JPH0673054B2 - ホログラム記録材料及びノイズホログラムを低減可能な記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ホログラムのノイズを低減する記録材に係
り、特に、主ホログラムが記録される間反射光を位相シ
フトさせる記録材の改良に関する。

［従来技術、発明が解決しようとする課題］ 高品質ホログラフィック光学部材は、偏向光学表示装
置、例えば、高等航空機に用いられるヘッドアップディ
スプレイ（HUD）、ヘルメットに装着される表示装置、
レーザ保護装置、狭帯域反射フィルタ或いはシミュレー
タ用ホログラフィックスクリーンなどに用いられてい
る。ここに示した装置は、高品質反射ホログラムを用い
る装置のいくつかを示したにすぎない。

反射光学表示装置として用いられるホログラムの再生に
おいて、ホログラムの再生過程の間の頻繁な記録情報の
伝達におけるスプリアス反射の影響によるホログラフィ
ック画像の再生像の劣化が問題となっている。最も損傷
（ダメージ）を与えるスプリアスノイズホログラムは、
異なる屈折率の材質の界面としての面、例えば、記録材
を覆っている透過層の空気とガラスの界面からの光線の
反射、記録媒体であるホログラム支持層自体或いは記録
光線を発生するために用いられる光学部材などからの反
射によると考えられている。このスプリアスノイズホロ
グラムは、ホログラフィック光線が逆方向のときに形成
されるスプリアス反射ホログラム、及び、ホログラフィ
ック光線が同じ方向のときに形成されるスプリアス透過
ホログラムであって、ホログラフィック光線と共に記録
フィルムに記録される。この表示装置に用いられるホロ
グラムは、スプリアス反射ホログラムによるゴースト画
像及びスプリアス透過ホログラムによる虹状のフレアパ
ターンによって劣化する。

従来、種々の異なる方法によって上記問題点を解決する
試みがされている。

第１の方法によれば、ホログラムは、反射を最小にする
Brewster′s Angie（ブリュスタ角）で記録材表面にエ
ネルギービームが投射されることで形成される。この方
法では、通常、光線の入射角がホログラフィック機能の
要求によって固定されるので、適用がかなり限定され、
任意に入射角を変えることが不可能である。

第２のスプリアス反射を低減する方法によれば、屈折率
整合液、例えば、鉱油を用いて異なる面の界面における
反射光の屈折率を整合することが試みられた。この方法
は、記録モジュール全体を屈折率整合液に浸すものであ
った。屈折率整合液槽の形状は、表面の反射が記録媒体
から逃げる方向に形成された。多くの光学装置の形状に
おいて、このような形状は存在しなかった。加えて、ホ
ログラムが要求する屈折率整合液の劣化によって光路長
のずれは不安定になった。また、プレート交換後の屈折
率整合液の安定性の問題、頻繁な屈折率整合液の不純物
を清浄する必要性或いは屈折率整合液の必要量を調整す
るのに手間取るなどの多くの問題点によりこの方法は製
造に適さなかった。

USP第4.458.977号、USP第4.458978号及びUSP第4.456.32
8号には、より洗練された方法が開示されている。これ
らの方法によれば、空気とガラスの界面によって引起こ
されるスプリアスホログラムは、光線によってホログラ
ムが記録されている間に対応して反射光線の位相シフト
のための外側を覆う板（カバープレート）の移動によっ
て除去されている。カバープレートの移動を用いるこの
方法のための移動幅或いは位相の変化は、記録媒体の感
度に依存する露光時間に関連して変化する。記録に必要
のない、スプリアスホログラム光線が無効にする或いは
汚すなど多くのスプリアス妨害（インターフェア）パタ
ーンを除去するためには、位相シフトの全移動幅は、少
なくとも1/2波長（λ）だけ与えられなければならな
い。これらの装置は、過去の技術に対しては有益である
が、まだ不十分である。例えば、操縦者がカバープレー
トを移動させて校正したり、調整したり、テストするた
めに時間がかかる。この装置は、セットアップが複雑
で、長い安定時間を要し、しかも、潜在的故障の発生を
減少させる多くのモードを備えている。

USP第3.601.017号には、スプリアスホログラムを抑制す
る別の試みが開示されている。この方法によれば、記録
媒体の面或いは透明な支持体の面のどちらか一方の面で
あって、光線の入射する方向から遠い面に液体が入れら
れている。この入れられる薬品の層の厚さは、蒸発によ
って或いは、蒸発しない場合であっては音響又は表面波
の発生によって（波の変調方向は液体に向けられてい
る）、反射されている間時間とともに変化する。好まし
くは、透明な液体は０−キシレンである。

この装置は、この一方で光学的面に都合の悪い蒸発して
いる液体を引戻す。また、特に、音響又は表面波の発生
による方法を用いた場合には、厚さの変化を広範囲に調
整できない。

最小のスプリアスホログラムである高品質ホログラムの
ための、液体を入れる装置或いは方法であるこの技術に
おいても、まだ、経済的な或いは効果的な製造方法が必
要とされている。

［課題を解決するための手段、作用、効果］ この発明は、記録材底部に反射ミラーを有し、ミラーの
反射面に接して屈折率整合液を備えた公知の記録材にお
いて、損失を探し出すとともにこの損失を克服する方法
を求めるものである。記録材の記録媒体は、屈折率整合
液の反射ミラーに対向する側に設けられている。支持体
は記録媒体を支持するとともに、吸収或いは透過材が支
持体の記録媒体と対向する側に設けられている。吸収材
は、周囲環境の水分と平衡する。吸収或いは透過材は、
周囲環境から水分を吸収し或いは周囲環境に水分を放出
し、透明材質と周囲環境の間の水分の差を整える。吸収
或いは透過材が、好ましくは一定の率で水分を吸収し或
いは水分を放出している間、記録媒体は、記録媒体にお
けるインターフェアパターンを記録する。

吸収或いは透過材の厚さの確実な増大または減少によっ
て、スプリアスホログラムによって形成されるインター
フェアフリンジ又はインターフェアパターンのにじみ
は、十分に拡散され、実質上、スプリアスホログラムに
よるインターフェアの原因は除去される。同時に、ホロ
グラムに必要ないにじみがなくなり、ホログラムに必要
な鮮明さが得られる。にじみの原因は、反射の変動によ
るインターフェアパターンの移動である。にじみのプロ
セスは、ホログラムが記録される時間の間の絶え間ない
スプリアスホログラムによるもので、この記録時間中の
吸収或いは透過材の増大又は収縮の幅を一定にすること
で除去できる。

［実施例］ 第１図は、この発明によって構成される記録材10の側面
図である。この発明の一実施例である記録材10は、平坦
な形に示されているが、この記録材10は、当然のことな
がら他の形、例えば湾曲面であってもよい。記録材10
は、基本単位（モジュール）であって、この記録材10の
最下層の部分には第１図から認識できるように、反射材
或いはミラー20を備えている。ミラー20は、その上面に
第１図から認識できるように、A1,A2で示された光線を
反射するために用いられる反射面22を備えている。屈折
率整合液18が、反射面22に直に接して配置されている。
屈折率整合液18は、変形自在で、整合液として周知でホ
ログラムによる記録モジュールに良く用いられ、例え
ば、キシレンまたは鉱油である。例えば、屈折率整合液
としては、光学用鉱油或いは顕微鏡オイルである。この
実施例では、記録材10の厚さは約0.5インチ〜0.75イン
チで、屈折率整合液18の厚さは概ね0.2インチ〜0.25イ
ンチである。屈折率整合液18の厚さは、0.01インチ以下
では記録を制御することが難しく、0.25インチ以上では
屈折率変動の問題が生じる。

記録媒体或いはフィルム16は、屈折率整合液18の上面と
直に隣り合って配置されている。記録媒体16は、表面24
と底面26を備え、且つ、変形自在で、ホログラムのため
の記録フィルムとして周知である。記録媒体16は、特に
この実施例では、重クロム酸ゼラチンから作られてい
る。記録媒体16の厚さは、この実施例では0.001インチ
である。この厚さは、変更可能である。基板14は、記録
媒体16の表面24を支持している。基板14は、この実施例
ではガラスから作られているが、この分野における技術
によって認められている例えば、半導体材料も用いるこ
とができる。また、これらの材料は、光線の波長に依存
する。基板14の厚さは、この実施例ではおおむね0.25イ
ンチである。この厚さも変更できる。

吸収材或いは透過材12は、基板14の記録媒体16と対向す
る側に支持されている。吸収材12は、ホログラムが記録
されている間、周囲環境28と水分をつり合わせる。吸収
材12は、この実施例においては重クロム酸ゼラチン以外
のゼラチンであって、その厚さは約10〜50μｍである。
この発明に用いられる吸収材は、透過はせず、また、染
料、例えば水に溶かした超微粒炭素を含み、溶剤又は波
長依存染料、例えばメチルオレンジと、ゼラチン（又は
他の材料）と混ぜられている。この吸収材は、緑から青
の露光幅に用いられることが望ましい。染料によって、
吸収材からの、特に、吸収材12の空気との界面13に生じ
るスプリアス反射は減少される。

吸収材12が染色された結果、染色をしないホログラムよ
りもノイズ或いはスプリアスが大幅に減少される。この
ノイズ或いはスプリアスの減少は以下のようにしてなさ
れる。第１図に示したA1,A2のような光線が吸収材12を
突抜け、その後記録材10からA1′,A2′として出射す
る。これに対して、第１図に示したA1″のような光線が
実質的に吸収材12を三度び突抜ける。例えば、記録媒体
16及びミラー20からの吸収モレを無視し、界面13による
反射を約４％と仮定すると、ノイズ光線A1″は染色をし
ないホログラムの場合には、光線A1の約3.2％になる。
光線A1は、染色による吸収が約50％あるため約２倍の光
量を必要とするが、染色をすることによって、ノイズ光
線A1″は、記録媒体16における光線A1の約0.8％に減少
される。

図面から周知のように、ゼラチンフィルム例えば吸収材
12は収縮可能で、この収縮は４つの異なったメカニズム
によって生じる。第１のメカニズムは水分を失うことで
ある。水分を失うことによるゼラチンの収縮は、その失
う水分の量にほぼ等しい。水分は、隙間からしみ出る或
いは遊離して蒸発する。いずれの場合も、水分はかなり
すばやく蒸発する（60℃の場合一日かからない）。この
理由は、基となるゼラチン材料の組成が天然のものであ
るからで、化学合成のゼラチン構造では、他の例のよう
な変化をする。ゼラチン層（即ち、吸収材12）が水分を
失う割合或いは水分を吸収する割合は、ゼラチンを別の
ものにすることで変更できる。

第２図は、ゼラチンの水分の吸収及び放出によるこの発
明を用いた方法を示している。ゼラチンから作られてい
る吸収材12は、ハッチングで示され、厚さＳを有してい
る。厚さＳは、吸収材の厚さを示し、静的状態であって
再形成できる。この状態において、吸収材12の水分は、
周囲環境28の水分に等しいので吸収も放出もしない。従
って、吸収材12の厚さは安定になる或いは静的値にな
る。しかしながら、吸収材12が周囲環境28との水分平衡
から抜出たときには、ΔＳで示す量にしたがってその厚
さが増大する。厚さΔＳの変化は、第２図のハッチング
で示した静的状態における吸収材12の上部に一点鎖線で
示されている。このように、吸収材12は、水分を吸収
し、静的状態から逃れ、ΔＳの量によって厚さを増大す
る。

また、吸収材12が周囲環境28に水分を放出したときに
は、吸収材12は第２図におけるハッチングと一点鎖線が
集められた状態に再形成される。吸収材12は周囲環境28
に水分を放出したとき、ΔＳで示された厚さが減少した
厚さになる。吸収材12は、水分が最終的に平衡したとき
には、その厚さはハッチングで示された静的状態と同じ
になる。

この発明によれば、距離ΔＳによって吸収材12の厚さが
変化できるので、記録材10を通過する光線の位相シフト
のために有益である。特に、記録材10を通過する光線の
位相シフトは、概ね1.5λにのぼり、別の（不要な）ス
プリアスホログラムを充分に除去できるとともに、ホロ
グラムが要求される充分なクリアリティーを残すことが
できる。この位相シフトは、第２図にA1°,A2°で示さ
れている。（この位相シフトの提供及び結果として生じ
るノイズホログラムによるにじみは、USP第4,458,977
号,USP第4,458,978号,USP第4,456,328号に同一の記載が
ある。）吸収材12の厚さのパラメータとして、この実施
例では、厚さを約1.5％変化することで必要とされる位
相シフトを得ることができる。この厚さを変化させる幅
は、厚さ全体の約0.5％〜約2.5％が好ましい。

第3a図及び第3b図は、吸収材12における厚さＳの変化の
例示のためのグラフである。このグラフは、検討しやす
いようモデル状態について記載している。第3a図では、
水分曲線Ｍは吸収材12が吸収する水分を示している。第
3b図は、水分を放出し収縮している吸収材12が形成する
別の水分曲線Ｍ′を示している。第3a図において、時間
t1と時間t2の間では、吸収材12の厚さが厚さS1から厚さ
S2まで直線状に増大する。この、ほぼ直線状の変化をす
る曲線Ｍの領域は符号Ｅで示されている。第3a図におけ
る曲線Ｅの左側は、吸収材12が厚さの増大（水分の吸
収）を始めたところで、この曲線は領域Ｅよりも著しく
直線性を欠いている。同様に、第3a図における曲線Ｅの
右側の曲線Ｍの領域では、吸収材12の水分は飽和するか
或いは周囲環境28の水分と平衡している。同様に、曲線
Ｍの右側の領域は、領域Ｅよりも著しく直線性を欠いて
いる。

第3b図によれば、時間t1′と時間t2′の間では吸収材12
の厚さは厚さS1′から厚さS2′まで減少している。この
例においては、厚さは時間とともにほぼ直線状に減少
し、水分曲線Ｍ′のこの領域は符号Ｅ′で示されてい
る。第3a図に示した例では、水分曲線Ｍ′の領域Ｅ′の
どちらかの側の領域の厚さＳは、時間とともに非線形に
変化している。

第3a図及び第3b図のいづれかの例において、曲線Ｅ或い
は曲線Ｅ′を示す時間に限定して、それぞれ、記録媒体
16が露光される。吸収材12の厚さＳは、この時間の間は
時間とともに直線状に変化するので、記録材10における
位相シフトは時間とともに直線状になる。従って、スプ
リアスホログラムによってにじんだり或いは不鮮明にな
ることも時間とともに事実上直線状になる。しかしなが
ら、領域Ｅ或いは領域Ｅ′の領域以外で露光されると、
厚さの変化は、非直線状になり位相シフトも非直線状に
なる。この順によって、スプリアスホログラムは、不揃
いににじんだり或いは不鮮明になるので、事実上スプリ
アスホログラムが発生する。

上述した第3a図及び第3b図では、吸収材12のモデルによ
って検討されやすく示されたにすぎないので、実験的
に、吸収材12として300（bloom強度）ポークスキンＡ型
ゼラチンを用いている。この試験の結果、相対湿度が０
％から５％に増加する場合には、膨脹幅（吸収材12の吸
水量）は、30分を越えるまではほぼ直線状に増大するこ
とが指示された。この結果は、吸収材の厚さが50μｍの
とき、アルゴンレーザ光の波長λ（5145Å）の5/100ず
つ毎分増大することに等しい。また、相対湿度が０％か
ら22％に増加する場合においては、膨脹幅は、同じ吸収
材12を用いた場合には、アルゴンレーザ光の波長（5145
Å）の22/100ずつほぼ毎分増大する。しかし、この吸収
材では、相対湿度が22％から０％に直線状に収縮する場
合には、相対湿度に対応する厚さの変化は直線状にはな
らない。

上述した技巧によって、吸収材12は、水分を吸収する或
いは放出することに関して、増加傾向或いは減少傾向を
有する材質を選択することによって形成できることが認
められている。このような特徴は、記録材10に組込まれ
る吸収材12及び露光される時間の長さ（露光時間）にと
って重要なことである。露光時間が極短い場合には、迅
速に水分を吸収する或いは放出する吸収材12の利用が必
要になる。また、露光時間が長い場合には、ゆっくりと
水分を吸収する或いは放出する吸収材12として利用でき
る異なる材質が必要になる。

第４図に示した装置の操作において、光源40は、第１図
及び第２図に示した光線A1,A2を発生させる。光線は、
シールされているハウジング30に配置されている記録材
10の上に突き当たる。ハウジング30は、記録材10を取巻
いている周囲環境28の相対湿度を調整する。この実施例
においては、窒素ガス源36がハウジング30の入口32に窒
素ガス流路（図示しない）によって導かれている。矢印
で示された窒素ガスが記録材10の上を通過し、同時に周
囲環境28から水分を吸収して出口34へ通り抜ける。ハウ
ジング30から水分が吸収されるので、吸収材12が周囲環
境28へ水分を放出する傾向の場合には、水分勾配が整え
られる。吸収材12が、さらに水分を吸収する場合には、
水源38から入口32を介して吸水され、周囲環境28の水分
勾配は再び整えられる。（従って）周囲環境28が高い相
対湿度の場合には、吸収材12は水分を吸収する。

この結果、記録材10の吸収材12は、要求に応じて水分を
吸収する或いは放出する力を備える。

このようにして、吸収材12は、特定の時間の範囲に対し
て実質的に直線状に厚さを変化でき、記録媒体16が露光
されるために必要な時間が得られる。この厚さの直線状
の変化によって、記録材10における位相のずれが直線状
に対応され、完全なホログラムに要求されるスプリアス
ホログラムによるにじみが取除かれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の、記録材に吸収材或は透過材が設
けられているホログラム記録材10の側面図； 第２図は、この発明の、ホログラム製造中に吸収材の厚
さが増大或いは減少する記録材10の側面図； 第3a図は、この発明の、記録材の厚さの増大を時間に対
して示したグラフ； 第3b図は、この発明の、記録材の厚さの減少を時間に対
して示したグラフ； 第４図は、この発明の、ホログラムを露光する装置の概
略図である。 10…記録材、12…吸収材、14…支持体、16…記録媒体、
18…屈折率整合液、20…反射ミラー、30…ハウジング、
32…入口、34…出口、36…窒素ガス源、38…水源、40…
光源

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一の面とこの第一の面に対向する第二の
   面とを有する透明な支持体と、 この支持体のいづれかの面に載置された記録媒体と、 上記支持体の第一の面に位置され、周囲環境と湿度平衡
   になるまで連続的に厚さが変化する吸収手段と、 上記支持体の第一の面に載置されたこの吸収手段に対し
   て露光ビームを直接入射させる形成（第一の）手段と、 上記支持体の第二の側に近接して配置され、上記露光ビ
   ームを反射させて上記入射ビームと（自身による）反射
   ビームの干渉によってホログラムを記録させる反射（第
   二の）手段と、 この第二の手段と上記支持体との間の空間に、上記支持
   体（の屈折率）に実質的に等しい屈折率を有する屈折率
   整合手段を注入する手段とを備えるホログラム記録装
   置。
2. 【請求項２】前記記録媒体と前記吸収手段は、前記支持
   体の対向する面のそれぞれに載置される請求項１記載の
   ホログラム記録装置。
3. 【請求項３】前記記録媒体は、前記吸収手段と前記支持
   体の第一の面との間に位置される請求項１記載のホログ
   ラム記録装置。
4. 【請求項４】前記支持体は、可撓性のあるプラスチック
   フィルムである請求項１記載のホログラム記録装置。
5. 【請求項５】前記記録媒体は、非親水性または疎水性の
   フォトポリマ材質である請求項４記載のホログラム記録
   装置。
6. 【請求項６】前記吸収手段は、ゼラチンで作られる請求
   項５記載のホログラム記録装置。
7. 【請求項７】前記吸収手段は、ポリビニルアクリルであ
   る請求項５記載のホログラム記録装置。
8. 【請求項８】透明な材質によって形成され、互いに対向
   する２つの面を有する支持体と、 この支持体における露光ビームが照射される側の面に密
   着され、厚さ方向に関し膨脹或いは収縮可能であって、
   上記露光ビームが照射されている間に、一定の割合で膨
   脹或いは収縮される吸収材と、 上記支持体における上記吸収材が密着されている側に対
   向する側に配置され、上記露光ビームに関連する光ビー
   ムが記録される記録媒体と、 この記録媒体に対して所望の間隔で配置され、上記吸収
   材及び上記記録媒体を通過された上記露光ビームを、上
   記記録媒体に向かって反射させる手段とを有するホログ
   ラム記録材料。
9. 【請求項９】前記記録媒体は、前記吸収材を通過された
   露光ビームと前記反射手段を介して反射された反射ビー
   ムとを干渉させることによって生じるインターフェアパ
   ターンを記録する請求項８記載のホログラム記録材料。
10. 【請求項１０】透明な材質によって形成され、互いに対
    向する２つの面を有する支持体と、この支持体における
    露光ビームが照射される側の面に密着され、厚さ方向に
    関し膨脹或いは収縮可能であって、上記露光ビームが照
    射されている間に、一定の割合で膨脹或いは収縮される
    吸収材と、上記支持体における上記吸収材が密着されて
    いる側に対向する側に配置され、上記露光ビームに関連
    する光ビームが記録される記録媒体と、この記録媒体に
    対して所望の間隔で配置され、上記吸収材及び上記記録
    媒体を通過された上記露光ビームを、上記記録媒体に向
    かって反射させる手段とを有するホログラム記録材料に
    ホログラムを記録する装置であって、 上記ホログラム記録材料を密閉収容するとともに、この
    収容されているホログラム記録材料に露光ビームを入射
    させるための光学的開口部、自身の内部の湿度を増大さ
    せるための第一の媒体が注入可能な第一の入口手段、自
    身の内部の湿度を低減させるさせるための第二の媒体が
    注入可能な第二の入口手段、及び、自身の内部に注入さ
    れた媒体を排出するための出口手段を有し、上記ホログ
    ラム記録材料がさらされる周囲環境を所望の状態に維持
    できる装置本体を有し、 上記ホログラム記録材料に上記露光ビームが照射されて
    いる間、上記装置本体内の湿度を一定の割合で減少また
    は増大させることで、ノイズホログラムを低減可能な記
    録装置。