(57)【要約】【課題】ホログラム素子の製造において、該ホログラム素子の光学性能を向上させることが可能な露光装置及び露光方法、並びに、映像表示装置を提供する。【解決手段】照射されるレーザ光の波長を調整する調整手段（制御部７４）と、露光及び熱処理により生じるホログラム感光材料の収縮率データを予め記憶する記憶手段（記憶部７３）と、を備え、前記調整手段は、前記記憶手段に記憶されたホログラム感光材料の収縮率に基づいて、照射されるレーザ光の波長を調整する。【選択図】図１
2006201366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラム感光材料に干渉縞を記録するレーザ光を露光する露光手段と、
前記露光されたホログラム感光材料に熱処理を施す熱処理手段と、
前記露光及び熱処理により前記ホログラム感光材料に生じる収縮率データが予め記憶された記憶手段と、
前記記憶された収縮率データに基づいて、前記レーザ光の波長を調整する調整手段と、
を備えたことを特徴とするホログラム素子の製造装置。
【請求項２】
前記レーザ光の波長を指定する指示信号を入力可能な入力手段を更に備え、
前記調整手段は、前記入力された指示信号に基づいて、前記レーザ光の波長を調整することを特徴とする請求項１に記載のホログラム素子の製造装置。
【請求項３】
前記レーザ光は、少なくともＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応した３波長を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のホログラム素子の製造装置。
【請求項４】
ホログラム感光材料に干渉縞を記録するレーザ光を露光する露光工程と、
前記露光されたホログラム感光材料に熱処理を施す熱処理工程と、
前記露光及び熱処理により前記ホログラム感光材料に生じる収縮率データに基づいて、前記レーザ光の波長を調整する調整工程と、
を含むことを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【請求項５】
前記レーザ光の波長を指定する指示信号を入力する入力工程を更に含み、
前記調整工程は、前記入力された指示信号に基づいて、前記レーザ光の波長を調整することを特徴とする請求項４に記載のホログラム素子の製造方法。
【請求項６】
前記収縮率データは、予め記憶手段に記憶されていることを特徴とする請求項４に記載のホログラム素子の製造方法。
【請求項７】
前記レーザ光は、少なくともＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応した３波長を有することを特徴とする請求項４又は５に記載のホログラム素子の製造方法。
【請求項８】
光学像を投射する映像投射手段及び当該映像投射手段から投射された光学像を眼に導く接眼光学系を有する映像表示装置であって、
前記接眼光学系は、請求項４〜７の何れか一項に記載の製造方法により製造されたホログラム素子を有することを特徴とする映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム素子の製造装置及び製造方法、並びに、映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ハンドフリーによる作業性の向上や、弱視者に対する視覚補助等を目的とした眼鏡型ウェアラブルディスプレイ（ＷＤ）やヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）等の開発が行われている。ＷＤやＨＭＤのレンズには、表示ユニットからの画像光を光学的に目に導くための光学基材が設けられている。近年、この光学基材に、眼前に前景に重ねて映像を表示するための反射膜として、ホログラム素子が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、上述したホログラム素子の製造には、レーザ光を照射可能な露光装置が用いられており、一般にＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応する狭い波長域の３波長を有したレーザ光が用いられている。この露光装置からホログラム素子の基となるホログラム感光材料に対し、参照光と物体光とが入射されることで発生する干渉縞を、ホログラム感光材料に記録する。さらに、記録された干渉縞を安定化を図るため、ホログラム感光材料に対し所定の温度下で熱処理（ベイク処理）を施すことでホログラム素子となす製造工程が行われている。このように製造されたホログラム素子は、波長選択性に優れており、特定の波長領域の光のみを選択的に回折反射することができるため、３波長に対応する各色の色域を精度よく再現することができる。
【特許文献１】特開２０００−２１４４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ホログラム感光材料に対しレーザ露光及び熱処理を施すことにより、該ホログラム感光材料に収縮が発生するため、記録された干渉縞の間隔が変動し、色域の再現率の低下や回折効率低下等、光学性能が低下するという問題がある。以下、図５を参照して、ホログラム感光材料の収縮により、ホログラム素子の光学性能が低下する要因を説明する。
図５は、ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ表色系色度図を示した概要図であって、破線で囲まれた三角形で示される領域は、目標とするカラー映像の表示色域（以下、目標表示色域という）を示しており、点Ｐはホワイトポイントを示している。従来の露光装置では、レーザ露光処理とベイク処理による干渉縞の間隔変動を考慮したレーザ波長での干渉縞の記録が行われていないため、目標表示色域とのズレが生じ、図５（ａ）に示すように、表示可能な表示色域（以下、表示可能色域という）は実線で囲まれた三角形で示される領域となり、ホログラム素子はＲＧＢの各色を正確に表示することができず、色域の再現率は低下することになる。また、同様に、レーザ露光処理及びベイク処理による干渉縞の間隔の変動により、ホログラム素子の回折効率が低下するため、図５（ｂ）に示すような、目標表示色域と比較して色域が抑制された表示可能色域となり、ホログラム素子はＲＧＢの各色を正確に表示することができず、色域の再現率は低下することになる。
【０００５】
また、特許文献１の装置では、表示装置から発せられる画像光をホログラムコンバイナを用いて観察者の眼に導く構成としているが、該ホログラムコンバイナ製造の際の収縮については記載されておらず、上述した問題を解決することができない。
【０００６】
本発明の課題は、ホログラム素子の製造において、該ホログラム素子の光学性能を向上させることが可能な露光装置及び露光方法、並びに、映像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】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
ホログラム感光材料に干渉縞を記録するレーザ光を露光する露光手段と、
前記露光されたホログラム感光材料に熱処理を施す熱処理手段と、
前記露光及び熱処理により前記ホログラム感光材料に生じる収縮率データが予め記憶された記憶手段と、
前記記憶された収縮率データに基づいて、前記レーザ光の波長を調整する調整手段と、
を備えたことを特徴としている。
【０００８】
更に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記レーザ光の波長を指定する指示信号を入力可能な入力手段を更に備え、
前記調整手段は、前記入力された指示信号に基づいて、前記レーザ光の波長を調整することを特徴としている。
【０００９】
更に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記レーザ光は、少なくともＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応した３波長を有することを特徴としている。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、
ホログラム感光材料に干渉縞を記録するレーザ光を露光する露光工程と、
前記露光されたホログラム感光材料に熱処理を施す熱処理工程と、
前記露光及び熱処理により前記ホログラム感光材料に生じる収縮率データに基づいて、前記レーザ光の波長を調整する調整工程と、
を含むことを特徴としている。
【００１１】
更に、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記レーザ光の波長を指定する指示信号を入力する入力工程を更に含み、
前記調整工程は、前記入力された指示信号に基づいて、前記レーザ光の波長を調整することを特徴としている。
【００１２】
更に、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記収縮率データは、予め記憶手段に記憶されていることを特徴としている。
【００１３】
更に、請求項７に記載の発明は、請求項４又は５に記載の発明において、
前記レーザ光は、少なくともＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応した３波長を有することを特徴としている。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、請求項８に記載の発明は、
光学像を投射する映像投射手段及び当該映像投射手段から投射された光学像を眼に導く接眼光学系を有する映像表示装置であって、
前記接眼光学系は、請求項４〜７の何れか一項に記載の製造方法により製造されたホログラム素子を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、ホログラム感光材料の収縮率データに基づいて、前記照射されるレーザ光の波長を調整する。これにより、収縮後の干渉縞の間隔を考慮したレーザ光の波長で干渉縞の露光記録を行うことが可能であるため、製造されるホログラム素子の光学性能を向上させることができ、回折効率低下や色域の再現率の低下等を抑制することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、レーザ光の波長を指定する指示信号を入力可能な入力手段を更に備え、調整手段は、前記入力された指示信号に基づいて、前記レーザ光の波長を調整する。これにより、所望するレーザ光の波長で干渉縞の露光記録を行うことができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、レーザ光は、少なくともＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応した３波長を有する。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応した波長のレーザ光でホログラム感光材料に干渉縞を記録することが可能であるため、カラー画像の表示が可能なホログラム素子を製造することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、ホログラム感光材料の収縮率データに基づいて、前記照射されるレーザ光の波長を調整する。これにより、収縮後の干渉縞の間隔を考慮したレーザ光の波長で干渉縞の露光記録を行うことが可能であるため、製造されるホログラム素子の光学性能を向上させることができ、回折効率低下や色域の再現率の低下等を抑制することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、レーザ光の波長を指定する指示信号を入力する入力工程を更に含み、調整工程は、前記入力された指示信号に基づいて、前記レーザ光の波長を調整する。これにより、所望するレーザ光の波長で干渉縞の露光記録を行うことができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、収縮率データは、予め記憶手段に記憶されている。これにより、記憶手段に記憶された収縮率データに基づいて、照射されるレーザ光の波長を調整することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、レーザ光は、少なくともＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応した３波長を有する。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応した波長のレーザ光でホログラム感光材料に干渉縞を記録することが可能であるため、カラー画像の表示が可能なホログラム素子を製造することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明によれば、映像表示装置の接眼光学系は、請求項４〜７の何れか一項に記載の製造方法により製造されたホログラム素子を有することとしている。これにより、回折効率や色域の再現率の向上された映像表示装置を実現することができる。また、カラー画像の表示が可能な映像表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。ただし、本発明の範囲は、図示例に限定されないものとする。
【００２４】
図１は、露光装置１００の要部概略図である。
図１に示すように、露光装置１００は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に対応した所定の波長のレーザ光をそれぞれ出射するレーザ光源１１、２１、３１と、このレーザ光源１１、２１、３１からのレーザ光の光軸上に配設された可変ビームスプリッタ１３、２３、３３と、露光対象物であるホログラム感光材料５０に照射される参照光Ｌ１及び物体光Ｌ２をそれぞれ遮断するシャッター６１、６２と、を備えている。可変ビームスプリッタ１３、２３、３３は、レーザ光源１１、２１、３１から出射されたレーザ光を、参照光と物体光とにそれぞれ分離を行う。
【００２５】
ここで、図２及び図３を参照して露光対象物であるホログラム感光材料５０及び該ホログラム感光材料５０を保持する光学基材５１について説明する。
ホログラム感光材料５０は、図２（ａ）に示すように光学基材５１に貼付されて状態で保持されており、本露光装置１００によるレーザ露光によりホログラム感光材料５０に干渉縞が記録された後、該記録された干渉縞を安定化させるベイク処理が恒温器等の温度制御装置（不図示）により施されることでホログラム素子５２となる。このように作製されたホログラム素子５２は、図２（ｂ）に示すように、ホログラム素子５２が貼付された光学基材５１を他の光学基材５３と接着等することで一体化し、ホログラム素子内蔵レンズ５４とすることでＷＤやＨＭＤ用のレンズとして用いることができる。
【００２６】
図３は、ホログラム素子内蔵レンズ５４に入射された光の回折反射の一例を示す図である。
光学基材５１は図中右斜め上方に開いた板状をしており、その上端面が光の入射面となっており、下端面にホログラム素子５２が保持されている。
上端面から入射された光は、光学基材５１内で反射された後、ホログラム素子５２により光学基材５１の下端部から見て図中左方向に位置する位置Ｅに回折反射される。ここで、位置Ｅは、ホログラム素子内蔵レンズ５４を眼鏡型ディスプレイ装置に用いた場合の、ユーザの眼の位置に対応する。なお、光学基材５１の上端面を断面楔形としたが、これに限らないものとする。
【００２７】
上述したホログラム素子５２のような反射型ホログラムの場合、特定の波長を有する光のみを回折反射する波長選択特性が非常に高くなる。従って、外界光の一部の波長にしか作用せず、外界光の殆どはホログラム素子５２の回折反射を受けずに済むため、ユーザは、ホログラム素子５２上に投影表示される表示画像と外界像を同時に確認することが可能な、いわゆるシースルー機能を実現することができる。
【００２８】
図１に戻り、レーザ光源１１は赤色用レーザ光源として、例えば、Ｋｒレーザ等を用いることができる。また、レーザ光源２１は緑色用レーザ光源として、例えば、ＹＡＧレーザ等を用いることができる。また、レーザ光源３１は青色用レーザ光源として、例えば、Ａｒレーザ等を用いることができる。なお、レーザ光源１１、２１、３１は、上述した光源に限定されないものとする。
【００２９】
レーザ光源１１から出射した赤色レーザＲは、全反射ミラー１２によって全反射され、可変ビームスプリッタ１３に入射する。ここで、可変ビームスプリッタ１３を透過した光が参照光Ｒ１となり、可変ビームスプリッタ１３によって反射された光が物体光Ｒ２となる。
【００３０】
また、レーザ光源２１から出射した緑色レーザＧは、全反射ミラー２２によって全反射され、可変ビームスプリッタ２３に入射する。ここで、可変ビームスプリッタ２３を透過した光が参照光Ｇ１となり、可変ビームスプリッタ２３によって反射された光が物体光Ｇ２となる。
【００３１】
また、レーザ光源３１から出射した青色レーザＢは、全反射ミラー３２によって全反射され、可変ビームスプリッタ３３に入射する。ここで、可変ビームスプリッタ３３を透過した光が参照光Ｂ１となり、可変ビームスプリッタ３３によって反射された光が物体光Ｂ２となる。
【００３２】
可変ビームスプリッタ１３、２３、３３によって分離された各色毎の参照光Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１は、ダイクロイックミラー４１、４２によって色合成される。そして色合成された参照光Ｌ１は、光学基材５１上に配されたホログラム感光材料５０に入射する。なお、これら参照光Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１の光路中には、当該参照光の進行方向を変えるための全反射ミラー４３、４４、４５が配設されている。
【００３３】
一方、可変ビームスプリッタ１３、２３、３３によって分離された各色毎の物体光Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２は、ダイクロイックミラー４６、４７によって色合成される。そして、色合成された物体光Ｌ２は、光学基材５１上に配されたホログラム感光材料５０に入射する。なお、これら物体光Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の光路中には、当該物体光の進行方向を変えるための全反射ミラー４８、４９が配設されている。
【００３４】
ここで、参照光Ｌ１がホログラム感光材料５０の一方の主面に入射し、物体光Ｌ２がホログラム感光材料５０の他方の主面に入射するようになっている。これにより、参照光Ｌ１と物体光Ｌ２とがホログラム感光材料５０の感光層上において干渉し、参照光ｌ１と物体光Ｌ２との干渉によって生じる干渉縞が、ホログラム感光材料５０の感光層に屈折率の変化として記録される。
【００３５】
また、露光装置１００は、上述した各部に加え、レーザ光源１１、２１、３１から照射される各色レーザ光の波長を調整する波長制御器７０を有している。
波長制御器７０は、表示部７１、操作部７２、記憶部７３、制御部７４等を有して構成されている。
【００３６】
表示部７１は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、制御部７４からの制御信号に従って、各種情報を表示する。
【００３７】
操作部７２は、操作指示を入力するためのキーボードやマウス等を備えて構成され、操作されたキー等に対応する操作信号を制御部７４に出力する。本露光装置１００の使用者は、この操作部７２を介して所望するレーザ波長を指定することが可能であり、当該レーザ波長を指定する指示信号が操作信号として入力される。
【００３８】
記憶部７３は、プログラムやデータ等があらかじめ記憶されている記録媒体（不図示）を備え、この記録媒体内に、制御部７４により実行される各種アプリケーション、及びこれらのプログラムに係るデータ等を記憶する。具体的には、ホログラム感光材料の収縮率を示す収縮率データが予め記憶されている。ここで、収縮率とは、レーザ露光処理及びベイク処理におけるホログラム感光材料の収縮率であって、該ホログラム感光材料の種別毎に予め収縮率が測定され、該収縮率を示す収縮率データが記憶部７３に記憶される。
【００３９】
制御部７４は、上述した各部を統括的に制御を行う。具体的には、ホログラム感光材料５０の露光の際に、記憶部７３に記憶された該ホログラム感光材料５０の収縮率データに基づいて、レーザ光源１１、２１、３１から照射される各色レーザ光の波長を調整する。
なお、制御部７４は、レーザ光源１１、２１、３１のレーザ出力電圧を変更することで照射されるレーザ光の波長の調整を行うものとするが、これに限らないものとする。例えば、干渉フィルタ等のフィルタによる調整、非線形材料を用いた導波路による調整等を行うこととしてもよい。
【００４０】
また、制御部７４は、操作部７２から入力されるレーザ波長を指定する指示信号を受け取ると、当該指示信号及び収縮率データに基づいて各色レーザ光の波長を調整する。
【００４１】
例えば、ホログラム感光材料５０に赤色表示用として６３４ｎｍの極大波長を有する光を再生させる場合、ホログラム感光材料５０の収縮率がαであったとすると、制御部７４は、下記式（１）に基づいて、レーザ光源１１に波長λでレーザ光を照射させる。なお、レーザ光源２１及びレーザ光源３１に関しても同様の制御を行うことは言うまでもない。また、図３に示した、ホログラム素子内蔵レンズ５４に入射させる光の波長に基づいて波長λを導出することが好ましい。
【００４２】
【数１】
2006201366.tif 000003
【００４３】
図４の色度図において実線で示した三角形内の領域は、本露光装置１００により露光記録されたホログラム素子５２の表示可能色域を示している。
同図（ａ）に示すように、ホログラム素子５２の表示可能色域は、目標表示色域と、同等形状となるため、該ホログラム素子５２はＲＧＢの各色を正確に表示することが可能となる。
【００４４】
また、レーザ光源１１、２１、３１から出射される発信波長スペクトルの半値幅を微小にすることにより、同図（ｂ）に示すように、ホログラム素子５２の表示可能色域は、目標表示色域を超える略相似形状とすることが可能となる。従って、ホログラム素子５２の表示可能色域を拡張することが可能となる。
【００４５】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、ホログラム感光材料の収縮率に基づいて、前記照射されるレーザ光の波長を調整するので、収縮後の干渉縞の間隔を考慮したレーザ光の波長で干渉縞の露光記録を行うことが可能であり、ホログラム素子の光学性能を向上させることができる。従って、回折効率低下や色域の再現率の低下等を抑制することができる。
【００４６】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】露光装置のブロック構成を示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、ホログラム素子内蔵レンズを示す斜視図である。
【図３】ホログラム素子内蔵レンズの回折反射を説明するための図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）目標表示色域及び表示可能色域を示した色度図の概要図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）目標表示色域及び表示可能色域を示した色度図の概要図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００  レーザ露光装置
１１  レーザ装置（Ｒ）
１２  全反射ミラー
１３  可変ビームスプリッタ
２１  レーザ装置（Ｇ）
２２  全反射ミラー
２３  可変ビームスプリッタ
３１  レーザ装置（Ｂ）
３２  全反射ミラー
３３  可変ビームスプリッタ
４１  ダイクロイックミラー
４２  ダイクロイックミラー
４３  全反射ミラー
４４  全反射ミラー
４５  全反射ミラー
４６  ダイクロイックミラー
４７  ダイクロイックミラー
４８  全反射ミラー
４９  全反射ミラー
５０  ホログラム感光体
５１  光学基材
５２  ホログラム素子
５３  光学基材
５４  ホログラム素子内蔵レンズ
６１  シャッター
６２  シャッター
７０  波長制御器
７１  表示部
７２  操作部
７３  記憶部
７４  制御部
【図１】
2006201366.tif 000004
【図２】
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【図３】
2006201366.tif 000006
【図４】
2006201366.tif 000007
【図５】
2006201366.tif 000008