JP2016188905A - Head-mounted display device and method for manufacturing a volume holographic element - Google Patents

Head-mounted display device and method for manufacturing a volume holographic element Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a head-mounted display device in which designing property can be improved by improving the configuration of a volume holographic element, and a method for manufacturing a volume holographic element to be used for the above display device.SOLUTION: A head-mounted display device 100 includes: an image light emitting device 56a for the right eye, which uses laser light as a light source; a volume holographic element 1a for the right eye, which deflects image light L0a emitted from the image light emitting device 56a for the right eye; an image light emitting device 56b for the left eye, which uses laser light as a light source; and a volume holographic element 1b for the left eye, which deflects image light L0b emitted from the image light emitting device 56b for the left eye. In the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye, a curved portion 1u is symmetric in a vertical direction X, in which a radius of curvature in a center portion in a lateral direction Y is smaller than a radius of curvature in a side close to an observer's nose.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、頭部装着型表示装置、および頭部装着型表示装置に用いられる体積ホログラフィック素子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a head-mounted display device and a method for manufacturing a volume holographic element used in a head-mounted display device.

頭部装着型表示装置は、図7(a)に示すように、画像光出射装置56と、画像光出射装置56から出射された画像光を偏向して観察者Mの眼Eに入射させる偏向部材53とを有しており、画像光出射装置56および偏向部材53はフレーム(図示せず)を介して観察者Mの頭部M0に搭載される。また、偏向部材53としては、図7(b)に示すように、横方向において観察者Mの鼻F側から耳H側に向けて曲率半径(断面曲率変形)が増大した断面形状の体積ホログラフィック素子1が提案されている(特許文献1参照)。かかる構成の体積ホログラフィック素子1によれば、400μm程度のスポット径を実現することができる。   As shown in FIG. 7A, the head-mounted display device includes an image light emitting device 56 and a deflecting device that deflects the image light emitted from the image light emitting device 56 and enters the eye E of the observer M. The image light emitting device 56 and the deflection member 53 are mounted on the head M0 of the observer M via a frame (not shown). Further, as shown in FIG. 7B, the deflection member 53 is a volume holo having a cross-sectional shape in which the radius of curvature (cross-sectional curvature deformation) increases in the lateral direction from the nose F side of the observer M toward the ear H side. A graphic element 1 has been proposed (see Patent Document 1). According to the volume holographic element 1 having such a configuration, a spot diameter of about 400 μm can be realized.

特許第5408057号公報Japanese Patent No. 5,408,057

しかしながら、特許文献1に記載の体積ホログラフィック素子1を用いた場合、体積ホログラフィック素子1において観察者Mの鼻F側に位置する部分の曲率半径が小さいため、図7(a)に示すように、体積ホログラフィック素子1の耳H側の端部が鼻F側の端部より前方に位置するように大きく傾いた姿勢で体積ホログラフィック素子1を配置することになる。このため、頭部装着型表示装置は、耳H側が鼻F側より前方に大きく突出した構造になるため、頭部装着型表示装置のデザイン性が損なわれるという問題点がある。   However, when the volume holographic element 1 described in Patent Document 1 is used, the radius of curvature of the portion located on the nose F side of the observer M in the volume holographic element 1 is small, and therefore, as shown in FIG. In addition, the volume holographic element 1 is arranged in a posture that is largely inclined so that the end on the ear H side of the volume holographic element 1 is located in front of the end on the nose F side. For this reason, since the head-mounted display device has a structure in which the ear H side protrudes greatly forward from the nose F side, there is a problem that the design of the head-mounted display device is impaired.

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、体積ホログラフィック素子の構成を改良してデザイン性の向上を図ることのできる頭部装着型表示装置、および頭部装着型表示装置に用いられる体積ホログラフィック素子の製造方法を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is used in a head-mounted display device and a head-mounted display device that can improve the design by improving the configuration of a volume holographic element. The object is to provide a method of manufacturing a volume holographic element.

上記課題を解決するために、本発明に係る頭部装着型表示装置の一態様は、レーザー光を光源とする右眼用画像光出射装置と、前記右眼用画像光出射装置から出射された画像光を偏向して観察者の右眼に入射させる右眼用体積ホログラフィック素子と、レーザー光を光源とする左眼用画像光出射装置と、前記左眼用画像光出射装置から出射された画像光を偏向して前記観察者の左眼に入射させる左眼用体積ホログラフィック素子と、前記右眼用画像光出射装置、前記右眼用体積ホログラフィック素子、前記左眼用画像光出射装置、および前記左眼用体積ホログラフィック素子を保持し、前記観察者の頭部に装着されるフレームと、を有し、前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記観察者側に凹曲面を向けた湾曲部を有し、前記湾曲部は、上下方向において線対称、かつ、横方向における中央部分の曲率半径が前記観察者の鼻側の曲率半径より小さい断面形状を有していることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, one aspect of the head-mounted display device according to the present invention emits a right-eye image light emitting device that uses laser light as a light source and the right-eye image light emitting device. A right-eye volume holographic element that deflects image light to enter the right eye of the observer, a left-eye image light emitting device that uses laser light as a light source, and the left-eye image light emitting device that is emitted from the left-eye image light emitting device Left-eye volume holographic element that deflects image light and enters the left eye of the observer, right-eye image light emitting device, right-eye volume holographic element, and left-eye image light emitting device And a frame that holds the left-eye volume holographic element and is attached to the observer's head, wherein the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element are each The observer The curved portion has a cross-sectional shape that is line-symmetric in the vertical direction and that has a radius of curvature at the central portion in the lateral direction that is smaller than the radius of curvature at the nose side of the observer. It is characterized by.

本発明において、右眼用体積ホログラフィック素子および左眼用体積ホログラフィック素子は各々、上下方向において線対称な断面形状を有しているため、右眼用体積ホログラフィック素子および左眼用体積ホログラフィック素子に対して同一の体積ホログラフィック素子を用いることができる。また、右眼用体積ホログラフィック素子および左眼用体積ホログラフィック素子は各々、観察者側に凹曲面を向けた湾曲部を有し、湾曲部は、横方向における中央部分の曲率半径が観察者の鼻側の曲率半径より小さい断面形状を有している。このため、右眼用体積ホログラフィック素子および左眼用体積ホログラフィック素子の鼻側部分を観察者の眼から遠い位置に配置することができる。従って、右眼用体積ホログラフィック素子および左眼用体積ホログラフィック素子を耳側の端部が前方に位置するように大きく傾いた姿勢で配置する必要がない。それ故、頭部装着型表示装置では、耳側が鼻側より前方に大きく突出した構造にならないので、頭部装着型表示装置のデザイン性を向上することができる。   In the present invention, the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element each have a cross-sectional shape that is line-symmetric in the vertical direction. The same volume holographic element can be used for the graphic element. Each of the volume holographic element for the right eye and the volume holographic element for the left eye has a curved portion with a concave curved surface facing the observer side, and the curved portion has a curvature radius at the central portion in the lateral direction. The cross-sectional shape is smaller than the radius of curvature of the nose side. For this reason, the nose side part of the volume holographic element for right eyes and the volume holographic element for left eyes can be arrange | positioned in the position far from an observer's eyes. Therefore, it is not necessary to dispose the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element in a largely inclined posture so that the ear-side end portion is positioned forward. Therefore, the head-mounted display device does not have a structure in which the ear side protrudes more forward than the nose side, so that the design of the head-mounted display device can be improved.

本発明に係る頭部装着型表示装置において、前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、横方向の端部を結ぶ第1仮想線が前記右眼と前記左眼とを結ぶ第2仮想線と平行な姿勢、あるいは前記第1仮想線と前記第2仮想線との間隔が前記観察者の鼻側より前記観察者の耳側で狭くなるように傾いた姿勢で前記フレームに保持されていることが好ましい。かかる構成によれば、右眼用体積ホログラフィック素子および左眼用体積ホログラフィック素子の耳側の端部を後方に配置することができるので、頭部装着型表示装置では、耳側が鼻側より前方に突出させる必要がない。それ故、頭部装着型表示装置のデザイン性を向上することができる。   In the head-mounted display device according to the present invention, each of the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element has a first imaginary line connecting lateral ends of the right eye and the left eye. A posture parallel to the second imaginary line connecting the eyes, or a posture inclined such that an interval between the first imaginary line and the second imaginary line is narrower on the observer's ear side than the observer's nose side. And is preferably held by the frame. According to such a configuration, the ear-side end portions of the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element can be disposed rearward, so that in the head-mounted display device, the ear side is closer to the nose side. There is no need to protrude forward. Therefore, the design of the head-mounted display device can be improved.

本発明に係る頭部装着型表示装置において、前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、透光性の第1基板と、前記第1基板の一方面側に積層されホログラフィック材料層と、を有し、前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記湾曲部の曲率半径が前記第1基板の形状によって規定されていることが好ましい。かかる構成によれば、右眼用体積ホログラフィック素子および左眼用体積ホログラフィック素子を確実に所定の形状とすることができる。   In the head-mounted display device according to the present invention, each of the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element is provided on the first surface of the first substrate and the first substrate. A layered holographic material layer, and each of the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element has a curvature radius of the curved portion defined by a shape of the first substrate. It is preferable. According to this configuration, the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element can be surely formed into a predetermined shape.

本発明に係る頭部装着型表示装置において、前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記ホログラフィック材料層に対して前記第1基板と反対側に積層された透光性の第2基板を有し、前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記湾曲部の曲率半径が前記第1基板および前記第2基板の形状によって規定されていることが好ましい。かかる構成によれば、右眼用体積ホログラフィック素子および左眼用体積ホログラフィック素子を確実に所定の形状とすることができる。   In the head-mounted display device according to the present invention, each of the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element is laminated on the opposite side of the first substrate with respect to the holographic material layer. The right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element each have a curvature radius of the curved portion of the shape of the first substrate and the second substrate. Is preferably defined by: According to this configuration, the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element can be surely formed into a predetermined shape.

本発明において、前記第1基板の前記ホログラフィック材料層とは反対側の面からなる第1外面側に積層された第1反射防止層と、前記第2基板の前記ホログラフィック材料層とは反対側の面からなる第2外面側に積層された第2反射防止層と、を有していることが好ましい。かかる構成によれば、第1ホログラフィック素子および第2ホログラフィック素子の製造工程で干渉露光を行う際、露光光が斜めに反射しにくい。従って、ホログラフィック材料層の所定位置以外に干渉縞が発生することを抑制することができるので、余計な干渉縞(余計な回折格子)に起因する回折特性の低下を抑制することができる。   In the present invention, the first antireflection layer laminated on the first outer surface side, which is the surface opposite to the holographic material layer of the first substrate, and the holographic material layer of the second substrate are opposite to each other. It is preferable to have the 2nd antireflection layer laminated on the 2nd outer surface side which consists of a side surface. According to this configuration, when performing interference exposure in the manufacturing process of the first holographic element and the second holographic element, the exposure light is less likely to be reflected obliquely. Accordingly, it is possible to suppress the generation of interference fringes other than the predetermined position of the holographic material layer, and thus it is possible to suppress a decrease in diffraction characteristics due to extra interference fringes (extra diffraction grating).

本発明に係る頭部装着型表示装置において、前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記中央部分の曲率半径が前記観察者の耳側の曲率半径より大きい断面形状を有している態様を採用することができる。   In the head-mounted display device according to the present invention, each of the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element has a radius of curvature of the central portion larger than that of the observer's ear. An aspect having a cross-sectional shape can be employed.

本発明に係る頭部装着型表示装置において、前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、上下方向に直線的に延在する断面形状を有している態様を採用することができる。   In the head-mounted display device according to the present invention, the volume holographic element for the right eye and the volume holographic element for the left eye each have a cross-sectional shape extending linearly in the vertical direction. Can be adopted.

本発明に係る頭部装着型表示装置において、前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記中央部分の曲率半径が前記観察者の耳側の曲率半径より小さい断面形状を有している態様を採用してもよい。   In the head-mounted display device according to the present invention, each of the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element has a radius of curvature of the central portion smaller than that of the observer's ear. You may employ | adopt the aspect which has a cross-sectional shape.

本発明に係る頭部装着型表示装置において、前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、上下方向で線対称に湾曲した断面形状を有している態様を採用してもよい。   In the head-mounted display device according to the present invention, the volume holographic element for the right eye and the volume holographic element for the left eye each have a cross-sectional shape that is curved symmetrically in the vertical direction. May be.

本発明は、レーザー光を光源とする右眼用画像光出射装置と、前記右眼用画像光出射装置から出射された画像光を偏向して観察者の右眼に入射させる右眼用体積ホログラフィック素子と、レーザー光を光源とする左眼用画像光出射装置と、前記左眼用画像光出射装置から出射された画像光を偏向して前記観察者の右眼に入射させる右眼用体積ホログラフィック素子と、前記右眼用画像光出射装置、右眼用体積ホログラフィック素子、前記左眼用画像光出射装置、および前記右眼用体積ホログラフィック素子を保持し、前記観察者の頭部に装着されるフレームと、を有する頭部装着型表示装置で、前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子に用いられる体積ホログラフィック素子の製造方法において、前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記観察者側に凹曲面を向けた湾曲部を有し、前記湾曲部は、上下方向において線対称、かつ、横方向における中央部分の曲率半径が前記観察者の鼻側の曲率半径より小さい断面形状を有しており、前記体積ホログラフィック素子を製造するための積層体に対する干渉露光工程では、干渉露光装置において、前記体積ホログラフィック素子の凹曲面となっている側から球面波からなる物体光を照射し、前記体積ホログラフィック素子において前記凹曲面の反対側で凸曲面となっている側からは、前記体積ホログラフィック素子の前記観察者の鼻側に配置される端部側に傾いた方向から球面波からなる参照光を照射することを特徴とする。   The present invention relates to a right-eye image light emitting device using laser light as a light source, and a right-eye volume hologram that deflects image light emitted from the right-eye image light emitting device and enters the right eye of an observer. A graphic element, a left-eye image light emitting device using laser light as a light source, and a right-eye volume that deflects image light emitted from the left-eye image light emitting device and enters the right eye of the observer Holding the holographic element, the right-eye image light emitting device, the right-eye volume holographic element, the left-eye image light emitting device, and the right-eye volume holographic element, and the observer's head In a method for manufacturing a volume holographic element used for the volume holographic element for the right eye and the volume holographic element for the left eye, Each of the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element has a curved portion with a concave curved surface facing the observer side, and the curved portion is line-symmetric in the vertical direction and laterally In the interference exposure step for the laminated body for manufacturing the volume holographic element, the radius of curvature of the central portion has a cross-sectional shape smaller than the radius of curvature of the observer's nose side. The volume holographic element is irradiated with a spherical wave of object light from the concave curved side, and the volume holographic element is projected from the side of the volume holographic element that is convex on the opposite side of the concave curved surface. Reference light composed of spherical waves is emitted from a direction inclined toward an end side of the element arranged on the nose side of the observer.

本発明に係る体積ホログラフィック素子の製造方法において、前記右眼用体積ホログラフィック素子を製造する工程と、前記左眼用体積ホログラフィック素子を製造する工程とでは、同一構成の前記積層体を用い、前記右眼用体積ホログラフィック素子を製造するための前記積層体に対する前記干渉露光工程と、前記左眼用体積ホログラフィック素子を製造するための前記積層体に対する前記干渉露光工程とでは、前記干渉露光装置に前記積層体を配置する向きが上下反転していることが好ましい。かかる構成によれば、積層体を上下反転させることにより、同一構成の積層体から右眼用体積ホログラフィック素子および左眼用体積ホログラフィック素子を製造することができる。   In the method for manufacturing a volume holographic element according to the present invention, the step of manufacturing the right-eye volume holographic element and the step of manufacturing the left-eye volume holographic element use the laminate having the same configuration. In the interference exposure step for the laminate for manufacturing the right-eye volume holographic element and the interference exposure step for the stack for manufacturing the left-eye volume holographic element, the interference It is preferable that the direction in which the stacked body is arranged in the exposure apparatus is inverted upside down. According to this structure, the volume holographic element for right eyes and the volume holographic element for left eyes can be manufactured from the laminated body of the same structure by inverting the laminated body upside down.

本発明に係る体積ホログラフィック素子の製造方法において、前記体積ホログラフィック素子は、透光性の第1基板と、前記第1基板の一方面側に積層されホログラフィック材料層と、前記ホログラフィック材料層に対して前記第1基板と反対側に積層された透光性の第2基板と、を有していることが好ましい。   In the volume holographic element manufacturing method according to the present invention, the volume holographic element includes a translucent first substrate, a holographic material layer laminated on one surface side of the first substrate, and the holographic material. It is preferable to have a translucent second substrate laminated on the side opposite to the first substrate with respect to the layer.

本発明に係る体積ホログラフィック素子の製造方法において、前記第1基板の前記ホログラフィック材料層とは反対側の面からなる第1外面側に第1反射防止層を積層し、前記第2基板の前記ホログラフィック材料層とは反対側の面からなる第2外面側に第2反射防止層を積層した状態で前記干渉露光工程を行うことが好ましい。かかる構成によれば、第1基板の第1外面および第2基板の第2外面で露光光が斜めに反射しにくい。従って、ホログラフィック材料層の所定位置以外に干渉縞が発生することを抑制することができるので、余計な干渉縞(余計な回折格子)に起因する回折特性の低下を抑制することができる。   In the method of manufacturing a volume holographic element according to the present invention, a first antireflection layer is laminated on a first outer surface side of the first substrate which is a surface opposite to the holographic material layer, and It is preferable that the interference exposure process is performed in a state where a second antireflection layer is laminated on the second outer surface side which is a surface opposite to the holographic material layer. According to this configuration, the exposure light is less likely to be reflected obliquely on the first outer surface of the first substrate and the second outer surface of the second substrate. Accordingly, it is possible to suppress the generation of interference fringes other than the predetermined position of the holographic material layer, and thus it is possible to suppress a decrease in diffraction characteristics due to extra interference fringes (extra diffraction grating).

本発明を適用した頭部装着型表示装置の一態様を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the one aspect | mode of the head mounted display apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用した頭部装着型表示装置の平面構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the planar structure of the head mounted display apparatus to which this invention is applied. 本発明の実施の形態1に係る体積ホログラフィック素子の説明図である。It is explanatory drawing of the volume holographic element which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る体積ホログラフィック素子の説明図である。It is explanatory drawing of the volume holographic element which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態1、2に係る体積ホログラフィック素子の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the volume holographic element which concerns on Embodiment 1, 2 of this invention. 本発明の実施の形態1、2に係る体積ホログラフィック素子の露光干渉工程の説明図である。It is explanatory drawing of the exposure interference process of the volume holographic element which concerns on Embodiment 1, 2 of this invention. 従来の体積ホログラフィック素子の説明図である。It is explanatory drawing of the conventional volume holographic element.

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明においては、図7を参照して説明した構成との対応が分かりやすいように、共通する部分には、同一の符号を付して説明する。また、以下の説明では、上下方向をX方向とし、横方向をY方向とし、前後方向をZ方向とし、上下方向、横方向、および前後方向にX、YおよびZを付して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below. In the following description, common parts are described with the same reference numerals so that the correspondence with the configuration described with reference to FIG. 7 can be easily understood. In the following description, the vertical direction is the X direction, the horizontal direction is the Y direction, the front and rear direction is the Z direction, and X, Y, and Z are attached to the vertical direction, the horizontal direction, and the front and rear direction.

[実施の形態1]
(表示装置の構成例)
図1は、本発明を適用した頭部装着型表示装置100の一態様を示す説明図であり、図1(a)、(b)は各々、頭部装着型表示装置100の光学系の一態様を示す説明図および頭部装着型表示装置100の外観の一態様を示す説明図である。図2は、本発明を適用した頭部装着型表示装置100の平面構成を模式的に示す説明図である。
[Embodiment 1]
(Configuration example of display device)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of a head-mounted display device 100 to which the present invention is applied. FIGS. 1A and 1B are diagrams showing an optical system of the head-mounted display device 100, respectively. FIG. 2 is an explanatory view showing an aspect and an explanatory view showing an aspect of the appearance of the head-mounted display device 100. FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a planar configuration of the head-mounted display device 100 to which the present invention is applied.

図1(a)および図2において、頭部装着型表示装置100は、レーザー光を光源とする右眼用画像光出射装置56aと、右眼用画像光出射装置56aから出射された画像光L0aを偏向して観察者Mの右眼Eaに入射させる右眼用偏向部材53aと、レーザー光を光源とする左眼用画像光出射装置56bと、左眼用画像光出射装置56bから出射された画像光L0bを偏向して観察者Mの左眼Ebに入射させる左眼用偏向部材53bとを有している。   1A and 2, the head-mounted display device 100 includes a right-eye image light emitting device 56a that uses laser light as a light source and an image light L0a emitted from the right-eye image light emitting device 56a. Are deflected from the right eye Ea of the observer M, the left eye image light emitting device 56b using laser light as a light source, and the left eye image light emitting device 56b. A left-eye deflecting member 53b that deflects the image light L0b and makes it incident on the left eye Eb of the observer M.

右眼用偏向部材53aおよび左眼用偏向部材53bには、後述する体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)が設けられている。   The right-eye deflection member 53a and the left-eye deflection member 53b are provided with volume holographic elements 1 (a right-eye volume holographic element 1a and a left-eye volume holographic element 1b), which will be described later.

右眼用画像光出射装置56aおよび左眼用画像光出射装置56bは基本的な構成が同一であるため、左眼用画像光出射装置56bの構成のみを説明し、右眼用画像光出射装置56aの説明を省略する。図1(a)に示すように、左眼用画像光出射装置56bは、画像を表示するための光束を出射する光源部51と、光源部51から出射された光束を走査して画像とする走査ミラー21を備えた走査光学系20と、走査光学系20により走査された光束L0を左眼用偏向部材53bに出射する光学系52とを有している。本形態において、光学系52では、走査光学系20から左眼用偏向部材53bに向けて、リレーレンズ系54および投射レンズ系55が順に配置されている。リレーレンズ系54は、例えば、2つのレンズ541、542によって構成されている。   Since the image light emitting device for right eye 56a and the image light emitting device for left eye 56b have the same basic configuration, only the configuration of the image light emitting device for left eye 56b will be described. Description of 56a is omitted. As shown in FIG. 1A, the left-eye image light emitting device 56b scans a light source 51 that emits a light beam for displaying an image and a light beam emitted from the light source unit 51 to form an image. The scanning optical system 20 includes the scanning mirror 21 and the optical system 52 that emits the light beam L0 scanned by the scanning optical system 20 to the left-eye deflection member 53b. In this embodiment, in the optical system 52, the relay lens system 54 and the projection lens system 55 are sequentially arranged from the scanning optical system 20 toward the left eye deflection member 53b. For example, the relay lens system 54 includes two lenses 541 and 542.

光源部51は、光変調前の光源光、または光変調した変調光を出射する。本形態において、光源部51は、光変調した変調光を出射する変調光出射部として構成されている。より具体的には、光源部51は、光源として、赤色光(R)を出射する赤色用レーザー素子511(R)、緑色光(G)を出射する緑色用レーザー素子511(G)、および青色光(B)を出射する青色用レーザー素子511(B)を有しているとともに、これらのレーザー素子の光路を合成する2つのハーフミラー512、513を有している。赤色用レーザー素子511(R)、緑色用レーザー素子511(G)および青色用レーザー素子511(B)は、制御部59による制御の下、表示すべき画像の各ドットに対応する光強度に変調した光束を出射する。   The light source unit 51 emits light source light before light modulation or light modulated light. In the present embodiment, the light source unit 51 is configured as a modulated light emitting unit that emits light that has been modulated. More specifically, the light source unit 51 uses, as a light source, a red laser element 511 (R) that emits red light (R), a green laser element 511 (G) that emits green light (G), and blue light. It has a blue laser element 511 (B) that emits light (B), and two half mirrors 512 and 513 that synthesize optical paths of these laser elements. The red laser element 511 (R), the green laser element 511 (G), and the blue laser element 511 (B) are modulated to light intensity corresponding to each dot of the image to be displayed under the control of the control unit 59. The emitted light beam is emitted.

走査光学系20は、入射光を第1走査方向A1、および第1走査方向A1に交差する第2走査方向A2に走査し、画像光L0aを生成する。従って、本形態では、光源部51と走査光学系20によって、画像光生成装置70が構成されている。   The scanning optical system 20 scans incident light in a first scanning direction A1 and a second scanning direction A2 that intersects the first scanning direction A1, and generates image light L0a. Therefore, in this embodiment, the image light generation device 70 is configured by the light source unit 51 and the scanning optical system 20.

画像光生成装置70の走査光学系20から出射された光束L0bは、リレーレンズ系54および投射レンズ系55を介して左眼用偏向部材53bに投射される。かかる走査光学系20の動作も、制御部59による制御の下、実施される。走査光学系20は、例えば、シリコン基板等を用いてMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術により形成したマイクロミラーデバイスによって実現することができる。   The light beam L0b emitted from the scanning optical system 20 of the image light generation device 70 is projected onto the left eye deflection member 53b via the relay lens system 54 and the projection lens system 55. The operation of the scanning optical system 20 is also performed under the control of the control unit 59. The scanning optical system 20 can be realized by, for example, a micromirror device formed by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technique using a silicon substrate or the like.

本形態において、頭部装着型表示装置100は、網膜走査方式の投射型表示装置であり、走査光学系20によって、第1走査方向A1、および第1走査方向A1に対して交差する第2走査方向A2に走査された画像光L0aは、偏向部材53の偏向面530で第1走査方向A1に対応する第1入射方向C1、および第2走査方向A2に対応する第2入射方向C2に偏向される。そして、画像光L0aは、左眼Ebの瞳孔E1を介して網膜E2に到達することにより、観察者Mに画像を認識させる。   In this embodiment, the head-mounted display device 100 is a retinal scanning projection display device, and is scanned by the scanning optical system 20 in the first scanning direction A1 and the second scanning that intersects the first scanning direction A1. The image light L0a scanned in the direction A2 is deflected by the deflecting surface 530 of the deflecting member 53 in the first incident direction C1 corresponding to the first scanning direction A1 and the second incident direction C2 corresponding to the second scanning direction A2. The Then, the image light L0a reaches the retina E2 via the pupil E1 of the left eye Eb, thereby causing the observer M to recognize the image.

なお、右眼用画像光出射装置56aは、左眼用画像光出射装置56bと基本的な構成が同一である。このため、右眼用画像光出射装置56aから出射された画像光L0aは、右眼用偏向部材53aの偏向面530aで偏向されて右眼Eaに入射する。   The right-eye image light emitting device 56a has the same basic configuration as the left-eye image light emitting device 56b. For this reason, the image light L0a emitted from the right-eye image light emitting device 56a is deflected by the deflection surface 530a of the right-eye deflection member 53a and enters the right eye Ea.

本形態において、右眼用偏向部材53aの偏向面530aおよび左眼用偏向部材53bの偏向面530bには、後述する体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)が設けられている。体積ホログラフィック素子1は、部分反射型回折光学素子であり、右眼用偏向部材53aおよび左眼用偏向部材53bは、部分透過反射性のコンバイナーである。このため、外光も右眼用偏向部材53aおよび左眼用偏向部材53b(コンバイナー)を介して右眼Eaおよび左眼Ebに入射するため、利用者は、頭部装着型表示装置100で形成した画像光L0aと外光(背景)とが重畳した画像を認識することができる。すなわち、頭部装着型表示装置100は、シースルー型の網膜走査型投射装置として構成されている。   In this embodiment, a volume holographic element 1 (a volume holographic element 1a for the right eye and a volume holographic element for the left eye) described later are provided on the deflection surface 530a of the right eye deflection member 53a and the deflection surface 530b of the left eye deflection member 53b. A graphic element 1b) is provided. The volume holographic element 1 is a partial reflection type diffractive optical element, and the right-eye deflection member 53a and the left-eye deflection member 53b are partial transmission reflective combiners. For this reason, since external light also enters the right eye Ea and the left eye Eb via the right-eye deflection member 53a and the left-eye deflection member 53b (combiner), the user forms the head-mounted display device 100. It is possible to recognize an image in which the image light L0a and the external light (background) are superimposed. That is, the head-mounted display device 100 is configured as a see-through retinal scanning projection device.

光学系52には光束径拡大素子58が配置されている。光束径拡大素子58は、走査光学系20から出射された光束を第1走査方向A1(第1入射方向C1)に対応する第1拡大方向B1、および第2走査方向A2(第2入射方向C2)に対応する第2拡大方向B2のうちの少なくとも一方に拡大する。   A beam diameter enlarging element 58 is disposed in the optical system 52. The light beam diameter enlarging element 58 applies the light beam emitted from the scanning optical system 20 to the first expansion direction B1 corresponding to the first scanning direction A1 (first incident direction C1) and the second scanning direction A2 (second incident direction C2). ) In at least one of the second enlargement directions B2 corresponding to.

このように構成した頭部装着型表示装置100を、シースルー型のヘッドマウントディスプレイ(アイグラスディスプレイ)として構成するにあたって、頭部装着型表示装置100は、図1(b)に示すように、例えば、眼鏡のような形状に形成される。具体的には、頭部装着型表示装置100は、右眼用画像光出射装置56a、右眼用偏向部材53a、左眼用画像光出射装置56b、および左眼用偏向部材53bを保持するフレーム60を有しており、フレーム60は観察者Mの頭部M0に装着される。フレーム60は、右眼用偏向部材53aおよび左眼用偏向部材53bを支持する前部分61を有しており、フレーム60の右側のテンプル62a、および左側のテンプル62bの各々に、右眼用画像光出射装置56aおよび左眼用画像光出射装置56bが設けられる。なお、右側のテンプル62a、および左側のテンプル62bには、図1(a)を参照して説明した光学部品を含む光学ユニット57が設けられる。光学ユニット57には、光源部51、走査光学系20、リレーレンズ系54、光束径拡大素子58、および投射レンズ系55の全てが設けられることがある他、光学ユニット57には、走査光学系20、リレーレンズ系54、光束径拡大素子58、および投射レンズ系55のみを設け、光学ユニット57と光源部51とを光ケーブル等で接続してもよい。この場合、フレーム60の右側のテンプル62a、および左側のテンプル62bの各々に設けられる右眼用画像光出射装置56aおよび左眼用画像光出射装置56bは、走査光学系20、リレーレンズ系54、光束径拡大素子58、および投射レンズ系55からなる。   When the head-mounted display device 100 configured as described above is configured as a see-through type head-mounted display (eyeglass display), the head-mounted display device 100 includes, for example, as shown in FIG. It is formed in a shape like glasses. Specifically, the head-mounted display device 100 has a frame that holds the right-eye image light emitting device 56a, the right-eye deflection member 53a, the left-eye image light emitting device 56b, and the left-eye deflection member 53b. 60, and the frame 60 is attached to the head M0 of the observer M. The frame 60 includes a front portion 61 that supports the right-eye deflection member 53a and the left-eye deflection member 53b. A right-eye image is provided on each of the right temple 62a and the left temple 62b of the frame 60. A light emitting device 56a and a left eye image light emitting device 56b are provided. The right temple 62a and the left temple 62b are provided with an optical unit 57 including the optical component described with reference to FIG. The optical unit 57 may be provided with all of the light source unit 51, the scanning optical system 20, the relay lens system 54, the light beam diameter expanding element 58, and the projection lens system 55, and the optical unit 57 includes the scanning optical system. 20, only the relay lens system 54, the beam diameter expanding element 58, and the projection lens system 55 may be provided, and the optical unit 57 and the light source unit 51 may be connected by an optical cable or the like. In this case, the right-eye image light emitting device 56a and the left-eye image light emitting device 56b provided in each of the right temple 62a and the left temple 62b of the frame 60 include the scanning optical system 20, the relay lens system 54, It comprises a beam diameter expanding element 58 and a projection lens system 55.

(体積ホログラフィック素子1の構成)
図3は、本発明の実施の形態1に係る体積ホログラフィック素子1の説明図であり、図3(a)、(b)、(c)は、体積ホログラフィック素子1の平面図、体積ホログラフィック素子1をYZ平面で切断した横断面図、および体積ホログラフィック素子1の横断面形状を曲率半径で示した説明図である。
(Configuration of volume holographic element 1)
FIG. 3 is an explanatory diagram of the volume holographic element 1 according to Embodiment 1 of the present invention. FIGS. 3A, 3B, and 3C are plan views of the volume holographic element 1 and volume holographic elements. It is the cross-sectional view which cut | disconnected the graphic element 1 by the YZ plane, and explanatory drawing which showed the cross-sectional shape of the volume holographic element 1 by the curvature radius.

図3(a)、(b)において、右眼用偏向部材53aおよび左眼用偏向部材53bに用いられる体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は各々、透光性の第1基板5Aと、第1基板5Aの一方面側に積層されホログラフィック材料層4とを有している。また、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は各々、ホログラフィック材料層4に対して第1基板5Aと反対側に積層された透光性の第2基板5Bを有している。本形態において、第1基板5Aおよび第2基板5Bは同一形状であり、体積ホログラフィック素子1の平面形状を規定している。第1基板5Aおよび第2基板5Bは、プラスチック基板あるいはガラス基板からなる。   3A and 3B, the volume holographic element 1 (the right-eye volume holographic element 1a and the left-eye volume holographic element 1b) used for the right-eye deflection member 53a and the left-eye deflection member 53b. ) Each have a translucent first substrate 5A and a holographic material layer 4 laminated on one surface side of the first substrate 5A. Further, each of the volume holographic elements 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) is transparently laminated on the holographic material layer 4 on the opposite side of the first substrate 5A. A second substrate 5B is provided. In the present embodiment, the first substrate 5A and the second substrate 5B have the same shape and define the planar shape of the volume holographic element 1. The first substrate 5A and the second substrate 5B are made of a plastic substrate or a glass substrate.

第1基板5Aおよび第2基板5Bは、横方向Yに延在する矩形形状であり、その中央部分5eにホログラフィック材料層4が矩形形状に設けられている。第1基板5Aおよび第2基板5Bの横方向Yの一方の端部5fには、ホログラフィック材料層4の上下X方向の中央を通って横方向Yに延在する仮想の中心線X0を中心とする線対称位置に位置決め穴5f1、5f2が形成されている。また、第1基板5Aおよび第2基板5Bの横方向Yの他方の端部5gには、ホログラフィック材料層4の上下X方向の中央を通って横方向Yに延在する仮想の中心線X0を中心とする線対称位置に位置決め穴5g1、5g2が形成されている。かかる位置決め穴5f1、5f2、5g1,5g2は、体積ホログラフィック素子1を製造する際の位置決めに利用される。また、体積ホログラフィック素子1の外形(第1基板5Aおよび第2基板5Bの外形を基準に位置決めを行ってもよい。   The first substrate 5A and the second substrate 5B have a rectangular shape extending in the lateral direction Y, and the holographic material layer 4 is provided in a rectangular shape at the central portion 5e. One end portion 5f in the lateral direction Y of the first substrate 5A and the second substrate 5B is centered on a virtual center line X0 extending in the lateral direction Y through the center in the vertical X direction of the holographic material layer 4. Positioning holes 5f1 and 5f2 are formed at line symmetry positions. A virtual center line X0 extending in the horizontal direction Y through the center in the vertical X direction of the holographic material layer 4 is formed on the other end 5g in the horizontal direction Y of the first substrate 5A and the second substrate 5B. Positioning holes 5g1 and 5g2 are formed at line-symmetric positions with respect to. The positioning holes 5f1, 5f2, 5g1, and 5g2 are used for positioning when the volume holographic element 1 is manufactured. Further, positioning may be performed based on the outer shape of the volume holographic element 1 (the outer shape of the first substrate 5A and the second substrate 5B).

このように構成した体積ホログラフィック素子1は、図3(a)に示す状態のまま、右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1bとして用いられる場合と、ホログラフィック材料層4に対して横方向Yの両側を切断して右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1bとして用いられる場合がある。本形態では、ホログラフィック材料層4に対して横方向Yの両側を切断したものが、右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1bとして用いられる。   The volume holographic element 1 configured as described above is used as the right-eye volume holographic element 1a and the left-eye volume holographic element 1b in the state shown in FIG. 4 may be used as a volume holographic element 1a for the right eye and a volume holographic element 1b for the left eye by cutting both sides in the lateral direction Y. In this embodiment, those obtained by cutting both sides in the lateral direction Y with respect to the holographic material layer 4 are used as the right-eye volume holographic element 1a and the left-eye volume holographic element 1b.

ここで、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は各々、前後方向Zに撓んで観察者Mの右眼Eaおよび左眼Ebに凹曲面1sを向けた湾曲部1uを有しており、湾曲部1uは、凹曲面1sとは反対側の面が凸曲面1tになっている。本形態において、ホログラフィック材料層4が設けられた領域の全体が湾曲部1uになっている。但し、湾曲部1uは、上下方向Xに直線的に延在する断面形状を有している。このため、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)の全体が、中心線X0を中心とする線対称に構成されている。   Here, the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) bends in the front-rear direction Z and is concavely curved in the right eye Ea and the left eye Eb of the observer M, respectively. The curved portion 1u has a curved surface 1t that faces away from the concave curved surface 1s. In this embodiment, the entire region where the holographic material layer 4 is provided is the curved portion 1u. However, the bending portion 1u has a cross-sectional shape that extends linearly in the vertical direction X. For this reason, the entire volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) is configured to be symmetrical with respect to the center line X0.

本形態の体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)において、湾曲部1uは、図3(c)に示すように、横方向Yにおいて曲率半径が変化している。また、横方向Yにおける曲率半径は、上下方向の何れの位置でも、図3(c)に示すように変化している。図3(c)に示すように、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は、横方向Yにおける中央部分Y0から観察者Mの鼻F側に位置する部分Y1に向けて曲率半径が連続的に大きくなっており、横方向Yにおける中央部分Y0の曲率半径は、観察者Mの鼻F側に位置する部分Y1の曲率半径より小さくなっている。すなわち、右眼用体積ホログラフィック素子1aは、横方向Yにおける中央部分Y0から観察者Mの鼻F側に位置する部分Y1に向けて曲率半径が連続的に大きくなっており、横方向Yにおける中央部分Y0の曲率半径は、観察者Mの鼻F側に位置する部分Y1の曲率半径より小さくなっている。また、左眼用体積ホログラフィック素子1aは、横方向Yにおける中央部分Y0から観察者Mの鼻F側に位置する部分Y1に向けて曲率半径が連続的に大きくなっており、横方向Yにおける中央部分Y0の曲率半径は、観察者Mの鼻F側に位置する部分Y1の曲率半径より小さくなっている。   In the volume holographic element 1 of this embodiment (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye), the bending portion 1u has a radius of curvature in the lateral direction Y as shown in FIG. Has changed. Further, the radius of curvature in the horizontal direction Y changes as shown in FIG. 3C at any position in the vertical direction. As shown in FIG. 3C, the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) has a nose F of the observer M from the central portion Y0 in the lateral direction Y. The radius of curvature continuously increases toward the portion Y1 located on the side, and the radius of curvature of the central portion Y0 in the lateral direction Y is smaller than the radius of curvature of the portion Y1 located on the nose F side of the observer M. ing. That is, the volume holographic element 1a for the right eye has a radius of curvature that continuously increases from the central portion Y0 in the lateral direction Y toward the portion Y1 located on the nose F side of the observer M. The radius of curvature of the central portion Y0 is smaller than the radius of curvature of the portion Y1 located on the nose F side of the observer M. Further, the volume holographic element 1a for the left eye has a radius of curvature that continuously increases from the central portion Y0 in the lateral direction Y toward the portion Y1 located on the nose F side of the observer M. The radius of curvature of the central portion Y0 is smaller than the radius of curvature of the portion Y1 located on the nose F side of the observer M.

また、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は、横方向Yにおける中央部分Y0から観察者Mの耳H側に位置する部分Y2に向けて曲率半径が連続的に小さくなっており、横方向Yにおける中央部分Y0の曲率半径は、観察者Mの耳H側に位置する部分Y2の曲率半径より大きくなっている。すなわち、右眼用体積ホログラフィック素子1aは、横方向Yにおける中央部分Y0から観察者Mの右側の耳Ha側に位置する部分Y2に向けて曲率半径が連続的に小さくなっており、横方向Yにおける中央部分Y0の曲率半径は、観察者Mの右側の耳Ha側に位置する部分Y2の曲率半径より大きくなっている。また、左眼用体積ホログラフィック素子1bは、横方向Yにおける中央部分Y0から観察者Mの左側の耳Hb側に位置する部分Y2に向けて曲率半径が連続的に小さくなっており、横方向Yにおける中央部分Y0の曲率半径は、観察者Mの左側の耳Hb側に位置する部分Y2の曲率半径より大きくなっている。   Further, the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) is directed from the central portion Y0 in the lateral direction Y toward the portion Y2 located on the ear H side of the observer M. The radius of curvature continuously decreases, and the radius of curvature of the central portion Y0 in the lateral direction Y is larger than the radius of curvature of the portion Y2 located on the ear H side of the observer M. That is, the volume holographic element 1a for the right eye has a radius of curvature that continuously decreases from the central portion Y0 in the lateral direction Y toward the portion Y2 located on the right ear Ha side of the observer M. The radius of curvature of the central portion Y0 in Y is larger than the radius of curvature of the portion Y2 located on the right ear Ha side of the observer M. Further, the volume holographic element 1b for the left eye has a radius of curvature that continuously decreases from the central portion Y0 in the lateral direction Y toward the portion Y2 located on the left ear Hb side of the observer M. The radius of curvature of the central portion Y0 in Y is larger than the radius of curvature of the portion Y2 located on the left ear Hb side of the observer M.

(本形態の主な効果)
本形態の体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は、上記の構成を有しているため、右眼Eaおよび左眼Ebに入射するスポット径を150μmまで絞ることができる。
(Main effects of this form)
Since the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) of the present embodiment has the above-described configuration, the spots incident on the right eye Ea and the left eye Eb The diameter can be reduced to 150 μm.

また、本形態の体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)を用いれば、図2に示すように、鼻F側に位置する部分Y1を観察者の眼から遠い位置に配置することができる。このため、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)を耳H側の端部が前方に位置するように大きく傾いた姿勢で配置する必要がない。例えば、図2に示すように、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は各々、横方向Yの端部を結ぶ第1仮想線Ya、Ybが右眼Eaと左眼Ebとを結ぶ第2仮想線Yeと平行な姿勢、あるいは第1仮想線Ya、Ybと第2仮想線Yeとの間隔が観察者Mの鼻F側より観察者Mの耳H側で狭くなるように傾いた姿勢で配置することができる。それ故、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)の耳H側の端部1ha、1hbを後方に配置することができるので、頭部装着型表示装置100では、耳H側を鼻F側より前方に突出させる必要がない。よって、頭部装着型表示装置100のデザイン性を向上することができる。   Further, when the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) of the present embodiment is used, the portion Y1 located on the nose F side is observed as shown in FIG. It can arrange | position in the position far from a person's eyes. For this reason, it is necessary to arrange the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) in a largely inclined posture so that the end on the ear H side is positioned forward. Absent. For example, as shown in FIG. 2, the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) each includes a first imaginary line Ya connecting the ends in the lateral direction Y, The posture in which Yb is parallel to the second virtual line Ye connecting the right eye Ea and the left eye Eb, or the interval between the first virtual lines Ya, Yb and the second virtual line Ye is from the observer M's nose F side. It can be arranged in an inclined posture so as to become narrower on the M ear H side. Therefore, since the end portions 1ha and 1hb on the ear H side of the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) can be disposed rearward, In the type display device 100, it is not necessary to project the ear H side forward from the nose F side. Therefore, the design of the head-mounted display device 100 can be improved.

また、右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1bは、上下方向Xにおいて線対称な断面形状を有しているため、右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1bに対して同一の体積ホログラフィック素子1を用いることができる。それ故、頭部装着型表示装置100の低コスト化を図ることができる。   Further, since the right-eye volume holographic element 1a and the left-eye volume holographic element 1b have a line-symmetric cross-sectional shape in the vertical direction X, the right-eye volume holographic element 1a and the left-eye volume holographic element 1a. The same volume holographic element 1 can be used for the holographic element 1b. Therefore, the cost of the head-mounted display device 100 can be reduced.

また、右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび前記左眼用体積ホログラフィック素子1bは各々、第1基板5Aおよび第2基板5Bの形状によって湾曲部1uの曲率半径が規定されている。このため、右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1bの曲率半径を確実に規定することができる。   Further, in the right-eye volume holographic element 1a and the left-eye volume holographic element 1b, the curvature radius of the curved portion 1u is defined by the shapes of the first substrate 5A and the second substrate 5B, respectively. For this reason, the curvature radius of the volume holographic element 1a for right eyes and the volume holographic element 1b for left eyes can be prescribed | regulated reliably.

[実施の形態2]
図4は、本発明の実施の形態2に係る体積ホログラフィック素子1の説明図であり、図4(a)、(b)、(c)、(d)は、体積ホログラフィック素子1の平面図、体積ホログラフィック素子1をYZ平面で切断した横断面図、体積ホログラフィック素子1の横断面形状を曲率半径で示した説明図、および体積ホログラフィック素子1の別の位置での横断面形状を曲率半径で示した説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is an explanatory diagram of the volume holographic element 1 according to Embodiment 2 of the present invention. FIGS. 4 (a), (b), (c), and (d) are planes of the volume holographic element 1. FIG. 1 is a cross-sectional view of the volume holographic element 1 cut along a YZ plane, an explanatory view showing the cross-sectional shape of the volume holographic element 1 with a radius of curvature, and a cross-sectional shape at another position of the volume holographic element 1 It is explanatory drawing which showed by the curvature radius. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of Embodiment 1, the same reference numerals are given to common portions, and detailed descriptions thereof are omitted.

図4(a)、(b)において、本形態でも、実施の形態1と同様、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は各々、透光性の第1基板5Aと、第1基板5Aの一方面側に積層されホログラフィック材料層4とを有している。また、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は各々、ホログラフィック材料層4に対して第1基板5Aと反対側に積層された透光性の第2基板5Bを有している。本形態において、第1基板5Aおよび第2基板5Bは同一形状であり、体積ホログラフィック素子1の平面形状を規定している。   4 (a) and 4 (b), also in this embodiment, the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) are each transparent, as in the first embodiment. It has a first optical substrate 5A and a holographic material layer 4 laminated on one surface side of the first substrate 5A. Further, each of the volume holographic elements 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) is transparently laminated on the holographic material layer 4 on the opposite side of the first substrate 5A. A second substrate 5B is provided. In the present embodiment, the first substrate 5A and the second substrate 5B have the same shape and define the planar shape of the volume holographic element 1.

本形態においても、実施の形態1と同様、第1基板5Aおよび第2基板5Bは、横方向Yに延在する矩形形状であり、その中央部分にホログラフィック材料層4が矩形形状に設けられている。第1基板5Aおよび第2基板5Bの横方向Yの両側の端部には、ホログラフィック材料層4の上下X方向の中央を通って横方向Yに延在する仮想の中心線X0を中心とする線対称位置に位置決め穴5f1、5f2、5g1、5g2が形成されている。かかる位置決め穴5f1、5f2、5g1,5g2は、体積ホログラフィック素子1を製造する際の位置決めに利用される。また、体積ホログラフィック素子1の外形(第1基板5Aおよび第2基板5Bの外形を基準に位置決めを行ってもよい。   Also in this embodiment, as in the first embodiment, the first substrate 5A and the second substrate 5B have a rectangular shape extending in the lateral direction Y, and the holographic material layer 4 is provided in a rectangular shape at the central portion thereof. ing. At the ends on both sides in the lateral direction Y of the first substrate 5A and the second substrate 5B, a virtual center line X0 extending in the lateral direction Y through the center in the vertical X direction of the holographic material layer 4 is centered. Positioning holes 5f1, 5f2, 5g1, and 5g2 are formed at the line symmetrical positions. The positioning holes 5f1, 5f2, 5g1, and 5g2 are used for positioning when the volume holographic element 1 is manufactured. Further, positioning may be performed based on the outer shape of the volume holographic element 1 (the outer shape of the first substrate 5A and the second substrate 5B).

このように構成した体積ホログラフィック素子1は、図4(a)に示す状態のまま、右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1bとして用いられる場合と、ホログラフィック材料層4が形成された横方向Yの中央部分が、他の部分から分割されて中央部分のみが右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1bとして用いられる場合がある。本形態では、ホログラフィック材料層4が形成された横方向Yの中央部分が、他の部分から分割されて中央部分のみが右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1bとして用いられる。   The volume holographic element 1 configured as described above is used as the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye while maintaining the state shown in FIG. In some cases, the central portion in the lateral direction Y in which 4 is formed is divided from other portions and only the central portion is used as the right-eye volume holographic element 1a and the left-eye volume holographic element 1b. In this embodiment, the central portion in the lateral direction Y on which the holographic material layer 4 is formed is divided from other portions, and only the central portion is used as the right-eye volume holographic element 1a and the left-eye volume holographic element 1b. Used.

ここで、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は各々、前後方向Zに撓んで観察者Mの右眼Eaおよび左眼Ebに凹曲面1sを向けた湾曲部1uを有しており、湾曲部1uは、凹曲面1sとは反対側の面が凸曲面1tになっている。本形態において、ホログラフィック材料層4が設けられた領域の全体が湾曲部1uになっている。   Here, the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) bends in the front-rear direction Z and is concavely curved in the right eye Ea and the left eye Eb of the observer M, respectively. The curved portion 1u has a curved surface 1t that faces away from the concave curved surface 1s. In this embodiment, the entire region where the holographic material layer 4 is provided is the curved portion 1u.

体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)において、湾曲部1uは、横方向Yにおいて曲率半径が変化しており、中心線X0に沿う位置での横方向Yにおける曲率半径は、図4(c)に示すように変化している。図4(c)に示すように、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は、横方向Yにおける中央部分Y0から観察者Mの鼻F側に位置する部分Y1に向けて曲率半径が連続的に大きくなっており、横方向Yにおける中央部分Y0の曲率半径は、観察者Mの鼻F側に位置する部分Y1の曲率半径より小さくなっている。   In the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye), the curved portion 1u has a radius of curvature that changes in the lateral direction Y, and is located at a position along the center line X0. The radius of curvature in the horizontal direction Y changes as shown in FIG. As shown in FIG. 4C, the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) has a nose F of the observer M from the central portion Y0 in the lateral direction Y. The radius of curvature continuously increases toward the portion Y1 located on the side, and the radius of curvature of the central portion Y0 in the lateral direction Y is smaller than the radius of curvature of the portion Y1 located on the nose F side of the observer M. ing.

また、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は、中心線X0に沿う位置での横方向Yにおける中央部分Y0から観察者Mの耳H側に位置する部分Y2に向けて曲率半径が部分的に小さくなった後、連続的に大きくなっており、横方向Yにおける中央部分Y0の曲率半径は、観察者Mの耳H側に位置する部分Y2の曲率半径より小さくなっている。   Further, the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) has an ear H of the observer M from the central portion Y0 in the lateral direction Y at a position along the center line X0. After the radius of curvature partially decreases toward the portion Y2 located on the side, the radius of curvature of the central portion Y0 in the lateral direction Y is positioned on the ear H side of the observer M. It is smaller than the radius of curvature of the portion Y2.

また、湾曲部1uにおいて、中心線X0から上下方向Xに等しい距離を隔てた位置X1、X2での横方向Yにおける曲率半径はいずれも、図4(d)に示すように、中心線X0に沿う位置での横方向Yにおける曲率半径と同様に変化している。従って、湾曲部1uは、上下方向Xでは、中心線X0を中心とする線対称に構成されている。   Further, in the bending portion 1u, the curvature radii in the lateral direction Y at the positions X1 and X2 that are separated from the center line X0 by the same distance in the up and down direction X are both at the center line X0 as shown in FIG. It changes similarly to the radius of curvature in the lateral direction Y at the position along. Therefore, the bending portion 1u is configured to be line-symmetric with respect to the center line X0 in the vertical direction X.

かかる構成の体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)を用いれば、右眼Eaおよび左眼Ebに入射するスポット径を150μmまで絞ることができる。   If the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) having such a configuration is used, the spot diameters incident on the right eye Ea and the left eye Eb can be reduced to 150 μm. .

また、本形態の体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)を用いれば、実施の形態1と同様、図2に示すように、鼻F側に位置する部分Y1を観察者の眼から遠い位置に配置することができる。このため、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)を耳H側の端部が前方に位置するように大きく傾いた姿勢で配置する必要がない。例えば、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は各々、横方向Yの端部を結ぶ第1仮想線Ya、Ybが右眼Eaと左眼Ebとを結ぶ第2仮想線Yeと平行な姿勢、あるいは第1仮想線Ya、Ybと第2仮想線Yeとの間隔が観察者Mの鼻F側より観察者Mの耳H側で狭くなるように傾いた姿勢で配置することができる。それ故、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)の耳H側の端部1ha、1hbを後方に配置することができるので、頭部装着型表示装置100では、耳H側を鼻F側より前方に突出させる必要がない。よって、頭部装着型表示装置100のデザイン性を向上することができる。   If the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) of the present embodiment is used, as shown in FIG. The portion Y1 located at can be arranged at a position far from the observer's eyes. For this reason, it is necessary to arrange the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) in a largely inclined posture so that the end on the ear H side is positioned forward. Absent. For example, in the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye), the first imaginary lines Ya and Yb connecting the ends in the lateral direction Y are respectively left and right. The posture parallel to the second virtual line Ye connecting the eye Eb or the interval between the first virtual lines Ya, Yb and the second virtual line Ye is narrower on the observer H's ear H side than on the observer's nose F side. It can be arranged in an inclined posture. Therefore, since the end portions 1ha and 1hb on the ear H side of the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) can be disposed rearward, In the type display device 100, it is not necessary to project the ear H side forward from the nose F side. Therefore, the design of the head-mounted display device 100 can be improved.

また、湾曲部1uは、上下方向Xでは、中心線X0を中心とする線対称に構成されている。それ故、右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1bに対して同一の体積ホログラフィック素子1を用いることができる。それ故、頭部装着型表示装置100の低コスト化を図ることができる。   Further, the bending portion 1u is configured to be symmetrical with respect to the center line X0 in the vertical direction X. Therefore, the same volume holographic element 1 can be used for the right-eye volume holographic element 1a and the left-eye volume holographic element 1b. Therefore, the cost of the head-mounted display device 100 can be reduced.

[体積ホログラフィック素子1の製造方法]
図5は、本発明の実施の形態1、2に係る体積ホログラフィック素子1の製造方法を示す説明図である。図6は、本発明の実施の形態1、2に係る体積ホログラフィック素子1の露光干渉工程の説明図であり、図6(a)、(b)、(c)は、干渉露光装置の説明図、体積ホログラフィック素子1への露光光の入射方向等を示す説明図、および体積ホログラフィック素子1への露光光の入射方向と回折方向との関係を示す説明図である。
[Method for Manufacturing Volume Holographic Element 1]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a method for manufacturing the volume holographic element 1 according to the first and second embodiments of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram of the exposure interference process of the volume holographic element 1 according to the first and second embodiments of the present invention, and FIGS. 6 (a), (b), and (c) are descriptions of the interference exposure apparatus. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an incident direction of exposure light to the volume holographic element 1 and an explanatory diagram showing a relationship between an incident direction of exposure light to the volume holographic element 1 and a diffraction direction.

本発明の実施の形態1、2に係る体積ホログラフィック素子1を製造するにあたっては、図5(a)に示すように、透光性のフィルム3の一方面に未硬化状態あるいは半硬化状態のホログラフィック材料層4、および保護シート8が積層されている材料シート9を用いる。ここで、体積ホログラフィック素子1を部分反射型回折素子として構成する場合、ホログラフィック材料層4は、銀塩乳剤、感光性ポリマーや感光性レジスト等を含んでおり、硬化前のホログラフィック材料層4は粘着性を有している。フィルム3は、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース等のプラスチックフィルムからなる。   In manufacturing the volume holographic element 1 according to Embodiments 1 and 2 of the present invention, as shown in FIG. 5 (a), one surface of the translucent film 3 is in an uncured state or a semi-cured state. A material sheet 9 on which a holographic material layer 4 and a protective sheet 8 are laminated is used. Here, when the volume holographic element 1 is configured as a partially reflective diffractive element, the holographic material layer 4 includes a silver salt emulsion, a photosensitive polymer, a photosensitive resist, and the like, and the holographic material layer before curing. 4 has adhesiveness. The film 3 is made of a plastic film such as polyethylene terephthalate, polycarbonate, or triacetyl cellulose.

本形態では、まず、積層工程において、図5(b)に示すように、暗室内で材料シート9から保護シート8を剥離する。次に、図5(c)に示すように、フィルム3をホログラフィック材料層4を介して、プラスチック基板あるいはガラス基板からなる透光性の第1基板5Aの一方面に貼付する。   In this embodiment, first, in the stacking step, as shown in FIG. 5B, the protective sheet 8 is peeled from the material sheet 9 in a dark room. Next, as shown in FIG. 5C, the film 3 is attached to one surface of a translucent first substrate 5A made of a plastic substrate or a glass substrate through the holographic material layer 4.

次に、フィルム3のホログラフィック材料層4側とは反対側の面に接着剤や粘着シート等からなる透光性の接着層6を設ける。次に、図5(d)に示すように、プラスチック基板あるいはガラス基板からなる透光性の第2基板5Bを接着層6によってフィルム3と接着する。その結果、図5(d)に示す積層体1r(体積ホログラフィック素子1の前駆体)が形成され、かかる積層体1rにおいて、第1基板5Aと第2基板5Bとの間には、第1基板5A側から第2基板5B側に向けて、ホログラフィック材料層4、フィルム3、および接着層6が順に積層されている。ここで、第1基板5Aおよび第2基板5Bには、湾曲部が形成されているため、ホログラフィック材料層4、接着層6およびフィルム3も湾曲部が形成される。従って、積層体1rに湾曲部1uが形成される。なお、第1基板5および第2基板5Bがプラスチック基板からなる場合、積層体1rを形成してから湾曲部1uを形成してもよい。   Next, a translucent adhesive layer 6 made of an adhesive, an adhesive sheet or the like is provided on the surface of the film 3 opposite to the holographic material layer 4 side. Next, as shown in FIG. 5D, a translucent second substrate 5 </ b> B made of a plastic substrate or a glass substrate is bonded to the film 3 with an adhesive layer 6. As a result, a laminated body 1r (a precursor of the volume holographic element 1) shown in FIG. 5D is formed, and in the laminated body 1r, the first substrate 5A and the second substrate 5B have a first The holographic material layer 4, the film 3, and the adhesive layer 6 are sequentially laminated from the substrate 5A side to the second substrate 5B side. Here, since the curved portion is formed on the first substrate 5A and the second substrate 5B, the holographic material layer 4, the adhesive layer 6 and the film 3 are also formed with the curved portion. Therefore, the curved part 1u is formed in the laminated body 1r. In addition, when the 1st board | substrate 5 and the 2nd board | substrate 5B consist of a plastic substrate, you may form the curved part 1u after forming the laminated body 1r.

次に、干渉露光工程では、図6(a)に示すように、干渉露光装置10の除振台に積層体1rを設置し、積層体1rに対して干渉露光を行った後、UV照射や加熱処理を行って、ホログラフィック材料層4を硬化させれば、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)が製造される。   Next, in the interference exposure step, as shown in FIG. 6A, the laminated body 1r is placed on the vibration isolation table of the interference exposure apparatus 10, and after performing interference exposure on the laminated body 1r, UV irradiation or When heat treatment is performed to cure the holographic material layer 4, the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) is manufactured.

干渉露光装置10においては、白色光をダイクロイックミラー11a、11bによって赤色光LR、緑色光LGおよび青色光LBに分離した後、全反射ミラー12a、12b、12c、12dによって赤色光LR、緑色光LGおよび青色光LBを導光する。そして、赤色光LRについては、ハーフミラー13aによって、物体光L1用の赤色光LRと参照光L2用の赤色光LRとする。緑色光LGについては、ハーフミラー13bによって、物体光L1用の緑色光LGと参照光L2用の緑色光LGとする。青色光LBについては、ハーフミラー13cによって、物体光L1用の青色光LBと参照光L2用の青色光LBとする。物体光L1用の赤色光LR、緑色光LG、および青色光LBについては各々、レンズ系14r、15r、14g、15g、14b、15bによって平行光束化した後、全反射ミラー16a、およびダイクロイックミラー16b、16cによって合成した後、集光レンズ16dを介して積層体1rに照射する。これに対して、参照光L2用の赤色光LR、緑色光LG、および青色光LBについては各々、レンズ系17r、18r、17g、18g、17b、18bによって平行光束化した後、全反射ミラー19a、およびダイクロイックミラー19b、19cによって合成した後、集光レンズ19dを介して積層体1rに照射する。   In the interference exposure apparatus 10, white light is separated into red light LR, green light LG, and blue light LB by dichroic mirrors 11a and 11b, and then red light LR and green light LG by total reflection mirrors 12a, 12b, 12c, and 12d. And the blue light LB is guided. The red light LR is converted into red light LR for object light L1 and red light LR for reference light L2 by the half mirror 13a. The green light LG is converted into green light LG for object light L1 and green light LG for reference light L2 by the half mirror 13b. The blue light LB is converted into blue light LB for object light L1 and blue light LB for reference light L2 by the half mirror 13c. The red light LR, the green light LG, and the blue light LB for the object light L1 are converted into parallel beams by the lens systems 14r, 15r, 14g, 15g, 14b, and 15b, respectively, and then the total reflection mirror 16a and the dichroic mirror 16b. , 16c, and then, the laminated body 1r is irradiated through the condenser lens 16d. On the other hand, the red light LR, the green light LG, and the blue light LB for the reference light L2 are respectively converted into parallel light beams by the lens systems 17r, 18r, 17g, 18g, 17b, and 18b, and then the total reflection mirror 19a. And the dichroic mirrors 19b and 19c, and then irradiates the laminated body 1r through the condenser lens 19d.

その際、図6(b)に示すように、積層体1rにおいて体積ホログラフィック素子1の凹曲面1sとなっている側から球面波からなる物体光L1を照射し、物体光L1は、収束してから積層体1rに発散光として照射される。これに対して、積層体1rにおいて体積ホログラフィック素子1の凸曲面1tとなっている側からは、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)の観察者Mの鼻F側に配置される端部1ha、1hb側に傾いた方向から球面波からなる参照光L2を照射する。その際、参照光L2は、積層体1rを透過してから収束する収束光として照射される。   At that time, as shown in FIG. 6B, object light L1 composed of spherical waves is irradiated from the side of the laminated body 1r that is the concave curved surface 1s of the volume holographic element 1, and the object light L1 converges. After that, the laminate 1r is irradiated as divergent light. On the other hand, the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) is formed from the side of the laminate 1r that is the convex curved surface 1t of the volume holographic element 1. The reference light L2 consisting of spherical waves is irradiated from the direction inclined toward the end portions 1ha and 1hb arranged on the nose F side of the observer M. At that time, the reference light L2 is irradiated as convergent light that converges after passing through the laminate 1r.

その結果、図6(c)に示すように、参照光L2の収束位置から体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)に向けて出射された光(右眼用画像光出射装置56a、および光眼用画像光出射装置56bから出射された画像光L0a、L0b)は、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)で回折されて、参照光L2の収束位置(右眼Eaおよび左眼Eb)に集光することになる。   As a result, as shown in FIG. 6C, the reference light L2 is emitted toward the volume holographic element 1 (the right-eye volume holographic element 1a and the left-eye volume holographic element 1b). The light (image light L0a, L0b emitted from the image light emitting device for right eye 56a and the image light emitting device for light eye 56b) is volume holographic element 1 (volume holographic element for right eye and left eye). The light is diffracted by the volume holographic element 1b) and collected at the convergence position (right eye Ea and left eye Eb) of the reference light L2.

このような製造方法において、右眼用体積ホログラフィック素子1aと左眼用体積ホログラフィック素子1bとは上下方向で線対称である。従って、右眼用体積ホログラフィック素子1aを製造する工程と、左眼用体積ホログラフィック素子1bを製造する工程とでは、同一構成の積層体1rを用いる。そして、右眼用体積ホログラフィック素子1aを製造するための積層体1rに対する干渉露光工程と、左眼用体積ホログラフィック素子1bを製造するための積層体1rに対する干渉露光工程とでは、図6(a)に示す干渉露光装置10に対して積層体1rを配置する向きを上下反転させる。従って、同一構成の積層体1rの向きを変えることにより、右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1bを製造することができるので、右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1bの製造コストを低減することができる。   In such a manufacturing method, the right-eye volume holographic element 1a and the left-eye volume holographic element 1b are line-symmetric in the vertical direction. Accordingly, the laminate 1r having the same configuration is used in the process of manufacturing the right-eye volume holographic element 1a and the process of manufacturing the left-eye volume holographic element 1b. Then, in the interference exposure process for the laminate 1r for manufacturing the right-eye volume holographic element 1a and the interference exposure process for the stack 1r for manufacturing the left-eye volume holographic element 1b, FIG. The direction in which the laminated body 1r is arranged is reversed upside down with respect to the interference exposure apparatus 10 shown in a). Therefore, the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye can be manufactured by changing the direction of the laminated body 1r having the same configuration, and therefore the volume holographic element 1a for the right eye and the left The manufacturing cost of the volumetric holographic element for eye 1b can be reduced.

ここで、第1基板5Aのホログラフィック材料層4とは反対側の面からなる第1外面側5A0に第1反射防止層7Bを積層し、第2基板5Bのホログラフィック材料層4とは反対側の面からなる第2外面5B0側に第2反射防止層7Bを積層した状態で干渉露光工程を行うことが好ましい。かかる構成によれば、体積ホログラフィック素子1(右眼用体積ホログラフィック素子1aおよび左眼用体積ホログラフィック素子1b)は、第1基板5Aの第1外面側5A0に第1反射防止層7Bが積層され、第2基板5Bの第2外面5B0側に第2反射防止層7Bが積層された構造となる。   Here, the first antireflection layer 7B is laminated on the first outer surface 5A0 which is the surface opposite to the holographic material layer 4 of the first substrate 5A, and is opposite to the holographic material layer 4 of the second substrate 5B. It is preferable to perform the interference exposure process in a state where the second antireflection layer 7B is laminated on the second outer surface 5B0 side which is a side surface. According to this configuration, the volume holographic element 1 (the volume holographic element 1a for the right eye and the volume holographic element 1b for the left eye) has the first antireflection layer 7B on the first outer surface side 5A0 of the first substrate 5A. The second antireflection layer 7B is laminated on the second outer surface 5B0 side of the second substrate 5B.

上記の第1反射防止層7Aおよび第2反射防止層7Bの形成工程は、例えば、積層工程において積層体1rを形成した後、干渉露光工程の前に行う。また、積層工程の前に第1基板5Aおよび第2基板5Bに第1反射防止層7Aおよび第2反射防止層7Bを形成しておき、その後、積層工程を行ってもよい。また、第1反射防止層7Aおよび第2反射防止層7Bの一方を積層工程の前に形成し、第1反射防止層7Aおよび第2反射防止層7Bの他方を積層工程の後に形成してもよい。本形態では、図5(c)に示すように、積層工程の前に第1基板5Aおよび第2基板5Bに第1反射防止層7Aおよび第2反射防止層7Bを形成しておき、その後、積層工程を行う。   The formation process of the first antireflection layer 7A and the second antireflection layer 7B is performed, for example, after the stacked body 1r is formed in the stacking process and before the interference exposure process. Alternatively, the first antireflection layer 7A and the second antireflection layer 7B may be formed on the first substrate 5A and the second substrate 5B before the lamination step, and then the lamination step may be performed. Further, one of the first antireflection layer 7A and the second antireflection layer 7B may be formed before the stacking step, and the other of the first antireflection layer 7A and the second antireflection layer 7B may be formed after the stacking step. Good. In this embodiment, as shown in FIG. 5C, the first antireflection layer 7A and the second antireflection layer 7B are formed on the first substrate 5A and the second substrate 5B before the stacking step, and then A lamination process is performed.

かかる構成によれば、ホログラフィック材料層4の所定位置以外に干渉縞が発生することを抑制することができるので、余計な干渉縞(余計な回折格子)に起因する回折特性の低下を抑制することができる。   According to such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of interference fringes other than the predetermined position of the holographic material layer 4, and thus it is possible to suppress a decrease in diffraction characteristics due to extra interference fringes (extra diffraction grating). be able to.

1・・体積ホログラフィック素子、1a・・右眼用体積ホログラフィック素子、1b・・左眼用体積ホログラフィック素子、1ha、1hb・・耳側の端部、1s・・凹曲面、1r・・積層体、1t・・凸曲面、1u・・湾曲部、4・・ホログラフィック材料層、5A・・第1基板、5A0・・第1外面、5B・・第2基板、6・・接着層、7A・・第1反射防止層、7B・・第2反射防止層、10・・干渉露光装置、53・・偏向部材、53a・・右眼用偏向部材、53b・・左眼用偏向部材、56a・・右眼用画像光出射装置、56b・・左眼用画像光出射装置、60・・フレーム、61・・前部分、62a、62b・・テンプル、100・・頭部装着型表示装置、511(B)・・青色用レーザー素子、511(G)・・緑色用レーザー素子、511(R)・・赤色用レーザー素子、530a,530b・・偏向面、E・・眼、E1・・瞳孔、E2・・網膜、Ea・・右眼、Eb・・左眼、G・・鼻、H・・耳、Ha・・右耳、Hb・・左耳、L0a、L0b・・画像光、L1・・物体光、L2・・参照光、M・・観察者、M0・・頭部、X・・上下方向、Y・・横方向、Y0・・横方向Yにおける中央部分、Y1・・鼻側に位置する部分、Y2・・耳側に位置する部分、Ya、Yb・・第1仮想線、Ye・・第2仮想線、Z・・前後方向 1. Volume holographic element, 1a, Volume holographic element for right eye, 1b, Volume holographic element for left eye, 1ha, 1hb, End of ear side, 1s, concave surface, 1r,. Laminated body, 1t ... convex surface, 1u ... curved part, 4 ... holographic material layer, 5A ... first substrate, 5A0 ... first outer surface, 5B ... second substrate, 6 ... adhesive layer, 7A..First antireflection layer, 7B..Second antireflection layer, 10..Interference exposure apparatus, 53..Deflection member, 53a..Right eye deflection member, 53b..Left eye deflection member, 56a ..Image light emitting device for right eye, 56b..Image light emitting device for left eye, 60..Frame 61.Front part, 62a, 62b.Temple 100..Head-mounted display device 511 (B) ... Laser element for blue, 511 (G) ... Laser for green Element, 511 (R) ··· Red laser element, 530a, 530b ··· Deflection surface, E ·· Eye, E1 ·· Pupil, E2 ·· Retina, Ea ·· Right eye, Eb ·· Left eye, G · -Nose, H ... Ear, Ha ... Right ear, Hb ... Left ear, L0a, L0b ... Image light, L1 ... Object light, L2 ... Reference light, M ... Observer, M0 ... Head Part, X ... up / down direction, Y ... lateral direction, Y0 ... central part in the lateral direction Y, Y1 ... part located on the nose side, Y2 ... part located on the ear side, Ya, Yb ... 1 virtual line, Ye ... second virtual line, Z ... front-back direction

Claims (13)

レーザー光を光源とする右眼用画像光出射装置と、
前記右眼用画像光出射装置から出射された画像光を偏向して観察者の右眼に入射させる右眼用体積ホログラフィック素子と、
レーザー光を光源とする左眼用画像光出射装置と、
前記左眼用画像光出射装置から出射された画像光を偏向して前記観察者の左眼に入射させる左眼用体積ホログラフィック素子と、
前記右眼用画像光出射装置、前記右眼用体積ホログラフィック素子、前記左眼用画像光出射装置、および前記左眼用体積ホログラフィック素子を保持し、前記観察者の頭部に装着されるフレームと、
を有し、
前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記観察者側に凹曲面を向けた湾曲部を有し、
前記湾曲部は、上下方向において線対称、かつ、横方向における中央部分の曲率半径が前記観察者の鼻側の曲率半径より小さい断面形状を有していることを特徴とする頭部装着型表示装置。
An image light emitting device for the right eye using a laser beam as a light source;
A volumetric holographic element for the right eye that deflects the image light emitted from the image light emitting device for the right eye to enter the right eye of the observer;
A left-eye image light emitting device using laser light as a light source;
A volumetric holographic element for the left eye that deflects the image light emitted from the image light emitting device for the left eye and enters the left eye of the observer;
The right-eye image light emitting device, the right-eye volume holographic element, the left-eye image light emitting device, and the left-eye volume holographic element are held and attached to the observer's head. Frame,
Have
The right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element each have a curved portion with a concave curved surface facing the observer side,
The head-mounted display characterized in that the curved portion is line-symmetric in the vertical direction and has a cross-sectional shape in which the radius of curvature of the central portion in the lateral direction is smaller than the radius of curvature of the observer's nose side apparatus.
請求項1に記載の頭部装着型表示装置において、
前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、横方向の端部を結ぶ第1仮想線が前記右眼と前記左眼とを結ぶ第2仮想線と平行な姿勢、あるいは前記第1仮想線と前記第2仮想線との間隔が前記観察者の鼻側より前記観察者の耳側で狭くなるように傾いた姿勢で前記フレームに保持されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。
The head-mounted display device according to claim 1,
In each of the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element, a first imaginary line connecting lateral ends is parallel to a second imaginary line connecting the right eye and the left eye. Alternatively, the frame is held in an inclined posture so that an interval between the first virtual line and the second virtual line is narrower on the observer's ear side than on the observer's nose side. Head-mounted display device.
請求項1または2に記載の頭部装着型表示装置において、
前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、透光性の第1基板と、前記第1基板の一方面側に積層されホログラフィック材料層と、を有し、
前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記湾曲部の曲率半径が前記第1基板の形状によって規定されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。
The head-mounted display device according to claim 1 or 2,
The right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element each have a translucent first substrate and a holographic material layer laminated on one surface side of the first substrate,
The head-mounted display device, wherein each of the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element has a curvature radius defined by the shape of the first substrate.
請求項3に記載の頭部装着型表示装置において、
前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記ホログラフィック材料層に対して前記第1基板と反対側に積層された透光性の第2基板を有し、
前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記湾曲部の曲率半径が前記第1基板および前記第2基板の形状によって規定されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。
The head-mounted display device according to claim 3,
The right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element each have a translucent second substrate laminated on the opposite side of the first substrate with respect to the holographic material layer,
The right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element each have a curvature radius of the curved portion defined by the shapes of the first substrate and the second substrate. Wearable display device.
請求項4に記載の頭部装着型表示装置において、
前記第1基板の前記ホログラフィック材料層とは反対側の面からなる第1外面側に積層された第1反射防止層と、
前記第2基板の前記ホログラフィック材料層とは反対側の面からなる第2外面側に積層された第2反射防止層と、
を有していることを特徴とする頭部装着型表示装置。
The head-mounted display device according to claim 4,
A first antireflection layer laminated on the first outer surface side of the surface of the first substrate opposite to the holographic material layer;
A second antireflection layer laminated on the second outer surface side of the surface of the second substrate opposite to the holographic material layer;
A head-mounted display device characterized by comprising:
請求項1乃至5の何れか一項に記載の頭部装着型表示装置において、
前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記中央部分の曲率半径が前記観察者の耳側の曲率半径より大きい断面形状を有していることを特徴とする頭部装着型表示装置。
The head-mounted display device according to any one of claims 1 to 5,
The right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element each have a cross-sectional shape in which the radius of curvature of the central portion is larger than the radius of curvature of the observer's ear side. Head-mounted display device.
請求項6に記載の頭部装着型表示装置において、
前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、上下方向に直線的に延在する断面形状を有していることを特徴とする頭部装着型表示装置。
The head-mounted display device according to claim 6,
The head-mounted display device, wherein each of the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element has a cross-sectional shape extending linearly in the vertical direction.
請求項1乃至5の何れか一項に記載の頭部装着型表示装置において、
前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記中央部分の曲率半径が前記観察者の耳側の曲率半径より小さい断面形状を有していることを特徴とする頭部装着型表示装置。
The head-mounted display device according to any one of claims 1 to 5,
The right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element each have a cross-sectional shape in which the radius of curvature of the central portion is smaller than the radius of curvature of the observer's ear side. Head-mounted display device.
請求項8に記載の頭部装着型表示装置において、
前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、上下方向で線対称に湾曲した断面形状を有していることを特徴とする頭部装着型表示装置。
The head-mounted display device according to claim 8,
The head-mounted display device, wherein each of the right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element has a cross-sectional shape curved in line symmetry in the vertical direction.
レーザー光を光源とする右眼用画像光出射装置と、前記右眼用画像光出射装置から出射された画像光を偏向して観察者の右眼に入射させる右眼用体積ホログラフィック素子と、レーザー光を光源とする左眼用画像光出射装置と、前記左眼用画像光出射装置から出射された画像光を偏向して前記観察者の右眼に入射させる右眼用体積ホログラフィック素子と、前記右眼用画像光出射装置、右眼用体積ホログラフィック素子、前記左眼用画像光出射装置、および前記右眼用体積ホログラフィック素子を保持し、前記観察者の頭部に装着されるフレームと、を有する頭部装着型表示装置で、前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子に用いられる体積ホログラフィック素子の製造方法において、
前記右眼用体積ホログラフィック素子および前記左眼用体積ホログラフィック素子は各々、前記観察者側に凹曲面を向けた湾曲部を有し、
前記湾曲部は、上下方向において線対称、かつ、横方向における中央部分の曲率半径が前記観察者の鼻側の曲率半径より小さい断面形状を有しており、
前記体積ホログラフィック素子を製造するための積層体に対する干渉露光工程では、干渉露光装置において、前記体積ホログラフィック素子の凹曲面となっている側から球面波からなる物体光を照射し、前記体積ホログラフィック素子において前記凹曲面の反対側で凸曲面となっている側からは、前記体積ホログラフィック素子の前記観察者の鼻側に配置される端部側に傾いた方向から球面波からなる参照光を照射することを特徴とする体積ホログラフィック素子の製造方法。
A right-eye image light emitting device using a laser beam as a light source, and a right-eye volume holographic element that deflects image light emitted from the right-eye image light emitting device and enters the right eye of an observer; A left-eye image light emitting device using laser light as a light source, and a right-eye volume holographic element that deflects image light emitted from the left-eye image light emitting device and enters the right eye of the observer The right-eye image light emitting device, the right-eye volume holographic element, the left-eye image light emitting device, and the right-eye volume holographic element are held and attached to the observer's head. In a method for manufacturing a volume holographic element used in the volume holographic element for the right eye and the volume holographic element for the left eye in a head-mounted display device having a frame,
The right-eye volume holographic element and the left-eye volume holographic element each have a curved portion with a concave curved surface facing the observer side,
The curved portion has a cross-sectional shape that is line-symmetric in the vertical direction and has a radius of curvature of a central portion in the lateral direction that is smaller than the radius of curvature of the observer's nose side;
In the interference exposure process for the laminate for manufacturing the volume holographic element, the interference exposure apparatus irradiates the volume holographic element with object light comprising a spherical wave from the concave surface side of the volume holographic element. A reference light comprising a spherical wave from a direction inclined to an end side of the volume holographic element arranged on the nose side of the observer from the side of the graphic element opposite to the concave curved surface. The volume holographic element manufacturing method characterized by irradiating.
請求項10に記載の体積ホログラフィック素子の製造方法において、
前記右眼用体積ホログラフィック素子を製造する工程と、前記左眼用体積ホログラフィック素子を製造する工程とでは、同一構成の前記積層体を用い、
前記右眼用体積ホログラフィック素子を製造するための前記積層体に対する前記干渉露光工程と、前記左眼用体積ホログラフィック素子を製造するための前記積層体に対する前記干渉露光工程とでは、前記干渉露光装置に前記積層体を配置する向きが上下反転していることを特徴とする体積ホログラフィック素子の製造方法。
The method of manufacturing a volume holographic element according to claim 10,
In the step of manufacturing the right-eye volume holographic element and the step of manufacturing the left-eye volume holographic element, the laminate having the same configuration is used,
In the interference exposure step for the laminate for manufacturing the right-eye volume holographic element and the interference exposure step for the stack for manufacturing the left-eye volume holographic element, the interference exposure is performed. A method for producing a volume holographic element, characterized in that the orientation in which the laminate is arranged in the apparatus is inverted upside down.
請求項10または11に記載の体積ホログラフィック素子の製造方法において、
前記体積ホログラフィック素子は、透光性の第1基板と、前記第1基板の一方面側に積層されホログラフィック材料層と、前記ホログラフィック材料層に対して前記第1基板と反対側に積層された透光性の第2基板と、を有していることを特徴とする体積ホログラフィック素子の製造方法。
In the manufacturing method of the volume holographic element according to claim 10 or 11,
The volume holographic element includes a light-transmitting first substrate, a holographic material layer stacked on one side of the first substrate, and a layer opposite to the first substrate with respect to the holographic material layer. And a translucent second substrate, wherein the volume holographic element is manufactured.
請求項12に記載の体積ホログラフィック素子の製造方法において、
前記第1基板の前記ホログラフィック材料層とは反対側の面からなる第1外面側に第1反射防止層を積層し、前記第2基板の前記ホログラフィック材料層とは反対側の面からなる第2外面側に第2反射防止層を積層した状態で前記干渉露光工程を行うことを特徴とする体積ホログラフィック素子の製造方法。
The method of manufacturing a volume holographic element according to claim 12,
A first antireflection layer is laminated on a first outer surface side of the first substrate opposite to the holographic material layer, and the second substrate comprises a surface opposite to the holographic material layer. A method of manufacturing a volume holographic element, wherein the interference exposure step is performed in a state where a second antireflection layer is laminated on the second outer surface side.
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