JP2011118075A

JP2011118075A - ホログラムの作製方法

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Publication number: JP2011118075A
Application number: JP2009274164A
Authority: JP
Inventors: Makio Kurashige; 牧夫倉重; Tomoe Takanokura; 知枝高野倉
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-02
Also published as: JP5532212B2

Abstract

【課題】ホログラムの屈折率変調量を正確に制御でき、屈折率変調量のバラツキ、分布が出来難く、ノイズの少ないホログラムの作製方法。
【解決手段】ホログラム記録材料１にホログラムを記録するための干渉露光前に、ホログラム記録材料１が感度を持つ波長の光で飽和露光量未満の所定値だけ予備露光４しておき、その後に、残りの感度が飽和するような露光量でホログラムの干渉露光を行うことで、ホログラム干渉縞の屈折率変調量の最大値を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラムの作製方法に関し、特に、所定の回折効率を持つホログラムの作製方法に関するものである。

ホログラムを例えば光学素子として用いる場合、あるいは複製原版として用いる場合に、その回折効率を予め決めた所定値に制御することが求められる。

ホログラムの回折効率を決定するための指標として、ホログラム材料の屈折率変調量及び膜厚、また、記録時の波長及び露光角度があげられる。記録波長及び露光角度は目的とする設計仕様に応じて決定され、膜厚もホログラム材料の物性によりある範囲での膜厚に制限される。そこで、ホログラムの回折効率を制御するためにホログラム材料の屈折率変調量を制御することが行われている。屈折率変調量の制御のために一般的に行われている方法に、記録時の物体光強度と参照光強度の比を変えること、また、特にフォトポリマーの場合は、記録時の露光量を飽和露光量未満の所定値にすることで屈折率変調量を制御している。

このように、一般的に行われている方法に、記録時の物体光強度と参照光強度の比を変えることにより屈折率変調量を制御する方法がある。物体光強度と参照光強度が等しいときが干渉縞の光変調量が最大であり、そこから比をずらすことにより干渉縞の光変調量を小さくし、ホログラム材料中の屈折率変調量も同時に小さくすることで達成される。

しかしながら、物体光強度と参照光強度の比が大きい場合、干渉縞の光変調量が小さすぎて安定的に物質移動が起こらず、その結果、作製されたホログラムの干渉縞にノイズが多く含まれやすい。

また、別の方法として、特にフォトポリマーの場合は、記録時の露光量を飽和露光量未満にすることで、屈折率変調量をその飽和露光時の屈折率変調量より小さくする方法がある。この場合、飽和露光量未満であるため、露光の度に屈折率変調量がバラツキやすく、また、光の強度分布により屈折率変調量に分布が出来てしまう。

特開平６−３０１３２２号公報

Ｐ．ハリハラン著，吉川浩・羽倉弘之訳「ホログラフィーの原理」（オトロニクス社，平成１６年３月３０日第１版第１刷発行），ｐｐ．３０〜３６

本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホログラムの屈折率変調量を正確に制御でき、屈折率変調量のバラツキ、分布が出来難く、ノイズの少ないホログラムの作製方法を提供することである。

上記課題は、露光前にホログラム材料が感度を持つ波長の光を照射することにより解決
できる。

すなわち、本発明のホログラムの作製方法は、ホログラム記録材料にホログラムを記録するための干渉露光前に、前記ホログラム記録材料が感度を持つ波長の光で飽和露光量未満の所定値だけ予備露光しておき、その後に、残りの感度が飽和するような露光量でホログラムの干渉露光を行うことで、ホログラム干渉縞の屈折率変調量の最大値を制御することを特徴とする方法である。

あるいは、また、本発明のホログラムの作製方法は、ホログラム記録材料が感度を持つ波長の光での飽和露光量未満の予備露光量と、前記ホログラム記録材料の残りの感度が飽和するような露光量でホログラムを干渉露光させた場合のホログラム干渉縞の最大屈折率変調量との関係を求め、その予備露光量とホログラム干渉縞の最大屈折率変調量との関係から所望のホログラム干渉縞の屈折率変調量に対する予備露光量を求め、前記ホログラム記録材料と同一特性のホログラム記録材料に求めた予備露光量だけ予備露光をし、その後に前記予備露光をした前記ホログラム記録材料の残りの感度が飽和するような露光量でホログラムの干渉露光を行うことを特徴とする方法である。

これらにおいて、前記ホログラム記録材料はフォトポリマーからなることが望ましい。

また、前記予備露光の光がインコヒーレントな光であることが望ましく、照度が均一な散乱光であることが望ましい。

本発明のホログラム作製方法によると、ホログラム記録材料の屈折率変調量の上限量が制限されるため、ホログラム記録材料本来の屈折率変調量より小さな値の範囲にて、屈折率変調量を所望の値に正確に制御できる。また、従来技術のように記録条件により屈折率変調量を制御する必要がないため、干渉縞の光変調量を大きく、また、飽和露光量で露光することで、屈折率変調量のバラツキ、分布なしに、また、ノイズが少なく、均一にホログラムを記録できるため、記録安定性や品質面で優れたホログラムを作製することができる。

本発明に基づき予備露光するための配置の１例を示す図である。予備露光後に透過型ホログラムを記録する工程を説明するための図である。記録された透過型ホログラムを再生する工程を説明するための図である。本発明の実施例で用いてホログラム記録材料のフォトポリマーの予備露光量と最大屈折率変調量の関係を示す図である。本発明の１実施例の透過型ホログラム原版の予備露光量を求めるための過程を説明するための図である。予備露光後に反射型ホログラムを記録する工程を説明するための図である。記録された反射型ホログラムを再生する工程を説明するための図である。本発明の別の実施例の反射型ホログラム原版の予備露光量を求めるための過程を説明するための図である。

以下に、実施例に基づいて本発明のホログラムの作製方法について説明する。

本発明の基本原理は、ホログラム記録材料として特にフォトポリマーを用いる場合、ホログラムの干渉露光前に、予めそのホログラム記録材料が感度を持つ波長の光で飽和露光量未満の所定値だけ露光しておき、その後に、残りの感度が飽和するような露光量でホロ
グラム干渉露光を行うことで、屈折率変調量の最大値を制御することである。

図４は、特許文献１の実施例１のホログラム記録材料のフォトポリマーの予備露光量と最大屈折率変調量の関係を示す図である。ここで言う予備露光とは、図１に示すように、ホログラム記録材料１にホログラムの干渉記録前に、記録材料１全面に均一に光を照射することを意味し、図１の場合は、紫外線ランプ２からの紫外光を散乱板３を介して一様な紫外線散乱光４として照射する。なお、紫外線散乱光４は強度が面内で均一なものが好ましく、インコヒーレントな光を用いる。紫外線ランプ２の他、紫外線ＬＥＤでもよい。このホログラム記録材料１を予備露光する紫外線散乱光４の光量が予備露光量である。

最大屈折率変調量とは、ホログラムを記録するための参照光と物体光の強度比が１：１のとき、すなわち光の干渉により生ずる干渉縞の明暗の変調量が最大となる条件で、上記のようにして予備露光したホログラム記録材料１にその飽和露光量以上の光を照射してホログラムを記録したときに得られる干渉縞の屈折率変調量であり、予備露光後のホログラム記録材料１が出し得る最大の屈折率変調量を表す。

図４のホログラム記録材料１は、上記のように、特許文献１の実施例１の材料、すなわち、以下の組成物を調製してなるフォトポリマーである。

◎ラジカル重合性化合物(a)
ＢＰＦＬ−Ａ：９, ９−ビス（４−アクリロキシジエトキシフェニル）フルオレン
９００ｍｇ
◎カチオン重合性化合物(b)
ＣＡＴ−１：３, ４−エポキシシクロヘキシルメチル−３',４' −エポキシシクロヘキサンカルボキシレート「ユニオンカーバイト社、ＵＶＲ−６１１０」９００ｍｇ
◎光ラジカル重合開始剤系(c) 、光カチオン重合開始剤系(d)
ＤＹＥ−１：３, ９−ジエチル−３' −カルボキシメチル−２, ２' −チアカルボシアニン、ヨウ素塩５ｍｇ
ＤＰＩ・ＣＦ₃ＳＯ₃：ジフェニルヨードニウム・トリフルオロメタンスルホン酸塩・
６０ｍｇ
ＴＰＳ・ＳｂＦ₆：チバガイギー社製、トリアリールスルホニウム・ヘキサフルオロアンチモネート系化合物８０ｍｇ
◎高分子結合剤
Ｐ−１：メチルメタクリレート／エチルアクリレート／アクリル酸の共重合体（共重合比＝４５／４９／６) ５００ｍｇ
◎溶解・分散に使用した溶媒
ＤＣＥ……ジクロロエタン１５００ｍｇ
ＭＥＫ……メチルエチルケトン１５００ｍｇ
このような組成からなる材料（屈折率ｎは１．５１）を膜厚４０μｍにて用いてホログラム記録材料１とし、種々の予備露光量（図４の横軸）で予備露光を行った記録材料１に対し、物体光及び参照光強度は１ｍＷ／ｃｍ²、露光量を３０ｍＪ／ｃｍ²とした。そのホログラム記録材料１の予備露光量と最大屈折率変調量の関係は図４のようになった。

図４の予備露光量と最大屈折率変調量の関係から明らかなように、予備露光量がある量を超えると急激に最大屈折率変調量が低下することが分かる。ホログラム記録材料１に応じてこのような図４のような特性を測定しておき、実際のホログラム干渉露光によるホログラム干渉縞の屈折率変調量を所望の値に制御するように予備露光量を選ぶ。その選択過程を図５を参照にして説明する。

図５の予備露光量と最大屈折率変調量（Δｎ）の関係を示す曲線は図４と同じ（同じ材
料）で同じ膜厚である。コゲルニークの結合波理論（非特許文献１）によると、Δｎが０．０１のときの回折効率は約１００％となり（非特許文献１の式（３．８）から）、透過型ホログラム原版としては適さない。最も透過型ホログラムの複製を安定的に行うには、透過型ホログラム原版の回折効率を約５０％とすることで、０次光と１次光（参照光と物体光）の比を１：１とすることができ有効である。上記材料で膜厚４０μｍの場合、回折効率を５０％とするためのΔｎは０．００５と必要であり、図５の縦軸の最大屈折率変調量が０．００５の場合、予備露光量と最大屈折率変調量の関係を示す曲線との交点の横軸の予備露光量を読むと、予備露光のための紫外光は１１ｍＪ／ｃｍ² となり、図１の予備露光のための紫外線散乱光４の照射光量を１１ｍＪ／ｃｍ² とすればよいことが分かる。

他の種類のホログラム記録材料１（フォトポリマーに限らず、銀塩乳剤、重クロムゼラチン）の場合も図５と同様の関係が得られるので、その関係を示す曲線を用いて同様に、得ようとするΔｎから予備露光量が求まる。

図２は、予備露光後にホログラムを記録する工程を説明するための図であり、ここでは透過型ホログラムの記録工程を説明する。図１のような配置で予備露光した後のホログラム記録材料１’に対して、同じ面側からホログラム記録材料１’が感度を持つ波長λの同一光源からのレーザー光である物体光５と参照光６を入射させ、ホログラム記録材料１’中で干渉縞を記録し、後処理を行い、ホログラム１”を作製する。この際のレーザー光としては波長λ：５３２ｎｍのＤＰＳＳレーザーからのレーザー光を用い、物体光５及び参照光６の強度は１ｍＷ／ｃｍ²で、露光量は３０ｍＪ／ｃｍ²とした。

図３は、このようにして作製したホログラム１”を再生する工程を説明するための図であり、ホログラム１”に対して、記録のときに用いた波長λと同じ波長の再生照明光７をホログラム１”を記録したときの参照光６と反対方向に進行するように、記録時と反対側の面から入射させると、再生照明光７の入射側と反対側に再生光８が回折された。

上記のような条件にて透過型ホログラム原版１”を作製したところ、再現性良く品質の安定した透過型ホログラム原版を作製することができた。

次に、上記と同じホログラム記録材料１を用いて、図１のような予備露光をして、反射型ホログラムを作製する実施例について説明する。膜厚を同じ４０μｍとすると、予備露光量と最大屈折率変調量の関係は図４のようになる。

反射型ホログラムの回折効率は、非特許文献１の式（３．１４）の関係にあり、例えば回折効率５０％の反射型ホログラムを得ようとすると、Δｎは０．００３程度必要であり、図８に示すように、図８の縦軸の最大屈折率変調量Δｎが０．００３の場合、予備露光量と最大屈折率変調量の関係を示す曲線との交点の横軸の予備露光量を読むと、予備露光のための紫外光は１２ｍＪ／ｃｍ² となり、図１の予備露光のための紫外線散乱光４の照射光量を１２ｍＪ／ｃｍ² とすればよいことが分かる。

図６は、予備露光後に反射型ホログラムを記録する工程を説明するための図であり、図１のような配置で予備露光した後のホログラム記録材料１’に対して、お互いに反対側の面にホログラム記録材料１’が感度を持つ波長λの同一光源からのレーザー光である物体光５と参照光６を入射させ、ホログラム記録材料１’中で干渉縞を記録し、後処理を行い、ホログラム１ａを作製する。この際のレーザー光としては波長λ：５３２ｎｍのＤＰＳＳレーザーからのレーザー光を用い、物体光５及び参照光６の強度は１ｍＷ／ｃｍ²で、露光量は３０ｍＪ／ｃｍ²とした。

図７は、このようにして作製したホログラム１ａを再生する工程を説明するための図で
あり、ホログラム１ａに対して、記録のときに用いた波長λと同じ波長の再生照明光７をホログラム１ａを記録したときの参照光６と反対方向に進行するように、記録時と反対側の面から入射させると、再生照明光７の入射側に再生光８が回折された。

上記のような条件にて反射型ホログラム原版１ｂを作製したところ、再現性良く品質の安定した反射型ホログラム原版を作製することができた。

以上、本発明のホログラムの作製方法を実施例に基づき説明したが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

以上の本発明のホログラム作製方法によると、ホログラム記録材料の屈折率変調量の上限量が制限されるため、ホログラム記録材料本来の屈折率変調量より小さな値の範囲にて、屈折率変調量を所望の値に正確に制御できる。また、従来技術のように記録条件により屈折率変調量を制御する必要がないため、干渉縞の光変調量を大きく、また、飽和露光量で露光することで、屈折率変調量のバラツキ、分布なしに、また、ノイズが少なく、均一にホログラムを記録できるため、記録安定性や品質面で優れたホログラムを作製することができる。

１…ホログラム記録材料
１’…予備露光した後のホログラム記録材料
１”、１ａ…作製されたホログラム
２…紫外線ランプ
３…散乱板
４…紫外線散乱光
５…物体光
６…参照光
７…再生照明光
８…再生光

Claims

ホログラム記録材料にホログラムを記録するための干渉露光前に、前記ホログラム記録材料が感度を持つ波長の光で飽和露光量未満の所定値だけ予備露光しておき、その後に、残りの感度が飽和するような露光量でホログラムの干渉露光を行うことで、ホログラム干渉縞の屈折率変調量の最大値を制御することを特徴とするホログラムの作製方法。
ホログラム記録材料が感度を持つ波長の光での飽和露光量未満の予備露光量と、前記ホログラム記録材料の残りの感度が飽和するような露光量でホログラムを干渉露光させた場合のホログラム干渉縞の最大屈折率変調量との関係を求め、その予備露光量とホログラム干渉縞の最大屈折率変調量との関係から所望のホログラム干渉縞の屈折率変調量に対する予備露光量を求め、前記ホログラム記録材料と同一特性のホログラム記録材料に求めた予備露光量だけ予備露光をし、その後に前記予備露光をした前記ホログラム記録材料の残りの感度が飽和するような露光量でホログラムの干渉露光を行うことを特徴とするホログラムの作製方法。
前記ホログラム記録材料がフォトポリマーからなることを特徴とする請求項１又は２記載のホログラムの作製方法。
前記予備露光の光がインコヒーレントな光であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のホログラムの作製方法。
前記予備露光の光が照度が均一な散乱光であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載のホログラムの作製方法。