ARディスプレイの小型化を進めるうえで、光学レンズの設計がボトルネックのひとつになっている。こうしたなか、ハーバード大学ジョン・A・ポールソン工学・応用科学スクール（SEAS）の研究者らが、物理構造上かさばるとの光学レンズの課題を解決するメタレンズを開発。高帯域で色収差を補正するアクロマティックメタレンズが、VR/ARアプリケーションで利用できる可能性を示した。

このメタレンズでは、ナノ構造を使用して光を集束させる手法で、レンズの湾曲した表面をフラットなものに置き換えている。

ナノ構造をメタレンズ表面に配置して色収差を排除

研究者らは以前に、可視光スペクトル全体で機能するアクロマティックメタレンズを開発している。だだし、このメタレンズは直径数十ミクロンで、VR/AR用システムで使用するには小さすぎた。

このほど研究者らは、メタレンズを2mmにまで拡大し、小型ディスプレイと組み合わせることでVR/ARシステムを概念実証している。

以前のメタレンスと同様に、ナノ構造をメタレンズ表面に配置し、光の波長を均等に集束させて色収差を排除する。ナノ構造の形状とパターンの設計により、光の赤、緑、青の色の焦点距離を制御することができた。

生体イメージング技術による小型ディスプレイと組み合わせ

VR/ARシステムでは、メタレンズが目の前に配置され、ディスプレイがメタレンズの焦点内に配置される。

レンズをVR/ARシステムに組み込むために、研究者らは生体イメージング技術の「ファイバースキャン」と呼ばれる手法を用いたディスプレイを開発した。同手法では、光ファイバーを構成する圧電チューブに電圧を印加すると、上下左右にスキャンしてパターンを表示する。

ディスプレイによってスキャンされたパターンは、メタレンズの助けを借りて網膜にピントを合わせ、人間の目にはパターンがAR風景の一部として表示される。

研究者らは今回の実証成功に伴い、レンズをセンチメートルサイズにまで拡大しての大量生産を目指す。

参照元：A metalens for virtual and augmented reality/ Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences