JP2008191527A - ホログラム光学素子およびその製造方法と、映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホログラム光学素子２３を安定して量産する。再生時の光学系の屈折面に起因する色収差、および再生時の観察角度による色ムラの両者を同時にかつ良好に補正する。
【解決手段】露光時に、同一位置の各点光源５１Ｒ・５１Ｇ・５１Ｂからの光が色補正プリズム５４の面５４ａで屈折することにより、再生時に用いられる光学系の屈折面を介して観察者の瞳に導かれる光（例えば映像光）の上記屈折面での屈折によって発生する色収差が補正される。また、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂのうちの少なくとも２つは、露光波長と使用波長との比のずれ量に応じた異なる入射角度を実現できるように異なる位置に配置されている。これにより、少なくとも２つの色について露光波長と使用波長との比が異なっている場合でも、再生時にホログラム光学素子２３での回折効率が最大となる回折角度を全ての色について同じにすることができ、観察角度による色ムラが補正される。
【選択図】図１

Description

本発明は、可干渉性を有する２光束でホログラム感光材料を露光することにより、基板上に体積位相型の反射型ホログラム光学素子を形成するホログラム光学素子の製造方法と、その製造方法によって製造されるホログラム光学素子と、そのホログラム光学素子を用いた映像表示装置とに関するものである。

従来から、図１４に示すように、基板１０１上にホログラム光学素子１０２を形成し、表示素子１０３からの映像光を基板１０１内で導光した後、ホログラム光学素子１０２にて回折反射させて光学瞳Ｅに導く映像表示装置が種々提案されている。このような映像表示装置では、ホログラム光学素子１０２を介して映像光と外光とを光学瞳Ｅに導くことにより、観察者は光学瞳Ｅの位置にて映像と外界像とを重畳して観察することが可能となる。

ところで、一般に、ホログラム光学素子１０２としてカラーホログラム光学素子を使用する場合、良好な映像を観察者に提供するためには、以下の収差を補正することが必要である。つまり、表示素子１０３からの映像光が基板１０１の屈折面（例えば入射面１０１ａ）で屈折することによって発生する色収差を補正する必要がある。なお、図１４中の光路は、説明を理解しやすくするために、光学瞳Ｅ側からのＲＧＢ光の逆トレースで示している。以下では、この収差を収差１と称する。

また、図１５（ａ）のように参照光および物体光の２光束でホログラム感光材料１０２ａを露光して、図１５（ｂ）に示すホログラム光学素子１０２を作製する場合、露光波長と再生時の使用波長（再生時に表示素子１０３を照明する光の波長）との比が異なると、露光時に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）について、参照光、物体光ともに同じ光路を通る波面でホログラム感光材料１０２ａを露光しても、再生時には、ホログラム光学素子１０２での回折効率が最大となる回折角度がＲＧＢで異なる。このため、観察角度による色ムラが生ずる（観察方向によっては本来の色とは異なる色を観察することになる）。したがって、この色ムラを補正する必要がある。以下では、この色ムラを収差２と称する。

この点に関し、例えば特許文献１では、レーザ光源からホログラム感光材料までの光路をＲＧＢで別々に設定し、ホログラム感光材料を貼り付けた基板を移動させながら、各光路上の偏心レンズを介してホログラム感光材料をＲＧＢで順に露光することにより、カラーホログラム光学素子を製造する方法が提案されている。この方法では、ＲＧＢのそれぞれの露光光学系を、上記した収差１および２を同時に補正するように設定することが可能と思われる。

また、例えば特許文献２では、観察光学系（接眼光学系）の透過型光学素子の屈折面に起因して発生するＲＧＢの色収差（収差１）を補正するために、露光光学系の参照光および物体光の波面のうちの少なくとも一方の波面を波長ごとに相違させるようにしている。

より具体的には、一般的に、観察者の瞳が配置される側（例えば参照光側）の点光源はＲＧＢともに一点に配置され、同一の球面波を生成するように構成されるが、特許文献２では、参照光側の点光源を再生時の光学瞳面内においてＲＧＢで別々の位置に配置し、ホログラム感光材料への入射角をＲＧＢで別々に制御することによって異なる波面を生成し、収差１を補正することが提案されている（方法Ａ）。また、特許文献２では、複雑な波面を生成する側（例えば物体光側）の光路中に楔状のプリズムを挿入することにより、収差１を補正することも提案されている（方法Ｂ）。

特開２００４−２１９４９７号公報 特開２００４−３２５５４２号公報

ところが、特許文献１では、設計された各波長の露光光学系の偏心レンズの位置を正確に調整し、かつ、ホログラム感光材料が貼り付けられた基板を正確に各波長の露光位置に配置することは困難である。このため、ホログラムコンバイナを安定して作製することは難しい。特に、露光時に上記基板を移動させることは、ホログラムコンバイナの量産時に光学性能がばらつく大きな原因になりかねない。

また、特許文献２は、元々、収差１に着目して補正を行うものであり、収差２までを同じ方法で補正しようとすると、それぞれ以下のような問題が新たに生じ、収差１および２を同時にかつ良好に補正することができない。

方法Ａでは、収差１および収差２の補正を、光学瞳側に配置される点光源からの光（参照光）の入射角度でコントロールしなければならない。このため、ホログラム感光材料への入射角度の調整範囲を大きく確保しなければならない。また、露光状態において、各波長の参照光の入射角度差が大きいと、観察者が瞳を上下に移動させたときの色ムラが大きくなり、画質の低下につながる恐れがある。

一方、方法Ｂでは、物体光を生成する光学系の途中に挿入されるプリズムの屈折面における屈折角度を波長ごとに異ならせることにより、収差１をキャンセルすることはできる。しかし、ＲＧＢそれぞれの帯域において露光波長と使用波長とのずれ量が、プリズムの色分散で補正できるような関係になっていることは稀であり、プリズムの硝材を最適化しても、上記ずれ量に起因する収差２の補正を十分に行うことは難しい。

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あって、その目的は、ホログラム光学素子を安定して量産できるとともに、再生時の光学系の屈折面に起因して発生する色収差（収差１）および再生時の観察角度による色ムラ（収差２）の両者を同時にかつ良好に補正することができるホログラム光学素子の製造方法と、その製法によって得られるホログラム光学素子と、そのホログラム光学素子を備えた映像表示装置とを提供することにある。

本発明のホログラム光学素子の製造方法は、可干渉性を有する２光束のうちの一方の波面を第１の波面、他方の波面を第２の波面とし、これらの波面でホログラム感光材料を露光することにより、基板上に体積位相型の反射型ホログラム光学素子を形成するホログラム光学素子の製造方法であって、上記第１の波面は、異なる複数の露光波長について同一位置の各点光源から出射される光が、少なくとも１つの屈折面（第１屈折面）を含む光学系内を進行することによって生成され、第１の波面を生成する光学系の上記屈折面（第１屈折面）は、再生時に用いられる光学系の屈折面（第２屈折面）を介して観察者の瞳に導かれる光が上記屈折面（第２屈折面）で屈折することによって発生する色収差を補正するように設定されており、上記第２の波面は、異なる複数の露光波長について各点光源から出射される光を用いて生成され、上記第２の波面の生成に用いる全点光源のうちの少なくとも２つは、配置位置が互いに異なっており、上記全点光源は、配置位置が異なる関係にある２つの点光源と対応する色間における露光波長と再生時の使用波長との比のずれ量に応じて、露光時に上記２つの点光源から出射される光のホログラム感光材料への入射角度が互いに異なるように配置されていることを特徴としている。

上記の方法によれば、ホログラム感光材料を露光する一方の光束の波面（第１の波面）は、異なる複数の露光波長（例えばＲＧＢの３色またはＲＧＢのいずれか２色）について同一位置に配置された各点光源（例えばピンホール）から出射される光が、少なくとも１つの屈折面を含む光学系内を進行することによって生成される。なお、第１の波面の生成に用いる各点光源からの複数の露光波長の光の出射は、同時であってもよいし、順次であってもよい。

ここで、露光時の各点光源からの光は上記光学系の少なくとも１つの屈折面（第１屈折面）で屈折するが、このときの屈折により、再生時に用いられる光学系の屈折面（第２屈折面）を介して観察者の瞳に導かれる光（例えば映像光）の、その屈折面（第２屈折面）での屈折によって発生する色収差が補正される。なお、再生時に用いられる光学系の屈折面には、例えば上記光学系がレンズを有している場合にはそのレンズの光入射面および光射出面も含まれるし、ホログラム光学素子が形成される基板の光入射面や全反射兼透過面も含まれる。したがって、ホログラム感光材料の露光に、少なくとも１つの屈折面を介して生成される第１の波面を用いることにより、再生時に用いられる光学系の屈折面での屈折に起因して発生する色収差を抑えることができる。

また、ホログラム感光材料を露光する他方の光束の波面（第２の波面）は、異なる複数の露光波長について各点光源から出射される光を用いて生成される。例えば、第２の波面は、各点光源とホログラム感光材料との間の光路中に光学的なパワーを有する光学部材（例えばシリンドリカルレンズ）を配置することによって生成されてもよいし、そのような光学部材が配置されずに各点光源から出射される球面波そのもので構成されてもよい。なお、第２の波面の生成に用いる各点光源からの複数の露光波長の光の出射は、同時であってもよいし、順次であってもよい。

ここで、第２の波面の生成に用いる全点光源の少なくとも２つは、配置位置が互いに異なっている。つまり、例えば点光源がＲＧＢの３色について設けられている場合、ＲとＢの点光源の配置位置が異なっていてもよいし（ＲとＧの点光源が同一位置でＢの点光源だけがこれとは異なる位置に配置されていてもよいし）、ＲＧＢの３つの点光源の位置が全て異なっていてもよい。また、点光源がＲＧＢのいずれか２色について設けられている場合は、それら２色の点光源の配置位置が互いに異なっていればよい。

そして、配置位置が異なる関係にある２つの点光源と対応する色間における露光波長と再生時の使用波長との比のずれ量に応じて、露光時に上記２つの点光源から出射される光のホログラム感光材料への入射角度が互いに異なるように、全点光源が配置されている。例えば、ＲとＧの点光源が同一位置でＢの点光源だけがこれとは異なる位置に配置されている場合は、ＲとＢとの間、ＧとＢとの間でそれぞれ、露光波長と再生時の使用波長との比のずれ量に応じた異なる入射角度を実現できるようにＲＧＢの各点光源が配置されていればよい。また、ＲＧＢの３つの点光源の位置が全て異なっている場合には、ＲとＧ、ＧとＢ、ＢとＲとの間で上記ずれ量に応じた異なる入射角度を実現できるように（Ｒの入射角度を基準とするＧおよびＢの相対入射角度が互いに異なるように）、ＲＧＢの各点光源が配置されていればよい。

このような各点光源の配置の仕方により、少なくとも２つの色について露光波長と再生時の使用波長との比が異なっている場合でも、再生時にホログラム光学素子での回折効率が最大となる回折角度を、用いる点光源の全ての色について同じにすることができる。これにより、再生時にホログラム光学素子を介して観察される映像（虚像）に色ムラが生じるのを抑えることができる。

また、従来のように各色の露光ごとに基板を所定位置に移動させることなくホログラム感光材料を露光できるので、安定した光学性能のホログラム光学素子を量産することが容易となる。

したがって、本発明の製法によれば、量産性に優れ、２種の色収差の補正が同時にかつ良好になされた、光学性能の良好なホログラム光学素子を安定して得ることができると言える。

本発明のホログラム光学素子の製造方法において、上記第２の波面は、球面波であってもよい。この場合、第２の波面の生成に用いる各点光源とホログラム感光材料との間の光路中に、光学的なパワーを有する光学部材を配置することなく、各点光源から出射される球面波をそのまま第２の波面として用いることができる。したがって、製造光学系を簡易に構成することができ、色ムラの調整エラーを低減することができる。

本発明のホログラム光学素子の製造方法において、上記第２の波面の生成に用いる各点光源は、再生時の光学瞳に対してホログラム光学素子とは反対側に位置する面であって光学瞳面に平行な面と、光学的に略等価な面上に配置されていてもよい。つまり、各点光源は、再生時の光学瞳に対してホログラム光学素子とは反対側に位置する面であって光学瞳面に平行な面と略一致する面上に配置されていてもよい。また、各点光源とホログラム感光材料との間の光路中に光路合成部材を配置する場合には、各点光源から光路合成部材を介してホログラム感光材料に向かう光の光路を展開したときに各点光源が上記光学瞳面に平行な面上に略一致するように、各点光源が配置されていてもよい。

上記の方法によれば、再生時にホログラム光学素子を介して提供される映像（虚像）を、観察者が光学瞳面上に瞳を位置させて観察する際に、光学瞳面内で観察者の瞳がずれたとしても、例えば映像の端部を観察する際の観察方向が露光時にホログラム感光材料の対応箇所に入射する光の方向に近づくため、観察画角内での色ムラを抑えることができる。

本発明のホログラム光学素子の製造方法において、上記第２の波面の生成に用いる各点光源は、再生時の光学瞳の位置と光学的に略等価な位置に配置されていてもよい。つまり、各点光源は、再生時の光学瞳の位置と略一致するように配置されていてもよい。また、各点光源とホログラム感光材料との間の光路中に光路合成部材を配置する場合には、各点光源から光路合成部材を介してホログラム感光材料に向かう光の光路を展開したときに各点光源が上記光学瞳の位置と略一致するように、各点光源が配置されていてもよい。

上記の方法によれば、再生時にホログラム光学素子を介して提供される映像（虚像）を、観察者が光学瞳面内で瞳位置がずれることなく観察したときに、観察画角内での色ムラの無い良好な映像を観察することができる。

本発明のホログラム光学素子の製造方法において、上記第２の波面の生成に用いる各点光源は、再生時の光学瞳面に垂直な方向と光学的に等価な方向にずれて配置されていてもよい。つまり、各点光源は、再生時の光学瞳面に垂直な方向にずれて配置されていてもよい。また、各点光源とホログラム感光材料との間の光路中に光路合成部材を配置する場合には、各点光源から光路合成部材を介してホログラム感光材料に向かう光の光路を展開したときに各点光源が上記光学瞳面に垂直な方向にずれるように、各点光源が配置されていればよい。上記の方法によれば、再生時の光学瞳面に垂直な方向における色ずれ、すなわち、再生時に生じる軸上色収差を補正することができる。

本発明のホログラム光学素子の製造方法においては、上記第２の波面の生成に用いる各点光源とホログラム感光材料との間の光路中に光路合成部材を配置し、異なる方向から入射する各点光源からの光を光路合成部材にて合成し、ホログラム感光材料に導くようにしてもよい。

この方法では、各点光源から出射される光が光路合成部材を介してホログラム感光材料に導かれるので、各点光源を幾何学的にずらして配置することが可能となる。これにより、各点光源から出射される光の光路を展開したときの各点光源の間隔を容易に狭くすることが可能となる。

本発明のホログラム光学素子の製造方法においては、各露光波長に対応したレーザ光源から出射される光を２光束に分離した後、一方のそれぞれの光束を各露光波長に対応した集光光学系で集光することにより、上記第２の波面の生成に用いる各点光源としてもよい。

この方法では、各露光波長（例えばＲＧＢの３色）に対応して集光光学系が設けられているので、露光波長ごとに独立して各集光光学系の位置を調整することが可能となり、露光波長ごとに独立して収差補正（例えば軸上色収差の補正）を行うことが可能となる。

本発明のホログラム光学素子の製造方法において、上記光路合成部材は、ダイクロイックプリズムであってもよい。この場合、各点光源からの光をダイクロイックプリズムという１つの光学部材で確実に合成することができ、露光時に各点光源と基板（ホログラム光学素子が形成される光学部材）との間隔が狭くても、確実に光路合成を行うことができる。

本発明のホログラム光学素子の製造方法においては、各露光波長に対応したレーザ光源から出射される光を２光束に分離した後、一方のそれぞれの光束を各露光波長に対応した折り返しミラーで反射させ、その後集光することにより、上記第２の波面の生成に用いる各点光源としたときに、上記折り返しミラーの反射角度および位置を調整機構で調整してもよい。

この方法では、調整機構による折り返しミラーの反射角度および位置の調整により、露光時に、各点光源から出射される光のホログラム感光材料への入射角度を容易に調整することができる。これにより、例えば露光時に用いるホログラム感光材料（例えばフォトポリマー）の収縮率や、再生時に用いる光源の波長（再生波長、使用波長）が若干変化しても、それらの変化に容易に対応することが可能となる。

本発明のホログラム光学素子の製造方法においては、上記第１の波面の生成に用いる各点光源からの光を、光学的なパワーを有する反射面と、上記屈折面（第１屈折面）とを介してホログラム感光材料に導くようにしてもよい。

この方法では、第１の波面を生成する光学系において、各点光源から出射される光を屈折面を介してホログラム感光材料に導く際に、上記光学系内の光学的なパワーを有する反射面（例えば自由曲面ミラー）で上記光が反射されるので、不要な色収差の発生を抑えることができる。

本発明のホログラム光学素子の製造方法において、上記第１の波面および上記第２の波面を生成するための複数の露光波長は、それぞれ、３原色に対応した波長であってもよい。この場合、ＲＧＢの光でホログラム感光材料を露光するので、ＲＧＢの光を回折反射するカラーホログラム光学素子を得ることができる。

本発明のホログラム光学素子は、上述した本発明の製造方法によって製造されることを特徴としている。これにより、光学性能の良好なホログラム光学素子を実現することができる。

本発明の映像表示装置は、映像を表示する表示素子と、上記表示素子からの映像光を内部で全反射により導光する基板と、上記基板上に形成され、上記基板内部を導光された映像光を回折反射させて観察者の瞳に導く体積位相型の反射型ホログラム光学素子とを備え、上記ホログラム光学素子は、上述した本発明のホログラム光学素子であることを特徴としている。

本発明の製造方法によれば、量産性に優れ、光学性能の良好なホログラム光学素子を安定して得ることができる。したがって、このようにして製造されたホログラム光学素子と基板と表示素子とを組み合わせて映像表示装置を構成することにより、安価で高性能な映像表示装置を実現することができる。

本発明の映像表示装置において、上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであってもよい。この場合、観察者は、表示素子の表示映像（虚像）と外界像とを同時に観察することができ、シースルータイプの映像表示装置を実現することができる。

本発明によれば、量産性に優れた簡易な光学構成で、２種の色収差補正が同時にかつ良好になされた、光学性能の良好なホログラム光学素子を安定して得ることができる。

〔実施の形態１〕
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。

（１．ＨＭＤの構成）
図２は、本実施形態に係るＨＭＤの概略の構成を示す斜視図である。ＨＭＤは、映像表示装置１と、支持手段２とで構成されている。

映像表示装置１は、少なくとも光源１１および表示素子１４（ともに図３参照）を内包する筐体３を有している。この筐体３は、接眼光学系４の一部を保持している。接眼光学系４は、後述する接眼プリズム２１および偏向プリズム２２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２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１は、筐体３を貫通して設けられるケーブル（図示せず）を介して、光源１１および表示素子１４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。

支持手段２は、眼鏡のフレームに相当するものであり、接眼光学系４を観察者の一方の眼（例えば右眼）の前で支持するとともに、ダミーレンズ５を観察者の他方の眼（例えば左眼）の前で支持している。また、支持手段２は、左右の鼻当て６も含んでいる。

観察者がＨＭＤを頭部に装着し、表示素子１４に映像を表示すると、その映像光が接眼光学系４を介して観察者の瞳に導かれる。これにより、観察者は、映像表示装置１の映像を虚像として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４を介して、外界像をシースルーで観察することができる。なお、映像表示装置１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。以下、映像表示装置１の詳細について説明する。

（２．映像表示装置の構成）
図３は、映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。映像表示装置１は、光源１１と、一方向拡散板１２と、集光レンズ１３と、表示素子１４と、上述した接眼光学系４とを有している。光源１１、一方向拡散板１２、集光レンズ１３および表示素子１４は、図３に示した筐体３内に収容されており、後述する接眼プリズム２１の一部も筐体３内に位置している。

なお、以下での説明の便宜上、方向を以下のように定義しておく。まず、表示素子１４の表示領域の中心と、接眼光学系４によって形成される光学瞳Ｅの中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とする。そして、光源１１から光学瞳Ｅまでの光路を展開したときの光軸方向をＺ方向とする。また、接眼光学系４の後述するホログラム光学素子２３への光軸の入射面に垂直な方向をＸ方向とし、ＺＸ平面に垂直な方向をＹ方向とする。なお、ホログラム光学素子２３への光軸の入射面とは、ホログラム光学素子２３における入射光の光軸と反射光の光軸とを含む平面、すなわち、ＹＺ平面を指す。以下、上記入射面を単に入射面または光軸入射面と称する。

光源１１は、表示素子１４を照明するものであり、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色に対応する波長の光を発光する３つの発光部を有するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。

ここで、図４は、光源１１の分光強度特性、すなわち、出射光の波長λ２と光強度（発光強度）との関係を示す説明図である。光源１１から出射されるＢＧＲの光の中心波長をそれぞれλ２_B、λ２_G、λ２_Rとすると、λ２_B＝４５７ｎｍ、λ２_G＝５１６ｎｍ、λ２_R＝６３６ｎｍである。なお、図４の縦軸の光強度は、Ｒ光の最大光強度に対するＢ光およびＧ光の光強度の相対値を示している。

このように、光源１１は、光強度がピークとなる波長の異なる光を出射する複数の発光部（ＬＥＤ）で構成されているので、表示素子１４を照明したときに、表示素子１４にてカラー映像を表示することが可能となり、そのカラー映像を観察者に提供することが可能となる。また、各ＬＥＤは、発光波長幅が狭いので、そのようなＬＥＤを複数用いることにより、色再現性が高く、明るい映像表示が可能となる。

一方向拡散板１２は、光源１１からの出射光を拡散させるものであるが、その拡散度は方向によって異なっている。より詳細には、一方向拡散板１２は、Ｘ方向には入射光を約４０゜拡散させ、Ｙ方向には入射光を約０．５゜拡散させる。

集光レンズ１３は、一方向拡散板１２にて拡散された光をＹ方向に集光するシリンダレンズで構成されており、その拡散光が効率よく光学瞳Ｅを形成するように配置されている。

表示素子１４は、光源１１からの出射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、光が透過する領域となる各画素をマトリクス状に有する透過型の液晶表示素子で構成されている。表示素子１４は、矩形の表示領域の長辺方向がＸ方向となり、短辺方向がＹ方向となるように配置されている。

接眼光学系４は、接眼プリズム２１（第１の透明基板）と、偏向プリズム２２（第２の透明基板）と、ホログラム光学素子２３とを有して構成されている。

接眼プリズム２１は、面２１ａを介して入射する表示素子１４からの映像光を、対向する２つの面２１ｂ・２１ｃで全反射させ、ホログラム光学素子２３を介して観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導くものであり、偏向プリズム２２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２１は、平行平板の下端部を下端に近くなるほど薄くして楔状にし、その上端部を上端に近くなるほど厚くした形状で構成されている。また、接眼プリズム２１は、その下端部に配置されるホログラム光学素子２３を挟むように、偏向プリズム２２と接着剤で接合されている。

偏向プリズム２２は、平面視で略Ｕ字型の平行平板で構成されており（図２参照）、接眼プリズム２１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２１と一体となって略平行平板となるものである。この偏向プリズム２２を接眼プリズム２１に接合することにより、観察者が接眼光学系４を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。

つまり、例えば、接眼プリズム２１に偏向プリズム２２を接合させない場合、外光は接眼プリズム２１の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、接眼プリズム２１を介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、接眼プリズム２１に偏向プリズム２２を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外光が接眼プリズム２１の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム２２でキャンセルすることができる。その結果、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。

なお、接眼プリズム２１および偏向プリズム２２の各面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。接眼プリズム２１および偏向プリズム２２の各面を曲面とすれば、接眼光学系４に矯正眼鏡レンズとしての機能を持たせることもできる。

ホログラム光学素子２３は、表示素子１４から出射される映像光（３原色に対応した波長の光）を回折反射し、表示素子１４にて表示される映像を拡大して観察者の瞳に虚像として導く体積位相型の反射型ホログラムである。このホログラム光学素子２３は、例えば、回折効率のピーク波長および回折効率半値の波長幅で４６５±５ｎｍ（Ｂ光）、５２１±５ｎｍ（Ｇ光）、６３４±５ｎｍ（Ｒ光）の３つの波長域の光を回折（反射）させるように作製されている。ここで、回折効率のピーク波長とは、回折効率がピークとなるときの波長のことであり、回折効率半値の波長幅とは、回折効率が回折効率ピークの半値となるときの波長幅のことである。

反射型のホログラム光学素子２３は、高い波長選択性を有しており、上記波長域（露光波長近辺）の波長の光しか回折反射しないので、回折反射される波長以外の波長を含む外光はホログラム光学素子２３を透過することになり、高い外光透過率を実現することができる。

また、ホログラム光学素子２３は、軸非対称な正の光学パワーを有している。つまり、ホログラム光学素子２３は、正の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。

（３．映像表示装置の動作について）
次に、上記構成の映像表示装置１の動作について説明する。光源１１から出射された光は、一方向拡散板１２にて拡散され、集光レンズ１３にて集光されて表示素子１４に入射する。表示素子１４に入射した光は、画像データに基づいて各画素ごとに変調され、映像光として出射される。つまり、表示素子１４には、カラー映像が表示される。

表示素子１４からの映像光は、接眼光学系４の接眼プリズム２１の内部にその上端面（面２１ａ）から入射し、対向する２つの面２１ｂ・２１ｃで複数回全反射されて、ホログラム光学素子２３に入射する。ホログラム光学素子２３に入射した光は、そこで回折反射され、面２１ｃを透過して光学瞳Ｅに達する。光学瞳Ｅの位置では、観察者は、表示素子１４に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。

一方、接眼プリズム２１、偏向プリズム２２およびホログラム光学素子２３は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者はこれらを介して外界像を観察することができる。したがって、表示素子１４に表示された映像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。

このように、映像表示装置１では、表示素子１４から出射される映像光を接眼プリズム２１内での全反射によって導光し、ホログラム光学素子２３を介して観察者の瞳に導くので、通常の眼鏡レンズと同様に、接眼プリズム２１および偏向プリズム２２の厚さを３ｍｍ程度にすることができ、映像表示装置１を小型化、軽量化することができる。また、表示素子１４からの映像光を内部で全反射させる接眼プリズム２１を用いることにより、高い外光の透過率を確保して、明るい外界像を観察者に提供することができる。

また、体積位相型の反射型のホログラム光学素子２３は、回折効率半値の波長幅が狭く、回折効率が高いので、このようなホログラム光学素子２３を用いることにより、色純度が高く、明るい映像を提供することができるとともに、外光の透過率が高くなるので、観察者は明るい外界像を観察することができる。また、光源１１と光学瞳Ｅとの共役関係が変更されないので、映像光の波長が変化せず、色再現性の高い映像を提供することができる。

また、上記の説明からもわかるように、ホログラム光学素子２３は、表示素子１４からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナとして機能している。これにより、観察者は、ホログラム光学素子２３を介して、表示素子１４から提供される映像と外界像とを同時に観察することができる。

（４．ホログラム光学素子の製造方法について）
次に、上記したホログラム光学素子２３の製造方法について説明する。図５は、ホログラム光学素子２３を製造する際の製造光学系全体の概略の構成を示す説明図である。この製造光学系は、レーザ光源３１Ｒ・３１Ｇ・３１Ｂと、反射ミラー３２Ｒ・３２Ｇ・３２Ｂと、ビームスプリッタ３３Ｒ・３３Ｇ・３３Ｂと、反射ミラー３４と、ビームコンバイナ３５Ｇ・３５Ｂと、反射ミラー３６と、第１の集光光学系３７と、ピンホール３８と、物体光生成光学系３９と、反射ミラー４０Ｒ・４０Ｇ・４０Ｂと、第２の集光光学系４１と、ピンホールアレイ４２とを有している。

なお、第１の集光光学系３７および第２の集光光学系４１は、実際には複数のレンズからなっているが、図５では単レンズで図示している。また、レーザ光源３１Ｒ・３１Ｇ・３１Ｂの直後には、光束径を所定の径にするためのビームエキスパンダや、レーザ光の露光時間をコントロールするためのシャッタが設けられるのが一般的であるが、図５では省略している。

本実施形態では、製造光学系を設計するにあたり、製造光学系の片側（物体光生成側）の波面生成光学系をＲＧＢの３色で共通とするために、一つの色（例えばＲＧＢのうちで波長が真ん中に位置するＧ）についてホログラム光学素子２３の位相関数を最適化し、設定している。ここで、位相関数とは、入射光と回折光とにおける波面の位相ずれを表す関数であり、ホログラム光学素子２３を光学的に定義する手法の一つである。

レーザ光源３１Ｒ・３１Ｇ・３１Ｂから同時に射出される可干渉性の高いＲＧＢのレーザ光は、それぞれ反射ミラー３２Ｒ・３２Ｇ・３２Ｂで反射、偏向された後、ビームスプリッタ３３Ｒ・３３Ｇ・３３Ｂでそれぞれ参照光、物体光の２つの光束に分割される。ビームスプリッタ３３Ｒを介して得られるＲの物体光は、反射ミラー３４で偏向され、ビームスプリッタ３３Ｇを介して得られるＧの物体光とビームコンバイナ３５Ｇで光路合成された後、さらに、ビームスプリッタ３３Ｂを介して得られるＢの物体光とビームコンバイナ３５Ｂで光路合成される。

ビームコンバイナ３５Ｂから一本の光束で射出されるＲＧＢの物体光は、反射ミラー３６で偏向され、十分に色収差補正された第１の集光光学系３７によって集光され、点光源５１（図１参照）として結像される。なお、点光源５１は、ＲＧＢについて同一位置の点光源５１Ｒ・５１Ｇ・５１Ｂで構成される。第１の集光光学系３７の集光位置にはピンホール３８が配置されており、ピンホール３８を通過した光が理想的な点光源５１からの発散光として物体光生成光学系３９に入射し、そこで物体光の複雑な波面（第１の波面）が生成される。物体光生成光学系３９から射出される物体光は、接眼プリズム２１（基板）上のホログラム感光材料２３ａに接眼プリズム２１とは反対側から照射される。

ここで、図１は、製造光学系の主要部を拡大して示す説明図である。物体光生成光学系３９は、自由曲面ミラー５２と、平面反射ミラー５３と、色補正プリズム５４とを有している。点光源５１からのＲＧＢの発散光は、光学的なパワーを有する反射面である自由曲面ミラー５２によって所定の波面に整形され、平面反射ミラー５３で反射されて色補正プリズム５４に面５４ａ（第１屈折面）から入射する。色補正プリズム５４の面５４ａは、再生時に用いられる接眼光学系４の接眼プリズム２１の面２１ａ（第２屈折面）での映像光の屈折に起因して発生する色収差を打ち消すように、その角度が決定されている。なお、色補正プリズム５４は、表面反射によるゴーストを防止するためにホログラム感光材料２３ａに対して密着して配置されるか、エマルジョンオイルなどを介して配置されることが望ましい。

一方、図５に示すビームスプリッタ３３Ｒ・３３Ｇ・３３Ｂを介して得られるＲＧＢの参照光は、それぞれ反射ミラー４０Ｒ・４０Ｇ・４０Ｂで偏向された後、所定の角度で第２の集光光学系４１に入射し、それぞれ所定の位置に点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂ（図１参照）として結像される。なお、第２の集光光学系４１においては、ＲＧＢの入射光が所定の集光位置に十分な性能で結像するよう、軸外についても十分に収差補正されている。

第２の集光光学系４１の集光位置には、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂの位置に合わせたピンホールを有するピンホールアレイ４２が配置されており、物体光と同様に理想的な各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂからの発散光が参照光としてホログラム感光材料２３ａに接眼プリズム２１側から照射される。本実施形態では、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂの位置は、図１に示すように、再生時の光学瞳Ｅの位置よりも接眼プリズム２１から遠ざかった位置、つまり、光学瞳Ｅに対してホログラム光学素子２３とは反対側の位置であって、光学瞳面にほぼ平行な面上となっている。

また、本実施形態では、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂとホログラム感光材料２３ａとの間には、光学的なパワーを有する光学部材（例えばシリンドリカルレンズ）は配置されていない。したがって、ホログラム感光材料２３ａに照射されるＲＧＢの各参照光の波面（第２の波面）は、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂから伝播される球面波である。

上記のように、物体光および参照光の２光束（第１の波面、第２の波面）でホログラム感光材料２３ａを露光することにより、その２光束の干渉によってホログラム感光材料２３ａに干渉縞が形成され、ホログラム光学素子２３が作製される。このとき、第１の波面を生成する物体光生成光学系３９の色補正プリズム５４の面５４ａは、再生時に用いられる光学系の屈折面（例えば面２１ａ）を介して観察者の瞳に導かれる光が上記屈折面で屈折することによって発生する色収差を補正するように設定されているので、そのような面５４ａを介して生成される第１の波面をホログラム感光材料２３ａの露光に用いることにより、再生時に用いられる光学系の屈折面での屈折に起因して発生する色収差を抑えることができる。

また、物体光生成光学系３９では、各点光源５１Ｒ・５１Ｇ・５１Ｂからの光が自由曲面ミラー５２にて反射され、色補正プリズム５４を介してホログラム感光材料２３ａに導かれる。上記光の自由曲面ミラー５２での反射により、さらに不要な色収差の発生を抑えることができる。

なお、再生時に色収差を発生させる屈折面としては、接眼プリズム２１の面２１ａのみならず、面２１ｃも想定することができ、さらには、再生時の光学系が有するレンズの屈折面も想定することができる。したがって、色補正プリズム５４は、それらの屈折面（再生時の光学系が有する屈折面）に起因する色収差を補正できるように設定されていればよい。また、色補正プリズム５４は、複数のプリズムで構成されていてもよい（複数の屈折面を有していてもよい）。さらに、色補正プリズム５４の屈折面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。

なお、以上では、レーザ光源３１Ｒ・３１Ｇ・３１ＢからのＲＧＢのレーザ光の射出を同時に行っているが、順次に行ってもよい。また、以上では、ホログラム感光材料２３ａに対して接眼プリズム２１とは反対側から入射する光を物体光、接眼プリズム２１側から入射する光を参照光としてホログラム感光材料２３ａを露光しているが、物体光と参照光との関係は逆であってもよい。

（５．参照光側の各点光源の位置の詳細について）
本実施形態では、露光波長と再生時の使用波長（光源主波長）との比のＲＧＢ間でのずれに起因して発生する色収差を補正するために、以下の分析に基づいて各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂの位置を設定している。以下、この点について説明する。

なお、製造光学系におけるレーザ光源３１Ｒ・３１Ｇ・３１Ｂの分光強度特性、すなわち、ホログラム光学素子２３の製造時の露光波長と光強度との関係を、再生時の光源１１の分光強度特性と併せて図４に示す。同図に示すように、レーザ光源３１Ｂ・３１Ｇ・３１Ｒから射出されるＢＧＲの光の波長をそれぞれλ１_B、λ１_G、λ１_Rとすると、λ１_B＝４７６ｎｍ、λ１_G＝５３２ｎｍ、λ１_R＝６４７ｎｍである。なお、以下での説明の理解をしやすくするために、ＲＧＢについての代表的な値を表１に示す。表１における残存波長比は、露光波長と使用波長との比（波長比）がＲＧＢ間でずれていることを裏付けるものである。

また、図６（ａ）は、ホログラム感光材料２３ａの露光時の製造光学系の主光線の光路を示す説明図であり、図６（ｂ）は、再生時（使用状態）の主光線の光路を示す説明図である。なお、製造光学系の主光線とは、図６（ｂ）に示す使用状態の主光線がホログラム光学素子２３と交わる点と、参照光の点光源、物体光の点光源とをそれぞれ結ぶ光線とする。一方、使用状態の主光線とは、使用状態において表示素子１４（図３参照）の表示画面の中心から射出されて光学瞳Ｅの中心に向かう光線とする。

製造光学系の主光線、つまり、ＲＧＢの参照光の主光線の入射角は、使用状態において、回折効率がピークとなる波長におけるホログラム光学素子２３での回折角度（方向）がＲＧＢで一致するように、予めブラッグの条件を満たすように異ならせて設定することが必要である。反射型のホログラム光学素子２３による回折は、ブラッグの条件、すなわち、下記の２つの式が同時に成立する方向に回折する光の回折強度が最大となる。
（ｓｉｎθ_O−ｓｉｎθ_R）／λ_R ＝ （ｓｉｎθ_I−ｓｉｎθ_C）／λ_C
（ｃｏｓθ_O−ｃｏｓθ_R）／λ_R ＝ （ｃｏｓθ_I−ｃｏｓθ_C）／λ_C
ここで、
λ_R（nm）：製造波長（露光波長）
θ_O（°）：物体光入射角（物体光角度）
θ_R（°）：参照光入射角（参照光角度）
λ_C（nm）：使用波長（回折波長）
θ_I（°）：映像主光線入射角度（映像光角度）
θ_C（°）：映像主光線射出角度（視線角度）
なお、θ_O、θ_R、θ_I、θ_Cは、全てプリズム媒質中での角度である。

上記２つの条件式において、各パラメータに数値を代入してθ_Rを求めると、表２のようになる。

したがって、製造光学系では、図７（ａ）に示すように、ＲＧＢの各色について、参照光入射角θ_Rが表２の値（θ_RＲ＝２８．３０°、θ_RＧ＝２６．９７°、θ_RＢ＝２５．９６°）となるように、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂの位置を決定すればよい。より簡易的には、Ｒの参照光入射角θ_RＲとＧの参照光入射角θ_RＧとの差をΔθ_R（Ｒ−Ｇ）とし、Ｒの参照光入射角θ_RＲとＢの参照光入射角θ_RＢとの差をΔθ_R（Ｒ−Ｂ）とすると、表２より、
Δθ_R（Ｒ−Ｇ）＝２８．３０−２６．９７＝１．３３（°）
Δθ_R（Ｒ−Ｂ）＝２８．３０−２５．９６＝２．３４（°）
となるので、製造光学系では、ＲとＧ、ＲとＢの参照光の主光線の入射角度の差がそれぞれ上記の値となるように、点光源６１Ｒの位置を基準として各点光源６１Ｇ・６１Ｂの位置を決定すればよい。

以上のように、上記した参照光入射角θ_RをＲＧＢについて同時に実現できるように各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂを異なる位置に配置することにより、露光波長λ_Rと使用波長λ_Cとの比がＲＧＢで異なっている場合でも、図７（ｂ）に示すように、再生時にホログラム光学素子２３での回折効率が最大となる回折角度をＲＧＢについて全て同じにすることができる。これにより、露光波長λ_Rと使用波長λ_Cとの比のずれに起因して、再生時にホログラム光学素子２３を介して観察される映像に色ムラが生じるのを抑えることができる。つまり、観察者は、使用時に回折効率の高い映像光をＲＧＢでバランスよく観察することができ、画面内における色ムラの小さい、良好な映像を観察することが可能となる。

特に、上記した２つの条件式は、以下のように変形することができる。
ｓｉｎθ_R＝ｓｉｎθ_O−（λ_R／λ_C）（ｓｉｎθ_I−ｓｉｎθ_C）
ｃｏｓθ_R＝ｃｏｓθ_O−（λ_R／λ_C）（ｃｏｓθ_I−ｃｏｓθ_C）
これらの条件式から、θ_O、θ_I、θ_Cの各値がＲＧＢ間で共通していれば、ＲＧＢ間で波長比λ_R／λ_Cが異なると、参照光入射角θ_Rの値もＲＧＢ間で異なることがわかる（表２は、このような結果を数値データとして示している）。しかも、Ｒを基準とするＧおよびＢについての参照光入射角θ_Rのずれ量（Δθ_R（Ｒ−Ｇ）、Δθ_R（Ｒ−Ｂ））は、ＲＧおよびＲＢ間での波長比λ_R／λ_Cのずれ量（表１の残存波長比と対応している）に応じて異なっており、残存波長比が小さい色（Ｒに対する波長比λ_R／λ_Cのずれが大きい色）ほど、Ｒを基準とした参照光入射角θ_Rのずれ量が大きくなっている。

したがって、本実施形態のように、ＲＧＢ間での波長比λ_R／λ_Cのずれ量に応じた量（角度）だけ、参照光入射角θ_RがＲＧＢで互いに異なるように、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂを異なる位置に配置することにより、露光波長λ_Rと使用波長λ_Cとの比のずれに起因して、再生時にホログラム光学素子２３を介して観察される映像に色ムラが生じるのを確実に抑えることができる。

また、本実施形態では、ホログラム感光材料２３ａの露光時に、接眼プリズム２１およびホログラム感光材料２３ａは静止させたままでよいので（これらをＲＧＢの露光ごとに移動させる必要がないので）、安定した光学性能のホログラム光学素子２３を量産することが容易となる。したがって、本実施形態の製法によって製造されたホログラム光学素子２３を用いて映像表示装置１を構成することにより、安価で高性能な映像表示装置１を実現することができる。

また、本実施形態の製造光学系では、複雑な波面を生成する物体光側の光学系はＲＧＢで共通であるため、光学系の調整が容易であり（ＲＧＢ独立で発生するような調整エラーは発生せず）、ＲＧＢそれぞれの波面の性能が著しく異なることもない。

また、本実施形態では、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂとホログラム感光材料２３ａとの間の光路中に、光学的なパワーを有する光学部材を配置せず、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂから出射される球面波をそのまま第２の波面として用いているので、そのような光学部材を配置しなくて済む分、製造光学系を簡易に構成することができ、色ムラの調整エラーを低減することができる。

また、本実施形態では、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂは、再生時の光学瞳Ｅに対してホログラム光学素子２３とは反対側に位置する面であって光学瞳面にほぼ平行な面上に配置されている。この場合、再生時に観察者の瞳が光学瞳面内で上下にずれた場合でも、観察映像の画質が劣化するのを抑えることができる。つまり、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂを上記のように配置して露光を行えば、再生時に観察者が光学瞳面上に瞳を位置させて映像（虚像）を観察する際に、光学瞳面内で観察者の瞳が上下にずれたとしても、例えば映像の端部を観察する際の観察方向が露光時にホログラム感光材料２３ａの対応箇所に入射する光の方向に近づくので、観察画角内での色ムラを抑えることができる。

なお、後述する実施の形態２のように、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂとホログラム感光材料２３ａとの間の光路中にダイクロイックプリズムのような光路合成部材を配置する場合は、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂから光路合成部材を介してホログラム感光材料２３ａに向かう光の光路を展開したときに各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂが上記光学瞳面にほぼ平行な面上に略一致するように、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂが配置されていればよい。

したがって、以上のことをまとめると、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂは、再生時の光学瞳Ｅに対してホログラム光学素子２３とは反対側に位置する面であって光学瞳面に平行な面と、光学的に略等価な面上に配置されていればよいと言える。

また、本実施形態では、ＲＧＢの光を射出するレーザ光源３１Ｒ・３１Ｇ・３１Ｂを用いてホログラム感光材料２３ａを露光している。つまり、第１の波面および第２の波面を生成するための複数の露光波長がＲＧＢの３原色に対応した波長となっている。これにより、ホログラム光学素子２３として、ＲＧＢの光を回折反射するカラーホログラム光学素子を得ることができる。

なお、上記複数の露光波長はＲＧＢの３波長のみならず、ＲＧＢのいずれか２波長であってもよい。この場合であっても、本実施形態の製法を適用することにより、色収差補正の良好なホログラム光学素子２３を得ることができる。

ところで、露光波長と使用波長との比がＲＧＢのいずれか２つについて略一致する場合には、露光時に参照光側の点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂのうちでいずれか２つ（露光波長と使用波長との比が略一致する２つの点光源）を同じ位置に配置するようにしてもよい。以下、このような点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂの配置を実現する製造光学系について説明する。図８は、製造光学系の他の構成例を示す説明図であり、図９は、上記製造光学系の主要部を拡大して示す説明図である。この製造光学系では、例として、参照光側の点光源６１Ｒ・６１Ｇの位置が略一致しており、点光源６１Ｂが点光源６１Ｒ・６１Ｇとは異なる位置となっている。

図８の製造光学系では、レーザ光源３１Ｒから射出されて反射ミラー３２Ｒにて反射されるＲのレーザ光と、レーザ光源３１Ｇから射出されるＧのレーザ光とがビームコンバイナ３２Ｒ／Ｇで合成される。そして、これらの光はビームスプリッタ３３Ｒ／Ｇにて２つの光束に分離される。ビームスプリッタ３３Ｒ／Ｇを介して得られる一方の光（ＲとＧの物体光）は、反射ミラー３４Ｒ／Ｇにて反射され、ビームスプリッタ３３Ｂを介して得られるＢの物体光とビームコンバイナ３５Ｂで光路合成され、その後は、図１と同じ光路でホログラム感光材料２３ａに導かれる。

一方、ビームスプリッタ３３Ｒ／Ｇにて分離される他方の光（ＲとＧの参照光）は、反射ミラー４０Ｒ／Ｇにて反射され、第２の集光光学系４１に入射し、同じ位置の点光源６１Ｒ・６１Ｇ（図９参照）として結像される。また、ビームスプリッタ３３Ｂを介して得られるＢの参照光は、反射ミラー４０Ｂにて反射された後、第２の集光光学系４１に入射し、点光源６１Ｒ・６１Ｇとは異なる位置の点光源６１Ｂ（図９参照）として結像される。

再生時に使用する光源１１において、ＲＧＢの光強度ピークの半値波長幅は全て異なり、特にＲについてはＧやＢに比べて狭い。このため、光学瞳Ｅに到達する光源主波長の光束の幅が光学瞳Ｅの上下で色により異なることになる。そこで、再生時に、図１０の破線で示すような分光特性を有するＲの補助ＬＥＤを光源１１に追加して使用し、Ｒの光強度ピークの半値波長幅をトータルで広げることで、上記の不都合を回避することが可能となる。

このとき、光源１１のＲの光強度ピークの波長λ２_R1は６３６ｎｍであるので、再生時に追加するＲの補助ＬＥＤの光強度ピークの波長λ２_R2が例えば６１０ｎｍであれば、Ｒの使用主波長は全体として６２７ｎｍとなり、露光波長と使用（主）波長との比は６２７／６４７＝０．９６９となる。この値は、Ｇについての露光波長と使用波長との比（０．９７０）とほぼ一致する。したがって、上記特性のＲの補助ＬＥＤを再生時に追加して使用することにより、図９に示すように、ホログラム感光材料２３ａの露光時に、参照光側の点光源６１Ｒ・６１Ｇの位置を一致させて露光することが可能となる。

以上より、製造光学系においては、第２の波面の生成に用いる全点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂのうちの少なくとも２つ（上記の例では点光源６１Ｒ・６１Ｂまたは点光源６１Ｇ・６１Ｂ）は配置位置が互いに異なり、全点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂは、配置位置が異なる関係にある２つの点光源と対応する色間（上記の例ではＲＢ間、またはＧＢ間）における露光波長と使用波長との比のずれ量に応じて、露光時に上記２つの点光源から出射される光のホログラム感光材料２３ａへの入射角度が互いに異なるように配置されていればよいと言える。

なお、本実施形態で用いたホログラム感光材料２３ａは、例えばフォトポリマーで構成することが可能である。このようなフォトポリマーは、露光後の後処理（例えばベイク工程）で収縮が起こりやすいので、そのような材料をホログラム感光材料２３ａとして用いる場合は、後処理での収縮を考慮した最適化設計を行うことが望ましい。

なお、ホログラム感光材料２３ａの露光量は、例えばレーザ強度の調整によって全ての波長について同じにすることができるが、レーザ強度のコントロールで十分でない場合は、各色の露光時間をシャッタによりコントロールすることで露光量を制御することも可能である。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、以下での説明の便宜上、実施の形態１と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図１１は、本実施形態におけるホログラム光学素子２３の製造光学系全体の概略の構成を示す説明図であり、図１２は、上記製造光学系の主要部を拡大して示す説明図である。この製造光学系では、実施の形態１の第２の集光光学系４１およびピンホールアレイ４２の代わりに、第２の集光光学系４１Ｒ・４１Ｇ・４１Ｂおよびピンホール４２Ｒ・４２Ｇ・４２Ｂが配置されている。ピンホール４２Ｒ・４２Ｇ・４２Ｂは、第２の集光光学系４１Ｒ・４１Ｇ・４１Ｂの集光位置に、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂ（図１２参照）の位置に合わせてそれぞれ配置されている。また、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂの位置は、再生時の光学瞳Ｅの位置と光学的に略等価な位置となっている。

各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂとホログラム感光材料２３ａとの間（各ピンホール４２Ｒ・４２Ｇ・４２Ｂと接眼プリズム２１との間）の光路中には、ダイクロイックプリズム４３（光路合成部材）が配置されている。また、反射ミラー４０Ｒから第２の集光光学系４１Ｒに向かうＲの光路上には反射ミラー４４Ｒが配置されており、反射ミラー４０Ｂから第２の集光光学系４１Ｂに向かうＢの光路上には反射ミラー４４Ｂが配置されている。これらの点以外は、実施の形態１の図５の構成と全く同様である。

上記構成においては、ビームスプリッタ３３Ｒ・３３Ｇ・３３Ｂを介して得られるＲＧＢの参照光は、それぞれ反射ミラー４０Ｒ・４０Ｇ・４０Ｂで反射される。反射ミラー４０Ｇで反射されたＧの参照光は、所定の角度で第２の集光光学系４１Ｇに入射し、所定の位置に点光源６１Ｇとして結像される。また、反射ミラー４０Ｒで反射されたＲの参照光は、反射ミラー４４Ｒで反射された後、所定の角度で第２の集光光学系４１Ｒに入射し、所定の位置に点光源６１Ｒとして結像される。また、反射ミラー４０Ｂで反射されたＢの参照光は、反射ミラー４４Ｂで反射された後、所定の角度で第２の集光光学系４１Ｂに入射し、所定の位置に点光源６１Ｂとして結像される。各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂから射出される光は、ダイクロイックプリズム４３の互いに異なる面に異なる方向から入射し、そこで光路合成されてホログラム感光材料２３ａに接眼プリズム２１側から照射される。

このように、異なる方向から入射する各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂからの光をダイクロイックプリズム４３で合成し、ホログラム感光材料２３ａに導くことにより、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂを幾何学的、物理的にずらして配置することが可能となる。これにより、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂから出射される光の光路を展開したときの各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂの間隔を容易に狭くすることが可能となる。

また、前述の実施の形態１の製造光学系では、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂを光学瞳Ｅに対してホログラム光学素子２３とは反対側に配置しているが、これらを光学瞳Ｅの位置に略一致して配置することも可能である。ただし、光学瞳Ｅが接眼プリズム２１に近く、その光学瞳Ｅの位置に各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂの位置を略一致させる場合には、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂの間隔が十分ではないために、ピンホールアレイ４２を配置することが難しくなる。

しかし、本実施形態のように、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂからの光を異なる方向からダイクロイックプリズム４３に入射させる構成とすることにより、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂの物理的な間隔を十分に確保することができる。これにより、光学瞳Ｅの位置と光学的に等価な位置に各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂ（ピンホール４２Ｒ・４２Ｇ・４２Ｂ）を容易に配置することが可能となる。

このように、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂの位置が、再生時の光学瞳Ｅの位置と光学的に略等価な位置であれば、再生時にホログラム光学素子２３を介して提供される映像（虚像）を、観察者が光学瞳Ｅの面内で瞳位置がずれることなく観察したときに、観察画角内での色ムラの無い良好な映像を観察することができる。

なお、観察者の瞳位置を調整するための調整機構（例えば支持手段２に含まれる鼻当て６）を有する映像表示装置１においては、そのような調整機構で観察者の瞳位置を調整することで、観察者の瞳を光学瞳Ｅの中心に正確に合わせやすくなる。これにより、観察者の瞳のずれに起因して画面内に色ムラが発生する事態を極力抑えることができる。

また、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂからの光を合成する光路合成部材として、本実施形態ではダイクロイックプリズム４３を用いている。光路合成部材として、例えばハーフミラーなどのコンバイナを用いることも可能であるが、ダイクロイックプリズム４３を用いることにより、全ての波長の光を効率よく、かつ正確に合成することができる。また、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂからの光をダイクロイックプリズム４３という１つの光学部材で確実に合成することができ、露光時に各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂと接眼プリズム２１との間隔が狭くても、確実に光路合成を行うことができる。

また、本実施形態では、レーザ光源３１Ｒ・３１Ｇ・３１Ｂから出射されるＲＧＢの光を２光束に分離した後、一方のそれぞれの光束（ＲＧＢの各参照光）を、対応する個々の第２の集光光学系４１Ｒ・４１Ｇ・４１Ｂで集光することにより各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂとしている。この製造光学系では、ＲＧＢごとに第２の集光光学系４１Ｒ・４１Ｇ・４１Ｂを配置しているので、ＲＧＢごとに独立して第２の集光光学系４１Ｒ・４１Ｇ・４１Ｂの位置をそれぞれ調整し、ＲＧＢの光の集光位置をその進行方向や進行方向に垂直な方向に調整することが可能となる。これにより、ＲＧＢごとに独立して収差補正（例えば軸上色収差の補正）を行うことが可能となる。

ところで、本実施形態のようにダイクロイックプリズム４３を用いる場合、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂを、再生時の光学瞳面に垂直な方向と光学的に等価な方向にずれるように配置してもよい。この場合には、再生時の光学瞳面に垂直な方向における色ずれ、すなわち、再生時に生じる軸上色収差を補正することが可能となる。

なお、ダイクロイックプリズム４３を用いない実施の形態１の製造光学系においても、例えば第２の集光光学系４１における光学的なパワーを部分的に変えたり、ＲＧＢに対応するピンホールを別々に配置することで、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂの位置を、再生時の光学瞳面に垂直な方向にずらすことは可能である。

〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、以下での説明の便宜上、実施の形態１・２と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図１３は、本実施形態におけるホログラム光学素子２３の製造光学系全体の概略の構成を示す説明図である。この製造光学系は、実施の形態１の図５の構成にさらに調整ステージ７０Ｒ・７０Ｇ・７０Ｂ（調整機構）を加えたものとなっている。

調整ステージ７０Ｒ・７０Ｇ・７０Ｂは、反射ミラー４０Ｒ・４０Ｇ・４０Ｂ（折り返しミラー）の反射角度および位置を調整するものである。より具体的には、調整ステージ７０Ｒ・７０Ｇ・７０Ｂは、回転ステージ７１Ｒ・７１Ｇ・７１Ｂと直進ステージ７２Ｒ・７２Ｇ・７２Ｂとで構成されている。回転ステージ７１Ｒ・７１Ｇ・７１Ｂは、自身の回転により、反射ミラー４０Ｒ・４０Ｇ・４０Ｂの反射角度をそれぞれ調整する。直進ステージ７２Ｒ・７２Ｇ・７２Ｂは、回転ステージ７１Ｒ・７１Ｇ・７１Ｂを支持しながら、自身の２次元的な移動により、反射ミラー４０Ｒ・４０Ｇ・４０Ｂの２次元的な位置をそれぞれ調整する。

この構成においては、露光時に、ビームスプリッタ３３Ｒ・３３Ｇ・３３Ｂを介して得られるＲＧＢの各参照光が、対応する反射ミラー４０Ｒ・４０Ｇ・４０Ｂで反射されて第２の集光光学系４１に入射する際に、反射ミラー４０Ｒ・４０Ｇ・４０Ｂの反射角度および位置が調整ステージ７０Ｒ・７０Ｇ・７０ＢによってＲＧＢごとに調整される。これにより、第２の集光光学系４１に入射するＲＧＢの各参照光の入射角度を簡単に微調整することができ、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂの位置を簡単に微調整することができる。

したがって、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂから出射される光のホログラム感光材料２３ａへの入射角度を容易に微調整することができる。その結果、例えば露光時に用いるホログラム感光材料２３ａの収縮率や、再生時に用いる光源１１の使用波長が若干変化しても、それらの変化に容易に対応することができる。また、製造光学系の組み立て精度が不十分な場合でも、調整ステージ７０Ｒ・７０Ｇ・７０Ｂによる簡単な微調整により、各点光源６１Ｒ・６１Ｇ・６１Ｂを所定の位置に確実に配置させることができる。

なお、上述した各実施の形態の構成や手法を適宜組み合わせて製造光学系を設計し、ホログラム光学素子２３を製造したり、そのホログラム光学素子２３を用いて映像表示装置やＨＭＤを構成することも勿論可能である。

本発明は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、またはヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）のコンバイナとして用いられるカラーホログラム光学素子の製造に適用可能である。

本発明の実施の一形態に係るホログラム光学素子の製造方法に適用される製造光学系の主要部を拡大して示す説明図である。 上記映像表示装置が適用されるＨＭＤの概略の構成を示す斜視図である。 上記映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。 上記映像表示装置の光源および露光時に用いるレーザ光源の分光強度特性を示す説明図である。 上記製造光学系全体の概略の構成を示す説明図である。 （ａ）は、露光時の製造光学系における主光線の光路を示す説明図であり、（ｂ）は、再生時の主光線の光路を示す説明図である。 （ａ）は、上記製造光学系における露光時の物体光および参照光（ＲＧＢ）の光路を示す説明図であり、（ｂ）は、再生時の映像光（ＲＧＢ）の光路を示す説明図である。 上記製造光学系の他の構成例を示す説明図である。 図８の製造光学系の主要部を拡大して示す説明図である。 再生時に使用する補助ＬＥＤの分光強度特性を、映像表示装置の光源および露光時に用いるレーザ光源の分光強度特性と併せて示す説明図である。 本発明の他の実施の形態に係るホログラム光学素子の製造方法に適用される製造光学系全体の概略の構成を示す説明図である。 上記製造光学系の主要部を拡大して示す説明図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係るホログラム光学素子の製造方法に適用される製造光学系全体の概略の構成を示す説明図である。 従来の映像表示装置の主要部を模式的に示す説明図である。 （ａ）は、従来のホログラム光学素子の製法における露光時の物体光および参照光（ＲＧＢ）の光路を示す説明図であり、（ｂ）は、再生時の映像光（ＲＧＢ）の光路を示す説明図である。

符号の説明

１ 映像表示装置
１４ 表示素子
２１ 接眼プリズム（基板）
２３ ホログラム光学素子
２３ａ ホログラム感光材料
３１Ｒ レーザ光源
３１Ｇ レーザ光源
３１Ｂ レーザ光源
３９ 物体光生成光学系
４０Ｒ 反射ミラー（折り返しミラー）
４０Ｇ 反射ミラー（折り返しミラー）
４０Ｂ 反射ミラー（折り返しミラー）
４１Ｒ 第２の集光光学系
４１Ｇ 第２の集光光学系
４１Ｂ 第２の集光光学系
４３ ダイクロイックプリズム（光路合成部材）
５１Ｒ 点光源
５１Ｇ 点光源
５１Ｂ 点光源
５２ 自由曲面ミラー（反射面）
５４ 色補正プリズム
５４ａ 面（屈折面）
６１Ｒ 点光源
６１Ｇ 点光源
６１Ｂ 点光源
７０Ｒ 調整ステージ（調整機構）
７０Ｇ 調整ステージ（調整機構）
７０Ｂ 調整ステージ（調整機構）
Ｅ 光学瞳

Claims (14)

1. 可干渉性を有する２光束のうちの一方の波面を第１の波面、他方の波面を第２の波面とし、これらの波面でホログラム感光材料を露光することにより、基板上に体積位相型の反射型ホログラム光学素子を形成するホログラム光学素子の製造方法であって、
   上記第１の波面は、異なる複数の露光波長について同一位置の各点光源から出射される光が、少なくとも１つの屈折面を含む光学系内を進行することによって生成され、
   上記第１の波面を生成する光学系の上記屈折面は、再生時に用いられる光学系の屈折面を介して観察者の瞳に導かれる光が上記屈折面で屈折することによって発生する色収差を補正するように設定されており、
   上記第２の波面は、異なる複数の露光波長について各点光源から出射される光を用いて生成され、
   上記第２の波面の生成に用いる全点光源のうちの少なくとも２つは、配置位置が互いに異なっており、
   上記全点光源は、配置位置が異なる関係にある２つの点光源と対応する色間における露光波長と再生時の使用波長との比のずれ量に応じて、露光時に上記２つの点光源から出射される光のホログラム感光材料への入射角度が互いに異なるように配置されていることを特徴とするホログラム光学素子の製造方法。
2. 上記第２の波面は、球面波であ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の製造方法。
3. 上記第２の波面の生成に用いる各点光源は、再生時の光学瞳に対してホログラム光学素子とは反対側に位置する面であって光学瞳面に平行な面と、光学的に略等価な面上に配置されてい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の製造方法。
4. 上記第２の波面の生成に用いる各点光源は、再生時の光学瞳の位置と光学的に略等価な位置に配置されてい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の製造方法。
5. 上記第２の波面の生成に用いる各点光源は、再生時の光学瞳面に垂直な方向と光学的に等価な方向にずれて配置されてい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の製造方法。
6. 上記第２の波面の生成に用いる各点光源とホログラム感光材料との間の光路中に光路合成部材を配置し、異なる方向から入射する各点光源からの光を光路合成部材にて合成し、ホログラム感光材料に導く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の製造方法。
7. 各露光波長に対応したレーザ光源から出射される光を２光束に分離した後、一方のそれぞれの光束を各露光波長に対応した集光光学系で集光することにより、上記第２の波面の生成に用いる各点光源とす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の製造方法。
8. 上記光路合成部材は、ダイクロイックプリズムである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の製造方法。
9. 各露光波長に対応したレーザ光源から出射される光を２光束に分離した後、一方のそれぞれの光束を各露光波長に対応した折り返しミラーで反射させ、その後集光することにより、上記第２の波面の生成に用いる各点光源としたときに、上記折り返しミラーの反射角度および位置を調整機構で調整することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のホログラム光学素子の製造方法。
10. 上記第１の波面の生成に用いる各点光源からの光を、光学的なパワーを有する反射面と、上記屈折面とを介してホログラム感光材料に導くことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のホログラム光学素子の製造方法。
11. 上記第１の波面および上記第２の波面を生成するための複数の露光波長は、それぞれ、３原色に対応した波長であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のホログラム光学素子の製造方法。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の製造方法によって製造されることを特徴とするホログラム光学素子。
13. 映像を表示する表示素子と、
    上記表示素子からの映像光を内部で全反射により導光する基板と、
    上記基板上に形成され、上記基板内部を導光された映像光を回折反射させて観察者の瞳に導く体積位相型の反射型ホログラム光学素子とを備え、
    上記ホログラム光学素子は、請求項１２に記載のホログラム光学素子であることを特徴とする映像表示装置。
14. 上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであることを特徴とする請求項１３に記載の映像表示装置。

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