JPH0627865A - 多層ホログラム作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １枚のシート状ホログラムを作成するのと同
等な処理工程で多層ホログラムを製造する方法を提供す
ることを目的とする。 【構成】 第１の波長（λ１）に感度を有する第１の色
素を混入させた第１のホログラム記録媒体を基板上に膜
状に形成する工程、第２の波長（λ２）に感度を有する
第２の色素を混入させた第２のホログラム記録媒体を前
記第１のホログラム記録媒体上に重ねて形成する工程，
・・・，第Ｎの波長（λｎ）に感度を有する第Ｎの色素
を混入させた第Ｎのホログラム記録媒体を更にその上に
重ねて形成する工程と、第１の波長（λ１），第２の波
長（λ２），・・・，第Ｎの波長（λｎ）のコヒーレン
ト光でのＮ種のホログラフィック露光を行う工程と、第
１の色素，第２の色素，・・・，第Ｎの色素をホログラ
ム媒体から除去する脱色処理工程と、Ｎ種類のホログラ
ムを同時に現像する工程と、を含む多層ホログラム作成
方法が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はホログラムの作成方法に
関し、特に１枚の基板に複数のホログラムを記録する多
重ホログラムの作成方法に関する。この種の多重ホログ
ラムは、光ビームの分配・結合や、ビーム入射方向に応
じて、異なる回折角を得る等、複数の機能を持たせたい
場合、省スペースを図りたい等の用途に利用される。ま
た、この種の多重ホログラムは、広帯域反射形ホログラ
ム又はマルチカラー表示のヘッドアップディスプレイ等
にも用いられる。

【０００２】

【従来の技術】従来の多層ホログラム作成方法として、
例えば２層ホログラムの場合は、別々に作成したホログ
ラムを、媒体面に対して向かい合わせに接着することに
よって作成されていた。この方法は、２層のホログラム
が基板に挟まれ、保護されたもので、構造上好ましい
が、２層に限られる点、ホログラムを２枚作成するのに
等しい工数を必要とする点、高価になる点等の欠点があ
った。また、２つのホログラムを張り合わせる関係上、
厳密な位置精度を確保するのが難しく、高度の位置精度
が要求される場合には適していない。

【０００３】また、シート状のホログラム記録媒体を用
いる場合には、２層ホログラムに限定されず、別々に作
成されたホログラムを複数枚（３枚以上）重ねて一体化
することはできるが、化学処理の回数はホログラムの枚
数分だけ必要である点に変わりはない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
多層ホログラム作成方法では、２層ホログラムに限定さ
れる場合があったり、また多大の工数を必要とする点、
高価になる点、２層間の位置精度を厳密に確保すること
が難しい等の欠点があった。そこで、本発明では、１枚
のシート状ホログラムを作成するのと同等な処理工程で
多層ホログラムを製造する方法を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、第一の発明によれば、第１の波長（λ１）に
感度を有する第１の色素を混入させた第１のホログラム
記録媒体を基板上に膜状に形成する工程、第２の波長
（λ２）に感度を有する第２の色素を混入させた第２の
ホログラム記録媒体を前記第１のホログラム記録媒体上
に重ねて形成する工程，・・・，第Ｎの波長（λｎ）に
感度を有する第Ｎの色素を混入させた第Ｎのホログラム
記録媒体を更にその上に重ねて形成する工程と、第１の
波長（λ１），第２の波長（λ２），・・・，第Ｎの波
長（λｎ）のコヒーレント光でのＮ種のホログラフィッ
ク露光を行う工程と、第１の色素，第２の色素，・・
・，第Ｎの色素をホログラム媒体から除去する脱色処理
工程と、Ｎ種類のホログラムを同時に現像する工程と、
を含む多層ホログラム作成方法が提供される。

【０００６】また、第二の発明によれば、多層ホログラ
ムを作成する方法であって、ａ）基板上に第１のホログ
ラム記録媒体の感光膜層を形成する工程と、ｂ）ホログ
ラフィック露光により前記第１の記録媒体に干渉縞を記
録する工程と、ｃ）前記第１の記録媒体に含まれる色素
を除去する脱色工程と、ｄ）露光が終了しかつ脱色後の
前記第１の記録媒体上に第２のホログラム記録媒体の感
光膜層を形成すると共に、該第２の記録媒体について前
記ｂ）及びｃ）の工程を繰り返して、基板上に複数の記
録媒体の層を形成し、ｅ）前記複数の記録媒体を現像す
る、ことを特徴とする多層ホログラム作成方法が提供さ
れる。

【０００７】

【作用】第一の発明によれば、異なる波長感度を有する
複数のホログラム記録媒体を、単一の基板に形成してホ
ログラム乾板を作成し、それぞれの波長感度に対応した
コヒーレント光でホログラフィック露光を行い、複数の
ホログラムを別々の媒体層に記録し、一括して化学処理
を行う。このように、第一の発明では、一度の化学的処
理プロセスによって多層ホログラムを作成することがで
きる。

【０００８】第二の発明によれば、複数回の露光と１回
の現像によりホログラムを多重記録することができ、複
数のホログラムを空間的に、即ち層状に、分離して記録
しているので、多重記録によるノイズを除去することが
できる。したがって、従来のように、複数のホログラム
干渉縞の空間周波数の差により生じるノイズ光（うな
り）が生じて再生像が劣化するのを防止することができ
る。

【０００９】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて詳細に説明する。次に説明する各実施例では、ホ
ログラム記録媒体として、ポリビニルカルバゾール（Ｐ
ＶＣｚ）を主剤とする媒体を使用した場合について説明
する。 第一実施例 まず、２種類の感光剤を準備する。両感光剤とも、ポリ
ビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）、テトラヒドロフラン
（ＴＨＦ）、モノクロロベンゼンとジクロロベンゼンの
混合液を共通に用い、色素として、一方は５００ｎｍ付
近の光を吸収するルブレンを加えた感光剤と、他方は６
５０ｎｍ付近の光を吸収するメチレンブルーを加えた感
光剤とを調合する。それぞれ感光剤Ａ、感光剤Ｂとす
る。

【００１０】図１に示すように、まず洗浄した基板（例
えばガラス板）１０に、感光剤Ａをスピンコーティング
等によって塗布する。溶剤（モノクロロベンゼンとジク
ロロベンゼンの混合液）が蒸発して基板１０上に感光剤
Ａが形成される。その後引続き、図２に示すように、感
光剤Ｂをスピンコーティング等によって既に形成された
基板１０の感光剤Ａ上に塗布する。感光剤Ｂの溶剤は、
既に形成された感光膜Ａを破壊しないうに、揮発性の高
いものを使用するのが好ましい。以上によって、２層の
ホログラム記録媒体が形成できる。

【００１１】なお、揮発性の高い溶剤としては種々のも
のを用いることができる。例えば、上述のテトラヒドロ
フラン（ＴＨＦ）、モノクロロベンゼンとジクロロベン
ゼンの混合液において、モノクロロベンゼンとジクロロ
ベンゼンの混合比を低くすることによって揮発性が増加
する。極端な場合は、テトラヒドロフランだけでも溶剤
となり得る。

【００１２】図３及び図４は色素として使用するルブレ
ン、及びメチレンブルーの光吸収スペクトルをそれぞれ
示したものである。横軸は光波長（ｎｍ）を示し、縦軸
は光吸収度（Ａｂｓ）を示したものである。これらの色
素は光吸収する波長帯域が異なるため、それぞれの吸収
帯域内の波長を有するコヒーレント光源（レーザ）Ｌ
１、Ｌ２（図５、図６）を用いて干渉露光を行うと、コ
ヒーレント光源Ｌ１はルブレンを含有する感光膜Ａにの
み吸収されるので、この感光膜Ａにホログラム潜像が記
録される。また、コヒーレント光源Ｌ２はメチレンブル
ーを含有する感光膜Ｂにのみ吸収されるので、この感光
膜Ｂにホログラム潜像が記録される。即ち、２つのホロ
グラム記録媒体層Ａ，Ｂのそれぞれにホログラムが記録
される。コヒーレント光源Ｌ１、Ｌ２による干渉露光は
２回に分けて逐次行ってもよく、また同時に行ってもよ
い。

【００１３】図５及び図６は光学定盤にコヒーレント光
源Ｌ１、Ｌ２用の露光光学系を同時に構成した場合の模
式図であり、図５は透過型ホログラム作成系、図６は反
射型ホログラム作成系を示す。これらの図において、Ｄ
Ｍはダイナミックミラー、Ｓはシャッター、ＢＳはビー
ムスプリッタ、Ｍはミラー、Ｈはホログラム乾板であ
る。このように、コヒーレント光源Ｌ１、Ｌ２によっ
て、２つの感光膜Ａ、Ｂにのみそれぞれ吸収されるレー
ザ光（波長）λ１、λ２でもってホログラム乾板Ｈに対
し干渉露光を同時に行うことが可能となる。

【００１４】露光を終えた乾板Ｈは、ホログラム処理を
行う。まず、ホログラム乾板Ｈを脱色層（図示せず）に
浸すことによって色素（ルブレン、及びメチレンブル
ー）を同時に取り除く。色素が取り除かれた後は、２層
の媒体は同一組成であり、一種類の現像法が適用でき
る。なお，脱色槽に用いる脱色液の具体例として、キシ
レンとイソプロピルアルコールの混合液がある。また現
像法の具体例として、第１槽ではキシレンとトルエンの
混合液を使用し、第２層ではペンタンを使用し、第１槽
に浸漬した後、第２槽に浸漬する。

【００１５】以上に説明した本発明の第一実施例では、
色素としてルブレン及びメチレンブルーを例にとって説
明したが、使用可能な色素はこれらに限られるものでは
ない。またポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）を主剤
とするホログラム記録媒体に限られるものではない。更
に、本発明の第一実施例では、２層ホログラムに限定さ
れず、３層、・・・Ｎ層ホログラムへの拡張が可能であ
る。

【００１６】また、２種類の色素の中の一方が２つの波
長に対して感度を有する場合には、２種類の色素の混入
で３波長でのコヒーレント露光が可能になる。 第二実施例 図７に第二実施例の原理図を示す。図７に示すように、 （ａ）基板１０にホログラム記録媒体の感光膜層Ａを形
成する。

【００１７】（ｂ）ホログラフィック露光により記録媒
体Ａに干渉縞を記録する。 （ｃ）記録媒体Ａに含まれる色素を除去する（脱色）。 （ｄ）露光の終了した感光膜層Ａ上に新たな感光膜層Ｂ
を形成し、この新たな感光膜層Ｂについて（ｂ）ホログ
ラフィック露光、（ｃ）脱色の過程を繰り返す。このよ
うにして必要な複数の感光膜層Ａ，Ｂを形成する。

【００１８】（ｅ）現像を行う。感光剤には、露光する
レーザ光の波長に対して強く吸収する帯域をもつ色素が
混入されており、記録媒体の感度を高めている。この色
素を除去（脱色）した感光層に、再度レーザ光を照射し
てもその感光剤の感度は低くなっており、感光されな
い。上記工程（ｃ）の脱色において、露光の終了した記
録媒体の色素を除去することにより、新しく塗布した記
録媒体の露光時に同一の感光膜層に複数のホログラム干
渉縞が記録されることを防止できる。このことから、露
光・脱色を終了した感光膜の上に新規の感光膜を形成し
再度露光する工程を繰り返すことにより単一基板上に層
状にホログラムの潜像を記録できる。最終的に、ホログ
ラム現像を行い、多重ホログラム層を作成する。

【００１９】第二実施例を実現する構成として、屈折率
変調型ホログラム記録媒体に、ポリビニルカルバゾール
（ＰＶＣｚ）を主剤とする媒体を使用する場合を示す。
ArレーザやHe-Cd レーザの発振波長を含む400 〜500nm
に対する感光を高めるための色素としてルブレン、ヨー
ドホルムをポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）に混入
したものを感光剤とする。この場合、脱色剤として、ジ
クロロベンゼン、テトラヒドロフラン溶液を紙葉し、露
光の終了した基板を同溶液に数秒から数分間浸すことに
より脱色を行うことができる。具体的な多重ホログラム
の形成方法は、上記の通りである。

【００２０】図８は図７の第二実施例の具体例として保
護膜１１を形成する場合を示したものである。露光済の
感光膜の上に、新規に感光膜を形成する場合、既露光部
が新規感光剤の溶媒に溶け込む場合がある。これを防止
するために、脱色後、感光膜表面に溶媒の浸入を防止す
る保護膜（薄膜）１１を形成する。このような保護膜１
１には、感光剤の溶剤を浸透せず、その反面、後の現像
工程における現像液を浸透する性質が要求されるが、こ
の性質を満足するものとしてシリコン膜がある。

【００２１】第二実施例において、第２層以降の感光剤
の溶媒に高揮発性のものを利用することにより、先に露
光した感光膜が溶融するのを防止することができる。ま
た、第二実施例において、第２層以降に第１層と同一の
感光剤を使用することもできる。 第三実施例 前述のように、色素として使用するルブレン、及びメチ
レンブルーは図３及び図４に示すような光吸収スペクト
ルを有する。即ち、ルブレンは480nm から540nm の波長
域の (青色から緑色) 光に対して高い吸収特性を持って
いる。一方、メチレンブルーは630nm から670nm の波長
域の (赤色) 光に対して高い吸収特性を持っている。増
感色素として、ルブレンとメチレンブルーを混合したも
のを用いることによって、再生波長が500nm と700nm の
反射型ホログラムを異なる波長のレーザで多重露光する
ことが可能となる。つまり、514.5nm （ピークのあらわ
れる488 nmの波長でもよい）の波長のArレーザ(Ar レー
ザの波長としては、325nm,441.6nm, 476.2nm, 488nm, 5
14.5nm, 530.8nm, 又は568.2nm の何れかが可能)で 500
nmの反射波長のホログラムの干渉縞を記録し、632.8nm
の波長のHeNeレーザ(HeNe レーザの波長としては、632.
8nm, 647.1nm, 又は694.3nm の何れかが可能) で650nm
の反射波長のホログラムの干渉縞を記録する。

【００２２】図９はこの第三実施例に係るホログラムの
露光を示したものである。２つの色素を混合した増感色
素を用いる場合には、ホログラム記録媒体の感度を複数
の波長域に拡張することができるため、１つのホログラ
ム媒体中に回折波長が大きく異なる２種類の干渉縞を記
録する場合に、異なる波長のレーザ光で同時に露光を行
うことが可能になる。図９はこのような露光を行うもの
で、Ｌ１はArレーザ（波長：514.5nm ）、Ｌ２はHeNeレ
ーザ（波長：632.8nm ）、Ｍはミラー、ＨＭはハーフミ
ラー、Ｈはホログラム乾板であり、異なる波長の光Ｌ
１，Ｌ２でもって同時に露光を行う。

【００２３】図１０は、波長の異なる２のレーザ光源Ｌ
１，Ｌ２からのレーザ光をダイナミックミラー等で同一
の光軸１２にすることによって、１つのホログラム媒体
Ｈ中に回折波長が大きく異なる２種類の干渉縞を同一の
露光系を用いて露光することが可能となる。図１０にお
いて、Ｌ１はArレーザ（波長：514.5nm ）、Ｌ２はHeNe
レーザ（波長：632.8nm ）、Ｍはミラー、ＤＭはダイナ
ミックミラー、ＨＭはハーフミラー、Ｈはホログラム乾
板であり、異なる波長の光Ｌ１，Ｌ２でもって同時に露
光を行う。

【００２４】上述した第三実施例によると、複数の色素
を混合して成る増感色素を用いることによって、ホログ
ラム記録媒体の感度を複数の波長域に設けることができ
る。したがって、多重露光によって１つのホログラム媒
体中に回折波長が大きく異なる２種類の干渉縞を記録す
る場合に、それぞれの回折波長に近い波長のレーザ光で
露光することができる。したがって、それぞれの露光に
おける露光系が簡単になる。

【００２５】複数の波長域の光の反射する特性を１つの
ホログラム記録媒体中に記録することができるため、脱
色、現像の処理が各一度で済み、ホログラムの作成工程
を短縮することができる。なお、従来のように、複数き
ホログラムを張り合わせて多重ホログラムを作成する方
法においては、個々のホログラムで脱色、現像を行った
後に張り合わせなければならなかったが、本発明では、
脱色・現像処理の回数の削減ができ、張り合わせの工程
も不要となる。

【００２６】なお、図１１はプリズムを介してレーザ光
を入射する特殊な従来の露光法を参考のために示すもの
である。従来、例えば、再生波長が500nm と650nm で、
個々の波長の光で入射反射の方向が同一である反射型ホ
ログラムを、ボリビニルカルバゾールの記録媒体に多重
露光により作成する場合において、露光に使用するレー
ザとして、第１の再生波長（500nm)とほぼ同じ波長の光
を発光するArレーザ（波長488nm 又は514nm)を選ぶなら
ば、480nm から520nm の波長帯域の光に記録媒体の感度
を向上させる増感色素が用いられる。ホログラムの作成
波長と再生波長の差を小さくすると露光系は再生系とほ
ぼ同じになるため、露光系の設定が容易になる。しか
し、第２の再生波長(650nm) のホログラムの作成では、
再生波長と作成波長の差が大きいため、露光を行う際に
ホログラム基板にプリズムをマッチングさせて、プリズ
ムを介してレーザ光を入射する特殊な露光法を用いなけ
ればならない。なお、図１１において、Ｈはホログラム
乾板、Ｐはプリズムである。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、第一の発明によれ
ば、波長感度が異なる媒体を多層に積層したホログラム
乾板を用いることによって多層ホログラムを、単一のホ
ログラムを作成するのとほぼ同等の工数で作成できるよ
うになり、安価な多層ホログラムの製造が可能になる。

【００２８】第二の発明によれば、複数回の露光と１回
の現像によりホログラムを多重記録することができ、ま
た多重ホログラムにおいて生じ易い光ノイズを抑制する
ことができる。また、第一及び第二の発明によれば、複
数の波長帯域を反射するホログラム（例えば、赤と青）
を、特殊なプリズムを乾板面に密着させないで、空気中
での干渉露光により作成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガラス基板上に第一感光膜を形成する状態を示
す図である。

【図２】第一感光膜の上に第二感光膜を積層する状態を
示す図である。

【図３】色素として使用するルブレンの光吸収スペクト
ルを示す図である。

【図４】色素として使用するメチレンブルーの光吸収ス
ペクトルを示す図である。

【図５】本発明の第一実施例を適用した透過型ホログラ
ムの作成系を示す図である。

【図６】本発明の第一実施例を適用した反射型ホログラ
ムの作成系を示す図である。

【図７】本発明の第二実施例による多重ホログラム作成
の原理図である。

【図８】本発明の第二実施例による多重ホログラム作成
の具体例を示す。

【図９】第三実施例による露光系を示す図である。

【図１０】第三実施例による露光系の他の例を示す。

【図１１】プリズムを使用した従来の多重ホログラムの
作成工程を示す。

【符号の説明】

１０…ガラス基板 １１…保護膜 Ａ，Ｂ…感光膜 Ｌ１，Ｌ２…コヒーレント光 λ１，λ２…波長 ＤＭ…ダイナミックミラー ＢＭ…ビームスプリッタ Ｓ…シャッター Ｍ…ミラー Ｈ…ホログラム乾板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田和 文博 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 石塚 剛 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 山岸 康男 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の波長（λ１）に感度を有する第１
   の色素を混入させた第１のホログラム記録媒体（Ａ）を
   基板（１０）上に膜状に形成する工程、第２の波長（λ
   ２）に感度を有する第２の色素を混入させた第２のホロ
   グラム記録媒体（Ｂ）を前記第１のホログラム記録媒体
   上に重ねて形成する工程，・・・，第Ｎの波長（λｎ）
   に感度を有する第Ｎの色素を混入させた第Ｎのホログラ
   ム記録媒体を更にその上に重ねて形成する工程と、 第１の波長（λ１），第２の波長（λ２），・・・，第
   Ｎの波長（λｎ）のコヒーレント光でのＮ種のホログラ
   フィック露光を行う工程と、 第１の色素，第２の色素，・・・，第Ｎの色素をホログ
   ラム媒体から除去する脱色処理工程と、 Ｎ種類のホログラムを同時に現像する工程と、を含む多
   層ホログラム作成方法。
2. 【請求項２】 第１の色素，第２の色素，・・・，第Ｎ
   の色素の光吸収波長帯域に実質的に重なりがないように
   第１の色素，第２の色素，・・・，第Ｎの色素を選択し
   たことを特徴とする請求項１に記載の多層ホログラム作
   成方法。
3. 【請求項３】 第１の色素，第２の色素，・・・，第Ｎ
   の色素の内の幾つかが同一の色素であり、それらの同一
   の色素を、色素ｉ，・・・，色素ｊ（１≦ｉ，ｊ≦Ｎ）
   とした時に、ホログラム記録媒体ｉ，・・・，ホログラ
   ム記録媒体ｊの内、ホログラム媒体ｉ以外を形成しない
   ことを特徴とする請求項１に記載の多層ホログラム作成
   方法。
4. 【請求項４】 第１のホログラム記録媒体（Ａ），第２
   のホログラム記録媒体（Ｂ），・・・，第Ｎのホログラ
   ム記録媒体の組成が、色素を除いては同じであり、これ
   らのＮ種類のホログラム記録媒体を同時に脱色すること
   を特徴とする請求項１に記載の多層ホログラム作成方
   法。
5. 【請求項５】 積層するホログラム記録媒体（Ａ，Ｂ，
   ・・・）の溶剤の揮発性を、後から形成する順ほど高め
   たことを特徴とする請求項１に記載の多層ホログラム作
   成方法。
6. 【請求項６】 多層ホログラムを作成する方法であっ
   て、 ａ）基板（１０）上に第１のホログラム記録媒体の感光
   膜層（Ａ）を形成する工程と、 ｂ）ホログラフィック露光により前記第１の記録媒体
   （Ａ）に干渉縞を記録する工程と、 ｃ）前記第１の記録媒体（Ａ）に含まれる色素を除去す
   る脱色工程と、 ｄ）露光が終了しかつ脱色後の前記第１の記録媒体
   （Ａ）上に第２のホログラム記録媒体の感光膜層（Ｂ）
   を形成すると共に、該第２の記録媒体（Ｂ）について前
   記ｂ）及びｃ）の工程を繰り返して、基板（１０）上に
   複数の記録媒体の層（Ａ，Ｂ）を形成し、 ｅ）前記複数の記録媒体（Ａ，Ｂ）を現像する、ことを
   特徴とする多層ホログラム作成方法。
7. 【請求項７】 記録媒体の感光膜層を脱色した後、次の
   記録媒体を形成する前に、露光の終了した感光膜の溶剤
   への溶出を防止するための保護膜（１１）を形成するこ
   とを特徴とする請求項６に記載の多層ホログラム作成方
   法。
8. 【請求項８】 単一の基板（１０）上に複数の屈折率変
   調型ホログラム記録媒体層（Ａ，Ｂ）を形成したことを
   特徴とする請求項６又は７に記載の多層ホログラム作成
   方法。
9. 【請求項９】 第２層目以降の記録媒体層として、同一
   の感光剤を使用することを特徴とする請求項６に記載の
   多層ホログラム作成方法。
10. 【請求項１０】 第２層目以降の記録媒体層として、高
    揮発性をもつ溶剤を含んだ感光剤を使用することを特徴
    とする請求項６に記載の多層ホログラム作成方法。