JP2002258488A - ホログラフィック光学素子の製造における露光方法及び露光装置 - Google Patents
ホログラフィック光学素子の製造における露光方法及び露光装置Info
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/32—Holograms used as optical elements
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
- G03H2001/0208—Individual components other than the hologram
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
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-
- G—PHYSICS
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- G03H2222/00—Light sources or light beam properties
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- G03H2222/18—RGB trichrome light
Landscapes
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 複雑な波面再生が可能なホログラフィック光
学素子を簡単な構成で容易に量産することができる露光
方法及び露光装置を提供する。 【解決手段】 媒質内の３次元的光強度分布を媒質の３
次元的屈折率分布として記録することのできるホログラ
ム感光材料(3)を、単一の透明基板(2)に貼り付けて保持
し、ホログラム感光材料(3)に対し互いに干渉性の高い
２つの光束を対向方向から照射することにより干渉縞を
露光記録する。２つの光束とは、１つのピンホール光源
(1)からホログラム感光材料(3)に照射される光束と、そ
の光束が透明基板(2)とホログラム感光材料(3)を透過し
た後に、互いに偏心した２つの反射面(S1,S2)を含む露
光光学系(4)を介して、再びホログラム感光材料(3)に照
射される光束と、の２つである。
学素子を簡単な構成で容易に量産することができる露光
方法及び露光装置を提供する。 【解決手段】 媒質内の３次元的光強度分布を媒質の３
次元的屈折率分布として記録することのできるホログラ
ム感光材料(3)を、単一の透明基板(2)に貼り付けて保持
し、ホログラム感光材料(3)に対し互いに干渉性の高い
２つの光束を対向方向から照射することにより干渉縞を
露光記録する。２つの光束とは、１つのピンホール光源
(1)からホログラム感光材料(3)に照射される光束と、そ
の光束が透明基板(2)とホログラム感光材料(3)を透過し
た後に、互いに偏心した２つの反射面(S1,S2)を含む露
光光学系(4)を介して、再びホログラム感光材料(3)に照
射される光束と、の２つである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はホログラフィック光
学素子(ＨＯＥ：Holographic Optical Element)の製造
における露光方法及び露光装置に関するものであり、例
えば、各種映像表示装置の光学系(特に虚像表示装置の
接眼光学系)に用いられる体積型反射ホログラフィック
光学素子の製造プロセスに用いる露光方法及び露光装置
に関するものである。
学素子(ＨＯＥ：Holographic Optical Element)の製造
における露光方法及び露光装置に関するものであり、例
えば、各種映像表示装置の光学系(特に虚像表示装置の
接眼光学系)に用いられる体積型反射ホログラフィック
光学素子の製造プロセスに用いる露光方法及び露光装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】体積型ホログラムの作成には、媒質内の
３次元的光強度分布を媒質の３次元的屈折率分布として
記録することのできるホログラム感光材料が用いられ
る。そして、互いに干渉性の高い２つの光束をホログラ
ム感光材料に照射することにより、ホログラム感光材料
にその内部で生じた干渉縞を露光記録すると、体積型ホ
ログラムが得られる。このときのホログラム感光材料の
露光は、単一のレーザー光源からの光をハーフミラーや
ビームスプリッター等で２つに光路分離し、分離された
２光束を複数の各種光学系(ミラー，レンズ等)で異なる
方向からホログラム感光材料に照射することにより行わ
れるのが一般的である。なお、分離された２光束のうち
の一方が「物体光」、他方が「参照光」と便宜上呼ばれ
ている。
３次元的光強度分布を媒質の３次元的屈折率分布として
記録することのできるホログラム感光材料が用いられ
る。そして、互いに干渉性の高い２つの光束をホログラ
ム感光材料に照射することにより、ホログラム感光材料
にその内部で生じた干渉縞を露光記録すると、体積型ホ
ログラムが得られる。このときのホログラム感光材料の
露光は、単一のレーザー光源からの光をハーフミラーや
ビームスプリッター等で２つに光路分離し、分離された
２光束を複数の各種光学系(ミラー，レンズ等)で異なる
方向からホログラム感光材料に照射することにより行わ
れるのが一般的である。なお、分離された２光束のうち
の一方が「物体光」、他方が「参照光」と便宜上呼ばれ
ている。
【０００３】上記のようにして作成された体積型ホログ
ラムに、参照光とほぼ同等の波面をもつ光束(いわゆる
「再生照明光」)を照射すると、物体光とほぼ同等の波
面を持つ光束が再生される。この原理を用いると、物理
形状としては薄いフィルムであるにもかかわらず、レン
ズや反射鏡のような結像作用を持つ体積型ホログラフィ
ック光学素子を作成することが可能である。体積型ホロ
グラフィック光学素子は既に各種の光学機器に広く利用
されており、特に体積型反射ホログラフィック光学素子
は、高い回折効率とシャープな波長依存性ゆえに、ＨＵ
Ｄ(headup display)やＨＭＤ(head mounted display)を
構成する上で極めて有用な光学素子となっている。例え
ば、ＨＵＤやＨＭＤにおいて観察者眼前方に配置される
光学系(コンバイナー，反射スクリーン，接眼光学系等)
として体積型反射ホログラフィック光学素子を用いる
と、高輝度で視認性の高い映像表示や外界の明るさを損
なわない高いシースルー性を実現することができる。
ラムに、参照光とほぼ同等の波面をもつ光束(いわゆる
「再生照明光」)を照射すると、物体光とほぼ同等の波
面を持つ光束が再生される。この原理を用いると、物理
形状としては薄いフィルムであるにもかかわらず、レン
ズや反射鏡のような結像作用を持つ体積型ホログラフィ
ック光学素子を作成することが可能である。体積型ホロ
グラフィック光学素子は既に各種の光学機器に広く利用
されており、特に体積型反射ホログラフィック光学素子
は、高い回折効率とシャープな波長依存性ゆえに、ＨＵ
Ｄ(headup display)やＨＭＤ(head mounted display)を
構成する上で極めて有用な光学素子となっている。例え
ば、ＨＵＤやＨＭＤにおいて観察者眼前方に配置される
光学系(コンバイナー，反射スクリーン，接眼光学系等)
として体積型反射ホログラフィック光学素子を用いる
と、高輝度で視認性の高い映像表示や外界の明るさを損
なわない高いシースルー性を実現することができる。
【０００４】ここで、体積型反射ホログラフィック光学
素子の製造プロセスにおける従来の露光方法及び露光装
置を、第１，第２の従来例(図５，図６)を挙げて説明す
る。図５に示す第１の従来例は、特開平５−３４６５０
８号公報や特開２０００−１２１９８９号公報で提案さ
れている露光装置と基本的に同様の構成を有するもので
あり、図６に示す第２の従来例は、特開平７−２１００
６６号公報や特開平１０−２８２８６９号公報で提案さ
れている露光装置と基本的に同様の構成を有するもので
ある。
素子の製造プロセスにおける従来の露光方法及び露光装
置を、第１，第２の従来例(図５，図６)を挙げて説明す
る。図５に示す第１の従来例は、特開平５−３４６５０
８号公報や特開２０００−１２１９８９号公報で提案さ
れている露光装置と基本的に同様の構成を有するもので
あり、図６に示す第２の従来例は、特開平７−２１００
６６号公報や特開平１０−２８２８６９号公報で提案さ
れている露光装置と基本的に同様の構成を有するもので
ある。
【０００５】図５において、1a,1bは第１，第２ピンホ
ール、2は透明基板、3はホログラム感光材料、4Aは露光
光学系である。ホログラム感光材料(3)は、透明基板(2)
に塗布され又は貼り付けられた状態で保持されている。
また露光光学系(4A)は、複数の偏心したレンズから成る
偏心屈折光学系で構成されている。単一のレーザー光源
から出射された光束は、ビームスプリッターや各種ミラ
ーを用いて光路分離され、第１ピンホール(1a)及び第２
ピンホール(1b)に導かれる。第１ピンホール(1a)から出
射した発散光は、透明基板(2)を透過してホログラム感
光材料(3)を照射し、第２ピンホール(1b)から出射した
発散光は、露光光学系(4A)を介してホログラム感光材料
(3)を複雑な波面で照射する。第１，第２ピンホール(1
a,1b)は互いに干渉性の高い２次光源として機能するた
め、ホログラム感光材料(3)の内部には干渉縞が形成さ
れ、３次元的屈折率分布としてホログラム感光材料(3)
に露光記録される。
ール、2は透明基板、3はホログラム感光材料、4Aは露光
光学系である。ホログラム感光材料(3)は、透明基板(2)
に塗布され又は貼り付けられた状態で保持されている。
また露光光学系(4A)は、複数の偏心したレンズから成る
偏心屈折光学系で構成されている。単一のレーザー光源
から出射された光束は、ビームスプリッターや各種ミラ
ーを用いて光路分離され、第１ピンホール(1a)及び第２
ピンホール(1b)に導かれる。第１ピンホール(1a)から出
射した発散光は、透明基板(2)を透過してホログラム感
光材料(3)を照射し、第２ピンホール(1b)から出射した
発散光は、露光光学系(4A)を介してホログラム感光材料
(3)を複雑な波面で照射する。第１，第２ピンホール(1
a,1b)は互いに干渉性の高い２次光源として機能するた
め、ホログラム感光材料(3)の内部には干渉縞が形成さ
れ、３次元的屈折率分布としてホログラム感光材料(3)
に露光記録される。
【０００６】図６において、1はピンホール光源、2は透
明基板、3はホログラム感光材料、4Bは露光光学系であ
る。ホログラム感光材料(3)は、第１の従来例と同様、
透明基板(2)に塗布され又は貼り付けられた状態で保持
されているが、露光光学系(4B)は、単一の反射曲面(球
面鏡，回転双曲面鏡等)で構成されている。ピンホール
光源(1)から出射した発散光は、ホログラム感光材料(3)
を照射した後、透明基板(2)を透過して露光光学系(4B)
で反射される。露光光学系(4B)で反射された光束は、透
明基板(2)を透過してホログラム感光材料(3)を再び照射
する。最初にホログラム感光材料(3)を照射する光束
と、露光光学系(4B)で反射したのち再びホログラム感光
材料(3)を対向方向から照射する光束と、で干渉縞が形
成され、３次元的屈折率分布としてホログラム感光材料
(3)に露光記録される。
明基板、3はホログラム感光材料、4Bは露光光学系であ
る。ホログラム感光材料(3)は、第１の従来例と同様、
透明基板(2)に塗布され又は貼り付けられた状態で保持
されているが、露光光学系(4B)は、単一の反射曲面(球
面鏡，回転双曲面鏡等)で構成されている。ピンホール
光源(1)から出射した発散光は、ホログラム感光材料(3)
を照射した後、透明基板(2)を透過して露光光学系(4B)
で反射される。露光光学系(4B)で反射された光束は、透
明基板(2)を透過してホログラム感光材料(3)を再び照射
する。最初にホログラム感光材料(3)を照射する光束
と、露光光学系(4B)で反射したのち再びホログラム感光
材料(3)を対向方向から照射する光束と、で干渉縞が形
成され、３次元的屈折率分布としてホログラム感光材料
(3)に露光記録される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】第１の従来例(図５)で
は、単一のレーザー光源からの光束を光路分離して、そ
れら２つの光束を対向方向からホログラム感光材料(3)
に照射する必要があるため、露光装置が極めて複雑で大
型化している。また、作成される体積型反射ホログラフ
ィック光学素子に、各種の収差補正効果や軸非対称な結
像パワーを持たせようとすると、ホログラム感光材料
(3)に対し露光光学系(4A)が極めて複雑な波面の照射を
行う必要がある。このため、多くの光学素子を軸非対称
に配置するなど、大型化・複雑化がより一層と増すこと
になる。またカラー映像表示を実現するためには、波長
の異なる複数のレーザー光源を用いて各波長の光で同時
又は順次に露光しなければならない。したがって、光路
の分離や合成の難易度がより増すだけでなく、露光光学
系(4A)の色収差補正が複数の波長に対して十分になされ
ている必要があり、従来の偏心屈折光学系では実現が極
めて困難である。
は、単一のレーザー光源からの光束を光路分離して、そ
れら２つの光束を対向方向からホログラム感光材料(3)
に照射する必要があるため、露光装置が極めて複雑で大
型化している。また、作成される体積型反射ホログラフ
ィック光学素子に、各種の収差補正効果や軸非対称な結
像パワーを持たせようとすると、ホログラム感光材料
(3)に対し露光光学系(4A)が極めて複雑な波面の照射を
行う必要がある。このため、多くの光学素子を軸非対称
に配置するなど、大型化・複雑化がより一層と増すこと
になる。またカラー映像表示を実現するためには、波長
の異なる複数のレーザー光源を用いて各波長の光で同時
又は順次に露光しなければならない。したがって、光路
の分離や合成の難易度がより増すだけでなく、露光光学
系(4A)の色収差補正が複数の波長に対して十分になされ
ている必要があり、従来の偏心屈折光学系では実現が極
めて困難である。
【０００８】第２の従来例(図６)は、第１の従来例(図
５)に比して構成が簡素である。また、露光光学系(4B)
が単一の反射曲面のみで構成されているため、カラーホ
ログラフィック光学素子を作成する場合でも露光時の色
収差補正の必要がなく、製造が容易である。しかし、露
光光学系(4B)を構成している反射曲面を大きく傾けたり
その曲率を大きくしたりするほど、ホログラム感光材料
(3)内部で２光束が干渉する範囲(すなわち干渉縞が形成
される領域)が限定されてしまうため、反射曲面とホロ
グラム感光材料(3)とがほぼ密着するような極めて近い
距離の構成でないと、反射曲面に強い曲率を持たせるこ
とが困難であるし、ホログラム感光材料(3)に対して反
射曲面を大きく偏心させて配置することもできない。し
たがって、ホログラム感光材料(3)全面にわたって複雑
な波面を再生するような大きな軸非対称性や強いパワー
を持ったホログラフィック光学素子を作成することは極
めて困難である。
５)に比して構成が簡素である。また、露光光学系(4B)
が単一の反射曲面のみで構成されているため、カラーホ
ログラフィック光学素子を作成する場合でも露光時の色
収差補正の必要がなく、製造が容易である。しかし、露
光光学系(4B)を構成している反射曲面を大きく傾けたり
その曲率を大きくしたりするほど、ホログラム感光材料
(3)内部で２光束が干渉する範囲(すなわち干渉縞が形成
される領域)が限定されてしまうため、反射曲面とホロ
グラム感光材料(3)とがほぼ密着するような極めて近い
距離の構成でないと、反射曲面に強い曲率を持たせるこ
とが困難であるし、ホログラム感光材料(3)に対して反
射曲面を大きく偏心させて配置することもできない。し
たがって、ホログラム感光材料(3)全面にわたって複雑
な波面を再生するような大きな軸非対称性や強いパワー
を持ったホログラフィック光学素子を作成することは極
めて困難である。
【０００９】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、複雑な波面再生が可能なホ
ログラフィック光学素子を簡単な構成で容易に量産する
ことができる露光方法及び露光装置を提供することにあ
る。
ものであって、その目的は、複雑な波面再生が可能なホ
ログラフィック光学素子を簡単な構成で容易に量産する
ことができる露光方法及び露光装置を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の露光方法は、媒質内の３次元的光強度
分布を媒質の３次元的屈折率分布として記録することの
できるホログラム感光材料を、単一の透明基板に対し層
状に塗布し若しくは貼り付け又は２つの透明基板に挟む
ことにより保持し、そのホログラム感光材料に対し、互
いに干渉性の高い２つの光束を対向方向から照射するこ
とにより干渉縞を露光記録する、体積型反射ホログラフ
ィック光学素子の製造における露光方法であって、前記
２つの光束とは、１つの光源から前記ホログラム感光材
料に照射される光束と、その光束が前記透明基板及びホ
ログラム感光材料を透過した後に、互いに偏心した少な
くとも２つの反射面を含む露光光学系を介して、再び前
記ホログラム感光材料に照射される光束と、の２つであ
ることを特徴とする。
に、第１の発明の露光方法は、媒質内の３次元的光強度
分布を媒質の３次元的屈折率分布として記録することの
できるホログラム感光材料を、単一の透明基板に対し層
状に塗布し若しくは貼り付け又は２つの透明基板に挟む
ことにより保持し、そのホログラム感光材料に対し、互
いに干渉性の高い２つの光束を対向方向から照射するこ
とにより干渉縞を露光記録する、体積型反射ホログラフ
ィック光学素子の製造における露光方法であって、前記
２つの光束とは、１つの光源から前記ホログラム感光材
料に照射される光束と、その光束が前記透明基板及びホ
ログラム感光材料を透過した後に、互いに偏心した少な
くとも２つの反射面を含む露光光学系を介して、再び前
記ホログラム感光材料に照射される光束と、の２つであ
ることを特徴とする。
【００１１】第２の発明の露光方法は、上記第１の発明
の構成において、前記光源が、それぞれ異なる波長の光
を出射する複数のレーザー光源と、各レーザー光源から
の出射光の光路を合成する光路合成手段と、で構成さ
れ、前記複数のレーザー光源から出射される複数の波長
の光に対して前記ホログラム感光材料が感光性を有し、
前記複数のレーザー光源による露光を同時又は順次行う
ことにより、複数の波長の光に対して高い回折効率を有
するカラーホログラフィック光学素子を作成することを
特徴とする。
の構成において、前記光源が、それぞれ異なる波長の光
を出射する複数のレーザー光源と、各レーザー光源から
の出射光の光路を合成する光路合成手段と、で構成さ
れ、前記複数のレーザー光源から出射される複数の波長
の光に対して前記ホログラム感光材料が感光性を有し、
前記複数のレーザー光源による露光を同時又は順次行う
ことにより、複数の波長の光に対して高い回折効率を有
するカラーホログラフィック光学素子を作成することを
特徴とする。
【００１２】第３の発明の露光方法は、上記第２の発明
の構成において、前記露光により作成されるカラーホロ
グラフィック光学素子が人間の比視感度特性に合致した
赤・緑・青のそれぞれの波長領域において回折効率のピ
ークを持つように、前記レーザー光源を３種類有するこ
とを特徴とする。
の構成において、前記露光により作成されるカラーホロ
グラフィック光学素子が人間の比視感度特性に合致した
赤・緑・青のそれぞれの波長領域において回折効率のピ
ークを持つように、前記レーザー光源を３種類有するこ
とを特徴とする。
【００１３】第４の発明の露光方法は、上記第１〜第３
のいずれか一つの発明の構成において、前記２つの反射
面のうちの少なくとも１つは、アナモフィック非球面，
軸外しの回転対称非球面又は軸非対称な自由曲面である
ことを特徴とする。
のいずれか一つの発明の構成において、前記２つの反射
面のうちの少なくとも１つは、アナモフィック非球面，
軸外しの回転対称非球面又は軸非対称な自由曲面である
ことを特徴とする。
【００１４】第５の発明の露光方法は、上記第１〜第４
のいずれか一つの発明の構成において、前記ホログラフ
ィック光学素子が、映像表示素子からの映像光を回折・
反射することで観察者眼に虚像を表示するために、観察
者眼の前方に配置され使用されるものであり、映像表示
時の観察者の瞳位置近傍に前記光源が位置し、前記露光
時に前記ホログラム感光材料に照射される光束が前記光
源からの発散光であることを特徴とする。
のいずれか一つの発明の構成において、前記ホログラフ
ィック光学素子が、映像表示素子からの映像光を回折・
反射することで観察者眼に虚像を表示するために、観察
者眼の前方に配置され使用されるものであり、映像表示
時の観察者の瞳位置近傍に前記光源が位置し、前記露光
時に前記ホログラム感光材料に照射される光束が前記光
源からの発散光であることを特徴とする。
【００１５】第６の発明の露光方法は、上記第５の発明
の構成において、前記透明基板が、前記映像表示素子か
らの映像光を前記ホログラフィック光学素子にまで導く
導光部材又はその一部であることを特徴とする。
の構成において、前記透明基板が、前記映像表示素子か
らの映像光を前記ホログラフィック光学素子にまで導く
導光部材又はその一部であることを特徴とする。
【００１６】第７の発明の露光方法は、上記第５又は第
６の発明の構成において、前記ホログラフィック光学素
子が、観察者頭部に装着される眼鏡型ディスプレイにお
いてメガネレンズ部分の表面に貼り付けられ又はその内
部に埋設されることにより保持された状態で使用される
ものであり、前記透明基板が前記メガネレンズ部分の一
部として機能することを特徴とする。
６の発明の構成において、前記ホログラフィック光学素
子が、観察者頭部に装着される眼鏡型ディスプレイにお
いてメガネレンズ部分の表面に貼り付けられ又はその内
部に埋設されることにより保持された状態で使用される
ものであり、前記透明基板が前記メガネレンズ部分の一
部として機能することを特徴とする。
【００１７】第８の発明の露光方法は、上記第１〜第７
のいずれか一つの発明の構成において、前記露光光学系
が、互いに偏心した２つの反射面を有する単一の部材で
構成されていることを特徴とする。
のいずれか一つの発明の構成において、前記露光光学系
が、互いに偏心した２つの反射面を有する単一の部材で
構成されていることを特徴とする。
【００１８】第９の発明の露光方法は、上記第８の発明
の構成において、前記露光光学系の光路に、屈折率が１
以上で複屈折性が十分小さい媒質が満たされていること
を特徴とする。
の構成において、前記露光光学系の光路に、屈折率が１
以上で複屈折性が十分小さい媒質が満たされていること
を特徴とする。
【００１９】第１０の発明の露光方法は、上記第１〜第
９のいずれか一つの発明の構成において、前記露光光学
系が、前記透明基板及びホログラム感光材料を透過した
光束を反射する第１反射面と、その第１反射面で反射さ
れた光束を更に前記ホログラム感光材料へ向けて反射す
る第２反射面とを有し、前記第１反射面が正のパワーを
有し、前記第２反射面が負のパワーを有することを特徴
とする。
９のいずれか一つの発明の構成において、前記露光光学
系が、前記透明基板及びホログラム感光材料を透過した
光束を反射する第１反射面と、その第１反射面で反射さ
れた光束を更に前記ホログラム感光材料へ向けて反射す
る第２反射面とを有し、前記第１反射面が正のパワーを
有し、前記第２反射面が負のパワーを有することを特徴
とする。
【００２０】第１１の発明の露光方法は、上記第１〜第
１０のいずれか一つの発明の構成において、前記ホログ
ラム感光材料がフォトポリマーであることを特徴とす
る。
１０のいずれか一つの発明の構成において、前記ホログ
ラム感光材料がフォトポリマーであることを特徴とす
る。
【００２１】第１２の発明の露光方法は、上記第１〜第
１１のいずれか一つの発明の構成において、前記透明基
板が複屈折性の十分小さい均一な媒質で構成されるか、
あるいは前記透明基板を構成している媒質の複屈折の軸
に略一致する偏光方向の直線偏光が前記光源から照射さ
れ、いずれの場合も透明基板透過後の光束の偏光状態で
は、透明基板透過前の光束の偏光方向の光強度がそれに
直交する偏光方向の光強度よりも大きく保たれることを
特徴とする。
１１のいずれか一つの発明の構成において、前記透明基
板が複屈折性の十分小さい均一な媒質で構成されるか、
あるいは前記透明基板を構成している媒質の複屈折の軸
に略一致する偏光方向の直線偏光が前記光源から照射さ
れ、いずれの場合も透明基板透過後の光束の偏光状態で
は、透明基板透過前の光束の偏光方向の光強度がそれに
直交する偏光方向の光強度よりも大きく保たれることを
特徴とする。
【００２２】第１３の発明の露光装置は、単一の透明基
板に対し層状に塗布され若しくは貼り付けられ又は２つ
の透明基板に挟まれることにより保持された状態で媒質
内の３次元的光強度分布を媒質の３次元的屈折率分布と
して記録することのできるホログラム感光材料に対し、
互いに干渉性の高い２つの光束を対向方向から照射する
ことにより干渉縞を露光記録する、体積型反射ホログラ
フィック光学素子の製造における露光装置であって、前
記ホログラム感光材料に照射される光束を発生させる１
つの光源と、前記２つの光束のうちの一方として前記光
源から前記ホログラム感光材料に照射され前記透明基板
及びホログラム感光材料を透過した光束を、前記２つの
光束のうちの他方として前記ホログラム感光材料に照射
する露光光学系と、を有し、その露光光学系が互いに偏
心した少なくとも２つの反射面を含むことを特徴とす
る。
板に対し層状に塗布され若しくは貼り付けられ又は２つ
の透明基板に挟まれることにより保持された状態で媒質
内の３次元的光強度分布を媒質の３次元的屈折率分布と
して記録することのできるホログラム感光材料に対し、
互いに干渉性の高い２つの光束を対向方向から照射する
ことにより干渉縞を露光記録する、体積型反射ホログラ
フィック光学素子の製造における露光装置であって、前
記ホログラム感光材料に照射される光束を発生させる１
つの光源と、前記２つの光束のうちの一方として前記光
源から前記ホログラム感光材料に照射され前記透明基板
及びホログラム感光材料を透過した光束を、前記２つの
光束のうちの他方として前記ホログラム感光材料に照射
する露光光学系と、を有し、その露光光学系が互いに偏
心した少なくとも２つの反射面を含むことを特徴とす
る。
【００２３】第１４の発明の露光装置は、上記第１３の
発明の構成において、前記光源が、それぞれ異なる波長
の光を出射する複数のレーザー光源と、各レーザー光源
からの出射光の光路を合成する光路合成手段と、で構成
され、前記複数のレーザー光源から出射される複数の波
長の光に対して前記ホログラム感光材料が感光性を有
し、前記複数のレーザー光源による露光を同時又は順次
行うことにより、複数の波長の光に対して高い回折効率
を有するカラーホログラフィック光学素子を作成するこ
とを特徴とする。
発明の構成において、前記光源が、それぞれ異なる波長
の光を出射する複数のレーザー光源と、各レーザー光源
からの出射光の光路を合成する光路合成手段と、で構成
され、前記複数のレーザー光源から出射される複数の波
長の光に対して前記ホログラム感光材料が感光性を有
し、前記複数のレーザー光源による露光を同時又は順次
行うことにより、複数の波長の光に対して高い回折効率
を有するカラーホログラフィック光学素子を作成するこ
とを特徴とする。
【００２４】第１５の発明の露光装置は、上記第１４の
発明の構成において、前記露光により作成されるカラー
ホログラフィック光学素子が人間の比視感度特性に合致
した赤・緑・青のそれぞれの波長領域において回折効率
のピークを持つように、前記レーザー光源を３種類有す
ることを特徴とする。
発明の構成において、前記露光により作成されるカラー
ホログラフィック光学素子が人間の比視感度特性に合致
した赤・緑・青のそれぞれの波長領域において回折効率
のピークを持つように、前記レーザー光源を３種類有す
ることを特徴とする。
【００２５】第１６の発明の露光装置は、上記第１３〜
第１５のいずれか一つの発明の構成において、前記２つ
の反射面のうちの少なくとも１つは、アナモフィック非
球面，軸外しの回転対称非球面又は軸非対称な自由曲面
であることを特徴とする。
第１５のいずれか一つの発明の構成において、前記２つ
の反射面のうちの少なくとも１つは、アナモフィック非
球面，軸外しの回転対称非球面又は軸非対称な自由曲面
であることを特徴とする。
【００２６】第１７の発明の露光装置は、上記第１３〜
第１６のいずれか一つの発明の構成において、前記ホロ
グラフィック光学素子が、映像表示素子からの映像光を
回折・反射することで観察者眼に虚像を表示するため
に、観察者眼の前方に配置され使用されるものであり、
映像表示時の観察者の瞳位置近傍に前記光源が位置し、
前記露光時に前記ホログラム感光材料に照射される光束
が前記光源からの発散光であることを特徴とする。
第１６のいずれか一つの発明の構成において、前記ホロ
グラフィック光学素子が、映像表示素子からの映像光を
回折・反射することで観察者眼に虚像を表示するため
に、観察者眼の前方に配置され使用されるものであり、
映像表示時の観察者の瞳位置近傍に前記光源が位置し、
前記露光時に前記ホログラム感光材料に照射される光束
が前記光源からの発散光であることを特徴とする。
【００２７】第１８の発明の露光装置は、上記第１７の
発明の構成において、前記透明基板が、前記映像表示素
子からの映像光を前記ホログラフィック光学素子にまで
導く導光部材又はその一部であることを特徴とする。
発明の構成において、前記透明基板が、前記映像表示素
子からの映像光を前記ホログラフィック光学素子にまで
導く導光部材又はその一部であることを特徴とする。
【００２８】第１９の発明の露光装置は、上記第１７又
は第１８の発明の構成において、前記ホログラフィック
光学素子が、観察者頭部に装着される眼鏡型ディスプレ
イにおいてメガネレンズ部分の表面に貼り付けられ又は
その内部に埋設されることにより保持された状態で使用
されるものであり、前記透明基板が前記メガネレンズ部
分の一部として機能することを特徴とする。
は第１８の発明の構成において、前記ホログラフィック
光学素子が、観察者頭部に装着される眼鏡型ディスプレ
イにおいてメガネレンズ部分の表面に貼り付けられ又は
その内部に埋設されることにより保持された状態で使用
されるものであり、前記透明基板が前記メガネレンズ部
分の一部として機能することを特徴とする。
【００２９】第２０の発明の露光装置は、上記第１３〜
第１９のいずれか一つの発明の構成において、前記露光
光学系が、互いに偏心した２つの反射面を有する単一の
部材で構成されていることを特徴とする。
第１９のいずれか一つの発明の構成において、前記露光
光学系が、互いに偏心した２つの反射面を有する単一の
部材で構成されていることを特徴とする。
【００３０】第２１の発明の露光装置は、上記第２０の
発明の構成において、前記露光光学系の光路に、屈折率
が１以上で複屈折性が十分小さい媒質が満たされている
ことを特徴とする。
発明の構成において、前記露光光学系の光路に、屈折率
が１以上で複屈折性が十分小さい媒質が満たされている
ことを特徴とする。
【００３１】第２２の発明の露光装置は、上記第１３〜
第２１のいずれか一つの発明の構成において、前記露光
光学系が、前記透明基板及びホログラム感光材料を透過
した光束を反射する第１反射面と、その第１反射面で反
射された光束を更に前記ホログラム感光材料へ向けて反
射する第２反射面とを有し、前記第１反射面が正のパワ
ーを有し、前記第２反射面が負のパワーを有することを
特徴とする。
第２１のいずれか一つの発明の構成において、前記露光
光学系が、前記透明基板及びホログラム感光材料を透過
した光束を反射する第１反射面と、その第１反射面で反
射された光束を更に前記ホログラム感光材料へ向けて反
射する第２反射面とを有し、前記第１反射面が正のパワ
ーを有し、前記第２反射面が負のパワーを有することを
特徴とする。
【００３２】第２３の発明の露光装置は、上記第１３〜
第２２のいずれか一つの発明の構成において、前記ホロ
グラム感光材料がフォトポリマーであることを特徴とす
る。
第２２のいずれか一つの発明の構成において、前記ホロ
グラム感光材料がフォトポリマーであることを特徴とす
る。
【００３３】第２４の発明の露光装置は、上記第１３〜
第２３のいずれか一つの発明の構成において、前記透明
基板が複屈折性の十分小さい均一な媒質で構成される
か、あるいは前記透明基板を構成している媒質の複屈折
の軸に略一致する偏光方向の直線偏光が前記光源から照
射され、いずれの場合も透明基板透過後の光束の偏光状
態では、透明基板透過前の光束の偏光方向の光強度がそ
れに直交する偏光方向の光強度よりも大きく保たれるこ
とを特徴とする。
第２３のいずれか一つの発明の構成において、前記透明
基板が複屈折性の十分小さい均一な媒質で構成される
か、あるいは前記透明基板を構成している媒質の複屈折
の軸に略一致する偏光方向の直線偏光が前記光源から照
射され、いずれの場合も透明基板透過後の光束の偏光状
態では、透明基板透過前の光束の偏光方向の光強度がそ
れに直交する偏光方向の光強度よりも大きく保たれるこ
とを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施したホログラ
フィック光学素子を、図面を参照しつつ説明する。な
お、前記従来例や各実施の形態の相互で同一の部分や相
当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略
する。
フィック光学素子を、図面を参照しつつ説明する。な
お、前記従来例や各実施の形態の相互で同一の部分や相
当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略
する。
【００３５】図１に、露光装置の第１の実施の形態を概
略断面で示す。図１において、1はピンホール光源、2は
透明基板、3はホログラム感光材料、4は露光光学系、1A
はレーザー光源装置、Lはレーザー光源、Mは光路合成ミ
ラーである。ホログラム感光材料(3)は、媒質内の３次
元的光強度分布を媒質の３次元的屈折率分布として記録
することが可能であり、前記従来例と同様、透明基板
(2)に塗布され又は貼り付けられた状態で保持されてい
る。このようにホログラム感光材料(3)を単一の透明基
板(2)に対して層状に塗布したり貼り付けたりすること
により保持してもよく、２つの透明基板(2)に挟むこと
により保持してもよい。また、ホログラム感光材料(3)
としては、ウエットプロセスが不要で広い波長幅におい
て高い回折効率を実現する、光重合反応を利用したフォ
トポリマーが最も適している。
略断面で示す。図１において、1はピンホール光源、2は
透明基板、3はホログラム感光材料、4は露光光学系、1A
はレーザー光源装置、Lはレーザー光源、Mは光路合成ミ
ラーである。ホログラム感光材料(3)は、媒質内の３次
元的光強度分布を媒質の３次元的屈折率分布として記録
することが可能であり、前記従来例と同様、透明基板
(2)に塗布され又は貼り付けられた状態で保持されてい
る。このようにホログラム感光材料(3)を単一の透明基
板(2)に対して層状に塗布したり貼り付けたりすること
により保持してもよく、２つの透明基板(2)に挟むこと
により保持してもよい。また、ホログラム感光材料(3)
としては、ウエットプロセスが不要で広い波長幅におい
て高い回折効率を実現する、光重合反応を利用したフォ
トポリマーが最も適している。
【００３６】露光光学系(4)は、互いに偏心した２つの
反射面(S1,S2)から成る偏心光学系で構成されている。
２つの反射面(S1,S2)のうち、一方の反射面は平面から
成る第１反射面(S1)であり、他方の反射面は曲面から成
る第２反射面(S2)である。露光光学系(4)が最も簡素化
された構成は、互いに偏心した２つの反射面(S1,S2)を
有する単一のブロックとして実現したものである。これ
は、中空の金型のような不透明なブロックの内面に反射
コートを施して成る単一部材でもよいし、光路が屈折率
１以上の媒質で満たされた透明なプリズムブロックであ
ってもよい。
反射面(S1,S2)から成る偏心光学系で構成されている。
２つの反射面(S1,S2)のうち、一方の反射面は平面から
成る第１反射面(S1)であり、他方の反射面は曲面から成
る第２反射面(S2)である。露光光学系(4)が最も簡素化
された構成は、互いに偏心した２つの反射面(S1,S2)を
有する単一のブロックとして実現したものである。これ
は、中空の金型のような不透明なブロックの内面に反射
コートを施して成る単一部材でもよいし、光路が屈折率
１以上の媒質で満たされた透明なプリズムブロックであ
ってもよい。
【００３７】露光光学系(4)の具体例として、図２に剛
体ブロック(4a)、図３にプリズムブロック(4b)をそれぞ
れ概略断面で示す。図２に示す剛体ブロック(4a)は、中
空の単一ブロック(材料：金属，プラスチック，セラミ
ック等)であり、その内面が反射面(S1,S2)になってい
る。図３に示すプリズムブロック(4b)は、透明な単一ブ
ロック(材料：ガラス，セラミック等)であり、その表面
が第１，第２反射面(S1,S2)になっている。このプリズ
ムブロック(4b)に対し光束が入射及び出射する面(S0)は
平面になっており、その面上には反射防止コーティング
が施されている。露光光学系(4)は偏心した少なくとも
２つの反射面を含むことが望ましいが、更に屈折面を含
んでいてもよく、例えばプリズムブロック(4b)の面(S0)
を曲面で構成してもよい。
体ブロック(4a)、図３にプリズムブロック(4b)をそれぞ
れ概略断面で示す。図２に示す剛体ブロック(4a)は、中
空の単一ブロック(材料：金属，プラスチック，セラミ
ック等)であり、その内面が反射面(S1,S2)になってい
る。図３に示すプリズムブロック(4b)は、透明な単一ブ
ロック(材料：ガラス，セラミック等)であり、その表面
が第１，第２反射面(S1,S2)になっている。このプリズ
ムブロック(4b)に対し光束が入射及び出射する面(S0)は
平面になっており、その面上には反射防止コーティング
が施されている。露光光学系(4)は偏心した少なくとも
２つの反射面を含むことが望ましいが、更に屈折面を含
んでいてもよく、例えばプリズムブロック(4b)の面(S0)
を曲面で構成してもよい。
【００３８】プリズムブロック(4b)では、その光路を通
過した後の光束の偏光状態がレーザー光源から出射した
状態から大きく変動してしまい、露光光学系(4)を介し
て再びホログラム感光材料(3)の上で干渉性が失われて
しまわないように、プリズムブロック(4b)はその複屈折
性が十分小さいような均質な材料で構成されなければな
らない。つまり露光光学系(4)の光路には、屈折率が１
以上で複屈折性が十分小さい媒質を満たすことが望まし
い。具体的にはガラスや樹脂材料、樹脂材料としては紫
外線硬化樹脂，熱成型ではオプトレッツ(商品名)等のア
クリル樹脂，ゼオニクス(商品名)等の非晶質ポリオレフ
ィン系樹脂が望ましい。
過した後の光束の偏光状態がレーザー光源から出射した
状態から大きく変動してしまい、露光光学系(4)を介し
て再びホログラム感光材料(3)の上で干渉性が失われて
しまわないように、プリズムブロック(4b)はその複屈折
性が十分小さいような均質な材料で構成されなければな
らない。つまり露光光学系(4)の光路には、屈折率が１
以上で複屈折性が十分小さい媒質を満たすことが望まし
い。具体的にはガラスや樹脂材料、樹脂材料としては紫
外線硬化樹脂，熱成型ではオプトレッツ(商品名)等のア
クリル樹脂，ゼオニクス(商品名)等の非晶質ポリオレフ
ィン系樹脂が望ましい。
【００３９】ピンホール光源(1)から出射した発散光
は、透明基板(2)を透過してホログラム感光材料(3)を照
射した後、露光光学系(4)で反射される。露光光学系(4)
での反射は、第１反射面(S1)，第２反射面(S2)の順に行
われる。露光光学系(4)で反射された光束は、ホログラ
ム感光材料(3)を再び照射する。最初にホログラム感光
材料(3)を照射する光束と、露光光学系(4)で反射したの
ち再びホログラム感光材料(3)を対向方向から照射する
光束と、で干渉縞が形成され、３次元的屈折率分布とし
てホログラム感光材料(3)に露光記録される。
は、透明基板(2)を透過してホログラム感光材料(3)を照
射した後、露光光学系(4)で反射される。露光光学系(4)
での反射は、第１反射面(S1)，第２反射面(S2)の順に行
われる。露光光学系(4)で反射された光束は、ホログラ
ム感光材料(3)を再び照射する。最初にホログラム感光
材料(3)を照射する光束と、露光光学系(4)で反射したの
ち再びホログラム感光材料(3)を対向方向から照射する
光束と、で干渉縞が形成され、３次元的屈折率分布とし
てホログラム感光材料(3)に露光記録される。
【００４０】ホログラム感光材料(3)に照射される光束
は１つのピンホール光源(1)から発生するが、ホログラ
ム感光材料(3)に対し互いに干渉性の高い２つの光束を
対向方向から照射することにより干渉縞を露光記録する
ため、露光光学系(4)は、２つの光束のうちの一方とし
てピンホール光源(1)からホログラム感光材料(3)に照射
され透明基板(2)及びホログラム感光材料(3)を透過した
光束を、２つの光束のうちの他方としてホログラム感光
材料(3)に照射する。つまり、干渉縞を露光記録するた
めの２つの光束とは、１つのピンホール光源(1)からホ
ログラム感光材料(3)に照射される光束と、その光束が
透明基板(2)及びホログラム感光材料(3)を透過した後に
露光光学系(4)を介して再びホログラム感光材料(3)に照
射される光束と、の２つである。
は１つのピンホール光源(1)から発生するが、ホログラ
ム感光材料(3)に対し互いに干渉性の高い２つの光束を
対向方向から照射することにより干渉縞を露光記録する
ため、露光光学系(4)は、２つの光束のうちの一方とし
てピンホール光源(1)からホログラム感光材料(3)に照射
され透明基板(2)及びホログラム感光材料(3)を透過した
光束を、２つの光束のうちの他方としてホログラム感光
材料(3)に照射する。つまり、干渉縞を露光記録するた
めの２つの光束とは、１つのピンホール光源(1)からホ
ログラム感光材料(3)に照射される光束と、その光束が
透明基板(2)及びホログラム感光材料(3)を透過した後に
露光光学系(4)を介して再びホログラム感光材料(3)に照
射される光束と、の２つである。
【００４１】この実施の形態のように、体積型のホログ
ラム感光材料(3)に、外部の光源(4)から照明される光束
と、その光束がホログラム感光材料(3)を透過した後に
所定の露光光学系(4)を介して再びホログラム感光材料
(3)に対向方向から照射される光束とが、ホログラム感
光材料(3)の内部で干渉縞を形成するような露光方法や
露光装置において、露光光学系(4)が互いに偏心した少
なくとも２つの反射面を含むような構成を採用すれば、
単一の反射面を用いる従来の手法(例えば図６の第２従
来例)よりも、ホログラム感光材料(3)の広い範囲で大き
な軸非対称性や強いパワーを有し、それによりホログラ
ム感光材料(3)の全域にわたって複雑な波面を再生する
ことのできるホログラフィック光学素子を簡単な構成で
容易に作成することが可能である。
ラム感光材料(3)に、外部の光源(4)から照明される光束
と、その光束がホログラム感光材料(3)を透過した後に
所定の露光光学系(4)を介して再びホログラム感光材料
(3)に対向方向から照射される光束とが、ホログラム感
光材料(3)の内部で干渉縞を形成するような露光方法や
露光装置において、露光光学系(4)が互いに偏心した少
なくとも２つの反射面を含むような構成を採用すれば、
単一の反射面を用いる従来の手法(例えば図６の第２従
来例)よりも、ホログラム感光材料(3)の広い範囲で大き
な軸非対称性や強いパワーを有し、それによりホログラ
ム感光材料(3)の全域にわたって複雑な波面を再生する
ことのできるホログラフィック光学素子を簡単な構成で
容易に作成することが可能である。
【００４２】露光光学系(4)の反射面(S1,S2)に強いパワ
ーを持たせれば、露光光学系(4)に屈折面を含めた場合
であっても、露光光学系(4)の持つ屈折力を十分小さく
することで、色収差の補正が不要となり、あるいは極め
て容易に色収差を補正することが可能となる。したがっ
て図１に示すように、それぞれ異なる波長の光(Ｒ，
Ｇ，Ｂ)を出射する複数のレーザー光源(L)と、各レーザ
ー光源(L)からの出射光の光路を合成する光路合成ミラ
ー(M)と、でレーザー光源装置(1A)を構成し、その出射
光をピンホール光源(1)まで導き、ホログラム感光材料
(3)として、複数のレーザー光源(L)から出射される複数
の波長の光に対して感光性を有するものを用いれば、複
数のレーザー光源(L)による露光を同時又は順次行うこ
とにより、複数の波長の光に対して高い回折効率を有す
るカラーホログラフィック光学素子も容易に作成するこ
とが可能である。
ーを持たせれば、露光光学系(4)に屈折面を含めた場合
であっても、露光光学系(4)の持つ屈折力を十分小さく
することで、色収差の補正が不要となり、あるいは極め
て容易に色収差を補正することが可能となる。したがっ
て図１に示すように、それぞれ異なる波長の光(Ｒ，
Ｇ，Ｂ)を出射する複数のレーザー光源(L)と、各レーザ
ー光源(L)からの出射光の光路を合成する光路合成ミラ
ー(M)と、でレーザー光源装置(1A)を構成し、その出射
光をピンホール光源(1)まで導き、ホログラム感光材料
(3)として、複数のレーザー光源(L)から出射される複数
の波長の光に対して感光性を有するものを用いれば、複
数のレーザー光源(L)による露光を同時又は順次行うこ
とにより、複数の波長の光に対して高い回折効率を有す
るカラーホログラフィック光学素子も容易に作成するこ
とが可能である。
【００４３】もちろん、複数のレーザー光源(L)とし
て、その露光により作成されるホログラフィック光学素
子が、人間の比視感度特性に合致した赤(Ｒ)・緑(Ｇ)・
青(Ｂ)のそれぞれの波長領域において回折効率のピーク
を持つように、３種類のレーザー光源(L)を設定すれ
ば、いわゆるフルカラーホログラフィック光学素子が作
成可能となる。
て、その露光により作成されるホログラフィック光学素
子が、人間の比視感度特性に合致した赤(Ｒ)・緑(Ｇ)・
青(Ｂ)のそれぞれの波長領域において回折効率のピーク
を持つように、３種類のレーザー光源(L)を設定すれ
ば、いわゆるフルカラーホログラフィック光学素子が作
成可能となる。
【００４４】露光光学系(4)の２つの反射面(S1,S2)のう
ちの少なくとも１つに、アナモフィック非球面，軸外し
の回転対称非球面又は軸非対称な自由曲面を採用すれ
ば、それにより露光・作成されるホログラフィック光学
素子の収差補正に大きな自由度を与えることができる。
したがって、収差が良好に補正されたホログラフィック
光学素子を得ることができ、そのようなホログラフィッ
ク光学素子を映像表示装置に用いれば、高品質の映像表
示が可能となる。
ちの少なくとも１つに、アナモフィック非球面，軸外し
の回転対称非球面又は軸非対称な自由曲面を採用すれ
ば、それにより露光・作成されるホログラフィック光学
素子の収差補正に大きな自由度を与えることができる。
したがって、収差が良好に補正されたホログラフィック
光学素子を得ることができ、そのようなホログラフィッ
ク光学素子を映像表示装置に用いれば、高品質の映像表
示が可能となる。
【００４５】ホログラム感光材料(3)を保持する透明基
板(2)も、前述のプリズムブロック材料と同様の理由に
より、複屈折性の十分小さい均一な媒質で構成される
か、あるいは透明基板(2)を構成している媒質の複屈折
の軸に略一致する偏光方向の直線偏光が光源から照射さ
れるようにする必要がある。いずれの場合も透明基板
(2)透過後の光束の偏光状態では、透明基板(2)透過前の
光束の偏光方向の光強度がそれに直交する偏光方向の光
強度よりも大きく保たれるのが望ましい。透明基板(2)
を透過した後の光束の偏光状態が、もともとの偏光方向
の光強度がそれに直交する偏光方向の光強度よりも大き
くなるように、保たれているようであれば、干渉縞の振
幅は半減するまでには至らない。
板(2)も、前述のプリズムブロック材料と同様の理由に
より、複屈折性の十分小さい均一な媒質で構成される
か、あるいは透明基板(2)を構成している媒質の複屈折
の軸に略一致する偏光方向の直線偏光が光源から照射さ
れるようにする必要がある。いずれの場合も透明基板
(2)透過後の光束の偏光状態では、透明基板(2)透過前の
光束の偏光方向の光強度がそれに直交する偏光方向の光
強度よりも大きく保たれるのが望ましい。透明基板(2)
を透過した後の光束の偏光状態が、もともとの偏光方向
の光強度がそれに直交する偏光方向の光強度よりも大き
くなるように、保たれているようであれば、干渉縞の振
幅は半減するまでには至らない。
【００４６】図４に、露光装置の第２の実施の形態を概
略断面で示す。図４において、1はピンホール光源、2a
は映像光導光部材と兼用の透明基板、3はホログラム感
光材料、14は露光光学系、5は透過型の液晶パネル、6は
照明用のＬＥＤ(light emitting diode)、EPは瞳(観察
者眼)である。この実施の形態は、眼鏡型ディスプレイ
の接眼光学系用反射型ホログラフィック光学素子の製造
に本発明を適用したものであるが、その露光に関する基
本構成及び効果は前記第１の実施の形態と同様である。
ピンホール光源(1)から出射された光束は、透明基板(2
a)及びホログラム感光材料(3)を透過した後、露光光学
系(14)を介して再びホログラム感光材料(3)に照射さ
れ、その光束が透明基板(2a)の内部を光路として、液晶
パネル(5)の位置にまで到達するように構成されてい
る。なお、露光時にホログラム感光材料(3)に照射され
る光束は、映像表示時の瞳(EP)近傍に位置するピンホー
ル光源(1)からの発散光である。
略断面で示す。図４において、1はピンホール光源、2a
は映像光導光部材と兼用の透明基板、3はホログラム感
光材料、14は露光光学系、5は透過型の液晶パネル、6は
照明用のＬＥＤ(light emitting diode)、EPは瞳(観察
者眼)である。この実施の形態は、眼鏡型ディスプレイ
の接眼光学系用反射型ホログラフィック光学素子の製造
に本発明を適用したものであるが、その露光に関する基
本構成及び効果は前記第１の実施の形態と同様である。
ピンホール光源(1)から出射された光束は、透明基板(2
a)及びホログラム感光材料(3)を透過した後、露光光学
系(14)を介して再びホログラム感光材料(3)に照射さ
れ、その光束が透明基板(2a)の内部を光路として、液晶
パネル(5)の位置にまで到達するように構成されてい
る。なお、露光時にホログラム感光材料(3)に照射され
る光束は、映像表示時の瞳(EP)近傍に位置するピンホー
ル光源(1)からの発散光である。
【００４７】ホログラム感光材料(3)を保持する透明基
板(2a)は、映像観察時には、作成された反射型のホログ
ラフィック光学素子、つまりホログラム感光材料(3)面
にまで液晶パネル(5)からの映像光を導光する映像光導
光部材として機能する。そして、観察者眼(EP)の前方に
配置されているホログラフィック光学素子が、液晶パネ
ル(5)からの映像光を回折・反射することで観察者眼(E
P)に虚像を表示するために使用される。このように本実
施の形態では、液晶パネル(5)等の映像表示素子からの
映像光をホログラフィック光学素子まで導く導光部材
(又はその一部)として、露光時にホログラム感光材料
(3)を保持する透明基板(2a)をそのまま利用することが
できる。
板(2a)は、映像観察時には、作成された反射型のホログ
ラフィック光学素子、つまりホログラム感光材料(3)面
にまで液晶パネル(5)からの映像光を導光する映像光導
光部材として機能する。そして、観察者眼(EP)の前方に
配置されているホログラフィック光学素子が、液晶パネ
ル(5)からの映像光を回折・反射することで観察者眼(E
P)に虚像を表示するために使用される。このように本実
施の形態では、液晶パネル(5)等の映像表示素子からの
映像光をホログラフィック光学素子まで導く導光部材
(又はその一部)として、露光時にホログラム感光材料
(3)を保持する透明基板(2a)をそのまま利用することが
できる。
【００４８】ピンホール光源(1)の位置は、図４に示す
ように映像観察時(映像表示時)の観察者の瞳(EP)位置近
傍であることが、視野全域において明るい映像表示を実
現するためには望ましい。先に述べたように、体積型反
射ホログラフィック光学素子はシースルー性を重視する
ようなＨＭＤやＨＵＤの光学系に特に有用な光学素子で
ある。虚像表示のための接眼光学系として観察者眼(EP)
の前方に、このホログラフィック光学素子を配置すると
きは、その露光時において、ピンホール光源(1)位置を
観察者眼(EP)の近傍となるようにすると、映像観察の際
に視野角全域にわたって高い回折効率で映像光が観察者
瞳(EP)に導かれることになる。
ように映像観察時(映像表示時)の観察者の瞳(EP)位置近
傍であることが、視野全域において明るい映像表示を実
現するためには望ましい。先に述べたように、体積型反
射ホログラフィック光学素子はシースルー性を重視する
ようなＨＭＤやＨＵＤの光学系に特に有用な光学素子で
ある。虚像表示のための接眼光学系として観察者眼(EP)
の前方に、このホログラフィック光学素子を配置すると
きは、その露光時において、ピンホール光源(1)位置を
観察者眼(EP)の近傍となるようにすると、映像観察の際
に視野角全域にわたって高い回折効率で映像光が観察者
瞳(EP)に導かれることになる。
【００４９】露光光学系(14)を構成している第１，第２
反射面(S1,S2)については、透明基板(2a)及びホログラ
ム感光材料(3)を透過した光束を反射する第１反射面(S
1)が正のパワーの反射面となっているため、ホログラム
感光材料(3)の広い領域を透過してきた光束を収束さ
せ、再びホログラム感光材料(3)へ導くことができる。
したがって、ピンホール光源(1)から直接ホログラム感
光材料(3)へ照射される光束との光強度比が低下するの
を極力避けることができる。また、第１反射面(S1)で反
射された光束を更にホログラム感光材料(3)へ向けて反
射する第２反射面(S2)が負のパワーを持つように構成さ
れているので、映像表示における像面湾曲や歪曲収差等
の各種収差の補正に効果を発揮する。露光光学系(14)に
含まれる２つの反射面のうちの一方を凸面とし他方を凹
面とするのが収差補正上の自由度が高いため望ましい
が、上記のように第１反射面(S1)を正パワーとし第２反
射面(S2)を負パワーとすると、ホログラム感光材料(3)
を透過してきた光束を過不足なくホログラム感光材料
(3)全域に再び照射することが可能となるため更に望ま
しい。
反射面(S1,S2)については、透明基板(2a)及びホログラ
ム感光材料(3)を透過した光束を反射する第１反射面(S
1)が正のパワーの反射面となっているため、ホログラム
感光材料(3)の広い領域を透過してきた光束を収束さ
せ、再びホログラム感光材料(3)へ導くことができる。
したがって、ピンホール光源(1)から直接ホログラム感
光材料(3)へ照射される光束との光強度比が低下するの
を極力避けることができる。また、第１反射面(S1)で反
射された光束を更にホログラム感光材料(3)へ向けて反
射する第２反射面(S2)が負のパワーを持つように構成さ
れているので、映像表示における像面湾曲や歪曲収差等
の各種収差の補正に効果を発揮する。露光光学系(14)に
含まれる２つの反射面のうちの一方を凸面とし他方を凹
面とするのが収差補正上の自由度が高いため望ましい
が、上記のように第１反射面(S1)を正パワーとし第２反
射面(S2)を負パワーとすると、ホログラム感光材料(3)
を透過してきた光束を過不足なくホログラム感光材料
(3)全域に再び照射することが可能となるため更に望ま
しい。
【００５０】この実施の形態のより具体的な構成として
は、ホログラフィック光学素子が、観察者頭部に装着さ
れる眼鏡型ディスプレイにおいてメガネレンズ部分の表
面に貼り付けられ又はその内部に埋設されることにより
保持された状態で使用されることが望ましく、透明基板
(2a)がメガネレンズ部分の一部として機能することが更
に望ましい。
は、ホログラフィック光学素子が、観察者頭部に装着さ
れる眼鏡型ディスプレイにおいてメガネレンズ部分の表
面に貼り付けられ又はその内部に埋設されることにより
保持された状態で使用されることが望ましく、透明基板
(2a)がメガネレンズ部分の一部として機能することが更
に望ましい。
【００５１】液晶パネル(5)を照明するＬＥＤ(6)は、作
成されるホログラフィック光学素子の回折効率のピーク
波長近傍に強いスペクトル幅を持つものであることが望
ましい。また、本実施の形態の構成においても前記第１
の実施の形態と同様、カラーホログラフィック光学素子
の露光作成は容易であるため、カラー液晶パネルとＲＧ
Ｂ３色のＬＥＤを用いれば、フルカラーの眼鏡型ディス
プレイが実現可能である。例えば、カラー化のためにＲ
ＧＢの３原色成分に対応した各発光を行う３つのＬＥＤ
を照明光源として用い、液晶パネル(5)をフィールドシ
ーケンシャル方式で駆動し、その映像信号に同期して３
つのＬＥＤを時分割で順次発光させる構成にすればよ
い。なお、フルカラー映像を表示するためにはＲＧＢの
３原色発光を行う構成にすればよいが、表示する映像に
よっては２色又は４色以上でカラー照明するようにして
もよい。
成されるホログラフィック光学素子の回折効率のピーク
波長近傍に強いスペクトル幅を持つものであることが望
ましい。また、本実施の形態の構成においても前記第１
の実施の形態と同様、カラーホログラフィック光学素子
の露光作成は容易であるため、カラー液晶パネルとＲＧ
Ｂ３色のＬＥＤを用いれば、フルカラーの眼鏡型ディス
プレイが実現可能である。例えば、カラー化のためにＲ
ＧＢの３原色成分に対応した各発光を行う３つのＬＥＤ
を照明光源として用い、液晶パネル(5)をフィールドシ
ーケンシャル方式で駆動し、その映像信号に同期して３
つのＬＥＤを時分割で順次発光させる構成にすればよ
い。なお、フルカラー映像を表示するためにはＲＧＢの
３原色発光を行う構成にすればよいが、表示する映像に
よっては２色又は４色以上でカラー照明するようにして
もよい。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
雑な波面再生が可能なホログラフィック光学素子を簡単
な構成で容易に量産することができる。
雑な波面再生が可能なホログラフィック光学素子を簡単
な構成で容易に量産することができる。
【図１】露光装置の第１の実施の形態を示す概略断面
図。
図。
【図２】第１の実施の形態に用いられる露光光学系の一
例を示す概略断面図。
例を示す概略断面図。
【図３】第１の実施の形態に用いられる露光光学系の他
の例を示す概略断面図。
の例を示す概略断面図。
【図４】露光装置の第２の実施の形態を示す概略断面
図。
図。
【図５】露光装置の第１の従来例を示す概略断面図。
【図６】露光装置の第２の従来例を示す概略断面図。
1 …ピンホール光源(光源) 1A …レーザー光源装置 L …レーザー光源 M …光路合成ミラー(光路合成手段) 2 …透明基板 2a …透明基板(映像光導光部材，メガネレンズ部分の
一部) 3 …ホログラム感光材料 4 …露光光学系 14 …露光光学系 S1 …第１反射面 S2 …第２反射面 4a …剛体ブロック(露光光学系) 4b …プリズムブロック(露光光学系) 5 …液晶パネル(映像表示素子) 6 …ＬＥＤ EP …瞳(観察者眼)
一部) 3 …ホログラム感光材料 4 …露光光学系 14 …露光光学系 S1 …第１反射面 S2 …第２反射面 4a …剛体ブロック(露光光学系) 4b …プリズムブロック(露光光学系) 5 …液晶パネル(映像表示素子) 6 …ＬＥＤ EP …瞳(観察者眼)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 CA05 CA22 CA28 CA30 2H097 AA03 AA13 BA10 CA17 EA12 FA01 LA17 2K008 AA14 BB03 BB04 DD13 EE04 FF01 FF17 HH03 HH18 HH26
Claims (24)
- 【請求項１】 媒質内の３次元的光強度分布を媒質の３
次元的屈折率分布として記録することのできるホログラ
ム感光材料を、単一の透明基板に対し層状に塗布し若し
くは貼り付け又は２つの透明基板に挟むことにより保持
し、そのホログラム感光材料に対し、互いに干渉性の高
い２つの光束を対向方向から照射することにより干渉縞
を露光記録する、体積型反射ホログラフィック光学素子
の製造における露光方法であって、 前記２つの光束とは、１つの光源から前記ホログラム感
光材料に照射される光束と、その光束が前記透明基板及
びホログラム感光材料を透過した後に、互いに偏心した
少なくとも２つの反射面を含む露光光学系を介して、再
び前記ホログラム感光材料に照射される光束と、の２つ
であることを特徴とする露光方法。 - 【請求項２】 前記光源が、それぞれ異なる波長の光を
出射する複数のレーザー光源と、各レーザー光源からの
出射光の光路を合成する光路合成手段と、で構成され、
前記複数のレーザー光源から出射される複数の波長の光
に対して前記ホログラム感光材料が感光性を有し、前記
複数のレーザー光源による露光を同時又は順次行うこと
により、複数の波長の光に対して高い回折効率を有する
カラーホログラフィック光学素子を作成することを特徴
とする請求項１記載の露光方法。 - 【請求項３】 前記露光により作成されるカラーホログ
ラフィック光学素子が人間の比視感度特性に合致した赤
・緑・青のそれぞれの波長領域において回折効率のピー
クを持つように、前記レーザー光源を３種類有すること
を特徴とする請求項２記載の露光方法。 - 【請求項４】 前記２つの反射面のうちの少なくとも１
つは、アナモフィック非球面，軸外しの回転対称非球面
又は軸非対称な自由曲面であることを特徴とする請求項
１〜３のいずれか１項に記載の露光方法。 - 【請求項５】 前記ホログラフィック光学素子が、映像
表示素子からの映像光を回折・反射することで観察者眼
に虚像を表示するために、観察者眼の前方に配置され使
用されるものであり、映像表示時の観察者の瞳位置近傍
に前記光源が位置し、前記露光時に前記ホログラム感光
材料に照射される光束が前記光源からの発散光であるこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露
光方法。 - 【請求項６】 前記透明基板が、前記映像表示素子から
の映像光を前記ホログラフィック光学素子にまで導く導
光部材又はその一部であることを特徴とする請求項５記
載の露光方法。 - 【請求項７】 前記ホログラフィック光学素子が、観察
者頭部に装着される眼鏡型ディスプレイにおいてメガネ
レンズ部分の表面に貼り付けられ又はその内部に埋設さ
れることにより保持された状態で使用されるものであ
り、前記透明基板が前記メガネレンズ部分の一部として
機能することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の
露光方法。 - 【請求項８】 前記露光光学系が、互いに偏心した２つ
の反射面を有する単一の部材で構成されていることを特
徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の露光方
法。 - 【請求項９】 前記露光光学系の光路に、屈折率が１以
上で複屈折性が十分小さい媒質が満たされていることを
特徴とする請求項８記載の露光方法。 - 【請求項１０】 前記露光光学系が、前記透明基板及び
ホログラム感光材料を透過した光束を反射する第１反射
面と、その第１反射面で反射された光束を更に前記ホロ
グラム感光材料へ向けて反射する第２反射面とを有し、
前記第１反射面が正のパワーを有し、前記第２反射面が
負のパワーを有することを特徴とする請求項１〜９のい
ずれか１項に記載の露光方法。 - 【請求項１１】 前記ホログラム感光材料がフォトポリ
マーであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか
１項に記載の露光方法。 - 【請求項１２】 前記透明基板が複屈折性の十分小さい
均一な媒質で構成されるか、あるいは前記透明基板を構
成している媒質の複屈折の軸に略一致する偏光方向の直
線偏光が前記光源から照射され、いずれの場合も透明基
板透過後の光束の偏光状態では、透明基板透過前の光束
の偏光方向の光強度がそれに直交する偏光方向の光強度
よりも大きく保たれることを特徴とする請求項１〜１１
のいずれか１項に記載の露光方法。 - 【請求項１３】 単一の透明基板に対し層状に塗布され
若しくは貼り付けられ又は２つの透明基板に挟まれるこ
とにより保持された状態で媒質内の３次元的光強度分布
を媒質の３次元的屈折率分布として記録することのでき
るホログラム感光材料に対し、互いに干渉性の高い２つ
の光束を対向方向から照射することにより干渉縞を露光
記録する、体積型反射ホログラフィック光学素子の製造
における露光装置であって、 前記ホログラム感光材料に照射される光束を発生させる
１つの光源と、前記２つの光束のうちの一方として前記
光源から前記ホログラム感光材料に照射され前記透明基
板及びホログラム感光材料を透過した光束を、前記２つ
の光束のうちの他方として前記ホログラム感光材料に照
射する露光光学系と、を有し、その露光光学系が互いに
偏心した少なくとも２つの反射面を含むことを特徴とす
る露光装置。 - 【請求項１４】 前記光源が、それぞれ異なる波長の光
を出射する複数のレーザー光源と、各レーザー光源から
の出射光の光路を合成する光路合成手段と、で構成さ
れ、前記複数のレーザー光源から出射される複数の波長
の光に対して前記ホログラム感光材料が感光性を有し、
前記複数のレーザー光源による露光を同時又は順次行う
ことにより、複数の波長の光に対して高い回折効率を有
するカラーホログラフィック光学素子を作成することを
特徴とする請求項１３記載の露光装置。 - 【請求項１５】 前記露光により作成されるカラーホロ
グラフィック光学素子が人間の比視感度特性に合致した
赤・緑・青のそれぞれの波長領域において回折効率のピ
ークを持つように、前記レーザー光源を３種類有するこ
とを特徴とする請求項１４記載の露光装置。 - 【請求項１６】 前記２つの反射面のうちの少なくとも
１つは、アナモフィック非球面，軸外しの回転対称非球
面又は軸非対称な自由曲面であることを特徴とする請求
項１３〜１５のいずれか１項に記載の露光装置。 - 【請求項１７】 前記ホログラフィック光学素子が、映
像表示素子からの映像光を回折・反射することで観察者
眼に虚像を表示するために、観察者眼の前方に配置され
使用されるものであり、映像表示時の観察者の瞳位置近
傍に前記光源が位置し、前記露光時に前記ホログラム感
光材料に照射される光束が前記光源からの発散光である
ことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記
載の露光装置。 - 【請求項１８】 前記透明基板が、前記映像表示素子か
らの映像光を前記ホログラフィック光学素子にまで導く
導光部材又はその一部であることを特徴とする請求項１
７記載の露光装置。 - 【請求項１９】 前記ホログラフィック光学素子が、観
察者頭部に装着される眼鏡型ディスプレイにおいてメガ
ネレンズ部分の表面に貼り付けられ又はその内部に埋設
されることにより保持された状態で使用されるものであ
り、前記透明基板が前記メガネレンズ部分の一部として
機能することを特徴とする請求項１７又は請求項１８記
載の露光装置。 - 【請求項２０】 前記露光光学系が、互いに偏心した２
つの反射面を有する単一の部材で構成されていることを
特徴とする請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の露
光装置。 - 【請求項２１】 前記露光光学系の光路に、屈折率が１
以上で複屈折性が十分小さい媒質が満たされていること
を特徴とする請求項２０記載の露光装置。 - 【請求項２２】 前記露光光学系が、前記透明基板及び
ホログラム感光材料を透過した光束を反射する第１反射
面と、その第１反射面で反射された光束を更に前記ホロ
グラム感光材料へ向けて反射する第２反射面とを有し、
前記第１反射面が正のパワーを有し、前記第２反射面が
負のパワーを有することを特徴とする請求項１３〜２１
のいずれか１項に記載の露光装置。 - 【請求項２３】 前記ホログラム感光材料がフォトポリ
マーであることを特徴とする請求項１３〜２２のいずれ
か１項に記載の露光装置。 - 【請求項２４】 前記透明基板が複屈折性の十分小さい
均一な媒質で構成されるか、あるいは前記透明基板を構
成している媒質の複屈折の軸に略一致する偏光方向の直
線偏光が前記光源から照射され、いずれの場合も透明基
板透過後の光束の偏光状態では、透明基板透過前の光束
の偏光方向の光強度がそれに直交する偏光方向の光強度
よりも大きく保たれることを特徴とする請求項１３〜２
３のいずれか１項に記載の露光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001059517A JP2002258488A (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | ホログラフィック光学素子の製造における露光方法及び露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001059517A JP2002258488A (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | ホログラフィック光学素子の製造における露光方法及び露光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002258488A true JP2002258488A (ja) | 2002-09-11 |
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