JP2015045794A - Optical element and manufacturing method of optical element, and image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ホログラムを用いた光学素子、及びその製造方法、並びに画像表示装置に関する。 The present invention relates to an optical element using a hologram, a manufacturing method thereof, and an image display device.
近年のヘッドマウントディスプレイにおいては、レーザーにより眼鏡レンズ上にスキャンした画像を、レンズ上で反射(回折)させ、直接網膜に書き込むことにより超小型化を図っている。眼鏡レンズ上にミラーを用いると、眼鏡レンズの形状に制約を受けてしまい、ヘッドマウントディスプレイのデザインの自由度が低下する。また、ミラーを用いた場合には、キーストン補正が必要となり、解像度を下げる原因となってしまう。 In recent head-mounted displays, an image scanned on a spectacle lens by a laser is reflected (diffracted) on the lens and directly written on the retina to achieve miniaturization. If a mirror is used on the spectacle lens, the shape of the spectacle lens is restricted, and the degree of freedom in designing the head mounted display is reduced. In addition, when a mirror is used, keystone correction is required, which causes a reduction in resolution.
そこで、眼鏡レンズ上に体積ホログラム素子を貼ることで、ホログラムにより任意の方向に光を回折させ、網膜に書き込む方式のヘッドマウントディスプレイが開発されている。体積ホログラム素子を用いることにより、眼鏡レンズの形状は制約を受けることがなくなるので、デザインの自由度が向上する。また、体積ホログラム素子を用いるので、キーストン補正は不要であり、解像度を上げることができる。 In view of this, a head-mounted display has been developed in which a volume hologram element is pasted on a spectacle lens so that light is diffracted in an arbitrary direction by the hologram and written to the retina. By using the volume hologram element, the shape of the spectacle lens is not restricted, and the degree of freedom in design is improved. Further, since the volume hologram element is used, the keystone correction is unnecessary and the resolution can be increased.
体積ホログラムを製造する方法としては、フィルム状のホログラムを基材に接着させ、さらにホログラムをカバー層により保護した上で、2光束のレーザー光を照射することにより、体積ホログラム層に屈折率差による干渉縞を生じさせる方法がある(例えば、特許文献1)。この方法では、その後にUV光を照射して加熱することにより、マトリックス部分の材料が硬化して干渉縞が定着されて、ホログラム素子が完成する。 As a method of manufacturing a volume hologram, a film-like hologram is adhered to a base material, and further, the hologram is protected by a cover layer, and then irradiated with two light beams of laser light, whereby the volume hologram layer is subjected to a refractive index difference. There is a method of generating interference fringes (for example, Patent Document 1). In this method, the UV light is then irradiated and heated, whereby the material of the matrix portion is cured and the interference fringes are fixed, thereby completing the hologram element.
マトリックスのUV硬化は、マトリックスの収縮を伴うため、レーザーの2光束露光により作成した干渉縞間隔は、マトリックスの収縮に伴って狭くなる。そこで、特許文献1においては、この収縮量を見込んで、回折したい波長よりも少し長い波長のレーザーを使って2光束露光したり、2光束の角度を変えて、所望の干渉縞間隔を得る方法が開示されている。
Since UV curing of the matrix is accompanied by contraction of the matrix, the interference fringe interval created by the two-beam exposure of the laser becomes narrow as the matrix shrinks. Therefore, in
しかしながら、マトリックスの硬化収縮量はばらつきがあるため、特許文献1の方法では干渉縞間隔のばらつきを抑えることは難しい。また、収縮の仕方も一様ではなく、基材に接触している面と、接触していない面では収縮量に違いがある。さらに、マトリックスの硬化収縮量は、硬化に使用するUV光の強度、時間、加熱温度などの工程条件によって変わり、基材の弾力性や厚みによっても変わる。そのため、実際に何度かの露光実験によって硬化収縮量や、回折波長、回折角度を調べ、干渉縞間隔を計算によって予測し、ここから2光束露光のレーザー波長と角度をフィードバックする必要があり、非常に煩雑である。
However, since the amount of curing shrinkage of the matrix varies, it is difficult for the method of
そこで、本発明は、上述した事情を考慮して、簡単な方法でマトリックス硬化時の収縮を防止し、2光束露光により作成した干渉縞間隔の変化が防止された光学素子及び光学素子の製造方法並びに画像表示装置を提供することを目的とする。 In view of the above-described circumstances, the present invention is an optical element in which shrinkage during matrix curing is prevented by a simple method and a change in an interference fringe interval created by two-beam exposure is prevented, and an optical element manufacturing method An object of the present invention is to provide an image display device.
本発明に係る光学素子の一態様は、透光性を有する第1基材と、透光性を有する第2基材と、前記第1基材と前記第2基材との間に配置されたギャップ材と、前記第1基材と前記第2基材の間に配置されたホログラムと、を備え、前記ホログラムは、前記第1基材と接する部分を有し、かつ、前記第2基材と接する部分を有することを特徴とする。 One aspect of the optical element according to the present invention is disposed between a first base material having translucency, a second base material having translucency, and the first base material and the second base material. A gap member, and a hologram disposed between the first base material and the second base material, the hologram having a portion in contact with the first base material, and the second base It has the part which touches a material, It is characterized by the above-mentioned.
本発明に係る光学素子の一態様によれば、第1基材と第2基材の間にギャップ材が配置されているので、ホログラムのマトリックス硬化時において、ホログラムが収縮しようとしても、第1基材と第2基材の間の高さ方向において収縮できない。また、ホログラムは、第1基材と接する部分を有し、かつ、第2基材と接する部分を有しているため、マトリックス硬化時において、ホログラムが第1基材と第2基材の面方向にも収縮できない。したがって、2光束露光時に作成した干渉縞間隔がマトリックス硬化時に変化することがないので、硬化処理後の煩雑な調整作業等を行う必要がなくなる。 According to one aspect of the optical element according to the present invention, since the gap material is disposed between the first base material and the second base material, even if the hologram tends to shrink during the hardening of the hologram matrix, It cannot shrink in the height direction between the base material and the second base material. In addition, since the hologram has a portion in contact with the first base material and a portion in contact with the second base material, the hologram is a surface of the first base material and the second base material at the time of matrix curing. It cannot shrink in any direction. Therefore, since the interference fringe spacing created during the two-beam exposure does not change during matrix curing, it is not necessary to perform complicated adjustment work after the curing process.
上述した本発明に係る光学素子の一態様において、前記ギャップ材は、ガラスビーズであってもよい。この場合には、ガラスビーズによって、ホログラムのマトリックス硬化時において、ホログラムが収縮しようとしても、第1基材と第2基材の間の高さ方向における収縮を防止することができる。また、ガラスビーズの透光性により、ホログラムの干渉縞による回折に影響を与えることがない。 In one aspect of the optical element according to the present invention described above, the gap material may be glass beads. In this case, the glass beads can prevent shrinkage in the height direction between the first base material and the second base material even when the hologram is about to shrink during the matrix hardening of the hologram. Further, due to the translucency of the glass beads, the diffraction due to the interference fringes of the hologram is not affected.
上述した本発明に係る光学素子の一態様において、前記ギャップ材は、樹脂ビーズであってもよい。この場合には、樹脂ビーズによって、ホログラムのマトリックス硬化時において、ホログラムが収縮しようとしても、第1基材と第2基材の間の高さ方向における収縮を防止することができる。また、樹脂ビーズの透光性により、ホログラムの干渉縞による回折に影響を与えることがない。 In one aspect of the optical element according to the present invention described above, the gap material may be a resin bead. In this case, the resin beads can prevent shrinkage in the height direction between the first base material and the second base material even when the hologram is about to shrink during the matrix hardening of the hologram. In addition, the translucency of the resin beads does not affect the diffraction caused by the interference fringes of the hologram.
上述した本発明に係る光学素子の一態様において、前記ギャップ材は、前記第1基材に垂直な方向から見た平面視において、前記第1基材の一辺と前記ホログラムとの間に配置するようにしてもよい。このようにすれば、前記ギャップ材が、ホログラムの干渉縞による回折に影響を与えることがない。 In one aspect of the optical element according to the present invention described above, the gap material is disposed between one side of the first base material and the hologram in a plan view as viewed from a direction perpendicular to the first base material. You may do it. In this way, the gap material does not affect the diffraction due to the interference fringes of the hologram.
上述した本発明に係る光学素子の一態様において、前記ギャップ材は、光が入射しない領域に配置するようにしてもよい。このようにすれば、前記ギャップ材が、ホログラムの干渉縞による回折に影響を与えることがない。 In one aspect of the optical element according to the present invention described above, the gap material may be disposed in a region where light does not enter. In this way, the gap material does not affect the diffraction due to the interference fringes of the hologram.
本発明に係る光学素子の一態様は、透光性を有する第1基材と、透光性を有する第2基材と、前記第1基材と前記第2基材との間に配置されたホログラムとを備え、前記ホログラムは、前記第1基材と接する部分を有し、かつ、前記第2基材と接する部分を有し、前記第1基材は、前記ホログラムと接する側の面に凸部を有し、前記凸部は、前記第2基材と接する部分を有することを特徴とする。 One aspect of the optical element according to the present invention is disposed between a first base material having translucency, a second base material having translucency, and the first base material and the second base material. The hologram has a portion in contact with the first base material and a portion in contact with the second base material, and the first base material is a surface in contact with the hologram. It has a convex part, and the said convex part has a part which touches the said 2nd base material, It is characterized by the above-mentioned.
本発明に係る光学素子の一態様によれば、ホログラムは、第1基材と接する部分を有し、かつ、第2基材と接する部分を有し、第1基材は、ホログラムと接する側の面に凸部を有し、凸部は、第2基材と接する部分を有するので、ホログラムのマトリックス硬化時において、ホログラムが収縮しようとしても、第1基材と第2基材の間の高さ方向において収縮できない。また、ホログラムは、第1基材と第2基材に密着しているため、マトリックス硬化時において、ホログラムが第1基材と第2基材の面方向にも収縮できない。したがって、2光束露光時に作成した干渉縞間隔がマトリックス硬化時に変化することがないので、硬化処理後の煩雑な調整作業等を行う必要がなくなる。 According to one aspect of the optical element of the present invention, the hologram has a portion in contact with the first base material, and has a portion in contact with the second base material, and the first base material is in contact with the hologram. Since the convex portion has a portion in contact with the second base material, even if the hologram tends to shrink when the hologram is hardened, the convex portion is between the first base material and the second base material. It cannot shrink in the height direction. Further, since the hologram is in close contact with the first base material and the second base material, the hologram cannot shrink in the surface direction of the first base material and the second base material at the time of matrix curing. Therefore, since the interference fringe spacing created during the two-beam exposure does not change during matrix curing, it is not necessary to perform complicated adjustment work after the curing process.
本発明に係る光学素子の製造方法の一態様は、透光性を有する第1基材の一方の面に、ギャップ材を配置する工程と、前記第1基材の前記一方の面側に、前記ギャップ材を介して対向するように第2基材を配置する工程と、前記第1基材と前記第2基材との間にホログラム材料を注入する工程と、前記ホログラム材料を露光することにより前記ホログラムに干渉縞を形成する工程と、前記干渉縞が形成された前記ホログラムを硬化する工程と、を有することを特徴とする。 In one aspect of the method for producing an optical element according to the present invention, a step of arranging a gap material on one surface of a first base material having translucency, and on the one surface side of the first base material, Arranging the second base material so as to face each other through the gap material, injecting a hologram material between the first base material and the second base material, and exposing the hologram material A step of forming an interference fringe on the hologram, and a step of curing the hologram on which the interference fringe is formed.
本発明に係る光学素子の製造方法の一態様によれば、第1基材と第2基材の間にギャップ材が配置されているので、ホログラムのマトリックス硬化時において、ホログラムが収縮しようとしても、第1基材と第2基材の間の高さ方向において収縮できない。また、ホログラムは、注入処理により第1基材と第2基材に密着しているため、マトリックス硬化時において、ホログラムが第1基材と第2基材の面方向にも収縮できない。したがって、2光束露光時に作成した干渉縞間隔がマトリックス硬化時に変化することがないので、硬化処理後の煩雑な調整作業等を行う必要がなくなる。 According to one aspect of the optical element manufacturing method of the present invention, the gap material is disposed between the first base material and the second base material. In the height direction between the first base material and the second base material, it cannot shrink. Further, since the hologram is in close contact with the first base material and the second base material by the injection process, the hologram cannot shrink in the surface direction of the first base material and the second base material at the time of matrix curing. Therefore, since the interference fringe spacing created during the two-beam exposure does not change during matrix curing, it is not necessary to perform complicated adjustment work after the curing process.
本発明に係る光学素子の製造方法の一態様は、透光性を有する第1基材の一方の面に、ギャップ材を配置する工程と、前記第1基材上の前記一方の面に、ホログラム材料を配置する工程と、前記第1基材の前記一方の面側に、前記ギャップ材及び前記ホログラム材料を介して対向するように第2基材を圧着する工程と、前記ホログラム材料を露光することにより前記ホログラムに干渉縞を形成する工程と、前記干渉縞が形成された前記ホログラムを硬化する工程と、を有することを特徴とする。 In one aspect of the method for producing an optical element according to the present invention, a step of placing a gap material on one surface of a first substrate having translucency, and the one surface on the first substrate, A step of arranging a hologram material, a step of pressure-bonding a second substrate so as to face the one surface side of the first substrate via the gap material and the hologram material, and exposing the hologram material Thus, the method includes a step of forming interference fringes on the hologram and a step of curing the hologram on which the interference fringes are formed.
本発明に係る光学素子の製造方法の一態様によれば、第1基材と第2基材の間にギャップ材が配置されているので、ホログラムのマトリックス硬化時において、ホログラムが収縮しようとしても、第1基材と第2基材の間の高さ方向において収縮できない。また、ホログラムは、注入処理により第1基材と第2基材に圧着しているため、マトリックス硬化時において、ホログラムが第1基材と第2基材の面方向にも収縮できない。したがって、2光束露光時に作成した干渉縞間隔がマトリックス硬化時に変化することがないので、硬化処理後の煩雑な調整作業等を行う必要がなくなる。 According to one aspect of the optical element manufacturing method of the present invention, the gap material is disposed between the first base material and the second base material. In the height direction between the first base material and the second base material, it cannot shrink. Further, since the hologram is pressure-bonded to the first base material and the second base material by the injection process, the hologram cannot be contracted in the surface direction of the first base material and the second base material at the time of matrix curing. Therefore, since the interference fringe spacing created during the two-beam exposure does not change during matrix curing, it is not necessary to perform complicated adjustment work after the curing process.
次に、本発明に係る画像表示装置の一態様は、上述した本発明に係る光学素子を備える。そのような画像表示装置は、液晶ディスプレイ等の画像形成部やコリメート光学系を備えてもよく、ヘッドマウントディスプレイ等のように観察者の頭部に装着する形態に適合させることができる。 Next, an aspect of the image display device according to the present invention includes the above-described optical element according to the present invention. Such an image display device may include an image forming unit such as a liquid crystal display and a collimating optical system, and can be adapted to a form mounted on the observer's head such as a head-mounted display.
このように、本発明によれば、ヘッドマウントディスプレイ等のように観察者の頭部に装着する形態の画像表示装置においても、簡易な方法で好適に製造可能な光学素子を用いることにより、製造コストの低廉化を図りつつ、観察者の顔に対するフィッティング性を向上させるとともに、広い画角を得ることができる光学デバイスを得ることができる。 As described above, according to the present invention, an image display device that is mounted on the observer's head, such as a head-mounted display, can be manufactured by using an optical element that can be preferably manufactured by a simple method. It is possible to obtain an optical device that can improve the fitting property with respect to the face of the observer and can obtain a wide angle of view while reducing the cost.
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施の形態を説明する。 Hereinafter, various embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<A:第1実施形態>
<光学素子>
図1は、本実施形態の光学素子の構成の一例を示す図である。図1に示すように、光学素子1は、ガラス等で形成された下方基材2と、下方基材2と同じ材質で形成された上方基材3と、体積ホログラム4と、接着剤6により下方基材2に取り付けられたギャップ材としてのガラスビーズ5とを備えている。
<A: First Embodiment>
<Optical element>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of the optical element of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
下方基材2及び上方基材3には、厚さが500〜3000μmのものを用いた。ガラスビーズ5には直径が10〜50μmを用いた。したがって、光学素子1の体積ホログラム4の厚さは、10〜50μmとなっている。一般的に広く用いられているガラスビーズ5は直径が15〜20μmのものなので、このようなガラスビーズ5を使用した場合には、体積ホログラム4の厚さは、15〜20μmとなる。
As the
下方基材2及び上方基材3は、ガラスのように透明で剛性の高い材料が好ましい。また、下方基材2と上方基材3とで、同じ材質のものを使用することも、後述するマトリックス硬化時の干渉縞の変化を防止する上で好ましい。
The
体積ホログラムの材料としては、例えば、バインダーポリマーと、高屈折率の光重合性モノマーと、可塑剤と、光重合開始剤とを備え、屈折率変調を向上させるために、光重合性モノマーに塩素、臭素等の高屈折率に寄与する原子を含ませて構成される組成物が用いられる。 The volume hologram material includes, for example, a binder polymer, a high-refractive index photopolymerizable monomer, a plasticizer, and a photopolymerization initiator. In order to improve the refractive index modulation, the photopolymerizable monomer is chlorine. In addition, a composition including atoms that contribute to a high refractive index such as bromine is used.
光学素子1を図1に示す矢印Aの方向から見た場合の平面図を図2に示す。図2に示すように、ガラスビーズ5は、体積ホログラム4が配置された領域の外側において、分散されて配置されている。体積ホログラム4が配置された領域は、例えば、光学素子1をヘッドマウントディスプレイにおける回折素子として用いた場合には、光が入射される光入射領域として用いられる。つまり、ガラスビーズ5は、体積ホログラム4の光入射領域外に配置されている。但し、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、ガラスビーズ5を、体積ホログラム4の光入射領域内に配置するようにしてもよい。なお、図2において、封止部材7は、体積ホログラムの注入口を封口する部材である。
FIG. 2 shows a plan view of the
光学素子1の干渉縞は、後述する2光束露光によって形成されるが、本実施形態の光学素子1は、ギャップ材としてのガラスビーズ5が、下方基材2と上方基材3との間に配置されているため、2光束露光後のUV光等によるマトリックス硬化時において、体積ホログラム4が図1の縦方向において収縮できない。また、体積ホログラム4は、下方基材2と上方基材3に密着しているため、マトリックス硬化時において、体積ホログラム4が図1の横方向にも収縮できない。したがって、2光束露光時に作成した干渉縞間隔がマトリックス硬化時に変化することがなく、2光束露光時のレーザー光波長と角度の調整などの煩雑なフィードバック作業を必要としない。
Although the interference fringes of the
<光学素子の製造方法>
図3乃至図11を参照して、光学素子1の製造方法について説明する。図11は、光学素子1の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。まず、図3に示すように、接着剤6を用いて、ガラスビーズ5を下方基材2上に取り付ける(図11:ステップS1)。
<Optical element manufacturing method>
A method for manufacturing the
次に、図4に示すように、上方基材3をガラスビーズ5上に取り付け、上方基材3により下方基材2を覆うようにする(図11:ステップS2)。そして、図5に示すように、注入口から体積ホログラム材料4を注入する(図11:ステップS3)。図8は、図5に示す矢印A方向から見た平面図である。図8に示すように、下方基材2上には、接着剤6が塗布されていない部分があり、その部分が封入口8として形成されている。本実施形態では、この封入口8から図8に示す矢印B方向に体積ホログラム材料を注入する。このように、体積ホログラム材料を注入する方式を用いることにより、体積ホログラム材料を下方基材2と上方基材3に密着させることができる。
Next, as shown in FIG. 4, the
図6に示すように、体積ホログラム材料の注入が終了すると、封入口8を封止部材7により封口する(図11:ステップS5)。図9は、図6に示す矢印A方向から見た平面図である。図9に示すように、封入口8は封止部材7により封口される。なお、封止部材7としては、アクリル系UV硬化接着剤が用いられる。
As shown in FIG. 6, when the injection of the volume hologram material is completed, the sealing
次に、図7に示すように、上方基材3側及び下方基材2側から、所望の角度でレーザー光を照射して、2光束露光を行う(図11:ステップS6)。図10は、本実施形態における2光束露光の方法を説明する図である。図10に示すように、レーザー光源50から、所定波長のレーザー光を照射し、このレーザー光をビームスプリッター51で分光する。次に、分光したレーザー光のそれぞれをミラー52,53,54により角度を変えて、一方を対物レンズ55、コリメータレンズ57を用いて平行光(参照光)とする。他方も対物レンズ56、コリメータレンズ58を用いて平行光(物体光)とする。その後、再びこれらの光を合成して干渉させ、体積ホログラム4に干渉縞を形成する。
Next, as shown in FIG. 7, two-beam exposure is performed by irradiating laser light at a desired angle from the
特定の入射角度からの光源の波長に合うように、干渉縞を形成時のレーザー光の入射角度を意図的に変えておくことにより、再生時の反射光ピークを目的の波長に合わせることが可能である。この関係はブラッグの条件、2dsinθ=λを利用したものである。ここでdは干渉縞の間隔、θは再生入射光と再生光のなす角度の半分、λは波長であり、入射光の方向と干渉縞の間隔が決まれば、特定波長の光だけを取り出すことが可能となる。 By intentionally changing the incident angle of the laser beam when forming interference fringes so that it matches the wavelength of the light source from a specific incident angle, the reflected light peak during reproduction can be adjusted to the target wavelength. It is. This relationship is based on Bragg's condition, 2 dsin θ = λ. Here, d is the interval between the interference fringes, θ is half the angle formed by the reproduction incident light and the reproduction light, and λ is the wavelength. Is possible.
以上のようにして2光束露光が終了した後には、UV光または熱による硬化処理を行う(図11:ステップS7)。UV光または熱による硬化処理を行うと、体積ホログラム4のマトリックスが硬化し、このマトリックス硬化時に体積ホログラム4が収縮しようとする。しかしながら、本実施形態においては、ギャップ材としてのガラスビーズ5を、下方基材2と上方基材3との間に配置しているため、UV光等によるマトリックス硬化時において、体積ホログラム4が図7の縦方向において収縮できない。また、体積ホログラム4は、下方基材2と上方基材3に密着しているため、マトリックス硬化時において、体積ホログラム4が図7の横方向にも収縮できない。したがって、2光束露光時に作成した干渉縞間隔がマトリックス硬化時に変化することがないので、硬化処理後に硬化収縮量や回折波長、あるいは回折角度を調べて、干渉縞間隔を計算によって予測し、ここから2光束露光時のレーザー光波長と角度をフィードバックする等の煩雑な作業が不要となる。
After the two-beam exposure is completed as described above, a curing process using UV light or heat is performed (FIG. 11: Step S7). When the curing process using UV light or heat is performed, the matrix of the
<比較例>
図21及び図22を参照して、比較例について説明する。図21は比較例の光学素子の一例を示す図である。図21に示すように、比較例の光学素子は、ガラス等で形成された基材60上に、体積ホログラム61が配置され、体積ホログラム61上には、PET等で形成された保護層62が配置されている。基材60の厚さは1mm、体積ホログラム61の厚さは20μm、保護層62の厚さは50〜100μmとなっている。
<Comparative example>
A comparative example will be described with reference to FIGS. 21 and 22. FIG. 21 is a diagram illustrating an example of an optical element of a comparative example. As shown in FIG. 21, in the optical element of the comparative example, a
このような構造の比較例の光学素子に対して上述したような2光束露光を行って体積ホログラムに干渉縞を形成し、その後UV光等により硬化処理を行うと、体積ホログラムのマトリックスは、硬化して図22に示す横方向及び縦方向に収縮する。比較例の光学素子では、基材がガラスで、保護層がPET等で剛性が互いに異なるため、図22のように基材側よりも保護層側で収縮が進む。その結果、体積ホログラムの干渉縞の間隔は、2光束露光により作成した干渉縞の間隔よりも狭くなってしまう。 When the optical element of the comparative example having such a structure is subjected to the two-beam exposure as described above to form interference fringes on the volume hologram, and then cured by UV light or the like, the matrix of the volume hologram is cured. Then, it contracts in the horizontal and vertical directions shown in FIG. In the optical element of the comparative example, since the base material is glass and the protective layer is PET or the like and the rigidity is different from each other, the shrinkage proceeds on the protective layer side rather than the base material side as shown in FIG. As a result, the interval between the interference fringes of the volume hologram becomes narrower than the interval between the interference fringes created by the two-beam exposure.
したがって、比較例の光学素子をヘッドマウントディスプレイ等に使用し、特定波長の光だけを取り出すように2光束露光による作成する干渉縞の間隔を決定したとしても、完成した比較例の光学素子では、干渉縞の間隔が変化してしまっているため、前記特定波長の光を取り出せなくなってしまう。 Therefore, even if the optical element of the comparative example is used for a head-mounted display or the like and the interval between interference fringes created by two-beam exposure is determined so as to extract only light of a specific wavelength, Since the interval between the interference fringes has changed, it becomes impossible to extract the light of the specific wavelength.
比較例の光学素子では、このような不具合を解消するために、収縮量を見込んで、回折したい波長よりも少し長い波長のレーザーを使用して2光束露光したり、硬化処理後に硬化収縮量や回折波長、あるいは回折角度を調べて、干渉縞間隔を計算によって予測し、ここから2光束露光時のレーザー光波長と角度をフィードバックする等の煩雑な作業が必要となってしまう。図22に示すように、体積ホログラム61は基材60側と保護層62側とで収縮量が異なるため、完全なフィードバックをすることは煩雑である。
In the optical element of the comparative example, in order to eliminate such inconvenience, the amount of shrinkage is anticipated, and a two-beam exposure is performed using a laser having a wavelength slightly longer than the wavelength to be diffracted. A complicated operation such as examining the diffraction wavelength or diffraction angle, predicting the interference fringe interval by calculation, and feeding back the laser light wavelength and angle at the time of two-beam exposure is required. As shown in FIG. 22, since the
これに対し、本実施形態の光学素子1は、下方基材2と上方基材3との間にギャップ材としてのガラスビーズ5を設け、体積ホログラム4を剛性の高い下方基材2と上方基材3に密着させたので、マトリックス硬化の際にも、干渉縞が変化することがない。
On the other hand, in the
<B:第2実施形態>
図12乃至図17を参照して、本発明の第2実施形態を説明する。本実施形態では、図12に示すようなホログラムフィルムを用いる。図12に示すように、本実施形態のホログラムフィルムは、フィルム状の体積ホログラム4の上方には、PET等のカバーフィルム9が貼り付けられ、体積ホログラム4の下方には、PET等の剥離フィルム10が貼り付けられている。
<B: Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a hologram film as shown in FIG. 12 is used. As shown in FIG. 12, in the hologram film of this embodiment, a cover film 9 such as PET is attached above the film-
カバーフィルム9の厚さは、50〜200μm、フィルム状の体積ホログラム4の厚さは、10〜50μm、好ましくは15〜20μm、剥離フィルム10の厚さは、50〜200μmである。
The cover film 9 has a thickness of 50 to 200 μm, the film-shaped
以下、このホログラムフィルムを用いて、本実施形態の光学素子1を製造する方法について説明する。図17は、本実施形態の光学素子1の製造方法を説明するためのフローチャートである。
Hereinafter, a method for producing the
まず、図13に示すように、接着剤6を用いて、ガラスビーズ5を下方基材2上に取り付ける(図17:ステップS10)。次に、ホログラムフィルムから剥離フィルム10を剥がし、図14に示すように体積ホログラム4を下方基材2に貼り付ける(図17:ステップS11)。そして、図14に示すようにカバーフィルム9を剥がす(図17:ステップS12)。この状態では、図14に示すように、ガラスビーズ5の直径よりも、体積ホログラム4の厚さの方が大きくなっている。これは、体積ホログラム4に上方基材3を密着させるためである。
First, as shown in FIG. 13, the
次に、図15に示すように、上方基材3を体積ホログラム4に圧着させ、上方基材3によって下方基材2を覆うようにする(図17:ステップS13)。図16は、図15に示す矢印A方向から見た平面図である。図16に示すように、下方基材2及び上方基材3は、広い範囲で体積ホログラム4と密着することになる。
Next, as shown in FIG. 15, the
その後、第1実施形態と同様に、上方基材3側及び下方基材2側から、それぞれ異なる角度でレーザー光を照射して、2光束露光を行って体積ホログラム4に干渉縞を形成する。(図17:ステップS14)。
Thereafter, similarly to the first embodiment, laser beams are irradiated at different angles from the
以上のようにして2光束露光が終了した後には、UV光または熱による硬化処理を行う(図17:ステップS15)。UV光または熱による硬化処理を行うと、体積ホログラム4のマトリックスが硬化し、このマトリックス硬化時に体積ホログラム4が収縮しようとする。しかしながら、本実施形態においても、ギャップ材としてのガラスビーズ5を、下方基材2と上方基材3との間に配置しているため、UV光等によるマトリックス硬化時において、体積ホログラム4が図15の縦方向において収縮できない。また、体積ホログラム4は、下方基材2と上方基材3に密着しているため、マトリックス硬化時において、体積ホログラム4が図15の横方向にも収縮できない。したがって、2光束露光時に作成した干渉縞間隔がマトリックス硬化時に変化することがないので、硬化処理後に硬化収縮量や回折波長、あるいは回折角度を調べて、干渉縞間隔を計算によって予測し、ここから2光束露光時のレーザー光波長と角度をフィードバックする等の煩雑な作業が不要となる。
After the two-beam exposure is completed as described above, a curing process using UV light or heat is performed (FIG. 17: Step S15). When the curing process using UV light or heat is performed, the matrix of the
<C:変形例>
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下に述べる各種の変形が可能である。また、各変形例及び実施形態は、適宜、組み合わせてもよいことは勿論である。
<変形例1>
上述した各実施形態では、ギャップ材としてガラスビーズを用いた例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、ガラスビーズの代わりに、樹脂ビーズを用いてもよい。
<C: Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications described below are possible. Of course, each modification and embodiment may be appropriately combined.
<
In each of the above-described embodiments, examples in which glass beads are used as the gap material have been described. However, the present invention is not limited to such a configuration. For example, resin beads may be used instead of glass beads.
<変形例2>
また、ギャップ材には、ガラスビーズや樹脂ビーズだけでなく、図18に示すような下方基材2または上方基材3に形成された柱状あるいは壁状の凸部であるギャップ層11を用いることも可能である。例えば、SiNやSiO2等のギャップ層を、フォトリソグラフにより形成するようにしてもよい。
<
Further, as the gap material, not only glass beads and resin beads, but also a
<変形例3>
上述した各実施形態では、体積ホログラム4と下方基材2及び上方基材3とを密着または圧着する例について説明したが、体積ホログラム4と下方基材2及び上方基材3との密着性が弱い場合には、接着剤を用いて体積ホログラム4を下方基材2及び上方基材3に接着するようにしてもよい。
<
In each of the embodiments described above, the example in which the
<D:応用例>
本発明に係る光学素子は様々な画像表示装置等に適用可能である。以下、代表的な応用例について説明する。
図19及び図20は、本発明の光学素子1を、MEMSスキャン型ヘッドマウントディスプレイ100に応用した例である。図19は、MEMSスキャン型ヘッドマウントディスプレイ100の全体像を示す斜視図である。図19に示すように、応用例に係るMEMSスキャン型ヘッドマウントディスプレイ100は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、このヘッドマウントディスプレイ100を装着した観察者に対して虚像による画像光を認識させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで観察させることができる。
<D: Application example>
The optical element according to the present invention can be applied to various image display devices and the like. Hereinafter, typical application examples will be described.
19 and 20 show examples in which the
具体的にMEMSスキャン型ヘッドマウントディスプレイ100は、導光体20と、導光体20を支持する左右一対のテンプル101,102と、テンプル101,102に付加された一対の画像形成装置111,112とを備える。ここで、図面上において、導光体20の左側と画像形成装置111とを組み合わせた第1表示装置100Aは、右眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも画像表示装置として機能する。また、図面上において、導光体20で右側と画像形成装置112とを組み合わせた第2表示装置100Bは、左眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも画像表示装置として機能する。
Specifically, the MEMS scan type head mounted
このようなMEMSスキャン型ヘッドマウントディスプレイ100の内部構造及び導光体について説明する。図20は、本実施形態に係るMEMSスキャン型ヘッドマウントディスプレイの内部構造及び導光体を模式的に示す要部断面図である。図20に示すように、第1表示装置100Bは、画像形成部70と、導光体20と、導光体20に配置された体積ホログラムを含む光学素子1を備える。
The internal structure and light guide of the MEMS scan type head mounted
画像形成部70は、光源71と、平行化レンズ72と、MEMSミラー73と、補正レンズ74とを有する。光源71から赤、緑、青の3色を含む光を発生させ、光源71からの光を平行化レンズ72により、MEMSミラー73に向けて出射する。そして、MEMSミラー73により反射させた光を補正レンズ74により補正し、光学素子1に入射させる。
The
導光体20は、光透過性の樹脂材料等により形成された板状の部材であり、光入射面を通じて外部の光が入射され、観察者の眼に導光する。
The
この応用例において、光学素子1は、本発明の反射型体積ホログラムを有する光学素子が用いられている。光学素子1は、光源71から出射され、平行化レンズ72、MEMSミラー73、補正レンズ74を介して入射した画像光を反射して観察者の網膜に結像させる。したがって、観察者は外部の様子を認識しながら、映像光等の画像光を認識することができる。
In this application example, the
1…光学素子、2…下方基材、3…上方基材、4…体積ホログラム、5…ガラスビーズ、6…接着剤、7…封止部材、8…封入口、9…カバーフィルム、10…剥離フィルム、11…ギャップ層、100…ヘッドマウントディスプレイ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
透光性を有する第2基材と、
前記第1基材と前記第2基材との間に配置されたギャップ材と、
前記第1基材と前記第2基材との間に配置されたホログラムと、を備え、
前記ホログラムは、前記第1基材と接する部分を有し、かつ、前記第2基材と接する部分を有することを特徴とする光学素子。 A first base material having translucency;
A second substrate having translucency;
A gap material disposed between the first base material and the second base material;
A hologram disposed between the first base material and the second base material,
The hologram includes an optical element having a part in contact with the first base material and a part in contact with the second base material.
前記ギャップ材は、ガラスビーズであることを特徴とする光学素子。 The optical device according to claim 1.
The optical element, wherein the gap material is a glass bead.
前記ギャップ材は、樹脂ビーズであることを特徴とする光学素子。 The optical device according to claim 1.
The optical element, wherein the gap material is resin beads.
前記ギャップ材は、前記第1基材に垂直な方向から見た平面視において、前記第1基材の一辺と前記ホログラムとの間に配置されていることを特徴とする光学素子。 The optical device according to any one of claims 1 to 3,
The optical element, wherein the gap material is disposed between one side of the first base material and the hologram in a plan view as viewed from a direction perpendicular to the first base material.
前記ギャップ材は、光が入射しない領域に配置されていることを特徴とする光学装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 4,
The optical device, wherein the gap material is disposed in a region where light does not enter.
透光性を有する第2基材と、
前記第1基材と前記第2基材との間に配置されたホログラムと、を備え、
前記ホログラムは、前記第1基材と接する部分を有し、かつ、前記第2基材と接する部分を有し、
前記第1基材は、前記ホログラムと接する側の面に凸部を有し、
前記凸部は、前記第2基材と接する部分を有することを特徴とする光学素子。 A first base material having translucency;
A second substrate having translucency;
A hologram disposed between the first base material and the second base material,
The hologram has a portion in contact with the first base material, and a portion in contact with the second base material,
The first substrate has a convex portion on the surface in contact with the hologram,
The said convex part has a part which contact | connects the said 2nd base material, The optical element characterized by the above-mentioned.
前記第1基材の前記一方の面側に、前記ギャップ材を介して対向するように第2基材を配置する工程と、
前記第1の基材と前記第2の基材との間にホログラム材料を注入する工程と、
前記ホログラム材料を露光することにより前記ホログラムに干渉縞を形成する工程と、
前記干渉縞が形成された前記ホログラムを硬化する工程と、を有することを特徴とする光学素子の製造方法。 A step of arranging a gap material on one surface of the first base material having translucency;
Disposing a second base material on the one surface side of the first base material so as to face each other with the gap material interposed therebetween;
Injecting a hologram material between the first substrate and the second substrate;
Forming interference fringes on the hologram by exposing the hologram material;
And a step of curing the hologram on which the interference fringes are formed.
前記第1基材の前記一方の面に、ホログラム材料を配置する工程と、
前記第1基材の前記一方の面側に、前記ギャップ材及び前記ホログラム材料を介して対向するように第2基材を圧着する工程と、
前記ホログラム材料を露光することにより前記ホログラムに干渉縞を形成する工程と、
前記干渉縞が形成された前記ホログラムを硬化する工程と、を有することを特徴とする光学素子の製造方法。 A step of arranging a gap material on one surface of the first base material having translucency;
Disposing a hologram material on the one surface of the first substrate;
A step of pressure-bonding the second base material so as to face the one surface side of the first base material via the gap material and the hologram material;
Forming interference fringes on the hologram by exposing the hologram material;
And a step of curing the hologram on which the interference fringes are formed.
An image display device comprising the optical element according to claim 1.
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