JPH0816083A - ホログラムの作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易に作製が可能となるホログラムの作製方
法を提供する。 【構成】 エキシマレーザ１０から出射したレーザ光は
円筒レンズ１２および曲面ミラー１３とから成るビーム
整形光学系１４により円弧状に整形され、マスク１６を
通して、透明基板１８に照射される。このとき、レーザ
光のエネルギにより透明基板１８の材料である樹脂を構
成する分子の結合が解離され、透明基板１８の表面が加
工される。これによりマスク１６に形成されているホロ
グラムパターンと同一のパターンを透明基板１８の表面
に深さ１μｍ程度の凹凸の形状で容易に作製することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホログラムの作製方法
に関し、さらに詳しくは表面の凹凸としてホログラムパ
ターンが記録されている表面レリーフ型ホログラムの作
製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、ホログラムを用いた光走査装
置は図７のように、半導体レーザ１０１と、収差補正用
ホログラムレンズ１０２と、走査用ホログラム１０３と
から構成されており、半導体レーザ１０１からの出射光
は、ホログラムレンズ１０２によって回折された後、走
査用ホログラム１０３で回折され、感光体ドラム１２０
に照射される。走査用ホログラム１０３はモータ１２２
の回転軸に取り付けられており、走査用ホログラム１０
３が回転することにより、走査用ホログラム１０３にて
回折されたレーザ光の一次回折光が、感光体ドラム１２
０上をその長手方向に直線走査する。すなわち、走査用
ホログラム１０３でレーザ光の偏向および収束が行われ
る。また、走査点において微小スポットが得られるよう
に回折光の収差を十分小さくするため、あらかじめホロ
グラムレンズ１０２において走査用ホログラム１０３へ
の入射光の波面を最適化している。

【０００３】従来、このようなホログラム１０２，１０
３は図８に示すような方法で作製されていた。すなわ
ち、図８（ａ）のように最初にガラス基板１３０の上に
フォトレジスト１３２を塗布し、２つのレーザ光１３
５，１３６を照射して干渉させる。このように露光を行
った後、現像を行うと、図８（ｂ）のように２つのレー
ザ光１３５，１３６により生じる干渉縞がフォトレジス
ト１３２の表面に凹凸として記録される。こうしてフォ
トレジスト１３２の表面に生じた干渉縞がホログラム１
０２，１０３における回折に作用するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方法では、レーザ光１３５，１３６をフォトレジスト
１３２に照射して干渉させる際に、常に同一の干渉縞が
生じる保証はないので、作製されるホログラム１０２あ
るいはホログラム１０３が同一の性能を得ることができ
ないという問題があった。さらに、ガラス基板１３０上
へのフォトレジスト１３２の塗布、レーザ光の照射、現
像の各工程を各ホログラム１０２，１０３の作製毎に繰
り返す必要がありその生産性が低く、また、価格も高く
なるという問題があった。

【０００５】また、図８（ｂ）の状態のホログラムを原
盤として、その上に電鋳を行うことによりスタンパを作
製し、樹脂の射出成形によりホログラムを作製、量産す
る試みもなされている。しかし、ホログラム１０２、１
０３において、干渉パターンのピッチは一般に０．５〜
１μｍ程度と狭く、その上、その溝の深さは１μｍ以上
もある。このため、射出成形時に樹脂が溝の底まで十分
に流れ込まず、十分な回折効率を再現できるホログラム
を射出成形で作製することは非常に困難であった。

【０００６】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、容易に作製が可能となるホログ
ラムの作製方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
になされた請求項１に記載の発明のホログラムの作製方
法は、所定のホログラムパターンが形成されたマスクに
レーザ光源から出射されたレーザ光を照射し、そのマス
クを通過したレーザ光が透明基板の表面に照射されるこ
とにより、前記透明基板の表面に前記ホログラムパター
ンに対応した凹凸を形成するものである。

【０００８】また、請求項２に記載の発明のホログラム
の作製方法では、前記レーザ光はその波長領域が紫外域
である。

【０００９】また、請求項３に記載の発明のホログラム
の作製方法では、前記レーザ光はエキシマレーザであ
る。

【００１０】また、請求項４に記載の発明ホログラムの
作製方法では、レーザ光のビーム形状を整形した後、そ
の整形後のレーザ光を前記マスクに通し、そのマスクを
透過したレーザ光を前記透明基板に照射する。

【００１１】

【作用】本発明の請求項１に記載の発明のホログラムの
作製方法においては、マスクを通したレーザ光を透明基
板の表面に照射することにより、透明基板の表面のうち
レーザ光が照射された部分のみ分子が除去される。これ
により、マスクによりレーザが通過しなかった部分が突
出して、通過した部分が溝となったパターンを透明基板
の表面に作製することができ、この透明基板をホログラ
ムとして使用できる。

【００１２】また、請求項２に記載の発明のホログラム
の作製方法では、レーザ光として波長の短い紫外領域の
ものを使用するので、微細加工が可能である。

【００１３】また、請求項３に記載の発明のホログラム
の作製方法では、レーザ光としてエキシマレーザを使用
するので、その光子エネルギーは物質を結合する分子の
結合エネルギーと同程度の大きさである。従って、分子
の直接結合を光学的に解離でき、加工面の仕上がりがき
れいである。

【００１４】また、請求項４に記載の発明のホログラム
の作製方法では、ビーム形状が整形されたレーザ光を透
明基板に照射しているので、さらに上質のホログラムの
加工が可能である。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１６】本発明を好適に適用してホログラムを作製
するための装置を、図１に模式的に示した構成を用いて
説明する。

【００１７】本実施例では、レーザ発生手段としてエキ
シマレーザ１０を用いる。このエキシマレーザ１０から
出射される紫外レーザ光の光軸上には、ビーム整形手段
として円筒レンズ１２および曲面ミラー１３とから成る
ビーム整形光学系１４が配置されている。このビーム整
形光学系１４によれば、エキシマレーザ１０から出射さ
れるレーザ光は円弧状に整形される。さらに、この光軸
上には所定のホログラムパターンに応じた透孔が形成さ
れたマスク１６と、ホログラムが作製される円盤状の透
明基板１８とがその順に配置されている。この透明基板
１８としては、樹脂、例えば、ポリカーボネート、ＰＭ
ＭＡ、ポリイミド等を用いた基板を使用することができ
る。また、樹脂以外にガラスやセラミック等を用いても
よい。

【００１８】本実施例にて使用するエキシマレーザ１０
はＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガス原子とＣｌ、Ｆ等のハロ
ゲン原子からできる希ガスハロゲンエキシマを利用しパ
ルス発振を行うガスレーザである。その発振波長は紫外
線の領域にあり非常に短いため、微細加工が可能であ
る。なお、エキシマレーザ１０のレーザビームの形状は
一般には矩形をしている。また、一般に存在する物質は
紫外線の領域に強い吸収があるため、エキシマレーザ１
０を照射するとほとんどのパルスエネルギーが物質の表
面層でのみ吸収され、層状に物質が除去されていく。こ
れは、透明基板１８として用いる物質についても同様で
あり、エキシマレーザ１０を照射することにより、透明
基板１８の深さ方向へも精度よく加工できるのである。

【００１９】また、エキシマレーザ１０の光子エネルギ
ーは物質を結合する分子の結合エネルギーと同程度の大
きさである。このため、エキシマレーザ１０を照射する
と光学的に分子の直接結合を解離することができる。こ
のような特性を利用することにより、透明基板１８に対
してアブレーションと呼ばれる非熱的な加工が行われる
ため、加工面を非常にきれいに仕上げることができる。

【００２０】次に、本実施例で使用するマスク１６の構
成について説明する。図２（ａ）に示すように、マスク
１６としては、例えば石英基板２０の表面にＣｒで所定
のホログラムパターン２１を形成したものが用いられ
る。このようなマスク１６を通してエキシマレーザ光を
透明基板１８に照射すると、ホログラムパターン２１が
形成されていない部分のみレーザ光が透過し、先に説明
したように樹脂を構成する分子の結合が解離され、図２
（ｂ）のように透明基板１８の表面に溝状のパターンが
加工される。このようにして、走査光学装置に必要なホ
ログラムディスク２５が得られる。このとき、エキシマ
レーザ１０を１パルスだけ照射すると、透明基板１８の
表面に０．２〜１μｍ程度の深さを溝をアブレーション
により加工することができる。このため、照射パルス数
により溝の深さを制御することができ、１μｍ程度の深
さであれば数パルス程度で加工が終了する。ただし、１
パルス照射により形成される溝の深さは透明基板１８の
表面に到達したレーザ光のエネルギー密度に依存するも
のである。

【００２１】また、エキシマレーザ１０からのレーザ光
の出射パルスの繰り返し周波数として数百Ｈｚ程度を得
ることができるため、加工に要する時間は極めて短く、
表面に凹凸を有する表面レリーフ型ホログラムの製造に
対し、高い生産性が得られる。特に、マスク１６に設け
られているホログラムパターン２１に基づいてホログラ
ムディスク２５が作製されるので、常に同一のパターン
のホログラムディスク２５の作製が可能となる。なお、
このとき、ヘリウム雰囲気中でエキシマレーザ１０の照
射を行うことにより、透明基板１８の表面の加工周辺部
への炭素の付着を防止することができる。

【００２２】一般に、エキシマレーザ１０の出射レーザ
光１０ａの形状は、図３（ａ）に示すように矩形となっ
ている。この出射時のエネルギー密度は、透明基板１８
にアブレーションを生じさせるに必要なエネルギー密度
の閾値よりも一般に小さい。そこで、加工に必要なエネ
ルギー密度を得るために、図１に示した円筒レンズ１２
を通過させて、レーザ光１０ａの形状を図３（ｂ）に示
すように集光する。なお、この場合、集光後のエキシマ
レーザ１０のエネルギー密度が、マスク１６の石英基板
２０にアブレーションが生じない程度の値となるように
選ばれる。さらに、ホログラムは円盤状の透明基板１８
の円周方向に沿って形成されるため、曲面ミラー１３に
よって図３（ｃ）に示すようにレーザ光１０ａが円弧状
になるように整形する。このようにして円弧状に整形さ
れたレーザ光１０ａを図３（ｄ）に示すようにマスク１
６を通して透明基板１８に照射すると、上述したアブレ
ーションにより１つのホログラムファセット２３の形成
を行う。つまり、レーザ光１０ａを集束して使用してい
るので、ホログラムファセット２３はそのエッジ部分ま
で良好に形成される。

【００２３】通常は、図７に示すような走査光学装置に
おける偏向手段としてホログラムディスクを使用すると
きは、上記１つのホログラムファセット２３により１回
の走査が行われるので、１枚のホログラムディスクには
複数のホログラムファセット２３を繰り返し円周方向に
配置し、ホログラムディスクを１回転させることにより
複数回の走査を行うようにしている。従って、ホログラ
ムディスクの作製時には、透明基板１８の回転とエキシ
マレーザ１０の照射とを繰り返して複数回行うことによ
り、図３（ｅ）に示すように、例えば６個のホログラム
ファセット２３を有するホログラムディスク２５を生産
することができる。

【００２４】以上、本発明の一実施例を図１乃至図３を
用いて詳細に説明したが、本発明は以上詳述した実施例
に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲
で種々の変更を加えることができる。

【００２５】ビーム整形手段としては、図１に示したビ
ーム整形光学系１４に限定されるわけではない。例え
ば、曲面ミラー１３を用いなくてもよい。このとき、図
４に示すように、エキシマレーザ１０から出射されるレ
ーザ光４１の形状は矩形となっているが、レーザ光４１
が照射される範囲内にマスク１６に形成されている円弧
状のホログラムパターン４２が位置していればよい。こ
のように構成することにより光学系を簡素化できる。

【００２６】また、図１の実施例ではマスク１６は透明
基板１８に密着して配置されているが、これに限定され
るわけではない。例えば、図５（ａ）に示すようにマス
ク１６を通過したエキシマレーザ光を集光レンズ５１に
より縮小投影して透明基板１８に照射してもよい。さら
に、ホログラムファセット２３は通常細長い円弧状であ
るため、例えば、図５（ｂ）に示すように、円筒レンズ
５３、５４を用いて、エキシマレーザ光を細長い矩形に
整形した後でマスク１６に照射し、マスクを透過した像
を集光レンズ５５で透明基板１８に縮小投影してもよ
い。これにより透明基板１８の表面におけるレーザ光の
エネルギー密度をさらに高めることができる。

【００２７】また、図３の実施例において、ホログラム
ファセット２３を１つずつ順次形成したが、これに限定
されるわけではない。例えば、複数のホログラムファセ
ット２３を同時に形成してもよく、さらに、ホログラム
ディスク２５上に作製されるべき全ホログラムファセッ
ト２３を同時に作製してもよい。この場合は、エキシマ
レーザ光を円環状に整形できるようなビーム整形光学系
及びマスク１６を用いればよい。

【００２８】また、透明基板１８は単一の材料に限定さ
れるわけではない。例えば、図６に示すようにガラス等
の透明無機基材６０上に、ポリイミド等の樹脂６１を塗
布したものを透明基板１８として用いてもよい。一般
に、レーザ光が照射されたときのアブレーション速度
は、無機材料よりも樹脂の方が大きいため、透明無機基
材６０に対するアブレーションによる損傷を防ぎ、樹脂
６１のみをアブレーション加工することができるため、
表面荒れが小さく良好なホログラムディスク２５を作製
することができる。また、このような構成をとることに
より、ホログラムディスク２５の溝の深さが樹脂６１の
膜厚で規定され、その深さの変動を小さく抑えることが
できるため、回折効率の変動も小さくすることができ、
良質なホログラムディスク２５を作製することができ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、請
求項１に記載のホログラムの作製方法では、透明基板の
表面に所定のホログラムパターンが形成されたマスクを
通してレーザ光を照射し、透明基板の表面にて起こる分
子結合の解離により透明基板の表面に凹凸を形成する。
このため、マスクに形成されているパターンと同一のパ
ターンを透明基板の表面に凹凸の形状で容易に作製する
ことができ、表面レリーフ型ホログラムに対し高い生産
性を実現することができる。特に、従来のフォトレジス
トを用いた方法と比較すると、同一のホログラムを大量
に作製する際の再現性に格段の効果がある。

【００３０】また、請求項２に記載のホログラムの作製
方法では、波長の短い紫外域のレーザ光を使用している
ので、透明基板の表面により微細な可能を施すことがで
きる。

【００３１】また、請求項３に記載のホログラムの作製
方法では、レーザ光としてエキシマレーザを使用してい
るので、透明基板の表面にて光学的に分子間の直接結合
が解離され、加工面を非常に良好に仕上げることができ
る。

【００３２】また、請求項４に記載のホログラムの作製
方法では、整形されたレーザ光を透明基板に照射してい
るので、さらに上質のホログラムの作製が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法によりホログラムを作製するため
の装置を説明する要部斜視図である。

【図２】アブレーションによるホログラムの作製を説明
する要部断面図である。

【図３】エキシマレーザ光のビーム形状とホログラムフ
ァセットの関係を示す説明図である。

【図４】本発明のホログラムの作製方法の他の実施例を
示す説明図である。

【図５】本発明のホログラムの作製方法の他の実施例を
示す説明図である。

【図６】本発明のホログラムの作製方法の他の実施例を
示す側面図である。

【図７】通常のホログラムスキャナを示す構成図であ
る。

【図８】従来のホログラムの作製方法を示す説明図であ
る。

【符号の説明】 １０ エキシマレーザ １４ ビーム整形光学系 １６ マスク １８ 透明基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のホログラムパターンが形成された
   マスクにレーザ光源から出射されたレーザ光を照射し、
   そのマスクを通過したレーザ光が透明基板の表面に照射
   されることにより、前記透明基板の表面に前記ホログラ
   ムパターンに対応した凹凸を形成することを特徴とする
   ホログラムの作製方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のホログラムの作製方法
   において、前記レーザ光はその波長領域が紫外域である
   ことを特徴とするホログラムの作製方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のホログラムの作製方法
   において、前記レーザ光はエキシマレーザであることを
   特徴とするホログラムの作製方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３に記載のホログラムの作
   製方法において、レーザ光のビーム形状を整形した後、
   その整形後のレーザ光を前記マスクに通し、そのマスク
   を透過したレーザ光を前記透明基板に照射することを特
   徴とするホログラムの作製方法。