JPS62234182A - ホログラムの作成方法 - Google Patents

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】 〔櫃　　要〕 本発明は、再生用光学球面レンズに平板ホログラムを近
接又は該光学球面レンズ上にホログラムを作成する構成
を有し、画角を大きくとれるという特徴を有するハイブ
リッドホログラムレンズに用いるホログラムの作成方法
において、半導体レーザ光である再生波より短い波長の
レーザ光をホログラム作成用光学球面レンズに入射させ
ることにより必要な収差波を発生させ、さらに該収差波
を望遠鏡系などの共役波発生手段に入射させることによ
り得た共役波をホログラムの作成波とすることにより、
前記ホログラム作成用光学球面レンズとホログラム作成
材料面との間隔を大きくし容易に参照波を入射できるよ
うにしたホログラムの作成方法である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光学球面レンズに平板ホログラムを近接又は
該光学球面レンズ上にホログラムを作成する構成を有し
、画角を大きくとれるという特徴を有するハイブリッド
ホログラムレンズに用いるホログラムの作成方法に係り
、特に参照波を入射しやす（したホログラムの作成方法
に関する。

〔従来の技術〕

ホログラムは従来の光学ガラスレンズ等に代わる波面変
換素子であり、軽量、小型、安価、大量複製可能であり
所望の特性を有する無収差のレンズを比較的容易に実現
できるという特徴を有する。

従来のホログラムレンズは、平板ガラス上にホログラム
を形成したものが一般的である。しかし、このようなホ
ログラムレンズは一般に正弦条件を満足しないため画角
が小さく、ホログラムレンズ再生時の設定精度が厳しい
ことがあった。すなわち、ホログラムレンズへの入射波
などの入射位置などがわずかにずれると、該ホログラム
レンズにおいて設計どうりの波面変換が行われないとい
うような問題点を有していた。

上記のような問題点を除（ために、正弦条件を満足する
ホログラムレンズとして、１枚の凹レンズの凹面側にホ
ログラムを形成したハイブリッドホログラムレンズが提
案されている（Ｗ、　Ｔ。

Ｗｅｌｆｏｒｄ、　Ｏｐｔ、　Ｃｏｍｍｕｎ、　、　９
　　（１９７３）　２６Ｂ＋Ｏｐｔ。

Ｃｏｍｍｕｎ、　、　１５　（１９７５）　４６）　、
これは凹レンズの曲率をホログラムレンズの焦点距離に
なるように決定することによって画角を太き（した構成
をとるものである。このような画角の大きいレンズは、
一般的にアプラナートなレンズと呼ばれる。

上記従来例の他に、第８図、第９図に示すように２枚以
上の光学ガラスレンズの間にホログラムを形成するアプ
ラナートホログラムレンズが提案されている（１．　Ｗ
ｅｉｎｇａｒｔｎｅｒ、　５ＰＩＢ、　ｒ’ｒｏｃｅｅ
ｄｉｎｇｓ。

３９６　　（１９８３）　１７３．０ｐｔｉｋ、　６Ｂ
、　Ｎｏ、２　（１９８４）　１８５−１９０）。これ
は光学ガラスレンズ６２．７２゜７３の曲率Ｒ１，Ｒ２
及び屈折率を、正弦条件を満足するように設計し、残存
する球面収差をホログラム６１．７１によって除去する
ものである。

更に、他の従来例として下記のものがあった。

特開昭５９−１９２２０７は、一枚の透明平行板の裏、
表にそれぞれ１つずつホログラムを築き、二枚のホログ
ラムにより正弦条件を満たしている。また、特開昭５９
−１２７００６は、一枚の平凹レンズの子側にホログラ
ムを築き、正弦条件を満足させている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記に示したハイブリッドホログラムレンズは、アプラ
ナートなレンズであるが、前者の第８図の場合ホログラ
ムは平板でなく曲率のある面上に形成されるため、作成
が難かしくインライン型のもの（ホログラムレンズの光
軸と入射波の光軸が一致しているもの）しか作成できず
、オフアクシス型（軸はずし型）のものは不可能であっ
た。　これに対して後者の第９図の場合、ホログラム７
１は平板上に形成されるが、ホログラム作成方法に関し
て具体的な技術は開示されておらず、電子ビーム描画や
コンピュータによる描画で理論的に可能であるというこ
とがいえる程度で実用性に乏しかった。特に、半導体レ
ーザを再生光源とするホログラムレンズの場合、ホログ
ラム作成時の高回折効率材料は一般に半導体レーザ光の
波長より短い波長のレーザ光によって感光するため、作
成時と再生時の波長の違いを考慮する必要があり、上記
従来技術においてはそれに対応するホログラムの作成方
法も開示されていなかった。又、レンズの平板上にホロ
グラムを作っても、レンズが少なくとも２枚必要であっ
た。

また、特開昭５９−１９２２０７と特開昭５９−１２７
００６は共に、ホログラムの作製は、電子ビーム描画に
よらざるを得ず、広面積化が難しいうえにホログラフィ
ックな露光による作成は述べていず、更に軸外し型が不
可能という問題があった。

また、後者では、凹レンズの凹側から参照波である平行
光を入射するため、参照波が平行光のみに限られていた
。

本発明は上記問題点を除くために、平板上にホログラム
を形成しそれに１枚の光学球面レンズを近接もしくは、
１枚の光学球面レンズ上にホログラムを形成したアプラ
ナートなハイブリッドホログラムレンズに用いる具体的
なホログラムの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（ために、ホログラム作成波（
１６）を発生する手段としてホログラム作成用光学球面
素子（１１）　、及び望遠鏡系などの共役波発生手段（
１２）を有するものである。

〔作　　　用〕

上記手段において、まず再生波の半導体レーザ光（２２
）の波長（λ？）より短い波長（λ１）を有するレーザ
光（１４）がホログラム作成用光学球面素子（１１）に
入射されそれにより必要な収差波（１５）が発生される
。この収差波（１５）は、再生時に再生用光学球面素子
（２１）において発生する収差を補正する波面と、再生
波長と作成波長の差に対応する収差を補正する波面とを
有している。このようにして発生された収差波（１５）
は、望遠鏡系などの共役波発生手段（１２）を介して発
生した共役波（１６）が平板ホログラム（１３）のホロ
グラム作成面上に作成波として導かれる。これにより、
前記ホログラム作成用球面素子（１１）とホログラム作
成材料面との間隔を大きくし容易に参照波を入射するこ
とができる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例につき詳細に説明を行う。

（本発明によるホログラムの作成方法の実施例（第１図
）） 第１図は、本発明によるホログラムの作成方法の実施例
の構成図である。ホログラム１３の再生波（後述）は半
導体レーザ光でありその波長λ２は７８０ｎｍ程度であ
る。これに対して第１図のホログラム作成時においては
、再生波長より短い波長λ１を有するレーザ光を作成波
０区とする。このようなレーザ光としては例えばλｌ−
４８８ｎＩＩＩのＡｒレーザ光がある。これは、半導体
レーザのような区い波長で高い回折効率が得られるホロ
グラム材料が一般にないためである。

今、第１図において光軸１８上の出射点Ａから出射され
た波長λ１の発散レーザ光１４は、収差補正レンズ１１
に入射しそこから出射された収差波１５は望遠鏡系１２
内のレンズ１２１に入射する。そして、光軸１８上の集
束点Ｂに集束した後レンズ１２２を介して共役波１６と
して出射され、平板ガラス（１３）上のホログラム作成
材料面１３１上に導かれる。この時、望遠鏡系１２内の
２枚のレンズ１２１，１２２は同一のものを用い、集束
点Ｂに対して対称に配置される。また、収差補正レンズ
１１の出射面（１１１）とレンズ１２１との距離、及び
ホログラム作成材料面１３１とレンズ１２２との距離は
共に等距離ｌとする。

一方、ホログラム作成材料面１３１上には参照波である
平行光１７　（波長λ１）が導かれる（入射角θＣ）。

（本発明によるホログラムの作成方法の原理説明（第２
〜第５図）） 次に、上記実施例の原理につき順を追って説明を行う。

まず、第２図は第１図の実施例により作成されるべきホ
ログラム１３を用いたハイブリッドホログラムレンズの
構成を示す。第２図において、平板ガラス上に形成され
たホログラム１３は、光学ガラスレンズ２１に近接又は
該ガラスレンズ２１上に作成される。今再生波として出
射点Ｐから出射された波長λ２　（例えばλ２　＝　７
８０ｎｍ）の半導体レーザ光である発散波２２は、光学
ガラスレンズ２１およびホログラム１３により平行波２
３に変換される。この時、画角を大きくする為の正弦条
件を満たすようにレンズ２１の曲率Ｒ。

レンズ厚み、屈折率及びホログラム１３に必要な球面収
差が決定できる。つまり、ホログラム１３と１枚のレン
ズ２１で正弦条件を満たすことが可能であることがわか
った。

例えば、第６図のような半導体レーザの発散波を平行波
にするホログラム５３、平凸レンズ５４による正弦条件
を満たしたハイブリッドホログラムレンズを考案した。

この時、レンズパラメータを最適にした結果第６図光線
追跡の状態で正弦条件が満足できることがわかった。

一例として、光源を７．８５龍ｍの半導体レーザ、平凸
レンズの屈折率を１．７６５７４、レンズ中心厚みを１
２．６ｍｍ、レンズ曲率を１２．５ｍ、また、点光源位
置−レンズ中心間距離ｄＬを１０龍とした。焦点距離は
、１２．７６５ｍｍである。

この時の正弦条件の不満足量は、第７図に示すようにＮ
　Ａ　Ｏ，４５以内で最大２３μｍとなり、良好な正弦
条件を得た。通宝の平板ホログラムレンズでは、これは
ｌｌ１ｍにも達する。

これによりアプラナートなハイブリッドホログラムレン
ズを実現できる。

この正弦条件を満たすために、第６図のように、レンズ
を通過したあとの複雑な球面収差を平行波に変換するホ
ログラムが必要となる。

以下には、このホログラムをインライン型、軸はずし型
レンズにかかわらずホログラフィック露光により作成す
る方法について説明する。なお、本方法では、平行波の
出射光はレンズの事例にホログラムを築くためその面か
ら出射される゛ため、任意の参照波が選べるという利点
がある。特に、参照波のＦナンバが大きいときには、物
体光を無限遠とした時の正弦条件からのずれは非常に小
さいため本方法の効果は大きい。

上記ハイブリッドホログラムレンズにおいて、第３図＋
ａ）に示すようにホログラム１３のみに第２図の右方向
から平行波３１　（波長λ２）を入射したとすると発生
する出射光は球面収差波３２となる。逆に考えるとこの
球面収差波３２は第２図において光学ガラスレンズ２１
において発生すると考えられ、ホログラム１３はこれを
平行波２３に収差補正するものである。従って、ホログ
ラム１３の作成時には球面収差波３２と同一の収差波が
物体波として必要となる。さらに正弦条件を満たすため
に光学ガラスレンズ２１　（第２図）で発生する球面収
差を除去するために第３図（ｂ）に示すようなＮＡ（口
径）に関して高次関数となる縦球面収差波が物体波とし
て必要である。しかし、ホログラム作成材料としては一
般に近赤外の半導体レーザ光に感光する高回折効率材料
はなく、従って作成波としてはそれより短い波長λ１を
有するレーザ光（例えばλ＋　＝　４８８ｎｍの静レー
ザ光）を用いなければならない。このことを考慮したホ
ログラム１３の作成時には更に第４図（ｂｌの特性を有
する波区λ１の球面収差波４１を同図（ａ）のように物
体波としてホログラム作成材料面１３１上に照射する必
要がある。すなわち、第３図の球面収差に加えて再生波
長と作成波長の差によって生ずる球面収差が物体波４１
として必要となる。なお、参照波４２は波長λ１の平行
波（入射角θＣ）である。

次に、第４図（ａ）の波長λｌの物体波４１の発生方法
について述べる。

今、第４図（ａｌのようにして作成されたホログラム１
３に第５図に示すように波長λ１の平行波５１を入射し
たとする。この結果出射される回折波は第４図（ａ）の
物体波４１と同一の収差を有するが、この収差は第５図
に示すようにホログラム１３に近接させた例えばアクロ
マチイックレンズ１１により充分に補正でき、はぼ無収
差の収束波５２を一点Ａ集束させることができる。これ
を逆に考えると、Ａ点からの波長λ１の発散光をアクロ
マチインクレンズに入射させると、ホログラム面１３１
で第４図（ａ）の物体波４１と同一の収差波となること
がわかる。しかし、第５図においてはアクロマチインク
レンズ１１とホログラム１３とが近接しているため、第
４図（ａ）のような参照波４２を入射させることができ
ない。

そこで、第１図に示す望遠鏡系を導入する。第１図にお
いて、収差補正レンズ１１は第５図と同一の機能を有す
るレンズであり、出射点Ａからの波長λ：の発散波１４
は出射面１１１において第４図（ａ）の物体波４１と同
一の収差を有する収差波１５を発生する。このための収
差補正レンズ１１は光線追跡により最適設計される。そ
して、第１図においては望遠鏡系１２は前記構成説明か
られかるように倍率１であり、収差補正レンズ１１の出
射面１１１とレンズ１２１の距離と、ホログラム作成材
料面１３１とレンズ１２２の距離は共に！であるため、
収差波１５の出射面１１１における波面と、共役波１６
のホログラム作成材料面１３１における波面は互いに共
役となり同一収差となり、ホログラム作成材料面１３１
上で必要な収差を有する物体波となる。これにより、収
差補正レンズ１１とホログラム作成材料面１３１との間
隔を大きくとることが可能となり、参照波１７を容易に
入射できることになる。なお、参照波１７の入射角θ。

は再生波の平行光の出射角θ。

（第２図では０度）と、 θ、　＝　５ｉｎ−’　　（（λ１／λ２）ｓｉｎθ１
）によって設定される。

以上のようにして作成したホログラム１３を、第２図の
ように所定の光学ガラスレンズ２１に近接又は該光学ガ
ラスレンズ２１上に形成することで、充分に収差が補正
され、さらに正弦条件を満足する画角の大きいハイブリ
ッドホログラムレンズを得ることができる。

なお、本方法は、参照波は、任意の波面を選べるという
利点を有する。たとえば上記方法によって作成されたハ
イブリッドホログラムレンズは本出願人らが特願昭６０
−１６８８３０で既出願した光ビーム走査装置における
ホログラムレンズなどに応用することができる。この時
、作成時の参照波１７（第１図）を平行波とせず、昭和
６１年３月２０ロ出願の特許願（１２）及び昭和６１年
３月２０ロ特許願（２６）で示すようにホログラムディ
スクの走査ビーム収差補正波とすることもできる。これ
により、マージンの大きな光ビーム走査装置を得ること
ができる。

なお、本発明実施例では、平凸レンズに限ったが、他の
球面レンズでも同様のことが成り立つ。

〔発明の効果〕

本発明によれば、アプラナートなハイブリッドホログラ
ムレンズに用いるホログラムの作成方法において、光学
球面素子によって必要な収差を有する物体波を得られ、
さらに望遠鏡系などの共役波発生手段により上記光学球
面素子とホログラム作成材料面との間隔を大きくとるこ
とができ、容易に参照波を入射させることができる具体
的なホログラムの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図は、本発明によるホログラムの作成方法の実施例
の構成図、 第２図は、ハイブリッドホログラムレンズの構成図、 第３図＋ａ１．　（ｂ）は、再生波長におけるホログラ
ムでの収差説明図、 第４図（ａ）、　（ｂｌは、作成波長におけるホログラ
ムでの収差説明図、 第５図は、収差補正の原理説明図、 第６図は、本発明の平凸レンズの構成図、第７図は、正
弦条件不満足量を示す図、第８図（ａ）、　（ｂ）は、
ハイブリッドホログラムレンズの第１の従来例の構成図
、 第９図（ｉｌｌ）、　（ｂｌは、ハイブリッドホログラ
ムレンズの第２の従来例の構成図である。 １１・・・収差補正レンズ、 １２１．１２２・・・レンズ、 １２・・・望遠鏡系、 １３・・・ホログラム、 １３１・・・ホログラム作成材料面、 １４．２２・・・発散波、 １５・・・収差波、 １６・・・共役波、 ２１・・・光学ガラスレンズ、 特許出願人　　　富士通株式会社 ノ！フ゛′リッにホログ゛ラムレンス゛の講八図第２図 （（］）１．Ｉ又差九Ｊ＆図 （ｂ）釉Ｏ庫面Ｈ達とＮＡ（口径ンの聞砕図再主友長に
お１１ろホログラムズパの月又Ｌｗｅ−鳩凹第３図 （（１）収差り降口 （ｂ）釉し味面収羨とＮＡ（口径ジの関係図Ａ下刀文彼
灸にち１ゴる不ロク゛ラム了゛の収圧舒り閉園第４図 収差葡′正の涼１１免■図 第５図 本潴追月のキ凸しン笈の斗倫へ図 第６区 上弓ｉ条夕千　イト喝足量 （Ｏ）＃＋　λ看り図　　　　　　　　　　　　　　　
　（ｂ）イｎリ　面　しり第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）再生用光学球面素子（２１）に近接もしくは、該再
   生用光学球面素子（２１）上に形成し、半導体レーザ光
   である再生波（２２）の波面変換を行う平板ホログラム
   （１３）の作成方法において、前記平板ホログラム（１
   ３）は正弦条件を満足させるように形成され、前記再生
   波（２２）の波長（λ＿２）より短い波長（λ＿１）を
   有するレーザ光（１４）をホログラム作成用光学球面素
   子（１１）に入射させることにより収差波（１５）を発
   生させ、更に該収差波（１５）を該収差波（１５）に対
   応する共役波を発生する共役波発生手段（１２）に入射
   させ、それにより得られた前記収差波（１５）に対応す
   る共役波（１６）を前記平板ホログラム（１３）の作成
   波として用いることを特徴とするホログラムの作成方法
   。 ２）前記共役波発生手段（１２）は、前記平板ホログラ
   ム（１３）のホログラム作成材料面 （１３１）と前記ホログラム作成用光学球面素子（１１
   ）の出射面（１１１）との間で対称になるように配置さ
   れる倍率が１の望遠鏡系であ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の作成方法。 ３）前記ホログラム作成用光学球面素子（１１）は、再
   生時に前記再生用光学球面素子（２１）において発生す
   る収差を補正する波面と、前記再生波（２２）と前記作
   成波（１６）の波長の差に対応する収差を補正する波面
   とを有する前記収差波（１５）を発生することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のホログラムの作成方法
   。 ４）前記再生用光学球面素子は、平凸レンズであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のホログラムの
   作成方法。