JPH03100514A - ホログラムの作製方法 - 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〕 ホログラムの作製方法に関し、 作製光とは異なる波長の再生光に対してブラッグの回折
条件を満足するようなホログラムを作製することを目的
とし、参照波と物体波の干渉により作製された所望の空
間周波数分布をもつ第１のホログラムに参照波を照射し
、その再生波と別の参照波Ｅとの干渉により第２のホロ
グラムを記録し、次いで第２ホログラムに上記第２ホロ
グラムの参照波面の共役波面を入射することにより得ら
れる再生波と上記第１ホログラムの作製参照波面の共役
波面との干渉により、空間周波数分布が第１ホログラム
に一致する第３のホログラムを作製するように構成する
。

〔産業上の利用分野〕

本発明はホログラムの作製方法、特に作製光とは異なる
波長の再生光でもブラッグの回折条件を満足するような
ホログラムの作製方法に関する。

〔従来の技術〕

最近、ＰＯ８用バーコードリーグ、レーザプリンタ用走
査光学系、ヘッドアップデイスプレィなどの光学を利用
した入出力機器や、従来の電子計算機に対して、より２
次元情報を並列的に高速で処理することができる光情報
処理など、ひろく光学技術が利用され開発がすすめられ
ている。このような分野において、従来のレンズ、ミラ
ー、プリズムといった光学素子は、大きい、重い、高い
表面精度が必要であるなど、装置の小型化、製造性、コ
ストの点で問題があった。さらに、光ピツクアップ用の
小型非球面レンズといったますます複雑な表面形状のも
のについては、さらに高精度の加工技術と検査技術が要
求される。

そこで、これらの主に光の屈折、反射を利用した素子に
代わり、光の回折現象を利用した光学素子であるホログ
ラムが用いられ始めた。ホログラムは通常、コヒーレン
ト光の干渉を利用して感光材料を露光し、化学的に現像
処理をおこなうことにより作製される。数〜数十−の感
光材料薄膜は、ガラス等の表面上に作製できるため大き
な空間を占めることがなく、また、複製により量産化が
可能であり、装置の小型化、製造性、コストの点で従来
の素子に比べ、優れた特徴をもつ。複数光束の干渉によ
り記録するホログラフィは、通常の写真が物体の強度分
布のみを記録するのに対し、位相情報をも記録すること
ができる。このため、３次元的な立体像を再生する技術
としてひろく一般に知られている。また、再生する波面
を制御できるため、従来の光学素子に置き換えられ、先
に述べたような光学式情報入出力機器にも広く利用され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

記録された干渉縞のピッチに比べてホログラム記録材料
膜層の膜厚が厚いホログラムにおいて、回折効率は、主
に膜厚方向の干渉縞の傾きにより決まり、周知の如くブ
ラッグの回折条件を満足するとき、最大の回折効率を得
る。このため、明るい再生像を得るためには、目的の次
数の回折光強度を最大とするように、ちょうど入射光と
回折光がブラッグの回折条件を満足するようにその入射
角を設定すればよい。ホログラムを、作製時と同一の参
照波で再生したときには入射角、回折角はブラッグの回
折条件を満足しており、明るい再生像を得ることができ
る。しかしながら、再生波の波長がホログラ２・作製波
と異なる場合は、再生像がブラッグの回折条件を満足せ
ず、必要な光利用効率が得られない場合がある。

このように再生波を作製波と異ならしめるのは例えば、
作製光と再生光の波長を異ならしめることにより発生す
る収差を利用するなどの波面制御の場合に必要であり、
また使用を意図している再生波の波長では感光材料が感
光しないような場合再生波と異なる波長の作製波でホロ
グラムを感光する必要がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明はホログラムのブラ
ッグ角を制御し、異なる波長の再生光でブラッグの回折
条件を満足するようなホログラムを作製するホログラム
作製法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、参照波と
物体波の干渉により作製された所望の空間周波数分布を
もつ第１のホログラムに参照波Ｃを照射し、その再生波
りと別の参照波Ｅとの干渉により第２のホログラムを記
録し、次いで第２ホログラムに第２ホログラムの作製参
照波面Ｅの共役波面Ｅ＊を入射することにより得られる
再生波Ｆと上記第１ホログラムの作製参照波面Ａの共役
波面ＡＩとの干渉により、空間周波数分布が第１ホログ
ラムＨｔ　に一致する第３のホログラムＨ３を作製する
ことを特徴とする。

好ましくは、ホログラムのガラス基板を透過するために
生じる収差を除去するため第１ホログラムの作製参照波
面Ａの第１ホログラム基板透過の０次光と別の参照波面
Ｉとの干渉により第４のホログラムを作製し、この第４
ホログラムＨ４に後者参照波面Ｉの共役波面Ｉ＊を入射
することにより得られる再生光を第３ホログラムＨ３の
作製光とする。

〔作　用〕

第２Ａ、２Ｂ図に本発明の原理、作用を示す。

同図は、ホログラム薄膜に入射、回折する光の様子を側
面より見たものである。ホログラムは、レーザ光のよう
なコヒーレント光（物体光Ａ、と参照光Ａ２）を第２Ａ
図のようにホログラム材料膜１０上で重ね合わせ、その
干渉縞１１を記録した回折格子の一種である。このホロ
グラムを再生する際に、入射光Ａ３は、入射位置の干渉
縞１１のピッチに応じた回折角で回折される。このとき
、入射角θ１、出射角θ６とすると、回折は、 ｄ（ｓｉｎθ、　＋　５ｉｒｌ、）　＝　ｎλ（ｎ：整
数）（１）で表せる（第２Ｂ図）。ここで、ｄは干渉縞
のピッチ、λは作製時の波長である。また記録された干
渉縞のピッチに比べ乾板薄膜層の膜厚が厚いホログラム
において、下式のようなブラッグの回折条件で決まる回
折方向に高い回折効率を得ることが知られている。

２ｄ　ｓｉｎθ＝λ　　　　　　　　　　　　　　（２
）但し、θは入射角である。（１）式でθ１＝θｄ＝θ
すなわち入射角と反射角が一致するとき（１）式は（２
）式と等しくなり、回折光方向に高い回折効率があるこ
とを示す。作製される干渉縞のピッチｄは、　（２）式
より、 λ ｄ　＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３
）２ｓｉｎθ となる。この干渉縞に波長λ′の光が入射したとき、そ
の回折角θ′は、 となり、作製したホログラムのブラッグ回折角θと一致
しない。通常ブラック条件より数次入射角がずれた場合
回折効率はピークの５０〜８０％以下に急に低下する。

このため、目的の回折光方向の回折効率が小さくなり、
弱い光強度しか得られない。

干渉縞の傾きを制御し、再生時に高い光回折効率を得る
ためには、作製するホログラムの干渉縞分布を変えずに
、作製時の光の入射方向をブラッグ角が最適になるよう
にする必要がある。そこで、第２Ａ図のように作製した
ホログラムＨ，（ガラス基板１５上にホログラム１０を
形成したもの）に作製時の参照波（波長λ１）を斜方か
ら入射し、その回折角φ′が波長λ′における回折角θ
′と一致するようにしてホログラムを再生する。そして
、その再生波を第２のホログラム乾板であるＨ２にホロ
グラフィック露光する（第１Ａ図）。Ｈ２に作製時と同
様の波面を入射再生すれば、ちょうどホログラム乾板上
で再生時と同じ波面となる。そこで、ホログラムＨ１の
代わりに第３のホログラム乾板Ｈ，（ガラス基板３１上
にホログラム材料３３を形成）を置き、Ｈ１作製時と同
様の参照波とＨ２の再生波（回折光）とを重ね合わせて
ホログラフィック露光することにより（第１Ｂ図）、も
とのＨ＋と同じ干渉縞パターンをもち、ブラッグ角が再
生時の回折角θ′　（φ′）となるホログラムを作製で
きる。実際のホログラムは図中に示したように、ガラス
基板上等に作製される。このとき、光はガラス基板を透
過することにより、収差を生じる。

そこで、第１Ａ、ＩＢ図のように同一の波面の参照波に
よりホログラムを記録するためには、第１Ｂ図の場合に
おいて、ガラス基板側より光を入射するとき、不要な収
差を除去する必要がある。

そこで、第１Ｃ図に示すように、ホログラムＨ６００次
光（透過光）と参照波によりホログラムＨ４（ガラス基
板４１＋ホログラム材料４３）を記録する。再生時にこ
のホログラムＨ１に作製参照波と同一の参照波を入射す
ることにより、Ｈ，ホログラム膜上において、ガラス基
板による不要な収差を除去した波面が記録できる（第１
Ｂ図）。ここで、Ｈｌを記録するための参照波は、例え
ば平行光などの任意の波面を使用できる。

〔実施例〕

第３Ａ〜３Ｃ図に本発明の実施例を示す。ホロダラム作
製光学系は、光源であるレーザ、レーザ光を２分割する
ビームスプリッタＢＳ、レンズＬ。

ピンホールＰＨ，ホログラム並びにホログラム乾板Ｈか
ら構成される。尚、Ｍは光路方向を変換するためのミラ
ーである。光学系の光路を切り換えることにより、 ■原盤ホログラム（Ｈ１）露光 ■参照ホログラム（）ｉ２）ｉｓ光 ■高光効率ホログラム（Ｈ１）露光 という３つの段階を実現し、目的の高光効率ホログラム
を作製する。この光学系は、発散球面波と収束球面波を
重ねあわせてホログラムを作製する。

以下、順にその過程を説明する。

まず、目的の干渉縞分布を記録したホログラムを作製す
る。レーザ光源を出た光は、ビームスプリッタＢＳＩに
より、更にはＢＳ２．ＢＳ３により夫々２分割され、い
ずれもピンホールＰＨ１゜ＰＨ２により球面波、レンズ
Ｌｌ　　、Ｌ２により平行光、再びレンズＬ、・Ｌ、に
より収束光に変換される（第３Ａ図）。

このとき、光路の選択、光強度の調整は公知の如く、使
用するビームスプリッタの反射率、透過率を図示してい
ない光路中におかれた減衰器およびシャッターにより制
御しておこなう。この光路は、ちょうど通常の球面波を
重ね合わせて記録するホログラムの作製光学系に相当す
る。原盤ホログラムの露光を終えた後、現像処理をおこ
ない原盤ホログラムＨ１を作製する。この原盤ホログラ
ムを再び乾板面に取付けて作製時の参照波のみを照射し
ホログラムを再生する。その状態で乾板面を回転し、出
射角を目的再生波長におけるブラッグ角に一致させる。

このときの再生波を、第３Ｂ図のように参照波と重ね合
わせホログラムＨ２に記録する。次の段階として、第３
Ｃ図のようにホログラムＨ２を記録したときの参照波と
同様の波面を入射することにより、記録した物体波面と
同様の波面を再生し、原盤ホログラムと同じ位置に置か
れたホログラム乾板Ｈ３にホログラフィック露光する。

この時、Ｈ５作製のための参照波は、Ｈ＋記録時と同様
の波面である。また、ブラッグ角は、異波長再生時の回
折角に一致している。

一実施例によれば、作製光をＨｅ−Ｎｅレーザ、再生光
を近赤外光半導体レーザとする。作製時の波長は６３３
ｎｍ、作製波のなす角を４５度、再生時の波長を７８０
ｎｍである。このとき、Ｈｅ−Ｎｅレーザによる再生光
の回折角およびブラッグ角は４５度であるが、半導体レ
ーザによる再生波の回折角は６０．６度である。ブラッ
グ角を再生時の回折角に一致させるためには、ホログラ
ム乾板Ｈ１を３０．３度傾ければよい。

以上を要約すれば以下の通りである。尚波面Ａ。

Ｂ、Ｃ・・・等は第３Ａ〜３Ｃ図に示したものに対応す
る。

参照波Ａと物体波Ｂの干渉により作製された所望の空間
周波数分布をもつホログラムＨ，に参照波Ｃを照射し、
その再生波りと参照波Ｅの干渉によりホログラムＨ２を
記録する。ホログラムＨ２に波面Ｅの共役波面Ｅ０を入
射し得られる再生波Ｆと波面Ａの共役波面Ｇ　（＝Ａ”
　）の干渉により、空間周波数分布がホログラムＨ０に
一致するホログラムＨ３を作製する。

ホログラム基板を透過するため生じる不要な収差を除く
ため、波面ＡのホログラムＨ１基板透過の０次光と参照
波面Ｉとの干渉によりホログラムＨ１を作製する。この
ホログラムＨ１に波面Ｉの共役波面ドを入射することに
より、ホログラム乾板面Ｈ１上でガラス基板による不要
な収差を除いた参照波面ＡＩを得る。

尚、ホログラムＨ，，Ｈ４は、透過型または反射型ホロ
グラムのいずれでもよい。

第二の実施例を第４Ａ〜４０図に示す。ホログラムＨ，
とホログラムＨ２を結ぶ光路上にレンズＬＯを挿入する
。例えば第一の実施例ではホログラムＨ２を記録すると
き、Ｈ，よりの再生光がＨ２上で微小スポットに収束す
る、もしくは、乾板Ｈｌ外まで広がりのある強度分布を
もつ場合（第５Ａ図）、参照波、物体波光強度の不釣り
合い、記録される波面が不完全になるなどの問題を生じ
る可能性がある。そこで、この光路中にレンズＬ。をお
くことにより、乾板Ｈ２上のＨｌよりの再生光の広がり
を調整し、Ｈ２面上の広い領域で記録できるようにする
。このとき、Ｈ１→Ｈ。

Ｈ２→Ｈ＋のいずれの方向に光がすすむ場合についても
、同じ光路を通るため、光路中に置くレンズの種類に関
係なくホログラムＨ３に記録される波面はＨｏと同様に
なる。その様子を第５Ｂ図（平面−凸面レンズ使用）、
第５Ｃ図（凸−凸レンズ使用）に示す。

本発明は反射型ホログラムの作製にも適用し得る。即ち
、ホログラムＨ５を記録するとき（第３Ｃ図）に、参照
波として第３Ａ図のように、Ｈ１記録時の参照波（第３
Ｃ図に示すＢＳ２→ＰＨＩ→Ｌ１→Ｌ３系）を使用する
ことにより、異波長再生時にブラッグ角の最適化された
反射型ホログラムを作製することができる。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、干渉縞の空間周波数分布
を変えることなく、再生時の回折角をブラッグ回折角条
件に近づけたホログラムを作製できる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図〜第１Ｃ図は本発明に係るホログラムの作製方
法を説明する工程図、第２Ａ図はホログラムの干渉露光
の原理を説明する図、第２Ｂ図はホログラムの回折を説
明する図、第３Ａ図〜第３Ｃ図は本発明に係るホログラ
ム作製方法の一実施例を示す図、第４Ａ図〜第４Ｃ図は
同第２の実施例を示す図、第５Ａ図は第１ホログラムに
よる光の拡がりを示す図、第５Ｂ図及び第５Ｃ図は異な
るレンズの使用例を説明する図。 Ｈｔ　　、Ｈｌ　　、Ｈｓ　　、Ｈ４・・・ホログラム
。 第２ホログラムＨ２の作成方法 ｓｌＡ　　図　　　　　Ｈｌ、Ｈｌ・・・ホログラム第
４ホログラムの作成方法 ４Ｊ１１１Ｃ図 第３ホログラムの作成方法 ＳｔＳ図　　　　　Ｈ３…ホログラム 旧 ホログラムの作成原理 ブラッグ角 ホログラムの再生 第２Ｂ図 （Ｈ３の作成） 第３Ｃ図 Ｍ＼　Ｐ’Ｈ’Ｌ　　Ｂ５　’Ｍ 第一実施例（ｔ−１＋の作成） 第３Ａ図 ＼ ０　／ ＨＬＢＳ （Ｈ２の作成） 第３８図 ／ 第二実施例（Ｈ＋作成） 第４Ａ図 （Ｈ２作成） 第４８図 平面−ｃ！ＪＷレンズ使用 （Ｈｓ作成） 第４０図 第５Ｃ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、参照波Ａと物体波Ｂの干渉により作製された所望の
   空間周波数分布をもつ第１のホログラム（Ｈ＿１）に参
   照波Ｃを照射し、その再生波Ｄと別の参照波Ｅとの干渉
   により第２のホログラム（Ｈ＿２）を記録し、次いで第
   ２ホログラム（Ｈ＿２）に第２ホログラムの作製参照波
   面Ｅの共役波面Ｅ＾＊を入射することにより得られる再
   生波Ｆと上記第１ホログラムの作製参照波面Ａの共役波
   面Ａ＾＊との干渉により、空間周波数分布が第１ホログ
   ラムＨ＿１に一致する第３のホログラムＨ＿３を作製す
   ることを特徴とするホログラムの作製方法。 ２、第１ホログラムの作製参照波面Ａの第１ホログラム
   Ｈ＿１基板透過の０次光と別の参照波面 I との干渉に
   より第４のホログラムＨ＿４を作製し、この第４ホログ
   ラムＨ＿４に後者参照波面 I の共役波面 I ＾＊を入射
   することにより得られる再生光を第３ホログラムＨ＿３
   の作製光とすることを特徴とする請求項１に記載のホロ
   グラムの作製方法。