JP3547044B2 - ホログラムの露光装置 - Google Patents

Description

【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１０−３１２０１５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、前述のホログラムの露光装置において、物体光あるいは参照光のどちらかを逆向きに感光材に入射させるようにしたことを特徴とするホログラムの露光装置であり、２種類の反射型ホログラムを作製する。
【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｛ｓｉｎβ・（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２５μｍ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４．８ｍｍ）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２．４ｍｍ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Ｒ１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５１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）５３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Ｒ２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)

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. 物体光あるいは参照光のどちらかを、請求項１記載のホログラムの露光装置の場合と逆向きに感光材に入射させるようにしたことを特徴とするホログラムの露光装置。
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。

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