(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上に透過型ホログラムを作る際に有用なホログラフ画像形成装置であって、
照射波面を伝搬するための輻射線源で、この照射波面は、透過型マスターに透過させたところで、透過波面を作り、これらの透過波面が組み合さって記録可能干渉縞を作り、この干渉縞がこの透過型マスターをホログラフ的に表すようにした輻射線源；
縦軸上を連続的に回転可能な円筒形部材で、この円筒形部材のある領域が上記照射波面を実質的に透過するように構成され、この円筒形部材は、上記領域にこの透過型マスターを有し、この透過型マスターは、上記照射波面に露出されたところで、上記透過波面を作る円筒形部材；
記録媒体を透過型マスターと重ね合せるように円筒形部材上に連続的に運搬するための手段；および
上記円筒形部材が連続的に回転しているときに、輻射線源から伝搬した上記照射波面をこの透過型マスターを通して記録媒体の方へ単一な所定の方向に向ける指向手段で、上記単一な所定の方向が円筒形部材の回転と独立に固定して維持されるように構成された指向手段を含み、
この指向手段は反射性光学要素を含み、この反射性光学要素が円筒形部材の内部に、円筒形部材とは独立に取付けられ、この反射性要素が、輻射線源から伝播した照射波面を、この透過型マスターを通して、上記透過波面を作るに適した入射角で反射するように配置されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１のホログラフ画像形成装置に於いて、指向手段が更に上記円筒形部材の内側に調整手段を含み、この調整手段が上記反射性光学要素によって反射された照射波面を遮断し、それによって上記入射角を調整できる画像形成装置。
【請求項３】
請求項１のホログラフ画像形成装置に於いて、反射性光学要素が実質的に平坦な鏡である画像形成装置。
【請求項４】
請求項２のホログラフ画像形成装置に於いて、調整手段がプリズムである画像形成装置。
【請求項５】
請求項１のホログラフ画像形成装置に於いて、反射性光学要素がホログラフ光学要素である画像形成装置。
【請求項６】
請求項１のホログラフ画像形成装置に於いて、円筒形部材がその内面に付けられた反射防止層を備え、この反射防止層が上記照射波面を実質的に透過するように構成された円筒形部材の上記領域の外側に付けられ、この反射防止層が上記参照波面を吸収できる画像形成装置。
【請求項７】
請求項１のホログラフ画像形成装置に於いて、透過型マスターが上記照射波面を実質的に透過するように構成された円筒形部材の上記領域である画像形成装置。
【請求項８】
請求項７のホログラフ画像形成装置に於いて、円筒形部材が上記照射波面を実質的に透過するように構成された円筒形部材の上記領域ですりガラスで作られ、それによってホログラフ拡散器の生産に使うことができる画像形成装置。
【請求項９】
請求項１のホログラフ画像形成装置に於いて、反射性光学要素が放物線鏡である画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１のホログラフ画像形成装置に於いて、上記の連続的に運搬するための手段が上記記録媒体の連続ウエブを透過型マスターと重ね合せるように円筒形部材上に運搬するための連続供給手段である画像形成装置。
【請求項１１】
記録媒体上に透過型ホログラムを作るための方法であって、
縦軸上を回転可能な円筒形部材で、この円筒形部材のある領域が照射波面を実質的に透過するように構成され、この円筒形部材が透過型マスターを有し、この透過型マスターが、照射波面に露出されたところで、透過波面を作り、これらの透過波面が組み合さって記録可能干渉縞を作り、この干渉縞がこの透過型マスターをホログラフ的に表す円筒形部材を設ける工程；
この記録媒体を透過型マスターと重ね合せるように上記円筒形部材上に運搬しながら、上記円筒形部材を連続的に回転する工程；
組み合さって記録媒体に上記干渉縞を作る透過波面を作るために上記透過型マスターを照射波面で走査し、それによってこの干渉縞が記録媒体に潜在的に記録され、上記走査が上記円筒形部材の上記回転および上記記録媒体の上記運搬と同時に起り、上記照射波面が円筒形部材の内部に、円筒形部材とは独立に取付けられた反射性光学要素によって実質的に一定の入射角で固定して向けられ且つ上記透過性マスターおよび記録媒体を通過中に順次露出する工程；並びに
この潜在干渉縞を現像するために記録媒体を処理し、それによって透過ホログラムを作る工程；
を含む方法。
【請求項１２】
請求項１１の方法に於いて、透過型マスターの走査が、最初この円筒形部材の開放端から伝搬し、次に照射波面をこの透過型マスターを通して記録媒体の方に上記実質的に一定の入射角で向け直す方法。
【請求項１３】
請求項１２の方法に於いて、波面を向け直すために光学要素を使う方法。
【請求項１４】
請求項１３の方法に於いて、光学要素がホログラフ光学要素である方法。
【請求項１５】
請求項１３の方法に於いて、光学要素が鏡である方法。
【請求項１６】
請求項１１の方法に於いて、透過型マスターが透過ホログラムマスターであり、それによって上記透過ホログラムマスターのコピーの生産に使う方法。
【請求項１７】
請求項１１の方法に於いて、円筒形部材が上記照射波面を実質的に透過するように構成された円筒形部材の上記領域ですりガラスで作られ、それで上記透過型マスターを成し、それによってオリジナルなホログラフ拡散器の生産に使う方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
一般的に、この発明は、透過型ホログラムを作るための装置および方法に関し、更に詳しくは、通過する透過型マスターおよび記録媒体を通して照射波面を固定して向けるための指向手段を利用し、それによってこの透過型マスターおよび記録媒体を走査するように照射する、透過型ホログラム作成装置および方法に関する。
発明の背景
ホログラフィは、他の画像記録方法とは異なる画像記録方法で；記録媒体を捕える波面の位相と振幅の両方を記録する。
一般にホログラムを生産する際、画像状に記録すべき物体を可干渉性輻射線源からの（例えば、レーザからの）第１分割成分で照射する。この物体から反射された輻射線を適当に感光性を与えた記録媒体（例えば、光重合体、硬化ニクロム酸ゼラチン、またはハロゲン化銀乳剤を基にした記録媒体）の方に向ける。反射された輻射線のビームを普通、物体ビーム（物体光）と称する。同時に、可干渉性輻射線源からの第２分割成分を、この物体をバイパスして、この記録媒体に向ける。そのような可干渉性輻射線のビームを普通、参照ビーム（参照光）と称する。記録媒体に入射するこの参照ビームと物体ビームの相互作用の結果生じた干渉縞が記録媒体に潜在的に記録される。この露光した記録媒体を処理（例えば、潜像を現像するために）し、次に適当に照明して適当な角度（即ち、一般的に参照ビームの入射角に相当する角度）で観察すれば、この照射光が干渉縞（ホログラム、参照）によって回折されて、元はこの物体から反射されたものとして記録媒体に達した波面を復元する。
参照ビームと物体ビームを記録媒体に同じ側から入れることによって作ったホログラムは、透過型ホログラムとして知られる。光重合記録媒体の中での物体ビームと参照ビームの相互作用が、屈折率の変化で、記録媒体の平面にほぼ垂直な、材料の縞を作る。このホログラムを見るために透過輻射線を使って“再生”するとき、これらの縞がこの透過輻射線を屈折して実像および虚像を作る。この発明は、そのようなホログラム、特に所謂体積位相型（Ｖｏｌｕｍｅ  ｐｈａｓｅ  ｔｙｐｅ）のホログラムの生産に向けられているが、それに限定されない。
歴史的には、光学的に独特の能力があるにも拘らず、体積位相ホログラム素子は、感光性記録媒体の厚さ全体に広がる干渉構造物を記録するためには、十分なエネルギーの可干渉性輻射線で露出する必要があるので、製造困難であることが分っている。処理要件が比較的精密で苛酷であると共に、エネルギー要件に関連して、オリジナルな透過ホログラム（体積位相またはその他の）の生産は、製造コストが高く、生産時間効率が悪く、歩留りが悪いことにしばしば悩まされる。これらの懸念を考えて、透過ホログラムの大量生産について調査した。そのような方法の幾つかは、“接触コピー”の既知の原理を実行してオリジナルな透過ホログラムマスターの複製コピーを作っている。（接触コピーの原理については、以下に詳しく議論する。）
透過ホログラムを複数コピーするために以前に利用できる自動システムの中には、“こま止め（ｆｒｅｅｚｅ−ｆｒａｍｅ）”型のシステムがある。１９８０年６月２４日発行のジェームス外の米国特許明細書第４，２０９，２５０号および１９８３年１１月２２日発行のニコルソンの米国特許明細書第４，４１６，５４０号参照。そのようなシステムは、通常、記録材料を進め、この材料をマスターホログラムと結合し、整定時間をおき、そしてこのフィルムを露出する構成装置を含んでいる。“こま止め”型のシステムのサイクル時間は、非常に大量の生産に対しては比較的遅いと考えられ、従ってこの発明の発生段階で探求し考慮した目標には不適当である。
こま止め型システムとは別に、透過ホログラムを接触コピーするためのもう一つのシステムが１９９０年１１月２７日発行のハリントン外の米国特許明細書第４，９７３，１１３号に提案されている。ハリントン外は、“ドラムの中にある反射器で化学作用のある輻射線のビームを受け、そのビームの一部をマスターを通して記録媒体へ反射してこの記録媒体に透過ホログラムを作るようにされた回転可能なドラム”を使うことを提案している。ハリントン外が提案する実施例で光を反射するために使う鏡は、その回転可能なドラムに直接取付けられ；この鏡が--それによって反射された光の方向は勿論--このドラムの回転と一致して動く。そのような構成によって、反射された光は、接触コピーを行うために必要な期間中、取付けられた透過ホログラムマスターを通るように連続的且つ一面に透過される。
本出願人が探求する目標を考慮すると、ハリントン外の装置を実施することは、それ特有の幾つか側面（原因）によって拘束されると考えられる。第１に、この装置は、大きなフラッド状露出面積を要し、それによって適正且つ所望の露出条件を維持するために比較的複雑な制御機構を使うことを余儀なくされると思われる。第２に、そのような全面露出を行うためには、高出力のレーザを使うのでなければ、露出時間が比較的長くなるだろうと思われる。その間に、このホログラフ記録媒体と透過ホログラムマスターがその相対位置を変え、縞のはっきりしないホログラムができることがある。第３に、鏡をドラム内に直接取付けるように開示しているが、この鏡は、ドラムの回転の結果生ずる振動に影響されやすいだろうと結論づけられる。そのような振動が、この透過ホログラムマスターの望ましい接触コピーを行うために必要な位相関係を乱すかも知れない。更に、ドラムに固定して取付けた鏡と共に、そのような装置に関係するフラッド状全面露出が、透過ホログラムマスターを記録媒体上に復元するために使用する入射角の制御能力を実質的に排除すると信じられている。
既存技術の限界が、透過ホログラムをより確実に、効率よく、且つ大きな柔軟性で大量生産するための装置の必要性を強調する。
発明の概要
ここに、感光性材料の連続ウエブ上に透過ホログラムを作るためによく適したシステムを説明する。この目的を達成するため、この発明は、円筒形ドラム、並びに通過する透過型マスターおよび記録媒体を通して照射波面を固定して向けるための指向手段を利用し、それによってこの透過型マスターおよび記録媒体を走査するように照射する。
主な代表的実施例で、このシステムは、透過ホログラムマスターを、中空の透明なドラムの外側に取付けることを伴う。次に、この透過ホログラムマスターは、最初にこのドラムの開放端から伝搬し、次にこのドラムを通し、結局取付けられた透過ホログラムマスターに向け直される照射波面（可干渉性または半可干渉性の）で上記マスターを照射することによって、記録媒体上に“再生”される。このドラムは、両端が開いていて、例えば、このドラムの外周上の軸受上で、自由に回転する。このドラムは、定速で回転する。“再生”中、記録媒体の連続ウエブが透過ホログラムマスターと重ね合せてドラムの周りに通される。このマスターの記録媒体上への再生（記録した物体ビームの復元、参照）は、典型的には可干渉性レーザ光の平面スリットで達成される。照明ビームをこのホログラムマスター上に向けることは、典型的にはこのドラムの内側に配置された反射器（例えば、鏡）によって達成される。この鏡は、例えば、このドラムの外側に固定し、またはその他の方法で配置し、その一要素が上記ドラムの反対の開放端へ伸びる支持構造体によって、このドラムとは独立に支持されている。この透過ホログラムマスターは、向け直された照明のいくらかを使って回折物体ビームを発生する。このマスターを透過した物体ビームおよび照明ビームの未使用部分（参照ビーム、参照）は、組み合さって干渉縞を作り、その干渉縞が感光性記録媒体上に記録される。典型的には、この照射波面は、反射器を捕えるようにこの円筒の軸線上にその中心の方へ焦点を合わせ、その反射器がこの波面を透過ホログラムマスターの表面の接線と実質的に垂直方向に固定して向けるように調整できる。
この発明の目的は、記録媒体の接続ウエブの相次ぐセグメント上に透過ホログラムを作るために有用なシステムを提供することである。
この発明の更なる目的は、記録媒体上の透過型マスターを通るように照射波面を固定して向け、この透過型マスターおよび記録媒体を通過する際に走査するように照射することによって透過型ホログラムを作ることができるシステムを提供することである。
この発明の更なる目的は、大量の透過型ホログラム、回折格子、ホログラフ拡散器、透過型ホログラム、および他の類似の製品を、比較的高速に作るためのシステムを提供することである。
この発明の更なる目的は、ホログラフ画像形成装置で、その光学素子、備品、およびその他の部品が容易に保守でき、露出サイズを変えるために迅速に着脱できる装置を提供することである。
この発明の更なる目的は、記録媒体上に透過型ホログラムを生産する際に有用なホログラフ画像形成装置であって、照射波面を伝搬するための輻射線源で、この照射波面は、上記照射波面を透過型マスターに透過させたとき、透過波面を作ることができ、これらの透過波面が組み合さって記録可能干渉縞を作ることができ、この干渉縞がこの透過型マスターをホログラフ的に表す輻射線源；縦軸上を回転可能な円筒形部材で、この円筒形部材のある領域が上記照射波面を実質的に透過するように構成された円筒形部材；この円筒形部材が上記領域にこの透過型マスターを有し、この透過型マスターが上記照射波面に露出されたとき、上記透過波面を作ることができる円筒形部材；この記録媒体を透過型マスターと重ね合せるように円筒形部材上に運搬するための手段で、この記録媒体が上記干渉縞を記録することができる運搬手段；および輻射線源から伝搬した上記照射波面をこの透過型マスターを通して記録媒体の方へ所定の方向に向けるための指向手段で、上記所定の方向が円筒形部材の回転と独立に固定して維持できるように構成された指向手段；を含む画像形成装置を提供することである。
この発明の更なる目的は、記録媒体上に透過型ホログラムを生産するための方法であって、縦軸上を回転可能な円筒形部材で、この円筒形部材のある領域が照射波面を実質的に透過するように構成され、この円筒形部材が透過型マスターを有し、この透過型マスターが、照射波面に露出されたとき、透過波面を作ることができ、これらの透過波面が組み合さって記録可能干渉縞を作ることができ、この干渉縞がこの透過型マスターをホログラフ的に表す円筒形部材を設ける工程；この記録媒体を透過型マスターと重ね合せるように上記円筒形部材上に運搬しながら、上記円筒形部材を回転し、この記録媒体が上記干渉縞を記録することができる工程；組み合さって記録媒体に上記干渉縞を作る透過波面を作るために上記透過型マスターを照射波面で走査し、それによってこの干渉縞が記録媒体に潜在的に記録され、上記走査が上記円筒形部材の上記回転および上記記録媒体の上記運搬と同時に起り、上記照射波面が実質的に一定の入射角で固定して向けられ且つ上記透過性マスターおよび記録媒体を通過中に順次露出する工程；並びにこの潜在干渉縞を現像するために記録媒体を処理し、それによって透過ホログラムを作る工程；を含む方法を提供することである。
この発明の性質および目的を更に理解するために、添付の図面に関連した以下の説明を参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図から第５図の各々は、模式的、具象的図解をする。物体の相対位置、形状、および大きさは、ここでの議論および説明を容易にするために誇張されている。
第１図は、この発明によるホログラフ画像形成装置の主な実施例の前横断面図で、連続するウエブ上に透過型ホログラムを連続生産するように構成された特別の実施例である。ある部品、即ち、この根本的な主実施例に最も重要ではないが、それに付加的機能および利益を与えるものは、鎖線で示した。
第２図は、透過“物体”ビームおよび“参照”ビームを発生し、それを実際に組み合せて記録媒体上に透過ホログラムマスターの“接触コピー”を作るために、可干渉性の光ビームで（既知の原理に従って）照射した透過ホログラムマスターの側面図である。
第３図は、このホログラフ画像形成装置を使うに適した主な実施例を示す側面断面図である。
第４図は、このホログラフ画像形成装置を使うに適した代替構成を示す平面断面図である。
第５図は、回転ガルバノメータ鏡を使うように第４図に示す構成を更に変更した、代替構成を示す平面断面図である。
発明の詳細な説明
ここに説明する主題によって、透過型ホログラムを製造するためのシステムを提供する。幾つかの先例のない局面および特徴と共に、この創意に富んだシステムのある実施例は、ホログラフの“接触コピー”に内在する原理の関連する基礎を発見する。接触コピーの実施に伴う詳細は、例えば、米国特許明細書第４，２０９，２５０号；および第４，４１６，５４０号に見られよう。例えば、エフ．エス．ハリス，ジュニア外、アプライドオプチックス、第５巻、１２号、６６５（１９６６年）；およびアール．ジェー．コリア外、オプチカルホログラフィ、ｐｐ．５６４−５７２（１９７１年）も参照することが必要かも知れない。広い意味でホログラフィに関するより一般的な原理は、例えば、サイエンティフィックアメリカン、２１２、６号、ｐｐ．２４−３５（１９６５年６月）のイー．エヌ．レイスおよびジェー．ウパートニクスによる“レーザによる写真”；および物理科学および技術の百科事典、第６巻，ｐｐ．５０７−５１９、アール．エー．メイヤーズ，エド、アカデミックプレス、オーランド、フロリダ、１９８７年のシー．シー．ゲストによる“ホログラフィ”にあるだろう。
簡単に言えば、第２図を参照して、透過型ホログラムの接触コピーは、最初に透過型ホログラムのマスター３４を未露出の感光性記録媒体３０と重ね合せることを伴う。ここで使う“重ね合せる”という用語は、記録媒体の所定の境界が少なくともマスターの複製したい領域と整列されて境界面が隣接する関係にあることを意味すると解釈できる。従って、例えば、幅がマスターの幅と整列され、長さがマスターの長さより長い記録媒体の境界面が隣接するウエブは、重ね合されていると考えることができる。更に、例えば、境界面が屈折率整合流体で光学的に結合されたマスターと記録媒体は、厳密には境界面が接触していないが、境界面が隣接すると言える。
マスターと媒体を重ね合せ、次に、この透過型ホログラムマスター３４を適当な復元ビームで照明することによって露出を行う。結果としてできた透過波面がこのマスター３４から画像（“再生画像”参照）を発生し、それがこのコピーホログラム用主題、または“物体ビーム”として作用する。残りの“零次”のビームもこの透過ホログラムマスター３４を透過され、この波面がコピーホログラム用“参照ビーム”として作用する。これらの透過波面が組み合さって、透過ホログラムマスターと一致する干渉縞を作り、感光性記録媒体３０上に記録される。
簡単に言えば、接触コピーに内在する原理を考慮し、この発明の主な実施例に従って、透過ホログラムマスターを、中空の回転可能な光透過ドラムの外面上に取付ける。この透過ホログラムマスターは、最初にこのドラムの開放端から伝搬し、次にこのドラムを通し、結局取付けられた透過ホログラムマスターに向け直される照明で“再生”される。再生中、記録媒体の連続ウエブが透過ホログラムマスターと重ね合せてドラムの周りに通され、ドラムが定速で回転される。上記ドラムの開放端から導かれたビームは、このドラムの内部に配置された反射性要素によって、取付けた透過ホログラムマスターの方へ向け直され、この反射性要素は、例えば、このドラムの外側に固定し、またはその他の方法で配置し、その一要素が上記ドラムの反対の開放端へ伸びる支持構造体によって、ドラムとは独立に支持されている。前述の“接触コピー”の原理と矛盾せず、透過ホログラムマスターは、向け直された照明のいくらかを使って回折物体ビームを発生する。このマスターを透過した物体ビームおよび照明ビームの未使用部分（“参照ビーム”参照）は、組み合さって干渉縞を作り、次にそれが感光性記録媒体上に記録される。
この発明は、特に透過型ホログラムの複製によく適するが、ある平面光学要素--例えば、回折格子および拡散器のような--も記録媒体と重ねて置き、照射してホログラムを作っても良い。“接触コピー”と同様に、適当な照射が透過波面を造り、それらの波面が組み合さって、記録媒体上にオリジナルな透過ホログラムとして記録可能な干渉縞を作る。従って、この発明の目的のために、記録材料上に透過ホログラムを作るためには、透過波面、即ち、組み合さって記録可能な干渉縞を作るものが透過ホログラムマスターの照射から生ずることが重要ではない。そうではなくて、この発明を実施する際、透過波面を作ることができれば、どんな“透過型マスター”を使っても良く、上記透過波面が合さって、選択した記録媒体上に記録可能な干渉縞を作ることができる。ここで使う“透過型マスター”という用語は、透過ホログラムマスターに限定すべきではない。
この発明の装置面に適合する主な実施例の部品を第１図に模式的に示す。図示するように、ホログラフ画像形成装置１０には、円筒形部材２０があり、この円筒形部材は、縦軸（第３図、第４図、および第５図の軸ａ参照）上を回転可能である。円筒形部材２０は、この円筒形部材の少なくとも一つの領域が照射波面を実質的に透過できるように構成すべきである。請求した主題によれば、透過型マスター３４（例えば、体積位相透過ホログラム）を円筒形部材２０上に取付ける。この透過型マスター３４は、照射波面に露出したとき透過波面を作るように構成され、これらの透過波面が合さって記録可能な干渉縞を作ることができる。
例えば、供給ロール４０および巻取りロール４２を含む手段を設けて、記録媒体３０を透過型マスター３４と重ね合せるように円筒形部材２０の方へ（矢印Ｕで示すように）上流へ連続的に運搬し、中間の保管および／または後の処理のために最後に（矢印Ｄで示すように）下流に運搬する。特に第１図に示す記録媒体３０運搬手段は、そのような材料の連続ウエブを運搬するための好適な連続装置の代表であるが、不連続装置--例えば、記録媒体の個々のシートを運搬するための--をこの発明の範囲内で実施することができることが分るだろう。これに関して、個々のシートをトレーに入れ、個々に引出し（例えば、グリッパ、摩擦ローラ、真空手段等を利用した機械的シートフィーダによって）、透過型マスターと重ね合せるように（例えば、ベルトコンベヤまたはローラシステム上を）運搬することを構想している。この開示を見れば、当業者はこの発明の範囲内で幾つかの他の装置（連続または不連続の）を実施することができる。
露出を行うために、このホログラフ画像形成装置１０は、輻射線源（第１図には示さないが、第３図、第４図、および第５図の部品７０参照）から伝搬した照射波面を透過型マスター３４を通して記録媒体３０の方へ所定の方向に向けるための手段を備える。これらの指向手段は、この所定の方向が円筒形部材２０の回転とは独立に固定して維持できるように構成されている。この“所定の方向が円筒形部材２０の回転とは独立に固定して維持できる”という表現は、ホログラフ画像形成装置１０の外側の基準点を考慮することによって理解することができる。回転中、円筒形部材２０上の与えられた点は、上記外側の基準点に関して位置を変えていると観察することができる。反対に、伝搬波面の所定の方向は、円筒形部材２０の回転に関係なく、この外側の基準点に関して実質的に一定のままである。そのような固定して維持できる方向は、指向手段を円筒形部材２０から分離することによって達成できる。従って、推奨する構成では、例えば、この円筒形部材の外側に固定し、またはその他の方法で配置し、その一要素が上記ドラムの反対の開放端へ伸びる支持構造体によって、この指向手段を円筒形部材２０から独立に支持する。当業者は、この開示を見れば、類似の機能（反射性要素をドラムの回転から分離すること参照）を与える他の構造体を、この発明に従って利用することができる。
第１図に示す実施例で指向手段の代表である、反射性要素２４（例えば、鏡）を設け、レーザ（第１図には示さないが、第３図、第４図、および第５図参照）からの可干渉性の輻射線を反射し、最後に透過ホログラムマスター３４と記録媒体３０を通す。反射性要素２４が円筒形部材２０と独立に支持されているのが分るだろう。そのような構成は、良い結果を得ることができるが、当業者は、この開示を見れば他の同等の構成を利用することができ、そのような構成の幾つかを以下の説明に示す。
ホログラフ画像形成装置１０を作動する際、円筒形部材２０を縦軸ａに沿って、例えば、矢印Ｒで示す方向に、回転させる。円筒形部材２０の回転は、記録媒体３０を透過型マスター３４と重ねるように円筒形部材２０上に運搬することとほぼ同時に行う。反射性要素２４が円筒形部材２０と独立に支持されているので、可干渉性波面が反射性要素２４の方に伝搬するとき、反射された波面は、上に議論したように、固定した、所定の方向に向いたままである。円筒形部材２０の回転と記録媒体３０の運搬が同時に起るので、そのように波面の方向が固定していることが、透過型マスター３４と記録媒体３０が露出領域を通過するとき（“通過中”参照）、それらを順次露出する。そのような機構によって、記録媒体３０の露出を局部化した、掃引露出（即ち、“走査”または“走査状”露出）と特徴付けることができる。そのような走査露出は、前述のハリントン外の米国特許明細書第４，９７３，１１３号のような、連続した、フラッド状露出とは機能および結果が異なる。そのような走査状露出によって--この発明の実施にとって最も重要な--、例えば、露出強度が大きいこと、露出の制御幅が広いこと、寄生する反射ホログラムの発生が最少であること、および結果として生ずるホログラムの効率がよいことの利点が得られる。
この発明の範囲と一致して、記録媒体３０の露出をするために照射波面を導くための異なる構成が利用できる。代表的構成を第３図、第４図、および第５図に模式的に示す。
第３図に示す構成では、可干渉性照射波面を円筒形部材２０の開放端に直接通して伝搬し、次にこの円筒形部材２０から外に、境界面が隣接する透過ホログラム３４および記録媒体３０を通るように向ける装置で、透過ホログラムを透過ホログラムマスター３４から記録媒体３０上にコピーする。第３図に示すように、露出のために使う可干渉性照射波面は、レーザ７０から伝搬し、ビーム拡散器７２（例えば、円筒形望遠レンズ、回転ガルバノメータ鏡、または振動ガルバノメータ鏡のような）によって広げ、次に円筒形コリメータ７４によって平行にされる。円筒形部材２０の内側の反射性要素２４は、例えば、自立性支持構造体（図示せず）によって円筒形部材２０とは独立に支持されている。記録媒体３０上に透過ホログラムマスター３４を画像状に記録可能に復元するために選ばれた照射波面は、露出掃引期間中入射角一定に保たれ、それによって効率よくホログラムを生産する。
第４図に示す構成では、可干渉性照射波面を回り道をして円筒形部材２０の開放端の方に伝搬し、次にこの円筒形部材２０から外に、境界面が隣接する透過ホログラム３４および記録媒体３０を通るように向ける装置で、透過ホログラムを透過ホログラムマスター３４から記録媒体３０上にコピーする。第３図の構成と同様に、露出のために使う可干渉性照射波面は、最初レーザ７０から伝搬し、ビーム拡散器７２によって広げ、次に円筒形コリメータ７４によって平行にされる。鏡７６ａ、７６ｂ、７６ｃのシステムを使って、平行にした可干渉性の光を記録媒体３０と透過ホログラムマスター３４の露出に適した領域へ送る。露出前に光のシートを強化するために円筒形レンズ７８を使うことによって良い結果が得られている。
第５図に示す構成では、放物線反射性要素１２４を使って可干渉性照射波面（輻射線ビームから発生し、回転または振動ガルバノメータ鏡１７２によって“広げた”）を透過ホログラム３４および記録媒体３０上に向ける装置で、透過ホログラムを透過ホログラムマスターから記録媒体上にコピーする。第４図の構成と同様に、円筒形レンズ７８を使って露出前に光を強化しても良い。そのような構成は、露出するために選択した照射波面の強度を維持する際に有用であることが分っている。
上述の構成を使って良い透過型ホログラムが得られているが、例えば、所望する透過ホログラムの特性によって、他の構成を実施することができる。ここで議論した特定の構成は、この発明の実施に利用できる変動の許容範囲が広い。この発明の範囲は、どれか一つの特定の構成に限定すべきではない。
透過型マスターは、第１図に示すように円筒形部材２０の周りに巻付ける以外の幾つかの方法でこの円筒形部材２０上に設けても良いことが分るだろう。例えば、透過型マスターを別の供給ローラ（図示せず）の周りに巻いた連続ウエブとして構成し、記録媒体３０のウエブと共にそれと重ねて円筒形部材２０へ運搬しても良い。記録媒体３０のウエブ同様に、透過マスターの連続ウエブを露出後に巻取りロール（図示せず）上に巻いても良い。そのような装置は、幾つかの異なる透過マスターをコピーし、または予め記録し処理した記録媒体のウエブをコピーするための利益をもたらすかも知れない。他の例として、幾つかの異なる透過マスターのウエブを円筒形部材２０と別の対応するローラ（図示せず）との周りに巻いても良い。そのような装置は、幾つかの異なるが繰返す透過マスターを望むが、--大きさまたは数のために--円筒形部材２０上に“合わ”ないときに、都合がよいかも知れない。
円筒形部材２０上に設けた透過マスターは、ある実施例では、この円筒形部材２０と一体であることが分るだろう。例えば、円筒形部材２０をすりガラスで作っても良い。そのようなすりガラスの円筒形部材を組込んだホログラフ画像形成装置は、この発明に従って、オリジナルなホログラフ拡散器を作るために使っても良い。同様に、円筒形部材の表面を回折格子でエッチングし、そのホログラフ画像形成装置をオリジナルなホログラフ回折器の生産に利用することができる。そのような実施例に対しては、すりガラス（またはエッチングした）面を透過型マスターと考える。そのような面は、組合わせて記録可能な干渉縞を作ることができる透過波面を作る。
ホログラフ拡散器の生産の詳細に関しては、エス．ワドゥル外のホログラフ拡散器、オプチカルエンジニアリング、第３３巻、第１号，ｐ．２１３（１９９４年１月）を参照する必要があるかも知れない。これやその他の類似の参考文献に見られる教示は、ここに開示する教示の観点から当業者がこの発明に組込んでも良い。
この発明に使用する記録媒体は、種々の材料から作ることができる。重要なものの中に：ハロゲン化銀乳剤、硬化ニクロム酸ゼラチン、強誘電体結晶、光重合体、光互変性物質、および光二色性物質がある。これらの材料の特性は、エル．ソリマーおよびディー．ジェー．クックによる体積ホログラフィおよび体積格子、第１０章、アカデミックプレス、ニューヨーク、１９８１年、ｐｐ．２５４−３０３にある。記録媒体は，ＤＭＰ−１２８（ポラロイドコーポレイション、ケンブリッジ、マサチューセッツに占有権のある光重合体）であるのが好ましい。ホログラフ拡散器の生産--この方法は、この発明によって効果的に達成できる--にＤＭＰ−１２８を使用することに関するある詳細は、エム．ウエニヨンおよびピー．ラリー、体積ホログラフ拡散器の大量生産、１９９４年ＳＩＤ国際シンポジューム技術論文ダイジェスト、サンノゼ、カリフォルニア（１９９４年６月１４−１６）（ＩＳＳＮ００９７−９６６Ｘ）にあるだろう。
ある実施例では、コストおよび部品の市場性のような実際的要因がホログラフ画像形成装置１０の円筒形部材２０の全体の構成および大きさ（直径および幅、参照）に影響するかも知れないことが分るだろう。本出願人に望ましいことが分った構成では、反射性要素２４（およびその支持手段）が円筒形部材２０内で上記反射性要素２４の再調整および再配置を拘束するような面積を占めることが分った。そのような構成では、円筒形部材２０の内側の空間制限が、照射波面の入射角の調整を困難にした。
ある用途に対しては、反射性要素２４の調整によって直接得られる入射角を変更する要求はないかも知れないと見込んでいる。しかし、本出願人が構想するある目標に従ってこの発明を実施する際は、入射角を正常から約±１１°ずらすことが非常に望ましい。反射性要素２４だけに基づく構成でこれらの角度を達成するためには、向けられた波面が円筒形部材２０の壁を“登る”傾向がある。これが起るので、寄生する反射ホログラムの発生を防ぐことが困難になる。
従って、得られる入射角の範囲を広げるため、調整機構（例えば、プリズム調整器５０または１対の長く、薄い鏡（図示せず））を円筒形部材２０の内部の床近くに吊し、この調整機構が、反射性要素２４によって導かれる波面を操作（“微調整”参照）できる構成を有する。一つの実施例で、プリズム調整器５０が少なくとも円筒形部材２０と同じ長さであり、光学収差がないように構成されている。プリズム調整器５０は、反射性光学要素２４から反射された波面を遮断し（受け）、このプリズム調整器５０の回転ｓによって波面の入射角を調整できるように配置されている。反射性要素２４と同様に、プリズム調整器５０も円筒形部材２０とは独立に取付られているのが分るだろう。プリズム調整器５０は、この生産の継続中所望の角度に固定することができる。ある実施例では、プリズム調整器５０に、記録媒体３０のホログラフ感度を損うかも知れない“散乱”を防ぐため、透明なドラムの内側に吊したバックライトダンプ（図示せず）を設けても良い。
プリズム調整器５０の代替策として、上記調整手段によって与えられる機能を円筒形部材２０の内部の床近くに配置した鏡の対のシステムによって得ることができると考えている。上記鏡の一つは、反射性光学要素２４から反射された波面を遮断し、この波面を上記他の対へ向け直す機能を果す。この波面は、上記他の鏡の作用で結局透過型マスター上に、反射性光学要素２４だけを利用して得られる角度とは異なる入射角で、焦点を結ぶ。対の鏡のどちらかまたは両方を調整して、所望の入射角を得ることができる。プリズム調整器５０と同様に、対の鏡の各々は、少なくとも円筒形部材２０と同じ長さであり、光学収差がないように構成されているのが好ましい。プリズム調整器５０および反射性要素２４と同様に、この鏡のシステムは、円筒形部材２０とは独立に取付られている。
この発明の実施例では、光吸収被膜５２のような反射防止層を円筒形部材２０の内側面か外側面に付け、またはその他の方法で組込むのが望ましいだろう。一般に、光吸収被膜５２は、記録媒体３０の全体の感度を下げるかも知れないレーザビームの内部反射を低減する。そのような反射防止層の実施は、比較的大きなすれすれの入射角を得るために前述のプリズム調整器５０を使うとき、より重要になる。そのような大きな入射角で生ずる内部反射は、レーザビームにかなりの損失を生ずるかも知れず、記録媒体３０の露出が不適当になるかも知れない。光吸収被膜５２は、円筒形部材２０の全面に付けるべきではない。逆に、大きさが透過型マスター３４に相当する面積は、塗らずに残すべきで、さもないと伝搬波面の露出方向の透過が、所望のまたは完全なホログラムを作るには不足するかも知れない。
“木目模様”等の画像人工物が空気／ガラスまたは空気／支持体面での内部反射から生ずるかも知れないことは分るだろう。そのような望ましくない欠陥は、キシレンのような屈折率整合流体を円筒形部材２０の表面に滴下することによって直すことができるかも知れない。従って、このホログラフ画像形成装置１０は、露出前および／または露出中に記録媒体と透過ホログラムマスターを光学的に結合し、反射を最少にするために適合した屈折率の、キシレンのような結合流体を付けるための手段を備えても良い。そのような適用手段は、液体を滴下し、噴霧し、転がし、またはその他の方法でこのマスターおよび／または記録媒体に、一般的にそれらが互いに接触するようになるところ付近に、付ける構造を含む。
第１図に示す実施例では、屈折率整合流体を（１）透過ホログラムマスター３４と記録媒体３０の間に存在する支持体／空気／支持体の境界面、および（２）透過ホログラムマスター３４と反対の記録媒体３０の表面に存在する支持体／空気の境界面に付ける。
屈折率整合流体を上記支持体／空気／支持体の境界面に適用する際、滴下システム６０を円筒形部材２０上に設ける。ホログラフ画像形成装置１０の動作中、適当な量の屈折率整合流体が円筒形部材２０の方に次第に滴下し、透過ホログラムマスター３４の表面に接触して広がり、結局記録媒体３０が透過ホログラムマスターと重ね合されたとき、上記境界面を満たす。
屈折率整合流体を上記支持体／空気の境界面に適用する際、一般的に滴下システム６０とは反対に、バスシステム６２を円筒形部材２０の下に設ける。バスシステム６２には、屈折率整合流体溜を含む容器があり、この容器は着色されているか光吸収性材料でできている。ホログラフ画像形成装置１０の動作中、円筒形部材２０の腹部領域がバスシステム６２に含まれる屈折率整合流体の溜の中に沈み、それによって上記支持体／空気の境界をなくする。第１図から、反射性要素２４が照射波面をバスシステム６２に沈んだ領域の方に向けるように配設されているのが分るだろう。バスシステム６２が光吸収性であるので、望ましくない反射が生ずる可能性が減ずる。
ホログラフ画像形成装置１０が、記録媒体の露出後およびそれを巻戻しロール４２上に巻く前に、その片側または両側から屈折率整合液体を除くための手段（図示せず）も備えても良い。ある記録媒体３０は、結合液体なしに本質的にマスター３５と光学的に結合できることも分るだろう。例えば、粘着性の記録媒体は、ポリエステル蒸着フィルムのようなマスターに、結合液体を必要とせずに、適当に結合するように示されている。
この発明の方法面によれば、上に--照射波面を実質的に透過するように構成された領域に--透過型マスターを乗せて回転可能な円筒形部材を利用することによって透過型ホログラムを作ることができる。この透過型マスターは、円筒形部材の外面に、例えばテープによって、固定またはその他の方法で取付けられた透過ホログラムマスターの形をしていても良い。
この方法の工程の中で、記録媒体を上記透過型マスターと重ね合せるように円筒形部材の上へ運搬しながら、上記円筒形部材を回転する。特定の実施態様では、円筒形部材の回転中、ホログラフ記録媒体のウエブの一部（または個々のシート）を供給ロールから巻戻し（またはトレーから送出し）、一部円筒形部材の周りに透過ホログラムマスターと重ね合せて配置する。円筒形部材の回転中および記録媒体の運搬中、記録媒体を露出期間全体に透過ホログラムマスターと滑らない関係に維持することによって利益が得られることが分るだろう。第１図に示すような装置を使うとき、滑らない関係は、記録媒体３０のウエブが円筒形部材２０に対して強く（即ち、ゆるくなく）圧迫するように、ローラ２０および４２間の引張り力を維持することによって達成することができる。
円筒形部材の回転および記録媒体の運搬と同時に、透過型マスターが円筒形部材を通して照射波面で走査するように照射されて、透過波面を作り、それらが組み合さって記録媒体に干渉縞を作る。記録媒体が透過ホログラムマスターと重ね合せて配置されているので、照射波面--例えば、円筒形部材の内側に含まれる反射性要素によって、適当に向けられた--は、その組み合さって最後に記録媒体を露出するように変更された部品で透過ホログラムマスターを通過し、できた干渉縞の潜在記録を作る。この創意に富む方法を実施する際、走査するように照射することは、照射波面を実質的に一定の入射角に固定して向けることによって達成され、それによって上記透過型マスターと記録媒体が局部化された照射領域を通過するとき、それらを順次露出する。特定の実施態様では、この照射可干渉性波面は、最初円筒形部材２０の開放端からほぼその縦軸ａに沿って反射性要素（上の装置に対して説明したように構成されている）の方へ伝搬する。この反射性要素は、波面を円筒形部材の回転毎に１度、走査するように、順次このマスターを通して記録媒体の方へ向け直せるべきである。
一般に、良い記録状態は、全露出領域を通じて露出角度を一定に維持することによって達成できる。これに関して、もし入射角が走査するように照射する内に変ったら、画像形成効率が落ちることが分るだろう。これは、平面で接触コピーするときに、記録媒体を傾け、または回転することに匹敵する効果を生ずる。シート状ビームを作り、円筒軸上に焦点を結ぶために前述の円筒形光学要素を使うことによってこの発明では一定の露出角が達成される。
露出の次に、記録媒体を処理して記録した洗剤干渉縞を現像し、それによって透過ホログラムを作る。特定の実施態様では、ウエブ上に幾つかのコピーを記録してから（または幾つかのオリジナルホログラムを作ってから）、この記録媒体のウエブをローラ４２から外し、次に現像して、例えば、画像要素を強化し（ＤＭＰ−１２８の場合、２イソプロパノールで処理することによって）、または走査するように照射することによって化学作用で発生した光重合反応生成物を“定着”（または別の方法でより安定に）する。ホログラフ記録に使用する光重合組成物の使用法および処理に関するある程度の詳細は、例えば、１９８６年５月１３日発行のエッチ．エル．フィールディングおよびアール．ティ．イングウォールの米国特許明細書第４，５８８，６６４号；１９８７年９月２７日発行のジェー．ジェー．ケールの米国特許明細書第４，６９６，８７６号および１９９３年３月３０日発行のアール．ティ．イングウォール、エム．エー．トロール、およびディ．エイチ．ホイットニの米国特許明細書第５，１９８，９１２号にある。当業者は、この発明に使うことができる種々の記録媒体の種々の処理方法について知っているだろう。
その後の処理は、選択した記録媒体の性質に依ることは分るだろう。従って、“現像”という用語の解釈は、特定の画像記録媒体を仕上げ、または別の方法で使用に備えるために望ましい、および／または必要な処理を考慮することを強制するだろう。
ここに示したこの発明の教示の利益を享受した当業者は、それに対して多数の変更を実行することができる。これらの変更は、添付の請求項に示したこの発明の範囲内に含まれると解釈すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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