特許ウォッチ

公開番号2025140979
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024040656
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】一度に深度方向の複数位置に虚像を表示させること。
【解決手段】虚像表示装置100A,100Bは、第1画像PP1と第2画像PP2とに対応する映像光MLを、空間的に細分化して空間的に交互に射出し又は時間的に交互に射出する表示器11と、表示器11に対向して配置され、第1画像PP1に対応する映像光MLを第1円偏光C1とし、第2画像PP2に対応する映像光MLを第2円偏光C2とする偏光変換装置23と、第1偏光方向D1の直線偏光に対応する第1円偏光C1に対して正のパワーを持ち、第2偏光方向D2の直線偏光に対応する第2円偏光C2に対して負のパワーを持つ偏光回折レンズ24と、正のパワーを持ち、偏光回折レンズ24を経た映像光MLによる虚像を形成する結像レンズ25とを備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１画像と第２画像とに対応する映像光を、空間的に細分化して空間的に交互に射出し又は時間的に交互に射出する表示器と、
前記表示器の光射出側に配置され、第１円偏光に対して正のパワーを持ち第２円偏光に対して負のパワーを持つ偏光回折レンズと、正のパワーを持つ結像レンズとを有する虚像光学系と、
を備え、
前記虚像光学系は、前記第１画像に対応する映像光を前記第１円偏光として前記偏光回折レンズに入射させ、前記２画像に対応する映像光を前記第２円偏光として前記偏光回折レンズに入射させることにより、前記第１画像及び前記第２画像の虚像を異なる位置に形成する、
虚像表示装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記表示器は、前記第１画像を構成する多数の要素と前記第２画像を構成する多数の要素とを空間的に交互に形成することによって前記映像光を射出し、
前記虚像光学系は、前記表示器からの順で、偏光変換装置と、前記偏光回折レンズと、前記結像レンズとを有し、
前記偏光変換装置は、前記表示器からの順で、前記第１画像を構成する多数の要素と前記第２画像を構成する多数の要素とに対応して偏光方向が互いに直交する第１偏光方向と第２偏光方向とにそれぞれ設定された多数の偏光素子を２次元的に配列してなる偏光板と、前記第１偏光方向の直線偏光を前記第１円偏光とし前記第２偏光方向の直線偏光を前記第２円偏光とする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】
前記偏光板において、前記第１偏光方向の偏光素子と、前記第２偏光方向の偏光素子とが、チェックパターン状に交互に配列されている、
請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記偏光板において、前記第１偏光方向の偏光素子と、前記第２偏光方向の偏光素子とが、ストライプパターン状に交互に配列されている、
請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記表示器は、前記第１画像と前記第２画像とを時間的に交互に形成することによって前記映像光を射出し、
前記虚像光学系は、前記表示器からの順で、偏光変換装置と、前記偏光回折レンズと、前記結像レンズとを有し、
前記偏光変換装置は、前記表示器からの順で、偏光方向が第１偏光方向に設定された偏光板と、時分割でオン・オフ動作し、オン状態で前記第１偏光方向の直線偏光を前記第１偏光方向と交差する第２偏光方向の直線偏光にする可変波長板と、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６】
前記表示器は、前記第１画像と前記第２画像とを時間的に交互に形成することによって、前記映像光を第１偏光方向の直線偏光として射出し、
前記虚像光学系は、前記表示器からの順で、前記偏光回折レンズと、偏光変換装置と、前記結像レンズとを有し、
前記偏光変換装置は、前記偏光回折レンズからの順で、前記偏光回折レンズを経た前記第２円偏光を直線偏光に戻す１／４波長板と、時分割でオン・オフ動作し、オン状態で前記第１偏光方向の直線偏光を前記第１偏光方向と交差する第２偏光方向の直線偏光にする可変波長板と、偏光板とを有する、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記偏光回折レンズの前記負のパワーと、前記結像レンズの前記正のパワーとを合成したパワーは、正の値である、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記偏光回折レンズは、前記表示器からの前記映像光のうち前記第１円偏光である左円偏光を前記第２円偏光である右円偏光にする、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記偏光回折レンズは、前記表示器からの前記映像光のうち前記第１円偏光である右円偏光を前記第２円偏光である左円偏光にする、
請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記結像レンズからの前記映像光を瞳位置に向けて反射する透過型ミラーをさらに備える、
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、特に異なる焦点にある映像を同時に見せる虚像表示装置等に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
頭部装着型表示装置として、虚像位置を深度方向に移動させるため、表示装置および通電状態により焦点距離が変化する複数枚の光学素子を持ち、少なくともどちらかを光軸方向に移動させる駆動機構を持つものが公知となっている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２３－１３５７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の頭部装着型表示装置では、深度方向の異なる位置に虚像を表示させることができるが、駆動機構によってある特定の位置と別の位置とに虚像を移動させるだけであり、一度に深度方向の複数位置に虚像を表示させることはできない。つまり、ユーザーが注視する位置が変わるたびに虚像の位置を調整する必要がある。
【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、第１画像と第２画像とに対応する映像光を、空間的に細分化して空間的に交互に射出し又は時間的に交互に射出する表示器と、前記表示器の光射出側に配置され、第１円偏光に対して正のパワーを持ち第２円偏光に対して負のパワーを持つ偏光回折レンズと、正のパワーを持つ結像レンズとを有する虚像光学系とを備え、前記虚像光学系は、前記第１画像に対応する映像光を前記第１円偏光として前記偏光回折レンズに入射させ、前記２画像に対応する映像光を前記第２円偏光として前記偏光回折レンズに入射させることにより、前記第１画像及び前記第２画像の虚像を異なる位置に形成する。
【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。
表示器及び偏向板を説明する図である。
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。
第１虚像表示装置によって形成される虚像を説明する概念図である。
第１虚像表示装置によって処理される画像を説明する概念図である。
第１虚像表示装置と第２虚像表示装置とによる輻輳角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側方断面図である。
第４実施形態の虚像表示装置を説明する側方断面図である。
【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透過型ミラー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透過型ミラー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を介して一対の透過型ミラー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、偏光変換装置２３と、偏光回折レンズ２４と、結像レンズ２５と、表示制御装置８８とを備える。第１表示駆動部１０２ａのうち、偏光変換装置２３と、偏光回折レンズ２４と、結像レンズ２５とを組み合わせたものを虚像光学系２０ａと呼ぶ。虚像光学系２０ａと第１透過型ミラー１０３ａとを組み合わせたものを結像光学系２０ｂと呼ぶ。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許