(57)【要約】【課題】ホログラムを明瞭に多重記録する。【解決手段】第１光１５１，１５２および第２光１６１，１６２に対して感光する感光性材料層１２０を形成する層形成工程と、第１光１５１，１５２および第２光１６１，１６２を同時に同一の入射角度で感光性材料層１２０に入射させて、第１光１５１，１５２による露光時間と第２光１６１，１６２による露光時間とを同一にして、第１ホログラムおよび第２ホログラムを含むホログラム１３０を感光性材料層１２０に記録する記録工程とを備える。【選択図】図１
2012042736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長を有する第１光および第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２光をそれぞれ感光性材料層中で干渉させた際に、該第１光を回折して該第２光を回折せずに透過する第１ホログラムと、該第２光を回折して該第１光を回折せずに透過する第２ホログラムとを含む、波長選択性ホログラムの作製方法であって、
前記第１光および前記第２光に対して感光する前記感光性材料層を形成する層形成工程と、
前記第１光および前記第２光を同時に同一の入射角度で前記感光性材料層に入射させて、前記第１光による露光時間と前記第２光による露光時間とを同一にして、前記第１ホログラムおよび前記第２ホログラムを含むホログラムを前記感光性材料層に記録する記録工程と
を備える、波長選択性ホログラムの作製方法。
【請求項２】
前記第１光および前記第２光は、前記第１の波長を有する光および前記第２の波長を有する光が照射されることにより、前記第１の波長を有する光および前記第２の波長を有する光のそれぞれに複数の回折光を発生するマスタホログラムに、前記第１の波長を有する光および前記第２の波長を有する光が照射されることにより生成され、
前記記録工程において、複数の回折光からなる前記第１光同士を干渉させ、かつ、複数の回折光からなる前記第２光同士を干渉させることにより、前記感光性材料層を露光する、請求項１に記載の波長選択性ホログラムの作製方法。
【請求項３】
前記マスタホログラムとして、前記マスタホログラムにより生成される前記第１光および前記第２光の各々の回折効率が、前記第１光および前記第２光の各々の波長を有する前記マスタホログラムに照射される光の各々の出力に対応するように、記録されたホログラムを用いる、請求項２に記載の波長選択性ホログラムの作製方法。
【請求項４】
第１の波長を有する第１光および第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２光をそれぞれ感光性材料層中で干渉させた際に、該第１光を回折して該第２光を透過する第１ホログラムと、該第２光を回折して該第１光を透過する第２ホログラムとを含む、波長選択性ホログラムの作製装置であって、
前記第１の波長を有する光を出射する第１光源と、
前記第２の波長を有する光を出射する第２光源と、
前記第１光源から出射された光および前記第２光源から出射された光の光軸を揃える光軸調整部と、
前記第１光および前記第２光を前記感光性材料層に対して同一方向から入射させる入射方向調整部と、
前記第１光および前記第２光による前記感光性材料層の露光時間を同時に調節する露光調節部と
を備える、波長選択性ホログラムの作製装置。
【請求項５】
前記第１光源および前記第２光源から光が照射されることにより、前記第１の波長を有する光および前記第２の波長を有する光のそれぞれに複数の回折光を発生するマスタホログラムを備え、
前記第１光および前記第２光は、前記第１光源および前記第２光源の各々から光が前記マスタホログラムに照射されることにより生成され、
複数の回折光からなる前記第１光同士の干渉縞、および、複数の回折光からなる前記第２光同士の干渉縞に対応して前記感光性材料層を露光する、請求項４に記載の波長選択性ホログラムの作製装置。
【請求項６】
前記マスタホログラムにおいては、前記マスタホログラムにより生成される前記第１光および前記第２光の各々の回折効率が、前記第１光源および前記第２光源の各々の出力に対応している、請求項５に記載の波長選択性ホログラムの作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択性ホログラムの作製方法およびその作製装置に関し、特に、体積型ホログラムである波長選択性ホログラムの作製方法およびその作製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホログラフィ技術を用いた回折光学素子およびディスプレイ装置が開発されている。それらの作製方法として、ホログラム記録媒体中にレーザ光を直接照射してホログラムを記録する方法、および、所定のホログラムパターンが形成されたマスタホログラムにレーザ光を照射することによりマスタホログラムから発生する再生光を利用してホログラムを記録する方法などがある。前者は、主にマスタホログラムのホログラムパターンを形成する際、または、作製されるホログラムの数量が少ない場合に適用される作製方法である。後者は、マスタホログラムに形成されたホログラムパターンを転写することができるため、ホログラムの量産時などに適用される作製方法である。
【０００３】
ＢＤ(Blu-ray Disc)またはＤＶＤ(Digital Versatile Disc)などに用いられる回折光学素子およびディスプレイ装置などにホログラフィ技術を用いる場合、異なる波長帯域の光を同一の所望の方向に回折させるため、ホログラム記録媒体中の同一箇所に、波長の異なる光による複数のホログラムを多重記録させる必要がある。多重記録されたホログラムは、特定の再生条件でマスタホログラムから発生した再生光のみを回折する波長選択性を有し、波長選択性ホログラムとして機能する。
【０００４】
ホログラフィ技術を利用した転写方法および装置を開示した先行文献として、特許文献１がある。特許文献１に記載された転写方法においては、マスタホログラム記録時に、複数のホログラムパターンをそれぞれ異なる記録条件で記録した後、転写時に、マスタホログラムに形成された各々のホログラムパターンをそれぞれ異なる再生条件で一つずつ再生している。このようにして、クロストークのない明瞭な再生光を用いてホログラムを記録材料中に転写している。
【０００５】
上記の方法においては、波長選択性ホログラムを記録する際に、それぞれ波長を変化させた再生条件で多重記録された個々のホログラムを再生することにより、転写用のホログラム記録媒体中において干渉縞に対応した露光を行なうこととなる。
【０００６】
ホログラム記録媒体としては、フォトポリマ材料が用いられる。フォトポリマ材料に干渉光を露光させることにより、強い光を受けた部分ではモノマーが集合および重合して屈折率が変化する。その結果、干渉縞の明暗によってフォトポリマ中に屈折率差が生じてホログラムとして記録される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２８１５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
多重記録されたホログラムを転写する際に、波長の異なる再生光を順次、ホログラム記録媒体に入射させると、先に記録されたホログラムの影響により、後に記録されるホログラムが不明瞭となる。具体的には、先に記録されたホログラムにより、ホログラム記録媒体であるフォトポリマ中において屈折率変調が生じる。そのため、次にホログラムを記録する際に、再生光がフォトポリマ中に生じた屈折率変調により散乱される。その結果、後に記録されたホログラムは、不明瞭なホログラムとなる。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、ホログラムを明瞭に多重記録することができる、波長選択性ホログラムの作製方法および波長選択性ホログラムの作製装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に基づく波長選択性ホログラムの作製方法は、第１の波長を有する第１光および第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２光をそれぞれ感光性材料層中で干渉させた際に、第１光を回折して第２光を回折せずに透過する第１ホログラムと、第２光を回折して第１光を回折せずに透過する第２ホログラムとを含む、波長選択性ホログラムの作製方法である。波長選択性ホログラムの作製方法は、第１光および第２光に対して感光する感光性材料層を形成する層形成工程と、第１光および第２光を同時に同一の入射角度で感光性材料層に入射させて、第１光による露光時間と第２光による露光時間とを同一にして、第１ホログラムおよび第２ホログラムを含むホログラムを感光性材料層に記録する記録工程とを備える。
【００１１】
本発明の一形態においては、第１光および第２光は、第１の波長を有する光および第２の波長を有する光が照射されることにより、第１の波長を有する光および第２の波長を有する光のそれぞれに複数の回折光を発生するマスタホログラムに、第１の波長を有する光および第２の波長を有する光が照射されることにより生成される。また、記録工程において、複数の回折光からなる第１光同士を干渉させ、かつ、複数の回折光からなる第２光同士を干渉させることにより、感光性材料層を露光する。
【００１２】
好ましくは、マスタホログラムとして、マスタホログラムにより生成される第１光および第２光の各々の回折効率が、第１光および第２光の各々の波長を有するマスタホログラムに照射される光の各々の出力に対応するように、記録されたホログラムを用いる。
【００１３】
本発明に基づく波長選択性ホログラムの作製装置は、第１の波長を有する第１光および第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２光をそれぞれ感光性材料層中で干渉させた際に、第１光を回折して第２光を透過する第１ホログラムと、第２光を回折して第１光を透過する第２ホログラムとを含む、波長選択性ホログラムの作製装置である。波長選択性ホログラムの作製装置は、第１の波長を有する光を出射する第１光源と、第２の波長を有する光を出射する第２光源とを備える。また、波長選択性ホログラムの作製装置は、第１光源から出射された光および第２光源から出射された光の光軸を揃える光軸調整部と、第１光および第２光を感光性材料層に対して同一方向から入射させる入射方向調整部と、第１光および第２光による感光性材料層の露光時間を同時に調節する露光調節部とを備える。
【００１４】
本発明の一形態においては、波長選択性ホログラムの作製装置は、第１光源および第２光源から光が照射されることにより、第１の波長を有する光および第２の波長を有する光のそれぞれに複数の回折光を発生するマスタホログラムを備える。第１光および第２光は、第１光源および第２光源の各々から光がマスタホログラムに照射されることにより生成される。波長選択性ホログラムの作製装置は、複数の回折光からなる第１光同士の干渉縞、および、複数の回折光からなる第２光同士の干渉縞に対応して感光性材料層を露光する。
【００１５】
好ましくは、マスタホログラムにおいては、マスタホログラムにより生成される第１光および第２光の各々の回折効率が、第１光源および第２光源の各々の出力に対応している。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ホログラムを明瞭に多重記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１に係る波長選択性ホログラムの作製方法の概念図である。
【図２】ホログラム基板に干渉光が入射される状態を模式的に示す図である。
【図３】フォトポリマ中において起こる重合反応を模式的に示す図である。
【図４】フォトポリマにおいて重合反応が終了した状態を模式的に示す図である。
【図５】波長選択性ホログラムを第１の参照光で再生している状態を示す図である。
【図６】波長選択性ホログラムを第２の参照光で再生している状態を示す図である。
【図７】比較例において、ホログラム基板に第１光を入射させた状態を示す図である。
【図８】比較例において、ホログラム基板に第２光を入射させた状態を示す図である。
【図９】同実施形態の感光性材料層の第１光と第２光とに対する感度曲線を示す図である。
【図１０】同実施形態に係る波長選択性ホログラムの作製装置の構成を説明する図である。
【図１１】本発明の実施形態２に係る波長選択性ホログラムの作製方法の概念図である。
【図１２】本発明の実施形態３に係る波長選択性ホログラムの作製装置の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態１に係る波長選択性ホログラムの作製方法および波長選択性ホログラムの作製装置について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰返さない。
【００１９】
実施形態１
本実施形態においては、マスタホログラムによる再生光を利用して波長選択性ホログラムを記録する方法について説明するが、波長選択性ホログラムを記録する方法はこれに限られず、後述する実施形態３のようなマスタホログラムを用いない方法を用いることができる。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態１に係る波長選択性ホログラムの作製方法の概念図である。図１に示すように、本実施形態においては、第１の波長として４０５ｎｍ付近の波長を有する光１５０を出射する図示しない第１光源と、第２の波長として６４０ｎｍ付近の波長を有する光１６０を出射する図示しない第２光源とを用いる。
【００２１】
後述するように、感光性材料層１２０に波長選択性ホログラム１３０を記録するために、マスタホログラム１４０を使用する。マスタホログラム１４０には、一方向から照射された光を複数の方向に回折するようにホログラムが記録されている。図１においては、簡単のため、マスタホログラム１４０に照射される１つの光毎に２つの回折光が生じているように示している。この回折光が、マスタホログラム１４０による再生光である。
【００２２】
光１５０および光１６０を一方向からマスタホログラム１４０に照射すると、光１５０の回折光である第１光１５１，１５２と、光１６０の回折光である第２光１６１，１６２とが発生する。第１光１５１と第２光１６１とは、同一位置に集束する集束光であり、感光性材料層１２０に同一の入射角度で入射する。第１光１５２と第２光１６２とは、同一位置に集束する集束光であり、感光性材料層１２０に同一の入射角度で入射する。
【００２３】
マスタホログラム１４０は、第１光１５１，１５２および第２光１６１，１６２に対して感光する材料で形成されている。マスタホログラム１４０は高い回折効率を有することが好ましいため、マスタホログラム１４０用材料としては、露光による屈折率変調の大きな材料が好ましい。
【００２４】
透明基板１１０上に感光性材料層１２０が形成されてホログラム基板１００が作製される。感光性材料層１２０として、フォトポリマが用いられる。フォトポリマは、特定波長の光が照射されると、受光した光の強度に応じて重合する。干渉光を受光したフォトポリマにおいては、干渉縞の明暗に対応して露光されて重合するため、重合した部分と重合していない部分とで屈折率差が生じる。フォトポリマ中に生じた屈折率差が、ホログラムとしてホログラム記録媒体に記録される。
【００２５】
感光性材料層１２０は、第１光１５１，１５２および第２光１６１，１６２に対して感光する。感光性材料層１２０としては、露光中の振動または空気の揺らぎなどによるノイズホログラムが記録されることを低減するために、露光時間の短い高感度の材料で形成されていることが好ましい。
【００２６】
なお、感光性材料層１２０の周囲に酸素が存在する場合、フォトポリマの重合が阻害される。そのため、感光性材料層１２０上に酸素を遮断する透明基板または透明フィルムが設けられている。感光性材料層１２０は、マスタホログラム１４０と同一の材料で形成されていてもよい。
【００２７】
マスタホログラム１４０に光１５０，１６０を同時に照射した場合、第１光１５１，１５２および第２光１６１，１６２が同時に発生する。発生した第１光１５１と第１光１５２とは、感光性材料層１２０中において互いに干渉しつつ、感光性材料層１２０を露光する。発生した第２光１６１と第２光１６２とは。感光性材料層１２０中において互いに干渉しつつ、感光性材料層１２０を露光する。その結果、感光性材料層１２０中にホログラムが同時に多重記録されて、波長選択性ホログラム１３０が作製される。
【００２８】
以下、ホログラム記録媒体にホログラムが記録される際の、フォトポリマ中において起こる反応について説明する。
【００２９】
図２は、ホログラム基板に干渉光が入射される状態を模式的に示す図である。図２に示すように、干渉光２００は、光の強度の強い明部２１０と、光の強度の弱い暗部２２０とを有している。
【００３０】
ホログラム基板１００においては、透明基板１１０上に、感光性材料層１２０を構成するフォトポリマ１７０が形成され、フォトポリマ１７０は、モノマー１８０を含んでいる。フォトポリマ１７０の表面は、透明フィルム１９０に覆われている。
【００３１】
図３は、フォトポリマ中において起こる重合反応を模式的に示す図である。図３に示すように、フォトポリマ１７０が干渉光により露光されると、光強度の強い部分２３０において、モノマー１８０を消費しつつ重合反応が開始する。光強度の弱い部分２４０においては、モノマー１８０が図３中の矢印で示すように、モノマー１８０を消費してモノマー１８０の濃度が低くなっている光強度の強い部分２３０に、拡散するように移動する。
【００３２】
図４は、フォトポリマにおいて重合反応が終了した状態を模式的に示す図である。図４に示すように、露光が終了すると、フォトポリマ１７０には、重合反応によりモノマー１８０が集合してモノマー１８０の濃度が高い高屈折領域２３１と、モノマー１８０の濃度が低い低屈折率領域２４１とが形成される。このように、感光性材料層１２０は、干渉光の干渉縞に対応して露光される。その結果、ホログラム基板１００に、屈折率差に基づくホログラムが記録される。
【００３３】
このように記録されたホログラムは、体積型ホログラムと称される。記録された体積型ホログラムを再生するためには、下記の数式(１)，(２)に示されるブラッグの条件を満たす必要がある。
２ｄｓｉｎθB＝ｍλ・・・(１)
ただし、ｄは干渉縞の間隔、θBはブラッグ角、λは入射光の波長、ｍは整数である。
ｄ＝λ／２ｎ｜ｓｉｎ(θS−θR／２)｜・・・(２)
ただし、ｎは感光性材料の屈折率、θSは信号光の感光性材料層への入射角、θRは参照光の感光性材料層への入射角である。
【００３４】
たとえば、４０５ｎｍの第１の波長λ1を有する第１光の干渉縞の間隔ｄ1が５６４ｎｍである場合、第１光により記録したホログラムを波長λ1の参照光で再生するには、ブラッグ角θBである２１．１°で感光性材料層に波長λ1の参照光を入射させる必要がある。
【００３５】
このホログラムを６４０ｎｍの第２の波長λ2を有する参照光で再生するには、ブラッグ角θBである３４．６°で感光性材料層に波長λ2の参照光を入射させる必要がある。よって、波長λ2の参照光を２１．１°の入射角で感光性材料層に入射させた場合、波長λ2の参照光はホログラムにより回折されず、ホログラムを再生することができない。このように、波長の異なる参照光を同一の入射角で入射させた場合、特定の波長の参照光のみがホログラムにより回折されて、ホログラムを再生することができる。これが、いわゆる波長選択性ホログラムである。
【００３６】
本実施形態においては、マスタホログラム１４０により再生された第１光１５１，１５２および第２光１６１，１６２は集束光であり、集束光同士を干渉させることにより波長選択性ホログラム１３０を作製している。集束光同士の干渉によりホログラムが記録されるため、上記のブラッグの条件において、θS，θRは一定にならず、ホログラムを再生するための参照光の条件は限定的となり、ホログラム記録時の波長および入射角近傍の条件に合致する参照光でのみホログラムを再生できる。
【００３７】
図５は、波長選択性ホログラムを第１の参照光で再生している状態を示す図である。図６は、波長選択性ホログラムを第２の参照光で再生している状態を示す図である。
【００３８】
図５，６に示すように、感光性材料層１２０には、第１ホログラム１３１および第２ホログラム１３２を含む波長選択性ホログラム１３０が作製されている。第１ホログラム１３１は、図１に示す第１光１５１および第１光１５２の干渉縞に対応して記録されている。第２ホログラム１３２は、第２光１６１および第２光１６２の干渉縞に対応して記録されている。
【００３９】
図５に示すように、波長選択性ホログラム１３０の記録に用いた第１光１５１と同様の波面を有する参照光２５０を波長選択性ホログラム１３０に入射させると、第１ホログラム１３１に入射した参照光２５０は、回折されて再生光２５１となる。参照光２５０のうち、第１ホログラム１３１に入射しなかった光は、波長選択性ホログラム１３０を回折せずに透過して透過光２５２となる。
【００４０】
図６に示すように、波長選択性ホログラム１３０の記録に用いた第２光１６１と同様の波面を有する参照光２６０を波長選択性ホログラム１３０に入射させると、第２ホログラム１３２に入射した参照光２６０は、回折されて再生光２６１となる。参照光２６０のうち、第２ホログラム１３２に入射しなかった光は、波長選択性ホログラム１３０を回折せずに透過して透過光２６２となる。
【００４１】
ここで、比較例として、波長選択性ホログラムを作製する際に、第１光と第２光とを時間差を開けて感光性材料層に入射させて、ホログラムを多重記録した場合について説明する。
【００４２】
図７は、比較例において、ホログラム基板に第１光を入射させた状態を示す図である。図８は、比較例において、ホログラム基板に第２光を入射させた状態を示す図である。
【００４３】
図７に示すように、比較例においては、第１の波長の光を図示しないマスタホログラムに照射することにより、２つの回折光である第１光４００および第１光４１０を得る。図８に示すように、比較例においては、第２の波長の光を図示しないマスタホログラムに照射することにより、２つの回折光である第２光４２０および第２光４３０を得る。
【００４４】
図７，８に示すように、透明基板３１０上に感光性材料層３２０が形成されてホログラム基板３００が作製される。感光性材料層３２０は、第１光４００，４１０および第２光４２０，４３０に対して感光する。
【００４５】
比較例においては、まず、図７に示すように、感光性材料層３２０に第１光４００および第１光４１０を入射させる。第１光４００と第１光４１０とは、感光性材料層３２０中において互いに干渉しつつ、感光性材料層３２０を露光する。その結果、感光性材料層３２０中に第１ホログラム３３０が記録される。
【００４６】
次に、図８に示すように、感光性材料層３２０に第２光４２０および第２光４３０を入射させる。この際、感光性材料層３２０には、第１ホログラム３３０が記録されており、感光性材料層３２０を構成するフォトポリマには屈折率差が生じている。また、フォトポリマ中では、干渉縞の明暗に対応して重合反応が進行しており、重合反応が進行した部分とそれ以外の部分とでは分子サイズが異なる。
【００４７】
そのため、感光性材料層３２０に入射した第２光４２０および第２光４３０は、フォトポリマの屈折率差および分子サイズの違いによる影響を受けて、図８に示すように、第１ホログラム３３０を透過する際に散乱される。
【００４８】
第２光４２０は、感光性材料層３２０を通過する際に、第１ホログラム３３０を透過した透過光４２１と、第１ホログラムにより散乱された散乱光４２２，４２３となる。第２光４３０は、感光性材料層３２０を通過する際に、第１ホログラム３３０を透過した透過光４３１と、第１ホログラムにより散乱された散乱光４３２，４３３となる。また、第２光４２０および第２光４３０には、感光性材料層３２０を通過する際に、波面歪みが生じている。
【００４９】
そのため、第２光４２０と第２光４３０とが感光性材料層３２０中において互いに干渉しつつ、感光性材料層３２０を露光する際に、所望の干渉縞に対応して露光することができない。光の散乱は屈折率差に比例して大きくなるため、回折効率の高い第１ホログラムを記録する場合は特に、第２ホログラムを記録する際に光の散乱の影響を受ける。
【００５０】
このように、マスタホログラムに多重記録されたホログラムをそれぞれ別々に再生して得た回折光を用いてホログラム基板にホログラムを記録する場合、後に記録されるホログラムの精度が低下する。その結果、作製された波長選択性ホログラムを再生した際に、後で記録されたホログラムの再生光のビーム形状に極端な変形が認められる、または、後で記録されたホログラムの再生光が集光位置に集光しない、などの問題が発生する。
【００５１】
上記の問題は、第１ホログラムと第２ホログラムとを記録するための露光時間が異なる場合にも発生する。仮に、第２ホログラムの方が第１ホログラムより、記録に必要な露光時間が長いとする。その場合、第１ホログラムの記録のための露光と、第２ホログラムの記録のための露光とを同時に開始したとしても、第１ホログラムの方が先に記録される。そのため、第１ホログラム記録完了後に入射された第２光は、第１ホログラムの影響を受けて、波面の劣化または散乱を起こす。その結果、記録される第２ホログラムの精度が低下する、または、光の散乱により露光に必要な光エネルギーが不足するため、露光時間が長時間化する、などの問題が発生する。
【００５２】
本実施形態においては、波長選択性ホログラム１３０を記録する際、第１光１５１，１５２および第２光１６１，１６２を同時に感光性材料層１２０に入射させて、第１光１５１，１５２による露光時間と第２光１６１，１６２による露光時間とを同一にして、第１ホログラム１３１および第２ホログラム１３２を含む波長選択性ホログラム１３０を感光性材料層１２０に記録している。このようにすることにより、第１光１５１，１５２および第２光１６１，１６２は、良好な波面状態を維持した状態で干渉を起こし、所望の波長選択性ホログラム１３０を記録することができる。
【００５３】
ここで、第１ホログラムと第２ホログラムとを記録するための露光時間を同一にするための方法について説明する。
【００５４】
本実施形態においては、第１の波長を有する光１５０と第２の波長を有する光１６０とをマスタホログラム１４０に同時に照射することにより、第１光１５１，１５２および第２光１６１，１６２を同時に発生させている。よって、第１ホログラム１３１と第２ホログラム１３２とを記録するための露光時間を同一にするためには、回折光である第１光１５１，１５２および第２光１６１，１６２のそれぞれの回折効率を、それぞれの光に対する感光性材料層１２０の感度に対応させることが必要である。
【００５５】
感光性材料層１２０の感度特性は、感光性材料層１２０に含まれる光反応開始剤および色素の添加量を調節することにより制御可能であるが、一般的に、異なる波長の光に対する感度を同一にすることは難しい。特に、長波長領域の光に対する感度は、低波長領域の光に対する感度と比較して低い場合が多い。
【００５６】
図９は、本実施形態の感光性材料層の第１光と第２光とに対する感度曲線を示す図である。図９においては、縦軸に記録されるホログラムの回折効率ηを示し、横軸に第１光または第２光の露光量Ｅを示している。また、第１光の感度曲線を実線で、第２光の感度曲線を点線で示している。
【００５７】
図９に示すように、回折効率η1のホログラムを記録する場合、第１の波長を有する第１光の必要な露光量はＥ1[ｍＪ/ｃｍ2]、第２の波長を有する第２光の必要な露光量はＥ2[ｍＪ/ｃｍ2]となる。露光量Ｅ[ｍＪ/ｃｍ2]は、露光パワー密度Ｐ[ｍＷ/ｃｍ2]×露光時間ｔ[秒]で決定されるため、第１光の露光時間と第２光の露光時間ｔ[秒]を同一にするためには、第１光および第２光を再生するマスタホログラムの回折効率を調整する必要がある。
【００５８】
たとえば、露光中の振動または空気の揺らぎなどの影響を低減するために露光時間を２秒に設定し、１０％の回折効率ηを有する波長選択性ホログラム１３０を記録するために必要な露光量を感度曲線から求める。
【００５９】
まず、感度曲線の初期に生じる、酸素による露光の阻害に起因する不感光領域部分に要した露光量を求める。第１光においては、不感光領域部分に要した露光量はＥ1’である。第２光においては、不感光領域部分に要した露光量はＥ2’である。
【００６０】
波長選択性ホログラム１３０を記録するのに要した露光量Ｅ1，Ｅ2から不感光領域部分に要した露光量Ｅ1’，Ｅ2’を除去することにより、実際にホログラムを記録するために必要な露光量を算出する。第１光においては、Ｅ1−Ｅ1’＝１０ｍＪ/ｃｍ2であり、第２光においては、Ｅ2−Ｅ2’＝１８ｍＪ/ｃｍ2である。
【００６１】
第１光源および第２光源の各々の出力である、マスタホログラムに入射される光１５０および光１６０の入射パワー密度を１０ｍＷ/ｃｍ2として、マスタホログラムの第１光１５１，１５２の各々の回折効率ηM1を２５％とし、第２光１６１，１６２の各々の回折効率ηM2を４５％とした。
【００６２】
このようにすることにより、第１光１５１，１５２と第２光１６１，１６２との露光時間ｔ[秒]を同一にして、所望の回折効率ηを有する波長選択性ホログラム１３０を記録するための露光量Ｅ[ｍＪ/ｃｍ2]を感光性材料層１２０に与えることができる。
【００６３】
次に、本実施形態の波長選択性ホログラムの作製装置について説明する。
図１０は、本実施形態に係る波長選択性ホログラムの作製装置の構成を説明する図である。図１０に示すように、本実施形態に係る波長選択性ホログラムの作製装置５００においては、第１の波長の光を出射する第１光源として、波長４０５ｎｍの単モードＬＤ(Laser Diode)５１０と、第２の波長の光を出射する第２光源として、波長６４０ｎｍの単モードＬＤ５２０を用いた。ＬＤ５１０およびＬＤ５２０から発振された光は、Ｐ偏光またはＳ偏光となるように図示しない波長板および偏光子により調整されている。
【００６４】
ＬＤ５１０から出射された光５１１、および、ＬＤ５２０から出射された光５２１は、多層誘電膜が形成された光軸調整部である波長選択ミラー５３０に入射して、光軸を揃えられて出射する。光軸を揃えられた光５１１，５２１は、それぞれの露光時間を同時に調節する露光調節部であるシャッター５４０を通過した後、ビーム品質を向上させるためのスペイシャルフィルタ５５０を透過する。
【００６５】
光５１１，５２１は、コリメートレンズ５６０により平行光にされた後、ミラー５７０により反射されて、マスタホログラム５８０に照射される。光５１１がマスタホログラム５８０により回折されることにより、第１光５１２および第１光５１３が生成される。光５２１がマスタホログラム５８０により回折されることにより、第２光５２２および第２光５２３が生成される。
【００６６】
生成された第１光５１２と第２光５２２とは、同一の入射角度で同時に感光性材料層５９０に入射する。生成された第１光５１３と第２光５２３とは、同一の入射角度で同時に感光性材料層５９０に入射する。よって、マスタホログラム５８０は、第１光５１２，５１３および第２光５２２，５２３を感光性材料層５９０に同一方向から入射させる入射方向調整部となる。
【００６７】
第１光５１２と第２光５２２とが感光性材料層５９０内において干渉することにより第１ホログラムが記録され、第１光５１３と第２光５２３とが感光性材料層５９０内において干渉することにより第２ホログラムが記録される。その結果、感光性材料層５９０に波長選択性ホログラム５９１が記録される。
【００６８】
なお、本実施形態においては、マスタホログラム５８０と感光性材料層５９０との間に、多層膜が形成された図示しない基板が挿入されている。この基板は、第１光５１２，５１３および第２光５２２，５２３を透過し、マスタホログラム５８０を回折せずに透過した光５１１，５２１を反射する。
【００６９】
上記の構成を有する波長選択性ホログラムの作製装置により、第１光と第２光とを感光性材料層５９０に同時に同一の入射角度で入射させることができ、また、第１光による露光時間と第２光による露光時間とをシャッター５４０により同一にすることができる。よって、ホログラムを明瞭に多重記録することができる。また、記録に用いる光の入射方向を同一にすることにより光学部品を共通化して部品点数を削減することができるため、波長選択性ホログラムの製造コストを低減することができる。さらに、第１光と第２光とによる露光を同時に行なうため、露光を別々に行なう場合に比べて露光時間を短縮でき、波長選択性ホログラムの製造タクトを短縮することができる。また、光学系の駆動部分が削減されているため、露光中の振動の発生を低減することができるため、ホログラム記録時の不良発生を抑制して波長選択性ホログラムの生産性を向上できる。
【００７０】
以下、本発明の実施形態２に係る波長選択性ホログラムの作成方法について説明する。
実施形態２
本実施形態は、感光性材料層が２層の積層構造を有している点のみ実施形態１と異なる。その他の構成については、実施形態１と同様であるため説明を繰返さない。
【００７１】
図１１は、本発明の実施形態２に係る波長選択性ホログラムの作製方法の概念図である。図１１に示すように、本実施形態のホログラム基板６００は、透明基板６１０上に、第１の波長の光６５０に対して感光する感光性材料層６２０、および、第２の波長の光６６０に対して感光する感光性材料層６２１が形成されている。感光性材料層６２０，６２１は、フォトポリマで構成されている。
【００７２】
４０５ｎｍの波長を有する光６５０がマスタホログラム６４０に照射されることにより、回折光である第１光６５１および第１光６５２が生成される。６４０ｎｍの波長を有する光６６０がマスタホログラム６４０に照射されることにより、回折光である第２光６６１および第２光６６２が生成される。
【００７３】
第１光６５１および第１光６５２は、感光性材料層６２１を透過して、感光性材料層６２０中で干渉して第１ホログラム６３０を記録する。第２光６６１および第２光６６２は、感光性材料層６２１中で干渉して第２ホログラム６３１を記録して、感光性材料層６２０を透過する。このように、本実施形態においては、異なる層に形成された第１ホログラム６３０と第２ホログラム６３１とから波長選択性ホログラムが構成されている。
【００７４】
本実施形態においては、感光性材料層６２１と感光性材料層６２０上に形成したが、積層順番は、第１光６５１，６５２の感光性材料層６２１中の透過率と第２光６６１，６６２の感光性材料層６２０中の透過率との関係により決定されることが好ましい。すなわち、透過率の高い感光性材料層を透過率の低い感光性材料層の上方に形成することにより、第１光または第２光の露光パワー密度Ｐの低減を抑制することができる。
【００７５】
本実施形態においても、第１光６５１，６５２および第２光６６１，６６２を略同時に同一の入射角度で感光性材料層６２０，６２１に入射させて、第１光６５１，６５２による露光時間と、第２光６６１，６６２による露光時間とを同一にして、感光性材料層６２０，６２１にホログラムを記録することができる。そのため、第１光６５１，６５２および第２光６６１，６６２の波面の精度を維持した状態で、感光性材料層６２０，６２１を露光することができるため、高品質の波長選択性ホログラムを記録することができる。
【００７６】
さらに、本実施形態においては、感光性材料層６２０，６２１が２層の積層構造を有しているため、各層において、それぞれの光の波長に最適化して感光性材料のＭナンバー(多重記録を行った際の各回折効率の平方根の和)、感度、収縮率および透過率などの特性を決定することができ、各層に記録される波長選択性ホログラムの特性を高めることが可能である。
【００７７】
以下、本発明の実施形態３に係る波長選択性ホログラムの作製装置について説明する。
実施形態３
本実施形態の波長選択性ホログラムの作製装置においては、マスタホログラムを用いていない点が実施形態１と異なる。
【００７８】
図１２は、本発明の実施形態３に係る波長選択性ホログラムの作製装置の構成を説明する図である。図１２に示すように、本実施形態に係る波長選択性ホログラムの作製装置７００においては、第１の波長の光を出射する第１光源として、波長４０５ｎｍの単モードＬＤ７１０と、第２の波長の光を出射する第２光源として、波長６４０ｎｍの単モードＬＤ７２０を用いた。ＬＤ７１０およびＬＤ７２０から発振された光は、Ｐ偏光またはＳ偏光となるように図示しない波長板および偏光子により調整されている。
【００７９】
ＬＤ７１０から出射された光７１１、および、ＬＤ７２０から出射された光７２１は、多層誘電膜が形成された光軸調整部である波長選択ミラー７３０に入射して、光軸を揃えられて出射する。光軸を揃えられた光７１１，７２１は、それぞれの露光時間を同時に調節する露光調節部であるシャッター７４０を通過した後、ビーム品質を向上させるためのスペイシャルフィルタ７５０を透過する。
【００８０】
光７１１および光７２１の各々は、コリメートレンズ７６０により平行光にされた後、ハーフミラー７７０により二つに分岐され、一方の光は、直進してミラー７８０で反射された後、レンズ８１０により集束光とされて感光性材料層８２０に入射する。他方の光は、ハーフミラー７７０で反射されて、さらにミラー７９０で反射された後、レンズ８００により集束光とされて感光性材料層８２０に入射する。集束光となった光７１１，７２１は、感光性材料層８２０中で干渉しつつ、感光性材料層８２０を露光することにより波長選択性ホログラム８３０を記録する。光７１１においては、ハーフミラー７７０、ミラー７９０およびレンズ８００が入射方向調整部となる。光７２１においては、ミラー７８０およびレンズ８１０が入射方向調整部となる。
【００８１】
ハーフミラー７７０は、感光性材料層８２０に入射する分岐された光同士のパワー密度が等しくなるような強度比で光を分岐するように設計されている。また、第１の波長の光７１１および第２の波長の光７２１に対する感光性材料の感度に対応して、光７１１，７２１の出射強度を制御できるように、ＬＤ７１０，７２０にはパワーコントロール機構が設けられている。
【００８２】
本実施形態の波長選択性ホログラムの作製装置においても、光７１１および光７２１を同時に同一の入射角度で感光性材料層８２０に入射させて、光７１１による露光時間と、光７２１による露光時間とを同一にして、感光性材料層８２０にホログラムを多重記録することができる。
【００８３】
本実施形態においては、マスタホログラムを作製しなくても、安定した品質の波長選択性ホログラムを作製することができる。そのため、特に複雑なパターンを必要としない波長選択性ホログラムにおいては、マスタホログラムの作製工程を削減できる。
【００８４】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
１００，３００，６００  ホログラム基板、１１０，３１０，６１０  透明基板、１２０，３２０，５９０，６２０，６２１，８２０  感光性材料層、１３０，５９１，８３０  波長選択性ホログラム、１３１，３３０，６３０  第１ホログラム、１３２，６３１  第２ホログラム、１４０，５８０，６４０  マスタホログラム、１５０，５１１，６５０，７１１  第１の波長を有する光、１６０，５２１，６６０，７２１  第２の波長を有する光、１５１，１５２，４００，４１０，５１２，５１３，６５１，６５２  第１光、１６１，１６２，４２０，４３０，５２２，５２３，６６１，６６２  第２光、１７０  フォトポリマ、１８０  モノマー、１９０  透明フィルム、２００  干渉光、２１０  明部、２２０  暗部、２３０  光強度の強い部分、２４０  光強度の弱い部分、２３１  高屈折領域、２４１  低屈折率領域、２５０，２６０  参照光、２５１，２６１  再生光、２５２，２６２，４２１，４３１  透過光、４２２，４２３，４３２，４３３  散乱光、５００，７００  波長選択性ホログラム作製装置、５３０，７３０  波長選択ミラー、５４０，７４０  シャッター、５５０，７５０  スペイシャルフィルタ、５６０，７６０  コリメートレンズ、５７０，７８０，７９０  ミラー、７７０  ハーフミラー、８００，８１０  レンズ。
【図１】
2012042736.tif 000003
【図２】
2012042736.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2012042736.tif 000011
【図１０】
2012042736.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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