JPH0875925A - ホログラムの作製方法及び作製装置 - Google Patents

ホログラムの作製方法及び作製装置

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JPH0875925A
JPH0875925A JP23436894A JP23436894A JPH0875925A JP H0875925 A JPH0875925 A JP H0875925A JP 23436894 A JP23436894 A JP 23436894A JP 23436894 A JP23436894 A JP 23436894A JP H0875925 A JPH0875925 A JP H0875925A
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JP
Japan
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light
liquid crystal
hologram
crystal element
photosensitive layer
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Application number
JP23436894A
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English (en)
Inventor
Takasato Taniguchi
尚郷 谷口
曜子 ▲吉▼永
Yoko Yoshinaga
Tatsu Kobayashi
辰 小林
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP23436894A priority Critical patent/JPH0875925A/ja
Publication of JPH0875925A publication Critical patent/JPH0875925A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03HHOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/0402Recording geometries or arrangements
    • G03H2001/0441Formation of interference pattern, not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03HHOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2210/00Object characteristics
    • G03H2210/202D object
    • G03H2210/222D SLM object wherein the object beam is formed of the light modulated by the SLM

Landscapes

  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 計算機ホログラムを使用して物体光光束を発
生することによりホログラムレンズを短時間で、低コス
トで作製すること。特に、複数の要素ホログラムから構
成されるホログラムレンズアレイを自動的に作製する場
合に好適なものでる。 【構成】 レーザー光源からの光束を半透鏡により複数
の光束に分割し、少なくとも1つの光束の光路中に液晶
素子を設置し、コンピュータシステムによって液晶素子
に干渉縞パターンを形成し、干渉縞パターンにより発生
する回折光光束を物体光光束とし、これと参照光光束と
を透明な基板上に形成した感光層に入射させてホログラ
ムを作製する。

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及
び作製装置に関し、特に、ホログラムレンズを安価で簡
単に作製することができ、更にホログラムが複数の要素
ホログラムから構成されるホログラムレンズアレイ等を
作製する場合に好適なものでる。
【0002】
【従来の技術】ホログラムは小型軽量でコピー法を用い
ることにより大量生産も可能であることから、種々の光
学システムにおける光学素子としてホログラムレンズを
利用することが提案されている。これらの光学システム
に使用するホログラムレンズの作製方法も様々なものが
提案されている。たとえば米国特許第4,530,564 号公報
に開示されているホログラムの作製方法では、レーザか
らの光束を収差補正光学系を用いて球面収差、非点収
差、およびコマ収差などを補正してホログラム感光材料
上で干渉させ、ホログラムを作製している。
【0003】また、無収差のホログラムレンズを作製す
る為にホログラムからの回折光を用いて作製する方法も
種々提案されている。これら従来技術で用いる計算機ホ
ログラム( CGH) としては、X-Y プロッターでもって
拡大ホログラムを作製しこれを光学的に縮小露光して作
製された白黒パターンのホログラム、これをマスクとし
てガラス基板上のクロムをエッチングしたもの、さらに
これらを2P法(Photo Polymerization 法) でコピーした
もの等が用いられていた。
【0004】更に近年ではPMMAやPBMAなどの感光材料に
EB露光法を用いて作製された計算機ホログラム( CG
H) が用いられるようになっており、例えば特公平5-83
909号公報等に開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
米国特許第4,530,564 号公報に開示している方法は、シ
リンドリカルレンズや平行平板等が光軸を外して配置さ
れているために光学配置には特殊な治具が必要となるこ
とや大口径の光学系が必要なことから焼付光学系が非常
に高価になってしまうことなど多くの問題点を有してい
る。
【0006】また、上記の計算機ホログラム(CGH)
を使用する従来例では計算機ホログラム(CGH)に所
定の干渉縞パターンを記録する為にEB露光を精度良く行
う必要があることや、その現像処理又はコピー作製に時
間がかかることから、CGHは非常に高価で作製に時間
がかかるなどといった問題があった。
【0007】特に、ホログラムが複数の要素ホログラム
から構成されるホログラムレンズアレイを作製する場合
には、それぞれの要素ホログラムを露光するために多数
のCGHを用意する必要があることから、それらを製作
するのに多大の時間とコストを要し、ホログラムレンズ
アレイの製造の際にしてもCGHの高いセッティング精
度を要し、又セッティングに長時間を要するという問題
があった。
【0008】本発明は上記の従来例の問題点を解決し、
以下に記載する効果を発揮するホログラム作製方法及び
ホログラム作製装置の達成を目的としている。
【0009】(1−1)比較的簡易な構成の装置であり
ながら、ホログラムの再生時の目的に応じてコンピュー
タシステムの演算によって液晶素子上に適切な計算機ホ
ログラム(CGH)の干渉縞パターンをリアルタイムに
形成し、これによっていろいろな特性のホログラムを低
コストで短時間に歩留良く作成する。
【0010】(1−2)液晶素子で回折して発生する回
折光束の偏光面と他方の光束の偏光面の方向を同一にし
てホログラム感光層へ入射させることで、ホログラムパ
ターンのコントラストを高める。特に、この入射偏光面
をP 偏光とすることによって更にホログラムの品位を高
める。
【0011】(1−3)液晶素子に形成する干渉縞パタ
ーンを液晶素子の屈折率の変調による位相型回折格子で
形成し、回折効率即ち露光光の利用効率を高くし、これ
により露光時間を短縮して、露光中の振動等によるコン
トラストの低下を小さくする。
【0012】(1−4)液晶素子として反射型の液晶素
子を用いることにより、高精細な干渉縞パターンを形成
し、液晶素子に形成する干渉縞ピッチを小さくする。こ
れにより液晶素子における回折角を大きくして、0次光
と1次回折光との分離を大きくし、有害なゴーストホロ
グラムを発生し難くする。
【0013】(1−5)ホログラムが複数の要素ホログ
ラムから構成されるホログラムレンズアレイの作製にお
いては、コンピュータシステムの演算によって各要素ホ
ログラムに応じて異なる干渉縞パターンをリアルタイム
に形成し、ホログラムレンズアレイの作製を特に短時間
で行えるようにする。
【0014】(1−6)ホログラムレンズアレイの作製
において、コンピュータシステムにより液晶素子上の干
渉縞パターンの作製、ミラーの向き、基板の向き、液晶
の向き等を正確に制御し、各種要素のセッティングを短
時間に行い、ホログラムレンズアレイの作製を特に短時
間で行えるようにする。
【0015】(1−7)ほとんど自動でホログラムの作
製ができ、しかも、ホログラムレンズアレイの作製にお
いては、複数の記録光束の感光層への入射条件を制御す
る制御手段や感光層の露光位置を制御する露光位置制御
手段等を設けて、作製装置を構成することにより、要素
ホログラム作製を自動で行い、極めて容易にホログラム
レンズアレイを作製できるようにする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明のホログラムの作
製方法の構成は、 (2−1)光源手段からの光束より複数の光束を形成
し、該複数の光束のうち1つの光束を参照光として、又
他の1つの光束を物体光として、各々を透明な基板上に
形成した感光層に導光して干渉させてホログラムを作成
する際、該物体光は演算手段によって液晶素子に形成し
た干渉縞パターンからの回折光を利用したものであるこ
とを特徴としている。
【0017】特に、(2−1−1)前記液晶素子に形成
する干渉縞パターンは該液晶素子の透過率の変調により
形成している、(2−1−2)前記液晶素子に形成する
干渉縞パターンは該液晶素子の屈折率の変調により形成
している、(2−1−3)前記液晶素子に形成する干渉
縞パターンは液晶の複屈折性を制御して形成している、
(2−1−4)前記液晶素子が反射型の液晶素子であ
る、(2−1−5)前記液晶素子はNematic 液晶,TN
(twisted nematic )液晶,STN(super twisted n
ematic )液晶,NTN(neutralized STN )液晶,
FTN(formulated STN )液晶, 又はFLC(ferr
oelectric liquid crystal )液晶のうちの1つであ
る、(2−1−6)前記液晶素子がゲストホスト液晶で
ある、(2−1−7)前記参照光及び前記物体光はいず
れも直線偏光であり、前記感光層へ偏光面の方向を同じ
くして入射する、(2−1−8)前記参照光及び前記物
体光の偏光面がP 偏光である、(2−1−9)前記参照
光及び/または前記物体光の偏光面を少なくとも1枚の
位相板又は波長板を用いて制御している、(2−1−1
0)前記液晶素子がTN液晶であって、かつ前記波長板
が2分の1波長板であること等を特徴としている。
【0018】又、本発明のホログラムの作製装置の構成
は、 (2−2)光源手段からの光束を光分割手段によって複
数の光束に分割し、該複数の光束のうち1つの光束を参
照光として透明な基板上に形成した感光層に、他の1つ
の光束を干渉縞パターンが形成されている液晶素子に導
光し、該液晶素子を介した光束を物体光として該感光層
に、各々異なった方向から入射させて該参照光と該物体
光による干渉縞パターンを記録してホログラムを作製し
ていることを特徴としている。
【0019】特に、(2−2−1)前記感光層のある空
間において前記参照光と前記物体光との成す角を制御す
る第1の制御手段と、該参照光と該物体光の各々に対し
て該感光層への入射角を所定の値となるように該感光層
の向きを制御する第2の制御手段と、該液晶素子に入射
する光束に対して該液晶素子への入射角を制御する第3
の制御手段とを有する、(2−2−2)前記感光層に対
する前記参照光と前記物体光の入射位置を制御する露光
位置制御手段を有し、該露光位置制御手段によって該感
光層に対する該参照光と該物体光の入射位置を逐次変化
して要素ホログラムを製作する際、前記液晶素子上に該
要素ホログラムに応じた干渉縞パターンを形成してい
る、(2−2−3)前記露光位置制御手段は前記感光層
をその面内で2次元的に位置決めをする、(2−2−
4)前記感光層の近傍に前記参照光と前記物体光を限定
して、前記要素ホログラムの大きさを定める所定の開口
を持つ露光マスクを配置し、該要素ホログラムを製作す
る際、移動手段によって該露光マスクを移動して該要素
ホログラムを製作する、(2−2−5)前記第1の制御
手段及び前記第2の制御手段が演算手段により制御され
る駆動要素によって駆動される回転ステージを有し、該
第1の制御手段が有する該回転ステージは前記参照光及
び前記物体光を偏向するミラーを搭載しており、該第2
の制御手段が有する該回転ステージは前記基板を搭載し
ている、(2−2−6)前記第3の制御手段が演算手段
により制御される駆動要素によって駆動される回転ステ
ージを有し、該回転ステージは液晶素子を搭載してい
る、(2−2−7)前記露光位置制御手段が、演算手段
により制御される駆動要素により駆動される自動ステー
ジを有する、(2−2−8)前記要素ホログラムを製作
する際に、各要素ホログラムに応じて、前記液晶素子に
異なる干渉縞パターンを形成する、(2−2−9)少な
くとも1枚の位相板又は波長板を前記参照光又は前記物
体光の光路中に設置している、(2−2−10)前記位
相板又は波長板がバビネソレイユ位相板又は2分の1波
長板又は4分の1波長板であること等を特徴としてい
る。
【0020】
【実施例】図1(A)は本発明の実施例1の要部概略図
である。 本実施例ではホログラムレンズを作製するホ
ログラム作製装置の光学系(焼付光学系)を示してい
る。
【0021】図中、1は光源手段としてのアルゴンレー
ザ(レーザ光源)であり、波長514.5nm のレーザ光aを
射出している。3は光分割手段としてのハーフミラーで
あり、レーザ光源1からのレーザ光aを透過光tと反射
光rに分割している。21はNDフィルタであり、透過
光tと反射光rの強度比を調整している。22aは位相
板又は波長板であり、透過光tの位相又は偏光面を調整
して、後述するホログラムパターンのコントラストの向
上を図っている。5はミラーである。6は顕微鏡対物レ
ンズであり、ミラー5からの反射光を発散球面波の参照
光Rとしている。8はガラス等の透明な基板、9は感光
層であり、基板8の片面に感光材料を塗布又は貼付して
いる。発散球面波(参照光)Rは基板側から感光層9に
入射している。
【0022】11はミラーである。12は顕微鏡対物レ
ンズであり、ミラー11からの反射光を発散光束として
コリメーターレンズ13に入射させている。コリメータ
ーレンズ13は発散光束を平行光束sとして液晶素子1
5に入射させている。
【0023】液晶素子15はGH(ゲストホスト)液晶
より成っている。16は液晶駆動回路であり、コンピュ
ータシステム(演算手段)17からの信号に基づいて液
晶素子15に干渉縞パターン(計算機ホログラムのパタ
ーン)を形成している。又コンピュータシステム17は
本装置全体を制御している。液晶素子15からの所定次
数の回折光は物体光Oとして基板8の感光層9に入射し
ている。感光層9では参照光Rと物体光Oが干渉して干
渉縞パターンを形成している。なお、20は遮光板であ
り、液晶素子15を透過する0次光を遮光する。
【0024】ミラー5及び顕微鏡対物レンズ6等は参照
光光学系111の一要素を構成している。又、ミラー1
1、顕微鏡対物レンズ12、コリメーターレンズ13、
液晶素子15及び遮光板20等は夫々物体光光学系11
0の一要素を構成している。
【0025】本実施例の動作を説明する。アルゴンレー
ザ1からのレーザ光aはハーフミラー3で透過光tと反
射光rの2つの光束に分けられ、このうちハーフミラー
3を透過した透過光tはNDフィルタ21、位相板若し
くは波長板22aを介してミラー5で反射し、顕微鏡対
物レンズ6により発散球面波の参照光Rとなり、基板8
上の感光層9へ入射する。
【0026】一方ハーフミラー3で反射した反射光rは
ミラー11で反射し、顕微鏡対物レンズ12及びコリメ
ーターレンズ13で光束径を拡大して平行光束sとな
り、液晶素子15に所定の入射角度で入射する。この液
晶素子15には、コンピュータシステム17で計算され
た所定の干渉縞パターン(計算機ホログラムのパター
ン)が駆動回路16を介して形成されており、その干渉
縞パターンに応じてGH液晶の透過率(又は吸収率)が
変調されている。従ってこの液晶素子15の吸収型回折
格子としての作用により、入射平行光束sは変調されて
所定の波面を有する回折光として所定の角度で回折さ
れ、物体光Oとなり感光層9へ入射する。
【0027】この様にして感光層9へ入射した参照光R
及び物体光Oは互いに干渉して、所定のホログラムパタ
ーンが形成され、露光される。
【0028】この時、感光層9への参照光R及び物体光
Oは直線偏光であり、その偏光面は共にP偏光となる様
に設定しており、感光層9や基板8の表面における表面
反射のロスを小さくし、感光層9内部でのホログラムパ
ターンのコントラストを高めている。この後、感光層9
に応じた現像処理を行うことによりホログラムを得てい
る。
【0029】本実施例に用いる感光層としては、銀塩感
材, 重クロム酸ゼラチン, フォトポリマ等種々のものが
利用できるが、本実施例においては、フォトポリマを用
いている。
【0030】本実施例では、液晶素子15への平行光束
sの入射角を約4度、回折角を0度(垂直)となる様に
設定しているので、液晶素子15の中心部分で格子ピッ
チは約7μm に、また線幅も約7μm となる。図1
(B)は本実施例における液晶素子15上に形成してい
る干渉縞パターンであり、図1(A)において矢印A
A’から見たパターンである。このパターンからも分か
るように、本実施例では液晶素子15によって僅かなコ
マ収差を含む非点収差のある波面を形成し、これを物体
光Oとして用いることにより、ホログラムレンズ再生時
(使用時)に生じるホログラムの収差を予め補正してい
る。
【0031】ここでは、ホログラムを再生する時に生じ
るコマ収差を含む非点収差の補正を、ホログラム記録時
の記録波面に与えてホログラムを作製し、無収差のホロ
グラムレンズを作製する場合について示したが、球面収
差を制御する場合でも、その他の収差を制御する場合で
も本発明の方法を用いることができる。また、特公平5-
83909 号公報に開示されている様な記録時と再生時の波
長が異なることによって生じる収差を補正する為に、本
発明の方法を用いて記録時に適切な収差を与えてホログ
ラムを作製し、再生時無収差のレンズとなるホログラム
レンズを作製することもできる。
【0032】本実施例で用いたGH液晶に形成した吸収
型の回折格子の場合、Kogelnikの結合波理論(Bell Sys
t. Tech. J. Vol.48 (1969) 2909 )によると、最大の回
折効率は約7%であるため、入射平行光束sの透過光束
(0次光)s0 は適切な方法で遮光することが望まし
く、本実施例では遮光板20によって遮光している。
【0033】更に、使用する感光層によって異なるが、
一般的に参照光Rと物体光Oとの強度比は1:1が望ま
しく、本実施例ではこの強度比を調整するために、ND
フィルタ21を参照光光学系111の光路中に設けてい
る。
【0034】本実施例によれば、以上のように再生時に
無収差となるホログラムレンズを比較的簡単な構成の装
置でもって短時間に歩留良く作成することができる。
【0035】また、本発明に用いる液晶素子15として
は色々なものが利用できるが、特に液晶の複屈折性を制
御して干渉縞パターンを形成する液晶素子を用いること
もできる。
【0036】この場合には、液晶の屈折率異方性によ
り、電極に電圧が印加されている部分、即ち干渉縞のパ
ターンに応じて位相ホログラムが形成される。これによ
って次の利点が生じる。即ち位相型の回折格子の回折効
率は、前記の吸収型のものに比べて非常に大きく、理論
的には100%に達する。このように、入射光の利用効率が
高いので、露光時間を短縮でき、これによって露光中の
振動等によるホログラムパターンのコントラスト低下を
小さくすることができる。
【0037】本発明に使用する液晶としては、例えば、
Nematic液晶,TN(twisted nematic )液晶,STN
(super twisted nematic )液晶,NTN(neutralize
d STN)液晶,FTN(formulated STN)液晶,
FLC(ferroelectric liquid crystal)液晶など様々
なものがある。これらの液晶の透過率の変調や、屈折率
の変調や、複屈折性の制御等を行って干渉縞パターンを
形成する。
【0038】但し、これらの液晶素子のうち或るものを
使用する場合には、前記液晶素子15で回折された物体
光Oの偏光面が回転したり、または位相遅れを生じたり
して、感光層9上で形成される干渉縞(ホログラムパタ
ーン)のコントラストが低下することがある。この様な
場合には、参照光光路中又は物体光光路中に適切な位相
板や波長板22a,22bを設け、参照光Rと物体光O
の偏光面を制御して、これらを一致させて、感光層9に
入射させる。この位相板や波長板22a,22bを設け
る位置は本実施例に示す位置に限られず、レーザ光源1
からの光aがハーフミラー3で2つに分けられた後の光
路中であればどこにでも設けることができる。
【0039】実際には、液晶素子15で回折される回折
効率は理論値どうりに100%にはならないので、光の
利用効率を考慮すれば液晶素子15を含む光路中にはで
きるだけ余分な光学素子を配置しないほうが望ましく、
従って位相板や波長板は図1(A)に22aとして示す
様に参照光光路中に設置すれば良好な結果が得られる。
【0040】例えば、TN液晶を用いる場合には、液晶
への入射光束sはTN液晶素子15により回折され、そ
の際偏光面が90度回転する。そこでこの場合90度回転し
た直線偏光を2分の1波長板を用いて元の偏光状態に戻
すか、この液晶素子15を通過しない参照光光束Rの偏
光面を90度回転させて2つの光束の偏光面を一致させ、
ホログラムパターンを露光すれば良い。この時の偏光と
しては、前述の理由によってP偏光とすることが望まし
い。
【0041】また、STN液晶では液晶によって生じた
位相遅れを補償する位相板、例えばバビネソレイユ位相
板を用いて、楕円偏光になった回折光を元の直線偏光状
態に戻すことができ、2つの光束の偏光面を感光層9上
で一致させ、ホログラムパターンを露光する。
【0042】この時は、図1(A)のハーフミラー3と
ミラー11との間、又は物体光光路中にこの位相板22
bを設け、液晶によって生じる位相遅れを補償して、参
照光R及び物体光Oを直線偏光にさせた後に感光層9に
入射させて互いに干渉させることが望ましい。
【0043】図2(A)は本発明の実施例2の要部概略
図である。図中、図1で示す要素と同一要素には同符番
を付している。
【0044】本実施例では図1の実施例に比べて、物体
光光学系として、液晶素子に加えてシリンドリカルレン
ズ23を組み合わせて光学系を構成している点が異なっ
ている。
【0045】実施例1では、物体光Oとして液晶素子1
5の回折光そのものを用いていた。この為、図1(B)
に示す様に、液晶素子15上に形成する干渉縞パターン
はピッチが小さくなる傾向があり、例えば干渉縞1ピッ
チを数画素で形成している。
【0046】本実施例では物体光Oに付与する主要な波
面特性、この場合は非点収差を発生させるために必要な
光学パワーをシリンドリカルレンズ23で発生させ、
(高次の収差を含む)残りの部分を液晶素子15の干渉
縞パターンによる回折作用により付与している。
【0047】従って本実施例において、液晶素子15で
回折して発生させなければならない波面は、シリンドリ
カルレンズ23で発生させられなかった僅かなコマ収差
の波面である。そのため、本実施例で形成される液晶素
子15上の干渉縞パターンは、図2(B)に示す様にほ
とんど直線格子と見做せる様なパターンとなり、使用す
る液晶素子15の画素密度を粗くすることができる。
尚、図2(B)は図2(A)の矢印BB’から見たパタ
ーンである。
【0048】また、前記実施例1,及び本実施例では僅
かながらのコマ収差を含む非点収差の波面を物体光Oと
して用いることにより、再生時(使用時)に生じるホロ
グラムレンズの収差を補正している場合について説明し
たが、その他の収差を補正することも可能である。
【0049】例えば、球面収差を補正する又は与える場
合には、液晶素子15にはフレネルゾーンプレートの様
な同心円の干渉縞パターンを形成すれば良いし、更にこ
のメインパワーを球面レンズに持たせる様にして残りの
収差分を液晶素子15の回折により生じさせる本実施例
に似た方法も用いることができる。
【0050】図3は本発明の実施例3の要部概略図であ
る。図中、図1で示す要素と同一要素には同符番を付し
ている。本実施例では図1の実施例に比べて、液晶素子
として反射型の強誘電性液晶(FLC)の液晶素子を用
いる点が異なっている。
【0051】図中、15aは強誘電性の液晶パネルであ
り、表面には透明電極(不図示)を有している。24は
反射層であり、液晶パネル15aを透過した光を反射す
る。25は液晶駆動素子や電極等である。液晶パネル1
5a,反射層24及び液晶駆動素子24等は夫々液晶素
子15の一要素を構成している。
【0052】本実施例における動作は実施例1と同じで
あり、物体光Oとして、干渉縞パターン(計算機ホログ
ラムのパターン)が形成された液晶素子15で回折、反
射された回折光の波面を用いる。
【0053】この時、本実施例では液晶素子15にコン
ピュータシステム17で計算された所定の干渉縞パター
ンを駆動回路16を介して形成する。そして電極に電圧
が印加されている部分は、液晶の屈折率異方性によりそ
のパターンに応じた位相ホログラムを形成している。
【0054】本実施例の強誘電性液晶にはメモリ機能が
あるので、一旦液晶素子15に電圧をかけ、或るパター
ンを形成すれば、電圧を切ってもそのパターンが保持さ
れる為、感光層9への参照光R及び物体光Oの露光中に
電圧をかけ続ける必要がなく、しかもフリッカも生じな
いので、安定して回折作用を行うことができる。また、
駆動方法として単純マトリックス方式が利用でき、その
ため画素を小さくすることも可能となり、微細な干渉縞
パターンでも形成できる。
【0055】以上の様に、本実施例では反射型の強誘電
性の液晶素子を用いることにより、高精細な干渉縞パタ
ーンの形成が可能となり、形成する干渉縞ピッチを小さ
くできる。これにより液晶素子15における回折角を大
きくすることができ、不要な0次光(再生入射光)と1
次回折光との分離が良くなり、有害なゴーストホログラ
ムが形成され難い。
【0056】この他、本実施例に用いることのできる反
射型の液晶素子としては、様々なタイプの素子が利用で
きるが、TN( twisted nematic)液晶の下側に反射電
極を配置し、その下にTFTを設けた構成にすることも
可能であり、この場合はTFTによる遮光がなくなり、
実質的な開口率が向上し全体で光の利用効率を数倍向上
させることができ、画素を高密度に形成することができ
る。また、透過型液晶パネルと反射ミラーと偏光板から
構成された素子を用いることも可能である。
【0057】図4は本発明の実施例4の要部概略図であ
る。又図5に、本実施例における感光層9近傍の要部鳥
瞰図として示す。
【0058】本実施例は特に、ホログラムが複数の要素
ホログラムから構成されるホログラムレンズアレイを作
製する場合に好適な作製装置である。
【0059】本実施例では、図5に示すそれぞれの要素
ホログラム9−1,9−2,9−3,‥, を製作する際
に各要素ホログラムに応じた干渉縞パターン(計算機ホ
ログラムのパターン)を液晶素子15上にリアルタイム
で形成すると共に、それぞれの光学素子における入射角
や入射位置を個別に制御できる様に構成している。
【0060】図中、26は自動回転ステージであり、ミ
ラー5の角度及び位置を調整する為にコンピュータシス
テム17からの信号で制御される制御ユニット33を通
じてステッピングモータやリニアモータなど(以下「駆
動要素」と略称する)で駆動する。27は参照光光学系
111を搭載した自動ステージ(又は可動アーム)であ
り、コンピュータシステム17からの信号で制御される
制御ユニット34を通じて駆動要素で駆動し、感光層9
のある空間において参照光Rの放射方向を制御して所定
の値に設定する。回転ステージ26、自動ステージ2
7、制御ユニット33、34等は夫々第1の制御手段の
一要素を構成している。
【0061】28は自動回転ステージであり、ミラー1
1の角度及び位置を調整する為に、コンピュータシステ
ム17からの信号で制御される制御ユニット35を通じ
て駆動要素で駆動する。29は物体光光学系110を搭
載した自動ステージ(又は可動アーム)であり、コンピ
ュータシステム17からの信号で制御される制御ユニッ
ト36を通じて駆動要素で駆動し、最終的に感光層9の
ある空間において物体光Oの放射方向を制御して所定の
値に設定する。回転ステージ28、自動ステージ29、
制御ユニット35、36等は夫々第1の制御手段の一要
素を構成している。
【0062】30は自動回転ステージであり、液晶素子
15の角度及び位置を調整する為にコンピュータシステ
ム17からの信号で制御される制御ユニット37を通じ
て駆動要素で駆動し、液晶素子15を回転して、液晶素
子15に対する平行光束sの入射角を所定の値に設定す
る。回転ステージ30、制御ユニット37等は夫々第3
の制御手段の一要素を構成している。
【0063】31は自動回転ステージであり、感光層9
を有する基板8の角度及び位置を調整する為にコンピュ
ータシステム17からの信号で制御される制御ユニット
38を通じて駆動要素で駆動し、他の自動回転ステージ
と協同して物体光O及び参照光Rに対して感光層9への
入射角を所定の値に設定する。回転ステージ31、制御
ユニット38等は夫々第2の制御手段の一要素を構成し
ている。
【0064】32は自動ステージであり、コンピュータ
システム17からの信号で制御される制御ユニット39
を介して基板8を搭載した自動回転ステージ31を図5
のX,Yの方向に移動して基板8を適切に位置決めす
る。自動ステージ32、制御ユニット39等は夫々露光
位置制御手段の一要素を構成している。
【0065】42,43は露光マスクであり、要素ホロ
グラムを製作する際に夫々参照光R及び物体光Oをマス
キングして感光層9上の適切な位置に要素ホログラムを
形成させる。なお、図示していないが、この露光マスク
はコンピュータシステム17からの信号で制御される制
御ユニットを介して不図示の移動手段によりX,Y方向
に移動することができる。
【0066】本実施例における露光光学系の動作は実施
例1と同じであり、物体光Oとして、干渉縞パターン
(計算機ホログラムのパターン)が形成された液晶素子
15で変調回折された回折光の波面を用いる。
【0067】この時、各ミラー5,ミラー11は、コン
ピュータシステム17により制御される自動回転ステー
ジ26,28により、それぞれその入射角,反射角を制
御する。
【0068】更に、自動ステージ(または可動アーム)
27,29は参照光光学系111及び物体光光学系11
0を調節し、他の自動回転ステージと協同して感光層9
のある空間において参照光Rと物体光Oとが形成する相
互の関係を所定の状態に調節する。
【0069】また、感光層9における参照光R及び物体
光Oの入射角は主として自動回転ステージ31により制
御する。更に、基板8の露光位置は自動ステージ32に
より制御し、ホログラムレンズアレイの各要素ホログラ
ムのそれぞれの位置でホログラムパターンを露光する。
【0070】このとき、露光マスク42,43は予めそ
の開口を各要素ホログラムの分割形状に合わせておく。
この時の開口形状としては、正方形,長方形,6角形,
多角形,円形など様々なものが用いることができる。
【0071】例えば、図5において要素ホログラム9−
8に対して、自動ステージ32は感光層9を矢印X,Y
の方向に移動して位置決めする。この時、この要素ホロ
グラム9−8に露光すべき波面をコンピュータシステム
17が決定し、さらにそれを発生させるCGHパターン
を演算して液晶駆動回路16を介して液晶素子15に形
成し、平行光束sをこのパターンで回折して発生した物
体光Oを露光マスク43を介して感光層9上の9−8の
部分に入射させる。ここで、液晶素子15への平行光束
sの入射角は自動回転ステージ30等を用いて制御して
いる。
【0072】以上の様に、本実施例ではコンピュータシ
ステム17により、それぞれの光学素子における入射角
や入射位置を制御すると共に、それぞれの要素ホログラ
ムを露光するための多数の干渉縞パターン(計算機ホロ
グラムのパターン)を液晶素子15上にリアルタイムで
形成することにより、簡易な構成の装置でホログラムレ
ンズアレイを容易に作製できる。
【0073】また、本発明の装置では従来の装置と比較
して小型に構成できるので装置の剛性を高くすることが
でき、露光中の振動等による悪影響を小さくすることが
できると言う効果がある。
【0074】なお、場合によっては基板8を固定してお
き、露光マスク42、43を移動手段によってX,Y方
向に移動して要素ホログラムを作製することもできる。
【0075】更に、本実施例においても、実施例2で開
示した方法を利用することで、物体光光束Oを発生させ
る為に必要な光学パワーを従来の光学素子に持たせ、残
りの部分を液晶素子15の回折により付与することも可
能である。
【0076】
【発明の効果】本発明は以上の構成により、 (3−1)比較的簡易な構成の装置でありながら、ホロ
グラムの再生時の目的に応じてコンピュータシステムの
演算によって液晶素子上に適切な計算機ホログラム(C
GH)の干渉縞パターンをリアルタイムに形成し、これ
によっていろいろな特性のホログラムを低コストで短時
間に歩留良く作成する。 (3−2)液晶素子で回折して発生する回折光束の偏光
面と他方の光束の偏光面の方向を同一にしてホログラム
感光層へ入射させることで、ホログラムパターンのコン
トラストを高める。特に、この入射偏光面をP 偏光とす
ることによって更にホログラムの品位を高める。 (3−3)液晶素子に形成する干渉縞パターンを液晶素
子の屈折率の変調による位相型回折格子で形成し、回折
効率即ち露光光の利用効率を高くし、これにより露光時
間を短縮して、露光中の振動等によるコントラストの低
下を小さくする。 (3−4)液晶素子として反射型の液晶素子を用いるこ
とにより、高精細な干渉縞パターンを形成し、液晶素子
に形成する干渉縞ピッチを小さくする。これにより液晶
素子における回折角を大きくして、0次光と1次回折光
との分離を大きくし、有害なゴーストホログラムが発生
し難い。 (3−5)ホログラムが複数の要素ホログラムから構成
されるホログラムレンズアレイの作製においては、コン
ピュータシステムの演算によって各要素ホログラムに応
じて異なる干渉縞パターンをリアルタイムに形成し、ホ
ログラムレンズアレイの作製を特に短時間で行える。 (3−6)ホログラムレンズアレイの作製において、コ
ンピュータシステムにより液晶素子上の干渉縞パターン
の作製、ミラーの向き、基板の向き、液晶の向き等を正
確に制御し、各種要素のセッティングを短時間に行い、
ホログラムレンズアレイの作製を特に短時間で行える。 (3−7)ほとんど自動でホログラムの作製ができ、し
かも、ホログラムレンズアレイの作製においては、複数
の記録光束の感光層への入射条件を制御する制御手段や
感光層の露光位置を制御する露光位置制御手段等を設け
て、作製装置を構成することにより、要素ホログラム作
製を自動で行い、極めて容易にホログラムレンズアレイ
を作製できる。 等の効果を発揮するホログラム作製方法及びホログラム
作製装置を達成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (A)本発明の実施例1の要部概略図 (B)液晶素子に形成する干渉縞パターンの概略図
【図2】 (A)本発明の実施例2の要部概略図 (B)液晶素子に形成する干渉縞パターンの概略図
【図3】 本発明の実施例3の要部概略図
【図4】 本発明の実施例4の要部概略図
【図5】 本発明の実施例4における露光部分の要部鳥
瞰図
【符号の説明】
1 レーザ光源 3 ハーフミラー 5,11 反射ミラー 8 基板 9 感光層 15 液晶素子 16 液晶駆動回路 17 コンピュータシステム(演算手段) 20 遮光板 21 NDフィルタ 22a,22b 位相板又は波長板 23 シリンドリカルレンズ 24 反射層 26、28、30、31 自動回転ステージ 27、32 自動ステージ 29 自動ステージ(又は可動アーム) 33−39 制御ユニット 110 物体光光学系 111 参照光光学系

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源手段からの光束より複数の光束を形
    成し、該複数の光束のうち1つの光束を参照光として、
    又他の1つの光束を物体光として、各々を透明な基板上
    に形成した感光層に導光して干渉させてホログラムを作
    成する際、 該物体光は演算手段によって液晶素子に形成した干渉縞
    パターンからの回折光を利用したものであることを特徴
    とするホログラムの作製方法。
  2. 【請求項2】 前記液晶素子に形成する干渉縞パターン
    は該液晶素子の透過率の変調により形成していることを
    特徴とする請求項1のホログラムの作製方法。
  3. 【請求項3】 前記液晶素子に形成する干渉縞パターン
    は該液晶素子の屈折率の変調により形成していることを
    特徴とする請求項1のホログラムの作製方法。
  4. 【請求項4】 前記液晶素子に形成する干渉縞パターン
    は液晶の複屈折性を制御して形成していることを特徴と
    する請求項1のホログラムの作製方法。
  5. 【請求項5】 前記液晶素子が反射型の液晶素子である
    ことを特徴とする請求項1のホログラムの作製方法。
  6. 【請求項6】 前記液晶素子はNematic 液晶,TN(tw
    isted nematic )液晶,STN(super twisted nemat
    ic )液晶,NTN(neutralized STN)液晶,FT
    N(formulated STN )液晶, 又はFLC(ferroele
    ctric liquidcrystal )液晶のうちの1つであることを
    特徴とする請求項1のホログラムの作製方法。
  7. 【請求項7】 前記液晶素子がゲストホスト液晶である
    ことを特徴とする請求項2のホログラムの作製方法。
  8. 【請求項8】 前記参照光及び前記物体光はいずれも直
    線偏光であり、前記感光層へ偏光面の方向を同じくして
    入射することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項
    に記載のホログラムの作製方法。
  9. 【請求項9】 前記参照光及び前記物体光の偏光面がP
    偏光であることを特徴とする請求項8のホログラムの作
    製方法。
  10. 【請求項10】 前記参照光及び/または前記物体光の
    偏光面を少なくとも1枚の位相板又は波長板を用いて制
    御していることを特徴とする請求項8のホログラムの作
    製方法。
  11. 【請求項11】 前記液晶素子がTN液晶であって、か
    つ前記波長板が2分の1波長板であることを特徴とする
    請求項10のホログラムの作製方法。
  12. 【請求項12】 光源手段からの光束を光分割手段によ
    って複数の光束に分割し、該複数の光束のうち1つの光
    束を参照光として透明な基板上に形成した感光層に、他
    の1つの光束を干渉縞パターンが形成されている液晶素
    子に導光し、該液晶素子を介した光束を物体光として該
    感光層に、各々異なった方向から入射させて該参照光と
    該物体光による干渉縞パターンを記録してホログラムを
    作製していることを特徴とするホログラムの作製装置。
  13. 【請求項13】 前記感光層のある空間において前記参
    照光と前記物体光との成す角を制御する第1の制御手段
    と、該参照光と該物体光の各々に対して該感光層への入
    射角を所定の値となるように該感光層の向きを制御する
    第2の制御手段と、該液晶素子に入射する光束に対して
    該液晶素子への入射角を制御する第3の制御手段とを有
    することを特徴とする請求項12のホログラムの作製装
    置。
  14. 【請求項14】 前記感光層に対する前記参照光と前記
    物体光の入射位置を制御する露光位置制御手段を有し、
    該露光位置制御手段によって該感光層に対する該参照光
    と該物体光の入射位置を逐次変化して要素ホログラムを
    製作する際、 前記液晶素子上に該要素ホログラムに応じた干渉縞パタ
    ーンを形成していることを特徴とする請求項13のホロ
    グラムの作製装置。
  15. 【請求項15】 前記露光位置制御手段は前記感光層を
    その面内で2次元的に位置決めをすることを特徴とする
    請求項14のホログラムの作製装置。
  16. 【請求項16】 前記感光層の近傍に前記参照光と前記
    物体光を限定して、前記要素ホログラムの大きさを定め
    る所定の開口を持つ露光マスクを配置し、該要素ホログ
    ラムを製作する際、 移動手段によって該露光マスクを移動して該要素ホログ
    ラムを製作することを特徴とする請求項15のホログラ
    ムの作製装置。
  17. 【請求項17】 前記第1の制御手段及び前記第2の制
    御手段が演算手段により制御される駆動要素によって駆
    動される回転ステージを有し、該第1の制御手段が有す
    る該回転ステージは前記参照光及び前記物体光を偏向す
    るミラーを搭載しており、該第2の制御手段が有する該
    回転ステージは前記基板を搭載していることを特徴とす
    る請求項13のホログラムの作製装置。
  18. 【請求項18】 前記第3の制御手段が演算手段により
    制御される駆動要素によって駆動される回転ステージを
    有し、該回転ステージは液晶素子を搭載していることを
    特徴とする請求項17のホログラムの作製装置。
  19. 【請求項19】 前記露光位置制御手段が、演算手段に
    より制御される駆動要素により駆動される自動ステージ
    を有することを特徴とする請求項14、15又は16の
    ホログラムの作製装置。
  20. 【請求項20】 前記要素ホログラムを製作する際に、
    各要素ホログラムに応じて、前記液晶素子に異なる干渉
    縞パターンを形成することを特徴とする請求項14、1
    5、16又は19のホログラムの作製装置。
  21. 【請求項21】 少なくとも1枚の位相板又は波長板を
    前記参照光又は前記物体光の光路中に設置していること
    を特徴とする請求項12〜20のいずれか1項に記載の
    ホログラムの作製装置。
  22. 【請求項22】 前記位相板又は波長板がバビネソレイ
    ユ位相板又は2分の1波長板又は4分の1波長板である
    ことを特徴とする請求項21のホログラムの作製装置。
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