JPH0360116B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔本発明の分野〕 本発明は、オプテイカル・スキヤナに関するも
のであり、特に、このようなスキヤナで使用する
ために、高回折率でホログラフイツク・オプテイ
カル・エレメントを作る方法に関するものであ
る。

一般に小売りのオペレーシヨンに於て、特にス
ーパーマーケツトのオペレーシヨンに於て起つて
いる、より重大な変化の１つは、顧客のチエツク
アウト・ステーシヨンに於てオプテイカル・スキ
ヤナを使用する事が増加している事である。この
ようなスキヤナは、生産者又は、ある場合には、
ストアのオペレータによつて製品の容器に印刷又
は取り付けられるバー・コード化されたラベルを
読み取るように、用いられる。

最も良く知られている例としては、UPC
（Universal Product Code）ラベルである、バ
ー・コード化されたラベルは、製品を認識し、そ
してシステム・メモリからの製品記述子及び価格
の検索を与える。製品記述子及び価格は、記述的
な顧客のレシート・テープを準備し、そして取引
き合計をコンパイルするために、用いられる。オ
プテイカル・スキヤナの利点は、周知である。
個々の容器はもはやマークされる必要はないの
で、仕入れたり、ストアのたなの在庫品を維持す
るのに必要な労働は、より少なくなる。オプテイ
カル・スキヤナは、又、在庫品の制御を簡単にし
たり、オペレータが誤つて打つ機会を減らした
り、オペレータの生産性を向上させるために、用
いられる。

最も一般に利用されているスキヤナは、ラベル
のスキヤンニング・パターンを発生する様に種々
のパスに沿つてビームを折り返す、静止した１組
のミラー上にレーザ・ビームを偏向させる為に、
回転するミラー化されたドラム乃至は振動するミ
ラーを用いている。最近紹介されたスキヤナで
は、回転するミラー化されたドラム乃至は振動す
るミラーは、ホログラフイツク・スキヤナ・デイ
スクに代えられている。このようなデイスクは、
幾つかのホログラフイツク・オプテイカル・エレ
メントの円周アレイを含む。各エレメントは、感
光性フイルムであり、このフイルムは、フイルム
を２つの重なるレーザ・ビームに当てることによ
り独創的に発生される干渉パターンのレコードで
ある。このようなエレメントの円周アレイで構成
されたデイスクは、回転するミラー化されたドラ
ム乃至は振動するミラーの機構よりも、潜在的に
非常にコスト的に安くなり、そして種々の距離で
スキヤニング・ビームを集束することを可能にす
る。

マルチ・エレメントのホログラフイツク・デイ
スクについての量産をなす１つの利用可能なプロ
セスは、限られた数のマスター・デイスクが準備
されることを必要とするものである。非常に数多
くのコピー・デイスクが、各マスター・デイスク
から複製される。マスター・デイスクは、典型的
には、銀ハロゲン化物のレコード物質を用いて作
られる。干渉パターンが、コリメイトされた基準
ビームと広がるイメージ・ビームとを干渉するこ
とにより、マスター・デイスクの各エレメンに記
録される。基準ビーム及びイメージ・ビームの角
度は、スキヤナの必要条件により予め定められる
が、しかし、マスター・デイスクのコピーがオペ
レーテイング・スキヤナ中で用いられるときに存
在することになつている角度と同一である。即
ち、マスター・エレメントを作る際に用いられる
基準ビームの角度は、オペレーテイング・スキヤ
ナ中のコピーを照らす復元ビームの角度と同じで
ある。マスター・エレメントを作る際に用いられ
るイメージ・ビームの角度は、オペレーテイン
グ・スキヤナにおけるコピー中の対応するエレメ
ントから復元された即ち出力のビームが出るのと
同じ角度である。

マスター・デイスク中のエレメントが２つのビ
ームを干渉させることにより形成されるときに
は、レコード物質内で一連のブラツグ平面が形成
される。ブラツグ平面は、ブラツグ角として一般
的に知られている角度でエレメントの表面まで伸
びる平行な反射準平面である。エレメントの表面
における平面間の間隔は、格子化の等式に従つて
距離ｄに定められる。即ち、 λ＝ｄ（Sin θR−Sin θO） (1) ここで、λは、コヒーレントな光ビームの波長
である。

ｄは、レコード物質の表面に沿つて測定された
近接するブラツグ平面間の間隔である。

θRは、レコード媒体の表面の法線に対する基
準ビームの角度である。

θOは、法線に対するイメージ・ビームの角度
である。ホログラフイツク・オプテイカル・エレ
メントの量産は、現像したマスター・ホログラフ
イツク・エレメントにぴつたりと近接して未照射
のコピー物質片を設け、そしてコヒーレントな光
ビームでマスター・エレメントを照射することに
より、なされる。ビームがマスター・エレメント
を通過するとき、その１部分は回折される即ち曲
げられる。一方、残りの部分は、回折されないま
ま、エレメントを真直に通過する。ビームの回折
された／回折されない成分は、コピー物質中で干
渉して、その物質中に干渉パターンを形成するこ
とになる。干渉パターンは、コピー物質を処理す
ることにより固定される即ち不変にされる。処理
されたコピーがコヒーレントな光ビームで照射さ
れるとき、複製された干渉パターンは、マスタ
ー・エレメントを発生する際に用いられたイメー
ジ・ビームを復元することができる。

マスター・エレメント及びコピー・エレメント
を作る際に用いられるレコード物質は、同一であ
り得る。同様に、マスター・エレメント及びコピ
ー・エレメントを作る際に用いられるコヒーレン
トな光ビームの波長は、また同じであり得る。し
かしながら、好ましくは、マスター・エレメント
は、赤の範囲の波長を有するレーザ・ビームを銀
ハロゲン化物フイルムに当てることにより作られ
るとよい。銀ハロゲン化物質中に記録された干渉
パターンは、主として通常の写真処理技術によつ
て固定される。コピー物質は、重クロム酸塩化さ
れたゼラチン物質でもよく、これは、赤い光に感
応しない。このため、複製は、青若しくは青緑の
範囲のコヒーレントな光ビームで行なわれる。像
は、水及びアルコールの容器中で連続して物質を
洗うことにより重クロム酸塩化ゼラチン物質中に
固定される。

重クロム酸塩化ゼラチンの１つの特性は、処理
の間にそれは膨張し、そして処理及び乾燥の後に
表面に垂直に幾らか残留膨張が残ることである。
この結果、記録されるブラツグ平面は、ゆがめら
れ、そして照射時のそれらの方向に対して傾けら
れることになる。

膨張が無視され、そしてコピーが最初の基準ビ
ームの共役で照射されるなら（即ち、最初のビー
ムと同じ断面形状を有するが、しかし反対方向に
向けられたビーム）、コピーは、依然として角度
θOに沿つてビームの部分を屈折させることにな
る。しかしながら、エレメントの回折率は、重大
な減少を示すことになる。即ち、ビームの大部分
は、エレメントを真直に通過することになる。一
方、より少ない部分が、角度θOに沿つて曲げら
れることになる。スキヤナの性能のためには、各
コピー・エレメントの回折率は、できる限り高く
されることが重要である。

一連の化学的な浸漬ステツプを通してゼラチン
の残留膨張を除去することにより、膨張のために
減少した回折率の問題を克服する試みが、なされ
てきた。これらの試みは、膨張が完全に除去され
得ないので、十分な成功をおさめることができな
かつた。その上、ステツプは、制御が困難であ
り、そして結果は、一定していなかつた。

膨張から結果として生じるブラツグ角の傾きを
補正するように、マスターを作る際に用いられる
基準ビームの角度を変えることにより、問題を解
決する他の試みがなされた。残念ながら、この方
法も、スキヤナの性能に影響を与えるので、不所
望な出力ビームのゆがみを生じる。

〔本発明の要旨〕

本発明は、高回折率並びに低ビームゆがみの特
性を有するホログラフイツク・オプテイカル・エ
レメントを作る方法である。マスター・エレメン
トに前もつて記録される干渉パターンは、その後
の露光処理の結果として厚さの変化を生じるよう
に、公知の物質から成る、ぴつたりと近接した、
未露光のコピー・エレメント上に光学的に複製さ
れる。マスター・エレメント中に記録された干渉
パターンは、マスター・エレメントの表面に対し
て所望の角度に方向付けられた平行なブラツグ平
面から成る。この方法は、コピー物質の表面に対
して中間の角度でコピー物質中にブラツグ平面を
確立する角度にあるコヒーレントな複製ビーム
で、マスター・エレメントを照らすステツプによ
り、特徴付けられる。中間の角度は、ブラツグ平
面の所望する最終角度とは異なる。それから、コ
ピー物質は、ブラツグ平面を定めるために処理さ
れる。残りの後で処理する際の膨張がブラツグ平
面を所望する最終的な角度まで傾ける。

〔本発明の実施例〕

第１図を参照するに、ホログラフイツク・オプ
テイカル・エレメントの量産は、マスター・エレ
メントの準備から始まるプロセスによつてなされ
る。銀ハロゲン化物の写真乳剤のような感光性フ
イルムが、コヒーレントな基準ビーム１０及びコ
ヒーレントなイメージ・ビーム１２にさらされ
る。これらのビームは両方とも、通常のビーム・
スプリツター及びミラーによつて単一のコヒーレ
ントな光源から得られる。好ましくは、基準ビー
ム１０はコリメイトされ、一方、イメージ・ビー
ム１２は、点光源１４から広がると良い。点光源
１４は、ビーム１２のパスにおけるピン・ホール
であつてもよい。

ビーム１０および１２は、フイルム中に縞のパ
ターンを形成するために、写真乳剤１８の領域１
６で重なるすなわち、干渉する。パターンは、平
行な屈折の形をなす、すなわち、乳剤の表面の法
線に沿つて測定される、基準ビームの角度θR並
びにイメージ・ビームの角度θOに依存する方向
を有するブラツグ平面の形をなす。乳剤が銀ハロ
ゲン化物の写真乳剤であるときには、通常の写真
現象処理により干渉パターンは固定される即ち不
変にされ得る。

第２図を参照するに、マスター・エレメント１
８は、イメージビーム１２を復元することができ
るコピー・エレメント２０を準備するのに使用さ
れ得る。感光性コピー物質の未露光のシートが現
象されたマスター・エレメント１８にぴつたり近
接して設けられる。マスター・エレメント１８
は、コリメイトされた複製ビーム、即ち、角度
θXでマスター・エレメントに当たるコヒーレン
トな光ビーム２２で照らされる。ビーム２２がマ
スター・エレメント１８を通過するときには、回
折される即ち第１の順位の成分２４と回折されな
い即ち０の順位の成分２６とに分かれる。後でよ
り詳細に述べられる理由から、複製ビームの入射
角θXと回折されたビーム２４の出力角θYとは、
最初の基準ビーム及びイメージ・ビームの角度
θR及びθOには、各々等しくない。

０順位のビーム２６及び第１順位のビーム２４
は、そのコピー物質中に縞パターンを形成するた
めに、感光性コピー物質２０中で干渉する。

重クロム酸塩化ゼラチン・フイルムが使用され
るときには、複製される縞パターンは増幅され、
アルコール及び水の一種の溶液によつて固定され
る。乾燥後でさえも除去され得ないある量の残留
膨張が存在する。より詳細に説明されることにな
るが、残留膨張の量は、複製ビームについての適
当な入射角θXを確立する際に、考慮に入れられ
る。角度θXも又、コピー・エレメントを作るた
めに用いられる複製ビーム、並びにマスター・エ
レメントを形成するために用いられる基準ビーム
及びイメージ・ビームの波長の違いを考慮に入れ
ている。

第３図を参照するに、コピー・エレメント２０
は、マスター・エレメント１８を作る際に用いら
れるビーム１２の共役像であるビーム２８を復元
するために用いられ得る。ビーム２８は、ビーム
１２の入射角に等しい出力角θOを有することに
なり、そして点光源１４がマスター・エレメント
１８から離れて位置しているのと同じ距離にコピ
ー・エレメント２０から離れて位置している集束
点３０に集束することになる。ビーム２８は、最
初の基準ビーム１０の共役であるコリメイトされ
た復元ビーム３２でコピー・エレメント２０を照
らすことにより、発生される。ビーム３２は、最
初の基準ビームの入射角に等しい入射角θRでコ
ピー・エレメント２０を照らす。しかしながら、
ビーム３２は、最初の基準ビームのパスから180゜
のパスに沿つて方向付けられている。コヒーレン
トな光源即ち復元ビーム３２を生じるレーザは、
最初の基準及びイメージ・ビーム１０及び１２を
各々発生するのに用いられるレーザーと同じ波長
で動作する。

第４図は、コピー・フイルム２０の１部分の非
常に拡大された断面中に示されたブラツグ平面上
におけるゼラチンの膨張の影響を例示している。
露光の時に、コピー物質は、厚さｔ並びにフイル
ム表面の法線に対して所与の角度αOであるブラ
ツグ平面を有している。実際には、フイルムの厚
さｔは、数ミクロン程度である。物質中に形成さ
れるブラツグの表面即ち平面は、向い合う表面の
間に伸びており、そしてマスター・エレメントが
最初に作られるときに、先に述べた格子化の等式
(1)に従つて定められる表面の間隔ｄを有してい
る。フイルムが処理の結果として膨張するときに
は、その厚さは、増加分Δtだけ増加する。ブラ
ツグ表面間の間隔ｄは固定されたままなので、膨
張の影響は、フイルム表面の法線に対して角度
αSWにブラツグ平面を傾ける即ち再整列させる。
αSWとαOとの間の差は、Δαとする。

αSWは、銀ハロゲン化物のマスター・エレメ
ントが作られるときに確立される平面のブラツグ
角即ちαに等しくあるべきである。適切な値に
αSWを確立するために、ブラツグ平面がゼラチ
ンの膨張の結果として適切なαSWに傾けられる
ように、コピー・エレメントの露光の時に、中間
のαOが確立されなければならない。適切な角度
αOの決定は、膨張の量並びに複製ビームの波長
の両方の知識を必要とする。

第５図を参照するに、複製ビームの角度を変え
る事により、露光時に、コピー物質中で適切なブ
ラツグ平面の角度αOが確立される。第５図は、
適切な複製ビームの角度がどの様に決定されるか
を説明する際に用いられる事になる数多くの項目
を定めている。θX及びθYは、フイルム表面に入
射する光ビームの入射角及び出力角である。
θX′は、フイルム物質中の法線に対する入射ビー
ムの角度である。θY′は、物質中の出力角であ
る。フイルム物質の屈折率が、ビームがフイルム
に達する前に通る媒体の屈折率に等しくない場合
には、θX及びθX′は異なる。θY′及びθYは、同様
に異なる。項目ｄ及びαは、前に定義されてい
る。

最終的なコピー・エレメントを準備する際に
は、所与の基準ビームの角度θRに対して最大の
回折率で角度θOの出力ビームを得ることになる
ブラツグ平面を確立することが、目的となる。角
度θR及びθOは、マスター・エレメントを準備す
る際に用いられる基準ビームとイメージ・ビーム
の入射角である。これらの角度は、スキヤナの必
要条件によつて定められる。最終的なコピー・デ
イスク中のブラツグ角αSWは、ブラツグの等式
を満足しなければならない。即ち、 θY′−θX′／２＝αSW (2) ここで角度θY′及びθX′は、コピー物質中で測
定される。

内部のビームのθX′を生じることになるビーム
の入射角θXは、次のように示され得るスネルの
等式から決定され得る。即ち、 n1 sin θ1＝n2 sin θ2 (3) ここで、n1及びn2は、２つの隣接する物質
（空気及びガラス又はガラス及びゼラチンのよう
な）の屈折率であり、一方θ1及びθ2は、それらの
媒体を通過する光ビームの角度である。n1及び
n2が異なる場合、ある媒体から他の方へ通る光
ビームは、２つの媒体間の界面において屈折する
即ち曲ることになる。

αSWによつて与えられるαOを見出すために、
処理の結果としてのゼラチンの厚さの相対的変化
の知識とともに、近接するブラツグ表面間の間隔
ｄの知識は、必要である。ゼラチンの幾何形状の
分析は、αSWの正接がｄ／（ｔ＋Δt）に等しい
ことを示している。一方、αOの正接は、ｄ／ｔ
に等しい。それ故に、（tan αSW）×（ｔ＋Δt）＝
（tan αO）×ｔである。小さな角度に対しては、
角度の正接は、ラジアン単位でその角度自体の値
に大体等しい。それ故に、αSW×（ｔ＋Δt）＝αO
×ｔである。αOについてこの等式を解くと、次
の関係式となることがわかる。即ち、 αO＝αSW（１＋Δt／ｔ） (4) 一旦、この等式に従つてαOが計算されてしま
うと、θX′及びθY′が次の２つの等式を同時に解
くことにより計算され得る。即ち、 ｄ＝λ／sin θY′−sin θX′ (5) αO＝θY′−θX′／２ (6) ここで、θX′は、露光時のゼラチン中における
複製ビームの角度であり、θY′は、露光時のゼラ
チン中における複製ビームの出力角度であり、λ
は、複製ビームの波長であり、そして、ｄは、近
接するブラツグ平面間の表面の間隔である。

一旦θX′及びθY′が計算されてしまうと、ゼラ
チンの外側での複製ビームについての適当な入射
角θXは、次の等式を用いて計算され得る。即ち、 θX＝sin^-1（n2／n1sin θX′） (7) ここで、n1は、空気についての屈折率であり、
n2は、ゼラチンの屈折率である。

もし角度αOのブラツグ平面が露光時にコピー
物質中で確立されるなら、その物質の膨張は、角
度αSWまでそれらのブラツグ平面を傾けること
になる。コピー物質が入射角θRで復元ビームに
当てられるときには、出力ビームは、最大の回折
率で角度θOを有してエレメントを出て行くこと
になる。

明らかに、θXの計算は、コピー物質が処理さ
れるときに予期され得る膨張の相対的な量につい
ての知識を必要とする。本発明により、膨張の相
対的量は、第６図に示された装置によつて、前も
つて作られたマルチ・エレメントのホログラフイ
ツク・デイスクで行なわれる光学的な測定によ
り、決定される。

完成したデイスクは、重クロム酸塩化されたゼ
ラチン物質の環状フイルム中に、20程度の切子面
（bacet）即ちホログラフイツク・オプテイカル・
エレメントを含む。このフイルムは、２つの透明
なガラス基板の間にはさまれる。完成したデイス
ク３４は、次第に変化して回転するテーブル３８
の中心に設けられた垂直なポスト３６上にマウン
トされる。このようなテーブルは、度若しくはラ
ジアン単位で印が付けられて、そして、テーブル
の角度を読み出す機構４０により、レーザ４２に
対するマウントされたデイスクの角度の直接的な
表示を提供することができる。

使用においては、レーザ・ビームがそれ自身の
パスに沿つて後方に反射されるときを表わす垂直
方向で、レーザ４２からの出力ビーム４４がデイ
スクの表面に当たるように、回転テーブル３８の
位置は調節される。この地点で、テーブルの読み
出しは、０読み出しを提供するようにリセツト即
ち再調整される。光検出器４６は、レーザ・ビー
ムがデイスク上のエレメント５０を通過する時に
生じる、回折される即ち第１順位のビーム４８の
パスに設けられる。調査されているエレメント５
０は、デイスクが回転される軸、即ちポスト３６
の軸に平行な平面中にあるそのブラツグ平面を有
する。ポスト３６はデイスクの中心から相殺
（offset）されていることに注意されたい。それ
は、照らされているエレメント、即ち、エレメン
ト５０の中心と一致している。光検出器４６の出
力は、電圧計５２のような指示計に印加される。

テーブル３８は、電圧計の読みが最大にされる
まで、即ち、ビーム４８が最大の回折率で生じて
いることを示すまで、ポスト３６の軸の回りに回
転される。テーブル３８が回転された角度は、最
大の回折率が実際に生じている入射角である。

最大の回折率でθOを生じる角度θRを確立する
ための代わりの技術は、電圧計の最大の読みが最
初に示されることを必要とする。電圧計の最大の
読みが生じる大体の角度が、また、示される。電
圧計の読みが示されるピーク値の90％になるま
で、回転するテーブルは、一方向に移動される。
90％のピークの読みが生じる最初の角度θR１が
示される。それから、ピークの90％の値における
電圧計の読みを生じる第２の角度θR２に達する
まで、回転するテーブルは、ピーク読み出し領域
を通つて移動される。θR１及びθR２の平均は、
最大の回折率が生じる角度θRである。

格子化の等式(1)を用いそして入射角を知ること
により、エレメント５０についての間隔ｄ及びレ
ーザ４２についての波長λ、回折されたビーム４
８の出力角が計算され得る。

入射角及び出力角が計算されるとき、ブラツグ
の等式は、エレメント５０についての実際の
αSWを決定するように用いられ得る。

前に示したように、αSWは、公称的にはマス
ター・エレメントが作られる時に確立されたブラ
ツグ角度αに等しい。

エレメント５０についての複製ビームの実際の
入射角は、わかることになるので、ブラツグの等
式及び格子化の等式を用いて、露光時のブラツグ
角度αOは、エレメント５０について計算され得
る。

αSWが見出されそしてαOが計算されると、処
理の結果としてのゼラチン物質の厚さの相対的変
化、即ち残留膨張の量を計算するために、次の等
式が用いられ得る。即ち、 Δt／ｔ＝αO／αSW−１ (8) この等式は、等式(4)の変形によつて簡単に導び
かれる。

もしゼラチンの膨張の量が重大には変化しない
なら、複製ビームの角度においては何も修正は必
要とされない。しかしながら、もし膨張の量が逸
脱するものであるなら、続いて形成されるエレメ
ント中で所望のαSWを結果として生じることに
なるαOを生じるように、複製ビームの入射角は
調節され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、マスター・エレメントを生ずる際に
用いられるビームの形状及び輪郭を示す光学的な
概略図である。第２図は、マスター・エレメント
を複製するステツプの間のビームのパスを示す光
学的な概略図である。第３図は、イメージ・ビー
ムを復元するためにコピー・エレメントを用いて
いる間のビームのパスを示す光学的な概略図であ
る。第４図は、物質中のブラツグ平面の角度にお
ける物質の膨張の影響を示す、コピー物質の断面
図である。第５図は、数多くの項目を決めるため
に用いられるレコード物質の簡単化した断面図で
ある。第６図は、完成したデイスク上で行なわれ
る非破壊的な測定を通して物質の膨張をモニター
するのに用いられ得る装置を示す。 １０…コヒーレントな基準ビーム、１２…イメ
ージ・ビーム、１６…干渉パターン領域、１８…
マスター・エレメント、２０…コピー・エレメン
ト、２２…複製ビーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マスター・エレメントにマスター・エレメン
   トの表面に対して第１の角度に方向付けられた平
   行なブラツグ平面から成る干渉パターンを形成
   し、後の露光後処理の結果厚さの変化を生じる未
   露光のコピー・エレメントを前記マスター・エレ
   メントに近接して設けて、前記マスター・エレメ
   ントから前記干渉パターンを前記コピー・エレメ
   ントに光学的に複製するホログラフイツク・オプ
   テイカル・エレメントの形成方法において、 前記コピー・エレメントの前記厚さの変化量を
   予め求めておき、第１の厚さに形成された前記コ
   ピー・エレメントの表面に対し、前記第１の厚さ
   から前記厚さの変化量だけ変化した第２の厚さの
   前記第１の厚さに対する比を前記第１の角度の正
   接に乗じた値に正接がなるような第２の角度で、
   前記コピー・エレメント中にブラツグ平面を最初
   に確立するように方向付けられたコヒーレントな
   複製ビームで、前記マスター・エレメントを照射
   し、 前記最初に確立されたブラツグ平面が前記コピ
   ー・エレメントの厚さの変化が引き起こされる結
   果として前記第１の角度に傾けられて固定される
   ような処理を前記コピー・エレメントに行うこ
   と、 を特徴とする前記の形成方法。