JP2011081163A - ホログラム複製装置、ホログラム複製方法及びそれにより複製されたホログラム - Google Patents

ホログラム複製装置、ホログラム複製方法及びそれにより複製されたホログラム Download PDF

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Abstract

【課題】記録波長と異なる波長で再生するホログラムの複製のための光学系を簡単な構造でコンパクトに形成するホログラム複製装置を提供する。
【解決手段】一方側から順に、複製用ホログラム感材2、RGBのうち少なくとも1つの光束に対して記録時と異なる再生波長により再生するホログラム原版1’、ホログラム原版1’の記録波長周辺の波長の光を吸収する背面層3、を積層し、ホログラム原版1’及び複製用ホログラム感材2へRGBそれぞれの光束を照射することで複製ホログラム2’を作製するホログラム複製装置において、R,G,Bそれぞれのレーザーを照射するレーザー照射器101と、レーザー照射器101の照射した光をR,G,Bそれぞれの光束ごとにホログラム原版1’の記録時の参照光と同じ角度に変更して、複製用ホログラム感材2に向けて出射する光学素子106と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図9

Description

本発明は、ホログラム複製装置、ホログラム複製方法及びそれにより複製されたホログラムに関し、特に、記録波長と異なる波長で再生するためのホログラム複製装置、ホログラム複製方法及びそれにより複製されたホログラムに関するものである。
近年、光源として、レーザー及びLEDを用いた映像表示装置や光学素子が開発されている。ホログラムは、特定波長の光を特定方向へ回折する機能を有するため、上記レーザー及びLEDの狭帯域波長光源に対して光利用効率が高く、また、装置の小型化やレンズ機能ディフューザー機能の付与等を可能にする。上記レーザー及びLEDは、それぞれ仕様毎に異なる中心波長を持つため、ホログラムを記録波長と異なる波長で再生する方法が有効である。
ホログラムを記録波長と異なる波長で再生する点については特許文献1に開示されている。また、ホログラムを量産する方法として、特許文献2が知られている。
特開昭60−35701号公報 特許第2849021号公報
M. Watanabe, D. Kodama, T. Matsuyama, and T. Hotta, "Mass-produced color graphic arts holograms", Proc. SPIE 3637, pp. 204-212, 1999
特許文献1に記載された技術では、次のような問題点がある。まず、フルカラー反射型ホログラムの記録に対応しておらず、フルカラー化が困難である。また、全面RGBに対応しておらず、量産化が困難である。さらに、強度が同一のレーザー光で記録するためRGBのバランスがとれない。
次に、ホログラムの量産化のための複製方法について説明する。図15は記録時と再生時で同一波長の場合の第2ホログラム記録用感光材料2への複製を行う工程を説明するための図、図16は図15で複製された第2ホログラム2’を再生する工程を説明するための図である。である。
まず、ホログラム原版としての第1ホログラム1’の第1面1’a側に第2ホログラム記録用感光材料2の第1面2aを積層させ、第1ホログラム1’の第2面1’b側に少なくとも記録波長周辺の波長の光を吸収する背面層3を積層させる。
次に、第1再生照明光21を第1ホログラム1’に入射すると、第1再生光22が回折され、第2ホログラム記録用感光材料2に対して第1面2aから第1再生光22が第2物体光31として入射し、第1再生照明光21が第2面2bから第2参照光32として入射し、干渉する。その後、第2ホログラム記録用感光材料2を後処理して第2ホログラム2’を作製する。
再生時は、図16に示すように、第2ホログラム2’に、図15に示した記録時の第2参照光32と同じ方向に進行する第2再生照明光41を第2面2’bから入射させることで、図15に示した記録時の第2物体光31と同じ方向に進行する第2再生光42が回折される。また、第2ホログラム2’に、記録時の第2参照光32と逆方向に進行する第2再生照明光41を第1面2’aから入射させることで、記録時の第2物体光31と逆方向に進行する第2再生光42を回折させてもよい。
そして、このような複製方法を用いてRGBの再生波長を持つフルカラーホログラムを量産する場合、非特許文献1に示されているように、ホログラム原版の参照光入射角は、RGB各色において同一であり、このようにすることで、図17に示すように、複製用の光学系をややコンパクトにすることはできる。しかしながら、複製記録時の参照光のRGBがすべて同じ角度でホログラムに入射することになり、再生時のレーザーの波長と入射角が決まってしまい、別の波長のレーザーを使用する場合、RGBのレーザー波長がずれる分だけ回折効率が少なくなる。したがって、ホログラム素子として使用しづらいものとなる。
これを解消するためには、複製時の参照光の入射角をRGBで異なるものとすれば可能であるが、図18に示すように、複製用の光学系として、スペーシャルフィルタ等の拡大部材104、コリメートレンズ等の平行光変換部材105、及び光学素子としてのホログラフィックミラー106をRGBそれぞれ別々に構築する必要があり、複製用の光学系の大型化を招いてしまう。
本発明は、従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、記録波長と異なる波長で再生するホログラムの複製のための光学系を簡単な構造でコンパクトに形成するホログラム複製装置、また、簡単な方法で記録波長と異なる波長で再生するホログラムを複製するホログラム複製方法及びそれにより複製されたホログラムを提供することである。
上記目的を達成する本発明のホログラム複製装置は、一方側から順に、複製用ホログラム感材、RGBのうち少なくとも1つの光束に対して記録時と異なる再生波長により再生するホログラム原版、前記ホログラム原版の記録波長周辺の波長の光を吸収する背面層、を積層し、前記ホログラム原版及び前記複製用ホログラム感材へRGBそれぞれの光束を照射することで複製ホログラムを作製するホログラム複製装置において、R,G,Bそれぞれのレーザーを照射するレーザー照射器と、前記レーザー照射器の照射した光束をR,G,Bそれぞれの光束ごとに前記ホログラム原版の記録時の参照光と同じ角度に変更して、前記ホログラム原版及び前記複製用ホログラム感材に向けて出射する光学素子と、を備えたことを特徴とする。
また、前記光学素子は、ホログラフィックミラーからなることを特徴とする。
また、前記ホログラフィックミラーは、一枚からなり、RGBのうち少なくとも1色の角度を変更することを特徴とする。
また、前記ホログラフィックミラーは、Rの角度を変更するR用ホログラフィックミラー、Gの角度を変更するG用ホログラフィックミラー及びBの角度を変更するB用ホログラフィックミラーを積層したことを特徴とする。
さらに、上記目的を達成する本発明のホログラム複製方法は、RGBのうち少なくとも1つの光束に対して記録時と異なる再生波長により再生するホログラム原版を作製するステップと、一方側から順に、複製用ホログラム感材と、前記ホログラム原版と、記録波長周辺の波長の光を吸収する背面層とを積層するステップと、RGBの光束を照射するステップと、RGBの光束を光学素子によりそれぞれ前記ホログラム原版の記録時の参照光と同じ角度に変更するステップと、前記光学素子を出射した光束が前記ホログラム原版及び前記複製用ホログラム感材に入射し、ホログラムを複製するステップと、を有することを特徴とする。
さらに、上記目的を達成する本発明のホログラムは、前記ホログラム複製方法により作製されることを特徴とする。
本発明によれば、記録波長と異なる波長で再生するホログラムの複製のための光学系を簡単な構造でコンパクトに形成するホログラム複製装置、また、簡単な方法で記録波長と異なる波長で再生するホログラムを複製するホログラム複製方法及びそれにより複製されたホログラムを提供することができる。
反射型ホログラムを作製するための工程を示す図である。 記録時の第1ホログラム記録用感光材料中の干渉縞の状態を説明する図である。 干渉部分の拡大図である。 第1ホログラム1’を再生する工程を説明するための図である。 再生時の第1ホログラム1’中の干渉縞の状態を説明する図である。 第1ホログラム1’中の干渉部分の拡大図である。 R及びBの波長を記録時と再生時とで変更する場合のホログラム再生時の工程を説明するための図である。 R及びBの波長を記録時と再生時とで変更する場合のホログラム記録時の工程を説明するための図である。 第1実施形態のホログラム複製装置を示す図である。 ホログラフィックミラーの例を示す図である。 ホログラフィックミラーの例を示す図である。 第2実施形態のホログラム複製装置を示す図である。 ダイクロイックミラーの拡大図である。 第3実施形態の光学素子を示す図である。 従来のホログラムの複製を示す図である。 従来の複製したホログラムの再生を示す図である。 従来のホログラム複製装置を示す図である。 従来のホログラム複製装置を示す図である。
以下、図面を参照にして本発明に係るホログラム複製方法及びそれにより作製されたホログラムについて説明する。
まず、ホログラム原版を作製する方法を説明する。図1は第1ホログラムを作製するための工程を示す図、図2は記録時の第1ホログラム記録用感光材料1中の干渉縞の状態を説明する図、図3は干渉部分の拡大図である。
本実施形態では、図1に示すように、第1ホログラム記録用感光材料1に所定の第1波長λを有し平行光又は略平行光からなる第1物体光11を一方側の第1面1aから入射させ、それと同時に、第1ホログラム記録用感光材料1に、第1物体光11の入射側と反対側の第2面1bから、平行光又は略平行光からなる第1物体光11と同じ第1波長λの第1参照光12を、所定の第1入射角度で入射させる。
第1物体光11と第1参照光12を第1ホログラム記録用感光材料1に入射させることで、第1ホログラム記録用感光材料1内では、図2に示すように、第1物体光11と第1参照光12とが干渉する。
第1物体光11と第1参照光12とが干渉すると、図3に示すように、第1物体光11と第1参照光12とが第1ホログラム記録用感光材料1中でなす角の二等分線の方向に干渉縞(点線)が生成する。干渉縞は、第1物体光11と第1参照光12それぞれに対して等しい角度θをなす。この時点で、干渉縞間隔をd、記録波長をλとすると、それぞれのパラメータは、2dsinθ=λの関係を満たす。
その後、第1ホログラム記録用感光材料1を後処理してホログラム原版としての第1ホログラム1’を作製する。
図4は、第1ホログラム1’を再生する工程を説明するための図、図5は再生時の第1ホログラム1’中の干渉縞の状態を説明する図、図6は第1ホログラム1’中の干渉部分の拡大図である。
再生時は、図4に示すように、第1ホログラム1’に、図1に示した記録時の第1参照光12と同じ方向に進行する第1再生照明光21を第2面1’bから入射させることで、図1に示した記録時の第1物体光11と同じ方向に進行する第1再生光22が回折される。また、第1ホログラム1’に、記録時の第1参照光12と逆方向に進行する第1再生照明光21を第1面1’aから入射させることで、記録時の第1物体光11と逆方向に進行する第1再生光22を回折させてもよい。
本実施形態では、記録時と異なる波長を有する第1再生照明光21を第1ホログラム1’に入射させることで、第1再生光22を回折するものである。
第1再生照明光21を第1ホログラム1’に入射させることで、図5に示すように、第1再生光22が第1物体光11と同じ向きに回折されるには、図6に示すように、第1ホログラム1’中の干渉縞(点線)に対して、第1再生照明光21と第1再生光22はそれぞれ等しい角度θ’をなし、ブラッグの反射条件を満たす必要がある。この時、干渉縞間隔をd、再生照明光21の波長をλ’とすると、2dsinθ’=λ’の関係を満たす必要がある。なお、同時に2dsinθ=λの関係を満たす必要がある。
ここで、λ’=λの場合、θ’=θとなり、第1ホログラム1’の記録時の第1参照光12と同じ方向に進行する記録時と同じ波長λを有する再生照明光21を入射させる場合となる。
λ’<λの場合、2dsinθ’=λ’及び2dsinθ=λの関係を同時に満たすためには、第1再生照明光21の干渉縞への入射角θ’を記録時の角度θよりも小さくθ’<θと設定する必要がある。すなわち、2dsinθ’=λ’及び2dsinθ=λの関係を同時に満たすように、記録時に波長λの第1参照光12を角度θで入射し、再生時に第1参照光12の波長λより小さい波長λ’の第1再生照明光21を第1参照光12の角度θより小さい干渉縞への入射角θ’で入射することで回折することが可能となる。
また、λ’>λの場合、2dsinθ’=λ’及び2dsinθ=λの関係を同時に満たすためには、第1再生照明光21の干渉縞への入射角θ’を記録時の角度θよりも大きくθ’>θと設定する必要がある。すなわち、2dsinθ’=λ’及び2dsinθ=λの関係を同時に満たすように、記録時に波長λの第1参照光12を角度θで入射し、再生時に第1参照光12の波長λより大きい波長λ’の第1再生照明光21を第1参照光12の角度θより大きい干渉縞への入射角θ’で入射することで回折することが可能となる。
このように、2dsinθ’=λ’及び2dsinθ=λの関係を満たすように、第1参照光12の波長λ及び角度θ、並びに、第1再生照明光21の波長λ’及び角度θ’を設定することにより、第1参照光12の波長λと第1再生照明光21の波長λ’を異ならせることができ、例えば、記録波長をArガスレーザー(波長476.5nm)を用い、再生波長として半導体レーザー(波長440nm)を用いるといったことも可能となる。
次に、フルカラーのホログラムの記録時と再生時のRGBそれぞれの光の波長と角度を設定する一例について説明する。例えば、記録レーザーとしてR用のKrレーザー(波長647.1nm)、G用のDPSSレーザー(波長532nm)、B用のArレーザー(波長476.5nm)を用い、再生レーザーとしてR用の半導体レーザー(波長640nm)、G用のDPSSレーザー(波長532nm)、B用の半導体レーザー(波長440nm)を用いる。
図7はR及びBの波長を記録時と再生時とで変更する場合のホログラム再生時の工程を説明するための図、図8はR及びBの波長を記録時と再生時とで変更する場合のホログラム記録時の工程を説明するための図である。
本実施形態では、R及びBの波長を記録時と再生時とで変更し、図7に示すように、記録波長λと異なる再生波長λ’でRGBそれぞれの再生時の角度を同一角度とする場合について説明する。なお、ここでは、Rについて説明するが、Bについても同様である。
この時、図6で示したように、第1ホログラム1’中で生成される干渉縞とRの再生照明光21R及びRの再生光22Rそれぞれとの角度をθ’、干渉縞間隔をd、再生照明光21R及びRの再生光22Rの再生波長をλR’とすると、それぞれのパラメータは、2dsinθ’=λR’の関係を満たし、ブラッグの反射条件を満たす。
記録波長λと異なる再生波長λ’でRGBそれぞれの再生時の角度を図7に示すように同一角度とするためには、記録時にRGBそれぞれが第1ホログラム記録用感光材料1に入射する角度を変更する。
そして、記録時には、図8に示すように、Rの波長を記録波長λRとして記録するので、Rの入射角を計算により補正して、物体光11Rと参照光12Rとを第1ホログラム記録用感光材料1に入射させる。
この時、図3で示したように、例えば、第1ホログラム記録用感光材料1中で生成される干渉縞とRの物体光11R及びRの参照光12Rとの角度をθ、干渉縞間隔をd、物体光11Rと参照光12Rの記録波長をλRとすると、それぞれのパラメータは、2dsinθ=λRの関係を満たし、ブラッグの反射条件を満たす。
ここで、Rに関しては、設計時と記録時とで干渉縞dは変化していないので、λR/sinθ=λR’/sinθ’となり、θを求めることができる。
そして、記録時には、図8に示すように、第1ホログラム記録用感光材料1中で生成される干渉縞とRの物体光11R及びRの参照光12Rとの角度がθになるように第1ホログラム記録用感光材料1に物体光11R及び参照光12Rを入射する。
図8のように記録した第1ホログラム1’に、図7に示すように、異なる波長の再生照明光21R,21G,21Bを参照光12R,12G,12Bと同じ第2面1’bから同一角度で入射させると、第2面1’bから再生光22R,22G,22Bが同一角度で回折される。
次に、記録時と再生時とで波長が異なる場合のフルカラーのホログラムを複製するホログラム複製装置を説明する。
図9は、第1実施形態のホログラム複製装置を示す図である。
RGBそれぞれのレーザー照射器101R,101G,101Bから照射された光は、それぞれダイクロイックミラー等からなる第1反射面102R,102G,102Bで反射し第2反射面103で1つの光路に合成され、スペーシャルフィルタ等の光束拡大部材104により拡大された後、コリメートレンズ等の平行光変換部材105により平行光とされ、光学素子としてのホログラフィックミラー106に入射する。
ホログラフィックミラー106では、RGBそれぞれの光束を所定の角度で反射し、第2ホログラム感材2及び第1ホログラム1’に入射させる。第2ホログラム感材2及び第1ホログラム1’に入射するRGBそれぞれの入射角は、第1ホログラム1’の第1再生照明光21と同じである。
RGBそれぞれの光束は、図15で示したように、第1再生照明光21として第1ホログラム1’に入射し、第1再生光22が回折され、複製用ホログラム感材としての第2ホログラム記録用感光材料2に対して第1面2aから第1再生光22が第2物体光31として入射し、第1再生照明光21が第2面2bから第2参照光32として入射し、干渉する。その後、第2ホログラム記録用感光材料2を後処理して複製ホログラムとしての第2ホログラム2’を作製することができる。
再生時は、図16に示すように、第2ホログラム2’に、図15で示したように記録時の第2参照光32と同じ方向に進行するRGBそれぞれの第2再生照明光41を第2面2’bから入射させることで、図15に示したように記録時の第2物体光31と同じ向きに進行するRGBそれぞれの第2再生光42が回折される。したがって、記録時の波長と再生波長とが異なるフルカラーの複製ホログラムを作製することができる。
図10及び図11は、ホログラフィックミラー106の例を示す図である。
図10に示すホログラフィックミラー106は、RGBが同じ光路で入射する光を一枚で異なる光路に反射するものであり、図11に示すホログラフィックミラー106は、RGBが同じ光路で入射する光をR用ホログラフィックミラー106R、G用ホログラフィックミラー106G及びB用ホログラフィックミラー106Bの三枚でそれぞれ異なる三光路に反射するものである。
図12は第2実施形態のホログラム複製装置を示す図、図13はダイクロイックミラー107の拡大図である。第2実施形態のホログラム複製装置は、第1実施形態のホログラム複製装置のホログラフィックミラー106に代えて光学素子としてダイクロイックミラー107を適用したものである。
図13に示すように、ダイクロイックミラー107は、RGBが同じ光路で入射する光をR用ダイクロイックミラー107R、G用ダイクロイックミラー107G及びB用ダイクロイックミラー107Bの三枚でそれぞれ異なる三光路に反射するものである。
なお、ホログラム複製装置は、第3実施形態として、図14に示すような光学素子を用いてもよい。第3実施形態のホログラム複製装置に用いる光学素子は、第1実施形態のホログラム複製装置のホログラフィックミラー106と第2実施形態のホログラム複製装置のダイクロイックミラー107の両者をあわせて適用したものである。
図14に示すように、光学素子106,107は、RGBが同じ光路で入射する光をRG用ホログラフィックミラー106RG及びB用ダイクロイックミラー107Bの二枚でそれぞれ異なる三光路に反射するものである。
このように、本実施形態によれば、一方側から順に、第2ホログラム記録用感光材料2、RGBのうち少なくとも1つの光束に対して記録時と異なる再生波長により再生する第1ホログラム1’、第1ホログラム1’の記録波長周辺の波長の光を吸収する背面層3、を積層し、第1ホログラム1’へ再生照明光を照射することで第2ホログラム2’を作製するホログラム複製装置において、R,G,Bそれぞれのレーザーを照射するレーザー照射器101と、レーザー照射器101の照射した光をR,G,Bそれぞれの光束ごとに第1ホログラム1’の記録時の参照光と同じ角度に変更して、第1ホログラム1’及び第2ホログラム記録用感光材料2に向けて出射する光学素子106と、を備えたので、記録波長と異なる波長で再生するホログラムの複製のための光学系を簡単な構造でコンパクトに形成することができる。なお、第2ホログラム記録用感光材料2と第1ホログラム1’の間、又は、第1ホログラム1’と背面層3の間は、インデックスマッチング液等を介して積層してもよい。
また、光学素子106は、ホログラフィックミラー106からなるので、さらにコンパクトに形成することができる。
また、ホログラフィックミラー106は、一枚からなり、RGBのうち少なくとも1色の角度を変更するので、さらにコンパクトに形成することができる。
また、ホログラフィックミラー106は、Rの角度を変更するR用ホログラフィックミラー106R、Gの角度を変更するG用ホログラフィックミラー106G及びBの角度を変更するB用ホログラフィックミラー106Bを積層したので、さらに簡単な構造で形成することができる。
さらに、上記目的を達成する本実施形態のホログラム複製方法は、RGBのうち少なくとも1つの光束に対して記録時と異なる再生波長により再生する第1ホログラム1’を作製するステップと、一方側から順に、第2ホログラム記録用感光材料2と、第1ホログラム1’と、記録波長周辺の波長の光を吸収する背面層3とを積層するステップと、RGBの光束を照射するステップと、RGBの光束を光学素子106によりそれぞれ第1ホログラム1’の記録時の参照光と同じ角度に変更するステップと、光学素子106を出射した光束が第1ホログラム1’及び第2ホログラム記録用感光材料2に入射し、ホログラムを複製するステップと、を有するので、簡単な方法で記録波長と異なる波長で再生するホログラムを複製することができる。
さらに、上記目的を達成する本実施形態のホログラムは、前記ホログラム複製方法により作製されるので、簡単な方法で複製することができる。
1…第1ホログラム記録用感光材料
1’…第1ホログラム(ホログラム原版)
2…第2ホログラム記録用感光材料(複製用ホログラム感材)
2’…第2ホログラム(複製ホログラム)
3…背面層
11…第1物体光
12…第1参照光
21…第1再生照明光
22…第1再生光
31…第2物体光
32…第2参照光
41…第2再生照明光
42…第2再生光
101…レーザー照射器
102…第1反射面
103…第2反射面
104…光束拡大部材
105…平行光変換部材
106…ホログラフィックミラー(光学素子)
107…ダイクロイックミラー(光学素子)

Claims (6)

  1. 一方側から順に、複製用ホログラム感材、RGBのうち少なくとも1つの光束に対して記録時と異なる再生波長により再生するホログラム原版、前記ホログラム原版の記録波長周辺の波長の光を吸収する背面層、を積層し、前記ホログラム原版及び前記複製用ホログラム感材へRGBそれぞれの光束を照射することで複製ホログラムを作製するホログラム複製装置において、
    R,G,Bそれぞれのレーザーを照射するレーザー照射器と、
    前記レーザー照射器の照射した光束をR,G,Bそれぞれの光束ごとに前記ホログラム原版の記録時の参照光と同じ角度に変更して、前記ホログラム原版及び前記複製用ホログラム感材に向けて出射する光学素子と、
    を備えたことを特徴とするホログラム複製装置。
  2. 前記光学素子は、ホログラフィックミラーからなることを特徴とする請求項1に記載されたホログラム複製装置。
  3. 前記ホログラフィックミラーは、一枚からなり、RGBのうち少なくとも1色の角度を変更することを特徴とする請求項2に記載されたホログラム複製装置。
  4. 前記ホログラフィックミラーは、Rの角度を変更するR用ホログラフィックミラー、Gの角度を変更するG用ホログラフィックミラー及びBの角度を変更するB用ホログラフィックミラーを積層したことを特徴とする請求項2に記載されたホログラム複製装置。
  5. RGBのうち少なくとも1つの光束に対して記録時と異なる再生波長により再生するホログラム原版を作製するステップと、
    一方側から順に、複製用ホログラム感材と、前記ホログラム原版と、記録波長周辺の波長の光を吸収する背面層とを積層するステップと、
    RGBの光束を照射するステップと、
    RGBの光束を光学素子によりそれぞれ前記ホログラム原版の記録時の参照光と同じ角度に変更するステップと、
    前記光学素子を出射した光束が前記ホログラム原版及び前記複製用ホログラム感材に入射し、ホログラムを複製するステップと、
    を有することを特徴とするホログラム複製方法。
  6. 請求項5に記載のホログラム複製方法により複製されたホログラム。
JP2009233030A 2009-10-07 2009-10-07 ホログラム複製装置、ホログラム複製方法及びそれにより複製されたホログラム Active JP5541439B2 (ja)

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