JPH0588599A - ホログラム作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バーコードリーダやレーザプリンタ等に使用さ
れるホログラムをマスタホログラムを用いて作成するホ
ログラム作成方法に関し、空間周波数及びブラッグ面の
両方を簡単な操作で同時に制御してホログラムの光制御
機能を十分に活用可能とすることを目的とする。 【構成】物体光１と参照光２の照射による２光束の干渉
露光で作成したマスタホログラム３に、複製用の参照光
４を照射して得られる回折光５及び透過光６による２光
束の干渉露光で新たなホログラム７を複製するホログラ
ム作成方法であって、マスタホログラム３の作成時に、
マスタホログラム３の複製時に対し変形した状態で物体
光１及び参照光２を照射して作成したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バーコードリーダやレ
ーザプリンタ等に使用されるホログラムをマスタホログ
ラムを用いて作成するホログラム作成方法に関する。ホ
ログラムは、厚さが数μｍ程度の薄膜のため軽量、小型
であり、しかもレンズやプリズムなどと同等あるいはそ
れ以上の波面変換機能を持っている。またマスタホログ
ラムを用いた複製技術を利用することにより、大量、安
価な光学素子が期待できる。

【０００２】このため近年、レンズなどの代わりにホロ
グラムを光学素子として用いた応用デバイスとして、例
えばＰＯＳ用バーコードリーダ、レーザプリンタ等が研
究開発されている。今後、ホログラムの持つさらに高度
な機能をこれらのデバイスに利用するためには、ホログ
ラムの高度な機能を実現するホログラムの作成方法が課
題となる。

【０００３】

【従来の技術】従来、体積型のホログラムをマスタホロ
グラムのコピー（複製）として作成するホログラム作成
方法においては、空間周波数分布の制御と、ブラッグ面
と呼ばれるホログラム材料中に形成された干渉縞の傾き
の制御が重要である。

【０００４】（１）空間周波数分布の制御 図７（ａ）はバーコードリーダに使用されるホログラム
を用いた光学系説明図である。図７（ａ）において、内
蔵した光走査手段からの走査ビームをホログラム１０Ａ
よって回折し、物体１１の反射散乱光をホログラム１０
Ａにより結像して検知器１２に導き、物体１１を検知す
る光学系である。このような光学系においては、検知器
１２の感度を高めるためになるべく多くの光を集光する
必要がある。

【０００５】図８（ａ）は図７（ａ）と同じ光学系を示
したものであるが、別のホログラム１０Ｂを使用してお
り、図７（ａ）のホログラム１０Ａに比べ図８（ａ）の
ホログラム１０Ｂのほうが多くの光量を検出器１２に集
光できるようにしている。図８（ａ）のように多くの光
量を検出器１２に集光できるホログラムＢを作成するた
めには、図７（ｂ）のホログラム１０Ａの作成方法と図
８（ｂ）のホログラム作成方法との対比から明らかなよ
うに、物体光１と参照光２をホログラム１０Ａの基板に
照射して２光束の干渉現象を起す際に、参照光２の点光
源の位置をホログラム１０Ａの場合の位置Ｐ１からＰ２
に移して基板までの距離を短くする。

【０００６】また多くの光量を検出器１２に集光できる
ホログラムＢを作成する他の方法としては、図９に示す
ように、物体光１の光路中に、大きなシリンドリカル凸
レンズ１３を挿入する。

【０００７】（２）ブラッグ面の制御 図１０はバーコードリーダのホログラムウィンドを示し
たもので、内蔵した光走査手段からの走査ビームを読み
取り窓となるホロウィンド１４の部分に中心で交差する
ように重ねたホログラム１０Ｃ，１０Ｄにより回折し、
空間上に異なる走査パターン１５Ｃ，１５Ｄを形成させ
る光学系である。

【０００８】このような光学系では、ホログラム１０Ｄ
の作成方法によりホログラム１０Ｃの回折光がホログラ
ム１０Ｄへ入射する場合の透過率の低下が懸念される。
例えば図１１（ａ）のように中心で交差して重ねられる
ホログラム１０Ｃ，１０Ｄにつき、例えば上側のホログ
ラム１０Ｄを図１１（ｂ）に示す物体光１と参照光２を
照射する方法で作成した場合、交差位置ａ，ｂ，ｃを例
にとると、図１１（ｃ）に示すようにホログラム１０Ｄ
の材料中にブラッグ面１６ａ，１６ｂ，１６ｃが形成さ
れる。このブラッグ面１６ａ〜１６ｃの方向は、例えば
ブラッグ面１６ａを例にとると、物体光１と参照光２の
交差角α１の２等分線１７の方向となる。

【０００９】この場合、ｃ点において下側のホログラム
１０Ｃからの回折光がホログラム１０Ｄに入射する場
合、Ｃ点における回折光の強度が増加し、透過光（０次
光）の透過光量が減少する。即ち、図１１（ｄ）に示す
ように、ホログラム１０Ｃからの回折光のホログラム１
０Ｄにおける透過率が低下する。このような透過率の低
下を防止するためには、ｃ点におけるホログラム１０Ｄ
のブラッグ面１６ｃの方向を制御する必要がある。つま
り、ホログラム１０Ｄの作成方法を変更しなければなら
ない。

【００１０】具体的には図１２（ａ）に示すようにシリ
ンドリカル凸レンズ１３を物体光１の光路中に入れるこ
とで、ｃ点のブラッグ面１６ｃの方向を図１２（ｂ）の
ようにホログラム１０Ｃからの回折光を妨げない方向に
変更する。このようなブラッグ面の制御によりｃ点にお
いてもホログラム１０Ｃの回折光の透過率の低下を図１
２（ｃ）の特性のように抑制することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のホログラム作成方法における空間周波数分布
の制御及びブラッグ面の制御のいずれにおいても次の問
題がある。まず図８に示した参照光２の点光源の位置を
ホログラム基板に近づける空間周波数分布の制御にあっ
ては、参照光２の点光源からホログラム基板に照射され
る拡り角が大きくなるため、基板の中心部と端で露光分
布に差を生じてしまう。

【００１２】また図９に示したシリンドリカル凸レンズ
１３を使用して空間周波数分布を制御する場合には、非
常に大きなシリンドリカル凸レンズが必要となり、レン
ズのコストおよびレンズの仕上がり精度が問題になる。
一方、図１２に示したブラッグ面の制御でもシリンドリ
カル凸レンズ１３を使用しているため、同様にシリンド
リカルレンズのコストおよびレンズの仕上り精度の影響
を受けるという問題点がある。

【００１３】またホログラムの作成方法にあっては、図
１３（ａ）に示すように、物体光１と参照光２の照射に
よる２光束の干渉露光によりマスタホログラム３を作成
し、図１３（ｂ）に示す参照光２を用いた１光束の露光
によるコピーによって複製ホログラム７が大量生産され
る。このようなマスタホログラム３を用いて複製ホログ
ラム７をコピーする場合に、参照光２の点光源の位置等
のコピー条件を変更すれば、マスタホログラムと異なる
ブラッグ面１６が形成されたホログラムを作成できる。
即ち、マスタホログラム３に点光源より参照光２を照射
すると、マスタホログラム３の干渉縞の分布による回折
光５と透過光（０次光）が複製ホログラム基板に照射さ
れ、２光束干渉露光によりブラッグ面１６が形成され
る。この場合のブラッグ面１６の方向は、回折光５と透
過光６の交差角の２等分線１７の方向となる。

【００１４】しかし複製ホログラムをコピーする際の条
件を変更する方法にあっては、ブラッグ面は制御できる
が、空間周波数分布を変更できない。即ち、同一の再生
光に対して回折光の効率を制御することは可能である
が、回折方向を制御することはできず、回折方向を変更
するためには、その度にマスタホログラムそのものの作
成方法を変更しなければならないという問題点があっ
た。

【００１５】このように従来のホログラム作成方法で
は、ホログラム作成条件の制約を受け、本来、ホログラ
ムの持つ優れた光制御機能を充分活かしきれていない。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、空間周波数分布及びブラッグ面の両方を簡単な操
作で同時に制御してホログラムの光制御機能を十分に活
用可能とするホログラム作成方法を提供することを目的
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。まず本発明は、物体光１と参照光２の照射に
よる２光束の干渉露光で作成したマスタホログラム３
に、複製用の参照光４を照射して得られる回折光５及び
透過光６による２光束の干渉露光で新たなホログラム７
を複製するホログラム作成方法を対象とする。

【００１７】このようなホログラム作成方法につき本発
明にあっては、前記マスタホログラム３の作成時に、マ
スタホログラム３の基板を複製時に対し変形した状態で
物体光１及び参照光を照射して作成したことを特徴とす
る。ここでマスタホログラム３の作成時における形状を
任意の湾曲凸面としたり、円筒外面の沿ったシリンドリ
カル凸面とする。逆にマスタホログラム３の作成時にお
ける形状を任意の湾曲凹面としたり、円筒内面に沿った
シリンドリカル凹面とししてもよい。

【００１８】更に、マスタホログラム３を作成する時の
参照光２の波長と、マスタホログラム３からホログラム
７を複製する時の参照光４の波長を異ならせてもよい。
更にまた、マスタホログラム３は、可とう性のフィルム
を基板に使用して作成することが望ましい。

【００１９】

【作用】このような本発明のホログラム作成方法によれ
ば、まず変形自在な薄いフィルム基板に塗液を塗布し、
このフィルム基板を図１（ａ）のように変形した状態で
物体光１と参照光２との２光束の干渉露光によりマスタ
ホログラム３を作成する。

【００２０】このように作成されたマスタホログラム３
を図１（ｂ）のコピー時には平坦にし、参照光４のみの
照射により新たなホログラム７を作成する。例えばフィ
ルム基板を凹面に湾曲した状態で２光束の干渉露光でマ
スタホログラム３を作成すると、このホログラムは基板
を平坦にしてシリンドリカル凸レンズを物体光１の光路
中に入れて作成された空間周波数分布をもつ図９に示し
たホログラムと同じである。

【００２１】またマスタホログラム３を平坦にしてコピ
ーすることにより、図１２（ａ）のブラッグ面を持つホ
ログラムを作成できる。以上の方法を採用することによ
り、従来作成することが難しい、例えば図９、図１２
（ａ）に示した空間周波数分布およびブラッグ面をもつ
ホログラムを簡単に作成できる。

【００２２】

【実施例】図２は本発明のホログラム作成方法の具体例
を示した説明図であり、図２（ａ）にマスタホログラム
の作成方法を示し、図２（ｂ）にマスタホログラムから
のコピーによるホログラムの複製方法を示す。まず図２
（ａ）のマスタホログラム３の作成にあっては、従来は
ガラス基板に塗液を塗布していたものを、本発明にあっ
ては、変形自在な薄いフィルムを基板として準備し、こ
のフィルム基板を例えば円筒部材の内面をもつ部材に支
持固定することでシリンドリカル凹面の形状とする。

【００２３】続いてレーザ光源を使用して所定波長の平
行光線束である物体光１と、点光源からの参照光２をシ
リンドリカル凹面に支持したフィルム基板上の塗液に照
射し、２光束の干渉露光を行わせることで、マスタホロ
グラム３を作成する。このマスタホログラム３の位置
ａ，ｂにおける破線で示す法線１７に対する物体光１と
参照光２の入射角α１，α２は例えば次のようになる。 ［位置］ ［物体光入射角α１］ ［参照光入射角α２］ ａ ４０° ４５° ｂ ３０° ４５° このようにしてマスタホログラム３が作成できたなら
ば、図２（ｂ）に示すように、湾曲状態にあったマスタ
ホログラム３を平坦に延ばし、マスタホログラム３の下
に複製するホログラム基板を配置し、点光源より複製用
の参照光４を照射する。

【００２４】具体的には平坦としてコピー時のマスタホ
ログラムの位置ａ，ｂにおける垂線（法線に相当）に対
する物体光４の入射角α２と回折角α３は複製用の参照
光４の波長をマスタホログラム作成時の参照光２と同一
波長とすると、次のようになる。 ［位置］ ［物体光入射角α２］ ［参照光回折角α３］ ａ ５５° ３２° ｂ ４５° ３０° この結果、図２（ｂ）のマスタホログラム３のｂ点の光
制御機能は、図３（ａ）に示すように、物体光入射角α
１＝３０°、参照光入射角α２＝４５°として平坦なマ
スタホログラム３ｂを作成し、このマスタホログラム３
ｂに図３（ｂ）に示すように参照光入射角α２＝４５°
として参照光４を照射して得られた回折角α＝３０°の
回折光を得た場合と同じである。

【００２５】また図２（ｂ）のマスタホログラム３のａ
点の光制御機能は、図４（ａ）に示すように、物体光入
射角α１＝４０°、参照光入射角α２＝４５°として平
坦なマスタホログラム３ａを作成し、このマスタホログ
ラム３ａに図３（ｂ）に示すように参照光入射角α２＝
５５°として参照光４を照射して得られた回折角α＝３
２°の回折光を得た場合と同じである。

【００２６】その結果、図２（ｂ）の平坦に延ばした本
発明のマスタホログラム３は、ａ点とｂ点に着目する
と、図３で作成されたマスタホログラム３ｂと図４で作
成されたマスタホログラム３ａを合せたものといえる。
コピー時に図２（ｂ）の平坦にしたマスタホログラム３
に照射した参照光４の回折光は収束球面波となり、ホロ
グラム７はマスタホログラム３からの透過光６である発
散球面波と、マスタホログラム３の回折光５による収束
球面波との２光束の干渉露光で作成される。これは図９
に示した物体光１の光路中にシリンドリカル凸レンズ１
３を入れて２光束により作成したマスタホログラムを使
用した場合と同じコピーができることを意味する。

【００２７】このように本発明の作成方法によれば、マ
スタホログラム３からホログラム７を作成する際、マス
タホログラム３の変形状態によりブラッグ面および空間
周波数分布の制御を同時に行うことができる。図５は本
発明の他の実施例を示したもので、図５（ａ）に示すよ
う、マスタホログラム３の作成時にフィルム基板をシリ
ンドリカル凸面形状としたことを特徴とし、この状態で
物体光１と参照光２の２光束の干渉露光によりマスタホ
ログラム３を作成する。

【００２８】図５（ａ）で作成されたマスタホログラム
３は図５（ｂ）のコピー時には平坦に変形され、この状
態で点光源から再生用の参照光４を照射し、マスタホロ
グラム３からの透過光６と回折光５との２光束の干渉露
光により新たなホログラム７が作成される。このホログ
ラム７の作成に使用される平坦なマスタホログラム３
は、図６に示すように、物体光の光路中にシリンドリカ
ル凹レンズ１８を入れて作成したマスタホログラム３と
同じものである。

【００２９】尚、上記の実施例はマスタホログラム作成
時におけるフィルム基板の変形形状を２次元で説明した
が、マスタホログラム作成時における基板形状は、凹
面、凸面、シリンドリカル凹面、およびシリンドリカル
凸面など任意の形状とすることができ、マスタホログラ
ム作成時の変形形状に応じて適宜の光制御機能をもつホ
ログラムを複製することができる。

【００３０】またマスタホログラムの作成時に照射する
波長とホログラムをコピー時に照射する再生波長を変え
ることにより、マスタホログラムによる回折光の発散あ
るいは収束具合を適宜に制御できる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
リンドリカルレンズ等の波面制御素子を用いることな
く、複雑な波面制御機能をもつホログラムを容易に作成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図

【図２】本発明の実施例説明図

【図３】図２（ｂ）のマスタホログラムのｂ点の機能を
もつマスタホログラムの説明図

【図４】図２（ｂ）のマスタホログラムのａ点の機能を
もつマスタホログラムの説明図

【図５】本発明の他の実施例説明図

【図６】図５（ｂ）のマスタホログラムと同じ機能をも
つシリンドリカルレンズを使用したホログラム作成方法
の説明図

【図７】従来の物体検出光学系とそのホログラム作成方
法を示した説明図

【図８】従来の物体検出光学系と物体散乱光の集光機能
を高めたホログラム作成方法を示した説明図

【図９】物体散乱光の集光機能を高めるシリンドリカル
レンズを用いたホログラム作成方法の説明図

【図１０】複数のホログラムを用いたホログラムウィン
ドの光学系説明図

【図１１】ホログラムの重なり部分におけるブラッグ面
に起因した回折光の透過率の低下を示した説明図

【図１２】回折光の透過率の低下を防ぐためブラッグ面
を制御するホログラム作成方法の説明図

【図１３】マスタホログラムから複製ホログラムをコピ
ーする際にブラッグ面を制御するホログラム製造方法の
説明図

【符号の説明】

１：物体光 ２：参照光（マスタ作成用） ３：マスタホログラム ４：参照光（コピー用） ５：回折光 ６：透過光（０次光） ７：ホログラム（複製品）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 浩寧 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体光１と参照光２の照射による２光束の
   干渉露光で作成したマスタホログラム３に、複製用の参
   照光４を照射して得られる回折光５及び透過光６による
   ２光束の干渉露光で新たなホログラム７を複製するホロ
   グラム作成方法に於いて、 前記マスタホログラム３の作成時に、複製のときの形状
   に対しマスタホログラム３の基板を変形した状態で前記
   物体光１及び参照光を照射して作成したことを特徴とす
   るホログラム作成方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のホログラム作成方法に於い
   て、前記マスタホログラム３の作成時における形状を湾
   曲凸面としたことを特徴とするホログラム作成方法。
3. 【請求項３】請求項１記載のホログラム作成方法に於い
   て、前記マスタホログラム３の作成時における形状をシ
   リンドリカル凸面としたことを特徴とするホログラム作
   成方法。
4. 【請求項４】請求項１記載のホログラム作成方法に於い
   て、前記マスタホログラム３の作成時における形状を湾
   曲凹面としたことを特徴とするホログラム作成方法。
5. 【請求項５】請求項１記載のホログラム作成方法に於い
   て、前記マスタホログラム３の作成時における形状をシ
   リンドリカル凹面としたことを特徴とするホログラム作
   成方法。
6. 【請求項６】請求項１記載のホログラム作成方法に於い
   て、前記マスタホログラム３を作成する時の参照光２の
   波長と、マスタホログラム３からホログラム７を複製す
   る時の参照光４の波長を異ならせたことを特徴とするホ
   ログラム作成方法。
7. 【請求項７】請求項１記載のホログラム作成方法に於い
   て、前記マスタホログラム３は、可とう性のフィルムを
   基板に使用して作成したことを特徴とするホログラム作
   成方法。