JPH0585909B2 - - Google Patents

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JPH0585909B2
JPH0585909B2 JP58229836A JP22983683A JPH0585909B2 JP H0585909 B2 JPH0585909 B2 JP H0585909B2 JP 58229836 A JP58229836 A JP 58229836A JP 22983683 A JP22983683 A JP 22983683A JP H0585909 B2 JPH0585909 B2 JP H0585909B2
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JP
Japan
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hologram
light
sensitive material
cgh
incident
Prior art date
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JP58229836A
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Japanese (ja)
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JPS60122981A (en
Inventor
Tetsuo Kuwayama
Yasuo Nakamura
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Canon Inc
Canon Electronics Inc
Original Assignee
Canon Inc
Canon Electronics Inc
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Publication date
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Priority to US06/678,592 priority patent/US4720158A/en
Publication of JPS60122981A publication Critical patent/JPS60122981A/en
Publication of JPH0585909B2 publication Critical patent/JPH0585909B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03HHOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/20Copying holograms by holographic, i.e. optical means

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はホログラムの作製法に関するものであ
り、特に物体光と参照光とをホログラム再生によ
り得て行われるホログラム作製法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a method for producing a hologram, and particularly to a method for producing a hologram in which an object beam and a reference beam are obtained by hologram reproduction.

〔従来技術〕[Prior art]

ホログラフイ技術を用いて点光源のホログラム
を作製することによりホログラムレンズが得られ
る。ホログラムレンズは平板形であり、その厚さ
が数ミクロン程度の薄膜レンズであること、ステ
ツプ・アンド・リピート法で同一平板上に多数の
レンズを量産できること等の利点を有している。
このため、たとえば光デイスク装置の光ヘツドの
集光レンズや半導体レーザからの発散光束を平行
光束に変換するためのコリメーシヨンレンズ等の
レーザ光を利用する光学系における光学素子とし
てホログラムレンズを利用することが提案されて
いる。
A hologram lens can be obtained by creating a hologram of a point light source using holography technology. The hologram lens has the advantage of being a flat plate-shaped thin film lens with a thickness of approximately several microns, and that a large number of lenses can be mass-produced on the same flat plate using the step-and-repeat method.
For this reason, hologram lenses are used as optical elements in optical systems that utilize laser light, such as condensing lenses in optical heads of optical disk devices and collimation lenses for converting divergent light beams from semiconductor lasers into parallel light beams. It is proposed to do so.

光デイスク装置の光ヘツド部の光学系は、デイ
スク基板である通常厚さ1.1mm程度のプラスチツ
ク板の裏面に記録された信号を該デイスク基板を
通して読取る様にデイスク基板の表面側に集光用
ホログラムレンズが配置される。ホログラムレン
ズはデイスクのゆれにより衝突を生じない様にデ
イスク基板と1mm程度の空気間隔をおいて配置さ
れ、更にホコリ等の付着を防ぐため適当な厚さの
カバーガラス又は保護層が介在せしめられる。
The optical system of the optical head section of an optical disk device has a condensing hologram on the front side of the disk substrate so that signals recorded on the back side of the disk substrate, which is usually about 1.1 mm thick, can be read through the disk substrate. The lens is placed. The hologram lens is placed with an air gap of about 1 mm from the disk substrate to prevent collisions due to vibration of the disk, and a cover glass or protective layer of an appropriate thickness is interposed to prevent dust from adhering.

この様な光学系中において使用されるホログラ
ムレンズの作製光学系を第1図に示す。図におい
て、レーザ光源1から発せられた単色光2の一部
が半透鏡3を透過し反射鏡4で反射され、顕微鏡
対物レンズ15によりピンホール16に集光さ
れ、該ピンホール16を透過した光はコリメーシ
ヨンレンズ17を透過して平行光束18となり、
平行平板9を透過してホログラム基板10上に塗
布されたホログラム感材11へと入射する。これ
が参照光である。一方、半透鏡3で反射された光
束は反射鏡5により反射され顕微鏡対物レンズ7
によりピンホール8に集光され、該ピンホール8
を透過した光は発散光束12となり、平行平板9
を透過してホログラム感材11へと入射する。こ
れが物体光である。物体光束12は平行平板9に
より球面収差をもつた発散光束となり、これと参
照光束とはホログラム感材11の位置において干
渉縞を形成し、この干渉縞がホログラム感材11
に記録される。これを現像処理することによりホ
ログラムレンズが得られる。
FIG. 1 shows an optical system for producing a hologram lens used in such an optical system. In the figure, a part of monochromatic light 2 emitted from a laser light source 1 passes through a semi-transparent mirror 3, is reflected by a reflecting mirror 4, is focused on a pinhole 16 by a microscope objective lens 15, and is transmitted through the pinhole 16. The light passes through the collimation lens 17 and becomes a parallel beam 18,
The light passes through the parallel plate 9 and enters the hologram sensitive material 11 coated on the hologram substrate 10 . This is the reference light. On the other hand, the light beam reflected by the semi-transparent mirror 3 is reflected by the reflecting mirror 5 and is reflected by the microscope objective lens 7.
The light is focused on the pinhole 8 by
The light transmitted through becomes a diverging light beam 12, and the parallel plate 9
The light passes through and enters the hologram sensitive material 11. This is object light. The object beam 12 becomes a divergent beam with spherical aberration by the parallel plate 9, and this and the reference beam form interference fringes at the position of the hologram sensitive material 11.
recorded in A hologram lens is obtained by developing this.

かくして作製されたホログラムレンズを使用す
る場合には、作製時に用いられたと同一の波長の
レーザ光を平行光束18と同一角度で但し逆向き
に平行光束としてホログラム11に入射させる。
ホログラム11により回折された光は作製時に物
体光に与えられた球面収差をもつた収束光束とな
り、これがカバーガラスとデイスク基板を透過し
た後にはホログラム作製時のピンホール8に対応
する位置に光スポツトが生ずる。
When using the hologram lens thus produced, a laser beam having the same wavelength as that used during production is made to enter the hologram 11 as a parallel light beam at the same angle as the parallel light beam 18 but in the opposite direction.
The light diffracted by the hologram 11 becomes a convergent light beam with the spherical aberration given to the object light at the time of manufacture, and after passing through the cover glass and disk substrate, a light spot is formed at a position corresponding to the pinhole 8 at the time of manufacture of the hologram. occurs.

かくして、作製時と使用時に同一波長の光を用
いることによりホログラムレンズで略無収差にて
完全な波面再生を行うことができる。
In this way, by using light of the same wavelength during fabrication and use, it is possible to perform complete wavefront reconstruction with substantially no aberration using the hologram lens.

特に、ホログラム感材11として重クロム酸ゼ
ラチン等を用いて体積型位相ホログラムを作製し
た場合にはホログラムの回折効率をほぼ100%に
迄向上させることができ光の利用効率は十分高い
ものとなる。
In particular, when a volume phase hologram is fabricated using dichromate gelatin or the like as the hologram sensitive material 11, the diffraction efficiency of the hologram can be improved to almost 100%, and the light utilization efficiency is sufficiently high. .

ところで、ホログラムを用いた光学系における
光源としては小型、軽量且つ特別な変調器を必要
としない半導体レーザを用いるのが好ましい。こ
の様な半導体レーザの発振波長或は通常近赤外域
から赤外域にかけて(0.78μm以上)である。従
つて、この半導体レーザを用いて上記の如きホロ
グラムレンズの作製及びこれを用いた像再生を行
う場合にはホログラム感材として0.78μm以上に
おいて有効感度を有するものを用いる必要があ
る。この波長域に感度を有するホログラム感材と
しては赤外光に増感された銀塩感材がある。しか
しながら、この感材を用いて作製されたホログラ
ムは吸収型ホログラムであることから回折効率が
数%程度と低い欠点がある。また、これを漂白す
る等の方法によれば回折効率はある程度向上する
が、これにも限度がある。
By the way, as a light source in an optical system using a hologram, it is preferable to use a semiconductor laser, which is small, lightweight, and does not require a special modulator. The oscillation wavelength of such a semiconductor laser is usually from the near-infrared region to the infrared region (0.78 μm or more). Therefore, when producing a hologram lens as described above using this semiconductor laser and performing image reproduction using the same, it is necessary to use a hologram sensitive material having an effective sensitivity at 0.78 μm or more. A hologram sensitive material sensitive to this wavelength range includes a silver salt sensitive material sensitized to infrared light. However, since the hologram produced using this sensitive material is an absorption type hologram, it has a drawback of having a low diffraction efficiency of about several percent. Furthermore, although the diffraction efficiency can be improved to some extent by methods such as bleaching, there is a limit to this method as well.

従つて、回折効率の向上をはかるには体積型位
相ホログラムを採用する必要がある。この様なホ
ログラムの作製に用いられる感材としては重クロ
ム酸ゼラチンが代表的である。ところが、この感
材は有効感度領域がそのままでは最大0.55μmの
緑色光までであり、特殊な色素増感を行つても
0.6μmの赤色光まで感度を持たせ得るにすぎな
い。更に、体積型ホログラム用感材として近赤外
域及び赤外域に有効感度を有するものは未だ知ら
れていない。
Therefore, in order to improve the diffraction efficiency, it is necessary to employ a volume type phase hologram. Dichromate gelatin is a typical sensitive material used for producing such holograms. However, the effective sensitivity range of this sensitive material is limited to a maximum of 0.55 μm green light as it is, and even with special dye sensitization,
It can only be sensitive to red light of 0.6 μm. Furthermore, there is no known sensitive material for volume holograms that has effective sensitivity in the near-infrared and infrared regions.

このため、体積型ホログラムの作製時には半導
体レーザは使用できず、それより短かい波長のレ
ーザが用いられる。この様にして作製されたホロ
グラムを半導体レーザを用いた光学系において使
用すると、作製時と使用時とで光の波長が異なる
ため無収差では結像しなくなり、従つて場合によ
つては収差補正が必要となる。使用時の光の波長
の違いにより発生する収差を考慮して予め作製光
束に収差を与えてホログラム作製を行う場合に
は、参照波と物体波とを独立な光学系で作製し、
それを所定の空間に配置する必要がある。この様
な光学系の1つとして計算機ホログラム(CGH)
を用いた光学系が例示できる。
For this reason, a semiconductor laser cannot be used when producing a volume hologram, and a laser with a shorter wavelength is used. When a hologram manufactured in this way is used in an optical system using a semiconductor laser, the wavelength of the light differs between the time of manufacture and use, so the image cannot be formed without aberration, so in some cases it may be necessary to correct the aberration. Is required. When creating a hologram by adding aberrations to the light flux in advance in consideration of aberrations caused by differences in the wavelength of light during use, the reference wave and object wave are created using independent optical systems.
It needs to be placed in a designated space. Computer generated hologram (CGH) is one such optical system.
An example is an optical system using

第2図はホログラム作製光学系中にCGHを用
いた具体例を示す図である。図において、入射光
束101は基板108上の参照波用CGH109
に入射し、0次透過光束102、1次回折光束3
3及び高次回折光束103を生ぜしめる。1次回
折光束33が参照波である。一方、入射光束10
4は同様に基板111上の物体波用CGH112
に入射し、0次透過光束105、1次回折光束3
4及び高次回折光束106を生ぜしめる。1次回
折光束34が物体波である。参照波光束33及び
物体波光束34はいづれもホログラム基板28上
のホログラム感材32に入射し、ここに干渉縞を
形成し、この干渉縞がホログラム感材32に記録
される。図において、107及び110はそれぞ
れ入射光束101及び104を参照波用CGH1
09及び物体波用CGH112の適正な部分のみ
に入射させるためのマスクである。また、113
はホログラム感材32の適正な部分にのみCGH
からの回折光を入射させるためのマスクである。
この図の光学系においては、0次透過光束102
及び105はマスク113により遮光されてホロ
グラム感材32には到達することがない。しか
し、高次回折光束103及び106はホログラム
感材32に入射し、作製ホログラムに有害なゴー
スト像が記録される。
FIG. 2 is a diagram showing a specific example of using CGH in a hologram production optical system. In the figure, an incident light beam 101 is a reference wave CGH 109 on a substrate 108.
, the 0th-order transmitted light beam 102 and the 1st-order diffracted light beam 3
3 and higher-order diffracted light beams 103 are generated. The first-order diffracted light beam 33 is a reference wave. On the other hand, the incident light flux 10
4 is the object wave CGH 112 on the substrate 111 as well.
, 0th-order transmitted light beam 105, 1st-order diffracted light beam 3
4 and a higher order diffracted light beam 106. The first-order diffracted light beam 34 is an object wave. Both the reference wave beam 33 and the object wave beam 34 enter the hologram sensitive material 32 on the hologram substrate 28 and form interference fringes there, which are recorded on the hologram sensitive material 32. In the figure, 107 and 110 refer to the incident light beams 101 and 104, respectively, to the reference wave CGH1.
09 and the object wave CGH 112. Also, 113
CGH is applied only to the appropriate part of the hologram sensitive material 32.
This is a mask for allowing diffracted light from to enter.
In the optical system shown in this figure, the zero-order transmitted light beam 102
and 105 are blocked by the mask 113 and do not reach the hologram sensitive material 32. However, the higher-order diffracted light beams 103 and 106 enter the hologram sensitive material 32, and a harmful ghost image is recorded on the manufactured hologram.

更に、第1図の如きホログラム作製光学系にお
いては、ホログラム感材11の直前に平行平板9
が置かれているため、これによつても有害なゴー
スト像が発生する。即ち、物体波光束12の一部
が平行平板9の第2の面次いで第1の面で反射さ
れた光束13や、物体波光束12の一部がホログ
ラム感材11の表面次いで平行平板9の第2の面
で反射された光束13′がホログラム感材11に
入射して有害なゴースト像が記録される。これら
のゴースト像はホログラムレンズの使用時に再生
され、不要なゴースト光の発生や回折効率の低下
をまねくことになる。
Furthermore, in the hologram production optical system as shown in FIG.
This also creates a harmful ghost image. That is, a part of the object wave beam 12 is reflected by the second surface and then the first surface of the parallel plate 9, and a part of the object wave beam 12 is reflected by the surface of the hologram sensitive material 11 and then by the parallel plate 9. The light beam 13' reflected by the second surface is incident on the hologram sensitive material 11, and a harmful ghost image is recorded. These ghost images are reproduced when the hologram lens is used, resulting in the generation of unnecessary ghost light and a decrease in diffraction efficiency.

〔本発明の目的〕[Object of the present invention]

本発明は、以上の如き従来技術に鑑み、有害な
ゴースト像のないホログラムを作製することを目
的とする。
In view of the above-mentioned conventional techniques, the present invention aims to produce a hologram without harmful ghost images.

[発明の概要] 本発明によれば、以上の如き目的は、 作製時の光の波長と異なる波長の光にて使用さ
れるホログラムを、物体光用ホログラム及び参照
光用ホログラムによる夫々所定の回折光を用いて
作製するホログラムの作製法において、 前記物体光用ホログラム及び前記参照光用ホロ
グラムを同一基板の作製光入射面側の相異なる位
置に一体的に設け、前記各々のホログラムからの
光のうちの前記所定の回折光以外の光を遮光する
ためのマスクを前記同一基板の作製出射面側の相
異なる位置に一体的に設けることを特徴とするホ
ログラムの作製法、 により達成される。
[Summary of the Invention] According to the present invention, the above object is to perform predetermined diffraction of a hologram used with light of a wavelength different from the wavelength of light at the time of fabrication by an object beam hologram and a reference beam hologram, respectively. In a method for producing a hologram using light, the object beam hologram and the reference beam hologram are integrally provided at different positions on the production light incident surface side of the same substrate, and the light from each of the holograms is A hologram manufacturing method characterized in that masks for blocking light other than the predetermined diffracted light are integrally provided at different positions on the manufacturing output surface side of the same substrate.

〔本発明の実施例〕[Example of the present invention]

本発明の内容説明に先立ち、第3図a及びbに
よりブラツグ回折の原理を説明し、体積型ホログ
ラム作製時の光の波長と使用時の光の波長とが異
なる場合でも使用時波長光に対しブラツグ条件を
満足することのできるホログラムを作製し得るこ
とを説明する。
Prior to explaining the contents of the present invention, the principle of Bragg diffraction will be explained with reference to FIGS. 3a and 3b. It will be explained that it is possible to create a hologram that can satisfy the bragg condition.

第3図aにホログラム11の使用時の波長λ1
のブラツグ回折を示す。図において、ピツチd1
干渉縞20に角度φ1で入射した光線21はブラ
ツグ条件を満足しているときには回折の結果干渉
縞に対し角度φ1で射出する光線21′となる。こ
の場合の関係は波長λ1でのホログラム感材の屈折
率をN1とすると、 2d1sinφ1=λ1/N1 ……(1) で表わされる。
FIG. 3a shows Bragg diffraction at wavelength λ 1 when the hologram 11 is used. In the figure, when the ray 21 that is incident on the interference fringe 20 at pitch d 1 at an angle φ 1 satisfies the Bragg condition, it becomes a ray 21' that emerges from the interference fringe at an angle φ 1 as a result of diffraction. The relationship in this case is expressed as 2d 1 sinφ 11 /N 1 (1), where N 1 is the refractive index of the hologram sensitive material at wavelength λ 1 .

(1)式を満足する干渉縞を使用時の波長のλ1とは
異なる波長λ2の光を用いて作製するには、波長λ2
でのホログラム感材の屈折率をN2とすると、 2d2sinφ2=λ2/N2 ……(2) を満足する角度φ2で光を入射すればよい。その
様子を第3図bに示す。尚、ここで作製時の干渉
縞のピツチを使用時のd1とは異なるd2としたのは
ホログラム現像時の感材寸法の変化を考慮したた
めであり、従つて第3図bにより作製されたホロ
グラムは現像後第3図aに示される様に干渉縞の
ピツチがd1となる。第3図bに示される様に干渉
縞20を形成すべく角度φ2で2方向から光線2
2及び22′を入射すれば使用時にブラツグ条件
を満足する干渉縞をもつホログラムが得られる。
(1)式及び(2)式におけるd1とd2との間には特定の関
係があるが、ここで簡単のためにd1=d2とすれ
ば、(1)式及び(2)式より、φ2は sinφ2={(λ2/N2)/(λ1/N1)}sinφ1
……(3) を満たす様に定められる。また、|sinφ2|1で
あるから、μ≡(λ2/N2)/(λ1/N1)として
|μ・sinφ11を満足する必要がある。
To create interference fringes that satisfy equation (1) using light with a wavelength λ 2 that is different from the wavelength λ 1 used, the wavelength λ 2
Letting the refractive index of the hologram sensitive material be N 2 , the light may be incident at an angle φ 2 that satisfies the following: 2d 2 sinφ 22 /N 2 (2). The situation is shown in FIG. 3b. The pitch of the interference fringes at the time of manufacture was set to d2 , which is different from d1 at the time of use, in order to take into account changes in the size of the sensitive material during hologram development. After development, the hologram has interference fringes with a pitch of d 1 , as shown in FIG. 3a. Light rays 2 from two directions at an angle φ 2 to form interference fringes 20 as shown in FIG. 3b.
2 and 22', a hologram having interference fringes that satisfies the bragg condition during use can be obtained.
There is a specific relationship between d 1 and d 2 in equations (1) and ( 2 ), but if we set d 1 = d 2 for simplicity, then equations (1) and (2) From the formula, φ 2 is sinφ 2 = {(λ 2 /N 2 )/(λ 1 /N 1 )} sinφ 1
...(3) is determined to satisfy. Also, since |sinφ 2 |1, it is necessary to satisfy |μ·sinφ 1 1 as μ≡(λ 2 /N 2 )/(λ 1 /N 1 ).

以上説明した如く、ホログラムの使用時の光の
波長が作製時の光の波長と異なる場合であつて
も、ホログラム作製時にホログラム感材の各点に
対してそれぞれ適切な方向から2光束を入射させ
ることにより、使用時に各点においてブラツグ条
件を満足し且つ所定の方向に回折光を生ぜしめ得
るホログラムを作製することができる。
As explained above, even if the wavelength of the light when using the hologram is different from the wavelength of the light when producing the hologram, two beams of light are incident on each point of the hologram sensitive material from appropriate directions when producing the hologram. By doing so, it is possible to produce a hologram that satisfies the Bragg condition at each point during use and can generate diffracted light in a predetermined direction.

以下、本発明の具体的実施例につき説明する。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.

第4図は光デイスク装置の光ヘツド部において
ホログラムレンズを用いた場合の光学系を示す図
である。図において、波長λ1の平行光束26がホ
ログラム基板28に入射しホログラム29で略
100%回折され、カバーガラス又は保護膜30を
通過して空気中に射出され、収束光束27となつ
てデイスク31の裏面31′に集光せしめられる。
FIG. 4 is a diagram showing an optical system when a hologram lens is used in the optical head section of an optical disk device. In the figure, a parallel light beam 26 with a wavelength λ 1 is incident on a hologram substrate 28 and a hologram 29 is abbreviated as
It is 100% diffracted, passes through the cover glass or protective film 30, is emitted into the air, becomes a convergent light beam 27, and is focused on the back surface 31' of the disk 31.

第5図は第4図の光学系において用いられるホ
ログラムレンズの作製光学系を示す図である。図
において、波長λ2の参照波光束33及び物体波光
束34がホログラム感材32に入射せしめられ
る。ここで参照波光束33及び物体波光束34は
上記の如き原理に従つてホログラム使用時に第4
図の如き回折により略無収差にて集光することが
できるホログラムを得る様に定められる。この様
な光束を作製する方法としては、レンズ系を用い
ると複雑な系になつてしまうので計算機ホログラ
ムを用いるのが好適である。
FIG. 5 is a diagram showing an optical system for manufacturing a hologram lens used in the optical system of FIG. 4. In the figure, a reference wave beam 33 and an object wave beam 34 having a wavelength λ 2 are made incident on a hologram sensitive material 32 . Here, the reference wave beam 33 and the object wave beam 34 are the fourth beam when using the hologram according to the above principle.
It is determined to obtain a hologram that can be focused with almost no aberration by diffraction as shown in the figure. As a method for producing such a light beam, it is preferable to use a computer-generated hologram, since using a lens system would result in a complicated system.

以下、CGHによる方法を説明する。 The method using CGH will be explained below.

従来CGHを作製するにはX−Yプロツターに
よる拡大ホログラムを作製し、これを光学的に縮
小露光する方法がとられていた。ところが、この
方法では縮小過程に光学系及びその配置の誤差等
の誤差が入り込み、特に高NAのホログラムでは
十分満足すべき性能をもつたCGHが得られなか
つた。しかし、近年半導体集積回路作製技術の向
上に伴い電子線露光(EB露光)法により微細加
工を行うことが可能となつた。このEB露光法を
用いればホログラム感材に微細パターンを形成す
ることができ、光学系を用いた縮小が不要となる
ので高性能のCGHが得られる。EB露光CGH用
の感材としては、ポリ−メチルメタクリレート
(P−MMA)、ポリ−t−ブチルメタクリレート
(P−BMA)、ポリ−メタクリル酸無水物(P−
MA・AN)等があり、サブミクロン線巾のグレ
ーテイングを作製することができる。
Conventionally, CGH has been produced by producing an enlarged hologram using an X-Y plotter, and then optically reducing and exposing the hologram. However, with this method, errors such as errors in the optical system and its arrangement were introduced into the reduction process, making it impossible to obtain a CGH with sufficiently satisfactory performance, especially for high NA holograms. However, in recent years, with improvements in semiconductor integrated circuit manufacturing technology, it has become possible to perform microfabrication using electron beam exposure (EB exposure). If this EB exposure method is used, fine patterns can be formed on the hologram sensitive material, and since reduction using an optical system is not necessary, a high-performance CGH can be obtained. Sensitive materials for EB exposure CGH include poly-methyl methacrylate (P-MMA), poly-t-butyl methacrylate (P-BMA), and poly-methacrylic anhydride (P-MMA).
MA, AN), etc., and can produce gratings with submicron line widths.

この様なCGHを用いることにより目的とする
光束を得ることができる。この様なCGHを用い
たホログラム作製光学系の一実施例を第6図に示
す。図において、38及び40はレーザ光源から
の光束をビームエクスパンダー等を用いて平行光
束化したものの一部であり、それぞれ基板37上
に作製されたホログラム42及び43に入射す
る。この2つの平行光束38及び40は1つの平
行光束の一部をとり出して示したものであり、平
行光束38は参照波用ホログラム42に入射する
光束を表わし、平行光束40は物体波用ホログラ
ム43に入射する光束を表わす。参照波用ホログ
ラム42に入射した光束は一部が透過光束39と
なり、一部が一次回折して参照波光束33とな
る。同様に、物体波用ホログラム43に入射した
光束は一部が透過光束41となり、一部が一次回
折して物体波光束34となる。参照波光束33と
物体波光束34とがホログラム基板28上のホロ
グラム感材32内で形成する干渉縞が記録され
る。ここで、35は光束をホログラム36又はホ
ログラム感材32の所定の部分のみに入射させる
ためのマスクである。また、35′は参照波用ホ
ログラム42及び物体波用ホログラム43から発
生した不必要な透過光束39及び41や高次回折
光束50及び51を遮光するため基板37に設け
られたマスクであり、従つて不要な光はホログラ
ム感材32には達することがない。
By using such a CGH, a desired luminous flux can be obtained. An example of a hologram production optical system using such a CGH is shown in FIG. In the figure, numerals 38 and 40 are parts of the light beams from the laser light source that are made into parallel light beams using a beam expander or the like, and are incident on holograms 42 and 43, respectively, produced on the substrate 37. These two parallel light beams 38 and 40 are shown by extracting a part of one parallel light beam, and the parallel light beam 38 represents the light beam incident on the reference wave hologram 42, and the parallel light beam 40 represents the light beam incident on the object wave hologram. represents the luminous flux incident on 43. A part of the light beam incident on the reference wave hologram 42 becomes a transmitted light beam 39, and a part undergoes first-order diffraction and becomes a reference wave light beam 33. Similarly, a part of the light flux incident on the object wave hologram 43 becomes a transmitted light flux 41, and a part undergoes first-order diffraction and becomes an object wave light flux 34. Interference fringes formed by the reference wave light beam 33 and the object wave light beam 34 within the hologram sensitive material 32 on the hologram substrate 28 are recorded. Here, 35 is a mask for allowing the light flux to enter only a predetermined portion of the hologram 36 or the hologram sensitive material 32. Further, 35' is a mask provided on the substrate 37 to block unnecessary transmitted light beams 39 and 41 and higher-order diffracted light beams 50 and 51 generated from the reference wave hologram 42 and object wave hologram 43, Therefore, unnecessary light does not reach the hologram sensitive material 32.

ここで必要なホログラムの格子ピツチやその方
向は格子方程式によつて定めることができる。座
標軸としてホログラム面に垂直の方向にx軸、面
内方向にy軸及びz軸をとり、入射光束及び射出
光束の方向余弦をそれぞれ(l1,m1,n1)及び
((l2,m2,n2)とし、格子のy方向及びz方向の
ピツチをそれぞれPy及びPzとすると、以下の関
係が成立する。
The required hologram grid pitch and its direction can be determined by the grid equation. As the coordinate axes, the x axis is perpendicular to the hologram surface, and the y axis and z axis are in the in-plane direction, and the direction cosines of the incident and exit light beams are (l 1 , m 1 , n 1 ) and ((l 2 , m 2 , n 2 ), and the pitches of the lattice in the y and z directions are P y and P z , respectively, the following relationship holds true.

Py=λc/(m2−m1) ……(4) Pz=λc/(n2−n1) ……(5) ここで、λcはレーザ光の波長である。(4)式及び
(5)式によりホログラム上の各点における格子ピツ
チが定まる。この格子ピツチはホログラム上の任
意の点について算出可能であり、ホログラム全体
として滑らかに結ぶ曲線群を考えるとこれが必要
なホログラムの形となる。
P y = λ c / (m 2 - m 1 )...(4) P z = λ c / (n 2 - n 1 )... (5) Here, λ c is the wavelength of the laser beam. (4) and
The lattice pitch at each point on the hologram is determined by equation (5). This lattice pitch can be calculated for any point on the hologram, and if we consider a group of curves that smoothly connect the hologram as a whole, this becomes the necessary hologram shape.

第7図は第6図の光学系において用いられるホ
ログラム36をx軸方向から観察した様子を示
す。44は座標原点であり、42及び43はそれ
ぞれ参照波用ホログラム及び物体波用ホログラム
である。このホログラムは、第4図に示される如
き光学系において波長0.78μmに入射平行光束2
6を入射角75度で入射させて使用されるホログラ
ム29を作製するため、第6図に示される如き作
製光学系において波長0.488μmの入射光束38及
び40を入射角40度で入射させる際に使用される
ものである。この設計例では、物体波用ホログラ
ム43はグレーテイングのピツチ0.6〜130μm本
数5000本、大きさ4×4mmであり、参照波用ホロ
グラム42はグレーテイングのピツチ1.7〜6μm
本数5600本、大きさ12×1.4mmであり、いずれも
EB露光によるCGHで達成可能な数値である。
FIG. 7 shows how the hologram 36 used in the optical system of FIG. 6 is observed from the x-axis direction. 44 is a coordinate origin, and 42 and 43 are a reference wave hologram and an object wave hologram, respectively. This hologram is created by using an optical system as shown in Fig. 4, in which two parallel beams of light are incident at a wavelength of 0.78 μm.
In order to produce the hologram 29 used by making the hologram 29 incident at an incident angle of 75 degrees, when the incident light beams 38 and 40 with a wavelength of 0.488 μm are made incident at an incident angle of 40 degrees in the production optical system as shown in FIG. It is used. In this design example, the object wave hologram 43 has a grating pitch of 0.6 to 130 μm, the number of gratings is 5000, and the size is 4 × 4 mm, and the reference wave hologram 42 has a grating pitch of 1.7 to 6 μm.
The number of pieces is 5,600 pieces, the size is 12 x 1.4 mm, and each
This is a value that can be achieved with CGH using EB exposure.

上記の如き本発明の実施例によれば、マスク3
5′によりCGHからの不要な回折光を遮光し得る
ので、ゴースト像を除去できることに加えて、更
に光学系の配置の自由度が増加するという利点が
得られる。即ち、高次回折光と1次回折光とのな
す角は0次透過光と1次回折光とのなす角に比例
するので、不要な高次回折光をホログラム感材に
入射させないためには0次透過光と1次回折光と
のなす角をできるだけ大きくすればよい。しか
し、このためにはCGHの格子ピツチを極めて小
さくせねばならず、回折効率の低下やCGH作製
時の描画時間の長時間化をまねく。そこで、上記
実施例の如く、マスク35′を設けることにより
高次回折光を遮光することができるので、CGH
の格子ピツチは大きくてもよく、且つCGHの配
置もかなり自由になる。
According to the embodiment of the present invention as described above, the mask 3
5' can block unnecessary diffracted light from the CGH, which has the advantage of eliminating ghost images and further increasing the degree of freedom in the arrangement of the optical system. In other words, the angle between the higher-order diffracted light and the 1st-order diffracted light is proportional to the angle between the 0th-order transmitted light and the 1st-order diffracted light, so in order to prevent unnecessary higher-order diffracted light from entering the hologram sensitive material, the 0th-order transmitted light must be What is necessary is to make the angle between the first-order diffracted light and the first-order diffracted light as large as possible. However, for this purpose, the grating pitch of the CGH must be made extremely small, which leads to a decrease in diffraction efficiency and an increase in the drawing time during CGH fabrication. Therefore, as in the above embodiment, by providing the mask 35', it is possible to block the higher order diffracted light.
The lattice pitch of can be large, and the arrangement of CGH can be quite flexible.

CGHの格子の最小ピツチは0次透過光と1次
回折光とが最も大きな角度をなす点において生ず
るのであるから、最小ピツチを大きくするために
は、たとえば第6図における参照波用CGH42
の下縁部における一次回折角を小さくし、物体波
用CGH43の上縁部における一次回折角を小さ
くする様な光学系を用いればよい。この様な光学
系の一例を第8図に示す。図において入射光束4
7は集光レンズ51を用いて集束せしめられ参照
波用CGH42に入射し、その0次透過光束48
がマスク35′の面上に集光して遮光され、1次
回折光束33のみが参照光としてホログラム感材
32に入射する。同様にして、入射光束49は集
光レンズ52を用いて集束せしめられ物体波用
CGH43に入射し、その0次透過光束50がマ
スク35′の面上に集光して遮光され、1次回折
光束34のみが物体光としてホログラム感材32
に入射する。これによりCGH42及び43の全
面にわたつて格子ピツチを大きくし0次透過光と
1次回折光とのなす角を小さくしてもゴースト像
が記録されることはない。
The minimum pitch of the CGH grating occurs at the point where the 0th-order transmitted light and the 1st-order diffracted light make the largest angle, so in order to increase the minimum pitch, for example, the reference wave CGH 42 shown in FIG.
An optical system may be used that reduces the primary diffraction angle at the lower edge of the CGH 43 and the primary diffraction angle at the upper edge of the object wave CGH 43. An example of such an optical system is shown in FIG. In the figure, the incident light beam 4
7 is focused using a condensing lens 51 and enters the reference wave CGH 42, and its 0th-order transmitted light beam 48
is focused on the surface of the mask 35' and blocked, and only the first-order diffracted light beam 33 enters the hologram sensitive material 32 as a reference light. Similarly, the incident light beam 49 is focused using a condenser lens 52 to form an object wave.
The 0th-order transmitted light beam 50 enters the CGH 43 and is focused on the surface of the mask 35' and is blocked, and only the 1st-order diffracted light beam 34 is transmitted to the hologram sensitive material 32 as object light.
incident on . As a result, even if the grating pitch is increased over the entire surface of the CGHs 42 and 43 and the angle between the 0th-order transmitted light and the 1st-order diffracted light is decreased, no ghost image is recorded.

この様に、本実施例によれば全面にわたり均一
で比較的大きなピツチのCGHを使用することが
できるので、CGH作製において描画時間が短縮
され作製が容易となる上に、CGHの回折効率が
向上し且つCGH全面において回折効率が均一化
するのでホログラム作製上極めて有利である。
In this way, according to this example, it is possible to use CGH with a uniform and relatively large pitch over the entire surface, which not only shortens the drawing time and facilitates the fabrication, but also improves the diffraction efficiency of CGH. Moreover, since the diffraction efficiency is made uniform over the entire surface of the CGH, it is extremely advantageous for producing holograms.

尚、本実施例においては入射光束47と49と
で別個の集光レンズ51及び52を用いたが、2
光束を単一の集光レンズを用いてそれぞれ集光す
ることもできる。
In this embodiment, separate condensing lenses 51 and 52 are used for the incident light beams 47 and 49, but 2
The light beams can also be individually focused using a single focusing lens.

上記実施例においては、参照波用ホログラム及
び物体波用ホログラムを同一平面上に配置し、更
に遮光用マスクも参照波用と物体波用とを同一平
面上に配置した例を示したが、本発明においては
参照波用ホログラムと物体波用ホログラムとを別
別の基板上に配設し、更に遮光用マスクも参照波
用と物体波用とで別々に設けることができ、更に
これらをホログラム感材面に対し斜設することも
できる。
In the above embodiment, the reference wave hologram and the object wave hologram are arranged on the same plane, and the light shielding mask for the reference wave and the object wave is also arranged on the same plane. In the invention, the hologram for the reference wave and the hologram for the object wave are arranged on separate substrates, and the light shielding masks can also be provided separately for the reference wave and the object wave. It can also be installed obliquely to the material surface.

〔本発明の効果〕[Effects of the present invention]

以上の如き本発明のホログラム作製法によれ
ば、作製ホログラムにゴースト像が記録されるこ
とがない。
According to the hologram manufacturing method of the present invention as described above, no ghost image is recorded on the manufactured hologram.

また、本発明方法においては、使用される参照
波用ホログラム及び物体波用ホログラムの設計の
自由度が増加し、更にその作製も容易になる。
Furthermore, in the method of the present invention, the degree of freedom in designing the reference wave hologram and object wave hologram used is increased, and furthermore, their production becomes easier.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は従来のホログラム作製光学
系を示す図である。第3図aはホログラムによる
光のブラツグ回折を示す図であり、第3図bは光
の干渉によるホログラム作製を示す図である。第
4図はホログラムレンズの使用時の光学系を示す
図であり、第5図、第6図及び第8図はその作製
時の光学系を示す図であり、第7図は第6図の光
学系に用いられる計算機ホログラムの平面図であ
る。 1……レーザ光源、7,15……顕微鏡対物レ
ンズ、8,16……ピンホール、9……平行平
板、10……ホログラム基板、11……ホログラ
ム又はホログラム感材、17……コリメーシヨン
レンズ、17′……シリンドリカルレンズ、28
……ホログラム基板、29……ホログラム、32
……ホログラム感材、35,35′……マスク、
36……ホログラム、37……基板、42……参
照波用ホログラム、43……物体波用ホログラ
ム、51,52……集光レンズ、107,11
0,113……マスク、108,111……基
板、109……参照波用ホログラム、112……
物体波用ホログラム。
FIGS. 1 and 2 are diagrams showing a conventional hologram production optical system. FIG. 3a is a diagram showing Bragg diffraction of light by a hologram, and FIG. 3b is a diagram showing hologram production by interference of light. FIG. 4 is a diagram showing the optical system when using the hologram lens, FIGS. FIG. 2 is a plan view of a computer generated hologram used in an optical system. 1... Laser light source, 7, 15... Microscope objective lens, 8, 16... Pinhole, 9... Parallel plate, 10... Hologram substrate, 11... Hologram or hologram sensitive material, 17... Collimation Lens, 17'... Cylindrical lens, 28
... Hologram substrate, 29 ... Hologram, 32
...Hologram sensitive material, 35,35'...Mask,
36... Hologram, 37... Substrate, 42... Reference wave hologram, 43... Object wave hologram, 51, 52... Condensing lens, 107, 11
0,113...Mask, 108,111...Substrate, 109...Reference wave hologram, 112...
Hologram for object wave.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 作製時の光の波長と異なる波長の光にて使用
されるホログラムを、物体光用ホログラム及び参
照光用ホログラムによる夫々所定の回折光を用い
て作製するホログラムの作製法において、 前記物体光用ホログラム及び前記参照光用ホロ
グラムを同一基板の作製光入射面側の相異なる位
置に一体的に設け、前記各々のホログラムからの
光のうちの前記所定の回折光以外の光を遮光する
ためのマスクを前記同一基板の作製光出射面側の
相異なる位置に一体的に設けることを特徴とする
ホログラムの作製法。
[Scope of Claims] 1. A method for producing a hologram, in which a hologram used with light of a wavelength different from the wavelength of the light at the time of production is produced using predetermined diffracted lights from an object beam hologram and a reference beam hologram, respectively. The object beam hologram and the reference beam hologram are integrally provided at different positions on the production light incident surface side of the same substrate, and light other than the predetermined diffracted light among the light from each of the holograms is provided. A method for producing a hologram, characterized in that masks for blocking light are integrally provided at different positions on the production light output surface side of the same substrate.
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