JPS6032841B2 - How to make a zone plate - Google Patents

How to make a zone plate

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JPS6032841B2
JPS6032841B2 JP2123077A JP2123077A JPS6032841B2 JP S6032841 B2 JPS6032841 B2 JP S6032841B2 JP 2123077 A JP2123077 A JP 2123077A JP 2123077 A JP2123077 A JP 2123077A JP S6032841 B2 JPS6032841 B2 JP S6032841B2
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JP
Japan
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zone plate
wave
curvature
coherent light
interference
Prior art date
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JP2123077A
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Japanese (ja)
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JPS53106148A (en
Inventor
信夫 西田
和弘 小菅
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はゾーンプレ−トを光学的に製作する方法に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to a method of optically fabricating zone plates.

ゾーンプレ−トは多数の輪帯の奇数番目あるいは偶数番
目のみの輪帯が透明な遮光板で、輪帯がフレネル輪帯の
場合には特にフレネルゾーンプレートと呼ばれている。
A zone plate is a light-shielding plate in which only odd or even numbered zones among a large number of zones are transparent, and when the zones are Fresnel zones, they are especially called Fresnel zone plates.

フレネルゾーンプレートの場合、一つの輪帯内の光の透
過度はほぼ一様で、ゾーンプレートを細い光ビームで中
心から外に向って走査すると、透過光の強度は矩形波的
に変化する。このような性質を有するフレネルゾーンプ
レートは計算値により大きな輪帯を描き、それを縮小撮
影することによって作られる。したがってフレネルゾー
ンプレートの輪帯の数はせし、ぜし、100ぐらいで、
輪帯数が2000〜3000のフレネルゾーンプレート
を作ることは非常に大変である。そこで近年、特にホロ
グラフイの技術が進歩して以来、同じ光軸を有する平面
波と球面波による干渉縞を感光材料に記録してゾーンプ
レートを製作することが多く行なわれるようになって来
た。この方法によるゾーンプレートを、細いビームで中
心から外に向かって走査すると、透過光の強度は正弦波
的に変化する。そこでこの方法によるゾーンプレートを
フレネルゾーンプレートと区別するためにホログラムゾ
ーンプレートと呼んでいる。ホログラムゾーンプレート
の輪帯の数は容易に1000以上にすることができる。
In the case of a Fresnel zone plate, the transmittance of light within one annular zone is almost uniform, and when the zone plate is scanned outward from the center with a narrow light beam, the intensity of the transmitted light changes in a rectangular waveform. A Fresnel zone plate with such properties is created by drawing a large ring zone using calculated values and photographing it in a reduced size. Therefore, the number of rings in a Fresnel zone plate is about 100.
It is very difficult to make a Fresnel zone plate with 2000 to 3000 ring zones. Therefore, in recent years, especially since the technology of holography has advanced, it has become common to produce zone plates by recording interference fringes caused by plane waves and spherical waves having the same optical axis on a photosensitive material. When a zone plate manufactured by this method is scanned outward from the center with a narrow beam, the intensity of the transmitted light changes sinusoidally. Therefore, a zone plate made by this method is called a hologram zone plate to distinguish it from a Fresnel zone plate. The number of annular zones in the hologram zone plate can easily be 1000 or more.

ホログラムゾーンプレートはそのサイズ等いくつかの点
でフレネルゾーンプレートより優れているが、現在作ら
れているフレネルゾ−ンプレートの殆どには主たる輪帯
の他に主たる輪帯とは別の点を中心とする輪帯が重なっ
ており、いよいよこのスプリアス(gpuhcus)な
輪帯が有害な点像を形成する。
Hologram zone plates are superior to Fresnel zone plates in some respects, such as their size, but most of the Fresnel zone plates currently made have a main ring zone and a center point other than the main ring zone. These spurious ring zones overlap, and this spurious ring zone finally forms a harmful point image.

スプリアスな輪帯は平面波と球面波をその光軸を一致さ
せて重ね合わせるために使用する半透明鏡の裏面反射の
ために生じるもので半透明鏡に厚みがある限り避けられ
ないものである。そこで半透明鏡の代わりにウオラスト
ンプリズム型のビームスプリッタを用いることも考えら
れたが、大きなウオラストンプリズムは実際には入手す
るのが非常に困難である。この発明の目的は上記したよ
うな従来の光学的なゾーンプレートの製作法を改良し、
スプリアスな輪帯のないホログラムゾーンプレートを安
価に製作する方法を提供することである。
Spurious annular zones occur due to reflection from the back surface of a semi-transparent mirror used to align plane waves and spherical waves so that their optical axes coincide, and are unavoidable as long as the semi-transparent mirror is thick. Therefore, it was considered to use a Wollaston prism type beam splitter instead of a semi-transparent mirror, but large Wollaston prisms are actually very difficult to obtain. The purpose of this invention is to improve the conventional optical zone plate manufacturing method as described above,
To provide a method for inexpensively manufacturing a hologram zone plate without spurious ring zones.

本発明の原理は次の通りである。The principle of the invention is as follows.

任意の曲率半径を有する第1の球面波と参照波との干渉
による干渉縞をまず記録材料に記録し、次に前記第1の
球面波と光軸は同じだが曲率半径は異なる第2の球面波
と前記参照波と同じ性質の参照波との干渉による干渉縞
を前記感光材料に重ねて記録することによってホログラ
ムを製作し、前記ホログラムから同時に再生される曲率
半径の異なる二つの球面波同志が干渉して形成する同心
円縞模様を記録材料に記録すれば、スプリアスな輪帯の
重ならないゾーンプレートが製作できる。したがって本
発明によるゾーンプレートの製作方法の特徴は任意の曲
率半径を有する第1の球面波と参照波との干渉による干
渉縞をまず記録材料に記録し、次に前記第1の球面波と
光軸は同じだが曲率半径は異なる第2の球面波と前記参
照波と同じ性質の参照波との干渉による干渉縞を前記感
光材料に重ねて記録することによってホログラムを製作
し、前記ホログラムから同時に再生される曲率半径の異
なる二つの球面波同志が干渉して形成する同0円縞模様
を記録材料に記録する点にある。
Interference fringes caused by interference between a first spherical wave having an arbitrary radius of curvature and a reference wave are first recorded on a recording material, and then a second spherical surface having the same optical axis as the first spherical wave but a different radius of curvature is recorded. A hologram is produced by recording interference fringes caused by interference between a wave and a reference wave having the same properties as the reference wave on the photosensitive material, and two spherical waves having different radii of curvature are simultaneously reproduced from the hologram. If the concentric striped pattern formed by interference is recorded on a recording material, a zone plate without overlapping spurious ring zones can be produced. Therefore, the feature of the method for manufacturing a zone plate according to the present invention is that interference fringes caused by interference between a first spherical wave having an arbitrary radius of curvature and a reference wave are first recorded on a recording material, and then the first spherical wave and the light A hologram is produced by superimposing and recording interference fringes on the photosensitive material due to interference between a second spherical wave having the same axis but a different radius of curvature and a reference wave having the same properties as the reference wave, and simultaneously reproducing from the hologram. The point is that two spherical waves having different radii of curvature interfere with each other to form a zero-circle striped pattern on the recording material.

以下本発明について図面を参照して説明する。The present invention will be explained below with reference to the drawings.

第1図は従来ゾーンプレートを光学的に製作するために
用いられている光学装置の構成を示す図で、101はし
ーザ装置などのコヒーレント光発生袋瞳、102はコヒ
−レント光発生装置101から射出されたコヒーレント
光ビーム、103はコヒーレント光ビーム102を2方
向に分けるためのビームスプリツタ、104,105は
コヒ−レント光ビームの直径を拡げるための逆望遠鏡型
光学系、106,107は反射鏡、108は直径を拡げ
られたコヒーレント光ビームを任意の曲率半径の球面波
に変換するためのレンズ、109は半透明鏡、1 10
は記録材料である。この光学装置の場合主たる干渉縞は
逆望遼鏡型光学系104で拡げられ、反射鏡106で反
射され、半透明鏡109を透過したコヒーレント光1
1 1と逆望遠鏡型光学系105で拡げられ、反射鏡1
07で反射され、レンズ108でその曲率半径を変えら
れ半透明鏡109の前面1091で反射されたコヒーレ
ント光1121との間に生じるが、半透明鏡109の裏
面1092だ反射されるコヒーレント光、例えば112
2もコヒーレント光111と干渉して干渉縞を形成する
ため、この光学菱瞳を用いてゾーンプレートを製作する
と、第2図に示すように主たる輪帯にスプリアスな輪帯
が重なったゾーンプレートができる。第3図は本発明に
よるゾーンプレートの製作方法においてまずホログラム
を製作するための光学装置の一実施例の構成を示す図で
、301はコヒーレント光発生菱贋、302はコヒーレ
ント光発生装置301から射出されたコヒーレント光ビ
ーム、303はコヒーレント光ビーム302を2方向に
分けるためのビームスプリツタ、304,305はコヒ
ーレント光ビームの直径を拡げるための逆望遠鏡型光学
系、306,307,308は反射鏡、309は直径を
拡げられたコヒーレント光ビームを任意の曲率半径の球
面波に変換するために光軸に沿って移動しうるしンズ、
310は記録材料である。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical device conventionally used for optically manufacturing a zone plate, in which 101 is a coherent light generating blind pupil such as a laser device, and 102 is a coherent light generating device. A coherent light beam emitted from 101, 103 a beam splitter for splitting the coherent light beam 102 into two directions, 104, 105 an inverted telescope type optical system for expanding the diameter of the coherent light beam, 106, 107 108 is a reflecting mirror, 108 is a lens for converting a coherent light beam whose diameter has been expanded into a spherical wave with an arbitrary radius of curvature, 109 is a semi-transparent mirror, 1 10
is a recording material. In this optical device, the main interference fringes are expanded by an inverted telescope type optical system 104, reflected by a reflecting mirror 106, and coherent light 1 transmitted through a semi-transparent mirror 109.
1 1 and is expanded by the inverted telescope type optical system 105, and the reflecting mirror 1
07, the radius of curvature is changed by the lens 108, and the coherent light 1121 is reflected from the front surface 1091 of the semi-transparent mirror 109, but the coherent light that is reflected from the back surface 1092 of the semi-transparent mirror 109, e.g. 112
2 also interferes with the coherent light 111 to form interference fringes, so when a zone plate is manufactured using this optical rhombus pupil, a zone plate with spurious annular zones superimposed on the main annular zone is created as shown in Figure 2. can. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an embodiment of an optical device for manufacturing a hologram in the zone plate manufacturing method according to the present invention, in which 301 is a coherent light generator, and 302 is a coherent light generator 301 that emits light. 303 is a beam splitter for splitting the coherent light beam 302 into two directions, 304 and 305 are inverted telescope type optical systems for expanding the diameter of the coherent light beam, and 306, 307, and 308 are reflecting mirrors. , 309 is a lens that can be moved along the optical axis to convert the diameter-expanded coherent light beam into a spherical wave with an arbitrary radius of curvature;
310 is a recording material.

この光学装贋において、まずレンズ309を適当な位置
に配置した時の干渉縞を記録材料310‘こ記録する。
次にレンズ309以外はそのまま動かさず、レンズ30
9を光軸に沿って移動させて記録材料310に到達する
コヒーレント光の曲率半径を変えた時の干渉縞を記録材
料310に記録する。このようにして二つの干渉縞を重
ねて記録した記録材料に通常の現像定着処理をほどこす
と、ホログラムが完成する。このようにして製作したホ
ログラムを第4図に示すように、コヒーレント光発生装
置401から射出されたコヒーレント光ビーム402の
直径を逆望遠鏡型光学系403で拡大したコヒーレント
光で照明すると、ホログラム404からは二つの球面波
405,406が再生され、球面波405と406が干
渉して同D円縞模様を形成する。
In this optical equipment, interference fringes are first recorded on the recording material 310' when the lens 309 is placed at an appropriate position.
Next, without moving anything other than lens 309, lens 30
9 is moved along the optical axis to change the radius of curvature of the coherent light that reaches the recording material 310. Interference fringes are recorded on the recording material 310. A hologram is completed by subjecting the recording material on which the two interference fringes have been recorded in this way to a normal development and fixing process. As shown in FIG. 4, when the hologram produced in this way is illuminated with coherent light whose diameter is expanded by the inverted telescope type optical system 403 of the coherent light beam 402 emitted from the coherent light generator 401, the hologram 404 Two spherical waves 405 and 406 are reproduced, and the spherical waves 405 and 406 interfere to form the same D circular striped pattern.

そこでこの同心円綿模様を記録材料407に記録し通常
の現像定着処理をほどこすことによりゾーンプレートが
完成する。このようにして作ったゾーンプレートには、
コヒ−レント光ビームの直径を拡げてからは半透明鏡を
使用しないので、スプリァスな輪帯は存在しない。以上
詳述したように、本発明によればスプリアスな輪帯のな
いゾーンプレートを安価にかつ簡単に製作することがで
きる。
Then, this concentric cotton pattern is recorded on a recording material 407 and subjected to normal development and fixing processing to complete a zone plate. The zone plate made in this way has
Since no semi-transparent mirror is used after the diameter of the coherent light beam is expanded, there are no spurious rings. As described in detail above, according to the present invention, a zone plate without spurious annular zones can be manufactured easily and inexpensively.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来ゾーンプレートを光学的に毅作するために
用いられている光学装直の構成を示す図、第2図は第1
図に示した光学装置で製作したスプリアスな輪帯のある
ゾーンプレートの1例を示す図、第3図は本発明による
ゾーンプレートの製作方法においてホログラムを製作す
るための光学装置の一実施例の構成を示す図、第4図は
第3図に示した光学装置により製作したホログラムから
同0円縞模様を形成する波面を再生し、前記同心円縞模
様を記録するための光学装置の一実施例の構成を示す図
である。 図において、101,301,401はコヒーレント光
発生袋直、102,302,402はコヒーレント光ビ
ーム、103,303はビームスプリツタ、104,1
05,304,305,403は逆望遠鏡型光学系、1
06,107,306,307,308は反射鏡、10
8,309はしンズ、109は半透明鏡、110,31
0,407は記録材料、404はホ。グラム、405,
406は球面波である。オー図 才2図 オ3図 オ4図
Figure 1 is a diagram showing the configuration of an optical setup conventionally used to optically manufacture a zone plate, and Figure 2 is a diagram showing the configuration of an optical setup used to optically manufacture a zone plate.
A diagram showing an example of a zone plate with a spurious annular zone manufactured using the optical apparatus shown in the figure. FIG. FIG. 4 is an embodiment of an optical device for reproducing a wavefront forming a zero-circle stripe pattern from a hologram produced by the optical device shown in FIG. 3 and recording the concentric stripe pattern. FIG. In the figure, 101, 301, 401 are coherent light generating bags, 102, 302, 402 are coherent light beams, 103, 303 are beam splitters, 104, 1
05, 304, 305, 403 are inverted telescope type optical systems, 1
06, 107, 306, 307, 308 are reflecting mirrors, 10
8,309 Shins, 109 semi-transparent mirror, 110,31
0,407 is recording material, 404 is E. grams, 405,
406 is a spherical wave. O figure 2 figure O 3 figure O 4 figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 任意の曲率半径を有する第1の球面波と参照波との
干渉による干渉縞をまず記録材料に記録し、次に前記第
1の球面波と光軸は同じだが曲率半径は異なる第2の球
面波と前記参照波と同じ性質の参照波との干渉による干
渉縞を前記感光材料に重ねて記録することによつてホロ
グラムを製作し、前記ホログラムから同時に再生される
曲率半径の異なる二つの球面波同志が干渉して形成する
同心円縞模様を記録材料に記録することを特徴とするゾ
ーンプレートの製作方法。
1 First, interference fringes caused by interference between a first spherical wave having an arbitrary radius of curvature and a reference wave are recorded on a recording material, and then a second spherical wave having the same optical axis as the first spherical wave but a different radius of curvature is recorded. A hologram is produced by superimposing and recording interference fringes caused by interference between a spherical wave and a reference wave having the same properties as the reference wave on the photosensitive material, and two spherical surfaces with different radii of curvature are simultaneously reproduced from the hologram. A method for manufacturing a zone plate, characterized in that a concentric striped pattern formed by interference of waves is recorded on a recording material.
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AU535350B2 (en) * 1979-05-07 1984-03-15 Sony Corporation Inline hologram lens
US4603938A (en) * 1981-11-13 1986-08-05 Sony Corporation Method of producing inline hologram lens
JPS60123803A (en) * 1983-12-09 1985-07-02 Pioneer Electronic Corp Manufacture of micro fresnel lens

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