JPH01204088A

JPH01204088A - ホログラム

Info

Publication number: JPH01204088A
Application number: JP2746688A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kawai; 滋河合
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-02-10
Filing date: 1988-02-10
Publication date: 1989-08-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、物体の像を再生する計算機合成ホログラム
に関するものである。

〔従来技術と発明が解決しようとする課題〕ホログラフ
ィは、物体からの回折波と参照波の干渉によって作られ
たパターンを記録したホログラムに、参照波と同一の波
面を有する再生波を照射することによって、記録した物
体の３次元像を再生する方法をいう。一般に、フラウン
ホ−−ファホログラムと物体とはフーリエ変換の関係に
あるので、物体を標本化し、数値的にフーリエ変換する
ことによって、ホログラムの複素振幅透過率を計算する
ことができる。このようにして得られるホログラムを計
算機ホログラムと呼ぶ。計算機ホログラムについては、
例えば雑誌アプライド・オプティックス（Ａｐｐｌｉｅ
ｄ　０ｐｔｉｃｓＬ　５巻、　１９６６年。

９６７〜９６９頁に記載された論文「計算機によって作
られた２値フラウンホーフアホログラム（Ｂｉｎａｒｙ
Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ　ｔｌｏｌｏｇｒａｍｓ　Ｇｅｎ
ｅｒａｔｅｄ　ｂｊ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）　Ｊに詳述さ
れている。

しかし、上記計算機ホログラムのような振幅型のホログ
ラムの＋１次の回折効率は、たかだか１０％程度であり
、このようなホログラムを光学素子として用いるには、
光の利用率が低かった。この問題を解決する手段として
、振幅情報を捨て、物体の位相情報のみを計算するキノ
フオームと呼ばれる手法が考案された。キノフオームに
ついては、例えば雑誌アイビーエム・ジャーナル・リサ
ーチ・ディベロップメント　（Ｉ　Ｂ　Ｍ　　Ｊ、Ｒｅ
ｓ、Ｄｅｖ、）、１３巻、　１９６９年、１６０〜１６
８頁に記載された論文「キノフオーム：新しい波面再生
素子（Ｔｈｅ　Ｋ：ｎｏｆｏｒｍ　：Ａ　Ｎｅｗ　Ｗａ
ｖｅｆｒｏｎｔ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｄｅ
ｖｉｃｅ）Ｊに詳述されている。この方法は、物体を点
の集合と考え、各点からの波面の和の位相を求め、得ら
れた位相情報をＣＲＴなどのハーフトーンプロッタに描
画し、これを縮写した振幅ホログラムを漂白して位相ホ
ログラムにするものである。この方法によれば、位相型
のホログラムができるので、その回折効率は、最高１０
０％にすることが可能である。

しかし、高解像度のハーフトーンプロッタは一般的でな
く、また、ホログラムを漂白する際の位相整合の条件が
難しく、高い回折効率を得ることができなかった。

この発明の目的は、高い回折効率を持つ位相型の計算機
ホログラムを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、透過あるいは反射する波面の位相をそれぞ
れ１個の開口を有する複数のセルで表現するホログラム
において、前記ホログラムに入射した光の透過光あるい
は反射光の、前記セルの開口部分を透過あるいは反射し
た光の光路長と前記セルの開口以外の部分を透過あるい
は反射した光の光路長の差が前記ホログラムに入射する
光の波長の１／２になるように、前記セルの開口部分と
前記セルの開口以外の部分の厚さを変化せしめたことを
特徴とする。

〔作用〕

始めに、２値振幅型ホログラムについて述べる。

第２図に示すような、ｙ軸に平行な矩形波の振幅透過率
を持つ単純格子１０を考える。この格子のｘ０方向の空
間周波数をξとすれば、この格子の振幅透過率分布は次
式で表される。

Ｖ（ｘｏ　、ｙｏ）＝・　・　・　（１）従って、この格子に平面波を入射した時の回折像は、（
１）式をフーリエ変換して得られる。

Ａ　（ｘ、ｙ）＝ここで、ｆはフーリエ変換レンズの焦点距離、λは波長
を表す。この時の＋１次の回折効率は、（２）式より、
次式で表される。

めに、ホログラム透過時に５０％の光が吸収され、また
、不要な０次光の回折効率が２５％もある。必要な＋１
次光の回折効率は、理想的な場合でも１０％に過ぎず、
ホログラムにおける反射吸収損を考慮すると、実質的に
９％以下になる。

一方、位相ホログラムの場合には、波面の位相を変化さ
せるために、ホログラムの吸収損がほとんどない。第３
図に示すような、矩形状の断面の位相透過分布を持つ単
純格子２０を考える。第２図の単純格子１０と同様に、
格子のｘ０方向の空間周波数をξとすれば、この格子の
位相透過率分布は次式で表される。

ｖ　（ｘｏ　、　ｙｏ）　＝・・・　（４）格子が薄い場合に、この格子に平面波を入射した時のｍ
次の回折像へ〇は、（４）式をフーリエ変換して得られ
る。

Ａ１１ｌ　（ｘ、　ｙ）　＝ｘ　ｅ　ｘ　ｐ　（−ｉｍｘ）　ｄ　ｘ・・・　（５）＋１次の回折効率が最大になるように最適化した場合、
その回折効率は、（５）式より、次式で表される。

この場合、偶数次の回折光は生じず、所望の＋１次回折
光も振幅透過型の４倍の強度を持つ。ホログラムの反射
吸収損を考慮しても、３５％程度の回折効率が期待され
る。

（６）式の回折効率を得るための格子の深さは、透過型
の場合、ホログラムの屈折率をｎ、入射光の波長をλと
して、次のように最適化できる。

λ 従って、セルの開口の部分と開口以外の部分の深さがｄ
だけ異なるホログラムを製作すれば、３５％程度の回折
効率を持つホログラムを作ることができる。

以上、単純格子について述べたが、一般のホログラムに
ついても全く同様に考えることができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明のホログラムをレジストを用いて実
現した実施例である。

第１図（ａ）に示すように従来技術を用いて製作した２
値の振幅透過型ホログラム１をマスクとして用い、紫外
光２によって、例えばプラスチックなどの基板３に塗布
された、例えばＡ　Ｚ　−１３５０などのレジスト４を
露光する。この時、レジストの深さは、（７）式で与え
られるように、透過光の位相差がπ／２になるように制
御する。

次に、完成した位相ホログラムから電鋳金型を作り、例
えば光硬化性の樹脂を用いて、レプリカをとる。レプリ
カの材料の屈折率を１．５、使用波長を０．７８μｍと
すれば、レジストの最適な深さは次式で表される。

０．３９μｍの深さのＡ　Ｚ−１３５０レジストを得る
ために、レジストを２：１に希釈したものを、スピナに
よって３５０Ｏｒｐｍで回転して塗布した。完成した原
板からニッケルの金型を作り、アクリル系の樹脂を用い
てレプリカをとり、３５％の回折効率をもつものを得た
。

〔発明の効果〕

この方法を用いれば、２値の振幅型計算機ホログラムを
位相型にすることによって、回折効率の高い計算機ホロ
グラムを作ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のホログラムの実施例を説明するため
の図、第２図は振幅ホログラムの構造を示す図、第３図は位相
ホログラムの構造を示す図である。ｌ・・・・・振幅透過型ホログラム２・・・・・紫外光３・・・・・基板４・・・・・レジスト１０、２０・・・単純格子代理人　弁理士　　岩　佐　　義　幸２　紫りト光（ａ）第１図２０阜純格子／第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透過あるいは反射する波面の位相をそれぞれ１個
の開口を有する複数のセルで表現するホログラムにおい
て、前記ホログラムに入射した光の透過光あるいは反射
光の、前記セルの開口部分を透過あるいは反射した光の
光路長と前記セルの開口以外の部分を透過あるいは反射
した光の光路長の差が前記ホログラムに入射する光の波
長の１／２になるように、前記セルの開口部分と前記セ
ルの開口以外の部分の厚さを変化せしめたことを特徴と
するホログラム。