JP2020187356A - ホログラフィック光学素子、ホログラフィック光学素子製造装置及びホログラフィック光学素子製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可視光の全域において目的の機能を実現可能であり、且つ、低コストにて製造可能なホログラフィック光学素子及びその製造装置等を提供する。【解決手段】参照光用平面ミラー１１４及び信号光用平面ミラー１１７の角度を変化させることにより、信号平行光１１８と円筒波様参照光１２３の記録媒体１２４に対する相対的な照射角度を変化させ、間隔の異なる複数の干渉縞を発生させつつ、当該複数の干渉縞を記録媒体１２４に多重露光させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラフィック光学素子と、当該ホログラフィック光学素子を製造するホログラフィック光学素子製造装置及びホログラフィック光学素子製造方法に関し、特に、ホログラフィック回折格子を備えたホログラフィック光学素子と、その製造装置及び製造方法に関する。

従来、ホログラム技術を用いたホログラフィック回折格子等のホログラフィック光学素子及びその製造装置が実用化されるに至っている（例えば、非特許文献１）。特に、近年では、拡張現実（ＡＲ）を実現するため、透過型のヘッドマウントディスプレイ（以下、「ＨＭＤ」という。）やヘッドアップディスプレイ等の表示装置が各種提案されている（例えば、特許文献１）。この種の表示装置にホログラフィック光学素子を応用することにより、広い視野角を実現しつつ、高画質、低コストな表示装置を実現できるものと期待されている。

ここで、従来のホログラフィック回折格子は、光源から出射される露光用のソースビームを、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）によってＳ偏光の信号光とＰ偏光の参照光に分岐し、ＰＢＳを透過した信号光をλ／２板によって、Ｓ偏光に変換し、偏光方向を揃えて、感光材料により構成される記録媒体に照射することにより、信号光及び参照光を干渉させ、その干渉縞を記録媒体に露光させる、いわゆる２光束干渉計を用いて製造される（例えば、非特許文献１）。

シグマ光機株式会社、"グレーティング露光装置" 検索［平成３１年４月２１日検索］、インターネット＜ＵＲＬｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｇｌｏｂａｌ−ｏｐｔｏｓｉｇｍａ．ｃｏｍ／ｊｐ／ｃａｔｅｇｏｒｙ／ｏｐｔ／ｏｐｔ０７．ｈｔｍｌ＞

特開２０１９−１２２５９号公報

ところで、上記従来の２光束干渉計を用いて製造されるホログラフィック光学素子は、基本的に露光に利用した波長でのみ正しく機能し、露光時と別の波長を用いると、目的とは異なる機能を発揮することになる。このため、可視光全域の波長にて目的の機能を実現可能なホログラフィック光学素子を製造しようとすると、可視光の全域にて波長多重露光を行う必要が生じる。しかしながら、記録媒体を構成する感光材料は、可視光の全域に感度を持つわけではなく、一部の波長にしか感度を持たない。可視光の全域に感度を持たせるため、複数の感光材料を混ぜた記録媒体を利用する方法も考えられるが、この場合には、露光用のソースビームの波長も可視光全域で変更しなければならず、非常に大掛かりな製造装置が必要となり、製造コストを削減することが難しい。

本発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、可視光の全域において目的の機能を実現可能であり、且つ、低コストにて製造可能なホログラフィック光学素子及びその製造装置等を提供することにある。

（１）上述した課題を解決するため、本発明のホログラフィック光学素子は、各々異なる格子間隔及び格子曲面を有する複数のホログラフィック回折格子、又は、各々向きの異なる回折平面を含む複数のホログラフィック回折格子が互いに重なり合って形成される構成を有している。

この結果、本発明のホログラフィック光学素子は、格子間隔及び格子曲面の異なる複数のホログラフィック回折格子、又は、各々向きの異なる回折平面を含むホログラフィック回折格子が、各々、異なる波長の光に対して目的の機能を実現するので、可視光の全域にて目的の機能を実現できる。また、格子間隔及び格子曲面の異なる複数のホログラフィック回折格子、又は、各々向きの異なる回折平面を含むホログラフィック回折格子は、信号光と参照光を記録媒体に照射する際の相対的な角度を変化させることにより形成できるので、単一波長のソースビームを用いて、製造することができ、低コスト化を実現できる。

（２）また、上記構成において、前記複数のホログラフィック回折格子が、各々屈折率の異なる層として三次元的に積層された層構造を有する構成を採用してもよい。

この構成により、本発明のホログラフィック光学素子は、記録媒体に対して相対的な照射角度を変化させつつ、信号光及び参照光を照射することにより、１の記録媒体に三次元の層構造を構築して、可視光の全域に対して目的の機能を実現することができる。

（３）また、請求項２に記載の構成において、対応波長に応じて異なる数の前記層を有し、当該対応波長の平行光が照射された場合に、当該平行光を回折させ、ラインフォーカスさせる構成を採用してもよい。

この構成により、本発明のホログラフィック光学素子は、一軸に曲率を有する理想的な円筒レンズとしての機能を実現することができ、通常の円筒レンズのような収差の発生を防止して、集光精度を向上させることができる。

（４）また、請求項３に記載の構成において、前記層が、前記回折された光の集光される位置及び回折された光の向きに応じた形状を有する構成を採用してもよい。

この構成により本発明のホログラフィック光学素子は、各層に対応する波長の平行光が照射された場合に、異なる位置にラインフォーカスが形成されるように平行光を集光することができるので、複数の円筒レンズの機能を１のホログラフィック光学素子により実現することができ、低コストであり、且つ、省スペースな光学素子を実現することができる。

（５）また、請求項３又は４に記載の構成において、前記層が、前記ラインフォーカスから広がる光が照射された場合に、当該ラインフォーカスから広がる光を回折させ、当該ラインフォーカスの位置と向きに応じた向きを有する平行光を生じさせる形状を有する構成を採用してもよい。

本発明のホログラフィック光学素子を構成する層の形状は、信号光と参照光を記録媒体に照射する際の相対的な角度を変化させることにより変更できるので、大掛かりな製造装置を用いることなく、単一波長のソースビームを用いて製造できるとともに、この構成により光学素子としての汎用性を向上させることができる。

（６）また、本発明のホログラフィック光学素子製造装置は、所定の波長領域に対して感度を有する感光材料によって構成された記録媒体を露光させて、ホログラフィック光学素子を製造するためのホログラフィック光学素子製造装置であって、単一波長の露光用ソースビームを出射する光源と、前記ソースビームを信号光及び参照光に分岐させるビームスプリッタと、前記信号光を、第１光路を介して前記記録媒体に照射させる信号光照射手段と、前記参照光を、第２光路を介して前記記録媒体に照射させることにより、前記信号光照射手段によって照射される前記信号光と前記参照光を干渉させて、干渉縞を発生させ、当該発生した干渉縞を前記記録媒体に露光させる参照光照射手段と、を有し、前記信号光照射手段が、前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度を調整する信号光照射角調整手段を有するとともに、前記参照光照射手段が、前記記録媒体に対する前記参照光の照射角度を調整する参照光照射角調整手段を有し、前記信号光照射角調整手段が、発生させる前記干渉縞の間隔に応じて、前記信号光の照射角度を調整するとともに、前記参照光照射角調整手段が、前記調整された信号光の照射角度に応じて、前記参照光の前記記録媒体に対する照射角度を調整することにより前記干渉縞の間隔を変化させつつ、各々、間隔の異なる複数の干渉縞を発生させて、当該発生させた複数の干渉縞を前記記録媒体に多重露光させる構成を有している。

この構成により、本発明のホログラフィック光学素子製造装置は、記録媒体に対する信号光と参照光の相対的な照射角度を調整することにより、各々異なる格子間隔及び格子曲面を有する複数のホログラフィック回折格子、又は、各々向きの異なる回折平面を有する複数のホログラフィック回折格子を記録媒体に多重露光させることができるので、単一波長のソースビームを用いて複数の波長に対応可能なホログラフィック回折格子を露光させることができる。従って、本発明のホログラフィック光学素子製造装置は、大掛かりな装置構成を採用することなく、可視光の全域に対して目的の機能を達成可能であり、且つ、低コストなホログラフィック光学素子を製造することができる。

（７）また、請求項６に記載の構成において、前記信号光照射角調整手段が、前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度を所定値ずつ変化させるとともに、前記参照光照射角調整手段が、前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度の変化に追随して、前記参照光の前記信号光に対する相対的な照射角度を変化させることにより、前記間隔の異なる複数の干渉縞を発生させ、当該発生した複数の干渉縞を前記記録媒体に多重露光させる構成を採用してもよい。

この構成により、信号光及び参照光の記録媒体に対する相対的な照射角度を順次所定値ずつ変化させて、間隔の異なる干渉縞を複数回発生させつつ、当該複数の干渉縞を多重露光して、各々異なる格子間隔及び格子曲面を有する複数のホログラフィック回折格子、又は、各々向きの異なる回折平面を有する複数のホログラフィック回折格子が重なり合って構成される本発明のホログラフィック光学素子を製造することができる。

（８）また、請求項６又は７に記載の構成において、前記信号光照射角調整手段が、前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度を二次元的又は三次元的に変化させる構成を採用してもよい。

この構成により、本発明のホログラフィック光学素子製造装置は、記録媒体に対する信号光の照射角度を二次元的又は三次元的に変化させることができるので、記録媒体に露光される干渉縞の形状を細かく調整し、各種機能を実現可能なホログラフィック光学素子を製造することができる。

（９）また、請求項８に記載の構成において、前記信号光照射角調整手段によって調整された前記信号光の照射角度に応じて、前記記録媒体の位置を調整する記録媒体位置調整手段をさらに設ける構成としてもよい。

この構成により、本発明のホログラフィック光学素子製造装置は、信号光の照射角度を二次元的又は三次元的に変化させた場合においても、記録媒体上の所望の位置に信号光が照射されるように記録媒体の位置を調整でき、高精度に本発明のホログラフィック光学素子を製造できる。

（１０）また、請求項９に記載の構成において、前記記録媒体位置調整手段が、前記記録媒体を所定方向に対して直線的に移動させる記録媒体用直線移動手段と、前記記録媒体を高さ方向に移動させる記録媒体高さ調整手段と、を備え、前記信号光照射角調整手段が、前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度を三次元的に変化させることにより調整された前記信号光の照射角度に応じて、前記記録媒体の位置を調整する構成を採用してもよい。

この構成により、本発明のホログラフィック光学素子製造装置は記録媒体を二軸方向に移動させることができるので、記録媒体に対する信号光の照射角度を三次元的に変化させた場合においても、記録媒体上の所望の位置に信号光が照射されるように記録媒体の位置を詳細に調整することができ、高精度に本発明のホログラフィック光学素子を製造できる。

（１１）また、請求項９に記載の構成において、前記記録媒体位置調整手段が、前記記録媒体を所定の平面内において二次元的に移動させる記録媒体用平面移動手段と、前記記録媒体を高さ方向に移動させる記録媒体高さ調整手段と、を備え、前記信号光照射角調整手段が、前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度を三次元的に変化させることにより調整された前記信号光の照射角度に応じて、前記記録媒体の位置を調整する構成を採用してもよい。

この構成により、本発明のホログラフィック光学素子製造装置は、記録媒体の位置を三次元的に調整できるので、記録媒体に対する信号光の照射角度を三次元的に変化させた場合においても、記録媒体上の所望の位置に信号光が照射されるように記録媒体の位置を詳細に調整することができ、高精度に本発明のホログラフィック光学素子を製造できる。

（１２）また、請求項９に記載の構成において前記記録媒体位置調整手段が、前記記録媒体を所定の平面内において二次元的に移動させる記録媒体用平面移動手段と、前記記録媒体の傾きを変化させる記録媒体傾斜角変更手段と、を備え、前記信号光照射角調整手段が、前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度を二次元的に変化させるとともに、前記参照光照射角調整手段が、前記調整された信号光の照射角度に応じて、前記参照光の前記記録媒体に対する照射角度を調整し、前記記録媒体傾斜角変更手段が、前記信号光及び前記参照光の照射角度に応じて、前記記録媒体の傾きを変化させることにより、前記記録媒体に対する前記信号光及び前記参照光の相対的な照射角度を三次元的に変化させる構成を採用してもよい。

この構成により、本発明のホログラフィック光学素子製造装置は、信号光照射角調整手段として、信号光の照射角度を二次元的にのみ変更可能な簡易な調整機構（例えば後述の信号光用回転ステージ１１５等）を採用した場合であっても、記録媒体の傾きを変更することより、記録媒体に対する信号光及び参照光の相対的な照射角度を三次元的に調整しつつ、記録媒体上の所望の位置に信号光及び参照光が照射されるように調整を行い、各々異なる格子間隔及び格子曲面を有する複数のホログラフィック回折格子、又は、各々向きの異なる回折平面を有する複数のホログラフィック回折格子を記録媒体に多重露光させることができ、簡易な装置構成にて高精度に本発明のホログラフィック光学素子を製造できる。

（１３）また、請求項１２に記載の構成において、前記記録媒体位置調整手段が、前記記録媒体を高さ方向に移動させる記録媒体高さ調整手段をさらに備える構成を採用してもよい。

この構成により本発明のホログラフィック光学素子製造装置は、記録媒体の位置を三次元的に調整しつつ、記録媒体の傾きを変更することより、記録媒体に対する信号光及び参照光の相対的な照射角度を三次元的に調整することができるので、装置設定を容易化しつつ、高精度にホログラフィック光学素子を製造することができる。

（１４）また、請求項６〜１３のいずれか１項に記載の構成において、前記参照光照射手段が、一軸に曲率を有する円筒レンズを有し、当該円筒レンズにより前記参照光をラインフォーカスさせた後、前記ラインフォーカスから広がる前記参照光（円筒波様参照光）を前記記録媒体に照射させる構成を採用してもよい。

この構成により、本発明のホログラフィック光学素子製造装置は、一軸に曲率を有する理想的な円筒レンズと同様の機能を実現可能なホログラフィック光学素子を製造できる。

（１５）また、本発明のホログラフィック光学素子製造方法は、所定の波長領域に対して感度を有する感光材料によって構成された記録媒体に対して、単一波長のソースビームを分岐して生成した信号光及び参照光を、各々異なる光路で照射することにより前記信号光と前記参照光を干渉させ、当該干渉により発生する干渉縞を前記記録媒体に露光させて、ホログラフィック光学素子を製造するホログラフィック光学素子製造方法であって、前記信号光と前記参照光の前記記録媒体に対する相対的な照射角度を変化させることにより、前記干渉縞の間隔を変化させつつ、各々、間隔の異なる複数の干渉縞を発生させて、当該発生させた複数の干渉縞を前記記録媒体に多重露光させる構成を有している。

本発明のホログラフィック光学素子及びその製造装置並びに製造方法は、可視光の全域において目的の機能を実現可能なホログラフィック光学素子を低コストに提供することができる。

本発明の第１実施形態におけるホログラフィック光学素子の製造システムの構成を示すシステム構成図である。 第１実施形態の製造装置において形成される信号平行光とラインフォーカスから広がる円筒波様参照光の干渉によって形成される干渉縞を説明するための図である。 第１実施形態の製造装置において露光波長を５３２ｎｍとし、垂直方向角度を１０°とした場合における信号光用回転ステージの回転角と波長の関係を示すグラフである。 第１実施形態の製造装置において露光波長を５３２ｎｍとし、垂直方向角度を−１０°〜１０°とした場合におけるゴニオステージの回転角と垂直方向角度の関係を示すグラフである。 第１実施形態の製造装置において、信号光平行光の結果的な水平方向角度範囲を示す図である。 第１実施形態の製造装置において、露光波長を５３２ｎｍとし、垂直方向角度を１０°とした場合における参照光用回転ステージの回転角と波長の関係を示すグラフである。 第１実施形態の製造システムにおいて情報処理装置が実行する処理を示すフローチャート（その１）である。 第１実施形態の製造システムにおいて情報処理装置が実行する処理を示すフローチャート（その２）である。 第１実施形態の製造システムにおいて、１の波長に対応するホログラフィック回折格子を製造する際における製造装置の光学系の変化状態を示す図（その１）である。 第１実施形態の製造システムにおいて、１の波長に対応するホログラフィック回折格子を製造する際における製造装置の光学系の変化状態を示す図（その２）である。 第１実施形態の製造システムにより製造されるホログラフィック回折格子の三次元構造の一例を示す図であり、（Ａ）及び（Ｂ）には、白色の平行光が照射された場合に、ホログラフィック回折格子における図面上下方向の中央部付近にラインフォーカスさせる場合のホログラフィック回折格子の一構造例を示すとともに、（Ｃ）及び（Ｄ）には、ホログラフィック回折格子ＨＧの下側に向けてラインフォーカスさせる場合のホログラフィック回折格子の一構造例を示している。 本発明の変形例２におけるホログラフィック導光板を用いたヘッドマウントディスプレイの一構成例を示す図（その１）である。 変形例２におけるホログラフィック導光板を用いたヘッドマウントディスプレイの一構成例を示す図（その２）である。 変形例２におけるホログラフィック導光板を用いたヘッドマウントディスプレイの一構成例を示す図（その３）である。 本発明の第２実施形態におけるホログラフィック光学素子の製造システムの構成を示すシステム構成図である。 第２実施形態の製造システムにおいて、ホログラフィック回折格子を製造する際における製造装置の光学系の変化状態の一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、ホログラフィック光学素子としてのホログラフィック回折格子及び当該ホログラフィック回折格子の製造装置に本発明を適用した場合の実施形態である。但し、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。

［Ａ］第１実施形態
［Ａ．１］ホログラフィック光学素子製造システム１Ａの全体構成
まず、図１を用いて、本発明の一実施形態におけるホログラフィック光学素子製造システム１Ａ（以下、「製造システム１Ａ」という。）の構成について説明する。なお、図１は、本実施形態の製造システム１Ａの構成を示す図である。また、図１においては、製造システム１Ａ内におけるｘｙｚ空間内における方向を規定するため、ｘｙｚの各軸の方向を矢印にて示している。

本実施形態の製造システム１Ａは、後述する記録媒体１２４上に対して後述するホログラフィック回折格子ＨＧを記録（露光）させるための光学系を含む製造装置１０Ａと、製造装置１０Ａに対して、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）４８８等の有線通信インターフェースやＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ｂ、ｇ、ｎ、ａｃ等の無線インターフェースにより接続され、製造装置１０Ａにおける光学系の後述するステージに関する調整処理等を実行する情報処理装置２０と、を有し、所定波長域の光に対してのみ感度を有する感光材料により構成される記録媒体１２４及び当該感光材料が感度を有する単一波長（例えば、波長λ_０）の光（すなわち、図１のソースビームＳＢ）を用いつつ、可視光全域の光に対して目的の機能を実現しうる反射型体積ホログラフィック回折格子ＨＧ（以下「ホログラフィック回折格子ＨＧ」という。）を製造するためのものである。

ここで、上述のように、単一波長のソースビームＳＢを用いて、記録媒体１２４上にホログラフィック回折格子ＨＧを形成した場合には、当該ソースビームＳＢに対応する波長（例えば、波長λ_０のソースビームＳＢを用いた場合にはλ_０）以外の波長（例えば、λ_１、λ_２、λ_３・・・）の光に対して、目的の機能を実現することができず、可視光全域において目的の機能を実現可能なホログラフィック回折格子ＨＧを製造することが難しい。

一般に、回折格子における回折現象は、回折格子の方程式に従い、透過型及び反射型の回折格子の各々について、以下の関係が成立する。

（１）透過型回折格子の場合、

（２）反射型回折格子の場合、

なお、これらの式においてαは、入射光と回折格子法線とのなす角（すなわち入射角）、βは、回折光と回折格子法線とのなす角（すなわち、回折角）、ｄは格子間隔、λは波長、ｍは、回折光の次数を示している。

以上のように波長λの光の回折格子における光の回折は、回折格子の格子間隔ｄに依存するので、可視光全域の波長を有する白色光において目的の機能を実現するためには、ホログラフィック回折格子ＨＧの構造を工夫する必要性がある。

そこで、本実施形態の製造システム１Ａにおいては、各々、格子間隔ｄの異なる複数のホログラフィック回折格子を記録媒体１２４上に多重露光させ、可視光全域の光に対して目的の機能を実現可能なホログラフィック回折格子ＨＧを製造する機能を実現する。そして、本実施形態の製造システム１Ａにおいて製造されるホログラフィック回折格子ＨＧにおいては、白色の平行光が入射された際に、当該平行光を回折させ、ラインフォーカスする一方、ラインフォーカスされた白色光からの広がり光が入射された際に、当該広がり光を回折させ、平行光を発生させる円筒レンズと同様の機能が実現されるようになっている。なお、本実施形態の製造システム１Ａによって製造されるホログラフィック回折格子ＨＧの製造方法及び具体的な構造に関しては、後に詳述する。

［Ａ．２］製造装置１０Ａの具体的構成
上記ホログラフィック回折格子ＨＧを製造するため、本実施形態の製造装置１０Ａは、単一波長レーザにより構成される光源１１１を有しており、この光源１１１からビームスプリッタ１１２に対してソースビームＳＢが入射される構成になっている。ビームスプリッタ１１２は、光源１１１から入射されるソースビームＳＢを、信号光ＳＬと参照光ＲＬの２つに分岐させ、信号光ＳＬを信号光用平面ミラー１１７に入射させるとともに、参照光ＲＬを参照光用平面ミラー１１４に入射させる。

このようにしてビームスプリッタ１１２により分岐された信号光ＳＬと参照光ＲＬを信号光用平面ミラー１１７及び参照光用平面ミラー１１４に入射させるため、（ａ）ビームスプリッタ１１２と、（ｂ）信号光用平面ミラー１１７と、（ｃ）参照光用平面ミラー１１４は、その高さ（すなわち、ｚ軸方向の位置）が合わされた構成になっている。なお、ビームスプリッタ１１２は、例えば、ハーフミラーを用いて、信号光ＳＬと参照光ＲＬが１：１の強度となるように、ソースビームＳＢを分岐する構成を採用してもよい。また、ビームスプリッタ１１２をＰＢＳにより構成し、偏光方向に応じてＰ偏光を信号光ＳＬ、Ｓ偏光を参照光ＲＬとして分岐させる構成を採用してもよい。この場合には、ビームスプリッタ１１２から信号光用平面ミラー１１７までの間に図示せぬλ／２板を設け、信号光ＳＬと参照光ＲＬの偏光方向を揃える構成を採用すればよい。さらにソースビームＳＢの波長については、任意であり、記録媒体１２４を構成する感光材料が感度を有する波長であれば、どのような波長のものを用いてもよい。

信号光用平面ミラー１１７は、ビームスプリッタ１１２から入射される信号光ＳＬを反射して、信号平行光１１８として記録媒体１２４に入射させる。この信号光用平面ミラー１１７は、信号光用回転ステージ１１５の上に設けられたゴニオステージ１１６上に載置されており、信号光用回転ステージ１１５を、ｚ軸を中心に回転させることにより、信号光ＳＬの入射方向に対する信号光用平面ミラー１１７の角度を変化させて、信号平行光１１８の出射方向（すなわち、反射方向）をｘｙ平面内において変化させることができるとともに、ゴニオステージ１１６により信号光用平面ミラー１１７の傾きを変化させることにより、信号平行光１１８の出射方向をｚ軸方向に変化させることができるようになっている。なお、例えば、本実施形態の信号光用平面ミラー１１７と信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６は、後述するステージ駆動回路１３０及び情報処理装置２０と連動して、本発明の「信号光照射手段」を構成するとともに、信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６は、ステージ駆動回路１３０及び情報処理装置２０と連動して、本発明の「信号光照射角調整手段」を構成する。

この構成により、本実施形態の製造装置１０Ａは、信号光用平面ミラー１１７において反射される信号光ＳＬ（すなわち、信号平行光１１８）の出射方向をｘｙｚ空間内において意図した方向に変化させ、信号平行光１１８の記録媒体１２４に対する照射角度を三次元的に変化させることが可能となっている。

一般に、透過型表示パネル（例えば、透過型ＨＭＤ用表示パネルやヘッドアップディスプレイの光コンバイナ等）にホログラフィック回折格子ＨＧを用いた場合に実現される上下方向（図１におけるｚ軸方向）の視野角は、ホログラフィック回折格子ＨＧの露光時に信号平行光１１８を記録媒体１２４に対して照射する際におけるｚ軸方向の角度変位量に依存し、ｚ軸方向の角度変位量の２倍程度となる。従って、本実施形態の製造システム１を用いて記録媒体１２４上にホログラフィック回折格子ＨＧを露光する際に、ゴニオステージ１１６により信号平行光１１８のｚ軸方向における角度を１０°程度変位させることにより、上下方向に約２０°程度の視野角を持つ透過型表示パネルを実現することができる。

一方、ゴニオステージ１１６によって信号平行光１１８の出射方向をｚ軸方向に変化させ、又は、信号光用回転ステージ１１５により信号光用平面ミラー１１７を回転させた場合には、記録媒体１２４上の所望の位置に信号平行光１１８を入射させることが難しくなってしまう。そこで、本実施形態の製造装置１０Ａにおいては、記録媒体用直線移動ステージ１２５上に、高さ調整ステージ１２６を設け、この高さ調整ステージ１２６上に記録媒体１２４を載置する構成を採用することとした。

この記録媒体用直線移動ステージ１２５は、ｘｙ平面内における所定方向（例えば、ｙ軸方向）に対して記録媒体１２４を直線状に移動可能な構成になっているとともに、高さ調整ステージ１２６は、ｚ軸方向（すなわち、高さ方向）に対して記録媒体１２４を移動させることが可能な構成になっており、信号光用回転ステージ１１５により信号光用平面ミラー１１７を回転させ、又は、ゴニオステージ１１６により信号光用平面ミラー１１７の傾きを変化させて、信号平行光１１８の出射方向をｘｙｚ空間内において三次元的に変化させた際に、記録媒体用直線移動ステージ１２５及び高さ調整ステージ１２６を信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６と連動させつつ、動かすことにより記録媒体１２４の位置をｘｙｚ空間内にて移動させ、信号平行光１１８が、記録媒体１２４上の所望の位置に照射されるように記録媒体１２４の位置を調整する構成が採用されている。なお、ホログラフィック回折格子ＨＧの製造時における信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６の回転角及び記録媒体用直線移動ステージ１２５の移動量に関しては、後に詳述する。また、本実施形態の記録媒体用直線移動ステージ１２５及び高さ調整ステージ１２６は、ステージ駆動回路１３０及び情報処理装置２０と連動して、例えば、本発明の「録媒体位置調整手段」を構成するとともに、各々、ステージ駆動回路１３０及び情報処理装置２０と連動して、本発明の「記録媒体用直線移動手段」及び「記録媒体高さ調整手段」を構成する。さらに、記録媒体１２４の位置を細かく調整するためには、記録媒体用直線移動ステージ１２５としてｘ軸及びｙ軸の二軸方向に記録媒体１２４の位置を調整可能なステージを利用して、このステージと高さ調整ステージ１２６により記録媒体１２４の位置をｘｙｚの三軸方向に調整可能とすることが望ましいが、装置構成が複雑化するとともに、位置調整が複雑になるため、本実施形態においては、説明の理解を容易化するため、記録媒体用直線移動ステージ１２５として所定方向（具体的にはｙ軸方向）に対してのみ位置を調整可能な構成のものを用いるものとして説明を行い、二軸方向に調整可能なステージ（後述の記録媒体用平面移動ステージ１４０）を用いる場合については、第３実施形態にて説明を行うものとする。

次いで、参照光用平面ミラー１１４は、ビームスプリッタ１１２から入射される参照光ＲＬを反射して、参照平行光１１９として円筒レンズ系１２２に入射させる。この参照光用平面ミラー１１４は、参照光用直線移動ステージ１２１上に設けられた参照光用回転ステージ１１３上に載置されており、参照光用回転ステージ１１３を、ｚ軸を中心として回転させることにより、参照平行光１１９の出射方向をｘｙ平面内において変化させることが可能になっている。なお、例えば、本実施形態の参照光用回転ステージ１１３と、参照光用直線移動ステージ１２１は、円筒レンズ用直線移動ステージ１２０、ステージ駆動回路１３０及び情報処理装置２０と連動して、本発明の「参照光照射角調整手段」を構成する。

ここで、入射平面波の向きに対して回折される光の集光位置を決めるためには、信号光ＳＬの向きとラインフォーカス１２７の位置を制御する必要がある。そこで、本実施形態の製造装置１０Ａにおいては、参照光用回転ステージ１１３を参照光用直線移動ステージ１２１上に設ける構成を採用し、信号平行光１１８の向きに合わせて記録媒体用直線移動ステージ１２５を移動させた場合には、これに合わせて、参照光用直線移動ステージ１２１をｘｙ平面内において移動させ、記録媒体１２４に対して信号光用平面ミラー１１７と参照光用平面ミラー１１４を対称な位置に移動させる構成を採用することとした。なお、ホログラフィック回折格子ＨＧの製造時における参照光用回転ステージ１１３の回転角及び記録媒体用直線移動ステージ１２５の移動量に関しては、後に詳述する。

円筒レンズ系１２２は、例えば、一軸に曲率を有するレンズ単体、又は、同様のレンズを複数枚組み合わせた構成を有し、参照光用平面ミラー１１４よって反射された参照平行光１１９が入射されると、当該参照平行光１１９を集光して、円筒波様参照光１２３として記録媒体１２４上に照射させる。このとき、円筒波様参照光１２３は、円筒レンズ系１２２の後焦点の位置において一度直線状に集光されてラインフォーカス１２７を形成した後、再度広がりつつ、記録媒体１２４に照射される。なお、円筒レンズ系１２２は、一般的な円筒レンズによって構成することもできるが、一般的な円筒レンズを利用する場合には、収差が発生して、円筒波様参照光１２３を正確な直線状に集光できなくなる可能性があるため、上記形状のレンズを用いることが望ましい。また、本実施形態において円筒レンズ系１２２は、参照光用平面ミラー１１４からの参照平行光１１９が円筒レンズ系１２２の所望の位置に照射されるように、参照光用平面ミラー１１４の高さに合わせて設置されている。すなわち、本実施形態の製造装置１０Ａにおいては、（ａ）ビームスプリッタ１１２、（ｂ）信号光用平面ミラー１１７、（ｃ）参照光用平面ミラー１１４及び（ｄ）円筒レンズ系１２２は、その高さが全て同じ高さに設定されている。

ここで、ゴニオステージ１１６により信号光用平面ミラー１１７の傾きを調整し、これに合わせて、高さ調整ステージ１２６によって記録媒体１２４の高さを調整した場合には、記録媒体１２４が、円筒レンズ系１２２の設置位置に対して上下方向（ｚ軸方向）にずれることになるが、円筒波様参照光１２３は、円筒レンズ系１２２後方のラインフォーカス１２７から、十分な広がり角を持って、記録媒体１２４に照射されるため、信号光用平面ミラー１１７の傾きの変化に合わせて記録媒体１２４の高さを調整した場合であっても、円筒波様参照光１２３は、記録媒体１２４に対して、確実に照射される状態が維持されるようになっている。

なお、このとき、記録媒体１２４の位置が、ラインフォーカス１２７よりも上に位置する状態になった場合には、円筒波様参照光１２３が、ｚ軸方向の下から上に向けて記録媒体１２４に照射され、記録媒体１２４において上方向に向かって反射される状態になる。また、このとき、信号光用平面ミラー１１７は、ゴニオステージ１１６により上方向に向けて傾けられているので、信号平行光１１８も記録媒体１２４に対してｚ軸方向の下から上に向けて照射され、上に向けて反射されることになる。

これに対して、記録媒体１２４の位置がラインフォーカス１２７よりも下に位置する状態になった場合には、円筒波様参照光１２３が、ｚ軸方向の上から下に向けて記録媒体１２４に照射され、記録媒体１２４において下方向に向かって反射される状態になる。また、このとき、信号光用平面ミラー１１７は、ゴニオステージ１１６により下方向に向けて傾けられているので、信号平行光１１８も記録媒体１２４に対してｚ軸方向の上から下に向けて照射され、下に向けて反射されることになる。

また、本実施形態において円筒レンズ系１２２は、円筒レンズ用直線移動ステージ１２０上に載置されており、参照光用回転ステージ１１３の回転と連動させつつ、円筒レンズ用直線移動ステージ１２０により円筒レンズ系１２２の位置をｘｙ平面内において移動させることが可能な構成になっている。なお、本実施形態の参照光用平面ミラー１１４と参照光用回転ステージ１１３、円筒レンズ用直線移動ステージ１２０、参照光用直線移動ステージ１２１及び円筒レンズ系１２２は、ステージ駆動回路１３０及び情報処理装置２０と連動して、例えば、本発明の「参照光照射手段」を構成する。

本実施形態の製造装置１０Ａにおいて、参照光用回転ステージ１１３により参照光用平面ミラー１１４を、ｚ軸を中心に回転させた場合には、参照平行光１１９の出射方向が、ｘｙ平面内において変化することになるが、上記構成により、円筒レンズ系１２２をｘｙ平面内にて所望の位置に移動させることができるので、参照光用平面ミラー１１４と円筒レンズ系１２２の距離を一定に保ちつつ、参照平行光１１９を円筒レンズ系１２２の所望の位置に照射させることができる。

また、参照光用平面ミラー１１４の回転に合わせて、円筒レンズ系１２２が移動した場合には、円筒波様参照光１２３の集光位置（すなわち、ラインフォーカス１２７の位置）がｘ軸方向又はｙ軸方向に変化して、記録媒体１２４に対するラインフォーカス１２７からの広がり光の照射位置が変化することになる。このため、本実施形態の製造装置１０Ａにおいては、記録媒体用直線移動ステージ１２５を円筒レンズ用直線移動ステージ１２０と平行に移動させ、ラインフォーカス１２７からの広がり光が記録媒体１２４上の所望の位置に照射されるように調整を行う構成が採用されている。

この構成により、本実施形態の製造装置１０Ａは、信号光用回転ステージ１１５、ゴニオステージ１１６及び参照光用回転ステージ１１３により、信号光用平面ミラー１１７及び参照光用平面ミラー１１４の向きを変化させた場合においても、信号平行光１１８及びラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３が常に記録媒体１２４の所望の位置に照射されるように位置を調整して、信号平行光１１８及び円筒波様参照光１２３により生じる干渉縞を確実に記録媒体１２４に露光させることができる。

信号光用回転ステージ１１５、ゴニオステージ１１６、参照光用回転ステージ１１３、円筒レンズ用直線移動ステージ１２０、参照光用直線移動ステージ１２１、記録媒体用直線移動ステージ１２５、高さ調整ステージ１２６は、図示せぬステッピングモータやピエゾアクチュエータを有する自動ステージであり、情報処理装置２０による制御の下、図示せぬ制御ラインを介してステージ駆動回路１３０から供給される駆動信号に基づき、参照光用平面ミラー１１４及び信号光用平面ミラー１１７の角度を調整し、又は、参照光用平面ミラー１１４、円筒レンズ系１２２及び記録媒体１２４のｘｙ平面内における位置を調整する。なお、可視光の波長領域は４００〜７００ｎｍ程度の範囲内に収まり、その最長波長は、最短波長の２倍程度であることから、参照光用回転ステージ１１３、信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６は、各々、１０〜２０°程度の範囲内において、回転可能なものを用いれば足りる。また、信号光用回転ステージ１１５、ゴニオステージ１１６、直線移動ステージ１２５、高さ調整ステージ１２６の具体的な構成は従来の自動ステージと同様であるため、詳細を省略する。

記録媒体１２４は、ソースビームＳＢの波長に対して感度を有する感光材料が、例えば、ガラスなどの透過率の高い材質にて構成される平面基板上に所定の厚みを有して塗布され、又は、所定の厚みを有する感光材料のみにより構成され、信号平行光１１８及び円筒波様参照光１２３が照射された場合に、両者の干渉により生じた干渉縞を記録する。

ステージ駆動回路１３０は、情報処理装置２０から供給される制御信号に基づき、駆動信号を生成して、各ステージ１１３、１１５、１１６、１２０、１２１、１２５及び１２６に供給し、参照光用平面ミラー１１４及び信号光用平面ミラー１１７の角度を調整し、又は、参照光用平面ミラー１１４、円筒レンズ系１２２及び記録媒体１２４のｘｙ平面内における位置を調整する。なお、ステージ駆動回路１３０が各ステージ１１３等に対して供給する駆動信号の形式に関しては任意であり、例えば、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）形式の駆動信号を供給して、各ステージ１１３、１１５、１１６、１２０、１２１、１２５、１２６に搭載されたモータ等を駆動させる構成を採用してもよい。

情報処理装置２０は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの装置であり、製造装置１０Ａを用いてホログラフィック回折格子ＨＧを製造する際に、各ステージの動作を制御するための処理を実行しつつ、処理結果に応じてステージ駆動回路１３０に制御信号を出力する。

本実施形態においては、ステージ駆動回路１３０が、情報処理装置２０から供給される制御信号に基づき、信号光用回転ステージ１１５、ゴニオステージ１１６、参照光用回転ステージ１１３、円筒レンズ用直線移動ステージ１２０、参照光用直線移動ステージ１２１、記録媒体用直線移動ステージ１２５及び高さ調整ステージ１２６を駆動させる構成になっており、これらのステージの位置及び角度を調整することによって、信号平行光１１８と円筒波様参照光１２３の記録媒体１２４に対する相対的な照射角度を変化させるとともに、信号光ＳＬ及び参照光ＲＬの光路及び光路長を変化させ、記録媒体１２４にて信号平行光１１８とラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３により形成される干渉縞の間隔を変化させつつ、各々、間隔の異なる複数の干渉縞を発生させ、当該発生させた複数の干渉縞を記録媒体１２４に多重露光させるようになっている。この構成により本実施形態の製造システム１Ａは、格子間隔の異なる複数のホログラフィック回折格子を重畳させつつ、記録媒体１２４上に露光させる。なお、各ホログラフィック回折格子に対応する格子間隔を実現するために各ステージを、どの程度どのように動かすのかについては、後に詳述する。

［Ａ．３］製造装置１０Ａにおけるホログラフィック回折格子ＨＧの製造原理
次に、図１及び２を用いて、本実施形態の製造システム１Ａにおけるホログラフィック回折格子ＨＧの製造原理について説明する。なお、図２は、本実施形態の製造装置１０Ａにおいて形成される信号平行光１１８とラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３の干渉によって形成される干渉縞を説明するための図である。

まず、ラインフォーカス１２７上の任意の一点を、ｘｙｚ空間上の点２としたとき、この点２を含み、ラインフォーカス１２７の直線を法線とする平面１（図示しない）内において信号平行光１１８内の任意の１ラインをなす直線３を考える（図２参照）。また、ｘｙｚ空間において、図２に示すように点２から伸びる直線４と直線３上の任意の点５から伸びる直線３の垂線の一つとなる直線６との交点７を考える。直線６の向きを保ったまま点５の位置を変えたとき、点２と点７の距離と点５と点７の距離の差を波長で割った値（以下、「値８」という。）が一定となるような曲線９上を点７が動く。値８を変えたとき、別の曲線９’（図示しない）が描かれるが、値８を複数回変化させた際に描かれる全ての曲線群９、９’、９”、９”’、９””…に含まれる各曲線９が所定波長λ_０のソースビームＳＢから発生される信号平行光１１８とラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３によって生じる干渉縞において等位相となる曲線を示している。

ここで、同一の曲線群９、９’、９”、９”’、９””…を別の波長λ’で描くことを考える。直線４と直線６の向きを平面１の奥行方向に変えることによって別の波長で同一の曲線群を描くことができる。このことは、λ_０とは異なる波長λ’のソースビームＳＢを用いた場合であっても、直線４及び直線６の向きを変更するだけで波長λ_０に対応する干渉縞を形成可能であることを示している。換言するならば、このことは、直線４及び直線６の向きを調整するだけで、単一波長のソースビームＳＢを用いて、複数の波長に対応する干渉縞を形成可能であることを示している。なお、このとき、平面１に対して垂直な方向に平面１を変位させた場合に、点２によって描かれる軌跡がラインフォーカス１２７と一致し、直線３によって描かれる面が、信号平行光１１８の一部分と一致することとなる。

また、図２における直線４は、ラインフォーカス１２７上の任意の点２から広がる円筒波様参照光１２３の一部をなすものであるため、直線４の向きは、参照光用回転ステージ１１３により、参照光用平面ミラー１１４を回転させることによって変更できる。一方、図２における直線６は、信号平行光１１８の向きと平行であるため、信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６を用いて信号光用平面ミラー１１７の向きを変化させることにより、直線６の向きを変更できる。

以上の観点から、本実施形態の製造装置１０Ａにおいては、参照光用回転ステージ１１３により参照光用平面ミラー１１４を回転させて、直線４の向きを調整するとともに、信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６を用いて信号光用平面ミラー１１７の向きを変化させて直線６の向きを調整し、ラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３と信号平行光１１８の記録媒体１２４に対する相対的な照射角度を変化させることにより、各々間隔の異なる複数の干渉縞を単一波長のソースビームＳＢを用いて発生させ、当該発生させた複数の干渉縞を記録媒体１２４に多重露光させる方法を採用することとした。

［Ａ．４］信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６の調整方法
次いで、図３〜５を用いつつ、本実施形態の製造システム１Ａにおける信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６の回転角と信号平行光１１８の関係を説明しつつ、信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６の調整方法について説明する。なお、図３は、露光波長（すなわち、ソースビームＳＢの波長）を５３２ｎｍとし、平面１と平行な面内で光軸を変化させた角度である垂直方向角度θ_ｖを１０°とした場合における信号光用回転ステージ１１５の回転角と波長の関係を示すグラフであり、この図３においては、平面１に垂直でありラインフォーカス１２７に平行な面内で光軸を変化させる角度である水平方向角度θ_ｈを７５°、６０°、４５°、３０°、１５°とした場合の信号光用回転ステージ１１５の回転角と波長の関係を示すとともに、回折光の水平方向角度を対応波長λの範囲４００ｎｍ〜７００ｎｍ全域で信号光の水平方向角度θ_ｈ＝３０°と一致するように設定した場合における信号光用回転ステージ１１５の駆動範囲を網掛けにて表示している。また、図４は、信号光の垂直方向角度θ_ｖと回折光の垂直方向角度を一致させるためのゴニオステージ１１６の回転角の関係を示す図であり、この図４においては、（ａ）λ＝７００ｎｍ、水平方向角度θ_ｈ＝１５°とした場合、及び、（ｂ）λ＝４００ｎｍ、水平方向角度θ_ｈ＝６０°とした場合におけるゴニオステージ１１６の回転角と垂直方向角度θ_ｖの関係を示すとともに、回折光の対応波長λの範囲４００〜７００ｎｍ全域で信号光の垂直方向角度θ_ｖ＝−１０°〜１０°と一致するように設定とした場合におけるゴニオステージ１１６の駆動範囲を網掛けにより示している。さらに、図５は、回折光の水平方向角度を対応波長λ全域で信号光の水平方向角度θ_ｈ、垂直方向角度θ_ｖと一致するように設定した場合に結果的に変化する信号平行光１１８の水平方向角度範囲を示す図であり、図５においては図３と同様に、設定する垂直方向角度θ_ｖを１０°、水平方向角度θ_ｈを７５°、６０°、４５°、３０°、１５°とした場合の対応波長λの水平方向角度と波長の関係を示すとともに、対応波長λの範囲４００ｎｍ〜７００ｎｍ全域の回折光の水平方向角度が３０度となるように信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６を駆動させた結果、変化する信号光の水平方向角度θ_ｈ範囲を網掛けにて表示している。また、例えば信号光の水平方向角度θ_ｈを１５°〜６０°に変化させると、対応波長λの範囲４００ｎｍ〜７００ｎｍ全域の回折光の水平方向角度範囲が、おおよそ２０°〜４０°になることがわかる。

まず、ｘｙｚ空間内における記録媒体１２４中の基準点座標を（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）、ラインフォーカス１２７中の基準点座標を（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、信号光用平面ミラー１１７中の回転中心の座標を（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、円筒レンズ系１２２中の基準点座標を（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３＝ｚ_１）、参照光用平面ミラー１１４中の回転中心の座標を（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４＝ｚ_１）、ビームスプリッタ１１２中の基準点座標を（ｘ_５，ｙ_５，ｚ_５＝ｚ_１）に設定するとともに、信号光ＳＬの進行方向ベクトルを、√２／２（１，１，０）、参照光ＲＬの進行方向ベクトルを、√２／２（−１，１，０）、信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６の回転角が、０°の状態における信号光用平面ミラー１１７の法線ベクトルを（１，０，０）、参照光用回転ステージ１１３の回転角が０°の状態における参照光用平面ミラー１１４の法線ベクトルを（−１，０，０）に設定するとともに、ｙ_１＝ｙ_２に設定すると、信号光用平面ミラー１１７の回転中心から記録媒体１２４の基準点までのｘ軸方向の光路長ｌ_ｘ及びｚ軸方向の光路長ｌ_ｚは、各々、以下の式３及び４によって表されることになる。

また、ラインフォーカス１２７上の基準点座標（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）と記録媒体１２４の基準点座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）間におけるｘ方向の光路長（すなわちｘ_０−ｘ_１）と、上記ｌ_ｚの差分値を示す以下の式５〜７で光路長ｄを定義する。

ここで、ｄは、曲線９を求める際の固定条件を示しており、光路差の平面１への射影を表現している。このとき、信号光用平面ミラー１１７の回転中心（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）から記録媒体１２４の基準点（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）までの光路差の平面１への射影を１と規格化した光路長ｌは、以下の式８及び式９により算出できる。

ここで、ｚ’は直線３上で点５を移動させるための媒介変数であり、ｚ’＝０で、信号光用平面ミラー１１７の回転中心（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）を示す。また、このとき、ｙ＝ｙ_０と置くと、任意のｙ＝ｙ_０の面により形成される曲線９の通る位置ｘ及びｚは、各々、以下の式１０で表現され、ｙ方向に一様な曲面となる。

ここで、参照光用回転ステージ１１３による参照光用平面ミラー１１４のｚ軸回転角をΔφ_１、信号光用回転ステージ１１５による信号光用平面ミラー１１７のｚ軸回転角をΔφ_２、ゴニオステージ１１６の回転角をΔθとしたとき、信号平行光１１８の方向ベクトルは、式１１により表される一方、ラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３の方向ベクトルは、式１２により表される。

また、露光に用いるソースビームＳＢの波長とは、異なる波長用の干渉縞を発生させたい場合には、ラインフォーカス１２７からの円筒波様参照光１２３と信号平行光１１８は、以下の式１３で示される回転軸で回転させることが必要となる。

ここで、信号平行光１１８の向きを式１４及び１５にて表現される方向に変化させる場合には、信号光用回転ステージ１１５の回転角Δφ_２を式１６に従って変化させる必要があるとともに、ゴニオステージ１１６の回転角Δθを式１７に従って変化させる必要が生じる。

そこで、本実施形態の製造システム１Ａにおいては、情報処理装置２０が上記式１６及び式１７に基づき、信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６の回転角Δφ_２及びΔθを算出し、当該角度に信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６の角度が設定されるようにステージ駆動回路１３０に制御信号を供給して、信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６の角度調整を行う構成を採用することとした。

このとき、製造システム１Ａにおいては、信号光用回転ステージ１１５の回転角Δφ_２と波長は、垂直方向角度θ_ｖを１０°とし、水平方向角度θ_ｈを７５°、６０°、４５°、３０°、１５°とした場合に、図３の各水平方向角度θ_ｈに対応する曲線にて示される関係が成立するので、製造したいホログラフィック回折格子の対応波長に応じて、対応する曲線上に乗るように信号光用回転ステージ１１５の回転角Δφ_２が調整されることとなる。

またこのとき、製造システム１Ａにおいては、ゴニオステージ１１６の回転角Δθと信号光の垂直方向角度θ_ｖは、対応波長範囲４００〜７００ｎｍで回折光の垂直方向角度を−１０°〜１０°とした場合に、図４に示す関係が成立するので、製造したいホログラフィック回折格子の対応波長に応じて、λ＝４００ｎｍ、θ_ｈ＝６０°の線とλ＝７００ｎｍ、θ_ｈ＝１５°の線の間にある対応波長の線上（図示されていない）に乗るようにゴニオステージ１１６の回転角Δθが調整されることなる。

ここで、図５に示すように、例えばθ_ｈを１５°〜６０°の範囲になるように信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６を駆動させると、対応波長λの範囲４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける回折光のθ_ｈの角度範囲は、おおよそ、２０°〜４０°の間の２０°程度の角度範囲となることが本発明者のシミュレーション実験により分かったので、この角度範囲内において、信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６の回転角を変化させることで、所望の特性を有するホログラフィック回折格子ＨＧを製造することができる。

また、図４に示すように、ゴニオステージ１１６に関しても、１０°程度の角度範囲（おおよそ−７°〜７°）において信号光用平面ミラー１１７の角度を変位させることで、所望の特性を有するホログラフィック回折格子ＨＧを製造することができる。

この角度範囲内において、ゴニオステージ１１６により、信号平行光１１８の照射角をｚ軸方向に変位させつつ、記録媒体１２４に干渉縞を露光させ、ホログラフィック回折格子ＨＧを製造した場合には、当該製造されたホログラフィック回折格子ＨＧを利用した透過型の表示パネルにおいては、上下方向に約２０°程度の視野角を確保することが可能になる。

なお、対応波長範囲４００〜７００ｎｍ、垂直方向角度θ_ｖ＝１０°、水平方向角度θ_ｈ＝３０°の平行光を回折させるためのホログラフィック回折格子を波長５３２ｎｍのソースビームＳＢで露光することを考えると、対応波長４００〜７００ｎｍの間では、信号光用回転ステージ１１５及び参照光用回転ステージ１１３の駆動範囲は、図３及び図６の網掛けのようになり、ゴニオステージ１１６の駆動範囲は、図４のθ_ｖ＝１０°におけるλ＝４００ｎｍ，θ_ｈ＝６０°とλ＝７００ｎｍ，θ_ｈ＝１５°の線の間（５°〜７°程度）であることが本発明者のシミュレーション結果から分かった。従って、図３の網掛け及び５°〜７°程度の範囲で各ステージ１１５及びゴニオステージ１１６を駆動させると、信号平行光１１８の水平方向の角度範囲は、図５の網掛けが示すように約２０°〜４０°の範囲となる。すなわち、波長５３２ｎｍにおいては、水平方向角度範囲約２０°〜４０°の平行光を回折させるための回折格子が多重露光されていることを意味する。波長４００〜７００ｎｍの光すべてで、この範囲の角度をもつ平行光を回折させたい場合、図５の最短波長（４００ｎｍ）の光の上限値（４０°）と、最長波長（７００ｎｍ）の光の下限値（２０°）に注目する。図５の最短波長（４００ｎｍ）の光の上限値（４０°）付近で、θ_ｈ＝６０°の曲線と交わり、最長波長（７００ｎｍ）の光の下限値（２０°）付近で、θ_ｈ＝６０°の曲線と交わる。従って、回折光の水平方向角度範囲は約２０°〜４０°となり、この値を満すように波長５３２ｎｍの信号平行光１１８の角度範囲を決めると約１５°〜６０°の範囲となり、それに対応した各ステージ１１３、１１５及び１１６の駆動範囲が決まる。さらに、別の垂直方向角度に対しても同様に各ステージ１１３、１１５及び１１６の駆動範囲を決めることができる。

［Ａ．５］参照光用回転ステージ１１３の調整方法
次いで、図６を用いて、本実施形態の製造システム１Ａにおけるラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３と、参照光用回転ステージ１１３の回転角の関係を説明しつつ、参照光用回転ステージ１１３の調整方法について説明する。なお、図６は、ソースビームＳＢの波長を５３２ｎｍとし、垂直方向角度θ_ｖを１０°とした場合における参照光用回転ステージ１１３の回転角Δφ_１と対応波長の関係を示すグラフであり、この図においては、水平方向角度θ_ｈを７５°、６０°、４５°、３０°、１５°とした場合の回転角と波長の関係を示している。また、また、図６においては、参照光用回転ステージ１１３において、θ_ｈ＝３０°の場合における各参照光用回転ステージ１１３の駆動範囲を網掛けにて表示している。

本実施形態の製造装置１０Ａにおいて、ラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３の光軸の向きを、式１８〜２０により示される向きに変化させるためには、参照光用回転ステージ１１３の回転角Δφ_１を式２１に従って、変化させる必要がある。

そこで、本実施形態の製造システム１Ａにおいては、情報処理装置２０が式２１に従って、参照光用回転ステージ１１３の回転角Δφ_１を算出して、当該回転角Δφ_１に参照光用回転ステージ１１３の回転角が設定されるようにステージ駆動回路１３０に制御信号を供給して、参照光用回転ステージ１１３の角度調整を行う構成を採用することとした。

このとき、製造システム１Ａにおいては、参照光用回転ステージ１１３の回転角Δφ_１と波長は、垂直方向角度θ_ｖを１０°とし、水平方向角度θ_ｈを７５°、６０°、４５°、３０°、１５°とした場合に、図６の各水平方向角度θ_ｈに対応する曲線にて示される関係が成立するので、製造したいホログラフィック回折格子の波長に応じて、対応する曲線上に乗るように参照光用回転ステージ１１３の回転角Δφ_１が調整されることとなる。この構成により、本実施形態の製造装置１０Ａにおいては、ラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３の向きを、式１８〜２０により示される方向に調整することができる。なお、参照光用回転ステージ１１３に関しても、図６に示すように、水平方向角度範囲は、おおよそ３°〜１３°の１０°程度の範囲となるので、信号光用回転ステージ１１５、ゴニオステージ１１６及び参照光用回転ステージ１１３は、各々、約１０°〜２０°程度の範囲内において、水平角度を調整することにより所望の機能を実現するホログラフィック回折格子ＨＧを製造することができる。

［Ａ．６］露光方法
本実施形態の製造システム１Ａにおいてホログラフィック回折格子ＨＧを製造する場合には、まず、記録媒体１２４に対するラインフォーカス１２７の相対的位置を決めた後、製造システム１Ａによって製造するホログラフィック回折格子ＨＧの特性を設定するため、当該製造されたホログラフィック回折格子ＨＧに対して光が照射された際に発生する回折光の向きを決定する。例えば、ホログラフィック回折格子ＨＧにおける回折光の水平方向の角度θ_ｈと、垂直方向の角度θ_ｖを以下の式２２及び２３のように決めると、式２４のように信号平行光１１８の向きが決まる。なお、回折光の向きは、情報処理装置２０を用いてオペレータが設定するようにすればよい。

これより、基準の方向（ｕ_２，０，ｗ_２）と、式１３で示される回転軸（ｎ_ｘ，ｎ_ｙ，ｎ_ｚ）を求めると、この基準の方向からみた回折光の角度θ_０は式２５によって算出できる。

露光に用いるソースビームＳＢの波長をλ_０とし、信号平行光１１８とラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３を重ねて記録媒体１２４に照射することにより、記録媒体１２４に干渉縞を露光させる。

この方法により製造されるホログラフィック回折格子ＨＧに対して、ラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３を照射すると、信号平行光１１８の光軸と同じ光軸を有する光が回折される一方、信号平行光１１８と同じ光軸を有し、逆向きに進む光を回折格子に照射するとラインフォーカス１２７と同じ直線上に当該光が集光されることとなる。

例えば、任意の波長λに対して、上記機能を持たせる場合には、情報処理装置２０が式２６に基づき、式２６となるように信号平行光１１８の向きを算出する。

次いで、本実施形態の製造システム１Ａにおいては、式２６により算出された向きに、信号平行光１１８が照射されるように、情報処理装置２０が、上記式１６に従い、信号光用回転ステージ１１５の回転角Δφ_２を算出するとともに、式１７に従い、ゴニオステージ１１６の回転角Δθを算出する。

そして、情報処理装置２０は、このようにして算出した信号光用回転ステージ１１５の回転角Δφ_２及びゴニオステージ１１６の回転角Δθに信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６の角度を合わせるため、ステージ駆動回路１３０に制御信号を出力して、信号光用回転ステージ１１５の回転角を上記により算出したΔφ_２まで変化させるとともに、ゴニオステージ１１６の回転角をΔθまで変化させる。

次いで、情報処理装置２０は、式１２にて示されるラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３の方向を、ｕ_１＝−ｕ_２、ｖ_１＝ｖ_２、ｗ_１＝−ｗ_２と設定する。このとき、ラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３は、信号平行光１１８と逆向きに回転させればよい。すなわち、信号平行光１１８の向きをθ_１、円筒波様参照光１２３の向きをθ_２とすると、θ_１＝−θ_２とすればよい。そのために情報処理装置２０は、参照光用回転ステージ１１３の回転角Δφ_１を式２１に従って算出する。

このようにして、参照光用回転ステージ１１３の回転角Δφ_１を算出すると、情報処理装置２０は、ステージ駆動回路１３０に制御信号を出力して、参照光用回転ステージ１１３の回転角をΔφ_１まで変化させる。

次いで、情報処理装置２０は、記録媒体用直線移動ステージ１２５、高さ調整ステージ１２６、円筒レンズ用直線移動ステージ１２０及び参照光用直線移動ステージ１２１の位置調整のための処理を実行する。このとき、情報処理装置２０は、記録媒体用直線移動ステージ１２５、高さ調整ステージ１２６、円筒レンズ用直線移動ステージ１２０及び参照光用直線移動ステージ１２１及びの移動距離を、各々、以下の方法により算出して、当該算出した値に基づき、各直線移動ステージ１２０、１２１、１２５及び高さ調整ステージ１２６の位置調整を行う。

（１）記録媒体用直線移動ステージ１２５及び高さ調整ステージ１２６の調整方法
情報処理装置２０は、記録媒体用直線移動ステージ１２５に関しては、式２７−１にて示されるΔｙ_０を算出した後、ステージ駆動回路１３０に制御信号を出力して、記録媒体用直線移動ステージ１２５の位置をｙ軸方向にΔｙ_０だけ移動させるとともに、高さ調整ステージ１２６に関しては、式２７−２にて示されるΔｚ_０を算出した後、ステージ駆動回路１３０に制御信号を出力して、高さ調整ステージ１２６の高さをｚ軸方向にΔｚ_０だけ移動させる。

（２）円筒レンズ用直線移動ステージ１２０の調整方法
また、情報処理装置２０は、円筒レンズ用直線移動ステージ１２０に関しては、式２８にて示されるΔｙ_３を算出した後、ステージ駆動回路１３０に制御信号を出力して、記録媒体用直線移動ステージ１２５の位置をｙ軸方向にΔｙ_３だけ移動させる。

（３）参照光用直線移動ステージ１２１の調整方法
これに対して、情報処理装置２０は、参照光用直線移動ステージ１２１に関しては、式２９にて示されるΔｘ_４を算出した後、ステージ駆動回路１３０に制御信号を出力して、記録媒体用直線移動ステージ１２５の位置をｘ軸方向にΔｘ_４、ｙ軸方向にΔｙ_４だけ移動させる。

以上の方法により各ステージ１１３、１１５、１２０、１２５、１２６及び１２１の位置調整が完了すると、製造装置１０Ａにおいては、光学系が例えば、図９のような配置状態に移動し、当該配置状態により決定される相対的な照射角度にて信号平行光１１８及びラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３が記録媒体１２４に照射され、２つの光１１８及び１２３の干渉によって発生する干渉縞が記録媒体１２４に露光される。この結果、１の波長（例えば、λ_１）に対応するホログラフィック回折格子が記録媒体１２４上に形成されることとなる。

［Ａ．７］製造システム１Ａにおけるホログラフィック回折格子ＨＧの製造時の動作
次いで、図７〜１０を用いて、本実施形態の製造システム１Ａにおけるホログラフィック回折格子ＨＧ製造時の動作について説明する。なお、図７及び８は、本実施形態の製造システム１Ａにおいて情報処理装置２０が実行する処理を示すフローチャートであり、図９及び１０は、各々、格子間隔の異なる２種類のホログラフィック回折格子を露光させる際における製造装置１０Ａの光路系の変化状態を示す図である。

まず、本実施形態の製造システム１Ａにおいては、オペレータが、記録媒体１２４に対するラインフォーカス１２７の相対的位置と、製造システム１Ａによって製造するホログラフィック回折格子ＨＧに対して所定の光が照射された際に発生する回折光の向きを決定し、必要な情報を情報処理装置２０に入力すると、情報処理装置２０が、可視光領域の１の波長λ_１に対応するホログラフィック回折格子を記録媒体１２４に露光させるため、可視光領域において最も短い波長（例えば、４００ｎｍ）λ_１をλに設定する（ステップＳ１）。

次いで、情報処理装置２０は、上記式２６に従い、信号平行光１１８の向きを決定する（ステップＳ２）。

このようにして信号平行光１１８の向きが決まると、情報処理装置２０は、当該決定した向きに従い、上記式１６及び式１７に基づき、信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６の回転角Δφ_２及びΔθを算出し（ステップＳ３）、当該算出した回転角したΔφ_２及びΔθに基づき、ステージ駆動回路１３０に制御信号を供給して、信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６の回転角を当該算出した回転角Δφ_２及びΔθに調整させる（ステップＳ４）。

次いで、情報処理装置２０は、上記式２１に基づき、参照光用回転ステージ１１３の回転角Δφ_１を算出し（ステップＳ５）、当該算出した回転角Δφ_１に基づきステージ駆動回路１３０に制御信号を供給して、参照光用回転ステージ１１３の回転角を当該算出した回転角Δφ_１に調整する（ステップＳ６）。

次いで、情報処理装置２０は、直線移動ステージ１２０、１２１及び１２５と高さ調整ステージ１２６の移動量算出処理を実行する（ステップＳ７）。このとき、情報処理装置２０は、上記式２７−１に基づき、記録媒体用直線移動ステージ１２５の移動量Δｙ_０を算出するとともに、式２７−２に基づき高さ調整ステージ１２６の移動量Δｚ_０を算出する。またこのとき、情報処理装置２０は、式２８に基づき、円筒レンズ用直線移動ステージ１２０の移動量Δｙ_３、を算出し、さらに、式２９に基づき、参照光用直線移動ステージ１２１の移動量Δｘ_４及びΔｙ_４を算出する（ステップＳ７）。

このようにして、Δｙ_０、Δｚ_０、Δｙ_３、Δｘ_４及びΔｙ_４の各値を算出すると、情報処理装置２０は、当該算出した移動量Δｙ_０、Δｙ_３、Δｘ_４及びΔｙ_４に基づき、ステージ駆動回路１３０に制御信号を出力して、（１）記録媒体用直線移動ステージ１２５をｙ軸方向にΔｙ_０、（２）高さ調整ステージ１２６を高さ方向（ｚ軸方向）にΔｚ_０、（３）円筒レンズ用直線移動ステージ１２０をｙ軸方向にΔｙ_３、（４）参照光用直線移動ステージ１２１をｘ軸方向にΔｘ_４、ｙ軸方向にΔｙ_４だけ移動させて、記録媒体１２４、参照光用平面ミラー１１４及び円筒レンズ系１２２の位置を該当する位置に調整する（ステップＳ８）。

以上の手順により、製造装置１０Ａの光学系が波長λ_１に対応するホログラフィック回折格子の露光に合致する状態になると、情報処理装置２０は、光源１１１に対して制御信号を出力して、所定の露光時間、ソースビームＳＢを照射させ、波長λ_１に対応する干渉縞を発生させて、波長λ_１に対応するホログラフィック回折格子を記録媒体１２４に露光させる（ステップＳ９）。

次いで、情報処理装置２０は、記録媒体１２４に多重露光させる全干渉縞に対応するホログラフィック回折格子の露光が完了したか否かを判定する状態になり（ステップＳ１０）、露光が完了していないと判定すると（ステップＳ１０：Ｎｏ）、露光対称の波長をΔλだけ変化させるためλ_ｎ＝λ_ｎ−１＋Δλに設定する（ステップＳ１１）。例えば、波長λ_１に対応するホログラフィック回折格子の露光完了時には、λ_ｎ＝λ_１＋Δλと設定する。なお、Δλの具体的な値に関しては任意であり、例えば、１０ｎｍなどに設定してもよい。要は、ホログラフィック回折格子ＨＧの機能を実現したい波長に応じて、適切な値を設定するようにすればよい。

このようにして、ステップＳ１１においてλ_ｎ＝λ_ｎ−１＋Δλに設定すると、情報処理装置２０は、処理をステップＳ２にリターンさせ、ステップＳ２〜Ｓ９の処理を繰り返すことにより、次の波長（例えば、λ_１＋Δλ）に対応するホログラフィック回折格子を記録媒体１２４に露光させる。

そして、情報処理装置２０は、全ての波長に対応するホログラフィック回折格子の露光が完了したか否かを判定し（ステップＳ１０）、全ての波長に対応するホログラフィック回折格子の露光が完了するまで、上記ステップＳ２〜Ｓ１１の処理を繰り返し、全波長に対応するホログラフィック回折格子の露光が完了した時点で処理を終了する。

このとき、本実施形態の製造装置１０Ａの光学系においては、露光させるホログラフィック回折格子の波長に合わせて、例えば、図９及び１０のように参照光用平面ミラー１１４、信号光用平面ミラー１１７、円筒レンズ系１２２及び記録媒体１２４の位置と角度が変化して、光学系の状態が変化しつつ、当該状態に対応するホログラフィック回折格子が記録媒体１２４上に露光される。

本実施形態の製造システム１Ａにおいては、このような処理を実行することにより、各々、異なる格子間隔を有し、各々が異なる波長に対して目的の機能を実現する複数のホログラフィック回折格子が記録媒体１２４上に多重露光される。

以上説明したように、本実施形態の製造システム１Ａにおいては、単一波長のソースビームＳＢをビームスプリッタ１１２により、信号光ＳＬと参照光ＲＬに分岐して、各々、異なる光路を介して、記録媒体１２４に照射し、ラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３と信号平行光１１８が干渉して発生する干渉縞を記録媒体１２４に露光させてホログラフィック回折格子ＨＧを製造する構成を有している。

そして、本実施形態の製造システム１Ａにおいては、信号平行光１１８と円筒波様参照光１２３が記録媒体１２４に照射される際の相対的な角度を、参照光用回転ステージ１１３、信号光用回転ステージ１１５及びゴニオステージ１１６の回転角を調整することによって変化させつつ、各々異なる格子間隔を有する複数のホログラフィック回折格子を記録媒体１２４に多重露光する構成を有している。この構成により、本実施形態の製造システム１Ａは、単一波長のソースビームＳＢを用いて、可視光の全域において目的の機能を実現可能なホログラフィック回折格子ＨＧを製造できる。この結果、本実施形態の製造システム１Ａは、複数波長のソースビームＳＢを出射する光源及び当該波長用の光学系を製造装置１０Ａに設ける必要性がなく、低コストに可視光全域にて目的の機能を発揮することが可能なホログラフィック回折格子ＨＧを製造できる。

［Ａ．８］本実施形態の製造システム１Ａにおいて製造されるホログラフィック回折格子ＨＧの構造
次いで、図１１を用いて、本実施形態の製造システム１Ａにより製造されるホログラフィック回折格子ＨＧの具体的な構造について説明する。なお、図１１は、本実施形態の製造システム１Ａにより製造されるホログラフィック回折格子ＨＧの三次元構造の一例を示す図であり、（Ａ）及び（Ｂ）には、白色の平行光が照射された場合に、ホログラフィック回折格子ＨＧにおける図面上下方向（すなわち、ｚ軸方向）の中央部付近にラインフォーカスさせる場合のホログラフィック回折格子ＨＧ１及びＨＧ２の一構造例を示すとともに、（Ｃ）及び（Ｄ）には、ホログラフィック回折格子ＨＧの下側に向けてラインフォーカスさせるホログラフィック回折格子ＨＧ３及び４（なお、本明細書において各ホログラフィック回折格子ＨＧ１〜４を、特に特定する必要が無い場合、「ホログラフィック回折格子ＨＧ」と呼ぶ。）の一構造例を示している。また、（Ａ）、（Ｂ）の組み合わせ及び（Ｃ）、（Ｄ）の組み合わせは、各々、対応波長の異なるホログラフィック回折格子ＨＧの構造例を示している。

（１）ホログラフィック回折格子ＨＧの中央付近に対して白色平行光を集光する場合の構造例
この場合におけるホログラフィック回折格子ＨＧ１及び２は、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように垂直方向（すなわち、ｚ軸方向）の断面（すなわち、図１１の各図において手前側に見える断面）に沿って、ホログラフィック回折格子ＨＧ１及び２の中央部を中心として、放物面筒形状の層が何層にも渡って積層され、あたかも、切り株の年輪のような層構造を呈している。各層は、各々、屈折率が異なるとともに、形状がほぼ一致しており、各層には、各々、当該層の全面に渡って、同様の干渉縞が連続して形成されている。

特に、白色平行光を中央付近に集光する場合には、当該機能を実現するため、当該集光位置（すなわち、ホログラフィック回折格子ＨＧ１及び２のｚ方向中央付近から所定距離離れた位置）から各々曲率の異なる略放物面筒状の形状を有する層が重なり合った、三次元構造を有することとなる。

（２）ホログラフィック回折格子ＨＧの下方向に対して白色平行光を集光する場合の構造例
この場合におけるホログラフィック回折格子ＨＧ３及び４は、図１１（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように垂直方向の断面に沿って形状がほぼ一致した放物面筒形状の層が何層にも渡って積層された構造を有することになる。

但し、この場合には、集光位置がホログラフィック回折格子ＨＧ３及び４の下方向となるため、各層の形状は、上記中央付近に集光する場合とは異なり、白色平行光がホログラフィック回折格子ＨＧの下側に集光されるように放物面筒形状の層の中心がホログラフィック回折格子ＨＧ３及び４の下方向にシフトした構造を有することとなる。また、各層は、略円筒形状の一部をなす形状を有することにより、各々が円筒レンズとしての機能を発揮し、ホログラフィック回折格子ＨＧの全体として、一軸に曲率を有する円筒レンズとしての機能が実現される。

以上の構造を有する本実施形態のホログラフィック回折格子ＨＧは、いずれの集光位置に対応する層形状を有する場合においても、層の数が変化すると対応波長が異なるようになっており、層の数が多い場合（例えば、図１１に例示する場合のホログラフィック回折格子ＨＧ１及び３）には、短波長側の光に対する集光特性が実現され、層の数が少ない場合（例えば、図１１に例示する場合のホログラフィック回折格子ＨＧ２及び４）には、長波長側の光に対する集光特性が実現されるようになっている。そして、本実施形態の製造システム１Ａおいては、各々、異なる波長に対応した複数の干渉縞に対応するホログラフィック回折格子が多重露光されることにより、図１１のように複数の層が積層された構造を有するホログラフィック回折格子ＨＧが製造される。

そして、この構成により、本実施形態の製造システム１Ａにより製造されるホログラフィック回折格子ＨＧは、白色の平行光が信号平行光１１８の光軸と同じ方向から入射すると当該光がラインフォーカス１２７上に集光されるとともに、ラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３と同じ方向から白色光が入射されると、信号平行光１１８の光軸と同じ光軸を有する光が回折されるようになっている。すなわち、本実施形態の製造システム１Ａにより製造されるホログラフィック回折格子ＨＧにおいては、一軸に曲率を有する円筒レンズと同様の機能が実現されるようになっている。なお、層の形状が異なるホログラフィック回折格子ＨＧ（すなわち、集光位置の異なるホログラフィック回折格子ＨＧ）の製造方法に関しては、変形例３の項にて、説明する。

［Ｂ］変形例
［Ｂ．１］変形例１
上記第１実施形態においては、製造装置１０Ａと、情報処理装置２０を別の装置として構成し、両者を有線又は無線により接続する構成を採用していたが、製造装置１０ＡにＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＲＯＭ／ＲＡＭにより構成される制御部を設け、当該制御部により情報処理装置２０と同様の機能を実現する構成としてもよい。この場合には、キーボードなどにより構成される操作部を設け、当該操作部に対してオペレータが行った入力操作に応じて、製造されるホログラフィック回折格子ＨＧにおける回折光の向きを設定しつつ、この制御部が、図７及び８と同様の処理を実行するようにすればよい。この構成により、可視光全域にて目的の機能を発揮するホログラフィック回折格子ＨＧを製造装置１０Ａ単体で製造することができる。

［Ｂ．２］変形例２
上記実施形態においては、ホログラフィック回折格子ＨＧを製造する場合を例に説明を行ったが、ホログラフィック回折格子ＨＧを有する導光板の製造に対しても本発明を適用することができる。

この場合には、記録媒体１２４を透明な基材中に設け、当該基材中の記録媒体１２４にホログラフィック回折格子ＨＧを多重露光させるようにすればよい。また、この場合には、第１高さ調整ステージ１２６上に記録媒体１２４とともに、プリズムを載置して、当該プリズムを用いて、信号平行光１１８及び円筒波様参照光１２３を記録媒体１２４に照射する構成を採用すればよい。なお、他の構成及び動作に関しては、上記第１実施形態と同様であるため、詳細を省略する。

この方法により製造されるホログラフィック導光板ＨＧＬＰは、透過型のＨＭＤやヘッドアップディスプレイの光コンバイナとして利用することができる。例えば、このホログラフィック導光板ＨＧＬＰを透過型ＨＭＤ３０に利用した場合の構成例を図１２〜１４に示す。

図１２に示すように、このホログラフィック導光板ＨＧＬＰを利用した透過型ＨＭＤ３０においては、ホログラフィック導光板ＨＧＬＰの端部にプリズム形状の光入射部ＬＥを設け、この光入射部ＬＥからプロジェクタＰにより映像光ＶＬを照射する構成を採用する。

プロジェクタＰから照射される映像光ＶＬは、ホログラフィック導光板ＨＧＬＰの境界面において全反射を繰り返して、ホログラフィック導光板ＨＧＬＰ内を進行し、端部まで到達する。また、全反射を繰り返す過程において映像光ＶＬは、ホログラフィック導光板ＨＧＬＰの内部に形成されたホログラフィック回折格子ＨＧによって回折されて、ユーザの眼ＥＹに入射する。また、外界光ＯＬは、ホログラフィック導光板ＨＧＬＰを透過して、そのまま、ユーザの眼ＥＹに入射する。この結果、外界の景色と、映像光ＶＬによって示される情報（文字、画像、色彩等）が重畳した状態にてユーザに視認され、当該情報が虚像としてユーザに認識されることとなる。

ここで、透過型ＨＭＤ３０は、プロジェクタＰからの映像光ＶＬをレンズＬで無限遠と結像し、ユーザの眼ＥＹに無限遠からの虚像を見せる機能を実現する。ユーザの眼ＥＹと透過型ＨＭＤ３０との距離は一定以上必要であり、広いＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ：視野）を持たせるためには、ホログラフィック導光板ＨＧＬＰを導波する映像光ＶＬを眼ＥＹの方向に反射させる領域（アイボックス）を広げなければならない。図１３に示すように、ホログラフィック導光板ＨＧＬＰの内部に平面ミラーとして機能する回折光学素子を既存の方法によって構成する場合、映像光ＶＬの導波方向に対して当該回折光学素子で一部ずつ反射させればよいので、アイボックスを広げることは容易であるが、導波方向と垂直方向にアイボックスを広げるためには、二段階の回折を用いるか、別の機能が必要である。

本変形例の方法を採用することにより、図１４に示すようにホログラフィック導光板ＨＧＬＰ内に曲面ミラーとして機能するホログラフィック回折格子ＨＧを作製することができる。この場合、ホログラフィック導光板ＨＧＬＰ内を導波させる光として、プロジェクタＰからの映像光ＶＬを円筒レンズＣＬで水平方向に対してのみ無限遠と結像関係にした光を用いる方法が採用できる。垂直方向は画素位置を中心として広がり、導波中も広がる。このように、図１４の曲面ミラーとして機能するホログラフィック回折格子ＨＧを有するホログラフィック導光板ＨＧＬＰを、本変形例の方法（すなわち、高さ調整ステージ１２６上に記録媒体１２４とともにプリズムを載置してホログラフィック導光板ＨＧＬＰを製造する方法）を用いて製造することで、垂直方向については導波中に広げることが可能となるとともに、導波中に広がった光は、上記ホログラフィック回折格子ＨＧの回折特性により、垂直方向の画素位置に対応した垂直方向角度をもつ平行光として回折させ、広いアイボックスを有し、ＦＯＶが広く、且つ、実用性の高い透過型ＨＭＤ３０を製造することが可能となる。

［Ｂ．３］変形例３
上記実施形態においては、可視光全域の光に対して、目的の機能を発揮させるため、各々格子間隔の異なる複数の干渉縞を発生させ、当該複数の干渉縞を記録媒体１２４に多重露光させてホログラフィック回折格子ＨＧを製造する構成を採用したが、各々異なる機能を実現する複数のホログラフィック回折格子ＨＧを記録媒体１２４に多重露光するようにしてもよい。例えば、上記図１１におけるホログラフィック回折格子ＨＧ１及び２と、ホログラフィック回折格子ＨＧ３及び４のように、各々集光位置の異なるホログラフィック回折格子ＨＧを記録媒体１２４に多重露光する構成を採用することができる。

この場合には、図７の処理開始前にオペレータが回折光の回折の向きを決定する際に、オペレータが設定しようとする回折光の向きを集光位置に合わせて設定して、一度、当該設定にて、ホログラフィック回折格子ＨＧ（例えばホログラフィック回折格子ＨＧ１又は２）を記録媒体１２４に露光させる。そして、当該ホログラフィック回折格子ＨＧの露光完了後、集光位置の異なるホログラフィック回折格子ＨＧ（例えば、ホログラフィック回折格子ＨＧ３又は４）を露光させるため、再度新たな集光位置に対応する回折光の向きを設定して、もう一度、当該回折光の向きに対応するホログラフィック回折格子ＨＧを記録媒体１２４に露光させる。その後、各集光位置に対応する回折光の向きを繰り返し再設定しつつ、複数の干渉縞を発生させ、当該発生させた複数の干渉縞を記録媒体１２４に多重露光させるようにすればよい。

この場合には、図１１に示すように集光位置に応じて異なる層形状を有する複数のホログラフィック回折格子ＨＧが多重露光された構造を有するホログラフィック回折格子ＨＧが製造されることとなる。

なお、本変形例においては、一部の波長に対してのみ、各々集光位置の異なるホログラフィック回折格子ＨＧを多重露光させるようにしてもよく、可視光の全領域に対して、各々集光位置の異なるホログラフィック回折格子ＨＧを多重露光させるようにするようにしてもよい。

一部の波長の光のみ異なる位置に集光させる特性を持たせる場合には、式２６におけるλの値を当該波長に固定しつつ、回折光の向きの設定を変化させて、複数回干渉縞を発生させつつ、ホログラフィック回折格子ＨＧを多重露光させる構成にすればよい。

これに対して、可視光全域の光に対して各々異なる集光位置に集光させる特性を持たせたい場合には、回折光の向きを再設定する度に、上記図７及び８の処理を繰り返して、当該集光位置に対応する複数のホログラフィック回折格子ＨＧを記録媒体１２４に多重露光させるようにすればよい。

［Ｂ．４］変形例４
上記実施形態においては、図１１に示すように記録媒体１２４内に格子曲面として機能する放物面筒形の層が複数形成された構造例について説明したが、各々異なる屈折率を有するとともに、各々の向きが異なる回折平面を記録媒体１２４上に複数露光する構成を採用した場合であっても、図１１に記載の構成のホログラフィック回折格子ＨＧと同様の機能を実現することができる。

この場合には、製造装置１０Ａに円筒レンズ系１２２を設けることなく、参照平行光１１９を、そのまま記録媒体１２４に照射させ、当該参照平行光１１９と信号平行光１１８の照射角度を変化させつつ、干渉させ、発生した複数の干渉縞を記録媒体１２４に露光させる構成とすればよい。

また、各波長に対応する複数のホログラフィック回折格子ＨＧは、記録媒体１２４の表面に二次元的に形成される構成を有してもよい。

［Ｃ］第２実施形態
［Ｃ．１］第２実施形態の製造システム１Ｂの構成
次いで、図１５を用いて、本発明に係るホログラフィック光学素子製造装置の第２実施形態について説明する。なお、図１５は、本実施形態の製造システム１Ｂの構成を示すシステム構成図である。また、図１５において図１と同様の構成要素に関しては同様の符号を付している。従って、特に明示しない限り、図１５において図１と同一の符号が付された構成要素に関しては、上記第１実施形態と同様の構成及び機能を有し、同様の動作を行うものとして説明を行う。

本実施形態の製造システム１Ｂを構成する製造装置１０Ｂは、ビームスプリッタ１１２をＰＢＳにより構成し、偏光方向に応じてＰ偏光を信号光ＳＬ、Ｓ偏光を参照光ＲＬとして分岐させる構成を採用している。また、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいては、ビームスプリッタ１１２と信号光用平面ミラー１１７の間に図示せぬλ／２板を設け、信号光ＳＬと参照光ＲＬの偏光方向を揃えつつ、信号光ＳＬを信号光用平面ミラー１１７に照射させるとともに、参照光ＲＬを参照光用平面ミラー１１４に照射させる構成を採用している。なお、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいてもビームスプリッタ１１２は、ハーフミラーにより構成してもよい。

さらに、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいては、円筒レンズ系１２２と記録媒体１２４の間に図示せぬスリット部材を追加した構成を採用しており、円筒レンズ系１２２を透過して発生した円筒波様参照光１２３は、このスリット部材に設けられたスリット部を通過する際にラインフォーカス１２７を形成して、当該スリット部（すなわち、ラインフォーカス１２７）から広がりつつ、記録媒体１２４に照射される構成になっている。この構成により、本実施形態の製造装置１０Ｂは、幅の狭いラインフォーカス１２７を作成して、記録媒体１２４に対する円筒波様参照光１２３の照射精度を向上させることが可能となっている。

なお、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいても、第１実施形態の製造装置１０Ａと同様にビームスプリッタ１１２によって分岐された参照光ＲＬの光路上に参照光用平面ミラー１１４が設けられるとともに、この参照光用平面ミラー１１４は、参照光用直線移動ステージ１２１上に設けられた参照光用回転ステージ１１３上に載置された構成になっており、参照光用直線移動ステージ１２１をｘｙ平面内において直線的に移動させるとともに、参照光用回転ステージ１１３をｚ軸に沿って回転させることにより、参照平行光１１９の照射方向をｘｙ平面内にて調整可能となっている。また、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいても参照平行光１１９の光路上には円筒レンズ用直線移動ステージ１２０上に載置された円筒レンズ系１２２が配置されており、この円筒レンズ用直線移動ステージ１２０を参照光用直線移動ステージ１２１及び参照光用回転ステージ１１３と連動しつつ駆動して、円筒レンズ系１２２の位置を参照平行光１１９の照射方向に合わせて調整することが可能な構成となっているが、参照光ＲＬ側の光路構成に関しては第１実施形態の製造装置１０Ａと同様であるため、詳細を省略する。

ここで、上第１実施形態の製造装置１０Ａは、信号光用回転ステージ１１５上にゴニオステージ１１６を設け、このゴニオステージ１１６上に信号光用平面ミラー１１７を載置する構成を採用し、信号光用回転ステージ１１５を、ｚ軸を中心に回転させるとともに、ゴニオステージ１１６によって、信号光用平面ミラー１１７の傾きを調整することにより、記録媒体１２４に対する信号平行光１１８の照射角度を三次元的に変化させる構成を採用していた。また、第１実施形態の製造装置１０Ａにおいては、記録媒体用直線移動ステージ１２５上に設けられた高さ調整ステージ１２６上に記録媒体１２４を載置し、信号平行光１１８の照射角度に合わせて、記録媒体用直線移動ステージ１２５及び高さ調整ステージ１２６によって記録媒体１２４の位置を調整することにより、信号平行光１１８を記録媒体１２４の所望の位置に照射させる構成を採用していた。

これに対して、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいて信号光用平面ミラー１１７は、信号光用回転ステージ１１５上に直接載置され、ゴニオステージ１１６が省略された構成になっている。この結果、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいては、信号光用回転ステージ１１５により信号平行光１１８の照射角度が同一平面内において二次元的にのみ変更され、ｚ軸方向に対しては変更されない構成になっている。なお、本実施形態の信号光用回転ステージ１１５は、ステージ駆動回路１３０及び情報処理装置２０と連動して、例えば、本発明の「信号光照射角調整手段」を構成する。

特に、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいては、記録媒体１２４の位置を所定方向（例えば、ｙ軸方向）に対して移動可能な記録媒体用直線移動ステージ１２５に換えて、記録媒体１２４の位置をｘｙ平面内において二次元的（すなわち、ｘ軸及びｙ軸の二軸方向）に移動可能な記録媒体用平面移動ステージ１４０が設けられるとともに、この記録媒体用平面移動ステージ１４０上に記録媒体用ゴニオステージ１５０が設けられ、さらに当該記録媒体用ゴニオステージ１５０上に記録媒体１２４が載置された構成となっており、高さ調整ステージ１２６が省略された構成となっている。なお、記録媒体用平面移動ステージ１４０の具体的な構成は、記録媒体用直線移動ステージ１２５と同様にピエゾアクチュエータやステッピングモータにより、二軸方向に対して直線的に移動可能な構成となっている点以外は記録媒体用直線移動ステージ１２５と同様である。

そして、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいては、記録媒体用ゴニオステージ１５０を用いて、信号平行光１１８及び円筒波様参照光１２３に対する記録媒体１２４の傾きを変化させることにより、記録媒体用ゴニオステージ１５０単体で第１実施形態におけるゴニオステージ１１６及び高さ調整ステージ１２６の組み合わせと等価な機能を実現する。なお、例えば、本実施形態の記録媒体用平面移動ステージ１４０及び記録媒体用ゴニオステージ１５０は、各々、ステージ駆動回路１３０及び情報処理装置２０と連動して本発明の「記録媒体用平面移動手段」及び「記録媒体傾斜角変更手段」を構成する。また、記録媒体用ゴニオステージ１５０の具体的な構成に関しては、調整対象が異なる点以外は、第１実施形態のゴニオステージ１１６と同様である。

ここで、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいても上記第１実施形態と同様に白色の平行光が入射された際に、当該平行光を回折させ、ラインフォーカスする一方、ラインフォーカスされた白色光からの広がり光が入射された際に、当該広がり光を回折させ、平行光を発生させる円筒レンズと同様の機能を実現するためのホログラフィック回折格子ＨＧ（図１１参照）が製造される。例えば、本実施形態の製造装置１０Ｂにより製造されたホログラフィック回折格子ＨＧ対して信号平行光１１８が入射した場合、ホログラフィック回折格子ＨＧにて回折された信号平行光１１８は、ラインフォーカス１２７と一致する形態でラインフォーカスされる一方、ラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３がホログラフィック回折格子ＨＧに入射した場合に、回折によって発生する平行光は、信号平行光１１８と同じ光軸を有するものとなる。

このようなホログラフィック回折格子ＨＧを製造する場合には、記録媒体用ゴニオステージ１５０によって、記録媒体１２４の傾きを調整することにより、信号平行光１１８及び円筒波様参照光１２３に対する記録媒体１２４の相対的な傾きを変化させ（すなわち、記録媒体１２４に対する信号平行光１１８及び円筒波様参照光１２３の相対的な照射角度を変化させ）、第１実施形態の製造装置１０Ａにおけるゴニオステージ１１６及び高さ調整ステージ１２６の組み合わせと等価な機能が記録媒体用ゴニオステージ１５０単体で実現できる。なお、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいては、上述のように、信号平行光１１８の照射方向がｚ軸方向に変更されることはなく、同一の平面内において二次元的にのみ信号平行光１１８の照射角度が変更されることとなるので、高さ調整ステージ１２６を省略した場合であっても、記録媒体用平面移動ステージ１４０単体で、信号平行光１１８及び円筒波様参照光１２３を記録媒体１２４の所望の位置に照射させることが可能となっている。

［Ｃ．２］各ステージの調整方法
次いで、以上のような構成を有する本実施形態の製造装置１０Ｂにおける各ステージの調整方法について説明する。

まず、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいて参照光用回転ステージ１１３の回転角をΔφ_１、信号光用回転ステージ１１５の回転角をΔφ_２、記録媒体用ゴニオステージ１５０の傾き回転角をΔθ_２としたとき、信号平行光１１８の方向ベクトルは、上記第１実施形態における式１１とは異なり下記式３０により表されることとなる。

このとき、信号光用回転ステージ１１５の回転角Δφ_２の値は、第１実施形態における式１６とは異なり下記式３１によって表される。

また、このとき、記録媒体用ゴニオステージ１５０の回転角Δθ_２は、下記式３２によって表される。

さらにこのとき、（１）記録媒体用平面移動ステージ１４０のｙ軸方向の移動量Δｙ_０は、上記第１実施形態と同様に式２７−１によって表される一方、（２）ｘ軸方向の移動量Δｘ_０は下記式３３によって表されることとなる。

本実施形態の製造装置１０Ｂにおいては情報処理装置２０が、以上の関係に基づき、Δφ_２、Δθ_２、Δｘ_０及びΔｙ_０を各々算出して、当該算出結果に基づき、信号光用回転ステージ１１５及び記録媒体用ゴニオステージ１５０の角度をΔφ_２及びΔθ_２に調整するとともに、記録媒体用平面移動ステージ１４０をｘ軸方向にΔｘ_０、ｙ軸方向にΔｙ_０だけ移動させるようになっている。

なお、本実施形態においても参照光用回転ステージ１１３の回転角Δφ_１の算出方法は第１実施形態と同様であり、上記式２１に基づき算出されることとなる。また、本実施形態においても第１実施形態と同様、（ｉ）円筒レンズ用直線移動ステージ１２０の移動量Δｙ_３は式２８に基づいて算出されるとともに、（ｉｉ）参照光用直線移動ステージ１２１の移動量Δｘ_４及びΔｙ_４は式２９に基づいて算出される。そして、当該算出結果に基づき、情報処理装置２０がステージ駆動回路１３０と連動して、各ステージ１１３、１１５、１２０、１２１、１４０及び１５０の角度や位置を調整する点については上記第１実施形態と同様である。

そして、以上の方法により各ステージ１１３、１１５、１２０、１２１、１４０及び１５０の調整が完了すると、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいては、光学系が例えば、図１５のような配置状態となり、当該配置状態により決定される相対的な照射角度にて信号平行光１１８及びラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３が記録媒体１２４に照射され、２つの光１１８及び１２３の干渉によって発生する干渉縞が記録媒体１２４に露光される。この結果、１の波長（例えば、λ_１）に対応するホログラフィック回折格子が記録媒体１２４上に形成されることとなる。

［Ｃ．３］製造システム１Ｂにおけるホログラフィック回折格子ＨＧの製造時の動作
次いで、本実施形態の製造システム１Ｂにおいてホログラフィック回折格子ＨＧを製造する際の動作について説明するが、本実施形態の製造システム１Ｂにおいても基本的に上記図７及び８と同様の処理に基づきホログラフィック回折格子ＨＧが製造されることとなるので、以下においては、本実施形態の製造システム１Ｂにおいて実行される処理において、第１実施形態と異なる点を中心に説明を行うものとする。但し、本実施形態においては、上述のようにゴニオステージ１１６及び高さ調整ステージ１２６を省略し、これらの機能を記録媒体用ゴニオステージ１５０により代替した構成を採用しているので、図７及び８にてゴニオステージ１１６とある箇所に関しては記録媒体用ゴニオステージ１５０と読み替えるものとする。

まず、本実施形態の製造システム１Ｂにおいて、情報処理装置２０は、可視光領域の１の波長λ_１に対応するホログラフィック回折格子を記録媒体１２４に露光させるため、ステップＳ１において可視光領域において最も短い波長（例えば、４００ｎｍ）λ_１をλに設定する。

次いで、情報処理装置２０は、式２６に従い、信号平行光１１８の向きを決定する（ステップＳ２）、なお、ステップＳ１及びＳ２の処理に関しては第１実施形態と同様である。

特に、本実施形態においては第１実施形態と異なり、情報処理装置２０がステップＳ３において、上記式３１及び式３２に基づき、信号光用回転ステージ１１５の回転角Δφ_２及び記録媒体用ゴニオステージ１５０の回転角Δθ_２を算出するとともに、ステップＳ４において、当該算出した回転角Δφ_２及びΔθ_２に基づき、ステージ駆動回路１３０に制御信号を供給して、信号光用回転ステージ１１５及び記録媒体用ゴニオステージ１５０の回転角を当該算出した回転角Δφ_２及びΔθ_２に調整させた後、第１実施形態と同様の処理により参照光用回転ステージ１１３の角度を調整するようになっている（ステップＳ５及びＳ６）。

そして、本実施形態においては情報処理装置２０が、第１実施形態と同様にステップＳ７において円筒レンズ用直線移動ステージ１２０の移動量Δｙ_３と、参照光用直線移動ステージ１２１の移動量Δｘ_４及びΔｙ_４を算出する（ステップＳ７）。

但し、本実施形態においては、第１実施形態と異なり情報処理装置２０が、このステップＳ７において直線移動ステージ１２０及び１２１の移動量算出と合わせて、記録媒体用平面移動ステージ１４０の移動量を算出する処理を実行する構成になっている。このとき、情報処理装置２０は、上記式２７−１に基づき、記録媒体用平面移動ステージ１４０のｙ軸方向の移動量Δｙ_０を算出するとともに、式３３に基づき、記録媒体用平面移動ステージ１４０のｘ軸方向の移動量Δｘ_０を算出する。なお、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいては、高さ調整ステージ１２６を省略する構成を採用しているため、ステップＳ７において情報処理装置２０は、高さ調整ステージ１２６の移動量Δｚ_０の算出処理を省略する構成となっている。

このようにして、Δｘ_０、Δｙ_０、Δｙ_３、Δｘ_４及びΔｙ_４の各値を算出すると、本実施形態においては、第１実施形態と異なり、ステップＳ８にて情報処理装置２０が、ステップＳ７にて算出した移動量Δｘ_０、Δｙ_０、Δｙ_３、Δｘ_４及びΔｙ_４に基づき、ステージ駆動回路１３０に制御信号を出力して、（１）記録媒体用平面移動ステージ１４０をｘ軸方向にΔｘ_０、ｙ軸方向にΔｙ_０移動させるとともに、（２）円筒レンズ用直線移動ステージ１２０をｙ軸方向にΔｙ_３、（３）参照光用直線移動ステージ１２１をｘ軸方向にΔｘ_４、ｙ軸方向にΔｙ_４だけ移動させつつ、記録媒体１２４、参照光用平面ミラー１１４及び円筒レンズ系１２２の位置を該当する位置に調整する。なお、本実施形態の製造装置１０Ｂにおいては高さ調整ステージ１２６が省略されているため、ステップＳ８にて高さ調整ステージ１２６の高さ調整は行われない構成になっている。

以上の手順により、製造装置１０Ｂの光学系が波長λ_１に対応するホログラフィック回折格子の露光に合致した状態になると、情報処理装置２０は、光源１１１に対して制御信号を出力して、所定の露光時間、ソースビームＳＢを照射させ、波長λ_１に対応する干渉縞を発生させて、波長λ_１に対応するホログラフィック回折格子を記録媒体１２４に露光させる（ステップＳ９）。

次いで、情報処理装置２０は、記録媒体１２４に多重露光させる全干渉縞に対応するホログラフィック回折格子（すなわち、全ての波長に対応するホログラフィック回折格子）の露光が完了したか否かを判定する状態になり（ステップＳ１０）、露光が完了していないと判定すると（ステップＳ１０：Ｎｏ）、露光対称の波長をΔλだけ変化させるためλ_ｎ＝λ_ｎ−１＋Δλに設定し（ステップＳ１１）、処理をステップＳ２にリターンさせ、ステップＳ２〜Ｓ９の処理を繰り返すことにより、次の波長（例えば、λ_１＋Δλ）に対応するホログラフィック回折格子を記録媒体１２４に露光させる。

そして、情報処理装置２０は、全ての波長に対応するホログラフィック回折格子の露光が完了したか否かを判定し（ステップＳ１０）、全ての波長に対応するホログラフィック回折格子の露光が完了するまで、上記ステップＳ２〜Ｓ１１の処理を繰り返し、全波長に対応するホログラフィック回折格子の露光が完了した時点で処理を終了する。なお、上記ステップＳ９〜１１における動作は、第１実施形態と同様であるため、詳細を省略する。

このとき、本実施形態の製造装置１０の光学系においては、露光させるホログラフィック回折格子の波長に合わせて、例えば、図１５及び１６のように参照光用平面ミラー１１４、信号光用平面ミラー１１７、円筒レンズ系１２２及び記録媒体１２４の位置と角度が変化しつつ、当該状態に対応するホログラフィック回折格子（すなわち、各々格子間隔が異なり、異なる波長に対応するホログラフィック回折格子）が順次記録媒体１２４上に露光され、可視光の全域において目的の機能を実現するホログラフィック回折格子ＨＧが記録媒体１２４上に露光されることとなる。

以上の構成により、本実施形態の製造装置１０Ｂは、ゴニオステージ１１６及び高さ調整ステージ１２６の機能を記録媒体用ゴニオステージ１５０単体で実現しつつ、記録媒体１２４に対する信号平行光１１８及びラインフォーカス１２７から広がる円筒波様参照光１２３の相対的な照射角度を記録媒体用ゴニオステージ１５０により調整し、各々異なる格子間隔を有する複数のホログラフィック回折格子を記録媒体１２４に多重露光させることができるので、装置構成を簡略化して、低コストに可視光の全域において目的の機能を実現可能なホログラフィック回折格子ＨＧを製造することが可能となる。

特に、ホログラフィック回折格子ＨＧを実際に製造する際に、装置の調整を行うことを想定すると、レーザ光（すなわち、信号光ＳＬ、信号平行光１１８、参照光ＲＬ、参照平行光１１９等）は、できるだけ同一の平面内を通ることが望ましい。例えば、レーザ光が所定の方向に進んでいるかどうかのチェックは、まず、できるだけ距離を置いた二点間において、基準位置からの高さを比較する等の方法で実施する。しかし、第１実施形態のように高さ調整ステージ１２６とゴニオステージ１１６を組み合わせて、記録媒体１２４に対する信号平行光１１８及び円筒波様参照光１２３の照射角度を調整する構成では、レーザ光の通るｚ軸方向の高さが変化することになるので、基準位置を設けることが難しく、シビアな調整が必要になる可能性がある。一方、本実施形態の方法を採用した場合に、レーザ光の中心は、常に同一の平面内を通ることになるので、実際にホログラフィック回折格子ＨＧを製造する際の調整を容易化できる。

なお、上記第２実施形態においては、高さ調整ステージ１２６を省略する構成を採用したが、記録媒体用平面移動ステージ１４０の上に高さ調整ステージ１２６を設け、その上に記録媒体１２４を載置した記録媒体用ゴニオステージ１５０を設ける構成としてもよい。この場合における高さ調整ステージ１２６の調整方法は第１実施形態と同様であり、式２７−２に基づき、高さ調整ステージ１２６の移動量Δｚ_０をステップＳ７において算出し、当該算出結果に応じて、ステップＳ８において高さ調整ステージ１２６の高さ調整を行う構成を採用すればよい。上記第２実施形態の方法では信号平行光１１８のｚ軸方向の角度を初期設定で調整する必要が生じるため初期設定がシビアになる可能性があるが、この構成により、初期設定で信号平行光１１８のｚ軸方向の角度を調整する必要がなくなるので、装置の設定を容易化することができる。

［Ｄ］第３実施形態
上記第１実施形態の製造装置１０Ａにおいては、記録媒体１２４の載置された高さ調整ステージ１２６を記録媒体用直線移動ステージ１２５上に設け、この記録媒体用直線移動ステージ１２５によって、記録媒体１２４の位置を所定方向（例えばｙ軸方向）に移動させるとともに、高さ調整ステージ１２６によって記録媒体１２４をｚ軸方向に移動させ、信号平行光１１８の三次元的な照射角度に合わせて記録媒体１２４を二軸方向に移動可能な構成を採用していた。

これに対して本実施形態においては、記録媒体用直線移動ステージ１２５に換えて第２実施形態における記録媒体用平面移動ステージ１４０を利用し、この記録媒体用平面移動ステージ１４０上に記録媒体１２４を載置した高さ調整ステージ１２６を設けて、記録媒体１２４の位置をｘｙｚの三軸方向に調整可能とする構成を採用する。

本実施形態において、記録媒体用平面移動ステージ１４０のｙ軸方向の移動量Δｙ_０は、上記式２７−１により表されるとともに、ｘ軸方向の移動量Δｘ_０は、上記式３３により表される点については第２実施形態と同様であり、高さ調整ステージ１２６のｚ軸方向の移動量Δｚ_０が、上記式２７−２により表される点については第１実施形態と同様である。

そして、本実施形態においても基本的に図７及び８と同様の処理によってホログラフィック回折格子ＨＧが製造されることとなる。すなわち、本実施形態においても情報処理装置２０は、第１実施形態におけるステップＳ１〜６と同様の処理を実行して、信号光用回転ステージ１１５、ゴニオステージ１１６及び参照光用回転ステージ１１３の角度をλ_１に対応するホログラフィック回折格子の露光に合致した状態に調整する。

但し、本実施形態においては、情報処理装置２０が図８のステップＳ７において、（１）直線移動ステージ１２０、１２１の移動量と、（２）高さ調整ステージ１２６の移動量と、（３）記録媒体用平面移動ステージ１４０の移動量と、を算出する構成を採用する。このとき、情報処理装置２０は、（ａ）上記式２７−１に基づき記録媒体用平面移動ステージ１４０のｙ軸方向の移動量Δｙ_０を算出し、（ｂ）式３３に基づき記録媒体用平面移動ステージ１４０のｘ軸方向移動量Δｘ_０を算出し、（ｃ）式２７−２に基づき高さ調整ステージ１２６の移動量Δｚ_０を算出する。またこのとき、情報処理装置２０は、（ｄ）式２８に基づき円筒レンズ用直線移動ステージ１２０の移動量Δｙ_３を算出し、（ｅ）さらに、式２９に基づき、参照光用直線移動ステージ１２１の移動量Δｘ_４及びΔｙ_４を算出する。

このようにして、Δｘ_０、Δｙ_０、Δｚ_０、Δｙ_３、Δｘ_４及びΔｙ_４の各値を算出すると、ステップＳ８において本実施形態の情報処理装置２０は、ステップＳ７にて算出した移動量Δｘ_０、Δｙ_０、Δｙ_３、Δｘ_４及びΔｙ_４に基づき、ステージ駆動回路１３０に制御信号を出力して、（１）記録媒体用平面移動ステージ１４０をｘ軸方向にΔｘ_０、ｙ軸方向にΔｙ_０移動させるとともに、（２）高さ調整ステージ１２６をΔｚ_０移動させる。また、ステップＳ８において情報処理装置２０は、（３）円筒レンズ用直線移動ステージ１２０をｙ軸方向にΔｙ_３、（４）参照光用直線移動ステージ１２１をｘ軸方向にΔｘ_４、ｙ軸方向にΔｙ_４だけ移動させつつ、記録媒体１２４、参照光用平面ミラー１１４及び円筒レンズ系１２２の位置を該当する位置に調整する。

以上の方法により、製造装置１０の光学系が所定波長λ_１に対応するホログラフィック回折格子の露光に合致した状態になると、情報処理装置２０は、光源１１１に対して制御信号を出力して、所定の露光時間、ソースビームＳＢを照射させ、当該波長λ_１に対応する干渉縞を発生させて、波長λ_１に対応するホログラフィック回折格子を記録媒体１２４に露光させる（ステップＳ９）。

そして、情報処理装置２０は、記録媒体１２４に多重露光させる全干渉縞に対応するホログラフィック回折格子の露光が完了したか否かを判定する状態になり（ステップＳ１０）、全干渉縞に対応するホログラフィック回折格子（すなわち、全波長に対応するホログラフィック回折格子）の露光が完了するまで、上記ステップＳ２〜Ｓ１１の処理を繰り返し、全波長に対応するホログラフィック回折格子の露光が完了した時点で処理を終了する。なお、上記ステップＳ９〜１１における動作は、第１実施形態と同様であるため、詳細を省略する。

このとき、本実施形態の製造装置１０の光学系においては、露光させるホログラフィック回折格子の波長に合わせて、参照光用平面ミラー１１４、信号光用平面ミラー１１７、円筒レンズ系１２２及び記録媒体１２４の位置と角度が変化しつつ、当該状態に対応するホログラフィック回折格子が順次記録媒体１２４上に露光され、可視光の全域において目的の機能を実現するホログラフィック回折格子ＨＧが記録媒体１２４上に露光されることとなる。

以上の説明したように本実施形態によれば、記録媒体１２４の位置をｘｙｚの三軸方向に調整することができるので、信号平行光１１８の照射角度に応じて記録媒体１２４の位置を高精度に調整し、ホログラフィック回折格子ＨＧを高精度に製造することが可能となる。

１、１Ａ、１Ｂ…製造システム、１０、１０Ａ、１０Ｂ…製造装置、１１１…光源、１１２…ビームスプリッタ、１１３…参照光用回転ステージ、１１４…参照光用平面ミラー、１１５…信号光用回転ステージ、１１６…ゴニオステージ、１１７…信号光用平面ミラー、１１８…信号平行光、１１９…参照平行光、１２０…円筒レンズ用直線移動ステージ、１２１…参照光直線移動ステージ、１２２…円筒レンズ、１２３…円筒波様参照光、１２４…記録媒体、１２５…記録媒体用直線移動ステージ、１２６…高さ調整ステージ、１２７…ラインフォーカス、１３０…ステージ駆動回路、１４０…記録媒体用平面移動ステージ、１５０…記録媒体用ゴニオステージ、２０…情報処理装置、ＳＬ…信号光、ＲＬ…参照光、３０…ＨＭＤ、ＶＬ…映像光、ＯＬ…外界光、Ｐ…プロジェクタ、ＨＧＬＰ…ホログラフィック導光板、ＨＧ…ホログラフィック回折格子、ＬＥ…光入射部、Ｌ…レンズ、ＣＬ…円筒レンズ

Claims (15)

1. 各々異なる格子間隔及び格子曲面有する複数のホログラフィック回折格子、又は、各々向きの異なる回折平面を含む複数のホログラフィック回折格子が互いに重なり合って形成される、ことを特徴とするホログラフィック光学素子。
2. 前記複数のホログラフィック回折格子が、各々屈折率の異なる層として三次元的に積層された層構造を有する、請求項１に記載のホログラフィック光学素子。
3. 対応波長に応じて異なる数の前記層を有し、当該対応波長の平行光が照射された場合に、当該平行光を回折させ、ラインフォーカスさせる、請求項２に記載のホログラフィック光学素子。
4. 前記層が、前記回折された光の集光される位置及び回折された光の向きに応じた形状を有する、請求項３に記載のホログラフィック光学素子。
5. 前記層が、前記ラインフォーカスから広がる光が照射された場合に、当該ラインフォーカスから広がる光を回折させ、当該ラインフォーカスの位置と向きに応じた向きを有する平行光を生じさせる形状を有する、請求項３又は４に記載のホログラフィック光学素子。
6. 所定の波長領域に対して感度を有する感光材料によって構成された記録媒体を露光させて、ホログラフィック光学素子を製造するためのホログラフィック光学素子製造装置であって、
   単一波長の露光用ソースビームを出射する光源と、
   前記ソースビームを信号光及び参照光に分岐させるビームスプリッタと、
   前記信号光を、第１光路を介して前記記録媒体に照射させる信号光照射手段と、
   前記参照光を、第２光路を介して前記記録媒体に照射させることにより、前記信号光照射手段によって照射される前記信号光と前記参照光を干渉させて、干渉縞を発生させ、当該発生した干渉縞を前記記録媒体に露光させる参照光照射手段と、
   を有し、
   前記信号光照射手段が、
   前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度を調整する信号光照射角調整手段を有するとともに、
   前記参照光照射手段が、
   前記記録媒体に対する前記参照光の照射角度を調整する参照光照射角調整手段を有し、
   前記信号光照射角調整手段が、
   発生させる前記干渉縞の間隔に応じて、前記信号光の照射角度を調整するとともに、
   前記参照光照射角調整手段が、
   前記調整された信号光の照射角度に応じて、前記参照光の前記記録媒体に対する照射角度を調整することにより前記干渉縞の間隔を変化させつつ、各々、間隔の異なる複数の干渉縞を発生させて、当該発生させた複数の干渉縞を前記記録媒体に多重露光させる、ことを特徴とするホログラフィック光学素子製造装置。
7. 前記信号光照射角調整手段が、
   前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度を所定値ずつ変化させるとともに、
   前記参照光照射角調整手段が、
   前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度の変化に追随して、前記参照光の前記信号光に対する相対的な照射角度を変化させることにより、前記間隔の異なる複数の干渉縞を発生させ、当該発生した複数の干渉縞を前記記録媒体に多重露光させる、請求項６に記載のホログラフィック光学素子製造装置。
8. 前記信号光照射角調整手段が、
   前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度を二次元的又は三次元的に変化させる、請求項６又は７に記載のホログラフィック光学素子製造装置。
9. 前記信号光照射角調整手段によって調整された前記信号光の照射角度に応じて、前記記録媒体の位置を調整する記録媒体位置調整手段をさらに有する、請求項８に記載のホログラフィック光学素子製造装置。
10. 前記記録媒体位置調整手段が、
    前記記録媒体を所定方向に対して直線的に移動させる記録媒体用直線移動手段と、
    前記記録媒体を高さ方向に移動させる記録媒体高さ調整手段と、
    を備え、
    前記信号光照射角調整手段が、前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度を三次元的に変化させることにより調整された前記信号光の照射角度に応じて、前記記録媒体の位置を調整する請求項９に記載のホログラフィック光学素子製造装置。
11. 前記記録媒体位置調整手段が、
    前記記録媒体を所定の平面内において二次元的に移動させる記録媒体用平面移動手段と、
    前記記録媒体を高さ方向に移動させる記録媒体高さ調整手段と、
    を備え、
    前記信号光照射角調整手段が、
    前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度を三次元的に変化させることにより調整された前記信号光の照射角度に応じて、前記記録媒体の位置を調整する請求項９に記載のホログラフィック光学素子製造装置。
12. 前記記録媒体位置調整手段が、
    前記記録媒体を所定の平面内において二次元的に移動させる記録媒体用平面移動手段と、
    前記記録媒体の傾きを変化させる記録媒体傾斜角変更手段と、
    を備え、
    前記信号光照射角調整手段が、
    前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度を二次元的に変化させるとともに、
    前記参照光照射角調整手段が、
    前記調整された信号光の照射角度に応じて、前記参照光の前記記録媒体に対する照射角度を調整し、
    前記記録媒体傾斜角変更手段が、
    前記信号光及び前記参照光の照射角度に応じて、前記記録媒体の傾きを変化させることにより、前記記録媒体に対する前記信号光及び前記参照光の相対的な照射角度を三次元的に変化させる、請求項９に記載のホログラフィック光学素子製造装置。
13. 前記記録媒体位置調整手段が、
    前記記録媒体を高さ方向に移動させる記録媒体高さ調整手段をさらに備える、請求項１２に記載のホログラフィック光学素子製造装置。
14. 前記参照光照射手段が、
    一軸に曲率を有する円筒レンズをさらに有し、当該円筒レンズにより前記参照光をラインフォーカスさせた後、前記ラインフォーカスから広がる前記参照光を前記記録媒体に照射させる、請求項６〜１３のいずれか１項に記載のホログラフィック光学素子製造装置。
15. 所定の波長領域に対して感度を有する感光材料によって構成された記録媒体に対して、単一波長のソースビームを分岐して生成した信号光及び参照光を、各々異なる光路で照射することにより前記信号光と前記参照光を干渉させ、当該干渉により発生する干渉縞を前記記録媒体に露光させて、ホログラフィック光学素子を製造するホログラフィック光学素子製造方法であって、
    前記信号光と前記参照光の前記記録媒体に対する相対的な照射角度を変化させることにより、前記干渉縞の間隔を変化させつつ、各々、間隔の異なる複数の干渉縞を発生させて、当該発生させた複数の干渉縞を前記記録媒体に多重露光させる、ことを特徴とするホログラフィック光学素子製造方法。
    
    

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