JP3542364B2

JP3542364B2 - 多重ホログラフィ要素の製造システムおよび方法

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Publication number: JP3542364B2
Application number: JP25054793A
Authority: JP
Inventors: ダブリュ・ブランドステターロバート; ジェイ・フォネランドナイルズ
Original assignee: グラマン・エアロスペース・コーポレーション
Priority date: 1992-10-06
Filing date: 1993-10-06
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: JPH06318029A; US5547786A; DE4334084A1; GB2271435B; GB2271435A; GB9320496D0

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、一般的には、ホログラフィ要素の製造方法およびシステムに関し、さらに詳しくは、多数のホログラフィ要素の複製を製造するための方法およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラフィ光学要素は、写真記録材料内にホログラムを形成するためにコヒーレントレーザ参照光とコヒーレントレーザ信号光とを記録することにより製造される。さらに詳細には、ホログラフィ光学要素の構築においては、信号光および参照光といわれる一対の平行な構築光が、それぞれ、一定の相対角度をなして記録媒体上に重なるように投射され、近接した縞模様の振幅および／または位相分布として媒体内に記録される光学的干渉パターンを生成する。信号光は選択された物体の像を通過させられることにより空間的に調整される。そして、信号光および参照光は、記録媒体において結合され選択された物体に固有の回折パターンまたはホログラムを生成する。構築光は、同一の源からの、例えば、レーザのようなコヒーレント電磁放射光であることが望ましい。記録媒体は、良く知られている写真乳剤、ニクロム酸塩化ゼラチン、フォトポリマーのようなものでよく、ガラス板または薄いフィルムのような適当な基体上に塗布または設置されていればよい。
【０００３】
ホログラムは、記録されたものを通して、再生光といわれる平行光を当てられることにより、使用されまたは再生される。ホログラムは、再生光を回折し、ホログラムから所定の距離および角度をなして、ホログラムを製造する際に信号光を空間的に調整するために使用された像の像を生成する。
【０００４】
多くのアプリケーションでは、１つの記録媒体上に多数のホログラムを形成することが有効である。典型的には、ステップアンドリピートプロセス、および、平行またはコヒーレントプロセスの２つの手順のうちの、それぞれ１つにより形成する場合である。前者のプロセスにおいては、記録媒体内に１度に１つのホログラムが形成される。これは、例えば、像を通して信号光を当ててから最初のホログラムを記録媒体上に形成し、この工程を、各工程において同一記録媒体上に信号光を指向するように複数回繰り返すことによりなされる。複数のホログラフィ要素を形成する平行プロセスでは、多くのホログラムは、同時に形成される。この方法は、信号光を成分光のマトリクスに分割し、複数のホログラムを形成するために記録媒体内に単一の像を指向させることにより実施される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般法則として、ステップアンドリピートプロセスにより形成された多重ホログラフィ要素は、高精度の反面、低効率であるのに対し、平行プロセスにより形成されたホログラフィ要素は一般的に高効率の反面、低精度となる。多重ホログラフィ要素の効率は、一番目のホログラムの出力光の合成パワーに対する入力再生光のパワーの比で測定され、ホログラムの精度は、ホログラムを形成するために使用された像を正確に再生するための要素の能力として測定される。
【０００６】
ステップアンドリピートプロセスにより形成された多重ホログラフィ要素においては、各ホログラムは、別々に形成されるので、要素上の別々のホログラムとして同一媒体を分かち合い、ホログラムを形成するために使用された像を高精度で再生することができる。しかしながら、記録媒体のダイナミックレンジの一部だけを割り当てられるので、ホログラムの効率は低いものとなる。平行プロセスにより形成される多重ホログラフィ要素においては、各ホログラムは、記録媒体の全ダイナミックレンジに分配されるので、ホログラムは、比較的高効率である。しかしながら、ホログラムは、記録媒体のダイナミックレンジを分かち合いながら重なり合っており、各ホログラムはその近傍のホログラムをかなり歪めることになる。あるホログラムが再生されると、記録媒体上の全てのホログラムのダイナミックレンジを分かち合うことによりホログラムに生ずる歪みは、そのホログラムを形成するために使用された像を正確に再生するそのホログラムの能力をかなり減じることになる。
【０００７】
本発明は、高精度かつ高効率の多重ホログラフィ要素を製造することを目的としている。
【０００８】
この発明の他の目的は、ステップアンドリピートホログラフィ光学要素の品質性能を得ること、および、平行型ホログラフィ要素に関連する代償を払うことなく、高効率を得ることである。
【０００９】
さらに、この発明は、フォトポリマーやその他の適当な材料上に、ホログラフィ光学要素の低効率の記録を移転するための接触繰り返しプロセスを使用したステップアンドリピートホログラフィ要素の記録を強化するとともに、照射線量の最適化により、ステップアンドリピートホログラフィ要素の良好な光学的品質と同等の高効率レンズを得ることをも目的としている。
【００１０】
また、この発明の他の目的は、ハロゲン化銀吸収ホログラフィ光学要素の回折効率を位相記録に変換することにより増大させ、また、そのようにすることにより、ホログラフィ光学要素レンズを含む１次配列に回折される光の量を増大させるためにそのハロゲン化銀により生成される縞模様内の屈折率変調を効果的に増幅することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
これらおよびその他の目的は、多重ホログラフィ要素を製造するための方法および装置により達成することができる。この方法は、マスタ多重ホログラフィ要素に亙る吸収格子パターンを有する多重ホログラフィ要素のマスタを形成する工程と、そのマスタホログラフィ要素を位相記録材料層で被覆する工程と、記録光をマスタホログラフィ要素を透過させて位相記録材料に指向させる工程とを具備している。マスタホログラフィ要素の吸収格子パターンは、記録光の強さを調整する。調整された記録光は、位相記録材料のモノマーに、重合されたときに、位相記録材料層に亙る所望の回折パターンを形成するモノマーパターンを形成させる。さらに、この方法は、位相記録材料層の各モノマーを、多重ホログラフィ要素の複製をそこに形成するためにモノマーパターンに定着させる工程と、マスタホログラフィ要素からフォトポリマー層を除去する工程とを具備している。
【００１２】
マスタホログラフィ要素は、ステップアンドリピートプロセスにより形成されていることが好ましい。特に、このホログラフィ要素は、参照光を光学記録媒体に照射し、光源からの信号光を参照光に対して角度Θをなして記録媒体に照射し、記録媒体を複数の位置に逐次移動させ、記録媒体内に設定数のホログラムを記録することにより形成される。このようにして、参照光および信号光は、記録媒体の異なる位置において干渉し、マスタ多重ホログラフィ要素を形成する。
【００１３】
このマスタホログラフィ要素が、この発明の製造方法およびシステム内で使用されると、理想的には、マスタ多重ホログラフィ要素に亙る記録光の振幅が次式に従って変化させられる。
｜Ａ_C｜²＝｜Ａ｜²ｃｏｓΘ
ここで、
Ａ_Cは、マスタホログラフィ要素上の任意の点における記録光の振幅、
Ａは、マスタホログラフィ要素上の記録光の最大振幅、
Θは、マスタホログラフィ要素にホログラムを記録するための上記信号光と参照光との相対角度
である。
【００１４】
【実施例】
そして、この発明の他の利点は、この発明に好適な具体例を詳細に示した図に基づいてなされた以下の記述により、一層明らかにすることができる。
この発明は、多重ホログラフィ光学要素の複製を製造する方法である。すなわち、ここでいう複製とは、複製が再生されたときに元の光学要素が再生されたときと同様の像を再生するものであることを意味している。そして、この発明は特に、高精度かつ低効率の多重ホログラフィ光学要素から高精度かつ高効率の多重ホログラフィ光学要素を製造するために好適なものである。しかしながら、当業者に知られているように、この発明は広い意味では、他の目的のために使用されてもよい。特に、この発明は、複製が元のホログラフィ要素に対してより高い効率または精度を有するかどうかにかかわらず、単に多重ホログラフィ要素の機能的な複製を生成するためだけに使用されてもよい。
【００１５】
この発明が、多重ホログラフィ光学要素の複製を作るために、いかに有用であるかを理解するために、元のホログラフィ要素、または、マスタホログラフィ要素を作成する手順を復習するのがよい。図１および図２は、マスタ光学要素を作成するためのプロセスを一般的に図示している。詳細には、図１は、ステップアンドリピートプロセスにより多重ホログラフィ要素を製造するシステム１０を示している。システム１０においては、レーザ１２はレーザ光１４を発生し、それを分光器１６に指向させる。分光器１６は、レーザ光１４を参照光２０と信号光２２とに分割する。参照光２０は、分光器１６から調整手段２４および可視吸収フィルタ２６を透過して記録媒体２８上に指向される。信号光２２は、分光器１６から、ミラー３０ａ、３０ｂ、３０ｃで反射された後に、拡光手段３２および平行化レンズ３４を透過させられる。平行光はホログラフィレンズ３６を透過させられる。ホログラフィレンズ３６は、その出力拡散光４０が記録媒体２８上に投射されて、参照光２０との干渉により記録媒体２８上に縞模様を構成するように配置される。ホログラフィレンズ３６の焦点長さＦWは、ホログラフィレンズ３６の焦点１Ｆから記録媒体２８までの距離により決定される。
【００１６】
図１および図２に示すように、参照光２０の光軸は、記録媒体２８の平面に対して垂直であり、信号光２２は記録媒体の平面の垂線に対して角度Θを形成する。
【００１７】
複数のホログラムを記録媒体２８上に形成するために、記録媒体２８は、連続する複数の位置に段階的に移動される。そして、記録媒体２８の各位置において、信号光２２は、参照光２０と、記録媒体２８上のそれぞれの領域において干渉し、複数の回折パターンまたはホログラムを記録媒体２８上に形成する。各ホログラムは、一般的に、記録媒体２８の各々の一点に集中される。これらのホログラムの形成において、信号光２２の光軸は、記録媒体の面に垂直な線に対し角度Θをなし、したがって、各ホログラムは角度Θにおいて形成されるといわれる。
【００１８】
多重ホログラフィ要素２８が完成した後には、図３に示すように、平行光４４をホログラフィ要素２８上に指向させることにより再生される。ホログラフィ要素２８の各ホログラムは、投射された平行光４４を回折して、それぞれが一点において集光する複数の出力光４６とする。これらの集光点は、すべて、光学要素から一定距離ｆだけ離れたホログラフィ要素２８の再生面となる一平面上に配される。例えば、４×４のマトリクスに振り分けられた１６のホログラムを有するホログラフィ光学要素は、１６の出力光を有し、ただ１つのホログラムを有するホログラフィ光学要素は、１×１ホログラムとして、１つの出力光を有する。
【００１９】
ホログラフィ要素２８は、ステップアンドリピートプロセスによって形成されたので、高精度かつ低効率である。ホログラフィ要素２８の効率は、１次出力光の合成に対する入力再生光のパワーの比として定義される。ステップアンドリピートホログラフィ光学要素の効率は、光学要素のダイナミックレンジが、光学要素に記録されている全てのものによって分割されていることより制限される。したがって、例えば、４×４ホログラフィ光学要素のホログラムは、全ホログラフィ光学要素の全ダイナミックレンジの１／１６のダイナミックレンジを振り分けられることになる。
【００２０】
この発明の一般的な目的は、要するに、ホログラフィ要素２８の回折効率を向上させることである。詳細には、ホログラフィ要素２８内の回折パターンを低効率の振幅および／または位相記録から、第２のホログラフィ光学要素に変換し、第２のホログラフィ光学要素の１次出力光に回折される光量を増大させる低い変調屈折率の変化を効率的に増幅することである。図４は、ホログラフィ要素２８からこの第２ホログラフィ光学要素を製造するためのシステム５０を示している。
【００２１】
システム５０では、レーザ５４のような実質的定波長の単色平行光エネルギ源が複製光もしくは記録光といわれる出力光５６を生成し、その出力光５６をレンズ６２、６４、ピンホール６６によりフィルタ７０により構成される光線調整手段６０を透過させる。レンズ６２および６４およびピンホール６６は、平行な出力光５６（複製光）を所望のサイズに拡大する。フィルタ７０は、ｘ、ｙ方向といわれる方向の複製光５６の強さまたは振幅を所望の値に制御または調整する。光線調整手段６０から、調整された複製光５６は、マスタホログラフィ光学要素２８に所望の角度で指向され、そして、そこを通過して、マスタホログラフィ光学要素２８の背面に設けられたフォトポリマー層のような位相記録媒体７２に直接入射される。
【００２２】
複製光５６は、ホログラフィ光学要素２８を通過するとき、その回折パターンによって振幅および位相が調整される。そして、この調整は位相記録媒体７２に直接連結される。特に、複製光５６がマスタホログラフィ要素２８を通過するとき、その振幅は、複製光がｘ、ｙ方向に所定の振幅または強度断面を有するように調整される。マスタホログラフィ要素２８から、振幅を調整された複製光５６は、位相記録媒体７２に直接入射される。このようにされると、位相記録媒体７２中のモノマーは、より低い硬度の領域へ移動し、マスタホログラフィ要素２８により形成された複製光５６の強度断面とは逆のモノマー強度断面を形成するようになる。位相記録媒体７２の屈折率は、モノマーの密度に反比例して変化する。したがって、上記モノマー強度断面は、マスタホログラフィ光学要素２８により生成される複製光５６の強度断面を複製する位相記録媒体７２に亙って屈折率断面を形成する。
【００２３】
所望のモノマー密度パターンが、位相記録媒体７２内に一旦形成されると、その媒体を通過する複製光５６の伝搬は、中段または終了される。そして、位相記録媒体７２のモノマーは、重合させられて、そこにモノマーパターンの永久的な記録を形成する。その後に、フォトポリマーはマスタホログラフィ要素２８から取り除かれることになる。
【００２４】
位相記録媒体７２内の記録は、非吸収媒体内の純位相記録であるため、フォトポリマーが再生されるときには、事実上、フォトポリマーによって再生光の振幅が減衰されることはない。
【００２５】
図４および図５によれば、記録中のフォトポリマー層７２の１次および高次の出力光のパワーを監視するために、センサ７４が設けられることが好ましい。そして、１次出力光において最大パワーが得られ、高次出力光において所定の最小パワーが得られたときに、記録が終了される。例えば、これらのセンサ７４からの出力信号をオペレータが監視して、所望の出力光のパワーが得られたときにオペレータがレーザ５４を手動で止める。または、これらのセンサ７４がレーザ５４に接続されていて、位相記録媒体７２の出力光が所定のパワーレベルに達したときに自動的にレーザを止めることとしてもよい。ホログラフィ要素の試験的な複製が最初に行われると、出力光の複数次のパワーレベル経歴が採取される。これにより、フォトポリマー層の１次または高次出力光の所望の効率および分布に従った選択されるべき露光のヒストグラムが得られる。これらのデータは、その後、最適なホログラフィ光学要素を製造するために使用される。
【００２６】
記録媒体７２としていくつかの好適なフォトポリマーが挙げられる。例えば、デュポン社によって販売されているトレードマークＨＲＦ６００オムニデックスがある。このフォトポリマーは、マスタホログラフィ要素２８上に注がれ、定位置において硬化させられるか、あるいは、硬化したフォトポリマーフィルム片をマスタホログラフィ要素２８の乳剤側に直接伸ばされる。フォトポリマーを重合し、マスタホログラフィ要素２８から取り外すためには、慣用的な技術が用いられる。
【００２７】
この発明は、上述の復習により当業者に理解されるものと考えられる。後述の解析は、この発明の利点およびいかにしてその利点を最適化するかを説明するのに役立つ。
【００２８】
吸収格子よりなる平面波ホログラム（正弦波格子）が、薄いホログラフィ要素に形成されると、ホログラフィ要素の幅方向（ここではｙ方向）に亙る格子の周期数ａは、次式で表される。
【００２９】
【数１】

【００３０】
ここで、
ａ₀は、格子の平均吸収、
ａ₁は、格子の極大吸収レベル、
１／Ｓは、ｙ軸に沿う格子の空間周波数
である。
また、この吸収格子の効率ηは、次式で与えられる。
【００３１】
【数２】

【００３２】
ここで、
ｄは、光学要素の厚さ、
Θは、光学要素を製造するために用いられる参照光の垂線からの角度
である。
Θがゼロであれば、図１および図２のケースとなり、ｃｏｓΘが１となって、上記式（２）は、次式のようになる。
【００３３】
【数３】

【００３４】
ａ₀がａ₁と等しくなるとき、ηは最大値となる。そして、光学要素の厚さを２０μｍとすれば、格子の最大効率は、約３．６７％となる。
【００３５】
上記記述は、角度Θが固定されているという前提に基づいている。レンズに形成されるような複雑なホログラムにおいては、第２の角度Ψも含まれる。これらの角度ΘおよびΨが記録に際して、点ごとに変化させられ、実質的には、ホログラフィ光学要素の効率が減少する。この効率の減少は、実際には、ｙ軸に沿う格子の空間周波数１／Ｓが、角度ΘおよびΨの両方の関数となっていることによる。特に、その空間周波数は次式によって与えられる。
【００３６】
【数４】

【００３７】
ここで、λは参照光の波長である。
【００３８】
図６は、多重ホログラフィ要素２８およびフォトポリマー層７２を示す模式図であり、これらの要素に、興味あるいくつかのパラメータの図式を重ね合わせたものである。特に、図６は、式（１）で与えられるホログラフィ要素２８の格子の周期数ａのグラフをマスタ多重ホログラフィ要素２８の外形に重ね合わせたもの、および、フォトポリマー層７２の屈折率ｎのグラフをフォトポリマー層７２の外形に重ね合わせたものを含んでいる。
【００３９】
図６を参照すると、複製光によってマスタホログラフィ要素２８が照射されると、複製光が式（１）に記載された吸収格子を透過してその強度がマスタホログラフィ要素２８の吸収格子によって調整されることが判る。調整された複製光は、フォトポリマー材料７２上に投射され、実際に、ホログラフィ要素２８の吸収格子は、位相のみが調整された格子に変換される。
フォトポリマー層７２が薄い場合には、フォトポリマー層７２に亙る位相格子の周期数φは、次式で表される。
φ＝φ₀＋φ₁ｓｉｎ（Ｋｙ）（５）
ここで、
φ₀は、任意の定位相シフト。
φ₁は、位相格子における最大位相シフト、
Ｋ＝２π／Ｓ
である。
【００４０】
この位相格子は、次式で与えられる屈折率変調ｎにより生成される。
ｎ＝ｎ₀＋ｎ₁ｓｉｎ（Ｋｙ）（６）
ここで、
ｎ₀は、平均屈折率変調、
ｎ₁は、最大屈折率変調、
Ｋ＝２π／Ｓ
である。
【００４１】
位相シフトφは、屈折率変調ｎと次式の関係がある。
【００４２】
【数５】

【００４３】
ここで、
【００４４】
【数６】

【００４５】
ここで、Δは小部分を示す。
式（７）をφについて解くと、
φ＝２πｎｄ／λ （９）
となり、したがって、式（５）は、次のように書き直すことができる。
【００４６】
【数７】

【００４７】
格子の透過度関数は、次式の通りである。
【００４８】
【数８】

【００４９】
これは、ベッセル関数により次のように求められる。
【００５０】
【数９】

【００５１】
式（１２）を展開すると、次のようになる。
【００５２】
【数１０】

【００５３】
一般的に、ｎ＝０または正の整数であれば、式（１３）の括弧内の項は、次式により表すことができる。
【００５４】
【数１１】

【００５５】
ここで、ｎは、ベッセル関数の次数、ｍは、連続する項である。
【００５６】
これは、式（１４）から展開された第１種のベッセル関数である。
例えば、Ｊ₀（φ₁）および、Ｊ₁（φ₁）は、次式で与えられる。
【００５７】
【数１２】

【００５８】
【数１３】

【００５９】
ここで、φの値は、式（９）から得られる。
【００６０】
式（１２）で示される透過度関数を解くためには、各項を級数展開するか、または、数値積分することにより解く必要がある。フォトポリマー７２に形成された位相格子については、Ｊ₀（φ₁）は、ＤＣまたは格子の０次出力光であり、Ｊ₁（φ₁）は、格子の１次出力光であり、Ｊ₂（φ₁）および連続する高次項は、格子の２次および高次出力光である。フォトポリマーの０次および１次出力光は、主に興味ある光線である。したがって、式（１２）の０次および１次項は、重要な項である。Ｊ₀（φ₁）およびＪ₁（φ₁）の値は、φ₁を計算した後にベッセル関数を調べだけ、あるいは、マットラブ（Matlab）のような計算プログラムを用いて計算するだけで済むように、一覧表示されている。
【００６１】
上述したように、１つの好適なフォトポリマー７２がトレードマークＨＲＦ−６００オムニデックスで販売されており、このフォトポリマーに関するｎの値は、０．１４である。この値を式（９）のｎに代入し、１０μおよび０．６３３μの値をそれぞれ、式（９）のｄおよびλに代入すると、次のようになる。
【００６２】
【数１４】

【００６３】
一旦、φ₁が決定されると、Ｊ₀（φ₁）およびＪ₁（φ₁）は、式（１５）および（１６）から決定される。特に、φ₁＝１．３９のとき、式（１５）および（１６）は、次のようになる。
【００６４】
【数１５】

【００６５】
【数１６】

【００６６】
０次および１次の透過度項が知られたので、格子の効率は、単位パワー（μ＝１）を有する光線を格子に透過させることにより計算することができる。
０次の値、μＪ₀（φ₁）は、次式の通りである。
【００６７】
【数１７】

【００６８】
そして、１次の値は、μＪ₁（φ₁）は、次式の通りである。
【００６９】
【数１８】

【００７０】
上記式は、Ｊ₀（φ₁）およびＪ₁（φ₁）で示される格子から放射される振幅および位相を示している。製造されたホログラフィ要素の複製の効率は、再生光のパワーに関係する出力光パワーまたは振幅の二乗に関連し、その効率ηは、次式で与えられる。
効率＝η＝｜Ｊ₁（φ₁）｜²＝０．２９（２０）
【００７１】
ホログラフィ要素７２の０次および１次出力光の効率、正確には、再生光の強さに対するホログラフィ要素７２の０次出力光の強さの比は、図７に図示した０次および１次のベッセル関数から引き出される。そこに示すように、φ₁＝１．３９に対して、０次および１次出力光の効率は、ほぼ等しくなっている。１次出力光の最大効率は、φ₁＝約１．８の場合における約３４％であり、このφ₁の値のとき、０次出力光の効率は、約１０％である。
【００７２】
フォトポリマー７２に形成される薄い格子において、高次出力光が０次出力光の両側面に現われ、フォトポリマーの総合出力パワーは、全次数の出力光のパワーを加算することにより計算することができることは、注目すべきことである。このことは、φ₁の１つの値についての式（１２）を全てのｎおよびｍについて解き、その結果の振幅を二乗することに等しい。さらに、この総合出力パワーは、フォトポリマー７２の格子内においては吸収損失がないので、総合入力パワーに等しくなる。
【００７３】
実験室における実験では、これらのパラメータを使用して、効率２０〜３０％で、ホログラフィ光学要素の複製を得ることができた。このことは、薄い格子を利用した上記解析と一致している。
【００７４】
厚いホログラムと薄いホログラムとの区別は、次式により決定される。
【００７５】
【数１９】

【００７６】
ここで、
ｄはフィルムの厚さ、
ｎはフィルムの屈折率、
Λはフィルム内の縞の間隔（１／Ｓ）
である。
特に、Ｑ≦１ならば、格子は薄いと考えられ、Ｑ＞＞１ならば、格子は厚いと考えられる。
【００７７】
ここで、λ＝０．５１４μ、ｄ＝１０μ、ｎ＝１．５、Λ＝１．８２×１０^ー3μとすると、次式の通りとなる。
【００７８】
【数２０】

【００７９】
この場合は、格子の厚さは、厚いと薄いの中ほどであり、両方の状態を考え合わせなければならない。
【００８０】
厚い格子の効率ηは、厚い格子についてコゲルニック（Kogelnik）結合波解を使用して、次式で与えられる。
【００８１】
【数２１】

【００８２】
ここで、上記値を、ｎ、ｄ、λ、Θに使用すると、η＝４２％となる。この効率は、格子が薄いと考えられるときに決定されたものと比較して高く、しかも、実験室において試験されたものよりも高く、式（１３）によって与えられる結果が、このケースに適合していることを示している。
【００８３】
薄いホログラフィ光学要素について、式（２０）から明らかなように、ホログラフィ要素の効率は、φ₁の関数である。式（５）におけるピーク位相項は、式（６）の屈折率変調項ｎ₁により制御され、したがって、ホログラフィ要素７２の最大効率は、ホログラフィ要素の効率の均一性と同様に、複製光の調整を通じてｎ₁項の関数となる。
【００８４】
また、式（２）から、マスタホログラフィ要素２８の吸収格子の効率は、ホログラフィ要素が形成される光学要素の垂線に対して参照光のなす角度Θの関数であり、特に、効率ηはｃｏｓΘに反比例して変化する。角度Θの変化は、全ての角度Θについて、製造されたホログラフィ光学要素の効果的な効率が最大値に維持されるように、複製光の強さをｘ、ｙ方向に、すなわち、複製光の断面に沿って、調整または制御することにより、補償することができる。
【００８５】
必要な複製光の補正または調整は、角度Θがどのように変化するかによって、きわめて簡単あるいは複雑なものとなる。例えば、図１のシステムを構成するレンズ２８において、角度Θは、屈曲することなく対称的に変化する。そして、複製光の強度断面に所望の調整を加えるために、図４のシステムにおいて修正ガウスフィルタが使用される。屈曲を伴う非対称のような角度Θのさらに複雑な関数では、システム５０の光線断面フィルタはもっと複雑になる。
【００８６】
さらに詳しくは、図４〜６において、複製されたホログラフィ要素の所望の最適効率は、マスタ多重ホログラフィ要素２８の表面に亙る複製光の振幅を変化させることにより次式に従って得ることができる。
【００８７】
【数２２】

【００８８】
ここで、
｜Ａ_C｜は、マスタホログラフィ要素上の任意の点における記録光の振幅、｜Ａ｜は、マスタホログラフィ要素上に照射される記録光の最大強度、Θは、（ｉ）ホログラフィ要素２８が形成された記録媒体の垂線と（ｉｉ）ホログラフィ要素２８の設定点にホログラムを形成するために使用される参照光とがなす角度
である。
【００８９】
例えば、式（２２）に、パラメータ：
ｄ＝２０μ ｎ1＝０．０１７ λ＝０．０３３μ Θ＝０
を使用することにより、格子は、理論的には、下記のように効率１００となる。
【００９０】
【数２３】

【００９１】
ここで、Θは、ゼロより大きな一定しない数であって、式（２２）内のうち変化する項は、Θおよびｎ₁であり、他の項は固定される。式（２２）の分母内のｃｏｓΘが記録角度により変化することも注目すべきことである。このように、例えば、４×４インチの板上に、公称Θ₀＝１０゜で形成された１００ｍｍのホログラフィ光学要素レンズにおいては、記録角度は、板の中心から端部までで＋３６．６と−２６．６の間で変化する。これらの角度の余弦は、
ｃｏｓΘ₀＝０．９８
ｃｏｓ（−２６．６）＝０．８９
ｃｏｓ（３６．６）＝０．８
である。
【００９２】
もし、ｎ₁が正確にｃｏｓΘとともに変化するように制御されれば、式（２２）の独立変項は、一定に維持され、設計において選択された効率は維持されることになる。図８〜１１および図１２〜１５は、１００ｍｍホログラフィ光学要素レンズの設計において描かれたこれらのパラメータおよび変化する角度Θに基づく効率の変化を打ち消すためにｎ₁を制御することの効果について示されている。特に、図８および図１２は、マスタホログラフィ要素２８が形成されたときの記録角度Θの範囲とその角度Θの余弦とを示している。図９は、一定ｎ₁値を示し、図１３は、角度Θに対するｎ₁ｃｏｓΘの値を示している。図１０および図１４は、ｎ₁／ｃｏｓΘおよびｎ₁ｃｏｓΘ／ｃｏｓΘの値を、それぞれΘに対して図示している。また、図１１および図１５は、記録光の強さをｘ、ｙ方向に、それぞれ図９および図１３に示す関数に従って変化させたときに構成されたホログラフィ要素の複製の効率を示している。式（２２）によって予言したように、記録光の強さがｘ、ｙ方向に一定に保持されれば、ホログラフィ要素の効率は、図１１に示すように、ホログラフィ要素の端部に向かって減少またはロールオフする。しかし、光線の強さがｃｏｓΘの変化を補償するように、つまり、図１４に示すように、光線の強さｃｏｓΘとの比が一定値となるように調整されれば、ホログラフィ要素の複製の効率も、図１５に示すように一定となる。
【００９３】
ΔｎのｃｏｓΘ調整は、ｃｏｓΘそして屈折率変化ｎ₁が適宜に変化するときに複製光の強さが変化する式（２３）によって記述される。これは、ｎ₁と記録エネルギとの関係が、約４０ｍＪ／ｃｍ²の選定された作用点において線形であることを仮定する。記録エネルギは、次式で与えられる。
記録エネルギ＝｜Ａ｜²ｃｏｓΘ・Δｔ（２４）
ここで、
Δｔは、露光時間、
｜Ａ｜²は、記録光の最大強度
である。
【００９４】
ｎ₁と記録エネルギとの関係は、特に、熱硬化前後のフォトポリマー材料の屈折率変調を示す図１６に示す曲線により表される。硬化がされていなければ、硬化は図１６の曲線に示すように、屈折率変調ｎ₁の膨大な増加を産み出すことになる。
【００９５】
複製ホログラフィ光学要素の伝達特性を、図１７に示す。熱硬化処理のなされていない複製の伝達特性は図１６から得られた。屈折率変化は、図１１の縦座標に沿って示され、式（２４）により計算された露光エネルギは、図１１の横座標に沿って示されている。逆ビーム断面強度は、式（２３）によって得られ、信号光と参照光とがマスタレコードを製造する事実によって記述されたように、角度１０゜で交差させられる軸心振れを示している。実際には、複製光の経路に、
１／ｃｏｓΘ
に比例する伝送特性を有する吸収フィルタを配置することにより得られる。このようなフィルタは、例えば、強度をｃｏｓΘに従って変化させる光源にＡｇＨａｌ板をさらすことにより形成される。現像された板は、伝送特性
１／ｃｏｓΘ
を有するようになる。屈折率変調ｎ₁も、図１７に示されるようにｃｏｓΘに従って調整される。実質的な目的として、複製材料が所望の時間だけ複製光に露光されることを保証し、最大効率かつ均一な性能を有する複製ホログラフィ要素を製造するために各複製材料に対して伝送曲線が作成される。
【００９６】
上述したことは、ホログラフィ光学要素を形成するための複製の使用に凝縮される。しかし、ハイパス整合フィルタのような光学フィルタもこのプロセスの恩恵を受けることになり、また、整合フィルタの効率も少なくとも１０ｄｂ向上されることになる。形成されるべきフィルタの例としてｆ（ｘ，ｙ）の二乗項が採用されることにより、フーリエ変換が採用され、ハイパス周波数応答が第１ローブで開始するように選択される（さらに高い瀘波は、第２、第３またはそれより高いローブにより定義される）。パワースペクトラムＰｓは、次式により与えられる。
Ｐｓ＝｜Ｆ（ｆ（ｘ，ｙ）｜² （２５）
ｘ軸に沿うパワースペクトラムＰｓ（ｘ）は、解析的に次式で与えられる。
Ｐｓ（ｘ）＝｜ｓｉｎｃｘ｜² （２６）
式（２６）は、図１８に図示され、第１副ローブが１３ｄｂ、第２副ローブが１８ｄｂのように下がることを示している。識別に必要なハイパスフィルタには、第１ローブが使用されたときには少なくとも１３ｄｂの減少があり、周波数通過帯域が高くなれば、減少はますます高くなる。それに加えて、式（３）から、もしも、フィルタがＡｇＨａｌを使用して記録されている場合には、吸収による最大効率が３．６７％と決定され、さらに１４ｄｂ減少する。上述した複製方法により吸収損失は減少するが、ハイパスローブの選択による損失がなくなることはない。フィルタ複製が、ホログラフィ光学要素の製造において使用されるように機能すれば、フィルタ効率において少なくとも１０ｄｂ増大し、それに伴う必要レーザパワーの減少が達成されることになる。
【００９７】
ガラス板上にＡｇＨａｌ材料を使用して製造された多重ホログラフィレンズアレイの効率を増大させるために試験が行われた。この多重ホログラフィレンズアレイは、２〜３％オーダの効率を有しており、ここに開示されている複製プロセスによれば、同じＡｇＨａｌ多重ホログラフィレンズアレイは、屈折率変調を増大させられてオムニデックスフォトポリマーに伝送され、３×３および４×４アレイの効率は、質的に顕著な損失を生ずることなく、２０〜３０％に増大される。
【００９８】
ＡｇＨａｌ多重ホログラフィレンズアレイは、信号光と参照光との相対角度が１０゜のときに、６４７ｎｍ（クリプトンレーザを使用）または６３３ｎｍ（ヘリウムネオンレーザを使用）で製造される。アレイは、前述したステップアンドリピート露光方法、すなわち、感光材料が第１位置において露光され、続いて、プレートが所定量移動された後に再度露光され、アレイ内の各位置における移動と再露光とを行う方法により生成される。
【００９９】
図１９に、実験装置８０の概要図を示す。光源として使用されるアルゴンイオンレーザ８４が青色光（４８８ｎｍ）を放射するので、オムニデックスフォトポリマー８２は、ブルーグリーン領域において感光される。レーザ光８６は、空間的に瀘波され、拡光され平行化される。ガラス／ＡｇＨａｌマスタＭＨＬアレイ９０を設置するために、垂直軸回りに回転可能な１軸が設けられている。
【０１００】
上述したように、この実験で使用されるフォトポリマーは、ブルーグリーン領域においてのみ感光されるので、赤色光を照明として使用した。フォトポリマーを、薄膜防護カバー材料とともに、マイラーシート基板上に供給した。露光のためにフォトポリマーを準備したら、この防護カバーを剥がし、フォトポリマーがマスタープレートのＡｇＨａｌ乳剤に面して緊密に接触するように、フォトポリマー／マイラー基板をガラス／ＡｇＨａｌマスタ上に付けた。フォトポリマーシートを、ローラを使って一端から始めて該フォトポリマー上を転がすようにして取り付け、これにより、フォトポリマーシートとマスタープレートとをぴったりくっ付けて、乳剤の間に隙間を形成しかねない気泡のトラップを防止するようにした。レーザ光源に面するガラスとともに、上記ガラス板ＡｇＨａｌマスタ・フォトポリマーシートサンドイッチを設置した。そして、このプレートサンドイッチを、レーザ光源を用いて露光した。露光の後に、フォトポリマーをＵＶ光源によって照射することにより、フォトポリマーを固定ないし硬化処理した。そして、典型的には、小紫外線灯（８００μｗ／ｃｍ²）を使用して固化時間を６〜８分にした。マイラー基板に定着されたフォトポリマーをガラス板から剥がし、効率と光学的質を評価した。
【０１０１】
図２０は、増加した複製光学要素８２を再生し評価するための実験装置１００を示している。この装置１００には、マスタホログラフィ要素９０が製造されたときに近い波長６３３ｎｍを有するレーザ光源１０２が使用される。ここで、明記すべきことは、複製光は単に複製要素８２を形成するために使用されるので、複製光の波長は再生光の波長とは同じでないし、また、同じである必要もない。この評価のために、フォトポリマー記録体を、ｘ軸およびｙ軸回りの回転調整（ピッチおよびヨー）を行うステージを用いて液体ゲート（図示略）内に設置した。フォーカスされた回折パターンを見てホログラフィ光学要素の光学的質を評価するのに、ベンチマイクロスコープに取り付けられたＣＣＤテレビカメラ１０４を使用し、その一方で、回折の効率を決定する目的でスループットパワーを測定するのに、Ｊ−１６放射計（図示略）を使用した。各多重ホログラフィレンズアレイの複製を評価するために１０ｍｍ円形絞り（図示略）をレーザ光の前に配置した。最良のレンズ特性が得られたことが観察されるまでホログラフィ光学要素８２のためのステージを調整し、その後、１次回折光のパワーを測定した。
【０１０２】
最初の複製露光は、プレート（フォトポリマー媒体）に垂直に向きが調整された直径３０ｍｍのレーザ光を比較的高いパワー密度（１０ｍｗ／ｃｍ ² ）で使用して、約９４ｃｍ²の範囲に亙って行った。最大回折効率が得られるときの再生角度は、最良の回折パターンが生じるときのものと相違していることが判明した。
【０１０３】
その後の試験において、マスタプレートのときと同じ角度に複製光の入射角を設定して、異なるエネルギで幾つかの露光を行った。再生すると、最良の光学的性能のための角度は、最良の回折効率のための角度に略近い値に一致することが判明した。最初に乾式で（すなわち、液体ゲートを用いず）複製を再生した。すると、回折効率がオリジナルマスタよりも約一桁大きかった反面、その光学的質は、それほど良好ではなかった。考えられたのは、オムニデックスフォトポリマーを使った複製が単に表面的な現象に過ぎないかもしれなくて、そのため、フォトポリマーが整合液に浸されると消えてしまうのであろうということであった。しかし、オムニデックスフォトポリマーを屈折率整合液体ゲート内において再生すると、フォトポリマーの光学的質は、マスタ多重ホログラフィレンズアレイと区別が付かないほど改良され、しかもその効率は高いまま維持されることが判明した。これは、問題となっている記録が媒体内に存在して、単に表面の起伏に依るものではないことを証明している。しかしながら、最良の性能と回折効率を得るための再生角度は、プレートごとに一致しない変化を示した。フォトポリマーの用のマイラー基板は、多少の複屈折を示すし、厚さが変わる可能性もある。この厚さの変動は、再生条件および質に影響することがある。
【０１０４】
図１７については、マスタ多重ホログラフィレンズアレイの全口径を複製するために、複製プロセスにおける平行レーザ光の直径を１００ｍｍまで増やした。より大きな光線直径により達成可能な最大強度は、約２．５ｍｗ／ｃｍ²であった。複製光がマスタプレートに対して垂直なときに、フォトポリマーの複製は、再生角度のためのより広いレンジを有し、その結果、妥協点が一層見出し易くなるとともに、良好な光学的特性及び回折効率の双方が一層達成され易くなることが判明した。複製光の角度をマスタのもともとの製造角度に一致するように調整したとき、再生角度は、良好な回折効率のためのアクセプタンス範囲が狭かった上に、良好な光学特性のための角度が一致していなかった。そのため、大きな直径の複製は全て、複製光に垂直に行った。
【０１０５】
複製は、２．７％効率の３×３マスタおよびは１．２％効率の４×４マスタから作製した。２．５ｍｗ／ｃｍ²での１０分と２０分の露光、および、１．２ｍｗ／ｃｍ²での２０分と４０分の露光を行った。このとき、露光は、硬化プロセスに使用されるランプ面にプレートを隣接させた状態でＵＶ定着時間を３〜６分にし、プレートの１／３を６分ごとに覆いながら全て確実に硬化させるようにして行った。最大効率は、３×３多重ホログラフィ光学要素においては２２％から３１％の範囲、４×４多重ホログラフィ光学要素においては２２．７％から２４．３％の範囲であった。この結果は、図２１〜２４の曲線および棒グラフにまとめられている。
【０１０６】
さらに詳細にいうと、図２１と２２は、記録光の角度がそれぞれ０゜と１０゜のときの複製ホログラフィ要素の効率を記録エネルギの関数として示している。これらの条件に対しては、レンズのエアリーパターンを最適化することはせずに、最大効率が得られるようにアライメントを行った。これらのデータから、最高効率は、複製光が記録面に対して垂直であるときに得られることが判る。この光線垂直条件は、最良のように見えるけれども、軸心振れ複製には、効率ロールオフの制御と同様、高次の減少のような利点があると考えられる。
【０１０７】
図２３と２４は、光線垂直条件における広域（直径１００ｍｍ）３×３および４×４ＭＨＬのデータを棒グラフにより示している。図２３は、ｆ／４０で良好なエアリ像が得られるようにホログラフィ光学要素を調整したときの２７．５％の最大効率と比較して、エアリ像が劣っている状態での３８％の高い最大効率を示している。棒状データは、良好なエアリパターン記録の２８％効率が１９９０ｍｊ／ｃｍ²の露光における３２％の最大効率に近付くことを示している。もし、式（２２）を使用することによりフォトポリマーの効率を決定するとすれば、同様の効率をもたらすであろう多数の露光を得ることができると見られる。図２４は、より少ないデータ点で４×４ＨＯＥを示し、このとき、効率は、いずれの場合も２０数％の低い範囲に留まっているように見える。増えたホログラフィ光学要素の効率は、具体的かつ再現性を有することはいうまでもない。
【０１０８】
したがって、ここに開示されている発明が前記目的を達成するために十分に計算され、当業者により案出される数多くの改造および具体例を評価し、この発明の意図および適用範囲内で、添付したクレームがそれら全ての改造および具体例をカバーするものであることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】マスタホログラフィ要素を形成するシステムの概要図である。
【図２】図１のシステムの部分的拡大図である。
【図３】使用されまたは再生されるマスタホログラフィ要素への照射を示す概要図である。
【図４】マスタホログラフィ要素の複製を製造するシステムの概要図である。
【図５】図４のシステムの部分的拡大図である。
【図６】マスタホログラフィ要素とそれから形成される複製を外形に示し、複製の位相格子が、複製光およびマスタホログラフィ要素の吸収格子により如何にして形成されるかを示した図である。
【図７】薄い複製ホログラフィ要素において、複製の位相格子に従う複製ホログラフィ要素の０次および１次出力光の効率を変化を示す図である。
【図８】断面に亙って一定振幅を有する記録光が複製ホログラフィ要素を形成するために図４に示すシステムにおいて使用されるときの興味深いパラメータを示す図である。
【図９】図９と同様のパラメータを示す図である。
【図１０】図９と同様のパラメータを示す図である。
【図１１】図９と同様のパラメータを示す図である。
【図１２】断面に亙る記録光の振幅が特定の様式で変化した場合の興味深いパラメータを示す図である。
【図１３】図１２と同様のパラメータを示す図である。
【図１４】図１２と同様のパラメータを示す図である。
【図１５】図１２と同様のパラメータを示す図である。
【図１６】複製の硬化前後における複製ホログラフィ要素の屈折率変調の変化の様子を記録光のエネルギの関数として表した図である。
【図１７】複製設計のための伝送関数を示す図である。
【図１８】図４のシステムにおいて形成される整合フィルタのパワースペクトラムを示す図である。
【図１９】この発明に関連して複製ホログラフィ要素を製造するために使用される実験装置を示す概要図である。
【図２０】複製ホログラフィ要素を評価するために使用される実験装置を示す概要図である。
【図２１】複製光が複製ホログラフィ要素の垂線に対して、０゜の角度をなす場合に、複製光のエネルギの関数として複製ホログラフィ要素の効率が変化する様子を示す図である。
【図２２】複製光が複製ホログラフィ要素の垂線に対して、１０゜の角度をなす場合に、複製光のエネルギの関数として複製ホログラフィ要素の効率が変化する様子を示す図である。
【図２３】図２１のデータを棒グラフ状に表した図である。
【図２４】図２２のデータを棒グラフ状に表した図である。
【符号の説明】
１０システム
１２レーザ
１４レーザ光
１６分光器
２０参照光
２２信号光
２４調整手段
２６可視吸収フィルタ
２８記録媒体
３０ａ・３０ｂ・３０ｃミラー
３２拡光手段
３４平行化レンズ
３６レンズ
４０出力拡散光
４４平行光
４６出力光（複製光）
５０システム
５４レーザ
５６出力光
６２・６４レンズ
６６ピンホール
７０フィルタ
７２位相記録媒体
８０実験装置
８２オムニデックスフォトポリマー
８４アルゴンイオンレーザ
８６レーザ光
９０ガラス／ＡｇＨａｌマスタＭＨＬアレイ
１００実験装置
１０２レーザ光源
１０４ＣＣＤテレビカメラ

Claims

多重ホログラフィ要素の製造方法であって、
所定の屈折率パターンを生成する吸収格子パターンを、自身に亙って有するマスタ多重ホログラフィ要素を形成し、
マスタ多重ホログラフィ要素をフォトポリマー層で被覆し、
記録光をマスタ多重ホログラフィ要素を透過させてフォトポリマー層に指向させ、
マスタ多重ホログラフィ要素の吸収格子パターンが記録光の振幅を調整し、調整された記録光が、フォトポリマー層のモノマーをモノマーパターンへと形成し、該モノマーパターンが前記フォトポリマー層に亙って前記所定の屈折率パターンを生成し、
多重ホログラフィ要素の複製を形成するために前記モノマーパターン内にフォトポリマー層のモノマーを定着し、
マスタ多重ホログラフィ要素からフォトポリマー層を取り除き、
指向させる工程が、複製ホログラフィ要素の回折効率がその自身に亙って一定となるように形成するためにマスタ多重ホログラフィ要素に亙る記録光の振幅を変化させる工程を具備している方法。
請求項１に係る方法であって、
マスタ多重ホログラフィ要素を形成する工程が、
（ｉ）光学記録媒体に参照光を照射する工程と、
（ｉｉ）参照光に対して角度Θをなして記録媒体に光源から信号光を照射する工程と、
（ｉｉｉ）信号光を記録媒体の多数の位置に指向させるために、前記光源を、記録媒体に対して相対的に、多数位置に移動させる工程と
を具備し、
参照光および信号光が、光学記録媒体からマスタ多重ホログラフィ要素を形成するために多数位置において干渉し、信号光が指向される記録媒体上の位置の所定の関数として角度Θが変化し、マスタ多重ホログラフィ要素上の各位置に、前記所定の関数に従うΘの値が関連付けられており、
記録光をマスタ多重ホログラフィ要素に指向され透過する工程が、Ａ_Cをマスタ多重ホログラフィ要素上の任意の定点における記録光の振幅とし、Ａをマスタホログラフィ要素上の記録光の最大振幅とし、Θを前記所定の関数に従ってマスタホログラフィ要素上の前記定点に関するΘ値として、マスタ多重ホログラフィ要素に亙る記録光の振幅断面を、式｜Ａ_C｜²＝｜Ａ｜²ｃｏｓΘに従って変化させる工程を有している方法。
請求項１に係る方法であって、
形成する工程が、
ｉ）光学記録媒体に参照光を照射する工程と、
ｉｉ）参照光に対して角度Θをなして記録媒体に光源から信号光を照射する工程と、
ｉｉｉ）信号光を記録媒体上の多数位置に指向させるために、光源を記録媒体に対して相対的に移動させる工程とを具備し、
参照光および信号光が、光学記録媒体からマスタ多重ホログラフィ要素を形成するために多数位置において干渉し、信号光が指向される記録媒体上の位置の所定の関数として角度Θが変化し、マスタ多重ホログラフィ要素上の各位置に、前記所定の関数に従うΘの値が関連付けられており、
請求項１に記載の前記記録光の振幅を変化させる工程は、複製ホログラフィ要素上の任意定点における該複製ホログラフィ要素の屈折率をｎと表すときに、前記記録光の進行方向に関して前記複製ホログラフィ要素の前記任意定点に対応するマスタホログラフィ要素上の位置に関連付けられたΘの値に関して、比Δｎ／ｃｏｓΘの値をマスタホログラフィ要素の全幅に亙って一定に維持するように前記記録光の振幅を変化させる工程を具備している方法。
請求項１に係る方法であって、
被覆する工程が、フォトポリマーフィルムを多重ホログラフィ要素上に注ぐ工程と、
そのフォトポリマーフィルムを多重ホログラフィ要素上で硬化させる工程とを具備している方法。
請求項１に係る方法であって、被覆する工程が、多重ホログラフィ要素上に、フォトポリマーの硬化層を伸ばす工程を具備している方法。
請求項１に係る方法であって、
指向させる工程が、
フォトポリマーに記録光を透過させ、このとき記録光が出力光を形成する工程と、
出力光の強さを監視する工程と、
出力光の強さが所定のレベルに達したときに指向させる工程を終わらせる工程とを具備している方法。
多重ホログラフィ要素を製造するシステムであって、
所定の屈折率パターンを生成する吸収格子パターンを、自身に亙って有するマスタ多重ホログラフィ要素と、
マスタ多重ホログラフィ要素に被覆されるフォトポリマー層と、
マスタ多重ホログラフィ要素を透過させてフォトポリマー層に記録光を指向させる手段とを具備し、
マスタ多重ホログラフィ要素の吸収格子パターンが記録光の振幅を調整し、調整された記録光が、フォトポリマー層のモノマーをモノマーパターンへと形成し、該モノマーパターンが前記フォトポリマー層に亙って前記所定の屈折率パターンを生成し、
参照光が光学記録媒体に照射され、信号光が光源から参照光に対して角度Θをなして記録媒体に照射され、記録媒体上の多数位置に信号光を指向させるために光源が記録媒体に対して複数の位置に相対的に移動され、参照光および信号光が、光学記録媒体からマスタ多重ホログラフィ要素を形成するように前記多数位置において干渉し、角度Θが信号光が指向される記録媒体上の位置の所定の関数として変化し、マスタ多重ホログラフィ要素の各位置が前記関数に従うΘの値に関係するプロセスにより、マスタホログラフィ要素が形成され、
Ａ_Cをマスタ多重ホログラフィ要素上の任意の定点における記録光の振幅とし、Ａをマスタホログラフィ要素上の記録光の最大振幅とし、Θを前記所定の関数に従ってマスタホログラフィ要素上の前記定点に関するΘ値として、記録光の振幅を変化させる手段が、その振幅を、式｜Ａ_C｜²＝｜Ａ｜²ｃｏｓΘに従って変化させる手段を具備しているシステム。
多重ホログラフィ要素を製造するシステムであって、
所定の屈折率パターンを生成する吸収格子パターンを、自身に亙って有するマスタ多重ホログラフィ要素と、
マスタ多重ホログラフィ要素に被覆されるフォトポリマー層と、
マスタ多重ホログラフィ要素を透過させてフォトポリマー層に記録光を指向させる手段とを具備し、
マスタ多重ホログラフィ要素の吸収格子パターンが記録光の振幅を調整し、調整された記録光が、フォトポリマー層のモノマーをモノマーパターンへと形成し、該モノマーパターンが前記フォトポリマー層に亙って前記所定の屈折率パターンを生成し、
参照光が光学記録媒体に照射され、信号光が光源から参照光に対して角度Θをなして記録媒体に照射され、記録媒体上の多数位置に信号光を指向させるために光源が記録媒体に対して複数の位置に相対的に移動され、参照光および信号光が、光学記録媒体からマスタ多重ホログラフィ要素を形成するように前記多数位置において干渉し、角度Θが信号光が指向される記録媒体上の位置の所定の関数として変化し、マスタ多重ホログラフィ要素の各位置が前記関数に従うΘの値に関係するプロセスにより、マスタホログラフィ要素が形成され、
複製ホログラフィ要素上の任意定点における該複製ホログラフィ要素の屈折率をｎと表したときに、前記記録光の進行方向に関して前記複製ホログラフィ要素の前記任意定点に対応するマスタホログラフィ要素上の位置に関連付けられたΘの値に関して、比Δｎ／ｃｏｓΘの値を、マスタホログラフィ要素の全幅に亙って一定に維持するように前記記録光の振幅を変化させる手段を具備しているシステム。