JP2017075995A - Manufacturing method of junction type optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接合型光学素子の製造方法に関するものであり、例えば、映像投影用のホログラム部材を2つのプリズムの間に有する接合プリズムの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a cemented optical element, for example, a method for manufacturing a cemented prism having a hologram member for image projection between two prisms.
光学素子の1つであるホログラムは、光学シースルーディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ(HMD:head mounted display),ヘッドアップディスプレイ(HUD:head-up display)等)に搭載されるコンバイナとして非常に有用である。例えば、ホログラムを2つのプリズムの接合面に挟み込んで使用すれば、湿度や酸素等の外部環境の影響を受けにくい、というメリットが得られる。また、プリズム間の接合面にホログラムを挟み込むことにより、映像表示素子から提供される映像の光をプリズム内部で全反射させてホログラムに導き、ホログラムで観察者眼に投影することが可能になる。そして、ホログラム特性やプリズム形状等を最適化することにより、ホログラムの光学性能を維持しながら、映像を外界視野に重ねて表示するシースルー性を確保することが可能になる。 A hologram which is one of optical elements is very useful as a combiner mounted on an optical see-through display (head mounted display (HMD), head-up display, etc.). For example, if a hologram is used by being sandwiched between two prisms, it is possible to obtain an advantage that the hologram is hardly affected by external environment such as humidity and oxygen. Further, by sandwiching the hologram between the joint surfaces between the prisms, the image light provided from the image display element can be totally reflected inside the prism to be guided to the hologram, and projected onto the observer's eyes with the hologram. Then, by optimizing the hologram characteristics, prism shape, and the like, it is possible to secure the see-through property for displaying the image superimposed on the external field while maintaining the optical performance of the hologram.
上記のように2つのプリズムを接合するには、通常接着剤が使用される(例えば、特許文献1参照。)。接着剤を用いた接合方法としては、一方のプリズムに接着剤を塗布した後、光学特性上必要な間隔があく位置まで他方のプリズムを近づけ、その動きの中で接着剤を濡れ広げていき、接合面全体にわたってプリズム間に接着剤を充填させるのが、一般的な方法である。 In order to join two prisms as described above, an adhesive is usually used (for example, refer to Patent Document 1). As a bonding method using an adhesive, after applying the adhesive to one prism, the other prism is brought close to a position where there is a necessary interval in terms of optical characteristics, and the adhesive is spread out in the movement, It is common practice to fill the adhesive between the prisms over the entire joint surface.
しかしながら、上記のように接着剤を充填する方法では、プリズムの外周輪郭部分で接着剤を止めることができないため、映像光や外界光が透過するプリズム面(透過光学面)に接着剤が溢れ出すことになる。透過光学面に溢れ出した接着剤は除去しなければならないが、接着剤を除去する作業において透過光学面に傷を発生させてしまうことがある。また、溢れた接着剤を完全に除去できない場合、接着剤の残渣が透過光学面の平面度を落としてしまうため、像面性の低下を招くことになる。 However, in the method of filling the adhesive as described above, since the adhesive cannot be stopped at the outer peripheral contour portion of the prism, the adhesive overflows onto the prism surface (transmission optical surface) through which image light and external light are transmitted. It will be. The adhesive overflowing the transmission optical surface must be removed, but the transmission optical surface may be damaged in the operation of removing the adhesive. Further, when the overflowing adhesive cannot be completely removed, the adhesive residue lowers the flatness of the transmissive optical surface, leading to a reduction in image surface property.
したがって、透過光学面にまで接着剤を溢れさせないようにすることができれば、上記透過光学面で生じる問題を解決することは可能である。しかし、透過光学面にまで接着剤を溢れさせないようにすると、別の問題が生じてしまう。例えば、接着剤を充填する動作の中で接着剤内に気泡が発生する場合があり、その気泡は外界像のシースルー性能を劣化させるとともに、接合面に発生した気泡に映像光が当たると映像の劣化を招いてしまう。接着剤内に発生した気泡を接合面から排出するには、接着剤を大量に溢れさせることが有効である。ただし、接着剤を大量に溢れさせたとしても、接合面に発生した気泡を完全に除去できない場合もある。また、特許文献1に記載されているように、接着剤が塗布されるプリズム面の形状を工夫しても気泡を完全に除去することは困難であり、プリズム面形状の複雑化が光学性能を低下させるおそれもある。
Therefore, if it is possible to prevent the adhesive from overflowing to the transmission optical surface, it is possible to solve the problem caused by the transmission optical surface. However, another problem arises if the adhesive is not allowed to overflow to the transmissive optical surface. For example, in the operation of filling the adhesive, bubbles may be generated in the adhesive, and the bubbles deteriorate the see-through performance of the external image, and when the image light hits the bubbles generated on the joint surface, It will cause deterioration. In order to discharge air bubbles generated in the adhesive from the joint surface, it is effective to overflow the adhesive in a large amount. However, even if a large amount of the adhesive is overflowed, the bubbles generated on the joint surface may not be completely removed. Further, as described in
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、接合型光学素子を製造する際に、接合面外に接着剤を溢れさせず、かつ、接合面に気泡が存在しないようにする製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and the object thereof is to prevent the adhesive from overflowing outside the bonding surface and to produce bubbles on the bonding surface when manufacturing the bonded optical element. An object of the present invention is to provide a manufacturing method that does not.
上記目的を達成するために、第1の発明の接合型光学素子の製造方法は、光が透過する透過光学面を両面にそれぞれ有する2つの透明部材の間に、前記透明部材で導光された光に対して光学的に作用する光学機能部材が位置し、その光学機能部材を介して前記2つの透明部材が接着剤で接合された構造を有する接合型光学素子の製造方法であって、
前記2つの透明部材が、前記光学機能部材側の面を対向させ、かつ、前記透過光学面が両面とも連続的に位置するように、前記2つの透明部材を一定の間隔をあけて固定する工程と、
前記透過光学面の両面において、前記2つの透明部材の間にあいた隙間を封止する工程と、
前記透過光学面に対して垂直に位置し、かつ、前記映像光及び外界光が入射しない側面の両面において、前記2つの透明部材の間にあいた隙間を封止部材でそれぞれ封止する工程と、
前記側面を封止している一方の封止部材から前記2つの透明部材の間にあいた隙間の空気を吸い出す工程と、
前記側面を封止している他方の封止部材から前記2つの透明部材の間にあいた隙間に前記接着剤を注入する工程と、
前記隙間に注入された前記接着剤を硬化させて前記2つの透明部材を接合する工程と、
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the method for manufacturing a junction optical element according to the first aspect of the present invention is guided by the transparent member between two transparent members each having a transmission optical surface through which light passes. An optical functional member that acts optically on light is located, and a manufacturing method of a bonded optical element having a structure in which the two transparent members are bonded with an adhesive via the optical functional member,
A step of fixing the two transparent members at regular intervals so that the two transparent members face each other on the optical functional member side and the transmissive optical surfaces are continuously located on both sides; When,
Sealing the gap between the two transparent members on both sides of the transmission optical surface;
Sealing each of the gaps between the two transparent members on both sides of the side surface that is perpendicular to the transmission optical surface and on which the image light and external light are not incident; and
Sucking out the air in the gap between the two transparent members from the one sealing member sealing the side surface;
Injecting the adhesive into the gap between the two transparent members from the other sealing member sealing the side surface;
Curing the adhesive injected into the gap and joining the two transparent members;
It is characterized by having.
第2の発明の接合型光学素子の製造方法は、上記第1の発明において、前記空気を吸い出す工程における空気の流速制御と前記接着剤を注入する工程における接着剤の流速制御のうちの少なくとも一方を行うことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a bonded optical element according to the first aspect, wherein at least one of air flow rate control in the step of sucking out air and adhesive flow rate control in the step of injecting the adhesive. It is characterized by performing.
第3の発明の接合型光学素子の製造方法は、上記第1又は第2の発明において、前記接着剤を注入する工程において前記接着剤を加圧することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing a junction-type optical element according to the first or second aspect, wherein the adhesive is pressurized in the step of injecting the adhesive.
第4の発明の接合型光学素子の製造方法は、上記第1〜第3のいずれか1つの発明において、前記接着剤が光硬化型接着剤であり、前記空気を吸い出す位置から前記接着剤を注入する位置まで、前記接着剤を硬化させる光の照射位置を移動させることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a bonded optical element according to any one of the first to third aspects, wherein the adhesive is a photocurable adhesive, and the adhesive is removed from a position where air is sucked out. The irradiation position of the light that cures the adhesive is moved to the injection position.
第5の発明の接合型光学素子の製造方法は、上記第1〜第4のいずれか1つの発明において、前記2つの透明部材を固定する工程において、一方の透明部材に対する他方の透明部材の相対的な位置を調整することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a junction optical element according to any one of the first to fourth aspects, wherein in the step of fixing the two transparent members, the other transparent member is relative to the one transparent member. It is characterized by adjusting the general position.
第6の発明の接合型光学素子の製造方法は、上記第1〜第5のいずれか1つの発明において、前記側面の両面において前記2つの透明部材の間にあいた隙間を封止部材でそれぞれ封止する工程において、前記2つの透明部材と前記側面を封止している封止部材との接続に、ホットメルト接着剤からなるシート部材を用いることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a junction-type optical element according to any one of the first to fifth aspects, wherein the gaps between the two transparent members on both sides of the side surface are respectively sealed with a sealing member. In the stopping step, a sheet member made of a hot melt adhesive is used for connection between the two transparent members and the sealing member sealing the side surface.
第7の発明の接合型光学素子の製造方法は、上記第1〜第5のいずれか1つの発明において、前記側面の両面において前記2つの透明部材の間にあいた隙間を封止部材でそれぞれ封止する工程において、前記2つの透明部材と前記側面を封止している封止部材との接続に、シリコーン系ゲル状ゴム材からなるシート部材を用いることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a junction optical element according to any one of the first to fifth aspects, wherein the gaps between the two transparent members on both sides of the side surface are sealed with a sealing member. In the stopping step, a sheet member made of a silicone gel rubber material is used for connection between the two transparent members and the sealing member sealing the side surface.
第8の発明の接合型光学素子の製造方法は、上記第1〜第7のいずれか1つの発明において、前記光学機能部材がホログラム部材であることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a junction-type optical element according to any one of the first to seventh aspects, wherein the optical function member is a hologram member.
第9の発明の接合型光学素子の製造方法は、上記第1〜第8のいずれか1つの発明において、前記光学機能部材が、前記空気吸い出し側と前記接着剤注入側でそれぞれ端部に近づくにつれて幅が狭くなる形状を有することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a junction-type optical element according to any one of the first to eighth aspects, wherein the optical function member approaches an end on each of the air suction side and the adhesive injection side. It has the shape which becomes narrow as the width increases.
本発明の製造方法によれば、接合型光学素子を製造する際に、接合面外に接着剤を溢れさせず、かつ、接合面に気泡が存在しないようにすることができる。映像光や外界光が透過する透過光学面に接着剤が溢れ出すことがないので、接着剤の残渣により像面性が低下することはない。透過光学面に溢れ出した接着剤を除去する作業が不要になるので、接着剤を除去する作業において透過光学面に傷を発生させてしまうこともない。また、接着剤を充填する動作の中で接着剤内に気泡が発生するのを防止することができるので、気泡による外界像のシースルー性能の劣化や映像の劣化を抑制することができ、プリズム面形状を複雑化する必要も無い。したがって、光学特性劣化の無い接合型光学素子を製造することができる。 According to the manufacturing method of the present invention, when manufacturing a bonded optical element, it is possible to prevent the adhesive from overflowing outside the bonded surface and to prevent air bubbles from being present on the bonded surface. Since the adhesive does not overflow to the transmission optical surface through which the image light and the external light are transmitted, the image surface property is not deteriorated by the adhesive residue. Since the operation of removing the adhesive overflowing the transmission optical surface is not necessary, the transmission optical surface is not damaged in the operation of removing the adhesive. In addition, since it is possible to prevent bubbles from being generated in the adhesive during the operation of filling the adhesive, it is possible to suppress deterioration of the see-through performance and image deterioration of the external image due to the bubbles. There is no need to complicate the shape. Therefore, it is possible to manufacture a junction type optical element that does not deteriorate optical characteristics.
以下、本発明に係る接合型光学素子の製造方法等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。 Hereinafter, the manufacturing method of the junction type optical element concerning the present invention, etc. are explained, referring to drawings. In addition, the same code | symbol is mutually attached | subjected to the part which is the same in each embodiment etc., and the corresponding part, and duplication description is abbreviate | omitted suitably.
図1に、本発明に係る方法により製造される接合型光学素子の一例として、レンズ機能を有する接合プリズム1を示し、図2(A),(B)に、その接合プリズム1を構成する2つのプリズム2,3をそれぞれ接合用光学面2e,3e側から見た状態で示す。接合プリズム1は、透明な樹脂又は硝子からなるプリズム2,3(透明部材);ホログラム部材5(光学機能部材)等で構成されており、プリズム2とプリズム3との間にホログラム部材5を有する構造になっている。
FIG. 1 shows a cemented
ホログラム部材5はプリズム2の接合用光学面2eに貼り付けられており、プリズム2,3間に設けられた接着剤4で、プリズム2とプリズム3とがホログラム部材5を挟むようにして接合されている。つまり、プリズム2及びホログラム部材5とプリズム3との間に設けられた接着剤4で、プリズム2とプリズム3とが接合され、接合用光学面2e,3eが接着剤4で貼り合わされることにより接合面が構成された構造になっている。なお、ホログラム部材5をプリズム3の接合用光学面3eに貼り付けて、プリズム2とホログラム部材5及びプリズム3との間に設けられた接着剤4で、プリズム2とプリズム3とでホログラム部材5を挟むようにして接合してもよい。
The
図3に、接合プリズム1と表示素子9とを備えた映像表示装置10の概略縦断面構造を示す。表示素子9としては、例えば、反射型又は透過型の液晶表示素子(LCD:liquid crystal display),デジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device),有機EL(organic electro-luminescence)ディスプレイ等が挙げられる。さらに、表示素子9を照明するための照明装置を配置してもよく、その照明装置としては、LED(light emitting diode)等の光源,集光用光学素子(レンズ,ミラー等)で構成された照明装置等を備えたものが挙げられる。
FIG. 3 shows a schematic vertical cross-sectional structure of an
接合プリズム1を構成しているホログラム部材5は、例えば、ホログラム記録媒体に対する2方向からのレーザー光照射でホログラム露光(物体光と参照光との2光束露光)を行うことにより、干渉縞がホログラム記録されたものである。そのホログラム部材5を2つのプリズム2,3間で挟むようにして、プリズム2とプリズム3とを接着剤4で接合すると、ホログラム再生の可能な状態の接合プリズム1が得られる。ホログラム再生では、映像光(再生照明光)L1がホログラム部材5に入射すると、映像光L1のうちの特定波長の光が再生映像光L2として波長選択的に回折反射される。その再生映像光L2は、ホログラム部材5を透過した外界光L3と共に、観察者眼EYに入射することになる。したがって、観察者は高品質の映像を接合プリズム1を介して観察することが可能になると同時に、接合プリズム1を介してシースルーで外界像(外景)も観察することが可能になる。
The
接合プリズム1を構成しているプリズム2,3のうち、プリズム2は、透過光学面2a,2bと側面2c,2dと接合用光学面2eを有しており、プリズム3は、透過光学面3a,3bと側面3c,3dと接合用光学面3eを有している。プリズム2の両面を構成する透過光学面2a,2bと、プリズム3の両面を構成する透過光学面3a,3bは、外界光L3が透過する平面であり、それぞれ互いに平行に位置している。側面2c,2d;3c,3dは、透過光学面2a,2b;3a,3bに対してそれぞれ垂直に位置し、かつ、映像光L1及び外界光L3が入射しない面である。プリズム2のホログラム部材5側の面は接合用光学面2eであり、プリズム3のホログラム部材5側の面は接合用光学面3eである。接合用光学面2e,3eは、一方向にのみ曲率を有する凸面と凹面でそれぞれ形成されているが、その面形状は曲面形状に限らず、必要に応じた形状、例えば平面形状でもよい。
Of the
プリズム2,3は、接合用光学面2eと接合用光学面3eとが対向し、かつ、透過光学面2aと透過光学面3a、透過光学面2bと透過光学面3bが、両面とも連続的に位置するように、接着剤4とホログラム部材5を介して一定の間隔をあけて固定されている。つまり、透過光学面2aと接着剤4と透過光学面3aで一平面を構成しており、透過光学面2bと接着剤4と透過光学面3bで一平面を構成している。このように構成すると、外界光L3がプリズム2,3を透過する際に影響を受けにくくなるので、外界像を良好に観察することが可能になる。なお、側面2c,2d;3c,3dについても同様に、側面2cと接着剤4と側面3cで一平面を構成しており、側面2dと接着剤4と側面3dで一平面を構成しているが、この構成は、例えば不要光の発生を抑制するのに有効である。
In the
ホログラム部材5は、プリズム2内部で導光された映像光L1に対して光学的に作用する(つまり、映像光L1のうち所定の波長域の光のみを正パワーで回折反射する)光学機能部材として、映像投影用のレンズ機能を有しており、プリズム2,3の間(つまり、接合用光学面2eと接合用光学面3eとの間)に位置している。プリズム2,3は、そのホログラム部材5を介して、一定の波長の光で硬化する接着剤4(光硬化性接着剤)で接合されている。なお、ここでは接着剤4として、紫外線(UV:ultraviolet rays)照射によって硬化する紫外線硬化型接着剤を想定している。
The
接合プリズム1は、上記のように、接合されたプリズム2,3間のホログラム部材5を介して表示素子9の映像が外界像に重なるように、その表示映像を虚像として観察者眼EY(図3)にシースルーで投影表示する接眼光学系として機能する。そのため、ホログラム部材5は体積位相型の反射型ホログラムであることが望ましい。体積位相型の反射型ホログラムは外界像の光の透過率が高いので、ホログラム部材5として体積位相型の反射型ホログラムを用いれば、観察者は表示映像と共に外界像も明瞭に観察することが可能になる。
As described above, the cemented
また、ホログラム部材5は、例えば、ホログラム感光材料が樹脂シートに保持されたホログラムシートにおいて、接合用光学面2eに貼り付ける領域を所定の形状で切り出し、切り出した領域(切出領域)を樹脂シートから剥離して接合用光学面2eに貼り付け、貼り付けた切出領域のホログラム感光材料を露光することによって作製される。このようにして接合用光学面2e上に作製されたホログラム部材5により、接合用光学面2e,3eからなる接合面にホログラフィック光学機能(正パワーの回折反射機能)を付与することができる。
The
図1等に示すように、ホログラム部材5はプリズム2,3内に埋め込まれた状態(つまり、2つのプリズム2,3で挟み込まれた状態)で使用されるので、湿度や酸素等の外部環境の影響を受けることがない(環境による劣化の防止)。また、プリズム2,3内に埋め込まれた構成により、表示素子9から提供される映像光L1をプリズム2内部で全反射させてホログラム部材5に導くことができるので、映像光L1を無駄なく利用して、観察者に明るい映像を提供することができる。また、表示素子9を接合プリズム1から離れた位置に配置することも可能となり、観察者の外界に対する視野を広く確保することができる。そして、プリズム2,3の形状やホログラム部材5の形状等を最適化することにより、ホログラム部材5の光学性能を維持しながら外界像のシースルー性(コンバイナ機能)を確保することができる。
As shown in FIG. 1 and the like, since the
次に、上述した接合プリズム1の製造方法を説明する。この製造方法の特徴は、接着剤4を用いた2つのプリズム2,3の接合方法にある。その接合方法に用いるプリズム接合装置U1の概略断面構成を、図4に模式的に示す。図4(A)はプリズム接合装置U1を正面側から示しており、図4(B)はプリズム接合装置U1を側面側から示している。
Next, a method for manufacturing the above-described cemented
プリズム接合装置U1は、2つのプリズム2,3を位置決めし固定するプリズム取り付け部11と、プリズム2,3の隙間4vを透過光学面2b,3b側から封止する上封止部12と、プリズム2,3の隙間4vを透過光学面2a,3a側から封止する下封止部13と、プリズム2,3の隙間4vを側面2c,3c側から封止する側面封止部14と、プリズム2,3の隙間4vを側面2d,3d側から封止する側面封止部15と、側面封止部14に繋がる空気吸引部16と、側面封止部15に繋がる接着剤注入部17と、接着剤4を硬化させる光源部18と、を有する構成になっている。
The prism bonding apparatus U1 includes a
プリズム接合装置U1を用いた接合プリズム1の製造方法は、プリズム2,3の位置を調整して固定する固定工程と、透過光学面2a,2b;3a,3bの封止工程と、側面2c,2d;3c,3dの封止工程と、プリズム2,3の隙間4vから空気7を吸い出す工程と、プリズム2,3の隙間4vに接着剤4を注入する工程と、接着剤4を硬化する工程と、を有するものである。
The manufacturing method of the cemented
プリズム2,3の固定工程では、プリズム2,3が、ホログラム部材5側に位置する接合用光学面2e,3eを対向させ、かつ、透過光学面2a,2b;3a,3bが両面とも連続的に位置するように、プリズム2,3を一定の間隔(隙間4v)をあけて固定する。そのための位置調整には、図5に示すプリズム位置調整機構19が用いられる。プリズム位置調整機構19はプリズム取り付け部11に組み込まれており、クランプ19a;マイクロヘッド19b;位置決め部材x1,x2,x3,y1,y2,y3等を備えている。
In the fixing process of the
図2(A)に示すように、プリズム2には3点の基準面Y1,Y2,Y3が設けられており、図2(B)に示すように、プリズム3には3点の基準面X1,X2,X3が設けられている。一方、位置決め部材y1,y2,y3には、プリズム2の基準面Y1,Y2,Y3をそれぞれ当てて位置を決める壁が形成されており、位置決め部材x1,x2,x3には、プリズム3の基準面X1,X2,X3をそれぞれ当てて位置を決める壁が形成されている。プリズム3はクランプ19aで挟まれた状態で固定されており、プリズム2の位置を固定のまま、プリズム3の位置決め部材x1,x2がマイクロヘッド19b等で可動(図5中の矢印mp)になっている。
As shown in FIG. 2A, the
プリズム2,3間の隙間4vの大きさは接着剤4の硬化収縮量の影響を受け、その硬化収縮がプリズム2,3を変形させる原因となる。光学特性劣化を発生させない隙間4vの大きさには20μm程度の精度が求められる。そのため、プリズム2,3を固定する工程においてプリズム位置調整機構19を用いれば、プリズム2に対するプリズム3の相対的な位置を微細に調整することが可能となり、プリズム製作精度等のバラツキに対して位置補正が可能となる。したがって、像面性劣化の少ない接合プリズム1を製造することができる。なお、プリズム2,3は、位置決め部材y1,y2,y3;x1,x2,x3の壁に当てられた状態で、プリズム2,3の下面(すなわち、透過光学面2a,3a)側からエアー吸引(図4(B)中の矢印ma)されて固定される。
The size of the
透過光学面2a,2b;3a,3bの封止工程では、透過光学面2a,2b;3a,3bの両面において、プリズム2,3の間にあいたスリット状の隙間4vを封止する(図4(B)等)。その封止には、図6(A)に示す上封止部12と、図6(B)に示す下封止部13と、が用いられる。上封止部12には上封止部材12aが設けられており、下封止部13には下封止部材13aが設けられている。上下封止部材12a,13aは、ショアA40(硬度)以下のゴム材料からなるものが望ましい。また、接着剤4との接触があるため、材質は撥水性のあるものが望ましい。なお、接着剤4を硬化させるための光照射が後述する工程で必要になるため、上封止部12(図6(A))は上封止部材12aも含めて透明材料(例えば、透明な樹脂又は硝子)からなっている。
In the sealing step of the transmission
上封止部12と下封止部13をプリズム2,3に近づけて、それぞれの上下封止部材12a,13aをプリズム2,3に密着させる(図4)。その密着による封止には、バネ12b,13bの付勢力が用いられる。封止のための加圧量は、接着剤4の注入に必要な力となる。つまり、接着剤4を注入したときの接着剤4の加圧力に対して封止できる力が、バネ12b,13bの付勢力として必要になる。このように透過光学面2a,2b;3a,3bに対する封止を行うことにより、接合用光学面2e,3eから透過光学面2a,2b;3a,3bへと接着剤4が溢れ出すことを確実に防止することができる。
The
側面2c,2d;3c,3dの封止工程では、透過光学面2a,2b;3a,3bに対して垂直に位置し、かつ、映像光L1及び外界光L3が入射しない側面2c,2d;3c,3dの両面(透過光学面2a,2b;3a,3bに隣接する両側面)において、プリズム2,3の間にあいたスリット状の隙間4vを封止する(図4(B)等)。その封止には、図6(C)に断面構造を示す側面封止部14,15が用いられる。つまり、側面封止部14,15をプリズム2,3に近づけて、それぞれの側面封止部材14a,15aをプリズム2,3に密着させることにより(図4)、プリズム2,3の間にあいたスリット状の隙間4vを封止する。
In the sealing process of the side surfaces 2c, 2d; 3c, 3d, the side surfaces 2c, 2d; 3c, which are positioned perpendicular to the transmission
側面封止部14,15は両方とも同じ構成を有しており、同じ構成の側面封止部材14a,15aと、同じ構成のシャッター(弁)14b,15bと、を備えており、側面封止部材14a,15aには開口14h,15hがそれぞれ形成されている。側面封止部材14a,15aは、ショアA40(硬度)以下のゴム材料からなるものが望ましい。なお、側面封止部材14a,15aをゴム材料で構成した場合、側面封止部材14a,15aに開口14h,15hを予め形成しておかなくても、側面封止部材14a,15aにチューブ又はパイプを刺すことことにより、ゴム材料の弾性を利用して封止状態を保持しながら接続することも可能である。
Both of the
透過光学面2a,2b;3a,3bと側面2c,2d;3c,3dとの角部の完全な封止と、接合後の側面封止部材14a,15aの剥離と、を考慮した場合、側面封止部材14a,15aによる封止にホットメルト接着剤やシリコーン系ゲル状ゴム材等のシート部材を使用するのが効果的である。つまり、側面2c,2d;3c,3dの封止工程において、上記のようにプリズム2,3と側面封止部材14a,15aとの接続に、シート状のホットメルト接着剤又はシート状のシリコーン系ゲル状ゴム材を用いることが好ましい。そのホットメルト接着剤又はシリコーン系ゲル状ゴム材からなるシート部材22による接続状態の一例を、図7に示す。
In consideration of complete sealing of the corners of the transmission
図7に示すように、側面2c,3c間のスリット状の隙間4vに開口22hが位置するようにシート部材22を設け、開口22hに開口14hの位置を合わせ、シート部材22を介して側面封止部材14aを側面2c,3cに貼り付ける。シート部材22を介して側面封止部材15aを側面2d,3dに貼り付ける場合も同様である。側面2c,2d;3c,3dの封止には、流体である空気7や接着剤4を流す機構(後述する流量調整機構20等)を設ける必要があることから、流体を通過させる形状を有するものが必要になり、また、接合後に側面封止部材14a,15aを除去する必要があることから、剥離性も必要な機能となる。これらの観点から、ホットメルト接着剤やシリコーン系ゲル状ゴム材等を材料とするシート部材22は好適であり、シート部材22を用いることにより、側面封止部材14aによる封止及びその剥離を適正に行うことが可能になる。そして、接着剤4の剥離性が良く、外観品位を劣化させない、という効果が得られる。
As shown in FIG. 7, the
プリズム2,3の隙間4vから空気7を吸い出す工程では、側面2c,3cを封止している側面封止部材14aからプリズム2,3の間にあいた隙間4vの空気7を吸い出す(図4)。側面封止部材14aの開口14hにはチューブ又はパイプが繋がっており、側面封止部14と空気吸引部16とを接続している。空気吸引部16は、吸引ポンプ(真空ポンプ)16a,圧力計16b(80kPa)等で構成されており、プリズム2,3の間にあいた隙間4vの空気7を吸引ポンプ16aで吸い出すことが可能になっている。なお、空気7以外の物体(接着剤4,ゴミ等)は適宜トラップされる。
In the step of sucking out the
プリズム2,3の間にあいた隙間4vから吸引ポンプ16aまでの流路における空気7の流量制御には、図8に示す流量調整機構20が用いられる。流量調整機構20は側面封止部14に組み込まれており、搭載されているシャッター14bの移動により、空気7の流量をON/OFFで制御することができる。図8(A)はシャッター全開状態(ON)を示しており、図8(C)はシャッター全閉状態(OFF)を示している。なお、吸引ポンプ16aでプリズム2,3間の空気7の吸引を行う際、シャッター14bは全開状態(ON)とするが、シャッター15bの開閉状態は後述するように適宜変更可能である。
A flow
プリズム2,3の隙間4vに接着剤4を注入する工程では、側面2d,3dを封止している側面封止部材15aからプリズム2,3の間にあいた隙間4vに接着剤4を注入する(図4)。側面封止部材15aの開口15hにはチューブ又はパイプが繋がっており、側面封止部15と接着剤注入部17とを接続している。接着剤注入部17は、接着剤4が蓄えられたシリンジ17a等で構成されており、プリズム2,3の間にあいた隙間4vに接着剤4を注入することが可能になっている。空気7を吸い出す工程でプリズム2,3間の隙間4vが予め負圧状態になっているため、接着剤4を注入したときの気泡の発生を効果的に無くすことが可能になる。
In the step of injecting the adhesive 4 into the
プリズム2,3の間にあいた隙間4vからシリンジ17aまでの流路における接着剤4の流量制御には、図8に示す流量調整機構20が用いられる。流量調整機構20は側面封止部15に組み込まれており、搭載されているシャッター15bの移動により、接着剤4の流量を0〜最大量で制御することができる。図8(A)ではシャッター全開状態で接着剤4の流量が最大量となり、図8(C)ではシャッター全閉状態で接着剤4の流量が0となり、図8(B)ではその間の流量で接着剤4の流量調整が可能である。
A flow
接着剤4を注入する工程では、上記のように流量調整機構20で接着剤4の流量を制御することによって、接着剤4の流速を制御することができる。接着剤4の流速は、用いる接着剤4の粘度の影響を受けるので、例えば、粘度が高くなると流速が遅くなることから、接着剤4を引っ張る力が接着剤4の内部応力を発生させることになる。したがって、流体(空気7,接着剤4)の流量を制御する流量調整機構20を設けることにより、プリズム2,3の間にあいた隙間4vの負圧状態を変えることが可能となり、接着剤4の粘度等の流速が変化する因子に対して最適な条件に設定することが可能となる。なお、空気7を吸い出す工程においても流量調整機構20で空気7の流速制御を行うようにしてもよい。
In the step of injecting the adhesive 4, the flow rate of the adhesive 4 can be controlled by controlling the flow rate of the adhesive 4 with the flow
空気7の吸引工程と接着剤4の注入工程におけるシャッター14b,15bの開閉動作として、以下の3つのタイプを挙げることができる。第1のタイプの開閉動作では、シャッター14bが全開状態(図8(A))、シャッター15bが全開状態(図8(A))又は流量調整状態(図8(B))で、空気7を吸引しながら接着剤4の注入を行う。流量調整状態(図8(B))は、接着剤4の粘度の大きさに応じて適正に(例えば流速が一定になるように)設定される。プリズム2,3の間にあいた隙間4vの真空度を上げて、気泡の発生を抑制するとともに発生した気泡をより効果的に除去したり、接着剤4の流れを良くしたりするためには、以下の第2,第3のタイプの開閉動作を行うことが好ましい。
As the opening / closing operations of the
第2のタイプの開閉動作では、シャッター14bが全開状態(図8(A))、シャッター15bが全閉状態(図8(C))で空気7を吸引し、吸引完了後、シャッター14bを全閉状態(図8(C))とし、シャッター15bを全開状態(図8(A))又は流量調整状態(図8(B))にすることにより、接着剤4の注入を行う。流量調整状態(図8(B))は、接着剤4の粘度の大きさに応じて適正に(例えば流速が一定になるように)設定される。
In the second type of opening / closing operation, the
第3のタイプの開閉動作では、シャッター14bが全開状態(図8(A))、シャッター15bが全閉状態(図8(C))で空気7を吸引し、吸引完了後、シャッター14bを全開状態(図8(A))のまま、シャッター15bを全開状態(図8(A))又は流量調整状態(図8(B))にすることにより、接着剤4の注入を行う。流量調整状態(図8(B))は、接着剤4の粘度の大きさに応じて適正に(例えば流速が一定になるように)設定される。
In the third type of opening / closing operation, the
側面封止部14,15(図6(C))には、上述した流量調整機構20(図8)の代わりに、図9に示す流量調整機構21を用いてもよい。流量調整機構20が板状のシャッター14b,15bの移動により流路の開閉調整を行うものであるのに対し、流量調整機構21は棒状の弁21aの移動(矢印mv)により流路の開閉調整を行うものである。なお、図9に示す流量調整機構21は側面封止部15に搭載されて接着剤4の流量調整を行うのに適した構造になっているが、側面封止部14に搭載されて空気7の流量調整を行うことも同様に可能である。
For the
接着剤4の粘度の大きさに応じた適正な注入を可能とするため、シリンジ17a(図4(A))を加圧して接着剤4を押し出すように接着剤注入部17を構成してもよい。その加圧用にディスペンサー等からなる加圧システム17bを搭載したプリズム接合装置U2の概略断面構成を、図10に模式的に示す。図10(A)はプリズム接合装置U2を正面側から示しており、図10(B)はプリズム接合装置U2を側面側から示している。プリズム接合装置U1では、空気7を排出する力だけで流速を制御しているため、接着剤4の粘度によって流速の上限が決まってしまう。それに対し、プリズム接合装置U2では接着剤4を空気圧で押し出す加圧システム17bを搭載しているため、接着剤4を注入する工程において接着剤4を加圧することにより、接着剤4の流速を高めるとともに接着剤4の内部応力を緩和することが可能となる。
Even if the
プリズム2,3間の隙間4vには、光学機能部材であるホログラム部材5が位置している。ホログラム部材5は、側面封止部14側(空気吸い出し側)と側面封止部15側(接着剤注入側)でそれぞれ端部に近づくにつれて幅が狭くなる形状(つまり図1に示すように、先端が緩やかに尖った形状)を有している。そのため、隙間4vに流入した接着剤4は、その注入側の開口15hから空気吸い出し側の開口14hへとスムーズに流れて、その流れは滞ることがない。プリズム2,3間に注入された接着剤4が流れ広がる様子を、図11に模式的に示す。
In the
図11に示すように、ホログラム部材5は、中央の等幅部5aと、その両端の狭幅部5bと、を有しており、狭幅部5bはそれぞれ端部に近づくにつれて幅が狭くなる形状を有している。そのため、隙間4vに接着剤4が流入しても、ホログラム部材5にかかる負荷は小さく、接着剤4が受ける抵抗も小さい。注入された接着剤4は、狭幅部5bの端部に当たっても、そこで幅方向にスムーズに分離され、狭幅部5bに沿って流れる。このため、狭幅部5bの近傍とその周囲とで接着剤4同士が激しく衝突して、周りの空気7を巻き込むのを低減することができ、その結果、気泡8の発生は抑制される。しかも、狭幅部5b近傍の接着剤4は、狭幅部5bに沿って流れるため、もし狭幅部5b近傍において何らかの原因で気泡8が発生したとしても、図11に示すように気泡8は接着剤4の流れに乗って下流側に運ばれ、不要な接着剤4とともに排出される。このため、気泡8がプリズム2,3間の隙間4v内で滞留することはなく、気泡8が残留するのを確実に低減することができる。また、プリズム2,3間の隙間4vにゴミが混入したとしても、上記のような接着剤4の流れによって排出することが可能である。
As shown in FIG. 11, the
接着剤4の注入完了後、側面封止部14,15をプリズム2,3から離す。そして、接着剤4を硬化する工程において、接着剤4を硬化させてプリズム2,3を接合する。接着剤4の硬化には光源部18が用いられ(図4(B),図10(B))、光源部18で一定の波長の光を接合用光学面2e,3e間の接着剤4に照射して硬化させる。ここでは、接着剤4として紫外線硬化型接着剤を想定しているので、光源部18には紫外線照射を行うUV光源を用いる。接着剤4の硬化(UV硬化)の完了後、上封止部12と下封止部13をプリズム2,3から離し、プリズム取り付け部11からプリズム2,3を取り外す。
After the injection of the adhesive 4 is completed, the
図12に、UV光源移動システム18aを搭載したプリズム接合装置U3の概略断面構成を模式的に示す。図12(A)はプリズム接合装置U3を正面側から示しており、図12(B)はプリズム接合装置U3を側面側から示している。このUV光源移動システム18aは接着剤4の硬化方向を制御するためのものである。UV光源移動システム18aを構成する1軸のスライダー18b上には光源部18が配置されており、光源部18が側面封止部14側(空気吸い出し側)から側面封止部15側(接着剤注入側)へ移動(図12(A)中の矢印mu)できるように構成されている。つまり、空気7を吸い出す位置から接着剤4を注入する位置まで、接着剤4を硬化させる光の照射位置を移動させる構成になっている。
FIG. 12 schematically shows a schematic cross-sectional configuration of the prism bonding apparatus U3 on which the UV light
光硬化型の接着剤4を光照射により硬化させる場合、接着剤4の硬化時の収縮によって、プリズム2,3間の隙間4vに充填されている接着剤4の体積が減少する。その減少分だけ新たに接着剤4を供給する必要があるが、接着剤4の供給は接着剤4を蓄えている接着剤注入部17側から行う方が、接着剤4を引っ張る力によって生じる内部応力を緩和する上で好ましい。側面封止部14側から側面封止部15側へ光源部18が移動しながら紫外線照射を行うと、接着剤4も側面封止部14側から側面封止部15側へと硬化することになり、接着剤4は硬化収縮による不足分を補いながら硬化を進行させていく。したがって、接着剤注入部17からの接着剤4の供給を接着剤4の硬化収縮に対応させて適正に行うことが可能となり、接着剤4の硬化エリアの移動と内部応力の緩和を適正に行うことが可能となる。
When the
以上説明した製造方法によれば、プリズム2,3間の隙間4vを透過光学面2a,2b;3a,3b側と側面2c,2d;3c,3d側で封止し、その隙間4vの空気7を吸い出して負圧状態にし接着剤4を注入する構成になっているため、接合プリズム1を製造する際に、接合用光学面2e,3e外に接着剤4を溢れさせず、かつ、接合用光学面2e,3e間の接着剤4内に気泡8が存在しないようにすることができる。
According to the manufacturing method described above, the
隙間4vに対する封止により、再生映像光L2や外界光L3が透過する透過光学面2a,2b;3a,3bに接着剤4が溢れ出すことがないので、接着剤4の残渣により像面性が低下することはない。透過光学面2a,2b;3a,3bに溢れ出した接着剤4を除去する作業が不要になるので、接着剤4を除去する作業において透過光学面2a,2b;3a,3bに傷を発生させてしまうこともない。また、接着剤4を充填する動作の中で接着剤4内に気泡8が発生するのを防止することができるので、気泡8による外界像のシースルー性能の劣化や映像の劣化を抑制することができ、プリズム面形状を複雑化する必要も無い。したがって、光学特性劣化の無い接合プリズム1を製造することができる。
By sealing the
1 接合プリズム(接合型光学素子)
2 プリズム(透明部材)
2a,2b 透過光学面
2c,2d 側面
2e 接合用光学面
3 プリズム(透明部材)
3a,3b 透過光学面
3c,3d 側面
3e 接合用光学面
4 接着剤
4v 隙間
5 ホログラム部材(光学機能部材)
5a 等幅部
5b 狭幅部
7 空気
8 気泡
9 表示素子
10 映像表示装置
11 プリズム取り付け部
12 上封止部
12a 上封止部材
12b バネ
13 下封止部
13a 下封止部材
13b バネ
14 側面封止部
14a 側面封止部材
14b シャッター
14h 開口
15 側面封止部
15a 側面封止部材
15b シャッター
15h 開口
16 空気吸引部
16a 吸引ポンプ
16b 圧力計
17 接着剤注入部
17a シリンジ
17b 加圧システム
18 光源部
18a UV光源移動システム
18b スライダー
19 プリズム位置調整機構
19a クランプ
19b マイクロヘッド
20 流量調整機構
21 流量調整機構
21a 弁
22 シート部材
22h 開口
x1〜x3,y1〜y3 位置決め部材
X1〜X3,Y1〜Y3 基準面
U1〜U3 プリズム接合装置
L1 映像光
L2 再生映像光
L3 外界光
EY 観察者眼
1 Bonding prism (bonding optical element)
2 Prism (transparent material)
2a, 2b Transmission
3a, 3b Transmission
5a
Claims (9)
前記2つの透明部材が、前記光学機能部材側の面を対向させ、かつ、前記透過光学面が両面とも連続的に位置するように、前記2つの透明部材を一定の間隔をあけて固定する工程と、
前記透過光学面の両面において、前記2つの透明部材の間にあいた隙間を封止する工程と、
前記透過光学面に対して垂直に位置し、かつ、前記映像光及び外界光が入射しない側面の両面において、前記2つの透明部材の間にあいた隙間を封止部材でそれぞれ封止する工程と、
前記側面を封止している一方の封止部材から前記2つの透明部材の間にあいた隙間の空気を吸い出す工程と、
前記側面を封止している他方の封止部材から前記2つの透明部材の間にあいた隙間に前記接着剤を注入する工程と、
前記隙間に注入された前記接着剤を硬化させて前記2つの透明部材を接合する工程と、
を有することを特徴とする製造方法。 An optical functional member that optically acts on the light guided by the transparent member is positioned between two transparent members each having a transmission optical surface through which light is transmitted, and the optical functional member is interposed therebetween. A method of manufacturing a bonded optical element having a structure in which the two transparent members are bonded with an adhesive,
A step of fixing the two transparent members at regular intervals so that the two transparent members face each other on the optical functional member side and the transmissive optical surfaces are continuously located on both sides; When,
Sealing the gap between the two transparent members on both sides of the transmission optical surface;
Sealing each of the gaps between the two transparent members on both sides of the side surface that is perpendicular to the transmission optical surface and on which the image light and external light are not incident; and
Sucking out the air in the gap between the two transparent members from the one sealing member sealing the side surface;
Injecting the adhesive into the gap between the two transparent members from the other sealing member sealing the side surface;
Curing the adhesive injected into the gap and joining the two transparent members;
The manufacturing method characterized by having.
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