JP7770705B2 - Holographic optical element manufacturing apparatus and holographic optical element manufacturing method - Google Patents
Holographic optical element manufacturing apparatus and holographic optical element manufacturing methodInfo
- Publication number
- JP7770705B2 JP7770705B2 JP2024049429A JP2024049429A JP7770705B2 JP 7770705 B2 JP7770705 B2 JP 7770705B2 JP 2024049429 A JP2024049429 A JP 2024049429A JP 2024049429 A JP2024049429 A JP 2024049429A JP 7770705 B2 JP7770705 B2 JP 7770705B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- recording medium
- light
- signal
- irradiation angle
- stage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
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。 The present invention relates to a holographic optical element, a holographic optical element manufacturing apparatus and method for manufacturing the holographic optical element, and in particular to a holographic optical element equipped with a holographic diffraction grating, and a manufacturing apparatus and method for the same.
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。 Holographic optical elements such as holographic diffraction gratings that use hologram technology and their manufacturing equipment have been put to practical use (e.g., Non-Patent Document 1). In particular, in recent years, various display devices such as transmissive head-mounted displays (hereinafter referred to as "HMDs") and head-up displays have been proposed to realize augmented reality (AR) (e.g., Patent Document 1). It is expected that the application of holographic optical elements to these types of display devices will enable the realization of high-quality, low-cost display devices that achieve a wide viewing angle.
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)。 Here, conventional holographic diffraction gratings are manufactured using a so-called two-beam interferometer, in which the exposure source beam emitted from a light source is split into S-polarized signal light and P-polarized reference light by a polarizing beam splitter (PBS). The signal light that passes through the PBS is then converted to S-polarized light by a λ/2 plate, the polarization direction of which is aligned, and the light is irradiated onto a recording medium made of a photosensitive material, causing the signal light and reference light to interfere with each other and exposing the resulting interference fringes onto the recording medium (see, for example, Non-Patent Document 1).
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。 However, holographic optical elements manufactured using the above-mentioned conventional two-beam interferometer generally function correctly only at the wavelength used for exposure; using a wavelength other than that used for exposure will result in a different function than intended. Therefore, to manufacture a holographic optical element that can achieve the intended function at wavelengths across the entire visible light range, it is necessary to perform wavelength-multiplexed exposure across the entire visible light range. However, the photosensitive material that makes up the recording medium is not sensitive to the entire visible light range, but is only sensitive to certain wavelengths. One possible method to achieve sensitivity across the entire visible light range is to use a recording medium that contains a mixture of multiple photosensitive materials. However, in this case, the wavelength of the exposure source beam must also be changed across the entire visible light range, necessitating very large-scale manufacturing equipment and making it difficult to reduce manufacturing costs.
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。 The present invention was made in consideration of the circumstances described above, and its purpose is to provide a holographic optical element and a manufacturing apparatus therefor that can achieve the desired function across the entire visible light range and can be manufactured at low cost.
(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。 (1) In order to solve the above-mentioned problems, the holographic optical element of the present invention has a configuration in which multiple holographic diffraction gratings, each having a different grating spacing and grating curved surface, or multiple holographic diffraction gratings including diffraction planes with different orientations, are formed by overlapping each other.
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。 As a result, the holographic optical element of the present invention can achieve the desired function across the entire visible light range, since multiple holographic diffraction gratings with different grating spacings and grating curves, or holographic diffraction gratings with diffraction planes oriented in different directions, each achieve the desired function for light of different wavelengths. Furthermore, multiple holographic diffraction gratings with different grating spacings and grating curves, or holographic diffraction gratings with diffraction planes oriented in different directions, can be formed by changing the relative angles at which the signal light and reference light are irradiated onto the recording medium, allowing them to be manufactured using a source beam of a single wavelength, thereby achieving low costs.
(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。 (2) In the above configuration, the multiple holographic diffraction gratings may have a layered structure in which layers with different refractive indices are stacked three-dimensionally.
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。 With this configuration, the holographic optical element of the present invention can create a three-dimensional layer structure on a single recording medium by irradiating the signal light and reference light while changing the relative irradiation angle with respect to the recording medium, thereby achieving the desired function across the entire visible light range.
(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。 (3) Furthermore, the configuration described in claim 2 may have a different number of layers depending on the corresponding wavelength, and when parallel light of the corresponding wavelength is irradiated, the parallel light is diffracted and line-focused.
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。 This configuration allows the holographic optical element of the present invention to function as an ideal cylindrical lens with uniaxial curvature, preventing the occurrence of aberrations that occur with conventional cylindrical lenses and improving focusing accuracy.
(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。 (4) In the configuration described in claim 3, the layer may have a shape that corresponds to the position where the diffracted light is focused and the direction of the diffracted light.
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。 With this configuration, when the holographic optical element of the present invention is irradiated with parallel light of wavelengths corresponding to each layer, it can focus the parallel light so that line foci are formed at different positions. This allows the function of multiple cylindrical lenses to be achieved with a single holographic optical element, resulting in a low-cost, space-saving optical element.
(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。 (5) Furthermore, in the configuration described in claim 3 or 4, the layer may have a shape that, when irradiated with light diverging from the line focus, diffracts the light diverging from the line focus and generates parallel light having a direction corresponding to the position and direction of the line focus.
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。 The shape of the layers that make up the holographic optical element of the present invention can be changed by changing the relative angle at which the signal light and reference light are irradiated onto the recording medium. This allows it to be manufactured using a source beam of a single wavelength without using large-scale manufacturing equipment, and this configuration improves the versatility of the optical element.
(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。 (6) The holographic optical element manufacturing apparatus of the present invention is a holographic optical element manufacturing apparatus for manufacturing a holographic optical element by exposing a recording medium made of a photosensitive material that is sensitive to a predetermined wavelength range, and includes a light source that emits an exposure source beam of a single wavelength, a beam splitter that splits the source beam into signal light and reference light, a signal light irradiation means that irradiates the recording medium with the signal light via a first optical path, and a reference light that irradiates the recording medium with the reference light via a second optical path, causing the signal light irradiated by the signal light irradiation means to interfere with the reference light, generating interference fringes, and exposing the generated interference fringes to the recording medium. an irradiation means, wherein the signal beam irradiation means has a signal beam irradiation angle adjustment means that adjusts the irradiation angle of the signal beam relative to the recording medium, and the reference beam irradiation means has a reference beam irradiation angle adjustment means that adjusts the irradiation angle of the reference beam relative to the recording medium, and the signal beam irradiation angle adjustment means adjusts the irradiation angle of the signal beam according to the interval between the generated interference fringes, and the reference beam irradiation angle adjustment means adjusts the irradiation angle of the reference beam relative to the recording medium according to the adjusted irradiation angle of the signal beam, thereby changing the interval between the interference fringes and generating multiple interference fringes each having a different interval, and multiplex-exposing the generated multiple interference fringes onto the recording medium.
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。 With this configuration, the holographic optical element manufacturing apparatus of the present invention can multiplex-expose multiple holographic diffraction gratings, each with a different grating spacing and grating curved surface, or multiple holographic diffraction gratings with diffraction planes facing different directions, onto the recording medium by adjusting the relative irradiation angle of the signal beam and reference beam relative to the recording medium. Therefore, it is possible to expose holographic diffraction gratings compatible with multiple wavelengths using a source beam of a single wavelength. Therefore, the holographic optical element manufacturing apparatus of the present invention can achieve the desired functionality across the entire visible light range without employing a large-scale device configuration, and can manufacture holographic optical elements at low cost.
(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。 (7) Furthermore, in the configuration described in claim 6, the signal beam irradiation angle adjustment means may change the irradiation angle of the signal beam relative to the recording medium by a predetermined value, and the reference beam irradiation angle adjustment means may change the relative irradiation angle of the reference beam relative to the signal beam in accordance with the change in the irradiation angle of the signal beam relative to the recording medium, thereby generating a plurality of interference fringes with different intervals, and the generated plurality of interference fringes may be multiple-exposed onto the recording medium.
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。 With this configuration, the relative irradiation angle of the signal light and reference light with respect to the recording medium is sequentially changed by a predetermined value to generate interference fringes with different spacing multiple times, and these interference fringes are then multiple-exposed to produce the holographic optical element of the present invention, which is composed of multiple holographic diffraction gratings each with a different grating spacing and grating curved surface, or multiple holographic diffraction gratings each with diffraction planes facing different directions, stacked one on top of the other.
(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。 (8) In the configuration described in claim 6 or 7, the signal light irradiation angle adjustment means may be configured to change the irradiation angle of the signal light with respect to the recording medium two-dimensionally or three-dimensionally.
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。 With this configuration, the holographic optical element manufacturing apparatus of the present invention can change the angle of irradiation of the signal light onto the recording medium two-dimensionally or three-dimensionally, thereby enabling fine adjustment of the shape of the interference fringes exposed on the recording medium and manufacturing holographic optical elements that can realize various functions.
(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。 (9) Furthermore, in the configuration described in claim 8, a recording medium position adjustment means may be further provided that adjusts the position of the recording medium in accordance with the irradiation angle of the signal light adjusted by the signal light irradiation angle adjustment means.
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。 With this configuration, the holographic optical element manufacturing apparatus of the present invention can adjust the position of the recording medium so that the signal light is irradiated at the desired position on the recording medium, even when the irradiation angle of the signal light is changed two-dimensionally or three-dimensionally, thereby enabling the holographic optical element of the present invention to be manufactured with high precision.
(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。 (10) Furthermore, in the configuration described in claim 9, the recording medium position adjustment means may include recording medium linear movement means that moves the recording medium linearly in a predetermined direction, and recording medium height adjustment means that moves the recording medium in a height direction, and the signal light irradiation angle adjustment means may adjust the position of the recording medium in accordance with the irradiation angle of the signal light adjusted by three-dimensionally changing the irradiation angle of the signal light with respect to the recording medium.
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。 With this configuration, the holographic optical element manufacturing device of the present invention can move the recording medium in two axial directions. Therefore, even when the irradiation angle of the signal light onto the recording medium is changed three-dimensionally, the position of the recording medium can be precisely adjusted so that the signal light is irradiated onto the desired position on the recording medium, allowing for the manufacture of the holographic optical element of the present invention with high precision.
(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。 (11) Furthermore, in the configuration described in claim 9, the recording medium position adjustment means may include a recording medium plane movement means that moves the recording medium two-dimensionally within a predetermined plane, and a recording medium height adjustment means that moves the recording medium in a height direction, and the signal light irradiation angle adjustment means may adjust the position of the recording medium in accordance with the irradiation angle of the signal light adjusted by changing the irradiation angle of the signal light relative to the recording medium three-dimensionally.
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。 With this configuration, the holographic optical element manufacturing apparatus of the present invention can adjust the position of the recording medium in three dimensions. Therefore, even when the irradiation angle of the signal light relative to the recording medium is changed in three dimensions, the position of the recording medium can be precisely adjusted so that the signal light is irradiated at the desired position on the recording medium, allowing for the manufacture of the holographic optical element of the present invention with high precision.
(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。 (12) Furthermore, in the configuration described in claim 9, the recording medium position adjustment means may include a recording medium plane movement means that moves the recording medium two-dimensionally within a predetermined plane, and a recording medium tilt angle change means that changes the tilt of the recording medium, and the signal beam irradiation angle adjustment means two-dimensionally changes the irradiation angle of the signal beam with respect to the recording medium, and the reference beam irradiation angle adjustment means adjusts the irradiation angle of the reference beam with respect to the recording medium in accordance with the adjusted irradiation angle of the signal beam, and the recording medium tilt angle change means changes the tilt of the recording medium in accordance with the irradiation angles of the signal beam and the reference beam, thereby three-dimensionally changing the relative irradiation angles of the signal beam and the reference beam with respect to the recording medium.
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。 With this configuration, even if the holographic optical element manufacturing apparatus of the present invention employs a simple adjustment mechanism (such as the signal light rotation stage 115 described below) that can only change the signal light irradiation angle two-dimensionally as the signal light irradiation angle adjustment means, it can adjust the relative irradiation angle of the signal light and reference light with respect to the recording medium three-dimensionally by changing the tilt of the recording medium, while adjusting the signal light and reference light so that the signal light and reference light are irradiated at desired positions on the recording medium. This makes it possible to multiplex-expose multiple holographic diffraction gratings, each with different grating spacings and grating curves, or multiple holographic diffraction gratings with diffraction planes oriented in different directions, onto the recording medium, thereby enabling the holographic optical element of the present invention to be manufactured with high precision using a simple apparatus configuration.
(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。 (13) In addition, in the configuration described in claim 12, the recording medium position adjustment means may further include a recording medium height adjustment means that moves the recording medium in a height direction.
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。 With this configuration, the holographic optical element manufacturing apparatus of the present invention can adjust the position of the recording medium in three dimensions while changing the tilt of the recording medium, thereby three-dimensionally adjusting the relative irradiation angle of the signal light and reference light with respect to the recording medium. This simplifies device setup and enables the manufacture of holographic optical elements with high precision.
(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。 (14) Furthermore, in the configuration described in any one of claims 6 to 13, the reference light irradiation means may have a cylindrical lens having a uniaxial curvature, and after the reference light is line-focused by the cylindrical lens, the reference light (cylindrical wave-like reference light) that spreads from the line focus may be irradiated onto the recording medium.
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。 With this configuration, the holographic optical element manufacturing apparatus of the present invention can manufacture holographic optical elements that can achieve the same functionality as an ideal cylindrical lens with uniaxial curvature.
(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。 (15) The present invention also provides a method for manufacturing a holographic optical element, which involves irradiating a recording medium made of a photosensitive material sensitive to a predetermined wavelength range with signal light and reference light generated by splitting a single-wavelength source beam, each along a different optical path, causing the signal light and the reference light to interfere with each other, and exposing the recording medium to interference fringes generated by the interference. The method is configured to produce a holographic optical element by varying the relative irradiation angle of the signal light and the reference light with respect to the recording medium, thereby varying the spacing between the interference fringes and generating multiple interference fringes with different spacings, and then multiplex-exposing the generated multiple interference fringes onto the recording medium.
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。 The holographic optical element and its manufacturing apparatus and method of the present invention can provide a holographic optical element that can achieve the desired function across the entire visible light range at low cost.
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。 Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. The following embodiments are examples in which the present invention is applied to a holographic diffraction grating as a holographic optical element and to an apparatus for manufacturing such a holographic diffraction grating. However, the embodiments described below do not unduly limit the content of the present invention as defined in the claims, and not all of the configurations described in the present embodiments are necessarily essential components of the present invention.
[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。
[A] First Embodiment [A.1] Overall Configuration of Holographic Optical Element Manufacturing System 1A First, the configuration of a holographic optical element manufacturing system 1A (hereinafter referred to as "manufacturing system 1A") according to one embodiment of the present invention will be described using FIG. 1. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of manufacturing system 1A according to this embodiment. In addition, in FIG. 1, the directions of the x, y, and z axes are indicated by arrows to define directions in x, y, and z space within manufacturing system 1A.
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λ0)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。 The manufacturing system 1A of this embodiment includes a manufacturing apparatus 10A including an optical system for recording (exposing) a holographic diffraction grating HG (described later) on a recording medium 124 (described later), and an information processing device 20 that is connected to the manufacturing apparatus 10A via a wired communication interface such as IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 488 or a wireless interface such as IEEE 802.11a, b, g, n, or ac and that performs adjustment processing and the like related to a stage (described later) of the optical system in the manufacturing apparatus 10A. The manufacturing system 1A is for manufacturing a reflective volume holographic diffraction grating HG (hereinafter referred to as "holographic diffraction grating HG ") that can achieve a desired function for light in the entire visible light range, using the recording medium 124 made of a photosensitive material that is sensitive only to light in a predetermined wavelength range and light of a single wavelength (for example, wavelength λ 0 ) to which the photosensitive material is sensitive (i.e., source beam SB in FIG. 1 ).
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λ0のソースビームSBを用いた場合にはλ0)以外の波長(例えば、λ1、λ2、λ3・・・)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。 Here, as described above, when a holographic diffraction grating HG is formed on the recording medium 124 using a source beam SB of a single wavelength, the desired function cannot be realized for light of wavelengths (e.g., λ1 , λ2 , λ3 , etc. ) other than the wavelength corresponding to the source beam SB (e.g., λ0 when a source beam SB of wavelength λ0 is used), and it is difficult to manufacture a holographic diffraction grating HG that can achieve the desired function over the entire visible light range.
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。 In general, the diffraction phenomenon in a diffraction grating follows the diffraction grating equation, and the following relationship holds for both transmission and reflection type diffraction gratings.
(1)透過型回折格子の場合、 (1) In the case of a transmission diffraction grating,
(2)反射型回折格子の場合、 (2) In the case of a reflective diffraction grating,
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。 In these equations, α is the angle between the incident light and the normal to the diffraction grating (i.e., the angle of incidence), β is the angle between the diffracted light and the normal to the diffraction grating (i.e., the angle of diffraction), d is the grating spacing, λ is the wavelength, and m is the order of the diffracted light.
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。 As described above, the diffraction of light at a diffraction grating for wavelength λ depends on the grating spacing d of the diffraction grating. Therefore, in order to achieve the desired function with white light having wavelengths across the entire visible light range, it is necessary to devise a structure for the holographic diffraction grating HG.
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。 The manufacturing system 1A of this embodiment therefore performs multiple exposures of multiple holographic diffraction gratings, each with a different grating spacing d, onto the recording medium 124, thereby achieving the function of manufacturing a holographic diffraction grating HG that can achieve the desired function for light across the entire visible light range. The holographic diffraction grating HG manufactured by the manufacturing system 1A of this embodiment achieves the same function as a cylindrical lens: when white parallel light is incident, the parallel light is diffracted and line-focused, and when divergent light from the line-focused white light is incident, the divergent light is diffracted and generates parallel light. The manufacturing method and specific structure of the holographic diffraction grating HG manufactured by the manufacturing system 1A of this embodiment will be described in detail below.
[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。
[A.2] Specific Configuration of Manufacturing Apparatus 10A In order to manufacture the above-described holographic diffraction grating HG, manufacturing apparatus 10A of this embodiment has light source 111 formed of a single-wavelength laser, and is configured so that source beam SB is incident from light source 111 on beam splitter 112. Beam splitter 112 splits source beam SB incident from light source 111 into two beams, signal beam SL and reference beam RL, and causes signal beam SL to be incident on signal beam plane mirror 117 and reference beam RL to be incident on reference beam plane mirror 114.
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。 In this manner, the signal light SL and reference light RL split by the beam splitter 112 are incident on the signal light plane mirror 117 and the reference light plane mirror 114. Therefore, (a) the beam splitter 112, (b) the signal light plane mirror 117, and (c) the reference light plane mirror 114 are configured so that their heights (i.e., their positions in the z-axis direction) are aligned. The beam splitter 112 may be configured, for example, using a half mirror to split the source beam SB so that the signal light SL and the reference light RL have a 1:1 intensity ratio. Alternatively, the beam splitter 112 may be configured with a PBS to split P-polarized light as the signal light SL and S-polarized light as the reference light RL depending on the polarization direction. In this case, a λ/2 plate (not shown) may be provided between the beam splitter 112 and the signal light plane mirror 117 to align the polarization directions of the signal light SL and the reference light RL. Furthermore, the wavelength of the source beam SB is arbitrary, and any wavelength may be used as long as the photosensitive material that makes up the recording medium 124 is sensitive to that wavelength.
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。 The signal light plane mirror 117 reflects the signal light SL incident from the beam splitter 112 and makes it incident on the recording medium 124 as signal collimated light 118. This signal light plane mirror 117 is mounted on a goniostage 116 provided on the signal light rotation stage 115. By rotating the signal light rotation stage 115 around the z-axis, the angle of the signal light plane mirror 117 relative to the incident direction of the signal light SL can be changed, thereby changing the emission direction (i.e., reflection direction) of the signal collimated light 118 within the xy plane. Furthermore, by changing the tilt of the signal light plane mirror 117 with the goniostage 116, the emission direction of the signal collimated light 118 can be changed in the z-axis direction. For example, the signal light plane mirror 117, signal light rotation stage 115, and goniostage 116 of this embodiment work in conjunction with a stage drive circuit 130 and information processing device 20, which will be described later, to form the "signal light irradiation means" of the present invention, and the signal light rotation stage 115 and goniostage 116 work in conjunction with the stage drive circuit 130 and information processing device 20 to form the "signal light irradiation angle adjustment means" of the present invention.
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。 With this configuration, the manufacturing apparatus 10A of this embodiment can change the emission direction of the signal light SL (i.e., the signal parallel light 118) reflected by the signal light plane mirror 117 to the intended direction in xyz space, thereby three-dimensionally changing the irradiation angle of the signal parallel light 118 with respect to the recording medium 124.
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。 Generally, the vertical viewing angle (z-axis direction in FIG. 1) achieved when a holographic diffraction grating HG is used in a transmissive display panel (e.g., a display panel for a transmissive HMD or an optical combiner for a head-up display) depends on the amount of angular displacement in the z-axis direction when the signal collimated light 118 is irradiated onto the recording medium 124 during exposure of the holographic diffraction grating HG, and is approximately twice the amount of angular displacement in the z-axis direction. Therefore, when exposing the holographic diffraction grating HG on the recording medium 124 using the manufacturing system 1 of this embodiment, a transmissive display panel with a vertical viewing angle of approximately 20° can be achieved by displacing the angle of the signal collimated light 118 in the z-axis direction by approximately 10° using the goniostage 116.
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。 On the other hand, if the emission direction of the signal collimated light 118 is changed in the z-axis direction using the goniostage 116, or if the signal light plane mirror 117 is rotated using the signal light rotation stage 115, it becomes difficult to make the signal collimated light 118 incident on the desired position on the recording medium 124. Therefore, in the manufacturing apparatus 10A of this embodiment, a height adjustment stage 126 is provided on the recording medium linear movement stage 125, and the recording medium 124 is placed on this height adjustment stage 126.
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。 This linear movement stage 125 for the recording medium is configured to be able to move the recording medium 124 linearly in a predetermined direction (e.g., the y-axis direction) in the xy plane, and the height adjustment stage 126 is configured to be able to move the recording medium 124 in the z-axis direction (i.e., the height direction).When the signal light rotation stage 115 rotates the signal light plane mirror 117 or the goniostage 116 changes the inclination of the signal light plane mirror 117 to change the emission direction of the signal collimated light 118 three-dimensionally in the xyz space, the linear movement stage 125 for the recording medium and the height adjustment stage 126 are moved in conjunction with the signal light rotation stage 115 and the goniostage 116 to move the position of the recording medium 124 in the xyz space, and the position of the recording medium 124 is adjusted so that the signal collimated light 118 is irradiated at the desired position on the recording medium 124. The rotation angles of the signal beam rotation stage 115 and the goniostage 116 and the movement amount of the recording medium linear movement stage 125 during the manufacture of the holographic diffraction grating HG will be described in detail later. Furthermore, the recording medium linear movement stage 125 and height adjustment stage 126 of this embodiment work in conjunction with the stage drive circuit 130 and the information processing device 20 to constitute, for example, the "recording medium position adjustment means" of the present invention, and also work in conjunction with the stage drive circuit 130 and the information processing device 20 to constitute the "recording medium linear movement means" and "recording medium height adjustment means" of the present invention, respectively. Furthermore, in order to finely adjust the position of the recording medium 124, it is desirable to use a stage that can adjust the position of the recording medium 124 in two axial directions, the x-axis and the y-axis, as the recording medium linear movement stage 125, and to use this stage and the height adjustment stage 126 to adjust the position of the recording medium 124 in three axial directions, the x-axis, y-axis, and z-axis. However, this would complicate the device configuration and position adjustment. Therefore, to make the explanation easier to understand, this embodiment will be described assuming that the recording medium linear movement stage 125 is configured so that its position can be adjusted only in a specific direction (specifically the y-axis direction). The use of a stage that can be adjusted in two axial directions (the recording medium planar movement stage 140 described below) will be explained in the third embodiment.
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。 The reference light plane mirror 114 then reflects the reference light RL incident from the beam splitter 112, causing it to enter the cylindrical lens system 122 as reference collimated light 119. This reference light plane mirror 114 is mounted on a reference light rotation stage 113, which is provided on a reference light linear translation stage 121. By rotating the reference light rotation stage 113 about the z-axis, the emission direction of the reference collimated light 119 can be changed within the xy plane. Note that, for example, the reference light rotation stage 113 and reference light linear translation stage 121 of this embodiment, in conjunction with the cylindrical lens linear translation stage 120, stage drive circuit 130, and information processing device 20, constitute the "reference light irradiation angle adjustment means" of the present invention.
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。 Here, to determine the focusing position of the diffracted light relative to the direction of the incident plane wave, it is necessary to control the direction of the signal light SL and the position of the line focus 127. Therefore, in the manufacturing apparatus 10A of this embodiment, a configuration is adopted in which the reference light rotation stage 113 is mounted on the reference light linear movement stage 121. When the recording medium linear movement stage 125 is moved to match the direction of the signal collimated light 118, the reference light linear movement stage 121 is moved in the xy plane accordingly, so that the signal light plane mirror 117 and the reference light plane mirror 114 are moved to positions symmetrical with respect to the recording medium 124. The rotation angle of the reference light rotation stage 113 and the movement amount of the recording medium linear movement stage 125 during manufacturing of the holographic diffraction grating HG will be described in detail later.
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。 The cylindrical lens system 122 may be, for example, a single lens with a uniaxial curvature, or a combination of multiple similar lenses. When the reference collimated light 119 reflected by the reference light plane mirror 114 is incident on the cylindrical lens system 122, the cylindrical lens system 122 focuses the reference collimated light 119 and irradiates the recording medium 124 with cylindrical wave-like reference light 123. At this time, the cylindrical wave-like reference light 123 is first focused linearly at the back focal position of the cylindrical lens system 122 to form a line focus 127, and then diverges again before being irradiated with the recording medium 124. While the cylindrical lens system 122 can be constructed using a general cylindrical lens, using a general cylindrical lens may result in aberrations that may prevent the cylindrical wave-like reference light 123 from being focused accurately linearly. Therefore, it is preferable to use a lens with the above-described shape. In this embodiment, the cylindrical lens system 122 is installed at the same height as the reference light plane mirror 114 so that the reference collimated light 119 from the reference light plane mirror 114 is irradiated at the desired position on the cylindrical lens system 122. That is, in the manufacturing apparatus 10A of this embodiment, the heights of (a) the beam splitter 112, (b) the signal beam plane mirror 117, (c) the reference beam plane mirror 114, and (d) the cylindrical lens system 122 are all set to the same height.
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。 Here, if the tilt of the signal light plane mirror 117 is adjusted using the goniostage 116 and the height of the recording medium 124 is adjusted accordingly using the height adjustment stage 126, the recording medium 124 will be displaced in the vertical direction (z-axis direction) relative to the installation position of the cylindrical lens system 122. However, since the cylindrical wave-like reference light 123 is irradiated onto the recording medium 124 with a sufficient divergence angle from the line focus 127 behind the cylindrical lens system 122, the cylindrical wave-like reference light 123 is maintained in a state where it is reliably irradiated onto the recording medium 124, even when the height of the recording medium 124 is adjusted in accordance with changes in the tilt of the signal light plane mirror 117.
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。 At this time, if the recording medium 124 is positioned above the line focus 127, the cylindrical wave-like reference beam 123 is irradiated onto the recording medium 124 from below in the z-axis direction and is reflected upward by the recording medium 124. Also, at this time, the signal beam plane mirror 117 is tilted upward by the goniostage 116, so the signal parallel beam 118 is also irradiated onto the recording medium 124 from below in the z-axis direction and is reflected upward.
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。 In contrast, when the recording medium 124 is positioned below the line focus 127, the cylindrical wave-like reference beam 123 is irradiated onto the recording medium 124 from above in the z-axis direction downward, and is reflected downward by the recording medium 124. At this time, the signal beam plane mirror 117 is tilted downward by the goniostage 116, so the signal parallel beam 118 is also irradiated onto the recording medium 124 from above in the z-axis direction downward, and is reflected downward.
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。 In addition, in this embodiment, the cylindrical lens system 122 is placed on a cylindrical lens linear movement stage 120, and is configured so that the position of the cylindrical lens system 122 can be moved within the xy plane by the cylindrical lens linear movement stage 120 in conjunction with the rotation of the reference light rotation stage 113. In this embodiment, the reference light plane mirror 114, reference light rotation stage 113, cylindrical lens linear movement stage 120, reference light linear movement stage 121, and cylindrical lens system 122 work in conjunction with the stage drive circuit 130 and information processing device 20 to constitute, for example, the "reference light irradiation means" of the present invention.
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。 In the manufacturing apparatus 10A of this embodiment, when the reference light plane mirror 114 is rotated around the z-axis by the reference light rotation stage 113, the emission direction of the reference parallel light 119 changes within the xy plane. However, with the above configuration, the cylindrical lens system 122 can be moved to a desired position within the xy plane, so that the reference parallel light 119 can be irradiated onto a desired position on the cylindrical lens system 122 while maintaining a constant distance between the reference light plane mirror 114 and the cylindrical lens system 122.
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。 Furthermore, when the cylindrical lens system 122 moves in accordance with the rotation of the reference light plane mirror 114, the focusing position of the cylindrical wave-like reference light 123 (i.e., the position of the line focus 127) changes in the x-axis or y-axis direction, and the irradiation position of the divergent light from the line focus 127 on the recording medium 124 changes. For this reason, the manufacturing apparatus 10A of this embodiment employs a configuration in which the recording medium linear movement stage 125 moves parallel to the cylindrical lens linear movement stage 120, and adjustments are made so that the divergent light from the line focus 127 is irradiated at the desired position on the recording medium 124.
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。 With this configuration, the manufacturing apparatus 10A of this embodiment can adjust the position so that the signal collimated light 118 and the cylindrical wave-like reference light 123 spreading from the line focus 127 are always irradiated at the desired position on the recording medium 124, even when the orientations of the signal light plane mirror 117 and the reference light plane mirror 114 are changed using the signal light rotation stage 115, goniostage 116, and reference light rotation stage 113, thereby reliably exposing the recording medium 124 to the interference fringes generated by the signal collimated light 118 and the cylindrical wave-like reference light 123.
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。 The signal beam rotation stage 115, goniostage 116, reference beam rotation stage 113, cylindrical lens linear translation stage 120, reference beam linear translation stage 121, recording medium linear translation stage 125, and height adjustment stage 126 are automated stages equipped with stepping motors or piezoelectric actuators (not shown). Under the control of the information processing device 20, they adjust the angles of the reference beam plane mirror 114 and the signal beam plane mirror 117, or adjust the positions of the reference beam plane mirror 114, cylindrical lens system 122, and recording medium 124 in the xy plane based on drive signals supplied from the stage drive circuit 130 via control lines (not shown). Note that the wavelength range of visible light is within the range of approximately 400 to 700 nm, and the longest wavelength is approximately twice the shortest wavelength. Therefore, it is sufficient for the reference beam rotation stage 113, signal beam rotation stage 115, and goniostage 116 to be rotatable within a range of approximately 10 to 20°. Furthermore, the specific configurations of the signal light rotation stage 115, gonio stage 116, linear movement stage 125, and height adjustment stage 126 are the same as those of conventional automatic stages, so details will be omitted.
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。 The recording medium 124 is formed by applying a photosensitive material sensitive to the wavelength of the source beam SB to a predetermined thickness on a flat substrate made of a highly transmittance material such as glass, or by consisting solely of a photosensitive material of a predetermined thickness. When irradiated with the signal parallel beam 118 and the cylindrical wave-like reference beam 123, the recording medium records the interference fringes produced by the interference between the two.
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。 Based on control signals supplied from the information processing device 20, the stage driving circuit 130 generates driving signals and supplies them to each stage 113, 115, 116, 120, 121, 125, and 126 to adjust the angle of the reference beam plane mirror 114 and the signal beam plane mirror 117, or to adjust the positions of the reference beam plane mirror 114, cylindrical lens system 122, and recording medium 124 in the xy plane. The driving signals supplied by the stage driving circuit 130 to each stage 113, etc., may take any format; for example, a configuration may be adopted in which a PWM (pulse wide modulation) format driving signal is supplied to drive a motor or the like mounted on each stage 113, 115, 116, 120, 121, 125, and 126.
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。 The information processing device 20 is a device such as a PC (personal computer), and when manufacturing a holographic diffraction grating HG using the manufacturing device 10A, it executes processing to control the operation of each stage and outputs control signals to the stage driving circuit 130 according to the processing results.
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。 In this embodiment, the stage drive circuit 130 is configured to drive the signal beam rotation stage 115, goniostage 116, reference beam rotation stage 113, cylindrical lens linear translation stage 120, reference beam linear translation stage 121, recording medium linear translation stage 125, and height adjustment stage 126 based on control signals supplied from the information processing device 20. Adjusting the positions and angles of these stages changes the relative illumination angles of the signal collimated beam 118 and cylindrical wave-like reference beam 123 with respect to the recording medium 124, as well as the optical paths and optical path lengths of the signal beam SL and reference beam RL. This changes the spacing of the interference fringes formed by the signal collimated beam 118 and the cylindrical wave-like reference beam 123 expanding from the line focus 127 on the recording medium 124, generating multiple interference fringes with different spacings, and multiplexing the generated multiple interference fringes onto the recording medium 124. With this configuration, the manufacturing system 1A of this embodiment exposes multiple holographic diffraction gratings with different grating spacings onto the recording medium 124 while superimposing them. The extent and manner in which each stage is moved to achieve the grating spacing corresponding to each holographic diffraction grating will be described in detail later.
[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。
[A.3] Manufacturing principle of holographic diffraction grating HG in manufacturing apparatus 10A Next, the manufacturing principle of holographic diffraction grating HG in manufacturing system 1A of this embodiment will be described using Figures 1 and 2. Note that Figure 2 is a diagram for explaining interference fringes formed by interference between signal parallel light 118 formed in manufacturing apparatus 10A of this embodiment and cylindrical wave-like reference light 123 spreading from line focus 127.
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λ0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。 First, when an arbitrary point on line focus 127 is defined as point 2 in xyz space, consider line 3, which is an arbitrary line in signal collimated light 118 within plane 1 (not shown) that includes point 2 and has the line of line focus 127 as its normal (see FIG. 2). Also, in xyz space, consider intersection 7 between line 4 extending from point 2 and line 6, which extends from an arbitrary point 5 on line 3 and is one of the perpendicular lines to line 3, as shown in FIG. 2. When the position of point 5 is changed while maintaining the orientation of line 6, point 7 moves on curve 9 such that the value (hereinafter referred to as "value 8") obtained by dividing the difference between the distance between point 2 and point 7 and the distance between point 5 and point 7 by the wavelength remains constant. When the value 8 is changed, another curve 9' (not shown) is drawn, but each curve 9 included in the group of all curves 9, 9', 9", 9'", 9"", ... drawn when the value 8 is changed multiple times indicates a curve that is in phase with the interference fringes generated by the signal parallel light 118 generated from the source beam SB of a predetermined wavelength λ0 and the cylindrical wave-like reference light 123 spreading from the line focus 127.
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、λ0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λ0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。 Now, consider drawing the same group of curves 9, 9', 9", 9'", 9"", ... at different wavelengths λ'. By changing the orientation of lines 4 and 6 in the depth direction of plane 1, the same group of curves can be drawn at different wavelengths. This shows that even when a source beam SB of a wavelength λ' different from λ0 is used, interference fringes corresponding to wavelength λ0 can be formed simply by changing the orientations of lines 4 and 6. In other words, this shows that interference fringes corresponding to a plurality of wavelengths can be formed using a source beam SB of a single wavelength simply by adjusting the orientations of lines 4 and 6. Note that, in this case, if plane 1 is displaced in a direction perpendicular to plane 1, the locus drawn by point 2 will coincide with line focus 127, and the plane drawn by line 3 will coincide with a portion of the signal collimated light 118.
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。 Furthermore, since straight line 4 in Figure 2 is part of the cylindrical wave-like reference light 123 spreading from an arbitrary point 2 on the line focus 127, the direction of straight line 4 can be changed by rotating the reference light plane mirror 114 using the reference light rotation stage 113. On the other hand, straight line 6 in Figure 2 is parallel to the direction of the signal collimated light 118, so the direction of straight line 6 can be changed by changing the direction of the signal light plane mirror 117 using the signal light rotation stage 115 and goniostage 116.
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。 In light of the above, the manufacturing apparatus 10A of this embodiment employs a method in which the reference beam rotation stage 113 rotates the reference beam plane mirror 114 to adjust the orientation of line 4, and the signal beam rotation stage 115 and goniostage 116 change the orientation of the signal beam plane mirror 117 to adjust the orientation of line 6, thereby changing the relative irradiation angle of the cylindrical wave-like reference beam 123 and signal parallel beam 118 expanding from the line focus 127 with respect to the recording medium 124. This generates multiple interference fringes with different intervals using a single-wavelength source beam SB, and the generated multiple interference fringes are then multiple-exposed onto the recording medium 124.
[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θv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θh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θh=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θv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θh=15°とした場合、及び、(b)λ=400nm、水平方向角度θh=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θv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θv=-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θh、垂直方向角度θv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θvを10°、水平方向角度θh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θh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θh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。
[A. 4] Method for Adjusting the Signal Light Rotation Stage 115 and the Goniostage 116 Next, with reference to Figures 3 to 5, the relationship between the rotation angles of the signal light rotation stage 115 and the goniostage 116 in the manufacturing system 1A of this embodiment and the signal collimated light 118 will be explained, and a method for adjusting the signal light rotation stage 115 and the goniostage 116 will be explained. 3 is a graph showing the relationship between the rotation angle of the signal light rotation stage 115 and wavelength when the exposure wavelength (i.e., the wavelength of the source beam SB) is 532 nm and the vertical angle θ v , which is the angle at which the optical axis is changed in a plane parallel to the plane 1, is 10°. FIG. 3 also shows the relationship between the rotation angle of the signal light rotation stage 115 and wavelength when the horizontal angle θ h , which is the angle at which the optical axis is changed in a plane perpendicular to the plane 1 and parallel to the line focus 127, is 75°, 60°, 45°, 30°, and 15°, and also shows by shading the driving range of the signal light rotation stage 115 when the horizontal angle of the diffracted light is set to match the horizontal angle θ h = 30° of the signal light over the entire range of the corresponding wavelength λ, 400 nm to 700 nm. 4 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the goniostage 116 for matching the vertical angle θv of the signal light with the vertical angle of the diffracted light. In FIG. 4, the relationship between the rotation angle of the goniostage 116 and the vertical angle θv is shown when (a) λ=700 nm and the horizontal angle θh =15°, and when (b) λ=400 nm and the horizontal angle θh =60°. The driving range of the goniostage 116 is indicated by shading when the angle is set to match the vertical angle θv of the signal light, θv =-10° to 10°, over the entire range of the corresponding wavelength λ of the diffracted light, 400 to 700 nm. 5 is a diagram showing the range of horizontal angles of signal collimated light 118 that changes when the horizontal angle of the diffracted light is set to match the horizontal angle θ h and vertical angle θ v of the signal light over the entire range of corresponding wavelengths λ. Similar to FIG. 3, FIG. 5 shows the relationship between the horizontal angle of the corresponding wavelength λ and the wavelength when the vertical angle θ v is set to 10° and the horizontal angle θ h is set to 75°, 60°, 45°, 30°, and 15°. The range of horizontal angle θ h of the signal light that changes when the signal light rotation stage 115 and the goniostage 116 are driven so that the horizontal angle of the diffracted light over the entire range of corresponding wavelengths λ, 400 nm to 700 nm , is 30° is indicated by a hatched pattern. It can also be seen that, for example, when the horizontal angle θ h of the signal light is changed from 15° to 60°, the range of horizontal angles of the diffracted light over the entire range of corresponding wavelengths λ, 400 nm to 700 nm, becomes approximately 20° to 40°.
まず、xyz空間内における記録媒体124中の基準点座標を(x0,y0,z0)、ラインフォーカス127中の基準点座標を(x1,y1,z1)、信号光用平面ミラー117中の回転中心の座標を(x2,y2,z2)、円筒レンズ系122中の基準点座標を(x3,y3,z3=z1)、参照光用平面ミラー114中の回転中心の座標を(x4,y4,z4=z1)、ビームスプリッタ112中の基準点座標を(x5,y5,z5=z1)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、y1=y2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lx及びz軸方向の光路長lzは、各々、以下の式3及び4によって表されることになる。 First, the coordinates of the reference point in the recording medium 124 in the xyz space are ( x0 , y0 , z0 ), the coordinates of the reference point in the line focus 127 are ( x1 , y1 , z1 ), the coordinates of the rotation center in the signal light plane mirror 117 are ( x2 , y2 , z2 ), the coordinates of the reference point in the cylindrical lens system 122 are ( x3 , y3 , z3 = z1 ), the coordinates of the rotation center in the reference light plane mirror 114 are ( x4 , y4 , z4 = z1 ), and the coordinates of the reference point in the beam splitter 112 are ( x5 , y5 , z5 = z1 ). ), the propagation direction vector of the signal beam SL is set to √2/2(1,1,0), the propagation direction vector of the reference beam RL is set to √2/2(-1,1,0), the normal vector of the signal beam plane mirror 117 when the rotation angle of the signal beam rotation stage 115 and the goniostage 116 is set to 0° is set to (1,0,0), the normal vector of the reference beam plane mirror 114 when the rotation angle of the reference beam rotation stage 113 is set to 0° is set to (-1,0,0), and also when y 1 = y 2 , the optical path length l x in the x-axis direction and the optical path length l z in the z-axis direction from the rotation center of the signal beam plane mirror 117 to the reference point on the recording medium 124 are expressed by the following equations 3 and 4, respectively.
また、ラインフォーカス127上の基準点座標(x1,y1,z1)と記録媒体124の基準点座標(x0,y0,z0)間におけるx方向の光路長(すなわちx0-x1)と、上記lzの差分値を示す以下の式5~7で光路長dを定義する。 Furthermore, the optical path length d is defined by the following equations 5 to 7, which show the difference between the optical path length in the x direction (i.e., x 0 -x 1 ) between the reference point coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ) on the line focus 127 and the reference point coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) on the recording medium 124 and the above l z .
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(x2,y2,z2)から記録媒体124の基準点(x0,y0,z0)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。 Here, d indicates a fixed condition for determining curve 9, and represents the projection of the optical path difference onto plane 1. In this case, the optical path length l, which is normalized as 1 when the projection of the optical path difference from the rotation center ( x2 , y2 , z2 ) of the signal light plane mirror 117 to the reference point ( x0 , y0 , z0 ) of the recording medium 124 onto plane 1, can be calculated using the following equations 8 and 9.
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(x2,y2,z2)を示す。また、このとき、y=y0と置くと、任意のy=y0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。 Here, z' is a parameter for moving point 5 on line 3, and when z'=0, it indicates the rotation center ( x2 , y2 , z2 ) of signal light plane mirror 117. In addition, if y= y0 is set at this time, positions x and z through which curve 9 formed by any surface at y= y0 passes are each expressed by the following equation 10, and the curved surface is uniform in the y direction.
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Δφ1、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Δφ2、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。 Here, when the z-axis rotation angle of the reference light plane mirror 114 by the reference light rotating stage 113 is Δφ 1 , the z-axis rotation angle of the signal light plane mirror 117 by the signal light rotating stage 115 is Δφ 2 , and the rotation angle of the goniostage 116 is Δθ, the direction vector of the signal parallel light 118 is expressed by equation 11, while the direction vector of the cylindrical wave-like reference light 123 spreading from the line focus 127 is expressed by equation 12.
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。 Furthermore, if it is desired to generate interference fringes for a wavelength different from that of the source beam SB used for exposure, the cylindrical wave-like reference light 123 and signal parallel light 118 from the line focus 127 must be rotated around the rotation axis shown in Equation 13 below.
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Δφ2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。 Here, when the direction of the signal collimated light 118 is changed to the direction expressed by Equations 14 and 15, it is necessary to change the rotation angle Δφ2 of the signal light rotation stage 115 in accordance with Equation 16, and it is also necessary to change the rotation angle Δθ of the goniostage 116 in accordance with Equation 17.
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Δφ2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。 Therefore, in the manufacturing system 1A of this embodiment, the information processing device 20 calculates the rotation angles Δφ2 and Δθ of the signal beam rotation stage 115 and the goniostage 116 based on the above-mentioned formulas 16 and 17, and supplies a control signal to the stage driving circuit 130 so that the angles of the signal beam rotation stage 115 and the goniostage 116 are set to these angles, thereby adjusting the angles of the signal beam rotation stage 115 and the goniostage 116.
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Δφ2と波長は、垂直方向角度θvを10°とし、水平方向角度θhを75°、60°、45°、30°、15°とした場合に、図3の各水平方向角度θh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Δφ2が調整されることとなる。 In this case, in manufacturing system 1A, when the vertical angle θv is 10° and the horizontal angle θh is 75°, 60°, 45°, 30°, or 15°, the relationship between the rotation angle Δφ2 of signal beam rotation stage 115 and the wavelength is shown by the curves corresponding to each horizontal angle θh in FIG. 3 . Therefore, the rotation angle Δφ2 of signal beam rotation stage 115 is adjusted so that it falls on the corresponding curve in accordance with the wavelength corresponding to the holographic diffraction grating to be manufactured.
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θv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、θh=60°の線とλ=700nm、θh=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。 In addition, in manufacturing system 1A, the relationship shown in FIG. 4 holds between the rotation angle Δθ of goniostage 116 and the vertical angle θv of the signal light when the corresponding wavelength range is 400 to 700 nm and the vertical angle of the diffracted light is set to -10° to 10°. Therefore, depending on the corresponding wavelength of the holographic diffraction grating to be manufactured, the rotation angle Δθ of goniostage 116 is adjusted so that the signal light lies on a corresponding wavelength line (not shown) between the line λ=400 nm, θh =60° and the line λ=700 nm, θh=15°.
ここで、図5に示すように、例えばθh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θh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。 Here, as shown in FIG. 5 , the inventors' simulation experiments have shown that when the signal light rotation stage 115 and the goniostage 116 are driven so that θ h is within a range of 15° to 60°, for example, the angular range of θ h of diffracted light in the corresponding wavelength λ range of 400 nm to 700 nm is an angular range of approximately 20° between 20° and 40°. Therefore, by changing the rotation angles of the signal light rotation stage 115 and the goniostage 116 within this angular range, it is possible to manufacture a holographic diffraction grating HG having desired characteristics.
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。 Furthermore, as shown in Figure 4, for the goniostage 116, by displacing the angle of the signal light plane mirror 117 within an angle range of about 10° (approximately -7° to 7°), a holographic diffraction grating HG with the desired characteristics can be manufactured.
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。 If, within this angle range, the goniostage 116 is used to displace the irradiation angle of the signal collimated light 118 in the z-axis direction while exposing interference fringes onto the recording medium 124 to produce a holographic diffraction grating HG, a transmissive display panel using the produced holographic diffraction grating HG can ensure a viewing angle of approximately 20° in the vertical direction.
なお、対応波長範囲400~700nm、垂直方向角度θv=10°、水平方向角度θh=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θv=10°におけるλ=400nm,θh=60°とλ=700nm,θh=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、θh=60°の曲線と交わり、最長波長(700nm)の光の下限値(20°)付近で、θh=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。 In addition, when considering exposing a holographic diffraction grating for diffracting parallel light with a corresponding wavelength range of 400 to 700 nm, a vertical angle θ v =10°, and a horizontal angle θ h =30° with a source beam SB of 532 nm wavelength, the inventor's simulation results show that, within the corresponding wavelength range of 400 to 700 nm, the driving ranges of the signal beam rotation stage 115 and the reference beam rotation stage 113 are as shown by the shaded areas in Figures 3 and 6, and the driving range of the goniostage 116 is between the lines of λ=400 nm, θ h =60° and λ=700 nm, θ h =15° at θ v =10° in Figure 4 (approximately 5° to 7°). Therefore, when the stages 115 and goniostage 116 are driven within the shaded area in FIG. 3 and the range of approximately 5° to 7°, the horizontal angle range of the signal collimated light 118 is approximately 20° to 40°, as shown by the shaded area in FIG. 5 . This means that, at a wavelength of 532 nm, a diffraction grating is multiplexed to diffract collimated light within a horizontal angle range of approximately 20° to 40°. If it is desired to diffract collimated light with angles within this range for all light with wavelengths from 400 to 700 nm, attention should be paid to the upper limit (40°) of the shortest wavelength (400 nm) and the lower limit (20°) of the longest wavelength (700 nm) in FIG. 5 . The curve intersects with the curve for θ h = 60° near the upper limit (40°) of the shortest wavelength (400 nm), and with the curve for θ h = 60° near the lower limit (20°) of the longest wavelength (700 nm). Therefore, the horizontal angle range of the diffracted light is approximately 20° to 40°, and if the angle range of the signal collimated light 118 with a wavelength of 532 nm is determined so as to satisfy this value, it will be approximately 15° to 60°, which determines the corresponding drive range of each of the stages 113, 115, and 116. Furthermore, the drive range of each of the stages 113, 115, and 116 can be determined in a similar manner for other vertical angles.
[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θv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Δφ1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θh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、θh=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。
[A. 5] Method for Adjusting the Reference Beam Rotation Stage 113 Next, using FIG. 6 , we will explain the relationship between the cylindrical wave-like reference beam 123 spreading from the line focus 127 in the manufacturing system 1A of this embodiment and the rotation angle of the reference beam rotation stage 113, and also explain the method for adjusting the reference beam rotation stage 113. Note that FIG. 6 is a graph showing the relationship between the rotation angle Δφ 1 of the reference beam rotation stage 113 and the corresponding wavelength when the wavelength of the source beam SB is 532 nm and the vertical angle θ v is 10°. This figure shows the relationship between the rotation angle and wavelength when the horizontal angle θ h is 75°, 60°, 45°, 30°, and 15°. Also, in FIG. 6 , the driving range of each reference beam rotation stage 113 when θ h = 30° is indicated by shading.
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Δφ1を式21に従って、変化させる必要がある。 In the manufacturing apparatus 10A of this embodiment, in order to change the direction of the optical axis of the cylindrical wave-like reference light 123 spreading from the line focus 127 to the direction shown by Equations 18 to 20, it is necessary to change the rotation angle Δφ 1 of the reference light rotation stage 113 in accordance with Equation 21.
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Δφ1を算出して、当該回転角Δφ1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。 Therefore, in the manufacturing system 1A of this embodiment, a configuration is adopted in which the information processing device 20 calculates the rotation angle Δφ1 of the reference beam rotation stage 113 according to Equation 21 , and supplies a control signal to the stage driving circuit 130 so that the rotation angle of the reference beam rotation stage 113 is set to the rotation angle Δφ1, thereby adjusting the angle of the reference beam rotation stage 113.
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Δφ1と波長は、垂直方向角度θvを10°とし、水平方向角度θhを75°、60°、45°、30°、15°とした場合に、図6の各水平方向角度θh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Δφ1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。 In this case, in manufacturing system 1A, when vertical angle θv is 10° and horizontal angle θh is 75°, 60°, 45°, 30°, or 15°, the relationship between rotation angle Δφ1 of reference beam rotation stage 113 and the wavelength satisfies the curves corresponding to each horizontal angle θh in Figure 6. Therefore, rotation angle Δφ1 of reference beam rotation stage 113 is adjusted so that it falls on the corresponding curve depending on the wavelength of the holographic diffraction grating to be manufactured. With this configuration, manufacturing apparatus 10A of this embodiment can adjust the direction of cylindrical wave-like reference beam 123 spreading from line focus 127 to the direction shown by Equations 18 to 20. As shown in FIG. 6, the horizontal angle range of the reference beam rotation stage 113 is also approximately 10°, that is, from 3° to 13°. Therefore, by adjusting the horizontal angle of each of the signal beam rotation stage 115, the goniostage 116, and the reference beam rotation stage 113 within a range of approximately 10° to 20°, a holographic diffraction grating HG that achieves the desired function can be manufactured.
[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θhと、垂直方向の角度θv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。
[A.6] Exposure Method When manufacturing a holographic diffraction grating HG using the manufacturing system 1A of this embodiment, first, the relative position of line focus 127 with respect to recording medium 124 is determined, and then the direction of diffracted light generated when light is irradiated onto the manufactured holographic diffraction grating HG is determined in order to set the characteristics of the holographic diffraction grating HG manufactured by the manufacturing system 1A. For example, if the horizontal angle θ h and vertical angle θ v of the diffracted light in holographic diffraction grating HG are determined according to the following equations 22 and 23, the direction of signal collimated light 118 is determined according to equation 24. The direction of the diffracted light can be set by an operator using the information processing device 20.
これより、基準の方向(u2,0,w2)と、式13で示される回転軸(nx,ny,nz)を求めると、この基準の方向からみた回折光の角度θ0は式25によって算出できる。 From this, by determining the reference direction (u 2 , 0, w 2 ) and the rotation axis (n x , ny , nz ) shown in equation 13, the angle θ 0 of the diffracted light viewed from this reference direction can be calculated using equation 25.
露光に用いるソースビームSBの波長をλ0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。 The wavelength of the source beam SB used for exposure is set to λ 0 , and the signal parallel light 118 and the cylindrical wave-like reference light 123 spreading from the line focus 127 are superimposed and irradiated onto the recording medium 124, thereby exposing interference fringes on the recording medium 124.
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。 When a holographic diffraction grating HG manufactured using this method is irradiated with cylindrical wave-like reference light 123 expanding from a line focus 127, light having the same optical axis as the signal collimated light 118 is diffracted. On the other hand, when light having the same optical axis as the signal collimated light 118 but traveling in the opposite direction is irradiated onto the diffraction grating, the light is focused on the same straight line as the line focus 127.
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。 For example, to provide the above function for an arbitrary wavelength λ, the information processing device 20 calculates the direction of the signal collimated light 118 based on equation 26 so that equation 26 is satisfied.
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Δφ2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。 Next, in the manufacturing system 1A of this embodiment, the information processing device 20 calculates the rotation angle Δφ2 of the signal light rotation stage 115 according to the above-mentioned equation 16, and calculates the rotation angle Δθ of the goniostage 116 according to the equation 17, so that the signal parallel light 118 is irradiated in the direction calculated by equation 26 .
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Δφ2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Δφ2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。 Then, in order to align the angles of the signal beam rotation stage 115 and the goniostage 116 with the rotation angle Δφ2 of the signal beam rotation stage 115 and the rotation angle Δθ of the goniostage 116 calculated in this manner, the information processing device 20 outputs a control signal to the stage driving circuit 130 to change the rotation angle of the signal beam rotation stage 115 to the calculated Δφ2 as described above, and change the rotation angle of the goniostage 116 to Δθ.
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、u1=-u2、v1=v2、w1=-w2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θ1、円筒波様参照光123の向きをθ2とすると、θ1=-θ2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Δφ1を式21に従って算出する。 Next, the information processing device 20 sets the direction of the cylindrical wave-like reference light 123 spreading from the line focus 127 shown in Equation 12 as u 1 = -u 2 , v 1 = v 2 , and w 1 = -w 2. At this time, the cylindrical wave-like reference light 123 spreading from the line focus 127 can be rotated in the opposite direction to the signal collimated light 118. That is, if the direction of the signal collimated light 118 is θ 1 and the direction of the cylindrical wave-like reference light 123 is θ 2 , then θ 1 = -θ 2 can be set. To achieve this, the information processing device 20 calculates the rotation angle Δφ 1 of the reference light rotation stage 113 according to Equation 21.
このようにして、参照光用回転ステージ113の回転角Δφ1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Δφ1まで変化させる。 After calculating the rotation angle Δφ1 of the reference beam rotation stage 113 in this manner, the information processing device 20 outputs a control signal to the stage driving circuit 130 to change the rotation angle of the reference beam rotation stage 113 to Δφ1 .
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。 Next, the information processing device 20 executes processing to adjust the positions of the recording medium linear movement stage 125, height adjustment stage 126, cylindrical lens linear movement stage 120, and reference light linear movement stage 121. At this time, the information processing device 20 calculates the movement distances of the recording medium linear movement stage 125, height adjustment stage 126, cylindrical lens linear movement stage 120, and reference light linear movement stage 121, respectively, using the following method, and adjusts the positions of the linear movement stages 120, 121, 125, and height adjustment stage 126 based on the calculated values.
(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Δy0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Δy0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Δz0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Δz0だけ移動させる。
(1) Method of Adjusting Recording Medium Linear Movement Stage 125 and Height Adjustment Stage 126 With regard to the recording medium linear movement stage 125, the information processing device 20 calculates Δy 0 shown in Equation 27-1, and then outputs a control signal to the stage driving circuit 130 to move the position of the recording medium linear movement stage 125 in the y-axis direction by Δy 0 , and with regard to the height adjustment stage 126, calculates Δz 0 shown in Equation 27-2, and then outputs a control signal to the stage driving circuit 130 to move the height of the height adjustment stage 126 in the z-axis direction by Δz 0 .
(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Δy3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Δy3だけ移動させる。
(2) Method of Adjusting the Cylindrical Lens Linear Translation Stage 120 Furthermore, with regard to the cylindrical lens linear translation stage 120, the information processing device 20 calculates Δy3 shown in Equation 28, and then outputs a control signal to the stage driving circuit 130 to move the position of the recording medium linear translation stage 125 in the y-axis direction by Δy3 .
(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Δx4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Δx4、y軸方向にΔy4だけ移動させる。
(3) Method for Adjusting Reference Beam Linear Moving Stage 121 In response to this, the information processing device 20 calculates Δx4 shown in Equation 29 for the reference beam linear moving stage 121, and then outputs a control signal to the stage driving circuit 130 to move the position of the recording medium linear moving stage 125 by Δx4 in the x-axis direction and by Δy4 in the y-axis direction.
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、λ1)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。 When the position adjustment of each stage 113, 115, 120, 125, 126, and 121 is completed by the above method, in manufacturing apparatus 10A, the optical system is moved to an arrangement state, for example, as shown in Figure 9, and signal parallel light 118 and cylindrical wave-like reference light 123 spreading from line focus 127 are irradiated onto recording medium 124 at a relative irradiation angle determined by the arrangement state, and interference fringes generated by the interference of the two light beams 118 and 123 are exposed onto recording medium 124. As a result, a holographic diffraction grating corresponding to one wavelength (for example, λ 1 ) is formed on recording medium 124.
[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。
[A.7] Operations during manufacturing of holographic diffraction grating HG in manufacturing system 1A Next, the operations during manufacturing of holographic diffraction grating HG in manufacturing system 1A of this embodiment will be described using Figures 7 to 10. Figures 7 and 8 are flowcharts showing the processing executed by information processing device 20 in manufacturing system 1A of this embodiment, and Figures 9 and 10 are diagrams showing the changes in the optical path system of manufacturing apparatus 10A when exposing two types of holographic diffraction gratings with different grating spacings.
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λ1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)λ1をλに設定する(ステップS1)。 First, in manufacturing system 1A of this embodiment, an operator determines the relative position of line focus 127 with respect to recording medium 124 and the direction of diffracted light generated when a predetermined light is irradiated onto holographic diffraction grating HG manufactured by manufacturing system 1A, and inputs the necessary information into information processing device 20. In order to expose a holographic diffraction grating corresponding to one wavelength λ1 in the visible light range onto recording medium 124, information processing device 20 sets λ to the shortest wavelength λ1 in the visible light range (e.g., 400 nm) (step 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)。 Next, the information processing device 20 determines the direction of the signal collimated light 118 according to equation 26 above (step 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Δφ2及びΔθを算出し(ステップS3)、当該算出した回転角したΔφ2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Δφ2及びΔθに調整させる(ステップS4)。 Once the direction of the signal collimated light 118 has been determined in this manner, the information processing device 20 calculates the rotation angles Δφ2 and Δθ of the signal light rotation stage 115 and the goniostage 116 based on the determined direction and on the above-mentioned equations 16 and 17 (step S3), and supplies a control signal to the stage driving circuit 130 based on the calculated rotation angles Δφ2 and Δθ to adjust the rotation angles of the signal light rotation stage 115 and the goniostage 116 to the calculated rotation angles Δφ2 and Δθ (step 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Δφ1を算出し(ステップS5)、当該算出した回転角Δφ1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Δφ1に調整する(ステップS6)。 Next, the information processing device 20 calculates the rotation angle Δφ1 of the reference beam rotation stage 113 based on the above equation 21 (step S5), and supplies a control signal to the stage driving circuit 130 based on the calculated rotation angle Δφ1 to adjust the rotation angle of the reference beam rotation stage 113 to the calculated rotation angle Δφ1 (step 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Δy0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Δz0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Δy3、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Δx4及びΔy4を算出する(ステップS7)。 Next, the information processing device 20 executes a process of calculating the movement amounts of the linear movement stages 120, 121, and 125 and the height adjustment stage 126 (step S7). At this time, the information processing device 20 calculates the movement amount Δy0 of the recording medium linear movement stage 125 based on the above equation 27-1, and calculates the movement amount Δz0 of the height adjustment stage 126 based on equation 27-2. At this time, the information processing device 20 also calculates the movement amount Δy3 of the cylindrical lens linear movement stage 120 based on equation 28, and further calculates the movement amounts Δx4 and Δy4 of the reference beam linear movement stage 121 based on equation 29 (step S7).
このようにして、Δy0、Δz0、Δy3、Δx4及びΔy4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Δy0、Δy3、Δx4及びΔy4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Δy0、(2)高さ調整ステージ126を高さ方向(z軸方向)にΔz0、(3)円筒レンズ用直線移動ステージ120をy軸方向にΔy3、(4)参照光用直線移動ステージ121をx軸方向にΔx4、y軸方向にΔy4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)。 After calculating the values of Δy0 , Δz0 , Δy3 , Δx4 , and Δy4 in this manner, the information processing device 20 outputs a control signal to the stage driving circuit 130 based on the calculated movement amounts Δy0 , Δy3 , Δx4 , and Δy4 to (1) move the recording medium linear movement stage 125 in the y-axis direction by Δy0, (2) move the height adjustment stage 126 in the height direction (z-axis direction) by Δz0 , (3) move the cylindrical lens linear movement stage 120 in the y-axis direction by Δy3 , and (4) move the reference light linear movement stage 121 in the x-axis direction by Δx4 and in the y-axis direction by Δy4 , thereby adjusting the positions of the recording medium 124, the reference light plane mirror 114, and the cylindrical lens system 122 to the corresponding positions (step S8).
以上の手順により、製造装置10Aの光学系が波長λ1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λ1に対応する干渉縞を発生させて、波長λ1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)。 When the optical system of manufacturing apparatus 10A reaches a state matching the exposure of the holographic diffraction grating corresponding to wavelength λ1 through the above procedure, information processing apparatus 20 outputs a control signal to light source 111 to irradiate source beam SB for a predetermined exposure time, thereby generating interference fringes corresponding to wavelength λ1 and exposing recording medium 124 to the holographic diffraction grating corresponding to wavelength λ1 (step 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λn=λn-1+Δλに設定する(ステップS11)。例えば、波長λ1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、λn=λ1+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。 Next, the information processing device 20 determines whether exposure of the holographic diffraction gratings corresponding to all interference fringes to be multiple-exposed on the recording medium 124 is complete (step S10). If it determines that exposure is not complete (step S10: No), it sets λ n = λ n-1 + Δλ to change the wavelength to be exposed by Δλ (step S11). For example, when exposure of the holographic diffraction grating corresponding to wavelength λ 1 is complete, it sets λ n = λ 1 + Δλ. Note that the specific value of Δλ is arbitrary and may be set to, for example, 10 nm. The key is to set an appropriate value depending on the wavelength at which the function of the holographic diffraction grating HG is desired to be realized.
このようにして、ステップS11においてλn=λn-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、λ1+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。 In this way, when λ n = λ n-1 + Δλ is set in step S11, the information processing device 20 returns the process to step S2 and repeats the processes of steps S2 to S9 to expose a holographic diffraction grating corresponding to the next wavelength (for example, λ 1 + Δλ) onto the recording medium 124.
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。 Then, the information processing device 20 determines whether exposure of the holographic diffraction gratings corresponding to all wavelengths has been completed (step S10), and repeats the processing of steps S2 to S11 described above until exposure of the holographic diffraction gratings corresponding to all wavelengths has been completed, ending the processing once exposure of the holographic diffraction gratings corresponding to all wavelengths has been completed.
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。 At this time, in the optical system of the manufacturing apparatus 10A of this embodiment, the positions and angles of the reference beam plane mirror 114, signal beam plane mirror 117, cylindrical lens system 122, and recording medium 124 change to match the wavelength of the holographic diffraction grating to be exposed, as shown in Figures 9 and 10, and as the state of the optical system changes, a holographic diffraction grating corresponding to that state is exposed onto the recording medium 124.
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。 In the manufacturing system 1A of this embodiment, by performing this process, multiple holographic diffraction gratings, each with a different grating spacing and each achieving the desired function for a different wavelength, are multiplexed and exposed onto the recording medium 124.
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。 As described above, the manufacturing system 1A of this embodiment is configured to split a single-wavelength source beam SB into a signal beam SL and a reference beam RL by a beam splitter 112, and irradiate each of these beams onto a recording medium 124 via different optical paths. The cylindrical wave-like reference beam 123 expanding from a line focus 127 interferes with the signal parallel beam 118, generating interference fringes that are then exposed to the recording medium 124, thereby manufacturing a holographic diffraction grating HG.
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。 The manufacturing system 1A of this embodiment is configured to perform multiple exposures of multiple holographic diffraction gratings, each with a different grating spacing, on the recording medium 124 while changing the relative angle at which the signal collimated beam 118 and the cylindrical wave-like reference beam 123 are irradiated onto the recording medium 124 by adjusting the rotation angles of the reference beam rotation stage 113, the signal beam rotation stage 115, and the goniostage 116. With this configuration, the manufacturing system 1A of this embodiment can manufacture a holographic diffraction grating HG that can achieve the desired function across the entire visible light range using a single-wavelength source beam SB. As a result, the manufacturing system 1A of this embodiment can manufacture a holographic diffraction grating HG that can achieve the desired function across the entire visible light range at low cost, without the need to provide the manufacturing apparatus 10A with a light source that emits source beams SB of multiple wavelengths and optical systems for those wavelengths.
[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。
[A.8] Structure of Holographic Diffraction Grating HG Manufactured by Manufacturing System 1A of the Present Embodiment Next, a specific structure of the holographic diffraction grating HG manufactured by the manufacturing system 1A of the present embodiment will be described with reference to FIG. 11 . Note that FIG. 11 illustrates an example of the three-dimensional structure of the holographic diffraction grating HG manufactured by the manufacturing system 1A of the present embodiment. (A) and (B) show examples of the structure of holographic diffraction gratings HG1 and HG2 when irradiated with white parallel light and line-focused near the center of the holographic diffraction grating HG in the vertical direction (i.e., the z-axis direction) of the drawing, and (C) and (D) show examples of the structure of holographic diffraction gratings HG3 and HG4 when line-focused toward the bottom of the holographic diffraction grating HG (note that in this specification, each of the holographic diffraction gratings HG1 to HG4 will be referred to as the "holographic diffraction grating HG" unless otherwise specified). Furthermore, the combinations of (A) and (B) and the combinations of (C) and (D) each illustrate examples of the structure of holographic diffraction gratings HG corresponding to different wavelengths.
(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。
(1) Example of structure when white parallel light is focused near the center of the holographic diffraction grating HG As shown in Figures 11(A) and 11(B), the holographic diffraction gratings HG1 and 2 in this case have multiple parabolic cylindrical layers stacked along a cross section in the vertical direction (i.e., the z-axis direction) (i.e., the cross section seen in the foreground in each of Figures 11), with the center of each holographic diffraction grating HG1 and 2 as the center, presenting a layer structure reminiscent of the growth rings of a tree stump. Each layer has a different refractive index and is nearly identical in shape, and similar interference fringes are continuously formed across the entire surface of each layer.
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。 In particular, when focusing white parallel light near the center, this function is achieved by forming a three-dimensional structure in which layers having approximately parabolic cylindrical shapes with different curvatures are stacked on top of each other at the focusing position (i.e., a position a predetermined distance away from the center of the holographic diffraction gratings HG1 and HG2 in the z direction).
(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。
(2) Example of structure when white parallel light is focused downward on the holographic diffraction grating HG. In this case, the holographic diffraction gratings HG3 and HG4 have a structure in which multiple parabolic cylindrical layers, each having a roughly identical shape along the vertical cross section, are stacked one on top of the other, as shown in FIGS. 11(C) and 11(D).
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。 In this case, however, the focusing position is below the holographic diffraction gratings HG3 and HG4, so the shape of each layer differs from the case where the light is focused near the center as described above, and the center of the parabolic cylindrical layer is shifted below the holographic diffraction gratings HG3 and HG4 so that the white collimated light is focused below the holographic diffraction grating HG. Furthermore, because each layer has a shape that forms part of a roughly cylindrical shape, each layer functions as a cylindrical lens, and the holographic diffraction grating HG as a whole functions as a cylindrical lens with a uniaxial curvature.
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。 The holographic diffraction grating HG of this embodiment, which has the above structure, has a layer shape corresponding to any focusing position, and as the number of layers changes, the corresponding wavelength changes. When the number of layers is large (for example, holographic diffraction gratings HG1 and 3 in the example shown in FIG. 11), focusing characteristics for light on the short wavelength side are realized, and when the number of layers is small (for example, holographic diffraction gratings HG2 and HG4 in the example shown in FIG. 11), focusing characteristics for light on the long wavelength side are realized. In the manufacturing system 1A of this embodiment, holographic diffraction gratings corresponding to multiple interference fringes corresponding to different wavelengths are multiplexed and a holographic diffraction grating HG having a stacked structure of multiple layers, as shown in FIG. 11, is manufactured.
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。 With this configuration, the holographic diffraction grating HG manufactured by the manufacturing system 1A of this embodiment is configured so that when white parallel light is incident from the same direction as the optical axis of the signal parallel light 118, the light is focused on the line focus 127, and when white light is incident from the same direction as the cylindrical wave-like reference light 123 spreading from the line focus 127, light having the same optical axis as the signal parallel light 118 is diffracted. In other words, the holographic diffraction grating HG manufactured by the manufacturing system 1A of this embodiment achieves the same function as a cylindrical lens with a uniaxial curvature. Note that a method for manufacturing holographic diffraction gratings HG with different layer shapes (i.e., holographic diffraction gratings HG with different focusing positions) will be described in the section on Variation Example 3.
[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] Modification [B. 1] Modification 1
In the first embodiment, the manufacturing apparatus 10A and the information processing apparatus 20 are configured as separate devices and are connected to each other by wire or wirelessly. However, the manufacturing apparatus 10A may be provided with a control unit including a CPU (Central Processing Unit) and ROM/RAM, and the control unit may perform the same functions as the information processing apparatus 20. In this case, an operation unit including a keyboard or the like may be provided, and the control unit may execute the same processes as those shown in FIGS. 7 and 8 while setting the direction of diffracted light in the holographic diffraction grating HG to be manufactured in response to input operations made by an operator on the operation unit. With this configuration, the manufacturing apparatus 10A alone can manufacture a holographic diffraction grating HG that exhibits the desired function across the entire visible light range.
[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。
[B.2] Modification 2
In the above embodiment, the case of manufacturing a holographic diffraction grating HG has been described as an example, but the present invention can also be applied to the manufacture of a light guide plate having a holographic diffraction grating HG.
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。 In this case, the recording medium 124 is placed in a transparent substrate, and the holographic diffraction grating HG is multiple-exposed onto the recording medium 124 in the substrate. In this case, a prism is placed on the first height adjustment stage 126 together with the recording medium 124, and the prism is used to irradiate the signal collimated light 118 and the cylindrical wave-like reference light 123 onto the recording medium 124. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, so details will be omitted.
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。 The holographic light guide plate HGLP manufactured using this method can be used as an optical combiner in a transmissive HMD or head-up display. For example, Figures 12 to 14 show an example configuration in which this holographic light guide plate HGLP is used in a transmissive HMD 30.
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。 As shown in Figure 12, a see-through HMD 30 using this holographic light guide plate HGLP has a prism-shaped light entrance portion LE at the end of the holographic light guide plate HGLP, and uses a configuration in which image light VL is irradiated from this light entrance portion LE by a projector P.
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。 The image light VL emitted from the projector P is repeatedly totally reflected at the boundary surfaces of the holographic light guide plate HGLP, traveling through the holographic light guide plate HGLP and reaching its edge. During this process of repeated total reflection, the image light VL is diffracted by the holographic diffraction grating HG formed inside the holographic light guide plate HGLP and enters the user's eye EY. Furthermore, external light OL passes through the holographic light guide plate HGLP and enters the user's eye EY as is. As a result, the user sees the external scenery and the information (text, images, colors, etc.) displayed by the image light VL superimposed on each other, and the user perceives this information as a virtual image.
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。 Here, the see-through HMD 30 focuses the image light VL from the projector P at infinity using a lens L, thereby showing a virtual image from infinity to the user's eye EY. A certain distance is required between the user's eye EY and the see-through HMD 30, and to provide a wide FOV (Field Of View), the area (eyebox) where the image light VL guided through the holographic light guide plate HGLP is reflected toward the eye EY must be widened. As shown in Figure 13, if a diffractive optical element functioning as a plane mirror is constructed inside the holographic light guide plate HGLP using an existing method, it is easy to widen the eyebox because the diffractive optical element simply reflects a portion of the image light VL in the guided direction. However, widening the eyebox in a direction perpendicular to the guided direction requires two-stage diffraction or another function.
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。 By adopting the method of this modification, it is possible to fabricate a holographic diffraction grating HG that functions as a curved mirror within a holographic light guide plate HGLP, as shown in Figure 14. In this case, a method can be used in which the image light VL from the projector P is imaged horizontally with infinity using a cylindrical lens CL to form an image in a direction perpendicular to the horizontal axis. The light spreads vertically around the pixel position and also within the wave guide. Thus, by fabricating a holographic light guide plate HGLP having a holographic diffraction grating HG that functions as a curved mirror, as shown in Figure 14, using the method of this modification (i.e., a method of fabricating a holographic light guide plate HGLP by mounting a prism together with a recording medium 124 on a height adjustment stage 126), it is possible to spread the light vertically within the wave guide. Furthermore, the light spread within the wave guide is diffracted into parallel light with a vertical angle corresponding to the vertical pixel position due to the diffraction characteristics of the holographic diffraction grating HG, enabling the fabrication of a see-through HMD 30 with a wide eyebox, a wide FOV, and high practicality.
[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。
[B.3] Modification 3
In the above embodiment, a configuration was adopted in which a plurality of interference fringes, each with a different grating interval, are generated to achieve the desired function for light across the entire visible light range, and the holographic diffraction grating HG is manufactured by multiple-exposing the plurality of interference fringes onto the recording medium 124. However, a plurality of holographic diffraction gratings HG that each achieve a different function may also be multiple-exposed onto the recording medium 124. For example, a configuration may be adopted in which holographic diffraction gratings HG with different light-focusing positions, such as holographic diffraction gratings HG1 and 2 and holographic diffraction gratings HG3 and 4 in FIG. 11 , are multiple-exposed onto the recording medium 124.
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。 In this case, when the operator determines the diffraction direction of the diffracted light before starting the process of FIG. 7, the operator sets the direction of the diffracted light to match the focusing position, and then exposes the holographic diffraction grating HG (e.g., holographic diffraction grating HG1 or 2) onto the recording medium 124 using this setting. After the exposure of the holographic diffraction grating HG is complete, the direction of the diffracted light corresponding to the new focusing position is set again to expose a holographic diffraction grating HG with a different focusing position (e.g., holographic diffraction grating HG3 or 4), and the holographic diffraction grating HG corresponding to this diffracted light direction is once again exposed onto the recording medium 124. Thereafter, the direction of the diffracted light corresponding to each focusing position is repeatedly reset, generating multiple interference fringes, and the generated multiple interference fringes are multiple-exposed onto the recording medium 124.
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。 In this case, a holographic diffraction grating HG is manufactured that has a structure in which multiple holographic diffraction gratings HG with different layer shapes depending on the focusing position are multiplexed, as shown in Figure 11.
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。 In this modified example, the holographic diffraction grating HG may be multiple-exposed with different focusing positions for only some wavelengths, or the holographic diffraction grating HG may be multiple-exposed with different focusing positions for the entire visible light range.
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。 If you want to give the holographic diffraction grating HG the property of focusing only light of certain wavelengths at different positions, you can fix the value of λ in Equation 26 to that wavelength, change the direction of the diffracted light, generate interference fringes multiple times, and perform multiple exposures on the holographic diffraction grating HG.
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。 On the other hand, if you want to have the ability to focus light across the entire visible light range at different focusing positions, you can repeat the processes in Figures 7 and 8 above each time you reset the direction of the diffracted light, and multiple holographic diffraction gratings HG corresponding to those focusing positions can be multiplexed and exposed onto the recording medium 124.
[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。
[B.4] Modification 4
In the above embodiment, an example of a structure in which multiple parabolic cylindrical layers that function as grating surfaces are formed within the recording medium 124 as shown in FIG. 11 has been described. However, even if a configuration is adopted in which multiple diffraction planes, each having a different refractive index and each oriented in a different direction, are exposed on the recording medium 124, it is possible to achieve the same function as the holographic diffraction grating HG configured as shown in FIG. 11 .
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。 In this case, the manufacturing apparatus 10A does not need to be provided with a cylindrical lens system 122; instead, the reference parallel light 119 is irradiated directly onto the recording medium 124, and the irradiation angles of the reference parallel light 119 and the signal parallel light 118 are changed while causing them to interfere with each other, and the resulting multiple interference fringes are exposed onto the recording medium 124.
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。 Furthermore, multiple holographic diffraction gratings HG corresponding to each wavelength may be configured to be formed two-dimensionally on the surface of the recording medium 124.
[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。
[C] Second Embodiment [C.1] Configuration of Manufacturing System 1B of Second Embodiment Next, a second embodiment of a holographic optical element manufacturing apparatus according to the present invention will be described using FIG. 15. FIG. 15 is a system configuration diagram showing the configuration of manufacturing system 1B of this embodiment. In addition, in FIG. 15, components similar to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. Therefore, unless otherwise specified, components in FIG. 15 designated by the same reference numerals as those in FIG. 1 will be described as having the same configuration and function as those in the first embodiment and performing the same operations.
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。 The manufacturing apparatus 10B constituting the manufacturing system 1B of this embodiment employs a configuration in which the beam splitter 112 is configured using a PBS and splits P-polarized light into signal light SL and S-polarized light into reference light RL depending on the polarization direction. Furthermore, the manufacturing apparatus 10B of this embodiment employs a configuration in which a λ/2 plate (not shown) is provided between the beam splitter 112 and the signal light plane mirror 117, and the signal light SL is irradiated onto the signal light plane mirror 117 while the reference light RL is irradiated onto the reference light plane mirror 114 while aligning the polarization directions of the signal light SL and the reference light RL. Note that the beam splitter 112 in the manufacturing apparatus 10B of this embodiment may also be configured using a half mirror.
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。 Furthermore, the manufacturing apparatus 10B of this embodiment employs a configuration in which a slit member (not shown) is added between the cylindrical lens system 122 and the recording medium 124. The cylindrical wave-like reference light 123 generated after passing through the cylindrical lens system 122 forms a line focus 127 as it passes through a slit portion provided in this slit member, and is then irradiated onto the recording medium 124 while expanding from the slit portion (i.e., the line focus 127). With this configuration, the manufacturing apparatus 10B of this embodiment is able to create a narrow line focus 127, thereby improving the accuracy with which the cylindrical wave-like reference light 123 is irradiated onto the recording medium 124.
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。 In the manufacturing apparatus 10B of this embodiment, as in the manufacturing apparatus 10A of the first embodiment, a plane mirror 114 for reference light is provided on the optical path of the reference light RL branched by the beam splitter 112, and this plane mirror 114 for reference light is mounted on a rotation stage 113 for reference light provided on a linear movement stage 121 for reference light.By linearly moving the linear movement stage 121 for reference light within the xy plane and rotating the rotation stage 113 for reference light along the z axis, the irradiation direction of the reference parallel light 119 can be adjusted within the xy plane. Furthermore, in the manufacturing apparatus 10B of this embodiment, a cylindrical lens system 122 mounted on a cylindrical lens linear movement stage 120 is arranged on the optical path of the reference collimated light 119, and this cylindrical lens linear movement stage 120 can be driven in conjunction with the reference light linear movement stage 121 and the reference light rotation stage 113 to adjust the position of the cylindrical lens system 122 to match the irradiation direction of the reference collimated light 119. However, since the optical path configuration on the reference light RL side is the same as that of the manufacturing apparatus 10A of the first embodiment, details will be omitted.
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。 Here, the manufacturing apparatus 10A of the first embodiment above employs a configuration in which a goniostage 116 is provided on a signal light rotation stage 115, and a signal light plane mirror 117 is placed on this goniostage 116. The signal light rotation stage 115 is rotated about the z-axis, and the goniostage 116 is used to adjust the tilt of the signal light plane mirror 117, thereby three-dimensionally changing the irradiation angle of the signal collimated light 118 with respect to the recording medium 124. Furthermore, the manufacturing apparatus 10A of the first embodiment employs a configuration in which the recording medium 124 is placed on a height adjustment stage 126 provided on a recording medium linear movement stage 125, and the position of the recording medium 124 is adjusted by the recording medium linear movement stage 125 and height adjustment stage 126 to match the irradiation angle of the signal collimated light 118, thereby irradiating the signal collimated light 118 at a desired position on the recording medium 124.
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。 In contrast, in the manufacturing apparatus 10B of this embodiment, the signal light plane mirror 117 is placed directly on the signal light rotation stage 115, and the goniostage 116 is omitted. As a result, in the manufacturing apparatus 10B of this embodiment, the signal light rotation stage 115 changes the irradiation angle of the signal collimated light 118 only two-dimensionally within the same plane, and does not change it in the z-axis direction. Note that the signal light rotation stage 115 of this embodiment works in conjunction with the stage drive circuit 130 and the information processing device 20 to constitute, for example, the "signal light irradiation angle adjustment means" of the present invention.
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。 In particular, in the manufacturing apparatus 10B of this embodiment, instead of the linear motion stage 125 for recording medium, which can move the position of the recording medium 124 in a predetermined direction (e.g., the y-axis direction), a planar motion stage 140 for recording medium is provided, which can move the position of the recording medium 124 two-dimensionally within the xy plane (i.e., in the biaxial directions of the x-axis and y-axis). A goniostage 150 for recording medium is provided on this planar motion stage 140 for recording medium, and the recording medium 124 is placed on this goniostage 150 for recording medium, thereby eliminating the height adjustment stage 126. The specific configuration of the planar motion stage 140 for recording medium is the same as that of the linear motion stage 125 for recording medium, except that, like the linear motion stage 125, it is configured to be linearly movable in two axial directions using a piezoelectric actuator or stepping motor.
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。 In the manufacturing apparatus 10B of this embodiment, the recording medium goniostage 150 is used to change the tilt of the recording medium 124 relative to the signal collimated light 118 and cylindrical wave-like reference light 123, so that the recording medium goniostage 150 alone achieves functionality equivalent to the combination of the goniostage 116 and height adjustment stage 126 in the first embodiment. For example, the recording medium planar movement stage 140 and recording medium goniostage 150 of this embodiment cooperate with the stage drive circuit 130 and information processing device 20 to constitute the "recording medium planar movement means" and "recording medium tilt angle change means" of the present invention. Furthermore, the specific configuration of the recording medium goniostage 150 is the same as the goniostage 116 of the first embodiment, except for the object to be adjusted.
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。 As in the first embodiment, the manufacturing apparatus 10B of this embodiment also produces a holographic diffraction grating HG (see FIG. 11) that functions similarly to a cylindrical lens: when white parallel light is incident, the parallel light is diffracted and line-focused, while when divergent light from the line-focused white light is incident, the divergent light is diffracted and generates parallel light. For example, when signal parallel light 118 is incident on the holographic diffraction grating HG manufactured by the manufacturing apparatus 10B of this embodiment, the signal parallel light 118 diffracted by the holographic diffraction grating HG is line-focused in a form that coincides with the line focus 127, while when cylindrical wave-like reference light 123 diverging from the line focus 127 is incident on the holographic diffraction grating HG, the parallel light generated by diffraction has the same optical axis as the signal parallel light 118.
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。 When manufacturing such a holographic diffraction grating HG, the recording medium goniostage 150 adjusts the tilt of the recording medium 124 to change the relative tilt of the recording medium 124 with respect to the signal collimated light 118 and cylindrical wave-like reference light 123 (i.e., changes the relative irradiation angle of the signal collimated light 118 and cylindrical wave-like reference light 123 with respect to the recording medium 124), allowing the recording medium goniostage 150 alone to achieve functionality equivalent to the combination of the goniostage 116 and height adjustment stage 126 in the manufacturing apparatus 10A of the first embodiment. As described above, in the manufacturing apparatus 10B of this embodiment, the irradiation direction of the signal collimated light 118 is not changed in the z-axis direction, and the irradiation angle of the signal collimated light 118 is changed only two-dimensionally within the same plane. Therefore, even if the height adjustment stage 126 is omitted, the recording medium planar movement stage 140 alone can irradiate the signal collimated light 118 and cylindrical wave-like reference light 123 at desired positions on the recording medium 124.
[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。
[C. 2] Adjustment Method of Each Stage Next, a method of adjusting each stage in the manufacturing apparatus 10B of this embodiment having the above-described configuration will be described.
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Δφ1、信号光用回転ステージ115の回転角をΔφ2、記録媒体用ゴニオステージ150の傾き回転角をΔθ2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。 First, in the manufacturing apparatus 10B of this embodiment, when the rotation angle of the reference light rotation stage 113 is Δφ 1 , the rotation angle of the signal light rotation stage 115 is Δφ 2 , and the tilt rotation angle of the recording medium goniostage 150 is Δθ 2 , the direction vector of the signal parallel light 118 is expressed by the following equation 30, which is different from equation 11 in the first embodiment.
このとき、信号光用回転ステージ115の回転角Δφ2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。 At this time, the value of the rotation angle Δφ 2 of the signal beam rotation stage 115 is expressed by the following equation 31, which is different from equation 16 in the first embodiment.
また、このとき、記録媒体用ゴニオステージ150の回転角Δθ2は、下記式32によって表される。 At this time, the rotation angle Δθ 2 of the recording medium goniostage 150 is expressed by the following equation 32.
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Δy0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Δx0は下記式33によって表されることとなる。 Furthermore, at this time, (1) the movement amount Δy 0 in the y-axis direction of the planar movement stage 140 for the recording medium is expressed by Equation 27-1, as in the first embodiment, while (2) the movement amount Δx 0 in the x-axis direction is expressed by Equation 33 below.
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、Δφ2、Δθ2、Δx0及びΔy0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Δφ2及びΔθ2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Δx0、y軸方向にΔy0だけ移動させるようになっている。 In the manufacturing apparatus 10B of this embodiment, the information processing device 20 calculates Δφ 2 , Δθ 2 , Δx 0 and Δy 0 based on the above relationships, and based on the calculation results, adjusts the angles of the signal light rotation stage 115 and the recording medium goniostage 150 to Δφ 2 and Δθ 2 , and moves the recording medium planar movement stage 140 by Δx 0 in the x-axis direction and Δy 0 in the y-axis direction.
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Δφ1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Δy3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Δx4及びΔy4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。 In this embodiment, the method for calculating the rotation angle Δφ1 of the reference beam rotation stage 113 is the same as in the first embodiment, and is calculated based on the above formula 21. Also, in this embodiment, as in the first embodiment, (i) the movement amount Δy3 of the cylindrical lens linear movement stage 120 is calculated based on formula 28, and (ii) the movement amounts Δx4 and Δy4 of the reference beam linear movement stage 121 are calculated based on formula 29. Then, as in the first embodiment, the information processing device 20 adjusts the angles and positions of the stages 113, 115, 120, 121, 140, and 150 in cooperation with the stage driving circuit 130 based on the calculation results.
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、λ1)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。 When the adjustment of each stage 113, 115, 120, 121, 140, and 150 is completed by the above method, in the manufacturing apparatus 10B of this embodiment, the optical system is arranged, for example, as shown in Fig. 15, and the signal parallel light 118 and the cylindrical wave-like reference light 123 spreading from the line focus 127 are irradiated onto the recording medium 124 at a relative irradiation angle determined by this arrangement, and interference fringes generated by the interference of the two light beams 118 and 123 are exposed onto the recording medium 124. As a result, a holographic diffraction grating corresponding to one wavelength (for example, λ 1 ) is formed on the recording medium 124.
[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。
[C.3] Operations during Manufacturing of Holographic Diffraction Grating HG in Manufacturing System 1B Next, the operations during manufacturing of holographic diffraction grating HG in manufacturing system 1B of this embodiment will be described. However, since manufacturing system 1B of this embodiment also manufactures holographic diffraction grating HG based on processes basically similar to those shown in Figures 7 and 8, the following description will focus on the differences between the processes executed in manufacturing system 1B of this embodiment and the first embodiment. However, since this embodiment employs a configuration in which goniostage 116 and height adjustment stage 126 are omitted as described above and their functions are replaced by recording medium goniostage 150, the references to goniostage 116 in Figures 7 and 8 should be read as recording medium goniostage 150.
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λ1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)λ1をλに設定する。 First, in the manufacturing system 1B of this embodiment, the information processing device 20 sets λ to the shortest wavelength (e.g., 400 nm) in the visible light region, λ1 , in step S1, in order to expose a holographic diffraction grating corresponding to one wavelength λ1 in the visible light region onto the recording medium 124.
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。 Next, the information processing device 20 determines the direction of the signal collimated light 118 according to equation 26 (step S2). Note that the processing of steps S1 and S2 is the same as in the first embodiment.
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Δφ2及び記録媒体用ゴニオステージ150の回転角Δθ2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Δφ2及びΔθ2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Δφ2及びΔθ2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)。 In particular, in this embodiment, unlike the first embodiment, the information processing device 20 calculates the rotation angle Δφ2 of the signal beam rotation stage 115 and the rotation angle Δθ2 of the recording medium goniostage 150 based on the above-mentioned equations 31 and 32 in step S3, and then supplies a control signal to the stage drive circuit 130 based on the calculated rotation angles Δφ2 and Δθ2 in step S4 to adjust the rotation angles of the signal beam rotation stage 115 and the recording medium goniostage 150 to the calculated rotation angles Δφ2 and Δθ2 , and then adjusts the angle of the reference beam rotation stage 113 by processing similar to that in the first embodiment (steps S5 and 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Δy3と、参照光用直線移動ステージ121の移動量Δx4及びΔy4を算出する(ステップS7)。 In this embodiment, the information processing device 20 calculates the movement amount Δy3 of the cylindrical lens linear movement stage 120 and the movement amounts Δx4 and Δy4 of the reference light linear movement stage 121 in step S7, as in the first embodiment (step 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Δy0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Δx0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Δz0の算出処理を省略する構成となっている。 However, in this embodiment, unlike the first embodiment, the information processing device 20 is configured to execute processing to calculate the movement amount of the recording medium planar movement stage 140 in step S7 in addition to calculating the movement amounts of the linear movement stages 120 and 121. At this time, the information processing device 20 calculates the movement amount Δy0 of the recording medium planar movement stage 140 in the y-axis direction based on the above equation 27-1, and calculates the movement amount Δx0 of the recording medium planar movement stage 140 in the x-axis direction based on equation 33. Note that, since the manufacturing apparatus 10B of this embodiment is configured to omit the height adjustment stage 126, the information processing device 20 is configured to omit the processing to calculate the movement amount Δz0 of the height adjustment stage 126 in step S7.
このようにして、Δx0、Δy0、Δy3、Δx4及びΔy4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Δx0、Δy0、Δy3、Δx4及びΔy4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Δx0、y軸方向にΔy0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Δy3、(3)参照光用直線移動ステージ121をx軸方向にΔx4、y軸方向にΔy4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。 After calculating the values of Δx0 , Δy0 , Δy3 , Δx4 , and Δy4 in this manner, in this embodiment, unlike the first embodiment, the information processing device 20 outputs a control signal to the stage driving circuit 130 in step S8 based on the movement amounts Δx0 , Δy0 , Δy3 , Δx4 , and Δy4 calculated in step S7, and (1) moves the recording medium planar movement stage 140 in the x-axis direction by Δx0 and in the y-axis direction by Δy0 , and (2) moves the cylindrical lens linear movement stage 120 in the y-axis direction by Δy3 , and (3) moves the reference beam linear movement stage 121 in the x-axis direction by Δx4 and in the y-axis direction by Δy4 , thereby adjusting the positions of the recording medium 124, the reference beam plane mirror 114, and the cylindrical lens system 122 to the corresponding positions. In the manufacturing apparatus 10B of this embodiment, the height adjustment stage 126 is omitted, and therefore the height of the height adjustment stage 126 is not adjusted in step S8.
以上の手順により、製造装置10Bの光学系が波長λ1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λ1に対応する干渉縞を発生させて、波長λ1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)。 Once the optical system of manufacturing apparatus 10B is in a state that matches the exposure of the holographic diffraction grating corresponding to wavelength λ1 through the above procedure, information processing apparatus 20 outputs a control signal to light source 111 to irradiate source beam SB for a predetermined exposure time, thereby generating interference fringes corresponding to wavelength λ1 and exposing recording medium 124 to the holographic diffraction grating corresponding to wavelength λ1 (step 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λn=λn-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、λ1+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。 Next, the information processing device 20 determines whether exposure of the holographic diffraction gratings corresponding to all interference fringes to be multiplexed on the recording medium 124 (i.e., holographic diffraction gratings corresponding to all wavelengths) is complete (step S10). If it determines that exposure is not complete (step S10: No), it sets λ n = λ n-1 + Δλ to change the wavelength to be exposed by Δλ (step S11), returns the process to step S2, and repeats steps S2 to S9 to expose a holographic diffraction grating corresponding to the next wavelength (e.g., λ 1 + Δλ) on the recording medium 124.
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。 Then, the information processing device 20 determines whether exposure of the holographic diffraction gratings corresponding to all wavelengths has been completed (step S10), and repeats the processing of steps S2 to S11 described above until exposure of the holographic diffraction gratings corresponding to all wavelengths has been completed, ending the processing once exposure of the holographic diffraction gratings corresponding to all wavelengths has been completed. Note that the operations in steps S9 to S11 described above are the same as in the first embodiment, so details will be omitted.
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。 At this time, in the optical system of the manufacturing apparatus 10 of this embodiment, the positions and angles of the reference beam plane mirror 114, signal beam plane mirror 117, cylindrical lens system 122, and recording medium 124 are changed to match the wavelength of the holographic diffraction grating to be exposed, as shown in Figures 15 and 16, for example, and holographic diffraction gratings corresponding to this state (i.e., holographic diffraction gratings each having a different grating spacing and corresponding to a different wavelength) are sequentially exposed onto the recording medium 124, resulting in a holographic diffraction grating HG that achieves the desired function across the entire visible light range being exposed onto the recording medium 124.
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。 With the above configuration, the manufacturing apparatus 10B of this embodiment achieves the functions of the goniostage 116 and height adjustment stage 126 using the recording medium goniostage 150 alone, while adjusting the relative irradiation angles of the signal collimated light 118 and the cylindrical wave-like reference light 123 spreading from the line focus 127 relative to the recording medium 124 using the recording medium goniostage 150, allowing for multiple exposure of multiple holographic diffraction gratings, each with different grating spacings, onto the recording medium 124. This simplifies the apparatus configuration and enables the low-cost manufacture of holographic diffraction gratings HG that can achieve the desired function across the entire visible light range.
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。 In particular, assuming that adjustments will be made to the equipment when actually manufacturing the holographic diffraction grating HG, it is desirable for the laser light (i.e., signal light SL, signal collimated light 118, reference light RL, reference collimated light 119, etc.) to pass within the same plane as much as possible. For example, checking whether the laser light is traveling in a specified direction can be performed by first comparing the height from a reference position between two points separated by as much distance as possible. However, in a configuration such as the first embodiment, which combines the height adjustment stage 126 and goniostage 116 to adjust the irradiation angle of the signal collimated light 118 and cylindrical wave-like reference light 123 relative to the recording medium 124, the height in the z-axis direction through which the laser light passes changes, making it difficult to establish a reference position and potentially requiring severe adjustments. On the other hand, when the method of this embodiment is adopted, the center of the laser light always passes within the same plane, which facilitates adjustments when actually manufacturing the holographic diffraction grating HG.
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Δz0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。 Although the second embodiment described above employs a configuration in which the height adjustment stage 126 is omitted, it is also possible to provide the height adjustment stage 126 on the recording medium planar movement stage 140, and then provide the recording medium goniostage 150 on which the recording medium 124 is placed. In this case, the method for adjusting the height adjustment stage 126 is the same as in the first embodiment. A configuration may be adopted in which the movement amount Δz0 of the height adjustment stage 126 is calculated in step S7 based on Equation 27-2, and the height of the height adjustment stage 126 is adjusted in step S8 based on the calculation result. In the method of the second embodiment described above, the angle of the signal collimated light 118 in the z-axis direction must be adjusted during initial setup, which can make the initial setup difficult. However, with this configuration, the angle of the signal collimated light 118 in the z-axis direction does not need to be adjusted during initial setup, which can simplify the setup of the device.
[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。
[D] Third embodiment In the manufacturing apparatus 10A of the first embodiment described above, the height adjustment stage 126 on which the recording medium 124 is placed is provided on a linear movement stage 125 for the recording medium, and this linear movement stage 125 for the recording medium moves the position of the recording medium 124 in a predetermined direction (for example, the y-axis direction), while the height adjustment stage 126 moves the recording medium 124 in the z-axis direction, thereby adopting a configuration in which the recording medium 124 can be moved in two axial directions in accordance with the three-dimensional irradiation angle of the signal parallel light 118.
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。 In contrast, in this embodiment, the planar movement stage 140 for the recording medium used in the second embodiment is used instead of the linear movement stage 125 for the recording medium, and a height adjustment stage 126 on which the recording medium 124 is placed is provided on this planar movement stage 140 for the recording medium, thereby adopting a configuration in which the position of the recording medium 124 can be adjusted in the three axes of x, y, and z.
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Δy0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Δx0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Δz0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。 In this embodiment, the amount of movement Δy 0 in the y-axis direction of the planar moving stage 140 for recording medium is expressed by the above formula 27-1, and the amount of movement Δx 0 in the x-axis direction is expressed by the above formula 33, which is the same as in the second embodiment, and the amount of movement Δz 0 in the z-axis direction of the height adjustment stage 126 is expressed by the above formula 27-2, which is the same as in the first embodiment.
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λ1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。 7 and 8. In other words, in this embodiment, the information processing device 20 also executes the same processes as steps S1 to S6 in the first embodiment to adjust the angles of the signal beam rotary stage 115, the goniostage 116, and the reference beam rotary stage 113 to match the exposure of the holographic diffraction grating corresponding to λ1 .
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Δy0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Δx0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Δz0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Δy3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Δx4及びΔy4を算出する。 8, the information processing device 20 calculates (1) the movement amount of the linear movement stages 120 and 121, (2) the movement amount of the height adjustment stage 126, and (3) the movement amount of the recording medium planar movement stage 140. At this time, the information processing device 20 (a) calculates the movement amount Δy0 of the recording medium planar movement stage 140 in the y-axis direction based on the above equation 27-1, (b) calculates the movement amount Δx0 of the recording medium planar movement stage 140 in the x-axis direction based on equation 33, and (c) calculates the movement amount Δz0 of the height adjustment stage 126 based on equation 27-2. At this time, the information processing device 20 also (d) calculates the movement amount Δy3 of the cylindrical lens linear movement stage 120 based on equation 28, and (e) further calculates the movement amounts Δx4 and Δy4 of the reference beam linear movement stage 121 based on equation 29.
このようにして、Δx0、Δy0、Δz0、Δy3、Δx4及びΔy4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Δx0、Δy0、Δy3、Δx4及びΔy4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Δx0、y軸方向にΔy0移動させるとともに、(2)高さ調整ステージ126をΔz0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Δy3、(4)参照光用直線移動ステージ121をx軸方向にΔx4、y軸方向にΔy4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。 Having calculated the values of Δx0 , Δy0, Δz0 , Δy3 , Δx4 , and Δy4 in this manner, in step S8 the information processing device 20 of this embodiment outputs a control signal to the stage driving circuit 130 based on the movement amounts Δx0 , Δy0 , Δy3 , Δx4 , and Δy4 calculated in step S7, to (1) move the recording medium planar movement stage 140 by Δx0 in the x-axis direction and by Δy0 in the y-axis direction, and (2) move the height adjustment stage 126 by Δz0 . Also in step S8, the information processing device 20 (3) moves the cylindrical lens linear movement stage 120 by Δy3 in the y-axis direction, and (4) moves the reference beam linear movement stage 121 by Δx4 in the x-axis direction and Δy4 in the y-axis direction, thereby adjusting the positions of the recording medium 124, the reference beam plane mirror 114, and the cylindrical lens system 122 to the corresponding positions.
以上の方法により、製造装置10の光学系が所定波長λ1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λ1に対応する干渉縞を発生させて、波長λ1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)。 When the optical system of the manufacturing apparatus 10 reaches a state matching the exposure of the holographic diffraction grating corresponding to the predetermined wavelength λ1 by the above method, the information processing apparatus 20 outputs a control signal to the light source 111 to irradiate the source beam SB for a predetermined exposure time, thereby generating interference fringes corresponding to the wavelength λ1 , and exposing the holographic diffraction grating corresponding to the wavelength λ1 onto the recording medium 124 (step 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。 Then, the information processing device 20 determines whether exposure of the holographic diffraction gratings corresponding to all interference fringes to be multiple-exposed on the recording medium 124 has been completed (step S10). The information processing device 20 repeats the above steps S2 to S11 until exposure of the holographic diffraction gratings corresponding to all interference fringes (i.e., holographic diffraction gratings corresponding to all wavelengths) has been completed, and ends the process when exposure of the holographic diffraction gratings corresponding to all wavelengths has been completed. Note that the operations in the above steps S9 to S11 are the same as in the first embodiment, so details will be omitted.
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。 At this time, in the optical system of the manufacturing apparatus 10 of this embodiment, the positions and angles of the reference beam plane mirror 114, signal beam plane mirror 117, cylindrical lens system 122, and recording medium 124 are changed to match the wavelength of the holographic diffraction grating to be exposed, and the holographic diffraction grating corresponding to this state is sequentially exposed onto the recording medium 124, resulting in a holographic diffraction grating HG that achieves the desired function across the entire visible light range being exposed onto the recording medium 124.
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。 As described above, according to this embodiment, the position of the recording medium 124 can be adjusted in the three axes of x, y, and z. This makes it possible to adjust the position of the recording medium 124 with high precision according to the irradiation angle of the signal collimated light 118, thereby enabling the holographic diffraction grating HG to be manufactured with high precision.
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
1, 1A, 1B... Manufacturing system, 10, 10A, 10B... Manufacturing apparatus, 111... Light source, 112... Beam splitter, 113... Rotating stage for reference light, 114... Plane mirror for reference light, 115... Rotating stage for signal light, 116... Gonio stage, 117... Plane mirror for signal light, 118... Signal parallel light, 119... Reference parallel light, 120... Linear movement stage for cylindrical lens, 121... Linear movement stage for reference light, 122... Cylindrical lens, 123... Cylindrical wave-like reference light, 124... Recording Medium, 125...linear movement stage for recording medium, 126...height adjustment stage, 127...line focus, 130...stage drive circuit, 140...planar movement stage for recording medium, 150...goniostage for recording medium, 20...information processing device, SL...signal light, RL...reference light, 30...HMD, VL...image light, OL...external light, P...projector, HGLP...holographic light guide plate, HG...holographic diffraction grating, LE...light incident portion, L...lens, CL...cylindrical lens
Claims (9)
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三次元的に調整する信号光照射角調整手段を有し、発生させる前記干渉縞の間隔に応じて、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所定値ずつ変化させる一方、
前記参照光照射手段が、
(1)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するとともに、(2)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の記憶媒体に対する照射角度を、前記信号光の前記記録媒体に対する照射角度の変化に追随して調整し、当該照射角度調整後の参照光を前記記録媒体に照射させて、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、各々、曲率の異なる放物面筒形状を有する複数の層状の干渉縞が三次元的に積層された層構造を呈する前記干渉縞を、当該層の間隔を変化させながら複数発生させ、当該複数の干渉縞を前記記録媒体に多重露光させて、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が互いに重なり合って形成され、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とともに、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ホログラフィック光学素子を製造する、ことを特徴とするホログラフィック光学素子製造装置。 1. A holographic optical element manufacturing apparatus for manufacturing a holographic optical element by exposing a recording medium made of a photosensitive material having sensitivity to a predetermined wavelength range, comprising:
a light source that emits an exposure source beam of a single wavelength;
a beam splitter that splits the source beam into a signal beam and a reference beam;
a signal light irradiation means for irradiating the signal light onto the recording medium via a first optical path;
a reference light irradiating means for irradiating the recording medium with the reference light via a second optical path, thereby causing interference between the signal light irradiated by the signal light irradiating means and the reference light to generate interference fringes, and exposing the generated interference fringes to the recording medium;
and
The signal light irradiation means
a signal light irradiation angle adjusting means for three-dimensionally adjusting the irradiation angle of the signal light with respect to the recording medium, and changing the irradiation angle of the signal light with respect to the recording medium three-dimensionally by a predetermined value in accordance with the interval of the interference fringes to be generated;
The reference light irradiation means
(1) A reference beam irradiation angle adjusting means for adjusting the irradiation angle of the reference beam with respect to the recording medium is provided, and (2) a cylindrical lens having a curvature on one axis is provided, and after the reference beam is line-focused by the cylindrical lens, the irradiation angle of the reference beam spreading from the line focus with respect to the storage medium is adjusted in accordance with a change in the irradiation angle of the signal beam with respect to the recording medium, and the reference beam after the irradiation angle adjustment is irradiated onto the recording medium, and the relative irradiation angle of the reference beam with respect to the signal beam is changed , thereby forming a layer in which a plurality of layered interference fringes, each having a parabolic cylindrical shape with a different curvature , are three-dimensionally stacked. a holographic optical element manufacturing apparatus for manufacturing a holographic optical element, the apparatus comprising: a holographic optical element that, when irradiated with parallel light of a corresponding wavelength, diffracts the parallel light and produces a line focus; a holographic optical element that diffracts the parallel light and produces a line focus when irradiated with the parallel light of a corresponding wavelength ... of a corresponding wavelength and produces a line focus when irradiated with the parallel light of a corresponding wavelength; a holographic optical element that diffracts the parallel light of a corresponding wavelength and produces a line focus when irradiated with the parallel light of a corresponding wavelength;
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2に記載のホログラフィック光学素子製造装置。 The recording medium position adjusting means
a linear moving means for moving the recording medium linearly in a predetermined direction;
a recording medium height adjusting means for moving the recording medium in a height direction;
Equipped with
The signal light irradiation angle adjustment means
3. The holographic optical element manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the position of the recording medium is adjusted in accordance with the irradiation angle of the signal light adjusted by changing the irradiation angle of the signal light with respect to the recording medium in three dimensions.
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、前記記録媒体位置調整手段が、前記記録媒体の位置を調整する請求項2に記載のホログラフィック光学素子製造装置。 The recording medium position adjusting means
a recording medium plane moving means for moving the recording medium two-dimensionally within a predetermined plane;
a recording medium height adjusting means for moving the recording medium in a height direction;
Equipped with
The signal light irradiation angle adjustment means
3. The holographic optical element manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the recording medium position adjustment means adjusts the position of the recording medium in accordance with the irradiation angle of the signal light adjusted by three-dimensionally changing the irradiation angle of the signal light with respect to the recording medium.
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2に記載のホログラフィック光学素子製造装置。 The recording medium position adjusting means
a recording medium plane moving means for moving the recording medium two-dimensionally within a predetermined plane;
a recording medium tilt angle changing means for changing the tilt of the recording medium;
Equipped with
The signal light irradiation angle adjustment means
The irradiation angle of the signal light with respect to the recording medium is changed two-dimensionally, and
The reference beam irradiation angle adjusting means
adjusting an irradiation angle of the reference beam with respect to the recording medium in accordance with the adjusted irradiation angle of the signal beam;
The recording medium tilt angle changing means
3. The holographic optical element manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the tilt of the recording medium is changed in accordance with the irradiation angles of the signal light and the reference light, thereby changing the relative irradiation angles of the signal light and the reference light with respect to the recording medium in three dimensions.
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5に記載のホログラフィック光学素子製造装置。 The recording medium position adjusting means
6. The holographic optical element manufacturing apparatus according to claim 5, further comprising a recording medium height adjustment means for moving the recording medium in a height direction.
前記記録媒体に対する前記信号光の照射角度を、発生させる前記干渉縞の間隔に応じて、三次元的に所定値ずつ変化させるとともに、一軸に曲率を有する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の前記記録媒体に対する照射角度を、前記信号光の前記記録媒体に対する照射角度の変化に追随して調整しつつ、当該照射角度調整後の参照光を前記記録媒体に照射させることにより、当該参照光と前記三次元的に角度調整された信号光を干渉させ、各々、曲率の異なる放物面筒形状を有する複数の層状の干渉縞が三次元的に積層された層構造を呈する前記干渉縞を、当該層の間隔を変化させながら複数発生させ、当該複数の干渉縞を前記記録媒体に多重露光させて、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が互いに重なり合って形成され、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とともに、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ホログラフィック光学素子を製造する、ことを特徴とするホログラフィック光学素子製造方法。 A method for manufacturing a holographic optical element, comprising: irradiating a recording medium made of a photosensitive material having sensitivity to a predetermined wavelength region with signal light and reference light, each of which is generated by splitting a source beam of a single wavelength, along different optical paths, thereby causing the signal light and the reference light to interfere with each other, and exposing the recording medium to interference fringes generated by the interference, thereby manufacturing a holographic optical element, the method comprising:
The irradiation angle of the signal light with respect to the recording medium is changed three-dimensionally by a predetermined value increments according to the intervals of the generated interference fringes, and the reference light is line-focused by a cylindrical lens having a curvature on one axis. Then, the irradiation angle of the reference light spreading from the line focus with respect to the recording medium is adjusted in accordance with the change in the irradiation angle of the signal light with respect to the recording medium, and the reference light after the irradiation angle adjustment is irradiated onto the recording medium, thereby causing interference between the reference light and the signal light whose angle has been adjusted three-dimensionally , and a plurality of layered interference fringes each having a parabolic cylindrical shape with a different curvature are three-dimensionally stacked. a method for manufacturing a holographic optical element, the method comprising: generating a plurality of interference fringes exhibiting a layer structure while changing the spacing between the layers; multiplexing the plurality of interference fringes onto the recording medium to form a plurality of holographic diffraction gratings each having a different grating spacing and grating curved surface, the plurality of holographic diffraction gratings having a layer structure in which layers each having a different refractive index are stacked three-dimensionally; and having a different number of layers according to a corresponding wavelength, the method comprising manufacturing a holographic optical element that, when irradiated with parallel light of the corresponding wavelength, diffracts the parallel light and line-focuses the light.
9. The method for manufacturing a holographic optical element according to claim 8, wherein the relative irradiation angles of the signal beam and the reference beam with respect to the recording medium are changed three-dimensionally by changing the position and tilt of the recording medium according to the irradiation angle of the signal beam.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019090256 | 2019-05-11 | ||
| JP2019090256 | 2019-05-11 | ||
| JP2020083205A JP7537053B2 (en) | 2019-05-11 | 2020-05-11 | HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT, HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT MANUFACTURING APPARATUS, AND HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT MANUFACTURING METHOD |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020083205A Division JP7537053B2 (en) | 2019-05-11 | 2020-05-11 | HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT, HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT MANUFACTURING APPARATUS, AND HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT MANUFACTURING METHOD |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024075748A JP2024075748A (en) | 2024-06-04 |
| JP7770705B2 true JP7770705B2 (en) | 2025-11-17 |
Family
ID=73222529
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020083205A Active JP7537053B2 (en) | 2019-05-11 | 2020-05-11 | HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT, HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT MANUFACTURING APPARATUS, AND HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT MANUFACTURING METHOD |
| JP2024049429A Active JP7770705B2 (en) | 2019-05-11 | 2024-03-26 | Holographic optical element manufacturing apparatus and holographic optical element manufacturing method |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020083205A Active JP7537053B2 (en) | 2019-05-11 | 2020-05-11 | HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT, HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT MANUFACTURING APPARATUS, AND HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT MANUFACTURING METHOD |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JP7537053B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112540526B (en) * | 2020-12-29 | 2025-09-19 | 北京灵犀微光科技有限公司 | Holographic optical element recording system and method, near-eye display system and method |
| CN114397720B (en) * | 2021-12-23 | 2022-08-05 | 北京灵犀微光科技有限公司 | Method for manufacturing multifocal lens and near-to-eye display device |
| WO2026042569A1 (en) * | 2024-08-19 | 2026-02-26 | 国立大学法人徳島大学 | Hologram recording device and hologram recording method |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008299043A (en) | 2007-05-31 | 2008-12-11 | Konica Minolta Holdings Inc | Hologram optical element, its manufacturing method, and video display apparatus |
| WO2017176389A1 (en) | 2016-04-06 | 2017-10-12 | Akonia Holographics Llc | Wide field-of-view holographic skew mirrors |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06130318A (en) * | 1992-10-20 | 1994-05-13 | Fujitsu Ltd | Head up display device |
| JP3873892B2 (en) * | 2003-01-22 | 2007-01-31 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | Video display device |
| JP6696236B2 (en) * | 2016-03-14 | 2020-05-20 | セイコーエプソン株式会社 | Display device and light guide device |
-
2020
- 2020-05-11 JP JP2020083205A patent/JP7537053B2/en active Active
-
2024
- 2024-03-26 JP JP2024049429A patent/JP7770705B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008299043A (en) | 2007-05-31 | 2008-12-11 | Konica Minolta Holdings Inc | Hologram optical element, its manufacturing method, and video display apparatus |
| WO2017176389A1 (en) | 2016-04-06 | 2017-10-12 | Akonia Holographics Llc | Wide field-of-view holographic skew mirrors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024075748A (en) | 2024-06-04 |
| JP2020187356A (en) | 2020-11-19 |
| JP7537053B2 (en) | 2024-08-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7770705B2 (en) | Holographic optical element manufacturing apparatus and holographic optical element manufacturing method | |
| US20240418987A1 (en) | Methods and systems for generating virtual content display with a virtual or augmented reality apparatus | |
| TWI839351B (en) | Display device | |
| US10838360B2 (en) | Variable shear with volume holograms | |
| US10409069B2 (en) | Display device and light guide device | |
| CN108885347B (en) | Pupil expansion | |
| JP2021509736A (en) | Methods for processing optical waveguides | |
| CN115516365A (en) | thin waveguide imager | |
| JP2017528739A (en) | Diffractive optical waveguide device for enlarging the exit pupil | |
| JP2013522667A (en) | Diffraction type combiner for head-up color display | |
| KR101560617B1 (en) | Light Generating Apparatus and Method For Controlling the Same | |
| US10871601B2 (en) | Volume holographic optical elements for imaging with reduced aberrations | |
| US20160313559A1 (en) | Method for manufacturing diffractive optic element and image display device | |
| JP2017194547A (en) | Method of manufacturing holographic optical element, and exposure optical devices | |
| US20240295702A1 (en) | Wave front manipulator with diffractive components | |
| JP2025536600A (en) | Ultra-compact optical system for 3D imaging | |
| JP6259858B2 (en) | Method for manufacturing holographic optical element and display device including holographic optical element by this method | |
| CN114415276B (en) | Exposure apparatus and near-to-eye display apparatus | |
| KR20220114407A (en) | Beam expending film and holographic display apparatus including the same | |
| US20210356745A1 (en) | Method for producing a holographic optical element (hoe), which is provided for projection in a projection system, a holographic optical element of this kind, projection device, lens for data glasses and data glasses of this kind | |
| US12498669B2 (en) | Method and system for simultaneous recording of superimposed holographic gratings for augmented reality devices (variants) | |
| JP2018077330A (en) | Diffraction element and method of manufacturing diffraction element | |
| JP2002162524A (en) | Optical fiber having display function and method of manufacturing the same | |
| US20240176291A1 (en) | Volumetric holographic data storage devices and volumetric holograms | |
| JP2010066762A (en) | Three-dimensional color display device and three-dimensional color display method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240326 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20241129 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250107 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20250310 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250430 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250527 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20250725 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250926 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20251007 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20251028 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7770705 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |