JP2007163953A - プリズム及びプリズムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ホログラム素子の品質を保持した状態で光学基材が接合されるプリズムを提供すること。
【解決手段】
第１プリズムＬ１の下接合面１０２ａに、ホログラム素子１００の厚み以上の深さを有する凹部を形成する。この凹部は、ホログラム素子１００を収納可能な隙間部となる。この凹部内の貼付面１０２にホログラム感光材料シートを貼り付けて、露光・現像することでホログラム素子１００を形成する。そして、第２プリズムＬ２の接合面に接着剤ＡＤを塗布して、当該第２プリズムＬ２に第１プリズムＬ１を嵌合・圧接して接合する。凹部１０１の内周を曲面状に形成することとしてもよい。
【選択図】図５

Description

本発明は、一対の光学基材の接合面間にホログラム素子が介在するプリズムと、その製造方法に関する。

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。）をガラス等のプリズム（光学基材）内に設け、このホログラム素子を介して使用者の眼に映像を映し出す表示装置の開発が進んでおり、その表示装置の一例として、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。

ホログラム素子は、ホログラム基板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映像は、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。

このようなホログラム素子を内蔵したプリズムは、次のように製造される。先ず、一対の光学基材のうちの一方の光学基材の接合面にホログラム素子を形成する。そして、他方の光学基材の接合面に接着剤を塗布し、ホログラム素子を挟み込むようにして、２つの光学基材を圧接して接合する（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−３６３５１号公報

ところで、光学基材の接合の際、接合部に十分な接着剤が充填されていないと、プリズムに外力が加わった場合、接着剤の充填が不十分な部分に応力集中が起こり、接着強度の低下を招く怖れがある。また、接合時に接合面と接着剤の間にエアーが混入して、接着強度の低下やプリズムのシースルー性の妨げになってしまう可能性があった。このため、接合部には十分な量の接着剤を充填した後に圧接し、接着剤の余剰分をはみ出させ、はみ出した接着剤を除去する作業が必要となる。

ところが、ホログラム素子は、上述したように干渉縞パターンの回折作用により映像を使用者の眼に映し出すためのものであり、プリズムの製造時にそのホログラム素子の品質及び精度を保持しておく必要がある。しかし、特許文献１のように２つの光学基材を圧接する際に、光学基材間の隙間量を安定させることが困難であるため、隙間量が小さすぎた場合には、ホログラム素子が光学基材に挟まれて圧接時の圧力により損傷し、その品質及び精度が低下してしまうという問題が生じた。

本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、ホログラム素子の品質及び精度を保持した状態で光学基材を接合したプリズムを提供することである。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
一対の光学基材の接合面間にホログラム素子が介在するプリズムであって、
前記ホログラム素子が収納可能な隙間部を前記接合面間に備え、
当該隙間部に前記ホログラム素子が収納されて前記一対の光学基材が接合されたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、少なくとも一方の前記光学基材は、その接合面に、前記ホログラム素子の厚み以上の深さを有する凹部を前記隙間部として備えることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記凹部の内周が曲面状であることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、少なくとも一方の前記光学基材は、その接合面上に、前記ホログラム素子の厚み以上の高さを有し、他方の光学基材と３点以上で接することで前記隙間部を形成する突起部を備えることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記突起部が曲面状であることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の発明において、前記突起部が接する他方の前記光学基材は、その接合面に当該突起部が嵌合可能な孔を備えることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、
一対の光学基材の接合面間にホログラム素子が介在するプリズムの製造方法であって、
前記ホログラム素子を収納可能な隙間部を前記接合面間に形成する形成工程と、
前記形成工程において形成された隙間部に前記ホログラム素子を収納して前記一対の光学基材を接合する接合工程と、
を含むことを特徴としている。

請求項１及び７に記載の発明によれば、一対の光学基材が、その接合面間の隙間部にホログラム素子が収納されて接合されるため、その接合時に、ホログラム素子が当該光学基材に圧迫されて損傷することを防止できる。従って、ホログラム素子の品質及び精度を保持した状態で光学基材を接合したプリズムを提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１と同様の効果が得られるのは無論のこと、ホログラム素子の厚み以上の深さを有する凹部に当該ホログラム素子を収納することで、光学基材の接合時にホログラム素子が当該光学基材に圧迫されて損傷することを防止できる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、凹部の内周が曲面状であるため、隙間部としての凹部の形成が容易になると共に、接着剤等で接合する際にエアーが滞留することを防止できる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、一方の光学基材の接合面にホログラム素子の厚み以上の高さを有する突起部により隙間部が形成されるため、光学基材の接合時にホログラム素子が当該光学基材に圧迫されて損傷することを防止できる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、突起部が曲面状であるため、隙間部を形成するための突起部の形成が容易になると共に、接着剤等で接合する際にエアーが滞留することを防止できる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項４又は５に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、突起部が接する他方の光学基材の接合面に、当該突起部が嵌合可能な孔が設けられるため、一対の光学基材を接合する際の位置決めが容易になる。また、接着剤等で接合する際には、当該接着剤が硬化するまでに光学基材間の位置ズレが生ずることを防止できる。

〔実施形態〕
以下、図１〜図８を参照しながら、一対の光学基材である第１プリズムと第２プリズムの接合面間にホログラム素子が介在する接眼光学系（プリズム）の製造方法について説明する。

先ず、図１に接眼光学系Ｐ（図４（ａ）参照）の製造工程を示す。図１に示すように、接眼光学系Ｐの製造工程は、第１プリズムＬ１と第２プリズムＬ２とを所定の形状に形成・加工するプリズム形成工程Ｓ１と、第１プリズムＬ１にホログラム素子１００を形成するホログラム形成工程Ｓ３と、第１プリズムＬ１と第２プリズムＬ２とを一体化する一体化工程Ｓ５とを含み、これらの工程を経て図５（ａ）に示す接眼光学系Ｐが製造される。

尚、以下の説明で、第１プリズムＬ１及び第２プリズムＬ２を総称して「プリズム」という。また、説明の簡便上、接眼光学系Ｐの面を境にして、図２に示す矢印Ｖａの方向を背面方向、矢印Ｖｂの方向を正面方向と定義する。以下、接眼光学系Ｐの製造方法の各工程について説明する。

１．プリズム形成工程
先ず、プリズム形成工程Ｓ１について説明する。プリズム形成工程Ｓ１は、透明樹脂やガラスを材料とする第１プリズムＬ１及び第２プリズムＬ２を図２のような形状に形成・加工する工程であり、第１プリズム形成工程Ｓ１０と、第２プリズム形成工程Ｓ１２とを含む。

１．１ 第１プリズム形成工程
第１プリズム形成工程Ｓ１０では、例えば、射出圧縮成形、切削、研磨等によって第１プリズムＬ１の形成・加工を行う。図３（ａ）に、第１プリズムＬ１の正面図、図３（ｂ）に、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図の一例をそれぞれ示す。

第１プリズムＬ１は、第２プリズムＬ２の凹欠部１０６に嵌合可能な形状であり、その外部形状の下方向及び両側面方向の面には、第２プリズムＬ２の凹欠部１０６に嵌合する際に接合する接合面が形成される。こられらの接合面は、下方向の下接合面１０２ａと、正面方向に対して左側の左接合面１０２ｂと、右側の右接合面１０２ｃとからなり、それぞれの接合面が背面方向に対して開く傾斜を有する。

下接合面１０２ａには、後述するホログラム形成工程Ｓ３においてホログラム素子１００が形成され、その下接合面１０２ａの傾斜は、ホログラム素子１００を介して使用者の眼に映像光を導くことができる角度で形成される。

また、下接合面１０２ａには、ホログラム感光材料シート（以下、「ホログラム感材」と略す。）の貼付面としてホログラム感材の形状に合わせた矩形状の凹部１０１を形成する。凹部１０１の形成方法としては、例えば、凹部をかたどった金型で射出成形することで予め凹部１０１を成形する方法や、平面状の下接合面１０２ａを切削することで凹部１０１を加工する方法等があり、適宜公知技術を採用可能である。

この凹部１０１は、図３（ｂ）に示すホログラム素子１００の厚みｂ以上の深さａ（例えば、１００〜１５０μｍ）で形成する。これにより、ホログラム素子１００を収納可能な隙間部が形成される。後述するホログラム形成工程Ｓ３では、この下接合面１０２ａの凹部１０１内にホログラム感材が貼り付けられてホログラム素子１００（図４参照）が形成される。

１．２ 第２プリズム形成工程
第２プリズム形成工程Ｓ１２では、射出圧縮成形、切削、研磨等によって第２プリズムＬ２の形成・加工を行う。

第２プリズムＬ２は、その中央付近に、第１プリズムＬ１の外形形状に対応する凹欠部１０６を形成する。この凹欠部１０６の内周には、第１プリズムＬ１の左接合面１０２ｂ、右接合面１０２ｃ及び下接合面１０２ａのそれぞれに接合する左接合面１０５ｂ、右接合面１０５ｃ及び下接合面１０５ａが背面方向に対して開く傾斜を有して形成される。

このように各プリズムの接合面に傾斜を与えることで、第１プリズムＬ１を第２プリズムＬ２の凹欠部１０６に嵌合する際の位置決めが容易になると共に、第１プリズムＬ１に正面方向の力が加わった場合に凹欠部１０６から抜けることを防止できる。

２．ホログラム形成工程
次に、ホログラム形成工程Ｓ３について説明する。ホログラム形成工程Ｓ３は、第１プリズムＬ１の下接合面１０２ａの凹部１０１にホログラム感材を貼り付け、ホログラム素子１００に形成する工程である。

ホログラム感材は、ホログラム感光性組成物、色素組成物、発熱吸熱組成物等の化学組成物等とバインダーとを含んだものをゲル状シートに形成したものであり、約１０〜１００μｍの厚さを有して構成される。

ホログラム形成工程Ｓ３では、ホログラム感材を凹部１０１の矩形領域に基づいた所定の形状に切断して、貼付面１０２に切断したホログラム感材を貼り付ける。そして、凹部１０１内に貼り付けられたホログラム感材をレーザ光で露光し、紫外線等を照射して現像する。これにより、ホログラム感材は、反応・収縮して１０〜９０μｍ程度の厚さｂのホログラム素子１００になる。

３．一体化工程
次に、一体化工程Ｓ５について説明する。一体化工程Ｓ５は、ホログラム形成工程Ｓ３においてホログラム素子１００が形成された第１プリズムＬ１を第２プリズムＬ２に組み合わせて一体化する工程である。

一体化工程Ｓ５では、図４に示すように、第２プリズムＬ２の下接合面１０５ａ、左接合面１０５ｂ及び右接合面１０５ｃに、例えば、光硬化型の接着剤ＡＤを塗布する。そして、第２プリズムＬ２の凹欠部１０６に第１プリズムＬ１を嵌合させるようにして、第２プリズムＬ２の左接合面１０５ｂ、右接合面１０５ｃ及び下接合面１０５ａを、第１プリズムＬ１の左接合面１０２ｂ、右接合面１０２ｃ及び下接合面１０２ａそれぞれに接合する。

この接合時には、第１プリズムＬ１と第２プリズムＬ２とを圧接して、接着剤ＡＤを接合部分からはみ出させる。そして、一定時間及び一量の光（例えば、紫外線）を接着剤ＡＤが塗布された接合面に照射し、接着剤ＡＤを硬化させた後、はみ出させた接着剤ＡＤを除去する。これにより、図５（ａ）に示す接眼光学系Ｐが製造される。

図５（ｂ）に、一体化工程Ｓ５を経た第１プリズムＬ１と第２プリズムＬ２それぞれの下接合面１０２ａ及び１０５ａのＢ−Ｂ断面図を示す。図５（ｂ）に示すように、ホログラム素子１００が第１プリズムＬ１と第２プリズムＬ２との間に挟み込まれて接合されているが、当該ホログラム素子１００は、その厚みｂ以上の深さａを有する凹部１０１内に形成されているため、第２プリズムＬ２に接触しなくなる。

以上、本実施形態によれば、下接合面１０２ａにホログラム素子１００の厚みｂ以上の深さａを有するホログラム素子１００の収納可能な凹部１０１を形成するため、第１プリズムＬ１及び第２プリズムＬ２を圧接して接合する際に、ホログラム素子１００が第２プリズムＬ２に接触して圧迫されることを防止できる。これにより、ホログラム素子１００に不要な圧力が加わらないようにすることができるため、ホログラム素子１００の損傷を防ぎ、その品質を保持することができる。

また、ホログラム素子１００が第２プリズムＬ２の下接合面１０５ａに接触することを防止できるため、精細な力加減の調整を行うことなく、プリズムを圧接することができ、一体化工程Ｓ５の作業工程を容易にすることができる。

〔変形例〕
尚、上述した実施形態は、本発明を適用した一例であり、その適用可能な範囲は上述したものに限られず、次のようにしてもよい。

例えば、第１プリズム形成工程Ｓ１０において、凹部１０１を形成する際に、上述した実施形態では凹部１０１の内周に内側面１０９と貼付面１０２とが交差する角部１０８が形成されたが、図６に示すように、凹部１０１の内周を曲面１０２Ｒで形成することとしてもよい。これにより、凹部１０１の形成が上述した実施形態よりも簡単になると共に、凹部１０１内に接着剤を充填する際に当該凹部１０１の内周にエアーが滞留してしまうことを防止できる。

また、凹部１０１を第１プリズムＬ１に形成することとしたが、第２プリズムＬ２に同様の凹部１０１を形成することでも、上述した実施形態と同様の効果が得られるのは無論である。

また、一方のプリズムに図７（ａ）に示すような突起部１０３を設けることで、ホログラム素子１００を収納可能な隙間部を形成することとしてもよい。この場合、第１プリズム形成工程Ｓ１０において上述した凹部１０１の形成は行わず、第２プリズム形成工程Ｓ１２において第２プリズムＬ２の下接合面１０５ａ上に少なくとも３つの突起部１０３をプリズムと同一の材料で形成する。

図７（ｂ）は、突起部１０３を４つ設け、図７（ａ）の第２プリズムＬ２に第１プリズムＬ１を接合した際のＣ−Ｃ断面図の一例である。図７（ａ）に示すように、突起部１０３は、ホログラム素子１００の厚みｂ以上の高さｃを有し、第１プリズムＬ１と４点で接する。これにより、第１プリズムＬ１に形成されたホログラム素子１００が第２プリズムＬ２に接触して圧迫されることを防止できる。

また、突起部１０３を設けたプリズムとは他方のプリズムに当該突起部１０３が嵌合可能な嵌合孔１０７を形成することとしてもよい。図８（ａ）は、第２プリズムＬ２に突起部１０３を設け、第１プリズムＬ１に嵌合孔１０７を形成した場合のプリズムの断面図の一例である。図８（ａ）に示すように、第２プリズムＬ２に形成された突起部１０３は、一体化工程Ｓ５において第１プリズムＬ１の嵌合孔１０７に嵌合する。このため、一体化工程Ｓ５におけるプリズム間の位置決めが容易になると共に、接着剤ＡＤの硬化時のプリズムの位置ズレを防止できる。

また、突起部１０９を図８（ｂ）に示すように、曲面状に形成することとしてもよい。これにより、突起部１０９の加工・形成が容易になると共に、突起部１０９と下接合面１０５ａとの間にエアーが滞留してしまうことを防止できる。また、突起部１０９の強度を高めることができ、プリズムの圧接時の力加減の調整を簡単にすることができる。尚、突起部１０３及び１０９を第１プリズムＬ１側に形成することとしても同様の効果が得られるのは無論である。

接眼光学系の製造工程例を説明するためのフローチャート。 第１プリズム及び第２プリズムの斜視図の一例。 第１プリズムの（ａ）正面図、（ｂ）断面図の一例。 一体化工程における第１プリズム及び第２プリズムの斜視図の一例。 （ａ）接眼光学系の斜視図の一例、（ｂ）第１プリズム及び第２プリズムの断面図の一例。 変形例における第１プリズムの断面図の一例。 変形例における（ａ）第２プリズムの正面図、（ｂ）第１プリズム及び第２プリズムの第１の断面図の一例。 変形例における第１プリズム及び第２プリズムの（ａ）第２の断面図、（ｂ）第３の断面図の一例。

符号の説明

１００ ホログラム素子
１０１ 凹部
１０２ 貼付面
１０２ａ 下接合面
１０２Ｒ 曲面
１０３ 突起部
１０６ 凹欠部
１０７ 嵌合孔
ＡＤ 接着剤
Ｌ１ 第１プリズム
Ｌ２ 第２プリズム
Ｐ 接眼光学系
Ｓ１ プリズム形成工程
Ｓ１０ 第１プリズム形成工程
Ｓ１２ 第２プリズム形成工程
Ｓ３ ホログラム形成工程
Ｓ５ 一体化工程

Claims (7)

1. 一対の光学基材の接合面間にホログラム素子が介在するプリズムであって、
   前記ホログラム素子が収納可能な隙間部を前記接合面間に備え、
   当該隙間部に前記ホログラム素子が収納されて前記一対の光学基材が接合されたことを特徴とするプリズム。
2. 少なくとも一方の前記光学基材は、
   その接合面に、前記ホログラム素子の厚み以上の深さを有する凹部を前記隙間部として備えることを特徴とする請求項１に記載のプリズム。
3. 前記凹部の内周が曲面状であることを特徴とする請求項２に記載のプリズム。
4. 少なくとも一方の前記光学基材は、
   その接合面上に、前記ホログラム素子の厚み以上の高さを有し、他方の光学基材と３点以上で接することで前記隙間部を形成する突起部を備えることを特徴とする請求項１に記載のプリズム。
5. 前記突起部が曲面状であることを特徴とする請求項４に記載のプリズム。
6. 前記突起部が接する他方の前記光学基材は、
   その接合面に当該突起部が嵌合可能な孔を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載のプリズム。
7. 一対の光学基材の接合面間にホログラム素子が介在するプリズムの製造方法であって、
   前記ホログラム素子を収納可能な隙間部を前記接合面間に形成する形成工程と、
   前記形成工程において形成された隙間部に前記ホログラム素子を収納して前記一対の光学基材を接合する接合工程と、
   を含むことを特徴とするプリズムの製造方法。

Images