特許ウォッチ

公開番号2025140973
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024040649
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】眼前の光学要素を薄くすること。
【解決手段】第1実施形態の虚像表示装置100A及び光学ユニット100は、表示器11と、表示器11からの第1偏光方向P1の直線偏光である映像光MLを反射によって偏向する透過型ミラー23と、透過型ミラー23で反射された映像光MLを逆進させる際に正のパワーを持つミラーのように作用する反射光学素子25とを備え、反射光学素子25は、透過型ミラー23からの順で、第1偏光回折レンズ31bを含み直線偏光に対して偏光方向の切替えによってパワーの正負を反転させ偏光方向を維持する第1タイプの第1レンズ機能部材31と、第1偏光方向P1の直線偏光を偏光方向を維持しつつ反射する第1光学素子32と、第2偏光回折レンズ33bを含み直線偏光に対して偏光方向の切替えによってパワーの正負を反転させ偏光方向を回転させる第2タイプの第2レンズ機能部材33と、第1偏光方向P1の直線偏光を選択的に透過させる第2光学素子34とを有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
表示器と、
前記表示器からの第１偏光方向の直線偏光である映像光を反射によって偏向する透過型ミラーと、
前記透過型ミラーで反射された前記映像光を逆進させる際に正のパワーを持つミラーのように作用する反射光学素子と、を備え、
前記反射光学素子は、前記透過型ミラーからの順で、第１偏光回折レンズを含み偏光方向の切替えによってパワーの正負を反転させ偏光方向を維持する第１レンズ機能部材と、前記第１偏光方向の直線偏光を偏光方向を維持しつつ反射する第１光学素子と、第２偏光回折レンズを含み偏光方向の切替えによってパワーの正負を反転させ偏光方向を回転させる第２レンズ機能部材と、前記第１偏光方向の直線偏光を選択的に透過させる第２光学素子とを有する、
虚像表示装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記第１レンズ機能部材は、前記透過型ミラーからの順で、第１の１／４波長板と、前記第１偏光回折レンズと、前記第１の１／４波長板と同じ方向に速軸が設定された第２の１／４波長板とを有する、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記第２レンズ機能部材は、前記透過型ミラーからの順で、第３の１／４波長板と、前記第２偏光回折レンズと、前記第３の１／４波長板と交差する方向に速軸が設定された第４の１／４波長板とを有する、
請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記第１偏光回折レンズは、前記表示器側から入射する第１円偏光に対して正のパワーを有するとともに透過光を第２円偏光に変換し、前記第１光学素子によって反射されて外界側から入射する前記第２円偏光に対して正のパワーを有するとともに透過光を前記第１円偏光に変換する、
請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記第２偏光回折レンズは、外界側から入射する第２円偏光に対して正のパワーを有するとともに透過光を第１円偏光に変換し、
前記第１偏光回折レンズは、前記第１光学素子を透過して外界側から入射する第１円偏光に対して負のパワーを有するとともに透過光を第２円偏光に変換する、
請求項４に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記第１光学素子は、対象とする直線偏光のみを反射する反射型偏光素子である、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記第１光学素子は、透過性を有するミラーである、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記第２光学素子は、対象とする直線偏光のみを透過させる吸収型偏光素子である、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記表示器と前記透過型ミラーとの間に、正のパワーを有するレンズが配置されている、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
表示器と、
前記表示器からの第１偏光方向の直線偏光である映像光を反射によって偏向する透過型ミラーと、
前記透過型ミラーで反射された前記映像光を逆進させる際に正のパワーを持つミラーのように作用する反射光学素子と、を備え、
前記反射光学素子は、透過型ミラーからの順で、第１偏光回折レンズを含み偏光方向の切替えによってパワーの正負を反転させ偏光方向を維持する第１レンズ機能部材と、前記第１偏光方向の直線偏光を偏光方向を維持しつつ反射する第１光学素子と、第２偏光回折レンズを含み偏光方向の切替えによってパワーの正負を反転させ偏光方向を回転させる第２レンズ機能部材と、前記第１偏光方向の直線偏光を選択的に透過させる第２光学素子とを有する、
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 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
頭部装着型表示装置として、観察像を表示する画像表示装置と、画像表示装置からの光を部分透過及び部分反射させるための部分透過反射面と、部分透過反射面によって反射された光を観察者の眼球に導くように反射させる凹面鏡とを有する頭部装着式ディスプレイ装置であって、部分透過反射面を偏光ビームスプリッターによって形成するとともに、偏光ビームスプリッターと凹面鏡との間に１／４波長板を設けたものが公知となっている。このディスプレイ装置では、画像表示装置からの所定方向の直線偏光成分が減衰なしに全て観察者の眼に到達し、画像表示装置からの明るい電子像つまり表示画像を観察することができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平０６－０５９２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
頭部装着型表示装置については、メガネに近い外観を実現することが望まれているが、上記特許文献１の光学系では、メガネに近い外観を達成しているとは言えず、具体的には凡そ瞳孔から３０ｍｍ離れた位置に凹面鏡の頂点が配置されるので、メガネが瞳孔から１５ｍｍ程度離れていることと比較して大きな乖離がある。
【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及び光学ユニットは、表示器と、表示器からの第１偏光方向の直線偏光である映像光を反射によって偏向する透過型ミラーと、透過型ミラーで反射された映像光を逆進させる際に正のパワーを持つミラーのように作用する反射光学素子とを備え、反射光学素子は、透過型ミラーからの順で、第１偏光回折レンズを含み偏光方向の切替えによってパワーの正負を反転させ偏光方向を維持する第１レンズ機能部材と、第１偏光方向の直線偏光を偏光方向を維持しつつ反射する第１光学素子と、第２偏光回折レンズを含み偏光方向の切替えによってパワーの正負を反転させ偏光方向を回転させる第２レンズ機能部材と、第１偏光方向の直線偏光を選択的に透過させる第２光学素子とを有する。
【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の正面図である。
虚像表示装置の構造を説明する断面図である。
結像系における光線状態を説明する概念図である。
偏光回折レンズの機能を説明する概念的な斜視図である。
図３に示す虚像表示装置の変形例を説明する図である。
図３に示す虚像表示装置の別の変形例を説明する図である。
図３に示す虚像表示装置のさらに別の変形例を説明する図である。
第２実施形態の虚像表示装置を説明する側方断面図である。
第３実施形態の虚像表示装置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１～３等を参照して、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、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正面図である。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を介して一対の表示光学系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。
【００１０】
図２は、第１表示駆動部１０２ａと第１表示光学系１０３ａとに組み込まれた結像系等の構造を説明する側面図である。第１表示駆動部１０２ａは、表示器１１と、偏光フィルター１２と、レンズ１４と、表示制御装置８８とを備える。第１表示光学系１０３ａは、表示器１１からの映像光ＭＬを反射によって偏向する透過型ミラー２３と、透過型ミラー２３で反射された映像光ＭＬを逆進させる際に正のパワーを持つミラーのように作用する反射光学素子２５とを備える。これらのうち、レンズ１４と、透過型ミラー２３と、反射光学素子２５とを組み合わせたものを結像光学系２０と呼ぶ。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許