(57)【要約】【課題】本発明の目的は、照射したレーザ光を再生像の投影に効率良く利用することが可能なホログラム基板、このようなホログラム基板を効率良く製造可能なホログラム基板の製造方法、および、画像投影装置を提供すること。【解決手段】ホログラム基板１は、レーザ光の照射により像を形成するホログラム基板１であって、レーザ光を照射する面とは反対の面側に形成され、レーザ光の回折により任意の形状の像を投影するホログラムパターン１１と、レーザ光を照射する面に形成された多数の微小の凹凸１２とを有し、凹凸１２の隣接する凸部同士の平均ピッチ、凹凸１２の幅、および、凹凸１２の高低差が前記レーザ光の波長の３０〜５０％であることを特徴とする。【選択図】図１
2008076571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の照射により像を形成するホログラム基板であって、
前記レーザ光を照射する面とは反対の面側に形成され、前記レーザ光を回折することにより任意の形状の前記像を投影するホログラムパターンと、
前記レーザ光を照射する面に形成された多数の微小の凹凸とを有し、
前記凹凸の隣接する凸部同士の平均ピッチ、前記凹凸の幅、および、前記凹凸の高低差が前記レーザ光の波長の３０〜５０％であることを特徴とするホログラム基板。
【請求項２】
前記凹凸が形成された面の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に規定の十点平均粗さ）は、０．３μｍ以下である請求項１に記載のホログラム基板。
【請求項３】
前記凹凸の隣接する凸部同士の平均ピッチ、前記凹凸の幅、および、前記凹凸の高低差は、１００〜４００ｎｍである請求項１または２に記載のホログラム基板。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のホログラム基板を製造する製造方法であって、
表面に前記ホログラムパターンに対応した形状を有する第１の型を用意する工程と、
表面に前記凹凸に対応した形状を有する第２の型を用意する工程と、
前記第１の型および前記第２の型の表面形状を基板に転写する工程とを有することを特徴とするホログラム基板の製造方法。
【請求項５】
前記第２の型は、基材の表面にブラスト加工を施すことにより形成する請求項４に記載のホログラム基板の製造方法。
【請求項６】
前記ブラスト加工は、ウェットブラストである請求項５に記載のホログラム基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれかに記載のホログラム基板と、
前記ホログラム基板に対してレーザ光を照射するレーザ光源とを備えたことを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム基板、ホログラム基板の製造方法、および、画像投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を光源として、ホログラムの再生像を投影する画像投影装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この画像投影装置は、点光源としてのレーザ光源からホログラムプレート（ホログラム基板）に照射し、点光源のレーザ光をホログラムプレートによって面照明に変換して、ホログラムパターンの再生像を投影するものである。
【０００３】
このような画像投影装置において、入射したレーザ光の光量に対する回折したレーザ光の光量の割合、すなわち、レーザ光の回折効率を向上させるために、種々のホログラムパターンが設計されている。
しかしながら、ホログラムパターンの設計だけでは、十分な回折効率が得られなかった。特に、ホログラムプレートのホログラムパターンが形成されている面とは反対の面でのレーザ光が反射してしまい、照射したレーザ光を再生像の投影に効率良く用いるのが困難であった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３７９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、照射したレーザ光を再生像の投影に効率良く利用することが可能なホログラム基板、このようなホログラム基板を効率良く製造可能なホログラム基板の製造方法、および、画像投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のホログラム基板は、レーザ光の照射により像を形成するホログラム基板であって、
前記レーザ光を照射する面とは反対の面側に形成され、前記レーザ光を回折することにより任意の形状の前記像を投影するホログラムパターンと、
前記レーザ光を照射する面に形成された多数の微小の凹凸とを有し、
前記凹凸の隣接する凸部同士の平均ピッチ、前記凹凸の幅、および、前記凹凸の高低差が前記レーザ光の波長の３０〜５０％であることを特徴とする。
これにより、照射したレーザ光を再生像の投影に効率良く利用することが可能なホログラム基板を提供することができる。
【０００７】
本発明のホログラム基板では、前記凹凸が形成された面の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に規定の十点平均粗さ）は、０．３μｍ以下であることが好ましい。
これにより、レーザ光の入射面におけるレーザ光の反射をより効果的に防止または抑制することができる。
本発明のホログラム基板では、前記凹凸の隣接する凸部同士の平均ピッチ、前記凹凸の幅、および、前記凹凸の高低差は、１００〜４００ｎｍであることが好ましい。
これにより、レーザ光の入射面におけるレーザ光の反射をより効果的に防止または抑制することができる。
【０００８】
本発明のホログラム基板の製造方法は、本発明のホログラム基板を製造する製造方法であって、
表面に前記ホログラムパターンに対応した形状を有する第１の型を用意する工程と、
表面に前記凹凸に対応した形状を有する第２の型を用意する工程と、
前記第１の型および前記第２の型の表面形状を基板に転写する工程とを有することを特徴とする。
これにより、容易かつ簡便にホログラム基板を製造することができる。また、型を用いた場合、量産性に優れるとともに、量産の際に、品質の揃ったホログラム基板を提供することができる。
【０００９】
本発明のホログラム基板の製造方法では、前記第２の型は、基材の表面にブラスト加工を施すことにより形成することが好ましい。
これにより、微小の凹凸に対応した形状をより簡便に形成することができる。
本発明のホログラム基板の製造方法では、前記ブラスト加工は、ウェットブラストであることが好ましい。
これにより、微小の凹凸に対応した形状をより簡便に形成することができる。
【００１０】
本発明の画像投影装置は、本発明のホログラム基板と、
前記ホログラム基板に対してレーザ光を照射するレーザ光源とを備えたことを特徴とする。
これにより、照射したレーザ光を再生像の投影に効率良く利用することができ、明るい像を投影可能な画像投影装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のホログラム基板、ホログラム基板の製造方法、および、画像投影装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明のホログラム基板を模式的に示した縦断面図である。なお、以下の説明では、図１中の右側を「（レーザ光の）入射側」、左側を「（レーザ光の）出射側」と言う。
【００１２】
ホログラム基板１は、例えば、後述する画像投影装置１０を構成する部材として用いられるものであり、図１に示すように、レーザ光の出射側の面に形成されたホログラムパターン１１と、レーザ光の入射側の面に形成された多数の微小の凹凸１２とを有している。
ホログラム基板１の構成材料は、特に限定されないが、主として樹脂材料で構成され、所定の屈折率を有する透明な材料で構成されている。
【００１３】
ホログラム基板１の具体的な構成材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド（例：ナイロン６、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６−１２、ナイロン６−６６）、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ−（４−メチルペンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば、ブレンド樹脂、ポリマーアロイ、積層体等として）用いることができる。
【００１４】
ホログラムパターン１１は、入射したレーザ光を回折することにより、任意の形状の再生像に変換する機能を有している。
ホログラムパターン１１は、変換（投影）する再生像に基づいて設計された形状を有している。
また、ホログラム基板１は、図１に示すように、レーザ光の入射側の面、すなわち、ホログラムパターン１１が形成されている面とは反対側の面に、多数の微小の凹凸１２が設けられている。
この多数の微小の凹凸１２は、その凸部同士の平均ピッチ（図中、Ｐで表されるピッチの平均値）、凹凸の幅（図中、Ｗで表される幅）、および、凹凸の高低差（図中、Ｈで表される高低差）が照射するレーザ光の波長の３０〜５０％であるという条件を満たすものである。
【００１５】
ところで、従来のホログラム基板を備えた画像投影装置では、入射したレーザ光の光量に対する回折したレーザ光の光量の割合、すなわち、レーザ光の回折効率を向上させるために、種々のホログラムパターンが設計されているが、ホログラムパターンの設計だけでは、十分な回折効率が得られなかった。特に、ホログラム基板のホログラムパターンが形成されている面とは反対の面（レーザ光の入射面）におけるレーザ光の反射により、照射したレーザ光を再生像の投影に効率良く用いるのが困難であった。
【００１６】
これに対して、本発明のように、ホログラム基板のレーザ光の入射面に、上記のような条件を満たす微小の凹凸を多数設けることにより、レーザ光の入射面におけるレーザ光の反射を防止または抑制することができる。これにより、ホログラム基板のホログラムパターンに入射するレーザ光の光量を多くすることができるため、回折効率を向上させることができる。その結果、照射したレーザ光を再生像の投影に効率良く利用することができる。また、このような多数の微小の凹凸を設ける場合、通常用いられている反射防止膜を設けた場合と比較して、反射防止の効果が得られるレーザ光の波長の幅が広いという利点がある。
【００１７】
このように本発明は、入射面に、凸部同士の平均ピッチ、凹凸の幅、および、凹凸の高低差が照射するレーザ光の波長の３０〜５０％であるという条件を満たす多数の微小の凹凸を備えた点に特徴を有するものであるが、微小の凹凸は、その凸部同士の平均ピッチ、凹凸の幅、および、凹凸の高低差が照射するレーザ光の波長の２０〜４０％である条件を満たすのが好ましく、２５〜３５％である条件を満たすのがより好ましい。これにより、レーザ光の入射面におけるレーザ光の反射をより効果的に防止または抑制できる。これに対して、凸部同士の平均ピッチ、凹凸の幅、および、凹凸の高低差が前記下限値未満であると、レーザ光の入射面におけるレーザ光の反射を十分に防止または抑制するのが困難となる場合がある。一方、凸部同士の平均ピッチ、凹凸の幅、および、凹凸の高低差が前記上限値を超えると、透過率が低下して照射したレーザ光を再生像の投影に効率良く利用することができない。
【００１８】
凸部同士の平均ピッチ、凹凸の幅、および、凹凸の高低差は、具体的には、１００〜４００ｎｍであるのが好ましく、２００〜３００ｎｍ程度であるのがより好ましい。これにより、レーザ光の入射面におけるレーザ光の反射をより効果的に防止または抑制することができる。
また、微小の凹凸１２が設けられている面の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に規定の十点平均粗さ）は、０．３μｍ以下であるのが好ましく、０．２〜０．３μｍであるのがより好ましい。これにより、レーザ光の入射面におけるレーザ光の反射をさらに効果的に防止または抑制することができる。
【００１９】
次に、本発明のホログラム基板を備えた画像投影装置について説明する。
図２は、図１に示すホログラム基板を備えた画像投影装置の模式図である。
画像投影装置１０は、前述したホログラム基板１と、ホログラム基板１の光の入射側に配置されたレーザ光源２とを備えている。
以上のように構成された画像投影装置１０では、レーザ光源２から照射されたレーザ光Ｌａは、ホログラム基板１の微小の凹凸１２が設けられた面側からに入射し、ホログラムパターン１１によって回折し、再生像に変換される。
画像投影装置１０は、ホログラム基板１（本発明のホログラム基板）を備えているので、入射したレーザ光は十分な透過率でホログラムパターンに到達する。その結果、従来のものと比較して、照射したレーザ光を再生像の投影に効率良く利用することができ、十分に明るい再生像を投影することができる。
【００２０】
次に、本発明のホログラム基板の製造方法の一例について説明する。
図３は、本発明のホログラム基板の製造に用いられる第１の型を示す縦断面図、図４は、本発明のホログラム基板の製造に用いられる第２の型を示す縦断面図、図５は、本発明のホログラム基板の製造工程の一例を示す図である。
本実施形態の製造方法は、表面に前述したホログラムパターン１１に対応した形状を有する第１の型３を用意する第１の型準備工程と、表面に前述した凹凸１２に対応した形状を有する第２の型４を用意する第２の型準備工程と、第１の型３および第２の型４の表面形状を基板に転写する転写工程とを有する。
【００２１】
［第１の型３準備工程］
まず、図３に示すような、表面に、前述したホログラムパターン１１に対応した形状のパターン３１を有する第１の型を用意する。
このような第１の型３を構成する材料としては、特に限定されず、例えば、金属材料、ガラス、樹脂材料等が挙げられる。中でも、金属材料を用いた場合、第１の型３の加工性や取り扱い性がより良好なものとなる。
ホログラムパターン１１に対応した形状のパターン３１は、例えば、上記のような材料で構成された原盤に対して、所定の開口部を有するマスクを介してエッチングを施す方法や、レーザ加工方法等により形成することができる。
【００２２】
［第２の型４準備工程］
一方、図４に示すような、表面に、前述した微小の凹凸１２に対応した形状の多数の凹凸４１を有する第２の型４を用意する。
このような第２の型４を構成する材料としては、特に限定されず、例えば、金属材料、ガラス、樹脂材料等が挙げられる。中でも、金属材料を用いた場合、第２の型４の加工性や取り扱い性がより良好なものとなる。
【００２３】
このような第２の型４は、例えば、前述したような材料で構成された原盤に対して、所定の加工を施して凹凸４１を形成することにより製造することができる。
凹凸４１は、例えば、エアブラスト、ウェットブラスト、サンドブラスト等のブラスト加工を施すことにより形成することができる。これにより、より容易に前述した凹凸１２に対応した形状を形成することができる。
【００２４】
上述した中でも、ウェットブラストによって凹凸４１を形成した場合、より均一に凹凸４１を形成することができる。これにより、より容易に前述した凹凸１２に対応した形状を形成することができる。
また、このようなブラスト加工は、複数回行うのが好ましい。これにより、より均一に凹凸４１を形成することができる。
また、ブラスト加工において原盤に対して噴射される微粒子の平均粒径は、１０μｍ以下であるのが好ましく、１〜５μｍであるのがより好ましい。
【００２５】
［転写工程］
次に、図５（ａ）に示すように、前述したような樹脂材料で構成された基材１３を、第１の型３と第２の型４との間に設置する。
次に、第１の型３と第２の型４とを加熱し、図５（ｂ）に示すように、基材１３をプレスし、第１の型３および第２の型４の形状を基材１３に転写する。
【００２６】
そして、第１の型３および第２の型４の形状を転写した基材１３を冷却する。
その後、第１の型３および第２の型４を除去することにより、図１に示すようなホログラム基板１（本発明のホログラム基板）が得られる。
以上説明したように、第１の型３と第２の型４とを用いて、基材１３に対して同時に転写することにより、容易かつ簡便にホログラム基板１を製造することができる。また、型を用いた場合、量産性に優れるとともに、量産の際に、品質の揃ったホログラム基板１を提供することができる。
【００２７】
以上、本発明のホログラム基板、ホログラム基板の製造方法および画像投影装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明のホログラム基板の製造方法では、必要に応じて、任意の目的の工程を追加することもできる。
【００２８】
また、前述した実施形態では、ブラスト加工により、ホログラム基板の微小な凹凸に対応した形状を形成した第２の型と、ホログラムパターン形成用の第１の型とを用いてホログラム基板を製造するものとして説明したが、第１の型を用いずに、ホログラムパターンが予め形成された基板に対して直接ブラスト加工を施すことにより、ホログラム基板に微小な凹凸を設けてもよい。
【００２９】
また、前述した実施形態では、ホログラムパターンと微小の凹凸とをほぼ同時に形成するものとして説明したが、ホログラムパターンを形成した後に凹凸を形成してもよいし、凹凸を形成した後にホログラムパターンを形成してもよい。
また、前述した実施形態では、ホログラム基板の微小の凹凸に対応する形状をブラスト加工で形成するものとして説明したが、これに限定されず、例えば、エッチング加工や、レーザ加工等を用いて形成するものであってもよい。
【実施例】
【００３０】
（実施例）
以下のように、ホログラム基板を製造した。
まず、形成すべきホログラムパターンに対応する形状のパターンを有する、鏡面ステンレス鋼で構成された第１の型を用意した。
一方、平滑面を有する、鏡面ステンレス鋼で構成された金属基板を用意した。
次に、金属基板の平滑面に、ウェットブラスト加工により、微小の凹凸を形成し、第２の型を形成した。なお、ウェットブラスト加工は、平均粒径５μｍのアルミナを水に分散した分散液を噴射ノズルから圧力０．２ＭＰａで、平滑面全体に均一に噴射することにより行った。このウェットブラスト加工は２回行った。形成された凹凸の凸部同士の平均ピッチは、２５０ｎｍ、凹凸の幅は、２５０ｎｍ、凹凸の高低差は、２５０ｎｍであった。また、微小な凹凸が形成された面の表面粗さＲｚは、０．２５μｍであった。
【００３１】
次に、第１の型と第２の型を用いて、前述した実施形態と同様にして、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）で構成された樹脂基板に熱プレス方式により各型の形状を転写した。
樹脂基板を冷却した後、各型を剥離することにより、ホログラム基板を得た。
得られたホログラム基板のレーザ光の入射面に形成された凹凸の凸部同士の平均ピッチは、２５０ｎｍ、凹凸の幅は、２５０ｎｍ、凹凸の高低差は、２５０ｎｍであった。また、入射面の表面粗さＲｚは、０．２５μｍであった。
【００３２】
（比較例）
第２の型の代わりに微小の凹凸が形成されていない平板を用いた以外は、前記実施例１と同様にしてホログラム基板を製造した。すなわち、入射面側に微小の凹凸が形成されていないホログラム基板を製造した。
【００３３】
［評価］
実施例および比較例で得られたホログラム基板を用いて、図２に示すような画像投影装置を製造した。なお、レーザ光源としては、波長５５０ｎｍのレーザ光を照射するものを用いた。
実施例および比較例にかかる画像投影装置において、入射したレーザ光の光量Ａと出射したレーザ光の光量Ｂとを測定し、Ａに対するＢの割合、すなわち、レーザ光の利用効率（透過率）を求めた。その結果、実施例に係る画像投影装置においては、利用効率が９１．３％であったのに対し、比較例では、８８．１％であった。
この結果からわかるように、実施例にかかる画像投影装置は、比較例のものと比較して、照射したレーザ光を再生像の投影に効率良く利用することが可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のホログラム基板を模式的に示した縦断面図である。
【図２】図１に示すホログラム基板を備えた画像投影装置の模式図である。
【図３】本発明のホログラム基板の製造に用いられる第１の型を示す縦断面図である。
【図４】本発明のホログラム基板の製造に用いられる第２の型を示す縦断面図である。
【図５】本発明のホログラム基板の製造工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…ホログラム基板  １１…ホログラムパターン  １２…凹凸  １３…基材  ２…レーザ光源  ３…第１の型  ３１…パターン  ４…第２の型  ４１…凹凸  １０……画像投影装置
【図１】
2008076571.tif 000003
【図２】
2008076571.tif 000004
【図３】
2008076571.tif 000005
【図４】
2008076571.tif 000006
【図５】
2008076571.tif 000007