JPH0713476A - ホログラム作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】表面レリーフ型のホログラム作成方法に関し、
溝の深さを調整して回折効率の分布を任意に制御可能と
する。 【構成】基板１に第１ポジレジスト２を塗布し、レーザ
光３，４により干渉露光し、現像処理で十分に深い第１
溝形状７を作成する。次に第１溝形状７を、所望の回折
効率を与える空間周波数によって決まる最適な深さに深
さを調整する。これは第１溝形状７に紫外線９を照射し
て光硬化させた後、新たに第２ポジレジストを塗布して
溝を埋め尽す。続いて１光束の照明光１１を照射して露
光量で調整する溝の深さを決め、最終的に現像して第２
溝形状１３を作る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレントな２光束
により乾板を干渉露光してホログラム干渉縞の溝形状を
フォトエッチングにより作成する表面レリーフ型のホロ
グラム作成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、表面レリーフ型のホログラム作成
方法にあっては、レーザ光などのコヒーレントな２光束
によりレジスト（感光性材料）を塗布したホログラム乾
板を干渉露光する。続いて干渉露光が済んだホログラム
乾板を現像すると、露光量に応じてレジストの除去が行
われ、ホログラム干渉縞に応じた溝形状をホログラム乾
板の表面に作成することができる。こうして作成したホ
ログラムの溝形状から金型としてのスタンパを作成し、
スタンパを用いてホログラムを複製する。

【０００３】

【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あっては、ホログラム
乾板に与える露光量の分布にムラがあり、現像処理した
パターンの溝深さの分布に変化を生じている。そのた
め、ホログラムの回折効率の分布は一様とはならない。
ホログラムは種々の光学素子に用いられるが、回折効率
の分布にムラのあるホログラムを、レーザプリンタ、バ
ーコードリーダ等の光走査装置に用いると、印字の濃淡
ムラや、バーコードの読取性能の低下を生ずる。

【０００４】この問題を解決するため、従来、濃淡分布
のあるフィルタに光束を通して光強度を均一にし、均一
な露光量分布を得ている。または、光束を大きく広げ、
広げた光束の一部を用いて均一に近い露光量分布をホロ
グラム乾板に与えるようにしている。しかし、この方法
では、逆にホログラム乾板に任意の露光量分布を与え、
任意の回折効率の分布をもったホログラムを作成するこ
とが困難であった。

【０００５】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、ホログラム干渉縞を形成する溝の深
さを調整して回折効率の分布を任意に制御できる表面レ
リーフ型のホログラム作成方法を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の表面レリーフ型のホログラム作成方法は、
十分に深い溝のホログラムを作成する第１過程と、第１
過程で作成した溝を埋めて深さを調整する第２過程を備
えたことを特徴とする。具体的に第１過程は、次の３つ
の過程を備える。

【０００７】［第１乾板作成過程］ 基板上に感光体材
料を用いた第１溶解物質（レジスト）を塗布して第１乾
板を作成する。 ［露光過程］ 第１乾板を、コヒーレントな２
光束により干渉露光する。 ［第１溶解過程］ 第１乾板の第１溶解物質を溶解
処理してホログラム干渉縞を形成する第１溝形状を生成
する。この場合、最終的に作成する溝の深さより十分に
深い溝を作成する。

【０００８】また第２過程は次の２つの過程を備える。 ［第２乾板作成過程］ 第１溝形状を埋めるように感光
体材料を用いた第２溶解物質を塗布して第２乾板を作成
する。 ［第２溶解過程］ 第２乾板の第２溶解物質を溶解
処理して第２溝形状を生成する。

【０００９】ここで、第２乾板作成過程と第２溶解処理
過程の間に、第２乾板に光を照射して露光する光照射過
程を設け、溶解処理で得る第２溝形状の深さを露光量に
より制御する。また光照射過程は、第２乾板に照射する
光強度の分布を変えて露光量に所定の分布、例えばガウ
ス分布などを持たせることができる。光照射過程で第２
乾板に照射する露光量に所定の分布を与える他の方法と
しては、 レンズはフィルタを用いて露光量に所定の分布を与え
る方法、 第２乾板に照射する光束を移動して露光量に所定の分
布を与える方法、 第２乾板に光束を固定して照射し、第２乾板を移動し
て露光量に所定の分布を与える方法、 第２乾板と光束の間に少なくとも１つの開口部を備え
た光遮蔽装置を配置し、第２乾板または開口部を時間的
に移動して露光量に所定の分布を与える方法、 がある。

【００１０】第２乾板に塗布する第２溶解物質として
は、露光量に応じて溶解量が変化する感光溶解型のフォ
トポリマー材料または露光量に応じて硬化量が変化する
感光硬化型のフォトポリマー材料を用いる。感光硬化型
のフォトポリマー材料を用いた場合、第２乾板に対する
光照射過程を不要とし、第２溶解過程のみによって第２
溝形状の深さを制御することもできる。

【００１１】さらに、第１溶解過程と第２乾板作成過程
との間に、第１溝形状を硬化させる溝保持過程を設け
る。この溝保持過程は、 紫外線を第１溝形状に照射した光硬化させる方法、 第１溝形状を加熱処理して熱硬化させる方法、 第１溝形状に金属被膜を蒸着により形成する方法、 がある。

【００１２】

【作用】このような本発明のホログラム作成方法によれ
ば次の作用が得られる。まずレリーフ型ホログラムの回
折効率は、溝深さによって変化する。従って本発明は、
溝の深さを任意に制御することによって、回折効率の制
御を可能とする。このため本発明は、まず溝の深いホロ
グラムを作成する第１過程と、この溝を埋めて深さを調
節する第２過程とを備え、これによって回折効率を制御
することを基本とする。

【００１３】第１過程では、ガラスなどの透明な基板に
第１感光体（第１レジスト）を塗布し、第１ホログラム
乾板を作成する。次に第１ホログラム乾板に、コヒーレ
ントな２つの光束を干渉して照射し、干渉縞をホログラ
ム乾板に干渉露光により記録する。続いて現像処理を行
い第１溝形状をもつホログラムパターンを作成する。こ
こで、第１ホログラム乾板は第１溝形状の溝が十分深く
作成されるような条件で露光する。

【００１４】ホログラムの回折効率は、空間周波数によ
って最適な溝深さが存在し、溝が深すぎると低下してし
まう。そこで第２過程で溝の深さを調整する。まず第１
感光体で作成した深い第１溝形状のホログラムパターン
に紫外線を照射して、光硬化させる。硬化した感光体は
不活性になり、現像液に溶解されなくなる。硬化処理の
後、新たな第２感光体（第２レジスト）を塗布し、溝を
埋めつくして第２ホログラム乾板を作成する。この第２
ホログラム乾板に目的とする深さの溝を得るための最適
な露光量で光を照射し、現像処理を行って新たな深さの
第２溝形状をもったホログラムパターンが作成される。
２回目の露光は、１光束でよく、またコヒーレント光で
ある必要はない。溝の深さを調整するための露光系が簡
単になり、再現性、操作性等が向上し、部分的、段階的
な露光も可能となる。その結果、任意の溝深さを任意の
分布で作成することが可能となる。

【００１５】最終的に、溝深さを制御した第２ホログラ
ム乾板に金属を蒸着して電極膜を形成し、金属メッキす
ることによりスタンパを作成し、そのスタンパからホロ
グラムを複製することによって、回折効率を制御したホ
ログラムを作成することが可能となる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明による表面レリーフ型のホログ
ラムの作成方法を示した説明図であり、感光体材料とし
て感光溶解型のポジレジスト、例えば感光溶解型フォト
ポリマー材料を使用している。本発明のホログラム製造
方法は 第１乾板作成過程 露光過程 第１溶解過程（第１現像過程） 保持過程（硬化過程） 第２乾板作成過程 光照射過程 第２溶解過程（第２現像過程） で構成される。各過程を詳細に説明すると、まず第１乾
板作成過程は図１（ａ）に示すように、ガラス基板１上
に感光溶解型フォトポリマー材料を用いた第１ポジレジ
スト２を均一に塗布する。続いて露光過程に入り、コヒ
ーレントな２つの光束による干渉露光を行う。即ち、レ
ーザ光３，４をレンズ５，６のそれぞれを介してガラス
基板１上の第１ポジレジスト２に照射し、２つのレーザ
光３，４の干渉による干渉縞を露光量の分布として記録
する。

【００１７】続いて図１（ｂ）の第１溶解過程に進み、
現像処理を行って、第１溝形状７をもつホログラムパタ
ーンを作成する。このような第１乾板作成過程，露光過
程及び第１溶解過程は十分な深さをもつ第１溝形状７を
形成する過程となる。このため、図１（ａ）の露光過程
にあっては、最終的に作成する溝形状に対し十分な深さ
をもつ第１溝形状７が得られるように露光量を制御す
る。

【００１８】続いて図１（ｃ）に示す保持過程で紫外線
ランプ８より紫外線９を第１溝形状７を作成した第１ポ
ジレジスト２に照射し、光硬化させる。この紫外線９の
照射により、第１溝形状７を作成している第１ポジレジ
スト２は現像処理に使用するアルカリ現像液に対し溶解
しにくくなり、第１溝形状７を保持することができる。
図１（ｃ）の保持過程は紫外線９の照射による光硬化以
外に１８０℃程度の熱を、第１溝形状７を作成している
第１ポジレジスト２に加えることによって、熱硬化させ
てもよい。また、第１溝形状７の表面に金属膜を蒸着法
によりコーティングさせてもよい。

【００１９】続いて図１（ｄ）の第２乾板作成過程に進
む。この第２乾板作成過程にあっては、保持過程で紫外
線９の照射により硬化が済んだ第１溝形状７を埋めるよ
うに第２ポジレジスト１０を塗布する。この第２ポジレ
ジスト１０も第１ポジレジスト２と同様、感光溶解型の
フォトポリマー材料を使用する。続いて光照射過程に進
み、第１溝形状７を埋めて塗布した第２ポジレジスト１
０に対し、１光束の照明光１１をレンズ１２を介して照
射し、第２ポジレジスト１０を露光する。最終的に、図
１（ｅ）の第２溶解過程（第２現像過程）に進み、露光
が済んだ乾板をアルカリ現像液により現像処理し、任意
の深さの第２溝形状１３をもつホログラムパターンを作
成する。

【００２０】図１（ｃ）〜（ｅ）に示した保持過程，第
２乾板作成過程，光照射過程及び第２溶解過程が、その
前の第１過程で作成した第１溝形状７を埋めて深さを調
整して、意図する回折効率に制御するための第２過程と
なる。ここで、図１（ｄ）の光照射過程で照射する照明
光１１の光強度分布（露光量分布）を適宜に制御した露
光を行うことにより、第２ポジレジスト１０の現像にお
ける溶解速度の差から任意の溝の深さの分布をもったホ
ログラムパターンを作成することができる。

【００２１】また、図１（ｅ）の第２溶解過程における
現像条件の最適化によって最終的に形成される第２溝形
状１３の深さを最適な深さとし、高い回折効率をもった
ホログラムを作成することができる。換言すると、図１
（ｂ）の光照射過程でホログラム干渉縞における溝の深
さの分布を制御し、また図１（ｅ）における溶解過程で
最終的に得る第２溝形状１３の深さを制御することがで
きる。

【００２２】次に図１（ｂ）の光照射過程で任意の光強
度分布パターンを得るための露光方法を説明する。図２
はガウス分布をもつ光強度分布を得るための露光方法を
示す。この露光光学系は図２（ａ）に示すように、照明
光１１をレンズ１２で変換し、図２（ｂ）に示す光軸中
心でピーク値をもつガウス分布の露光強度で第２ポジレ
ジスト１０を照射する。

【００２３】ここで、レンズ１２の焦点距離，配置位置
等を任意に選択することによって、意図するガウス分布
の露光強度が得られる。このガウス分布をもつ露光強度
により露光された第２ポジレジスト１０を現像すると、
図２（ｃ）に示すように、中央で溝が深く外側に向かう
に従って溝が浅くなるガウス分布に従った第２溝形状１
３を作成することができる。

【００２４】図３はフィルタを使用して任意の光強度分
布の露光を行う実施例を示す。図３（ａ）に示すよう
に、レンズ１１で拡散した照明光をフィルタ１４を透過
して第２ポジレジスト１０に照射する。フィルタ１４は
例えば図３（ｂ）に示すフィルタ透過率をもっており、
その結果、図３（ｃ）に示す光強度の分布が得られる。
このようなフィルタ１４を使用した露光後に第２ポジレ
ジスト１０を現像すると、図３（ｂ）に示す、中央で溝
が浅く両側に向かうに従って溝が深くなった第２溝形状
１３を発生することができる。

【００２５】図４は光ビームの走査により任意の光強度
分布を得る露光方法を示す。この場合には、照明光１１
をレンズ１４，１５によりホログラム乾板より小さな光
ビーム１６として照射する。そして、光ビーム１６また
はホログラム乾板側を移動させながら、光ビーム１６に
より第２ポジレジスト１０の部分的な露光を行う。この
部分的な露光の際に照明光１１の光強度を変えること
で、任意の分布をもった露光量を実現できる。

【００２６】図５はスリット開口を用いて任意の光強度
分布を得る露光方法を示す。この実施例では、照明光１
１を照射するレンズ１２と第２ポジレジスト１０を塗布
したホログラム乾板との間に、スリット開口２５を備え
た遮蔽板２４を配置する。スリット開口２５は第２ポジ
レジスト１０に対する照明光の照射範囲を限定する。そ
こで、遮蔽板２４によりスリット開口２５を移動しなが
ら、あるいはスリット開口２５を固定した状態でホログ
ラム乾板側を移動させながら部分的に第２ポジレジスト
１０の露光を行い、この露光操作の際に照明光１１の光
強度を変化させることで任意の光強度分布をもった露光
を行うことができる。

【００２７】図６は本発明のホログラム作成方法の第２
実施例を示したもので、この実施例にあっては干渉露光
に使用する感光体材料として感光硬化型の例えばフォト
ポリマー材料、所謂ネガレジストを使用したことを特徴
とする。ネガレジストは光の照射によって硬化し、現像
液に対し難溶解性を示すようになる。このようなネガレ
ジストを感光体材料に用いた図６の実施例にあっては、
図６（ａ）の第１乾板作成過程でガラス基板１上に第１
ネガレジスト１７を塗布する点が図１の第１実施例と異
なる。次の２つのレーザ光３，４による干渉露光、図６
（ｂ）の第１溶解過程による第１溝形状７の形成、更に
図６（ｃ）の紫外線９の照射による光硬化は図１と同じ
になる。

【００２８】図６（ｄ）の第２乾板作成過程にあって
は、第１溝形状７を埋めるように第２ネガレジスト１８
を塗布する点が図１の実施例と相違し、更にネガレジス
トを使用していることから、図１で次に行っている光照
射過程は省かれている。第２乾板作成過程で塗布した第
２ネガレジスト１８に対しては図６（ｅ）に示すよう
に、露光を行うことなく第２溶解過程に入る。この現像
処理によって一様に第２ネガレジスト１８を溶解し、最
適な溝の深さをもった第２溝形状１３を作成する。この
ようにネガレジストを用いた場合には、第２溝形状１３
を露光する必要がないことから処理が更に簡単になる。

【００２９】更に、図６（ｄ）で塗布した第２ネガレジ
スト１８について、任意の回折効率の分布を得るために
は、図１（ｄ）の照明過程と同様、１つの光束の照射に
よる光強度分布を変えて第２ネガレジスト１８を露光す
ることで、最終的に作成する第２溝形状１３の深さを制
御することもできる。この場合の露光方法は図２，図
３，図４及び図５に示したと同じ方法を採用することが
できる。但し、ネガレジストであることから、ポジレジ
ストの場合とは逆に露光強度の強い部分の溝の深さが浅
くなり、露光強度の低い部分の溝の深さが深くなる関係
にある。

【００３０】図７は本発明により作成したホログラムパ
ターンから更にスタンパを作成するまでの過程を示して
いる。図７（ａ）は本発明の第１過程でガラス基板１上
に作成された第１溝形状７を示し、この実施例にあって
は第１溝形状７に対し蒸着法により金属蒸着膜１９を形
成して硬化させている。続いて図７（ｂ）に示すよう
に、第２過程により制御された深さをもつ第２溝形状１
３を形成し、この第２溝形状１３についても図７（ｃ）
に示すように、蒸着法により金属被膜２０を形成して硬
化させる。

【００３１】次に図７（ｄ）に示すように、第２溝形状
１３の金属蒸着膜２０上に金属メッキ層２１を形成し、
更に裏打ち部材２２で補強する。続いて図７（ｅ）に進
み、ガラス基板１を外し、次の図７（ｆ）で現像液によ
り第１溝形状７を形成しているネガレジストまたはポジ
レジストを除去する。この実施例にあっては、図７
（ａ）に示すように第１溝形状７の硬化は紫外線照射に
よる光硬化でないことから、図７（ｆ）の現像により簡
単に第１溝形状７を形作っているレジストを除去するこ
とができる。

【００３２】続いて図７（ｇ）に進み、金属蒸着膜１９
を選択的に除去する。ここで、図７（ａ）で蒸着した金
属蒸着膜１９と、図７（ｃ）で蒸着した金属蒸着膜２０
を異なる物質としており、従って図７（ｇ）におけるエ
ッチングで選択的に金属蒸着膜１９のみを除去すること
ができる。続いて図７（ｇ）に示すように、第２溝形状
１３の作成に使用して残っているポジレジストまたはネ
ガレジストを現像液により処理して除去し、最終的に図
７（ｈ）に示すスタンパを得ることができる。

【００３３】このようにして作成したスタンパのホログ
ラムパターン面に紫外線硬化樹脂を塗布し、続いてガラ
ス基板を配置し、ガラス基板側からの紫外線の照射で硬
化させた後にスタンパから分離することで、ホログラム
の複製を作ることができる。尚、図７にあっては、現像
により形成した溝形状を硬化させる被覆として金属蒸着
膜を使用しているが、金属蒸着膜以外にシリコン膜等の
非金属膜であってもよいことは勿論である。また第１溝
形状と第２溝形状のフォトポリマー材料の組み合わせに
ついて、上記の実施例では同一型レジストを用いている
が、これを含めた以下の組み合わせが可能である。

【００３４】 ［第１溝形状］ ［第２溝形状］ ポジ型レジスト ポジ型レジスト ポジ型レジスト ネガ型レジスト ネガ型レジスト ポジ型レジスト ネガ型レジスト ネガ型レジスト

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、溝の深いホログラムを作成し、次に溝を埋めて深さ
を調整することによって、ホログラムパターンにおける
溝の深さの分布を任意に制御でき、ホログラムの回折効
率の分布を適切に制御した最適化したホログラムを作成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】感光溶解型のポジレジストを用いた本発明によ
るホログラムの製造過程を示した説明図

【図２】レンズを用いて回折効率の分布を制御する本発
明の光照射過程の説明図

【図３】フィルタを用いて回折効率の分布を制御する本
発明の光照射過程の説明図

【図４】光束を走査して回折効率の分布を制御する本発
明の光照射過程の説明図

【図５】スリットを走査して回折効率の分布を制御する
本発明の光照射過程の説明図

【図６】感光硬化型のネガレジストを用いた本発明によ
るホログラムの製造過程を示した説明図

【図７】本発明におけるスタンパの作成過程を示した説
明図

【符号の説明】 １：ガラス基板（基板） ２：第１ポジレジスト（感光溶解型の感光体材料） ３，４：レーザ光 ５，６，１２，１４，１５：レンズ ７：第１溝形状 ８：紫外線ランプ ９：紫外線 １０：第２ポジレジスト（感光溶解型の感光体材料） １１：照明光 １３：第２溝形状 １４：フィルタ １６：光ビーム １７：第１ネガレジスト（感光硬化型の感光体材料） １８：第２ネガレジスト（感光硬化型の感光体材料） １９，２０：金属蒸着膜 ２１：金属メッキ層 ２４：遮蔽板 ２５：スリット開口

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面レリーフ型のホログラム作成方法に於
   いて、十分に深い溝のホログラムを作成する第１過程
   と、前記第１過程で作成した溝を埋めて深さを調整する
   第２過程を備え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、 前記第１過程は、 基板上に感光体材料を用いた第１溶解物質を塗布して第
   １乾板を作成する第１乾板作成過程と、 前記第１乾板をコヒーレントな２光束により干渉露光す
   る露光過程と、 前記第２乾板の第１溶解物質を溶解処理し、ホログラム
   干渉縞を形成する十分に深い第１溝形状を生成する第１
   溶解過程と、を備え、 前記第２過程は、 前記第１溝形状を埋めるように感光体材料を用いた第２
   溶解物質を塗布して第２乾板を作成する第２乾板作成過
   程と、 前記第２乾板の第２溶解物質を溶解処理して深さが調整
   された第２溝形状を生成する第２溶解過程と、を備えた
   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２記載のホログラム作成方法に於い
   て、前記第２乾板作成過程と第２溶解処理過程の間に、
   前記第２乾板に光を照射する光照射過程を設けたことを
   特徴とするホログラム作成方法。
4. 【請求項４】請求項３記載のホログラム作成方法に於い
   て、前記光照射過程は、前記第２乾板に照射する光強度
   の分布を変えて露光量に所定の分布を持たせたことを特
   徴とするホログラム作成方法。
5. 【請求項５】請求項４記載のホログラム作成方法に於い
   て、前記光照射過程は、レンズ又はフィルタを用いて前
   記第２乾板に照射する露光量に所定の分布を与えること
   を特徴とするホログラム作成方法。
6. 【請求項６】請求項４記載のホログラム作成方法に於い
   て、前記光照射過程は、前記第２乾板に照射する光束を
   移動して露光量に所定の分布を与えることを特徴とする
   ホログラム作成方法。
7. 【請求項７】請求項４記載のホログラム作成方法に於い
   て、前記光照射過程は、前記第２乾板に光束を固定して
   照射し、前記第２乾板を移動して露光量に所定の分布を
   与えることを特徴とするホログラム作成方法。
8. 【請求項８】請求項４記載のホログラム作成方法に於い
   て、前記光照射過程は、前記第２乾板と光束の間に、少
   なくとも１つの開口部を備えた光遮蔽装置を配置し、前
   記第２乾板または前記開口部を時間的に移動して露光量
   に所定の分布を与えることを特徴とするホログラム作成
   方法。
9. 【請求項９】請求項２記載のホログラム作成方法に於い
   て、前記第２溶解物質として露光量に応じて溶解量が変
   化する感光溶解型のフォトポリマー材料、または露光量
   に応じて硬化量が変化する感光硬化型のフォトポリマー
   材料を用いたことを特徴するホログラム作成方法。
10. 【請求項１０】請求項２記載のホログラム作成方法に於
    いて、前記第１溶解過程と前記第２乾板作成過程との間
    に、前記第１溝形状を硬化させる溝保持過程を設けたこ
    とを特徴とするホログラム作成方法。
11. 【請求項１１】請求項１０記載のホログラム作成方法に
    於いて、前記溝保持過程は、紫外線を前記第１溝形状に
    照射した光硬化させることを特徴とするホログラム作成
    方法。
12. 【請求項１２】請求項１０記載のホログラム作成方法に
    於いて、前記溝保持過程は、前記第１溝形状を加熱処理
    して熱硬化させることを特徴とするホログラム作成方
    法。
13. 【請求項１３】請求項９記載のホログラム作成方法に於
    いて、前記第１溝形状に金属被膜を蒸着により形成する
    ことを特徴とするホログラム作成方法。