JPH0293485A - ホログラム作成装置 - Google Patents

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】 〔概　要〕 ホログラフィ分野におけるホログラムのホログラム膜中
に干渉縞を形成するホログラム作成装置に関し、 特性的に優れた体積型ホログラムを作成することを目的
とし、 透明基板の片側表面に感光剤を被膜形成したホログラム
基板の該被膜形成面に、該被膜形成面と接近して平行に
配設したスリットマスクを通して平行なコヒーレント光
を垂直に照射し、上記感光剤被膜層にホログラムの干渉
縞を形成するホログラム作成装置が、所要の干渉縞ピッ
チの整数分の一の幅を持つスリットを該干渉縞ピッチで
平行に形成した上記スリットマスクと、上記スリットマ
スクまたは」二記ホログラム基板を該スリットマスクの
スリット幅方向へ移動させる移動手段と、上記感光剤被
膜形成面の露光位置に応じた照射露光量の可変手段とを
備えて構成する。

〔卒業上の利用分野］ 本発明は、ホログラフィ分野におけるホログラムのボロ
グラム膜中に干渉縞を形成するホログラム作成装置に係
り、特にホログラム膜中に鋸歯状の屈折率分布を有する
特性的に優れた体積型ホログラムを作成するホログラム
作成装置に関する。

〔従来の技術〕

近年のホログラフィ分野では、感光材を被着形成した透
明基板上の該感光材表面に三光束の例えばレーザ光をそ
れぞれ所定の入射角で投射し、該感光材の層中に格子状
に屈折率分布を異ならせて干渉縞を記録させた後、所定
の現像・定着工程を施してホログラムを形成しているが
、形態的には表面に格子状の凹凸がある表面凹凸型と表
面が平坦で該層中の屈折率分布が格子状に変化している
体積型の二種類がある。

この場合に形成される屈折率の変化状況は、通常正弦波
状の波形を呈する。

第３図はホログラムを説明する図であり、（＾）は表面
凹凸型ホログラムの断面を（Ｂ）は体積型ホログラムの
断面を示し、また縦軸Ｙに屈折率を横軸Ｘに上記図（＾
）、（Ｂ）の断面方向に沿う位置をとった図（Ｃ）およ
び（Ｄ）は屈折率の変化状態を表わしている。

図の（Ａ）　、　（Ｂ）で、１は所定の厚さの例えばガ
ラス等よりなる透明基板、２および２′はその片側表面
に形成された例えば厚さが数μｍ程度のホログラム膜で
あり、いずれも屈折率分布については図（Ｃ）に示す如
く干渉縞のピッチｐが等しい正弦波状に形成されている
。

この場合、干渉縞ピッチｐが精々１２０μｍ程度のホロ
グラムでは、図（Ａ）、　（Ｂ）で／Ｉの如く垂直方向
に透過する０次透過光の強度が最も大きく、他の方向に
透過する所定の回折次数例えば＋１次光の強度が弱かっ
た。

一方、近年の市場では、例えば１０００μｍ（１ｍｍ）
の間に１２００本程度０干渉縞（ピッチでは０゜８μｍ
程度）を持つホログラムで得られる回折光（このピッチ
では＋１次光が最も強く現れる）が同等の強度で要求さ
れている。

従ってこれらの要求を満足させてホログラムの回折効率
を良好にするため、表面凹凸型ホログラムではホログラ
ムのブレーズ化と称して格子縞を鋸歯状にすることが行
われている。

一方体積型ホログラムでは、上記表面凹凸型ホログラム
の表面凹凸がホログラム膜中における屈折率分布に相当
することから、この屈折率分布を擬似ブレーズ化と称し
て鋸歯状にすることが望まれている。

他方、図（Ｃ）の如き正弦波状の屈折率分布を図（ロ）
の線“ｂ”の如く鋸歯状屈折率分布に変えると所定の回
折次数光の強度例えば図示／２の強度を強めることがで
きると共に、高さｈを変えることによってそれぞれの回
折次数光の強度を自由に選択することができる。

−Ｃに、ｈがＯの時０次透過光が最大となり、以後りが
大きくなるにつれてピークは次第に＋１次回折光、＋２
次回折光、・・へと移行し、またそれぞれの回折次数光
の強度が最大となる高さｈがそれぞれに対応じて存在す
ることは公知であり、このことから高さｈによって所定
の回折次数光の強度を変えることができる。

第４図は表面凹凸型ホログラムの干渉縞を鋸歯状にする
方法として、機械加工による場合を例示したものである
。

第４図（イ）で、５は例えば精密ＣＮＣ旋盤等の加工機
であり、６は軸受スピンドル、７は基板固定具、８は精
密Ｘ−Ｙテーブル、９は該精密ＸＹテーブル８に固定さ
れたダイアモンドバイトである。

また上記バイト９で加工する状態を示す図（ロ）で、１
０は上記被加工基板固定具７に固定された被加工基板で
あり、該基板１０は前記バイト９の先端部で図示の如く
同心状に機械加工されるが、図（ハ）に示す如く該ハイ
ド９の先端部９ａを例えばカッタ部の先端幅Ｗを０．４
μｍ、角度θを４２度とし所定の切削角度αを持つよう
に形成する。

かかる構成になる加工機５を稼働させて被加工基板１０
の表面に、第３図（Ｄ）に示すような鋸歯状の表面凹凸
を形成している。

従ってこの場合には、上記精密ＣＮＣ旋盤により高速且
つ節単に鋸歯状の凹凸即ち格子溝を形成することができ
る。

一方、表面が平坦な体積型ホログラムにおいては、ホロ
グラム膜内の屈折率変化を上述の如き鋸歯状に形成する
手段はまだ確立されていない現状にある。

従って、体積型ホログラムにおいてピッチ１２０μｍ程
度の干渉縞では、所定の回折次数の光強度を強くするこ
とができなかった。

〔発明が解決しようとした課題〕

従来の体積型ホログラム作成方法で、特に干渉縞が１２
０μｍ程度のピンチのときに所定の回折次数光（例えば
＋１次回折光）に所望の光強度を必要とした場合には、
干渉縞の分布形状が制御できず従って所望の光強度を得
ることができないと云う問題があった。

〔課題を解決するための手段］ 上記問題点は、透明基板の片側表面に感光剤を被膜形成
したホログラム基板の該被膜形成面に、該被膜形成面と
接近して平行に配設したスリットマスクを通して平行な
コヒーレント光を垂直に照射し、上記感光剤被膜層にホ
ログラムの干渉縞を形成するホログラム作成装置が、 所要の干渉縞ピッチの整数分の一の１陥を持つスリット
を該干渉縞ピッチで平行に形成した上記スリットマスク
と、 上記スリットマスクまたは上記ホログラム基板を該スリ
ットマスクのスリット幅方向へ移動させる移動手段と、 上記感光剤被膜形成面の露光位置に応じた照射露光量の
可変手段と、 を備えてなるホログラム作成装置によって解決される。

〔作　用〕

一般に銀塩材料を代表とした体積型ホログラムの感光材
は露光量に対応じて屈折率が変化する。

そこで感光材が被着形成されている基板面を照射するレ
ーザ光の露光量を変化させると、露光量の変化に対応し
た屈折率変化を有するホログラムを得ることができる。

本発明では、所定の状態で移動する基板の感光材面に位
置毎にレーザ光の露光時間を変えて照射することによっ
て該感光［オ面を照射する露光量分布を変えるようにし
、または１個のレーザ光を濃度可変フィルタを通すこと
によって該感光材面を照射する露光量を位置毎に変える
ように構成している。

従って露光時間または７農度可変フィルタを適当に設定
することによって鋸歯状の屈折率分布を持つ所定のホロ
グラムを得ることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明になるホログラム作成装置の主要部動作
を説明する図であり、第２図は他の構成例を示す図であ
る。

第１図で、（八）は露光部を示す構成図、（Ｂ）は露光
量と屈折率の関係を説明する図、（Ｃ）はホログラム膜
内における屈折率分布の状態を説明する図である。

第１図（Ａ）で、ホログラム基板１０は所定の厚さのガ
ラス等よりなる透明基板１１の片側表面に例えばゼラチ
ンに銀（ｈ）を混入した銀塩の如き感光材１２を数μｍ
程度の厚さに被着形成したものであり、所要の干渉″”
ｆＡ　１０　ａの形成方向を例えば図のＹ方向としたと
それに直交する図示Ｘ方向に微動できる光学式高精度ス
テージ１４の上面に載置されている。

また１５は該ホログラム基板ＩＯの感光材１２の被着面
上で多少の間隔をもって該被着面と平行に配置したステ
ンレス板等よりなるマスクであり、該マスク１今のＹ方
向には例えば幅Ｗが１０μｍで所定長さを持つスリソ目
５ａを等間隔ピッチｐ　（例えば１２０μｍ）で形成し
ている。

なお１６は上記マスク１５を通して該ホログラム基板１
０の感光材１２の被石面を垂直に照射する所定の光束域
を持つ平行なレーザ光である。

ここで所定位置くＸりにある該ホログラム基板１０に上
記レーザ光１６を所定時間ｔ１だけ照射した後、上記マ
スク１５またはホログラム基板ＩＯを例えばスリット幅
Ｗ（図の場合には１０μｍ）だけ移動させた位置（ｘ２
）で再度上記レーザ光１６を上記所定時間より多少長い
時間ｔ２　（ｔ＋　＋Δｔ）だけ照射する。更に該マス
ク１５またはホログラム基板１０を上記と同様にスリッ
ト幅Ｗ分だけ移動した位置（ｘ３）で上記ｔ２より多少
長い時間ｔ３（ｔ２　＋Δｔ）だけレーザ光１６を照射
する。

以下図の場合には同様のことを１１回繰り返えすと、１
２回目には該ホログラム基板１０がマスク１５に対して
スリット１５ａの１ピッチ分すなわち１２０μｍ移動す
ることになるため、初期の所定位置（Ｘｌ）に対応する
ことになる。

縦軸Ｙに照射時間ｔをまた横軸Ｘに照射位置Ｘを採った
図（Ｂ）の（イ）はこの位置と露光時間との関係を示し
た図であり、図の斜線で示す領域が総露光量となる。

一方前述の如く感光材１２は露光量に対応じてその屈折
率を変化させる。

従って縦軸Ｙ＋に屈折率ｎの変化量Δｎをまた横軸Ｘ１
に照射位置Ｘを採った図（Ｂ）の（ロ）に示す如く、各
照射位置毎に図（イ）の露光時間に対応した屈折率分布
が上記感光材１２の層内に形成されることになる。

そこで各位置における露光時間ｔを所定の値に設定する
ことにより、現像・定着工程を行った後では図（Ｃ）の
感光材１２の部分に示す如く、ホログラム基板１０の表
面に調歯状の屈折率分布を備えた体積型ホログラムを形
成することができる。

他の構成例を示す第２図で、ボログラム基板１０゜マス
ク１５および光学的高精度ステージ１４は第１図で説明
したものと同様のものを同様の相対位置関係を保って配
置したものである。

また２０はレーザ光源、２１はその中心軸２１ａで例え
ば矢示Ｒ方向に回転する円板状の濃度可変フィルタであ
り該中心軸２１ａを中心とした同一円周上の場所によっ
てレーザ光の透過率が変わるように形成されている。

また、２２はＡ’Ａ　？ａ度可変フィルタ２１を１ｌｌ
ｌｉＡしたレーリ′光源２０からのレーザ光を所定の光
束域を持つ平行なレーザ光としたと共に上記マスク１５
を通してホログラムＷ　＋７ｉ　１０の感光材１２の被
着面を垂直に照射する光学系である。

かかる構成の場合には、レーザ光ｔＡ２０から射出する
レーザ光は集束したビームのまま該濃度可変フィルタ２
１を透過するが、該濃度可変フィルタ２１を所定の速度
で回転させると該濃度可変フィルタ２１を透過するレー
ザ光の光量は時系列的に変化する。

従って第１図の場合と同様にマスク１５またはホログラ
ム基板１０を上記光学的高精度ステージ１４で移動させ
ながら予め設定した条件で濃度可変フィルタ２１を回転
させて時系列的に光量が変化するレーザ光を該ホログラ
ム基板１０の表面に照射すると第１図（Ｂ）の場合と同
様の効果をマす。

従って該ホログラム基板１０の感光材１２の層中に第１
図（Ｃ）と同様の鋸歯状の屈折率分布を示す所要の干渉
縞を形成することができる。

なお図の場合には、同一円周上の場所によってレーザ光
の透過率が変わるように形成された濃度可変フィルタを
使用しているため該フィルタ２１を回転させて透過する
レーザ光の強度を変化させているが、直線的な移動でレ
ーザ光の透過率が変わるように形成されている濃度可変
フィルタを使用する場合には、回転に代えて該フィルタ
を直線移動させる様に構成すればよい。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明により、干渉縞ピッチが１２０μｍ程
度の体積型ホログラムにおいて、所定の回折次数光の所
望の光強度を得ることができるように干渉縞の形状が制
御できるホログラム作成装置を提供することができる。

なお本発明を説明するに当たっては、総てホログラム基
板を移動させる方法について行っているが、マスクを同
様の方法で移動させても全く同し効果を得ることができ
る。

１１は透明基板、　　　１２は感光材、１４は高精度ス
テージ、１５はマスク、１５ａはスリット、　　１６．
神はレーザ光、２１は濃度可変フィルタ、２１ａは中心
軸、２２は光学系、 をそれぞれ表わす。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になるホログラム作成装置の主要部動作
を説明する図、 第２図は他の構成例を示す図、 第３図はホログラ１１を説明する図、 第４図は表面凹凸型ホログラムの干渉縞を鋸歯状にする
方法を示す図、 である。図において、 １０はホログラム基板、１０ａは干渉縞、イ（−一、ｌ
ｆ）李％　フプ＼ぐイ夛“］　；子］　プ「ミ二ノ”　
Ｌ；］１磨　、２　図 詔 口 十、ロワラム１入愛−８月する口 早　　３　　図 第 圃

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明基板（１１）の片側表面に感光剤（１２）を
   被膜形成したホログラム基板（１０）の該被膜形成面に
   、該被膜形成面と接近して平行に配設したスリットマス
   ク（１５）を通して平行なコヒーレント光を垂直に照射
   し、上記感光剤（１２）被膜層にホログラムの干渉縞を
   形成するホログラム作成装置が、 所要の干渉縞ピッチの整数分の一の幅を持つスリット（
   １５ａ）を該干渉縞ピッチで平行に形成した上記スリッ
   トマスク（１５）と、 上記スリットマスク（１５）または上記ホログラム基板
   （１０）を該スリットマスク（１５）のスリット幅方向
   へ移動させる移動手段と、 上記感光剤被膜形成面の露光位置に応じた照射露光量の
   可変手段と、 を備えてなることを特徴としたホログラム作成装置。
2. （２）前記照射露光量の可変手段を、一定光量を照射し
   ながらホログラム基板を露光位置に応じて停止時間が変
   化する如くに間欠移動させて行うことを特徴とした請求
   項１記載のホログラム作成装置。
3. （３）前記照射露光量の可変手段を、ホログラム基板を
   定速移動させながら露光位置に応じて光量の変化する照
   射光を照射して行うことを特徴とした請求項１記載のホ
   ログラム作成装置。