JP7282439B2 - ディスプレイレンズの製造装置、方法およびこれにより製造されたディスプレイレンズを含む頭部装着型ディスプレイ装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、２０１９年９月２７日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０－２０１９－０１２００７５号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本発明に組み込まれる。本発明は、ディスプレイレンズの製造装置、方法およびこれにより製造された頭部装着型ディスプレイ装置に関する。
最近、拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、複合現実（ＭＲ：Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、または仮想現実（ＶＲ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）を実現するディスプレイ装置への関心が高まるにつれ、これを実現するディスプレイ装置に関する研究が活発に行われる傾向にある。拡張現実、複合現実、または仮想現実を実現するディスプレイユニットは、光の波動的性質に基づく回折現象を利用する回折導光板を含んでいる。
このような回折導光板としては、主に、複数の凹凸格子パターンを有する複数の回折光学素子を備えるタイプと、干渉パターンが記録された感光材料として透過型ホログラフィック光学素子を備えるタイプとが用いられる。
一方、回折光学素子を備えるタイプの場合には、色分離効率が低くてイメージクロストーク（ｉｍａｇｅ ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）が発生することがある。また、回折光学素子または透過型ホログラフィック光学素子を備えるタイプの場合には、全体的な光損失が大きく発生することがある。
これに対し、反射型ホログラフィック光学素子を備えるタイプの場合には、色分離効率が大きく、光損失も回折光学素子／透過型ホログラフィック光学素子に比べて小さいものの、アイボックス（Ｅｙｅ Ｂｏｘ）の大きさを決定する射出瞳（Ｅｘｉｔ Ｐｕｐｉｌ）の数を増加させにくいという欠点がある。
前述した背景技術は発明者が本発明の実施例の導出のために保有していたり、導出過程で習得した技術情報であって、必ずしも本発明の実施例の出願前に一般の公衆に公開された公知技術であるとは限らない。
本発明は、複数の射出瞳を実現するための反射型ホログラフィック光学素子を備えるディスプレイレンズを製造する装置、方法およびこれにより製造されたディスプレイレンズを含む頭部装着型ディスプレイ装置を提供する。
ただし、本発明が解決しようとする課題は上述した課題に制限されず、述べていないさらに他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
本発明の一側面による実施例は、基材に感光材料がコーティングされて形成される感光基材にレーザビームを照射してホログラムを記録するホログラフィック光学素子を含むディスプレイレンズの製造装置において、前記感光基材の一面に照射方向に沿って収束する第１レーザ光を入射させる第１レーザ光入射ユニットと、前記感光基材の他面に照射方向に沿って複数の地点から発散する第２レーザ光を入射させる第２レーザ光入射ユニットとを含むディスプレイレンズの製造装置を提供する。
本実施例において、前記第２レーザ光入射ユニットは、平行光を発散光に変換させるように構成されたレンズ部が一面に複数配列されたレンズアレイを含み、前記レンズアレイに入射する平行光が、前記各レンズ部を介して複数の地点から前記感光基材の他面に向けて、発散光である前記第２レーザ光として照射される。
本実施例において、前記レンズアレイは、前記レンズ部が配列された側の反対側に、前記レンズ部と対面する領域の周辺に非透光性マスクが配置される。
本実施例において、前記レンズ部間の中心間の距離は４～６ｍｍであってもよい。
本実施例において、前記レンズ部の焦点距離は２～１０ｍｍであってもよい。
本実施例において、前記レンズ部の曲率半径は下記数式１を満足することができる。
＜数式１＞
１／Ｆ＝（ｎ－１）＊（１／Ｒ）
ここで、Ｆは前記レンズ部の焦点距離、ｎは前記レンズアレイの屈折率、Ｒは前記レンズ部の曲率半径を意味する。
＜数式１＞
１／Ｆ＝（ｎ－１）＊（１／Ｒ）
ここで、Ｆは前記レンズ部の焦点距離、ｎは前記レンズアレイの屈折率、Ｒは前記レンズ部の曲率半径を意味する。
本実施例において、前記レンズ部の直径は１～３ｍｍであってもよい。
本発明の他の側面による実施例は、（ａ）基材に感光材料がコーティングされて形成される感光基材の一面に照射方向に沿って収束する第１レーザ光を入射させるステップと、（ｂ）前記ステップ（ａ）が進行する間、前記感光基材の他面に照射方向に沿って発散する第２レーザ光を入射させるステップと、を含み、前記ステップ（ｂ）は、平行光を発散光に変換させるように構成されたレンズ部が一面に複数配列されたレンズアレイに平行光を入射させて、前記各レンズ部を介して複数の地点から前記第２レーザ光が前記感光基材の他面に向けて照射できるようにする、ホログラフィック光学素子を含むディスプレイレンズの製造方法を提供する。
本実施例において、前記基材は透光性レンズであってもよい。
本実施例において、前記基材は透光性フィルムであり、前記製造方法は、（ｃ）前記ステップ（ａ）およびステップ（ｂ）を経た前記感光基材と透光性レンズとの間に、透光性接着剤を介在して前記感光基材と前記透光性レンズとを積層するステップと、を含むことができる。
本発明のさらに他の側面による実施例は、本発明の一側面による製造方法により製造されたディスプレイレンズと、前記ディスプレイレンズに備えられたホログラフィック光学素子に照射方向に沿って発散するイメージ光を入射させる光学エンジンとを含む、頭部装着型ディスプレイ装置を提供する。
本実施例において、前記ディスプレイレンズに形成される複数の射出瞳の中心間の隔離距離は４～６ｍｍであってもよい。
本発明の一側面によるディスプレイレンズの製造装置および方法により製造された反射型ホログラフィック光学素子に光学エンジンを用いてイメージ光を入射させると、前記ホログラフィック光学素子は、任意の位置で干渉性特性が互いに異なる複数のホログラムパターンが記録されているため、反射により互いに異なる複数の光反射経路が形成可能で、複数の射出瞳を実現させることができる。
本発明の効果は上述した効果に限定されるものではなく、述べていない効果は本願明細書および添付した図面から当業者に明確に理解されるであろう。
本発明は、添付した図面とともに詳細に後述する実施例を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は以下に開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現され、単に本実施例は本発明の開示が完全になるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によってのみ定義される。一方、本明細書で使われた用語は実施例を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。
本明細書において、単数形は、文言で特に言及しない限り、複数形も含む。明細書で使われる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素、段階、動作および／または素子が、１つ以上の他の構成要素、段階、動作および／または素子の存在または追加を排除しない。第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するのに使われるが、構成要素は用語によって限定されてはならない。用語は１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使われる。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の一側面によるディスプレイレンズの製造方法を実現するための製造装置を概略的に示す図である。
本発明の一側面によるディスプレイレンズの製造方法は、仮想現実または拡張現実を実現するディスプレイ装置に用いられるディスプレイレンズを製造するためのものであって、感光基材に互いに干渉性（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）である２つのレーザビームを照射してホログラムを記録して形成されるホログラフィック光学素子を備えるディスプレイレンズを製造する。
本発明の一側面による製造方法により形成しようとするホログラフィック光学素子は、光学エンジンによって出射されるイメージ光が入射すると、回折により反射する反射型ホログラフィック光学素子であり、この時、ホログラフィック光学素子に入射するイメージ光の入射角と、ホログラフィック光学素子によって反射するイメージ光の反射角とは互いに異なっていて、非対称反射体（ｏｆｆ－ａｘｉｓ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）と呼ばれたりする。
このようなホログラフィック光学素子は、感光基材のいずれか一面上に物体波を照射し、一面と反対となる感光基材の他面上に基準波を照射する方式で製造できることが知られている。
本発明の一側面の実施例によるディスプレイレンズの製造装置Ａは、基材１１に感光材料１２がコーティングされて形成される感光基材１０にレーザビームを照射してホログラムを記録することにより、ホログラフィック光学素子を含むディスプレイレンズを製造することができる。
ディスプレイレンズの製造装置Ａは、感光基材１０の一面１０ａに照射方向に沿って収束する第１レーザ光Ｌ１を入射させる第１レーザ光入射ユニットＢと、感光基材１０の他面１０ｂに照射方向に沿って複数の地点から発散する第２レーザ光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、．．．を入射させる第２レーザ光入射ユニットＣとを含むことができる。
本発明の一実施形態のディスプレイレンズの製造装置Ａでは、第１レーザ光入射ユニットＢおよび第２レーザ光入射ユニットＣでレーザビームＬＢを生成して進行させるレーザ装置１を備えることができる。このレーザ装置１は、ＲＧＢの３波長に対応する発光波長の３つのレーザ光源（図示せず）と、３つのレーザ光源からそれぞれ出力されるレーザビームが同軸で進行できるようにするコンバイナ（図示せず）とを含んで構成される。
レーザ装置１によって同軸で進行するレーザビームＬＢは、ビームスプリッタ２によって第１レーザ光入射ユニットＢおよび第２レーザ光入射ユニットＣに向けて２つの経路に分岐されて進行できる。
第１レーザ光入射ユニットＢは、第１レンズ３と第２レンズ４とを含むことができる。第１経路Ｐ１に分岐されたレーザビームＬＢ１は、第１レンズ３によって直径の拡大する発散光γに変換後、第２レンズ４によって収束光δに変換可能であり、このような収束光δが感光基材１０の一面１０ａに入射する第１レーザ光Ｌ１と定義される。
第２レーザ光入射ユニットＣは、平行光αを発散光βに変換させるように構成されたレンズ部２２が一面に複数配列されたレンズアレイ２０を含むことができる。このレンズアレイに平行光αを入射させて各レンズ部２２を介して複数の地点から第２レーザ光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、．．．が感光基材１０の他面１０ｂに向けて照射される。
また、第２レーザ光入射ユニットＣは、第３レンズ５と第４レンズ６とをさらに含むことができる。第２経路Ｐ２に分岐されたレーザビームＬＢ２は、第３レンズ５によって直径の拡大する発散光εに変換後、第４レンズ６によって平行光αに変換され、このような平行光αは、前述のように、レンズアレイ２０によって複数の地点から発散光βに変換されて照射される。ここで、複数の地点から照射される発散光βが複数の感光基材１０の他面１０ｂに入射する第２レーザ光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、．．．と定義される。
本発明の実施例によるディスプレイレンズの製造装置Ａにより、レンズアレイ２０のレンズ部２２が配列された側の反対側に広く平行光αを入射させると、レンズ部２２が配列された側から各レンズ部２２を介して複数の地点から発散光βに変換されて複数の第２レーザ光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、．．．として照射されるので、感光基材１０上に複数の第２レーザ光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、．．．が互いに重畳する領域を容易に形成することができる。このような、複数の第２レーザ光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、．．．が互いに重畳する領域では、任意の一地点に第１レーザ光Ｌ１がそれぞれの第２レーザ光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、．．．とすべて干渉されて、当該地点で干渉性特性が互いに異なる複数のホログラムが記録される。このように形成されるホログラフィック光学素子に所定のイメージ光が入射すると、干渉性特性が互いに異なる複数のホログラムによる回折および反射により互いに異なる複数の光反射経路を形成可能で、複数の射出瞳を容易に実現することができる。
［実施例］
以下、第１レーザ光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２が感光基材１０上に入射する工程を説明する。
以下、第１レーザ光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２が感光基材１０上に入射する工程を説明する。
本発明の一側面の実施例によるディスプレイレンズの製造方法は、（ａ）基材１１に感光材料１２がコーティングされて形成される感光基材１０の一面１０ａに照射方向に沿って収束する第１レーザ光Ｌ１を入射させるステップと、（ｂ）前記（ａ）ステップが進行する間、感光基材１０の他面１０ｂに照射方向に沿って発散する第２レーザ光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、．．．を入射させるステップと、を含み、前記（ｂ）ステップは、平行光αを発散光βに変換させるように構成されたレンズ部２２が一面に複数配列されたレンズアレイ２０に平行光αを入射させて、各レンズ部２２を介して複数の地点から第２レーザ光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、．．．が感光基材１０の他面１０ｂに向けて照射される。
基材１１にはホログラム記録のための感光材料１２がコーティングされるが、ホログラム関連分野では、ホログラフィック光学素子の複製に使用可能な多様な種類の感光材料が公知であり、このような材料が制限なく本発明においても使用可能である。例えば、前記感光材料としては、フォトポリマー（ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ）、フォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）、シルバーハライドエマルジョン（ｓｉｌｖｅｒ ｈａｌｉｄｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ）、重クロム酸ゼラチン（ｄｉｃｈｒｏｍａｔｅｄ ｇｅｌａｔｉｎ）、フォトグラフィックエマルジョン（ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ ｅｍｕｌｓｉｏｎ）、フォトサーモプラスチック（ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ）または光回折（ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ）材料などが使用できる。
基材１１は、一実施形態として、透光性レンズとして提供され、例えば、光学的に透明または半透明な、高屈折ガラスレンズまたは高屈折プラスチックレンズとして提供される。
基材１１は、他の実施形態として、透光性フィルム、すなわち、光学的に透明でかつ異方性のないフィルムとして提供され、例えば、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などを含むフィルムであってもよいが、特に限定されない。基材１１が透光性フィルムとして提供される場合、本発明の実施例による製造方法は、（ｃ）前記（ａ）ステップおよび（ｂ）ステップを経てホログラムが記録された感光基材１０と透光性レンズ（図示せず）との間に、透光性接着剤を介在して前記感光基材１０と前記透光性レンズとを積層するステップと、を含むことができる。これにより、ホログラフィック光学素子を備えるディスプレイレンズが製造できる。
透光性レンズまたは透光性フィルムとして提供される基材１１に感光材料１２がコーティングされて形成される感光基材１０を用いて、本発明の実施例による製造方法により製造されるディスプレイレンズも外界光が透過可能な構造を有するので、拡張現実を実現できるシースルー（ｓｅｅ－ｔｈｒｏｕｇｈ）レンズとして用いられる。
図２は、本発明の一側面によるディスプレイレンズの製造方法に用いられるレンズアレイの概略的な平面図である。
本発明の実施例によるディスプレイレンズの製造方法に用いられるレンズアレイ２０は、所定の厚さを有し、可視光に透明な板状ベース２１と、板状ベース２１の一面に一体に凹にまたは凸に形成された複数のレンズ部２２が互いに離隔して並ぶことができる。板状ベース２１および複数のレンズ部２２は、同一素材で一体に提供可能であり、例えば、ＢＫ７、ｑｕａｒｔｚのような光学ガラス（ｏｐｔｉｃａｌ ｇｌａｓｓ）、一般の透明ガラス、透明プラスチックなどの素材が用いられる。
図３（ａ）は、レンズ部が凸に形成された一実施形態のレンズアレイの一部の側断面を概略的に示す図であり、図３（ｂ）は、レンズ部が凹に形成された他の実施形態のレンズアレイの一部の側断面を概略的に示す図である。
レンズアレイ２０は、レンズ部２２が配列された側２０ａの反対側２０ｂに、レンズ部２２と対面する領域の周辺に非透光性マスク２３が配置される。非透光性マスク２３は、可視光を遮断可能な金属薄膜であってもよいし、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏなどのような金属が用いられる。
一方、レンズ部２２間の中心間の距離Ｇは、一般的な人の瞳の大きさと同一またはそれよりはより大きく形成される必要がある。レンズ部２２間の中心間の距離Ｇは４～６ｍｍであることが好ましい。互いに隣接した２つのレンズ部２２を介して照射される複数の第２レーザ光は、感光基材１０上に互いに重畳する領域を形成して任意の地点で互いに異なる複数のホログラムを記録するが、レンズ部２２間の中心間の距離Ｇが４ｍｍより小さく形成されたレンズアレイ２０を用いて形成されるホログラフィック光学素子に入射したイメージ光は、互いに異なる複数の光反射経路で反射しても、所定の面積を有する映像基準では使用者の瞳にすべて到達して映像が複数に見えてしまう問題を誘発しうる。一方、レンズ部２２間の中心間の距離Ｇが６ｍｍより大きく形成されたレンズアレイ２０を用いて形成されるホログラフィック光学素子に入射したイメージ光は、互いに異なる複数の光反射経路で反射して複数の射出瞳を形成するものの、単位面積あたりの射出瞳の数量は小さく形成されて、着用者の瞳の位置によって映像の見えない領域が多くなるという欠点がある。
また、上記のように、レンズ部２２間の中心間の距離Ｇは、ホログラフィック光学素子あるいはディスプレイレンズに形成される複数の射出瞳の中心間の隔離距離に対応できる。したがって、複数の射出瞳の中心間の隔離距離も４～６ｍｍの範囲で形成される。射出瞳の中心間の隔離距離が４ｍｍより小さく形成されると、使用者に映像が複数に見えてしまう問題を誘発することがあり、射出瞳の中心間の隔離距離が６ｍｍより大きく形成されると、使用者の瞳の位置によって映像の見えない領域が多くなる。
一方、レンズ部２２の焦点距離Ｆが短いほど、このようなレンズ部２２を介して記録されて形成されるホログラフィック光学素子は広い視野角が形成できる。すなわち、焦点距離Ｆが短いレンズ部２２を用いるほど、広い視野角を形成するホログラフィック光学素子の製造に有利な面がある。ホログラフィック光学素子の視野角は、レンズ部２２を介して照射される第２レーザ光の発散角と実質的に同一であり得る。ただし、レンズ部２２の焦点距離が過度に短くなると、レンズ部２２の収差による影響から、これを介して記録されて形成されるホログラフィック光学素子によって反射するイメージ光の映像は歪められる可能性が高くなる問題がある。
したがって、所定レベルの視野角を確保しつつ、ホログラフィック光学素子によって反射するイメージ光の映像の歪みを防止するためのホログラフィック光学素子の記録のために、レンズ部２２の焦点距離Ｆは２～１０ｍｍであることが好ましい。
本実施例において、レンズ部２２の曲率半径（Ｒ）は下記数式１を満足することができる。
＜数式１＞
１／Ｆ＝（ｎ－１）＊（１／Ｒ）
ここで、Ｆはレンズ部２２の焦点距離、ｎはレンズアレイ２０の屈折率、Ｒはレンズ部２２の曲率を意味する。
＜数式１＞
１／Ｆ＝（ｎ－１）＊（１／Ｒ）
ここで、Ｆはレンズ部２２の焦点距離、ｎはレンズアレイ２０の屈折率、Ｒはレンズ部２２の曲率を意味する。
レンズアレイ２０の屈折率ｎが１．５の時、レンズ部２２の焦点距離Ｆを２～１０ｍｍとした場合、適切なレンズ部２２の曲率半径（Ｒ）は、数式１によって１～５ｍｍである。
図４は、レンズ部２２の曲率半径に応じたレンズ部２２の焦点距離および視野角をシミュレーションした結果を示す図である。
シミュレーションの対象になるレンズ部２２およびレンズアレイ２０の屈折率は１．５２と仮定した。
図４（ａ）は、レンズ部２２の曲率半径が１．５ｍｍの場合であって、数式１によってレンズ部２２の焦点距離Ｆは約２．９ｍｍと算出され、レンズ部２２の視野角ＦＯＶは約６０゜と算出された。
図４（ｂ）は、レンズ部２２の曲率半径が２．５ｍｍの場合であって、数式１によってレンズ部２２の焦点距離Ｆは約４．８ｍｍと算出され、レンズ部２２の視野角ＦＯＶは約４０゜と算出された。
図４（ｃ）は、レンズ部２２の曲率半径が５ｍｍの場合であって、数式１によってレンズ部２２の焦点距離Ｆは約９．６ｍｍと算出され、レンズ部２２の視野角ＦＯＶは約２０゜と算出された。
一方、本発明の説明において、用語「レンズ部の直径」は、レンズ部２２が板状ベース２１の平面基準で眺めた時、測定される直径Ｄ、または非透光性マスク２３によって遮られずに露出した領域の直径Ｄを意味することができる。
本実施例において、レンズ部２２の直径Ｄは１～３ｍｍであってもよい。レンズ部２２の直径Ｄの大きさは、レンズ部２２間の中心間の距離Ｇが考慮されて決定可能である。例えば、レンズ部２２間の中心間の距離Ｇは４～６ｍｍであってもよいが、レンズ部２２の直径Ｄが４ｍｍ以上の場合には、各レンズ部２２が互いに隣接および重畳して独立したレンズ部２２として機能できない問題がありうる。また、レンズ部２２の直径Ｄが３ｍｍより大きければ、レンズ部２２の曲率半径を考慮した時、作製が困難な場合がありうる。そして、レンズ部２２の直径Ｄが１ｍｍより小さい場合には、非透光性マスク２３によって露出する領域が極めて小さくなり、レンズ部２２を介して照射される第２レーザ光の面積も小さくなって、ホログラム記録効率が低下する問題がある。
図５は、本発明の他の側面による頭部装着型ディスプレイ装置の一例を一部領域、具体的には、着用者の右瞳に適用される部分のみ概略的に示す図である。
本発明の他の側面による頭部装着型ディスプレイ装置１０００は、本発明の一側面による製造方法により製造されたディスプレイレンズ１００と、ディスプレイレンズ１００に備えられたホログラフィック光学素子１１０に照射方向に沿って発散するイメージ光を入射させる光学エンジン２００とを含むことができる。
ホログラフィック光学素子１１０は、一実施形態として、透光性フィルムに感光材料がコーティングされて形成される感光基材にホログラムが記録されて形成されたものであってもよいし、この場合、ホログラフィック光学素子１１０は、レンズ１２０に接着されてディスプレイレンズ１００を構成することができる。
ホログラフィック光学素子１１０は、他の実施形態として、レンズ１２０に感光材料がコーティングされて該感光材料にホログラムが記録されて形成されたものであって、この場合、レンズ１２０と感光材料に記録された形成されたホログラム光学素子１１０とが積層された形態でディスプレイレンズ１００を構成することができる。
前記レンズ１２０が透明なガラスまたは高分子樹脂で形成された透光性レンズであれば、外界光はそのまま透過可能なため、頭部装着型ディスプレイ装置１０００の着用者は自然界の事物、背景などをそのまま認識できると同時に、光学エンジン２００を介して入力された光は反射型ホログラフィック光学素子１１０によって反射する形態で回折されて、着用者にとって自然界の事物、背景などに浮かんでいる虚像として表示される。
光学エンジン２００は、本発明の一側面による製造方法により製造されたディスプレイレンズ１００において、ホログラフィック光学素子１１０側に発散するイメージ光を入射させる装置であって、レーザビームスキャンプロジェクタ、ＬＣＤ、ＯＬＥＤなどのディスプレイ装置が利用可能である。
ここで、本発明の一側面による製造方法によるディスプレイレンズ１００の製造に際して、本発明の他の側面に用いられる光学エンジン２００に用いられるＲＧＢ波長、光学エンジン２００の位置、光学エンジン２００を介して出力されるイメージ光の発散角の条件を考慮して、第１レーザ光および第２レーザ光のＲＧＢ波長、感光基材１０に対する第１レーザ光および第２レーザ光の入射角を調節することができる。例えば、光学エンジン２００に用いられるＲ波長は６２０～６６０ｎｍ、Ｇ波長は５２０～５６０ｎｍ、Ｂ波長は４４０～４７０ｎｍから選択可能であり、光学エンジン２００を介したホログラフィック光学素子に対するイメージ光の入射角は４０～７０゜から選択可能であり、イメージ光の発散角は２０～６０゜から選択可能である。
本発明の実施例による頭部装着型ディスプレイ装置１０００は、ホログラフィック光学素子１１０の任意の位置に干渉性特性が互いに異なるホログラムが記録されているため、ディスプレイレンズ１００側にイメージ光Ｌｉ＿ａ、Ｌｉ＿ｂを入射させると、回折および反射により互いに異なる複数の光反射経路Ｌｏ＿ａ、Ｌｏ＿ａ’、Ｌｏ＿ａ’’；Ｌｏ＿ｂ、Ｌｏ＿ｂ’、Ｌｏ＿ｂ’’を形成可能で、複数の射出瞳ＥＰ１、ＥＰ２、ＥＰ３を実現させることができる。射出瞳が多ければ多いほど、アイモーションボックス（Ｅｙｅ Ｍｏｔｉｏｎ Ｂｏｘ）を大きく形成することができるが、本ディスプレイ装置１０００の場合には、複数の射出瞳を実現可能なため、着用者ごとにディスプレイレンズ１００に対する実際の瞳の位置が変化しても、射出瞳が複数存在して実際の瞳と射出瞳とがマッチングされる確率を高められることから、多様な身体条件の着用者に対応して利用可能であるという利点がある。
図６は、本発明の実施例による頭部装着型ディスプレイ装置１０００で実現される複数の射出瞳による効果を確認できる図である。図６は、本発明の実施例により実現された頭部装着型ディスプレイ装置１０００を用いて使用者が視覚的に認知可能なイメージを撮像した写真であり、実際に使用者による瞳の位置の変化を仮定して、左（ａ）、中央（ｂ）および右（ｃ）に位置が変化しても、イメージが複数に見えたり、イメージの見えない領域が生じたりせず、鮮明なイメージが実現されることを確認することができる。
たとえ、本発明が上述した好ましい実施例に関して説明されたが、発明の要旨と範囲を逸脱することなく多様な修正や変形をすることが可能である。したがって、添付した特許請求の範囲には、本発明の要旨に属する限り、かかる修正や変形を含む。
１ レーザ装置
２ ビームスプリッタ
３ 第１レンズ
４ 第２レンズ
５ 第３レンズ
６ 第４レンズ
１０ 感光基材
１０ａ 一面
１０ｂ 他面
１１ 基材
１２ 感光材料
２０ レンズアレイ
２１ 板状ベース
２２ レンズ部
２３ 非透光性マスク
１００ ディスプレイレンズ
１１０ ホログラフィック光学素子
１２０ レンズ
２００ 光学エンジン
１０００ 頭部装着型ディスプレイ装置
２ ビームスプリッタ
３ 第１レンズ
４ 第２レンズ
５ 第３レンズ
６ 第４レンズ
１０ 感光基材
１０ａ 一面
１０ｂ 他面
１１ 基材
１２ 感光材料
２０ レンズアレイ
２１ 板状ベース
２２ レンズ部
２３ 非透光性マスク
１００ ディスプレイレンズ
１１０ ホログラフィック光学素子
１２０ レンズ
２００ 光学エンジン
１０００ 頭部装着型ディスプレイ装置
Claims (11)
- 基材に感光材料がコーティングされて形成される感光基材にレーザビームを照射してホログラムを記録するホログラフィック光学素子を含むディスプレイレンズの製造装置において、
前記感光基材の一面に照射方向に沿って収束する第１レーザ光を入射させる第１レーザ光入射ユニットと、
前記感光基材の他面に照射方向に沿って複数の地点から発散する第２レーザ光を入射させる第２レーザ光入射ユニットとを含み、
前記第２レーザ光入射ユニットは、
平行光を発散光に変換させるように構成されたレンズ部が一面に複数配列されたレンズアレイを含み、
前記レンズアレイに入射する平行光が、前記各レンズ部を介して複数の地点から前記感光基材の他面に向けて、発散光である前記第２レーザ光として照射され、
複数の前記第２レーザ光は、前記感光基材上に互いに重畳する領域を形成する、ディスプレイレンズの製造装置。 - 前記レンズアレイは、前記レンズ部が配列された側の反対側に、前記レンズ部と対面する領域の周辺に非透光性マスクが配置される、請求項１に記載のディスプレイレンズの製造装置。
- 前記レンズ部間の中心間の距離は４～６ｍｍである、請求項１または２に記載のディスプレイレンズの製造装置。
- 前記レンズ部の焦点距離は２～１０ｍｍである、請求項１から３のいずれか一項に記載のディスプレイレンズの製造装置。
- 前記レンズ部の曲率半径は下記数式１を満足する、請求項１から４のいずれか一項に記載のディスプレイレンズの製造装置：
＜数式１＞
１／Ｆ＝（ｎ－１）＊（１／Ｒ）
ここで、Ｆは前記レンズ部の焦点距離、ｎは前記レンズアレイの屈折率、Ｒは前記レンズ部の曲率半径を意味する。 - 前記レンズ部の直径は１～３ｍｍである、請求項１から５のいずれか一項に記載のディスプレイレンズの製造装置。
- （ａ）基材に感光材料がコーティングされて形成される感光基材の一面に照射方向に沿って収束する第１レーザ光を入射させるステップと、
（ｂ）前記ステップ（ａ）が進行する間、前記感光基材の他面に照射方向に沿って発散する第２レーザ光を入射させるステップと、を含み、
前記ステップ（ｂ）は、平行光を発散光に変換させるように構成されたレンズ部が一面に複数配列されたレンズアレイに平行光を入射させて、前記各レンズ部を介して複数の地点から前記第２レーザ光が前記感光基材の他面に向けて照射され、複数の前記第２レーザ光は、前記感光基材上に互いに重畳する領域を形成できるようにする、ホログラフィック光学素子を含むディスプレイレンズの製造方法。 - 前記基材は透光性レンズである、請求項７に記載のディスプレイレンズの製造方法。
- 前記基材は透光性フィルムであり、
前記製造方法は、
（ｃ）前記ステップ（ａ）およびステップ（ｂ）を経た前記感光基材と透光性レンズとの間に、透光性接着剤を介在して前記感光基材と前記透光性レンズとを積層するステップと、を含む、請求項７に記載のディスプレイレンズの製造方法。 - 請求項７から９のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたディスプレイレンズを提供するステップと、
前記ディスプレイレンズに備えられたホログラフィック光学素子に照射方向に沿って発散するイメージ光を入射させる光学エンジンを提供するステップとを含む、頭部装着型ディスプレイ装置の製造方法。 - 前記ディスプレイレンズに形成される複数の射出瞳の中心間の隔離距離は４～６ｍｍである、請求項１０に記載の頭部装着型ディスプレイ装置の製造方法。
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