JPH01167880A - ホログラフィック光学素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ホログラフィック光学素子及びその製造方法
に関する。更に詳しくは、高回折効率を有し、貯蔵安定
性に優れたホログラフィック光学素子及びその製造方法
に関する。

〔従来の技術〕

近年、ホログラムを光学素子として応用する試みが活発
に進められている。ホログラフィ技術を用いて作られる
ホログラフィック光学素子は、レンズとして用いた場合
、通常の光学レンズと比較して軽量で薄膜化できる特徴
を有し、システムの小型簡素化につながることが期待さ
れておシ、−部実用化も試みられている。

一般に、ホログラフィック光学素子の特徴として、次の
点が挙げられる。

（１）一つのホログラムで２つ以上の機能、例えばレン
ズ作用とビームスプリッタ−作用の組合せ、レンズ作用
とプリズム作用の組合せ、レンズ作用と干渉フィルター
作用の組合せなど複合機能をもたせることかできる。

（２）任意の波面を所望の波面に変換することができる
。

（３）曲面にホログラムを作製することができる。

（４）レンズによって作られた波面と同一の波面を写し
取υ、レンズ波面と同一の波面を再生することができる
。

（５）レプリカを多数作ることができる。

一方、レリーフホログラムの画像形成材料としては種々
のものが報告されているが、フォトレジストを使ったレ
リーフホログラムは大量のレプリカ複製が簡単にできる
利点をもりているので、実際に印刷分野に浸透し始めた
ホログラムは、すべてフォトレジストを用いて作製され
ている。

フォトレジストには、ネガ型とポジ型の２種類があるが
、レリーフホログラムの画像形成材料としては、現在ポ
ジ型フォトレジストに限定されている。その理由は、Ａ
ｐｐｌ、０ｐｔｉｅｓ、、　１３　、１２９（１９７４
）にも述べられているように、ネガ型フォトレジストで
は現像時の基板からレリーフホログラムが剥れるのを防
止する為に十分な露光量が必要でありうるが、ホログラ
ムの画像形成は通常低露光量で行表わまければならない
から、超微細レリーフホログラムが現像時に基板から容
易に脱落してしまい、レーザー光によって記録された干
渉縞をレリーフとして残すことができない為である。そ
の為、このような問題を生じないポジ型フォトレジスト
が汎用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ポジ型フォトレジストは感度が低く、と
りわけ汎用レーザーであるアルゴン（Ａｒ　）に対する
感度が著しく低いことが欠点となっている。それ故に、
高解像力を持ち、Ａｒレーザーに高感度で感応しうるフ
ォトレジストおよびそれを用いるレリーフホログラムの
作製方法の出現が切望されている。

また、ホログラム光学素子は、現在のところ、実用上次
のような問題点を有していた。

（１）回折効率が、使用する材料にもよるが、必ずしも
高くない。

（２）耐候性について、使用する材料にもよるが、必ず
しも高くなく、経時劣化が起きる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点は、高回折効率を有し
、貯蔵安定性にも優れたホログラフィック光学素子を提
供し、新たな材料として、水性アルカリ現像液で現像可
能なネガ型フォトレジストを表面レリーフ型ホログラム
の画像形成材料として用いるホログラフィック光学素子
の製造方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点を解決するために、基板の片面に
表面レリーフ型ホログラムを形成した樹脂層を配してな
るホログラフィック光学素子、及び、基板の片面に形成
された水性アルカリ現像液で現像可能なネガ型フォトレ
ジスト層に、干渉可能な２光束を互いに干渉させて直線
状ホログラム格子を記録した後、水性アルカリ現像液で
処理して基板上の片面に表面レリーフ型ホログラムを形
成するホログラフィック光学素子の製造方法を提供する
。

第１図は、本発明のホログラフィック光学素子の一実施
例を示した断面図で、基板（１）の任意の片面に表面レ
リーフ型ホログラムを形成した樹脂層（２）が設けられ
てｈる。本発明のホログラフィック光学素子は、基本的
には第１図の構成から成シ、その使用にあたっては、第
２図に示したように、入射光（３）を２分割して透過光
（４）を使用する透過型ホログラフィック光学素子とし
て利用できる。また、第３図に示したように、表面レリ
ーフ型ホログラムを形成した樹脂層（２）の表面に金属
蒸着層（５）を設けることによりて、反射型ホログラフ
ィック光学素子として利用することもできる。

本発明で使用する基板としては、透過型ホログラフィッ
ク光学素子の場合には、例えば、ガラス板、透明又は半
透明のプラスチックシート等が挙げられ１反射型ホログ
ラフィック光学素子の場合には、例えばガラス板、透明
又は半透明のプラスチックシート、着色プラスチックシ
ート、合成紙、鉄、アルミニウム等の金属フィルム及び
それらの積層体等が挙げられる。

プラスチックシートの素材としては、例えば、ポリエス
テル、ポリカーボネート、ポリエステルポリカーゴネー
ト、ポリエチレン、ポリプロピレン、？リサルホン、セ
ルロースアセテート、ポリビニルアセテート、ポリビニ
ルブチラール、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル等が挙げ
られる。

本発明で使用する表面レリーフ型ホログラムを形成する
樹脂層としては、レーデ露光、現像処理によって表面レ
リーフ型ホログラムを形成したネガ型フォトレジスト層
をそのまま利用することもできるし、レプリカとして熱
可塑性樹脂等に複製された表面レリーフ型ホログラム樹
脂層を利用することもできる。レプリカは、公知の方法
により、マスターホログラムからスタンツク−を作製し
、スタンノ平−から熱プレスにより熱可塑性樹脂にレリ
ーフ形状を転写することによって容易に形成することが
できる。

本発明のホログラフィック光学素子は、適当な基板上に
水性アルカリ現像液で現像可能なネガ型フォトレジスト
層を、スピンナー、パーコーター等で形成させた後、干
渉可能な２光束を互いに干渉させて、直線状ホログラム
格子を記録し、現像液で処理することによって簡単に作
製することができる。

水性アルカリ現像液で現像可能なネガ型フォトレジスト
としては、例えば、フェニレンソアクリレート基及び／
又はケイ皮酸基を主鎖もしくは側鎖に含有する重合体を
主成分とする感光性樹脂が挙げられる。このような感光
性樹脂としては、例えば、特開昭６０−１６５６４６号
公報、特開昭６１−１５８６０号公報及び特開昭６１−
５５６４３号公報等に記載されておシ、ｐｓ版用の感光
材料として一部実用化されている。

本発明によシ作製されたホログラフィック光学素子の入
射光に対する±１次回折光の回折効率は８０係以上に達
し、ビームスプリッタ−として利用されている光学レン
ズの光活用率とほぼ同等の値を示し喪。

回折光の回折角は、干渉パターンの記録時におけるレー
ザ交叉角を調整することによって、任意の角度に調整す
ることができる。又、耐候性、湿気に対する安定性も良
好であり、光学素子としての優れた安定性を示した。

本発明のホログラフィック光学素子は、そのまま使用す
ることが好ましいが、レプリカとして多数複製した形で
使用することもできる。

以下実施例により、本発明を具体的に説明する。

〔水性アルカリ現像液で現像可能なネガ型フォトレジス
トの製造〕 ｐ−フユニレンジアクリレート酸ジエチル５４．８１（
０，２モル）トビスフエノールＡ（１モル）のエチレン
オキサイド（６，２モル）付加体１３３．２．９（０，
２６６モル）を、触媒（ジブチル錫オ印サイド６００■
）、禁止剤（フェノチアジン６０即）と共に攪拌装置、
窒素ガス導入管、温度計および留出管を備えた反応器に
仕込み、窒素ガス雰囲気下で攪拌しつつ１９０℃に加温
して反応を開始した。

その後３時間半に亘って加熱、攪拌を続け１反応によシ
生成するエタノールを完全に留去させ、水酸基価４６．
５の線状、ｊｒ　＋７エステル樹脂を得た。

上記線状ポリエステル樹脂１００ｇを１４０℃に加温、
攪拌し、ピロメリット酸二無水物９．０９を仕込み、窒
素雰囲気下、常圧で２０分間、攪拌を続けた後、酸価４
３．５’の側鎖カルゲキシル基含有感光性ポリエステル
樹脂を得た。

実施例１ 側鎖カルがキシル基含有感光性ポリエステル樹脂７０ｇ
、光増感剤としてケトクマリン２９をシクロへキサノン
４０８ｇに溶解し、不揮発分１５％の７オトレジスト溶
液を調製し、スピンナー（１，０００ｒｙｎ／　３０秒
間）を用いて、この溶液をガラス板上に塗布し、１１０
℃で２０分間熱処理して、フォトレジスト層の厚さ０．
９５μｍのレジスト乾板を得た。

空冷式アルゴンレーザーを出力光源とし、物体光：参照
光を１＝１の比率に分割し、ビーム交差角１０°、トー
タル出力５０．５μＷ／ｃＩｒＬ２となるよう光学系を
組み立てた。

前記レジスト乾板を乾板ホルダーにセットし、基板側か
ら、物体光と参照光による干渉パターンを４ｍＪ／ｃｍ
照射して、直線状ホログラム格子を記録し、露光済乾板
を得た。

下記の組成の水性アルカリ現像液を調製し、バットに貯
蔵して液温を２０℃に保った。

「ペレックスＮＢＬ　Ｊ　　　　　　　　　　　７重責
部（花王アトラス■製のｔｅｒｔ−ブチルナフタレンス
ルホン酸ナトリウム系アニオン型界面活性剤）ラウリル
硫酸ナトリウム　　　　　　　　　　３重量部トリエタ
ノールアミン　　　　　　　　０．５重量部水　　　　
　　　　　　　　　　　　８９．５重量部前記露光済乾
板を、この現像液中に浸漬し、４分間軽くバットを振盪
しながら現像処理した。次いで、この乾板を流水で３０
秒間洗りた後、ドライヤーで乾燥することによって、ガ
ラス板上にレインデー的に輝く透明な表面レリーフ型ホ
ログラムを形成した樹脂層を有するホログラフィック光
学素子を得た。

このホログラフィック光学素子に対し、樹脂層側からＨ
ｅ　−Ｎｅレーザーをブラッグ（ｎｒａｇｇ）角で入射
したところ、微弱な０次透過光と２本の明るい回折光が
観測された。入射光量に対する一１次、０次及び＋１次
の回折光量の割合は、それぞれ、４２％、４１％及び３
９％の値を示し、このホログラフィック光学素子は、光
有効活用率８０％以上のビームスプリッタ−としての機
能を有していた。

また、とのホログラフィック光学素子を６０℃、湿度７
５％の恒温恒湿器中に３日間貯蔵したが、初期の回折効
率を維持しておシ、画像損傷、画像剥離等の異常も観察
されなかった。

実施例２ 実施例１で用いたフォトレジスト溶液を、ＮＩＩＬＩＯ
のパーコーターを用いて、ポリエステルフィルム（大日
本イン中化学工業■製「ＤＩＣルミラーＴ」、２５０μ
ｍ（７）上に塗布し、１２０℃で１５分間熱処理して、
フォトレジスト層の厚さ１．０μｍのレジスト乾板を得
た。

空冷式アルインレーザーを出力光源とし、物体光：参照
光を１：２．３の比率に分割し、ビーム交差角１２°、
トータル出カフ　７　ｔｓＷ／ｃｒｎ２となるよう光学
系を組み立てた。

実施例１と同様にして露光済乾板を得、実施例１と同様
にして現像処理、乾燥することによって、ポリエステル
フィルム基板上にレインデー的に輝く透明な表面レリー
フ型ホログラムを形成した樹脂層を有するホログラフィ
ック光学素子を得た。

このホログラフィック光学素子に対し、Ｈｅ−Ｎ。

レーザをＢｒａｇｇ角で入射したところ、実施例１の場
合よシも大きな回折角を持つ回折光が観測された。入射
光量に対する各回折光の光量を測定したところ、−１次
回折光４３．６　％、＋１次回折光３７係及び０次透過
光５．２係の回折効率を示し、このホログラフィック光
学素子は、光活用率８０％′　以上のビームスプリッタ
−としての機能を有していた。

〔発明の効果〕

本発明のホログラフィック光学素子は、高回折効率を有
し、経時劣化のない優れた安定性を示し、レンズ等一般
光学素子の代替品として、＠最薄膜化及びシステムの小
型簡素化の目的に有効に利用できる。

特に、本発明のホログラフィック光学素子は。

光活用率８０係以上のビームスプリッタ−として、又、
光ファイバー等のデバイダ−及びカップラーとして有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明のホログラフィック光学素子の一実施
例を示す断面図である。 第２図は、透過型ホログラフィック光学素子によって入
射光が２分割されて透過する様子を示した模式図である
。 第３図は、反射型ホログラフィック光学素子によって入
射光が２分割されて反射する様子を示した模式図である
。 代理人　弁理士　高　橋　勝　利

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板の片面に表面レリーフ型ホログラムを形成した
   樹脂層を配してなるホログラフィック光学素子。 ２、基板の片面に形成された水性アルカリ現像液で現像
   可能なネガ型フォトレジスト層に、干渉可能な２光束を
   互いに干渉させて直線状ホログラム格子を記録した後、
   水性アルカリ現像液で処理して基板上の片面に表面レリ
   ーフ型ホログラムを形成することを特徴とするホログラ
   フィック光学素子の製造方法。 ３、ネガ型フォトレジストとしてフェニレンジアクリレ
   ート基及び／又はケイ皮酸基を主鎖もしくは側鎖に含有
   する重合体を使用する特許請求の範囲第２項に記載のホ
   ログラフィック光学素子の製造方法。