JP2016188906A

JP2016188906A - 体積ホログラフィック素子および表示装置

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Publication number: JP2016188906A
Application number: JP2015068266A
Authority: JP
Inventors: 斎藤　淳; Jun Saito; 淳斎藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2016-11-04

Abstract

【課題】ホログラフィック材料層の膨張や収縮に起因する撓みを抑制することのできる体積ホログラフィック素子、および体積ホログラフィック素子を用いた表示装置を提供すること。【解決手段】体積ホログラフィック素子１は、回折格子が形成されたホログラフィック材料層４、ホログラフィック材料層４に接する透光性のフィルム３、および透光性の基板５が厚さ方向で対称となる順に積層されている。例えば、体積ホログラフィック素子は、第１基板５Ａ、第１ホログラフィック材料層４Ａ、フィルム３、第２ホログラフィック材料層４Ｂ、および第２基板５Ｂの順に積層されている。このため、体積ホログラフィック素子に干渉縞を形成する際やホログラフィック材料層４を硬化させる際、体積ホログラフィック素子１に応力が加わっても、かかる応力は、体積ホログラフィック素子１の厚さ方向の中心の一方側と他方側とにおいて相殺される。【選択図】図１

Description

本発明は、体積ホログラフィック素子および表示装置に関するものである。

各種のホログラフィック素子のうち、体積ホログラフィック素子を製造するには、図７（ａ）に示すように、透光性のフィルム３の一方面に未硬化状態あるいは半硬化状態のホログラフィック材料層４、およびポリエチレンテレフタレート等からなる保護シート８が順に積層された積層体９を用いる。そして、暗室内で、図７（ｂ）に示すように、保護シート８を剥離する。ここで、ホログラフィック材料層４は粘着性を有している。従って、積層工程では、図７（ｃ）に示すように、ホログラフィック材料層４と透光性の基板５とを接触させた状態でローラー等によってフィルム３を基板５に押し付け、ホログラフィック材料層４をフィルム３と基板５とによって挟んだ状態とする。次に、干渉露光工程では、図７（ｄ）に示すように、共通の光源から出射された光束を分割してなる物体光Ｌ１と参照光Ｌ２とをホログラフィック材料層４に照射して干渉露光を行い、ホログラフィック材料層４の内部に屈折率が互いに異なる縞（回折格子）を形成する。次に、硬化工程では、ホログラフィック材料層４に対するＵＶ照射等を行って、ホログラフィック材料層４を硬化させる。その結果、屈折率が互いに異なる縞（回折格子）がホログラフィック材料層４に形成された体積ホログラフィック素子１が製造される。

このような工程によってホログラフィック材料層４に干渉露光によって縞を形成する際やホログラフィック材料層４を硬化させる際、ホログラフィック材料層４には構成される材料の設計に応じて膨張や収縮が発生する。その際、ホログラフィック材料層４が膨張すると、図７（ｅ）に示すように、体積ホログラフィック素子１では、ホログラフィック材料層４が形成されている側が凸曲面となるように変形する。これに対して、ホログラフィック材料層４が収縮すると、図７（ｆ）に示すように、体積ホログラフィック素子１は、ホログラフィック材料層４が形成されている側が凹曲面となるように変形する。その結果、図７（ｇ）に点線Ｄ１で示す所定方向に延在する縞を形成しようとしても、体積ホログラフィック素子１の変形が原因で、実線Ｄ２で示すように傾いた縞が無数に形成されてしまう。

一方、基板、ホログラフィック材料層、接着層、および基板を積層した体積ホログラフィック素子が提案されている（特許文献１）。

特開平７−２３４６２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の体積ホログラフィック素子では、厚さ方向の中心に対して厚さ方向の一方側と他方側とでは、非対称の層構成になっているため、図７（ｅ）、（ｆ）を参照して説明した変形を抑制できないという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、ホログラフィック材料層４の膨張や収縮に起因する撓みを抑制することのできる体積ホログラフィック素子、および体積ホログラフィック素子を用いた表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の体積ホログラフィック素子の一態様は、透光性の第１基板と、透光性の第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、回折格子が形成された第１ホログラフィック材料層と、前記第２基板と前記第１ホログラフィック材料層との間に配置され、回折格子が形成された第２ホログラフィック材料層と、前記第１ホログラフィック材料層と前記第２ホログラフィック材料層との間に配置された透光性の第１フィルムと、を有することを特徴とする。

本発明の体積ホログラフィック素子において、ホログラフィック材料層、フィルムおよび基板が、体積ホログラフィック素子の厚さ方向の中心に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて対称となる順に積層されている。このため、体積ホログラフィック素子を干渉露光する際やホログラフィック材料層を硬化させる際、ホログラフィック材料層に膨張あるいは収縮が発生し、体積ホログラフィック素子に応力が発生しても、かかる応力は、体積ホログラフィック素子の厚さ方向の中心に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて相殺される。従って、体積ホログラフィック素子の撓みを抑制することができる。それ故、体積ホログラフィック素子の縞（回折格子）を適正に形成することができる。

この場合、さらに、前記第２ホログラフィック材料層と前記第１フィルムとの間に配置された、透光性の第２フィルムと、前記第１フィルムと前記第２フィルムとの間に配置された第１接着層と、を有する態様を採用してもよい。かかる構成によれば、ホログラフィック材料層、接着層、フィルムおよび基板が、体積ホログラフィック素子の厚さ方向の中心に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて対称となる順に積層されている。このため、体積ホログラフィック素子を干渉露光する際やホログラフィック材料層を硬化させる際、ホログラフィック材料層に膨張あるいは収縮が発生し、体積ホログラフィック素子に応力が発生しても、かかる応力は、体積ホログラフィック素子の厚さ方向の中心に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて相殺される。従って、体積ホログラフィック素子の撓みを抑制することができる。それ故、体積ホログラフィック素子の縞（回折格子）を適正に形成することができる。

本発明の体積ホログラフィック素子の別の態様は、透光性の第１フィルムと、透光性の第２フィルムと、前記第１フィルムと前記第２フィルムとの間に配置され、回折格子が形成された第１ホログラフィック材料層と、前記第２フィルムと前記第１ホログラフィック材料層との間に配置され、回折格子が形成された第２ホログラフィック材料層と、前記第１ホログラフィック材料層と前記第２ホログラフィック材料層との間に配置された透光性の第１基板と、を有することを特徴とする。

本発明の体積ホログラフィック素子のさらに別の態様は、透光性の第１基板と、透光性の第２基板と、前記第１基板と前記２基板との間に配置された第１接着層と、前記第２基板と前記第１接着層との間に配置された第２接着層と、前記第１接着層と前記第２接着層との間に配置された透光性の第１フィルムと、前記第２接着層と前記第１フィルムとの間に配置された透光性の第２フィルムと、前記第１フィルムと前記第２フィルムとの間に配置され、回折格子が形成された第１ホログラフィック材料層と、を有することを特徴とする。

この場合、前記第２フィルムと前記第１ホログラフィック材料層との間に配置され、回折格子が形成された第２ホログラフィック材料層を有する態様を採用してもよい。

本発明において、前記第１ホログラフィック材料層は、厚さ方向の一方側に撓んだ湾曲部を有している態様を採用してもよい。

本発明を適した体積ホログラフィック素子は表示装置に用いることができ、この場合、表示装置は、本発明に係る体積ホログラフィック素子と、画像光生成装置と、前記画像光生成装置から出射された画像光を導光する導光系と、を含んでいる。

この場合、前記導光系は、前記画像光生成装置から出射された画像光を投射する投射光学系と、前記投射光学系から投射された画像光を観察者の眼に向けて偏向する偏向部材と、を備え、前記偏向部材は、前記体積ホログラフィック素子を含んでいる態様を採用することができる。

本発明を適用した網膜走査型の表示装置の一態様を示す説明図である。本発明を適用した網膜走査型の表示装置においてリレーレンズ系を用いた場合の効果を示す説明図である。本発明を適用した光束径拡大素子（瞳拡大素子）の第１構成例の一態様を示す説明図である。光束径拡大素子（瞳拡大素子）における光束の偏光方向と回折機能との関係を示す説明図である。本発明を適用した光束径拡大素子（瞳拡大素子）の第２構成例の一態様を示す説明図である。本発明を適用した網膜走査型の表示装置の一態様を示す説明図である。本発明の参考例に係る体積ホログラフィック素子の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明においては、図７を参照して説明した構成との対応が分かりやすいように、共通する部分には、同一の符号を付して説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る体積ホログラフィック素子１の説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、体積ホログラフィック素子１における各層の積層方法を示す説明図、体積ホログラフィック素子１の積層構造を示す説明図、および体積ホログラフィック素子１の変形例を示す説明図である。

図１（ｂ）に示すように、本形態の体積ホログラフィック素子１では、回折格子が形成されたホログラフィック材料層４、ホログラフィック材料層４に接する透光性のフィルム３、および透光性の基板５が厚さ方向で対称となる順に積層されている。より具体的には、本形態の体積ホログラフィック素子１は、ホログラフィック材料層４として、第１ホログラフィック材料層４Ａと第２ホログラフィック材料層４Ｂとを備え、基板５として、第１基板５Ａと第２基板５Ｂとを備えている。このため、体積ホログラフィック素子１では、第１基板５Ａ、第１ホログラフィック材料層４Ａ、フィルム３、第２ホログラフィック材料層４Ｂ、および第２基板５Ｂの順に積層されている。本形態では、第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂに干渉縞からなる回折格子が構成されている。

本形態において、フィルム３は、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース等のプラスチックフィルムからなる。基板５は、アクリル樹脂等からなる透光性のプラスチック基板や、ガラス基板からなる。

本形態の体積ホログラフィック素子１の製造工程では、図７（ａ）に示すように、透光性のフィルム３の一方面に未硬化状態あるいは半硬化状態のホログラフィック材料層４、および保護シート８が積層されている積層体９から、暗室内で、図７（ｂ）に示すように、保護シート８を剥離する。ここで、体積ホログラフィック素子１を透過性の体積ホログラフィック素子１として構成する場合、ホログラフィック材料層４は、感光性ポリマーや感光性レジスト等を含んでおり、硬化前のホログラフィック材料層４は粘着性を有している。また、体積ホログラフィック素子１を反射型ホログラフィック素子や部分反射型ホログラフィック素子として構成する場合、ホログラフィック材料層４は、銀塩乳剤、感光性ポリマーや感光性レジスト等を含んでおり、硬化前のホログラフィック材料層４は粘着性を有している。

従って、積層工程では、図１（ｂ）に示すように、フィルム３（第１フィルム３Ａ）をホログラフィック材料層４（第１ホログラフィック材料層４Ａ）を介して第１基板５Ａの一方面に貼付する一方、別のフィルム３（第２フィルム３Ｂ）を別のホログラフィック材料層４（第２ホログラフィック材料層４Ｂ）を介して第２基板５Ｂの一方面に貼付する。次に、第２フィルム３Ｂを第２ホログラフィック材料層４Ｂから剥離する。次に、第２基板５Ｂを、第１フィルム３Ａにおいて第１ホログラフィック材料層４Ａが積層されている側とは反対側の面に第２ホログラフィック材料層４Ｂを介して貼付する。かかる貼付の際、ローラー等によって各層同士を押し付け、密着した状態に積層する。

次に、干渉露光工程では、共通の光源から出射された光束を分割してなる物体光Ｌ１と参照光Ｌ２とを第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂに照射して干渉露光を行い、第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂの内部に屈折率が互いに異なる部分を縞状に形成する。屈折率の変化は、例えばｓｉｎカーブ状に変化する。

次に、硬化工程では、ホログラフィック材料層４（第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂ）に対して紫外線照射や加熱等を行い、ホログラフィック材料層４（第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂ）を硬化させる。その結果、体積ホログラフィック素子１が製造される。

かかる構成の体積ホログラフィック素子１では、ホログラフィック材料層４、フィルム３、および基板５が体積ホログラフィック素子１の厚さ方向の中心（フィルム３）に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて対称となる順に積層されている。このため、体積ホログラフィック素子１に干渉縞を形成する際やホログラフィック材料層４を硬化させる際、ホログラフィック材料層４に膨張あるいは収縮が発生し、体積ホログラフィック素子１に応力が加わっても、かかる応力は、体積ホログラフィック素子１の厚さ方向の中心に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて相殺される。従って、体積ホログラフィック素子１の撓みを抑制することができる。それ故、体積ホログラフィック素子１の縞（回折格子）を適正に形成することができる。

図１（ａ）、（ｂ）示す体積ホログラフィック素子１は平板状であったが、図１（ｃ）に示すように、ホログラフィック材料層４、フィルム３、および基板５が厚さ方向の一方側に撓んだ湾曲部１ａを設けてもよい。かかる湾曲部１ａは、例えば、各層を積層する際、湾曲した基板５を用いることによって構成することができる。また、図１（ｂ）に示す平板状の積層体を形成した後、干渉露光工程の前に、体積ホログラフィック素子１に湾曲部１ａを形成してもよい。また、図１（ｂ）に示す平板状の体積ホログラフィック素子１を形成した後、干渉露光工程の後、体積ホログラフィック素子１に湾曲部１ａを形成してもよく、この場合、湾曲部１ａが形成された後の形状に対する露光パターンで干渉露光工程を行う。

［実施の形態２］
図２は、本発明の実施の形態２に係る体積ホログラフィック素子１の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、体積ホログラフィック素子１における各層の積層方法を示す説明図、体積ホログラフィック素子１の積層構造を示す説明図、および体積ホログラフィック素子１の変形例を示す説明図である。なお、本形態および後述する実施の形態は、基本的な構成が共通しているため、共通する部分には同一の符号を付して、それらの詳細な説明を省略する。

図２（ｂ）に示すように、本形態の体積ホログラフィック素子１でも、実施の形態１と同様、回折格子が形成されたホログラフィック材料層４、ホログラフィック材料層４に接する透光性のフィルム３、および透光性の基板５が厚さ方向で対称となる順に積層されている。より具体的には、本形態の体積ホログラフィック素子１は、ホログラフィック材料層４として、第１ホログラフィック材料層４Ａと第２ホログラフィック材料層４Ｂとを備え、フィルム３として、第１フィルム３Ａと第２フィルム３Ｂとを備えている。このため、体積ホログラフィック素子１では、第１フィルム３Ａ、第１ホログラフィック材料層４Ａ、基板５、第２ホログラフィック材料層４Ｂ、および第２フィルム３Ｂの順に積層されている。本形態では、第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂに縞からなる回折格子が構成されている。

本形態の体積ホログラフィック素子１の製造工程では、図７（ａ）に示すように、透光性のフィルム３の一方面に未硬化状態あるいは半硬化状態のホログラフィック材料層４、および保護シート８が積層されている積層体９から、暗室内で、図７（ｂ）に示すように、保護シート８を剥離する。硬化前のホログラフィック材料層４は粘着性を有している。

従って、積層工程では、図２（ａ）に示すように、フィルム３（第１フィルム３Ａ）をホログラフィック材料層４（第１ホログラフィック材料層４Ａ）を介して基板５の一方面に貼付する一方、フィルム３（第２フィルム３Ｂ）をホログラフィック材料層４（第２ホログラフィック材料層４Ｂ）を介して基板５の他方面に貼付する。

次に、干渉露光工程では、共通の光源から出射された光束を分割してなる物体光Ｌ１と参照光Ｌ２とを第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂに照射して干渉露光を行い、第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂに縞を形成する。

かかる構成の体積ホログラフィック素子１では、ホログラフィック材料層４、フィルム３、および基板５が体積ホログラフィック素子１の厚さ方向の中心（基板５）に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて対称となる順に積層されている。このため、体積ホログラフィック素子１に干渉縞を形成する際やホログラフィック材料層４を硬化させる際、ホログラフィック材料層４に膨張あるいは収縮が発生して体積ホログラフィック素子１に応力が加わっても、かかる応力は、体積ホログラフィック素子１の厚さ方向の中心に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて相殺される。従って、体積ホログラフィック素子１の撓みを抑制することができる。それ故、体積ホログラフィック素子１の縞（回折格子）を適正に形成することができる。

図２（ａ）、（ｂ）示す体積ホログラフィック素子１は平板状であったが、図２（ｃ）に示すように、ホログラフィック材料層４、フィルム３、および基板５が厚さ方向の一方側に撓んだ湾曲部１ａを設けてもよい。かかる湾曲部１ａは、例えば、各層を積層する際、湾曲した基板５を用いることによって構成することができる。また、図２（ｂ）に示す平板状の積層体を形成した後、干渉露光工程の前に、体積ホログラフィック素子１に湾曲部１ａを形成してもよい。また、図２（ｂ）に示す平板状の体積ホログラフィック素子１を形成した後、干渉露光工程の後、体積ホログラフィック素子１に湾曲部１ａを形成してもよく、この場合、湾曲部１ａが形成された後の形状に対する露光パターンで干渉露光工程を行う。

［実施の形態３］
図３は、本発明の実施の形態２に係る体積ホログラフィック素子１の説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、体積ホログラフィック素子１における各層の積層方法を示す説明図、体積ホログラフィック素子１の積層構造を示す説明図、および体積ホログラフィック素子１の変形例を示す説明図である。

図３（ｂ）に示すように、本形態の体積ホログラフィック素子１でも、実施の形態１と同様、回折格子が形成されたホログラフィック材料層４、ホログラフィック材料層４に接する透光性のフィルム３、フィルム３同士を接着する透光性の接着層６、および透光性の基板５が厚さ方向で対称となる順に積層されている。より具体的には、本形態の体積ホログラフィック素子１は、ホログラフィック材料層４として、第１ホログラフィック材料層４Ａと第２ホログラフィック材料層４Ｂとを備え、フィルム３として、第１フィルム３Ａと第２フィルム３Ｂとを備え、基板５として、第１基板５Ａと第２基板５Ｂとを備えている。このため、体積ホログラフィック素子１では、第１基板５Ａ、第１ホログラフィック材料層４Ａ、第１フィルム３Ａ、接着層６、第２フィルム３Ｂ、第２ホログラフィック材料層４Ｂ、および第２基板５Ｂの順に積層されている。接着層６は、加熱硬化性接着剤、湿気硬化性接着剤、２液混合硬化性接着剤や、粘着シートからなる。本形態では、第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂに縞からなる回折格子が構成されている。

従って、積層工程では、図３（ａ）に示すように、フィルム３（第１フィルム３Ａ）をホログラフィック材料層４（第１ホログラフィック材料層４Ａ）を介して第１基板５Ａの一方面に貼付する一方、別のフィルム３（第２フィルム３Ｂ）を別のホログラフィック材料層４（第２ホログラフィック材料層４Ｂ）を介して第２基板５Ｂの一方面に貼付する。次に、第１フィルム３Ａの第１ホログラフィック材料層４Ａ側とは反対側の面に接着剤や粘着シート等からなる接着層６を設けた後、図３（ｂ）に示すように、第１フィルム３Ａと第２フィルム３Ｂとを接着層６を介して接着する。

次に、干渉露光工程では、共通の光源から出射された光束を分割してなる物体光Ｌ１と参照光Ｌ２とを第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂに照射して干渉露光を行い、第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂに干渉縞を形成する。

かかる構成の体積ホログラフィック素子１では、ホログラフィック材料層４、フィルム３、接着層６、および基板５が体積ホログラフィック素子１の厚さ方向の中心（接着層６）に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて対称となる順に積層されている。このため、体積ホログラフィック素子１に干渉縞を形成する際やホログラフィック材料層４を硬化させる際、ホログラフィック材料層４に膨張あるいは収縮が発生して体積ホログラフィック素子１に応力が加わっても、かかる応力は、体積ホログラフィック素子１の厚さ方向の中心に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて相殺される。従って、体積ホログラフィック素子１の撓みを抑制することができる。それ故、体積ホログラフィック素子１の縞（回折格子）を適正に形成することができる。

図３（ａ）、（ｂ）に示す体積ホログラフィック素子１は平板状であったが、図３（ｃ）に示すように、ホログラフィック材料層４、フィルム３、および基板５が厚さ方向の一方側に撓んだ湾曲部１ａを設けてもよい。かかる湾曲部１ａは、例えば、各層を積層する際、湾曲した基板５を用いることによって構成することができる。また、図３（ｂ）に示す平板状の積層体を形成した後、干渉露光工程の前に、体積ホログラフィック素子１に湾曲部１ａを形成してもよい。また、図３（ｂ）に示す平板状の体積ホログラフィック素子１を形成した後、干渉露光工程の後、体積ホログラフィック素子１に湾曲部１ａを形成してもよく、この場合、湾曲部１ａが形成された後の形状に対する露光パターンで干渉露光工程を行う。

［実施の形態４］
図４は、本発明の実施の形態４に係る体積ホログラフィック素子１の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、体積ホログラフィック素子１における各層の積層方法を示す説明図、体積ホログラフィック素子１の積層構造を示す説明図、および体積ホログラフィック素子１の変形例を示す説明図である。

図４（ｂ）に示すように、本形態の体積ホログラフィック素子１でも、実施の形態１と同様、回折格子が形成されたホログラフィック材料層４、ホログラフィック材料層４に接する透光性のフィルム３、透光性の基板５、およびフィルム３と基板５とを接着する接着層６が厚さ方向で対称となる順に積層されている。より具体的には、本形態の体積ホログラフィック素子１は、接着層６として、第１接着層６Ａと第２接着層６Ｂとを備え、フィルム３として、第１フィルム３Ａと第２フィルム３Ｂとを備え、第１基板５Ａと第２基板５Ｂとを備えている。このため、体積ホログラフィック素子１では、基板５として、第１基板５Ａ、第１接着層６Ａ、第１フィルム３Ａ、ホログラフィック材料層４、第２フィルム３Ｂ、第２接着層６Ｂ、および第２基板５Ｂの順に積層されている。

従って、積層工程では、図４（ａ）に示すように、フィルム３同士をホログラフィック材料層４で貼り合わせる。より具体的には、一方面にホログラフィック材料層４を備えたフィルム３（第１フィルム３Ａ）の他方面を接着層６（第１接着層６Ａ）によって第１基板５Ａの一方面に貼付する一方、ホログラフィック材料層４を備えていない別のフィルム３（第２フィルム３Ｂ）を別の接着層６（第２接着層６Ｂ）によって第２基板５Ｂの一方面に接着する。次に、第１フィルム３Ａと第２フィルム３Ｂとをホログラフィック材料層４を介して貼り合わせる。

次に、干渉露光工程では、図４（ｄ）に示すように、共通の光源から出射された光束を分割してなる物体光Ｌ１と参照光Ｌ２とをホログラフィック材料層４に照射して干渉露光を行い、ホログラフィック材料層４に干渉縞を形成する。

次に、露光工程では、ホログラフィック材料層４に対して紫外線照射や加熱等を行い、ホログラフィック材料層４を硬化させる。その結果、体積ホログラフィック素子１が製造される。

かかる構成の体積ホログラフィック素子１では、図４（ｂ）に示すように、ホログラフィック材料層４、フィルム３、接着層６、および基板５が体積ホログラフィック素子１の厚さ方向の中心（ホログラフィック材料層４）に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて対称となる順に積層されている。このため、体積ホログラフィック素子１に干渉縞を形成する際やホログラフィック材料層４を硬化させる際、ホログラフィック材料層４に膨張あるいは収縮が発生して体積ホログラフィック素子１に応力が加わっても、かかる応力は、体積ホログラフィック素子１の厚さ方向の中心に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて相殺される。従って、体積ホログラフィック素子１の撓みを抑制することができる。それ故、体積ホログラフィック素子１の縞（回折格子）を適正に形成することができる。

図４（ａ）、（ｂ）に示す体積ホログラフィック素子１は平板状であったが、図４（ｃ）に示すように、ホログラフィック材料層４、フィルム３、および基板５が厚さ方向の一方側に撓んだ湾曲部１ａを設けてもよい。かかる湾曲部１ａは、例えば、各層を積層する際、湾曲した基板５を用いることによって構成することができる。また、図４（ｂ）に示す平板状の積層体を形成した後、干渉露光工程の前に、体積ホログラフィック素子１に湾曲部１ａを形成してもよい。また、図４（ｂ）に示す平板状の体積ホログラフィック素子１を形成した後、干渉露光工程の後、体積ホログラフィック素子１に湾曲部１ａを形成してもよく、この場合、湾曲部１ａが形成された後の形状に対する露光パターンで干渉露光工程を行う。

［実施の形態５］
図５は、本発明の実施の形態５に係る体積ホログラフィック素子１の説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、体積ホログラフィック素子１における各層の積層方法を示す説明図、体積ホログラフィック素子１の積層構造を示す説明図、および体積ホログラフィック素子１の変形例を示す説明図である。

図５（ｂ）に示すように、本形態の体積ホログラフィック素子１でも、実施の形態１と同様、回折格子が形成されたホログラフィック材料層４、ホログラフィック材料層４に接する透光性のフィルム３、透光性の基板５、およびフィルム３と基板５とを接着する接着層６が厚さ方向で対称となる順に積層されている。より具体的には、本形態の体積ホログラフィック素子１は、接着層６として、第１接着層６Ａと第２接着層６Ｂとを備え、フィルム３として、第１フィルム３Ａと第２フィルム３Ｂとを備え、基板５として、第１基板５Ａと第２基板５Ｂとを備え、ホログラフィック材料層４として、第１ホログラフィック材料層４Ａと第２ホログラフィック材料層４Ｂとを備えている。このため、体積ホログラフィック素子１では、第１基板５Ａ、第１接着層６Ａ、第１フィルム３Ａ、第１ホログラフィック材料層４Ａ、第２ホログラフィック材料層４Ｂ、第２フィルム３Ｂ、第２接着層６Ｂ、および第２基板５Ｂの順に積層されている。本形態では、第１ホログラフィック材料層４Ａと第２ホログラフィック材料層４Ｂとが一体のホログラフィック材料層４を構成しており、かかるホログラフィック材料層４に縞からなる回折格子が構成されている。

従って、積層工程では、図５（ａ）に示すように、フィルム３同士をホログラフィック材料層４で貼り合わせる。より具体的には、一方面にホログラフィック材料層４（第１ホログラフィック材料層４Ａ）を備えたフィルム３（第１フィルム３Ａ）の他方面を接着層６（第１接着層６Ａ）によって第１基板５Ａの一方面に貼付する一方、一方面にホログラフィック材料層４（第２ホログラフィック材料層４Ｂ）を備えた別のフィルム３（第２フィルム３Ｂ）の他方面を別の接着層６（第２接着層６Ｂ）によって第２基板５Ｂの一方面に接着する。次に、第１フィルム３Ａと第２フィルム３Ｂとをホログラフィック材料層４（第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂ）を介して貼り合わせる。

次に、干渉露光工程では、共通の光源から出射された光束を分割してなる物体光Ｌ１と参照光Ｌ２とをホログラフィック材料層４（第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂ）に照射して干渉露光を行い、ホログラフィック材料層４（第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂ）に干渉縞を形成する。

次に、硬化工程では、ホログラフィック材料層４に対して紫外線照射や加熱等を行い、ホログラフィック材料層４（第１ホログラフィック材料層４Ａおよび第２ホログラフィック材料層４Ｂ）を硬化させる。その結果、体積ホログラフィック素子１が製造される。

かかる構成の体積ホログラフィック素子１では、ホログラフィック材料層４、フィルム３、接着層６、および基板５が体積ホログラフィック素子１の厚さ方向の中心（ホログラフィック材料層４）に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて対称となる順に積層されている。このため、体積ホログラフィック素子１に干渉縞を形成する際やホログラフィック材料層４を硬化させる際、ホログラフィック材料層４に膨張あるいは収縮が発生して体積ホログラフィック素子１に応力が加わっても、かかる応力は、体積ホログラフィック素子１の厚さ方向の中心に対して厚さ方向の一方側と他方側とにおいて相殺される。従って、体積ホログラフィック素子１の撓みを抑制することができる。それ故、体積ホログラフィック素子１の干渉縞（回折格子）を適正に形成することができる。

図５（ａ）、（ｂ）に示す体積ホログラフィック素子１は平板状であったが、図４（ｃ）に示すように、ホログラフィック材料層４、フィルム３、および基板５が厚さ方向の一方側に撓んだ湾曲部１ａを設けてもよい。かかる湾曲部１ａは、例えば、各層を積層する際、湾曲した基板５を用いることによって構成することができる。また、図４（ｂ）に示す平板状の積層体を形成した後、干渉露光工程の前に、体積ホログラフィック素子１に湾曲部１ａを形成してもよい。また、図４（ｂ）に示す平板状の体積ホログラフィック素子１を形成した後、干渉露光工程の後、体積ホログラフィック素子１に湾曲部１ａを形成してもよく、この場合、湾曲部１ａが形成された後の形状に対する露光パターンで干渉露光工程を行う。また、本形態によれば、ホログラフィック材料層４を厚くできると言う利点があり、体積ホログラフィック素子１の回折効率を向上することができる。

［表示装置の構成例］
図６は、本発明を適用した体積ホログラフィック素子１を備えた表示装置１００の一態様を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は各々、光学系の一態様を示す説明図および表示装置１００の外観の一態様を示す説明図である。

図６（ａ）において、表示装置１００は、画像を表示するための光束を出射する光源部５１と、光源部５１から出射された光束を走査して画像とする走査ミラー２１を備えた走査光学系２０と、走査光学系２０により走査された光束Ｌ０を観察者の眼Ｅに入射させる導光系５２とを有しており、本形態において、導光系５２は、走査光学系２０からの出射側にリレーレンズ系５４と、投射レンズ系５５と、偏向部材５３とを有している。リレーレンズ系５４は、例えば、２つのレンズ５４１、５４２によって構成されている。本形態において、リレーレンズ系５４はアフォーカル光学系からなる。

光源部５１は、光変調前の光源光、または光変調した変調光を出射する。本形態において、光源部５１は、光変調した変調光を出射する変調光出射部として構成されている。より具体的には、光源部５１は、光源として、赤色光（Ｒ）を出射する赤色用レーザー素子５１１（Ｒ）、緑色光（Ｇ）を出射する緑色用レーザー素子５１１（Ｇ）、および青色光（Ｂ）を出射する青色用レーザー素子５１１（Ｂ）を有しているとともに、これらのレーザー素子の光路を合成する２つのハーフミラー５１２、５１３を有している。赤色用レーザー素子５１１（Ｒ）、緑色用レーザー素子５１１（Ｇ）および青色用レーザー素子５１１（Ｂ）は、制御部５９による制御の下、表示すべき画像の各ドットに対応する光強度に変調した光束を出射する。

走査光学系２０は、入射光を第１走査方向Ａ１、および第１走査方向Ａ１に交差する第２走査方向Ａ２に走査し、画像を生成する。従って、本形態では、光源部５１と走査光学系２０によって、画像光生成装置７０が構成されている。

画像光生成装置７０の走査光学系２０から出射された光束Ｌ０は、導光系５２においてリレーレンズ系５４および投射レンズ系５５を介して偏向部材５３に投射される。かかる走査光学系２０の動作も、制御部５９による制御の下、実施される。走査光学系２０は、例えば、シリコン基板等を用いてＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術により形成したマイクロミラーデバイスによって実現することができる。

本形態において、表示装置１００は、網膜走査方式の投射型表示装置として構成されている。このため、偏向部材５３の偏向面５３０は、投射された光束Ｌ０を偏向して出射し、観察者の眼Ｅに光束Ｌとして入射させる。本形態において、偏向部材５３の偏向面５３０には、本発明を適用した体積ホログラフィック素子１が設けられている。

かかる表示装置１００（網膜走査方式の投射型表示装置）では、走査光学系２０によって、第１走査方向Ａ１、および第１走査方向Ａ１に対して交差する第２走査方向Ａ２に走査された光束Ｌ０（画像光）が偏向部材５３の偏向面５３０（体積ホログラフィック素子１）で、第１走査方向Ａ１に対応する第１入射方向Ｃ１、および第２走査方向Ａ２に対応する第２入射方向Ｃ２に偏向されて瞳孔Ｅ１を介して網膜Ｅ２に到達することにより、利用者に画像を認識させる。本形態において、体積ホログラフィック素子１は部分反射型ホログラフィック素子であり、偏光部材５３は、部分透過反射性のコンバイナーである。このため、外光も偏向部材５３（コンバイナー）を介して眼に入射するため、利用者は、表示装置１００で形成した画像と外光（背景）とが重畳した画像を認識することができる。すなわち、表示装置１００は、シースルー型の網膜走査型投射装置として構成されている。

また、表示装置１００において、走査光学系２０から偏向部材５３に到る光路（走査光学系２０から導光系５２に到る光路、または導光系５２の光路）には、後述する回折素子を用いた光束径拡大素子１０が配置されている。光束径拡大素子１０は、走査光学系２０から出射された光束を第１走査方向Ａ１（第１入射方向Ｃ１）に対応する第１拡大方向Ｂ１、および第２走査方向Ａ２（第２入射方向Ｃ２）に対応する第２拡大方向Ｂ２のうちの少なくとも一方に拡大する。

このように構成した表示装置１００を、シースルー型のヘッドマウントディスプレイ（アイグラスディスプレイ）として構成する場合、図６（ｂ）に示すように、表示装置１００は、眼鏡のような形状に形成される。また、観察者の左右の眼Ｅの各々に変調光を入射させる場合、表示装置１００は、左眼用の偏向部材５３および左眼用の偏向部材５３を前部分６１で支持するフレーム６０を有しており、フレーム６０の左右のテンプル６２の各々に、図６（ａ）を参照して説明した光学部品を含む光学ユニット５６が設けられる。ここで、光学ユニット５６には、光源部５１、走査光学系２０、リレーレンズ系５４、光束径拡大素子１０、および投射レンズ系５５の全てが設けられることがある他、光学ユニット５６には、走査光学系２０、リレーレンズ系５４、光束径拡大素子１０、および投射レンズ系５５のみを設け、光学ユニット５６と光源部５１とを光ケーブル等で接続してもよい。

１・・体積ホログラフィック素子、１ａ・・湾曲部、３・・フィルム、３Ａ・・第１フィルム、３Ｂ・・第２フィルム、４・・ホログラフィック材料層、４Ａ・・第１ホログラフィック材料層、４Ｂ・・第２ホログラフィック材料層、５・・基板、５Ａ・・第１基板、５Ｂ・・第２基板、６・・接着層５１・・光源部、６Ａ・・第１接着層、６Ｂ・・第２接着層、８・・保護シート、９・・積層体、１０・・光束径拡大素子、２０・・走査光学系、１００・・表示装置、５２・・導光系、５３・・偏向部材、５６・・光学ユニット、６０・・フレーム、７０・・画像光生成装置、５３０・・偏向面、Ｅ・・観察の眼、Ｌ１・・物体光、Ｌ２・・参照光

Claims

透光性の第１基板と、
透光性の第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、回折格子が形成された第１ホログラフィック材料層と、
前記第２基板と前記第１ホログラフィック材料層との間に配置され、回折格子が形成された第２ホログラフィック材料層と、
前記第１ホログラフィック材料層と前記第２ホログラフィック材料層との間に配置された透光性の第１フィルムと、
を有することを特徴とする体積ホログラフィック素子。
透光性の第１フィルムと、
透光性の第２フィルムと、
前記第１フィルムと前記第２フィルムとの間に配置され、回折格子が形成された第１ホログラフィック材料層と、
前記第２フィルムと前記第１ホログラフィック材料層との間に配置され、回折格子が形成された第２ホログラフィック材料層と、
前記第１ホログラフィック材料層と前記第２ホログラフィック材料層との間に配置された透光性の第１基板と、を有することを特徴とする体積ホログラフィック素子。
請求項１に記載の体積ホログラフィック素子において、
さらに、前記第２ホログラフィック材料層と前記第１フィルムとの間に配置された、透光性の第２フィルムと、
前記第１フィルムと前記第２フィルムとの間に配置された第１接着層と、
を有することを特徴とする体積ホログラフィック素子。
透光性の第１基板と、
透光性の第２基板と、
前記第１基板と前記２基板との間に配置された第１接着層と、
前記第２基板と前記第１接着層との間に配置された第２接着層と、
前記第１接着層と前記第２接着層との間に配置された透光性の第１フィルムと、
前記第２接着層と前記第１フィルムとの間に配置された透光性の第２フィルムと、
前記第１フィルムと前記第２フィルムとの間に配置され、回折格子が形成された第１ホログラフィック材料層と、
を有することを特徴とする体積ホログラフィック素子。
請求項４に記載の体積ホログラフィック素子において、
さらに、前記第２フィルムと前記第１ホログラフィック材料層との間に配置され、回折格子が形成された第２ホログラフィック材料層を有することを特徴とする体積ホログラフィック素子。
請求項１乃至５の何れか一項に記載の体積ホログラフィック素子において、
前記第１ホログラフィック材料層は、厚さ方向の一方側に撓んだ湾曲部を有していることを特徴とする体積ホログラフィック素子。
請求項１乃至６の何れか一項に記載の体積ホログラフィック素子と、
画像光生成装置と、
前記画像光生成装置から出射された画像光を導光する導光系と、
を含むことを特徴とする表示装置。
請求項７に記載の表示装置において、
前記導光系は、前記画像光生成装置から出射された画像光を投射する投射光学系と、前記投射光学系から投射された画像光を観察者の眼に向けて偏向する偏向部材と、を備え、
前記偏向部材は、前記体積ホログラフィック素子を含んでいることを特徴とする表示装置。