JPS60122980A - ホログラムの作製法 - 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】 〔技術分野〕 本発明はホログラムの作製法に関するものであり、特に
物体光と参照光とをホログラム再生によシ得て行われる
ホログラム作製法に関する。

〔従来技術〕

ホログラフィ技術を用いて点光源のホログラムを作製す
ることによシホログラムレンズが得うれる。ホログラム
レンズは平板形であり、その厚さが数ミクロン程度の薄
膜レンズであること、ステ、！・アンド・リピート法で
同一平板上に多数のレンズを量産できること等の利点を
有している。

このため、たとえば光デイスク装置の光ヘッドの集光レ
ンズや半導体レーザからの発散光束を平行光束に変換す
るためのコリメーシ讐ンレンズ等のレーザ光を利用する
光学系における光学素子としてホログラムレンズを利用
することが提案されている。

光デイスク装置の光ヘツド部の光学系は、ディスク基板
である通常厚さ１．１＋ｍ程度のグラスチック板の裏面
に記録された信号を該ディスク基板を通して読取る様に
ディスク基板の表面側に集光用ホログラムレンズが配置
される。ホログラムとンズはディスクのゆれによシ衝突
を生じない様にディスク基板と１■程度の空気間隔をお
いて配置され、更にホコリ等の付着を防ぐため適当な厚
さの′カバーガラス又は保護層が介在せしめられる。

この様な光学系中において使用されるホログラムレンズ
の作製光学系を第１図に示す。図において、レーデ光源
１から発せられた単色光２の一部が半透鏡３を透過し反
射鏡４で反射され、顕微鏡対物レンズ１５によりピンホ
ール１６に集光され、該ピンホール１６ｖｉ−透過した
光はコリメーシ目ンレンズ１７を透過して平行光束１８
となシ、平行平板９を透過してホログラム基板ｌＯ上に
塗布されたホログラム感材ｌｌへと入射する。これが参
照光である。一方、半透鏡３で反射された光束は反射鏡
５によシ反射され顕微鏡対物レンズ７によシビンホール
８に集光され、該ピンホール８を透過した光は発散光束
１２となシ、平行平板９を透過してホログラム感材１１
へと入射する。これが物体光である。物体光束１２は平
行平板９によシ球面収差をもった発散光束となシ、これ
と参照光束とはホログラム感材１１の位置において干渉
縞を形成し、この干渉縞がホログラム感材１１に記録さ
れる。これを現像処理することによシホログラムレンズ
が得られる。

かくして作製されたホログラムレンズを使用する場合に
は、作製時に用いられたと同一の波長のレーデ光を平行
光束１８と同一角度で但し逆向きに平行光束としてホロ
グラム１１に入射させる。

ホログラム１１により回折された光は作製時に物体光に
与えられた球面収差をもった収束光束となシ、これがカ
バーガラスとディスク基板を透過した後にはホログラム
作製時のピンホール８に対応する０位置に光スポットが
生ずる。

かくして、作製時と使用時に同一波長の光を用いること
によシホログラムレンズで略無収差にて完全な波面再生
を行うことができる。

特に、ホログラム感材１１として重クロム酸ゼラチン等
を用いて体積型位相ホログラムを作製した場合にはホロ
グラムの回折効率をほぼ１０（１に迄向上させることが
でき光の利用効率は十分高いものとなる。

ところで、ホログラムを用いた光学系における光源とし
ては小型、軽量且つ特別な変調器を必要としない半導体
レーデを用いるのが好ましい。この様な半導体レーデの
発振波長域は通常近赤外域から赤外域にかけて（０，７
８μｍ以上）である。従って、この半導体レーデを用ば
て上記の如きホログラムレンズの作製及びこれを用いた
像再生を行う場合にはホログラム感材として０．７８μ
常以上において有効感度を有するものを用いる必要があ
る。この波長域に感度を有するホログラム感材としては
赤外光に増感された銀塩感材がある。しかしながら、こ
の感材を用いて作製されたホログラムは吸収型ホログラ
ムでおることから回折効率が数−程度と低い欠点がある
。また、これを漂白する等の方法によれば回折効率はあ
る程度向上するが、これにも限度がある。

従って、回折効率の向上をはかるには体積型位相ホログ
ラムを採用する必要がある。この様なホログラムの作製
に用いられる感材としては重クロム酸ゼラチンが代表的
である。ところが、この感材は有効感度領域がそのまま
では最大０．５５μｍの緑色光まででアシ、特殊な色素
増感ｆｔ戸っても０．６μｍの赤色光まで感度を持たせ
得るにすぎない。

更に、体積型ホログラム用感材として近赤外域及び赤外
域に有効感度を有するものは未だ知られていない。

このため、体積型位相ホログラムの作製時には半導体レ
ーデは使用できず、それよシ短かい波長のレーデが用い
られる。この様にして作製されたホログラム金半導体レ
ーデを用いた光学系において使用すると、作製時と使用
時とで光の波長が異なるため無収差では結像しなくなシ
、従って場合によっては収差補正が必要となる。使用時
の光の波長の違いにより発生する収差を考慮して予め作
製光束に収差を与えてホログラム作製を行う場合には、
参照波と物体波とを独立な光学系で作製し、それを所定
の空間に配置する必要がらる。このためホログラム作製
光学系のセツティング精度は極めて厳しいものとなる。

以上は平行光束を一点に集光するホログラムレンズに関
し行ったものでおるが、発散光束を収束光束に変換する
ホログラムレンズでは別の困難が生ずる。第２図は一点
から発散する光束を他の一点に集光するホログラムレン
ズの作製光学系を示す図である。図において、参照光束
１８はホログラム基板１０を射出した後に空気中の点２
０に無収差で収束する必要がある。ところが、この光束
１８は平行平板９及びホログラム基板１０を通過するた
め、これら光学素子によシ収差が発生し、この収差を打
消すためにたとえば平行平板９の手前に単レンズ１７及
びシリンドリカルレンズ１τをそれぞれ光軸に斜設する
等の手段が必要となる。

しかし、実際にはこの様な光学系を設計し、光学素子を
作製し且つ精度良く配置することはかなシ困難である。

更に、ａｉｉ図及び第２図の如きホログラム作製光学系
においては、ホログラム感材１１の直前に平行平板９が
置かれているため、これによる有害なゴースト像が発生
する。即ち、物体波光束１２の一部が平行平板９の第２
の面次いで第１の面で反射された光束１３や、物体波光
束１２の一部がホログラム感材１１の表面次いで平行平
板９の第２の面で反射された光束１３′がホログラム感
材１１に入射して有害なゴースト像が記録される。

これらのコ９−スト像はホログラムレンズの使用時に再
生され、不要なゴースト光の発生や回折効率の低下をま
ねくことになる。

〔発明の目的〕

本発明は、以上の如き従来技術に鑑み、単純な構成で実
施でき特別厳密なセツティング精度を必要としないホロ
グラムの作製法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、ホログラムの作製時の光の波長と
使用時の光の波長とが異なる場合において、実買上無収
差で且つ高回折効率の再生を行うことのできるホログラ
ムを作製することである０以上の如き目的は、ホログラ
ム作製に用いられる複数の光束として同一基板上に作製
されている複数のホログラムの再生光を用いることによ
ル達成される。

〔発明の実施例〕

本発明の内容説明に先立ち、渠３図（、）及び（ｂ）に
よりブラッグ回折の原理を説明し、体積型ホログラム作
製時の光の波長と使用時の光の波長とが異なる場合でも
使用時波長光に対しシラ、グ条件を満足することのでき
るホログラムを作製し得ることを説明する。− 第３図（ａ）　Ｋホログラム１１の使用時の波長λ１テ
ノフラッグ回折を示す。図において、ピッチｄ１の干渉
縞２０に角度φｌで入射した光線２１はシラ、グ条件を
満足しているときには回折の結果干渉縞に対し角度φ１
で射出する光線２１′となる。この場合の関係は波長λ
ｌでのホログラム感材の屈折率をＮ１　とすると、 ２ｄ、龜φ１　＝　λ１／Ｎ！　（す で表わされる。

（１）式を満足する干渉縞を使用時の波長のλＩとは異
なる波長λ２の光を用いて作製するには、波長λ２での
ホログラム感材の屈折率をＮ２とすると、 ２ｄ２幽φ２＝λｚ／Ｎ２（２） を満足する角度φ２で光を入射すればよい。その様子を
第３図（ｂ）に示す。尚、ここで作製時の干渉縞のピッ
チを使用時のｄｌとは異なるｄ２としたのはホログラム
現像時の感材寸法の変化を考慮したためであシ、従って
第３図（ｂ）によシ作製されたホログラムは現鐵後第３
図（、）に示される様に干渉縞のピッチがｄｌとなる。

第３図（ｂ）に示される様に干渉縞２０を形成すべく角
度φ２で２方向から光線２２及び２２′を入射すれば使
用時にブラッグ条件を満足する干渉縞をもつホログラム
が得られる。（１）式及び（２）式におけるｄｌとｄ２
との間には特定の関係があるが、ここで簡単のためＫｄ
１＝ｄ！とすれば、（１）式及び（２）式よシ、φ２は
龜φ２＝（（λ２　／Ｎ２　）／　（λｔ／Ｎｔ））出
φ１（３）を満たす様に定められる。また、１１１ｂ１
φ２１く１であるから、μミ（λｇ／Ｎ＊）／（λｔ／
Ｎｔ）として１μ・ｓｉｎφ１１く１を満足する必要が
ある。

以上説明した如く、ホログラムの使用時の光の波長が作
製時の光の波長と異なる場合であっても、ホログラム作
製時にホログラム感材の各点に対してそれぞれ適切な方
向から２光束を入射させることによル、使用時に各点に
おいてゾラッグ条件を満足し且つ所定の方向に回折光？
生ぜしめ得るホログラムを作製することができる。

以下、本発明の具体的実施例につき説明する。

第４図は光デイスク装置の光へ、ド部においてホログラ
ムレンズを用いた場合の光学系を示す図である。図にお
いて、波長λｌの平行光束２６がホログラム基板２８に
入射しホログラム２９で略１００％回折され、カバーガ
ラス又は保護膜３゜を通過して空気中に射出され、収束
光束２７となってディスク３１の裏面３１′に集光せし
められる。

第５−図は第４図の光学系において用いられるホログラ
ムレンズの作製光学系を示す図である。図において、波
長λ２の参照波光束３３及び物体波光束３４がホログラ
ム感材３２に入射せしめられる。ここで、参照波光束３
３及び物体波光束３４は上記の如き原理に従ってホログ
ラム使用時に第４図の如き回折にｉｐ略無収差にて集光
することができるホログラムを得る様に定められる。こ
の様な光束を作製する方法としては、レンズ系を用いる
方法又は計算機ホログラム（ＣＧＨ）を用いる方法、更
にはこれら２つを組合せた方法等がある。

以下、ＣＧＨによる方法を説明する。

従来、ＣＧＨを作製するにはＸ−Ｙｆ口、ターによる拡
大ホログラムを作製し、これを光学的に縮小露光する方
法がとられていた。ところが、この方法では縮小過程に
光学系及びその配置の誤差等の誤差が入夛込み、特に高
ＮＡのホログラムでは十分満足すべき性能をもったＣＧ
Ｈが得られなかった。しかし、近年半導体集積回路作製
技術の向上に伴い電子線露光（ＥＢ露光）法によシ微細
加工を行うことが可能となった。このＥＢ露光法を用い
ればホログラム感材に微細ノリーンを形成することがで
き、光学系を用いた縮小が不要となるので高性能のＣＧ
Ｈが得られる。Ｅｌ露光ＣＧＨ用の感材としては、ポリ
−、メチルメタクリレート（ｐ−ＭＭＡ）、ポリ−ｔ−
ブチルメタクリレート（ｐ−ＤＭＡ　）、ポリ−メタク
リル酸無水物（ｐ−ＭＡ−ＡＮ）等があり、サブミクロ
ン線巾のグレーティングを作製することができる。

仁の様なＣＧＨを用いることにょル目的とする光束を得
ることができる。この様なＣＧＨを用いたホログラム作
製光学系の一実一例を第６図に示す。

図において、３８及び４ｏはレーデ光源からの光束をビ
ームエクスノ９ンダー等を用いて平行光束化したものの
一部でアリ、それぞれ基板３７上に作製されたホログラ
ム４２及び４３に入射する。この２つの平行光束３８及
び４０ＨＩつの平行光束の一部をとシ出して示したもの
であシ、平行光束３８は参照波用ホログラム４２に入射
する光束を表わし、平行光束４ｏは物体波用ホログラム
４３に入射する光束を表わす。参照波用ボログラム４２
に入射した光束は一部が透過光束３９となり、一部が一
次回折して参照波光束３３となる。同様に、物体波用ホ
ログラム４３に入射した光束は一部が透過光束４１とな
シ、一部が一次回折して物体波光束３４となる。参照波
光束３３と物体波光束３４とがホログラム基板２８上の
ホログラム感材３２内で形成する干渉縞が記録される。

ここで、３５は光束をホログラム３６又はホログラム感
材３２の所定の部分のみに入射させるためのマスクでる
る。また、３５′は参照波用ホログラム４２及び物体波
用ホログラム４３から発生した不必要な透過光束３９及
び４１や高次回折光束５ｏ及び５１を遮光するため基板
３７に設けられたマスクであシ、従って不要な光はホロ
グラム感材３２には達することがない。

ここで必要なホログラムの格子ビ、チやその方向は格子
方程式によって定めることができる。

座標軸としてホログラム面に垂直の方向にＸ軸、面内方
向にｙ軸及びｚ＠金と９、入射光束及び射出光束の方向
余弦をそれぞれ（ｔｌ　ｒ　ｎｌｌ　ｌ　ｎｌ）及び（
１Ｂ　＋　ｆｆ１２　１　ｎ意）とし、格子のｙ方向及
び２方向のピッチをそれぞれＰｙ及びＰ２とすると、以
下の関係が成立する。

ｐ、−λｃ　／　（ｍ＊−町）（４） Ｐ、　＝λｃ／（ｎ２−　ｎｔ　）　、　（５）ここで
、λ。はレーデ光の波長である。（４）式及び（５）式
によシボログラム上の各点における格子ピッチが定まる
。この格子ピッチはホログラム上の任意の点について算
出可能で１ハホログラム全体として滑らかに結ぶ曲線群
を考えるとこれが必要なホログラムの形となる〇 第７図は第６図の光学系において用いられるホログラム
３６をＸ軸方向から観察した様子を示す。

４４は座標原点であシ、４２及び４３はそれぞれ参照波
用ホログラム及び物体波用ホログラムである。このホロ
グラムは、第４図に示される如き光学系において波長０
．７８μｍの入射千行晃束２６を入射角７５度で入射さ
せて使用されるホログラム２９を作製するため、第６図
に示される如き作製光学系において波長０．４８８μｍ
の入射光束３８及び４０を入射角４０度で入射させる際
に使用されるものである。この設計例では、物体波用ホ
ログラム４３はグレーティングのピッチ０．６〜１３０
μｍ本数５０００本、大きさ４Ｘ４ｓｍ＋であシ、参照
波用ホログラム４２はグレーティングのピッチ１．７〜
６μｍ本数５６００本、大きさ１２Ｘ１．４ｍであシ、
いずれもＢＢ露先によるＣＧＨで達成可能な数値である
。

次に、上記の如き本発明の実施例によるホログラム作製
光学系の配置精度につき説明する。ホログラム使用状態
（第４図）において使用ＮＡ内で波面収差がλｈ（λは
使用時の光の波長）以下となる様なホログラム作製光学
系の配置精度を計算すると、使用時の光の波長及び作製
時の光の波長をそれぞれ０．７８ｐｒｎ及び０．４８８
μｍとして、ＣＧＨとホログラム感材との相対配置精度
は±１００μｍでよい。更に、本実施例においては物体
波用ＣＧＨと参照波用ＣＧＨとは同一基板上に作製され
るためこれらの間には原理的には配置誤差が発生しない
。

これに対し、互いに独立な物体波用光学系と参照波用光
学系とを用いた場合には、これら光学系の間の相対配置
精度は±３０μｍ、相対面倒れは±３′が必要となシ、
またこれら光学系とホログラム感材との相対配置精度は
±３０μｍが必要となる。

以上の実施例においては同一基板上に２つのＣＧＨを配
置した場合につき説明したが、上記で説明した方法の繰
返し適用により同一基板上にＣＧＩ（を２個１組として
多数組配置作製することができ、これを用いれば一度の
ホログラフィ−露光により多数個のホログラムを作製す
ることができる。

〔本発明の効果〕

以上の如き本発明のホログラム作製法によれば物体波用
ホログラム及び参照波用ホログラムとホログラム感材と
を平行に配置すればよいので配置方法が簡単化できる。

また、本発明方法によれば物体波及び参照波が収差をも
ったものであっても作製光学系の厳密な配置精度を必要
としない。

【図面の簡単な説明】

第１１図及び第２図は従来のホログラム作製光学系を示
す図である。第３図（、）はホログラムによる光のゾラ
ッグ回折を示す図であり、第３図（ｂ）は光の干渉によ
るホログラム作製を示す図でめる＠第４図はホログラム
レンズの使用時の光学系を示す図であシ、第５図及び第
６図はその作製時の光学系を示す図であル、第７図は第
６図の光学系に用いられる計算機ホログラムの平面図で
ある。 １：レーデ光源、７，１５：顕微鏡対物レンズ、８．１
６：ビンホール、９：平行平板、ｌｏ：ホログラム基板
、１１：ホログラム又はホログラム感材、Ｉ　７　：コ
リメーシロンレンズ、１７’ニジリントリカルレンズ、
２８：ホログラム基板、２９：ホログラム、３２：ホロ
グラム感材、３５．３５’：マスク、３６：ホログラム
、３７：基板、４２：参照波用ホログラム、４３：物体
波用ホログラム。 第３ （Ｑ） （ｂ） 第４図 坑５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の光束を相互に干渉せしめて作製するホログ
   ラムの作製法において、該複数光束を同一基板上に作製
   されている複数のホログラムの再生光を用いて作製する
   ことを特徴とする、ホログラムの作製法。
2. （２）　同一基板上に第１及び第２のホログラムが複数
   組配置されている、第１項のホログラムの作製法。
3. （３）第１及び第２のホログラムに同一光学系によシ作
   製された照明光束が入射せしめられる、第１項のホログ
   ラムの作製法。