JP2011128402A

JP2011128402A - ホログラフィック光学素子の作製方法及びそれにより作製されたホログラフィック光学素子

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Publication number: JP2011128402A
Application number: JP2009287315A
Authority: JP
Inventors: Makio Kurashige; 牧夫倉重
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: JP5561466B2

Abstract

【課題】ホログラフィック光学素子を小型の光学系で極めて安定的に効率よく作製できる方法。
【解決手段】ホログラム記録用感光材料３の両側に透過型ホログラム１’、２’を配置し、１’に第１レーザー光３１を入射し、第１レーザー光３１が透過型ホログラム１’を透過した透過光３１と第１レーザー光３１が透過型ホログラム１’により回折した一次回折光３２によりホログラム記録用感光材料３内に干渉縞を形成すると共に、第２透過型ホログラム２’に第１レーザー光３１と同一波長の第２レーザー光４１を入射し、第２レーザー光４１が透過型ホログラム２’を透過した透過光４１と第２レーザー光４１が透過型ホログラム２’により回折した一次回折光によりホログラム記録用感光材料３内に干渉縞を形成することによりホログラフィック光学素子３’を作製する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ホログラフィック光学素子の作製方法及びそれにより作製されたホログラフィック光学素子に関し、特に、光分離及び光合成用ホログラフィック光学素子の作製方法及びそれにより作製されたホログラフィック光学素子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が、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、上記レーザーやＬＥＤといった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。また、ホログラムは光分離及び光合成素子としても知られており、例えば特許文献１にて提案されている。

特開昭６０−７６７０５号公報特開平６−３０９６９１号公報特開平６−３０１３２２号公報

上記のような光分離及び光合成素子をホログラムとして作製する場合、少なくとも３本以上の光を用いて露光する必要がある。例えば３本の光を用いて反射型の光分離（合成）素子を作製する場合において、３本の光をそれぞれＡ１，Ｂ１，Ｃ１とし、図９に示すように、目的のホログラムＨ１がＡ１とＢ１、Ａ１とＣ１の対により生成される反射型ホログラムＨ１である場合、Ａ１，Ｂ１及びＣ１を同時に感材に入射すると上記組み合わせ以外にＢ１とＣ１の対により透過型ホログラムが生成され、これによりホログラム再生時の反射型ホログラムのみかけの回折効率が大幅に低下することとなる。

また、透過型の光分離（合成）素子を作製する場合においても、図１０に示すように、３本をそれぞれＡ２，Ｂ２，Ｃ２とし、目的のホログラムＨ２がＡ２とＢ２、Ａ２と２Ｃの対により生成される透過型ホログラムＨ２である場合、Ａ２，Ｂ２及びＣ２を同時に感材に入射すると上記組み合わせ以外にＢ２とＣ２の対により不要な透過型ホログラムが記録され、本来の設計方向への回折効率が大幅に低下してしまう。

これを防止するために、各２つの光の対を順次露光することで不要な透過型ホログラムの生成を抑える技術が特許文献２にて示されているが、順次露光では各光の回折効率を所望の値に制御する場合には、材料の調整、撮影条件の最適化が困難であった。

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、ホログラフィック光学素子を小型の光学系で極めて安定的に効率よく作製できるホログラフィック光学素子の作製方法及びそれにより作製されたホログラフィック光学素子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フィック光学素子作製方法は、１本の光を少なくとも２本に分離又は少なくとも２本の光を１本に合成するホログラフィック光学素子の作製方法において、ホログラム記録用感光材料の両側に第１透過型ホログラムと第２透過型ホログラムをそれぞれ配置し、前記第１透過型ホログラムに第１レーザー光照射器が照射した第１レーザー光を入射し、前記第１レーザー光が前記第１透過型ホログラムを透過した透過光と前記第１レーザー光が前記第１透過型ホログラムにより回折した一次回折光により前記ホログラム記録用感光材料内に干渉縞を形成すると共に、前記第２透過型ホログラムに第２レーザー光照射器が照射した第１レーザー光と同一波長の第２レーザー光を入射し、前記第２レーザー光が前記第２透過型ホログラムを透過した透過光と前記第２レーザー光が前記第２透過型ホログラムにより回折した一次回折光により前記ホログラム記録用感光材料内に干渉縞を形成することによりホログラフィック光学素子を作製することを特徴とする。

また、前記第１透過型ホログラムを透過した透過光又は前記第１透過型ホログラムにより回折した一次回折光のいずれか一方と前記第２透過型ホログラムを透過した透過光又は前記第２透過型ホログラムにより回折した一次回折光のいずれか一方は、同じ入射角であることを特徴とする。

また、前記第１透過型ホログラムを透過した透過光又は前記第１透過型ホログラムにより回折した一次回折光のいずれか一方と前記第２透過型ホログラムを透過した透過光又は前記第２透過型ホログラムにより回折した一次回折光のいずれか一方は、再生時の波長でブラッグの反射条件を満たす角度にて同じ入射角であ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フィック光学素子は、前記ホログラフィック光学素子作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、小型で高い回折効率を有し極めて安定的に作製することが可能なホログラフィック光学素子作製方法及びそれにより作製されたホログラフィック光学素子を提供することができる。

第１ホログラムを作製するための工程を示す図である。第２ホログラムを作製するための工程を示す図である。第１ホログラム及び第２ホログラムの再生と第３ホログラムを作製するための工程を示す図である。図３の拡大図である。第３ホログラムによる第３再生像を示す図である。第３ホログラムによる第４再生像を示す図である。記録波長と再生波長を異ならせた場合を示す図である。図７の拡大図である。従来の反射型の光学素子を作製する場合を示す図である。従来の透過型の光学素子を作製する場合を示す図である。

以下、図面を参照にして本発明に係るホログラフィック光学素子の作製方法及びそれにより作製されたホログラフィック光学素子について説明する。

本実施形態のホログラフィック光学素子は、１本の光を少なくとも２本に分離又は少なくとも２本の光を１本に合成するホログラフィック光学素子３’であって、ホログラム記録用感光材料３の両側に第１透過型ホログラム１’と第２透過型ホログラム２’をそれぞれ配置し、第１透過型ホログラム１’に第１レーザー光照射器１１１が照射した第１レーザー光３１を入射し、第１レーザー光３１が第１透過型ホログラム１’を透過した透過光３１と第１レーザー光３１が第１透過型ホログラム１’により回折した一次回折光３２によりホログラム記録用感光材料３内に干渉縞を形成すると共に、第２透過型ホログラム２’に第２レーザー光照射器１２１が照射した第１レーザー光３１と同一波長の第２レーザー光４１を入射し、第２レーザー光４１が第２透過型ホログラム２’を透過した透過光４１と第２レーザー光４１が第２透過型ホログラム２’により回折した一次回折光４２によりホログラム記録用感光材料３内に干渉縞を形成することによりホログラフィック光学素子３’を作製する。

まず、一段階目のホログラムである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は第２ホログラムを作製するための工程を示す図である。

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に第１物体光１１及び第１物体光１１と可干渉な同一光源からの同一波長の平行光又は略平行光からなる第１参照光１２を入射させる。第１物体光１１と第１参照光１２とは第１ホログラム記録用感光材料１内で干渉する。第１物体光１１と第１参照光１２とが干渉すると、第１ホログラム記録用感光材料１中に干渉縞が生成する。その後、第１ホログラム記録用感光材料１を後処理して第１ホログラム原版としての第１ホログラム１’を作製する。

次に、図２に示すように、第２ホログラム記録用感光材料２に第２物体光２１及び第２物体光２１と可干渉な同一光源からの同一波長の平行光又は略平行光からなる第２参照光２２を入射させる。第２物体光２１と第２参照光２２とは第２ホログラム記録用感光材料２内で干渉する。第２物体光２１と第２参照光２２とが干渉すると、第２ホログラム記録用感光材料２中に干渉縞が生成する。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ホログラム原版としての第２ホログラム２’を作製する。

図３は二段階目の第３ホログラム３’の作製方法を説明するための図、図４は図３の第１ホログラム１’、第２ホログラム２’及び第３ホログラム記録用感光材料３付近の拡大図である。

まず、第１ホログラム１’と第２ホログラム２’の間に光学素子用ホログラム記録用感光材料としての第３ホログラム記録用感光材料３を並列に並べる。

第１光照射器としての第１レーザー照射器１１１により、第１再生照明光３１を照射する。第１再生照明光３１は、第１再生照明光用スペシャルフィルター１１２で拡径され、第１再生照明光用レンズ１１３で平行光又は略平行光とされ、第１ホログラム１’に記録時の第１参照光１１と反対方向から入射する。

第１ホログラム１’に対して記録時の第１参照光１１と反対方向に進む第１再生照明光３１を照射すると、図４に示すように、第１再生照明光３１の１次光である第１再生光３２が回折される。

第３ホログラム記録用感光材料３内では、透過光である第１再生照明光３１と第１再生光３２が干渉する。第１再生照明光３１と第１再生光３２が参照光と物体光として干渉すると、第３ホログラム記録用感光材料３中に干渉縞が生成する。

同時に、第２光照射器としての第２レーザー照射器１２１により、第２再生照明光４１を照射する。第２再生照明光４１は、第２再生照明光用スペシャルフィルター１２２で拡径され、第２再生照明光用レンズ１２３で平行光又は略平行光とされ、第２ホログラム２’に記録時の第２参照光２１と反対方向から入射する。

第２ホログラム２’に対して記録時の第２参照光４１と反対方向に進む第２再生照明光４１を照射すると、図４に示すように、第２再生照明光４１の１次光である第２再生光４２が回折される。

第３ホログラム記録用感光材料３内では、透過光である第２再生照明光４１と第２再生光４２が参照光と物体光として干渉する。第２再生照明光４１と第２再生光４２が干渉すると、第３ホログラム記録用感光材料３中に干渉縞が生成する。

その後、第３ホログラム記録用感光材料３を後処理してホログラフィック光学素子としての第３ホログラム３’を作製する。

ここで、第１再生照明光３１と第１再生光３２及び第２再生照明光４１と第２再生光４２以外の組み合わせの干渉を防ぐため、第１再生照明光３１と第１再生光３２を第１の組、第２再生照明光４１と第２再生光４２を第２の組とすると、第１の組と第２の組は同じ波長であるが異なる個体である第１レーザー照射器１１１及び第２レーザー照射器１２１からのレーザー光を適用する。同じ波長であるが異なる個体のレーザーを用いた場合にはお互いのレーザー光の干渉性はほぼなくなるため、第３ホログラム記録用感光材料３に不要な干渉縞は記録されない。

図５は第３ホログラムを光分離光学素子として用いた場合を示す図である。

第３ホログラム３’に第１再生光３２と同じ方向、第２再生光４２と反対方向に進む第３再生照明光５１を入射すると、第１再生照明光３１と同じ方向に進む第１分離光６１と第２再生照明光４１と反対方向に進む第２分離光６２とに分離する。

なお、図示していないが、第３ホログラム３’に第１再生光３２と反対方向、第２再生光４２と同じ方向に進む再生照明光を入射すると、第１再生照明光３１と反対方向に進む分離光と第２再生照明光４１と同じ方向に進む分離光とに分離する。

また、図６は第３ホログラムを光合成光学素子として用いた場合を示す図である。

第３ホログラム３’に、第１再生照明光３１と同じ方向に進む第４再生照明光７１を入射し、第２再生照明光４１と反対方向に進む第５再生照明光７２を入射すると、第１再生光３２と同じ方向、第２再生光４２と反対方向に進む合成光８１が出射する。

なお、図示していないが、第３ホログラム３’に、第１再生照明光３１と反対方向に進む再生照明光を入射し、第２再生照明光４１と同じ方向に進む再生照明光を入射すると、第１再生光３２と反対方向、第２再生光４２と同じ方向に進む合成光８１が出射する。

本実施形態を実施するに当たり、レーザー光は５３２nmのＤＰＳＳレーザーを、ホログラム記録用感光材料は特許文献１のものを用いると好ましい。

図７は、二段階目の第３ホログラムの記録波長と再生波長が異なる実施形態を示す図、図８は図７の第１ホログラム内の拡大図である。

第３ホログラム３’の記録波長と再生波長が異なる場合には、先に述べた構成と同じく再生波長において第１ホログラム１’の１次光と第２ホログラム２’の１次光が同じ入射角になるよう設計する。この場合、第３ホログラム３’の再生波長において再生時の設計角でホログラム中の干渉縞がブラッグ反射の条件を満たすように第１ホログラム１’及び第２ホログラム２’の記録・再生波長での入出射角を設定する必要がある。

第１ホログラム１’の場合、図８に示すように第３ホログラム３’の再生波長における第１再生照明光３１と第１再生光３２がホログラム１’中の干渉縞Ｓとなす角をθ_aとし、干渉縞間隔をｄ、記録波長をλ_aとすると、それぞれのパラメータはブラッグ反射の条件２ｄsinθ_a＝λ_aの関係を満たす。

ここで、同じ第１ホログラム１’において再生時波長λ_bにてブラッグ反射の条件を満たすには、干渉縞間隔ｄは第１ホログラム１’と同一である必要があるため、２ｄsinθ_b＝λ_bの関係を満たすように、再生時波長λ_bにおいて第１再生照明光３１’と第１再生光３２’と干渉縞Ｓ１がなす角θ_bを設定すればよい。第１ホログラム１’の記録時には、波長λ_bにて干渉縞Ｓ１と第１物体光１１’および第１参照光１２’がなす角がθ_bとなるようにすればよい。

また、第２ホログラム２’も同様にして波長λ_bにおける、第２ホログラム２’中の干渉縞となす角θ_bを設定すればよい。

以上のような条件にて作製した第１ホログラム１’と第２ホログラム２’を原版として図７の構成で作製した第３ホログラム３’は、図５、図６に示すように記録時の波長λ_aとは異なる波長λ_bにて光合成・分離機能を発現する。

なお、第１ホログラム１’、第２ホログラム２’及びホログラム記録用感光材料３のそれぞれ両面に反射防止ガラスを配置することにより、第１ホログラム１’と第２ホログラム２’は、ホログラム記録用感光材料３に対して間隔を置いて配置することが可能である。

以上、本発明のホログラフィック光学素子作製方法及びそれにより作製されたホログラフィック光学素子を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施形態に限定されず種々の変形が可能である。

１…第１ホログラム記録用感光材料
１’…第１ホログラム（第１ホログラム原版）
２…第２ホログラム記録用感光材料
２’…第２ホログラム（第２ホログラム原版）
３…第３ホログラム記録用感光材料（光学素子用ホログラム記録用感光材料）
３’…第３ホログラム（ホログラフィック光学素子）
１１…第１物体光
１２…第１参照光
２１…第２物体光
２２…第２参照光
３１，３１’…第１再生照明光
３２，３２’…第１再生光
４１，４１’…第１再生照明光
４２，４２’…第１再生光
５１…第３再生照明光
６１…第１分離光
６２…第２分離光
７１…第４再生照明光
７２…第５再生照明光
８１…合成光
１１１…第１レーザー照射器（第１光照射器）
１１２…第１再生照明光用スペシャルフィルター
１１３…第１再生照明光用レンズ
１２１…第２レーザー光照射器（第２光照射器）
１２２…第２再生照明光用スペシャルフィルター
１２３…第２再生照明光用レンズ

Claims

１本の光を少なくとも２本に分離又は少なくとも２本の光を１本に合成するホログラフィック光学素子の作製方法において、
ホログラム記録用感光材料の両側に第１透過型ホログラムと第２透過型ホログラムをそれぞれ配置し、
前記第１透過型ホログラムに第１レーザー光照射器が照射した第１レーザー光を入射し、
前記第１レーザー光が前記第１透過型ホログラムを透過した透過光と前記第１レーザー光が前記第１透過型ホログラムにより回折した一次回折光により前記ホログラム記録用感光材料内に干渉縞を形成すると共に、
前記第２透過型ホログラムに第２レーザー光照射器が照射した第１レーザー光と同一波長の第２レーザー光を入射し、
前記第２レーザー光が前記第２透過型ホログラムを透過した透過光と前記第２レーザー光が前記第２透過型ホログラムにより回折した一次回折光により前記ホログラム記録用感光材料内に干渉縞を形成することによりホログラフィック光学素子を作製する
ことを特徴とするホログラフィック光学素子作製方法。
前記第１透過型ホログラムを透過した透過光又は前記第１透過型ホログラムにより回折した一次回折光のいずれか一方と前記第２透過型ホログラムを透過した透過光又は前記第２透過型ホログラムにより回折した一次回折光のいずれか一方は、同じ入射角である
ことを特徴とする請求項１に記載されたホログラフィック光学素子作製方法。
前記第１透過型ホログラムを透過した透過光又は前記第１透過型ホログラムにより回折した一次回折光のいずれか一方と前記第２透過型ホログラムを透過した透過光又は前記第２透過型ホログラムにより回折した一次回折光のいずれか一方は、再生時の波長でブラッグの反射条件を満たす角度にて同じ入射角である
ことを特徴とする請求項１に記載されたホログラフィック光学素子作製方法。
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のホログラフィック光学素子作製方法により作製されることを特徴とするホログラフィック光学素子。