(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
要素ホログラムが収束性であるホログラムアレー原版から光学的な複製によりホログラムアレーを複製する方法において、各要素ホログラムからの回折光が収束光から発散光に変換する領域内にホログラムアレー原版と平行にホログラム感材を配置し、ホログラムアレー原版側からその再生照明光を照射して、各要素ホログラムからの回折光と直進透過光とをホログラム感材中で干渉させることにより前記ホログラムアレー原版の複製ホログラムアレーを得ることを特徴とするホログラムアレーの複製方法。
【請求項２】
前記ホログラムアレー原版とホログラム感材の感光層との間の距離を前記要素ホログラムの焦点距離の略２倍に設定したことを特徴とする請求項１記載のホログラムアレーの複製方法。
【請求項３】
ホログラムアレー原版が計算機ホログラムアレーからなることを特徴とする請求項１又は２記載のホログラムアレーの複製方法。
【請求項４】
得られた複製ホログラムアレーを再度ホログラムアレー原版として、同様の配置で再度複製することを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のホログラムアレーの複製方法。
【請求項５】
前記複製ホログラムアレーは、その各要素ホログラムが記録面の法線に対して角度をなして入射する白色光を記録面に沿う方向に波長分散させて分光する機能を有するホログラムカラーフィルターであることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載のホログラムアレーの複製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラムアレーの複製方法に関し、特に、ホログラムカラーフィルター等のホログラムアレーから完全に同じホログラムアレーを複製することができるホログラムアレーの複製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラムアレーは、例えばマイクロレンズアレーの代わりに用いることができる。このようなホログラムアレーの１つとして、本出願人は、特願平５−１２１７０号等において、液晶表示装置用ホログラムカラーフィルターを提案した。その構成は、偏心したフレネルゾーンプレート状の微小ホログラムアレーからなるものである。以下、簡単にこのホログラムカラーフィルターについて説明する。
【０００３】
図３の断面図を参照にしてこのホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置について説明する。同図において、規則的に液晶セル６′（画素）に区切られた液晶表示素子６のバックライト３入射側にこのホログラムカラーフィルターを構成するホログラムアレー５が離間して配置される。液晶表示素子６背面には、各液晶セル６′の間に設けられたブラック・マトリックス４が配置される。以上の他、図示しない偏光板が液晶表示素子６の両側に配置される。なお、ブラック・マトリックス４の間には、従来のカラー液晶表示装置と同様に、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色画素に対応した色の光を通過する吸収型のカラーフィルターを配置するようにしてもよい。
【０００４】
ホログラムアレー５は、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色画素の繰り返し周期、すなわち、液晶表示素子６の紙面内の方向に隣接する３つの液晶セル６′の組各々に対応して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配置された微小ホログラム５′からなり、微小ホログラム５′は液晶表示素子６の紙面内の方向に隣接する３つの液晶セル６′各組に整列して各々１個ずつ配置されており、各微小ホログラム５′は、ホログラムアレー５の法線に対して角度θをなして入射するバックライト３の中の緑色の成分の光を、その微小ホログラム５′に対応する３つの分色画素Ｒ、Ｇ、Ｂの中心の液晶セルＧ上に集光するようにフレネルゾーンプレート状に形成されているものである。そして、微小ホログラム５′は、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ない、レリーフ型、位相型、振幅型等の透過型ホログラムからなる。ここで、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ないとは、リップマンホログラムのように、特定の波長だけを回折し、他の波長は回折しないタイプのものではなく、１つの回折格子で何れの波長も回折するものを意味し、この回折効率の波長依存性が少ない回折格子は、波長に応じて異なる回折角で回折する。
【０００５】
このような構成であるので、ホログラムアレー５の液晶表示素子６と反対側の面からその法線に対して角度θをなして入射する白色のバックライト３を入射させると、波長に依存して微小ホログラム５′による回折角は異なり、各波長に対する集光位置はホログラムアレー５面に平行な方向に分散される。その中の、赤の波長成分は赤を表示する液晶セルＲの位置に、緑の成分は緑を表示する液晶セルＧの位置に、青の成分は青を表示する液晶セルＢの位置にそれぞれ回折集光するように、ホログラムアレー５を構成配置することにより、それぞれの色成分はブラック・マトリックス４でほとんど減衰されずに各液晶セル６′を通過し、対応する位置の液晶セル６′の状態に応じた色表示を行うことができる。
【０００６】
このように、ホログラムアレー５をカラーフィルターとして用いることにより、従来のカラーフィルター用バックライトの各波長成分を無駄なく吸収なく各液晶セル６′へ入射させることができるため、その利用効率を大幅に向上させることができる。
【０００７】
このような、ホログラムアレーからなるカラーフィルターの製造は、例えば計算機ホログラムからなる微小ホログラムレンズアレーから出た多点収束光とゼロ次透過光との二光束干渉による複製方法（特願平５−１４５７２号）によっている。その複製方法を図４の断面図を参照にして簡単に説明すると、微小ホログラム５′のホログラム干渉縞を計算機によって計算し、例えば電子線レジストを塗布したガラス基板上へ電子ビームによってその干渉縞を描画し、現像して、レリーフ型の計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ
Ｈｏｌｏｇｒａｍ）５″のアレー７を作製する。次いで、図４に示すように、このようにして作製したＣＧＨアレー７のレリーフ面上にホログラム感材８を密着させるか若干ギャップをおいて重ね合わせ、ＣＧＨアレー７側から図３のバックライト３に相当する角度θでレーザ光９を入射させ、ＣＧＨアレー７の各ＣＧＨ５″によって生じる収束回折光１０と直進透過光１１とをホログラム感材８中で干渉させて、ＣＧＨアレー７を複製する。この複製されたホログラムが図３のホログラムアレー５として用いられる。なお、複製ホログラムを原版としてさらに複製することによってホログラムアレー５を作製することもできる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＧＨアレー７を原版として図４のような方法で複製して得られるホログラムアレー５は、ＣＧＨアレー７を構成する各ＣＧＨ５″がその領域全面に干渉縞が描画されていても、各微小ホログラム５′の全面には干渉縞は記録されない。その理由は、ホログラム感材８は、図４に示すように、通常、ガラス基板１２上に感光層１３が塗布され、その上にカバーフィルム１４が積層されてなるため、ＣＧＨアレー７とホログラム感材８を密着させても、ＣＧＨアレー７のレリーフ面と感光層１３の間にカバーフィルム１４によるギャップ（５０μｍ程度）が生じるため、感光層１３中に収束回折光１０が入射しない領域Ｎが発生するためである。
【０００９】
以上のように、図４のような複製方法では、複製を重ねるに従って干渉縞の記録される領域が小さくなってしまう。また、微小ホログラム５′の焦点距離も短くなってしまう。さらに、記録される干渉縞の変調度合いも小さくなってしまう。なお、微小ホログラム５′相互の中心間の距離（ピッチ）は図４のような複製方法では変化しない。
【００１０】
このように、複製によって各微小ホログラム５′の干渉縞記録領域が全面でなく小さくなると、バックライト３を照射したとき、入射光を回折して波長分散できない領域Ｎが生じ、分光効率が低下すると共に、不要な０次光が増加してしまう。
【００１１】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホログラムカラーフィルター等のホログラムアレー原版から完全に同じホログラムアレーを複製することができるホログラムアレーの複製方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のホログラムアレーの複製方法は、要素ホログラムが収束性であるホログラムアレー原版から光学的な複製によりホログラムアレーを複製する方法において、各要素ホログラムからの回折光が収束光から発散光に変換する領域内にホログラムアレー原版と平行にホログラム感材を配置し、ホログラムアレー原版側からその再生照明光を照射して、各要素ホログラムからの回折光と直進透過光とをホログラム感材中で干渉させることにより前記ホログラムアレー原版の複製ホログラムアレーを得ることを特徴とする方法である。
【００１３】
この場合、ホログラムアレー原版とホログラム感材の感光層との間の距離を要素ホログラムの焦点距離の略２倍に設定することができる。
【００１４】
なお、ホログラムアレー原版としては、例えば計算機ホログラムアレーを用いることができる。
【００１５】
また、得られた複製ホログラムアレーを再度ホログラムアレー原版として、同様の配置で再度複製するようにしてもよい。
【００１６】
さらに、複製ホログラムアレーとしては、例えば、その各要素ホログラムが記録面の法線に対して角度をなして入射する白色光を記録面に沿う方向に波長分散させて分光する機能を有するホログラムカラーフィルターに適用できる。
【００１７】
本発明においては、各要素ホログラムからの回折光が収束光から発散光に変換する領域内にホログラムアレー原版と平行にホログラム感材を配置し、ホログラムアレー原版側からその再生照明光を照射して、各要素ホログラムからの回折光と直進透過光とをホログラム感材中で干渉させることによりホログラムアレー原版の複製ホログラムアレーを得るので、ホログラムアレー原版とホログラム感材の感光層との間の距離の関係で、原版と同じホログラムを複製して、ホログラム干渉縞の記録がなく回折しない領域の発生を防止したり、原版のホログラム干渉縞記録領域を拡大縮小したりすることができる。さらに、ホログラムアレー原版とホログラム感材を離間したまま複製できるので、ホログラムアレー原版に傷等が付き難く耐擦性が向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の基本的原理は、図４のような配置でホログラムアレー原版７を複製する場合に、各要素ホログラムの記録領域が必然的に小さくなり、ホログラム干渉縞が記録できない領域Ｎが生じるのを防ぐために、要素ホログラムの焦点距離の２倍の位置に感光層１３を配置して、各要素ホログラムから回折される収束光が発散光になりその断面の径が要素ホログラムの径と同じになった位置で複製することにより、ホログラムアレー原版７と同じ大きさで同じホログラム干渉縞を記録するようにすることである。なお、複製により得られたホログラムアレーを再度同様に複製してもよく、その際の再生照明光としては、最初の複製時の参照光１１と反対方向に進むレーザ光を用いる。
【００１９】
この原理を図１を参照にして説明する。図１は、ホログラムカラーフィルターを構成するホログラムアレー５をＣＧＨアレー原版７から１回の複製で作製する実施例を説明するための図である。図４の場合と同様、ホログラムカラーフィルターを構成するホログラムアレー５の原版をＣＧＨアレー７として構成し、そのＣＧＨアレー原版７のレリーフ面から感光層１３までの距離を、各ＣＧＨ５″の焦点距離ｆの２倍２ｆに設定してホログラム感材８をＣＧＨアレー原版７から離間して配置する。ＣＧＨアレー原版７側から図３のバックライト３に相当する角度θでレーザ光９を入射させ、ＣＧＨアレー原版７の各ＣＧＨ５″によって回折され収束光から発散光になった回折光１０と直進透過光１１とをホログラム感材８の感光層１３中で干渉させて複製する。
【００２０】
この場合、ＣＧＨアレー原版７の各要素ホログラム５″の記録領域の径をＤとすると、回折光１０は各ＣＧＨ５″のレリーフ面からｆの位置Ｐに一旦収束し、２ｆの位置で同じ径Ｄの発散光束になる。したがって、この位置に感光層１３を配置して直進透過光１１と干渉させると、ホログラム干渉縞の記録領域の径は同じＤになり、複製された各要素ホログラム間のピッチもＣＧＨアレー原版７の要素ホログラム５″間のピッチと同じになる。しかも、このようにして複製したホログラムアレーに、ガラス基板１２側から、ホログラムアレーを複製する場合の透過光１１と反対方向に進む方向の光を入射させると、ホログラム干渉縞が記録された感光層１３から距離ｆの位置Ｐに回折光が集光し、ＣＧＨアレー原版７の要素ホログラム５″の焦点距離と同じになる。すなわち、ＣＧＨアレー原版７と完全に同じホログラムアレーが複製される。
【００２１】
なお、図１の配置では、感光層１３の入射側にある程度厚みのあるカバーフィルム１４が配置されているため、感光層１３中ではホログラム干渉縞の記録領域の径は厳密にはＤより若干小さくなる。したがって、その差に相当するホログラム干渉縞が記録されていない領域Ｎ（図４）が生じる。これを防ぐためには、ＣＧＨアレー原版７のレリーフ面から感光層１３までの距離を２ｆより若干大きくするとよい。また、複製されたホログラムアレーは、カバーフィルム１４を張り付けたまま使用する場合と、これを剥がして使用する場合とがあるが、両者は焦点距離が異なることになるので、その使用形態を考慮してＣＧＨ５″の焦点距離を設定する必要がある。
【００２２】
また、図１のような配置での複製の場合、ＣＧＨアレー原版７の両面及びガラス基板１２の感光層１３と反対側表面（裏面）で不要反射が発生し、この不要反射光と直進透過光１１とが干渉して不要干渉縞も同時に記録されてしまうおそれがある。これを防ぐには、ＣＧＨアレー原版７の少なくとも１面に反射防止膜を施し、また、ガラス基板１２の裏面に光吸収層を設けるようにすればよい。
【００２３】
ところで、図１のような配置でＣＧＨアレー原版７から複製して得られたホログラムアレーをそのままホログラムカラーフィルター５として用いるのではなく、この複製ホログラムアレーを再度原版として同様に複製して得られたホログラムアレーをホログラムカラーフィルター５として用いるようにすることもできる。図２に、このような第２回目の複製を行うための配置を示す。図中、図１の配置で複製して得られたホログラムアレーを中間ホログラムアレーＨ１として、中間ホログラムアレーＨ１を原版として、再度その複製を行う。この場合は、ホログラム感材８は、中間ホログラムアレーＨ１を複製する場合の原版７側に配置し、再生照明用のレーザ光９′は、ホログラム感材８とは反対側で、中間ホログラムアレーＨ１を複製する場合の透過光１１と反対方向に進む方向に入射させる。そして、中間ホログラムアレーＨ１の回折面からホログラム感材８の感光層１３までの距離をその要素ホログラムの焦点距離ｆの２倍２ｆに設定する。このような配置で、再生照明用のレーザ光９′を中間ホログラムアレーＨ１に入射させると、中間ホログラムアレーＨ１の各要素ホログラムから回折される光１０′は、図１の回折光１０と反対に進み、一旦収束してから２ｆの位置で同じ径Ｄの発散光束になる。したがって、図１の場合と同様に、この位置に配置された感光層１３中で回折光１０′と直進透過光１１′とが干渉し、ピッチＤで同じ径Ｄの領域に同じ焦点距離ｆの要素ホログラムのアレーが複製記録される。
【００２４】
ところで、図１、図２の配置において、原版７又はＨ１の回折面からホログラム感材８の感光層１３までの距離を２ｆより大きくすると、ホログラム干渉縞記録領域がＤより大きく拡大し、要素ホログラムの焦点距離は大きくなり、その距離を２ｆより小さくすると、ホログラム干渉縞記録領域はＤより小さく縮小し、要素ホログラムの焦点距離は小さくなる。なお、何れの場合も、要素ホログラム自体の寸法（隣接する要素ホログラム相互の中心間の距離：ピッチ）には変化がない。
【００２５】
したがって、本発明の複製方法は、原版から感光層までの距離が、ホログラムアレーを形成する要素ホログラムの焦点距離の略２倍の場合は、原版と同じホログラムを複製して回折しない領域Ｎの発生を防止するのに、要素ホログラムの焦点距離の略２倍より大きい場合は、原版のホログラム干渉縞記録領域を拡大するのに（例えば、要素ホログラム全領域でなくそれより小さな領域に描画して、複製により要素ホログラムの全領域にホログラム干渉縞を記録する場合）、要素ホログラムの焦点距離の略２倍より小さい場合は、干渉縞間隔を実際より広く描画し、複製によってそれを縮小するのに利用できる。特に、図３で説明したようなホログラムカラーフィルターの製造の際に、入射光を回折して波長分散できない領域Ｎ（図４）の発生を防ぐのに、本発明の略２倍の複製方法が適している。また、本発明の複製方法は、焦点距離を大きくしたり小さくするのにも利用できる。
【００２６】
ところで、複製の際の原版とホログラム感材の間の距離の制御には、ホログラム原版７、Ｈ１とホログラム感材８間のギャップをそれらの間に入れるスペーサーの厚みを調整することにより制御することができる。また、それらの間のギャップをレーザフォーカス変位計（ギャップ測定機）、接触式変位センサー、非接触式変位センサー、エアーセンサー等のセンサーで測定しながら複製を行ってもよい。
【００２７】
また、それらの間のギャップは、ホログラム原版７、Ｈ１又はホログラム感材８に位置合わせマークを予め付けておき、顕微鏡、ＣＣＤカメラ等の焦点距離測定装置を用いて制御しながら複製することもできる。さらに、ホログラム原版７、Ｈ１又はホログラム感材８に任意の距離で焦点を結ぶホログラムを記録しておき、そのホログラム自身の生成像を利用してそれらの間のギャップを制御しながら複製することもできる。
【００２８】
また、複製するホログラム原版７としては、ＣＧＨ５″を多面付けしたものとしたが、これに限定されるものではなく、光学的に記録したホログラムアレーであってもよい。また、複製するホログラムアレーとしては、ホログラムカラーフィルターを前提にしていたが、これに限らず、他の用途のホログラムアレー、ホログラムレンズアレー等の複製にも、本発明の複製方法を適用できることは言うまでもない。
【００２９】
以上、本発明のホログラムアレーの複製方法を実施例に基づいて説明してきが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のホログラムアレーの複製方法によると、各要素ホログラムからの回折光が収束光から発散光に変換する領域内にホログラムアレー原版と平行にホログラム感材を配置し、ホログラムアレー原版側からその再生照明光を照射して、各要素ホログラムからの回折光と直進透過光とをホログラム感材中で干渉させることによりホログラムアレー原版の複製ホログラムアレーを得るので、ホログラムアレー原版とホログラム感材の感光層との間の距離の関係で、原版と同じホログラムを複製して、ホログラム干渉縞の記録がなく回折しない領域の発生を防止したり、原版のホログラム干渉縞記録領域を拡大縮小したりすることができる。さらに、ホログラムアレー原版とホログラム感材を離間したまま複製できるので、ホログラムアレー原版に傷等が付き難く耐擦性が向上する。なお、本発明のホログラムアレーの複製方法は、特に、ホログラムカラーフィルターの製造の際に、入射光を回折して波長分散できない領域の発生を防ぐのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のホログラムアレーの複製方法の原理を説明するための図である。
【図２】図１の配置で得られた複製ホログラムアレーを原版として再度複製を行うための配置を示す図である。
【図３】ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の断面図である。
【図４】従来の複製方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
５″…ＣＧＨ
７…ＣＧＨアレー原版
８…ホログラム感材
９…レーザ光
９′…レーザ光
１０…収束回折光
１０′…発散回折光
１１…直進透過光
１３…感光層
Ｈ１…中間ホログラムアレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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