(57)【要約】【課題】シースルー性を確保しながら、必要な領域に画像を表示できる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、ホログラム記録材料Ｈの第１の領域となる部分に照射される露光光の光強度と、ホログラム記録材料Ｈの第２の領域となる部分に照射される露光光の光強度とが異なる。【選択図】図７
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【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、前記ホログラム記録材料の第１の領域となる部分に照射される前記露光光の光強度と、前記ホログラム記録材料の第２の領域となる部分に照射される前記露光光の光強度とが異な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、中性濃度フィルタを配置す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、空間光変調器を配置す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又は両側の光路中に、偏光素子を配置することを特徴とする請求項１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、前記ホログラム記録材料の前記第２の領域となる部分を遮光す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６】
回折効率が相対的に低い第１の領域と、回折効率が相対的に高い第２の領域とを含む回折光学素子であって、
前記第１の領域の周辺に前記第２の領域が設けられていることを特徴とする回折光学素子。
【請求項７】
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１〜５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又は請求項６に記載の回折光学素子を用い、
前記第１の領域を介して外光が透過する透過領域と、
前記第２の領域を介して前記画像光による画像を表示する表示領域と、を有す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、回折光学素子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。また、表示素子からの画像（画像光）に加えて外界の像（外光）を同時に視認できるシースルー（透過）型のＨＭＤも登場している。
【０００３】
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。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】
ところで、上述したシースルー性を持ったＨＭＤを作業支援等に用いることが提案されている。しかしながら、作業内容によってはＨＭＤの表示画像が作業の妨げになることもある。このため、視野全域に画像を表示せずに、必要な領域だけ高いシースルー性を確保し、情報表示が必要な領域には高効率での画像表示が可能なＨＭＤが求められている。
【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、シースルー性を確保しながら、必要な領域に画像を表示できる回折光学素子の製造方法、回折光学素子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、ホログラム記録材料の第１の領域となる部分に照射される露光光の光強度と、ホログラム記録材料の第２の領域となる部分に照射される露光光の光強度とが異なることを特徴とする。
【０００９】
この製造方法によれば、ホログラム記録材料を露光して、回折効率が相対的に低い第１の領域と、回折効率が相対的に高い第２の領域とを含む回折光学素子を製造することができる。これにより、製造された回折光学素子を用いた画像表示装置において、第１の領域を介して外光を透過し、第２の領域を介して画像光による画像を表示できるため、シースルー性を確保しながら、必要な領域に画像を表示することが可能となる。
【００１０】
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又は両側の光路中に、中性濃度フィルタを配置してもよい。
【００１１】
この製造方法によれば、露光工程において、ホログラム記録材料の第１の領域となる部分に照射される露光光の光強度と、第２の領域となる部分に照射される露光光の光強度とを異ならせることができる。
【００１２】
また、上記回折光学素子の製造方法では、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、空間光変調器を配置してもよい。
【００１３】
この製造方法によれば、露光工程において、ホログラム記録材料の第１の領域となる部分に照射される露光光の光強度と、第２の領域となる部分に照射される露光光の光強度とを異ならせることができる。
【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又は両側の光路中に、偏光素子を配置してもよい。
【００１５】
この製造方法によれば、露光工程において、ホログラム記録材料の第１の領域となる部分に照射される露光光の偏光方向と、第２の領域となる部分に照射される露光光の偏光方向とを異ならせることができる。
【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、ホログラム記録材料の第２の領域となる部分又は第２の領域となる部分を遮光してもよい。
【００１７】
この製造方法によれば、露光工程において、ホログラム記録材料の第１の領域となる部分に照射される露光光の光強度と、第２の領域となる部分に照射される露光光の光強度とを異ならせることができる。
【００１８】
また、本発明の一つの態様に係る回折光学素子は、回折効率が相対的に低い第１の領域と、回折効率が相対的に高い第２の領域とを含む回折光学素子であって、第１の領域の周辺に第２の領域が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、当該回折光学素子を用いた画像表示装置において、第１の領域を介して外光を透過し、第２の領域を介して画像光による画像を表示できるため、視野の中央部でシースルー性を確保しながら、視野の周辺部で画像を高効率で表示することが可能となる。
【００２０】
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、上記何れかの製造方法を用いて製造された回折光学素子又は上記回折光学素子を用い、第１の領域を介して外光が透過する透過領域と、第２の領域を介して画像光による画像を表示する表示領域と、を有することを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、透過領域でシースルー性を確保しながら、表示領域で画像を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】透過領域と表示領域との一例を示す模式図である。
【図５】透過領域と表示領域との一例を示す模式図である。
【図６】透過領域と表示領域との一例を示す模式図である。
【図７】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８】（ａ）図７に示すＮＤフィルタのＯＤ値分布を示すグラフ、（ｂ）第１の実施形態で得られる回折光学素子の回折効率及びシースルー性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】（ａ）ホログラム記録材料の露光位置に対する露光光の光強度分布を示すグラフ、（ｂ）ホログラム記録材料の露光位置に対する回折効率分布を示すグラフである。
【図１１】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で用いられる露光装置の構成を示す模式図である。
【図１２】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で用いられる露光装置の構成を示す模式図である。
【図１３】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で用いられる露光装置の構成を示す模式図である。
【図１４】アキシコンプリズムによる偏光特性の面内分布の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
［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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
本実施形態のＨＭＤ３００では、視野全域に画像を表示せずに、必要な領域だけ高いシースルー性を確保し、情報表示が必要な領域には高効率で画像表示が可能となっている。具体的に、このＨＭＤ３００は、図４に示すように、視野Ｓの中央部に回折光学素子２を介して外光Ｔが透過する透過領域Ｓ１と、視野Ｓの周辺部に回折光学素子２を介して画像光Ｇによる画像を表示する表示領域Ｓ２とを有している。
【００３７】
ここで、視野Ｓとは、表示装置１００を介して使用者Ｍの両眼ＬＥ，ＲＥにより見える範囲（視野角）を言う。視野Ｓの中央部とは、視野角の中心（中心窩）から２０°までの視角範囲を言う。一方、視野Ｓの周辺部とは、視野Ｓの中央部を除く視野角の中心（中心窩）から上下１３０°、左右１８０°までの視角範囲を言う。
【００３８】
透過領域Ｓ１は、図４に示すように、視野Ｓの中央部に設けられている。一方、表示領域Ｓ２は、視野Ｓの周辺部のうち、上下方向の一方側又は両側に設けられている。この場合、例えばスポーツ観戦などにおいて、観戦用の外部視野（透過領域Ｓ１）を確保しながら、横方向（左右方向）の動きが多いときの解説表示などに適している。
【００３９】
一方、表示領域Ｓ２は、図５に示すように、視野Ｓの周辺部のうち、左右方向の一方側又は両側に設けられていてもよい。この場合、例えば作業支援などの用途において、作業と手順確認を同時に行うため、作業用の外部視野（透過領域Ｓ１）を確保しながら、マニュアルなどのアイコン等を表示したり、マニュアル自体等を表示したりするのに適している。
【００４０】
一方、表示領域Ｓ２は、図６に示すように、視野Ｓの周辺部のうち、四隅（左上、右上、左下、右下）の何れか１つ以上に設けられていてもよい。この場合、例えば作業用の外部視野（透過領域Ｓ１）を最大限にしたいときなどに、遠隔からの作業指示や注意喚起などの短いコメント等を表示するのに適している。
【００４１】
［回折光学素子］
次に、本実施形態の回折光学素子２について説明する。
本実施形態の回折光学素子２は、画像光Ｇ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である。本実施形態の回折光学素子２では、反射型の体積ホログラムを好適に用いることができる。
【００４２】
一方、画像光生成部１は、例えば、ＬＥＤ等の光源と、液晶ライトバルブ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）又はデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Micromirror Device）との組合せから構成することができる。
【００４３】
本実施形態の回折光学素子２は、回折効率が相対的に低い領域（第１の領域という。）と、回折効率が相対的に高い領域（第２の領域という。）とを含み、第１の領域の周辺に第２の領域が設けられた構成となっている。
【００４４】
第１の領域のように回折効率が低い領域では、透過光（０次光）の透過強度が高くなるため、シースルー性を高めることができる。これに対して、第２の領域のように回折効率が高い領域では、画像光Ｇを使用者Ｍの瞳に向けて偏向する力（回折力）が強くなるため、高効率での画像表示が可能となる。
【００４５】
したがって、本実施形態の回折光学素子２を用いたＨＭＤ３００では、視野Ｓの中央部に第１の領域を介して外光Ｔが透過する透過領域Ｓ１と、視野Ｓの周辺部に第２の領域を介して画像光Ｇによる画像を表示する表示領域Ｓ２とを設けることが可能である。
【００４６】
［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７を参照して説明する。なお、図７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。
【００４７】
第１の実施形態の製造方法では、図７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。
【００４８】
図７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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
本実施形態の回折光学素子２は、ホログラム記録材料Ｈの回折効率が低い第１の領域Ｌｄの周辺に、回折効率が高い第２の領域Ｈｄが設けられた構成である。一般的に、ホログラム記録材料Ｈにより定められた最適露光量まで露光することにより、最大の回折効率が得られるが、光強度が小さい場合など最適露光量に満たない露光条件では、回折効率が低くなる。
【００５５】
そこで、第１の実施形態の製造方法では、ホログラム記録材料Ｈの第２の領域Ｈｄとなる周辺部に照射される露光光の光強度よりも、第１の領域Ｌｄとなる中央部に照射される露光光の光強度を小さくする。すなわち、本実施形態の製造方法では、第２の領域Ｈｄとなる周辺部に照射される露光光の光強度を最大の回折効率が得られる光強度とし、ホログラム記録材料Ｈの第１の領域Ｌｄとなる中央部に照射される露光光の光強度をそれも小さい光強度とする。
【００５６】
具体的に、第１の実施形態の製造方法では、上記図７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４０を配置する。
【００５７】
ＮＤフィルタ４０は、図８（ａ）に示すように、第２の領域Ｈｄに対応した周辺部の光学濃度（ＯＤ：Optical Density）値よりも、第１の領域Ｌｄに対応した中央部のＯＤ値が高くなるＯＤ値分布（濃度勾配）を有している。これにより、ホログラム記録材料Ｈの第２の領域Ｈｄとなる周辺部に照射される露光光の光強度よりも、第１の領域Ｌｄとなる中央部に照射される露光光の光強度を小さくすることができる。
【００５８】
したがって、本実施形態の製造方法により得られる回折光学素子２では、図８（ｂ）に示すように、その中央部よりも周辺部の回折効率を高めることが可能である。逆に、その周辺部よりも中央部の透過率（シースルー効率）を高めることが可能である。これにより、シースルー性を確保しながら、必要な領域に画像を表示できる回折光学素子２を得ることが可能である。
【００５９】
（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及び図１０を参照して説明する。なお、図９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９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９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。また、図１０（ａ）は、ホログラム記録材料Ｈの露光位置に対する露光光の光強度分布を示すグラフである。図１０（ｂ）は、ホログラム記録材料Ｈの露光位置に対する回折効率分布を示すグラフである。
【００６０】
第２の実施形態の製造方法では、上述した図７に示す露光装置を用いた露光工程において、ホログラム記録材料Ｈの第２の領域Ｈｄとなる周辺部に照射される露光光の光強度よりも、第１の領域Ｌｄとなる中央部に照射される露光光の光強度を高くする。すなわち、本実施形態の製造方法では、ホログラム記録材料Ｈの第１の領域Ｈｄとなる中央部に照射される露光光の光強度を後述する多重露光となる光強度とし、第２の領域Ｈｄとなる周辺部に照射される露光光の光強度をそれよりも小さい光強度とする。
【００６１】
具体的に、本実施形態の製造方法では、第２の領域Ｈｄに対応した周辺部のＯＤ値よりも、第１の領域Ｌｄに対応した中央部のＯＤ値が小さくなるＮＤフィルタ４０を用いている。
【００６２】
ここで、ホログラム記録材料Ｈの露光に伴う変化を図９を参照して説明する。  
露光前のホログラム記録材料Ｈは、図９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。
【００６３】
ホログラム記録材料Ｈでは、図９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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。その結果、露光光の光強度が強い部分では、回折効率の低下が発生する。
【００６６】
したがって、ホログラム記録材料Ｈでは、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、露光光の光強度が強い部分ほど、その部分の回折効率が低くなる。逆に、露光光の光強度が弱い部分ほど、その部分の回折効率が高くなる。
【００６７】
このため、露光後のホログラム記録材料Ｈでは、図９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（第１の領域）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（第２の領域）Ｈｄが形成される。
【００６８】
したがって、本実施形態の製造方法により得られる回折光学素子２では、その中央部よりも周辺部の回折効率を高めることが可能である。逆に、その周辺部よりも中央部の透過率（シースルー効率）を高めることが可能である。これにより、シースルー性を確保しながら、必要な領域に画像を表示できる回折光学素子２を得ることが可能である。
【００６９】
（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１１を参照して説明する。なお、図１１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７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。
【００７０】
第３の実施形態の製造方法では、図１１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１１に示す露光装置は、上記ＮＤフィルタ４０の代わりに、ホログラム記録材料Ｈの第１の領域Ｌｄとなる部分を遮光する遮光板５０を配置した構成である。それ以外は、図７に示す露光装置と同様の構成を有している。
【００７１】
図１１に示す露光装置では、上記第１の実施形態のように、ホログラム記録材料Ｈの第２の領域Ｈｄとなる周辺部に照射される露光光の光強度よりも、第１の領域Ｌｄとなる中央部に照射される露光光の光強度を小さくする場合に、ホログラム記録材料Ｈの第１の領域Ｌｄとなる部分に遮光板５０を配置する。
【００７２】
遮光板５０を用いることによって、ホログラム記録材料Ｈの第１の領域Ｌｄとなる中央部に照射される露光光の光強度と、第２の領域Ｈｄとなる周辺部に照射される露光光の光強度との差を大きくすることができる。また、第１の領域Ｌｄと第２の領域Ｈｄとの位置精度も向上する。
【００７３】
したがって、本実施形態の製造方法により得られる回折光学素子２では、その中央部よりも周辺部の回折効率を高めることが可能である。逆に、その周辺部よりも中央部の透過率（シースルー効率）を高めることが可能である。これにより、シースルー性を確保しながら、必要な領域に画像を表示できる回折光学素子２を得ることが可能である。
【００７４】
なお、遮光板５０は、ホログラム記録材料Ｈの物体光ＯＤが入射する側の面と、参照光ＳＤが入射する側の面との何れか一方側又は両側において、ホログラム記録材料Ｈに接するように配置すればよい。また、遮光板５０は、ホログラム記録材料Ｈの両側に配置することが好ましい。
【００７５】
（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１２を参照して説明する。なお、図１２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７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。
【００７６】
第４の実施形態の製造方法では、図１２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１２に示す露光装置は、上記ＮＤフィルタ４０の代わりに、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、空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）６０を配置した構成である。それ以外は、図７に示す露光装置と同様の構成を有している。
【００７７】
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、電気的に光強度分布を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。
【００７８】
したがって、本実施形態の製造方法により得られる回折光学素子２では、その中央部よりも周辺部の回折効率を高めることが可能である。逆に、その周辺部よりも中央部の透過率（シースルー効率）を高めることが可能である。これにより、シースルー性を確保しながら、必要な領域に画像を表示できる回折光学素子２を得ることが可能である。
【００７９】
（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１３を参照して説明する。なお、図１３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７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。
【００８０】
第５の実施形態の製造方法では、図１３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１３に示す露光装置は、上記ＮＤフィルタ４０の代わりに、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、偏光素子７０を配置した構成である。それ以外は、図７に示す露光装置と同様の構成を有している。
【００８１】
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。逆に、露光光は、物体光ＯＢと参照光ＳＢとの偏光方向を互いに異ならせることによって、露光部分の回折効率を下げることが可能である。
【００８２】
偏光素子７０としては、１／２波長（λ／２）板を用いることができる。この場合、偏光素子７０の偏光軸を調整することによって、回折効率を調整することが可能である。
【００８３】
また、偏光素子７０としては、１／４波長（λ／４）板を用いることができる。この場合、偏光軸を考慮しなくても、直線偏光が円偏光となるため、大幅に干渉縞のコントラストを低下させることが可能である。
【００８４】
また、偏光素子７０としては、図１４（ａ），（ｂ）に示すようなアキシコンプリズム８０ａ，８０ｂを用いることができる。アキシコンプリズム８０ａ，８０ｂは、面内の偏光分布を異ならせたものである。なお、図１４（ａ），（ｂ）は、アキシコンプリズム８０ａ，８０ｂの面内における偏光分布を矢印を用いて模式的に示したものである。
【００８５】
したがって、本実施形態の製造方法により得られる回折光学素子２では、その中央部よりも周辺部の回折効率を高めることが可能である。逆に、その周辺部よりも中央部の透過率（シースルー効率）を高めることが可能である。これにより、シースルー性を確保しながら、必要な領域に画像を表示できる回折光学素子２を得ることが可能である。
【００８６】
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、回折効率が低い第１の領域Ｌｄの周辺に回折効率が高い第２の領域Ｈｄが設けられた回折光素子及びその製造方法を例示したが、そのような構成に限らず、回折効率が相対的に低い第１の領域と、回折効率が相対的に高い第２の領域とを含む回折光素子及びその製造方法に対して、本発明を幅広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８７】
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）  Ｓ…視野  Ｓ１…透過領域  Ｓ２…表示領域  Ｌｄ…第１の領域  Ｈｄ…第２の領域  ４０…ＮＤフィルタ  ５０…遮光板  ６０…空間光変調器  ７０…偏光素子  ８０Ａ，８０Ｂ…アキシコンプリズム  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】
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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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