JP2018091948A - 光学素子の製造方法、光学素子及びウエアラブル端末 - Google Patents

Abstract

【課題】コートムラを極力抑えつつ機能膜を成膜できる光学素子の製造方法、光学素子、及びウエアラブル端末を提供する。【解決手段】第１プリズム部材と第２プリズム部材とを互いの接合面を介して接合してなる光学素子の製造方法は、前記第１プリズム部材と前記第２プリズム部材とを接合した状態で処理液に浸漬し、更に、前記第１プリズム部材と第２プリズム部材とを前記処理液から引き上げることで、前記光学素子の表面に機能膜を形成し、前記第１プリズム部材と第２プリズム部材とを前記処理液から引き上げる際に、重力加速度方向に延在する基準面に対する、前記第１プリズム部材の表面における単位面積当たりの第１偏差量の平均値が、前記第２プリズム部材の表面における単位面積当たりの第２偏差量の平均値より大きくなっているときは、前記第１プリズム部材に対して前記第２プリズム部材を重力加速度方向上方に位置させる。【選択図】図４

Description

本発明は、画像を表示できると共に外界を観察できるシースルータイプの光学素子の製造方法、光学素子及びウエアラブル端末に関する。

近年、ユーザーの身体に装着した状態で、情報のやりとりを行えるウエアラブル端末が普及してきた。このようなウエアラブル端末の１タイプとして、ユーザーの頭部に装着され、その眼前に配置されたシースルータイプのディスプレイ等によってユーザー自身に画像を提示すると共に、外界の景色をユーザーが視認できるようにしたヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）が知られている。

ところで、このようなディスプレイの表面には、傷つき防止の目的でハードコート膜を施したり、汚染防止の目的で防汚コート膜を施したりすることがある。このような機能膜は、処理液にディスプレイの素材を浸漬した後に引き上げて、乾燥させることにより形成することができる。

ここで、ディスプレイをシースルータイプとするために、複数のプリズム部材の接合面にホログラフィックシートを設けることが行われる。従って、機能膜の処理に当たっては、接合された複数のプリズム部材を一体的に浸漬しなくてはならないが、かかる場合、処理液から引き上げた際に、プリズム部材の表面に均一な液膜を形成したいという要請がある。

特許文献１には、接合した複数の部材をコート液に浸す際に、複雑な形状の部材を重力加速度方向上方に向けて保持する技術が開示されている。

特開２０１５−１２１６４７号公報

本発明者らの検討結果によれば、従来技術に示すような姿勢で複数の部材をコート液から引き上げる際に、重力加速度方向上方にある複雑な形状の部材の表面から流れる液が各方向で不均一となり、光学面を含む表面にコートムラが生じやすいことが判明した。ここで光学面の周囲に生じたコートムラはハウジング等で隠すこともできるのに対し、光学面に生じたコートムラは隠すことが困難であり外観品位上、問題となる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、コートムラを極力抑えつつ機能膜を成膜できる光学素子の製造方法、光学素子、及びウエアラブル端末を提供することを目的とする。

本発明の光学素子の製造方法は、第１プリズム部材と第２プリズム部材とを互いの接合面を介して接合してなる光学素子の製造方法であって、
前記第１プリズム部材と前記第２プリズム部材とを接合した状態で処理液に浸漬し、
更に、前記第１プリズム部材と第２プリズム部材とを前記処理液から引き上げることで、前記光学素子の表面に機能膜を形成し、
前記第１プリズム部材と第２プリズム部材とを前記処理液から引き上げる際に、重力加速度方向に延在する基準面に対する、前記第１プリズム部材の表面における単位面積当たりの第１偏差量の平均値が、前記第２プリズム部材の表面における単位面積当たりの第２偏差量の平均値より大きくなっているときは、前記第１プリズム部材に対して前記第２プリズム部材を重力加速度方向上方に位置させるものである。

本発明によれば、コートムラを極力抑えつつ機能膜を成膜できる光学素子の製造方法、光学素子、及びウエアラブル端末を提供することができる。

本実施の形態にかかるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤという）１００の斜視図である。 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。 画像表示部１０４Ｂを、図２とは天地逆にした状態で示す斜視図である。 接眼プリズム１０４ｆと偏向プリズム１０４ｇとを接合した後、容器ＶＬ内のハードコート用の処理液ＨＰＬに浸漬する工程（ディップ処理）を示す斜視図である。 （ａ）は、接眼プリズム１０４ｆの上方に偏向プリズム１０４ｇを位置させた状態で側方から見た図であり、（ｂ）は、接眼プリズム１０４ｇの上方に偏向プリズム１０４ｆを位置させた状態で側方から見た図である。 モデルとなる２つのプリズムＰＺ１，ＰＺ２を接合した状態で側方から見た図である。 モデルである２つのプリズムＰＺ１，ＰＺ２の接合部を拡大して示す図であり、接合状態を変えて示している。 接合した接眼プリズム１０４ｆと偏向プリズム１０４ｇとを傾けた状態を示す正面図である。 偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆの光学面の段差量を測定する態様を示した図である。 プリズムの接合部を光学面側から模式的に示す図である。 「鋭負」の段差を持つ供試品について、中央の範囲ＣＴにおける接合段差量と液溜まりとの関係を示すグラフである。 「鈍負」の段差を持つ供試品について、中央の範囲ＣＴにおける接合段差量と液溜まりとの関係を示すグラフである。 「鋭正」の段差を持つ供試品について、中央の範囲ＣＴにおける接合段差量と液溜まりとの関係を示すグラフである。 「鋭正」の段差を持つ供試品について、幅方向左側の範囲ＬＴにおける接合段差量と液溜まりとの関係を示すグラフである。 「鋭正」の段差を持つ供試品について、幅方向右側の範囲ＲＴにおける接合段差量と液溜まりとの関係を示すグラフである。 「鈍正」の段差を持つ供試品について、中央の範囲ＣＴにおける接合段差量と液溜まりとの関係を示すグラフである。 板厚差が小さい偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆの光学面との段差を示す拡大図である。 板厚差が大きい偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆの光学面との段差を示す拡大図である。 スペーサＳＰを使用して、板厚差（ｔ２−ｔ１）が下限の偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆとを接合させた整合基準状態を示す図である。 スペーサＳＰを使用して、板厚差（ｔ２−ｔ１）が上限の偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆとを接合させた整合基準状態を示す図である。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤという）１００の斜視図である。図１に示すように、本実施の形態のＨＭＤ１００は，支持部材であるフレーム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、前方の一端側下部に矩形枠１０２を取り付け、その上部に本体部１０３を取り付けている。本体部１０３は、配線ＣＤによりコントロールボックスＣＢに接続されており、コントロールボックスＣＢに内蔵された不図示の電池から給電されている。フレーム１０１を不図示のユーザーの頭部に装着した状態で、その右目の前に矩形枠１０２が配置される。矩形枠１０２内には、スルー表示が可能な画像表示部１０４Ｂ（図２）が、ディスプレイユニット１０４の構成部品として配置されている。

図２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。画像形成部１０４Ａは、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。

図３は、画像表示部１０４Ｂを、図２とは天地逆にした状態で示す斜視図である。一方、いわゆるシースルー型の光学素子である画像表示部１０４Ｂは、接眼プリズム（第１プリズム部材）１０４ｆと、偏向プリズム（第２プリズム部材）１０４ｇとを接合してなる。接眼プリズム１０４ｆは、平板の端部に庇を組み合わせた形状を有し、厚み方向両側に対向するようにして光学面１０４ｆａ、１０４ｆｂと、両光学面に対して傾斜する方向に延在する曲面状の接合面１０４ｆｃとを有する。以下、外界を視認する方向を画像表示部１０４Ｂの厚さ方向という。

又、偏向プリズム１０４ｇは平板形状を有し、厚み方向両側に対向するようにして光学面１０４ｇａ、１０４ｇｂと、両光学面に対して傾斜する方向に延在する曲面状の接合面１０４ｇｃとを有する。間にホログラムシート１０４ｈが挟持された状態で、接合面１０４ｇｃと接合面１０４ｇｃとが接合されている。

図２において、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が所定の波長幅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所定の波長幅を持たせることができ、ホログラムシート１０４ｈにて画像光を回折させたときに、瞳孔ＰＰ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、ホログラムシート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。

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。

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。

接眼プリズム１０４ｆは、表示素子１０４ｄからの画像光を効率的に入射すべく比較的大面積の基端面１０４ｆｄを設けており、これにより接眼プリズム１０４ｆは庇を形成している。接眼プリズム１０４ｆは、基端面１０４ｆｄを介して入射する表示素子１０４ｄからの画像光を、相対する平行な内側（外界側）の光学面１０４ｆａと外側（眼側）の光学面１０４ｆｂとで全反射させ、ホログラムシート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で構成されている。この接眼プリズム１０４ｆと偏向プリズム１０４ｇとは、光学面１０４ｆａ、１０４ｆｂに対して９０°以外の角度で傾斜した接合面１０４ｆｃ、１０４ｇｃでホログラムシート１０４ｈを挟み、接着剤で接合されている。

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。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。

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の接合面１０４ｆｃ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に相補的な接合面１０４ｇｃ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、外光が接合面１０４ｆｃ、１０４ｇｃ（ホログラムシート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。

ホログラムシート１０４ｈは、表示素子１０４ｄから出射される画像光（３原色に対応した波長の光）を回折反射して瞳孔ＰＰに導き、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。このホログラムシート１０４ｈ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。

反射型のホログラムシート１０４ｈは、高い波長選択性を有しており、上記波長域（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シート１０４ｈ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。

次に、ディスプレイユニット１０４の動作について説明する。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（不図示）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。

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１０４ｆｄから入射し、光学面１０４ｆａ、１０４ｆｂで複数回全反射されて、ホログラムシート１０４ｈに入射する。ホログラムシート１０４ｈに入射した光は、そこで反射され、光学面１０４ｆｂを透過して瞳孔ＰＰに達する。瞳孔ＰＰ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、ホログラムシート１０４ｈが画面を構成しているとみることもできるし、光学面１０４ｆｂに画面が形成されているとみることもできる。

一方、接眼プリズム１０４ｆ、偏向プリズム１０４ｇおよびホログラムシート１０４ｈは、外光をほとんど全て透過させるので、ユーザーはこれら及び光学面１０４ｆａ、１０４ｆｂ、１０４ｇａ、１０４ｇｂ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（スルー表示される）ことになる。

次に、画像表示部１０４Ｂの製造方法について説明する。上述したように接眼プリズム１０４ｆと偏向プリズム１０４ｇとを接合した後、不図示の治具により保持して、図４に示すように、ハードコート用の処理液ＨＰＬが収容された容器ＶＬの上方へと位置させる。処理液ＨＰＬとしては、常温25℃において粘度100mPa・s以下の粘度を有する液であると好ましく、例えばＵＶアクリル系又はシリコン系の液を用いることができる。次に、接眼プリズム１０４ｆと偏向プリズム１０４ｇと下降させ、処理液ＨＰＬ内に浸漬した後に引き上げる。すると、接眼プリズム１０４ｆと偏向プリズム１０４ｇの表面に付着した処理液ＨＰＬは、重力に従い下方へと流れることとなる。この際に、光学面に略均一な液膜が形成され、更に乾燥することにより固いハードコート膜（機能膜）が成膜されることとなる。ハードコート膜の厚さは１〜２０μｍ，好ましくは２〜５μｍである。

ここで、本発明者らは、鋭意研究の結果、重力加速度方向(図５で上方)に沿って、接眼プリズム１０４ｆを上に配置する場合(図５(ｂ))と、偏向プリズム１０４ｇを上に配置する場合(図５(ａ))とで、成膜品質が異なることを見出した。より具体的には、接眼プリズム１０４ｆは庇を有するなど、平板状の偏向プリズム１０４ｇよりも複雑な形状を備えている。よて、図５（ｂ）に示すように接眼プリズム１０４ｆを偏向プリズム１０４ｇより上に保持した姿勢であると、接眼プリズム１０４ｆの表面を伝わって重力に従い流れ落ちる処理液が乱され、均一な液膜を形成することが困難となる。

これに対し、図５（ａ）に示すように偏向プリズム１０４ｇを接眼プリズム１０４ｆより上に保持した姿勢であると、単純な形状である偏向プリズム１０４ｇの表面を伝わって重力に従い流れ落ちる処理液の乱れが少なく、均一な液膜を形成しやすくなる。

ここで、複雑な形状を以下のように定義する。図６に示す、２つのプリズムＰＺ１，ＰＺ２を接合した状態で保持したモデルにおいて、重力加速度方向に延在する基準面ＳＴＰに直交する光学面ＯＰ１，ＯＰ２のシフト量Δの絶対値を偏差とする。プリズムＰＺ１の光学面ＯＰ１における単位面積当たりの偏差を第１偏差量の平均値Ｄ１とし、プリズムＰＺ２の光学面ＯＰ２における単位面積当たりの偏差を第２偏差量の平均値Ｄ２とすると、Ｄ１＞Ｄ２である場合、プリズムＰＺ１の光学面ＯＰ１がプリズムＰＺ２の光学面より複雑な形状を有するものとする。上述した実施の形態では、偏向プリズム１０４ｇの偏差量の平均値（Ｄ２）は、接眼プリズム１０４ｆの偏差量（Ｄ１）の平均値より小さいから、偏向プリズム１０４ｇを接眼プリズム１０４ｆより上に保持した姿勢で処理液から引き上げるのが好ましい。

ところで、プリズム１０４ｆ、１０４ｇは板厚を同じにするように設計されているが、実際には成形バラツキ等によって板厚にバラツキが生じ、また接合時に光学面同士にズレなども生じるが、これらを完全に一致させることは製造上、困難である。よって、ある程度バラツキが生じることを前提に、画像表示部１０４Ｂを製造せざるを得ず、その際に接合をどうするかという課題がある。

図７は、モデルである２つのプリズムＰＺ１，ＰＺ２の接合部を拡大して示す図であり、上方を重力加速度方向上方とする。ここで、図７(ａ)の矢印Ａで示すように、上側のプリズムＰＺ１の光学面ＯＰ１が，接合面ＢＰに対して鋭角で交差し、下側のプリズムＰＺ２の光学面ＯＰ２が，接合面ＢＰに対して鈍角で交差しているときに、光学面ＯＰ１が光学面ＯＰ２に対して厚み方向外側にシフトしている場合、「鋭負」の段差が生じているという。又、図７(ｂ)の矢印Ｂで示すように、上側のプリズムＰＺ１の光学面ＯＰ１が，接合面ＢＰに対して鋭角で交差し、下側のプリズムＰＺ２の光学面ＯＰ２が，接合面ＢＰに対して鈍角で交差しているときに、光学面ＯＰ１が光学面ＯＰ２に対して厚み方向内側にシフトしている場合、「鋭正」の段差が生じているという。

一方、図７(ｃ)の矢印Ｃで示すように、上側のプリズムＰＺ１の光学面ＯＰ１が，接合面ＢＰに対して鈍角で交差し、下側のプリズムＰＺ２の光学面ＯＰ２が，接合面ＢＰに対して鋭角で交差しているときに、光学面ＯＰ１が光学面ＯＰ２に対して厚み方向外側にシフトしている場合、「鈍負」の段差が生じているという。又、図７(ｄ)の矢印Ｄで示すように、上側のプリズムＰＺ１の光学面ＯＰ１が，接合面ＢＰに対して鈍角で交差し、下側のプリズムＰＺ２の光学面ＯＰ２が，接合面ＢＰに対して鋭角で交差しているときに、光学面ＯＰ１が光学面ＯＰ２に対して厚み方向内側にシフトしている場合、「鈍正」の段差が生じているという。

図７（ａ）に示す「鋭負」の段差、及び図７（ｃ）に示す「鈍負」の段差の場合、プリズムＰＺ１の光学面ＯＰ１に対し、プリズムＰＺ２の光学面ＯＰ２が厚み方向内側にシフトしているので、処理液の流れＦＬは接合部を通過する際に、プリズムＰＺ１の鋭角端に生じる表面張力による液溜まりと、段差を埋める液溜まりを除き大きな障害がなく、比較的スムーズに流れることとなる。鋭角端に生じる表面張力による液溜まりは、段差の張り出し量が支配的であり、鋭角端の角度は影響が少ないものと考えられる。

一方、図７（ｂ）に示す「鋭正」の段差の場合、プリズムＰＺ１の光学面ＯＰ１に対し、プリズムＰＺ２の光学面ＯＰ２が厚み方向外側にシフトしているので、処理液の流れＦＬは接合部を通過する際に、一旦プリズムＰＺ２の接合面ＢＰで受け止められることとなる。しかしながら、張り出し部が鈍角端であるから接合面ＢＰが流れＦＬの方向に傾いており、処理液は比較的スムーズに流れることとなる。この場合、プリズムＰＺ２の鈍角端に生じる液溜まりは、段差の張り出し量と鈍角端の角度が影響すると考えられる。

これに対し、図７（ｄ）に示す「鈍正」の段差の場合、プリズムＰＺ１の光学面ＯＰ１に対し、プリズムＰＺ２の光学面ＯＰ２が厚み方向内側にシフトしている。よって、プリズムＰＺ２の鋭角端が外側に張り出した形になり、プリズムＰＺ１からの処理液の流れＦＬは、一旦プリズムＰＺ２の接合面ＢＰで堰き止められることとなって、スムーズな流れが抑制される。この場合、プリズムＰＺ２の鋭角端に生じる液溜まりは、段差の張り出し量と鋭角端の角度が大きく影響すると考えられる。

以上より、偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆとを接合するに当たっては、図７（ａ）〜７(ｃ)に示す段差を形成するよう接合するのが好ましいといえる。

(実施例１)
以下、本発明者らが検討を行った実施例について説明する。本発明者らは、５つの供試品について、図５(ａ)に示すように、偏向プリズム１０４ｇを接眼プリズム１０４ｆの上方に配置した状態で処理液に浸漬し、これを引き上げて、蛍光灯の照明下で５０ｃｍの距離にて光学面のコートムラ（最下端エッジムラ、光学面コートムラ）の目視評価を行った。その結果を表１に示す。

又、本発明者らは、５つの供試品について、図５(ｂ)に示すように、接眼プリズム１０４ｆを偏向プリズム１０４ｇの上方に配置した状態で処理液に浸漬し、これを引き上げて、同様に蛍光灯の照明下で５０ｃｍの距離にて下側の光学面のコートムラ（最下端エッジムラ、光学面コートムラ）の目視評価を行った。その結果を表２に示す。尚、評価の判定は、最下端エッジムラ、光学面コートムラが全て視認できなかったときは「ＯＫ」とし，最下端エッジムラ、光学面コートムラの少なくとも一方が視認されれば「ＮＧ」とした。

偏向プリズム１０４ｇを接眼プリズム１０４ｆの上方に配置した場合、表１に示すように、目視評価は全ての供試品で良好（ＯＫ）となった。一方、接眼プリズム１０４ｆを偏向プリズム１０４ｇの上方に配置した場合、表２に示すように、光学面１０４ｆａの最下端エッジにエッジムラ（液溜り）が全数発生しており、外観品位及び光学面における光学性能への影響（外界像の歪み等）が懸念されることが分かった。また画像表示部１０４Ｂの外周部に枠部材等を装着してムラを隠そうとしても、液溜り厚のばらつきが生じるため、枠部材寸法の確定が難しくなることが分かった。更に光学面１０４ｆａ、１０４ｇａのコートムラは、５つの供試品のうち４つで生じていた。特に、光入射部の斜面部、組立上の位置決めピンや溝から、光学面１０４ｆａ、１０４ｇａでは単純な平行板材上での液の流れとは異なり部分的に多くの液量が流れたりするため、下側の光学面１０４ｇａにおいてコートムラが生じやすくなることから問題となる。また対向する光学面同士の膜厚差を誘発するケースも多くなり、塗工条件の設定が困難になる。以上より、偏向プリズム１０４ｇを接眼プリズム１０４ｆの上方に配置して処理液に浸漬することが望ましい。

尚、偏向プリズム１０４ｇを接眼プリズム１０４ｆの上方に配置する場合、図８に点線で示すように、画像表示部１０４Ｂを完全に倒立させた状態（中心線ＣＬが重力加速度方向に向いた状態）に限らず、点線で示すように、±９０°以内で中心線ＣＬを傾けた状態で浸漬しても良い。すなわち、接眼プリズム１０４ｆに付着した処理液が偏向プリズム側へと流れないようになっていれば良い。

（実施例２）
更に、本発明者らが検討を行った実施例について説明する。図９は、偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆの光学面の段差量を測定する態様を示した図であり、図９(ａ)は表側の光学面の段差を測定し、図９(ｂ)は裏側の光学面の段差を測定している。図９において、台座ＰＤ上にホルダＨＤを載置し、ホルダＨＤ上に画像表示部１０４Ｂを保持して、高さ方向に校正された測定機のプローブＰＲを光学面に当てて、光学面の接合段差量を測定した。測定機はミツトヨ製の製品名LITEMATIC HEAD VL-50Sを用いた。

また供試品としての画像表示部１０４Ｂを，偏向プリズム１０４ｇを接眼プリズム１０４ｆより上にした状態で実際に処理液に浸漬し、その上で引き上げて、接合部における液溜まりの状態を評価した。具体的には、図１０に模式的に示すプリズムの接合部において、中央を挟んで長さ１０ｍｍの範囲ＣＴ(但し、一部の試験では幅方向両側近傍の１０ｍｍの範囲ＬＴ，ＲＴ)で液溜まりＬＱの幅を測定した。

その結果を図１１〜１６に示すが、液溜まりＬＱの幅が０．１ｍｍ未満であれば目視不能であり、製品として外界像を視認する際も問題がないため、幅０ｍｍとした。一方、液溜まりＬＱの幅が０．１ｍｍ以上であれば、目視可能であり、製品として外界像を視認する際に影響が及ぶ恐れがある。

図１１は、図７（ａ）に相当する「鋭負」の段差を持つ供試品について、中央の範囲ＣＴにおける接合段差量と液溜まりＬＱの幅との関係を示すグラフである。図１１の評価結果によれば、「鋭負」の段差を持つ場合、接合段差量が４０μｍ以下であれば、液溜まりが目視されないことがわかった。

図１２は、図７（ｃ）に相当する「鈍負」の段差を持つ供試品について、中央の範囲ＣＴにおける接合段差量と液溜まりＬＱの幅との関係を示すグラフである。図１２の評価結果によれば、「鈍負」の段差を持つ場合、接合段差量が４０μｍ以下であれば、液溜まりが目視されないことがわかった。

図１３は、図７（ｂ）に相当する「鋭正」の段差を持つ供試品について、中央の範囲ＣＴにおける接合段差量と液溜まりＬＱの幅との関係を示すグラフである。図１３の評価結果によれば、「鋭正」の段差を持つ場合、接合段差量が３０μｍ以下であれば、液溜まりが目視されないことがわかった。

図１４は、図７（ｂ）に相当する「鋭正」の段差を持つ供試品について、幅方向左側の範囲ＬＴにおける接合段差量と液溜まりＬＱの幅との関係を示すグラフである。図１４の評価結果によれば、「鋭正」の段差を持つ場合、中央と同様に、接合段差量が３０μｍ以下であれば、液溜まりが目視されないことがわかった。

図１５は、図７（ｂ）に相当する「鋭正」の段差を持つ供試品について、幅方向右側の範囲ＲＴにおける接合段差量と液溜まりＬＱの幅との関係を示すグラフである。図１５の評価結果によれば、「鋭正」の段差を持つ場合、中央と同様に、接合段差量が３０μｍ以下であれば、液溜まりが目視されないことがわかった。以上より、幅方向の位置に関わらず、液溜まりの量はほぼ変わらないと判断できる。

図１６は、図７（ｄ）に相当する「鈍正」の段差を持つ供試品について、中央の範囲ＣＴにおける接合段差量と液溜まりＬＱの幅との関係を示すグラフである。図１６の評価結果によれば、「鈍正」の段差を持つ場合、接合段差量が１０μｍ以上になると、液溜まりが目視されることが分かった。但し、接合段差量を１０μｍ以下に抑えようとすると製造難易度がきわめて高くなるため、コストの増大を招く恐れがある。

次に、プリズムの厚み関係について考察する。図１１〜１６の評価結果より、「鈍正」の段差以外であれば、製造難易度を低く抑えつつ外観品位を高めることができる。すると、図５（ａ）を参照して、偏向プリズム１０４ｇの板厚ｔ２を、接眼プリズム１０４ｆの板厚ｔ１より大きくすることで、接合部が「鈍正」の段差以外となる可能性が高まり好ましいといえる。

又、実際の製造工程に鑑みて、偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆの光学面同士を組み付ける際には、コストを考慮すると±２０μｍ程度の組み付け誤差を許容するのが好ましいとされる。但し、例え組み付け誤差が生じたとしても、接合部が「鈍正」の段差となることは避けたい。そこで、接合段差量の寸法管理を行うことを考える。

まず、最大限４０μｍの組み付け誤差を光学面の直交方向に与えたと仮定して、偏向プリズム１０４ｇに対して接眼プリズム１０４ｆの光学面が外側にはみ出す場合（図１７）と、はみ出さない場合（図１８）とに分けて検討する。組み付けの前提として、図１７（ａ）に示すように、偏向プリズム１０４ｇに対して接眼プリズム１０４ｆが、誤差の負側の限界として２０μｍ左にシフトした場合でも、「鈍正」の段差となることを回避すべく、右側の光学面１０４ｇａ、１０４ｆａ同士のズレ量を０μｍとしたい。

ここで、ｔ２＞ｔ１であるから、図１７（ａ）の状態では、左側の光学面１０４ｇｂが、光学面１０４ｆｂに対して厚み方向外側（左側）に距離δ１＝（ｔ２−ｔ１）だけはみ出すこととなる。左側の光学面１０４ｇｂと光学面１０４ｆｂとは、「鋭負」の段差の関係にあるから、上述の評価結果から、距離δ１は４０μｍ以内であれば液溜まりを抑えることができる。

次に、図１７（ａ）の状態から、偏向プリズム１０４ｇに対して接眼プリズム１０４ｆが、誤差の正側の限界として２０μｍ右にシフトした場合、図１７（ｃ）の状態となり、左側の光学面１０４ｆｂが、光学面１０４ｇｂに対して厚み方向外側（左側）に距離δ２だけはみ出し、且つ右側の光学面１０４ｇａが、光学面１０４ｆａに対して厚み方向外側（右側）に距離δ３だけはみ出すこととなる。ここで、δ２＋δ３＝ｔ２−ｔ１である。

左側の光学面１０４ｇｂと光学面１０４ｆｂとは、「鋭正」の段差の関係にあるから、距離δ２は３０μｍ以下であり、また光学面１０４ｇａと光学面１０４ｆａとは、「鈍負」の段差の関係にあるから、距離δ３は４０μｍ以下であると、液溜まりを抑えることができる。よって、液溜まりにとって最も支配的になるのは距離δ２の値であり、これを３０μｍに抑えれば良い。又、幾何学的関係より距離δ１＋δ２＝４０μｍであるから、結局、許容される距離δ１＝４０−δ２＝１０μｍとなるから、ｔ２−ｔ１の下限値は１０μｍとなる。

このとき、偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆとの整合目標は、図１７（ｂ）に示すように、左側の光学面１０４ｆｂが、光学面１０４ｇｂに対して厚み方向外側（左側）に距離δ４＝１０μｍだけはみ出し、且つ右側の光学面１０４ｇａが、光学面１０４ｆａに対して厚み方向外側（右側）に距離δ５＝４０μｍだけはみ出すようにすれば良い。

一方、偏向プリズム１０４ｇに対して接眼プリズム１０４ｆの光学面が外側にはみ出さない場合にも、図１８（ａ）に示すように、偏向プリズム１０４ｇに対して接眼プリズム１０４ｆが、誤差の負側の限界として２０μｍ左にシフトした際に、「鈍正」の段差となることを回避すべく、右側の光学面１０４ｇａ、１０４ｆａ同士のズレ量を０μｍとしたい。

ここで、ｔ２＞ｔ１であるから、図１８（ａ）の状態では、左側の光学面１０４ｇｂが、光学面１０４ｆｂに対して厚み方向外側（左側）に距離δ１＝ｔ２−ｔ１だけはみ出すこととなる。左側の光学面１０４ｇｂと光学面１０４ｆｂとは、「鋭負」の段差の関係にあるから、上述の評価結果から、距離δ１は４０μｍ以内であれば液溜まりを抑えることができる。

図１８（ａ）の状態から、偏向プリズム１０４ｇに対して接眼プリズム１０４ｆが、誤差の正側の限界として２０μｍ右にシフトした場合、図１８（ｃ）の状態となり、左側の光学面１０４ｇｂが、光学面１０４ｆｂに対して厚み方向外側（左側）に距離δ７だけはみ出し、且つ右側の光学面１０４ｇａが、光学面１０４ｆａに対して厚み方向外側（右側）に距離δ８だけはみ出すこととなる。ここで、δ７＋δ８＝ｔ２−ｔ１である。

左側の光学面１０４ｇｂと光学面１０４ｆｂとは、「鋭負」の段差の関係にあるから、距離δ７は４０μｍ以下であり、また光学面１０４ｇａと光学面１０４ｆａとは、「鈍負」の段差の関係にあるから、距離δ８は４０μｍ以下であると、液溜まりを抑えることができる。しかるに、液溜まりにとって最も支配的になるのは距離δ６の値であり、これを４０μｍに抑えれば、距離δ７，δ８のいずれもそれ以下になる。つまり、許容される距離δ６＝４０μｍとなるから、ｔ２−ｔ１の下限値は４０μｍとなる。

このとき、偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆとの整合目標は、図１８（ｂ）に示すように、左側の光学面１０４ｇｂが、光学面１０４ｆｂに対して厚み方向外側（左側）に距離δ９＝２０μｍだけはみ出し、且つ右側の光学面１０４ｇａが、光学面１０４ｆａに対して厚み方向外側（右側）に距離δ１０＝２０μｍだけはみ出すようにすれば良い。以上をまとめると、以下の式を持たすことが好ましいといえる。
１０（μｍ）≦ｔ２−ｔ１≦４０（μｍ） （１）

以上を言い換えると、図１７，１８を参照して、第１プリズム部材である接眼プリズム１０４ｆにおける接合面と鈍角で交差する方向に延在する光学面１０４ｆｂと、第２プリズム部材である偏向プリズム１０４ｇにおける接合面と鋭角で交差する方向に延在する光学面１０４ｇｂとは、｛２０−（ｔ２−ｔ１）±２０｝(μｍ)以内で厚み方向にシフトしているといえる。

尚、図１７，１８を参照して、第１プリズム部材である接眼プリズム１０４ｆにおける接合面と鋭角で交差する方向に延在する光学面１０４ｆａと、第２プリズム部材である偏向プリズム１０４ｇにおける接合面と鈍角で交差する方向に延在する光学面１０４ｇａとは、「鈍正」の段差となることを回避すべく、これらをそれぞれ基準光学面として，例えば定盤等に整列させた状態で位置決めを行い接合するのが好ましい。

又、以上の変形例として、図１９，２０に示すように、定盤Ｇ上に偏向プリズム１０４ｇの光学面１０４ｇａを直接当接させ、また、定盤Ｇと接眼プリズム１０４ｆの光学面１０４ｆａとの間に厚さｔ３のスペーサＳＰを介在させつつ、偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆとを接合させると好ましい。スペーサの厚さｔ３＝２０μｍとすれば、組み付け誤差を加味しても「鈍正」の段差となることを回避することができる。厚さｔ３は２０μｍ以下でも良い。

図１９は、スペーサＳＰを使用して、板厚差（ｔ２−ｔ１）が下限の偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆとを接合させた整合基準状態を示している。かかる場合、光学面１０４ｆｂが光学面１０４ｇｂに対して厚み方向外側に１０μｍシフトした状態になる。

図２０は、スペーサＳＰを使用して、板厚差（ｔ２−ｔ１）が上限の偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆとを接合させた整合基準状態を示している。かかる場合、光学面１０４ｇｂが光学面１０４ｆｂに対して厚み方向外側に２０μｍシフトした状態になる。

偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆとの板厚差（ｔ２−ｔ１）と、目標接合位置における光学面１０４ｆｂ、１０４ｇｂとのシフト量（段差量ともいう）及び光学面１０４ｆａ、１０４ｇａとのシフト量との関係を、表３にまとめて示す。尚、表３で負の値は、光学面１０４ｇａ、１０４ｇｂに対して、光学面１０４ｆａ、１０４ｆｂが厚さ方向内側に位置することを意味する。偏向プリズム１０４ｇと接眼プリズム１０４ｆとの厚さを個々に測定し、板厚差に応じてグループ分けして組み合わせることで、歩留まりを向上させつつ外観品位の良い形状表示部１０４Ｂを形成できる。

以上述べた実施の形態では、プリズム部材の接合面にホログラムシートを設けているが、これに限らずハーフミラーなどを設けるようにしても良い。又、光学面と接合面と交差部は必ずしもエッジとしなくても良く、例えば光学面と接合面との間に光学面に直角に交差する遷移面を設けるようにしても良い。これにより、不用意なエッジの欠けなどを抑制でき、製品の寸法管理上も有利である。但し、このような遷移面は、プリズム部材の薄形化・軽量化やデザイン性の向上、また周辺部材のコスト低減等を図る上では、極力小さくすることが望ましい。又、光学素子を浸漬する処理液は、ハードコート用に限らず、防汚コート用など各種の処理液を適用できる。又、本発明の光学素子はウエアラブル端末に限らず、各種の光学機器に適用できる。

１００ ＨＭＤ
１０１ フレーム
１０２ 矩形枠
１０３ 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
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
１０４ｆａ 光学面
１０４ｆｂ 光学面
１０４ｆｃ 接合面
１０４ｆｄ 基端面
１０４ｇ 偏向プリズム
１０４ｇａ 光学面
１０４ｇｂ 光学面
１０４ｇｃ 接合面
１０４ｈ ホログラムシート
ＰＰ 瞳孔
ＢＰ 接合面
ＣＢ コントロールボックス
ＣＤ 配線
Ｇ 定盤
ＨＤ ホルダ
ＨＰＬ 処理液
ＯＰ１，ＯＰ２ 光学面
ＰＤ 台座
ＰＲ プローブ
ＰＺ１，ＰＺ２ プリズム
ＳＰ スペーサ
ＳＴＰ 基準面
ＶＬ 容器

Claims (7)

1. 第１プリズム部材と第２プリズム部材とを互いの接合面を介して接合してなる光学素子の製造方法であって、
   前記第１プリズム部材と前記第２プリズム部材とを接合した状態で処理液に浸漬し、
   更に、前記第１プリズム部材と第２プリズム部材とを前記処理液から引き上げることで、前記光学素子の表面に機能膜を形成し、
   前記第１プリズム部材と第２プリズム部材とを前記処理液から引き上げる際に、重力加速度方向に延在する基準面に対する、前記第１プリズム部材の表面における単位面積当たりの第１偏差量の平均値が、前記第２プリズム部材の表面における単位面積当たりの第２偏差量の平均値より大きくなっているときは、前記第１プリズム部材に対して前記第２プリズム部材を重力加速度方向上方に位置させる光学素子の製造方法。
2. 前記第１プリズム部材の厚みをｔ１とし、前記第２プリズム部材の厚みをｔ２としたときに、以下の式を満たす請求項１に記載の光学素子の製造方法。
   １０（μｍ）≦ｔ２−ｔ１≦４０（μｍ） （１）
3. 前記第１プリズム部材と前記第２プリズム部材とは、厚み方向に対向する両面に光学面をそれぞれ有し、前記第１プリズム部材における前記接合面と鈍角で交差する方向に延在する前記光学面と、前記第２プリズム部材における前記接合面と鋭角で交差する方向に延在する前記光学面とが、｛２０−（ｔ２−ｔ１）±２０｝(μｍ)以内で厚み方向にシフトするように、前記第１プリズム部材と前記第２プリズム部材とを接合する請求項２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記第１プリズム部材と前記第２プリズム部材とは、厚み方向に対向する両面に光学面をそれぞれ有し、前記第１プリズム部材における前記接合面と鋭角で交差する方向に延在する前記光学面と、前記第２プリズム部材における前記接合面と鈍角で交差する方向に延在する前記光学面とをそれぞれ基準光学面として位置決めを行い、前記接合面を接合する請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
5. 前記第１プリズム部材の基準光学面を、前記第２プリズム部材の基準光学面に対して２０μｍ以内で厚み方向内側にシフトさせる請求項４に記載の光学素子の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法によって製造された光学素子。
7. 請求項６に記載の光学素子を有するウエアラブル端末。

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