投影模块和包括其的视网膜投影显示装置的制作方法

本发明涉及投影模块和包括其的视网膜投影显示装置。

背景技术：

1、ar(augmented reality：增强现实)眼镜、vr(virtual reality：虚拟现实)眼镜作为小型的可穿戴图像显示器件而被期待。在这样的器件中，发出全彩色的可见光的发光模块是用于描绘高品质的图像的中心元件之一。在这样的器件中，发光模块例如独立地高速地调制表现可见光的rgb这3种颜色各自的强度，以期望的颜色表现图像。

2、作为这样的发光模块中的rgb三色的光强度的调制方法，在专利文献1中公开了通过利用电流控制各色的激光芯片的出射强度来出射彩色的图像的方法。另外，在引用文献2中公开了如下方法：利用光纤将激光引导至具有波导的调制器，该波导形成于具有电光效应的基板，利用调制器独立地调制rgb这3种颜色各自的强度。

3、在ar眼镜、vr眼镜这样的可穿戴图像显示器件中，发光模块以在通常的眼镜型的尺寸中收纳各功能的方式小型化成为对于普及的关键。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：日本特开2021-86976号公报

7、专利文献2：日本专利第6728596号公报

8、专利文献3：日本特开2009-130988号公报

9、专利文献4：日本专利2012-170270号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、在引用文献1所公开的发光元件中，通过电流直接控制激光的出射强度，但在电流控制中，为了确保出射强度的稳定性，需要以比阈值电流高某一定以上的电流值为中心进行电流控制。因此，存在消耗电力大、其降低困难这样的问题。

3、另外，在专利文献2中公开了一种光调制器，其使用以具有电光效应的铌酸锂、钽酸锂、锆钛酸铅镧、磷酸钛酸钾、聚噻吩、液晶材料、各种诱发聚合物为材料的基板，在该基板上设置有光波导。其中，作为优选的方式，公开了特别是使用铌酸锂的单晶或固溶体晶体，将其一部分通过质子交换法或ti扩散法改质的部分作为光波导的方式。然而，改质后的波导部分(芯)区域的尺寸由质子、ti侵入、扩散的距离规定，所以难以减小光波导的直径。因此，光波导自身的大小不得不变大，另外，由于光波导的直径大而调制电压的电场难以集中，为了调制而需要施加大的电压，或者为了以较小的电压进行动作而需要延长施加电压的电极，所以元件的尺寸变大。

4、另外，在图22(a)所示那样的、将对块状铌酸锂的单晶b1的一部分进行了改质的部分b1-a作为光波导的调制器中，仅在块状铌酸锂单晶中稍微添加ti而形成折射率差δn，所以改质后的波导部分(芯)与未改质的部分(包层)的折射率差小。因此，由于光波导弯曲而产生的弯曲损失大，不能高曲率地弯曲光波导。难以减小元件的尺寸。另外，对于装载于ar眼镜等头戴式显示器的调制光源，例如要求收敛于眼镜的弦的尺寸的尺寸，但在引用文献2那样的块晶体型的光调制器中，难以制作小型化到该尺寸的光调制器。

5、相对于将对铌酸锂单晶b1的一部分进行了改质的部分b1-a作为光波导的调制器，在图22(b)所示那样的将对在蓝宝石等基板上外延生长的单晶铌酸锂膜f进行加工而得到的凸部fridge作为光波导的调制器的情况下，从原本该凸型部分与ti扩散光波导相比尺寸小、凸部的周围全部相当于包层因此如果适当地选择周围的材料则能够增大折射率差δn、将光波导弯曲成曲线状时的光损失与块状铌酸锂单晶相比小等理由出发，适合小型化。

6、另外，在引用文献2的图7中公开了一种光学模块100，其将光源部311和调制器30作为构成单位而模块化，不直接调制光源部311，而能够出射通过调制器30进行了外部调制的光。如引用文献2所公开的光学模块100那样，在将红色(r)、绿色(g)、蓝色(g)的激光从调制器30输出后进行合波的结构的光模块用作光学引擎的构成要素的情况下，如后面所述，光学系统变大，所以难以使作为光学引擎的尺寸小型化。

7、图23(a)表示作为图像显示器件中代表性图像显示方式的透过型的方法。

8、在该方式中，在透过型的半透半反镜上投射影像，观察者通过观看位于半透半反镜的前方的虚拟屏幕来识别显示图像。

9、与此相对，在图23(b)所示的视网膜投影方式中，通过向视网膜直接投影影像来识别显示图像。由于能够在肉眼看到的景色上重叠从光源投影的影像，所以能够进行ar显示。在该方式中，来自光源的光在瞳孔内暂时会聚后投影到视网膜上，所以与晶状体的厚度无关地在视网膜上成像。这样的观察方法被称为麦克斯韦观察，不使用眼球的晶状体的调节功能。能够加深景深。即，具有能够在对焦于背景的同时视觉辨认所投影的影像而不会模糊的优点。另一方面，存在如下问题：当瞳孔移动时，光被遮挡(发生“渐晕”)，显示图像容易变得不可见，并且眼格范围(瞳孔中心可以移动多少这样的范围)窄。

10、本发明是鉴于上述技术问题而完成的，其目的在于，提供一种能够装载于ar眼镜、vr眼镜等的小型且抑制了由瞳孔位置的变化引起的瞳孔的渐晕的视野角宽的视网膜投影显示装置和用于该视网膜投影显示装置的投影模块。

11、解决问题的技术手段

12、本发明为了解决上述技术问题，提供以下的技术手段。

13、本发明的第1方式的投影模块，是能够在视网膜投影显示装置中使用且能够通过移动机构移动的投影模块，包括：具有多个激光芯片的激光模块；使来自所述激光模块的光成为平行光线的准直透镜；和改变来自所述准直透镜的光的方向进行扫描的光扫描器件，所述激光模块、所述准直透镜和所述光扫描器件之间的相对位置被固定。

14、在上述方式的投影模块中，也可以是，所述激光模块具有对从所述多个激光芯片出射的光进行合波的光合波电路，从所述多个激光芯片出射的光被驱动电流调制，由所述光合波电路合波后的光被所述准直透镜平行化，所述光扫描器件利用该平行化后的光进行扫描。

15、在上述方式的投影模块中，也可以构成为，所述激光模块具有：多个马赫-曾德尔型光波导，其对从所述多个激光芯片出射的光进行波导；和合波部，其对来自所述多个马赫-曾德尔型光波导的调制光进行合波，由所述合波部合波后的光被所述准直透镜平行化，由所述光扫描器件改变该平行化后的光的方向来进行扫描。

16、在上述方式的投影模块中，也可以构成为，作为上述准直透镜，具有使来自上述多个激光芯片的各个的光分别成为平行光线的、与上述多个激光芯片的数量相同的数量的上述多个准直透镜，包括分色镜，该分色镜对来自被上述多个准直透镜平行化的各个的光进行合波，利用上述光扫描器件改变由上述分色镜合波后的光的方向来进行扫描。

17、在上述方式的投影模块中，也可以构成为，作为上述准直透镜，具有使来自上述多个激光芯片的各个的光分别成为平行光线的、与上述多个激光芯片的数量相同的数量的上述多个准直透镜，来自被上述多个准直透镜平行化的各个的光以相互不同的角度入射至上述光扫描器件，利用上述光扫描器件改变各个光的方向来进行扫描。

18、在上述方式的投影模块中，所述马赫-曾德尔型光波导也可以是铌酸锂膜被加工为凸型而成的。

19、在上述方式的投影模块中，所述光扫描器件可以是mems镜器件。

20、本发明的第2方式的视网膜投影显示装置，包括：上述方式的投影模块；使所述投影模块移动的移动机构；和检测瞳孔位置的瞳孔位置检测单元，与由所述瞳孔位置检测单元检测的瞳孔位置的变化相对应地利用所述移动机构使所述投影模块移动。

21、在上述方式的视网膜投影显示装置中，所述移动机构也可以是使用了线性致动器的二维工作台。

22、在上述方式的视网膜投影显示装置中，所述线性致动器可以是压电超声波线性马达。

23、在上述方式的视网膜投影显示装置中，所述移动机构也可以是使用了球面马达的致动器。

24、在上述方式的视网膜投影显示装置中，所述移动机构也可以是音圈马达。

25、在上述方式的视网膜投影显示装置中，也可以在所述音圈马达中，在夹着线圈的磁路的间隙填充有磁性流体。

26、在上述方式的视网膜投影显示装置中，也可以包括在所述光扫描器件与瞳孔之间存在中间成像面的开普勒式望远镜结构的光学系统。

27、在上述方式的视网膜投影显示装置中，也可以是所述开普勒式望远镜结构的光学系统的光路的瞳孔侧的凹面镜或凸透镜、或者具有与凹面镜同样的功能的衍射元件的焦点距离比所述投影模块侧的凹面镜或凸透镜、或者具有与凹面镜同样的功能的衍射元件长。

28、在上述方式的视网膜投影显示装置中，在所述中间成像面的附近也可以具备调整光线方向的场镜。

29、上述方式的视网膜投影显示装置也可以构成为，在所述开普勒式望远镜结构的光学系统与瞳孔之间具有导光板，通过所述导光板将图像投影到视网膜上。

30、上述方式的视网膜投影显示装置也可以在所述导光板的来自所述开普勒式望远镜结构的光学系统的入射位置具备衍射元件，在从所述导光板向瞳孔的出射位置具备其它的衍射元件。

31、上述方式的视网膜投影显示装置也可以在所述导光板的来自所述开普勒式望远镜结构的光学系统的入射位置具备入射棱镜，在从所述导光板向瞳孔的出射位置具备半透明镜。

32、上述方式的视网膜投影显示装置也可以在所述导光板的来自所述开普勒式望远镜结构的光学系统的入射位置具备入射棱镜，在从所述导光板向瞳孔的出射位置具备衍射元件。

33、本发明的第3方式的平视显示器，将上述方式的视网膜投影显示装置分别用于左右眼，使用所述瞳孔位置检测单元，与左右眼的瞳孔位置对应地，与由所述瞳孔位置检测单元检测的左右眼的瞳孔位置的变化对应地利用所述移动机构使所述投影模块移动。

34、在上述方式的平视显示器中，也可以是所述投影模块的所述准直透镜为可变透镜，或者所述准直透镜与所述投影模块中的所述激光模块之间的距离可变。

35、上述方式的平视显示器也可以是车载用的。

36、发明的效果

37、根据本发明，能够提供可装载于ar眼镜、vr眼镜等的小型且抑制了由瞳孔位置的变化引起的瞳孔的渐晕的视野角宽的视网膜投影显示装置。