JPH04261574A - ホログラフ素子における回折効率制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般にホログラム露出技
術、特に実効的なホログラム回折効率を制御し、一方最
大のホログラム効率を与えるために露出を設定して、変
動を処理するための露出技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両ヘッドアップディスプレイシステム
に対して使用されるようなホログラムの製造において、
要求される光学特性を満たすために狭い制限内でホログ
ラム効率および帯域幅を厳密に制御することが望ましい
。これは回折効率、シースルーおよび角度的帯域幅を含
むパラメータ間における相互関係のためである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、所望の
効率および帯域幅を有するホログラムの再生は、記録処
理における種々の要因に対するホログラム特性の著しい
感応性のために困難である。これらの要因のいくつかと
して以下が挙げられる： １．記録材料：経時変化、蓄積条件、予備露出硬化、分
子組成および湿気内容。 ２．化学処理：温度、時間、攪拌、化学濃度およびそれ
に続く乾燥条件。 ３．レーザ露出：ビームパワー、時間、コヒーレンス長
、ビーム比および機械的な安定性。 これら全てのパラメータの正確な制御は現在の技術では
困難であり、生産率は極めて低い傾向がある。

【０００４】厳しい回折効率要求を満足する現在の技術
はホログラム製造パラメータの正確な制御に関与してい
る。しかしながら、このような厳しい制御は、記録が動
物性蛋白質の有機分子構造、温度、湿気内容、レーザ露
出エネルギ、フィルムコーティング中のゲル化速度、ゼ
ラチン分子の前の経過状態、濡れ処理後の脱水速度、処
理中のゼラチンの膨脹等のパラメータによって非直線的
に影響される分子交差結合を含む２色ゼラチンのような
いくつかの材料で実現することは非常に困難である。

【０００５】現在、記録媒体の厚さは所望の帯域幅を提
供するように選択され、その後全ての製造パラメータが
所望の回折効率を提供するように選択され制御される。 特に、回折効率対実効露出曲線は、実効的な露出レベル
が記録材料、レーザ露出および化学処理における全ての
変化を含む実効的な露出に対する回折効率の関係を示し
ている。露出変化およびそれらの非直線性の多数の観察
、並びに多数の係数の感度から、露出パラメータを厳密
に制御することによって回折効率を制御しようとする試
みは極めて困難である。

【０００６】したがって、ホログラフ記録材料および処
理における大きい変化および非直線性にもかかわらず、
厳密な回折効率を正確に再現可能に行うホログラム露出
技術を提供することが有効である。

【０００７】

【課題解決のための手段】上記およびその他の利点は、
（ａ）不透明および透明領域を有するマスクを限定し、
透明領域に対する不透明領域の比率が所望の回折効率に
応じて選択され、不透明および透明領域は結果的なホロ
グラムが再生されたときにほとんど認識可能な影響を持
たないほど十分に小さくされ、（ｂ）ホログラム記録媒
体にマスクを設け、（ｃ）非コヒーレントな照明にホロ
グラム記録媒体を露出し、それによって開口によって露
出された領域だけが非コヒーレントな照明に露出され、
（ｄ）マスクを除去し、（ｅ）最大ホログラム効率を生
成する実効的な露出でホログラム形成照明にホログラム
記録媒体を露出するステップを含むホログラムを露出す
る本発明の方法により提供される。このような実効的な
露出は、曲線パラメータ変化の関数としての効率の変化
が小さい効率対露出曲線の飽和領域にあることが可能で
ある。

【０００８】

【実施例】以下の詳細な説明およびいくつかの図面にお
いて、同じ素子は同じ参照符号で示す。

【０００９】図１を参照すると、ホログラムが望まれな
い記録媒体の選択された領域の感度を減少させるように
ホログラフ記録媒体１１を予備露出するための本発明に
よる露出配置が示されている。ホログラフ記録媒体１１
は基体１３によって支持され、接触マスク１５はホログ
ラフ記録媒体１１上に配置される。接触マスク１５は透
明なマスク基体１７によって支持される。

【００１０】マスク１５は透明領域２１によって分離さ
れる複数の不透明領域２３を含む。透明領域２１は屈折
率整合流体または基体１７と同じ透明な材料により充填
される。マスクの不透明および透明領域は、ホログラム
が観察される位置から離れて人間の目によって容易に個
別に解像されることができないように十分に小さい。

【００１１】マスク１５は、反射光がマスク１５の不透
明領域２３の下で記録媒体中に散乱することを阻止する
ように屈折率整合流体１９によってホログラフ記録媒体
１１に結合される。このような反射は望ましくない雑音
ホログラムを付加し、ホログラフ記録に利用できる屈折
率を減少する。同じ目的のために適切なコーティング２
５は基体１３の底部に位置される。コーティング２５は
光がホログラム記録媒体１１を通過した後にそれを吸収
する吸収性コーティングであるか、或は光がホログラム
記録媒体を通過した後にそれを結合する反射防止コーテ
ィングであることができる。反射防止コーティングは基
体１３の底部上に直接形成される必要はなく、後に基体
１３に屈折率整合される付加的なプレート（示されてい
ない）に結合されることができる。

【００１２】図１の予備露出構造により、非コヒーレン
トな照明はマスク１５を通ってホログラフ記録媒体１１
に導かれる。マスクの結果として、透明領域２１と一致
したホログラム記録媒体１１の領域だけが入射した非コ
ヒーレントな照明に露出される。このような露出によっ
て、記録媒体中のこのような領域の感度は飽和するまで
露出されることによって減少され、ホログラムはそこに
形成されることができない。

【００１３】本発明によると、ホログラム形成領域は不
変に再生可能なホログラム形成領域に既知の回折効率を
与えるようにマスクの除去後に露出される。ホログラム
構造の全体的な純粋の回折効率は、ホログラムが形成さ
れている記録媒体の領域（すなわち、マスクの不透明領
域によって最初のコヒーレントでない露出期間中保護さ
れた領域）の使用される全体領域に関する比率またはパ
ーセンテージを制御することによって選択される。換言
すると、全体的な純粋の回折効率は不透明および透明な
マスク領域２３，２１の比を制御することによって選択
される。例えば、ホログラム形成領域において９０％の
効率に対して不変に生成されることができるホログラム
に関して、４５％の全体的な回折効率要求では重要な領
域の５０％だけのホログラム露出が必要とされるに過ぎ
ない。換言すると、マスクの不透明領域は利用される合
計領域の５０％を含んでいる。

【００１４】適応に応じて、不透明領域の比は使用され
る領域全体に対して固定されるか、または一定にされる
ことができ、或はそれは使用される領域上の位置の関数
として変動する回折効率を提供するために位置と共に変
動することができる。

【００１５】例による説明および図２を参照すると、マ
スク１５は観察者によって解像されないように十分に小
さい点間隔を持つ不透明点２３ａ，２３ｂのパターンを
含む。 特に、図２において、ホログラム上の位置の関数として
の回折効率の変化は、点パターン寸法を設定する露出マ
スクパターンの設計において容易に実現される。不透明
点２３ａ，２３ｂの中心はほぼ等しく間隔を付けられて
おり、したがって小さい不透明点２３ａを有するマスク
領域に対応したホログラム領域は、小さい回折効率並び
にマスク領域に対応したホログラム領域が大きい不透明
点２３ｂを有する良好なシースルーを有する。図２は円
形の不透明領域を示しているが、正方形、長方形および
他の多角形のような別のパターンが使用されることがで
きることが理解されるべきである。直線形状も使用され
ることができる。その代りとして、さらに透明領域が点
、正方形、長方形等のパターンで構成されることができ
る。

【００１６】本発明は、基本的に（ａ）不変に再生可能
な回折効率（マスク不透明領域によって定められる）ま
たは（ｂ）ゼロ回折効率（マスク透明領域によって限定
される）を有するように選択的に処理されるホログラム
構造中の領域を意図するものである。

【００１７】非コヒーレントな照明に予備露出した後、
マスク１５は除去され、ホログラム記録媒体１１は既知
の技術にしたがってホログラム形成照明に露出される。 例えば、ホログラム形成露出は妨害物および基準ビーム
によって、或はマスターホログラムおよびコヒーレント
な照明によって行われることができる。

【００１８】図３を参照すると、屈折率範囲（デルタｎ
）対実効的な露出を示す２色ゼラチンホログラム記録材
料に関する応答曲線が示されている。回折効率は直接屈
折率範囲に関連し、したがって図３の曲線は回折効率を
示す。実効的な露出は記録媒体、レーザ露出および化学
処理における全ての変化を含む。本発明によると、ホロ
グラム形成露出は実効的な露出における変化が屈折率変
化範囲デルタｎに非常に小さい影響を与え、したがって
回折効率に非常に小さい影響を与える応答曲線の飽和領
域Ｓにおいて行われることができる。

【００１９】この方法において、ホログラム露出におい
て局部化された回折効率は正確に制御され、不変的に再
生されることが可能であり、全体的な純粋回折効率はマ
スク１５の不透明領域によって決定されるようなホログ
ラム形成領域のパーセンテージまたは比によって正確に
制御されることができる。

【００２０】図４は、本発明の露出技術により実現され
る全体的な回折効率の調和を示すためのものであり、屈
折率範囲対実効的な露出曲線の飽和領域において露出さ
れるような２色ゼラチンホログラム記録材料の複数の厚
さＴ１　，Ｔ２　，Ｔ３　に対する帯域幅曲線を概略的
に示す。厚さの適切な範囲として、ホログラム露出領域
の結果的な最大の局部化された回折効率は同じレベルＤ
２　に近い。したがって、本発明の技術により所望の帯
域幅は記録媒体の厚さを選択するために使用され、所望
の全体的な純粋の効率はその材料に対する屈折率／露出
応答曲線の飽和領域に位置するホログラム形成露出に露
出される記録材料の領域のパーセンテージを選択するた
めに使用される。

【００２１】本発明の基本的なスキムは多数の方法で構
成されることができることが容易に理解されるであろう
。例えば、ホログラムを透明にするために特定の領域に
おいてそれらを予備露出する代わりに、ホログラムはホ
ログラフ露出後であるが処理前にマスクを介してコヒー
レントでない光に露出されることができる。それによっ
て、透明なマスク領域に対応するコヒーレントでない露
出領域はこのようにコヒーレントでない露出領域におい
て記録されたホログラムの回折パターン中のピークとゼ
ロ間の差をなくするように飽和される。しかしながら、
この技術は２色ゼラチンのような飽和を可能にする記録
材料によってのみ作用する。

【００２２】その他多数の可能性のみならず、これらの
全方法において“完全なオン”または“完全なオフ”回
折効率の本質的な特徴は保持され、これは再生可能なマ
クロ的回折効率を得ることに重要である。

【００２３】最初の露出マスク１５はそれ自身の基体上
に分離的に構成され、記録層１１に適用されることがで
きるが、上記のようにホログラム形成露出の前および後
に行われることができる露出の感度を減少させるために
記録層１１上に付加的な層として構成されることも可能
である。記録材料上への一体のマスク形成は記録基体が
湾曲される適用において有効であり、また分離して構成
されるマスクに必要な工程および分離したマスク基体に
おける反射を阻止する屈折率整合に対する要求を取除く
ことによって製造費用を減少する。例示として、一体の
露出マスクは以下のようにして構成される。

【００２４】正のフォトレジストのようなフォトアクチ
ブポリマーの層が記録媒体に与えられる。その後フォト
アクチブポリマーは、例えばマスターマスクによる露出
、或は記録層およびフォトアクチブポリマー層を含むビ
ームスポットまたは基体のいずれかに対してコンピュー
タ駆動位置によって制御される点または線走査パターン
による露出によって最終的な所望のマスクに対応したパ
ターンで光により露出される。露出された領域中のポリ
マーは例えば化学処理によって除去される。

【００２５】結果的な一体マスクは、記録層上に配置さ
れ、それと接触している薄い層を構成し、感度の減少は
前に示されたように例えばコヒーレントでない露出によ
って行われる。感度減少の後、一体マスクは除去される
。

【００２６】ホログラフパラメータの製造変数による変
化が小さい飽和領域で記録媒体を露出し、処理する上記
の実施例に加えて、本発明による回折効率制御はホログ
ラムが露出および飽和領域に処理することによって形成
されない状況でも有効に使用される。

【００２７】例えば、再生可能な組の完成したホログラ
ムパラメータを提供するように設定された一定の露出処
理は異なるホログラム適用に対して使用されることが可
能であり、各適用に対して回折効率はその適用に望まし
いホログラムパラメータを得るために一定の露出処理で
作用するのに適切であるように設定される。異なる適用
に対して固定したホログラム露出処理を使用することに
より、各適用に対して露出処理を変化する必要があり、
大部分の記録媒体における非直線性が各処理変化から予
測困難な結果を生じる従来の方法における低生産率の主
な原因の１つが取除かれる。大スケールの製造処理にお
いて、記載されたような回折効率制御は簡単で安価な装
置が最適化された標準的な処理を維持することを可能に
する。

【００２８】別の例として、前に示されたようにホログ
ラム全体にわたる一定の露出によりホログラムの表面上
においてホログラム効率を容易に制御された空間的な変
化の利点は材料を飽和させることにより、または飽和さ
せずに実現されることができる。異なるホログラム適用
に対する上記のような固定処理の使用は、空間的に変化
される効率を有するホログラムおよび実質的に空間的に
一定の効率を有するホログラムに対して適用される。

【００２９】上記から本発明のホログラム露出技術はホ
ログラムの全体的な純粋の回折効率を厳密に制御し、一
定の再生可能な回折効率を有するホログラムを生成する
ことが理解できるであろう。

【００３０】上記は本発明の特定の実施例を説明し図示
しているが、種々の修正およびそれに対する変化は添付
された特許請求の範囲により限定されるような本発明の
技術的範囲を逸脱することなく当業者によって行われる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による概略的な予備露出配置。

【図２】図１の予備露出配置により使用されることがで
きる概略的なマスクパターン。

【図３】２色ゼラチン記録材料に対する典型的な屈折率
対露出曲線。

【図４】図３の屈折率対露出曲線の飽和領域における効
果的な露出のための異なる厚さの２色ゼラチンホログラ
ム記録媒体に対する回折効率対波長曲線。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　予め定められた領域に対する予め定め
   られた全体的な純粋の回折効率を得るために使用される
   前記予め定められた領域を有するホログラム記録材料を
   露出する方法において、ホログラムが形成されることが
   できないように使用領域中の選択された領域の感度を減
   少させ、それによって使用領域の残りの領域がホログラ
   ム形成領域であり、ホログラム形成領域において予め定
   められた局部的回折効率を与える予め定められた露出レ
   ベルでホログラム形成画像照明に使用領域を露出するス
   テップを含むことを特徴とするホログラム記録材料の露
   出方法。
2. 【請求項２】　　選択された領域の感度を減少させるス
   テップは、ホログラム形成領域をマスクし、非コヒーレ
   ント照明にホログラム記録材料を露出するステップを含
   む請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】　　選択された領域の感度を減少させるス
   テップは、記録材料上に光感応性ポリマー層を設け、感
   度を減少させるためにポリマー層が選択された領域から
   除去されるようなパターンにより光感応性ポリマーを露
   出し、感度を減少させるように選択された領域から層部
   分を除去するために光感応性ポリマー層を処理し、非コ
   ヒーレントな照明にホログラム記録材料を露出するステ
   ップを含む請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】　　ホログラム形成照明に露出するステッ
   プはホログラム形成領域に実質的に最大の回折効率を提
   供する露出レベルで露出するステップを含む請求項１記
   載の方法。
5. 【請求項５】　　予め定められた領域に対する予め定め
   られた全体的な純粋の回折効率を得るために使用される
   前記予め定められた領域を有するホログラム記録材料を
   露出する方法において、ホログラムが形成される領域に
   おいて予め定められた局部的回折効率を与えるために予
   め定められた露出レベルでホログラム形成画像照明に使
   用領域を露出させ、ホログラムがこのような領域におい
   て形成することができないように使用領域の選択された
   領域の感度を減少させ、それによって使用領域の残りの
   領域をホログラム形成領域とするステップを含むことを
   特徴とするホログラム記録材料の露出方法。
6. 【請求項６】　　選択された領域の感度を減少させるス
   テップは、ホログラム形成領域をマスクし、非コヒーレ
   ントな照明にホログラム記録材料を露出するステップを
   含む請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】　　選択された領域の感度を減少させるス
   テップは、記録材料上に光感応性ポリマー層を供給し、
   ポリマー層が感度を減少される選択された領域から除去
   されるようなパターンで光感応性ポリマーを露出し、感
   度を減少させるように選択された領域から層部分を除去
   するために光感応性ポリマー層を処理し、非コヒーレン
   トな照明にホログラム記録材料を露出するステップを含
   む請求項５記載の方法。
8. 【請求項８】　　予め定められた領域上の位置と共に変
   化する全体的な純粋の回折効率を得るために使用される
   前記予め定められた領域を有するホログラム記録材料を
   露出する方法において、ホログラムが感度を減少された
   領域中に形成されることができないように使用領域の選
   択された領域の感度を減少させ、それによって使用領域
   の残りの領域をホログラム形成領域とし、それによって
   全体的な純粋の回折効率が使用される領域上の位置と共
   に変化するように使用領域全体に対するホログラム形成
   領域のパーセンテージが使用される領域上の位置と共に
   選択的に変化され、ホログラム形成領域において予め定
   められた局部的回折効率を与える予め定められた露出レ
   ベルでホログラム形成画像照明に使用領域を露出するこ
   とを特徴とするホログラム記録材料の露出方法。
9. 【請求項９】　　選択された領域の感度を減少させるス
   テップは、感度を減少される領域を定める透明領域およ
   びホログラム形成領域を定める不透明領域を持つマスク
   によりホログラム記録材料をマスクし、使用領域全体に
   対する不透明領域のパーセンテージが位置と共に選択的
   に変化され、非コヒーレントな照明にホログラム記録材
   料を露出するステップを含む請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】　　マスクするステップは記録材料上に
    光感応性ポリマー層を供給し、感度を減少させるために
    ポリマー層が選択された領域から除去されるようなパタ
    ーンで光感応性のポリマーを露出し、感度を減少させる
    ために選択された領域から層部分を除去するために光感
    応性ポリマー層を処理するステップを含む請求項９記載
    の方法。
11. 【請求項１１】　　ホログラム形成照明に露出するステ
    ップはホログラム形成領域に実質的に最大回折効率を与
    える露出レベルで露出するステップを含む請求項７記載
    の方法。
12. 【請求項１２】　　予め定められた領域上の位置と共に
    変化する全体的な純粋の回折効率を得るために使用され
    る予め定められた領域を有するホログラム記録材料を露
    出する方法において、ホログラムが形成される領域にお
    いて予め定められた局部的回折効率を与える予め定めら
    れた露出レベルでホログラム形成画像照明に使用領域を
    露出し、ホログラムが感度を減少された領域において形
    成されることができないように使用領域の選択された領
    域の感度を減少させ、それによって使用領域の残りの領
    域をホログラム形成領域とし、使用領域全体に対するホ
    ログラム形成領域のパーセンテージは全体的な純粋の回
    折効率が使用領域上の位置と共に変化するように使用領
    域上の位置と共に選択的に変化され、ホログラムがこの
    ような領域において形成できないように使用領域の選択
    された領域の感度を減少させ、使用領域の残りの領域が
    ホログラム形成領域とされていることを特徴とするホロ
    グラム記録材料の露出方法。
13. 【請求項１３】　　選択された領域の感度を減少させる
    ステップは、感度を減少させられる領域を定める透明領
    域およびホログラム形成領域を定める不透明領域を有す
    るマスクによりホログラム記録材料をマスクし、使用領
    域全体に対する不透明領域のパーセンテージが位置によ
    り選択的に変化され、非コヒーレントな照明にホログラ
    ム記録材料を露出するステップを含む請求項１２記載の
    方法。
14. 【請求項１４】　　マスクするステップは、記録材料上
    に光感応性ポリマー層を設け、感度を減少させるために
    ポリマー層が選択された領域から除去されるようなパタ
    ーンで光感応性ポリマーを露出し、感度を減少させるよ
    うに選択された領域から層部分を除去するために光感応
    性ポリマー層を処理するステップを含む請求項１２記載
    の方法。
15. 【請求項１５】　　ホログラム形成照明に露出するステ
    ップはホログラム形成領域に実質的に最大回折効率を与
    える露出レベルで露出するステップを含む請求項１２記
    載の方法。