JP3142048B2 - ホログラム素子、ホログラム記録再生装置およびホログラム素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結
晶等の光誘起屈折材料をホログラムの干渉縞の記録用材
料として使用した、ホログラム素子、ホログラム記録再
生装置およびホログラム素子の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ホログラフィーは、完全な波面の再生技
術として、干渉測定、光情報処理、光学素子、３次元デ
ィスプレーなどに応用されている。ホログラム記録やホ
ログラム干渉を行うためには、銀塩感光材料を使用する
のが一般的であるが、銀塩感光材料は現像処理が必要で
あるため、リアルタイムホログラムを実現することはで
きない。一方、Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶を初めとする
光誘起屈折効果を有する単結晶（フォトリフラクティブ
結晶）が、リアルタイムホログラム（ＲＨ）素子として
検討されている（例えば、「レーザー科学研究報告書」
１９９０、Ｍａｒ．第１〜９頁「ＢＳＯ単結晶のホログ
ラフィー記録特性について」参照）。この文献において
は、Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶の結晶方位（１１０）面
に物体光、参照光を入射させ、（１１０）面の両端面に
電極を付け、干渉縞に垂直の方向に数ｋＶ／ｃｍの電界
を印加している。

【０００３】ホログラムの寸法については、干渉測定、
光情報処理、光学素子の諸用途においては、使用目的に
応じた制約はあるものの、必ずしも大きな寸法の素子を
必要とはしていない。しかし、最近実用化が待望されて
いる３次元ディスプレー用途では、ホログラム素子の寸
法をある程度以上大きくすることが絶対に必要である。
なぜなら、３次元ディスプレー用途においては、人の立
体認識を可能とするためには、人の両眼視差を利用する
必要があるが、このためにはホログラム素子の寸法が両
目の間隔（５０ｍｍ程度）以上でなければならないから
である。

【０００４】しかし、リアルタイムホログラム素子の寸
法の上限は、干渉縞を記録する記録部材であるＢｉ_{1 2}
ＳｉＯ_{2 0} 単結晶の形状、寸法によって物理的に制限さ
れてしまい、具体的には最大でも十数ｍｍ×十数ｍｍで
あった。この寸法上の制限のために、リアルタイムホロ
グラム素子の用途は、干渉測定および光情報処理のみに
限定されている。しかし、リアルタイムホログラムは、
今後特に実用化が強く要望されている技術であり、具体
的には、３次元ＣＡＤシステム等の３次元図像表示シス
テムの出力機器としての応用が待望されている。従っ
て、リアルタイムホログラム素子の大型化が強く望まれ
ている。

【０００５】このため、本出願人に所属する研究者は、
Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶を大型化する技術に取り組ん
でいた。Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶は、一般的な酸化物
単結晶と比較して、熱伝導率が低いために、結晶化に伴
う潜熱を逃がすことが難しい。このために、結晶の育成
中に、結晶内部の熱分布に伴って歪みやクラックが発生
し易く、大型化が困難であるとされてきた。しかし、本
出願人は、引き上げ法（チョクラルスキー法）によって
この単結晶を引き上げるための好適な方法を開示した
（「日本結晶成長学会誌 Ｖｏｌ．１７ Ｎｏ．２（１
９９０年）第６０〜６６頁」、特開昭６４−１８９９３
号公報、特開平１−２３４３９９号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記した
方法を適用することによって、直径８０ｍｍ、長さ１０
０ｍｍという大型のＢｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶体を育成
することに成功した。この単結晶体からは、５０ｍｍ×
５０ｍｍ程度の大きさのウエハーを切り出すことができ
る。しかし、これにも次の問題があることが判明してき
た。

【０００７】即ち、ホログラム素子の回折効率は、記録
時の印加電界によって顕著に変動しており、具体的には
電界のほぼ自乗に比例して増大することが確認されてい
る。従って、ホログラム素子の回折効率を増大させて、
明るいホログラム画像を得るためには、記録部材への印
加電界を、できるだけ大きくすることが必要である。こ
の印加電界としては、例えば前記文献「ＢＳＯ単結晶の
ホログラフィー記録特性について」では、数〜８ｋＶ／
ｃｍといった値が採用されているし、特に両眼視差を利
用した実用的なレベルの３次元ディスプレーを提供する
ためには、少なくとも２ｋＶ／ｃｍ以上の電界を印加す
る必要がある。このような電界を印加することは、干渉
測定等の、小寸法の素子でも対応できる用途において
は、問題にはならなかった。

【０００８】しかし、前述のような、大寸法の素子が必
要な用途においては、所定の電界値を維持するために
は、電極に印加するべき電圧の値が顕著に増加する。例
えば、寸法５０ｍｍｍ×５０ｍｍのホログラム素子に対
して２ｋＶ／ｃｍの電界を印加するためには、１０ｋＶ
もの大きさの電圧を印加する必要がある。しかし、これ
では電源の負担が大きいし、実際の使用時に放電の危険
が大きくなり、放電等の事故に対する対策が必要になっ
てくるので、実用的な素子を提供することができない。

【０００９】本発明の課題は、光誘起屈折効果を有する
単結晶からなるホログラム素子において、小電圧の電源
を使用したときでも相対的に大寸法のホログラム素子を
駆動させてホログラムの記録再生を行えるようにするこ
とである。

【００１０】また、本発明の課題は、ホログラムの再生
画像の明るさを従来よりも大きくできるような素子を提
供することである。更に、本発明の課題は、通常の電源
によっても駆動可能な、大寸法のホログラム素子を提供
することである。

【００１１】更に、本発明の課題は、これによって、両
眼視差を利用してホログラム画像を観察することができ
るようなホログラム素子およびホログラム記録再生装置
を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、ホログラムの
干渉縞を記録するためのホログラム素子であって、この
ホログラム素子が、光誘起屈折効果を示す単結晶からな
る複数個の別体の記録部材を備えており、各記録部材
が、少なくとも光照射面、光出射面、および一対の側面
を備えており、複数個の記録部材の各光照射面が一体の
平面をなすように複数個の記録部材が配列されており、
各記録部材の一対の側面上にそれぞれ別体の電極が設け
られており、各記録部材に対してこの記録部材の一対の
側面上の各電極から前記記録部材に対して光照射面と略
平行な方向へと向かって電圧を印加するように構成され
ていることを特徴とする。

【００１３】また、本発明は、前記のホログラム素子
と、各記録部材に対してそれぞれ電圧を印加するための
電源とを備えていることを特徴とする、ホログラム記録
再生装置に係るものである。

【００１４】また、本発明に係る製造方法は、前記のホ
ログラム素子を製造するのに際して、光誘起屈折効果を
示す単結晶からなるウエハーの表面に所定の電極パター
ンを形成し、複数のウエハーを電極パターンを挟むよう
に互いに接合することによって、複数のウエハーと複数
の電極パターンとを有する接合体を得、次いで接合体を
ウエハーに対して垂直方向に切断することによって複数
のウエハーおよび複数の電極パターンを切断し、これに
よって複数の記録部材を接合体の複数のウエハーから切
り出し、かつ複数の電極を複数の電極パターンから切り
出すことを特徴とする。

【００１５】また，本発明は、前記ホログラム素子を製
造するのに際して、光誘起屈折効果を示す単結晶からな
るウエハーの表面に所定の電極パターンを形成し、ウエ
ハーを切断することによって、複数の記録部材および各
記録部材上の各電極を一つのウエハーおよびウエハー上
の前記電極パターンから切り出し、次いで各記録部材の
各光照射面が一体の平面をなすように各記録部材を配列
することを特徴とする。

【００１６】本発明者は、ホログラム素子の大型化を可
能とし、かつ明るいホログラム画像を得るための研究を
重ねていたが、この過程で、ホログラム素子を複数のホ
ログラム部材の接合体とすることに想到した。即ち、単
結晶からなる記録部材を複数作製する。この際、各記録
部材において電圧の印加方向の結晶方位が同じ方位とな
るように、所定の電極を形成する必要がある。次いで、
各記録部材の各光照射面が一体の平面をなすように各記
録部材を配列することで、一体のホログラム素子を提供
した。この際、各記録部材の光照射面、光出射面には電
極を設けず、各記録部材の一対の側面上にそれぞれ電極
を設け、これら一対の電極に対して電圧を印加すること
にした。

【００１７】これによって、従来ない大寸法のホログラ
ム素子を作製できるようになった。しかも、各記録部材
に対して、それぞれ独立して電圧を印加しているので、
各記録部材の内部における電界の大きさは、各記録部材
の寸法と各記録部材への印加電圧のみによって決定さ
れ、ホログラム素子の全体の寸法の影響は受けない。従
って、各記録部材の回折効率を大きくしてホログラム再
生画像を明るくすることが容易にできるし、またホログ
ラム素子の寸法を大きくしても全体の回折効率が低下す
ることはなく、小規模の電源を使用しても、ホログラム
再生画像の明るさを実用的なレベルとすることができ
る。

【００１８】これによって、特に両眼視差を利用した３
次元画像の出力機器に対して好適な、実用的なホログラ
ム素子を初めて提供することに成功した。

【００１９】また、ホログラム素子の寸法を大きくする
ことができるだけでなく、ホログラム素子を構成する各
記録部材の寸法を小さくすることによって、各記録部材
への印加電界を大きくすることができる。従って、従来
と同じ電圧の電源を使用したとしても、従来よりも遙か
に高い回折効率を得、明るい画像を得ることができる。
これは、干渉測定、光情報処理用の素子やその他の光学
素子に対してもきわめて有効である。

【００２０】

【発明の実施形態】本発明の好適な態様においては、ホ
ログラム素子が複数のホログラム部材からなっており、
各ホログラム部材が、それぞれ記録部材と、この記録部
材の一対の相対向する側面上に形成された一対の電極と
を備えており、各記録部材において電圧の印加方向の結
晶方位が同じ方位となるように各電極が形成されてお
り、各ホログラム部材の隣合った電極が接合されてい
る。

【００２１】この態様において、各ホログラム部材を互
いに接合するためには、隣り合う各電極を互いに接合す
ることができる。この場合には、互いに接合された電極
の極性が同じになる。また、隣り合うホログラム部材の
各電極の間に絶縁体を介在させることができる。この場
合には、絶縁体の両側にある各電極の極性を異ならせる
ことができ、または一致させることもできる。

【００２２】この態様においては、各ホログラム部材を
互いに接合することによって、一体化することが好まし
い。

【００２３】また、本発明の好適な態様においては、隣
り合った記録部材に対して同時に電圧を印加するための
共通電極を備えることができる。即ち、各記録部材に対
して１つの共通電極を使用することができる。これによ
って、ホログラム素子の構成が一層簡略化され、製造上
のコストも一層減少する。この態様においては、各記録
部材を積層し、この積層体に対して、電極に対して垂直
の方向に向かって圧力を加えることによって、各記録部
材を一体化することができる。この場合には、記録部材
を積層した後で、記録部材の一部を交換したり、記録部
材の枚数を変更したりすることが極めて容易である。

【００２４】また、この態様において、各記録部材を接
合することで一体化することができる。この場合には、
各記録部材の接合体を取り扱うのが容易であり、また各
記録部材への印加電圧の状態も安定する。

【００２５】光誘起屈折効果を有する単結晶としては、
Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶、ＢａＴｉＯ₃ 単結晶、Ｌｉ
ＮｂＯ₃ 単結晶等が好ましいが、このうち光誘起効果の
感度が大きいＢｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶が特に好まし
い。各記録部材に形成する電極としては、透明電極と不
透明電極とのいずれも使用することができる。この透明
電極の材質としては、酸化スズ膜、酸化インジウムスズ
膜等を例示することができる。また、不透明電極の材質
としては、金属ペーストと呼ばれる、銀粉等の導電材料
を含有させた導電接着剤や、アルミニウム、金、クロ
ム、チタン等の金属膜を例示することができる。

【００２６】各ホログラム部材を配列したときに、隣合
った各電極を接合するための接合材としては、エポキシ
接着剤、シリコン接着剤、アクリル接着剤、ＰＶＢ接着
剤を例示することができる。また、必要に応じて、可塑
剤を加えて、硬化反応、熱膨張差による応力の影響を軽
減することが好ましい。

【００２７】本発明では、各記録部材において電圧の印
加方向の結晶方位が同じ方位となるように電極を形成す
るが、この方位は特に限定しない。しかし、各記録部材
の光照射面の方位を〈０１１〉軸方位とし、電極を２つ
の

【外１】 面に形成すると、最も高い回折効率が得られる。

【００２８】本発明では、各記録部材の電極を透明電極
とすることができる。この場合には、この電極に相当す
る部分では、干渉縞の記録が行われない。ホログラム再
生像を見るときには、ホログラム素子の光照射面に対し
て両眼を対向させて再生像を覗き込むことになるが、こ
の際、透明電極が存在した部分では、ホログラム画像に
空白が生ずる。従って、電極の形態を直線形状とした場
合には、ホログラム画像が、複数本の空白からなる格子
によって区切られることになる。

【００２９】これに対して、電極が不透明電極である場
合にも、光学的には上記と同様である。しかし、不透明
電極の部分では光が遮断されるので、この部分は暗い格
子として明示されることになる。このような所定形状の
格子をホログラム画像中に投影すると、この格子が一種
のスクリーンないし枠を形成するので、視覚的には多大
の効果がある。

【００３０】ただし、上記において、観察者の両眼の位
置（視点）が固定されていると、前記の格子の部分にお
けるホログラム画像を見ることはできない。しかし、観
察者の両眼の位置が移動すると、この両眼の位置の移動
に伴って、ホログラム画像内に存在する格子の位置が移
動する。この結果、ホログラム画像において、両眼の位
置が移動する前には格子の背後に隠れていた部分が、前
記の移動後にはホログラム画像中に見えるようになる。
この一方、前記の移動前にはホログラム画像中に現れて
いた部分のうち一部分が、前記の移動後には格子の背後
に隠れることになる。

【００３１】本発明のホログラム記録再生装置において
は、各ホログラム素子に対して共通の電源を接続し、こ
の共通の電源の正極を、複数のホログラム素子の一方の
電極に接続し、電源の負極を複数のホログラム素子の他
方の電極に接続することができる。これによって、各ホ
ログラム素子における電圧の印加状態を常に均等に保つ
ことができるし、また記録再生装置の全体を小型化する
ことができる。

【００３２】Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶は、現状では引
き上げ法によって製造されている。この単結晶体は、
〈１００〉軸方位および〈０１１〉軸方位に向かって引
き上げることができるが、特に大型の単結晶体を得るた
めには、〈１００〉軸方位に引き上げることが好まし
い。記録部材を〈１００〉軸に沿って引き上げた場合に
は、この記録部材の主面が〈０１１〉軸方位となるよう
に切り出すことが好ましく、この場合に最も大面積のウ
エハーを切り出すことができる。また、ウエハーの主面
が〈１００〉軸方向となるように切り出すことができ、
この場合には、単結晶体を引き上げ軸方向とは垂直に切
り出すことができる。

【００３３】以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形
態を更に詳細に説明する。最初にＢｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単
結晶ウエハーの好適な切り出し方法について述べる。図
１（ａ）は、単結晶体１からウエハーを切り出している
状態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、単結晶体１か
らウエハーを切り出している状態を示す平面図である。
単結晶体１の本体１ａは円柱形状であり、本体１ａの上
端部に略円錐形状の上端部１ｂが形成されている。単結
晶体１は、〈１００〉軸方位に向かって引き上げられて
いる。

【００３４】この実施形態においては、単結晶体１を縦
方向に切断してウエハー３を切り出している。このウエ
ハー３の一対の主面３ａは〈０１１〉軸方位であり、長
い方の側面３ｂは［外１］面であり、短い方の側面３ｃ
は（１００）面である。このウエハー３は、コア部２と
平行に、コア部２を含まないようにして、切り出されて
いる。この点について説明を補足する。

【００３５】Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶は、その結晶方
位ごとに成長速度が顕著に異なっており、単結晶体１の
中心部に、コア部と呼ばれる不純物濃度の高い領域２が
生成する。このコア部２の形態は略円柱形状であり、単
結晶体１の引き上げ方向に向かって延びている。コア部
２の直径はＢｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶体１の直径によっ
て変動するが、上記したような直径８０ｍｍ程度の単結
晶体を引き上げた場合には、コア部２の直径は２０ｍｍ
程度に達する。

【００３６】このコア部（ファセット）においては、格
子定数、光の吸収特性、光伝導性が他の部分（オフファ
セット、ノーマル部）とは異なっており、特に格子定数
のミスマッチによって結晶に歪みが発生しているとされ
ている。また、ファセットとオフファセットとの間では
色が異なっており、４００〜５００ｎｍでの吸収率がフ
ァセットの方が大きいことも判明している。このよう
に、ファセットは光学的不均質部であることが判明して
いる。

【００３７】このために、図１に示すようにコア部２を
避けるようにウエハーを切り出した場合には、単結晶体
１の直径を現状で実現可能な最大値である約８０ｍｍと
し、コア部の直径を２０ｍｍとすると、ウエハー３の寸
法は最大で５０ｍｍ程度となる。

【００３８】図２（ａ）は、他の実施形態に係る切り出
し方法を説明するための斜視図であり、図２（ｂ）は同
じく平面図である。この単結晶体１も、〈１００〉軸方
位に引き上げられている。単結晶体１の中央部にコア部
２が生成しており、コア部２を取り囲むようにノーマル
部５が生成している。

【００３９】単結晶体１を縦方向に切断し、ウエハー４
を切り出している。このウエハー４の一対の主面４ａは
（０１１）面であり、長い方の側面４ｂは［外１］面で
あり、短い方の側面４ｃは（１００）面である。図２
（ｃ）に示すように、このウエハー４の中央部には細長
いコア部４０が含まれており、コア部４０の両側にノー
マル部４１が含まれている。これによって、従来ない極
めて大面積の記録部材を切り出すことができるようにな
った。しかも、本発明者の発見したところでは、ホログ
ラム部材としての回折効率の点および画像の明るさとい
う点からは、記録部材４のコア部４０とノーマル部４１
との間で差が見られないことが判明した。

【００４０】なお、ウエハーの切り出しの方位は、前述
の実施形態には限られない。例えば、単結晶体１を〈１
００〉軸に対して垂直方向に切り出すことによってウエ
ハーの方位を〈１００〉軸方位とすることができる。こ
の場合には、記録部材の光照射面が〈１００〉軸方位と
なるために、光を光照射面に対して垂直方向から傾斜さ
せた角度で入射させることが必要であり、光照射面に対
する光の入射角度を３０〜６０°とすることが好まし
く、４０〜５０°とすることが更に好ましく、４５°と
することが一層好ましい。

【００４１】ホログラム記録再生装置において使用でき
る物体光、参照光としては、Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶
が光伝導効果を示す波長４８８ｎｍのアルゴンイオンレ
ーザー光を好ましく使用でき、再生光としては、Ｂｉ
_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶が光伝導効果を示さない波長６３
３ｎｍのヘリウムネオンレーザー光を好ましく使用でき
る。

【００４２】このようにしてウエハーを切り出した後、
このウエハーを後述するように処理し、本発明のホログ
ラム部材を得る。この好適な実施形態を説明する。図３
（ａ）に示すように、長方形のウエハー６の一対の主面
にそれぞれ膜状の電極７Ａ、７Ｂを形成し、アセンブリ
８を作製する。次いで、図３（ｂ）に示すように、この
アセンブリ８を切断し、例えば５個の素子材料９Ａ、９
Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｅを作製する。１枚のアセンブリ８
から採取する素子材料の個数は種々変更できる。各素子
材料は、それぞれ、細長い記録部材１０と、この記録部
材１０の一対の側面に形成されている電極１１Ａ、１１
Ｂとを備えている。

【００４３】次いで、図３（ｃ）に示すように、各素子
材料を矢印Ａのように同じ方向に回転させ、各素子材料
の各電極を対向させる。この状態で各素子材料の相対向
する電極同士を接合し、各記録部材１０の表面を連続さ
せることによって一体の光照射面を形成する。この光照
射面を平面研磨機で光学研磨することによって、図３
（ｄ）に示すホログラム素子４３を得ることができる。

【００４４】このホログラム素子４３は、５個のホログ
ラム部材１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅの接
合体からなっており、各ホログラム部材は、それぞれ細
長い記録部材１０と、この記録部材１０の一対の側面に
形成された電極１１Ａ、１１Ｂとからなっている。隣り
合うホログラム部材の電極１１Ａと１１Ｂとが互いに接
合されている。そして、各ホログラム部材の各記録部材
１０の光照射面１３がほぼ連続していて、光照射面４２
を形成しており、この光照射面４２が物体光と参照光と
の光入射面として機能する。

【００４５】図４は、このホログラム素子４３を使用し
たホログラム記録再生装置の好適な実施形態を模式的に
示す模式図である。共通の直流電源１４を使用してい
る。この電源１４の正極が、ホログラム部材１２Ａの電
極１１Ｂおよび部材１２Ｂの電極１１Ａ、部材１２Ｃの
電極１１Ｂおよび部材１２Ｄの電極１１Ａ、部材１２Ｅ
の電極１１Ｂに対して、リード線１５によって接続され
ている。この具体的な接続方法は種々変更できる。ま
た、電源１４の負極が、部材１２Ａの電極１１Ａ、部材
１２Ｂの電極１１Ｂおよび部材１２Ｃの電極１１Ａ、部
材１２Ｄの電極１１Ｂおよび部材１２Ｅの電極１１Ａに
対して、リード線１６によって接続されている。

【００４６】更に具体的な、好適な実施形態について述
べる。まず、図１または図２に示す方法に従って、図５
（ａ）に示すウエハー１７を切り出す。この際、ウエハ
ー１７の一対の主面１７ａの方位は〈０１１〉軸方位で
あり、側面１７ｂの方位は

【外２】 方位であり、側面１７ｃは〈１００〉軸方位である。

【００４７】このウエハー１７の側面１７ｃ側を研削加
工することによって、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示
すウエハー１７Ａを得る。このウエハー１７Ａにおいて
は、側面１７ｃの各主面１７ａとの間の稜線４４（図５
（ａ）参照）が削除され、この部分に細長い切り込み１
７ｄが形成されている。

【００４８】次いで、このウエハー１７Ａの一対の主面
１７ａおよび切り込み１７ｄ上に膜状の電極を形成し、
図６（ａ）および（ｂ）に示すアセンブリ１８を得る。
ここでは、ウエハー１７Ａの各主面１７ａおよび切り込
み１７ｄ上にそれぞれ膜状の電極１９Ａ、１９Ｂが形成
されている。次いで、図６（ｂ）に示すように、アセン
ブリ１８を切断し、例えば４個の素子材料２０Ａ、２０
Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを作製する。各素子材料は、それぞ
れ、細長い記録部材と、この記録部材の一対の側面に形
成されている電極１９Ａ、１９Ｂを備えている。

【００４９】次いで、各素子材料２０Ａ、２０Ｂ、２０
Ｃ、２０Ｄを同じ方向に回転させ、図７（ａ）に示すよ
うに、各素子材料の各電極を対向させる。この状態で各
素子材料の相対向する電極同士を接合し、各記録部材１
７Ｂの表面を連続させることによって一体の光照射面を
形成する。この段階で、隣り合う各素子材料の間で、一
対の切り込み１７ｄが組み合わされ、これによって凹部
２１が形成される。次いで、この光照射面を平面研磨機
で光学研磨することによって、図７（ｂ）に示すホログ
ラム素子２６を得ることができる。

【００５０】このホログラム素子２６は、４個のホログ
ラム部材２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの接合体から
なっており、各ホログラム部材は、それぞれ細長い記録
部材１７Ｃと、この記録部材１７Ｃの一対の側面に形成
された電極１９Ａ、１９Ｂとからなっている。隣り合う
ホログラム部材の電極１９Ａと１９Ｂとが互いに接合さ
れている。各ホログラム部材の各記録部材１７Ｃの研磨
された光照射面１３がほぼ連続することによって、光照
射面２４を形成しており、この光照射面２４が物体光と
参照光との光入射面として機能する。

【００５１】この装置においては、共通の直流電源１４
を使用している。共通の電源１４の正極から延びたリー
ド線１５の末端が、ホログラム部材２２Ａと２２Ｂとの
間に形成された凹部２１に面する電極１９Ａ、１９Ｂに
対して、接着剤２５Ｂによって接着されており、かつ部
材２２Ｃと２２Ｄとの間に形成された凹部２１に面する
電極１９Ａ、１９Ｂに対して、接着剤２５Ｄによって接
着されている。共通の電源１４の負極から延びたリード
線１６の末端が、ホログラム部材２２Ａの切り込み１７
ｄに面する電極１９Ａに対して、接着剤２５Ａによって
接着されており、かつ部材２２Ｂと２２Ｃとの間に形成
された凹部２１に面する電極１９Ａ、１９Ｂに対して、
接着剤２５Ｃによって接着されており、更には、部材２
２Ｄの切り込み１７ｄに面する電極１９Ｂに対して、接
着剤２５Ｅによって接着されている。

【００５２】このホログラム記録再生装置においては、
光照射面２４は［外１］面であり、電圧の印加方向は
〈０１１〉軸に平行な方向である。これは、最も回折効
率を向上させることができる組み合わせである。

【００５３】図８、図９は、それぞれ、本発明の他の実
施形態に係るホログラム記録再生装置を示す模式図であ
る。図８のホログラム記録再生装置においては、ホログ
ラム素子４５は、４個のホログラム部材２２Ａ、２２
Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの接合体からなっている。各ホログ
ラム部材は、それぞれ細長い記録部材１７Ｃと、この記
録部材１７Ｃの一対の側面に形成された電極１９Ａ、１
９Ｂとからなっている。隣り合うホログラム部材の電極
１９Ａと１９Ｂとの間に、それぞれ絶縁体４６が介在し
ている。

【００５４】ここで、絶縁体は、他の部材と別体の板状
の絶縁部材であってよい。この場合には、各電極１９
Ａ、１９Ｂと各絶縁体とを互いに接合することができ
る。また、絶縁体は、電極上に形成された絶縁膜であっ
てよい。この場合には、この電極と絶縁膜とは既に接合
されているので、この絶縁膜と、この絶縁膜に対向する
電極とを互いに接合する。

【００５５】図８の実施形態では、部材２２Ａの電極１
９Ａに対して、電源１４の負極から伸びたリード線１６
を接着し、部材２２Ａの電極１９Ｂに対して、電源１４
の正極から伸びたリード線１５を接着する。同様に、部
材２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの各電極１９Ａに対して、電
源１４の負極から伸びたリード線１６を接着し、部材２
２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの各電極１９Ｂに対して、電源１
４の正極から伸びたリード線１５を接着する。隣り合っ
た電極１９Ａと１９Ｂとは、絶縁体４６によって絶縁さ
れている。

【００５６】各ホログラム部材の各記録部材１７Ｃの研
磨された光照射面１３がほぼ連続することによって、光
照射面を形成しており、この光照射面が、物体光と参照
光との光入射面として機能する。

【００５７】図９に示す実施形態の素子５０において
は、共通電極４７、４８を使用している。即ち、記録部
材１７Ｃ上に、電極４７または４８を形成する。末端の
記録部材１７Ｃの主面上にも共通電極４７または４８を
形成すると共に、末端面上にも電極４９または５１を形
成する。この際、各電極４７、４８と記録部材１７Ｃと
を接合する。部材１７Ｃの電極４７、４９に対して、電
源１４の負極から伸びたリード線１６を接着し、部材１
７Ｃの電極４８に対して、電源１４の正極から伸びたリ
ード線１５を接着する。電極４７、４８は、それぞれ隣
り合った２つの記録部材に対して電圧を印加するため
に、使用されている。

【００５８】本発明のホログラム素子を製造するため
の、他の好適な態様について、図１０を参照しつつ説明
する。まず、図１または図２に示す方法に従って、図５
（ａ）に示すウエハー１７を切り出す。このウエハー１
７の側面１７ｃ側を研削加工することによって、図５
（ｂ）および図５（ｃ）に示すウエハー１７Ａを得る。
次いで、このウエハー１７Ａの一対の主面１７ａおよび
切り込み１７ｄ上に膜状の電極を形成し、図１０
（ａ）、図１０（ｂ）に示すアセンブリ１８Ａ、１８
Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄを得る。ここでは、ウエハー１７Ａ
の各主面１７ａおよび切り込み１７ｄ上に、それぞれ膜
状の電極１９Ａ、１９Ｂが形成されている。

【００５９】次いで、図１０（ｂ）に示すように、所定
個数のアセンブリ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄを互
いに接合する。むろん、このアセンブリの個数は、目的
とする素子の寸法等に応じて適宜変更する。次いで、こ
の接合体を、図１０（ｂ）において各部材の主面と垂直
方向に切断し、図７（ａ）に示す素子を、上記の接合体
から複数個製造する。各素子においては、各部材２２
Ａ、２２Ｂ、２２Ｃおよび２２Ｄが互いに接合されてい
る。

【００６０】このように、ウエハー上に所定の電極を形
成した後に、各ウエハーを積層し、互いに接合して接合
体を製造し、この接合体を切断することによって、ホロ
グラム素子を製造することができる。これによって、先
に切断を行う場合と比較して、特に煩雑な接着工程をバ
ッチ処理で一度に終了させることができるので、製造上
の観点からは特に好ましい。

【００６１】

【実施例】以下、図５、図６および図７を参照しつつ説
明した前述のプロセスに従って、図７（ｂ）に示すホロ
グラム素子２６を作製し、その回折効率を測定し、また
ホログラムの記録および再生の実験を行った。

【００６２】（ホログラム素子の製造）まず、直径８０
ｍｍ、長さ１００ｍｍのＢｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} 単結晶体１
を製造した。ルツボとしては、直径１５０ｍｍ、高さ１
５０ｍｍの円筒形状の白金製ルツボを使用した。ルツボ
内に、Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ_{2 0} の焼結体１４ｋｇを収容し、
これを９００℃に加熱して融液を生成させた。

【００６３】白金製アフターヒーターを使用することに
よって、単結晶体１の引き上げ方向の上方における１０
ｍｍまでの間の温度勾配を５０〜７５℃／ｃｍに調整
し、これに引き続く１５０ｍｍに至るまでの温度勾配を
１０℃／ｃｍに調整した。また、引き上げ速度を１〜
１．５ｍｍ／時間とし、引き上げ軸の回転速度を１０ｒ
ｐｍとした。得られた単結晶の特性を、以下の表１に示
す。

【００６４】

【表１】 格子定数 １０．１０３×１０^-10 ｍ 密度 ９．２ｇ／ｃｍ³ 誘電率 ５６（１００ｋＨｚ） 屈折率 ２．５３（λ＝６３３ｎｍ） 暗抵抗 １０^{1 4} Ω・ｃｍ 光導電性 １０⁸ Ω／ｃｍ（λ＝４５８ｎｍ、２．５ｍＷ／ｃｍ² ） 半波電圧 ３９００Ｖ（λ＝６３３ｎｍ） ベルデ定数 ３．６７×１０^{- 3} ／Ｏｅ・ｃｍ（λ＝６３３ｎｍ） ９．３３×１０^{- 4} ／Ｏｅ・ｃｍ（λ＝１１５０ｎｍ）

【００６５】この単結晶体１から、図１（ａ）、（ｂ）
に示す方法に従って、図５（ａ）に示すウエハー１７を
切り出した。このウエハー１７の寸法は、５０ｍｍ×５
０ｍｍ×３ｍｍとした。このウエハー１７の一対の主面
１７ａを平面研磨機で研磨加工し、その平面度を０．６
μｍとした。このウエハー１７の稜線４４を研削加工
し、幅１ｍｍの切り込み１７ｄを形成した。次いで、各
主面１７ａに厚さ１０００オングストロームの酸化イン
ジウムスズ製の透明電極膜１９Ａ、１９Ｂを真空蒸着法
によって形成し、アセンブリ１８を作製した。

【００６６】このアセンブリ１８をダイシングソーによ
って切断し、幅３．５ｍｍの素子材料を作製した。ただ
し、この素子材料の個数は１４個であった。これらの各
素子材料を、透明電極膜側で透明光学接着剤によって接
着し、図７（ａ）に示す接合体を得た。次いで、接合体
の光照射面を平面研磨機で光学研磨し、研磨面２４を形
成した。この研磨量はそれぞれ０．２５ｍｍとし、これ
によって各記録部材１７Ｃの仕上がり後の厚さが３．０
ｍｍとなるようにした。接着剤２５Ａ、２５Ｂ、２５
Ｃ、２５Ｄ、２５Ｅとして銀ペーストを使用し、素子２
６を完成させた。

【００６７】（回折効率の測定）この素子をテフロン製
のホルダーで固定し、電源１４によってリード線１５と
１６との間に６ｋＶの電圧を印加した。最初に、回折効
率を試験した。交差角度３°で交わる２本のアルゴンイ
オンレーザー光を、素子の光照射面に対して照射した。
各レーザー光の波長を４８８ｎｍとし、ビームの直径を
１００ｍｍとした。素子の上には、１００本／ｍｍの縞
間隔の干渉縞が形成され、素子内に記録された。照射し
たレーザー光のエネルギーは４ｍＪ／ｃｍ² とした。

【００６８】こうして素子内に記録された干渉縞に対し
てブラッグ回折条件を満足する入射角度で、波長６３３
ｎｍのヘリウム−ネオンレーザー光を光照射面に対して
照射し、一次回折光を得た。ここで、Ｂｉ_{1 2} ＳｉＯ
_{2 0} 単結晶ホログラムは、厚い体積ホログラムであるた
めに、再生入射光の角度選択性が厳格であり、ブラッグ
条件を満足する方向に再生光を入射させないと、回折し
ない。この結果、入射光に対する一次回折光の強度の比
率（回折効率）は２２％となった。以上のように、本素
子によって、６ｋＶという放電等に対して特に厳重な対
策を施す必要がない比較的に低い電圧で、２２％という
十分に大きな回折効率を得ることに成功した。

【００６９】（ホログラムの記録および再生実験）図１
１に模式的に示す光学系を使用して、上記のホログラム
記録再生装置によるホログラムの記録および再生実験を
行った。上記の素子２６を所定位置に設置した。波長４
８８ｎｍのアルゴンイオンレーザー光を光源２８から出
射させ、このレーザー光をハーフミラー２９で２つに分
割した。この分割されたレーザー光のうち一方は、レン
ズ３１、拡散板３２を通り、拡散板３２で散乱され、原
画像が印刷された寸法５０ｍｍ×５０ｍｍの透明フィル
ム３３を透過する。このフィルム３３からの出射光を物
体光とし、これを素子に照射した。

【００７０】一方、アルゴンイオンレーザー光のうちハ
ーフミラー２９を透過した光は、ミラー３０で反射さ
れ、集光レンズ３５およびコリメートレンズ３４を透過
し、参照光として光照射面へと照射される。この物体光
と参照光とは、互いに交差角度３°で交わるようにし
た。これによって原画像を素子内に記録することができ
た。照射した光エネルギーは４ｍＪ／ｃｍ² であった。

【００７１】次いで、波長６３３ｍｍであって、直径１
００ｍｍの均一な光量分布を有するヘリウム−ネオンレ
ーザー光を、光源３８から出射させ、集光レンズ３６お
よびコリメートレンズ３７を透過させ、素子の光照射面
へと入射させた。このレーザー光の入射角度は、素子内
に記録された干渉縞に対してブラッグ回折条件を満足す
る入射角度とした。

【００７２】この再生光を観察したところ、再生像が原
画像に相当する位置に再生されており、これによって原
画像における奥行きが、再生されたホログラフィーにお
いても再現されていることが分かった。そして、このホ
ログラフィーの奥行きは、両眼視差を利用して確認する
ことができるものであった。このように、本発明によっ
て、両眼視差を利用した、原画像の奥行きおよび立体感
を忠実に再現し、確認することができる、リアルタイム
ホログラムによる３次元ディスプレーを提供することに
成功した。

【００７３】なお、このようにして素子内に記録された
画像は、素子への印加電圧を０Ｖとした状態で、素子の
光照射面の全面にわたって均一な青色光を照射すること
によって、消去することができた。

【００７４】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、光誘起屈折効果を有する単結晶からなるホログラム
素子において、小電圧の電源を使用したときでも相対的
に大寸法のホログラム素子を駆動させてホログラムの記
録再生を行うことができる。これによって、両眼視差を
利用してホログラム画像を観察することができるような
ホログラム素子およびホログラム記録再生装置を提供す
ることができる。また、ホログラムの再生画像の明るさ
を従来よりも大きくすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、単結晶体１からウエハー３を切り出
している状態を示す斜視図であり、（ｂ）は、単結晶体
１からウエハー３を切り出している状態を示す平面図で
ある。

【図２】（ａ）は、単結晶体１からウエハー４を切り出
している状態を示す斜視図であり、（ｂ）は、単結晶体
１からウエハー４を切り出している状態を示す平面図で
あり、（ｃ）は、ウエハー４を示す平面図である。

【図３】（ａ）は、アセンブリ８を示す斜視図であり、
（ｂ）は、素子材料９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｅを示
す斜視図であり、（ｃ）は、各素子材料の電極を対向さ
せた状態を示す斜視図であり、（ｄ）はホログラム素子
４３を示す斜視図である。

【図４】ホログラム素子４３に電源１４を接続した状態
を模式的に示す模式図である。

【図５】（ａ）は、ウエハー１７を示す斜視図であり、
（ｂ）は、切り込み１７ｄを形成した後のウエハー１７
Ａを示す平面図であり、（ｃ）は、ウエハー１７Ａを側
面１７ｂの側から見た側面図である。

【図６】（ａ）は、アセンブリ１８を示す平面図であ
り、（ｂ）は、アセンブリ１８を示す正面図であり、
（ｃ）は、アセンブリ１８を切断して得た素子材料２０
Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを示す平面図である。

【図７】（ａ）は、各素子材料の接合体を示す正面図で
あり、（ｂ）は、ホログラム素子２６に電源１４を接続
した状態を模式的に示す模式図である。

【図８】本発明の他の実施形態に係るホログラム記録再
生装置を模式的に示す図である。

【図９】本発明の更に他の実施形態に係るホログラム記
録再生装置を模式的に示す図である。

【図１０】（ａ）は、ウエハー上に電極を形成した後の
アセンブリ１８Ａ（１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ）を示す平
面図であり、（ｂ）は、各アセンブリを積層し、接合し
て得た接合体を示す正面図であり、（ｃ）は、この接合
体を切断して得たホログラム素子を示す平面図である。

【図１１】ホログラムの記録および再生試験に使用した
光学系を模式的に示す模式図である。

【符号の説明】

３、４、６、１７、１７Ａ ウエハー ７Ａ、７Ｂ、
１１Ａ、１１Ｂ、１９Ａ、１９Ｂ 電極 ８、１８
アセンブリ ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｅ、２０
Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ 素子材料 １０、１７
Ｂ、１７Ｃ 記録部材 １２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１
２Ｄ、１２Ｅ、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ ホロ
グラム部材 １４ 共通の電源 １７ｄ 切り込み
２１ 凹部 ２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ、
２５Ｅ 接着剤 ２６、４３ ホログラム素子

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ホログラムの干渉縞を記録するためのホロ
   グラム素子であって、 このホログラム素子が、光誘起屈折効果を示す単結晶か
   らなる複数個の別体の記録部材を備えており、前記各記
   録部材が、少なくとも光照射面、光出射面、および一対
   の側面を備えており、複数個の記録部材の各光照射面が
   一体の平面をなすように複数個の記録部材が配列されて
   おり、各記録部材の一対の側面上にそれぞれ別体の電極
   が設けられており、各記録部材に対してこの記録部材の
   一対の側面上の各電極から前記記録部材に対して前記光
   照射面と略平行な方向へと向かって電圧を印加するよう
   に構成されていることを特徴とする、ホログラム素子。
2. 【請求項２】隣り合う二つの記録部材の間に互いに別体
   の二つの前記電極が設けられており、二つの電極のうち
   の一方の電極が、隣り合う記録部材のうちの一方の記録
   部材の側面上に形成されており、二つの前記電極のうち
   他方の電極が、隣り合う前記記録部材のうちの他方の記
   録部材の側面上に形成されており、前記の二つの電極が
   互いに接合されていることを特徴とする、請求項１記載
   のホログラム素子。
3. 【請求項３】前記の隣り合う二つの記録部材の間にある
   二つの電極が電気的に導通されていることを特徴とす
   る、請求項２記載のホログラム素子。
4. 【請求項４】前記の隣り合う二つの記録部材の間にある
   二つの電極の間に絶縁体が介在しており、この絶縁体に
   よって、隣り合う前記の二つの電極が互いに絶縁されて
   いることを特徴とする、請求項２記載のホログラム素
   子。
5. 【請求項５】隣り合う二つの記録部材の間に、前記電極
   として、隣り合う二つの記録部材に対して同時に電圧を
   印加するための一体の共通電極を備えていることを特徴
   とする、請求項１記載のホログラム素子。
6. 【請求項６】前記電極が透明電極であることを特徴とす
   る、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載のホロ
   グラム素子。
7. 【請求項７】前記電極が光不透過性の材質からなること
   を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に
   記載のホログラム素子。
8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記
   載のホログラム素子と、前記の各電極に対して電気的に
   接続されており、これによって前記の各記録部材に対し
   て電圧を印加するための電源とを備えていることを特徴
   とする、ホログラム記録再生装置。
9. 【請求項９】請求項１記載のホログラム素子を製造する
   方法であって、 光誘起屈折効果を示す単結晶からなるウエハーの表面に
   所定の電極パターンを形成し、複数の前記ウエハーを前
   記電極パターンを挟むように互いに接合することによっ
   て、複数のウエハーと複数の電極パターンとを有する接
   合体を得、次いでこの接合体をウエハーに対して垂直方
   向に切断することによって複数のウエハーおよび複数の
   電極パターンを切断し、これによって複数の前記記録部
   材を前記接合体の複数のウエハーから切り出し、かつ複
   数の前記電極を複数の電極パターンから切り出すことを
   特徴とする、ホログラム素子の製造方法。
10. 【請求項１０】請求項１記載のホログラム素子を製造す
    る方法であって、 光誘起屈折効果を示す単結晶からなるウエハーの表面に
    所定の電極パターンを形成し、前記ウエハーおよび前記
    電極パターンを切断することによって、複数の前記記録
    部材および各記録部材上の各電極を切り出し、次いで前
    記の各記録部材の各光照射面が一体の平面をなすように
    前記各記録部材を配列することを特徴とする、ホログラ
    ム素子の製造方法。