JPH09212068A - ホログラムの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズを含まずに周辺部の回折効率を中央部
より低減させたホログラムの製造方法の提供。 【解決手段】 第１発明の第２露光工程で，第１露光工
程で露光された感光材５１の光路の前方に間隔ｄを置い
て周辺部の光の透過率が大きい透光部材１１を配置し，
透光部材１１と光源２１との間には光の散乱体２２を配
置し，透光部材１１を透過した光を感光材５１の干渉縞
に照射し干渉縞の強度に変化を与える。第２発明では，
遮光部と透光部とからなるマスク部材と感光材との間に
レンズを配置し，感光材とレンズとの間の距離を変化さ
せ，感光材の周辺部における光の強度を変化させて上記
干渉縞の強度に変化を与える。第３発明では，マスク部
材のフーリエ変換光学系を感光材の前方に配置して露光
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，ヘッドアップディスプレイ等に
用いるのに好適な周辺部の回折効率を中央部より低減さ
せたホログラム素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】速度等の運転に必要な情報と外界の光景と
を，視線を動かすことなくウィンドシールド上に重ねて
同時に視認することのできるヘッドアップディスプレイ
が提案されている。図１８に示すように，ヘッドアップ
ディスプレイ９０は，表示器９２から放射された信号光
３５を透明なホログラムコンバイナ９１で回折，反射
し，回折光３６により表示像８０を前方に視認すると同
時に，透過する外光８１によって外景を視認することが
できる。

【０００３】このとき，ホログラムコンバイナ９１は特
定の波長域を選択的に回折（反射）するから，表示像８
０は上記選択波長域に色着けされ，ホログラムコンバイ
ナ９１を透過した光からは上記選択波長域が除かれ外景
が色着いて見える。また，外部の人がウィンドシールド
のホログラムコンバイナ９１を見た場合には，外光８１
のうち上記選択波長域の光だけが異なった方向に反射さ
れるからホログラムコンバイナ９１が周囲とは異なった
色に色着いて見え，観者に違和感を与えるという不具合
が生ずる。

【０００４】そこで，出願人は，特開平２−２７３７０
２号公報に示すように，ホログラムコンバイナ９１の周
辺部の回折効率を中央部よりも小さくすることにより，
ホログラムコンバイナ９１の周縁部と周りとの反射特性
の差異を減少させ，これによってホログラムコンバイナ
９１を目立たないようにし違和感を低減させるという方
法を提案している。

【０００５】そして，同公報において，上記のように周
辺部の回折効率を低減したホログラムを製作する方法と
して，感光材の全面に所望の干渉縞をほぼ一定の効率で
形成した後，このホログラムの直前にほぼ密着して以下
に述べるフィルターを配置して再度露光を行うという方
法を提示している。

【０００６】このフィルターは，周辺部の光の透過率を
中央部よりも大きくしたフィルター（図２，図３参照）
であり，このフィルターを透過した光は周辺部で強いた
め，フィルターを透過した光をホログラムに照射する
と，ホログラムに形成された干渉縞のコントラスト（強
さ）は周辺部で中央部よりも減少することとなり，その
結果，周辺部の回折効率が低下する。

【０００７】そして，上記ホログラムコンバイナを製作
する場合には，透明度の高いホログラム素子が要求とさ
れるから，感光材には，例えば，重クロム酸ゼラチン等
が用いられ，フィルターには銀塩フィルムをレーザー光
によりパターン処理したものや印刷法によりパターン形
成したもの等が用いられる。

【０００８】

【解決しようとする課題】しかしながら，フィルターを
用いて周辺部の回折効率を低減する上記ホログラムの製
作方法には，次のような問題点がある。それは，製作し
たホログラムの周辺の回折効率の低減部において，再生
光が散乱されるという意外な現象が生ずることである。
即ち，ホログラムに再生用の光を照射すると，ホログラ
ムに記録される像は平滑な物体であるにもかかわらず，
周辺部の回折光に散乱光がかなり含まれるという現象を
生ずる。

【０００９】そのため，例えば，これをヘッドアップデ
ィスプレイのホログラムコンバイナとして用いた場合に
は，運転者がホログラムコンバイナを通して見る外景
は，周辺部において若干透明性に欠けて見にくくなると
いう問題がある。本発明は，かかる従来の問題点に鑑み
てなされたものであり，ノイズを含まないように周辺部
の回折効率を中央部より低減させることの出来るホログ
ラムの製造方法を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題の解決手段】上記した従来方法によれば，第２露
光工程時に用いるフィルターの透光部分を透過した光に
微小な濃淡の縞模様もしくは斑点模様（ドット）が存在
し，この光の濃淡の有無によって感光材の光化学反応が
大きく異なり，該感光材の膜厚に変化が生ずる。その結
果，感光材そのものの表面に凹凸が形成されたり，感光
材内部に屈折率のむらが発生し，ホログラムの周辺部の
回折光に散乱光が含まれるという現象が発生するものと
考えられる。

【００１１】本発明者は，上記した考察を基に，以下の
発明を想到するに到った。即ち，請求項１及び請求項２
に記載の発明においていは，２回露光するに際して，第
２露光工程時には，第１露光工程で露光された感光材の
光路前方に間隔を置いて周辺部の光の透過率が中央部よ
りも大なる透光部材を配置し，この透光部材と光源との
間に配置した光散乱体を経て透光部材を通過した光を第
１露光で形成された干渉縞に照射して該干渉縞の強度に
変化を与えることを特徴としている。

【００１２】このような方法によれば，散乱体によって
多方向に向かう角度の多様な光が発生してこの光が透光
部材に入射することと，該透光部材と感光材との間に間
隔が設定されていることと相まって，感光材に入射する
光はその濃淡のむらが薄められて消滅し，非常にむらの
少ないものとなる。従って，ホログラムの周辺部の回折
光に散乱光が生じることが回避され，鮮明な像が得られ
る。

【００１３】請求項３ないし請求項５記載の発明におい
ては，第１露光工程で露光された感光材に対して，周辺
部について光を透過するマスク部材を配置し，且つ該マ
スク部材と感光材との間にレンズを配置して該レンズと
感光材との距離を変化させる点を第２露光工程の特徴と
している。このような方法によれば，レンズの作用によ
り感光材り周辺部に対する光の強度が連続的に変化し，
光の濃淡は生じない。よって，ホログラムの周辺部の回
折光に散乱光が生ずることが回避され，鮮明な像が得ら
れる。

【００１４】請求項６に記載の発明においては，周辺部
の光の透過率が中央部よりも大なるマスク部材と感光材
との間に，該マスク部材から出射した光の内から高次の
周波数成分を遮断するフーリエ変換光学系を配置した点
を第２露光工程の特徴としている。このような方法によ
れば，マスク部材の透過光に微小な濃淡があっても，そ
のような高次の周波数成分は，フーリエ変換光学系でカ
ットされることになり，感光材に入射する光には濃淡の
ない成分となる。よって，ホログラムの周辺部の回折光
に散乱光が生ずることが回避され，鮮明な像が得られ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】

実施形態例１ 本例は，周辺部の回折効率を中央部より低減させたホロ
グラム素子の製造方法であって，その露光工程は，図４
に示すように，感光材の全面に所望の干渉縞をほぼ一定
の効率で形成する第１の露光工程（ステップ６０１）
と，上記第１露光工程で露光された感光材を再度露光す
る第２の露光工程（ステップ６０２）とからなり，上記
２つの露光工程の後に現像処理を行う（ステップ６０
３）。

【００１６】そして，第２露光工程では，図１に示すよ
うに，第１露光工程で露光された感光材５１の光路の前
方に間隔ｄを置いて周辺部の光の透過率が中央部よりも
大きい透光部材（マスクフィルム）１１を配置し，更
に，この透光部材（マスクフィルム）１１と光源２１と
の間には光の散乱体２２を配置し，この散乱体２２を経
て透光部材１１を透過した光を感光材５１の干渉縞に照
射し干渉縞の強度に変化を与える。

【００１７】それぞれについて，以下に説明を補足す
る。本例は，ヘッドアップディスプレイのホログラムコ
ンバイナに用いるホログラム素子を製造する例であり，
感光材５１は，透明度の高い重クロム酸ゼラチンであ
る。この感光材５１をソーダガラス等からなるガラス基
板５２に塗布し，屈折率調整液を介してカバーガラス５
３でシールし，これらを一体化した感光体５０を形成す
る。そして，第１露光工程において，例えば，波長５１
４．５ｎｍのレーザー光を露光エネルギー１５０ｍＪ／
ｃｍ² にて，感光材５１に照射して，凹面鏡等をホログ
ラムとして記録する。

【００１８】次に，第２露光工程では，感光材５１にホ
ログラムを形成した感光体５０の前面側に，透光部材と
してのマスクフィルム１１を反対側に貼付した厚めのガ
ラス１２（板厚５ｍｍ，ソーダガラス等）を装着し，マ
スクフィルム１１と光源２１との間に散乱体２２を配置
する。なお，上記マスクフィルム１１は，例えば，印刷
法によりパターンを形成した銀塩フィルムまたはレーザ
ー光線によりパターンを形成した銀塩フィルムなどがあ
り，散乱体２２には，すりガラスやオパールガラス等か
らなる拡散板などがある。そして，透光部材と感光材５
１との間の間隔ｄ（図１）は５ｍｍ以上取ることが好ま
しい。

【００１９】光源２１は，白色光を放射するランプ（キ
セノンランプ等）又はレーザー光源であり，放射光３１
は発散光でも平行光でもよいが，平行光の方が好まし
い。白色光を用いる場合は，１３〜１４Ｊ／ｃｍ² 位の
強度とする。散乱体２２は，メッシュが♯１２０である
すりガラスである。

【００２０】マスクフィルム１１は，図２に示す形状を
有し，図２の寸法記号Ｌ，ａに対応して図３に示すよう
な透過率を有している。即ち，中央部の透過率は０であ
り，縁端部に向かって透過率が漸増する。このような条
件で露光を行うことにより，第１露光工程で形成された
干渉縞のコントラストは，周辺部に向かうに従って減少
し，回折効率が漸減する。

【００２１】なお，前記の従来のホログラムの回折光に
含まれていた散乱光は，ホログラムに記録したフィルタ
ーの組織構造に起因するものと思われる。即ち，図１６
または図１７に示すように，フィルター９５，９６の組
織を模式的に拡大し図示すれば，光を通しにくいドット
状の要素９５１〜９５３や帯状の要素９６１〜９６３
が，その大きさ（幅）と密度とを縁端部に向かって漸減
することにより，マクロとして光の透過率が漸増すると
考えることができる。

【００２２】そして，これによって発生する光の濃淡の
むらが，人の視覚の分解能以上であれば知覚され，分解
能以下であれば知覚されないと考えられる。そして，上
記人の分解能は，角度にして１／６０°（１分）程度で
ある。それ故，目と表示画面との距離をＤ（図７）とし
たとき，画面（図７，符号４３ホログラムコンバイナ）
上における濃淡のむらの幅は，Ｄ×ｔａｎ（１／６０
°）以下にすることが望ましい。

【００２３】一方，本例では，放射光３１は散乱体２２
において拡散光３２となり色々な角度でマスクフィルム
１１に入射し，更に，マスクフィルム１１と感光材５１
との間が離れている。そのため，マスクフィルム１１に
微小な透過率のむらがあったとしても，感光材５１に達
した段階では平均化されて，人が感知できるような光の
むらとなって現れない。そのため，感光材５１の干渉縞
には，マスクフィルム１１の透過率の微小なむらが反映
されず，その結果，ホログラムの再生光には，散乱光が
含まれない。

【００２４】こうして製造されたホログラム５５は，図
５に示すように，高い回折効率を示す第１領域５５１と
回折効率が縁端に向かって漸減する第２領域５５２から
なり，散乱ノイズ光のないホログラムとなる。図６は，
本方法によって製作したホログラム５５のヘイズ率（符
号６１）と従来の方法によって製作したホログラムのヘ
イズ率（符号６２）とを図示したものであり，同図から
分かるように，０．５〜１．０％あったヘイズ率が０．
２％前後まで減少させることが出来た。

【００２５】そして，このようにして製作したホログラ
ム５５をホログラムコンバイナに使用してヘッドアップ
ディスプレイを構成することにより，好ましい効果を得
ることができる。即ち，図７に示すように，ヘッドアッ
プディスプレイ４０は，車両のダッシュボード９９の上
面に配置され，表示器４１から放射された信号光３５
は，ミラー４２で反射されて，ホログラムコンバイナ４
３に入射する。そして，ホログラムコンバイナ４３で回
折された回折光３６によって観者８５は，ホログラムコ
ンバイナ４３（ウィンドシールド９８）の後方に虚像と
しての表示像８０を視認することができる。

【００２６】そして，ホログラムコンバイナ４３の回折
効率は，周辺部において小さく，縁端部では特に小さく
なっている。それ故，外部の人がホログラムコンバイナ
４３を見たときに，ホログラムコンバイナ４３の縁端部
とウィンドシールド９８との光学的な特性に差が少な
く，ホログラムコンバイナ４３が特に目立つということ
がなく，違和感を感じさせなくなる。

【００２７】なお，ヘッドアップディスプレイ４０に用
いるホログラムコンバイナ４３の場合には，通常用いら
れる大きさ，即ちホログラム５５の大きさが，縦６０ｍ
ｍ，横１２８．５ｍｍ程度のとき，図５に示したホログ
ラム５５の回折効率の漸減領域５５２の幅ｘは，５〜１
０ｍｍとすることが好ましい。上記大きさのホログラム
について，被験者１６名に対して官能テストを行った結
果を図８に示す。これは，一対比較法によってどちらの
ホログラムの縁端部（エッジ）が気にならないかどうか
を，一対の各組み合わせについて質問した結果をデータ
処理したものである。同図から分かるように，漸減領域
５５２の幅ｘ＝５〜１０ｍｍとした場合に，高い好感度
が得られるようになる。

【００２８】また，同様に，ヘッドアップディスプレイ
４０に用いるホログラムコンバイナ４３の場合には，回
折効率漸減領域５５２の外端部の回折効率，即ち回折効
率の最小値は，２５％前後にすることが好ましい。高回
折領域５５１の回折領域は，９０％程度であり，これを
回折効率漸減領域５５２の縁端部に向かって漸減させた
場合に，どの程度の回折効率の変化（傾き）に好感度が
得られるかを，同様に一対比較法によって被験者１６名
に対して官能テストを行った。図９はその結果を示すも
のであり，ホログラムコンバイナ端部の最小回折効率を
２５％前後とすることが最も高い好感度が得られること
を示している。

【００２９】上記のように周辺部の回折効率を中央部よ
り低減させたホログラム素子は，ヘッドアップディスプ
レイに用いて効果的であるが，好ましい用途はこれに限
定されるものではなく，例えば，透明なショウウィンド
ウに配置するホログラムを用いた表示装置等にも用いる
ことができる。

【００３０】実施形態例２ 本例は，請求項３の発明の実施形態例である。本例の第
２露光工程では，図１０に示すように，感光材５１の光
路の前方に，中央部を中心にした一定の範囲について光
を遮断しその周辺部からは光を透過するマスク部材１２
を配置し，更に，このマスク部材１２と感光材５１との
間に凸レンズ２３を配置し，感光材５１と凸レンズ２３
との間の距離を変化させ，感光材５１の周辺部における
光３３の強度を変化させて感光材５１の干渉縞の強度に
変化を与える。同図において，符号２１１は，光源２１
から放射された発散光３１０を平行光に変換するコリメ
ートレンズである。

【００３１】凸レンズ２３は，直径２００ｍｍの大きさ
で，焦点距離は２００ｍｍである。また，マスク部材１
２の光の透過率は，図１１に示すように，場所によって
２値的に急変する。そして，感光材５１上での遮光（マ
スク）部の大きさが最小となる位置に凸レンズ２３を置
き，凸レンズ２３を感光材５１から徐々に離して行く。
その結果，感光材５１の周辺部だけに光３３が当たり，
その光量は周辺部程大きくなる。

【００３２】その結果，実施形態例１のホログラム５５
と同様に周辺部の回折効率を中央部より低減させたホロ
グラム素子を得ることができる。そして，マスクフィル
ム１１等を用いずレンズ２３によって光の強度を変化さ
せるから，感光材５１に達する光３３に微細な濃淡等が
生ずることは無い。その他については，実施形態例１と
同様である。

【００３３】実施形態例３ 本例は，請求項６の発明の実施形態例である。本例の第
２露光工程では，図１２に示すように，感光材５１の光
路の前方に，周辺部の光の透過率が中央部よりも大きい
マスクフィルム１１（図３）を透過した光の高次の空間
周波数成分を遮断するフーリエ変換光学系１３を配置す
る。更に，感光材５１の位置を，高次の空間周波数成分
を遮断して形成される空間結像の位置とし，マスクフィ
ルム１１にレーザー光３８１（または白色光）を入射
し，感光材５１の干渉縞の強度に変化を与える。

【００３４】即ち，レーザー光３８１を点光源４５（ピ
ンホール）から発散放射し，これをコリメートレンズ４
６を介して平行光３８２に変換し，マスクフィルム１１
に照射する。そして，マスクフィルム１１は，フーリエ
変換光学系１３を構成する集光レンズ４７の焦点距離の
位置に配置されており，集光レンズ４７の集光（焦点）
位置には，スリット（空間フィルタ）４８が配置されス
リット４８の開口サイズによってフーリエ変換特性を決
定する。そして，スリット４８を出た光３８４は，コリ
メートレンズ４９を介して平行な光３９となり，コリメ
ートレンズ４９の焦点距離の位置には感光材５１が配置
されている。

【００３５】同図の記号ｆは，レンズ４７，４９の焦点
距離を示す。また，図１３はマスク部材１２の透過光３
８３の強度，図１４はスリット４８の透過光３８４の強
度，図１５は感光材５１に照射される光３９の強度分布
をそれぞれ模式的に示したものである。そして，スリッ
ト４８の形状と開口の大きさによって容易に空間周波数
のカットオフ値を決定することができる。

【００３６】そして，フーリエ変換光学系１３からは，
高次の回折光が除去され，低次の回折光のみによる照射
光が感光材５１の干渉縞に加えられる。その結果，感光
材５１の干渉縞には透過率の微小な濃淡は発生しない。
また，感光材５１に照射される光は，高次の回折光が除
去されることからマスクフィルム１１における境界部の
光の強度の変化の度合いよりもなだらかに強度が変化す
るようになる。

【００３７】即ち，マスクフィルム１１を透光率が境界
部を境にして２値的にオンオフに急変するものにした場
合に，フーリエ変換光学系１３の遮断周波数を変化させ
ることにより，境界部における変化の程度を２値的な変
化ではなく緩やかな変化に変えることが出来る。そし
て，その緩やかな変化の程度は，開口部のサイズを変え
る方法により遮断周波数を変えることによって，調整す
ることができる。

【００３８】即ち，スリット４８の穴径を変更すること
により，フーリエ変換光学系１３のカットオフ周波数を
容易に変化させることができる。従って，特性を変化さ
せるために色々な種類のマスクフィルム１１を用意する
必要がない。上記のように，本例では周辺部に向かって
感光材５１の干渉縞の強度はなだらかに低減するように
なる。そして，その変化の態様は，スリット４８の穴径
を変更することにより，容易に調整することができる。
その他については，実施形態例１と同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１の第２露光工程における光学系の
配置図。

【図２】図１の透光部材（マスクフィルム）の斜視図。

【図３】図１の透光部材（マスクフィルム）の透過率の
変化態様を示す図。

【図４】実施形態例１の製造工程のフロー図。

【図５】実施形態例１で製作されるホログラムコンバイ
ナの斜視図。

【図６】実施形態例１で製作されたホログラムと従来方
法で製作されたホログラムのヘイズ率を示す図。

【図７】実施形態例１のホログラムコンバイナを用いた
ヘッドアップディスプレイのシステム構成図。

【図８】図５のホログラムコンバイナの回折効率の低減
領域の幅ｘを変化させてヘッドアップディスプレイを構
成した場合における好感度の官能検査の結果を示す図。

【図９】図５のホログラムコンバイナの回折効率の低減
領域のミニマム回折効率を変化させてヘッドアップディ
スプレイを構成した場合における好感度の官能検査の結
果を示す図。

【図１０】実施形態例２の第２露光工程における光学系
の配置図。

【図１１】図１０のマスク部材の透過率の変化態様を示
す図。

【図１２】実施形態例３の第２露光工程における光学系
の配置図。

【図１３】図１３のマスク部材の透過光の強度を模式的
に示した図。

【図１４】図１３のスリット部材の透過光の強度を模式
的に示した図。

【図１５】図１３の感光材への照射光の強度を模式的に
示した図。

【図１６】中央部分で光を遮断し周辺部に行くに従って
透過率が大きい透光部材の遮光要素を模式的に図示した
図（遮光要素がドット状である場合）。

【図１７】中央部分で光を遮断し周辺部に行くに従って
透過率が大きい透光部材の遮光要素を模式的に図示した
図（遮光要素が帯状である場合）。

【図１８】従来のヘッドアップディスプレイのシステム
構成例。

【符号の説明】

１１．．．透光部材（マスクフィルム）， ２１．．．光源， ２２．．．散乱体， ５１．．．感光材，

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周辺部の回折効率を中央部より低減させ
   たホログラム素子の製造方法であって，その露光工程
   は，感光材の全面に所望の干渉縞をほぼ一定の効率で形
   成する第１の露光工程と，上記第１露光工程で露光され
   た感光材を再度露光する第２の露光工程とからなり，第
   ２露光工程では，第１露光工程で露光された感光材の光
   路の前方に間隔を置いて周辺部の光の透過率が中央部よ
   りも大きい透光部材を配置し，更に，この透光部材と光
   源との間には光の散乱体を配置し，この散乱体を経て上
   記透光部材を透過した光を上記干渉縞に照射し干渉縞の
   強度に変化を与えることを特徴とするホログラムの製造
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１において，前記透光部材は，印
   刷法によりパターンを形成したフィルムまたはレーザー
   光線によりパターンを形成したフィルムであり，前記散
   乱体は，すりガラスやオパールガラス等からなる拡散板
   であることを特徴とするホログラムの製造方法。
3. 【請求項３】 周辺部の回折効率を中央部より低減させ
   たホログラム素子の製造方法であって，その露光工程
   は，感光材に所望の干渉縞をほぼ一定の効率で形成する
   第１の露光工程と，上記第１露光工程で露光された感光
   材を再度露光する第２の露光工程とからなり，第２露光
   工程では，上記第１露光工程で露光された感光材の光路
   の前方に，中央部を中心にした一定の範囲について光を
   遮断しその周辺部からは光を透過するマスク部材を配置
   し，更に，このマスク部材と上記感光材との間にレンズ
   を配置し，上記感光材とレンズとの間の距離を変化さ
   せ，上記感光材の周辺部における光の強度を変化させて
   上記干渉縞の強度に変化を与えることを特徴とするホロ
   グラムの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３において，前記第２露光工程に
   おけるレンズは凸レンズであり，前記感光材とレンズと
   の間の距離を，感光材上における前記マスク部材の遮光
   部の像が最小となる位置を最小値として連続的に変化さ
   せることを特徴とするホログラムの製造方法。
5. 【請求項５】 請求項３において，前記第２露光工程に
   おけるレンズは凹レンズであり，前記感光材とレンズと
   の間の距離を，感光材上における前記マスク部材の遮光
   部の像が最小となる位置を最小値として連続的に変化さ
   せることを特徴とするホログラムの製造方法。
6. 【請求項６】 周辺部の回折効率を中央部より低減させ
   たホログラム素子の製造方法であって，その露光工程
   は，感光材に所望の干渉縞をほぼ一定の効率で形成する
   第１の露光工程と，上記第１露光工程で露光された感光
   材を再度露光する第２の露光工程とからなり，第２露光
   工程では，周辺部の光の透過率が中央部よりも大きいマ
   スク部材を透過した光を，上記第１露光工程で露光され
   た感光材の前方に配置されたフーリエ変換光学系により
   高次の空間周波数成分を遮断して且つフーリエ変換光学
   系により形成された空間結像の位置に感光材を配置し，
   上記フーリエ変換光学系を透過した光を上記感光材に照
   射して干渉縞の強度に変化を与えることを特徴とするホ
   ログラムの製造方法。