(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダー、エチレン系不飽和モノマー、および赤、青、緑の３原色  色素からなる光開始剤系とからなる単層の光重合性フイルムに赤、緑、青の３原色のホロ  グラム記録を行ない、カラーリップマンホログラムを製造するにあたり、該光重合性フイ  ルムにおける各色の露光量と回折効率との関係をそれぞれグラフ化しておき、表示したい  色調に応じて前記各グラフより各色の必要露光量を導出し、該各色の露光量に応じて、３  原色それぞれのレーザー光を同軸でかつ照射開始時を同一として光重合性フイルムに照射  してホログラム記録をすることを特徴とするカラーリップマンホログラムの製造方法。
【請求項２】
各色のホログラム記録が、３原色それぞれのレーザー光における露光  時間を同一とすると共に、各色の必要とする露光量になるようにそれぞれの露光強度を調  節することにより行なわれるものである請求項１記載のカラーリップマンホログラムの製  造方法。
【請求項３】
各色のホログラム記録が、各色のレーザー露光強度を固定すると共に  、各色の必要とする露光量になるようにそれぞれの露光時間を調節することにより行なわ  れるものである請求項１記載のカラーリップマンホログラムの製造方法。
【請求項４】
カラーリップマンホログラムが、ヘッドアップティスプレイ用である  請求項１記載のカラーリップマンホログラムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カラーリップマンホログラム、特にヘッドアップティスプレイとして有用なカラーリップマンホログラム及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ホログラムは、装飾用、偽造防止用、光学素子用等に広く利用されるようになってきており、特に最近では波長選択性に優れ、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このような光学素子の一例であるが、その機能は半透過性結像素子と言うことができる。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は、ヘッドアップディスプレー用のコンバイナーが挙げられ、例えば、自動車用途として合わせガラス形態で用いられている。
【０００４】
しかしながら、この種の用途に使用されているホログラムは、通常、単一波長で記録されるものであり、再生波長が一色に限定されてしまうという問題のほか、外観色が目立ち、運転席の前面ガラスに取り付けるものとしては問題を有している。
【０００５】
一方、光重合性フイルムからなるカラーホログラムをこの種の用途に使用し、再生波長を多色化する要望がある。再生像をカラー化するには、原理的には３原色に相当するレーザー光を用いてホログラムを記録すればよいが、光重合性フイルムに含まれる各色素の励起効率が異なるために、赤、緑、青の３原色をそれぞれ所望する回折効率にコントロールし、所望の色調を得ることは困難である。
【０００６】
例えば、３原色に相当するレーザー光を、それぞれ時間をずらし、非同軸で照射してホログラムを記録すると、３原色における最初のレーザー露光によりモノマー等の感材成分が移動し、所謂「色ずれ」が必ず生じ、所望の色調を得ることは困難であるという問題がある。また、このようにして記録されたカラーリップマンホログラムは、単一波長で記録されるものと同様に外観色が目立ち、ヘッドアップディスプレー用のコンバイナーとしては問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、所望の色調に制御されたカラーリップマンホログラムであって、特にヘッドアップティスプレイ用として、外観色の低減されたカラーリップマンホログラム及びその製造方法の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラーリップマンホログラムの製造方法は、バインダー、エチレン系不飽和モノマー、および赤、青、緑の３原色  色素からなる光開始剤系とからなる単層の光重合性フイルムに赤、緑、青の３原色のホロ  グラム記録を行ない、カラーリップマンホログラムを製造するにあたり、該光重合性フイ  ルムにおける各色の露光量と回折効率との関係をそれぞれグラフ化しておき、表示したい  色調に応じて前記各グラフより各色の必要露光量を導出し、該各色の露光量に応じて、３  原色それぞれのレーザー光を同軸でかつ照射開始時を同一として光重合性フイルムに照射  してホログラム記録をすることを特徴とする。
【００１０】
また、上記のカラーリップマンホログラムの製造方法において、各色のホログラム記録が、３原色それぞれのレーザー光における露光時間を同一とすると共に、各色の必要とする露光量になるようにそれぞれの露光強度を調節することにより行なわれることを特徴とする。
【００１１】
更に、上記のカラーリップマンホログラムの製造方法において、各色のホログラム記録が、各色のレーザー露光強度を固定すると共に、各色の必要とする露光量になるようにそれぞれの露光時間を調節することにより行なわれることを特徴とする。
【００１２】
更に、上記のカラーリップマンホログラムが、ヘッドアップティスプレイ用であることを特徴とする。
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
光重合性フイルムは実質的に固体であるが、レーザー光（コヒーレント光）に露光されると、モノマーは重合してフイルムの非露光領域とは異なる反射率及びレオロジー特性を有する分子量の高いポリマーを生成する。フイルムは実質的には固体であるが、成分は均一露光されるか、又は熱処理されて定着されるまで、レーザー光による露光前、露光中、または露光後に相互拡散する。光重合性フイルムは、膜厚が１〜１００μｍの光重合性フイルムであり、成分としては、バインダー、エチレン系不飽和モノマー、光開始剤として６００ｎｍ〜６８０ｎｍに吸収域を有するレーザー光用赤色色素、４００ｎｍ〜４９０ｎｍに吸収域を有するレーザー光用青色色素、５００ｎｍ〜５７０ｎｍに吸収域を有するレーザー光用緑色色素、及び必要に応じて可塑剤等からなる。
【００１４】
バインダーは、露光前はモノマー及び各色素のためのマトリックスとしての機能を有し、基本線の屈折率を与え、また、露光後は反射ホログラムを形成するのに必要な物理的及び屈折率特性に寄与する。屈折率の他に、凝集性、柔軟性、混和性及び引っ張り強度に優れるものであり、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリビニルホルマール、またこれらのポリマーのセグメントを主要部として含むインターポリマー及びこれらの混合物である。
【００１５】
また、エチレン系不飽和モノマーとしては、固体のエチレン系不飽和のカルバゾールモノマーと、付加重合することができる１００℃以上の沸点を有する液体のエチレン系不飽和化合物との混合物が例示される。固体のエチレン系不飽和のカルバゾールモノマーとしては、例えばＮ−ビニルカルバゾールが例示され、また、液体のエチレン系不飽和化合物としては、例えば２−フェノキシエチルアクリレート、フェノールエトキシ化されたモノアクリレート、エトキシ化されたビスフェノールＡジアクリレート、またはこれらの混合物が例示される。
【００１６】
また、光開始剤として、赤、青、緑の３原色色素が添加されるが、６００ｎｍ〜６８０ｎｍに吸収域を有するレーザー光用赤色色素としては、キサンチン系色素、オキサジン系色素、また、４００ｎｍ〜４９０ｎｍに吸収域を有するレーザー光用青色色素としては、オキサゾール・オキサジアゾール系色素、スチルベン系色素、キノロン系色素、クマリン系色素、５００ｎｍ〜５７０ｎｍに吸収域を有するレーザー光用緑色色素としては、クマリン系色素、キサンチン系色素が挙げられる。具体的には「特殊機能色素」−技術と市場−、９２頁〜１０３頁、１９８６年７月２５日、シーエムシー（株）発行に記載されているものが挙げられる。
【００１７】
また、光重合性フイルムには、接着性、柔軟性、硬度等の機械的性質を与えるために、必要に応じて可塑剤を含有させることができ、例えばトリエチレングリコールジカプリレート、テトラエチレングリコールジヘプタノエート等が挙げられる。その他、任意成分として光学増白剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、水素供与体、接着改変剤、被覆助剤、剥離剤等が添加される。
【００１８】
フォトポリマー組成物における各成分の割合は、バインダー：２５重量％〜９０重量％、好ましくは４５重量％〜７５重量％、モノマー：５重量％〜６０重量％、好ましくは１５重量％〜５０重量％、可塑剤：０〜２５重量％、好ましくは０〜１５重量％、光開始剤系：０．１重量％〜１０重量％、好ましくは１〜７重量％、任意成分：０〜５重量％、好ましくは１重量％〜４重量％である。
【００１９】
フォトポリマー組成物は、ポリエチレンテレフタレートフイルム、ポリメチルメタクリレートフイルム、ポリカーボネートフイルム、セルロートトリアセテートフイルム等の透明基体上に塗布して光重合性フイルムとされるか、またはフイルム状に成形した後、透明基体上に積層される。光重合性フイルム表面には、一次的な保護層としてポリエチレンまたはポリプロピレンフイルム、ポリエチレンテレフタレートフイルム等が積層される。このような光重合性フイルムは、例えばデュポン社から商品名ＨＲＦ７０５、ＨＲＦ３５２として市販されているものを使用することができる。
【００２０】
カラーリップマンホログラムを作製するための光学系は、図１に示すように、赤色レーザー１０、青色レーザー１１、緑色レーザー１２から発振されたそれぞれのレーザー光を同軸とし、かつ照射開始時を同一としてその混合光をハーフミラー２１で２分し、次いで、それぞれのレーザー光をレンズ２２、２３で１点からでる発散光に変え、光重合性フイルム３の両側からこれら２つの発散光を入射させ、リップマンホログラムとして干渉させるものである。
【００２１】
次に、本発明のカラーリップマンホログラム及びその製造方法について説明する。
【００２２】
上述したように、光重合性フイルムにおける感光成分は、均一露光されるか、又は熱処理されて定着されるまで、レーザー光による露光前、露光中、または露光後に相互拡散するが、本発明は、３原色それぞれのレーザー光を同軸でかつ照射開始時を同一として光重合性フイルムに照射してホログラム記録するものであり、各色が露光量に応じた記録がなされることを見出したことに基づいている。
また、各レーザー光の露光量を、光重合性フイルムにおける各色のそれぞれの露光感度に応じて調節しておくと、光重合性フイルムにおける各色の励起効率が相違するとしても、表示したい色調に各色のそれぞれの回折効率が調節されることを見出したことに基づく。
【００２３】
各レーザー光の露光量を、光重合性フイルムにおける各色のそれぞれの露光感度に応じて調節するには、光重合性フイルムに、記録したい波長の光をそれぞれ単色光で露光し、露光量（ｍＪ）と回折効率（％）の関係をグラフ化しておく。そして、記録するにあたっては、上記３グラフから、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの所望の回折効率に対応するに露光量を導き出し、その導出された各露光量に応じて、各レーザー光の露光強度と照射時間をそれぞれ調節して照射すればよい。
【００２４】
各レーザー光の露光強度及び照射時間を調節する方法としては、
（１）感度の低い赤色色素における露光時間に、他の青、緑の各レーザーの照射時間を合わせて同一時間とすると共に、他の青、緑が必要な露光量となるように各レーザーの出力を低下させるか、または、ＮＤフィルター、または可変ビームスプリッターを使用して露光強度を調節して照射する、
（２）赤、青、緑の各色のレーザー出力を、それらのレーザー出力装置が有する固有の出力に固定すると共に、赤、青、緑各色を所望の露光量となるようにそれぞれ露光時間を調節して照射する方法がある。
【００２５】
上記の（１）の方法は、照射開始時と照射時間を同一とするため、感光成分の拡散による影響が少なく、各色の回折効率を所望のものに最も調節できる方法である。
【００２６】
また、レーザー出力は、赤色レーザー（６４７ｎｍ）においては０．０１Ｗ〜２Ｗ、また青色レーザー（４８８ｎｍ）においては０．０１Ｗ〜７Ｗ、また緑色レーザー（５１４ｎｍ）においては０．０１Ｗ〜７Ｗと一定の制約がある。そのため、（２）の方法は、光重合性フイルムにおける各色の感度が低すぎてレーザー出力を調整できない場合や、また希望する色調とするために、各色の回折効率を大きく相違させる必要がある場合に適用される。この場合には、各レーザーの照射開始時を同一とし、照射時間を各色で相違させるものであり、希望する色調を多様化できるという利点がある。
【００２８】
このようにして記録された、カラーリップマンホログラムは、図２に示すようにしてホログラム像が再生される。即ち、撮影の際の一方の発散点近傍に設置した表示体２５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の像２５’から出たように行うものであり、その結像倍率及び像位置は、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、しかも、記録の際の波長またはそれと特定の関係が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できるものである。
【００２９】
本発明のカラーリップマンホログラムは、各色の記録が、同軸で行なわれるために、ホログラム再生にあたっては、各色は加色混合され、外観色の低減したホログラムとできる。
【００３０】
【作用及び発明の効果】
本発明によれば、所望の回折光波長を所望する回折効率にてホログラムに記録できるため、カラーホログラム記録やカラーホログラム複製における３色同時記録が可能であり、また、外観色が低減されるので、ヘッドアップティスプレイ用として有用である。
【００３１】
【実施例１】
（各色の露光感度の測定）
光重合性フイルム（デュポン社製「ＨＲＦ７０５」、ポリエチレンテレフタレート透明フイルム（膜厚５０μｍ）上に、膜厚２０μｍの光重合性フイルムが積層され、保護膜としてポリエチレンテレフタレートフイルム（膜厚２３μｍ）が積層）の保護膜を剥離した後、図１に示すカラーリップマンホログラム光学系に配置した。
【００３２】
まず、赤色レーザー（クリプトンレーザー）により、波長６４７ｎｍ、露光強度１．４０ｍｗにて、記録角度を０°と０°とし、５ｍＪ／ｃｍ2 の露光量となるように照射した後、高圧水銀灯を用いて１００ｍＪ／ｃｍ2 紫外線を照射し、更に１２０℃で１２０分間加熱処理し、反射型のホログラムを作製した。
【００３３】
得られた、ホログラムの光学特性を透過型分光器で測定したところ、回折角度０°で、回折効率は１０％であった。
【００３４】
光重合性フイルムを未記録のものにかえ、また露光量をそれぞれ１０ｍＪ／ｃｍ2 、１５ｍＪ／ｃｍ2 、２０ｍＪ／ｃｍ2 、３０ｍＪ／ｃｍ2 、４０ｍＪ／ｃｍ2 、５０ｍＪ／ｃｍ2 、６０ｍＪ／ｃｍ2 、７０ｍＪ／ｃｍ2 、８０ｍＪ／ｃｍ2 、１００ｍＪ／ｃｍ2 とした以外は同様にしてそれぞれホログラムを作製し、それぞれ回折効率を測定した。得られたそれぞれの露光量に対する回折効率の関係を図３に示す。
【００３５】
次に、光重合性フイルムを未記録のものに変え、緑色レーザー（アルゴンレーザー）により、波長５１４ｎｍ、露光強度２．６０ｍｗにて、同様に５ｍＪ／ｃｍ2 の露光量となるように照射した後、高圧水銀灯を用いて１００ｍＪ／ｃｍ2 紫外線を照射し、更に１２０℃で１２０分間加熱処理し、反射型のホログラムを作製した。得られた、ホログラムの光学特性を透過型分光器で測定したところ、回折角度０°で回折効率は２０％であった。
【００３６】
光重合性フイルムを未記録のものにかえ、また露光量をそれぞれ１０ｍＪ／ｃｍ2 、１５ｍＪ／ｃｍ2 、２０ｍＪ／ｃｍ2 、３０ｍＪ／ｃｍ2 、４０ｍＪ／ｃｍ2 、５０ｍＪ／ｃｍ2 とした以外は同様にしてそれぞれホログラムを作製し、それぞれ回折効率を測定した。得られたそれぞれの露光量に対する回折効率の関係を図４に示す。
【００３７】
また、光重合性フイルムを未記録のものに変え、青色レーザー（アルゴンレーザー）により、波長４８８ｎｍ、露光強度１．８０ｍｗにて、同様に５ｍＪ／ｃｍ2 の露光量となるように照射した後、高圧水銀灯を用いて１００ｍＪ／ｃｍ2 紫外線を照射し、更に１２０℃で１２０分間加熱処理し、反射型のホログラムを作製した。得られた、ホログラムの光学特性を透過型分光器で測定したところ、回折角度０°で回折効率は３０％であった。
【００３８】
光重合性フイルムを未記録のものに変え、また露光量をそれぞれ１０ｍＪ／ｃｍ2 、１５ｍＪ／ｃｍ2 、２０ｍＪ／ｃｍ2 、３０ｍＪ／ｃｍ2 、４０ｍＪ／ｃｍ2 とした以外は同様にしてそれぞれホログラムを作製し、それぞれ回折効率を測定した。得られたそれぞれの露光量に対する回折効率の関係を図５に示す。
【００３９】
（カラーリップマンホログラムの作製）
赤色回折効率が４０％、緑色回折効率が６０％、青色回折効率が４０％のカラーリップマンホログラムの作製を試みた。
【００４０】
図３から赤色回折効率が４０％のものとするには４０ｍＪ／ｃｍ2 、図４から緑色回折効率が６０％のものとするには２０ｍＪ／ｃｍ2 、図５からは、青色回折効率が４０％のものとするには７ｍＪ／ｃｍ2 の露光量が必要であることがわかる。
【００４１】
赤色レーザー１０の出力を１．４０ｍＷとする場合、露光量を４０ｍＪ／ｃｍ2 とするためには露光時間は約２８秒必要である。次に、この感度の低い赤色に合わせて露光時間（２８秒）を固定し、緑色レーザー１１による露光強度を、ＮＤフィルターを使用して０．７１ｍＷに調整し、露光量が２０ｍＪ／ｃｍ2 となるように調整する。また、同様に青色レーザー１２による露光強度を、ＮＤフィルターを使用して０．２５ｍＷに調整し、露光量が７ｍＪ／ｃｍ2 となるように調整した。
【００４２】
そして、これにもとづき、図１に示す光学系において、未記録の光重合性フイルムに、赤色レーザー１０による露光強度を１．４０ｍＷとし、露光時間は約２８秒、緑色レーザー１１による露光強度を、ＮＤフィルターを使用して０．７１ｍＷに調整し、露光時間は約２８秒、また、同様に青色レーザー１２による露光強度を、ＮＤフィルターを使用して０．２５ｍＷに調整し、露光時間は約２８秒とし、各レーザーを同時に、かつ同軸で同一時間（２８秒）照射した後、高圧水銀灯を用いて１００ｍＪ／ｃｍ2 紫外線を照射し、更に１２０℃で１２０分間加熱処理し、反射型のホログラムを作製した。図６に、各色レーザーの照射タイミングを示す。
【００４３】
得られた、ホログラムの光学特性を透過型分光器で測定したところ、赤色の回折効率は４０％、緑色の回折効率は６３％、青色の回折効率は４０％であり、所望する回折効率のカラーリップマンホログラムが得られた。
【００４４】
また、このカラーリップマンホログラムを、自動車用途として合わせガラス形態でヘッドアップティスプレイ用としたところ、外観色は殆ど確認されなかった。
【００４５】
【実施例２】
実施例１において、赤色レーザー１０の出力を１．４０ｍＷとする場合、露光量を４０ｍＪ／ｃｍ2 とするためには露光時間は約２８秒必要である。次に、緑色レーザー１１として露光強度が１．００ｍＷのものを使用し、露光量が２０ｍＪ／ｃｍ2 となるように露光時間を２０秒とする。また、同様に青色レーザー１２として露光強度が０．５ｍＷのものを使用し、露光量が７ｍＪ／ｃｍ2 となるように露光時間を１４秒とする。
【００４６】
そして、これにもとづき、図１に示す光学系において、未記録の光重合性フイルムに、赤色レーザー１０による露光強度を１．４０ｍＷとし、露光時間は約２８秒、緑色レーザー１１による露光強度を１．００ｍＷとし、露光時間を約２０秒、また、同様に青色レーザー１２による露光強度を０．５ｍＷとし、露光時間を約１４秒、同軸で同時に記録角度を４５°とし照射した後、高圧水銀灯を用いて１００ｍＪ／ｃｍ2 紫外線を照射し、更に１２０℃で１２０分間加熱処理し、反射型のホログラムを作製した。図７に、各色レーザーの照射タイミングを示す。
【００４７】
得られた、ホログラムの光学特性を透過型分光器で測定したところ、赤色の回折効率は３５％、緑色の回折効率は６３％、青色の回折効率は４５％であり、所望する回折効率に近いカラーリップマンホログラムが得られた。
【００４８】
また、このカラーリップマンホログラムを、自動車用途として合わせガラス形態でヘッドアップティスプレイ用としたところ、外観色は殆ど確認されなかった。
【００４９】
【比較例】
実施例１における各色のレーザーの露光強度、露光時間を同一とするが、赤色レーザーによる記録角度を４５°と４５°、緑色レーザーによる記録角度を４５°と６２°、青色レーザーによる記録角度を３０°と５４°とし、照射開始時を相違させ、まず、赤色レーザーにより２８秒照射し、照射後に照射角度を上述のように変更した後、緑色レーザーにより２８秒照射し、その照射後に照射角度を上述のように変更した後、青色レーザーにより２８秒照射した。ついで、高圧水銀灯を用いて１００ｍＪ／ｃｍ2 紫外線を照射し、更に１２０℃で１２０分間加熱処理し、反射型のホログラムを作製した。図８に、各色レーザーの照射タイミングを示す。
【００５０】
得られた、ホログラムの光学特性を透過型分光器で測定したところ、赤色の回折効率は５５％、緑色の回折効率は３０％、青色の回折効率は１０％であり、上記の実施例のものに比して、所望する回折効率からは悪いことがわかる。尚、上記ではＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの記録角度を相違させたが、記録角度を同一としても同一結果が得られた。
【００５１】
また、自動車用途として合わせガラス形態でヘッドアップティスプレイ用としたところ、最初に照射した赤色光に反応が支配され、外観色の観察されるものであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のカラーリップマンホログラムの作製方法を示す概略図である。
【図２】  本発明のカラーリップマンホログラムの再生方法を示す概略図である。
【図３】  実施例１で使用した光重合性フイルムにおける、赤色レーザーの露光量と得られる回折効率との関係を示す図である。
【図４】  実施例１で使用した光重合性フイルムにおける、青色レーザーの露光量と得られる回折効率との関係を示す図である。
【図５】  実施例１で使用した光重合性フイルムにおける、緑色レーザーの露光量と得られる回折効率との関係を示す図である。
【図６】  実施例１におけるカラーリップマンホログラムの製造において、各色レーザーの照射タイミングの説明図である。
【図７】  実施例２におけるカラーリップマンホログラムの製造において、各色レーザーの照射タイミングの説明図である。
【図８】  比較例におけるカラーリップマンホログラムの製造において、各色レーザーの照射タイミングの説明図である。
【符号の説明】
図中、３は光重合性フイルム、１０は赤色レーザー、１１は青色レーザー、１２は緑色レーザー、２１はハーフミラー、２２、２３はレンズ、２５、２５′は像である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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