【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24IT0021
利用課題名 / Title
ナノインプリントリソグラフィによるARグラスの開発
利用した実施機関 / Support Institute
東京科学大学 / Science Tokyo
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
リソグラフィ/ Lithography,フォトニクス/ Photonics,光リソグラフィ/ Photolithgraphy
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
雨宮 智宏
所属名 / Affiliation
東京科学大学 工学院電気電子系
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
IT-038：電子ビーム露光装置
IT-039：UVナノインプリント露光装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
AR（Augmented Reality）グラスは、サイバーフィジカルシステムを基幹とした社会において、仮想と現実が融合した世界を体現する際の必須デバイスである。そのような中、導波路方式を採用したARグラスは、優れた視野角およびシースルー性を有することから、近年、研究が盛んとなっている。しかし、上記デバイスにおいては、回折格子を有する導光板の回折角と全反射条件に強い波長依存性があることから、広い視野角を保ったまま、単層の導光板でフルカラーの映像を投影することが難しいという問題がある。本研究では、2次元回折格子を用いて波長ごとに導波経路を分岐させることで、単層でフルカラー画像を投影できる新規な導光板を提案した。上記の設計に基づき、IT-038, IT-039を活用して、素子の条件出しを行った。
実験 / Experimental
提案する導光板を、Fig. 1(a)に示す。本デバイスでは、入出力の回折格子にメッシュ状の2次元回折格子を採用している。これにより、入力回折格子によって、マイクロディスプレイからの光線を赤色（と緑色）、および青色で伝搬方向を変えて導光板に結合させた後、fold gratingを介して出力回折格子で再び合体させ、アイボックスが拡張されたフルカラー光を瞳に結合させることが可能となる。本研究では、入力回折格子については、結合効率を上げる目的から1次回折が支配的となるブレーズド構造の2次元回折格子を採用し（Fig. 1(b)）、一方の出力回折格子については輝度均一化を図るために、バイナリ構造の2次元回折格子を採用した（Fig. 1(c)）。上記の設計に基づき、IT-038, IT-039を活用して、素子の条件出しを行った。
結果と考察 / Results and Discussion
本導波板の性能評価を行うために、表示画像の輝度均一性を分析した。画角30°の範囲内で、全反射臨界角と回折格子領域への入射回数を満たしうる条件を鑑みて、各回折格子の周期を決定した後、入射光線角度、格子溝深さ、偏光方向に対する回折効率を厳密結合波解析法により計算した。次に、それらをルックアップテーブルとして用いた光線追跡より表示画像を取得した。Fig. 2に、各波長での表示画像を示す((a) 460 nm, (b) 538 nm, (c) 635 nm)。このとき、各波長における表示画像内の輝変動係数はそれぞれ、0.58、0.3、0.17となり、輝度の均一性を確保できた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 (a) Single-layer full-color AR glasses with two-dimensional mesh diffraction gratings. Grating structure on (b) the input side. (c) the output side.
Fig. 2 luminance distribution of the imaginary image at wavelengths of (a) 460nm, (b) 538nm and (c) 635nm and relative luminance of the four surrounding points with reference to the luminance of the evaluation point #3 at the center of the screen. (d) Parameter table for each designed diffraction grating
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
雨宮 智宏, 前川 永遠, AR/VR 技術へのメタマテリアル応用,『メタマテリアル/メタサーフェス 実用展開の可能性 ～メタレンズ・通信・エネルギー・遮音等応用に向けた研究動向～』 情報機構, May 2025.
雨宮 智宏. メタ的な拡張現実(Augmented Reality)技術, 一般社団法人日本オプトメカトロニクス協会（JOEM）公開セミナー, May. 2025.
T. Maekawa, S. Nagamatsu, X. Lixin, S. Noda, S. Okada, S. Shiraga, T. Amemiya, "Proposal of single-layer full-color AR glasses with two-dimensional mesh diffraction gratings," The Conference on Lasers and Electro-Optics 2025 (CLEO 2025), May 2025.
前川 永遠, 永松 周, 向 立昕, 李 周姸, 大喜田 尚紀, 宮尾 宙, 大塚 健祐, 飯田 健二, 雨宮 智宏, ARグラス実現に向けた３次元レジストマスターによるNILプロセス, 2025年第2回応用物理学会ナノインプリント技術研究会, May 2025.
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 前川 永遠, 永松 周, 向 立昕, 野田 真司, 岡田 祥, 白神 賢, 雨宮 智宏, 二次元回折格子を用いた単層フルカラーARグラスの提案,第72回応用物理学会春季学術講演会, 17a-K305-9, Mar. 2025.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：3件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：1件