JPH02704B2 - - Google Patents

Description

発明の背景 １ 発明の分野 この発明はホログラフイーに係り、特に不必要
な副ローブを抑制する改良されたホログラムに関
する。 ２ 先行技術の説明 重クロム酸ゼラチン位相反射ホログラム
（dichromated gelatin phase reflection
hologram）は、異なる方向の同位相レーザービ
ームにより露光されたガラス基板上の光反応ゼラ
チンの薄い層から成る。このビームはゼラチン層
で交わりゼラチン層に干渉パターンを形成する。
この干渉パターンは理論的にはゼラチン層の正弦
波状の屈折率変調として記録されている。屈折率
の変調に対応するホログラフイツクフリンジがホ
ログラムを確定する。ホログラムには多くの用途
がある。 現代の航空機では、軍用および民間用ともに、
パイロツトが外界を見ている間に彼に提供される
情報が十分な量であることが重要である。ホログ
ラフイツクヘツドアツプデイスプレイ（HUD）
はこの目的のために開発され、相対した目盛り、
英文字数字、記号表示、銃の照準レチクル（戦闘
機）、およびその他の情報表示をパイロツトの前
方視界に重ね合せている。情報デイスプレイは陰
極線管に表示されリレーレンズシステムを介して
パイロツトと航空機の風防の間にある透明組合わ
せスクリーンに投影される。ホログラフイツクフ
イルムを含む組合わせスクリーンは、組せ合めス
クリーンと風防を介しての障害物のない外の視界
を可能にしながら投影された像をパイロツトの目
に反射する。 ホログラフイツクフイルムは、入射レーザービ
ームから露光する可能性がある様な場合に、目に
障害を与えるような露光から目を護る様に設計さ
れた日除け板として用いられる。日除け板の中に
組込まれたホログラフイツクエレメントは入射レ
ーザービームを視野の外に回折したり方向をかえ
たりする。所定の波長に対して円錐状の全反射特
性を有していることから目に障害をあたえるビー
ムから目を保護することができる。 ホログラムは波長選択フイルターとしても作用
する。ホログラムのなかに理論的に存在する一様
な正弦波状の屈折率変調は高い値の副ローブを有
する効率（帯域）曲線を示す。実際には、重クロ
ム酸ゼラチンの記録媒質を使用しているホログラ
ムは、ゼラチン処理が正弦波状でないフリンジ変
調を創ることから、理論が予見するよりも幾分高
い値の副ローブ（非対称）を有する。副ローブは
ゴースト像をつくり及び劣化した明所視を生じさ
せる可能性があるので望ましくない。 理論上は、副ローブは記録媒質全体に亙つての
深さの関数としての屈折率変調を変えることによ
り減ずることができる。この点に付いては、ミシ
ガン州環境研究所（Enviromental Research
Institute of Michigan）の報告 AFOSR―TR
―81―0196を参照されたい。しかし、このやり方
を実行する技術は現在までこの出願を除いては知
られていない。 理論的には、媒質中の感光材料の濃度を変える
ことにより又は高い吸光度の波長によるホログラ
フイツク露光をすることによりホログラフイツク
記録媒質全量に亙つてフリンジ変調を変更するこ
とが可能と思われている。しかしながら、どちら
のやり方によつても実際的には出来ないことが明
らかにされてきている。感光材料の濃度を変更す
る事により可能となる調整だけでは十分ではな
い。露光による変調の変更はその露光程度が用意
された反応材料を使いきるのに十分に高い場合に
のみおこりうる。重クロム酸ゼラチン内の反応材
料が重クロム酸イオンであることから、使用でき
る露光程度はその様なイオンにより有効な程度に
限定される。さらに、副ローブをならすために変
更した形状を仕立てるには、適切な吸収レベルを
可能とする波長の選択を必要とする。実際には、
レーザーは共通の使用により又は存在するレーザ
ー装置によつて決定される波長が用意されるのみ
である。それゆえ、波長の選択においては、全て
の場合に適切な波長の使用ができる十分な適応性
はない。 従つて、フリンジ変調に於ける所望の変更を達
成する技術が求められている。 Vohn E.Wreede 及び Mao−Jin J.Chern
により出願された“Flare Reduction in
Horograms”には、ホログラフイツク媒質表面
領域に添つて屈折率変調を変更する技術が記述さ
れている。しかしながら、この技術は単に斜め縞
ホログラムに固有な表面回折効果の除去に関係す
る。これは副ローブの問題に言及しておらず、記
録媒質全体を通じて屈折率変調を変更することか
らは明確に外れて教示している。 発明の要約 この発明は感度について層の中心にむかつて連
続的に増加するようにホログラフイク記録媒質、
例えば重クロム酸ゼラチンの層の有効な感度を減
ずることでホログラム効率曲線における高い値の
副ローブを抑制する。その様な層に記録された正
規に規則正しい変調をもつホログラフイツクフリ
ンジパターンは層の表面でほとんどゼロであり媒
質の中心に向かい増加する屈折率変調を有するホ
ログラムを生じさせる。 一実施例において、層の両面をフイルターを通
したインコヒーレント光により露光することによ
り記録媒質の感度が減少される。特定されたゼラ
チン厚及び約4.0光学濃度の重クロム酸濃度のと
きに得られる最大値までの前もつてきめられた高
い吸光度となるようにこの光の波長が選択され
る。露光強度は層の深さ全体を通しての露光を保
証するように選択される。 この発明の他の利点は露光変数の適切な選択に
より層の深さ全体を通じての感度の変化はいかな
る所望のホログラム効率曲線をも作り出すために
合せられることができることにある。 このことから、この発明の目的は改良されたホ
ログラム及び副ローブが抑制されたホログラムを
提供することにある。 この発明の他の目的は改良されたホログラフイ
ツクヘツドアツプデイスプレイ及び改良されたレ
ーザー防護眼装置を提供することにある。 この発明の更に他の目的は、対向する表面を有
する薄い層のホログラフイツク記録媒質を用意
し、フイルターを通したインコヒーレント光によ
り層の表面を露光し、そこに表面でほとんどゼロ
となり層の中心付近においてある最大値にまで実
質的に連続的に増加する感度曲線をつくり、かつ
その層をコヒーレント光ビームにより露光し、そ
のなかにホログラムフリンジパターンを記録する
ことからなる、十分に副ローブのない効率曲線を
もつホログラムを作製する方法を提供することで
ある。 この発明の別の目的は、対向する表面を有する
ホログラフイツク記録媒質よりなるホログラムを
提供することにある。この媒質はその表面でほと
んどゼロとなり、その層の中心付近においてある
最大値まで実質的に連続的に増加する光感度曲線
を有する。 この発明の更に別の目的は、対向面を有するホ
ログラフイツク記録媒質の薄い層を用意し、層の
表面をフイルターを通したインコヒーレント光に
より露光し、層の中に前記表面でほとんどゼロと
なり層の中心付近においてある最大値にまで実質
的に連続的に増加する感度曲線をつくることより
なるホログラフイツク記録構造を作製する為の方
法を提供することにある。 この発明のこれら及び他のそして別の目的並び
に特徴は、上記及び下記の明細書、特許請求の範
囲並びに図面を含む開示のなかで明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図はホログラフイツク記録媒質及び形成ビ
ームの概略図である。 第２図はこの発明を表わすホログラフイツク記
録媒質及び形成ビームの概略図である。 第３図は、第１図及び第２図のホログラフイツ
ク媒質の感度曲線を表わす図表である。 第４図は、第１図及び第２図のホログラムの感
度曲線を表わす図表である。

【発明の詳細な説明】

第１図は反射ホログラムを作る従来の方法を示
している。重クロム酸ゼラチンのような記録媒質
である層１０がガラス基板１６に塗られ、２つの
反対向きの同位相ビームＡとＢにより露光され
る。これらのビームはゼラチン層１０の表面１
２，１４を貫通し、その際に吸収される。吸光度
50％のゼラチン層１０では、層１０内の異なる点
においての２つのビームの相対的な強さ、ビーム
比及び屈折率変調は以下のようである； 表面１２において； Ａ＝100；Ｂ＝50 ビーム比＝２：１ 変調＝．707 中心において； Ａ＝70.7，；Ｂ＝70.7 ビーム比＝１：１ 変調＝．707 表面１４において； Ａ＝50；Ｂ＝100 ビーム比＝１：２ 変調＝．707 ここで変調は、２つのビーム強度の積の平方根
である関数となつている。 ゼラチン層１０の感度は、第３図において破線
で表わされる感度曲線に示される様に本質的には
一定である。その際のホログラムは、第４図にお
いて点線で示す様に高い値の副ローブを有する効
率曲線を示す。 第２図にこの発明を示す。重クロム酸ゼラチン
の様な対向する表面２２，２４を持つ感光層２０
が基板２６に塗布されている。感光層２０は矢印
２８及び２９で示すフイルターを通つたインコヒ
ーレント光により両面が共に露光される。このイ
ンコヒーレント光はゼラチン層２０に対して高吸
光度となるように選択された波長および層２０の
深さ全体を通しての露出を保証するように選択さ
れた強度を有する。このインコヒーレント光は良
く吸収されるということから、層２０の深部には
より少なく貫通し、層２０は深さの関数として可
変的に露光される。このことから露光されていな
い媒質は層２０の中心に向かつて増大する感度を
有する。このことから、低い吸光度の形成ビーム
により層２０に記録されたホログラムは層２０の
中心で高く、層２０の表面２２及び２４でゼロ近
くに向かい減少する屈折率変調を有する。 第２図はゼラチン層に低吸光度となるように選
択された波長を持つ従来のホログラム形成ビーム
Ａ及びＢに露光されたゼラチン層２０である。こ
の形成ビーム露光は、インコヒーレント光の露光
の前後どちらでも良い。層２０の各点における相
対的ビーム強度、ビーム比及び屈折率変調は以下
の通りである。 表面２２において； Ａ＝100；Ｂ＝99 ビーム比＝約１：１ 屈折率変調＝０ （中心で1.0となる漸進的な増加） 中心において Ａ＝99.5；Ｂ＝99.5 ビーム比＝約１：１ 屈折率変調＝約1.0 表面２４において Ａ＝99；Ｂ＝100 ビーム比＝約１：１ 屈折率変調＝０ （中心で1.0となる漸進的な増加） 深さの関数としてのゼラチン層２０の感度曲線
が第３図に実線で示されている。結果として生じ
たホログラムは実線３２に対応する屈折率変調の
変化を表わす。このホログラムは、また第４図に
実線で示される通り十分に副ローブのない効率曲
線を示す。 インコヒーレント光による露光は、ゼラチン層
にその光が吸収される部分に硬化を引き起こす。
処理後に硬化した部分は異なる波長に対して敏感
になる。その結果、処理されたホログラムはゼラ
チン層の厚さを単に減じただけの従来技術により
感度曲線を広げた場合と比較してより幅の広い効
率曲線及びより高い全効率を有することとなる。 重クロム酸ゼラチン層の複数の試料が異なるタ
イプの光源からのインコヒーレント光により、異
なる露出時間の間、露光試験された。一つの試料
は波長が約440ナノメーターのとき最大となる国
家規格局（National Breau of Standard）の規
格５−56のフイルターを通したタングステン光に
より、約40秒間、１平方センチメートル当たり約
4.0ミリワツトの（約514.5ナノメーターで校正さ
れたUDTパワーメーターにより測定した）光の
強度で前処理された。この試料は主ビーム
（99.992を越える効率を示す）の中で27％の効率
の第１副ローブをともなつて4.1を越える光学密
度が現われた。露光処理しない同様の試料では、
4.1より大きい光学密度であつたが、56％の効率
の副ローブを有していた。フイルターを通した水
銀アーク灯（約366ナノメーター）により規制予
備露光されない試料では副ローブのみあたらない
50％の効率の主ビームをもたらした。回析光学ヘ
ツドアツプデイスプレイに使用する従来のホログ
ラムでは30％の効率の第１副ローブを有する80％
の効率となつている。副ローブで反射される全光
量は主ピーク値で反射されるそれの25％である。
この発明の方法を使用すれば、ヘツドアツプデイ
スプレイは80％の効率の主ビームで副ローブのな
いホログラムを備えたものとすることができる。 上記第２図の説明の中で記したように、ゼラチ
ン層２０において非常に低い吸光度をもつ波長に
よりホログラフイツク露光が行われる。無視でき
る程のビーム比の変更によつてさえも、生じる屈
折率変調はかなり高くすることが出来る。形成ビ
ームのより多くの光が、層の表面２２，２４を過
度に露出することなく層２０の中心まで貫通する
ことができることから、第１図の方法によるより
もより高い値の屈折率の変化を層２０の中心にて
得ることが可能となる。 この発明は２ビーム反射ホログラム（図示され
ている）又は第２ビームが鏡からの反射により供
給される反射ホログラムに応用可能である。 インコヒーレント光による後露光（ホログラム
の記録の後のインコヒーレント光による露光）に
よつても同様の結果を得ることが理論的には可能
であるが、ゼラチン層の過去に露光した部分は、
露光していない部分よりも多い透過を有するであ
ろうということからその結果は確実ではない。 この発明が先行技術により作製されたものから
十分に改良されたホログラムを作製するというこ
とは容易に認識される。副ローブは除去され又は
十分に減じられ、ヘツドアツプデイスプレイ用の
高品質の組合わせスクリーンやレーザー防護眼装
置の製造を可能にする。 この発明が有利に利用されるかもしれない方法
を説明するためにホログラム内の副ローブを抑制
する特定された方法が上記に記述されてきたが、
この発明はこのなかに記載されているものに限定
されないことは認識されれるであろう。したがつ
て、この技術分野における熟練者が想いつきうる
いかなるそして全ての修正、変更又は等価の組替
えは、以下の特許請求の範囲の中で定義されるこ
の発明の適用範囲のなかに入ることになると考え
られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対向する表面を有するホログラフイツク記録
   媒質の薄い層を用意し； フイルターを通したインコヒーレント光により
   前記層の前記表面を露光し、前記層中に前記層の
   前記表面でほとんどゼロとなり前記層の中心付近
   においてある最大値にまで実質的に連続的に増加
   する感度曲線を生じさせ；及び 前記層をコヒーレント光のビームにより露光
   し、前記層中にホログラムフリンジパターンを記
   録することから成る十分に副ローブのない効率曲
   線をもつ副ローブ抑制ホログラムの製造方法。 ２ 前記層を重クロム酸ゼラチンとする特許請求
   の範囲第１項記載の副ローブ抑制ホログラムの製
   造方法。 ３ インコヒーレント光はタングステン灯から放
   射されるとする特許請求の範囲第２項記載の副ロ
   ーブ抑制ホログラムの製造方法。 ４ インコヒーレント光は約440ナノメーターで
   最大となる、国家規格局の規格５−56のフイルタ
   ーを通されたとする特許請求の範囲第３項に記載
   の副ローブ抑制ホログラムの製造方法。 ５ インコヒーレント光による露光は約40秒の照
   射時間で１平方センチメータあたり約4.0ミリワ
   ツトの強度を有するとする特許請求の範囲第４項
   に記載の副ローブ抑制ホログラムの製造方法。 ６ インコヒーレント光は水銀アーク灯から放射
   され約366ナノメーターでフイルターを通される
   とする特許請求の範囲第２項記載の副ローブ抑制
   ホログラムの製造方法。 ７ 対向する表面を有するホログラフイツク記録
   媒質の薄い層よりなり、前記媒質は前記層の中心
   付近におけるある最大値にまで実質的に連続的に
   増加する光感度曲線を有する副ローブ抑制ホログ
   ラム。 ８ 前記媒質に記録されたホログラムフリンジパ
   ターンを備え、このホログラムフリンジパターン
   は前記層の中心付近におけるある最大値にまで実
   質的に連続的に増加する様なフリンジ変調を示す
   特許請求の範囲第７項記載のホログラム。 ９ 光感度曲線は前記表面においてほとんどゼロ
   となる特許請求の範囲第７項に記載のホログラ
   ム。 １０ フリンジ変調は前記表面においてほとんど
   ゼロとなる特許請求の範囲第８項記載のホログラ
   ム。