JP4965275B2 - Method for manufacturing hologram optical element - Google Patents
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Description
この発明は、ホログラム光学素子の製造方法に関するものである。 This invention is related to method for producing holograms optical element.
光重合相分離を用いたホログラフィック高分子型液晶素子（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ：以下、ＨＰＤＬＣという。）を応用したホログラム回折格子を偏光分離素子として用いることが提案されている。 It has been proposed to use a hologram diffraction grating applying a holographic polymer liquid crystal element (hereinafter referred to as HPDLC) using photopolymerization phase separation as a polarization separation element.
このＨＰＤＬＣは、非重合性液晶と等方相しか示さない光重合性モノマーとの混合相からなるホログラム記録材料層に、ホログラム回折格子を露光記録することにより形成される。 This HPDLC is formed by exposing and recording a hologram diffraction grating on a hologram recording material layer composed of a mixed phase of a non-polymerizable liquid crystal and a photopolymerizable monomer exhibiting only an isotropic phase.
このＨＰＤＬＣを作成する方法として、液晶と光重合性モノマーの混合物を光干渉露光によって作成する方法が提案されている（特許文献１参照）。 As a method for producing this HPDLC, a method for producing a mixture of a liquid crystal and a photopolymerizable monomer by optical interference exposure has been proposed (see Patent Document 1).
ところで、従来、複製露光はホログラム原版に記録材料を密着（または近接）させ原版のホログラム層からの少なくとも２つの所定回折光、例えば０次光と１次回折光が重なり合う場所で記録（すなわち複製）してきた。この複製露光方法は、特許文献２に詳しい。
上記した複製露光を用いて作製されるホログラム光学素子は、ホログラム原版とは、別に用いられる。しかしながら、光束分割素子をホログラム光学素子を用いて構成しようとすると、２つのホログラム光学素子を所定の間隔で配置する必要があるなど、その製造が困難であった。すなわち、２枚（２層）のホログラム記録部からなる光束分割素子を組付ける際、露光完了後のホログラムの位置合わせすると調整時間が増えコストアップにつながるなどの難点があった。 The hologram optical element produced by using the above-described replica exposure is used separately from the hologram original plate. However, when trying to construct the light beam splitting element using a hologram optical element, it is difficult to manufacture the two hologram optical elements because it is necessary to arrange them at a predetermined interval. That is, when assembling a light beam splitting element composed of two (two-layer) hologram recording parts, there is a problem that alignment of the hologram after completion of exposure increases the adjustment time and leads to an increase in cost.
この発明は、上記した従来の難点に鑑みなされたものにして、一回の露光で２つの記録層（または記録領域）を作製することができる光学素子を提供することを第１の目的とする。 The first object of the present invention is to provide an optical element capable of producing two recording layers (or recording areas) by a single exposure, in view of the above-described conventional problems. .
また、この発明は、仮に、波面収差量の比較的大きなホログラム原版を用いたとしても、ホログラム光学素子の出射光波面収差が低減できる光学素子を提供することを第２の目的とする。 A second object of the present invention is to provide an optical element that can reduce the wavefront aberration of the emitted light of the hologram optical element even if a hologram master having a relatively large wavefront aberration amount is used.
更に、この発明は、作製されたホログラム光学素子の２通りの光学長を同一にすることができる光学素子を提供することを第３の目的とする。 Furthermore, a third object of the present invention is to provide an optical element capable of making the two optical lengths of the produced hologram optical element the same.
この発明のホログラム光学素子の製造方法は、第１の被複製記録層と第２の被複製記録層とがホログラム記録層で回折された光束と回折されない光束とが空間的に分離される距離だけ間隔を有して配置され、０次光を含み所定の回折光を発生させるホログラム領域を有するホログラム原版を前記第１の被複製記録層に密着または近接させた状態で複製露光して、前記第１の被複製記録層にホログラム記録層を作製するとともに、前記第１の被複製記録層を経た前記ホログラム原版の所定回折光と前記ホログラム領域を通過せずに到達する光とで前記第２の被複製記録層を干渉露光し、前記第２の被複製記録層にホログラム記録層を作製することを特徴とする。 The method for manufacturing a hologram optical element according to the present invention is such that the first copy recording layer and the second copy recording layer are spatially separated from the light beam diffracted by the hologram recording layer and the light beam not diffracted. The hologram original plate having a hologram region that is arranged with an interval and includes zero-order light and generates predetermined diffracted light is duplicated and exposed in close contact with or close to the first copy recording layer, A hologram recording layer is formed on one copy recording layer, and the second diffracted light is generated by the predetermined diffracted light of the hologram original plate that has passed through the first copy recording layer and the light that reaches without passing through the hologram region. The copy recording layer is subjected to interference exposure, and a hologram recording layer is formed on the second copy recording layer.
また、この発明のホログラム光学素子の製造方法は、少なくとも第１の被複製記録層と第２の被複製記録層とがホログラム記録層で回折された光束と回折されない光束とが空間的に分離される距離だけ間隔を有して配置され、±ｍ次（ｍは自然数）の回折光を発生させるホログラム領域を有するホログラム原版を前記第１の被複製記録層に密着または近接させ状態で複製露光して、前記第１の被複製記録層にホログラム記録層を作製するとともに、第１の被複製記録層を経た前記ホログラム原版の所定回折光と前記ホログラム領域を通過せずに到達した光とで前記第２の被複製記録層を干渉露光し、前記第２の被複製記録層にホログラム記録層を作製することを特徴とする。 In the method for manufacturing a hologram optical element according to the present invention, the light beam diffracted by the hologram recording layer and the light beam not diffracted at least by the first copy recording layer and the second copy recording layer are spatially separated. The hologram master having a hologram region that is arranged with a distance of a distance and generates ± m-order (m is a natural number) diffracted light is duplicated and exposed in close contact with or close to the first recording layer. The hologram recording layer is formed on the first copy recording layer, and the predetermined diffracted light of the hologram original plate that has passed through the first copy recording layer and the light that has reached without passing through the hologram region The second copy recording layer is subjected to interference exposure to produce a hologram recording layer on the second copy recording layer.
さらに、前記ホログラム領域外に減光手段が配置され、減光手段を介して露光するように構成するとよい。 Further, it is preferable that a dimming unit is disposed outside the hologram area and exposure is performed via the dimming unit .
この発明は、第１の被複製記録層（第１のホログラム記録層）からの回折光が第２の被複製記録層（第２のホログラム記録層）に入射させ、ホログラム領域を通過せずに到達する光とで干渉露光により第２の被複製記録層（第２のホログラム記録層）のホログラム領域が作製されるので、一回の露光で２つの記録層（または記録領域）を作製することができ、生産性がよい。 In this invention, the diffracted light from the first copy recording layer (first hologram recording layer) is incident on the second copy recording layer (second hologram recording layer) and does not pass through the hologram region. since the hologram area of the second of the duplicate recording layer (second holographic recording layer) is produced by the interference exposure with the arriving light, making a two recording layers in a single exposure (or storage area) And productivity is good.
また、この発明は、第２の被複製記録層（第２のホログラム記録層）は、第１の被複製記録層（第１のホログラム記録層）を経た所定の回折光とホログラム記録層を通過せずに到達する光とで干渉露光されて形成され、露光ビームの波面を再現して回折光が出射されることにより、複製露光にもかかわらず原版回折光波面収差を第２の被複製記録層（第２のホログラム記録層）で相殺することができる。 Further, according to the present invention, the second copy recording layer (second hologram recording layer) passes through the predetermined diffraction light and the hologram recording layer which have passed through the first copy recording layer (first hologram recording layer). The second diffracted light wavefront aberration is recorded in the second copy by reproducing the wavefront of the exposure beam and emitting the diffracted light by reproducing the wavefront of the exposure beam. It can be canceled out by the layer (second hologram recording layer) .
また、この発明は、第１の被複製記録層（第１のホログラム記録層）のホログラム領域が±ｍ次（ｍは自然数）の回折光を発生させるように構成することで、光路長が同一の光を分割して出力することができる。従って、光の波面が同一な光束を得ることができる。
In addition, the present invention is configured such that the hologram region of the first copy recording layer (first hologram recording layer) generates diffracted light of ± m order (m is a natural number), so that the optical path length is the same. Can be divided and output. Accordingly, it is possible to obtain a light flux having the same wavefront.
この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in order to avoid duplication of description.
図１は、この発明の第１の実施形態を示す模式図であり、ホログラム光学素子を製造する際の複製露光時を示す。図２は、図１で製造したホログラム光学素子の再生時を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of the present invention, and shows a time of duplicate exposure when manufacturing a hologram optical element. FIG. 2 is a schematic diagram showing the hologram optical element manufactured in FIG. 1 during reproduction.
図１に示すように、この発明の第１の実施形態は、ホログラム光学素子を作製する記録セル２０に第１のホログラム記録層、第２のホログラム記録層を設けるものである。このため、記録セル２０は、第１の被複製ホログラム層（第１のホログラム記録層）２１と第２の被複製ホログラム層（第２のホログラム記録層）２２を有し、第１の被複製ホログラム層２１と第２の被複製ホログラム層２２とは、第１の被複製ホログラム層２１に形成されたホログラム領域１で回折された光束と回折されない光束とが空間的に分離される距離だけ両者が離間して配置される。この所定の距離を保つために、この第１の実施形態においては、所定の厚さの透光性基板２３を被複製ホログラム層２１と第２の被複製ホログラム層２２との間に設け、これら部材を一体化している。 As shown in FIG. 1, in the first embodiment of the present invention, a first hologram recording layer and a second hologram recording layer are provided in a recording cell 20 for producing a hologram optical element. Therefore, the recording cell 20 includes a first replicated hologram layer (first hologram recording layer) 21 and a second replicated hologram layer (second hologram recording layer) 22, and the first replicated hologram layer (second hologram recording layer) 22. The hologram layer 21 and the second replicated hologram layer 22 are both separated by a distance at which the light beam diffracted by the hologram region 1 formed in the first replicated hologram layer 21 and the light beam not diffracted are spatially separated. Are spaced apart. In order to maintain this predetermined distance, in the first embodiment, a translucent substrate 23 having a predetermined thickness is provided between the hologram layer 21 to be replicated and the second hologram layer 22 to be replicated. The members are integrated.
被複製ホログラム層２１と第２の被複製ホログラム層２２とは、ホログラム記録用フォトポリマを透明基板で挟んだものや光重合相分離を用いたホログラフィック高分子型液晶素子（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ：以下ＨＰＤＬＣという。）を応用したホログラムが用いられる。 The duplicated hologram layer 21 and the second duplicated hologram layer 22 include a hologram recording photopolymer sandwiched between transparent substrates, or a holographic polymer liquid crystal element using photopolymerization phase separation (Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystals). : A hologram to which HPDLC is applied) is used.
ホログラム光学素子を製造するために、上記した記録セル２０に複製露光を行う。この複製露光時にホログラム原版１０を第１の被複製ホログラム層２１に近接させて配置する。この第１の実施形態におけるホログラム原版１０は、０次光と１次回折光を発生させるホログラム領域１００を有する。露光ビーム３１は、そのビーム径をホログラム原版１０のホログラム領域１００よりも広くして照射する。露光ビーム３１のうちホログラム領域１００に入射した光束は、０次光（すなわち、そのまま直進する光）と１次回折光に二分される。 In order to manufacture the hologram optical element, the above-described recording cell 20 is subjected to replication exposure. The hologram master 10 is disposed in the vicinity of the first hologram layer 21 to be replicated during this replication exposure. The hologram master 10 in the first embodiment has a hologram region 100 for generating 0th-order light and first-order diffracted light. The exposure beam 31 is irradiated with a beam diameter wider than that of the hologram region 100 of the hologram master 10. Of the exposure beam 31, the light beam incident on the hologram region 100 is divided into zero-order light (that is, light traveling straight as it is) and first-order diffracted light.
この二分された光が干渉されている空間に第１の被複製ホログラム層２１が配置される。このように第１の被複製ホログラム層２１のホログラム領域１は従来知られている複製露光方法で作製される。 The first hologram layer 21 to be replicated is disposed in the space where the divided light is interfered. Thus, the hologram region 1 of the first hologram layer 21 to be replicated is produced by a conventionally known replication exposure method.
次に、第１のホログラム領域１を通過したホログラム原版からの１次回折光３２は、透光性基板２３を透過し、第２の被複製ホログラム層２２に入射する。 Next, the first-order diffracted light 32 from the hologram original plate that has passed through the first hologram region 1 passes through the light-transmitting substrate 23 and enters the second hologram layer 22 to be replicated.
一方、露光ビーム３１のうちホログラム領域１００外を通過した光とホログラム原版１０からの１次回折光３２が干渉する位置で第２の被複製ホログラム層２２が干渉露光され、第２のホログラム領域２が作製される。この実施形態では、平面波の露光ビーム３１で動作を説明している。第１のホログラム領域１と第２のホログラム領域２は共に同一の格子ピッチが作製される。 On the other hand, the second replicated hologram layer 22 is subjected to interference exposure at a position where the light beam that has passed outside the hologram region 100 in the exposure beam 31 interferes with the first-order diffracted light 32 from the hologram master 10, so that the second hologram region 2 Produced. In this embodiment, the operation is described with a plane-wave exposure beam 31. Both the first hologram region 1 and the second hologram region 2 have the same grating pitch.
次に、複製露光が完了し、記録セル２０の２つの層にそれぞれホログラムが作製され、ホログラム光学素子（光束分割素子２０’）となった再生時の特性を図２に従い説明する。 Next, the characteristics at the time of reproduction in which duplication exposure is completed and holograms are respectively produced in the two layers of the recording cell 20 to form a hologram optical element (light beam splitting element 20 ') will be described with reference to FIG.
前述のとおり、光束分割素子２０’の２箇所に形成されたホログラム領域１、２はどちらも同じピッチである。光束分割素子２０’は、第１のホログラム記録層２１と第２のホログラム記録層２２が透光性基板であるガラス基板２３の厚さによって所定の距離だけ離れて配置される。すなわち、第１のホログラム記録層２１で回折された光束と回折されない光束とが空間的に分離される距離だけ、第２のホログラム記録層２２が第１のホログラム記録層２１に離れて配置されている。 As described above, the hologram areas 1 and 2 formed at two locations of the light beam splitting element 20 'have the same pitch. In the beam splitting element 20 ′, the first hologram recording layer 21 and the second hologram recording layer 22 are arranged at a predetermined distance depending on the thickness of the glass substrate 23 that is a light-transmitting substrate. That is, the second hologram recording layer 22 is arranged away from the first hologram recording layer 21 by a distance that spatially separates the light beam diffracted by the first hologram recording layer 21 and the light beam not diffracted. Yes.
分割したい入射光４０を第１のホログラム記録層２１のホログラム領域１に入射させる。ホログラム領域１は体積ホログラムの特性を有し、紙面に垂直な偏光（ｓ偏光）を回折する。ｓ偏光に垂直なｐ偏光（紙面に平行な偏光）は透過される（光４１）。回折されたｓ偏光４２は第２のホログラム記録層２２のホログラム領域２に入射し、このホログラム領域２も同様の体積ホログラムであると、さらに回折され出射（光４２）される。 Incident light 40 to be divided is incident on the hologram region 1 of the first hologram recording layer 21. The hologram region 1 has a volume hologram characteristic and diffracts polarized light (s-polarized light) perpendicular to the paper surface. The p-polarized light (polarized light parallel to the paper surface) perpendicular to the s-polarized light is transmitted (light 41). The diffracted s-polarized light 42 is incident on the hologram region 2 of the second hologram recording layer 22, and if this hologram region 2 is also a similar volume hologram, it is further diffracted and emitted (light 42).
両ホログラム領域１，２の格子ピッチが一致していると、入射光４０を平行で紙面内で上下にオフセットされた２つの光に分割されたことになる。 If the grating pitches of the hologram regions 1 and 2 match each other, the incident light 40 is divided into two light beams that are parallel and offset up and down in the paper.
なお、入射されるレーザ光４０はλ／４板を用いて円偏光にするか、レーザ光源を４５度傾けて配置するか、レーザの出射側にλ／２の位相板を設けて偏光軸を４５度回転させればよい。即ち、入射させる光束が円偏光または両記録層からの回折光軸を含む面から４５°傾いた直線偏光の光束にするとよい。 The incident laser light 40 is circularly polarized by using a λ / 4 plate, or the laser light source is inclined at 45 degrees, or a λ / 2 phase plate is provided on the laser emission side to change the polarization axis. What is necessary is just to rotate 45 degree | times. In other words, the incident light beam may be circularly polarized light or linearly polarized light that is inclined by 45 ° from the plane including the diffracted optical axes from both recording layers.
複製時と再生時のレーザの波長が同じものを用いる場合には、被複製ホログラム層２１、２２として、例えば、銀塩タイプのホログラム層を用いることができる。 In the case of using the same laser wavelength during replication and reproduction, for example, a silver salt type hologram layer can be used as the hologram layers 21 and 22 to be replicated.
図２示す光学素子を光束分割素子２０’と呼ぶことにする。図２に示す光学素子のさらに特筆すべき特性について説明する。 The optical element shown in FIG. 2 is called a light beam splitting element 20 '. The characteristics of the optical element shown in FIG.
図１において、ホログラム原版１０からの回折光３２に波面収差Λを有し平面波といえない波面となったとする。従来の複製露光で作製されたホログラムを図２のごとく配置したとすると、第１と第２のホログラム領域１、２で回折された光は単純計算で２Λの波面収差がのる。ところが、この発明の実施形態では、第１のホログラム領域１で回折された光（Λの波面収差）は第２のホログラム領域２で（−Λの波面収差）が加算され、波面収差量が理論上０になる。 In FIG. 1, it is assumed that the diffracted light 32 from the hologram master 10 has a wavefront aberration Λ and cannot be regarded as a plane wave. If a hologram produced by conventional replication exposure is arranged as shown in FIG. 2, the light diffracted by the first and second hologram regions 1 and 2 has a wavefront aberration of 2Λ by simple calculation. However, in the embodiment of the present invention, the light diffracted in the first hologram region 1 (the wavefront aberration of Λ) is added with the wavefront aberration of −Λ in the second hologram region 2, and the amount of wavefront aberration is calculated theoretically. Top 0.
別の説明をすると次のようになる。図１に示すように、第２のホログラム領域２はホログラム領域１００からの回折光（非平面波）と平面波との干渉縞で露光される。 Another explanation is as follows. As shown in FIG. 1, the second hologram region 2 is exposed with interference fringes between diffracted light (non-planar wave) from the hologram region 100 and a plane wave.
再生時、図２に示すように、平面波とみなせる光束が第１のホログラム領域１で回折されると、忠実に、ホログラム領域１００からの回折光（非平面波）が再生される。この光は第２のホログラム領域２に入射されるため、その回折光は露光ビームの一部（ホログラム領域１００外からの光、すなわち、平面波とみなせる光）を再生するため、実質、波面収差０の光束４２を得ることができる。 At the time of reproduction, as shown in FIG. 2, when a light beam that can be regarded as a plane wave is diffracted by the first hologram region 1, diffracted light (non-plane wave) from the hologram region 100 is faithfully reproduced. Since this light is incident on the second hologram region 2, the diffracted light reproduces a part of the exposure beam (light from outside the hologram region 100, that is, light that can be regarded as a plane wave). Can be obtained.
図３は、波面収差が補正（キャンセル）される状態を説明するための模式図である。この図３を用いて更に、波面収差補正機能につき説明する。この例では図示しやすいように波面収差を回折光の光線方向に置き換えて説明する。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a state in which the wavefront aberration is corrected (cancelled). The wavefront aberration correction function will be further described with reference to FIG. In this example, the wavefront aberration is replaced with the light beam direction of diffracted light for easy illustration.
ホログラム記録層１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ、１４４ｂを有する素子１４２にホログラム原版１４１を近接させ平面波とする露光ビーム（１４５ａ〜１４５ｄ）でを照射する。ホログラム原版１４１のホログラム１４１ａには波面収差があり、領域１４３ａでは回折角が大きめとなるように、領域１４３ｂでは回折角が小さめとなるように回折されるとする。 The hologram original plate 141 is brought close to the element 142 having the hologram recording layers 143a, 143b, 144a, and 144b and irradiated with exposure beams (145a to 145d) that form plane waves. It is assumed that the hologram 141a of the hologram master 141 has wavefront aberration and is diffracted so that the diffraction angle is larger in the region 143a and smaller in the region 143b.
第１のホログラム１４３（およびホログラム原版１４１）からの回折光の波面はＨ２のようになり、第２の記録層に向かう。第２の記録層のうち領域１４４ａでは光線１４５ｃとの干渉縞によってホログラムが形成されるため回折光は光線１４５ｃの延長上に１４７ａとして出射される。 The wavefront of the diffracted light from the first hologram 143 (and the hologram master 141) becomes like H2, and goes to the second recording layer. In the region 144a of the second recording layer, a hologram is formed by interference fringes with the light beam 145c, so that the diffracted light is emitted as 147a on the extension of the light beam 145c.
同様に、第１のホログラムの領域１４３ｂからの回折光１４６ｂは光線１４５ｄの延長線上に回折光として出射されるようにホログラム領域１４４ｂが形成される。 Similarly, the hologram region 144b is formed so that the diffracted light 146b from the region 143b of the first hologram is emitted as diffracted light on the extended line of the light beam 145d.
したがって、再生時に両ホログラムで回折された光は露光ビーム１４５ｃ〜１４５ｄの波面を再現して出射させるため平面波Ｈ３となり、第１のホログラムで発生した波面収差を第２のホログラムで補正したことになる。 Therefore, the light diffracted by both holograms at the time of reproduction becomes a plane wave H3 in order to reproduce and emit the wavefronts of the exposure beams 145c to 145d, and the wavefront aberration generated in the first hologram is corrected by the second hologram. .
なお、波面収差補正の機能を十分に発揮させるには、再生波長は露光波長と同一であることが望ましい。 Note that it is desirable that the reproduction wavelength is the same as the exposure wavelength in order to fully exhibit the function of wavefront aberration correction.
なお、図示しないが、透光性基板を外しても、上記効果を失うことは無い。また、透光性基板に代わりスペーサをもうけて空気層を設けてもよい。スペーサなどを利用して透光性基板が空気層となった場合には分割したい２光束の分割距離（２光束のシフト距離）を達成するための第１のホログラム記録層から第２のホログラム記録層までの距離を短くすることが出来る特徴を有する。 Although not shown in the drawings, the above effect is not lost even if the translucent substrate is removed. Further, an air layer may be provided by providing a spacer instead of the translucent substrate. When the translucent substrate becomes an air layer using a spacer or the like, the second hologram recording is performed from the first hologram recording layer to achieve the split distance of two light beams (the shift distance of the two light beams) to be divided. It has the feature that the distance to the layer can be shortened.
光束分割素子の利用形態としては、特開２００５−１５３３４７号公報に記載されるような２段に重ねられた回転多面鏡を有する光走査装置や画像形成装置に適用できる。即ち、一つのＬＤ光を２光束に分割することによって使用するＬＤの数を減らし低コスト化できる。 As a utilization form of the beam splitting element, it can be applied to an optical scanning apparatus or an image forming apparatus having rotating polygon mirrors stacked in two stages as described in JP-A-2005-153347. That is, by dividing one LD light into two light beams, the number of LDs used can be reduced and the cost can be reduced.
この発明の光束分割素子を用いた画像形成装置の構成例を図４に従い簡単に説明する。 A configuration example of an image forming apparatus using the light beam splitting element of the present invention will be briefly described with reference to FIG.
半導体レーザ３０１、３０１からそれぞれ１本の光ビームを放射する。これら半導体レーザ３０１、３０１はホルダに所定の位置関係で保持されている。 Each of the semiconductor lasers 301 and 301 emits one light beam. These semiconductor lasers 301 and 301 are held by the holder in a predetermined positional relationship.
半導体レーザ３０１、３０１から放射された各光ビームはそれぞれ、カップリングレンズ（図示しない）により、以後の光学系に適した光束形態（平行光束あるいは弱い発散性もしくは弱い収束性の光束）に変換される。この例ではカップリングレンズによりカップリングされた光ビームは共に平行光束である。 Each light beam emitted from the semiconductor lasers 301 and 301 is converted into a luminous flux form (parallel luminous flux or weakly divergent or weakly convergent luminous flux) suitable for the subsequent optical system by a coupling lens (not shown). The In this example, the light beams coupled by the coupling lens are both parallel light beams.
カップリングレンズから射出し、所望の光束形態となった各光ビームは、光ビーム幅を規制するアパーチュア（図示しない）の開口部を通過してビーム整形されたのち、この発明の光束分割素子３２０に入射し、光束分割素子３２０の作用により副走査方向に２分割されてそれぞれが２本の光ビームに分けられる。 Each light beam emitted from the coupling lens and having a desired light beam shape passes through an opening of an aperture (not shown) that regulates the light beam width, and is shaped into a beam. Is divided into two in the sub-scanning direction by the action of the light beam splitting element 320, and each is divided into two light beams.
これら４本の光ビームはシリンドリカルレンズ３３２、３３２に入射し、これらシリンドリカルレンズ３３２、３３２の作用により副走査方向へ集光され、多面鏡式光偏向器３３７の偏向反射面近傍に主走査方向に長い線像として結像する。 These four light beams are incident on the cylindrical lenses 332 and 332, are condensed in the sub-scanning direction by the action of the cylindrical lenses 332 and 332, and in the main scanning direction in the vicinity of the deflection reflection surface of the polyhedral optical deflector 337. It is formed as a long line image.
多面鏡式光偏向器３３７は、図示のように上ポリゴンミラー、下ポリゴンミラーを回転軸方向に上下２段に積設して一体とし、図示されない駆動モータにより回転軸の周りに回転させられるようになっている。 The polygon mirror type optical deflector 337 has an upper polygon mirror and a lower polygon mirror that are stacked in two stages in the upper and lower directions in the direction of the rotation axis as shown in the figure so as to be integrated, and can be rotated around the rotation axis by a drive motor (not shown). It has become.
上ポリゴンミラー、下ポリゴンミラー７ｂは、この例において共に「４面の偏向反射面」を持つ同一形状のものであるが、上ポリゴンミラー７ａの偏向反射面に対し、下ポリゴンミラー７ｂの偏向反射面が、回転方向へ所定角：θ（＝４５度）ずれている。上・下ポリゴンミラーは一体的に形成してもよい。 In this example, the upper polygon mirror and the lower polygon mirror 7b have the same shape having “four deflection reflection surfaces”. However, the deflection reflection of the lower polygon mirror 7b with respect to the deflection reflection surface of the upper polygon mirror 7a. The surface is shifted by a predetermined angle: θ (= 45 degrees) in the rotation direction. The upper and lower polygon mirrors may be formed integrally.
図４において、符号３３８は第１走査レンズ、符号３４０ａ、３４０ｂは第２走査レンズ」、符号３３９ａ、３３９ｂは光路折り曲げミラーを示している。 In FIG. 4, reference numeral 338 denotes a first scanning lens, reference numerals 340a and 340b denote second scanning lenses, and reference numerals 339a and 339b denote optical path bending mirrors.
第１走査レンズ３３８、第２走査レンズ３４０ａと、光路折り曲げミラー３３９ａとは、多面鏡式光偏向器３３７の上ポリゴンミラーにより偏向される２本の光ビームを、対応する光走査位置である光導電性感光体（図示しない）上に導光して、副走査方向に分離した２つの光スポットを形成する１組の走査結像光学系を構成する。 The first scanning lens 338, the second scanning lens 340a, and the optical path bending mirror 339a are two light beams deflected by the upper polygon mirror of the polygon mirror type optical deflector 337 and light at the corresponding optical scanning position. A set of scanning imaging optical systems is formed that guides light onto a conductive photoconductor (not shown) and forms two light spots separated in the sub-scanning direction.
第１走査レンズ３３８、第２走査レンズ３４０と、光路折り曲げミラー３３９ｂとは、多面鏡式光偏向器３３７の下ポリゴンミラーにより偏向される２本の光ビームを、対応する光走査位置である光導電性感光体上に導光して、副走査方向に分離した２つの光スポットを形成する１組の走査結像光学系を構成する。 The first scanning lens 338, the second scanning lens 340, and the optical path bending mirror 339b are two light beams that are deflected by the lower polygon mirror of the polygon mirror optical deflector 337, and light that is at the corresponding optical scanning position. A set of scanning imaging optical systems is formed that guides light onto a conductive photosensitive member and forms two light spots separated in the sub-scanning direction.
このようにして、多面鏡式光偏向器３３７の上ポリゴンミラーにより偏向される２光ビームにより、光導電性感光体が２本の光ビームによりマルチビーム走査され、多面鏡式光偏向器３３７の下ポリゴンミラーにより偏向される２光ビームにより、光導電性感光体１１ｂが２本の光ビームによりマルチビーム走査される。 In this way, the photoconductive photosensitive member is subjected to multi-beam scanning by the two light beams by the two light beams deflected by the upper polygon mirror of the polygon mirror optical deflector 337, and the polygon mirror optical deflector 337 By the two light beams deflected by the lower polygon mirror, the photoconductive photosensitive member 11b is subjected to multi-beam scanning with the two light beams.
上記した光束分割素子につき３２０につき、図５に従い更に説明する。図５は、この発明の光束分割素子により、レーザからの光束を２つに分離する状態を示す構成図である。 Further description will be made with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a state in which the light beam from the laser is separated into two by the light beam splitting element of the present invention.
半導体レーザ（ＬＤ）３０１からの出射光をコリメートレンズ３０２で平行ビームとしλ／２板３０３に入射させる。λ／２板３０３の遅相軸は紙面から２２．５°回転した方位とする。 Light emitted from the semiconductor laser (LD) 301 is made into a parallel beam by the collimator lens 302 and is incident on the λ / 2 plate 303. The slow axis of the λ / 2 plate 303 is an orientation rotated 22.5 ° from the paper surface.
ＬＤ光の偏光が紙面に平行とするとλ／２板３０３を透過した光は紙面に対して４５°方向に偏光面を有する。光束分割素子３２０の第１のホログラム３２１で紙面に垂直な偏光が回折し、紙面に平行な偏光が透過する。第１のホログラム３２１のホログラム領域３２１ａで回折した光は第２のホログラム３２２のホログラム領域３２２ａでさらに回折される。第１のホログラム３２１を透過した光４１と２つのホログラム領域３２１ａ、３２２ａで回折されたビーム４２とはλ／４板３０４に入射し、それぞれ右回り円偏光と左回り円偏光に変換させ、２段構成の回転多面鏡に入射させる。 If the polarization of the LD light is parallel to the paper surface, the light transmitted through the λ / 2 plate 303 has a polarization surface in the direction of 45 ° with respect to the paper surface. The first hologram 321 of the beam splitting element 320 diffracts polarized light perpendicular to the paper surface and transmits polarized light parallel to the paper surface. The light diffracted by the hologram region 321 a of the first hologram 321 is further diffracted by the hologram region 322 a of the second hologram 322. The light 41 transmitted through the first hologram 321 and the beam 42 diffracted by the two hologram regions 321a and 322a are incident on the λ / 4 plate 304 and converted into clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light, respectively. The light is incident on a rotating polygon mirror having a stage structure.
この図５に示す両ホログラム３２１、３２２はフォトポリマーを記録材料とし、両ホログラム基板をスペーサ３２３によって以下に示す距離をもたせている。 Both holograms 321 and 322 shown in FIG. 5 use a photopolymer as a recording material, and both hologram substrates are provided with a distance shown below by a spacer 323.
この図５に示す構成のサイズについて一例を示す。コリメート光のビーム径Ｄは５ｍｍで、光束分割された２ビームの間隔Ｌは７ｍｍである。ＬＤ光の波長は０．６５μｍを使用する。回折角θは、ｓｉｎθ＝λ／Λとなる。 An example of the size of the configuration shown in FIG. The beam diameter D of the collimated light is 5 mm, and the interval L between the two beams divided by the light beam is 7 mm. The wavelength of LD light is 0.65 μm. The diffraction angle θ is sin θ = λ / Λ.
ここで、λ：ＬＤ光の波長（０．６５μｍ）、Λ：両ホログラムの格子ピッチ（１．５μｍとする）より、θ＝２５．７°が得られる。 Here, θ = 25.7 ° is obtained from λ: wavelength of LD light (0.65 μm) and Λ: grating pitch of both holograms (1.5 μm).
スペーサ３２３の長さはＬ／ｔａｎ（２５．７°）＝１４．５ｍｍの設計となる。 The length of the spacer 323 is L / tan (25.7 °) = 14.5 mm.
上記した光束分割素子３２０の露光及び再生についての具体的実施例を、図６を参照して説明する。図６は、この発明の実施形態の光束分割素子の露光、再生状態を説明する構成図である。 A specific example of exposure and reproduction of the light beam splitting element 320 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram illustrating the exposure and reproduction states of the light beam splitting element according to the embodiment of the present invention.
ホログラム原版（図示省略）を第１のホログラム記録層３２１の直前に配置する。この実施例では、露光ビームは、ヘリウムカドミウム（Ｈｅ−Ｃｄ）レーザ光（波長０．４４２μｍ）を使用する。ホログラム原版は露光ビーム４３１がθ１＝４．２°で入射したとき回折角θ２＝２１．５°の回折光が発生するように設計されている。なお、回折効率は５０％程度とする。 A hologram original plate (not shown) is disposed immediately before the first hologram recording layer 321. In this embodiment, helium cadmium (He—Cd) laser light (wavelength: 0.442 μm) is used as the exposure beam. The hologram master is designed so that diffracted light having a diffraction angle θ2 = 21.5 ° is generated when the exposure beam 431 is incident at θ1 = 4.2 °. The diffraction efficiency is about 50%.
第１の記録層３２１では露光ビーム４３１と原版からの回折光４３２の２光束によって干渉露光されホログラム領域３２１ａが形成される。 In the first recording layer 321, interference exposure is performed by the two light beams of the exposure beam 431 and the diffracted light 432 from the original, so that a hologram region 321a is formed.
第２のホログラム記録層３２２では第１の記録層３２１からのビーム４３２とビーム４３１の一部によって干渉露光され、第２のホログラム領域３２２ａが形成される。 The second hologram recording layer 322 is subjected to interference exposure with the beam 432 and a part of the beam 431 from the first recording layer 321 to form a second hologram region 322a.
図６の破線４１、４２は光束分割素子３２０として機能させたとき、すなわち、波長０．６５μｍのレーザ光による再生時の光束の軌跡を表している。 The broken lines 41 and 42 in FIG. 6 represent the locus of the light beam when reproducing as the light beam splitting element 320, that is, when reproducing with a laser beam having a wavelength of 0.65 μm.
露光波長と再生波長が異なるためホログラム領域３２２ａは再生で使用する領域より大きくなっているが、第２のホログラム領域３２２の円Ａで囲んだ部分が再生時の上側の光束にオーバーラップしていないため、機能上、問題は無い。 Since the exposure wavelength and the reproduction wavelength are different, the hologram area 322a is larger than the area used for reproduction, but the portion surrounded by the circle A of the second hologram area 322 does not overlap the upper light beam at the time of reproduction. Therefore, there is no problem in function.
次に、上記した光束分割素子において、ホログラム領域の大きさ、回折角、第１の記録層と第２の記録層との間の距離の関係につき説明する。図７は、この発明の実施形態の光束分割素子の配置関係を示す説明図である。この発明によって作製された光束分割素子２０’は第１のホログラム記録領域１と第２のホログラム記録領域２とが紙面内の長さＤで、厚さＬのガラス基板２３の両側に配置された構造を有する。尚、この図においては、第１のホログラム記録領域１と第２のホログラム記録領域２のみ図示しているが、これらホログラム記録領域は、第１のホログラム記録層と第２のホログラム記録層に形成される。即ち、ガラス基板２３の両側に第１のホログラム記録層と第２のホログラム記録層が配置され、ガラス基板、第１のホログラム記録層、第２のホログラム記録層とが一体化された構造となっている。露光ビームは４０は、第１のホログラム記録領域１に対して、θｉの角度で入射し、θｄの角度で回折して第２のホログラム記録領域２に入射する。 Next, the relationship between the size of the hologram area, the diffraction angle, and the distance between the first recording layer and the second recording layer in the above light beam splitting element will be described. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the arrangement relationship of the light beam splitting elements of the embodiment of the present invention. In the light beam splitting element 20 ′ manufactured according to the present invention, the first hologram recording region 1 and the second hologram recording region 2 are arranged on both sides of a glass substrate 23 having a length D in the paper and a thickness L. It has a structure. In this figure, only the first hologram recording area 1 and the second hologram recording area 2 are shown, but these hologram recording areas are formed in the first hologram recording layer and the second hologram recording layer. Is done. That is, the first hologram recording layer and the second hologram recording layer are arranged on both sides of the glass substrate 23, and the glass substrate, the first hologram recording layer, and the second hologram recording layer are integrated. ing. The exposure beam 40 enters the first hologram recording area 1 at an angle θi, diffracts at an angle θd, and enters the second hologram recording area 2.
図７に図示した距離δがδ≧０でなければ第２のホログラム記録領域２を正しく作製することができない。したがって、δ＝Ｌ×ｔａｎ（θｄ）−Ｄ≧０を満足する必要がある。
すなわち、Ｌ×ｔａｎ（θｄ）≧Ｄ・・・（１）
を満たす必要がある。
If the distance δ shown in FIG. 7 is not δ ≧ 0, the second hologram recording area 2 cannot be correctly manufactured. Therefore, it is necessary to satisfy δ = L × tan (θd) −D ≧ 0.
That is, L × tan (θd) ≧ D (1)
It is necessary to satisfy.
（１）式を満たさないと、露光時に露光ビームの記録領域１からの開口による光の回折現象（もしくは回折広がり）のために記録領域２の一部でホログラムにゴースト（不良部）を記録してしまう。 If the expression (1) is not satisfied, a ghost (defective part) is recorded on the hologram in a part of the recording area 2 due to the light diffraction phenomenon (or diffraction spread) due to the opening of the exposure beam from the recording area 1 at the time of exposure. End up.
さらに好ましくは、回折広がりによる不良部を避けるために下記（２）式の関係を満たすようにＬ，Ｄ，θｄを選ぶことが望ましい。
Ｌ×ｔａｎ（θｄ）−Ｄ≧Ｌ×Ｄ／λ・・・（２）
（ただし、λは再生波長を表す）
More preferably, it is desirable to select L, D, and θd so as to satisfy the relationship of the following equation (2) in order to avoid a defective portion due to diffraction spread.
L × tan (θd) −D ≧ L × D / λ (2)
(Where λ represents the reproduction wavelength)
上記のように、（２）式に基づいてＬ，Ｄ，θｄを選ぶことで、良好な光束分割素子を得ることができる。 As described above, a good light beam splitting element can be obtained by selecting L, D, and θd based on the equation (2).
なお、上記した実施形態、また、以下に示す全ての実施形態で、図示された光束分割素子が紙面内や紙面奥行き方向にアレイ状に配列されていても、発明の効果に何ら影響を及ぼさない。そればかりか、生産性を向上できるメリットを有する。 In the above-described embodiment and all the embodiments described below, even if the illustrated light beam splitting elements are arranged in an array in the paper plane or in the depth direction of the paper plane, the effect of the invention is not affected at all. . In addition, it has the merit of improving productivity.
次に、この発明の第２の実施形態につき説明する。図８は、この発明の第２の実施形態を示す模式図であり、ホログラム光学素子を製造する際の複製露光時を示す。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic diagram showing a second embodiment of the present invention, and shows a time of duplicate exposure when manufacturing a hologram optical element.
この第２の実施形態は、図８に示すように、透光性基板２３に第２のホログラム記録領域を形成するためのホログラム記録材料３０を設置させる。そして、ホログラム記録材料３０を設置した側とは逆の側の透光性基板１３に予めホログラム領域１０１が形成されたホログラム基板１１を設置または接着して、一体化する。 In the second embodiment, as shown in FIG. 8, a hologram recording material 30 for forming a second hologram recording region is placed on a translucent substrate 23. Then, the hologram substrate 11 on which the hologram region 101 has been formed in advance is placed on or bonded to the translucent substrate 13 on the side opposite to the side on which the hologram recording material 30 is placed.
図８に示すホログラム基板１１は、微細凹凸を形成した形状ホログラムを用いているが、ホログラム基板１１は予めホログラム領域が形成されていればよく、表面レリーフ型ホログラムに限らず。フォトポリマやＨＰＤＬＣを用いて露光によりホログラム形成部１０１を形成したものなどを用いることができる。ホログラム基板１１のホログラム形成部１０１は、偏光依存性のもの、あるいは回折効率が５０％程度に形成している。 The hologram substrate 11 shown in FIG. 8 uses a shape hologram in which fine irregularities are formed. However, the hologram substrate 11 is not limited to a surface relief hologram as long as a hologram region is formed in advance. What formed the hologram formation part 101 by exposure using photopolymer or HPDLC etc. can be used. The hologram forming portion 101 of the hologram substrate 11 is polarization-dependent or has a diffraction efficiency of about 50%.
次に、ホログラム基板１１を透光性基板２３に設置（あるいは接着）した後、露光ビーム４１をホログラム基板１１側から照射する。露光ビーム４１のうちホログラム基板１１のホログラム形成部１０１に入射した光は回折される。また、ホログラム形成部１０１の外を通過した光（４３）と回折光４２が重なり合う領域で干渉露光されて、ホログラム記録材料３０にホログラム領域３が作製される。すなわち、ホログラム基板１１に再生用光束４２を入射させ、ホログラム基板１１により回折された像再生光束の光路中にホログラム記録材料３０を配置する。像再生光束に可干渉な光束を参照光４３としてホログラム形成部１０１を経由させることなく、ホログラム記録材料３０に照射する。像再生光束４２と参照光４３との干渉縞をホログラム記録材料３０に記録することで、ホログラム領域３が形成されることになる。この露光法は、例えば、特開昭５４−７０８５１号公報に記載されている方法を応用することができる。 Next, after placing (or adhering) the hologram substrate 11 to the translucent substrate 23, the exposure beam 41 is irradiated from the hologram substrate 11 side. Of the exposure beam 41, the light incident on the hologram forming portion 101 of the hologram substrate 11 is diffracted. Further, interference exposure is performed in a region where the light (43) that has passed through the outside of the hologram forming portion 101 and the diffracted light 42 overlap, so that the hologram region 3 is produced in the hologram recording material 30. That is, the reproducing light beam 42 is incident on the hologram substrate 11, and the hologram recording material 30 is disposed in the optical path of the image reproducing light beam diffracted by the hologram substrate 11. The hologram recording material 30 is irradiated with a light beam coherent with the image reproduction light beam as the reference light 43 without passing through the hologram forming unit 101. By recording the interference fringes between the image reproduction light beam 42 and the reference light 43 on the hologram recording material 30, the hologram region 3 is formed. As this exposure method, for example, the method described in JP-A-54-70851 can be applied.
さて、露光後、ホログラム記録材料３０にホログラム領域３を形成後、例えば光束分割素子２００として利用する場合、ホログラム基板１１をそのまま素子の一構成要素として使用する。 Now, after exposure, after forming the hologram region 3 on the hologram recording material 30, for example, when used as the light beam splitting element 200, the hologram substrate 11 is used as it is as one component of the element.
上記したように、ホログラム基板１１は、多種多様なタイプを用いることが出来る。公知技術（記述せず）を用いてホログラム基板１１をあらかじめ量産しておき、光束分割素子を作製時に組み込む形をとる。 As described above, the hologram substrate 11 can be of various types. The hologram substrate 11 is mass-produced in advance using a known technique (not described), and the light beam splitting element is incorporated at the time of manufacture.
この第２の実施形態についても、第１の実施形態の効果と同じように、ホログラム基板１１からの回折光の波面収差は、ホログラム記録材料３０のホログラム領域３でキャンセルされる効果を有する。 Also in the second embodiment, similarly to the effect of the first embodiment, the wavefront aberration of the diffracted light from the hologram substrate 11 has the effect of being canceled in the hologram region 3 of the hologram recording material 30.
図９は、この発明の第３の実施形態を示す模式図であり、ホログラム光学素子を製造する際の複製露光時を示す。この第３の実施形態は、第１の実施形態を変形したもので、バイナリホログラム１２により、±１次回折光を発生させ、±１次回折光を発生させるホログラム領域８１ａを第１の記録層８１に形成するものである。 FIG. 9 is a schematic view showing a third embodiment of the present invention, and shows a time of duplicate exposure when manufacturing a hologram optical element. This third embodiment is a modification of the first embodiment. The binary hologram 12 generates ± first-order diffracted light, and a hologram area 81 a that generates ± first-order diffracted light is formed in the first recording layer 81. To form.
この第３の実施形態におけるホログラム光学素子（光束分割素子２０５）は、第１の記録層８１と第２の記録層５０がガラス基板２３の表裏に設置されている。 In the hologram optical element (light beam splitting element 205) in the third embodiment, the first recording layer 81 and the second recording layer 50 are installed on the front and back of the glass substrate 23.
バイナリホログラム１２ａが形成されたホログラム基板１２を第１の記録層８１に近接させる。露光ビーム４１はバイナリホログラム１２ａで±１次回折光４２、４３が発生する。そして、第１の記録層８１の一部でホログラム８１ａが形成される。これら回折光４２、４３がガラス基板２３を通過し、さらに、第２の記録層５０に入射される。 The hologram substrate 12 on which the binary hologram 12 a is formed is brought close to the first recording layer 81. The exposure beam 41 is a binary hologram 12a, and ± first-order diffracted lights 42 and 43 are generated. Then, a hologram 81 a is formed by part of the first recording layer 81. These diffracted lights 42 and 43 pass through the glass substrate 23 and are incident on the second recording layer 50.
露光ビーム４１のうちバイナリホログラム８１ａの領域外を伝搬した光は、第２の記録層５０中で、所定回折光４２、４３と重なる。この２光束で第２の記録層５０が干渉露光され、ホログラム領域５０ａ、５０ｂが形成される。したがって、一度の露光で３箇所にホログラム８１ａ、５０ａ、５０ｂを形成することが出来る。なお、バイナリホログラム１２ａからの回折光に波面収差が発生していても、前述のとおり、二つの平行ビームでは波面収差がほぼ０に補正されている。 Of the exposure beam 41, the light that has propagated outside the area of the binary hologram 81 a overlaps with the predetermined diffracted lights 42 and 43 in the second recording layer 50. The second recording layer 50 is subjected to interference exposure with these two light beams to form hologram regions 50a and 50b. Accordingly, the holograms 81a, 50a, and 50b can be formed at three locations by one exposure. Even if wavefront aberration occurs in the diffracted light from the binary hologram 12a, the wavefront aberration is corrected to almost zero in the two parallel beams as described above.
次に、複製露光が完了し、２つの層に３つのホログラム８１ａ、５０ａ、５０ｂが作製され、光束分割素子２０５となった再生時の特性を図１０に従い説明する。 Next, reproduction characteristics after reproduction exposure is completed and three holograms 81a, 50a, and 50b are formed in two layers to become a light beam splitting element 205 will be described with reference to FIG.
前述のとおり、光束分割素子２０５の３箇所に形成されたホログラム領域８１ａ、５０ａ、５０ｂは同じピッチである。光束分割素子２０５は、第１のホログラム記録層８１と第２のホログラム記録層５０が透光性基板であるガラス基板２３の厚さによって所定の距離だけ離れて配置される。すなわち、第１のホログラム記録層８１で回折された光束と回折されない光束とが空間的に分離される距離だけ、第２のホログラム記録層５０が第１のホログラム記録層８１に離れて配置されている。 As described above, the hologram regions 81a, 50a, and 50b formed at the three positions of the light beam splitting element 205 have the same pitch. In the beam splitting element 205, the first hologram recording layer 81 and the second hologram recording layer 50 are arranged apart from each other by a predetermined distance depending on the thickness of the glass substrate 23 which is a light-transmitting substrate. That is, the second hologram recording layer 50 is arranged away from the first hologram recording layer 81 by a distance that allows the light beam diffracted by the first hologram recording layer 81 and the light beam not diffracted to be spatially separated. Yes.
分割したい入射光４０を第１のホログラム記録層８１のホログラム領域８１ａに入射させる。ホログラム領域８１は±１次回折光４２、４３が発生する。回折された±１次４２、４３ｓは第２のホログラム記録層５１のホログラム領域５０ａ、５０ｂに入射し、さらに回折され出射（光４４、４４）される。ホログラム領域８１ａ，５０ａ、５０ｂが格子ピッチが一致していると、入射光４１を平行で紙面内で上下にオフセットされた２つの光４４，４４に分割されたことになる。 Incident light 40 to be divided is incident on the hologram area 81 a of the first hologram recording layer 81. In the hologram area 81, ± first-order diffracted lights 42 and 43 are generated. The diffracted ± first order 42, 43s enters the hologram regions 50a, 50b of the second hologram recording layer 51, and is further diffracted and emitted (light 44, 44). If the hologram areas 81a, 50a, and 50b have the same grating pitch, the incident light 41 is divided into two lights 44 and 44 that are parallel and offset up and down in the plane of the paper.
この実施形態の光束分割素子２０５においては、光の光路長が同じになる。光の光路長が同じになることで、光の波面が同じになる。 In the light beam splitting element 205 of this embodiment, the optical path length of light is the same. When the optical path lengths of light are the same, the wave fronts of light are the same.
図１１は、この発明の第４の実施形態を示す模式図であり、ホログラム光学素子を製造する際の複製露光時を示す。この第４の実施形態は、第２及び第３の実施形態を変形したものである。 FIG. 11 is a schematic diagram showing the fourth embodiment of the present invention, and shows the time of duplicate exposure when manufacturing a hologram optical element. The fourth embodiment is a modification of the second and third embodiments.
この第４の実施形態においては、ホログラム基板１２としてバイナリホログラム１２ａを用いる。被複製記録層５０側にはホログラム基板１２との空気ギャップをとるためにスペーサ２４が配置される。また、ホログラム基板１２がスペーサ２４を介して被複製記録層５０と一体化されてた構造である。 In the fourth embodiment, a binary hologram 12 a is used as the hologram substrate 12. A spacer 24 is disposed on the copy recording layer 50 side in order to create an air gap with the hologram substrate 12. Further, the hologram substrate 12 is integrated with the copy recording layer 50 through the spacer 24.
バイナリホログラムのうち、２値のバイナリホログラムでは断面が矩形形状の溝深さを所定値にすることによって入射ビームを±ｍ（ｍは自然数）次回折光を発生させることが可能である。この実施形態では、０次光を発生させず±１次回折光を発生させるタイプのものを用いた。 Among binary holograms, binary binary holograms can generate ± m (m is a natural number) order diffracted light from an incident beam by setting the groove depth having a rectangular cross section to a predetermined value. In this embodiment, a type that generates ± 1st order diffracted light without generating 0th order light is used.
露光ビーム４１はバイナリホログラム領域１２ａを含んで広めのエリアに照射される。バイナリホログラム領域１２ａから±１次光回折光４２、４３が発生する。これらの光束４２，４３とバイナリホログラム領域１２ａの領域外を通過した光とが干渉する領域５０ａ、５０ｂ（ハッチング領域）にホログラムが作製される。このようにしてホログラム光学機能素子の一例である光束分割素子２０１が完成する。 The exposure beam 41 is applied to a wider area including the binary hologram area 12a. ± 1st-order diffracted beams 42 and 43 are generated from the binary hologram region 12a. Holograms are produced in areas 50a and 50b (hatched areas) where these light beams 42 and 43 interfere with light that has passed outside the binary hologram area 12a. In this way, a light beam splitting element 201 which is an example of a hologram optical function element is completed.
次に、再生時の動作を図１２を用いて説明する。 Next, the operation during reproduction will be described with reference to FIG.
入射光束５１がホログラム基板１２で±１次回折光として回折される。両回折光は、スペーサ２４で作られた空気層を通過し、ホログラムが記録された領域５０ａ、５０ｂ（ハッチング領域）に入射する。 The incident light beam 51 is diffracted as ± first-order diffracted light by the hologram substrate 12. Both diffracted lights pass through the air layer formed by the spacer 24 and enter the areas 50a and 50b (hatched areas) where the holograms are recorded.
ホログラムが記録された領域５０ａ、５０ｂでさらに回折され、２光束が平行光として出射される。この実施形態も前述の効果と同様に、ホログラム基板１２からの回折光が非平面波となっていてもホログラムが記録された領域（ハッチング領域）５０ａ、５０ｂで回折された光束は実質的に平面波に補正されている。 The light is further diffracted in the areas 50a and 50b where the hologram is recorded, and two light beams are emitted as parallel light. In this embodiment, similarly to the above-described effect, the light beam diffracted by the regions (hatching regions) 50a and 50b where the hologram is recorded is substantially a plane wave even if the diffracted light from the hologram substrate 12 is a non-plane wave. It has been corrected.
図１３は、この発明の第５の実施形態を示す模式図である。この第５の実施形態は、第４の実施形態を変形したものである。 FIG. 13 is a schematic diagram showing a fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment is a modification of the fourth embodiment.
ホログラム基板１３の裏面に記録材料層５０’を配置させる。記録材料層５０’が液体材料の場合には塗布することが出来る。少なくとも、ホログラム基板１３と記録材料層５０’のみでホログラム光学素子２０２が構成されている。ホログラム基板１３の表面（記録材料と対向する面）にはホログラムが設置されている。例えば、フォトリソグラフィー技術によって２値のバイナリホログラム形状領域１３ａを作製することができる。 A recording material layer 50 ′ is disposed on the back surface of the hologram substrate 13. When the recording material layer 50 'is a liquid material, it can be applied. At least the hologram optical element 202 is constituted by only the hologram substrate 13 and the recording material layer 50 '. A hologram is placed on the surface of the hologram substrate 13 (the surface facing the recording material). For example, the binary binary hologram shape region 13a can be produced by a photolithography technique.
露光ビーム（図示せず）の一部はホログラム基板１３の表面のバイナリホログラム領域１３ａで±ｍ次光（例えばｍ＝１）の回折光を生じ、その他の部分の露光ビームは透過される。記録材料層５０’で回折光と透過光が干渉するところ（ハッチング）でホログラム領域５０ａ、５０ｂが記録される。 A part of the exposure beam (not shown) generates diffracted light of ± m order light (for example, m = 1) in the binary hologram region 13a on the surface of the hologram substrate 13, and the other part of the exposure beam is transmitted. Hologram areas 50a and 50b are recorded where the diffracted light and transmitted light interfere (hatching) in the recording material layer 50 '.
再生時は図１３に示すように、入射光１５がホログラム基板１３の表面のバイナリホログラム領域１３ａで±ｍ次光（例えばｍ＝１）の回折光で回折され、両回折光が記録層のホログラム領域５０ａ、５０ｂでそれぞれ回折し、平行光５２、５３で出射される。 At the time of reproduction, as shown in FIG. 13, the incident light 15 is diffracted by the diffracted light of ± m order light (for example, m = 1) in the binary hologram region 13a on the surface of the hologram substrate 13, and both diffracted lights are holograms on the recording layer. The light is diffracted by the regions 50a and 50b and emitted by the parallel lights 52 and 53, respectively.
図１４及び図１５は、この発明の第６の実施形態を示す模式図であり、図１４は露光時、図１５は再生時を示している。 FIGS. 14 and 15 are schematic views showing a sixth embodiment of the present invention. FIG. 14 shows exposure and FIG. 15 shows reproduction.
図１４及び図１５に示すように、この第６の実施形態は、図１３に示すものと同様にホログラム基板１３の裏面に記録材料層５０が配置されている。 As shown in FIGS. 14 and 15, in the sixth embodiment, a recording material layer 50 is disposed on the back surface of the hologram substrate 13 in the same manner as that shown in FIG.
図１４に示すように、バイナリホログラム６０ａが形成されたホログラム基板６０の一部に減光手段６１が設置される。この減光手段６１はＮＤフィルタを利用することができる。２値バイナリホログラム領域６０ａの最大回折効率は理論上、４１％である。露光ビーム４１がその面内均一性が確保されているとし、表面反射や内部吸収を無視しても、ホログラム基板６０に入射されるパワー密度の４１％のパワー密度として回折光４２（回折光４３も同じパワー密度）が発生する。回折光４２，４３と２値バイナリホログラム領域６０ａ以外を通過した光との２光束干渉露光により、記録材料層５０にホログラム領域５０ａ、５０ｂを形成する。この実施形態は、減光手段６１で光の強度比を揃えるものである。 As shown in FIG. 14, the light reducing means 61 is installed on a part of the hologram substrate 60 on which the binary hologram 60a is formed. The dimming means 61 can use an ND filter. The maximum diffraction efficiency of the binary binary hologram region 60a is theoretically 41%. It is assumed that the in-plane uniformity of the exposure beam 41 is ensured, and the diffracted light 42 (diffracted light 43) is obtained as a power density of 41% of the power density incident on the hologram substrate 60 even if surface reflection and internal absorption are ignored. The same power density). Hologram regions 50a and 50b are formed in the recording material layer 50 by two-beam interference exposure between the diffracted light 42 and 43 and light that has passed through other than the binary binary hologram region 60a. In this embodiment, the light intensity means 61 makes the light intensity ratio uniform.
減光手段６１は透過率が４０％程度のＮＤフィルタを使用する。すると、ホログラム記録領域５０ａ、５０ｂ（ハッチング部分）での二つのビームの強度比（パワー密度比）を揃えることができる。この強度比が１：１に近いほど光干渉縞のコントラスト比（明部と暗部の比）が高くなる。この結果、作製されるホログラム領域５０ａ、５０ｂの回折効率を高くすることができる。 The dimming means 61 uses an ND filter having a transmittance of about 40%. Then, the intensity ratio (power density ratio) of the two beams in the hologram recording areas 50a and 50b (hatched portions) can be made uniform. The closer this intensity ratio is to 1: 1, the higher the contrast ratio of light interference fringes (the ratio of bright part to dark part). As a result, the diffraction efficiency of the hologram regions 50a and 50b to be manufactured can be increased.
露光完了後、再生時は、図１５に示すように、入射光束５１はその約４０％が＋１次光と、同じ効率で−１次光とが発生し、両回折光がホログラム領域５０ａ、５０ｂ（ハッチング）で効率良く回折し、平行な２光束で出射される。ホログラム領域（ハッチング）がフォトポリマなどの記録材料で記録された体積ホログラムでは効率９０％を超すことが可能である。入射光束の光量を１００とすると、光束分割された各光束の光強度は３６となる。 At the time of reproduction after completion of exposure, as shown in FIG. 15, about 40% of the incident light beam 51 generates + 1st order light and -1st order light with the same efficiency, and both diffracted lights are generated in the hologram regions 50a and 50b. It is efficiently diffracted by (hatching) and emitted by two parallel light beams. In a volume hologram in which the hologram area (hatching) is recorded with a recording material such as a photopolymer, the efficiency can exceed 90%. Assuming that the amount of incident light flux is 100, the light intensity of each light flux divided is 36.
上記したバイナリホログラム領域で±ｍ次光を用いて、記録層に２つのホログラム領域を形成した光束分割素子においては、図１２に示すように、記録層に設けられた２つのホログラム領域間に迷光の防ぐために光遮蔽手段５５を設けるとよい。光遮蔽手段５５を設けることで、ノイズ等が防ぐことができる。 In the light beam splitting element in which two hologram areas are formed in the recording layer using ± m-order light in the binary hologram area described above, stray light is provided between the two hologram areas provided in the recording layer as shown in FIG. In order to prevent this, light shielding means 55 may be provided. By providing the light shielding means 55, noise or the like can be prevented.
次に、露光時の波長と再生時の波長が異なる場合に対策につき図１６を参照説明する。図１６に示すものは、図２に示した第１の実施形態を例に取り説明するため、図２と同じ部材は同じ数字で図示した。 Next, a countermeasure when the wavelength at the time of exposure and the wavelength at the time of reproduction are different will be described with reference to FIG. 16 illustrates the first embodiment illustrated in FIG. 2 as an example, and the same members as those in FIG. 2 are indicated by the same numerals.
図１６に示すものにおいては、露光時の波長と再生波長が異なっている。露光ビーム４０で再生した場合は光束４１、４２に示すように光束分割される。しかし、再生波長が異なる場合、入射角を調整して、入射光を与えることによって、効率良く光束分割可能である。図１６においては、入射角θで入射光５４を与えることにより、２つの光束５５、５６に効率よく分割できる。 In the case shown in FIG. 16, the wavelength at the time of exposure and the reproduction wavelength are different. When reproduced by the exposure beam 40, the light beam is split as shown by light beams 41 and 42. However, when the reproduction wavelength is different, it is possible to efficiently split the light flux by adjusting the incident angle and providing the incident light. In FIG. 16, by providing the incident light 54 at the incident angle θ, it can be efficiently divided into two light beams 55 and 56.
だたし、露光ビーム４０と回折角が異なるため、図１６に示すように、第２のホログラム領域５７での光束中心が露光光束と異なる。このため、露光ビームは再生ビームより広めに照射することが望ましい。 However, since the diffraction angle is different from that of the exposure beam 40, the light flux center in the second hologram region 57 is different from the exposure light flux as shown in FIG. For this reason, it is desirable to irradiate the exposure beam wider than the reproduction beam.
また、上記した実施形態においては、作製されるホログラムはｓ偏光が回折されるタイプを主体に記載したが、ＨＰＤＬＣ（ホログラフィック高分子分散液晶）のようにｐ偏光が回折される偏光依存性ホログラムとなる記録材料を用いてもよい。 In the above-described embodiment, the hologram to be produced is mainly described as a type in which s-polarized light is diffracted. However, a polarization-dependent hologram in which p-polarized light is diffracted like HPDLC (holographic polymer dispersed liquid crystal). The recording material that becomes may be used.
上述したように、被複製ホログラム層となる記録層としては、光重合相分離を用いたホログラフィック高分子型液晶素子（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ：以下ＨＰＤＬＣという。）を応用したホログラムを用いることができる。 As described above, a hologram applying a holographic polymer liquid crystal element (hereinafter referred to as HPDLC) using photopolymerization phase separation is used as the recording layer serving as a hologram layer to be replicated. it can.
ＨＰＤＬＣは、非重合性液晶と等方相しか示さない光重合性モノマーとの混合相からなるホログラム記録材料層に、ホログラム回折格子を露光記録することにより形成される。 HPDLC is formed by exposing and recording a hologram diffraction grating on a hologram recording material layer composed of a mixed phase of a non-polymerizable liquid crystal and a photopolymerizable monomer exhibiting only an isotropic phase.
図１７ないし図２０を参照して、ＨＰＤＬＣにつき簡単に説明する。 The HPDLC will be briefly described with reference to FIGS.
図１７に示すように、非重合性液晶分子２１３と重合性モノマー（あるいはプレポリマー）２１４と図示しない光重合開始剤とを均一に混合した混合物２２０を二枚の透明基板２１１、２１２間に挟む。混合物２２０の厚みは基板間隔を制御するスペーサー部材２１５によって制御できる。このようにして、被複製ホログラム層（記録層）２１、２２を構成する。 As shown in FIG. 17, a mixture 220 in which non-polymerizable liquid crystal molecules 213, a polymerizable monomer (or prepolymer) 214, and a photopolymerization initiator (not shown) are uniformly mixed is sandwiched between two transparent substrates 211 and 212. . The thickness of the mixture 220 can be controlled by a spacer member 215 that controls the distance between the substrates. In this way, the replicated hologram layers (recording layers) 21 and 22 are configured.
非重合性液晶２１３としては、屈折率異方性を有する液晶ならば一般的なものを使用できる。液晶材料を選択する時は、あるオーダーパラメーターの配向状態において、重合性モノマーあるいはプレポリマーの硬化層の屈折率と等しい屈折率となる液晶材料を選択してもよく、また、液晶材料を選択してから、その液晶のあるオーダーパラメーターの配向状態での屈折率と同じ屈折率になるように重合性モノマー（あるいはプレポリマー）２１４を選択してもよい。また重合性モノマーまたはそのプレポリマーとしては、重合による硬化収縮が大きいものを用いることが好ましい。光重合開始剤としては、公知の材料を用いることができ、光重合開始剤の添加量が少なすぎる場合にはポリマーと液晶の相分離が起こり難くなり、必要な露光時間が長くなってしまう。逆に、光重合開始剤が多すぎる場合にはポリマーと液晶の相分離が不十分な状態で硬化してしまうため、ポリマー中に多くの液晶分子が取り込まれ、偏光選択性が小さくなるという問題がある。スペーサー部材２１５としては、液晶表示装置に用いられるような球形スペーサー、ファイバースペーサー、フィルムなどを用いることが出来る。また、フォトリソグラフィーとエッチングあるいは成型技術などによって基板表面に突起形状を加工してもよい。 As the non-polymerizable liquid crystal 213, a general liquid crystal having refractive index anisotropy can be used. When selecting a liquid crystal material, a liquid crystal material having a refractive index equal to the refractive index of the cured layer of the polymerizable monomer or prepolymer may be selected in an orientation state of a certain order parameter. Then, the polymerizable monomer (or prepolymer) 214 may be selected so that the refractive index of the liquid crystal is the same as the refractive index in an orientation state with a certain order parameter. Moreover, it is preferable to use a polymerizable monomer or a prepolymer thereof having a large cure shrinkage due to polymerization. As the photopolymerization initiator, a known material can be used. When the amount of the photopolymerization initiator added is too small, phase separation between the polymer and the liquid crystal is difficult to occur, and the necessary exposure time is increased. On the other hand, if there are too many photopolymerization initiators, the polymer and liquid crystal are cured with insufficient phase separation, so that many liquid crystal molecules are taken into the polymer and the polarization selectivity is reduced. There is. As the spacer member 215, a spherical spacer, a fiber spacer, a film, or the like used in a liquid crystal display device can be used. Further, the protrusion shape may be processed on the surface of the substrate by photolithography and etching or molding technique.
スペーサー部材２１５の高さは数μｍから数十μｍ範囲が好ましく、回折光の波長とポリマー部と液晶部の屈折率差に応じて所望のホログラム層厚みとなるように適宜設定される。 The height of the spacer member 215 is preferably in the range of several μm to several tens of μm, and is appropriately set so as to have a desired hologram layer thickness according to the wavelength of the diffracted light and the refractive index difference between the polymer portion and the liquid crystal portion.
ところで、透過型回折格子の回折効率ηは、次式で現される。 Incidentally, the diffraction efficiency η of the transmissive diffraction grating is expressed by the following equation.
η＝ｓｉｎ２ψ
ψ＝πｄｎ１／（λｃｏｓθ）
ここで、ｄは記録層の厚さ（すなわち、スペーサ部材２１５の厚さ）、ｎ１は屈折率変調量、λは再生波長、θはブラッグ条件を満たす角度からの差で表される。
η = sin 2 ψ
ψ = πdn 1 / (λcosθ)
Here, d is the thickness of the recording layer (i.e., thickness of the spacer member 215), n 1 is the refractive index modulation, lambda is reproduction wavelength, theta is represented by the difference from the Bragg condition is satisfied angle.
θが０のとき、ｄ＝λ／２／ｎ１を選ぶと、回折効率は１００％となる。 When d = λ / 2 / n 1 is selected when θ is 0, the diffraction efficiency is 100%.
上記の関係からスペーサー部材２１５の高さを選択する。 The height of the spacer member 215 is selected from the above relationship.
透明基板２１１、２１２としては、液晶表示装置に用いられるようなガラス、プラスチックなどを用いることが出来る。 As the transparent substrates 211 and 212, glass, plastic, or the like used in a liquid crystal display device can be used.
次に、相分離によるホログラム形成過程について図１８、図１９を参照して説明する。図１８に示すように、図示しない所望の波長のレーザー光源（Ｂ１）（Ｂ２）による二光束干渉露光系を用いて、混合物２００中に露光を行う。二光束干渉露光により干渉縞が形成される。図１９は、図１８の丸で囲んだ部分の拡大図である。 Next, a hologram forming process by phase separation will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 18, the mixture 200 is exposed using a two-beam interference exposure system using laser light sources (B1) and (B2) having a desired wavelength (not shown). Interference fringes are formed by two-beam interference exposure. FIG. 19 is an enlarged view of a circled portion of FIG.
この二光束干渉露光により、図１９に示すように干渉縞の明部において重合性モノマー（あるいはプレポリマー）２１４の光重合反応が始まる。この時、硬化収縮が起こって密度差が生じ、隣接する重合性モノマー（あるいはプレポリマー）２１４が明部に移動し更に重合が進行する。それと同時に明部に存在していた非重合性液晶２１３が暗部に向かって追い出されることで相分離が起こる。このとき液晶分子２１３が移動して行く際にモノマーやポリマー鎖との相互作用で液晶分子長軸を移動方向に配向させようとする力が働くと考えられる。すなわち、相分離過程において干渉縞の間隔方向に液晶分子を配向させようとする力が働くと考えられる。最終的には、図２０に示すように、干渉縞の明暗のピッチに対応してポリマー部２１４と非重合性液晶層２１３の周期構造が形成され、液晶部２１３の配向ベクトルが干渉縞の間隔方向を向いた状態が得られると考えられる。 By this two-beam interference exposure, the photopolymerization reaction of the polymerizable monomer (or prepolymer) 214 starts in the bright part of the interference fringes as shown in FIG. At this time, curing shrinkage occurs to cause a density difference, and the adjacent polymerizable monomer (or prepolymer) 214 moves to the bright part, and further polymerization proceeds. At the same time, the non-polymerizable liquid crystal 213 present in the bright part is driven out toward the dark part to cause phase separation. At this time, when the liquid crystal molecules 213 move, it is considered that a force for aligning the major axis of the liquid crystal molecules in the moving direction is exerted by the interaction with the monomer or polymer chain. That is, it is considered that a force for orienting liquid crystal molecules in the direction of the interference fringe acts in the phase separation process. Finally, as shown in FIG. 20, the periodic structure of the polymer part 214 and the non-polymerizable liquid crystal layer 213 is formed corresponding to the bright and dark pitches of the interference fringes, and the orientation vector of the liquid crystal part 213 is the distance between the interference fringes. It is thought that the state which turned to the direction is obtained.
液晶部全体の常光屈折率ｎｏとポリマー部の屈折率ｎｐがほぼ一致するように液晶の種類とポリマーの種類の組合せを適宜設定することで、ｓ偏光の入射光に対しては液晶部２１３全体の常光屈折率ｎｏとポリマー部２１４の屈折率ｎｐの差を感じないため回折せず、ｐ偏光の入射光に対しては液晶部２１３全体の異常光屈折率ｎｅとポリマー部２１４の屈折差を感じて回折するような偏光選択性ホログラムが得られる。ここで、体積ホログラムの回折効率は屈折率変調量Δｎと厚みｄの積Δｎ・ｄに依存するので、屈折率差Δｎを大きく出来るとホログラムの厚みｄを薄く出来る。体積ホログラムの厚みを薄くすると回折効率の角度依存性が小さくなり、入射角変動に対する光利用効率低下が改善する。したがって、偏光選択性が大きく入射角度依存性が比較的少ない高効率な偏光選択性ホログラムが得られる。 By appropriately setting the combination of the liquid crystal type and the polymer type so that the ordinary light refractive index no of the entire liquid crystal part and the refractive index np of the polymer part substantially coincide with each other, the entire liquid crystal part 213 with respect to s-polarized incident light. The difference between the normal light refractive index no and the refractive index np of the polymer portion 214 is not diffracted, and the p-polarized incident light has a difference in refractive index ne between the extraordinary light refractive index ne of the liquid crystal portion 213 and the polymer portion 214. A polarization selective hologram that feels and diffracts can be obtained. Here, since the diffraction efficiency of the volume hologram depends on the product Δn · d of the refractive index modulation amount Δn and the thickness d, the hologram thickness d can be reduced by increasing the refractive index difference Δn. If the thickness of the volume hologram is reduced, the angle dependency of the diffraction efficiency is reduced, and the decrease in light utilization efficiency against the incident angle fluctuation is improved. Therefore, a highly efficient polarization selective hologram having a large polarization selectivity and a relatively small incident angle dependency can be obtained.
上記したＨＰＤＬＣにおいて、露光前から露光後までにおけるＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ）混合物と基板との界面での屈折率差を極めて小さくして反射光量を減らすことで、高効率な回折効率を得ることができる。上記した混合物２２０に用いられる非重合性液晶分子は、ネマチック、コレステリック、スメクチックのいずれのタイプでも良く、従来公知のビフェニル、ターフェニル、フェニルシクロヘキサン、ビフェニルシクロヘキサン、安息香酸フェニルエステル、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル、フェニルピリミジン、フェニルジオキサン、トラン、１−フェニル−２−シクロヘキシルエタン、１−フェニル−２−ビフェニルエタン、１−シクロヘキシル−２−ビフェニルエタン、ビフェニルカルボン酸フェニルエステル、４−シクロヘキシル安息香酸フェニルエステルなどを骨格とし、アルキル基、アルコキシ基や誘電異方性を付与するための極性付与基としてのシアノ基、ハロゲン基などを置換基として有する液晶などを用いることができる。 In the above-described HPDLC, a highly efficient diffraction efficiency is obtained by reducing the amount of reflected light by extremely reducing the difference in refractive index at the interface between the PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystals) mixture before and after the exposure and the substrate. Can do. The non-polymerizable liquid crystal molecules used in the mixture 220 may be any of nematic, cholesteric, and smectic types, and conventionally known biphenyl, terphenyl, phenylcyclohexane, biphenylcyclohexane, benzoic acid phenyl ester, and cyclohexanecarboxylic acid phenyl ester. , Phenylpyrimidine, phenyldioxane, tolan, 1-phenyl-2-cyclohexylethane, 1-phenyl-2-biphenylethane, 1-cyclohexyl-2-biphenylethane, biphenylcarboxylic acid phenyl ester, 4-cyclohexylbenzoic acid phenyl ester, etc. And a liquid crystal having a cyano group, a halogen group, or the like as a substituent. Can.
この混合物２２０に用いられる重合性モノマー（あるいはプレポリマー）は、重合による硬化収縮が大きいものを用いることが好ましく、このような重合性モノマーとしては、エチレン性不飽和結合を有する光重合可能な化合物であって、１分子中に少なくともエチレン性不飽和二重結合を１個有する光重合、光架橋可能なモノマー、オリゴマー、プレポリマー及びそれらの混合物を挙げることができ、モノマー及びその共重合体の例としては、不飽和カルボン酸及びその塩、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミン化合物とのアミド等を挙げることができるが、特に２官能以上の多官能性モノマーは硬化収縮が大きく、好適に使用できる。 The polymerizable monomer (or prepolymer) used in the mixture 220 is preferably one having a large cure shrinkage due to polymerization. As such a polymerizable monomer, a photopolymerizable compound having an ethylenically unsaturated bond is used. And photopolymerization having at least one ethylenically unsaturated double bond in one molecule, photocrosslinkable monomers, oligomers, prepolymers and mixtures thereof. Examples include unsaturated carboxylic acids and salts thereof, esters of unsaturated carboxylic acids and aliphatic polyhydric alcohol compounds, amides of unsaturated carboxylic acids and aliphatic polyvalent amine compounds, etc. A bifunctional or higher polyfunctional monomer has a large cure shrinkage and can be suitably used.
不飽和カルボン酸のモノマーとしてはアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸、及びそれらのハロゲン置換不飽和カルボン酸、例えば塩素化不飽和カルボン酸、臭素化不飽和カルボン酸、弗素化不飽和カルボン酸等を挙げることができる。不飽和カルボン酸の塩としては前述の酸のナトリウム塩及びカリウム塩等を挙げることができる。また、ウレタンアクリレート類、ポリエステルアクリレート類、エポキシ樹脂と（メタ）アクリル酸等の多官能性のアクリレートやメタクリレートを挙げることができる。上記の他、熱重合禁止剤、可塑剤等が添加されてもよい。 Examples of unsaturated carboxylic acid monomers include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, maleic acid, and halogen-substituted unsaturated carboxylic acids such as chlorinated unsaturated carboxylic acids and brominated unsaturated carboxylic acids. And fluorinated unsaturated carboxylic acid. Examples of the salt of the unsaturated carboxylic acid include the sodium salt and potassium salt of the aforementioned acid. Moreover, polyfunctional acrylates and methacrylates such as urethane acrylates, polyester acrylates, epoxy resins and (meth) acrylic acid can be mentioned. In addition to the above, a thermal polymerization inhibitor, a plasticizer, and the like may be added.
更に、光重合反応のために光重合開始剤を「液晶とモノマーの混合用液」に添加することが望ましい。光重合開始剤としては、ビアセチル、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾインアルキルエーテル、ベンジルジメチルケタール、１−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、２−クロロチオキサントン、メチルベンゾイルフォーメート、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、ジエトキシアセトフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン、α−アミノアルキルフェノン、ビスアシルフォスフィンオキサイド、メタロセンなどを例示することができ、特にビスアシルフォスフィンオキサイド系のものは好適である。 Furthermore, it is desirable to add a photopolymerization initiator to the “liquid mixture of liquid crystal and monomer” for the photopolymerization reaction. As photopolymerization initiators, biacetyl, acetophenone, benzophenone, Michler's ketone, benzyl, benzoin alkyl ether, benzyldimethyl ketal, 1-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 2-chlorothioxanthone, methylbenzoylphenol Mate, 1- (4-isopropylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, diethoxyacetophenone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1- Examples thereof include ON, α-aminoalkylphenone, bisacylphosphine oxide, metallocene and the like, and bisacylphosphine oxide type is particularly preferable.
ところで、露光時にガラス基板の界面で反射して不要干渉縞が発生すると、回折効率の低下につながる。そこで、混合物２２０の屈折率とガラス基板の屈折率の差を減らすことでこの反射光量を減らすことができる。 By the way, if unnecessary interference fringes are generated by reflection at the interface of the glass substrate during exposure, the diffraction efficiency is lowered. Therefore, the amount of reflected light can be reduced by reducing the difference between the refractive index of the mixture 220 and the refractive index of the glass substrate.
ここで、非重合性液晶の常光と異常光屈折率をそれぞれｎｏ、ｎｅとし、重合性モノマー（あるいはプレポリマー）の屈折率をｎ２とし、非重合性液晶と重合性モノマー（あるいはプレポリマー）のα：（１−α） ただし、０＜α＜１ とし、透明基板の屈折率ｎを下記（１）式を満たすガラス材料を選ぶ。
ｍｉｎ（ｎｏ，ｎｅ）≦ｎ≦α・（２ｎｏ ＋ ｎｅ）／３＋（１−α）・ｎ２…（３）
ただし、ｍｉｎ（ｎｏ， ｎ２）はｎｏとｎ２のうち小さいほうの値である。
Here, the ordinary light and extraordinary light refractive indexes of the non-polymerizable liquid crystal are set to no and ne, respectively, the refractive index of the polymerizable monomer (or prepolymer) is set to n2, and the non-polymerizable liquid crystal and the polymerizable monomer (or prepolymer) are mixed. α: (1-α) where 0 <α <1 and a glass material satisfying the following formula (1) is selected for the refractive index n of the transparent substrate.
min (no, ne) ≦ n ≦ α · (2no + ne) / 3 + (1−α) · n2 (3)
However, min (no, n2) is the smaller value of no and n2.
例えば、ｎｏ＝１．５３、ｎｅ＝１．７８、ｎ２＝１．５５で、α＝０．３とすると混合物５４の平均屈折率は１．６１３となる。この平均屈折率は、露光開始後から減少し始める。ポリマー形成部ではポリマー屈折率１．５５に近づき、液晶部分では露光ビームがｓ偏光で液晶分子が配向されていくに従って１．５３に近づいていく。このため、基板との混合物の屈折率差は露光開始前から露光完了までの間に必ず０以外の値となる。しかし、露光開始直後の屈折率差を０に近づければ格子作製で最も重要な時間帯で不要反射光（もしくは不要干渉縞）を最小にすることができる。さらに、基板屈折率の下限値は液晶の常光屈折率とモノマーの屈折率の小さいほうの値である。この範囲に該当するガラス基板を選ぶことによって不要反射光量を減らし不要干渉縞を低減することができ、回折効率も高くなる。 For example, when no = 1.53, ne = 1.78, n2 = 1.55, and α = 0.3, the average refractive index of the mixture 54 is 1.613. This average refractive index begins to decrease after the start of exposure. The polymer forming portion approaches the polymer refractive index of 1.55, and the liquid crystal portion approaches 1.53 as the exposure beam is s-polarized and the liquid crystal molecules are aligned. For this reason, the refractive index difference of the mixture with the substrate is always a value other than 0 before the exposure is started and until the exposure is completed. However, if the difference in refractive index immediately after the start of exposure is brought close to 0, unnecessary reflected light (or unnecessary interference fringes) can be minimized in the most important time zone for grating fabrication. Further, the lower limit of the substrate refractive index is the smaller of the ordinary refractive index of the liquid crystal and the refractive index of the monomer. By selecting a glass substrate that falls within this range, the amount of unnecessary reflected light can be reduced and unnecessary interference fringes can be reduced, and the diffraction efficiency can be increased.
上記したのデータの場合、基板の屈折率は１．５３≦ｎ≦１．５６９の範囲で選べばよいことになる。波長０．５μｍでこの屈折率範囲のガラス材料は、例えば、ドイツ・ショット社製の製品で選ぶと、ＰＫ３（屈折率１．５３０）や、Ｎ−ＢＡＫ２（同１．５４５）や、Ｎ−ＰＳＫ３（同１．５５７）や、Ｎ−ＳＫ１１（同１．５６９）がある。特に、露光開始直後の屈折率差を無くしたい場合にはＮ−ＳＫ１１やこの屈折率に近いガラス種を選ぶことが望ましい。 In the case of the above data, the refractive index of the substrate may be selected in the range of 1.53 ≦ n ≦ 1.569. A glass material having a wavelength of 0.5 μm and a refractive index range of, for example, PK3 (refractive index 1.530), N-BAK2 (1.545), N- There are PSK3 (1.557) and N-SK11 (1.569). In particular, when it is desired to eliminate the difference in refractive index immediately after the start of exposure, it is desirable to select N-SK11 or a glass type close to this refractive index.
この発明の実施形態においては、上記したＨＰＤＬＣを被複製ホログラム層（記録層）として用いることができる。 In the embodiment of the present invention, the above HPDLC can be used as a hologram layer (recording layer) to be replicated.
なお、ＨＰＤＬＣを用いた場合、複製時と再生時のレーザの波長は相違する。例えば、複製時が４４２ｎｍ、再生時が６５０ｎｍの波長のレーザ光が用いられる。これは、複製時の光重合のための吸収の関係から選択される。 When HPDLC is used, the wavelength of the laser at the time of replication is different from that at the time of reproduction. For example, a laser beam having a wavelength of 442 nm for replication and 650 nm for reproduction is used. This is selected from the absorption relationship for photopolymerization during replication.
さらには、第１のホログラム記録領域が偏光無依存のホログラムであっても、そのホログラムの回折効率が５０％前後に調整するように露光すれば、本発明に用いることは十分に可能である。 Furthermore, even if the first hologram recording area is a polarization-independent hologram, it can be used in the present invention if it is exposed so that the diffraction efficiency of the hologram is adjusted to around 50%.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
この発明は、光束分割素子に用いることができ、光束分割素子は２段に重ねられた回転多面鏡を有する光走査装置や画像形成装置に適用できる。 The present invention can be used for a light beam splitting element, and the light beam splitting element can be applied to an optical scanning apparatus or an image forming apparatus having rotating polygon mirrors stacked in two stages.
１０ ホログラム原版、１、２ ホログラム領域、２０ 記録セル、２１ 第１の被複製ホログラム層（第１のホログラム記録層）、２２ 第２の被複製ホログラム層（第２のホログラム記録層）、３１ 露光ビーム、３２ １次回折光。 10 hologram master, 1, 2 hologram region, 20 recording cell, 21 first hologram layer to be replicated (first hologram recording layer), 22 second hologram layer to be replicated (second hologram recording layer), 31 exposure Beam, 32 1st order diffracted light.
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