を示す照度分布図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許