(57)【要約】  【課題】  光学素子２４の特性を劣化させずに、透明基材２２・２３を強い接着力で接合する。  【解決手段】  光学素子２４を貼り付けた一方の透明基材２２と他方の透明基材２３とを、光学素子２４を挟むように接着剤２５で接合し、光学デバイスとしての接眼光学系２１を形成する。透明基材２２・２３は、透明基材２２・２３間における光学素子２４上全体を含む第１の領域Ｐと、第１の領域Ｐ以外の第２の領域Ｑとで、異なる接着剤２５ａ・２５ｂで接合される。例えば、接着剤２５ｂは、接着剤２５ａよりも接着力が高く、また、接着剤２５ａは、接着剤２５ｂよりも収縮率が小さい。このように異なる接着剤２５ａ・２５ｂを用いることにより、光学素子２４の特性を最大限に発揮しながら、強い接着力で透明基材２２・２３を接合することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を貼り付けた一方の透明基材と他方の透明基材とが、上記光学素子を挟むように接着剤で接合された光学デバイスであって、
上記各透明基材間における上記光学素子上全体を含む領域を第１の領域とし、上記各透明基材間における上記第１の領域以外の領域を第２の領域とすると、
上記各透明基材は、上記第１の領域と上記第２の領域とで異なる接着剤で接合されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
上記光学素子は、ホログラムであることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
上記光学素子は、ハーフミラーコートであることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項４】
上記第２の領域の接着剤は、上記第１の領域の接着剤よりも接着力が高いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項５】
上記第１の領域の接着剤は、上記第２の領域の接着剤よりも収縮率が小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項６】
上記第１の領域の接着剤は、粘度が２Ｐａ・ｓ以上１３Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項７】
上記第１の領域の接着剤は、紫外線硬化型接着剤または熱硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項８】
上記第１の領域の接着剤は、紫外線硬化型接着剤であることを特徴とする請求項７に記載の光学デバイス。
【請求項９】
上記第２の領域の接着剤は、紫外線硬化型接着剤であることを特徴とする請求項８に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
上記第１の領域の接着剤の屈折率と上記第２の領域の接着剤の屈折率との差が、０．０２以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１１】
上記各透明基材の屈折率と、上記第１の領域および上記第２の領域の接着剤の屈折率との差が、０．０２以下であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１２】
上記各透明基材、上記光学素子および上記接着剤が全て、アクリル系材料で構成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１３】
上記光学素子は、上記第１の領域の接着剤と直接接触していることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の光学デバイスと、
映像を表示して上記光学デバイスに提供する映像表示素子とを備えていることを特徴とする映像表示装置。
【請求項１５】
上記光学デバイスの光学素子は、体積位相型の反射型ホログラムであることを特徴とする請求項１４に記載の映像表示装置。
【請求項１６】
上記光学デバイスの光学素子は、上記映像表示素子から提供される映像と外界像とを同時に観察者の目に導くコンバイナであることを特徴とする請求項１４または１５に記載の映像表示装置。
【請求項１７】
上記光学デバイスは、上記映像表示素子に表示される映像を拡大して観察者の目に虚像として導く接眼光学系を構成していることを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１８】
上記接眼光学系は、非軸対称な光学パワーを有していることを特徴とする請求項１７に記載の映像表示装置。
【請求項１９】
上記光学デバイスの透明基材は、上記映像表示素子から提供される映像の光を内部で全反射させて上記光学素子に導くことを特徴とする請求項１４から１８のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項２０】
上記光学デバイスの光学素子の透過率は、１０％以上であることを特徴とする請求項１４から１９のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項２１】
請求項１４から２０のいずれかに記載の映像表示装置と、
上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を挟むように複数の透明基材を接着剤で接合した光学デバイスと、その光学デバイスを用いた映像表示装置と、その映像表示装置を用い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、ハーフミラーコート、ビームスプリッタ層などの光学素子は、透明基材内に埋め込んで（２個の透明基材で挟み込んで）使用すれば、湿度や酸素などの外部環境の影響を受けることがないことから、例えば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などのコンバイナとして非常に有用である。
【０００３】
ここで、光学素子が挟み込まれる透明基材同士を接合する手段としては、一般的に粘着シートや接着剤が用いられている。例えば特許文献１では、ヘッドアップディスプレイの作製において、ホログラム光学素子を貼った基材ともう１つの基材とを粘着シートで接合するようにしている。また、例えば特許文献２では、複数のホログラム原版を貼った基材と他の基材とを接着剤で接着しており、特許文献３では、複数の膜厚の異なるホログラム原版の両面を各基材と接着剤で接着している。さらに、例えば特許文献４では、基材上に積層したエンボス型ホログラム表面を部分的に接着力の強い接着剤で透明保護フィルムと接着している。
【特許文献１】特開平７−２３４６２７号公報
【特許文献２】特開２００２−４０９０９号公報
【特許文献３】特開２００２−３４１７３１号公報
【特許文献４】実用新案登録第２５２４０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、透明基材同士の接合に粘着シートを用いる手法では、ホログラム光学素子に厚さがあるために、ホログラム光学素子と粘着シートとの界面に気泡が入りやすい。上記界面に気泡が入ると、その箇所で屈折率が変化するため、透明基材を介してシースルーで外界像を観察する際の視認性が低下する。したがって、透明基材同士の接合には、気泡の混入を抑えることができる接着剤を用いるのが有効である。
【０００５】
一方、ホログラム等の光学素子を、例えばヘッドマウントディスプレイのコンバイナとして用いる場合、その光学素子は２個の透明基材で挟まれた状態で観察者の眼前に配置される。このため、各透明基材の剥離による観察者への危険を回避すべく、透明基材同士の接合強度を高くする必要がある。つまり、光学素子をコンバイナとして用いる用途では、圧倒的に高い接合強度が必要となり、実使用上、接合強度不足とならないようにする必要がある。また、光学素子をコンバイナとして用いる用途では、接着剤には、上記のように「強い接着力」が要求されることに加えて、さらに「光学素子に悪影響を与えない」ことも要求される。
【０００６】
しかし、１つの接着剤にこれらの両方の特性を充足させることは実際上難しく、強い接着力が必要な上記用途に用いることのできる接着剤はあまり存在しない。そのため、光学素子に悪影響を与えずに透明基材同士を高い接着力で接着することができない。
【０００７】
また、特許文献４のように、ホログラム表面を部分的に接着剤で接着する手法では、結局、接着部分でホログラムの特性が若干劣化し、さらには接合部分の内部に存在する空気層がホログラムの光学特性に悪影響を及ぼす。
【０００８】
本発明は、上記の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、光学素子の特性を劣化させずに、複数の透明基材を強い接着力で接合することのできる光学デバイスと、その光学デバイス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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光学デバイスは、光学素子を貼り付けた一方の透明基材（第１の透明基材とも称する）と他方の透明基材（第２の透明基材とも称する）とが、上記光学素子を挟むように接着剤で接合された光学デバイスであって、上記各透明基材間における上記光学素子上全体を含む領域を第１の領域とし、上記各透明基材間における上記第１の領域以外の領域を第２の領域とすると、上記各透明基材は、上記第１の領域と上記第２の領域とで異なる接着剤で接合されていることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、第１の透明基材と第２の透明基材とが光学素子（例えばホログラム）を挟むように接合される。このように第１の透明基材と第２の透明基材との接合面に光学素子が設けられていることにより、接合面を介してシースルーで外界像を観察しつつ、光学素子の機能も併せ持つ光学デバイスを実現することができる。
【００１１】
また、各透明基材は、第１の領域と第２の領域とで異なる接着剤で接合されている。ここで、第１の領域とは、各透明基材間における光学素子上全体を含む領域であり、光学素子上全体のみの領域であってもよいし、光学素子上全体よりも広い領域であってもよい。一方、第２の領域とは、各透明基材間における第１の領域以外の領域である。
【００１２】
このように、各透明基材が第１の領域と第２の領域とで異なる接着剤で接合される構成とすることにより、例えば、光学素子上にある第１の領域に充填する接着剤として、光学素子の特性を劣化させない接着剤を選択して使用することができ、光学素子上にはない第２の領域の接着剤として、接着力の強い接着剤を選択して使用することができる。つまり、各透明基材間の接合に、光学素子の特性を最大限に発揮できる接着剤と、強い接着力で接合できる接着剤というように機能分離した接着剤を用いることができる。その結果、光学素子の特性を劣化させずに、各透明基材を強い接着力で接合することができる。
【００１３】
また、第１の領域に接着剤が充填されれば、光学素子上全体に接着剤が充填されることになるので、光学素子上には、その表面上に部分的に接着剤層を形成する従来のような空気層が形成されない。したがって、その空気層が光学素子の光学特性に悪影響を及ぼすといった事態は生じない。
【００１４】
ここで、上記光学素子は、ホログラムであってもよい。この場合、ホログラムが波長選択性を有していることにより、回折特性と透過特性とを併せ持つ光学デバイスを実現することができる。
【００１５】
また、上記光学素子は、ハーフミラーコートであってもよい。この場合、ハーフミラーによる反射特性と透過特性とを併せ持つ光学デバイスを実現することができる。
【００１６】
また、第２の領域の接着剤は、第１の領域の接着剤よりも接着力が高いことが望ましい。この場合、第１の領域にて、接着剤によって光学素子に負荷が加わるのを極力低減しながら、第２の領域にて、すなわち、光学素子以外の部分で、各透明基材間の接着力を高くして高い接合強度を確保することができる。
【００１７】
また、第１の領域の接着剤は、第２の領域の接着剤よりも収縮率が小さいことが望ましい。この場合、第１の領域の接着剤による光学素子への影響（変形等）を小さくして、光学特性の劣化を防止することができる。
【００１８】
また、第１の領域の接着剤は、粘度が２Ｐａ・ｓ以上１３Ｐａ・ｓ以下であることが望ましい。粘度が上記の下限値未満であると、粘度の低い接着剤は流動性が高いために、接着剤が光学素子に浸透し、光学素子の特性が劣化する場合がある。逆に、粘度が上記の上限値を越えると、粘度が高すぎる（流動性が低すぎる）ために、その取り扱いが不便である。したがって、第１の領域の接着剤の粘度が上記範囲であることにより、接着剤の光学素子への浸透による光学特性の劣化を回避できるとともに、その取り扱いを容易にすることができる。
【００１９】
また、第１の領域の接着剤は、紫外線硬化型接着剤または熱硬化型接着剤であることが望ましい。これらの接着剤は、溶媒を含有しないタイプであるので、溶媒による光学素子への悪影響を無くすことができる。
【００２０】
中でも特に、第１の領域の接着剤は、紫外線硬化型接着剤であることが望ましい。紫外線硬化型接着剤は収縮率が小さいので、透明基材や光学素子の変形やそれらへのダメージを極力抑えることができる。また、熱硬化型接着剤のように硬化時に熱を必要としないので、透明基材が例えばプラスチックからなる場合には特に有利である（熱による基材の変形を抑制できる）。
【００２１】
なお、一般的に、紫外線硬化型接着剤以外の接着剤（例えば熱硬化型接着剤や溶媒を含有する接着剤）は、紫外線硬化型接着剤よりも接着力が強いものが多い。したがって、光学素子上にはない第２の領域の接着剤としては、接着力を重視して、紫外線硬化型接着剤以外の接着剤を用いてもよい。
【００２２】
第１の領域の接着剤が紫外線硬化型接着剤である場合、第２の領域の接着剤も紫外線硬化型接着剤であることが望ましい。この場合、第１の領域の接着剤および第２の領域の接着剤に対して紫外線を同時に照射することによって各透明基材を接合することができるので、作業効率がよい。
【００２３】
また、第１の領域の接着剤の屈折率と第２の領域の接着剤の屈折率との差は、０．０２以下であることが望ましい。この場合、２種の接着剤の屈折率差がほとんどないので、これらの界面を目立ちにくくすることができる。
【００２４】
また、各透明基材の屈折率と、第１の領域および第２の領域の接着剤の屈折率との差は、０．０２以下であることが望ましい。この場合、各透明基材と各接着剤との界面における屈折率差がほとんどなくなるので、各透明基材の接合面を介してシースルーで観察される外界像に歪みが生じるのを極力低減することができる。
【００２５】
また、上記各透明基材、上記光学素子および上記接着剤が全て、アクリル系材料で構成されていることが望ましい。この構成の場合、各透明基材、光学素子および接着剤の密着性を高めることができる。
【００２６】
また、上記光学素子は、上記第１の領域の接着剤と直接接触していることが望ましい。通常、光学素子への他物質のアタックを防ぐために、光学素子上にバリア層を設け、その上に接着剤を塗布して各透明基材を接合することも可能である。しかし、光学素子とバリア層との密着力が比較的弱いため、光学素子およびバリア層がその界面にて剥離する可能性がある。そこで、本発明のように、光学素子が第１の領域の接着剤とバリア層を介さずに直接接触する構成とすることにより、そのような剥離の問題を無くすことができる。
【００２７】
なお、光学素子上にバリア層を設けないことによって、接着剤による光学素子への悪影響（光学特性の劣化）が懸念される。しかし、この問題は、第１の領域の接着剤として、上述したように光学素子に悪影響を与えない接着剤を選択することで解決することができる。
【００２８】
本発明の映像表示装置は、上述した本発明の光学デバイスと、映像を表示して上記光学デバイスに提供する映像表示素子とを備えていることを特徴としている。この構成により、観察者は、映像表示素子から提供される映像を光学デバイスを介して観察することができるのと同時に、光学デバイスを介してシースルーで外界像を観察することもできる。
【００２９】
このとき、上記光学デバイスの光学素子は、体積位相型の反射型ホログラムであることが望ましい。この場合、映像表示素子から提供される映像光を上記ホログラムにて観察者の方向に反射させることにより、観察者に虚像を観察させることができる。しかも、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、観察者は外界像を明瞭に観察することができる。
【００３０】
また、上記光学デバイスの光学素子は、上記映像表示素子から提供される映像と外界像とを同時に観察者の目に導くコンバイナであってもよい。この場合、観察者は、上記光学素子を介して、映像表示素子から提供される映像と外界像とを同時に観察することができる。
【００３１】
また、上記光学デバイスは、上記映像表示素子に表示される映像を拡大して観察者の目に虚像として導く接眼光学系を構成していてもよい。この場合、観察者は、映像表示素子に表示される映像を虚像として十分に視認することができる。また、接眼光学系は、映像表示素子の表示映像を拡大虚像として観察者に提供するので、接眼光学系を構成する光学デバイスの小型化、軽量化が可能となり、映像表示装置の小型化、軽量化が可能となる。
【００３２】
また、上記接眼光学系は、非軸対称な（正の）光学パワーを有していることが望ましい。この場合、接眼光学系を小型にしても、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。
【００３３】
また、上記光学デバイスの透明基材は、上記映像表示素子から提供される映像の光を内部で全反射させて上記光学素子に導く構成が望ましい。この構成によれば、映像表示素子から提供される映像光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、映像表示素子を光学デバイス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。
【００３４】
また、上記光学デバイスの光学素子の透過率は、１０％以上であることが望ましい。この場合、観察者は、光学素子を介しても外界像をシースルーで十分に観察することができる。
【００３５】
本発明のヘッドマウントディスプレイは、上述した映像表示装置と、上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを備えていることを特徴としている。この構成によれば、映像表示装置が支持手段によって観察者の眼前で支持されるので、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】
【００３６】
本発明によれば、各透明基材が第１の領域と第２の領域とで異なる接着剤で接合されるので、光学素子上にある第１の領域に充填する接着剤として、光学素子の特性を劣化させない接着剤を選択して使用することができ、光学素子上にはない第２の領域の接着剤として、接着力の強い接着剤を選択して使用することができる。したがって、光学素子を挟んで各透明基材を接合する場合でも、光学素子の特性を劣化させずに、各透明基材の接着力を高くすることができる。また、光学素子上全体に接着剤が充填され、光学素子上には従来のような空気層が形成されないので、その空気層による光学素子の特性劣化は無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
図２（ａ）は、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと略称する）の概略の構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は、ＨＭＤの側面図であり、図２（ｃ）は、ＨＭＤの正面図である。ＨＭＤは、映像表示装置１と、それを支持する支持手段２とを有しており、全体として、一般の眼鏡から一方（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。
【００３８】
映像表示装置１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１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２つの透明基材２２・２３（図４参照）の貼り合わせによって構成されている。なお、映像表示装置１の詳細な構成については後述する。
【００３９】
支持手段２は、映像表示装置１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３と、フレーム４と、テンプル５と、鼻当て６と、ケーブル７とを有している。なお、フレーム４、テンプル５および鼻当て６は、左右一対設けられているが、これらを左右で区別する場合は、右フレーム４Ｒ、左フレーム４Ｌ、右テンプル５Ｒ、左テンプル５Ｌ、右鼻当て６Ｒ、左鼻当て６Ｌのように表現するものとする。
【００４０】
映像表示装置１の一端は、ブリッジ３に支持されている。このブリッジ３は、映像表示装置１のほかにも左フレーム４Ｌおよび鼻当て６を支持している。左フレーム４Ｌは、左テンプル５Ｌを回動可能に支持している。一方、映像表示装置１の他端は、右フレーム４Ｒに支持されている。右フレーム４Ｒにおいて映像表示装置１の支持側とは反対側端部は、右テンプル５Ｒを回動可能に支持している。ケーブル７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１に供給するための配線であり、右フレーム４Ｒおよび右テンプル５Ｒに沿って設けられている。
【００４１】
観察者がＨＭＤを使用するときは、右テンプル５Ｒおよび左テンプル５Ｌ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６を観察者の鼻に当て、一般の眼鏡をかけるようにＨＭＤを観察者の頭部に装着する。この状態で、映像表示装置１にて映像を表示すると、観察者は、映像表示装置１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１を介して外界像をシースルーで観察することができる。
【００４２】
なお、ＨＭＤは、映像表示装置１を１個だけ備えたものには限られない。例えば、図３（ａ）は、ＨＭＤの他の構成を示す平面図であり、図３（ｂ）は、上記ＨＭＤの側面図であり、図３（ｃ）は、上記ＨＭＤの正面図である。これらの図に示すように、ＨＭＤは、観察者の両目の前に配置される２個の映像表示装置１を備えた構成であってもよい。この場合、左目の前に配置される映像表示装置１は、ブリッジ３と左フレーム４Ｌとによってその間で支持される。また、ケーブル７は、両方の映像表示装置１と接続され、ケーブル７を介して外部信号等が両方の映像表示装置１に供給される。
【００４３】
次に、上述した映像表示装置１の詳細について説明する。
図４は、映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。映像表示装置１は、映像表示素子１１と、接眼光学系２１とで構成されている。
【００４４】
映像表示素子１１は、光源１２と、一方向拡散板１３と、集光レンズ１４と、ＬＣＤ１５とを有している。なお、光源１２と、一方向拡散板１３と、集光レンズ１４とで、ＬＣＤ１５を照明する照明光学系が構成されている。
【００４５】
光源１２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。なお、光源１２は、白色光を発する白色光源であっても構わない。
【００４６】
一方向拡散板１３は、光源１２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、ＨＭＤを観察者が装着したときの左右方向に対応する方向（図４の紙面に垂直な方向）には、入射光を約４０゜拡散させ、ＨＭＤを観察者が装着したときの上下方向（図４の紙面に平行な方向）には、入射光を約２゜拡散させる。
【００４７】
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。ＬＣＤ１５は、映像信号に基づいて入射光を変調することにより、映像を表示する表示手段である。
【００４８】
一方、接眼光学系２１は、２つの透明基材２２・２３と、光学素子２４とを有している。この接眼光学系２１は、透明基材２２・２３の接合面を介して外界像がシースルーで観察される光学デバイスを構成しているとともに、映像表示素子１１に表示される映像を拡大して観察者の目に虚像として導く光学デバイスを構成している。また、接眼光学系２１は、非軸対称な正の光学パワーを有しており、内部に入射した映像光が良好に収差補正される。
【００４９】
透明基材２２・２３は、例えばアクリル系樹脂で構成されており、これらは接着剤２５（図１（ａ）（ｂ）参照）で接合されている。このときの透明基材２２は、平行平板の下端部を下端に近くなるほど薄くして楔状にし、その上端部を上端に近くなるほど厚くした形状で構成されている。透明基材２３は、平行平板の上端部を透明基材２２の下端部に沿った形状とすることによって、透明基材２２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。
【００５０】
例えば、透明基材２２に透明基材２３を接合させない場合、外界像の光が透明基材２２の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、透明基材２２を介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、透明基材２２に透明基材２３を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外界像の光が透明基材２２の楔状の下端部を透過するときの屈折を透明基材２３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。
【００５１】
光学素子２４は、特定の入射角で入射する例えば４６５±１０ｎｍ、５２０±１０ｎｍ、６３５±１０ｎｍの３つの波長帯域の光を回折させる体積位相型の反射型ホログラムで構成されている。光学素子２４は、透明基材２２の下端部の傾斜面に貼り付けられており、この結果、透明基材２２・２３で挟まれている。この光学素子２４の透過率は、１０％以上に設定されている。
【００５２】
ここで、体積位相型の反射型ホログラムは、例えば、フォトポリマーのような感光材料を透明基材２２上に貼り付ける工程、これをレーザー光で露光する工程、紫外線照射による定着工程、ベイク処理工程、紫外線照射による接合工程などを経て形成される。なお、光学素子２４としては、反射透過特性を有する光学フィルムを透明基材２２に貼付したものであってもよいし、透明基材２２の接合面に蒸着などにより無機材料をコートしたハーフミラーコートなどであってもよい。
【００５３】
このような映像表示装置１の構成により、映像表示素子１１の光源１２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に入射する。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。
【００５４】
ＬＣＤ１５からの映像光は、接眼光学系２１の透明基材２２の内部にその上端面から入射し、対向する２つの面で複数回全反射されて、光学素子２４に入射する。光学素子２４に入射した光は、反射されて光学瞳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。
【００５５】
一方、透明基材２２・２３および光学素子２４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。以上のことから、光学素子２４は、映像表示素子１１から提供される映像と外界像とを同時に観察者の目に導くコンバイナとして機能していると言える。
【００５６】
以上のように、映像表示装置１では、ＬＣＤ１５から出射される映像光を、透明基材２２内での全反射によって光学素子２４に導く構成としている。これにより、映像表示素子１１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、通常の眼鏡レンズと同様に透明基板２２・２３の厚さを３ｍｍ程度にすることができ、映像表示装置１を小型化、軽量化することができる。
【００５７】
また、光学素子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ので、透明基材２２・２３および光学素子２４を透過する外界像の光に影響を与えることがない。それゆえ、観察者は、透明基材２２・２３および光学素子２４を介して外界像を通常通り観察することができる。また、光学素子２４の透過率は、１０％以上に設定されているので、観察者は透明基材２２・２３および光学素子２４を介して外界像を十分に観察することができる。
【００５８】
次に、透明基材２２・２３の接合部について説明する。
図５（ａ）は、透明基材２２（第１の透明基材）の平面図を示し、図５（ｂ）は、透明基材２２の正面図を示している。また、図５（ｃ）は、透明基材２３（第２の透明基材）の平面図を示し、図５（ｄ）は、透明基材２３の正面図を示している。さらに、図５（ｅ）は、透明基材２２・２３を接合させた接眼光学系２１の平面図を示している。
【００５９】
透明基材２２は、全体として略四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５（ａ）の平面図において、上面を中心として反時計回りに配置される面２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄで構成されている。これらの面２２ａ・２２ｂ・２２ｃ・２２ｄは、その法線方向が互いに異なっている。また、これらのうちの一側面（例えば面２２ｄ）には、上記上面よりも上方に突出する突出部２２ｅが形成されている。また、光学素子２４は、透明基材２２の例えば面２２ｂに貼り付けられている。
【００６０】
一方、透明基材２３は、透明基材２２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、透明基材２３は、平行平板から透明基材２２の形状をくり抜いた形状をしている。ここで、透明基材２３において、透明基材２２と接合したときに、透明基材２２の面２２ａ・２２ｂ・２２ｃと対向する面を、それぞれ２３ａ・２３ｂ・２３ｃと称することにする。これらの面２３ａ・２３ｂ・２３ｃは、その法線方向が互いに異なっている。
【００６１】
このように光学素子２４を貼り付けた一方の透明基材２２に他方の透明基材２３を、光学素子２４を挟むように接着剤２５（図１（ａ）（ｂ）参照）を介して接合することにより、図５（ｅ）に示すように、接眼光学系２１が形成される。この接眼光学系２１は、平面視で眼鏡のレンズのような形状をしている。この接眼光学系２１を用いることにより、透明基材２２・２３の接合面（面２２ａ・２２ｂ・２２ｃ、面２３ａ・２３ｂ・２３ｃ）を介して、シースルーで外界像を観察することが可能となる。
【００６２】
ここで、図１（ａ）は、接眼光学系２１の一部の断面図であり、図１（ｂ）は、接眼光学系２１の他の部分の断面図である。透明基材２２・２３間における光学素子２４上全体を含む領域を第１の領域Ｐとし、透明基材２２・２３間における第１の領域Ｐ以外の領域を第２の領域Ｑとすると、本実施形態では、透明基材２２・２３は、第１の領域Ｐと第２の領域Ｑとで特性の異なる接着剤２５で接合されている。より詳細には、第１の領域Ｐにおいては、透明基材２２・２３は、接着剤２５ａで接合されており、第２の領域Ｑにおいては、透明基材２２・２３は、接着剤２５ｂで接合されている。
【００６３】
なお、第１の領域Ｐとしては、透明基材２２・２３間のうち、面２２ｂと面２３ｂとの間の領域を想定することができ、第２の領域Ｑとしては、透明基材２２・２３間のうち、面２２ａと面２３ａとの間の領域および面２２ｃと面２３ｃとの間の領域を想定することができる。このとき、第１の領域Ｐとして、透明基材２２・２３間のうち、面２２ｂと面２３ｂとの間の領域を含み、かつ、面２２ａと面２３ａとの間の領域の一部や面２２ｃと面２３ｃとの間の領域の一部にまたがる領域を想定してもよい。
【００６４】
第１の領域Ｐに充填される接着剤２５ａ、第２の領域Ｑに充填される接着剤２５ｂとしては、接着力や収縮率の観点から、以下のようなものを用いることが望ましい。
【００６５】
接着剤２５ｂとしては、接着剤２５ａよりも接着力が高いものを用いることが望ましい。例えば、接着剤２５ａとして、電気化学工業社製のハードロックOP-1050やNorland Optical社製のNOA61のような紫外線硬化型接着剤を用いる場合、接着剤２５ｂとしては、東亞合成社製のアロンアルファのような溶剤系の瞬間接着剤や、東亞合成社製のラックストラックシリーズのような光硬化型接着剤、エポキシ系の２液性接着剤などを用いることができる。
【００６６】
このような接着剤２５ａ・２５ｂを用いて透明基材２２・２３を接合すると、透明基材２２・２３間の接着力は、接着剤２５ａで接合した部分よりも接着剤２５ｂで接合した部分のほうが強くなる。したがって、接眼光学系２１において、透明基材２２・２３の接合強度を光学素子２４以外の部分で確保することができ、光学素子２４に衝撃や荷重の負荷が加わるのを低減することができる。
【００６７】
また、接着剤２５ａとしては、接着剤２５ｂよりも収縮率が小さいものを用いることが望ましい。ここで、収縮率とは、（収縮後の体積／収縮前の体積）を百分率で示したものである。接着剤２５ａの収縮率の目安としては、５％以下が望ましく、３％以下がより望ましい。収縮率が５％以下の接着剤２５ａとしては、例えば、東亞合成社のLCR0629BやNorland Optical社製のNOA68、NOA76などがある。一般的に、接着力の強い瞬間接着剤や熱硬化性接着剤などには収縮率の大きいものが多いが、光学素子２４上に充填される接着剤２５ａには、収縮率の小さい、紫外線硬化型などの光硬化型の接着剤を用いることが望ましい。
【００６８】
光学素子２４上に充填されるに接着剤２５ａの収縮率が接着剤２５ｂの収縮率よりも小さいことにより、硬化時に接着剤２５ａの収縮によって光学素子２４に加わる引っ張り力を小さくすることができる。これにより、光学素子２４の変形等による光学特性の劣化を防止することができる。
【００６９】
以上のように、本実施形態の光学デバイス２１では、透明基材２２・２３は、透明基材２２・２３間の第１の領域Ｐと第２の領域Ｑとで特性の異なる接着剤２５ａ・２５ｂで接合される。このように第１の領域Ｐと第２の領域Ｑとに用いる接着剤を分けることにより、光学素子２４上に充填される接着剤２５ａとして、光学素子２４の特性を劣化させない接着剤を選択して使用することができ、光学素子２４上以外の領域に充填される接着剤２５ｂとして、接着力の強い接着剤を選択して使用することができる。その結果、光学素子２４を挟んで透明基材２２・２３を接合する場合でも、光学素子２４の特性を劣化させずに、透明基材２２・２３の接着力を高くすることができる。また、接着剤２５の機能を接着剤２５ａと接着剤２５ｂとに分離することで、用いる接着剤２５ａ・２５ｂの材料選択の幅を広げることもできる。
【００７０】
また、光学素子２４上全体に接着剤２５ａが充填されるので、光学素子２４上には空気層は形成されず、それゆえ、その空気層によって光学素子２４の光学特性が劣化することは皆無である。
【００７１】
ところで、第１の領域Ｐに充填される接着剤２５ａとしては、粘度が２Ｐａ・ｓ以上１３Ｐａ・ｓ以下のものを用いることが望ましい。このような粘度範囲の接着剤２５ａとしては、例えば、東亞合成社のLCR0628AやNorland Optical社製のNOA68を用いることができる。
【００７２】
接着剤２５ａの粘度が上記の下限値未満であると、接着剤２５ａの流動性が高すぎるために、接着剤２５ａが光学素子２４に浸透し、光学素子２４の特性が劣化する場合がある。逆に、接着剤２５ａの粘度が上記の上限値を越えると、接着剤２５ａの流動性が低すぎるために、その取り扱いが不便となり、また、透明性も悪くなるので光学素子２４上に充填する接着剤としては望ましくない。したがって、粘度が上記範囲の接着剤２５ａを用いることにより、接着剤２５ａの光学素子２４への浸透による光学特性の劣化を回避することができるとともに、その取り扱いを容易にすることができる。
【００７３】
なお、接着剤２５ｂの粘度については、特に制限はない。しかし、取り扱いの容易さ等の観点から、接着剤２５ｂの粘度は、接着剤２５ａの粘度と同程度とするのがよい。
【００７４】
また、第１の領域Ｐの接着剤２５ａは、紫外線硬化型接着剤または熱硬化型接着剤であることが望ましい。つまり、接着剤２５ａは、溶媒を含まない接着剤であることが望ましい。このような接着剤２５ａとしては、例えば、東亞合成社のLCR0628AやNorland Optical社製のNOA61、NOA71などがある。
【００７５】
一般に、接着力の強い接着剤には溶媒を含有しているタイプが多い。しかし、光学素子２４が本実施形態のようにホログラムで構成される場合に、溶媒を含む接着剤を使用すると、接着剤に含まれる溶媒がホログラム層に浸透するため光学特性が劣化する。また、溶媒含有タイプの接着剤は、硬化時に溶媒分子が揮発するので、収縮率の大きいものが多く、光学素子２４に悪影響を与える。したがって、これらの不都合を回避するために、接着剤２５ａは、溶媒を含有しないタイプの接着剤である紫外線硬化型接着剤または熱硬化型接着剤であることが望ましい。
【００７６】
このとき、接着剤２５ａは、特に紫外線硬化型接着剤であることが望ましい。紫外線硬化型接着剤は収縮率が小さいので、透明基材２２・２３や光学素子２４の変形、それらへのダメージを極力抑えることができる。また、熱硬化型接着剤のように硬化時に熱を必要としないので、透明基材２２・２３を例えばアクリル系樹脂で構成しても、透明基材２２・２３が熱で変形するのを抑制することができる。
【００７７】
このように、第１の領域Ｐに充填される接着剤２５ａとして、紫外線硬化型接着剤を用いる場合、第２の領域Ｑに充填される接着剤２５ｂとしても、紫外線硬化型接着剤を用いるようしてもよい。例えば、接着剤２５ａとして、Norland Optical社製のNOA68を用いる場合、接着剤２５ｂとして、東亞合成社のLCR0628Aを用いることができる。この場合、接着剤２５ａ・２５ｂをそれぞれ硬化させるときに、一度の紫外線照射の工程のみで硬化させ、透明基材２２・２３同士を接合することができるので、簡便で生産効率がよい。
【００７８】
また、一般的に、紫外線硬化型接着剤には、ホログラムのような光学素子２４に悪影響を与えないものが多い。しかし、紫外線硬化型接着剤には接着強度の高いものが少ない。そこで、光学素子２４上の接着剤２５ａには紫外線硬化型接着剤を用い、接着剤２５ｂには紫外線硬化型接着剤以外の接着剤（例えば、溶剤系の瞬間接着剤や熱硬化型接着剤）を用いるようにしてもよい。例えば接着剤２５ａとして、Norland Optical社製のNOA68を用い、接着剤２５ｂとして、スリーボンド社の1521を用いてもよい。このようにすることで、光学素子２４にダメージを与えずに、かつ、透明基材２２・２３同士を強く接合することができる。
【００７９】
また、接着剤２５ａの屈折率と接着剤２５ｂの屈折率との差は、０．０２以下であることが望ましい。例えば、接着剤２５ａとして、Norland Optical社製のNOA76を用い、接着剤２５ｂとして、東亞合成社のLCR0631を用いれば、屈折率差０．０２以下を容易に実現することができる。この場合、２種類の接着剤２５ａ・２５ｂの界面の境界線を目立たなくすることができ、外観品質を向上させることができる。
【００８０】
このように、２種類の接着剤２５ａ・２５ｂの屈折率が異なるときには、その界面付近において２種類の接着剤２５ａ・２５ｂを混合し、屈折率差が段階的に変化するようにしてもよい。この場合、界面の境界線をより目立たなくすることができる。
【００８１】
また、透明基材２２・２３の屈折率と、接着剤２５ａ・２５ｂの屈折率との差についても、０．０２以下であることが望ましい。例えば、透明基材２２・２３として、三菱レイヨン製のアクリペットを用い、接着剤２５ａとして、Norland Optical社製のNOA76を用い、接着剤２５ｂとして、東亞合成社のLCR0631を用いれば、上記の屈折率差０．０２以下を容易に実現することができる。この場合、透明基材２２・２３と接着剤２５ａ・２５ｂとの界面を目立たなくすることができ、外観品質を向上させることができる。また、透明基材２２・２３と接着剤２５ａ・２５ｂとの界面での光の屈折・散乱も少なくなるので、観察者は上記接合部を通して外界像を問題なく（歪みなく）視認することができる。
【００８２】
ところで、透明基材２２・２３としては、透明性・成型性に優れたアクリル系の材料を用い、ホログラムからなる光学素子２４としては、優れた屈折率変化を示すアクリル系材料（アクリレート誘導体）からなるフォトポリマーを用いることが望ましい。そこで、このような材料で透明基材２２・２３および光学素子２４を構成して光学デバイスを作製する場合、透明基材２２・２３を接合する接着剤２５ａ・２５ｂには、アクリル系の材料（アクリレート誘導体）を用いることが望ましい。
【００８３】
より具体的には、透明基材２２・２３の材料としては、例えばメタクリル樹脂を含むもの（例えば三菱レイヨン製のアクリペット、旭化成社のデルペット）を用いることができる。また、光学素子２４の材料（感光材料）としては、例えばポリメチルメタクリレート、フェノキシエチルアクリレート、クロロフェニルアクリレートを含むもの（例えばDuPont社のOmniDex）を用いることができる。この場合、接着剤２５ａとしては、例えばアクリル変性オリゴマーを含むもの（例えば東亞合成社のLCR0628A）を用い、接着剤２５ｂとしては、テトラヒドロフルヒルメタクリレートを含むもの（例えばNorland Optical社のNOA68）を用いることができる。
【００８４】
一般的に、材料の密着性（接着力）は、異種材料同士よりも同種の材料同士のほうが強い。したがって、光学素子２４（感光材料）および透明基材２２・２３ともにアクリル系の材料を用いる場合には、接着剤２５ａ・２５ｂもアクリル系の材料を用いる方が、必然的にこれらをより強力に接合することが可能となる。
【００８５】
ところで、本実施形態のように、光学素子２４が例えばホログラムである場合、ホログラムはフィルムであるため、接着剤２５ａが例えば収縮すると、光学素子２４が接着剤２５ａに引っ張られ、これによって光学素子２４の膜厚が変化し、光学素子２４の光学特性が劣化する場合がある。したがって、通常であれば、図６（ａ）に示すように、光学素子２４と接着剤２５ａとの間にバリア層２６を設けて、その接着剤２５ａによる光学素子２４への悪影響を低減する措置が講じられる。しかし、このようなバリア層２６を設けても、光学素子２４とバリア層２６との界面の接着状態はあまり強くなく、バリア層２６が光学素子２４から剥離する場合がある。
【００８６】
そこで、本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、光学素子２４が接着剤２５ａとバリア層２６を介さずに直接接触する構成としている。これにより、このような剥離の問題を無くすことができる。なお、このとき、接着剤２５ａが光学素子２４と直接接触することによって、接着剤２５ａが光学素子２４の光学特性を劣化させることも懸念されるが、この問題は、接着剤２５ａとして、光学素子２４に悪影響を及ぼさない接着剤を選択することで解決することができる。
【００８７】
ところで、本実施形態では、各透明基材２２・２３の接合面が法線方向の異なる複数の面（面２２ａ・２２ｂ・２２ｃ、面２３ａ・２３ｂ・２３ｃ）を含んでいる構成について説明したが、上記接合面は１面のみであってもよい。
【００８８】
例えば、図７（ａ）は、透明基材２２の他の構成例を示す平面図であり、図７（ｂ）は、透明基材２３の他の構成例を示す平面図であり、図７（ｃ）は、透明基材２２・２３を接合させた接眼光学系２１の他の構成例を示す平面図である。透明基材２２の接合面は、面２２ｆの１面だけであり、透明基材２３の接合面は、面２３ｆの１面だけである。そして、透明基材２２・２３は、面２２ｆと面２３ｆとが対向するように接着剤を介して接合され、これによって接眼光学系２１が構成されている。
【００８９】
このように接合面が透明基材２２・２３のそれぞれにおいて１つのみとする構成であっても、図７（ａ）（ｂ）に示すように、透明基材２２・２３間における、光学素子２４上全体を含む第１の領域Ｐと、第１の領域Ｐ以外の第２の領域Ｑとに、それぞれ、本実施形態で説明した接着剤２５ａ・２５ｂを充填し、透明基材２２・２３同士を接合することで、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
以上、本実施形態では、接着剤２５ａ・２５ｂについて様々な条件を示したが、可能な限り多くの条件を満たす接着剤２５ａ・２５ｂを用いることで、優れた光学特性を有する接合光学デバイスを作製することが可能となる。
【００９１】
また、本実施形態では、接着剤２５として、接着剤２５ａ・２５ｂの２種類を用いた場合について説明したが、必要であれば、機能に応じて３種、４種あるいはそれ以上の接着剤を用いて透明基材２２・２３を接合することも可能である。
【００９２】
なお、本実施形態では、透明基材２２・２３の接合面は、平面である場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、例えば曲面であってもよい。
【００９３】
なお、本実施形態では、映像表示装置１をＨＭＤに適用した例について説明したが、例えばヘッドアップディスプレイに適用することも可能である。
【００９４】
なお、本実施形態では、透明基材２２・２３として、平板上のものを用いているが、曲率を有するものであってもよい。この場合、接眼光学系２１に矯正眼鏡レンズとしての機能を持たせることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係るヘッドマウントディスプレイに用いられる映像表示装置の接眼光学系の一部の断面図であり、（ｂ）は、上記接眼光学系の他の部分の断面図である。
【図２】（ａ）は、上記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、（ｂ）は、上記ヘッドマウントディスプレイの側面図であり、（ｃ）は、上記ヘッドマウントディスプレイの正面図である。
【図３】（ａ）は、上記ヘッドマウントディスプレイの他の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、上記ヘッドマウントディスプレイの側面図であり、（ｃ）は、上記ヘッドマウントディスプレイの正面図である。
【図４】上記映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、上記接眼光学系を構成する２種の透明基材のうちの一方の概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、上記透明基材の正面図であり、（ｃ）は、他方の透明基材の概略の構成を示す平面図であり、（ｄ）は、上記透明基材の正面図であり、（ｅ）は、上記接眼光学系の平面図である。
【図６】（ａ）は、光学素子上にバリア層を設けた接眼光学系の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、そのバリア層を省略した接眼光学系の構成を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、上記接眼光学系を構成する２種の透明基材のうちの一方の透明基材の他の構成例を示す平面図であり、（ｂ）は、上記他方の透明基材の他の構成例を示す平面図であり、（ｃ）は、上記接眼光学系の他の構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１    映像表示装置
２    支持手段
１１    映像表示素子
２１    接眼光学系（光学デバイス）
２２    透明基材
２３    透明基材
２４    光学素子
２５    接着剤
２５ａ  接着剤
２５ｂ  接着剤
Ｐ    第１の領域
Ｑ    第２の領域
【図１】
2006162793.tif 000003
【図２】
2006162793.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006162793.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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