(57)【要約】  メタマテリアル光学フィルタは、透明基板と、透明基板上に形成された感光性ポリマー層を備え、感光性ポリマー層はレーザーを用いて処理されて非等角のホログラフィックパターン化されたサブ波長格子を形成し、ホログラフィック格子は電磁放射の所定の波長を遮断するように構成されている。ホログラフィックにパターン化されたサブ波長格子を感光性ポリマー層上に製造するためのシステムおよび方法であって、感光性ポリマー層を透明基板に適用し、感光性ポリマー層をレーザーと鏡との間に配置し、レーザ光と鏡ーから反射された光との間の相互作用によって感光性ポリマー層内にホログラフィック格子が形成されるように感光性ポリマー層上にレーザを走査し、複雑なメタマテリアル光学フィルタ積層体を形成するために、２つ以上のホログラフィックパターン化されたサブ波長格子層を積層することを含む。【選択図】  図２
2019522244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタマテリアル光学フィルタであって、
透明な基板と、
前記透明な基板に設けられた感光性ポリマー層と、を備え、
前記感光性ポリマー層は、ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子を形成するようにレーザーを用いて処理されており、
前記格子は、予め決定された角度で予め決定された波長の電磁放射を防ぐ非等角縞を備える、メタマテリアル光学フィルタ。
【請求項２】
前記ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子は、保護の有効角度を最大化するために湾曲している、請求項１に記載のメタマテリアル光学フィルタ。
【請求項３】
前記ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子は、複数の格子を含み、各々の格子は、予め決定された異なる波長の電磁放射を防ぐように構成されている、請求項１又は２に記載のメタマテリアル光学フィルタ。
【請求項４】
前記複数のホログラフィックパターン化されたサブ波長格子のうちの少なくとも一つは、前記フィルタの色彩調整のために設けられている、請求項３に記載のメタマテリアル光学フィルタ。
【請求項５】
前記複数のホログラフィックパターン化されたサブ波長格子は、約４０５ｎｍ、４４５ｎｍ、５２０ｎｍ、５３２ｎｍ、６３５ｎｍ、６５０ｎｍの波長の少なくとも１つを選択的に防ぐように構成されている、請求項３又は４に記載のメタマテリアル光学フィルタ。
【請求項６】
前記感光性ポリマー層は、熱成形を用いて前記透明な基板に形成され、
前記感光性ポリマー層は、熱形成の間、感光性ポリマーの変化を許容するように予め構成されている、請求項１乃至５の何れか１項に記載のメタマテリアル光学フィルタ。
【請求項７】
前記感光性ポリマーには、前記フィルタの色彩を調整するために選択された染料が注入されている、請求項１乃至６の何れか１項に記載のメタマテリアル光学フィルタ。
【請求項８】
前記フィルタの色彩を調整するために選択された染料を含む補助的な基板をさらに備える、請求項１乃至７の何れか１項に記載のメタマテリアル光学フィルタ。
【請求項９】
前記透明な基板は、２つ又はそれ以上の透明な基板を含み、前記感光性ポリマーフィルムは、前記２つ又はそれ以上の透明な基板の少なくとも２つの間に位置決めされている、請求項１乃至８の何れか１項に記載のメタマテリアル光学フィルタ。
【請求項１０】
前記非等角縞の前記事前決定された角度は、前記フィルタの法線軸の７５°以下である、請求項１乃至９の何れか１項に記載のメタマテリアル光学フィルタ。
【請求項１１】
前記電磁放射は、レーザーからの光学放射である、請求項１乃至１０の何れか１項に記載のメタマテリアル光学フィルタ。
【請求項１２】
前記透明基板と感光性ポリマー層を接着する接着剤をさらに備え、前記接着剤はグラフィンを含む、請求項１乃至１１の何れか１項に記載のメタマテリアル光学フィルタ。
【請求項１３】
前記透明な基板は、窓、眼鏡、及びバイザーの何れか１つから選択される、請求項１乃至１２に記載のメタマテリアル光学フィルタ。
【請求項１４】
メタマテリアル光学フィルタを製造するためのシステムであって、
鏡に適用された感光性ポリマー層を保持するためのクランプと、
レーザーと、
レーザーを感光性ポリマーフィルムに対して移動させるレーザー移動システムと、を備え、
前記レーザー搬送システムは、前記レーザーが前記感光性ポリマー上を移動すると、レーザー光が前記鏡で反射され、前記感光性ポリマー層内にホログラフィックパターン化されたサブ波長格子を形成する、システム。
【請求項１５】
前記レーザー移動システムは、
前記レーザーを搬送するための搬送機と、
前記感光性ポリマー層の表面の近くに設けられたレールと、を備え、
前記搬送機は前記レールに対して移動可能に係合し、前記感光性ポリマー層の表面を横切って移動できるように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記搬送機及びレールは、前記レーザーを長手方向に移動するように構成され、前記クランプは、前記感光性ポリマー層を横方向に移動するように構成されている、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
メタマテリアル光学フィルタを製造するための方法であって、
基板上に感光性ポリマーを適用し、
前記感光性ポリマー層をレーザーと鏡との間に配置して前記感光性ポリマーフィルム上を前記レーザーで走査すること、とを含み、
前記レーザー光と前記鏡との間の相互作用により、前記感光性ポリマー層内にホログラフィックパターン化されたサブ波長格子が形成される、製造方法。
【請求項１８】
前記走査することは、前記レーザー、前記感光性ポリマー層、及び前記鏡の一つ又はそれ以上を移動させることを含む、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記熱成形された感光性ポリマー層が所定の要件を満たすように、前記感光性ポリマー層を反復可能なフィルター波長シフトおよび前記フィルターポリマーの事前補償を有するように熱成形することをさらに含む、請求項１７及び１８に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記感光性ポリマーのもとのバンドギャップは、前記熱成形プロセスにより生じたシフトを相殺するために、より長い波長に事前シフトされている、請求項１９に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記バンドギャップの事前シフトは、前記感光性ポリマー層の中心から離れるにしたがって徐々に小さくなるように、径方向に依存する、請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記レーザーは、別々のビームに分割され、ビームは、異なる入射角度で感光性ポリマーに指向される、請求項１７乃至２１の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項２３】
前記レーザーは、１つの組合せビームに組み合わされた、異なる波長の複数のレーザーを含み、組合せのビームは、事前決定された入射角度で前記感光性ポリマー層に指向され、異なる波長のノッチフィルタを同時に記録する、請求項１７乃至２１の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項２４】
単一の感光性ポリマー層上に形成されたホログラフィックパターン化されたサブ波長格子の各々が、多層メタマテリアル光学フィルタ積層体の角度、バンドギャップ、光学密度、及び色彩調整を可能にする少なくとも２つ又はこれ以上のホログラフィックパターン化された格子を含む多層メタマテリアル光学フィルタ積層体に再結合される、請求項１７乃至２３の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項２５】
グラフェンを含む前記多層メタマテリアル光学フィルタ積層体を接着するための接着剤をさらに含む、請求項２４に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、光学フィルタ及び光学フィルタを製造するための方法に関し、より具体的には特定の狭い光周波数にフィルターをかけることができる、ナノパターンが形成された光学的に透明な薄いフィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の状況において目を保護することを含む、多くの目的で光学フィルタが使用されている。目を保護するためにフィルタを使用することの一例として、レーザー技術がある。
【０００３】
レーザー保護システム（ＬＰＳ）は世界中のラボで日常的に使用されている。ＬＰＳは典型的に、レーザー光線の使用中に使用者によってゴーグル又はアイシールドの形で使用されている。ＬＰＳは、周囲を保護するために、レーザーがある位置の周囲に配置された平らな窓としても用いられている。これらのフィルタは、通常、ポリマー及び染料（低強度レーザー用）又はガラス（高熱密度用）を用いて作られている。
【０００４】
現在入手可能なＬＰＳには、例えば航空用途のような他の用途における実現性に影響を及ぼす幾つかの技術的課題がある。第１に、ＬＰＳは通常、例えば緑又は青のような一つの帯域幅の光について保護をもたらすように機能し、一つのレーザー帯域幅からの保護をもたらす。第２に、ＬＰＳは一般的に狭帯域、すなわち使用されているレーザーの帯域幅にだけ限られていない。これは、ＬＰＳは一般的に必要以上の光を遮断してしまい、したがって、全体的な光透過を減らしながら全体的な光景を歪めてしまう。第３に、ＬＰＳは通常薄い色がついており、これも、視覚的知覚を歪めてしまう。第４に、ガラスベースのフィルタは重く、重みを加え、又は人が長時間快適に着用することができない。
【０００５】
ラボ環境では、蒸着（例えば、スパッタリング）を用いた、ブラッグの法則に基づく狭域干渉フィルタが用いられるようになったが、これらのブラッグの法則に基づく狭域干渉フィルタは、角度光学性能（angle optical performance）が乏しい傾向にあり、フレーク状になって剥離し、薄い色がついている傾向にあり可視スペクトルを歪ませる。
【０００６】
したがって、改良された光学フィルタ及び光学フィルタの製造方法に対するニーズが存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の第１の観点によれば、透明基板、及び透明基板上に設けられたメタマテリアル光学フィルムを含むメタマテリアル光学フィルタが提供される。メタマテリアルフィルムは、事前決定された角度範囲で電磁放射の事前決定されたバンド幅を遮断するように構成されている。メタマテリアルフィルムは、透明基板上に設けられた一つ又はそれ以上のナノパターン化された感光性ポリマー層を含んでも良く、各々の感光性ポリマー層は、ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子を含むように、例えばレーザーを用いて処理され、格子は非等角縞を含む。光学フィルタは、航空機の窓（コックピットのウィンドシールド）、電車の窓／ウィンドシールド、船の窓、車の窓、建物の窓、試験設備の窓、眼鏡、及びバイザーを含む種々の用途で使用することができる。電磁放射の事前決定された帯域は、電磁放射の単一の波長であっても良い。ホログラフィック格子は、ときどきノッチフィルタと称される。
【０００８】
本発明の他の観点によれば、透明な基板と、透明な基板に設けられた感光性ポリマー層と、を備え、感光性ポリマー層は、ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子を形成するようにレーザーを用いて処理されており、格子は、事前決定された角度で事前決定された波長の電磁放射を防ぐ非等角縞を備えるメタマテリアル光学フィルタが提供される。
【０００９】
具体的なケースでは、ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子は、保護の有効角度を最大化するために湾曲している。
【００１０】
他のケースでは、ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子は、複数の格子を有し、各々の格子は、事前決定された電磁放射の異なる帯域を遮断するように構成されている。この場合、複数のホログラフィックパターン化されたサブ波長格子の少なくとも１つは、フィルタの色彩調整のために設けられている。その上、複数のホログラフィックパターン化されたサブ波長格子は、約４０５ｎｍ、４４５ｎｍ、５２０ｎｍ、５３２ｎｍ、６３５ｎｍ、６５０ｎｍの波長の少なくとも１つを選択的に防ぐように構成されている。
【００１１】
他のケースでは、感光性ポリマー層は、熱成形を用いて透明な基板に形成され、感光性ポリマー層は、熱形成の間、感光性ポリマーの変化を許容するように事前に構成されている。
【００１２】
他のケースでは、感応性ポリマー層は、フィルタの色彩を調整するために選択された染料を含む補助的な基板をさらに備える。
【００１３】
別のケースでは、メタマテリアル光学フィルタは、フィルタの色彩を調整するために選択された染料を含む補助的な基板をさらに備えても良い。
【００１４】
さらに別のケースでは、透明な基板は、２つ又はそれ以上の透明な基板を含み、感光性ポリマーフィルムは、２つ又はそれ以上の透明な基板の少なくとも２つの間に位置決めされている。
【００１５】
別のケースでは、非等角縞の事前決定された角度は、前記フィルタの法線軸の７５°以下である。
【００１６】
別のケースでは、電磁放射は、レーザーからの光学放射である。
【００１７】
別のケースでは、透明基板と感光性ポリマー層を接着する接着剤をさらに備え、接着剤はグラフィンを含む。
【００１８】
別のケースでは、透明な基板は、窓、眼鏡、及びバイザーの何れか１つから選択される。
【００１９】
本発明の他の観点では、メタマテリアル光学フィルタを製造するためのシステムであって、鏡に適用された感光性ポリマー層を保持するためのクランプと、レーザーと、レーザーを感光性ポリマーフィルムに対して移動させるレーザー移動システムと、を備え、レーザー搬送システムは、レーザーが感光性ポリマー上を移動すると、レーザー光が鏡で反射され、感光性ポリマー層内にホログラフィックパターン化されたサブ波長格子を形成するシステムが提供される。
【００２０】
具体的なケースでは、レーザー移動システムは、レーザーを搬送するための搬送機と、感光性ポリマー層の表面の近くに設けられたレールと、を備え、搬送機はレールに対して移動可能に係合し、感光性ポリマー層の表面を横切って移動できるように構成されている。
【００２１】
本発明の他の観点では、メタマテリアル光学フィルタを製造するための方法であって、基板上に感光性ポリマーを適用し、感光性ポリマー層をレーザーと鏡との間に配置して感光性ポリマーフィルム上をレーザーで走査すること、とを含み、レーザー光と鏡との間の相互作用により、感光性ポリマー層内にホログラフィックパターン化されたサブ波長格子が形成される製造方法が提供される。
【００２２】
具体的なケースでは、走査することは、レーザー、感光性ポリマー層、及び鏡の一つ又はそれ以上を移動させることを含む。
【００２３】
別のケースでは、熱成形された感光性ポリマー層が所定の要件を満たすように、感光性ポリマー層を反復可能なフィルター波長シフトおよびフィルターポリマーの事前補償を有するように熱成形することをさらに含む。この場合、感光性ポリマーのもとのバンドギャップは、熱成形プロセスにより生じたシフトを相殺するために、より長い波長に事前シフトされている。さらに、バンドギャップの事前シフトは、感光性ポリマー層の中心から離れるにしたがって徐々に小さくなるように、径方向に依存する。
【００２４】
別のケースでは、レーザーは、別々のビームに分割され、ビームは、異なる入射角度で感光性ポリマーに指向される。
【００２５】
別のケースでは、レーザーは、１つの組合せビームに組み合わされた、異なる波長の複数のレーザーを含み、組合せのビームは、事前決定された入射角度で感光性ポリマー層に指向され、異なる波長のノッチフィルタを同時に記録する。
【００２６】
別のケースでは、単一の感光性ポリマー層上に形成されたホログラフィックパターン化されたサブ波長格子の各々が、多層メタマテリアル光学フィルタ積層体の角度、バンドギャップ、光学密度、及び色彩調整をの制御を可能にする少なくとも２つ又はこれ以上のホログラフィックパターン化された格子を含む多層メタマテリアル光学フィルタ積層体に再結合される。このケースでは、グラフェンを含む多層メタマテリアル光学フィルタ積層体を接着するための接着剤をさらに含む。
【００２７】
以下の図面は、メタマテリアルフィルタ及びシステム、並びに製造方法の実施形態の種々の観点を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】航空機のフロントガラスに適用されたメタマテリアルフィルムの実施形態を示す。
【図２】格子を用いて作られた反射フィルタの原理を示す。
【図３】ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子の異なる種類を示す。
【図４】感光性ポリマー上のホログラフィックパターン化されたサブ波長湾曲格子の一例により得られた角度範囲を示す。
【図５】第１の航空機窓の水平角度範囲を示す。
【図６】第２の航空機窓の水平角度範囲を示す。
【図７】第３の航空機窓の水平角度範囲を示す。
【図８】第１の航空機窓の垂直角度範囲を示す。
【図９】第２及び第３の航空機窓の垂直角度範囲を示す。
【図１０】熱成形メタマテリアル光学フィルタの断面図を示す。
【図１１】湾曲格子を記録ためのシステムの実施形態の概略図を示す。
【図１２】実施形態によるメタマテリアルフィルムを製造するシステムの概略図を示す。
【図１３】他の実施形態によるメタマテリアルフィルムを製造するシステムの概略図を示す。
【図１４】他の実施形態によるメタマテリアルフィルムを製造するシステムの概略図を示す。
【図１５】他の実施形態によるメタマテリアルフィルムを製造するシステムの概略図を示す。
【図１６】メタマテリアルフィルムを形成する、多層積層感光性ポリマー層とホログラフィックパターン化されたサブ波長格子を示す。
【図１７】一つの格子を有するメタマテリアルフィルムの透過スペクトルを示す。
【図１８】複数の格子を有するメタマテリアルフィルムの透過スペクトルを示す。
【図１９】実施形態による航空機ウィンドシールドの種々のコンポーネントを示す。
【図２０】他の実施形態による航空機ウィンドシールドの種々のコンポーネントを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
種々の用途において新しいタイプの光学フィルタとしてメタマテリアルフィルムが提案されている（例えば、ＰＣＴ公報ＷＯ２０１３／０５４１１５号参照）。透明な極薄光学フィルタの開発のために多層ナノパターン格子を設計することができる。上記のＰＣＴ出願に開示されているものに加えて、メタマテリアルフィルムの一例は、Ｃｏｎｖｅｓｔｒｏ（商標）  Ｂａｙｆｏｌ（商標）材料又はその派生品をベースにした感光性ポリマー層である。
【００３０】
これらのメタマテリアルフィルタを、例えば、航空産業において関心が高まっているレーザー攻撃からの光を選択的に防ぐために航空機のコックピットのウィンドスクリーンに適用することができる。明るい可視レーザー光は、着陸又は離陸のような飛行の重要な段階で、パイロットを妨害し、又はパイロットに一時的な閃光盲を引き起こす。可視の又は不可視のビームがパイロットの目に恒久的な危害を加える可能性は高くはないが、可能性はある。これらのメタマテリアルフィルタには、航空機の乗員を、特に夜間作業中に起こりうる攻撃から守りながら、乗員がフロントウィンドウを通して良好な視界を維持できるように狭帯域の光だけを防ぐという利点がある。
【００３１】
図１は、ナノパターンが形成された光学的に透明なフィルム１００として形成され、航空機用途のウィンドシールドに適用されたメタマテリアルの例を示す。メタマテリアルフィルム１００は、典型的に、飛行機１１０のコックピットガラス窓１０５の表面に適用される。メタマテリアルフィルム、およびシステム、並びに方法の実施形態は、眼鏡、ヘルメットのバイザー、ヘッドアップディスプレイ、又はこれらと同様のもの、家、ビル、若しくはこれらと同様のものの窓、並びに車、トラック、電車、船、ヘリコプターのような他の航空機、無人飛行体、及びこれらと同様のものを含む他の乗り物のウィンドスクリーン、又はウィンドシールドを含む種々の用途に適用可能であることが理解できる。さらに、他の用途では、メタマテリアルフィルムは、多層ウィンドスクリーン、窓、眼鏡、バイザー又はこれらと同様のもののガラスパネル／ガラス層の間に適用することもできる。
【００３２】
メタマテリアル光学フィルタは、一般的に、眼鏡、コックピットのフロントウィンドウ、及び他の透明表面に適用することができる、光学的に透明な接着フィルム層を含む。メタマテリアルフィルタは、一般的に、フィルタ層及びフィルタ層のサブ波長格子によって、同時にかつ大部分が反射されると共に減衰又は部分的に内部に吸収される特定の波長を除いて、入射する可視スペクトルに対して透過性を有し、フィルタの背後にいる人を保護する。フィルタは、受動的な方法で（即ち、動力源なしで）、レーザー波長を含む光学スペクトル波長のような電磁放射からの保護をもたらす。
【００３３】
上述した種類の光学フィルタの難点の一つは、ウィンドスクリーン及びこれと同様なもののような用途として十分大きく、容易に組み込める薄いフィルムを作る複雑さに関する。メタマテリアルフィルム内に、ナノパターンが形成されたサブ波長格子を形成する具体的な一つの方法は、ホログラフィーを用いる方法である。ホログラフィー又はフォトリフラクションは、複雑な大面積フィルムを、迅速に、例えば数分で製造できる製造方法の可能性を提示する。
【００３４】
フォトリフラクティブ材料は、入射するレーザー放射に基づいて屈折率を修正できる性質を有する。最も単純なシナリオでは、サンプルを鏡に向かって配置し、レーザーを照射する。フォトリフラクティブ材料内で作られた強度干渉パターンが屈折率を変化させて所望の屈折率パターンに一致するようになり、ブラッグ型ミラー又はブラッグ格子をなす。図２は、レーザーによるブラッグ型ミラーの相互作用を作り出すことに関する原理を示す。ブラッグ型ミラー／格子１１５は、（遮断すべき放射の波長に応じて）事前決定された厚さの高屈折率格子１２０と低屈折率格子の交互の層として示される。典型的には、数十又は数百層が要求されるが、この例では明確化のために数層だけを示す。一旦、ブラッグ格子が作り出されると、レーザービーム１３０はブラッグ格子の方向と平行に近い角度で入射したとき、干渉による強め合い効果がレーザービームを反射し返す１３５（即ち、フィルタリングする）。
【００３５】
さらに、ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子を用いて形成されたメタマテリアルフィルタは、連続的に可変な感光性ポリマー層の屈折率の追加の利点と共に、誘電フィルタにおける波長の選択性をもたらす。この特性で、効率及び波長の選択性が増すことが期待される。ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子を使用して作られたメタマテリアルフィルタは、回折光学素子で通常見られる光エネルギーで傾斜し又は湾曲させることができる誘電層をもたらす。メタマテリアルノッチフィルタは、光を曲げ又は集約する光学要素であってもよい。
【００３６】
具体的に感光ポリマー層は、湿性現像剤を利用しないため、厚い層として作ってもよく、より厚い層は、より効率的であり、かつ狭い波長選択性（狭い帯域）を意味する。多層ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子を用いて作られたメタマテリアルフィルタは、レーザー線を防ぎ、全体的な透過スペクトル及び色彩知覚に対する影響を最小にするために、近論理的最小帯域（near-theoretical minimum bandwidth）を取り除けると考えられる。
【００３７】
メタマテリアルフィルタは、平行縞ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子、又は傾斜縞ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子の形態をとってもよい。両方とも、調節可能なフィルタとして効果的である。しかしながら、大量生産の観点から、傾斜縞格子と、非傾斜縞格子（縞平面が表面に対して平行である）との間には重要な実用上の相違点がある。
【００３８】
傾斜縞格子は、要求される特定の波面を作り出すために必要な光学コンポーネントの完全な準備の存在、又は一旦、これらの準備が例えばラボに組み込まれたときに固定する能力の何れかを必要とする。完全な準備が利用可能であることの要求は、典型的に、その後更なる密着プリントを形成するために使用される「マスター」格子層に記録することで達成される。
【００３９】
傾斜縞格子の製造は、レンズ自体は製造機器内で露光されていない感光性ポリマーの取り付けられた層と共に完全に製造される「ゴーグルレンズ」の一部として行うことができる。光学部品は、必要な、場合によっては複雑な基準および対象ビームを生成することができ、ロボット機構は、露光ステーションに部品を提示し、それをさらなる工程のために除去する。別の可能性は、露光前または露光後にブランクレンズをその感光性ポリマーラミネートと共に製造機械内にもたらすことである。製造機械がプラスチック中にレンズを成形し、感光性ポリマー層がその中に挿入され、又は冷却後に適用される場合、さらなる一体化が可能である。記録中または記録後（またはその両方）に感光性ポリマー層を一次元または二次元で湾曲させる必要がある場合、一体化した方法が必要になるかもしれない。
【００４０】
傾斜縞格子は、元の「マスター」格子層として作られ、その後、「ウェブ」の方向に走査する一本線のレーザー光でスキャンすることで光学的に複製することができる。これは、マスター格子が、（回折格子の場合）固いドラムの外側に巻かれ、又は（透明格子の場合）内側からレーザー光の線が照射されている透明なドラムの外側に巻かれる場合に使用される。
【００４１】
レーザー光によるスキャンは、傾斜縞の「マスター」格子層が平らな状態で複写され、もともとステップ・アンド・リピート方式が使用されるときに、ときどき採用される。しかし、ステップ・アンド・リピートが使用されるとき、すなわちマスターとコピーが相当の時間、これらの全表面領域上の空間に固定されているとき、レーザーの出力のみに制限されるが、マスター格子層の全表面を同時に照射できる。
【００４２】
いずれの場合も、ステップ・アンド・リピートで複写された平らなマスター格子は、航空機のフロントウィンドウのような大面積メタマテリアルフィルタのために必要である。
【００４３】
ノッチフィルタ用の非傾斜縞格子は、両者の姿及び両者の製造方法に起因して「ホログラフィックミラー」とも呼ばれ、その理由は、露光している間、記録媒体の平面内の動きを許容するため比較的製造が容易であり、特に、露光中に記録媒体が平行に縞平面方向に動いた場合、縞が不鮮明にならず、良好なコントラスト及び格子効率で記録できる。実際には、このようなナノパターン化されたサブ波長格子を作る機械は、感光性ポリマーの自身の平面内での「滑り」を許容し、この性質は、感光性ポリマー層の後ろに配置されるレーザーと平らな鏡が、移動するウェブが意図的に通過する、局所的な干渉縞の「スタック」を作る、大面積シームレスノッチフィルタを製造するために工業的に使用されている。
【００４４】
大量製造される格子では、防振台上にある多くの光学コンポーネントの複雑な構成が、しばしば、広げられた一本のレーザービーム又はレーザー構成の走査線によって複写された「マスター格子層」によって置き換えられる。典型的には、「回折」格子のためには十分なホログラムが必要であるか、又は透明格子のためには弱い（効率５０％）ホログラムが必要であるが、いずれの場合でも、視準が合ったレーザー光のビームによって複写することが必要であり、これは複雑なメタマテリアルノッチフィルタの設計の制限となり得る。
【００４５】
比較的厚い、いわゆる「大きい格子」を製造するためには、露光時間を継続するために、光学干渉パターンを感光性ポリマー層内にしっかりと固定する必要がある。大きい格子の名は、それが干渉縞の三次元体積を記録できるのに十分厚く、例えば１４マイクロメートルの厚さの感光性ポリマー層は、二十数個より多くの半波長縞層を記録できる。クレジットカードの銀のセキュリティーホログラムの製造に使用される機械的エンボスプロセスとは異なり、「鮮明な」干渉パターンを作るのに、レーザーのような可干渉性の光源が製造ラインで必要な部分となる。ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子を用いたメタマテリアルを作るために、必要な光学特性を有するラボのレーザーを手軽に利用することができるが、実際のレーザーの出力の有限の極限が、あらゆる製造プロセスの速度に上限を設定するかもしれない。
【００４６】
記録媒体は、例えば、１ミリメートルあたり約１０００線数、又はそれよりも多い、高い空間的解像度を有し、かつ得られたメタマテリアルフィルタがガラスのような透明度を有するように低ノイズ又は低粒子散乱を有することが好ましい。製造ライン上では、露光の間、一定の機械的安定性が要求される。材料は、基準の揺れが光の波長未満であることを保証するために効率的な露光時間が十分短くなるように、十分な感知性を有するべきである。
【００４７】
殆どのナノパターン付き、及び／又はブラッグ型レーザーフィルタは、本質的に入射するレーザー光の角度に関して、低い操作性を有する。これは、従来の周期的（高および低指数）設計の場合、動作角がフィルタのバンドギャップに関連づけられているからであり、バンドギャップが小さくなるにつれて、バンドギャップが現れる入射角（ＡＯＩ）も減少する。興味深いことに、この問題は、メタマテリアルフィルムの格子を湾曲させ、その曲率半径が、眼を受ける放射が見込まれる場所と中心合わせされることによって解決できる。これは、感光性ポリマーを、平らな鏡の上に置くことができる、（例えば曲率半径Ｒｍを有する）湾曲した基板金型の上に配置することで達成される。最大の格子形成効率をもたらし、かつ不必要な影響を抑制するために、基板金型は感光性ポリマーに対して屈折率整合されるべきである。次いで、ポリマーが曲率半径Ｒｐに曲げられると、有効曲率半径は１／（１／Ｒｐ−ｎ／Ｒｍ）となり、ｎは、感光性ポリマー層の平均屈折率である。
【００４８】
図３は、異なる種類の格子層を示し、図３Ａは平行（非傾斜又は等角）格子、図３Ｂは傾斜（一定の傾斜）格子、図３Ｃは湾曲格子である。湾曲格子層では、ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子は、平らな面上で、格子がメタマテリアルフィルムに沿った位置に応じて変化する主軸（ｋベクトル）を有する。例えば、メタマテリアルフィルム（ｘ軸）の各水平位置について、（光学密度が２．０より大きいところでは）４０°の入射角（ＡＯＩ）が得られるが、このＡＯＩは、メタマテリアルフィルムの長さに沿った異なる角度周辺に中心が置かれる。湾曲格子は、例示の湾曲格子層で６０°よりも広い角度範囲が得られている図４に示すように、より大きい保護角度を可能にする。
【００４９】
航空機のウィンドスクリーンのような車両のウィンドスクリーンの場合、両目の間の中心点をフィルムの曲率半径を整合させるために用いることができる。その上、車両用途では、特定の方向、典型的には地上から発生されるレーザー放射を取り除くために最適化できるように、メタマテリアルフィルムの格子を重ねて種々の角度に傾斜させてもよい。図５乃至９は、航空機のコックピットの窓の（水平方向及び垂直方向の両方）角度範囲の例を示す。図５は、航空機の第１の窓（窓１）の水平角度範囲Ａを示す。エアバス（商標）Ａ３３０（商標）航空機の特定の例では、角度Ａは８５°であり、軸Ｘに対する角度は−１５°から＋７０°であってもよい。図６は、航空機の第２の窓（窓２）の水平角度範囲Ｂを示す。この特定の例では、角度Ａは９０°であり、軸Ｘに対する角度は−５０°から＋４０°であってもよい。図７は、航空機の第３の窓（窓３）の水平角度範囲Ｃを示す。この特定の例では、角度Ａは２８°であり、軸Ｘに対する角度は−７２°から−４５°であってもよい。図８は、第１の窓（窓１）の垂直角度範囲Ｄ及びＥを示す。航空機の場合、範囲は、一般的に水平よりも下にだけ必要であり、具体的には−７°から−６３°の間の角度Ｄにだけ必要である（この場合、Ｄ＝Ｅ）。図９は、第２及び第３の窓（窓２及び３）のための垂直角度範囲Ｆ及びＧを示す。航空機の特定の例では、これらの場合に要求されるフィルタリング範囲（仰角Ｆ）は、窓２については＋１２°から−５５°であり、窓３については＋９°から−４０°である。ここで述べた角度は、飛行中の異なる段階での航空機の飛行挙動及び地上で発生する潜在的なレーザー源の位置を考慮することを意図する。
【００５０】
メタマテリアルフィルムは、一般的に容易に平ら又は円筒状の湾曲表面上に積層することができるが、メタマテリアルフィルムは、レンズ、ヘルメットバイザー又はウィンドスクリーンのような複合湾曲（球体）を有する物体に積層するのが一般的により困難である。この問題は、平らな紙でボールを包むことと類似する。このような技術的挑戦に対して熱成形が潜在的な解決法を提示する。
【００５１】
実施形態による方法では、まず、ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子を用いて作られた一つ又はそれ以上のメタマテリアルフィルタを、光学接着剤を用いてポリカーボネート又はガラスのような平らな基板に貼り付ける。メタマテリアルフィルタ及び接着フィルムの両方は、シリコン、ポリマー等のような熱成形層で構成される。接着剤‐メタマテリアル積層体は、次いで、例えば半径７５ｍｍの円のような、レンズを形成するための所望の予形状に、機械を用いて切断される。次いで、積層体は、制御された圧力及び温度下で、例えば球状湾曲のような所望の形状に熱成形される。接着剤‐メタマテリアル積層体及び選択された基板は、次いで球体湾曲となり、平らではない眼鏡レンズ、キャノピー、ウィンドシールド、又はこれと同様のものと一体にするために通常のレンズ仕上げプロセスのために使用することができる。製造では、メタマテリアルフィルタの波長を、フィルタ形成の間の物理的な伸張のために事前補正してもよい。図１０は、事前補正の例を示す、熱成形の前（明確化のために垂直軸を拡大した）の感光性ポリマーの断面を示す。具体的には、感光性ポリマー層の中央にある格子は、より大きい間隔（周期）を有する感光性ポリマー層の端にある格子よりも、小さい間隔（周期）を有する。メタマテリアルフィルムを熱形成するとき、端は引っ張られ、格子の間隔はレンズ上で均一になり、湾曲した表面にわたって、同じ波長とバンドギャップをフィルタリング（レーザーを遮断）するようになる。この方法で、熱形成フィルムが事前決定された遮断／フィルタリング要件に沿うように、熱形成の間、フィルムは、事前補正された波長で繰り返しのフィルタ波長シフトを有する。例えば、熱形成前は、熱形成プロセスによって引き起こされるシフトと均衡をとるために、元のメタマテリアルフィルムのバンドギャップを、より短い波長又はより長い波長に事前シフトさせててもよい。さらに、熱成形される感光性ポリマー層のバンドギャップの予めのシフトは均一である必要はなく、フィルムの中心から徐々に小さいシフトで半径方向に依存する可能性がある。このように単純なレンズの場合、熱成形プロセスは、波長依存性を有する放射状のメタマテリアルフィルタを生成して全体的な遮断角を大きくすることができる。この場合、最も短い波長は感光性ポリマー層の中央にあり、最も長い波長は外縁にある。
【００５２】
熱成形のために事前補正する類似の方法では、メタマテリアルフィルタは、フィルタが装備される予定の環境の作動状況に基づいて事前補正されてもよい。例えば、ある航空機ウィンドシールドは、フィルタが意図された作動環境に基づいて所望の特性を提供できるように、暖房システムを有し、温度が格子の構成に影響を及ぼす可能性がある。
【００５３】
図１１は、感光性ポリマー層上に湾曲した格子を記録するシステム１０００及び方法を示す。具体的には、感光性ポリマー層１００５は、第１部分１０１５と第２型部分１０２０を有する湾曲した型１０１０内に保持される。湾曲した型は、要求される湾曲の種類、即ち湾曲が二次元又は三次元であるのかに応じて、円筒型又は球状型であっても良い。湾曲した型１０１０は、平らなミラー１０２５上に置かれる。入射するレーザービーム１０３０は、感光性ポリマー層１００５上を走査し、反射されたビーム１０３５は鏡から戻り、入射ビームと反射ビームとの間の干渉から感光性ポリマー層１００５内に反射格子を作る。この方法で、平面的な干渉縞及び格子が感光性ポリマー層領域内に形成されるが、感光性ポリマー層は曲がっているため、感光性ポリマー層が型から取り除かれ、平らにされたとき、先に参照した図３Ｃに示すように、これらの縞は湾曲する。
【００５４】
上述した、ホログラフィックパターン化されたサブ波長格子を用いてメタマテリアルフィルタを製造するために、異なる原理を用いることができる。例えば、一実施形態では、レーザーによる露光は、レーザーを搬送する移動ヘッド又は出力を可撓性光ケーブルを通して、レール上を感光性ポリマー層の幅及び長さ方向に移動して、連続するオフセット線でスキャンすることで行っても良い。露光は、例えばスチール性ガイドレール上の可撓性駆動ベルトによって駆動する搬送機に取り付けられたレーザーヘッドの走路によって、感光性ポリマー層ウェブの幅又は長さに沿って細い線で行っても良い。ビームの幅、レーザーの出力、及び露光の間、感光性ポリマー層が進行する距離は、目に見える線がなく高い光密度の製品を得られるよう実験的に決定しても良い。レーザー出力ヘッドは、入射角が、ウィンドシールドの接着剤／処理による感光性ポリマー層の特定のバッチの収縮又は拡張を補償するように、モーター駆動回転ステージに取り付けられても良い。
【００５５】
図１２は、一つ又は複数層の複合であり等角な格子を含むメタマテリアルフィルタフィルムを製造するシステム１１００の概略図である。図１２では、透明基板１１０５上の感光性ポリマー層が、鏡又は反射性フィルム１１０５に隣接し、又は適用されている。レーザー１１１５が、一つ又はそれ以上のレール１１２５に設けられた搬送機１１２０に取り付けられており、レーザー１１１５が感光性ポリマー層１１０５の長手方向に沿って移動できるように構成され、感光性ポリマー層１１０５の一本の「線」を処理する。この具体的な実施形態では、複数（３個）のレーザー１１１５及び搬送機１１２０が設けられており、他の実施形態では、より多くの、又は少ない数のレーザー及び関連する機器を設けても良い。一つの走路又は「線」が完成した後、（搬送機１１２０上の）レーザー１１１５は、レール１１２５の最初に戻り、レーザー１１１５が感光性ポリマー層１１０５の追加の「線」を処理できるように、感光性ポリマー層１１０５が搬送機１１２０の移動方向と直交する方向に移動する。この方法で、感光性ポリマー層１１０５は、適切な解像度レベルでレーザー１１１５によって処理される。この実施形態では、搬送機１１２０は、所望の縞角度に応じて感光性ポリマー層への入射角を調整できるように、レーザー１１１５を回転可能にする回転ヘッド１１３０を含む。レーザーの回転は、感光性ポリマー層の異なる領域のために縞角度を調整するために、レーザー走査に先立って、又はレーザー走査中に行うことができる。
【００５６】
図１３は、製造のためのシステム１２００の他の実施形態を示す。この実施形態では、原理は図１２に示す実施形態と類似しているが、レーザー１１１０がレーザーを、搬送機１１１５の走行方向に整合した方向に沿った光の「扇」に分岐させる光学レンズ１１３５を含むことが異なる。 この光の「ファン」は、ある範囲の角度にわたって露光を生成し、結果として得られるフィルタにおいてより広い角度、したがってスペクトル、帯域幅を誘導する。レンズ１１３５は、したがってフィルタの帯域幅を変更する制御機構を提供する。
【００５７】
図１４は、図１３に示すシステムと類似する、製造システム１３００の更なる実施形態の概略図である。この具体的な実施形態では、複数（３個）のレンズ１１３５付きレーザー１１１５が設けられている。複数のレーザーの使用は、一つの感光性ポリマー層（ノッチフィルタ）に、異なる波長を遮断できるように構成された複数の格子を記録するのを可能にする。例として、赤、緑及び青色レーザーを使用しても良い。他の実施形態では、より多くの又は少ない数のレーザー、および関連する機器を設けても良いことが理解できる。
【００５８】
複数のレーザーを使用するとき、複数のレーザービームを利用して反射格子を連続し、又は同時に記録する処理を通して、異なる有効波長を有する複数のノッチフィルタをメタマテリアルフィルム積層体に提供することができる。図１４には示されていないが、ノッチフィルタは、一つの記録レーザーを独立したビームに分け、前記ビームを異なる入射角度で感光性ポリマー層に指向することで、ノッチフィルタを同時に記録しても良い。変形として、異なる波長を有する複数のレーザーを一つのビームに組み合わせても良く、これを所望の入射角で感光性ポリマーに指向して、異なる波長のノッチを同時に記録するのを可能にしても良い。一つ又は複数のノッチを有する、記録された各々の格子層は、一つ又はそれ以上のこれらの格子層を互いに積層し、異なる波長、角度、色、及び光学密度制御の複合メタマテリアルフィルタ積層体を作る。
【００５９】
これらの実施形態では、格子のための「対象ビーム」は、ｉ）感光性ポリマー層の最終表面からの内部表面反射、ｉｉ）例えば積層等により、感光性ポリマー層に一時的に設けられた反射性フィルム又は鏡（図１２に示すような鏡１１１０）、又はｉｉｉ）屈折率整合液又はこれに似たものによって、感光性ポリマー層が光学的に接触した、金属鏡又はコーティングされたガラス鏡のような固い鏡面によってもたらすことができる。
【００６０】
図１５は、傾斜縞格子を提供するように構成された製造システム１４００の実施形態を示す。図１４では、感光性ポリマー層１１０５が透明基板１１３５の上に設けられている。透明基板１１３５は、例えばポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、トリアセテート、又は同様のものであっても良い。再び、レーザー１１１５は、感光性ポリマー層１１０５に対する移動のために搬送機１１２０に取り付けられるが、この実施形態では、図１２から図１４とは異なり、レール１１４０が感光性ポリマー１１０５に対して縦方向に延び、感光性ポリマー層１１０５が矢印１１４５によって示される水平方向に移動可能である。その上、この実施形態では、レーザー１１１５に対して感光性ポリマー層１１０５の反対側に設けられた第２の搬送機１１５５に鏡１１５０が設けられている。第２の搬送機１１５５は、鏡１１５０がレーザー１１１５に向けて角度付けされるように、鏡１１５０をレーザー１１１５と協調して回転するのを許容する第２の回転ヘッド１１６０を含む。この実施形態では、レーザ１１１５から入射するレーザビームを感光性ポリマー層１１０５の上面に「再帰反射」させるように構成されたミラー１１５０を有することにより、鮮明な干渉縞が生成される。傾斜縞は、入射ビームと再起反射ビームとが交差するところ１１６５に形成される。
【００６１】
図１６は、多重波長メタマテリアルフィルタ積層体１５００の原理を示す。この積層体では、３つの感光性ポリマー層に３つの記録された格子があり、各々が異なる波長又は波長帯域を遮断するように構成された異なる間隔を有する。具体的には、第１の層１５０５は、第１の波長１５１０を遮断するように構成され、第２の層１５１５は、第２の波長１５２０を遮断するように構成され、第３の層１５２５は第３の波長１５３０を遮断するように構成されている。格子／層は、適切な材料を用いることによりオーバーラップしてもよいことが理解できる。したがって、積層され記録された感光性ポリマー層の使用は、有効保護角度、及び／又は個々の層によって引き起こされる分散を無効にし、及び／又はフィルタの光学密度を向上させる。一対の傾斜格子フィルムが積層されるとき、一般的にこれらのフィルムは反対を向いた傾斜を有する。
【００６２】
感光性ポリマーの格子層に加えて、メタマテリアルフィルタ積層体は、他の基板又は支持層を有していても良い。ここで説明するように、基板又は支持層は、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、トリアセテート（ＴＡＣ）又はこれと同様のものを含んでも良い。感光性ポリマー（ＰＰ）格子層及び基板の種々の組み合わせを実施することができ、この場合、例えばＴＡＣを使用して、ＴＡＣ−ＰＰ−ＰＰ−ＴＡＣ、ＴＡＣ−接着剤−ＰＰ−ＰＰ−接着剤−ＴＡＣ、ＴＡＣ−接着剤−ＰＰ−接着剤−ＴＡＣ、及びこれと同様の組み合わせを実施してもよい。メタマテリアルフィルタ積層体は、グレア防止、スクラッチ防止、艶出し、又はこれと同様の機能を有するフィルム又はコーティングを含んでも良い。積層体に使用される接着剤は、あらゆる適切な接着剤であっても良く、グラフェンを含んでも良い。
【００６３】
幾つかの実施形態では、メタマテリアルフィルタを、フィルタのための彩度抑制／最小化、及び／又は色彩調整を提供することで改善しても良い。具体的には、ブラッグ型のホログラフィックパターン化されたサブ波長格子は、例えばレーザーからの予め決定された波長を遮断するためにバンドギャップを作り出し、スペクトルの一部を反射する。しかしながら、この工程は、一般的に、このような格子を通した風景の中立の色を歪める。例えば、５２３ｎｍの光を遮断する格子は、通常、スペクトルの緑部分が取り除かれるためピンクに見える。この作用は、中立色を得るために、スペクトルの一部の赤及び青部分を取り除くことで相殺（色彩調整）することができる。この色彩調整の結果は、吸収染料を追加し、又はスペクトルの青及び赤を取り除くホログラフィックパターン化された格子を追加することで達成される。図１７は、色彩調整された二層メタマテリアル積層体の透過スペクトルの例を示し、第１の層は、５３２ｎｍのホログラフィックパターン化された格子であり、第２の層はメタマテリアルフィルタ積層体全体の色を調整するために予め決定された濃度の青及び赤の吸収染料が塗られている。図１８は、（図１６に示すように）３個のホログラフィックパターン化された格子（青、緑、及び赤）を用いたメタマテリアル色彩調整フィルタ積層体を使用したときの予想される透過スペクトルの例を示す。得られるメタマテリアルフィルタ積層体は、優れた色彩調整特性を示し、この型のフィルタは、（図１７に示すフィルタと同様に）緑色レーザーに加えて、赤及び青レーザー（これらの波長は垂直線によって示される）を遮断することができる。
【００６４】
ここで説明するように、メタマテリアルフィルムは、航空機のウィンドシールドの他のコンポーネントに関連して、種々の位置に使用／適用することができる。幾つかの場合、メタマテリアルは、ウィンドシールドの内側に使用／適用することができ、他の場合、メタマテリアルは、ウィンドシールド構造の内部で使用／適用することができる。図１９及び図２０は、ウィンドシールドの２つの代替の構成を示す。
【００６５】
上記の説明では、実施形態の完全な理解のために、例示の目的で多くの細部を記載した。しかしながら、これらの詳細な細部が必要ないかもしれないことは当業者にとって明確である。他の例では、理解を曖昧にしないために、周知の構造はブロック図の形態で示される場合がある。例えば、ここで説明される実施形態の要素がソフトウェアのルーチン、ハードウェア回路、ファームウェア、又はこれらの組み合わせで提供されるのかについての詳細は提供していない。
【００６６】
実施形態の開示又は実施形態のコンポーネントは、（コンピューター可読媒体、プロセッサー可読媒体、又はコンピュータ可読プログラムコードが埋め込まれたコンピュータ使用可能媒体として知られる）機械可読媒体に記録されたコンピュータープログラム製品として提供しても良い。機械可読媒体は、フロッピーディスク、読取専用コンパクトディスク（ＣＤ−ＲＯＭ）、（揮発性、又は不揮発性）メモリーデバイス、又は同様のストレージ機構を含む、磁気、光学、又は電気的ストレージ媒体を含む、あらゆる適切な、有形であり、非一時的な媒体であっても良い。機械可読媒体は、プロセッサ又はコントローラに開示の実施形態による方法のステップを実施させるための種々の指令、コードシーケンス、コンフィグレーション情報、又は他のデータのセットを含んでも良い。当業者には、説明した手段を実装するために必要な他の指令及び操作を機械可読媒体に格納しても良いことが理解できる。機械可読媒体に格納された指令は、プロセッサ、コントローラ、又は他の適切なデバイスによって実行しても良く、説明したタスクを実行するために電気回路と相互作用しても良い。
【００６７】
上述の実施形態は例示の目的に過ぎない。当業者によって、特定の実施形態に対して、ここに添付された特許請求の範囲によって定められる発明の範囲から逸脱することなく、変形、修正、及び変化をもたらすことができる。
【図１】
2019522244.tif 000003
【図２】
2019522244.tif 000004
【図３Ａ】
2019522244.tif 000005
【図３Ｂ】
2019522244.tif 000006
【図３Ｃ】
2019522244.tif 000007
【図４】
2019522244.tif 000008
【図５】
2019522244.tif 000009
【図６】
2019522244.tif 000010
【図７】
2019522244.tif 000011
【図８】
2019522244.tif 000012
【図９】
2019522244.tif 000013
【図１０】
2019522244.tif 000014
【図１１】
2019522244.tif 000015
【図１２】
2019522244.tif 000016
【図１３】
2019522244.tif 000017
【図１４】
2019522244.tif 000018
【図１５】
2019522244.tif 000019
【図１６】
2019522244.tif 000020
【図１７】
2019522244.tif 000021
【図１８】
2019522244.tif 000022
【図１９】
2019522244.tif 000023
【図２０】
2019522244.tif 000024
【国際調査報告】
2019522244.tif 000025
2019522244.tif 000026
2019522244.tif 000027
2019522244.tif 000028
2019522244.tif 000029