JP2006343437A - ホログラム記録方法、ホログラム記録装置及びホログラム記録媒体 - Google Patents

ホログラム記録方法、ホログラム記録装置及びホログラム記録媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】 ホログラフィを用いて浮き上がった画像であり、かつ視野角が広く、異なった方向に種々の立体的な像を観察することができ、高画質、かつ安価で簡易な方法により得られるホログラム記録方法、ホログラム記録装置及びホログラム記録媒体を提供すること。
【解決手段】 可干渉性を有する物体光及び参照光を用い、n個の物体光を、該n個の記録対象物の表面に照射し、該n個の各表面から反射するn個の反射物体光を、感光面に対して45〜90°で該感光面に入射させ、少なくとも一の参照光を、前記n個の反射物体光の各入射側と反対する側から前記感光面に照射し、前記n個の反射物体光と前記一の参照光とによりn個の干渉縞を生成し、前記n個の干渉縞を前記感光面に多重に記録するホログラム記録方法である。
【選択図】 図1

Description

本発明は、画像記録方法、特にホログラフィを用いて浮き上がった画像が得られ、かつ視野角が広く、異なった方向に種々の立体像を観察することができ、高画質なホログラムを記録する方法、ホログラム記録装置及び該ホログラム記録方法により記録されたホログラムに関する。
ホログラフィにより記録されたホログラムは、対象物から反射する物体光と、該物体光とは別に照射する参照光との干渉によって生ずる干渉縞が記録されたもので、これに参照光と同じ光を当てると、元の対象物と同じ立体的な画像を観察することができる。
前記干渉縞を生じさせるには、位相が揃っており、波形が空間的、時間的に十分に長く保たれている干渉性(コヒーレント)のある光、例えば、レーザ光が一般的に用いられている。そのため、元の対象物を立体的な画像として再生するには、参照光と同じレーザ光を前記ホログラムに照射し前記干渉縞に応じた回折光を生じさせて立体像を再現する必要がある。太陽光などのいわゆる白色光を照射しても、各波長の光が混合しているため、立体像がぼけてしまい、クリヤーに再現できない。
そこで、前記白色光の単色化(ブラッグ反射)を利用してクリヤーに再現できるホログラム技術が知られており、例えば、イメージホログラム、リップマンホログラム、デニシュクホログラム、レインボーホログラムなどが挙げられる。これらのホログラムは白色光で元の立体画像などを再現できるので、ロゴマークやキャラクター、パッケージなどのラベルやシート、コピーや偽造防止(セキュリティー)などに用いられている。
このような白色光再生ホログラムを記録する方法としては、従来から、光源からの光を分割して利用する方法が用いられる。即ち、He−Neなどのレーザ光を光源として、該レーザ光をハーフミラーにより透過光と反射光とに分割し、前記透過光は、物体光として物体に照射され、該物体から反射した物体光がホログラム用記録乾板の感光面に入射される。他方、前記反射光は、参照光として、前記ホログラム用記録乾板の感光面とは反対側の支持体面に入射される。そして、前記ホログラム用記録乾板面上に、前記物体光と前記参照光とにより干渉縞が生じ、該干渉縞が前記ホログラム用記録乾板面に記録されてホログラムが完成するというリップマンホログラム記録方法が用いられる。一般的に、前記ホログラムはマスターホログラムとして用いられ、該マスターホログラムから再生した実像を記録したラベルやシート状のホログラムが用いられる。該マスターホログラムを図柄、数字やマークなど数種を用い、1枚のホログラムに記録することにより、ある角度では前記図柄のみ、別の角度では数字のみ観察できるようなホログラムを作製できる。
前記リップマンホログラム記録方法により、直接物体に前記物体光を照射し、ホログラム用記録乾板の感光面に反射した物体光を集光させ、該ホログラム用記録乾板の感光面と反対側の支持体面から前記参照光を照射して、該感光面上に発生する干渉縞を記録してホログラムが作製され、白色照明光で立体像を再現できるホログラム記録方法が知られている(特許文献1参照)。
しかし、前記記録方法の場合、物体光は、静止した物体の一方向から照射されるため、記録される立体像として見える範囲が限られ、全周囲に亘る立体像を得ることができず、立体像としては満足が得られない。
物体の全周囲に亘る立体像を得るホログラムとして、ホログラフィックステレオグラムによるホログラム記録方法が知られている。前記ホログラフィックステレオグラムの記録方法は、物体の水平方向の全周囲に亘り、カメラなどにより順次撮影し、得られた多数の画像を原画として、これらを前記リップマンホログラム記録方法により1枚のホログラム記録媒体に記録する方法である(特許文献2参照)。
しかし、このホログラム記録方法の場合、カメラが撮影した方向、即ち水平方向から観察される立体像として再現することができるが、撮影されない上方向などからは、元の立体像として再現することができないという問題がある。
このような問題を改善し、上方向などからも立体的に観察しうるホログラム記録方法として、コンピュータを用いて、視差を利用した物体の3次元像を画像処理技術により作成する記録方法も知られている。この記録方法は、水平方向及び垂直方向の視差情報を要素ホログラムとして記録する方法で、該要素ホログラムの集合体を作成し、一つの立体像としてホログラム記録する方法であり、この方向によれば上下左右にわたり立体像を全周囲再現することが可能である(特許文献2参照)。
しかし、このホログラム記録方法の場合、前記要素ホログラムという画像単位の集合体により画像が形成されるため、高画質を求めると、該要素ホログラムの数が膨大となり、多量の該要素ホログラムデータの作成や処理が必要となり、作成工程が複雑化し安価なホログラムが得られ難く、簡易な記録方法として不十分である。
これらの各ホログラムでは、単一の立体像について、全周囲に亘り浮き上がった立体的な画像であるが、単一のホログラムにおいて、一点を中心として、異なった方向に見た場合に、見る方向によって種々の異なった立体的な像を観察することができ、高画質、かつ安価で簡易な方法により得られるホログラム記録方法の開発が望まれている。
特開平5−19672号公報 特開平10−26924号公報
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、ホログラフィを用いて浮き上がった画像であり、かつ視野角が広く、異なった方向に種々の立体的な像を観察することができ、高画質、かつ安価で簡易な方法により得られるホログラム記録方法、ホログラム記録装置及びホログラム記録媒体を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> 可干渉性を有する物体光及び参照光を用い、n個の物体光を、n個の記録対象物の表面に照射し、該n個の各表面から反射するn個の反射物体光を、感光面に対して45〜90°で該感光面に入射させ、少なくとも一の参照光を、前記n個の反射物体光の各入射側と反対する側から前記感光面に照射し、前記n個の反射物体光と少なくとも前記一の参照光とによりn個の干渉縞を生成し、前記n個の干渉縞を前記感光面に多重に記録することを特徴とするホログラム記録方法である。
該<1>に記載のホログラム記録方法においては、前記可干渉性を有する物体光が、前記n個の記録対象物に向けられて照射されると、該各表面から反射した前記n個の反射物体光は前記感光材料の前記感光面に入射される。
他方、前記可干渉性を有する参照光は、前記n個の反射物体光が入射する前記感光面と反対側の面に照射される。前記参照光が前記n個の反射物体光の入射方向と異なる方向から照射され、前記感光材料の感光面近辺において前記物体光と前記参照光が重なり合うと、光の干渉、即ち、互いに強め合う干渉と、弱め合う干渉が生じ、光の進行する方向と垂直な面に対し、該垂直面と平行な平行面上に光の濃淡からなる干渉縞が生成される。更に、この干渉縞が生ずる前記平行面は、光の進行する方向に多重に生じ、その各平行面の間隔は、前記光源からの光の波長と、前記記録対象物と前記感光材料との距離と、前記記録対象物の反射位置により決定されることになる。生成された前記干渉縞には、前記記録対象物から反射した物体光の強度(物体光の明るさ)と位相(物体光がどの方向から来たかの情報)が含まれる。発生した前記干渉縞はそのままの形で前記感光材料の前記感光面に記録される。即ち、前記感光材料の表面上に前記干渉縞の濃淡が記録され、厚み方向に、該表面と前記間隔と同じ間隔をおいた第1の平行面に同様に干渉縞の濃淡が記録され、前記厚み方向に更に同一間隔をおいた第2の平行面に同様に記録され、次々と厚み方向に多重にn個の記録がなされる。
<2> n個の物体光を、一の物体光から光分割手段により形成する前記<1>に記載のホログラム記録方法である。
該<2>に記載のホログラム記録方法においては、n個の物体光が、一の物体光から光分割手段により形成されると、前記物体光のn個の照射のタイミングを容易にとることができ制御が容易となる。
<3> n個の反射物体光の感光面への入射方向が、一の参照光の感光面への照射方向と同じ方向である前記<1>から<2>のいずれかに記載のホログラム記録方法である。
該<3>に記載のホログラム記録方法においては、n個の反射物体光の感光面への入射方向が、一の参照光の感光面への照射方向と同じ方向であっても、異なる方向の場合と同様に光干渉が起き干渉縞が生成される。
<4> 一の参照光の感光面への照射方向が、前記感光面に対して45〜90°である前記<1>から<3>のいずれかに記載のホログラム記録方法である。
該<4>に記載のホログラム記録方法においては、一の参照光の感光面への照射方向が、前記感光面に対して45〜90°であると、好適な干渉縞が生成される。
<5> 感光面に入射するn個の反射物体光が、各々前記感光面近辺に集光し、結像する前記<1>から<4>のいずれかに記載のホログラム記録方法である。
該<5>に記載のホログラム記録方法においては、感光面に入射するn個の反射物体光が、各々前記感光面近辺に集光し、結像すると、該感光面において、n個の干渉縞がされる。
<6> 感光面に入射するn個の反射物体光の各光軸と、一の参照光の光軸とのなす鋭角の少なくとも一部が10〜80°である前記<1>から<5>のいずれかに記載のホログラム記録方法である。
該<6>に記載のホログラム記録方法においては、感光面に入射するn個の反射物体光の各光軸と、一の参照光の光軸とのなす鋭角の少なくとも一部が10〜80°であると、光干渉が効果的に生じ好適な干渉縞が生成される。
<7> 光源からの光を光分割手段によりn個の物体光と一の透過光とに分割し、前記一の透過光を一の参照光として感光面に照射する前記<1>から<6>のいずれかに記載のホログラム記録方法である。
該<7>に記載のホログラム記録方法においては、光源からの光が光分割手段によりn個の物体光に分割されると、該n個の物体光がn個の記録対象物に照射され、該n個の記録対象物の表面から反射したn個の反射物体光が、感光面に入射される。前記分割により生成された一の透過光は、前記一の参照光として前記感光面に照射され、該感光面において、n個の干渉縞が生成される。
<8> n個の参照光を、第一の参照光が第一の反射物体光に、第二の参照光が第二の反射物体光に、・・・・第nの参照光が第nの反射物体光に、それぞれの反射物体光と参照光の光軸どおしのなす鋭角の少なくとも一部が10〜80°で交わるように感光面に照射する前記<1>から<7>のいずれかに記載のホログラム記録方法である。
該<8>に記載のホログラム記録方法においては、n個の参照光を、第一の参照光が第一の反射物体光に、第二の参照光が第二の反射物体光に、・・・・第nの参照光が第nの反射物体光に、それぞれの反射物体光と参照光の光軸どおしのなす鋭角の少なくとも一部が10〜80°で交わるように感光面に照射されると、各反射物体光及び各参照光とにより、各々好適な角度で交わり、n個の好適な干渉縞が生成される。
<9> n個の参照光を、一の参照光から光分割手段により形成する前記<1>から<8>のいずれかに記載の光情報記録方法である。
該<2>に記載のホログラム記録方法においては、n個の参照光が、一の参照光から光分割手段により形成されると、前記参照光のn個の照射のタイミングを容易にとることができ制御が容易となる。
<10> n個の反射物体光が感光面へ入射する方向が、互いに異なった方向である前記<1>から<9>のいずれかに記載のホログラム記録方法である。
該<10>に記載のホログラム記録方法においては、n個の反射物体光が感光面へ入射する方向が、互いに異なった方向であると、前記n個の反射物体光どおしの重なり合いがなく、感光面において複数の反射物体光の同一位置への入射がなくなり、前記感光面において異なった位置に、n個の記録がなされる。
<11> n個の反射物体光の少なくともいずれかが、コンピュータの画像処理によって形成され、表示された画像から発する物体光である前記<1>から<10>のいずれかに記載のホログラム記録方法である。
該<11>に記載のホログラム記録方法においては、n個の反射物体光の少なくともいずれかが、コンピュータの画像処理によって形成され、表示された画像から発する物体光であると、種々の記録対象物が容易に記録される。
<12> 画像が、2次元画像表示装置により表示される前記<11>に記載のホログラム記録方法である。
該<12>に記載のホログラム記録方法においては、画像が、2次元画像表示装置により表示されると、該画像から発する光が、物体光として感光面に入射される。
<13> 2次元画像表示装置が、透過型ディスプレイ、反射型ディスプレイ及び発光型ディスプレイのいずれかである前記<12>記載のホログラム記録方法である。
該<13>に記載のホログラム記録方法においては、2次元画像表示装置が、透過型ディスプレイ、反射型ディスプレイ及び発光型ディスプレイのいずれかであると、物体光として十分な光が得られる。
<14> ディスプレイが、液晶、プラズマディスプレイ及び2次元微細ミラー素子からなるプロジェクタである前記<1>から<13>のいずれかに記載のホログラム記録方法である。
該<14>に記載のホログラム記録方法においては、ディスプレイが、液晶、プラズマディスプレイ及び2次元微細ミラー素子からなるプロジェクタであると、ディスプレイの大きさに応じた、画像がホログラムとして記録される。
<15> 光源からの光が、波長360〜850nmから選択される1種以上の波長からなるレーザ光である前記<1>から<14>のいずれかに記載のホログラム記録方法である。
該<15>に記載のホログラム記録方法においては、光源からの光が、波長360〜850nmから選択される1種以上の波長からなるレーザ光であると、十分な干渉がなされ、好適な干渉縞が生成される。
<16> 波長400〜500nmから選択される1種の波長、波長500〜600nmから選択される1種の波長及び波長600〜700nmから選択される1種の波長からなる3種の物体光及び参照光を用い、n個の反射物体光を感光面に波長ごとに入射させ、前記一の参照光を、波長ごとに照射する前記<1>から<15>のいずれかに記載のホログラム記録方法である。
該<16>に記載のホログラム記録方法においては、波長400〜500nmから選択される1種の波長、波長500〜600nmから選択される1種の波長及び波長600〜700nmから選択される1種の波長からなる3種の物体光及び参照光を用い、n個の反射物体光を感光面に波長ごとに入射させ、前記一の参照光を、波長ごとに照射がなされると、n個のカラーのホログラム記録が得られる。
<17> 可干渉性を有する物体光及び参照光を用い、n個の物体光を、n個の記録対象物の表面に照射し、該n個の各表面から反射するn個の反射物体光を、感光面に対して45〜90°で該感光面に入射させ、物体光入射手段と、少なくとも一の参照光を、前記n個の反射物体光の各入射側と反対する側から前記感光面に照射する参照光照射手段と、
前記n個の反射物体光と少なくとも前記一の参照光とによりn個の干渉縞を生成する干渉縞生成手段と、前記n個の干渉縞を前記感光面に多重に記録する干渉縞記録手段とを有することを特徴とするホログラム記録装置である。
<18> n個の物体光を、一の物体光から光分割手段により形成する前記<17>に記載のホログラム記録装置である。
<19> n個の反射物体光の感光面への入射方向が、一の参照光の感光面への入射方向と同じ方向である前記<18>に記載のホログラム記録装置である。
<20> 一の参照光の感光面への入射方向が、前記感光面に対して45〜90°で前記感光面に入射する前記<17>から<19>のいずれかに記載のホログラム記録装置である。
<21> 感光面に入射するn個の反射物体光が、各々前記感光面近辺に集光し、結像する前記<17>から<20>のいずれかに記載のホログラム記録装置である。
<22> 感光面に入射するn個の反射物体光の各光軸と、一の参照光の光軸とのなす鋭角の少なくとも一部が10〜80°である前記<17>から<21>のいずれかに記載のホログラム記録装置である。
<23> 光源からの光を光分割手段によりn個の物体光と一の透過光とに分割し、前記一の透過光を一の参照光として感光面に照射する前記<17>から<22>のいずれかに記載のホログラム記録装置である。
<24> n個の参照光を、第一の参照光が第一の反射物体光に、第二の参照光が第二の反射物体光に、・・・・第nの参照光が第nの反射物体光に、それぞれの反射物体光と参照光の光軸どおしのなす鋭角の少なくとも一部が10〜80°で交わるように感光面に照射する前記<17>から<23>のいずれかに記載のホログラム記録装置である。
<25> n個の参照光を、一の参照光から光分割手段により形成する前記<17>から<24>のいずれかに記載の光情報記録装置である。
<26> n個の反射物体光が感光面へ入射する方向が、互いに異なった方向である前記<17>から<25>のいずれかに記載のホログラム記録装置である。
<27> n個の反射物体光の少なくともいずれかが、コンピュータの画像処理によって形成され、表示された画像から発する物体光である前記<17>から<26>のいずれかに記載のホログラム記録装置である。
<28> 画像が、2次元画像表示装置により表示される前記<27>に記載のホログラム記録装置である。
<29> 2次元画像表示装置が、透過型ディスプレイ、反射型ディスプレイ及び発光型ディスプレイのいずれかである前記<28>に記載のホログラム記録装置である。
<30> ディスプレイが、液晶、プラズマディスプレイ及び2次元微細ミラー素子からなるプロジェクタである前記<29>に記載のホログラム記録装置である。
<31> 光源からの光が、波長360〜850nmから選択される1種以上の波長からなるレーザ光である前記<17>から<30>のいずれかに記載のホログラム記録装置である。
<32> 波長400〜500nmから選択される1種の波長、波長500〜600nmから選択される1種の波長及び波長600〜700nmから選択される1種の波長からなる3種の物体光及び参照光を用い、n個の反射物体光を感光面に波長ごとに入射させ、前記一の参照光を、波長ごとに照射する前記<17>から<31>のいずれかに記載のホログラム記録装置である。
<33> 前記<1>から<16>のいずれかに記載のホログラム記録方法により記録されたことを特徴とするホログラム記録媒体である。
本発明によると、ホログラフィを用いて浮き上がった画像であり、かつ視野角が広く、異なった方向に種々の立体的な像を観察することができ、高画質、かつ安価で簡易な方法により得られるホログラム記録方法、ホログラム記録装置及びホログラム記録媒体を提供することができる。
(ホログラム記録方法)
本発明のホログラム記録方法は、可干渉性を有する物体光及び参照光を用い、一の物体光を、分割してn個の記録対象物の表面に照射し、該n個の各表面から反射するn個の反射物体光を、感光面に対して45〜90°で該感光面に入射させ、少なくとも一の参照光を、前記n個の反射物体光の各入射側と反対する側から前記感光面に照射し、前記n個の反射物体光と前記一の参照光とによりn個の干渉縞を生成し、前記n個の干渉縞を前記感光面に多重に記録し、必要に応じて適宜選択したその他の方法を含む記録方法である。
(ホログラム記録装置)
本発明のホログラム記録装置は、物体光入射手段と、参照光照射手段と、干渉縞生成手段と、干渉縞記録手段とを有し、目的に応じ適宜選択したその他の手段を含むホログラム記録装置である。
本発明のホログラム記録方法は、本発明のホログラム記録装置により実施することができ、該記録装置の説明を通じてその詳細をも明らかにすることとする。
本発明のホログラム記録方法における一の物体光を、分割してn個の記録対象物の表面に照射し、該n個の各表面から反射するn個の反射物体光を、感光面に対して45〜90°で該感光面へ入射する方法は、本発明のホログラム記録装置における前記第一の物体光入射手段により各々好適に行うことができ、
本発明のホログラム記録方法における前記一の参照光を、前記n個の反射物体光の入射側と反対する側から前記感光面へ照射する方法は、本発明のホログラム記録装置における参照光入射手段により各々好適に行うことができ、
本発明のホログラム記録方法における前記n個の反射物体光及び前記一の参照光とによる前記n個の干渉縞の生成方法は、本発明のホログラム記録装置における前記干渉縞生成手段により各々好適に行うことができ、
本発明のホログラム記録方法における前記n個の干渉縞の記録方法は、本発明のホログラム記録装置における干渉縞記録手段により各々好適に行うことができ、
本発明のホログラム記録方法における前記その他の方法は、本発明のホログラム記録装置における前記その他の手段により好適に行うことができる。
本発明のホログラム記録方法における最良の形態として、前記n個の反射光物体光の入射に対して、前記一の参照光の照射が反対側から行われる実施の形態1と、前記n個の反射光物体光の入射方向と、前記一の参照光の照射方向が同じ方向で行われる実施の形態2などが挙げられる。
〔実施の形態1〕
前記実施の形態1では、前記n個の反射物体光が入射する感光面に対して、前記一の参照光は、前記感光面と反対側の面に照射される。
<物体光入射手段>
前記物体光入射手段は、一の物体光を、分割してn個の記録対象物の表面に照射し、該n個の各表面から反射するn個の反射物体光を、感光面に対して45〜90°で該感光面に入射させ、該感光面近辺において、集光させ、結像させる手段である。
前記n個としては、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、記録対象物の大きさ、ホログラム記録装置の大きさ、光分割手段、レーザ光強度などに依存するが、少なくとも2個とすることができる。前記個数が多すぎると、光量の低下、装置光学系の調整が困難となるという弊害が生ずる。また、前記個数の上限としては、1,000個以下が好ましく、100個以下がより好ましく、50個以下が特に好ましい。
前記物体光入射手段の構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記光分割、前記物体光照射及び前記結像を一体化された装置により行うもの、前記光分割、前記物体光照射及び結像を個別部品とする構造体を形成して行うものや、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)などのマルチミラーによるものなどが挙げられる。
前記光分割手段の構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記一の物体光にレーザ光ファイバーアレイをn個接続することにより、n個に分割する構造、回転ミラーなどにより一の物体光をn個に分配する構造、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)などのマルチミラーによるもの構造などが挙げられる。
具体的には、光分割装置、マルチハーフミラー、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)、マルチミラーなどが挙げられる。
前記光分割手段により、n個に分割された物体光は、それぞれn個の記録対象物に照射され、n個の該記録対象物の表面に反射したn個の反射物体光が、n個の凸レンズを透過して感光面に入射し、該感光面においてn個の結像が得られる。
前記n個の物体光の前記n個の記録対象物への照射方向としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、同時に行ってもよく、順次に行ってもよい。
前記物体光の照射時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、強度の強いパルスレーザの場合、1ps〜1,000nsが好ましく、10ps〜100nsがより好ましい。前記照射時間が、1ps未満であると、感光材料の感度が低下することがあり、1,000nsを超えると物体が移動したり、振動でぼけることがある。静止物をCWレーザで露光する場合、10μs〜100secが好ましく、100μs〜10secがより好ましい。露光が短すぎると露光不足で像が得られないことがあり、長すぎるとバックグラウンド光の影響でコントラストが低下することがある。
具体的には、簡略化して、第一及び第二の2つに分割された物体光を用い、前記個別部品の構造体の例について説明する。図1に示すように、光源1から出射される可干渉性を有するレーザ光2は、前記光分割手段としてのハーフミラー3により反射光4と透過光5に分割される。生成された該反射光4が、ミラー6に反射し方向転換し、ビームエキスパンダ7a及び8aにより拡大され、アパーチャ9aで一定の形状に矯正されて、第一の物体光10となる。
該第一の物体光10は、そのまま直接載置台12aにセットされた第一の記録対象物11に照射される。該照射された第一の物体光10は、前記第一の記録対象物11の表面で反射し、該表面反射光が第一の反射物体光13として、凸レンズ14aを透過し、感光材料15の前記感光面15aに対して45〜90°で該感光面15aに入射する。該凸レンズ14aにより、物体光13は該感光面15a近辺において、集光し、結像する。
前記光源1としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、固体レーザ光発振器、半導体レーザ光発振器、液体レーザ光発振器、気体レーザ光発振器などが挙げられる。これらの中でも、可干渉性の高いレーザ光を生成できる気体レーザ光発振器、半導体レーザ光発振器などが好ましい。
前記レーザ光2としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、波長が、360〜850nmから選択される1種以上の波長からなるレーザ光が用いられる。該波長は、380〜800nmが好ましく、400〜750がより好ましく、可視領域の中心が見え易い500〜600nmが最も好ましい。
前記波長が、360nm未満であると、鮮明な立体画像が得られないことがあり、850nmを超えると、前記干渉縞が微細となり、それに対応する感光材料が得られないことがある。
前記レーザ光2を、波長400〜500nmから選択される1種の波長、波長500〜600nmから選択される1種の波長及び波長600〜700nmから選択される1種の波長からなる3種の波長を用いることにより、カラーのホログラムが得られる。
即ち、波長500〜600nmから選択される青色、例えば405nm、波長600〜700nmから選択される緑色、例えば535nm、波長600〜700nmから選択される赤色、例えば650nm、の3種の波長により3原色をレーザ光2として同時に用いることにより、フルカラーの結像が得られ、フルカラーのホログラムが得られる。
以下、ホログラム記録方法の説明を簡易化するため、単色のレーザ光の例で説明するが、他のカラーのレーザ光についても、同様のホログラム記録方法が得られ、前述の通り3種を同時に用いることにより、カラーのホログラムが得られる。
前記ハーフミラー3としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、クロムハーフミラー、レーザライン誘多膜ハーフミラー、広帯域誘多膜ハーフミラー、ハイブリッドハーフミラー、誘多膜ハーフミラー、無偏光ハーフミラー、ビームスプリッター、誘多膜ビームスブリッターなどが挙げられる。これらの中でも、入射する光の偏光条件に関係なく、反射光:透過光を1:1に分割でき、単一波長に対してのみ有効な無偏光ハーフミラーが好ましい。
前記無偏光ハーフミラーの構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、プレート型、キューブ型などが挙げられる。
前記ビームエキスパンダ7a及び8aとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ビームエキスパンダ7a及び8aが一体化されたモジュール型のレーザビームエキスパンダ、2枚のZnSeレンズを使用したガリレオ式ビームエキスパンダなどが挙げられる。これらの中でも、光軸調整が容易な上、レンズ間隔調整によって用途に合わせた発散角調整が可能なガリレオ式ビームエキスパンダが好ましい。
前記アパーチャ9aは、前記ビームエキスパンダ7a及び8aで拡大されたレーザ光を目的に応じた一定の形状に矯正する機能がある。
前記アパーチャ9aとしては、入射する光線の通過可能範囲を定義できる開口部があれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、開口形状が円形、矩形、楕円形、多角形のアパーチャなどが挙げられる。
前記載置台12aは、第一の記録対象物を載置するための、保持台である。
前記載置台12aの構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、単一の構造でもよく、複数の部分からなる構造体でもよい。
前記載置台12aの形状としては、物が置き易く、安定して載置可能であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、外形が四辺形、多角形、円形、楕円形などの平板状、立方形、円筒形などが挙げられる。
前記載置台12aの大きさとしては、前記第一の記録対象物が載置できる大きさであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記第一の記録対象物と同じ大きさ、などが挙げられる。
前記載置台12aの表面としては、第一の物体光の照射及び反射に対して影響のないものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ツヤなし黒色の有機塗料の塗工、メッキ処理、材料自体が無反射のプラスチックの成型などが挙げられる。
第一の物体光10が、前記載置台12aの表面で直接反射して、第一の反射物体光13となり、前記感光面15aに入射すると、良好な記録が得られないことがある。
前記第一の記録対象物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、1次元(長さ方向にのみ伸長しうるもの)、2次元(平面的なもの)、3次元(立体的なもの)のものでもよい。本発明のホログラム記録方法では、実物に光を照射して実物と同様の形状の虚像を、実物と離れた位置に結像し、該虚像を記録する方法であるため、前記第一の記録対象物はどのような形状であってもよい。
前記第一の記録対象物の大きさとしては、レーザ光を照射しうる大きさであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、大きさは、1〜100mmが好ましい。1mm未満であると、ホログラム記録を再現しても目視で観察しずらいことがあり、100mmを超えると該第一の記録対象物を照射するレーザ光を大容量にする必要があり簡易なホログラム記録方法として好ましくない。
前記第一の記録対象物の表面としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属光沢があってもよく、凹凸のある租面であってもよい。
前記第一の記録対象物の形状としては、一定時間、一定の形状を保っているものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、液体や気体であっても、コップなどの容器に収容されていればよい。
前記凸レンズ14aは、前記反射物体光13を、前記感光面15aにおいて集光させ、結像させる機能がある。
前記凸レンズ14aの構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、単一の構造でもよく、複数の凸レンズの組み合わせ構造であってもよい。
前記凸レンズ14aの大きさとしては、前記第1の反射物体光を効率よく透過させ、前記感光面15aにおいて、集光、結像するものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記第1の記録対象物と同等かそれ以上の大きさなどが挙げられ、形状としては、円形、楕円形などが挙げられる。
前記凸レンズ14aの材料としては、透過性、屈折率が高く、球面収差などの光学特性が良好なものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス、プラスチックなどが挙げられる。
−コンピュータ画像処理による物体光の入射−
前記コンピュータ画像処理によって記録対象物に相当する画像を形成し、該画像を2次元の画像表示装置に表示し、該表示画像から発する光を反射物体光として利用することができる。
前記n個の記録対象物の少なくともいずれかに用いることができ、全ての記録対象物に用いてもよい。前記コンピュータ画像処理を用いると、用いた部分の記録対象物に対する物体光としてのレーザ光が不要となり、ミラー、ビームエキスパンダ及びアパーチャなどの部品が不要となり構造上の利点がある。
前記コンピュータ画像処理の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、計算機合成ホログラフィ(CGH:Computer Generated Hologram)、ディジタルホログラフィなどが挙げられる。
前記画像表示装置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、透過型ディスプレイ、反射型ディスプレイ、発光型ディスプレイなどが挙げられる。
前記ディスプレイとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、液晶、プラズマディスプレイ、2次元微細ミラー素子からなるプロジェクタなどが挙げられる。
前記ディスプレイに表示する記録対象物に相当する画像の表示時間は、前記物体光の照射時間に対応することが好ましい。
具体的には、図3に示すように、前記記録対象物11と対向する側にディスプレイ30を配置し、画面から発する光を凸レンズ14bを介して、感光面15aに集光させ、結像させる。
<参照光照射手段>
前記参照光照射手段は、一の参照光を前記n個の反射物体光が入射した感光面に対して照射する手段である。
前記一の参照光の照射は、光源から出射される可干渉性を有する光を、前記感光面に照射することにより行われる。前記可干渉性を有する光の進行方向を変えず、光源から出射された光軸の角度を維持する場合には、前記光源から出射され光路を変えることなく、光拡大手段により一定の形状を有する光に変換され、前記n個の反射物体光が入射した前記感光面に照射される。
他方、最適な照射角度にするため、前記参照光の光軸の角度を出射時の角度から変える場合には、光路変換手段により前記参照光の光軸の角度を変えた後、前記感光面に照射される。このように角度を変える場合には、n個の反射物体光に対応してn個の参照光に分割して各々反射物体光と参照光との最適な角度10〜80°になるように設定され照射される。
前記n個の参照光の前記感光面への照射方向としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記n個の反射物体光の前記感光面への入射と略同時に行ってもよく、前記n個の反射物体光が順次に前記感光面に入射する場合には、それに伴って順次に行ってもよい。
前記n個の参照光にする光路変換手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、反射ミラーをステップモータなどにより回転させ、n個の反射物体光が入射した感光面に向けて、前記n個の反射物体光に対応して一定のピッチ角ごとに回転させつつ照射するように設計してもよい。
前記参照光の前記感光面への照射時間としては、前記物体光の照射時間と同様、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、強度の強いパルスレーザの場合、1ps〜1,000nsが好ましく、10ps〜100nsがより好ましい。前記照射時間が、1ps未満であると、感光材料の感度が低下することがあり、1,000nsを超えると物体が移動したり、振動でぼけることがある。静止物をCWレーザで露光する場合、10μs〜100secが好ましく、100μs〜10secがより好ましい。露光が短すぎると露光不足で像が得られないことがあり、長すぎるとバックグラウンド光の影響でコントラストが低下することがある。
具体的には、簡略化して、前記第1及び第2の2つの物体光により、反射物体光を感光面に入射する手段に対応する参照光の照射手段について説明する。図1に示すように、光源1から出射される可干渉性を有するレーザ光2が、ハーフミラー3により反射光4と透過光5に分割されて生成された該透過光5が、更にハーフミラー16により、反射光17及び透過光18に分割されて生成された該透過光18がビームエキスパンダ7b及び8bにより拡大され、アパーチャ9bで一定の形状に矯正されて、一の参照光19となる。該一の参照光19は、そのまま直接感光材料15の感光面15aに照射される。
前記ハーフミラー16、前記ビームエキスパンダ7b及び8b及びアパーチャ9bとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記物体光入射手段で用いられたものと同様のものでもよく、異なったものでもよい。
前記第1の反射物体光13に対する、前記一の参照光の照射角度は、可変できるように設計し、レーザ光の種類などに対応した好適な角度に調整するようにしてもよい。
具体的には、図2に示すように、ミラー26で反射してミラー27に進行する前記一の参照光の光軸方向(点線の矢印方向)に平行移動可能にし、かつ紙面に垂直な軸を中心に回転可能に設計してもよい。このように設計されていると、ミラー27を点線の矢印方向に移動させ、更に適宜回転させて、ミラー27で反射された前記一の参照光19が、感光材料15に好適な角度、即ち、第1の反射物体光13の光軸と一の参照光19の光軸とがなす鋭角の少なくとも一部が10〜80°の範囲で微調整した好適な角度で入射させることができる。また、前記平行移動方向は、前記平行移動方向とは対向する側に移動するように設計することもでき、第2の反射物体光に対しても同様に、好適な鋭角10〜80°の範囲で微調整することができる。
<干渉縞生成手段>
前記干渉縞生成手段は、前記感光面15aに入射され、集光して結像した前記n個の反射物体光に対して、前記一の参照光19又は前記n個の参照光を照射して、互いに干渉させることにより、n個の干渉縞を生成する手段である。
前記n個の反射物体光と前記一の参照光とが異なる方向から照射され前記感光材料15の感光面15aにおいて重なり合うと、光の干渉、即ち、互いに強め合う干渉と、弱め合う干渉が生じ、光の進行する方向と垂直な面と平行な面上に光の濃淡からなる干渉縞が生ずる。この濃淡の周期は、該周期をΛとしたとき、次式、Λ=λ/2sin(θ/2)、で表される。なお、式中のλは光の波長、θは前記第一の物体光の光軸と前記第1の参照光の光軸とがなす鋭角を表す。例えば、光源からのレーザ光に632.8nmのHe−Neレーザ光を用い、θを45°に設定した場合、周期Λは0.9μmの微細構造を持つ情報となる。なす鋭角θとしては、10〜80°が好ましい。10°未満であると、λが一定であるため、Λが大きくなり、干渉縞の濃淡の周期が粗くなって画像の鮮明さに欠けることがあり、80°を超えると逆に干渉縞の濃淡の周期が小さすぎて微細構造に対応できる感光材料が得られないことがある。
また、この干渉縞が生ずる前記平行面は光の進行方向に多重に生じ、その平行面の間隔は、用いた光の波長と、前記n個の記録対象物と前記感光材料15との距離と、前記n個の記録対象物の反射位置により決定される。この干渉縞には、前記n個の記録対象物から反射した前記n個の反射物体光の強度(物体光の明るさ)と位相(物体光がどの方向から来たかの情報)が含まれ、生成されたそのままの形で前記感光材料15の感光面15aに記録される。即ち、前記感光材料15の感光面15a上に前記n個の干渉縞の濃淡が記録され、厚み方法に、該表面と前記間隔と同じ間隔を置いた第一の平行面に同様に干渉縞の濃淡が記録され、前記厚み方法に更に同一間隔をおいた第二の平行面に同様に記録され、次々と厚み方向に可能な限り多重に記録される。
<干渉縞記録手段>
前記干渉縞記録手段は、前記干渉縞生成手段により生成された干渉縞を前記感光材料に記録する手段である。前記n個の記録対象物を用いてn個の干渉縞が生成された場合には、n個の干渉縞の記録がなされる。該記録には、前記参照光に、他の波長の光が混入しないことが好ましく、暗室において行われることが好ましい。
前記感光材料は、少なくとも支持体を有し、該支持体上に記録層を積層した積層体からなる。
前記支持体の構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、1種単独の構造でも、2以上の部材からなる構造でもよい。
前記支持体の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス板(例えば、ソーダガラス板等)、合成樹脂性のフィルム、紙、金属板などが挙げられる。この干渉縞記録手段により記録されたホログラム記録媒体を、マスターホログラムとして用いる場合には、剛性があり透明度の高いガラス板などが好ましく、直接ラベルやシールなどのホログラム記録媒体として用いる場合には、取り扱いに便利な合成樹脂性のフィルム、紙などが好ましい。
前記支持体の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、10〜50μmが好ましく、10〜30μmがより好ましく、10〜20μmが特に好ましい。
前記支持体の形状としては、前記曲面鏡の上側の開口部7より大きいものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、直径160mmの円盤形状などが挙げられる。
−記録層−
前記記録層は、ホログラフィを利用して情報が記録され得るものであり、所定の波長レーザ光を照射すると、その強度に応じて吸光係数や屈折率などの光学特性が変化する材料が用いられる。
前記記録層の層構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、単層でもよく、複数の層を積層してもよい。
前記記録層の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、(1)光照射で重合反応が起こり高分子化するフォトポリマー、(2)フォトリフラクティブ効果(光照射で空間電荷分布が生じて屈折率が変調する)を示すフォトリフラクティブ材料、(3)光照射で分子の異性化が起こり屈折率が変調するフォトクロミック材料、(4)ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム等の無機材料、(5)カルコゲン材料、などが挙げられる。
前記(1)のフォトポリマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、モノマー、及び光開始剤を含有してなり、更に必要に応じて増感剤、オリゴマー等のその他の成分を含有してなる。
前記フォトポリマーとしては、例えば、「フォトポリマーハンドブック」(工業調査会、1989年)、「フォトポリマーテクノロジー」(日刊工業新聞社、1989年)、SPIE予稿集 Vol.3010 p354−372(1997)、及びSPIE予稿集 Vol.3291 p89−103(1998)に記載されているものを用いることができる。また、米国特許第5,759,721号明細書、同第4,942,112号明細書、同第4,959,284号明細書、同第6,221,536号明細書、国際公開第97/44714号パンフレット、同第97/13183号パンフレット、同第99/26112号パンフレット、同第97/13183号パンフレット、特許第2880342号公報、同第2873126号公報、同第2849021号公報、同第3057082号公報、同第3161230号公報、特開2001−316416号公報、特開2000−275859号公報などに記載されているフォトポリマーを用いることができる。
前記フォトポリマーに記録光を照射して光学特性を変化させる方法としては、低分子成分の拡散を利用した方法などが挙げられる。また、重合時の体積変化を緩和するため、重合成分とは逆方向へ拡散する成分を添加してもよく、あるいは、酸開裂構造を有する化合物を重合体のほかに別途添加してもよい。なお、前記低分子成分を含むフォトポリマーを用いて記録層を形成する場合には、記録層中に液体を保持可能な構造を必要とすることがある。また、前記酸開裂構造を有する化合物を添加する場合には、その開裂によって生じる膨張と、モノマーの重合によって生じる収縮とを補償させることにより体積変化を抑制してもよい。
前記モノマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アクリル基やメタクリル基のような不飽和結合を有するラジカル重合型のモノマー、エポキシ環やオキセタン環のようなエーテル構造を有するカチオン重合型系モノマーなどが挙げられる。これらのモノマーは、単官能であっても多官能であってもよい。また、光架橋反応を利用したものであってもよい。
前記ラジカル重合型のモノマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アクリロイルモルホリン、フェノキシエチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールPO変性ジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート、EO変性ビスフェノールAジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールヘキサアクリレート、EO変性グリセロールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート、2−ナフト−1−オキシエチルアクリレート、2−カルバゾイル−9−イルエチルアクリレート、(トリメチルシリルオキシ)ジメチルシリルプロピルアクリレート、ビニル−1−ナフトエート、N−ビニルカルバゾール、などが挙げられる。
前記カチオン重合型系モノマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ビスフェノールAエポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、グリセロールトリグリシジルエーテル、1,6−ヘキサングリシジルエーテル、ビニルトリメトキシシラン、4−ビニルフェニルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、下記構造式(A)〜(E)で表される化合物、などが挙げられる。これらモノマーは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
Figure 2006343437
前記光開始剤としては、記録光に対して感度を有するものであれば特に制限はなく、光照射によりラジカル重合、カチオン重合、架橋反応などを引き起こす材料などが挙げられる。
前記光開始剤としては、例えば、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,1’−ビイミダゾール、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−(p−メトキシフェニルビニル)−1,3,5−トリアジン、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、4,4’−ジ−t−ブチルジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、4−ジエチルアミノフェニルベンゼンジアゾニウムヘキサフルオロホスフェート、ベンゾイン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−2−オン、ベンゾフェノン、チオキサントン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルアシルホスフィンオキシド、トリフェニルブチルボレートテトラエチルアンモニウム、下記構造式で表されるチタノセン化合物、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、照射する光の波長に合わせて増感色素を併用してもよい。
Figure 2006343437
前記フォトポリマーは、前記モノマー、前記光開始剤、更に必要に応じてその他の成分を攪拌混合し、反応させることによって得られる。得られたフォトポリマーが十分低い粘度の場合は、キャスティングすることによって記録層を形成することができる。一方、キャスティングできない高粘度フォトポリマーである場合には、ディスペンサーを用いて支持体にフォトポリマーを配し、このフォトポリマー上に別の平板などで蓋をするように押し付けて、全面に広げて記録層を形成することができる。
前記(2)のフォトリフラクティブ材料としては、フォトリフラクティブ効果を示すものであるならば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、電荷発生材、及び電荷輸送材を含有してなり、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
前記電荷発生材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属フタロシアニン、無金属フタロシアニン、又はそれらの誘導体等のフタロシアニン色素/顔料;ナフタロシアニン色素/顔料;モノアゾ、ジスアゾ、トリスアゾ等のアゾ系色素/顔料;ペリレン系染料/顔料;インジゴ系染料/顔料;キナクリドン系染料/顔料;アントラキノン、アントアントロン等の多環キノン系染料/顔料;シアニン系染料/顔料;TTF−TCNQで代表されるような電子受容性物質と電子供与性物質とからなる電荷移動錯体;アズレニウム塩;C60及びC70で代表されるフラーレン並びにその誘導体であるメタノフラーレン、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記電荷輸送材は、ホール又はエレクトロンを輸送する材料であり、低分子化合物であってもよく、又は高分子化合物であってもよい。
前記電荷輸送材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、インドール、カルバゾール、オキサゾール、インオキサゾール、チアゾール、イミダゾール、ピラゾール、オキサアジアゾール、ピラゾリン、チアチアゾール、トリアゾール等の含窒素環式化合物、又はその誘導体;ヒドラゾン化合物;トリフェニルアミン類;トリフェニルメタン類;ブタジエン類;スチルベン類;アントラキノンジフェノキノン等のキノン化合物、又はその誘導体;C60及びC70等のフラーレン並びにその誘導体;ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等のπ共役系高分子又はオリゴマー;ポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系高分子又はオリゴマー;アントラセン、ピレン、フェナントレン、コロネン等の多環芳香族化合物、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記フォトリフラクティブ材料を用いて記録層を形成方法としては、例えば、前記フォトリフラクティブ材料を溶媒中に溶解乃至分散させてなる塗布液を用いて塗膜を形成し、この塗膜から溶媒を除去することにより記録層を形成することができる。また、加熱して流動化させた前記フォトリフラクティブ材料を用いて塗膜を形成し、この塗膜を急冷することにより記録層を形成することもできる。
前記(3)のフォトクロミック材料は、フォトクロミック反応を起こす材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アゾベンゼン化合物、スチルベン化合物、インジゴ化合物、チオインジゴ化合物、スピロピラン化合物、スピロオキサジン化合物、フルキド化合物、アントラセン化合物、ヒドラゾン化合物、桂皮酸化合物、などが挙げられる。これらの中でも、光照射によりシス−トランス異性化により構造変化を起こすアゾベンゼン誘導体、スチルベン誘導体、光照射により開環−閉環の構造変化を起こすスピロピラン誘導体、スピロオキサジン誘導体が特に好ましい。
前記(5)のカルコゲン材料としては、例えば、カルコゲン元素を含むカルコゲナイドガラスと、このカルコゲナイドガラス中に分散されており光の照射によりカルコゲナイドガラス中に拡散可能な金属からなる金属粒子とを含む材料、などが挙げられる。
前記カルコゲナイドガラスは、S、Te又はSeのカルコゲン元素を含む非酸化物系の非晶質材料から構成されるものであり、金属粒子の光ドープが可能なものであれば特に限定されない。
前記カルコゲン元素を含む非晶質材料としては、例えば、Ge−S系ガラス、As−S系ガラス、As−Se系ガラス、As−Se−Ce系ガラス等が挙げられ、これらの中ではGe−S系ガラスが好ましい。前記カルコゲナイドガラスとしてGe−S系ガラスを用いる場合には、ガラスを構成するGe及びSの組成比は照射する光の波長に応じて任意に変化させることができるが、主としてGeSで表される化学組成を有するカルコゲナイドガラスが好ましい。
前記金属粒子は、光の照射によりカルコゲナイドガラス中に光ドープされる特性を有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Al、Au、Cu、Cr、Ni、Pt、Sn、In、Pd、Ti、Fe、Ta、W、Zn、Ag等が挙げられる。これらの中では、Ag、Au又はCuが光ドープをより生じやすい特性を有しており、Agは光ドープを顕著に生じるため特に好ましい。
前記カルコゲナイドガラスに分散されている金属粒子の含有量としては、前記記録層の全体積基準で0.1〜2体積%が好ましく、0.1〜1.0体積%がより好ましい。前記金属粒子の含有量が、0.1体積%未満であると、光ドープによる透過率変化が不充分となって記録の精度が低下することがあり、2体積%を超えると、記録材料の光透過率が低下して光ドープを充分に生じさせることが困難となることがある。
前記記録層は、材料に応じて公知の方法に従って形成することができるが、例えば、蒸着法、湿式成膜法、MBE(分子線エピタキシー)法、クラスターイオンビーム法、分子積層法、LB法、印刷法、転写法、などにより好適に形成することができる。これらの中でも、蒸着法、湿式成膜法が好ましい。
前記蒸着法としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができるが、例えば、前述の真空蒸着法、抵抗加熱蒸着、化学蒸着法、物理蒸着法、などが挙げられる。該化学蒸着法としては、例えば、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、ガスソースCVD法、などが挙げられる。
前記湿式成膜法による前記記録層の形成は、例えば、前記記録層材料を溶剤に溶解乃至分散させた溶液(塗布液)を用いる(塗布し乾燥する)ことにより、好適に行うことができる。該湿式成膜法としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、インクジェット法、スピンコート法、ニーダーコート法、バーコート法、ブレードコート法、キャスト法、ディップ法、カーテンコート法などが挙げられる。
前記記録層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、1〜1000μmが好ましく、100〜700μmがより好ましい。
前記記録層の厚みが、前記好ましい数値範囲であると、生成した干渉縞をそのままの形で記録することができ、再生の際に、より高画質な像が得られる点で有利である。
―その他の手段―
前記その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、感光材料をラベルやシートなど直接ホログラム記録媒体として用いるように作製する場合、前記感光材料を装着及び取り外しの機構を自動化し、前記ホログラム記録媒体を装着するアタッチメントを設け、ステッピングモータなどにより、送り制御可能な構造とし、コンピュータにより、記録対象物の載置と、物体光及び参照光の照射のタイミングを制御し、自動的に記録し、搬送し、該記録を自動的に順次行うシステムなどが挙げられる。
〔実施の形態2〕
前記実施の形態2では、前記実施の形態1とは異なり、前記反射光物体光の入射方向と、前記一の参照光の照射方向が同じ方向から行われる形態であり、前記反射物体光と、前記一の参照光は前記感光材料の同じ感光面に入射及び照射がなされる。
<物体光入射手段>
前記物体光入射手段は、一の物体光を、分割してn個の記録対象物の表面に照射し、該n個の各表面から反射するn個の反射物体光を、感光面に対して45〜90°で該感光面に入射させ、該感光面近辺において、集光させ、結像させる手段である。
前記n個の数、前記物体光入射手段の構造、前記光分割手段の構造、前記n個の物体光の前記n個の記録対象物への照射方法、前記物体光の前記記録対象物への照射時間などは、実施の形態1で用いた手段、方法と同様であってもよく、異なっていてもよい。
具体的には、簡略化して、第1及び第2の2つの物体光により、反射物体光を感光面に入射させる場合について説明する。図4に示すように、光源1から出射される可干渉性を有するレーザ光2は、ハーフミラー3により反射光4と透過光5に分割される。生成された該反射光4が、ミラー6に反射し方向転換し、ビームエキスパンダ7a及び8aにより拡大され、アパーチャ9aで一定の形状に矯正されて、第1の物体光10となる。該第1の物体光10は、そのまま直接載置台12aにセットされた第1の記録対象物11に照射される。該照射された第1の物体光10は、前記第1の記録対象物11の表面で反射し、該表面反射光が第1の反射物体光13として、凸レンズ14aを透過し、感光材料15の前記感光面15aに対して45〜90°で該感光面15aに入射する。該凸レンズ14aにより、該感光面15a近辺において、集光し、結像する。
前記第2の物体光は、前記反射光17を用いる。該反射光17は、ミラー20で反射し方向転換し、ビームエキスパンダ7c及び8cにより拡大され、アパーチャ9cで一定の形状に矯正されて、第2の物体光21となる。該第2の物体光21は、そのまま直接載置台12bにセットされた第2の記録対象物22に照射される。該照射された第2の物体光22は、前記第2の記録対象物22の表面で反射し、該表面反射光が第2の反射物体光24として、凸レンズ14bを透過し、感光材料15の前記感光面15aに対して45〜90°で該感光面15aに入射する。該凸レンズ14bにより、該感光面15a近辺において、集光し、結像する。
−コンピュータ画像処理による物体光の入射−
実施の形態1と同様に、前記コンピュータ画像処理による物体光の入射を行うことができる。具体的には、図5に示すように、記録対象物22と対向する側にディスプレイ30を配置し、画面から発する光を凸レンズ14aを介して、感光面15aに集光させ、結像させる。
<参照光照射手段>
前記参照光照射手段は、前記反射物体光の入射方向と前記参照光の照射方向が同じ方向で行われる以外は、実施の形態1と同様に、一の参照光を前記n個の反射物体光が入射した感光面に対して照射する手段である。
前記n個の数、前記物体光入射手段の構造、前記光分割手段の構造、前記n個の物体光の前記n個の記録対象物への照射方法、前記物体光の前記記録対象物への照射時間などは、実施の形態1で用いた手段、方法と同様であってもよく、異なっていてもよい。
具体的には、図4に示すように、光源1から出射される可干渉性を有するレーザ光2が、ハーフミラー3により反射光4と透過光5に分割され、生成された該透過光5が、更にハーフミラー16により、反射光17及び透過光18に分割され、生成された該透過光18がビームエキスパンダ7b及び8bにより拡大され、アパーチャ9bで一定の形状に矯正されて、一の参照光19となる。該一の参照光19は、そのまま直接感光材料15の感光面15aに照射される。
前記ハーフミラー16、前記ビームエキスパンダ7b及び8b及びアパーチャ9bとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記反射物体光入射手段で用いられたものと同様のものでもよく、異なったものでもよい。
前記第1の反射物体光13に対する、前記一の参照光の照射角度は、調整できるように設計し、レーザ光の種類などに対応した好適な角度に設定してもよい。
<干渉縞生成手段>
前記干渉縞生成手段は、前記感光面15aに入射され、集光して結像した前記n個の反射物体光に対して、前記一の参照光19又は前記n個の参照光を照射して、互いに干渉させることにより、n個の干渉縞を生成する手段であり、実施の形態1と同様に行われる。
<干渉縞記録手段>
前記第一の干渉縞記録手段は、前記第一の干渉縞生成手段により生成された干渉縞を前記感光材料に記録する手段であり、実施の形態1と同様に行われる。該記録には、前記参照光に、他の波長の光が混入しないことが好ましく、暗室において行われることが好ましい。
<ホログラムの再生>
前記実施の形態1及び2により記録されたn個の干渉縞を再生するには、前記感光材料の感光面と同じ面又は反対側の面、即ち、一の参照光が照射された方向と同じ方向から再生光として白色光を照射する。本発明においては、図9に示すように、従来zy軸で形成されるzy平面内の一方向での記録再生しかできなかった点を改善し、図10に示すように、zy軸で形成されるzy平面及びzxで形成されるzx平面内の2方向において記録再生が可能となり、視野角が著しく拡大されている。
前記白色光のホログラムへの照射により、記録した前記n個の干渉縞に対応した回折光が生ずる。この回折光は、記録時に感光面に生じた前記物体光と同じ強度と位相を持っている。前記感光材料に記録された各干渉縞は、その厚み方向に多重に記録されているため、再生光は、感光材料の表面に記録層された各干渉縞に当たって表面からの回折光を生じ、更に前記間隔をおいた前記第一の平行面から第二の回折光が、第二の平行面から第二の回折光が、順次多重に生ずる。これらの回折光は、感光材料の厚み方向に距離があるため表面の回折光と第二の回折光では光路差(光のたどる道のりの差)が生ずるが、該光路差が光の波長の整数倍になったときに強めあい、一つの回折光となる単色化が起きる(ブラッグの法則による反射)。このことから、波長の異なる光が混在する白色光を再生光として用いても、回折光の前記単色化が起きるので、元の画像に照射したレーザ光を参照光として用いた場合と同様の回折光が得られ鮮明に元の立体像を再現することができ、載置台から浮いた状態の記録対象物の立体像を目視で、鮮明に観察できる。
本発明のホログラム記録方法においては、図6に示すように、第1〜第8の記録対象物がそれぞれ異なった方向から記録されており、前記白色光の照射により、見る角度を変えることにより、前記8種類の人形及び鉢植えの植物などの虚像を再生することができる。
前記物体光として、波長400〜500nmから選択される1種の波長、波長500〜600nmから選択される1種の波長及び波長600〜700nmから選択される1種の波長からなる3種の波長を有する物体光を用い、前記記録対象物に略全表面に略同時に照射され、前記3種の波長を有する参照光が、感光材料の感光面と反対側の面に入射されて、フルカラーの結像が得られ、フルカラーのホログラムの場合も、白色光を再生光として用い、各色についてブラッグの法則による反射が起きるので、フルカラーのホログラムとして再生することができる。
−ホログラムの記録の具体例−
前記ホログラム記録の具体例としては、前記記録対象物を8個用い、一定の間隔をおいてサークル状にセットし、記録した場合、図6及び図7に示すように、サークルの中心部から見る方向を変えると、一定の方向に記録した物の立体像が再現される。図8に示すように、文字などの立体形状を小さいものが大きいものへと変化させ、記録した場合には、徐々に手前に迫ってくるように再現することもできる。
―ホログラム記録媒体―
前記ホログラム記録媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、記録層を有するガラス板などに記録したもの、記録層を有するラベルやシールなどに記録したものなどが挙げられる。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
本発明の実施例1は、図2に示すようなホログラム記録装置を用い、2種類の記録対象物に対する記録及び再生を行った。
<ホログラム記録装置の作製>
−物体光入射手段−
前記物体光入射手段は、図2に示すように、光源1には、定格10mWのHe−Ne半導体レーザ光発振器を用い、レーザ光2として、発振波長が632.8nmを用いた。ハーフミラー3及び16は、プレート型無偏光ハーフミラーを使用し、反射光:透過光が1:1の分割型を使用した。ミラー6及び20は、凹凸のない平坦な平面鏡を用いた。
また、ビームエキスパンダ7a、7c、8a及び8cには2枚のZnSeレンズを使用したガリレオ式ビームエキスパンダを用いた。アパーチャ9a及び9cは、OFR社のアパーチャプレートHOM−4.0(開口径が直径4mmの円形)を用いた。凸レンズ14a及び14bは、収差が少なく、結像特性のよい対称両凸ガラスレンズを用いた。
−記録対象物−
前記記録対象物11及び22は、より立体感が得られる球状の人形及び植木鉢の植物を用い、載置台12a及び12bの上に動かないように載置した。前記載置台12a及び12bは、物体光10及び21が直接照射されても反射しないよう無反射加工として、ツヤなしのウレタン塗装が施されているプレートを用いた。
−参照光照射手段−
前記参照光照射手段は、前記反射物体光入射手段で用いたハーフミラー16により分割された透過光18を拡大するビームエキスパンダ7b及び8bには、前記ビームエキスパンダ7a及び8aと同じものを用いた。アパーチャ9bは、アパーチャ9aと同じものを用いた。ミラー26は、ミラー6と同じものを用いた。
ミラー27及び27aは、凹凸のない平坦な平面鏡を用い、該ミラー27の背面に水平移動機構及び回転機構を装着し、参照光19及び23が反射物体光13及び24となす角度を調整できるように設計し、本実施例1では約45°となるように調整した。前記水平移動機構及び回転機構により、参照光19は、所望の角度で、所望の範囲を照射することができ、反射物体光13と参照光19及び反射物体光24と参照光23とにより感光面15aに好適な干渉縞を形成できるように調整した。
―感光材料の作製―
前記感光材料の支持体として、厚み2mmのソーダガラス板を直径160mmの円盤に加工した。該支持体上に下記の記録層材料を積層した。記録層材料としては、ULTIMATE−08(アルファバグ社製)の塗布液を調製した。
得られたULTIMATE−08(アルファバグ社製)の塗布液を前記支持体上にスピンコーターを用いて直接塗布し、厚み500μmの記録層を積層した。得られたこの感光材料を、その記録層がある面を記録対象物がある側に向けて配置した。
<ホログラムの記録>
―第一の反射物体光の入射及び第一の参照光の照射―
図2に示すように、前記第一の反射光物体光13を感光面15aに入射させ、該感光面15a上で集光、結像し干渉像を形成した。前記結像の位置は、該結像の中心が前記感光面により上下に分割されるように設計されている。この干渉像は、再生により、記録対象物11と同一の立体形状をしており、感光面15a近辺で浮かんで見える。
他方、図2に示すように、前記干渉像に対して、第一の参照光19を、第一の反射物体光13の光軸とのなす鋭角が45°になるように感光材料15の感光面15aに、100ms照射した。
―第一の干渉縞の記録―
前記第一の反射物体光13と前記参照光19の照射は略同時に行われ、感光面15a上に干渉縞が生成された。該干渉縞は感光材料の記録層に対して露光効果を生じ光重合反応により記録層が硬化することにより記録される。この干渉縞の濃淡の周期は、該周期をΛとしたとき、次式、Λ=λ/2sin(θ/2)、で表される。なお、式中のλは光の波長、θは前記第一の反射物体光13と前記第一の参照光とがなす鋭角を表す。光源からの光に632.8nmのHe−Neレーザ光を用い、θが45°であるから、Λは0.9μmとなり微細構造を持つ情報として記録層に記録されている。更に厚み方向に、一定の間隔で該干渉縞が複数記録されている。走査型電子顕微鏡(SAM)により、前記干渉縞が観察された。
―第二の反射物体光の入射及び第二の参照光の照射―
図2に示すように、前記第二の反射光物体光24を感光面15aに入射させ、該感光面15a上で集光、結像し干渉像を形成した。前記結像の位置は、該結像の中心が前記感光面により上下に分割されるように設計されている。この干渉像は、再生により、記録対象物22と同一の立体形状をしており、感光面15a近辺で浮かんで見える。
他方、図2に示すように、前記干渉像に対して、第2の参照光23を、第2の反射物体光24の光軸とのなす鋭角が45°になるように感光材料15の感光面15aに、100ms照射した。
―第2の干渉縞の記録―
前記第2の反射物体光24と前記参照光23の照射は略同時に行われ、感光面15a上に干渉縞が生成された。第一の干渉縞と同様に、該干渉縞は感光材料の記録層に対して露光効果を生じ光重合反応により記録層が硬化することにより記録される。走査型電子顕微鏡(SAM)により、前記干渉縞が観察された。
<ホログラムの再生>
前記感光材料15の感光面15aと反対側の面、即ち、第一の参照光19及び第二の参照光23が照射された方向と同じ方向から再生光として白色光(蛍光灯)を照射した。該照射により、記録した前記干渉縞に対応した回折光が生じ、記録時に感光面に生じた干渉像と同様の第一の記録対象物11及び第二の記録対象物22が、感光材料上に再現され、前記2種の記録対象物の干渉像は、記録時と同様に、元の各記録対象物と同じ立体像として鮮明に観察された。
本発明のホログラム記録方法によれば、三次元の浮き上がった立体画像であり、かつ見る方向によって異なった立体物が観察される。また、高画質な立体画像を安価で簡易にホログラムを記録でき、イメージホログラム技術、リップマンホログラム技術、デニシュクホログラム技術、レインボーホログラム技術やコンピュータによるホログラム作成技術だけでなく、光波以外の電波ホログラフィ、電子線ホログラフィなどにも好適に応用することができる。
また、本発明のホログラムは白色光で鮮明に再現できるので、ロゴマークやキャラクター、パッケージなどのラベルやシート、コピーや偽造防止(セキュリティー)、カラーホログラム、レインボーホログラムなどに好適に使用することができる。これらのホログラムは、高画質で、広範囲に立体的に見えるので、広告効果の向上、イメージアップや好適であり、セキュリティーにも好適に応用することができる。
図1は、ホログラム記録装置の概略図である。 図2は、ホログラム記録装置の概略図である。 図3は、ホログラム記録装置の概略図である。 図4は、ホログラム記録装置の概略図である。 図5は、ホログラム記録装置の概略図である。 図6は、ホログラム記録の具体例である。 図7は、ホログラム記録の具体例である。 図8は、ホログラム記録の具体例である。 図9は、従来のホログラムの視野角を示す概略図である。 図10は、本発明のホログラムの視野角を示す概略図である。
符号の説明
1 光源
2 レーザ光
3 ハーフミラー
4 反射光
5 透過光
6 ミラー
7a、7b、7c ビームエキスパンダ
8a、8b、8c ビームエキスパンダ
9a、9b、9c アパーチャ
10 第一の物体光
11 第一の記録対象物
12a、12b 載置台
13 第一の反射物体光
14a、14b 凸レンズ
15 感光材料
15a 感光面
16 ハーフミラー
17 反射光
18 透過光
19 一の参照光
20 ミラー
21 第2の物体光
22 第2の記録対象物
23 一の参照光
24 第2の反射物体光
30 2次元画像表示装置
31 物体光

Claims (19)

  1. 可干渉性を有する物体光及び参照光を用い、
    n個の物体光を、n個の記録対象物の表面に照射し、該n個の各表面から反射するn個の反射物体光を、感光面に対して45〜90°で該感光面に入射させ、
    少なくとも一の参照光を、前記n個の反射物体光の各入射側と反対する側から前記感光面に照射し、
    前記n個の反射物体光と、少なくとも前記一の参照光とによりn個の干渉縞を生成し、
    前記n個の干渉縞を前記感光面に多重に記録することを特徴とするホログラム記録方法。
  2. n個の物体光を、一の物体光から光分割手段により形成する請求項1に記載のホログラム記録方法。
  3. n個の反射物体光の感光面への入射方向が、一の参照光の感光面への照射方向と同じ方向である請求項1から2のいずれかに記載のホログラム記録方法。
  4. 一の参照光の感光面への照射方向が、前記感光面に対して45〜90°である請求項1から3のいずれかに記載のホログラム記録方法。
  5. 感光面に入射するn個の反射物体光が、各々前記感光面近辺に集光し、結像する請求項1から4のいずれかに記載のホログラム記録方法。
  6. 感光面に入射するn個の反射物体光の各光軸と、一の参照光の光軸とのなす鋭角の少なくとも一部が10〜80°である請求項1から5のいずれかに記載のホログラム記録方法。
  7. 光源からの光を光分割手段によりn個の物体光と一の透過光とに分割し、前記一の透過光を一の参照光として感光面に照射する請求項1から6のいずれかに記載のホログラム記録方法。
  8. n個の参照光を、第一の参照光が第一の反射物体光に、第二の参照光が第二の反射物体光に、・・・・第nの参照光が第nの反射物体光に、それぞれの反射物体光と参照光の光軸どおしのなす鋭角の少なくとも一部が10〜80°で交わるように感光面に照射する請求項1から7のいずれかに記載のホログラム記録方法。
  9. n個の参照光を、一の参照光から光分割手段により形成する請求項1から8のいずれかに記載の光情報記録方法。
  10. n個の反射物体光が感光面へ入射する方向が、互いに異なった方向である請求項1から9のいずれかに記載のホログラム記録方法。
  11. n個の反射物体光の少なくともいずれかが、コンピュータの画像処理によって形成され、表示された画像から発する物体光である請求項1から10のいずれかに記載のホログラム記録方法。
  12. 画像が、2次元画像表示装置により表示される請求項11に記載のホログラム記録方法。
  13. 2次元画像表示装置が、透過型ディスプレイ、反射型ディスプレイ及び発光型ディスプレイのいずれかである請求項12に記載のホログラム記録方法。
  14. ディスプレイが、液晶、プラズマディスプレイ及び2次元微細ミラー素子からなるプロジェクタである請求項1から13のいずれかに記載のホログラム記録方法。
  15. 光源からの光が、波長360〜850nmから選択される1種以上の波長からなるレーザ光である請求項1から14のいずれかに記載のホログラム記録方法。
  16. 波長400〜500nmから選択される1種の波長、波長500〜600nmから選択される1種の波長及び波長600〜700nmから選択される1種の波長からなる3種の物体光及び参照光を用い、n個の反射物体光を感光面に波長ごとに入射させ、前記一の参照光を、波長ごとに照射する請求項1から15のいずれかに記載のホログラム記録方法。
  17. 可干渉性を有する物体光及び参照光を用い、
    n個の物体光を、n個の記録対象物の表面に照射し、該n個の各表面から反射するn個の反射物体光を、感光面に対して45〜90°で該感光面に入射させる物体光入射手段と、
    少なくとも一の参照光を、前記n個の反射物体光の各入射側と反対する側から前記感光面に照射する参照光照射手段と、
    前記n個の反射物体光と少なくとも前記一の参照光とによりn個の干渉縞を生成する干渉縞生成手段と、
    前記n個の干渉縞を前記感光面に多重に記録する干渉縞記録手段とを有することを特徴とするホログラム記録装置。
  18. n個の物体光を、一の物体光から光分割手段により形成する請求項17に記載のホログラム記録装置。
  19. 請求項1から16のいずれかに記載のホログラム記録方法により記録されたことを特徴とするホログラム記録媒体。
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