接合光学素子、接合光学素子の製造方法、映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ
【課題】本発明は、部品点数が少なく、工程数を短縮化することができ、さらにホログラムの劣化を防止することができる接合光学素子と、その接合光学素子を備えた映像表示装置と、その映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイを提供することである。
【解決手段】本発明は、接合光学素子の接眼プリズム２１と、偏向プリズム２２とを接合する接着剤層２３ｂ中に、ベースポリマー、重合開始剤、重合性モノマー、増感色素を含むことで、ホログラム２４を記録することができる接着剤層２３ｂを構成する。そして、接着剤層２３ｂ中にホログラム２４を記録することで、接合光学素子の部品点数を減少させるとともに、製造工程を減少させて、接着剤層の浸透や、接着剤層の硬化に伴う収縮によるホログラム２４の特性の劣化を防ぐ。
【解決手段】本発明は、接合光学素子の接眼プリズム２１と、偏向プリズム２２とを接合する接着剤層２３ｂ中に、ベースポリマー、重合開始剤、重合性モノマー、増感色素を含むことで、ホログラム２４を記録することができる接着剤層２３ｂを構成する。そして、接着剤層２３ｂ中にホログラム２４を記録することで、接合光学素子の部品点数を減少させるとともに、製造工程を減少させて、接着剤層の浸透や、接着剤層の硬化に伴う収縮によるホログラム２４の特性の劣化を防ぐ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣り合う２つの透明光学部材を接着剤層で接合した接合光学素子と、その接合光学素子の製造方法と、その接合光学素子を備えた映像表示装置と、その映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホログラムを透明基板内に埋め込んで使用する接合光学素子は、透明基板内にホログラムを埋め込むことで湿度・酸素等の外部環境に影響を受けない光学素子として、ヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイに非常に有用である。このような接合光学素子は、例えば、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平７−２３４６２７号公報
【０００３】
そこで、特許文献１に開示されているような従来の接合光学素子について、図１１を用いながら説明する。
【０００４】
図１１（ａ）に示すように、透明基板１０１が透明基板１０４（図１１（ｄ）参照）と接合される接合面１０１ａに、ホログラム記録材料１０２を配置する。この際、ホログラム記録材料１０２には、例えば、シート状のフォトポリマー等が用いられる。そして、図１１（ｂ）に示すように、ホログラム記録材料１０２に対して両側から可干渉性の２光束のレーザ光を照射することで、干渉縞によりホログラムを記録したホログラム層１０３を作製する。作製したホログラム層１０３に、図１１（ｃ）で示すように紫外線を照射することにより、ホログラム層１０３を定着させる。その後、図１１（ｄ）で示すように、透明基板１０１のホログラム層１０３を含む接合面１０１ａに、接着材料１０５を塗布して透明基板１０１と透明基板１０４とを接着させる。最後に、図１１（ｅ）で示すように、紫外線を照射することで、接着材料１０５を重合反応により硬化させて接合光学素子１００が製造される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の接合光学素子１００は、ホログラムを記録するためのホログラム記録材料１０２と透明基板同士を接合する接着材料１０５との２つの材料が必要であり、部品点数が多く、また、部品点数が増加するために、工程数が多くなるという問題が生じている。そして、ホログラム層１０３上に接着材料１０５を配置するために、接着材料１０５がホログラム層１０３に浸透したり、接着材料１０５が硬化する際に収縮したりすることで、ホログラム層１０３の特性が劣化してしまうという問題が生じている。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、部品点数が少なく、工程数を短縮化することができ、さらにホログラムの特性の劣化を防止することができる接合光学素子と、その接合光学素子の製造方法と、その接合光学素子を備えた映像表示装置と、その映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイとを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、複数の透明光学部材と、隣り合う２つの前記透明光学部材を接合する接着剤層とを備え、前記接着剤層中に、ホログラムが記録されていることを特徴としている。
【０００８】
上記構成によると、本発明の接合光学素子は、接着剤層中にホログラムが記録されている。従来では、ホログラムが記録されたホログラム層と、２つの透明光学部材を接合する接着剤層との２層により、接合光学素子を構成していた。しかし、本発明においては、接着剤層の層内にホログラムが記録されていることで、接着剤層の１層でホログラムの特性を備えた接合光学素子を構成することができる。そのため、接合光学素子の部品点数を減少させることができる。そして、部品点数を減少させることができるので、接合光学素子の製造工程を短縮することができる。また、従来では、ホログラム層と接着剤層とを別々の層に構成していたため、接着剤層のホログラム層への浸透や、接着剤層を硬化する際の収縮等によってホログラムの特性が劣化していた。しかし、本発明では、ホログラムと接着剤層は同一の層であるため、接着剤層の浸透や収縮によるホログラムの特性の劣化が生じることはない。
【０００９】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、前記接着剤層は、重合開始剤と、重合性モノマーと、ベースポリマーと、増感色素とを含んで構成されていることが好ましい。
【００１０】
上記構成によると、本発明の接着剤層は、高分子化合物であるベースポリマー（マトリックスポリマー）に、重合開始剤と、重合性モノマーと、増感色素とを含有することで構成される。以下に本発明における接着剤層がホログラムを記録する原理について示す。ホログラムは、２光束を干渉させることによって生じる干渉縞の明部と暗部との屈折率差により、記録されるものである。そのため、本発明の接着剤層に可干渉性の２光束を照射すると、干渉縞の明部に位置する増感色素が光束のエネルギを吸収して重合開始剤にエネルギを与えることで重合反応が開始する。重合反応が開始されると、重合性モノマーが干渉縞の暗部から干渉縞の明部へと拡散して連続的に重合が行われる。そして、最終的には、重合性モノマーとベースポリマーとで構成される干渉縞の明部と、ベースポリマーで構成される干渉縞の暗部とが形成される。ここで、干渉縞の明部と干渉縞の暗部とでは、その屈折率差が大きくなるため、ホログラムを記録することができる。
【００１１】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、前記重合性モノマーは、Ｎ−ビニルカルバゾールを含むことが好ましい。
【００１２】
上記構成によると、高い回折効率を備えるホログラムを作製するためには、明部と暗部との屈折率差を大きくする必要がある。そこで、本発明の接合光学素子において、重合性モノマーが、高い屈折率を有する材料であるＮ−ビニルカルバゾールを含むことにより、干渉縞の明部と干渉縞の暗部との屈折率差をさらに広げることができ、高い回折効率を備えるホログラムを作製することができる。
【００１３】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、前記増感色素は、１種類以上の色素から構成されて、赤、緑、青の波長域の光を吸収することが好ましい。
【００１４】
上記構成によると、増感色素を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長域の光を吸収する色素で構成することによって、カラーで再生することのできるホログラムを作製することができる。この際、増感色素は、ＲＧＢの波長域の光をそれぞれ吸収する３種類の色素で構成されてもよいし、例えば、ＲＧの波長域の光を吸収する色素とＢの波長域の光を吸収する２種類の色素で構成されてもよい。または、ＲＧＢの波長域の光を吸収する１種類の色素を用いてもよい。
【００１５】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、隣り合う２つの前記透明光学部材と、前記透明光学部材を接合する前記接着剤層とは、アクリル系あるいはシクロオレフィン系からなる材料を用いて構成されていることが好ましい。
【００１６】
上記構成によると、透明光学部材と接着剤層とが、アクリル系材料もしくはシクロオレフィン系材料という同系列の材料を用いて構成されていれば、互いの密着性が高まり、高い接合力を得ることができる。なお、これらの効果は、透明光学部材と接着剤層との主成分（例えば７０重量％以上の成分）がアクリル系材料あるいはシクロオレフィン系材料であれば、確実に得ることができる。
【００１７】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、前記ホログラムの、干渉縞の明部の屈折率をｎ１とし、干渉縞の暗部の屈折率をｎ２とすると、
０．０１≦｜ｎ１−ｎ２｜≦０．０５…（１）
を満たすことが好ましい。
【００１８】
上記構成によると、条件式（１）を満たすことにより、ホログラムとして使用可能な高い回折効率と半値幅とを得ることができる。
【００１９】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、前記接着剤層は、層厚をｔμｍとすると、
１０≦ｔ≦３００…（２）
を満たすことが好ましい。
【００２０】
上記構成によると、条件式（２）を満たことにより、ホログラムとして使用可能な高い回折効率と半値幅とを得ることができる。
【００２１】
また、上記目的を達成するために本発明は、２つの透明光学部材の間に未硬化の接着剤層を配置する第１の工程と、前記接着剤層に可干渉性の２光束のレーザ光を照射して、前記接着剤層の一部の領域に干渉縞をホログラムとして記録すると同時に、ホログラムの記録時の重合反応による前記接着剤層の硬化により、２つの前記透明光学部材を接合する第２の工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
上記構成によると、接着剤層に可干渉性の２光束のレーザ光を照射することにより、ホログラムの記録と同時に、ホログラムを記録する際の接着剤層の重合反応による硬化によって、２つの透明光学部材の接合を行う。そのため、従来の製造方法において別工程として行われていたホログラムを記録する工程と、２つの透明光学部材を接合する工程とを、本発明の製造方法では１工程の中で行うことができる。これにより、製造工程の短縮化を図ることができる。また、接着剤層にホログラムを記録するので、別途ホログラム材料が不要となり、少ない部品点数で製造することができる。そして、接合工程とホログラム記録工程を同時に行うために、ホログラムの特性の劣化が生じることを抑えることができる。
【００２３】
また、本発明は上記構成の接合光学素子の製造方法において、前記第２の工程の後に、前記接着剤層の全面に紫外線を照射することにより、前記接着剤層に含まれる増感色素を分解すると同時に、ホログラム未記録領域のモノマーを重合硬化させて、２つの前記透明光学部材を接合する第３の工程を含むことが好ましい。
【００２４】
上記構成によると、接着剤層にホログラムを記録すると同時に、接着剤層によって２つの透明光学部材を接合させる第２の工程においては、重合反応により硬化しているホログラム記録領域と、未重合のまま硬化していないホログラム未記録領域とが、接着剤層に混在している。また、ホログラムを記録するために接着剤層に含有される増感色素は、ホログラムを記録後も光束を吸収してしまい、さらに重合反応を起こして接着剤層を収縮させてしまう等の不都合を起こす。そこで、第２の工程の後、紫外線を接着剤層の全面に照射し、増感色素を分解することにより、接着剤層を定着させて安定した構成を有するとともに、増感色素の吸収のない透明性の高い接合光学素子を製造することができる。また、増感色素の分解と同時に、ホログラム未記録領域のモノマーを重合硬化させることにより、ホログラム未記録領域を光照射によって硬化させる工程を別工程として設ける必要がなく、簡便に接合光学素子を製造することができる。
【００２５】
また、本発明は上記構成の接合光学素子の製造方法において、前記接着剤層のホログラム未記録領域には、１光束のレーザ光、あるいは、２光束のインコヒーレントなレーザ光を照射して、重合反応により２つの前記透明光学部材を接合することが好ましい。
【００２６】
上記構成によると、接着剤層のホログラム未記録領域に、例えば、所定の位置に遮光板を配置することで２光束のうちの一方のレーザ光を遮って他方のレーザ光を照射するか、あるいは、例えば、所定の位置に波長板を配置して一方のレーザ光の偏光方向を他方に対し直交方向になるように変えることにより、２光束のインコヒーレントなレーザ光を照射することで、干渉縞を生成せずに、重合反応による硬化を行い、２つの透明光学部材の接合を行う。これにより、ホログラム未記録領域には、干渉縞が生成されないために、ホログラムの記録が行われない。そのため、ホログラム記録領域以外の領域に不要な干渉縞が生成されることによるゴーストの発生を抑えることができる。また、ホログラム未記録領域には、干渉縞が生成されないことで、接着剤層の微小領域において大きな屈折率差が生じないので、接着剤層を均一に硬化することができる。
【００２７】
また、本発明は上記構成の接合光学素子の製造方法において、前記接着剤層のホログラム未記録領域へのレーザの照射は、レーザ照射によるホログラムの記録と同時に行うことが好ましい。
【００２８】
上記構成によると、レーザ照射によってホログラム未記録領域を硬化させる工程を、ホログラムの記録と時間的にずらして行う場合に比べて（別工程で設ける場合に比べて）簡便に接合光学素子を製造することができる。
【００２９】
また、本発明は上記構成の接合光学素子の製造方法において、レーザ照射によって前記接着剤層の一部の領域にホログラムを記録する前に、前記接着剤層のホログラムを記録する以外の領域に対して、重合反応により２つの前記透明光学部材を接合するための重合開始光を照射することが好ましい。
【００３０】
上記構成によると、ホログラム記録前に、予め２つの透明光学部材を接合し、一体化するのでズレ等の発生を防ぐことができ、作業性が容易になる。なお、重合開始光は、ホログラムを記録する際に用いるレーザ光、紫外線、または可視光等を用いることができる。
【００３１】
また、本発明の接合光学素子は、上述した本発明の製造方法によって製造されてもよい。
【００３２】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、前記ホログラムは、体積位相型の反射型のホログラムであることが好ましい。
【００３３】
上記構成によると、反射型の体積位相型のホログラムは、波長選択性が高く、回折効率のピークの半値波長全幅が狭い。そのため、例えば、映像光と外界光とを同時に観察者の眼に導くコンバイナとして使用することが可能となる。また、そのようなコンバイナとしてホログラムを使用した場合、外界光の透過率が高くなり、外界像を明瞭に観察することが可能となる。
【００３４】
また、上記目的を達成するために本発明は、照明光源と、前記光源からの光を変調して映像を表示する映像表示素子と、上記の接合光学素子とを備え、前記映像表示素子からの映像光を、前記接合光学素子の入射面より入射させ、内部で複数回全反射して前記接合光学素子のホログラムへ導き、前記ホログラムにて映像光を拡大反射して前記接合光学素子の射出面より外部に射出して観察者の眼に虚像として導くと同時に、前記ホログラムを透過した外界像の光を観察者の眼に導くことを特徴とする。
【００３５】
上記構成によると、光源から出射される光は、映像表示装置によって変調され、映像光として出射される。この映像光は、透明光学部材の入射面から入射し、内部で複数回全反射した後、ホログラムにて反射されて射出面から射出される。これにより、観察者は、映像を拡大虚像として観察することができる。また、ホログラムを透過した外界像の光は観察者の眼に導かれるので、観察者は虚像と外界像とを同時に観察することが可能となる。このように本発明の接合光学素子を用いて装置を構成することにより、ホログラムが接眼光学系を兼ねるので、装置を小型軽量にできる。また、光源の発光波長とホログラムの回折波長とを合わせれば、明るい映像を観察者に提供できる。さらに、透明光学部材内での全反射を用いた構成なので、透明光学部材を小型軽量にできるとともに、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を良好に観察することができる。また、隣り合う透明光学部材を接合することで、外界光が一方の透明光学部材で屈折することを防ぎ、外界像を良好に観察できる。そして、映像表示素子を視野の周辺に配置することが可能となり、広い外界視野角を確保することができる。
【００３６】
また、本発明は上記構成の映像表示装置において、前記ホログラムは、前記映像表示素子にて表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学パワーを有しており、前記表示映像を観察者の眼に虚像として導く接眼光学系の少なくとも一部を構成しているが好ましい。
【００３７】
この場合、接眼光学系を小型にできるとともに、良好に収差補正された映像を観察させることができる。
【００３８】
また、上記目的を達成するために本発明は、請求項１５または請求項１６に記載の映像表示装置と、前記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持部材とを備えていることを特徴としている。
【００３９】
上記構成によると、映像表示装置が支持手段によって観察者の眼前で指示されるので、観察者は、ハンズフリーとなり、外界像および映像表示素子での表示映像を虚像として観察しながら、空いた手で所望の作業を行うことができる。また、観察者の観察方向が一方向に定まるので、観察者は暗環境でも表示映像を探しやすいという利点もある。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によると、隣り合う２つの透明光学部材を接合する接着剤層中にホログラムが記録されていることにより、別途ホログラムを記録する材料を設ける必要がなく、接合光学素子の部品点数を減少させることができる。また、部品点数の減少に伴い、接合光学素子の製造工程を短縮化することができる。そして、接着剤層中にホログラムが記録されるため、接着剤層の浸透や、接着剤層の硬化に伴う収縮等によるホログラム層の特性の劣化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下に本発明の実施形態について、図面を用いながら説明する。
【００４２】
（第１実施形態）
（ヘッドマウントディスプレイについて）
図２（ａ）は、本実施形態におけるヘッドマウントディスプレイの概略の構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は、ヘッドマウントディスプレイの側面図であり、図２（ｃ）は、ヘッドマウントディスプレイの正面図である。ヘッドマウントディスプレイ１は、映像表示装置２と、それを支持する支持手段３とを有しており、全体として、一般の眼鏡から一方のレンズ（例えば左目用）のレンズを取り除いたような外観となっている。
【００４３】
映像表示装置２は、観察者に外界像をシースルーで観察させるとともに、映像を表示して観察者にそれを虚像として提供するものである。図２（ｃ）で示す映像表示装置２において、眼鏡の右目用レンズに相当する部分は、後述する接眼プリズム２１および偏向プリズム２２（図３参照）の張り合わせによって構成されている。なお、映像表示装置２の詳細な構成については後述する。
【００４４】
支持手段３は、映像表示装置２を観察者の眼前（例えば右目の前）で支持するものであり、ブリッジ４と、フレーム５と、テンプル６と、鼻当て７と、ケーブル８とを有している。なお、フレーム５、テンプル６および鼻当て７は、左右一体に設けられているが、これらを左右で区別する場合は、右フレーム５Ｒ、左フレーム５Ｌ、右テンプル６Ｒ、左テンプル６Ｌ、右鼻当て７Ｒ、左鼻当て７Ｌのように表現するものとする。
【００４５】
映像表示装置２の一端は、ブリッジ４に支持されている。このブリッジ４は、映像表示装置２のほかにも左フレーム５Ｌおよび鼻当て７を支持している。左フレーム５Ｌは、左テンプル６Ｌを回動可能に支持している。一方、映像表示装置２の他端は、右フレーム５Ｒに支持されている。右フレーム５Ｒにおいて、映像表示装置２の支持側と反対に位置する側端部は、右テンプル６Ｒを回動可能に支持している。ケーブル８は、外部信号（例えば映像信号、制御信号）や電力を映像表示装置２に供給するための配線であり、右フレーム５Ｒおよび右テンプル６Ｒに沿って設けられている。
【００４６】
観察者がヘッドマウントディスプレイ１を使用するときは、右テンプル６Ｒおよび左テンプル６Ｌを観察者の右側頭部および左側頭部に接触させるとともに、鼻当て７を観察者の鼻に当て、一般の眼鏡をかけるようにヘッドマウントディスプレイ１を観察者の頭部に装着する。この状態で、映像表示装置２にて映像を表示すると、観察者は、映像表示装置２の映像を虚像として観察することができるとともに、この映像表示装置２を介して外界像をシースルーで観察することができる。
【００４７】
上記構成のヘッドマウントディスプレイ１においては、映像表示装置２が支持手段３によって観察者の眼前で指示されるので、観察者は、ハンズフリーとなり、外界像および映像表示素子での表示映像を虚像として観察しながら、空いた手で所望の作業を行うことができる。また、観察者の観察方向が一方向に定まるので、観察者は暗環境でも表示映像を探しやすいという利点もある。
【００４８】
なお、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）で示したヘッドマウントディスプレイ１は、映像表示装置２を１個だけ備えた構成であるが、左右の両眼に対応して映像表示装置２を２個備えた構成であっても勿論かまわない。
（映像表示装置について）
次に、上述した映像表示装置の詳細について説明する。
【００４９】
図３は、映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。映像表示装置２ａは、光源（照明光源）１１と、映像表示素子１２と、接合光学素子（接眼光学系）２０とで構成されている。映像表示素子１２は、一方向拡散板１３と、集光レンズ１４と、ＬＣＤ１５とを有している。
【００５０】
光源１１は、中心波長が例えば４６５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３５ｎｍ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。一方向拡散板１３は、光源１１からの照明光を拡散させるものであるが、その拡散度は方向によって異なっている。より詳細には、一方向拡散板１３は、ヘッドマウントディスプレイを観察者が装着したときの左右方向に対応する方向（図３の紙面に垂直な方向）には、入射光を約４０°拡散させ、ヘッドマウントディスプレイを観察者が装着したときの上下方向（図３の紙面に平行な方向）には、入射光を約０．２°拡散させる。集光レンズ１４は、一方向拡散板１３にて拡散された光を集光するものである。集光レンズ１４は、上記拡散光が効率よく光学瞳Ｅを形成するように配置されている。
【００５１】
ＬＣＤ１５は、映像信号に基づいて光源１１からの光を変調することにより、映像を表示する光変調素子である。なお、本実施形態では、ＬＣＤ１５は、透過型であるが、反射型で構成されていてもよい。この場合、光源１１などのほかの光学素子の配置位置を工夫する必要がある。また、ＬＣＤ１５以外の光変調素子（例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device;米国テキサスインスツルメント社製））を用いてもよい。
【００５２】
一方、接合光学素子２０は、接眼プリズム２１と、偏向プリズム２２と、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合する接着剤層２３とから構成されている。また接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とは、その接合部で連続した面形状が形成されるように接合されている。
【００５３】
接眼プリズム２１および偏向プリズム２２は、例えば、アクリル系樹脂（後述する）で構成されている。接眼プリズム２１は、平行平板の下端部を楔状にし、その上端部を厚くした形状で構成されており、面２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有している。面２１ａは、映像表示素子１２からの映像光が入射する入射面であり、面２１ｂ、２１ｃは互いに対向する面である。このうち、面２１ｂは、全反射面兼射出面となっている。
【００５４】
偏向プリズム２２は、平行平板の上端部を接眼プリズム２１の下端部に沿った形状とすることによって、接眼プリズム２１と一体となって略平行平板となるように構成されている。接眼プリズム２１に偏向プリズム２２を接合させない場合、外界像の光が接眼プリズム２１の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、接眼プリズム２１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２１に偏向プリズム２２を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外界像の光が接眼プリズム２１の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム２２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。
【００５５】
接着剤層２３は、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合するとともに、特定の入射角で入射する例えば、４６５ｎｍ±１０ｎｍ、５２０ｎｍ±１０ｎｍ、６３５ｎｍ±１０ｎｍの３つの波長帯域の光を回折させる体積位相型のホログラム２４（図１（ｂ）参照）を記録している。なお、この構成については後述する。
【００５６】
このような映像表示装置２ａの構成により光源１１から出射された光は、一方向拡散板１３にて拡散され、集光レンズ１４にて集光されてＬＣＤ１５へ入射する。ＬＣＤ１５に入射した光は、映像信号に基づいて変調され、映像光として出射される。このとき、ＬＣＤ１５には、その映像自体が表示される。
【００５７】
ＬＣＤ１５からの映像光は、接合光学素子２０の接眼プリズム２１の上端部（面２１ａ）から接眼プリズム２１の内部に入射し、対向する２つの面２１ｂ、２１ｃで複数回全反射されて、接着剤層２３に入射する。接着剤層２３に入射した光は、そこで反射されて面２１ｂを介して射出され、光学瞳Ｅに達する。光学瞳Ｅの位置では、観察者は、ＬＣＤ１５に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。光学瞳Ｅから虚像までの距離は数ｍ程度であり、また、虚像の大きさはＬＣＤ１５に表示された映像の１０倍以上である。
【００５８】
一方、接眼プリズム２１、偏向プリズム２２および接着剤層２３は、外界からの光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、ＬＣＤ１５に表示された映像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。
【００５９】
以上のように、映像表示装置２ａでは、ＬＣＤ１５から出射される映像光を接眼プリズム２１内での全反射によって光学瞳Ｅに導く構成としたので、通常の眼鏡レンズと同様に接眼プリズム２１および偏向プリズム２２の厚さを３ｍｍ程度にすることができ、接合光学素子２０ひいては映像表示装置２ａを小型化、軽量化することができる。また、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を良好に観察することができる。さらに映像表示素子１２を観察者の眼の直前から大きく離れた位置に配置することができ、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。また、接着剤層２３中にホログラム２４を記録しているので、光源１１の回折波長とホログラム２４の回折波長とを合わせれば、明るい映像を観察者に提供することができる。
【００６０】
また、接着剤層２３中に記録されたホログラム２４は、上述したように特定入射角の特定波長の光のみを回折させる体積位相型の反射型のホログラムで構成されているので、ＬＣＤ１５からの映像光が接眼プリズム２１、偏向プリズム２２および接着剤層２３を透過する外界像の光に影響を与えることがない。つまり、体積位相型の反射型のホログラムは、波長選択性・角度選択性がともに高いことから、ある限られた波長域の光に対してのみ回折反射作用を及ぼすので、特定波長域の反射光とそれ以外の波長の透過光とを合成するコンバイナとして機能させることができる。それゆえ、観察者は、ホログラム２４を介してＬＣＤ１５の表示映像の虚像を観察しながら、接眼プリズム２１、偏向プリズム２２および接着剤層２３を介して外界像を通常通り、かつ明瞭に観察することができる。
【００６１】
また、接着剤層２３に記録されるホログラム２４は、ＬＣＤ１５にて表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学パワーを有しており、上記表示映像を観察者の眼に虚像として導く接合光学素子２０の少なくとも一部を構成しているので、接合光学素子２０を小型にできるとともに、良好に収差補正された映像を観察者に提供することができる。
【００６２】
なお、ホログラム２４が接眼プリズム２１と偏向プリズム２２との接合部における接着剤層２３中に記録されていることで、ホログラム２４が外部環境に影響を受けることを防ぐことができ、安定した性能を保つことができる。
【００６３】
（接合光学素子について）
次に、上述した接合光学素子の詳細について説明する。
【００６４】
接合光学素子２０は、複数の透明光学部材としての接眼プリズム２１および偏向プリズム２２と、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合するとともに、ホログラム２４を記録する接着剤層２３とから構成されている。図４（ａ）に接眼プリズムの平面図を示し、図４（ｂ）に接眼プリズムの側面図を示す。また、図５（ａ）に偏向プリズムの平面図を示し、図５（ｂ）に偏向プリズムの側面図を示す。図６は、本発明の接合光学素子の平面図である。
【００６５】
接眼プリズム２１は、全体として略４角錐台の形状をしており、その上面および下面は、４つの側面で連結されている。この４つの側面は、図４（ａ）において、上面を中心として反時計回りに配置される面２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇで構成されている。これらの面２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇはそれぞれ法線方向が異なっている。また、面２１ｄには、上記上面よりも上方に突出する突出部が形成されている。
【００６６】
偏向プリズム２２は、図５（ａ）に示すように、接眼プリズム２１が接合することで平行平板が形成されるような形状となっている。つまり、偏向プリズム２２は、平行平板から接眼プリズム２１の形状をくりぬいた形状を有している。ここで、偏向プリズム２２において、接眼プリズム２１と接合したときに、接眼プリズム２１の面２１ｅ、２１ｆ、２１ｇと対向する面をそれぞれ面２２ａ、２２ｂ、２２ｃとする。これらの面２２ａ、２２ｂ、２２ｃの法線方向も互いに異なっている。
【００６７】
接着剤層２３は、接眼プリズム２１の面２１ｅ、２１ｆ、２１ｇと偏向プリズム２２の面２２ａ、２２ｂ、２２ｃとの間に配置して接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを上記３面で接合する。接着剤層２３は、図６に示すように、接眼プリズム２１の面２１ｅ、２１ｆ、２１ｇと、偏向プリズム２２の面２２ａ、２２ｂ、２２ｃとを接合する接着剤層２３ａ、２３ｂ、２３ｃを有している。そして、図４（ｂ）または図５（ｂ）に示す、接眼プリズム２１の面２１ｆと、偏向プリズム２２の面２２ｂとを接合する接着剤層２３ｂにおいては、面同士を接合すると同時にホログラム２４（図６参照）を記録する。そこで、接着剤層による接合の原理とホログラムを記録する原理とについて以下に示す。
【００６８】
接着剤層２３は、高分子化合物で構成されて低分子を維持する働きを有するベースポリマー（マトリックスポリマー）の中に、重合開始剤、重合性モノマー、および増感色素を含んで構成されている。そのため、光を照射することによって重合開始剤に光のエネルギが吸収されることにより、重合反応が開始されて、重合性モノマーよって連続的に重合反応が行われる。そして、接着剤層２３は、重合反応に伴う硬化によって接着剤として機能することができる。
【００６９】
一方、ホログラム２４は、２光束を干渉させることによって生じる干渉縞の明部と暗部との屈折率差により、記録されるものである。そのため、接着剤層２３ｂの一部の領域に、可干渉性の２光束を照射すると、干渉縞の明部に位置する増感色素が光束のエネルギを吸収して重合開始剤にエネルギを与えることで重合反応が開始する。重合反応が開始されると、重合性モノマーが干渉縞の暗部から干渉縞の明部へと拡散して連続的に重合が行われる。そして、最終的には、主に重合性モノマーとベースポリマーとで構成される干渉縞の明部と、主にベースポリマーで構成される干渉縞の暗部とが形成される。ここで、ホログラム２４記録時に照射するレーザ光を吸収する波長特性を有する増感色素を加えることで、干渉縞の濃淡に対応して重合性モノマーを硬化することができる。そして、干渉縞の明部と干渉縞の暗部とでは、その屈折率差が大きくなるため、ホログラム２４を記録することができる。なお、さらに可塑剤を添加すると、重合性モノマーの拡散がより容易になり、大きな屈折率差を持たせることが容易になる。
【００７０】
このように、ホログラム２４を記録する際の重合反応に伴う硬化によって接眼プリズム２１の面２１ｆと、偏向プリズム２２の面２２ｂとを接合することができるため、接着剤層２３ｂでは、ホログラム２４の記録と、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２との接合とを同時に行うことができる。
【００７１】
また、高い回折効率を有するホログラム２４を記録するために、重合性モノマーとしては、重合性・屈折率・硬化特性等を考慮して、複数種類を同時に用いるとよい。その中で、重合性モノマーの１つとしてＮ−ビニルカルバゾールを用いるのが非常によい。Ｎ−ビニルカルバゾールは、代表的な高屈折の重合性モノマーであり、明部と暗部の屈折率差を大きくするのに有効に働く。
【００７２】
また、増感色素は、１種類以上の色素から構成され、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長域の光を吸収する。レーザ光を吸収する増感色素として、ＲＧＢ３色の波長域の光を吸収する色素を含むことで、ＲＧＢ３波長のレーザ光を用いて、カラーで再生できるホログラム２４を記録することが可能となる。増感色素は、ＲＧＢの波長域の光を吸収する１種類の色素を用いてもよいし、例えば、Ｒの波長域の光を吸収する色素と、ＧおよびＢの波長域の光を吸収する色素との２種類の色素を用いてもよい。また、あるいはＲＧＢのそれぞれの波長域の光を吸収する３種類の色素を用いてもよい。
【００７３】
なお、後述するが、増感色素はホログラム記録後において、さらに不要な干渉縞が記録されないように、ホログラム定着工程により分解されることが望ましく、光あるいは熱により分解される性質を有することが望ましい。このような色素の一例として、Ｒの波長域の光を吸収する色素としては、シアニン系色素やスクワリリウム色素が挙げられ、Ｇの波長域の光やＢの波長域の光を吸収する色素としては、クマリン系色素が挙げられる。
【００７４】
上述した構成により記録されたホログラム２４は、干渉縞の明部をｎ１、干渉縞の暗部をｎ２とすると、
０．０１≦｜ｎ１−ｎ２｜≦０．０５…（１）
の条件式を満たす。
また、記録されたホログラム２４を有する接着剤層２３の厚さをｔ（μｍ）とすると、接着剤層２３の厚さは、
１０≦ｔ≦３００…（２）
の条件式を満たす。
【００７５】
ホログラム２４の特性は、屈折率差や膜厚のパラメータに依存する。ホログラムは、屈折率差が大きいほど、回折効率が上がる。また、膜厚が厚いほど、回折効率が上がる。しかしながら、必要以上に膜厚が厚くなると、回折効率の半値波長全幅が狭くなってしまうので、光学瞳に入射する光量が減少して輝度が暗くなってしまう。一方、輝度を明るくするために半値波長全幅を広くすると、多くの波長域の光を回折してしまうために、ホログラム２４の波長選択性が悪くなり、ホログラムを２４透過して観察される外界光が暗くなってしまう。そこで、上述した条件式（１）、（２）を満たすようにホログラム２４を構成することで、接着剤層２３中に記録したホログラム２４が、ホログラム２４として使用可能な回折効率の半値波長全幅や回折効率を有することができる。なお、特にホログラム２４の屈折率差は０．０２≦｜ｎ１−ｎ２｜≦０．０５程度、接着剤層２３の厚さｔは、２０μｍ≦ｔ≦１００μｍが好ましい。
【００７６】
透明光学部材である接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とは、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＭＭＡ（メタクリル酸メチル）等のアクリル系樹脂、もしくは、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）、アペル（登録商標）等のシクロオレフィン系樹脂を用いて構成されている。これらの有機材料は、透明性が高く、低複屈折率であるので、透明光学部材を構成した際に、良好な光学特性（例えば透過特性）を得ることができる。また、接着剤層２３は、アクリル系樹脂、もしくは、シクロオレフィン系樹脂を用いて構成されており、例えば、接着剤層２３を構成するアクリル系重合性モノマーとしては、アクリレート誘導体（２−フェノキシエチルアクリレート、酢酸ビニル等）があり、マトリックスポリマーとしては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）およびその共重合体、ポリビニルアセテート等がある。このように、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２と接着剤層２３とを同じアクリル系材料、もしくは、シクロオレフィン系材料という同系列の有機材料で構成することにより、密着性が高まり、高い接合力を得ることができる。なお、これらの効果は、接眼プリズム２１と、偏向プリズム２２と、接着剤層２３とにおいて主成分（例えば７０重量％以上の成分）がアクリル系材料もしくはシクロオレフィン系材料であれば、確実に得ることができる。
【００７７】
なお、シクロオレフィン系材料は、アクリル系材料の耐熱性を向上した材料であり、その性質が非常に似ているため、例えば、透明光学部材にシクロオレフィン系材料を用いて、接着剤層２３にアクリル系材料を用いた場合であっても、上述したような効果を得ることができる。
【００７８】
上記した構成によって、接着剤層２３は、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合すると同時に、接着剤層２３の一部にホログラム２４を記録することができる。そのため、従来のように、ホログラム記録材料と接着材料との２種類の材料を用いずに接合光学素子２０を構成することができるので、接合光学素子２０の部品点数を減少させることができる。そして、部品点数を減少させることができるので、接合光学素子２０の製造工程を短縮することができる。また、ホログラム２４と接着剤層２３は同一材料で構成しているため、接着剤層２３の浸透や収縮によるホログラム２４の劣化を防ぐことができる。
【００７９】
（接合光学素子の製造方法について）
次に、上述した接合光学素子の製造方法の詳細について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の接合光学素子の製造方法を示す断面図である。なお、説明のため、以下に示す製造方法の断面図は、ホログラムを記録すると同時に接合を行う接着剤層２３ｂの断面図を示すものとする。図１（ａ）で示される第１の製造工程において、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とが接着剤層２３ｂを介して配置されている。
【００８０】
次に、図１（ｂ）で示すように、第１の製造工程の後、接着剤層２３ｂの一部の領域に可干渉性の２光束のレーザ光を照射する第２の製造工程を行う。本実施形態においては、接着剤層２３ｂに、体積位相型の反射型のホログラムを記録するために、２光束のレーザ光を、接眼プリズム２１側と偏向プリズム２２側とから照射する。この際、偏向プリズム２２側から照射される光は、マッチングオイルで偏向プリズム２２に密着される光導入プリズム２５を用いることで、偏向プリズム２２で全反射されることなく、接着剤層２３ｂに照射される。このような２光束の照射により、接着剤層２３ｂの一部の領域において干渉縞を作製して、上述したホログラム記録の原理に従ってホログラム２４を記録すると同時に重合反応による硬化によって、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合する。この接着剤層２３ｂのホログラム２４が記録される領域をホログラム記録領域２８とする。
【００８１】
このとき、ＲＧＢの波長帯域の光を照射するレーザ光源を用いて接着剤層２３ｂを露光することで、ＲＧＢの３色に対応して機能するホログラム２４とすることができる。すなわち、ＲＧＢの光を回折反射するホログラム２４を記録することができる。そして、第２の製造工程の後、図１（ｃ）で示すように、ホログラム記録領域２８を含む接着剤層２３に紫外線を照射する第３の製造工程を行う。
【００８２】
以上のように、本発明の接合光学素子の製造方法においては、接着剤層２３に可干渉性の２光束のレーザ光を照射することにより、ホログラム２４の記録と同時に、ホログラム２４を記録する際の接着剤層２３の重合反応による硬化によって、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２との接合を行う。そのため、従来の製造方法において別工程として行われていたホログラムを記録する工程と、２つの透明光学部材を接合する工程とを、本発明の製造方法では１工程の中で行うことができる。これにより、製造工程の短縮化を図ることができる。また、接着剤層２３にホログラム２４を記録するので、別途ホログラム材料が不要となり、少ない部品点数で製造することができる。そして、接合工程とホログラム記録工程を同時に行うために、ホログラム２４の劣化が生じることを抑えることができる。
【００８３】
また、第２の製造工程の後、接着剤層２３には、ホログラム記録のためのレーザ光の照射によって重合反応が起こり、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２との接合が行われているホログラム記録領域２８と、未重合のまま、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２との接合が行われていないホログラム未記録領域２９とが混在している。なお、ホログラム未記録領域２９は、接着剤層２３ａ、２３ｃにおけるホログラム未記録領域２９も含む。また、接着剤層２３中に含まれる増感色素は、ホログラム２４を記録後も光束を吸収してしまい、さらに重合反応を起こして接着剤層２３を収縮させてしまう等の不都合を起こす。そこで、第３の工程において、紫外線を接着剤層２３の全面に照射し、増感色素を分解することにより、接着剤層２３を定着させて安定した構成を有するとともに、増感色素の吸収のない透明性の高い接合光学素子２０を製造することができる。また、増感色素の分解と同時に、ホログラム未記録領域２９のモノマーを重合硬化させることにより、ホログラム未記録領域２９を光照射によって硬化させる工程を別工程として設ける必要がなく、簡便に接合光学素子２０を製造することができる。
【００８４】
また、本発明の接合光学素子２０の製造方法では、上述した接合光学素子２０の製造方法に加えて、ホログラム未記録領域２９に１光束の光、あるいは、２光束のインコヒーレントな光を照射することで接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合することもできる。これにより、ホログラム未記録領域２９には干渉縞が生成されないために、ホログラム２４の記録が行われない。そのため、ホログラム記録領域２８以外の領域に不要な干渉縞が生成されることによるゴーストの発生を抑えることができる。また、ホログラム未記録領域２９には、干渉縞が生成されないことで、接着剤層２３の微小領域において大きな屈折率差が生じないので接着剤層２３を均一に硬化することができる。
【００８５】
この際、本発明の接合光学素子の製造方法に加えて、以下の２パターンの工程のいずれかを付加することにより、上述したホログラム未記録領域２９への露光を実現できる。
【００８６】
（付加工程１）
接合光学素子２０を製造する第２の工程の前に、上述したホログラム未記録領域２９への光の照射を行うことを付加工程１とする。図７（ａ）は、本発明における接合光学素子の付加工程１を示す断面図である。図７（ｂ）は、本発明における接合光学素子の付加工程１の別工程を示す断面図である。なお、以下に示す製造方法の断面図は、ホログラムを記録すると同時に接合を行う接着剤層２３ｂの断面図を示すものとし、上述した接合光学素子の製造方法と同一の部分については説明を省略する。
【００８７】
図７（ａ）で示すように、重合反応により接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合するための重合開始光の光源を、接着剤層２３を挟むように２つ配置する。そして、ホログラム記録領域２８に重合開始光が照射されないように遮光板２６ａ、２６ｂを配置する。この状態で重合開始光を照射すると、２つの光源から照射される重合開始光によって、ホログラム未記録領域２９に重合反応による硬化が起こる。ここで、重合開始光がレーザ光のようなコヒーレントな光の場合、さらに波長板２７ａを追加配置することにより、互いの偏光方向が直交するようにしてホログラム未記録領域２９へ照射される。２つの光源から出射される重合開始光は、ホログラム未記録領域２９へ照射されても干渉縞を生成しないで接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合することができる。
【００８８】
あるいは、図７（ｂ）で示すように、一方の光源を配置して、重合開始光を照射することでホログラム未記録領域２９に干渉をおこさせずに、重合反応による硬化により、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合することができる。この場合も、ホログラム記録領域２８に重合開始光が照射されないように、遮光板２６ｂを配置する。
【００８９】
なお、重合開始光は重合を開始させる光であればよく、例えば、ホログラム２４を記録する際に用いるレーザ光、紫外線、または可視光等を用いることができる。また、波長板２７も重合開始光の偏光方向を互いに直交する方向にかえるものであればよく、１／２波長板や１／４波長板を用いることができる。
【００９０】
付加工程１においては、ホログラム２４を記録する前にホログラム未記録領域２９を重合硬化させて接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合して一体化することで、接着剤層２３のズレの発生を防ぐことができる。そのため、ホログラム２４を記録する際の作業性を容易にすることができる。
【００９１】
（付加工程２）
接合光学素子２０を製造する第２の工程と同時に、上述したホログラム未記録領域２９への光の照射を行うことを付加工程２とする。図８（ａ）は、本発明における接合光学素子の付加工程２を示す断面図である。図８（ｂ）は、本発明における接合光学素子の付加工程２の別工程を示す断面図である。
【００９２】
図８（ａ）に示すように、一方の光源から出射される可干渉性のレーザ光が照射されるホログラム未記録領域２９に対応して波長板２７ｂ、２７ｃを配置する。そして、第２の工程と同様に、ホログラム記録領域２８に可干渉性の２光束のレーザ光を照射する。すると、ホログラム未記録領域２９においては、波長板２７ｂ、２７ｃが配置されているのでレーザ光の偏光方向が他方に対して直交する方向に変えられた光が照射されるので、干渉縞を生成せずに重合反応による硬化により接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合することができる。
【００９３】
あるいは、図８（ｂ）に示すように、ホログラム記録領域２８に照射する可干渉性の２光束のレーザ光を照射する際に、一方の光源から出射されるレーザ光が照射されるホログラム未記録領域２９に対応して遮光板２６ｃ、２６ｄを配置する。これにより、ホログラム未記録領域２９には、１光束のレーザ光しか照射されないので干渉縞が作製されずに重合硬化により、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とが接合することができる。
【００９４】
このように、ホログラム未記録領域２９にレーザ光を照射する別工程を設ける場合に比べて簡便に接合光学素子２０を製造することができる。
【００９５】
（第２実施形態）
図９は、映像表示装置の他の構成例を示した断面図である。この映像表示装置２ｂは、接合光学素子３０の構成以外は、図３に示す映像表示装置２ａと同様の構成を有する。
【００９６】
本実施形態の映像表示装置２ｂは、光変調素子からなるＬＣＤ３４と接合光学素子３０とを有している。ＬＣＤ３４は、第１実施形態の映像表示装置２ａにおけるＬＣＤ１５と同様の構成を有する。接合光学素子３０は、接眼プリズム３１および偏向プリズム３２を構成する面が、非球面や自由曲面等の曲面形状を有している。そして、接眼プリズム３１と偏向プリズム３２とを接合する接着剤層３３は、上述したホログラム２４を記録する接着剤層２３により構成されている。
【００９７】
これにより、接眼プリズム３１と偏向プリズム３２の面を曲面形状で構成することによって、接合光学素子３０に任意の光学的パワーをもたせることができる。したがって、このような構成によってもＬＣＤ３４の表示映像を良好に収差補正された虚像として観察者に拡大観察させることができるとともに、接眼プリズム３１、偏向プリズム３２および接着剤層２３を介して外界像を良好に観察することが可能である。また、接合光学素子３０に矯正眼鏡レンズとしての機能を持たせることも可能となる。
【００９８】
（第３実施形態）
図１０は、映像表示装置のさらに他の構成例を示した断面図である。この映像表示装置２ｃは、図示しない光源および導光板と、ＬＣＤ４０と、接眼レンズ４１と、接合光学素子４２とで構成されている。接眼レンズ４１は、ＬＣＤ４０から出射される映像光を平行光にして接合光学素子４２に導く光学系を構成している。
【００９９】
接合光学素子４２は、複数の透明光学部材であるプリズム４３〜４７が反射ミラー４８および接着剤層５４〜５６を介してそれぞれ接合されたものであり、板状の平行平板を構成している。反射ミラー４８は、接眼レンズ４１から入射してくる入射光を全反射させるミラーである。プリズム４４とプリズム４５との間、プリズム４５とプリズム４６との間、プリズム４６とプリズム４７との間には、透過光量と反射光量とが所定の比率となるように入射光を分離するホログラム５１〜５３がそれぞれ接着剤層５４〜５６に記録されている。
【０１００】
上述したプリズム４３〜４７、接着剤層５４〜５６は、前述した接眼プリズム２１や偏向プリズム２２、接着剤層２３と同じ材料で構成されている。
【０１０１】
図１０の映像表示装置の構成２ｃでは、光源からの光が導光板に入射し、面光源としてＬＣＤ４０を照明する。ＬＣＤ４０からの映像光は、接眼レンズ４１にて平行光となり、接合光学素子４２に入射する。接合光学素子４２に入射した光は、反射ミラー４８にて反射され、プリズム４４内を導光されてホログラム５１が記録されている接着剤層５４に入射する。接着剤層５４に入射した光は、一部はそこを透過し、残りは反射されて外部（第１の光学瞳Ｅ１）に導かれる。接着剤層５４を透過した光は、プリズム４５内を導光されてホログラム５２が記録された接着剤層５５に入射し、一部はそこを透過し、残りは反射されて外部（第２の光学瞳Ｅ２）に導かれる。接着剤層５５を透過した光は、プリズム４６内を導光されてホログラム５３が記録された接着剤層５６へ入射し、そこで一部または全部が反射されて外部（第３の光学瞳Ｅ３）に導かれる。これにより、観察者は、各ホログラム５１〜５３を記録する接着剤層５４〜５６に対応する光学瞳Ｅ１〜Ｅ３のいずれの位置でも、映像を観察することが可能となる。
【０１０２】
そして、本発明の映像表示装置２ｃは、接着剤層５４〜５６にホログラム５１〜５３を記録することにより、接合光学素子４２の部品点数を減少することができ、ひいては映像表示装置２ｃを製造する際の工程を短縮することができる。
【０１０３】
なお、各プリズム４３〜４７内で導光される光は、上述のように各プリズム４３〜４７の対向する２面で全反射されずに導光されてもよいし、図３のように対向する２面で全反射されて導光されてもよい。また、映像表示装置２ｃは、上述した構成に限られず、さらに複数のプリズムや複数のホログラムを記録する接着剤層で構成されてもかまわない。
【０１０４】
また、ホログラムを記録する接着剤層の数が複数ある場合、ＬＣＤ４０に光学的に近い側にある接着剤層（図１０においては接着剤層５４）に記録されるホログラム（図１０においてはホログラム５１）ほど反射率（回折効率）が低くなるように設定すれば、それぞれのホログラムで反射される映像光の明るさを互いに近づけて、輝度ムラの少ない良好な映像を観察者に観察させることが可能となる。また、複数のホログラムで映像光を反射する構成とすることにより、接合光学素子４２を薄型化することに加えて、光学瞳の形成範囲を全体として広げることも可能となる。これにより、観察者の瞳の位置がずれた場合でも、対応する光学瞳の位置にて良好な映像を観察者に観察させることが可能となる。
【０１０５】
なお、上述した各構成や手法を適宜組み合わせて接合光学素子や映像表示装置ひいてはヘッドマウントディスプレイを構成することも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明の接合光学素子は、例えばヘッドマウントディスプレイを構成する映像表示装置の接眼光学系に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の接合光学素子の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明のヘッドマウントディスプレイを示す平面図である。（ｂ）は、本発明のヘッドマウントディスプレイを示す側面図である。（ｃ）は、本発明のヘッドマウントディスプレイを示す正面図である。
【図３】本発明の映像表示装置を示す断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の接合光学素子の接眼プリズムを示す平面図である。（ｂ）は、本発明の接合光学素子の接眼プリズムを示す側面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の接合光学素子の偏向プリズムを示す平面図である。（ｂ）は、本発明の接合光学素子の偏向プリズムを示す側面図である。
【図６】本発明の接合光学素子を示す平面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の接合光学素子の付加工程１を示す断面図である。（ｂ）は、本発明の接合光学素子の付加工程１の別工程を示す断面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の接合光学素子の付加工程２を示す断面図である。（ｂ）は、本発明の接合光学素子の付加工程２の別工程を示す断面図である。
【図９】本発明の映像表示装置の他の構成例を表した断面図である。
【図１０】本発明の映像表示装置のさらに他の構成例を表した断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は、従来の接合光学素子の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１ ヘッドマウントディスプレイ
２ 映像表示装置
３ 支持部材
１１ 光源（照明光源）
１２ 映像表示素子
１５、３４、４０ ＬＣＤ
２０、３０、４２ 接合光学素子（接眼光学系）
２１、３１ 接眼プリズム（透明光学部材）
２２、３２ 偏向プリズム（透明光学部材）
２３、３３、５４〜５６ 接着剤層
２４、５１〜５３ ホログラム
２８ ホログラム記録領域
２９ ホログラム未記録領域
４３〜４７ プリズム（透明光学部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣り合う２つの透明光学部材を接着剤層で接合した接合光学素子と、その接合光学素子の製造方法と、その接合光学素子を備えた映像表示装置と、その映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホログラムを透明基板内に埋め込んで使用する接合光学素子は、透明基板内にホログラムを埋め込むことで湿度・酸素等の外部環境に影響を受けない光学素子として、ヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイに非常に有用である。このような接合光学素子は、例えば、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平７−２３４６２７号公報
【０００３】
そこで、特許文献１に開示されているような従来の接合光学素子について、図１１を用いながら説明する。
【０００４】
図１１（ａ）に示すように、透明基板１０１が透明基板１０４（図１１（ｄ）参照）と接合される接合面１０１ａに、ホログラム記録材料１０２を配置する。この際、ホログラム記録材料１０２には、例えば、シート状のフォトポリマー等が用いられる。そして、図１１（ｂ）に示すように、ホログラム記録材料１０２に対して両側から可干渉性の２光束のレーザ光を照射することで、干渉縞によりホログラムを記録したホログラム層１０３を作製する。作製したホログラム層１０３に、図１１（ｃ）で示すように紫外線を照射することにより、ホログラム層１０３を定着させる。その後、図１１（ｄ）で示すように、透明基板１０１のホログラム層１０３を含む接合面１０１ａに、接着材料１０５を塗布して透明基板１０１と透明基板１０４とを接着させる。最後に、図１１（ｅ）で示すように、紫外線を照射することで、接着材料１０５を重合反応により硬化させて接合光学素子１００が製造される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の接合光学素子１００は、ホログラムを記録するためのホログラム記録材料１０２と透明基板同士を接合する接着材料１０５との２つの材料が必要であり、部品点数が多く、また、部品点数が増加するために、工程数が多くなるという問題が生じている。そして、ホログラム層１０３上に接着材料１０５を配置するために、接着材料１０５がホログラム層１０３に浸透したり、接着材料１０５が硬化する際に収縮したりすることで、ホログラム層１０３の特性が劣化してしまうという問題が生じている。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、部品点数が少なく、工程数を短縮化することができ、さらにホログラムの特性の劣化を防止することができる接合光学素子と、その接合光学素子の製造方法と、その接合光学素子を備えた映像表示装置と、その映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイとを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、複数の透明光学部材と、隣り合う２つの前記透明光学部材を接合する接着剤層とを備え、前記接着剤層中に、ホログラムが記録されていることを特徴としている。
【０００８】
上記構成によると、本発明の接合光学素子は、接着剤層中にホログラムが記録されている。従来では、ホログラムが記録されたホログラム層と、２つの透明光学部材を接合する接着剤層との２層により、接合光学素子を構成していた。しかし、本発明においては、接着剤層の層内にホログラムが記録されていることで、接着剤層の１層でホログラムの特性を備えた接合光学素子を構成することができる。そのため、接合光学素子の部品点数を減少させることができる。そして、部品点数を減少させることができるので、接合光学素子の製造工程を短縮することができる。また、従来では、ホログラム層と接着剤層とを別々の層に構成していたため、接着剤層のホログラム層への浸透や、接着剤層を硬化する際の収縮等によってホログラムの特性が劣化していた。しかし、本発明では、ホログラムと接着剤層は同一の層であるため、接着剤層の浸透や収縮によるホログラムの特性の劣化が生じることはない。
【０００９】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、前記接着剤層は、重合開始剤と、重合性モノマーと、ベースポリマーと、増感色素とを含んで構成されていることが好ましい。
【００１０】
上記構成によると、本発明の接着剤層は、高分子化合物であるベースポリマー（マトリックスポリマー）に、重合開始剤と、重合性モノマーと、増感色素とを含有することで構成される。以下に本発明における接着剤層がホログラムを記録する原理について示す。ホログラムは、２光束を干渉させることによって生じる干渉縞の明部と暗部との屈折率差により、記録されるものである。そのため、本発明の接着剤層に可干渉性の２光束を照射すると、干渉縞の明部に位置する増感色素が光束のエネルギを吸収して重合開始剤にエネルギを与えることで重合反応が開始する。重合反応が開始されると、重合性モノマーが干渉縞の暗部から干渉縞の明部へと拡散して連続的に重合が行われる。そして、最終的には、重合性モノマーとベースポリマーとで構成される干渉縞の明部と、ベースポリマーで構成される干渉縞の暗部とが形成される。ここで、干渉縞の明部と干渉縞の暗部とでは、その屈折率差が大きくなるため、ホログラムを記録することができる。
【００１１】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、前記重合性モノマーは、Ｎ−ビニルカルバゾールを含むことが好ましい。
【００１２】
上記構成によると、高い回折効率を備えるホログラムを作製するためには、明部と暗部との屈折率差を大きくする必要がある。そこで、本発明の接合光学素子において、重合性モノマーが、高い屈折率を有する材料であるＮ−ビニルカルバゾールを含むことにより、干渉縞の明部と干渉縞の暗部との屈折率差をさらに広げることができ、高い回折効率を備えるホログラムを作製することができる。
【００１３】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、前記増感色素は、１種類以上の色素から構成されて、赤、緑、青の波長域の光を吸収することが好ましい。
【００１４】
上記構成によると、増感色素を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長域の光を吸収する色素で構成することによって、カラーで再生することのできるホログラムを作製することができる。この際、増感色素は、ＲＧＢの波長域の光をそれぞれ吸収する３種類の色素で構成されてもよいし、例えば、ＲＧの波長域の光を吸収する色素とＢの波長域の光を吸収する２種類の色素で構成されてもよい。または、ＲＧＢの波長域の光を吸収する１種類の色素を用いてもよい。
【００１５】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、隣り合う２つの前記透明光学部材と、前記透明光学部材を接合する前記接着剤層とは、アクリル系あるいはシクロオレフィン系からなる材料を用いて構成されていることが好ましい。
【００１６】
上記構成によると、透明光学部材と接着剤層とが、アクリル系材料もしくはシクロオレフィン系材料という同系列の材料を用いて構成されていれば、互いの密着性が高まり、高い接合力を得ることができる。なお、これらの効果は、透明光学部材と接着剤層との主成分（例えば７０重量％以上の成分）がアクリル系材料あるいはシクロオレフィン系材料であれば、確実に得ることができる。
【００１７】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、前記ホログラムの、干渉縞の明部の屈折率をｎ１とし、干渉縞の暗部の屈折率をｎ２とすると、
０．０１≦｜ｎ１−ｎ２｜≦０．０５…（１）
を満たすことが好ましい。
【００１８】
上記構成によると、条件式（１）を満たすことにより、ホログラムとして使用可能な高い回折効率と半値幅とを得ることができる。
【００１９】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、前記接着剤層は、層厚をｔμｍとすると、
１０≦ｔ≦３００…（２）
を満たすことが好ましい。
【００２０】
上記構成によると、条件式（２）を満たことにより、ホログラムとして使用可能な高い回折効率と半値幅とを得ることができる。
【００２１】
また、上記目的を達成するために本発明は、２つの透明光学部材の間に未硬化の接着剤層を配置する第１の工程と、前記接着剤層に可干渉性の２光束のレーザ光を照射して、前記接着剤層の一部の領域に干渉縞をホログラムとして記録すると同時に、ホログラムの記録時の重合反応による前記接着剤層の硬化により、２つの前記透明光学部材を接合する第２の工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
上記構成によると、接着剤層に可干渉性の２光束のレーザ光を照射することにより、ホログラムの記録と同時に、ホログラムを記録する際の接着剤層の重合反応による硬化によって、２つの透明光学部材の接合を行う。そのため、従来の製造方法において別工程として行われていたホログラムを記録する工程と、２つの透明光学部材を接合する工程とを、本発明の製造方法では１工程の中で行うことができる。これにより、製造工程の短縮化を図ることができる。また、接着剤層にホログラムを記録するので、別途ホログラム材料が不要となり、少ない部品点数で製造することができる。そして、接合工程とホログラム記録工程を同時に行うために、ホログラムの特性の劣化が生じることを抑えることができる。
【００２３】
また、本発明は上記構成の接合光学素子の製造方法において、前記第２の工程の後に、前記接着剤層の全面に紫外線を照射することにより、前記接着剤層に含まれる増感色素を分解すると同時に、ホログラム未記録領域のモノマーを重合硬化させて、２つの前記透明光学部材を接合する第３の工程を含むことが好ましい。
【００２４】
上記構成によると、接着剤層にホログラムを記録すると同時に、接着剤層によって２つの透明光学部材を接合させる第２の工程においては、重合反応により硬化しているホログラム記録領域と、未重合のまま硬化していないホログラム未記録領域とが、接着剤層に混在している。また、ホログラムを記録するために接着剤層に含有される増感色素は、ホログラムを記録後も光束を吸収してしまい、さらに重合反応を起こして接着剤層を収縮させてしまう等の不都合を起こす。そこで、第２の工程の後、紫外線を接着剤層の全面に照射し、増感色素を分解することにより、接着剤層を定着させて安定した構成を有するとともに、増感色素の吸収のない透明性の高い接合光学素子を製造することができる。また、増感色素の分解と同時に、ホログラム未記録領域のモノマーを重合硬化させることにより、ホログラム未記録領域を光照射によって硬化させる工程を別工程として設ける必要がなく、簡便に接合光学素子を製造することができる。
【００２５】
また、本発明は上記構成の接合光学素子の製造方法において、前記接着剤層のホログラム未記録領域には、１光束のレーザ光、あるいは、２光束のインコヒーレントなレーザ光を照射して、重合反応により２つの前記透明光学部材を接合することが好ましい。
【００２６】
上記構成によると、接着剤層のホログラム未記録領域に、例えば、所定の位置に遮光板を配置することで２光束のうちの一方のレーザ光を遮って他方のレーザ光を照射するか、あるいは、例えば、所定の位置に波長板を配置して一方のレーザ光の偏光方向を他方に対し直交方向になるように変えることにより、２光束のインコヒーレントなレーザ光を照射することで、干渉縞を生成せずに、重合反応による硬化を行い、２つの透明光学部材の接合を行う。これにより、ホログラム未記録領域には、干渉縞が生成されないために、ホログラムの記録が行われない。そのため、ホログラム記録領域以外の領域に不要な干渉縞が生成されることによるゴーストの発生を抑えることができる。また、ホログラム未記録領域には、干渉縞が生成されないことで、接着剤層の微小領域において大きな屈折率差が生じないので、接着剤層を均一に硬化することができる。
【００２７】
また、本発明は上記構成の接合光学素子の製造方法において、前記接着剤層のホログラム未記録領域へのレーザの照射は、レーザ照射によるホログラムの記録と同時に行うことが好ましい。
【００２８】
上記構成によると、レーザ照射によってホログラム未記録領域を硬化させる工程を、ホログラムの記録と時間的にずらして行う場合に比べて（別工程で設ける場合に比べて）簡便に接合光学素子を製造することができる。
【００２９】
また、本発明は上記構成の接合光学素子の製造方法において、レーザ照射によって前記接着剤層の一部の領域にホログラムを記録する前に、前記接着剤層のホログラムを記録する以外の領域に対して、重合反応により２つの前記透明光学部材を接合するための重合開始光を照射することが好ましい。
【００３０】
上記構成によると、ホログラム記録前に、予め２つの透明光学部材を接合し、一体化するのでズレ等の発生を防ぐことができ、作業性が容易になる。なお、重合開始光は、ホログラムを記録する際に用いるレーザ光、紫外線、または可視光等を用いることができる。
【００３１】
また、本発明の接合光学素子は、上述した本発明の製造方法によって製造されてもよい。
【００３２】
また、本発明は上記構成の接合光学素子において、前記ホログラムは、体積位相型の反射型のホログラムであることが好ましい。
【００３３】
上記構成によると、反射型の体積位相型のホログラムは、波長選択性が高く、回折効率のピークの半値波長全幅が狭い。そのため、例えば、映像光と外界光とを同時に観察者の眼に導くコンバイナとして使用することが可能となる。また、そのようなコンバイナとしてホログラムを使用した場合、外界光の透過率が高くなり、外界像を明瞭に観察することが可能となる。
【００３４】
また、上記目的を達成するために本発明は、照明光源と、前記光源からの光を変調して映像を表示する映像表示素子と、上記の接合光学素子とを備え、前記映像表示素子からの映像光を、前記接合光学素子の入射面より入射させ、内部で複数回全反射して前記接合光学素子のホログラムへ導き、前記ホログラムにて映像光を拡大反射して前記接合光学素子の射出面より外部に射出して観察者の眼に虚像として導くと同時に、前記ホログラムを透過した外界像の光を観察者の眼に導くことを特徴とする。
【００３５】
上記構成によると、光源から出射される光は、映像表示装置によって変調され、映像光として出射される。この映像光は、透明光学部材の入射面から入射し、内部で複数回全反射した後、ホログラムにて反射されて射出面から射出される。これにより、観察者は、映像を拡大虚像として観察することができる。また、ホログラムを透過した外界像の光は観察者の眼に導かれるので、観察者は虚像と外界像とを同時に観察することが可能となる。このように本発明の接合光学素子を用いて装置を構成することにより、ホログラムが接眼光学系を兼ねるので、装置を小型軽量にできる。また、光源の発光波長とホログラムの回折波長とを合わせれば、明るい映像を観察者に提供できる。さらに、透明光学部材内での全反射を用いた構成なので、透明光学部材を小型軽量にできるとともに、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を良好に観察することができる。また、隣り合う透明光学部材を接合することで、外界光が一方の透明光学部材で屈折することを防ぎ、外界像を良好に観察できる。そして、映像表示素子を視野の周辺に配置することが可能となり、広い外界視野角を確保することができる。
【００３６】
また、本発明は上記構成の映像表示装置において、前記ホログラムは、前記映像表示素子にて表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学パワーを有しており、前記表示映像を観察者の眼に虚像として導く接眼光学系の少なくとも一部を構成しているが好ましい。
【００３７】
この場合、接眼光学系を小型にできるとともに、良好に収差補正された映像を観察させることができる。
【００３８】
また、上記目的を達成するために本発明は、請求項１５または請求項１６に記載の映像表示装置と、前記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持部材とを備えていることを特徴としている。
【００３９】
上記構成によると、映像表示装置が支持手段によって観察者の眼前で指示されるので、観察者は、ハンズフリーとなり、外界像および映像表示素子での表示映像を虚像として観察しながら、空いた手で所望の作業を行うことができる。また、観察者の観察方向が一方向に定まるので、観察者は暗環境でも表示映像を探しやすいという利点もある。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によると、隣り合う２つの透明光学部材を接合する接着剤層中にホログラムが記録されていることにより、別途ホログラムを記録する材料を設ける必要がなく、接合光学素子の部品点数を減少させることができる。また、部品点数の減少に伴い、接合光学素子の製造工程を短縮化することができる。そして、接着剤層中にホログラムが記録されるため、接着剤層の浸透や、接着剤層の硬化に伴う収縮等によるホログラム層の特性の劣化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下に本発明の実施形態について、図面を用いながら説明する。
【００４２】
（第１実施形態）
（ヘッドマウントディスプレイについて）
図２（ａ）は、本実施形態におけるヘッドマウントディスプレイの概略の構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は、ヘッドマウントディスプレイの側面図であり、図２（ｃ）は、ヘッドマウントディスプレイの正面図である。ヘッドマウントディスプレイ１は、映像表示装置２と、それを支持する支持手段３とを有しており、全体として、一般の眼鏡から一方のレンズ（例えば左目用）のレンズを取り除いたような外観となっている。
【００４３】
映像表示装置２は、観察者に外界像をシースルーで観察させるとともに、映像を表示して観察者にそれを虚像として提供するものである。図２（ｃ）で示す映像表示装置２において、眼鏡の右目用レンズに相当する部分は、後述する接眼プリズム２１および偏向プリズム２２（図３参照）の張り合わせによって構成されている。なお、映像表示装置２の詳細な構成については後述する。
【００４４】
支持手段３は、映像表示装置２を観察者の眼前（例えば右目の前）で支持するものであり、ブリッジ４と、フレーム５と、テンプル６と、鼻当て７と、ケーブル８とを有している。なお、フレーム５、テンプル６および鼻当て７は、左右一体に設けられているが、これらを左右で区別する場合は、右フレーム５Ｒ、左フレーム５Ｌ、右テンプル６Ｒ、左テンプル６Ｌ、右鼻当て７Ｒ、左鼻当て７Ｌのように表現するものとする。
【００４５】
映像表示装置２の一端は、ブリッジ４に支持されている。このブリッジ４は、映像表示装置２のほかにも左フレーム５Ｌおよび鼻当て７を支持している。左フレーム５Ｌは、左テンプル６Ｌを回動可能に支持している。一方、映像表示装置２の他端は、右フレーム５Ｒに支持されている。右フレーム５Ｒにおいて、映像表示装置２の支持側と反対に位置する側端部は、右テンプル６Ｒを回動可能に支持している。ケーブル８は、外部信号（例えば映像信号、制御信号）や電力を映像表示装置２に供給するための配線であり、右フレーム５Ｒおよび右テンプル６Ｒに沿って設けられている。
【００４６】
観察者がヘッドマウントディスプレイ１を使用するときは、右テンプル６Ｒおよび左テンプル６Ｌを観察者の右側頭部および左側頭部に接触させるとともに、鼻当て７を観察者の鼻に当て、一般の眼鏡をかけるようにヘッドマウントディスプレイ１を観察者の頭部に装着する。この状態で、映像表示装置２にて映像を表示すると、観察者は、映像表示装置２の映像を虚像として観察することができるとともに、この映像表示装置２を介して外界像をシースルーで観察することができる。
【００４７】
上記構成のヘッドマウントディスプレイ１においては、映像表示装置２が支持手段３によって観察者の眼前で指示されるので、観察者は、ハンズフリーとなり、外界像および映像表示素子での表示映像を虚像として観察しながら、空いた手で所望の作業を行うことができる。また、観察者の観察方向が一方向に定まるので、観察者は暗環境でも表示映像を探しやすいという利点もある。
【００４８】
なお、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）で示したヘッドマウントディスプレイ１は、映像表示装置２を１個だけ備えた構成であるが、左右の両眼に対応して映像表示装置２を２個備えた構成であっても勿論かまわない。
（映像表示装置について）
次に、上述した映像表示装置の詳細について説明する。
【００４９】
図３は、映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。映像表示装置２ａは、光源（照明光源）１１と、映像表示素子１２と、接合光学素子（接眼光学系）２０とで構成されている。映像表示素子１２は、一方向拡散板１３と、集光レンズ１４と、ＬＣＤ１５とを有している。
【００５０】
光源１１は、中心波長が例えば４６５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３５ｎｍ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。一方向拡散板１３は、光源１１からの照明光を拡散させるものであるが、その拡散度は方向によって異なっている。より詳細には、一方向拡散板１３は、ヘッドマウントディスプレイを観察者が装着したときの左右方向に対応する方向（図３の紙面に垂直な方向）には、入射光を約４０°拡散させ、ヘッドマウントディスプレイを観察者が装着したときの上下方向（図３の紙面に平行な方向）には、入射光を約０．２°拡散させる。集光レンズ１４は、一方向拡散板１３にて拡散された光を集光するものである。集光レンズ１４は、上記拡散光が効率よく光学瞳Ｅを形成するように配置されている。
【００５１】
ＬＣＤ１５は、映像信号に基づいて光源１１からの光を変調することにより、映像を表示する光変調素子である。なお、本実施形態では、ＬＣＤ１５は、透過型であるが、反射型で構成されていてもよい。この場合、光源１１などのほかの光学素子の配置位置を工夫する必要がある。また、ＬＣＤ１５以外の光変調素子（例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device;米国テキサスインスツルメント社製））を用いてもよい。
【００５２】
一方、接合光学素子２０は、接眼プリズム２１と、偏向プリズム２２と、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合する接着剤層２３とから構成されている。また接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とは、その接合部で連続した面形状が形成されるように接合されている。
【００５３】
接眼プリズム２１および偏向プリズム２２は、例えば、アクリル系樹脂（後述する）で構成されている。接眼プリズム２１は、平行平板の下端部を楔状にし、その上端部を厚くした形状で構成されており、面２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有している。面２１ａは、映像表示素子１２からの映像光が入射する入射面であり、面２１ｂ、２１ｃは互いに対向する面である。このうち、面２１ｂは、全反射面兼射出面となっている。
【００５４】
偏向プリズム２２は、平行平板の上端部を接眼プリズム２１の下端部に沿った形状とすることによって、接眼プリズム２１と一体となって略平行平板となるように構成されている。接眼プリズム２１に偏向プリズム２２を接合させない場合、外界像の光が接眼プリズム２１の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、接眼プリズム２１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２１に偏向プリズム２２を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外界像の光が接眼プリズム２１の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム２２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。
【００５５】
接着剤層２３は、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合するとともに、特定の入射角で入射する例えば、４６５ｎｍ±１０ｎｍ、５２０ｎｍ±１０ｎｍ、６３５ｎｍ±１０ｎｍの３つの波長帯域の光を回折させる体積位相型のホログラム２４（図１（ｂ）参照）を記録している。なお、この構成については後述する。
【００５６】
このような映像表示装置２ａの構成により光源１１から出射された光は、一方向拡散板１３にて拡散され、集光レンズ１４にて集光されてＬＣＤ１５へ入射する。ＬＣＤ１５に入射した光は、映像信号に基づいて変調され、映像光として出射される。このとき、ＬＣＤ１５には、その映像自体が表示される。
【００５７】
ＬＣＤ１５からの映像光は、接合光学素子２０の接眼プリズム２１の上端部（面２１ａ）から接眼プリズム２１の内部に入射し、対向する２つの面２１ｂ、２１ｃで複数回全反射されて、接着剤層２３に入射する。接着剤層２３に入射した光は、そこで反射されて面２１ｂを介して射出され、光学瞳Ｅに達する。光学瞳Ｅの位置では、観察者は、ＬＣＤ１５に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。光学瞳Ｅから虚像までの距離は数ｍ程度であり、また、虚像の大きさはＬＣＤ１５に表示された映像の１０倍以上である。
【００５８】
一方、接眼プリズム２１、偏向プリズム２２および接着剤層２３は、外界からの光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、ＬＣＤ１５に表示された映像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。
【００５９】
以上のように、映像表示装置２ａでは、ＬＣＤ１５から出射される映像光を接眼プリズム２１内での全反射によって光学瞳Ｅに導く構成としたので、通常の眼鏡レンズと同様に接眼プリズム２１および偏向プリズム２２の厚さを３ｍｍ程度にすることができ、接合光学素子２０ひいては映像表示装置２ａを小型化、軽量化することができる。また、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を良好に観察することができる。さらに映像表示素子１２を観察者の眼の直前から大きく離れた位置に配置することができ、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。また、接着剤層２３中にホログラム２４を記録しているので、光源１１の回折波長とホログラム２４の回折波長とを合わせれば、明るい映像を観察者に提供することができる。
【００６０】
また、接着剤層２３中に記録されたホログラム２４は、上述したように特定入射角の特定波長の光のみを回折させる体積位相型の反射型のホログラムで構成されているので、ＬＣＤ１５からの映像光が接眼プリズム２１、偏向プリズム２２および接着剤層２３を透過する外界像の光に影響を与えることがない。つまり、体積位相型の反射型のホログラムは、波長選択性・角度選択性がともに高いことから、ある限られた波長域の光に対してのみ回折反射作用を及ぼすので、特定波長域の反射光とそれ以外の波長の透過光とを合成するコンバイナとして機能させることができる。それゆえ、観察者は、ホログラム２４を介してＬＣＤ１５の表示映像の虚像を観察しながら、接眼プリズム２１、偏向プリズム２２および接着剤層２３を介して外界像を通常通り、かつ明瞭に観察することができる。
【００６１】
また、接着剤層２３に記録されるホログラム２４は、ＬＣＤ１５にて表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学パワーを有しており、上記表示映像を観察者の眼に虚像として導く接合光学素子２０の少なくとも一部を構成しているので、接合光学素子２０を小型にできるとともに、良好に収差補正された映像を観察者に提供することができる。
【００６２】
なお、ホログラム２４が接眼プリズム２１と偏向プリズム２２との接合部における接着剤層２３中に記録されていることで、ホログラム２４が外部環境に影響を受けることを防ぐことができ、安定した性能を保つことができる。
【００６３】
（接合光学素子について）
次に、上述した接合光学素子の詳細について説明する。
【００６４】
接合光学素子２０は、複数の透明光学部材としての接眼プリズム２１および偏向プリズム２２と、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合するとともに、ホログラム２４を記録する接着剤層２３とから構成されている。図４（ａ）に接眼プリズムの平面図を示し、図４（ｂ）に接眼プリズムの側面図を示す。また、図５（ａ）に偏向プリズムの平面図を示し、図５（ｂ）に偏向プリズムの側面図を示す。図６は、本発明の接合光学素子の平面図である。
【００６５】
接眼プリズム２１は、全体として略４角錐台の形状をしており、その上面および下面は、４つの側面で連結されている。この４つの側面は、図４（ａ）において、上面を中心として反時計回りに配置される面２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇで構成されている。これらの面２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇはそれぞれ法線方向が異なっている。また、面２１ｄには、上記上面よりも上方に突出する突出部が形成されている。
【００６６】
偏向プリズム２２は、図５（ａ）に示すように、接眼プリズム２１が接合することで平行平板が形成されるような形状となっている。つまり、偏向プリズム２２は、平行平板から接眼プリズム２１の形状をくりぬいた形状を有している。ここで、偏向プリズム２２において、接眼プリズム２１と接合したときに、接眼プリズム２１の面２１ｅ、２１ｆ、２１ｇと対向する面をそれぞれ面２２ａ、２２ｂ、２２ｃとする。これらの面２２ａ、２２ｂ、２２ｃの法線方向も互いに異なっている。
【００６７】
接着剤層２３は、接眼プリズム２１の面２１ｅ、２１ｆ、２１ｇと偏向プリズム２２の面２２ａ、２２ｂ、２２ｃとの間に配置して接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを上記３面で接合する。接着剤層２３は、図６に示すように、接眼プリズム２１の面２１ｅ、２１ｆ、２１ｇと、偏向プリズム２２の面２２ａ、２２ｂ、２２ｃとを接合する接着剤層２３ａ、２３ｂ、２３ｃを有している。そして、図４（ｂ）または図５（ｂ）に示す、接眼プリズム２１の面２１ｆと、偏向プリズム２２の面２２ｂとを接合する接着剤層２３ｂにおいては、面同士を接合すると同時にホログラム２４（図６参照）を記録する。そこで、接着剤層による接合の原理とホログラムを記録する原理とについて以下に示す。
【００６８】
接着剤層２３は、高分子化合物で構成されて低分子を維持する働きを有するベースポリマー（マトリックスポリマー）の中に、重合開始剤、重合性モノマー、および増感色素を含んで構成されている。そのため、光を照射することによって重合開始剤に光のエネルギが吸収されることにより、重合反応が開始されて、重合性モノマーよって連続的に重合反応が行われる。そして、接着剤層２３は、重合反応に伴う硬化によって接着剤として機能することができる。
【００６９】
一方、ホログラム２４は、２光束を干渉させることによって生じる干渉縞の明部と暗部との屈折率差により、記録されるものである。そのため、接着剤層２３ｂの一部の領域に、可干渉性の２光束を照射すると、干渉縞の明部に位置する増感色素が光束のエネルギを吸収して重合開始剤にエネルギを与えることで重合反応が開始する。重合反応が開始されると、重合性モノマーが干渉縞の暗部から干渉縞の明部へと拡散して連続的に重合が行われる。そして、最終的には、主に重合性モノマーとベースポリマーとで構成される干渉縞の明部と、主にベースポリマーで構成される干渉縞の暗部とが形成される。ここで、ホログラム２４記録時に照射するレーザ光を吸収する波長特性を有する増感色素を加えることで、干渉縞の濃淡に対応して重合性モノマーを硬化することができる。そして、干渉縞の明部と干渉縞の暗部とでは、その屈折率差が大きくなるため、ホログラム２４を記録することができる。なお、さらに可塑剤を添加すると、重合性モノマーの拡散がより容易になり、大きな屈折率差を持たせることが容易になる。
【００７０】
このように、ホログラム２４を記録する際の重合反応に伴う硬化によって接眼プリズム２１の面２１ｆと、偏向プリズム２２の面２２ｂとを接合することができるため、接着剤層２３ｂでは、ホログラム２４の記録と、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２との接合とを同時に行うことができる。
【００７１】
また、高い回折効率を有するホログラム２４を記録するために、重合性モノマーとしては、重合性・屈折率・硬化特性等を考慮して、複数種類を同時に用いるとよい。その中で、重合性モノマーの１つとしてＮ−ビニルカルバゾールを用いるのが非常によい。Ｎ−ビニルカルバゾールは、代表的な高屈折の重合性モノマーであり、明部と暗部の屈折率差を大きくするのに有効に働く。
【００７２】
また、増感色素は、１種類以上の色素から構成され、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長域の光を吸収する。レーザ光を吸収する増感色素として、ＲＧＢ３色の波長域の光を吸収する色素を含むことで、ＲＧＢ３波長のレーザ光を用いて、カラーで再生できるホログラム２４を記録することが可能となる。増感色素は、ＲＧＢの波長域の光を吸収する１種類の色素を用いてもよいし、例えば、Ｒの波長域の光を吸収する色素と、ＧおよびＢの波長域の光を吸収する色素との２種類の色素を用いてもよい。また、あるいはＲＧＢのそれぞれの波長域の光を吸収する３種類の色素を用いてもよい。
【００７３】
なお、後述するが、増感色素はホログラム記録後において、さらに不要な干渉縞が記録されないように、ホログラム定着工程により分解されることが望ましく、光あるいは熱により分解される性質を有することが望ましい。このような色素の一例として、Ｒの波長域の光を吸収する色素としては、シアニン系色素やスクワリリウム色素が挙げられ、Ｇの波長域の光やＢの波長域の光を吸収する色素としては、クマリン系色素が挙げられる。
【００７４】
上述した構成により記録されたホログラム２４は、干渉縞の明部をｎ１、干渉縞の暗部をｎ２とすると、
０．０１≦｜ｎ１−ｎ２｜≦０．０５…（１）
の条件式を満たす。
また、記録されたホログラム２４を有する接着剤層２３の厚さをｔ（μｍ）とすると、接着剤層２３の厚さは、
１０≦ｔ≦３００…（２）
の条件式を満たす。
【００７５】
ホログラム２４の特性は、屈折率差や膜厚のパラメータに依存する。ホログラムは、屈折率差が大きいほど、回折効率が上がる。また、膜厚が厚いほど、回折効率が上がる。しかしながら、必要以上に膜厚が厚くなると、回折効率の半値波長全幅が狭くなってしまうので、光学瞳に入射する光量が減少して輝度が暗くなってしまう。一方、輝度を明るくするために半値波長全幅を広くすると、多くの波長域の光を回折してしまうために、ホログラム２４の波長選択性が悪くなり、ホログラムを２４透過して観察される外界光が暗くなってしまう。そこで、上述した条件式（１）、（２）を満たすようにホログラム２４を構成することで、接着剤層２３中に記録したホログラム２４が、ホログラム２４として使用可能な回折効率の半値波長全幅や回折効率を有することができる。なお、特にホログラム２４の屈折率差は０．０２≦｜ｎ１−ｎ２｜≦０．０５程度、接着剤層２３の厚さｔは、２０μｍ≦ｔ≦１００μｍが好ましい。
【００７６】
透明光学部材である接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とは、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＭＭＡ（メタクリル酸メチル）等のアクリル系樹脂、もしくは、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）、アペル（登録商標）等のシクロオレフィン系樹脂を用いて構成されている。これらの有機材料は、透明性が高く、低複屈折率であるので、透明光学部材を構成した際に、良好な光学特性（例えば透過特性）を得ることができる。また、接着剤層２３は、アクリル系樹脂、もしくは、シクロオレフィン系樹脂を用いて構成されており、例えば、接着剤層２３を構成するアクリル系重合性モノマーとしては、アクリレート誘導体（２−フェノキシエチルアクリレート、酢酸ビニル等）があり、マトリックスポリマーとしては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）およびその共重合体、ポリビニルアセテート等がある。このように、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２と接着剤層２３とを同じアクリル系材料、もしくは、シクロオレフィン系材料という同系列の有機材料で構成することにより、密着性が高まり、高い接合力を得ることができる。なお、これらの効果は、接眼プリズム２１と、偏向プリズム２２と、接着剤層２３とにおいて主成分（例えば７０重量％以上の成分）がアクリル系材料もしくはシクロオレフィン系材料であれば、確実に得ることができる。
【００７７】
なお、シクロオレフィン系材料は、アクリル系材料の耐熱性を向上した材料であり、その性質が非常に似ているため、例えば、透明光学部材にシクロオレフィン系材料を用いて、接着剤層２３にアクリル系材料を用いた場合であっても、上述したような効果を得ることができる。
【００７８】
上記した構成によって、接着剤層２３は、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合すると同時に、接着剤層２３の一部にホログラム２４を記録することができる。そのため、従来のように、ホログラム記録材料と接着材料との２種類の材料を用いずに接合光学素子２０を構成することができるので、接合光学素子２０の部品点数を減少させることができる。そして、部品点数を減少させることができるので、接合光学素子２０の製造工程を短縮することができる。また、ホログラム２４と接着剤層２３は同一材料で構成しているため、接着剤層２３の浸透や収縮によるホログラム２４の劣化を防ぐことができる。
【００７９】
（接合光学素子の製造方法について）
次に、上述した接合光学素子の製造方法の詳細について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の接合光学素子の製造方法を示す断面図である。なお、説明のため、以下に示す製造方法の断面図は、ホログラムを記録すると同時に接合を行う接着剤層２３ｂの断面図を示すものとする。図１（ａ）で示される第１の製造工程において、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とが接着剤層２３ｂを介して配置されている。
【００８０】
次に、図１（ｂ）で示すように、第１の製造工程の後、接着剤層２３ｂの一部の領域に可干渉性の２光束のレーザ光を照射する第２の製造工程を行う。本実施形態においては、接着剤層２３ｂに、体積位相型の反射型のホログラムを記録するために、２光束のレーザ光を、接眼プリズム２１側と偏向プリズム２２側とから照射する。この際、偏向プリズム２２側から照射される光は、マッチングオイルで偏向プリズム２２に密着される光導入プリズム２５を用いることで、偏向プリズム２２で全反射されることなく、接着剤層２３ｂに照射される。このような２光束の照射により、接着剤層２３ｂの一部の領域において干渉縞を作製して、上述したホログラム記録の原理に従ってホログラム２４を記録すると同時に重合反応による硬化によって、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合する。この接着剤層２３ｂのホログラム２４が記録される領域をホログラム記録領域２８とする。
【００８１】
このとき、ＲＧＢの波長帯域の光を照射するレーザ光源を用いて接着剤層２３ｂを露光することで、ＲＧＢの３色に対応して機能するホログラム２４とすることができる。すなわち、ＲＧＢの光を回折反射するホログラム２４を記録することができる。そして、第２の製造工程の後、図１（ｃ）で示すように、ホログラム記録領域２８を含む接着剤層２３に紫外線を照射する第３の製造工程を行う。
【００８２】
以上のように、本発明の接合光学素子の製造方法においては、接着剤層２３に可干渉性の２光束のレーザ光を照射することにより、ホログラム２４の記録と同時に、ホログラム２４を記録する際の接着剤層２３の重合反応による硬化によって、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２との接合を行う。そのため、従来の製造方法において別工程として行われていたホログラムを記録する工程と、２つの透明光学部材を接合する工程とを、本発明の製造方法では１工程の中で行うことができる。これにより、製造工程の短縮化を図ることができる。また、接着剤層２３にホログラム２４を記録するので、別途ホログラム材料が不要となり、少ない部品点数で製造することができる。そして、接合工程とホログラム記録工程を同時に行うために、ホログラム２４の劣化が生じることを抑えることができる。
【００８３】
また、第２の製造工程の後、接着剤層２３には、ホログラム記録のためのレーザ光の照射によって重合反応が起こり、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２との接合が行われているホログラム記録領域２８と、未重合のまま、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２との接合が行われていないホログラム未記録領域２９とが混在している。なお、ホログラム未記録領域２９は、接着剤層２３ａ、２３ｃにおけるホログラム未記録領域２９も含む。また、接着剤層２３中に含まれる増感色素は、ホログラム２４を記録後も光束を吸収してしまい、さらに重合反応を起こして接着剤層２３を収縮させてしまう等の不都合を起こす。そこで、第３の工程において、紫外線を接着剤層２３の全面に照射し、増感色素を分解することにより、接着剤層２３を定着させて安定した構成を有するとともに、増感色素の吸収のない透明性の高い接合光学素子２０を製造することができる。また、増感色素の分解と同時に、ホログラム未記録領域２９のモノマーを重合硬化させることにより、ホログラム未記録領域２９を光照射によって硬化させる工程を別工程として設ける必要がなく、簡便に接合光学素子２０を製造することができる。
【００８４】
また、本発明の接合光学素子２０の製造方法では、上述した接合光学素子２０の製造方法に加えて、ホログラム未記録領域２９に１光束の光、あるいは、２光束のインコヒーレントな光を照射することで接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合することもできる。これにより、ホログラム未記録領域２９には干渉縞が生成されないために、ホログラム２４の記録が行われない。そのため、ホログラム記録領域２８以外の領域に不要な干渉縞が生成されることによるゴーストの発生を抑えることができる。また、ホログラム未記録領域２９には、干渉縞が生成されないことで、接着剤層２３の微小領域において大きな屈折率差が生じないので接着剤層２３を均一に硬化することができる。
【００８５】
この際、本発明の接合光学素子の製造方法に加えて、以下の２パターンの工程のいずれかを付加することにより、上述したホログラム未記録領域２９への露光を実現できる。
【００８６】
（付加工程１）
接合光学素子２０を製造する第２の工程の前に、上述したホログラム未記録領域２９への光の照射を行うことを付加工程１とする。図７（ａ）は、本発明における接合光学素子の付加工程１を示す断面図である。図７（ｂ）は、本発明における接合光学素子の付加工程１の別工程を示す断面図である。なお、以下に示す製造方法の断面図は、ホログラムを記録すると同時に接合を行う接着剤層２３ｂの断面図を示すものとし、上述した接合光学素子の製造方法と同一の部分については説明を省略する。
【００８７】
図７（ａ）で示すように、重合反応により接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合するための重合開始光の光源を、接着剤層２３を挟むように２つ配置する。そして、ホログラム記録領域２８に重合開始光が照射されないように遮光板２６ａ、２６ｂを配置する。この状態で重合開始光を照射すると、２つの光源から照射される重合開始光によって、ホログラム未記録領域２９に重合反応による硬化が起こる。ここで、重合開始光がレーザ光のようなコヒーレントな光の場合、さらに波長板２７ａを追加配置することにより、互いの偏光方向が直交するようにしてホログラム未記録領域２９へ照射される。２つの光源から出射される重合開始光は、ホログラム未記録領域２９へ照射されても干渉縞を生成しないで接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合することができる。
【００８８】
あるいは、図７（ｂ）で示すように、一方の光源を配置して、重合開始光を照射することでホログラム未記録領域２９に干渉をおこさせずに、重合反応による硬化により、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合することができる。この場合も、ホログラム記録領域２８に重合開始光が照射されないように、遮光板２６ｂを配置する。
【００８９】
なお、重合開始光は重合を開始させる光であればよく、例えば、ホログラム２４を記録する際に用いるレーザ光、紫外線、または可視光等を用いることができる。また、波長板２７も重合開始光の偏光方向を互いに直交する方向にかえるものであればよく、１／２波長板や１／４波長板を用いることができる。
【００９０】
付加工程１においては、ホログラム２４を記録する前にホログラム未記録領域２９を重合硬化させて接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合して一体化することで、接着剤層２３のズレの発生を防ぐことができる。そのため、ホログラム２４を記録する際の作業性を容易にすることができる。
【００９１】
（付加工程２）
接合光学素子２０を製造する第２の工程と同時に、上述したホログラム未記録領域２９への光の照射を行うことを付加工程２とする。図８（ａ）は、本発明における接合光学素子の付加工程２を示す断面図である。図８（ｂ）は、本発明における接合光学素子の付加工程２の別工程を示す断面図である。
【００９２】
図８（ａ）に示すように、一方の光源から出射される可干渉性のレーザ光が照射されるホログラム未記録領域２９に対応して波長板２７ｂ、２７ｃを配置する。そして、第２の工程と同様に、ホログラム記録領域２８に可干渉性の２光束のレーザ光を照射する。すると、ホログラム未記録領域２９においては、波長板２７ｂ、２７ｃが配置されているのでレーザ光の偏光方向が他方に対して直交する方向に変えられた光が照射されるので、干渉縞を生成せずに重合反応による硬化により接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とを接合することができる。
【００９３】
あるいは、図８（ｂ）に示すように、ホログラム記録領域２８に照射する可干渉性の２光束のレーザ光を照射する際に、一方の光源から出射されるレーザ光が照射されるホログラム未記録領域２９に対応して遮光板２６ｃ、２６ｄを配置する。これにより、ホログラム未記録領域２９には、１光束のレーザ光しか照射されないので干渉縞が作製されずに重合硬化により、接眼プリズム２１と偏向プリズム２２とが接合することができる。
【００９４】
このように、ホログラム未記録領域２９にレーザ光を照射する別工程を設ける場合に比べて簡便に接合光学素子２０を製造することができる。
【００９５】
（第２実施形態）
図９は、映像表示装置の他の構成例を示した断面図である。この映像表示装置２ｂは、接合光学素子３０の構成以外は、図３に示す映像表示装置２ａと同様の構成を有する。
【００９６】
本実施形態の映像表示装置２ｂは、光変調素子からなるＬＣＤ３４と接合光学素子３０とを有している。ＬＣＤ３４は、第１実施形態の映像表示装置２ａにおけるＬＣＤ１５と同様の構成を有する。接合光学素子３０は、接眼プリズム３１および偏向プリズム３２を構成する面が、非球面や自由曲面等の曲面形状を有している。そして、接眼プリズム３１と偏向プリズム３２とを接合する接着剤層３３は、上述したホログラム２４を記録する接着剤層２３により構成されている。
【００９７】
これにより、接眼プリズム３１と偏向プリズム３２の面を曲面形状で構成することによって、接合光学素子３０に任意の光学的パワーをもたせることができる。したがって、このような構成によってもＬＣＤ３４の表示映像を良好に収差補正された虚像として観察者に拡大観察させることができるとともに、接眼プリズム３１、偏向プリズム３２および接着剤層２３を介して外界像を良好に観察することが可能である。また、接合光学素子３０に矯正眼鏡レンズとしての機能を持たせることも可能となる。
【００９８】
（第３実施形態）
図１０は、映像表示装置のさらに他の構成例を示した断面図である。この映像表示装置２ｃは、図示しない光源および導光板と、ＬＣＤ４０と、接眼レンズ４１と、接合光学素子４２とで構成されている。接眼レンズ４１は、ＬＣＤ４０から出射される映像光を平行光にして接合光学素子４２に導く光学系を構成している。
【００９９】
接合光学素子４２は、複数の透明光学部材であるプリズム４３〜４７が反射ミラー４８および接着剤層５４〜５６を介してそれぞれ接合されたものであり、板状の平行平板を構成している。反射ミラー４８は、接眼レンズ４１から入射してくる入射光を全反射させるミラーである。プリズム４４とプリズム４５との間、プリズム４５とプリズム４６との間、プリズム４６とプリズム４７との間には、透過光量と反射光量とが所定の比率となるように入射光を分離するホログラム５１〜５３がそれぞれ接着剤層５４〜５６に記録されている。
【０１００】
上述したプリズム４３〜４７、接着剤層５４〜５６は、前述した接眼プリズム２１や偏向プリズム２２、接着剤層２３と同じ材料で構成されている。
【０１０１】
図１０の映像表示装置の構成２ｃでは、光源からの光が導光板に入射し、面光源としてＬＣＤ４０を照明する。ＬＣＤ４０からの映像光は、接眼レンズ４１にて平行光となり、接合光学素子４２に入射する。接合光学素子４２に入射した光は、反射ミラー４８にて反射され、プリズム４４内を導光されてホログラム５１が記録されている接着剤層５４に入射する。接着剤層５４に入射した光は、一部はそこを透過し、残りは反射されて外部（第１の光学瞳Ｅ１）に導かれる。接着剤層５４を透過した光は、プリズム４５内を導光されてホログラム５２が記録された接着剤層５５に入射し、一部はそこを透過し、残りは反射されて外部（第２の光学瞳Ｅ２）に導かれる。接着剤層５５を透過した光は、プリズム４６内を導光されてホログラム５３が記録された接着剤層５６へ入射し、そこで一部または全部が反射されて外部（第３の光学瞳Ｅ３）に導かれる。これにより、観察者は、各ホログラム５１〜５３を記録する接着剤層５４〜５６に対応する光学瞳Ｅ１〜Ｅ３のいずれの位置でも、映像を観察することが可能となる。
【０１０２】
そして、本発明の映像表示装置２ｃは、接着剤層５４〜５６にホログラム５１〜５３を記録することにより、接合光学素子４２の部品点数を減少することができ、ひいては映像表示装置２ｃを製造する際の工程を短縮することができる。
【０１０３】
なお、各プリズム４３〜４７内で導光される光は、上述のように各プリズム４３〜４７の対向する２面で全反射されずに導光されてもよいし、図３のように対向する２面で全反射されて導光されてもよい。また、映像表示装置２ｃは、上述した構成に限られず、さらに複数のプリズムや複数のホログラムを記録する接着剤層で構成されてもかまわない。
【０１０４】
また、ホログラムを記録する接着剤層の数が複数ある場合、ＬＣＤ４０に光学的に近い側にある接着剤層（図１０においては接着剤層５４）に記録されるホログラム（図１０においてはホログラム５１）ほど反射率（回折効率）が低くなるように設定すれば、それぞれのホログラムで反射される映像光の明るさを互いに近づけて、輝度ムラの少ない良好な映像を観察者に観察させることが可能となる。また、複数のホログラムで映像光を反射する構成とすることにより、接合光学素子４２を薄型化することに加えて、光学瞳の形成範囲を全体として広げることも可能となる。これにより、観察者の瞳の位置がずれた場合でも、対応する光学瞳の位置にて良好な映像を観察者に観察させることが可能となる。
【０１０５】
なお、上述した各構成や手法を適宜組み合わせて接合光学素子や映像表示装置ひいてはヘッドマウントディスプレイを構成することも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明の接合光学素子は、例えばヘッドマウントディスプレイを構成する映像表示装置の接眼光学系に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の接合光学素子の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明のヘッドマウントディスプレイを示す平面図である。（ｂ）は、本発明のヘッドマウントディスプレイを示す側面図である。（ｃ）は、本発明のヘッドマウントディスプレイを示す正面図である。
【図３】本発明の映像表示装置を示す断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の接合光学素子の接眼プリズムを示す平面図である。（ｂ）は、本発明の接合光学素子の接眼プリズムを示す側面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の接合光学素子の偏向プリズムを示す平面図である。（ｂ）は、本発明の接合光学素子の偏向プリズムを示す側面図である。
【図６】本発明の接合光学素子を示す平面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の接合光学素子の付加工程１を示す断面図である。（ｂ）は、本発明の接合光学素子の付加工程１の別工程を示す断面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の接合光学素子の付加工程２を示す断面図である。（ｂ）は、本発明の接合光学素子の付加工程２の別工程を示す断面図である。
【図９】本発明の映像表示装置の他の構成例を表した断面図である。
【図１０】本発明の映像表示装置のさらに他の構成例を表した断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は、従来の接合光学素子の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１ ヘッドマウントディスプレイ
２ 映像表示装置
３ 支持部材
１１ 光源（照明光源）
１２ 映像表示素子
１５、３４、４０ ＬＣＤ
２０、３０、４２ 接合光学素子（接眼光学系）
２１、３１ 接眼プリズム（透明光学部材）
２２、３２ 偏向プリズム（透明光学部材）
２３、３３、５４〜５６ 接着剤層
２４、５１〜５３ ホログラム
２８ ホログラム記録領域
２９ ホログラム未記録領域
４３〜４７ プリズム（透明光学部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の透明光学部材と、
隣り合う２つの前記透明光学部材を接合する接着剤層とを備え、
前記接着剤層中に、ホログラムが記録されていることを特徴とする接合光学素子。
【請求項２】
前記接着剤層は、重合開始剤と、重合性モノマーと、ベースポリマーと、増感色素とを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項３】
前記重合性モノマーは、Ｎ−ビニルカルバゾールを含むことを特徴とする請求項２に記載の接合光学素子。
【請求項４】
前記増感色素は、１種類以上の色素から構成されて、赤、緑、青の波長域の光を吸収することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の接合光学素子。
【請求項５】
隣り合う２つの前記透明光学部材と、前記透明光学部材を接合する前記接着剤層とは、アクリル系あるいはシクロオレフィン系からなる材料を用いて構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の接合光学素子。
【請求項６】
前記ホログラムの、
干渉縞の明部の屈折率をｎ１とし、干渉縞の暗部の屈折率をｎ２とすると、
０．０１≦｜ｎ１−ｎ２｜≦０．０５…（１）
を満たすことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の接合光学素子。
【請求項７】
前記接着剤層は、層厚をｔμｍとすると、
１０≦ｔ≦３００…（２）
を満たすことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の接合光学素子。
【請求項８】
２つの透明光学部材の間に未硬化の接着剤層を配置する第１の工程と、
前記接着剤層に可干渉性の２光束のレーザ光を照射して、前記接着剤層の一部の領域に干渉縞をホログラムとして記録すると同時に、ホログラムの記録時の重合反応による前記接着剤層の硬化により、２つの前記透明光学部材を接合する第２の工程とを含むことを特徴とする接合光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２の工程の後に、
前記接着剤層の全面に紫外線を照射することにより、前記接着剤層に含まれる増感色素を分解すると同時に、ホログラム未記録領域のモノマーを重合硬化させて、２つの前記透明光学部材を接合する第３の工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の接合光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記接着剤層のホログラム未記録領域には、１光束のレーザ光、あるいは、２光束のインコヒーレントなレーザ光を照射して、重合反応により２つの前記透明光学部材を接合することを特徴とする請求項８に記載の接合光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記接着剤層のホログラム未記録領域へのレーザの照射は、レーザ照射によるホログラムの記録と同時に行うことを特徴とする請求項１０に記載の接合光学素子の製造方法。
【請求項１２】
レーザ照射によって前記接着剤層の一部の領域にホログラムを記録する前に、
前記接着剤層のホログラムを記録する領域以外の領域に対して、重合反応により２つの前記透明光学部材を接合するための重合開始光を照射することを特徴とする請求項８に記載の接合光学素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項８〜請求項１２のいずれかに記載の製造方法によって製造されることを特徴とする接合光学素子。
【請求項１４】
前記ホログラムは、体積位相型の反射型のホログラムであることを特徴とする請求項１〜請求項７、請求項１３のいずれかに記載の接合光学素子。
【請求項１５】
照明光源と、
前記光源からの光を変調して映像を表示する映像表示素子と、
請求項１４に記載の接合光学素子とを備え、
前記映像表示素子からの映像光を、前記接合光学素子の入射面より入射させ、内部で複数回全反射して前記接合光学素子のホログラムへ導き、前記ホログラムにて映像光を拡大反射して前記接合光学素子の射出面より外部に射出して観察者の眼に虚像として導くと同時に、前記ホログラムを透過した外界像の光を観察者の眼に導くことを特徴とする映像表示装置。
【請求項１６】
前記ホログラムは、前記映像表示素子にて表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学パワーを有しており、前記表示映像を観察者の眼に虚像として導く接眼光学系の少なくとも一部を構成していることを特徴とする請求項１５に記載の映像表示装置。
【請求項１７】
請求項１５または請求項１６に記載の映像表示装置と、
前記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持部材とを備えていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１】
複数の透明光学部材と、
隣り合う２つの前記透明光学部材を接合する接着剤層とを備え、
前記接着剤層中に、ホログラムが記録されていることを特徴とする接合光学素子。
【請求項２】
前記接着剤層は、重合開始剤と、重合性モノマーと、ベースポリマーと、増感色素とを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の接合光学素子。
【請求項３】
前記重合性モノマーは、Ｎ−ビニルカルバゾールを含むことを特徴とする請求項２に記載の接合光学素子。
【請求項４】
前記増感色素は、１種類以上の色素から構成されて、赤、緑、青の波長域の光を吸収することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の接合光学素子。
【請求項５】
隣り合う２つの前記透明光学部材と、前記透明光学部材を接合する前記接着剤層とは、アクリル系あるいはシクロオレフィン系からなる材料を用いて構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の接合光学素子。
【請求項６】
前記ホログラムの、
干渉縞の明部の屈折率をｎ１とし、干渉縞の暗部の屈折率をｎ２とすると、
０．０１≦｜ｎ１−ｎ２｜≦０．０５…（１）
を満たすことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の接合光学素子。
【請求項７】
前記接着剤層は、層厚をｔμｍとすると、
１０≦ｔ≦３００…（２）
を満たすことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の接合光学素子。
【請求項８】
２つの透明光学部材の間に未硬化の接着剤層を配置する第１の工程と、
前記接着剤層に可干渉性の２光束のレーザ光を照射して、前記接着剤層の一部の領域に干渉縞をホログラムとして記録すると同時に、ホログラムの記録時の重合反応による前記接着剤層の硬化により、２つの前記透明光学部材を接合する第２の工程とを含むことを特徴とする接合光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２の工程の後に、
前記接着剤層の全面に紫外線を照射することにより、前記接着剤層に含まれる増感色素を分解すると同時に、ホログラム未記録領域のモノマーを重合硬化させて、２つの前記透明光学部材を接合する第３の工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の接合光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記接着剤層のホログラム未記録領域には、１光束のレーザ光、あるいは、２光束のインコヒーレントなレーザ光を照射して、重合反応により２つの前記透明光学部材を接合することを特徴とする請求項８に記載の接合光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記接着剤層のホログラム未記録領域へのレーザの照射は、レーザ照射によるホログラムの記録と同時に行うことを特徴とする請求項１０に記載の接合光学素子の製造方法。
【請求項１２】
レーザ照射によって前記接着剤層の一部の領域にホログラムを記録する前に、
前記接着剤層のホログラムを記録する領域以外の領域に対して、重合反応により２つの前記透明光学部材を接合するための重合開始光を照射することを特徴とする請求項８に記載の接合光学素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項８〜請求項１２のいずれかに記載の製造方法によって製造されることを特徴とする接合光学素子。
【請求項１４】
前記ホログラムは、体積位相型の反射型のホログラムであることを特徴とする請求項１〜請求項７、請求項１３のいずれかに記載の接合光学素子。
【請求項１５】
照明光源と、
前記光源からの光を変調して映像を表示する映像表示素子と、
請求項１４に記載の接合光学素子とを備え、
前記映像表示素子からの映像光を、前記接合光学素子の入射面より入射させ、内部で複数回全反射して前記接合光学素子のホログラムへ導き、前記ホログラムにて映像光を拡大反射して前記接合光学素子の射出面より外部に射出して観察者の眼に虚像として導くと同時に、前記ホログラムを透過した外界像の光を観察者の眼に導くことを特徴とする映像表示装置。
【請求項１６】
前記ホログラムは、前記映像表示素子にて表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学パワーを有しており、前記表示映像を観察者の眼に虚像として導く接眼光学系の少なくとも一部を構成していることを特徴とする請求項１５に記載の映像表示装置。
【請求項１７】
請求項１５または請求項１６に記載の映像表示装置と、
前記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持部材とを備えていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１４５６２０（Ｐ２００９−１４５６２０Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２２７２７（Ｐ２００７−３２２７２７）
【出願日】平成１９年１２月１４日（２００７．１２．１４）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１４日（２００７．１２．１４）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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