JP2017003757A - Optical element, image display device, and method for manufacturing optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はホログラム素子を用いた光学素子、画像表示装置、及び光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element using a hologram element, an image display device, and a method for manufacturing the optical element.
近年、ホログラフィック光学素子(Holographic Optical Element;以下「ホログラム素子」と略す。)をプリズム内に設け、このホログラム素子を介して使用者の眼に画像を映し出す画像表示装置の開発が進んでいる。その画像表示装置の一例としては、眼鏡型ウエラブルディスプレイやヘッドマウント型ディスプレイ等が知られている。 2. Description of the Related Art In recent years, development of an image display device in which a holographic optical element (hereinafter abbreviated as “hologram element”) is provided in a prism and an image is projected to a user's eye through the hologram element is progressing. As an example of the image display device, a glasses-type wearable display, a head-mounted display, and the like are known.
一般的なホログラム素子は、ホログラム面に対して平行でない干渉縞からなる2つの干渉縞パターンを有する。表示ユニットから投射した規定波長の光により形成される画像は、プリズム内部を反射してホログラム素子に到達し、当該ホログラム素子の干渉縞パターンによって回折反射し使用者の眼に導かれる。一方、外光における規定波長以外の光は、ホログラム素子を透過して使用者の眼に導かれる。すなわち使用者は、外界の景色と、表示ユニットにより形成される画像とを、ホログラム素子を通して同時に視認することが可能となる。 A typical hologram element has two interference fringe patterns consisting of interference fringes that are not parallel to the hologram surface. The image formed by the light of the specified wavelength projected from the display unit is reflected inside the prism and reaches the hologram element, and is diffracted and reflected by the interference fringe pattern of the hologram element and guided to the user's eyes. On the other hand, light other than the specified wavelength in external light passes through the hologram element and is guided to the user's eyes. That is, the user can view the scenery of the outside world and the image formed by the display unit simultaneously through the hologram element.
ここで特許文献1には、プリズムに形成した凹部内にホログラム感光材シートを貼り付け、更にホログラム感光材シートに可干渉のレーザー光で干渉縞パターンを露光し、紫外線等を照射して現像する技術が開示されている。又、特許文献2には、感光性フィルムを含む多層フィルムを、治具を用いて接眼プリズムに位置決めし固着した後、可干渉のレーザー光を感光性フィルムに照射して、ホログラム素子を作製する技術が開示されている。しかしながら、プリズムにホログラム感光材シートや多層フィルムを貼り付けた上で、個々に露光を行って干渉縞パターンを形成する手法では手間がかかり,コストが増大する。 Here, in Patent Document 1, a hologram photosensitive material sheet is stuck in a concave portion formed in a prism, and further, an interference fringe pattern is exposed to the hologram photosensitive material sheet with a coherent laser beam, and developed by irradiating ultraviolet rays or the like. Technology is disclosed. In Patent Document 2, a multilayer film including a photosensitive film is positioned and fixed on an eyepiece prism using a jig, and then a coherent laser beam is irradiated on the photosensitive film to produce a hologram element. Technology is disclosed. However, the method of forming the interference fringe pattern by individually exposing the hologram photosensitive material sheet or the multilayer film to the prism and performing the exposure takes time and increases the cost.
一方、シート状の感光材に予め干渉縞パターンを形成し、これをプリズム面に貼り付けることで、低コスト化を促進する試みがある。しかるに、かかる技術によれば、干渉縞パターンを形成したシートをプリズム面に貼り付ける際に、位置決めを高精度に行わないと、表示される画像が不鮮明なものとなる恐れがある。これに対し特許文献2には、多層フィルムを接眼プリズムに位置決めする際に位置決めピンなどの治具を用いることも開示されている。そこで、かかる技術を応用し、干渉縞パターンが形成されたシートを、治具を用いてプリズムに位置決めすることも考えられる。 On the other hand, there is an attempt to promote cost reduction by forming an interference fringe pattern in advance on a sheet-like photosensitive material and affixing this to a prism surface. However, according to such a technique, when the sheet on which the interference fringe pattern is formed is attached to the prism surface, if the positioning is not performed with high accuracy, the displayed image may be unclear. On the other hand, Patent Document 2 discloses that a jig such as a positioning pin is used when positioning the multilayer film on the eyepiece prism. Therefore, it is conceivable to apply such a technique to position the sheet on which the interference fringe pattern is formed on the prism using a jig.
しかしながら、このように治具を用いて位置決めを行う場合、治具とシートとの間に位置ずれが生じ、また治具と接眼プリズムとの間にも位置ずれが生じるので、複数の位置ずれの重畳が生じて、高精度な位置決めを実現できないという問題がある。 However, when positioning is performed using a jig as described above, a positional deviation occurs between the jig and the sheet, and a positional deviation also occurs between the jig and the eyepiece prism. There is a problem that high-accuracy positioning cannot be realized due to superposition.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、低コストで精度良くホログラム素子を位置決めできる光学素子、これを用いた画像表示装置、及び光学素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an optical element that can accurately position a hologram element at low cost, an image display apparatus using the optical element, and a method for manufacturing the optical element. And
本発明の光学素子は、規定の波長の光を選択的に反射又は透過するホログラム部を備えたホログラム素子を設けたプリズムを有する光学素子において、
端面に凹部が形成された第1プリズムを有し、前記凹部内に前記ホログラム素子が配置され、前記凹部と前記ホログラム素子の外周の少なくとも一部とが接することで前記第1プリズムに対して前記ホログラム部が位置決めされているものである。
The optical element of the present invention is an optical element having a prism provided with a hologram element provided with a hologram portion that selectively reflects or transmits light of a prescribed wavelength.
A first prism having a concave portion formed on an end surface, the hologram element is disposed in the concave portion, and the concave portion and at least a part of an outer periphery of the hologram element are in contact with each other with respect to the first prism; The hologram part is positioned.
本発明の光学素子は、規定の波長の光を選択的に反射又は透過するホログラム部を備えたホログラム素子を設けたプリズムを有する光学素子において、
第1プリズムの端面に、内部に突起が配置された凹部が形成され、前記凹部内に前記ホログラム素子が配置され、前記ホログラム素子は開口又は切欠を有しており、前記突起に前記開口又は切欠が係合することで前記第1プリズムに対して前記ホログラム部が位置決めされているものである。
The optical element of the present invention is an optical element having a prism provided with a hologram element provided with a hologram portion that selectively reflects or transmits light of a prescribed wavelength.
A concave portion having a protrusion disposed therein is formed on an end face of the first prism, the hologram element is disposed in the concave portion, and the hologram element has an opening or notch, and the opening or notch is formed in the protrusion. The hologram portion is positioned with respect to the first prism by engaging.
本発明の光学素子の製造方法は、ホログラム素子を設けたプリズムを有する光学素子の製造方法において、
第1プリズムの端面に凹部を形成し、
前記凹部と前記ホログラム素子の外周の少なくとも一部とを当接させることで、前記第1プリズムに対する前記ホログラム素子の位置決めを行い、
前記凹部に前記ホログラム素子を接合するものである。
The optical element manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing an optical element having a prism provided with a hologram element.
Forming a recess in the end face of the first prism;
Positioning the hologram element with respect to the first prism by bringing the recess into contact with at least a part of the outer periphery of the hologram element;
The hologram element is bonded to the recess.
本発明の光学素子の製造方法は、ホログラム素子を設けたプリズムを有する光学素子の製造方法において、
第1プリズムの端面に凹部を形成すると共に、前記凹部内に突起を形成し、
前記ホログラム素子に開口又は切欠を形成し、
前記突起に前記開口又は切欠を係合させることで前記第1プリズムに対する前記ホログラム素子の位置決めを行い、
前記凹部に前記ホログラム素子を接合するものである。
The optical element manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing an optical element having a prism provided with a hologram element.
Forming a recess in the end face of the first prism, and forming a protrusion in the recess,
Forming an opening or notch in the hologram element;
Positioning the hologram element with respect to the first prism by engaging the opening or notch with the protrusion,
The hologram element is bonded to the recess.
本発明によれば、低コストで精度良くホログラム素子を位置決めできる光学素子、これを用いた画像表示装置、及び光学素子の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical element which can position a hologram element accurately at low cost, the image display apparatus using the same, and the manufacturing method of an optical element can be provided.
(第1の実施の形態)
本発明の実施形態を、以下に図面を参照して説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる光学素子を備えたヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDとする)100の斜視図である。図2は、本実施の形態にかかるHMD100を正面から見た図である。図3は、本実施の形態にかかるHMD100を上方から見た図である。以下、HMD100の右側及左側とは、HMD100を装着したユーザーにとっての右側及び左側をいうものとする。
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a head mounted display (hereinafter referred to as HMD) 100 including an optical element according to the first embodiment. FIG. 2 is a front view of the HMD 100 according to the present embodiment. FIG. 3 is a view of the HMD 100 according to the present embodiment as viewed from above. Hereinafter, the right side and the left side of the HMD 100 refer to the right side and the left side for the user wearing the HMD 100.
図1〜3に示すように、本実施の形態のHMD100は,フレーム101を有している。上方から見てコ字状であるフレーム101は、2つの眼鏡レンズ102を取り付ける前方部101aと、前方部101aの両端から後方へと延在する側部101b、101cとを有する。フレーム101に取り付けられた2つの眼鏡レンズ102は屈折力を有していてもよいし、有していなくてもよい。 As shown in FIGS. 1 to 3, the HMD 100 of the present embodiment has a frame 101. A frame 101 that is U-shaped when viewed from above has a front part 101a to which two spectacle lenses 102 are attached, and side parts 101b and 101c extending rearward from both ends of the front part 101a. The two spectacle lenses 102 attached to the frame 101 may or may not have refractive power.
右側(ユーザーの利き目などに応じて左側でもよい)の眼鏡レンズ102の上部において、円筒状の主本体部103がフレーム101の前方部101aに固定されている。主本体部103には、画像表示装置であるディスプレイユニット104が設けられている。主本体部103内には、後述するプロセッサー121からの指示に基づいてディスプレイユニット104の表示制御を司る表示制御部104DR(後述する図8を参照)が配置されている。なお、必要であれば両眼の前にそれぞれディスプレイユニットを配置してもよい。 A cylindrical main body 103 is fixed to the front portion 101 a of the frame 101 on the upper side of the right eyeglass lens 102 (which may be the left side according to the user's dominant eye). The main body 103 is provided with a display unit 104 that is an image display device. In the main body 103, a display control unit 104DR (see FIG. 8 described later) that controls display of the display unit 104 based on an instruction from the processor 121 described later is disposed. If necessary, a display unit may be arranged in front of both eyes.
図4は、ディスプレイユニット104の構成を示す概略断面図である。ディスプレイユニット104は、画像形成部104Aと画像表示部104Bとからなる。図5は、画像表示部104Bの斜視図である。図4において、画像形成部104Aは、主本体部103内に組み込まれており、光源104aと、一方向拡散板104bと、集光レンズ104cと、表示素子104dとを有している。一方、いわゆるシースルー型の画像表示部104Bは、主本体部103から下方に向かい、片方の眼鏡レンズ102(図1参照)に平行に延在するように配置された全体的に板状であって、第2プリズムとしての接眼プリズム104fと、第1プリズムとしての偏向プリズム104gと、ホログラム素子104hとを、後述するようにして組み合わせて、光学素子を構成してなる。尚、偏向プリズム104gは、画像形成部104A側の端部に、画像形成部104Aから離れるにつれて厚みが薄くなるテーパー部TPを備えているが、かかる形状は任意であり、図示のものに限られない。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the display unit 104. The display unit 104 includes an image forming unit 104A and an image display unit 104B. FIG. 5 is a perspective view of the image display unit 104B. In FIG. 4, the image forming unit 104A is incorporated in the main body unit 103, and includes a light source 104a, a one-way diffuser plate 104b, a condenser lens 104c, and a display element 104d. On the other hand, the so-called see-through type image display unit 104B is generally plate-shaped and is disposed so as to extend downward from the main body unit 103 and to extend in parallel with one eyeglass lens 102 (see FIG. 1). The eyepiece prism 104f as the second prism, the deflecting prism 104g as the first prism, and the hologram element 104h are combined to form an optical element as will be described later. The deflection prism 104g is provided with a tapered portion TP whose thickness decreases as the distance from the image forming unit 104A increases at the end on the image forming unit 104A side. However, such a shape is arbitrary and is limited to the illustrated one. Absent.
光源104aは、表示素子104dを照明する機能を有し、例えば光強度のピーク波長及び光強度半値の波長幅で462±12nm(B光)、525±17nm(G光)、635±11nm(R光)となる3つの波長帯域の光(ここでは規定の波長の光とする)を発するRGB一体型のLEDで構成されている。このように光源104aが規定の波長の光を出射することにより、表示素子104dを照明して得られる画像光に規定の波長を持たせることができ、ホログラム素子104hにて画像光を反射して、瞳孔Bの位置にて観察画角全域にわたってユーザーに画像を観察させることができる。また、光源104aの各色についてのピーク波長は、ホログラム素子104hの回折効率のピーク波長の近傍に設定されており、光利用効率の向上がはかられている。尚、規定の波長以外の光については、ホログラム素子104hが透過するので、ディスプレイユニット104を通してユーザーが外界を観察できる。 The light source 104a has a function of illuminating the display element 104d. For example, 462 ± 12 nm (B light), 525 ± 17 nm (G light), 635 ± 11 nm (R It is composed of RGB-integrated LEDs that emit light in three wavelength bands (in this case, light of a prescribed wavelength). As described above, the light source 104a emits light having a predetermined wavelength, whereby the image light obtained by illuminating the display element 104d can have a predetermined wavelength, and the hologram element 104h reflects the image light. The user can observe the image over the entire observation angle of view at the position of the pupil B. Further, the peak wavelength for each color of the light source 104a is set in the vicinity of the peak wavelength of the diffraction efficiency of the hologram element 104h, so that the light utilization efficiency is improved. Note that light having a wavelength other than the specified wavelength is transmitted through the hologram element 104h, so that the user can observe the outside world through the display unit 104.
また、光源104aは、RGBの光を出射するLEDで構成されているので、光源104aのコストを抑えることができるとともに、表示素子104dを照明したときに、表示素子104dにてカラー画像を表示することが可能となり、そのカラー画像をユーザーが視認可能とすることができる。また、RGBの各LED素子は発光波長幅が狭いので、そのようなLED素子を複数用いることにより、色再現性が高く、明るい画像表示が可能となる。 Further, since the light source 104a is composed of LEDs that emit RGB light, the cost of the light source 104a can be reduced, and a color image is displayed on the display element 104d when the display element 104d is illuminated. The color image can be visually recognized by the user. In addition, since each of the RGB LED elements has a narrow emission wavelength width, the use of a plurality of such LED elements enables high color reproducibility and bright image display.
表示素子104dは、光源104aからの出射光を画像データに応じて変調して画像を表示するものであり、光が透過する領域となる各画素をマトリクス状に有する透過型の液晶表示素子で構成されている。なお、表示素子104dは、反射型であってもよい。 The display element 104d displays an image by modulating the light emitted from the light source 104a in accordance with image data, and is configured by a transmissive liquid crystal display element having pixels that serve as light transmitting regions in a matrix. Has been. Note that the display element 104d may be of a reflective type.
接眼プリズム104fは、光入射面としての基端面PL1を介して入射する表示素子104dからの画像光を、相対する平行な内向主面PL2と外向主面PL3とで全反射させ、ホログラム素子104hを介してユーザーの瞳に導く一方、外光を透過させてユーザーの瞳に導くものであり、偏向プリズム104gとともに、例えばアクリル系樹脂(又はPCやガラス製でも良い)で構成されている。接眼プリズム104fは端面に接合面としての斜面PL5を形成し、偏向プリズム104gも端面に,斜面PL5と同じ角度で傾き且つ同じ寸法の端面としての斜面PL4を形成している。 The eyepiece prism 104f totally reflects the image light from the display element 104d that is incident through the base end face PL1 as a light incident surface by the opposing parallel inward principal surface PL2 and the outward principal surface PL3, thereby causing the hologram element 104h to be reflected. In addition to being guided to the user's pupil through the light, the external light is transmitted to the user's pupil, and is composed of, for example, an acrylic resin (or PC or glass) together with the deflecting prism 104g. The eyepiece prism 104f has a slope PL5 as a joint surface on its end face, and the deflection prism 104g also has a slope PL4 as an end face inclined at the same angle and having the same dimensions as the slope PL5.
次に、画像表示部104Bの製造方法を説明する。図6は、偏向プリズム104gにホログラム素子104hを組み付ける工程を示す図である。前準備として、矩形板状のホログラム素子104hを作製しておく。ホログラム素子104hは、基板としてのPET製の矩形状シートSTに感光材を貼り付けて、可干渉性のレーザー光束を2方向から照射し、その2本のレーザー光束の干渉により干渉縞パターンが形成されたホログラム部HOEを形成したものである(特開2008−137346号公報参照)。ホログラム部HOEの干渉縞パターンは、ホログラム素子104hの外周に対して精度良く形成されている。 Next, a method for manufacturing the image display unit 104B will be described. FIG. 6 is a diagram showing a process of assembling the hologram element 104h to the deflecting prism 104g. As a preparation, a rectangular plate-shaped hologram element 104h is prepared. The hologram element 104h attaches a photosensitive material to a PET rectangular sheet ST as a substrate, irradiates a coherent laser beam from two directions, and forms an interference fringe pattern by the interference of the two laser beams. The hologram portion HOE thus formed is formed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-137346). The interference fringe pattern of the hologram portion HOE is formed with high accuracy with respect to the outer periphery of the hologram element 104h.
一方、図6(a)に示すように、接眼プリズム104fの傾斜した斜面PL5の中央には、例えば金型を用いた成形等によって矩形状にくぼんだ凹部CCを、例えば接眼プリズム104fの成形と同時に形成しておく。凹部CCの大きさは、ホログラム素子104hよりわずかに大きくなっていると好ましい。凹部CCの底面CCcは、斜面PL5と平行である。凹部CCは、斜面PL4,PL5同士を合わせ込んだときに、偏向プリズム104gに対して適切な位置になるよう形成されている。 On the other hand, as shown in FIG. 6A, at the center of the inclined slope PL5 of the eyepiece prism 104f, a concave portion CC recessed in a rectangular shape by, for example, molding using a mold or the like, for example, molding of the eyepiece prism 104f. Form simultaneously. The size of the recess CC is preferably slightly larger than the hologram element 104h. The bottom surface CCc of the recess CC is parallel to the slope PL5. The concave portion CC is formed to be in an appropriate position with respect to the deflecting prism 104g when the inclined surfaces PL4 and PL5 are brought together.
まず、接眼プリズム104fの凹部CCの平面である底面CCcに粘着剤(図7に示すAD:UV硬化性の粘着剤であると好ましい)を塗布し、図6(b)に示すように、ホログラム素子104hを凹部CCの底面CCcに載置する。このとき、粘着剤ADの効果により底面CCcが、ホログラム部HOEと密着することとなる。又、粘着剤ADは凹部CCよりはみ出すことないので、その塗布が容易で取り扱い性に優れる。 First, an adhesive (AD: UV curable adhesive shown in FIG. 7 is preferable) is applied to the bottom surface CCc, which is the plane of the concave portion CC of the eyepiece prism 104f, and a hologram is obtained as shown in FIG. 6 (b). The element 104h is placed on the bottom surface CCc of the recess CC. At this time, the bottom surface CCc comes into close contact with the hologram portion HOE due to the effect of the adhesive AD. Further, since the adhesive AD does not protrude from the concave portion CC, it can be easily applied and has excellent handleability.
その際に、ホログラム素子104hの一辺104haを、凹部CCの上方側面CCa(下方側面でも良い)に当接させ、他の一辺104hbを、凹部CCの左方側面CCb(右方側面でも良い)に当接させると、凹部CCに対してホログラム素子104h,すなわち治具などを用いずともホログラム部HOEが精度良く位置決めされることとなる。ここで、「位置決め」とは、図6(b)に示すように、凹部CCの中心Oを原点とし、斜面PL5の長手方向をX軸とし、斜面PL5上でY軸に直交する方向をY軸とした時に、X軸方向の位置、Y軸方向の位置、及び原点O回りの角度θ全てを、設計位置及び設計角度に対して許容範囲内に収めることをいうものとする。尚、ホログラム素子の位置決め精度は、例えば、ホログラム素子の長手方向の長さが10mm程度である場合、0.1mm以下とすることが好ましい。 At that time, one side 104ha of the hologram element 104h is brought into contact with the upper side surface CCa (may be the lower side surface) of the concave portion CC, and the other side 104hb is brought into contact with the left side surface CCb (may be the right side surface) of the concave portion CC. When abutting, the hologram element HOE is accurately positioned without using the hologram element 104h, that is, a jig or the like, with respect to the recess CC. Here, as shown in FIG. 6B, “positioning” means that the center O of the recess CC is the origin, the longitudinal direction of the slope PL5 is the X axis, and the direction perpendicular to the Y axis on the slope PL5 is Y. When used as an axis, the position in the X-axis direction, the position in the Y-axis direction, and the angle θ around the origin O are all within an allowable range with respect to the design position and design angle. The positioning accuracy of the hologram element is preferably 0.1 mm or less, for example, when the length of the hologram element in the longitudinal direction is about 10 mm.
かかる状態で、外部よりUV光を照射することで、粘着剤ADが硬化して、凹部CCの底面CCcにホログラム素子104hが固着される。次いで、斜面PL4と斜面PL5の間に、UV硬化性の接着剤BDを塗布し、接眼プリズム104fと偏向プリズム104gの側面同士を基準として、図5に示すように、斜面PL5に対して斜面PL4が互いにはみ出さないように規定位置に位置決めし、外部からUV光を照射することで、接着剤BDを硬化させる。なお、凹部CC内のスペースよりも大きな体積の接着剤BDを用いて、斜面PL4と斜面PL5を接合したときに余分な接着剤BDを接合部からはみ出させ、これを硬化前に拭き取るようにすれば、斜面PL4と斜面PL5との間の空間を接着剤BDで完全に満たすことができる。なお、矩形状シートSTを斜面PL5からわずかに突出させ、斜面PL4を密着押圧することで弾性圧縮させて斜面PL5と面一とするようにしても良い。 In this state, the adhesive AD is cured by irradiating UV light from the outside, and the hologram element 104h is fixed to the bottom surface CCc of the recess CC. Next, a UV curable adhesive BD is applied between the slopes PL4 and PL5, and the side faces of the eyepiece prism 104f and the deflection prism 104g are used as a reference, as shown in FIG. The adhesive BD is cured by being positioned at a specified position so as not to protrude from each other and irradiating UV light from the outside. It should be noted that when the slope PL4 and the slope PL5 are joined using an adhesive BD having a volume larger than the space in the recess CC, the excess adhesive BD protrudes from the joint and is wiped off before curing. For example, the space between the slope PL4 and the slope PL5 can be completely filled with the adhesive BD. Note that the rectangular sheet ST may be slightly protruded from the slope PL5 and may be elastically compressed by closely pressing the slope PL4 so as to be flush with the slope PL5.
偏向プリズム104gは、接眼プリズム104fに接合されて、接眼プリズム104fと一体となって略平行平板となるものである。本実施形態においては、接眼プリズム104fの凹部が設けられた端面(斜面PL5)に接合される偏向プリズム104gの斜面PL4は平坦である。偏向プリズム104gを設けなくても原理上、ユーザーはホログラム素子104hによって反射される画像光を虚像として視認することは可能であるが、この偏向プリズム104gを接眼プリズム104fに接合することにより,ユーザーがディスプレイユニット104を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。 The deflecting prism 104g is joined to the eyepiece prism 104f, and is integrated with the eyepiece prism 104f to form a substantially parallel plate. In the present embodiment, the slope PL4 of the deflection prism 104g joined to the end surface (slope PL5) provided with the concave portion of the eyepiece prism 104f is flat. In principle, the user can visually recognize the image light reflected by the hologram element 104h as a virtual image without providing the deflection prism 104g. However, by joining the deflection prism 104g to the eyepiece prism 104f, the user can It is possible to prevent the external image observed through the display unit 104 from being distorted.
すなわち、例えば、接眼プリズム104fに偏向プリズム104gを接合させない場合、外光は接眼プリズム104fの斜面PL5を透過するときに屈折するので、接眼プリズム104fを介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、接眼プリズム104fに相補的な斜面PL4を有する偏向プリズム104gを接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外光が斜面PL5,PL4(ホログラム素子104h)を透過するときの屈折を偏向プリズム104gでキャンセルすることができる。その結果、シースルーで観察される外界像に歪みが生じるのを防止することができる。なお、ディスプレイユニット104とユーザーの瞳の間に眼鏡レンズ102(図1参照)を装着すると、通常眼鏡を使用しているユーザーでも問題なく画像を観察することが可能である。又、眼鏡レンズ102に接眼プリズム104fと偏向プリズム104gとを直接組み込むことも可能である。 That is, for example, when the deflecting prism 104g is not joined to the eyepiece prism 104f, the external light is refracted when passing through the slope PL5 of the eyepiece prism 104f, so that the external image observed through the eyepiece prism 104f is distorted. However, refraction when external light passes through the slopes PL5 and PL4 (hologram element 104h) is formed by joining the deflection prism 104g having the slope PL4 complementary to the eyepiece prism 104f to form an integral substantially parallel plate. Can be canceled by the deflection prism 104g. As a result, it is possible to prevent distortion in the external image observed through the see-through. In addition, if the spectacle lens 102 (refer FIG. 1) is mounted | worn between the display unit 104 and a user's pupil, it will be possible for the user who normally uses spectacles to observe an image without a problem. It is also possible to incorporate the eyepiece prism 104f and the deflection prism 104g directly into the spectacle lens 102.
図7は、図5の構成を、画像表示部104Bの長手方向に対して垂直な面で、ホログラム素子104hの中心を通り長手方向に延びるVII-VII線に沿ってディスプレイユニット104を切断して、矢印方向に見た図である。上述した規定の波長以外の光を透過するホログラム素子104hは、広帯域の波長を持つ外光OLをほぼ透過し、更に凹部CC内に隙間なく充填された粘着剤ADと接着剤BDも透明であって、その屈折率は接眼プリズム104fと偏向プリズム104gの屈折率にほぼ等しいので、凹部CC及び斜面PL4、PL5は外観上目視できないようになっている。よって、外光OLは、接眼プリズム104fと偏向プリズム104gを透過して、図7で下方にあるユーザーの瞳で視認される。一方、画像形成部104Aから出射された画像光ILは、接眼プリズム104f内を導光してきた後、斜面PL5から出射して凹部CC内のホログラム素子104hに入射する。 FIG. 7 shows the configuration of FIG. 5 in which the display unit 104 is cut along a line VII-VII extending in the longitudinal direction through the center of the hologram element 104h on a plane perpendicular to the longitudinal direction of the image display unit 104B. It is the figure seen from the arrow direction. The hologram element 104h that transmits light having a wavelength other than the specified wavelength described above substantially transmits the external light OL having a broadband wavelength, and the adhesive AD and the adhesive BD filled in the recess CC without any gap are also transparent. Since the refractive index is substantially equal to the refractive indexes of the eyepiece prism 104f and the deflecting prism 104g, the concave portion CC and the slopes PL4 and PL5 are not visually visible. Therefore, the external light OL passes through the eyepiece prism 104f and the deflecting prism 104g and is visually recognized by the user's pupil below in FIG. On the other hand, the image light IL emitted from the image forming unit 104A is guided through the eyepiece prism 104f, then exits from the slope PL5, and enters the hologram element 104h in the recess CC.
ホログラム素子104hのホログラム部HOEは、表示素子104dから出射される画像光IL(3原色に対応した波長の光)を回折反射して、表示素子104dに表示される画像を拡大してユーザーの瞳に虚像として導く体積位相型の反射型ホログラムである。このホログラム部HOEは、例えば、回折効率のピーク波長および回折効率半値の波長幅で465±5nm(B光)、521±5nm(G光)、634±5nm(R光)の3つの規定の波長域の光を回折(反射)させるように作製されている。ここで、回折効率のピーク波長は、回折効率がピークとなるときの波長のことであり、回折効率半値の波長幅とは、回折効率が回折効率ピークの半値となるときの波長幅のことである。 The hologram unit HOE of the hologram element 104h diffracts and reflects the image light IL (light having a wavelength corresponding to the three primary colors) emitted from the display element 104d, and enlarges the image displayed on the display element 104d to enlarge the user's pupil. It is a volume phase type reflection hologram guided as a virtual image. The hologram unit HOE has, for example, three specified wavelengths of 465 ± 5 nm (B light), 521 ± 5 nm (G light), and 634 ± 5 nm (R light) with a peak wavelength of diffraction efficiency and a half width of diffraction efficiency. It is made to diffract (reflect) the light in the region. Here, the peak wavelength of diffraction efficiency is the wavelength at which the diffraction efficiency reaches a peak, and the wavelength width at half maximum of the diffraction efficiency is the wavelength width at which the diffraction efficiency is at half maximum of the diffraction efficiency peak. is there.
反射型のホログラム部HOEは、高い波長選択性を有しており、上記規定の波長域(露光波長近辺)の波長の光しか回折反射しないので、回折反射される波長以外の波長を含む外光はホログラム部HOEを透過することになり、高い外光透過率を実現することができる。 The reflection type hologram unit HOE has high wavelength selectivity, and only diffracts and reflects light having a wavelength in the specified wavelength range (near the exposure wavelength). Therefore, external light including wavelengths other than the diffracted and reflected wavelength is used. Is transmitted through the hologram portion HOE, and a high external light transmittance can be realized.
次に、ディスプレイユニット104の動作について説明する。図4において、光源104aから出射された光は、一方向拡散板104bにて拡散され、集光レンズ104cにて集光されて表示素子104dに入射する。表示素子104dに入射した光は、表示制御部104DRから入力された画像データに基づいて画素ごとに変調され、画像光として出射される。これにより、表示素子104dにはカラー画像が表示される。 Next, the operation of the display unit 104 will be described. In FIG. 4, the light emitted from the light source 104a is diffused by the one-way diffusion plate 104b, condensed by the condenser lens 104c, and enters the display element 104d. The light incident on the display element 104d is modulated for each pixel based on the image data input from the display control unit 104DR, and is emitted as image light. As a result, a color image is displayed on the display element 104d.
表示素子104dからの画像光は、接眼プリズム104fの内部にその基端面PL1から入射し、内向主面PL2と外向主面PL3で複数回全反射されて、ホログラム素子104hに入射する。ホログラム素子104hに入射した光は、ホログラム部HOEで反射され、内向主面PL2を透過して瞳孔Bに達する。瞳孔Bの位置では、ユーザーは、表示素子104dに表示された画像の拡大虚像を観察することができ、画像表示部104Bに形成される画面として視認することができる。この場合、ホログラム部HOEが画面を構成しているとみることもできるし、内向主面PL2に画面が形成されているとみることもできる。なお、本明細書において「画面」というときは、表示される画像を指すこともある。 The image light from the display element 104d enters the eyepiece prism 104f from the base end face PL1, is totally reflected a plurality of times by the inward principal surface PL2 and the outward principal surface PL3, and enters the hologram element 104h. The light incident on hologram element 104h is reflected by hologram portion HOE, passes through inward main surface PL2, and reaches pupil B. At the position of the pupil B, the user can observe an enlarged virtual image of the image displayed on the display element 104d, and can visually recognize it as a screen formed on the image display unit 104B. In this case, it can be considered that the hologram portion HOE constitutes the screen, or it can be considered that the screen is formed on the inward main surface PL2. In the present specification, “screen” may refer to an image to be displayed.
一方、接眼プリズム104f、偏向プリズム104gおよびホログラム素子104hは、外光をほとんど全て透過させるので、ユーザーはこれらを介して外界像(実像)を観察することができる。したがって、表示素子104dに表示された画像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。このようにして、HMD100のユーザーは、ホログラム素子104hを介して、表示素子104dから提供される画像と外界像とを同時に観察することができる。尚、ディスプレイユニット104が非表示状態のとき画像表示部104Bは素通しとなり、外界像のみを観察できる。また本例では、光源と液晶表示素子とを組み合わせて画像形成部を構成しているが、光源と液晶表示素子の組合せに代えて、自発光型の表示素子(例えば、有機EL表示素子)を用いても良い。いずれにしても、画像表示部104Bに対向するユーザーの眼の視野に入るように、好ましくは、有効視野に少なくとも一部が重なるように画面を配置すると、ユーザーは画像を容易に視認することができる。 On the other hand, the eyepiece prism 104f, the deflecting prism 104g, and the hologram element 104h transmit almost all of the external light, so that the user can observe an external image (real image) through them. Therefore, the virtual image of the image displayed on the display element 104d is observed so as to overlap with a part of the external image. In this way, the user of the HMD 100 can simultaneously observe the image provided from the display element 104d and the external image via the hologram element 104h. Note that when the display unit 104 is in the non-display state, the image display unit 104B is transparent, and only the external image can be observed. In this example, the light source and the liquid crystal display element are combined to form the image forming unit. However, instead of the combination of the light source and the liquid crystal display element, a self-luminous display element (for example, an organic EL display element) is used. It may be used. In any case, when the screen is arranged so as to be at least partially overlapped with the effective visual field so as to enter the visual field of the user's eye facing the image display unit 104B, the user can easily visually recognize the image. it can.
更に図1、2において、主本体部103の正面には、フレーム101の中央寄りに配置されたユーザーのジェスチャーを検出する近接センサ105と、側部寄りに配置されたカメラ106のレンズ106aが前方を向くようにして設けられている。 Further, in FIGS. 1 and 2, a proximity sensor 105 that detects a user's gesture arranged near the center of the frame 101 and a lens 106 a of the camera 106 arranged near the side are located in front of the main body 103. It is provided so as to face.
図1、2において、フレーム101の右側の側部101bには、右副本体部107が取り付けられ、フレーム101の左側の側部101cには、左副本体部108が取り付けられている。右副本体部107及び左副本体部108は、細長い板形状を有しており、それぞれ内側に細長い突起状体107a,108aを有している。この細長い突起状体107aを、フレーム101の側部101bの長孔101dに係合させることで、右副本体部107が位置決めされた状態でフレーム101に取り付けられ、また細長い突起状体108aを、フレーム101の側部101cの長孔101eに係合させることで、左副本体部108が位置決めされた状態でフレーム101に取り付けられている。 1 and 2, a right sub-body portion 107 is attached to the right side portion 101b of the frame 101, and a left sub-body portion 108 is attached to the left side portion 101c of the frame 101. The right sub-body portion 107 and the left sub-body portion 108 have an elongated plate shape, and have elongated protrusions 107a and 108a on the inside. By engaging the elongated protrusion 107a with the elongated hole 101d of the side portion 101b of the frame 101, the elongated auxiliary protrusion 107a is attached to the frame 101 with the right sub-main body portion 107 positioned. By engaging with the elongated hole 101e of the side portion 101c of the frame 101, the left sub-main body portion 108 is attached to the frame 101 in a positioned state.
右副本体部107内には、地磁気を検出する地磁気センサ109(後述する図8参照)と、姿勢に応じた出力を生成する、角速度センサを含むジャイロ及び加速度センサ110(後述する図8参照)とが搭載されており、左副本体部108内には、スピーカ(又はイヤホン)111A及びマイク111B(後述する図8参照)とが設けられている。主本体部103と右副本体部107とは、配線HSで信号伝達可能に接続されており、主本体部103と左副本体部108とは、不図示の配線で信号伝達可能に接続されている。図3に簡略図示するように、右副本体部107は、その後端から延在するコードCDを介して制御ユニットCTUに接続されている。なお、ジャイロ及び加速度センサを一体化した6軸センサを用いてもよい。また、入力される音声に応じてマイク111Bから生成される出力信号に基づいて、音声によってHMDを操作することもできる。また、主本体部103と左副本体部108とが無線接続されるように構成してもよい。 In the right sub-main body 107, a geomagnetic sensor 109 (see FIG. 8 to be described later) for detecting geomagnetism, and a gyro and acceleration sensor 110 (see FIG. 8 to be described later) that generates an output corresponding to the posture. And a speaker (or earphone) 111 </ b> A and a microphone 111 </ b> B (see FIG. 8 described later) are provided in the left sub-main body unit 108. The main main body 103 and the right sub main body 107 are connected so as to be able to transmit signals through a wiring HS, and the main main body 103 and the left sub main body 108 are connected so as to be able to transmit signals through a wiring (not shown). Yes. As schematically illustrated in FIG. 3, the right sub-main body 107 is connected to the control unit CTU via a cord CD extending from the rear end. A 6-axis sensor in which a gyro and an acceleration sensor are integrated may be used. Further, the HMD can be operated by sound based on an output signal generated from the microphone 111B according to the input sound. Further, the main main body 103 and the left sub main body 108 may be configured to be wirelessly connected.
図8は、HMD100の主要回路のブロック図である。制御ユニットCTUは、プロセッサー121と、操作部122と、GPS衛星からの電波を受信するGPS受信部123と、外部とデータのやりとりを行う通信部124と、プログラム等を格納するROM125と、画像データ等を保存するRAM126と、各部に給電するための電源回路128及びバッテリー127と、SSDやフラッシュメモリ等のストレージデバイス129とを有している。プロセッサー121はスマートフォンなどで用いられているアプリケーションプロセッサーを使用することが出来るが、プロセッサー121の種類は問わない。例えば、アプリケーションプロセッサーの内部にGPUやCodecなど画像処理に必要なハードウェアが標準で組み込まれているものは、小型のHMDには適したプロセッサーであるといえる。 FIG. 8 is a block diagram of main circuits of the HMD 100. The control unit CTU includes a processor 121, an operation unit 122, a GPS reception unit 123 that receives radio waves from GPS satellites, a communication unit 124 that exchanges data with the outside, a ROM 125 that stores programs, and image data. And the like, a power supply circuit 128 for supplying power to each unit, a battery 127, and a storage device 129 such as an SSD or a flash memory. The processor 121 can use an application processor used in a smartphone or the like, but the type of the processor 121 is not limited. For example, if an application processor includes hardware necessary for image processing such as GPU or Codec as a standard, it can be said that the processor is suitable for a small HMD.
更に、プロセッサー121には、受光部105aが人体から放射される検出光を検出したときは、その信号が入力され、これによりジェスチャー検出等が可能になる。又、プロセッサー121は、表示制御部104DRを介してディスプレイユニット104の画像表示を制御する。 Furthermore, when the light receiving unit 105a detects the detection light emitted from the human body, the signal is input to the processor 121, thereby enabling gesture detection and the like. Further, the processor 121 controls image display of the display unit 104 via the display control unit 104DR.
プロセッサー121は、電源回路128を介してバッテリー127からの給電を受け、ROM124及びストレージデバイス129の少なくとも一方に格納されたプログラムに従って動作し、操作部122からの電源オンなどの操作入力に従い、カメラ106からの画像データを入力してRAM126に記憶し、必要に応じて通信部124を介して外部と通信を行うことができる。 The processor 121 receives power from the battery 127 via the power supply circuit 128, operates according to a program stored in at least one of the ROM 124 and the storage device 129, and follows the operation input such as power-on from the operation unit 122 according to an operation input such as power on. Can be input and stored in the RAM 126, and can communicate with the outside via the communication unit 124 as necessary.
図9は、本実施の形態の変形例にかかる接眼プリズム104fの斜面を示す斜視図であり、図10は、図9の構成において、凹部CCの長手方向に沿って凹部CCの中心を通るように延びるX-X線を通る面で切断して矢印方向に見た断面図である。本変形例においては、凹部CCの底面CCcの中央に、更に深い類似形の皿状部CCdを形成している。皿状部CCdの周囲が底面CCcとなる。本変形例によれば、図10に点線で示すように,底面CCcに密着するようにして凹部CCにホログラム素子104hを取り付けたとき、皿状部CCdが凹部CCとホログラム素子104hとの間に塗布された接着剤BDの逃げ部(接着剤だまり、すなわち収容部)となり、余分な接着剤BDを収容することができる。これにより供給された接着剤BDの量の変動を吸収でき、外部に洩れ出る接着剤を抑えて外観品質の向上に貢献する。 FIG. 9 is a perspective view showing an inclined surface of an eyepiece prism 104f according to a modification of the present embodiment, and FIG. 10 passes through the center of the recess CC along the longitudinal direction of the recess CC in the configuration of FIG. It is sectional drawing cut | disconnected by the surface which passes along XX line | wire extended in the direction of the arrow. In the present modification, a deeper similar dish-shaped portion CCd is formed at the center of the bottom surface CCc of the recess CC. The periphery of the dish-like portion CCd is the bottom surface CCc. According to this modification, as shown by a dotted line in FIG. 10, when the hologram element 104h is attached to the concave portion CC so as to be in close contact with the bottom surface CCc, the dish-like portion CCd is located between the concave portion CC and the hologram element 104h. The applied adhesive BD becomes an escape portion (adhesive pool, that is, a storage portion), and excess adhesive BD can be stored. As a result, fluctuations in the amount of the supplied adhesive BD can be absorbed, and the adhesive leaking to the outside is suppressed, thereby contributing to the improvement of the appearance quality.
図11は、本実施の形態の別な変形例にかかる接眼プリズム104fの斜面を示す斜視図であり、図12は、図11の構成において、凹部CCの長手方向に沿って凹部CCの中心を通るように延びるXII-XII線を通る面で切断して矢印方向に見た断面図である。本変形例においては、凹部CCの底面CCcの周囲に、更に深い周溝CCeを形成している。周溝CCeの内方が底面CCcとなる。本変形例によれば、図12に点線で示すように,底面CCcに密着するようにして凹部CCにホログラム素子104hを取り付けたとき、周溝CCeが凹部CCとホログラム素子104hとの間に塗布された接着剤BDの逃げ部(接着剤だまり、すなわち収容部)となり、余分な接着剤BDを収容することができる。 FIG. 11 is a perspective view showing an inclined surface of an eyepiece prism 104f according to another modification of the present embodiment, and FIG. 12 shows the center of the recess CC along the longitudinal direction of the recess CC in the configuration of FIG. It is sectional drawing cut | disconnected by the surface which passes along the XII-XII line | wire extended so that it may pass, and it looked at the arrow direction. In this modification, a deeper circumferential groove CCe is formed around the bottom surface CCc of the recess CC. The inner side of the circumferential groove CCe becomes the bottom surface CCc. According to this modification, as shown by a dotted line in FIG. 12, when the hologram element 104h is attached to the recess CC so as to be in close contact with the bottom surface CCc, the circumferential groove CCe is applied between the recess CC and the hologram element 104h. It becomes the escape part (adhesive agent pool, ie, accommodating part) of the adhesive agent BD which was made, and can accommodate the excess adhesive agent BD.
(第2の実施の形態)
図13は、第2の実施の形態にかかる接眼プリズム104fと偏向プリズム104gの斜面を示す斜視図である。図14は、接眼プリズム104fと偏向プリズム104gを接合した状態で、図13のXIV-XIV線(ホログラム素子104hの中心を通り画像表示部104Bの長手方向に延びる線)を通る面で切断して矢印方向に見た図である。図15は、本実施の形態にかかる図7と同様な断面図である。本実施の形態については異なる点を主として説明し、第1の実施の形態と共通する構成については説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a perspective view showing slopes of the eyepiece prism 104f and the deflection prism 104g according to the second embodiment. 14 shows a state in which the eyepiece prism 104f and the deflecting prism 104g are joined and cut along a plane passing through the XIV-XIV line (a line extending in the longitudinal direction of the image display unit 104B through the center of the hologram element 104h) in FIG. It is the figure seen from the arrow direction. FIG. 15 is a cross-sectional view similar to FIG. 7 according to the present embodiment. The difference between the present embodiment and the first embodiment will be mainly described, and the description of the configuration common to the first embodiment will be omitted.
本実施の形態においては、偏向プリズム104gの斜面PL4の中央に、例えば金型を用いた成形により矩形板状に突出した凸部CVを形成している。凸部CVの頂面CVaは平面である。凸部CVの外周形状は凹部CCの内周形状に一致している。本実施の形態では、ホログラム部HOEに粘着剤を塗布する必要はない。ディスプレイユニットの組み付けの際に、図14,15に示すように、ホログラム素子104hを凹部CCに対して位置決めしながら、底面CCcに載置する。次いで、斜面PL4と斜面PL5のいずれか一方に、UV硬化性の接着剤を塗布し、凹部CCに凸部CVを係合させてゆく。斜面PL4と斜面PL5とが密着したとき、ホログラム素子104hのシートSTは凸部CVにより全面的に押圧され、ホログラム部HOEを底面CCcに密着させることができる。かかる状態で、外部からUV光を照射することで、接着剤を硬化させる。 In the present embodiment, a convex portion CV protruding into a rectangular plate shape is formed at the center of the slope PL4 of the deflecting prism 104g by, for example, molding using a mold. The top surface CVa of the convex portion CV is a flat surface. The outer peripheral shape of the convex portion CV matches the inner peripheral shape of the concave portion CC. In the present embodiment, it is not necessary to apply an adhesive to the hologram portion HOE. When the display unit is assembled, as shown in FIGS. 14 and 15, the hologram element 104h is placed on the bottom surface CCc while being positioned with respect to the concave portion CC. Next, a UV curable adhesive is applied to one of the slope PL4 and the slope PL5, and the convex portion CV is engaged with the concave portion CC. When the slope PL4 and the slope PL5 are in close contact with each other, the sheet ST of the hologram element 104h is entirely pressed by the convex portion CV, so that the hologram portion HOE can be brought into close contact with the bottom surface CCc. In this state, the adhesive is cured by irradiating UV light from the outside.
本実施の形態によれば、凹部CCに凸部CVを係合させることにより、接眼プリズム104fと偏向プリズム104gの位置決めが行われ,同時にホログラム素子104hを押圧固定できるので、接眼プリズム104fに対してホログラム部HOEを精度良く位置決めできる。 According to the present embodiment, by engaging the convex portion CV with the concave portion CC, the eyepiece prism 104f and the deflecting prism 104g are positioned, and at the same time, the hologram element 104h can be pressed and fixed. The hologram portion HOE can be accurately positioned.
本実施の形態においても、外光OLは、接眼プリズム104fと偏向プリズム104gを透過して、図15で下方にあるユーザーの瞳で視認される。一方、接眼プリズム104fを介して導光された画像光ILは、接眼プリズム104f内を導光してきた後、斜面PL5から出射して凹部CC内のホログラム素子104hに入射する。 Also in the present embodiment, the external light OL passes through the eyepiece prism 104f and the deflecting prism 104g and is visually recognized by the user's pupil below in FIG. On the other hand, the image light IL guided through the eyepiece prism 104f is guided through the eyepiece prism 104f, then exits from the slope PL5, and enters the hologram element 104h in the recess CC.
図16は、本実施の形態の変形例を示す図であり、斜面PL4,PL5に直交し凹部CCの中心を通る面で切断した断面図である。上述した実施の形態では、凸部CVの頂面が平面であったのに対し、本変形例では頂面CVaが曲面(紙面に垂直な軸を持つ円筒面)である。 FIG. 16 is a view showing a modification of the present embodiment, and is a cross-sectional view taken along a plane orthogonal to the slopes PL4 and PL5 and passing through the center of the recess CC. In the embodiment described above, the top surface of the convex portion CV is a flat surface, whereas in the present modification, the top surface CVa is a curved surface (a cylindrical surface having an axis perpendicular to the paper surface).
接眼プリズム104fと偏向プリズム104gを組み付ける際に,図16(a)に示すように、斜面PL5の凸部CVを斜面PL4の凹部CCに接近していったとき、まず頂面CVaの中央が凹部CCに位置決めされたホログラム素子104hのシートSTの中央に当接し、更に斜面PL4,PL5同士を接近させると、ホログラム素子104hに弾性変形が生じることで頂面CVaの中央から周辺にかけてシートSTに漸次当接してゆく。これにより,ホログラム部HOEと底面CCcとの間に空気が存在していたとしても、最終的に図16(b)に示す状態では、周辺側に押し出されて気泡として残ることが抑制される。従ってディスプレイユニットの光学特性を高めることができる。 When the eyepiece prism 104f and the deflecting prism 104g are assembled, as shown in FIG. 16A, when the convex portion CV of the slope PL5 approaches the concave portion CC of the slope PL4, first, the center of the top surface CVa is a concave portion. When contacting the center of the sheet ST of the hologram element 104h positioned at the CC and further bringing the slopes PL4 and PL5 closer to each other, the hologram element 104h is elastically deformed so that the sheet ST gradually moves from the center to the periphery of the top surface CVa. Abut. Thereby, even if air exists between the hologram portion HOE and the bottom surface CCc, in the state shown in FIG. 16B, it is suppressed from being pushed out to the peripheral side and remaining as bubbles. Therefore, the optical characteristics of the display unit can be enhanced.
図17、18は、更に別な変形例を示す図である。図17の例では、凸部CVの頂面CVaと、凹部CCの底面CCcとが、それぞれ曲率半径が等しい曲面を有している。一方、図18の例では、凸部CVの凸状曲面である頂面CVaと、凹部CCの凹状曲面である底面CCcとが、曲面を有しているが、その曲率半径が互いに異なっている。頂面CVaの曲率半径が、底面CCcの曲率半径より大きいと好ましい。各部の曲率半径は、気泡を押し出す効果を考慮して最適な値を選択できる。尚、以上の実施の形態において、凹部CCに対して凸部CVを傾けながらホログラム素子104hに当接させて行くことで、気泡を反対側に押し出すように組み付けることもできる。又、底面CCcに倣ってホログラム部HOEを曲面とすることで、形成される虚像のピント位置ズレの影響を抑制できる。 17 and 18 are diagrams showing still another modified example. In the example of FIG. 17, the top surface CVa of the convex portion CV and the bottom surface CCc of the concave portion CC have curved surfaces having the same curvature radius. On the other hand, in the example of FIG. 18, the top surface CVa that is the convex curved surface of the convex portion CV and the bottom surface CCc that is the concave curved surface of the concave portion CC have curved surfaces, but the radii of curvature are different from each other. . It is preferable that the curvature radius of the top surface CVa is larger than the curvature radius of the bottom surface CCc. The radius of curvature of each part can be selected to an optimum value in consideration of the effect of pushing out bubbles. In the embodiment described above, the bubbles can be assembled so as to be pushed out to the opposite side by inclining the convex portion CV with respect to the concave portion CC while being brought into contact with the hologram element 104h. Further, by making the hologram portion HOE a curved surface following the bottom surface CCc, it is possible to suppress the influence of the focus position shift of the formed virtual image.
(第3の実施の形態)
図19は、第3の実施の形態にかかる接眼プリズム104fの斜面を示す斜視図である。図20は、第3の実施の形態にかかる接眼プリズム104fと偏向プリズム104gの斜面を示す斜視図である。図21は、接眼プリズム104fと偏向プリズム104gを接合した状態で、図20のXXI-XXI線(円柱状突起CYの中心を通り、ホログラム素子104hの短手方向に沿って伸びる線)を通る面で切断して矢印方向に見た図である。
(Third embodiment)
FIG. 19 is a perspective view illustrating an inclined surface of the eyepiece prism 104f according to the third embodiment. FIG. 20 is a perspective view showing slopes of the eyepiece prism 104f and the deflection prism 104g according to the third embodiment. 21 shows a surface passing through the XXI-XXI line (a line extending through the center of the cylindrical protrusion CY and extending along the short direction of the hologram element 104h) in FIG. 20 in a state where the eyepiece prism 104f and the deflecting prism 104g are joined. FIG.
本実施の形態においては、ホログラム素子104hは、PET製の矩形状シートST上に、より長さの短いホログラム部HOEを積層しており、矩形状シートST上にはホログラム部HOEを挟んで両側に円形開口CHを形成している。円形開口CHの位置は、ホログラム部HOEの干渉縞パターンに対して精度良く位置決めされている。ホログラム素子104hの製造方法としては、パンチ等で円形開口CHを形成した矩形状シートST上に感光材を貼り付けて、更に円形開口CHを用いて治具等に固定した上で、可干渉性のレーザー光束を2方向から感光材に照射することにより、円形開口CHに対して方向付けされたホログラム部HOEを形成することができる。 In the present embodiment, the hologram element 104h has a shorter hologram portion HOE stacked on a PET rectangular sheet ST, and both sides of the rectangular sheet ST sandwiching the hologram portion HOE. Is formed with a circular opening CH. The position of the circular opening CH is accurately positioned with respect to the interference fringe pattern of the hologram portion HOE. As a manufacturing method of the hologram element 104h, a photosensitive material is pasted on a rectangular sheet ST having a circular opening CH formed by a punch or the like, and further fixed to a jig or the like using the circular opening CH. The hologram part HOE oriented with respect to the circular opening CH can be formed by irradiating the photosensitive material with two laser beams from two directions.
一方、接眼プリズム104fの斜面PL5における凹部CCの底面CCcには、円形開口CHの内径と略等しい外径を持つ円柱部CY(本実施の形態では突起を構成する)が2本植設されている。円形開口CHの内径と円柱部CYの外径は互いに嵌め合い公差の範囲内に収まるように形成されている。円柱部CYの高さは、凹部CCの深さより長くなっており、従って円柱部CYは斜面PL5より外側に突出している。凹部CCと円柱部CYは、接眼プリズム104fの成形時に同時に形成できる。 On the other hand, on the bottom surface CCc of the concave portion CC on the slope PL5 of the eyepiece prism 104f, two cylindrical portions CY (which constitute a protrusion in the present embodiment) having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the circular opening CH are implanted. Yes. The inner diameter of the circular opening CH and the outer diameter of the cylindrical portion CY are fitted to each other and are within the tolerance range. The height of the cylindrical portion CY is longer than the depth of the concave portion CC, and therefore the cylindrical portion CY protrudes outward from the slope PL5. The concave portion CC and the cylindrical portion CY can be formed simultaneously with the molding of the eyepiece prism 104f.
更に、偏向プリズム104gの斜面PL4には、円柱部CYの外径に等しい内径を持つ一対の袋孔BH(本実施の形態では窪みを構成する)が形成されている。袋孔BHも、偏向プリズム104gの成形時に同時に成形できる。 Further, a pair of bag holes BH (which form a depression in the present embodiment) having an inner diameter equal to the outer diameter of the cylindrical portion CY are formed on the slope PL4 of the deflection prism 104g. The bag hole BH can also be formed simultaneously with the formation of the deflection prism 104g.
組み付け時において、接眼プリズム104fの凹部CCの平面である底面CCcに粘着剤を塗布して凹部CC内に付与した後、図19に示すように、凹部CCの円柱部CYに円形開口CHを対向させながら、ホログラム素子104hを凹部CCに接近させ、円形開口CHに円柱部CYを係合させて通過させつつ、ホログラム素子104hを底面CCcに載置する。ホログラム部HOEを挟んで両側に一対の円形開口CHを設けることで相互の間隔が広がり、従って円形開口CHを円柱部CYに係合させることで、精度の良い位置決めを行える。このとき、粘着剤の効果により底面CCcが矩形状シートSTと密着することとなる。 At the time of assembly, after applying adhesive to the bottom surface CCc, which is the flat surface of the concave portion CC of the eyepiece prism 104f, and applying the adhesive into the concave portion CC, the circular opening CH is opposed to the cylindrical portion CY of the concave portion CC as shown in FIG. Then, the hologram element 104h is placed on the bottom surface CCc while the hologram element 104h is brought close to the concave portion CC and the cylindrical portion CY is engaged with and passed through the circular opening CH. By providing a pair of circular openings CH on both sides across the hologram part HOE, the mutual interval is widened. Therefore, by engaging the circular opening CH with the cylindrical part CY, accurate positioning can be performed. At this time, the bottom surface CCc comes into close contact with the rectangular sheet ST due to the effect of the adhesive.
本実施の形態によれば、円形開口CHに円柱部CYを係合させることで、斜面PL5に対してホログラム素子104h,すなわちホログラム部HOEが精度良く位置決めされることとなる。 According to the present embodiment, by engaging the cylindrical portion CY with the circular opening CH, the hologram element 104h, that is, the hologram portion HOE is accurately positioned with respect to the slope PL5.
かかる状態で、凹部CC内をUV硬化性の接着剤で満たした状態で、図20に示すように、円柱部CYを袋孔BHに挿入するようにして、斜面PL4,PL5同士を合わせ込む。図21に示すように、円柱部CYを袋孔BHに係合しつつ斜面PL4,PL5同士が密着したとき、ホログラム素子104hは接眼プリズム104fに対して精度良い位置となる。その後、外部からUV光を照射することで、凹部CC内の接着剤を硬化させて、接眼プリズム104fと偏向プリズム104gを接合することができる。 In this state, with the concave portion CC filled with a UV curable adhesive, as shown in FIG. 20, the cylindrical portions CY are inserted into the bag holes BH so that the slopes PL4 and PL5 are aligned. As shown in FIG. 21, when the inclined surfaces PL4 and PL5 are in close contact with each other while the cylindrical portion CY is engaged with the bag hole BH, the hologram element 104h is positioned with high accuracy with respect to the eyepiece prism 104f. Thereafter, by irradiating UV light from the outside, the adhesive in the concave portion CC can be cured, and the eyepiece prism 104f and the deflection prism 104g can be joined.
尚、例えば凹部CCに一対の円柱部を設ける代わりに、円筒状袋孔を形成し、ホログラム素子104hの矩形状シートSTに、対応する円筒状突起を形成して、円筒状袋孔に円筒状突起を係合させることで、ホログラム素子104hの位置決めを行うこともできる。かかる場合、接眼プリズム104fと偏向プリズム104gとの位置決めは、両者の側面を用いれば良く、袋孔BHは不要となる。更に、1つの円形開口CHに1つの円柱部CYを係合させることで、図6(b)に示すXY方向の位置決めを行い、矩形状シートSTの外周の一部を凹部CCに当接させることで、θ方向の位置決めを行うこともできる。 For example, instead of providing a pair of columnar portions in the recess CC, a cylindrical bag hole is formed, a corresponding cylindrical protrusion is formed on the rectangular sheet ST of the hologram element 104h, and the cylindrical bag hole has a cylindrical shape. The hologram element 104h can be positioned by engaging the protrusion. In such a case, positioning of the eyepiece prism 104f and the deflecting prism 104g may be performed using both side surfaces, and the bag hole BH is unnecessary. Further, by engaging one cylindrical portion CY with one circular opening CH, positioning in the XY direction shown in FIG. 6B is performed, and a part of the outer periphery of the rectangular sheet ST is brought into contact with the concave portion CC. Thus, positioning in the θ direction can also be performed.
図22は、本実施の形態にかかる変形例であるホログラム素子の上面図である。本変形例では、矩形状シートSTに,円形開口の代わりに切欠CTを形成している。切欠CTは、略円形状の係合部CTaと、係合部CTaから端部側に延在する延在部CTbとからなる。本変形例では、円柱部CYが係合部CTaに係合することで、ホログラム素子104hの位置決めを行うようになっている。本変形例のように構成することで、ホログラム素子104hの設置作業が容易になり、また、感光材への光照射時の発熱に起因するホログラム素子104hの変形が生じ難くなる、等のメリットがある。 FIG. 22 is a top view of a hologram element which is a modified example according to the present embodiment. In this modification, a cutout CT is formed in the rectangular sheet ST instead of a circular opening. The notch CT includes a substantially circular engaging portion CTa and an extending portion CTb extending from the engaging portion CTa to the end side. In the present modification, the hologram element 104h is positioned by engaging the cylindrical portion CY with the engaging portion CTa. By configuring as in the present modification, the installation work of the hologram element 104h is facilitated, and the hologram element 104h is less likely to be deformed due to the heat generated when the photosensitive material is irradiated with light. is there.
上記各実施形態においては、接眼プリズム104fを第1プリズムとして、これに形成した凹部にホログラム素子104hを配置したが、これに限るものではなく、虚像の歪みを補正するための補助光学部材としての偏向プリズム104gを第1プリズムとし、図23に示すように、この偏向プリズム104gに形成した凹部内にホログラム素子104hを配置してもよい。この場合、図23に示すように、第2プリズムとしての接眼プリズム104fの斜面PL5に、偏向プリズム104gの斜面PL4に設けられた凹部CCに対応する凸部を設けてもよいし、斜面PL5を平坦にしてもよい。 In each of the embodiments described above, the eyepiece prism 104f is the first prism, and the hologram element 104h is disposed in the recess formed in the eyepiece prism 104f. However, the present invention is not limited to this, and as an auxiliary optical member for correcting the distortion of the virtual image. The deflection prism 104g may be the first prism, and as shown in FIG. 23, the hologram element 104h may be disposed in a recess formed in the deflection prism 104g. In this case, as shown in FIG. 23, the slope PL5 of the eyepiece prism 104f as the second prism may be provided with a convex portion corresponding to the concave portion CC provided on the slope PL4 of the deflection prism 104g. It may be flat.
100 ヘッドマウントディスプレイ(HMD)
101 フレーム
101a 前方部
101b 側部
101c 側部
101d 長孔
101e 長孔
102 眼鏡レンズ
103 主本体部
104 ディスプレイユニット
104A 画像形成部
104B 画像表示部
104DR 表示制御部
104a 光源
104b 一方向拡散板
104c 集光レンズ
104d 表示素子
104f 接眼プリズム(第2プリズム)
104g 偏向プリズム(第1プリズム)
104h ホログラム素子
104ha 一辺
104hb 一辺
105 近接センサ
105a 受光部
106 カメラ
106a レンズ
107 右副本体部
107a 突起状体
108 左副本体部
108a 突起状体
109 地磁気センサ
110 加速度センサ
111B マイク
121 プロセッサー
122 操作部
123 GPS受信部
124 通信部
127 バッテリー
128 電源回路
129 ストレージデバイス
AD 粘着剤
B 瞳孔
BD 接着剤
BH 袋孔
CC 凹部
CCa 上方側面
CCb 左方側面
CCc 底面
CCd 皿状部
CCe 周溝
CD コード
CH 円形開口
CT 切欠
CTa 係合部
CTb 延在部
CTU 制御ユニット
CV 凸部
CVa 頂面
CY 円柱部
HOE ホログラム部
HS 配線
IL 画像光
OL 外光
PL1 基端面
PL2 内向主面
PL3 外向主面
PL4 斜面
PL5 斜面
ST 矩形状シート
TP テーパー部
100 Head Mount Display (HMD)
101 Frame 101a Front part 101b Side part 101c Side part 101d Long hole 101e Long hole 102 Eyeglass lens 103 Main body part 104 Display unit 104A Image forming part 104B Image display part 104DR Display control part 104a Light source 104b Unidirectional diffuser 104c Condensing lens 104d Display element 104f Eyepiece prism (second prism)
104g deflection prism (first prism)
104h Hologram element 104ha One side 104hb One side 105 Proximity sensor 105a Light receiving unit 106 Camera 106a Lens 107 Right sub-main unit 107a Protruding member 108 Left sub-main unit 108a Protruding member 109 Geomagnetic sensor 110 Acceleration sensor 111B Microphone 121 Processor 122 Operation unit 123 GPS Reception unit 124 Communication unit 127 Battery 128 Power supply circuit 129 Storage device AD Adhesive B Pupil BD Adhesive BH Bag hole CC Recess CCa Upper side CCb Left side CCc Bottom CCd Dish-shaped part CCe Circumferential groove CD Code CH Circular opening CT Notch CTa Engagement portion CTb Extension portion CTU Control unit CV Protrusion portion CVa Top surface CY Cylindrical portion HOE Hologram portion HS Wiring IL Image light OL External light PL1 Base end surface PL2 Inward main surface PL3 Outward main surface PL4 Slope PL Slope ST rectangular sheet TP tapered portion
Claims (20)
端面に凹部が形成された第1プリズムを有し、前記凹部内に前記ホログラム素子が配置され、前記凹部と前記ホログラム素子の外周の少なくとも一部とが接することで前記第1プリズムに対して前記ホログラム部が位置決めされている光学素子。 In an optical element having a prism provided with a hologram element provided with a hologram part that selectively reflects or transmits light of a prescribed wavelength,
A first prism having a concave portion formed on an end surface, the hologram element is disposed in the concave portion, and the concave portion and at least a part of an outer periphery of the hologram element are in contact with each other with respect to the first prism; An optical element in which the hologram part is positioned.
第1プリズムの端面に、内部に突起が配置された凹部が形成され、前記凹部内に前記ホログラム素子が配置され、前記ホログラム素子は開口又は切欠を有しており、前記突起に前記開口又は切欠が係合することで前記第1プリズムに対して前記ホログラム部が位置決めされている光学素子。 In an optical element having a prism provided with a hologram element provided with a hologram part that selectively reflects or transmits light of a prescribed wavelength,
A concave portion having a protrusion disposed therein is formed on an end face of the first prism, the hologram element is disposed in the concave portion, and the hologram element has an opening or notch, and the opening or notch is formed in the protrusion. Is an optical element in which the hologram portion is positioned with respect to the first prism.
第1プリズムの端面に凹部を形成し、
前記凹部と前記ホログラム素子の外周の少なくとも一部とを当接させることで、前記第1プリズムに対する前記ホログラム素子の位置決めを行い、
前記凹部に前記ホログラム素子を接合する光学素子の製造方法。 In the method of manufacturing an optical element having a prism provided with a hologram element,
Forming a recess in the end face of the first prism;
Positioning the hologram element with respect to the first prism by bringing the recess into contact with at least a part of the outer periphery of the hologram element;
A method for manufacturing an optical element, wherein the hologram element is bonded to the recess.
前記凹部と前記凸部とが係合するようにして、前記第1プリズムの端面に前記第2プリズムの接合面を接合する請求項14に記載の光学素子の製造方法。 Forming a convex portion on the joint surface of the second prism;
The method of manufacturing an optical element according to claim 14, wherein a joint surface of the second prism is joined to an end face of the first prism so that the concave portion and the convex portion are engaged with each other.
第1プリズムの端面に凹部を形成すると共に、前記凹部内に突起を形成し、
前記ホログラム素子に開口又は切欠を形成し、
前記突起に前記開口又は切欠を係合させることで前記第1プリズムに対する前記ホログラム素子の位置決めを行い、
前記凹部に前記ホログラム素子を接合する光学素子の製造方法。 In the method of manufacturing an optical element having a prism provided with a hologram element,
Forming a recess in the end face of the first prism, and forming a protrusion in the recess,
Forming an opening or notch in the hologram element;
Positioning the hologram element with respect to the first prism by engaging the opening or notch with the protrusion,
A method for manufacturing an optical element, wherein the hologram element is bonded to the recess.
前記突起を、前記開口又は切欠を通過させた後に、前記窪みと係合させるようにして、前記第1プリズムの端面に前記第2プリズムの接合面を接合する請求項18に記載の光学素子の製造方法。 Forming a recess in the joint surface of the second prism,
19. The optical element according to claim 18, wherein after the projection or the notch is passed, the projection is engaged with the depression, and the junction surface of the second prism is joined to the end surface of the first prism. Production method.
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