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公開番号2025033314
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023138955
出願日2023-08-29
発明の名称網膜投影装置
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 27/02 20060101AFI20250306BHJP(光学)
要約【課題】アイボックスを拡張すること。
【解決手段】網膜投影装置1は、レーザ光を出射するレーザモジュール21、レーザ光を平行なビームに変換するコリメーションレンズ22、及びビームによる走査を行うための可動ミラー23を含むプロジェクタモジュール2と、プロジェクタモジュール2から出射されたビームを集束位置において集束させる投影レンズ3と、集束位置と重なるように配置され、ビームの進行方向を変更する偏向素子41を含む光学ユニット4と、ビームを平行光に変換してユーザの網膜に照射する光学デバイス5と、ユーザの瞳孔の位置に応じて、偏向素子41によるビームの進行方向を調整するコントローラ10と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
レーザ光を出射するレーザモジュール、前記レーザ光を平行なビームに変換するコリメーションレンズ、及び前記ビームによる走査を行うための可動ミラーを含むプロジェクタモジュールと、
前記プロジェクタモジュールから出射された前記ビームを集束位置において集束させる投影レンズと、
前記集束位置と重なるように配置され、前記ビームの進行方向を変更する偏向素子を含む光学ユニットと、
前記ビームを平行光に変換してユーザの網膜に照射する光学デバイスと、
前記ユーザの瞳孔の位置に応じて、前記偏向素子による前記ビームの進行方向を調整するコントローラと、
を備える、網膜投影装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記レーザモジュールと前記偏向素子との間に設けられ、直線偏光を円偏光に変換する第１波長板を更に備え、
前記偏向素子は、
印加される電圧に応じて、円偏光の偏光状態を保存する状態と円偏光を逆の極性の円偏光に変換する状態とを切替可能な１又は複数の第２波長板と、
円偏光を逆の極性の円偏光に変換するとともに、入射する円偏光の極性に応じた回折方向に当該円偏光を回折する１又は複数のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ位相光学素子と、を備え、
前記１又は複数の第２波長板と前記１又は複数のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ位相光学素子とは、１つずつ交互に配列されて配列体を成している、請求項１に記載の網膜投影装置。
【請求項３】
前記偏向素子は、円偏光の極性を保存しながら前記円偏光を反射する反射体を更に備え、
前記反射体は、前記配列体の一端に設けられている、請求項２に記載の網膜投影装置。
【請求項４】
前記１又は複数のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ位相光学素子は、液晶ポリマー又はメタサーフェスによって構成される、請求項２又は請求項３に記載の網膜投影装置。
【請求項５】
前記第２波長板は、一対の透明電極と、前記一対の透明電極の間に設けられた液晶層と、を備える、請求項２又は請求項３に記載の網膜投影装置。
【請求項６】
前記ビームを構成する光線のうちの前記瞳孔を通過する光線の波面の収差を補正する波面補正部を更に備える、請求項１又は請求項２に記載の網膜投影装置。
【請求項７】
前記波面補正部は、ＬＣＯＳ、液晶レンズ、及び可変形状ミラーのいずれかによって構成される、請求項６に記載の網膜投影装置。
【請求項８】
前記光学ユニットと前記光学デバイスとの間に設けられ、前記ビームを集束する集束部を更に備える、請求項１又は請求項２に記載の網膜投影装置。
【請求項９】
前記レーザモジュールは、赤色波長を有する赤色レーザ光、緑色波長を有する緑色レーザ光、及び青色波長を有する青色レーザ光を合波することによって得られた前記レーザ光を出射する、請求項１又は請求項２に記載の網膜投影装置。
【請求項１０】
前記赤色波長の光のうちの第１極性の円偏光を通過させるとともに前記第１極性とは異なる第２極性の円偏光を反射し、前記緑色波長の光のうちの前記第２極性の円偏光を通過させるとともに前記第１極性の円偏光を反射し、前記青色波長の光のうちの前記第１極性の円偏光を通過させるとともに前記第２極性の円偏光を反射するフィルタを更に備え、
前記光学デバイスは、ホログラフィックコンバイナであって、
前記光学デバイスは、
前記赤色波長を含む第１波長範囲の前記第１極性の円偏光を回折する第１ホログラフィック回折層と、
前記緑色波長を含む第２波長範囲の前記第２極性の円偏光を回折する第２ホログラフィック回折層と、
前記青色波長を含む第３波長範囲の前記第１極性の円偏光を回折する第３ホログラフィック回折層と、
を備える、請求項９に記載の網膜投影装置。
（【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】
本開示は、網膜投影装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ユーザの網膜に映像を直接投影する網膜投影装置が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許出願公開第２０１９／０３６１２５０号明細書
特開２０２１－５０７２号公報
国際公開第２０１９／１４６３６７号
【非特許文献】
【０００４】
Jianghao Xiong，Shin-Tson Wu，“Planar liquid crystal polarization optics for augmented reality andvirtual reality: from fundamentals to applications”，eLight1，Article number:3，2021
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１～３に記載の網膜投影装置では、ユーザが目を動かした場合に、映像を正しく認識できないおそれがある。本技術分野においては、映像全体を正しく認識可能な目の可動範囲（アイボックス）を拡張することが望まれている。
【０００６】
本開示は、アイボックスを拡張可能な網膜投影装置を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一側面に係る網膜投影装置は、レーザ光を出射するレーザモジュール、レーザ光を平行なビームに変換するコリメーションレンズ、及びビームによる走査を行うための可動ミラーを含むプロジェクタモジュールと、プロジェクタモジュールから出射されたビームを集束位置において集束させる投影レンズと、集束位置と重なるように配置され、ビームの進行方向を変更する偏向素子を含む光学ユニットと、ビームを平行光に変換してユーザの網膜に照射する光学デバイスと、ユーザの瞳孔の位置に応じて、偏向素子によるビームの進行方向を調整するコントローラと、を備える。
【０００８】
この網膜投影装置においては、偏向素子を含む光学ユニットが集束位置と重なるように配置され、ユーザの瞳孔の位置に応じて、偏向素子によるビームの進行方向が調整される。この構成によれば、ユーザが目を動かしたとしても、ユーザの瞳孔の動きに追従してビームの進行方向が変更され得る。偏向素子は集束位置の近傍に配置されるので、ビームの進行方向が変更されること（偏向）に起因する球面収差が低減される。したがって、網膜上での結像の品質が維持されるので、ユーザは映像を正しく認識することが可能となる。その結果、アイボックスを拡張することが可能となる。
【０００９】
いくつかの実施形態において、上記網膜投影装置は、レーザモジュールと偏向素子との間に設けられ、直線偏光を円偏光に変換する第１波長板を更に備えてもよい。偏向素子は、印加される電圧に応じて、円偏光の偏光状態を保存する状態と円偏光を逆の極性の円偏光に変換する状態とを切替可能な１又は複数の第２波長板と、円偏光を逆の極性の円偏光に変換するとともに、入射する円偏光の極性に応じた回折方向に当該円偏光を回折する１又は複数のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ位相光学素子と、を備えてもよい。１又は複数の第２波長板と１又は複数のＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ位相光学素子とは、１つずつ交互に配列されて配列体を成していてもよい。この構成によれば、第２波長板を円偏光の偏光状態を保存する状態と円偏光を逆の極性の円偏光に変換する状態との間で切り替えることで、第２波長板を通過する円偏光の極性（偏光状態）を切り替えることができる。円偏光の極性に応じて、当該第２波長板の後段に設けられたＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ位相光学素子における回折方向が決定される。したがって、第２波長板に印加される電圧によって、ビームの進行方向を変更することが可能となる。
【００１０】
いくつかの実施形態において、偏向素子は、円偏光の極性を保存しながら円偏光を反射する反射体を更に備えてもよい。反射体は、配列体の一端に設けられていてもよい。この場合、配列体を通過したビームが反射体によって反射されて、配列体を通過する。したがって、偏向素子によって変更可能な進行方向の数を増やすことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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