JPH0784126A - ホログラム作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リニアスケールやエンコーダ用のホログラム
を低コストの簡単な装置で高精度に作成することができ
るホログラム作成方法を提供すること。 【構成】 可干渉光を２つの平行光束に分け、光感光剤
が塗布された露光基板（５）上で干渉させて、ホログラ
ム格子を露光して作成するホログラム作成方法であっ
て、前記２つの平行光束の内、少なくとも一方の光束に
ホログラム格子（１４）を挿入し、前記露光基板（５）
上で干渉させ、この露光基板（５）と挿入したホログラ
ム格子（１４）を、一定の比の相対速度で同時に移動さ
せ、露光基板（５）上の干渉縞が不動の状態で露光して
作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、リニアスケールや光
学式ロータリーエンコーダ等の計測機に用いられるホロ
グラムの作成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ホログラム（回折格子）を用いた
リニアスケールやエンコーダが盛んに開発され市場に出
回っている。しかし、このようなリニアスケールやエン
コーダを製作するには、長いホログラムや、放射状のホ
ログラム（図７参照、１１はグレーティング）を貼りあ
わせて合成して作るのではなく、一括して作成できるの
が望ましい。このホログラムの作成方法として、例え
ば、特開昭６０−２１８６８８号公報においては、図８
に示すように、移動ミラー１で反射させた１本の光束を
ハーフミラー３を介して２つ光束に分離させてから、そ
れらの縦に細長い平行光束ミラー４で導いて干渉させ、
干渉させたまま露光基板５上を移動させて、等間隔直線
格子を露光し作成する方法が開示されている。基本的に
露光基板５上の干渉縞の位置は、ハーフミラー３により
２つに分光された後の、光路長差により決定される。よ
って、ハーフミラー３に入射する以前の光を移動ミラー
１により正確に平行に移動させる限り、干渉縞の位置は
変わらない。これは、広く拡大された太い光束の中で、
光強度が一部強力になり、その拡大された太い幅の光束
の中を移動することと等価である。したがって、干渉縞
の位置は露光基板５上では変化しないので、等間隔直線
格子が作成可能である。

【０００３】また、この方法だと、一部に強力な光を集
中させて露光できるので、パワーのあまりないレーザ光
源でも露光可能であり、ハーフミラー３から光源側に起
因する光学系のノイズ等は横に流れて記録されることな
く、又光束が光学系に比較して小さいために、光の当た
っていない部分のホコリやエッジ等の影響も少なく、全
体としてノイズ成分の少ないホログラム露光が可能とな
る。また、特開昭６４−３３５１８号公報においては、
図９（ａ）に示すように、次第に格子間隔が広がるホロ
グラムを露光で作る方法であって、２光束に分離した平
行光の少なくとも一方（物体光６。他方は参照光７で、
これはアパーチャ８、挿入ホログラム格子１４を介して
露光基板５へ入射する）に一対のシリンドリカルレンズ
（ＣＬ）９及び１０を挿入する方法が開示されている。
この場合、露光光は２つのＣＬ９及び１０の母線を結ぶ
方向に照射される。２つのＣＬ９及び１０の母線を互い
に少し異なる方向に設定すると、それは同図（ｂ）にも
示すように、入射角の違いとして表れる。つまり、一対
のＣＬ９，１０を露光装置に使用することで次第に格子
間隔が変化するホログラムが作成可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のホログラム作成方法の内、リニアスケールにおいて
は短いホログラムを多数作り、それらを貼りあわせて合
成して作っていた。その貼りあわせには高度な技術を要
していた。また、巨大な光学系の太い光束で従来の２光
束干渉法で作成する方法もあるが、高い面精度の大きな
レンズやミラーを必要とし、また、１ｍ、２ｍといった
ホログラムの作成に当たっては、世界最大級の光学系を
要し、何れの場合も用いる装置が非常にコスト高になる
という問題点があった。

【０００５】一方、エンコーダにおいては、マスクによ
る縮小露光で作成するために、回折の影響等で、格子本
数に限界が有り、数μｍ以下の格子を作成することは困
難であった。そのため、エンコーダの分解能や小型化に
も限界があった。あるいは、ホログラムを円盤上にでは
なく、円筒の側面上に作ることもできるが、この場合も
作成には高い精度が求められ、また、空間周波数も細か
くするには限界があるという問題点があった。そこで、
この発明は、上述した従来の問題点を解消して、リニア
スケールやエンコーダ用のホログラムを低コストの簡単
な装置で高精度に作成することができるホログラム作成
方法を提供することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の要旨とすると
ころは、請求項１では、可干渉光を２つの平行光束に分
け、光感光剤が塗布された露光基板上で干渉させて、ホ
ログラム格子を露光して作成するホログラム作成方法に
おいて、前記２つの平行光束の内、少なくとも一方の光
束にホログラム格子を挿入し、前記露光基板上で干渉さ
せ、この露光基板と挿入したホログラム格子を、一定の
比の相対速度で同時に移動させ、露光基板上の干渉縞が
不動の状態で露光して作成すること、また、請求項２で
は、前記請求項１記載のホログラム作成方法において、
２つの平行光束の内、少なくとも一方の光束にホログラ
ム格子と、一対のシリンドリカルレンズとを挿入し、そ
れらシリンドリカルレンズの母線を互いに傾けて、次第
に干渉縞の間隔が変化する放射状の構造の干渉光を、円
形基板上に照射して、この円形基板の中心から円周に向
かって放射状の干渉縞が形成されるようにし、且つ、こ
の円形基板と前記ホログラム格子を一定の比の相対速度
で同時に回転させ、円形基板上の放射状の干渉縞がこの
円形基板に対して不動の状態で露光して、円周に沿った
放射状の格子を有するホログラムを作成すること、ま
た、請求項３では、前記請求項１記載のホログラム作成
方法において、平行光束である可干渉光を、円柱の側面
上あるいはリボンの輪上に形成した、等間隔あるいは非
等間隔の平行格子に入射させた後、前記露光基板へ照射
するが、この際に、前記円柱あるいはリボンとこの露光
基板とを一定の比の相対速度で回転あるいは移動させ、
その１次から高次の回折光の内の所定の２光束を、前記
露光基板上で、互いに干渉させて作成すること、また、
請求項４では、前記請求項３記載のホログラム作成方法
において、円柱あるいはリボンと前記露光基板とは所定
の間隔で互いに固定されており、これらを等速度で移動
させて、その０次光と１次光を前記露光基板上で互いに
干渉させて作成することにある。

【０００７】

【作用】したがって、請求項１では、２つの平行光束の
内、少なくとも一方の光束にホログラム格子を挿入し、
前記露光基板上で干渉させ、この露光基板と挿入したホ
ログラム格子を、一定の比の相対速度で同時に移動させ
ることにより、露光基板上の干渉縞が露光基板に対して
不動の状態で露光し、露光基板は移動する干渉縞と共に
動くが、露光光自体は固定しているため、小さな光束で
大きなグレーティングが作成される。また、請求項２で
は、２つの平行光束の内、少なくとも一方の光束にホロ
グラム格子、及びシリンドリカルレンズを挿入し、それ
らシリンドリカルレンズの母線を互いに傾けて、次第に
干渉縞の間隔が変化する放射状の構造の干渉光を、円形
基板上に照射して、この円形基板と前記ホログラム格子
を一定の比の相対速度で同時に回転させることにより、
干渉縞がこの円形基板に対して不動の状態で露光するた
め、円形基板の周に沿った放射状の干渉縞のホログラム
が作成できる。

【０００８】また、請求項３では、平行光束である可干
渉光を、円柱の側面上、あるいはリボンの輪上に形成し
た、等間隔あるいは非等間隔の平行格子に入射させ、前
記円柱あるいはリボンとこの露光基板とを一定の比の相
対速度で回転あるいは移動させることにより、その１次
から高次の回折光の内の所定の２光束を、前記露光基板
上で、互いに干渉させて作成する。この際、円柱の側面
上、あるいはリボンの輪上に形成したホログラム格子を
循環して何回も使用することにより、長いホログラムを
作成する。さらに、請求項４では、前記円柱あるいはリ
ボンと前記露光基板とを所定の間隔で互いに固定し、こ
れらを等速度で移動させて、その０次光と１次光を前記
露光基板上で互いに干渉させて作成するため、動く速度
のずれが無くなり、より簡単な構成で長いホログラムを
作成できる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。先ず、ホログラム作成の原理について説明す
る。ホログラム格子（第１のホログラム）に光を垂直に
入射させ、＋１次光と、−１次光の回折光を発生させ
て、それらを第１のホログラムとほんのわずかに空間周
波数の異なるホログラム格子（第２のホログラム）を通
して回折させる。そうすると二つの回析光は再び、ほと
んど同じ方向の光となり、非常に粗い干渉縞を発生させ
る。そして、第１のホログラムを移動させることによ
り、＋１次光と−１次光の回折光の位相の進み方が反対
になる。例えば、＋１次光側が１格子間隔の距離を移動
して、位相が２π進むと、−１次光側は−２π位相が遅
れる。これは、図２に示すように、矢印ｃを光波の進む
方向とすると、１格子間隔の距離（矢印ａはホログラム
格子１４の移動量）に対して、第１と第２のホログラム
を通過して合成された干渉縞１２は４π位相が変化する
（矢印ｂは干渉縞１２の移動量）ということである。同
図において、１３は干渉を起こす黒いグレーティングか
ら３番目の波面を示している。

【００１０】また、合成された干渉縞１２は一定の幅で
ある方向に流れていき、これを２箇所でモニターすると
干渉縞１２の動く方向が判かり、ひいては第１のホログ
ラムの動く方向も判る。したがって、第１のホログラム
とほんのわずかに空間周波数の異なる第２のホログラム
を通して、回析させ干渉させることができる。このよう
な原理は、超精密なリニアスケールや光エンコーダに応
用可能であるが、エンコーダの場合、円の中心から円周
に向けて、放射状の回折格子パターンが必要となる。そ
こで、第１の実施例として、長いホログラムを一括して
作る方法について説明する。ホログラム格子が露光光の
途中に挿入されて動くと、他の光に対して相対的に回折
光の位相が進んだり、遅れたりするのに伴って、露光基
板上の干渉縞も動く。

【００１１】したがって、図１に示すように、この干渉
縞の動きに正確に合わせて露光基板５を動かす。但し、
露光基板５上にて露光される干渉縞が、露光基板５に対
しては不動の状態で露光する。これを実現するために、
露光基板５の動く速さ（矢印ｄは露光基板５の移動量）
とホログラム格子１４の動く速さ（矢印ａはホログラム
格子１４の移動量）を一定の比率で、且つそれらの部品
を非常に均一な速度で動かす。この速度はグレーティン
グの空間周波数や露光光速に対する傾き等で異なってく
る。

【００１２】しかし、図３に示すように、露光基板５
に、露光されてできるホログラム１６と同様か全く等し
いリニアスケール用のホログラム１７を介して露光する
と、動きをモニターしやすい。同図において、１５は露
光部分、１８はＰＤである。

【００１３】さらに、図４（ａ）に示すように、全く等
しい空間周波数のホログラム格子１４を介して露光する
と、干渉縞が粗く、敏感なため、一点をモニターし、そ
の強度が変わらないようにして、挿入ホログラム格子１
４や露光基板５を動かせば良い。同図において、ホログ
ラム格子１４を支持する自動ステージ２と露光基板５を
回転させる駆動モータ２６にはこれらの駆動を制御する
コントローラ２５が接続されている。又２７は光束の外
形を成形するアパーチャ、２８は露光光である（Ａ部分
の斜視図である同図（ｂ）を参照）。

【００１４】次に、第２の実施例について説明する。こ
れは円盤内に放射状のホログラムを露光して作成する方
法である。２つの光の内、少なくとも一方の光にホログ
ラム格子を挿入し、且つ少なくとも一方の回折光に一対
のシリンドリカルレンズを挿入する。そして、それらシ
リンドリカルレンズの母線を互いに傾かせることによっ
て、次第に干渉縞の間隔が変化する干渉光を、回転する
円形基板の円周上に照射する。この際、シリンドリカル
レンズの傾きにより、円形基板の中心から円周に向かっ
て正確な放射状の干渉縞が形成されるようにし、且つこ
の円形基板の動きに対して、挿入ホログラム格子を正確
に一定の比の相対速度で同時に動かし、この円形基板上
にて露光される放射状の干渉縞の位置が、円形基板に対
して不動の状態で露光されるようにする。しかし、光強
度の強い部分は相対的に移動することになる。このよう
なホログラムの作成を実現するため、前記シリンドリカ
ルレンズの母線の傾きを正確に制御する必要がある。

【００１５】この方法を用いると、可干渉距離の短いレ
ーザ光線でも露光可能である。しかし、途中に挿入する
ホログラム格子より大きなホログラムを露光することは
困難である。そこで、第３の実施例として、非常に長い
ホログラムを露光する方法について説明する。図５、図
６に示すように、ある可干渉光をミラー１９を介して導
入し、リボン２２の輪上（あるいは円柱の側面上）に形
成した等間隔あるいは非等間隔のホログラム格子に入射
させ、アパ−チャ２０を介して光感光剤が塗布された露
光用基板５に照射する（２３は物体光、２４は参照光で
ある）。この際、リボン２２はローラ２１によって回転
させ、且つ露光用基板５を動かすが、リボン２２は露光
用基板５に対して一定の比の相対速度で回転させる。同
時に、その１次から高次の回折光の内のどれか２光束を
選んで互いに露光用基板５上で干渉させる。

【００１６】このようなリボン２２（あるいは円柱）を
回転して用いると、いくらでも長いホログラムを作成す
ることができ、光学系全体がコンパクトになる。また、
これら挿入ホログラム格子（リボン２２）と露光用基板
５の移動速度は、±１次光を互いに干渉させると、リボ
ン２２の動きに対して露光用基板５上の干渉光の動きが
２倍となるので、一般には、移動速度を２：１にする。
しかし、＋１次光と０次光を干渉させた場合には、リボ
ン２２と露光用基板５の移動速度は等しくなり、この場
合には、これらリボン２２と露光用基板５を互いに固定
して動かせる。最近は、ホログラムの記録ができるフォ
トポリマーが、柔軟なプラスチック基板上に形成可能な
ため、この実施例で用いたような、フレキシブルにたわ
むリボン状のホログラム格子を作成できる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１によれ
ば、２つの平行光束の内、少なくとも一方の光束にホロ
グラム格子を挿入し、前記露光基板上で干渉させ、この
露光基板と挿入したホログラム格子を、一定の比の相対
速度で同時に移動させ、露光基板上の干渉縞が不動の状
態で露光して作成するので、干渉縞が移動する露光基板
と共に動くが、露光光自体は露光基板に対して固定して
おり、動いていく基板の一部のみを照射し続ければ良い
ため、小さな光束で大きなグレーティングを一括して作
成することができ、可干渉距離の短いレーザ光や、出力
の小さいレーザ光でも使用することができる。また、請
求項２によれば、２つの平行光束の内、少なくとも一方
の光束にホログラム格子、及び一対のシリンドリカルレ
ンズを挿入し、それらシリンドリカルレンズの母線を互
いに傾けて、次第に干渉縞の間隔が変化する放射状の構
造の干渉光を、円形基板上に照射して、この円形基板と
前記ホログラム格子を一定の比の相対速度で同時に回転
させ、干渉縞がこの円形基板に対して不動の状態で露光
してホログラムを作成するので、円形基板の周に沿った
放射状の干渉縞のホログラムが作成できると共に、請求
項１と同様の効果を期待できる。

【００１８】また、請求項３によれば、平行光束である
可干渉光を、円柱の側面上、あるいはリボンの輪上に形
成した、等間隔あるいは非等間隔の平行格子に入射さ
せ、前記円柱あるいはリボンとこの露光基板とを一定の
比の相対速度で回転あるいは移動させ、その１次から高
次の回折光の内の所定の２光束を、前記露光基板上で、
互いに干渉させて作成するので、円柱の側面上、あるい
はリボンの輪上に形成したホログラム格子を循環して何
回も使用することにより、長いホログラムを一括して作
成することができると共に、請求項１と同様の効果を期
待できる。さらに、請求項４によれば、前記円柱あるい
はリボンと前記露光基板とを所定の間隔で互いに固定
し、これらを等速度で移動させて、その０次光と１次光
を前記露光基板上で互いに干渉させて作成するので、動
く速度のずれが無くなり、作成されるホログラムに不良
が生じるのを防止することができ、簡単な方法で高精度
に長いホログラムを作成することができると共に、請求
項１と同様の効果を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の請求項１の方法を示す説明図であ
る。

【図２】この発明のホログラム作成方法の原理を示す説
明図である。

【図３】モニターしやすい露光基板を示す概略構成図で
ある。

【図４】この発明の請求項１の実施例を示す概略構成図
である。

【図５】この発明の請求項３の実施例を示す概略構成図
である。

【図６】図５の側面図である。

【図７】従来の放射状のホログラムを示す平面図であ
る。

【図８】従来のホログラム作成方法を示す説明図であ
る。

【図９】従来のシリンドリカルレンズを挿入するホログ
ラム作成方法を示す説明図である。

【符号の説明】

５ 露光基板 ９，１０ シリンドリカルレンズ １４ ホログラム格子（回折格子） ２２ リボン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可干渉光を２つの平行光束に分け、光感光
   剤が塗布された露光基板上で干渉させて、ホログラムを
   露光して作成するホログラム作成方法において、 前記２つの平行光束の内、少なくとも一方の光束にホロ
   グラム格子を挿入し、前記露光基板上で干渉させ、この
   露光基板と挿入したホログラム格子を、一定の比の相対
   速度で同時に移動させ、露光基板上の干渉縞が不動の状
   態で露光して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記載のホログラム作成方法におい
   て、 ２つの平行光束の内、少なくとも一方の光束にホログラ
   ム格子と一対のシリンドリカルレンズとを挿入し、それ
   らシリンドリカルレンズの母線を互いに傾けて、次第に
   干渉縞の間隔が変化する放射状の構造の干渉光を、円形
   基板上に照射して、この円形基板の中心から円周に向か
   って放射状の干渉縞が形成されるようにし、且つ、この
   円形基板と前記ホログラム格子を一定の比の相対速度で
   同時に回転させ、円形基板上の放射状の干渉縞がこの円
   形基板に対して不動の状態で露光して、円周に沿った放
   射状の格子を有するホログラムを作成することを特徴と
   するの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おい
   て、 平行光束である可干渉光を、円柱の側面上あるいはリボ
   ンの輪上に形成した、等間隔あるいは非等間隔の平行格
   子に入射させた後、前記露光基板へ照射するが、この際
   に、前記円柱あるいはリボンとこの露光基板とを一定の
   比の相対速度で回転あるいは移動させ、その１次から高
   次の回折光の内の所定の２光束を、前記露光基板上で、
   互いに干渉させて作成することを特徴とするホログラム
   作成方法。
4. 【請求項４】前記円柱あるいはリボンと前記露光基板と
   は所定の間隔で互いに固定されており、これらを等速度
   で移動させて、その０次光と１次光を前記露光基板上で
   互いに干渉させて作成することを特徴とする請求項３記
   載のホログラム作成方法。