JPH0720766A - Hologram manufacturing method and display device - Google Patents
Hologram manufacturing method and display deviceInfo
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- JPH0720766A JPH0720766A JP18443093A JP18443093A JPH0720766A JP H0720766 A JPH0720766 A JP H0720766A JP 18443093 A JP18443093 A JP 18443093A JP 18443093 A JP18443093 A JP 18443093A JP H0720766 A JPH0720766 A JP H0720766A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はホログラムレンズの作製
方法及び表示装置に関し、例えばオフ・アクシス(of
f−axis)型のホログラムレンズを光束結合素子と
して用い、画像表示器からの画像情報と前方視野(ホロ
グラムレンズの背後)の自然風景等の他の画像情報とを
空間的に重畳させて、双方の画像情報を同一視野で観察
するような場合にも好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a hologram lens and a display device, for example, off-axis (of).
f-axis) type holographic lens is used as a light flux coupling element, and the image information from the image display and other image information such as natural scenery in the front field of view (behind the holographic lens) are spatially superposed to each other. It is also suitable when observing the image information in the same field of view.
【0002】[0002]
【従来の技術】多層膜反射面やホログラム光学素子等の
光学的に透明な光束結合素子を用いて、表示素子からの
表示情報(画像情報)と外界の光景等の画像情報とを同
一視野内で空間的に重畳して観察するようにした表示装
置は、一般にヘッドアップディスプレイ装置と呼ばれ、
各分野で多用されている。2. Description of the Related Art Display information (image information) from a display element and image information such as an external scene are within the same field of view by using an optically transparent light flux coupling element such as a multilayer reflection surface or a hologram optical element. A display device that is spatially superposed for observation is generally called a head-up display device,
It is widely used in each field.
【0003】又、該ヘッドアップディスプレイ装置の光
学装置の部品を小型にするために、前記光束結合素子を
観察者の眼に比較的近い場所に設け、光学装置をヘルメ
ットに装着した表示装置はヘルメットマウントディスプ
レイ装置(HMD装置)と呼ばれ、航空機の操縦時の表
示装置、ゲーム等の娯楽用、又は人工現実感(Artifici
al Reality)用の表示装置等の様々な応用が提案されて
いる。In order to reduce the size of parts of the optical device of the head-up display device, the display device in which the light beam coupling element is provided relatively close to the observer's eye and the optical device is mounted on the helmet is a helmet. It is called a mount display device (HMD device), and is used as a display device when operating an aircraft, for entertainment such as games, or as an artificial reality (Artifici).
Various applications such as display devices for al Reality) have been proposed.
【0004】図5は米国特許第 4,530,564号に記載され
ているコンバイナ素子としてのホログラムの作成方法を
示す要部概略図である。FIG. 5 is a schematic view of a main part showing a method for producing a hologram as a combiner element described in US Pat. No. 4,530,564.
【0005】同図においてはアルゴンレーザー71から
の単色光は二つに分割される。一方の光束は顕微鏡対物
レンズ72により広げられ、収差補正レンズ系73によ
って必要な球面収差、非点収差、及びコマ収差を補正し
た後、凹面鏡74により反射されて収束光となり透明基
板75上のホログラム記録材料76に入射する。In the figure, the monochromatic light from the argon laser 71 is split into two. One of the light fluxes is expanded by the microscope objective lens 72, and after the necessary spherical aberration, astigmatism, and coma aberration are corrected by the aberration correction lens system 73, it is reflected by the concave mirror 74 to become convergent light and becomes a hologram on the transparent substrate 75. It enters the recording material 76.
【0006】一方、アルゴンレーザー71からの分割さ
れた他の光束は顕微鏡対物レンズ77で広げられ、収差
補正光学系78により所定の非点収差、コマ収差を補正
した後、透明基板75を透過してホログラム記録材料7
6に入射する。On the other hand, the other split light beam from the argon laser 71 is expanded by the microscope objective lens 77, and after the predetermined astigmatism and coma aberration are corrected by the aberration correction optical system 78, it is transmitted through the transparent substrate 75. Hologram recording material 7
It is incident on 6.
【0007】上記の二光束はホログラム記録材料76中
で干渉して、体積位相回折格子を形成する。該ホログラ
ム記録材料76を現像処理し、これによりホログラムを
作製している。ホログラム記録材料76としては重クロ
ム酸ゼラチンやポリビニルカルバゾールが用いられる。The above two light beams interfere with each other in the hologram recording material 76 to form a volume phase diffraction grating. The hologram recording material 76 is developed to produce a hologram. As the hologram recording material 76, dichromated gelatin or polyvinylcarbazole is used.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】図5に示すホログラム
の作製装置は、焼付用光学系の部品点数が非常に多く、
所要の位置にこれらすべての光学素子を配置することが
困難であるという問題点がある。In the hologram producing apparatus shown in FIG. 5, the number of components of the optical system for printing is very large,
There is a problem that it is difficult to arrange all of these optical elements at required positions.
【0009】特にシリンドリカルレンズや平行平板等が
光軸を外して配置されていることから、配置には特殊な
治具が必要となる。又、所定の大きさのホログラム光学
素子を作製する為に、極端に大口径の光学系が必要とな
ることである。Especially, since the cylindrical lens, the parallel plate, etc. are arranged off the optical axis, a special jig is required for the arrangement. In addition, an optical system having an extremely large diameter is required to manufacture a hologram optical element having a predetermined size.
【0010】例えば、直径200mmのホログラム光学素
子を作製する場合に、反射鏡74は直径400mm以上の
ものが必要となり、この結果、焼付光学系は非常に高価
なものとなってしまう。又、ホログラム記録材料76に
記録される干渉縞はピッチ0.15μm程度であり、露
光中の振動は0.01μm以下が望ましい。この為には
焼付光学系をコンパクトに高い剛性で作る必要があり、
図5に示すような大型の光学系は高精度なホログラムを
作製することが難しいという問題点があった。For example, when manufacturing a hologram optical element having a diameter of 200 mm, the reflecting mirror 74 needs to have a diameter of 400 mm or more, and as a result, the printing optical system becomes very expensive. The interference fringes recorded on the hologram recording material 76 have a pitch of about 0.15 μm, and the vibration during exposure is preferably 0.01 μm or less. For this purpose, it is necessary to make a printing optical system compact and with high rigidity.
The large-sized optical system as shown in FIG. 5 has a problem that it is difficult to manufacture a highly accurate hologram.
【0011】本発明の目的は、装置全体の小型化及び簡
素化を図りつつ、高精度のホログラムを作製することが
出来、又ホログラムをコンバイナとして用いたとき画像
表示器からの画像情報と他の画像情報とを空間的に重畳
して同一視野で良好に観察することのできるホログラム
の作製方法及び表示装置の提供にある。The object of the present invention is to make it possible to manufacture a highly accurate hologram while reducing the size and simplification of the entire apparatus, and when the hologram is used as a combiner, image information from an image display and other information. (EN) A hologram manufacturing method and a display device capable of spatially superimposing image information and observing well in the same visual field.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明のホログラム作製
方法としては、 (1−1)物体光と参照光を記録媒体に異なった方向か
ら入射させて、該記録媒体に干渉縞を形成させてホログ
ラムを作製する際、該物体光を発生させる物体光光学系
と該参照光を発生させる参照光光学系のうちの少なくと
も一方の光学系にシリンドリカルレンズと計算機ホログ
ラム、そしてアフォーカルレンズ系を設けていることを
特徴としている。As a method for producing a hologram of the present invention, (1-1) object light and reference light are made incident on a recording medium from different directions to form interference fringes on the recording medium. When manufacturing a hologram, a cylindrical lens, a computer generated hologram, and an afocal lens system are provided in at least one optical system of an object light optical system that generates the object light and a reference light optical system that generates the reference light. It is characterized by being.
【0013】特に、前記アフォーカルレンズ系はホログ
ラム記録の為の可干渉光に対して少なくとも前記計算機
ホログラムの後に配置されており、該計算機ホログラム
によって回折された所定の回折光のみを通過させる空間
フィルタを有していること、又、前記空間フィルタは所
定の開口を有していること等を特徴としている。In particular, the afocal lens system is arranged at least after the computer generated hologram for coherent light for hologram recording, and a spatial filter that allows only a predetermined diffracted light diffracted by the computer generated hologram to pass therethrough. And the spatial filter has a predetermined opening.
【0014】(1−2)シリンドリカルレンズと計算機
ホログラムそしてアフォーカルレンズ系を含む光学系を
介した光束と収束球面波又は発散球面波の光束とを記録
媒体に異なった方向から入射させて、該記録媒体に干渉
縞を形成させてホログラムを作製するようにしたことを
特徴としている。(1-2) A light beam passing through an optical system including a cylindrical lens, a computer generated hologram, and an afocal lens system and a light beam of a convergent spherical wave or a divergent spherical wave are made incident on a recording medium from different directions, and A feature is that a hologram is produced by forming interference fringes on a recording medium.
【0015】この他本発明では、(1−1),(1−
2)の方法で作製した要素ホログラムを複数個、平面上
に配列してホログラムを作製したことや前記計算機ホロ
グラムがoff−axis型のホログラムであること等
を特徴としている。In addition, in the present invention, (1-1), (1-
A plurality of element holograms produced by the method 2) are arranged on a plane to produce a hologram, and the computer generated hologram is an off-axis type hologram.
【0016】更に、本発明では前記アフォーカルレンズ
系は入射光束径を等倍から数倍へ拡大して射出すること
を特徴としている。Further, according to the present invention, the afocal lens system is characterized in that the diameter of the incident light beam is enlarged from the same magnification to several times and then emitted.
【0017】本発明の表示装置としては、 (1−3)画像表示器からの画像情報に基づく光束をホ
ログラムレンズを介し、所定方向に回折させて、該画像
情報と該ホログラムレンズの背後の画像情報とを空間的
に重畳させて同一視野で観察する際、該ホログラムレン
ズは物体光を発生させる物体光光学系と参照光を発生さ
せる参照光光学系のうちの少なくとも一方の光学系にシ
リンドリカルレンズと計算機ホログラムそしてアフォー
カルレンズ系を設けた系を用いて物体光と参照光を記録
媒体に異なった方向から入射させて、該記録媒体に干渉
縞を形成させて作製した体積位相型ホログラムレンズで
あることを特徴としている。As the display device of the present invention, (1-3) the light flux based on the image information from the image display device is diffracted in a predetermined direction through the hologram lens to obtain the image information and the image behind the hologram lens. When the information and the information are spatially superposed and observed in the same field of view, the hologram lens is a cylindrical lens in at least one of an object light optical system for generating an object light and a reference light optical system for generating a reference light. And a computer generated hologram and a volume phase hologram lens produced by making an interference fringe on the recording medium by making object light and reference light incident on the recording medium from different directions by using a system provided with the afocal lens system. It is characterized by being.
【0018】(1−4)画像表示器からの画像情報に基
づく光束をホログラムレンズを介して回折させて、該画
像情報と該ホログラムレンズの背後の画像情報とを空間
的に重畳させて同一視野で観察する際、該ホログラムレ
ンズはシリンドリカルレンズと計算機ホログラムそして
アフォーカルレンズ系を含む光学系を介した光束と収束
球面波又は発散球面波の光束とを記録媒体に異なった方
向から入射させて、該記録媒体に干渉縞を形成させて作
製した体積位相型ホログラムレンズであることを特徴と
している。(1-4) The light flux based on the image information from the image display is diffracted through the hologram lens, and the image information and the image information behind the hologram lens are spatially superposed to form the same field of view. At the time of observation, the hologram lens is caused to enter a recording medium with a light beam and a light beam of a convergent spherical wave or a divergent spherical wave through an optical system including a cylindrical lens, a computer generated hologram, and an afocal lens system, A volume phase hologram lens manufactured by forming interference fringes on the recording medium.
【0019】[0019]
【実施例】図1(A)は本発明の実施例1の要部概略図
である。本実施例ではホログラムレンズを作製する際の
光学系(焼付光学系)を示している。Embodiment 1 FIG. 1A is a schematic view of the essential portions of Embodiment 1 of the present invention. In this embodiment, an optical system (printing optical system) for manufacturing a hologram lens is shown.
【0020】図1(A)においてアルゴンイオンレーザ
1からの波長514.5nm のレーザ光2はハーフミラー3で
2つの光束に分けている。このうち一方の光路は物体光
を発生させる物体光光学系であり、他方の光路は参照光
を発生させる参照光光学系となっている。ハーフミラー
3で反射した光束2aはミラー5で反射し、顕微鏡対物
レンズ6により光束径を拡大し、その後、コリメーター
レンズ7で平行光束8として収束レンズ9に入射する。
収束レンズ9で収束した光束は点Fに収束するような所
定の曲率半径を有する収束球面波10に変換され、ガラ
ス等の透明な基板11上に塗布又は貼付したホログラム
記録材料12へ入射する。In FIG. 1A, the laser light 2 having a wavelength of 514.5 nm from the argon ion laser 1 is divided into two light beams by the half mirror 3. One of these optical paths is an object light optical system that generates object light, and the other optical path is a reference light optical system that generates reference light. The light beam 2a reflected by the half mirror 3 is reflected by the mirror 5, the light beam diameter is enlarged by the microscope objective lens 6, and thereafter, the collimator lens 7 makes a parallel light beam 8 and enters the converging lens 9.
The light flux converged by the converging lens 9 is converted into a convergent spherical wave 10 having a predetermined radius of curvature that converges on the point F, and is incident on the hologram recording material 12 coated or attached on the transparent substrate 11 such as glass.
【0021】他方ハーフミラー3を透過した光束2bは
反射鏡4で反射し、顕微鏡対物レンズ13で光束径を拡
大し、その後、コリメーターレンズ14で平行光束15
として後述する構成の計算機ホログラム(以下「CG
H」と称す)16に所定の入射角で入射する。On the other hand, the light beam 2b that has passed through the half mirror 3 is reflected by the reflecting mirror 4, the light beam diameter is enlarged by the microscope objective lens 13, and then the collimator lens 14 collimates the parallel light beam 15.
A computer generated hologram (hereinafter referred to as "CG
H ”) 16 is incident at a predetermined incident angle.
【0022】CGH16に入射した光束は回折される。
このうち1次回折光(実線)17、0次回折光(破線)
19そして−1次回折光(一点鎖線)18は各々アフォ
ーカルレンズ系20へ入射する。The light beam incident on the CGH 16 is diffracted.
Of these, first-order diffracted light (solid line) 17, zero-order diffracted light (broken line)
19 and the −1st-order diffracted light (dashed line) 18 respectively enter the afocal lens system 20.
【0023】このアフォーカルレンズ系20を構成する
レンズ20−1により前記回折光のうち、0次透過光1
9と−1次回折光18はそれぞれ光束23,22に変換
されレンズ20−1の焦点近傍に配置した所定の開口を
有する空間フィルタ20−2によって遮光され、前記回
折光のうち+1次回折光17の光束21のみが通過す
る。この光束21はレンズ20−3により再び拡げられ
て光束24となり、シリンドリカルレンズ25に入射
し、主として非点収差が与えられた波面の光束26に変
換され、基板11に設けたホログラム記録材料12に入
射する。Of the diffracted light, the 0th-order transmitted light 1 is transmitted by the lens 20-1 constituting the afocal lens system 20.
The 9th and −1st-order diffracted light 18 are converted into light beams 23 and 22, respectively, and are shielded by the spatial filter 20-2 having a predetermined aperture arranged near the focal point of the lens 20-1. Only the light beam 21 passes. This light flux 21 is expanded again by the lens 20-3 to become a light flux 24, which is incident on the cylindrical lens 25 and is converted into a light flux 26 having a wavefront mainly given astigmatism, and is then converted into the hologram recording material 12 provided on the substrate 11. Incident.
【0024】本実施例に用いたアフォーカルレンズ系2
0は、入射光束17に対して等倍の射出光束24となる
様に設定されているが、必ずしも等倍で変換される必要
はなく、数倍の射出光束径へ変換しても構わない。この
様な場合、前記CGH16の大きさを小さくすることが
でき、後述するCGHの作製を容易にすることができる
という効果を有する。Afocal lens system 2 used in this embodiment
Although 0 is set so as to be the output light flux 24 that is equal to the incident light flux 17, it is not always necessary to convert the light flux to the same magnification, and the output light flux diameter may be converted to several times. In such a case, there is an effect that the size of the CGH 16 can be reduced and the production of CGH described later can be facilitated.
【0025】本実施例において、CGH16によって付
与される収差は若干のコマ収差と非点収差である。前記
+1次回折光17のレンズ20−1によるスポットは必
ずしも円形とはならず所定の形状となる。本実施例に用
いる空間フィルタ20−2の開口の形状はこのスポット
形状と略一致するように設定されている。尚、本実施例
ではアフォーカルレンズ系20は図を簡単にするため
に、2枚のレンズ20−1,20−3から構成される様
に図示したが、レンズ要素はこれに限られるものではな
く、種々の構成を用いることができる。In this embodiment, the aberrations imparted by the CGH 16 are slight coma and astigmatism. The spot of the + 1st order diffracted light 17 by the lens 20-1 is not necessarily circular and has a predetermined shape. The shape of the aperture of the spatial filter 20-2 used in this embodiment is set so as to substantially match this spot shape. In the present embodiment, the afocal lens system 20 is illustrated as being composed of two lenses 20-1 and 20-3 for the sake of simplicity, but the lens element is not limited to this. Instead, various configurations can be used.
【0026】図1(B)は本実施例で用いている空間フ
ィルタ20−2の開口形状を示す説明図である。図中、
斜線領域が遮光領域である。FIG. 1B is an explanatory diagram showing the aperture shape of the spatial filter 20-2 used in this embodiment. In the figure,
The shaded area is the light shielding area.
【0027】ホログラム記録材料12の両側から入射し
た2つの光束10,26は互いに干渉し、該干渉縞がホ
ログラム記録材料12に記録される。ホログラム記録材
料12は公知の現像工程を経て、これによりホログラム
レンズを作製している。The two light beams 10 and 26 incident from both sides of the hologram recording material 12 interfere with each other, and the interference fringes are recorded on the hologram recording material 12. The hologram recording material 12 undergoes a known development process to produce a hologram lens.
【0028】本実施例で用いたCGHとしては光学的に
露光したものや電子線露光(EB露光)によるもの等が
使用可能である。As the CGH used in this embodiment, optically exposed ones, electron beam exposed (EB exposure) or the like can be used.
【0029】図2は本発明の実施例2の要部概略図であ
る。FIG. 2 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 2 of the present invention.
【0030】本実施例では図1の実施例1に比べて、ア
フォーカルレンズ系20とシリンドリカルレンズ25と
の光学配置を入れ替えて構成している点が異なってお
り、その他の構成は同じである。The present embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the afocal lens system 20 and the cylindrical lens 25 are interchanged in optical arrangement, and other configurations are the same. .
【0031】本実施例においては、CGH16によって
回折された0次透過光(破線)19、+1次回折光(実
線)17、そして−1次回折光(一点鎖線)18は、そ
れぞれシリンドリカルレンズ25によって大きな非点収
差を付与されアフォーカルレンズ系20へ入射する。こ
れらの回折光のうち+1次回折光17のみが光束21と
なり、空間フィルタ20−2を通過し、これ以外の回折
光18,19は、それぞれ光束22,23となり空間フ
ィルタ20−2によって遮光される。空間フィルタ20
−2を通過した+1次回折光17の光束21はレンズ2
0−3で再び拡げられて光束26となり、所定の収差が
付与された波面の光束として基板11に設けたホログラ
ム記録材料12に入射する。In this embodiment, the 0th-order transmitted light (broken line) 19, the + 1st-order diffracted light (solid line) 17, and the -1st-order diffracted light (dashed-dotted line) 18 diffracted by the CGH 16 are respectively made by the cylindrical lens 25 to a large non- The light is incident on the afocal lens system 20 after being given point aberration. Of these diffracted lights, only the + 1st order diffracted light 17 becomes the light beam 21 and passes through the spatial filter 20-2, and the other diffracted lights 18 and 19 become the light beams 22 and 23 and are shielded by the spatial filter 20-2. . Spatial filter 20
The light flux 21 of the + 1st-order diffracted light 17 that has passed through −2 is the lens 2
The light beam is expanded again at 0-3 to form a light beam 26, which is incident on the hologram recording material 12 provided on the substrate 11 as a light beam having a wavefront having a predetermined aberration.
【0032】本実施例においては実施例1に比べて、C
GH16と空間フィルタ20−2との距離が大きくな
り、レンズ20−1によって集光される光束21,2
2,23が空間的に離れるのでスポットを分離し、所定
の光束をフィルタリングしやすくなるという効果を有し
ている。Compared to the first embodiment, C
The distance between the GH 16 and the spatial filter 20-2 increases, and the luminous fluxes 21 and 21 condensed by the lens 20-1.
Since 2 and 23 are spatially separated, they have the effect of separating spots and facilitating filtering of a predetermined light flux.
【0033】図3は本発明の実施例3の要部概略図であ
る。本実施例は複数の領域に分割した複数の要素ホログ
ラムから成るホログラムレンズアレイを作製する場合を
示している。図では簡単の為に2つの要素ホログラム1
2−1,12−2から成る場合を示しているが数はいく
つあっても良い。FIG. 3 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 3 of the present invention. The present embodiment shows a case where a hologram lens array including a plurality of element holograms divided into a plurality of regions is manufactured. In the figure, for simplicity, two element holograms 1
Although it is shown that it is composed of 2-1 and 12-2, there may be any number.
【0034】図3(A)は図1の実施例1に示した光学
系を用いて第1の要素ホログラム12−1を記録する場
合のホログラム記録材料12−1近傍の光路を示してい
る。FIG. 3A shows an optical path in the vicinity of the hologram recording material 12-1 when the first element hologram 12-1 is recorded using the optical system shown in Example 1 of FIG.
【0035】同図ではレーザ光源からの単色光は実施例
1で説明した如く点Fに集光する収束球面波10とCG
H16とシリンドリカルレンズ25によって収差を与え
られた波面26とが基板11上のホログラム記録材料1
2−1へ互いに対向する側から入射する。そして第1の
干渉縞がホログラム記録材料12−1に記録される。In the figure, the monochromatic light from the laser light source is focused on the point F as described in the first embodiment.
The hologram recording material 1 on the substrate 11 includes the H 16 and the wavefront 26 that is aberrated by the cylindrical lens 25.
The light is incident on 2-1 from opposite sides. Then, the first interference fringes are recorded on the hologram recording material 12-1.
【0036】次に、実施例1と同様の光学系によって、
ホログラム記録材料12−2へ第2の干渉縞が記録され
る。図3(B)はこのときの第2の干渉縞を記録する光
学系のホログラム記録材料12−2近傍の概略図であ
る。Next, using the same optical system as in Example 1,
Second interference fringes are recorded on the hologram recording material 12-2. FIG. 3B is a schematic diagram of the vicinity of the hologram recording material 12-2 of the optical system for recording the second interference fringes at this time.
【0037】この第2の干渉縞は、点Fから発散する球
面波10aと、CGH16とシリンドリカルレンズ25
によって収差を与えられた波面26aの2つの光束をホ
ログラム記録材料12−2へ互いに対向する側から入射
させて、ホログラム記録材料12−2に干渉縞を記録し
ている。The second interference fringes are the spherical wave 10a diverging from the point F, the CGH 16 and the cylindrical lens 25.
The two light fluxes of the wavefront 26a, which are given the aberration by the above, are made incident on the hologram recording material 12-2 from opposite sides to record interference fringes on the hologram recording material 12-2.
【0038】尚、本実施例では各要素ホログラムの露光
時には、不要な光がホログラム記録材料の露光部以外へ
入射しない様に、乾板ホルダー等を用いて、又は適当な
マスク等を用いて遮光する手段を設けている。In the present embodiment, when each element hologram is exposed, it is shielded by using a dry plate holder or the like or by using an appropriate mask or the like so that unnecessary light does not enter other than the exposed portion of the hologram recording material. Means are provided.
【0039】又、本実施例では各要素ホログラム12−
1,12−2は、各ホログラムのエッジが隣接する様に
つなぎ合わせる場合について示したが、本実施例におけ
る要素ホログラムの光学特性は再生光を点Fへ集光する
同一の機能を有しているので、各要素ホログラム間に多
少のオーバーラップ領域があっても何んら差しつかえな
い。In the present embodiment, each element hologram 12-
1 and 12-2 show the case where the holograms are connected so that the edges thereof are adjacent to each other, the optical characteristics of the element holograms in this embodiment have the same function of condensing the reproduction light to the point F. Therefore, even if there is some overlap area between each element hologram, it does not matter at all.
【0040】尚、この場合、各要素ホログラムの位相は
必ずしも揃っている必要はない。In this case, the phase of each element hologram does not necessarily have to be the same.
【0041】以上に示した本実施例において得られるホ
ログラムは、従来のホログラム作製法を用いる場合に比
べて多くの欠点を改善することができる。The hologram obtained in the above-mentioned embodiment can improve many defects as compared with the case where the conventional hologram manufacturing method is used.
【0042】本実施例のホログラム作製用の光学系は図
5に示す従来の光学系と比較すると大幅に単純化され、
しかも既製品を使用することができる。図1に示すよう
にレーザー光2を顕微鏡対物レンズ6,13を通して球
面波として広げ、コリメーターレンズ7,14で平行光
化する光学系は光軸に対して回転対称で軸出しが容易で
あり、しかも夫々のレンズに他の分野で大量に使用され
ている安価な製品を使用することが可能である。The optical system for hologram production of this embodiment is greatly simplified as compared with the conventional optical system shown in FIG.
Moreover, ready-made products can be used. As shown in FIG. 1, the optical system that spreads the laser light 2 as a spherical wave through the microscope objective lenses 6 and 13 and collimates it by the collimator lenses 7 and 14 is rotationally symmetric with respect to the optical axis and can be easily centered. Moreover, it is possible to use inexpensive products that are used in large quantities in other fields for each lens.
【0043】顕微鏡対物レンズ6,13には無限遠補正
の金属顕微鏡用を用いればほぼ無収差であり、コリメー
ターレンズ7,14は望遠鏡の対物レンズや写真用望遠
レンズが使用可能である。If a microscope objective lens for infinity correction is used for the microscope objective lenses 6 and 13, there is almost no aberration, and as the collimator lenses 7 and 14, an objective lens of a telescope or a telephoto lens for photography can be used.
【0044】又、ここで用いるレンズ径の口径も、最少
限のもので十分であり、必要とする要素ホログラムの面
積をカバーすれば良い。更に、図3に示す作製法では、
一回の露光に対して必要な焼付面積が小さくて良いの
で、光学系は大幅に安価なものが使用可能となる。The minimum diameter of the lens used here is sufficient, and it suffices to cover the required area of the element hologram. Furthermore, in the manufacturing method shown in FIG.
Since a printing area required for one exposure may be small, a significantly inexpensive optical system can be used.
【0045】加えて、本実施例のホログラム作製用の光
学系ではCGH16が最も高価であるが、本実施例で用
いるアフォーカルレンズ系20を等倍ではなく数倍の拡
大倍率を有するものを使用することにより、CGH16
のサイズを小さくすることも可能で、この場合、ホログ
ラム記録光学系は更に安価なもので構成できる。In addition, the CGH 16 is the most expensive optical system for hologram production in this embodiment, but the afocal lens system 20 used in this embodiment has a magnifying power of several times instead of 1 ×. CGH16
It is also possible to reduce the size of the hologram recording optical system, and in this case, the hologram recording optical system can be constructed at a lower cost.
【0046】更に、副次的な利点として焼付に必要な露
光時間が小面積のものでは、それだけ短時間で済むこと
から、製品の歩留りが向上するということもある。本発
明では使用している回折格子の格子に垂直な方向のピッ
チは0.15μm程度であることから、露光時のわずか
な振動でも回折効率の大幅な低下を招いてしまうことか
ら、露光時間の短縮により得られる利益は大きい。Further, as a secondary advantage, if the exposure time required for printing is a small area, the product yield can be improved because the product can be completed in a shorter time. In the present invention, since the pitch of the diffraction grating used in the direction perpendicular to the grating is about 0.15 μm, even a slight vibration at the time of exposure causes a drastic decrease in diffraction efficiency. The benefits of shortening are large.
【0047】図4は本発明の実施例4の要部概略図であ
る。本実施例では図3で説明した方法により作製したホ
ログラムレンズ12を光束結合素子として用いた画像観
察装置を示している。FIG. 4 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 4 of the present invention. In this embodiment, an image observation apparatus using the hologram lens 12 manufactured by the method described in FIG. 3 as a light beam coupling element is shown.
【0048】本実施例ではハロゲンランプ等の光源30
8から発せられた光束は適宜な形状を有するランプハウ
ス307で略平行光とし、画像表示器の画像情報として
の液晶表示素子306を照明している。液晶表示素子3
06の表示面305上の点F1の画像情報から発せられ
る光束324は、ガラスやプラスチック等の透明な基板
302上に形成されたホログラムレンズアレイ303へ
入射する。In this embodiment, a light source 30 such as a halogen lamp is used.
The light flux emitted from the lamp 8 is converted into substantially parallel light by the lamp house 307 having an appropriate shape, and illuminates the liquid crystal display element 306 as the image information of the image display. Liquid crystal display element 3
The light flux 324 emitted from the image information of the point F1 on the display surface 305 of 06 is incident on the hologram lens array 303 formed on the transparent substrate 302 such as glass or plastic.
【0049】該ホログラムレンズアレイ303は光束3
24に対してのみブラッグ条件を満足する要素ホログラ
ム331を有しており、光束324は該要素ホログラム
331でのみ反射回折され観察者の瞳301へ入射す
る。このとき、要素ホログラム331は光束324をわ
ずかな発散光束へ変換するレンズ作用を有している。観
察者は表示面305の点F1の画像情報をホログラムレ
ンズアレイ303の前方の点F1aから発散してきた光
束304aに基づく虚像として観察している。The hologram lens array 303 uses the light beam 3
The element hologram 331 satisfying the Bragg condition is provided only for 24, and the light beam 324 is reflected and diffracted only by the element hologram 331 and enters the observer's pupil 301. At this time, the element hologram 331 has a lens function of converting the light beam 324 into a slight divergent light beam. The observer observes the image information at the point F1 on the display surface 305 as a virtual image based on the light beam 304a diverging from the point F1a in front of the hologram lens array 303.
【0050】同様の理由により、液晶表示素子306の
表示面305上の点F2,F3の画像情報から発光した
光束は、それぞれ要素ホログラム332,333によっ
てのみ観察者の瞳301方向へ反射回折される。これに
より、点F2,F3の画像情報をホログラムレンズアレ
イ303の前方の点F2a,F3aから発散してきた光
束に基づく虚像として観察している。For the same reason, the luminous fluxes emitted from the image information at the points F2 and F3 on the display surface 305 of the liquid crystal display element 306 are reflected and diffracted toward the observer's pupil 301 only by the element holograms 332 and 333, respectively. . Thereby, the image information of the points F2 and F3 is observed as a virtual image based on the light flux diverging from the points F2a and F3a in front of the hologram lens array 303.
【0051】以上の如く、液晶表示素子306の表示面
305上の各点は各要素ホログラム331,332,3
33で反射回折され、虚像面309を形成する。As described above, each point on the display surface 305 of the liquid crystal display element 306 corresponds to each element hologram 331, 332, 3
It is reflected and diffracted at 33 to form a virtual image plane 309.
【0052】尚、本発明では白色光源を使用しても、要
素ホログラムは波長選択性(回折効率の波長依存性)を
有している為に、ブラッグ条件を満足する中心波長λ0
の光束で回折効率のピークを有している。このとき半
値全幅を2Δλとすると、該要素ホログラムは入射して
きた白色光のうち、λ0 −Δλからλ0 +Δλの光
束に対してのみ反射回折作用を生じる。この為、本実施
例では光源としてハロゲンランプを使用している。In the present invention, even if a white light source is used, since the element hologram has wavelength selectivity (wavelength dependence of diffraction efficiency), the central wavelength λ0 satisfying the Bragg condition is satisfied.
Has a peak of diffraction efficiency. At this time, when the full width at half maximum is set to 2Δλ, the element hologram causes the reflection diffraction action only for the light flux of λ0 −Δλ to λ0 + Δλ in the incident white light. Therefore, in this embodiment, a halogen lamp is used as the light source.
【0053】又、当然のことながら、ハロゲンランプか
らの光束のうちで必要な波長の光束のみを透過する干渉
フィルタを用いても良い。又、本実施例では各要素ホロ
グラム331,332,333はそれぞれ良好に収差補
正された領域361,362,363を有しており、各
領域361a,362a,363aからなる虚像面9上
の点はほとんど無収差に近い点像となって観察できる。Further, as a matter of course, it is possible to use an interference filter which transmits only a light beam of a necessary wavelength among the light beams from the halogen lamp. In addition, in this embodiment, each element hologram 331, 332, 333 has areas 361, 362, 363 whose aberrations are well corrected, and the points on the virtual image plane 9 formed by the areas 361a, 362a, 363a are It can be observed as a point image with almost no aberration.
【0054】以上のように実施例1〜4によれば簡易な
構成によりホログラムの作製が可能となり、又ホログラ
ムの再生時(使用時)の仕様変更に対して計算機ホログ
ラム(CGH)の変更のみで対応することが可能であ
り、更にホログラムを分割露光することにより露光中の
振動等による悪影響を取り除くことができるという特徴
がある。又、ホログラム記録時に不要なCGHによる高
次回折光を確実にカットすることにより高品質のホログ
ラムを作製できる。As described above, according to the first to fourth embodiments, it is possible to manufacture a hologram with a simple structure, and it is only necessary to change the computer generated hologram (CGH) with respect to the specification change at the time of reproducing the hologram (in use). It is possible to deal with the problem, and further, by dividing and exposing the hologram, it is possible to remove the adverse effect due to vibration or the like during the exposure. Further, a high-quality hologram can be manufactured by surely cutting unnecessary high-order diffracted light by CGH during hologram recording.
【0055】[0055]
【発明の効果】本発明によれば前述の如く光学系を設定
することにより、装置全体の小型化及び簡素化を図りつ
つ、高精度のホログラムを作製することができ、又ホロ
グラムをコンバイナとして用いたとき画像表示器からの
画像情報と他の画像情報とを空間的に重畳して同一視野
で良好に観察することのできるホログラムの作製方法及
び表示装置を達成することができる。According to the present invention, by setting the optical system as described above, it is possible to manufacture a highly accurate hologram while reducing the size and simplification of the entire apparatus, and use the hologram as a combiner. In this case, it is possible to achieve a hologram manufacturing method and a display device capable of spatially superimposing the image information from the image display and other image information and observing well in the same visual field.
【0056】尚、本発明では通常のCGHを用いたホロ
グラム作成光学系に比較してアフォーカルレンズ系を用
いている為に露光波面に収差が付加されるが、これはC
GH設計時に付加収差をキャンセルする波面が発生する
ようにCGH微細構造を設定して補正している。これに
よりアフォーカルレンズ系により安価なものを使用する
ことができる。In the present invention, an aberration is added to the exposure wavefront because the afocal lens system is used as compared with the hologram creating optical system using the ordinary CGH.
The CGH fine structure is set and corrected so that a wavefront that cancels the additional aberration is generated at the time of GH design. As a result, an inexpensive afocal lens system can be used.
【図1】 本発明の実施例1の要部概略図FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の実施例2の要部概略図FIG. 2 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 2 of the present invention.
【図3】 本発明のホログラムレンズの作製方法の要部
概略図FIG. 3 is a schematic view of a main part of a method of manufacturing a hologram lens of the present invention.
【図4】 本発明のホログラムレンズを用いた表示装置
の概略図FIG. 4 is a schematic view of a display device using the hologram lens of the present invention.
【図5】 従来のホログラムレンズの作製方法の要部概
略図FIG. 5 is a schematic view of a main part of a conventional method for producing a hologram lens.
【符号の説明】 1 レーザ光源 11 基板 12 ホログラム記録材料 16 計算機ホログラム(CGH) 20 アフォーカルレンズ系 20−1,20−3 レンズ 20−2 空間フィルタ 25 シリンドリカルレンズ 301 瞳 303 ホログラムレンズ 306 液晶表示素子 307 ランプハウス 308 光源 309 虚像面 331,332,333 要素ホログラム[Description of Reference Signs] 1 laser light source 11 substrate 12 hologram recording material 16 computer generated hologram (CGH) 20 afocal lens system 20-1, 20-3 lens 20-2 spatial filter 25 cylindrical lens 301 pupil 303 hologram lens 306 liquid crystal display element 307 Lamphouse 308 Light source 309 Virtual image plane 331, 332, 333 Element hologram
Claims (9)
向から入射させて、該記録媒体に干渉縞を形成させてホ
ログラムを作製する際、該物体光を発生させる物体光光
学系と該参照光を発生させる参照光光学系のうちの少な
くとも一方の光学系にシリンドリカルレンズと計算機ホ
ログラム、そしてアフォーカルレンズ系を設けているこ
とを特徴とするホログラムの作製方法。1. An object light optical system for generating the object light when a hologram is produced by making the object light and the reference light incident on the recording medium from different directions to form interference fringes on the recording medium. A method for producing a hologram, characterized in that a cylindrical lens, a computer generated hologram, and an afocal lens system are provided in at least one optical system of a reference light optical system for generating reference light.
記録の為の可干渉光に対して少なくとも前記計算機ホロ
グラムの後に配置されており、該計算機ホログラムによ
って回折された所定の回折光のみを通過させる空間フィ
ルタを有していることを特徴とする請求項1のホログラ
ムの作製方法。2. The spatial filter, wherein the afocal lens system is disposed at least after the computer generated hologram for coherent light for hologram recording, and passes only a predetermined diffracted light diffracted by the computer generated hologram. The method for producing a hologram according to claim 1, further comprising:
いることを特徴とする請求項2のホログラムの作製方
法。3. The method for producing a hologram according to claim 2, wherein the spatial filter has a predetermined opening.
ムそしてアフォーカルレンズ系を含む光学系を介した光
束と収束球面波又は発散球面波の光束とを記録媒体に異
なった方向から入射させて、該記録媒体に干渉縞を形成
させてホログラムを作製するようにしたことを特徴とす
るホログラムの作製方法。4. A light beam passing through an optical system including a cylindrical lens, a computer generated hologram, and an afocal lens system and a light beam of a convergent spherical wave or a divergent spherical wave are incident on the recording medium from different directions, and the recording medium is irradiated with the light. A method of producing a hologram, characterized in that interference fringes are formed to produce a hologram.
ログラムを複数個、平面上に配列してホログラムを作製
したことを特徴とするホログラムの作製方法。5. A method for producing a hologram, wherein a plurality of element holograms produced by the method according to claim 3 or 4 are arranged on a plane to produce a hologram.
s型のホログラムであることを特徴とする請求項3又は
4のホログラムの作製方法。6. The computer generated hologram is off-axis.
The method for producing a hologram according to claim 3, wherein the hologram is an s-type hologram.
をホログラムレンズを介し、所定方向に回折させて、該
画像情報と該ホログラムレンズの背後の画像情報とを空
間的に重畳させて同一視野で観察する際、該ホログラム
レンズは物体光を発生させる物体光光学系と参照光を発
生させる参照光光学系のうちの少なくとも一方の光学系
にシリンドリカルレンズと計算機ホログラム、そしてア
フォーカルレンズ系を設けた系を用いて物体光と参照光
を記録媒体に異なった方向から入射させて、該記録媒体
に干渉縞を形成させて作製した体積位相型ホログラムレ
ンズであることを特徴とする表示装置。7. A light flux based on image information from an image display is diffracted through a hologram lens in a predetermined direction to spatially superimpose the image information and the image information behind the hologram lens in the same field of view. At the time of observation, the hologram lens is provided with a cylindrical lens, a computer generated hologram, and an afocal lens system in at least one optical system of an object light optical system for generating an object light and a reference light optical system for generating a reference light. A display device characterized by being a volume phase hologram lens produced by making object light and reference light incident on a recording medium from different directions by using the above system to form interference fringes on the recording medium.
をホログラムレンズを介して回折させて、該画像情報と
該ホログラムレンズの背後の画像情報とを空間的に重畳
させて同一視野で観察する際、該ホログラムレンズはシ
リンドリカルレンズと計算機ホログラムそしてアフォー
カルレンズ系を含む光学系を介した光束と収束球面波又
は発散球面波の光束とを記録媒体に異なった方向から入
射させて、該記録媒体に干渉縞を形成させて作製した体
積位相型ホログラムレンズであることを特徴とする表示
装置。8. A light beam based on image information from an image display is diffracted through a hologram lens, and the image information and the image information behind the hologram lens are spatially overlapped and observed in the same visual field. At this time, the hologram lens makes a light beam passing through an optical system including a cylindrical lens, a computer generated hologram, and an afocal lens system and a light beam of a convergent spherical wave or a divergent spherical wave enter a recording medium from different directions, and the recording medium A display device, which is a volume phase hologram lens manufactured by forming interference fringes on the surface.
を等倍から数倍へ拡大して射出することを特徴とする請
求項1から8に記載のホログラムの作製方法及び表示装
置。9. The hologram manufacturing method and display device according to claim 1, wherein the afocal lens system enlarges the incident light beam diameter from the same magnification to several times and emits it.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18443093A JPH0720766A (en) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | Hologram manufacturing method and display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18443093A JPH0720766A (en) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | Hologram manufacturing method and display device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0720766A true JPH0720766A (en) | 1995-01-24 |
Family
ID=16153019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18443093A Pending JPH0720766A (en) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | Hologram manufacturing method and display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0720766A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001075491A1 (en) * | 2000-04-03 | 2001-10-11 | 3M Innovative Properties Company | Selective deposition of material on a substrate according to an interference pattern |
| US6391528B1 (en) | 2000-04-03 | 2002-05-21 | 3M Innovative Properties Company | Methods of making wire grid optical elements by preferential deposition of material on a substrate |
| JP2018137028A (en) * | 2017-02-24 | 2018-08-30 | 学校法人東京理科大学 | Hologram record regeneration device |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP18443093A patent/JPH0720766A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001075491A1 (en) * | 2000-04-03 | 2001-10-11 | 3M Innovative Properties Company | Selective deposition of material on a substrate according to an interference pattern |
| US6391528B1 (en) | 2000-04-03 | 2002-05-21 | 3M Innovative Properties Company | Methods of making wire grid optical elements by preferential deposition of material on a substrate |
| JP2018137028A (en) * | 2017-02-24 | 2018-08-30 | 学校法人東京理科大学 | Hologram record regeneration device |
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