JP2002040219A - Computer hologram, reflection plate using computer hologram, reflection type liquid crystal display device using computer hologram - Google Patents

Computer hologram, reflection plate using computer hologram, reflection type liquid crystal display device using computer hologram

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JP2002040219A
JP2002040219A JP2000219582A JP2000219582A JP2002040219A JP 2002040219 A JP2002040219 A JP 2002040219A JP 2000219582 A JP2000219582 A JP 2000219582A JP 2000219582 A JP2000219582 A JP 2000219582A JP 2002040219 A JP2002040219 A JP 2002040219A
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light
hologram
liquid crystal
computer generated
crystal display
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JP2000219582A
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Japanese (ja)
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Daijiro Kodama
大二郎 児玉
Mitsuru Kitamura
満 北村
Tomotsune Hamano
智恒 浜野
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Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate the problem that according to a conventional interference method, diffraction efficiency is low, it is difficult to increase the depth of ruggedness and deep ruggedness is hardly obtained in a copying stage even if a prototype of deep ruggedness can be obtained and to eliminate the conventional problem that the rugged surface of a hologram is hardly adhered closely to the rear side surface of a light transmitting type display element and a light reflective layer along the ruggedness of the surface of the hologram is hardly formed while the thickness is kept constant. SOLUTION: Ruggedness (=blaze) having a tooth-shaped sectional plane is formed on the rear side surface of a transparent plate having high refractive index in such a manner that d=λ/2n is satisfied, when the wavelength of standard light, the refractive index of light of the transparent plate and the depth of the ruggedness are defined as λ, n and d, respectively, or d=λ(N-1)/2nN is satisfied, when the sectional plane is formed as a ruggedness having the tooth-shape and steps having the number of steps of N.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、回折効率が優れた
計算機ホログラム、その計算機ホログラムを利用した反
射板、および、そのような反射板を用いた反射型液晶表
示装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a computer generated hologram having excellent diffraction efficiency, a reflection plate using the computer generated hologram, and a reflection type liquid crystal display device using such a reflection plate.

【0002】[0002]

【従来の技術】表面に凹凸を有するホログラムとして、
レインボーホログラムが知られている。レインボーホロ
グラムは、物体光と参照光とを干渉させ、得られた干渉
縞の光の強度分布を記録材に濃淡として記録し、その
後、漂白処理により濃淡を凹凸に変換したものである。
また、スリットを設ける事によって、縦方向の視差を犠
牲にして、横方向に限って視差情報を記録している。
2. Description of the Related Art As a hologram having an uneven surface,
Rainbow holograms are known. The rainbow hologram is obtained by causing object light and reference light to interfere with each other, recording the intensity distribution of the light of the obtained interference fringes on a recording material as light and shade, and then converting the light and shade into unevenness by a bleaching process.
By providing a slit, parallax information is recorded only in the horizontal direction at the expense of vertical parallax.

【0003】しかし、上記のレインボーホログラムにお
いては、干渉縞の光の強度分布を、そのまま凹凸として
記録したものであるので、1次光以外の、0次光、2次
光、およびその他の高次光に由来する干渉縞も記録され
ているため、回折光の強度の強い角度で観察しても、1
次光の回折効率は最大で30%程度であり、十分とは言
えない。
However, in the above-mentioned rainbow hologram, the intensity distribution of the light of the interference fringes is recorded as unevenness, so that it can be converted to 0-order light, secondary light, and other high-order light other than the primary light. Since the interference fringes are also recorded, even if observed at an angle where the intensity of the diffracted light is strong, 1
The diffraction efficiency of the secondary light is about 30% at the maximum, which is not sufficient.

【0004】回折効率の向上は、凹凸の深さを増すこと
により実現されることが予想されるものの、上記の方法
によっては、凹凸の深さとして、せいぜい回折光の波長
の1/2程度のものしか得られない上、深い凹凸の原型
が得られたとしても、複製工程において、深い凹凸を再
現することは難しかった。
Although it is expected that the improvement of the diffraction efficiency can be realized by increasing the depth of the unevenness, depending on the above method, the depth of the unevenness is at most about 1/2 of the wavelength of the diffracted light. In addition, it was difficult to reproduce the deep irregularities in the duplication process, even if a prototype having deep irregularities was obtained.

【0005】また、得られた上記のホログラムの凹凸を
有する側を光透過型の表示素子の背面に密着させるのは
困難である。さらに、表面の凹凸に沿って光反射性層を
形成する際には、厚みのムラがあるとホログラムの性能
を損なうが、厚みを一定に保って、表面の凹凸に沿った
光反射性層を形成するのは難しかった。
It is also difficult to make the side of the obtained hologram having irregularities adhere to the back surface of the light transmission type display element. Furthermore, when forming a light-reflective layer along the surface irregularities, unevenness in the thickness impairs the performance of the hologram, but the thickness is kept constant, and the light-reflective layer along the surface irregularities is maintained. It was difficult to form.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明におい
ては、従来技術において、光回折効率が低かった点、光
回折効率を向上させようとして凹凸の深さを増すことが
困難であった点、深い凹凸の原型が得られたとしても、
複製工程において、深い凹凸を得ることが難しかった
点、ホログラムの凹凸面を光透過型の表示素子の背面に
密着させるのは困難であった点、および厚みを一定に保
って、ホログラムの表面の凹凸に沿った光反射性層を形
成するのが難しかった点を解消しようとするものであ
る。
Therefore, in the present invention, in the prior art, the point that the light diffraction efficiency was low, the point that it was difficult to increase the depth of unevenness in order to improve the light diffraction efficiency, Even if a prototype with deep irregularities is obtained,
In the copying process, it was difficult to obtain deep irregularities, it was difficult to make the irregular surface of the hologram adhere to the back surface of the light transmission type display element, and the thickness of the surface of the hologram was kept constant. An object of the present invention is to eliminate the difficulty in forming a light-reflective layer along irregularities.

【0007】[0007]

【課題を解決する手段】検討の結果、光の屈折率が空気
よりも高い透明板を素材として、その背面に、断面が鋸
歯状の凹凸(=ブレーズ)を、基準となる光の波長を
λ、透明板の光の屈折率をnとするとき、凹凸の深さd
が1/2波長分に相当するよう構成した、即ち、d=λ
/2nであるよう構成した計算機ホログラムが、回折効
率、原型の製造および複製、ならびに用途面における従
来技術の欠点を、いずれも解消し得る事が判明し、本発
明に至った。
As a result of the study, a transparent plate having a higher refractive index of light than air is used as a material, and on the back surface thereof, a saw-tooth-shaped unevenness (= blaze) is formed, and the wavelength of the reference light is set to λ. When the refractive index of light of the transparent plate is n, the depth d of the unevenness is
Is equivalent to 波長 wavelength, that is, d = λ
It has been found that a computer generated hologram configured to be / 2n can eliminate the disadvantages of the prior art in terms of diffraction efficiency, production and duplication of a prototype, and application, all of which have led to the present invention.

【0008】第1の発明は、透明板の背面に、断面が鋸
歯状の凹凸が形成されており、前記凹凸の深さdは、基
準となる光の波長λ、前記透明板を構成する素材の光の
屈折率をnとするとき、d=λ/2nであることを特徴
とする計算機ホログラムに関するものである。第2の発
明は、透明板の背面に、断面が鋸歯状の凹凸が段数Nの
段差を有して形成されており、前記凹凸の深さdは、基
準となる光の波長λ、前記透明板を構成する素材の光の
屈折率をnとするとき、d=λ(N−1)/2nNであ
ることを特徴とする計算機ホログラムに関するものであ
る。第3の発明は、第1または第2の発明において、前
記透明板の背面に形成された前記凹凸に沿って光反射性
層が積層されていることを特徴とする計算機ホログラム
に関するものである。第4の発明は、第1〜第3いずれ
かの発明において、前記透明板の前面が、反射防止処理
されていることを特徴とする計算機ホログラムに関する
ものである。第5の発明は、請求項1〜4いずれか記載
の要件を有することを特徴とする計算機ホログラムを用
いた反射板に関するものである。第6の発明は、第5の
発明において、前記透明板の前面に、透明接着剤層が積
層されているとことを特徴とする反射板に関するもので
ある。第7の発明は、請求項5記載の反射板の前記前面
が、液晶表示装置の背面に、密着したことを特徴とする
反射型液晶表示装置に関するものである。第8の発明
は、請求項6記載の反射板の前記前面が、液晶表示装置
の背面に前記透明接着剤層を介して積層されたことを特
徴とする反射型液晶表示装置に関するものである。第9
の発明は、第7または第8の発明において、前記液晶表
示素子および前記反射板における前記透明板の各々の光
の屈折率がほぼ同じであるか、または、前記液晶表示素
子、前記透明接着剤層、および前記反射板における前記
透明板の各々の光の屈折率がほぼ同じであることを特徴
とする反射型液晶表示装置に関するものである。第10
の発明は、請求項5記載の計算機ホログラムが、前記液
晶表示装置の液晶層と背面基板との間に、前記計算機ホ
ログラムの前面が前記液晶層側となるよう配置されてい
ることを特徴とする反射型液晶表示装置に関するもので
ある。第11の発明は、請求項5記載の反射板の前記前
面が、光透過性の表示装置の背面に、密着したことを特
徴とする反射型表示装置に関するものである。
According to a first aspect of the present invention, irregularities having a sawtooth cross section are formed on the back surface of the transparent plate, and the depth d of the irregularities is a reference wavelength of light λ and a material constituting the transparent plate. Where d is λ / 2n, where n is the refractive index of the light. According to a second aspect of the present invention, on the rear surface of the transparent plate, irregularities having a saw-tooth cross section are formed with a number of steps N, and the depth d of the irregularities is a reference light wavelength λ, the transparent The present invention relates to a computer generated hologram characterized in that d = λ (N−1) / 2nN, where n is the refractive index of light of a material constituting the plate. A third invention relates to a computer generated hologram according to the first or second invention, wherein a light-reflective layer is laminated along the irregularities formed on the back surface of the transparent plate. A fourth invention relates to a computer generated hologram according to any one of the first to third inventions, wherein a front surface of the transparent plate is subjected to an antireflection treatment. A fifth invention relates to a reflector using a computer generated hologram, which has the features of any one of claims 1 to 4. A sixth invention is directed to the reflector according to the fifth invention, wherein a transparent adhesive layer is laminated on a front surface of the transparent plate. A seventh invention relates to a reflection type liquid crystal display device, wherein the front surface of the reflection plate according to claim 5 is in close contact with the back surface of the liquid crystal display device. An eighth invention relates to a reflection type liquid crystal display device, wherein the front surface of the reflection plate according to claim 6 is laminated on the back surface of the liquid crystal display device via the transparent adhesive layer. Ninth
In the seventh or eighth invention, the liquid crystal display element and the reflection plate have substantially the same refractive index of light in the transparent plate, or the liquid crystal display element and the transparent adhesive The present invention relates to a reflection type liquid crystal display device, wherein the refractive index of each light of the transparent plate in the layer and the reflection plate is substantially the same. Tenth
The computer hologram according to claim 5, wherein the computer hologram is disposed between the liquid crystal layer of the liquid crystal display device and the rear substrate such that the front surface of the computer hologram is on the liquid crystal layer side. The present invention relates to a reflection type liquid crystal display device. An eleventh invention relates to a reflection type display device, wherein the front surface of the reflection plate according to claim 5 is in close contact with the back surface of a light transmissive display device.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図1(a)は、透明板の下面に計
算機ホログラムの凹凸22aを有するホログラム層22
からなる計算機ホログラム1を示し、凹凸22aは、透
明板に対して斜面をなす部分22bと、透明板に対して
垂直な部分22cとからなる断面が鋸歯状の溝からなっ
ており(いわゆるブレーズ型)、透明板に垂直な方向で
見たときの深さdを有するものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1A shows a hologram layer 22 having computer hologram irregularities 22a on the lower surface of a transparent plate.
The hologram 1 has a concave-convex portion 22a in which a cross section including a portion 22b forming an inclined surface with respect to the transparent plate and a portion 22c perpendicular to the transparent plate has a sawtooth-shaped groove (so-called blaze type). ), Having a depth d when viewed in a direction perpendicular to the transparent plate.

【0010】この計算機ホログラム1には、凹凸22a
の下面に沿って、光反射性層24が積層されているの
で、図面の上方の空中より入射した入射光3は、ホログ
ラム層22と光反射性層24との界面で反射し(4)、
再び空中に出射する。このように入射して出射する光の
ホログラム22内での光路長は、最大で、凹凸の深さd
の2n倍(nは媒質、即ち透明板の光の屈折率)の差違
を生じ、この光路長の差違が入射光の波長λと一致した
ときが回折効率が最大となる。従って、λ=2ndであ
り、言い換えれば、d=λ/2nである。
The computer generated hologram 1 has irregularities 22a.
The light-reflective layer 24 is laminated along the lower surface of the light-receiving layer, so that the incident light 3 incident from the air above the drawing is reflected at the interface between the hologram layer 22 and the light-reflective layer 24 (4),
It is emitted into the air again. The optical path length in the hologram 22 of the light that enters and exits in this manner has a maximum depth d of unevenness.
(N is the medium, that is, the refractive index of light of the transparent plate), and the diffraction efficiency is maximized when the difference in optical path length matches the wavelength λ of the incident light. Therefore, λ = 2nd, in other words, d = λ / 2n.

【0011】図1(b)は、計算機ホログラムの鋸歯状
の凹凸22aの溝の断面形状が、滑らかな線で構成され
た鋸歯状ではなく、鋸歯の斜辺が、透明板に平行な部分
22bと、透明板に対して垂直な部分22cとが、繰返
して形成された段数4の階段状に形成されたもの(いわ
ゆるバイナリ型)を示す。ここで、段数(N)は、高さ
の異なるすべての段の数を数えた数であり、段差の数は
N−1である。この階段状に形成された溝からなる凹凸
22aは、図1(b)中、一点鎖線で示す、深さd’の
想定上の鋸歯状の凹凸22a’と同等の回折作用をなす
ので、凹凸22a’に関しては、λ=2nd’であると
きに、光の干渉が起きる。言い換えれば、d’=λ/2
nである。
FIG. 1B shows that the cross section of the groove of the sawtooth-shaped irregularities 22a of the computer generated hologram is not a sawtooth formed by a smooth line, but that the oblique side of the sawtooth has a portion 22b parallel to the transparent plate. And a portion 22c perpendicular to the transparent plate is formed in a repetitively formed stepped shape with four steps (so-called binary type). Here, the number of steps (N) is a number obtained by counting the number of all steps having different heights, and the number of steps is N-1. The unevenness 22a formed of the step-shaped groove has the same diffraction effect as the assumed saw-toothed unevenness 22a 'having a depth d' shown by a dashed line in FIG. Regarding 22a ′, when λ = 2nd ′, light interference occurs. In other words, d ′ = λ / 2
n.

【0012】しかし、計算機ホログラムの鋸歯状の凹凸
22aが、階段状に形成された溝である場合の実際の深
さdは、想定上のd’よりも1段分浅く、想定上のd’
に対し、d=d’×{(N−1)/N}=(λ/2n)
×{(N−1)/N}となるので、結局、d=λ(N−
1)/2nNとなる。従って、鋸歯状の凹凸が段数Nの
階段状に形成された場合には、図1(a)に示すよう
な、滑らかな断面形状の凹凸にくらべて、1/Nだけ浅
くても、同等の回折作用をなす計算機ホログラムが得ら
れる。
However, when the sawtooth-shaped irregularities 22a of the computer generated hologram are grooves formed in steps, the actual depth d is one step smaller than the assumed d ', and the assumed d'.
Where d = d ′ × {(N−1) / N} = (λ / 2n)
× {(N-1) / N}, so that d = λ (N−
1) / 2nN. Therefore, in the case where the saw-tooth-shaped unevenness is formed in a step-like shape with the number N of steps, the same level of unevenness even if it is shallow by 1 / N compared to the unevenness with a smooth cross-sectional shape as shown in FIG. A computer generated hologram having a diffractive effect is obtained.

【0013】上記のブレーズ型、およびバイナリ型のい
ずれの計算機ホログラムにおいても、深さdは、ホログ
ラム層22を構成する透明板の光の屈折率nに反比例す
るので、光の屈折率の大きい素材を使用することによ
り、深さdを浅くすることが可能になる。仮に、光の屈
折率が1.4であるアクリル樹脂を使用して構成された
ブレーズ型の計算機ホログラムの場合、基準波長を50
0nmとすると、d=500nm/(2×1.4)≒1
80nmである。仮に、同じブレーズ型の計算機ホログ
ラムの下方から光を入射する場合には、媒質が空気(n
=1)であるため、d=500nm/2=250nmと
なり、上方から光を入射して使用する場合にくらべ、深
さが40%弱、増加し、凹凸原型の製造、および複製が
より困難になる。
In each of the blazed and binary computer-generated holograms, the depth d is inversely proportional to the refractive index n of the light of the transparent plate forming the hologram layer 22. Is used, the depth d can be reduced. For example, in the case of a blazed computer hologram formed using an acrylic resin having a light refractive index of 1.4, the reference wavelength is set to 50.
Assuming 0 nm, d = 500 nm / (2 × 1.4) ≒ 1
80 nm. If light is incident from below the same blazed computer hologram, the medium is air (n
= 1), d = 500 nm / 2 = 250 nm, and the depth is slightly less than 40%, which is greater than when light is incident from above, and it is more difficult to manufacture and duplicate the concave and convex prototype. Become.

【0014】上記の計算機ホログラムとしては、様々な
ものが適用可能で、例えば、(1)特開平11−187
316号に基づいて得られた計算機ホログラム、もしく
は(2)特開平11−296054号に基づいて得られ
た計算機ホログラム、または(3)これら(1)、もし
くは(2)の計算機ホログラムを前提とし、特願200
0−159914号に基づいて得られる、所望の観察領
域で白色に観察可能な計算機ホログラムである。これら
(1)、(2)、もしくは(3)の計算機ホログラム
は、全面が一つのホログラムを形成してもよいが、全面
を同じ微小な要素ホログラムが密に配列されたものであ
ってもよい。
Various kinds of computer holograms can be applied as the above-mentioned computer hologram. For example, (1) JP-A-11-187
The computer hologram obtained based on No. 316, or (2) the computer generated hologram obtained based on Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-296054, or (3) the computer generated hologram of (1) or (2) above, Japanese Patent Application 200
It is a computer generated hologram obtained based on No. 0-159914 and observable in white in a desired observation area. The computer generated hologram of (1), (2), or (3) may form a single hologram on the entire surface, or may be one in which the same minute element holograms are densely arranged on the entire surface. .

【0015】図2に示す計算機ホログラム1は、後者の
例であって、各々が計算機ホログラムである微小な要素
ホログラム2が、平面状に密に並べられた、複合された
計算機ホログラム、もしくは計算機ホログラムが複眼状
になったものである。
A computer generated hologram 1 shown in FIG. 2 is an example of the latter. A composite computer generated hologram or a computer generated hologram in which minute element holograms 2 each being a computer generated hologram are densely arranged in a plane. Is a compound eye.

【0016】図2(a)に示す計算機ホログラム1は、
要素ホログラム2の各々が正方形であり、縦横の格子状
配列(アレー状配列とも言う。)としたものであるが、
図2(b)に示すように、要素ホログラム2が正方形で
あっても、二番目、四番目等の複数番目の行を横方向に
半ピッチずつずらした配列でもよい。あるいは図2
(c)に示すように、要素ホログラム2が縦長の長方形
であり、横に密に並べたものであってもよい。
The computer generated hologram 1 shown in FIG.
Each of the element holograms 2 has a square shape and is arranged in a vertical and horizontal lattice-like array (also referred to as an array-like array).
As shown in FIG. 2B, the element hologram 2 may be a square, or an array in which the second, fourth, etc. rows are shifted by half a pitch in the horizontal direction. Or Figure 2
As shown in (c), the element holograms 2 may be vertically long rectangles and may be densely arranged horizontally.

【0017】図1を引用して説明したいずれの計算機ホ
ログラム1においても、計算機ホログラム1内の隣り合
う要素ホログラム2どうしは、すべて同じものであり、
即ち、すべてが、反射光または透過光に対し同じ位相を
与える光路長を有しているものである。このような計算
機ホログラム1は、後に述べるように、要素ホログラム
2の製造に必要な条件を与えて行なう加工を、ホログラ
ム1を構成する素材に直接、もしくはホログラム1を与
えるための凹凸型に対して、位置をずらしながら反復し
て行なうことにより、製造装置の負担を軽減するのに適
した構造となっている。
In any one of the computer generated holograms 1 described with reference to FIG. 1, adjacent element holograms 2 in the computer generated hologram 1 are all the same.
That is, all have an optical path length that gives the same phase to reflected light or transmitted light. As will be described later, such a computer generated hologram 1 is processed by giving conditions necessary for manufacturing the element hologram 2 directly to a material constituting the hologram 1 or to a concave / convex pattern for giving the hologram 1. By repeating the operation while shifting the position, the structure is suitable for reducing the load on the manufacturing apparatus.

【0018】ところで、要素ホログラム2は、全く同じ
一種類のものを配列するのに限られることはない。図3
(a)に示すように、反射光または透過光に対し異なる
位相を与える光路長を有した、二種類の微小な要素ホロ
グラム2a、および2bが、例えば、一方の要素ホログ
ラム2aが一つおきに行の横方向に繰り返して配列さ
れ、他方の要素ホログラム2bが、要素ホログラム2a
が配列された間を埋めて配列されたものであり、本発明
における要素ホログラム2は、このような異なる要素ホ
ログラム2aおよび2bの組(=セット)であってもよ
い。なお、この組を構成する要素ホログラム2a、およ
び2bは、図3(a)に示すように左右の横方向に並ぶ
以外に、上下の縦方向に並んでいてもよい。
Incidentally, the element holograms 2 are not limited to arranging exactly the same kind. FIG.
As shown in (a), two kinds of minute element holograms 2a and 2b having an optical path length that gives different phases to reflected light or transmitted light, for example, every other one of element holograms 2a The other element hologram 2b is repeatedly arranged in the horizontal direction of the row, and the other element hologram 2a
Are arranged so as to fill in the arrangement, and the element hologram 2 in the present invention may be a set (= set) of such different element holograms 2a and 2b. In addition, the element holograms 2a and 2b constituting this set may be arranged in the vertical direction in addition to the horizontal direction as shown in FIG. 3A.

【0019】このほか、図3(b)に示すように、要素
ホログラム2が、三種類の要素ホログラム2a、2b、
および2cの組であってもよく、あるいは、図3(c)
に示すように、要素ホログラム2が、一方の要素ホログ
ラム2aが他方の要素ホログラム2bにより囲まれた配
列による組であってもよい。このように、要素ホログラ
ム2が複数の要素ホログラムの組からなっている計算機
ホログラム1は、複数の要素ホログラム2a、2b等の
各々の特性を兼ね備えたものとすることができる。図3
に示すような計算機ホログラム1も、図2に示すような
計算機ホログラム1と同様、後に述べるように、要素ホ
ログラム2の製造に必要な条件を与えて行なう加工を、
ホログラム1を構成する素材に直接、もしくはホログラ
ム1を与えるための凹凸型に対して、位置をずらしなが
ら反復して行なうことにより、製造装置の負担を軽減す
るのに適した構造となっている。
In addition, as shown in FIG. 3B, the element hologram 2 is composed of three types of element holograms 2a, 2b,
And 2c, or FIG. 3 (c)
As shown in (1), the element hologram 2 may be a set of an array in which one element hologram 2a is surrounded by the other element hologram 2b. As described above, the computer generated hologram 1 in which the element hologram 2 is composed of a plurality of element holograms can have characteristics of each of the plurality of element holograms 2a and 2b. FIG.
The computer generated hologram 1 as shown in FIG. 2 is also processed by giving conditions necessary for manufacturing the element hologram 2 as described later, similarly to the computer generated hologram 1 shown in FIG.
The structure is suitable for reducing the load on the manufacturing apparatus by repeatedly performing the process while shifting the position directly on the material forming the hologram 1 or on the concavo-convex mold for giving the hologram 1.

【0020】以上において、要素ホログラム2の形状
は、正方形や長方形の四角形に限ることなく、他の多角
形であってもよい。密に並べるには、三角形の要素ホロ
グラム2を隣どうしで上下が逆になるように並べてもよ
いし、六角形の要素ホログラムであれば、図2(b)に
示したように、上下の行で、横方向に半ピッチずつずら
せばよい。あるいは、要素ホログラム2を八角形のもの
と八角形の一辺と同じ辺の長さを持つ正方形とで構成す
れば異なる形の二種類の要素ホログラムの組で、密な配
列をすることができる。
In the above, the shape of the element hologram 2 is not limited to a square or a rectangle, but may be another polygon. To arrange them densely, the triangular element holograms 2 may be arranged next to each other so that they are upside down, or if they are hexagonal element holograms, as shown in FIG. Then, it may be shifted by half a pitch in the horizontal direction. Alternatively, if the element holograms 2 are composed of an octagonal shape and a square having the same side length as one side of the octagon, a dense arrangement can be made by a set of two types of element holograms having different shapes.

【0021】本発明の計算機ホログラム1は、特に大き
さが限定されるものではないが、例えば、縦横の大きさ
が1cm程度から数十cm程度のものであり、また、各
要素ホログラム2は、上記したようないずれの形態であ
るにせよ、例えば、数十μmから1mm程度のものであ
る。一例として、5cm×5cmの大きさの計算機ホロ
グラム1の場合、要素ホログラム2が250μm×25
0μmの大きさとすると、要素ホログラム2の大きさは
計算機ホログラム1全体の1/40,000である。な
お、本発明の計算機ホログラム1において、要素ホログ
ラム2が密に並べられたとは、必ずしも隙間なく密着し
て並べられてなくても、実質上、接近して配置された状
態であれば、密に並べられたとする。
Although the size of the computer generated hologram 1 of the present invention is not particularly limited, for example, the size in the vertical and horizontal directions is about 1 cm to several tens of cm. In any case as described above, for example, it is about several tens μm to about 1 mm. As an example, in the case of the computer generated hologram 1 having a size of 5 cm × 5 cm, the element hologram 2 is 250 μm × 25.
If the size is 0 μm, the size of the elementary hologram 2 is 1 / 40,000 of the entire computer generated hologram 1. Note that in the computer generated hologram 1 of the present invention, the element holograms 2 are densely arranged, even if they are not necessarily arranged closely without gaps, if they are substantially arranged close to each other. Suppose they are arranged.

【0022】本発明の計算機ホログラム1は、もしくは
計算機ホログラム1が要素ホログラム2の密な配列から
なるときは、その各々の要素ホログラム2は、(1)特
開平11−187316号に基づいて得られた計算機ホ
ログラム、もしくは(2)特開平11−296054号
に基づいて得られた計算機ホログラム、または(3)こ
れら(1)、もしくは(2)の計算機ホログラムを前提
とし、特願2000−159914号に基づいて得られ
る、所望の観察領域で白色に観察可能な計算機ホログラ
ムである。
When the computer generated hologram 1 of the present invention or the computer generated hologram 1 is formed of a dense array of element holograms 2, each of the element holograms 2 is obtained based on (1) Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-187316. Japanese Patent Application No. 2000-159914, on the premise that the computer generated hologram, or (2) the computer generated hologram obtained based on JP-A-11-296054, or (3) the computer generated hologram of (1) or (2) above This is a computer generated hologram that can be observed in white in a desired observation area obtained based on the hologram.

【0023】まず、特開平11−187316号に基づ
いて得られた計算機ホログラムは、2次元的にアレー状
に配置された微小なセルの集合体からなるもので、各セ
ルは各々が反射光もしくは入射光に対して独自の位相を
与える光路長を有しており、かつ、垂直に入射する光束
を所定の観察域内に実質的に回折し、その観察域外には
実質的には回折しないような第1の位相分布と、斜めか
ら所定の入射角で入射する光束を垂直に出射するような
第2の位相分布とを加算して得られる位相分布を有して
いるものである。
First, a computer generated hologram obtained based on Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-187316 is composed of an aggregate of minute cells arranged two-dimensionally in an array. It has an optical path length that gives a unique phase to the incident light, and diffracts a vertically incident light flux substantially within a predetermined observation area, but does not substantially diffract outside the observation area. It has a phase distribution obtained by adding a first phase distribution and a second phase distribution that vertically emits a light beam that enters obliquely at a predetermined incident angle.

【0024】ここで、第1の位相分布は、ホログラム面
に垂直に平行光で照明した場合に所定の観察域へのみ光
を回折する計算機ホログラムの位相分布であり、図4
(a)に例示したような位相分布φHOLOのものである。
また、第2の位相分布は、背後から入射角θで入射した
光を正面方向へ回折する計算機ホログラムの位相分布で
あり、図4(b)中、破線で示すような位相分布を、デ
ジタルな階段状の関数に近似した位相分布φGRATであ
る。これら二つの位相分布φHOLO、およびφGRATを加算
したものが、図4(c)に示すような特開平11−18
3716号公報記載の計算機ホログラムの位相分布φで
あり、この位相分布φを有する計算機ホログラムは、背
後から斜めに入射角θで入射した光を所定の前方の観察
域へ回折する計算機ホログラムである。
Here, the first phase distribution is a phase distribution of a computer generated hologram that diffracts light only to a predetermined observation area when illuminated with parallel light perpendicular to the hologram surface.
The phase distribution φ HOLO as illustrated in FIG.
Further, the second phase distribution is a phase distribution of a computer generated hologram that diffracts light incident from behind at an incident angle θ in the front direction, and converts the phase distribution as indicated by a broken line in FIG. A phase distribution φ GRAT approximated to a step-like function. The sum of these two phase distributions φ HOLO and φ GRAT is shown in FIG.
No. 3716 discloses a phase distribution φ of a computer generated hologram, and the computer generated hologram having the phase distribution φ is a computer generated hologram that diffracts light incident obliquely from behind at an incident angle θ to a predetermined front observation area.

【0025】なお、一般に計算機ホログラムを求めるに
は、次のようにする。今、あるホログラムを想定し、そ
れからの再生距離がホログラムの大きさにくらべて十分
大きく、ホログラム面に垂直に平行光で照明した場合、
再生像面で得られる回折光は、ホログラム面での振幅分
布、および位相分布のフーリエ変換で表される(フラウ
ンホーファー回折)。
In general, a computer generated hologram is obtained as follows. Now, assuming a certain hologram, the playback distance from it is sufficiently large compared to the size of the hologram, and when illuminated with parallel light perpendicular to the hologram surface,
Diffracted light obtained on the reconstructed image plane is represented by the Fourier transform of the amplitude distribution and the phase distribution on the hologram plane (Fraunhofer diffraction).

【0026】そこで、従来、再生像面に所定の回折光を
与えるために、ホログラム面と再生像面との間で束縛条
件を加えながら、フーリエ変換と逆フーリエ変換を交互
に繰り返しながら、ホログラム面に配置する計算機ホロ
グラムを求める方法が、Gerchberg−Saxt
on反復計算法として知られている。ここで、ホログラ
ム面での光の分布をh(x,y)、再生像面での光の分
布をf(u,v)とすると、各々は次の式(1)、およ
び(2)で書ける。 h(x,y)=AHOLO(x,y)exp(iφHOLO(x,y)) (1) f(u,v)=AIMG (u,v)exp(iφIMG (u,v)) (2) 上記において、AHOLO(x,y)はホログラム面での振
幅分布、φHOLO(x,y)はホログラム面での位相分布
であり、AIMG (u,v)は再生像面での振幅分布、φ
IMG (u,v)は再生像面での位相分布である。上記の
フーリエ変換、および逆フーリエ変換は次の式(3)、
および(4)のようになる。
Therefore, conventionally, in order to give a predetermined diffracted light to the reconstructed image plane, the Fourier transform and the inverse Fourier transform are alternately repeated while adding a constraint condition between the hologram plane and the reconstructed image plane. Is a method of obtaining a computer generated hologram to be placed in Gerchberg-Saxt
Also known as the on-iteration method. Here, assuming that the light distribution on the hologram surface is h (x, y) and the light distribution on the reconstructed image surface is f (u, v), they are expressed by the following equations (1) and (2), respectively. I can write. h (x, y) = A HOLO (x, y) exp (iφ HOLO (x, y)) (1) f (u, v) = A IMG (u, v) exp (iφ IMG (u, v) (2) In the above, A HOLO (x, y) is an amplitude distribution on the hologram surface, φ HOLO (x, y) is a phase distribution on the hologram surface, and A IMG (u, v) is a reproduced image surface. Amplitude distribution at φ
IMG (u, v) is the phase distribution on the reproduced image plane. The above Fourier transform and inverse Fourier transform are expressed by the following equation (3):
And (4).

【0027】[0027]

【式1】 (Equation 1)

【0028】このGerchberg−Saxton反
復計算法を利用して、背後からホログラム面に垂直に平
行光で照明した場合に所定の観察域へのみ光を回折する
計算機ホログラムを得ることを考える。ここで、今後の
議論を分かりやすくするため、ホログラム面での振幅分
布AHO LO(x,y)をAHOLO、ホログラム面での位相分
布φHOLO(x,y)をφHOLO、再生像面での振幅分布A
IMG (u,v)をAIMG 、再生像面での位相分布φIM G
(u,v)をφIMG で表現する。
It is considered that a computer generated hologram that diffracts light only to a predetermined observation area when the hologram surface is illuminated with parallel light perpendicularly from behind using the Gerchberg-Saxton iterative calculation method is considered. Here, in order to make future discussion easier to understand, the amplitude distribution A HO LO (x, y) on the hologram surface is A HOLO , the phase distribution φ HOLO (x, y) on the hologram surface is φ HOLO , and the reproduced image surface Amplitude distribution A at
IMG (u, v) is A IMG , and the phase distribution φ IM G on the reproduced image plane
(U, v) is represented by φIMG .

【0029】図6は、このためのフローチャートであ
り、ステップで、図6中のホログラム面領域x0 ≦x
≦x1 、y0 ≦y≦y1で、ホログラムの振幅AHOLO
1に、ホログラムの位相φHOLOをランダムな値に初期化
して、ステップで、その初期化した値に上記式(3)
のフーリエ変換を施す。ステップで、フーリエ変換で
得られた再生像面での振幅AIMG が所定の領域、例えば
0 ≦u≦u1 、v0 ≦v≦v1 内でほぼ一定値にな
り、その所定領域外でほぼ0になったと判断された場合
は、ステップで初期化した振幅と位相が所望の計算機
ホログラムとなる。
FIG. 6 is a flowchart for this purpose. In the step, the hologram surface area x 0 ≦ x in FIG.
When ≦ x 1 , y 0 ≦ y ≦ y 1 , the hologram amplitude A HOLO is set to 1 and the hologram phase φ HOLO is initialized to a random value.
Is subjected to the Fourier transform. In the step, the amplitude A IMG on the reproduced image plane obtained by the Fourier transform becomes a substantially constant value within a predetermined area, for example, u 0 ≦ u ≦ u 1 , v 0 ≦ v ≦ v 1 , and outside the predetermined area. When it is determined that the values are almost 0, the amplitude and phase initialized in step become a desired computer generated hologram.

【0030】ステップでこのような条件が満足されな
いと判断された場合は、ステップで束縛条件が付与さ
れる。具体的には、上記の所定領域内では再生像面での
振幅AIMG は例えば1にされ、その外では0にされ、再
生像面での位相φIMG はそのままに維持される。そのよ
うな束縛条件が付与された後、ステップで、上記式
(4)のフーリエ逆変換が施される。そのフーリエ逆変
換で得られたホログラム面での値は、ステップで束縛
条件が付与され、振幅AHOLOは1にされ、位相φ HOLO
多値化(元の関数をデジタルな階段状の関数に近似(量
子化))される。なお、位相φHOLOが連続的な値を持っ
てもよい場合は、この多値化は必ずしも必要ない。
In the step, such a condition is not satisfied.
If it is determined that the
It is. Specifically, within the above-mentioned predetermined area,
Amplitude AIMGIs set to 1, for example, to 0 otherwise,
Phase φ on raw image planeIMGIs maintained as is. That's it
After the constraints are given,
The inverse Fourier transform of (4) is performed. The Fourier inverse
The value on the hologram surface obtained by the exchange is bound in steps
Condition is given, amplitude AHOLOIs set to 1 and the phase φ HOLOIs
Multivalued (approximate the original function to a digital step-like function (quantity
Child)). Note that the phase φHOLOHas a continuous value
In this case, the multi-value conversion is not always necessary.

【0031】そして、ステップでその値にフーリエ変
換が施され、ステップで、フーリエ変換で得られた再
生像面での振幅AIMG が所定の領域、例えばu0 ≦u≦
1、v0 ≦v≦v1 内でほぼ一定値(Const.)
になり、その所定領域外でほぼ0になったと判断された
場合は、ステップで束縛条件が付与された振幅と位相
が所望の計算機ホログラムとなる。ステップでこのよ
うな条件が満足されないと判断された場合は、ステップ
→→→→のループがステップの条件が満足
されるまで(収束するまで)繰り返され、最終的な所望
の計算機ホログラムが得られる。
Then, in a step, the value is subjected to a Fourier transform, and in a step, the amplitude A IMG on the reproduced image plane obtained by the Fourier transform is set in a predetermined area, for example, u 0 ≤u≤
u 1 , almost constant value within v 0 ≦ v ≦ v 1 (Const.)
When it is determined that the value becomes substantially 0 outside the predetermined area, the amplitude and phase to which the constraint condition is given in step become a desired computer generated hologram. If it is determined in step that such a condition is not satisfied, the loop of step →→→→ is repeated until the condition of the step is satisfied (until convergence), and a final desired computer generated hologram is obtained. .

【0032】ここで、ステップで、再生像面で振幅A
IMG がほぼ所定の値に収束したと判断する評価関数とし
ては、例えば次のような式(5)を用いる。ただし、
u,vに関するΣ(和)は、u0 ≦u≦u1 、v0 ≦v
≦v1 内のホログラムのセルにおける値の和を取ること
を意味し、〈AIMG (u,v)〉はそのセル内における
理想的な振幅である。この(評価関数)が例えば0.0
1以下になることをもって収束したと判断する。この
他、評価関数としては、計算ループの反復の前回の振幅
の値と今回の値の差を用いた次のような式(6)を用い
ることもできる。ここで、AIMG i-1は前回の振幅の
値、AIMG iは今回の振幅の値である。
Here, in the step, the amplitude A
As an evaluation function for determining that the IMG has converged to a substantially predetermined value, for example, the following equation (5) is used. However,
和 (sum) for u and v is u 0 ≦ u ≦ u 1 , v 0 ≦ v
<A IMG (u,v)> is the ideal amplitude in the cell, which means taking the sum of the values in the cell of the hologram within ≦ v 1 . This (evaluation function) is, for example, 0.0
It is determined that the convergence has been reached when the value is 1 or less. In addition, as the evaluation function, the following expression (6) using the difference between the value of the previous amplitude of the iteration of the calculation loop and the current value may be used. Here, A IMG i-1 is the previous amplitude value, and A IMG i is the current amplitude value.

【0033】[0033]

【式2】 (Equation 2)

【0034】このようにして求めた位相分布から、実際
のホログラムの深さ分布を求める。深さ分布の求め方
は、ホログラムを反射型で用いるときと、透過型で用い
るときとで異なり、反射型の場合には、式(7a)によ
り、また、透過型の場合には、式(7b)によって,図
3(c)のφ(下記式中ではφ(x,y))を、計算機
ホログラムの深さD(下記式中ではD(x,y))に変
換を行なう。 D(x,y)=λφ(x,y)/(4π) ・・・(7a) D(x,y)=λφ(x,y)/{2π(n1 −n0 )} ・・・(7b) ここで、(x,y)はホログラム面における位置を示す
座標、λは基準波長、n1、およびn0は、透過型のホロ
グラムを構成する二つの材質の屈折率であって、二つの
屈折率のうち、大きい方がn1であり、小さい方がn0
ある。
From the phase distribution thus obtained, the actual depth distribution of the hologram is obtained. The method of obtaining the depth distribution is different between the case where the hologram is used in the reflection type and the case where the hologram is used in the transmission type. In the case of the reflection type, the expression (7a) is used. 7b), φ (φ (x, y) in the following equation) in FIG. 3C is converted to a depth D of the computer generated hologram (D (x, y) in the following equation). D (x, y) = λφ (x, y) / (4π) (7a) D (x, y) = λφ (x, y) / {2π (n 1 −n 0 )} (7b) Here, (x, y) are coordinates indicating a position on the hologram surface, λ is a reference wavelength, n 1 and n 0 are refractive indexes of two materials constituting the transmission hologram, Of the two refractive indices, the larger one is n 1 and the smaller one is n 0 .

【0035】後にも説明するように、上記の式(7
a)、および(7b)により、縦横のサイズがΔの微小
セル(要素ホログラムではない。)毎に求めた深さD
(x,y)のレリーフパターンをホログラム形成用の樹
脂層の表面に形成し、所定の反射性層を積層することに
より、効果を高めたホログラムとして使用することがで
きる。このΔは、例えば、露光光の送りピッチに相当す
る。
As will be described later, the above equation (7)
a) and (7b), the depth D determined for each microcell (not an elementary hologram) having a vertical and horizontal size of Δ.
By forming a relief pattern of (x, y) on the surface of a hologram-forming resin layer and laminating a predetermined reflective layer, the hologram can be used as a hologram with enhanced effects. This Δ corresponds to, for example, the exposure light feed pitch.

【0036】次に、特開平11−296054号に基づ
いて得られた計算機ホログラムは、やはり2次元的にア
レー状に配置された微小なセルの集合体からなるもの
で、各セルは各々が反射光もしくは入射光に対して独自
の位相を与える光路長を有しており、かつ、斜めから所
定の入射角で入射する光束を所定の観察域内に実質的に
回折し、その観察域外には実質的には回折しないような
位相分布であり、かつ、垂直に入射する光束を前記の所
定の観察域の位置がシフトした別の領域内に実質的に回
折し、その別の領域外には実質的には回折しないような
位相分布を有しているものである。
Next, the computer generated hologram obtained based on Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-296054 is also composed of an aggregate of minute cells arranged two-dimensionally in an array. It has an optical path length that gives a unique phase to light or incident light, and substantially diffracts a light beam that enters obliquely at a predetermined incident angle into a predetermined observation area, and substantially deviates outside the observation area. The phase distribution is such that it does not diffract, and the light beam that is vertically incident is substantially diffracted into another area where the position of the predetermined observation area is shifted, and substantially outside the other area. It has a phase distribution that does not cause diffraction.

【0037】即ち、まず、背後からホログラム面に垂直
に平行光で照明した場合に、再生像面での振幅分布A
IMG(u,v)をほぼ一定にする領域を、u0≦u≦
1、v0≦v≦v1でなく、それからシフトしたu0’≦
u’≦u1’、v0’≦v’≦v1’の範囲に指定し、そ
の領域外ではほぼ0になるような計算機ホログラムを設
計する((u,v)は再生像面での座標)。即ち、図5
(a)に示すように、平行な照明光3が垂直に入射する
場合に、再生像面4のu0’≦u’≦u1’、v0’≦
v’≦v1’の範囲にのみ光を回折する計算機ホログラ
ム1を設計する。
That is, first, when the hologram surface is illuminated with parallel light from behind, the amplitude distribution A on the reconstructed image plane is obtained.
The region where IMG (u, v) is almost constant is defined as u 0 ≦ u ≦
u 1 , v 0 ≦ v ≦ v 1 , but shifted from u 0 ′ ≦
Designate a computer hologram in the range of u ′ ≦ u 1 ′, v 0 ′ ≦ v ′ ≦ v 1 ′, and design a computer generated hologram that becomes almost 0 outside of the range ((u, v) is the value on the reproduced image plane). Coordinate). That is, FIG.
As shown in (a), when parallel illumination light 3 is vertically incident, u 0 ′ ≦ u ′ ≦ u 1 ′, v 0 ′ ≦
A computer generated hologram 1 that diffracts light only in the range of v ′ ≦ v 1 ′ is designed.

【0038】計算機ホログラム1の位相分布φ
HOLO(x,y)を計算機ホログラムであるとすると、計
算機ホログラム1による回折は、計算機ホログラムの基
本式である次式(8)で表される。 sinθd −sinθi =mλ/p ・・・(8) ここで、mが回折次数、pは計算機ホログラムのピッ
チ、λは波長、θiは入射角、およびθdは回折角であ
る。設計条件から、θi=0、α0’≦θd≦α1’であ
る。ここで、α0’は入射位置から再生像面4のu0’の
位置へ回折する角度、α1’はu1’の位置へ回折する角
度である。
Phase distribution φ of computer generated hologram 1
Assuming that HOLO (x, y) is a computer generated hologram, diffraction by the computer generated hologram 1 is expressed by the following expression (8), which is a basic expression of the computer generated hologram. sin θ d −sin θ i = mλ / p (8) where m is the diffraction order, p is the pitch of the computer generated hologram, λ is the wavelength, θ i is the incident angle, and θ d is the diffraction angle. From design conditions, θ i = 0 and α 0 ′ ≦ θ d ≦ α 1 ′. Here, α 0 ′ is the angle of diffraction from the incident position to the position of u 0 ′ on the reproduction image plane 4, and α 1 ′ is the angle of diffraction to the position of u 1 ′.

【0039】このような計算機ホログラム1に入射角θ
で斜めに平行な照明光3が入射する場合を図5(b)に
示す。先の計算機ホログラムの基本式(2)から、この
場合は、θi=θとなり、図示の場合を正とすると、回
折角θdの範囲α0≦θd≦α1は、α0’≦θd≦α1’よ
り小さい方にシフトすることになり、図5(b)に示す
ように、再生像面4での回折範囲u0≦ud≦u1(ただ
し、u0は入射位置から回折角α0で回折光が再生像面4
へ入射する位置、u1は回折角α1で入射する位置)を計
算機ホログラム1のほぼ正面方向とすることが可能であ
る。なお、v方向についても同様である。
The computer generated hologram 1 has an incident angle θ
FIG. 5B shows a case where the illumination light 3 obliquely parallel to the light enters. From the basic formula (2) of the computer generated hologram, in this case, θ i = θ. If the case shown is positive, the range α 0 ≦ θ d ≦ α 1 of the diffraction angle θ d is α 0 ′ ≦ will be shifted toward θ smaller than dα 1 ', as shown in FIG. 5 (b), the diffraction range of the reproducing image plane 4 u 0 ≦ u d ≦ u 1 ( however, u 0 is the incident position From the reconstructed image plane 4 at a diffraction angle α 0
, And u 1 is the position of incidence at the diffraction angle α 1 ), which can be substantially in the front direction of the computer generated hologram 1. The same applies to the v direction.

【0040】従って、特開平11−296054号に基
づいて得られた計算機ホログラム1は、背後からホログ
ラム面に垂直に平行光を入射させた場合に、前方の所定
の観察域(u0≦u≦u1、v0≦v≦v1)から位置がシ
フトした前方の別の領域(u 0’≦u’≦u1’、v0
≦v’≦v1’)へ回折する計算機ホログラムであっ
て、その背後からホログラム面に斜めに平行光を入射さ
せた場合に、前方の所定の観察域(u0≦u≦u1、v0
≦v≦v1)へ回折する計算機ホログラムである。
Accordingly, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-296054 discloses
Computer-generated hologram 1
When parallel light is incident perpendicular to the ram surface,
Observation area (u0≤u≤u1, V0≦ v ≦ v1) From the position
Another area (u 0'≤u'≤u1’, V0
≦ v ′ ≦ v1’) Is a computer hologram that diffracts into
Parallel light obliquely enters the hologram surface from behind.
When a predetermined observation area (u0≤u≤u1, V0
≦ v ≦ v12) is a computer generated hologram diffracting to ()).

【0041】この場合も、求めた位相分布φHOLO(x,
y)から、実際のホログラムの深さ分布を求めるが、反
射型の場合には、前記した式(7a)により、また、透
過型の場合には、前記した式(7b)によって行ない、
縦横のサイズがΔの微小セル毎に求めた深さD(x,
y)のレリーフパターンをホログラム形成用の樹脂層の
表面に形成し、所定の反射性層を積層することにより、
効果を高めたホログラムとして使用することができるこ
とは、特開平11−183716号公報に基づく計算機
ホログラムと同様である。
Also in this case, the obtained phase distribution φ HOLO (x,
From y), the actual hologram depth distribution is obtained. The depth distribution is obtained by the above equation (7a) in the case of the reflection type and by the above equation (7b) in the case of the transmission type.
Depth D (x,
By forming the relief pattern of y) on the surface of the hologram-forming resin layer and laminating a predetermined reflective layer,
It can be used as a hologram having an enhanced effect as in the case of a computer generated hologram based on Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-183716.

【0042】以上における計算機ホログラム1の位相分
布の計算自体は、知られた手法を用いて行なうもので、
上記のほかにも、例えば、特開昭47−6591号公報
に記載の手法を用いることが出来る。また、位相分布を
最適化する手法を必要に応じて適用してもよく、遺伝的
アルゴリズム、もしくはシミュレーテッド・アニーリン
グ法(焼きなまし法)等を適用できる。
The calculation itself of the phase distribution of the computer generated hologram 1 is performed using a known method.
In addition to the above, for example, a method described in JP-A-47-6591 can be used. Further, a method for optimizing the phase distribution may be applied as necessary, and a genetic algorithm, a simulated annealing method (annealing method), or the like can be applied.

【0043】次に、特願2000−159914号に基
づいて得られる所望の観察領域で白色に観察可能な計算
機ホログラムとは、所定の入射角で入射した所定の基準
波長の入射光を特定の角度範囲に拡散し、前記入射角で
入射した0次透過光または0次反射光に対して、前記基
準波長を含み加法混色した場合に見える波長範囲の最短
波長の前記入射角の入射光の最大回折角が、その波長範
囲の最長波長の前記入射光の最小回折角よりも大きくな
るよう構成されているものである。以下の説明では、説
明が冗長にならないよう透過型の計算機ホログラムのみ
について説明するが、反射型の計算機ホログラムについ
ても同様である。
Next, a computer generated hologram that can be observed in white in a desired observation area obtained based on Japanese Patent Application No. 2000-159914 is a technique in which incident light of a predetermined reference wavelength incident at a predetermined incident angle is incident at a specific angle. With respect to the zero-order transmitted light or zero-order reflected light that is diffused into the range and is incident at the incident angle, the maximum number of times of the incident light at the incident angle of the shortest wavelength in the wavelength range that can be seen when additive color mixing is performed including the reference wavelength. The bending angle is configured to be larger than the minimum diffraction angle of the incident light having the longest wavelength in the wavelength range. In the following description, only the transmission-type computer hologram will be described so that the description is not redundant, but the same applies to the reflection-type computer hologram.

【0044】図8に、観察領域が狭く設定されている場
合の、計算機ホログラム1の波長の違いによる観察領域
の変化の様子を概念的に示す。照明光の基準波長λSTD
が最短波長λMINと最長波長λMAXとの間にあるものと
し、その基準波長λSTDについて計算機ホログラム1が
設計されている。
FIG. 8 conceptually shows how the observation area changes due to the difference in the wavelength of the computer generated hologram 1 when the observation area is set narrow. Reference wavelength λ STD of illumination light
Is between the shortest wavelength λ MIN and the longest wavelength λ MAX, and the computer generated hologram 1 is designed for the reference wavelength λ STD .

【0045】図8(a)に示すように、基準波長λSTD
にて、ある斜めの角度θ(角度は、ホログラム1の法線
からの角度で、左回りの角度を正とする。)で入射した
照明光3が正面付近の角度範囲β1STD〜β2STD(添字1
は最小回折角、添字2は最大回折角とする。なお、最小
回折角は、0次透過光に対して最小の角度をなす回折光
の回折角、最大回折角は、0次透過光に対して最大の角
度をなす回折光の回折角である。)内に回折光5STD
して広がるように設定されている場合、同じ斜めの入射
角θで最短波長λMINの照明光3を入射すると、計算機
ホログラム1は位相計算機ホログラムの集合と考えられ
るので、図8(b)に示すように、回折光5MINが入射
する観察領域(角度範囲β1MIN〜β2MIN)は基準波長λ
STDの場合よりも下側(0次透過光側)にずれる。ま
た、同じ斜めの入射角θで最長波長λ MAXの照明光3を
入射すると、図8(c)に示すように、回折光5MAX
入射する観察領域(角度範囲β1MAX〜β2MAX)は基準波
長λSTDの場合よりも上側(0次透過光側とは反対側)
にずれる。なお、上記のように回折光の分布をするの
は、ホログラム1の法線と照明光3が含まれる平面内で
あり、ホログラム1の法線を含みその平面に直交する面
内では、照明光3の両側に回折光が分布する場合を考え
ている。
As shown in FIG. 8A, the reference wavelength λSTD
At an oblique angle θ (the angle is the normal to the hologram 1)
The angle from left to right is positive. ) Incident
The illumination light 3 has an angle range β near the front.1STD~ Β2STD(Subscript 1
Is the minimum diffraction angle, and the suffix 2 is the maximum diffraction angle. The minimum
The diffraction angle is the diffracted light that forms the minimum angle with the 0th order transmitted light.
The maximum diffraction angle is the maximum angle for the 0th order transmitted light.
It is the diffraction angle of the diffracted light that makes a degree. 5) Diffracted light insideSTDWhen
The same oblique incidence when set to spread out
Shortest wavelength λ at angle θMINWhen the illumination light 3 of
Hologram 1 is considered as a set of phase computer holograms
Therefore, as shown in FIG.MINIs incident
Observation area (angle range β1MIN~ Β2MIN) Is the reference wavelength λ
STDIs shifted to the lower side (0-order transmitted light side) than in the case of (1). Ma
The longest wavelength λ at the same oblique incidence angle θ MAXIllumination light 3
When incident, as shown in FIG.MAXBut
Incident observation area (angle range β1MAX~ Β2MAX) Is the reference wave
Long λSTDAbove (the side opposite to the 0th order transmitted light side)
Deviate. Note that the distribution of diffracted light is
Is within the plane containing the normal of hologram 1 and illumination light 3
Yes, including the normal to hologram 1 and perpendicular to its plane
Within, consider the case where diffracted light is distributed on both sides of illumination light 3.
ing.

【0046】観察領域が狭く設定されている場合には、
上記の各回折光5MIN、5STD、および5MAXの全てが重
なる部分はない。このため、すべての波長を同時に観察
可能な領域、波長範囲λMIN〜λMAXが可視光域であると
すれば、白色に観察できる領域、は存在せず、観察位置
(角度)によって観察される色が異なって見えてしま
う。
When the observation area is set narrow,
There is no portion where all of the above diffracted lights 5 MIN , 5 STD and 5 MAX overlap. For this reason, if all wavelengths can be observed at the same time, and if the wavelength range λ MIN to λ MAX is in the visible light range, there is no white-observable area, and it is observed depending on the observation position (angle). The colors look different.

【0047】図10に、観察領域が広く設定されている
場合の、計算機ホログラム1の波長による観察領域の変
化の様子を概念的に示す。
FIG. 10 conceptually shows how the observation area changes with the wavelength of the computer generated hologram 1 when the observation area is set wide.

【0048】この場合も、図8に示す観察領域が狭い場
合と同様、最短波長λMINや最長波長λMAXを入射した場
合、(図10(b)、図10(c))、観察領域
MIN、もしくは5MAX(角度範囲β1MIN〜β2MIN、もし
くはβ1MAX〜β2MAX)は、基準波長λSTDの場合(図1
0(a))とくらべ、それぞれ下側、上側にずれる。し
かし、観察範囲が広いので、図11に示すように、回折
光5MIN、5STD、および5 MAXの全てが重なる正面付近
の領域6(角度範囲β1MAX〜β2MIN)で観察した場合、
すべての波長を同時に観察することが可能である。従っ
て、波長範囲λMIN〜λMAXが可視光域の全域であるとす
れば、このような領域6内を観察者が移動する限り、常
に白色に観察することが可能である。
Also in this case, when the observation area shown in FIG.
Shortest wavelength λMINAnd the longest wavelength λMAXField where
(FIG. 10 (b), FIG. 10 (c))
5MINOr 5MAX(Angle range β1MIN~ Β2MIN,if
H is β1MAX~ Β2MAX) Is the reference wavelength λSTDCase (Fig. 1
0 (a)), which are shifted downward and upward, respectively. I
However, since the observation range is wide, as shown in FIG.
Light 5MIN, 5STD, And 5 MAXNear the front where everything overlaps
Area 6 (angle range β1MAX~ Β2MIN)
It is possible to observe all wavelengths simultaneously. Follow
And the wavelength range λMIN~ ΛMAXIs the entire visible light range.
Then, as long as the observer moves in such an area 6,
It can be observed as white.

【0049】このように想定したすべての波長が観察可
能な領域6が存在するための条件は、図11から明らか
なように、想定した波長範囲の最短波長λMINの最大回
折角β2MINが最長波長λMAXの最小回折角β1MAXよりも
大きいことである。0次透過光に対して回折光5MIN
STD、および5MAXが図8〜図11のとは反対側に分布
する場合は、この関係は逆転するので、0次透過光を基
準にすると、0次透過光に対してなす最短波長λMIN
最大回折角β2MINが最長波長λMAXの最小回折角β1MAX
よりも大きいことと言うことが言える。
As is clear from FIG. 11, the condition for the existence of the region 6 in which all the assumed wavelengths can be observed is that the maximum diffraction angle β 2MIN of the shortest wavelength λ MIN in the assumed wavelength range is the longest. That is, it is larger than the minimum diffraction angle β 1MAX of the wavelength λ MAX . Diffracted light 5 MIN for 0th order transmitted light,
When 5 STD and 5 MAX are distributed on the opposite side to those in FIGS. 8 to 11, the relationship is reversed, so that the shortest wavelength λ formed with respect to the 0th-order transmitted light with respect to the 0th-order transmitted light. MIN maximum diffraction angle β 2MIN is the longest wavelength λ MAX minimum diffraction angle β 1MAX
It can be said that it is larger than.

【0050】すべての波長が重なって白色に観察可能な
ためには、λMIN=450nm、λM AX=650nmとす
れば十分である。従って、少なくとも最短波長λMIN
450nmの最大回折角度β2MINが最長波長λMAX=6
50nmの最小回折角β1MAXよりも大きい計算機ホログ
ラム1においては、領域6内で観察する限り、色の変化
がなく白色に観察可能である。
[0050] For observable overlap all wavelengths in white, it is sufficient to lambda MIN = 450 nm, and λ M AX = 650nm. Therefore, at least the shortest wavelength λ MIN =
The maximum diffraction angle β 2MIN of 450 nm is the longest wavelength λ MAX = 6
In the computer generated hologram 1 larger than the minimum diffraction angle β 1MAX of 50 nm, as long as the image is observed in the region 6, it can be observed in white without any color change.

【0051】以上から、ある観察領域で、所望の全ての
波長を観察したい場合、以下の手順で基準波長λSTD
観察領域λ1STD〜λ2STDを決定すればよいことが分か
る。 (ア)再生用の照明光3の入射角θを決める。 (イ)白色に見える所望の観察角度範囲6を決める。す
なわち、最小回折角γ1(=β1MAX)〜最大回折角γ
2(=β2MIN)を決める。ここで、最小回折角γ1、最大
回折角γ2は、0次透過光に対してなす最小、最大の角
度をなす回折角であり、図8〜図11の分布の場合に
は、θ<γ1≦γ2の関係にあり、図8〜図11のとは反
対に光が分布する場合には、θ>γ1≧γ2の関係にあ
る。 (ウ)所望の観察波長を決める(最短波長λMIN〜最長
波長λMAX)。 (エ)基準波長λSTDをλMIN≦λSTD≦λMAXの範囲で決
める。 (オ)計算機ホログラムの基本式(8)に基づいて、以
下の式(9)を用いて、最小回折角γ1、最長波長λMAX
から、基準波長λSTDにおける最小回折角β1STDを求め
る。 (sinγ1−sinθ)/λMAX=(sinβ1STD−sinθ)/λSTD sinβ1STD=sinθ+(sinγ1−sinθ)×λSTD/λMAX ・・・(9) (カ)同様に、計算機ホログラムの基本式(8)に基づ
いて、以下の式(10)を用いて、最大回折角γ2、最
短波長λMINから、基準波長λSTDにおける最大回折角β
2STDを求める。 (sinγ2−sinθ)/λMIN=(sinβ2STD−sinθ)/λSTD sinβ2STD=sinθ+(sinγ2−sinθ)×λSTD/λMIN ・・・(10)
[0051] From the above, in some observation area, if you want to observe all of the desired wavelengths, may it can be seen that if determining the observation area λ 1STD2STD reference wavelength lambda STD by the following procedure. (A) The incident angle θ of the illumination light 3 for reproduction is determined. (A) Determine a desired observation angle range 6 that looks white. That is, the minimum diffraction angle γ 1 (= β 1MAX ) to the maximum diffraction angle γ
2 (= β 2MIN ) is determined. Here, the minimum diffraction angle γ 1 and the maximum diffraction angle γ 2 are the diffraction angles forming the minimum and maximum angles with respect to the zero-order transmitted light, and in the case of the distributions in FIGS. γ 1 ≦ γ 2 , and in the case where light is distributed contrary to FIGS. 8 to 11, there is a relationship θ> γ 1 ≧ γ 2 . (C) Determine a desired observation wavelength (shortest wavelength λ MIN to longest wavelength λ MAX ). (D) The reference wavelength λ STD is determined within the range of λ MIN ≦ λ STD ≦ λ MAX . (E) Based on the basic formula (8) of the computer generated hologram, using the following formula (9), the minimum diffraction angle γ 1 and the longest wavelength λ MAX
, The minimum diffraction angle β 1STD at the reference wavelength λ STD is obtained . (Sinγ 1 -sinθ) / λ MAX = (sinβ 1STD -sinθ) / λ STD sinβ 1STD = sinθ + (sinγ 1 -sinθ) × λ STD / λ MAX ··· (9) ( f) Similarly, the computer-generated hologram Based on the basic equation (8), the following equation (10) is used to calculate the maximum diffraction angle β at the reference wavelength λ STD from the maximum diffraction angle γ 2 and the shortest wavelength λ MIN.
Find 2STD . (Sinγ 2 −sin θ) / λ MIN = (sin β 2STD −sin θ) / λ STD sin β 2STD = sin θ + (sinγ 2 −sin θ) × λ STD / λ MIN (10)

【0052】そして、照明光の入射角θ、基準波長λ
STDにおいて、最小回折角β1STDと最大回折角β2STD
なるように、計算機ホログラム1を特開平11−183
716号、または特開平11−296054号に基づい
て作製することにより、再生用の照明光3の入射角θに
対して、観察角γ1〜γ2の範囲で波長λMIN〜λMAXが観
測可能で白色に見える拡散ホログラムが得られる。以上
は、照明光の所望の入射角θ、回折範囲γ1〜γ2、波長
範囲λMIN〜λMAXを与えたときの、計算に用いる回折角
度範囲β1STD〜β2STDの求めかたである。
Then, the incident angle θ of the illumination light and the reference wavelength λ
In the STD , the computer generated hologram 1 is disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 11-183 so that the minimum diffraction angle β 1STD and the maximum diffraction angle β 2STD are obtained.
716 or the wavelengths λ MIN to λ MAX within the observation angle range of γ 1 to γ 2 with respect to the incident angle θ of the illumination light 3 for reproduction. A diffusion hologram that looks possible and looks white is obtained. Above, desired angle of incidence of the illumination light theta, diffraction range gamma 1 to? 2, when a given wavelength range lambda MIN to [lambda] MAX, is determined how the diffraction angle range β 1STD2STD used for calculation .

【0053】一方、基準波長λSTD、照明光の入射角θ
に対して、最小回折角β1STD、最大回折角β2STDが与え
られたときに、波長範囲λMIN〜λMAXの光を同時に観察
可能で白色に見える領域が存在するための条件は、最長
波長λMAXの最小回折角β1MA X=γ1と、最短波長λMIN
の最大回折角β2MIN=γ2とを用いて、以下のように与
えられる。
On the other hand, the reference wavelength λ STD and the incident angle θ of the illumination light
In contrast, when the minimum diffraction angle β 1STD and the maximum diffraction angle β 2STD are given, there is a condition in which light in the wavelength range λ MIN to λ MAX can be observed at the same time and there is a region that looks white, and the condition for the longest wavelength the minimum diffraction angle β 1MA X = γ 1 of lambda MAX, minimum wavelength lambda MIN
Is given by using the maximum diffraction angle β 2MIN = γ 2 of

【0054】(1)回折光が0次透過光に対して正の側
に存在する場合(図8〜図11)、 γ2≧γ1 sinγ2≧sinγ1 式(9)と式(10)を用いると、 sinθ+(sinβ2STD−sinθ)×λMIN/λSTD ≧sinθ+(sinβ1STD−sinθ)×λMAX/λSTD (sinβ2STD−sinθ)/λMIN ≧(sinβ1STD−sinθ)×λMAX sinβ2STD>sinθであるから、 λMIN/λMAX≧(sinβ1STD−sinθ)/(sinβ2STD−sinθ) ・・・(11)
(1) When the diffracted light exists on the positive side with respect to the zero-order transmitted light (FIGS. 8 to 11), γ 2 ≧ γ 1 sin γ 2 ≧ sin γ 1 Equations (9) and (10) Is used, sin θ + (sin β 2STD −sin θ) × λ MIN / λ STD ≧ sin θ + (sin β 1STD −sin θ) × λ MAX / λ STD (sin β 2STD −sin θ) / λ MIN ≧ (sin β 1STD −sin θ) × λ MAX because it is sinβ 2STD> sinθ, λ MIN / λ MAX ≧ (sinβ 1STD -sinθ) / (sinβ 2STD -sinθ) ··· (11)

【0055】(2)回折光が0次透過光に対して負の側
に存在する場合(図7〜図10のとは反対)、 γ2≦γ1 sinγ2≦sinγ1 式(9)と式(10)を用いると、 sinθ+(sinβ2STD−sinθ)×λMIN/λSTD ≦sinθ+(sinβ1STD−sinθ)×λMAX/λSTD (sinβ2STD−sinθ)/λMIN ≦(sinβ1STD−sinθ)×λMAX sinβ2STD<sinθであるから、 λMIN/λMAX≧(sinβ1STD−sinθ)/(sinβ2STD−sinθ) ・・・(11) 従って、式(11)は回折光が正の側、負の側のいずれ
のときも成り立つ式である。
(2) When the diffracted light exists on the negative side with respect to the zero-order transmitted light (opposite of FIGS. 7 to 10), γ 2 ≦ γ 1 sin γ 2 ≦ sin γ 1 Equation (9) Using equation (10), sin θ + (sin β 2STD −sin θ) × λ MIN / λ STD ≦ sin θ + (sin β 1STD −sin θ) × λ MAX / λ STD (sin β 2STD −sin θ) / λ MIN ≦ (sin β 1STD −sin θ ) ) × λ MAX sin β 2STD <sin θ, so that λ MIN / λ MAX ≧ (sin β 1STD −sin θ) / (sin β 2STD −sin θ) (11) , Is an equation that holds for any of the negative sides.

【0056】この式(11)は、照明光の入射角θ、所
望の観察波長範囲λMIN〜λMAXを設定したときに、ある
基準波長λSTDにおける回折角度範囲β1STD〜β2STD
この式(11)を満足するように設定すれば、所望の観
察波長範囲λMIN〜λMAX全てを同時に観察可能な範囲γ
1〜γ2が存在することを意味している。
[0056] The equation (11), the incident angle of the illumination light theta, a desired observed when the wavelength range was set lambda MIN to [lambda] MAX, this equation diffraction angle range β 1STD2STD at a reference wavelength lambda STD If setting is made so as to satisfy (11), a range γ in which all desired observation wavelength ranges λ MIN to λ MAX can be simultaneously observed.
Which means that the 1 ~γ 2 is present.

【0057】また、式(11)を変形すると、 sinθ ≧λMAXsinβ1STD−λMINsinβ2STD)/(λMAX−λMIN) ・・・(12) となる。この式(12)は、所望の観察波長範囲λMIN
〜λMAX、ある基準波長λSTDにおける回折角度範囲β
1STD〜β2STDを与えたときに、この式(12)を満足す
るような照明光の入射角θを設定した場合にのみ、所望
の観察波長範囲λMIN〜λM AX全てを同時に観察可能な範
囲γ1〜γ2が存在することを意味している。
By transforming equation (11), sin θ ≧ λ MAX sin β 1STD− λ MIN sin β 2STD ) / (λ MAX− λ MIN ) (12) This equation (12) gives the desired observation wavelength range λ MIN
~ Λ MAX , diffraction angle range β at a certain reference wavelength λ STD
When given a 1STD ~β 2STD, only in the case of setting the incident angle θ of the illumination light so as to satisfy the equation (12), which can observe all desired observation wavelength range λ MINM AX simultaneously It means that the range γ 1 to γ 2 exists.

【0058】なお、以上では、計算機ホログラム1の法
線と照明光3が含まれる平面内についてのみ考えたが、
計算機ホログラム1の法線を含みその平面に直交する面
内では、照明光の両側に回折光が分布することを前提に
しているので、この面内の方向においては、最短波長λ
MINでの分布範囲が白色に観察できる領域であり、その
範囲は基準波長λSTDでの観察領域を上記と同様に変換
できることにより求められる。
In the above, only the plane including the normal line of the computer generated hologram 1 and the illumination light 3 has been considered.
In a plane including the normal line of the computer generated hologram 1 and orthogonal to the plane, it is assumed that diffracted light is distributed on both sides of the illuminating light.
The distribution range at MIN is a region that can be observed in white, and the range is obtained by converting the observation region at the reference wavelength λ STD in the same manner as described above.

【0059】上記の計算機ホログラム1を所望の観察領
域で白色に観察可能とする手法は、単独で用いるほか、
前述した特開平11−187316号に基づく、背後か
ら斜めに入射角θで入射した光を所定の前方の観察域へ
回折する計算機ホログラムに適用してもよく、もしくは
特開平11−296054号に基づく、背後から斜めに
入射角θで入射した光を前方の所定の観察域へ回折する
と共に、垂直に入射した光を前記の所定の観察域の位置
がシフトした別の領域へ回折する計算機ホログラムに適
用してもよい。
The above-described technique for enabling the computer generated hologram 1 to be observed in a desired observation area in white color is used alone.
The invention may be applied to a computer generated hologram that diffracts light incident obliquely from behind at an incident angle θ to a predetermined front observation area based on the above-mentioned JP-A-11-187316, or based on JP-A-11-296554. A computer hologram that diffracts light incident obliquely from behind at an incident angle θ to a predetermined observation area in front and diffracts light incident vertically to another area where the position of the predetermined observation area is shifted. May be applied.

【0060】本発明においては、前述したように、式
(7a)、および(7b)により、例えば、縦横のサイ
ズがΔの微小セル毎に深さD(x,y)が求められるの
で、この演算結果に基づいて、具体的な計算機ホログラ
ム1を得るか、もしくはそのような計算機ホログラム1
を所要枚数、複製する。具体的には、反射型の場合には
式(7a)により、ブレーズ型は、次式 D(x,y)=λφ(x,y)/4πn に従い、鋸歯状(バイナリ型)は、次式 D(x,y)=λφ(x,y)(N−1)/4πnN に従う。nは透明板を構成する光の屈折率であり、Nは
鋸歯状の場合の段数である。
In the present invention, as described above, for example, the depth D (x, y) is obtained for each microcell having a vertical and horizontal size of Δ by the equations (7a) and (7b). A specific computer generated hologram 1 is obtained based on the calculation result, or such a computer generated hologram 1 is obtained.
Is copied for the required number of times. Specifically, in the case of the reflection type, according to the equation (7a), the blaze type follows the following equation: D (x, y) = λφ (x, y) / 4πn. D (x, y) = λφ (x, y) (N−1) / 4πnN. n is the refractive index of light constituting the transparent plate, and N is the number of steps in the case of a sawtooth shape.

【0061】図12(a)〜(d)は、計算機ホログラ
ム1を複製するのに好ましい、凹凸型を基板に形成する
方法の一例を示す図であり、半導体回路製造用のフォト
マスクを製造する工程を利用することが出来、フォトマ
スクブランク、および描画装置であるレーザー描画装
置、もしくは電子線描画装置を利用することが出来る。
FIGS. 12A to 12D are views showing an example of a method for forming a concave / convex pattern on a substrate, which is preferable for duplicating the computer generated hologram 1, and for producing a photomask for producing a semiconductor circuit. The process can be used, and a photomask blank and a laser writing device, which is a writing device, or an electron beam writing device can be used.

【0062】これらの描画装置を使用する場合におい
て、計算機ホログラム1が、要素ホログラム2の同じ物
が配列したものであるときは、描画装置に要素ホログラ
ム2のデータと配列に必要な縦横等のピッチを与えるこ
とにより、描画装置のデータ処理の負担を大幅に軽減で
き、また、要素ホログラム2のデータを得る演算につい
ても、計算機ホログラム1全体についての演算にくら
べ、負担の大幅な軽減が図れる。前に例示したように、
計算機ホログラム1が5cm×5cmの大きさであり、
要素ホログラム2の大きさが250μm×250μmで
ある場合には、要素ホログラム2に関するデータは計算
機ホログラム1全体のデータにくらべて、面積比で言う
と1/40,000になるからである。
In the case of using these drawing devices, if the computer generated hologram 1 is the one in which the same ones of the element holograms 2 are arranged, the data of the element hologram 2 and the pitch such as the vertical and horizontal directions required for the arrangement are provided to the drawing device. , The load on the data processing of the drawing apparatus can be greatly reduced, and the load of the operation for obtaining the data of the element hologram 2 can be significantly reduced as compared with the operation for the entire computer hologram 1. As exemplified earlier,
The computer generated hologram 1 has a size of 5 cm × 5 cm,
This is because, when the size of the element hologram 2 is 250 μm × 250 μm, the data related to the element hologram 2 is 1 / 40,000 in terms of area ratio compared to the data of the entire computer hologram 1.

【0063】まず、15cm×15cm、厚み6.4m
mの合成石英等の基板11上に表面低反射クロム薄膜1
2を積層したフォトマスクブランク板10のクロム薄膜
12上に、ドライエッチング耐性のあるレジスト(図示
の例ではポジ型)層13を、例えば400nm程度の厚
みの薄膜状に形成する。ドライエッチング用レジストの
素材としては、一例として、日本ゼオン(株)製、ZE
P7000等が使用でき、レジスト層13の積層は、ス
ピンナー等による回転塗付によって行なう。
First, 15 cm × 15 cm, thickness 6.4 m
m low-reflection chromium thin film 1 on a substrate 11 of synthetic quartz
On the chromium thin film 12 of the photomask blank plate 10 on which the layer 2 is laminated, a resist (positive type in the illustrated example) 13 having dry etching resistance is formed into a thin film having a thickness of, for example, about 400 nm. As a material of the resist for dry etching, for example, ZEON Corporation, ZE
P7000 or the like can be used, and the lamination of the resist layer 13 is performed by spin coating using a spinner or the like.

【0064】このレジスト層13に対し、パターン露光
を行なうが、パターン露光は、図12に示すようにパタ
ーン14を用いる以外に、レーザー描画装置、もしくは
電子線描画装置を用いることにより、レーザービーム、
もしくは電子ビームを走査することによって行なうこと
もできる。例えば、ETEC社製の電子線描画装置「M
EBES4500」を使用する。
The resist layer 13 is subjected to pattern exposure. The pattern exposure is performed by using a laser writing apparatus or an electron beam writing apparatus in addition to using the pattern 14 as shown in FIG.
Alternatively, it can be performed by scanning with an electron beam. For example, an electron beam lithography system "M" manufactured by ETEC
EBES4500 "is used.

【0065】露光によりレジスト樹脂が硬化した易溶化
部分13b、および未露光部分13aとが区画形成され
るので、現像液を噴霧して行なうスプレー現像等によっ
て、溶剤現像して易溶化部分13bを除去し、レジスト
パターン13aを形成する。なお、レジストとしては、
ネガ型を使用することも出来、また、現像は現像液への
浸漬によっても行なえる。また、以降の工程ではドライ
エッチング以外に、浸漬によるウェットのエッチングも
行なえるので、使用するレジストとしては、ドライエッ
チング耐性のあるレジストには限らない。
Since the solubilized portion 13b and the unexposed portion 13a in which the resist resin is hardened by the exposure are partitioned, the solubilized portion 13b is removed by solvent development by spray development performed by spraying a developing solution. Then, a resist pattern 13a is formed. In addition, as a resist,
A negative type can be used, and development can also be performed by immersion in a developer. In the subsequent steps, in addition to the dry etching, wet etching by immersion can be performed, so that the resist used is not limited to a resist having dry etching resistance.

【0066】形成されたレジストパターン13aを利用
して、ドライエッチングにより、レジストで被覆されて
いない部分のクロム薄膜12をエッチングして除去し、
除去した部分において、下層の石英基板11を露出させ
る。次いで、露出した石英基板11に対して、同様にド
ライエッチングを施して、石英基板11をエッチング
し、エッチングの進行により生じた凹部15と、クロム
薄膜12およびレジスト薄膜13aとが下から順に被覆
している石英基板の元の部分からなる凸部とを形成す
る。この後、レジスト薄膜を溶解等により除去し、石英
基板がエッチングされて生じた凹部15と、頂部にクロ
ム薄膜12が積層した積層した部分からなる凸部16と
を有する石英基板を得る。
Using the formed resist pattern 13a, the portion of the chromium thin film 12 that is not covered with the resist is etched and removed by dry etching.
In the removed portion, the lower quartz substrate 11 is exposed. Next, the exposed quartz substrate 11 is similarly subjected to dry etching to etch the quartz substrate 11, and the concave portion 15 generated by the progress of the etching, the chromium thin film 12, and the resist thin film 13 a are sequentially covered from the bottom. And a convex portion formed of the original portion of the quartz substrate. Thereafter, the resist thin film is removed by dissolving or the like, and a quartz substrate having a concave portion 15 formed by etching the quartz substrate and a convex portion 16 formed on the top with a laminated portion of the chromium thin film 12 is obtained.

【0067】以上の方法のみでは、凸部と凹部の、言わ
ば2値的(段数;2、元の石英基板の表面に加えて、も
うひとつのレベルの異なる面が生じる。)のものしか得
られないが、上記で得られたものに対し、レジストの形
成→パターン露光→レジストの現像→クロム薄膜のドラ
イエッチング→石英基板のドライエッチング→レジスト
除去からなる、フォトエッチングの工程を繰り返すこと
により、1回目のフォトエッチングにより生じた凹部、
および凸部に対してフォトエッチングを施すことがで
き、エッチングの深さを制御することにより、元の石英
基板の表面に加えて、さらに三種類のレベルの面が生
じ、元の石英基板の表面も加えて数えれば段数4が生じ
る。このとき、レジストとしては、例えば、ドライエッ
チング耐性を有するノボラック樹脂系のi線レジストを
使用し、465nm程度の薄膜とし、露光は、例えば描
画装置としてALTA3500を使用して行なう。
With only the above method, only the so-called binary (the number of steps: 2, another level of another surface is generated in addition to the surface of the original quartz substrate) of the convex portion and the concave portion can be obtained. However, the photo-etching process consisting of resist formation, pattern exposure, resist development, dry etching of a chromium thin film, dry etching of a quartz substrate, and resist removal was repeated on the obtained one. Recesses caused by the second photoetching,
Photo-etching can be applied to the projections and the projections. By controlling the etching depth, in addition to the surface of the original quartz substrate, three more levels of surface are generated, and the surface of the original quartz substrate In addition, the number of stages is four if counted. At this time, as a resist, for example, a novolak resin-based i-line resist having dry etching resistance is used, a thin film of about 465 nm is used, and exposure is performed using, for example, an ALTA3500 as a drawing apparatus.

【0068】図13は、上記のフォトエッチングの工程
の繰り返し回数と生じる段数を示す図で、図13(a)
は一回の工程で段数2が生じている様子を示す。図13
(a)における上下、各々の段に再度上記工程が繰り替
えし適用されることにより、図13(b)に示すよう
に、最大で段数4が生じており、さらに、工程を繰り返
し、合計3回の工程の繰り返しにより、図13(c)に
示すように、最大で段数8が生じる。
FIG. 13 is a diagram showing the number of repetitions of the above-mentioned photoetching step and the number of steps that occur.
Indicates that two steps are generated in one process. FIG.
By repeating and applying the above steps to each of the upper and lower stages in (a), as shown in FIG. 13 (b), a maximum of four stages occur, and the process is further repeated for a total of three times By repeating the above steps, as shown in FIG. 13C, the maximum number of stages is eight.

【0069】従って、フォトエッチングの回数NPE(添
字PEはフォトエッチングを示し、NPEは自然数であ
る。)に対し、最大で2のNPE乗の段数が生じるので、
凹凸型の精度、得られる計算機ホログラム1の性能にも
よるが、2のNPE乗、即ち、2、4、8、16、・・・
のような段数と、フォトエッチングの回数NPEとの関係
を考慮して製造工程の諸元を決めるとよい。2のNPE
の段数より1だけ増加しても、フォトエッチングの回数
が1回増加するので、好ましくは、上記の2のN PE乗の
段数か、それらよりも少な目の段数とするのがよい。こ
のようにして、所定の段数を得た後、クロム薄膜をウェ
ットエッチングにより除去し、石英基板11の表面に所
定の段数の深さの凹凸が形成された計算機ホログラム1
の凹凸型を得る。
Therefore, the number of photoetching times NPE(Attach
The letter PE indicates photoetching and NPEIs a natural number
You. ) For a maximum of 2 NPESince the number of stages of the power occurs,
Accuracy of concave and convex type, performance of computer generated hologram 1
According to N of 2PE, That is, 2, 4, 8, 16, ...
And the number of photoetching NPERelationship with
In consideration of the above, the specifications of the manufacturing process should be determined. N of 2PESquared
Number of photo-etching even if it is increased by 1 from the number of steps
Is preferably increased once, so that the N of 2 PESquared
The number of stages or a smaller number of stages is preferred. This
After obtaining a predetermined number of steps,
Removed by spot etching, leaving the surface of the quartz substrate 11
Computer generated hologram 1 with irregularities with a fixed number of steps
To obtain a concave-convex pattern.

【0070】本発明の計算機ホログラム1は、位相分布
のデータを再現するには、再度の演算を行なえばよいと
は言え、演算の手間もあり、また凹凸型に使用の際に、
突然に汚染したり、破損する等の事故もあり得る。そこ
で、この種の凹凸型を用いる生産においては、最初に得
られる型から、1個ないし、ごく少ない数の複製型を作
り、この複製型から、生産用の型を必要数作製して、生
産(=複製)に使用するのがよい。なお、凹凸型の耐久
性を増すにには、凹凸型の型面にめっきを行なって剥が
して得られる金属めっき型を使用することが好ましい。
なお、凹凸型の製造は、適当な基板に対し、ダイヤモン
ド針等で機械彫刻することによっても行なうことができ
る。
In the computer generated hologram 1 of the present invention, although it is sufficient to perform the operation again to reproduce the data of the phase distribution, it takes time and effort to perform the operation.
There may be accidents such as sudden contamination or damage. Therefore, in the production using this type of concave and convex mold, one or a very small number of duplicate molds are made from the mold obtained first, and the necessary number of molds for production are produced from this duplicate mold, and the production is performed. (= Duplication). In order to increase the durability of the concave / convex mold, it is preferable to use a metal plating mold obtained by plating and peeling the mold surface of the concave / convex mold.
In addition, the production of the concavo-convex mold can also be performed by mechanically engraving an appropriate substrate with a diamond needle or the like.

【0071】凹凸型(好ましくは上記の生産用の型)を
使用して計算機ホログラム1を複製する複製方法として
は、図14(a)に示すような凹凸型20を加熱により
軟化する樹脂層に押し付ける方法、インジェクション成
型法、もしくはキャスティング法が利用でき、これら方
法に使用する樹脂としては、熱可塑性、熱硬化性のいず
れも使用可能である。
As a replication method for replicating the computer generated hologram 1 using a concave / convex mold (preferably the above-mentioned production mold), a concave / convex mold 20 as shown in FIG. A pressing method, an injection molding method, or a casting method can be used. As a resin used in these methods, any of a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be used.

【0072】より効率的な工業的に好ましい複製方法は
次のような方法である。まず、凹凸型20の型面(図1
4(a)では上面)上に、紫外線硬化性樹脂を含む未硬
化樹脂組成物を塗付等により接触させ、その上に、基材
となるプラスチックフィルム23を未硬化樹脂組成物と
の間に気泡が入らないようにして重ね、上からロール等
で加圧することにより、所要厚みの未硬化樹脂組成物の
層22aを介してプラスチックフィルム23をラミネー
トする。この、未硬化樹脂組成物の層22aを凹凸型2
0の型面とプラスチックフィルム23との間にサンドイ
ッチした状態で、紫外線を照射する等して層22aの未
硬化樹脂組成物を硬化させ、凹凸型20の型面の凹凸が
付与され硬化した樹脂層からなるホログラム層22と、
プラスチックフィルム23とからなる積層体21を作製
し、その後、凹凸型20から積層体21を剥がす(図1
4(b))。このプラスチックフィルム23は、樹脂組
成物の硬化後、都合により剥がしてもよい(図14
(c))。なお、本明細書で、「透明板」と言う場合、
ホログラム層22単独のものに限らず、ホログラム層2
2とプラスチックフィルム23との積層体21も指すも
のとする。
A more efficient and industrially preferable duplication method is as follows. First, the mold surface of the concavo-convex mold 20 (FIG. 1)
4 (a), an uncured resin composition containing an ultraviolet curable resin is brought into contact with the uncured resin composition by coating or the like, and a plastic film 23 serving as a base material is placed between the uncured resin composition and the uncured resin composition. The plastic film 23 is laminated through a layer 22a of the uncured resin composition having a required thickness by applying pressure with a roll or the like from above to prevent bubbles from entering. This uncured resin composition layer 22a is
In a state sandwiched between the mold surface of No. 0 and the plastic film 23, the uncured resin composition of the layer 22a is cured by irradiating ultraviolet rays, etc. A hologram layer 22 composed of
A laminate 21 made of a plastic film 23 is produced, and then the laminate 21 is peeled off from the concave / convex mold 20 (FIG. 1).
4 (b)). After the resin composition is cured, the plastic film 23 may be peeled off for convenience (FIG. 14).
(C)). In addition, in this specification, when it says "transparent plate",
Not only the hologram layer 22 alone, but also the hologram layer 2
2 and a plastic film 23.

【0073】上記における紫外線硬化性樹脂としては、
一例として、不飽和ポリエステル、メラミン、エポキ
シ、ポリエステル(メタ)アクリレート、ウレタン(メ
タ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ポ
リエーテル(メタ)アクリレート、ポリオール(メタ)
アクリレート、メラミン(メタ)アクリレート、もしく
はトリアジン系アクリレート等などの熱硬化性樹脂、も
しくはこれらにラジカル重合性不飽和単量体、開始剤等
を加え紫外線硬化性としたもの等を使用することができ
る。なお、紫外線で硬化させる代わりに、電子線を使用
して硬化させることもできる。
The ultraviolet curable resin in the above is
As an example, unsaturated polyester, melamine, epoxy, polyester (meth) acrylate, urethane (meth) acrylate, epoxy (meth) acrylate, polyether (meth) acrylate, polyol (meth)
A thermosetting resin such as acrylate, melamine (meth) acrylate, or triazine acrylate, or a UV-curable resin obtained by adding a radical polymerizable unsaturated monomer, an initiator, or the like thereto can be used. . Note that, instead of curing with ultraviolet rays, curing can also be performed using an electron beam.

【0074】また、上記において、基材となるプラスチ
ックフィルム23としては、透明性および平滑性が高い
ものが好ましく、厚さ1μm〜1mm、好ましくは10
μm〜100μmのポリエチレンテレフタレートフィル
ム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、
ポリ塩化ビニルフィルム、アクリルフィルム、トリアセ
チルセルロースフィルム、セルロースアセテートブチレ
ートフィルム等の透明合成樹脂フィルムを使用すること
ができる。
In the above, the plastic film 23 serving as the base material is preferably one having high transparency and smoothness, and has a thickness of 1 μm to 1 mm, preferably 10 μm to 1 mm.
μm to 100 μm polyethylene terephthalate film, polyethylene film, polypropylene film,
Transparent synthetic resin films such as a polyvinyl chloride film, an acrylic film, a triacetyl cellulose film, and a cellulose acetate butyrate film can be used.

【0075】複製された、ホログラムの凹凸を有する積
層体21(図14(b))、もしくはプラスチックフィ
ルム23を伴なわないホログラム層22(図14
(c))は、ホログラムの凹凸の無い方の面(図14
(b)および(c)の上面)を観察側として使用するも
のである。これらは、このままでも使用することができ
るが、さらに光反射機能を向上させるため、ホログラム
層22の凹凸面に光反射性層24を積層して使用するこ
とがより好ましい(図14(d))。
The copied laminate 21 having the hologram irregularities (FIG. 14B) or the hologram layer 22 without the plastic film 23 (FIG. 14B)
(C)) shows the surface of the hologram having no unevenness (FIG. 14).
(B) and (c) are used as the observation side. These can be used as they are, but in order to further improve the light reflection function, it is more preferable to use the light reflection layer 24 laminated on the uneven surface of the hologram layer 22 (FIG. 14D). .

【0076】上記の光反射性層24としては、光不透過
性の金属薄膜等の金属反射層(膜厚がごく薄い場合は透
明性を帯びる。)か、もしくは光透過性で、ホログラム
層とは光の屈折率が異なる、いわゆる透明反射層の二通
りが使用できる。
The light-reflective layer 24 may be a metal-reflective layer such as a light-impermeable metal thin film (transparent if the film thickness is extremely small) or a light-transmissive hologram layer. Can use two types of so-called transparent reflective layers having different refractive indexes of light.

【0077】金属反射層は、Cr、Fe、Co、Ni、
Cu、Ag、Au、Ge、Al、Mg、Sb、Pb、C
d、Bi、Sn、Se、In、Ga、もしくはRb等の
金属、またはそれらの酸化物、もしくはそれらの窒化物
を単独で、もしくは組合わせて形成した薄膜である。こ
れらのうちで、Al、Cr、Ni、Ag、もしくはAu
等が特に好ましい。これらの薄膜で、ホログラム層の凹
凸面に金属反射層を形成するには、真空蒸着法、スパッ
タリング法、イオンプレーティング法などの薄膜形成法
による。なお、金属反射層の厚みが200Å以下の場合
には、光の透過率が比較的小さいため、透明でありなが
ら光反射性層24として使用することができる。
The metal reflection layer is made of Cr, Fe, Co, Ni,
Cu, Ag, Au, Ge, Al, Mg, Sb, Pb, C
It is a thin film formed of a metal such as d, Bi, Sn, Se, In, Ga, or Rb, an oxide thereof, or a nitride thereof, alone or in combination. Of these, Al, Cr, Ni, Ag, or Au
And the like are particularly preferred. In order to form a metal reflective layer on the uneven surface of the hologram layer using these thin films, a thin film forming method such as a vacuum evaporation method, a sputtering method, and an ion plating method is used. When the thickness of the metal reflective layer is 200 ° or less, the light transmittance is relatively small, so that the metal reflective layer can be used as the light reflective layer 24 while being transparent.

【0078】光反射性層としては、光透過性で、ホログ
ラム層22とは光の屈折率が異なる物質の薄膜からな
る、透明反射層も使用できる。透明反射層の膜厚は、そ
の膜厚が薄膜を形成する材料の透明領域であればよい
が、通常は100〜1000Åが好ましい。透明反射層
をホログラム層の凹凸面に形成するには、金属反射層の
場合と同様、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプ
レーティング法などの薄膜形成法による。透明反射層
は、その屈折率がホログラム層22の屈折率より大きく
ても小さくてもよいが、透明反射層の屈折率とホログラ
ム層の屈折率との差が0.3以上あることが好ましく、
この差が0.5以上、更には1.0以上あることがより
好ましい。
As the light reflecting layer, a transparent reflecting layer made of a thin film of a substance which is light transmitting and has a different refractive index of light from the hologram layer 22 can be used. The thickness of the transparent reflective layer may be any thickness as long as it is a transparent region of the material forming the thin film, but is usually preferably 100 to 1000 °. In order to form the transparent reflection layer on the uneven surface of the hologram layer, a thin film formation method such as a vacuum evaporation method, a sputtering method, and an ion plating method is used as in the case of the metal reflection layer. The transparent reflective layer may have a refractive index higher or lower than the refractive index of the hologram layer 22, but the difference between the refractive index of the transparent reflective layer and the hologram layer is preferably 0.3 or more,
This difference is more preferably 0.5 or more, and more preferably 1.0 or more.

【0079】ホログラム層22より屈折率が大きい透明
反射層としては、ZnS、TiO2、Al23 、Sb2
3 、SiO、TiO、SiO2 などが挙げられる。
ホログラム層22より屈折率が小さい透明反射層として
は、LiF、MgF2、AlF3 などが挙げられる。更
に、ホログラム層22とは屈折率の異なる透明な合成樹
脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロ
トリフルオロエチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレートの層も
光反射性層として用いることができ、これらの樹脂は溶
剤で溶解し、ホログラム層22の凹凸面に塗付等により
適用して積層すればよい。
The transparent reflective layer having a higher refractive index than the hologram layer 22 includes ZnS, TiO 2 , Al 2 O 3 , Sb 2
Examples include S 3 , SiO, TiO, and SiO 2 .
Examples of the transparent reflection layer having a lower refractive index than the hologram layer 22 include LiF, MgF 2 , and AlF 3 . Further, a transparent synthetic resin having a different refractive index from that of the hologram layer 22, for example, a layer of polytetrafluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, polyvinyl acetate, polyethylene, polypropylene, or polymethyl methacrylate may also be used as the light reflective layer. These resins may be dissolved in a solvent and applied to the uneven surface of the hologram layer 22 by coating or the like to be laminated.

【0080】なお、光反射性層24を金属反射層で構成
した場合、その金属反射層(それ自身は光不透過性)に
レーザー描画等の適宜は方法により、微細な孔を無数に
開孔させることにより、光反射性がありながら、光透過
性をも確保することができるので、このようなものを光
反射性層24として使用してもよい。
When the light reflecting layer 24 is made of a metal reflecting layer, the metal reflecting layer (which itself is light-impermeable) has an infinite number of fine holes formed by an appropriate method such as laser drawing. By doing so, it is possible to secure light transmittance while having light reflectivity. Therefore, such a material may be used as the light reflective layer 24.

【0081】本発明において、ホログラム層22の凹凸
のある側に光反射性層24を積層する場合には、ホログ
ラム層22と光反射性層との界面で光の屈折が起きれば
足りるので、光反射性層24としては、凹凸に沿って、
ピンホール等の部分的な未積層部分が無ければよく、光
反射性層24の厚みムラがあったとしても、所要の最低
厚みを有していればよいので、光反射性層24の形成工
程における管理の負担が軽減される利点がある。
In the present invention, when the light reflecting layer 24 is laminated on the side of the hologram layer 22 having irregularities, it is sufficient if refraction of light occurs at the interface between the hologram layer 22 and the light reflecting layer. As the reflective layer 24, along the unevenness,
It is sufficient that there is no partial unlaminated portion such as a pinhole. Even if there is unevenness in the thickness of the light-reflective layer 24, it is sufficient that the light-reflective layer 24 has a required minimum thickness. There is an advantage that the burden of management is reduced.

【0082】本発明の計算機ホログラム1は、プラスチ
ックフィルム23または/および光反射性層24を伴な
うか伴なわないかにより、ホログラム積層体21からな
るもの(図14(b))、ホログラム層22の単独から
なるもの(図14(c))、ホログラム積層体21の下
面に光反射性層24を積層したもの(図14(d))、
もしくはホログラム層22単独の下面に光反射性層24
を積層したもの(図14(e)のタイプのものが有り得
るが、いずれもホログラム層22の凹凸の無い方を観察
側として、表示素子、とりわけ、液晶表示装置に適用す
ると効果が高いものである。
The computer generated hologram 1 of the present invention is composed of a hologram laminate 21 (FIG. 14 (b)) and a hologram layer 22 depending on whether or not a plastic film 23 and / or a light reflective layer 24 is provided. (FIG. 14C), a light-reflective layer 24 laminated on the lower surface of the hologram laminate 21 (FIG. 14D),
Alternatively, the light reflective layer 24 is provided on the lower surface of the hologram layer 22 alone.
14 (e) can be used, but in any case, it is highly effective when applied to a display element, especially a liquid crystal display device, with the hologram layer 22 having no unevenness as the observation side. .

【0083】図15(a)は、液晶表示装置の主たる部
分である液晶表示素子30の非観察側に計算機ホログラ
ム1を適用した例を示し、液晶表示素子30は、上面側
から、偏光板31、ガラス基板32、透明電極33、液
晶34、透明電極33’、ガラス基板32’、および偏
光板31’が順に積層したものであって、この背面に計
算機ホログラム1を配置したものである。図15(a)
では、ホログラム層22と光反射性層24とからなるホ
ログラム積層体からなるもので代表させているが、上記
した他のタイプのものを配置してもよい。配置は、図1
5(a)におけるように、計算機ホログラム1を液晶表
示素子30と平行に、ただし離して配置するのではな
く、密着させてもよい。また、計算機ホログラム1の上
面と偏光板31’との間に接着剤層を介在させて、計算
機ホログラム1と液晶表示素子30とを積層してもよ
く、予め、計算機ホログラム1の上面(ホログラム層の
凹凸の無い方の面)側に接着剤層を積層したものを準備
して使用するとよい。接着剤層としては透明性の高いも
のを使用することが好ましい。
FIG. 15A shows an example in which the computer generated hologram 1 is applied to the non-observation side of the liquid crystal display element 30 which is a main part of the liquid crystal display device. , A glass substrate 32, a transparent electrode 33, a liquid crystal 34, a transparent electrode 33 ′, a glass substrate 32 ′, and a polarizing plate 31 ′ are laminated in this order, and the computer generated hologram 1 is arranged on the back surface. FIG. 15 (a)
In the above, a hologram layered body composed of the hologram layer 22 and the light-reflective layer 24 is represented, but another type described above may be arranged. Fig. 1
As in FIG. 5A, the computer generated hologram 1 may be closely attached to the liquid crystal display element 30 in parallel with the liquid crystal display element 30 but not at a distance. The computer hologram 1 and the liquid crystal display element 30 may be laminated with an adhesive layer interposed between the upper surface of the computer hologram 1 and the polarizing plate 31 '. It is preferable to prepare and use an adhesive layer laminated on the side having no irregularities). It is preferable to use a highly transparent adhesive layer.

【0084】本発明の計算機ホログラム1は、液晶表示
装置に適用する場合、液晶表示素子における液晶34
と、液晶34より下にある背面基板との間に適用するこ
ともでき、図15(b)に示すように、液晶34の下面
に光反射性層24、ホログラム層22、および接着剤層
25が順に積層した構造からなる計算機ホログラム1を
予め準備して配置することができる。もちろん、配置す
る計算機ホログラム1としては、図14(b)〜(e)
に示す、いずれのもの、もしくはそれらの下面に接着剤
層を積層したものを配置することもできる。本発明の計
算機ホログラム1は上面が平滑であるので、表示素子の
背面等に密着させる際に、傾いたり、一部が浮いたりす
ることなく完全な密着が可能であるので、無用な光の干
渉を生じることができる。
When the computer generated hologram 1 of the present invention is applied to a liquid crystal display device, the liquid crystal 34 in the liquid crystal display element is used.
And a rear substrate below the liquid crystal 34. As shown in FIG. 15B, the light reflective layer 24, the hologram layer 22, and the adhesive layer 25 are formed on the lower surface of the liquid crystal 34. Can be prepared in advance and arranged. Of course, as the computer generated hologram 1 to be arranged, FIGS. 14B to 14E
And those having an adhesive layer laminated on the lower surface thereof. Since the computer generated hologram 1 of the present invention has a smooth upper surface, when it is brought into close contact with the back surface of the display element or the like, it can be completely adhered without tilting or partly floating. Can occur.

【0085】本発明の計算機ホログラム1を液晶表示素
子等の表示素子に適用する場合、その表示素子および計
算機ホログラム(光反射性層を伴なうときは、光反射性
層を除く)の光の屈折率をほぼ同じにすることが好まし
い。また、接着剤層を介して計算機ホログラムと液晶表
示素子を積層する場合、表示素子、計算機ホログラム
(光反射性層を伴なうときは、光反射性層を除く)、お
よび接着剤層の光の屈折率をほぼ同じにすることが好ま
しい。なお、以上の計算機ホログラム1を液晶表示素子
等の表示素子に適用する説明において、接着剤層とは粘
着剤層をも含むものとする。
When the computer generated hologram 1 of the present invention is applied to a display device such as a liquid crystal display device, light of the display device and the computer generated hologram (excluding the light reflective layer when a light reflective layer is involved) is used. It is preferable that the refractive indices be substantially the same. When the computer hologram and the liquid crystal display element are laminated via the adhesive layer, the display element, the computer hologram (excluding the light reflective layer when a light reflective layer is involved), and the light of the adhesive layer. Are preferably made to have substantially the same refractive index. In the description of applying the computer generated hologram 1 to a display device such as a liquid crystal display device, the adhesive layer includes a pressure-sensitive adhesive layer.

【0086】本発明の計算機ホログラム1は、ホログラ
ム層22、もしくはプラスチックフィルム23が観察側
になるよう使用するので、最表面、即ち、ホログラム層
24、もしくはプラスチックフィルム23の表面に、さ
らに、光反射防止層を形成することが好ましい。
Since the computer generated hologram 1 of the present invention is used so that the hologram layer 22 or the plastic film 23 is on the observation side, the outermost surface, ie, the surface of the hologram layer 24 or the plastic film 23, is further subjected to light reflection. It is preferable to form a prevention layer.

【0087】代表的な光反射防止層は、上記の計算機ホ
ログラム1の最表面に、帯電防止を兼ねた酸化インジウ
ム錫(錫をドープしたIn23で、ITOと呼ばれる)
等の透明導電性薄膜を積層し、さらにその上に反射防止
のために透明導電性薄膜よりも屈折率の低い、低屈折率
薄膜、例えばSiO2の薄膜を形成したものであり、こ
れらの層は、上記の最表面との間に、傷付き防止のため
ポリメチルメタクリレート樹脂等のハードコート層を介
在するものであってもよい。あるいは、誘電体多層膜を
有したプラスチックフィルム(例えば、米国メレスグリ
オ社製、商品名;HEBBARコーティングを使用)を
使用するとなおよい。
[0087] Representative anti-reflection layer is the outermost surface of the computer generated hologram 1, indium tin oxide which also serves as a antistatic (in an In 2 0 3 doped with tin, known as ITO)
A transparent conductive thin film having a lower refractive index than that of the transparent conductive thin film for preventing reflection, for example, a thin film of SiO 2 is formed on the transparent conductive thin film. May have a hard coat layer made of a polymethyl methacrylate resin or the like interposed between the outermost surface and the above-mentioned outermost surface to prevent damage. Alternatively, it is more preferable to use a plastic film having a dielectric multilayer film (for example, trade name; manufactured by Meles Griot Company, USA; using HEBBAR coating).

【0088】[0088]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、レインボーホ
ログラムにおけるように、1次光以外の高次光に由来す
る干渉縞の影響がなく、光回折効率を高くすることがで
き、凹凸を透明板の背面側としたことにより、空気より
も屈折率の高い透明板内を光が往復するので、凹凸を透
明板の前面側とする場合にくらべ、凹凸の深さが浅くて
済み、かつ、凹凸を透明板の背面側としたことにより、
光反射性層を形成する上で、厚みムラ等の発生に考慮を
払う必要のない、断面が鋸歯状の凹凸を有する計算機ホ
ログラムを提供することが出来る。請求項2の発明によ
れば、請求項1とほぼ同様な効果を発揮することがで
き、断面が段差を有した鋸歯状の凹凸を有する計算機ホ
ログラムを提供することが出来る。請求項3の発明によ
れば、請求項1または2の発明の効果に加え、透明板の
背面に凹凸に沿って光反射性層が積層されたことに由来
して、より光反射性の優れた計算機ホログラムを提供す
ることができる。請求項4の発明によれば、請求項1〜
3いずれかの発明の効果に加え、透明板の前面が反射防
止処理されていることにより、周囲にあるいわゆる外光
や、光反射を起こさせるために入射される光が透明板の
前面で不要な反射を起こして、まぶしく見えたり、もし
くは必要な入射光の一部が無用な反射により失われるの
を防止した計算機ホログラムを提供することが出来る。
請求項5の発明によれば、請求項1〜4いずれかの発明
の効果を発揮することができる反射板を提供することが
出来る。請求項6の発明によれば、請求項5の発明の効
果に加え、透明板の前面に積層された透明接着剤層によ
り、液晶表示素子等の表示素子の背面に適用することが
容易な反射板を提供することができる。請求項7の発明
によれば、請求項5の発明の効果を発揮する反射板が液
晶表示装置に適用されているので、光の反射効率が高
く、画像のコントラストの高い反射型液晶表示装置を提
供することができる。請求項8の発明によれば、請求項
6の発明の効果を発揮する反射板が液晶表示装置の背面
に、その透明接着剤層を介して積層したことにより、光
の反射効率、および画像のコントラストが高く、反射板
と液晶表示装置と確実かつ簡易に積層した反射型液晶表
示装置を提供することができる。請求項9の発明によれ
ば、請求項7または8の発明の効果に加え、使用する各
部分の光の屈折率をほぼ同じにしたので、無用な回折を
防止した反射型液晶表示装置を提供できる。請求項10
の発明によれば、請求項5の発明の効果を発揮する反射
板が液晶表示装置の内部に配置されたことにより、光の
反射効率が高く、画像のコントラストの高い反射型液晶
表示装置を提供することができる。請求項11の発明に
よれば、請求項5の発明の効果を発揮する反射板が光透
過性の表示装置に適用されているので、光の反射効率が
高く、画像のコントラストの高い反射型表示装置を提供
することができる。
According to the first aspect of the present invention, unlike a rainbow hologram, there is no influence of interference fringes derived from high-order light other than the primary light, and the light diffraction efficiency can be increased. The back side allows light to reciprocate in the transparent plate, which has a higher refractive index than air, so the depth of the unevenness is smaller than when the front side of the transparent plate is used. On the back side of the transparent plate,
It is possible to provide a computer generated hologram having a sawtooth-shaped unevenness in cross section without having to consider generation of thickness unevenness or the like in forming the light reflective layer. According to the second aspect of the invention, it is possible to provide a computer hologram having substantially the same effect as that of the first aspect and having a saw-tooth unevenness having a stepped cross section. According to the third aspect of the invention, in addition to the effects of the first or second aspect of the present invention, the light reflection layer is further laminated on the back surface of the transparent plate along the irregularities, so that the light reflection property is more excellent. Computer hologram can be provided. According to the invention of claim 4, claims 1 to
In addition to the effect of any one of the third inventions, since the front surface of the transparent plate is subjected to the anti-reflection treatment, so-called external light in the surroundings and light incident to cause light reflection are unnecessary on the front surface of the transparent plate. It is possible to provide a computer generated hologram in which the reflection of light causes a glare or a part of necessary incident light is prevented from being lost due to unnecessary reflection.
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to provide a reflection plate capable of exhibiting the effects of any one of the first to fourth aspects of the invention. According to the invention of claim 6, in addition to the effect of the invention of claim 5, reflection by a transparent adhesive layer laminated on the front surface of the transparent plate can be easily applied to the back surface of a display device such as a liquid crystal display device. Boards can be provided. According to the seventh aspect of the invention, since the reflection plate exhibiting the effect of the fifth aspect of the invention is applied to the liquid crystal display device, a reflection type liquid crystal display device having high light reflection efficiency and high image contrast is provided. Can be provided. According to the eighth aspect of the present invention, the reflection plate exhibiting the effect of the sixth aspect of the invention is laminated on the back surface of the liquid crystal display device via the transparent adhesive layer, so that the light reflection efficiency and the image quality can be improved. It is possible to provide a reflection type liquid crystal display device having high contrast, which is reliably and easily stacked with a reflection plate and a liquid crystal display device. According to the ninth aspect of the present invention, in addition to the effects of the seventh or eighth aspect, the reflection type liquid crystal display device in which unnecessary diffraction is prevented is provided because the refractive index of light in each portion to be used is substantially the same. it can. Claim 10
According to the invention, a reflection type liquid crystal display device having high light reflection efficiency and high image contrast is provided by arranging the reflection plate exhibiting the effect of the invention of claim 5 inside the liquid crystal display device. can do. According to the eleventh aspect of the present invention, since the reflection plate exhibiting the effect of the fifth aspect of the invention is applied to a light transmissive display device, the reflection type display has high light reflection efficiency and high image contrast. An apparatus can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の計算機ホログラムの断面を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a computer generated hologram of the present invention.

【図2】要素ホログラムの配列からなる計算機ホログラ
ムを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a computer generated hologram composed of an array of element holograms.

【図3】要素ホログラムがホログラムの組合わせからな
るものを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an element hologram composed of a combination of holograms.

【図4】計算機ホログラムの位相分布の例を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a phase distribution of a computer generated hologram.

【図5】観察位置がシフトした状態を説明する図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating a state where an observation position is shifted.

【図6】計算機ホログラムの演算ステップを示すフロー
図である。
FIG. 6 is a flowchart showing computation steps of a computer generated hologram.

【図7】入射光に対する出射光の範囲を説明する図であ
る。
FIG. 7 is a diagram illustrating a range of outgoing light with respect to incident light.

【図8】観察範囲が狭い場合の各波長の回折を個々に説
明する図である。
FIG. 8 is a diagram for individually explaining diffraction at each wavelength when an observation range is narrow.

【図9】観察範囲が狭い場合の各波長の回折を説明する
図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating diffraction at each wavelength when the observation range is narrow.

【図10】観察範囲が広い場合の各波長の回折を個々に
説明する図である。
FIG. 10 is a diagram for individually explaining diffraction at each wavelength when the observation range is wide.

【図11】観察範囲が広い場合の各波長の回折を説明す
る図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating diffraction at each wavelength when the observation range is wide.

【図12】ホログラムの製造方法を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a method of manufacturing a hologram.

【図13】フォトエッチングの回数と凹凸の段数を説明
する図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating the number of photo-etching steps and the number of uneven steps.

【図14】凹凸型と複製されたホログラムを示す図であ
る。
FIG. 14 is a diagram showing a concavo-convex pattern and a copied hologram.

【図15】液晶表示素子に適用した状態を示す図であ
る。
FIG. 15 is a diagram showing a state applied to a liquid crystal display element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 計算機ホログラム 2 要素ホログラム 3 入射光 5 出射光 6 観察範囲 11 基板 12 マスク 13 レジスト 20 凹凸型 22 ホログラム層 23 プラスチックフィルム 24 光反射性層 30 液晶表示素子 31 偏光板 32 ガラス基板 33 透明電極 34 液晶 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Computer hologram 2 element hologram 3 Incident light 5 Outgoing light 6 Observation range 11 Substrate 12 Mask 13 Resist 20 Concavo-convex type 22 Hologram layer 23 Plastic film 24 Light reflective layer 30 Liquid crystal display element 31 Polarizer 32 Glass substrate 33 Transparent electrode 34 Liquid crystal

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 1/1335 520 G02F 1/1335 520 G03H 1/18 G03H 1/18 (72)発明者 浜野 智恒 東京都新宿区市谷加賀町一丁目1番1号 大日本印刷株式会社内 Fターム(参考) 2H042 BA09 BA12 BA14 BA20 BA21 DA21 DD01 DE04 2H049 AA25 AA33 AA37 AA40 AA43 AA48 AA63 AA65 CA01 CA05 CA08 CA15 CA22 CA28 2H091 FA14Y FA14Z FA19Y FA19Z FA37X FD15 GA17 KA01 LA12 LA16 2K008 AA10 FF27 HH19 HH23 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) G02F 1/1335 520 G02F 1/1335 520 G03H 1/18 G03H 1/18 (72) Inventor Tomotsugu Hamano Shinjuku-ku, Tokyo 1-1-1 Ichigaya Kagacho F-term in Dai Nippon Printing Co., Ltd. (Reference) 2H042 BA09 BA12 BA14 BA20 BA21 DA21 DD01 DE04 2H049 AA25 AA33 AA37 AA40 AA43 AA48 AA63 AA65 CA01 CA05 CA08 CA15 CA22 CA28 2H091 FA14Y FA14 FA19 FD15 GA17 KA01 LA12 LA16 2K008 AA10 FF27 HH19 HH23

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 透明板の背面に、断面が鋸歯状の凹凸が
形成されており、前記凹凸の深さdは、基準となる光の
波長λ、前記透明板を構成する素材の光の屈折率をnと
するとき、d=λ/2nであることを特徴とする計算機
ホログラム。
1. A surface of a transparent plate is provided with irregularities having a saw-tooth shape in cross section. The depth d of the irregularities is determined by a wavelength λ of a reference light, a refraction of light of a material constituting the transparent plate. A computer generated hologram, wherein d is λ / 2n, where n is a ratio.
【請求項2】 透明板の背面に、断面が鋸歯状の凹凸が
段数Nの段差を有して形成されており、前記凹凸の深さ
dは、基準となる光の波長λ、前記透明板を構成する素
材の光の屈折率をnとするとき、d=λ(N−1)/2
nNであることを特徴とする計算機ホログラム。
2. On the back surface of the transparent plate, irregularities having a saw-tooth cross section are formed with steps of the number N. The depth d of the irregularities is a wavelength λ of light serving as a reference, the transparent plate Where n is the refractive index of light of the material that constitutes d, d = λ (N−1) / 2
A computer generated hologram characterized by being nN.
【請求項3】 前記透明板の背面に形成された前記凹凸
に沿って光反射性層が積層されていることを特徴とする
請求項1または2記載の計算機ホログラム。
3. The computer generated hologram according to claim 1, wherein a light reflective layer is laminated along the irregularities formed on the back surface of the transparent plate.
【請求項4】 前記透明板の前面が、反射防止処理され
ていることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の計
算機ホログラム。
4. The computer generated hologram according to claim 1, wherein a front surface of said transparent plate is subjected to an anti-reflection treatment.
【請求項5】 請求項1〜4いずれか記載の要件を有す
ることを特徴とする計算機ホログラムを用いた反射板。
5. A reflector using a computer generated hologram, having the requirements of claim 1. Description:
【請求項6】 前記透明板の前面に、透明接着剤層が積
層されているとことを特徴とする請求項5記載の反射
板。
6. The reflector according to claim 5, wherein a transparent adhesive layer is laminated on a front surface of the transparent plate.
【請求項7】 請求項5記載の反射板の前記前面が、液
晶表示装置の背面に、密着したことを特徴とする反射型
液晶表示装置。
7. A reflection type liquid crystal display device, wherein the front surface of the reflection plate according to claim 5 is in close contact with the back surface of the liquid crystal display device.
【請求項8】 請求項6記載の反射板の前記前面が、液
晶表示装置の背面に前記透明接着剤層を介して積層され
たことを特徴とする反射型液晶表示装置。
8. A reflection type liquid crystal display device, wherein the front surface of the reflection plate according to claim 6 is laminated on the rear surface of the liquid crystal display device via the transparent adhesive layer.
【請求項9】 前記液晶表示素子および前記反射板にお
ける前記透明板の各々の光の屈折率がほぼ同じである
か、または、前記液晶表示素子、前記透明接着剤層、お
よび前記反射板における前記透明板の光の屈折率がほぼ
同じであることを特徴とする請求項7または8記載の反
射型液晶表示装置。
9. The liquid crystal display element and the transparent plate in the reflection plate have substantially the same refractive index of light, or the liquid crystal display element, the transparent adhesive layer, and the reflection plate 9. The reflective liquid crystal display device according to claim 7, wherein the transparent plates have substantially the same refractive index of light.
【請求項10】 請求項5記載の反射板が、前記液晶表
示装置の液晶層と背面基板との間に、前記反射板の前面
が前記液晶層側となるよう配置されていることを特徴と
する反射型液晶表示装置。
10. The reflector according to claim 5, wherein the reflector is disposed between the liquid crystal layer and the rear substrate of the liquid crystal display device such that the front surface of the reflector is on the liquid crystal layer side. Reflective liquid crystal display device.
【請求項11】 請求項5記載の反射板の前記前面が、
光透過性の表示装置の背面に、密着したことを特徴とす
る反射型表示装置。
11. The reflecting plate according to claim 5, wherein the front surface is:
A reflective display device, which is in close contact with the back surface of a light-transmitting display device.
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