ホログラム光学素子の製造方法、ホログラム光学素子、ホログラム基板、光源ユニットおよび照明装置
【課題】高ＮＡのレンズと同等の機能を有するホログラム光学素子２２を容易に実現し、明るい光を出射することが可能な光源ユニットおよび照明装置を実現する。
【解決手段】基板２１の回転軸Ｂに対して偏心した位置にホログラムエレメント５１を形成する工程と、回転軸Ｂを中心にして基板２１を所定角度だけ回転させる工程とを繰り返すことにより、基板２１上に複数のホログラムエレメント５１を形成する。各ホログラムエレメント５１は、基板２１上に形成されるホログラム感光材料２２ａを２光束Ｌ１・Ｌ２で露光することによって形成される。光束Ｌ１は、基板２１の回転軸Ｂ上またはその近傍の点から発散してホログラム感光材料２２ａに入射する光束である。一方、光束Ｌ２は、ホログラム感光材料２２ａに対する照射スポットＲ２が光束Ｌ１の露光領域Ｒ１と重なる領域を有し、かつ、回転軸Ｂに対して偏心する位置に形成される光束である。
【解決手段】基板２１の回転軸Ｂに対して偏心した位置にホログラムエレメント５１を形成する工程と、回転軸Ｂを中心にして基板２１を所定角度だけ回転させる工程とを繰り返すことにより、基板２１上に複数のホログラムエレメント５１を形成する。各ホログラムエレメント５１は、基板２１上に形成されるホログラム感光材料２２ａを２光束Ｌ１・Ｌ２で露光することによって形成される。光束Ｌ１は、基板２１の回転軸Ｂ上またはその近傍の点から発散してホログラム感光材料２２ａに入射する光束である。一方、光束Ｌ２は、ホログラム感光材料２２ａに対する照射スポットＲ２が光束Ｌ１の露光領域Ｒ１と重なる領域を有し、かつ、回転軸Ｂに対して偏心する位置に形成される光束である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体積位相型の透過型ホログラム光学素子を基板上に形成するホログラム光学素子の製造方法と、その製造方法によって製造されるホログラム光学素子と、そのホログラム光学素子を有するホログラム基板と、そのホログラム基板を有する光源ユニットと、上記ホログラム基板を有する照明装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ホログラム感光材料に対して局所的な露光を繰り返すことによって全体として１つのホログラム光学素子を作製するホログラム光学素子の製造方法が提案されている。例えば、特許文献１では、ホログラム感光材料を回転させる回転テーブルの回転角、露光面に平行な面内および露光面に垂直な方向における回転テーブルの位置や、露光時に用いる２本の光束の強度、露光面に対する入射角度、２光束の相対角度等を適切に制御することにより、２光束の干渉領域をホログラム感光材料中で相対的に移動させ、ホログラム感光材料中に集合的な干渉縞を形成して全体として所望の光学特性を有するホログラム光学素子を作製している。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−６１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば体積位相型の透過型ホログラム光学素子は、入射光を回折させて偏向することから、これにレンズとしての機能を持たせることが可能である。例えば、発散光を出射する光源（例えばＬＥＤ）の前方にホログラム光学素子を配置して１つのユニットを構成することにより、光源から出射される光よりも発散角を小さくしてユニットから出射させることが可能となる。このとき、発散角の大きな光を出射する光源を用いる場合、その光の利用効率を高めてユニットから明るい光を出射させるためには、ホログラム光学素子を高ＮＡのレンズ、つまり、光学的パワーの大きなレンズとして機能させることが必要である。
【０００５】
しかし、特許文献１には、高ＮＡのレンズと同等のホログラム光学素子を作製する手法は開示されていない。また、特許文献１に記載の製法は、露光時の２光束をともに収束させて微細な干渉縞を繰り返し形成する手法であるため、その手法で高ＮＡのレンズと同等のホログラム光学素子を作製するとなると、上記した各パラメータの制御が複雑になることが予想される。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高ＮＡのレンズと同等の機能を有するホログラム光学素子を容易に実現することができるホログラム光学素子の製造方法と、その製法によって作製されるホログラム光学素子と、そのホログラム光学素子を有するホログラム基板と、そのホログラム基板を有し、発散角の大きな光を出射する光源を用いた場合でも明るい光を出射することが可能な光源ユニットおよび照明装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のホログラム光学素子の製造方法は、体積位相型の透過型ホログラム光学素子を基板上に形成するホログラム光学素子の製造方法であって、基板の回転軸に対して偏心した位置に、上記ホログラム光学素子を構成する一単位となるホログラムエレメントを形成する工程と、上記回転軸を中心にして基板を所定角度だけ回転させる工程とを繰り返すことにより、基板上に複数のホログラムエレメントを形成し、各ホログラムエレメントは、基板上に形成されるホログラム感光材料を２光束で露光することによって形成されており、上記２光束のうちの一方の光束は、基板の回転軸上またはその近傍の点から発散してホログラム感光材料に入射する光束であり、上記２光束のうちの他方の光束は、ホログラム感光材料に対する照射スポットが上記一方の光束の露光領域と重なる領域を有し、かつ、基板の回転軸に対して偏心する位置に形成される光束であることを特徴としている。
【０００８】
上記の構成によれば、基板の各回転位置ごとにホログラムエレメントを形成することにより、基板上に複数のホログラムエレメントからなる体積位相型の透過型ホログラム光学素子が形成される。各ホログラムエレメントは、基板上のホログラム感光材料を２光束で露光することによって形成される。
【０００９】
このとき、上記２光束のうちの一方の光束は発散光であるので、ホログラム光学素子の使用時には、露光時の一方の光束の出射ポイントに対応する位置に発光ダイオード（以下、ＬＥＤとも称する）のような一定の放射角度で光を出射する光源を配置して、光源から出射される光（発散光）をホログラム光学素子にて偏向（回折）させることができる。
【００１０】
ここで、上記一方の光束は、特に、基板の回転軸上またはその近傍の点から発散してホログラム感光材料に入射する発散光である。また、他方の光束は、ホログラム感光材料に対する照射スポットが一方の光束の露光領域と重なる領域を有し、かつ、基板の回転軸に対して偏心する位置に形成される光束である。なお、他方の光束は、発散光、平行光、収束光のいずれの状態でホログラム感光材料に入射してもよい。
【００１１】
このように、１つのホログラムエレメントを形成する際に用いる２光束がそれぞれ上述した光束であるので、基板の回転によって複数のホログラムエレメントを形成し、作製したホログラム光学素子の使用時には、回転軸に対して互いに反対側（例えば点対称）に位置する２つのホログラムエレメントに同時に入射する発散光を出射するような光源を用いることができる。つまり、露光時に用いた一方の光束（発散光）よりも確実に大きな発散角の光を出射する光源を、露光時の一方の光束の出射ポイントに対応する位置に配置して使用することができる。これにより、高ＮＡ（例えばＮＡ＞０．７）のレンズと同等の機能を有するホログラム光学素子を（複雑な制御を行うことなく）容易に実現することができる。そして、そのホログラム光学素子と光源とを組み合わせて、明るい光を出射する光源ユニット（光源の支持体と光学素子とが一体化されているもの）や照明装置（光源の支持体と光学素子とが離間しているもの）を実現することができる。
【００１２】
本発明のホログラム光学素子の製造方法において、上記一方の光束は、発散角を張る２光線の一方が基板の回転軸上を進行し、他方の光線が他方の光束と交わる光束であってもよい。
【００１３】
この場合、露光時に用いた一方の光束（発散光）の発散角の２倍の角度が、使用時にホログラム光学素子（複数のホログラムエレメント）にて偏向させることができる、入射光（発散光）の最大発散角となる。したがって、高ＮＡのホログラム光学素子を確実に実現することができる。
【００１４】
本発明のホログラム光学素子の製造方法において、ホログラム感光材料の露光時に用いる２光束の光路は、固定されていることが望ましい。この場合、２光束の光路を露光ごとに変化させる従来のように製造光学系の構成や光路制御が複雑になることがなく、低コストでホログラム光学素子を得ることができる。
【００１５】
本発明のホログラム光学素子の製造方法において、基板の回転前後で２つのホログラムエレメントの一部が重複して形成される角度だけ、ホログラムエレメントの形成ごとに基板を回転させるようにしてもよい。
【００１６】
基板の回転前後で２つのホログラムエレメントの一部が重複するように基板を回転させて複数のホログラムエレメントを形成すると、各ホログラムエレメントにおいて基板の回転軸から最も離れた点を順に結んでできる図形が、基板１回転あたり形成するホログラムエレメントの個数が多いほど円形に近づく。これにより、使用時にホログラム光学素子に入射させる光として断面円形の光を出射する光源を用いた場合に、その光利用効率を向上させることができる（入射光をホログラム光学素子にて効率よく偏向（回折）させることができる）。
【００１７】
本発明のホログラム光学素子の製造方法において、ホログラム感光材料において２光束で露光される領域のうち、隣り合うホログラムエレメントと重複して露光される領域に入射する光の少なくとも一部を遮光する遮光部材をホログラム感光材料の光入射側の光路中に配置し、各ホログラムエレメントの形成ごとに、遮光部材を介してホログラム感光材料を２光束で露光するようにしてもよい。
【００１８】
このように遮光部材を介してホログラム感光材料を２光束で露光することにより、隣り合うホログラムエレメントと重複して露光される領域を極力小さくすることができる。重複して露光される領域では、回折効率の低下が生じ、使用時に光利用効率が低下するが、上記の露光の仕方により、そのような不都合を回避することができる。
【００１９】
本発明のホログラム光学素子の製造方法において、ホログラム感光材料を２光束で露光する際の露光エネルギーは、全てのホログラムエレメント形成時で等しいことが望ましい。
【００２０】
このような露光方法によってホログラム光学素子を製造することにより、基板の回転軸に対して回折効率が回転対称となる。したがって、より高精度で高ＮＡの光学素子としてホログラム光学素子を使用することができるとともに、上記ホログラム光学素子を例えば照明光学系の集光レンズとして用いる場合でも、より均一な光を出射する照明光学系を実現することができる。また、重複露光領域を小さくすべく、遮光部材を用いてホログラム感光材料を露光する際に上記の露光方法を適用すれば、基板の回転方向において回折効率にムラが生じるのを極力抑えることができ、さらに高精度な光学素子を実現することができる。
【００２１】
本発明のホログラム光学素子は、上述した本発明の製造方法によって製造されてなることを特徴としている。上記の製法によれば、高ＮＡ（例えばＮＡ＞０．７）のレンズと同等の機能を有するホログラム光学素子を容易に実現することができるので、そのホログラム光学素子と光源とを組み合わせて、明るい光を出射する光源ユニットや照明装置を容易に実現することができる。
【００２２】
本発明のホログラム光学素子において、複数のホログラムエレメントは全体として、基板に垂直な軸を光軸とするレンズとして機能してもよい。この場合、使用時の光学系（例えば投影光学系や接眼光学系）と同軸でホログラム光学素子を使用することが可能となる。つまり、上記光学系と組み合わせてホログラム光学素子を容易に使用することが可能となる。
【００２３】
本発明のホログラム基板は、上述した本発明のホログラム光学素子と、上記ホログラム光学素子が形成される基板とを有していることを特徴としている。この構成によれば、ホログラム基板を例えば光源と組み合わせることで、光源ユニットまたは照明装置を容易に実現することができる。
【００２４】
本発明の光源ユニットは、上記した本発明のホログラム基板と、上記ホログラム基板に向けて光を出射する光源と、上記光源を支持する支持体とを有しており、上記ホログラム基板は、上記支持体と一体化して設けられていることを特徴としている。この構成により、明るい光を出射する光源ユニットを実現することができる。
【００２５】
本発明の光源ユニットにおいて、上記光源から出射される光の強度ピーク波長は、上記ホログラム基板の各ホログラムエレメントにおける回折ピーク波長と略一致していることが望ましい。この場合、光源から出射される光を各ホログラムエレメントにて効率よく回折させて偏向することができ、光利用効率の高い光源ユニットを実現することができる。
【００２６】
本発明の照明装置は、上述した本発明のホログラム基板と、上記ホログラム基板に向けて光を出射する光源と、上記光源を支持する支持体とを有しており、上記ホログラム基板は、上記支持体と離間して設けられていることを特徴としている。
【００２７】
上記の構成によれば、明るい光を出射する照明装置を実現することができる。また、使用時の形態に応じてホログラム基板と支持体との距離を調整することが可能となる。さらに、光源が発散光を出射する場合には、支持体とホログラム基板との距離を大きくするほど、ホログラム基板に入射する光束径が広がるので、そのような広い光束径の光を偏向させて使用する場合には、本発明の照明装置は非常に有効となる。
【００２８】
本発明の照明装置において、上記光源から出射される光の強度ピーク波長は、上記ホログラム基板の各ホログラムエレメントにおける回折ピーク波長と略一致していることが望ましい。この場合、光源から出射される光を各ホログラムエレメントにて効率よく回折させて偏向することができ、光利用効率の高い照明装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、高ＮＡのレンズと同等の機能を有するホログラム光学素子を容易に実現することができる。そして、そのホログラム光学素子と光源とを組み合わせて、明るい光を出射する光源ユニットや照明装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３１】
（１．光源ユニットおよび照明装置について）
図２は、本実施形態に係る光源ユニット１の概略の構成を示す断面図である。この光源ユニット１は、光源モジュール１０と、ホログラム基板２０とを有しており、光源モジュール１０から出射される光がホログラム基板２０を介して外部に取り出される構成となっている。
【００３２】
光源モジュール１０は、筐体１１内に光源１２を有している。光源１２は、ホログラム基板２０に向けて光を出射するものであり、例えば強度ピーク波長（光強度がピークとなる中心波長）が５２０ｎｍの光を出射するＬＥＤで構成されている。光源１２は、放射角度が強度半値でも±６０度（全角１２０度）となる広い放射角度特性を有しており、基板１３上に形成された金属パターンからなる電極１４上に実装されている。このことから、基板１３は、電極１４を介して光源１２を支持する支持体を構成していると言える。また、基板１３上には、金属パターンからなる他の電極１５が形成されており、光源１２と電極１５とはＡｕワイヤ１６で接続されている。筐体１１内部は、樹脂モールドされている。
【００３３】
ホログラム基板２０は、例えばガラスやプラスチック材料からなる透明な基板２１上にホログラム光学素子２２を有して構成されている。このホログラム基板２０は、基板２１に対してホログラム光学素子２２が光源１２側となるように、光源モジュール１０の表面に粘着層（図示せず）を介して接着され、光源モジュール１０の基板１３と筐体１１を介して一体化されている。この結果、ホログラム基板２０は、光源１２の前方に配置されることになる。ホログラム光学素子２２は、後述する製法で作製される体積位相型の透過型ホログラム光学素子で構成されている。
【００３４】
上記の構成において、光源１２から出射された光（発散光）は、ホログラム光学素子２２にて回折、偏向され、その後、基板２１を透過して外部に出射される。これにより、射出角度の小さい良好な配向特性（偏向特性）の光源ユニット１を実現することができる。また、ホログラム光学素子２２は、薄型で安価であるので、そのようなホログラム光学素子２２を用いることにより、光源ユニット１を小型で安価に実現することができる。さらに、ホログラム光学素子２２は、後述する製法によって作製されることにより、高ＮＡのレンズと同等の機能を発揮するので、発散角の大きな光を出射する光源１２を用いて、明るい光を出射する光源ユニット１を実現することができる。
【００３５】
また、図３は、本実施形態に係る照明装置２の概略の構成を示す断面図である。この照明装置２は、図２の光源ユニット１において、光源モジュール１０の筐体１１およびその内部の封入樹脂を取り去り、ホログラム基板２０を基板１３に対して空気層を介して離間して配置したものである。
【００３６】
上記構成の照明装置２は、基本的な構成は図２の光源ユニット１と同じであるため、上記した光源ユニット１と同様の効果を得ることができる。それに加え、照明装置２では、ホログラム基板２０が基板１３に支持されないため、使用時の形態に応じてホログラム基板２０と基板１３との距離を調整することが可能となり、利便性に優れたものとなる。さらに、光源１２が発散光を出射する場合には、基板１３とホログラム基板２０との距離を大きくするほど、ホログラム基板２０に入射する光の光束径が広がるので、そのような広い光束径の光を偏向させて使用する場合には、本実施形態の照明装置２は非常に有効となる。
【００３７】
上記構成の光源ユニット１や照明装置２は、投影装置やヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと略称する）の照明部に適用することが可能である。例えば、図４は、照明装置２を有する投影装置６の概略の構成を示す断面図である。この投影装置６は、照明装置２と、表示素子（例えばＬＣＤ）３と、投影光学系４と、スクリーン５とを備えている。この構成では、照明装置２から出射される光は、表示素子３に入射してそこで画像データに応じて変調され、映像光として出射されて投影光学系４を介してスクリーン５に導かれる。これにより、表示素子３にて表示された映像がスクリーン５上に拡大投影される。
【００３８】
一方、図５は、照明装置２を有するＨＭＤ８の概略の構成を示す断面図である。このＨＭＤは、照明装置２と、表示素子３と、接眼光学系７とを備えている。このＨＭＤでは、照明装置２からの光は、表示素子３に入射してそこで画像データに応じて変調され、映像光として出射されて接眼光学系７を介して光学瞳Ｅに導かれる。したがって、光学瞳Ｅの位置では、観察者は、表示素子３に表示された映像の拡大虚像を観察することが可能となる。
【００３９】
（２．ホログラム光学素子について）
次に、上記したホログラム光学素子２２の詳細な構成について説明する。図６は、ホログラム光学素子２２の詳細な構成を示す断面図である。ホログラム光学素子２２は、ホログラム非構成領域３１と、ホログラム構成領域３２とを有している。
【００４０】
ホログラム非構成領域３１は、入射光を回折、偏向させるホログラムが構成されていない領域である。したがって、ホログラム非構成領域３１は、そこに光が入射したときにその光を単に透過させる透過領域として機能する。一方、ホログラム構成領域３２は、入射光を回折、偏向させるホログラムが構成されている領域である。より具体的には、ホログラム構成領域３２には、光源１２を点光源と考えたときの発光点に相当する点Ｐからの発散光を回折、偏向し、光軸に平行な光束として射出するようなホログラムが形成されている。なお、ホログラム光学素子２２の使用時における光軸とは、点Ｐを通り、ホログラム光学素子２２の光入射面２２ｂに対して垂直な軸Ａを指すものとする。ホログラム構成領域３２は、ホログラム非構成領域３１を光軸回りに取り囲むように形成されている。
【００４１】
ここで、上記のホログラムは、基板２１（図２参照）上に保持されたフィルム状のホログラム感光材料２２ａ（図１（ａ）参照）を、干渉性を有する２光束で露光することにより形成されるものである。つまり、ホログラムは、２光束干渉によって形成される干渉縞で構成される。したがって、ホログラム非構成領域３１は、上記干渉縞を有していない領域であり、ホログラム構成領域３２は、上記干渉縞を有する領域であるとも言える。
【００４２】
また、ホログラム光学素子２２を作製する元となるホログラム感光材料２２ａとしては、フォトポリマー、銀塩材料、重クロム酸ゼラチンなどを用いることができるが、ここでは、ホログラム光学素子２２をドライプロセスで容易に製造可能なフォトポリマーを用いている。
【００４３】
なお、後述する製法を採用することにより、上述したホログラム非構成領域３１を形成せずに、ホログラム構成領域３２のみからなるホログラム光学素子２２を作製することも可能である。このようなホログラム光学素子２２においては、ホログラム光学素子２２に入射した光は全て、ホログラム構成領域３２にて回折、偏向されて出射されることになる。
【００４４】
（３．ホログラム光学素子の製造方法について）
次に、ホログラム光学素子２２の製造方法について、まず大まかに説明する。図７は、ホログラム光学素子２２を製造する際に用いる露光光学系全体の概略の構成を示す説明図である。この露光光学系は、レーザ光源４１と、シャッタ４２と、ビームエキスパンダ４３と、ビームスプリッタ４４と、ミラー４５と、集光レンズ４６と、ミラー４７・４８とを有している。
【００４５】
レーザ光源４１から出射される可干渉性を有するレーザ光は、シャッタ４２を通過した後、ビームエキスパンダ４３にて光束径を拡大され、平行光のままビームスプリッタ４４に入射し、そこで２光束に分離される。このとき、シャッタ４２のＯＮ／ＯＦＦにより、レーザ光の露光時間がコントロールされる。
【００４６】
ビームスプリッタ４４にて分離された一方の光束Ｌ１は、ミラー４５にて反射された後、集光レンズ４６にて後述するミラー４８の近傍の点に一旦集光され、そこから発散光となってホログラム感光材料２２ａに照射される。一方、ビームスプリッタ４４にて分離された他方の光束Ｌ２は、ミラー４７・４８にて順に反射された後、基板２１上のホログラム感光材料２２ａに平行光の状態で照射される。このように、ホログラム感光材料２２ａに対して同じ側（基板２１とは反対側）から２光束Ｌ１・Ｌ２を照射することにより、ホログラム感光材料２２ａに干渉縞が形成され（ホログラム構成領域３２が形成され）、体積位相型で透過型のホログラム光学素子２２が基板２１上に作製される。
【００４７】
なお、用いるホログラム感光材料２２ａの特性に応じて後処理が必要である。例えば、ホログラム感光材料２２ａとしてフォトポリマーを用いた場合には、紫外線照射による定着処理と、ベイク処理とが必要である。また、複数波長に対応するホログラム光学素子２２を作製する場合には、複数波長に対応したレーザ光源を用い、多重露光によりホログラム光学素子２２を作製するか、それぞれの露光波長で作製した素子を貼り合わせることでホログラム光学素子２２を作製すればよい。
【００４８】
なお、図７では、基板２１に対してホログラム感光材料２２ａを２光束Ｌ１・Ｌ２の入射側に位置させているが、これらの位置関係は逆であってもよい。つまり、ホログラム感光材料２２ａに対して基板２１を２光束Ｌ１・Ｌ２の入射側に位置させ、基板２１を介してホログラム感光材料２２ａを露光するようにしてもよい。要は、使用時の形態に合うように基板２１を配置してホログラム感光材料２２ａを露光すればよい。
【００４９】
つまり、使用形態が、光源１２からの光を基板２１を介さずにホログラム光学素子２２に入射させる形態であれば、図７のように、基板２１に対してホログラム感光材料２２ａを２光束Ｌ１・Ｌ２の入射側に位置させて露光すればよい。一方、使用形態が、光源１２からの光を基板２１を介してホログラム光学素子２２に入射させる形態の場合には、ホログラム感光材料２２ａに対して基板２１を２光束Ｌ１・Ｌ２の入射側に位置させて露光すればよい。
【００５０】
次に、ホログラム光学素子２２の製造方法の詳細について説明する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、ホログラム光学素子２２の製造方法の各具体例を示す説明図であり、それぞれ、露光光学系の主要部と、ホログラム感光材料２２ａに入射する２光束Ｌ１・Ｌ２の光路とを示している。なお、これらの図１（ａ）（ｂ）（ｃ）の相互間では、２光束Ｌ１・Ｌ２のホログラム感光材料２２ａへの入射のさせ方（入射位置）が少しずつ異なっているが、その詳細については後述する。
【００５１】
本実施形態では、ホログラムエレメント形成工程と基板回転工程とを繰り返すことにより、基板２１上に複数のホログラムエレメント５１を形成するようにしている。ここで、ホログラムエレメント形成工程とは、基板２１の回転軸Ｂに対して偏心した位置にホログラムエレメント５１を形成する工程のことである。なお、ホログラムエレメント５１とは、ホログラム光学素子２２（ホログラム構成領域３２）を構成する一単位を指すが、その形成手法については以下に個別に説明する。一方、基板回転工程とは、回転軸Ｂを中心にして基板２１を所定角度だけ回転させる工程のことである。ちなみに、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）では、回転軸Ｂを中心に基板２１を９０度ずつ回転させている。
【００５２】
このように、ホログラムエレメント形成工程と基板回転工程とを繰り返す、つまり、ホログラムエレメント５１を形成するごとに基板２１を例えば９０度ずつ回転させることにより、回転軸Ｂ周りに複数のホログラムエレメント５１が形成され、複数のホログラムエレメント５１の集合体からなるホログラム光学素子２２（ホログラム構成領域３２）が形成されることとなる。
【００５３】
なお、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）では、基板２１上に４つのホログラムエレメント５１が形成されているが、これらを各々区別するときは、その形成順にホログラムエレメント５１ａ・５１ｂ・５１ｃ・５１ｄと称することとする。
【００５４】
ところで、各ホログラムエレメント５１は、その回折ピーク波長（回折効率がピークとなるときの波長）が使用時に用いる光源１２の強度ピーク波長と略一致するように形成される。つまり、使用時の光源１２の強度ピーク波長は上述のように５２０ｎｍであるので、露光時に用いるレーザ光源４１として、例えば５２０±２０ｎｍの範囲内に強度ピークが存在するものを用い、形成される各ホログラムエレメント５１の回折ピーク波長と使用時の光源１２の強度ピーク波長とを略一致させている。これにより、光源１２から出射される光を各ホログラムエレメント５１にて効率よく回折させて偏向することができ、光利用効率の高い光源ユニット１（図２参照）や照明装置２（図３参照）を実現することができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、各ホログラムエレメント５１を形成する際に、レーザ光源４１（図７参照）の発光エネルギーを一定とし、シャッタ４２（図７参照）のＯＮ／ＯＦＦでコントロールされる露光時間も一定としている。したがって、ホログラム感光材料２２ａを２光束Ｌ１・Ｌ２で露光する際の露光エネルギーは、全てのホログラムエレメント５１の形成時で等しいと言える。このような露光の仕方による効果については後述する。
【００５６】
次に、ホログラムエレメント５１の個々の形成手法について説明する。
（図１（ａ）の形成手法）
図１（ａ）の露光光学系では、光束Ｌ１の集光点Ｑが基板２１の回転軸Ｂ上に位置するように集光レンズ４６が配置されている。したがって、光束Ｌ１は、回転軸Ｂ上の集光点Ｑから発散してホログラム感光材料２２ａに入射する。しかも、光束Ｌ１は、発散角を張る２光線Ｌ１ａ・Ｌ１ｂの一方（例えば光線Ｌ１ａ）が基板２１の回転軸Ｂ上を進行し、他方の光線（例えば光線Ｌ１ｂ）が他方の光束Ｌ２と交わる光束となっている。
【００５７】
また、光束Ｌ２を反射させるミラー４８は、集光点Ｑの近傍に光束Ｌ１と干渉しないように配置されている。しかも、ミラー４８は、そこで反射された光束Ｌ２が、回転軸Ｂにかからないように、かつ、回転軸Ｂに沿って平行光の状態でホログラム感光材料２２ａに入射するように、回転軸Ｂに対して傾斜して配置されている。この結果、ミラー４８にて反射された光束Ｌ２は、ホログラム感光材料２２ａに対する照射スポットＲ２が光束Ｌ１の露光領域Ｒ１と重なる領域を有し、かつ、基板２１の回転軸Ｂに対して偏心する位置に形成されるように、ホログラム感光材料２２ａに入射する。
【００５８】
このような２光束Ｌ１・Ｌ２で基板２１上のホログラム感光材料２２ａを露光することにより、２光束Ｌ１・Ｌ２が回転軸Ｂに対して偏心した位置で互いに干渉する。これにより、上記偏心した位置に干渉縞、すなわち、ホログラムエレメント５１を形成することができる。なお、ホログラムエレメント５１の形成ごとに基板２１を９０度ずつ回転させることにより、隣り合う２つのホログラムエレメント５１（例えばホログラムエレメント５１ａ・５１ｂ）は、その一部が重複しながら形成されることになる。
【００５９】
なお、光束Ｌ２は、回転軸Ｂにかからずに回転軸Ｂに沿ってホログラム感光材料２２ａに入射するので、基板２１の中央、つまり、ホログラム感光材料２２ａにおける回転軸Ｂ付近には一方の光束Ｌ１しか入射しない。したがって、ホログラム感光材料２２ａにおける回転軸Ｂ付近には、２光束Ｌ１・Ｌ２の露光干渉による干渉縞が形成されず、この結果、ホログラム非構成領域３１が形成されることになる。つまり、図１（ａ）の露光光学系によってホログラム感光材料２２ａを露光すると、ホログラム非構成領域３１を回転軸Ｂ周りに取り囲むように複数のホログラムエレメント５１（ホログラム構成領域３２）が基板２１上に形成されることになる。
【００６０】
（図１（ｂ）の形成手法）
図１（ｂ）の形成手法では、用いる露光光学系は図１（ａ）と同じであるが、基板２１の配置位置が図１（ａ）とは異なっている。より具体的には、図１（ｂ）では、回転軸Ｂが光束Ｌ１の内部に位置し、かつ、光束Ｌ２に接するように、図１（ａ）の状態から基板２１を回転軸Ｂに垂直な方向に移動させて配置している。したがって、図１（ｂ）の状態では、光束Ｌ１は、基板２１の回転軸Ｂの近傍の点から発散し、ホログラム感光材料２２ａにおいて回転軸Ｂを含む領域に入射し、光束Ｌ２は、回転軸Ｂと接しながら平行光の状態でホログラム感光材料２２ａに入射する。
【００６１】
よって、このような２光束Ｌ１・Ｌ２で基板２１上のホログラム感光材料２２ａを露光することによっても、２光束Ｌ１・Ｌ２が回転軸Ｂに対して偏心した位置で互いに干渉するので、そのような偏心した位置にホログラムエレメント５１を形成することができる。
【００６２】
ただし、光束Ｌ２は、回転軸Ｂと接しながらホログラム感光材料２２ａに入射するので、図１（ａ）とは異なり、基板２１の中央、つまり、ホログラム感光材料２２ａにおける回転軸Ｂ付近にも、２光束Ｌ１・Ｌ２の露光干渉による干渉縞が形成される。言い換えれば、基板２１の中央には、図１（ａ）で示したようなホログラム非構成領域３１は形成されない。したがって、図１（ｂ）の形成手法では、ホログラム構成領域３２のみからなるホログラム光学素子２２が基板２１上に形成されることになる。
【００６３】
また、図１（ｂ）では、図１（ａ）の場合よりも、光束Ｌ２が基板２１の内側（回転軸Ｂ側）に入射するので、２光束Ｌ１・Ｌ２の干渉領域（各ホログラムエレメント５１）も基板２１の内側に寄り、全体として図１（ａ）よりもホログラム光学素子２２が小さく形成される。また、各ホログラムエレメント５１が基板２１の内側に寄るので、隣り合う２つのホログラムエレメント５１の重畳領域の面積が図１（ａ）に比べて増大することとなる。
【００６４】
（図１（ｃ）の形成手法）
図１（ｃ）の形成手法では、用いる露光光学系は図１（ａ）（ｂ）と同じであるが、基板２１の配置位置が図１（ａ）（ｂ）とは異なっている。より具体的には、図１（ｃ）では、回転軸Ｂが両方の光束Ｌ１および光束Ｌ２の内部に位置するように、図１（ｂ）の状態からさらに基板２１を回転軸Ｂに垂直な方向に移動させて配置している。したがって、図１（ｃ）の状態においても、光束Ｌ１は、基板２１の回転軸Ｂの近傍の点から発散し、ホログラム感光材料２２ａにおいて回転軸Ｂを含む領域に入射する一方、光束Ｌ２は、回転軸Ｂを含む領域に平行光の状態でホログラム感光材料２２ａに入射する。なお、回転軸Ｂと光束Ｌ２の光軸（中心主光線）とは、回転軸Ｂに垂直な方向にずれて位置している。
【００６５】
このような２光束Ｌ１・Ｌ２で基板２１上のホログラム感光材料２２ａを露光することによっても、２光束Ｌ１・Ｌ２が回転軸Ｂに対して偏心した位置で互いに干渉するので、そのような偏心した位置にホログラムエレメント５１を形成することができる。
【００６６】
なお、図１（ｃ）の手法では、光束Ｌ１および光束Ｌ２ともにホログラム感光材料２２ａにおける回転軸Ｂを含む領域に入射するので、基板２１の中央にも干渉縞が形成される。したがって、この手法でも、ホログラム構成領域３２のみからなるホログラム光学素子２２が基板２１上に形成されることになる。
【００６７】
また、図１（ｃ）では、図１（ｂ）の場合よりも、光束Ｌ２が基板２１のさらに内側（回転軸Ｂ側）に入射するので、２光束Ｌ１・Ｌ２の干渉領域（各ホログラムエレメント５１）も基板２１の内側に寄り、全体として図１（ｂ）よりもさらに小さくホログラム光学素子２２が形成される。また、各ホログラムエレメント５１が基板２１のさらに内側に寄るので、隣り合う２つのホログラムエレメント５１の重畳領域の面積が図１（ｂ）に比べて増大することとなる。
【００６８】
（４．効果について）
以上のように、本実施形態のホログラム光学素子２２の製造方法において、ホログラム感光材料２２ａを露光する２光束のうちの一方の光束Ｌ１は発散光であるので、ホログラム光学素子２２の使用時には、光束Ｌ１の出射ポイント（集光点Ｑ）に対応する位置（図６の点Ｐ）に光源１２を配置して、光源１２から出射される発散光をホログラム光学素子２２にて偏向（回折）させることができる。
【００６９】
また、特に光束Ｌ１は、基板２１の回転軸Ｂ上またはその近傍の点から発散してホログラム感光材料２２ａに入射する発散光であり、光束Ｌ２は、その照射スポットＲ２が光束Ｌ１の露光領域Ｒ１と重なる領域を有し、かつ、基板２１の回転軸Ｂに対して偏心する位置に形成される光束である。これにより、上述したホログラムエレメント形成工程と基板回転工程とを繰り返して複数のホログラムエレメント５１を形成したホログラム光学素子２２の使用時には、回転軸Ｂに対して互いに反対側（例えば点対称）に位置する２つのホログラムエレメント５１（例えばホログラムエレメント５１ａ・５１ｃ）に同時に入射する発散光を出射するような光源１２を用いることができる。つまり、露光時に用いた光束Ｌ１よりも確実に大きな発散角の光を出射する光源１２を、集光点Ｑに対応する位置（点Ｐ）に配置して使用することができる。
【００７０】
その結果、高ＮＡ（例えばＮＡ＞０．７≒ｓｉｎ４５°）のレンズと同等の機能を有するホログラム光学素子２２、すなわち、例えば発散角が９０度を越える光を平行光に変換するホログラム光学素子２２を実現することができる。そして、そのような発散角の大きい光を偏向させる、光利用効率の高いホログラム光学素子２２と光源１２とを組み合わせて、明るい光を出射する光源ユニット１（図２参照）や照明装置２（図３参照）を実現することができる。
【００７１】
また、図１（ａ）の手法では、露光時に用いる一方の光束Ｌ１は、発散角を張る２光線Ｌ１ａ・Ｌ１ｂの一方（例えば）が基板２１の回転軸Ｂ上を進行し、他方の光線Ｌ１ｂが他方の光束Ｌ２と交わる光束であるので、光束Ｌ１の発散角の２倍の角度が、使用時にホログラム光学素子２２にて偏向させることができる、入射光（発散光）の最大発散角となる。したがって、高ＮＡのホログラム光学素子２２を確実に実現することができる。
【００７２】
また、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）および図７に示すように、ホログラム感光材料２２ａの露光時に用いる２光束Ｌ１・Ｌ２の光路は固定されている。これにより、２光束の光路を露光ごとに変化させる従来のように製造光学系の構成や光路制御が複雑になることがなく、低コストでホログラム光学素子２２を得ることができる。
【００７３】
また、図１（ａ）の手法で形成されるホログラム光学素子２２は、回転軸Ｂ上の集光点Ｑに対応する位置（点Ｐ）に光源１２を配置して使用したときに、光源１２からの光を回折、偏向させる高ＮＡのレンズと同等の機能を発揮することから、複数のホログラムエレメント５１は、全体として、基板２１に垂直な軸（回転軸Ｂ）を光軸とするレンズとして機能していると言える。この場合、使用時の光学系（例えば図４の投影光学系４や図５の接眼光学系７）と同軸でホログラム光学素子２２を使用することが可能となり、その使用が容易となる。
【００７４】
なお、露光時の光束の光路と使用時の光束（光源１２からの光）の光路とが異なると、ホログラム光学素子２２の回折効率が低下する。しかし、ホログラム光学素子２２は、角度選択性にある程度の幅を持っているので、この幅の範囲内では、実際上の問題はほとんどないと言える。そこで、図１（ｂ）（ｃ）の手法でホログラム光学素子２２を形成した場合、使用時の光源１２の位置を、露光時の集光点Ｑではなく、基板２１の回転軸Ｂ上としてもよい。ただし、この場合、光源１２からの光をホログラム光学素子２２にて平行光に回折させることができなくなるため、図１（ｂ）（ｃ）の手法は、光束に精度が要求されない用途（例えば照明光学系）でのホログラム光学素子２２の製造に用いることが望ましい。なお、図１（ｂ）（ｃ）の手法において、露光時の集光点Ｑと基板２１の回転軸Ｂとを近づけて、ホログラム光学素子２２の回折効率の低下を極力抑えるようにしてもよい。
【００７５】
なお、隣り合うホログラムエレメント５１と重複して露光される領域では、回折効率の低下が生じ、使用時に光利用効率が低下することが懸念される。このような光利用効率の低下を抑える点では、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）のうち、隣り合う２つのホログラムエレメント５１の重畳領域の面積が一番少ない図１（ａ）の手法が最も望ましく、次に重畳領域の面積が小さい図１（ｂ）の手法が望ましい。
【００７６】
また、上述したように、露光エネルギーを一定として複数のホログラムエレメント５１を形成することにより、基板２１の回転軸Ｂに対して回折効率が回転対称となるホログラム光学素子２２を得ることができ、より高精度で高ＮＡのホログラム光学素子２２を実現することができる。したがって、ホログラム光学素子２２を例えば光源ユニット１や照明装置２の集光レンズとして用いた場合でも、ホログラム光学素子２２からより均一な光を出射させることができる。
【００７７】
（５．変形例について）
ところで、図８は、図１（ａ）のホログラムエレメント５１の形成手法の変形例を示す説明図である。図８の形成手法は、基板２１の回転角度を小さくした点、ホログラム感光材料２２ａに入射する光束Ｌ２の照射スポットＲ２を楕円にした点以外は、図１（ａ）と同様である。
【００７８】
具体的には、図８の形成手法では、ホログラムエレメント５１の形成ごとに基板２１を４５度ずつ回転させ、８個のホログラムエレメント５１を回転軸Ｂの周りに形成している。この結果、隣り合う２個のホログラムエレメント５１の重畳領域の面積が、図１（ａ）の場合よりも増大している。なお、光束Ｌ２の照射スポットＲ２が仮に円形であったとしても、図８の形成手法によれば、隣り合う２個のホログラムエレメント５１の重畳領域の面積は図１（ａ）の場合よりも増大する。
【００７９】
図１（ａ）および図８より、各ホログラムエレメント５１において基板２１の回転軸Ｂから最も離れた点を順に結んでできる図形は、基板１回転あたりに形成するホログラムエレメント５１が４つ（基板２１の回転角度は９０度）の場合、正方形となり、ホログラムエレメント５１が８つ（基板２１の回転角度は４５度）の場合、正八角形となる。このことから、基板２１の回転前後で２つのホログラムエレメント５１の一部が重複して形成される角度だけ、ホログラムエレメント５１の形成ごとに基板２１を回転させると、基板１回転あたり形成するホログラムエレメント５１の個数が多いほど（基板２１の回転角度が小さいほど）、上記図形を円形に近づけることができると言える。これにより、使用時にホログラム光学素子２２に入射させる光として断面円形の光を出射する光源１２を用いた場合に、入射光をホログラム光学素子２２にて効率よく偏向（回折）させることができ、光利用効率を向上させることができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、露光時に、ホログラム感光材料２２ａに入射させる一方の光束Ｌ１を発散光とし、他方の光束Ｌ２を平行光としているが、光束Ｌ２は、発散光であってもよく、また、収束光であってもよい。
【００８１】
例えば図９（ａ）は、ホログラムエレメント５１の他の形成手法を示すものであって、露光光学系の主要部と、ホログラム感光材料２２ａに入射する２光束Ｌ１・Ｌ２の光路とを示す説明図である。なお、図９（ａ）の手法は、光束Ｌ２をホログラム感光材料２２ａに発散光の状態で入射させる以外は、図１（ａ）と全く同様である。つまり、図９（ａ）では、ミラー４８の前段において、図示しない集光レンズにより光束Ｌ２を一旦集光し、発散光の状態でミラー４８に入射させている。そして、ミラー４８にて反射した光束Ｌ２を発散光の状態でホログラム感光材料２２ａに入射させている。
【００８２】
このような２光束Ｌ１・Ｌ２でホログラム感光材料２２ａを露光し、ホログラム光学素子２２を作製することにより、図９（ｂ）に示すように、使用時に、光束Ｌ１の集光点Ｑに対応する点Ｐに光源１２を配置し、光源１２からの光（発散光）をホログラム光学素子２２に入射させれば、ホログラム光学素子２２から、例えば入射光よりも発散角度の小さい発散光を射出させることができる。したがって、図９（ａ）の手法で作製したホログラム光学素子２２は、使用時にそのような光（発散光）が要求される光学系に好適となる。
【００８３】
一方、図１０（ａ）は、ホログラムエレメント５１のさらに他の形成手法を示すものであって、露光光学系の主要部と、ホログラム感光材料２２ａに入射する２光束Ｌ１・Ｌ２の光路とを示す説明図である。なお、図１０（ａ）の手法は、光束Ｌ２をホログラム感光材料２２ａに収束光の状態で入射させる以外は、図１（ａ）と全く同様である。つまり、図１０（ａ）では、ミラー４８の前段において、図示しない集光レンズにより光束Ｌ２を収束させ、その状態でミラー４８に入射させている。そして、ミラー４８にて反射した光束Ｌ２を収束光の状態でホログラム感光材料２２ａに入射させている。なお、ホログラム感光材料２２ａと上記集光レンズとの光学的な距離（光路を展開したときの距離）は、上記集光レンズの焦点距離よりも短い。
【００８４】
このような２光束Ｌ１・Ｌ２でホログラム感光材料２２ａを露光し、ホログラム光学素子２２を作製することにより、図１０（ｂ）に示すように、使用時に、光束Ｌ１の集光点Ｑに対応する点Ｐに光源１２を配置し、光源１２からの光（発散光）をホログラム光学素子２２に入射させれば、ホログラム光学素子２２から収束光を射出させることができる。したがって、図１０（ａ）の手法で作製したホログラム光学素子２２は、使用時にそのような光（収束光）が要求される光学系に好適となる。
【００８５】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【００８６】
図１１は、本実施形態のホログラム光学素子２２の製造方法の具体例を示す説明図であり、露光光学系の主要部と、ホログラム感光材料２２ａに入射する２光束Ｌ１・Ｌ２の光路とを示している。本実施形態の製法は、ホログラム感光材料２２ａの光入射側に遮光部材６１を配置してホログラム感光材料２２ａを露光する以外は、実施の形態１の図８の手法と全く同様である。
【００８７】
遮光部材６１は、ホログラム感光材料２２ａにおいて２光束Ｌ１・Ｌ２で露光される領域のうち、隣り合うホログラムエレメント５１と重複して露光される領域に入射する光の少なくとも一部を遮光するマスクである。この遮光部材６１は、図１１では、平面視で二等辺三角形の形状となっている。
【００８８】
本実施形態のように、遮光部材６１をホログラム感光材料２２ａの光入射側の光路中に配置し、各ホログラムエレメント５１の形成ごとに、回転軸Ｂを中心にして基板２１を４５度ずつ回転させ、遮光部材６１を介してホログラム感光材料２２ａを２光束Ｌ１・Ｌ２で露光することにより、隣り合うホログラムエレメント５１・５１間で重複して露光される領域を極力小さくすることができる。重複して露光される領域では、回折効率の低下が生じ、使用時に光利用効率が低下するが、上記の露光の仕方により、そのような不都合を回避することができ、実施の形態１の図８の手法よりも光利用効率の高いホログラム光学素子２２を作製することができる。
【００８９】
ところで、遮光部材６１の平面形状は、上記の二等辺三角形に限定されるわけではない。例えば、遮光部材６１は、隣り合うホログラムエレメント５１・５１が重複しないように、つまり、ホログラム感光材料２２ａにおいて２光束Ｌ１・Ｌ２で露光される領域のうち、隣り合うホログラムエレメント５１と重複して露光される領域に入射する光の全てを遮光する形状で形成されてもよい。以下、このような遮光部材６１について、図１２（ａ）（ｂ）〜図１４（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。
【００９０】
図１２（ａ）は、遮光部材６１の他の形状を模式的に示す平面図である。この遮光部材６１は、１回の露光によって形成されるホログラムエレメント５１が遮光部材６１が無ければ円形であるとしたときに、基板２１を９０度回転させる前後で形成される２つのホログラムエレメント５１の重畳領域全体を遮光できる形状となっている。
【００９１】
図１２（ａ）のように遮光部材６１の形状を設定した場合、ホログラムエレメント５１を形成するごとに基板２１を９０度ずつ回転させれば、図１２（ｂ）に示すように、隣り合うホログラムエレメント５１において重複領域が無く、かつ隙間の無い状態で、ホログラムエレメント５１を基板２１の１回転で４個形成することができる。
【００９２】
また、図１３（ａ）および図１４（ａ）は、遮光部材６１のさらに他の形状を模式的に示す平面図である。これらの遮光部材６１は両方とも、１回の露光によって形成されるホログラムエレメント５１が遮光部材６１が無ければ破線で示す楕円形であるとしたときに、基板２１を４５度回転させる前後で形成される２つのホログラムエレメント５１の重畳領域全体を遮光できる形状となっている。なお、図１４（ａ）の遮光部材６１は、中心角４５度の扇形であり、図１３（ａ）の遮光部材６１に比べて形状が単純で作りやすく、低コストで得ることができる。
【００９３】
図１３（ａ）および図１４（ａ）のように遮光部材６１の形状を設定した場合、ホログラムエレメント５１を形成するごとに基板２１を４５度ずつ回転させれば、図１３（ｂ）および図１４（ｂ）に示すように、隣り合うホログラムエレメント５１において重複領域が無く、かつ隙間の無い状態で、ホログラムエレメント５１を基板２１の１回転で渦巻状（図１３（ｂ）参照）または放射状（図１４（ｂ）参照）に８個形成することができる。なお、図１３（ａ）および図１４（ａ）のどちらの遮光部材６１を用いてホログラム感光材料２２ａを露光した場合でも、形成される８個のホログラムエレメント５１は、全体として、円形となる。
【００９４】
このように、隣り合うホログラムエレメント５１・５１間で重複領域が無く、かつ隙間の無い状態で、複数のホログラムエレメント５１を形成することにより、各ホログラムエレメント５１（ホログラム光学素子２２）での回折効率の低下ひいては使用時の光利用効率の低下を回避できる効果を最大限に得ることができる。
【００９５】
また、遮光部材６１を用いて露光を行う本実施形態においても、実施の形態１と同様に、露光エネルギーを一定として複数のホログラムエレメント５１を形成すれば、基板２１の回転方向において回折効率にムラが生じるのを抑える、もしくはそのムラを無くすことができ、さらに高精度なホログラム光学素子２２を実現することができる。
【００９６】
なお、以上の各実施の形態で説明した構成や手法を適宜組み合わせてホログラム光学素子２２ひいては光源ユニット１や照明装置２を構成したり、ホログラム光学素子２２を製造することも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の製法により作製されるホログラム光学素子やホログラム基板は、例えば光源ユニットや照明装置に利用可能であり、ひいては投影装置やＨＭＤに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係るホログラム光学素子の製造方法の一例であって、ホログラムエレメントの形成手法の一例を示す説明図であり、（ｂ）は、ホログラム光学素子の製造方法の他の例であって、ホログラムエレメントの形成手法の他の例を示す説明図であり、（ｃ）は、ホログラム光学素子の製造方法のさらに他の例であって、ホログラムエレメントの形成手法のさらに他の例を示す説明図である。
【図２】上記ホログラム光学素子を有する光源ユニットの概略の構成を示す断面図である。
【図３】上記ホログラム光学素子を有する照明装置の概略の構成を示す断面図である。
【図４】上記照明装置を有する投影装置の概略の構成を示す断面図である。
【図５】上記照明装置を有するＨＭＤの概略の構成を示す断面図である。
【図６】上記ホログラム光学素子の詳細な構成を示す断面図である。
【図７】上記ホログラム光学素子を製造する際に用いる露光光学系全体の概略の構成を示す説明図である。
【図８】図１（ａ）のホログラムエレメントの形成手法の変形例を示す説明図である。
【図９】（ａ）は、ホログラムエレメントの形成手法のさらに他の例を示す説明図であり、（ｂ）は、上記形成手法にてホログラムエレメントが形成されたホログラム光学素子の使用時における入射光および射出光の光路を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は、ホログラムエレメントの形成手法のさらに他の例を示す説明図であり、（ｂ）は、上記形成手法にてホログラムエレメントが形成されたホログラム光学素子の使用時における入射光および射出光の光路を示す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係るホログラム光学素子の製造方法の一例であって、遮光部材を用いてホログラムエレメントを形成する手法の一例を示す説明図である。
【図１２】（ａ）は、上記遮光部材の他の形状を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、上記遮光部材を用いた露光によって形成されるホログラム光学素子の平面図である。
【図１３】（ａ）は、上記遮光部材のさらに他の形状を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、上記遮光部材を用いた露光によって形成されるホログラム光学素子の平面図である。
【図１４】（ａ）は、上記遮光部材のさらに他の形状を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、上記遮光部材を用いた露光によって形成されるホログラム光学素子の平面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１ 光源ユニット
２ 照明装置
１２ 光源
１３ 支持体
２０ ホログラム基板
２１ 基板
２２ ホログラム光学素子
２２ａ ホログラム感光材料
５１ ホログラムエレメント
６１ 遮光部材
Ｂ 回転軸
Ｌ１ 光束
Ｌ１ａ 光線
Ｌ１ｂ 光線
Ｌ２ 光束
Ｒ１ 露光領域
Ｒ２ 照射スポット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体積位相型の透過型ホログラム光学素子を基板上に形成するホログラム光学素子の製造方法と、その製造方法によって製造されるホログラム光学素子と、そのホログラム光学素子を有するホログラム基板と、そのホログラム基板を有する光源ユニットと、上記ホログラム基板を有する照明装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ホログラム感光材料に対して局所的な露光を繰り返すことによって全体として１つのホログラム光学素子を作製するホログラム光学素子の製造方法が提案されている。例えば、特許文献１では、ホログラム感光材料を回転させる回転テーブルの回転角、露光面に平行な面内および露光面に垂直な方向における回転テーブルの位置や、露光時に用いる２本の光束の強度、露光面に対する入射角度、２光束の相対角度等を適切に制御することにより、２光束の干渉領域をホログラム感光材料中で相対的に移動させ、ホログラム感光材料中に集合的な干渉縞を形成して全体として所望の光学特性を有するホログラム光学素子を作製している。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−６１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば体積位相型の透過型ホログラム光学素子は、入射光を回折させて偏向することから、これにレンズとしての機能を持たせることが可能である。例えば、発散光を出射する光源（例えばＬＥＤ）の前方にホログラム光学素子を配置して１つのユニットを構成することにより、光源から出射される光よりも発散角を小さくしてユニットから出射させることが可能となる。このとき、発散角の大きな光を出射する光源を用いる場合、その光の利用効率を高めてユニットから明るい光を出射させるためには、ホログラム光学素子を高ＮＡのレンズ、つまり、光学的パワーの大きなレンズとして機能させることが必要である。
【０００５】
しかし、特許文献１には、高ＮＡのレンズと同等のホログラム光学素子を作製する手法は開示されていない。また、特許文献１に記載の製法は、露光時の２光束をともに収束させて微細な干渉縞を繰り返し形成する手法であるため、その手法で高ＮＡのレンズと同等のホログラム光学素子を作製するとなると、上記した各パラメータの制御が複雑になることが予想される。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高ＮＡのレンズと同等の機能を有するホログラム光学素子を容易に実現することができるホログラム光学素子の製造方法と、その製法によって作製されるホログラム光学素子と、そのホログラム光学素子を有するホログラム基板と、そのホログラム基板を有し、発散角の大きな光を出射する光源を用いた場合でも明るい光を出射することが可能な光源ユニットおよび照明装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のホログラム光学素子の製造方法は、体積位相型の透過型ホログラム光学素子を基板上に形成するホログラム光学素子の製造方法であって、基板の回転軸に対して偏心した位置に、上記ホログラム光学素子を構成する一単位となるホログラムエレメントを形成する工程と、上記回転軸を中心にして基板を所定角度だけ回転させる工程とを繰り返すことにより、基板上に複数のホログラムエレメントを形成し、各ホログラムエレメントは、基板上に形成されるホログラム感光材料を２光束で露光することによって形成されており、上記２光束のうちの一方の光束は、基板の回転軸上またはその近傍の点から発散してホログラム感光材料に入射する光束であり、上記２光束のうちの他方の光束は、ホログラム感光材料に対する照射スポットが上記一方の光束の露光領域と重なる領域を有し、かつ、基板の回転軸に対して偏心する位置に形成される光束であることを特徴としている。
【０００８】
上記の構成によれば、基板の各回転位置ごとにホログラムエレメントを形成することにより、基板上に複数のホログラムエレメントからなる体積位相型の透過型ホログラム光学素子が形成される。各ホログラムエレメントは、基板上のホログラム感光材料を２光束で露光することによって形成される。
【０００９】
このとき、上記２光束のうちの一方の光束は発散光であるので、ホログラム光学素子の使用時には、露光時の一方の光束の出射ポイントに対応する位置に発光ダイオード（以下、ＬＥＤとも称する）のような一定の放射角度で光を出射する光源を配置して、光源から出射される光（発散光）をホログラム光学素子にて偏向（回折）させることができる。
【００１０】
ここで、上記一方の光束は、特に、基板の回転軸上またはその近傍の点から発散してホログラム感光材料に入射する発散光である。また、他方の光束は、ホログラム感光材料に対する照射スポットが一方の光束の露光領域と重なる領域を有し、かつ、基板の回転軸に対して偏心する位置に形成される光束である。なお、他方の光束は、発散光、平行光、収束光のいずれの状態でホログラム感光材料に入射してもよい。
【００１１】
このように、１つのホログラムエレメントを形成する際に用いる２光束がそれぞれ上述した光束であるので、基板の回転によって複数のホログラムエレメントを形成し、作製したホログラム光学素子の使用時には、回転軸に対して互いに反対側（例えば点対称）に位置する２つのホログラムエレメントに同時に入射する発散光を出射するような光源を用いることができる。つまり、露光時に用いた一方の光束（発散光）よりも確実に大きな発散角の光を出射する光源を、露光時の一方の光束の出射ポイントに対応する位置に配置して使用することができる。これにより、高ＮＡ（例えばＮＡ＞０．７）のレンズと同等の機能を有するホログラム光学素子を（複雑な制御を行うことなく）容易に実現することができる。そして、そのホログラム光学素子と光源とを組み合わせて、明るい光を出射する光源ユニット（光源の支持体と光学素子とが一体化されているもの）や照明装置（光源の支持体と光学素子とが離間しているもの）を実現することができる。
【００１２】
本発明のホログラム光学素子の製造方法において、上記一方の光束は、発散角を張る２光線の一方が基板の回転軸上を進行し、他方の光線が他方の光束と交わる光束であってもよい。
【００１３】
この場合、露光時に用いた一方の光束（発散光）の発散角の２倍の角度が、使用時にホログラム光学素子（複数のホログラムエレメント）にて偏向させることができる、入射光（発散光）の最大発散角となる。したがって、高ＮＡのホログラム光学素子を確実に実現することができる。
【００１４】
本発明のホログラム光学素子の製造方法において、ホログラム感光材料の露光時に用いる２光束の光路は、固定されていることが望ましい。この場合、２光束の光路を露光ごとに変化させる従来のように製造光学系の構成や光路制御が複雑になることがなく、低コストでホログラム光学素子を得ることができる。
【００１５】
本発明のホログラム光学素子の製造方法において、基板の回転前後で２つのホログラムエレメントの一部が重複して形成される角度だけ、ホログラムエレメントの形成ごとに基板を回転させるようにしてもよい。
【００１６】
基板の回転前後で２つのホログラムエレメントの一部が重複するように基板を回転させて複数のホログラムエレメントを形成すると、各ホログラムエレメントにおいて基板の回転軸から最も離れた点を順に結んでできる図形が、基板１回転あたり形成するホログラムエレメントの個数が多いほど円形に近づく。これにより、使用時にホログラム光学素子に入射させる光として断面円形の光を出射する光源を用いた場合に、その光利用効率を向上させることができる（入射光をホログラム光学素子にて効率よく偏向（回折）させることができる）。
【００１７】
本発明のホログラム光学素子の製造方法において、ホログラム感光材料において２光束で露光される領域のうち、隣り合うホログラムエレメントと重複して露光される領域に入射する光の少なくとも一部を遮光する遮光部材をホログラム感光材料の光入射側の光路中に配置し、各ホログラムエレメントの形成ごとに、遮光部材を介してホログラム感光材料を２光束で露光するようにしてもよい。
【００１８】
このように遮光部材を介してホログラム感光材料を２光束で露光することにより、隣り合うホログラムエレメントと重複して露光される領域を極力小さくすることができる。重複して露光される領域では、回折効率の低下が生じ、使用時に光利用効率が低下するが、上記の露光の仕方により、そのような不都合を回避することができる。
【００１９】
本発明のホログラム光学素子の製造方法において、ホログラム感光材料を２光束で露光する際の露光エネルギーは、全てのホログラムエレメント形成時で等しいことが望ましい。
【００２０】
このような露光方法によってホログラム光学素子を製造することにより、基板の回転軸に対して回折効率が回転対称となる。したがって、より高精度で高ＮＡの光学素子としてホログラム光学素子を使用することができるとともに、上記ホログラム光学素子を例えば照明光学系の集光レンズとして用いる場合でも、より均一な光を出射する照明光学系を実現することができる。また、重複露光領域を小さくすべく、遮光部材を用いてホログラム感光材料を露光する際に上記の露光方法を適用すれば、基板の回転方向において回折効率にムラが生じるのを極力抑えることができ、さらに高精度な光学素子を実現することができる。
【００２１】
本発明のホログラム光学素子は、上述した本発明の製造方法によって製造されてなることを特徴としている。上記の製法によれば、高ＮＡ（例えばＮＡ＞０．７）のレンズと同等の機能を有するホログラム光学素子を容易に実現することができるので、そのホログラム光学素子と光源とを組み合わせて、明るい光を出射する光源ユニットや照明装置を容易に実現することができる。
【００２２】
本発明のホログラム光学素子において、複数のホログラムエレメントは全体として、基板に垂直な軸を光軸とするレンズとして機能してもよい。この場合、使用時の光学系（例えば投影光学系や接眼光学系）と同軸でホログラム光学素子を使用することが可能となる。つまり、上記光学系と組み合わせてホログラム光学素子を容易に使用することが可能となる。
【００２３】
本発明のホログラム基板は、上述した本発明のホログラム光学素子と、上記ホログラム光学素子が形成される基板とを有していることを特徴としている。この構成によれば、ホログラム基板を例えば光源と組み合わせることで、光源ユニットまたは照明装置を容易に実現することができる。
【００２４】
本発明の光源ユニットは、上記した本発明のホログラム基板と、上記ホログラム基板に向けて光を出射する光源と、上記光源を支持する支持体とを有しており、上記ホログラム基板は、上記支持体と一体化して設けられていることを特徴としている。この構成により、明るい光を出射する光源ユニットを実現することができる。
【００２５】
本発明の光源ユニットにおいて、上記光源から出射される光の強度ピーク波長は、上記ホログラム基板の各ホログラムエレメントにおける回折ピーク波長と略一致していることが望ましい。この場合、光源から出射される光を各ホログラムエレメントにて効率よく回折させて偏向することができ、光利用効率の高い光源ユニットを実現することができる。
【００２６】
本発明の照明装置は、上述した本発明のホログラム基板と、上記ホログラム基板に向けて光を出射する光源と、上記光源を支持する支持体とを有しており、上記ホログラム基板は、上記支持体と離間して設けられていることを特徴としている。
【００２７】
上記の構成によれば、明るい光を出射する照明装置を実現することができる。また、使用時の形態に応じてホログラム基板と支持体との距離を調整することが可能となる。さらに、光源が発散光を出射する場合には、支持体とホログラム基板との距離を大きくするほど、ホログラム基板に入射する光束径が広がるので、そのような広い光束径の光を偏向させて使用する場合には、本発明の照明装置は非常に有効となる。
【００２８】
本発明の照明装置において、上記光源から出射される光の強度ピーク波長は、上記ホログラム基板の各ホログラムエレメントにおける回折ピーク波長と略一致していることが望ましい。この場合、光源から出射される光を各ホログラムエレメントにて効率よく回折させて偏向することができ、光利用効率の高い照明装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、高ＮＡのレンズと同等の機能を有するホログラム光学素子を容易に実現することができる。そして、そのホログラム光学素子と光源とを組み合わせて、明るい光を出射する光源ユニットや照明装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３１】
（１．光源ユニットおよび照明装置について）
図２は、本実施形態に係る光源ユニット１の概略の構成を示す断面図である。この光源ユニット１は、光源モジュール１０と、ホログラム基板２０とを有しており、光源モジュール１０から出射される光がホログラム基板２０を介して外部に取り出される構成となっている。
【００３２】
光源モジュール１０は、筐体１１内に光源１２を有している。光源１２は、ホログラム基板２０に向けて光を出射するものであり、例えば強度ピーク波長（光強度がピークとなる中心波長）が５２０ｎｍの光を出射するＬＥＤで構成されている。光源１２は、放射角度が強度半値でも±６０度（全角１２０度）となる広い放射角度特性を有しており、基板１３上に形成された金属パターンからなる電極１４上に実装されている。このことから、基板１３は、電極１４を介して光源１２を支持する支持体を構成していると言える。また、基板１３上には、金属パターンからなる他の電極１５が形成されており、光源１２と電極１５とはＡｕワイヤ１６で接続されている。筐体１１内部は、樹脂モールドされている。
【００３３】
ホログラム基板２０は、例えばガラスやプラスチック材料からなる透明な基板２１上にホログラム光学素子２２を有して構成されている。このホログラム基板２０は、基板２１に対してホログラム光学素子２２が光源１２側となるように、光源モジュール１０の表面に粘着層（図示せず）を介して接着され、光源モジュール１０の基板１３と筐体１１を介して一体化されている。この結果、ホログラム基板２０は、光源１２の前方に配置されることになる。ホログラム光学素子２２は、後述する製法で作製される体積位相型の透過型ホログラム光学素子で構成されている。
【００３４】
上記の構成において、光源１２から出射された光（発散光）は、ホログラム光学素子２２にて回折、偏向され、その後、基板２１を透過して外部に出射される。これにより、射出角度の小さい良好な配向特性（偏向特性）の光源ユニット１を実現することができる。また、ホログラム光学素子２２は、薄型で安価であるので、そのようなホログラム光学素子２２を用いることにより、光源ユニット１を小型で安価に実現することができる。さらに、ホログラム光学素子２２は、後述する製法によって作製されることにより、高ＮＡのレンズと同等の機能を発揮するので、発散角の大きな光を出射する光源１２を用いて、明るい光を出射する光源ユニット１を実現することができる。
【００３５】
また、図３は、本実施形態に係る照明装置２の概略の構成を示す断面図である。この照明装置２は、図２の光源ユニット１において、光源モジュール１０の筐体１１およびその内部の封入樹脂を取り去り、ホログラム基板２０を基板１３に対して空気層を介して離間して配置したものである。
【００３６】
上記構成の照明装置２は、基本的な構成は図２の光源ユニット１と同じであるため、上記した光源ユニット１と同様の効果を得ることができる。それに加え、照明装置２では、ホログラム基板２０が基板１３に支持されないため、使用時の形態に応じてホログラム基板２０と基板１３との距離を調整することが可能となり、利便性に優れたものとなる。さらに、光源１２が発散光を出射する場合には、基板１３とホログラム基板２０との距離を大きくするほど、ホログラム基板２０に入射する光の光束径が広がるので、そのような広い光束径の光を偏向させて使用する場合には、本実施形態の照明装置２は非常に有効となる。
【００３７】
上記構成の光源ユニット１や照明装置２は、投影装置やヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと略称する）の照明部に適用することが可能である。例えば、図４は、照明装置２を有する投影装置６の概略の構成を示す断面図である。この投影装置６は、照明装置２と、表示素子（例えばＬＣＤ）３と、投影光学系４と、スクリーン５とを備えている。この構成では、照明装置２から出射される光は、表示素子３に入射してそこで画像データに応じて変調され、映像光として出射されて投影光学系４を介してスクリーン５に導かれる。これにより、表示素子３にて表示された映像がスクリーン５上に拡大投影される。
【００３８】
一方、図５は、照明装置２を有するＨＭＤ８の概略の構成を示す断面図である。このＨＭＤは、照明装置２と、表示素子３と、接眼光学系７とを備えている。このＨＭＤでは、照明装置２からの光は、表示素子３に入射してそこで画像データに応じて変調され、映像光として出射されて接眼光学系７を介して光学瞳Ｅに導かれる。したがって、光学瞳Ｅの位置では、観察者は、表示素子３に表示された映像の拡大虚像を観察することが可能となる。
【００３９】
（２．ホログラム光学素子について）
次に、上記したホログラム光学素子２２の詳細な構成について説明する。図６は、ホログラム光学素子２２の詳細な構成を示す断面図である。ホログラム光学素子２２は、ホログラム非構成領域３１と、ホログラム構成領域３２とを有している。
【００４０】
ホログラム非構成領域３１は、入射光を回折、偏向させるホログラムが構成されていない領域である。したがって、ホログラム非構成領域３１は、そこに光が入射したときにその光を単に透過させる透過領域として機能する。一方、ホログラム構成領域３２は、入射光を回折、偏向させるホログラムが構成されている領域である。より具体的には、ホログラム構成領域３２には、光源１２を点光源と考えたときの発光点に相当する点Ｐからの発散光を回折、偏向し、光軸に平行な光束として射出するようなホログラムが形成されている。なお、ホログラム光学素子２２の使用時における光軸とは、点Ｐを通り、ホログラム光学素子２２の光入射面２２ｂに対して垂直な軸Ａを指すものとする。ホログラム構成領域３２は、ホログラム非構成領域３１を光軸回りに取り囲むように形成されている。
【００４１】
ここで、上記のホログラムは、基板２１（図２参照）上に保持されたフィルム状のホログラム感光材料２２ａ（図１（ａ）参照）を、干渉性を有する２光束で露光することにより形成されるものである。つまり、ホログラムは、２光束干渉によって形成される干渉縞で構成される。したがって、ホログラム非構成領域３１は、上記干渉縞を有していない領域であり、ホログラム構成領域３２は、上記干渉縞を有する領域であるとも言える。
【００４２】
また、ホログラム光学素子２２を作製する元となるホログラム感光材料２２ａとしては、フォトポリマー、銀塩材料、重クロム酸ゼラチンなどを用いることができるが、ここでは、ホログラム光学素子２２をドライプロセスで容易に製造可能なフォトポリマーを用いている。
【００４３】
なお、後述する製法を採用することにより、上述したホログラム非構成領域３１を形成せずに、ホログラム構成領域３２のみからなるホログラム光学素子２２を作製することも可能である。このようなホログラム光学素子２２においては、ホログラム光学素子２２に入射した光は全て、ホログラム構成領域３２にて回折、偏向されて出射されることになる。
【００４４】
（３．ホログラム光学素子の製造方法について）
次に、ホログラム光学素子２２の製造方法について、まず大まかに説明する。図７は、ホログラム光学素子２２を製造する際に用いる露光光学系全体の概略の構成を示す説明図である。この露光光学系は、レーザ光源４１と、シャッタ４２と、ビームエキスパンダ４３と、ビームスプリッタ４４と、ミラー４５と、集光レンズ４６と、ミラー４７・４８とを有している。
【００４５】
レーザ光源４１から出射される可干渉性を有するレーザ光は、シャッタ４２を通過した後、ビームエキスパンダ４３にて光束径を拡大され、平行光のままビームスプリッタ４４に入射し、そこで２光束に分離される。このとき、シャッタ４２のＯＮ／ＯＦＦにより、レーザ光の露光時間がコントロールされる。
【００４６】
ビームスプリッタ４４にて分離された一方の光束Ｌ１は、ミラー４５にて反射された後、集光レンズ４６にて後述するミラー４８の近傍の点に一旦集光され、そこから発散光となってホログラム感光材料２２ａに照射される。一方、ビームスプリッタ４４にて分離された他方の光束Ｌ２は、ミラー４７・４８にて順に反射された後、基板２１上のホログラム感光材料２２ａに平行光の状態で照射される。このように、ホログラム感光材料２２ａに対して同じ側（基板２１とは反対側）から２光束Ｌ１・Ｌ２を照射することにより、ホログラム感光材料２２ａに干渉縞が形成され（ホログラム構成領域３２が形成され）、体積位相型で透過型のホログラム光学素子２２が基板２１上に作製される。
【００４７】
なお、用いるホログラム感光材料２２ａの特性に応じて後処理が必要である。例えば、ホログラム感光材料２２ａとしてフォトポリマーを用いた場合には、紫外線照射による定着処理と、ベイク処理とが必要である。また、複数波長に対応するホログラム光学素子２２を作製する場合には、複数波長に対応したレーザ光源を用い、多重露光によりホログラム光学素子２２を作製するか、それぞれの露光波長で作製した素子を貼り合わせることでホログラム光学素子２２を作製すればよい。
【００４８】
なお、図７では、基板２１に対してホログラム感光材料２２ａを２光束Ｌ１・Ｌ２の入射側に位置させているが、これらの位置関係は逆であってもよい。つまり、ホログラム感光材料２２ａに対して基板２１を２光束Ｌ１・Ｌ２の入射側に位置させ、基板２１を介してホログラム感光材料２２ａを露光するようにしてもよい。要は、使用時の形態に合うように基板２１を配置してホログラム感光材料２２ａを露光すればよい。
【００４９】
つまり、使用形態が、光源１２からの光を基板２１を介さずにホログラム光学素子２２に入射させる形態であれば、図７のように、基板２１に対してホログラム感光材料２２ａを２光束Ｌ１・Ｌ２の入射側に位置させて露光すればよい。一方、使用形態が、光源１２からの光を基板２１を介してホログラム光学素子２２に入射させる形態の場合には、ホログラム感光材料２２ａに対して基板２１を２光束Ｌ１・Ｌ２の入射側に位置させて露光すればよい。
【００５０】
次に、ホログラム光学素子２２の製造方法の詳細について説明する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、ホログラム光学素子２２の製造方法の各具体例を示す説明図であり、それぞれ、露光光学系の主要部と、ホログラム感光材料２２ａに入射する２光束Ｌ１・Ｌ２の光路とを示している。なお、これらの図１（ａ）（ｂ）（ｃ）の相互間では、２光束Ｌ１・Ｌ２のホログラム感光材料２２ａへの入射のさせ方（入射位置）が少しずつ異なっているが、その詳細については後述する。
【００５１】
本実施形態では、ホログラムエレメント形成工程と基板回転工程とを繰り返すことにより、基板２１上に複数のホログラムエレメント５１を形成するようにしている。ここで、ホログラムエレメント形成工程とは、基板２１の回転軸Ｂに対して偏心した位置にホログラムエレメント５１を形成する工程のことである。なお、ホログラムエレメント５１とは、ホログラム光学素子２２（ホログラム構成領域３２）を構成する一単位を指すが、その形成手法については以下に個別に説明する。一方、基板回転工程とは、回転軸Ｂを中心にして基板２１を所定角度だけ回転させる工程のことである。ちなみに、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）では、回転軸Ｂを中心に基板２１を９０度ずつ回転させている。
【００５２】
このように、ホログラムエレメント形成工程と基板回転工程とを繰り返す、つまり、ホログラムエレメント５１を形成するごとに基板２１を例えば９０度ずつ回転させることにより、回転軸Ｂ周りに複数のホログラムエレメント５１が形成され、複数のホログラムエレメント５１の集合体からなるホログラム光学素子２２（ホログラム構成領域３２）が形成されることとなる。
【００５３】
なお、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）では、基板２１上に４つのホログラムエレメント５１が形成されているが、これらを各々区別するときは、その形成順にホログラムエレメント５１ａ・５１ｂ・５１ｃ・５１ｄと称することとする。
【００５４】
ところで、各ホログラムエレメント５１は、その回折ピーク波長（回折効率がピークとなるときの波長）が使用時に用いる光源１２の強度ピーク波長と略一致するように形成される。つまり、使用時の光源１２の強度ピーク波長は上述のように５２０ｎｍであるので、露光時に用いるレーザ光源４１として、例えば５２０±２０ｎｍの範囲内に強度ピークが存在するものを用い、形成される各ホログラムエレメント５１の回折ピーク波長と使用時の光源１２の強度ピーク波長とを略一致させている。これにより、光源１２から出射される光を各ホログラムエレメント５１にて効率よく回折させて偏向することができ、光利用効率の高い光源ユニット１（図２参照）や照明装置２（図３参照）を実現することができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、各ホログラムエレメント５１を形成する際に、レーザ光源４１（図７参照）の発光エネルギーを一定とし、シャッタ４２（図７参照）のＯＮ／ＯＦＦでコントロールされる露光時間も一定としている。したがって、ホログラム感光材料２２ａを２光束Ｌ１・Ｌ２で露光する際の露光エネルギーは、全てのホログラムエレメント５１の形成時で等しいと言える。このような露光の仕方による効果については後述する。
【００５６】
次に、ホログラムエレメント５１の個々の形成手法について説明する。
（図１（ａ）の形成手法）
図１（ａ）の露光光学系では、光束Ｌ１の集光点Ｑが基板２１の回転軸Ｂ上に位置するように集光レンズ４６が配置されている。したがって、光束Ｌ１は、回転軸Ｂ上の集光点Ｑから発散してホログラム感光材料２２ａに入射する。しかも、光束Ｌ１は、発散角を張る２光線Ｌ１ａ・Ｌ１ｂの一方（例えば光線Ｌ１ａ）が基板２１の回転軸Ｂ上を進行し、他方の光線（例えば光線Ｌ１ｂ）が他方の光束Ｌ２と交わる光束となっている。
【００５７】
また、光束Ｌ２を反射させるミラー４８は、集光点Ｑの近傍に光束Ｌ１と干渉しないように配置されている。しかも、ミラー４８は、そこで反射された光束Ｌ２が、回転軸Ｂにかからないように、かつ、回転軸Ｂに沿って平行光の状態でホログラム感光材料２２ａに入射するように、回転軸Ｂに対して傾斜して配置されている。この結果、ミラー４８にて反射された光束Ｌ２は、ホログラム感光材料２２ａに対する照射スポットＲ２が光束Ｌ１の露光領域Ｒ１と重なる領域を有し、かつ、基板２１の回転軸Ｂに対して偏心する位置に形成されるように、ホログラム感光材料２２ａに入射する。
【００５８】
このような２光束Ｌ１・Ｌ２で基板２１上のホログラム感光材料２２ａを露光することにより、２光束Ｌ１・Ｌ２が回転軸Ｂに対して偏心した位置で互いに干渉する。これにより、上記偏心した位置に干渉縞、すなわち、ホログラムエレメント５１を形成することができる。なお、ホログラムエレメント５１の形成ごとに基板２１を９０度ずつ回転させることにより、隣り合う２つのホログラムエレメント５１（例えばホログラムエレメント５１ａ・５１ｂ）は、その一部が重複しながら形成されることになる。
【００５９】
なお、光束Ｌ２は、回転軸Ｂにかからずに回転軸Ｂに沿ってホログラム感光材料２２ａに入射するので、基板２１の中央、つまり、ホログラム感光材料２２ａにおける回転軸Ｂ付近には一方の光束Ｌ１しか入射しない。したがって、ホログラム感光材料２２ａにおける回転軸Ｂ付近には、２光束Ｌ１・Ｌ２の露光干渉による干渉縞が形成されず、この結果、ホログラム非構成領域３１が形成されることになる。つまり、図１（ａ）の露光光学系によってホログラム感光材料２２ａを露光すると、ホログラム非構成領域３１を回転軸Ｂ周りに取り囲むように複数のホログラムエレメント５１（ホログラム構成領域３２）が基板２１上に形成されることになる。
【００６０】
（図１（ｂ）の形成手法）
図１（ｂ）の形成手法では、用いる露光光学系は図１（ａ）と同じであるが、基板２１の配置位置が図１（ａ）とは異なっている。より具体的には、図１（ｂ）では、回転軸Ｂが光束Ｌ１の内部に位置し、かつ、光束Ｌ２に接するように、図１（ａ）の状態から基板２１を回転軸Ｂに垂直な方向に移動させて配置している。したがって、図１（ｂ）の状態では、光束Ｌ１は、基板２１の回転軸Ｂの近傍の点から発散し、ホログラム感光材料２２ａにおいて回転軸Ｂを含む領域に入射し、光束Ｌ２は、回転軸Ｂと接しながら平行光の状態でホログラム感光材料２２ａに入射する。
【００６１】
よって、このような２光束Ｌ１・Ｌ２で基板２１上のホログラム感光材料２２ａを露光することによっても、２光束Ｌ１・Ｌ２が回転軸Ｂに対して偏心した位置で互いに干渉するので、そのような偏心した位置にホログラムエレメント５１を形成することができる。
【００６２】
ただし、光束Ｌ２は、回転軸Ｂと接しながらホログラム感光材料２２ａに入射するので、図１（ａ）とは異なり、基板２１の中央、つまり、ホログラム感光材料２２ａにおける回転軸Ｂ付近にも、２光束Ｌ１・Ｌ２の露光干渉による干渉縞が形成される。言い換えれば、基板２１の中央には、図１（ａ）で示したようなホログラム非構成領域３１は形成されない。したがって、図１（ｂ）の形成手法では、ホログラム構成領域３２のみからなるホログラム光学素子２２が基板２１上に形成されることになる。
【００６３】
また、図１（ｂ）では、図１（ａ）の場合よりも、光束Ｌ２が基板２１の内側（回転軸Ｂ側）に入射するので、２光束Ｌ１・Ｌ２の干渉領域（各ホログラムエレメント５１）も基板２１の内側に寄り、全体として図１（ａ）よりもホログラム光学素子２２が小さく形成される。また、各ホログラムエレメント５１が基板２１の内側に寄るので、隣り合う２つのホログラムエレメント５１の重畳領域の面積が図１（ａ）に比べて増大することとなる。
【００６４】
（図１（ｃ）の形成手法）
図１（ｃ）の形成手法では、用いる露光光学系は図１（ａ）（ｂ）と同じであるが、基板２１の配置位置が図１（ａ）（ｂ）とは異なっている。より具体的には、図１（ｃ）では、回転軸Ｂが両方の光束Ｌ１および光束Ｌ２の内部に位置するように、図１（ｂ）の状態からさらに基板２１を回転軸Ｂに垂直な方向に移動させて配置している。したがって、図１（ｃ）の状態においても、光束Ｌ１は、基板２１の回転軸Ｂの近傍の点から発散し、ホログラム感光材料２２ａにおいて回転軸Ｂを含む領域に入射する一方、光束Ｌ２は、回転軸Ｂを含む領域に平行光の状態でホログラム感光材料２２ａに入射する。なお、回転軸Ｂと光束Ｌ２の光軸（中心主光線）とは、回転軸Ｂに垂直な方向にずれて位置している。
【００６５】
このような２光束Ｌ１・Ｌ２で基板２１上のホログラム感光材料２２ａを露光することによっても、２光束Ｌ１・Ｌ２が回転軸Ｂに対して偏心した位置で互いに干渉するので、そのような偏心した位置にホログラムエレメント５１を形成することができる。
【００６６】
なお、図１（ｃ）の手法では、光束Ｌ１および光束Ｌ２ともにホログラム感光材料２２ａにおける回転軸Ｂを含む領域に入射するので、基板２１の中央にも干渉縞が形成される。したがって、この手法でも、ホログラム構成領域３２のみからなるホログラム光学素子２２が基板２１上に形成されることになる。
【００６７】
また、図１（ｃ）では、図１（ｂ）の場合よりも、光束Ｌ２が基板２１のさらに内側（回転軸Ｂ側）に入射するので、２光束Ｌ１・Ｌ２の干渉領域（各ホログラムエレメント５１）も基板２１の内側に寄り、全体として図１（ｂ）よりもさらに小さくホログラム光学素子２２が形成される。また、各ホログラムエレメント５１が基板２１のさらに内側に寄るので、隣り合う２つのホログラムエレメント５１の重畳領域の面積が図１（ｂ）に比べて増大することとなる。
【００６８】
（４．効果について）
以上のように、本実施形態のホログラム光学素子２２の製造方法において、ホログラム感光材料２２ａを露光する２光束のうちの一方の光束Ｌ１は発散光であるので、ホログラム光学素子２２の使用時には、光束Ｌ１の出射ポイント（集光点Ｑ）に対応する位置（図６の点Ｐ）に光源１２を配置して、光源１２から出射される発散光をホログラム光学素子２２にて偏向（回折）させることができる。
【００６９】
また、特に光束Ｌ１は、基板２１の回転軸Ｂ上またはその近傍の点から発散してホログラム感光材料２２ａに入射する発散光であり、光束Ｌ２は、その照射スポットＲ２が光束Ｌ１の露光領域Ｒ１と重なる領域を有し、かつ、基板２１の回転軸Ｂに対して偏心する位置に形成される光束である。これにより、上述したホログラムエレメント形成工程と基板回転工程とを繰り返して複数のホログラムエレメント５１を形成したホログラム光学素子２２の使用時には、回転軸Ｂに対して互いに反対側（例えば点対称）に位置する２つのホログラムエレメント５１（例えばホログラムエレメント５１ａ・５１ｃ）に同時に入射する発散光を出射するような光源１２を用いることができる。つまり、露光時に用いた光束Ｌ１よりも確実に大きな発散角の光を出射する光源１２を、集光点Ｑに対応する位置（点Ｐ）に配置して使用することができる。
【００７０】
その結果、高ＮＡ（例えばＮＡ＞０．７≒ｓｉｎ４５°）のレンズと同等の機能を有するホログラム光学素子２２、すなわち、例えば発散角が９０度を越える光を平行光に変換するホログラム光学素子２２を実現することができる。そして、そのような発散角の大きい光を偏向させる、光利用効率の高いホログラム光学素子２２と光源１２とを組み合わせて、明るい光を出射する光源ユニット１（図２参照）や照明装置２（図３参照）を実現することができる。
【００７１】
また、図１（ａ）の手法では、露光時に用いる一方の光束Ｌ１は、発散角を張る２光線Ｌ１ａ・Ｌ１ｂの一方（例えば）が基板２１の回転軸Ｂ上を進行し、他方の光線Ｌ１ｂが他方の光束Ｌ２と交わる光束であるので、光束Ｌ１の発散角の２倍の角度が、使用時にホログラム光学素子２２にて偏向させることができる、入射光（発散光）の最大発散角となる。したがって、高ＮＡのホログラム光学素子２２を確実に実現することができる。
【００７２】
また、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）および図７に示すように、ホログラム感光材料２２ａの露光時に用いる２光束Ｌ１・Ｌ２の光路は固定されている。これにより、２光束の光路を露光ごとに変化させる従来のように製造光学系の構成や光路制御が複雑になることがなく、低コストでホログラム光学素子２２を得ることができる。
【００７３】
また、図１（ａ）の手法で形成されるホログラム光学素子２２は、回転軸Ｂ上の集光点Ｑに対応する位置（点Ｐ）に光源１２を配置して使用したときに、光源１２からの光を回折、偏向させる高ＮＡのレンズと同等の機能を発揮することから、複数のホログラムエレメント５１は、全体として、基板２１に垂直な軸（回転軸Ｂ）を光軸とするレンズとして機能していると言える。この場合、使用時の光学系（例えば図４の投影光学系４や図５の接眼光学系７）と同軸でホログラム光学素子２２を使用することが可能となり、その使用が容易となる。
【００７４】
なお、露光時の光束の光路と使用時の光束（光源１２からの光）の光路とが異なると、ホログラム光学素子２２の回折効率が低下する。しかし、ホログラム光学素子２２は、角度選択性にある程度の幅を持っているので、この幅の範囲内では、実際上の問題はほとんどないと言える。そこで、図１（ｂ）（ｃ）の手法でホログラム光学素子２２を形成した場合、使用時の光源１２の位置を、露光時の集光点Ｑではなく、基板２１の回転軸Ｂ上としてもよい。ただし、この場合、光源１２からの光をホログラム光学素子２２にて平行光に回折させることができなくなるため、図１（ｂ）（ｃ）の手法は、光束に精度が要求されない用途（例えば照明光学系）でのホログラム光学素子２２の製造に用いることが望ましい。なお、図１（ｂ）（ｃ）の手法において、露光時の集光点Ｑと基板２１の回転軸Ｂとを近づけて、ホログラム光学素子２２の回折効率の低下を極力抑えるようにしてもよい。
【００７５】
なお、隣り合うホログラムエレメント５１と重複して露光される領域では、回折効率の低下が生じ、使用時に光利用効率が低下することが懸念される。このような光利用効率の低下を抑える点では、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）のうち、隣り合う２つのホログラムエレメント５１の重畳領域の面積が一番少ない図１（ａ）の手法が最も望ましく、次に重畳領域の面積が小さい図１（ｂ）の手法が望ましい。
【００７６】
また、上述したように、露光エネルギーを一定として複数のホログラムエレメント５１を形成することにより、基板２１の回転軸Ｂに対して回折効率が回転対称となるホログラム光学素子２２を得ることができ、より高精度で高ＮＡのホログラム光学素子２２を実現することができる。したがって、ホログラム光学素子２２を例えば光源ユニット１や照明装置２の集光レンズとして用いた場合でも、ホログラム光学素子２２からより均一な光を出射させることができる。
【００７７】
（５．変形例について）
ところで、図８は、図１（ａ）のホログラムエレメント５１の形成手法の変形例を示す説明図である。図８の形成手法は、基板２１の回転角度を小さくした点、ホログラム感光材料２２ａに入射する光束Ｌ２の照射スポットＲ２を楕円にした点以外は、図１（ａ）と同様である。
【００７８】
具体的には、図８の形成手法では、ホログラムエレメント５１の形成ごとに基板２１を４５度ずつ回転させ、８個のホログラムエレメント５１を回転軸Ｂの周りに形成している。この結果、隣り合う２個のホログラムエレメント５１の重畳領域の面積が、図１（ａ）の場合よりも増大している。なお、光束Ｌ２の照射スポットＲ２が仮に円形であったとしても、図８の形成手法によれば、隣り合う２個のホログラムエレメント５１の重畳領域の面積は図１（ａ）の場合よりも増大する。
【００７９】
図１（ａ）および図８より、各ホログラムエレメント５１において基板２１の回転軸Ｂから最も離れた点を順に結んでできる図形は、基板１回転あたりに形成するホログラムエレメント５１が４つ（基板２１の回転角度は９０度）の場合、正方形となり、ホログラムエレメント５１が８つ（基板２１の回転角度は４５度）の場合、正八角形となる。このことから、基板２１の回転前後で２つのホログラムエレメント５１の一部が重複して形成される角度だけ、ホログラムエレメント５１の形成ごとに基板２１を回転させると、基板１回転あたり形成するホログラムエレメント５１の個数が多いほど（基板２１の回転角度が小さいほど）、上記図形を円形に近づけることができると言える。これにより、使用時にホログラム光学素子２２に入射させる光として断面円形の光を出射する光源１２を用いた場合に、入射光をホログラム光学素子２２にて効率よく偏向（回折）させることができ、光利用効率を向上させることができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、露光時に、ホログラム感光材料２２ａに入射させる一方の光束Ｌ１を発散光とし、他方の光束Ｌ２を平行光としているが、光束Ｌ２は、発散光であってもよく、また、収束光であってもよい。
【００８１】
例えば図９（ａ）は、ホログラムエレメント５１の他の形成手法を示すものであって、露光光学系の主要部と、ホログラム感光材料２２ａに入射する２光束Ｌ１・Ｌ２の光路とを示す説明図である。なお、図９（ａ）の手法は、光束Ｌ２をホログラム感光材料２２ａに発散光の状態で入射させる以外は、図１（ａ）と全く同様である。つまり、図９（ａ）では、ミラー４８の前段において、図示しない集光レンズにより光束Ｌ２を一旦集光し、発散光の状態でミラー４８に入射させている。そして、ミラー４８にて反射した光束Ｌ２を発散光の状態でホログラム感光材料２２ａに入射させている。
【００８２】
このような２光束Ｌ１・Ｌ２でホログラム感光材料２２ａを露光し、ホログラム光学素子２２を作製することにより、図９（ｂ）に示すように、使用時に、光束Ｌ１の集光点Ｑに対応する点Ｐに光源１２を配置し、光源１２からの光（発散光）をホログラム光学素子２２に入射させれば、ホログラム光学素子２２から、例えば入射光よりも発散角度の小さい発散光を射出させることができる。したがって、図９（ａ）の手法で作製したホログラム光学素子２２は、使用時にそのような光（発散光）が要求される光学系に好適となる。
【００８３】
一方、図１０（ａ）は、ホログラムエレメント５１のさらに他の形成手法を示すものであって、露光光学系の主要部と、ホログラム感光材料２２ａに入射する２光束Ｌ１・Ｌ２の光路とを示す説明図である。なお、図１０（ａ）の手法は、光束Ｌ２をホログラム感光材料２２ａに収束光の状態で入射させる以外は、図１（ａ）と全く同様である。つまり、図１０（ａ）では、ミラー４８の前段において、図示しない集光レンズにより光束Ｌ２を収束させ、その状態でミラー４８に入射させている。そして、ミラー４８にて反射した光束Ｌ２を収束光の状態でホログラム感光材料２２ａに入射させている。なお、ホログラム感光材料２２ａと上記集光レンズとの光学的な距離（光路を展開したときの距離）は、上記集光レンズの焦点距離よりも短い。
【００８４】
このような２光束Ｌ１・Ｌ２でホログラム感光材料２２ａを露光し、ホログラム光学素子２２を作製することにより、図１０（ｂ）に示すように、使用時に、光束Ｌ１の集光点Ｑに対応する点Ｐに光源１２を配置し、光源１２からの光（発散光）をホログラム光学素子２２に入射させれば、ホログラム光学素子２２から収束光を射出させることができる。したがって、図１０（ａ）の手法で作製したホログラム光学素子２２は、使用時にそのような光（収束光）が要求される光学系に好適となる。
【００８５】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【００８６】
図１１は、本実施形態のホログラム光学素子２２の製造方法の具体例を示す説明図であり、露光光学系の主要部と、ホログラム感光材料２２ａに入射する２光束Ｌ１・Ｌ２の光路とを示している。本実施形態の製法は、ホログラム感光材料２２ａの光入射側に遮光部材６１を配置してホログラム感光材料２２ａを露光する以外は、実施の形態１の図８の手法と全く同様である。
【００８７】
遮光部材６１は、ホログラム感光材料２２ａにおいて２光束Ｌ１・Ｌ２で露光される領域のうち、隣り合うホログラムエレメント５１と重複して露光される領域に入射する光の少なくとも一部を遮光するマスクである。この遮光部材６１は、図１１では、平面視で二等辺三角形の形状となっている。
【００８８】
本実施形態のように、遮光部材６１をホログラム感光材料２２ａの光入射側の光路中に配置し、各ホログラムエレメント５１の形成ごとに、回転軸Ｂを中心にして基板２１を４５度ずつ回転させ、遮光部材６１を介してホログラム感光材料２２ａを２光束Ｌ１・Ｌ２で露光することにより、隣り合うホログラムエレメント５１・５１間で重複して露光される領域を極力小さくすることができる。重複して露光される領域では、回折効率の低下が生じ、使用時に光利用効率が低下するが、上記の露光の仕方により、そのような不都合を回避することができ、実施の形態１の図８の手法よりも光利用効率の高いホログラム光学素子２２を作製することができる。
【００８９】
ところで、遮光部材６１の平面形状は、上記の二等辺三角形に限定されるわけではない。例えば、遮光部材６１は、隣り合うホログラムエレメント５１・５１が重複しないように、つまり、ホログラム感光材料２２ａにおいて２光束Ｌ１・Ｌ２で露光される領域のうち、隣り合うホログラムエレメント５１と重複して露光される領域に入射する光の全てを遮光する形状で形成されてもよい。以下、このような遮光部材６１について、図１２（ａ）（ｂ）〜図１４（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。
【００９０】
図１２（ａ）は、遮光部材６１の他の形状を模式的に示す平面図である。この遮光部材６１は、１回の露光によって形成されるホログラムエレメント５１が遮光部材６１が無ければ円形であるとしたときに、基板２１を９０度回転させる前後で形成される２つのホログラムエレメント５１の重畳領域全体を遮光できる形状となっている。
【００９１】
図１２（ａ）のように遮光部材６１の形状を設定した場合、ホログラムエレメント５１を形成するごとに基板２１を９０度ずつ回転させれば、図１２（ｂ）に示すように、隣り合うホログラムエレメント５１において重複領域が無く、かつ隙間の無い状態で、ホログラムエレメント５１を基板２１の１回転で４個形成することができる。
【００９２】
また、図１３（ａ）および図１４（ａ）は、遮光部材６１のさらに他の形状を模式的に示す平面図である。これらの遮光部材６１は両方とも、１回の露光によって形成されるホログラムエレメント５１が遮光部材６１が無ければ破線で示す楕円形であるとしたときに、基板２１を４５度回転させる前後で形成される２つのホログラムエレメント５１の重畳領域全体を遮光できる形状となっている。なお、図１４（ａ）の遮光部材６１は、中心角４５度の扇形であり、図１３（ａ）の遮光部材６１に比べて形状が単純で作りやすく、低コストで得ることができる。
【００９３】
図１３（ａ）および図１４（ａ）のように遮光部材６１の形状を設定した場合、ホログラムエレメント５１を形成するごとに基板２１を４５度ずつ回転させれば、図１３（ｂ）および図１４（ｂ）に示すように、隣り合うホログラムエレメント５１において重複領域が無く、かつ隙間の無い状態で、ホログラムエレメント５１を基板２１の１回転で渦巻状（図１３（ｂ）参照）または放射状（図１４（ｂ）参照）に８個形成することができる。なお、図１３（ａ）および図１４（ａ）のどちらの遮光部材６１を用いてホログラム感光材料２２ａを露光した場合でも、形成される８個のホログラムエレメント５１は、全体として、円形となる。
【００９４】
このように、隣り合うホログラムエレメント５１・５１間で重複領域が無く、かつ隙間の無い状態で、複数のホログラムエレメント５１を形成することにより、各ホログラムエレメント５１（ホログラム光学素子２２）での回折効率の低下ひいては使用時の光利用効率の低下を回避できる効果を最大限に得ることができる。
【００９５】
また、遮光部材６１を用いて露光を行う本実施形態においても、実施の形態１と同様に、露光エネルギーを一定として複数のホログラムエレメント５１を形成すれば、基板２１の回転方向において回折効率にムラが生じるのを抑える、もしくはそのムラを無くすことができ、さらに高精度なホログラム光学素子２２を実現することができる。
【００９６】
なお、以上の各実施の形態で説明した構成や手法を適宜組み合わせてホログラム光学素子２２ひいては光源ユニット１や照明装置２を構成したり、ホログラム光学素子２２を製造することも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の製法により作製されるホログラム光学素子やホログラム基板は、例えば光源ユニットや照明装置に利用可能であり、ひいては投影装置やＨＭＤに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係るホログラム光学素子の製造方法の一例であって、ホログラムエレメントの形成手法の一例を示す説明図であり、（ｂ）は、ホログラム光学素子の製造方法の他の例であって、ホログラムエレメントの形成手法の他の例を示す説明図であり、（ｃ）は、ホログラム光学素子の製造方法のさらに他の例であって、ホログラムエレメントの形成手法のさらに他の例を示す説明図である。
【図２】上記ホログラム光学素子を有する光源ユニットの概略の構成を示す断面図である。
【図３】上記ホログラム光学素子を有する照明装置の概略の構成を示す断面図である。
【図４】上記照明装置を有する投影装置の概略の構成を示す断面図である。
【図５】上記照明装置を有するＨＭＤの概略の構成を示す断面図である。
【図６】上記ホログラム光学素子の詳細な構成を示す断面図である。
【図７】上記ホログラム光学素子を製造する際に用いる露光光学系全体の概略の構成を示す説明図である。
【図８】図１（ａ）のホログラムエレメントの形成手法の変形例を示す説明図である。
【図９】（ａ）は、ホログラムエレメントの形成手法のさらに他の例を示す説明図であり、（ｂ）は、上記形成手法にてホログラムエレメントが形成されたホログラム光学素子の使用時における入射光および射出光の光路を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は、ホログラムエレメントの形成手法のさらに他の例を示す説明図であり、（ｂ）は、上記形成手法にてホログラムエレメントが形成されたホログラム光学素子の使用時における入射光および射出光の光路を示す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係るホログラム光学素子の製造方法の一例であって、遮光部材を用いてホログラムエレメントを形成する手法の一例を示す説明図である。
【図１２】（ａ）は、上記遮光部材の他の形状を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、上記遮光部材を用いた露光によって形成されるホログラム光学素子の平面図である。
【図１３】（ａ）は、上記遮光部材のさらに他の形状を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、上記遮光部材を用いた露光によって形成されるホログラム光学素子の平面図である。
【図１４】（ａ）は、上記遮光部材のさらに他の形状を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、上記遮光部材を用いた露光によって形成されるホログラム光学素子の平面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１ 光源ユニット
２ 照明装置
１２ 光源
１３ 支持体
２０ ホログラム基板
２１ 基板
２２ ホログラム光学素子
２２ａ ホログラム感光材料
５１ ホログラムエレメント
６１ 遮光部材
Ｂ 回転軸
Ｌ１ 光束
Ｌ１ａ 光線
Ｌ１ｂ 光線
Ｌ２ 光束
Ｒ１ 露光領域
Ｒ２ 照射スポット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積位相型の透過型ホログラム光学素子を基板上に形成するホログラム光学素子の製造方法であって、
基板の回転軸に対して偏心した位置に、上記ホログラム光学素子を構成する一単位となるホログラムエレメントを形成する工程と、上記回転軸を中心にして基板を所定角度だけ回転させる工程とを繰り返すことにより、基板上に複数のホログラムエレメントを形成し、
各ホログラムエレメントは、基板上に形成されるホログラム感光材料を２光束で露光することによって形成されており、
上記２光束のうちの一方の光束は、基板の回転軸上またはその近傍の点から発散してホログラム感光材料に入射する光束であり、
上記２光束のうちの他方の光束は、ホログラム感光材料に対する照射スポットが上記一方の光束の露光領域と重なる領域を有し、かつ、基板の回転軸に対して偏心する位置に形成される光束であることを特徴とするホログラム光学素子の製造方法。
【請求項２】
上記一方の光束は、発散角を張る２光線の一方が基板の回転軸上を進行し、他方の光線が他方の光束と交わる光束であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム光学素子の製造方法。
【請求項３】
ホログラム感光材料の露光時に用いる２光束の光路は、固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のホログラム光学素子の製造方法。
【請求項４】
基板の回転前後で２つのホログラムエレメントの一部が重複して形成される角度だけ、ホログラムエレメントの形成ごとに基板を回転させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のホログラム光学素子の製造方法。
【請求項５】
ホログラム感光材料において２光束で露光される領域のうち、隣り合うホログラムエレメントと重複して露光される領域に入射する光の少なくとも一部を遮光する遮光部材をホログラム感光材料の光入射側の光路中に配置し、各ホログラムエレメントの形成ごとに、遮光部材を介してホログラム感光材料を２光束で露光することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のホログラム光学素子の製造方法。
【請求項６】
ホログラム感光材料を２光束で露光する際の露光エネルギーは、全てのホログラムエレメント形成時で等しいことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のホログラム光学素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の製造方法によって製造されてなることを特徴とするホログラム光学素子。
【請求項８】
複数のホログラムエレメントは全体として、基板に垂直な軸を光軸とするレンズとして機能することを特徴とする請求項７に記載のホログラム光学素子。
【請求項９】
請求項７または８に記載のホログラム光学素子と、
上記ホログラム光学素子が形成される基板とを有していることを特徴とするホログラム基板。
【請求項１０】
請求項９に記載のホログラム基板と、
上記ホログラム基板に向けて光を出射する光源と、
上記光源を支持する支持体とを有しており、
上記ホログラム基板は、上記支持体と一体化して設けられていることを特徴とする光源ユニット。
【請求項１１】
上記光源から出射される光の強度ピーク波長は、上記ホログラム基板の各ホログラムエレメントにおける回折ピーク波長と略一致していることを特徴とする請求項１０に記載の光源ユニット。
【請求項１２】
請求項９に記載のホログラム基板と、
上記ホログラム基板に向けて光を出射する光源と、
上記光源を支持する支持体とを有しており、
上記ホログラム基板は、上記支持体と離間して設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
上記光源から出射される光の強度ピーク波長は、上記ホログラム基板の各ホログラムエレメントにおける回折ピーク波長と略一致していることを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１】
体積位相型の透過型ホログラム光学素子を基板上に形成するホログラム光学素子の製造方法であって、
基板の回転軸に対して偏心した位置に、上記ホログラム光学素子を構成する一単位となるホログラムエレメントを形成する工程と、上記回転軸を中心にして基板を所定角度だけ回転させる工程とを繰り返すことにより、基板上に複数のホログラムエレメントを形成し、
各ホログラムエレメントは、基板上に形成されるホログラム感光材料を２光束で露光することによって形成されており、
上記２光束のうちの一方の光束は、基板の回転軸上またはその近傍の点から発散してホログラム感光材料に入射する光束であり、
上記２光束のうちの他方の光束は、ホログラム感光材料に対する照射スポットが上記一方の光束の露光領域と重なる領域を有し、かつ、基板の回転軸に対して偏心する位置に形成される光束であることを特徴とするホログラム光学素子の製造方法。
【請求項２】
上記一方の光束は、発散角を張る２光線の一方が基板の回転軸上を進行し、他方の光線が他方の光束と交わる光束であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム光学素子の製造方法。
【請求項３】
ホログラム感光材料の露光時に用いる２光束の光路は、固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のホログラム光学素子の製造方法。
【請求項４】
基板の回転前後で２つのホログラムエレメントの一部が重複して形成される角度だけ、ホログラムエレメントの形成ごとに基板を回転させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のホログラム光学素子の製造方法。
【請求項５】
ホログラム感光材料において２光束で露光される領域のうち、隣り合うホログラムエレメントと重複して露光される領域に入射する光の少なくとも一部を遮光する遮光部材をホログラム感光材料の光入射側の光路中に配置し、各ホログラムエレメントの形成ごとに、遮光部材を介してホログラム感光材料を２光束で露光することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のホログラム光学素子の製造方法。
【請求項６】
ホログラム感光材料を２光束で露光する際の露光エネルギーは、全てのホログラムエレメント形成時で等しいことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のホログラム光学素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の製造方法によって製造されてなることを特徴とするホログラム光学素子。
【請求項８】
複数のホログラムエレメントは全体として、基板に垂直な軸を光軸とするレンズとして機能することを特徴とする請求項７に記載のホログラム光学素子。
【請求項９】
請求項７または８に記載のホログラム光学素子と、
上記ホログラム光学素子が形成される基板とを有していることを特徴とするホログラム基板。
【請求項１０】
請求項９に記載のホログラム基板と、
上記ホログラム基板に向けて光を出射する光源と、
上記光源を支持する支持体とを有しており、
上記ホログラム基板は、上記支持体と一体化して設けられていることを特徴とする光源ユニット。
【請求項１１】
上記光源から出射される光の強度ピーク波長は、上記ホログラム基板の各ホログラムエレメントにおける回折ピーク波長と略一致していることを特徴とする請求項１０に記載の光源ユニット。
【請求項１２】
請求項９に記載のホログラム基板と、
上記ホログラム基板に向けて光を出射する光源と、
上記光源を支持する支持体とを有しており、
上記ホログラム基板は、上記支持体と離間して設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
上記光源から出射される光の強度ピーク波長は、上記ホログラム基板の各ホログラムエレメントにおける回折ピーク波長と略一致していることを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
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【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−７２１４８（Ｐ２０１０−７２１４８Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３７５７３（Ｐ２００８−２３７５７３）
【出願日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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