WO2017104421A1 - ホログラフィック光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

平面に展開可能な曲面を持つ形状に曲げて使用されるＨＯＥの製造方法は、平板状の感光材料５０に二光束を照射して、ＨＯＥを作製する作製工程を含む。上記作製工程では、上記曲面を持つ形状に曲げた状態で所望の光学特性が得られるように、上記二光束を設計して上記平板状の感光材料（５０）に照射する。

Description

ホログラフィック光学素子の製造方法

　本発明は、平面に展開可能な曲面を持つ形状に曲げて使用されるホログラフィック光学素子（以下、ＨＯＥ（Holographic　Optical　Element）とも称する）の製造方法に関するものである。

　従来から、接眼光学系の透明基板にＨＯＥを貼り付け、表示素子からの映像光をＨＯＥで回折反射させて観察者の瞳に導くことにより、観察者に映像（虚像）を観察させる映像表示装置が種々提案されている。中でも、特許文献１の映像表示装置では、接眼光学系の厚さを小さくするために、透明基板におけるＨＯＥの貼り付け面をシリンドリカル面で形成するとともに、シリンドリカル面の曲率半径を画像中心から遠ざかるにつれて小さくしている。

　特許文献１のように、一方向にのみ曲率を持つＨＯＥを作製する場合、露光前のホログラム感光材料（以下、単に感光材料と称する）を透明基板の面（曲面）に貼り付けた状態で感光材料に二光束を照射し、感光材料内で二光束を干渉させて干渉縞を形成することでＨＯＥを作製する。なお、上記二光束のうち、一方の光束は、映像観察時に観察者の瞳が位置する側から感光材料に入射する光束であり、他方の光束は、感光材料に対して透明基板とは反対側から感光材料に入射する光束である。

　一方、例えば特許文献２では、ロール・トゥー・ロールで感光材料を搬送する方式を採用し、ロールとロールとの間に位置する平板状の感光材料を露光して、ＨＯＥを作製する技術が開示されている。

特開２０１２－１３９０８号公報（請求項１、段落〔００８５〕～〔００９５〕、図５、図１８等参照） 特開２０１４－１３３０７号公報（請求項１、図１、図２等参照）

　ところが、特許文献１のＨＯＥの作製方法では、感光材料を透明基板に貼り付けて使用時と同じ形状（曲がった形状）にしてから、貼り付けた感光材料を一つ一つ個別に露光してＨＯＥを作製することになるため、ＨＯＥの生産性が低い。例えば、特許文献２のように、ロール・トゥー・ロールで感光材料を搬送し、平板状の感光材料を露光してＨＯＥを作製することができれば、感光材料の搬送方向において、ＨＯＥを次々に作製することができるため、ＨＯＥの生産性を向上させることができると考えられる。しかし、一方向にのみ曲率を持つ形状のＨＯＥ、つまり、平面に展開可能な曲面を持つ形状に曲げて使用されるＨＯＥを、平板状の感光材料を露光して作製することは、従来考えられていなかった。なお、特許文献２は、平板状の感光材料を露光して、原版ホログラムのコピーを作製する技術を開示しているに過ぎず、曲がった状態で使用されるＨＯＥの作製方法を開示したものではない。

　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、その目的は、平面に展開可能な曲面を持つ形状に曲げて使用されるＨＯＥを、平板状の感光材料を露光して作製することにより、ＨＯＥの生産性を向上させることができる、ＨＯＥの製造方法を提供することにある。

　本発明の一側面に係るホログラフィック光学素子の製造方法は、平面に展開可能な曲面を持つ形状に曲げて使用されるホログラフィック光学素子の製造方法であって、平板状の感光材料に二光束を照射して、前記ホログラフィック光学素子を作製する作製工程を含み、前記作製工程では、前記曲面を持つ形状に曲げた状態で所望の光学特性が得られるように、前記二光束を設計して前記平板状の感光材料に照射する。

　上記の製造方法によれば、ＨＯＥの使用時の状態（曲げた状態）で所望の光学特性が得られるように、平板状の感光材料を露光する二光束が設計される。そして、設計された二光束で平板状の感光材料を露光することにより、ＨＯＥが作製される。このため、ロール・トゥー・ロールで感光材料を搬送する方式を採用しながら、感光材料の搬送方向にＨＯＥを１個ずつ連続して作製したり、あるいは複数のＨＯＥを同時に作製することが可能となる。いずれにしても、使用時に所望の光学特性が得られる複数のＨＯＥを、短時間でまとめて作製することができるため、従来のように、感光材料を透明基板の光学面（曲面）に貼り付けて露光して、ＨＯＥを個別に作製する手法に比べて、ＨＯＥの生産性を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。 上記映像表示装置に用いられるＨＯＥの斜視図である。 上記映像表示装置を備えたＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）の上面図である。 上記ＨＭＤの正面図である。 上記ＨＭＤの下面図である。 上記ＨＭＤの正面側からの斜視図である。 上記ＨＯＥの製造方法の流れを示すフローチャートである。 上記ＨＯＥの使用時の光路差関数と、上記ＨＯＥを平面に展開したときに得られる光路差関数とを模式的に示すグラフである。 曲面を平面に展開したときの、上記曲面上の各点の位置座標の変化を模式的に示す説明図である。 曲面が円筒面である場合において、上記曲面を平面に展開する様子を模式的に示す説明図である。 上記曲面および上記平面を、ａ軸に沿った方向から見たときの各面の形状および各ベクトルをそれぞれ示す説明図である。 上記曲面および上記平面を、ｃ軸に沿った方向から見たときの各面の形状および各ベクトルをそれぞれ示す説明図である。 上記曲面および上記平面を、ｂ軸に沿った方向から見たときの各面の形状および各ベクトルをそれぞれ示す説明図である。 曲面が円錐面である場合において、上記曲面を平面に展開する様子を模式的に示す説明図である。 上記曲面および上記平面を、ａ軸に沿った方向から見たときの各面の形状および各ベクトルをそれぞれ示す説明図である。 上記曲面および上記平面を、ｃ軸に沿った方向から見たときの各面の形状および各ベクトルをそれぞれ示す説明図である。 上記曲面および上記平面を、ｂ軸に沿った方向から見たときの各面の形状および各ベクトルをそれぞれ示す説明図である。 円筒面からなる曲面を平面に展開した場合において、上記曲面上の点での各ベクトルと、上記平面上の点での各ベクトルとを示す説明図である。 円錐面からなる曲面を平面に展開した場合において、上記曲面上の点での各ベクトルと、上記平面上の点での各ベクトルとを示す説明図である。 曲面上の点における各ベクトルの角度関係と、上記曲面を展開した平面上の点における各ベクトルの角度関係とを模式的に示す説明図である。 曲面および平面において、入射光の入射角の変化に対する正反射光の反射角の変化を示す説明図である。 曲面および平面において、入射光の入射角の変化に対する反射光（面法線に対して入射角と異なる角度で反射される光）の反射角の変化を示す説明図である。 使用時のＨＯＥに対する映像光の光路と、露光時の二光束の光路との対応関係を模式的に示す説明図である。 Ｒ光の照射によって形成される干渉縞を模式的に示す説明図である。 ＲＧＢの各光を用いた露光によって感光材料に形成される干渉縞を模式的に示す説明図である。 図１８で示したＲの露光による干渉縞と、図１９で示したＢの露光による干渉縞とを並べて示した説明図である。 本実施形態のＨＯＥの製造に用いる露光光学系の概略の構成を示す断面図である。 上記露光光学系における各パラメータを模式的に示す説明図である。 上記露光光学系の他の構成を模式的に示す断面図である。 上記露光光学系のさらに他の構成を模式的に示す断面図である。 上記露光光学系のさらに他の構成を模式的に示す断面図である。

　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。なお、本明細書において、数値範囲をａ～ｂと表記した場合、その数値範囲に下限ａおよび上限ｂの値は含まれるものとする。また、本発明は、以下の内容に限定されるものではない。

　（映像表示装置について）
　図１は、本実施形態の映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。映像表示装置１は、照明光学系２と、偏光板３と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４と、表示素子５と、接眼光学系６とを有している。

　なお、説明の便宜上、方向を以下のように定義しておく。接眼光学系６によって形成される光学瞳Ｐの中心と表示素子５の表示面の中心とを光学的に結ぶ軸およびその軸の延長線を光軸とする。そして、接眼光学系６のＨＯＥ２３の光軸平面に垂直な方向をＸ方向とする。なお、ＨＯＥ２３の光軸平面とは、光軸と一致する光線がＨＯＥ２３に入射するときの、入射光線と反射光線とを含む平面を指す。また、各光学部材の光軸との交点における、面法線と垂直な面内で、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向とする。そして、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。このような定義を用いると、例えば、表示素子５の法線と接眼光学系６の後述する２つの平行な面２１ｂ・２１ｃの法線とを含み、かつ、表示素子５の表示面の中心を含む断面は、ＹＺ断面となる。

　照明光学系２は、表示素子５を照明するものであり、光源１１と、照明ミラー１２と、拡散板１３とを有している。

　光源１１は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応する光を出射するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。複数の発光点（ＲＧＢの各発光点）は、水平方向（Ｘ方向）に略直線状に並んでいる。光源１１から出射される光の波長は、例えば、光強度のピーク波長および光強度半値の波長幅で、４６２±１２ｎｍ（Ｂ光）、５２５±１７ｎｍ（Ｇ光）、６３５±１１ｎｍ（Ｒ光）である。なお、光源１１は、レーザ光源であってもよい。

　本実施形態では、光源１１は、ＲＧＢ一体型のＬＥＤを２対備えている。そして、ＲＧＢのそれぞれについて、ＨＯＥ２３の光軸平面に対して各発光点が対称に位置するように、各発光点が略直線状に並んでいる（例えばＢＧＲＲＧＢの順に発光点がＸ方向に並んでいる）。これにより、ＲＧＢの光強度の分布をＸ方向で対称にすることができる。

　照明ミラー１２は、光源１１から出射された光（照明光）を拡散板１３に向けて反射させるとともに、Ｙ方向に関して、光学瞳Ｐと光源１１とが略共役となるように、照明光を曲げる光学素子である。

　拡散板１３は、光源１１の複数の発光点が並ぶＸ方向に入射光を例えば４０°拡散し、Ｙ方向には入射光を拡散しない一方向拡散板である。拡散板１３は、偏光板３の表面に保持されている。

　偏光板３は、拡散板１３を介して入射する光のうち、所定の偏光方向の光を透過させてＰＢＳ４に導く。

　ＰＢＳ４は、偏光板３を透過した光を反射型の表示素子５の方向に反射させる一方、表示素子５にて反射された光のうち、画像信号オンに対応する光（偏光板３を透過した光とは偏光方向が直交する光）を透過させる平板状の偏光分離素子であり、接眼光学系６の後述する接眼プリズム２１の光入射面２１ａに貼り付けられている。

　ＰＢＳ４を光入射面２１ａに貼り付けることにより、ＰＢＳ４の光入射側および光出射側に各光学部材をバランスよく配置することができる。これにより、各光学部材の保持姿勢が安定する。また、接眼光学系６の上方の空いたスペースに表示素子５を配置した設計が可能となり、空間を有効利用することができ、小型化にも有利となる。また、ＰＢＳ４の接眼プリズム２１への貼り付けにより、接眼プリズム２１における空気との界面（空気と直接接触する面）が減るため、上記界面における表面反射を低減して光利用効率を向上させるとともに、表面反射によるゴーストの発生を低減できる。

　表示素子５は、照明光学系２からの光を変調して映像を表示する表示素子であり、本実施形態では、反射型の液晶表示素子で構成されている。表示素子５はカラーフィルタを有する構成であってもよいし、光源１１のＲＧＢごとの時分割発光に同期して、発光色に対応するＲＧＢの画像が表示されるように、時分割で駆動される構成であってもよい。

　表示素子５は、ＰＢＳ４からほぼ垂直に入射する光がほぼ垂直に反射されてＰＢＳ４に向かうように配置されている。これにより、反射型の表示素子に対して大きな入射角で光を入射させる構成に比べて、解像度を増大させるような光学設計が容易となる。表示素子５の表示面は長方形となっており、表示面の長手方向がＸ方向となり、短手方向がＹ方向となるように配置されている。

　また、表示素子５は、照明ミラー１２からＰＢＳ４に向かう光路に対して光源１１と同じ側に配置されている。これにより、照明光学系２から表示素子５までの光学系全体をコンパクトに構成することができる。表示素子５は、光源１１と同一の基板で支持されていてもよいし、別々の基板で支持されていてもよい（図１では、光源１１および表示素子５の支持基板は省略している）。

　接眼光学系６は、表示素子５からの映像光を観察者の瞳（光学瞳Ｐ）に導くための光学系であり、非軸対称（非回転対称）な正の光学パワーを有している。この接眼光学系６は、接眼プリズム２１と、偏向プリズム２２と、ＨＯＥ２３とを有している。

　接眼プリズム２１は、表示素子５からＰＢＳ４を介して入射する映像光を内部で導光する一方、外界像の光（外光）を透過させるものであり、平行平板の上端部を上端に向かうほど厚くし、下端部を下端に向かうほど薄くした形状で構成されている。

　接眼プリズム２１において、ＰＢＳ４が貼り付けられる面は、表示素子５からの映像光が入射する光入射面２１ａであり、光学瞳Ｐとほぼ平行に位置して互いに対向する２つの面２１ｂ・２１ｃは、映像光を全反射によって導光する全反射面となっている。そのうち、光学瞳Ｐ側の面２１ｂは、ＨＯＥ２３で回折反射される映像光の出射面を兼ねている。

　接眼プリズム２１は、その下端部に配置されるＨＯＥ２３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。本実施形態では、接眼プリズム２１を構成する面のうち、ＨＯＥ２３が接する面２１ｄ以外で映像光が透過する面（光入射面２１ａ、面２１ｂ）は、平面となっている。なお、接眼プリズム２１において、ＨＯＥ２３が接する面２１ｄの形状については後述する。

　偏向プリズム２２は、接眼プリズム２１とＨＯＥ２３を介して貼り合わされて略平行平板を形成している。偏向プリズム２２を接眼プリズム２１と貼り合わせることで、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、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。

　ＨＯＥ２３は、接眼プリズム２１に接して設けられ、接眼プリズム２１内部で導光された映像光を回折反射する体積位相型で反射型のホログラフィック光学素子である。ＨＯＥ２３は、回折効率のピーク波長および回折効率半値の波長幅で、例えば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。すなわち、ＨＯＥ２３のＲＧＢの回折波長は、ＲＧＢの映像光の波長（光源１１の発光波長）とほぼ対応している。

　上記の構成において、照明光学系２の光源１１から出射された光は、照明ミラー１２で反射され、拡散板１３にてＸ方向にのみ拡散された後、所定の偏光方向の光のみが偏光板３を透過する。そして、偏光板３を透過した光は、ＰＢＳ４で反射され、表示素子５に入射する。

　表示素子５では、入射光が画像信号に応じて変調される。このとき、画像信号オンに対応する映像光は、表示素子５にて入射光とは偏光方向が直交する光に変換されて出射されるため、ＰＢＳ４を透過して接眼プリズム２１の内部に光入射面２１ａから入射する。一方、画像信号オフに対応する映像光は、表示素子５にて偏光方向が変換されずに出射されるため、ＰＢＳ４で遮断され、接眼プリズム２１の内部に入射しない。

　接眼プリズム２１では、入射した映像光が接眼プリズム２１の対向する２つの面２１ｃ・２１ｂでそれぞれ１回ずつ全反射された後、ＨＯＥ２３に入射し、そこで回折反射されて面２１ｂから出射され、光学瞳Ｐに達する。したがって、この光学瞳Ｐの位置では、観察者は、表示素子５に表示された映像を虚像として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ＨＯＥ２３は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像をシースルーで観察することができる。したがって、表示素子５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。

　（ＨＯＥ貼り付け面の形状およびＨＯＥの回折パワーについて）
　本実施形態では、接眼プリズム２１においてＨＯＥ２３が接する面２１ｄは、一方向であるＹ方向において曲率が０であり、一方向と垂直な方向であるＸ方向において０でない曲率を有する面としている。したがって、図２に示すように、ＨＯＥ２３において、面２１ｄに貼り付けられる側の面２３ａは、面２１ｄに沿った曲面、すなわち、Ｙ方向において曲率が０であり、Ｘ方向において０でない曲率を有する面となっている。また、ＨＯＥ２３の回折パワー（光学パワー）は、Ｙ方向において０ではなく（例えば正の回折パワー）、Ｘ方向において０となっている。

　このように接眼プリズム２１の面２１ｄの形状およびＨＯＥ２３の回折パワーを設定することにより、Ｘ方向においては、表示素子５から出射されてＨＯＥ２３に入射する映像光を正反射に近い角度で反射させて光学瞳Ｐに導くとともに、ＨＯＥ２３の波長依存性（回折パワー）による波長分散を防止できる。一方、Ｙ方向においては、表示素子５から出射されてＨＯＥ２３に入射する映像光を、ＨＯＥ２３の回折パワーによって反射させて光学瞳Ｐに導くため、ＨＯＥ２３での回折による波長分散が生じる。このように、波長分散はＸ方向では生じず、Ｙ方向のみで生じるため、映像観察時に、画面中心以外の位置に表示された点が伸びる方向がＹ方向のみとなる。

　ここで、例えば、接眼プリズムにおけるＨＯＥ貼り付け面で映像光が反射する方向と、ＨＯＥで映像光が回折する方向とが、画面中心（映像観察時の画角中心）において略一致する構成で、平面状のＨＯＥを用いると、画面中心から放射状の方向に映像光の波長が分散され、その結果、画像が放射状に伸びる。しかし、本実施形態では、上記のように、ＨＯＥ２３の波長依存性によって画像が引き伸ばされる方向が、Ｙ方向のみに制限されるため、放射状に画像が伸びる構成よりも画像品位の劣化を抑えることができる。しかも、ＨＯＥ２３の回折パワーは、Ｘ方向において０であるので、ＨＯＥ２３の回折パワーに起因する収差の発生を抑えることができる。

　また、接眼プリズム２１の面２１ｄが、一方向（Ｘ方向）にのみ曲率を有しているため、後述する製造方法によって作製されたフィルム状のＨＯＥ２３を面２１ｄに貼り付けて接眼光学系６を構成することが可能となる。

　また、本実施形態では、接眼プリズム２１のＨＯＥ２３が接する面２１ｄで映像光が反射する方向と、ＨＯＥ２３で映像光が回折する方向とを、ＨＯＥ２３における画面中心（表示映像の中心）と対応する位置で略一致させている。この場合、上述したように接眼プリズム２１の面２１ｄの形状およびＨＯＥ２３の回折パワーを設定することにより、画面中心からＸ方向にずれた位置でも、面２１ｄで映像光が反射する方向と、ＨＯＥ２３で映像光が回折する方向とが略一致する。したがって、画面中心およびそこからＸ方向にずれた位置においては、表示される点（画像）はどちらに伸びることもない。また、画面中心およびそこからＸ方向にずれた位置から、Ｙ方向にずれた位置では、Ｙ方向に点が伸びるが、点が伸びる量は、画面中心からのＹ方向の位置ずれ量に依存して大きくなる。

　また、画像が引き伸ばされる方向がＹ方向となる場合、このＹ方向を画角の狭い方向と一致させれば、画像の劣化を最小限にできる。本実施形態では、表示素子５は、矩形の表示面の短手方向がＹ方向となるように配置されており、表示面の短手方向（画角の狭い方向）と、面２１ｄの曲率が０となる方向とが、ともにＹ方向で一致しているので、ＨＯＥ２３の波長依存性による画像の劣化を最小限に止めることができる。

　接眼プリズム２１において、映像光の透過面（例えば光入射面２１ａ、面２１ｂ）に光学パワーを持たせて光を曲げるようにすることも可能である。この場合、透過面での屈折により倍率色収差が発生し、上述のＨＯＥ２３による点の伸びと同様の現象が起こるが、通常は、回折に比べて屈折の波長依存性は小さいので、回折パワーのみ（回折による波長依存性）を考えておけば十分である。

　本実施形態では、接眼プリズム２１を構成する面のうち、ＨＯＥ２３が接する面２１ｄ以外で映像光が透過する面（光入射面２１ａ、面２１ｂ）は平面であるため、上記した屈折の波長依存性の影響をほとんど無視することができる。

　本実施形態では、面２１ｄは、Ｘ方向において光学瞳Ｐ側に凹となる曲率を有しているが、接眼プリズム２１において映像光の透過面に光学パワーを持たせるのであれば、面２１ｄは、Ｘ方向において光学瞳Ｐ側に凸となる曲率を有していてもよい。この場合でも、ＨＯＥ２３において、面２１ｄに貼り付けられる側の面２３ａは、面２１ｄに沿った曲面、すなわち、Ｙ方向において曲率が０であり、Ｘ方向において０でない曲率を有する面となる。

　（ヘッドマウントディスプレイについて）
　次に、本実施形態の映像表示装置の応用例であるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ；head-mounted　display、本明細書ではＨＭＤと略称する場合もある）について説明する。図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃは、本実施形態のＨＭＤ４０の上面図、正面図、下面図であり、図４は、ＨＭＤ４０の正面側からの斜視図である。ＨＭＤ４０は、上述した映像表示装置１と、フレーム４２と、レンズ４３と、鼻当て４４と、位置調整機構４５とを有している。

　映像表示装置１は、筐体１ａ内に、上述した照明光学系２、偏光板３、ＰＢＳ４および表示素子５を有しており、接眼光学系６の上端部も筐体１ａ内に位置している。接眼光学系６は、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、右眼用レンズ４３Ｒの前方（観察者とは反対側の外界側）に位置している。筐体１ａ内の光源１１および表示素子５は、筐体１ａを貫通して設けられるケーブル（図示せず）を介して、図示しない回路基板と接続されており、回路基板から光源１１および表示素子５に駆動電力や映像信号が供給される。

　なお、映像表示装置１は、静止画や動画を撮影する撮像装置、マイク、スピーカー、イヤホンなどをさらに備え、外部のサーバーや端末とインターネット等の通信回線を介して、撮像画像および表示画像の情報や音声情報をやりとり（送受信）する構成であってもよい。

　フレーム４２は、観察者の頭部に装着され、映像表示装置１を観察者の眼前で支持する支持部材である。このフレーム４２は、観察者の左右の側頭部に当接するテンプルを含んでいる。

　レンズ４３は、観察者の右眼および左眼の眼前に配置される右眼用レンズ４３Ｒおよび左眼用レンズ４３Ｌを含んでいる。右眼用レンズ４３Ｒおよび左眼用レンズ４３Ｌは、右連結部４６Ｒおよび左連結部４６Ｌを介して、位置調整機構４５と連結されている。右眼用レンズ４３Ｒおよび左眼用レンズ４３Ｌは、視力矯正用のレンズであってもよいし、視力矯正を行わない単なるダミーレンズであってもよい。

　鼻当て４４は、観察者の鼻と当接する右鼻当て４４Ｒおよび左鼻当て４４Ｌを含んでいる。右鼻当て４４Ｒおよび左鼻当て４４Ｌは、右連結部４７Ｒおよび左連結部４７Ｌを介して、位置調整機構４５と連結されている。

　位置調整機構４５は、フレーム４２に対して鼻当て４４を観察者の眼幅方向に垂直な上下方向に相対的に移動させることにより、フレーム４２で支持された映像表示装置１の上下方向の位置を調整する機構である。なお、位置調整機構４５を設けることなく、レンズ４３および鼻当て４４をフレーム４２に直接固定した構成としてもよい。

　ＨＭＤ４０を観察者の頭部に装着し、表示素子５に映像を表示すると、その映像光が接眼光学系６を介して光学瞳に導かれる。したがって、光学瞳の位置に観察者の瞳を合わせることにより、観察者は、映像表示装置１の表示映像の拡大虚像を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６を介して、外界像をシースルーで観察することができる。

　このように、映像表示装置１が支持部材としてのフレーム４２で支持されることにより、観察者は映像表示装置１から提供される映像をハンズフリーで長時間安定して観察することができる。

　なお、図３Ａ等では、映像表示装置１の接眼光学系６と、レンズ４３とを別体で構成しているが、接眼光学系６をレンズ４３と一体化した構成とすることも可能である。また、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。

　（ＨＯＥの製造方法）
　次に、上述した映像表示装置１に用いられるＨＯＥ２３の製造方法について説明する。

　《基本的な考え方》
　図５は、本実施形態のＨＯＥ２３の製造方法の流れを示すフローチャートである。上述したように、ＨＯＥ２３の面２３ａは、Ｙ方向において曲率が０であり、Ｘ方向において０でない曲率を有する面となっている。このように、互いに垂直な２方向のうち、一方向においてのみ曲率を有する面２３ａは、平面に展開可能な曲面である。本実施形態では、平面に展開可能な曲面（面２３ａ）を持つ形状に曲げて使用されるＨＯＥ２３を、平板状の感光材料（例えばフォトポリマー）に二光束を照射し、二光束干渉による干渉縞を感光材料内に形成することにより作製する（Ｓ１；作製工程）。このとき、作製工程では、曲面を持つ形状に曲げた状態で所望の光学特性（回折反射特性）が得られるように、露光時に用いる上記の二光束を設計して、平板状の上記感光材料に照射し、ＨＯＥ２３を作製する。

　作製されたＨＯＥ２３は、上記の曲面を持つ形状に変形される（Ｓ２；変形工程）。これにより、ＨＯＥ２３は、使用時の状態となり、所望の光学特性を発揮するため、上述した映像表示装置１においては、観察者は表示素子５に表示された映像（虚像）と外界像とを同時に観察することが可能となる。上記の変形工程では、曲面状の光学面（例えば面２１ｄ）を持つ導光素子（接眼プリズム２１）の上記光学面にＨＯＥ２３を貼り付けることにより、ＨＯＥ２３を、曲面を持つ形状に変形することが、ＨＯＥ２３を使用時の曲面状にすることが容易である点で望ましい。

　ここで、使用時のＨＯＥ２３の上記所望の光学特性は、光路差関数によって表すことができる。図６は、ＨＯＥ２３の使用時の光路差関数Ｆ１の一例を模式的に示している。光路差関数とは、ＨＯＥ２３における入射光と回折光との波面の位相ずれに対応する光路差を、ＨＯＥ２３の各点の位置に応じて示すものであり、後述する式（ＤＳ）で表される位相関数φに基準波長（例えば５３２ｎｍ）を掛け合わせたもので定義される。なお、図６では、縦軸の光路差の単位をｍｍとしているため、位相関数φに掛け合わせる基準波長を、５３２×１０^－６ｍｍとしている。

　一方、図７は、曲面を平面に展開したときの、曲面上の各点の位置座標の変化を模式的に示している。曲面を平面に展開すると、曲面上の各点の位置座標は変化し、例えば、曲面上の点Ａ（（ｘ，ｚ）＝（２．８，２．５））は、平面上では点Ａ’（（ｘ，ｚ）＝（４，０））の位置に変化する。

　ＨＯＥ２３の面２３ａが使用時に曲面であれば、使用時の光路差関数Ｆ１もその曲面に応じた関数となる。しかし、曲面を平面に展開すると、図７のように、各点の位置（座標）が変化するため、曲面を平面に展開してＨＯＥ２３を作製するためには、位置の変化の前後で使用時の光路差が変化しないように、曲面に応じて定義された光路差関数Ｆ１を、平面に応じた光路差関数Ｆ２（図６参照）に定義し直し、そのような光路差関数Ｆ２が得られるように平板状の感光材料を露光してＨＯＥ２３を作製することが必要となる。例えば、曲面上の点Ａにおける使用時の光路差（例えば約０．０００９ｍｍ）が、対応する平面上の点Ａ’においても維持され、曲面上の他の点についても、使用時の光路差が平面上で対応する点において維持されるように、平板状の感光材料を露光してＨＯＥ２３を作製することが必要となる。

　このとき、使用時の光路差関数Ｆ１（曲面上の各点での光路差）は、光学設計により予めわかっているため、曲面上の各点が平面展開後にどの位置にくるかがわかれば、図６のように、上記光路差が維持されるように曲面上の各点を平面展開後の位置まで横滑り（水平方向に移動）させて、破線で示す光路差関数Ｆ２を求めることができる。そして、平面展開後の各点で、光路差関数Ｆ２による光路差が得られるように平板状の感光材料を露光することにより、光路差関数Ｆ２を持つ平板状のＨＯＥ２３を作製することができる。このような平板状のＨＯＥ２３を、使用時の形状に曲げると、光路差関数Ｆ１を持つＨＯＥ２３となる。

　なお、平面状のＨＯＥ２３の作製にあたっては、光路差関数Ｆ２そのものを求める必要はない。つまり、曲面上の各点の平面展開後の位置と、その位置での光路差とがわかっていれば、光路差関数Ｆ２自体を求めなくても、平面展開後の位置で上記光路差が得られるように感光材料を露光することで、ＨＯＥ２３を作製することができる。

　《曲面上の各点の平面展開後の位置について》
　上述の考え方に基づき、次に、曲面上の各点が平面展開後にどの位置にくるかについて検討する。図８は、曲面Ｃが円筒面である場合において、その曲面Ｃを平面Ｆに展開する様子を模式的に示している。なお、ここでは、３次元の座標軸をそれぞれａ軸、ｂ軸、ｃ軸とする。そして、上記円筒面は、ｂ軸方向には曲率が０であり、ａ軸方向においてのみ（ａｃ断面内でのみ）曲率を持つ形状とし、平面Ｆは、上記円筒面がａｂ平面に展開されたときの面とする。また、曲面Ｃおよび平面Ｆにおいて、各位置の対応関係をわかりやすくするために、曲面Ｃおよびそれが展開された平面Ｆを格子状で示す。そして、曲面Ｃ上の任意の点をＢとし、点Ｂと平面Ｆ上で対応する点（点Ｂの平面展開後の位置）をＢ’とする。

　また、点Ｂにおける面法線のベクトルをＶ_３とし、ベクトルＶ_３に垂直な面内で回転軸方向（曲率が０の方向）のベクトルをＶ_１とし、上記面内でベクトルＶ_１に垂直な接線方向のベクトルをＶ_２とする。同様に、点Ｂ’における面法線のベクトルをＶ_３’とし、ベクトルＶ_３’に垂直な面内で上記回転軸方向と同方向のベクトルをＶ_１’とし、上記面内でベクトルＶ_１’に垂直な方向のベクトルをＶ_２’とする。このような図示の仕方は、他の図面でも同様とする。図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、曲面Ｃおよびそれを展開した平面Ｆを、ａ軸、ｃ軸、ｂ軸に沿った方向から見たときの各面の形状および各ベクトルをそれぞれ示している。

　図８で示す円筒面や、本実施形態のように断面非円弧状の形状のように、一方向に曲率が０である曲面Ｃを平面Ｆに展開する場合、平面展開による位置の変化は、ａ軸方向およびｂ軸方向のうち、ａ軸方向においてのみ生じる。すなわち、曲面Ｃ上の点Ｂと、平面Ｆ上の点Ｂ’とで、曲率が０であるｂ軸方向の位置は変化せず（Ｖ_１＝Ｖ_１’）、ｂ軸方向に垂直なａ軸方向の位置のみが変化する。この場合、平面展開後の点Ｂ’の位置（基準位置Ｏからの距離）は、曲面Ｃのａｃ断面内での、基準位置Ｏから点Ｂまでの外形の長さ分だけ、基準位置Ｏからａ軸方向に進んだ位置となる。つまり、曲面Ｃが円筒面である場合は、基準位置Ｏから点Ｂまでの円弧の長さと等しい距離だけ、基準位置Ｏからａ軸方向に進んだ位置が、点Ｂ’の位置となる。

　一方、図１０は、曲面Ｃが円錐面である場合において、その曲面Ｃを平面Ｆに展開する様子を模式的に示している。また、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、図１０の曲面Ｃおよびそれを展開した平面Ｆを、ａ軸、ｃ軸、ｂ軸に沿った方向から見たときの各面の形状および各ベクトルをそれぞれ示している。なお、ｂ軸は、曲面Ｃ上の任意の点において曲率が０となる方向（円錐の頂点に向かう方向）にとっている。曲面Ｃが円錐面である場合、曲面Ｃを平面Ｆに展開すると（点Ｂを点Ｂ’の位置に変化させると）、ａ軸方向およびｂ軸方向の位置、および各ベクトルの全てが変化する。

　このように、曲面Ｃが平面展開可能な形状であっても、その形状によって、平面展開による位置および各ベクトルの変化の仕方は異なる。しかし、曲面Ｃ上の各点の平面展開後の位置は、例えば曲面Ｃ上の各点の位置座標に行列を掛け合わせる簡易的な演算を（エクセルなどの表計算ソフトウェアを用いて）行うことによって容易に求めることができる。これにより、求めた位置（平面展開後の位置）で、上述した光路差（光路差関数Ｆ２による光路差）が得られるように、感光材料を露光する二光束を決めて、感光材料を露光することが可能となる。

　《露光時の二光束の向きについて》
　平面展開後の各位置で上述した光路差が得られるように、感光材料を露光する二光束を決めるためには、平面展開の際に各点がどのように回転（移動）するかを考え、平面展開前のＨＯＥ上の任意の点での干渉縞の法線ベクトル、入射光線ベクトルおよび反射光線ベクトルを３つまとめて回転（移動）する、という計算を、ＨＯＥ上の各点において行えばよい。なお、このような計算は、上記と同様に表計算ソフトウェアなどを用いた演算によって行うことができる。以下、二光束の照射方向を求める手法の詳細について説明する。

　例えば図１２および図１３は、曲面Ｃを平面Ｆに展開する場合において、曲面Ｃ上の点Ｂでの面法線のベクトルＶ_３、入射光線のベクトルＶ_Ｅおよび反射光線のベクトルＶ_Ｒと、平面Ｆ上で点Ｂに対応する点Ｂ’での面法線のベクトルＶ_３’、入射光線のベクトルＶ_Ｅ’および反射光線のベクトルＶ_Ｒ’とをそれぞれ示しており、図１２は、曲面Ｃが円筒面である場合を、図１３は、曲面Ｃが円錐面である場合をそれぞれ示している。曲面Ｃが円筒面であっても、円錐面であっても、図１４に示すように、曲面Ｃ上の点Ｂにおける面法線のベクトルＶ_３に対する、入射光線のベクトルＶ_Ｅおよび反射光線のベクトルＶ_Ｒの角度関係を維持したまま、曲面Ｃの平面Ｆへの展開とともに上記３つのベクトルを同時に回転させれば、平面Ｆの点Ｂ’を露光する二光束の照射方向が決まる。つまり、この場合、平面Ｆを感光材料と考えれば、感光材料の点Ｂ’の位置を露光する二光束のうちの一方の光束は、入射光線のベクトルＶ_Ｅ’（入射光線のベクトルＶ_Ｅの回転後のベクトル）に沿った方向から感光材料に入射する光束であり、他方の光束は、感光材料に対して上記一方の光束の入射側とは反対側から、反射光線のベクトルＶ_Ｒ’（反射光線のベクトルＶ_Ｒの回転後のベクトル）に沿って入射する光束である。

　ただし、これは、面法線に対して光の入射角と反射角とが等しい、いわゆる正反射のミラーとして機能するＨＯＥを作製する場合の二光束である。面法線に対して光の入射角と反射角とが異なる位置が存在するＨＯＥを作製する場合は、面法線の代わりに干渉縞の法線（以下では、縞法線とも称する）を用いることで、上記と同様に考えることができる。

　図１５は、正反射ミラーとしてのＨＯＥの作製を想定した場合において、曲面Ｃ上の点Ｂおよび平面Ｆ上の点Ｂ’に入射する光の入射角（入射光線のベクトルＶ_Ｅ・Ｖ_Ｅ’）の変化による反射角（反射光線のベクトルＶ_Ｒ・Ｖ_Ｒ’）の変化を示している。正反射特性を持つＨＯＥにおいては、曲面Ｃにおいても、平面Ｆにおいても、入射光線のベクトルと反射光線のベクトルとの二等分線の方向が、面法線のベクトル（Ｖ_３またはＶ_３’）の方向と一致している。また、入射角の変化に応じて反射角も変化するが、入射角が変化しても、上記二等分線の方向が面法線のベクトルの方向と一致する関係は維持されている。

　一方、図１６は、面法線に対して光の入射角と反射角とが異なる位置が存在するＨＯＥの作製を想定した場合において、曲面Ｃ上の点Ｂおよび平面Ｆ上の点Ｂ’に入射する光の入射角（入射光線のベクトルＶ_Ｅ・Ｖ_Ｅ’）の変化による反射角（反射光線のベクトルＶ_Ｒ・Ｖ_Ｒ’）の変化を示している。上記ＨＯＥにおいては、面法線ではなく、縞法線が反射光（回折光）の向きを決めることになる。このため、曲面Ｃにおいても、平面Ｆにおいても、入射光線のベクトルと反射光線のベクトルとの二等分線の方向は、縞法線のベクトル（曲面ＣではベクトルＶ_Ｎ、平面ＦではベクトルＶ_Ｎ’）の方向と一致する。また、入射角が変化しても、上記二等分線の方向が縞法線のベクトルの方向と一致する関係は維持される。

　したがって、上記ＨＯＥの作製においては、曲面Ｃが円筒面であっても、円錐面であっても、曲面Ｃ上の点Ｂにおける面法線のベクトルＶ_３に対してではなく、縞法線のベクトルＶ_Ｎに対して、入射光線のベクトルＶ_Ｅおよび反射光線のベクトルＶ_Ｒの角度関係を維持したまま、曲面Ｃの平面Ｆへの展開とともに上記３つのベクトルを同時に回転させることにより、平面Ｆの点Ｂ’を露光する二光束の照射方向を決めることができる。つまり、平面展開後の（回転後の）入射光線のベクトルＶ_Ｅ’に沿った方向、および反射光線のベクトルＶ_Ｒ’に沿った方向を、上記二光束の照射方向として決めることができる。

　《平行光を用いた露光ついて》
　一般に、感光材料の露光に用いる二光束は、球面波や平面波のような、容易に作製できる波面にはなっていない。そこで、レーザ光源からの光を一旦、平面波とし、ハーフミラーで二分岐して、それぞれ異なる形の自由曲面ミラーを使って波面を変換し、感光材料に照射することで、所望の光学特性を有するＨＯＥを作製することが可能である。

　しかし、この方法では、二光束の各光路に対応して自由曲面ミラーを配置することが必要となり、また、露光に用いる光学系も各々の自由曲面ミラーに対応して配置することが必要となるため、露光光学系全体の構成が複雑化する。さらに、複数のＨＯＥを同時に作製する場合は、各々のＨＯＥの作製に対応して光学系を配置する必要があるため、さらなる構成の複雑化を招く。

　そこで、本実施形態では、露光に用いる二光束のうち、一方の光束を平行光とすることにより、露光光学系全体の構成を簡素化しつつ、そのような簡素な構成で複数のＨＯＥの同時露光を可能としている。

　ここで、露光時の上記二光束のうち、どちらの光束を平行光とするかは、ＨＯＥの使用時の状態を考慮して決めればよい。本実施形態では、露光時の二光束のうち、使用時にＨＯＥ２３に入射する映像光の光路に対応する光束（後述する第１の光束）を平行光とし、もう一方の光束（後述する第２の光束）と干渉させてＨＯＥ２３を作製するようにしている。その理由は、以下の通りである。

　図１７は、使用時のＨＯＥ２３に対する映像光の光路と、感光材料５０を露光する二光束の光路との対応関係を模式的に示している。反射型のＨＯＥ２３は、感光材料５０に対して互いに反対側から第１の光束および第２の光束を照射してこれらを干渉させ、感光材料５０に干渉縞を形成することにより作製される。なお、上記の第１の光束および第２の光束としては、例として、波長６３４ｎｍを含むＲ光を考えている。

　ここで、使用時にＨＯＥ２３に入射する映像光の光路を、ＨＯＥ２３を透過する方向に延長したとき、第１の光束は、上記のように延長した光路上を上記映像光の進行方向とは逆向きに進行して感光材料５０に入射する光束である。また、第２の光束は、使用時にＨＯＥ２３にて回折反射されて光学瞳に向かう映像光（回折光）の光路上を、上記回折光の進行方向とは逆向きに進行する光束である。なお、第１の光束および第２の光束の、感光材料５０の面５０ａに対する角度が対称であるとき、感光材料５０に形成される干渉縞は、面５０ａに平行に作製される。つまり、干渉縞を構成する高屈折率部５０ｂおよび低屈折率部５０ｃは、それぞれ面５０ａに平行に形成され、かつ、面５０ａに垂直な方向に交互に並ぶ。

　平面展開の前後で必要な光学特性を維持するためには、平面展開の前後で干渉縞の法線ベクトルが変化しないようにすることが必要である。前述のように、干渉縞の法線ベクトルは、使用時の入射光線ベクトルと反射光線ベクトルとの二等分線となっているので、例えば露光時に第１の光束の向きを変化させたとき、第２の光束の向きを同時に変化させて、上記二等分線が変化しないようにすれば、干渉縞の法線ベクトルを維持することが可能となる。

　しかし、第１の光束および第２の光束の向きをそれぞれ変化させると、干渉縞の法線ベクトルは維持されても、干渉縞の周期（高屈折率部または低屈折率部の間隔）が変化する。具体的には、干渉縞の法線ベクトルと一方の光束とのなす角度のコサインに反比例して、干渉縞の周期が変化する。つまり、露光時の光束の波長を一定としたとき（例えば図１７と同じとしたとき）、図１８に示すように、面５０ａに対する露光時の二光束の対称な関係を維持したまま、上記角度を小さくすると（一方の光束を干渉縞の法線ベクトルに近づくように傾けると）、干渉縞の周期が短くなる（縞が密になる）。このように干渉縞の周期が変化すると、回折光の波長ずれが起こる。以下、この点についてさらに説明する。

　図１９は、露光光束として、ＲＧＢの各光を用いたときに感光材料５０に形成される干渉縞を模式的に示している。なお、ここでは、Ｒ光として例えば波長６３４ｎｍを含む光を、Ｇ光として例えば波長５２１ｎｍを含む光を、Ｂ光として例えば波長４６５ｎｍを含む光をそれぞれ考えている。露光時の二光束の面５０ａに対する角度を変えずに、露光光束の波長を変化させた場合、干渉縞の周期は、露光波長に比例して変化する。つまり、露光波長が短くなるにつれて、干渉縞の周期も短くなる。

　図２０は、図１８で示したＲの露光による干渉縞と、図１９で示したＢの露光による干渉縞とを並べて示したものである。上記のように、露光光束の角度および波長によって、干渉縞の周期は変化するため、図２０で示すように、露光波長が互いに異なっていても、露光時の二光束の角度によっては、干渉縞の周期が同じになる場合がある。この場合、使用時において、例えばＨＯＥに入射するＲの光束（映像光）に含まれる２光線（ここでは画角両端に対応する２光線とする）の角度差が大きいと、上記２光線のうちの一方の光線が図２０で示したＲの干渉縞で干渉され、他方の光線がＢの干渉縞で回折されることがあり得る。Ｂ光を回折させる干渉縞でＲ光が回折されると、回折光の波長ずれによって、観察映像に色ムラが生じる。

　したがって、露光時の二光束のうち、光束内での２光線の角度差が小さい光束を平行光に選んで露光するほうが、上記した回折波長のずれが小さくて済むことになる。例えば、映像表示装置において、ＨＯＥ以外にパワーを持つ面の無い接眼光学系を用いるのであれば、表示素子からＨＯＥに向かう光束のほうが、ＨＯＥから光学瞳に向かう光束に比べて、光束内での２光線の角度差が小さい。したがって、表示素子からＨＯＥに向かう光束に対応する露光光束、つまり、図１７等で示した第１の光束を平行光になるようにし、ＨＯＥから光学瞳に向かう光束に対応する露光光束（第２の光束）のほうを、干渉縞の法線ベクトルを維持することができるように変換して感光材料５０を露光することで、上記の回折波長のずれを小さく抑えて、色ムラの発生を抑えることができる。

　《露光光学系について》
　次に、上記した平行光を用いて感光材料５０を露光する露光光学系について説明する。図２１は、本実施形態のＨＯＥ２３の製造に用いる露光光学系６０の概略の構成を示す断面図である。露光光学系６０は、平板状の感光材料５０を露光する露光用光源（図示せず）と、自由曲面ミラー６１とを少なくとも有している。露光用光源は、本実施形態では、レーザ光源で構成されている。レーザ光源からの光の光束径をビームエキスパンダ等によって拡大することにより、感光材料５０に対して一方の側から平行光を照射することができる。

　露光用光源は、単色光を出射する光源であってもよいが、本実施形態のようにＲＧＢの各光を回折反射させるＨＯＥ２３を作製する場合は、ＲＧＢのそれぞれの回折ピーク波長（回折効率が極大となる波長）の光を出射するレーザ光源を用い、ＲＧＢの各光を、１本の光路に合成して出射する構成とすればよい。なお、感光材料５０は、図示しない２本のロールにより、いわゆるロール・トゥー・ロール方式で搬送され、各ロール間で平板状に張られた状態で露光される。

　自由曲面ミラー６１は、感光材料５０に対して、上記の平行光の入射側とは反対側に、配置されている。これにより、上記平行光の一部を自由曲面ミラー６１で反射させて感光材料５０に照射し、感光材料５０に対して自由曲面ミラー６１とは反対側から入射する上記平行光と干渉させて感光材料５０に干渉縞を形成し、ＨＯＥ２３を作製することが可能となる。このとき、図２１では、自由曲面ミラー６１に入射する光束（平行光の一部）は、感光材料５０を透過して自由曲面ミラー６１に入射しているが、感光材料５０の一部にスリット（開口部）を形成しておき、このスリットを介して自由曲面ミラー６１に入射させてもよい（自由曲面ミラー６１に入射する光束は、感光材料５０を透過する光束には限定されない）。

　上記のように自由曲面ミラー６１を用いて感光材料５０を露光することにより、光源からの光を光路分離ミラーによって二光束に分岐して、上記二光束を感光材料に対して一方の側と他方の側とから照射する一般的な構成に比べて、以下の効果がある。すなわち、上記光路分離ミラーが不要なため、上記光路分離ミラーの精度（面精度、配置精度）による波面の乱れがない。また、上記一般的な構成では、分岐した二光束を感光材料の両側から当てるために、長い光路を必要とするが、上記光路分離ミラーを用いない本実施形態の方法では、感光材料を露光する光路を短くできるため、光路の乱れ（空気の揺らぎ等）の影響が少なく、露光の安定化が図れる。

　上述したように、曲げた状態で使用されるＨＯＥ２３の各点の平面展開後の位置、および上記各点での光路差が平面展開の前後で維持されるような露光時の二光束の照射方向は、簡易的な演算によって求めることができる。したがって、感光材料５０に対する一方の光束（平行光）の入射方向を所定の方向に設定するとともに、感光材料５０に対して平行光の入射側とは反対側の光束が、平板状の感光材料５０の各位置において所定の方向から入射するように、自由曲面ミラー６１の形状を設定することにより、曲げた状態で所望の光学特性を発揮するＨＯＥ２３を、平板状の感光材料５０の露光によって作製することができる。言い換えれば、上記のように自由曲面ミラー６１の形状（反射面の形状）を設定することにより、ＨＯＥ２３の使用時における曲面（面２３ａ、図２参照）上の各点での光路差（使用時の光路差）が、感光材料５０において上記各点と対応する位置における、一方の光束と他方の光束との光路差（露光時の光路差）と等しくなるようにすることができる。以下、自由曲面ミラー６１の具体的な形状の設定方法について説明する。

　《自由曲面ミラーの形状設定について》
　図２２は、露光光学系６０における各パラメータを模式的に示す説明図である。自由曲面ミラー６１の形状は、自由曲面ミラー６１の反射面上の各位置の、平板状の感光材料５０の面５０ａ（平面）からの距離を求めることによって設定することが可能である。より具体的には、以下の通りである。

　まず、感光材料５０を露光する２光束に含まれる光線のうち、感光材料５０に形成される干渉縞の法線が、平板状の感光材料５０の面５０ａ（平面）の法線Ｎと一致する位置Ｐ_０を通る２つの光線Ｌ１・Ｌ２を基準として考える。このとき、光線Ｌ２は、光線Ｌ１よりも光路が長い側（自由曲面ミラー６１で反射される側の光線）とする。平行光に含まれる光線と面５０ａの法線Ｎとが感光材料５０内でなす角度をθ（°）とすれば、位置Ｐ_０においては、自由曲面ミラー６１で反射した光線Ｌ２が感光材料５０に再入射するときに、面５０ａの法線Ｎとのなす角度も、やはりθとなる。

　ここで、感光材料５０内で、自由曲面ミラー６１に向かう光線Ｌ２に対して位置Ｐ_０から降ろした垂線の足をＰ_１とする。そして、光線Ｌ２が自由曲面ミラー６１で反射される位置をＰ_２とする。また、自由曲面ミラー６１の形状を決定するために、感光材料５０において、基準となる光線Ｌ１・Ｌ２が入射する位置Ｐ_０とは異なる位置Ｑ_０に入射する光線Ｌ１’・Ｌ２’を考える。ただし、光線Ｌ２’は、光線Ｌ１’よりも光路が長い側（自由曲面ミラー６１で反射される側の光線）とする。そして、感光材料５０内で、自由曲面ミラー６１に向かう光線Ｌ２’に対して位置Ｑ_０から降ろした垂線の足をＱ_１とし、光線Ｌ２’が自由曲面ミラー６１で反射される位置をＱ_２とする。

　自由曲面ミラー６１から位置Ｑ_０に入射する光線のベクトル（位置Ｑ_２から位置Ｑ_０に向かうベクトル）は、上述のように予め決定することができる。このとき、上記光線のベクトルと感光材料５０の面５０ａとのなす角度をα（°）とする。また、位置Ｑ_０での光路差（光路差関数Ｆ２で表される光路差）も上述のように算出することができ、上記光路差をｐ（ｍｍ）とする。ただし、光路差ｐは、位置Ｐ_０を基準とする光路差、つまり、位置Ｑ_０での光路差から位置Ｐ_０での光路差を差し引いた値とする。図２２で示したｑの長さ（位置Ｑ_２と位置Ｑ_０との距離と等しく、単位はｍｍである）は、位置Ｐ_２の面５０ａからの距離ｈ（ｍｍ）を用いて、幾何学的に以下の式（Ａ）で表される。なお、下記式（Ａ）の導出方法については後述する。
　　　ｑ＝（ｐ＋２ｈ・ｃｏｓθ）／｛１＋ｃｏｓ（θ＋α）｝　　　・・・（Ａ）

　上記のｑが分かれば、位置Ｑ_２の面５０ａからの距離Ｈ（ｍｍ）を以下の演算によって求めることができる。
　　　Ｈ＝ｑ・ｃｏｓα

　したがって、このような演算を、位置Ｑ_０以外の位置に入射する光線についても同様に行うことにより、自由曲面ミラー６１の各位置ごとの距離Ｈを求めて、自由曲面ミラー６１の形状（自由曲面係数）を設定することができる。

　《式（Ａ）の導出方法》
　次に、上記した式（Ａ）の導出方法について説明する。図２２において、位置Ｐ_０に入射する光線Ｌ１・Ｌ２の光路差（露光時の光路差）は、三角形Ｐ_０Ｐ_１Ｐ_２において、辺Ｐ_１Ｐ_２の長さａ_１（ｍｍ）と、辺Ｐ_２Ｐ_０の長さａ_２（ｍｍ）との和に等しい。また、位置Ｑ_０に入射する光線Ｌ１’・Ｌ２’の光路差（露光時の光路差）は、三角形Ｑ_０Ｑ_１Ｑ_２において、辺Ｑ_１Ｑ_２の長さｂ_１（ｍｍ）と、辺Ｑ_２Ｑ_０の長さｂ_２（ｍｍ）との和に等しい。位置Ｑ_０での光路差は、位置Ｐ_０での光路差に上記のｐを加えたものと等しいため、以下の式（１）が成り立つ。なお、同図より、ａ_１＋ａ_２≠０であることは明らかであるため、光線Ｌ１・Ｌ２の光路差はゼロにはならない。同様に、ｂ_１＋ｂ_２≠０であることも明らかであるため、光線Ｌ１’・Ｌ２’の光路差はゼロにはならない。
　　　（ａ_１＋ａ_２）＋ｐ＝（ｂ_１＋ｂ_２）　　　・・・（１）

　三角形Ｐ_０Ｐ_１Ｐ_２において、辺Ｐ_１Ｐ_２と辺Ｐ_２Ｐ_０とのなす角度は、幾何学的に２θであるので、
　　　ａ_１＝ａ_２・ｃｏｓ２θ　　　・・・（２）
が成り立ち、また、
　　　ａ_２＝ｈ／ｃｏｓθ　　　・・・（３）
である。

　三角形Ｑ_０Ｑ_１Ｑ_２において、辺Ｑ_１Ｑ_２と辺Ｑ_２Ｑ_０とのなす角度は、幾何学的に（θ＋α）であるので、
　　　ｂ_１＝ｑ・ｃｏｓ（θ＋α）　　　・・・（４）
が成り立ち、また、
　　　ｂ_２＝ｑ　　　・・・（５）
である。

　上記の式（２）～（５）を式（１）に代入して変形すると、以下の式（６）が得られる。
　　　（ａ_１＋ａ_２）＋ｐ＝（ｂ_１＋ｂ_２）
　　　（ａ_２・ｃｏｓ２θ＋ａ_２）＋ｐ＝ｑ・ｃｏｓ（θ＋α）＋ｑ
　　　ａ_２（ｃｏｓ２θ＋１）＋ｐ＝ｑ｛（ｃｏｓ（θ＋α）＋１｝
　　　（ｈ／ｃｏｓθ）（ｃｏｓ２θ＋１）＋ｐ＝ｑ｛（ｃｏｓ（θ＋α）＋１｝
　　　（ｈ／ｃｏｓθ）｛（２ｃｏｓ^２θ－１）＋１｝＋ｐ＝ｑ｛（ｃｏｓ（θ＋α）＋１｝
　　　２ｈ・ｃｏｓθ＋ｐ＝ｑ｛（ｃｏｓ（θ＋α）＋１｝　　　・・・（６）
　式（６）をｑについて変形すると、上述した式（Ａ）が得られる。

　（実施例）
　以下、図１で示した映像表示装置１の数値実施例について、コンストラクションデータ等を挙げてさらに具体的に説明する。

　表１に、実施例の映像表示装置１のコンストラクションデータ等を示す。表１に示す面データ中、Ｓｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）は、光源１１から光学瞳Ｐに至る光路中で、光学瞳Ｐ側から数えてｉ番目の面を示しており、面データは面Ｓｉの配置データを示している。

　実施例では、Ｓ１は接眼プリズム２１の映像光出射面、Ｓ２は接眼プリズム２１の面２１ｄ（ＨＯＥ貼り付け面）、Ｓ３は面２１ｂ（全反射面（Ｓ１と同一平面））、Ｓ４は面２１ｃ（全反射面）、Ｓ５は面２１ａ（ＰＢＳ貼り付け面）、Ｓ６はＰＢＳ４の透過面、Ｓ７は表示素子５のカバーガラス表面、Ｓ８は表示素子５の液晶面、Ｓ９は表示素子５のカバーガラス表面、Ｓ１０はＰＢＳ４の反射面、Ｓ１１は偏光板３の出射面、Ｓ１２は偏光板３と拡散板１３との境界面、Ｓ１３は拡散板１３の入射面、Ｓ１４は照明ミラー１２の反射面、Ｓ１５は光源１１のＬＥＤ発光面、である。

　各面Ｓｉの配置は、面データ中の基準点座標（ｘ，ｙ，ｚ）と回転角度（ＡＤＥ）の各面データでそれぞれ特定される。面Ｓｉの基準点座標は、その基準点をローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点として、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）におけるローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点の座標（ｘ，ｙ，ｚ）で表されており（単位：ｍｍ）、その基準点を中心とするＸ軸回りの回転角度ＡＤＥで面Ｓｉの傾きが表されている（単位：°；Ｘ軸の正方向に対して反時計回りがＸ回転の回転角度の正方向である。）。ただし、座標系はすべて右手系で定義されており、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）は出射面Ｓ１のローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致した絶対座標系になっている。したがって、Ｘ方向，Ｙ方向は、面Ｓｉの基準点を原点とし、かつ、基準点での法線をＺ軸とする直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における座標軸方向である。図１において、面Ｓ１では、Ｘ方向は紙面に垂直方向（画角の左右方向）、Ｙ方向は紙面の上下方向（画角の上下方向）である。

　ＨＯＥの基準波長、つまりＨＯＥを作製する際の製造波長（規格化波長）および再生波長はともに５３２ｎｍ（＝５３２×１０^－６ｍｍ）であり、回折光の使用次数は１次である。ＨＯＥの回折構造を有する面Ｓｉ（ＨＯＥ面）は、その基準点を原点とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた以下の式（ＤＳ）で定義される。式（ＤＳ）に示すように、位相関数φはＨＯＥの位置（Ｘ，Ｙ）による生成多項式（二元多項式）であり、表２に示す回折面データは、位相関数φの位相係数Ａ（ｊ，ｋ）をＸの次数とＹの次数とに対応させて示している（１行目：Ｘの次数、１列目：Ｙの次数）。なお、回折面データにおいて表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ－ｎ＝×１０^－ｎである。
　　φ＝ΣΣ｛Ａ（ｊ，ｋ）・Ｘ^ｊ・Ｙ^ｋ｝　　　・・・（ＤＳ）
　ただし、
　　φ：位相関数、
　　Ａ（ｊ，ｋ）：Ｘのｊ次、Ｙのｋ次の位相係数（ＨＯＥ係数）、
である。

　上記の位相関数φに基準波長（ここでは５３２×１０^－６ｍｍ）を掛け合わせたものが、光路差関数Ｆとなる。すなわち、光路差関数Ｆ（光路差の単位はｍｍとする）は、基準波長をλ_０（ｍｍ）として、以下の式で表される。したがって、ＨＯＥの任意の点での、入射光と回折光との波面の位相ずれと、入射光と回折光との光路差とは、対応関係にあると言える。
　　　Ｆ＝φ×λ_０

　表３および表４は、ＨＯＥ面（ＨＯＥ貼り付け面）の形状式係数、および照明ミラーの形状式係数をそれぞれ示している。ＨＯＥ面および照明ミラーは、自由曲面で形成されている。自由曲面データに関し、自由曲面（ＸＹ多項式面）からなる面Ｓｉは、その基準点を原点とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた以下の式（ＦＳ）で定義される（球面項を示す部分は存在していない。）。表３および表４に示す自由曲面データは、その自由曲面係数Ｂ（ｊ，ｋ）をＸの次数とＹの次数とに対応させて示している（１行目：Ｘの次数、１列目：Ｙの次数）。なお、表３および表４の自由曲面データにおいて、表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ－ｎ＝×１０^－ｎである。
　　Ｚ＝ΣΣ｛Ｂ（ｊ，ｋ）・Ｘ^ｊ・Ｙ^ｋ｝　　　・・・（ＦＳ）
　ただし、
　　Ｚ：座標（Ｘ，Ｙ）の位置でのＺ方向（光軸方向）のサグ量（ｍｍ）、
　　Ｂ（ｊ，ｋ）：Ｘのｊ次、Ｙのｋ次の多項式自由曲面係数、
である。

　本実施例では、表２に示すように、ＨＯＥ係数がＹ０次の全ての項で０であり、また、式（ＦＳ）に球面項を示す部分が存在しないことで、ＨＯＥのＸ方向の回折パワーを０にしている。また、表３に示すように、ＨＯＥ面の形状式係数が、Ｙ０次Ｘ偶数次（範囲は２～１０）の項で０でなく、Ｙ０次で無い項で全て０であることにより、ＨＯＥ面がＸ方向に曲率を有しており、Ｙ方向には曲率を有していないことがわかる。このように構成したことで、ＨＯＥの波長依存性（回折パワー）によって点が延びる方向が、上下方向のみとなり、それゆえ、放射状に画像が伸びる構成よりも、画像品位の劣化を抑えることができる。

　表５は、上記のＨＯＥを平板状の感光材料の露光によって作製する図２２の露光光学系６０のコンストラクションデータを示している。表５において、ＨＯＥ面は、図２２において、感光材料５０の面５０ａに対応しており、位置Ｐ_０を基準位置（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，０，０）としている。

　表６は、図２２の露光光学系６０に用いた自由曲面ミラー６１の形状式係数を示している。なお、本実施例では、図２２の位置Ｐ_０に入射する光線が自由曲面ミラー６１のある位置で反射されて位置Ｐ_０に入射するときに、感光材料５０の面５０ａから自由曲面ミラー６１の上記位置までの距離ｈは、１０ｍｍであった（表５のｚの値参照）。また、平行光に含まれる光線と面５０ａの法線Ｎとが感光材料５０内でなす角度θは、４０．９２°であった。

　自由曲面ミラー６１の形状も、上記の式（ＦＳ）によって定義されており、表６では、自由曲面係数Ｂ（ｊ，ｋ）をＸの次数とＹの次数とに対応させて示している（１行目：Ｘの次数、１列目：Ｙの次数）。なお、表６の自由曲面データにおいて、表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ－ｎ＝×１０^－ｎである。

　前述した方法により、ＨＯＥ面（感光材料５０の面５０ａ）の各位置に入射する光線について、自由曲面ミラー６１で反射される位置（面５０ａからの距離Ｈ）を求めることにより、表６に示すように、自由曲面ミラー６１の形状（自由曲面係数）を設定することができる。

　（まとめ）
　以上のように、本実施形態のＨＯＥ２３の製造方法は、曲面（面２３ａ）を持つ形状に曲げた状態で所望の光学特性が得られるように、平板状の感光材料５０に照射する二光束を設計し、設計した二光束で平板状の感光材料５０に照射してＨＯＥ２３を作製する作製工程を含む。このように平板状の感光材料５０を露光して平板状のＨＯＥ２３を作製することにより、使用時にＨＯＥ２３を曲げた状態で所望の光学特性が発揮されるため、ロール・トゥー・ロールで感光材料５０を搬送する方式を採用しながら、短時間で次々にＨＯＥ２３を作製することが可能となる。また、後述するように、感光材料５０において複数のＨＯＥ２３の作製領域を二光束で同時に露光して、複数のＨＯＥ２３を同時に作製することも可能となる。したがって、感光材料を透明基板の光学面（曲面）に貼り付けて露光し、ＨＯＥを個別に作製する従来の製造方法に比べて、ＨＯＥ２３の生産性を向上させることができる。

　また、上述したように、平板状の感光材料５０を露光してＨＯＥ２３を作製する方法を採用することにより、感光材料５０を露光する二光束の一方の光束として、平行光を用いて感光材料５０を露光することが可能となる。上記二光束の両方を例えば非平行光とする場合には、そのような光束を得るために、各光束の光路中に自由曲面ミラー等の光学系を配置して露光を行う必要があり、露光光学系全体の構成が複雑化することが懸念される。しかし、上記二光束のうちの一方の光束を平行光とすることにより、他方の光束の光路中にのみ自由曲面ミラーを配置して感光材料５０を露光することができる。つまり、露光光学系の簡素な構成で、感光材料５０を適切に露光することができる。

　また、曲げた状態で使用されるＨＯＥ２３の平面展開後の各点で、図６で示した光路差関数Ｆ２による光路差（＝曲面上で対応する各点での光路差関数Ｆ１による光路差）が得られるように、平板状の感光材料を露光する場合、平面展開後の各点での露光時の二光束の光路差と、光路差関数Ｆ２による光路差とは等しい関係にある。したがって、使用時のＨＯＥ２３の各点での位相ずれ（光路差を基準波長で割った値）と、露光時の光路差との関係に着目すれば、ＨＯＥ２３の使用時における曲面上の任意の点での、入射光と回折光との波面の位相ずれは、感光材料において上記任意の点と対応する位置における露光時の二光束の光路差と対応する値になっていると言える。このような対応関係により、平板状の感光材料５０の露光時に、使用時のＨＯＥ２３の各点で所望の位相ずれ（または光路差）が生じるような露光が可能となる。その結果、作製されたＨＯＥ２３において、使用時に所望の光学特性を発揮させることが可能となる。

　また、平板状の感光材料５０を露光する二光束のうちの一方の光束が平行光である場合、感光材料５０に対して、平行光の入射側とは反対側に、自由曲面ミラー６１を配置し、上記二光束のうちの他方の光束を、上記平行光の一部の光束であって、自由曲面ミラー６１で反射されて感光材料５０に入射する光束としている。このように自由曲面ミラー６１を用いることにより、使用時のＨＯＥ２３の各点での光路差と、露光時の上記各点に対応する位置での二光束の光路差（自由曲面ミラー６１を介して入射する光と平行光との光路差）とが等しくなるような露光が可能となる。

　また、本実施形態では、ＨＯＥ２３の使用時の光路差、つまり、ＨＯＥ２３の使用時の曲面上の各点での、入射光と回折光との波面の位相ずれに対応する光路差が、平面展開後の上記各点と対応する位置での光路差と等しく、また、平板状の感光材料５０において上記各点と対応する位置における、一方の光束と他方の光束との光路差（露光時の二光束の光路差）と等しくなるように、自由曲面ミラー６１の形状が設定されている（図６、図２２、表６参照）。このような自由曲面ミラー６１の形状設定により、感光材料５０の各点において、使用時と同じ光路差が生じるように感光材料５０を二光束で露光して、使用時に所望の光学特性を発揮するＨＯＥ２３を作製することができる。

　（複数のＨＯＥの同時露光について）
　図２３は、露光光学系６０の他の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態のようにして設計した自由曲面ミラー６１を、感光材料５０と向かい合うように、ライン状または２次元アレイ状に複数並べて配置して、ＨＯＥ２３を複数同時に作製してもよい。つまり、ＨＯＥ２３の作製工程では、感光材料５０に対して、一方の側から平行光を照射し、他方の側から、上記平行光の一部を個々の自由曲面ミラー６１を介して照射することにより、複数のＨＯＥ２３を、感光材料５０の複数の領域に同時に作製してもよい。なお、隣り合う自由曲面ミラー６１は、互いに接するように配置されていてもよいし、離間して配置されていてもよい。

　このように一度に複数のＨＯＥ２３を作製することにより、ＨＯＥ２３の生産性を確実に向上させることができる。また、感光材料５０を露光する二光束のうちの一方の光束を平行光としているため、複数の自由曲面ミラー６１を、感光材料５０に対して一方の側にのみ配置すればよい。それゆえ、複数のＨＯＥ２３を同時に作製する場合でも、露光光学系６０の構成が複雑化するのを回避することができる。

　（ＨＯＥの他の製造方法について）
　図２４は、露光光学系６０のさらに他の構成を示す断面図である。同図のように、感光材料５０に対して、平行光の入射側とは反対側に、平板状の原版ホログラム７０を配置してＨＯＥ２３を作製してもよい。つまり、上記平行光を一方の光束として用い、上記平行光の一部の光束であって、原版ホログラム７０で回折反射されて感光材料５０に入射する光束を他方の光束として用い、これらの二光束を感光材料５０内で干渉させてＨＯＥ２３を作製してもよい。上記の原版ホログラム７０としては、予め原版として用意されたホログラムであってもよいし、本実施形態の作製方法で作製されたホログラム、つまり、原版ホログラム７０を介して感光材料５０を露光する前に、図２１等で示した露光光学系６０を用いて作製されたホログラム（既に作製されたＨＯＥ２３）であってもよい。

　このように、原版ホログラム７０を用いることにより、コンタクトコピーによってＨＯＥ２３を作製することができる。したがって、平面展開が可能な曲面を持つ形状に曲げて使用されるＨＯＥ２３を、平板状の感光材料５０の露光によって作製する本実施形態の方法は、上述した自由曲面ミラー６１（図２１等参照）を用いる方法には限定されない。特に、原版ホログラム７０として、該原版ホログラム７０を介して感光材料５０を露光する前に作製されたＨＯＥ２３を用いることにより、そのＨＯＥ２３（原版ホログラム７０）と同じ光学特性のＨＯＥ２３を確実に作製することができる。

　また、図２５は、露光光学系６０のさらに他の構成を示す断面図である。同図のように、原版ホログラム７０を、感光材料５０と向かい合うように、ライン状または２次元アレイ状に複数並べて配置して、複数のＨＯＥ２３を、感光材料５０の複数の領域に同時に作製してもよい。つまり、ＨＯＥ２３の作製工程では、感光材料５０に対して、一方の側から平行光を照射し、他方の側から、上記平行光の一部を個々の原版ホログラム７０を介して照射することにより、複数のＨＯＥ２３を同時に作製してもよい。この場合でも、図２３の構成と同様に、簡素な構成で、複数のＨＯＥ２３を同時に作製して、ＨＯＥ２３の生産性を確実に向上させることができる。

　なお、隣り合う原版ホログラム７０は、互いに接するように配置されていてもよいし、離間して配置されていてもよい。また、複数のＨＯＥ２３が既に形成された一続きの感光材料を、未露光の感光材料５０に接触させ、上記複数のＨＯＥ２３を原版ホログラム７０として用いて、未露光の感光材料５０を露光することにより、上記感光材料５０に複数のＨＯＥ２３を形成してもよい。

　図２３～図２５で示した構成においても、自由曲面ミラー６１（またはホログラム原版７０）に入射する光束（平行光の一部）は、感光材料５０を透過して自由曲面ミラー６１に入射してもよいし、感光材料５０の一部に形成したスリットを介して自由曲面ミラー６１（またはホログラム原版７０）に入射してもよい。この場合でも、二光束分岐用の光路分離ミラーを設ける構成に比べて、光路分離ミラーの精度による波面の乱れがない、光路の乱れの影響が少なくて露光の安定化が図れる、という上述の効果を得ることができる。

　なお、使用時のＨＯＥ２３の面２３ａの形状は、表３で示した面形状や、円筒面、円錐面に限定されるわけではない。つまり、使用時のＨＯＥ２３の面２３ａは、平面に展開可能な曲面であれば、上記以外の面形状であってもよい。この場合でも、本実施形態で説明した製造方法を適用してＨＯＥ２３を作製すれば、作製したＨＯＥ２３を使用時の状態に曲げて使用したときに、所望の光学特性を発揮させることができる。

　（その他）
　以上で説明したホログラフィック光学素子の製造方法は、以下のように表現されてもよい。

　以上で説明したホログラフィック光学素子の製造方法は、平面に展開可能な曲面を持つ形状に曲げて使用されるホログラフィック光学素子の製造方法であって、平板状の感光材料に二光束を照射して、前記ホログラフィック光学素子を作製する作製工程を含み、前記作製工程では、前記曲面を持つ形状に曲げた状態で所望の光学特性が得られるように、前記二光束を設計して前記平板状の感光材料に照射する。

　前記ホログラフィック光学素子の使用時における前記曲面上の任意の点での、入射光と回折光との波面の位相ずれは、前記感光材料において前記任意の点と対応する位置における前記二光束の光路差と対応する値となっていることが望ましい。

　前記二光束のうちの一方の光束は、平行光であることが望ましい。

　前記感光材料に対して、前記平行光の入射側とは反対側に、自由曲面ミラーが配置されており、前記二光束のうちの他方の光束は、前記平行光の一部の光束であって、前記自由曲面ミラーで反射されて前記感光材料に入射する光束であってもよい。

　前記自由曲面ミラーは、前記感光材料と向かい合うように複数並べて配置されており、前記作製工程では、前記感光材料に対して、一方の側から前記平行光を照射し、他方の側から、前記平行光の一部を個々の前記自由曲面ミラーを介して照射することにより、前記ホログラフィック光学素子を複数同時に作製してもよい。

　前記ホログラフィック光学素子の使用時における前記曲面上の各点での、入射光と回折光との波面の位相ずれに対応する光路差が、前記感光材料において前記各点と対応する位置における、前記一方の光束と前記他方の光束との光路差と等しくなるように、前記自由曲面ミラーの形状が設定されていることが望ましい。

　前記感光材料に対して、前記平行光の入射側とは反対側に、原版ホログラムが配置されており、前記二光束のうちの他方の光束は、前記平行光の一部の光束であって、前記原版ホログラムで回折反射されて前記感光材料に入射する光束であってもよい。

　前記原版ホログラムは、前記感光材料と向かい合うように複数並べて配置されており、前記作製工程では、前記感光材料に対して、一方の側から前記平行光を照射し、他方の側から、前記平行光の一部を個々の前記原版ホログラムを介して照射することにより、前記ホログラフィック光学素子を複数同時に作製してもよい。

　前記作製工程では、前記原版ホログラムを介して前記感光材料を露光する前に作製された前記ホログラフィック光学素子を、前記原版ホログラムとして用いてもよい。

　上記の製造方法は、作製された前記ホログラフィック光学素子を、前記曲面を持つ形状に変形する変形工程をさらに含んでいてもよい。

　前記変形工程では、曲面状の光学面を持つ導光素子の前記光学面に前記ホログラフィック光学素子を貼り付けることにより、前記ホログラフィック光学素子を、前記曲面を持つ形状に変形してもよい。

　本発明は、例えば映像表示装置やＨＭＤに用いられるＨＯＥの製造に利用可能である。

　　２１　　　接眼プリズム（導光素子）
　　２１ｄ　　面（光学面）
　　２３　　　ＨＯＥ（ホログラフィック光学素子）
　　２３ａ　　面（曲面）
　　５０　　　感光材料
　　６１　　　自由曲面ミラー
　　７０　　　原版ホログラム

Claims (11)

1. 　平面に展開可能な曲面を持つ形状に曲げて使用されるホログラフィック光学素子の製造方法であって、
   　平板状の感光材料に二光束を照射して、前記ホログラフィック光学素子を作製する作製工程を含み、
   　前記作製工程では、前記曲面を持つ形状に曲げた状態で所望の光学特性が得られるように、前記二光束を設計して前記平板状の感光材料に照射する、ホログラフィック光学素子の製造方法。
2. 　前記ホログラフィック光学素子の使用時における前記曲面上の任意の点での、入射光と回折光との波面の位相ずれは、前記感光材料において前記任意の点と対応する位置における前記二光束の光路差と対応する値となっている、請求項１に記載のホログラフィック光学素子の製造方法。
3. 　前記二光束のうちの一方の光束は、平行光である、請求項１または２に記載のホログラフィック光学素子の製造方法。
4. 　前記感光材料に対して、前記平行光の入射側とは反対側に、自由曲面ミラーが配置されており、
   　前記二光束のうちの他方の光束は、前記平行光の一部の光束であって、前記自由曲面ミラーで反射されて前記感光材料に入射する光束である、請求項３に記載のホログラフィック光学素子の製造方法。
5. 　前記自由曲面ミラーは、前記感光材料と向かい合うように複数並べて配置されており、
   　前記作製工程では、前記感光材料に対して、一方の側から前記平行光を照射し、他方の側から、前記平行光の一部を個々の前記自由曲面ミラーを介して照射することにより、前記ホログラフィック光学素子を複数同時に作製する、請求項４に記載のホログラフィック光学素子の製造方法。
6. 　前記ホログラフィック光学素子の使用時における前記曲面上の各点での、入射光と回折光との波面の位相ずれに対応する光路差が、前記感光材料において前記各点と対応する位置における、前記一方の光束と前記他方の光束との光路差と等しくなるように、前記自由曲面ミラーの形状が設定されている、請求項４または５に記載のホログラフィック光学素子の製造方法。
7. 　前記感光材料に対して、前記平行光の入射側とは反対側に、原版ホログラムが配置されており、
   　前記二光束のうちの他方の光束は、前記平行光の一部の光束であって、前記原版ホログラムで回折反射されて前記感光材料に入射する光束である、請求項３に記載のホログラフィック光学素子の製造方法。
8. 　前記原版ホログラムは、前記感光材料と向かい合うように複数並べて配置されており、
   　前記作製工程では、前記感光材料に対して、一方の側から前記平行光を照射し、他方の側から、前記平行光の一部を個々の前記原版ホログラムを介して照射することにより、前記ホログラフィック光学素子を複数同時に作製する、請求項７に記載のホログラフィック光学素子の製造方法。
9. 　前記作製工程では、前記原版ホログラムを介して前記感光材料を露光する前に作製された前記ホログラフィック光学素子を、前記原版ホログラムとして用いる、請求項７または８に記載のホログラフィック光学素子の製造方法。
10. 　作製された前記ホログラフィック光学素子を、前記曲面を持つ形状に変形する変形工程をさらに含む、請求項１から９のいずれかに記載のホログラフィック光学素子の製造方法。
11. 　前記変形工程では、曲面状の光学面を持つ導光素子の前記光学面に前記ホログラフィック光学素子を貼り付けることにより、前記ホログラフィック光学素子を、前記曲面を持つ形状に変形する、請求項１０に記載のホログラフィック光学素子の製造方法。

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