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JP3355722B2 - 回折格子パターンの作成方法 - Google Patents

回折格子パターンの作成方法

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JP3355722B2
JP3355722B2 JP24154193A JP24154193A JP3355722B2 JP 3355722 B2 JP3355722 B2 JP 3355722B2 JP 24154193 A JP24154193 A JP 24154193A JP 24154193 A JP24154193 A JP 24154193A JP 3355722 B2 JP3355722 B2 JP 3355722B2
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dry plate
diffraction grating
laser beam
lens
hologram
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隆 西原
敏貴 戸田
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  • Holo Graphy (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光線を用い、
その2光束干渉によってドット状の回折格子のパターン
を作成する方法に係り、特に任意な空間周波数の回折格
子パターンを容易に作成し得るようにした回折格子パタ
ーンの作成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般的に、レーザー光源のようなコヒー
レントな光源を用いて、これからのレーザー光線を一度
2光束に分けたものを、再び感光材料上で同時に露光す
ると、干渉縞が記録(回折格子が作成)される。
【0003】この干渉縞は、感光材料に入射する2光束
の角度の差によって、そのピッチ(空間周波数の逆数)
が変わり、その方向は2光束の入射する方向によって変
わり、その記録される濃さは光強度によって変わる。す
なわち、観察時には、干渉縞のピッチは見える色に、干
渉縞の方向は見える方向に、干渉縞の濃さは見える色の
輝度にそれぞれ関係する。
【0004】さて、このように、2光束干渉によって回
折格子を形成して、回折格子パターンを有するディスプ
レイを作成する方法としては、例えば“特開昭60−1
56004号公報”、“特願昭63−222477号”
等の方法が提案されてきている。
【0005】すなわち、まず、前者の方法は、回折格子
露光ヘッドを用い、この回折格子露光ヘッドを移動する
ことによって、2光束干渉による微小な干渉縞(以下、
回折格子と称する)を、そのピッチ、方向、および光強
度を変化させて、感光材料に対して次々と露光し、任意
の位置に任意の回折格子を作成する方法である。
【0006】この方法を用いることにより、平面状の感
光材料と、その表面に形成された回折格子パターンとか
らなるディスプレイが得られる。そして、この回折格子
パターンは、回折格子により形成された複数の微小なド
ットから構成されているため、各ドットがそれぞれの色
にそれぞれの方向にそれぞれの強さで光って様々な模様
が描かれる。
【0007】また、後者の方法は、計算機から読み出し
た画像データにしたがって、X−Yステージ上の乾板
(感光材料を塗布したガラス等からなる)の対応位置
に、回折格子からなるドットを作成していく方法であ
る。
【0008】この方法を用いることにより、ほぼ完全に
均一な回折格子のパターンを有するディスプレイが得ら
れる。
【0009】しかしながら、まず前者の作成方法におい
ては、次のような問題がある。
【0010】すなわち、回折格子のピッチ、方向、光強
度を変化させる場合に、その都度回折格子露光ヘッドの
光学系を移動する必要がある。そして、このように光学
系を固定させることができないことから、振動に対して
弱く、外部からの振動の影響を受け易い。
【0011】従って、振動を十分に減衰させるために長
い待ち時間が必要となるばかりでなく、回折格子作成の
安定性も悪く、均一な(精度がよい)回折格子を作成す
ることができないという問題がある。
【0012】また、後者の作成方法においては、次のよ
うな問題がある。
【0013】すなわち、レーザー光線をいくつかに分岐
し、その中の一つを選択することによって、作成する回
折格子の空間周波数を決めていることから、光の利用効
率が非常に低いというという問題がある。
【0014】また、分岐されるレーザー光線の数も、光
学系の空間的な配置や光強度が弱くなることから、3本
程度が限界である。
【0015】そのため、3種類程度の空間周波数を持っ
た回折格子しか作成することができない(回折格子の空
間周波数が3種類程度に限定されてしまっている)とい
う問題がある。
【0016】そこで、上記のような問題を解消するため
の装置として、例えば“特願平3−231956号”等
の回折格子プロッターが、本出願人によって提案されて
きている。
【0017】しかしながら、この種の回折格子プロッタ
ーにおいては、平面内を自由に移動可能なX−Y(−
θ)ステージに対して、2本のレーザー光線が所定の装
置構成を介して入射するような構成となっている。そし
て、これらのほとんどの場合、入射する側を移動、ある
いは回転させ得る可能性はなく、小型化を図ることが非
常に困難である。
【0018】また、必要とするレーザー光線を1本ずつ
乾板の表面で交わるように調整しなければならないばか
りでなく、θステージの回転中心とレーザー光線の交差
位置とが同位置でなければならず、これら光学系の調整
も非常に困難である。
【0019】さらに、移動・回転可能とされる装置構成
の場合でも、回折格子露光装置(特開昭60−1560
04号公報)のように、比較的大きく複雑な構成であ
り、乾板上での2光束の位置合わせ等の調整は、非常に
困難である。
【0020】そこで、最近では、このような問題を解消
するための装置として、例えば“特願平4−43056
号”等の回折格子プロッターが、本出願人によって提案
されてきている。
【0021】この装置は、1本のレーザー光線を回転可
能な2光束回折格子で回折して3本以上のレーザー光線
に分岐し、そのうちの2本のレーザー光線を選択して、
これらを平面内を任意に移動可能なX−Y(−θ)ステ
ージ上の乾板上に集光するように構成した装置である。
【0022】しかしながら、このような回折格子プロッ
ターにおいては、乾板上に達する2本のレーザー光線の
間の角度がいつも一定になることから、乾板上に記録さ
れる回折格子の空間周波数を変化させることはできな
い。
【0023】このため、回折格子パターンを、例えばデ
ィスプレイに用いた場合、場所によって色を変化させる
ことが簡単には行なえなかった。
【0024】また、ホログラフィック光学素子(HO
E)作成の場合等のように、細かな空間周波数変化が必
要なものには利用することができなかった。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
回折格子の作成装置においては、任意な空間周波数の回
折格子パターンを作成することが困難であるという問題
があった。
【0026】本発明は上述のような問題を解決するため
に成されたもので、任意な空間周波数の回折格子パター
ンを容易に作成することが可能な回折格子パターンの作
成方法を提供することを目的とする。
【0027】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、レーザー光線を2光束に分割し、これらを感光材
料が塗布された乾板上の1点に同時に露光して干渉縞を
記録するにあたり、乾板の露光を行なう毎に、レーザー
光線を任意の方向,角度に分割して回折格子パターンを
作成する方法において、まず、請求項1に対応する発明
では、乾板面に対して平行な方向へ移動が可能な乾板を
照明する細いレーザー光線の光路の途中に、乾板と同一
方向へ移動が可能でレーザー光線を任意の方向、角度に
分割すると共に、ホログラム面に対して平行移動が可能
なホログラムレンズを配置し、またホログラムレンズを
乾板の乾板面に結像するような位置にレンズを固定して
配置し、乾板の露光を行なう時に、レーザー光線をホロ
グラムレンズの平行移動により、作成する回折格子の空
間周波数に応じた角度で0次の回折光と+1次の回折光
とに分割した後に、レンズで乾板上の1点に集光させて
回折格子を記録し、乾板の露光を行なう毎に、当該乾板
を作成される回折格子の直径に相当する距離だけ移動さ
せて、乾板の乾板面に回折格子パターンを作成するよう
にしている。
【0028】また、請求項2に対応する発明では、乾板
面に対して平行な方向へ移動が可能な乾板を照明する細
いレーザー光線の光路の途中に、乾板と同一方向へ移動
が可能でレーザー光線を任意の方向、角度に分割すると
共に、ホログラム面に対して平行移動が可能なホログラ
ムレンズを配置し、またホログラムレンズを乾板の乾板
面に結像するような位置にレンズを固定して配置し、乾
板の露光を行なう時に、レーザー光線をホログラムレン
ズの平行移動により、作成する回折格子の空間周波数に
応じた角度で+1次の回折光と−1次の回折光とに分割
した後に、レンズで乾板上の1点に集光させて回折格子
を記録し、乾板の露光を行なう毎に、当該乾板を作成さ
れる回折格子の直径に相当する距離だけ移動させて、乾
板の乾板面に回折格子パターンを作成するようにしてい
る。
【0029】
【作用】従って、本発明の回折格子パターンの作成方法
においては、レーザー光線を2光束に分割し、乾板上の
1点に同時に露光して回折格子を作成する場合に、乾板
の露光を行なう毎に、レーザー光線を任意の方向、角度
に分割(0次の回折光と+1次の回折光、または+1次
の回折光と−1次の回折光とに分割)することにより、
作成される回折格子の空間周波数を任意に変化させるこ
とができる。
【0030】これにより、従来の方法では作成できなか
った、任意な空間周波数の回折格子パターンを容易に作
成することが可能となり、ディスプレイや大型のHOE
を作成していく上で極めて有用である。
【0031】また、回折格子パターンを作成するための
光学系としては、ホログラムレンズ、レンズ、細いレー
ザー光線のみで構成することにより、比較的小型でかつ
簡単な構成とすることができる。
【0032】
【実施例】本発明は、前述した回転可能な2光束回折格
子の代わりに、ホログラム面に対して平行移動が可能な
ホログラムレンズを用いることにより、作成される回折
格子の空間周波数を任意に変化できるようにするもので
ある。
【0033】すなわち、作成される回折格子の空間周波
数を任意に変化させるためには、前述の回転可能なグレ
ーティングに相当する部分で、分割するレーザー光線の
方向のみでなく、角度も任意に変化できるようにする必
要がある。
【0034】ホログラムレンズは、平行な光を集束(ま
たは発散)させる働きを持ったホログラムである。この
ホログラムレンズの一部に、細いレーザー光線を当てる
と、図4(a)〜(c)に示すように、ホログラムレン
ズの中心の方向(または反対方向)に、1次の回折光が
生じる。そして、この回折光の角度は、図5(a)およ
び(b)に示すように、ホログラムレンズの中心付近で
は小さく、周辺部では大きくなる。
【0035】このため、ホログラムレンズ上の任意の位
置に細いレーザー光線を当てれば、回折光の方向は、中
心方向に向かう360度の間で任意に変化させることが
でき、また回折光の角度も、0度とホログラム周の回折
角度の間で任意に変化させることができることから、任
意な方向と角度にレーザー光線を分割することが可能に
なる。
【0036】そこで、前述の回転可能な2光束回折格子
が配置されていた部分に、ホログラムレンズを設置し
て、これをホログラム面に対して平行な方向に移動でき
るようにすれば、この部分で、任意の方向、角度にレー
ザー光線を分割することができるので、作成される回折
格子の方向と角度を任意に変化させることが可能であ
る。
【0037】以下、上記のような考え方に基づく本発明
の一実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【0038】本実施例による回折格子パターンは、次の
ようにして作成する。
【0039】すなわち、まず、最初に、ホログラムレン
ズを作成する。
【0040】この操作は、例えば図2に示すような光学
系を用いて行なわれる。図2に示す光学系では、同一の
レーザー光源から生じたレーザー光線1が、ビームスプ
リッター2により2つのレーザー光線に分割される。
【0041】一方のレーザー光線は、ミラー3により反
射してレンズ4で広げられた後、コリメーターレンズ5
で平行光になり、ハーフミラー6によって反射されて、
乾板7に達する。また、もう一方のレーザー光線は、ミ
ラー8により反射してレンズ9によって発散光になり、
上記ハーフミラー6を通過して乾板7に達する。そし
て、この2つの光の干渉によって、ホログラムが作成さ
れる。このホログラムは、撮影時と反対の方向から平行
光を入射した時に回折光が一点に集まる、ホログラムレ
ンズとなっている。
【0042】次に、このようにして作成したホログラム
レンズを用いて、例えば図1に示すような光学系を構成
して回折格子パターンを作成する。
【0043】図1に示す光学系では、乾板11は、乾板
面に対して平行な方向への移動が可能になっている。
【0044】また、厚いホログラムレンズ12は、ホロ
グラム面に対して平行な方向、すなわち乾板11と同一
方向への移動が可能になっている。
【0045】さらに、レンズ13は、その光軸が乾板1
1の乾板面とほぼ垂直になり、ホログラムレンズ12を
乾板11の乾板面の位置に結像するような位置に固定し
て配置されている。ここで、レンズ13としては、ガラ
スレンズまたはプラスチックレンズを用いている。
【0046】このために、ホログラムレンズ12上の同
じ位置からでた光は、レンズ13によって一点に結像さ
れるため、その向きや角度によらず乾板11上では同じ
位置に集光することになる。
【0047】そして、細いレーザー光線14は、シャッ
ター15を介して、ホログラムレンズ12、レンズ8を
通過した後に、乾板11の乾板面に到達するようになっ
ている。
【0048】かかる光学系を用いて、以下のような手順
によって回折格子パターンを作成する。
【0049】(a)シャッター15を開いた時に、ある
方向と角度の1次回折光が得られる場所にレーザー光が
当たるように、ホログラムレンズ12の位置を調整す
る。
【0050】(b)シャッター15を開き、露光を行な
う。この時、細いレーザー光線14は、ホログラムレン
ズ12により回折されて0次の回折光と+1次の回折光
とに分割された後、レンズ13で乾板11上の1点に集
光されて回折格子が作成される。
【0051】(c)シャッター15を閉じて、乾板11
を、作成される回折格子の直径に相当する距離だけ平行
移動させる。
【0052】上記(a)〜(c)の操作を何回も繰り返
して、乾板11の全面に回折格子を記録することによ
り、所望の方向と空間周波数の回折格子パターンが得ら
れる。
【0053】上述したように、本実施例では、回折格子
パターンを作成する場合に、乾板面に対して平行な方向
へ移動が可能な乾板11を照明する細いレーザー光線1
4の光路の途中に、乾板11と同一方向へ移動が可能で
レーザー光線14を任意の方向、角度に分割する厚いホ
ログラムレンズ12を配置し、またホログラムレンズ1
2を乾板11の乾板面に結像するような位置にレンズ1
3を固定して配置し、乾板の露光を行なう時に、レーザ
ー光線14をホログラムレンズ12により、任意の方
向、角度に分割、すなわち0次の回折光と+1次の回折
光とに分割した後に、レンズ13で乾板11上の1点に
集光させて回折格子を記録し、乾板11の露光を行なう
毎に、乾板11を作成される回折格子の直径に相当する
距離だけ移動させて、乾板11の乾板面全面に回折格子
パターンを作成するようにしたものである。
【0054】従って、レーザー光線を2光束に分割し、
乾板上の1点に同時に露光して回折格子を作成する場合
に、乾板の露光を行なう毎に、レーザー光線14を任意
の方向、角度に分割(0次の回折光と+1次の回折光と
に分割)するようにしているため、作成される回折格子
の空間周波数を任意に変化させることができる。
【0055】これにより、従来の方法では作成できなか
った、任意な空間周波数の回折格子パターンを容易に作
成することが可能となり、ディスプレイや大型のHOE
を作成していく上で極めて有用である。
【0056】また、回折格子パターンを作成するための
光学系としては、ホログラムレンズ12、レンズ13、
細いレーザー光線14、シャッター15のみで構成して
いるため、比較的小型でかつ簡単な構成とすることが可
能となる。
【0057】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、次のようにしても同様に実施できるものであ
る。
【0058】(a)上記実施例では、レーザー光線を任
意の方向、角度に分割する場合に、0次の回折光と+1
次の回折光とに分割する場合について説明したが、これ
に限らず、レーザー光線を任意の方向、角度に分割する
場合に、+1次の回折光と−1次の回折光とに分割する
場合についても、本発明を同様に適用できるものであ
る。
【0059】図3は、この種の回折格子パターンの作成
方法を実現するための光学系の構成例を示す概要図であ
り、図1と同一部分には同一符号を付して示している。
【0060】すなわち、図3に示す実施例では、乾板面
に対して平行な方向へ移動が可能な乾板11を照明する
細いレーザー光線14の光路の途中に、乾板11と同一
方向へ移動が可能でレーザー光線14を任意の方向、角
度に分割する薄いホログラムレンズ16を配置し、また
ホログラムレンズ16を乾板11の乾板面に結像するよ
うな位置にレンズ13を固定して配置し、乾板11の露
光を行なう時に、レーザー光線14をホログラムレンズ
16により0次の回折光と+1次の回折光と−1次の回
折光とに分割し、さらにこれらのうち0次の回折光を遮
光板17により遮光した後に、+1次の回折光と−1次
の回折光とをレンズ13で乾板11上の1点に集光させ
て回折格子を記録し、乾板11の露光を行なう毎に、乾
板11を作成される回折格子の直径に相当する距離だけ
移動させて、乾板11の乾板面全面に回折格子パターン
を作成するようにしている。
【0061】本実施例の作成方法においても、図1の実
施例の場合と同様に、任意な空間周波数の回折格子パタ
ーンを容易に作成することが可能であり、ディスプレイ
や大型のHOEを作成していく上で極めて有用である。
【0062】(b)本発明の回折格子パターンの作成方
法は、ホログラムディスプレイの分野での利用に限定さ
れるものではない。
【0063】例えば、大型のホログラフィック光学素子
(HOE)の作成方法の一つとして、大型のホログラム
を、適切な方向と空間周波数を有する多数の小さな回折
格子の集まりとして作成していく方法が提案されている
が、それを実現するための方法としても、本発明の方法
を利用することが可能である。
【0064】この場合、大型のホログラフィック光学素
子に用いることを目的として、回折効率を高めるため
に、上記図1および図3の各実施例の方法で、薄いホロ
グラムとして回折格子パターンを作成した後に、コンタ
クトコピーの方法で厚い感光材料にコピーすることによ
って、回折格子パターンを厚いホログラム(体積型ホロ
グラム)として用いることが好ましい。
【0065】その他、本発明はその要旨を変更しない範
囲で、種々に変形して実施できるものである。
【0066】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の回折格子
パターンの作成方法によれば、レーザー光線を2光束に
分割し、乾板上の1点に同時に露光して回折格子を作成
する場合に、乾板の露光を行なう毎に、レーザー光線を
任意の方向、角度に分割(0次の回折光と+1次の回折
光、または+1次の回折光と−1次の回折光とに分割)
するようにしているので、任意な空間周波数の回折格子
パターンを容易に作成することが可能となる。
【0067】これにより、従来の方法では作成できなか
った、任意な空間周波数の回折格子パターンを容易に作
成することが可能となり、ディスプレイや大型のHOE
を作成していく上で極めて有用である。
【0068】また、回折格子パターンを作成するための
光学系としては、ホログラムレンズ、レンズ、細いレー
ザー光線のみで構成するようにしているので、比較的小
型でかつ簡単な構成とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による回折格子パターンの作成方法を実
現するための光学系の一実施例を示す概要図。
【図2】同実施例に用いるホログラムレンズを作成する
ための光学系の構成例を示す概要図。
【図3】本発明による回折格子パターンの作成方法を実
現するための光学系の他の実施例を示す概要図。
【図4】ホログラムレンズの一部に細いレーザー光線を
当てた時に回折光が生じる様子の一例を示す概念図。
【図5】ホログラムレンズの一部に細いレーザー光線を
当てた時に生じる回折光の角度の一例を示す概念図。
【符号の説明】
1…レーザー光線、2…ビームスプリッター、3…ミラ
ー、4…レンズ、5…コリメーターレンズ、6…ハーフ
ミラー、7…乾板、8…ミラー、9…レンズ、11…乾
板、12…厚いホログラムレンズ、13…レンズ、14
…細いレーザー光線、15…シャッター、16…ホログ
ラムレンズ、17…遮光板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 5/18 G03H 1/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザー光線を2光束に分割し、これら
    を感光材料が塗布された乾板上の1点に同時に露光して
    干渉縞を記録するにあたり、前記乾板の露光を行なう毎
    に、前記レーザー光線を任意の方向,角度に分割して回
    折格子パターンを作成する方法において、 乾板面に対して平行な方向へ移動が可能な乾板を照明す
    る細いレーザー光線の光路の途中に、前記乾板と同一方
    向へ移動が可能で前記レーザー光線を任意の方向、角度
    に分割すると共に、ホログラム面に対して平行移動が可
    能なホログラムレンズを配置し、また前記ホログラムレ
    ンズを前記乾板の乾板面に結像するような位置にレンズ
    を固定して配置し、 前記乾板の露光を行なう時に、前記レーザー光線をホロ
    グラムレンズの平行移動により、作成する回折格子の空
    間周波数に応じた角度で0次の回折光と+1次の回折光
    とに分割した後に、前記レンズで乾板上の1点に集光さ
    せて回折格子を記録し、 前記乾板の露光を行なう毎に、当該乾板を作成される回
    折格子の直径に相当する距離だけ移動させて、前記乾板
    の乾板面に回折格子パターンを作成するようにしたこと
    を特徴とする回折格子パターンの作成方法。
  2. 【請求項2】 レーザー光線を2光束に分割し、これら
    を感光材料が塗布された乾板上の1点に同時に露光して
    干渉縞を記録するにあたり、前記乾板の露光を行なう毎
    に、前記レーザー光線を任意の方向,角度に分割して回
    折格子パターンを作成する方法において、 乾板面に対して平行な方向へ移動が可能な乾板を照明す
    る細いレーザー光線の光路の途中に、前記乾板と同一方
    向へ移動が可能で前記レーザー光線を任意の方向、角度
    に分割すると共に、ホログラム面に対して平行移動が可
    能なホログラムレンズを配置し、また前記ホログラムレ
    ンズを前記乾板の乾板面に結像するような位置にレンズ
    を固定して配置し、 前記乾板の露光を行なう時に、前記レーザー光線をホロ
    グラムレンズの平行移動により、作成する回折格子の空
    間周波数に応じた角度で+1次の回折光と−1次の回折
    光とに分割した後に、前記レンズで乾板上の1点に集光
    させて回折格子を記録し、 前記乾板の露光を行なう毎に、当該乾板を作成される回
    折格子の直径に相当する距離だけ移動させて、前記乾板
    の乾板面に回折格子パターンを作成するようにしたこと
    を特徴とする回折格子パターンの作成方法。
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