JPS62234181A

JPS62234181A - ホログラム作成方法

Info

Publication number: JPS62234181A
Application number: JP6082686A
Authority: JP
Inventors: Shinya Hasegawa; 信也長谷川; Fumio Yamagishi; 文雄山岸; Hiroyuki Ikeda; 池田　弘之; Yushi Inagaki; 雄史稲垣
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-03-20
Filing date: 1986-03-20
Publication date: 1987-10-14
Also published as: JPH0535871B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概　　要〕本発明は、再生波長（λ２）より短い波長（λ１）を有
する作成波によるホログラムの作成方法において、収束
球面波を第１の球面光学素子と、第２の球面光学素子に
垂直に入射して非点収差の物体波を発生させ（第１、第
２の球面光学素子のうち、少なくとも１つは、シリンド
リカルレンズ）、それにより再生波長（λ２）において
、所望の非点隔差を得ることのできるホログラムの作成
方法を提供するものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、再生波長と作成波長の差を考慮して所望の非
点隔差を得ることのできるホログラムの作成方法に関す
る。

〔従来の技術〕

半導体レーザは小型、軽量、安価であり、また直接変調
可能のため、レーザプリンタや光ディスり、ＣＤ、レー
ザディスクなどで広く用いられている。この時、半導体
レーザからの発散光を平行光に変換する従来のコリメー
トレンズでは、ビームを回折限界まで絞るために収差が
除去されている必要がある。このため、例えば複数枚の
光学ガラスレンズを用いる従来技術（例えば特開昭５１
−１８５５７など）があるが、このような方式では複数
枚の光学ガラスレンズが必要であるため、大型で重くな
る上に調整が難しくなるという問題点を有していた。

一方、ホログラムレンズは原理的に、１枚のホログラム
レンズで任官の波面に変換可能なため、小型、軽量なレ
ンズが作成可能であり、さらに複製も可能であるため半
導体レーザ用のレンズとして注目されている。しかし、
半導体レーザを再生波長とするホログラムを作成する場
合、その作成波長を半導体レーザ光としても、、高効率
のものが得られるホログラム材料は一般にはなく、一般
的なホログラム材料の感度は半導体レーザ光より短い波
長を有する可視域にある。そこで上記短波長レーザ光を
作成波として、半導体レーザ光を再生波とするホログラ
ムを作成する方法が従来技術としである。今、第６図（
ａｌに示すように半導体レーザからの波長λ２の発散波
６２が無収差となり、その回折角がθ。となるホログラ
ムレンズ６１を、第６図（ｂ）に示すようにλ２より短
い波長λ１の平行レーザ光６４で再生すると仮定する。

平行レーザ光６４の入射角θ。を θｃ　＝　５ｉｎ−’　（”−・ｓｉｎθＲ）　　　・
・−（１）丸２となるようにした時に、回折波６５は、正の球面収差波
となる。従って、回折波６５と同様の波長λＩの正の球
面収差波と、同じく波長λｌで入射角θ。のレーザ光６
４と同様の平行光を作成波としてホログラム６１を作成
すれば、同図（８１のように波長λ２の半導体レーザ光
で無収差となるホログラムを作成することができる。上
記作成方法を用いた技術として本出願人は、第７図に示
すように波長λ１の収束球面波７２を凸レンズ７１に入
射することによって発生する負の球面収差波７３を交差
させて正の球面収差波７４を発生させ、該収差波７４と
入射角θ。の波長λ１の参照波７５とをホログラム材料
７６上で干渉させてホログラムを作成する方法を特許出
願した（昭和６０年３月２８日出願）。この方法によれ
ば、収差発生光学系とホログラム作成用材料との間隔を
長くとれるため、多重反射による。ゴースト及びノイズ
が入らず、さらに参照波を容易に入射できるという利点
を有している。また、特開昭６０−１２２９８２にも、
一方法が出願されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記方法により理論的に無収差のホログラムを得ること
ができるが、実際には半導体レーザ自体に非点隔差とい
う問題が存在する。半導体レーザにおいて光導波が利得
成分により行われると、光エネルギーの伝搬方向と波面
とが直交しない場合がある。半導体素子の接合方向に平
行な導波には、屈折率導波型レーザでも利得成分が多少
混合する。

この結果、第２図に示すように接合に平行方向２４のビ
ームのウェイストがレーザ端面よりΔＺだけ内部にあり
、その差が非点隔差となる。ΔＺの値は屈折率導波型レ
ーザでは通常１０μｍ以下であるが、利得導波型レーザ
では１０〜５０μｍという大きな値になる。このように
非点隔差のある半導体レーザを使用すると、無収差のホ
ログラムレンズを用いてビームを絞り込んでも、結像倍
率によっては回折限界のスポットが得られない場合が生
じる。

上記のような半導体レーザの非点隔差を補正する従来方
法として、円筒レンズを用いる方法（Ｂｅ１ｌ　５ｙｓ
ｔｅ＋ｍ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　”　
、第５８＠。

第９号、　Ｐ　、Ｐ、１９０９〜１９９８．１９７９年
）、平行ガラス板を斜めに配置する方法（特開昭５８−
１４３４４３）などがある。しかし、このような従来方
法は、構成部品数が増加し調整箇所が難しくなるという
問題点を有していた。

本発明は上記問題点を除くため、簡単な構成で再生波長
と作成波長の違いと半導体レーザで発生する非点隔差の
影響を同時に除くことのできる球面光学素子を用いたホ
ログラム作成方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を除くために、第１の球面光学素子
と、第２の球面光学素子とを有し、第１、第２の球面光
学素子のうち少なくとも１つはシリンドリカルレンズで
あり、それらを介して非点収差の物体波を発生させホロ
グラムを作成する。

〔作　　用〕

上記手段において、再生波長（λ２）より短い波長（λ
Ｉ）を有する収束球面波を第１の球面光学素子と第２の
球面光学素子（第１．第２の球面光学素子の少な（とも
１つはシリンドリカルレンズ）に入射させることにより
、半導体レーザにおいて発生する非点隔差を、再生波長
（λ２）と作成波長（λ１）の差を考慮して発生する。

このようにして得られたレーザ光を物体波としてホログ
ラムを作成することにより、再生波長（λ２）より短い
作成波長（λＩ）を用いて再生波長（λ２）において無
収差となるホログラムを作成でき、さらに半導体レーザ
において発生する特定の導波方向での非点隔差の影響も
同時に除くことができるホログラムを作成できる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例につき詳細に説明を行う。

（本発明の実施例（第１図〜第３図））今、第２図にお
いて半導体レーザダイオードチップ２１からの出射光に
非点隔差がある場合、その導波方向は活性層２２の接合
方向に平行な方向２４であり、活性層端面（点Ｐ）から
ΔＺ奥の点Ｑが仮想的な出射点となる。これに対して上
記導波方向に直交する方向２３への出射光の出射点は活
性層端面の点Ｐである。すなわち、点Ｐと点Ｑの差ΔＺ
が非点隔差となる。従ってこのような半導体レーザを用
いて無収差となるホログラムレンズを作成するためには
、作成時の波長を仮にλ２（半導体レーザ光の波長）と
すると、第３図（ａ）。

（ｂ）、　（Ｃ）に示すように出射方向２３より出射方
向２４（共に第２図参照）の方が非点隔差量ΔＺだけ長
い非点収差波３１．３１’　　（共に出射方向が異なる
同−波）を物体波とし、一方参照波を出射方向２３に角
度θ。だけ伊けた平行光３２としてホログラム材料１３
に記録すればよい。

しかし、一般に半導体レーザ光の波長ｉ２で高効率とな
るホログラム感光材料はないため、波長λ２より短い波
長λ１のレーザ光でホログラムを作成することを考える
。再生波長λ２で第３図に示したような非点隔差を許容
するホログラムを得るためには、第１図（ａ）、（ｂ）
に示すように、作成波長λ１において再生波長λ２との
差に応じ出射方向２４においてΔＺに対応する非点隔差
を有する物体波１５．１５’　　（共に出射方向の異な
る同−波）を発生する光学系を用いる。そのため、波長
λ１の収束球面波１７．１７’　　（同一）を球面凸レ
ンズ１１に入射させることにより負の球面収差波を発生
させ、それを交差させ正の球面収差として基板１４上に
形成されたホログラム材料１３上へ導く。一方、シリン
ドリカルレンズ１２は同図（ｂ）のように出射方向２４
に曲率Ｒ′を有するため、出射方向２３の物体波１５（
同図（ａ））を出射方向２４の物体波１５′　（同図中
））とでは、各交差位置からホログラム材料１３までの
距離が異なり、これが第３図に対応する非点隔差となる
。このような物体波１５．１５’に加え、波長λｌの平
行光である参照波１６を入射角θ。で入射させ、ホログ
ラム材料１３に感光させる。この時、作成波長λｌで入
射角θ、の参照波１６を用いてホログラムを作成した場
合、前記（１）式で説明したように、再生波長λ２で再
生した場合の上記ホログラムによる回折角はθ８となる
。次に、回折角θ。の決定の仕方について説明を行う。

今、第２図において、活性層２２の端面からの出射方向
２３への出射光の出射口は１μｍでありその回折角は大
きいが、間じく出射方向２４への出射光の出射口は３〜
５μｍ程度と太き（そのため回折角は小さくなる。

この結果、出射光の遠視野像２５（第２図）は出射方向
２３の方が大きく広がり楕円形となる。

しかし、半導体レーザ光をホログラムレンズにより平行
光にしたのちレンズなどで均一な大きさのビームを回折
限界まで絞り込むためには、ビーム形状を真円に補正す
る必要がある。そのため、第３図（ａ）又はｆｃ）に示
すようにホログラム１３による出射方向２３は半導体レ
ーザの活性層の垂直方向として、さらに、回折角θ□を
適当な角度に設定することにより、回折平行光３２の出
射方向２３のビーム径Ｄ１′を出射方向２４のビーム径
Ｄ２（第３図（ｂ））と同じ大きさにすることができ、
真円補正を行うことができる。今、第３図（ａ）におい
て、出射方向２３の回折光３２のホログラム１３上での
ビーム７１Ｄ＋は、回折角θ８で出射されるとビーム径
　Ｄ＋’に変換される。この時のビーム竪型比Ｍ　＝−
”’は簡単な幾何計算により、１）ＩＭ　＝　ｃｏｓ　　ａｌ　　　　　　　　　　　　　　
　・　・　・（２）となる。一方、出射方向２４の回折
光３２は垂直に出射されるためビーム整形比は１である
。そこで、半導体レーザから出射された出射光の各出射
方向２３．２４のビーム径ＤＩ、Ｄ２（第３図（ａ）。

（ｂ）の比が例えばＤｌ：Ｄ２＝２：１であれば、上記
（２）式よりθ□＝６０°に設定することによりＤｌ　
：Ｄｌ　’＝２：１、すなわちＤＩ’＝Ｄ２とすること
ができ、遠視野像３３　（第３図（Ｃ））を真円にする
ことができる。

このようにして求まるθ。から前記（１）式を用いて、
第１図における参照波１６の入射角θ。が決定され、再
生波長λ２において非点隔差を補正し、且つ真円補正を
行うことのできる回折角θ。を有するホログラムを作成
することができる。

（本発明により作成されたホログラムの実施例（第４図
））次に、第４図（ａｌ、　（ｂｌに本発明により作成され
たホログラム１３を再生波長λ２の半導体レーザ光３１
．３１’で再生した例を示す。半導体レーザダイオード
４１は、半導体レーザダイオードチップ２１及びガラス
窓４２などにより構成され、半導体レーザダイオードチ
ップ２１からの出射光は実際にはガラス窓４２で球面収
差を受け、ホログラム１３へ入射する。従って、第１図
の実施例でホログラムを作成する場合、この球面収差も
同時に補正するように各設計パラメータが設定される。

（本実施例の設計パラメータ（第１図））次に、第１図
の実施例の具体的な設計パラメータを示す。まず、再生
波長である半導体レーザダイオードチップ２１．（第２
図）の発振波長λ２２−７８７ｎとする。これは一般に
市販されている可視の半導体レーザの平均値である。ま
た、第４図におけるガラス窓４２の厚みＴ　４２　＝　
０．３１１１１１１％屈折率Ｎａ２＝１．５とする。そ
して、同じく半導体レーザダイオードチップ２１の非点
隔差を１０μｍとする。この時、第１図のホログラム作
成光学系において、作成されたホログラムの波面収差が
最小となるように減衰最小自乗法（ＤＬＳ法）を用いて
、各設計パラメータの最適化を行った。この結果、ホロ
グラム作成波長λ２　＝　４８８ｎｍ　（Ａｒレーザ）
、球面凸レンズ１１の中心厚み’ｒ＋＋＝５．５１、曲
率Ｒ＋＋＝２６龍、屈折率Ｎ　＋　＋　＝　１．７３９
０３、球面凸レンズ１１の上面から無収差波１８の収束
位置までの距離Ｚ　＝　３２．９６　ｔｍ、球面凸レン
ズ１１とシリンドリカルレンズ１２の間隔Ｄ＝１ｍ、シ
リンドリカルレンズ１２の中心厚みＴｌ２−４１１１％
曲率Ｒｌ　２　＝　５０００ｍ、屈折率Ｎ　ｌ　２　＝
　１．５２２、シリンドリカルレンズ１２とホログラム
材料１３との距離Ｄ　Ｌ　−３１，４ｍと設定できた。

（本実施例の波面収差測定例（第５図））上記条件で設
計したホログラムで発生する波面収差量を第５図に示す
。なお、第４図（ａ）において、ホログラム１３と半導
体レーザダイオードチップ２１間の距離ｆ　ｏ　＝　１
１．５１６４　ａｍとしている。第５図より高いＮＡに
わたって波面収差が、λ／８以内に入っていて、はぼ回
折限界に近いホログラムであることがわかる。

一方、与えられた非点隔差量ΔＺ、再生波長λ２に対し
て、非点隔差補正をしていない無収差の光学レンズの波
面収差がλ／８以内にあるためを満たすＮＡのレンズが
必要である。前記条件の場合は、ＮＡは（３）式より、
０．２以下のものしか使えず、暗いレンズとなってしま
うが、本発明によれば、従来方式に比べ、高ＮＡで非点
隔差が補正された小型、軽量、安価なホログラムレンズ
が得られる利点がある。

（本実施例の他の応用例）上記のように本実施例によれば、非点隔差を補正するホ
ログラムを作成することが可能である。

これは、逆に考えれば、非点隔差を作り出すことも可能
であるため、光ディスクのピックアップのように分割さ
れた検知器に入射するレーザ光の各方向の収差量によっ
てトラックずれやフォーカスずれを検知する場合、非点
隔差によって方向毎に異なった収差量を発生するホログ
ラムを用いることで検知を容易に行わせることも可能で
ある。

なお、本実施例では、第１の球面光学素子を凸レンズ、
第二のそれをシリンドリカル凸レンズとして説明した。

しかし、第二のそれをシリンドリカル凹レンズ、または
、第一の球面光学素子を凹レンズとすることも勿論可能
である（前者の場合、発生する非点隔差の方向が本実施
例とは逆になる）。

また、第一、第二の順序が逆となっていても、勿論、可
能である。さらには、第一、第二の光学素子が直交した
シリンドリカルレンズのペアでも良い。

〔効　　　果〕

本発明によれば、簡単な構成で半導体レーザで発生する
非点隔差を補正することができるホログラム作成方法を
提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は、本発明の実施例の構成図、
第２図は、非点較差の説明図、第３図（ａｔ、　（ｂｌ、　（ｃ）は、本発明の原理説
明図、第４図（ａ）、　（ｂ）は、本発明により作成さ
れたホログラムの実施例の構成図、第５図（Ｉｎ）、　（ｂ）は、本発明により作成された
ホログラムで発生する波面収差図、第６図（ａ）、　（ｂ）は、従来のホログラム作成方法
の原理説明図、第７図は、従来のホログラム作成方法の実施例の構成図
である。１１・・・球面凸レンズ、１２・・・シリンドリカルレンズ、１３・・・ホログラム材料、１４・・・基板、１５．１５’・・・物体波、１６・・・参照波、１７．１７’・・・収束球面波、２１・・・半導体レーザダイオードチップ、２２・・・
活性層、 ΔＺ・・・非点隔差。特許出願人　　　富士通株式会社１１：　　昧薗凸しンス゛　　　　１５．１５’”Ｉｎ
伴、５良１２−／リントノｆＪ＋レレンス”　　　　＋
６　　１　　先トＩ！手、彼１３　不ロ？ラム　　　　
　　　　＋７．＋７’：　Ｊス東釘Ｒ置Ｖ支１４、基羽
叉Ａくじｉす斤りのＫ）守とイタリり構Ｆ又′　６コ第１
図非、弘隔左の託ＦＪＰＩ霞第２図（ａ　）　４斐八２で！＋電し「；場（トｃ（ｂ）液畏入１な、カー主しｒ、可６（トＪ巳來／＋７
トロ７゛クムイア）＼才）五つ＃ａ乙名ｑａり署ＩＣＱ）ｔ＆Ｈ’５−Ｕ　２３ｑ便ＩＷｒｆＪ■ （ｂ）９：Ｒ７ｆ　２４　ｑ４Ｒ’ＪｔＪ　０岑発咽ｎ
遍箪　：、理説明７５図液面ホ左（λ）（０）似射ぎ臼　２３７ト’ｆｆｉ’ｌｌｌ”ｒ９（’ＦＡｊＫｒ−Ｊ−ｏ７
’７へ；第５図テ皮ＩＪＰ！（入）（ｂ）払射オ向　２４

Claims

【特許請求の範囲】１）波面変換機能を有するホログラムをその再生波長（
λ＿２）より短い波長（λ＿１）を有する物体波（１５
、１５′）及び参照波（１６）を作成波としてホログラ
ム材料（１３）上で干渉させることにより作成するホロ
グラム作成方法において、前記物体波（１５、１５′）
は前記作成波長（λ＿１）を有する収束球面波（１７、
１７′）を、第１の球面光学素子（１１）と、第２の球
面光学素子（１２）に垂直に入射させたことによる非点
収差波とすることにより、再生時に所望の非点隔差を得
ることを特徴とするホログラム作成方法。２）前記球面光学素子（１１、１２）として所定の曲率
を有するシリンドリカルレンズを少なくとも１枚用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のホログラ
ム作成方法。