JPH0369985A - ホログラムの製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ホログラム光学素子として使用されるホロ
グラムの製造方法に関するものであり、［従来の技術］ 一般に、光には偏光が存在するが、太陽光あるいは白熱
電灯や蛍光灯等の光は、直線偏光、円偏光、楕円偏光等
の各種の偏光が集まったランダム偏光と呼ばれている。

このようなランダム偏光は干渉性がほとんど無いため、
ホログラム等に干渉縞を形成することができない。した
がって、ホログラムを製造するための干渉縞を記録する
には、レーザ光が１通常に用いられる。すなわち、レー
ザ光は一般に優れたｔｌｌｌ傷線であり、このため干渉
縞が容易に記録できる。

ホログラムの製造工程において、その露光工程にあって
は、第１および第２の光束を利用して干渉縞を記録する
工程が存在する。すなわち、ホログラム乾板の表面に異
なる方向から第１および第２の光束を当て、干渉縞によ
る回折格子を形成させるようにしているものであるが、
実際にはガラス面あるいは乳剤面における反射によって
、通称ゴーストホログラムと呼ばれる、目的以外の干渉
縞をも同時に記録するようになる。

このようなゴーストホログラムの記録を防止するために
は、ガラス面あるいは乳剤面からの反射光を無くすれば
よい。そして、このような反射を防止するための手段と
して、例えば特開昭６２−８０６８８号公報で示される
ように、反射防止膜を形成する手段が考えられている。

このような反射防止膜を利用したホログラムの製造手段
においては、当然のことながらホログラム乾板の表面に
反射防止膜を形成する工程が必要となり、工程数が増加
する。また、このようにして反射防止膜を形成したとし
ても、この膜は特定される波長においてのみ勺°効であ
り、ガラス面あるいは乳剤面からの反射を確実に防止す
ることができず、ゴーストホログラムの記録を確実に阻
止することができない。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記のような点に鑑みなされたちので、ゴー
ストホログラムが記録されることなく、目的とする干渉
縞のみが容易に記録されるようにするホログラムの製造
方法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るホログラムの製造方法にあっては、ホロ
グラム乾板に対して、所定の角度θで例えばレーザ光を
入射面に平行な直線偏光であるＰ偏光で入射させ、干渉
縞を記録させるようにする。

この場合、前記所定の角度θは、ほぼブリュースタ角に
設定される。

［作用コ ２つの直線偏光が空気中からガラス等に入射した場合、
Ｐ偏光はガラス面での反射率が非常に低い。特に入射角
がブリュースタ角に設定された場合には、反射率がほぼ
零の状態となり、したがって目的以外の干渉縞が記録さ
れることがなく、良質のホログラムが製造されるように
なる。そして、このような製造方法によれば、反射防止
膜の製造工程のような特別の工程を必要とせず、充分簡
易化した工程でゴーストホログラムの存在しないホログ
ラムが製造される。

［発明の実施例］ 以下、図面に基づきこの発明の一実施例を説明する。第
１図はホログラム乾板１１に対する露光の状態を示して
いるもので、このホログラム乾板１１の両面に、それぞ
れ第１および第２の光束１２および１３を入射させる。

この場合、この第１および第２の光束１２および１３は
、それぞれ入射面に平行な直線偏光であるＰ偏光により
構成され、またこの第１および第２の光束１２および１
３それぞれの入射角は、ホログラム乾板１１の記録面に
垂直な線に対して、それぞれ等しい角度θに設定させる
。

第２図は第１図で示したような第１および第２の光束１
２および１３を、ホログラム乾板１１に入射させホログ
ラム製造装置の構成を示すもので、直線偏光を発生する
レーザ光源２１を備える。このレーザ光ａ１９ｆ２１か
らのレーザ光は、ミラー２２および２３で反射させてハ
ーフミラ−２４に導き、レーザ光をミラー２５および２
Ｇに分割する。そして、このミラー２５および２Ｇそれ
ぞれで反射されたレーザ光を、それぞれレンズを含む光
学系２７および２８を介して、露光角度θを設定して、
ホログラム乾板１１の両面に、Ｐ偏光による第１および
第２の光束１２および１３として入射させる。

レーザ光のような直線偏光は、その偏光方向によってそ
、れぞれ名称が存在する。すなわち、第３図の（Ａ）で
示すように、入射面に平行な方向に振動する直線偏光で
あるＰ偏光と、入射面に垂直な方向に振動する直線偏光
であるＳ偏光が存在する。

このような直線偏光とガラス面等における反射率との関
係について考えてみる。第３図の（Ａ）で示すように、
直線偏光が空気中からガラス面に入射するものと仮定す
ると、そのときの入射角φと反射率との間に、次のよう
な式が成り立つ。ここで、Ｐ偏光の反射率を（ＲＥ　）
ｐとし、Ｓ偏光の反射率を（Ｒ）：）Ｓとする。

（Ｒｐ）ｐ＝　（ｔａｎ２　（φ−ｘ））／　（ｔａｎ
　２（φ＋ｘ）１ （ＲＥ）　ｓ　−ｆｓｌｎ　２（φ−ｘ））／　ｆｓｌ
ｎ　２（φ＋ｘ）１ この反射率を、入射角との関係で示したのが第３図の（
Ｂ）であり、この因からも明らかなよう１；Ｐ偏光はブ
リュースタ角で、反射率がＯ“となる。

前述したように干渉縞を記録する際には、直線偏光が用
いられる。このような直線偏光を用いれば、露光角度に
よらず２つの光束が１００％干渉するためである。しか
し、Ｓ偏光の場合はＰ偏光に比較して反射率が高く、し
たがって露光角度を大きくすればするほどゴーストホロ
グラムの発生に寄与する反射光が増加し、ホログラム光
学素子の性能を低下させるようになる。これを阻止する
ために従来にあっては反射防止膜を形成するようにして
いるものであるが、この反射防止膜を形成するものでは
、第４図で示すように露光角度が大きくなると、効果が
あまり発揮されなくなる。

ここで、ゴースト比率は （ゴースト回折効率）／（正規の回折比率）Ｘ１００　
（％） で表現される。

これに対してＰ偏光を用いて露光した場合のゴースト反
射率を見ると第５図で示すようになり、特定される露光
角度で、ゴースト反射率が著しく低下するようになり、
露光角度すなわち入射角がブリュースタ角でゴースト反
射率が低下し、ゴーストホログラムの発生が効果的に抑
制される。

一般に、ホログラム光学素子を作製するときには、露光
時にＳ偏光が用いられる。このＳ偏光を用いる理由は、
第６図の（Ａ）に示すように、Ｓ偏光を用いた場合にガ
ラス面に形成されるゼラチン層に対して、第６図の（Ｂ
）で示すように第１の光束と第２の光束の偏光方向が同
じ面内に存在するため、光量の１００％が干渉に寄与す
るようになるからである。

これに対して第７図の（Ａ）に示すようなＰ偏光の場合
は、同図の（Ｂ）で示すように同じ面内で振動しないも
のであるため、干渉の寄与するのは、その交差角をφと
すると、ｅＯ３φ倍となる。

例えばブリュースタ角で第１および第２の光束を干渉さ
せた場合、Ｐ偏光の場合には４０％程度しか干渉に寄与
しないと考えられる。

したがって、これまではホログラム露光時においてＳ偏
光を用いるようにすることが普通である。

しかし、このＳ偏光は第３図でも説明したように反対率
が高く、ガラスと空気、空気とガラス等の界面で大きく
反対する。このように界面で反身・１するようになると
、第８図で示すように各種反射光が発生し、これらの反
射光同士が干渉し合って不必要な干渉縞を形成するよう
になる。このような干渉縞によって形成された像をゴー
スト像と呼ぶものであるが、このようなゴーストを発生
させる干渉縞を記録したホログラムを、例えばヘッドア
ップデイスプレィの反射用光学素子として用いた場合、
視認性が大きく低下されるようになる。具体的には、大
きさの異なったもの、あるいは色彩の違ったもの等のゴ
ースト像が発生し、これらが多量に重なり合い、ヘッド
アップデイスプレィとしての視認性が低下される。

第８図において、正規なホログラムは光束１と３との干
渉によって得られるのに対して、光束２と４．１と２．
３と４のそれぞれの干渉によってゴーストホログラムが
発生する。

このようなゴーストホログラムの発生を防ｉＬするため
には、第８図で示したような各種反射光を無くせばよい
。このために従来では反射防止膜を形成するようにして
いた。しかし、前述したようにこのような膜を形成した
のでは、特定される波長と特定される入射角で最も反射
光が減少する設計となり、また完全に反射光を消すこと
ができない。

これに対してＰ偏光を用いて露光を行い、この場合の入
射角度をブリュースタ角近辺に設定させるようにすれば
、反射光をほとんど“０°とすることができ、簡単且つ
安価にゴーストの無いホロダラム光学素子が作製される
ようになる。

次ぎに具体的な使用例をヘッドアップデイスプレィ用光
学素子として、重クロム酸ゼラチンを使用したホログラ
ム光学素子を用いた場合について説明する。

写真用のゼラチンを５ｇ１および重クロム酸アンモニウ
ム１ｇを水１００ｃｃに溶解し、これをガラス基板上に
塗布する。そして、これを乾燥させて、ガラス表面に約
１５μｍの塗膜を形成する。

このようにしてホログラム乾板の未露光板が形成される
もので、このホログラム乾板を第２図で示したように光
学系にセットし、第１図で説明したようにＰ偏光にした
レーザ光を、ブリュースタ角（θＢ−５７°）で入射し
、レーザ光の波長を５１４．５ｎｍ（緑色、アルゴンイ
オンレーザ）とし、露光エネルギーを４００ｍＪ／ｃｍ
２（これは、通常Ｓ偏光で露光した場合の約２．５倍の
エネルギーである）で露光を行う。

次ぎに、このようにして得られた乾板をコダックラピッ
ドフィクサ（Ｋｏｄａｋ　Ｒａｐｉｄ　ｒｌｘｅｒ−商
品名）で３分程度の硬膜処理を行い、その後イソプロピ
ルアルコール７０％の水溶液に３分、イソプロピルアル
コール９０％の水溶液で１分、イソプロピルアルコール
１００％の溶液に３分浸漬し、その後オーブンで急速乾
燥させる。そして、水分の侵入を防ぐために、カバーガ
ラスによってシールする。

このようにして作製したホログラム光学素子を、例えば
ヘッドアップデイスプレィ等に適用する場合、再生角度
は比較的自由に設計できる。すなわち１．記録角１度は
ブリュースタ角近辺で限定されるが、再生角度は自由に
設定できる。

次ぎに、この記録角度と再生角度について説明する。干
渉縞を記録するときは、第１図で示したように第１およ
び第２の２光束を同じ角度関係（ブリュースタ角θＢ）
で、またそれぞれの光束は平行光としてホログラム乾板
ｌｌ内で干渉させる。

すなわち、第８図で記録波長λｒのレーザ光は、ゼラチ
ン膜にブリュースタ角θＢで入射させるようにする。

このようにして作製されたホログラムに、例えば白色光
でなる再生光がある角度θで入射した場合の回折光の波
長λＣは、ブラックの条件を満足する波長となる。この
ブラックの条件を記録時に適用すると、 ２ｄｓｌｎθ「−λ「 が成り立つ。ここで、ｄは ｄ−λｒ／２ｓｊｎθ「 であり、λｒは記録波長、θ「はゼラチン内部での記録
時におけるブラック角度である。

そして、再生時には ２　ｄ　ｓ１ｎθＣ−１−λＣ が成り立つ。ここでλＣは回折光の波長、θＣはゼラチ
ン内部の再生時入射角であるブラック角である。

よって上記２つの式より、再坐波長λＣはλＣ−（λ　
ｒ／ｓｉｎ　　ｏｒ　　）　　Ｓｉｎ　　θＣで表現さ
れるようになる。

但し、記録時ブラック角θｒは記録角度によって決定さ
れるものであるため、ブリュースタ角をθＢとすると、
ｏｒは次ぎの式で表現される。

θｒ＝　（ｙｒ　／　２　）　−５ｉｎ　−’　（ｓ１
ｎθＢ　／　ｒ　）よって、再生角度を適当に選定すれ
ば、再土波長すなわち再生色が変化することになる。

例えば、記録時に第１の光束および第２の光束共に記録
波長５１４．５ｒｖ（緑色）の平行光で構成し、５７＠
　［空気−ガラス（ｎ−１，５）のブリュースタ角〕で
入射させてホログラムを作製し、再生時に３０°で白色
光再生すれば、再生波長は５８５　ｎｓ（アンバ色）と
なる。

第１０図はこのようにして作製されたホログラムの具体
的な使用例を示したいる。この例は自動車用ヘッドアッ
プデイスプレィを示すもので、デイスプレィ表示装置本
体部５１は、インストルメントパネル５２の内部に設定
される。

表示装置本体部５１は、例えば液晶デイスプレィ（ＬＣ
Ｄ）からなる表示器５３を備える。この表示器５３にお
いては、例えば車載用マイクロコンピュータ等からの表
示データに基づく表示が、その表示面５３１にされ、こ
の表示面５３１の表示画像が、ミラー５４およびホログ
ラム凹面鏡５５で反射され、フロントガラス５６の視域
内に投射されるようにする。この場合、フロントガラス
５Ｂの視域内の、上記表示画像が投射される頭載部分に
は、蒸着膜等によるコンバイナ５７が形成されている。

ここで、ミラー５４はガラス板の表面に、例えば窒化チ
タン蒸着を施したもので構成するものであり、またコン
バイナ５７は蒸着膜に限らず、例えば液体を塗布して反
射率を向上させるようにした半透鏡のようなもので構成
してもよい。あるいは、特にこのコンバイナ５７を設け
ることなく、単なるフロントガラス５６に直接的に光映
像が投射されるようにしてもよい。

そして、表示器５３の表示面５３１からの、矢印で示す
光通路、すなわち表示面５３１め画像表示面を取り囲む
ようにして、雄型の遮光筒５８を設けるようにする。

また、ホログラム四面鏡５５からフロントガラス５６方
向に向けた表示装置本体部５１の開口部分には、カバー
ガラス５９を設け、本体部５１の内部が保護されるよう
にすると共に、このカバーガラス５９を保持する枠体６
０には、光通路を取り囲むようにして遮光板６１が形成
されている。

この図において、６２は放熱板、６３はインシュレータ
であり、さらに６４はインストルメントパネル５２に設
定される、従来から知られているメータ類であって、例
えば速度計およびエンジン回転計である。

こめようなヘッドアップデイスプレィにおいては、ホロ
グラム凹面鏡５５が用いられている。この凹面鏡５５を
、構成するホログラムは、その製作時における撮影時に
は、アルゴンレーザ５１４旧のＰ偏光を用い、ブリュー
スタ角で露光する。但し、このような凹面鏡５５を構成
するために、凹面鏡作用を持たせるもので、凹面鏡作用
を持たせるために、第１の光束を平行光、第２の光束を
拡散光とした。このため、部分的にブリュースタ角から
若干ずれるようになるが、そのずれ量は１〜３″程度で
あるため、反射光は殆どない。

再生時には、３０″の角度で表示器５３にＬＣＤを用い
、Ｓ偏光で再生し、アンバ色で表示像を表示させるよう
にする。

このようなホログラムを用いたヘッドアップデイスプレ
ィによれば、ホログラム凹面ｖｔ５５にはゴーストホロ
グラムが記録されていないものであるため、ゴースト像
は表示されることがない。

第１１図は他の実施例を示すもので、ホログラム乾板１
１に対する入射角が０１と大きい状態では、Ｐ偏光の第
１の光束４１（１−１）および第２の光束１３（１−２
）を干渉させて露光を行う。また、乾板１に対する入射
角が０２と小さい場合には、Ｓ偏光の第３の光束１２（
２−１）および第４の光束４２（２−２）を干渉させて
露光を行う。ここで、Ｐ偏光を用いる角度θ１は例えば
５７°であり、５１４．５ｒｖの光で露光させ、またＳ
偏光の光束を用いる角度θ２は３０°として５１４．５
ｎＩ１１の光で露光し記録させるようにする。そして、
白色光で３０″から再生すれば、５１４．５ｎｉ（緑）
の光と、５８５ｎ１１（アンバ）の光の２色がホログラ
ムから回折される。但しこの例は、ホログラム乾板１１
を構成するゼラチン膜の厚さが、記録時と再生時で同一
である場合であり、記録時と再生時でゼラチン膜の厚さ
が変えれば、再生波長をシフトすることができる。

また、Ｓ偏光とＰ偏光は互いに干渉しないため、この実
施例で示したＰ偏光およびＳ偏、光を用いた２重の露光
は同時に行うこともできる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係るホログラムの製造方法によ
れば、Ｐ偏光を用いて露光し、ホログラムを記録させる
ようにすることによって、ゴーストを発生させる不要な
反射光が効果的に減少され、特にブリュースタ角付近で
ｔＡｌおよび第２の光束を入射させることによって、例
えば反射防止膜のような特殊な膜を形成することなく、
ゴーストホログラムの発生を防止し、充分な回折効率を
確保することができる状態で、良質のホログラが製造さ
れるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るホログラムの製造方
法を説明する図、第２図は上記製造方法を採用する製造
システムを説明する図、第３図の（Ａ）は直線偏光であ
るＰ偏光およびＳ偏光の状態を説明する図、同図の（Ｂ
）は同じく反射率の状態を示す図、第４図は露光角度と
ゴースト比率との関係を示す図、第５図はＰ偏光で露光
したときの露光角度とゴースト比率との関係を示す図、
第６図はＳ偏光同士の干渉の状態を説明する図、第７図
はｅ偏光同士の干渉の状態を説明する図、第８図はゴー
ストの発生原因を説明する図、第９図は記録波長と再生
波長との関係を説明する図、第１０図は実施例のように
して製造されたホログラムの具体的な適用例を説明する
構成図、第１１図はこの発明の他の実施例に係る製造方
法を説明する図である。 １１・・・ホログラム乾板、１２・・・Ｐ偏光による第
１の光束、１３・・・Ｐ偏光による第２の光束、２１・
・・レーザ光源、２２．２３．２５．２Ｂ・・・ミラー
、２４・・・ハーフミラ（Ｐ偏光） 第１図 第 図 ２７． ２８・・・光学系。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ホログラム乾板の感光面に対して、第１および第
   ２の光束を所定角度θで入射させるもので、前記第１お
   よび第２の光束は、共に入射面に平行な直線偏光である
   Ｐ偏光のレーザ光で構成されるようにしたことを特徴と
   するホログラムの製造方法。
2. （２）前記所定角度θは、ほぼブリュースタ角度に設定
   させるようにした請求項１のホログラムの製造方法。