JP2012208227A - Point light source optical system, optical device, and manufacturing method of point light source optical system - Google Patents

Point light source optical system, optical device, and manufacturing method of point light source optical system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a point light source optical system capable of generating fine light beams easily without using a diffraction optical element that requires advanced techniques and huge costs.SOLUTION: A point light source optical system comprises: a light source 1, a collimator lens 2 for converting light emitted from the light source 1 into an approximately parallel light beam; a first diffraction mechanism 3 for diffracting the light beam passed through the collimator lens; a second diffraction mechanism 6 for diffracting the light beam passed through the first diffraction mechanism 3; a third diffraction mechanism 9 for diffracting the light beam passed through the second diffraction mechanism 6; and a fourth diffraction mechanism 12 for diffracting the light beam passed through the third diffraction mechanism 9. The first diffraction mechanism 3 to the fourth diffraction mechanism 12 include diffraction optical elements 5, 8, 11 and 13 for diffracting the incident light beams into a predetermined direction and light guide parts 4, 7, 10 and 14 for guiding the light beams diffracted by the diffraction optical elements 5, 8, 11 and 13 to a predetermined direction.

Description

本願発明は、点光源光学系、この点光源光学系を備える光学機器、及び、点光源光学系の製造方法に関する。   The present invention relates to a point light source optical system, an optical apparatus including the point light source optical system, and a method for manufacturing the point light source optical system.

従来、MEMSミラーやガルバノミラーといった走査ミラーを用いてレーザ光源を2次元に走査することによって映像を表示する走査型の画像表示装置として、例えば、フォーカスフリーのプロジェクタや、接眼光学系を併用したヘッドマウントディスプレイがある。しかし、レーザ光源はその特性として光束が広がらないため、スペックル反射の除去が難しい、安全性の確保にコストがかかるといった問題がある。   Conventionally, as a scanning image display device that displays an image by scanning a laser light source two-dimensionally using a scanning mirror such as a MEMS mirror or a galvanometer mirror, for example, a focus-free projector or a head using an eyepiece optical system in combination There is a mounted display. However, the laser light source has a problem that the specular reflection is difficult to remove because the luminous flux does not spread as a characteristic, and it is costly to ensure safety.

そこで、LED光源からの光をコリメートレンズによって略平行光束とした後に回折光学素子によって2度回折を行うことにより、容易に細い光束を発生させる装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, an apparatus that easily generates a thin light beam by diffracting light twice by a diffractive optical element after making light from an LED light source into a substantially parallel light beam by a collimator lens is disclosed (for example, see Patent Document 1). .

特開2010‐276981JP 2010-276981

しかしながら従来の点光源光学系は、光源の射出面を小さくするために導光材を薄くすると、回折光学素子から射出された光束が導光部材内で反射して、その一部が再度回折光学素子に入射し、所望の方向とは別の方向へ射出されてしまい、光が無駄となってしまう。これを解消するためには、回折角の大きい回折光学素子を用いる必要があるが、そのような回折光学素子を製造するためには、高度な技術と多大なコストを要することとなる。このような問題に鑑みて、本発明は、高度な技術や多大なコストを要することなく、容易に細い光束を発生させる点光源光学系を提供することを目的とする。   However, in the conventional point light source optical system, when the light guide material is made thin in order to reduce the exit surface of the light source, the light beam emitted from the diffractive optical element is reflected in the light guide member, and a part thereof is diffractive optically again. The light enters the element and is emitted in a direction different from the desired direction, and light is wasted. In order to solve this problem, it is necessary to use a diffractive optical element having a large diffraction angle. However, in order to manufacture such a diffractive optical element, a high level of technology and a great deal of cost are required. In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a point light source optical system that easily generates a thin light beam without requiring high technology and great cost.

上記課題を解決するために本発明では、光源と、該光源から放射された光を略平行な光束に変換するコリメートレンズと、該コリメートレンズを透過した前記光束を回折する第1の回折機構と、該第1の回折機構を通過した前記光束を回折する第2の回折機構と、該第2の回折機構を通過した前記光束を回折する第3の回折機構と、該第3の回折機構を通過した前記光束を回折する第4の回折機構と、を有し、前記第1の回折機構ないし第4の回折機構は、入射した前記光束を所定の方向に回折させる回折光学素子と該回折光学素子で回折された前記光束を所定の方向に導く導光部とを備えていることを特徴とする点光源光学系を提供する。   In order to solve the above problems, in the present invention, a light source, a collimator lens that converts light emitted from the light source into a substantially parallel light beam, and a first diffraction mechanism that diffracts the light beam that has passed through the collimator lens; A second diffraction mechanism for diffracting the light beam that has passed through the first diffraction mechanism, a third diffraction mechanism for diffracting the light beam that has passed through the second diffraction mechanism, and the third diffraction mechanism. A fourth diffractive mechanism for diffracting the passed light beam, and the first to fourth diffractive mechanisms diffract the incident light beam in a predetermined direction and the diffractive optical element. A point light source optical system comprising: a light guide unit that guides the light beam diffracted by the element in a predetermined direction.

また、本発明では、回折光学素子の記録材料を、該回折光学素子の使用時に該回折光学素子が回折した回折光を所定方向に導光する導光部に固定し、一つのレーザ光を二つのレーザ光に分離した後、一方のレーザ光を、前記回折光学素子が光を回折する際に該光を入射させるのと同じ向きで前記記録材料に照射し、それと同時に、他方のレーザ光を、前記回折光が射出される前記導光部の面から入射させることで回折格子を形成することを特徴とする回折光学素子の製造方法を提供する。   In the present invention, the recording material of the diffractive optical element is fixed to a light guide that guides diffracted light diffracted by the diffractive optical element in a predetermined direction when the diffractive optical element is used, and one laser beam is After being separated into two laser beams, one laser beam is irradiated onto the recording material in the same direction as the light is incident when the diffractive optical element diffracts the light, and at the same time, the other laser beam is irradiated with the other laser beam. A method of manufacturing a diffractive optical element is provided, wherein a diffraction grating is formed by making the light incident from the surface of the light guide unit from which the diffracted light is emitted.

本発明によれば、高度な技術や多大なコストを要する回折光学素子を用いずに、容易に細い光束を発生させる点光源光学系を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a point light source optical system that easily generates a thin light beam without using a diffractive optical element that requires high technology and great cost.

本願の第1実施形態の点光源光学系を示す斜視図(概念図)である。It is a perspective view (conceptual figure) which shows the point light source optical system of 1st Embodiment of this application. 回折機構の説明図である。(a)は、透過型ホログラフィック光学素子から射出された光束の一部が薄板状導光材内で全反射した後、再度透過型ホログラフィック光学素子に入射している様子を示している。(b)は、薄板状導光材内で全反射した後、再度透過型ホログラフィック光学素子に入射しないための回折角θを示している。It is explanatory drawing of a diffraction mechanism. (A) shows a state where a part of the light beam emitted from the transmissive holographic optical element is totally reflected in the thin plate-shaped light guide material and then incident on the transmissive holographic optical element again. (B) shows the diffraction angle θ for preventing the light from entering the transmissive holographic optical element again after being totally reflected in the thin plate-shaped light guide material. 本願の第1実施形態の点光源光学系の説明図である。(a)はLEDから射出された光束が第1の回折機構と第2の回折機構とを透過して射出されるまでを示している。(b)は反射型ホログラフィック光学素子で回折された光が接着剤層とくさび状導光材とを透過する際の屈折の様子を示している。It is explanatory drawing of the point light source optical system of 1st Embodiment of this application. (A) has shown until the light beam inject | emitted from LED permeate | transmits the 1st diffraction mechanism and the 2nd diffraction mechanism, and is inject | emitted. (B) shows the state of refraction when the light diffracted by the reflective holographic optical element passes through the adhesive layer and the wedge-shaped light guide. 本願の第2実施形態の点光源光学系の説明図である。(a)はLEDから射出された光束が第1の回折機構と第2の回折機構を透過して射出されるまでを示している。(b)は第2の回折機構から射出された光束が第3の回折機構と第4の回折機構を透過して射出されるまでを示している。It is explanatory drawing of the point light source optical system of 2nd Embodiment of this application. (A) has shown until the light beam inject | emitted from LED permeate | transmits the 1st diffraction mechanism and the 2nd diffraction mechanism, and is inject | emitted. (B) shows the light beam emitted from the second diffraction mechanism until it passes through the third diffraction mechanism and the fourth diffraction mechanism and is emitted. 本願の第3実施形態の光学機器に用いる点光源光学系を示す斜視図(概念図)である。It is a perspective view (conceptual figure) which shows the point light source optical system used for the optical apparatus of 3rd Embodiment of this application. (a)は本願の第3実施形態の光学機器を示す説明図である。(b)は第3実施形態の光学機器の変形例を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the optical apparatus of 3rd Embodiment of this application. (B) is explanatory drawing which shows the modification of the optical instrument of 3rd Embodiment. 本願の第4実施形態の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of 4th Embodiment of this application.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図1乃至図3を参照しつつ説明する。図1は本発明の第1実施形態である点光源光学系100の斜視図(概念図)である。なお、斜視図においては、説明のため、図面に向かって左手前から右奥の方向をX軸、右手前から左奥の方向をY軸、上下方向をZ軸と定義する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a perspective view (conceptual diagram) of a point light source optical system 100 according to the first embodiment of the present invention. In the perspective view, for the sake of explanation, the direction from the left front to the back right is defined as the X axis, the direction from the right front to the left back is defined as the Y axis, and the vertical direction is defined as the Z axis.

本第1実施形態の点光源光学系100は、図1に示す通り、光源としてのLED1と、LED1からの光束を略平行光束(Z軸に沿った光束)にするコリメートレンズ2とを有し、第1の回折機構3として、くさび状導光材4を透過した光束を回折する回折光学素子である反射型ホログラフィック光学素子5(以下「ホログラフィック素子」を「HOE」とする。)と、該反射型HOE5から射出された光束をX軸に沿って内部を進行させ第2の回折機構6に導光するくさび状導光材4とを有している。   As shown in FIG. 1, the point light source optical system 100 of the first embodiment includes an LED 1 as a light source and a collimating lens 2 that converts a light beam from the LED 1 into a substantially parallel light beam (a light beam along the Z axis). The first diffractive mechanism 3 is a reflection holographic optical element 5 (hereinafter referred to as “HOE”) which is a diffractive optical element that diffracts a light beam transmitted through the wedge-shaped light guide material 4. The wedge-shaped light guide 4 guides the light beam emitted from the reflective HOE 5 along the X axis and guides it to the second diffraction mechanism 6.

ここで、図3(a)に示すくさび状導光材4の頂角θ4は、反射型HOE5からくさび状導光材4に入射して進行する光束とその光束が入射する面とが作る角θ5と略同一に形成している。この結果、第1の回折機構3では、くさび状導光材4内をX軸に略平行な光束として進行させ、くさび状導光材4内での反射による光の損失を防止することができる。   Here, the apex angle θ4 of the wedge-shaped light guide material 4 shown in FIG. 3A is an angle formed by a light beam that travels by entering the wedge-shaped light guide material 4 from the reflective HOE 5 and a surface on which the light beam enters. It is formed substantially the same as θ5. As a result, in the first diffractive mechanism 3, the inside of the wedge-shaped light guide 4 is advanced as a light beam substantially parallel to the X axis, and loss of light due to reflection in the wedge-shaped light guide 4 can be prevented. .

第2の回折機構6は、薄板状導光材7と反射型HOE8から成り、第1の回折機構3から射出された光束(X軸方向)は、薄板状導光材7を透過して反射型HOE8に入射し、回折され、再度薄板状導光材7に入射し、薄板状導光材7内で全反射しながらZ軸に沿って進行して第3の回折機構9に導かれる。   The second diffractive mechanism 6 is composed of a thin plate-shaped light guide material 7 and a reflective HOE 8, and the light beam (X-axis direction) emitted from the first diffractive mechanism 3 is transmitted through the thin plate-shaped light guide material 7 and reflected. The light enters the mold HOE 8, is diffracted, enters the thin light guide 7 again, travels along the Z axis while being totally reflected in the thin light guide 7, and is guided to the third diffraction mechanism 9.

第3の回折機構9はくさび状導光材10と反射型HOE11とから成り、第2の回折機構6から射出された光束(Z軸方向)は、くさび状導光材10を透過し、反射型HOE11に入射し、回折され、再度くさび状導光材10に入射してくさび状導光材10内をY軸に沿って進行し、第4の回折機構12に導かれる。導光材10をくさび状とすることの効果は、上記第1の回折機構における効果と同様である。   The third diffractive mechanism 9 includes a wedge-shaped light guide material 10 and a reflective HOE 11, and a light beam (in the Z-axis direction) emitted from the second diffractive mechanism 6 is transmitted through the wedge-shaped light guide material 10 and reflected. The light enters the mold HOE 11, is diffracted, enters the wedge-shaped light guide 10 again, travels along the Y-axis along the wedge-shaped light guide 10, and is guided to the fourth diffraction mechanism 12. The effect of making the light guide material 10 in a wedge shape is the same as the effect in the first diffraction mechanism.

第4の回折機構12は、反射型HOE13と棒状導光材14とから成り、第3の回折機構9から射出された光束(Y軸方向)は、棒状導光材14を透過して、反射型HOE13に入射し、回折され、再度棒状導光材14に入射し、導光材内で全反射しながらZ軸に沿って進行して、射出部14aから射出される。なお、第1ないし第4の回折機構3、6、9、12において回折光として利用されるのは、いずれも一次回折光である。   The fourth diffractive mechanism 12 includes a reflective HOE 13 and a rod-shaped light guide material 14, and a light beam (Y-axis direction) emitted from the third diffractive mechanism 9 is transmitted through the rod-shaped light guide material 14 and reflected. The light enters the mold HOE 13, is diffracted, enters the rod-shaped light guide material 14 again, travels along the Z axis while being totally reflected in the light guide material, and is emitted from the injection portion 14 a. Note that the first to fourth diffraction mechanisms 3, 6, 9, and 12 use first-order diffracted light as diffracted light.

以上のように、LED1から射出された光は、第1ないし第4の回折機構3,6,9,12を順次通過することによって細い光束となり第4の回折機構12の棒状導光材14の射出部14aから射出される。例えば、薄板状導光材7のX軸方向の厚さが50μmであって、棒状導光材14のY軸方向の太さが50μmであれば、50μm×50μm角の光束が得られることになる。   As described above, the light emitted from the LED 1 passes through the first to fourth diffractive mechanisms 3, 6, 9, and 12 sequentially to become a thin light beam, and the light from the rod-shaped light guide material 14 of the fourth diffractive mechanism 12. Injected from the injection unit 14a. For example, if the thickness of the thin light guide 7 in the X-axis direction is 50 μm and the thickness of the rod-shaped light guide 14 in the Y-axis direction is 50 μm, a light flux of 50 μm × 50 μm square can be obtained. Become.

一般に、回折光学素子と導光材を用いた点光源光学系においては、図2(b)に示すように、例えば50μm×50μm角の光源を得ようとすれば、薄板状導光材15の厚さを50μmとしなければならない。光源16からコリメートレンズ17を透過した略平行光の幅が例えば5,000μmであれば、この5,000μm幅の光を全て厚さ50μmの導光部材内を通過させるためには、少なくともtanθ>50となる回折角の透過型HOE18を使用しなければならず、tanθ>50の条件を満たさない場合には、図2(a)に記載のように光の一部が薄板状導光材15で反射した後に再度透過型HOE18に入射し、回折機構20の外へ漏れてしまい、光が無駄になる。このことは反射型HOEを用いたとしても同様である。しかし、tanθ>50となる回折角θを有するHOEを製造するためには高度な技術力と多大なコストが必要となる。   In general, in a point light source optical system using a diffractive optical element and a light guide material, as shown in FIG. 2B, for example, if a light source of 50 μm × 50 μm square is obtained, The thickness must be 50 μm. If the width of substantially parallel light transmitted from the light source 16 through the collimating lens 17 is, for example, 5,000 μm, at least tan θ> in order to pass all the light of 5,000 μm width through the light guide member having a thickness of 50 μm. When the transmission type HOE 18 having a diffraction angle of 50 must be used and the condition of tan θ> 50 is not satisfied, a part of the light is thin-plate-shaped light guide 15 as shown in FIG. Then, the light enters the transmission type HOE 18 again and leaks out of the diffraction mechanism 20, and light is wasted. This is the same even when a reflective HOE is used. However, in order to manufacture a HOE having a diffraction angle θ satisfying tan θ> 50, a high technical skill and a great cost are required.

これに対し、本第1実施形態に係る点光源光学系100は、第1の回折機構3から第4の回折機構12まで、回折機構を4つ設けている。これにより、図3(a)に示すように、例えば、コリメートレンズ2を透過した5,000μm幅の光を第1の回折機構3の反射型HOE5とくさび状導光材4によって一度約706μm幅(Z軸方向の寸法)の光にして、そこから厚さ50μm(X軸方向の寸法)の薄板状導光材7を備える第2の回折機構6によって回折することにより50μm幅(X軸方向の寸法)の光を薄板状導光材7から射出する。この場合、反射型HOE5、8は、tanθ10が約7.08となる回折角を有していることとなる。上記の例においては、tanθ10が5√2より大きければ第2の回折機構6において薄板状導光材7内で反射した光が再度反射型HOE8に入射するのを防ぐことができる。   In contrast, the point light source optical system 100 according to the first embodiment includes four diffraction mechanisms from the first diffraction mechanism 3 to the fourth diffraction mechanism 12. As a result, as shown in FIG. 3A, for example, light having a width of 5,000 μm transmitted through the collimator lens 2 is once approximately 706 μm wide by the reflective HOE 5 and the wedge-shaped light guide material 4 of the first diffraction mechanism 3. The light is diffracted by the second diffractive mechanism 6 including the thin light guide material 7 having a thickness of 50 μm (dimension in the X-axis direction) and then having a width of 50 μm (X-axis direction). ) Is emitted from the thin plate-shaped light guide material 7. In this case, the reflection type HOEs 5 and 8 have a diffraction angle at which tan θ10 is about 7.08. In the above example, if tan θ10 is larger than 5√2, it is possible to prevent the light reflected in the thin light guide 7 in the second diffraction mechanism 6 from entering the reflective HOE 8 again.

また、第2の回折機構6から射出される光束は、この時点でX軸方向の幅は50μmとなっているものの、Y軸方向では未だ5,000μmのままである。そこで、第2の回折機構6から射出された光束を第3の回折機構9によって回折することで、5,000μmの幅(Y軸方向の寸法)を約706μm幅(Z軸方向の寸法)とする。そして、第3の回折機構9から射出された光束を、Y軸方向の寸法が50μmの棒状導光材14を備える第4の回折機構12によって回折することで50μm幅(Y軸方向の寸法)とする。この場合、反射型HOE11,13もtanθ10に相当する値が約7.08となる回折角を有することとなる。上記の例においては、tanθ10が5√2より大きければ第4の回折機構12において棒状導光材14内で反射した光が再度反射型HOE13に入射するのを防ぐことができる。したがって、本第1実施形態に係る点光源光学系100は、tanθ>50となる回折角を有するHOEを要する前記点光源光学系と異なり、HOEの製造において高度な技術力や多大なコストを必要としないといえる。   The light beam emitted from the second diffractive mechanism 6 is still 5,000 μm in the Y-axis direction although the width in the X-axis direction is 50 μm at this time. Therefore, the light beam emitted from the second diffraction mechanism 6 is diffracted by the third diffraction mechanism 9 so that the width of 5,000 μm (dimension in the Y-axis direction) becomes about 706 μm width (dimension in the Z-axis direction). To do. The light beam emitted from the third diffractive mechanism 9 is diffracted by the fourth diffractive mechanism 12 including the rod-shaped light guide material 14 having a dimension in the Y-axis direction of 50 μm, so that the width is 50 μm (dimension in the Y-axis direction). And In this case, the reflection type HOEs 11 and 13 also have a diffraction angle at which the value corresponding to tan θ10 is about 7.08. In the above example, if tan θ10 is larger than 5√2, it is possible to prevent the light reflected in the rod-shaped light guide material 14 in the fourth diffraction mechanism 12 from entering the reflective HOE 13 again. Therefore, the point light source optical system 100 according to the first embodiment, unlike the point light source optical system that requires the HOE having a diffraction angle satisfying tan θ> 50, requires high technical power and great cost in manufacturing the HOE. It can not be said.

さらに、第1ないし第4の回折機構3,6,9,12に用いるくさび状導光材4、10、薄板状導光材7及び棒状導光材14の屈折率を略同一とすることで、第1ないし第4の回折機構3、6、9、12において回折角の同じHOEを用いることができるため、コストの低減を図ることが出来る。   Further, by making the refractive indexes of the wedge-shaped light guide materials 4 and 10, the thin plate light guide material 7 and the rod-shaped light guide material 14 used for the first to fourth diffraction mechanisms 3, 6, 9 and 12 substantially the same. Since the HOE having the same diffraction angle can be used in the first to fourth diffraction mechanisms 3, 6, 9, and 12, the cost can be reduced.

また、反射型HOE5とくさび状導光材4とは接着剤により接着されている。図3(b)は反射型HOE5で回折された光が、反射型HOE5と接着剤層18との境界面、及び、接着剤層18とくさび状導光材4との境界面で屈折している様子を示している。反射型HOE5の屈折率をn1、くさび状導光材4の屈折率をn2、接着剤層18の屈折率をn3、反射型HOE5から接着剤層18への入射角をθ1、接着剤層18からくさび状導光材への入射角をθ3とすると、回折された光がくさび状導光材への入射時に全反射を起こさないために、くさび状導光材4と反射型HOE5とを接着する接着剤18は、一般に
n1*sinθ1<n3*sinθ3<n2
を満たす必要がある。一般に接着剤18は樹脂であるため、屈折率の制御が非常に難しい。そこで、
n3>n1、n3>n2
となる接着剤18を使用することで接着剤18の屈折率管理を容易にすることができる。なお、このことは、第1の回折機構3に限られず、第2乃至第4の回折機構6、9、12においても同様である。
Further, the reflective HOE 5 and the wedge-shaped light guide material 4 are bonded by an adhesive. FIG. 3B shows that the light diffracted by the reflective HOE 5 is refracted at the boundary surface between the reflective HOE 5 and the adhesive layer 18 and at the boundary surface between the adhesive layer 18 and the wedge-shaped light guide material 4. It shows how it is. The refractive index of the reflective HOE 5 is n1, the refractive index of the wedge-shaped light guide 4 is n2, the refractive index of the adhesive layer 18 is n3, the incident angle from the reflective HOE 5 to the adhesive layer 18 is θ1, and the adhesive layer 18 When the incident angle to the wedge-shaped light guide material is θ3, the diffracted light does not cause total reflection when incident on the wedge-shaped light guide material. Therefore, the wedge-shaped light guide material 4 and the reflective HOE 5 are bonded. In general, the adhesive 18 is
n1 * sinθ1 <n3 * sinθ3 <n2
It is necessary to satisfy. In general, since the adhesive 18 is a resin, it is very difficult to control the refractive index. there,
n3> n1, n3> n2
The refractive index management of the adhesive 18 can be facilitated by using the adhesive 18 that becomes. This is not limited to the first diffraction mechanism 3, and the same applies to the second to fourth diffraction mechanisms 6, 9, and 12.

接着剤18としては、透明な紫外線硬化樹脂を用いることができる。例えば、「Norland Products,Inc.」の「Norland Optical Adhesives」という商品を用いる。   As the adhesive 18, a transparent ultraviolet curable resin can be used. For example, the product “Norland Optical Adhesives” of “Norland Products, Inc.” is used.

なお、本第1実施形態に係る点光源光学系100においては、第1の回折機構3から第4の回折機構12まで、回折機構を4つ設けているが、それ以上であっても良い。この場合、構造は複雑になるが、より回折角の小さいHOEを用いることが可能となる。また、回折角の小さいHOEを用いずに、導光部7、14に相当する部材の厚さを薄くすれば、より細い光束を射出することが可能となる。   In the point light source optical system 100 according to the first embodiment, four diffraction mechanisms are provided from the first diffraction mechanism 3 to the fourth diffraction mechanism 12, but more than that may be used. In this case, the structure is complicated, but it is possible to use HOE having a smaller diffraction angle. Further, if the thickness of the member corresponding to the light guides 7 and 14 is reduced without using the HOE having a small diffraction angle, a thinner light beam can be emitted.

くさび状導光材4、10、薄板状導光材7及び棒状導光材14には、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの光学用樹脂やガラス等を用いることができる。   For the wedge-shaped light guide materials 4 and 10, the thin plate light guide material 7 and the rod-shaped light guide material 14, optical resins such as acrylic resin and polycarbonate resin, glass, and the like can be used.

また、点光源光学系全体におけるくさび状導光材の数及び配置は、本実施形態に限られず、第1の回折機構又は第3の回折機構に薄板状導光材を用いることも可能であり、また、第2の回折機構、第4の回折機構の薄板状導光材の代わりにくさび状導光材を用いることも可能である。ただし、例えばZ軸方向の厚さが一番厚い部分でも50μmとなるような薄いくさび状導光材の製造は容易でないため、本第1実施形態のように、光源に近い回折機構に或る程度厚みのあるくさび状導光材を配置し、光源から遠い回折機構においては薄板状導光材を用いた方が効率的である。   Further, the number and arrangement of the wedge-shaped light guide materials in the entire point light source optical system are not limited to this embodiment, and it is also possible to use a thin plate light guide material for the first diffraction mechanism or the third diffraction mechanism. Moreover, it is also possible to use a wedge-shaped light guide material instead of the thin-plate light guide materials of the second diffraction mechanism and the fourth diffraction mechanism. However, for example, since it is not easy to manufacture a thin wedge-shaped light guide material having a thickness of 50 μm even at the thickest part in the Z-axis direction, there is a diffraction mechanism close to the light source as in the first embodiment. It is more efficient to arrange a wedge-shaped light guide material having a certain thickness and use a thin plate light guide material in a diffraction mechanism far from the light source.

なお、くさび状導光材の代わりにくさび状導光材の光を射出する面のZ軸方向の寸法と同じZ軸方向の寸法を有する板状の導光材を使用しても良い。この場合、厚みは増すこととなるが、製造コストを低減することができる。   Instead of the wedge-shaped light guide material, a plate-shaped light guide material having the same dimension in the Z-axis direction as the dimension in the Z-axis direction of the light emitting surface of the wedge-shaped light guide material may be used. In this case, the thickness increases, but the manufacturing cost can be reduced.

本第1実施形態においては、第3の回折機構9のX軸方向の寸法は、第1の回折機構3と第2の回折機構6によって幅が狭められた光束のX軸方向の寸法に合わせているが、第1の回折機構3と同じ構成の回折機構を第3の回折機構9として配置しても良い。それと同様に第2の回折機構6と同じ構成の回折機構を第4の回折機構12として配置しても良い。この場合、点光源光学系のサイズは大きくなるが、製造コストを低減することができる。   In the first embodiment, the dimension of the third diffraction mechanism 9 in the X-axis direction is matched with the dimension of the light beam narrowed by the first diffraction mechanism 3 and the second diffraction mechanism 6 in the X-axis direction. However, a diffraction mechanism having the same configuration as that of the first diffraction mechanism 3 may be disposed as the third diffraction mechanism 9. Similarly, a diffraction mechanism having the same configuration as that of the second diffraction mechanism 6 may be arranged as the fourth diffraction mechanism 12. In this case, the size of the point light source optical system is increased, but the manufacturing cost can be reduced.

本第1実施形態では第1の回折機構3と第2の回折機構6によって一方向に光束の幅を狭めた後に、それと直角方向の幅を第3の回折機構9と第4の回折機構12によって狭めることにより光束を細めているが、必ずしもこのような順である必要はない。すなわち、本第1実施形態においては、コリメートレンズから射出された光をX軸方向、Z軸方向、Y軸方向、Z軸方向の順に回折させているが、これに限らず、例えばX軸方向、Y軸方向、Z軸方向、X軸方向の順に回折させても良いし、それ以外の順に回折させても良い。   In the first embodiment, after the width of the light beam is narrowed in one direction by the first diffraction mechanism 3 and the second diffraction mechanism 6, the width in the direction perpendicular thereto is reduced to the third diffraction mechanism 9 and the fourth diffraction mechanism 12. Although the light flux is narrowed by narrowing, the order does not necessarily have to be such. That is, in the first embodiment, the light emitted from the collimator lens is diffracted in the order of the X-axis direction, the Z-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. The diffraction may be performed in the order of the Y-axis direction, the Z-axis direction, and the X-axis direction, or may be performed in the other order.

反射型HOE5,8、11、13は、いわゆる厚いホログラム(体積ホログラム)であることが望ましい。このような厚いホログラムであれば、一次回折光への回折比率(回折効率)を高めることが可能となる。   The reflective HOEs 5, 8, 11, and 13 are desirably so-called thick holograms (volume holograms). With such a thick hologram, the diffraction ratio (diffraction efficiency) to the first-order diffracted light can be increased.

本第1実施形態の回折機構は、全て反射型HOEを用いているが、一部の回折機構を後述する第2実施形態のような透過型HOEを用いた回折機構としても良い。   The diffraction mechanism of the first embodiment uses a reflection type HOE. However, a part of the diffraction mechanisms may be a diffraction mechanism using a transmission type HOE as in the second embodiment to be described later.

(第2実施形態)
以下、本発明の第2実施形態を図4を参照しつつ説明する。第1実施形態との相違は、第1実施形態においては反射型HOEを用いているのに対して、本実施形態においては、透過型のHOEを使用している点にあり、その他の基本的な構成は第1実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The difference from the first embodiment is that a reflective HOE is used in the first embodiment, whereas a transmissive HOE is used in this embodiment. The configuration is the same as that of the first embodiment.

すなわち、本第2実施形態の点光源光学系120は、図4(a)に示すように、光源としてのLED18と、LED18からの光束を略平行光束にするコリメートレンズ19とを有し、第1の回折機構20として、コリメートレンズ19から射出された光束を回折する透過型HOE21と、透過型HOE21から射出された光束を第2の回折機構22に導くくさび状導光材23とを有している。第2の回折機構22は、薄板状導光材24と透過型HOE25から成り、第1の回折機構20から射出された光束は、透過型HOE25に入射し、回折され、薄板状導光材24に入射し、薄板状導光材24内で全反射しながら第3の回折機構26に導かれる。   That is, as shown in FIG. 4A, the point light source optical system 120 of the second embodiment has an LED 18 as a light source, and a collimating lens 19 that makes a light beam from the LED 18 a substantially parallel light beam. The first diffraction mechanism 20 includes a transmission type HOE 21 that diffracts the light beam emitted from the collimating lens 19 and a wedge-shaped light guide material 23 that guides the light beam emitted from the transmission type HOE 21 to the second diffraction mechanism 22. ing. The second diffraction mechanism 22 includes a thin plate-shaped light guide material 24 and a transmission type HOE 25, and the light beam emitted from the first diffraction mechanism 20 is incident on the transmission type HOE 25, diffracted, and the thin plate-shaped light guide material 24. And is guided to the third diffraction mechanism 26 while being totally reflected in the thin plate-shaped light guide 24.

また、図4(b)に示すように、第3の回折機構26は透過型HOE27とくさび状導光材28とから成り、第2の回折機構22から射出された光束は、透過型HOE27に入射し、回折され、くさび状導光材28に入射し、第4の回折機構29に導かれる。第4の回折機構29は、透過型HOE30と棒状導光材31からなり、第3の回折機構26から射出された光束は、透過型HOE30に入射し、回折され、棒状導光材31に入射し、棒状導光材31内で全反射しながら、その射出部31aから射出される。なお、第1ないし第2の回折機構20、22、26、29において回折光として利用されるのは、いずれも一次回折光である。   As shown in FIG. 4B, the third diffractive mechanism 26 includes a transmissive HOE 27 and a wedge-shaped light guide 28, and the light beam emitted from the second diffractive mechanism 22 is transmitted to the transmissive HOE 27. Incident, diffracted, incident on the wedge-shaped light guide 28, and guided to the fourth diffraction mechanism 29. The fourth diffractive mechanism 29 includes a transmissive HOE 30 and a rod-shaped light guide 31, and the light beam emitted from the third diffractive mechanism 26 enters the transmissive HOE 30, is diffracted, and enters the rod-shaped light guide 31. Then, the light is emitted from the emission part 31 a while being totally reflected in the rod-shaped light guide 31. Note that the first and second diffraction mechanisms 20, 22, 26, and 29 all use first-order diffracted light as diffracted light.

以上のように、LED18から射出された光は、回折機構20、22、26,29において回折を繰り返すことによって細い光束となり棒状導光材31の射出部31aから射出される。例えば、薄板状導光材24の厚さが50μmであって、棒状導光材31の太さが50μmであれば、50μm×50μm角の光束を得られることになる。   As described above, the light emitted from the LED 18 becomes a thin light beam by being repeatedly diffracted by the diffraction mechanisms 20, 22, 26 and 29, and is emitted from the emission part 31 a of the rod-shaped light guide material 31. For example, if the thickness of the thin light guide 24 is 50 μm and the thickness of the bar light guide 31 is 50 μm, a light beam of 50 μm × 50 μm square can be obtained.

第1実施形態と同様に、第1ないし第4の回折機構20、22、26、29を備えることにより、HOEの製造において高度な技術力や多大なコストを必要とせず、光源からの光の無駄を生じない点光源光学系としている。   As in the first embodiment, by providing the first to fourth diffraction mechanisms 20, 22, 26, 29, high technical power and high cost are not required in the manufacture of HOE, and light from the light source is emitted. The point light source optical system does not waste.

また、第1、第3の回折機構20、26に導光材としてくさび状導光材23,28を用いることにより、透過型HOE21,27から射出された光束が導光材内で反射して再度透過型HOE21,27に入射することを防ぐこともできる。つまり、くさび状導光材23,28の頂角θ6、θ7は、透過型HOE21,27からくさび状導光材23、28に入射して進行する光束とその光束が入射する面とが作る角θ8、θ9の角度とそれぞれ略同一に形成している。この結果、第1、第3の回折機構20、26では、くさび状導光材23、28内を全反射させることなく進行させ、くさび状導光材23、28内での反射による光の損失を防止することができる。   Further, by using the wedge-shaped light guide materials 23 and 28 as the light guide material in the first and third diffraction mechanisms 20 and 26, the light beams emitted from the transmission type HOEs 21 and 27 are reflected in the light guide material. It is possible to prevent the light from entering the transmission type HOEs 21 and 27 again. That is, the apex angles θ6 and θ7 of the wedge-shaped light guide materials 23 and 28 are angles formed by the light flux that travels from the transmission type HOE 21 and 27 to the wedge-shaped light guide materials 23 and 28 and the surface on which the light flux enters. The angles θ8 and θ9 are substantially the same. As a result, in the first and third diffraction mechanisms 20 and 26, the inside of the wedge-shaped light guide materials 23 and 28 proceeds without being totally reflected, and light loss due to reflection in the wedge-shaped light guide materials 23 and 28. Can be prevented.

さらに、第1ないし第4の回折機構20,22,26,29に用いるくさび状導光材23,28、薄板状導光材24及び棒状導光材31の屈折率を略同一とすることで、回折機構1乃至4において回折角の同じHOEを用いることができるため、コストの低減となる。   Furthermore, by making the refractive indexes of the wedge-shaped light guide materials 23, 28, the thin plate-shaped light guide material 24, and the rod-shaped light guide material 31 used in the first to fourth diffraction mechanisms 20, 22, 26, 29 substantially the same. Since the diffraction mechanisms 1 to 4 can use HOEs having the same diffraction angle, the cost is reduced.

透過型HOE21の屈折率をn1、くさび状導光材23の屈折率をn2、透過型HOE21とくさび状導光材23とを接着する不図示の接着剤の屈折率をn3とすると、第1実施形態と同様に、回折された光が導光材に入射する前に全反射を起こさないように、かつ、屈折率管理を容易にするためには、
n3>n1、n3>n2
となる接着剤を使用すると良い。なお、このことは、第1の回折機構3に限られず、第2乃至第4の回折機構22、26、29においても同様である。
Assuming that the refractive index of the transmission type HOE 21 is n1, the refractive index of the wedge-shaped light guide material 23 is n2, and the refractive index of an adhesive (not shown) that bonds the transmission type HOE 21 and the wedge-shaped light guide material 23 is n3. As in the embodiment, in order to prevent total reflection before the diffracted light enters the light guide and to facilitate the refractive index management,
n3> n1, n3> n2
It is good to use the adhesive which becomes. This is not limited to the first diffraction mechanism 3, and the same applies to the second to fourth diffraction mechanisms 22, 26, and 29.

接着剤としては、透明な紫外線硬化樹脂を用いることができる。例えば、「Norland Products,Inc.」の「Norland Optical Adhesives」という商品を用いる。   As the adhesive, a transparent ultraviolet curable resin can be used. For example, the product “Norland Optical Adhesives” of “Norland Products, Inc.” is used.

なお、本第2実施形態において、第1の回折機構20から第4の回折機構29まで、回折機構を4つ設けているが、それ以上であっても良い。この場合、構造は複雑になるが、より回折角の小さいHOEを用いることが可能となる。また、回折角の小さいHOEを用いずに、導光部24,31に相当する部材の厚さを薄くすれば、より細い光束を射出することが可能となる。   In the second embodiment, four diffractive mechanisms are provided from the first diffractive mechanism 20 to the fourth diffractive mechanism 29, but may be more than that. In this case, the structure is complicated, but it is possible to use HOE having a smaller diffraction angle. Further, if the thickness of the member corresponding to the light guide portions 24 and 31 is reduced without using the HOE having a small diffraction angle, a thinner light beam can be emitted.

くさび状導光材23,28、薄板状導光材24及び棒状導光材29には、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの光学用樹脂やガラス等を用いることができる。   For the wedge-shaped light guide materials 23 and 28, the thin plate light guide material 24, and the rod-shaped light guide material 29, an optical resin such as acrylic resin or polycarbonate resin, glass, or the like can be used.

点光源光学系全体におけるくさび状導光材の数及び配置は、本実施形態に限られず、第1の回折機構20又は第3の回折機構26に薄板状導光材を用いることも可能であり、また、第2の回折機構22、第4の回折機構29の薄板状導光材の代わりにくさび状導光材を用いることも可能である。ただし、例えばZ軸方向の厚さが一番厚い部分で50μmとなるような薄いくさび状導光材の製造は容易でないため、本第1実施形態のように、光源に近い回折機構に或る程度厚みのあるくさび状導光材を配置し、光源から遠い回折機構に薄板状導光材を配置した方が効率的である。   The number and arrangement of the wedge-shaped light guide materials in the entire point light source optical system are not limited to this embodiment, and it is also possible to use a thin plate light guide material for the first diffraction mechanism 20 or the third diffraction mechanism 26. In addition, a wedge-shaped light guide material can be used in place of the thin plate-shaped light guide materials of the second diffraction mechanism 22 and the fourth diffraction mechanism 29. However, since it is not easy to manufacture a thin wedge-shaped light guide material having a thickness of 50 μm at the thickest part in the Z-axis direction, for example, the diffraction mechanism close to the light source is present as in the first embodiment. It is more efficient to arrange a wedge-shaped light guide material having a certain thickness and arrange a thin plate light guide material in a diffraction mechanism far from the light source.

なお、くさび状導光材の代わりにくさび状導光材の光を射出する面のZ軸方向の寸法と同じZ軸方向の寸法を有する板状の導光材を使用しても良い。この場合、厚みは増すこととなるが、製造コストを低減することができる。   Instead of the wedge-shaped light guide material, a plate-shaped light guide material having the same dimension in the Z-axis direction as the dimension in the Z-axis direction of the light emitting surface of the wedge-shaped light guide material may be used. In this case, the thickness increases, but the manufacturing cost can be reduced.

本第2実施形態において、第3の回折機構26は、第1実施形態と同様に、第2の回折機構22から射出される光束の幅に合わせても良いが、第1の回折機構20と同じ構成の回折機構を第3の回折機構26に用いても良い。それと同様に、第4の回折機構29も第3の回折機構26から射出される光束の幅に合わせても良いが、第2の回折機構26と同じ構成の回折機構を用いても良い。   In the second embodiment, the third diffraction mechanism 26 may be adjusted to the width of the light beam emitted from the second diffraction mechanism 22 as in the first embodiment. A diffraction mechanism having the same configuration may be used for the third diffraction mechanism 26. Similarly, the fourth diffraction mechanism 29 may be matched with the width of the light beam emitted from the third diffraction mechanism 26, but a diffraction mechanism having the same configuration as the second diffraction mechanism 26 may be used.

本第2実施形態では第1の回折機構20と第2の回折機構22によって一方向に光束の幅を狭めた後に、それと直角方向の幅を第3の回折機構26と第4の回折機構29によって狭めることにより光束を細めているが、必ずしもこのような順である必要はない。   In the second embodiment, after the width of the light beam is narrowed in one direction by the first diffraction mechanism 20 and the second diffraction mechanism 22, the width in the direction perpendicular thereto is reduced to the third diffraction mechanism 26 and the fourth diffraction mechanism 29. Although the light flux is narrowed by narrowing, the order does not necessarily have to be such.

また、本第2実施形態の回折機構20、22、26、29は、全て透過型HOEを用いているが、一部の回折機構を前述の第1実施形態のような反射型HOEを用いた回折機構としても良い。   The diffraction mechanisms 20, 22, 26, and 29 of the second embodiment all use transmissive HOEs, but some of the diffraction mechanisms use reflective HOEs as in the first embodiment. A diffraction mechanism may be used.

(第3実施形態)
以下、図5及び図6を参照しつつ、本発明に係る点光源光学系を備えた光学機器の一例として、第3の実施形態に係る網膜走査型表示装置300について説明する。図5は、本第3実施形態の網膜操作型表示装置300に用いる点光源光学系200の例を説明するための斜視図(概念図)である。
(Third embodiment)
Hereinafter, a retinal scanning display device 300 according to the third embodiment will be described as an example of an optical apparatus including the point light source optical system according to the present invention with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is a perspective view (conceptual diagram) for explaining an example of the point light source optical system 200 used in the retina operation type display device 300 of the third embodiment.

点光源光学系200においては、第1の実施形態と同様に、光源としてのLED33,34,35と、コリメートレンズ36、37、38と、くさび状導光材39と反射型HOE40、41、42とからなる第1の回折機構43と、薄板状導光材44と反射型HOE45、46、47からなる第2の回折機構48と、くさび状導光材49と反射型HOE50、51、52からなる第3の回折機構と、棒状導光材54と反射型HOE55とからなる第4の回折機構56とを有している。   In the point light source optical system 200, as in the first embodiment, the LEDs 33, 34, and 35 as light sources, the collimating lenses 36, 37, and 38, the wedge-shaped light guide 39, and the reflective HOEs 40, 41, and 42 are used. A first diffraction mechanism 43 comprising: a thin plate-shaped light guide material 44 and a second diffraction mechanism 48 comprising reflective HOEs 45, 46, 47; a wedge-shaped light guide material 49 and reflective HOEs 50, 51, 52; A third diffraction mechanism, and a fourth diffraction mechanism 56 composed of a rod-shaped light guide 54 and a reflective HOE 55.

本第3実施形態に係る点光源光学系は、光源として、赤色の光を放射するLED(R)33、緑色の光を放射するLED(G)34及び青色の光を放射するLED(B)35を、所定間隔を置いて配置しており、これに対応してコリメートレンズ(R)36、コリメートレンズ(G)37、コリメートレンズ(B)38を配置している。また、第1、第2及び第3の回折機構において、RGB3色の光の波長に応じて所定の回折角となるように設定された反射型HOE(R)40、45、50、55反射型HOE(G)41、46(不図示)、51、55、及び反射型HOE(B)42、47(不図示)、52、55を、LEDのRGBの3色に対応して配置している。第4の回折機構の反射型HOE55は、RGBの各色に対応する反射型のホログラムを3層に重畳して形成している。   The point light source optical system according to the third embodiment includes, as a light source, an LED (R) 33 that emits red light, an LED (G) 34 that emits green light, and an LED (B) that emits blue light. 35 are arranged at predetermined intervals, and a collimating lens (R) 36, a collimating lens (G) 37, and a collimating lens (B) 38 are arranged correspondingly. Further, in the first, second, and third diffraction mechanisms, the reflection type HOE (R) 40, 45, 50, 55 reflection type set to have a predetermined diffraction angle according to the wavelength of light of RGB three colors. HOE (G) 41, 46 (not shown), 51, 55 and reflective HOE (B) 42, 47 (not shown), 52, 55 are arranged corresponding to the three colors of RGB of the LED. . The reflection type HOE 55 of the fourth diffraction mechanism is formed by superimposing the reflection type holograms corresponding to RGB colors on three layers.

以上のような構成とすることにより、RGBの3色は、それぞれが第1回の回折機構43乃至第4の回折機構56によって回折され、細い光束となって棒状導光材54の射出部57から射出されることとなるため、網膜操作型表示装置300においてRGBの光の強度を変化させることにより、映像信号に基づいたカラー画像を表示することが可能となる。なお、表示画像の色に応じてRGB以外の色の光源を用いても良く、光源の数を3以外としても良い。   With the above-described configuration, each of the three colors RGB is diffracted by the first diffraction mechanism 43 to the fourth diffraction mechanism 56 to become a thin light beam, and the emission portion 57 of the rod-shaped light guide material 54. Therefore, it is possible to display a color image based on the video signal by changing the intensity of RGB light in the retina operation type display device 300. Note that light sources of colors other than RGB may be used according to the color of the display image, and the number of light sources may be other than three.

くさび状導光材39、49、薄板状導光材44及び棒状導光材54には、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの光学用樹脂やガラス等を用いることができる。   For the wedge-shaped light guide materials 39 and 49, the thin plate light guide material 44, and the rod-shaped light guide material 54, an optical resin such as acrylic resin or polycarbonate resin, glass, or the like can be used.

これらの導光材の屈折率を略同一とすれば、第1の回折機構43乃至第4の回折機構56において回折角の同じHOEを用いることができるため、コストの低減を図ることが出来る。   If the refractive indexes of these light guide materials are substantially the same, the first diffraction mechanism 43 to the fourth diffraction mechanism 56 can use the HOE having the same diffraction angle, so that the cost can be reduced.

反射型HOE(R)40の屈折率をn1、くさび状導光材39の屈折率をn2、反射型HOE(R)40とくさび状導光材39とを接着する不図示の接着剤の屈折率をn3とすると、第1実施形態と同様に、回折された光が導光材に入射する前に全反射を起こさないように、かつ、屈折率管理を容易にするためには、
n3>n1、n3>n2
となる接着剤を使用すると良い。なお、このことは、反射型HOE(R)40とくさび状導光材39との間の接着に限らず、反射型HOE(G)41、反射型HOE(B)42とくさび状導光材39との間の接着においても同様であり、また、第1の回折機構43に限らず、第2乃至第4の回折機構48,53,56においても同様である。
The refractive index of the reflective HOE (R) 40 is n1, the refractive index of the wedge-shaped light guide material 39 is n2, and the refractive index of the adhesive (not shown) that bonds the reflective HOE (R) 40 and the wedge-shaped light guide material 39 to each other. Assuming that the rate is n3, as in the first embodiment, in order to prevent total reflection before the diffracted light enters the light guide material and to facilitate refractive index management,
n3> n1, n3> n2
It is good to use the adhesive which becomes. Note that this is not limited to the adhesion between the reflective HOE (R) 40 and the wedge-shaped light guide 39, but the reflective HOE (G) 41, the reflective HOE (B) 42, and the wedge-shaped light guide. The same applies to the adhesion between the first diffraction mechanism 43 and the second diffraction mechanism 48, 53, and 56 as well as the first diffraction mechanism 43.

接着剤としては、透明な紫外線硬化樹脂を用いることができる。例えば、「Norland Products,Inc.」の「Norland Optical Adhesives」という商品を用いる。   As the adhesive, a transparent ultraviolet curable resin can be used. For example, the product “Norland Optical Adhesives” of “Norland Products, Inc.” is used.

なお、本第3実施形態に係る点光源光学系200においては、第1の回折機構43から第4の回折機構56まで、回折機構を4つ設けているが、それ以上であっても良い。この場合、構造は複雑になるが、より屈折角の小さいHOEを用いることが可能となる。また、回折角の小さいHOEを用いずに、導光部44、54に相当する部材の厚さを薄くすれば、より細い光束を射出することが可能となる。   In the point light source optical system 200 according to the third embodiment, four diffractive mechanisms are provided from the first diffractive mechanism 43 to the fourth diffractive mechanism 56, but may be more than that. In this case, the structure becomes complicated, but it is possible to use HOE having a smaller refraction angle. Further, if the thickness of the member corresponding to the light guides 44 and 54 is reduced without using the HOE having a small diffraction angle, a thinner light beam can be emitted.

点光源光学系200におけるくさび状導光材の数及び配置は、本実施形態に限られず、第1の回折機構43又は第3の回折機構53に薄板状導光材を用いることも可能であり、また、第2の回折機構48、第4の回折機構56の薄板状導光材の代わりに用いることも可能である。ただし、例えばZ軸方向の厚さが一番厚い部分で50μmとなるような薄いくさび状導光材の製造は容易でないため、本第1実施形態のように、光源に近い回折機構に或る程度厚みのあるくさび状導光材を配置し、光源から遠い回折機構に薄板状導光材を用いた方が効率的である。   The number and arrangement of the wedge-shaped light guide materials in the point light source optical system 200 are not limited to the present embodiment, and it is also possible to use a thin plate light guide material for the first diffraction mechanism 43 or the third diffraction mechanism 53. In addition, it is also possible to use the thin light guide material of the second diffraction mechanism 48 and the fourth diffraction mechanism 56 instead. However, since it is not easy to manufacture a thin wedge-shaped light guide material having a thickness of 50 μm at the thickest part in the Z-axis direction, for example, the diffraction mechanism close to the light source is present as in the first embodiment. It is more efficient to arrange a wedge-shaped light guide material having a certain thickness and to use a thin plate light guide material for the diffraction mechanism far from the light source.

第3の回折機構53は、第2の回折機構48によって幅が狭められた光束のX軸方向の寸法に合わせて、X軸方向の厚みを薄くしているが、第1の回折機構と同じ構成の回折機構を第3の回折機構に用いてもよい。それと同様に第2の回折機構と同じ構成の回折機構を第4の回折機構に用いても良い。この場合、点光源光学系のサイズは大きくなるが、製造コストを低減することができる。   The third diffractive mechanism 53 has the same thickness as the first diffractive mechanism, although the thickness in the X-axis direction is reduced in accordance with the dimension in the X-axis direction of the light beam whose width is narrowed by the second diffractive mechanism 48. The diffraction mechanism having the configuration may be used as the third diffraction mechanism. Similarly, a diffraction mechanism having the same configuration as the second diffraction mechanism may be used for the fourth diffraction mechanism. In this case, the size of the point light source optical system is increased, but the manufacturing cost can be reduced.

本第3実施形態では第1の回折機構43と第2の回折機構48によって一方向に光束の幅を狭めた後に、それと直角方向の幅を第3の回折機構53と第4の回折機構56によって狭めることにより光束を細めているが、必ずしもこのような順である必要はない。すなわち、本第3実施形態においては、コリメートレンズから射出された光をX軸方向、Z軸方向、Y軸方向、Z軸方向の順に回折させているが、これに限らず、例えばX軸方向、Y軸方向、Z軸方向、X軸方向の順に回折させても良いし、それ以外の順に回折させても良い。   In the third embodiment, after the width of the light beam is narrowed in one direction by the first diffraction mechanism 43 and the second diffraction mechanism 48, the width in the direction perpendicular thereto is reduced to the third diffraction mechanism 53 and the fourth diffraction mechanism 56. Although the light flux is narrowed by narrowing, the order does not necessarily have to be such. In other words, in the third embodiment, the light emitted from the collimating lens is diffracted in the order of the X-axis direction, the Z-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. The diffraction may be performed in the order of the Y-axis direction, the Z-axis direction, and the X-axis direction, or may be performed in the other order.

また、本第3実施形態の回折機構43、48、53、56は、全て反射型HOEを用いているが、前述の第2実施形態のような透過型HOEを用いた回折機構と組み合わせても良い。   Further, the diffraction mechanisms 43, 48, 53, and 56 of the third embodiment all use reflective HOEs, but may be combined with a diffraction mechanism using transmissive HOEs as in the second embodiment described above. good.

第1の回折機構43のくさび状導光材39と第2の回折機構48の薄板状導光材44におけるRGBの3色の光路を同じ部材内において単に間隔をあけて配置しただけとすると、反射型HOEで各々回折された光の一部が、他の光路に侵入し、これらの光が混じり合ってしまう可能性がある。そこで、隣接する光路の間の一部に、全反射させることができる境界面を設けることが有効である。例えば、図5に示すように光路の方向に沿った空隙部57を設けることができる。空隙部57は、導光材の厚さ方向に貫通していても、溝状としても、内部に埋め込まれた閉じた空間であっても良い。このような構成とすることで、RGBの3色の各光束は、境界面で全反射し、各光束が交じり合うのを防ぐことができる。   If the three-color optical paths of RGB in the wedge-shaped light guide material 39 of the first diffractive mechanism 43 and the thin plate-shaped light guide material 44 of the second diffractive mechanism 48 are simply arranged at intervals in the same member, There is a possibility that part of the light diffracted by the reflection type HOE enters another optical path, and these lights are mixed together. Therefore, it is effective to provide a boundary surface capable of total reflection in a part between adjacent optical paths. For example, as shown in FIG. 5, a gap 57 along the direction of the optical path can be provided. The gap portion 57 may be penetrated in the thickness direction of the light guide material, may be a groove shape, or may be a closed space embedded inside. By adopting such a configuration, the light beams of the three colors of RGB are totally reflected at the boundary surface, and the light beams can be prevented from intermingling.

光の交じり合いに対しては、HOEを、波長選択性を持つHOEとすることも有効である。これによれば、導光材内で各光束が混じり合ったとしても必要な波長の光束のみを選択して回折させることができる。   For light mixing, it is also effective to make the HOE a wavelength selective HOE. According to this, even if each light beam is mixed in the light guide material, only a light beam having a necessary wavelength can be selected and diffracted.

第4の回折機構56においては、RGB各色の光に対応する回折格子を3層に重畳して形成した反射型HOE55を用いているが、第1の回折機構43乃至第3の回折機構53と同様にRGBのそれぞれに対応する3つのHOEを備えても良い。   The fourth diffraction mechanism 56 uses a reflective HOE 55 formed by superimposing three layers of diffraction gratings corresponding to light of each RGB color, but the first diffraction mechanism 43 to the third diffraction mechanism 53 Similarly, three HOEs corresponding to RGB may be provided.

それとは逆に、第1の回折機構43乃至第3の回折機構53において第4の回折機構56と同様の反射型HOEを用いることもできる。この場合、1箇所の光源からRGBの3色の光を重ねて放射させることができ、RGBの光路を分ける必要もないため、第1実施形態のように単純で小型な装置とすることができる。なお、RGB各色の光に対応した3層のHOE55は反射型に限られず、透過型としても良い。   On the other hand, in the first diffraction mechanism 43 to the third diffraction mechanism 53, a reflection type HOE similar to the fourth diffraction mechanism 56 can be used. In this case, light of three colors RGB can be emitted from a single light source, and there is no need to separate the RGB optical paths, so that the apparatus can be made simple and small as in the first embodiment. . Note that the three-layer HOE 55 corresponding to light of each RGB color is not limited to the reflective type, and may be a transmissive type.

次に、図6(a)を参照して、第3実施形態の点光源光学系200を具備する網膜操作型表示装置300の全体構成について説明する。網膜走査型表示装置300は、上記点光源光学系200と、この点光源光学系200の射出部57を焦点位置とし、当該射出部57から射出される光を略平行光に変換するコリメートレンズ58と、このコリメートレンズからの略平行光を被走査面である観察者の網膜(眼底)63に走査させる走査部としての可動ミラー59と、この可動ミラーで反射された光束をリレーするリレーレンズ60及びこの光束を観察者の網膜63に結像する結像レンズ61からなる結像光学系62と、光源から射出される光の輝度及び可動ミラーの動作を制御する制御部64とから構成される。ここで、光源は、上述のようにLED33、34、35で構成され、R、G、Bの光をそれぞれ放射するが、その際に、観察者の網膜上に表示すべき画像の画像信号(入力信号)に基づき、各光束の輝度が変調されて放射されるよう、制御部64により制御される。なお、上述のように、導光材の厚さを50μmとすると、この点光源光学系は、その射出部57から、約50μm角の光(R,G,Bが合成された光)を射出することとなる。   Next, with reference to FIG. 6A, the overall configuration of the retina operation type display device 300 including the point light source optical system 200 of the third embodiment will be described. The retinal scanning display apparatus 300 has the point light source optical system 200 and a collimator lens 58 that converts light emitted from the emission unit 57 into substantially parallel light with the emission unit 57 of the point light source optical system 200 as a focal position. A movable mirror 59 as a scanning unit that scans the retina (fundus) 63 of the observer, which is the scanning surface, with substantially parallel light from the collimating lens, and a relay lens 60 that relays the light beam reflected by the movable mirror. And an image forming optical system 62 comprising an image forming lens 61 for forming an image of this light beam on the retina 63 of the observer, and a control unit 64 for controlling the brightness of the light emitted from the light source and the operation of the movable mirror. . Here, the light source is composed of the LEDs 33, 34, and 35 as described above, and radiates light of R, G, and B, respectively. At this time, the image signal (the image signal to be displayed on the retina of the observer ( Based on the input signal), the controller 64 controls the brightness of each light beam to be modulated and emitted. As described above, when the thickness of the light guide material is 50 μm, the point light source optical system emits light of about 50 μm square (light obtained by combining R, G, and B) from the emitting portion 57. Will be.

また、この網膜走査型表示装置300においては、走査部としての可動ミラー59を、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)により構成している。なお、この走査部は、これらに限定されることはなく、従来公知の適宜の走査手段を用いることができる。そして、この可動ミラーは、ミラー面が水平方向及び垂直方向の2つの軸に対して、各々所定角度と所定振動数とで振動するよう制御部64により制御されている。この所定振動数とは、水平走査の振動数と垂直走査の振動数に相当する。また、可動ミラー59は、結像光学系62の結像レンズ61によって、ミラー面が観察眼65の瞳66と略共役になるように配置されている。このような構成により、観察者の瞳66の位置で可動ミラー59が仮想的に振動し、光束を網膜63上に走査させ、走査角によって画像を合成する。そのため、この可動ミラー59の振動数に同期して、制御部64の制御により映像信号に基づいて光源33,34,35から放射されるRGBの光の強度を変化させることにより、映像信号に基づいた画像を表示することができる。   In the retinal scanning display device 300, the movable mirror 59 as a scanning unit is configured by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). In addition, this scanning part is not limited to these, A conventionally well-known appropriate scanning means can be used. And this movable mirror is controlled by the control part 64 so that a mirror surface vibrates with respect to two axis | shafts of a horizontal direction and a perpendicular direction at a predetermined angle and a predetermined frequency, respectively. The predetermined frequency corresponds to the horizontal scanning frequency and the vertical scanning frequency. The movable mirror 59 is arranged by the imaging lens 61 of the imaging optical system 62 so that the mirror surface is substantially conjugate with the pupil 66 of the observation eye 65. With such a configuration, the movable mirror 59 virtually vibrates at the position of the observer's pupil 66, scans the light beam on the retina 63, and synthesizes an image according to the scanning angle. Therefore, based on the video signal, the intensity of RGB light emitted from the light sources 33, 34, and 35 is changed based on the video signal under the control of the control unit 64 in synchronization with the frequency of the movable mirror 59. Displayed images.

なお、点光源光学系200の射出部57から出射し、上述のコリメートレンズ58及び結像光学系62の2つの光学系を通過した光束は、観察眼65の瞳66上では略平行光束で、網膜63では水晶体の屈折力により射出部と共役になる。したがって、網膜に走査される画像の一つの画素の大きさは、射出部の大きさに対して、コリメートレンズ、リレー光学系、及び、観察眼の水晶体67によって構成される光学系の倍率を乗じた値に等しい。これは、光学系の構成によって当然異なるが、通常、VGAレベルの画像を得るためには、射出部の直径は数十μmであることが要請されている。   Note that the light beam emitted from the emission unit 57 of the point light source optical system 200 and passed through the two optical systems of the collimating lens 58 and the imaging optical system 62 is a substantially parallel light beam on the pupil 66 of the observation eye 65. In the retina 63, it becomes conjugate with the emitting portion by the refractive power of the crystalline lens. Therefore, the size of one pixel of the image scanned on the retina is multiplied by the magnification of the optical system configured by the collimating lens, the relay optical system, and the crystalline lens 67 of the observation eye, with respect to the size of the emitting portion. Is equal to Although this naturally varies depending on the configuration of the optical system, it is usually required that the diameter of the emitting portion is several tens of μm in order to obtain a VGA level image.

具体的に述べると、水平方向の視野20度の画像表示で、水晶体67の焦点距離を17mmとした観察眼65における網膜63での一つの画素の大きさは10μmである。したがって、倍率1/5倍になるように、点光源光学系200の射出部57側に配置したコリメートレンズの焦点距離を決定すれば、射出部57の直径は50μmに設定することができる。ここに示したような光学系であれば、結像光学系62のリレーレンズ60と結像レンズ61との中間で網膜と光学的に共役な部分に絞りを設けたと仮定すれば、射出部57の大きさは、本実施形態の50μmより多少大きい100μm程度が適当であると想定される。なお、より高解像な映像を表示するにはより細い光束が必要となるが、本願発明によればこれを実現することも可能である。   More specifically, the size of one pixel in the retina 63 in the observation eye 65 in which the focal length of the crystalline lens 67 is 17 mm in the image display with a visual field of 20 degrees in the horizontal direction is 10 μm. Therefore, if the focal length of the collimating lens disposed on the side of the emission unit 57 of the point light source optical system 200 is determined so that the magnification is 1/5, the diameter of the emission unit 57 can be set to 50 μm. In the case of the optical system as shown here, if it is assumed that a stop is provided in a portion optically conjugate with the retina between the relay lens 60 and the imaging lens 61 of the imaging optical system 62, the emission unit 57 is provided. It is assumed that an appropriate size is about 100 μm, which is slightly larger than 50 μm of the present embodiment. In order to display a higher resolution image, a thinner light beam is required. However, according to the present invention, this can also be realized.

あるいは、図6(b)に示す本第3実施形態の変形例のように、可動ミラー68において、平行光ではなく集光光とするように構成することもできる。すなわち、点光源光学系200の射出部57からの光をコリメートレンズ69で略平行光に変換し、このコリメートレンズ69からの略平行光を可動ミラー68で集光し、結像光学系70の結像レンズ71により観察者の網膜63に結像させるともに、この網膜63に走査させる。このような構成とすることで、対物のリレーレンズ60を使用しないので、網膜走査型表示装置400を大幅に小型化することができる点で有利である。この場合には、網膜に走査される画像の一つの画素の大きさは、射出部57の大きさに対して、コリメートレンズ69と結像レンズ71の両方の倍率を乗じて計算される。そのため、光効率は多少低下するものの、射出部57の大きさは100μm程度にすることができる。   Alternatively, as in the modification of the third embodiment shown in FIG. 6B, the movable mirror 68 can be configured to be condensed light instead of parallel light. That is, the light from the emitting portion 57 of the point light source optical system 200 is converted into substantially parallel light by the collimating lens 69, the substantially parallel light from the collimating lens 69 is condensed by the movable mirror 68, and the imaging optical system 70 An image is formed on the retina 63 of the observer by the imaging lens 71 and the retina 63 is scanned. Such a configuration is advantageous in that since the objective relay lens 60 is not used, the retinal scanning display device 400 can be significantly reduced in size. In this case, the size of one pixel of the image scanned on the retina is calculated by multiplying the size of the emission unit 57 by the magnification of both the collimating lens 69 and the imaging lens 71. Therefore, although the light efficiency is somewhat reduced, the size of the emission portion 57 can be set to about 100 μm.

(第4実施形態)
以下、図7を参照しつつ本発明の第4実施形態に係る点光源光学系用回折部材の製造方法を説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, the manufacturing method of the diffraction member for point light source optical systems concerning a 4th embodiment of the present invention is explained, referring to FIG.

本第4実施形態に係る製造方法においては、例えば、レーザ装置72と、レーザ装置72から射出されたレーザを物体光と参照光とに分割するビームスプリッタ73と、物体光としてビームスプリッタから射出されたレーザを所定方向に反射させる第1ミラー74と、第1ミラー74によって反射されたレーザを所定倍率の平行光束に広げる物体光側ビームエキスパンダ75と、ビームエキスパンダから射出されたレーザを所定方向に反射させる第2ミラー76と、参照光としてビームスプリッタ73から射出されたレーザを所定倍率の平行光束に広げる参照光側ビームエキスパンダ77とを用意する。   In the manufacturing method according to the fourth embodiment, for example, a laser device 72, a beam splitter 73 that divides a laser emitted from the laser device 72 into object light and reference light, and emitted from the beam splitter as object light. A first mirror 74 that reflects the laser beam in a predetermined direction, a beam expander 75 on the object beam side that spreads the laser beam reflected by the first mirror 74 into a parallel light beam having a predetermined magnification, and a laser beam emitted from the beam expander. A second mirror 76 that reflects in the direction and a reference light side beam expander 77 that spreads the laser emitted from the beam splitter 73 as reference light into a parallel light beam with a predetermined magnification are prepared.

また、点光源光学系に用いるくさび状導光材78にあらかじめホログラフィック感光材料79を貼り付け、入射側及び射出側からそれぞれ物体光と参照光を入射させることによって露光する。   Further, a holographic photosensitive material 79 is attached in advance to a wedge-shaped light guide material 78 used in the point light source optical system, and exposure is performed by causing object light and reference light to enter from the incident side and the emission side, respectively.

ホログラフィック感光材料79は非常に繊細であり、曲げなどにより容易に回折しなくなる。特に、本願に係る点光源光学系においてはHOEから鋭角に光束を射出するため、HOEの微細なそりで正しく回折パタンを記録できなくなる。しかし、上記構成によれば、くさび状導光材78とHOEを一体とすることで、HOEの曲げやそりを解消し、精度よく回折パタンを記録することができる。   The holographic photosensitive material 79 is very delicate and does not easily diffract due to bending or the like. In particular, in the point light source optical system according to the present application, since a light beam is emitted from the HOE at an acute angle, the diffraction pattern cannot be recorded correctly with a fine warp of the HOE. However, according to the above configuration, by integrating the wedge-shaped light guide material 78 and the HOE, the bending and warping of the HOE can be eliminated, and the diffraction pattern can be recorded with high accuracy.

露光の後、感光材料に応じた処理を行ってHOEが完成する。例えば、感光材料として銀塩乳剤等の現像処理を要するものを使用する場合には、露光の後、現像処理、漂白処理、乾燥処理等を行う。一方、フォトポリマーのような現像処理の必要がない感光材料を用いた場合には、露光の後、紫外線をあてたり、熱を加えたりして完成する。   After exposure, processing according to the photosensitive material is performed to complete the HOE. For example, when a photosensitive material such as a silver salt emulsion that requires development processing is used, development processing, bleaching processing, drying processing, and the like are performed after exposure. On the other hand, when a photosensitive material such as a photopolymer that does not require development processing is used, it is completed after exposure by applying ultraviolet light or applying heat.

なお、図7においては、反射型HOEの製造について説明しているが、透過型HOEの製造においても同様の方法を用いることができ、また、くさび状導光材でなくても、点光源光学系に用いる導光材であれば、例えば、板状の導光材であっても良い。さらに、物体光と参照光の発生方法は上記方法に限られず、必要に応じて適宜変更可能である。   In FIG. 7, the manufacturing of the reflective HOE is described. However, the same method can be used in the manufacturing of the transmissive HOE. As long as it is a light guide material used in the system, for example, a plate-shaped light guide material may be used. Furthermore, the generation method of the object light and the reference light is not limited to the above method, and can be appropriately changed as necessary.

以上のように、本発明によれば、高度な技術がなくても回折光学素子を作成でき、コストを抑えた点光源光学系を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a diffractive optical element without a sophisticated technique, and to provide a point light source optical system with reduced costs.

1 LED
2 コリメートレンズ
3 第1の回折機構
4 くさび状導光材
5 反射型HOE
6 第2の回折機構
7 薄板状導光材
8 反射型HOE
9 第3の回折機構
10 くさび状導光材
11 反射型HOE
12 第4の回折機構
13 反射型HOE
14 棒状導光材
14a 射出部
15 薄板状導光材
16 光源
17 コリメートレンズ
18 LED
19 コリメートレンズ
20 第1の回折機構
21 透過型HOE
22 第2の回折機構
23 くさび状導光材23
24 薄板状導光材
25 透過型HOE
26 第3の回折機構
27 透過型HOE
28 くさび状導光材
29 第4の回折機構
30 透過型HOE
31 棒状導光材
31a 射出部
33 LED(R)
34 LED(G)
35 LED(B)
36 コリメートレンズ(R)
37 コリメートレンズ(G)
38 コリメートレンズ(B)
39 くさび状導光材
40 反射型HOE(R)
41 反射型HOE(G)
42 反射型HOE(B)
43 第1の回折機構
44 薄板状導光材
45 反射型HOE(R)
46 反射型HOE(G)
47 反射型HOE(B)
48 第2の回折機構
49 くさび状導光材
50 反射型HOE(R)
51 反射型HOE(G)
52 反射型HOE(B)
53 第3の回折機構
54 棒状導光材
55 反射型HOE
56 第4の回折機構
57 射出部
58 コリメートレンズ
59 可動ミラー
60 リレーレンズ
61 結像レンズ
62 結像光学系
63 網膜(眼底)
64 制御部
65 観察眼
66 瞳
67 水晶体
68 可動ミラー
69 コリメートレンズ
70 結像光学系
71 結像レンズ
72 レーザ装置
73 ビームスプリッタ
74 第1ミラー
75 物体光側ビームエキスパンダ
76 第2ミラー
77 参照光側ビームエキスパンダ
78 くさび状導光材
79 ホログラフィック感光材料
100 点光源光学系
120 点光源光学系
200 点光源光学系
300 網膜走査型表示装置
400 網膜走査型表示装置
1 LED
2 Collimating lens 3 First diffraction mechanism 4 Wedge-shaped light guide material 5 Reflective HOE
6 Second diffraction mechanism 7 Thin light guide 8 Reflective HOE
9 Third diffraction mechanism 10 Wedge-shaped light guide material 11 Reflective HOE
12 Fourth diffraction mechanism 13 Reflective HOE
14 Bar-shaped light guide material 14a Ejection part 15 Thin plate-shaped light guide material 16 Light source 17 Collimating lens 18 LED
19 Collimating lens 20 First diffraction mechanism 21 Transmission type HOE
22 Second diffraction mechanism 23 Wedge-shaped light guide 23
24 Thin plate-shaped light guide material 25 Transmission type HOE
26 Third diffraction mechanism 27 Transmission type HOE
28 Wedge-shaped light guide material 29 Fourth diffraction mechanism 30 Transmission type HOE
31 Bar-shaped light guide material 31a Ejection part 33 LED (R)
34 LED (G)
35 LED (B)
36 Collimating lens (R)
37 Collimating lens (G)
38 Collimating lens (B)
39 Wedge-shaped light guide 40 Reflective HOE (R)
41 Reflective HOE (G)
42 Reflective HOE (B)
43 First diffraction mechanism 44 Thin plate-shaped light guide material 45 Reflective HOE (R)
46 Reflective HOE (G)
47 Reflective HOE (B)
48 Second diffraction mechanism 49 Wedge-shaped light guide material 50 Reflective HOE (R)
51 Reflective HOE (G)
52 Reflective HOE (B)
53 Third diffraction mechanism 54 Rod-shaped light guide 55 Reflective HOE
56 Fourth diffraction mechanism 57 Emitter 58 Collimator lens 59 Movable mirror 60 Relay lens 61 Imaging lens 62 Imaging optical system 63 Retina (fundus)
64 control unit 65 observation eye 66 pupil 67 crystal 68 movable mirror 69 collimating lens 70 imaging optical system 71 imaging lens 72 laser device 73 beam splitter 74 first mirror 75 object beam side beam expander 76 second mirror 77 reference beam side Beam expander 78 Wedge-shaped light guide material 79 Holographic photosensitive material 100 Point light source optical system 120 Point light source optical system 200 Point light source optical system 300 Retina scanning display 400 Retina scanning display

Claims (12)

光源と、
該光源から放射された光を略平行な光束に変換するコリメートレンズと、
該コリメートレンズを透過した前記光束を回折する第1の回折機構と、
該第1の回折機構を通過した前記光束を回折する第2の回折機構と、
該第2の回折機構を通過した前記光束を回折する第3の回折機構と、
該第3の回折機構を通過した前記光束を回折する第4の回折機構と、を有し、
前記第1の回折機構ないし第4の回折機構は、入射した前記光束を所定の方向に回折させる回折光学素子と該回折光学素子で回折された前記光束を所定の方向に導く導光部とを備えていることを特徴とする点光源光学系。
A light source;
A collimating lens that converts light emitted from the light source into a substantially parallel luminous flux;
A first diffraction mechanism for diffracting the light beam transmitted through the collimating lens;
A second diffraction mechanism for diffracting the light beam that has passed through the first diffraction mechanism;
A third diffraction mechanism for diffracting the light beam that has passed through the second diffraction mechanism;
A fourth diffraction mechanism for diffracting the light beam that has passed through the third diffraction mechanism,
The first to fourth diffraction mechanisms include a diffractive optical element that diffracts the incident light beam in a predetermined direction, and a light guide unit that guides the light beam diffracted by the diffractive optical element in a predetermined direction. A point light source optical system comprising:
前記導光部のうち少なくとも1つが、くさび形状をしていることを特徴とする請求項1に記載の点光源光学系。   The point light source optical system according to claim 1, wherein at least one of the light guide portions has a wedge shape. 前記回折光学素子は、前記光束を反射させて回折させることを特徴とする請求項1又は2の何れか1項に記載の点光源光学系。   The point light source optical system according to claim 1, wherein the diffractive optical element reflects and diffracts the light beam. 前記回折光学素子は、前記光束を透過させて回折させることを特徴とする請求項1又は2の何れか1項に記載の点光源光学系。   The point light source optical system according to claim 1, wherein the diffractive optical element transmits and diffracts the light flux. 前記回折機構のいずれに於いても前記導光部の屈折率が略同一であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の点光源光学系。   5. The point light source optical system according to claim 1, wherein the refractive index of the light guide section is substantially the same in any of the diffraction mechanisms. 前記回折光学素子と前記導光部は接着材によって接着されており、
該接着材の屈折率は、前記回折光学素子及び前記導光部の各屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の点光源光学系。
The diffractive optical element and the light guide are bonded by an adhesive material,
6. The point light source optical system according to claim 1, wherein a refractive index of the adhesive is larger than each refractive index of the diffractive optical element and the light guide unit.
前記光源を複数有し、
該複数の光源は、それぞれ波長の異なる光を射出し、
該波長の異なる光ごとに、その波長に応じて所定の回折角を有する前記回折光学素子を配置していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の点光源光学系。
A plurality of the light sources;
The plurality of light sources each emit light having different wavelengths,
The point light source optical system according to any one of claims 1 to 6, wherein the diffractive optical element having a predetermined diffraction angle is arranged for each light having a different wavelength. .
前記波長の異なる光の前記導光材内での光路はそれぞれ位置が異なっており、
前記導光部は、前記波長の異なる光の前記光路を分離する境界面を有することを特徴とする請求項7に記載の点光源光学系。
The optical paths in the light guide material of the light having different wavelengths are respectively different in position,
The point light source optical system according to claim 7, wherein the light guide unit has a boundary surface that separates the optical paths of the light having different wavelengths.
前記回折光学素子は2以上の波長の異なる光をそれぞれ回折する回折格子を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の点光源光学系。   The point light source optical system according to claim 1, wherein the diffractive optical element includes a diffraction grating that diffracts light having two or more different wavelengths. 前記光源から射出される光の色は赤色、緑色及び青色であることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の点光源光学系。   The point light source optical system according to claim 7, wherein colors of light emitted from the light source are red, green, and blue. 請求項1乃至10の何れか1項に記載の点光源光学系を有することを特徴とする光学機器。   An optical apparatus comprising the point light source optical system according to claim 1. 回折光学素子の記録材料を、該回折光学素子の使用時に該回折光学素子が回折した回折光を所定方向に導光する導光部に固定し、
一つのレーザ光を二つのレーザ光に分離した後、一方のレーザ光を、前記回折光学素子が光を回折する際に該光を入射させるのと同じ向きで前記記録材料に照射し、それと同時に、他方のレーザ光を、前記回折光が射出される前記導光部の面から入射させることで回折格子を形成することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
The recording material of the diffractive optical element is fixed to a light guide unit that guides the diffracted light diffracted by the diffractive optical element in a predetermined direction when the diffractive optical element is used,
After separating one laser beam into two laser beams, one laser beam is irradiated onto the recording material in the same direction as the light is incident when the diffractive optical element diffracts the light, and at the same time A method of manufacturing a diffractive optical element, wherein a diffraction grating is formed by allowing the other laser beam to enter from a surface of the light guide portion from which the diffracted light is emitted.
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