(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
収束性要素ホログラムのアレーからなるホログラムアレーをホログラムアレー原版から光学的な複製により複製する方法において、
前記ホログラムアレー原版として発散性原版要素ホログラムのアレーからなるホログラムアレー原版を用い、前記ホログラムアレー原版とホログラム感材とをギャップを介して配置し、前記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、前記発散性原版要素ホログラムからの発散回折光と直進透過光とを前記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から収束性要素ホログラムのアレーからなる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上において各発散性原版要素ホログラム間に隙間が設けられ、隣接する発散性原版要素ホログラムから回折された発散回折光同士が前記ホログラム感材の位置で相互にほとんど隙間なくかつ重畳することなく略接する状態で前記発散回折光と前記直進透過光とが前記ホログラム感材中で干渉する位置に前記ホログラム感材が配置されている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】
前記ホログラムアレー原版の前記発散性原版要素ホログラムの繰り返しピッチをＬ、前記の発散性原版要素ホログラム間の隙間をΔ、前記ホログラムアレー原版の回折面から前記ホログラム感材の感光層までの距離をｄ、前記発散性原版要素ホログラムの焦点距離を−ｆ’（ｆ’＞０）とすると、Ｌｄ≒（ｆ’＋ｄ）Δの関係が成立していることを特徴とする請求項２記載のホログラムアレーの複製方法。
【請求項４】
前記の発散性原版要素ホログラム間の隙間に、その部分を通過する透過光の強度と前記発散性原版要素ホログラム部分を通過する透過光の強度とを略同じにするために、減衰フィルターが設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載のホログラムアレーの複製方法。
【請求項５】
前記の発散性原版要素ホログラム間の隙間に、その部分を通過する透過光の強度と前記発散性原版要素ホログラム部分を通過する透過光の強度とを略同じにするために、入射した再生照明光を線状あるいは飛び飛びの点状に集光する集光性ホログラムが設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載のホログラムアレーの複製方法。
【請求項６】
前記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から５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７】
前記の複製されたホログラムアレーは、その各収束性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６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の各要素ホログラム同士が相互に重畳することなくかつ記録されない領域がないように複製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６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７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  ＧｅｎｅｒａｔｅｄＨｏｌｏｇｒａｍ）５″のアレー７を作製する。次いで、図７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６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６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７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７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】
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。
【００１０】
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の各要素ホログラムの干渉縞が記録領域全面にわたって隙間なくかつ相互に重ならないように複製記録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。
【００１１】
【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、収束性要素ホログラムのアレーからなるホログラムアレーをホログラムアレー原版から光学的な複製により複製する方法において、前記ホログラムアレー原版として発散性原版要素ホログラムのアレーからなるホログラムアレー原版を用い、前記ホログラムアレー原版とホログラム感材とをギャップを介して配置し、前記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、前記発散性原版要素ホログラムからの発散回折光と直進透過光とを前記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から収束性要素ホログラムのアレーからなるホログラムアレーを得ることを特徴とする方法である。
【００１２】
この場合、ホログラムアレー原版上において各発散性原版要素ホログラム間に隙間が設けられ、隣接する発散性原版要素ホログラムから回折された発散回折光同士がホログラム感材の位置で相互にほとんど隙間なくかつ重畳することなく略接する状態で発散回折光と直進透過光とがホログラム感材中で干渉する位置にホログラム感材が配置されていることが望ましい。
【００１３】
また、ホログラムアレー原版の発散性原版要素ホログラムの繰り返しピッチをＬ、発散性原版要素ホログラム間の隙間をΔ、ホログラムアレー原版の回折面からホログラム感材の感光層までの距離をｄ、発散性原版要素ホログラムの焦点距離を−ｆ’（ｆ’＞０）とすると、Ｌｄ≒（ｆ’＋ｄ）Δの関係が成立していることが望ましい。
【００１４】
また、発散性原版要素ホログラム間の隙間に、その部分を通過する透過光の強度と発散性原版要素ホログラム部分を通過する透過光の強度とを略同じにするために、減衰フィルター、あるいは、入射した再生照明光を線状あるいは飛び飛びの点状に集光する集光性ホログラムを設けることが望ましい。
【００１５】
また、ホログラムアレー原版を計算機ホログラムアレーとすることができる。
【００１６】
なお、複製されたホログラムアレーとしては、例えば、その各収束性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とすることができる。
【００１７】
本発明においては、ホログラムアレー原版として発散性原版要素ホログラムのアレーからなるホログラムアレー原版を用い、ホログラムアレー原版とホログラム感材とをギャップを介して配置し、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、発散性原版要素ホログラムからの発散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から収束性要素ホログラムのアレーからなるホログラムアレーを得るので、ホログラムアレーの各収束性要素ホログラムの干渉縞が記録領域全面にわたって隙間なくかつ相互に重ならないように複製記録することができる。そのため、得られたホログラムアレーは、分光効率が低下することがなく、不要な０次光も少なくなる。しかも、ホログラム多重記録領域から発生する不要な回折次数に基づく迷光も発生しない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の基本的原理は、ホログラムアレー原版として、発散性の原版要素ホログラムのアレーを用い、各原版要素ホログラムを複製されたときの複製要素ホログラムの干渉縞記録領域より小さく作製することにより、原版上では各原版要素ホログラム間に隙間が残るようにし、このようなホログラムアレー原版とホログラム感材とをギャップを介して配置し、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、各原版要素ホログラムからの発散回折光と直進透過光とをホログラム感材中で干渉させて、ホログラム感材の記録面上では各原版要素ホログラムから複製された複製要素ホログラムの干渉縞記録領域が隣接するものとほとんど隙間なくかつ相互に重ならないように複製記録することである。
【００１９】
以下、本発明の上記の原理を実施する形態について説明する。まず、発散性のＣＧＨとしては、図７の収束性のＣＧＨ５″を用いてもよい。このＣＧＨ５″に入射角θでレーザ光９を入射させると、回折光１０は収束光となるが、このレーザ光９の入射角を−θとすると、回折光は発散光となる。このような収束性のＣＧＨの代わりに最初から発散性のＣＧＨを設計して用いてもよい。
【００２０】
さて、図１に示すように、このような発散性のＣＧＨ１５を一定間隔Ｌで一体にアレー状に並べてＣＧＨアレー原版１７を構成する。この実施例では、ＣＧＨ１５は、図６の微小ホログラム５′の干渉縞と同じ形状のレリーフを持つＣＧＨ１５として構成されており、また、ＣＧＨアレー原版１７の繰り返しピッチも微小ホログラム５′の配置ピッチと一致させてある。ただし、隣接するＣＧＨ１５間の間隔部ａには何らレリーフ面が設けられないように、各ＣＧＨ１５はＣＧＨ１５の繰り返しピッチＬより小さく作製されている。
【００２１】
そして、そのＣＧＨアレー原版１７のレリーフ面から感光層１３までの距離をｄに設定してホログラム感材８をＣＧＨアレー原版１７に沿って配置する。ホログラム感材８は、図７の場合と同様、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が積層されてなるものとしてある。ＣＧＨアレー原版１７側から図６のバックライト３に相当する角度θでレーザ光９を入射させると、ＣＧＨアレー原版１７の各ＣＧＨ１５によって発散回折光２０が生じる。各発散回折光２０は発散性ＣＧＨ１５の焦点に相当する点Ｆから発散する光である。隣接するＣＧＨ１５から回折された発散回折光２０同士は感光層１３の位置で相互にほとんど隙間なくかつ重畳することなく略接する状態となる。この状態で各発散回折光２０と直進透過光１１とは感光層１３中で干渉し、ホログラムアレーがＣＧＨアレー原版１７から複製記録されたことになる。このホログラムアレー中においては、要素ホログラムの干渉縞が記録領域全面にわたって隙間なくかつ相互に重ならないように複製記録されている。
【００２２】
そして、図２に示すように、上記のようにして複製されたホログラムアレーを２１とし、そのホログラムアレー２１を構成する要素ホログラムを２２とする。この複製されたホログラムアレー２１に図１の複製のときのレーザ光９と反対に進む光２３をガラス基板１２側から入射させると、各要素ホログラム２２によって回折された光は元の発散点Ｆへ向かう収束光２４となる。したがって、この再生照明光２３を図６の白色バックライト３とすれば、ホログラムアレー２１の各要素ホログラム２２によって収束点Ｆの左右に青から赤へと分布するように波長分光され、図６のようなホログラムフィルター５としてホログラムアレー２１を使用することができる。しかも、上記したように、要素ホログラム２２の干渉縞が感光層１３全面にわたって隙間なくかつ相互に重ならないように複製記録されているので、バックライト３を照射したとき、全ての領域で入射光が回折されるため、分光効率が低下することがなく、不要な０次光も少なくなる。しかも、隣接する要素ホログラム２２同士も相互に重畳していないので、ホログラム多重記録領域から発生する不要な回折次数に基づく迷光も発生しない。
【００２３】
なお、ＣＧＨが記録されていない間隔部ａの幅をΔとし、ホログラムアレー２１の要素ホログラム２２の焦点距離をｆとすると、ＣＧＨアレー原版１７のレリーフ面から感光層１３までの距離ｄと、ＣＧＨ１５及び要素ホログラム２２の繰り返しピッチＬとの間に、Ｌｄ≒ｆΔの関係が成立していることが望ましい。あるいは、ＣＧＨ１５の焦点距離を−ｆ’（ｆ’＞０）とすると、Ｌｄ≒（ｆ’＋ｄ）Δの関係が成立していることが望ましい。
【００２４】
ところで、図３に図１の一部を拡大して示すが、ＣＧＨアレー原版１７の隣接するＣＧＨ１５間の間隔部ａには何らレリーフ面が設けられないため、この領域に入射したレーザ光９は回折されないでほとんどが直進する。したがって、間隔部ａを通過した透過光１１の感光層１３上での強度は他の領域を通過した透過光１１の強度に比較してより強くなるため、複製された要素ホログラム２２にムラが生じる。このような透過光１１の空間的なムラを防止するためには、図４に示すように、ＣＧＨ１５間の間隔部ａにこのムラを補償するような透過率を有する減衰フィルター２５を設け、間隔部ａとそれ以外の領域を通過し透過光１１の強度を等しく調整するようにすればよい。
【００２５】
又は、図５に示すように、ＣＧＨ１５間の間隔部ａに、間隔部ａに入射したレーザ光９を略感光層１３上に線状あるいは飛び飛びの点状に集光する別のＣＧＨ又はホログラム２６を設けてレーザ光９の一部を他と同様に回折させ、間隔部ａとそれ以外の領域を通過し透過光１１の強度を等しく調整するようにしてもよい。この場合は、複製により作製されたホログラムアレー２１の要素ホログラム２２間に、ＣＧＨ又はホログラム２６による集光によって記録された線状あるいは飛び飛びの点状の高屈折領域あるいは低屈折領域が同時に記録されるので、位相像可視化の技術によりホログラムアレー２１の要素ホログラム２２間の境界が観察でき、組立時等の位置決め等に有利なマークとして利用可能なものとなる。
【００２６】
ところで、複製の際の距離ｄの制御には、ホログラム原版１７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、ホログラム原版１７とホログラム感材８の間に配置するスペーサーとして、直径の異なる複数種のビーズを予め用意しておいて、所望の上記ｄを得るために、この予め用意しておいた複数種のビーズの中から適切な直径のものを選択して、両者の間の周辺部に挟み込むことにより所望の厚さのギャップを得ることもできる。
【００２７】
また、上記のようなスペーサーを介在させる方法とは別に、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所望の厚さに制御しながら複製を行ってもよい。また、それらの間のギャップは、その間に充填するインデックスマッチング液（屈折率整合液）を用いて、その圧力、量を調節することで制御することもできる。
【００２８】
また、それらの間のギャップは、ホログラム原版１７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１７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。
【００２９】
また、複製するホログラム原版１７としては、ＣＧＨ１５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。
【００３０】
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。
【００３１】
【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、ホログラムアレー原版として発散性原版要素ホログラムのアレーからなるホログラムアレー原版を用い、ホログラムアレー原版とホログラム感材とをギャップを介して配置し、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、発散性原版要素ホログラムからの発散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から収束性要素ホログラムのアレーからなるホログラムアレーを得るので、ホログラムアレーの各収束性要素ホログラムの干渉縞が記録領域全面にわたって隙間なくかつ相互に重ならないように複製記録することができる。そのため、得られたホログラムアレーは、分光効率が低下することがなく、不要な０次光も少なくなる。しかも、ホログラム多重記録領域から発生する不要な回折次数に基づく迷光も発生しない。なお、本発明のホログラムアレーの複製方法は、例えばホログラムカラーフィルターの製造に適している。
【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を実施するための１つの配置を示す図である。
【図２】図１の配置による複製により得られたホログラムアレーの作用を説明するための図である。
【図３】隣接するＣＧＨ間の間隔部に基づく問題点を説明するための図１の一部を拡大した図である。
【図４】隣接するＣＧＨ間の間隔部に基づく問題点を解決する実施例の構成を示す図である。
【図５】隣接するＣＧＨ間の間隔部に基づく問題点を解決する別の実施例の構成を示す図である。
【図６】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７】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】
３…バックライト
５…ホログラムフィルター
５′…微小ホログラム
５″…収束性ＣＧＨ
８…ホログラム感材
９…レーザ光
１０…回折光
１１…直進透過光
１２…ガラス基板
１３…感光層
１４…カバーフィルム
１５…発散性のＣＧＨ
１７…ＣＧＨアレー原版
２０…発散回折光
２１…複製されたホログラムアレー
２２…要素ホログラム
２３…再生照明光
２４…収束光
２５…減衰フィルター
２６…ＣＧＨ又はホログラム
ａ…間隔部
Ｆ…焦点に相当する点（発散点、収束点）
【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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