JP2006349874A - Master hologram and manufacturing method thereof, and manufacturing method of phase type volume hologram optical element using master hologram - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マスターホログラム及びその製造方法、並びに、当該マスターホログラムを用いた位相型体積ホログラム光学素子の製造方法に関するものである。特に、マスターホログラムを用いて、干渉露光光学系により、複数の画素領域にピクセル化された透過型ホログラムを複製する位相型体積ホログラム光学素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a master hologram, a method for manufacturing the master hologram, and a method for manufacturing a phase-type volume hologram optical element using the master hologram. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a phase-type volume hologram optical element that uses a master hologram to replicate a transmission hologram that is pixelated into a plurality of pixel regions by an interference exposure optical system.
従来、ホログラム光学素子として、高分子化合物中に、屈折率の異なる屈折率変調層が積層された位相型体積ホログラム光学素子が知られている。上記位相型体積ホログラム光学素子は、干渉フィルタの原理により、特定の波長の光を透過させること、あるいは回折させることが可能である。そのため、投写型液晶表示装置のカラーフィルタや、互いに異なる複数方向の視差画像を再生して立体的な画像が得られるホログラム光学素子等に応用されている。 Conventionally, a phase volume hologram optical element in which a refractive index modulation layer having a different refractive index is laminated in a polymer compound is known as a hologram optical element. The phase-type volume hologram optical element can transmit or diffract light having a specific wavelength according to the principle of an interference filter. Therefore, it is applied to a color filter of a projection liquid crystal display device, a hologram optical element that can reproduce a parallax image in a plurality of directions different from each other, and obtain a stereoscopic image.
一般に、位相型体積ホログラム光学素子で回折された回折光の色は、位相型体積ホログラム光学素子内部に形成された干渉縞の格子間隔によって決定される。そして、上記格子間隔は二光束干渉露光光学系を設計することによって制御することが可能である。 In general, the color of the diffracted light diffracted by the phase type volume hologram optical element is determined by the lattice spacing of interference fringes formed inside the phase type volume hologram optical element. The lattice spacing can be controlled by designing a two-beam interference exposure optical system.
具体的には、位相型体積ホログラム光学素子は、図11(a)に示すように、位相型体積ホログラム光学素子となるホログラム乾板、すなわち感光性材料101に、物体光および参照光を入射させ、これら二光束による露光によって、図11(b)に示すように、感光性材料101に干渉縞101aを形成することにより製造される。このとき、感光性材料101に入射する物体光の波長および参照光の波長を変化させることにより、または、物体光と参照光との交差する角度を変化させることにより、感光性材料101に形成される干渉縞101aの格子間隔dを変化させることができる。
Specifically, as shown in FIG. 11A, the phase type volume hologram optical element causes the object light and the reference light to enter the hologram dry plate that becomes the phase type volume hologram optical element, that is, the
このようにして、任意の波長を回折、あるいは透過させる位相型体積ホログラム光学素子を製造することができる。このようにして形成された、位相型体積ホログラム光学素子では、図11(c)に示すように、別の光である再生照明光で照明すると、その回折によって、物体光に相当する再生光が出射し、その物体の像を再生することができる。 In this way, a phase volume hologram optical element that diffracts or transmits an arbitrary wavelength can be manufactured. In the phase-type volume hologram optical element formed in this way, as shown in FIG. 11C, when the reproduction illumination light that is another light is illuminated, the reproduction light corresponding to the object light is generated by the diffraction. The image of the object can be reproduced.
ここで、例えば、特許文献1に、ホログラム素子をR(赤)G(緑)B(青)等の各画素領域にピクセル化し、投写型液晶表示装置の透過型カラーフィルタとして応用する例が開示されている。
Here, for example,
図12を参照しながら、上記ホログラム素子を製造する方法について説明する。図12は透過型カラーフィルタとして応用するホログラム素子の製造過程を説明するための構成図である。図12に示すように、カラーフィルタの青色の画素に対応するホログラムを記録する場合、露光用マスク202を通して例えば青色の光を透過させ、これを物体光204として決像光学系203を介してホログラム用基板201に照射する。このとき、ホログラム用基板201には物体光204と共に参照光205を入射させ、これら二光束の照射によって、ホログラム用基板201に干渉縞を形成する。引き続き、他の色(赤色、緑色)の画素についても同様にその色に対応する干渉縞を順次形成する。以上により、3原色それぞれについての干渉縞を有するホログラム素子を形成することができる。
A method of manufacturing the hologram element will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a block diagram for explaining a manufacturing process of a hologram element applied as a transmission color filter. As shown in FIG. 12, when recording a hologram corresponding to a blue pixel of a color filter, for example, blue light is transmitted through an
また、特許文献2には、マスターホログラムを用いて、互いに異なる複数方向の視差画像を再生して立体的な画像を得ることができるホログラムを製造する製造方法が開示されている。
Further,
図13を参照しながら、特許文献2に記載の透過型のホログラムの製造方法を説明する。図13は、マスターホログラムを用いて透過型のホログラムを製造する方法を説明するための断面図である。図13に示すように、マスターホログラム302には、予め各パターンに対応する複数の要素ホログラムが形成されている。レーザ光304を空間変調素子303側から入射するとき、空間変調素子303の光透過部308およびマスターホログラム302を透過した0次回折光305が、乾板301の感光材料309への参照光となると共に、1次回折光306が物体光となる。上記参照光と上記物体光とが干渉して干渉縞が乾板301の感光材料309に記録される。
With reference to FIG. 13, a method for manufacturing a transmission hologram described in
以上により、マスターホログラム302の複数の要素ホログラムに対応したパターンが感光材料309に記録することができ、その結果、透過型のホログラムを製造することができる。すなわち、マスターホログラム302に記録されているパターンを感光材料309に複製することにより、透過型のホログラムを製造することができる。
As described above, patterns corresponding to a plurality of element holograms of the
上記マスターホログラム302を用いて透過型のホログラムを複製する場合、一回の露光により上記透過型のホログラムを製造することができる。さらに、予め各パターンが形成されたマスターホログラム302と感光材料309との位置合わせを行って積層するので、各要素ホログラムの作製毎にマスク等の位置合わせを行う必要がなく、生産性を向上することが可能となる。
When replicating a transmission hologram using the
また、特許文献3に、リップマンフルカラーホログラムを製造する方法が開示されている。図14を参照しながら、特許文献3に記載のリップマンフルカラーホログラムの製造方法を説明する。図14は、リップマンフルカラーホログラムの複製方法を説明するための断面図である。図14に示すように、赤(R)・緑(G)・青(B)の各色成分ごとの3枚のコピーマスター401R・401B・401Gに対して、ミラー403を介して、3方向から例えば赤色の各レーザ再生照明光を入射すると、各コピーマスター401R・401B・401Gからそれぞれ赤のレーザ再生照明光が反射し、これらがそれぞれ物体光としてホログラム感光材料402に入射し、かつこれら物体光と新たに入射する各レーザ再生照明光とが干渉して、再生角度の異なる各物体光が1枚のホログラム感光材料402に記録される。つまり、三重露光を行ってリップマンフルカラーホログラムを複製する。
しかしながら、上記従来の構成では、所望のホログラムを製造するために、複数のレーザ光源を使用しなければならないという問題を有する。または、大規模な光学系においてレーザ光の入射角を制御しなければならないという問題を有する。 However, the conventional configuration has a problem that a plurality of laser light sources must be used to produce a desired hologram. Alternatively, there is a problem that the incident angle of laser light must be controlled in a large-scale optical system.
具体的には、特許文献1に記載の製造方法では、ホログラム用基板201に所望のパターンを形成するために、各色に対応した3種類の露光用マスク202および3種類の光源を用いて露光する必要がある。したがって、二光束干渉露光を3回行わなければならず、手間と時間とを要すると共に、光学系が大規模になるという問題を生じる。
Specifically, in the manufacturing method described in
さらに、ホログラム素子を製造するごとに、ホログラム素子用の感光材料であるホログラム用基板201と露光用マスク202との位置合わせを精度良く行う必要がある。したがって、ホログラム素子を製造するための操作が煩雑になるという問題を生じる。
Further, every time the hologram element is manufactured, it is necessary to accurately align the
また、特許文献2に記載の製造方法では、視差画像を再生するホログラムの複製、つまり、視差画像の再生のように、左右の各眼に再生光を導くようなホログラムの複製、換言すれば、一点へ導かれるようなホログラムの複製については、単一のレーザ光源により一回の干渉露光で透過型のホログラムに所望のパターンを製造することができる。しかしながら、ホログラムによって回折させられる光を、それぞれ任意の方向へ導くようなホログラム、例えば、R、G、Bの各波長光を、それぞれまったく異なる方向へ導くようなホログラムを複製する場合、すなわち、透過型のホログラムをカラー化する場合、所定の波長の光、つまり3種類のレーザ光源が必要となる。また、一種類の光源で複製するためには、レーザ光源の入射角を制御する必要が生じるため、RGB用の3枚のマスターホログラム302が必要となる。したがって、光学系が大規模になるという問題を生じる。
Further, in the manufacturing method described in
また、特許文献3に記載の製造方法では、1つの光源で複製することができる代わりに、光源の入射角を精度良く制御する必要がある。すなわちミラー403に入射するレーザ再生照明光404の入射角、ミラー403のコピーマスター401R・401B・401Gに対する角度を精度良く制御する必要がある。
Moreover, in the manufacturing method described in Patent Document 3, it is necessary to accurately control the incident angle of the light source instead of being able to replicate with one light source. That is, it is necessary to accurately control the incident angle of the laser
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、単一のレーザ光源を用いて一回の露光で位相型体積ホログラム光学素子にRGB等のパターンを記録することができ、ひいては簡便かつ少ない部品数でホログラムの複製を行うことができるマスターホログラムおよびその製造方法、並びに当該マスターホログラムを用いた位相型体積ホログラム光学素子の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to record a pattern such as RGB on a phase-type volume hologram optical element by a single exposure using a single laser light source. It is possible to provide a master hologram that can be replicated with a simple and small number of components, a method for manufacturing the master hologram, and a method for manufacturing a phase-type volume hologram optical element using the master hologram.
本発明のマスターホログラムは、上記課題を解決するために、ホログラムを複製するために用いるマスターホログラムにおいて、例えば赤(R)の波長の光に対応する要素ホログラム・緑(G)の波長の光に対応する要素ホログラム・青(B)の波長の光に対応する要素ホログラムからなる複数の第一の要素ホログラムを有する第一の透過型ホログラムと、上記第一の要素ホログラムとは例えばグレーティングベクトル及びグレーティングピッチが異なる、複数の第二の要素ホログラムを有する第二の透過型ホログラムとを備え、上記第一の透過型ホログラムと上記第二の透過型ホログラムとが互いに積層されていることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problem, the master hologram of the present invention is a master hologram used for replicating a hologram. For example, an element hologram corresponding to light of red (R) wavelength and light of green (G) wavelength are used. Corresponding element holograms: a first transmission hologram having a plurality of first element holograms composed of element holograms corresponding to blue (B) wavelength light, and the first element hologram includes, for example, a grating vector and a grating And a second transmission hologram having a plurality of second element holograms having different pitches, wherein the first transmission hologram and the second transmission hologram are stacked on each other. .
一般に、ホログラムを製造する方法の一例として、例えば赤(R)の波長の光に対応する要素ホログラム・緑(G)の波長の光に対応する要素ホログラム・青(B)の波長の光に対応する要素ホログラムからなる複数の要素ホログラムを有するマスターホログラムを感光性材料に複製する方法が挙げられる。この方法は、マスターホログラムにレーザ光を照射することによりマスターホログラムに入射して該マスターホログラムを透過する透過光である0次回折光と、マスターホログラムで回折された1次回折光との二光束の干渉によって、マスターホログラムの下側に設けられた感光性材料に干渉縞を形成することにより、マスターホログラムを感光性材料に複製するものである。 In general, as an example of a method of manufacturing a hologram, for example, an element hologram corresponding to red (R) wavelength light, an element hologram corresponding to green (G) wavelength light, and blue (B) wavelength light And a method of replicating a master hologram having a plurality of element holograms composed of element holograms onto a photosensitive material. In this method, two-beam interference between zero-order diffracted light that is transmitted through the master hologram by irradiating the master hologram with laser light and first-order diffracted light diffracted by the master hologram Thus, the master hologram is replicated on the photosensitive material by forming interference fringes on the photosensitive material provided on the lower side of the master hologram.
しかしながら、上記の方法では、マスターホログラムが一層である場合、単一波長の光がマスターホログラムに入射するときには、1次回折光については、例えば赤(R)の波長の光に対応する要素ホログラム・緑(G)の波長の光に対応する要素ホログラム・青(B)の波長の光に対応する要素ホログラム等の各要素ホログラムにおいて任意の角度に回折させるように制御することが可能である。しかしながら、上記各要素ホログラムを透過する0次回折光については、何れの要素ホログラムにおいても制御できないため、該透過する0次回折光は同一の角度で感光性材料に入射することになる。そのため、単一光源を用いて各要素ホログラムで、感光性材料に入射する0次回折光の入射角と1次回折光の回折角との両方を任意に制御することができない。 However, in the above method, when the master hologram has a single layer, when single-wavelength light is incident on the master hologram, for the first-order diffracted light, for example, an element hologram / green corresponding to red (R) wavelength light It is possible to control each element hologram such as an element hologram corresponding to light having a wavelength of (G) and an element hologram corresponding to light having a wavelength of blue (B) to be diffracted at an arbitrary angle. However, the 0th-order diffracted light transmitted through each element hologram cannot be controlled by any of the element holograms, so that the transmitted 0th-order diffracted light is incident on the photosensitive material at the same angle. Therefore, it is impossible to arbitrarily control both the incident angle of the 0th-order diffracted light and the diffraction angle of the 1st-order diffracted light incident on the photosensitive material with each element hologram using a single light source.
そこで、本発明では、マスターホログラムは、複数の第一の要素ホログラムを有する第一の透過型ホログラムと、上記第一の要素ホログラムとは異なる、第二の要素ホログラムを有する第二の透過型ホログラムとを備えており、上記第一の透過型ホログラムと上記第二の透過型ホログラムとが互いに積層された二層構造としている。 Therefore, in the present invention, the master hologram includes a first transmission hologram having a plurality of first element holograms and a second transmission hologram having a second element hologram different from the first element hologram. And has a two-layer structure in which the first transmission hologram and the second transmission hologram are stacked on each other.
これにより、例えば、単一波長の光を第一の透過型ホログラム側から入射した場合、複数の第一の要素ホログラムにおいて、光を回折すると共に、光を透過することができる。つまり、1次回折光として入射角と異なる角度で光を出射すると共に、透過光である0次回折光として入射した光と同一の角度で光を出射することができる。したがって、第二の透過型ホログラムにおける複数の第二の要素ホログラムにそれぞれ入射する光の入射角度を、第一の透過型ホログラムに入射した光の入射角度と異なる、あるいは同一になるようにすることができる。 Thereby, for example, when light having a single wavelength is incident from the first transmission hologram side, the light can be diffracted and transmitted through the plurality of first element holograms. That is, it is possible to emit light at an angle different from the incident angle as the first-order diffracted light and to emit light at the same angle as the incident light as the 0th-order diffracted light that is transmitted light. Therefore, the incident angles of the light incident on the plurality of second element holograms in the second transmission hologram are set different from or the same as the incident angles of the light incident on the first transmission hologram. Can do.
また、複数の第二の要素ホログラムにおいて、第一の要素ホログラムから出射された光を1次回折光として回折すると共に、0次回折光として透過することができる。つまり、入射角と異なる角度で光を出射すると共に、入射角と同一の出射角で光を出射することができる。 In the plurality of second element holograms, the light emitted from the first element hologram can be diffracted as first-order diffracted light and transmitted as zero-order diffracted light. In other words, it is possible to emit light at an angle different from the incident angle and to emit light at the same emission angle as the incident angle.
したがって、第一の透過型ホログラムと第二の透過型ホログラムとが積層されていることにより、第一の透過ホログラムに入射した光の入射角度と、第一の透過ホログラムから出射した光の出射角度と、第二の透過ホログラムから出射する光の出射角度とを異なるようにすることができる。つまり、マスターホログラムに入射した光の入射角度と異なる角度で、マスターホログラムから、二光束を出射することが可能となる。換言すれば、単一の光源を用いて、マスターホログラムの各要素ホログラムで、感光性材料に入射する0次回折光の入射角と1次回折光の回折角との両方を変えることが可能となる。 Therefore, the first transmission hologram and the second transmission hologram are stacked, so that the incident angle of the light incident on the first transmission hologram and the emission angle of the light emitted from the first transmission hologram And the emission angle of the light emitted from the second transmission hologram can be made different. That is, two light beams can be emitted from the master hologram at an angle different from the incident angle of the light incident on the master hologram. In other words, it is possible to change both the incident angle of the 0th-order diffracted light and the diffraction angle of the 1st-order diffracted light incident on the photosensitive material in each element hologram of the master hologram using a single light source.
したがって、単一のレーザ光源を用いて一回の露光で位相型体積ホログラム光学素子にRGB等のパターンを記録することができ、ひいては簡便かつ少ない部品数でホログラムの複製を行うことができるマスターホログラムを提供することができる。 Therefore, a master hologram that can record a pattern such as RGB on the phase-type volume hologram optical element with a single exposure using a single laser light source, and thus can replicate a hologram simply and with a small number of parts. Can be provided.
本発明のマスターホログラムでは、上記第一の透過型ホログラムにおける各第一の要素ホログラムは、上記第一の透過型ホログラム側から光が入射したときに、ホログラム複製用の感光性材料に入射する第一の光束の入射角を制御するように形成されており、上記第二の透過型ホログラムにおける各第二の要素ホログラムは、上記感光性材料に入射する、上記第一の光束とは異なる第二の光束の入射角を制御するように形成されていることが好ましい。 In the master hologram of the present invention, each first element hologram in the first transmission hologram is incident on a photosensitive material for hologram replication when light is incident from the first transmission hologram side. Each of the second element holograms in the second transmission hologram is different from the first light flux that is incident on the photosensitive material. It is preferable that the angle of incidence of the luminous flux is controlled.
上記の構成によれば、第一の要素ホログラム及び第二の要素ホログラムは、ホログラム複製用の感光性材料に入射する、第一の光束及び第二の光束の入射角をそれぞれ制御するように形成されている。これにより、ホログラムを複製するために、光をマスターホログラムに入射したときに、感光性材料に入射する二光束、つまり二光束干渉露光系の物体光および参照光の入射角を所望の入射角に制御することが可能となる。したがって、各感光性材料に、異なる波長の光を出射する要素ホログラムを形成することが可能となる。 According to said structure, a 1st element hologram and a 2nd element hologram are formed so that the incident angle of the 1st light beam and the 2nd light beam which inject into the photosensitive material for hologram reproduction may be controlled, respectively. Has been. Thus, in order to duplicate the hologram, when the light is incident on the master hologram, the incident angles of the two beams incident on the photosensitive material, that is, the object beam and the reference beam of the two beam interference exposure system are set to a desired incident angle. It becomes possible to control. Therefore, element holograms that emit light of different wavelengths can be formed on each photosensitive material.
本発明のマスターホログラムでは、上記第一の透過型ホログラムにおける各第一の要素ホログラムは、上記第一の透過型ホログラム側から光が入射したときに、入射する光を回折させて第一の角度で出射させるグレーティングであり、上記第二の透過型ホログラムにおける各第二の要素ホログラムは、上記各第一の要素ホログラムから出射した光を回折させて、第一の角度とは異なる第二の角度で出射させるグレーティングであることが好ましい。 In the master hologram of the present invention, each of the first element holograms in the first transmission hologram has a first angle by diffracting the incident light when light is incident from the first transmission hologram side. The second element hologram in the second transmission hologram is a second angle different from the first angle by diffracting the light emitted from the first element hologram. It is preferable that the grating emit light with
上記の構成によれば、第一の透過型ホログラムで回折されて所定の出射角度となった光を、さらに第二の透過型ホログラムを通過する0次回折光と、第二の透過型ホログラムによって回折されて、0次回折光とは異なる出射角度となる1次回折光とに分離して、第二の透過型ホログラムから出射する。これにより、出射角度が任意に制御された二光束を干渉させることが可能となる。したがって、1つの光源により、波長の異なる光を出射する位相型体積ホログラム光学素子を製造することが可能となる。この結果、従来のように、ホログラムの複製時に、複数の光源を必要としないので、装置を小型化することが可能となる。 According to the above configuration, light diffracted by the first transmission hologram and having a predetermined emission angle is further diffracted by the 0th-order diffracted light passing through the second transmission hologram and the second transmission hologram. Then, the light is separated into first-order diffracted light having an emission angle different from that of the zero-order diffracted light, and is emitted from the second transmission hologram. As a result, it is possible to cause interference between two light beams whose emission angles are arbitrarily controlled. Therefore, it is possible to manufacture a phase type volume hologram optical element that emits light having different wavelengths with one light source. As a result, unlike the prior art, a plurality of light sources are not required when replicating a hologram, and the apparatus can be downsized.
本発明のマスターホログラムでは、上記第一の透過型ホログラムにおける各第一の要素ホログラムの回折効率は100%、つまり0次回折光0%かつ1次回折光100%であり、上記第二の透過型ホログラムにおける各第二の要素ホログラムの回折効率は50%つまり0次回折光50%かつ1次回折光50%であることが好ましい。 In the master hologram of the present invention, the diffraction efficiency of each first element hologram in the first transmission hologram is 100%, that is, the 0th order diffracted light is 0% and the first order diffracted light is 100%. The diffraction efficiency of each of the second element holograms is preferably 50%, that is, the 0th-order diffracted light is 50% and the first-order diffracted light is 50%.
例えば、第一の透過型ホログラムに光が入射したときに、当該第一の透過型ホログラムにおいて回折されずに透過する0次回折光が生じると、ホログラムの複製時にノイズが生じる場合がある。具体的には、第一の透過型ホログラムにおける0次回折光と1次回折光とが干渉することにより、余計な干渉縞が感光性材料に記録される場合がある。 For example, when zero-order diffracted light that is transmitted without being diffracted in the first transmission hologram is generated when light is incident on the first transmission hologram, noise may be generated when the hologram is duplicated. Specifically, extra interference fringes may be recorded on the photosensitive material due to interference between the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light in the first transmission hologram.
しかしながら、上記の構成では、第一の透過型ホログラムに入射する光は、全て回折されるので、第二の透過型ホログラムに、所定の入射角度の光のみを入射させることが可能となる。つまり、第二の透過型ホログラムに入射する光は一光束となるので、第一の透過ホログラムを透過する0次回折光と回折される1次回折光とによる干渉が生じない。つまり、ホログラムを複製するときに余計な干渉縞が形成されることを防止することができる。したがって、精度良くホログラムを複製することが可能となる。 However, in the above configuration, since all the light incident on the first transmission hologram is diffracted, only light having a predetermined incident angle can be incident on the second transmission hologram. That is, since the light incident on the second transmission hologram is a single light beam, there is no interference between the 0th-order diffracted light transmitted through the first transmission hologram and the diffracted 1st-order diffracted light. That is, it is possible to prevent unnecessary interference fringes from being formed when replicating the hologram. Therefore, the hologram can be duplicated with high accuracy.
さらに、上記の構成によれば、第二の透過型ホログラムの回折効率が50%であるので、当該第二の透過型ホログラムにおける0次回折光と1次回折光との光の強度が等しくなる。したがって、上記0次回折光と上記1次回折光とを、それぞれ参照光と物体光として考えた場合、参照光と物体光との干渉による干渉縞の明部と暗部とのコントラストが最大となる。つまり、屈折率差が最大となり、複製されるホログラムの回折効率を高くすることが可能となり、複製されたホログラムを鮮明に再現することが可能となる。 Furthermore, according to the above configuration, since the diffraction efficiency of the second transmission hologram is 50%, the light intensities of the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light in the second transmission hologram are equal. Therefore, when the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light are considered as the reference light and the object light, respectively, the contrast between the bright part and the dark part of the interference fringes due to the interference between the reference light and the object light becomes maximum. That is, the refractive index difference is maximized, the diffraction efficiency of the duplicated hologram can be increased, and the duplicated hologram can be reproduced clearly.
本発明のマスターホログラムでは、上記第一の透過型ホログラムにおける各第一の要素ホログラム及び上記第二の透過型ホログラムにおける各第二の要素ホログラムは、それぞれの回折効率が所望の回折効率になるように、それぞれの例えば屈折率変化量等の屈折率変調を調整されて形成されていることが好ましい。 In the master hologram of the present invention, the diffraction efficiency of each first element hologram in the first transmission hologram and each second element hologram in the second transmission hologram are set to a desired diffraction efficiency. Furthermore, it is preferable that the refractive index modulation of each of the refractive index changes, for example, is adjusted.
例えば、赤(R)・緑(G)・青(B)の3色に対応する要素ホログラムを感光性材料に形成する場合、各要素ホログラムの厚さを全て同一にすると、各色の波長の光によって回折効率が異なることになり、所望の回折効率を得ることができない。これにより、ホログラムを複製したときに、再現されるホログラムの精度が低下するおそれがある。 For example, when element holograms corresponding to three colors of red (R), green (G), and blue (B) are formed on a photosensitive material, if all the element holograms have the same thickness, light of each color wavelength is used. The diffraction efficiency differs depending on the condition, and the desired diffraction efficiency cannot be obtained. Thereby, when the hologram is duplicated, the accuracy of the reproduced hologram may be lowered.
そこで、マスターホログラムの各要素ホログラムの厚さを制御することによって、回折効率を調整することが考えられる。この場合、各波長の光に対応するように、各要素ホログラムの厚さを異なるようにする必要がある。しかしながら、例えば、液晶表示装置のカラーフィルタのように、RGBの各色に対応するピクセルが複数ある場合には、マスターホログラムの製造上、ピクセル毎に要素ホログラムの厚さを変更することは困難である。 Therefore, it is conceivable to adjust the diffraction efficiency by controlling the thickness of each element hologram of the master hologram. In this case, it is necessary to make the thickness of each element hologram different so as to correspond to the light of each wavelength. However, for example, when there are a plurality of pixels corresponding to each color of RGB like a color filter of a liquid crystal display device, it is difficult to change the thickness of the element hologram for each pixel in manufacturing the master hologram. .
一方、本発明の構成によれば、第一の要素ホログラムおよび第二の要素ホログラムの回折効率は、例えば屈折率変化量等の屈折率変調を調整することによって、調整される。つまり、各要素ホログラムの厚さを一定に保ちながら、回折効率を調整することができる。この場合、各要素ホログラム毎に、屈折率変調を変更すれば良いので、製造工程が煩雑になることを防止することができる。 On the other hand, according to the configuration of the present invention, the diffraction efficiencies of the first element hologram and the second element hologram are adjusted by adjusting the refractive index modulation such as the refractive index variation. That is, the diffraction efficiency can be adjusted while keeping the thickness of each element hologram constant. In this case, it is only necessary to change the refractive index modulation for each element hologram, so that the manufacturing process can be prevented from becoming complicated.
本発明のマスターホログラムでは、第一の透過型ホログラムにおける各第一の要素ホログラムおよび上記第二の透過型ホログラムにおける各第二の要素ホログラムは、赤(R)・緑(G)・青(B)の三原色の波長の光を回折するホログラムを複製すべく、三原色用の要素ホログラムであることが好ましい。 In the master hologram of the present invention, each first element hologram in the first transmission hologram and each second element hologram in the second transmission hologram are red (R), green (G), blue (B In order to replicate the hologram that diffracts light of the wavelengths of the three primary colors, it is preferably an element hologram for the three primary colors.
上記の構成によれば、マスターホログラムの第一の要素ホログラムおよび第二の要素ホログラムは、赤(R)・緑(G)・青(B)用の要素ホログラムであるので、複製されるホログラムをカラー化することが可能となる。つまり、異なる波長の光を出射する位相型体積ホログラム光学素子を製造することができる。 According to the above configuration, the first element hologram and the second element hologram of the master hologram are element holograms for red (R), green (G), and blue (B). Colorization is possible. That is, a phase-type volume hologram optical element that emits light of different wavelengths can be manufactured.
本発明のマスターホログラムの製造方法は、上記課題を解決するために、第一の感光波長によって感光する第一の感光性材料と、第一の感光波長とは異なる第二の感光波長によって感光する第二の感光性材料とを積層する積層工程と、第一の感光波長の光により、第一の感光性材料を感光して、入射する光を回折させて第一の角度で出射させるグレーティングを有する第一の要素ホログラムを形成する第一の露光工程と、第二の感光波長の光により、第二の感光性材料を感光して、第一の要素ホログラムから出射した光を回折させて第一の角度と異なる第二の角度で出射させるグレーティングを有する第二の要素ホログラムを形成する第二の露光工程とを少なくとも含むことを特徴としている。 In order to solve the above problems, the method for producing a master hologram of the present invention is sensitive to a first photosensitive material that is sensitive to the first photosensitive wavelength and a second photosensitive wavelength that is different from the first photosensitive wavelength. A lamination step of laminating the second photosensitive material, and a grating that sensitizes the first photosensitive material with light of the first photosensitive wavelength, diffracts incident light, and emits the light at a first angle. A first exposure step for forming a first element hologram having the second photosensitive material, and a second photosensitive material is exposed to light with a second photosensitive wavelength to diffract the light emitted from the first element hologram; And a second exposure step of forming a second element hologram having a grating that is emitted at a second angle different from the one angle.
上記の構成によれば、第一の感光波長によって感光する第一の感光性材料と、第一の感光波長と異なる第二の感光波長によって感光する第二の感光性材料を積層した後、第一の露光工程および第二の露光工程を行う。 According to the above configuration, after laminating the first photosensitive material sensitive to the first photosensitive wavelength and the second photosensitive material sensitive to the second photosensitive wavelength different from the first photosensitive wavelength, One exposure step and a second exposure step are performed.
これにより、第一の感光性材料と第二の感光性材料とを、個別に露光工程を行った後、第一の要素ホログラムと第二の要素ホログラムとの位置合わせを行う場合に比して、互いの位置合わせを精度良く行わなくても良く、マスターホログラムを容易に製造しやすくなる。 Thereby, the first photosensitive material and the second photosensitive material are individually subjected to the exposure process, and then compared with the case where the first element hologram and the second element hologram are aligned. Therefore, it is not necessary to align each other with high accuracy, and the master hologram can be easily manufactured.
さらに、感光波長が異なる2種類の感光性材料を使用するので、第一の露光工程と第二の露光工程との互いの光によって、第一感光性材料および第二の感光性材料に余計な干渉縞が形成されることがなく、精度良く干渉縞を形成することができる。 Furthermore, since two types of photosensitive materials having different photosensitive wavelengths are used, the first photosensitive material and the second photosensitive material are extraneous by the mutual light of the first exposure step and the second exposure step. Interference fringes are not formed, and the interference fringes can be formed with high accuracy.
さらに、第一の露光工程および第二の露光工程により、入射する光を回折させて第一の角度で出射させるグレーティングを有する第一の要素ホログラムを形成すると共に、第一の要素ホログラムから出射した光を回折させて第一の角度と異なる第二の角度で出射させるグレーティングを有する第二の要素ホログラムを形成する。 Further, the first exposure step and the second exposure step form a first element hologram having a grating that diffracts incident light and emits it at a first angle, and emits the first element hologram from the first element hologram. A second element hologram having a grating that diffracts light and emits the light at a second angle different from the first angle is formed.
したがって、単一のレーザ光源を用いて一回の露光で位相型体積ホログラム光学素子にRGB等のパターンを記録することができる、つまり簡便かつ少ない部品数でホログラムの複製を行うことができるマスターホログラムの製造方法を提供することができる。 Therefore, it is possible to record a pattern such as RGB on the phase-type volume hologram optical element with a single exposure using a single laser light source, that is, a master hologram that can be replicated easily and with a small number of parts. The manufacturing method of can be provided.
本発明のマスターホログラムの製造方法では、上記第一の露光工程および上記第二の露光工程は、所定の位置に開口部を有するマスクを用いて、露光する工程であると共に、上記マスクと第一の感光性材料および第二の感光性材料との位置を変えて、複数回、露光を繰り返して、所望のパターンを第一の感光性材料および第二の感光性材料の異なる位置に形成する工程であることが好ましい。 In the master hologram manufacturing method of the present invention, the first exposure step and the second exposure step are exposure steps using a mask having an opening at a predetermined position. Changing the positions of the photosensitive material and the second photosensitive material and repeating the exposure a plurality of times to form desired patterns at different positions of the first photosensitive material and the second photosensitive material. It is preferable that
上記の構成によれば、所定の位置に開口部を有するマスクを用いて露光するので、所望の位置のみ露光することができる。 According to said structure, since it exposes using the mask which has an opening part in a predetermined position, only a desired position can be exposed.
さらに、マスクの位置を変えて、繰り返して露光するので、複数のパターンを第一の感光性材料および第二の感光性材料に形成することができる。 Further, since the exposure is repeated while changing the position of the mask, a plurality of patterns can be formed on the first photosensitive material and the second photosensitive material.
本発明の位相型体積ホログラム光学素子の製造方法は、上記課題を解決するために、上記マスターホログラムを、感光性材料における光の入射面側に配して、上記マスターホログラムの第一の透過型ホログラム側から光を入射させて、上記マスターホログラムのホログラムを複製するようにしたことを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, the method for manufacturing a phase-type volume hologram optical element of the present invention is arranged such that the master hologram is disposed on the light incident surface side of a photosensitive material, and the first transmission type of the master hologram is provided. It is characterized in that light is incident from the hologram side and the hologram of the master hologram is duplicated.
上記の構成によれば、単一のレーザ光源を用いて一回の露光で位相型体積ホログラム光学素子にRGB等のパターンを記録することができる、つまり簡便かつ少ない部品数でホログラムの複製を行うことができるマスターホログラムを用いた位相型体積ホログラム光学素子の製造方法を提供することができる。したがって、スループット、コスト面で有利となる。 According to the above configuration, a pattern such as RGB can be recorded on the phase-type volume hologram optical element by a single exposure using a single laser light source, that is, the hologram is replicated simply and with a small number of parts. The manufacturing method of the phase type volume hologram optical element using the master hologram which can be provided can be provided. Therefore, it is advantageous in terms of throughput and cost.
本発明のマスターホログラムは、以上のように、複数の第一の要素ホログラムを有する第一の透過型ホログラムと、上記第一の要素ホログラムとは異なる、複数の第二の要素ホログラムを有する第二の透過型ホログラムとを備え、上記第一の透過型ホログラムと上記第二の透過型ホログラムとが互いに積層されているものである。 As described above, the master hologram of the present invention has a first transmission hologram having a plurality of first element holograms and a second element hologram having a plurality of second element holograms different from the first element hologram. The first transmission hologram and the second transmission hologram are laminated together.
それゆえ、単一の光源を用いて、マスターホログラムの各要素ホログラムで、感光性材料に入射する0次回折光の入射角と1次回折光の回折角との両方を変えることが可能となる。したがって、単一のレーザ光源を用いて一回の露光で位相型体積ホログラム光学素子にRGB等のパターンを記録することができ、ひいては簡便かつ少ない部品数でホログラムの複製を行うことができるマスターホログラムを提供することができるという効果を奏する。 Therefore, it is possible to change both the incident angle of the 0th-order diffracted light incident on the photosensitive material and the diffraction angle of the 1st-order diffracted light in each element hologram of the master hologram using a single light source. Therefore, a master hologram that can record a pattern such as RGB on the phase-type volume hologram optical element with a single exposure using a single laser light source, and thus can replicate a hologram simply and with a small number of parts. There is an effect that can be provided.
本発明のマスターホログラムの製造方法は、以上のように、第一の感光波長によって感光する第一の感光性材料と、第一の感光波長とは異なる第二の感光波長によって感光する第二の感光性材料とを積層する積層工程と、第一の感光波長の光により、第一の感光性材料を感光して、入射する光を回折させて第一の角度で出射させるグレーティングを有する第一の要素ホログラムを形成する第一の露光工程と、第二の感光波長の光により、第二の感光性材料を感光して、第一の要素ホログラムから出射した光を回折させて第一の角度と異なる第二の角度で出射させるグレーティングを有する第二の要素ホログラムを形成する第二の露光工程とを少なくとも含む方法である。 As described above, the method for producing a master hologram of the present invention includes a first photosensitive material that is sensitive to the first photosensitive wavelength, and a second photosensitive material that is sensitive to the second photosensitive wavelength different from the first photosensitive wavelength. A laminating step of laminating a photosensitive material, and a first having a grating that sensitizes the first photosensitive material with light having a first photosensitive wavelength and diffracts incident light to emit at a first angle. The first exposure step for forming the element hologram of the first and the second photosensitive material is exposed to light of the second photosensitive wavelength, and the light emitted from the first element hologram is diffracted to the first angle. And a second exposure step of forming a second element hologram having a grating that emits at a second angle different from the first exposure step.
それゆえ、単一のレーザ光源を用いて一回の露光で位相型体積ホログラム光学素子にRGB等のパターンを記録することができ、ひいては簡便かつ少ない部品数でホログラムの複製を行うことができるマスターホログラムの製造方法を提供することができるという効果を奏する。 Therefore, it is possible to record a pattern such as RGB on a phase-type volume hologram optical element with a single exposure using a single laser light source, and thus, a master that can replicate a hologram simply and with a small number of parts. There exists an effect that the manufacturing method of a hologram can be provided.
本発明の位相型体積ホログラム光学素子の製造方法は、以上のように、上記マスターホログラムを、感光性材料における光の入射面側に配して、上記マスターホログラムの第一の透過型ホログラム側から光を入射させて、上記マスターホログラムのホログラムを複製するようにした方法である。 As described above, the manufacturing method of the phase type volume hologram optical element of the present invention is arranged such that the master hologram is disposed on the light incident surface side of the photosensitive material, and from the first transmission hologram side of the master hologram. This is a method in which light is incident and the hologram of the master hologram is duplicated.
それゆえ、単一のレーザ光源を用いて一回の露光で位相型体積ホログラム光学素子にRGB等のパターンを記録することができ、ひいては簡便かつ少ない部品数でホログラムの複製を行うことができるマスターホログラムを用いた位相型体積ホログラム光学素子の製造方法を提供することができるという効果を奏する。したがって、スループット、コスト面で有利である等の優れた効果を奏する。 Therefore, it is possible to record a pattern such as RGB on a phase-type volume hologram optical element with a single exposure using a single laser light source, and thus, a master that can replicate a hologram simply and with a small number of parts. There is an effect that it is possible to provide a method of manufacturing a phase-type volume hologram optical element using a hologram. Therefore, there are excellent effects such as being advantageous in terms of throughput and cost.
本発明の一実施形態について図1ないし図10に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本実施の形態では、例えば液晶表示素子のカラーフィルタとして使用するための位相型体積ホログラム光学素子について説明する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, for example, a phase type volume hologram optical element for use as a color filter of a liquid crystal display element will be described. However, the present invention is not limited to this.
(1)ホログラムの複製技術の基本原理
一般に、ホログラム用の感光性樹脂にホログラムを記録する方法として、例えば、物体光と参照光とを干渉させることによって生じる干渉縞の明暗を、上記感光性樹脂中に屈折率差として記録する方法が挙げられる。
(1) Basic principle of hologram replication technology Generally, as a method for recording a hologram on a photosensitive resin for holograms, for example, the light and darkness of interference fringes generated by causing object light and reference light to interfere with each other is used for the above photosensitive resin. There is a method of recording as a difference in refractive index.
ここでは、透過型のマスターホログラムを用いたホログラムの複製技術の基本原理について、図10を参照しながら説明する。 Here, the basic principle of a hologram duplication technique using a transmission type master hologram will be described with reference to FIG.
図10に示すように、マスターホログラム91は、所望とするホログラムに対応するパターンが形成された要素ホログラムから構成されている。したがって、マスターホログラム91は、入射する露光用の光の角度変換層として用いられる。なお、上記「要素ホログラム」とは、感光性材料92に所望のパターンを形成させるためのグレーティングピッチ及びグレーティングベクトルで設計されたグレーティングを意味する。すなわち、ある特定パターンが形成されたホログラムを意味する。
As shown in FIG. 10, the
この透過型のマスターホログラム91に感光性材料92を密着させて、マスターホログラム91側から感光性材料92側へと特定の波長λaの一光束を入射角度θaにより入射させる。マスターホログラム91に入射した一光束は、マスターホログラム91を通過する0次回折光と、マスターホログラム91により回折される1次回折光とに分離される。上記0次回折光と上記1次回折光とを互いに干渉させて、つまり二光束を干渉させて感光性材料92に干渉縞を形成する。このとき、感光性材料92には、高屈折率部分および低屈折部分からなる干渉縞が形成されることになる。つまり、光の干渉縞の明暗により屈折率差が生じることになる。
The
ここで、感光性材料92に入射する0次回折光の入射角度θOa(=θa)と1次回折光の入射角度θRaとを制御することにより、感光性材料92に所望のグレーティングピッチおよびグレーティングベクトルからなるグレーティングを形成することができる。すなわち、特定の波長の光を、特定の方向へ回折させるホログラムを感光性材料92に記録することができる。
Here, by controlling the incident angle θ Oa (= θ a ) of the zero-order diffracted light incident on the
(2)マスターホログラム
次に、図1ないし図3を参照しながら、本実施の形態のマスターホログラムについて説明する。図1は透過型マスターホログラムの概略構成を示す断面図である。図2は上記マスターホログラムに形成された要素ホログラムの配置状態を示す平面図である。図3は上記マスターホログラムに形成された要素ホログラムの他の配置状態を示す平面図である。
(2) Master Hologram Next, the master hologram of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a transmission master hologram. FIG. 2 is a plan view showing an arrangement state of element holograms formed on the master hologram. FIG. 3 is a plan view showing another arrangement state of the element holograms formed on the master hologram.
図1に示すように、マスターホログラム1は第一の透過型ホログラム2と第二の透過型ホログラム3とから構成されている。第二の透過型ホログラム3上に第一の透過型ホログラム2が積層された構成となっている。すなわち、マスターホログラム1は第一の透過型ホログラム2と第二の透過型ホログラム3とが二層積層した構成となっている。なお、説明のため、第一の透過型ホログラム2側を上側、第二の透過型ホログラム3を下側として説明する。
As shown in FIG. 1, the
また、図1では、説明の便宜上、第一の透過型ホログラム2と第二の透過型ホログラム3とは分離された状態で描画されている。しかしながら、実際には、図示されないPVA(ポリビニルアルコール)等を介して、第一の透過型ホログラム2と第二の透過型ホログラム3とが密着した構造となっている。
Further, in FIG. 1, for the convenience of explanation, the
なお、PVAは第一の透過型ホログラム2と第二の透過型ホログラム3とを固定する接着剤として機能している。ただし、接着剤としてはPVAに限定されるものではなく、使用に耐えうる程度の接着性を有し、かつレーザ光を透過させる素材なら適宜使用することができる。
The PVA functions as an adhesive that fixes the
次に、第一の透過型ホログラム2は、複数の第一の要素ホログラム2R・2G・2Bを備えている。第一の要素ホログラム2R・2G・2Bは、それぞれ赤(R)・緑(G)・青(B)の3色に対応して、グレーティングベクトル及びグレーティングピッチが異なる要素ホログラムである。すなわち、第一の要素ホログラム2R・2G・2Bは、液晶表示素子の赤(R)・緑(G)・青(B)の各画素領域に対応するようにパターン化されたものである。換言すれば、液晶表示素子の赤(R)・緑(G)・青(B)の各画素領域に対応するようにグレーティングピッチ及びグレーティングベクトルが設計されたグレーティングが形成されたものである。
Next, the
具体的には、第一の要素ホログラム2R・2G・2Bは、所定の入射角度θ0で入射する単一波長λ0のレーザ光が、それぞれ異なる角度θr1、θg1・θb1に回折されるように、グレーティングベクトルが異なる角度で傾斜した構造となっている。また、回折された光同士が干渉しないように、所定のグレーティングピッチで設計されている。
Specifically, in the
第二の透過型ホログラム3は、複数の第二の要素ホログラム3R・3G・3Bを備えている。第一の要素ホログラム3R・3G・3Bは、それぞれ赤(R)・緑(G)・青(B)の3色に対応して、ホログラム構造が異なる要素ホログラムである。すなわち、第二の透過型ホログラム3は、液晶表示素子の赤(R)・緑(G)・青(B)の各画素領域に対応するようにグレーティングピッチ及びグレーティングベクトルが設計されたグレーティングが形成されたものである。
The second transmission hologram 3 includes a plurality of
より詳細には、第一の透過型ホログラム2の各第一の要素ホログラム2R・2G・2Bによって、それぞれ異なる角度θr1・θg1・θb1に回折された単一波長λ0のレーザ光が、第二の要素ホログラム3R・3G・3Bにそれぞれ入射したときに、それぞれ異なる角度θr2・θg2・θb2に回折するように、グレーティングベクトルがそれぞれ異なる角度で傾斜した構造となっている。また、第一の透過型ホログラム2と同様に、回折された光同士が干渉しないように、所定のグレーティングピッチで設計されており、多層膜状の構造となっている。
More specifically, the laser light having a single wavelength λ 0 diffracted by the
また、第一の要素ホログラム2R・2G・2Bおよび第二の要素ホログラム3R・3G・3Bは、それぞれのグレーティングベクトルおよびグレーティングピッチが異なるように形成されたものである。
The
次に、図2および図3では、本実施の形態のマスターホログラムに形成された要素ホログラムの配置状態を示している。図中、各部材に付している参照番号のうち、5R・6RはR(赤)の要素ホログラムに対応する位置、5G、6GはG(緑)の要素ホログラムに対応する位置、5B・6BはB(青)の要素ホログラムに対応する位置を示している。例えば、図2に示すように、第一の要素ホログラム2R・2G・2Bおよび第二の要素ホログラム3R・3G・3Bは、ストライプ状に分割され規則正しく配列して、それぞれ第一の透過型ホログラム2および第二の透過型ホログラム3に形成されている。但し、ストライプ状に限定されるものではなく、図3に示すように、マトリクス状に第一の透過型ホログラム2に形成されていてもよい。
Next, FIG. 2 and FIG. 3 show the arrangement state of element holograms formed on the master hologram of the present embodiment. In the figure, among the reference numbers attached to the respective members, 5R and 6R are positions corresponding to R (red) element holograms, 5G and 6G are positions corresponding to G (green) element holograms, and 5B and 6B. Indicates a position corresponding to the element hologram of B (blue). For example, as shown in FIG. 2, the
但し、第一の要素ホログラム2R・2G・2Bと第二の要素ホログラム3R・3G・3Bはそれぞれ対応しているので、一方がストライプ状に形成されている場合、他方もストライプ状になる。同様に一方がマトリクス状に形成されている場合、他方もマトリクス状になる。すなわち、法線方向から(すなわち図1の上側から下側へ)見たときに、各第一の要素ホログラム2R・2G・2Bと各第二の要素ホログラム3R・3G・3Bとの位置が一致した構造となっている。
However, since the
(3)位相型体積ホログラムの製造方法
次に、図1を参照しながら、本実施の形態のマスターホログラムを用いて位相型体積ホログラム光学素子を製造する製造方法について説明する。
(3) Manufacturing Method of Phase Type Volume Hologram Next, a manufacturing method for manufacturing a phase type volume hologram optical element using the master hologram of the present embodiment will be described with reference to FIG.
まず、図1に示すように、位相型体積ホログラム光学素子となる感光性材料4にマスターホログラム1を密着するように載置する。
First, as shown in FIG. 1, the
このとき、マスターホログラム1と感光性材料4との界面での光の乱反射等を防止するため、マスターホログラム1と感光性材料4との間に、適当な屈折率を有する屈折率調整液(インデックスマッチング液)を配置することが望ましい。
At this time, in order to prevent irregular reflection of light at the interface between the
ここで、屈折率調整液としては、例えば、マスターホログラム1の屈折率が1.50である場合、例えば、屈折率がごく近い芳香族炭化水素系のベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンを使用することができる。なお、ここで、キシレンは乾燥速度が早いため、特に効果的である。
Here, as the refractive index adjusting liquid, for example, when the refractive index of the
次に、単一波長λ0のレーザ光を、第一の透過型ホログラム2に入射角度θ0で入射させる。なお、「入射角度」とは、第一の透過型ホログラム2におけるレーザ光が入射する面(入射面)に垂直な線(法線)に対して、レーザ光が入射する入射角度を意味する。また、「出射角度」とは、上記法線に対してレーザ光が第一の透過型ホログラム2から出射する出射角度を意味する。以下、第二の透過型ホログラム3、感光性材料4においても同様とする。
Next, laser light having a single wavelength λ 0 is incident on the
第一の透過型ホログラム2入射したレーザ光は、それぞれの第一の要素ホログラム2R・2G・2Bにおいて所定の角度に回折される。すなわち、レーザ光は、第一の要素ホログラム2Rでは、グレーティングベクトルの傾斜角に基づきθr1、第一の要素ホログラム2Gではθg1、第一の要素ホログラム2Bではθb1の角度に回折される。
The laser light incident on the
このとき、第一の要素ホログラム2R・2G・2Bにおいて回折されずに透過する0次回折光が生じるとホログラム製造時のノイズの原因となるため、第一の透過型ホログラム2つまり第一の要素ホログラム2R・2G・2Bにおける回折効率が略100%であることが望ましい。これにより、入射するレーザ光は、第一の透過型ホログラム2つまり第一の要素ホログラム2R・2G・2Bにおいて、略100%回折されることになる。
At this time, if the 0th-order diffracted light that is transmitted without being diffracted in the
次に、第一の透過型ホログラム2の第一の要素ホログラム2R・2G・2Bにおいて所定の角度θr1・θg1・θb1に回折されたレーザ光は、第二の透過型ホログラム3に入射する。具体的には、第一の要素ホログラム2Rで回折されたレーザ光は要素ホログラム3Rに入射する。同様に、第一の要素ホログラム2G・2Bで回折されたレーザ光はそれぞれ第一の要素ホログラム3G・3Bに入射する。つまり、第一の透過型ホログラム2および第二の透過型ホログラム3の同色に対応する要素ホログラムにレーザ光が進行する。
Next, the laser light diffracted at the predetermined angles θ r1 , θ g1, and θ b1 in the
第二の透過型ホログラム3に入射したレーザ光は、それぞれ回折された角度θr1・θg1・θb1で第二の透過型ホログラム3を透過する0次回折光である第一の光束9と、第二の透過型ホログラム3の複数の要素ホログラム3R、3G、3Bにおいて所定の角度θr2・θg2・θb2に回折された1次回折光である第二の光束10とに分離される。
The laser light incident on the second transmissive hologram 3 includes a first light beam 9 that is 0th-order diffracted light that passes through the second transmissive hologram 3 at the diffracted angles θ r1 , θ g1, and θ b1 , respectively. The second transmission hologram 3 is separated into a second light beam 10 which is a first-order diffracted light diffracted at a predetermined angle θ r2 · θ g2 · θ b2 in the plurality of
具体的には、第一の要素ホログラム2Rを出射角度θr1で出射したレーザ光は、要素ホログラム3Rで出射角度がθr2の一次回折光と出射角度θr1の0次回折光とに分離される。同様に、第一の要素ホログラム2Gを出射角度θg1で出射したレーザ光は、要素ホログラム3Gで出射角度がθg2の一次回折光と出射角度θg1の0次回折光とに分離される。また、第一の要素ホログラム2Bを出射角度θb1で出射したレーザ光は、要素ホログラム3Bで出射角度がθb2の一次回折光と出射角度θb1の0次回折光とに分離される。
Specifically, the laser light emitted from the
換言すると、第一の光束9は、第一の透過型ホログラム2によって、それぞれ回折角度を制御される。また、第二の光束10は、第二の透過型ホログラム3によって、第一の透過型ホログラム2により回折角度を制御された第一の光束9を、再び、それぞれ所望の角度に回折するように制御される。これにより、所望の角度に回折された第一の光束9および第二の光束10が生じることになる。
In other words, the diffraction angle of the first light beam 9 is controlled by the
つまり、第一の透過型ホログラム2は、入射したレーザ光を所定の出射角度に変換する角度変換層であるといえる。すなわち、第二の透過型ホログラム3に入射するレーザ光を互いに異なる入射角度に変換するものである。また、同様に、第二の透過型ホログラム3は第一の透過型ホログラム2からの光を所定の出射角度に変換する角度変換層であるといえる。
That is, it can be said that the
したがって、第一の透過型ホログラム2及び第二の透過型ホログラム3により、所望の角度に制御された第一の光束9と第二の光束10とを、それぞれ物体光と参照光として干渉露光することによって、所望の要素ホログラムからなるパターン化された透過型ホログラムを製造することができる。
Therefore, the
つまり、感光性材料4における各画素領域である各RGB領域に、異なる角度でレーザ光の二光束が交差することにより、間隔がそれぞれ異なる干渉縞が形成されることになる。すなわち、複製されたホログラムは、単一波長のレーザ光を、形成されたグレーティングによって、原色ごとに分離して、異なる再生波長を再生させる機能を有することになる。結果として、異なる波長の光を出射する透過型の位相型体積ホログラム光学素子を形成することができる。 In other words, the two light fluxes of the laser light intersect at different angles in each RGB area, which is each pixel area in the photosensitive material 4, so that interference fringes having different intervals are formed. In other words, the duplicated hologram has a function of reproducing laser light having a single wavelength for each primary color by using the formed grating to reproduce different reproduction wavelengths. As a result, a transmissive phase volume hologram optical element that emits light of different wavelengths can be formed.
このように、上記構成によれば、単一のレーザ光源を用いて一回の露光により、RGB等の各色をピクセル化する位相型体積ホログラム光学素子を形成することが可能となる。 As described above, according to the above configuration, it is possible to form a phase type volume hologram optical element that converts each color such as RGB into a pixel by one exposure using a single laser light source.
また、上記構成によれば、マスターホログラム1と感光性材料4は、上述した通り、例えば、屈折率調整液などを介して密着されており、マスターホログラム1と感光性材料4との間隔が狭いため、ほぼマスターホログラム1のパターン形状の要素ホログラムから構成される透過型ホログラムが感光性材料4に複製される。
Moreover, according to the said structure, the
なお、本実施の形態では、第二の透過型ホログラム3における1次回折光を参照光、0次回折光を物体光としたが、その逆に1次回折光を物体光、0次回折光を参照光とすることが可能である。 In the present embodiment, the first-order diffracted light in the second transmission hologram 3 is the reference light, and the 0th-order diffracted light is the object light. Conversely, the first-order diffracted light is the object light, and the 0th-order diffracted light is the reference light. Is possible.
また、第二の透過型ホログラム3の回折効率は0%および100%を含まないことが必要である。つまり二光束が発生するように設計されている必要がある。例えば、回折効率が0%では、入射するレーザ光が全て透過することになり、第二の透過型ホログラム3から一光束しか出射されない。一方、回折効率が100%では、入射するレーザ光が全て回折されることになり、第二の透過型ホログラム3から一光束しか出射されない。そのため、干渉縞を形成するためには、新たに物体光または参照光としてレーザ光を照射することが必要となる。したがって、新たに他のレーザ光源を必要とするため、装置が大規模になるおそれがある。 Further, the diffraction efficiency of the second transmission hologram 3 needs not to include 0% and 100%. That is, it must be designed so that two light beams are generated. For example, when the diffraction efficiency is 0%, all the incident laser light is transmitted, and only one light beam is emitted from the second transmission hologram 3. On the other hand, when the diffraction efficiency is 100%, all the incident laser light is diffracted and only one light beam is emitted from the second transmission hologram 3. Therefore, in order to form interference fringes, it is necessary to newly irradiate laser light as object light or reference light. Therefore, since another laser light source is newly required, there is a possibility that the apparatus becomes large-scale.
さらに、第二の透過型ホログラム3の回折効率は、0次回折光の強度と1次回折光の強度とが等しくなるように略50%であることが特に望ましい。この場合、0次回折光の強度と1次回折光の強度とが等しいので、干渉縞を形成するときに、レーザ光の調整を行いやすくなる。さらに、0次回折光と1次回折光との干渉による明部と暗部とのコントラストを最大にすることができる。これに伴い、感光性材料4に形成される高屈折率部分と低屈折部分との屈折率差を大きくすることができる。つまり、複製されるホログラムの回折効率を高くすることができる。 Furthermore, it is particularly desirable that the diffraction efficiency of the second transmission hologram 3 is approximately 50% so that the intensity of the 0th-order diffracted light and the intensity of the 1st-order diffracted light are equal. In this case, since the intensity of the 0th-order diffracted light and the intensity of the 1st-order diffracted light are equal, it becomes easier to adjust the laser light when forming interference fringes. Furthermore, the contrast between the bright part and the dark part due to the interference between the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light can be maximized. Accordingly, the refractive index difference between the high refractive index portion and the low refractive index portion formed in the photosensitive material 4 can be increased. That is, the diffraction efficiency of the hologram to be duplicated can be increased.
一方、第二の透過型ホログラム3の回折効率が略50%と異なる場合、1次回折光と0次回折光との強度比が異なる場合、干渉縞を形成するときに、明部と暗部とのコントラストが低下することになる。したがって、複製されるホログラムの再生光が暗くなり、つまり、複製されるホログラムの回折効率が低下してしまうおそれがある。 On the other hand, when the diffraction efficiency of the second transmission hologram 3 is different from about 50%, when the intensity ratio between the first-order diffracted light and the zero-order diffracted light is different, the contrast between the bright part and the dark part is formed when the interference fringes are formed. Will drop. Therefore, the reproduction light of the duplicated hologram becomes dark, that is, the diffraction efficiency of the duplicated hologram may be reduced.
但し、第二の透過型ホログラム3回折効率は、所望とする位相型体積ホログラム光学素子の用途に応じて、適宜決定すればよい。 However, the second transmission hologram 3 diffraction efficiency may be appropriately determined according to the intended use of the phase volume hologram optical element.
(4)マスターホログラムの製造方法
本実施の形態のマスターホログラムの製造方法について図5(a)〜図5(e)、図6(a)〜図6(c)および図7(a)〜図7(c)を参照しながら説明する。
(4) Master Hologram Manufacturing Method FIGS. 5 (a) to 5 (e), FIGS. 6 (a) to 6 (c), and FIG. 7 (a) to FIG. This will be described with reference to 7 (c).
上述のとおり、マスターホログラム1は第一の透過型ホログラム2と第二の透過型ホログラム3とが順に積層された構造である。第一の透過型ホログラム2と第二の透過型ホログラム3とは、それぞれ、第一の感光波長λ1によって感光する第一の感光性材料12と、第一の感光波長λ1と異なる第二の感光波長λ2によって感光する第二の感光性材料13とから構成されている。上述したマスターホログラム1を製造する方法について説明する。
As described above, the
まず、図5(a)に示すように、図示しない透明なガラス支持基板に第二の感光性材料13、透明な接着層7、および第一の感光性材料12を順に積層する。すなわち、図示しないガラス支持基板によって支持しながら、第二の感光性材料13に、透明な接着層7を介して、第一の感光性材料12を固定する。
First, as shown in FIG. 5A, a second
第一の感光性材料12は、第一の感光波長λ1に感光する感光性樹脂である。第一の感光性材料12としては、例えば、銀塩乳剤、重クロム酸ゼラチン、フォトポリマーなどを使用することができる。但し、第一の感光性材料12は特に限定されるものではなく、一般にホログラム材料として使用されている材料を使用することができる。なお、フォトポリマーを使用した場合、現像処理をすることが不要であると共に、非常に明るい再生像の表示が可能となるため、より効果的である。
First
第二の感光性材料13は、第二の感光波長λ2に感光する感光性樹脂である。第二の感光性材料13としては、例えば、第一の感光性材料12と同様の材料を使用することができる。
Second
なお、第一の感光性材料12と第二の感光性材料13とは、感光波長が異なることを除いて、他の物性は略同一であることが望ましい。
The first
接着層7は、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)からなる透明なPVA膜である。
The
次に、図5(b)に示すように、第一の感光性材料12の上に、所望の位置に開口部14が設けられているマスク8を載置する。
Next, as shown in FIG. 5B, a
ここでマスク8としては、例えば、図6(a)〜図6(c)または図7(a)〜図7(c)に示すマスクを使用すればよい。
Here, as the
ここで、図6(a)〜図6(c)は、本実施の形態のマスターホログラムの製造方法で使用するマスクの形状を示す平面図である。各ピクセル領域に開口部が形成されており、ストライプ状の形態のマスクである。また、図7(a)〜図7(c)は、本実施の形態のマスターホログラムの製造方法で使用するマスクの形状を示す平面図である。各ピクセル領域に開口部が形成されており、マトリクス状の形態のマスクである。 Here, FIG. 6A to FIG. 6C are plan views showing the shapes of the masks used in the master hologram manufacturing method of the present embodiment. An opening is formed in each pixel region, which is a striped mask. FIGS. 7A to 7C are plan views showing the shape of a mask used in the method for manufacturing a master hologram of the present embodiment. An opening is formed in each pixel region, which is a mask in the form of a matrix.
図中、各部材に付している参照番号のうち、15R、15G、15B、16R、16G、および16Bは、第一の感光性材料12および第二の感光性材料13に形成される、それぞれの赤(R)・緑(G)・青(B)の各色のピクセル領域と対応する位置を示している。例えば、15Rおよび16Rが赤(R)領域、15Gおよび16Gが緑(G)領域、15Bおよび16Bが青(B)領域に対応する。また、斜線部がマスク部を示し、白抜き部が開口部を示している。
Of the reference numerals attached to the members in the figure, 15R, 15G, 15B, 16R, 16G, and 16B are formed on the first
ここで、例えば、図6(a)〜図6(c)に示すマスクを使用する場合、RGB等のパターンがストライプ状に区分されて感光性材料4に形成されることになる。一方、図7(a)〜図7(c)に示すマスクを使用する場合、RGB等のパターンがマトリクス状に区分されて感光性材料4に形成されることになる。 Here, for example, when the masks shown in FIGS. 6A to 6C are used, patterns such as RGB are divided into stripes to be formed on the photosensitive material 4. On the other hand, when the masks shown in FIGS. 7A to 7C are used, patterns such as RGB are divided into a matrix and formed on the photosensitive material 4.
次に、図5(c)に示すように、マスク8上側から、波長λ1の光源(図示しない)より、波長λ1の物体光および参照光の二光束を照射する。なお、図中、矢印が光の照射方向を示す。また、2つある矢印は、参照光と物体光との区別がないものである。上記二光束は、マスク8の開口部14から第一の感光性材料12および第二の感光性材料13に入射する。このとき、上記物体光及び上記参照光を所望の角度で入射させると、第一の感光性材料12において、該物体光と該参照光とは互いに交差することになる。これにより、第一の感光性材料12は、波長λ1の二光束によって感光して、干渉縞が形成されることになる。このようにして、第一の要素ホログラム2Rが形成されることになる。一方、第二の感光性材料13は、波長λ1の二光束によって感光されずに露光前の状態を維持している。
Next, as shown in FIG. 5 (c), the
続いて、図5(d)に示すように、マスク8を載置したままの状態で、マスク8を介して、波長λ2の光源(図示しない)より、所定の入射角度で、波長λ2の物体光および参照光の二光束を照射する。これにより、第一の感光性材料12は感光されずに、第二の感光性材料13のみが感光して干渉縞が形成される。その結果、第二の要素ホログラム3Rが形成されることになる。
Subsequently, as shown in FIG. 5 (d), in a state of mounting the
次に、図5(e)に示すように、図6(a)〜図6(c)または図7(a)〜図7(c)に示すような開口位置の異なる複数のマスク8を取替えて、図5(b)〜図5(d)の作業を繰り返すことで、第一の感光性材料12および第二の感光性材料13がストライプ状、または、マトリクス状にパターン化されたマスターホログラム1が得られる。
Next, as shown in FIG. 5E, a plurality of
また、マスク8として同一のものを用い、マスク8自体の載置位置を変えて、図5(b)〜図5(d)の作業を繰り返し行ってもよい。
Alternatively, the
また、第一の透過型ホログラム2、及び第二の透過型ホログラム3を個別に製造した後、第一の透過型ホログラム2、及び第二の透過型ホログラム3の位置合わせを行い積層して、その積層体をマスターホログラム1として用いても良い。この場合、第一の感光性材料12と第二の感光性材料13として同一の材料を用いることができるので、作製されたマスターホログラム1にレーザ光が入射したときに、第一の透過型ホログラム2と第二の透過型ホログラム3との界面での反射を防止することができる。したがって、界面においてホログラム複製時のノイズとなる反射光が生じることがないので、ホログラムを複製するときに、精度良く複製することができる。
In addition, after the
また、本実施の形態では、第一の透過型ホログラム2の回折効率が略100%となるように形成すると共に、第二の透過型ホログラム3の回折効率が略50%となるように形成する。
In the present embodiment, the
一般に、異なるグレーティングベクトルを有する複数の要素ホログラムからなる透過型ホログラムに、単一波長の光源を一定の角度で入射した場合、回折効率は、各要素ホログラムによって異なってしまう。 In general, when a light source having a single wavelength is incident on a transmission hologram composed of a plurality of element holograms having different grating vectors at a certain angle, the diffraction efficiency varies depending on each element hologram.
例えば、一般に、厚さの厚い透過位相型ホログラムである透過型の体積ホログラムの回折効率は、以下に示すような関係で表現することができる。 For example, in general, the diffraction efficiency of a transmission-type volume hologram, which is a thick transmission phase hologram, can be expressed by the relationship shown below.
η=sin2((πn1T)/(λBcosθBragg)) …(1)
(n1:屈折率変調、η:回折効率、T:体積ホログラムの厚さ、θBragg:ブラッグ角入射角度、λB:ブラッグ波長)
ここで、ブラッグ波長は、形成された各第一の要素ホログラム2R・2G・2Bにおける、それぞれの対応する波長を示すものとする。つまり、第一の要素ホログラム2RではR(赤)領域の波長、第一の要素ホログラム2GではG(緑)領域の波長、第一の要素ホログラム2BではB(青)領域の波長がブラック波長に相当する。したがって、各要素ホログラムの対応する波長(回折・透過する波長)により、回折効率が変化することになる。
η = sin 2 ((πn 1 T) / (λB cos θ Bragg )) (1)
(N 1 : refractive index modulation, η: diffraction efficiency, T: volume hologram thickness, θ Bragg : Bragg angle incident angle, λ B : Bragg wavelength)
Here, the Bragg wavelength indicates the corresponding wavelength in each of the formed
つまり、第一の要素ホログラム2Rにおける回折効率ηR=100%となるホログラムの厚さT、屈折率変調n1、ブラッグ入射角度θBraggと、第一の要素ホログラム2G・2Bとが同じ条件である場合、波長の異なる第一の要素ホログラム2G・2Bでは、回折効率が100%以下になる。その結果、第一の要素ホログラム2G・2Bにおいては0次回折光が生じることになる。
That is, the hologram thickness T, the refractive index modulation n 1 , the Bragg incident angle θ Bragg , and the
ここで、上記〔(3)位相型体積ホログラムの製造方法〕の項で説明したとおり、ホログラムを複製するときには、必要とする露光光以外の光が生じると、余計な干渉縞が感光性材料4に形成されることとなり、ホログラムを精度良く複製することができない。したがって、第一の透過型ホログラム2では、各第一の要素ホログラム2R・2G・2Bの回折効率を略100%にそろえることが望ましい。
Here, as described in the above section [(3) Method for producing phase-type volume hologram], when the hologram is duplicated, if light other than the necessary exposure light is generated, unnecessary interference fringes are formed on the photosensitive material 4. Therefore, the hologram cannot be duplicated with high accuracy. Therefore, in the
そこで、各要素ホログラムの厚さをそれぞれ調整することにより、各要素ホログラムの回折効率を均一化する方法が挙げられる。すなわち、上記式(1)より、上記体積ホログラムの厚さTを変化させることにより、回折効率ηが増減することは明らかである。 Therefore, there is a method of making the diffraction efficiency of each element hologram uniform by adjusting the thickness of each element hologram. That is, from the above formula (1), it is clear that the diffraction efficiency η increases or decreases by changing the thickness T of the volume hologram.
しかしながら、本実施の形態のマスターホログラム1は第一の透過型ホログラム2と第二の透過型ホログラム3とが積層された構造であるため、各第一の要素ホログラム2R・2G・2Bおよび各第二の要素ホログラム3R・3G・3Bの厚さを異なるようにすること、つまりピクセル毎に厚さを変えることは、製造上困難である。
However, since the
そこで、それぞれの要素ホログラム領域での第一の感光性材料12および第二の感光性材料13の屈折率変化量である屈折率変調を制御することが望ましい。換言すれば、各第一の要素ホログラム2R・2G・2B及び第二の要素ホログラム3R・3G・3Bの屈折率変調n1を調整することにより所望の回折効率を得ることが望ましい。これにより、複数の要素ホログラムの厚さを異ならせることなく、所望の回折効率を得ることが可能となる。
Therefore, it is desirable to control the refractive index modulation that is the refractive index change amount of the first
ここで、屈折率変調n1は、例えば、感光性材料4としてフォトポリマーを用いる場合、積算露光量で制御することが可能である。また、積算露光量は、物体光と参照光との照射強度、また、照射時間などで調整することが可能である。 Here, the refractive index modulation n 1 are, for example, when using a photopolymer as the photosensitive material 4, it can be controlled by the integrated exposure amount. Further, the integrated exposure amount can be adjusted by the irradiation intensity of the object light and the reference light, the irradiation time, and the like.
(5)マスターホログラムおよび位相型体積ホログラムの製造例
次に、上述した位相型体積ホログラムの製造方法に基づいて、図4、図8(a)、図8(b)、及び図9を参照しながら、位相型体積ホログラム光学素子の製造例について説明する。
(5) Manufacturing Example of Master Hologram and Phase Type Volume Hologram Next, referring to FIGS. 4, 8 (a), 8 (b), and 9 based on the manufacturing method of the phase type volume hologram described above. However, an example of manufacturing a phase-type volume hologram optical element will be described.
図4に、上記位相型体積ホログラム光学素子として、赤(R)・緑(G)・青(B)の光を選択的に回折・透過させる各要素ホログラムがマトリクス状に配列された透過型カラーフィルタ素子、すなわちホログラムカラーフィルタ11を示している。
FIG. 4 shows a transmissive color in which element holograms that selectively diffract and transmit red (R), green (G), and blue (B) light are arranged in a matrix as the phase-type volume hologram optical element. A filter element, that is, a
このホログラムカラーフィルタ11は赤(R)・緑(G)・青(B)の各色に対応する各要素ホログラム11R・11G・11Bから構成されている。
The
また、ホログラムカラーフィルタ11は、例えば、入射角度θR=60°で入射した白色光(R+G+B)を各RGB光に分離して、各RGB光をホログラムカラーフィルタ面に垂直に出射するものである。すなわち、RGB光とホログラムカラーフィルタ面に対する法線となす角度が0°であるものである。
Further, the
ここで、ホログラムカラーフィルタ11の各要素ホログラム11R・11G・11Bから出射される各色光の波長は、それぞれλR=630nm、λG=550nm、λB=460nmである。また、各要素ホログラム11R・11G・11Bのグレーティングピッチは、ΛR=420nm、ΛG=367nm、ΛB=307nmとなるように形成されている。また、グレーティングベクトルの傾斜角は、それぞれ30°になるように形成されている。
Here, the wavelengths of the color lights emitted from the
次に、ホログラムカラーフィルタ11の各要素ホログラム11R・11G・11Bのグレーティングの計算方法について図8(a)、図8(b)、図9を参照しながら説明する。
Next, a method for calculating the gratings of the
図8(a)に示すように、一般に、物体光と参照光とを、法線(z軸)に対して対称の角度で入射させると、物体光と参照光、及び、形成されるグレーティングベクトルは二等辺三角形を示し、物体光と参照光とがなす角度を二等分する角度にグレーティングが形成される。すなわち、法線(z軸)上に、グレーティングが形成される。また、グレーティングベクトルはグレーティングと直交する。ここで、物体光と参照光との交差角度を変えることで、形成されるグレーティングのピッチを変えることが可能となる。例えば、上記交差角度を大きくすると、グレーティングピッチは小さくなる。 As shown in FIG. 8A, generally, when the object light and the reference light are incident at a symmetric angle with respect to the normal line (z axis), the object light and the reference light and the formed grating vector are formed. Indicates an isosceles triangle, and the grating is formed at an angle that bisects the angle formed by the object beam and the reference beam. That is, a grating is formed on the normal line (z axis). The grating vector is orthogonal to the grating. Here, the pitch of the formed grating can be changed by changing the crossing angle between the object light and the reference light. For example, when the crossing angle is increased, the grating pitch is decreased.
また、図8(b)に示すように、物体光と参照光とを、法線(z軸)に対して非対称の角度で入射させると、法線(z軸)に対して傾斜したグレーティングを形成することができる。 Further, as shown in FIG. 8B, when the object light and the reference light are incident at an asymmetric angle with respect to the normal line (z axis), a grating inclined with respect to the normal line (z axis) is formed. Can be formed.
ここで、グレーティングピッチ、回折波長、及び入射角(回折角)との関係式は、次のようになる。なお、入射光は基本的に鏡面反射するものとする。 Here, the relational expression with the grating pitch, the diffraction wavelength, and the incident angle (diffraction angle) is as follows. In addition, incident light shall be fundamentally specularly reflected.
Λ=λ/(2n・sinθ) …(2)
さらに、グレーティングが法線(z軸)となす角度をθoffとすると、
θoff=(θ1+θ2)/2 …(3)
となる(図9参照)。
Λ = λ / (2n · sin θ) (2)
Furthermore, if the angle between the grating and the normal (z axis) is θ off ,
θ off = (θ 1 + θ 2 ) / 2 (3)
(See FIG. 9).
なお、Λ:グレーティングピッチ、λ:光の波長、θ:光の入射角(法線(z軸)となす角度)、n:ホログラムの屈折率を示す。また、変数の添え字については、Rでは赤色の要素ホログラム11R、Gでは緑色の要素ホログラム11G、Bでは青色の要素ホログラム11Bに対応するものとする。
Λ: grating pitch, λ: wavelength of light, θ: light incident angle (angle formed with normal (z axis)), n: refractive index of hologram. Regarding the subscripts of variables, R corresponds to the
ここで、R領域の要素ホログラム11Rについては、再生波長はλR=630nmであり、再生光入射角θ2=60°、出射角θ1=0°であるので、このように入射光を透過・回折させるホログラムのグレーティングは、式(3)より、法線に対してθoff(R)だけ傾斜することになる。つまり、
θoff(R)=(60°+0°)/2=30°
だけ傾斜することになる。
Here, for the
θ off (R) = (60 ° + 0 °) / 2 = 30 °
Will just be inclined.
ここで、このグレーティングを軸として入射角および回折角を考えると、
入射角:θ2−(θ1+θ2)/2=(θ2−θ1)/2
の角度で入射した光(ここでは、630nmの波長光)は、
回折角:(θ1+θ2)/2−θ1=(θ2−θ1)/2
の角度で回折されることになる。すなわち、入射角=回折角である。したがって、R領域の要素ホログラム11Rのグレーティングピッチは、以下のようになる。
Here, considering the incident angle and diffraction angle with this grating as the axis,
Incident angle: θ 2 − (θ 1 + θ 2 ) / 2 = (θ 2 −θ 1 ) / 2
The light incident at an angle of (here, 630 nm wavelength light)
Diffraction angle: (θ 1 + θ 2 ) / 2−θ 1 = (θ 2 −θ 1 ) / 2
Will be diffracted at an angle of. That is, the incident angle = the diffraction angle. Therefore, the grating pitch of the
ΛR=λ/(2n・sinθ)=630/(2×1.5×sin((60°−0°)/2))=420nm
となる。同様にして、ホログラムカラーフィルタ11における要素ホログラム11GでのグレーティングピッチはΛG=367nm、要素ホログラム11BではΛB=307nm、グレーティングベクトルの傾斜角が、各G・B領域で60°(なお、グレーティングの傾斜角は30°)と求めることができる。
Λ R = λ / (2n · sin θ) = 630 / (2 × 1.5 × sin ((60 ° −0 °) / 2)) = 420 nm
It becomes. Similarly, the grating pitch of the
次に、ホログラムカラーフィルタ11を複製するためのマスターホログラム1の第一の透過型ホログラム2、及び、第二の透過型ホログラム3のグレーティングを計算する方法について説明する。
Next, a method for calculating the gratings of the
例えば407nm波長のクリプトン(Kr)レーザによるKr光を、マスターホログラム1に照射してホログラムカラーフィルタ11を作製する場合、マスターホログラム1に形成するべきグレーティングは以下のように示される。なお、マスターホログラム1の屈折率は1.5とする。また、変数の添え字は、R1・G1・B1はそれぞれ第一の要素ホログラム2R・2G・2Bに対応し、R2・G2・B2はそれぞれ第二の要素ホログラム3R・3G・3Bに対応するものとする。
For example, when the
まず、要素ホログラム11Rでは、上述のとおり、グレーティングの傾斜角θoff(R)=30°である。このグレーティングを形成するためには、物体光と参照光との入射角度を式(2)により次のように設定する。
First, in the
ここで、必要とされるグレーティングに対する角度をθiとすると、
420=λKr/(2n・sinθi)=407/(2×1.5×sinθi)
したがって、θi=18.845≒18.8°
となる。
Here, if the angle to the required grating is θ i ,
420 = λ Kr / (2n · sin θ i ) = 407 / (2 × 1.5 × sin θ i )
Therefore, θ i = 18.845≈18.8 °
It becomes.
つまり、形成されるべきグレーティングに対してθi≒18.8°の角度で、物体光、及び参照光を入射させることになる。ここで、上記グレーティングはホログラムカラーフィルタ面の法線に対してθoff(R)=30°だけ傾斜しているので、物体光、及び参照光が上記ホログラムカラーフィルタ面の法線となす角度は、30°+18.8°=48.8°及び、30°−18.8°=11.2°となる。 In other words, the object light and the reference light are incident on the grating to be formed at an angle of θ i ≈18.8 °. Here, since the grating is inclined by θ off (R) = 30 ° with respect to the normal line of the hologram color filter surface, the angle between the object light and the reference light and the normal line of the hologram color filter surface is 30 ° + 18.8 ° = 48.8 ° and 30 ° -18.8 ° = 11.2 °.
上記の角度でKr光を入射させるマスターホログラム1の第一の透過型ホログラム2および第二の透過型ホログラム3は次のようになる。
The
例えば、第一の透過型ホログラム2の第一の要素ホログラム2Rにおいて48.8°で透過・回折する場合、式(2)より、第一の要素ホログラム2Rのグレーティングピッチ及びグレーティングベクトルの傾斜角は、
ΛR1=λKr/(2・n・sin((θ2−θ1)/2))
=407/(2・1.5・sin(48.8°−0°)/2)
=328.407nm
≒328nm
グレーティングベクトルは65.6°、つまりグレーティングの傾斜角が法線となす角度は24.4°となる。
For example, when transmitting and diffracting at 48.8 ° in the
Λ R1 = λ Kr / (2 · n · sin ((θ 2 −θ 1 ) / 2))
= 407 / (2.1.5.sin (48.8 ° -0 °) / 2)
= 328.407 nm
≒ 328nm
The grating vector is 65.6 °, that is, the angle between the inclination angle of the grating and the normal is 24.4 °.
次に、この角度(48.8°)で出射されたKr光は、第二の透過型ホログラム3の第二の要素ホログラム3Rに導かれて入射する。ここで、第二の要素ホログラム3Rによって、法線とのなす角が11.2°の角度に回折される。したがって、第二の要素ホログラム3Rでのグレーティングピッチは、同様に、
ΛR2=λKr/(2・n・sin((θ2−θ1)/2))
=407/(2・1.5・sin((48.8°−11.2°)/2))
=420.977nm
≒420nm
となる。
Next, the Kr light emitted at this angle (48.8 °) is guided and incident on the
Λ R2 = λ Kr / (2 · n · sin ((θ 2 −θ 1 ) / 2))
= 407 / (2.1.5.sin ((48.8 ° -11.2 °) / 2))
= 42.9777 nm
≒ 420nm
It becomes.
また、グレーティングベクトルは60°(グレーティングの傾斜角は30°)となる。 Further, the grating vector is 60 ° (the inclination angle of the grating is 30 °).
同様に計算すると、G領域の要素ホログラム11G、及び、B領域の要素ホログラム11Bを形成するための第一の透過型ホログラム2および第二の透過型ホログラム3は以下のようなグレーティングを有することになる。
Similarly calculated, the
すなわち、第一の透過型ホログラム2は、第一の要素ホログラム2Gでのグレーティングピッチは311nm、第一の要素ホログラム2Bでは288nm、グレーティングベクトルの傾斜角が、第一の要素ホログラム2Gでは64.1°(θoff(G1)=25.9°)、第一の要素ホログラム2Gで61.8°(θoff(B1)=28.2°)の各要素ホログラムで構成される。また、第二の透過型ホログラム3では、G領域でのグレーティングピッチが367nm、B領域で307nm、グレーティングベクトルの傾斜角が、G領域で68.3°(θoff(G2)=21.7°)、B領域では63.7°(θoff(B2)=26.3°)の各要素ホログラムから構成されることになる。
That is, the
上述のとおり、マスターホログラム1を構成する第一の透過型ホログラム2および第二の透過型ホログラム3を設計することによって、図4に示すような、Krレーザーの407nmの単一波長光源により、1度の露光でホログラムカラーフィルタ11を製造することができる。
As described above, by designing the
なお、Kr光と異なる波長の光のみを用いても、Kr光によって形成されるグレーティングと同様のグレーティングをホログラムカラーフィルタ11に形成することができる。この場合、Kr光を用いた場合と比して、物体光および参照光の入射角を上記式(2)に基づいて適宜変更すればよい。
Note that a grating similar to the grating formed by the Kr light can be formed on the
なお本実施の形態では、一定の角度から入射された白色光を各RGB光に分離し、ホログラムカラーフィルタ面に垂直に出射するホログラムカラーフィルタ11について説明したが、これに限定されるものではない。マスターホログラム1の設計によっては、例えば、異なる角度で入射される各RGB光を、それぞれ、異なる所望の角度に回折・出射させる位相型体積ホログラム光学素子を製造することも可能である。
In this embodiment, the
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、位相型体積ホログラム光学素子を製造するときに好適に利用することができる。 The present invention can be suitably used when manufacturing a phase-type volume hologram optical element.
1 マスターホログラム
2 第一の透過型ホログラム
2R・2G・2B 第一の要素ホログラム
3 第二の透過型ホログラム
3R・3G・3B 第二の要素ホログラム
4 感光性材料
7 接着層
8 マスク
9 第一の光束
10 第二の光束
11 ホログラムカラーフィルタ(位相型体積ホログラム光学素子)
11R・11G・11B 要素ホログラム
12 第一の感光性材料
13 第二の感光性材料
n1 屈折率変調(屈折率変化量)
η 回折効率
DESCRIPTION OF
11R / 11G /
η Diffraction efficiency
Claims (9)
複数の第一の要素ホログラムを有する第一の透過型ホログラムと、上記第一の要素ホログラムとは異なる、複数の第二の要素ホログラムを有する第二の透過型ホログラムとを備え、
上記第一の透過型ホログラムと上記第二の透過型ホログラムとが互いに積層されていることを特徴とするマスターホログラム。 In the master hologram used to duplicate the hologram,
A first transmission hologram having a plurality of first element holograms, and a second transmission hologram having a plurality of second element holograms different from the first element hologram,
A master hologram, wherein the first transmission hologram and the second transmission hologram are laminated together.
上記第二の透過型ホログラムにおける各第二の要素ホログラムは、上記感光性材料に入射する、上記第一の光束とは異なる第二の光束の入射角を制御するように形成されていることを特徴とする請求項1記載のマスターホログラム。 Each first element hologram in the first transmission hologram has an incident angle of the first light beam incident on the photosensitive material for hologram replication when light is incident from the first transmission hologram side. Formed to control,
Each second element hologram in the second transmission hologram is formed so as to control an incident angle of a second light beam that is incident on the photosensitive material and is different from the first light beam. The master hologram according to claim 1, characterized in that:
上記第二の透過型ホログラムにおける各第二の要素ホログラムは、上記各第一の要素ホログラムから出射した光を回折させて、第一の角度とは異なる第二の角度で出射させるグレーティングであることを特徴とする請求項2記載のマスターホログラム。 Each first element hologram in the first transmission hologram is a grating that diffracts incident light and emits it at a first angle when light enters from the first transmission hologram side,
Each second element hologram in the second transmission hologram is a grating that diffracts the light emitted from each first element hologram and emits the light at a second angle different from the first angle. The master hologram according to claim 2.
第一の感光波長の光により、第一の感光性材料を感光して、入射する光を回折させて第一の角度で出射させるグレーティングを有する第一の要素ホログラムを形成する第一の露光工程と、
第二の感光波長の光により、第二の感光性材料を感光して、第一の要素ホログラムから出射した光を回折させて第一の角度と異なる第二の角度で出射させるグレーティングを有する第二の要素ホログラムを形成する第二の露光工程とを少なくとも含むことを特徴とするマスターホログラムの製造方法。 A laminating step of laminating a first photosensitive material sensitized by a first photosensitive wavelength and a second photosensitive material sensitized by a second photosensitive wavelength different from the first photosensitive wavelength;
A first exposure step of forming a first element hologram having a grating that sensitizes a first photosensitive material with light of a first photosensitive wavelength and diffracts incident light to emit it at a first angle. When,
The second photosensitive material is exposed to light having the second photosensitive wavelength, and the second photosensitive material is diffracted to diffract the light emitted from the first element hologram and to emit the light at a second angle different from the first angle. A method for producing a master hologram, comprising at least a second exposure step for forming a second element hologram.
上記マスクと第一の感光性材料および第二の感光性材料との位置を変えて、複数回、露光を繰り返して、所望のパターンを第一の感光性材料および第二の感光性材料の異なる位置に形成する工程であることを特徴とする請求項7記載のマスターホログラムの製造方法。 The first exposure step and the second exposure step are steps of exposing using a mask having an opening at a predetermined position, and
The positions of the mask and the first photosensitive material and the second photosensitive material are changed, and the exposure is repeated a plurality of times, so that a desired pattern is different between the first photosensitive material and the second photosensitive material. 8. The method of manufacturing a master hologram according to claim 7, wherein the master hologram is a step of forming at a position.
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