JP3412875B2 - ホログラム記録シート、該シートを用いたホログラフィックオプティカル素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２種類以上の波長の光を
選択的に回折する必要のあるホログラムオプティカルエ
レメント、特に多色表示に好適なホログラム記録シー
ト、および多色表示ヘッドアップディスプレイ、多色デ
ィスプレイホログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年ホログラムは装飾用、偽造防止用、
光学素子用等広く利用されるようになってきており、特
に最近では装飾効果、偽造防止効果にも優れる多色ディ
スプレイホログラムや、波長選択性に優れ、立体感も優
れる体積位相型（リップマン型）のホログラムが注目さ
れている。

【０００３】例えば、ホログラムコンバイナーは１つの
光学素子であり、その機能は半透過性結像素子というこ
とができる。図１２（ａ）はその撮影方法を説明するた
めの図で、レーザ１０から発振された光をハーフミラー
１１で２分し、それぞれのレーザ光をレンズ１２，１３
で１点から出る発散光に変え、フォトプリマー等の体積
位相型ホログラム記録材料１４の両側からこれら２つの
発散光を入射させてリップマンホログラムとして干渉さ
せたものがホログラムコンバイナーである。

【０００４】このようなホログラムコンバイナー１６
は、図１２（ｂ）のように、撮影の際の一方の発散点近
傍に設置した表示体１５から出た光を反射方向に回折
し、その回折像をあたかも撮影の際の他方の発散点近傍
に設置された表示体１５´から出たように行うもので、
その結像倍率および像位置は撮影時の発散点と記録材料
との相対距離Ｌ，Ｌ´によって決まり、その記録の際の
波長またはそれと特定の関係のある波長の光しか回折せ
ず、他の波長の光は透過するので、像を重畳または合成
することができる。このようなホログラムコンバイナー
に代表される光学素子としてヘッドアップディスプレイ
用のコンバイナー等があげられる。

【０００５】従来、このうような用途に用いられるホロ
グラム記録感材は通常ＰＥＴ基板上等に感材を均一にコ
ーティングしたものが使用されている。この方法におい
ては、２種類以上の波長の光を選択的に反射または回折
する必要があるオプティカルエレメント、特に多色表示
ヘッドアップディスプレイのコンバイナー用途において
は、表示色が全て表示可能なホログラムをコンバイナー
の全面に設けるようにする方法が主流である。

【０００６】次に、図１３〜図１５により各種カラーデ
ィスプレイホログラムの記録・再生光学系を説明する。
図１３はレーザ光再生ホログラムの記録・再生光学系を
示しており、記録時（図１３（ａ））には、Ｒ→Ｇ→Ｂ
と順次記録波長を変えて３重露光し、物体２０からの光
と参照光とを感材２１上で干渉させて記録する。再生時
（図１３（ｂ））には、（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）の混合光で記録
時の参照光と同じ方向からホログラム２１を照明するこ
とにより、元の位置に物体２０のカラーホログラム像が
観察される。

【０００７】図１４はレインボーホログラムの記録・再
生光学系を示しており、第１段階では、Ｒ→Ｇ→Ｂと順
次記録波長を変えて物体２０からの光と参照光とを３枚
の感材２１上で干渉させてＲ，Ｇ，Ｂ用３枚の第１のホ
ログラムを作製する（図１４（ａ））。第２段階では、
第１のホログラムを元の参照波と共役な波面で照明する
と、元物体があった位置に実像で物体が再生する。そこ
で、実像再生位置に第２の感材２３を配置し、第１のホ
ログラムの直前にスリット２２をおいて横方向の視差は
保存し、縦方向の視差をなくし、Ｒ→Ｇ→Ｂと記録波長
及びＲ，Ｇ，Ｂ用３枚の第１のホログラムを変え、それ
ぞれ照明して３重露光し、参照光と干渉さて第２のホロ
グラムを作製する（図１４（ｂ））。再生時には、参照
波と共役な波面で白色光で照明すると、スリットの長さ
方向には立体感のある像が再生され、これと垂直方向に
観察位置を動かすと異なった色の再生像が観察される
（図１４（ｃ））。

【０００８】図１５はリップマンホログラムの記録・再
生光学系を示しており、第１段階はレインボーホログラ
ムの場合と同様にしてＲ，Ｇ，Ｂ３枚の第１のホログラ
ムを作製し（図１５（ａ））、第２段階では、第１のホ
ログラムの実像再生位置に第２の感材２３を配置し、反
対方向から参照光を照明し、Ｒ→Ｇ→Ｂと記録波長を変
えて３重露光し、第２のホログラムを作製する（図１５
（ｂ））。再生時には、第２のホログラムを参照光と反
対方向から白色光で照明すると、反射回折光によるカラ
ー像が再生される（図１５（ｃ））。この他にも、干渉
縞を表面の凹凸として形成した金型を使用し、これを複
製することにより表面レリーフ型ホログラムを形成する
ことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法は多色で表
示できるようにするため、リップマンホログラムの場合
には、図１６（ａ）に示すように、例えば青色光を回折
する干渉縞５、緑色光を回折する干渉縞６、赤色光を回
折する干渉縞７等複数組の干渉縞を同一のホログラムに
厚み方向に重ね合わせて形成しなくてはならない。ま
た、レーザ光再生ホログラム、レインボーホログラムの
場合も同様に、図１６（ｂ）に示すように、青色光を回
折する干渉縞５、緑色光を回折する干渉縞６、赤色光を
回折する干渉縞７等複数組の干渉縞を形成する必要があ
る。これは技術的に困難であると同時に、感材が複数色
に感度を持つことを必要とする為、使用できるホログラ
ム記録材料が極めて限定されてしまい、また回折効率が
低下する、ゴースト像等ノイズが増えるなどの画質劣化
の原因ともなっていた。本発明は上記課題を解決するた
めのもで、多色表示にて良好な画質を得ると同時にホロ
グラム記録が容易でコスト的にも有利であるホログラム
記録シート、該シートを用いたホログラムコンバイナ
ー、ディスプレイホログラムを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は感光性を有する
波長領域が異なる少なくとも２種類以上のホログラム記
録感材がフィルム上に互いに異なる領域に大きさ、幅が
それぞれ２００μｍ以下の網点状あるいはストライプ状
に形成されているホログラム記録シートを用い、特定の
波長のレーザ光をホログラム記録光源として用い、同一
平面上に回折光の波長が異なる領域を感材の厚み方向に
独立した干渉縞として記録できることを特徴とする。

【００１１】本発明は感光性を有する波長領域が異なる
少なくとも２種類以上のホログラム記録感材がフィルム
上に互いに異なる領域に網点の大きさ、ストライプの幅
が感材膜厚の２倍以上に形成されているホログラム記録
シートを用い、特定の波長のレーザ光をホログラム記録
光源として用い、同一平面上に回折光の波長が異なる領
域を感材の厚み方向に独立した干渉縞として記録できる
ことを特徴とする。

【００１２】本発明のホログラムシートは必要な領域に
必要な回折波長を記録できるホログラム感材を２００μ
ｍ以下の網点あるいは線幅が２００μｍ以下のストライ
プ状に形成するため、ゴースト像の原因となる従来の方
法では存在した不必要な干渉縞が形成されず、良好な画
質が得られると共に、ホログラム記録材料も従来から知
られている多くのものを使用できるため、ホログラム記
録が容易でありまたコスト的にも有利であるという利点
を有するものである。また、２００μｍ以下の網点ある
いは線幅で２００μｍ以下のストライプ状であるため、
得られたホログラムが全て回折波長が観察者にとって重
なりあって見えるので、多色投影が可能である。特に青
色光、緑色光、赤色光の３色を回折する干渉縞を設けれ
ばフルカラー表示が可能となる。

【００１３】本発明のホログラム記録シートは必要な領
域に必要な回折波長を記録できるホログラム感材を感材
の膜厚にして２倍以上の大きさの網点あるいはストライ
プ状に形成するため、入射光角度がフィルム全面に近く
なった場合に（法線からの角度が９０°近くになる）で
も感材の面積は充分大きいため、ホログラム記録が可能
であり、また得られるホログラム回折も充分起こる。ま
た、本発明は上記ホログラム記録シートを用いてホログ
ラムコンバイナー、ディスプレイホログラムを形成した
ことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明は、必要な領域に必要な回折波長を記録
できるホログラム感材を大きさが感材の膜厚の２倍以
上、２００μｍ以下の網点状あるいはストライプ状のパ
ターン印刷等により形成するようにしたので、不必要な
干渉縞が形成されず、多色表示において良好な画質が得
られ、またホログラム記録感材も従来から知られている
多くのものをそのまま使用でき、多色表示ヘッドアップ
ディスプレイのコンバイナー、ディスプレイホログラム
を得ることが可能となる。

【００１５】

【実施例】本発明のホログラム記録シートは、図１、図
２に示すようにフィルム１に網点、あるいはストライプ
状に青感光性、緑感光性、赤感光性のホログラム記録感
材２，３，４を形成する。図１、図２において、図１
（ａ）、図２（ａ）は上面図、図１（ｂ）、図２（ｂ）
は横断面図、図１（ｃ）、図２（ｃ）は一部拡大図であ
る。フィルム１はドライフィルム状態のホログラム感材
用として通常用いられている支持フィルムであり、ＰＥ
Ｔ、ＴＡＣ、塩ビ、ポリエチレン、ＰＭＭＡ等を使用す
ることができる。また、感光性領域の異なるホログラム
記録感材２，３，４は従来知られているホログラム用途
の感材、例えば重クロム酸ゼラチン、銀塩、フォトポリ
マー等から任意に選定し、本発明に用いることができ
る。これらのうち好ましい感材としては、増感剤として
加えられている色素の吸収波長のみが異なるフォトポリ
マー感材が挙げられる。

【００１６】このような感光性領域の異なるホログラム
感材２，３，４をフィルム１上に印刷形成するとき、グ
ラビアコーティング、スクリーン印刷等、公知の印刷方
法により行う。図１のように、網点状に形成する場合
は、その網点の大きさおよび厚みはグラビア印刷法にお
いては、グラビアのセルの形状により任意に設定するこ
とが可能である。グラビアのセルとして、図４（ａ）に
示す格子型、図４（ｂ）に示すピラミッド型を用いるこ
とにより網点状にパターン印刷できる。スクリーン印刷
法においては、メッシュの番手とマスクの形状で設定可
能である。図２のようにストライプ状に形成する場合
は、グラビア印刷法においては図４（ｃ）の斜線セルを
用いる。スクリーン印刷法においては、メッシュの番手
とマスクの形状で設定する。

【００１７】なお、図１、図２に示すように、ホログラ
ム感材２，３，４の上に保護膜８を設けるようにすれば
ホログラム感材に対する傷つき等を防止することができ
る。この場合、保護層はフィルム１との間に設けるよう
にしても良く、ホログラム感材２，３，４をフィルム１
に対して剥離可能に形成しておけば、転写箔のような形
態で使用することも可能である。

【００１８】異なるホログラム感材の位置合わせ方法は
種々考えられるが、通常の印刷で行われるようなフィル
ム上に別途設けたマーカー（トンボ）を利用して行う方
法が最も簡便である。パターンをきれいに写すためのレ
ベリングを抑えることがポイントとなるが、粘度、溶
媒、セル形状を検討することにより対応可能である。パ
ターンの幅はセルの間隔すなわち線数（１インチ当たり
のセルの数）により感材の厚みはセルの深さにより任意
に設定することが可能である。網点あるいはストライプ
の間隔が大きいほど加工は容易になるが、大きさが２０
０μｍより大きくなると、肉眼でモザイク状に見えるよ
うになり、多色表示ディスプレイとしては実用的でなく
なる。従って、画質の観点からは間隔はできるだけ小さ
いほうが好ましい。

【００１９】リップマンホログラムもしくは反射型ホロ
グラムの場合、ホログラムの性能の観点から間隔はある
程度大きくてはならない。一般に感材の屈折率は１．５
近傍であり、空気の屈折率は１であるから、入射された
光の感材内の光路は図５の１７，１８に示すようにな
る。

【００２０】光が感材に法線からほとんど９０°位置か
ら入射する１８のような場合を考えれば、感材内の入射
角度は回折の式により θ＝ sin^-1（１／１．５）＝４１．８° となる。従って、感材の大きさｒμｍ内で反射するため
には膜厚をａμｍとすると、 ｒ＝ａ×２× tan（４１．８） ＝１．７９×ａ となる。従って、有効に光を回折するためには、膜厚の
ほぼ２倍以上の大きさが必要であることは明らかであ
る。図５の１８よりも浅い入射角度で入射する１７のよ
うな場合には、より短い半径で出射可能である。また、
図３のように感光性領域の異なる層を多層にコートした
ホログラム記録フィルム１を用いることもできる。な
お、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は横断面図であ
り、最上層には保護層８が形成されている。この場合
は、面積方向ではベタであるので、図５で説明したよう
な問題は生じない。

【００２１】上記の方法により得られたホログラム記録
シートは各領域の感光性を有する波長が異なるため、選
択的に所望の領域に所望のレーザ光によりホログラムを
作製することができる。ここで、従来から知られている
様々なレーザ、例えばヘリウムネオンレーザ、アルゴン
レーザ、クリプトンレーザ、ヘリウムカドミウムレー
ザ、ルビーレーザ等が記録光源として用いることができ
る。また、レリーフホログラムの場合は、ＣＧＨ（計算
機生成ホログラム）により作製することも可能である。

【００２２】次に、本発明のホログラム記録シートを用
いたホログラムコンバイナー、ディスプレイホログラム
について説明する。本発明のホログラムコンバイナーま
たはディスプレイホログラムは、図６（ａ）に示すよう
に網点状に、あるいは図６（ｂ）に示すようにストライ
プ状に独立に形成した干渉縞、あるいは図６（ｃ）に示
すように厚み方向に重畳形成した干渉縞からなる。図６
（ａ）（ｂ）のように、網点状にあるいはストライプ状
に干渉縞を形成するためには、図１、図２に示したよう
に青感光性感材２、緑感光性感材３、赤感光性感材４を
モザイク状にパターン印刷されたホログラム記録フィル
ム１を用いてホログラム記録を行う方法が考えられる。
また、ホログラム記録時にマスクしながら各色を露光す
る方法も適用可能である。

【００２３】図６（ｃ）のように厚み方向に独立して干
渉縞を形成するためには、図３のような多層コートされ
たホログラム記録フィルム１にホログラム記録を行う
か、ホログラムを記録した後に積層して作製すればよ
い。リップマンホログラムを使用する場合には、図７に
示すように、青色光を回折領域５、緑色光を回折領域
６、赤色光を回折領域６として面方向に独立して各色の
回折領域を形成し、レーザ光再生ホログラムまたはレイ
ンボーホログラムの場合にも、図８に示すように面方向
に独立して各色の回折領域を形成する。

【００２４】また、厚み方向に独立して各色の回折領域
を形成する場合は、リップマンホログラムの場合には、
図９に示すように青色光を回折領域５、緑色光を回折領
域６、赤色光を回折領域６を形成する。レーザ光再生ホ
ログラムまたはレインボーホログラムの場合にも、図１
０に示すように厚み方向に独立にして各色の回折領域を
形成する。

【００２５】なお、自動車用途のヘッドアップディスプ
レイコンバイナーとして用いる場合においては、図１１
に示すように、ガラス２１，２２内にホログラムコンバ
イナー２０を封入して、すなわち合わせガラス化して用
いなくてはならない。一般には、図１１（ａ）のよう
に、ポリビニルブチラール樹脂２３と共に封入する。こ
の場合、ホログラムコンバイナーがポリビニルブチラー
ル樹脂と密着することにより画質の劣化を引き起こす場
合には、この間にバリアーフィルム２４を図１１（ｂ）
のように設けることも可能である。さらに耐衝撃性を向
上するために、図１１（ｃ）のように各界面に接着層２
５を設けることも可能である。

【００２６】〔実施例１〕 青色光の感光液として ポリビニルカルバゾール ………５０部 トリブロモフェニルエチルメタクリレート ………４０部 シアニン色素（ＮＫ−７２３：日本感光色素） ……… １部 ３，３’，４，４’−テトラ（ｔ−ブチル ジオキシカルボニル）ベンゾフェノン ……… ５部 ノニルフェニルアルコールエチレンオキサイド 付加物（エマルゲン９０３：花王） ……… ５部 緑色光の感光液として ポリビニルカルバゾール ………５０部 トリブロモフェニルエチルメタクリレート ………４０部 シアニン色素（ＮＫ−１４２０：日本感光色素）……… １部 ３，３’，４，４’−テトラ（ｔ−ブチル ジオキシカルボニル）ベンゾフェノン ……… ５部 ノニルフェニルアルコールエチレンオキサイド 付加物（エマルゲン９０３：花王） ……… ５部 赤色光の感光液として ポリビニルカルバゾール ………５０部 トリブロモフェニルエチルメタクリレート ………４０部 スクワリリウム色素（ＮＫ−３０２４：日本感光色素）…１部 ３，３’，４，４’−テトラ（ｔ−ブチル ジオキシカルボニル）ベンゾフェノン ……… ５部 ノニルフェニルアルコールエチレンオキサイド 付加物（エマルゲン９０３：花王） ……… ５部 をメチルエチルケトンに固形物３０％にて溶解したもの
を５０μｍのＰＥＴフィルム（ＨＰ−７：帝人）上にさ
まざまなセル形状を有するグラビア版を用いてグラビア
印刷法によって逐次塗布し、図１、図２に示す所望のパ
ターンを作製した。さらにＰＥＴフィルム（ルミラ−Ｔ
６０：東レ）をラミネートした後、巻き取りロール形態
とした。得られたフィルムのパターンの形状等をまとめ
て表１に示す。 〔実施例２〕実施例１と同じ感光液をメチルケチルエト
ンに溶解したものを５０μｍのＰＥＴフィルム（ＨＰ−
７：帝人）上に、図２に示すストライプ状のパターンに
スクリーン印刷にて作製した。このシートはさらにＰＥ
Ｔフィルム（ルミラーＴ６０：東レ）をラミネートした
後、取り巻きロール形態とした。得られたフィルムのパ
ターンの形状等をまとめて表２に示す。

【００２７】 １〜１３のホログラム感材に４５８ｎｍのアルゴンレー
ザ光、５７８ｎｍのダイレーザ光、６４７ｎｍのクリプ
トンレーザ光を光源として順次露光法によりヘッドアッ
プディスプレイのコンバイナーを作製したところ、表３
に示す特性の多色表示のものが得られた。また、青色
光、緑色光、赤色光に感光性を有するホログラム記録感
材が表１の左欄に示す形状、膜厚、大きさで形成された
ホログラム記録シートに、図１５に示した光学系で青色
（４８８ｎｍ）、緑色（５７８ｎｍ）、赤色（６４７ｎ
ｍ）のレーザ光を用いてホログラム記録を行い、４６０
ｎｍの青色光、５４５ｎｍの緑色光、６１０ｎｍの赤色
光を回折するディスプレイホログラムを作製したとこ
ろ、同様の特性（表３）のものが得られた。

【００２８】 （実施例３）青色光、緑色光、赤色光に感光性を有する
ホログラム記録感材が、表２左欄に示す膜厚で重畳形成
されたホログラム記録シートに、図１４に示した光学系
で青色（４８８ｎｍ）、緑色（５７８ｎｍ）、赤色（６
４７ｎｍ）のレーザ光を用いてホログラム記録を行い、
４６０ｎｍの青色光、５４５ｎｍの緑色光、６１０ｎｍ
の赤色光を回折するディスプレイホログラム、ホログラ
ムコンバイナーを作製した。このディスプレイホログラ
ムに白色光を、ホログラムコンバイナーにＣＲＴの画像
をそれぞれ投影したところ、表４右欄に示すような像品
質であった。

【００２９】

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、必要な領
域に必要な回折波長を記録できるホログラム感材を大き
さが感材の膜厚の２倍以上、２００μｍ以下の網点状あ
るいはストライプ状のパターン印刷等により形成するた
め、不必要な干渉縞が形成されず、多色表示において良
好な画質がえられると同時にホログラム記録感材も従来
から知られている多くのものをそのまま使用できる。ホ
ログラム記録が容易であり、またコスト的にも有利であ
るという利点を有するものである。また、本発明のホロ
グラム記録シートは多色表示ヘッドアップディスプレイ
のコンバイナー用途以外にも装飾用、偽造防止用に用い
ることができる。また、本発明のシートを用いることに
より、少なくとも２種類以上の光を回折するディスプレ
イホログラムは、不要な干渉縞が形成されず、また充分
な明るさで良好な多色表示が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 網点状に記録波長の異なる感材が形成された
ホログラム記録シートを示す図である。

【図２】 ストライプ状に記録波長の異なる感材が形成
されたホログラム記録シートを示す図である。

【図３】 厚み方向に独立して記録波長の異なる感材が
形成されたホログラム記録シートを示す図である。

【図４】 グラビア印刷で使用するセルを示す図であ
る。

【図５】 ホログラム中の光路を示す図である。

【図６】 ホログラムコンバイナーまたはディスプレイ
ホログラムを示す図である。

【図７】 面方向に独立して形成されたリップマンホロ
グラムの干渉縞を説明する図である。

【図８】 面方向に独立して形成されたレーザ光再生ホ
ログラムまたはレインボーホログラムの干渉縞を示す図
である。

【図９】 厚み方向に独立して重畳形成されたリップマ
ンホログラムの干渉縞を説明する図である。

【図１０】 厚み方向に独立して重畳形成されたレーザ
光再生ホログラムまたはレインボーホログラムの干渉縞
を示す図である。

【図１１】 ヘッドアップディスプレイの構成を示す図
である。

【図１２】 ホログラムの記録・再生光学系を示す図で
ある。

【図１３】 レーザ光再生ホログラム記録・再生光学系
を示す図である。

【図１４】 レインボーホログラムの記録・再生光学系
を示す図である。

【図１５】 リップマンホログラムの記録・再生光学系
を示す図である。

【図１６】 従来の方法により形成された干渉縞を示す
図である。

【符号の説明】

１…フィルム、２…ホログラム記録感材（青感光性）、
３…ホログラム記録感材（緑感光性）、４…ホログラム
記録感材（赤感光性）、５…青色光を回折領域、６…緑
色光を回折領域、７…赤色光を回折領域、８…保護層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−222287（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−102492（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−74243（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−223776（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−173230（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03H 1/26

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感光性を有する波長領域が異なる少なく
   とも２種類以上のホログラム記録感材がフィルム上に大
   きさ又は幅がそれぞれ２００μｍ以下の網点またはスト
   ライプで形成されていることを特徴とするホログラム記
   録シート。
2. 【請求項２】 請求項１記載のホログラム記録シートに
   おいて、網点の大きさ、ストライプの幅は感材層厚みの
   ２倍以上であることを特徴とするホログラム記録シー
   ト。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のホログラム記録
   シートにおいて、感光性を有する波長領域が異なるホロ
   グラム記録感材が、同一平面上に形成されていることを
   特徴とするホログラム記録シート。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載のホログラム記録
   シートにおいて、ホログラム記録感材はフィルム上にグ
   ラビア印刷により形成されていることを特徴とするホロ
   グラム記録シート。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載のホログラム記録
   シートにおいて、ホログラム記録感材はフィルム上にス
   クリーン印刷により形成されていることを特徴とするホ
   ログラム記録シート。
6. 【請求項６】 請求項１または２記載のホログラム記録
   シートにおいて、ホログラム記録感材はフィルム上に剥
   離可能に形成されていることを特徴とするホログラム記
   録シート。
7. 【請求項７】 請求項１または２記載のホログラム記録
   シートにおいて、ホログラム記録感材の上のまたは下側
   に保護層が形成されていることを特徴とするホログラム
   記録シート。