JP2000259066A - ホログラムの露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光学系などのセッティングが容易であり、しか
も露光作業が１回で済み、１枚のシートに露光す場合に
も、煩雑なマスキング処理なども不要であるホログラム
露光装置を提供することを目的とする。 【解決手段】基板に感光材を貼着した乾板に物体光と参
照光を入射して、第１の物体光と第１の参照光により第
１のホログラムを形成し、第２の物体光と第２の参照光
により第２のホログラムを形成させる露光装置におい
て、光学系から第１の参照光として入射させる平面と、
前記光学系から基板の臨界角以上の角度で第１の物体光
として入射させる平面を少なくとも具備する第１のプリ
ズムと、第２の物体光として出射させる平面と第２の参
照光として出射させる平面を少なくとも具備する第２の
プリズムを前記乾板の一方の面に密着させるとともに、
前記第１の物体光を全反射させて第２の参照光として第
２のプリズムの平面から出射させる第１の平面と、該第
１の平面の両側に形成された第２の平面および第３の平
面を少なくとも具備するガラスブロックを乾板の他方の
面に密着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車などの窓ガ
ラスに雨滴が付着したことを検出してワイパーなどを自
動的に駆動させるための雨滴検出用検出光の導入用ホロ
グラムと導出用ホログラムの露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、雨滴を検出する装置は、フロント
ガラスに向けて配された発光素子と、フロントガラスに
向けて配されるとともに発光素子より発せられフロント
ガラス内を全反射した光を受光する素子とを有し、フロ
ントガラス上の雨滴によって生じる受光素子における受
光量の変化に基づき雨滴の存在を検出する装置（特開平
１０−６２３３６号公報）などが出願されている。

【０００３】しかしながら、プリズムの形状、設置状況
により検出装置全体の寸法が大きくなって運転者などに
とって邪魔な存在になるばかりか、導入用、導出用プリ
ズムを発光素子、受光素子との位置関係で正確に取り付
ける必要がある。

【０００４】そこで本発明者らはホログラムを利用して
検出光の導入と導出を行う検出装置を特願平１０−３１
２０１５号として提案しているが、その場合のホログラ
ムを通常の方法により２種類別個に露光するのでは、２
回の露光作業を行う必要があり、露光作業が増えるばか
りでなく、別個に作製した２枚のホログラムを検出光の
導入用、導出用として車両用のフロントガラスなどに配
設する場合には、位置合わせが困難である。この問題を
解決するために１枚のシートに２種類のホログラムを露
光することが考えられるがこの場合には、作製中のホロ
グラム領域に不要な光（特にガラス基板の臨界角を超え
る角度で入射するレーザー光による迷光）が照射されな
いような煩雑な減光処理、また同領域以外の領域に不要
なホログラムが作製されないような煩雑なマスキング処
理が必要となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
点に鑑みてなされたものであり、光学系などのセッティ
ングが容易であり、しかも露光作業が１回で済み、１枚
のシートに露光する場合にも、煩雑な減光処理やマスキ
ング処理なども不要であるホログラム露光装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のホログラムの露
光装置は、２種類の透過型ホログラムを形成する場合に
は、基板に感光材を貼着して配置した乾板と、該乾板に
物体光と参照光を入射させるレーザーを含む光学系とを
少なくとも具備し、第１の物体光と第１の参照光により
第１のホログラムを形成し、第２の物体光と第２の参照
光により第２のホログラムを形成させるホログラムの露
光装置において、前記光学系から第１の参照光として入
射させる平面と、前記光学系から前記基板の臨界角以上
の角度で第１の物体光として入射させる平面を少なくと
も具備する第１のプリズムと、第２の物体光として出射
させる平面と第２の参照光として出射させる平面を少な
くとも具備する第２のプリズムを前記乾板の一方の面に
密着させるとともに、前記第１の物体光を全反射させて
第２の参照光として第２のプリズムの平面から出射させ
る第１の平面と、前記第１のプリズムおよび第２のプリ
ズムにそれぞれ対向する位置であって、前記第１の平面
の両側に形成された、前記第１の参照光を内部反射によ
り導き第２の物体光として前記第２のプリズムの平面か
ら出射させる第２の平面および第３の平面を少なくとも
具備するガラスブロックを乾板の他方の面に密着させた
ことを特徴とする。

【０００７】また、２種類の反射型ホログラムを作製す
る場合には、前記光学系から第１の参照光として出射さ
せる平面と、前記光学系から基板の臨界角以上の角度で
第１の物体光として入射させる平面を少なくとも具備す
る第１のプリズムと、第２の物体光として入射させる平
面と第２の参照光として出射させる平面を少なくとも具
備する第２のプリズムを前記乾板の一方の面に密着させ
るとともに、前記第２のプリズムおよび第１のプリズム
にそれぞれ対向する位置であって、前記第１の平面の両
側に形成された、前記第２の物体光を内部反射により導
き第１の参照光として前記第１のプリズムの平面から出
射させる第３の平面と第２の平面を少なくとも具備する
ガラスブロックを前記乾板の他方の面に密着させたこと
を特徴とする。

【０００８】いずれの場合にも、平面あるいは曲率が小
さくて平面に近い場合には第１のプリズムと第２のプリ
ズムを一体化して１枚のプリズムとしておけば、セッテ
ィングが容易になる。

【０００９】本発明は、車両用のフロントガラスなどに
設けた発光素子などから検出光を導入し、フロントガラ
スなどを全反射させるように回折する導入用のホログラ
ムと、フロントガラスなどを全反射して進行する光を受
光素子に導出するよう回折する導出用のホログラムを１
回の露光作業で容易に作製することができ、しかも第１
の参照光から第２の物体光への光路あるいは第２の物体
光から第１の参照光への光路はガラスブロック中で行う
ので、ガラスブロックを使用しない場合にはミラーなど
のセッティングが必要であるが、第１の参照光を第１の
プリズムの平面からあるいは第２の物体光を第２のプリ
ズムの平面から入射させるだけでよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】ホログラムは透過型ホログラム、
反射型ホログラムのいずれも使用可能であり、発光素子
からの光を透明板状体に導入する際のホログラムは発光
素子の光をフロントガラスなどの透明板状体中で全反射
するように回折角を板ガラスの場合で４１．１°以上と
し、雨滴（屈折率１．３３）と透明板状体と雨滴との界
面で全反射しないように６０．１°以下になるようなホ
ログラムを使用する必要があり、透明板状体から受光素
子へ導出する際のホログラムは逆に透明板状体中を全反
射してきた光を受光素子に出射するようなホログラムを
使用する必要がある。

【００１１】したがって、透過型ホログラムの作製は、
レーザー光源を含む光学系から第１の参照光として入射
させる平面と、前記光学系からガラス基板などの基板の
臨界角以上の角度で第１の物体光として入射させる平面
を少なくとも具備する第１のプリズムと、第２の物体光
として出射させる平面と第２の参照光として出射させる
平面を少なくとも具備する第２のプリズムを前記乾板の
一方の面に密着させるとともに、前記第１の物体光を全
反射させて第２の参照光として第２のプリズムの平面か
ら出射させる第１の平面と、前記第１のプリズムおよび
第２のプリズムにそれぞれ対向する位置であって、前記
第１の平面の両側に形成された、前記第１の参照光を内
部反射により導き第２の物体光として前記第２のプリズ
ムの平面から出射させる第２の平面および第３の平面を
少なくとも具備するガラスブロックを乾板の他方の面に
密着させた状態で露光すれば、第１のホログラムが導入
用ホログラムとして、第２のホログラムが導出用ホログ
ラムとして１回の露光作業で作製することができる。

【００１２】反射型ホログラムの作製は、物体光あるい
は参照光のどちらかを透過型ホログラムの場合と逆向き
に感光材に入射させればよく、前記光学系から第１の参
照光として出射させる平面と、前記光学系からガラス基
板などの基板の臨界角以上の角度で第１の物体光として
入射させる平面を少なくとも具備する第１のプリズム
と、第２の物体光として入射させる平面と第２の参照光
として出射させる平面を少なくとも具備する第２のプリ
ズムを前記乾板の一方の面に密着させるとともに、前記
第２のプリズムおよび第１のプリズムにそれぞれ対向す
る位置であって、前記第１の平面の両側に形成された、
前記第２の物体光を内部反射により導き第１の参照光と
して前記第１のプリズムの平面から出射させる第３の平
面と第２の平面を少なくとも具備するガラスブロックを
前記乾板の他方の面に密着させた状態で露光すれば、第
１のホログラムが導入用ホログラムとして、第２のホロ
グラムが導出用ホログラムとして１回の露光作業で作製
することができる。

【００１３】プリズムについて、表面平滑なガラスを使
用して、レーザー光が入射及び出射する平面に相当する
部分を切断、研磨して作製すればよく、ガラス基板が湾
曲している場合には第１のプリズムと第２のプリズムは
別個に密着させた方がよいが、ガラス基板の曲率が小さ
いか、あるいはフラットな場合には、第１のプリズムと
第２のプリズムが一体化されたものを使用することがで
きる。

【００１４】プリズムの斜面の角度について、図１の第
１のプリズム３によって説明すると、ガラス基板１の屈
折率をｎ１、プリズムの屈折率をｎ２とすると、β＝θ
°−ｓｉｎ^-1（ｓｉｎφ／ｎ２）°、α＝ｓｉｎ^-1｛ｓ
ｉｎβ・（ｎ２／ｎ１）｝°が成り立つ。なお、φは図
示しないが、第１のプリズム３の平面３２への入射角で
ある。

【００１５】ここでプリズムの屈折率はガラス基板の屈
折率に等しいとしてよいので、ｎ１＝ｎ２＝ｎとしてα
＝βとなる。

【００１６】第１の物体光Ｓ１がガラス基板中を全反射
して進むためには、ｓｉｎ^-1（１／ｎ）° ≦α＜９０
°が成り立たなければならない。

【００１７】したがって、ｓｉｎ^-1（１／ｎ）° ≦θ
°−ｓｉｎ^-1（ｓｉｎφ／ｎ）°＜９０°となり、この
結果からｓｉｎ^-1（１／ｎ）°＋ｓｉｎ^-1（ｓｉｎφ／
ｎ）°＜θ≦９０°＋ｓｉｎ^-1（ｓｉｎφ／ｎ）°が成
り立つようにすればよい。

【００１８】θが９０°を越える場合、すなわちガラス
基板と接する面をその表面である３１より短くした場合
にも第１の物体光をガラス基板中で全反射させることは
可能であるが、入射角が大きくなり好ましくない。

【００１９】なお、第１の参照光Ｒ１は、実際の露光の
場合、表面での反射光がレーザー発振器に戻りレーザー
光が不安定となるのを防ぐために法線からずらした方が
よいが、ここでは便宜上第１の参照光Ｒ１を法線として
扱った。

【００２０】また、プリズムの平面３１は必ずしもガラ
ス基板１の面と平行にする必要はなく、傾けてもよい。

【００２１】ガラスブロックについて、ほぼ平行な面を
構成する一対の平面とその平面の両側にその平面と斜面
をなす平面（第２の平面と第３の平面）を形成し、ほぼ
台形状に形成するものであり、第１のプリズムに対向す
る位置の第２の平面は第１の参照光を全反射してガラス
ブロック中を進行するような角度に切断、研磨して形成
し、第２のプリズムに対向する位置の第３のの平面はガ
ラスブロック中を進行してきた光を全反射させて第２の
物体光として前記第２のプリズムの平面から出射させる
ような角度に切断、研磨すればよい。また、第１の参照
光および第２の物体光が感光材に入射する角度により、
前記斜面以外の側面に相当する面や第１の物体光を反射
により第２の参照光として導く面も有効に利用すること
ができる。ガラス基板に密着させる表面部分は、ガラス
基板の形状に合わせた形状が好ましく、したがって平面
かあるいは曲率半径が大きくほとんど平面に近い形状が
好ましい。また、ガラスブロックの第１の参照光を反射
により第２の参照光として導く面も同様に平面か平面に
近い形状が好ましいが、表面と平行にする必要はない。
また、材質は通常の無機ガラスだけでなく、樹脂ガラス
などの透過率の高い透明な材料であってもよい。

【００２２】感材については、樹脂フィルムに厚さ２５
μｍのフォトポリマーポリマー、例えばＯｍｎｉＤｅｘ
−３５２（ＤｕＰｏｎｔ製）を塗布したものなどが好適
であるが、フィルムに感材が塗布されたものであればよ
い。

【００２３】この発明の露光装置によって作製されたホ
ログラムは、後述する実施例に示すように、雨滴検出用
のホログラムとして好適に使用することができる。この
場合には発光素子からの検出光を本発明の第１のホログ
ラム（導入用ホログラム）を介して車両用のフロントガ
ラスなどに入射させ、フロントガラスなどの透明板状体
中を全反射させながら、雨滴などがフロントガラスに付
着していなければ、フロントガラスから外に出射するこ
とはないので、透明板状体中を進行する検出光を本発明
の第２のホログラム（導出用ホログラム）を介して受光
素子に入力すれば雨滴の検出を的確に行うことができ
る。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説
明する。

【００２５】図１と図２は、それぞれ実施例１における
露光装置を示す概略図と得られたホログラムを応用した
雨滴検出装置を示す概略図、図３はそれぞれ実施例２に
おける露光装置を示す概略図である。

【００２６】実施例１ 図１に示すように、車両用のフロントガラスに設けて雨
滴検出装置の導入用と導出用のホログラムを作製するた
めに車両用フロントガラスの厚さ（普通は約４．８ｍ
ｍ）の１／２（約２．４ｍｍ）の厚さを有するガラス基
板に感光材を貼着として、第１の参照光と第２の物体光
を独立して感光材に入射させる場合について例示する。

【００２７】まず、厚さが０．２ｍｍのベースフィルム
に厚さ２５μｍのフォトポリマーなどの感光材を塗布し
てカバーフィルムを貼り付けた、例えばＯｍｎｉＤｅｘ
−３５２（ＤｕＰｏｎｔ製）のベースフィルムを剥がし
て厚さが車両用フロントガラスの１／２である２．４ｍ
ｍのガラス基板１にラミネータにより圧着により感光材
２として配設して乾板とした。感光材に平行な平面３１
とこの感光材面とのなす角度が６０．０°となるように
切断して、研磨した斜面３２とを少なくとも具備する第
１のプリズム３と、感光材に平行な平面４１と感光材面
とのなす角度が６０．０°になるように切断、研磨され
た斜面４２を少なくとも具備する第２のプリズム４を前
記乾板の一方の面である感光材２側表面に密着させる。
さらに、感光材面の法線とのなす角度が４５．０°とな
るように切断、研磨した第２の平面（斜面）５３と第３
の平面（斜面）５４が両側に形成され、これらの斜面と
第１の平面５１と第４の平面５２によって台形状であっ
て、その高さが２．４ｍｍに形成されたガラスブロック
５を前記乾板の他方の面であるガラス基板１側表面に密
着させる。

【００２８】次いで、図示しない５３２ｎｍの光を発振
するレーザー発振器、ビームスプリッター、凸レンズ、
ミラーなどを組み合わせた光学装置によりレーザー光を
２分割させて、第１の物体光Ｓ１を第１のプリズムの平
面（斜面）３２に、その法線方向から、第１の参照光Ｒ
１を第１のプリズムの平面３１に、その法線方向からそ
れぞれ入射させる。

【００２９】第１の物体光Ｓ１と第１の参照光Ｒ１とに
より干渉縞が形成、記録された第１のホログラム２１が
得られ、感光材を透過した第１の物体光Ｓ１はさらにガ
ラス基板１を透過し、ガラスブロック５の第１の平面５
１に到り、この面で全反射して感光材の部分２２に第２
の参照光として入射し、第２のプリズムの平面（斜面）
４２から空気中に出射する。このとき同じく感光材を透
過した第１の参照光Ｒ１がさらにガラス基板１を透過し
ガラスブロック５の内部を進み、第２の平面（斜面）５
３および第３の平面（斜面）５４での反射により第２の
物体光Ｓ２として導かれ、感光材２中で第２の参照光Ｒ
２と重なるように入射されるので、この部分にも干渉縞
が形成され、第２のホログラム２２が得られる。

【００３０】なお、それぞれのレーザー光は、第１のプ
リズム３の各平面の法線方向から入射させると説明した
が、精密に法線方向から入射させるとそれぞれの入射面
から反射した光がレーザー光源に戻ってしまい、レーザ
ー光が不安定になる恐れがあるので、実際には法線方向
から１°程度ずらして入射させたほうが望ましい。

【００３１】このようにして得られた第１のホログラム
２１と第２のホログラム２２は、例えば図に示すよう
に、厚さが２ｍｍの車内側板ガラス６１と車外側板ガラ
ス６２が厚さが約０．８ｍｍポリビニールブチラールな
どの中間膜６３により接着された合わせガラス（合計厚
さが約４．８ｍｍ）６の車内側表面に第１のホログラム
２１と第２のホログラム２２が記録されたホログラムシ
ートを貼り付け、第１のホログラム（導入用ホログラ
ム）２１の前面に発光素子７を、第２のホログラム（導
出用ホログラム）２２の前面に受光素子８を取り付け、
自動車の前部開口部にフロントガラスとして装着する。

【００３２】このようにして得られた雨滴検出装置にお
いて、雨が降っていないときには、合わせガラスに発光
素子６からの検出光が導入されると、検出光は車外側板
ガラスの車外側面で全反射されて、１回全反射されて受
光素子７によって受光されるが、この場合には合わせガ
ラス中の光の減衰が若干あるだけでほぼ全量が受光され
る。雨滴が車外側板ガラスの車外側面に付着すると、雨
滴に検出光の一部、あるいは全量が入射してこの雨滴に
よって散乱するので、受光素子８で受光される検出光は
ほとんど０になるか激減する。

【００３３】図示しない検出回路において、この受光量
の絶対量を、雨が降ってない通常の量に相当する量を基
準値として比較すれば雨滴を的確に検出することができ
る。なお、この場合に結露が貼り付けたホログラム表面
に生じても検出光は車外側板ガラスの車外側面を１回
（１往復）全反射するだけであり、ホログラムと空気と
の界面では反射されないので結露により誤検出すること
はない。

【００３４】この場合に、第１の物体光と第２の参照光
のレーザー光の向きをそのままにして第１の参照光と第
２の物体光のレーザー光の向きを逆向きにするか、ある
いは第１の参照光と第２の物体光のレーザー光の向きを
そのままにして第１の物体光と第２の参照光のレーザー
光の向きを逆向きにすれば、第１のホログラム、第２の
ホログラムとも反射型ホログラムとすることができる。
その場合には、合わせガラスの内部に配置して使用する
ことができる。

【００３５】実施例２ 図３に示すように、乾板のガラス基板１と感光材２の配
置を逆にして、さらに第１のプリズム３と第２のプリズ
ム４を一体化した以外は実施例１と同じ構成としたもの
である。図３には説明の都合上符号３と符号４を付与し
て点線で別のプリズムのように示しているが、同じ材質
で一体化した一つのプリズムである。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、雨滴検出装置などに使
用可能な２種類のホログラムの露光作業を１回で済ます
ことができ、しかも光学系のセッティングなども容易に
行うことができ、さらに、１枚のシートに露光する場合
にも、煩雑な減光処理やマスキング処理なども不要であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における露光装置を示す要部概略図で
ある。

【図２】実施例１において得られたホログラムを応用し
た雨滴検出装置を示す要部概略図である。

【図３】実施例２における露光装置を示す要部概略図で
ある。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ 感光材 ２１、２２ ホログラム ３ 第１のプリズム ４ 第２のプリズム ５ ガラスブロック ６ 合わせガラス ７ 発光素子 ８ 受光素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に感光材を貼着して配置した乾板と、
   該乾板に物体光と参照光を入射させるレーザーを含む光
   学系とを少なくとも具備し、第１の物体光と第１の参照
   光により第１のホログラムを形成し、第２の物体光と第
   ２の参照光により第２のホログラムを形成させるホログ
   ラムの露光装置において、前記光学系から第１の参照光
   として入射させる平面と、前記光学系から前記基板の臨
   界角以上の角度で第１の物体光として入射させる平面を
   少なくとも具備する第１のプリズムと、第２の物体光と
   して出射させる平面と第２の参照光として出射させる平
   面を少なくとも具備する第２のプリズムを前記乾板の一
   方の面に密着させるとともに、前記第１の物体光を全反
   射させて第２の参照光として第２のプリズムの平面から
   出射させる第１の平面と、前記第１のプリズムおよび第
   ２のプリズムにそれぞれ対向する位置であって、前記第
   １の平面の両側に形成された、前記第１の参照光を内部
   反射により導き第２の物体光として前記第２のプリズム
   の平面から出射させる第２の平面および第３の平面を少
   なくとも具備するガラスブロックを乾板の他方の面に密
   着させたことを特徴とするホログラムの露光装置。
2. 【請求項２】基板に感光材を貼着して配置した乾板と、
   該乾板に物体光と参照光を入射させるレーザーを含む光
   学系とを少なくとも具備し、第１の物体光と第１の参照
   光により第１のホログラムを形成し、第２の物体光と第
   ２の参照光により第２のホログラムを形成させるホログ
   ラムの露光装置において、前記光学系から第１の参照光
   として出射させる平面と、前記光学系から前記基板の臨
   界角以上の角度で第１の物体光として入射させる平面を
   少なくとも具備する第１のプリズムと、第２の物体光と
   して入射させる平面と第２の参照光として出射させる平
   面を少なくとも具備する第２のプリズムを前記乾板の一
   方の面に密着させるとともに、前記第２のプリズムおよ
   び第１のプリズムにそれぞれ対向する位置であって、前
   記第１の平面の両側に形成された、前記第２の物体光を
   内部反射により導き第１の参照光として前記第１のプリ
   ズムの平面から出射させる第３の平面と第２の平面を少
   なくとも具備するガラスブロックを前記乾板の他方の面
   に密着させたことを特徴とするホログラムの露光装置。
3. 【請求項３】第１のプリズムと第２のプリズムを一体化
   したことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のホロ
   グラムの露光装置。