(57)【要約】【課題】面内の回折効率分布を均一化した回折光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】ホログラム記録材料Ｈを露光して回折光学素子を製造する回折光学素子の製造方法であって、１つの光源２１から射出されたコヒーレントな光ＬＢを物体光ＯＢと参照光ＳＢとに分離して、物体光ＯＢと参照光ＳＢとを干渉させた露光光をホログラム記録材料Ｈに対して照射する露光工程を含み、露光工程において、物体光ＯＢと参照光ＳＢとの何れか一方側又は両側の光路中に、ホログラム記録材料Ｈに照射される露光光の光強度分布を調整する光学素子４０を配置する。【選択図】図４
2016206480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラム記録材料を露光して回折光学素子を製造する回折光学素子の製造方法であって、
１つの光源から射出されたコヒーレントな光を物体光と参照光とに分離して、前記物体光と前記参照光とを干渉させた露光光を前記ホログラム記録材料に対して照射する露光工程を含み、
前記露光工程において、前記物体光と前記参照光との何れか一方側又は両側の光路中に、前記ホログラム記録材料に照射される前記露光光の光強度分布を調整する光学素子を配置することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記光学素子として、中性濃度フィルタを用いることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記光学素子として、空間光変調器を用いることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記露光工程において、前記物体光と前記参照光との何れか一方側の光路中に前記空間光変調器を配置し、他方側の光路中に偏光素子を配置することを特徴とする請求項２に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記露光工程において、前記露光光により露光される前記ホログラム記録材料の露光領域を２つ以上に分割し、分割された露光領域毎に露光を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記露光工程において、前記２つ以上に分割された露光領域のうち、前記露光が選択された露光領域以外の露光領域を遮光することを特徴とする請求項５に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項７】
ホログラム記録材料を露光して回折光学素子を製造する回折光学素子の製造方法であって、
１つの光源から射出されたコヒーレントな光を物体光と参照光とに分離して、前記物体光と前記参照光とを干渉させた露光光を前記ホログラム記録材料に対して照射する露光工程を含み、
前記露光工程において、前記露光光により露光される前記ホログラム記録材料の露光領域を２つ以上に分割し、分割された露光領域毎に露光を行うことを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記露光工程において、前記２つ以上に分割された露光領域のうち、前記露光が選択された露光領域以外の露光領域を遮光することを特徴とする請求項７に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項９】
画像光を生成する画像光生成部と、
前記画像光の少なくとも一部を使用者の瞳に向けて偏向する回折光学素子と、を備え、
前記回折光学素子として、請求項１〜８の何れか一項に記載の製造方法を用いて製造された回折光学素子を用いることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光学素子の製造方法及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Head Mounted Display）等の装着型の画像表示装置が注目されている。ＨＭＤでは、観察者の目に画像光を導くための構成として、画像光を入射方向とは異なる方向に回折によって偏向するホログラムが用いられている。
【０００３】
ホログラムは、通常のミラーやレンズなどの正反射や屈折を利用する光学素子とは異なり、回折現象を利用した回折光学素子である。また、ホログラムは、光の進行方向の操作自由度が高いといった特徴がある。その中でも、体積ホログラムは、表面レリーフ型などの他の回折光学素子に現れる高次の回折光が発生せず、ブラッグ条件が成り立つ１次回折光のみが発生するため、高い回折効率を有している。
【０００４】
このような回折光学素子の製造には、１つのレーザー光源から発生したレーザー光を分岐し、複数の光束を同時にホログラム記録材料に対して照射する露光装置が用いられている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
しかしながら、上述した露光装置の露光光学系の構成によっては、局所的に光強度が強い部分が発生する。この場合、ホログラム記録材料の反応過程で、面内に反応ムラが生じることになる。例えば、フォトポリマー等の材料では、反応過程で生じる材料の体積変化が局所的に進行することによって、面内の回折効率分布にバラツキが発生してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５４７１７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一つの態様は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、面内の回折効率分布を均一化した回折光学素子の製造方法及び画像表示装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの態様に係る回折光学素子の製造方法は、ホログラム記録材料を露光して回折光学素子を製造する回折光学素子の製造方法であって、１つの光源から射出されたコヒーレントな光を物体光と参照光とに分離して、物体光と参照光とを干渉させた露光光をホログラム記録材料に対して照射する露光工程を含み、露光工程において、物体光と参照光との何れか一方側又は両側の光路中に、ホログラム記録材料に照射される露光光の光強度分布を調整する光学素子を配置することを特徴とする。
【０００９】
この製造方法では、光学素子を用いてホログラム記録材料に照射される露光光の光強度分布を均一化することで、面内の回折効率分布を均一化した回折光学素子を製造することが可能である。
【００１０】
また、上記回折光学素子の製造方法では、光学素子として、中性濃度フィルタを用いてもよい。
【００１１】
この製造方法によれば、中性濃度フィルタを用いてホログラム記録材料に照射される露光光の光強度分布を均一化することができる。
【００１２】
また、上記回折光学素子の製造方法では、光学素子として、空間光変調器を用いてもよい。
【００１３】
この製造方法によれば、空間光変調器を用いてホログラム記録材料に照射される露光光の光強度分布を均一化することができる。
【００１４】
また、上記回折光学素子の製造方法では、露光工程において、物体光と参照光との何れか一方側の光路中に空間光変調器を配置し、他方側の光路中に偏光素子を配置してもよい。
【００１５】
この製造方法によれば、空間光変調器及び偏光素子を用いてホログラム記録材料に照射される露光光の偏光方向を揃えることができる。
【００１６】
また、上記回折光学素子の製造方法では、露光工程において、露光光により露光されるホログラム記録材料の露光領域を２つ以上に分割し、分割された露光領域毎に露光を行ってもよい。
【００１７】
この製造方法によれば、露光光の光強度分布に合わせて、分割された露光領域毎に露光条件を調整できるため、面内の回折効率分布をより均一化した回折光学素子を製造することが可能である。
【００１８】
また、上記回折光学素子の製造方法では、露光工程において、２つ以上に分割された露光領域のうち、前記露光が選択された露光領域以外の露光領域を遮光してもよい。
【００１９】
この製造方法によれば、露光が選択された露光領域以外の露光領域に露光光が照射されるのを防ぐことができる。
【００２０】
また、本発明の一つの態様に係る回折光学素子の製造方法は、ホログラム記録材料を露光して回折光学素子を製造する回折光学素子の製造方法であって、１つの光源から射出されたコヒーレントな光を物体光と参照光とに分離して、物体光と参照光とを干渉させた露光光をホログラム記録材料に対して照射する露光工程を含み、露光工程において、露光光により露光されるホログラム記録材料の露光領域を２つ以上に分割し、分割された露光領域毎に露光を行うことを特徴とする。
【００２１】
この製造方法によれば、露光光の光強度分布に合わせて、分割された露光領域毎に露光条件を調整できるため、面内の回折効率分布を均一化した回折光学素子を製造することが可能である。
【００２２】
また、上記回折光学素子の製造方法では、露光工程において、２つ以上に分割された露光領域のうち、露光が選択された露光領域以外の露光領域を遮光してもよい。
【００２３】
この製造方法によれば、露光が選択された露光領域以外の露光領域に露光光が照射されるのを防ぐことができる。
【００２４】
また、本発明の一つの態様に係る画像表示装置は、画像光を生成する画像光生成部と、画像光の少なくとも一部を使用者の瞳に向けて偏向する回折光学素子と、を備え、回折光学素子として、前記何れかの製造方法を用いて製造された回折光学素子を用いることを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、面内の回折効率分布を均一化した回折光学素子を用いて、高精度な画像表示を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るＨＭＤの使用形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すＨＭＤの構成を示す斜視図である。
【図３】図１に示すＨＭＤが備える表示装置の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る回折光学素子の製造方法で用いられる露光装置の構成を示す模式図である。
【図５】ホログラム記録材料の露光時間に対する体積変化量を示すグラフである。
【図６】ホログラム記録材料の露光に伴う変化を説明するための模式図である。
【図７】図４に示すＮＤフィルタのＯＤ値分布を示すグラフである。
【図８】ＮＤフィルタの配置前及び配置後の露光光の光強度分布を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る回折光学素子の製造方法において、ホログラム記録材料の露光に伴う変化を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る回折光学素子の製造方法において、ホログラム記録材料の露光に伴う変化を説明するための模式図である。
【図１１】遮光板の一例を示す平面図である。
【図１２】図１１に示す遮光板を用いた分割露光を説明するための平面図である。
【図１３】遮光板の別例を示す平面図である。
【図１４】遮光板の別例を示す平面図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る回折光学素子の製造方法において、ホログラム記録材料の露光に伴う変化を説明するための模式図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態に係る回折光学素子の製造方法において、ホログラム記録材料の露光に伴う変化を説明するための模式図である。
【図１７】遮光板の別例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。また、以下の説明で用いる図面では、各構成要素を見やすくするため、構成要素を模式的に示している場合があり、構成要素によっては寸法の縮尺を異ならせて示すこともある。
【００２８】
［画像表示装置］
先ず、本発明の一実施形態に係る画像表示装置として、図１、図２及び図３に示すヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤという。）３００について説明する。なお、図１は、ＨＭＤ３００の使用形態を示す斜視図である。図２は、ＨＭＤの構成を示す斜視図である。図３は、ＨＭＤ３００が備える表示装置１００の構成を示す模式図である。
【００２９】
本実施形態のＨＭＤ３００は、図１に示すように、使用者Ｍが眼鏡を掛ける感覚で頭部に装着して使用するものである。ＨＭＤ３００は、図２に示すように、眼鏡の形態を有する表示装置（ディスプレイグラス）１００と、使用者Ｍが手で持つことが可能な程度の大きさを有する制御装置（コントローラー）２００とを備えている。
【００３０】
表示装置１００と制御装置２００とは、有線又は無線で通信可能に接続される。本実施形態では、表示装置１００を構成する左眼用画像表示部１１０Ａ及び右眼用画像表示部１１０Ｂの各々と制御装置２００とは、ケーブル１５０を介して有線で通信可能に接続され、画像信号や制御信号などを通信する。
【００３１】
表示装置１００は、眼鏡フレーム（装置本体）１２０と、左眼用画像表示部１１０Ａと、右眼用画像表示部１１０Ｂとを備えている。左眼用画像表示部１１０Ａと右眼用画像表示部１１０Ｂとは、眼鏡フレーム１２０により支持されている。眼鏡フレーム１２０は、使用者Ｍが耳に掛けるための一対のテンプル部１２２Ａ，１２２Ｂを有している。
【００３２】
制御装置２００は、表示部２１０と、操作部２５０とを備えている。表示部２１０は、例えば使用者Ｍに与える各種の情報や指示等を表示する。操作部２５０は、各種の操作を指示する釦等からなる。また、操作部２５０は、表示部２１０と一体化されたタッチパネル等であってもよい。
【００３３】
本実施形態のＨＭＤ３００は、図３に示すように、シースルー型（透過型）であり、左眼用画像表示部１１０Ａ及び右眼用画像表示部１１０Ｂで反射して表示される画像（図３中に破線で示す画像光Ｇ）を視認すると同時に、左眼用画像表示部１１０Ａ及び右眼用画像表示部１１０Ｂを透過する外界の像（図３中に破線で示す外光Ｔ）を視認できる。
【００３４】
左眼用画像表示部１１０Ａは、使用者Ｍの左眼ＬＥに対応する左眼用の回折光学素子２Ｌと、左眼用の画像光生成部１Ｌとを備えている。同様に、右眼用画像表示部１１０Ｂは、使用者Ｍの右眼ＲＥに対応する右眼用の回折光学素子２Ｒと、右眼用の画像光生成部１Ｒとを備えている。
【００３５】
画像光生成部１Ｌは、画像光Ｇを回折光学素子２Ｌに向けて射出する。回折光学素子２Ｌは、透過した外光Ｔを使用者Ｍの左眼ＬＥに入射させると共に、画像光生成部１Ｌからの画像光Ｇを反射して使用者Ｍの左眼ＬＥに集光する。
【００３６】
同様に、画像光生成部１Ｒは、画像光Ｇを回折光学素子２Ｒに向けて射出する。回折光学素子２Ｒは、透過した外光Ｔを使用者Ｍの右眼ＲＥに入射させると共に、画像光生成部１Ｒからの画像光Ｇを反射して使用者Ｍの右眼ＲＥに集光する。
【００３７】
したがって、使用者Ｍは、回折光学素子２Ｌ及び回折光学素子２Ｒを介して画像光生成部１Ｌ及び画像光生成部１Ｒにより表示される画像（画像光Ｇ）を視認すると同時に、回折光学素子２Ｌ及び回折光学素子２Ｒを介して透過する外界の像（外光Ｔ）を視認することができる。
【００３８】
また、相互に視差が付与された立体視画像（左眼用画像及び右眼用画像）を画像光生成部１Ｌ及び画像光生成部１Ｒに表示させることで、使用者Ｍに表示画像の立体感（３Ｄ画像）を知覚（視認）させることも可能である。
【００３９】
なお、左眼用画像表示部１１０Ａ及び右眼用画像表示部１１０Ｂは、右眼用及び左眼用の画像を表示するため、左右対象となる構造を有する以外は、同一の構造を有している。したがって、以下の説明では、画像光生成部１Ｌ及び画像光生成部１Ｒを画像光生成部１とし、回折光学素子２Ｌ及び回折光学素子２Ｒを回折光学素子２として、必要に応じてまとめて扱うものとする。
【００４０】
本実施形態のＨＭＤ３００では、面内の回折効率分布を均一化した回折光学素子２を用いることによって、高精度な画像表示を行うことが可能である。
【００４１】
［回折光学素子の製造方法］
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態に係る回折光学素子２の製造方法について、図４を参照して説明する。なお、図４は、第１の実施形態で用いられる露光装置の構成を示す模式図である。
【００４２】
第１の実施形態の製造方法では、図４に示す露光装置を用いて、上記回折光学素子２となるホログラム記録材料Ｈを露光する露光工程を含む。
【００４３】
図４に示す露光装置は、露光光となるレーザー光ＬＢを射出するレーザー光源（光源）２１と、レーザー光ＬＢを物体光ＯＢと参照光ＳＢとに分離するビームスプリッター（光分離素子）２２と、物体光ＯＢをホログラム記録材料Ｈの一面側から照射する第１の露光光学系２３と、参照光ＳＢをホログラム記録材料Ｈの他面側から照射する第２の露光光学系２４とを備えている。
【００４４】
レーザー光源２１は、コヒーレントな光であるレーザー光ＬＢをビームスプリッター２２に向けて射出する。また、レーザー光源２１とビームスプリッター２２との間の光路中には、シャッター２５が配置されている。シャッター２５は、レーザー光ＬＢの通過と遮断とを切り替える。
【００４５】
ビームスプリッター２２は、入射したレーザー光ＬＢのうち、物体光ＯＢを第１の露光光学系２３に向けて反射する一方、参照光ＳＢを第２の露光光学系２４に向けて透過する。なお、光分離素子としては、ビームスプリッター２２の代わりに、偏光ビームスプリッターを用いることも可能である。偏光ビームスプリッターを用いる場合は、１／２波長（λ）板と組み合わせて、例えば参照光ＳＢの強度比を調整することができる。
【００４６】
第１の露光光学系２３は、物体光ＯＢの光路を曲げる第１のミラー２６と、物体光ＯＢを集光する第１の対物レンズ２７と、集光された物体光ＯＢを平行光束とする第１のコリメーターレンズ２８とを有している。第１の露光光学系２３は、物体光ＯＢをホログラム記録材料Ｈの一面に対して略垂直に照射する。
【００４７】
第２の露光光学系２４は、参照光ＳＢの光路を曲げる第２のミラー２９と、参照光ＳＢを集光する第２の対物レンズ３０と、集光された参照光ＳＢを平行光束とする第２のコリメーターレンズ３１とを有している。第２の露光光学系２４は、参照光ＳＢをホログラム記録材料Ｈの他面に対して斜め方向から照射する。
【００４８】
以上のような構成を有する露光装置では、ホログラム記録材料Ｈに対して物体光ＯＢと参照光ＳＢとを異なる方向から同時に照射する。このとき、物体光ＯＢと参照光ＳＢとを干渉させた露光光に干渉縞が発生する。この干渉縞をホログラム記録材料Ｈに記録することによって、回折光学素子２を得ることができる。
【００４９】
ここで、ホログラム記録材料Ｈの露光に伴う変化を図５及び図６を参照して説明する。なお、図５は、ホログラム記録材料Ｈの露光時間に対する体積変化量を示すグラフである。また、図６の上段は、ホログラム記録材料Ｈの露光前の状態を示す模式図である。図６の中段は、ホログラム記録材料Ｈの露光中の状態を示す模式図である。図６の下段は、ホログラム記録材料Ｈの露光後の状態を示す模式図である。
【００５０】
露光前のホログラム記録材料Ｈは、図６の上段に示すように、マトリックス樹脂ＭＰ中に高屈折率モノマーＨＰが分散したフォトポリマーからなる。図４に示す露光装置を用いた露光工程では、シャッター２５を開放し、露光が始まると、物体光ＯＢと参照光ＳＢとの干渉により生じた露光光の光強度分布に応じて、ホログラム材料Ｈの反応が始まる。フォトポリマーの場合は、モノマーＨＰが重合反応してポリマー化する。
【００５１】
ホログラム材料Ｈは、図５に示すように、露光時の反応に伴って体積が変化する。なお、本実施形態では、露光時の反応に伴って、ホログラム記録材料Ｈが膨張する場合を例を示しているが、ホログラム記録材料Ｈが収縮する場合もある。また、フォトポリマーの中には、ホログラム定着過程において体積収縮が発生するため、収縮をキャンセルするように、干渉露光の反応時に膨張性を示すモノマー材料を用いる等の対策がとられる。
【００５２】
また、露光工程では、ホログラム記録材料Ｈの全面で均一に反応が進行することが理想的であるが、露光光の光強度分布や、ホログラム記録材料Ｈに対する露光光の入射角度により強度ムラが発生する。
【００５３】
このため、ホログラム記録材料Ｈでは、図６の中段に示すように、フォトポリマーに照射される露光光の光強度が弱い部分よりも、露光光の光強度が強い部分で高屈折率モノマーＨＰの反応が進むため、局所的な体積変化が生じる。
【００５４】
ホログラム記録材料Ｈでは、露光中に体積変化が生じた場合、材料に反りなどが発生するが、先に記録された干渉縞の間隔や角度が変化すると同時に、新たな干渉縞が書き込まれる。このため、作製されるホログラムの干渉縞は、１種類ではなく、複数の干渉縞が重なり、多重露光された状態となる。
【００５５】
その結果、露光後のホログラム記録材料Ｈでは、図６の下段に示すように、露光光の光強度が強い部分に、回折効率が低い領域Ｌｄが形成され、露光光の光強度が弱い部分に、回折効率が高い領域Ｈｄが形成される。
【００５６】
したがって、ホログラム記録材料Ｈでは、反応過程で生じる体積変化が局所的に進行することによって、面内の回折効率分布にバラツキが発生してしまう。また、ホログラム記録材料Ｈへの露光光の入射による温度上昇が発生する可能性もあり、ホログラム記録材料Ｈが熱膨張し、更にホログラム記録材料Ｈの面内における回折効率分布が不均一化する問題も発生する。
【００５７】
例えば、レーザー光源２１から射出されるレーザー光ＬＢの光強度がガウシアン分布を持つ場合、露光光は中心付近の光強度が最も高くなり、外周に向かうほど光強度が低くなる。また、第１及び第２の露光光学系２３，２４により露光光のビーム径を拡大した場合でも、露光光の光強度にはガウシアン分布が発生する。したがって、フォトポリマーの反応が局所的に進んだ場合、中心ほど加わる応力が大きくなるため、歪みの発生が増加する。
【００５８】
そこで、本発明では、上述した露光時におけるホログラム記録材料Ｈの局所的な体積変化を抑えることによって、回折光学素子２の面内における回折効率を均一化する。
【００５９】
具体的に、第１の実施形態の製造方法では、上記図４に示す露光装置において、物体光ＯＢと参照光ＳＢとの何れか一方側又は両側（本実施形態では両側）の光路中に、中性濃度（ＮＤ：Neutral Density）フィルタ（光学素子）４０を配置する。ＮＤフィルタ４０には、図７に示すように、中心付近の光学濃度（ＯＤ：Optical Density）値が周辺付近のＯＤ値よりも高くなるＯＤ値分布（濃度勾配）を有するアポダイジングＮＤフィルタを用いることができる。また、ホログラム記録材料Ｈに露光光が斜め入射する場合は、露光光のガウシアン分布が崩れるため、これに合わせてＯＤ値分布を最適化することが好ましい。
【００６０】
図８（ａ）に示すように、ＮＤフィルタ４０を配置する前の露光光の光強度分布は、中心付近の光強度が最も高くなり、外周に向かうほど光強度が低くなっている。これに対して、図８（ｂ）に示すように、ＮＤフィルタ４０を配置した後の露光光の光強度分布は、中心付近から周辺に向かって平坦（均一）となっている。
【００６１】
これにより、ホログラム記録材料Ｈに対して照射される露光光の光強度を均一化し、ホログラム記録材料Ｈの全面で均一に反応を進行させることができる。したがって、本実施形態の製造方法では、面内の回折効率分布を均一化した回折光学素子２を得ることが可能である。
【００６２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る回折光学素子２の製造方法について、図９を参照して説明する。なお、図９は、第２の実施形態で用いられる露光装置の構成を示す模式図である。また、以下の説明では、上記図４に示す露光装置と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００６３】
第４の実施形態の製造方法では、図９に示す露光装置を用いて、上記回折光学素子２となるホログラム記録材料Ｈを露光する露光工程を含む。図９に示す露光装置は、上記ＮＤフィルタ４０の代わりに、参照光ＳＢ側の光路中に、空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）（光学素子）６０を配置し、物体光ＯＢ側の光路中に、偏光素子７０を配置した構成である。それ以外は、図４に示す露光装置と同様の構成を有している。
【００６４】
空間光変調器６０としては、例えば液晶素子などを用いることができる。空間光変調器６０を用いた場合、ホログラム記録材料Ｈに照射される露光光の光強度分布を電気的に調整することが可能なため、複雑な光強度分布にも対応可能となる。
【００６５】
すなわち、露光工程において、カラー化や露光角度などの露光条件が変化した場合には、光強度の均一化に必要となるＮＤフィルタ４０のＯＤ値分布は常に異なる。そこで、ＯＤ値分布（光透過率）を動的に変化させることが可能な空間光変調器を用いることにより、同一の露光条件においても濃度の微調整が可能となる。また、異なる露光条件の場合でも、１つの空間光変調器６０で光強度の均一化が可能である。したがって、汎用性が高い空間光変調器６０を用いて、光強度の均一化の精度をより高めることが可能である。
【００６６】
偏光素子７０には、物体光ＯＢと参照光ＳＢとの偏光方向を揃えるために、１／２波長（λ／２）板を用いている。露光光は、物体光ＯＢと参照光ＳＢとの偏光方向を互いに同一にすることによって、干渉縞のコントラストを高め、露光部分の回折効率を高めることが可能である。一方、上記偏光素子７０の代わりに、物体光ＯＢと参照光ＳＢとの両側の光路中に、それぞれ空間光変調器６０を配置した構成とすることも可能である。
【００６７】
これにより、ホログラム記録材料Ｈに対して照射される露光光の光強度を均一化し、ホログラム記録材料Ｈの全面で均一に反応を進行させることができる。したがって、本実施形態の製造方法では、面内の回折効率分布を均一化した回折光学素子２を得ることが可能である。
【００６８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る回折光学素子２の製造方法について、図１０を参照して説明する。なお、図１０は、第３の実施形態で用いられる露光装置の構成を示す模式図である。また、以下の説明では、上記図４に示す露光装置と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００６９】
第３の実施形態の製造方法では、図１０に示す露光装置を用いて、上記回折光学素子２となるホログラム記録材料Ｈを露光する露光工程を含む。図１０に示す露光装置は、上記ＮＤフィルタ４０の代わりに、遮光板５０を配置した構成である。それ以外は、図４に示す露光装置と同様の構成を有している。
【００７０】
すなわち、本実施形態の製造方法では、露光光により露光されるホログラム記録材料Ｈの露光領域を２つ以上に分割し、分割された露光領域毎に露光を行う。この場合、２つ以上に分割された露光領域のうち、露光が選択された露光領域以外の露光領域を遮光板５０で遮光する。また、分割された露光領域を露光する場合は、露光されない領域が発生することを防ぐため、遮光板５０で遮光された領域が重ならないようにする。
【００７１】
本実施形態の製造方法では、露光光により露光されるホログラム記録材料Ｈの露光領域を分割することで、露光光の光強度分布に合わせて、分割された露光領域毎に露光条件を調整できるため、面内の回折効率分布を均一化することができる。例えば、露光光の光強度が強い部分では露光時間を短くし、露光光の光強度が弱い部分では露光時間を長くするなど、光強度に応じて露光時間を調整し、露光光の光強度分布の影響を低減することが可能である。また、露光領域を分割することにより、露光領域全体を露光する場合よりも、分割された露光領域内における光強度の差を小さくすることが可能である。
【００７２】
ここで、遮光板５０として、例えば図１１（ａ），（ｂ）に示す２つの遮光板５０Ａ，５０Ｂを用いて、図１２に示す２分割された露光領域ＰＡ，ＰＢ毎に露光を行う場合について説明する。
【００７３】
先ず、２分割された露光領域ＰＡ，ＰＢのうち、一方の露光領域ＰＡに対して遮光板５０Ａを用いて１回目の露光を行う。遮光板５０Ａは、一方の露光領域ＰＡに対応した開口部５１Ａを有し、他方の露光領域ＰＢを遮光するように配置される。
【００７４】
次に、２分割された露光領域ＰＡ，ＰＢのうち、他方の露光領域ＰＢに対して遮光板５０Ｂを用いて２回目の露光を行う。遮光板５０Ｂは、他方の露光領域ＰＢに対応した開口部５１Ｂを有し、一方の露光領域ＰＡを遮光するように配置される。
【００７５】
２回目の露光では、１回目の露光で遮光板５０Ａが遮光した領域に、遮光板５０Ｂが遮光する領域が重ならないようする。この場合、１回目の露光領域ＰＡと２回目の露光領域ＰＢとの境界部分ＰＣでは、互いに重ならないはずが、露光光の回折現象により遮光された領域側に露光光が僅かに回り込むことで、多重露光された状態になる。
【００７６】
これにより、ホログラム記録材料Ｈの分割された露光領域毎に露光時間を調整することができ、露光領域全体の光強度分布を均一化することができる。したがって、本実施形態の製造方法では、面内の回折効率分布を均一化した回折光学素子２を得ることが可能である。特に、露光光の光強度分布が大きい場合には、上述した露光領域の分割を行い、分割された各露光領域を小さくすることで、ホログラム記録材料Ｈの露光領域全体では面内の回折効率分布を均一化する効果を得ることが可能である。
【００７７】
なお、ホログラム記録材料Ｈの露光領域を分割する方法としては、上述した図１１（ａ），（ｂ）に示す遮光板５０Ａ，５０Ｂを用いて露光を行う場合に限らず、例えば図１３（ａ），（ｂ）に示す遮光板５０Ｃ，５０Ｄを用いて露光を行ってもよい。すなわち、図１１（ａ），（ｂ）に示す遮光板５０Ａ，５０Ｂでは、互いの開口部５１Ａ，５１Ｂの面積が同じであるのに対して、図１３（ａ），（ｂ）に示す遮光板５０Ｃ，５０Ｄでは、互いの開口部５１Ｃ，５１Ｄの面積が異なっている。この場合、露光毎に露光領域の面積を異ならせることができる。
【００７８】
例えば、ホログラム記録材料Ｈに対して露光光（球面波）を斜入射で照射する場合、露光光の光強度分布が均一であっても、ホログラム記録材料Ｈの露光面では光強度分布に勾配が発生する。この場合、球面波の集光点の位置にもよるが、ホログラム記録材料Ｈの露光面の端部で急激に光強度が強くなることもある。
【００７９】
そこで、図１３（ａ），（ｂ）に示す遮光板５０Ｃ，５０Ｄを用いて、光強度の強い領域のみを小さい面積で分割し、その分割された領域に対して露光時間を調整しながら露光を行う。これにより、光強度勾配の影響を効果的に低減することが可能である。
【００８０】
また、遮光板５０については、上述した遮光板５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄのような矩形状の開口部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄが形成されたものに限定されるものではなく、例えば図１４（ａ），（ｂ）に示す遮光板５０Ｅ，５０Ｆのように、矩形以外の形状とすることも可能である。
【００８１】
具体的に、図１４（ａ）遮光板５０Ｅは、中央部に円形状の開口部５１Ｅを有している。一方、図１４（ｂ）に示す遮光板５０Ｆは、中央部に開口部５１Ｅに対応する円形状の遮光部５２ａを残して開口した矩形枠状の開口部５１Ｆを有している。なお、遮光部５２ａは、線状の連結部５２ｂを介して遮光板５０Ｆの枠状部分と連結されている。一方、遮光板５０Ｅは、連結部５２ｂに対応する線状のスリット５３が開口部５１Ｅに連続して設けられている。
【００８２】
例えば、球面波露光の場合は、集光点に近い位置ほど、露光光の中心部分の光強度が強くなる傾向が見られる。この場合、上記図１４（ａ），（ｂ）に示す遮光板５０Ｅ，５０Ｆを用いて、ホログラム記録材料Ｈの中心部分と、その外側部分とで分割し、その分割された領域毎に露光時間を調整する。これにより、光強度の勾配の影響を効果的に低減することが可能である。
【００８３】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る回折光学素子２の製造方法について、図１５を参照して説明する。なお、図１５は、第４の実施形態で用いられる露光装置の構成を示す模式図である。また、以下の説明では、上記図４に示す露光装置と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００８４】
第４の実施形態の製造方法では、図１５に示す露光装置を用いて、上記回折光学素子２となるホログラム記録材料Ｈを露光する露光工程を含む。図１５に示す露光装置は、上記図４に示す露光装置の構成に加えて、上記図１０に示す遮光板５０を配置した構成である。そして、第４の実施形態の製造方法では、露光光により露光されるホログラム記録材料Ｈの露光領域を２つ以上に分割し、分割された露光領域毎に露光を行う。
【００８５】
すなわち、第４の実施形態の製造方法は、上記第１の実施形態の製造方法による露光光の光強度の均一化と、上記第３の実施形態の製造方法による分割露光とを組み合わせた方法である。
【００８６】
具体的に、本実施形態の製造方法では、先ず、遮光板５０として、図１４（ａ）に示す遮光板５０Ｅを用いて、ホログラム記録材料Ｈの中央部分に対して１回目の露光を行う。このとき、露光光の中央部分は、レーザー光ＬＢの光強度がガウシアン分布を持つため、急激に露光強度が変化する。そこで、１回目の露光では、ＮＤフィルタ４によって露光光の光強度分布を均一化する。
【００８７】
次に、遮光板５０として、図１４（ｂ）に示す遮光板５０Ｅを用いて、ホログラム記録材料Ｈの周辺部分に対して２回目の露光を行う。このとき、露光光の周辺部分は、光強度の変化が緩やかであり、光強度も弱い。そこで、２回目の露光では、ＮＤフィルタ４０を配置せずに、露光光の周辺部分の光を有効に利用する。
【００８８】
これにより、ホログラム記録材料Ｈに対して照射される露光光の光強度を均一化し、ホログラム記録材料Ｈの全面で均一に反応を進行させることができる。したがって、本実施形態の製造方法では、面内の回折効率分布を均一化した回折光学素子２を得ることが可能である。
【００８９】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る回折光学素子２の製造方法について、図１６を参照して説明する。なお、図１６は、第５の実施形態で用いられる露光装置の構成を示す模式図である。また、以下の説明では、上記図４に示す露光装置と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００９０】
第５の実施形態の製造方法では、図１６に示す露光装置を用いて、上記回折光学素子２となるホログラム記録材料Ｈを露光する露光工程を含む。図１６に示す露光装置は、図１５に示す露光装置の構成と同様であるが、物体光ＯＤと参照光ＳＢとの何れか一方（本実施形態では参照光ＳＢ）が球面波であり、且つ、球面波をホログラム記録材料Ｈに対して斜入射させる場合である。
【００９１】
この場合、球面波は、集光点に近い位置ほど光強度が強くなるため、ホログラム記録材料Ｈの露光面で最も光強度が強くなる領域は、ホログラム記録材料Ｈの中心とは限らない。そこで、遮光板５０として、図１３（ａ），（ｂ）に示す遮光板５０Ｃ，５０Ｄを用いて、光強度の最も強い領域と、それ以外の領域とに分割して露光を行う。
【００９２】
一方、ＮＤフィルタ４０には、ガウシアン分布に対応した同心円状のＯＤ値の配分以外に、端部からＯＤ値が連続的に変化する斜入射用のＯＤ値分布を有するものを用いることが好ましい。
【００９３】
これにより、ホログラム記録材料Ｈに対して照射される露光光の光強度を均一化し、ホログラム記録材料Ｈの全面で均一に反応を進行させることができる。したがって、本実施形態の製造方法では、面内の回折効率分布を均一化した回折光学素子２を得ることが可能である。
【００９４】
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、回折光学素子２の面内における回折効率を露光領域全体で均一化する場合について説明したが、必要な領域のみ回折効率を均一化するようにしてもよい。
【００９５】
この場合、例えば図１７（ａ）に示すような矩形状の開口部５１Ｘを有する遮光板５０Ｘで遮光されたＮＤフィルタ４０や、図１７（ｂ）に示すような円形状の開口部５１Ｙを有する遮光板５０Ｙで遮光されたＮＤフィルタ４０、図１７（ｃ）に示すような星形状の開口部５１Ｚを有する遮光板５０Ｚで遮光されたＮＤフィルタ４０など、その使用用途に応じて、露光が不要な領域については遮光して露光を行うことができる。
【００９６】
上述したホログラム記録材料Ｈの露光領域を２つ以上に分割し、分割された露光領域毎に露光を行う場合、その分割された露光領域の露光を行う順序については、ホログラム記録材料Ｈの周辺部分よりも先に中心部分の露光を行うことが好ましい。
【００９７】
例えば、視野の広い表示領域をもつ回折光学素子を製造する場合、仮に、ホログラム記録材料Ｈの周辺部分を先に露光すると、ホログラム記録材料Ｈの反応により先に周辺部分の材料が膨張（もしくは収縮）する。この場合、ホログラム記録材料Ｈの外周に向かって働く力だけでなく、ホログラム記録材料Ｈが未反応の中心に向かって働く力も発生する。これにより、ホログラム記録材料Ｈの中心部分には、力の逃げ場がないため、歪みが発生する。その結果、未反応のホログラム記録材料Ｈの中心部分では、露光前から歪みが生じた状態となる。
【００９８】
この状態で、２回目の分割露光によりホログラム記録材料Ｈの中心部分を露光すると、既に材料に歪みが生じた状態で、さらに材料の反応による体積変化が発生する。このため、反応過程で記録されるホログラムの干渉縞にずれが発生し、設計と異なるホログラムが記録され、ホログラム記録材料Ｈの中心部分において回折効率の低下が発生する。
【００９９】
したがって、ホログラム記録材料Ｈの周辺部分よりも先に中心部分の露光を行った方が、ホログラム記録材料Ｈの反応による体積変化による歪みを周辺部に分散させ、中心に向かって働く逃げ場のない力を抑えつつ、歪みの発生を低減し、回折効率の低下を抑えることが可能である。
【０１００】
一方、本発明では、ホログラム記録材料Ｈの中心部分よりも先に周辺部分の露光を行うことも可能である。この場合、ホログラム記録材料Ｈの周辺部分を先に露光することにより、ホログラム記録材料Ｈの中心部分の歪みを故意に大きくして、このホログラム記録材料Ｈの中心部分の回折効率を低下させる。これにより、中心部分の回折効率が低い回折光学素子を得ることが可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１（１Ｒ，１Ｌ）…画像光生成部  ２（２Ｒ，２Ｌ）…回折光学素子  ２１…レーザー光源（光源）  ２２…ビームスプリッター（光分離素子）  ２３…第１の露光光学系  ２４…第２の露光光学系  １００…表示装置  １１０Ａ…左眼用画像表示部  １１０Ｂ…右眼用画像表示部  ２００…制御装置  ３００…ＨＭＤ（画像表示装置）  ４０…ＮＤフィルタ（光学素子）  ５０，５０Ａ〜５０Ｆ，５０Ｘ〜５０Ｚ…遮光板  ６０…空間光変調器（光学素子）  ７０…偏光素子  Ｇ…画像光  Ｔ…外光  ＬＢ…レーザー光  ＯＢ…物体光  ＳＢ…参照光  Ｈ…ホログラム記録材料
【図１】
2016206480.tif 000003
【図２】
2016206480.tif 000004
【図３】
2016206480.tif 000005
【図４】
2016206480.tif 000006
【図５】
2016206480.tif 000007
【図６】
2016206480.tif 000008
【図７】
2016206480.tif 000009
【図８】
2016206480.tif 000010
【図９】
2016206480.tif 000011
【図１０】
2016206480.tif 000012
【図１１】
2016206480.tif 000013
【図１２】
2016206480.tif 000014
【図１３】
2016206480.tif 000015
【図１４】
2016206480.tif 000016
【図１５】
2016206480.tif 000017
【図１６】
2016206480.tif 000018
【図１７】
2016206480.tif 000019