JPS63262614A - ホログラムデイスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 ホロクラムディスクの裏面に波長板としての機能を有す
るホログラムを形成することにより、基板の反りを防止
するとともに、ホログラム固有の偏光特性を有効に吸収
する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は一枚の基板上に複数個のホログラムファセット
を形成したホログラムディスクに関し、特に、それに固
有の偏光特性を防止したホログラムディスクに関する。

〔従来の技術〕

ＰＯ３（Ｐｏｉｎｔ　　ｏｆ　　５ａｌｅｓ）スキャナ
やレーザプリンタ等の情報入出力装置において、レーザ
光を偏光、走査、結像あるいは集光するためにホログラ
ムが活用されている。このような情報入出力装置におい
ては、レーザ光の多方向走査を可能ならしめるために一
般には、第１２．１３図に示す如く同一基板５の表面上
に格子角度あるいは形状の異なる複数個のホログラム３
を同心円上に配置した円板状のホログラムディスク１が
用いられる。即ち、ホログラムは基板上で複数個のホロ
グラムファセット３に分割され、その軸線回りの回転に
より出来るだけ広範囲の偏光方向（走査範囲）を確保す
るようにしている。

ホログラム再生時にはホログラムの裏面から直線偏光１
０が照射されホログラム３に応じた偏光角でビームが走
査され例えばバーコード７を読み取ることが出来る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、従来のホログラムディスクには次の如き問題
点がある。

ホログラムには入射光の偏光状態によってホログラムの
回折効率が異なるという固有の特性（偏光特性）がある
ため、第１４図に示す如く入射直線偏光がＰ偏光かＳ偏
光かで回折効率（ビーム強度）が大きく相違し効率の均
一化が図外ない。即ち、例えばＰ偏光の回折効率は８０
％、Ｓ偏光のそれは４０％、あるいは逆にＰ偏光４０％
、Ｓ偏光８０％といった具合である。このことはＳ／Ｎ
比の低下を招き、信号処理回路系に負担がかかるのみな
らず、情報検出精度が悪化する。従って、上述の如きホ
ログラムディスクにおいて格子方向がファセット毎に様
々であるとファセット毎に回折効率が異なり上述の如き
不都合をもたらす。このようなホログラムディスク透過
後のビーム強度の変動（不均一な回折効率）はホログラ
ムを通常の直線偏光レーザで再生した場合は勿論、直交
する２本の直線偏光を有する、所謂ランダム偏光レーザ
で再生した場合も同様に発生する。

第１５図は従来のホログラムディスクにおけるビーム、
強度■の変動量ΔＩを示す（実測値）ものでその変動率
（ΔＩ／Ｉ）は２０％にも達っしていた。本発明ではこ
の変動率を５％以下に抑えることが目標である。

また、従来のホログラムディスクの別の問題は基板の反
りということである。

即ち、ディスク基板５（一般にはガラスまたはアクリル
）上に形成したホログラム記録材料であるホトポリマに
ホトポリマ法によりホログラムパターンを転写する際に
、ホトポリマに光を当てるとホトポリマが硬化収縮して
基板が第１６図に示す如く僅かに反ってしまう。この基
板の反りのために走査ビームの結象位置がずれ、情報検
出（読取）精度が著しく低下する。

本発明の目的は上述の如き問題点を解消し、回折効率の
変動を最小に抑えるとともに基板の反りを防止すること
の出来るホログラムディスクを提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明によれば、複数個のホ
ログラムファセットを基板の一方の面に配置したホログ
ラムディスクにおいて、基板の他方の面の少なくとも一
部に波長板を付着したことを構成上の特徴とする。

〔作　用〕

基板の裏面（ホログラムと反対側の面）に付着した波長
板は基板の反りを防止する補強材として機能するのみな
らず、偏光特性（ビームの位相シフト）、即ちＰ、Ｓ偏
光間の変換、あるいは偏光角を制御することができるの
でファセット間の回折効率変動を小さくすることができ
る。波長板は目的に応じて、基板の裏面全面に付着して
もあるいは特定のファセットの裏面部分のみに付着して
もいずれでもよい。

〔実施例〕

以下、本発明の好ましい実施例につき図面を参照して詳
細に説明する。

第１図は本発明に係るホログラムディスク１０の一実施
例を概略的に示すもので、この実施例によればホログラ
ムディスクの基板（例えば、アクリル製）５の裏面（ホ
ログラム３と反対側の面）全体に波長板１５が一体的に
形成される。□第１図に示す実施例においては波長板１
５はホログラム１５により、即ち、波長板としての機能
を有するホログラム１５により形成されている。つまり
、ホログラムディスク１０はその表面に本来のビームの
偏向（走査）、結像、集光機能を有するホログラム３が
、そして基板５の裏面には波長板の機能を有するホログ
ラム１５が形成されている。ホログラム３．１５は体積
ホログラムでもあるいは表面レリーフ型ホログラムのい
ずれでもよいが、前述のホログラム固有の偏光特性は後
者、即ち表面レリーフ型ホログラムの方が顕著であるの
で、表面レリーフ・型ホログラム（第５図）を想定して
いる。

第１図に示す実施例の位相シフト用ホログラム（波長板
）１５は、直線偏光を円偏光に変換する１／４波長板（
λ／４板）である。第１図において、再生用レーザ（例
、ランダム偏光レーザ）の波長をλＲ、アクリル基板５
の屈折率をｎとすると、ホログラム１５に位相シフト機
能、即ち波長板としての機能を持たせるためには入射光
（波長λＲ）に対して回折光が生じないようにホログラ
ム１５の格子の周期ｄＨ第２図及び第３図）を短くする
ことが必要である。即ち、 ｄｌ＜λＲ／ｎ　　・・・　（１） 尚、当然のことながら再生ビームの波長λＲはホログラ
ム３の格子周期ｄ２よりも小さくなければならないから
、 λＲ＜ｄ’２　　　　　・・・　（２）である。

一例として、ランダム偏光レーザとしてＨｅ　−Ｎｅレ
ーザを使用する場合を想定すると、その波長λＲはλＲ
＝０．６３３μｍであるから、ｄｉ　＜０．４２μｍ、
　　　０．６３３／７ｍ＜ｄ２となる。但し、アクリル
基板の屈折率はｎ＝１．５０とした。

一般に、波長板を構成するためには、即ち位相シフトが
生じるためには複屈折Δｎが存在すればよい。通常、波
長板は光学的異方性を有する結晶により形成され、その
結晶を構成する分子の電気的異方性により生じるが、複
屈折は分子よりはるかに大きなスケールの異方性によっ
ても発生することが知られている。即ち、光学的に等方
な物質であり、その大きさが分子より十分大きく、光の
波長より十分小さな粒子が規則的に配列した場合がこれ
に相当する。このような場合を構造性複屈折と呼んでい
るが、表面レリーフ型ホログラムには複屈折と等価の上
記の構造性複屈折があることが知られており、従って波
長板としての機能を持たせ得る。尚、表面レリーフ型ホ
ログラムの構造性複屈折の成因については本発明とは直
接関係ないので詳しい説明を省略するが、Ｍ、Ｂｏｒｎ
＆Ｅ、Ｗｏｌｆ共著、草用徹・横田英嗣共訳「光学の原
理」東海大学出版会、ｐ　１０３０〜１０３３に詳しく
記載されている。

第４図は複屈折Δｎとホログラムの形状との関係を参考
までに示すもので、ホログラムを構成する媒質の屈折率
ｎ′をパラメータとした場合である。ホトポリマの屈折
率はｎ’−１，５であるから格子の周期ｄと格子の幅Ｗ
との比ｑ　（−ｗ／ｄ）を適当に選定（例えばｑ　＝　
０．５　）することにより確かに複屈折率を得ることが
出来る。尚、第４図に示す如く、複屈折Δｎは格子軸に
平行な方向の屈折率狼　とそれに直交する方向の屈折重
電　との差により表される。

このような表面レリーフ型ホログラムを１／４波長板と
して使うには、光学軸に対して４５°の方位で直線偏光
を入射すればよい（第８図（ｂ））。

この時の位相シフト量はホログラムの格子高さく溝深さ
）ｈにより決定される。例えば、λＲ＝０．６３３μｍ
、ホトポリマの屈折率ｎ　”　＝　１．５とすると約１
．６μｍの格子高さが必要となる（ｈ＃１．６μｍ）。

以上の如くホログラムディスクの裏面にλ／４板１５を
形成することによりこの裏面側から入射した直線偏光は
円偏光となり、ホログラム３には円偏光が入射すること
になるので、もはやＰ偏光かＳ偏光かによる回折効率の
差は問題とならず、常に円偏光による実質上一定の回折
効率となる。

また、基板５の両面に同様のホログラム３．１５が形成
されるのでホトポリマ法によるホログラムの転写時にさ
もなければ生じるであろう冒頭に延べたホトポリマの硬
化収縮による基板の反りは互いに両方向に打ち消し合い
、相殺される。従って、基板の反りも有効に防止される
。

基板の反りを完全に相殺する目的のだけためには、基板
５の両面に形成されるホログラム３．１５は同一の材料
（例えば、ホトポリマ）で、しかも同一の形状とするの
が好ましいが、その機能に応じて形状は必ずしも同一に
することは出来ないかも知れない。しかしながらその場
合でも基板の裏面にホログラム１５が存在しない従来の
ものに比較し基板の反りは遥かに抑制されることは明瞭
である。

第２．３図に本発明において用いられる位相シフト用ホ
ログラム１５のパターンの２つの例を示す。第２図はフ
ァセット内のホログラム格子がディスクの回転中心に対
し平行な直線の縞となっている平面格子、第３図は格子
が同心円状に平行に並んだ縞となっている曲面格子を夫
々示す。

第２図において、平面格子に対し直線偏光を入射すると
ファセット中央では所定の位相シフト量が得られても（
一般にはファセット中央部分においてビームの入射角が
光学軸に対し４５°となるように設計される）、ホログ
ラムディスクの回転に伴いビームの照射点がファセット
両縁部に移行すると角度が４５°ではなくなるのでシフ
ト量が不足して円偏光からのずれが大きくなる。この問
題はファセソ１の数を多くする、即ち、ホログラムディ
スクのホログラムの分割数を多くすることによりある程
度解決される。

但し、第２図に示す平面格子でも本発明の目的を達成す
る上では何等不都合はない。

第３図に示す曲面格子にあってはファセット内のどの部
分においてもビーム入射方位は変化しないため平面格子
におけるが如き上記の問題は全くない。従って、曲面格
子の方が好ましい。尚、平面格子、曲面格子のいずれの
場合にも、ランダム偏光に対しては、その偏光度を小さ
くすることにより走査ビームの強度（回折効率）変動を
小さくすることができる。

尚、第３図（Ｂ）、（Ｃ）に示す如く本発明によれば入
射レーザは直線偏光でもランダム偏光でも円偏光に変換
されるのでその効果に代わりはない。

また、以上の実施例において波長板１５をホログラムで
作成する代わりに、光学的異方性結晶による通常の波長
板を基板５に張りつけても基板の反り防止効果は上記実
施例よりは低減するが同様の目的を達成することが出来
ることは言うまでもない。

第６．７図は本発明の別の実施例を示すものである。

この実施例でもホログラムディスクの基板５の裏面に形
成される波長板２５はホログラムであるが、１／２波長
板（λ／２板）として形成されている点が上記第１実施
例と異なる。直線偏光は格子の光学軸に対し４５°の方
位（第８図（Ｂ））でλ／２板２５に入射すると９０”
だけ偏光方位が異なる直線偏向となるので、Ｐ偏光はＳ
偏光に、またＳ偏光はＰ偏光に夫々変換される。即ち、
λ／２板２５により偏光方位の制御が出来る。ホログラ
ムディスクに形成されるホログラム３の格子の向きはビ
ームの走査方向（回折させたい方向）に応じて設計され
る。ここで、例えばホログラム３が第９図に示される如
き格子方向を有する４分割ファセットとする。この場合
、矢印で示す如くファセット３Ａと３０でＰ偏光である
とすると３Ｂと３ＤではほぼＳ偏光になる。

従って、このホログラムが仮にＰ偏光よりもＳ偏光に対
して大きな回折効率を有するものとすると、第１Ｏ図に
示す如く、ファセット３Ａと３０に対応する基板の裏面
にのみ部分的にλ／２板２５を形成することにより、フ
ァセット３Ａ。

３ＣにＳ偏光を入射することが出来る。即ち、全てのフ
ァセット３Ａ〜３ＤにＳ偏光を入射することが出来る。

全く同様の考え方で、Ｐ偏光に対して高い回折効率を示
すホログラムに対しては全てのファセットにＰ偏光を入
射することが出来、いずれにしても、回折効率の高い方
の直線偏光を使用することが出来る。

第２の実施例では各ファセット間の回折効率のばらつき
がなくなるのみならず、常に効率の高い方の直線偏光を
利用できるという利点がある。

尚、これとは別に第１１図に示す如く、基板裏面全体に
ホログラム２５を形成し、λ／２板２５の格子縞の方向
を基板表面のホログラム３の格子縞方向に応じて少しづ
つ変化させ、ホログラムディスク全体として常に回折効
率が略一定（必ずしも最大値である必要はない）となる
ようにすることも可能である。

第２実施例においても基板の反り防止効果が期待できる
ことは第１実施例の場合と同様である。

但し、ホログラム２５を基板の裏面に部分、的に施す場
合には裏面全面に施す場合よりも反り防止効果は小さく
なる。

〔発明の効果〕

以上に記載した通り、本発明によれば、ホログラムディ
スクにおけるファセット間の回折効率のばらつきを最小
にしてホログラムディスク全体として実質上略均一な回
折効率を得ることができるとともに、基板の反りも有効
に防止され、情報検出精度の向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るホログラムディスクの図解的横断
面図、第２図（Ａ）　、（Ｂ）は本発明に於いて用いら
れる位相シフト用ホログラムのパターンの一例を示す図
、第３図（Ａ）、（Ｂ）は第２図とは別のホログラムパ
ターンの例を示す図、第４図は複屈折とホログラム形状
との関係を示す線図、第５図は本発明において用いられ
る表面レリーフ型格子の部分拡大図、第６図は本発明の
第２実施例を示す図、第７図（Ａ）、（Ｂ）は第６図に
示すホログラムディスクの表面のホログラムと裏面のホ
ログラムを平面図及び底面図、第８図（Ａ）、（Ｂ）は
第６図に示される１／２波長板を構成するホログラムの
偏光の様子を示す図、第９図は第６図に示す実施例にお
けるホログラムディスクの表面ホログラムの格子縞パタ
ーンの一例を示す平面図、第１０図は同じく裏面のホロ
グラムの格子縞のパターンの一例を示す図、第１１図は
第１０の変形例を示す図、第１２図は従来のホログラム
ディスクを概略的に示す図、第１３図は第１２図に示す
ホログラムディスクの横断面図、第１４図は第１３図に
示すホログラムディスクの偏光特性を示す図、第１５図
は従来のホログラムディスクの回折効率の変動を示す図
、第１６図は従来のホログラムディスクの反りを示す図
。 ３・・・ホログラム、　５・・・基板、１０・・・ホロ
グラムディスク、 １５・・・波長板（ホログラム）。 （Ａ）　　　　　　　　　　（Ｂ） 平面格子・ぐターン ＃！２因 図面の浄書 曲格格子パターン 第３図 複屈折とホログラム形状との関係 ＄４＠ ５ａｆｒ　ｍｍｎｍ 第７因 （−Ａ　）　　　　　　（Ｂ　） λ／２板の偏光の様子 手続補正書（方式） 昭和６２年２り／８日 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿 １、事件の表示 昭和６２年特許願第０９６１３４号 ２、　発明の名称 ホログラムディスク ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名称　（５２２）富士通株式会社 ４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号５、
補正指令の日付 ６、補正の対象 （１１明細書の「図面の簡単な説明」の欄（２）図面（
気３回） ７、補正の内容 （１１明細書第１５頁第１４行目に記載の１第３図（Ａ
）、　（Ｂ）は」をｒ第３図（Ａ）、　（Ｂ）、　（Ｃ
）は」に補正する。 （２）第３図を別紙の通り補正する。 ８、添付書類の目録

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個のホログラムファセットを基板（５）の一方の面
   に配置したホログラムディスク（１０）において、基板
   の他方の面の少なくとも一部に波長板（１５）を付着し
   たことを特徴とするホログラムディスク。