JPH0644181B2 - 効率的なホログラム及びその作成方法 - Google Patents

効率的なホログラム及びその作成方法

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JPH0644181B2
JPH0644181B2 JP61501317A JP50131786A JPH0644181B2 JP H0644181 B2 JPH0644181 B2 JP H0644181B2 JP 61501317 A JP61501317 A JP 61501317A JP 50131786 A JP50131786 A JP 50131786A JP H0644181 B2 JPH0644181 B2 JP H0644181B2
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    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は一般にホログラフィに関し、より詳細には増
加した効率及びその作成方法を有する傾斜縞ホログラム
に関する。
ホログラムは、一般にガラス基板上に代表的に固定され
た光反応的ゼラチン（例えば重クロム酸ゼラチン）の薄
い層から成る回析光学素子である。前記ゼラチンは、干
渉パターンをセット・アップする交差レーザ・ビームで
露光される。上記パターンは、屈折率に於ける正弦変調
として前記ゼラチンに記録される。前記屈折率変調に相
応したホログラフの縞のパターンは、前記ホログラムを
明らかにする。前記縞が記録された後、前記ゼラチンは
前記ホログラムの回析効率を増加させるために、前記屈
折率を拡充する化学的な膨脹処理に委ねられる。
ホログラムは、波長及び方向感度の光学フィルタとして
作用する。方向及び波長の予め定められた範囲の内部へ
の入射光は、予め定められたパターン及び方向の中へ前
記ホログラムにより回析される。それらの波長または方
向の外側へ意味ありげに灯火するため、前記ホログラム
は透明な一片のガラスとして作用する。
ホログラムは多くの用途を有する。
現代の航空機に於いて、軍用及び商業用のホログラム
は、ヘッドアップ・ディスプレイの結合素子に使用され
るものである。ヘッド・アップ・ディスプレイは、パイ
ロットの前方視界の上に載せた武器照準資料及び縞デー
タのような、関連したシンボロジーを提供する。前記シ
ンボロジーは、前記パイロットの目と前記航空機の風防
ガラス間に設計された透明な結合素子にリレー・レンズ
を通って投影されると共に、陰極光線チューブ上で発生
されるものである。前記結合は、前記外側の世界に対し
て前記結合によって妨げられていない視界を彼に同時に
供給する間、前記パイロットの目に前記設計されたシン
ボロジーが回析されるホログラフのフィルムを含む。Ro
ger J. Withringtonによる米国特許番号3,940,204を見
よ。
ホログラムは、入射レーザ・ビームから衝突され得るよ
うな、損失露光から目を保護するために設計されたバイ
ザに於いても使用される。前記バイザに於けるホログラ
フの素子は、使用者の視界の外へ入射レーザ光を回析す
ると共に方向を向け直す。前記光の適当な制御によって
前記ホログラム（角度、波長、他）が発生するために使
用され、前記ホログラムの反射力／透過力の度が選択的
に決定できると共に、与えられた波長のための総反射の
コーンが損失入射光から使用者の目を保護するために提
供されることができる。そのために前記損失光を回析す
る効率的な略１００％であるホログラムは、前記目に到
達しないことが重要である。レーザ・ビームのような極
めて激しいビームに伴って無効率に回析された光は、前
記使用者の目を傷付けるのに十分であり、且つ前記保護
のコーンに入ってもよい。
それは、通常零度の縞に伴ってホログラムを作成するた
めに望まれるもので、例えば縞は前記ゼラチンの表面に
平行である。しかしながら、ある場合には、物理的な設
計拘束は前記ゼラチン層を保持する基板が所望の縞パタ
ーンに従って形成されることを妨げる。それらの場合、
前記縞は傾斜縞パターンを形成するために前記ゼラチン
の前記表面で交差する。傾斜縞パターンに伴った一つの
問題は、これらの回析効率が一致した零度縞パターンよ
り本質的に低いということである。前記問題は、前記縞
の角度、及び前記結合を横切ってしばしば変化するその
前記回析効率によって、ヘッド・アップ・ディスプレイ
で使用されるホログラムに於いて合成する。
これらは、零度縞ホログラムに於いて得られる非常に高
い効率を有する傾斜縞ホログラムを作成するための前述
の既知の技術ではない。より高い効率零度ホログラムを
作成するためのどのような前記既知の処置も、傾斜縞ホ
ログラムに供給されるときに増加した効率を産出する。
このような処置は、最も効果的な露光レベル、処理温
度、処理分解、ゼラチン水分量、重クロム酸濃度、ビー
ム比、ゼラチンの厚さ及びゼラチンの型を含む。しかし
ながら、傾斜縞ホログラムは、一致した零度縞ホログラ
ムより低い効率を常に有する。
回析効率（絶対値に於いてまたは型を横切る均等性に於
いても）は、ヘッド・アップ・ディスプレイのように重
要なものであり、そして傾斜縞に従った光学の設計のど
のような応用も、零度縞ホログラムのそれが接近する効
率を傾斜縞ホログラムが与える技術から利益を得るとい
うことが明らかである。
発明の摘要 この発明は、零度縞ホログラムの効率に接近する増加し
た効率を有する傾斜縞ホログラムを作成するための技術
を提供することによって、先行技術の欠陥を克服する。
傾斜縞ホログラムに於ける低い効率の現象のための一つ
の解釈は、化学的な膨脹処理の間ゼラチンの効率的な膨
張を認めないと共に、ガラス基板に確保される前記縞の
端に形成される反応したゼラチンである。前記基板に平
行の縞に伴った重クロム酸ゼラチン・ホログラム（１５
ミクロンの厚さのゼラチン層）は、９９．９９％回析
（０．０１％の透過より低く測定された）の効率に対し
て容易に処理され得る。同様のゼラチン・フィルムは、
前記縞が、９９．９％だけの、またはそれ以下の（０．
１０％の透過に関連して）効率を有する前記基板に対し
て１０°の角度である縞のように露光される。
この発明に於いて、固い基板の表面に隣接した薄い層に
於ける干渉縞の端は、上記範囲での前記重クロム酸ゼラ
チンの前記感度を減ずることによるコントラストに於い
て減ぜられる。故に前記縞は、化学的な膨脹処理の間自
然に膨張するために前記ゼラチンを許す前記基板から自
由とされる。前記増加した膨脹は、増加した回析効率を
有するホログラムに於ける結果となる前記ゼラチンに於
いて、前記屈折率変調を拡充する。
一つの実施例に於いて、光反応的ゼラチン記録媒体の感
度は、前記縞パターンがその中に記録される以前に高吸
収性のインコヒーレント光で前記媒体に露光されること
によって隣接した前記基板で減ぜられる。もう一つの実
施例は、前記縞パターンが前記媒体に記録された後、前
記インコヒーレント露光が発生する。更にもう一つの実
施例に於いて、色合いは前記インコヒーレント光の吸収
性を増加するために前記記録媒体に追加される。
故に、この発明の目的は、改善されたホログラムを提供
するためのもので、特に改善された回析効率を有する傾
斜縞ホログラムを提供するためのものである。
この発明のもう一つの目的は、傾斜縞ホログラムを作成
するための改善された方法を提供するためのものであ
る。
この発明の更にもう一つの目的は、ホログラフのヘッド
・アップ・ディスプレイに於いて有効な回析効率を有す
る傾斜縞ホログラムを提供するためのものである。
この発明の更なる目的は、改善されたホログラフのヘッ
ド・アップ・ディスプレイを提供するためのものであ
る。
この発明の更にもう一つの目的は、基板に感光性ホログ
ラフの記録媒体の層を供給する工程と、前記基板に隣接
した表面領域でのみ感光性を減ずるために前記層を処理
する工程とを具備し、前記処理工程は高吸収性のインコ
ヒーレント光で前記媒体に記録する工程、及び傾斜縞パ
ターンを記録するためにコヒーレント光で前記記録媒体
を露光する工程とを備える、増加した効率を有する傾斜
縞ホログラムを作成するための方法を提供するためのも
のである。
この発明の更なる目的は、基板に感光性ホログラフの記
録媒体の層を供給する工程と、前記基板に隣接した表面
領域で感光性を減ずるために前記層を処理する工程とを
具備し、前記処理する工程は高吸収性のインコヒーレン
ト光で前記媒体に露光する工程と、傾斜縞パターンを記
録するためにコヒーレント光で前記記録媒体に露光する
工程と、前記記録媒体を膨脹する工程とを備える、傾斜
縞ホログラムに於いて効率を増加するための方法を提供
するためのものである。
この発明の更に他の目的は、基板と、前記基板上に固定
されたホログラフの記録媒体の層とを具備し、前記層は
その中に記録された傾斜縞パターンを有する前記層と、
前記基板に隣接した前記媒体の表面領域でのみ前記ホロ
グラフの媒体の内側に於ける前記縞パターンからのコン
トラストに於いて実質的に減ぜられる前記傾斜パターン
とを有する、増加した効率を有する傾斜縞ホログラムを
提供するためのものである。
この発明の、これら及び他の、そして更なる目的と特徴
は、前述と以下の詳述及び請求の範囲と図面を含む発表
に於いて明らかにされる。
図面の簡単な説明 第１ａ図及び第１ｂ図は、それぞれ零度縞を有するホロ
グラムの概略断面図及び傾斜縞ホログラムの概略断面
図、 第２ａ図はこの発明に従ってホログラムを作成する方法
の概略断面図、 第２ｂ図はこの発明の傾斜縞ホログラムの概略断面図、 第３図は第２ｂ図に示される構造の感度側面のグラフ図
である。
好ましい実施例の説明 第１ａ図及び第１ｂ図を参照すると、在来的な零度縞ホ
ログラム及び在来的な傾斜縞ホログラムが、一般にそれ
ぞれ数字10及び12によって表示される。
前記零度縞ホログラム10は、光反応的ゼラチンの層14、
代表的なガラスの固い基板16の表面に供給される、代表
的な重クロム酸ゼラチン（通常０．０２０Ｍアンモニウ
ム重クロム酸塩−８％ゼラチン；ヘッド・アップ・ディ
スプレイに於いて略６〜１５ミクロンの厚さ、またはレ
ーザ・アイ保護デバイスに於いて１５〜２５ミクロンの
厚さ）を含む。レーザ光のようなコヒーレント光の交差
ビーム18及び20が、干渉パターンをセット・アップする
ために前記ゼラチン14を通り抜ける。前記ゼラチン14に
伴って反応する前記光は、前記干渉パターンにより従っ
た手法に於いて前記ゼラチンを区別して露光する。露光
されたゼラチンは、露光されないゼラチンより固くなる
と共に交差結合されるものであり、その体積の隅々まで
調整するか変化する屈折率を有するために、前記ゼラチ
ン層14を生じさせる。前記最大の屈折率の範囲が、前記
ホログラムの機能及び性質を特徴付ける縞のパターン22
を明らかにする。
前記縞22は、これらが前記ゼラチン層14の表面24に平行
とされることによって、零度縞と呼ばれる。前記縞22の
方位は、前記ゼラチン表面24と前記構造ビーム18及び20
の間の角度のある関係によって決定されるものである。
零度縞は、前記構造ビームが入射角に等しくなったとき
形成されるものである。
前記傾斜縞ホログラム12は、固い基板34の前記表面に供
給された光反応的ゼラチンの層32に於ける縞30のパター
ンを記録するコヒーレント光の上記交差する構造ビーム
26及び28に於いて、前述された前記零度縞ホログラムに
対して一般に同様である。しかしながら、前記構造ビー
ム26及び28は、前記ゼラチン表面36で交差する傾斜した
縞を作り出す故に、及び異なった入射角度を有する。
簡単な限界点により前記縞パターンは、前記構造ビーム
を再生させるために必要とされた情報の全てを含んだホ
ログラムに於いて記録される。前記構造ビームの一つに
応じて光のビームで露光したホログラムは、前記構造ビ
ームのもう一つに応じて第２の光のビームを作り出すと
共に再形成する。前記構造ビームの何れかから重要に異
なった波長または方向を有する光のビームで露光される
とき、前記ホログラムは透明な一片のガラスとして作用
する。この故に、ホログラムは波長及び方向感度の光学
フィルタとして使用され得る。
第１ａ図及び第１ｂ図に示される前記ホログラム10及び
12は、反対の方向に伝わる前記構造ビーム18、20及び2
6、28によって反射ホログラムと呼ばれる。前記構造ビ
ームが同方向に伝わっていたならば、透過ホログラムは
作り出されていたであろう。
ホログラム作成に於いて、前記ゼラチンは、前述した前
記手法に於けるコヒーレント光で最初に露光されるもの
であり、且つ技術上周知である多くの処理段階に委ねら
れるものである。処理中、前記ゼラチンは水分離に於い
て膨脹されると共にイソプロピル・アルコールで速やか
に脱水されるものである。固くなった露光されたゼラチ
ンは、柔らかい露光されないゼラチンより少なく膨脹
し、前記屈折率に於ける前記相違を拡充する。前記ホロ
グラムの回析効率は、前記屈折率変調の振幅と直接関連
がある。回析効率は、光学フィルタとして前記ホログラ
ムの有効性の割合である。
傾斜縞ホログラムが零度縞ホログラムより本質的に低い
効率を有することは周知のものである。傾斜縞ホログラ
ムに於ける効率の損失のための一つの可能な解釈は、露
光の間前記基板に確固として取付けられる前記基板と接
触する前記露光されて固くなったゼラチンであり、故
に、化学的な処理段階の間前記ゼラチンの前記膨脹を抑
制する。この発明は、記録の間柔らかい材料で干渉する
ことによって前記基板から前記固くなった露光されたゼ
ラチンを分離するもので、故にその後の化学的な処理の
間自由に膨脹するために前記ゼラチンを認める。結果は
増加した回析効率を有する傾斜縞ホログラムとなる。
この発明の結果及び過程は、第２ａ図及び第２ｂ図に示
される。
第２ａ図を参照すると、ホログラム記録組織38は、ガラ
スのような固い基板42の表面に供給された重クロム酸ゼ
ラチンのような光反応的材料の層40を含む。前記組織38
の前記基板側は、前記光反応的層40の中へ前記基板42を
通り抜けてインコヒーレント光44が平等に照射される。
前記インコヒーレント光44の波長は、前記光反応的材料
によって高い吸収性をもつように選択されるので、前記
記録層40の中へ短い距離でのみ侵入する。色合いは、前
記材料の前記光吸収性を増加するために前記層40に含ま
れることができる。重クロム酸ゼラチンの場合、前記重
クロム酸塩自体は、固有の波長（例えば、３６６０オン
グストローム）が前記インコヒーレント光44のために選
択されると、前記色合いとして供給されてもよい。
代表的な実施例に於いて、重クロム酸ゼラチン層40（略
３×１０１７分子アンモニウム重クロム酸塩／cm2を含
む略１５ミクロンの厚さ）が、濾波された水銀アーク灯
（図示せず）からインコヒーレント光44で露光される。
インコヒーレント照度は、２０００〜５０００オングス
トロームの範囲内、好ましくは３６６０オングストロー
ム、そして７０〜４２０ミリジュール／平方cmの範囲内
とされ得る。３６６０オングストロームでの前記層の光
学吸光性は、５．２である。前記３６６０オングストロ
ーム・エネルギーは、３．２ミクロンのゼラチン／ガラ
ス境界面46内の入射レベルの５％に減ぜられる。
前記インコヒーレント光は重クロム酸イオンを減じ、前
記ゼラチンを固くして、影響を受けた範囲の感光性を弱
くする。故に、その後のホログラム露光のための有効な
反応しない重クロム酸ゼラチンは、略１２ミクロンまた
は前記記録層40の底部一面に感度の漸次の低下に伴った
より劣る厚さとなる。
第２ｂ図を参照すると、構造ビーム48及び50は前述のよ
うに説明された手法に於いて、前記光反応的ゼラチン40
に於ける傾斜縞パターン52を記録する。構造ビーム48及
び50は、約０．０６の前記光反応的層40に於けるこれら
の光学吸収性のために、５１４５オングストロームの波
長を代表的に有する。むしろ、前記構造ビーム48及び50
は、前記インコヒーレント光44によって影響を受けなか
った前記光反応的層40の上側の領域に於いて高いコント
ラスト縞パターン52を作り出し、前記インコヒーレント
光44によって感度を減ぜられた前記光反応的層40の下側
の領域に於ける低いコントラスト縞パターンを作り出
す。前記縞コントラストは、前記基板42の前記表面46に
隣接した薄い層に於いて零に接近する前記感度を減じた
範囲を通って減少する。上記薄い層は、前記固い基板42
に比べて柔軟であると共に、前記基板42から前記縞パタ
ーン52の端を妨げるために供給される。前記記録された
ゼラチン40は、前述のように説明された前記在来的な化
学的処理ステップに対して委ねられたとき自由に膨脹す
る。
第３図はこの発明の前記ホログラム記録組織38のための
感光性側面を示す。感度レベルは、前記光反応的層40の
前記より上の領域の隅々まで高いものである。前記層40
の下側の領域に於ける前記感度レベルは、前記光反応的
層40と前記基板42間の境界面から短い間隔の点で零に徐
々に減少する。それは、前記基板42に直接隣接した前記
薄い層の隅々に零で存続する。
在来的な傾斜縞ホログラムは、約９９．９７％の最大効
率を有するために示された傾斜角１０°を有する。傾斜
縞ホログラムは、９９．９９７％のように高く達成され
た効率を有する同様のサンプル上に、この発明に従って
作成される。結果は、その効率を本質的に減ずると共に
前記ホログラムの厚さを有効に減少するインコヒーレン
ト露光によって約０．５吸収性ユニットの平均改善が示
された。
この発明は、縞パターンが前記光反応的層に記録される
以前または以後の何れも、前述のように説明された前記
インコヒーレント露光の使用を企図する。前記インコヒ
ーレント露光が記録する以前に生じれば、前記記録媒体
の感度は前記基板に隣接した前記領域に於ける高いコン
トラスト縞パターンの記録を妨げるために、前述して説
明されたように減ぜられるものである。前記インコヒー
レント露光が前記記録以後生ずると、前記基板に隣接し
た前記光反応的層に於いて記録された前記高いコントラ
スト縞パターンは、予備露光技術によって作り出された
それに類似する低いコントラスト縞パターンを作り出す
ために不鮮明にされる。
前記増加した効率は、しばしば必要とされる高い効率の
傾斜縞ホログラムでヘッド・アップ・ディスプレイに於
いて使用するために、特によく適した合成的なホログラ
ムを作成するこの発明によって達成される。しかしなが
ら、この発明は、一般に全ての傾斜縞ホログラムに適切
なものであり、そしてヘッド・アップ・ディスプレイに
使用されるそれらに限定されないものである。
加うるに、この発明は前述の説明された特定の感度減少
技術に限定されないものである。この発明は、前記基板
に隣接した表面領域に於ける前記記録媒体の前記感度を
減ずることが可能である前記技術に於いて、既知のどの
ような技術の使用をも企図する。この発明から異なった
目的のための重クロム酸ゼラチンで感度を減ずるための
一般的な技術は、John E.WreedeとJames A. Arnsによる
“Side Lobe Suppression in Hologram”と称された同
時係属出願第686,645、及びMao-Jin ChernとJohn E. Wr
eedeによる“Flare Reduction in Holograms”と称され
た第684,538に説明されている。
この発明が特定の実施例に関連して説明された間、この
発明の前記正確な本質及び範囲は以下の請求の範囲に於
いて明らかにされる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−135844（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−95702（ＪＰ，Ａ) 特公 昭46−42452（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭44−2545（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板に感光性ホログラフの記録媒体の層を
    供給する工程と、 高吸収性のインコヒーレント光で前記基板を介して前記
    媒体を露光する工程を備えるもので、前記基板に隣接し
    た表面領域にのみ感光性を減ずるために前記層を処理す
    る工程と、 前記記録媒体に於ける前記基板に隣接した表面領域側に
    低いコントラスト、前記表面領域から離れた側に高いコ
    ントラストの縞パターンを作成するべく傾斜縞パターン
    を記録するためにコヒーレント光で前記記録媒体を露光
    する工程と、 前記記録媒体を膨脹する工程と を具備することを特徴とする増加した効率を有する傾斜
    縞ホログラム作成方法。
  2. 【請求項２】前記ホログラフの媒体は重クロム酸ゼラチ
    ンであり、前記インコヒーレント光は約３６６０オング
    ストロームの波長である請求項１に記載の増加した効率
    を有する傾斜縞ホログラム作成方法。
  3. 【請求項３】前記インコヒーレント光で媒体を露光する
    工程のステップはコヒーレント光で前記媒体を露光する
    工程のステップ以前に実行される請求項１に記載の増加
    した効率を有する傾斜縞ホログラム作成方法。
  4. 【請求項４】前記インコヒーレント光で媒体を露光する
    工程のステップはコヒーレント光で前記媒体を露光する
    工程のステップ以後に実行される請求項１に記載の増加
    した効率を有する傾斜縞ホログラム作成方法。
  5. 【請求項５】前記媒体は前記インコヒーレント光の吸光
    性を増進する色合いを含む請求項１に記載の増加した効
    率を有する傾斜縞ホログラム作成方法。
  6. 【請求項６】前記記録媒体は約６〜２５ミクロンの厚さ
    で供給される請求項１に記載の増加した効率を有する傾
    斜縞ホログラム作成方法。
  7. 【請求項７】基板に感光性ホログラフの記録媒体の層を
    供給する工程と、 高吸収性のインコヒーレント光で前記基板を介して前記
    媒体を露光する工程を備えるもので、前記基板に隣接し
    た表面領域で感光性を減ずるために前記層を処理する工
    程と、 前記記録媒体に於ける前記基板に隣接した表面領域側に
    低いコントラスト、前記表面領域から離れた側に高いコ
    ントラストの縞パターンを作成するべく傾斜縞パターン
    を記録するためにコヒーレント光で前記記録媒体を露光
    する工程と、 前記記録媒体を膨脹する工程と を具備することを特徴とする傾斜縞ホログラムに於ける
    効率増加方法。
  8. 【請求項８】前記ホログラフの媒体は重クロム酸ゼラチ
    ンであり、前記インコヒーレント光は約３６６０オング
    ストロームの波長である請求項７に記載の傾斜縞ホログ
    ラムに於ける効率増加方法。
  9. 【請求項９】前記媒体は前記インコヒーレント光の吸光
    性を実行する色合いを含む請求項７に記載の傾斜縞ホロ
    グラムに於ける効率増加方法。
  10. 【請求項１０】前記記録媒体は約６〜２５ミクロンの厚
    さで供給される請求項７に記載の傾斜縞ホログラムに於
    ける効率増加方法。
  11. 【請求項１１】基板と、前記基板の上に固定され、且つ
    作成工程に於いて膨脹処理のなされるホログラフの記録
    の層とを具備するもので、前記層は記録された傾斜縞パ
    ターンと、前記基板に隣接した媒体の表面領域にのみ前
    記ホログラフの媒体の内部の前記縞パターンからのコン
    トラストに於いて実質的に減ぜられる前記縞パターンと
    を有することを特徴とする増加した効率を有する傾斜縞
    ホログラム。
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