KR910007718B1 - Achromatic holographic element - Google Patents
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Abstract
내용 없음.No content.
Description
제1도는 홀로그래프 광학요소를 구성하는데 사용하는 기록매체속으로의 광입력에 대한 개략도.1 is a schematic diagram of an optical input into a recording medium used to construct a holographic optical element.
제2도 내지 제4도는 제1도의 여러가지 기록매체에 연관된 간섭현상에 대한 단면도.2 through 4 are cross-sectional views of interference phenomena associated with the various recording media of FIG.
제5도는 재래식 홀로그래프 광학요소의 회절특성에 대한 개략도.5 is a schematic diagram of the diffraction characteristics of a conventional holographic optical element.
제6도는 본 발명에 의한 홀로그래프 광학요소를 제조하는데 사용하는 기록매체로의 광입력에 대한 개략도.6 is a schematic diagram of an optical input to a recording medium for use in manufacturing a holographic optical element according to the present invention.
제7도는 본 발명에 의한 홀로그래프 광학요소의 회절그래프 회절특성에 대한 개략도.7 is a schematic diagram of the diffraction graph diffraction characteristics of the holographic optical element according to the present invention.
제8도는 본 발명에 의한 두꺼운 기록매체의 간섭특성을 도시한 약도.8 is a diagram showing interference characteristics of a thick recording medium according to the present invention.
제9도는 본 발명에 의한 장치의 우선 실시예에 대한 개략도.9 is a schematic representation of a preferred embodiment of the device according to the invention.
제10도는 본 발명에 의한 장치의 또다른 실시예에 대한 단편약도.10 is a fragmentary view of another embodiment of a device according to the invention.
제11도는 본 발명에 의한 장치의 또다른 실시예에 대한 개략도.11 is a schematic diagram of another embodiment of the device according to the invention.
제12도는 본 발명에 의한 두꺼운 매체의 회절특성에 대한 개략도이다.12 is a schematic diagram of the diffraction characteristics of a thick medium according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
14 : 기판 54 : 레이저14 substrate 54 laser
56 : 출력빔 58 : 빔분할기56: output beam 58: beam splitter
10 : 입력빔 36 : 기준빔10: input beam 36: reference beam
38 : 기록판 40 : 신호빔38: recording plate 40: signal beam
64 : 조준렌즈시스템 66 : 거울64: aiming lens system 66: mirror
70 : 기록매체 72 : 유리판70: recording medium 72: glass plate
76 : 단촛점거리렌즈 80 : 조절수단76: short focal length lens 80: adjusting means
82 : 조절핀홀 어셈블리 136 : 홀로그래프 회절격자82: control pin hole assembly 136: holographic diffraction grating
142 : 독립촛점142: independent focus
본 발명은 수색성 홀로그래프 광학요소와 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a chromatic holographic optical element and a method of manufacturing the same.
홀로그램(hologram)이라는 말은 점점 널리 사용되고 있는 사진프로세스를 설명하는데 사용한다. 3차원의 장면을 2차원영상으로 기록하는 통상의 사진과는 달리, 홀로그래프식 프로세스는 촬영되는 대상의 영상을 기록하는 것이 아니라, 반사광파가 동일한 광원에서 생기는 기준빔과 간섭광패턴을 형성할때, 이러한 반사광파 자체를 기록한다. 따라서, 홀로그램에는 광파가 통과하거나 광파를 반사 또는 산란시킨 대상의 특징을 이루는 모든 정보가 포함된다. 대상물이 렌즈, 정합필터 또는 회절격자 등과 같은 광학요소인 때에는 그 홀로그램은 이 광학요소의 모든 현상과 속성을 나타낼 것이다. 홀로그래프 광학요소의 대표적 특성은 촛점, 스케일 크기 및 편각등이다.The term hologram is used to describe an increasingly popular photographic process. Unlike conventional photographs that record a three-dimensional scene as a two-dimensional image, the holographic process does not record an image of a subject to be photographed, but forms a reference beam and an interference light pattern generated by a reflected light wave from the same light source. When the reflected light wave itself is recorded. Thus, the hologram contains all the information that characterizes the object through which light waves pass or reflect or scatter light waves. When the object is an optical element such as a lens, matching filter or diffraction grating, the hologram will exhibit all the phenomena and properties of this optical element. Representative characteristics of holographic optical elements are focus, scale size and declination.
종래에는 홀로그래프 광학요소를 포함하는 홀로그램은 구성(C)파장이라고 부르는 특수파장의 레이저를 이용하여 만들었고, 홀로그래프 요소의 재생(PB) 또는 재구성파장은 동일한 또는 다른 파장의 레이저를 이용하여 완성하였다. 종래의 홀로그래프에 있어서는 서로 다른 파장의 레이저를 재생용으로 사용하면, 편각, 촛점 및 스케일크기 등을 포함한 홀로그래프 광학요소의 주요특성이 변하게 된다.Conventionally, holograms containing holographic optical elements were made using a special wavelength laser called the constituent (C) wavelength, and regeneration (PB) or reconstruction wavelengths of the holographic elements were completed using lasers of the same or different wavelengths. . In the conventional hologram, when lasers of different wavelengths are used for regeneration, the main characteristics of the holographic optical elements, including declination, focus and scale size, are changed.
홀로그래프 광학요소를 응용함에 있어서 재생기능을 위하여 이용하는 레이저의 파장에 관계없이 성능파라미터를 유지하는 것이 바람직한 경우가 있을 것이다. 본 발명의 과제는 홀로그래프 광학요소의 파장의존성을 실질적으로 경감시킬 수 있는 수단과 이러한 수단을 독특하게 제조하는 방법을 제공하는 것이다.In application of holographic optical elements, it may be desirable to maintain performance parameters regardless of the wavelength of the laser used for the regeneration function. It is an object of the present invention to provide means for substantially reducing the wavelength dependence of holographic optical elements and a method of making such means uniquely.
홀로그래프 광학요소를 구성함에 있어서, 제1도에 도시된 바와같이, 신호빔(S)이라고 하는 입력빔(10)을 유리판, 박막 등과 같은 적당한 기판(14)위에 코팅하거나 설치할 수 있는 기록 매체상에 입사되도록 투영한다. 이미 알고 있는 바와같이, 기록매체(12)는 사진유제, 중크롬산 젤라틴, 광중합체 등으로 할 수 있다. 이와 동시에, 동일한 간섭성전자 복사원, 바람직하기로는 레이저로부터 기준빔(R)이라고 하는 제2빔이 각도(θ1)로 안내되기 때문에, 이 제2빔은 매체에서 신호빔(10)과 중첩되도록 기록매체(12)상에 입사된다. 이에 의하여 매체내에 간격이 조밀한 선의 진폭 또는 위상분포로서 기록되는 광학적 간섭이 생긴다. 이러한 선배열은 제2도에서 단면으로 도시된 바와같은, 기록매체(12)내의 클리어영역(18)과 흡광영역(20)의 진폭분포 또는 제3도에 도시된 바와같은, 기록매체(12)내의 굴절률(22)차로 인하여 생기는 위상분포 또는 제4도에 도시된 바와같은 기록매체(12) 표면의 공간적 또는 기복상의 변동(24)등과같이 여러가지 형태를 취할 수 있다. 잘 알려진 바와같이, 이러한 형태는 각각 다른 현상을 나타내는 바, 제1형태는 할로겐화은을 경유한 흡수, 제2형태를 굴절률변동에 의한 회절, 제3형태는 표면기복의 변동을 통한 회절등을 나타낸다. 마지막 경우에는 흡수영역이나 굴절률 변동영역에도 기록매체나 판의 표면기복 패턴이 수반될 수 있다.In constructing the holographic optical element, as shown in FIG. 1, on the recording medium on which an input beam 10 called a signal beam S can be coated or installed on a
제1도에 도시된 광학적 간섭현상에 있어서, 프린지선이라고도 알려진 광학간섭선간의 간격은 신호빔(10)이 기록판에 대한 법선으로 되어있는 경우에 관한 다음의 방정식으로 구한다.In the optical interference phenomenon shown in FIG. 1, the interval between optical interference lines, also known as fringe lines, is obtained by the following equation regarding the case where the signal beam 10 is a normal to the recording plate.
후자의 조건이 성립되지 아니하는 때에는 일반식은 다음과 같이 된다.When the latter condition is not true, the general formula is
2개의 빔이 기록판법선상의 동일면에 있는 때에는 (-)부호가 우세하고, 그 반대측에 있는 때에는 (+)부호가 우세하다. 그러나, θS=0라고 가정하면 일반성이 상실되지 아니하기 때문에, 식(1)을 사용하여 설명할 수 있다.The negative sign prevails when two beams are on the same side of the recording plate normal, and the positive sign prevails on the opposite side. However, if θ S = 0 is assumed, generality is not lost, and it can be explained using Equation (1).
대상이 복잡하거나 확대되면, 식(1a)은If the object is complex or enlarged, equation (1a)
로 되고, 이는 신호빔 입사각이 원점의 2차원분포에 따라 달라진다는 것을 표시한다.This indicates that the signal beam incidence angle depends on the two-dimensional distribution of the origin.
각(θ2)는 서로 다르지만, 파장이 동일한 기준빔(26)을 사용하면, 기록프린지패턴은 서로 다른 프린지간격으로 될 것이다. 즉,The angles θ 2 are different, but if the
여기에서는 공통파장(λ)을 사용하고, 각(θ)만이 변경되었음을 유의하여야 하며, 두 프린지패턴이 동일기록매체내에 순차적으로 기록된다고 가정하였다.Here, it is assumed that the common wavelength? Is used, only the angle? Is changed, and it is assumed that the two fringe patterns are sequentially recorded in the same recording medium.
제5도에 있어서, 기록판(30)에 입사되는 입력빔(38)은 두 파장의 조합이고, 입사빔이 기록되고, 기록매체가 적당히 처리되었다고 가정한다. 재구성과정에서는 입력빔이 포함된 파장을 λPB1, λPB2로 표시할 수 있다. 두 파장중 하나는 구성파장(λ1)으로 할 수 있으나, 그러한 조건은 중요하지 아니하므로, 이 설명을 위하여는 이 파장이 없는 것으로 가정할 수 있다. 재생에 있어서, 정상조건은 서로 다른 파장은 서로 다른 각을 통하여 회절된다는 것이다. 따라서, 입력빔(28)이 λPB1의 출력빔(32)은 각()을 통하여 회절되고, 입력빔(28)의 λPB2의 출력빔(34)은 각(W)을 통하여 회절될 것이다.In FIG. 5, it is assumed that the input beam 38 incident on the recording plate 30 is a combination of two wavelengths, the incident beam is recorded, and the recording medium is properly processed. In the reconstruction process, the wavelength including the input beam may be represented as λ PB1 or λ PB2 . One of the two wavelengths may be the constituent wavelength λ 1 , but since such conditions are not critical, it can be assumed that this wavelength is absent for this description. In regeneration, the normal condition is that different wavelengths are diffracted through different angles. Therefore, the input beam 28 is the output beam 32 of λ PB1 is an angle ( ), And the output beam 34 of λ PB2 of the input beam 28 will be diffracted through the angle W.
회절격자와 같은 수색성광학요소를 구성함에 있어서, 두 파장을 회절격자 또는 이와 유사한 회절요소에 동시입사할 수 있고(θS=0일때), 그러면서도 동일한 회절각을 제공할 수 있느냐의 여부가 문제이다.In constructing a chromatic optical element such as a diffraction grating, whether or not the two wavelengths can be incident simultaneously on the diffraction grating or similar diffractive elements (when θ S = 0) and still provide the same diffraction angle to be.
회절방정식은 다음과 같다.The diffraction equation is as follows.
여기에서, m는 회절격자의 순서이고, D는 파장(λ)의 빔이 프린지간격 d의 회절격자에 정상적으로 입사되었을 때 회절각이다.Here, m is an order of the diffraction gratings, and D is a diffraction angle when a beam of wavelength lambda is normally incident on the diffraction grating of the fringe spacing d.
공통각(D)이 바람직하기 때문에,Since the common angle (D) is preferred,
다시 말하면, 두 파장은 그 구성각의 사인비의 역으로 서로 관계되어 있는 때에는 회절격자에 의하여 동일각(D)으로 회절될 것이다. 이것은 방정식(2)에서 다음의 조건이 충족되면 파장수가 더 많은 경우에도 확대적용할 수 있다.In other words, the two wavelengths will be diffracted at the same angle D by the diffraction grating when they are related to each other inversely of the sine ratio of their constituent angles. This can be extended even if the number of wavelengths is larger if the following conditions are met in equation (2).
(가) 빔은 정상적으로 회절격자에 입사될 것.(A) The beam should enter the diffraction grating normally.
(나) 빔은 한 파장(λ1)에서 만들어질 것.(B) The beam shall be made at one wavelength (λ 1 ).
(다) 다음에 일반식이 성립될 것.(C) The following general formula shall be established.
단일구성파 이외의 파장이 있는 경우에, 식(1d)에 의하여 보상이 되는 한, 회절격자는 한 파장에서 만들어질 필요는 없다. 후자의 경우는 드문 일이지만, 미리 제외할 수는 없다.In the case where there is a wavelength other than a single wave, the diffraction grating does not need to be made at one wavelength as long as it is compensated by the equation (1d). The latter is rare, but cannot be ruled out in advance.
이제는 홀로그래프렌즈(HL)의 촛점 거리에 대하여 다음의 관계를 살퍼보기로 한다.Now consider the following relationship with respect to the focal length of the holographic lens HL.
여기에서, F 및 λ는 홀로그래프 광학요소의 구성과 홀로그래프 광학요소를 이용한 재구성 또는 재생에 적용할 수 있는 촛점거리와 파장이다.Here, F and λ are focal lengths and wavelengths applicable to the construction of the holographic optical element and the reconstruction or reproduction using the holographic optical element.
두 파장에 있어서,For both wavelengths,
재생 또는 재구성시에는 FPB1=FPB2가 필요하므로,F PB1 = F PB2 is required for playback or reconstruction.
위에서, λC1=λPB1임이 밝혀졌으므로,In the above, it was found that λ C1 = λ PB1 ,
또는 λC1은 λC2와 동일하게 만들 수 있으므로,Or λ C1 can be made equal to λ C2 ,
λC1=λC2따라서,λ C1 = λ C2 Thus,
이 공식은 식(2)과 비슷한 것처럼 보인다.This formula seems to be similar to equation (2).
다음과 같이 선택한 매개변수를 가진 특수한 예를 들어보면 다음과 같다.Here is a special example with the parameters selected:
λC=4880Åλ C = 4880Å
FC1=360mmF C1 = 360mm
θ1=30˚θ 1 = 30˚
λPB1=4880Å(양자는 공동레이저파장이기 때문에 선택)λ PB1 = 4880 Å (choose both because of the common laser wavelength)
λPB2=6328Åλ PB2 = 6328Å
FC1=360mm (구성파장과 하나의 재구성파장은 하나이고, 동일한 것이기 때문에)F C1 = 360mm (since constituent wavelength and one reconstruction wavelength are one and the same)
FC2=466.8mmF C2 = 466.8mm
제6도는 한 기준빔(36)이 기록판(38)에서 구성촛점거리(42)가 FC1인 한 신호빔(40)과 상호 작용하는 것을 도시하였다. 촛점거리(46)가 FC2인 제2신호빔(44)도 기록판(38)에서 기준빔(36)과 상호작용하여 기록판내에 간섭패턴을 나타낸다. 빔(36), (40)은 동일한 파장을 가져야 하고, 빔(36), (44)은 제2공동 파장을 가져야 한다. 이 파장이 동일하지 아니한 때에는 기준빔의 입사각(θREF)을 앞에 주어진 방정식에 따라 조절하여야 한다. 기록판은 재래식처리후 홀로그래프렌즈를 형성한다. 위에 제시된 숫자적 조건이 충족되면, 이와같이 형성된 홀로그래프렌즈(38a)는 제7도에 도시된 바와같이 기능하게 될 것이다. 서로 다른 파장의 입력비임(48)(50)은 조합출력빔(48a), (50a)이 실제로 공동촛점(52)에 모이도록 홀로그래프렌즈(38a)에 의하여 회절될 것이다.FIG. 6 shows that one reference beam 36 interacts with the signal beam 40 as long as the focal length 42 of the recording plate 38 is F C1 . The second signal beam 44 whose focal length 46 is F C2 also interacts with the reference beam 36 in the recording plate 38 to exhibit an interference pattern in the recording plate. Beams 36 and 40 should have the same wavelength and beams 36 and 44 should have a second common wavelength. If these wavelengths are not the same, the angle of incidence θREF of the reference beam should be adjusted according to the equation given earlier. The recording plate forms a holographic lens after conventional processing. If the numerical condition set forth above is met, the holographic lens 38a thus formed will function as shown in FIG. The input beams 48 and 50 of different wavelengths will be diffracted by the holographic lens 38a so that the combined output beams 48a and 50a actually converge at the co-focus 52.
홀로그래프 프로세스에서 사용하는 기록매체는 두께가 1 내지 20미크론이다. 그러나, 일반적으로 두께가 약 20μ 내지 100μ정도의 두꺼운 매체를 프로세스용으로 사용하는 것이 유리하다. 기록회절격자용의 두꺼운 매체는 클라인의 Q기준으로 특징지어지는데, 이 기준은 Q=이다.The recording medium used in the holographic process is 1 to 20 microns thick. However, it is generally advantageous to use a thick medium of about 20 to 100 microns in thickness for the process. Thick media for record gratings are characterized by Kline's Q criterion, which is Q = to be.
회절격자내의 입사각이 이면, Q'=Q/cos 여기에서, λ는 자유공간파장, d는 기록매체의 두께, n0는 평균굴절률, λ2는 회절격자간격(여기에서는 간격이 균일한 것으로 가정한다)이다.If the angle of incidence in the diffraction grating is Q '= Q / cos where λ is the free-space wavelength, d is the thickness of the recording medium, n 0 is the average refractive index, and λ 2 is the diffraction grating spacing (assuming that the spacing is uniform here Is).
회절격자가 두꺼운 매체내에 기록될 때에는 재생상의 입사각뿐 아니라, 회절격자간격 및 이 간격만에 근거한 입사각도 참작하여야 한다. 이것은 브랙효과(Bragg effect)에 기인되는 것이다. 브랙법칙에 따르는 입사각은 고효율빔이며, 그렇지 아니한 입사각은 비효율적이고, 감쇠빔이 될 수도 있다. 브랙법칙은 2d N sinθ=λ이다. 여기에서 N은 굴절률이다.When the diffraction grating is recorded in a thick medium, not only the angle of incidence of reproduction should be taken into account but also the angle of incidence based only on the diffraction grating interval and this gap. This is due to the Bragg effect. The angle of incidence according to the Brac law is a high efficiency beam, otherwise the angle of incidence is inefficient and may be attenuated beam. The Brack's law is 2d N sin θ = λ. Where N is the refractive index.
제8도에 있어서, 2개의 빔이 각(θC1,θ'C1)으로 간섭하면, 두꺼운 기록매체(97)내에 프린지(96)가 형성되고, 최대효율의 재생각은 θPB1(98)이 되어야 한다. 여기에서, θPB1을 방정식(4)에서 구하면,In FIG. 8, when two beams interfere at angles θ C1 and θ ′ C1 , a fringe 96 is formed in the thick recording medium 97, and the reproduction angle of maximum efficiency is θ PB1 (98). Should be. Here, if θ PB1 is obtained from equation (4),
제2세트의 각(및 처음에는 제2파장)을 사용하면,Using a second set of angles (and initially a second wavelength),
또는 두 경우에 대하여 식(5)을 이용하면,Or using equation (5) for both cases,
λC1=λC2이면, (정상적이지만 불필요한 절차)If λ C1 = λ C2 , (normal but unnecessary procedure)
sinθC1=0이면(공통적이지만 불필요한 절차)If sinθ C1 = 0 (common but unnecessary procedure)
위의 식은 방정식(2a)와 유사하다.The above equation is similar to equation (2a).
공동브랙각으로 재생하려면, 파장이 방정식(7b)에 위하여 주어진 비율내에 있어야 한다. 예를들면, 재생파장이 6328Å,4880Å이고,To regenerate at the joint break angle, the wavelength must be within the ratio given for equation (7b). For example, the reproduction wavelength is 6328Å, 4880Å,
또는 sinθC2±sinθC2'=·65Or sinθ C2 ± sinθ C2 '= · 65
θC2=10˚, θ'C2=27˚18', 및 기타 여러 조합에 의하여 만족된다.θ C2 = 10 °, θ ' C2 = 27 ° 18', and many other combinations.
공동재생각을 방정식(5)에서 구하면, sin-1·325=18˚35'가 된다.When the cavity regeneration angle is obtained from equation (5), sin −1 · 325 = 18 ° 35 '.
θC2및 θ'cz는 임의로 정할 수 없으며, 재생각은 구성각(θC1, θ'C1)의 재생각과 공통이다.θ C2 and θ ′ cz can not be arbitrarily determined, and the reproduction angle is common with the reproduction angles of the configuration angles θ C1 and θ ′ C1 .
미합중국 특허원 제3,586,412호에서는 사실상 어떤 대상물을 주사하기 위하여 단일 3차원기록 매체내에 노출각별로 개별비수차대역판이 구성되도록 이 기록매체를 2개의 교차입력빔에 서로 다른 각으로 노출시키기 때문에, 심한 수차없이 대상물의 복합영상을 얻을 수 있는 홀로그래프렌즈를 구성하는 방법을 공개한 바 있다. 이 특허에서는 그 렌즈를 다중 파장에서도 사용할 수 있는 것으로 암시하였으나, 수색성재생을 얻는데 필요한 조건을 명시하지 아니하였다. 또다른 미합중국 특허원 제3,503,050호에서는 리프만식프로세스의 개량을 공개하였는데, 여기에서는 간섭성광선의 간섭파가 감광성유제의 층을 유제속에 있는 정재파의 파복(波腹)에서 감지하여 주기적 반사면 구조를 형성한다. 이러한 구조가 유제내의 한 지점에서 다른 각도로 형성되고, 이를 반사광의 각에 의하여 판독하게 되어 있다. 그러나, 앞에서 말한 특허의 경우와 마찬가지로, 여기에서도 파장 전체가 또는 백색광이 공동촛점을 가질 수 있도록, 기록된 빔각은 명시된 한 세트의 각이어야 한다는 점을 입증하지 못하였다. 그 외에도, 이 특허에서는 백색광재생에 있어서 얇은 기록매체표면상의 프린지배열은 특히 규정된 바에 따라 하여야 한다는 점을 밝히지 아니하였다.U.S. Patent Application No. 3,586,412 exposes the recording medium at different angles to the two intersecting input beams so that the individual non-aberration band plates are configured for each exposure angle in a single three-dimensional recording medium for scanning virtually any object. We have disclosed a method of constructing a holographic lens that can obtain a composite image of an object without using it. This patent implies that the lens can also be used at multiple wavelengths, but it does not specify the conditions necessary for obtaining hydrochromic regeneration. Another U.S. Patent Application No. 3,503,050 discloses an improvement in the riffman-type process, in which an interfering wave of coherent light detects a layer of photosensitive emulsion at the breaking of standing waves in the emulsion to form a periodic reflecting surface structure. do. This structure is formed at a different angle at one point in the emulsion and is read by the angle of the reflected light. However, as in the case of the aforementioned patents, it has not proved here that the recorded beam angles must be a set of angles specified so that the entire wavelength or white light can be co-focused. In addition, this patent does not indicate that fringe arrangements on the surface of thin recording media in white light reproduction should be particularly specified.
그러므로, 본 발명의 주된 목적은 다수의 파장에서 작동하면서도 수차가 적은 홀로그래프 광학요소를 제공하는 것이다. 본 발명은 이러한 수색성 홀로그래프 광학요소의 제조방법을 제공하는 것도 목적으로 한다.Therefore, the main object of the present invention is to provide a holographic optical element with low aberration while operating at multiple wavelengths. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing such a chromatic holographic optical element.
본 발명의 또다른 목적은 2개의 독립된 촛점을 가진 한쌍의 대칭적 출력빔을 단일입력빔으로 발생시킬 수 있는 두꺼운 기록매체를 사용하는 것이다.It is another object of the present invention to use a thick recording medium capable of generating a pair of symmetrical output beams having two independent focal points as a single input beam.
본 발명을 첨부된 도면에 의하여 더 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
제9도는 회전격자와 같은 본 발명에 의한 홀로그래프 광학요소를 제조하는데 사용하는 장치를 도시한 것이다. 파장(λC1)에서 작동하는 레이저(54)와 같은 적당한 간섭성광원에는 출력빔(56)이 있고, 이 출력빔은 빔분할기(58)를 통과하여 거의 동일한 강도의 비임(60), (62)을 발생시킨다. 홀로그래프 기준빔으로 사용되는 빔(60)은 조준렌즈 시스템(64)을 통과한 다음에, 거울(66), (68)에 의하여 적당한 각(θ1)으로 기록매체(70)에 충돌할 수 있게 안내된다. 기록매체로는 잘 알려진 적당한 감광성물질을 사용할 수 있고, 필요한 경우에는 유리판(72)과 같은 적당한 수단을 그 지지물로 제공할 수 있다. 신호빔으로 이용되는 빔(62)은 거울(74)에 의하여 단촛점거리렌즈(76)까지 안내되고, 이 렌즈의 출력빔(78)은 기록매체(70)로 안내된다. 빔(78)은 기준빔(60)과 결합하여 간섭하고, 이러한 간섭은 매체에 의하여 기록된다.9 shows an apparatus for use in manufacturing a holographic optical element according to the invention, such as a rotating lattice. A suitable coherent light source, such as laser 54 operating at wavelength λ C1 , has an output beam 56, which passes through beam splitter 58 and has beams 60, 62 of approximately equal intensity. Generates. The beam 60 used as the holographic reference beam may pass through the aiming lens system 64 and then impinge on the recording medium 70 by the mirrors 66 and 68 at an appropriate angle θ 1 . Are guided. As the recording medium, a well-known suitable photosensitive material can be used, and if necessary, a suitable means such as glass plate 72 can be provided as the support. The beam 62 used as the signal beam is guided by the mirror 74 to the short focal length lens 76, and the output beam 78 of the lens is guided to the recording medium 70. The beam 78 interferes with the reference beam 60 and this interference is recorded by the medium.
위에서 설명한 장치는 주로 재래식 홀로그래프 광학요소를 제조하는 프로세스에서 사용하는 장치이다. 그러나, 본 발명의 프로세스에서는 빔(60)이 일단 입사각(θ1)으로 기록되면, 거울(68)이 적당한 조절수단(80)에 의하여 조절되고, 빔(60)은 입사각(θ2)에서 빔(78)에 간섭하면서 기록된다. 간섭을 입사각(θ3…θn)에서 기록하기 위하여 필요한 경우에는 이 절차를 반복할 수 있다.The devices described above are primarily for use in the process of manufacturing conventional holographic optical elements. However, in the process of the present invention, once the beam 60 is recorded at the incident angle θ 1 , the mirror 68 is adjusted by suitable adjusting means 80, and the beam 60 is beamed at the incident angle θ 2 . It is recorded while interfering with (78). When necessary to record the interference in the incident angle (θ 3 ... θ n) has to repeat this procedure.
본 발명의 위와 같은 설명에 의하여 여러가지 광파장의 빔은 그 구성각(θi…θj)의 비율의 역으로 서로 관계하는 경우에는 홀로그래프 광학요소에 의하여 동일한 각으로 회절된다는 것을 알 수 있다. 앞에서 말한 바와같이, 빔은 정상적으로 요소에 입사되는 한, 한 파장에서 만들어지고, 식(2)으로부터라는 관계를 얻는다.When beams of different optical wavelengths by the above description of the present invention is related to each other in the ratio of the inverse of that configuration, each (θ i θ j ...) and it can be seen that the holes in the same diffraction angle by the graph optical element. As mentioned earlier, the beam is made at one wavelength, as long as it is normally incident on the element, and from equation (2) Get a relationship.
홀로그래프 광학요소가 렌즈인 경우에는 수색성에 의하여 회절되는 빔의 여러가지 파장이 실제로 공통촛점에 모아져야 한다. 이러한 작용은 방정식(3 내지 3e)내의 숫자적 조건이 충족되고,일 때 일어난다.If the holographic optical element is a lens, the various wavelengths of the beam diffracted by the chromaticity should actually be concentrated at a common focal point. This action requires that the numerical conditions in the equations (3 to 3e) are met, Happens when
본 발명의 수색성렌즈를 구성하는 동안에 필요한 촛점거리를 변동시키려면, 제9도에 도시된 장치를 신호빔의 통로에 조절핀홀 어셈블리(82)를 삽입함으로써 제10도에 도시한 바와같이 변경한다. 따라서, 표시되지는 아니하였으나, 제10도의 실시예에서는 기준빔(60')과 신호빔(62') 발생시키기 위한 제9도에 도시된 광원, 빔분할기, 조준렌즈시스템 및 제1거울 등이 있게 된다. 기준빔(60')은 조절거울(68')에 의하여 적당한 각(θ1)에서 기록매체(70')에 부딪칠 수 있게 안내 된다. 신호빔(62')은 거울(74')에 의하여 단촛점거리렌즈(84)와 핀홀 다이아프램(86)이 포함된 핀홀 어셈블리(82)로 안내된다. 핀홀 어셈블리를 화살표(90)로 표시한 바와같이, 평행이동으로 선택적으로 조절할 수 있는 조절기구(88)가 제공되어 있다. 핀홀 어셈블리에서 나오는 출력빔(78')은 신축구면파이다. 이 빔은 기준빔(60')과 결합하여 간섭할 수 있도록 촛점거리(FC1)에서 기록매체(70')에 안내되고, 이 간섭이 기록매체에 의하여 기록된다.To change the focal length required during the construction of the chromosomal lens of the present invention, the apparatus shown in FIG. 9 is changed as shown in FIG. 10 by inserting the adjusting pin hole assembly 82 in the passage of the signal beam. . Accordingly, although not shown, in the embodiment of FIG. 10, the light source, the beam splitter, the aiming lens system, and the first mirror shown in FIG. 9 for generating the reference beam 60 'and the signal beam 62' Will be. The reference beam 60 'is guided by the adjustment mirror 68' to impinge on the recording medium 70 'at an appropriate angle &thetas; 1 . The signal beam 62 'is guided by the mirror 74' to the pinhole assembly 82 including the short focal length lens 84 and the pinhole diaphragm 86. As indicated by the arrow 90, the pinhole assembly is provided with an adjusting mechanism 88 which can be selectively adjusted in parallel movement. The output beam 78 'exiting the pinhole assembly is a spherical spherical wave. This beam is guided to the recording medium 70 'at the focal length F C1 so that it can interfere with the reference beam 60' and this interference is recorded by the recording medium.
본 발명의 프로세스에 있어서, 기준빔(60')이 일단 입사각(θ1)에서 기록되고, 신호빔(62')이 촛점(FC1)에서 기록되면, 거울(68')과 핀홀 어셈블리(82)는 각각 그 조절수단(80'), (88)에 의하여 조절되고, 빔(60')은 입사각(θ2)에서 빔(62')은 촛점(FC2)에서 각각 기록된다. 빔들(60'), (62')의 간섭을 입사각(θ3…θn)과 촛점(FC3…FCn)에서 기록할 필요가 있는 때에는 이 절차를 반복할 수 있다.In the process of the present invention, once the reference beam 60 'is recorded at the incident angle θ 1 and the signal beam 62' is recorded at the focus F C1 , the mirror 68 'and the pinhole assembly 82 Are adjusted by the adjusting means 80 'and 88, respectively, and the beam 60' is recorded at the focal point F C2 at the incident angle [theta] 2 , respectively. When it is necessary to record in the beams 60 ', 62' angle of incidence of interference of (θ θ 3 ... n) and the focus (F F C3 ... Cn) may repeat this procedure.
위에서는 단일파장의 간섭성전자복사를 이용하여 수색성 홀로그래프 광학요소를 구성하는 프로세스를 상세히 설명하였다. 그러나, 본 발명의 수학적 관계가 유지되는 한, 광학요소를 구성하기 위하여 1파장 이상의 복사를 이용할 수 있다. 제11도에 있어서, 장치에는 파장(λC1)으로 작동하는 레이저(100)와 같은 광원이 포함되어 있고, 이 광원에는 빔분할기(104)를 통과하여 기준빔(106)과 신호빔(108)을 발생시키는 출력빔(102)이 있다. 기준빔(106)은 조준렌즈시스템(110)을 통과하고, 거울(112), (114)에 의하여 적당한 각(θ1)으로 지지물(118)위에 설치된다. 신호빔(108)은 거울(120)에 의하여 조절핀홀 어셈블리(122)에 안내되고, 이 핀홀어셈블리의 출력빔(124)은 기준빔(106)과 결합하여 이를 간섭할 수 있도록 기록매체(116)에 안내된다. 앞에서 예시한 본 발명의 다른 실시예의 설명에서 이해할 수 있는 바와같이, 구성중인 광학요소가 렌즈인 경우에는 핀홀 어셈블리(122)는 기록매체(116)상에서의 신호빔(124)의 촛점을 촛점(FC1)에 맞출 것이다. 구성중인 광학요소가 회절격자인 경우에는 신호빔의 촛점거리를 변경시키기 위하여 핀홀 어셈블리와 조절수단 대신에, 제9도의 실시예에서 도시한 것과 같은 렌즈를 이용할 것이다. 파장(λC2)에서의 제2복사원은 레이저(126)로 할 수 있으며, 그 출력빔(128)은 빔분할기(104)를 통하여, 이를 통과하는 광선은 신호빔(108)과 일렬로 되고, 이로부터 반사되는 광선은 기준빔(106)과 일직선이 되도록 안내된다. 제2레이저(126)의 출력이 기록되면, 광빔의 간섭을 입사각(θ2)와 촛점거리(FC2)에서 기록하기 위하여 거울(144)과 핀홀 어셈블리(122)를 조절한다. 기준빔과 신호빔의 간섭을 입사각(θc3…θCn)과 촛점(FC3…FθCn)에서 기록하기 위하여 필요한 경우에는 이 절차를 반복할 수 있다. 앞에서 말한 바와같이,의 일반관계식을 얻게 된다. 재생에 있어서는 2개의 파장(λC1,λC2)은 기록매체(116)에서 전개되는 홀로그래프 광학요소에 의하여 여기에서 나오는 출력이 실제로 제7도에 도시된 바와같이, 공통촛점에 이르도록 회절될 것이다.Above, the process of constructing the achromatic holographic optical element using single wavelength coherent electron radiation has been described in detail. However, as long as the mathematical relationship of the present invention is maintained, more than one wavelength of radiation can be used to construct the optical element. In FIG. 11, the apparatus includes a light source, such as a laser 100 operating at a wavelength λ C1 , which passes through a beam splitter 104 to the reference beam 106 and the signal beam 108. There is an output beam 102 which generates. The reference beam 106 passes through the aiming lens system 110 and is mounted on the support 118 by mirrors 112 and 114 at a suitable angle θ 1 . The signal beam 108 is guided to the adjustment pinhole assembly 122 by the mirror 120, and the output beam 124 of the pinhole assembly is combined with the reference beam 106 to interfere with the recording medium 116. Is guided to. As can be understood from the description of another embodiment of the present invention illustrated above, when the constituting optical element is a lens, the pinhole assembly 122 focuses the focus of the signal beam 124 on the recording medium 116 (F). C1 ). In the case where the constituent optical element is a diffraction grating, a lens such as that shown in the embodiment of FIG. 9 may be used instead of the pinhole assembly and the adjusting means to change the focal length of the signal beam. The second radiation source at wavelength λ C2 can be a laser 126, the output beam 128 of which is through the beam splitter 104, and the light beam passing through it is in line with the signal beam 108. The light rays reflected therefrom are guided to be in line with the reference beam 106. Once the output of the second laser 126 is recorded, the mirror 144 and the pinhole assembly 122 are adjusted to record the interference of the light beam at the incident angle θ 2 and the focal length F C2 . If necessary, in order to record the reference beam and the signal beam interfere with the incident angle of (θ θ c3 ... Cn) and the focus (F C3 ... Cn Fθ) has to repeat this procedure. As mentioned earlier, You get a general relation of. In reproduction, the two wavelengths λ C1 , λ C2 are diffracted by the holographic optical element developed on the recording medium 116 so that the output from it actually reaches a common focal point, as shown in FIG. will be.
제2파장이나 후속파장에 대한 기준빔(106)의 입사각을 변동시키기 위하여 거울(114)을 조정하는 대신에, 거울(130)와 같은 보충거울을 빔속에 삽입할 수 있다. 본 발명에서는 다수의 이산파장속에 간섭성복사를 발생시키기 위하여 도시된 것 이외의 재래식 수단도 이용할 수 있다. 이러한 장치로서 전형적인 것은 본 발명의 발명자에게 하여된 미합중국 특허원 제4,250,465호에 공개된 매개변수변환기 또는 상호작용기를 들 수 있다.Instead of adjusting the mirror 114 to vary the angle of incidence of the reference beam 106 with respect to the second or subsequent wavelengths, a supplementary mirror, such as mirror 130, may be inserted into the beam. In the present invention, conventional means other than those shown for generating coherent radiation in a plurality of discrete wavelengths can also be used. Typical of such devices include parametric converters or interactors as disclosed in US Patent Application No. 4,250,465 to the inventors of the present invention.
프로세스에는 두꺼운 매체를 사용하는 것이 유리하다. 앞에서 말한 바와같이, 두꺼운 매체는 일반적으로 그 두께가 약 20μ 내지 100μ정도이다. 기준빔이 홀로그램을 기록하기 위하여 기록판법선의 어느 한 측면에서 안내되는 때에는 동일한 에너지를 가진 한쌍의 대칭출력빔을 발생시키는 단일각이 있게 되며, 이 각은 브랙각도 동시에 만족시킨다. 따라서, 재생시에는 두꺼운 어셈블리로부터 2개의 독립촛점을 얻는다(제12도 참조). 도면에서 보는 바와같이, 서로 다른 파장인 입력빔(132), (134)은 두꺼운 매체의 홀로그래프 회절격자(136)에 의하여 2개의 독립촛점(142), (144)을 가진 2개의 출력빔(138), (140)으로 회절될 것이다.It is advantageous to use thick media for the process. As mentioned above, thick media generally have a thickness of about 20 μm to 100 μm. When the reference beam is guided on either side of the recording plate normal to record the hologram, there is a single angle that generates a pair of symmetrical output beams with the same energy, which simultaneously satisfies the Bragg angle. Thus, during regeneration, two independent focuses are obtained from the thick assembly (see FIG. 12). As shown in the figure, the input beams 132, 134, which are different wavelengths, are two output beams having two independent focuses 142, 144 by the holographic diffraction grating 136 of a thick medium. 138), 140 will be diffracted.
홀로그래프 요소를 구성하는 동안에, 실제 입력각은 앞에서 제시한 방정식과 두꺼운 매체용으로 사용한 재료의 굴절률에 따라 달라진다. 굴절률 n=1.54인 중크롬산 젤라틴을 예를들면, 재생을 위한 기준빔입사각은 제12도에 도시된 조건을 얻으려면 약 ±10˚정도가 될 것이다.During the construction of the holographic element, the actual input angle depends on the equation given above and on the refractive index of the material used for the thick medium. For example, with dichromate gelatin having a refractive index of n = 1.54, the reference beam incident angle for regeneration will be about ± 10 degrees to achieve the conditions shown in FIG.
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