JPH095526A

JPH095526A - 重畳型ホログラム

Info

Publication number: JPH095526A
Application number: JP7147899A
Authority: JP
Inventors: Norihito Nakazawa; 伯人中沢
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】種々の機能を与えるために複数のホログラムを
重畳しても、隣り合うホログラムどうしの影響によるホ
ログラムに形成される回折格子の膨潤を防ぐ。【構成】ホログラム１とホログラム２との間に保護層１
１を介在し、ホログラム２とホログラム３との間に保護
層１２を介在してなる重畳型ホログラム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のホログラムを重
畳した重畳型ホログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のホログラム材料やレーザ技術の進
展により、ホログラムを用いた製品が数多く提案されて
いる。例えば、バーコードリーダー用のレーザスキャナ
やコンパクトディスクや光磁気ディスクなどのレーザ光
を用いた情報記録媒体の、記録や読み取りに用いるピッ
クアップ用回折格子、また情報を含む光を回折し観察者
に情報を表示するホログラフィック表示装置などにおい
て、ホログラムを光学素子として用いることが提案され
ている。また、ＩＤカードやクレジットカードの偽造防
止用マークや、装飾用ホログラム、ホログラムカレンダ
ーなどではイメージを記録したホログラムが用いられて
いる。

【０００３】しかし、ホログラム材料が進歩したとはい
え、未だ充分な特性があるとはいえない。例えば回折効
率について考えると、充分な回折効率が得られないため
に、情報読み取りのＳ／Ｎ比が不充分であったり表示像
が暗く見にくいなどの問題があった。また、例えば物体
のフルカラーのイメージを記録したり、多色のホログラ
フィック表示像を得ようとする場合にも、単一のホログ
ラム材料では広い波長域に感度がなく露光できなかった
り、露光できたとしても各色について充分な回折効率が
得られなかった。

【０００４】体積位相型ホログラムの回折効率は、ホロ
グラム材料の屈折率変調値Δｎとホログラム層の厚さｔ
の積Δｎ・ｔにより定まる。そこで、従来は高い回折効
率を得るために、材料のΔｎを大きくしたり、厚さを増
加させていた。しかし、Δｎの増加には基本的なホログ
ラム材料の開発が必要であり、容易ではない。また、厚
さを増やすことも透過率が減少するため、露光に用いる
レーザ光が減衰し充分に露光できないため、期待ほどに
回折効率が向上しないのが現状であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、ホログラムの
種々の特性を改善するため、単一のホログラムではなく
複数のホログラムを重ねることが考えられる。しかし、
図６に示す従来の方法により単純にホログラムを重ねる
と、ホログラムの特性が変化してしまうという問題があ
った。

【０００６】例えば、最近性能が向上して実用化に近づ
いてきたフォトポリマー材料の場合、材料中に光重合性
のモノマーのように拡散しやすい成分物質を含んでい
る。そのため、単純にホログラムを重畳すると、成分物
質が相互拡散し、ホログラムの回折格子が膨潤するなど
して回折波長や回折角が設定の値からずれるという問題
があった。

【０００７】また、例えば複数のホログラムを重畳する
場合、各々のホログラムの熱膨張係数が異なると、ホロ
グラム作製に伴う熱処理の過程で隣接するホログラムの
界面に応力が発生し、ホログラム内部の回折格子が変形
し、やはり回折角や回折波長が変化してしまうという問
題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題を
解決すべくなされたものであり、複数のホログラムが、
各々のホログラムの間にホログラムの成分物質の拡散を
防止する保護層を介して重畳されてなる重畳型ホログラ
ムを提供する。

【０００９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明における実施例
を説明する。図１は、本発明の重畳型ホログラムの一例
を示す概略断面図である。１〜３は重畳されるべきホロ
グラムであり、１１、１２は保護層である。すなわち、
この重畳型ホログラムは、ホログラム１／保護層１１／
ホログラム２／保護層１２／ホログラム３の順に重畳さ
れてなる。

【００１０】図示は省略したが、ホログラム１の保護層
１１と反対側の面は透明基板に保持されていてもよく、
ホログラム３の保護層１２と反対側の面も透明基板に保
持されていてもよく、さらにはホログラム２の少なくと
も一側面も透明基板に保持されていてもよい。この場
合、ホログラムを保護層を介して重畳する際の作業が容
易になる。

【００１１】この保護層１１は、ホログラム１の成分物
質やホログラム２の成分物質が、相手方に拡散すること
を防止する。また、保護層１２は、ホログラム２の成分
物質やホログラム３の成分物質が、相手方に拡散するこ
とを防止する。

【００１２】本実施例で用いた各ホログラムは、色素レ
ーザによって露光したものである。レーザ光はビームス
プリッタで２つに分けた後、コリメートレンズにより各
々平行光とし、２つの光のホログラム感光材料に対する
入射角をそれぞれ４０゜と６０゜として、ホログラム感
光材料に入射させる。そして、各々のホログラム感光材
料に入射させるレーザ光の波長を変え、ホログラム１は
５３５ｎｍ、ホログラム２は５５０ｎｍ、ホログラム３
は５６５ｎｍの光を回折するように別々に露光した。各
々の回折効率は約６０％である。

【００１３】各ホログラムは露光後、両面に接着剤が塗
布されたフィルム状のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）
からなる保護層１１、１２を介して重畳されている。本
実施例における、重畳型ホログラムは、各々のホログラ
ムが露光された後に重畳されているが、露光前にあらか
じめ重畳しておいたホログラム感光材料に露光すること
もできる。その場合、各感光材料の波長感度をずらして
おき、一つのレーザ波長に対しては主に一つのホログラ
ム感光材料が選択的に露光されるようにすることが望ま
しい。

【００１４】図２の２０に、本実施例の重畳型ホログラ
ムの回折スペクトルを示す。一方、図２に点線で示すの
が重畳した各ホログラム単独の場合の回折スペクトルで
あり、２１はホログラム１、２２はホログラム２、２３
はホログラム３の回折スペクトルである。

【００１５】重畳型ホログラムの回折スペクトル２０
は、各ホログラムの回折スペクトル２１から２３を重ね
たものとほぼ一致しており、保護層１１、１２を各々の
ホログラムの間に介在させたことにより、各ホログラム
の特性が変化していないことがわかる。また、単独のホ
ログラムの回折スペクトルの半値幅はそれぞれ約１５ｎ
ｍであったが、重畳することにより全体として約５０ｎ
ｍの半値幅をもつ重畳型ホログラムが得られた。

【００１６】本実施例ではホログラム材料として横１０
０ｍｍ×縦１００ｍｍの大きさで、厚さが２０μｍのア
クリル系フォトポリマーよりなる感光材料を用い、体積
位相型の反射型ホログラムを作製した。ただし、本発明
は上記サイズや材料に限定されない。

【００１７】本実施例では、上記の回折角、回折波長、
回折効率、半値幅の３枚のホログラムを重畳した例を示
したが、本発明は上記回折角、回折波長、回折効率、半
値幅に限定されず、その枚数も３枚に限定されない。

【００１８】図３に第２の実施例を示す。重畳型ホログ
ラムの構造は第１の実施例で説明したものと同様であ
る。ただし、各ホログラムの特性は異なる。ホログラム
１は入射角４５゜の入射光３５を回折角５５゜±５゜に
３１のように回折する。ホログラム２は回折角４５゜±
５゜に３２のように、ホログラム３は回折角３５゜±５
゜に３３のように回折する。回折波長はすべて５４５ｎ
ｍである。

【００１９】単一のホログラムでは１０゜程度の広がり
であった回折光を、本発明の重畳型ホログラムを用いる
ことによりこのように３０゜以上の広がりになしえた。
単一のホログラムでも、回折効率の低下を容認すれば３
０゜以上の広がりが得られる。しかし、本発明によれば
高い回折効率と広い広がり角が両立する。

【００２０】またこの実施例では、各ホログラムの回折
波長を同一としたが、それぞれＲＧＢの各色に対応する
波長を回折するようにすれば、入射する白色光３５をＲ
ＧＢ３色に分離できるし、また逆側（図の３１、３２、
３３側）から３色の別々の光を入射し、一つの光３５に
まとめることもできる。

【００２１】本発明による重畳型ホログラムを用いれ
ば、複数のホログラムを重畳した場合も、各々のホログ
ラムの間に保護層を備えるため、ホログラムの成分物質
相互拡散や熱膨張係数の差によるホログラムの変形を有
効に防げる。また、本発明の保護層として、隣接するホ
ログラムに拡散移動するような成分物質、例えば可塑剤
のような成分物質を含まない材料を用いることによっ
て、ホログラムの特性の変化を防げる。

【００２２】本発明における保護層には、所定の光学特
性・物理特性・化学特性等の種々の機能を付与できる。
その機能としては、次のようなものが例示される。

【００２３】隣接する各ホログラムの屈折率の間の値、
特に両者の平均値の屈折率を有する保護層を用いた場
合、ホログラムに入射した光のホログラム／保護層界面
での反射は最低限に抑えうる。そのため、重畳型ホログ
ラムを光学素子として用いる場合も、入射した光がホロ
グラム／保護層界面で反射してハレーションのような不
要な反射光を発生させる心配はほとんどない。また、ホ
ログラム感光材料を積層してから多重露光をする場合に
おいても、露光用のレーザ光が界面で反射して不要なノ
イズホログラムが露光されてしまうことも防げる。

【００２４】保護層が複屈折性を持たないものである場
合、入射した光の偏光状態は保護層によって何ら影響さ
れず、ホログラムによって所望の条件で回折されうる。

【００２５】逆に、保護層に複屈折率性を持たせること
もできる。このように保護層に複屈折率性を持たせるこ
とによって、保護層を通過した光の偏光状態の変化の制
御が可能となる。例えば、複屈折性の程度がホログラム
の回折波長において回折波長のほぼ４分の１に相当する
位相差を生じさせる程度である場合、入射した光が直線
偏光であれば保護層の通過後に円偏光に変化する。入射
した光が円偏光であれば保護層の通過後に直線偏光に変
化する。

【００２６】また例えば、複屈折性の程度がホログラム
の回折波長において回折波長のほぼ２分の１に相当する
位相差を生じさせる程度である場合、入射した光が直線
偏光であれば保護層の通過後に入射光の偏光方向と直交
する直線偏光に変化する。例えばｓ偏光がｐ偏光に変化
する。また、入射した光が円偏光であれば保護層の通過
後にやはり円偏光に変化する。

【００２７】ほかに、複屈折性の程度がホログラムの回
折波長においてほぼ回折波長に相当する位相差を生じさ
せる程度である場合、入射した光の偏光状態は保護層を
通過した後も同じになる。このように、本発明による重
畳型ホログラムを用いれば入射した光の偏光状態を制御
できる。

【００２８】この現象を利用すれば次のような利点があ
る。ホログラムは入射する光の偏光により回折効率が異
なる場合がある。例えば、ｓ偏光に対しては９０％以上
の高い回折効率であってもｐ偏光に対しては数％未満と
いう場合もありうる。このようなホログラムにランダム
偏光の光が入射した場合、ｓ偏光成分はほとんど回折さ
れるが残り半分を占めるｐ偏光成分はほとんど回折され
ないということもありうる。

【００２９】ところが、保護層に複屈折性を持たせるこ
とによって第１のホログラムによって回折されなかった
ｐ偏光成分をｓ偏光成分に変えることができ、第２のホ
ログラムによって効率良く回折させることができ、トー
タルの回折効率を大幅に向上させうる。また、これを逆
に応用し、重畳型ホログラムのうち特定のホログラムで
は回折されないようにすることもできる。

【００３０】保護層には偏光特性を付与することもでき
る。したがって、ランダムな光が重畳型ホログラムに入
射した場合でも、回折光の偏光を特定の偏光にすること
ができる。したがって、特定の偏光を利用する光学装置
（液晶ディスプレイなど）に本発明による重畳型ホログ
ラムを併用すれば、従来用いていた偏光板が不要とな
る。

【００３１】保護層を耐熱性のものとすることによっ
て、重畳型ホログラムを熱処理する必要がある場合にも
問題なく実行できる。例えば、一部のフォトポリマーホ
ログラム材料はレーザ露光後、熱処理により屈折率変調
Δｎを増大させて回折効率を向上させうる。このような
場合、保護層が耐熱性であることは好ましい。

【００３２】また、重畳型ホログラムを合わせガラス内
に封入するような場合、オートクレーブにより１３０〜
１４０℃の熱処理を受ける。この場合もまた、耐熱性で
あることが好ましい。また、重畳型ホログラムの使用条
件によっては、発熱する光源の近くで用いたり熱のこも
る閉鎖された環境で用いられる場合もある。このような
場合も本発明の耐熱性を有する保護層を用いればよい。

【００３３】保護層として、凹凸やピンホールがなく平
坦なものを用いることによって、保護層の凹凸が隣接す
るホログラムに転写されたり、ホログラムの回折格子を
変形させてその特性を変化させることが防げる。隣接す
るホログラムから成分物質がピンホールを通して拡散移
動して、部分的にホログラムの特性が変化することも防
げる。

【００３４】保護層として、透明性を有しそのヘイズ
（曇価）が１．０％以下のものを用いることは好まし
い。入射した光が減衰して重畳型ホログラム全体の光利
用率が低下したり、ヘイズが小さいため入射した光が散
乱してハレーションやハロー、像のボケなどの発生を有
効に抑制できるからである。

【００３５】保護層として、特定の波長域の光を選択的
に透過したり、吸収したり、反射するものを採用でき
る。ホログラムは特定の波長域の光のみを回折する性質
がある。したがって、それ以外の波長域の光は回折され
ず透過する。この透過光が不要な散乱光やノイズ光とな
る場合もあるので、上記の保護層を用いてホログラムに
回折される波長域以外の光をあらかじめ吸収または反射
することは有効である。

【００３６】また、有機物からなるホログラム材料の場
合には紫外線の照射により黄変したり分解したりする恐
れがある。また、赤外線の照射により温度が上昇しホロ
グラムが膨張しその特性が変化する恐れもある。そこ
で、本発明における保護層として、例えば紫外線や赤外
線を吸収したり反射する機能を有する保護層を用いるこ
とによって、ホログラムの特性変化を防げる。

【００３７】ホログラムと保護層とは、例えば保護層自
身を隣接するホログラムに対し接着性もしくは粘着性
（以下単に接着性とする）を有するものとするか、また
は保護層に接着性を付与する接着剤を備えることによっ
て充分な強度で接着できる。

【００３８】保護層をホログラム間に介在させる手段と
しては種々の手段があり、例えば保護層としてフィルム
状のものを用いることが挙げられる。この場合、フィル
ム状の保護層はホログラムの一方の面に積層され、次い
でその上に次のホログラムが積層されることによって、
重畳型ホログラムが得られる。他に、あらかじめ一方の
面にフィルム状の保護層を有しているホログラムどうし
を、保護層を有する面と保護層を有しない面とを接合さ
せることによって、重畳型ホログラムが得られる。ま
た、あらかじめホログラムの両面にフィルム状の保護層
を備えることもでき、この場合は、保護層どうしが接合
される。

【００３９】なお、これらの場合には、後述のようにホ
ログラムが露光前の感光材料として保護層を有するもの
も含むものとする。

【００４０】また、ホログラムの一方の面に保護層をコ
ーティングすることもできる。この場合、ホログラムに
おけるコーティングされた保護層を有する面と保護層を
有しない面とを接合することによって、重畳型ホログラ
ムが得られる。他に、ホログラムの両面に保護層がコー
ティングされたものも使用でき、この場合は、保護層ど
うしが接合される。なお、これらの場合には、後に述べ
るようにホログラムが露光前の感光材料として保護層を
有するものも含むものとする。

【００４１】ホログラムと保護層とは、接着剤を介して
接合されたり、ホログラム自身と保護層自身とが接着性
を有するものである等、種々の手段によって重畳されて
いる。すなわち、上記の保護層としてフィルム状のもの
を用いた場合、フィルム状の保護層自身とホログラム自
身とが接着性を有する場合には、両者をそのまま接合す
ることによって積層できる。また、上記の接着性がない
あるいは乏しい場合、さらには接着性がある場合でも、
両者を接着剤を介して接合し、積層することもできる。

【００４２】一方、保護層がホログラム面にコーティン
グされた場合には、このホログラムにおける保護層がコ
ーティングされている面とコーティングされていない面
とが接合される場合も同様であり、両者に接着性を有し
ている場合にはそのまま接合すればよい。また、上記の
接着性がないあるいは乏しい場合、さらには接着性があ
る場合でも、両者を接着剤を介して接合し、積層するこ
ともできる。このことはホログラムの両面に保護層がコ
ーティングされた場合も同様である。

【００４３】本発明における保護層は、その水分含有量
を１％以下とするとよい。このように、保護層の水分含
有量を少量とすることによって、水分に弱い重クロム酸
ゼラチンのようなホログラム材料に対しても有効であ
る。また、車両用安全ガラスでは中間膜としてポリビニ
ルブチラール（ＰＶＢ）フィルムを用いており、ＰＶＢ
に含有される水分量によりガラスの接着強度が変化する
ため、適正な水分量に制御することが要求される。そこ
で、上記の水分含有量の保護層を用いれば、車両用安全
ガラスに封入して用いてもＰＶＢの水分量に与える影響
を小さくできる。

【００４４】ホログラムの露光に際しては、露光前に感
光材料を保護層を介して重畳した後に露光することによ
り、露光時あるいは後処理時における前述のようなホロ
グラム間の相互作用による特性変化を防げる。また、露
光済のホログラムを保護層を介して重畳することによ
り、後処理時だけでなく長期的な特性の変化も防げる。

【００４５】複数のホログラムの再生波長や回折角は、
各々の再生波長および回折角をほぼ同一とすることによ
って、重畳することにより回折効率を向上させうる。

【００４６】また、複数のホログラムを各々の回折角が
ほぼ同一であって再生波長が異なるホログラムとして重
畳することにより、第１の実施例にあるように再生波長
帯域を向上させうる。

【００４７】例えば、単一のホログラムではその回折ス
ペクトルの波長半値幅は１０〜２０ｎｍが標準であり、
複数のホログラムを重畳して本発明の重畳型ホログラム
とすれば、半値幅を１００ｎｍ以上に広げたり、場合に
よっては可視光域全体の光を回折することもできる。ま
た、赤外域の光を回折して熱線反射性能を有する重畳型
のホログラムとすることもでき、紫外域の光を回折して
紫外線カット性能を付与することもできる。

【００４８】逆に、複数のホログラムを各々の再生波長
がほぼ同一であって回折角が異なるホログラムとして重
畳することにより、第２の実施例にあるように回折角度
帯域を向上させうる。

【００４９】例えば、物体の像を記録したホログラムの
場合単一のホログラムでは像の可視範囲は狭いが、各々
のホログラムの回折角を加えることによって広い範囲か
ら観察可能な重畳型のホログラムが得られる。また、情
報を含む光を観察者に向けて回折するホログラフィック
表示装置では、通常の場合光は特定の方向にのみ回折さ
れるため、一人の観察者のみが表示を観察できる。しか
し、回折角が異なるホログラムを重畳する、本発明の重
畳型ホログラムを用いれば、複数の観察者が同時に観察
できホログラフィック表示装置が得られる。

【００５０】さらに、複数のホログラムが各々の再生波
長、回折角が異なるホログラムともなしうる。このよう
な重畳型ホログラムに白色光を照射すると、様々な方向
に様々な色（波長）の光が回折され、虹色に輝くような
装飾的に非常に美しいホログラムが得られる。また、こ
のような重畳型ホログラムを情報を含む光を観察者に向
けて回折するホログラフィック表示装置に用いれば、情
報の種類によって表示の色を変えたり、表示の方向を変
えたりすることができる。例えば、通常情報を緑色で表
示し、注意・警告表示を赤色で表示すれば、より的確に
情報を観察者に伝達できる。

【００５１】また、複数のホログラムをそれぞれ倍率が
異なるホログラムともなしうる。例えば、このような重
畳型ホログラムを用いて物体の像を記録すれば、合わせ
鏡のように距離と大きさが異なる像を重ねることがで
き、興味深い装飾用ホログラムを作製できる。また、こ
のような重畳型ホログラムを情報を含む光を観察者に向
けて回折するホログラフィック表示装置に用いた場合、
倍率に応じて遠方に結像する表示虚像の距離が変わるた
め、例えば、車両に適用することによって一定の距離毎
に像を表示する距離マーカーを、単一の光源だけで容易
に作製できる。

【００５２】複数のホログラムには、それぞれ光拡散機
能を持たせうる。このような重畳型ホログラムを用いれ
ば液晶表示素子のバックライトの導光板や投射型ディス
プレイのスクリーンとなしうる。

【００５３】さらに、これら複数のホログラムの各々の
回折効率、再生波長、波長半値幅の組み合わせを最適化
することにより、重畳型ホログラム全体の回折光の色調
を希望の色調となしうる。

【００５４】例えば、物体のフルカラーのイメージをホ
ログラムに記録しようとする場合、その回折効率、再生
波長、波長半値幅の組み合わせが不適切であると、実際
の物体の色調とホログラムの色調とが異なってしまう。
また、重畳型ホログラムをホログラフィック表示装置に
用いる場合、その重畳型ホログラム自身の色調が問題に
なることがある。特に、乗り物用ヘッドアップディスプ
レイや店頭の広告・装飾用など建築物の間仕切などに用
いる場合は、重畳型ホログラム自身が人の目にふれるた
め、その外観はできるだけ目立たない白色か刺激の少な
い色調にすることが重要である。

【００５５】そこで、上記のような重畳型ホログラムを
用いて回折効率、再生波長、波長半値幅の組み合わせを
適正化することによって、ホログラムの外観を目立たな
い白色か刺激の少ない色調となしうる。

【００５６】ホログラムを保持する透明基板は、各ホロ
グラムそれぞれの少なくとも一方の面を保持するもので
も、重畳されたホログラムの最外層の外側面のみを保持
するものでもよい。例えばホログラム自身が重畳作業時
のハンドリング性に乏しい場合には、各々のホログラム
は透明基板に保持されていることは好ましい。ホログラ
ムの露光時に感光材料を保持する基板がこの透明基板で
あってもよい。さらに、後述のホログラムを合わせガラ
スに封入する場合や、ガラス板に積層する場合には、こ
のガラス板が透明基板としてホログラムを保持すること
もできる。

【００５７】次に、本発明の重畳型ホログラムをホログ
ラムコンバイナとして用いるホログラフィック表示装置
に応用した第３の実施例を説明する。図５にホログラフ
ィック表示装置の一例として、車両用ヘッドアップディ
スプレイ（以下ＨＵＤとする）の概念図を示す。

【００５８】自動車内等の運転者への情報表示方法とし
て、ＨＵＤが最近用いられるようになっている。これ
は、液晶表示装置等の情報投射手段から投射された光学
的情報を、自動車の風防ガラス等に組み込まれたホログ
ラムやハーフミラー等からなるコンバイナに映し、運転
者が運転状態からほとんど視点を動かすことなく情報を
読み取れるようにしたものである。

【００５９】このＨＵＤは、レンズ系４４を介して透過
型液晶表示素子４５を通過した表示すべき情報を含む光
４３が、車体の風防ガラス４７に備えられたホログラム
コンバイナ４２に照射され、回折されて運転者に観察位
置４１で視認されるものである。ホログラム４２に倍率
を持たせることもでき、速度表示４８、警告表示４９の
表示像を遠方に結像させることもできる。必要に応じて
透過型液晶表示素子４５とコンバイナ４２との間に収差
補正用の別のホログラムやレンズ等を配してもよい。

【００６０】ホログラム４２は波長選択機能を持つの
で、希望する色の像が表示できる。その色は単一である
ことが多いが、本発明を用いれば、複数のホログラムを
重畳することによって多色表示ができ、表示情報の量と
質が向上する。本実施例では、緑色に対応する５４５ｎ
ｍと赤色に対応する６４０ｎｍの光を観察者に向けて回
折するホログラムを重畳して用い、速度表示８を緑色、
警告表示９を赤色として表示した。その結果、運転者に
対してより的確な情報伝達が可能となった。

【００６１】ホログラムは特定波長の光だけを回折する
ため、ホログラムを通して外界を眺めると、ホログラム
の回折波長の光が回折され、透過色の色調はちょうど回
折波長の補色になる。また、外部からホログラムコンバ
イナを見ると、回折色は純度の高い色であるためギラギ
ラした色調であり、かつ見る方向により色が変わったり
する。こうした問題を改善するには、少なくともＲＧＢ
の３原色に対応するホログラムを用いればよい。上記の
場合には、青色に対応する４７０ｎｍの波長の光を回折
するホログラムを、もう一枚本発明の構成によって重畳
すればよい。これらの波長は適宜最適化すればよく、本
実施例の波長に限定されない。

【００６２】発光表示光源からの表示すべき情報を含ん
だ光が、重畳型ホログラムよりなるコンバイナに入射角
θ₁ で入射し、重畳型ホログラムにより回折され出射角
θ₂で出射し観察者に表示像として認識されるホログラ
フィック表示装置を考える。

【００６３】このような重畳型ホログラムに発光表示光
源の反対側から外部不要光が角度θ₁ で入射すると、外
部不要光は重畳型ホログラムを透過し重畳型ホログラム
または重畳型ホログラムを保持する基板の界面で反射し
再び重畳型ホログラムに入射する。このときの入射角は
ちょうど発光表示光源からθ₁ で入射させた場合の光の
入射角に相当するため、外部不要光は重畳型ホログラム
で回折され不要な回折像として観察者に観察される。こ
のようなホログラフィック表示装置が乗り物用ヘッドア
ップディスプレイなどに用いられている場合は、街灯や
太陽光（図５の５０）などの外部光５１が不要な回折像
として、５２のように運転者などの観察者に煩わしく観
察されてしまうものであった。

【００６４】そこで、第２のホログラムの組が第１のホ
ログラムの組に対し発光表示光源の反対側に重畳され
て、かつこの第２のホログラムの組が発光表示光源の反
対側から入射する外部不要光が第１のホログラムの組に
回折され、不要な回折像として観察者に観察されるのを
防ぐように外部不要光を回折することによって、上記の
観察者の煩わしさを低減できる。

【００６５】具体的には、図４に示すように、ホログラ
ムコンバイナは、２枚のガラス板（車外側ガラス６１と
車内側ガラス６０）がＰＶＢからなる中間膜６２を介し
て重ねられた安全合わせガラス内に封入されており、車
内側ガラス６０と中間膜６２との間に配されている。ホ
ログラムコンバイナは重畳型ホログラムのうちの第１の
組７１からなる。

【００６６】この第１の組７１は上述したＲＧＢに対応
する３枚のホログラムが保護層を介して積層されたもの
であって、情報を含む光４３を観察者方向に回折するた
めに用いられる。保護層は第１の実施例と同様で接着剤
付きのＰＶＡである。第２のホログラムの組７２は外部
不要光５１を回折し、観察者に不要回折像が見えないよ
うにするものであり、第１の組７１の回折波長に対応す
る波長の不要光を回折するものであり、やはり３枚のホ
ログラムを重畳したものである。

【００６７】こうして、重畳型ホログラムのうち第２の
ホログラムの組が、コンバイナとして用いる第１のホロ
グラムの組に対し情報を含む光が入射する角度（上記例
ではθ₁ ）とほぼ等しい角度（θ₁ ）で入射した不要光
を回折するようにすれば、前述の不要回折像の発生を有
効に抑制できる。

【００６８】また、第２のホログラムの組が、第１のホ
ログラムの組により回折される情報を含む光の波長と、
ほぼ等しい波長の不要光を回折するようにすれば、前述
の不要回折像の発生をさらに有効に抑制できる。

【００６９】また、第２のホログラムの組が入射した不
要光をある回折角θ₃ で回折するにあたり、この角度θ
₃ が不適切であると、不要光の入射側界面などで再び反
射して観察者に不要回折像として観察されてしまう場合
がある。それを防ぐためには、回折角θ₃ を重畳型ホロ
グラムまたは重畳型ホログラムを保持する基板内、本実
施例では合わせガラス内、で全反射するような角度にす
ればよい。そうすると、重畳型ホログラムまたはその基
板内に回折光を閉じこめることができ、不要光が観察者
に観察されるのを防げる。

【００７０】また、コンバイナに用いる第１のホログラ
ムの組が倍率を持っているような場合は、ホログラム内
部の回折格子形状は複雑な３次元曲面形状となり、回折
波長、回折角はホログラムの面内で均一ではない。ホロ
グラムの面内全域で不要回折像の発生を防ぐには、第２
のホログラムの組の回折格子形状の最適化が求められ
る。そのために有効な手段として、第２のホログラムの
組のｆ値を、第１のホログラムの組のｆ値とほぼ等しく
すればよい。ｆ値がほぼ等しいホログラム内部の回折格
子形状は類似するため、ホログラム面全域で不要回折像
の発生を防げる。

【００７１】第２のホログラムの組が回折した不要光が
再び反射したり、回折したりして観察者に不要回折像と
して観察されるのを防ぐ、他の有効な手段を例示する。
それは第２のホログラムの組が、入射した不要光を拡散
するように回折することである。こうすれば、不要光は
拡散され万一観察者の目に届いたとしてもぼんやりした
弱い光でしかなく、もはや不要な回折像として認識しう
るものではない。

【００７２】上記のような第２のホログラムの組は、そ
の入射角や回折波長、出射回折角、倍率、拡散機能を適
宜組み合わせることによって、より効果的に不要回折像
の発生を防げる。

【００７３】本発明の重畳型ホログラムにおいて、必要
に応じて重畳型ホログラムを一方または両方から保持す
る基板との間にも保護層を備えれば、基板側からの影響
によりホログラムの特性の変化を防げる。例えばプラス
チック基板などでは熱処理により揮発成分を放出するも
のがある。このような基板に重畳型ホログラムを保持す
る場合、その揮発成分に影響されホログラムの特性が変
化してしまう場合がある。このような場合、本発明の重
畳型ホログラムのようにホログラムを保持する基板との
間にも保護層を有していれば、ホログラムの特性変化を
有効に防げる。

【００７４】さらに、本発明による重畳型ホログラムに
おける保護層は重畳されるべきホログラム以上の面積を
有し、全域にわたりホログラムを覆って保護できるの
で、相接するホログラムからだけでなく端面から横方向
に拡散してくる物質に対しても保護できる。したがっ
て、重畳型ホログラム全体を何らかの媒体（本実施例で
は合わせガラス）中に封入するような場合でも、ホログ
ラムを有効に保護できる。

【００７５】本発明の重畳型ホログラムは、その用途等
に応じて上記のように種々のバリエーションが採用で
き、重畳型ホログラムをＨＵＤに用いる本実施例では、
第１のホログラムの組と第２のホログラムの組との間に
もやはり保護層を重畳し、全体として重畳型ホログラム
とした。また、この重畳型ホログラム（７１＋７２）と
中間膜との間には中間膜６２中に含まれる可塑剤の影響
からホログラムを守るためのＰＶＡよりなる保護層６３
が備えられている。

【００７６】重畳型ホログラム（７１＋７２）で用いた
保護層はホログラムと同一面積・形状であったが、保護
層６３は重畳型ホログラム（７１＋７２）以上の面積を
有し、全域にわたりホログラムを覆って保護できるもの
であり、サイドから横方向に拡散してくる可塑剤に対し
ても保護できる。

【００７７】本実施例では、第２のホログラムの組が第
１のホログラムの組に対し発光表示光源の反対側に重畳
されたものであるが、第２のホログラムの組は情報を含
む光の入射角θ₁ とほぼ同様の角度θ₁ で入射する外光
５１を回折するものであり、その角度における回折波長
は第１のホログラムの組の回折波長とほぼ同様とした。

【００７８】第２のホログラムの組により回折される不
要光５３は、安全ガラス内部に閉じこめられるように全
反射するような角度で回折されるものである。本実施例
ではガラスの内部角で５０゜である。

【００７９】不要光は単に反射的に回折されるだけでな
く、拡散反射するように第２のホログラムに拡散タイプ
のホログラムを用いた。そのため安全ガラス内に閉じこ
められた不要光５３が、ホログラム７２または７１によ
り再び回折され観察者方向に出射しても拡散してしま
い、もはや不要回折像としては認識されなくできた。

【００８０】第１のホログラムの組は約３．５倍の倍率
を有し、その露光は入射光源側としてはθ₁ ＝４０゜で
距離３５０ｍｍに置いたピンホールからの発散光、表示
像側としてはθ₂ ＝６０゜の平行光の２つを干渉させて
ホログラムを記録した。そのｆ値は１／ｆ＝１／３５０
−１／∞＝１／３５０であるから、ｆ＝３５０ｍｍであ
る。露光用光源として用いたレーザは、赤用として波長
６４７ｎｍのＫｒレーザ、緑用として波長５５５ｎｍの
色素レーザ、青用として波長４７６ｎｍのＡｒレーザで
ある。

【００８１】第２のホログラムの組としては、外光入射
側は同じくθ₁ ＝４０゜で距離３５０ｍｍに置いたピン
ホールからの発散光を用い、回折光５３側は平行光を拡
散板に通した光をプリズムを用いて内部角で平均５０゜
となるようにして用い、２つの光を干渉させてホログラ
ムを記録した。したがって、第２のホログラムの組は第
１のホログラムの組とほぼ等しいｆ値を持つ。このよう
にして、第１と第２のホログラムの組のｆ値をほぼ等し
くしたため、ホログラム内部の回折格子形状は類似して
おり、ホログラムコンバイナの面積内全域で不要回折像
の発生を防止でき、観察者の視点を移動した場合にも防
止効果が得られた。

【００８２】本実施例では、第１及び第２のホログラム
の組としてそれぞれ３枚のホログラムを重畳したものを
用いたが、本発明はこれに限定されず、４枚以上のホロ
グラムを重畳してもよく、１枚のホログラムに３色のホ
ログラムを多重露光した２枚のホログラムを保護層を介
して重畳してもよい。

【００８３】また、本実施例では、第２のホログラムの
組が第１のホログラムの組に対し発光表示光源の反対側
に重畳されたものであるが、第２のホログラムの組が第
１のホログラムの組に対し発光表示光源と同じ側に重畳
されていてもよい。この場合、発光表示光源側から入射
する情報を含む光以外の不要光が第１のホログラムの組
に回折され、不要な回折像として観察者に観察されるの
を防ぐように入射する不要光を回折するようにすれば、
発光表示光源側からの不要な回折像の発生を防げる。

【００８４】本発明における保護層としては、透明な樹
脂フィルムまたは樹脂コーティングが望ましい。例え
ば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリメタ
クリル酸イソブチルなどのアクリル樹脂、ジエチレング
リコールビスアリルカーボネート（ＣＲ−３９）、ポリ
カーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）な
どのポリエステル樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶ
Ａ）、エチレン・ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯ
Ｈ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡ
ｃ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリアリレー
ト（ＰＡＲ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリ
塩化ビニル（ＰＶＣ）、トリアセチルセルロース（ＴＡ
Ｃ）、アモルファスポリオレフィン、アモルファスフッ
素樹脂、ポリウレタン、ノルボルネン系樹脂などが考え
られるが、これらに限定されない。

【００８５】また、樹脂材料だけでなくガラス薄板のよ
うな無機物、誘電体や金属の蒸着膜やスパッタ膜、ＣＶ
Ｄ膜そのものが上記樹脂フィルムに製膜したようなもの
でもよい。

【００８６】実際の使用においては、これらの材料から
目的にあったものを選択すればよい。例えば、ホログラ
ムの屈折率が１．５に近い場合には、保護層として上記
ＰＭＭＡ、ＰＶＡ、ＥＶＯＨ、ＴＡＣなどが好ましく用
いられる。

【００８７】また、例えば、保護層として複屈折性を有
するものが必要な場合は、上記ＰＣやＰＶＡを適宜に延
伸したフィルムが望ましく使用できる。また例えば、保
護層に偏光特性を付与したい場合は、ＰＶＡに沃素を含
有させ延伸した偏光フィルムなどが利用できる。特定の
波長域の光を吸収する保護層を得たい場合は、上記樹脂
フィルムに適当な色素や染料を含有させればよい。特定
の波長域の光を透過または反射する保護層を得たい場合
は、適当な樹脂フィルムやガラス薄板上に選択透過、反
射膜を蒸着すればよい。

【００８８】これらの保護層の好ましい厚さは１〜２０
０μｍ程度であり、より望ましくはホログラムの厚さと
同程度であって１００μｍ以下であるとよい。

【００８９】なお、ホログラムは通常数１０ｍｍ〜数１
００ｍｍ角程度の面積で、数μｍ〜数１０μｍ程度の厚
さである。このようなホログラムは、リップマンタイプ
等の体積・位相型のホログラムが高い回折効率を得られ
る点で望ましいが、エンボスタイプ、レインボータイプ
等のホログラムと呼ばれるものも広く採用できる。ま
た、ホログラム材料としては、ポリビニルカルバゾール
やアクリル系などのフォトポリマー、重クロム酸ゼラチ
ン、光レジスト、銀塩など種々の感光材料を使用でき
る。

【００９０】本発明における発光表示光源は光を発して
表示する機能を持つものであり、液晶表示素子等のいわ
ゆる受光型表示素子からなる表示体に熱陰極管（ＨＣ
Ｔ）、冷陰極管、蛍光表示管（ＶＦ）、ハロゲンラン
プ、ＬＥＤなどからなる光源から発した光を照射するも
のであるか、また、これらの機能を併せ持つものであっ
てもよい。

【００９１】本発明における重畳型ホログラムコンバイ
ナをカラー表示に用いる場合、この液晶表示素子として
は、カラーフィルタと透過型のツイストネマチック型液
晶素子や、スーパーツイストネマチック型液晶表示素子
等からなるカラー液晶表示素子等が好ましく使用でき、
１つの光源から発せられた光を所望の色の光として照射
できる。

【００９２】このようにして複数の色の光は、同一の情
報表示源から発することができ、これら複数の色の光が
同時に表示される場合には表示像が重なって表示され、
逆にこの表示像の重なりを防ぐためには、必要に応じて
カラーフィルタと光源の組み合わせによって、あるいは
カラー液晶表示素子の制御によって、複数の色の光が同
時に照射されないようにしてもよい。

【００９３】また、それとは別に、受光型表示素子を用
いず、上記の光源自体をパターン化して配列し特定の情
報を光として発生するものであってもよい。受光型表示
素子に上記光源を併用したものの場合は、この受光型表
示素子と光源との間にレンズ系や曲面反射鏡等の適当な
光平行化手段、導光板等の適当な導光手段を配置しても
よい。さらに、ホログラムに光が投射されるまでの光径
路内に、必要に応じて、光偏光手段、または、ＫＮＯ₃
等の非線形光学素子を配置してもよい。

【００９４】ここで、本発明における表示すべき情報と
は、その表示用途により適宜選択される。乗り物用表示
装置の場合は、車両のスピード計、タコメータ、シフト
レバー表示、さらには種々の警告ランプや、ナビゲーシ
ョン情報、エアコン、オーディオ機器など付属機器の情
報等が例として挙げられる。、道路情報、駐車場空き情
報などの車両外からの情報を表示することもできる。航
空機や船舶、列車などでは緯度、経度、高度、進行方向
などの位置・方位情報や、気象情報、レーダの障害物情
報、魚群探知機の情報など、乗り物の運行や業務に関わ
る様々な情報が考えられる。また、観察者とは主には車
両等の乗り物の運転手であるが、助手席その他の同乗者
や、これらすべての者を含めることができる。

【００９５】また例えば、リヤガラスにホログラムを配
し、運転者の制動動作に同期して光を発する発光表示手
段からの光をホログラムによって後方車両の運転者等の
観察者に向けて制動情報を回折するハイマウントストッ
プランプにも、本発明を適用できる。また、建築物等の
間仕切りや、店頭の窓ガラスに装飾効果を加えるホログ
ラフィック表示装置にも、本発明を適用でき、その他ホ
ログラムを用いた表示装置全般に広く応用できる。

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば、種々の用途によって適
宜ホログラムが重畳される場合に、各々のホログラムの
間にホログラムの成分物質の拡散を防止する保護層が介
在されているため、ホログラムに形成される回折格子の
膨潤を防げる。したがって、ホログラムの回折波長や回
折角を所定のものからずれてしまうことを防げる。

【００９７】こうして、複数のホログラムを重畳するこ
とによって得られる種々の機能を、ホログラムを劣化さ
せずに発揮させることができ、ホログラムの特性を設定
の通りに引き出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の重畳型ホログラムの一例を示す概略断
面図

【図２】本発明の重畳型ホログラムの一例を示す回折ス
ペクトル図

【図３】本発明の重畳型ホログラムの第２の実施例を示
す概念図

【図４】本発明の重畳型ホログラムを合わせガラスに封
入した一例を示す要部断面図

【図５】本発明の重畳型ホログラムをコンバイナとして
用いる自動車用ＨＵＤの概念図

【図６】従来の重畳型ホログラムを示す概念図

【符号の説明】

１：ホログラム２：ホログラム３：ホログラム１１：保護層１２：保護層２０：重畳型ホログラム全体の回折スペクトル２１：重畳されるホログラム１の単独の場合の回折スペ
クトル２２：重畳されるホログラム２の単独の場合の回折スペ
クトル２３：重畳されるホログラム３の単独の場合の回折スペ
クトル３１：重畳されるホログラム１によって回折された光３２：重畳されるホログラム２によって回折された光３３：重畳されるホログラム３によって回折された光３５：入射光４１：観察者４２：ホログラムコンバイナ４３：情報を含む光線４４：レンズ系４５：透過型液晶表示素子４６：光源４７：風防ガラス４８：速度表示４９：警告表示５０：外部光源（太陽）５１：外部不要入射光５２：外部不要回折光５３：重畳型ホログラムの第２のホログラムの組７２に
より回折された外部不要光６０：車内側ガラス６１：車外側ガラス６２：中間膜６３：保護層７１：コンバイナとして用いる重畳型ホログラムの第１
のホログラムの組７２：外部不要光を回折するための重畳型ホログラムの
第２のホログラムの組

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のホログラムが、各々のホログラムの
間にホログラムの成分物質の拡散を防止する保護層を介
して重畳されてなる重畳型ホログラム。
【請求項２】複数のホログラムのうち少なくとも最外層
のホログラムは、その外側面が透明基板に保持されてい
ることを特徴とする請求項１の重畳型ホログラム。
【請求項３】保護層の熱膨張係数は、保護層の両面側に
あるホログラムの各熱膨張係数の値の間の値であること
を特徴とする請求項１または２の重畳型ホログラム。
【請求項４】保護層はフィルム状であり、かつ、該フィ
ルム状保護層自身とホログラム自身とが接着性もしくは
粘着性を有するかまたはフィルム状保護層とホログラム
との間に接着剤が介在されていることを特徴とする請求
項１〜３のいずれかの重畳型ホログラム。
【請求項５】ホログラムは少なくとも一方の面に前記保
護層が被膜されており、かつ相対するホログラムと保護
層もしくは相対する保護層どうしとが接着性もしくは粘
着性を有するかまたは相対するホログラムと保護層との
間もしくは相対する保護層間に接着剤が介在されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの重畳型ホロ
グラム。
【請求項６】複数のホログラムのうち一組は、発光表示
光源からの表示すべき情報を含んだ光を観察者に向けて
回折するホログラフィック表示装置のコンバイナとして
の機能を有することを特徴とする請求項１または２の重
畳型ホログラム。
【請求項７】複数のホログラムのうち第１の組は、発光
表示光源からの表示すべき情報を含んだ光を観察者に向
けて回折するホログラフィック表示装置のコンバイナと
しての機能を有し、また第２の組は第１のホログラムの
組に対し発光表示光源の反対側に重畳されており、かつ
発光表示光源の反対側から入射する外部不要光が第１の
ホログラムの組に回折され、不要な回折像として観察者
に観察されるのを防ぐように、外部不要光を回折するこ
とを特徴とする請求項６の重畳型ホログラム。
【請求項８】複数のホログラムのうち第１の組は、発光
表示光源からの表示すべき情報を含んだ光を観察者に向
けて回折するホログラフィック表示装置のコンバイナと
しての機能を有し、また第２の組は第１のホログラムの
組に対し発光表示光源と同じ側に重畳されており、かつ
発光表示光源側から入射する情報を含む光以外の不要光
が第１のホログラムの組に回折され、不要な回折像とし
て観察者に観察されるのを防ぐように、発光表示光源側
から入射する不要光を回折することを特徴とする請求項
６の重畳型ホログラム。
【請求項９】第２のホログラムの組は、第１のホログラ
ムの組に対し情報を含む光が入射する角度とほぼ等しい
角度で入射した不要光を回折することを特徴とする請求
項７または８の重畳型ホログラム。
【請求項１０】第２のホログラムの組は、第１のホログ
ラムの組により回折される情報を含む光の波長と、ほぼ
等しい波長の不要光を回折することを特徴とする請求項
７〜９のいずれかの重畳型ホログラム。
【請求項１１】第２のホログラムの組は、入射した不要
光を重畳型ホログラムまたは重畳型ホログラムを保持す
る基板内で全反射するような角度で回折することを特徴
とする請求項６〜１０のいずれかの重畳型ホログラム。
【請求項１２】第２のホログラムの組は、第１のホログ
ラムの組とほぼ等しいｆ値を有することを特徴とする請
求項６〜１１のいずれかの重畳型ホログラム。