(57)【要約】【課題】観察画角の大きい映像表示装置やＨＭＤおよびＨＵＤに適用可能で、画面全体にわたって画質が良好で、明るい映像を観察させることが可能なＨＯＥを提供する。【解決手段】反射型で体積位相型のＨＯＥは、面内の領域によって回折波長の半値幅が異なる。このようなＨＯＥは、例えば、領域によって膜厚を異ならせる、あるいはＨＯＥを作製するときの条件（例えば露光量、熱処理温度、熱処理時間）を領域によって異ならせることにより実現可能である。例えば、ＨＯＥの周辺部の半値幅を中心部よりも狭めることにより、ＨＯＥの中心部で正反射に近い入射・反射特性となるようにＨＯＥを使用したときでも、ＨＯＥの周辺部を通る光に対する、ＨＯＥの色分散の影響を低減することができる。したがって、本発明のＨＯＥは、画面周辺でのＨＯＥの色分散の影響が無視できなくなるような、観察画角の大きい映像表示装置に好適となる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射型で体積位相型のホログラム光学素子であって、
面内の領域によって回折波長の半値幅が異なることを特徴とするホログラム光学素子。
【請求項２】
前記回折波長の半値幅の最大の領域から周辺に向かって、前記回折波長の半値幅が狭くなることを特徴とする請求項１に記載のホログラム光学素子。
【請求項３】
前記回折波長の半値幅の変化が対称となる少なくとも１本の対称軸を有し、前記対称軸の少なくとも一部を含む領域で前記回折波長の半値幅が最大であり、前記領域から前記対称軸に垂直な方向の周辺に向かって、前記回折波長の半値幅が狭くなることを特徴とする請求項１または２に記載のホログラム光学素子。
【請求項４】
前記回折波長の半値幅は、複数の領域間で段階的に変化することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のホログラム光学素子。
【請求項５】
前記回折波長の半値幅は、複数の領域間で連続的に変化することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のホログラム光学素子。
【請求項６】
前記領域により膜厚が異な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ホログラム光学素子。
【請求項７】
最大回折効率は、領域によらずほぼ一定値であることを特徴とする請求項６に記載のホログラム光学素子。
【請求項８】
回折波長の半値幅の異なる２領域のうち、半値幅がより広い領域を第１の領域とし、半値幅がより狭い領域を第２の領域とすると、半値幅の異なるどの２領域についても、第１の領域の膜厚は、第２の領域の膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項６または７に記載のホログラム光学素子。
【請求項９】
表面がシリンドリカル面であることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載のホログラム光学素子。
【請求項１０】
シリンドリカル形状に曲げた基板上に、ホログラム感材液を塗布して作製されることを特徴とする請求項９に記載のホログラム光学素子。
【請求項１１】
領域によってホログラムの屈折率変調（Δｎ）が異な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ホログラム光学素子。
【請求項１２】
レーザ光の２光束干渉により作製されるとともに、作製時のレーザ光の露光量が領域によって異なり、
回折波長の半値幅の異なる２領域のうち、半値幅がより広い領域を第１の領域とし、半値幅がより狭い領域を第２の領域とすると、半値幅の異なるどの２領域についても、第１の領域における露光量は、第２の領域における露光量よりも高いことを特徴とする請求項１１に記載のホログラム光学素子。
【請求項１３】
レーザ光の２光束干渉により作製されるとともに、レーザ光の露光後の熱処理温度が領域によって異なり、
回折波長の半値幅の異なる２領域のうち、半値幅がより広い領域を第１の領域とし、半値幅がより狭い領域を第２の領域とすると、半値幅の異なるどの２領域についても、第１の領域における熱処理温度は、第２の領域における熱処理温度よりも高いことを特徴とする請求項１１に記載のホログラム光学素子。
【請求項１４】
レーザ光の２光束干渉により作製されるとともに、レーザ光の露光後の熱処理時間が領域によって異なり、
回折波長の半値幅の異なる２領域のうち、半値幅がより広い領域を第１の領域とし、半値幅がより狭い領域を第２の領域とすると、半値幅の異なるどの２領域についても、第１の領域における熱処理時間は、第２の領域における熱処理時間よりも長いことを特徴とする請求項１１または１３に記載のホログラム光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型で体積位相型のホログラム光学素子（以下、ＨＯＥとも称する）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
反射型で体積位相型のＨＯＥは、その波長選択性・角度選択性により、特定の波長領域の光束のみを任意の方向に導くことが可能であることから、高いシースルー性と光学レンズ特性とを併せ持つ薄型の光学素子として有用である。
【０００３】
例えば、表示素子からの映像光を観察者の瞳の方向に反射させると同時に、外界光を透過させるコンバイナとして反射型のＨＯＥを用いることで、表示映像の虚像に外界を重ね合わせて観察可能なシースルーの映像表示装置や、それを備えたヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも称する）およびヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤとも称する）を実現することが可能である。このようなシースルーの映像表示装置を使用すれば、観察者は前方から視線をそらせることなく、映像表示装置から必要な情報を追加で観察可能である。したがって、このような映像表示装置は、様々なシーンで非常に有用なものとなる。
【０００４】
ところで、ＨＯＥは回折光学素子なので、ＨＯＥに入射した光は波長によって異なる方向に回折する。このため、波長による分散（色分散）が生じ、ＨＯＥを映像表示装置に適用した場合に、ＨＯＥの色分散に起因する横色収差が発生する。
【０００５】
そこで、例えば特許文献１では、画面中心とＨＯＥで対応する領域（以下、中心部とも称する）で正反射に近い入射・反射特性となるようにＨＯＥを使用することで、画面中心でＨＯＥの色分散の影響を抑え、横色収差を低減している。
【０００６】
また、近年、映像表示装置における視認性向上のため、ＨＯＥに対して様々な工夫が施されている。例えば特許文献２の装置では、ＨＯＥの中心部よりも周辺部の回折効率を低くすることで、表示映像の虚像と外界との目障りな境界（虚像の枠、エッジ）を不鮮明化している。また、例えば特許文献３の装置では、観察者の視線の変化やホログラムの取り付け角度の変化に対して明るさの低下と表示像のボケを防止するために、高効率狭帯域部と低効率広帯域部とからなり、かつ、これらの帯域の回折効率ピーク波長を一致させたＨＯＥを用いている。つまり、ＨＯＥの高効率狭帯域部によって表示像のボケを低減し、低効率広帯域部によって表示像のボケをあまり感じさせないで明るさの増大を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１４００７９号公報
【特許文献２】特開平６−２０２０３７号公報
【特許文献３】特開平８−２３４０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のように、ＨＯＥの中心部で正反射に近い入射・反射特性となるようにＨＯＥを使用する場合、ＨＯＥに光学レンズとしての特性（光学パワー）を持たせると、画面中心で横色収差が発生しないようにしても、画面周辺でＨＯＥの色分散による横色収差が発生する。この画面周辺での横色収差については、ＨＯＥに極端に強い光学パワーを持たせなければ、ＨＯＥの色分散による影響を他の光学系の分散で打ち消して、実用上問題とならない範囲に抑えることができる。しかし、これは映像の観察画角が小さい場合だけであり、観察画角が大きくなるにつれて、画面周辺でのＨＯＥの色分散の影響を無視することができなくなり、画面周辺での横色収差が増大する。
【０００９】
また、特許文献２のように、ＨＯＥの中心部よりも周辺部の回折効率を低くすると、画面周辺は暗くなり、画面全体を明るく観察することはできない。さらに、特許文献３の構成では、ＨＯＥが低効率広帯域部を有しており、回折波長幅が広いので、特許文献１の場合と同様に、例えば画面周辺においてＨＯＥの色分散に起因する横色収差が生じる。
【００１０】
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、その目的は、画面周辺でのＨＯＥの色分散の影響が無視できなくなるような、観察画角の大きい映像表示装置やＨＭＤおよびＨＵＤに適用したときでも、画面全体にわたって画質が良好で（横色収差の小さい）、明るい映像を観察させることができるＨＯＥを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のホログラム光学素子は、反射型で体積位相型のホログラム光学素子であって、面内の領域によって回折波長の半値幅が異なることを特徴としている。
【００１２】
本発明のホログラム光学素子において、前記回折波長の半値幅の最大の領域から周辺に向かって、前記回折波長の半値幅が狭くなることが望ましい。
【００１３】
本発明のホログラム光学素子は、前記回折波長の半値幅の変化が対称となる少なくとも１本の対称軸を有し、前記対称軸の少なくとも一部を含む領域で前記回折波長の半値幅が最大であり、前記領域から前記対称軸に垂直な方向の周辺に向かって、前記回折波長の半値幅が狭くなることが望ましい。
【００１４】
本発明のホログラム光学素子において、前記回折波長の半値幅は、複数の領域間で段階的に変化してもよい。
【００１５】
本発明のホログラム光学素子において、前記回折波長の半値幅は、複数の領域間で連続的に変化してもよい。
【００１６】
本発明のホログラム光学素子は、前記領域により膜厚が異なっていてもよい。
【００１７】
本発明のホログラム光学素子において、最大回折効率は、領域によらずほぼ一定値であってもよい。
【００１８】
本発明のホログラム光学素子において、回折波長の半値幅の異なる２領域のうち、半値幅がより広い領域を第１の領域とし、半値幅がより狭い領域を第２の領域とすると、半値幅の異なるどの２領域についても、第１の領域の膜厚は、第２の領域の膜厚よりも薄くてもよい。
【００１９】
本発明のホログラム光学素子において、表面がシリンドリカル面であってもよい。
【００２０】
本発明のホログラム光学素子は、シリンドリカル形状に曲げた基板上に、ホログラム感材液を塗布して作製されてもよい。
【００２１】
本発明のホログラム光学素子は、領域によってホログラムの屈折率変調（Δｎ）が異なっていてもよい。
【００２２】
本発明のホログラム光学素子は、レーザ光の２光束干渉により作製されるとともに、作製時のレーザ光の露光量が領域によって異なり、回折波長の半値幅の異なる２領域のうち、半値幅がより広い領域を第１の領域とし、半値幅がより狭い領域を第２の領域とすると、半値幅の異なるどの２領域についても、第１の領域における露光量は、第２の領域における露光量よりも高くてもよい。
【００２３】
本発明のホログラム光学素子は、レーザ光の２光束干渉により作製されるとともに、レーザ光の露光後の熱処理温度が領域によって異なり、回折波長の半値幅の異なる２領域のうち、半値幅がより広い領域を第１の領域とし、半値幅がより狭い領域を第２の領域とすると、半値幅の異なるどの２領域についても、第１の領域における熱処理温度は、第２の領域における熱処理温度よりも高くてもよい。
【００２４】
本発明のホログラム光学素子は、レーザ光の２光束干渉により作製されるとともに、レーザ光の露光後の熱処理時間が領域によって異なり、回折波長の半値幅の異なる２領域のうち、半値幅がより広い領域を第１の領域とし、半値幅がより狭い領域を第２の領域とすると、半値幅の異なるどの２領域についても、第１の領域における熱処理時間は、第２の領域における熱処理時間よりも長くてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、ＨＯＥの面内の領域によって回折波長の半値幅が異なるので、例えば、ＨＯＥの周辺部の半値幅を中心部よりも狭めることにより、ＨＯＥの中心部で正反射に近い入射・反射特性となるようにＨＯＥを使用したときでも、ＨＯＥの周辺部を通る光に対する、ＨＯＥの色分散の影響を低減することができる。一方、ＨＯＥの中心部では、周辺部よりも広い半値幅によって光の利用効率を高めることができる。なお、例えばＨＯＥの周辺部の半値幅を狭めても、周辺部で最大回折効率が著しく低下することはない。
【００２６】
このように、本発明によれば、ＨＯＥの周辺部を通る光に対する、ＨＯＥの色分散の影響を低減できるので、画面周辺でのＨＯＥの色分散の影響が無視できなくなるような、観察画角の大きい映像表示装置に好適なＨＯＥを実現することができる。そして、本発明のＨＯＥを観察画角の大きい映像表示装置やＨＭＤ、ＨＵＤなどに適用したときでも、画面全体にわたって画質の良好な（横色収差の小さい）、明るい映像を観察させることができ、優れたレンズ特性を有する光学素子としてＨＯＥを機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ＨＯＥの回折特性を示す説明図である。
【図２】ＨＯＥの膜厚と回折波長の半値幅との関係を示す説明図である。
【図３】実施例１のＨＯＥの概略の構成を示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ’線上のＨＯＥのポジションと膜厚との関係を示す説明図である。
【図５】図３のＡ−Ａ’線上のＨＯＥのポジションと回折波長の半値幅との関係を示す説明図である。
【図６】図３のＡ−Ａ’線上のＨＯＥのポジションと回折効率との関係を示す説明図である。
【図７】感光層１層でＲＧＢの３色に感度を有するカラーＨＯＥの中心での回折波長と回折効率との関係を示す説明図である。
【図８】上記カラーＨＯＥのポジションと回折効率との関係を示す説明図である。
【図９】ＨＯＥの他の構成例を示す平面図である。
【図１０】実施例２のＨＯＥの概略の構成を示す平面図である。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ’線上のＨＯＥのポジションと膜厚との関係を示す説明図である。
【図１２】図１０のＢ−Ｂ’線上のＨＯＥのポジションと回折波長の半値幅との関係を示す説明図である。
【図１３】シリンドリカル形状の上記ＨＯＥの作製工程の一部を示す断面図である。
【図１４】実施例３および実施例４のＨＯＥの概略の構成を示す平面図である。
【図１５】作製時にホログラム感光材料に照射されるレーザ光の露光量とＨＯＥの回折効率との関係を示す説明図である。
【図１６】図１４のＣ−Ｃ’線上のＨＯＥのポジションと露光量との関係を示す説明図である。
【図１７】ＨＯＥの各ポジションごとの回折特性を示す説明図である。
【図１８】図１４のＣ−Ｃ’線上のＨＯＥのポジションとホログラムの屈折率変調（Δｎ）との関係を示す説明図である。
【図１９】図１４のＣ−Ｃ’線上のＨＯＥのポジションと熱処理温度との関係を示す説明図である。
【図２０】図１４のＣ−Ｃ’線上のＨＯＥのポジションと熱処理時間との関係を示す説明図である。
【図２１】各ＨＯＥを適用可能な映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図２２】上記映像表示装置を適用可能なＨＭＤの概略の構成を示す斜視図である。
【図２３】上記映像表示装置を適用可能なＨＵＤの概略の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
反射型で体積位相型のＨＯＥは、可干渉性の２光束を用いてホログラム感光材料を露光し、２光束による干渉縞をホログラム感光材料に記録することにより作製される。ホログラム感光材料としては、フォトポリマー、銀塩材料、重クロム酸ゼラチンなどが挙げられるが、中でもドライプロセスで製造できるフォトポリマーが望ましい。
【００３０】
本発明のＨＯＥは、面内の領域によって回折波長の半値幅が異なるように作製される。例えば、本発明のＨＯＥでは、入射光束の中心光線付近の光が入射する領域（中心部）では回折波長の半値幅が広く、その周辺の光が入射する領域（周辺部）では、回折波長の半値幅が狭い。なお、回折波長の半値幅とは、ここでは、回折効率ピークの半値波長幅のことを指す。本実施形態では、ＨＯＥ（ホログラム感光材料）の膜厚を制御したり、作製条件（露光量、露光後処理（温度、時間））を制御してホログラムの屈折率変調（Δｎ）を制御することにより、回折波長の半値幅を容易にかつ領域ごとに任意の値に制御している。以下、本発明のＨＯＥについて、具体的に説明する。
【００３１】
〔１．膜厚による半値幅制御〕
まず、ＨＯＥの膜厚と回折波長の半値幅との関係について説明する。図１は、ＨＯＥの回折特性を示す説明図である。ＨＯＥの回折波長の半値幅は、一般的に次式で概算することが可能である（ホログラフィ入門、久保田敏弘著、朝倉書店、参照）。
Δλ＝λ2／（Ｔ（ｎ±（ｎ2−ｓｉｎ2θ）1/2））  （反射型：＋、透過型：−）
Δλ：回折波長の半値幅（ｎｍ）
λ：回折波長（ｎｍ）
Ｔ：ＨＯＥの膜厚（μｍ）
ｎ：ＨＯＥの平均屈折率
θ：ＨＯＥの作製時の物体光と参照光との角度差（°）
【００３２】
例えば、θ＝１８０°、ｎ＝１．５、λ＝５２０ｎｍとすると、反射型のＨＯＥにおいて、回折波長の半値幅Δλは、上式より、Δλ＝（５２０）2／３Ｔと表される。図２は、このときのＨＯＥの膜厚Ｔと回折波長の半値幅Δλとの関係を示している。図２より、反射型ＨＯＥ（リップマンホログラム）の回折波長の半値幅Δλは、ＨＯＥの膜厚Ｔに依存していることが分かる。したがって、領域によって膜厚を異ならせることにより、領域によって回折波長の半値幅を異ならせることができる。
【００３３】
以下、領域によって膜厚が異なる（領域によって回折波長の半値幅が異なる）ＨＯＥの実施例について、実施例１および２として説明する。
【００３４】
（実施例１）
図３は、実施例１のＨＯＥ１の概略の構成を示す平面図である。なお、図３では、膜厚の異なる領域については異なるハッチングで示している。また、図４は、図３のＡ−Ａ’線上のＨＯＥ１のポジション（領域）と膜厚との関係を示す説明図である。なお、Ａ−Ａ’線は、後述する対称軸Ｓ1と同軸または平行であり、後述する対称軸Ｓ2と垂直である。
【００３５】
実施例１のＨＯＥ１は、面内に複数の領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3を有し、全体として矩形形状となっている。領域Ｒ1はＨＯＥ１の中心Ｏを含む矩形の領域であり、領域Ｒ2は領域Ｒ1の周辺に位置する矩形の領域（領域Ｒ1を囲む領域）であり、領域Ｒ3はさらに領域Ｒ2の周辺に位置する矩形の領域（領域Ｒ2を囲む領域）である。なお、面内の領域の数は、上記の３つに限定されるわけではない。そして、図４に示すように、ＨＯＥ１の膜厚は、領域Ｒ1で最も薄く、一番外側の領域Ｒ3で最も厚く、領域Ｒ2でそれらの間の膜厚となっている。
【００３６】
領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3ごとに膜厚の異なるＨＯＥ１は、以下のようにして作製することが可能である。例えば、フィルム状のホログラム感光材料を用いる場合は、領域Ｒ1＋領域Ｒ2＋領域Ｒ3の形状、領域Ｒ2＋領域Ｒ3の形状、領域Ｒ3の形状の３つのホログラム感光材料を用意しておき、互いに位置合わせをしながら（領域Ｒ3同士、領域Ｒ2同士が重なるように）これらを順に積層した後、２光束で露光することにより、領域ごとに膜厚の異なるＨＯＥ１を得ることができる。
【００３７】
本実施例のＨＯＥ１では、領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3ごとに膜厚が異なっているので、図２で示した関係により、ＨＯＥ１の回折波長の半値幅を領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3ごとに容易に異ならせることができる。図５は、図３のＡ−Ａ’線上のＨＯＥ１のポジションと回折波長の半値幅との関係を示す説明図である。図４に示した膜厚分布の結果、図５に示すように、膜厚の最も薄い領域Ｒ1で回折波長の半値幅が最も広く、膜厚の最も厚い領域Ｒ3で回折波長の半値幅が最も狭く、領域Ｒ2でそれらの間の半値幅となっている。
【００３８】
以上のように、本実施例では、ＨＯＥ１の面内の領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3によって回折波長の半値幅が異なるので、図５で示したように、回折波長の半値幅が最も内側の領域Ｒ1よりも最も外側の領域Ｒ3で狭いＨＯＥ１を実現することができる。これにより、ＨＯＥ１を例えば後述する映像表示装置に適用し、ＨＯＥ１の中心部（例えば領域Ｒ1）で正反射に近い入射・反射特性となるようにＨＯＥ１を使用したときでも、ＨＯＥ１の周辺部（例えば領域Ｒ3）を通る光に対する、ＨＯＥ１の色分散の影響を低減することができる。
【００３９】
したがって、画面周辺でのＨＯＥの色分散の影響が無視できなくなるような、観察画角の大きい映像表示装置に好適なＨＯＥ１を実現することができる。そして、本実施例のＨＯＥ１を観察画角の大きい映像表示装置やＨＭＤ、ＨＵＤなどに適用したときでも、画面全体にわたって画質が良好な（横色収差の小さい）映像を観察させることができ、優れたレンズ特性を有する光学素子としてＨＯＥを機能させることができる。
【００４０】
また、図６は、図３のＡ−Ａ’線上のＨＯＥ１のポジションと回折効率との関係を示す説明図である。なお、ここでは、ＨＯＥ１は、単色（例えば緑色）についてのみ感度を有するホログラム感光材料を露光することによって作製されているものとする。ＨＯＥ１の膜厚が厚くなると、干渉縞の層数が多くなるので回折効率は上がるが、実施例１では、複数の領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3にわたってほぼ一定の回折効率（例えば８５％以上）を確保できていることが分かる。つまり、本実施例のように、ＨＯＥ１の周辺部（例えば領域Ｒ3）の半値幅を狭めても、周辺部で最大回折効率が著しく低下することはない。
【００４１】
このように、ＨＯＥ１の回折波長の半値幅を領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3によって異ならせても、ＨＯＥ１の最大回折効率は、領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3によらずほぼ一定値であるので、どの領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3でも高い光利用効率を実現することができる。その結果、映像表示装置においては、画面全体にわたって明るい映像を観察させることができる。また、ＨＯＥ１の中心部では周辺部に比べて回折波長の半値幅が広いので、ＨＯＥの全領域について一律に回折波長の半値幅を狭くする方法と比較して、必要な解像度を維持しつつ光利用効率を高くすることができ、有利である。
【００４２】
また、本実施例のＨＯＥ１においては、回折波長の半値幅の最大の領域Ｒ1から周辺に向かって、回折波長の半値幅が狭くなっている（図３、図５参照）。これにより、ＨＯＥ１の周辺部（例えば領域Ｒ3）の半値幅を狭くして、ＨＯＥの周辺部を通る光に対する、ＨＯＥ１の色分散の影響を確実に低減することができる。また、半値幅の最大の領域Ｒ1では、光の利用効率が最も高くなる。
【００４３】
ところで、本実施例では、領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3で膜厚が互いに異なっていることと、図３に示したように、ＨＯＥ１の中央の領域Ｒ1の外側に領域Ｒ2が枠状に形成され、さらに領域Ｒ2の外側に領域Ｒ3が枠状に形成されていることから、互いに垂直な２つの対称軸Ｓ1、Ｓ2に対して膜厚の変化が対称となっている。なお、対称軸Ｓ1は、ＨＯＥ１の中心Ｏを通り、矩形形状のＨＯＥ１の長辺方向に平行な軸である。また、対称軸Ｓ2は、ＨＯＥ１の中心Ｏを通り、矩形形状のＨＯＥ１の短辺方向に平行な軸である。これにより、回折波長の半値幅の変化も、対称軸Ｓ1、Ｓ2に対して対称となる。したがって、本実施例のＨＯＥ１は、回折波長の半値幅の変化が対称となる対称軸を２本有していると言える。
【００４４】
そして、本実施例のＨＯＥ１では、対称軸Ｓ1、Ｓ2の一部を含む領域Ｒ1で回折波長の半値幅が最大であり、領域Ｒ1から対称軸Ｓ1、Ｓ2にそれぞれ垂直な方向の周辺に向かって、回折波長の半値幅が狭くなっている。このように、本実施例のＨＯＥ１では、回折波長の半値幅の変化が対称系であるので、ＨＯＥ１の色分散の影響を対称に低減することができる。
【００４５】
また、本実施例のＨＯＥ１では、回折波長の半値幅は、複数の領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3の間で段階的に変化している（図５参照）。より詳しくは、回折波長の半値幅は、回折波長の半値幅の最大の領域Ｒ1から周辺に向かって（領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3の順に）段階的に狭くなっている。ここで、「段階的な変化」とは、１つの領域内では回折波長の半値幅が一定であり、複数の領域間では半値幅が異なるような変化を指す。
【００４６】
このような半値幅の段階的な変化により、例えば、ＨＯＥ１の中心部（例えば領域Ｒ1）では半値幅をそのまま維持し、その周辺部（例えば領域Ｒ2、Ｒ3）の半値幅を変化させることができる。つまり、ＨＯＥ１における必要な部分のみ半値幅を変化させることができ、半値幅の調整、制御が容易となる。
【００４７】
また、本実施例のＨＯＥ１では、回折波長の半値幅の異なる２領域のうち、半値幅がより広い領域を第１の領域とし、半値幅がより狭い領域を第２の領域とすると、半値幅の異なるどの２領域についても、第１の領域の膜厚は、第２の領域の膜厚よりも薄い関係にある。例えば、第１の領域として領域Ｒ1を考え、第２の領域として領域Ｒ3を考えると、領域Ｒ1の膜厚は、領域Ｒ3の膜厚よりも薄い。また、例えば、第１の領域として領域Ｒ2を考え、第２の領域として領域Ｒ3を考えても、領域Ｒ2の膜厚は、領域Ｒ3の膜厚よりも薄い。このような関係を満たすことにより、回折波長の半値幅が、領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3の順に狭くなるＨＯＥ１を実現することができる。
【００４８】
ここで、ＨＯＥ１の回折波長の半値幅の最大値をΔλＲmax （ｍｍ）とし、回折波長の半値幅の最小値をΔλＲmin （ｍｍ）としたとき、ΔλＲmin ／ΔλＲmax は、以下の条件式を満足することが望ましい。
０．２５＜ΔλＲmin ／ΔλＲmax ＜０．７５
ΔλＲmin ／ΔλＲmax が大きいと横色収差の補正効果が少なくなる。一方、ΔλＲmin ／ΔλＲmax が小さいと、回折光の強度が低くなり、画面内での輝度差が大きくなる。いずれの場合も、結果として映像品位が低下する。上記の条件式を満足することにより、画面内での輝度差を大きくすることなく横色収差の発生を抑えることができ、良好な映像が得られる。
【００４９】
ところで、本実施例では、ＨＯＥ１を、単色にのみ感度を有する単色ＨＯＥで構成した場合について説明したが、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に感度を有するカラーＨＯＥで構成してもよい。ただし、カラーＨＯＥでは、ＲＧＢの相互作用により、ＲＧＢの各最大回折効率は単色ＨＯＥの最大回折効率よりも若干低下する。しかし、ＲＧＢのそれぞれについては、最大回折効率がほぼ一定である点に変わりはない。以下、この点について説明する。
【００５０】
まず、カラーＨＯＥの設定条件について説明する。カラーＨＯＥは、感光層１層でＲＧＢの３色に感度を有しているとする。つまり、カラーＨＯＥは、ＲＧＢの３色の干渉縞が感光層１層に多重記録されることにより作製されており、ＲＧＢについての３つの回折ピーク波長を有している。ここでは、ＲＧＢの３色のレーザ光を１本に束ね、途中で２光束に分岐し、２光束干渉による３色同時露光により、上記３色の干渉縞が記録されている。なお、カラーＨＯＥにおける領域ごとの膜厚は、図４と同様とする。
【００５１】
一方、ＲＧＢのそれぞれの最大回折効率の比（例えばＲの最大回折効率／Ｇの最大回折効率、Ｂの最大回折効率／Ｇの最大回折効率）は、各露光位置でのＲＧＢの露光量の比（例えばＲの露光量／Ｇの露光量、Ｂの露光量／Ｇの露光量）によって決まる。ここで、ＨＯＥ上の位置によってＲＧＢの最大回折効率比が異なると、色ムラ等の発生の原因になるので、どの位置でもＲＧＢの最大回折効率比がほぼ一定、すなわち、どの位置でもＲＧＢの露光量比がほぼ一定になるように（例えばＲの露光量／Ｇの露光量、Ｂの露光量／Ｇの露光量の値が±１０％程度の範囲に収まるように）、ＲＧＢのビーム径・広がりを調整し、干渉縞を記録する。このようにして３色の干渉縞を記録した場合のＨＯＥ中心での回折波長と回折効率との関係を図７に示す。ここでは、ＨＯＥ中心にてＲの最大回折効率：Ｇの最大回折効率：Ｂの最大回折効率＝４０％：７０％：５０％となる露光量比でＨＯＥを作製した。
【００５２】
カラーＨＯＥにおいて、ＨＯＥのポジションと膜厚との関係、およびＨＯＥのポジションと回折波長の半値幅との関係については、図４および図５と同様である。これに対して、カラーＨＯＥのポジションと回折効率との関係については、図８のように表される。図８のように、ＲＧＢのいずれについても、膜厚の最も薄い領域Ｒ1の最大回折効率よりも、膜厚の最も厚い領域Ｒ3の最大回折効率のほうが若干高くなる。ＲＧＢの最大回折効率の比は、領域Ｒ3の最大回折効率／領域Ｒ1の最大回折効率で表記すると、
Ｒ＝４６／４０＝１．１５
Ｇ＝７７／７０＝１．１
Ｂ＝５６／５０＝１．１２
となっている。
【００５３】
すなわち、ＲＧＢのそれぞれについて、最大回折効率の最大値と最小値との比が２０％以内に収まっていれば（比の値が１．２以下であれば）、カラーＨＯＥにおいても、ＲＧＢの最大回折効率は、領域によらずほぼ一定値であると言える。一方、単色ＨＯＥにおいては、図６より、最大回折効率の最大値と最小値との比は、９５／９０＝１．０６であり、２０％以内に収まっていることは明らかである。よって、単色ＨＯＥ、カラーＨＯＥを問わず、最大回折効率の最大値と最小値との比が２０％以内に収まっていれば、ＨＯＥの最大回折効率は、領域によらずほぼ一定値であると言える。
【００５４】
なお、以上では、領域Ｒ1から２本の対称軸Ｓ1、Ｓ2にそれぞれ垂直な方向の周辺に向かって、回折波長の半値幅が段階的に狭くなる例について説明したが、例えば図９のように、１本の対称軸（例えば対称軸Ｓ2）に垂直な方向の周辺に向かってのみ、回折波長の半値幅が段階的に狭くなるように、半値幅を制御してもよい（領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3を形成してもよい）。この場合は、対称軸Ｓ2の全部を含む領域Ｒ1で回折波長の半値幅が最大であり、領域Ｒ1から対称軸Ｓ2に垂直な方向の周辺に向かって、回折波長の半値幅が（領域Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3の順に）狭くなる。
【００５５】
なお、ＨＯＥの膜厚の変化させる範囲は、５〜１００μｍの範囲が望ましい。ＨＯＥの膜厚を薄くしすぎると（例えば５μｍ以下にすると）、回折効率が低くなるので、望ましくはない。この点は、次の実施例２でも同様である。
【００５６】
（実施例２）
次に、実施例２のＨＯＥ１について説明する。図１０は、実施例２のＨＯＥ１の概略の構成を示す平面図である。なお、図１０では、膜厚の領域ごとの違いをグラデーションで示している。また、図１１は、図１０のＢ−Ｂ’線上のＨＯＥ１のポジションと膜厚との関係を示す説明図である。なお、Ｂ−Ｂ’線は、矩形のＨＯＥ１の長辺方向に平行であり、膜厚の変化が対称となる対称軸Ｓ2に対して垂直である。
【００５７】
実施例２のＨＯＥ１は、面内の領域によって膜厚が異なっているが、複数の領域間で膜厚が連続的に変化している。より具体的には、本実施例のＨＯＥ１は、表面の面１ａがシリンドリカル面となっており、中央の領域ＲCで膜厚が最も薄く、対称軸Ｓ2に垂直な方向の両端の２つの領域ＲEで膜厚が最も厚くなっている。ここで、「連続的な変化」とは、各領域内では回折波長の半値幅が変化しており、かつ、複数の領域の境界付近の半値幅がほぼ同じになるような変化を指す。なお、シリンドリカル形状のＨＯＥ１の作製方法については後述する。
【００５８】
本実施例では、ＨＯＥ１の複数の領域（少なくとも領域ＲC、ＲE）間で膜厚を連続的に変化させることにより、図１２に示すように、回折波長の半値幅も、複数の領域間で連続的に変化する。つまり、膜厚は中央の領域ＲCから両端の２つの領域ＲEに向かって連続的に厚くなっているので、半値幅は中央の領域ＲCから両端の２つの領域ＲEに向かって連続的に狭くなっている。
【００５９】
本実施例にように、面内の複数の領域間で回折波長の半値幅が連続的に変化することにより、ＨＯＥ１の複数の領域の境界で光路や回折特性が不連続に変化するのを回避することができ、境界の影響を無くすことができる。したがって、ＨＯＥ１の光学素子としての性能がより良好となり、より望ましい形態となる。
【００６０】
また、本実施例のＨＯＥ１の表面（面１ａ）は、シリンドリカル面であるので、複数の領域間で膜厚を容易に連続的に変化させることができる。つまり、領域によって膜厚の異なるＨＯＥ１を容易に実現することができる。
【００６１】
また、表面をシリンドリカル面にして一方向（ここでは対称軸Ｓ2に垂直な方向）にのみ膜厚を変化させる構成のほうが、実施例１の図３のように両方向（２つの対称軸Ｓ1、Ｓ2に垂直な方向）に膜厚を変化させる構成よりも、ＨＯＥ１の作製が容易となる。
【００６２】
なお、本実施例では、１本の対称軸Ｓ2に垂直な方向の周辺に向かってのみ、回折波長の半値幅が連続的に狭くなっていることから、対称軸Ｓ2の全部を含む領域ＲCで回折波長の半値幅が最大であり、領域ＲCから対称軸Ｓ2に垂直な方向の周辺（領域ＲE）に向かって、回折波長の半値幅が連続的に狭くなっているとも言える。
【００６３】
次に、表面がシリンドリカル面のＨＯＥ１の作製方法について説明する。シリンドリカル形状のＨＯＥ１を作製するにあたっては、ホログラム感光材料として、例えばジェル状の固体を有機溶剤に溶かしたホログラム感材液を用いるのが最も簡便である。一般的に、ホログラム感材膜の膜厚を均一にしてＨＯＥを作製する場合は、平面性の高いガラス等のベース基材上にフィルム基板を配置し、その上に滴下したホログラム感材液をスキージ等のナイフコーター（ブレード）で平坦化して作製する。
【００６４】
この手法を応用すれば、シリンドリカル形状のＨＯＥ１を容易に作製することが可能である。すなわち、図１３に示すように、シリンドリカル形状に曲げた基板２上に、基板２の表面（シリンドリカル面）に沿わせる形でフィルム基板３を配置し、その上にホログラム感材液４を塗布する。その後、ホログラム感材液４の表面をナイフコーター５で平坦化する。ホログラム感材液４において平坦化した面とは反対側の面は、基板２（またはフィルム基板３）に沿ったシリンドリカル面となるので、ホログラム感材液４を乾燥させた後に露光、熱処理等を行うことにより、シリンドリカル形状のＨＯＥ１を得ることができる。
【００６５】
以上のように、シリンドリカル形状に曲げた基板２上に、ホログラム感材液４を塗布してＨＯＥ１を作製することにより、表面がシリンドリカル面となるＨＯＥ１を容易に実現することができる。
【００６６】
なお、平面性の高い基板上にホログラム感材液４を塗布し、ナイフコーター５を基板表面に垂直な方向に移動させながら同時に基板表面に平行に移動させる、つまり、ホログラム感材液４との接触部がシリンドリカル面を描くようにナイフコーター５を移動させ、余分なホログラム感材液４を取り除くことにより、シリンドリカル面としての面１ａを直接形成してシリンドリカル形状のＨＯＥ１を作製することも可能である。
【００６７】
〔２．作製条件による半値幅制御〕
上述したように、ＨＯＥの膜厚を領域によって異ならせる以外にも、ＨＯＥの作製条件を領域によって異ならせることにより、回折波長の半値幅を領域によって容易に異ならせることが可能である。これは、ＨＯＥの作製条件を領域によって異ならせることにより、ホログラムの屈折率変調（Δｎ）、言い換えれば、高屈折率部と低屈折率部との屈折率差を領域によって異ならせることができるからである。勿論、ＨＯＥの膜厚を領域によって異ならせる場合でも、以下に示す作製条件の制御を合わせて行ってもよい。この場合は、膜厚の影響と作製条件の影響とを両方掛け合わせた効果を得ることができる。
【００６８】
ここで、ホログラム感光材料として例えばフォトポリマーを用いた場合、ＨＯＥは、一般的に、以下の（１）〜（３）の工程を経て作製される。
（１）レーザ光の２光束干渉により干渉縞を記録する露光工程。
（２）ＵＶ照射による定着工程（レーザ光に感度を有する色素の分解、および未反応モノマーの重合による定着）。
（３）熱処理による増感工程（低分子成分の拡散により、Δｎが増大）。
【００６９】
上記（１）〜（３）の工程のうち、（１）または（３）の工程における条件を領域によって異ならせることにより、ホログラムの屈折率変調（Δｎ）を領域によって容易に異ならせることができ、これによって回折波長の半値幅を容易に異ならせることができる。以下、（１）の露光条件の制御により作製されるＨＯＥを実施例３として説明し、（３）の熱処理条件の制御により作製されるＨＯＥを実施例４として説明する。なお、以下では、説明を理解しやすくするため、ＨＯＥの膜厚は一定とする。
【００７０】
（実施例３）
図１４は、本実施例のＨＯＥ１の概略の構成を示す平面図である。なお、図１４では、回折波長の半値幅の違いをグラデーションで示している。ここで、説明の理解がしやすいように、ＨＯＥ１の面内で例えば３つの領域Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13を考える。領域Ｒ11は、ＨＯＥ１の中心Ｏを含む円形の領域であり、領域Ｒ12は、領域Ｒ11の周辺に位置する領域（領域Ｒ11の少なくとも一部を囲む領域）であり、領域Ｒ13は、さらに領域Ｒ12の周辺に位置する領域（領域Ｒ12の少なくとも一部を囲む領域）である。
【００７１】
図１５は、ホログラム感光材料としてフォトポリマーを用いた場合において、作製時にホログラム感光材料に照射されるレーザ光の露光量とＨＯＥの回折効率との関係を示している。同図に示すように、ある閾値以上の露光量でレーザ光をホログラム感光材料に照射することにより、ＨＯＥの回折効率は急激に上昇し、ある露光量以上（例えば露光量Ｐ1）でレーザ光を照射した場合は、ＨＯＥの回折効率はほぼ飽和した一定値を取る。通常、ＨＯＥを作製する場合、回折効率を安定させるため、回折効率が飽和する安定領域の露光量でレーザ光をホログラム感光材料に照射してＨＯＥを作製するのが一般的である。
【００７２】
本実施例では、領域によって回折波長の半値幅を異ならせるために、領域Ｒ11に対しては、回折効率が安定する露光量Ｐ1でレーザ光を照射し、領域Ｒ12および領域Ｒ13に対しては、安定領域でない露光量、すなわち、露光不足となる露光量Ｐ2、Ｐ3でレーザ光を照射することによりＨＯＥ１を作製する。なお、露光量の大小関係は、Ｐ1＞Ｐ2＞Ｐ3とする。図１６は、図１４のＣ−Ｃ’線上のＨＯＥ１のポジションと露光量との関係を示す説明図である。なお、Ｃ−Ｃ’線は、中心Ｏを通り、矩形のＨＯＥ１の長辺方向に平行である。
【００７３】
また、図１７は、各ポジションごとの回折特性を示している。同図より、領域Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13における回折波長の半値幅をそれぞれΔλ1、Δλ2、Δλ3とすると、図１６の露光量制御で露光した結果、ＨＯＥ１の回折波長の半値幅は、Δλ1＞Δλ2＞Δλ3となった。つまり、回折効率が飽和していない領域Ｒ12、Ｒ13では半値幅は狭く、露光量増加に対してほとんど変化しないが（正確にはΔλ3よりもΔλ2のほうが僅かに広い）、領域Ｒ11では、急速に半値幅Δλ1が広がっている。このように、ＨＯＥの面内の領域Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13によって露光量をＰ1、Ｐ2、Ｐ3と異ならせることにより、ＨＯＥの回折波長の半値幅を領域Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13によって異ならせることができる。
【００７４】
以上のように、本実施例では、ＨＯＥ１の領域Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13に対する露光量は、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3（ただしＰ1＞Ｐ2＞Ｐ3）であり、領域Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13の回折波長の半値幅は、Δλ1、Δλ2、Δλ3（ただしΔλ1＞Δλ2＞Δλ3）であることから、回折波長の半値幅の異なる２領域のうち、半値幅がより広い領域を第１の領域とし、半値幅がより狭い領域を第２の領域としたときに、半値幅の異なるどの２領域についても、第１の領域における露光量は、第２の領域における露光量よりも高いと言える。例えば、第１の領域として半値幅Δλ1の領域Ｒ11を考え、第２の領域として半値幅Δλ3（＜Δλ1）の領域Ｒ13を考えると、領域Ｒ11の露光量は、領域Ｒ13の露光量よりも高い。また、例えば、第１の領域として半値幅Δλ2の領域Ｒ12を考え、第２の領域として半値幅Δλ3（＜Δλ2）の領域Ｒ13を考えても、領域Ｒ12の露光量は、領域Ｒ13の露光量よりも高い。
【００７５】
ここで、図１８は、ＨＯＥ１のポジションとホログラムの屈折率変調（Δｎ）との関係を示している。ＨＯＥ１がレーザ光の２光束干渉により作製されるときに、上記のようにレーザ光の露光量を領域ごとに制御することにより、ホログラムの屈折率変調（Δｎ）を領域によって容易に異ならせることができる。つまり、同図に示すように、露光量の相対的に高い領域（例えば領域Ｒ11）では、屈折率変調（Δｎ）を相対的に高くすることができ、露光量の相対的に低い領域（例えば領域Ｒ13）では、屈折率変調（Δｎ）を相対的に低くすることができる。その結果、膜厚に関係なく、図１４および図１７のように回折波長の半値幅を領域ごとに容易に異ならせることができる。
【００７６】
また、一般的に、レーザ光はガウシアン的な強度分布を持っているので、その強度分布を利用すれば、ＨＯＥ１の面内で露光量分布を軸対称（回転対称）にすることが可能かつ容易となり、図１４で示したように、回折波長の半値幅の分布を軸対称とすることが可能である。例えば露光光学系に配置されるビームエキスパンダにおいて、レーザ光のビーム径（拡大率）を調整することにより、中心部で露光量が多く、周辺に向かって露光量が少なくなるような、領域によって異なる露光量を容易に実現することができ、領域によって回折波長の半値幅が異なるＨＯＥ１を作製することが可能となる。しかも、隣接する領域間で露光量を連続的に変化させることができるので、回折波長の半値幅を連続的に変化させることができる。
【００７７】
なお、軸対称な露光量分布で露光し、ＨＯＥ１を作製した場合は、図１４のように、ＨＯＥ１の面内において、回折波長の半値幅の変化が対称となる対称軸Ｓが無数に存在することになる。そして、対称軸Ｓの一部を含む領域で回折波長の半値幅が最大であり、上記の領域から対称軸Ｓに垂直な方向の周辺に向かって、回折波長の半値幅が狭くなる。なお、このような半値幅の変化は、ＨＯＥ１の中心Ｏを通る全ての対称軸Ｓについて成り立つ。
【００７８】
（実施例４）
次に、熱処理条件を領域によって異ならせることで、回折波長の半値幅を領域によって異ならせたＨＯＥについて説明する。なお、ＨＯＥの回折波長の半値幅の分布については、実施例３の図１４で代用する。
【００７９】
通常、ＨＯＥを作製する場合、回折効率を高くするとともに半値幅を広くして、使用時の光利用効率を高めるため、十分な必要量の加熱処理を行い、ホログラムの屈折率変調（Δｎ）を最大化するのが一般的である。
【００８０】
本実施例では、干渉縞の記録、定着後の熱処理工程において、加える熱量を領域により変更することで、回折波長の半値幅を領域ごとに異ならせる。すなわち、加熱処理を十分に行った領域に加えて、加熱処理不足の領域も設け、その領域における屈折率変調（Δｎ）をより小さくすることで、領域によって回折波長の半値幅を異ならせる。
【００８１】
ここで、熱処理を異ならせる方法としては、（Ａ）領域によって熱処理温度のみを異ならせる、（Ｂ）領域によって熱処理時間のみを異ならせる、（Ｃ）領域によって熱処理温度および熱処理時間の両方を異ならせる、の３通りの方法を用いることができる。（Ｃ）の方法は（Ａ）と（Ｂ）の組み合わせで実現できるので、以下では、特に（Ａ）および（Ｂ）の方法でＨＯＥ１を作製する場合について説明する。
【００８２】
（Ａ）領域によって熱処理温度を異ならせてＨＯＥを作製
図１９は、図１４のＣ−Ｃ’線上のＨＯＥ１のポジションと熱処理温度との関係を示している。例えば、「１２０℃で２時間」の熱処理が必要なホログラム感光材料を用いた場合、領域Ｒ11に対しては、「１２０℃で２時間」の熱処理を行い、領域Ｒ13に対しては、「９０℃で２時間」の熱処理を行い、領域Ｒ12に対しては、「それらの間の温度（例えば１０５℃）で２時間」の熱処理を行い、領域によって熱処理温度を異ならせる。
【００８３】
なお、熱処理に際し、各領域に対応して複数のヒータ源を用い、各ヒータ源の温度を領域ごとに変えたり、ヒータ源とホログラム感光材料との距離を領域ごとに変えることにより、熱処理温度を領域によって異ならせることが可能である。また、例えばホログラム感光材料の裏面側に部分的に放熱部材を設けて、ヒータ源による加熱時の温度分布を領域によって異ならせることにより、熱処理温度を領域によって異ならせることも可能である。
【００８４】
このような熱処理温度の制御により、図１７と同様の回折特性を有するＨＯＥ１を作製することができる。つまり、熱処理温度の最も高い領域Ｒ11については、回折波長の半値幅をΔλ1と最も広くすることができ、熱処理温度の最も低い領域Ｒ13については、回折波長の半値幅をΔλ3と最も狭くすることができ、熱処理温度がそれらの間の領域Ｒ12については、回折波長の半値幅をΔλ2とそれらの間の半値幅にすることができる。
【００８５】
以上のことから、回折波長の半値幅の異なる２領域のうち、半値幅がより広い領域を第１の領域とし、半値幅がより狭い領域を第２の領域とすると、半値幅の異なるどの２領域についても、第１の領域における熱処理温度は、第２の領域における熱処理温度よりも高いと言える。例えば、第１の領域として半値幅Δλ1の領域Ｒ11を考え、第２の領域として半値幅Δλ3（＜Δλ1）の領域Ｒ13を考えると、領域Ｒ11の熱処理温度は、領域Ｒ13の熱処理温度よりも高い。また、例えば、第１の領域として半値幅Δλ2の領域Ｒ12を考え、第２の領域として半値幅Δλ3（＜Δλ2）の領域Ｒ13を考えても、領域Ｒ12の熱処理温度は、領域Ｒ13の熱処理温度よりも高い。
【００８６】
ＨＯＥ１が、レーザ光の２光束干渉により作製されるときに、上記のように露光後の熱処理温度を領域ごとに制御することによっても、実施例３の図１８と同様に、ホログラムの屈折率変調（Δｎ）を領域ごとに容易に異ならせることができる。したがって、膜厚に関係なく、回折波長の半値幅を領域ごとに容易に異ならせることができる。
【００８７】
（Ｂ）領域によって熱処理時間を異ならせてＨＯＥを作製
図２０は、図１４のＣ−Ｃ’線上のＨＯＥ１のポジションと熱処理時間との関係を示している。例えば、「１２０℃で２時間」の熱処理が必要なホログラム感光材料を用いた場合、領域Ｒ11に対しては、「１２０℃で２時間」の熱処理を行い、領域Ｒ13に対しては、「１２０℃で１５分」の熱処理を行い、領域Ｒ12に対しては、「１２０℃でそれらの間の時間（例えば１時間）」の熱処理を行い、領域によって熱処理時間を異ならせる。なお、例えば、領域Ｒ12、Ｒ13のヒータ源側に断熱材等のマスクを設けて、時間の経過に合わせて領域Ｒ12、Ｒ13の前から各マスクを順に取り去ることにより、熱処理時間を領域によって異ならせることが可能である。
【００８８】
このような熱処理時間の制御によっても、図１７と同様の回折特性を有するＨＯＥ１を作製することができる。つまり、熱処理時間の最も長い領域Ｒ11については、回折波長の半値幅をΔλ1と最も広くすることができ、熱処理時間の最も短い領域Ｒ13については、回折波長の半値幅をΔλ3と最も狭くすることができ、熱処理時間がそれらの間の領域Ｒ12については、回折波長の半値幅をΔλ2とそれらの間の半値幅にすることができる。
【００８９】
以上のことから、回折波長の半値幅の異なる２領域のうち、半値幅がより広い領域を第１の領域とし、半値幅がより狭い領域を第２の領域とすると、半値幅の異なるどの２領域についても、第１の領域における熱処理時間は、第２の領域における熱処理時間よりも長いと言える。例えば、第１の領域として半値幅Δλ1の領域Ｒ11を考え、第２の領域として半値幅Δλ3（＜Δλ1）の領域Ｒ13を考えると、領域Ｒ11の熱処理時間は、領域Ｒ13の熱処理時間よりも長い。また、例えば、第１の領域として半値幅Δλ2の領域Ｒ12を考え、第２の領域として半値幅Δλ3（＜Δλ2）の領域Ｒ13を考えても、領域Ｒ12の熱処理時間は、領域Ｒ13の熱処理時間よりも長い。
【００９０】
ＨＯＥ１が、レーザ光の２光束干渉により作製されるときに、上記のように露光後の熱処理時間を領域ごとに制御することによっても、実施例３の図１８と同様に、ホログラムの屈折率変調（Δｎ）を領域ごとに容易に異ならせることができる。したがって、膜厚に関係なく、回折波長の半値幅を領域ごとに容易に異ならせることができる。
【００９１】
なお、上述したＨＯＥ１の作製条件の制御によって回折波長の半値幅を領域ごとに異ならせる方法（実施例３、４）は、領域によって膜厚を変化させることによって半値幅を領域ごとに異ならせる方法（実施例１、２）とは異なり、半値幅の狭い領域（露光不足あるいは加熱処理不足の領域）のほうが、半値幅の広い領域に比べてホログラムの屈折率変調（Δｎ）が小さいため、回折効率が低くなる傾向にある（回折効率と半値幅とは逆の相関となる）。
【００９２】
なお、実施例４のように熱処理条件（熱処理温度、熱処理時間）の制御によって回折波長の半値幅を制御する方法は、特に、後述するＨＵＤに適用される面積の広いＨＯＥ１を作製する場合に有効となる。面積の広いＨＯＥ１を作製する場合には、大型のヒータ源を用いることが容易であり、そのような大型のヒータ源を用いた場合でも、上述した熱処理条件の制御が容易で、かつ、熱処理も効率的に行えるからである。
【００９３】
（補足）
上述したように、ＨＯＥの作製条件の制御によって回折波長の半値幅を制御する場合、ホログラム感光材料としては、ホログラムの屈折率変調（Δｎ）を大きくできる材料を用いることが望ましい。また、このときのΔｎは、０．０２以上が望ましく、０．０３以上がより望ましい。その理由は以下の通りである。なお、Δｎを大きくできるホログラム感光材料の詳細については後述する。
【００９４】
ＨＯＥの膜厚を一定とし、ＨＯＥは単色光を回折させる単色ＨＯＥとする。Δｎが小さい材料を用いた場合（作製されたＨＯＥのΔｎが例えば０．０１以下の場合）、屈折率差が小さすぎるため、回折波長の半値幅を効果的に広げる（変化させる）ことが困難である。また、ＨＯＥの中心部でも回折効率が高々８０％程度と低く、また、回折効率が高い部分でも半値幅がほとんど広がらない。
【００９５】
これに対して、Δｎが大きい材料を用いた場合（作製されたＨＯＥのΔｎが例えば０．０２以上、望ましくは０．０３以上の場合）、ＨＯＥの回折波長の半値幅は、回折効率が９０％以上となる回折効率飽和領域において効果的に広くなる。一方、回折効率が低い領域（非飽和領域）では、回折効率が増加しても、回折波長の半値幅がほとんど広がらない。
【００９６】
つまり、Δｎを大きくできるホログラム感光材料（Δｎ≧０．０２、望ましくはΔｎ≧０．０３となる材料）を用い、ＨＯＥの中心部で回折効率が９０％以上の飽和領域となるように（中心部でΔｎが０．０２以上、望ましくは０．０３以上となるように）ＨＯＥを作製することにより、ＨＯＥの中心部の半値幅を周辺部の半値幅よりも大きく広げて、ＨＯＥの領域によって半値幅に差を持たせることが容易にかつ確実にできる。また、単色ＨＯＥであれば、回折波長の半値幅の最も広い領域（例えば中心部）で回折効率９０％以上を容易に実現することも可能となる。
【００９７】
次に、Δｎを大きくできるホログラム感光材料の詳細について説明する。
Δｎを大きくできるホログラム感光材料（例えばΔｎ≧０．０２、望ましくはΔｎ≧０．０３）としては、以下の構成のフォトポリマーを用いることができる。このフォトポリマーは、ＲＧＢの感光性色素、重合開始材に加えて、重合性モノマー、マトリックスポリマー、必要に応じて可塑剤を含んでいる。
【００９８】
上記構成のフォトポリマーを用いてＨＯＥを作製する場合、露光により、干渉縞明部でのモノマー重合、暗部の未重合モノマーの明部への拡散、暗部におけるマトリックスポリマーの残存というシステムでホログラムを記録する。このとき、主にマトリックスポリマーと重合性モノマーとからなる明部と、主にマトリックスポリマーからなる暗部との屈折率差および密度差を大きくすることで、Δｎを大きくできる。
【００９９】
ここで、Δｎが大きいフォトポリマーは、具体的に以下のいずれかの手法で得ることができる。
（１）マトリックスポリマーと重合性モノマーの屈折率差を大きくする。
具体的には、複数の重合性モノマーを併用するのが一般的であるが、その一つに、Ｎ−ビニルカルパゾールを用いるのがよい。Ｎ−ビニルカルパゾールは、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。
（２）マトリックスポリマーに対して重合性モノマーの割合を大きくする。
具体的には、フォトポリマー中のマトリックスポリマーの割合をＰ重量％とし、フォトポリマー中の重合性モノマーの割合をＭ重量％とすると、Ｍ／Ｐ≧０．７が望ましく、Ｍ／Ｐ≧１．０がより望ましい。この場合は、拡散するモノマー量を多くすることができ、大きな屈折率差を持たせることが可能となる。
（３）可塑剤を少量加える。
フォトポリマー中の可塑剤の割合を例えば１重量％以下とすることにより（１重量％以下の可塑剤を加えることにより）、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可能となる。
【０１００】
〔３．ＨＯＥの応用例について〕
次に、領域によって回折波長の半値幅が異なる上記したＨＯＥ１を適用可能な映像表示装置、ＨＭＤおよびＨＵＤについて説明する。
【０１０１】
（映像表示装置について）
図２１は、映像表示装置１１の概略の構成を示す断面図である。映像表示装置１１は、光源２１と、照明光学系２２と、表示素子２３と、接眼光学系２４とを有して構成されている。本実施形態では、水平方向の観察画角が例えば±１３°、垂直方向の観察画角が例えば±７．５°となっており、いわゆるワイド画面の映像を観察することが可能となっている。
【０１０２】
光源２１は、表示素子２３を照明するものであり、本実施形態では、ＲＧＢの各波長領域の光を同一の発光面から発光する高演色白色光源で構成されている。つまり、光源２１は、例えば、Ｂ光を発光する半導体発光素子であるＬＥＤと、Ｂ光で励起されてＧ光を発光する緑色蛍光体と、Ｂ光で励起されてＲ光を発光する赤色蛍光体とを有して構成され、ＢＧＲの各光を同一の発光面から発光する。光源２１（特に上記の同一の発光面）は、接眼光学系２４によって形成される光学瞳Ｐと略共役となるように配置されている。なお、光源２１は、ＲＧＢのいずれか１つまたは２つの光を発光する光源で構成されていてもよい。
【０１０３】
照明光学系２２は、光源２１からの光を集光して表示素子２３に導く光学系であり、例えば凹面反射面を有するミラー２２ａで構成されている。表示素子２３は、光源２１から照明光学系２２を介して入射する光を画像データに応じて変調して映像を表示するものであり、例えば透過型のＬＣＤで構成されている。表示素子２３は、矩形の表示画面の長辺方向が水平方向（図２１の紙面に垂直な方向；左右方向と同じ）となり、短辺方向がそれに垂直な方向となるように配置されている。
【０１０４】
接眼光学系２４は、表示素子２３からの映像光を光学瞳Ｐ（または光学瞳Ｐの位置にある観察者の瞳）に導く観察光学系であり、接眼プリズム３１と、偏向プリズム３２と、ＨＯＥ３３とを有して構成されている。なお、ＨＯＥ３３は、上述したＨＯＥ１に対応するものである。
【０１０５】
接眼プリズム３１は、表示素子２３からの映像光を内部で全反射させてＨＯＥ３３を介して光学瞳Ｐに導く一方、外界光を透過させて光学瞳Ｐに導くものであり、偏向プリズム３２とともに、例えばアクリル系樹脂で構成されている。この接眼プリズム３１は、平行平板の下端部を楔状にした形状で構成されている。接眼プリズム３１の上端面は、映像光の入射面としての面３１ａとなっており、前後方向に位置する２面は、互いに平行な面３１ｂ・３１ｃとなっている。
【０１０６】
偏向プリズム３２は、平面視で略Ｕ字型の平行平板で構成されており（図２２参照）、接眼プリズム３１の下端部および両側面部（左右の各端面）と貼り合わされたときに、接眼プリズム３１と一体となって略平行平板となるものである。偏向プリズム３２は、ＨＯＥ３３を挟むように接眼プリズム３１と隣接または接着して設けられている。これにより、外界光が接眼プリズム３１の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム３２でキャンセルすることができ、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。
【０１０７】
ＨＯＥ３３は、表示素子２３からの映像光（ＲＧＢの各光）を光学瞳Ｐの方向に回折反射させる一方、外界光を透過させて光学瞳Ｐに導くコンバイナとしての反射型で体積位相型のホログラム光学素子であり、接眼プリズム３１において偏向プリズム３２との接合面である面３１ｄに形成されている。ＨＯＥ３３は、軸非対称な正の光学的パワーを有しており、正の光学的パワーを持つ非球面凹面ミラーと同様の機能を持っている。これにより、装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めて装置を容易に小型化することができるとともに、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。
【０１０８】
上記構成の映像表示装置１において、光源２１から出射された光は、照明光学系２２のミラー２２ａによって反射、集光され、ほぼコリメート光となって表示素子２３に入射し、そこで変調されて映像光として出射される。表示素子２３からの映像光は、接眼光学系２４の接眼プリズム３１の内部に面３１ａから入射し、続いて面３１ｂ・３１ｃで少なくとも１回ずつ全反射されてＨＯＥ３３に入射する。
【０１０９】
ＨＯＥ３３は、光源２１が発光するＲＧＢの各波長領域の光を、各波長領域ごとに独立して回折する回折素子として機能する波長選択性を有しており、また、光源２１が発光するＲＧＢの光に対しては凹面反射面として機能するように設計されている。したがって、ＨＯＥ３３に入射した光は、そこで回折反射されて光学瞳Ｐに達し、同時に、外界光もＨＯＥ３３を透過して、光学瞳Ｐに向かう。よって、光学瞳Ｐの位置に観察者の瞳を位置させることにより、観察者は、表示素子２３に表示された映像を拡大虚像として観察することができると同時に、外界像をシースルーで観察することができる。なお、表示素子２３に表示された映像を観察者が良好に観察できるように、接眼光学系２４において諸収差（コマ収差、像面湾曲、非点収差、歪曲収差）が補正されている。
【０１１０】
また、光源２１の発光面と接眼光学系２４の光学瞳Ｐ（観察者の瞳）とは略共役であるので、光源２１から射出された光を効率よく光学瞳Ｐに導くことができる。これにより、光学瞳Ｐの位置に観察者の瞳を位置させたときには、光源２１からの光を観察者の瞳（瞳孔）に効率よく入射させることができ、観察者は、明るい高品位な映像を観察することができる。
【０１１１】
（ＨＭＤについて）
図２２は、ＨＭＤの概略の構成を示す斜視図である。ＨＭＤは、上記した映像表示装置１１と、支持手段１２とで構成されている。
【０１１２】
映像表示装置１１について補足すると、映像表示装置１１は、少なくとも光源２１および表示素子２３（ともに図２１参照）を内包する筐体１３をさらに有している。この筐体１３は、接眼光学系２４の一部を保持している。接眼光学系２４は、接眼プリズム３１および偏向プリズム３２の貼り合わせによって構成されており、全体として眼鏡の一方のレンズ（図２２では右眼用レンズ）のような形状をしている。また、映像表示装置１１は、筐体１３を貫通して設けられるケーブル１４を介して、光源２１および表示素子２３に少なくとも駆動電力および映像信号を供給するための回路基板（図示せず）を有している。
【０１１３】
支持手段１２は、眼鏡のフレーム（ブリッジ、テンプルを含む）に相当する支持機構であり、映像表示装置１１を観察者の眼前（例えば右眼の前）で支持している。また、支持手段１２は、観察者の鼻と当接する鼻当て１５（右鼻当て１５Ｒ・左鼻当て１５Ｌ）と、その鼻当て１５を所定の位置で固定する鼻当てロックユニット１６とを含んでいる。鼻当てロックユニット１６は、ばね性の軸により鼻当て５を保持している。
【０１１４】
観察者がＨＭＤを頭部に装着し、表示素子２３に映像を表示すると、その映像光が接眼光学系２４を介して光学瞳に導かれる。したがって、光学瞳の位置に観察者の瞳を合わせることにより、観察者は、映像表示装置１１の表示映像の拡大虚像を観察することができる。また、これと同時に、観察者は、接眼光学系２４を介して、外界像をシースルーで観察することができる。
【０１１５】
このように、映像表示装置１１が支持手段１２にて支持されることにより、観察者は映像表示装置１１から提供される映像をハンズフリーで長時間安定して観察することができる。なお、映像表示装置１１を２つ用いて両眼で映像を観察できるようにしてもよい。この場合は、両方の観察光学系の間の距離（眼幅距離）を調整するための調整機構（図示せず）を設けることが必要である。
【０１１６】
また、上記した鼻当て１５を自由自在に動かすことにより、観察者に対して映像表示装置１１の位置を相対的に前後、左右、上下の各方向に調整することができ、これによって、接眼光学系２４の光学瞳の位置を、観察者の瞳の位置に配置することができる。位置調整後は、鼻当てロックユニット１６によって鼻当て１５の位置を固定することにより、光学瞳を良好な位置に固定することができる。
【０１１７】
以上のことから、鼻当て１５および鼻当てロックユニット１６は、少なくとも、映像表示装置１１の接眼光学系２４（または光学瞳）と観察者の瞳との距離を調整する調整機構（第１の調整機構）を構成していると言えるが、第１の調整機構は、映像表示装置１１の上下、左右方向の位置を調整するための第２の調整機構と独立して構成されていてもよい。この場合は、各々の位置調整がさらに容易となる。
【０１１８】
（ＨＵＤについて）
図２３は、ＨＵＤの概略の構成を示す断面図である。ＨＵＤに適用される映像表示装置１１は、表示素子２３を照明する光源として光源２５を用い、照明光学系２２として照明レンズ２６を用い、接眼光学系２４の代わりに観察光学系２７を用いて構成されている。つまり、本実施形態のＨＵＤは、このような構成の映像表示装置１１を備え、観察光学系２７の後述するＨＯＥ３３が、観察者の視界内に配置される基板としてのウィンドシールド３４に保持されている構成である。
【０１１９】
光源２５は、単色光（例えば中心波長５３２ｎｍのＧ光）を発光する高輝度ＬＥＤで構成されている。観察光学系２７は、ＨＯＥ３３と、そのＨＯＥ３３が形成される基板としてのウィンドシールド３４とで構成されている。ＨＯＥ３３は、Ｇの波長領域にのみ回折ピーク波長（例えば５２１ｎｍ）を有する体積位相型で反射型のＨＯＥで構成されているが、ＢやＲの波長領域にも回折ピーク波長を有していてもよい。ウィンドシールド３４は、例えば車両、船舶、鉄道、航空機などの輸送手段における運転席前面のフロントガラスに相当する。
【０１２０】
上記の構成によれば、光源２５から出射される光は、照明レンズ２６で集光されて表示素子２３に入射する。表示素子２３にて画像データに応じて変調された光（映像光）は、ＨＯＥ３３に入射し、そこで回折反射されて光学瞳に導かれる。したがって、光学瞳の位置では、観察者は、表示素子２３にて表示された映像の拡大虚像を観察できると同時に、ＨＯＥ３３およびウィンドシールド３４を介して外界を観察することができる。
【０１２１】
なお、ウィンドシールド３４とは別体の基板にＨＯＥ３３を保持し、上記基板を観察者の視界内に配置することによってＨＵＤを構成してもよい。この場合は、プロンプタのような原稿表示装置としてＨＵＤを機能させることができる。
【０１２２】
なお、以上で説明した構成や方法を適宜組み合わせてＨＯＥ、映像表示装置、ＨＭＤおよびＨＵＤを構成することも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明のＨＯＥは、映像の観察画角が大きい映像表示装置やＨＭＤ、ＨＵＤに利用することが可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１      ＨＯＥ（ホログラム光学素子）
１ａ    面（シリンドリカル面）
２      基板
４      ホログラム感材液
Ｒ1    領域
Ｒ2    領域
Ｒ3    領域
ＲC    領域
ＲE    領域
Ｒ11   領域
Ｒ12   領域
Ｒ13   領域
Ｓ   対称軸
Ｓ1    対称軸
Ｓ2    対称軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図１０】
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【図１４】
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