JPH06102808A

JPH06102808A - ホログラムの製造方法

Info

Publication number: JPH06102808A
Application number: JP27785892A
Authority: JP
Inventors: Norihito Nakazawa; 伯人中沢
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1994-04-15

Abstract

(57)【要約】【目的】再生時のフレアー光を低減したホログラムを作
製する。【構成】所定の回折格子を形成する露光を行う前に、あ
らかじめ、ホログラム用感光材１１の少なくとも一方の
表面に、ホログラム用感光材料より高い屈折率を持つ導
光体１２を接触させ、導光体１２を通して、ホログラム
用感光材１１面で全反射するように光照射して、ホログ
ラム用感光材１１を露光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、再生時のフレアー光を
低減したホログラムの作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車内の運転手等に、情報を表示する
方法として、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が最
近用いられるようになっている。これは、液晶表示装置
等の情報投射手段から投射された光学的情報を、自動車
の風防ガラス等に組み込まれたコンバイナーに映し、運
転手が運転状態からほとんど視点を動かすことなく情報
を読み取れるようにしたものである。

【０００３】最近、光学的素子としての簡素さ、及び付
加される機能の豊富さから上記のコンバイナーとして、
ホログラムを使用することが注目されるようになってい
る。このホログラフィックコンバイナーは反射機能のみ
ならず、波長選択機能やレンズ機能等を併せ持つことが
できるので、特定の波長の光による光学的情報を運転手
の視野方向に回折したり、あるいは、任意の位置に結像
したりすることが可能となる。

【０００４】かかる車載用ＨＵＤの構成を示す概念図の
一例が図５である。ここで、４１は運転者の観察位置、
４２はホログラフィックコンバイナー、４３は情報を含
む光線、４４はコリメーターであるレンズ系、４５は表
示体である透過型液晶表示素子、４６はハロゲンランプ
等からなる光源、４７は風防ガラス、４８は車体ボディ
ーである。

【０００５】光源４６から発した光はレンズ系４４を介
して透過型液晶表示素子４５を通過し、車体の風防ガラ
ス４７に備えられたホログラフィックコンバイナー４２
に照射され、反射（回折）されて運転者に観察位置４１
で視認される。

【０００６】図５においてホログラフィックコンバイナ
ー４２にレンズ機能を持たせれば、表示像を遠方に結像
させることも可能になる。また、上記のコリメーターで
あるレンズ系４４の機能をホログラフィックコンバイナ
ー４２に持たせることもできる。また、ホログラフィッ
クコンバイナー４２は波長選択機能を持つので、希望す
る波長の色の像が表示可能となる。また、その波長を複
数とすることも可能である。

【０００７】かかるホログラフィックコンバイナーとし
ては、通常、反射型のホログラムが用いられるが、反射
ホログラムの作製においては、ホログラムの感光材料面
の一方の面から参照光、他方の面から物体光を照射し
て、回折格子を作製する。

【０００８】ホログラムが位相型ホログラムの場合、こ
れら２つのレーザー光が干渉して、光の明暗の干渉縞が
ホログラム感光材料内で生じ、それが感光材料に記録さ
れる。光重合型の感光材料の場合、明部ではモノマーが
重合しポリマーとなって屈折率の高い部分となり、暗部
では重合が生じないため屈折率の低い部分となって、そ
れらの屈折率の違いによる回折格子ができる。また、暗
部に存在するモノマーが明部に拡散移動し、そこで重合
してより屈折率の違いが大きな回折格子を形成するタイ
プの光重合型感光材料もある。また、光架橋型の感光材
料では、明部ではポリマーの感光性の側鎖同士が架橋結
合し屈折率または密度の高い部分となり、暗部では架橋
が生じないため屈折率または密度の低い部分となって、
それらの屈折率または密度の違いに基づく回折格子がで
きる。

【０００９】この種の反射型ホログラムにおいては、光
線の入射角度と反射回折角度が異なる場合、その回折格
子面はホログラム表面に対して傾いており、表面と平行
ではない。このため、反射型ホログラムでありながら、
車外の光を透過させる透過型ホログラム的性質を併せ持
つ。また、その回折格子はホログラム表面に露出するた
め、表面に屈折率の高い部分と低い部分とからなる疑似
的に多重スリットと見なせるような構造を持つと考えら
れる。

【００１０】このような、従来のホログラムの断面構造
を図６（ａ）に、表面構造を図６（ｂ）に示す。図６
（ａ）の５１及び５２はホログラム材料の表面、５３と
５４とはそれぞれ屈折率の高い部分と低い部分であり、
それらの層構造によって回折格子が形成されている。従
来のホログラムではこのように回折格子の終端部は両表
面５１、５２に露出している。したがって、一方の表面
から見た従来ホログラムの構造は図６（ｂ）のようにな
り、屈折率の高い部分５５と、低い部分５６とからなる
回折格子が表面に露出しており、疑似的に多重スリット
と見なせるような構造を持っている。図６（ｂ）は従来
ホログラムを一方の表面から見た図であるが、他方の表
面から見ても同様の構造となっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述のようなホログラ
ムは透過型の性質を併せ持ち、またその表面に回折格子
の終端部が露出し疑似的な多重スリット構造を持つた
め、車外からの光が高次回折光として車内に入射する。
そのため、車外からの光の入射角度によって、明るいむ
らとして見えたり、スポット状の輝点として見えたりし
て（以下、フレアー光という）、ＨＵＤの表示像の視認
性を低下させるなどの悪影響をもたらす。また、外観上
からも好ましくない。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、表面に対して傾斜し
た高屈折率部分と低屈折率部分とからなる層構造によっ
て回折格子が内部に形成されたホログラムにであって、
前記回折格子が内部から少なくとも一方の表面に向かう
にしたがい徐々に消失し、最表面においては、前記回折
格子が実質的に存在しないことを特徴とするホログラム
の製造方法において、所定の回折格子を形成するために
ホログラム用感光材を露光する前に、あらかじめ、ホロ
グラム用感光材の少なくとも一方の表面に、ホログラム
用感光材料より高い屈折率を持つ材料層を接触させ、該
材料層を通して、ホログラム用感光材面で全反射するよ
うに光照射して、ホログラム用感光材を露光することを
特徴とするホログラムの製造方法を提供するものであ
る。

【００１３】本発明の製造法によるホログラムの断面構
造の一例を図１に示す。１及び２はホログラム表面、４
と５はそれぞれ屈折率の高い部分と低い部分であり、そ
の層構造によって、回折格子を形成している。高屈折率
部分と低屈折率部分の屈折率差は通常０．０２から０．
２程度である。３は表面２側の遷移層である。遷移層内
では前記回折格子が内部から表面２に向かうにしたがい
徐々に消失し、最表面２においては回折格子が存在せず
均一な構造となっている。この例においては、他方の表
面１側では前記回折格子は表面１に露出しているが、表
面１側にも遷移層３と同様の遷移層を設けることことも
できる。

【００１４】上述のように、回折格子を内部から表面２
に向かうにしたがい徐々に消失させる手段として、本発
明では、所定の回折格子を形成する露光を行う前に、少
なくとも一方の表面をホログラム感光材料より高い屈折
率を持つ材料を通してほぼ全面に光照射し、全反射を利
用して感光材の表面のみを露光する方法を用いる。

【００１５】本発明の製造法によるホログラムに車外よ
り表面１側に光が入射した場合、入射角に応じた一部の
光がホログラムを透過するが、表面２側の最表面には回
折格子の終端部よりなる疑似的な多重スリットが存在し
ないため、回折、散乱されることはない。したがって、
フレアー光が有効に低減される。一方、液晶表示装置等
より投射された情報を含む光は、ホログラム内部の回折
格子により反射回折され運転者によって観察可能とな
り、遷移層による影響をほとんど受けない。

【００１６】また、表面１側にも遷移層を設ければ表面
１における回折、散乱も低減できるため、更にフレアー
光を低減できる。

【００１７】以上のように、本発明によれば情報を含む
表示像についてはほとんど影響を与えずに、フレアー光
のみを有効に低減することが可能となる。

【００１８】

【実施例】本発明によるホログラムの製造方法を実施例
にしたがって説明する。

【００１９】［実施例１］図１に示すような本発明によ
るホログラムを作製するためには、所定の回折格子を形
成する露光を行う前に、少なくとも一方の表面をホログ
ラム感光材料より高い屈折率を持つ材料からなる層を通
してほぼ全面に光照射し、全反射を利用して感光材の表
面のみを露光しておけば良く、その後に通常の露光を行
えば簡単に作製することが可能である。

【００２０】例えば、図２のように感光材料１１とそれ
より屈折率の高い材料からなる導光体１２を重ね合わせ
ておき、外部より導光体１２を通して全面露光のための
平行光１４を照射する。この時、感光材１１と導光体１
２の界面１３への入射光１４の入射角θが感光材１１と
導光体１２のそれぞれの屈折率ｎ₁₁、ｎ₁₂で決まる下記
式（１）の臨界角θ_c 以上であるようにすれば、入射光
１４は界面１３において全反射し感光材１１の表面のみ
を露光し内部には進入しない。すなわち、 θ≧θ_c ＝ｓｉｎ^-1（ｎ₁₁／ｎ₁₂）・・・（１）を満たす場合である。

【００２１】また、界面１３での反射光１５が高屈折率
の材料からなる導光体１２から出る面に反射防止膜１６
を設けることにより、反射光１５が再び導光体１２の内
部で不要な反射を繰り返し、感光材１１に進入すること
を効果的に防止できる。また、感光材１１と高屈折率材
料の導光体１２の界面１３には、界面での乱反射等を防
ぐため屈折率調整（インデックスマッチング）液１７を
入れると良い。インデックスマッチング液の屈折率は、
ｎ₁₁以上でｎ₁₂以下の値であれば良い。

【００２２】このようにして、感光材料１１の表面のみ
が露光されるため、表面のみがあらかじめ光重合または
光架橋する。したがって、その後通常の露光を行っても
回折格子はもはや表面には形成されず、図１のような構
造を持ったホログラムが作製できる。

【００２３】また、ホログラム感光材料の表面のみを全
面露光する光源としては、感光材料に吸収され光重合ま
たは光架橋を起こす波長の光であれば良いが、表面層の
みを露光するためには極力波長の短い光が望ましく、波
長３５０ｎｍ以下程度の紫外光線を用いることが効果的
である。光源の種類としては、各種ランプを利用し得る
が、入射光束の平行度が悪いと、上記（１）式を満足し
ない光が部分的に存在するため、感光材料の内部まで侵
入した光が、部分的に光重合または光架橋を起こしてし
まい、所定の回折格子の形成が妨げられてしまう。した
がって、平行光の得やすいレーザ光の使用が望ましい。
レーザの種類としては所定の回折格子を形成するための
レーザそのものでももちろん可能であるが、波長の短い
紫外光線のレーザを使用すれば、表面のみの露光がしや
すく、更に良い。

【００２４】例えば本実施例では、ｎ₁₁＝１．５付近の
ビニル系もしくはアクリル系光重合型感光材料からなる
感光材１１に対して重フリントガラス（ｎ₁₂＝１．７
９）からなる導光体１２を通して光照射した。この場合
の臨界角はθ_c ＝５６．９゜であるので、それ以上の角
度（本実施例では６５゜）で界面１３に入射するよう
に、入射光１４を入れた。光源としては所定の回折格子
を形成するためのレーザそのもの（Ａｒレーザ：５１
４．５ｎｍ）を用いて行った。入射光は感光材表面で全
反射し、その表面のみを露光することができた。その結
果、ホログラム表面の回折格子を実質的になくすことが
できた。

【００２５】これを自動車の風防ガラスに装着すること
により、ヘッドアップディスプレイのコンバイナーとし
て使用したところ、フレアー光が効果的に抑制されたヘ
ッドアップディスプレイが得られた。

【００２６】［実施例２］本実施例では、感光材料より
屈折率の高い材料の形状として、実施例１の直方体とは
異なり、図３のようなプリズム型の導光体２２を用い
た。プリズム型とすることにより、直方体の場合より少
ない体積で全面露光が可能となり材料のコスト低減が図
れる。

【００２７】本実施例は実施例１と高屈折率材料の形状
以外は同じであるので、説明は図３に沿って簡単に行
う。感光材２１とそれより屈折率の高いプリズム形状の
導光体２２を重ね合わせておき、外部より導光体２２を
通して全面露光のための平行光２４を照射する。この
時、感光材２１と導光体２２の界面２３への入射光２４
の入射角θが感光材２１と導光体２２のそれぞれの屈折
率ｎ₂₁、ｎ₂₂で決まる臨界角θ_c 以上であるようにすれ
ば、入射光２４は界面２３において全反射し感光材料２
１の表面のみを露光し内部には進入しない。また、界面
２３での反射光２５が高屈折率材料からなる導光体２２
から出る面に反射防止膜２６を設けることにより、反射
光２５が再び導光体２２の内部で不要な反射を繰り返
し、感光材２１に進入することを効果的に防ぐことがで
きる。

【００２８】また、実施例１と同様に感光材２１と導光
体２２との界面２３には、界面での乱反射等を防ぐため
屈折率調整（インデックスマッチング）液２７を入れる
と良い。インデックスマッチング液の屈折率は、ｎ₂₁以
上でｎ₂₂以下の値であれば良い。

【００２９】ホログラム感光材の表面のみを全面露光す
る光源に関しては、実施例１と同様である。

【００３０】このようにして、感光材２１の表面のみが
露光されるため、表面のみがあらかじめ光重合または光
架橋する。したがって、その後通常の露光を行っても回
折格子はもはや表面には形成されず、図１のような構造
を持ったホログラムが作製できる。

【００３１】例えば本実施例では、ｎ₂₁＝１．５付近の
ビニル系もしくはアクリル系光重合型感光材料からなる
感光材２１について重フリントガラス（ｎ₂₂＝１．７
９）からなる導光体２２を通して光照射した。この場合
の臨界角はθ_c ＝５６．９゜であるので、それ以上の角
度（本実施例では６５゜）で界面２３に入射するよう
に、入射光２４を入れた。光源としては所定の回折格子
を形成するためのレーザそのもの（Ａｒレーザ：５１
４．５ｎｍ）を用いて行った。入射光は感光材表面で全
反射し、その表面のみを露光することができた。その結
果、ホログラム表面の回折格子を実質的になくすことが
できた。

【００３２】これを自動車の風防ガラスに装着すること
により、ヘッドアップディスプレイのコンバイナーとし
て使用したところ、フレアー光が効果的に抑制されたヘ
ッドアップディスプレイが得られた。

【００３３】［実施例３］本実施例では、感光材料より
屈折率の高い材料として、実施例１、２の固体材料を用
いる方法とは異なり、図４のように屈折率の高い液体３
２を用いた。液体を用いることにより、感光材料表面の
微細な凹凸による乱反射等を効果的に防ぐことが可能と
なる。したがって、より精度良く表面のみの全面露光が
可能となる。

【００３４】本実施例は実施例１、２と高屈折率材料の
形態以外は同じであるので、説明は図４に沿って簡単に
行う。感光材３１をそれより屈折率の高い液体の導光液
３２の中に入れておき、外部より槽３７内の導光液３２
を通して全面露光のための平行光３４を照射する。この
時、感光材３１と導光液３２との界面３３への入射光３
４の入射角θが感光材３１と導光液３２のそれぞれの屈
折率ｎ₃₁、ｎ₃₂で決まる臨界角θ_c 以上であるようにす
れば、入射光３４は界面３３において全反射し感光材３
１の表面のみを露光し内部には進入しない。また、界面
３３での反射光３５が高屈折率の導光液３２の入った槽
３７から出る面に反射防止膜３６を設けることにより、
反射光３５が再び導光液３２の内部で不要な反射を繰り
返し、感光材３１に進入することを効果的に防ぐことが
できる。

【００３５】なお、本実施例の場合には導光液３２自体
が屈折率調整（インデックスマッチング）液の効果を持
つため、新たなインデックスマッチング液は必要ない。

【００３６】ホログラム感光材の表面のみを全面露光す
る光源に関しては、実施例１と同様である。

【００３７】このようにして、感光材３１の表面のみが
露光されるため、表面のみがあらかじめ光重合または光
架橋する。したがって、その後通常の露光を行っても回
折格子はもはや表面には形成されず、図１のような構造
を持ったホログラムが作製できる。

【００３８】例えば本実施例では、ｎ₃₁＝１．５付近の
ビニル系、アクリル系光重合型感光材料からなる感光材
３１に対して1,1,2,2-テトラブロモエタン（ｎ₃₂＝１．
６３７）からなる導光液３２を通して光照射した。この
場合の臨界角はθ_c ＝６６．４゜であるので、それ以上
の角度（本実施例では７０゜）で界面３３に入射するよ
うに、入射光３４を入れた。光源としては所定の回折格
子を形成するためのレーザそのもの（Ａｒレーザ：５１
４．５ｎｍ）を用いて行った。入射光は感光材表面で全
反射し、その表面のみを露光することができた。その結
果、ホログラム表面の回折格子を実質的になくすことが
できた。

【００３９】これを自動車の風防ガラスに装着すること
により、ヘッドアップディスプレイのコンバイナーとし
て使用したところ、フレアー光が効果的に抑制されたヘ
ッドアップディスプレイが得られた。

【００４０】なお、実施例１〜３では感光材の片面のみ
を全面露光したが、その反対側の面も全面露光すれば更
に効果的である。

【００４１】また、実施例１〜３ではビニル系、アクリ
ル系の光重合型の感光材料について説明したが、ネガ型
フォトレジスト、重クロム酸ゼラチン等の光架橋型の感
光材料等その他の材料においても、それぞれの材料と比
較して屈折率の高い材料からなる導光層を通して全面に
光照射して感光材表面で全反射するようにした後、所定
の回折格子を形成する露光をすれば同様の効果を得るこ
とが可能である。また、本実施例では反射型ホログラム
について説明したが、透過型ホログラムにおいても同様
の効果が得られる。

【００４２】

【発明の効果】本発明により、像再生時のフレアーを有
効に低減したホログラムの製造方法が得られる。これ
は、種々の感光材料を用いた反射型及び透過型ホログラ
ムに対して効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホログラムの構造を示す断面図

【図２】本発明のホログラムを作製する全面露光方法を
示す実施例１の概念図

【図３】本発明のホログラムを作製する全面露光方法を
示す実施例２の概念図

【図４】本発明のホログラムを作製する全面露光方法を
示す実施例３の概念図

【図５】車載用ＨＵＤを示す概念図

【図６】従来のホログラムの構造を示す断面図

【符号の説明】

１，２：ホログラム表面３：遷移層４：高屈折率部分５：低屈折率部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に対して傾斜した高屈折率部分と低屈
折率部分とからなる層構造によって回折格子が内部に形
成されたホログラムであって、前記回折格子が内部から
少なくとも一方の表面に向かうにしたがい徐々に消失
し、最表面においては、前記回折格子が実質的に存在し
ないことを特徴とするホログラムの製造方法において、
所定の回折格子を形成するためにホログラム用感光材を
露光する前に、あらかじめ、ホログラム用感光材の少な
くとも一方の表面に、ホログラム用感光材料より高い屈
折率を持つ材料層を接触させ、該材料層を通して、ホロ
グラム用感光材面で全反射するように光照射して、ホロ
グラム用感光材を露光することを特徴とするホログラム
の製造方法。