JP4821192B2 - 計算機ホログラム光学素子 - Google Patents
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特に上記位相型のエンボスタイプの透過型の計算機ホログラムは、表面に微細な凹凸形状が形成されており、この凹凸形状は空気界面に露出していることから、油、水等がイメージ変換層の表面に付着すると凹凸部位が埋まってしまい、光像が得られなくなってしまうという問題があった。このような問題から、透過型の計算機ホログラムにおいては、実用性の高いものを得ることが困難であった。
ここで、前記λ0は、基準波長、前記Dは、イメージ変換層の表面に形成された微細凹凸形状の最大深さ、また、前記Nは、イメージ変換層の表面に形成された微細凹凸形状の段数を表す。
上記透過型フーリエ変換ホログラムのイメージ変換層上に形成され、上記イメージ変換層と一定の屈折率差を有する回折機能層と、上記回折機能層上に形成された保護層と、を有すること特徴とするものである。
本発明の計算機ホログラム光学素子10において、上記イメージ変換層2は、フーリエ変換レンズとしての機能を有するものであり、イメージ変換層2の所定の位置に所望の位相分布を付与できるよう、表面に微細な凹凸形状が形成されている。この微細凹凸形状により、任意の点光源から入射する光が所定の角度に回折され所定の光像が形成される。また、上記回折機能層3は、上記イメージ変換層2と一定の屈折率差を有するものであり、上記保護層4は、上記イメージ変換層2の表面に形成された微細な凹凸形状に汚れ等が付着することを防止する機能を有するものである。
しかしながら、本発明によれば、上記回折機能層上に保護層が形成されているため、上記イメージ変換層が汚染される等によって前記イメージ変換層と前記回折機能層との屈折率差が変化することを効果的に防止できる。さらに、本発明においては上記イメージ変換層上に上記回折機能層を有することから、例えば、上記保護層上に汚れが付着したとしても、回折機能層とイメージ変換層との屈折率差が変化することがない。したがって、本発明によれば表面に汚れが付着したとしても、イメージ変換機能の低下が少ない計算機ホログラム光学素子を得ることができる。
このような複合層により、回折機能層と保護層とが一体に形成されていたとしても、イメージ変換層と、回折機能層との屈折率差を維持し、かつ、イメージ変換層に汚れ等が付着することを防止できるため、本発明の目的を達成できる。
まず、本発明における回折機能層について説明する。本発明における回折機能層は、上記イメージ変換層と一定の屈折率差を持つことにより回折機能を有するものである。本発明の計算機ホログラム光学素子は、回折機能層がこのような回折機能を有することにより、点光源から入射した光を所定の光像へ変換する機能を発現するものである。
ここで、上記λ0は基準波長であり、上記Dは、イメージ変換層の表面に形成された微細凹凸形状の最大深さを表すものであり、上記Nは、イメージ変換層の表面に形成された微細凹凸形状の段数を表すものである。
上記基準波長とは、上記イメージ変換層により得られる光像の観察に用いる点光源の代表的な波長であり、例えば白色光源の場合の上記基準波長としては550nmを例示することができる。上記Nは、例えば図1および図2に示す計算機ホログラム光学素子を例に挙げると、微細凹凸形状の段数が5段であるため、N=5となる。また、鋸歯状断面など表面が平滑な場合はN=∞となる。
なかでも本発明においては、上記屈折率差が0.3〜1.0の範囲内が好ましく、なかでも0.4〜0.8の範囲内が好ましい。上記回折機能層とイメージ変換層との屈折率差が上記範囲内であることにより、例えば、上記回折機能層を空気から構成した場合に、明るい光像を再生できるからである。また、不要な回折像を減らすことができる等の利点が得られる場合があるからである。ここで、上記点光源としては、レーザー等の単色光であっても良く、また、白色光であっても良い。
ここで、400〜750nmの波長を有する光における屈折率が1.50以上であるとは、上記範囲の波長を有する光における平均屈折率が1.50以上であることを意味し、上記範囲の波長を有する全ての光における屈折率が1.50以上であることを要しない。また、平均屈折率は、上記範囲の波長を有する各光に対する屈折率の測定値の総和を、測定点の数で割った値である。
次に、本発明における保護層について説明する。本発明における保護層は、後述するイメージ変換層の表面に水、油等が付着することによって、本発明の計算機ホログラム光学素子により得られる光像が乱れることを防止する機能を有するものである。以下、このような保護層について詳細に説明する。
本発明において上記保護層に印刷を施す際の印刷方式としては、上記保護層に所望の意匠性を付与できる方式であれば特に限定されず、例えば、平版印刷、凹版印刷、凸版印刷、孔版印刷の基本印刷法、および、それらの応用印刷法が適用できる。応用印刷法としては、フレキソ印刷、樹脂凸版印刷、グラビアオフセット印刷、タコ印刷などや、インクジェット印刷、転写箔を用いる転写印刷、熱溶融または昇華型インキリボンを用いる転写印刷、静電印刷などが適用できる。また、技法では、インキを紫外線で硬化する紫外線(UV)硬化印刷、インキを高温で硬化する焼き付け印刷、湿し水を用いない水なしオフセット印刷、などを用いることができる。
次に、本発明に用いられる透過型フーリエ変換ホログラムについて説明する。本発明に用いられる透過型フーリエ変換ホログラムは、フーリエ変換レンズとしての機能を有するイメージ変換層と、上記イメージ変換層を支持する基材とからなるものである。以下、このような透過型フーリエ変換ホログラムについて詳細に説明する。
まず、本発明における透過型フーリエ変換ホログラムを構成するイメージ変換層について説明する。上記イメージ変換層は、表面に付与された微細凹凸形状によりフーリエ変換レンズとしての機能を有するものであり、このような機能により、任意の点光源から入射する光が所定の角度に回折され所定のイメージが形成されるものである。以下、このようなイメージ変換層について詳細に説明する。
一方、図3(B)では、点光源35をイメージ変換層2を透して、人間の目33で目視すると、イメージ変換層2の表面に形成された凹凸形状に応じた光学画像36が観察される。例えば、イメージ変換層2へ、図3(B)のようにハート画像を再生するような凹凸形状を設けておけば、イメージ変換層2を通して点光源35を目視することにより、ハートの光像36が視認される。このように本発明におけるイメージ変換層が有するフーリエ変換レンズ機能は、点光源から入射した光を所望の光像へ変換する機能をいうものである。また、本発明においては上記フーリエレンズ機能を、イメージ変換機能と称する場合もある。
これらの樹脂は単独重合体であっても2種以上の構成成分からなる共重合体であっても良い。また、これらの樹脂は単独であるいは2種以上を組合せて使用することができる。これらの樹脂には、各種イソシアネート化合物、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸亜鉛等の金属石鹸、ベンゾイルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド等の有機過酸化物、ベンゾフェノン、アセトフェノン、アントラキノン、ナフトキノン、アゾビスイソブチロニトリル、ジフェニルスルフィド等の熱あるいは紫外線硬化剤を適宜選択、配合することもできる。
次に、本発明に用いられる透過型フーリエ変換ホログラムを構成する基材について説明する。本発明に用いられる基材は、上記イメージ変換層を支持し、かつ、イメージ変換層において形成された光像を透過する機能を有するものである。
本発明の計算機ホログラム光学素子には上記以外の他の構成を有していていも良い。このような他の構成としては反射防止層を挙げることができる。反射防止層を有することにより、例えば、入射光の多重反射に起因するイメージの乱れ等を防止できるため、本発明の計算機ホログラム光学素子は反射防止層を有することが好ましい。
図4(A)に示すように、本発明の計算機ホログラム光学素子12に上記反射防止層6が形成される態様としては、保護層4および基材1の表面に形成される態様を例示することができる。また、図4(B)に示すように回折機能層3が空気からなる場合の反射防止層6の態様としては、保護層4および基材1の表面以外に、回折機能層3と保護層4との界面、および、回折機能層3とイメージ変換層2との界面に形成された態様を例示することができる。
次に、本発明の計算機ホログラム光学素子の製造方法について説明する。本発明の計算機ホログラム光学素子の製造方法は、上記構成を有する計算機ホログラム光学素子を製造できる方法であれば特に限定されず、一般的に公知の方法を組み合わせて製造することができる。以下、本発明の計算機ホログラム光学素子の製造方法の一例として、基材上に、イメージ変換層を形成することにより、透過型フーリエ変換ホログラムを形成した後、上記イメージ変換層上に、回折機能層と、保護層とを順に積層する方法について説明する。
次に、原版41または基材1から紫外線等の活性放射線を照射して、イメージ変換層形成用組成物2’を硬化させる(図5(d))。
次に、硬化させて基材1と接着したイメージ変換層形成用組成物を基材1と共に原版41側から剥離する(図5(e))。このような方法により基材1上に凹凸形状を有するイメージ変換層2が形成された透過型フーリエ変換ホログラム20を形成することができる。
一方、ホログラム観察具等の玩具用途の計算機ホログラム光学素子を作成する場合において、上記回折機能層を空気から構成する場合は、図6に示すようなスペーサーを用いる必要はなく、上記イメージ変換層と回折機能層との間に空気層が形成されるように、任意の接着剤で上記イメージ変換層と回折機能層とを接着すれば良い。
(1)透過型フーリエ変換ホログラムの作製
合成石英の基盤に表面低反射クロム薄膜を積層したフォトマスクブランク板のクロム薄膜上にドライエッチング用レジストをスピンナーにより回転塗布することによりレジスト層を形成した。ドライエッチング用レジストとしては日本ゼオン(株)製ZEP7000を使用し、レジスト層の厚みは400nmとした。このようにして形成したレジスト層に対し、電子線描画装置(MEBES4500:ETEC社製)を用い、事前に計算機で作成したパターンを露光した。露光によりレジスト樹脂が硬化した易溶化部分と未露光部分とが区画形成した後、現像液を噴霧するスプレー現像等によって、溶剤現像して易溶化部分を除去しレジストパターンを形成した。
アクリル板(製品名:パラグラス 厚み2μm:クラレ社製)にスペーサー兼接着剤として(塗工液CAT−1300S:帝国インキ社製)をパターン状にスクリーン印刷し印刷面に離型紙を張り合わせ保護層形成部材として準備をした。なお、スペーサー兼接着剤は凹凸形状を作成していないイメージ変換層上に設けられるようパターン印刷のパターンを施した。なお、上記スペーサー兼接着剤の厚みは2μmとした。
実施例1で作製した透過型フーリエ変換ホログラムのイメージ変換層上に下記回折機能層形成用組成物を、乾燥およびUV硬化後の膜厚が5μmとなるように塗工した。乾燥により溶剤を除去し(60℃ 1分間)、UV照射(フュージョン製Hバルブ使用、照射量500mJ)により硬化させ屈折率が1.83(測定波長633nm)である、回折機能層を形成した。なお、本実施例2おいては、イメージ変換層の屈折率(1.52)および、回折機能層の屈折率(1.83)をもとに、計算式に従ってD=1.531μm、N=4の微細凹凸形状を有するイメージ変換層を作製し、埋め込み型の計算機ホログラム光学素子を作製した。
・酸化チタン(TTO51(C):商品名、石原産業社製) : 10重量部
・ペンタエリスリトールトリアクリレート(PET30:商品名、日本化薬社製) : 4重量部
・アニオン性極性基含有分散剤(ディスパービック163:商品名、ビックケミー・ジャパン社製) : 2重量部
・光重合開始剤(イルガキュアー184:商品名、日本チバガイギー社製) : 0.2重量部
・メチルイソブチルケトン : 16.2重量部
2 … イメージ変換層
3 … 回折機能層
4 … 保護層
5 … スペーサー
6 … 反射防止層
10、11、12、13 … 計算機ホログラム光学素子
20 … 透過型フーリエ変換ホログラム
22 … 複合層
31 … 画像
32 … レンズ
33 … 目
34 … 観察像
35 … 点光源
36 … 光学画像
41 … 原版
Claims (2)
- 基材、および、前記基材上に形成され、フーリエ変換レンズとしての機能を有するイメージ変換層からなる透過型フーリエ変換ホログラムと、
前記透過型フーリエ変換ホログラムのイメージ変換層上に配置され、前記イメージ変換層と一定の屈折率差を有する回折機能層と、
前記回折機能層上に形成された保護層と、を有する計算機ホログラム光学素子であって、
前記回折機能層と前記イメージ変換層との屈折率差が、0.75×(λ0/D)×(N−1)/N〜1.25×(λ0/D)×(N−1)/Nの範囲内であり、
前記回折機能層が空気からなり、
前記保護層および前記基材の表面、かつ、前記回折機能層と前記保護層との界面、および、前記回折機能層と前記イメージ変換層との界面に反射防止層が形成されていることを特徴とする、計算機ホログラム光学素子。
(ここで、前記λ0は、基準波長、前記Dは、イメージ変換層の表面に形成された微細凹凸形状の最大深さ(前記基材の表面からの距離が一番大きい凸部の上面から、前記基材の表面からの距離が一番小さい凹部の底面までの距離)、また、前記Nは、イメージ変換層の表面に形成された微細凹凸形状の段数(水平面の数)であり、2以上の整数を表す。) - 前記保護層に印刷が施されていることを特徴とする、請求項1に記載の計算機ホログラム光学素子。
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