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公開番号2025033318
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023138960
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】色収差による迷光を低減すること。
【解決手段】網膜投影装置1は、ビームの光路を切り替え可能な光学ユニット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コンバイナ5と、赤色波長の光のうちの左円偏光を通過させるとともに右円偏光を反射し、緑色波長の光のうちの右円偏光を通過させるとともに左円偏光を反射し、青色波長の光のうちの左円偏光を通過させるとともに右円偏光を反射するノッチフィルタ83と、ユーザの瞳孔PPの位置に応じて光学ユニット4を制御するコントローラ10と、を備え、コンバイナ5は、赤色波長を含む第1波長範囲の左円偏光を散乱するホログラフィック回折層56と、緑色波長を含む第2波長範囲の右円偏光を散乱するホログラフィック回折層55と、青色波長を含む第3波長範囲の左円偏光を散乱するホログラフィック回折層54と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
赤色波長を有する赤色成分、緑色波長を有する緑色成分、及び青色波長を有する青色成分を含む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、並びに、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、
前記ビームの光路を切り替え可能な切替部と、
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コンバイナと、
前記プロジェクタモジュールと前記コンバイナとの間に設けられ、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ノッチフィルタと、
前記ユーザの瞳孔の位置に応じて、前記ビームが前記瞳孔を通過するように前記切替部を制御するコントローラと、
を備え、
前記コンバイナは、
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、網膜投影装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第１ホログラフィック回折層は、前記赤色波長に対応する螺旋ピッチを有する螺旋構造であって、前記第１極性の円偏光を反射する捩じれ方向に捩じれる螺旋構造を有するコレステリック液晶ポリマー層から構成され、
前記第２ホログラフィック回折層は、前記緑色波長に対応する螺旋ピッチを有する螺旋構造であって、前記第２極性の円偏光を反射する捩じれ方向に捩じれる螺旋構造を有するコレステリック液晶ポリマー層から構成され、
前記第３ホログラフィック回折層は、前記青色波長に対応する螺旋ピッチを有する螺旋構造であって、前記第１極性の円偏光を反射する捩じれ方向に捩じれる螺旋構造を有するコレステリック液晶ポリマー層から構成される、請求項１に記載の網膜投影装置。
【請求項３】
前記ノッチフィルタは、
前記赤色波長に対応する螺旋ピッチを有する螺旋構造であって、前記第２極性の円偏光を反射する捩じれ方向に捩じれる螺旋構造を有する第１コレステリック液晶ポリマー層から構成された第１フィルタと、
前記緑色波長に対応する螺旋ピッチを有する螺旋構造であって、前記第１極性の円偏光を反射する捩じれ方向に捩じれる螺旋構造を有する第２コレステリック液晶ポリマー層から構成された第２フィルタと、
前記青色波長に対応する螺旋ピッチを有する螺旋構造であって、前記第２極性の円偏光を反射する捩じれ方向に捩じれる螺旋構造を有する第３コレステリック液晶ポリマー層から構成された第３フィルタと、
を備える、請求項１又は請求項２に記載の網膜投影装置。
【請求項４】
前記ノッチフィルタによって反射された光を減衰させる減光フィルタを更に備える、請求項１又は請求項２に記載の網膜投影装置。
【請求項５】
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を更に備え、
前記切替部は、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、請求項１又は請求項２に記載の網膜投影装置。
【請求項６】
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いる、請求項５に記載の網膜投影装置。
【請求項７】
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６に記載の網膜投影装置。
【請求項８】
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６に記載の網膜投影装置。
【請求項９】
前記切替部と前記コンバイナとの間に設けられ、前記ビームを集束する集束部を更に備える、請求項５に記載の網膜投影装置。
【請求項１０】
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 2,400 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。例えば、コンバイナとしてホログラフィックコンバイナが用いられる場合、アイボックスを拡張するためには、ホログラフィックコンバイナに入射するビームの入射角の許容範囲を広げる必要がある。入射角の許容範囲が大きい広帯域な素子を用いると、波長の許容範囲が広がるので、色収差による迷光が生じるおそれがある。
【０００６】
本開示は、色収差による迷光を低減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、赤色波長を有する赤色成分、緑色波長を有する緑色成分、及び青色波長を有する青色成分を含む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、並びに、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、ビームの光路を切り替え可能な切替部と、ビームを平行光に変換してユーザの網膜に照射するコンバイナと、プロジェクタモジュールとコンバイナとの間に設けられ、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第１極性とは異なる第２極性の円偏光を反射し、緑色波長の光のうちの第２極性の円偏光を通過させるとともに第１極性の円偏光を反射し、青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第２極性の円偏光を反射するノッチフィルタと、ユーザの瞳孔の位置に応じて、ビームが瞳孔を通過するように切替部を制御するコントローラと、を備える。コンバイナは、赤色波長を含む第１波長範囲の第１極性の円偏光を散乱する第１ホログラフィック回折層と、緑色波長を含む第２波長範囲の第２極性の円偏光を散乱する第２ホログラフィック回折層と、青色波長を含む第３波長範囲の第１極性の円偏光を散乱する第３ホログラフィック回折層と、を備える。
【０００８】
この網膜投影装置においては、プロジェクタモジュールとコンバイナとの間に設けられたノッチフィルタによって、赤色波長の光のうちの第１極性の円偏光が抽出され、緑色波長の光のうちの第２極性の円偏光が抽出され、青色波長の光のうちの第１極性の円偏光が抽出され、赤色波長を有する第１極性の円偏光、緑色波長を有する第２極性の円偏光、及び青色波長を有する第１極性の円偏光がコンバイナに入射する。第１ホログラフィック回折層は第１極性の円偏光を散乱するので、第１ホログラフィック回折層の波長の許容範囲が広がったとしても、赤色波長に近い緑色波長を有する第２極性の円偏光は散乱され難い。同様に、第２ホログラフィック回折層は第２極性の円偏光を散乱するので、第２ホログラフィック回折層の波長の許容範囲が広がったとしても、緑色波長に近い赤色波長を有する第１極性の円偏光及び緑色波長に近い青色波長を有する第１極性の円偏光は散乱され難い。同様に、第３ホログラフィック回折層は第１極性の円偏光を散乱するので、第３ホログラフィック回折層の波長の許容範囲が広がったとしても、青色波長に近い緑色波長を有する第２極性の円偏光は散乱され難い。その結果、色収差による迷光を低減することが可能となる。
【０００９】
いくつかの実施形態において、第１ホログラフィック回折層は、赤色波長に対応する螺旋ピッチを有する螺旋構造であって、第１極性の円偏光を反射する捩じれ方向に捩じれる螺旋構造を有するコレステリック液晶ポリマー層から構成されてもよい。第２ホログラフィック回折層は、緑色波長に対応する螺旋ピッチを有する螺旋構造であって、第２極性の円偏光を反射する捩じれ方向に捩じれる螺旋構造を有するコレステリック液晶ポリマー層から構成されてもよい。第３ホログラフィック回折層は、青色波長に対応する螺旋ピッチを有する螺旋構造であって、第１極性の円偏光を反射する捩じれ方向に捩じれる螺旋構造を有するコレステリック液晶ポリマー層から構成されてもよい。
【００１０】
円偏光の電界ベクトルの回転によって生じる、ある時刻での、光の進行方向を軸とする電界ベクトルの捩じれ構造の捩じれ方向とコレステリック液晶ポリマー層の液晶分子の配向方向の捩じれ構造の捩じれ方向とが一致し、入射光がある条件を満たせば、Ｂｒａｇｇ反射を起こし入射光は回折反射される。一方で、上記の捩じれ方向が互いに逆であれば、Ｂｒａｇｇ反射を起こさないで入射光は透過する。第１ホログラフィック回折層が赤色波長の第１極性の円偏光を反射するように構成され、第２ホログラフィック回折層が緑色波長の第２極性の円偏光を反射するように構成され、第３ホログラフィック回折層が青色波長の第１極性の円偏光を反射するように構成される。したがって、コンバイナの上記機能を実現することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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