(57)【要約】【課題】温度変化による回折効率の変化を抑えることができる体積ホログラム、網膜走査型表示装置を提供する。【解決手段】レーザー光源１０からのレーザー光を走査して網膜へ直接描画を行う網膜走査型表示装置に用いられ、走査されたレーザー光の向きを偏向させる偏向部３０として用いられる体積ホログラム３０であって、分光分布曲線において半値幅が５ｎｍ以上である。また、体積ホログラム３０は、その膜厚をｔ（μｍ）、屈折率変調量をΔｎとしたときに、Δｎ≧−５×１０−６ｔ２＋０．００３ｔ＋０．０００７、ただし、ｔ≧３０μｍの場合には、Δｎ≧０．００５の関係を満たす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光源を用いた光学エンジンの映像光を偏向させる偏向部として用いられる体積ホログラムであって、
分光分布曲線において半値幅が５ｎｍ以上である体積ホログラム。
【請求項２】
レーザー光源からのレーザー光を走査して網膜へ直接描画を行う網膜走査型表示装置に用いられ、走査されたレーザー光の向きを偏向させる偏向部として用いられる体積ホログラムであって、
分光分布曲線において半値幅が５ｎｍ以上である体積ホログラム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の体積ホログラムにおいて、
当該体積ホログラムの膜厚をｔ（μｍ）、屈折率変調量をΔｎとしたときに、
Δｎ≧−５×１０−６ｔ２＋０．００３ｔ＋０．０００７
ただし、ｔ≧３０μｍの場合には、Δｎ≧０．００５
の関係を満たすこと、
を特徴とする体積ホログラム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の体積ホログラムにおいて、
当該体積ホログラムの膜厚をｔ（μｍ）、屈折率変調量をΔｎとしたときに、
Δｎ≦０．０６４１ｔ（−１．０４９）
の関係を満たすこと、
を特徴とする体積ホログラム。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の体積ホログラムにおいて、
当該体積ホログラムへ入射角θ１で入射したレーザー光の出射角をθ２としたときに、
０°≦θ１≦８５°、かつ、１００°≦θ２≦２６０°の範囲内において、
θ２≦０．３２１４θ１＋２３４．７５
、かつ、
θ２≧−θ１＋１１８．３３
の双方の関係を満たすこと、
を特徴とする体積ホログラム。
【請求項６】
請求項５に記載の体積ホログラムにおいて、
θ２≧１６０°の場合は、
θ２≦８２．４３６θ１（０．２２７８）
の関係を満たすこと、
を特徴とする体積ホログラム。
【請求項７】
請求項５に記載の体積ホログラムにおいて、
θ２＜１６０°の場合は、
θ１≧４０°
の関係を満たすこと、
を特徴とする体積ホログラム。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれかに記載の体積ホログラムにおいて、
当該体積ホログラムへ入射角θ１で入射したレーザー光の出射角をθ２としたときに、
０°≦θ１≦８５°、かつ、１００°≦θ２≦２６０°の範囲内において、
θ２≧６５．５４９ｌｎ（θ１）−１７０．３２
の関係を満たすこと、
を特徴とする体積ホログラム。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれかに記載の体積ホログラムを偏向部に含む、網膜走査型表示装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項８までのいずれかに記載の体積ホログラムを偏向部に含み、
前記偏向部は、透明な部材に設けられてシースルーの視界に表示を重ねて観察可能な頭部装着型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体積ホログラム、網膜走査型表示装置、頭部装着型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光源からのレーザー光を走査して網膜へ直接描画を行う網膜走査型表示装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、レーザー光の向きを眼に向かう方向へ偏向させる偏向部として体積ホログラムを用いる例が示されている。体積ホログラムを用いることにより、凹面鏡を用いる場合に比べて、装置を小型化することが可能である。また、レーザー光は、波長帯域が極めて狭く略単波長の光であり、また、体積ホログラムについても波長選択性を備えることから、体積ホログラムによってレーザー光の波長についてのみ回折反射を行い、他の波長の光を透過させることが容易である。
【０００３】
しかし、体積ホログラムが温度変化によって膨張、又は、収縮すると、体積ホログラムが回折反射する光のピーク波長が変化してしまい、所望の回折効率が得られず、暗い映像しか観察できなかったり、観察される画像の色バランスがずれてしまったりするおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１７５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、温度変化による回折効率の変化を抑えることができる体積ホログラム、網膜走査型表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
第１の発明は、レーザー光源（１０）を用いた光学エンジンの映像光を偏向させる偏向部（３０）として用いられる体積ホログラム（３０）であって、分光分布曲線において半値幅が５ｎｍ以上である体積ホログラム（３０）である。
【０００８】
第２の発明は、レーザー光源（１０）からのレーザー光を走査して網膜へ直接描画を行う網膜走査型表示装置に用いられ、走査されたレーザー光の向きを偏向させる偏向部（３０）として用いられる体積ホログラム（３０）であって、分光分布曲線において半値幅が５ｎｍ以上である体積ホログラム（３０）である。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明又は第２の発明に記載の体積ホログラム（３０）において、当該体積ホログラム（３０）の膜厚をｔ（μｍ）、屈折率変調量をΔｎとしたときに、Δｎ≧−５×１０−６ｔ２＋０．００３ｔ＋０．０００７、ただし、ｔ≧３０μｍの場合には、Δｎ≧０．００５の関係を満たすこと、を特徴とする体積ホログラム（３０）である。
【００１０】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明までのいずれかに記載の体積ホログラム（３０）において、当該体積ホログラム（３０）の膜厚をｔ（μｍ）、屈折率変調量をΔｎとしたときに、Δｎ≦０．０６４１ｔ（−１．０４９）の関係を満たすこと、を特徴とする体積ホログラム（３０）である。
【００１１】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明までのいずれかに記載の体積ホログラム（３０）において、当該体積ホログラム（３０）へ入射角θ１で入射したレーザー光の出射角をθ２としたときに、０°≦θ１≦８５°、かつ、１００°≦θ２≦２６０°の範囲内において、θ２≦０．３２１４θ１＋２３４．７５、かつ、θ２≧−θ１＋１１８．３３の双方の関係を満たすこと、を特徴とする体積ホログラム（３０）である。
【００１２】
第６の発明は、第５の発明に記載の体積ホログラム（３０）において、θ２≧１６０°の場合は、θ２≦８２．４３６θ１（０．２２７８）の関係を満たすこと、を特徴とする体積ホログラム（３０）である。
【００１３】
第７の発明は、第５の発明に記載の体積ホログラム（３０）において、θ２＜１６０°の場合は、θ１≧４０°の関係を満たすこと、を特徴とする体積ホログラム（３０）である。
【００１４】
第８の発明は、第１の発明から第７の発明までのいずれかに記載の体積ホログラム（３０）において、当該体積ホログラム（３０）へ入射角θ１で入射したレーザー光の出射角をθ２としたときに、０°≦θ１≦８５°、かつ、１００°≦θ２≦２６０°の範囲内において、θ２≧６５．５４９ｌｎ（θ１）−１７０．３２の関係を満たすこと、を特徴とする体積ホログラム（３０）である。
【００１５】
第９の発明は、第１の発明から第８の発明までのいずれかに記載の体積ホログラム（３０）を偏向部（３０）に含む、網膜走査型表示装置（１）である。
【００１６】
第１０の発明は、第１の発明から第８の発明までのいずれかに記載の体積ホログラムを偏向部（３０）に含み、前記偏向部（３０）は、透明な部材に設けられてシースルーの視界に表示を重ねて観察可能な頭部装着型表示装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、温度変化による回折効率の変化を抑えることができる体積ホログラム、網膜走査型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による体積ホログラムを用いた頭部装着型表示装置の第１実施形態である網膜走査型表示装置１の概要を示す図である。
【図２】体積ホログラム３０の波長選択性が非常に高い場合の波長に対する回折効率の分布を示す図である。
【図３】本実施形態で偏向部３０に用いた体積ホログラム３０の２０℃における回折効率の分布の例を示す図である。
【図４】本実施形態で偏向部３０に用いた体積ホログラム３０の４０℃における回折効率の分布を示す図である。
【図５】本実施形態で偏向部３０に用いた体積ホログラム３０の０℃における回折効率の分布を示す図である。
【図６】半値幅が５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍの回折効率の分布曲線を示す図である。
【図７】シミュレーション条件を示す図である。
【図８】膜厚ｔとΔｎとを変化させて半値幅を求めたシミュレーションの結果をまとめた図である。
【図９】半値幅から求めた膜厚ｔとΔｎとの好ましい組み合わせ範囲を示す近似式のグラフである。
【図１０】膜厚ｔとΔｎとを変化させて回折効率の最大値を求めたシミュレーションの結果をまとめた図である。
【図１１】回折効率の最大値から求めた膜厚ｔとΔｎとの好ましい組み合わせ範囲を示す近似式のグラフである。
【図１２】入射角と出射角に着目したシミュレーション条件を示す図である。
【図１３】入射角θ１と出射角θ２とを変化させて半値幅を求めたシミュレーションの結果をまとめた図である。
【図１４】半値幅から求めた膜厚ｔとΔｎとの好ましい組み合わせ範囲を示す近似式のグラフである。
【図１５】入射角θ１と出射角θ２とを変化させて回折効率の最大値を求めたシミュレーションの結果をまとめた図である。
【図１６】回折効率の最大値から求めた入射角θ１と出射角θ２との好ましい組み合わせ範囲を示す近似式のグラフである。
【図１７】第２実施形態の頭部装着型表示装置２を示す図である。
【図１８】第３実施形態の頭部装着型表示装置３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明による体積ホログラムを用いた頭部装着型表示装置の第１実施形態である網膜走査型表示装置１の概要を示す図である。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張又は省略して示している。
また、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において規定する具体的な数値には、一般的な誤差範囲は含むものとして扱うべきものである。すなわち、±１０％程度の差異は、実質的には違いがないものであって、本件の数値範囲をわずかに超えた範囲に数値が設定されているものは、実質的には、本件発明の範囲内のものと解釈すべきである。
【００２１】
網膜走査型表示装置１は、レーザー光源１０と、走査部２０と、偏向部３０とを備えており、レーザー光源１０からのレーザー光を走査部２０が直交する２方向に走査して観察者の眼Ｅの網膜へ直接描画を行う。
【００２２】
レーザー光源１０は、走査部２０へ向けてレーザー光を出射する光学エンジンである。なお、図１では、レーザー光源１０を単体として示しているが、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）それぞれの波長のレーザー光を出射する発光源を組み合わせて構成してもよく、必要に応じて光路を形成する光学部材を配置してもよい。レーザー光源１０は、不図示の制御部により制御されて、後述する走査部２０によって走査されて網膜に描画する像の画素に対応した強度及び色のレーザー光を出射する。
【００２３】
走査部２０は、不図示の制御部により制御されて、網膜上に描画する画像に対応してレーザー光を直交する２方向に走査する。走査部２０は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーにより構成することができる。
【００２４】
偏向部３０は、走査部２０により走査されたレーザー光を回折して偏向させ、観察者の眼Ｅの網膜に向ける。偏向部３０により偏向されたレーザー光は、瞳孔の中央で収束して通過するように設定されており、眼Ｅの水晶体（レンズ）による偏向作用を殆ど受けることなく、網膜へ到達して、観察者により視認される。
本実施形態の偏向部３０は、体積ホログラム３０を用いて構成されている。この偏向部３０は、不図示の支持体、例えば、ガラス板上に重ねて配置されている。なお、ガラス板を基板とする代わりに、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）樹脂、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）樹脂、チオウレタン系樹脂等により形成された基板を用いてもよい。網膜走査型表示装置１を例えばメガネ状の形態として構成することにより、偏向部３０は、メガネのレンズ部分に相当する位置に配置することができる。体積ホログラム３０により構成された偏向部３０は、非球面の凹面鏡と同様な偏向作用を備えながらも、薄膜状であることから、小型かつ軽量である。なお、本実施形態では、偏向部３０の全てが体積ホログラム３０により構成されているので、以下、同じ符号３０を付けて説明を行う。
【００２５】
体積ホログラム３０を形成するためのホログラム形成用感光材料としては、例えば、銀塩材料、重クロム酸ゼラチン乳剤、光重合性樹脂、光架橋性樹脂等の公知の体積ホログラム３０用の感光材料を使用することができる。
【００２６】
［体積ホログラム記録用感光性組成物］
本発明に係る体積ホログラム記録用感光性組成物は、光重合性モノマーと、光重合開始剤と、前記光重合開始剤を増感せしめる増感色素と、バインダー樹脂と、を含有し、前記光重合性モノマーが少なくとも光ラジカル重合性モノマー及び光カチオン重合性モノマーを含む。
【００２７】
＜光重合性モノマー＞
本発明における光重合性モノマーは、光照射によって重合又は二量化反応が進行し、かつ、ホログラム記録層中で拡散移動できる化合物である。
本発明における光重合性モノマーとしては、例えば、光ラジカル重合性モノマー、光カチオン重合性モノマー及び光二量化性化合物等を挙げることができるが、少なくとも光ラジカル重合性モノマー及び光カチオン重合性モノマーを含む。
以下、光ラジカル重合性モノマー及び光カチオン重合性モノマーについて説明する。
【００２８】
（光ラジカル重合性モノマー）
本発明に用いられる光ラジカル重合性モノマーとしては、本発明の体積ホログラム記録用感光性組成物を用いてホログラム記録層を形成する際に、例えばレーザー照射等によって、後述する光ラジカル重合開始剤から発生した活性ラジカルの作用により重合する化合物であれば、特に限定されるものではないが、分子中に少なくとも１つのエチレン性不飽和二重結合を持つ化合物を使用することが好ましい。例えば、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸塩、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミン化合物とのアミド結合物等を挙げることができる。
【００２９】
上記光ラジカル重合性モノマーの例としては、メチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ラウリルアクリレート、Ｎ−アクリロイルモルホリン、２−エチルヘキシルカルビトールアクリレート、イソボニルアクリレート、メトキシプロピレングリコールアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、スチレン、２−ブロモスチレン、フェニルアクリレート、２−フェノキシエチルアクリレート、２，３−ナフタレンジカルボン酸（アクリロキシエチル）モノエステル、メチルフェノキシエチルアクリレート、ノニルフェノキシエチルアクリレート、β−アクリロキシエチルハイドロゲンフタレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、２，４，６−トリブロモフェニルアクリレート、ジフェン酸（２−メタクリロキシエチル）モノエステル、ベンジルアクリレート、２，３−ジブロムプロピルアクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレート、２−ナフチルアクリレート、Ｎ−ビニルカルバゾール、２−（９−カルバゾリル）エチルアクリレート、トリフェニルメチルチオアクリレート、２−（トリシクロ［５，２，１０２・６］ジブロモデシルチオ）エチルアクリレート、Ｓ−（１−ナフチルメチル）チオアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、メチレンビスアクリルアミド、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジフェン酸（２−アクリロキシエチル）（３−アクリロキシプロピル−２−ヒドロキシ）ジエステル、２，３−ナフタリンジカルボン酸（２−アクリロキシエチル）（３−アクリロキシプロピル−２−ヒドロキシ）ジエステル、４，５−フェナントレンジカルボン酸（２−アクリロキシエチル）（３−アクリロキシプロピル−２−ヒドロキシ）ジエステル、ジブロムネオペンチルグリコールジアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、１，３−ビス［２−アクリロキシ−３−（２，４，６−トリブロモフェノキシ）プロポキシ］ベンゼン、ジエチレンジチオグリコールジアクリレート、２，２−ビス（４−アクリロキシエトキシフェニル）プロパン、ビス（４−アクリロキシジエトキシフェニル）メタン、ビス（４−アクリロキシエトキシ−３，５−ジブロモフェニル）メタン、２，２−ビス（４−アクリロキシエトキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−アクリロキシジエトキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−アクリロキシエトキシ−３，５−ジブロモフェニル）プロパン、ビス（４−アクリロキシエトキシフェニル）スルホン、ビス（４−アクリロキシジエトキシフェニル）スルホン、ビス（４−アクリロキシプロポキシフェニル）スルホン、ビス（４−アクリロキシエトキシ−３，５−ジブロモフェニル）スルホン、及び上記におけるアクリレートをメタクリレートに変えた化合物、さらには、特開平２−２４７２０５号公報や特開平２−２６１８０８号公報に記載されているような分子内���少なくともＳ原子を２個以上含む、エチレン性不飽和二重結合含有化合物等が挙げられ、これらを１種、又は２種以上混合して用いることができる。
【００３０】
また、光ラジカル重合性モノマーの平均屈折率は、後述する光カチオン重合性モノマーの平均屈折率より大きいことが好ましく、中でも０．０２以上大きいことが好ましい。これは、光ラジカル重合性モノマーと光カチオン重合性モノマーとの平均屈折率の差が上記の値よりも低いと、所望の屈折率変調量（Δｎ）が得られない可能性があるからである。
【００３１】
（光カチオン重合性モノマー）
本発明に用いられる光カチオン重合性モノマーは、エネルギー照射を受け、後述する光カチオン重合開始剤の分解により発生したブレンステッド酸あるいはルイス酸によってカチオン重合する化合物である。例えば、エポキシ基やオキセタン基等の環状エーテル類、チオエーテル類、ビニルエーテル類等を挙げることができる。
また、光ラジカル重合性モノマーと光カチオン重合性モノマーとを併用する場合、上記光ラジカル重合性モノマーの重合が、比較的低粘度の組成物中で行われることが好ましいという点から、本発明における光カチオン重合性モノマーは、常温で液状であることが好ましい。
【００３２】
上記光カチオン重合性モノマーとしては、例えば、ジグリセロールジエーテル、ペンタエリスリトールポリジグリシジルエーテル、１，４−ビス（２，３−エポキシプロポキシパーフルオロイソプロピル）シクロヘキサン、ソルビトールポリグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル等を挙げることができる。
【００３３】
本発明においては、上述した光カチオン重合性モノマーの１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３４】
本発明の体積ホログラム記録用感光性組成物における、光重合性モノマーの合計量の含有量は、体積ホログラム記録用感光性組成物の全固形分１００質量部に対して８．５〜８５質量部であることが好ましく、８．５〜７０質量部であることがさらに好ましい。ここで、固形分とは溶媒以外の成分をいい、常温で液状のモノマーも固形分に含まれる。
光重合性モノマーの合計量の含有量が上記範囲よりも少ないと、高い屈折率変調量（Δｎ）を得ることができず、高輝度の体積ホログラム記録体を得ることができない可能性があるからである。一方、光重合性モノマーの含有量が上記範囲よりも大きいと、バインダー樹脂の含有量が相対的に減少し、ホログラム記録層を保持できない可能性があるからである。
【００３５】
また、本発明の体積ホログラム記録用感光性組成物における、光重合性モノマーにおいて、光ラジカル重合性モノマーと光カチオン重合性モノマーとの含有比は、光ラジカル重合性モノマー１００質量部に対して、光カチオン重合性モノマーが３０〜９０質量部の範囲内であることが好ましく、さらに、５０〜８０質量部の範囲内であることがさらに好ましい。
【００３６】
＜光重合開始剤＞
本発明の体積ホログラム記録用感光性組成物を構成する光重合開始剤としては、光ラジカル重合開始剤、及び光カチオン重合開始剤を用いることができる。
【００３７】
（光ラジカル重合開始剤）
本発明に用いられる光ラジカル重合開始剤としては、イミダゾール誘導体、ビスイミダゾール誘導体、Ｎ−アリールグリシン誘導体、有機アジド化合物、チタノセン類、アルミナート錯体、有機過酸化物、Ｎ−アルコキシピリジニウム塩、チオキサントン誘導体等が挙げられ、さらに具体的には、１，３−ジ（ｔ−ブチルジオキシカルボニル）ベンゾフェノン、３，３’，４，４’−テトラキス（ｔ−ブチルジオキシカルボニル）ベンゾフェノン、３−フェニル−５−イソオキサゾロン、２−メルカプトベンズイミダゾール、ビス（２，４，５−トリフェニル）イミダゾール、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン（商品名イルガキュア６５１、ＢＡＳＦ社製）、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン（商品名イルガキュア１８４、ＢＡＳＦ社製）、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１（商品名イルガキュア３６９、ＢＡＳＦ社製）、ビス（η５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウム（商品名イルガキュア７８４、ＢＡＳＦ社製）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
光カチオン重合開始剤としては、スルホン酸エステル、イミドスルホネート、ジアルキル−４−ヒドロキシスルホニウム塩、アリールスルホン酸−ｐ−ニトロベンジルエステル、シラノール−アルミニウム錯体、（η６−ベンゼン）（η５−シクロペンタジエニル）鉄（II）等が例示され、さらに具体的には、ベンゾイントシレート、２，５−ジニトロベンジルトシレート、Ｎ−トシフタル酸イミド等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３９】
光ラジカル重合開始剤としても、光カチオン重合開始剤としても用いられるものとしては、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ホスホニウム塩、トリアジン化合物、鉄アレーン錯体等が例示され、さらに具体的には、ジフェニルヨードニウム、ジトリルヨードニウム、ビス（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウム、ビス（ｐ−クロロフェニル）ヨードニウム等のヨードニウムのクロリド、ブロミド、ホウフッ化塩、ヘキサフルオロホスフェート塩、ヘキサフルオロアンチモネート塩等のヨードニウム塩、トリフェニルスルホニウム、４−ｔｅｒｔ−ブチルトリフェニルスルホニウム、トリス（４−メチルフェニル）スルホニウム等のスルホニウムのクロリド、ブロミド、ホウフッ化塩、ヘキサフルオロホスフェート塩、ヘキサフルオロアンチモネート塩等のスルホニウム塩、２，４，６−トリス（トリクロロメチル）−１，３，５−トリアジン、２−フェニル−４，６−ビス（トリクロロメチル）−１，３，５−トリアジン、２−メチル−４，６−ビス（トリクロロメチル）−１，３，５−トリアジン等の２，４，６−置換−１，３，５−トリアジン化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４０】
光重合開始剤は、記録されたホログラムの安定化の観点から、ホログラム記録後に分解処理されるものであることが好ましい
【００４１】
本発明の体積ホログラム記録用感光性組成物における光重合開始剤の含有量は、体積ホログラム記録用感光性組成物の全固形分１００質量部に対して０．０４〜６．５質量部であることが好ましく、１.８〜５．０質量部であることがさらに好ましい。
上記光重合開始剤の含有量が、上記範囲よりも少ない場合、上述した光重合性モノマーが十分に重合されず、所望の屈折率変調量（Δｎ）が得られない可能性があるからである。一方で上記範囲よりも多い場合、未反応の光重合開始剤がホログラム特性を悪化させる可能性があるからである。
【００４２】
＜増感色素＞
本発明における増感色素は、一般的に光を吸収する成分であり、光重合開始剤の記録光に対する感度を増感させる働きを有する。増感色素を用いることによって可視光にも活性となり、可視レーザー光を用いてホログラムを記録することが可能となるからである。
【００４３】
本発明に用いられる増感色素としては、チオピリリウム塩系色素、メロシアニン系色素、キノリン系色素、スチリルキノリン系色素、クマリン系色素、ケトクマリン系色素、チオキサンテン系色素、キサンテン系色素、オキソノール系色素、シアニン系色素、ローダミン染料、ピリリウムイオン系色素、シクロペンタノン系色素、シクロヘキサノン系色素、ジフェニルヨードニウムイオン系色素等を挙げることができる。シアニン系色素、メロシアニン系色素の具体例としては、３，３’−ジカルボキシエチル−２，２’−チオシアニンブロミド、１−カルボキシメチル−１’−カルボキシエチル−２，２’−キノシアニンブロミド、１，３’−ジエチル−２，２’−キノチアシアニンヨージド、３−エチル−５−［（３−エチル−２（３Ｈ）−ベンゾチアゾリリデン）エチリデン］−２−チオキソ−４−オキサゾリジン、３，９−ジエチル−３’−カルボキシメチル−２，２’−チアカルボシアニン・ヨウ素塩等が挙げられ、クマリン系色素、ケトクマリン系色素の具体例としては、３−（２’−ベンゾイミダゾール）−７−ジエチルアミノクマリン、３，３’−カルボニルビス（７−ジエチルアミノクマリン）、３，３’−カルボニルビスクマリン、３，３’−カルボニルビス（５，７−ジメトキシクマリン）、３，３’−カルボニルビス（７−アセトキシクマリン）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
後述する体積ホログラム記録体において、高透明性が要求される場合は、干渉露光工程後の、加熱工程又は光照射工程時に、分解等により脱色しやすいものが好ましく、例えば、シアニン系色素のように一般的に光によって分解しやすい色素が好ましい。室内光や太陽光の下に数時間から数日放置することにより、体積ホログラム記録体中の色素が分解されて可視域に吸収を持たなくなり、高透明な体積ホログラム記録体を得ることができるからである。
【００４５】
上記増感色素の含有量は、体積ホログラム記録用感光性組成物の全固形分１００質量部に対して０．００１〜２．０質量部であることが好ましく、０．００１〜１．２質量部であることがさらに好ましい。
上記増感色素の含有量が上記範囲よりも多い場合、高透明性が要求される際に、光照射による色素の分解が十分になされず、着色したホログラム記録層となる可能性があり、一方、上記範囲よりも少ない場合、光重合開始剤の感度を十分に増感させることができず、可視光に不活性となる可能性があるからである。
【００４６】
＜バインダー樹脂＞
バインダー樹脂は、ホログラム記録層の成膜性、膜厚の均一性を向上させ、光照射による重合で形成されたホログラムを安定化させる働きを有し、ホログラム記録層の屈折率変調量（Δｎ）の増加、耐熱性及び機械物性等の向上に寄与するものである。
本発明において用いられるバインダー樹脂としては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂より選択される１種以上が好適に用いられる。中でも、少なくとも熱可塑性樹脂を用いることが好ましく、さらに、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を併用することが屈折率変調量（Δｎ）の増加、耐熱性及び機械物性等の向上の点から好ましい。
【００４７】
（熱可塑性樹脂）
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラート、ポリビニルホルマール、ポリビニルカルバゾール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリメタクリロニトリル、ポリエチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ−１，２−ジクロロエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、シンジオタクチック型ポリメチルメタクリレート、ポリ−α−ビニルナフタレート、ポリカーボネート、セルロースアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチラート、ポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、ポリ−ｏ−メチルスチレン、ポリ−ｐ−メチルスチレン、ポリ−ｐ−フェニルスチレン、ポリ−２，５−ジクロロスチレン、ポリ−ｐ−クロロスチレン、ポリ−２，５−ジクロロスチレン、ポリアリーレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルピロリドン、ポリ塩化ビニリデン、水素化スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、透明ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、（メタ）アクリル酸環状脂肪族エステルとメチル（メタ）アクリレートとの共重合体等が挙げられる。
熱可塑性樹脂は、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００４８】
本発明のバインダー樹脂に用いられる熱可塑性樹脂としては、中でも、ポリアクリル酸エステルを含有することが、屈折率変調量（Δｎ）の増加の点から好ましい。
【００４９】
本発明で用いられるポリアクリル酸エステルとしては、例えば、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリｎ−プロピルアクリレート、ポリｎ−ブチルアクリレート、ポリベンジルアクリレート、ポリｎ−ヘキシルアクリレート、ポリイソプロピルアクリレート、ポリイソブチルアクリレート、ポリ−ｔ−ブチルアクリレート、ポリシクロヘキシルアクリレート、ポリフェニルアクリレート、ポリ１−フェニルエチルアクリレート、ポリ２−フェニルエチルアクリレート、ポリフルフリルアクリレート、ポリジフェニルメチルアクリレート、ポリペンタクロルフェニルアクリレート、ポリナフチルアクリレート等が挙げられる。ポリ（メタ）アクリル酸エステルにさらにポリ（メタ）アクリル酸エステルの加水分解物が含まれていてもよい。本発明におけるバインダー樹脂に用いられる熱可塑性樹脂は、中でも、屈折率変調量（Δｎ）の増加の点、及び保存安定性の点から、ポリメチルメタクリレート、及びポリメチルメタクリレートとポリ（メタ）アクリル酸エステルの共重合体が好ましい。
【００５０】
本発明におけるバインダー樹脂に用いられる、熱可塑性樹脂の重量平均分子量は、ホログラム記録時の光重合性モノマーの拡散移動能の点、及び、高温保存安定性の点からは、２００００〜１５００００の範囲内であることが好ましく、８００００〜１５００００の範囲内であることがより好ましく、１２００００〜１４００００の範囲内であることがさらに好ましい。
なお、本発明における重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ−（ＧＰＣ）測定のポリスチレン換算値をいう。
【００５１】
本発明におけるバインダー樹脂に用いられる、熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、６０℃〜１５０℃の範囲内であることが好ましく、７０℃〜１２０℃の範囲内であることがより好ましい。
ガラス転移温度（Ｔｇ）が上記範囲よりも高いと、光重合性モノマーの拡散移動能が劣り、所望の屈折率変調量（Δｎ）が得られず、輝度の高い体積ホログラム記録体が得られない可能性があるからである。一方、ガラス転移温度（Ｔｇ）が上記範囲よりも低いと、高温保存下にて、バインダー樹脂が軟化し、干渉縞が乱れるため、所望の屈折率変調量（Δｎ）が得られない可能性があるからである。
なお、ガラス転移温度（Ｔｇ）は、示差熱分析計（ＤＳＣ）等を用いて測定することができる。
【００５２】
（熱硬化性樹脂）
本発明におけるバインダー樹脂に熱硬化性樹脂を用いると、加熱工程において硬化されることにより、ホログラム記録層の強度を高め、体積ホログラム記録特性を向上し、安定した層構造を形成させることができる。また、上記熱硬化性樹脂の官能基の一部は光照射により、光重合性モノマーの一部と相互作用を及ぼし結合を有することができる。この場合、体積ホログラム記録後の光照射工程により、光重合性モノマーが固定されるため、体積ホログラム記録体の強度を高めることができる。
【００５３】
本発明におけるバインダー樹脂に用いられる熱硬化性樹脂としては、特に限定されるものではなく、熱硬化性基を有するモノマー、オリゴマー、及びポリマーを好適に使用することができる。
上記熱硬化性樹脂としては、例えば、ヒドロキシル基、メルカプト基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、オキセタン基、イソシアネート基、カルボジイミド基、オキサジン基、及び金属アルコキサイド等を含有する化合物等を挙げることができる。本発明においては、中でも、エポキシ基及びオキセタン基を含有する化合物を用いることがより好ましく、エポキシ基含有化合物を用いることがさらに好ましい。本発明で用いられるエポキシ基含有化合物としては、一分子中にエポキシ基を１個以上含有する樹脂であれば特に限定されるものではない。
【００５４】
上記のエポキシ基を有する化合物のうち、エポキシ基を１つ有する単官能エポキシ化合物としては、例えば、フェニルグリシジルエーテル、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、１，２−ブチレンオキサイド、１，３−ブタジエンモノオキサイド、１，２−エポキシドデカン、エピクロロヒドリン、１，２−エポキシデカン、スチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、中でも重合性不飽和結合を含有するものとして、３−メタクリロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、３−アクリロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、３−ビニルシクロヘキセンオキサイド、グリシジル（メタ）アクリレート等が挙げられる。
【００５５】
また、エポキシ基を２つ以上有する多官能エポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、ビスフェノールＳジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールＳジグリシジルエーテル、エポキシノボラック樹脂、水添ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールＳジグリシジルエーテル、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３’，４’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル−５，５−スピロ−３，４−エポキシ）シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス（３，４−エポキシシクロヘキシルメチル）アジペート、ビニルシクロヘキセンオキサイド、４−ビニルエポキシシクロヘキサン、ビス（３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル）アジペート、３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシル−３’，４’−エポキシ−６’−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、メチレンビス（３，４−エポキシシクロヘキサン）、ジシクロペンタジエンジエポキサイド、エチレングリコールのジ（３，４−エポキシシクロヘキシルメチル）エーテル、エチレンビス（３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート）、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジオクチル、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類、１，１，３−テトラデカジエンジオキサイド、リモネンジオキサイド、１，２，７，８−ジエポキシオクタン、１，２，５，６−ジエポキシシクロオクタン等があげられる。
その他、エポキシ基含有ポリマーも好適に用いられる。エポキシ基含有ポリマーとしては、例えば、エポキシ基やグリシジル基を有する単量体を共重合成分として用いた共重合体等が挙げられる。上記エポキシ基やグリシジル基を有する単量体としては、例えば、グリシジル（メタ）アクリレート、マレイン酸グリシジルエステル等のα，β−不飽和カルボン酸のグリシジルエステル等が挙げられる。
これらのエポキシ化合物は、１種のみを単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００５６】
本発明におけるバインダー樹脂に用いられる熱硬化性樹脂の重量平均分子量は、５０００〜１０００００の範囲内であることが好ましく、１００００〜５００００の範囲内であることが、屈折率変調量（Δｎ）を向上する点、及び、ホログラム記録層の膜強度の点から、より好ましい。
【００５７】
バインダー樹脂として熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂を併用する場合の、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の配合比は、屈折率変調量（Δｎ）の向上と、体積ホログラム記録体の強度の点から、質量比で熱可塑性樹脂／熱硬化性樹脂＝５０／５０〜９０／１０の範囲内であることが好ましく、６０／４０〜９０／１０の範囲内であることがより好ましく、７０／３０〜８０／２０の範囲内であることがさらに好ましい。
【００５８】
本発明の体積ホログラム記録用感光性組成物における、バインダー樹脂の含有量は、屈折率変調量（Δｎ）の向上と、体積ホログラム記録体の強度の点から、体積ホログラム記録用感光性組成物の全固形分１００質量部に対して、１〜４０質量部であることが好ましく、２５〜３５質量部であることがより好ましい。
【００５９】
＜その他の成分＞
本発明の体積ホログラム記録用感光性組成物は、本発明の効果を損なわない限り、必要に応じて、微粒子、熱重合防止剤、シランカップリング剤、着色剤等を併用してよい。
例えば、良好な箔切れ性を付与したい場合には、微粒子が用いられることが好ましい。
微粒子としては、例えば、樹脂骨格として低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（メタ）アクリル等を含む有機微粒子、シリカ、マイカ、タルク、チタニア等の無機粒子等を用いることができ、これらの微粒子を１種、又は２種以上を混合して使用してもよい。上記の中でも、上記有機微粒子の樹脂中の骨格又は、側鎖の水素の一部又は全部をフッ素原子で置換した含フッ素系樹脂の微粒子であるフッ素系微粒子、又は、チタニア微粒子であることが好ましい。
【００６０】
本発明の体積ホログラム記録用感光性組成物は、塗工する際に必要に応じて溶媒を用いてもよい。体積ホログラム記録用感光性組成物のうち、常温で液状である成分が含有されている場合は、塗工溶媒が全く必要ない場合もある。
上記溶媒としては、例えばメチルエチルケトン、アセトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールジアセテート等のエステル系溶媒、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン系溶媒、又はそれらの混合溶媒等が挙げられる。
【００６１】
なお、上述した材料は、体積ホログラムを形成する材料として用いられる材料を例示したに過ぎず、これらに限定されるものではない。
また、このようなホログラム形成用感光材料を用いた体積ホログラム３０の形成は、従来公知の反射型ホログラムの形成方法と同様とすることができる。
【００６２】
また、レーザー光は、波長帯域が極めて狭く略単波長の光であり、かつ、体積ホログラム３０についても波長選択性を備えることから、レーザー光源１０が出射する特定の波長のレーザー光以外については、偏向部３０の体積ホログラム３０が光学的に殆ど影響を与えないように構成することができる。よって、本実施形態の網膜走査型表示装置１は、小型化及び軽量化することができ、かつ、偏向部３０を素通しで観察しながら、走査部２０により走査されるレーザー光に応じた表示を視認可能である。
【００６３】
このように、本実施形態の網膜走査型表示装置１では、偏向部３０に体積ホログラム３０を用いたことにより、上述した優れた効果を得ることが可能である。そして、レーザー光源１０が出射するレーザー光の帯域を狭くし、この帯域の光についてのみ選択的に回折反射を行うことができる体積ホログラム３０を用いれば、透明度が高く、かつ、網膜に描画される表示内容を適切に視認可能であると考えられる。
【００６４】
しかし、網膜走査型表示装置において、体積ホログラム３０をレーザー光の偏向に用いる場合、温度変化によって回折効率の変化が問題となることが判明した。より具体的には、体積ホログラム３０の波長選択性が高すぎると、温度変化によって、所望の回折効率が得られず、暗い映像しか観察できなかったり、観察される画像の色バランスがずれてしまったりすることがあった。
【００６５】
図２は、体積ホログラム３０の波長選択性が非常に高い場合の波長に対する回折効率の分布を示す図である。図２の横軸は、波長を示し、縦軸は、体積ホログラム３０の回折効率を示している。また、図２中で、常温における回折効率の分布を実線で示し、高温時を破線で示し、低温時を一点鎖線で示した。
図２に実線で示すように波長選択性が非常に高い体積ホログラム３０は、レーザー光の帯域以外の光を殆ど回折しないことから、一見、理想的に思われる。しかし、体積ホログラム３０の温度が変化すると、選択的に回折する波長が変化する。図２に示すように、高温時には、長波長側へ回折波長がシフトし、低温時には、短波長側へ回折波長がシフトする。これは、温度変化によって体積ホログラム３０が膨張、又は、収縮することに起因すると考えられる。図２に示すように、高温時、低温時のいずれにおいても、体積ホログラム３０が回折する波長帯域は、レーザー光の帯域から大きくずれてしまい、十分な光量の回折光を得ることができない。このような状況にあっては、体積ホログラム３０を偏向部３０に用いることができない。
【００６６】
そこで、温度変化による影響を小さくできる体積ホログラム３０を開発し、体積ホログラム３０を偏向部３０に用いることを可能とした。
図３は、本実施形態で偏向部３０に用いた体積ホログラム３０の２０℃における回折効率の分布の例を示す図である。
図３に例示した本実施形態の偏向部３０に用いた体積ホログラム３０は、分光分布曲線において半値幅が５ｎｍとなっている。本明細書において、分光分布曲線における半値幅とは、分光分布曲線におけるピーク値の半値となるときの曲線の幅（波長範囲であり、半値全幅とも呼ぶ）である。なお、分光分布曲線の縦軸は、光量そのものであってもよいし、回折効率であってもよい。本実施形態では、回折効率の分布曲線を分光分布曲線とした。
【００６７】
なお、分光分布曲線については、実際に回折反射されたレーザー光を測定して求めてもよいし、体積ホログラム３０によって回折反射されずにそのまま透過したレーザー光を測定して求めてもよい。
【００６８】
また、図３中には、レーザー光源１０が出射するレーザー光の帯域も図２と同様に併記した。本実施形態のレーザー光源１０が出射するレーザー光の帯域は、５３０ｎｍを中心として波長幅が１ｎｍである。図３に示すように、２０℃では、回折効率のピーク位置とレーザー光源１０が出射するレーザー光の帯域が略一致しており、効率よくレーザー光を回折反射できる。
【００６９】
図４は、本実施形態で偏向部３０に用いた体積ホログラム３０の４０℃における回折効率の分布を示す図である。
４０℃では、回折効率の分布曲線（分光分布曲線）が長波長側へ略２ｎｍシフトするが、本実施形態の偏向部３０に用いた体積ホログラム３０は、分光分布曲線において半値幅が５ｎｍとなっていることから、回折効率の低下は略半分程度に抑えられており、映像の表示が十分に可能である。
【００７０】
図５は、本実施形態で偏向部３０に用いた体積ホログラム３０の０℃における回折効率の分布を示す図である。
０℃においても、回折効率の分布曲線（分光分布曲線）が短波長側へ略２ｎｍシフトするが、本実施形態の偏向部３０に用いた体積ホログラム３０は、分光分布曲線において半値幅が５ｎｍとなっていることから、回折効率の低下は略半分程度に抑えられており、映像の表示が十分に可能である。
【００７１】
よって、体積ホログラム３０は、分光分布曲線において半値幅が５ｎｍ以上あることが望ましいといえる。
また、より好ましくは、体積ホログラム３０は、分光分布曲線において半値幅が１０ｎｍ以上あることが望ましい。
また、さらに好ましくは、体積ホログラム３０は、分光分布曲線において半値幅が２０ｎｍ以上あることが望ましい。
図６は、半値幅が５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍの回折効率の分布曲線を示す図である。
図６のように、半値幅が広くなるほど、温度変化の影響を受けにくくすることができる。
さらに、最大効率の９０％の位置での波長幅が５ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上であるとさらに好ましい。中心波長がずれても効率が殆ど変わらないことから、温度変化の影響をさらに小さくすることができるからである。
【００７２】
次に、上述したように分光分布曲線において半値幅が広い体積ホログラム３０のより具体的な構成について説明する。
体積ホログラム３０の回折光の半値幅は、その膜厚と屈折率変調量Δｎとの影響を大きく受けることが考えられるので、先ず、これらの最適な範囲を規定する。
図７は、シミュレーション条件を示す図である。図７（ａ）は、シミュレーション条件の一覧を示し、図７（ｂ）は、入射角と出射角の条件を示している。
ここでは、図７に示す条件下で体積ホログラム３０のシミュレーションを行い、半値幅への膜厚と屈折率変調量Δｎとの影響を調べた。なお、屈折率変調量Δｎについては、露光前の材料の選定、配合によって大きく変わるものであるが、露光条件によっても変化させることができるので、所望の値とすることが十分に可能である。なお、以下に示すシミュレーションの結果は、Ｐ偏光とＳ偏光の平均値を用いている。
【００７３】
反射型ホログラムのシミュレーションは、KogelnikのCoupled Wave theory（The Bell System Technical Journal Vol.48,No.9,pp.2909-2947(Nov.1969)）に基づいて行った。
反射型ホログラムの回折効率ηは、媒質での吸収が無視できる場合に、次式（Ａ）で与えられる。
【００７４】
η＝１／［１＋（１−ξ2／ν2）／ｓｉｎｈ2｛√（ν2−ξ2）｝］・・・（Ａ）
ここで、νとξは次式で与えられる。
【００７５】
ν＝πｔΔｎ／｛λ√（ｃｏｓθR・ｃｏｓθS）｝
ξ＝ｔ／２×（ｋRz＋Ｋz−ｋSz）
ただし、
ｔ：感光材料の厚み
λ：真空中の波長
θR：入射光とホログラム面法線ベクトルのなす角
θS：回折光とホログラム面法線ベクトルのなす角
ｋRz：入射光の波数ベクトルのホログラム面法線方向の成分
ｋSz：回折光の波数ベクトルのホログラム面法線方向の成分
Ｋz：回折格子ベクトルのホログラム面法線方向の成分
Δｎ：ホログラム媒質の屈折率変調の振幅
ｎ：ホログラム媒質の平均屈折率
である。
【００７６】
ここで、光の波数ベクトルｋは、｜ｋ｜＝２πｎ／λで与えられ、回折格子ベクトルＫは、体積ホログラムの干渉縞面に垂直なベクトルで干渉縞の周期（格子間隔）をΛとすると、｜Ｋ｜＝２π／Λで与えられる。
【００７７】
（膜厚ｔとΔｎとを変数とした半値幅シミュレーション）
図８は、膜厚ｔとΔｎとを変化させて半値幅を求めたシミュレーションの結果をまとめた図である。図８では、膜厚ｔを１５種類、Δｎを２０種類、それぞれ組み合わせて、計３００種類のシミュレーションを行った結果をまとめている。
図８を見ると、膜厚ｔは薄い方が望ましく、Δｎは高い値が望ましいことは解るが、定量的に把握することが難しい。そこで、図８に示した結果から、膜厚ｔとΔｎとの組み合わせで好ましい範囲を数式化した。
具体的には、図８に示した半値幅は、その数値範囲で複数領域に分けることが可能であるので、境界とする半値幅が得られる膜厚ｔとΔｎとの組み合わせからなるデータ群を集めて、そのデータ群を表す近似式を求めた。境界としては、半値幅が５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍとなる境界を設定した。
【００７８】
図９は、半値幅から求めた膜厚ｔとΔｎとの好ましい組み合わせ範囲を示す近似式のグラフである。
上述した境界値となる半値幅５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ毎に多項式近似を行った結果を図９中に併記した。
【００７９】
半値幅５ｎｍの近似結果から、
Δｎ≧−５×１０−６ｔ２＋０．００３ｔ＋０．０００７
ただし、ｔ≧３０μｍの場合には、Δｎ≧０．００５
の関係を満たすことが望ましいといえる。この関係を満たすことにより、半値幅を５ｎｍ以上とすることができる。なお、多項式によって近似していることから、膜厚ｔが３０μｍを超えた範囲では近似式の精度が低下する。そこで、膜厚ｔが３０μｍ付近では、近似曲線が略横ばいとなっていることを考慮して、ｔ≧３０μｍの場合には、Δｎ≧０．００５（Δｎ＝０．００５は、近似式にｔ＝３０μｍとしたときのΔｎ）とした（以下の別条件でも同様）。
【００８０】
より望ましくは、半値幅１０ｎｍの近似結果から、
Δｎ≧−５×１０−８ｔ４＋３×１０−６ｔ３−６×１０−５ｔ２＋０．００１ｔ＋４×１０−５
ただし、ｔ≧３０μｍの場合には、Δｎ≧０．０１５
の関係を満たすことが望ましいといえる。この関係を満たすことにより、半値幅を１０ｎｍ以上とすることができる。
【００８１】
より望ましくは、半値幅１５ｎｍの近似結果から、
Δｎ≧１×１０−７ｔ４−６×１０−６ｔ３＋５×１０−５ｔ２＋０．００２１ｔ−０．００１２
ただし、ｔ≧３０μｍの場合には、Δｎ≧０．０３
の関係を満たすことが望ましいといえる。この関係を満たすことにより、半値幅を１５ｎｍ以上とすることができる。
【００８２】
より望ましくは、半値幅２０ｎｍの近似結果から、
Δｎ≧１×１０−８ｔ４＋４×１０−６ｔ３−０．０００２ｔ２＋０．００５６ｔ−０．００４５
ただし、ｔ≧３０μｍの場合には、Δｎ≧０．０４
の関係を満たすことが望ましいといえる。この関係を満たすことにより、半値幅を２０ｎｍ以上とすることができる。
【００８３】
より望ましくは、半値幅３０ｎｍの近似結果から、
Δｎ≧２×１０−８ｔ５−２×１０−６ｔ４＋９×１０−５ｔ３−０．００１９ｔ２＋０．０１９５ｔ−０．０１６９
ただし、ｔ≧３０μｍの場合には、Δｎ≧０．０６
の関係を満たすことが望ましいといえる。この関係を満たすことにより、半値幅を３０ｎｍ以上とすることができる。
【００８４】
（膜厚ｔとΔｎとを変数とした回折効率シミュレーション）
膜厚ｔ及びΔｎが変わると、上述した半値幅のみならず、回折効率も影響を受ける。そこで、回折効率を考慮して、膜厚ｔとΔｎとの適切な範囲をさらに限定する。
図１０は、膜厚ｔとΔｎとを変化させて回折効率の最大値を求めたシミュレーションの結果をまとめた図である。図１０についても、図８の場合と同様に膜厚ｔを１５種類、Δｎを２０種類、それぞれ組み合わせて、計３００種類のシミュレーションを行った結果をまとめている。
図１０を見ると、膜厚ｔは厚い方が望ましく、Δｎは高い値が望ましいことは解るが、定量的に把握することが難しい。そこで、図８の場合と同様に、図１０に示した結果から、膜厚ｔとΔｎとの組み合わせで好ましい範囲を数式化した。
具体的には、境界としては、回折効率の最大値が０．２、０．４、０．６、０．８となる境界を設定した。
【００８５】
図１１は、回折効率の最大値から求めた膜厚ｔとΔｎとの好ましい組み合わせ範囲を示す近似式のグラフである。
上述した境界値となる回折効率の最大値０．２、０．４、０．６、０．８毎に多項式近似を行った結果を図１１中に併記した。
【００８６】
回折効率の最大値０．２の近似結果から、
Δｎ≦０．０６４１ｔ（−１．０４９）
の関係を満たすことが望ましいといえる。この関係を満たすことにより、回折効率の最大値を０．２以上とすることができる。
【００８７】
より望ましくは、回折効率の最大値０．４の近似結果から、
Δｎ≦０．１２９７ｔ（−１．０６５）
の関係を満たすことが望ましいといえる。この関係を満たすことにより、回折効率の最大値を０．４以上とすることができる。
【００８８】
より望ましくは、回折効率の最大値０．６の近似結果から、
Δｎ≦０．１７６８ｔ（−１．０７）
の関係を満たすことが望ましいといえる。この関係を満たすことにより、回折効率の最大値を０．６以上とすることができる。
【００８９】
より望ましくは、回折効率の最大値０．８の近似結果から、
Δｎ≦０．２５７ｔ（−１．０５１）
の関係を満たすことが望ましいといえる。この関係を満たすことにより、回折効率の最大値を０．８以上とすることができる。
【００９０】
（入射角θ１と出射角θ２とを変数とした半値幅シミュレーション）
上述したシミュレーションは、入射角と出射角とをそれぞれ、５０°と１８０°とに固定したものであった。この入射角５０°及び出射角１８０°は、ヘッドマウント型の網膜走査型表示装置１を想定すると、最も好適な組み合わせである。しかし、当然ながら入射角と出射角との組み合わせは、これに限らず、適宜設計変更可能である。そこで、入射角及び出射角が変わった場合を想定してシミュレーションを行った。
【００９１】
図１２は、入射角と出射角に着目したシミュレーション条件を示す図である。図１２（ａ）は、シミュレーション条件の一覧を示し、図１２（ｂ）は、入射角θ１と出射角θ２とを変化させる状態を示している。
ここでは、図１２に示す条件下で体積ホログラム３０のシミュレーションを行い、半値幅への入射角θ１と出射角θ２との影響を調べた。
【００９２】
図１３は、入射角θ１と出射角θ２とを変化させて半値幅を求めたシミュレーションの結果をまとめた図である。図１３では、入射角θ１を０°から８５°まで１８種類、出射角θ２を１００°から２６０°まで１７種類、それぞれ組み合わせて、計３０６種類のシミュレーションを行った結果をまとめている。
図１３を見ると、入射角θ１は、大きい方が（８５°に近い方が）半値幅を広くでき、出射角θ２は、小さい方が（１００°に近い方が）半値幅を広くできることは解るが、定量的に把握することが難しい。そこで、図１３に示した結果から、入射角θ１と出射角θ２との組み合わせで好ましい範囲を先に説明した膜厚ｔとΔｎとの場合と同様にして数式化した。境界としては、半値幅が１５ｎｍ、１８ｎｍとなる境界を設定したが、半値幅１５ｎｍについては図１３を見て解るように、出射角θ２が小さい側と大きい側との２領域に分かれて存在している。よって、半値幅が１５ｎｍを境界とする近似式は、２つとしている。
【００９３】
図１４は、半値幅から求めた膜厚ｔとΔｎとの好ましい組み合わせ範囲を示す近似式のグラフである。
上述した境界値となる半値幅１５ｎｍを２つ（１５ｎｍ−Ａ、１５ｎｍ−Ｂ）と、１８ｎｍのそれぞれに多項式近似を行った結果を図１４中に併記した。
【００９４】
半値幅１５ｎｍの結果から、０°≦θ１≦８５°、かつ、１００°≦θ２≦２６０°の範囲内において、
θ２≦０．３２１４θ１＋２３４．７５
かつ
θ２≧−θ１＋１１８．３３
の双方の関係を満たすことが望ましいといえる。この関係を満たすことにより、半値幅を１５ｎｍ以上とすることができる。
【００９５】
また、半値幅１８ｎｍの結果から、
θ２≧１６０°の場合は、
θ２≦８２．４３６θ１（０．２２７８）
を満たすことが望ましい。
また、θ２＜１６０°の場合は、
θ１≧４０°
の関係を満たすことが望ましい。
これらの関係を満たすことにより、半値幅を１８ｎｍ以上とすることができる。
【００９６】
（入射角θ１と出射角θ２とを変数とした回折効率シミュレーション）
入射角θ１及び出射角θ２が変わると、上述した半値幅のみならず、回折効率も影響を受ける。そこで、回折効率を考慮して、入射角θ１と出射角θ２との適切な範囲をさらに限定する。
図１５は、入射角θ１と出射角θ２とを変化させて回折効率の最大値を求めたシミュレーションの結果をまとめた図である。図１５についても、図１３の場合と同様に入射角θ１を０°から８５°まで１８種類、出射角θ２を１００°から２６０°まで１７種類、それぞれ組み合わせて、計３０６種類のシミュレーションを行った結果をまとめている。
図１５を見ると、入射角θ１は小さい方（０°に近い方が）が望ましく、出射角θ２は大きい方（２６０°に近い方が）が望ましいことは解るが、定量的に把握することが難しい。そこで、図１３の場合と同様に、図１５に示した結果から、入射角θ１と出射角θ２との組み合わせで好ましい範囲を数式化した。
具体的には、境界としては、回折効率の最大値が０．６、０．８となる境界を設定した。
【００９７】
図１６は、回折効率の最大値から求めた入射角θ１と出射角θ２との好ましい組み合わせ範囲を示す近似式のグラフである。
上述した境界値となる回折効率の最大値０．６、０．８のそれぞれに多項式近似を行った結果を図１６中に併記した。
【００９８】
回折効率の最大値０．６の近似結果から、０°≦θ１≦８５°、かつ、１００°≦θ２≦２６０°の範囲内において、
θ２≧６５．５４９ｌｎ（θ１）−１７０．３２
の関係を満たすことが望ましいといえる。この関係を満たすことにより、回折効率の最大値を０．６以上とすることができる。
【００９９】
より望ましくは、回折効率の最大値０．８の近似結果から、０°≦θ１≦８５°、かつ、１００°≦θ２≦２６０°の範囲内において、
θ２≧４１．６４８ｌｎ（θ１）−２８．８０２
の関係を満たすことが望ましいといえる。この関係を満たすことにより、回折効率の最大値を０．８以上とすることができる。
【０１００】
本実施形態で偏向部３０に用いる体積ホログラム３０としては、上述した膜厚ｔ及びΔｎの好ましい範囲、及び、入射角θ１及び出射角θ２の好ましい範囲から、適宜組み合わせて使用条件に最適な体積ホログラム３０を用いることができる。
なお、実際に作製された体積ホログラムについて、膜厚の測定を行うには、断面のＳＥＭ観察より測定するとよい。また、Δｎの測定方法としては膜厚、回折角度、波長の測定結果を元にした回折効率のシミュレーション演算を行い、回折効率測定結果とのフィッティングからΔｎを算出するとよい。
【０１０１】
以上説明したように、本実施形態の網膜走査型表示装置１は、偏向部３０に体積ホログラム３０を用いており、その回折光の半値幅が５ｎｍ以上となっているので、温度変化による回折効率の低下を抑えることができる。また、本実施形態の偏向部３０に用いている体積ホログラム３０は、上述した膜厚ｔ及びΔｎの好ましい範囲、及び、入射角θ１及び出射角θ２の好ましい範囲にあるので、半値幅が広く、かつ、回折効率の良好な体積ホログラム３０を実現できており、温度変化によらず、適切な表示を実現可能である。
なお、波長５３０ｎｍの緑の波長に対してシミュレーションを行ったが、赤及び青色の光に対しても同様に考えることができる。
【０１０２】
（第２実施形態）
図１７は、第２実施形態の頭部装着型表示装置２を示す図である。
本発明の体積ホログラム３０は、第１実施形態に示した網膜走査型表示装置１に限らず、他の形態の頭部装着型表示装置にも用いることができる。
図１７に示した頭部装着型表示装置２は、マイクロディスプレイ４０から投影される映像光を体積ホログラム３０によって偏向させて観察者の眼Ｅへ向けて回折反射させる。マイクロディスプレイ４０は、レーザー光源を用いた光学エンジンである。
体積ホログラム３０は、第１実施形態の体積ホログラム３０と同様の構成とすることができる。なお、第２実施形態の体積ホログラム３０は、曲面ハーフミラーと同等な光を偏向させる作用を有しており、映像光を回折反射するだけでなく、背景を透過して観察可能とする偏向部である。
【０１０３】
（第３実施形態）
図１８は、第３実施形態の頭部装着型表示装置３を示す図である。
第３実施形態の頭部装着型表示装置３は、レーザー光の走査を行わない網膜投影型の表示装置である。
レーザー光源５０を出射したレーザー光は、コリメーターレンズ６０によりコリメートされたのち、ＬＣＤ（liquid crystal display）７０を透過し、さらに高次回折除去光学系８０により不要な回折光の除去が行われ、体積ホログラム３０へ到達する。
第３実施形態の体積ホログラム３０も、第１実施形態の体積ホログラム３０と同様な構成とすることができ、曲面ハーフミラーと同等な光を偏向させる作用を有しており、映像光を回折反射するだけでなく、背景を透過して観察可能とする偏向部である。
【０１０４】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
【０１０５】
（１）各実施形態において、単一の波長について説明を行ったが、例えば、ＲＧＢの３色に対応したレーザー光を用いる等、波長が複数ある場合にも、本発明を適用可能である。その場合、ＲＧＢ各波長に対してホログラム層を別に形成し積層してもよいし、同一層にＲＧＢ各波長の干渉縞を形成してもよい。
【０１０６】
（２）各実施形態において、望ましい範囲と規定した各数値範囲については、体積ホログラムの全領域において満たさなくてもよい。例えば、体積ホログラムに対する入射角や出射角については、体積ホログラムの全領域において望ましい数値範囲を満たさなくてもよい。例えば、視線の中心（体積ホログラムの中心）が今回規定している角度範囲の条件を満たすとよい。
【０１０７】
（３）各実施形態において、体積ホログラム３０を頭部装着型表示装置に適用した例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、頭部に装着しない表示装置に本発明の体積ホログラムを用いてもよい。
【０１０８】
なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。
【符号の説明】
【０１０９】
１    網膜走査型表示装置
１０  レーザー光源
２０  走査部
３０  偏向部、体積ホログラム
【図１】
2020197583.tif 000003
【図２】
2020197583.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020197583.tif 000006
【図５】
2020197583.tif 000007
【図６】
2020197583.tif 000008
【図７】
2020197583.tif 000009
【図８】
2020197583.tif 000010
【図９】
2020197583.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2020197583.tif 000017
【図１６】
2020197583.tif 000018
【図１７】
2020197583.tif 000019
【図１８】
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