JPH07160182A - ホログラム作成方法および作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２光束法によるホログラム作成方法および作成
装置に関し，複雑な非球面位相をもつホログラムを作成
することを目的とする。 【構成】 物体点3 と参照点2 の点光源から発生する光
をホログラム面1'に照射し，ホログラムを作成するホロ
グラム作成方法において，物体点3 もしくは参照点2 の
一方の点光源3 から発生する光線をホログラム面1'まで
露光時の照射方向に対して順方向に光線追跡し，求める
べき空間周波数の干渉縞をもつホログラムで該光線によ
り生じる回折光1 に基づいて逆方向に他方の該点光源2
に向かう逆光線12を光線追跡して該逆光線12が他方の点
光源2 に収束する光学系4 を求め，他方の点光源2 を光
源として該光学系4 を通過する光線と一方の点光源3 を
光源とする光線をホログラム面に照射してホログラム1
を作成する構成をもつ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，２光束法によるホログ
ラム作成方法および作成装置に関する。ホログラムの作
成方法は，物体光と参照光との２光束による干渉を記録
する２光束法と，ホログラム干渉縞を直接に電子ビーム
もしくはレーザビームで描画する直接露光法とがある。

【０００２】本発明は２光束法により，複雑な非球面位
相の干渉縞を有するホログラムの作成方法および作成装
置に関する。

【０００３】

【従来の技術】図９は従来のホログラム作成方法を示
し，２光束法による作成方法である。図９において，１
０１はホログラム面である。

【０００４】１０２は参照点であって，参照光の点光源
である。１０３は物体点であって，物体光の点光源であ
る。１０４は光学系である。

【０００５】１１０は参照光である。１１１は物体光で
ある。図９の構成において，必要なホログラムの干渉縞
が得られるように物体点１０３，参照点１０２，ホログ
ラム面１０１と光学系１０４と点光源の波長等を設定す
る。そして，物体点（点光源）１０３で発生する物体光
を光学系１０４によりホログラム面１０１に照射し，参
照点（点光源）１０２で発生する参照光をホログム面１
０１に照射する。そのようにして得られる参照光１１０
と物体光１１１の干渉光を写真乾板等に露光することに
よりホログラムを得る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の２光束法による
ホログラム作成方法では，参照点，物体点の位置を決め
て、簡単な光学系により，球面位相のホログラムしか得
られなかった。非球面位相のホログラムを得る場合は、
球面位相を求めた光の波長の波長比を変更する程度であ
り、得られたホログラムは収差を含むものであった。そ
のため，従来の２光束法では，複雑な非球面位相を有す
るホログラムを作成することが難しく，非球面位相にす
るにしても放物位相程度であり，それ以上に複雑な非球
面位相を持つホログラムは不可能であった。

【０００７】本発明は複雑な非球面位相をもつホログラ
ムを２光束法により作成するホログラム作成方法および
作成装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は２光束法におい
て，コンピュータ処理により求めるべきホログラムによ
り生じる回折光，参照光もしくは物体光を求め，実際に
露光する方向と逆方向に光線追跡し，追跡した光線が参
照点もしくは物体点に収束するように参照点とホログラ
ム面の間に挿入する光学系もしくは物体点とホログラム
面との間に挿入する光学系を設定するようにした。

【０００９】図１により本発明の原理を説明する（図
１，図２は参照光を逆方向に光線追跡することにより参
照光側の光学系を求める場合を例として示す）。図１に
おいて，１はホログラムであって，求めるべき空間周波
数の干渉縞をもつものである。

【００１０】２は参照点であって，参照光の光源が配置
される位置である。３は物体点であって，物体光の点光
源の位置する点である。４は参照光側の光学系である。

【００１１】５は物体光側の光学系であって，物体光の
光源である。１０は物体光であって，物体点３で発生し
てホログラム１に入射するものである。

【００１２】１１は回折光であって，物体光１０の回折
したものである。１２は参照光の逆光線であって，回折
光１１を逆方向に追跡した光線である。必要とする空間
周波数の干渉縞をもつホログラム１に物体光１０を入射
すると，ホログラム１で物体光１０が回折して回折光１
１を生じる。そこで，回折光１１を逆に追跡して逆光線
を求める。２光束による露光は物体光１０の波面と参照
光の波面を干渉させて干渉縞を記録するものであるの
で，回折光１１を逆方向にたどった光線は参照波として
必要な波面をもつ（参照光の逆光線１２）。

【００１３】従って，そのように求めた参照光の逆光線
１２を一点に収束するような光学系を求め，その収束す
る点を参照点として，参照点で発生する参照光を求めた
光学系をとおしてホログラム面に入射させ，物体光と干
渉させれば必要とする空間周波数の干渉縞をもつホログ
ラム１が得られる。

【００１４】図２により本発明の基本構成を示す。図２
において，１’はホログラム面である。

【００１５】２は参照点（点光源）である。３は物体点
（点光源）である。４は参照光側の光学系であって，参
照光の逆光線１２を光線追跡することにより参照点２に
収束するように定めたものである。

【００１６】５は物体光側の光学系であって，物体光３
をホログラム面１’に入射するものである。１０は物体
光である。

【００１７】１１は回折光である。１２は回折光１１の
逆光線である。

【００１８】

【作用】図１，図２により本発明の基本構成を説明す
る。図１において，本発明の光学系の設定方法について
説明する。

【００１９】ホログラム１に記録する干渉縞の位相伝達
関数は予め求められている。その位相伝達関数のホログ
ラム１に，物体光１０を照射したときの回折光１１をコ
ンピュータ処理により求める。さらにその回折光１１の
逆方向の光線を参照光の逆光線１２として求め，光線追
跡することにより参照光の逆光線１２が参照点２に収束
するような参照光側の光学系４を定める。参照点２は参
照光の逆光線１２が収束した点とするか，あるいはあら
かじめ定められた点であっても良い。

【００２０】次に，図２により本発明の基本構成につい
て説明する。まず，図１の方法で参照点２，参照光側の
光学系４を求める。そこで，参照点２および物体点３に
点光源を配置し，物体光側の光学系５および求めた参照
光側の光学系４を配置する。物体光１０と参照点２で発
生して参照光側の光学系４を通過する参照光４をホログ
ラム面１’に照射する。このようして，求めるべき空間
周波数の干渉縞をもつホログラムを得ることができる。

【００２１】上記の説明においては，参照光の逆光線１
２を求めて光線追跡し，参照光側の光学系４を求める場
合について説明したが，本発明は，物体光１０の逆光線
を光線追跡し，物体光側の光学系５を求める場合にも同
様に適用できる。また，参照点，物体点の位置は，光線
追跡の出発点としていずれか，一方が設定されていれば
良く，他方の点は任意の位置として良い。あるいは，参
照点，物体点の双方が予め定められている場合にも適用
できる。

【００２２】

【実施例】図３は本発明のホログラムグラム作成装置の
光学系の設定方法の例を示す。図３において，２１はホ
ログラムである。

【００２３】２２は参照点である。２３は物体点であ
る。２４は物体光側レンズである。

【００２４】２５は参照光側レンズである。２６は物体
光である。２７は参照光の逆光線である。

【００２５】３１はレンズ１である。３２はレンズ２で
ある。３３はレンズ３である。

【００２６】図３による光学系の設定方法については説
明する。物体点２３，物体光側レンズ２４，ホログラム
２１は与えられているとする。まず，求めるべき空間周
波数をもつホログラムの位相伝達関数を求める。次に，
与えられている物体点２３で発生し，物体光側のレンズ
２４を通過し，ホログラム２１に照射する物体光２６を
求め，さらに光線追跡して回折光（図示せず）を求め
る。そして，回折光を逆方向にたどることにより参照光
の逆光線２７を求める。そして，参照波側の光学系のレ
ンズの枚数（レンズ１(31)，レンズ２(32)，レンズ３(3
3)等を定める），レンズ面の曲率，レンズの厚さ等をパ
ラメータとして，パラメータを変更しながら参照光の逆
光線２７を光線追跡し，参照光の逆光線２７が一点に収
束する参照波側の光学系（参照波側レンズ２５）を求め
る。また，収束する点を参照点とする。参照点があらか
じめ与えられている場合は，参照光の逆光線がその参照
点に収束する光学系を求める。

【００２７】図４，図５は本発明のホログラム作成装置
の構成を示す。図４は側面図であり，図５は平面図（図
４の側面図を上方より見た図）である。図４，図５にお
いて，２１’はホログラムである。

【００２８】２２は参照点であり，点光源である。２３
は物体点であり，点光源である。２４は物体光側レンズ
である。

【００２９】２５は参照波側レンズであって，参照光の
逆光線追跡で求めた光学系である。参照波側レンズ２５
はレンズ１(31)，レンズ２(32)，レンズ３(33)により構
成されるものである。

【００３０】２６は物体光である。２７は参照光であ
る。図４，図５の構成によるホログラム作成方法を説明
する。

【００３１】参照点２２の点光源から参照光が発光さ
れ，参照波側レンズ２５を通過してホログラム２１’に
参照光２７が照射される。一方，物体点２３の点光源か
ら物体光が発光され，物体光側レンズ２４を通過して，
ホログラム２１’に物体光が照射される。

【００３２】参照光２７と物体光２６が干渉して，求め
るべき空間周波数をもつホログラムが得られる。図６は
本発明のホログラム作成方法の実施例１である。

【００３３】図６において，Ｓ１〜Ｓ４はコンピュータ
により参照光側の光学系を求める処理である（ホログラ
ム面，物体点，参照点，物体光側のレンズの特性は与え
られている）。Ｓ５はＳ１〜Ｓ４で求めた光学系を使用
して作成したホログラム作成装置によるホログラム作成
処理である。

【００３４】Ｓ１ 求めるべき空間周波数をもつホログ
ラムの位相伝達関数を求める。 Ｓ２ 参照光側の光学系のレンズの枚数，レンズ面の曲
率，厚さ等をパラメータとして光学系を設定する。

【００３５】Ｓ３ 物体光を求めるべきホログラムに照
射することにより生じる回折光を求め，回折光を逆方向
にたどることにより参照光の逆光線を求める。 Ｓ４ 参照光の逆光線が一点（参照点）に収束する光学
系のパラメータを求める。参照光の逆光線追跡により一
点に収束するパラメータを求めることができなければ，
光学系（レンズの枚数，レンズ面の曲率，厚さ等）を変
更してＳ２以降の処理を繰り返す（通常は完全に一点に
収束しないが、許容範囲内に収まれば収束したとみな
す）。一点（参照点）に収束するパラメータが求まれ
ば，Ｓ５に進む。

【００３６】Ｓ５ Ｓ１〜Ｓ４で求めた光学系，物体
点，参照点，点光源を備えるホログラム作成装置を構成
し，参照点から発生して上記方法で求めた光学系を通過
する参照光と物体光をホログラム面に照射し，ホログラ
ムを求める。

【００３７】実施例１で求めた光学系は，逆光線が完全
に参照点に収束する理想的なものでなく，収差を含むも
のである。本発明の実施例２は，求めた光学系に対して
点光源の参照光を入射した時，物体光と参照光とにより
得られるホログラムの位相伝達関数を求め，その位相伝
達関数と求めるべきホログラムの位相伝達関数に基づく
差を求めて，光学系を評価し，必要があれば，さらに光
学系を補正して理想に近い光学系を求めるものである。

【００３８】図７は本発明のホログラム作成方法の実施
例２の説明図である。図７は求めるべき空間周波数を持
つホログラムの位相伝達関数（補正前の位相伝達関数と
称する）と，本手法によって求められた光学系を通過す
る参照光と物体光とにより得られるホログラムの位相伝
達関数（補正後の位相伝達関数と称する）とに基づく位
相差を求めたものである。

【００３９】図７においてｘｙはホログラム面であり，
ｘはｘ方向，ｙはｙ方向である。縦軸λは補正前の位相
伝達関数と補正後の位相伝達関数の差である（λ＝０の
面はｘｙ面より上に平行移動されている）。

【００４０】λが０に近い程，設定された光学系が理想
に近いものであることを示す。完全に収差のない理想的
な光学系であればλの面はλ＝０を通るｘｙ面に平行な
面となる。λが大きい点程，その点に生成されたホログ
ラムの干渉縞の誤差の大きい光学系であることを意味す
る。

【００４１】従って，図７の補正前と補正後の位相伝達
関数に基づく差のグラフにより，求めた光学系が理想と
する特性からのズレを判定することができる。図８は本
発明のホログラム作成方法の実施例２である。図７は図
６の補正前と補正後の位相伝達関数に基づく差のグラフ
を参照し，求めた光学系の特性を判定することにより，
最適な光学系を求める方法を示す。

【００４２】図８において，Ｓ１〜Ｓ４はコンピュータ
による処理である。ホログラム面，物体点，物体光側レ
ンズの特性，光源の波長等は与えられている。

【００４３】Ｓ１ 求めるべき空間周波数をもつホログ
ラムの位相伝達関数（補正前の位相伝達関数）を求め
る。 Ｓ２ 参照光の逆光線追跡により参照点に収束する光学
系を求める（図６のホログラム作成方法による）。

【００４４】Ｓ３ 点光源の参照点で発生し，求めた光
学系を通過する参照光と物体光とにより得られるホログ
ラムの位相伝達関数を求める（減衰最小二乗法等により
求める）。

【００４５】Ｓ４ 補正前の位相伝達関数の二乗と補正
後の位相伝達関数の二乗の差を求める。 Ｓ５ Ｓ４で求めた位相伝達関数に基づく差のグラフに
より，求めた光学系で得られるホログラムが求めようと
する特性を満足するものであるかどうかを判定する。

【００４６】満足するものであればＳ６に進み，満足し
なければＳ２以降の処理を繰り返す。 Ｓ６ 求めた光学系でホログラム作成装置を構成し，ホ
ログラムを作成する。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば，非球面位相の干渉縞を
もつ複雑なホログラムを２光線法により正確に作成する
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である。

【図２】本発明の基本構成を示す図である。

【図３】本発明のホログラム作成装置の光学系の設定方
法を示す図である。

【図４】本発明によるホログラム作成装置を示す図であ
る。

【図５】本発明によるホログラム作成装置を示す図であ
る。

【図６】本発明のホログラム作成方法の実施例１を示す
図である。

【図７】本発明のホログラム作成方法の実施例２の説明
図である。

【図８】本発明のホログラム作成方法の実施例２であ
る。

【図９】従来のホログラム作成方法を示す図である。

【符号の説明】

１：ホログラム ２：参照点（点光源） ３：物体点（点光源） ４：参照光側の光学系 ５：物体光側の光学系 １０：物体光 １１：回折光 １２：回折光の逆光線

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体点(3) と参照点(2) の点光源から発
   生する光をホログラム面(1')に照射し，ホログラムを作
   成するホログラム作成方法において，物体点(3) もしく
   は参照点(2) の一方の点光源(3) から発生する光線をホ
   ログラム面(1')まで露光時の照射方向に対して順方向に
   光線追跡し，求めるべき空間周波数の干渉縞をもつホロ
   グラムで該光線により生じる回折光(11)に基づいて逆方
   向に他方の該点光源(3) に向かう逆光線(12)を光線追跡
   して該逆光線(12)が他方の点光源(2) に収束する光学系
   (4) を求め，該他方の点光源(2) を光源として該光学系
   (4) を通過する光線と一方の点光源(3) を光源とする光
   線をホログラム面に照射してホログラム(1) を作成する
   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において，該点光源(2) ，(3)
   および該光学系(4)により得られるホログラムの伝達関
   数を求め，求めるべきホログラム(1) の位相伝達関数と
   求められた該位相伝達関数に基づく位相差を求め，該位
   相差に基づいて光学系(4) が適正に設定されているかど
   うかを判定し，適正な光学系(4) を求め，該光学系(4)
   と該点光源(2) ，(3) によりホログラム面(1')を作成す
   ることを特徴とするホログラム作成方法。
3. 【請求項３】 物体点(3) に置かれた点光源と，参照点
   (2) に置かれた点光源と，該点光源で発生する光をそれ
   ぞれホログラム作成のための物体光(10)および参照光(1
   3)として入射する光学系(4) ，(5) を備えたホログラム
   作成装置において，該一方の光学系(4) は，物体点(3)
   もしくは参照点(2) の一方の点光源(3) から発生する光
   線をホログラム面(1')まで露光時の照射方向に対して順
   方向に光線追跡し，求めるべき空間周波数の干渉縞をも
   つホログラムにより該光線で生じる回折光(11)に基づい
   て逆方向に他方の該点光源(2) に向かう逆光線(12)を求
   め，該逆光線(12)を光線追跡して他方の該点光源(2) に
   収束するように求めたものであることを特徴とするホロ
   グラム作成装置。
4. 【請求項４】 請求項３において，該点光源(2) ，(3)
   および該光学系(4)，(5) により得られるホログラムの
   伝達関数を求め，該伝達関数と求めるべきホログラムの
   位相伝達関数とに基づく位相差を求め，該位相差に基づ
   いて光学系が適正に求められたかを判定することにより
   得たものであることを特徴とするホログラム作成装置。
5. 【請求項５】 請求項１もしくは２において，求めるべ
   き空間周波数の干渉縞が非球面位相をもつものであるこ
   とを特徴とするホログラム作成方法。
6. 【請求項６】 請求項３もしくは４において，該光学系
   (4) が球面レンズのみにより構成されているものである
   ことを特徴とするホログラム作成装置。
7. 【請求項７】 請求項３もしくは４において，該光学系
   (4) が非球面レンズを備えるものであることを特徴とす
   るホログラム作成装置。