JPH0392886A - 疑似ホログラムノイズを低減するホログラフィック露光装置 - Google Patents
疑似ホログラムノイズを低減するホログラフィック露光装置Info
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- JPH0392886A JPH0392886A JP2230467A JP23046790A JPH0392886A JP H0392886 A JPH0392886 A JP H0392886A JP 2230467 A JP2230467 A JP 2230467A JP 23046790 A JP23046790 A JP 23046790A JP H0392886 A JPH0392886 A JP H0392886A
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
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- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
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Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［産業上の利用分野］
この発明はホログラムを作製するための装置及び方法に
関する． より詳細には、不所望な疑似ホログラムノイ
ズ記録を実質的に低減すると同時に、効率的かつ経済的
にホログラムを作製するための装置及び方法に関する． ［従来の技術及びその課題］ 高品質ホログラフィック光学素子は、最新の航空機用の
ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤＳ）、ヘルメット搭
載ディスプレイ， レーザー目保護装置，ナローバンド
反射フィルター、 シミュレーター用のホログラフィッ
ク高利得スクリーン等の回折光学ディスプレイ装置に使
用される． これらは単に高品質反射ホログラムの数多
くある用途の中の一部に過ぎない．従来の技術では．
ＨＩＤに非球而の反射波面を与えるマスター参照物体
またはマスターホログラムの「複製』であるような反射
型ホログラフィック光学素子を経済的に大量生産する際
には問題がある． ホログラムを用いた回折光学ディスプレイ装置について
まわる問題は，ホログラフィック複写工程の間に頻繁に
発生する疑似反射型ホログラム記録および疑似透過型ホ
ログラム記録の影響によるホログラフ像の劣化である．
これらの好ましくない疑似ノイズホログラムは、記録
カバープレートの透過面の空気／ガラス境界面、基板、
記録媒体、及び、光学素子などの、異なる屈折率の物質
の境界面からの反射によって発生することが分かつてい
る． これらの反射は、記録フィルム上で，本来のホＯ
グラフィックビームと結合し、疑似反射型ホログラム記
録および疑似透過型ホログラム記録を作り出す． この
結果， ディスプレイ装置では、疑似反射型ホログラム
記録からゴースト像が、疑似透過型ホログラムから虹状
のフレアパターンが発生する． 従来， これらの問題を処理する多くの異なる試みが成
された．その一つに、鉱物オイル等の屈折率整合液を用
いて屈折率を整合し、屈折率の差を最小にする方法があ
る．これは，記録モジュールを屈折率整合オイル槽に浸
すことによって行われる．他には，記録フィルム支持体
にブルースター角で当たるエネルギービームを用いてホ
ログラムを作る方法がある． 米国特許第４，４５８，９７７号及び第４．４．５６，
３２８号は記録中にカバープレートを移動することによ
り，本来のビームに対する反射光線の位相を変化させ，
外側面カバープレートのガラス／空気境界面によって生
じるノイズを除去し、疑似ホログラムを生じない先行技
術を開示している．これらの解決策による移動量つまり
位相変化は露光時間の関数で、それ自体が記録媒体の感
度の関数である．全移動危は，建設的または破壊的干渉
バタ・−ンをなくすため，反射ノイズビームの半波長以
上の位相変化を与えるように設定される． これらの方
法は、 ヘッドアップディスプレイに使用される反射型
ホログラフィック光学素子の製造を取り巻く複雑な問題
を解決するために提案された． 一般に， これらの解決策において、適当な鉱物オイル
などの屈折率整合液の層はカバーの移動中に厚さが変わ
る．比較的厚い屈折率整合液の層は、非球面ミラーなど
の参照物体の表面を劣化させ，移動筋をつける．これら
の移動筋は干渉縞の劣化を引き起こし、定期的なオイル
の浄化を必要とする−！初， ２ビーム装置が使用され
、露光前の安定化には数日を要した．その後， マスタ
ー球面ミラー単ビーム装置が使用されるようになったが
、相変わらず安定化に何時間も要する上に、かなりの熟
練を必要とする． さらに，従来の方法では、外側面素子つまりガラス／空
気境界素子にしか非反射コーティングを設けることがで
きない．もし、空気中での最適な使用のために、 内側
面をコーティングする必要がある場合、露光後に非反射
コーティングを付加しなければなら１４い．非反射コー
ティングの付加する方法として，例えば、非反射コーテ
ィングされたガラスを付加する場合には重量が増し、
また，標準的々非反射コーティングを製膜する場合には
ホログラムをしばしば熱的に破壊し、 また、低温非反
射コーティングを製膜する場合には効果が少なく壊れ易
い．さらに、露光カバーは、光学系の設計を考慮した上
で、露光前に適所に配置するために，圧電素子によって
制御される． 米国特許第４ ４７８．４９０号は、露光中に光路内の
アボダイザ−（ａｐｏｄｉｚｅｒ）の位置を変えること
により，コヒーレントノイズ成分を低減する他の方法を
開示している．アボダイザーは波面の振幅を変えて点線
源反応が変化させ，すなわち、所定の方法でポイントス
ブレッドファンクションを変化させて、アボダイザーに
よって作り出される干渉縞パターンを不定とし，それゆ
え，透過放射線のノイズ成分を低減する ノイズを除去する別の試みはエタロンのないレーザー光
源を使用し．約２インチ（ラージアルゴンレーザーに特
有なコヒーレンス長）よりもｎ
関する． より詳細には、不所望な疑似ホログラムノイ
ズ記録を実質的に低減すると同時に、効率的かつ経済的
にホログラムを作製するための装置及び方法に関する． ［従来の技術及びその課題］ 高品質ホログラフィック光学素子は、最新の航空機用の
ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤＳ）、ヘルメット搭
載ディスプレイ， レーザー目保護装置，ナローバンド
反射フィルター、 シミュレーター用のホログラフィッ
ク高利得スクリーン等の回折光学ディスプレイ装置に使
用される． これらは単に高品質反射ホログラムの数多
くある用途の中の一部に過ぎない．従来の技術では．
ＨＩＤに非球而の反射波面を与えるマスター参照物体
またはマスターホログラムの「複製』であるような反射
型ホログラフィック光学素子を経済的に大量生産する際
には問題がある． ホログラムを用いた回折光学ディスプレイ装置について
まわる問題は，ホログラフィック複写工程の間に頻繁に
発生する疑似反射型ホログラム記録および疑似透過型ホ
ログラム記録の影響によるホログラフ像の劣化である．
これらの好ましくない疑似ノイズホログラムは、記録
カバープレートの透過面の空気／ガラス境界面、基板、
記録媒体、及び、光学素子などの、異なる屈折率の物質
の境界面からの反射によって発生することが分かつてい
る． これらの反射は、記録フィルム上で，本来のホＯ
グラフィックビームと結合し、疑似反射型ホログラム記
録および疑似透過型ホログラム記録を作り出す． この
結果， ディスプレイ装置では、疑似反射型ホログラム
記録からゴースト像が、疑似透過型ホログラムから虹状
のフレアパターンが発生する． 従来， これらの問題を処理する多くの異なる試みが成
された．その一つに、鉱物オイル等の屈折率整合液を用
いて屈折率を整合し、屈折率の差を最小にする方法があ
る．これは，記録モジュールを屈折率整合オイル槽に浸
すことによって行われる．他には，記録フィルム支持体
にブルースター角で当たるエネルギービームを用いてホ
ログラムを作る方法がある． 米国特許第４，４５８，９７７号及び第４．４．５６，
３２８号は記録中にカバープレートを移動することによ
り，本来のビームに対する反射光線の位相を変化させ，
外側面カバープレートのガラス／空気境界面によって生
じるノイズを除去し、疑似ホログラムを生じない先行技
術を開示している．これらの解決策による移動量つまり
位相変化は露光時間の関数で、それ自体が記録媒体の感
度の関数である．全移動危は，建設的または破壊的干渉
バタ・−ンをなくすため，反射ノイズビームの半波長以
上の位相変化を与えるように設定される． これらの方
法は、 ヘッドアップディスプレイに使用される反射型
ホログラフィック光学素子の製造を取り巻く複雑な問題
を解決するために提案された． 一般に， これらの解決策において、適当な鉱物オイル
などの屈折率整合液の層はカバーの移動中に厚さが変わ
る．比較的厚い屈折率整合液の層は、非球面ミラーなど
の参照物体の表面を劣化させ，移動筋をつける．これら
の移動筋は干渉縞の劣化を引き起こし、定期的なオイル
の浄化を必要とする−！初， ２ビーム装置が使用され
、露光前の安定化には数日を要した．その後， マスタ
ー球面ミラー単ビーム装置が使用されるようになったが
、相変わらず安定化に何時間も要する上に、かなりの熟
練を必要とする． さらに，従来の方法では、外側面素子つまりガラス／空
気境界素子にしか非反射コーティングを設けることがで
きない．もし、空気中での最適な使用のために、 内側
面をコーティングする必要がある場合、露光後に非反射
コーティングを付加しなければなら１４い．非反射コー
ティングの付加する方法として，例えば、非反射コーテ
ィングされたガラスを付加する場合には重量が増し、
また，標準的々非反射コーティングを製膜する場合には
ホログラムをしばしば熱的に破壊し、 また、低温非反
射コーティングを製膜する場合には効果が少なく壊れ易
い．さらに、露光カバーは、光学系の設計を考慮した上
で、露光前に適所に配置するために，圧電素子によって
制御される． 米国特許第４ ４７８．４９０号は、露光中に光路内の
アボダイザ−（ａｐｏｄｉｚｅｒ）の位置を変えること
により，コヒーレントノイズ成分を低減する他の方法を
開示している．アボダイザーは波面の振幅を変えて点線
源反応が変化させ，すなわち、所定の方法でポイントス
ブレッドファンクションを変化させて、アボダイザーに
よって作り出される干渉縞パターンを不定とし，それゆ
え，透過放射線のノイズ成分を低減する ノイズを除去する別の試みはエタロンのないレーザー光
源を使用し．約２インチ（ラージアルゴンレーザーに特
有なコヒーレンス長）よりもｎ
【れた面からノイズホロ
グラムを減らす．この方法はノイズを低減する一方、エ
タロンが中にあるとコヒーレンス長は数メートルになり
， エタロンが中にないとコヒーレンス長はインチのオ
ーダーになるが、いずれにしろ，処理工程があるという
不利益がある．この比較的新しい方法は、非球而くラ一
を備える＋４ Ｕ Ｄタイプのホログラムなどのように
，約４分の１インチの距！Ｉｆが要求されるところでは
受け入れられる． マスターホログラムから複製を生産することの良さは従
来から認められている． このようなホログラム複製の
理論は、Ｂｒｕｍｍ， ”ＣｏｐｙｉｎｇＨｏｌｏｇｒ
ａｍｓ，”＾ｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ， Ｖｏｌｕ
ｍｅ ５Ｎｏ． １２， ｐａｇｅ １９４６， Ｄｅ
ｃｅＩｏｂｅｒ １９６６の中で述べられている．また
，米国特許第３， ７５８， １８６号、米国特許第３
，６３９，０３１号、米国特許第３，６４７，２８９号
、米国特許第４，３１２，５５９号、及び、米国特許第
４，５３０，５６４号は、ホログラム複製の他の方法を
開示している．ＨＯＤ製造用の記録モジュールを与える
構成を改善し， ＋＋ＵＯホログラム内のノイズの発
生を低減して，多数のホログラム光学素子を経済的かつ
効率的な方法で複製するに最適な方法および装置が求め
られている． ［課題を解決するための手段］ マスター物体あるいはマスター参照ホログラムなどの参
照部材からホログラムを製造する方法および装置を提供
する． レーザーなどのホログラムの記録に適したコヒ
ーレントエネルギーのビームはマスター参照部材に適切
に照射される．マスター参照部材は、好適な実施例にお
いて，エネルギーのビームに対して反射特性を有する．
内側面及び外側面を有する基板は、その内側面に記録媒
体が製膜され、記録媒体はマスター参照部材の近くに臨
界距離で配置される．ホログラフ像の使用目的に応じて
、予め非反射性コーティングを基板の外側面に設けても
よい．外側空気境界は、参照部材と記録媒体との間の距
離の少なくとも１０倍の距離であることが好ましい． ホログラフィック記録材料を設けた基板およびマスター
参照部材を有する記録モジュールは適当にシールされ、
記録媒体とマスター参照部材との間にオイルなどの適当
な屈折率整合液が入れられる． この記録モジュールは
露光のためのコヒーレントエネルギーのビーム源から特
定の距離に置かれる． ［作用］ この発明の特徴は、ホログラフィック光学素子の露光中
に、点光源を記録媒体に対して移動する点にある．点光
源の移動量は小さく、相対光路長変化も少ないので、入
射ビームと反射ビームとの間の位相変化は小さい．その
移動量は例えば＋００ないし５，０００ｖイク口メート
ル（ ０． ２ｍ ｒａｄないしＪｏｎｒａｄ ）の範
囲内である． しかし、 これとは対照的に，疑似ホロ
グラムを作り出すノイズは非常に大きな距離の変化を示
し、ノイズホログラムの干渉縞に比較的大きなシフトが
生じる． これらの位相シフトが半波長に達すると、
ノイズホログラムは本質的に消える． しかし、本来の
ホログラムのシフトの量は設計波長の約１７２０に過ぎ
ず， ノイズの除去の利点に比べれば、効率の減少はな
いに等しい ［実施例〕 以下、添付の図面を参照しなから、 この発明の実施例
について説明する．図面において同等の部材は同一の参
照符号を用いて示す． これにより、ホログラフの分野
の当業者は本発明をより良く理解できよう．さらに、
この発明の本質は点光源を移動することによって、マス
ター参照部材のホログラフィック複製を比較的経済的に
製造する方法および装置を提供するもので，種々の変形
が可能であることを容易に理解するだろう． 第１図は組み立てられた記録モジュール２の断面図を示
す．記録モジュール２は，下方基板支持部材８上に設け
られた露光済みのマスター参照部材、例えばマスターホ
ログラム部材６を備える．代わりに、非球而まラーなど
のマスターミラーを参照体として使用してもよい．薄い
透明なカバー部材ｌ４はマスターホログラム部材６をシ
ールし保護できる． カバ一部材ｌ４はマスターホログ
ラム６をシールし、マスターホログラムを劣化させ゛る
ことなく、繰り返しの露光を可能にする．直径約ｏ．
ｏｏｓインチの一対のボジショナルボールベアリング，
例えばペアリング１０及び１２が，マスターホログラム
６を覆って配置された薄いカバ一部材ｌ４の上に設けら
れているのが示される．すぐに理解できるように、実際
には一組の例えば３つのボールベアリングが使用され、
外側基板】８の内側面に設けられたホログラフィック記
録材料ｌ６とカバ一部材ｌ４との間の距離を一定に保つ
．記録材料ｌ６は重クロム酸ゼラチンでよい．下方基板
８および外側基ｊ５．＋８、さらにカバー部材１４は、
曲がった形状にガラスから作られる．他の物質を基板
として使用してもよく、例えば、放射線の波長によって
は、半導体物質を基板，例えば８、 ｌ８に使用するも
でき，これは発明の要旨から逸脱するものではないこと
は容易に理解される．記録モジュール構造２は＋Ｉｈが
った形状で示されるが， この発明の要旨から逸脱しな
い範囲において、記録モジュール２内の透過性素子また
は反射性素子の表面は平らまたは所望の形状でもよい．
マスターホログラム非球面ミラー６に対する凹面は，
記録装置の単純さから、｝１υＤホログラフィック素子
の形成に適している． 約ｏ． ｏｏｓインチ厚の屈折率整合液２４、例えば鉱
物オイルが、記録材料１６とカバープレートｌ４との間
に設けられる．このように、比較的に薄い屈折率整合液
の層が． ＨＩＤ用のホログラフィック光学素子の製
造に使用する通常の非球面ミラー装置で使用していた厚
い屈折率整合液の像劣化層に代わる． また， シール
されたホログラムマスター６は、通常のＩＩ Ｕ Ｄ
＠光装置内の非球面ミラーの表面にたびたび現れたよう
に劣化することはなく、 また、小量は簡単に取り替え
られるので、再使用のためにオイルを浄化する必要もな
い． 外側基板ｌ８はホログラフィック露光材！＋ １ ６を
支持し，ホログラフィック露光材料ｌ６は．ｍクロム酸
ゼラチンなどの位相型記録材料でもよく、また、ハロゲ
ン化銀などの振幅型記録材料でもよく，基板ｌ８の底に
設けられる．基板１８の外側表面すなわち空気／ガラス
境界面は、ホログラムの意図した用途に応じた入射エネ
ルギービームの波長に対して、適当な設計の非反射性コ
ーティング２２で予め被覆される．非反射性コーティン
グ２２の構造は、この発明の構成をなすものではなく、
入射ビームの所望の波長に適した非反射性コーティング
を与える技術は公知である．コヒーレントエネルギーの
ビームは，現像エネルギー波ビームを与え得る適当な点
光源２８から発生される．好ましくは、 レーザーがコ
ヒーレントエネルギー源に使用される．第１図の実施例
における寸法は、例えば，外側基板１日の厚さは約０．
３５インチ、整合オイル２０の厚さは約ｏ． ｏｏｓイ
ンチ， カバープレートｌ４の厚さは約０．０２インチ
である．感光性ホログラムｆｆｌ６は参照部材６から０
．０２５インチ以下の距離にある．光源２８は参照部材
６から約２０インチ離して配置される．周囲の取付けリ
ング２６は、記録モジュールを適当にシールするために
使用される． 第１図において，疑似ホログラム記録を引き起こすノイ
ズの問題は，誇張して模式的に図示される．光線の軌跡
および位置ＡからＢへの光源の相対位置は，この発明の
原理を示すために非常に誇張されている．位ｉｌｉＡに
ある光源２８に注目すると、本来の記録ビームＡ１はガ
ラス基板１８を通過して伝搬し、マスター参照部材６で
反射され、重クロム酸ゼラチンなどの記録媒体を再度通
過する．記録光線Ａ２は． ＡＩの反射された光路を
横切り２重クロム酸ゼラチンに干渉記録を与える． こ
れは所望のホログラムである．反射された本来の光線Ａ
Ｉは外側基板ｌ８を伝搬し続け，光エネルギーの一部は
再び反射されて記録媒体１６に向かう．光線Ａ３に注目
すると， これは反射された本来の記録光線ＡＩの光路
を、本来の記録に対してずれた位置で横切るために，別
のホログラム記録が作られることが分かる．これは、表
面反射ノイズのほんの一例である．このように、他の反
射ノイズも記録モジュール２内で生じる． この発明の目的は，本来のホログラムはぼかさないが，
本来のビームとノイズ源の干渉によって形成されるホロ
グラフィック干渉縞をぼかすことにより、このようなノ
イズホログラムの効率を減らすことである．疑似ホログ
ラムの輝度の減少は、反射型参照部材６に対して点光源
２８を相対的に移動させることにより達成される． こ
の移動は０，ｌないし５ｍｍ、あるいは０．２ｍ ｒａ
ｄないしｌｏｗ ｒａｄの範囲で行われる．第１図に示
されるように、点光源２８が位置Ｂまで移動された際，
本来の光ＪＡ Ｂ ｌは参照部材６から再び反射され、
光線Ｂ２と相互作用して本来のホログラムを形成する．
本来のホログラムＡに対する、 Ｂの位置で記録された
ホログラムの相対的なずれは、感光層１６の反射而６へ
の接近のため、比較的少ない．特に、この距離は約０．
０４インチ以下である．その上、参照部材６から基板ｌ
８の外側表面までの距離は、例えば、参照部材６と記録
媒体ｌ６との間の距離を越える１０のファクターによっ
て、比較的大きい．これらの特定な距離は，本来のホロ
グラムからのノイズホログラムの相対的ずれ及びノイズ
ホログラムホログラフィック干渉縞のぼかし量の設定に
伴う、屈折率および距離に基づいて計算することができ
る．本来の反射光Ｂｌと光線Ｂ３とによって形成される
ノイズホログラムは，位ｇＡの光源２８によって形成さ
れたノイズホログラムからずれる．光源の移動量は，必
要な光源の強度および記録材料ｌ６に必要な露光時間に
依存する． これらは、 この分野ではよく知られるよ
うに、形成するホログラムに応じて決まる． この単ビーム反射型ホログラム装置は、参照部材６から
反射された後、ビームの２つの部分、例えばＡＩとＡ２
およびＢｌとＢ ２， の間で、建設的および破壊的
干渉の両方を作り出すことができる．記録材料ｌ６と参
照部材６とは非常に接近しているので、相対的な光路長
変化が小さいために相対的な位相変化が小さいので，干
渉パターンの部分の変化はほとんどない．第３図は本発
明のこの特徴を示す． これとは対照的に、例えば、
２回反射された本来のビームＡ１とビームＡ３との間で
作られたノイズホログラムは、干渉縞において非常に大
きい距離だけ変化する．位相変化が半波長に達すると，
ノイズホログラムは消える．その移動量における、本来
のホログラムの変化は波長のたった１／２０で、その効
率の減少はほとんど見られない．第３図に示されるよう
に，ノイズ干渉パターンは消え，明暗干渉縞パターンが
不鮮明になる．この発明では、移動の方法は重要ではな
く、様々な通常の方法が使用可能である．従って、点光
源は記録モジュールに対して垂直および水平に移動され
る． さらに、固定した点光源に対して記録モジュール
２の全体を移動してもよい．木質的に、この発明に必要
な効果は角度変化の関数であり，従って，反射参照部材
６及びノイズの屈折源における、距離と萌がりの両方の
関数である．第４図は，点光源の移動に対するログ（ｌ
ｏｇ）ノイズ改善の増加を示す．第４図の測定のバラメ
ーターは、ＨＯＤ結合器を２０度の入射角で２０インチ
の距離で露光したときのものに等しい， １．８５ｍ
＋ｏの最大移動は、ほんの僅かむ効率の損失に対して、
約６３０倍のノイズの改善を示した． この発明は、例
えばＩＩ ＩＪ Ｄ結合器の現像に，相当な改善をもた
らす．従来、非球而ミラー参照を使用するＩＩＵＤ結合
器では、疑似ノイズホログラムの効率を低減するために
カバープレートを動かす．この発明では，露光光学系は
露光カバーを圧電素子を用いて制御する必要はない，従
って，ホログラフィック結合器すなわちモジュールは、
数時間にわたる熟練された労働および夜通しの安定化の
従来の要求に代わって，短い安定化の時間の後に数分間
露光されるだけでよい． さらに、 この方法および装
置は、 複製ホログラム像を保持する基板を露光前に非
反射コートを施すことを可能にする． これは．Ｍ終的
なＨＩＤ結合器から余計なガラス部材を排除して、 そ
のｆｆｉＪｌを軽減するだけでなく、大量生産によるＨ
ＩＤ結合器の最終製品における金銭および労働を節約す
る． この発明による方法は， また、非球面ミラーやマスタ
ーホログラム構造体などのマスター参照部材を露光前に
透過したレーザー光を用いて欠陥を検査することを可能
にする． 第２図はこの発明を説明する概略図である． レーザー
点光源２８は， 旦ラー３０からの反射のために、適当
に移動可能である．集光レンズ３２は、空間フィルター
３４を介して，光線を収束する．記録モジュール２は．
所望の位置を与える指示部材３６．３８の上に置かれる
．次いで、 レーザー光源２８は，記録媒体の露光中に
適当に移動され，ノイズホログラムをぼかす． ホログラフの分野の当業者には知られているように，
ホログラムの記録には様々なバラメーターがある．例え
ば，重クロム酸ゼラチン等の記録材料は自然源から得ら
れ、異なる露光特性および露光時間を与える．さらに、
特定のホログラムに対する設計波長及びこの設計波長の
一定な光強度の効力は、計算されなければならないであ
ろうし、どんな露光装置のパラメーターにも影響を与え
るであろう．例えば，｝＋００結合器の非球面反射体と
して使用されるホログラムは、好ましくは、陰極線管か
らの光の反射を最大にする設計波長を有する．この波長
は， レーザー光源からは得られず、反射部材の設計お
よび露光されたホログラムの現像の両者において、 こ
の変化を許すように計算される．なお、この発明の主旨
を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である．
グラムを減らす．この方法はノイズを低減する一方、エ
タロンが中にあるとコヒーレンス長は数メートルになり
， エタロンが中にないとコヒーレンス長はインチのオ
ーダーになるが、いずれにしろ，処理工程があるという
不利益がある．この比較的新しい方法は、非球而くラ一
を備える＋４ Ｕ Ｄタイプのホログラムなどのように
，約４分の１インチの距！Ｉｆが要求されるところでは
受け入れられる． マスターホログラムから複製を生産することの良さは従
来から認められている． このようなホログラム複製の
理論は、Ｂｒｕｍｍ， ”ＣｏｐｙｉｎｇＨｏｌｏｇｒ
ａｍｓ，”＾ｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ， Ｖｏｌｕ
ｍｅ ５Ｎｏ． １２， ｐａｇｅ １９４６， Ｄｅ
ｃｅＩｏｂｅｒ １９６６の中で述べられている．また
，米国特許第３， ７５８， １８６号、米国特許第３
，６３９，０３１号、米国特許第３，６４７，２８９号
、米国特許第４，３１２，５５９号、及び、米国特許第
４，５３０，５６４号は、ホログラム複製の他の方法を
開示している．ＨＯＤ製造用の記録モジュールを与える
構成を改善し， ＋＋ＵＯホログラム内のノイズの発
生を低減して，多数のホログラム光学素子を経済的かつ
効率的な方法で複製するに最適な方法および装置が求め
られている． ［課題を解決するための手段］ マスター物体あるいはマスター参照ホログラムなどの参
照部材からホログラムを製造する方法および装置を提供
する． レーザーなどのホログラムの記録に適したコヒ
ーレントエネルギーのビームはマスター参照部材に適切
に照射される．マスター参照部材は、好適な実施例にお
いて，エネルギーのビームに対して反射特性を有する．
内側面及び外側面を有する基板は、その内側面に記録媒
体が製膜され、記録媒体はマスター参照部材の近くに臨
界距離で配置される．ホログラフ像の使用目的に応じて
、予め非反射性コーティングを基板の外側面に設けても
よい．外側空気境界は、参照部材と記録媒体との間の距
離の少なくとも１０倍の距離であることが好ましい． ホログラフィック記録材料を設けた基板およびマスター
参照部材を有する記録モジュールは適当にシールされ、
記録媒体とマスター参照部材との間にオイルなどの適当
な屈折率整合液が入れられる． この記録モジュールは
露光のためのコヒーレントエネルギーのビーム源から特
定の距離に置かれる． ［作用］ この発明の特徴は、ホログラフィック光学素子の露光中
に、点光源を記録媒体に対して移動する点にある．点光
源の移動量は小さく、相対光路長変化も少ないので、入
射ビームと反射ビームとの間の位相変化は小さい．その
移動量は例えば＋００ないし５，０００ｖイク口メート
ル（ ０． ２ｍ ｒａｄないしＪｏｎｒａｄ ）の範
囲内である． しかし、 これとは対照的に，疑似ホロ
グラムを作り出すノイズは非常に大きな距離の変化を示
し、ノイズホログラムの干渉縞に比較的大きなシフトが
生じる． これらの位相シフトが半波長に達すると、
ノイズホログラムは本質的に消える． しかし、本来の
ホログラムのシフトの量は設計波長の約１７２０に過ぎ
ず， ノイズの除去の利点に比べれば、効率の減少はな
いに等しい ［実施例〕 以下、添付の図面を参照しなから、 この発明の実施例
について説明する．図面において同等の部材は同一の参
照符号を用いて示す． これにより、ホログラフの分野
の当業者は本発明をより良く理解できよう．さらに、
この発明の本質は点光源を移動することによって、マス
ター参照部材のホログラフィック複製を比較的経済的に
製造する方法および装置を提供するもので，種々の変形
が可能であることを容易に理解するだろう． 第１図は組み立てられた記録モジュール２の断面図を示
す．記録モジュール２は，下方基板支持部材８上に設け
られた露光済みのマスター参照部材、例えばマスターホ
ログラム部材６を備える．代わりに、非球而まラーなど
のマスターミラーを参照体として使用してもよい．薄い
透明なカバー部材ｌ４はマスターホログラム部材６をシ
ールし保護できる． カバ一部材ｌ４はマスターホログ
ラム６をシールし、マスターホログラムを劣化させ゛る
ことなく、繰り返しの露光を可能にする．直径約ｏ．
ｏｏｓインチの一対のボジショナルボールベアリング，
例えばペアリング１０及び１２が，マスターホログラム
６を覆って配置された薄いカバ一部材ｌ４の上に設けら
れているのが示される．すぐに理解できるように、実際
には一組の例えば３つのボールベアリングが使用され、
外側基板】８の内側面に設けられたホログラフィック記
録材料ｌ６とカバ一部材ｌ４との間の距離を一定に保つ
．記録材料ｌ６は重クロム酸ゼラチンでよい．下方基板
８および外側基ｊ５．＋８、さらにカバー部材１４は、
曲がった形状にガラスから作られる．他の物質を基板
として使用してもよく、例えば、放射線の波長によって
は、半導体物質を基板，例えば８、 ｌ８に使用するも
でき，これは発明の要旨から逸脱するものではないこと
は容易に理解される．記録モジュール構造２は＋Ｉｈが
った形状で示されるが， この発明の要旨から逸脱しな
い範囲において、記録モジュール２内の透過性素子また
は反射性素子の表面は平らまたは所望の形状でもよい．
マスターホログラム非球面ミラー６に対する凹面は，
記録装置の単純さから、｝１υＤホログラフィック素子
の形成に適している． 約ｏ． ｏｏｓインチ厚の屈折率整合液２４、例えば鉱
物オイルが、記録材料１６とカバープレートｌ４との間
に設けられる．このように、比較的に薄い屈折率整合液
の層が． ＨＩＤ用のホログラフィック光学素子の製
造に使用する通常の非球面ミラー装置で使用していた厚
い屈折率整合液の像劣化層に代わる． また， シール
されたホログラムマスター６は、通常のＩＩ Ｕ Ｄ
＠光装置内の非球面ミラーの表面にたびたび現れたよう
に劣化することはなく、 また、小量は簡単に取り替え
られるので、再使用のためにオイルを浄化する必要もな
い． 外側基板ｌ８はホログラフィック露光材！＋ １ ６を
支持し，ホログラフィック露光材料ｌ６は．ｍクロム酸
ゼラチンなどの位相型記録材料でもよく、また、ハロゲ
ン化銀などの振幅型記録材料でもよく，基板ｌ８の底に
設けられる．基板１８の外側表面すなわち空気／ガラス
境界面は、ホログラムの意図した用途に応じた入射エネ
ルギービームの波長に対して、適当な設計の非反射性コ
ーティング２２で予め被覆される．非反射性コーティン
グ２２の構造は、この発明の構成をなすものではなく、
入射ビームの所望の波長に適した非反射性コーティング
を与える技術は公知である．コヒーレントエネルギーの
ビームは，現像エネルギー波ビームを与え得る適当な点
光源２８から発生される．好ましくは、 レーザーがコ
ヒーレントエネルギー源に使用される．第１図の実施例
における寸法は、例えば，外側基板１日の厚さは約０．
３５インチ、整合オイル２０の厚さは約ｏ． ｏｏｓイ
ンチ， カバープレートｌ４の厚さは約０．０２インチ
である．感光性ホログラムｆｆｌ６は参照部材６から０
．０２５インチ以下の距離にある．光源２８は参照部材
６から約２０インチ離して配置される．周囲の取付けリ
ング２６は、記録モジュールを適当にシールするために
使用される． 第１図において，疑似ホログラム記録を引き起こすノイ
ズの問題は，誇張して模式的に図示される．光線の軌跡
および位置ＡからＢへの光源の相対位置は，この発明の
原理を示すために非常に誇張されている．位ｉｌｉＡに
ある光源２８に注目すると、本来の記録ビームＡ１はガ
ラス基板１８を通過して伝搬し、マスター参照部材６で
反射され、重クロム酸ゼラチンなどの記録媒体を再度通
過する．記録光線Ａ２は． ＡＩの反射された光路を
横切り２重クロム酸ゼラチンに干渉記録を与える． こ
れは所望のホログラムである．反射された本来の光線Ａ
Ｉは外側基板ｌ８を伝搬し続け，光エネルギーの一部は
再び反射されて記録媒体１６に向かう．光線Ａ３に注目
すると， これは反射された本来の記録光線ＡＩの光路
を、本来の記録に対してずれた位置で横切るために，別
のホログラム記録が作られることが分かる．これは、表
面反射ノイズのほんの一例である．このように、他の反
射ノイズも記録モジュール２内で生じる． この発明の目的は，本来のホログラムはぼかさないが，
本来のビームとノイズ源の干渉によって形成されるホロ
グラフィック干渉縞をぼかすことにより、このようなノ
イズホログラムの効率を減らすことである．疑似ホログ
ラムの輝度の減少は、反射型参照部材６に対して点光源
２８を相対的に移動させることにより達成される． こ
の移動は０，ｌないし５ｍｍ、あるいは０．２ｍ ｒａ
ｄないしｌｏｗ ｒａｄの範囲で行われる．第１図に示
されるように、点光源２８が位置Ｂまで移動された際，
本来の光ＪＡ Ｂ ｌは参照部材６から再び反射され、
光線Ｂ２と相互作用して本来のホログラムを形成する．
本来のホログラムＡに対する、 Ｂの位置で記録された
ホログラムの相対的なずれは、感光層１６の反射而６へ
の接近のため、比較的少ない．特に、この距離は約０．
０４インチ以下である．その上、参照部材６から基板ｌ
８の外側表面までの距離は、例えば、参照部材６と記録
媒体ｌ６との間の距離を越える１０のファクターによっ
て、比較的大きい．これらの特定な距離は，本来のホロ
グラムからのノイズホログラムの相対的ずれ及びノイズ
ホログラムホログラフィック干渉縞のぼかし量の設定に
伴う、屈折率および距離に基づいて計算することができ
る．本来の反射光Ｂｌと光線Ｂ３とによって形成される
ノイズホログラムは，位ｇＡの光源２８によって形成さ
れたノイズホログラムからずれる．光源の移動量は，必
要な光源の強度および記録材料ｌ６に必要な露光時間に
依存する． これらは、 この分野ではよく知られるよ
うに、形成するホログラムに応じて決まる． この単ビーム反射型ホログラム装置は、参照部材６から
反射された後、ビームの２つの部分、例えばＡＩとＡ２
およびＢｌとＢ ２， の間で、建設的および破壊的
干渉の両方を作り出すことができる．記録材料ｌ６と参
照部材６とは非常に接近しているので、相対的な光路長
変化が小さいために相対的な位相変化が小さいので，干
渉パターンの部分の変化はほとんどない．第３図は本発
明のこの特徴を示す． これとは対照的に、例えば、
２回反射された本来のビームＡ１とビームＡ３との間で
作られたノイズホログラムは、干渉縞において非常に大
きい距離だけ変化する．位相変化が半波長に達すると，
ノイズホログラムは消える．その移動量における、本来
のホログラムの変化は波長のたった１／２０で、その効
率の減少はほとんど見られない．第３図に示されるよう
に，ノイズ干渉パターンは消え，明暗干渉縞パターンが
不鮮明になる．この発明では、移動の方法は重要ではな
く、様々な通常の方法が使用可能である．従って、点光
源は記録モジュールに対して垂直および水平に移動され
る． さらに、固定した点光源に対して記録モジュール
２の全体を移動してもよい．木質的に、この発明に必要
な効果は角度変化の関数であり，従って，反射参照部材
６及びノイズの屈折源における、距離と萌がりの両方の
関数である．第４図は，点光源の移動に対するログ（ｌ
ｏｇ）ノイズ改善の増加を示す．第４図の測定のバラメ
ーターは、ＨＯＤ結合器を２０度の入射角で２０インチ
の距離で露光したときのものに等しい， １．８５ｍ
＋ｏの最大移動は、ほんの僅かむ効率の損失に対して、
約６３０倍のノイズの改善を示した． この発明は、例
えばＩＩ ＩＪ Ｄ結合器の現像に，相当な改善をもた
らす．従来、非球而ミラー参照を使用するＩＩＵＤ結合
器では、疑似ノイズホログラムの効率を低減するために
カバープレートを動かす．この発明では，露光光学系は
露光カバーを圧電素子を用いて制御する必要はない，従
って，ホログラフィック結合器すなわちモジュールは、
数時間にわたる熟練された労働および夜通しの安定化の
従来の要求に代わって，短い安定化の時間の後に数分間
露光されるだけでよい． さらに、 この方法および装
置は、 複製ホログラム像を保持する基板を露光前に非
反射コートを施すことを可能にする． これは．Ｍ終的
なＨＩＤ結合器から余計なガラス部材を排除して、 そ
のｆｆｉＪｌを軽減するだけでなく、大量生産によるＨ
ＩＤ結合器の最終製品における金銭および労働を節約す
る． この発明による方法は， また、非球面ミラーやマスタ
ーホログラム構造体などのマスター参照部材を露光前に
透過したレーザー光を用いて欠陥を検査することを可能
にする． 第２図はこの発明を説明する概略図である． レーザー
点光源２８は， 旦ラー３０からの反射のために、適当
に移動可能である．集光レンズ３２は、空間フィルター
３４を介して，光線を収束する．記録モジュール２は．
所望の位置を与える指示部材３６．３８の上に置かれる
．次いで、 レーザー光源２８は，記録媒体の露光中に
適当に移動され，ノイズホログラムをぼかす． ホログラフの分野の当業者には知られているように，
ホログラムの記録には様々なバラメーターがある．例え
ば，重クロム酸ゼラチン等の記録材料は自然源から得ら
れ、異なる露光特性および露光時間を与える．さらに、
特定のホログラムに対する設計波長及びこの設計波長の
一定な光強度の効力は、計算されなければならないであ
ろうし、どんな露光装置のパラメーターにも影響を与え
るであろう．例えば，｝＋００結合器の非球面反射体と
して使用されるホログラムは、好ましくは、陰極線管か
らの光の反射を最大にする設計波長を有する．この波長
は， レーザー光源からは得られず、反射部材の設計お
よび露光されたホログラムの現像の両者において、 こ
の変化を許すように計算される．なお、この発明の主旨
を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である．
第１図は露光される記録モジュールの模式的断面図、
第２図は移動レーザー点光源を備える装置の模式図、
第３図は点光源の移動により作られるホログラフィック
干渉縞パターンの略図、 第４図は移動点光源によるノイズ改養を示す図である．
干渉縞パターンの略図、 第４図は移動点光源によるノイズ改養を示す図である．
Claims (23)
- （１）ホログラムの記録に適したエネルギーのビームと
、 エネルギーのビームに対して反射特性を有するマスター
参照部材と、 エネルギーのビームをマスター参照部材に照射する手段
と、 内側面及び外側面を有する基板と、 マスター参照部材に近い基板の内側面に設けられた記録
媒体と、 マスター参照部材、基板および記録媒体を記録モジュー
ル内にシールする手段と、 記録媒体の露光中に相対移動が現れるように、エネルギ
ーのビームによる露光のための記録モジュールを配置す
る手段とを備え、 所望の干渉パターンの製造においては比較的小さい光路
変化および小さい位相変化が移動中に現れ、大光路上に
作られるノイズホログラムに対しては比較的大きな位相
変化が現れ、ノイズホログラムのホログラフィック干渉
縞がぼかされる、参照部材からホログラムを製造する装
置。 - （２）マスター参照部材が記録媒体に、少なくとも１０
のファクターによるノイズホログラムの源よりも接近し
ている請求項１の発明。 - （３）エネルギーの点源がエネルギービームを提供し、
露光中に点源の相対移動のための手段が設けられ、マス
ター参照部材に対するエネルギーのビームの入射角を変
化させる請求項１の発明。 - （４）相対移動が０．１ないし５ｍｍの範囲内である請
求項１の発明。 - （５）相対移動が０．２ｍｒａｄないし１０ｍｒａｄの
範囲内である請求項１の発明。 - （６）マスター参照部材がホログラムである請求項１の
発明。 - （７）マスター参照部材に対するエネルギーのビームの
入射角を変える手段をさらに備える請求項１の発明。 - （８）参照部材と記録媒体との間の距離が約０．０２５
インチ以下である請求項１の発明。 - （９）エネルギーのビームがレーザーによって作られる
請求項３の発明。 - （１０）相対移動が０．２ｍｒａｄないし１０ｍｒａｄ
の範囲内で、ノイズホログラムの光路長変化が、所望の
干渉パターンを形成する光路長よりも少なくとも１０倍
大きい請求項９の発明。 - （１１）移動の間、所望の干渉パターンの最大位相変化
が約０．０５周期である請求項９の発明。 - （１２）非反射コーティングが基板の外側面に設けられ
る請求項９の発明。 - （１３）マスター参照部材が非球面反射型干渉ホログラ
ムである請求項１２の発明。 - （１４）記録モジュールが、記録媒体とマスターホログ
ラム参照部材との間に保持される屈折率整合液を有する
請求項１３の発明。 - （１５）ホログラムを記録するに適したコヒーレントエ
ネルギーのビームと、 エネルギーのビームに対して反射特性を有するマスター
参照部材と、 エネルギーのビームをマスター参照部材に照射する手段
と、 内側面及び外側面を有する基板と、 マスター参照部材に近い基板の内側面に設けられた記録
媒体と、 記録媒体に干渉パターンを記録するエネルギーのビーム
に所定の位相変化を引き起こす手段とを備え、 外側基板面からのエネルギーの反射ビームの反射によっ
て引き起こされるようなノイズホログラムがぼかされる
、参照部材からホログラムを作るための露光装置。 - （１６）マスター参照部材、基板および記録媒体を記録
モジュール内にシールする手段と、記録モジュール内の
屈折率を整合する手段とをさらに備える請求項１５の発
明。 - （１７）所定の位相変化が約０．０５周期の範囲内であ
る請求項１５の発明。 - （１８）露光中に所定の位相変化を引き起こす手段が、
コヒーレントエネルギーのビームを作り出す点線源と、
エネルギーの点線源とマスター参照部材との間に所定の
相対移動を与える手段とを備える請求項１７の発明。 - （１９）ホログラムを記録するに適したコヒーレントエ
ネルギーのビームと、 エネルギーのビームに対して反射特性を有するマスター
参照部材と、 エネルギーのビームをマスター参照部材に照射する手段
と、 内側面及び外側面を有する基板と、 マスター参照部材に近い基板の内側面に設けられた記録
媒体と、 記録媒体とマスター参照部材との間に保持される屈折率
整合液と、 マスター参照部材、基板および記録媒体を記録モジュー
ル内にシールする手段と、 エネルギーのビームによる露光のための記録モジュール
を配置する手段と、 コヒーレントエネルギーのビームの入射角を変えること
により、記録媒体内に所望の干渉パターンを記録するよ
うに、参照部材に当たるコヒーレントエネルギーのビー
ムに様々な位相変化を与える手段とを備え、 基板の外側面からの反射による、コヒーレントエネルギ
ーのビームとを干渉のために生じるような、不所望なノ
イズホログラムの位相変化を大きくし、ノイズによって
形成されるホログラフィック干渉縞をぼかす、参照部材
からホログラムを製造する装置。 - （２０）基板の外側面に設けられた非反射コーティング
をさらに有する請求項１９の発明。 - （２１）所定の位相変化が約０．０５周期の範囲内であ
る請求項１９の発明。 - （２２）露光中に様々な位相変化を引き起こす手段が、
コヒーレントエネルギーのビームを作り出す点線源と、
エネルギーの点線源とマスター参照部材との間に所定の
相対移動を与える手段とを備える請求項１９の発明。 - （２３）ホログラムを記録するに適したコヒーレントエ
ネルギーのビームを提供し、 エネルギーのビームに対して反射特性を有するマスター
参照部材を提供し、 エネルギーのビームをマスター参照部材に照射し、 内側面及び外側面を有する基板を提供し、 マスター参照部材に近い基板の内側面に設けられた記録
媒体を提供し、 マスター参照部材、基板および記録媒体を記録モジュー
ル内にシールし、 記録モジュール内の屈折率を実質的に整合し、コヒーレ
ントエネルギーのビームの入射角を変えることにより、
記録媒体内に所望の干渉パターンを記録するように、参
照部材に当たるコヒーレントエネルギーのビームに様々
な位相変化を生じさせ、 基板の外側面からの反射による、コヒーレントエネルギ
ーのビームとを干渉のために生じるような、不所望なノ
イズホログラムの位相変化を大きくし、ノイズによって
形成されるホログラフィック干渉縞をぼかす、参照部材
からホログラムを製造する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US401327 | 1989-08-31 | ||
| US07/401,327 US4984856A (en) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | Holographic exposure system to reduce spurious hologram noise |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0392886A true JPH0392886A (ja) | 1991-04-18 |
| JPH0776861B2 JPH0776861B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=23587290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2230467A Expired - Lifetime JPH0776861B2 (ja) | 1989-08-31 | 1990-08-31 | 疑似ホログラムノイズを低減するホログラフィック露光装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4984856A (ja) |
| EP (1) | EP0415245B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0776861B2 (ja) |
| CA (1) | CA2022016C (ja) |
| DE (1) | DE69026775T2 (ja) |
| ES (1) | ES2086339T3 (ja) |
| IL (1) | IL95222A (ja) |
Families Citing this family (14)
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