DE102006030839A1

DE102006030839A1 - Optisches Element mit computergeneriertem Hologramm

Info

Publication number: DE102006030839A1
Application number: DE102006030839A
Authority: DE
Inventors: Masachika Watanabe; Mitsuru Kitamura; Koji Eto
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2026-07-05
Also published as: JP4821192B2; DE102006030839B4; US20070008597A1; JP2007017643A

Abstract

Ein Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm mit geringer Abnahme der Bildumwandlungsfunktion bereitzustellen, selbst wenn eine Verschmutzung, wie Öl und Wasser, an der Oberfläche haftet. Um den Gegenstand zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein optisches Element mit computergesteuertem Hologramm bereit, umfassend: DOLLAR A ein Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp, umfassend ein Substrat und eine Bildumwandlungsschicht, die auf dem Substrat gebildet ist und die Funktion als eine Fourier-Transformations-Linse hat; DOLLAR A eine Beugungsfunktionsschicht, die auf der Bildumwandlungsschicht des Fourier-Transformations-Hologramms vom Transmissionstyp angeordnet ist und einen bestimmten Brechungsindexunterschied in bezug auf die Bildumwandlungsschicht aufweist und DOLLAR A eine Schutzschicht, die auf der Beugungsfunktionsschicht gebildet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm mit einer Funktion als eine Fourier-Transformations-Linse. Spezieller bezieht sie sich auf ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm mit geringer Abnahme der Bildumwandlungsfunktion, selbst wenn eine Verschmutzung an der Oberfläche haftet.
Beschreibung des Standes der Technik
Das Hologramm wird durch zwei Lichter derselben Wellenlänge (Objektlicht und Referenzlicht), die miteinander interferieren, hergestellt, damit die Wellenfläche des Objektlichtes auf einem empfindlichen Material als Interferenzstreifen aufgezeichnet wird. Wenn Licht desselben Zustandes wie das ursprüngliche Referenzlicht auf das Hologramm gerichtet wird, wird durch die Interferenzstreifen die Beugungserscheinung erzeugt, so daß dieselbe Wellenfläche wie das ursprüngliche Objektlicht reproduziert werden kann. Das Hologramm kann gemäß der Aufzeichnungsform der Interferenzstreifen, die durch die Interferenz von einem Laserstrahl oder Licht mit ausgezeichneten Kohärenzeigenschaften erzeugt werden, in mehrere Arten (Hologramm vom Oberflächenrelieftyp, Volumenhologramm oder dergleichen) klassifiziert werden.
Das Hologramm wird oftmals für Sicherheitsanwendungen oder dergleichen unter Nutzung der Merkmale verwendet, die das Kopieren desselben Designs schwierig machen. Insbesondere wird üblicherweise ein Hologramm vom Oberflächenrelieftyp zum Aufzeichnen von Interferenzstreifen durch Aufbringen einer winzigen konkavkonvexen Form auf dem Hologramm, das die Schichtoberfläche bildet, verwendet.
Konventionell sind als Hologramm hauptsächlich die vom Reflexionstyp verwendet worden, jedoch ist kürzlich ein Hologramm vom Transmissionstyp entwickelt worden, so daß das Transmissionshologramm mit der Funktion als computergeneriertes Hologramm besondere Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat.

Da das computergenerierte Hologramm vom Transmissionstyp dahingehend einzigartig ist, daß einfallendes Licht durch Richten von Licht aus einer Punktlichtquelle zu einem vorbestimmten Bild umgewandelt wird, wird die Anwendungsentwicklung, die für ein konventionelles Reflexionshologramm unmöglich gewesen ist, diskutiert. Beispielsweise offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung (JP-A) Nr. 2004-126535 eine Anwendung als ein Hologrammbeobachtungstool, wobei zwei Hologramme vom Transmissionstyp an einem Brillenrahmen anstelle der Linsen eingebracht werden, um eine vorbestimmte Abbildung durch Beobachten der Punktlichtquelle mit der aufgesetzten Brille zu beobachten.

Außerdem offenbart JP-A Nr. 2004-77548 einen neuen „Fächer" („fan") mit einem computergenerierten Hologramm vom Transmissionstyp, eingesetzt in den „Fächer", um ferner noch etwas anderes, wie eine Markierung oder Illustration, zusammen mit dem Muster auf dem Fächer selbst sehen zu können. Folglich erlaubt das computergenerierte Hologramm vom Transmissionstyp neue Anwendungsentwicklungen, die durch das konventionelle Reflexionshologramm nicht bereitgestellt werden können. Zusätzlich zu den obengenannten Beispielen sind verschiedene Anwendungsentwicklungen, wie die industrielle Anwendung und die Sicherheitsanwendung, besprochen worden.

Ein solches computergeneriertes Hologramm vom Transmissionstyp weist im allgemeinen eine Konfiguration mit einer Bildumwandlungsschicht mit einer winzigen konkav-konvexen Form auf, die auf einem transparenten Substrat gebildet wird. Als die Bildumwandlungsschicht sind beispielsweise die mit einer Funktion als eine Fourier-Transformations-Linse bekannt. Als die Bildumwandlungsschicht mit der Funktion als Fourier-Transformations-Linse sind die eines eingebetteten Phasenhologramms und die eines Filmamplitudenhologramms als der massenproduzierbare Typ bekannt.

Das computergenerierte Hologramm vom Transmissionstyp dient der Umwandlung von Licht, das aus einer Punktlichtquelle auf eine gewünschte optische Abbildung einfällt, unter Verwendung des Brechungsindexunterschieds zwischen der Bildumwandlungsschicht und der Luft; jedoch ist damit das Problem verbunden, daß die erhaltene optische Abbildung aufgrund der Veränderung des Brechungsindexunterschiedes durch die Haftung von Öl, Wasser oder dergleichen auf der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht gestört wird.

Insbesondere wird, da eine winzige konkav-konvexe Form auf der Oberfläche des eingebetteten computergenerierten Hologramms gebildet wird, und die konkav-konvexe Form der Luftgrenzfläche ausgesetzt wird, durch Haftung von Öl, Wasser oder dergleichen auf der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht der konkav-konvexe Teil verdeckt. Infolgedessen kann keine optische Abbildung erhalten werden, wodurch bei dem computergenerierten Hologramm Probleme verursacht werden. Aufgrund der Probleme ist es schwierig gewesen, im Fall des computergenerierten Hologramms vom Transmissionstyp ein sehr praktisches Hologramm zu erhalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obengenannten Probleme erreicht worden, und ein Hauptgegenstand davon ist, ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm mit geringer Abnahme der Bildumwandlungsfunktion bereitzustellen, selbst wenn eine Verschmutzung, wie Öl und Wasser, an der Oberfläche haftet.

Um den obengenannten Gegenstand zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm bereit, umfassend: ein Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp, umfassend ein Substrat und eine Bildumwandlungsschicht, die auf dem Substrat gebildet ist und die Funktion als eine Fourier-Transformations-Linse hat; eine Beugungsfunktionsschicht, die auf der Bildumwandlungsschicht des Fourier-Transformations-Hologramms vom Transmissionstyp angeordnet ist und einen bestimmten Brechungsindexunterschied in be zug auf die Bildumwandlungsschicht aufweist und eine Schutzschicht, die auf der Beugungsfunktionsschicht gebildet ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da eine Schutzschicht bereitgestellt wird, die Haftung von Wasser, Öl oder dergleichen an der winzigen bzw. sehr kleinen konkav-konvexen Form, die auf der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht des Fourier-Transformations-Hologramms vom Transmissionstyp gebildet ist, oder Verformung der winzigen konkav-konvexen Form der Bildumwandlungsschicht verhindert werden. Infolgedessen kann die Erfindung ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm mit ausgezeichneter Vielseitigkeit bereitstellen, wobei die Bildumwandlungsfunktion für einen langen Zeitraum aufrechterhalten wird. Außerdem kann, da eine Beugungsfunktionsschicht bereitgestellt wird, selbst wenn die Verschmutzung oder dergleichen auf der Schutzschicht haftet, durch Abwischen der Verschmutzung ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm mit ausgezeichneten Bildbildungseigenschaften erhalten werden.

In der obengenannten Erfindung ist es bevorzugt, daß die Beugungsfunktionsschicht aus Luft ist. Da die Beugungsfunktionsschicht aus Luft ist, kann der Brechungsindexunterschied zwischen der Bildumwandlungsschicht und der Beugungsfunktionsschicht größer gemacht werden, so daß die optische Abbildung, die durch das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm erhalten wurde, ohne gebeugtes Licht höherer Ordnung heller gemacht werden kann, und ist daher vorteilhaft. Außerdem können, da die Tiefe der winzigen konkav-konvexen Form, die in der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht gebildet wird, flacher gemacht werden kann, das Hologramm-Mastering-Verfahren und das Kopierverfahren erleichtert werden, so daß das Herstellungsverfahren für das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm vereinfacht werden kann. Außerdem kann der Brechungsindex der Beugungsfunktionsschicht im Verlauf der Zeit nicht verändert werden, und ist daher vorteilhaft.

Überdies können in der obengenannten Erfindung die Beugungsfunktionsschicht und die Schutzschicht integral mit demselben Harz gebildet werden. Da die Beugungsfunktionsschicht und die Schutzschicht integriert mit demselben Harz gebildet wer den, kann ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm mit weiterer ausgezeichneter Rigidität erhalten werden.

Außerdem ist es in der obengenannten Erfindung bevorzugt, daß der Brechungsindexunterschied zwischen der Beugungsfunktionsschicht und der Bildumwandlungsschicht in einem Bereich von 0,75 × (λ₀/D) × (N – 1)/N bis 1,25 × (λ₀/D) × (N – 1)/N liegt. Da der Brechungsindexunterschied zwischen der Beugungsfunktionsschicht und der Bildumwandlungsschicht in dem obengenannten Bereich liegt, wenn beispielsweise die Beugungsfunktionsschicht aus Luft ist, kann eine helle optische Abbildung reproduziert werden. Außerdem können Vorteile wie die Reduktion einer unnötig gebeugten Abbildung oder dergleichen erhalten werden.

Hier stellt das obengenannte λ₀ die Referenzwellenlänge dar; das obengenannte D stellt die maximale Tiefe der winzigen konkav-konvexe Form dar, die auf der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht gebildet ist; und das obengenannte N stellt die Anzahl der Schritte der winzigen konkav-konvexen Form dar, die auf der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht gebildet ist.

Überdies kann in der obengenannten Erfindung ein Druck auf die Schutzschicht aufgebracht werden. Wenn ein Druck auf die Schutzschicht aufgebracht wird, kann ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm mit reichen Designeigenschaften erhalten werden, und daher kann das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm für die Anwendung als Spielwaren oder dergleichen geeignet sein.

Außerdem ist es bevorzugt, daß das optische Element mit computergeneriertem Hologramm in der obengenannten Erfindung eine Antireflexionsschicht aufweist. Da die Antireflexionsschicht bereitgestellt wird, kann beispielsweise die Störung der Abbildung, abgeleitet aus der Mehrfachreflexion von einfallendem Licht, oder dergleichen verhindert werden.

Die vorliegende Erfindung stellt die Wirkung des Erhalts eines optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm mit geringer Abnahme der Bildumwandlungsfunktion bereit, selbst wenn eine Verschmutzung an der Oberfläche haftet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein schematischer Querschnitt, der ein Beispiel eines erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm zeigt;

2 ist ein schematischer Querschnitt, der ein anderes Beispiel eines erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm zeigt;

3A bis 3B sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der Fourier-Transformations-Linsen-Funktion;

4A bis 4B sind schematische Querschnitte, die jeweils ein anderes Beispiel eines erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm zeigen;

5A bis 5E sind schematische Darstellungen, die ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für ein Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp zeigen;

6A bis 6C sind schematische Darstellungen, die ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für ein erfindungsgemäßes optisches Element mit computergeneriertem Hologramm zeigen und

7A bis 7C sind schematische Darstellungen, die ein anderes Beispiel eines Herstellungsverfahrens für ein erfindungsgemäßes optisches Element mit computergeneriertem Hologramm zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Hierin nachstehend wird das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm ausführlich erläutert.
Das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm umfaßt: ein Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp, mit einem Substrat und einer Bildumwandlungsschicht, die auf dem Substrat gebildet ist und die Funktion als eine Fourier-Transformations-Linse hat; eine Beugungsfunktionsschicht, die auf der Bildumwandlungsschicht des Fourier-Transformations-Holo gramms vom Transmissionstyp angeordnet ist und einen bestimmten Brechungsindexunterschied in bezug auf die Bildumwandlungsschicht aufweist und eine Schutzschicht, die auf der Beugungsfunktionsschicht gebildet ist.
Als nächstes wird das optische Element des erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm in bezug auf die Zeichnungen erläutert. 1 ist ein schematischer Querschnitt, der ein Beispiel eines erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm zeigt. Wein 1 gezeigt, umfaßt das erfindungsgemäße optische Element 10 mit computergeneriertem Hologramm: ein Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp 20 mit einem Substrat 1 und eine Bildumwandlungsschicht 2, die auf dem Substrat 1 gebildet ist; eine Beugungsfunktionsschicht 3, die auf der Bildumwandlungsschicht 2 gebildet ist und eine Schutzschicht 4, die auf der Beugungsfunktionsschicht 3 gebildet ist. Wie in 1 gezeigt, kann die Beugungsfunktionsschicht 3 in dem erfindungsgemäßen optischen Element 10 mit computergeneriertem Hologramm die Dickeneinstellung durch eine optionale Zwischenlage 5 aufweisen, und außerdem kann die Zwischenlage 5 die Funktion des Bindens der Bildumwandlungsschicht 2 und der Schutzschicht 4 haben.
In dem erfindungsgemäßen optischen Element 10 mit computergeneriertem Hologramm weist die Bildumwandlungsschicht 2 mit einer Funktion als eine Fourier-Transformations-Linse eine winzige konkav-konvexe Form auf, die auf der Oberfläche gebildet wird, um so eine gewünschte Phasenverteilung zu einer vorbestimmten Position der Bildumwandlungsschicht 2 bereitzustellen. Durch die winzige konkav-konvexe Form wird Licht, das aus einer optionalen Punktlichtquelle einfällt, auf einen vorbestimmten Winkel gebeugt, wodurch eine vorbestimmte optische Abbildung gebildet wird. Außerdem weist die Beugungsfunktionsschicht 3 einen bestimmten Brechungsindexunterschied in bezug auf die Bildumwandlungsschicht 2 auf, und die Schutzschicht 4 weist die Funktion der Verhinderung der Haftung von Verschmutzung oder dergleichen an der winzigen konkav-konvexen Form auf, die auf der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht 2 gebildet wird.
Die Beugungsfunktionsschicht in der vorliegenden Erfindung weist eine Beugungsfunktion auf, die einen vorbestimmten Brechungsindexunterschied in bezug auf die Bildumwandlungsschicht zeigt. Da der Beugungswinkel von Licht, das aus der Punktlichtquelle einfällt, in der Bildumwandlungsschicht von dem Brechungsindexunterschied zwischen der Bildumwandlungsschicht und der Beugungsfunktionsschicht abhängt, wenn Verschmutzung oder dergleichen an der Bildumwandlungsschicht haftet, unterscheidet sich der Brechungsindexunterschied von dem Zustand vor der Verschmutzungshaftung, so daß der Beugungszustand des einfallenden Lichts verändert wird. Dadurch wird ein Phänomen der Störung des Bildes, das durch die Bildumwandlungsschicht gebildet werden soll, erzeugt.
Jedoch kann gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Schutzschicht auf der Beugungsfunktionsschicht gebildet wird, die Veränderung des Brechungsindexunterschieds zwischen der Bildumwandlungsschicht und der Beugungsfunktionsschicht durch Verschmutzung oder dergleichen der Bildumwandlungsschicht effektiv verhindert werden. Außerdem kann gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Beugungsfunktionsschicht auf der Bildumwandlungsschicht bereitgestellt wird, selbst wenn beispielsweise Verschmutzung an der Schutzschicht haftet, der Brechungsindexunterschied zwischen der Beugungsfunktionsschicht und der Bildumwandlungsschicht nicht verändert werden. Deshalb kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm mit geringer Abnahme der Bildumwandlungsfunktion, selbst wenn eine Verschmutzung an der Oberfläche haftet, erhalten werden.
2 ist ein schematischer Querschnitt, der ein anderes Beispiel eines erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm zeigt. Wie in 2 gezeigt, kann das erfindungsgemäße optische Element 11 mit computergeneriertem Hologramm eine Verbundschicht 22 sein, wobei die Beugungsfunktionsschicht und die Schutzschicht integral mit demselben Harz gebildet werden.
In bezug auf die Verbundschicht kann, selbst wenn die Beugungsfunktionsschicht und die Schutzschicht integral gebildet werden, der Gegenstand der vorliegenden Erfindung erreicht werden, da der Brechungsindexunterschied zwischen der Bildum wandlungsschicht und der Beugungsfunktionsschicht aufrechterhalten werden kann, sowie die Haftung der Verschmutzung oder dergleichen an der Bildumwandlungsschicht verhindert werden kann.
Ein erfindungsgemäßes optisches Element mit computergeneriertem Hologramm umfaßt ein Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp mit einem Substrat und einer Bildumwandlungsschicht, einer Beugungsfunktionsschicht und einer Schutzschicht. Hierin nachstehend wird jede Konfiguration des erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm ausführlich erläutert.
1. Beugungsfunktionsschicht
Zunächst wird die Beugungsfunktionsschicht in der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Beugungsfunktionsschicht in der vorliegenden Erfindung weist eine Beugungsfunktion durch einen bestimmten Brechungsindexunterschied in bezug auf die Bildumwandlungsschicht auf. Da die Beugungsfunktionsschicht eine solche Beugungsfunktion aufweist, realisiert das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm die Funktion der Umwandlung von Licht, das aus einer Punktlichtquelle in eine vorbestimmte optische Abbildung einfällt.
In der vorliegenden Erfindung wird der Brechungsindexunterschied zwischen der Beugungsfunktionsschicht und der Bildumwandlungsschicht gegebenenfalls nicht bestimmt, jedoch wird er in einem Bereich bestimmt, in dem Licht, das aus der Punktlichtquelle in eine vorbestimmte optische Abbildung einfällt, in der Bildumwandlungsschicht gemäß dem Bestandteilmaterial der Beugungsfunktionsschicht, dem Bestandteilmaterial der Bildumwandlungsschicht, der winzigen konkav-konvexen Form, die auf der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht gebildet wird, oder dergleichen umwandeln kann. Mit anderen Worten ist der Brechungsindexunterschied zwischen der Beugungsfunktionsschicht und Bildumwandlungsschicht nicht besonders eingeschränkt, so lange wie er in einem Bereich liegt, in dem Licht, das aus einer vorbestimmten Punktlichtquelle in eine gewünschte Abbildung einfällt, in der Bildumwandlungsschicht umwandeln kann.
In der vorliegenden Erfindung liegt der Brechungsindexunterschied zwischen der Beugungsfunktionsschicht und der Bildumwandlungsschicht bevorzugt in einem Bereich von 0,75 × (λ₀/D) × (N – 1)/N bis 1,25 × (λ₀/D) × (N – 1)/N; stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,9 × (λ₀/D) × (N – 1)/N bis 1,1 × (λ₀/D) × (N – 1)/N; und besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,95 × (λ₀/D) × (N – 1)/N bis 1,05 × (λ₀/D) × (N – 1)/N.
Hier ist λ₀ die Referenzwellenlänge und stellt D die maximale Tiefe der winzigen konkav-konvexen Form, die auf der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht gebildet wird, dar. Das N stellt die Anzahl der Schritte der winzigen konkav-konvexen Form, die auf der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht gebildet wird, dar.
Die Referenzwellenlänge ist die entsprechende Wellenlänge der Punktlichtquelle, die für die Beobachtung der optischen Abbildung verwendet wird, die durch die Bildumwandlungsschicht erhalten wird. Beispielsweise können als die Referenzwellenlänge in dem Fall einer Weißlichtquelle 550 nm als ein Beispiel genannt werden. Was das oben genannt N betrifft, ist beispielsweise in dem Beispiel des optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm, das in 1 und 2 gezeigt wird, da die Anzahl der Schritte in der winzigen konkav-konvexen Form 4 ist, N = 4. Wenn außerdem die Oberfläche glatt ist, wie in dem Fall eines gezackten Querschnitts oder dergleichen, N = ∞.
Insbesondere liegt in der vorliegenden Erfindung der Brechungsindexunterschied bevorzugt in einem Bereich von 0,3 bis 1,0, und stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,4 bis 0,8. Da der Brechungsindexunterschied zwischen der Beugungsfunktionsschicht und der Bildumwandlungsschicht in dem obengenannten Bereich liegt, wenn beispielsweise die Beugungsfunktionsschicht aus Luft ist, kann eine helle optische Abbildung reproduziert werden. Außerdem können Vorteile wie die Reduktion einer unnötig gebeugten Abbildung oder dergleichen erhalten werden. Hier kann die Punktlichtquelle monochromatisches Licht, wie ein Laser, sein, und kann außerdem weißes Licht sein.
Das Bestandteilmaterial für die erfindungsgemäße Beugungsfunktionsschicht ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie es einen Brechungsindex aufweist, der einen gewünschten Brechungsindexunterschied in bezug auf die Bildumwandlungsschicht, die später beschrieben werden soll, bereitstellen kann. Ein Material mit irgendeiner Form einer Flüssigkeit, eines Gases oder eines Feststoffes kann angenommen werden. Insbesondere ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, ein gasförmiges oder festes Material zu verwenden.
Das obengenannte gasförmige Material ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie es einen Brechungsindex aufweist, der einen gewünschten Brechungsindexunterschied in bezug auf die Bildumwandlungsschicht bereitstellen kann, die später beschrieben wird. Insbesondere ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, Luft als das gasförmige Material zu verwenden. Da die Beugungsfunktionsschicht aus Luft ist, kann der Brechungsindexunterschied zwischen der Bildumwandlungsschicht und der Beugungsfunktionsschicht größer gemacht werden, so daß die optische Abbildung, die durch das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm erhalten wird, ohne gebeugtes Licht höherer Ordnung heller gemacht werden kann, und daher ist sie vorteilhaft. Da außerdem die Tiefe der winzigen konkav-konvexen Form, die in der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht gebildet wird, flacher gemacht werden kann, können das Hologramm-Mastering-Verfahren und das Kopierverfahren erleichtert werden, so daß das Herstellungsverfahren für das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm vereinfacht werden kann. Außerdem kann der Brechungsindex der Beugungsfunktionsschicht im Verlauf der Zeit nicht verändert werden, und ist daher vorteilhaft.
Das Material des festen Materials ist auch nicht besonders eingeschränkt, so lange wie es einen Brechungsindex aufweist, der einen gewünschten Brechungsindexunterschied in bezug auf die Bildumwandlungsschicht, die später beschrieben wird, bereitstellen kann. Er kann gegebenenfalls in einem Bereich zum Bereitstellen des Brechungsindexunterschieds in bezug auf die Bildumwandlungsschicht bei einem vorbestimmten Wert gemäß dem Bestandteilmaterial der Bildumwandlungsschicht und der winzigen konkav-konvexen Form, die in der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht gebildet wird, bestimmt werden.
Der Brechungsindex des festen Materials kann gegebenenfalls gemäß der Anwendung oder dergleichen des erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm bestimmt werden, und ist daher nicht besonders eingeschränkt. Außerdem ist die Wellenlänge, die die Referenz des Brechungsindexes sein soll, auch nicht besonders eingeschränkt, so daß sie gegebenenfalls in einem Bereich von 400 nm bis 750 nm ausgewählt werden kann. Insbesondere liegt in der vorliegenden Erfindung der Brechungsindex bei der Wellenlänge von 633 nm bevorzugt in dem Bereich von 1,3 bis 2,0, und liegt stärker bevorzugt in dem Bereich von 1,33 bis 1,8. Da der Brechungsindex des festen Materials in dem obengenannten Bereich liegt, kann beispielsweise der Vorteil, wie eine Erweiterung der Auswahlbreite des Bestandteilmaterials der Beugungsfunktionsschicht oder dergleichen, erhalten werden. Hier kann der Brechungsindex mit einem Spektralellipsometer gemessen werden.
Das obengenannte feste Material ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie es den obengenannten Brechungsindex oder dergleichen aufweist, und es ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeitseigenschaften aufweist. Als ein solches festes Material sind im allgemeinen die mit einer 80%igen oder höheren Durchlässigkeit in dem Bereich des sichtbaren Lichts bevorzugt, und die mit 90 % oder mehr sind stärker bevorzugt. Falls die Durchlässigkeit niedrig ist, kann die optische Abbildung, die durch das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm erhalten wird, gestört werden, wodurch sie zu dunkel ist. Hier kann die obengenannte Durchlässigkeit des festen Materials durch JIS K7361-1 gemessen werden (Bestimmung der gesamten Lichtdurchlässigkeit der Kunststofftransparent-Materialien).
Außerdem sind als das feste Material die mit einer geringeren Trübung bevorzugt. Speziell sind die mit dem Trübungswert in einem Bereich von 0,01 % bis 5 % bevorzugt; sind die in einem Bereich von 0,01 % bis 3 % stärker bevorzugt; und sind die in einem Bereich von 0,01 % bis 1,5 % besonders bevorzugt. Hier wird als der obengenannte Trübungswert ein Wert, gemessen basierend auf JIS K7105, verwendet.
In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, ein Kunststoffharz als das feste Material zu verwenden. Als das Kunststoffharz können ein thermoplastisches Harz, ein hitzehärtbarer Kunststoff und ein durch ionisierende Strahlung härtendes Harz als ein Beispiel genannt werden. In der vorliegenden Erfindung kann jedes dieser Harze bevorzugt verwendet werden.
Als das thermoplastisches Harz, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ein Polyethylen-basierendes Harz, ein Polypropylen-basierendes Harz, ein Olefin-basierendes Harz, wie ein cyclisches Polyolefin-basierendes Harz, ein Fluor-enthaltendes Harz, ein Silikon-enthaltendes Harz oder dergleichen genannt werden. Als die speziellen Beispiele eines solchen thermoplastischen Harzes können ein Poly(methyl)acrylester oder ein teilweise hydrolysiertes Produkt davon, ein Polyvinylacetat oder ein hydrolysiertes Produkt davon, ein Polyvinylalkohol oder ein Teilacetalprodukt davon, eine Triacetylcellulose, ein Polyisopren, ein Polybutadien, ein Polychloropren, ein Silikongummi, ein Polystyrol, ein Polyvinylbutyral, ein Polyvinylchlorid, ein Polyallylat, ein chloriertes Polyethylen, ein chloriertes Polypropylen, ein Poly-N-vinylcarbazol oder ein Derivat davon, ein Poly-N-vinylpyrrolidon oder ein Derivat davon, ein Copolymer von Styrol und Maleinsäureanhydrid oder ein Halbester davon, ein Copolymer, das als Polymerisationskomponente mindestens eines aufweist, ausgewählt aus den Monomergruppen, die zur Copolymerisation fähig sind, wie eine Acrylsäure, ein Esteracrylat, ein Acrylamid, ein Acrylnitril, ein Ethylen, ein Propylen und ein Vinylchlorid, ein Vinylacetat oder dergleichen, genannt werden. In der vorliegenden Erfindung können diese thermoplastischen Harze nur als eine Art oder als ein Gemisch aus zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Als ein solcher hitzehärtbarer Kunststoff kann ein Harnstoffharz, ein Melaminharz, ein Phenolharz, ein Epoxidharz, ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Alkydharz, ein Urethanharz, ein Diallylphthalatharz, ein Polyimidharz, ein Oxetanharz oder dergleichen genannt werden.
Das obengenannte durch aktive Strahlung härtende Harz ist auch nicht besonders eingeschränkt, so lange wie es ein Material mit dem Brechungsindex oder dergleichen ist. Als ein solches durch aktive Strahlung härtendes Harz können ein Lichthärtendes Harz, das durch Belichtung gehärtet werden soll, ein Elektronenstrahlhärtendes Harz, das durch Elektronenstrahlbestrahlung gehärtet werden soll, oder dergleichen genannt werden. In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, ein Licht-härtendes Harz zu verwenden. Da das Licht-härtende Harz ebenso in anderen Bereichen als den bereits etablierten Techniken weitgehend verwendet wird, kann sie auf die vorliegende Erfindung angewendet werden.
Außerdem kann als das Licht-härtende Harz ein Licht-härtendes Harz, das durch UV-Strahlen oder sichtbares Licht gehärtet werden soll, genannt werden. Insbesondere ist es bevorzugt, ein UV-härtendes Harz, das durch Bestrahlung mit Licht einer Wellenlänge von 130 bis 500 nm; stärker bevorzugt von 250 bis 450 nm; und ferner bevorzugt von 300 bis 400 nm gehärtet werden soll, zu verwenden. Es ist nützlich, UV-härtendes Harz aus Sicht der Bequemlichkeit der Lichtbestrahlungsvorrichtung, oder dergleichen zu verwenden.
Als die speziellen Beispiele des UV-härtenden Harzes, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, können die, hergestellt durch Modifizieren eines (un)gesättigten Polyesterharzes, eines Epoxidharzes, eines Urethanharzes, eines Acrylharzes oder dergleichen mit einem Säure-enthaltenden Monomer, wie einer (Meth)acrylsäure, oder einem Glycidylgruppen-enthaltenden Monomer, wie einem Glycidyl(meth)acrylat, und ein (Meth)allylglycidylether, ein Gemisch aus mindestens einer Art eines modifizierten Polyesterharzes mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von 300 bis 5.000, ein modifiziertes Epoxidharz, ein modifiziertes Urethanharz, ein modifiziertes Acrylharz oder dergleichen, hergestellt durch Modifizieren eines Hydroxylgruppen-enthaltenden (Meth)acrylmonomers, wie einem 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, einem Glyceryldi(meth)acrylat, einem Trimethylolpropandi(meth)acrylat und einem Pentaerythritoltri(meth)acrylat, mit einem polyfunktionellen Isocyanatmonomer, wie einem Hexamethylendiisocyanat, einem Xylylendiisocyanat, einem Toluoldiisocyanat oder dergleichen, genannt werden. Außerdem kann, wenn benötigt, ein Monomer eines (Meth)acrylats, wie ein Ethylenglykolmono(meth)acrylat, ein Ethylenglykoldi(meth)acrylat, ein 1,6-Hexandiolmono(meth)acrylat, ein 1,6-Hexandioldi(meth)acrylat, ein Trimethylolpropandi(meth)acrylat, ein Trimethylolpropantri(meth)acrylat, ein Pentaerythritoltri(meth)acrylat, ein Pentaerythritoltetra(meth)acrylat, ein Dipentaerythritolpenta(meth)acrylat und ein Dipentaerythritolhexa(meth)acrylat, ein Fluor-enthaltendes Monomer, ein Silicium-enthaltendes Monomer, ein Schwefel-ent haltendes Monomer, ein Monomer mit einem Fluorengerüst oder dergleichen, dazugegeben werden.
Falls die Beugungsfunktionsschicht in der vorliegenden Erfindung aus dem obengenannten festen Material ist, kann die Beugungsfunktionsschicht eine andere Verbindung als das feste Material enthalten. Eine solche Verbindung ist nicht besonders eingeschränkt, und kann gegebenenfalls gemäß der Anwendung oder dergleichen dieses erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm ausgewählt und verwendet werden. Als ein Beispiel der obengenannten anderen Verbindung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ein UV-Absorber, ein Farbmittel oder dergleichen genannt werden.
Der obengenannten UV-Absorber ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie er eine Verbindung ist, die eine gewünschte UV-Strahlen-Absorptionseigenschaft für die Beugungsfunktionsschicht in der vorliegenden Erfindung bereitstellen kann. Als der UV-Absorber, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann beispielsweise ein Benzotriazol-basierender UV-Absorber, wie 2-(2H-Benzotriazol-2-yl)-p-cresol, 2-(2H-Benzotriazol-2-yl)-4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenol, 2-(2H-Benzotriazol-2-yl)-4,6-bis(1-methyl-1-phenylethyl)phenol, 2-[5-Chlor(2H)-benzotriazol-2-yl]-4-methyl-6-(tert-butyl)phenol, 2,4-Di-tert-butyl-6-(5-chlorbenzotriazol-2-yl)phenol und 2-(2N-Benzotriazol-2-yl)-4,6-di-tert-pentylphenol; ein Triazin-basierender UV-Absorber, wie 2-(4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-[(hexyl)oxy]-phenol; ein Benzophenon-basierender UV-Absorber, wie Octabenzon; ein Benzoat-basierender UV-Absorber, wie 2,4-Di-tert-butylphenyl-3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzoat; ein flüssiger UV-Absorber, wie 2-(2H-Benzotriazol-2-yl)-6-(geradkettiges und Seitenketten-Dodecyl)-4-methylphenol; ein UV-Absorber vom Polymertyp, wie 2-Hydroxy-4-(methacryloyloxyethoxy)benzophenon/Methylmethacrylat-Copolymer; und außerdem ein Anionen-basierender wasserlöslicher Polymer-UV-Absorber, ein Kationen-basierender wasserlöslicher Polymer-UV-Absorber, ein Nichtionen-basierender wasserlöslicher Polymer-UV-Absorber oder dergleichen, genannt werden.
Das obengenannte Farbmittel ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie es eine Verbindung ist, die eine Lichtabsorptionseigenschaft einer gewünschten Wellen länge für die Beugungsfunktionsschicht in der vorliegenden Erfindung bereitstellen kann. Als das Farbmittel, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann beispielsweise ein Pigment, wie ein Azo-basierendes Pigment, ein gebundenes Azobasierendes Pigment, ein Isoindolinon-basierendes Pigment, ein Chinacridon-basierendes Pigment, ein Diketopyrolopyrol-basierendes Pigment, ein Anthrachinon-basierendes Pigment und ein Dioxazin-basierendes Pigment, und ein Farbstoff, wie ein 1,1-Chromkomplex-basierender Farbstoff, ein 1,2-Chromkomplex-basierender Farbstoff, ein 1,2-Kobaltkomplex-basierender Farbstoff, ein Anthrachinon-basierender Farbstoff, ein Phthalocyanin-basierender Farbstoff, ein Methin-basierender Farbstoff, ein Lacton-basierender Farbstoff und ein Thioindigo-basierender Farbstoff, genannt werden.
Außerdem können zu der Beugungsfunktionsschicht in der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den obengenannten Additiven feine Teilchen für den Zweck der Einstellung des Brechungsindexes der Beugungsfunktionsschicht zugegeben werden. Der Brechungsindex der feinen Teilchen, die zu der Beugungsfunktionsschicht zugegeben werden sollen, kann gegebenenfalls gemäß des Brechungsindexes, der für die Beugungsfunktionsschicht erforderlich ist, bestimmt werden, und ist im allgemeinen bevorzugt höher als der Brechungsindex des festen Materials zum Bilden der Beugungsfunktionsschicht. Da diese feinen Teilchen verwendet werden, kann die Beugungsfunktionsschicht einen hohen Brechungsindex aufweisen. Insbesondere sind in der vorliegenden Erfindung feine Teilchen mit dem Brechungsindex bei Licht mit einer Wellenlänge von 400 bis 750 nm der feinen Teilchen von 1,50 oder mehr bevorzugt; außerdem sind feine Teilchen mit dem Brechungsindex von 1,70 oder mehr; und außerdem feine Teilchen von 1,90 oder mehr weiterhin bevorzugt.
Hier beträgt der Brechungsindex bei Licht mit einer Wellenlänge von 400 bis 750 nm 1,50 oder mehr, was angibt, daß der mittlere Brechungsindex bei Licht mit einer Wellenlänge des obengenannten Bereiches 1,50 oder mehr beträgt, so daß der Brechungsindex bei dem gesamten Licht mit Wellenlängen des obengenannten Bereiches nicht 1,50 oder mehr sein muß. Außerdem ist der mittlere Brechungsindex ein Wert, der durch Teilen der Gesamtsumme der Brechungsindexmeßwerte für jedes Licht mit einer Wellenlänge in dem obengenannten Bereich durch die Anzahl an Meßpunkten erhalten wird.
Als die feinen Teilchen mit einem hohen Brechungsindex können beispielsweise anorganische feine Teilchen wie anorganische feine Oxidteilchen und organische feine Teilchen oder dergleichen vorliegen. Insbesondere sind für die hohe Transparenz und die Lichtdurchlässigkeitseigenschaft die anorganischen feinen Oxidteilchen bevorzugt. Da das anorganische Oxid farblos oder kaum gefärbt ist, sind die mit einem hohen Brechungsindex als eine Komponente zum Bereitstellen eines hohen Brechungsindexes geeignet. Als ein lichtdurchlässiges anorganisches Oxid mit einem hohen Brechungsindex kann ein Titanoxid (TiO₂), ein Zinkoxid (ZnO), ein Zirkoniumdioxid (ZrO₂), ein Indium/Zinnoxid (ITO), ein Antimon/Zinnoxid (ATO) oder dergleichen genannt werden. Als das Titanoxid sind insbesondere die des Rutiltyps mit einem hohen Brechungsindex bevorzugt.
Um die Transparenz der Beugungsfunktionsschicht nicht zu verringern, beträgt die primäre Teilchengröße der feinen Teilchen bevorzugt etwa 10 bis 350 nm und insbesondere beträgt sie bevorzugt etwa 10 bis 100 nm. Wenn die primäre Teilchengröße größer als der obengenannte Bereich ist, kann die Transparenz der Beugungsfunktionsschicht verschlechtert werden. Wenn außerdem die primäre Teilchengröße kleiner als der obengenannte Bereich ist, kann Aggregation leicht erzeugt werden, so daß sogar die Dispersion in der Beugungsfunktionsschicht schwierig sein kann. Hier kann die primäre Teilchengröße der feinen Teilchen visuell durch das Rasterelektronenmikroskop (REM) oder dergleichen gemessen werden, oder kann mechanisch durch einen Teilchengrößenverteilungsmesser unter Verwendung des dynamischen Lichtstreuungsverfahrens oder des statischen Lichtstreuungsverfahrens oder dergleichen gemessen werden. Außerdem kann, so lange wie die primäre Teilchengröße der feinen Teilchen in dem obengenannten Bereich liegt, die Teilchenform entweder sphärisch oder nadelförmig oder irgendeine andere Form sein.
In der vorliegenden Erfindung kann, wenn die Beugungsfunktionsschicht aus festem Material ist, die Beugungsfunktionsschicht in der vorliegenden Erfindung aus demselben Harz wie die Schutzschicht hergestellt sein, die später beschrieben werden soll, und damit eine Einheit bilden. Da die Beugungsfunktionsschicht und die Schutzschicht, die später beschrieben werden soll, integriert mit demselben Harz gebildet werden, kann ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm mit weiterer ausgezeichneter Rigidität gebildet werden.
Die Beugungsfunktionsschicht in der vorliegenden Erfindung weist eine Beugungsfunktion auf, die einen bestimmten Brechungsindex in bezug auf die Bildumwandlungsschicht, die später beschrieben wird, zeigt. Zum Bereitstellen einer solchen Beugungsfunktion durch die Beugungsfunktionsschicht kann die Beugungsfunktionsschicht auf der Bildumwandlungsschicht vorliegen, und deren Dicke ist nicht besonders eingeschränkt. Da die Beugungsfunktionsschicht auf der Bildumwandlungsschicht vorliegt, kann ein bestimmter Brechungsindexunterschied bereitgestellt werden. Jedoch liegt unter Berücksichtigung der Produktionseignung oder dergleichen des optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm der vorliegenden Erfindung die Dicke der Beugungsfunktionsschicht bevorzugt in einem Bereich von 0,5 μm bis 50 μm, und liegt besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 μm bis 25 μm.
2. Schutzschicht
Als nächstes wird die Schutzschicht in der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Schutzschicht in der vorliegenden Erfindung weist die Funktion der Verhinderung der Störung der optischen Abbildung, die durch das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm erhalten werden soll, aufgrund der Haftung von Wasser, Öl oder dergleichen auf der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht, die später beschrieben wird, auf. Hierin nachstehend wird die Schutzschicht ausführlich erläutert.
Da die Schutzschicht in der vorliegenden Erfindung Licht durchläßt, das von der Bildumwandlungsschicht, die später beschrieben wird, gebeugt wird, weist sie bevorzugt ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit auf. Insbesondere weist die Schutzschicht in der vorliegenden Erfindung eine 80%ige oder höhere Durchlässigkeit in dem Bereich des sichtbaren Lichts auf, und stärker bevorzugt 90 % oder mehr. Wenn die Durchlässigkeit niedrig ist, kann die optische Abbildung, die durch das op tische Element mit computergeneriertem Hologramm der vorliegenden Erfindung erhalten wird, gestört werden. Hier kann die Durchlässigkeit der Schutzschicht durch JIS K7361-1 gemessen werden (Bestimmung der gesamten Lichtdurchlässigkeit von Kunststofftransparent-Materialien).
Außerdem sind als die Schutzschicht der vorliegenden Erfindung die mit einer geringeren Trübung bevorzugt. Speziell sind die mit dem Trübungswert in einem Bereich von 0,01 % bis 5 % bevorzugt; sind die in einem Bereich von 0,01 % bis 3 % stärker bevorzugt; und sind die in einem Bereich von 0,01 % bis 1,5 % besonders bevorzugt. Hier wird als der obengenannte Trübungswert ein Wert, gemessen basierend auf JIS K7105, verwendet.
Überdies ist es bevorzugt, daß die Schutzschicht ausgezeichnete Oberflächenglätte aufweist. Wenn die Oberfläche der Schutzschicht rauh ist, kann Licht, das aus einer Punktlichtquelle einfällt, durch die Schutzschicht gestreut werden, so daß die optische Abbildung, die durch das optische Element mit computergeneriertem Hologramm der vorliegenden Erfindung erhalten wird, gestört werden kann.
Das Material zum Bereitstellen der Schutzschicht ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie es die obengenannten Merkmale aufweist. Als ein solches Material kann entweder ein rigides Material ohne Flexibilität, wie ein Glas oder ein flexibles Material mit Flexibilität verwendet werden, jedoch ist es bevorzugt, ein flexibles Material in der vorliegenden Erfindung zu verwenden. Da das flexible Material verwendet wird, kann beispielsweise das Herstellungsverfahren für ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm der vorliegenden Erfindung der Roll-to-Roll-Prozeß sein, so daß das optische Element mit computergeneriertem Hologramm der vorliegenden Erfindung mit ausgezeichneter Produktivität bereitgestellt werden kann.
Da das flexible Material dasselbe wie das ist, das unter dem obengenannten Punkt „1. Beugungsfunktionsschicht" genannt wird, wird dessen Erläuterung hier nicht wiederholt.
Die Schutzschicht in der vorliegenden Erfindung kann eine weitere Verbindung als Additiv innerhalb eines Bereiches enthalten, der den Zweck der vorliegenden Erfindung nicht verschlechtert. Das obengenannte Additiv ist nicht besonders eingeschränkt, und kann daher gegebenenfalls gemäß der Anwendung oder dergleichen des optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden. Da die Verbindung dieselbe wie die ist, die in dem obengenannten Punkt „1. Beugungsfunktionsschicht" genannt wird, wird deren Erläuterung hier nicht wiederholt.
Die Dicke der Schutzschicht in der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie sie in einem Bereich liegt, der der Schutzschicht eine Rigidität in einem Ausmaß verleiht, daß die winzige konkav-konvexe Form, die in der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht, die später beschrieben wird, gebildet wird, bei Verformung, die von äußeren Faktoren herrührt, nicht bricht. Die Dicke kann gegebenenfalls gemäß der Art des Bestandteilmaterials der Schutzschicht bestimmt werden, und liegt im allgemeinen bevorzugt in einem Bereich von 0,5 μm bis 10 mm, und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 μm bis 5 mm.
Außerdem kann, wie oben erwähnt, wenn die Beugungsfunktionsschicht aus einem festen Material ist, die Schutzschicht der vorliegenden Erfindung integral mit demselben Harz wie das Material der Beugungsfunktionsschicht bereitgestellt werden. Folglich kann, da die erfindungsgemäße Schutzschicht integral mit demselben Harz wie die Beugungsfunktionsschicht bereitgestellt wird, das Hologrammelement, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ausgezeichnete Rigidität aufweisen.
Außerdem kann ein Druck auf die Oberfläche der Schutzschicht in der vorliegenden Erfindung aufgebracht werden. Insbesondere ist es in dem Fall der Verwendung des erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm zur Anwendung als Spielwaren, wie das Hologrammbeobachtungstool, das erforderlich ist, um hohe Designeigenschaften zu erhalten, bevorzugt, den Druck auf die Schutzschichtoberfläche aufzubringen.
Das Druckverfahren zum Zeitpunkt des Aufbringens des Drucks auf die Schutzschicht der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie es ein Verfahren ist, das der Schutzschicht eine gewünschte Designeigenschaft verleihen kann. Beispielsweise können ein Grunddruckverfahren, wie Flachdruck, Tiefdruck, Hochdruck und Siebdruck, und ein angewandtes Druckverfahren davon verwendet werden. Als das angewandte Druckverfahren kann Flexodruck, Harzhochdruck, Tiefoffsetdruck, Polsterdruck, Tintenstrahldruck, Abziehbilderdruck unter Verwendung einer Thermotransferfolie, Abziehbilderdruck unter Verwendung eines thermisch schmelzbaren oder Sublimationstyp-Farbbandes, elektrostatischer Druck oder dergleichen verwendet werden. Außerdem kann, was die Technik betrifft, UV-Strahlen-Härtungsdruck zum Härten einer Tinte mit einem UV-Strahl, Einbrenndruck zum Härten einer Tinte bei einer hohen Temperatur, wasserloser Offsetdruck ohne Verwendung von Feuchtmittel oder dergleichen verwendet werden.
Außerdem ist die Druckinformation, die durch den Druck auf die Schutzschicht bereitgestellt werden soll, nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise können Buchstaben, Zeichen, Markierungen, Illustrationen, Symbole, Firmennamen, Produktnamen, Verkaufsstellen, Handhabungserläuterungen oder dergleichen genannt werden.
3. Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp
Als nächstes wird das Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, erläutert. Das Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfaßt eine Bildumwandlungsschicht mit der Funktion als Fourier-Transformations-Linse, und ein Substrat zum Tragen der Bildumwandlungsschicht. Hierin nachstehend wird das Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp ausführlich erläutert.
(1) Bildumwandlungsschicht
Zunächst wird die Bildumwandlungsschicht, die das erfindungsgemäße Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp umfaßt, erläutert. Die obengenannte Bildumwandlungsschicht weist eine Funktion als eine Fourier-Transfor mations-Linse durch die winzige konkav-konvexe Form, die auf der Oberfläche bereitgestellt wird, auf. Gemäß der Funktion wird Licht, das aus einer optionalen Punktlichtquelle einfällt, zu einem vorbestimmten Winkel gebeugt, wodurch eine vorbestimmte Abbildung gebildet wird. Hierin nachstehend wird die Bildumwandlungsschicht ausführlich erläutert.
Zunächst wird die Fourier-Transformations-Linsen-Funktion der Bildumwandlungsschicht erläutert. Die 3A bis 3B sind schematische Darstellungen zur jeweiligen Erläuterung der Fourier-Transformations-Linsen-Funktion der Bildumwandlungsschicht in der vorliegenden Erfindung. In den 3A bis 3B ist 3A eine schematische Darstellung zur Erläuterung der visuellen Sicht, und ist 3B eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Fourier-Transformations-Linsen-Funktion der Bildumwandlungsschicht in der vorliegenden Erfindung. Wein 3A gezeigt, kann gemäß der visuellen Sicht durch die Beobachtung mit dem menschlichen Auge 33 über eine Linse 32 eines gewünschten Bildes 31 ein Beobachtungsbild 34 beobachtet werden.
Andererseits kann in 3B gemäß der visuellen Sicht mit dem menschlichen Auge 33 durch die Bildumwandlungsschicht 2 einer Punktlichtquelle 35 eine optische Abbildung 36 gemäß der konkav-konvexen Form, die auf der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht 2 gebildet wird, beobachtet werden. Wenn beispielsweise eine konkav-konvexe Form zur Reproduktion einer Herzabbildung in der Bildumwandlungsschicht 2 bereitgestellt wird, wie in 3B gezeigt, kann eine optische Abbildung 36 des Herzens visuell gemäß der visuellen Beobachtung der Punktlichtquelle 35 durch die Bildumwandlungsschicht 2 beobachtet werden. Wie oben erwähnt, bezieht sich die Fourier-Transformations-Linsen-Funktion der Bildumwandlungsschicht in der vorliegenden Erfindung auf die Funktion des Umwandelns von Licht, das aus einer Punktlichtquelle in eine gewünschte optische Abbildung einfällt. Außerdem kann in der vorliegenden Erfindung die Fourier-Linsen-Funktion ebenso als die Bildumwandlungsfunktion bezeichnet werden.
Die Wellenlänge der Punktlichtquelle zum Realisieren der Funktion als die Fourier-Transformations-Linse der Bildumwandlungsschicht in der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders eingeschränkt, und eine gewünschte Wellenlänge kann als der Gegenstand verwendet werden. Außerdem ist die Wellenlänge der Punktlichtquelle nicht auf monochromatisches Licht von einer Wellenlänge eingeschränkt, und kann Licht, einschließlich mehrfacher Wellenlängen sein, und kann außerdem weißes Licht sein.
Das Material zum Bereitstellen der Bildumwandlungsschicht ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie es eine winzige konkav-konvexe Form zum Realisieren der Fourier-Transformations-Linsen-Funktion und Bereitstellen eines vorbestimmten Brechungsindexes bilden kann. Der Brechungsindex des Materials, umfassend die Bildumwandlungsschicht, kann gegebenenfalls gemäß der Anwendung oder dergleichen des erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm bestimmt werden, und daher ist er nicht besonders eingeschränkt. Außerdem ist die Wellenlänge, die die Referenz des Brechungsindexes sein soll, auch nicht besonders eingeschränkt, und kann daher gegebenenfalls in einem Bereich von 400 nm bis 750 nm ausgewählt werden. Insbesondere ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, daß der Brechungsindex bei der Wellenlänge von 633 nm in einem Bereich von 1,3 bis 2,0 liegt, und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1,33 bis 1,8 liegt. Hier kann der Brechungsindex mit einem Spektralellipsometer gemessen werden.
Als das Material zum Bereitstellen der Bildumwandlungsschicht können verschiedene Arten von Harzmaterialien, wie ein hitzehärtbarer Kunststoff, ein thermoplastisches Harz und ein durch ionisierende Strahlung härtendes Harz, das konventionell als ein Material für eine Reliefhologramm-bildende Schicht verwendet wird, verwendet werden, und ist daher nicht besonders eingeschränkt.
Als der hitzehärtbare Kunststoff können beispielsweise ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Acryl-modifiziertes Urethanharz, ein Epoxid-modifiziertes Acrylharz, ein Epoxid-modifiziertes ungesättigtes Polyesterharz, ein Alkydharz, ein Phenolharz oder dergleichen genannt werden. Außerdem kann als das thermoplastisches Harz beispielsweise ein Esteracrylatharz, ein Amidacrylatharz, ein Nitrocelluloseharz, ein Polystyrolharz oder dergleichen genannt werden.
Diese Harze können ein Einzelpolymer oder ein Copolymer aus zwei oder mehr Arten der Bestandteilkomponenten sein. Außerdem können diese Harze allein oder als eine Kombination aus zwei oder mehr Arten verwendet werden. Diese Harze können gegebenenfalls aus verschiedenen Arten von Isocyanatverbindungen; einer Metallseife, wie einem Kobaltnaphtheat und einem Zinknaphtheat; einem organischen Peroxid, wie einem Benzoylperoxid, und einem Methylethylketonperoxid; und einem Wärme- oder UV-Strahlen-Härtungsmittel, wie einem Benzophenon, einem Acetophenon, einem Anthrachinon, einem Naphthochinon, einem Azobisisobutyronitril und einem Diphenylsulfid ausgewählt werden und diese enthalten.
Als das durch ionisierende Strahlung härtende Harz kann beispielsweise ein Epoxid-modifiziertes Acrylatharz, ein Urethan-modifiziertes Acrylatharz, ein Acryl-modifizierter Polyester oder dergleichen genannt werden. Unter diesen Beispielen ist ein Urethan-modifiziertes Acrylathärz besonderes bevorzugt, und ein Urethan-modifiziertes acrylbasierendes Harz, dargestellt durch die nachstehend genannte Formel, ist besonders bevorzugt.
(Worin die 5 R¹ jeweils unabhängig ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe darstellen, R² eine Kohlenwasserstoffgruppe mit C₁ bis C₁₆ darstellt, und X und Y jeweils eine geradkettige oder verzweigte Alkylengruppe darstellen. Falls (a + b + c + d) 100 ist, ist a eine ganze Zahl von 20 bis 90, ist b 0 bis 50, ist c 10 bis 80 und ist d 0 bis 20).
Das Urethan-modifizierte acrylbasierende Harz, dargestellt durch die obengenannte Formel, ist beispielsweise als ein bevorzugtes Beispiel ein Acrylcopolymer, das durch Copolymerisieren von 20 bis 90 mol eines Methylmethacrylats, 0 bis 50 mol einer Methacrylsäure und 10 bis 80 mol eines 2-Hydroxyethylmethacrylats erhalten wurde, und ein Harz, das durch Umsetzen einer Hydroxylgruppe, die in dem Copolymer vorliegt, mit einem Methacryloyloxyethylisocyanat (2-Isocyanatethylmethacrylat) erhalten wurde. Deshalb muß das Methacryloyloxyethylisocyanat nicht mit den gesamten Hydroxylgruppen, die in dem Copolymer vorliegen, umgesetzt werden, und mindestens 10 mol-% oder mehr, bevorzugt 50 mol-% oder mehr der 2-Hydroxyethylmethacrylateinheiten in dem Copolymer können mit dem Methacryloyloxyethylisocyanat umgesetzt werden. Anstelle von oder in Kombination mit dem 2-Hydroxyethylmethacrylat kann ein Monomer mit einer Hydroxylgruppe, wie ein N-Methylolacrylamid, ein N-Methylolmethacrylamid, ein 2-Hydroxyethylacrylat, ein 2-Hydroxyethylmethacrylat, ein 2-Hydroxypropylacrylat, ein 2-Hydroxypropylmethacrylat, ein 4-Hydroxybutylacrylat und ein 4-Hydroxybutylmethacrylat, ebenso verwendet werden.
Was das Urethan-modifizierte acrylbasierende Harz, das durch die obengenannte Formel dargestellt ist, betrifft, wird durch Lösen des Copolymers durch ein Lösungsmittel, das selbiges lösen kann, wie Toluol, Keton, Cellosolveacetat und Dimethylsulfoxid, und Tropfen und Umsetzen mit einem Methacryloyloxyisocyanat während des Rührens der Lösung eine Isocyanatgruppe mit der Hydroxylgruppe des acrylbasierenden Harzes umgesetzt, um so eine Urethanbindung zu erzeugen, so daß eine Methacryloylgruppe in das Harz über die Urethanbindung eingeführt werden kann. Die Verwendungsmenge des Methacryloyloxyethylisocyanats, die zu der Zeit verwendet wird, ist eine Menge, damit die Isocyanatgruppe in einem Bereich von 0,1 bis 5 mol, bezogen auf 1 mol einer Hydroxylgruppe durch das Verhältnis der Hydrox ylgruppe des acrylbasierenden Harzes und der Isocyanatgruppe, und bevorzugt 0,5 bis 3 mol vorliegt. In dem Fall der mehr als äquivalenten Verwendung des Methacryloyloxyethylisocyanats zu der Hydroxylgruppe in dem obengenannten Harz, kann das Methacryloyloxyethylisocyanat eine -CONH-CH₂CH₂-Verknüpfung durch die Umsetzung mit ebenso einer Carboxylgruppe in dem Harz erzeugen.
In dem obengenannten Beispiel sind alle R¹ und R² eine Methylgruppe und X und Y sind eine Ethylengruppe in der obengenannten Formel, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die 5 R¹ können jeweils unabhängig ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe sein. Außerdem können als die speziellen Beispiele von R² beispielsweise eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine n- oder iso-Propylgruppe, eine n-, iso- oder tert-Butylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte Phenylgruppe, eine substituierte oder unsubstituierte Benzylgruppe oder dergleichen genannt werden. Als die speziellen Beispiele für X und Y können eine Ethylengruppe, eine Propylengruppe, eine Diethylengruppe, eine Dipropylengruppe oder dergleichen genannt werden. Das Gesamtmolekulargewicht des dementsprechend erhaltenen Urethan-modifizierten acrylbasierenden Harzes beträgt 10.000 bis 200.000, bezogen auf das Gewichtsmittel des Molekulargewichts, basierend auf Polystyrol-Standard, gemessen durch GPC, und es beträgt außerdem bevorzugt 20.000 bis 40.000.
Zum Zeitpunkt des Härtens des durch ionisierende Strahlung härtenden Harzes, wie oben erwähnt, kann für die Zwecke der Einstellung der Vernetzungsstruktur, der Viskosität oder dergleichen zusammen mit dem Monomer ein monofunktionelles oder polyfunktionelles Monomer, ein Oligomer oder dergleichen, wie nachstehend erwähnt, in Kombination verwendet werden.
Als das monofunktionelle Monomer kann beispielsweise ein Mono(meth)acrylat, wie ein Tetrahydrofurfuryl(meth)acrylat, ein Hydroxylethyl(meth)acrylat, ein Vinylpyrrolidon, ein (Meth)acryloyloxyethylsuccinat und ein (Meth)acryloyloxyethylphthalat genannt werden. Als ein bifunktionelles oder mehr als bifunktionelles Monomer können gemäß der Gerüststrukturklassifizierung ein Polyol(meth)acrylat (beispielsweise, ein Epoxid-modifiziertes Polyol(meth)acrylat, ein Lacton-modifiziertes Polyol(meth) acrylat oder dergleichen), ein Polyester(meth)acrylat, ein Epoxid(meth)acrylat, ein Urethan(meth)acrylat und außerdem ein Poly(meth)acrylat mit einem Gerüst auf Polybutadienbasis, der Isocyanursäurebasis, der Hidantoinbasis, der Melaminbasis, der Phosphorsäurebasis, der Imidbasis, der Phosphazenbasis oder dergleichen genannt werden. Verschiedene durch UV-Strahlen oder Elektronenstrahlen härtende Monomere, Oligomere und Polymere können genutzt werden.
Außerdem können speziell als die bifunktionellen Monomere und Oligomere beispielsweise ein Polyethylenglykoldi(meth)acrylat, ein Polypropylenglykoldi(meth)acrylat, ein Neopentylglykoldi(meth)acrylat, ein 1,6-Hexandioldi(meth)acrylat oder dergleichen genannt werden. Überdies können als die trifunktionellen Monomere, Oligomere und Polymere beispielsweise ein Trimethylolpropantri(meth)acrylat, ein Pentaerythritoltri(meth)acrylat, ein aliphatisches Tri(meth)acrylat oder der gleichen genannt werden. Außerdem können als die tetrafunktionellen Monomere und Oligomere beispielsweise ein Pentaerythritoltetra(meth)acrylat, ein Ditrimethylolpropantetra(meth)acrylat, ein aliphatisches Tetra(meth)acrylat oder dergleichen genannt werden. Überdies können als die pentafunktionellen oder mehr als pentafunktionellen Monomere und Oligomere beispielsweise ein Dipentaerythitolpenta(meth)acrylat, ein Dipentaerythritolhexa(meth)acrylat oder dergleichen genannt werden, und ferner kann ein (Meth)acrylat mit einem Polyestergerüst, einem Urethangerüst oder einem Phosphazengerüst oder dergleichen genannt werden. Obwohl die Anzahl an funktionellen Gruppen nicht besonders eingeschränkt ist, wenn die Anzahl an funktionellen Gruppen weniger als 3 beträgt, scheint die Wärmebeständigkeit niedriger zu sein, und wenn sie außerdem über 20 liegt, scheint die Flexibilität verringert zu werden, und daher sind die mit einer Anzahl von 3 bis 20 funktionellen Gruppen besonders bevorzugt.
Die Verwendungsmenge der monofunktionellen oder polyfunktionellen Monomere und Oligomere, wie oben erwähnt, kann gegebenenfalls gemäß dem Herstellungsverfahren für eine Bildumwandlungsschicht oder dergleichen bestimmt werden. Sie liegt im allgemeinen bevorzugt in einem Bereich von 0 Gew.-Teilen bis 50 Gew.-Teilen in bezug auf 100 Gew.-Teile des durch ionisierende Strahlung härtenden Har zes, und liegt besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5 Gew.-Teilen bis 20 Gew.-Teilen.
Außerdem können, nach Bedarf, Additive, wie ein Photopolymerisationsinitiator, ein Polymerisationsinhibitor, ein Zerfallverhinderungsmittel, ein Weichmacher, ein Schmiermittel, ein Farbmittel, wie ein Farbstoff und ein Pigment, ein Füllstoff, wie ein Streckpigment, und ein Harz für die Erhöhung der Menge oder Verhinderung der Blockierung, ein oberflächenaktives Mittel, ein Antischaummittel, ein Egalisierungsmittel, ein Mittel zur Bereitstellung thixotroper Eigenschaften oder dergleichen gegebenenfalls zu der Hologrammschicht in der vorliegenden Erfindung zugegeben werden.
(2) Substrat
Als nächstes wird das Substrat, das das Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp umfaßt, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, erläutert. Das Substrat, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, trägt die Bildumwandlungsschicht, und es weist die Funktion des Durchlassens einer optischen Abbildung auf, die in der Bildumwandlungsschicht gebildet wird.
Das Substrat, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie es die Selbsttrageeigenschaft aufweist, die die Bildumwandlungsschicht tragen kann, und die Lichtdurchlässigkeitseigenschaft, die die optische Abbildung, die in der Bildumwandlungsschicht gebildet wird, durchlassen kann. Insbesondere ist es bevorzugt, daß das Substrat in der vorliegenden Erfindung eine 80%ige oder höhere Durchlässigkeit in dem Bereit des sichtbaren Lichts und stärker bevorzugt 90 % oder mehr aufweist. Falls die Durchlässigkeit niedrig ist, kann die optische Abbildung, die durch das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm erhalten wird, gestört sein. Hier kann die Durchlässigkeit des transparenten Substrats durch JIS K7361-1 gemessen werden (Bestimmung der gesamten Lichtdurchlässigkeit von Kunststofftransparent-Materialien).
Außerdem sind als das Substrat der vorliegenden Erfindung die bevorzugt, die eine geringere Trübung aufweisen. Speziell sind die bevorzugt, die einen Trübungswert in einem Bereich von 0,01 % bis 5 % aufweisen; sind die in einem Bereich von 0,01 % bis 3 % stärker bevorzugt; und sind die in einem Bereich von 0,01 % bis 1,5 % besonders bevorzugt. Hier wird als der Trübungswert ein Wert, gemessen basierend auf JIS K7105, verwendet.
Das Material zum Bereitstellen des Substrats, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist nicht besonders eingeschränkt, so lang wie es die obengenannten Merkmale aufweist. Beispielsweise können ein Kunststoffharzfilm und eine Glasplatte verwendet werden. Insbesondere ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, einen Kunststoffharzfilm als das Substrat zu verwenden, da der Kunststoffharzfilm leichtgewichtig ist und weniger Bruchrisiko im Gegensatz zu Glas aufweist.
Das Kunststoffharz zum Bereitstellen des Kunststoffharzfilms ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie es die Rigidität aufweist, die die Bildumwandlungsschicht tragen kann. Als ein solches Kunststoffharz kann beispielsweise ein Polyethylenterephthalat, ein Polyvinylchlorid, ein Polyvinylidenchlorid, ein Polyethylen, ein Polypropylen, ein Polycarbonat, ein Cellophan, ein Acetat, ein Nylon, ein Polyvinylalkohol, ein Polyamid, ein Polyamidimid, ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, ein Polymethylmethacrylat, ein Polyethersulfon, ein Polyetheretherketon oder dergleichen genannt werden. Insbesondere ist es in der vorliegenden Erfindung aus Sicht der Doppelbrechung bevorzugt, ein Polycarbonat zu verwenden.
Die Dicke des Substrats, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie sie in einem Bereich zum Bereitstellen der Rigidität liegt, die die Bildumwandlungsschicht gemäß der Anwendung oder dergleichen des optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm der vorliegenden Erfindung tragen kann. Die spezifische Dicke des Substrats kann gegebenenfalls gemäß dem Material zum Bereitstellen des Substrats bestimmt werden. Insbesondere liegt in der vorliegenden Erfindung die Dicke des Substrats bevorzugt in einem Bereich von 5 μm bis 200 μm, und liegt besonders bevorzugt in einem Bereich von 10 μm bis 50 μm.
Außerdem kann das Substrat in der vorliegenden Erfindung einen Druck aufweisen, der auf die Oberfläche aufgebracht ist. Wenn insbesondere das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm für die Anwendung als Spielwaren verwendet wird, wie das Hologrammbeobachtungstool, das erforderlich ist, um hohe Designeigenschaften zu erhalten, ist es bevorzugt, den Druck auf die Substratoberfläche aufzubringen. Da das Druckverfahren und die Druckinformation zum Zeitpunkt des Aufbringens des Drucks dieselben sind, wie der Inhalt, der in dem obengenannten Punkt „2. Schutzschicht" genannt wird, wird dessen Erläuterung hier nicht wiederholt.
4. optisches Element mit computergeneriertem Hologramm
Das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm kann eine andere Konfiguration als die obengenannte aufweisen. Als eine solche andere Konfiguration kann eine Antireflexionsschicht vorliegen. Durch Bereitstellen einer Antireflexionsschicht ist es beispielsweise, da die Störung der Abbildung, abgeleitet von der Mehrfachreflexion des einfallenden Lichts, oder dergleichen verhindert werden kann, bevorzugt, daß das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm eine Antireflexionsschicht aufweist.
Wenn das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm eine Antireflexionsschicht als die obengenannte andere Konfiguration aufweist, ist die Position zum Bilden der Antireflexionsschicht nicht besonders eingeschränkt, so lange wie sie die Luftgrenzfläche des erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm ist. Außerdem kann die Antireflexionsschicht nicht nur durch eine Schicht, sondern ebenso durch zwei oder mehr Schichten gebildet werden.
Eine Ausführungsform, wenn das erfindungsgemäße optische Element mit computergeneriertem Hologramm die Antireflexionsschicht umfaßt, wird in bezug auf die Zeichnungen erläutert. 4A ist ein schematischer Querschnitt, der ein Beispiel einer Ausführungsform zeigt, wobei die Antireflexionsschicht auf dem erfindungsgemäßen optischen Element mit computergeneriertem Hologramm gebildet ist. Außerdem ist 4B ein schematischer Querschnitt, der ein Beispiel einer Ausführungs form zeigt, wobei die Antireflexionsschicht in dem optischen Element mit computergeneriertem Hologramm mit der Beugungsfunktionsschicht aus Luft gebildet ist.
Wie in 4A gezeigt, kann als eine Ausführungsform, wobei die Antireflexionsschicht 6 in dem erfindungsgemäßen optischen Element 12 mit computergeneriertem Hologramm gebildet ist, eine Ausführungsform genannt werden, die auf der Oberfläche der Schutzschicht 4 und dem Substrat 1 gebildet ist. Außerdem kann, wie in 4B gezeigt, als eine Ausführungsform der Antireflexionsschicht 6, wenn die Beugungsfunktionsschicht 3 aus Luft ist, eine Ausführungsform, die auf der Grenzfläche der Beugungsfunktionsschicht 3 und der Schutzschicht 4 und der Grenzfläche der Beugungsfunktionsschicht 3 und der Bildumwandlungsschicht 2 zusätzlich zu der jeweiligen Oberfläche der Schutzschicht 4 und dem Substrat 1 gebildet ist, vorliegen.
In der vorliegenden Erfindung können als eine Ausführungsform mit der gebildeten Antireflexionsschicht eine Ausführungsform, die nur in der obersten Schicht gebildet ist, wie in 4A gezeigt, und eine Ausführungsform, die in der obersten Schicht und der inneren Schicht gebildet ist, wie in 4B gezeigt, genannt werden. In der vorliegenden Erfindung kann jede Ausführungsform bevorzugt verwendet werden. Beispielsweise ist in dem Fall der Verwendung des Hologrammbeobachtungstools der vorliegenden Erfindung für die Spielwarenanwendung, wie ein Hologrammbeobachtungstool, das keine hochwertige optische Abbildung erforderlich macht, die Ausführungsform, die nur in der obersten Schicht gebildet ist, wie in 4A gezeigt, bevorzugt. Andererseits ist in dem Fall der Verwendung des Hologrammbeobachtungstools der vorliegenden Erfindung für industrielle Anwendung, wie Strahlformer für das Laserverfahren, das eine genauere optische Abbildung erfordert, die Ausführungsform, die in der obersten Schicht und der inneren Schicht gebildet ist, wie in 4B gezeigt, bevorzugt.
Als das Bestandteilmaterial für die Antireflexionsschicht kann beispielsweise ein Fluor-enthaltendes Material, ein Silikon-enthaltendes Material und ein Harz, enthaltend feine Teilchen aus diesen Materialien, verwendet werden. Spezieller können die Materialien, die in JP-A Nr. 2003-183592 offenbart werden, oder dergleichen verwendet werden. Wenn außerdem die Antireflexionsschicht auf der Schutzschicht gebildet wird, kann ein Material mit einem Brechungsindex, der niedriger als der der Schutzschicht ist, bevorzugt verwendet werden.
Außerdem ist die Dicke der Antireflexionsschicht nicht besonders eingeschränkt, so lange wie sie in einem Bereich liegt, der die Reflexion von einfallendem Licht zu einem gewünschten Maße gemäß der Art des Materials zum Bereitstellen der Antireflexionsschicht zurückhalten kann. Im allgemeinen liegt sie bevorzugt in einem Bereich von 0,01 μm bis 2 μm, und besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,05 μm bis 1 μm.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie die Funktion als die Fourier-Transformations-Linse des erfindungsgemäßen optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm genutzt werden kann. Beispielsweise können die Anwendung als Spielwaren, wie ein Hologrammbeobachtungstool, die Anwendung als ein Strahlformer für Lasermusterung und außerdem die Anwendung als ein optisches Verzweigungselement und eine Abstandsmeßlichtquelle oder dergleichen genannt werden.
5. Herstellungsverfahren für ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm
Als nächstes wird das Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes optisches Element mit computergeneriertem Hologramm erläutert. Das Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes optisches Element mit computergeneriertem Hologramm ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie es ein Verfahren ist, das ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm mit der obengenannten Konfiguration herstellen kann, und kann daher durch Kombinieren der im allgemeinen bekannten Verfahren hergestellt werden. Hierin nachstehend wird als ein Beispiel des Herstellungsverfahrens für ein erfindungsgemäßes optisches Element mit computergeneriertem Hologramm ein Verfahren zum Bilden eines Fourier-Transformations-Hologramms vom Transmissionstyp durch Bilden einer Bildumwandlungsschicht auf einem Substrat und Laminieren einer Beugungsfunktionsschicht und einer Schutzschicht nacheinander auf die Bildumwandlungsschicht erläutert.
Zunächst wird ein Verfahren zum Bilden eines Fourier-Transformations-Hologramms vom Transmissionstyp durch Bilden einer Bildumwandlungsschicht auf einem Substrat erläutert. Das Verfahren zum Bilden einer Bildumwandlungsschicht auf einem Substrat ist nicht besonders eingeschränkt, so lange wie es ein Verfahren ist, das eine Bildumwandlungsschicht mit einer vorbestimmten konkav-konvexen Form auf der Oberfläche auf dem Substrat bilden kann. Sie wird im allgemeinen durch ein Verfahren zum Herstellen eines Hologrammasters einer konkav-konvexen Form, die für die Bildumwandlungsschicht bereitgestellt werden soll, und Übertragen der konkav-konvexen Form auf die Bildumwandlungsschicht unter Verwendung des Hologrammmasters gebildet.
Das Herstellungsverfahren für den Hologrammaster ist nicht besonders eingeschränkt, und ein übliches Verfahren kann verwendet werden. Als solches Verfahren werden beispielsweise nach Bestimmen einer optischen Abbildung, die durch das optische Element mit computergeneriertem Hologramm erhalten werden soll, die Daten der optischen Abbildung erzeugt; werden die Fourier-Transformations-Daten aus der Position der Fourier-Transformations-Oberfläche oder dergleichen berechnet; und werden die Fourier-Transformations-Daten zu kartesischen Daten für die Elektronenstrahlzeichnung umgewandelt. Dann kann er durch das Verfahren des Zeichnens der winzigen konkav-konvexen Form auf eine Resistoberfläche, beschichtet auf einer Glasplatte, durch ein Elektronenstrahl-Lithographiesystem zum Zeichnen der kartesischen Daten auf eine Halbleiterschaltkreismaske oder dergleichen, hergestellt werden.
Als das Verfahren zum Übertragen der konkav-konvexen Form auf die Bildumwandlungsschicht unter Verwendung des Hologrammasters, der durch das obengenannte Verfahren hergestellt wird, kann das bekannte 2P-Verfahren, Spritzgießverfahren, Sol-Gel-Verfahren, harte Prägung, weiche Prägung, halbtrockene Prägung, verschiedene Arten von Nanoaufdruckverfahren oder dergleichen verwendet werden. Insbesondere ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, das 2P-Verfahren zu verwenden. Gemäß dem 2P-Verfahren kann gleichzeitig mit der Bildung der Bildumwandlungsschicht auf dem Substrat die konkav-konvexe Form auf der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht gebildet werden.
Als nächstes wird das Verfahren zum Übertragen der winzigen konkav-konvexen Form auf die Bildumwandlungsschicht durch das obengenannte 2P-Verfahren (Photopolymerisationsverfahren) erläutert. Das Transferverfahren für die winzige konkav-konvexe Form durch das 2P-Verfahren ist ein Verfahren zum Übertragen der winzigen konkav-konvexen Form auf eine Bildumwandlungsschicht durch Tropfen eine die Bildumwandlungsschicht bildende Zusammensetzung auf einen Hologrammaster, Richten von aktiver Strahlung auf die die Bildumwandlungsschicht bildende Zusammensetzung, die auf das Substrat aufgebracht ist, zum Härten und Ablösen. Das 2P-Verfahren ist im allgemeinen als ein Verfahren bekannt, das zum Bilden eines konkav-konvexen Reliefs auf einem Substrat effektiv ist, so daß es ebenso zum Kopieren der bekannten optischen Teile oder dergleichen verwendet wird.
Das Verfahren zum Übertragen der winzigen konkav-konvexen Form durch das obengenannte 2P-Verfahren wird in bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die 5A bis 5E sind schematische Darstellungen zur Erläuterung des 2P-Verfahrens. Wie in den 5A bis 5E gezeigt, wird gemäß dem 2P-Verfahren ein Hologrammaster 41 mit der gebildeten konkav-konvexe Form hergestellt (5A). Dann wird eine die Bildumwandlungsschicht bildende Zusammensetzung 2' aufgetropft (5B) und ein Substrat 1 darauf plaziert und gepreßt (5C).
Dann wird durch Richten von aktiver Strahlung, wie ein UV-Strahl aus dem Hologrammaster 41 oder dem Substrat 1 die die Bildumwandlungsschicht bildende Zusammensetzung 2' gehärtet (5D).
Dann wird die die Bildumwandlungsschicht bildende Zusammensetzung, die gehärtet und an das Substrat 1 gebunden ist, von der Hologrammasterseite 41 zusammen mit dem Substrat 1 abgezogen (5E). Gemäß dem Verfahren kann ein Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp 20 mit der Bildumwandlungsschicht 2 mit einer konkav-konvexen Form auf dem Substrat 1 gebildet werden.
Da das Material, das für die die Bildumwandlungsschicht bildende Zusammensetzung verwendet wird, und das Substrat dieselben wie die sind, die in dem obengenannten Punkt „3. Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp" genant werden, wird hier dessen Erläuterung nicht wiederholt.
Als nächstes wird das Verfahren zum Laminieren einer Beugungsfunktionsschicht und einer Schutzschicht nacheinander auf die Bildumwandlungsschicht des Fourier-Transformations-Hologramms vom Transmissionstyp, das durch das obengenannte Verfahren hergestellt wird, erläutert. Das Verfahren zum Laminieren der Beugungsfunktionsschicht und der Schutzschicht nacheinander auf die Bildumwandlungsschicht unterscheidet sich in Abhängigkeit der Form des Materials zum Bereitstellen der Beugungsfunktionsschicht.
Wenn die Beugungsfunktionsschicht aus einem Gas wie Luft ist, können beispielsweise durch Bilden einer Schutzschicht auf der Bildumwandlungsschicht des Fourier-Transformations-Hologramms vom Transmissionstyp die Beugungsfunktionsschicht aus Luft und die Schutzschicht laminiert werden. Das Verfahren wird in bezug auf die 6A bis 6C erläutert. Wie in den 6A bis 6C gezeigt, wenn die Beugungsfunktionsschicht aus Luft ist, kann durch Bereitstellen einer Zwischenlage 5 mit einer vorbestimmten Dicke auf der Bildumwandlungsschicht 2 (6A und 6B) und Anlagern der Schutzschicht 4 auf der Zwischenlage 5 die Beugungsfunktionsschicht 3 und die Schutzschicht 4 zur selben Zeit gebildet werden (6C). Außerdem kann die Zwischenlage 5 an die Beugungsfunktionsschicht 3 angelagert werden, nachdem sie auf der Schutzschicht 4 gebildet ist. In diesem Fall kann die Zwischenlage 5 ebenso die Funktion als ein Haftmittel zum Binden der Bildumwandlungsschicht 2 und der Schutzschicht 4 aufweisen.
Das obengenannte Verfahren zum Bilden der Beugungsfunktionsschicht aus Luft, ist, wie in den 6A bis 6C gezeigt, in dem Fall von beispielsweise der Herstellung eines optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm für die Laserverfahren-Strahlformer-Anwendung, die eine genaue optische Abbildung erfordert, bevorzugt.
Andererseits kann in dem Fall der Herstellung eines optischen Elements mit computergeneriertem Hologramm für die Spielwarenanwendung, wie ein Hologrammbeobachtungstool, wenn die Beugungsfunktionsschicht aus Luft ist, die Bildumwandlungsschicht und Beugungsfunktionsschicht mit einem optionalen Haftmittel gebunden werden, um so eine Luftschicht zwischen der Bildumwandlungsschicht und Beugungsfunktionsschicht ohne die Notwendigkeit der Verwendung einer Zwischenlage zu bilden, wie in den 6B und 6C gezeigt.
Wenn die Beugungsfunktionsschicht aus einem festen Material ist, kann durch Laminieren einer Schutzschicht auf die Beugungsfunktionsschicht nach dem Bilden einer Beugungsfunktionsschicht unter Verwendung einer die Beugungsfunktionsschicht bildenden Zusammensetzung auf der Bildumwandlungsschicht des Fourier-Transformations-Hologramms vom Transmissionstyp ein erfindungsgemäßes optisches Element mit computergeneriertem Hologramm gebildet werden. Das Verfahren wird in bezug auf die 7A bis 7C erläutert. Wie in den 7A bis 7C gezeigt, wenn die Beugungsfunktionsschicht mit einem festen Material gebildet wird, kann nach dem Beschichten einer die Beugungsfunktionsschicht bildenden Zusammensetzung auf der Bildumwandlungsschicht 2, um so eine Beugungsfunktionsschicht 3 zu bilden (7A, 7B), durch Bilden einer Schutzschicht 4 auf der Beugungsfunktionsschicht 3 (7C) ein erfindungsgemäßes optisches Element mit computergeneriertem Hologramm gebildet werden.
Überdies kann durch die Nichtbildung der Schutzschicht nach dem Bilden der Beugungsfunktionsschicht ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm einer Ausführungsform mit der Beugungsfunktionsschicht und der Schutzschicht, die integral mit demselben Harz gebildet sind, gebildet werden.
Hier wird, da das Material, das für die die Beugungsfunktionsschicht bildende Zusammensetzung verwendet wird, dasselbe wie das ist, daß in dem obengenannten Punkt „1. Beugungsfunktionsschicht" genannt wird, dessen Erläuterung hier nicht wiederholt. Außerdem ist das Verfahren zum Beschichten der die Beugungsfunkti onsschicht bildenden Zusammensetzung auf der Bildumwandlungsschicht nicht besonders eingeschränkt, und ein übliches Verfahren kann verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obengenannten Ausführungsformen beschränkt. Die obengenannten Ausführungsformen sind Beispiele, und daher wird jeder Fall mit der im wesentlichen selben Konfiguration wie die technologische Idee, die in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung mit denselben Wirkungen offenbart wird, in den technologischen Umfang der vorliegenden Erfindung einbezogen.
BEISPIELE
1. Beispiel 1 (optisches Element mit computergeneriertem Hologramm mit der Beugungsfunktionsschicht aus Luft)
(1) Herstellung des Fourier-Transformations-Hologramms vom Transmissionstyp
Eine Resistschicht wurde durch Rotationsbeschichten eines Resists zum Trockenätzen mit einer Schleuder auf den dünnen Chromfilm einer Photomaskenblindplatte mit einem dünnen Chromfilm mit niedriger Oberflächenreflexion, der auf ein synthetisches Quarzsubstrat laminiert wurde, gebildet. Als Resist zum Trockenätzen wurde ZEP 7000, hergestellt von ZEON CORPORATION, verwendet, und die Dicke der Resistschicht betrug 400 nm. Mit einem Elektronenstrahl-Lithographiesystem (MEBES 4500: hergestellt von Etec Systems, Inc.) wurde ein Muster, das vorher mit einem Computer gebildet wurde, auf der dementsprechend gebildeten Resistschicht bestrahlt. Nach dem Einteilen und Bilden eines leicht löslichen Teils mit dem Resistharz, das durch Exponierung gehärtet wurde, und eines nicht-exponierten Teils wurde Lösungsmittelentwicklung durch Sprühentwicklung in Form von Sprühen einer Entwicklerlösung oder dergleichen durchgeführt, um so den leicht löslichen Teil zur Bildung eines Resistmusters zu entfernen.
Unter Verwendung des Resistmusters, das durch das obengenannte Verfahren gebildet wurde, wurde der dünne Chromfilm in einem Teil, der nicht mit dem Resist bedeckt ist, durch Trockenätzen entfernt, um so das Quarzsubstrat der unteren Schicht in dem entfernten Teil zu exponieren. Dann wurden durch Ätzen des exponierten Quarzsubstrats ein konkaver Teil, der gemäß der Verfahrensweise des Ätzens er zeugt wurde, und ein vorstehender Teil, umfassend den ursprünglichen Quarzsubstratteil, der nacheinander von unten mit dem dünnen Chromfilm und dem dünnen Resistfilm bedeckt ist, gebildet. Außerdem wurde durch Lösen und Entfernen des dünnen Resistfilms ein Quarzsubstrat erhalten, daß einen konkaven Teil, erzeugt durch Ätzen des Quarzsubstrats, und einen vorstehenden Teil mit einem Teil, auf dessen Oberseite der dünne Chromfilm laminiert ist, aufweist.
Auf den Hologrammaster mit konkav-konvexer Form, der wie oben erwähnt hergestellt wurde, wurde eine die Bildumwandlungsschicht bildende Zusammensetzung getropft (UV-härtendes Acrylatharz: Brechungsindex 1,52, Meßwellenlänge 633 nm). Ein Polycarbonatsubstrat wurde darauf plaziert und unter Druck gesetzt. Dann wurde durch Richten von aktiver Strahlung (unter Verwendung eines H-Ventils, hergestellt von Fusion UV Systems Japan KK., Strahlungsmenge 500 mJ) die die Bildumwandlungsschicht bildende Zusammensetzung nach dem Härten abgelöst, um so ein Fourier-Transformations-Holgramm vom Transmissionstyp herzustellen, das eine konkav-konvexe Abbildung mit der umgekehrten konkav-konvexen Form des Hologrammasters aufweist.
(2) Herstellung der Schutzschicht und der Beugungsfunktionsschicht
Ein die Schutzschicht bildendes Element wurde durch Siebdruck in einem Muster auf einer Acrylplatte (Produktname: PARAGLAS^®, Dicke 2 μm: hergestellt von KURARAY CO., LTD.) mit einer Beschichtungslösung (CAT-1300S: hergestellt von Teikoku Printing Inks Mfg. Co., Ltd.) als eine Zwischenlage und ein Haftmittel und Anlagern eines Formtrennpapiers auf der bedruckten Oberfläche hergestellt. Das Muster des Musterdrucks wurde so aufgebracht, daß die Zwischenlage und das Haftmittel auf der Bildumwandlungsschicht ohne Herstellung der konkav-konvexen Form bereitgestellt werden. Die Dicke der Zwischenlage und des Haftmittels betrug 2 μm.
Als das Formtrennpapier des die Herstellungsschicht bildenden Elements, das wie oben erwähnt hergestellt wurde, entfernt worden war, wurde es gepreßt und an die konkav-konvexe Oberflächenseite des transparenten Substrats mit der hergestellten gebildeten Bildumwandlungsschicht angelagert. Durch das Stanzverfahren auf eine vorbestimmte Größe (5 cm × 5 cm) des angelagerten Elements wurde ein optisches Element mit computergeneriertem Hologramm, das integral mit der Schutzschicht bereitgestellt wurde, hergestellt.
2. Beispiel 2 (optisches Element mit computergenerierem Hologramm mit der integral gebildeten Schutzschicht und der Beugungsfunktionsschicht)
Die nachstehend genannte die Beugungsfunktionsschicht bildende Zusammensetzung wurde auf der Bildumwandlungsschicht des Fourier-Transformations-Hologramms vom Transmissionstyp, das in Beispiel 1 hergestellt wurde, beschichtet, um so nach dem Trocknen und UV-Härten eine Filmdicke von 5 μm zu erhalten. Durch Beseitigen des Lösungsmittels durch Trocknen (60 °C, 1 Minute) und Härten durch UV-Strahlung (unter Verwendung eines H-Kolbens, hergestellt von Fusion UV Systems Japan KK., Strahlungsmenge 500 mJ) wurde eine Beugungsfunktionsschicht mit einem Brechungsindex von 1,83 (Meßwellenlänge: 633 nm) gebildet. In Beispiel 2 wurde mit dem Brechungsindex der Bildumwandlungsschicht (1,52) und dem Brechungsindex der Beugungsfunktionsschicht (1,83) ein eingebettetes optisches Element mit computergeneriertem Hologramm mit einer Bildumwandlungsschicht mit einer winzigen konkav-konvexen Form von D = 1,531 μm, N = 4 hergestellt, basierend auf der Berechnungsformel.
< Zusammensetzung der die Beugungsfunktionsschicht bildenden Zusammensetzung >

– Titanoxid (TTO51 (C): Produktname, hergestellt von ISHIHARA SANGYO KAISHA, LTD.I): 10 Gew.-Teile
– Pentaerythritoltriacrylat (PET30: Produktname, hergestellt von NIPPON KAYAKU CO., LTD.): 4 Gew.-Teile
– Dispergiermittel, das eine Gruppe mit anionischer Polarität enthält (Disperbyk 163: Produktname, hergestellt von BYK Chemie Japan KK): 2 Gew.-Teile
– Photopolymerisationsinitiator (IRGACURE 184: Produktname, hergestellt von Nihon Ciba-Geigy KK.): 0,2 Gew.-Teile
– Methylisobutylketon: 16,2 Gew.-Teile

Claims

Optisches Element mit computergeneriertem Hologramm, umfassend: ein Fourier-Transformations-Hologramm vom Transmissionstyp, umfassend ein Substrat und eine Bildumwandlungsschicht, die auf dem Substrat gebildet ist und die Funktion als eine Fourier-Transformations-Linse hat; eine Beugungsfunktionsschicht, die auf der Bildumwandlungsschicht des Fourier-Transformations-Hologramms vom Transmissionstyp angeordnet ist und einen bestimmten Brechungsindexunterschied in bezug auf die Bildumwandlungsschicht aufweist und eine Schutzschicht, die auf der Beugungsfunktionsschicht gebildet ist.
Optisches Element mit computergeneriertem Hologramm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungsfunktionsschicht aus Luft ist.
Optisches Element mit computergeneriertem Hologramm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungsfunktionsschicht und die Schutzschicht integral mit demselben Harz gebildet sind.
Optisches Element mit computergeneriertem Hologramm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindexunterschied zwischen der Beugungsfunktionsschicht und der Bildumwandlungsschicht in einem Bereich von 0,75 × (λ₀/D) × (N – 1)/N bis 1,25 × (λ₀/D) × (N – 1)/N liegt, worin λ₀ die Referenzwellenlänge ist, D die maximale Tiefe einer winzigen konkav-konvexen Form ist, die auf einer Oberfläche der Bildumwandlungsschicht gebildet ist, und N die Anzahl an Schritten der winzigen konkav-konvexen Form ist, die auf der Oberfläche der Bildumwandlungsschicht gebildet ist.
Optisches Element mit computergeneriertem Hologramm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druck auf die Schutzschicht aufgebracht wird.
Optisches Element mit computergeneriertem Hologramm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element eine Antireflexionsschicht umfaßt.