JP6256282B2 - ホログラム作成装置及びホログラム作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラム作成装置及びホログラム作成方法に関し、特に、空間光変調部を備えたホログラム作成装置及びホログラム作成方法に関する。

例えば、特許文献１のように、液晶表示パネル等を空間光変調素子（Spatial Light Modulator；SLM）として用いたホログラム作成方法が知られている。この方法では、基準光源から分岐した光の振幅と位相を空間光変調素子により変調することで物体光を生成し、基準光源から分岐した他方の参照光と物体光とを干渉させて感光剤面を露光することでホログラムを生成する。特許文献１では、順次書き換え可能な液晶表示パネルを利用して物体光を生成することで、原板無しでユニークなホログラムを生成できる特徴がある。

一方、特許文献２にように、複数の部分ホログラムを隣接形成して比較的大面積のホログラム（多面付けホログラム）を作成する方法が知られている。特許文献２では、隣接するホログラムの継ぎ目を目立ち難くするため、ホログラムの継ぎ目を一直線ではなく、異なる直線或いは異なる曲線の集合で形成している。

その他、ホログラムを作成するものではないが、半導体製造プロセスにおいては、シリコンウエハ上に配線パターンを作成する際、一度の露光範囲でパターン全体をカバーできない場合は、繋ぎ露光と呼ばれる方法を採ることで、パターンの繋ぎ部を滑らかに接続する技術が利用されている。

特許第３５９３３５９号公報 特許第３６０８７４７号公報

特許文献１は、液晶表示素子を空間光変調素子として利用し、コンピュータで計算された位相及びまたは振幅の分布をレーザ光に与え、テレセントリック光学系を通して参照光と干渉させて感光面に照射することで、所望のホログラムを作成する。特許文献１では、順次露光に関しては感光材を感光面内で移動させる構成となっており、液晶表示素子を空間光変調素子として用いることで、順次ユニークなホログラムを同一感光材上に作成可能である。

しかしながら、特許文献１では、感光材をＸＹステージに載置し、単純に感光材を移動させて順次露光する構成である。このため、ステージの移動精度によっては、順次露光するホログラムのパターンにずれが生じる場合がある。特に大きなホログラムを作成しようとすると、ずれが大きくなるため、ホログラムの作成精度が悪化する恐れがある。

特許文献２は、大面積のホログラムあるいは拡大投影される投影型液晶表示装置用ホログラムカラーフィルタ用に有効なものとして、外形が縦方向横方向共直線の集合あるいは曲線の集合でなるホログラム原板を多面付けし、相互に異なる干渉縞を含んだ場合は多面付けの数分の部分ホログラム原板を用意して大型ホログラムを実現する方法を提案している。特許文献２では、全体ホログラムを構成する部分ホログラムの外形を一直線ではなく、直線または曲線の集合とすることで、継ぎ目を目立ち難くするというメリットがある。

しかしながら、特許文献２では、部分ホログラムの形状が複雑であり、特に部分ホログラムがそれぞれユニークなホログラムである場合、ホログラムの種類に対応してホログラム原板（パターン）を準備する必要がある。このため、簡易に、全てのホログラムを精度良く整列した状態で作成することは困難である。

以上のように、従来技術では、簡易かつ高精度にホログラムを作成することは困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、入射光を変調する空間光変調部と、前記空間光変調部の変調面に物体ホログラム作成用領域と第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域とを形成する空間光変調制御部と、前記物体ホログラム作成用領域と前記第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域に基づいて生成された物体光を記録媒体に照射し第１の物体ホログラムと第１及び第２の位置決めホログラムを作成する露光部と、前記作成された第１及び第２の位置決めホログラムの位置に基づいて、前記第１の物体ホログラムの周辺に作成する第２の物体ホログラムの位置を決定する位置決定部と、を備えるホログラム作成装置を提供する。

また、本発明は、空間光変調部の変調面に物体ホログラム作成用領域と第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域とを形成し、前記物体ホログラム作成用領域と前記第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域に基づいて生成された物体光を記録媒体に照射し第１の物体ホログラムと第１及び第２の位置決めホログラムを作成し、前記作成された第１及び第２の位置決めホログラムの位置に基づいて、前記第１の物体ホログラムの周辺に作成する第２の物体ホログラムの位置を決定する、ホログラム作成方法を提供する。

本発明によれば、簡易かつ高精度にホログラムを作成することができるホログラム作成装置及びホログラム作成方法を提供することができる。

実施の形態１に係るホログラムアレイ作成装置の概略構成を示す図である。 実施の形態１に係るホログラムアレイ作成装置の光学系の概略構成を示す図である。 実施の形態１に係るホログラムアレイを作成するための空間変調素子の表示領域を示す図である。 実施の形態１に係るホログラムアレイ作成装置の位置決め動作を説明するための説明図である。 実施の形態１に係るホログラムアレイ作成装置の位置決め動作を説明するための説明図である。 実施の形態１に係るホログラムアレイ作成装置の位置決め動作を説明するための説明図である。 実施の形態１に係るホログラムアレイを作成するためのマスク形状を示す図である。 実施の形態１に係るホログラムアレイ作成方法を説明するための説明図である。 実施の形態１に係るホログラムアレイ作成方法の作成順序を示す図である。 実施の形態２に係るホログラムアレイの位置決めホログラムの例を示す図である。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態では、空間光変調素子を用いたホログラム作成装置において、記録媒体の同一面に順次露光してユニークなホログラムを繋ぎ合わせたホログラムアレイを簡易かつ精度良く作成することを可能とする。

図１及び図２を用いて、本実施の形態に係るホログラム作成装置１の構成について説明する。図１は、ホログラム作成装置１の概略構成を示し、図２は、ホログラム作成装置１のうちの主に光学系の概略構成を示している。本実施の形態に係るホログラム作成装置１は、例えば略長方形の部分ホログラムをマトリクス状に配列したホログラムアレイを作成するホログラムアレイ作成装置である。図１に示すように、ホログラム作成装置１は、光学系１０、位置決め系２０、マスク３０、媒体４０、媒体搬送部５０、計算機６０を備えている。

光学系１０は、光源からの光をもとに物体光及び参照光を生成し、生成した物体光及び参照光を媒体４０に照射することでホログラムを再生できる干渉縞を記録する。図２に示すように、光学系１０は、光源部７０、参照光光学系８０、物体光光学系９０を備えている。

光源部７０は、基準となる光源の光を参照光光学系８０及び物体光光学系９０へ照射する。光源部７０は、直線偏光のレーザ光源７１、コリメータレンズ７２、シャッター７３、ビームスプリッター７４、シャッター制御部７５を備えている。

レーザ光源７１は、基準となるレーザ光を出射し、この出射光がコリメータレンズ７２、シャッター７３を介してビームスプリッター７４へ照射される。計算機６０からの指示に従いシャッター制御部７５がシャッター７３の開閉を制御することで、ホログラムの露光タイミングを制御する。

ビームスプリッター７４は、光源の光を分岐する分岐部であり、ハーフミラー等でもよい。コリメータレンズ７２、シャッター７３を通過した光はビームスプリッター７４で２つの光に分岐し、分岐した一方は参照光用として参照光光学系８０へ照射し、他方は物体光用として物体光光学系９０へ照射する。

参照光光学系８０は、入射される光を参照光として媒体４０へ照射する。媒体４０は、基材４１に感光材４２が塗布されて形成されている。この例では、媒体４０に反射型ホログラムを作成するため、参照光光学系８０は、媒体４０の物体光を照射する面とは反対側から参照光を照射する必要があり、光路の引き回しが計られている。参照光光学系８０は、複数の全反射ミラー８１を備えており、ビームスプリッター７４からの光が複数の全反射ミラー８１を介して伝播され、最終段の全反射ミラー８１により媒体４０の感光材４２の感光面に対して基材４１側から所望の角度を持って照射する。なお、物体光と参照光を媒体の同じ面に照射して、透過型ホログラムを作成してもよい。また、感光材４２で物体光と参照光を干渉させる際に２光の位相差が生じるのを避けるため、光源のコヒーレンス長が短い光源を用いる場合は、参照光光学系と物体光光学系の光路長が凡そ等しくなるように構成する必要がある。

物体光光学系（露光部）９０は、空間光変調素子を用いて、入射される光から物体光を生成し、生成した物体光を媒体４０へ照射する。物体光光学系９０は、偏光ビームスプリッター９１、ＬＣＯＳ（空間光変調素子：ＳＬＭ）９２、ＬＣＯＳ駆動回路９３を備えている。

偏光ビームスプリッター９１は、入射される光を偏光方向により反射と透過に分岐する機能があり、予めレーザ光源の偏光方向を、偏光ビームスプリッター９１で反射する方向に合わせておき、参照光光学系と物体光光学系に分岐したレーザ光が偏光ビームスプリッター９１で反射して空間光変調素子（ＳＬＭ）として用いるＬＣＯＳに入射するように構成する。偏光ビームスプリッター９１内で反射したレーザ光は、ＬＣＯＳに入射するが、本実施の形態では反射型ＬＣＯＳを用いており、反射型ＬＣＯＳに入射したレーザ光が入射及び反射する過程で偏光方向を変化させ、反射したレーザ光が再度入射する偏光ビームスプリッターを透過する光量をコントロールする。このようにして偏光ビームスプリッター９１に再入射するレーザ光が透過する光量を制御することで振幅変調を実現し、物体光を生成している。計算機６０は、ＬＣＯＳ９２の表示を制御するＬＣＯＳ表示制御部（空間光変調制御部）６１を有している。ＬＣＯＳ表示制御部６１からの指示に従いＬＣＯＳ駆動回路９３がＬＣＯＳ９２の表示面（反射面）を制御し、表示面に所望の物体光を再生する干渉縞を表示し、ＬＣＯＳ９２に入射する光の振幅を変調する。ＬＣＯＳと光学系の構成によっては位相変調も可能である。振幅、位相或いは振幅と位相を変調することで物体光に変調できる。

媒体４０の上にホログラム作成用の開口部を有するマスク３０が配置される。マスク３０は感光材上方にあって露光が不要な領域を遮光する遮光部である。ＬＣＯＳ９２により物体光に変調された光は、入射時と同じ偏光ビームスプリッター９１を透過して、マスク３０の開口部を介して媒体４０の感光材４２の感光面に照射する。このとき、ＬＣＯＳ９２で変調した反射光を光学系で干渉縞に適したサイズに縮小して露光する。縮小する前の干渉縞の細かさは、ＬＣＯＳを構成する画素ピッチに依存する。現状のＬＣＯＳは、画素ピッチが数μから１０μｍ程度であり、可視光の波長数百ｎｍに対して大きいので、干渉縞間隔が少なくとも１μｍ以下になるように縮小する。ＬＣＯＳの表示も縮小倍率を見込んだ大きさで表示する。また、感光面上で両面から物体光と参照光が同じサイズで露光されるように図示しないアパーチャーにより照射範囲を制限している。

媒体搬送部５０は、媒体４０を順次露光するため、ＸＹ方向に媒体４０を搬送するＸＹステージである。媒体搬送部５０は、Ｘ軸搬送モータ５１、Ｘ軸可動部５２、Ｙ軸搬送モータ５３、Ｙ軸可動部５４、搬送モータ制御部５５を備える。Ｘ軸搬送モータ５１は、Ｘ軸方向の正側／負側へ向かってＸ軸可動部５２を移動させ、媒体４０をＸ軸方向に搬送する。Ｙ軸搬送モータ５３は、Ｙ軸方向の正側／負側へ向かってＹ軸可動部５４を移動させ、媒体４０をＹ軸方向に搬送する。計算機６０は、媒体４０の位置を制御する位置制御部（位置決定部）６２を有している。位置制御部６２からの指示に従い搬送モータ制御部５５がＸ軸搬送モータ５１、Ｙ軸搬送モータ５３を制御し、媒体４０をＸ軸方向／Ｙ軸方向へ搬送する。

また、媒体４０の傾きを調整する傾き調整ステージを備えていてもよい。すなわち、媒体搬送部５０は、ホログラムを形成する感光材４２をＸＹ２軸に移動可能、かつ、ＸＹ面内での回転による傾き調整を行える傾き調整機能を有する。傾き調整機能は、光学系側に設けて露光部中心を回転軸として傾き調整可能な構成でも良い。

媒体４０の感光面上で両面から照射した物体光と参照光の干渉縞を記録して一回の露光による部分ホログラム（単位ホログラム）が作成される。続いて、搬送モータ制御部５５からの制御信号により、部分ホログラムのサイズ分だけＸ軸搬送モータ５１またはＹ軸搬送モータ５３が媒体４０を搬送し、作成済みの部分ホログラムに隣接して部分ホログラムを作成する。一例では、約３００μｍ角の単位ホログラムを作成する。単位ホログラム露光毎の搬送距離も３００μｍである。感光面上で２次元的に単位ホログラムを敷き詰めた状態で作成するため、互いに直交するＸ軸及びＹ軸の２軸について搬送可能である。

位置決め系２０は、順次露光する媒体４０の位置を決定する。位置決め系２０は、媒体４０の位置を調整する位置調整系であるともいえる。位置決め系２０は、位置決め用レーザ２１と位置決め用ＰＤ（フォトダイオード）２２を備えている。本実施の形態では、後述のように媒体４０には部分ホログラム毎に位置決めホログラムが作成され、位置決め用レーザ２１は媒体４０の位置決めホログラムへレーザ光を照射し、位置決め用ＰＤ２２は位置決めホログラムからの反射光（回折光）に基づいて、媒体４０の位置を調整し決定する。複数の位置決めホログラムごとに位置決め用レーザ２１を備え、さらに、位置決めホログラムの回折光ごとに位置決め用ＰＤ２２を備えている。受光素子として、ポジションセンシティブディテクター（ＰＳＤ）を利用してもよいし、４分割センサのように受光面を分割した素子を用いてもよい。

図３は、空間光変調素子として用いるＬＣＯＳ９２の表示面９２ａの表示内容を示す図である。本実施の形態では、ＬＣＯＳ表示面９２ａの全てを用いて物体光再生用情報を表示せず、長方形領域の一長辺の角部に位置決め（位置調整）ホログラム作成用表示領域を形成し、分離した領域に物体光再生用情報を表示する。

ＬＣＯＳ表示面９２ａの全体がＬＣＯＳ表示領域１００である。計算機６０（ＬＣＯＳ表示制御部６１）は、ＬＣＯＳ表示領域１００に、部分ホログラム作成用（物体光作成用）表示領域１０１、非表示領域１０２、２つの位置決めホログラム作成用表示領域１１０を形成する。部分ホログラム作成用表示領域１０１は、部分ホログラム（物体ホログラム）作成用の物体光を生成する物体光生成情報（物体光再生情報）を表示する。位置決めホログラム作成用表示領域１１０は、位置決めホログラム作成用の光を生成する位置決めホログラム情報を表示する。非表示領域１０２には、情報が表示されない。なお、非表示領域１０２に情報を表示せずホログラムを作成しない場合、後述のように、次の行の露光の際に非表示領域１０２に重ねてホログラムを作成することが好ましく、また、重ねてホログラムを作成しない場合には、非表示領域１０２に情報を表示してホログラムを作成してもよい。

ＬＣＯＳ表示領域１００の一辺近傍に非表示領域１０２が形成され、この一辺（非表示領域１０２）の両端に（第１及び第２の）位置決めホログラム作成用表示領域１１０が形成される。位置決めホログラム作成用表示領域１１０を一長辺の角部（両端部）に設けることで、２つの位置決めホログラムのピッチを可能な限り大きくすることができ、位置検出精度（傾き検出精度）を向上することができる。なお、２つ以上の位置決めホログラムを作成してもよい。

例えば、ＬＣＯＳ表示面９２ａは、縦４３２０画素、横７６８０画素で構成され、画素ピッチが３．５μｍである。干渉縞の幅が３．５μｍのままではホログラム作成のためには広すぎるため、光学面内で１／１０に縮小する光学系を用い、干渉縞の幅を０．３５μｍまで縮小してホログラムを作成する。この場合、一回の露光で部分ホログラムとして、例えば、縦１.５ｍｍ程度、横２.４ｍｍ程度の大きさになる。

一長辺の角部に設けた位置決めホログラム作成用表示領域１１０は、ＣＧＨ（Computer Generated Hologram：計算機ホログラム）作成用に２行２列の４領域に分割され、ＣＧＨ１〜４はそれぞれ入射光に対して異なる回折角が生じるように作成される。位置決めホログラム作成用表示領域１１０は、中心を介して複数の分割領域に分割されている。ホログラム作成用表示領域１１０は、４分割に限らず、２分割、３分割、５分割等、任意の数に分割してもよい。なお、複数の位置決めホログラム作成用表示領域１１０のそれぞれで、異なる分割数やパターンで分割してもよい。また、順次露光の最終列や最終行において、次の露光の位置決めが不要な場合には、位置決めホログラム作成用表示領域１１０を形成せずに、位置決めホログラムを作成しなくてもよい。

例えば、ＣＧＨを５０μｍ角で構成し、位置決めホログラム２１０の全体で１００μｍ角としている。部分ホログラムを連接形成し大型ホログラムを作成した場合、全体が大きいので１００μｍ角の位置決めホログラムは目立つことはない。すなわち、位置決めホログラムは、ホログラム全体に対して可能な限り小さくすることが好ましい。

ＬＣＯＳ９２の光学面内に物体光用の情報と位置決め用の情報を同時に表示して露光することで、両者の位置関係が画素の配置精度を反映したものになり、極めて高精度な位置再現性が可能である。例えば、ＬＣＯＳ９２は毎秒６０フレームで表示書き換えが可能であるので、連続的にユニークなホログラムを作成可能であり、これを部分ホログラムとして全体でひとつの絵柄になる大型のホログラムの作成が可能である。

なお、位置決めの際の調整（補正）の方法については、媒体搬送部のように機械的に媒体を移動させて補正する方法の他に、ＬＣＯＳの表示画素をずらして補正してもよい。表示画素をずらす方法の場合、画素ピッチ単位で動かすことができる。位置決めホログラムからの受光量に応じて物理的に感光材或いは光学系を動かすに限らず、ズレ量が正確に把握できれば、ＬＣＯＳでの表示データを変更して合わせ込んでしまうことも可能である。その場合、表示位置変更は画素ピッチの単位となるが、補正が計算と表示変更だけで済んでしまうので短時間で済むこと、機械的耐久性等を考慮しなくても良いことがメリットである。更に両方式を併用する方法も有り得る。例えば傾き補正は機械的に行い、ＸＹズレの補正は表示画素をずらして対応することも可能である。ＬＣＯＳの表示画素をずらして補正する場合も、位置決め用のＣＧＨの回折光を観測し、受光座標があるべき位置よりずれた量に応じて露光の際にＬＣＯＳの表示をずらす方法をとる。

図４Ａ〜図４Ｃを用いて、本実施の形態における部分ホログラム露光を行う際の位置決め方法を説明する。図４Ａに示すように、図３のＬＣＯＳ９２の表示に対応して露光が行われると、媒体４０のホログラム面２００に、部分ホログラム（物体再生ホログラム）２０１と２つの位置決めホログラム２１０が作成される。

ホログラム作成装置１は、露光を行う光学系１０に隣接した位置決め系２０に、２つの位置決め用レーザ２１が設けられている。位置決め用レーザ２１は、露光予定範囲２２０の位置を決定（調整）する際に、前工程で形成された位置決めホログラム２１０に照射するように設けてあり、マスク３０に設けた穴を通してレーザ光を照射する。

例えば、図５に示すようにマスク３０は、露光の際に使用する部分ホログラム作成用穴３１、２つの位置決めホログラム作成用穴３２が形成されており、さらに、位置合わせ時に使用する２つの位置決めホログラム照射用の位置決め用穴３３も形成されている。位置決め用レーザ２１は、この位置決め用穴３３を介して位置決めホログラム２１０にレーザ光を照射する。図５のようにマスク３０の形状は位置合わせを考慮して形成される。なお、開口部が変化する可動式のマスクを用いても良い。

位置決めホログラム２１０に照射したレーザ光は、位置決めホログラム２１０のＣＧＨ１〜４で回折し、４つの回折光を４つの位置決め用ＰＤ（フォトダイオード）２２−１〜２２−４で受光する。計算機６０（位置制御部６２）は、位置決め用ＰＤ２２の受光レベルに基づいて露光予定範囲２２０の位置を調整し決定する。

図４Ｂに示すように、位置決め用レーザ２１のレーザ光が位置決めホログラム２１０の２行２列の真ん中（中心）に照射されている場合、ＣＧＨ１〜４に均等にレーザ光が照射されるため、位置決め用ＰＤ２２−１〜２２−４が受光する受光レベルは同じになる。計算機６０（位置制御部６２）は、位置決め用ＰＤ２２−１〜２２−４の受光レベルが等しい場合、露光予定範囲２２０の位置が合っていると決定する。

図４Ｃに示すように、位置決め用レーザ２１のレーザ光が位置決めホログラム２１０の２行２列の真ん中から外れている場合、ＣＨＧ１〜４のいずれかにレーザ光が多く照射されるため、位置決め用ＰＤ２２−１〜２２−４が受光する受光レベルにバラツキが生じる。計算機６０（位置制御部６２）は、位置決め用ＰＤ２２−１〜２２−４の受光レベルが相違している場合、露光予定範囲２２０の位置のずれを検出し、受光レベルが同じになるように媒体搬送部５０を搬送制御して媒体４０の位置を調整する。

例えば、位置決めホログラム２１０のサイズは１００μｍ角であり、媒体搬送部５０が通常の自動ステージであっても、位置決め精度は数μｍ程度があるので、位置決めホログラム２１０の大きさとしては十分である。

位置決めホログラム２１０を２個用いて調整を行うことで、ＸＹ方向の変位量だけでなく傾き（Ｚ方向）も調整することができる。すなわち、計算機６０は、一方の位置決め用ＰＤ２２と他方の位置決め用ＰＤ２２の受光レベルを判定し、受光レベルが等しい場合は媒体４０が水平であり、受光レベルが相違している場合は媒体４０が傾いていると判断する。

次に、図６を用いて、本実施の形態に係る部分ホログラムを連接して作成するホログラム作成方法について説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、ホログラム作成装置１は、最初の部分ホログラムを作成する。ホログラム作成装置１は、基準となる位置に媒体４０を固定した後、ＬＣＯＳ９２の部分ホログラム作成用表示領域１０１と位置決めホログラム作成用表示領域１１０に部分ホログラム作成用と位置決めホログラム作成用の情報を表示し、生成した物体光と参照光を媒体４０の感光材４２に照射する。そうすると、ＬＣＯＳ９２の部分ホログラム作成用表示領域１０１に対応して部分ホログラム（物体再生ホログラム）２０１ａが形成され、位置決めホログラム作成用表示領域１１０に対応して２つの位置決めホログラム２１０ａが形成される。非表示領域１０２に対応する非作成領域２０２ａには、ホログラムは作成されない。

続いて、図６（ｂ）に示すように、ホログラム作成装置１は、次に露光する露光予定範囲２２０ｂの位置合わせを行う。ホログラム作成装置１は、図６（ａ）で作成した部分ホログラム２０１ａの右隣（Ｘ方向の隣）に隣接して部分ホログラムを作成するため、その作成の前に、図６（ａ）で作成した２つの位置決めホログラム２１０ａに位置決め用レーザ２１からレーザ光を照射し、位置決めホログラム２１０ａからの回折光を位置決め用ＰＤ２２で受光する。ホログラム作成装置１は、位置決め用ＰＤ２２の受光レベルを判定することでＸＹ方向及び傾きの位置合わせを行う。

続いて、図６（ｃ）に示すように、図６（ｂ）の露光予定範囲２２０ｂに部分ホログラム２０１ｂ及び位置決めホログラム２１０ｂを作成した後、次に露光する露光予定範囲２２０ｃの位置合わせを行う。ホログラム作成装置１は、露光予定範囲２２０ｂに図６（ａ）と同様に部分ホログラム２０１ｂ及び位置決めホログラム２１０ｂを作成する。そして、ホログラム作成装置１は、図６（ａ）で作成した部分ホログラム２０１ａの下方（Ｙ方向の隣）に連接して部分ホログラムを作成するため、その作成の前に、図６（ａ）で作成した２つの位置決めホログラム２１０ａにレーザ光を照射し図６（ｂ）と同様に位置合わせを行う。

続いて、図６（ｄ）に示すように、図６（ｃ）の露光予定範囲２２０ｃに部分ホログラム２０１ｃ及び位置決めホログラム２１０ｃを作成した後、次に露光する露光予定範囲２２０ｄの位置合わせを行う。ホログラム作成装置１は、露光予定範囲２２０ｃに図６（ａ）と同様に部分ホログラム２０１ｃ及び位置決めホログラム２１０ｃを作成する。このとき、図６（ａ）で作成した位置決めホログラム２１０ａ及び非作成領域２０２ａに重ねて部分ホログラム２０１ｃを作成する。これにより、部分ホログラムを隣接して作成することができるとともに、位置決めホログラムを目立たないようにすることができる。ホログラム作成装置１は、部分ホログラム２０１ｃの右隣（Ｘ方向の隣）に隣接して部分ホログラムを作成するため、その作成の前に、２つの位置決めホログラム２１０ｃにレーザ光を照射し図６（ｂ）と同様に位置合わせを行う。その後、露光予定範囲２２０ｄに部分ホログラム２０１及び位置決めホログラム２１０を作成し、２行２列のホログラムアレイを形成する。

なお、図６（ｄ）において、位置決めホログラム２１０ｃの代わりに、位置決めホログラム２１０ｂを用いて位置合わせを行ってもよいし、両方の位置決めホログラム２１０を用いて位置合わせを行ってもよい。使用しない位置決めホログラム２１０は作成しなくてもよい。また、非作成領域２０２にはホログラムを作成してもよい。

図７は、４行４列のホログラムアレイの作成例を示している。図７に示すように、１行目に４列の部分ホログラム２０１及び位置決めホログラム２１０を順次作成し、次に、２行目、３行目、４行目に４列の部分ホログラム２０１及び位置決めホログラム２１０を順次作成する。部分ホログラム２０１を作成する際、図６と同様に隣接する位置決めホログラム２１０を用いて位置合わせを行う。順次位置及び傾きを補正しながら正しく配列するように部分ホログラムを形成するため、ステージの移動量の許容範囲で大型のホログラムを作成できる。その際にはステージの精度は数μｍ程度あれば良い。

以上、本実施の形態によれば、工作機械に用いるような高価で高精度な搬送装置を使わずに、ユニークな部分ホログラムを精度良く連接配置できるので、部分ホログラムの集合体である大型のホログラムアレイを簡易かつ高精度に作成できる装置を提供することができる。

本実施の形態では、光源となるレーザ光を分岐させて一方を参照光とし、他方を空間光変調素子として利用するＬＣＯＳへ入射させて、位相及び振幅を変調して物体光とし、参照光と物体光の干渉によりホログラム作成する装置において、ＬＣＯＳに表示する情報を書き換えることで、ホログラム原板無しで個別に情報が異なるユニークなホログラムの作成を可能にし、また、ＬＣＯＳの表示により全体の一部の部分ホログラムを同一面上に順次作成することで、全体で絵柄或いはひとつのまとまった情報等の意味合いをもつ大型ホログラムを作成することができる。

このようにユニークなホログラムを同一面に多面付けして大きなホログラムを作成する場合、露光単位のホログラムが整列配置されて繋ぎ目を目立たなくすることが必要である。

一方、上記のように特許文献１では、感光材をＸＹステージに載置して移動させて順次露光する構成であるため、移動に関する精度がステージの精度で決まってしまい、また傾きに関する補正ができないためステージが高精度で移動可能な範囲であれば問題無いが、大きなホログラムを作成するために移動範囲が大きくなるとずれが生じ、精度を上げるためには高価なステージを導入する必要がある問題があった。また、特許文献２では、部分ホログラムがそれぞれユニークなホログラムである場合、ホログラムの種類に対応してホログラム原板（パターン）を準備する必要があり、更に交換も必要なことから精度良く全てのホログラムを精度良く整列した状態で作成することは難しい問題があった。

そこで、本実施の形態では、物体光を再生するＬＣＯＳの同一表示面上に物体光再生情報と、隣接部に作成するホログラム作成エリアの位置決め用の計算機ホログラムの情報を表示する。ＬＣＯＳの表示面に同時にホログラムの物体光情報と、隣のホログラム用位置決め情報を表示するため、双方の位置関係を画素の配置精度で管理可能であり、露光単位でホログラムを作成すると同時に隣接部に次に作成するホログラムの位置決めを設けることができるため、多面配置による大型ホログラムが巨大になっても配列が崩れず、隙間無くユニークなホログラムを作成することができる。

例えば、位置決めホログラムは、回折角が異なる２行２列、或いは３行３列の領域に区切った計算機ホログラム（ＣＧＨ）を２個利用する。そして、露光位置決めの際に、感光材の感光する帯域以外の光を位置決めホログラムに照射し、回折光を受光素子で受けて領域毎の受光レベルから位置合わせを行う。位置決め用のホログラムを２ヶ所設けることで、ＸＹの位置だけでなく、傾きも制御することができ、隣接するホログラムに隙間ない状態でホログラムを順次形成できる。複数の位置決めホログラムを利用し、さらに、複数のＣＧＨを利用することで、様々なずれを検出し、精度よく位置合わせを行うことができる。

位置決め無しの自動ステージによる露光部の搬送の場合、１００ｍｍから２００ｍｍの移動で１〜４μｍ程度のばらつき見込まれ、移動距離が比較的短い場合は、自動ステージの搬送で問題ないが、長距離を高精度で動かせる工作機械用ステージ等は高価である。本実施の形態によれば、位置決め精度を向上できるため、安価なステージで対応可能になる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、部分ホログラムの一辺の両端部に位置決めホログラムを作成したが、露光する光学系と位置決めに必要な発光部及び受光部配置の制約をクリアすることができれば様々な配置が可能である。図８は、実施の形態２に係る位置決めホログラムの配置例である。図８のように、部分ホログラム２０１の対向する２辺の近傍にそれぞれ、位置決めホログラム２１０を形成してもよい。このように、任意の２か所に位置決めホログラムを作成した場合でも、実施の形態１と同様に精度よく位置合わせを行うことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

上述の実施形態における計算機や制御部などの各構成は、ハードウェア又はソフトウェア、もしくはその両方によって構成され、１つのハードウェア又はソフトウェアから構成してもよいし、複数のハードウェア又はソフトウェアから構成してもよい。各機能（各処理）を、ＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータにより実現してもよい。例えば、記憶装置に実施形態における作成方法を行うためのプログラムを格納し、各機能を、記憶装置に格納されたプログラムをＣＰＵで実行することにより実現してもよい。

これらのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

（付記１）
光の位相と振幅の一方または両方を変調可能な光学素子を空間光変調素子として物体光を感光面に露光して作成するホログラムを順次作成できる装置であって、
前記空間光変調素子にＬＣＯＳを用いており、その表示面にホログラムの物体光情報と同時に位置決めホログラムも表示するものであって、
前記位置決めホログラムの情報は長方形または正方形のＬＣＯＳ表示面に少なくとも二つ設けてあり、感光面内の直交する2軸と回転方向に調整可能であることを特徴とする調整手段を備えたホログラムアレイ作成装置。

（付記２）
付記１に記載のホログラム作成装置であって、
位置決め用のホログラムが２行２列の領域毎に異なる回折角を有する計算機ホログラムアレイで構成されることを特徴とするホログラムアレイ作成装置。

（付記３）
前記位置決めホログラムの情報から得た、感光面内の直交する２軸のずれ量と傾きを、ＬＣＯＳの表示変更で補正方法を備えたことを特徴とする付記１または２に記載のホログラムアレイ作成装置。

（付記４）
空間光変調素子の表示面に、ホログラムの物体光情報と、位置決め用情報と、を備え、
位置決め用情報は、所定領域に少なくとも２つあり、入射光に対して異なる回折角が生じるよう設けられ、
表示面に対して直交する２軸に移動可能かつ回転可能であることを特徴とする、
ホログラムアレイ作成装置。

１ ホログラム作成装置
１０ 光学系
２０ 位置決め系
２１ 位置決め用レーザ
２２ 位置決め用ＰＤ
３０ マスク
３１ 部分ホログラム作成用穴
３２ 位置決めホログラム作成用穴
３３ 位置決め用穴
４０ 媒体
４１ 基材
４２ 感光材
５０ 媒体搬送部
５１ Ｘ軸搬送モータ
５２ Ｘ軸可動部
５３ Ｙ軸搬送モータ
５４ Ｙ軸可動部
５５ 搬送モータ制御部
６０ 計算機
６１ ＬＣＯＳ表示制御部
６２ 位置制御部
７０ 光源部
７１ レーザ光源
７２ コリメータレンズ
７３ シャッター
７４ ビームスプリッター
７５ シャッター制御部
８０ 参照光光学系
８１ 全反射ミラー
９０ 物体光光学系
９１ 偏光ビームスプリッター
９２ ＬＣＯＳ
９２ａ ＬＣＯＳ表示面
９３ ＬＣＯＳ駆動回路
１００ ＬＣＯＳ表示領域
１０１ 部分ホログラム作成用表示領域
１０２ 非表示領域
１１０ 位置決めホログラム作成用表示領域
２００ ホログラム面
２０１ 部分ホログラム
２０２ 非作成領域
２１０ 位置決めホログラム
２２０ 露光予定範囲

Claims (10)

1. 入射光を変調する空間光変調部と、
   前記空間光変調部の変調面に物体ホログラム作成用領域と第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域とを形成する空間光変調制御部と、
   前記物体ホログラム作成用領域と前記第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域に基づいて生成された物体光を記録媒体に照射し第１の物体ホログラムと第１及び第２の位置決めホログラムを作成する露光部と、
   前記記録媒体を順次露光するために少なくとも１方向に搬送する媒体搬送部と、
   前記作成された第１及び第２の位置決めホログラムに光を照射し、前記照射された光に対する前記第１及び第２の位置決めホログラムからの回折光に基づいて、前記第１の物体ホログラムと連接して同一面に作成する第２の物体ホログラムの位置を決定する位置決定部と、
   を備えるホログラム作成装置。
2. 入射光を変調する空間光変調部と、
   前記空間光変調部の変調面に物体ホログラム作成用領域と第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域とを形成する空間光変調制御部と、
   前記物体ホログラム作成用領域と前記第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域に基づいて生成された物体光を記録媒体に照射し第１の物体ホログラムと第１及び第２の位置決めホログラムを作成する露光部と、
   前記作成された第１及び第２の位置決めホログラムに光を照射し、前記照射された光に対する前記第１及び第２の位置決めホログラムからの回折光に基づいて、前記第１の物体ホログラムと連接して同一面に作成する第２の物体ホログラムの位置を決定する位置決定部と、
   を備え、
   前記空間光変調部は複数の画素を有する表示素子であり、前記位置決定部によって決定された位置に基づき、前記表示素子の表示画素をずらすことにより、前記物体ホログラム作成用領域と前記位置決めホログラム作成用領域の照射位置を調整する、
   ことを特徴とするホログラム作成装置。
3. 前記第１または第２の位置決めホログラム作成用領域は、それぞれ異なる回折角のホログラムを作成する複数の分割領域を有し、
   前記位置決定部は、前記複数の分割領域に基づいて作成された前記第１または第２の位置決めホログラムからの複数の回折光に基づいて、前記第２の物体ホログラムの位置を決定する、
   請求項１または２に記載のホログラム作成装置。
4. 前記第１または第２の位置決めホログラム作成用領域は、前記第１または第２の位置決めホログラム作成用領域の中心を介して前記複数の分割領域に分割されている、
   請求項３に記載のホログラム作成装置。
5. 前記第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域は、前記物体ホログラム作成用領域の両端部近傍に形成されている、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載のホログラム作成装置。
6. 前記位置決定部は、前記第１及び第２の位置決めホログラムが作成された領域を含むように前記第２の物体ホログラムの作成位置を決定する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載のホログラム作成装置。
7. 前記第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域は、物体ホログラムを作成しない非物体ホログラム作成用領域に形成されている、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載のホログラム作成装置。
8. 前記位置決定部は、前記非物体ホログラム作成用領域により物体ホログラムが作成されていない領域を含むように前記第２の物体ホログラムの作成位置を決定する、
   請求項７に記載のホログラム作成装置。
9. 空間光変調部の変調面に物体ホログラム作成用領域と第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域とを形成し、
   前記物体ホログラム作成用領域と前記第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域に基づいて生成された物体光を記録媒体に照射し第１の物体ホログラムと第１及び第２の位置決めホログラムを作成し、
   前記記録媒体を順次露光するために少なくとも１方向に搬送し、
   前記作成された第１及び第２の位置決めホログラムに光を照射し、前記照射された光に対する前記第１及び第２の位置決めホログラムからの回折光に基づいて、前記第１の物体ホログラムと連接して同一面に作成する第２の物体ホログラムの位置を決定する、
   ホログラム作成方法。
10. 空間光変調部の変調面に物体ホログラム作成用領域と第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域とを形成し、
    前記物体ホログラム作成用領域と前記第１及び第２の位置決めホログラム作成用領域に基づいて生成された物体光を記録媒体に照射し第１の物体ホログラムと第１及び第２の位置決めホログラムを作成し、
    前記作成された第１及び第２の位置決めホログラムに光を照射し、前記照射された光に対する前記第１及び第２の位置決めホログラムからの回折光に基づいて、前記第１の物体ホログラムと連接して同一面に作成する第２の物体ホログラムの位置を決定し、
    前記空間光変調部は複数の画素を有する表示素子であり、前記照射された光に対する前記第１及び第２の位置決めホログラムからの回折光に基づいて決定された前記第２の物体ホログラムの位置に基づき、前記表示素子の表示画素をずらすことにより、前記物体ホログラム作成用領域と前記位置決めホログラム作成用領域の照射位置を調整する、
    ホログラム作成方法。

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