特開 2024-94887 網膜投影装置及びニアアイウェアラブル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024094887

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】網膜投影装置及びニアアイウェアラブル装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20240703BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20240703BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B5/18

H04N5/64 511A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022211779

(22)【出願日】2022-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(72)【発明者】

【氏名】水野 友人

(72)【発明者】

【氏名】福澤 英明

(72)【発明者】

【氏名】林 杰曙

【テーマコード（参考）】

2H199

2H249

【Ｆターム（参考）】

2H199CA04

2H199CA05

2H199CA06

2H199CA29

2H199CA32

2H199CA42

2H199CA45

2H199CA68

2H199CA81

2H199CA96

2H249AA07

2H249AA13

2H249AA50

2H249AA60

2H249AA64

2H249AA69

(57)【要約】

【課題】アイボックスを拡張すること。
【解決手段】網膜投影装置は、レーザ光を出射する光源ユニット２１及びレーザ光Ｌｓ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２７と、可動ミラー２３を経由したレーザ光Ｌｓを反射して、ニアアイウェアラブル装置を装着するユーザの網膜ＲＥに反射光Ｌｒを照射することで、網膜ＲＥに映像を投影する反射体と、ユーザの瞳孔ＰＰの位置に応じて、反射体のうちのレーザ光Ｌｓを照射する照射範囲を決定し、レーザ光Ｌｓが照射範囲に照射されるようにプロジェクタモジュール２７を制御するコントローラと、を備え、反射体は、レンズ３の内面３ａに沿って設けられた複数の単位領域を含み、各単位領域は、当該単位領域の位置に応じた反射角でレーザ光Ｌｓを反射するように構成されたナノ構造体であり、照射範囲は、複数の単位領域のうちの一部である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ニアアイウェアラブル装置に搭載される網膜投影装置であって、
レーザ光を出射する光源及び前記レーザ光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、
前記可動ミラーを経由した前記レーザ光を反射して、前記ニアアイウェアラブル装置を装着するユーザの網膜に反射光を照射することで、前記網膜に映像を投影する反射体と、
前記ユーザの瞳孔の位置に応じて、前記反射体のうちの前記レーザ光を照射する照射範囲を決定し、前記レーザ光が前記照射範囲に照射されるように前記プロジェクタモジュールを制御するコントローラと、
を備え、
前記反射体は、前記ニアアイウェアラブル装置のレンズのうち、前記ユーザの眼球と向かい合う面に沿って設けられた複数の単位領域を含み、
前記複数の単位領域のそれぞれは、当該単位領域に前記可動ミラーを経由した前記レーザ光が入射した時に前記単位領域が設けられている位置に応じた反射角で前記レーザ光を反射するように構成されたナノ構造体であり、
前記照射範囲は、前記複数の単位領域のうちの一部である、網膜投影装置。

【請求項2】

前記コントローラは、前記瞳孔が第１位置に位置する場合に、第１照射範囲を前記照射範囲として決定し、前記瞳孔が前記第１位置とは異なる第２位置に位置する場合に、第２照射範囲を前記照射範囲として決定し、
前記第１照射範囲と前記第２照射範囲とは、部分的に重なっている、請求項１に記載の網膜投影装置。

【請求項3】

前記反射体は、複数の区画に分割されており、
前記コントローラは、前記複数の区画のうちのいずれかを前記照射範囲として決定する、請求項１に記載の網膜投影装置。

【請求項4】

前記プロジェクタモジュールを移動させるための移動機構を更に備え、
前記コントローラは、前記瞳孔の位置に応じて、前記移動機構に前記プロジェクタモジュールを移動させる、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の網膜投影装置。

【請求項5】

前記レーザ光は、前記網膜に映像を投影するための第１成分と、前記瞳孔の位置を検出するための第２成分と、を含み、
前記複数の単位領域は、前記第１成分用の単位領域と前記第２成分用の単位領域とを含む、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の網膜投影装置。

【請求項6】

前記複数の単位領域のそれぞれは、前記面と交差する第１方向において、第１金属層、誘電体層、及び第２金属層を順に含む積層体であり、
前記第２金属層は、前記第１方向と交差する第２方向に配列された複数の金属体を含む、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の網膜投影装置。

【請求項7】

前記複数の単位領域のそれぞれは、前記第２方向において、前記反射角に応じた長さを有し、
前記複数の金属体のそれぞれの大きさは、前記単位領域の前記第２方向における第１端から第２端に向かって前記反射光の位相変化量が直線的に増加又は減少するように設定されている、請求項６に記載の網膜投影装置。

【請求項8】

請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の網膜投影装置と、
前記レンズと、
を備える、ニアアイウェアラブル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、網膜投影装置及びニアアイウェアラブル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スマートグラスなどのニアアイウェアラブル装置が知られている。例えば、特許文献１には、テンプルに設けられた画像源と、画像源からの光を方向転換するミラーと、ユーザの鼻の近傍に設けられた二次ミラーと、ユーザの目の前に設けられたコンバイナと、を備えるニアアイディスプレイアセンブリが開示されている。特許文献２には、画像源と、画像源に光学的に結合されたナノ構造面を含むコンバイナと、を備え、コンバイナのナノ構造面に画像情報が形成されることによって、ユーザの視野内に画像情報を運ぶニアアイディスプレイアセンブリが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１９／０３６９４０１号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２０１８／０１１３３１０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１及び特許文献２に記載のニアアイディスプレイアセンブリでは、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。

【0005】

本開示は、アイボックスを拡張可能な網膜投影装置及びニアアイウェアラブル装置を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一側面に係る網膜投影装置は、ニアアイウェアラブル装置に搭載される装置である。この網膜投影装置は、レーザ光を出射する光源及びレーザ光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、可動ミラーを経由したレーザ光を反射して、ニアアイウェアラブル装置を装着するユーザの網膜に反射光を照射することで、網膜に映像を投影する反射体と、ユーザの瞳孔の位置に応じて、反射体のうちのレーザ光を照射する照射範囲を決定し、レーザ光が照射範囲に照射されるようにプロジェクタモジュールを制御するコントローラと、を備える。反射体は、ニアアイウェアラブル装置のレンズのユーザの眼球と向かい合う面に沿って設けられた複数の単位領域を含む。複数の単位領域のそれぞれは、当該単位領域に可動ミラーを経由したレーザ光が入射した時に単位領域が設けられている位置に応じた反射角でレーザ光を反射するように構成されたナノ構造体である。照射範囲は、複数の単位領域のうちの一部である。

【0007】

この網膜投影装置では、ニアアイウェアラブル装置のレンズのうち、ユーザの眼球と向かい合う面に沿って複数の単位領域が設けられており、ユーザの瞳孔の位置に応じて、複数の単位領域のうちの一部が照射範囲として決定され、レーザ光が照射範囲に照射されるようにプロジェクタモジュールが制御される。したがって、ユーザが目を動かしたとしても、ユーザの網膜に反射光が照射され得るので、ユーザは映像を正しく認識することが可能となる。以上のように、アイボックスを拡張することが可能となる。

【0008】

いくつかの実施形態において、コントローラは、瞳孔が第１位置に位置する場合に、第１照射範囲を照射範囲として決定してもよく、瞳孔が第１位置とは異なる第２位置に位置する場合に、第２照射範囲を照射範囲として決定してもよい。第１照射範囲と第２照射範囲とは、部分的に重なっていてもよい。この場合、第１照射範囲と第２照射範囲とが重なっている部分に含まれる単位領域を第１照射範囲及び第２照射範囲のいずれにも活用することができる。

【0009】

いくつかの実施形態において、反射体は、複数の区画に分割されていてもよく、コントローラは、複数の区画のうちのいずれかを照射範囲として決定してもよい。この場合、瞳孔の位置に応じて、いずれかの区画を照射範囲として決定すればよいので、コントローラによるプロジェクタモジュールの制御を簡易化することができる。

【0010】

いくつかの実施形態において、網膜投影装置は、プロジェクタモジュールを移動させるための移動機構を更に備えてもよい。コントローラは、瞳孔の位置に応じて、移動機構にプロジェクタモジュールを移動させてもよい。可動ミラーを制御するだけでは、レーザ光を照射できる範囲には限界がある。この問題に対し、プロジェクタモジュールを移動させることによって、レーザ光を照射可能な範囲を広げることが可能となる。

【0011】

いくつかの実施形態において、レーザ光は、網膜に映像を投影するための第１成分と、瞳孔の位置を検出するための第２成分と、を含んでもよい。複数の単位領域は、第１成分用の単位領域と第２成分用の単位領域とを含んでもよい。この場合、瞳孔の位置を検出するための別の光源を設ける必要が無いので、網膜投影装置を小型化することが可能となる。

【0012】

いくつかの実施形態において、複数の単位領域のそれぞれは、上記面と交差する第１方向において、第１金属層、誘電体層、及び第２金属層を順に含む積層体であってもよい。第２金属層は、第１方向と交差する第２方向に配列された複数の金属体を含んでもよい。この構成によれば、各単位領域では、第１方向において第１金属層の上に誘電体層を介して第２金属層が設けられ、第２金属層では第２方向において複数の金属体が配列されているので、各単位領域は、反射ミラーとして機能し得る。したがって、各金属体の大きさを調整することにより、反射角を制御することができる。

【0013】

いくつかの実施形態において、複数の単位領域のそれぞれは、第２方向において、反射角に応じた長さを有してもよい。複数の金属体のそれぞれの大きさは、単位領域の第２方向における第１端から第２端に向かって反射光の位相変化量が直線的に増加又は減少するように設定されてもよい。この場合、第２方向における位置と反射光の位相変化量との関係を示す関数の傾きを波数ベクトルとして有する平面波が生じる。これにより、単位領域の第２方向における長さによって反射角を調整することが可能となる。

【0014】

本開示の別の側面に係るニアアイウェアラブル装置は、上記網膜投影装置と、レンズと、を備える。このニアアイウェアラブル装置においても、アイボックスを拡張することが可能となる。

【発明の効果】

【0015】

本開示の各側面及び各実施形態によれば、アイボックスを拡張することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、一実施形態に係る網膜投影装置を含むニアアイウェアラブル装置の外観を示す斜視図である。

【図2】図２は、図１に示される網膜投影装置を概略的に示す構成図である。

【図3】図３は、図１に示される網膜投影装置の動作原理を説明するための図である。

【図4】図４は、図２に示される反射体を拡大して示す図である。

【図5】図５は、図４に示される単位領域の一例を概略的に示す平面図である。

【図6】図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。

【図7】図７は、単位領域のＸ軸方向における位置での反射光の位相変化量を示す図である。

【図8】図８は、青色の波長に対する、単位領域のＸ軸方向における長さごとの入射角と反射角との関係を示す図である。

【図9】図９は、緑色の波長に対する、単位領域のＸ軸方向における長さごとの入射角と反射角との関係を示す図である。

【図10】図１０は、赤色の波長に対する、単位領域のＸ軸方向における長さごとの入射角と反射角との関係を示す図である。

【図11】図１１は、近赤外線の波長に対する、単位領域のＸ軸方向における長さごとの入射角と反射角との関係を示す図である。

【図12】図１２は、金属体の長さと反射波の位相変化量との関係を示す図である。

【図13】図１３は、図４に示される単位領域の別の例を概略的に示す平面図である。

【図14】図１４は、図４に示される単位領域の更に別の例を概略的に示す平面図である。

【図15】図１５は、図４に示される単位領域の更に別の例を概略的に示す平面図である。

【図16】図１６は、図４に示される単位領域の更に別の例を概略的に示す平面図である。

【図17】図１７は、図４に示される単位領域の更に別の例を概略的に示す平面図である。

【図18】図１８は、瞳孔の位置に応じた照射範囲の決定方法の一例を説明するための図である。

【図19】図１９は、瞳孔の位置に応じた照射範囲の決定方法の別の例を説明するための図である。

【図20】図２０は、図１に示される網膜投影装置の変形例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。なお、図面の説明において同一要素には同一符号が付され、重複する説明は省略される。各図には、ＸＹＺ座標系が示される場合がある。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向（第２方向）及びＺ軸方向（第１方向）と交差（例えば、直交）する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と交差（例えば、直交）する方向である。

【0018】

図１を参照しながら、一実施形態に係る網膜投影装置を含むニアアイウェアラブル装置を説明する。図１は、一実施形態に係る網膜投影装置を含むニアアイウェアラブル装置の外観を示す斜視図である。図１に示されるニアアイウェアラブル装置１は、現実世界の視界に映像を重ね合わせる装置である。ニアアイウェアラブル装置１は、例えば、頭部装着型の装置（ヘッドマウント装置）であり、眼鏡型、ゴーグル型、帽子型、及びヘルメット型などの形態をとり得る。ニアアイウェアラブル装置１の例としては、ＡＲ（Augmented Reality）グラス及びＭＲ（Mixed Reality）グラスなどのスマートグラスが挙げられる。ニアアイウェアラブル装置１は、フレーム２と、レンズ３と、網膜投影装置１０と、を含む。

【0019】

フレーム２は、一対のリム２ａと、ブリッジ２ｂと、一対のテンプル２ｃと、を含む。リム２ａは、レンズ３を保持する部分である。ブリッジ２ｂは、一対のリム２ａを連結する部分である。テンプル２ｃは、リム２ａから延び、ユーザの耳に掛けられる部分である。フレーム２は、リムレスのフレームであってもよい。レンズ３は、ニアアイウェアラブル装置１を装着しているユーザの眼球Ｅ（図３参照）と向かい合う内面３ａ（図２参照）を有する。

【0020】

網膜投影装置１０は、ニアアイウェアラブル装置１を装着しているユーザの網膜ＲＥ（図３参照）に映像を直接投影（描画）する装置である。網膜投影装置１０は、ニアアイウェアラブル装置１に搭載されている。本実施形態では、左右両方の網膜に映像を投影するために、ニアアイウェアラブル装置１は、２つの網膜投影装置１０を含むが、いずれか一方の網膜投影装置１０のみを含んでもよい。

【0021】

次に、図２～図４を参照しながら、網膜投影装置１０を詳細に説明する。図２は、図１に示される網膜投影装置を概略的に示す構成図である。図３は、図１に示される網膜投影装置の動作原理を説明するための図である。図４は、図２に示される反射体を拡大して示す図である。図２に示されるように、網膜投影装置１０は、光学エンジン２０と、反射体３０と、を含む。

【0022】

光学エンジン２０は、網膜ＲＥに投影する映像の画素に対応した色及び強度のレーザ光Ｌｓを生成し、レーザ光Ｌｓを反射体３０に出射する装置である。光学エンジン２０は、各テンプル２ｃに搭載されている。光学エンジン２０は、光源ユニット２１（光源）と、光学部品２２と、可動ミラー２３と、レーザドライバ２４と、ミラードライバ２５と、コントローラ２６と、を含む。

【0023】

光源ユニット２１は、レーザ光を出射する。光源ユニット２１としては、例えば、フルカラーレーザモジュールが用いられる。光源ユニット２１は、赤色レーザダイオードと、緑色レーザダイオードと、青色レーザダイオードと、近赤外線レーザダイオードと、各レーザダイオードから出射されるレーザ光を１つのレーザ光に合波する合波部とを含む。光源ユニット２１は、合波されたレーザ光を出射する。

【0024】

合波されたレーザ光は、赤色の波長を有する成分（赤色成分）、緑色の波長を有する成分（緑色成分）、青色の波長を有する成分（青色成分）、及び近赤外線の波長を有する成分（近赤外線成分）を含む。赤色成分、緑色成分、及び青色成分は、網膜に映像を投影するための成分（第１成分）である。近赤外線成分は、瞳孔の位置を検出するための成分（第２成分）である。なお、瞳孔の位置は、眼球における瞳孔の位置であり、瞳孔の向き又は視線の向きとも表現され得る。光源ユニット２１は、網膜ＲＥに投影する映像の画素に対応した色及び強度のレーザ光を出射する。

【0025】

光学部品２２は、光源ユニット２１から出射されたレーザ光を光学的に処理する部品である。本実施形態では、光学部品２２は、コリメータレンズ２２ａと、スリット２２ｂと、減光フィルタ２２ｃと、を含む。コリメータレンズ２２ａ、スリット２２ｂ、及び減光フィルタ２２ｃは、レーザ光の光路に沿ってその順に配列されている。光学部品２２は、他の構成を有してもよい。

【0026】

可動ミラー２３は、レーザ光Ｌｓによる走査を行うための部材である。可動ミラー２３は、光学部品２２によって処理されたレーザ光の出射方向に設けられる。可動ミラー２３は、例えば、レンズ３の横方向（Ｘ軸方向）に延びる軸回り及びレンズ３の縦方向（Ｙ軸方向）に延びる軸回りに揺動可能に構成され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に角度を変えてレーザ光を反射する。可動ミラー２３としては、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーが用いられる。

【0027】

レーザドライバ２４は、光源ユニット２１を駆動する駆動回路である。レーザドライバ２４は、例えば、レーザ光の光パワー及び光源ユニット２１の温度に基づき、光源ユニット２１を駆動する。ミラードライバ２５は、可動ミラー２３を駆動する駆動回路である。ミラードライバ２５は、可動ミラー２３を所定の角度範囲及びタイミングで揺動させる。

【0028】

コントローラ２６は、光学エンジン２０を統括制御する装置である。コントローラ２６は、レーザドライバ２４及びミラードライバ２５を制御する。コントローラ２６は、ユーザの瞳孔ＰＰの位置に応じて照射範囲を決定し、レーザ光Ｌｓが照射範囲に照射されるようにプロジェクタモジュール２７を制御する。照射範囲は、反射体３０のうちのレーザ光Ｌｓを照射する範囲である。プロジェクタモジュール２７は、光源ユニット２１、光学部品２２、及び可動ミラー２３を含むモジュールである。瞳孔ＰＰの位置に応じた制御方法については後述する。

【0029】

反射体３０は、可動ミラー２３を経由したレーザ光Ｌｓを反射して、ニアアイウェアラブル装置１を装着するユーザの網膜ＲＥに反射光Ｌｒを照射することで、網膜ＲＥに映像を投影する部材である。反射体３０には映像は表示されない。図４に示されるように、反射体３０は、複数の単位領域３１を含む。複数の単位領域３１は、レンズ３の内面３ａに沿って設けられている。複数の単位領域３１は、レンズ３の横方向（Ｘ軸方向）と縦方向（Ｙ軸方向）とに２次元アレイ状に配列されている。

【0030】

複数の単位領域３１は、赤色成分用の単位領域３１（第１成分用の単位領域）と、緑色成分用の単位領域３１（第１成分用の単位領域）と、青色成分用の単位領域３１（第１成分用の単位領域）と、近赤外線成分用の単位領域３１（第２成分用の単位領域）と、を含む。Ｘ軸方向において、１つの赤色成分用の単位領域３１、１つの緑色成分用の単位領域３１、及び１つの青色成分用の単位領域３１を含む組と、１つの近赤外線成分用の単位領域３１とが交互に配列されている。

【0031】

Ｙ軸方向において同じ位置に配置されており、かつ、Ｘ軸方向に配列されている複数の組においては、赤色成分用の単位領域３１、緑色成分用の単位領域３１、及び青色成分用の単位領域３１の配列順は同じである。Ｙ軸方向において互いに隣り合う２つの組においては、上記配列順は異なっている。Ｘ軸方向において同じ位置に配置されている複数の近赤外線成分用の単位領域３１は、Ｙ軸方向に直線状に配列されている。

【0032】

反射体３０に含まれている複数の単位領域３１のうちの一部が、照射範囲として用いられる。例えば、図３に示されるように、ユーザの瞳孔ＰＰが正面を向いている場合には、Ｘ軸方向において位置Ｐｆａから位置Ｐｆｃに設けられている単位領域３１が、照射範囲として用いられる。位置Ｐｆａに設けられている単位領域３１によって反射されるレーザ光Ｌｓは、映像の右端の画素に対応する。位置Ｐｆｂは、位置Ｐｆａと位置Ｐｆｃとの中間に位置し、位置Ｐｆｂに設けられている単位領域３１によって反射されるレーザ光Ｌｓは、映像の中央の画素に対応する。位置Ｐｆｃに設けられている単位領域３１によって反射されるレーザ光Ｌｓは、映像の左端の画素に対応する。

【0033】

ユーザの瞳孔ＰＰが右を向いている場合には、Ｘ軸方向において位置Ｐｒａから位置Ｐｒｃに設けられている単位領域３１が、照射範囲として用いられる。位置Ｐｒａに設けられている単位領域３１によって反射されるレーザ光Ｌｓは、映像の右端の画素に対応する。位置Ｐｒｂは、位置Ｐｒａと位置Ｐｒｃとの中間に位置し、位置Ｐｒｂに設けられている単位領域３１によって反射されるレーザ光Ｌｓは、映像の中央の画素に対応する。位置Ｐｒｃに設けられている単位領域３１によって反射されるレーザ光Ｌｓは、映像の左端の画素に対応する。

【0034】

ユーザの瞳孔ＰＰが左を向いている場合には、Ｘ軸方向において位置Ｐｌａから位置Ｐｌｃに設けられている単位領域３１が、照射範囲として用いられる。位置Ｐｌａに設けられている単位領域３１によって反射されるレーザ光Ｌｓは、映像の右端の画素に対応する。位置Ｐｌｂは、位置Ｐｌａと位置Ｐｌｃとの中間に位置し、位置Ｐｌｂに設けられている単位領域３１によって反射されるレーザ光Ｌｓは、映像の中央の画素に対応する。位置Ｐｌｃに設けられている単位領域３１によって反射されるレーザ光Ｌｓは、映像の左端の画素に対応する。

【0035】

各単位領域３１は、当該単位領域３１にレーザ光Ｌｓが入射した時に、単位領域３１が設けられている位置に応じた反射角θ_ｒ（図６参照）でレーザ光Ｌｓを反射するように構成されたナノ構造体である。各単位領域３１によって反射されるレーザ光Ｌｓ（反射光Ｌｒ）が瞳孔ＰＰの中心を通過するように、各単位領域３１の反射角θ_ｒは設定される。したがって、入射角θ_ｉ及び反射角θ_ｒは、単位領域３１が設けられている位置によって定まる。単位領域３１が設けられている位置に応じた入射角θ_ｉ及び反射角θ_ｒが得られるように、単位領域３１は構成されている。

【0036】

例えば、位置Ｐｆａに設けられている単位領域３１では、３０°の入射角θ_ｉでレーザ光Ｌｓが入射し、５°の反射角θ_ｒでレーザ光Ｌｓが反射されて反射光Ｌｒとして出射される。位置Ｐｆｂに設けられている単位領域３１では、４０°の入射角θ_ｉでレーザ光Ｌｓが入射し、－５°の反射角θ_ｒでレーザ光Ｌｓが反射されて反射光Ｌｒとして出射される。位置Ｐｆｃに設けられている単位領域３１では、５０°の入射角θ_ｉでレーザ光Ｌｓが入射し、－１０°の反射角θ_ｒでレーザ光Ｌｓが反射されて反射光Ｌｒとして出射される。

【0037】

ここで、入射角θ_ｉは、レーザ光Ｌｓが照射される面の法線とレーザ光Ｌｓの入射方向とが成す角度である。反射角θ_ｒは、レーザ光Ｌｓが照射される面の法線と反射光Ｌｒの出射方向とが成す角度である。レーザ光Ｌｓと反射光Ｌｒとを含む平面において、法線を境界として入射光（レーザ光Ｌｓ）とは反対側に反射光Ｌｒが出射される場合に、反射角θ_ｒは正の値で表され、法線を境界として入射光（レーザ光Ｌｓ）と同じ側に反射光Ｌｒが出射される場合に、反射角θ_ｒは負の値で表される。

【0038】

次に、図５及び図６を参照しながら、単位領域３１の構成を説明する。図５は、図４に示される単位領域の一例を概略的に示す平面図である。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。図５及び図６に示されるように、各単位領域３１は、Ｚ軸方向において、金属層４１（第１金属層）、誘電体層４２、及び金属層４３（第２金属層）を順に含む積層体４０である。単位領域３１のＹ軸方向における長さＬｙは、例えば、３００ｎｍ程度である。単位領域３１のＸ軸方向における長さＬｘは、反射角θ_ｒに応じて決定される。長さＬｘの決定方法については後述する。

【0039】

金属層４１は、ベースとなる層である。金属層４１は、レンズ３の内面３ａ上に設けられる。金属層４１は、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、及びニッケル（Ｎｉ）からなる組から選択された少なくとも１つの元素を含む金属で構成される。金属層４１のＺ軸方向における長さ（厚さｄ１）は、金属層４１が共鳴電流を流すことができ、かつ、光を反射可能となる長さであればよく、例えば、１ｎｍ～１０００ｎｍである。

【0040】

誘電体層４２は、スペーサとして機能する層である。誘電体層４２は、金属層４１上に設けられる。誘電体層４２は、金属層４１と金属層４３とによる電磁気作用を阻害しない程度の誘電率を有する。誘電体層４２は、高い反射特性を実現するために、誘電率の高い材料で構成されてもよい。誘電体層４２は、例えば、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ_２）、チタン酸化物（例えば、ＴｉＯ_２）、マグネシウム酸化物（例えば、ＭｇＯ）、及びアルミニウム酸化物（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３）からなる組から選択された１つの化合物で構成される。誘電体層４２のＺ軸方向における長さ（厚さｄ２）は、例えば、１ｎｍ～１０００ｎｍである。

【0041】

金属層４３は、金属層４１とともに電磁気的な共鳴を励起する層である。金属層４３は、誘電体層４２上に設けられる。金属層４３は、金属層４１と同様に、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、及びニッケル（Ｎｉ）からなる組から選択された少なくとも１つの元素を含む金属で構成される。

【0042】

金属層４３は、Ｘ軸方向に配列された複数の金属体４４を含む。各金属体４４のＺ軸方向における長さ（厚さｄ３）は、例えば、１ｎｍ～１０００ｎｍである。各金属体４４のＸ軸方向における長さ（幅Ｗｍ）は、１００ｎｍ程度である。各金属体４４のＹ軸方向における長さＬｍは、反射角θ_ｒに応じて決定される。長さＬｍの決定方法については後述する。Ｘ軸方向に互いに隣り合う２つの金属体４４の間隔Ｄｓは、反射光の波面が連続的となるように設定される。間隔Ｄｓは、２つの金属体４４が接触しない大きさであればよく、例えば、入射光（レーザ光Ｌｓ）の波長の半分以下に設定される。間隔Ｄｓは、例えば、２０ｎｍ程度である。複数の金属体４４は、例えば、フォトリソグラフィによって形成される。

【0043】

次に、図７～図１７を更に参照しながら、長さＬｘ及び長さＬｍの決定方法を説明する。図７は、単位領域のＸ軸方向における位置での反射光の位相変化量を示す図である。図８は、青色の波長に対する、単位領域のＸ軸方向における長さごとの入射角と反射角との関係を示す図である。図９は、緑色の波長に対する、単位領域のＸ軸方向における長さごとの入射角と反射角との関係を示す図である。図１０は、赤色の波長に対する、単位領域のＸ軸方向における長さごとの入射角と反射角との関係を示す図である。図１１は、近赤外線の波長に対する、単位領域のＸ軸方向における長さごとの入射角と反射角との関係を示す図である。図１２は、金属体の長さと反射波の位相変化量との関係を示す図である。図１３～図１７は、図４に示される単位領域の例を概略的に示す平面図である。

【0044】

上述のように、複数の金属体４４によって反射ミラーが形成されている。図５及び図７に示されるように、複数の金属体４４の長さＬｍは、単位領域３１のＸ軸方向における一端３１ａ（第１端）から他端３１ｂ（第２端）に向かって、金属体４４による反射光Ｌｒの位相変化量φが直線的に増加又は減少するように設定されている。反射光Ｌｒの位相変化量φとは、金属体４４の大きさを変化させた際の反射光Ｌｒの位相変化量である。なお、本実施形態では、Ｘ軸方向に互いに隣り合う２つの金属体４４が１つの組を構成しており、同一の組に含まれる２つの金属体４４の長さＬｍは等しい。各組の金属体４４は異なる位相変化量φでレーザ光を反射するので、反射光間の干渉により、波面が形成される。すなわち、Ｘ軸方向における位置ｘと位相変化量φとの関係を示す関数φ（ｘ）の傾きを波数ベクトルΦとして有する平面波が生じる。

【0045】

ここで、スネルの法則は、一般化すると、レーザ光Ｌｓの波数ベクトルｋ_０、入射角θ_ｉ、反射角θ_ｒ、及び波数ベクトルΦを用いて式（１）で表される。

【数1】

【0046】

波数ベクトルｋ_０は、レーザ光Ｌｓの波長λを用いて、２π／λで表される。波数ベクトルΦは、長さＬｘを用いて、２π／Ｌｘで表される。これらの関係を用いて式（１）を変形することによって、式（２）が得られる。

【数2】

【0047】

式（２）に、単位領域３１に対応するレーザ光Ｌｓの色成分の波長と、単位領域３１が設けられている位置に応じたレーザ光Ｌｓの入射角θ_ｉ及び反射角θ_ｒと、を代入することによって、単位領域３１の長さＬｘが求められる。

【0048】

例えば、レーザ光Ｌｓに含まれる青色成分の波長λが４３０ｎｍであるとすると、式（２）から、図８に示される各長さＬｘにおける入射角θ_ｉと反射角θ_ｒとの関係が得られる。位置Ｐｆａに設けられている単位領域３１では、３０°の入射角θ_ｉでレーザ光Ｌｓが入射し、５°の反射角θ_ｒでレーザ光Ｌｓが反射されて反射光Ｌｒとして出射される。したがって、位置Ｐｆａに設けられている青色成分用の単位領域３１の長さＬｘは－０．００１０ｍｍ（＝－１．０μｍ）に決定される。ここで、長さＬｘは、一端３１ａから他端３１ｂに向かって金属体４４の長さＬｍが増加している場合に正の値で表され、一端３１ａから他端３１ｂに向かって金属体４４の長さＬｍが減少している場合に負の値で表される。

【0049】

同様に、位置Ｐｆｂに設けられている単位領域３１では、４０°の入射角θ_ｉでレーザ光Ｌｓが入射し、－５°の反射角θ_ｒでレーザ光Ｌｓが反射されて反射光Ｌｒとして出射される。したがって、位置Ｐｆｂに設けられている青色成分用の単位領域３１の長さＬｘは－０．０００６ｍｍ（＝－０．６μｍ）に決定される。位置Ｐｆｃに設けられている単位領域３１では、５０°の入射角θ_ｉでレーザ光Ｌｓが入射し、－１０°の反射角θ_ｒでレーザ光Ｌｓが反射されて反射光Ｌｒとして出射される。したがって、位置Ｐｆｃに設けられている青色成分用の単位領域３１の長さＬｘは－０．０００４ｍｍ（＝－０．４μｍ）に決定される。

【0050】

レーザ光Ｌｓに含まれる緑色成分の波長λが５３０ｎｍであるとすると、式（２）から、図９に示される各長さＬｘにおける入射角θ_ｉと反射角θ_ｒとの関係が得られる。位置Ｐｆａに設けられている単位領域３１では、３０°の入射角θ_ｉでレーザ光Ｌｓが入射し、５°の反射角θ_ｒでレーザ光Ｌｓが反射されて反射光Ｌｒとして出射される。したがって、位置Ｐｆａに設けられている緑色成分用の単位領域３１の長さＬｘは－０．００１２ｍｍ（＝－１．２μｍ）に決定される。同様にして、位置Ｐｆｂに設けられている緑色成分用の単位領域３１の長さＬｘは－０．０００７ｍｍ（＝－０．７μｍ）に決定される。位置Ｐｆｃに設けられている緑色成分用の単位領域３１の長さＬｘは－０．０００６ｍｍ（＝－０．６μｍ）に決定される。

【0051】

レーザ光Ｌｓに含まれる赤色成分の波長λが７５０ｎｍであるとすると、式（２）から、図１０に示される各長さＬｘにおける入射角θ_ｉと反射角θ_ｒとの関係が得られる。したがって、位置Ｐｆａに設けられている赤色成分用の単位領域３１の長さＬｘは－０．００２０ｍｍ（＝－２．０μｍ）に決定される。位置Ｐｆｂに設けられている赤色成分用の単位領域３１の長さＬｘは－０．００１０ｍｍ（＝－１．０μｍ）に決定される。位置Ｐｆｃに設けられている赤色成分用の単位領域３１の長さＬｘは－０．０００８ｍｍ（＝－０．８μｍ）に決定される。

【0052】

レーザ光Ｌｓに含まれる近赤外線成分の波長λが８５０ｎｍであるとすると、式（２）から、図１１に示される各長さＬｘにおける入射角θ_ｉと反射角θ_ｒとの関係が得られる。位置Ｐｆａに設けられている近赤外線成分用の単位領域３１の長さＬｘは－０．００２０ｍｍ（＝－２．０μｍ）に決定される。位置Ｐｆｂに設けられている近赤外線成分用の単位領域３１の長さＬｘは－０．００１２ｍｍ（＝－１．２μｍ）に決定される。位置Ｐｆｃに設けられている近赤外線成分用の単位領域３１の長さＬｘは－０．０００９ｍｍ（＝－０．９μｍ）に決定される。

【0053】

続いて、単位領域３１に含まれる各金属体４４の長さＬｍが決定される。１つの単位領域３１では、一端３１ａから他端３１ｂにわたって位相変化量φが直線的に（１次関数的に）変化し、かつ、一端３１ａから他端３１ｂまでで位相変化量φが３６０°（２πラジアン）変化するという条件が満たされる必要がある。したがって、長さＬｘが正の値である場合には、上記条件を満たし、かつ、一端３１ａから他端３１ｂに向かって長さＬｍが増加するように、各金属体４４の長さＬｍが決定される。長さＬｘが負の値である場合には、上記条件を満たし、かつ、一端３１ａから他端３１ｂに向かって長さＬｍが減少するように、各金属体４４の長さＬｍが決定される。

【0054】

例えば、幅Ｗｍを固定値として、長さＬｍと位相変化量φとの関係が計算又は実験などによって予め求められる。幅Ｗｍが１００ｎｍであるとすると図１２に示される関係が得られる。具体的には、金属層４１及び金属体４４の構成材料として金（Ａｕ）が用いられ、誘電体層４２の構成材料として二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）が用いられ、厚さｄ１が２００ｎｍ、厚さｄ２が５０ｎｍ、厚さｄ３が４０ｎｍ、幅Ｗｍが１００ｎｍである場合に、異なる長さＬｍを有する金属体４４単体の位相変化量φを求めることによって、図１１に示される関係が得られる。

【0055】

例えば、４０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４（以下、「金属体４４Ａ」と称する。）では位相変化量φは０°であり、１００ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４（以下、「金属体４４Ｂ」と称する。）では位相変化量φは５０°であり、１３０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４（以下、「金属体４４Ｃ」と称する。）では位相変化量φは１４０°であり、１５０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４（以下、「金属体４４Ｄ」と称する。）では位相変化量φは２００°であり、２５０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４（以下、「金属体４４Ｅ」と称する。）では位相変化量φは３００°である。

【0056】

上記条件を満たすように、長さＬｘに応じて上記金属体４４の中からいくつかの金属体４４を選択し、選択された金属体４４をＸ軸方向に配列することによって、単位領域３１に含まれる金属体４４の数及び長さＬｍが決定されてもよい。同じ長さＬｍを有する２つの金属体４４を組として、複数の組がＸ軸方向に配列されてもよい。例えば、図７に示されるように、長さＬｘが１２００ｎｍである場合には、Ｘ軸方向において、一端３１ａから他端３１ｂに向けて、金属体４４Ａ、金属体４４Ａ、金属体４４Ｂ、金属体４４Ｂ、金属体４４Ｃ、金属体４４Ｃ、金属体４４Ｄ、金属体４４Ｄ、金属体４４Ｅ、及び金属体４４Ｅが２０ｎｍの間隔Ｄｓで順に配列される。

【0057】

図１３に示されるように、長さＬｘが７２０ｎｍである場合には、Ｘ軸方向において、一端３１ａから他端３１ｂに向けて、金属体４４Ａ、金属体４４Ａ、金属体４４Ｃ、金属体４４Ｃ、金属体４４Ｄ、及び金属体４４Ｄが２０ｎｍの間隔Ｄｓで順に配列される。図１４に示されるように、長さＬｘが４８０ｎｍである場合には、Ｘ軸方向において、一端３１ａから他端３１ｂに向けて、金属体４４Ａ、金属体４４Ａ、金属体４４Ｄ、及び金属体４４Ｄが２０ｎｍの間隔Ｄｓで順に配列される。

【0058】

同じ長さＬｍを有する２つの金属体４４の組がＸ軸方向に配列される構成に代えて、互いに異なる長さＬｍを有する金属体４４が１つずつＸ軸方向に配列されてもよい。例えば、図１５に示されるように、長さＬｘが１２００ｎｍである場合には、Ｘ軸方向において、一端３１ａから他端３１ｂに向けて、４０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、７５ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、１００ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、１１２ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、１３０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、１３７ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、１５０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、２００ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、２５０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、及び２６３ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４が２０ｎｍの間隔Ｄｓで順に配列される。

【0059】

図１６に示されるように、長さＬｘが７２０ｎｍである場合には、Ｘ軸方向において、一端３１ａから他端３１ｂに向けて、４０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、１１０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、１３０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、１４０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、１５０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、及び２５０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４が２０ｎｍの間隔Ｄｓで順に配列される。図１７に示されるように、長さＬｘが４８０ｎｍである場合には、Ｘ軸方向において、一端３１ａから他端３１ｂに向けて、４０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、１１８ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、１５０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４、及び２１５ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４が２０ｎｍの間隔Ｄｓで順に配列される。

【0060】

このように、互いに異なる長さＬｍを有する金属体４４を１つずつＸ軸方向に配列することにより、関数φ（ｘ）が直線に近づくので、反射光の波面が平面に近づく。

【0061】

なお、Ｘ軸方向における位置及びＹ軸方向における位置に応じて、入射角θ_ｉと反射角θ_ｒとの組み合わせが決定される。上述の例では、Ｘ軸方向において異なる位置に設けられる単位領域３１の構造を説明したが、Ｙ軸方向において異なる位置に設けられる単位領域３１も同様に、その位置に対応する入射角θ_ｉと反射角θ_ｒとの組み合わせを実現可能な構造を有する。

【0062】

次に、図２、図３及び図１８を参照しながら、網膜投影装置１０の動作を説明する。図１８は、瞳孔の位置に応じた照射範囲の決定方法の一例を説明するための図である。網膜投影装置１０が起動したときには、まず、瞳孔ＰＰの位置が検出される。図２及び図３に示されるように、コントローラ２６は、レーザドライバ２４を制御して瞳孔ＰＰの位置を検出するためのレーザ光を光源ユニット２１に出射させるとともに、ミラードライバ２５を制御してレーザ光Ｌｓで反射体３０の全体を走査するように可動ミラー２３を揺動させる。これにより、レーザ光が光源ユニット２１から出射され、光学部品２２を通過して可動ミラー２３によって反射される。可動ミラー２３によって反射されたレーザ光は、レーザ光Ｌｓとして反射体３０に出射される。そして、レーザ光Ｌｓが、反射体３０によって反射され、反射光Ｌｒとして眼球Ｅに向けて照射される。

【0063】

レーザ光Ｌｓ（反射光Ｌｒ）はアイトラッキング用の近赤外線成分を含んでおり、この近赤外線成分が眼球Ｅによって反射される。眼球Ｅのうち、瞳孔ＰＰ以外に反射光Ｌｒが照射された場合には、眼球Ｅの表面で反射光Ｌｒは反射され、往路と同じ経路を通って光学エンジン２０に戻る。一方、瞳孔ＰＰに反射光Ｌｒが照射された場合には、反射光Ｌｒは瞳孔ＰＰを通って網膜ＲＥで反射され、往路と同じ経路を通って光学エンジン２０に戻る。コントローラ２６は、レーザ光（近赤外線成分）の反射時間（Time of Flight）を計測し、反射時間に基づいて瞳孔ＰＰの位置を検出する。反射時間は、レーザ光（近赤外線成分）が光源ユニット２１から出射されてから光学エンジン２０（光源ユニット２１）に戻るまでの時間である。

【0064】

反射体３０における照射位置に応じて、光源ユニット２１から眼球Ｅまでの光路長は異なるが、反射体３０を走査している際に反射光Ｌｒが眼球Ｅの表面に照射されている間は、光路長は連続的に変化する。レーザ光が瞳孔ＰＰに照射されると、眼球Ｅの表面ではなく網膜ＲＥで反射されるので、眼球Ｅの直径の２倍だけ光路長が長くなる。したがって、コントローラ２６は、例えば、ある照射位置での反射時間から１つ前の照射位置での反射時間を減算することによって得られる変化量の絶対値が所定の閾値を超える場合に、上記２つの照射位置の間に瞳孔ＰＰの周縁が存在すると判定する。コントローラ２６は、上記変化量が正の値であれば、現在の照射位置は瞳孔ＰＰに含まれており、上記変化量が負の値であれば、現在の照射位置は瞳孔ＰＰの外であると判定する。

【0065】

コントローラ２６は、上記変化量の絶対値が閾値以下である場合に、上記２つの照射位置の間に瞳孔ＰＰの周縁は存在しないと判定する。このようにして、コントローラ２６は、瞳孔ＰＰの位置（周縁）を検出する。そして、コントローラ２６は、瞳孔ＰＰの位置に応じて、反射体３０からレーザ光Ｌｓの照射範囲を決定する。

【0066】

続いて、コントローラ２６は、網膜ＲＥに投影する映像の画素に対応した色及び強度のレーザ光を光源ユニット２１に出射させるようにレーザドライバ２４を制御するとともに、レーザ光Ｌｓが反射体３０の照射範囲に照射されるように可動ミラー２３を制御する。例えば、瞳孔ＰＰが正面を向いており、照射範囲Ｒ１（第１照射範囲）が用いられるとする。これにより、網膜ＲＥに投影する映像の画素に対応した色及び強度のレーザ光が光源ユニット２１から出射され、光学部品２２を通過して可動ミラー２３によって反射される。可動ミラー２３によって反射されたレーザ光は、レーザ光Ｌｓとして反射体３０に出射される。そして、レーザ光Ｌｓが、反射体３０によって反射され、反射光Ｌｒとして網膜ＲＥに照射される。

【0067】

レーザ光が出射されている間、コントローラ２６は、近赤外線成分の反射時間を計測している。反射光Ｌｒが眼球Ｅのうち瞳孔ＰＰから外れた位置に照射されると、反射光Ｌｒが瞳孔ＰＰに照射されている場合と比較して、反射時間が短くなる。したがって、コントローラ２６は、例えば、ある照射位置の１つ前の照射位置での反射時間から当該照射位置での反射時間を減算することによって得られる変化量が所定の閾値を超える場合に、反射光Ｌｒが瞳孔ＰＰから外れたと判定し、上記変化量が閾値以下である場合に瞳孔ＰＰから外れていないと判定する。反射光Ｌｒが瞳孔ＰＰから外れていないと判定されると、コントローラ２６は、レーザ光Ｌｓの照射範囲を照射範囲Ｒ１に維持する。

【0068】

一方、レーザ光が瞳孔ＰＰから外れたと判定されると、コントローラ２６は、網膜投影装置１０の起動時と同様にして、瞳孔ＰＰの位置を検出する。そして、コントローラ２６は、瞳孔ＰＰの位置に応じて、反射体３０からレーザ光Ｌｓの照射範囲を決定する。ここでは、コントローラ２６は、レーザ光Ｌｓの照射範囲を照射範囲Ｒ１から照射範囲Ｒ２（第２照射範囲）に変更したとする。照射範囲Ｒ２は、照射範囲Ｒ１と部分的に重なっている。このとき、コントローラ２６は、照射範囲Ｒ２にレーザ光Ｌｓを照射可能となるように、ミラードライバ２５を制御して、可動ミラー２３の揺動範囲を調整する。

【0069】

そして、コントローラ２６は、ミラードライバ２５を制御して照射範囲Ｒ２をレーザ光Ｌｓで走査するように可動ミラー２３を揺動させる。コントローラ２６は、映像の投影を行う間、以上の処理を繰り返す。

【0070】

コントローラ２６は、レーザ光Ｌｓの照射範囲を拡張又は縮小してもよい。例えば、ユーザが照射範囲を拡張するための操作を行うことによって、コントローラ２６に拡張指令が出力される。コントローラ２６は、拡張指令を受信したことに応じて、レーザ光Ｌｓの照射範囲を拡張する。例えば、コントローラ２６は、レーザ光Ｌｓの照射範囲を照射範囲Ｒ１から照射範囲Ｒ３に変更する。同様に、ユーザが照射範囲を縮小するための操作を行うことによって、コントローラ２６に縮小指令が出力される。コントローラ２６は、縮小指令を受信したことに応じて、レーザ光Ｌｓの照射範囲を縮小する。映像の内容に応じてレーザ光Ｌｓの照射範囲が拡張又は縮小されてもよい。映像の解像度に応じてレーザ光Ｌｓの照射範囲が拡張又は縮小されてもよい。

【0071】

次に、ニアアイウェアラブル装置１の製造方法を説明する。まず、レンズ３が準備され、レンズ３が真空成膜装置にセットされる。そして、レンズ３の内面３ａ上の所望の領域に金属層４１が形成される。具体的には、ＤＣ(Direct Current)スパッタリングなどの手法を用いて、真空成膜により金属層４１が形成される。金属層４１の形成には、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、及びニッケル（Ｎｉ）からなる組から選択されるいずれかの金属、又は、上記組から選択される少なくとも１つの元素を含む金属合金で構成される金属材料が用いられる。金属層４１は、例えば、１ｎｍ～１０００ｎｍの膜厚で形成される。金属材料として金が用いられる場合には、金属層４１の膜厚は、例えば、２００ｎｍである。

【0072】

続いて、金属層４１上に誘電体層４２が形成される。具体的には、ＲＦ（Radio Frequency）スパッタリングなどの手法を用いて、真空成膜により誘電体層４２が形成される。誘電体層４２の形成には、半導体プロセスで形成可能な二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）などの誘電体材料が用いられる。誘電体層４２は、例えば、１ｎｍ～１０００ｎｍの膜厚で形成される。誘電体材料として二酸化ケイ素が用いられる場合には、誘電体層４２の膜厚は、例えば、４０ｎｍである。

【0073】

続いて、誘電体層４２上に金属層４３のもととなる金属層（以下、「最表面の金属層」と称する。）が形成される。最表面の金属層の形成方法は、金属層４１と同様であるので、詳細な説明を省略する。最表面の金属層は、例えば、１ｎｍ～１０００ｎｍの膜厚で形成される。金属材料として金が用いられる場合には、最表面の金属層の膜厚は、例えば、５０ｎｍである。

【0074】

続いて、フォトリソグラフィプロセス及びエッチングプロセスによって、金属層４３（複数の金属体４４）が形成される。具体的には、スピンコータなどを用いて最表面の金属層上に液状レジストを塗布し、塗布された液状レジストを乾燥させることにより、レジスト膜（フォトレジスト）が形成される。そして、ＫｒＦ露光機及び電子線描画装置などの露光装置を用いて、レジスト膜に、金属体４４に相当するパターンが転写される。そして、現像機を用いて、レジスト膜に転写されたパターンが現像される。そして、イオンミリング法により、最表面の金属層のうちのパターンで覆われていない部分が除去され、その後、レジスト膜が除去される。これにより、金属層４３が形成される。各金属体４４の幅Ｗｍ及び長さＬｍは、例えば、１０ｎｍ～１０００ｎｍである。以上により、レンズ３の内面３ａに反射体３０が形成される。

【0075】

続いて、光学エンジン２０が搭載されたフレーム２が準備され、フレーム２のリム２ａに、反射体３０が形成されたレンズ３が装着される。以上により、ニアアイウェアラブル装置１が製造される。

【0076】

反射体３０（積層体４０）は、レンズ３の内面３ａに直接形成されなくてもよい。例えば、サファイア基板又はフレキシブルシートなどの基材に反射体３０が形成されてもよい。基材に反射体３０を形成する方法は、レンズ３に反射体３０を形成する方法と同じである。この場合、基材には、複数の反射体３０が形成されてもよい。そして、基材を切断することによって、１つの反射体３０を含む部分が得られる。そして、当該部分の基材をレンズ３の内面３ａの所定の領域に貼り付けることにより、レンズ３の内面３ａに反射体３０が形成される。

【0077】

以上説明したニアアイウェアラブル装置１及び網膜投影装置１０においては、レンズ３の内面３ａに沿って複数の単位領域３１が設けられており、ユーザの瞳孔ＰＰの位置に応じて、複数の単位領域３１のうちの一部が照射範囲として決定され、レーザ光Ｌｓが照射範囲に照射されるようにプロジェクタモジュール２７が制御される。したがって、ユーザが目を動かしたとしても、ユーザの網膜ＲＥに反射光Ｌｒが照射され得るので、ユーザは映像を正しく認識することが可能となる。以上のように、アイボックスを拡張することが可能となる。

【0078】

コントローラ２６は、瞳孔ＰＰが正面を向いている場合（瞳孔ＰＰが第１位置に位置する場合）に、照射範囲Ｒ１を照射範囲として決定し、瞳孔ＰＰが第１位置とは異なる第２位置に位置する場合に、照射範囲Ｒ２を照射範囲として決定する。照射範囲Ｒ１と照射範囲Ｒ２とは、部分的に重なっている。この場合、照射範囲Ｒ１と照射範囲Ｒ２とが重なっている部分に含まれる単位領域３１を照射範囲Ｒ１及び照射範囲Ｒ２のいずれにも活用することができる。照射範囲の設定の自由度を向上させることができるので、瞳孔ＰＰの位置により適した照射範囲を設定することが可能となる。

【0079】

レーザ光Ｌｓは、網膜ＲＥに映像を投影するための赤色成分、緑色成分、及び青色成分と、瞳孔ＰＰの位置を検出するための近赤外線成分と、を含む。式（２）に示されるように、単位領域３１にレーザ光Ｌｓが照射された場合の反射角θ_ｒは、レーザ光Ｌｓの波長によって変動する。これに対し、網膜投影装置１０では、レーザ光Ｌｓに含まれる異なる波長成分ごとに単位領域３１が設けられるので、レーザ光Ｌｓを所望の反射角θ_ｒで反射することが可能となる。さらに、瞳孔ＰＰの位置を検出するための別の光源を設ける必要が無いので、網膜投影装置１０を小型化することが可能となる。

【0080】

網膜投影（網膜描画）においては、反射体３０には映像は表示されないので、ユーザはレンズ３上の反射体３０に目の焦点を合わせる必要が無い。さらに、ニアアイウェアラブル装置１及び網膜投影装置１０においては、反射体３０を構成する各単位領域３１がナノ構造体である。したがって、レンズ３上の反射体３０が設けられる領域が広くなったとしても、ユーザの視界が制限される可能性を低減することができる。

【0081】

各単位領域３１では、Ｚ軸方向において金属層４１の上に誘電体層４２を介して金属層４３が設けられ、金属層４３ではＸ軸方向において複数の金属体４４が配列されている。このため、各単位領域３１は、反射ミラーとして機能し得る。したがって、各金属体４４の大きさを調整することにより、単位領域３１における反射角θ_ｒを制御することができる。

【0082】

具体的には、各金属体４４の大きさは、単位領域３１の一端３１ａから他端３１ｂに向かって反射光Ｌｒの位相変化量φが直線的に増加又は減少するように設定されている。このため、Ｘ軸方向における位置ｘと反射光Ｌｒの位相変化量φとの関係を示す関数φ（ｘ）の傾きを波数ベクトルΦとして有する平面波が生じる。この場合、上記式（１）及び式（２）が満たされるので、単位領域３１の長さＬｘによって反射角θ_ｒを調整することが可能となる。

【0083】

コントローラ２６は、可動ミラー２３の揺動範囲を調整することで、レーザ光Ｌｓの照射範囲にレーザ光Ｌｓを照射している。この構成によれば、プロジェクタモジュール２７を移動するための機構が不要であるので、網膜投影装置１０を小型化することが可能となる。

【0084】

なお、本開示に係る網膜投影装置及びニアアイウェアラブル装置は上記実施形態に限定されない。

【0085】

上記実施形態では、各金属体４４の幅Ｗｍを固定し、長さＬｍを変更することによって、位相変化量φが調整されるが、幅Ｗｍ及び長さＬｍの両方を変更することによって位相変化量φが調整されてもよい。例えば、幅Ｗｍ及び長さＬｍ以外のパラメータは、すべての金属体４４で同じ値に設定されており、図１２に示される関係と同様に、幅Ｗｍ及び長さＬｍの組み合わせと位相変化量φとの関係が計算又は実験などによって予め求められる。そして、一端３１ａから他端３１ｂにわたって位相変化量φが直線的に（１次関数的に）変化し、かつ、一端３１ａから他端３１ｂまでで位相変化量φが３６０°（２πラジアン）変化するという条件を満たすように、単位領域３１に含まれる各金属体４４の幅Ｗｍ及び長さＬｍが決定される。

【0086】

例えば、５つの金属体４４で直線的に３６０°の位相変化量を得る場合には、１００ｎｍの幅Ｗｍ及び１００ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４と、２５０ｎｍの幅Ｗｍ及び２５０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４と、３００ｎｍの幅Ｗｍ及び３００ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４と、３５０ｎｍの幅Ｗｍ及び３５０ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４と、４００ｎｍの幅Ｗｍ及び４００ｎｍの長さＬｍを有する金属体４４と、がＸ軸方向に順に配列されてもよい。

【0087】

各単位領域３１は、レーザ光Ｌｓが入射した時に当該単位領域３１が設けられている位置に応じた反射角θ_ｒでレーザ光Ｌｓを反射するように構成されていればよく、積層体４０（ナノ構造体）でなくてもよい。

【0088】

網膜投影装置１０は、光源ユニット２１とは別にアイトラッキング用の光源を含んでもよい。この場合、光源ユニット２１は、近赤外線成分を含まないレーザ光を出射してもよく、複数の単位領域３１は、近赤外線成分用の単位領域３１を含まなくてもよい。

【0089】

図１９に示されるように、反射体３０は、複数の区画に分割されていてもよい。図１９に示される例では、反射体３０は、４つの区画（区画３０ａ、区画３０ｂ、区画３０ｃ及び区画３０ｄ）に分割されている。この場合、コントローラ２６は、複数の区画のうちのいずれかをレーザ光Ｌｓの照射範囲として決定してもよい。具体的には、コントローラ２６は、上記実施形態と同様にして瞳孔ＰＰの位置を検出し、複数の区画のうち、瞳孔ＰＰの位置に反射光Ｌｒを照射可能な区画をレーザ光Ｌｓの照射範囲として決定する。この変形例では、瞳孔ＰＰの位置に応じて、いずれかの区画を照射範囲として決定すればよいので、コントローラ２６によるプロジェクタモジュール２７の制御を簡易化することができる。

【0090】

プロジェクタモジュール２７は、レーザドライバ２４、ミラードライバ２５、及びコントローラ２６の少なくともいずれかを更に含んでもよい。

【0091】

図２０に示されるように、光学エンジン２０は、プロジェクタモジュール２７を移動させるための移動機構２８を含んでもよい。移動機構２８は、例えば、プロジェクタモジュール２７をＸ軸方向に移動させる。本変形例では、移動機構２８は、ガイドレール２８ａと、ステージ２８ｂと、を含む。

【0092】

ガイドレール２８ａは、Ｘ軸方向に沿って直線状に延びている。ガイドレール２８ａは、ステージ２８ｂの移動経路を規定する。ステージ２８ｂは、プロジェクタモジュール２７をＸ軸方向に移動可能に支持する部材である。ステージ２８ｂは、ガイドレール２８ａに沿って移動する。ステージ２８ｂは、例えば、リニアアクチュエータによって駆動される。ステージ２８ｂには、光源ユニット２１及び光学部品２２が固定されている。ステージ２８ｂには、可動ミラー２３がＸ軸方向及びＹ軸方向に揺動可能に取り付けられている。ステージ２８ｂの位置によらず、光源ユニット２１、光学部品２２、及び可動ミラー２３の相対的な位置関係は固定されている。ステージ２８ｂには、レーザドライバ２４、ミラードライバ２５、及びコントローラ２６の少なくともいずれかが更に搭載されてもよい。

【0093】

コントローラ２６は、瞳孔ＰＰの位置に応じて、移動機構２８にプロジェクタモジュール２７を移動させる。例えば、瞳孔ＰＰが正面を向いている場合（瞳孔ＰＰがアイボックスの左右方向における中心に位置する場合）には、ステージ２８ｂが位置ＰＡｆに位置するように、コントローラ２６は、移動機構２８を制御する。瞳孔ＰＰが右を向いている場合（瞳孔ＰＰがアイボックスの右端に位置する場合）には、ステージ２８ｂが位置ＰＡｒに位置するように、コントローラ２６は、移動機構２８を制御する。瞳孔ＰＰが左を向いている場合（瞳孔ＰＰがアイボックスの左端に位置する場合）には、ステージ２８ｂが位置ＰＡｌに位置するように、コントローラ２６は、移動機構２８を制御する。

【0094】

可動ミラー２３を制御するだけでは、レーザ光Ｌｓを照射できる範囲には限界がある。この問題に対し、上記変形例では、コントローラ２６が移動機構２８を制御することによって、瞳孔ＰＰの位置に応じた位置にプロジェクタモジュール２７（光源ユニット２１、光学部品２２、及び可動ミラー２３）が移動される。これにより、レーザ光Ｌｓを照射可能な範囲を広げることが可能となる。

【0095】

（付記）
［条項１］
ニアアイウェアラブル装置に搭載される網膜投影装置であって、
レーザ光を出射する光源及び前記レーザ光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、
前記可動ミラーを経由した前記レーザ光を反射して、前記ニアアイウェアラブル装置を装着するユーザの網膜に反射光を照射することで、前記網膜に映像を投影する反射体と、
前記ユーザの瞳孔の位置に応じて、前記反射体のうちの前記レーザ光を照射する照射範囲を決定し、前記レーザ光が前記照射範囲に照射されるように前記プロジェクタモジュールを制御するコントローラと、
を備え、
前記反射体は、前記ニアアイウェアラブル装置のレンズのうち、前記ユーザの眼球と向かい合う面に沿って設けられた複数の単位領域を含み、
前記複数の単位領域のそれぞれは、当該単位領域に前記可動ミラーを経由した前記レーザ光が入射した時に前記単位領域が設けられている位置に応じた反射角で前記レーザ光を反射するように構成されたナノ構造体であり、
前記照射範囲は、前記複数の単位領域のうちの一部である、網膜投影装置。

【0096】

［条項２］
前記コントローラは、前記瞳孔が第１位置に位置する場合に、第１照射範囲を前記照射範囲として決定し、前記瞳孔が前記第１位置とは異なる第２位置に位置する場合に、第２照射範囲を前記照射範囲として決定し、
前記第１照射範囲と前記第２照射範囲とは、部分的に重なっている、条項１に記載の網膜投影装置。

【0097】

［条項３］
前記反射体は、複数の区画に分割されており、
前記コントローラは、前記複数の区画のうちのいずれかを前記照射範囲として決定する、条項１に記載の網膜投影装置。

【0098】

［条項４］
前記プロジェクタモジュールを移動させるための移動機構を更に備え、
前記コントローラは、前記瞳孔の位置に応じて、前記移動機構に前記プロジェクタモジュールを移動させる、条項１～条項３のいずれか一項に記載の網膜投影装置。

【0099】

［条項５］
前記レーザ光は、前記網膜に映像を投影するための第１成分と、前記瞳孔の位置を検出するための第２成分と、を含み、
前記複数の単位領域は、前記第１成分用の単位領域と前記第２成分用の単位領域とを含む、条項１～条項４のいずれか一項に記載の網膜投影装置。

【0100】

［条項６］
前記複数の単位領域のそれぞれは、前記面と交差する第１方向において、第１金属層、誘電体層、及び第２金属層を順に含む積層体であり、
前記第２金属層は、前記第１方向と交差する第２方向に配列された複数の金属体を含む、条項１～条項５のいずれか一項に記載の網膜投影装置。

【0101】

［条項７］
前記複数の単位領域のそれぞれは、前記第２方向において、前記反射角に応じた長さを有し、
前記複数の金属体のそれぞれの大きさは、前記単位領域の前記第２方向における第１端から第２端に向かって前記反射光の位相変化量が直線的に増加又は減少するように設定されている、条項６に記載の網膜投影装置。

【0102】

［条項８］
条項１～条項７のいずれか一項に記載の網膜投影装置と、
前記レンズと、
を備える、ニアアイウェアラブル装置。

【符号の説明】

【0103】

１…ニアアイウェアラブル装置、３…レンズ、３ａ…内面（面）、１０…網膜投影装置、２１…光源ユニット（光源）、２３…可動ミラー、２６…コントローラ、２７…プロジェクタモジュール、２８…移動機構、３０…反射体、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…区画、３１…単位領域、３１ａ…一端（第１端）、３１ｂ…他端（第２端）、４０…積層体、４１…金属層（第１金属層）、４２…誘電体層、４３…金属層（第２金属層）、４４，４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅ…金属体、Ｅ…眼球、ＰＰ…瞳孔、Ｒ１…照射範囲（第１照射範囲）、Ｒ２…照射範囲（第２照射範囲）、Ｒ３…照射範囲、ＲＥ…網膜。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】