JP2008122670A - 画面切替型ホログラム作製方法及びその方法により作製された画面切替型ホログラム - Google Patents

Abstract

【課題】見る方向により観察される３Ｄ画面が切り替わる画面切替型ホログラムを簡単な構成で作製することができる方法とその方法により作製された画面切替型ホログラム。
【解決手段】見る方向により観察画面が切り替わる画面切替型ホログラム作製方法であって、複数の要素ホログラム記録材料に別々の画面に表示する物体を同一入射角の参照光を用いてホログラム記録し、その複数の要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃を並列配置することで１段階目のホログラム１１として構成し、その構成した１段階目のホログラム１１から各要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃に記録された物体像Ｏ₁ ’〜Ｏ₃ ’を同時に再生させ、その再生物体像Ｏ₁ ’〜Ｏ₃ ’近傍に２段階目のホログラム記録材料２１を配置して反射型あるいは透過型の体積ホログラムとして記録する画面切替型ホログラム作製方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、画面切替型ホログラム作製方法及びその方法により作製された画面切替型ホログラムに関し、特に、見る方向により観察される３Ｄ画面が切り替わる体積ホログラムの作製方法とその方法により作製された体積ホログラムに関するものである。

見る方向により観察される画面が切り替わる画面切替型ホログラムとしては、レインボーホログラムがある。しかしながら、レインボーホログラムはレリーフホログラムであって、切り替わる画面は２Ｄ画面であり、各画面を３Ｄ（３次元）画面とすることはできない。

これに対して、各画面を３Ｄ画面とする方法に、特許文献１記載の方法が知られている。この方法は、各画面の物体をそれぞれ特定の参照光入射角でデニシュークの方法で記録した複数の原版体積ホログラムを１枚の体積ホログラム中に複製して記録する方法である。

しかしながら、この方法は、複数の原版体積ホログラムを用意しなければならない上に、それらの原版体積ホログラムを作製する際の参照光入射角を厳密に設定しなければならない。

これに対して、１段階でホログラム原版を作製するデニシュークの方法により再生像の位置を記録材料面にする場合、以上のような画面切替型ホログラムを作製することはできない。
特開平１０−３４００３８号公報 特開２００２−３９９１０号公報

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、見る方向により観察される３Ｄ画面が切り替わる画面切替型ホログラムを簡単な構成で作製することができる方法とその方法により作製された画面切替型ホログラムを提供することである。

上記目的を達成する本発明の画面切替型ホログラム作製方法は、見る方向により観察画面が切り替わる画面切替型ホログラム作製方法であって、複数の要素ホログラム記録材料に別々の画面に表示する物体を同一入射角の参照光を用いてホログラム記録し、その複数の要素ホログラムを並列配置することで１段階目のホログラムとして構成し、その構成した１段階目のホログラムから各要素ホログラムに記録された物体像を同時に再生させ、その再生物体像近傍に２段階目のホログラム記録材料を配置して反射型あるいは透過型の体積ホログラムとして記録することを特徴とする方法である。

本発明のもう１つの画面切替型ホログラム作製方法は、見る方向により観察画面が切り替わるフルカラーの画面切替型ホログラム作製方法であって、異なる色用にそれぞれ複数の要素ホログラム記録材料を用意し、各色の波長それぞれについて、複数の要素ホログラム記録材料に別々の画面に表示する物体を同一入射角の参照光を用いてホログラム記録し、その複数の要素ホログラムを並列配置することで各色の１段階目のホログラムとして構成し、その構成した１段階目のホログラム各々から各要素ホログラムに記録された対応する色成分の物体像を同時に再生させ、その再生物体像近傍に２段階目のホログラム記録材料を配置して反射型あるいは透過型の体積ホログラムとして記録することを特徴とする方法である。

この場合に、複数の１段階目のホログラムから順に各要素ホログラムに記録された対応する色成分の物体像を同時に再生させ、その再生物体像近傍に対応する色成分が記録可能な２段階目のホログラム記録材料を配置して反射型あるいは透過型の体積ホログラムとして記録することができる。

そして、異なる色用の２段階目のホログラム記録材料を順に積層させながら、複数の１段階目のホログラムから順に異なる色成分の物体像を再生させて順に積層された２段階目のホログラム記録材料に記録することができる。

以上において、２段階目のホログラムを記録する際の参照光の入射方向を、その参照光を１段階目のホログラムの面上に投影した場合に、１段階目のホログラムの複数の要素ホログラムの並列方向に略平行な方向とすることが望ましい。

また、１段階目のホログラムにおける複数の要素ホログラムの並列配置において、要素ホログラム相互が一部で重なり合うように並列させることもできる。

また、１段階目のホログラム記録材料として銀塩感光材料を使用し、２段階目のホログラム記録材料としてフォトポリマーを使用することが望ましい。

また、１段階目のホログラム及び２段階目のホログラム記録時に用いる参照光として略平行な光を用いることが望ましい。

本発明の画面切替型ホログラムは、体積ホログラムからなり、所定の再生照明光を照射したときに、ホログラム面近傍に複数の物体像が再生され、また、ホログラム面から所定距離離間した位置に窓が再生されるように記録されており、前記複数の物体像各々を再生する回折光が前記窓の異なる領域に入射するように記録されていることを特徴とするものである。

この場合に、前記複数の物体像各々を再生する回折光が前記窓中で一部重なった領域に入射するように記録されているものとしてもよい。

また、フルカラーのホログラムとして記録されているものとすることができる。

本発明によると、見る方向により観察画面が切り替わる画面切替型ホログラムが２ステップ法により一括で作製することができ、３Ｄ画面の切り替えも可能な画面切替型ホログラムを簡単に作製することができる。また、本発明による画面切替型ホログラムは、偽造防止効果や意匠性に富んだホログラムとして使用可能であり、光学素子としても使用可能なものである。

以下、本発明の画面切替型ホログラム作製方法と作製された画面切替型ホログラムを実施例に基づいて説明する。

本発明の画面切替型ホログラム作製方法は、２ステップ法により体積ホログラムを作製する場合に、別々の画面に表示する物体を別々のホログラム記録材料に同一入射角の参照光を用いて記録し、その記録した複数の要素ホログラムを並列するかあるいは一部重ね合わせて合体することで１段階目のホログラム（以下、Ｈ１ホログラムと呼ぶ。）を作製し、次に、そのＨ１ホログラムから記録物体像を同時に再生させ、そのＨ１ホログラムの各要素ホログラムから記録物体像を同時に再生させ、その再生物体像近傍に２段階目のホログラム用のホログラム記録材料を配置して反射型あるいは透過型の体積ホログラム（以下、Ｈ２ホログラムと呼ぶ。）として記録する方法である。

以下、図面を参照にして説明する。図１は、本発明に基づいて２ステップ法により画面切替型ホログラムを作製する際の１段階目のＨ１ホログラムを構成する複数の要素ホログラムの撮影配置を示す図である。各要素ホログラム記録用感光材料として、この実施例の場合、フォトポリマーに比べて感度が高い銀塩材料からなる感光材料１１₁₁〜１１₁₃を用い、まず、図１（ａ）に示すように、第１の画面に記録する第１物体（ここでは、立方体で示してある。）Ｏ₁ に面してその第１の感光材料１１₁₁を配置する。そして、第１物体Ｏ₁ を所定波長のレーザ光で照明して第１物体Ｏ₁ で散乱された物体光１₁ を第１の感光材料１１₁₁に入射させると共に、第１の感光材料１１₁₁の面に入射角θで物体光１₁ と可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光２₁ を同時に入射させ、第１の感光材料１１₁₁に第１物体Ｏ₁ の要素ホログラム１１₁₁を露光する。ここで、感光材料１１₁₁と要素ホログラム１１₁₁を同じ符号１１₁₁で示す。他の感光材料１１₁₂、１１₁₃と要素ホログラム１１₁₂、１１₁₃も同じである。

ここで、感光材料１１₁₁〜１１₁₃にフォトポリマーに代えて銀塩材料（銀塩感材）を使用するのは、図１の配置で１段階目のＨ１ホログラムを構成する複数の要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃を撮影する場合、物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ と感光材料１１₁₁〜１１₁₃の間の距離をある程度離す必要があるが、物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ と感光材料１１₁₁〜１１₁₃の距離を離すことにより物体光１₁ 〜１₃ の強度が弱くなる。そのため、銀塩材料より感度の低いフォトポリマーでは露光時間が長くなってしまい、明るいホログラムを作製できない。また、フォトポリマーを使用した場合には、収縮により記録時と再生時での記録材料に対する入射角が変化するが、銀塩感材はフォトポリマーに比べて収縮の影響が小さい。そのため、感光材料１１₁₁〜１１₁₃に銀塩材料を使用する。

また、図１（ｂ）に示すように、第２の画面に記録する第２物体（ここでは、三角錐で示してある。）Ｏ₂ に面してその第２の感光材料１１₁₂を配置する。そして、第２物体Ｏ₂ を第１物体Ｏ₁ のホログラムを記録する際と同じ波長のレーザ光で照明して第２物体Ｏ₂ で散乱された物体光１₂ を第２の感光材料１１₁₂に入射させると共に、第２の感光材料１１₁₂の面に参照光２₁ と同じ入射角θで物体光１₂ と可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光２₂ を同時に入射させ、第２の感光材料１１₁₂に第２物体Ｏ₂ の要素ホログラム１１₁₂を露光する。

同様に、図１（ｃ）に示すように、第３の画面に記録する第３物体（ここでは、円筒体で示してある。）Ｏ₃ に面してその第３の感光材料１１₁₃を配置する。そして、第３物体Ｏ₃ を第１、第２物体Ｏ₁ 、Ｏ₂ のホログラムを記録する際と同じ波長のレーザ光で照明して第３物体Ｏ₃ で散乱された物体光１₃ を第３の感光材料１１₁₃に入射させると共に、第３の感光材料１１₁₃の面に参照光２₁ 、２₂ と同じ入射角θで物体光１₃ と可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光２₃ を同時に入射させ、第３の感光材料１１₁₃に第３物体Ｏ₃ の要素ホログラム１１₁₃を露光する。

このようにして、各要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃に同じ入射角θで同じ波長の参照光２₁ 〜２₃ を用いて別々の物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ のホログラムを露光記録する。

以上のように別々のホログラムが露光された第１〜第３の感光材料１１₁₁〜１１₁₃を現像、漂白して、要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃を作製する。

次いで、図２に示すように、複数の要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃を相互に隣接するように並列させてＨ１ホログラム１１とする。なお、複数の要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃の並列方法は任意でよい。

そして、この要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃が並列してなるＨ１ホログラム１１に各要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃の記録のときの参照光２₁ 〜２₃ と反対に進む再生照明光３を、Ｈ１ホログラム１１に対して記録のときの参照光２₁ 〜２₃ が入射する側とは反対側から入射させると、Ｈ１ホログラム１１の面に対して各要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃の記録のときの物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ の相対位置と同じ位置に各要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃からの回折光４₁ 〜４₃ により第１〜第３物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ の像Ｏ₁ ’〜Ｏ₃ ’が再生結像される。第１〜第３物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ の位置が空間的に相互に重なっていれば、像Ｏ₁ ’〜Ｏ₃ ’も空間的に重なって結像される。これら第１〜第３物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ の像Ｏ₁ ’〜Ｏ₃ ’が結像される位置近傍に２段階目のＨ２ホログラム記録用感光材料２１を配置し、再生照明光３と可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光５を回折光４₁ 〜４₃ と反対側あるいは同じ側から任意の入射角で同時に入射させ、感光材料２１中に２段階目のＨ２ホログラムを露光する。この実施例においては、２段階目のホログラム記録用感光材料２１として、フォトポリマーを用いており、露光後の感光材料２１を後処理として加熱、紫外線照射を行い、Ｈ２ホログラム２１を作製する。ここで、感光材料２１とＨ２ホログラム２１を同じ符号２１で示す。

ここで、参照光５の入射方向は、参照光５をＨ１ホログラム１１の面上に投影した場合に、Ｈ１ホログラム１１の複数の要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃の並列方向に略平行な方向とすることが好ましい。

ところで、感光材料２１に感光材料１１₁₁〜１１₁₃と同じ銀塩材料（銀塩感材）を使用せずにフォトポリマーを用いるのは、感光材料２１に銀塩材料を使用すると、銀塩材料は非常に感度が良いため、Ｈ１ホログラム１１からのノイズ成分も感光材料２１に記録されてしまうが、フォトポリマーを使用すると、Ｈ１ホログラム１１からのノイズ成分がほとんど記録されず、また、フォトポリマー自身が透明性が高くノイズが少ないためである。

以上のようにして記録されたＨ２ホログラム２１は体積ホログラムであり、参照光５を回折光４₁ 〜４₃ と反対側から入射させる図２の場合は反射型ホログラムとして記録され、参照光５を回折光４₁ 〜４₃ と同じ側から入射させる場合は透過型ホログラムとして記録される。

図３に示すように、このようにして記録されたＨ２ホログラム２１に記録のときの参照光５と反対に進む再生照明光６を、Ｈ２ホログラム２１に対して記録のときの参照光５とは反対側から入射させると、回折光７により第１〜第３物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ の像Ｏ₁ ’〜Ｏ₃ ’の像Ｏ₁ ”〜Ｏ₃ ”が空間的に重なって再生されると共に、元のＨ１ホログラム１１の位置にＨ１ホログラム１１の記録面と同じ大きさの窓２５が再生される。そして、第１〜第３物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ の像Ｏ₁ ”〜Ｏ₃ ”の中、第１物体Ｏ₁ の像Ｏ₁ ”は窓２５中の第１の要素ホログラム１１₁₁に対応する範囲２５₁ に向かう回折光成分７₁ によって再生され、第２物体Ｏ₂ の像Ｏ₂ ”は窓２５中の第２の要素ホログラム１１₁₂に対応する範囲２５₂ に向かう回折光成分７₂ によって再生され、第３物体Ｏ₃ の像Ｏ₃ ”は窓２５中の第３の要素ホログラム１１₁₃に対応する範囲２５₃ に向かう回折光成分７₃ によって再生される。したがって、観察眼Ｅが図３の角度範囲α₁ （窓２５中の範囲２５₁ がＨ２ホログラム２１の参照光５が入射する位置を見込む角度範囲）にある場合には、第１物体Ｏ₁ （立方体）の像Ｏ₁ ”がＨ２ホログラム２１近傍に見え、角度範囲α₂ （窓２５中の範囲２５₂ がＨ２ホログラム２１の参照光５が入射する位置を見込む角度範囲）にある場合には、第２物体Ｏ₂ （三角錐）の像Ｏ₂ ”がＨ２ホログラム２１近傍に見え、角度範囲α₃ （窓２５中の範囲２５₃ がＨ２ホログラム２１の参照光５が入射する位置を見込む角度範囲）にある場合には、第３物体Ｏ₃ （円筒体）の像Ｏ₃ ”がＨ２ホログラム２１近傍に見えることになり、見る方向により観察される画面が像Ｏ₁ ”〜Ｏ₃ ”と切り替わる。しかも、各物体の像Ｏ₁ ”〜Ｏ₃ ”は３次元（３Ｄ）のものであり、見る方向により立体画面が順に切り替わる。なお、図３において、角度範囲α₁ 〜α₃ 中に図示されている立方体、三角錐、円筒体は、対応する角度範囲で見える立体像を区別するために図示したものであり、それらの立体像が再生される位置を示しているものではない。再生位置は、Ｈ２ホログラム２１近傍の像Ｏ₁ ”〜Ｏ₃ ”の位置である。

なお、Ｈ１ホログラム１１を構成する場合、図２の場合は、複数の要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃を相互に接するように並列させていたが、図４に示すように、相互に一部１３で重なり合うように並列させてもよく、あるいは、相互に隙間１４を介して並列させてもよい。そのようなＨ１ホログラム１１から記録されたＨ２ホログラム２１においては、図３に対応する図５に示すように、窓２５中の第１の要素ホログラム１１₁₁に対応する範囲２５₁ と第２の要素ホログラム１１₁₂に対応する範囲２５₂ とは図４の一部１３に対応する範囲で相互に重なり合い、窓２５中の第２の要素ホログラム１１₁₂に対応する範囲２５₂ と第３の要素ホログラム１１₁₃に対応する範囲２５₃ とは図４の隙間１４に対応する範囲で離間している。それに対応して角度範囲α₁ とα₂ は角度範囲α₁₂で重なっており、角度範囲α₂ とα₃ は角度範囲α₂₃で離間している。そのため、観察眼Ｅが図５の角度範囲α₁₂にある場合には、第１物体Ｏ₁ （立方体）の像Ｏ₁ ”と第２物体Ｏ₂ （三角錐）の像Ｏ₂ ”との両方がＨ２ホログラム２１近傍に見え、角度範囲α₂₃にある場合には、何も見えない。したがって、図５において、観察眼Ｅを上から下へ移動する間、最初は立方体が見え、次いで立方体と三角錐の両方が見え、次に立方体が消え三角錐のみが見え、次に何も見えない範囲があり、その次に円筒体が見える。

また、複数の要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃は同じ大きさの矩形形状のみならず、各々任意の大きさで任意の形状、配置でよい。図６はその例を示す図であり、図の（ａ）は要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₉を２次元マトリックス状に配置した場合であり、図の（ｂ）は相互に異なる形状の要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃を２次元に離して配置した場合である。

以上の図１の配置において、Ｈ１ホログラム１１の要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃撮影時の参照光２₁ 〜２₃ として発散光を用いると、図２のＨ２ホログラム２１を作製する際の再生照明光３として収束光を用いなければならず、Ｈ１ホログラム１１よりも大きな大口径の凸レンズを用いてＨ１ホログラム１１全域をカバーする収束光を発生させることが必要となり、記録装置が高価になってしまう。したがって、参照光２₁ 〜２₃ 、再生照明光３として平行光を用いることにより、Ｈ１ホログラム１１と同等サイズのレンズ若しくは放物面鏡を使用すればよいことになる。

なお、以上の説明では、見る方向により切り替わる画面の数が３個であったが、その数は２以上の何れでも可能であり、切り替わる画面数に応じてＨ１ホログラム１１の要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃の数を設定し、各要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃に対応する物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ のホログラムを記録すればよい。

ところで、以上説明した２ステップ法によって作製される画面切替型ホログラムは単色ホログラムである。この方法によりフルカラーの画面切替型ホログラムを作製する実施例の１つを以下に説明する。この実施例は、Ｈ１ホログラムとしてＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３枚のホログラムを各々複数の要素ホログラムから作製する実施例である。

図７は３枚の１段階目のＨ１ホログラムの中のＲのＨ１ホログラム１１_R を構成する複数の要素ホログラム１１_11R 、１１_12R 、１１_13R の撮影配置を示す図である。基本的には、図１の場合と同様であるが、図７（ａ）に示すように、第１の画面に記録する第１物体（ここでは、立方体で示してある。）Ｏ₁ に面してＲの波長λ_R に感度の持つＲ用の第１の感光材料１１_11R を配置する。そして、第１物体Ｏ₁ をＲの特定波長λ_R （例えば６４７．１ｎｍ）のレーザ光で照明して第１物体Ｏ₁ で散乱された物体光１_1RをＲ用の第１の感光材料１１_11R に入射させると共に、Ｒ用の第１の感光材料１１_11R の面に入射角θで物体光１_1Rと可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光２_1Rを同時に入射させ、Ｒ用の第１の感光材料１１_11R に第１物体Ｏ₁ のＲの要素ホログラム１１_11R を露光する。ここで、感光材料１１_11R と要素ホログラム１１_11R を同じ符号１１_11R で示す。他の感光材料１１_12R 、１１_13R と要素ホログラム１１_12R 、１１_13R も同じである。

また、図７（ｂ）に示すように、第２の画面に記録する第２物体（ここでは、三角錐で示してある。）Ｏ₂ に面してＲの波長λ_R に感度の持つＲ用の第２の感光材料１１_12R を配置する。そして、第２物体Ｏ₂ を第１物体Ｏ₁ のホログラムを記録する際と同じＲの波長λ_R のレーザ光で照明して第２物体Ｏ₂ で散乱された物体光１_2RをＲ用の第２の感光材料１１_12R に入射させると共に、Ｒ用の第２の感光材料１１_12R の面に参照光２_1Rと同じ入射角θで物体光１_2Rと可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光２_2Rを同時に入射させ、Ｒ用の第２の感光材料１１_12R に第２物体Ｏ₂ のＲの要素ホログラム１１_12R を露光する。

同様に、図７（ｃ）に示すように、第３の画面に記録する第３物体（ここでは、円筒体で示してある。）Ｏ₃ に面してＲの波長λ_R に感度の持つ第３の感光材料１１_13R を配置する。そして、第３物体Ｏ₃ を第１、第２物体Ｏ₁ 、Ｏ₂ のホログラムを記録する際と同じ波長λ_R のレーザ光で照明して第３物体Ｏ₃ で散乱された物体光１_3RをＲ用の第３の感光材料１１_13R に入射させると共に、第３の感光材料１１_13R の面に参照光２_1R、２_2Rと同じ入射角θで物体光１_3Rと可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光２_3Rを同時に入射させ、Ｒ用の第３の感光材料１１_13R に第３物体Ｏ₃ のＲの要素ホログラム１１_13R を露光する。

以上のように別々のホログラムが露光されたＲ用の第１〜第３の感光材料１１_11R 〜１１_13R を現像、漂白して、Ｒ用の要素ホログラム１１_11R 〜１１_13R を作製する。

また、ＧのＨ１ホログラム１１_G を構成する複数の要素ホログラム１１_11G 、１１_12G 、１１_13G を撮影するには、図８（ａ）に示すように、第１の画面に記録する第１物体Ｏ₁ に面してＧの波長λ_G に感度の持つＧ用の第１の感光材料１１_11G を配置する。そして、第１物体Ｏ₁ をＧの特定波長λ_G （例えば５３２ｎｍ）のレーザ光で照明して第１物体Ｏ₁ で散乱された物体光１_1GをＧ用の第１の感光材料１１_11G に入射させると共に、Ｇ用の第１の感光材料１１_11G の面に入射角θで物体光１_1Gと可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光２_1Gを同時に入射させ、Ｇ用の第１の感光材料１１_11G に第１物体Ｏ₁ のＧの要素ホログラム１１_11G を露光する。ここで、感光材料１１_11G と要素ホログラム１１_11G を同じ符号１１_11G で示す。他の感光材料１１_12G 、１１_13G と要素ホログラム１１_12G 、１１_13G も同じである。

また、図８（ｂ）に示すように、第２の画面に記録する第２物体Ｏ₂ に面してＧの波長λ_G に感度の持つＧ用の第２の感光材料１１_12G を配置する。そして、第２物体Ｏ₂ を第１物体Ｏ₁ のホログラムを記録する際と同じＧの波長λ_G のレーザ光で照明して第２物体Ｏ₂ で散乱された物体光１_2GをＧ用の第２の感光材料１１_12G に入射させると共に、Ｇ用の第２の感光材料１１_12G の面に参照光２_1Gと同じ入射角θで物体光１_2Gと可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光２_2Gを同時に入射させ、Ｇ用の第２の感光材料１１_12G に第２物体Ｏ₂ のＧの要素ホログラム１１_12G を露光する。

同様に、図８（ｃ）に示すように、第３の画面に記録する第３物体Ｏ₃ に面してＧの波長λ_G に感度の持つ第３の感光材料１１_13G を配置する。そして、第３物体Ｏ₃ を第１、第２物体Ｏ₁ 、Ｏ₂ のホログラムを記録する際と同じ波長λ_G のレーザ光で照明して第３物体Ｏ₃ で散乱された物体光１_3GをＧ用の第３の感光材料１１_13G に入射させると共に、第３の感光材料１１_13G の面に参照光２_1G、２_2Gと同じ入射角θで物体光１_3Gと可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光２_3Gを同時に入射させ、Ｇ用の第３の感光材料１１_13G に第３物体Ｏ₃ のＧの要素ホログラム１１_13G を露光する。

以上のように別々のホログラムが露光されたＧ用の第１〜第３の感光材料１１_11G 〜１１_13G を現像、漂白して、Ｇ用の要素ホログラム１１_11G 〜１１_13G を作製する。

さらに、ＢのＨ１ホログラム１１_B を構成する複数の要素ホログラム１１_11B 、１１_12B 、１１_13B の撮影を同様に行う。その場合の撮影配置を図９に示す。説明は図７、図８の場合と同様であるので省く。ただし、Ｂの特定波長λ_B としては、例えば４７６．５ｎｍ）のレーザ光を用い、Ｂの波長λ_B に感度の持つＢ用の第１、第２、第３の感光材料１１_11B 、１１_12B 、１１_13B を用い、物体光１_1B、１_2B、１_3Bと参照光は２_1B、２_2B、２_3Bを相互に干渉させて、第１物体Ｏ₁ のＢの要素ホログラム１１_11B 、第２物体Ｏ₂ のＢの要素ホログラム１１_12B 、第３物体Ｏ₃ のＢの要素ホログラム１１_13B を露光する。そして、別々のホログラムが露光されたＢ用の第１〜第３の感光材料１１_11B 〜１１_13B を現像、漂白して、Ｂ用の要素ホログラム１１_11B 〜１１_13B を作製する。

次いで、図１０〜図１２に示すように、それぞれＲ用の複数の要素ホログラム１１_11R 〜１１_13R 、Ｇ用の複数の要素ホログラム１１_11G 〜１１_13G 、Ｂ用の複数の要素ホログラム１１_11B 〜１１_13B を単色の要素ホログラム１１₁₁〜１１₁₃と同様に相互に隣接するように並列させて（図２、図４）、それぞれＲのＨ１ホログラム１１_R 、ＧのＨ１ホログラム１１_G 、ＢのＨ１ホログラム１１_B とする。

次いで、以上のＨ１ホログラム１１_R 、１１_G 、１１_B を用いて２段階目のＨ２ホログラムを作製する方法の１例を説明する。まず、図１０に示すように、このＲ用の要素ホログラム１１_11R 〜１１_13R が並列してなるＲのＨ１ホログラム１１_R にＲ用の要素ホログラム１１_11R 〜１１_13R の記録のときの参照光２_1R〜２_3Rと反対に進む波長λ_R の再生照明光３_R を、ＲのＨ１ホログラム１１_R に対して記録のときの参照光２_1R〜２_3Rが入射する側とは反対側から入射させると、ＲのＨ１ホログラム１１_R の面に対して記録のときの物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ の相対位置と同じ位置に各要素ホログラム１１_11R 〜１１_13R からの回折光４_1R〜４_3Rにより第１〜第３物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ のＲ成分の像Ｏ_1R’〜Ｏ_3R’が再生結像される。第１〜第３物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ の位置が空間的に相互に相対的に重なっていれば、像Ｏ_1R’〜Ｏ_3R’も空間的に重なって結像される。これら第１〜第３物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ のＲ成分の像Ｏ_1R’〜Ｏ_3R’が結像される位置近傍に透明基板２２上に貼り付けられた２段階目のＲの波長λ_R に感度の持つＲ用のＨ２ホログラム記録用感光材料２１_R を配置し、再生照明光３_R と可干渉な同一光源からの同一波長の平行光からなる参照光５_R を回折光４_1R〜４_3Rと反対側あるいは同じ側から任意の入射角で同時に入射させ、感光材料２１_R 中に２段階目のＲのＨ２ホログラムを露光する。

その後、感光材料２１_R を後処理して感光性を消失させ（この実施例においては、２段階目のホログラムＨ２記録用感光材料２１_R 、２１_G 、２１_B として、フォトポリマーを用いており、露光後のそれら感光材料を後処理として加熱、紫外線照射を行う。）、その上に、図１１に示すように、２段階目のＧの波長λ_G に感度の持つＧ用のＨ２ホログラム記録用感光材料２１_G を貼り付ける。そして、この透明基板２２位置を図１０の相対位置と同じ位置に配置して、図１０のＲのＨ１ホログラム１１_R の代わりに同じ位置に、Ｇ用の要素ホログラム１１_11G 〜１１_13G が並列してなるＧのＨ１ホログラム１１_G を配置し、同様に、そのＧのＨ１ホログラム１１_G にＧ用の要素ホログラム１１_11G 〜１１_13G の記録のときの参照光２_1G〜２_3Gと反対に進む波長λ_G の再生照明光３_G を、ＧのＨ１ホログラム１１_G に対して記録のときの参照光２_1G〜２_3Gが入射する側とは反対側から入射させると、ＧのＨ１ホログラム１１_G の面に対して記録のときの物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ の相対位置と同じ位置に各要素ホログラム１１_11G 〜１１_13G からの回折光４_1G〜４_3Gにより第１〜第３物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ のＧ成分の像Ｏ_1G’〜Ｏ_3G’が再生結像される。これらのＧ成分の像Ｏ_1G’〜Ｏ_3G’近傍に透明基板２２上に貼り付けられた２段階目のＧ用のＨ２ホログラム記録用感光材料２１_G が位置しており、再生照明光３_G と可干渉な同一光源からの同一波長の平行光からなる参照光５_G をＲの場合の参照光５_R と同一方向、同一入射角で同時に入射させ、感光材料２１_G 中に２段階目のＧのＨ２ホログラムを露光する。

その後、感光材料２１_G を後処理して感光性を消失させ、その上に、図１２に示すように、２段階目のＢの波長λ_B に感度の持つＢ用のＨ２ホログラム記録用感光材料２１_B を貼り付ける。そして、この透明基板２２位置を図１０、図１１の相対位置と同じ位置に配置して、図１１のＧのＨ１ホログラム１１_G の代わりに同じ位置に、Ｂ用の要素ホログラム１１_11B 〜１１_13B が並列してなるＢのＨ１ホログラム１１_B を配置し、同様に、そのＢのＨ１ホログラム１１_B にＢ用の要素ホログラム１１_11B 〜１１_13B の記録のときの参照光２_1B〜２_3Bと反対に進む波長λ_B の再生照明光３_B を、ＢのＨ１ホログラム１１_B に対して記録のときの参照光２_1B〜２_3Bが入射する側とは反対側から入射させると、ＢのＨ１ホログラム１１_B の面に対して記録のときの物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ の相対位置と同じ位置に各要素ホログラム１１_11B 〜１１_13B からの回折光４_1B〜４_3Bにより第１〜第３物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ のＢ成分の像Ｏ_1B’〜Ｏ_3B’が再生結像される。これらのＢ成分の像Ｏ_1B’〜Ｏ_3B’近傍に透明基板２２上に貼り付けられた２段階目のＢ用のＨ２ホログラム記録用感光材料２１_B が位置しており、再生照明光３_B と可干渉な同一光源からの同一波長の平行光からなる参照光５_B をＲ、Ｇの場合の参照光５_R 、５_G と同一方向、同一入射角で同時に入射させ、感光材料２１_B 中に２段階目のＢのＨ２ホログラムを露光する。

最後に、感光材料２１_B を同様に後処理して感光性を消失させることで、透明基板２２上に順に２段階目のＲのＨ２ホログラム（２１_R ）、ＧのＨ２ホログラム（２１_G ）、ＢのＨ２ホログラム（２１_B ）が積層されてなるフルカラーのＨ２ホログラム２１’が得られる。

このフルカラーのＨ２ホログラム２１’も、図３を用いて説明したように、Ｈ２ホログラム２１’に記録のときの参照光５_R 、５_G 、５_B と反対に進む再生照明光６、この場合は白色光を、Ｈ２ホログラム２１’（図３のＨ２ホログラム２１に対応）に対して記録のときの参照光５_R 、５_G 、５_B とは反対側から入射させると、回折光７により第１〜第３物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ のＲＧＢ３色カラー像Ｏ₁ ”〜Ｏ₃ ”が空間的に重なって再生されると共に、元のＨ１ホログラム１１_R 、１１_G 、１１_B の位置にＨ１ホログラム１１_R 、１１_G 、１１_B の記録面と同じ大きさの窓２５が再生される。そして、第１〜第３物体Ｏ₁ 〜Ｏ₃ の像Ｏ₁ ”〜Ｏ₃ ”の中、第１物体Ｏ₁ の像Ｏ₁ ”は窓２５中の第１の要素ホログラム１１_11R 、１１_11G 、１１_11B に対応する範囲２５₁ に向かう回折光成分７₁ によって再生され、第２物体Ｏ₂ の像Ｏ₂ ”は窓２５中の第２の要素ホログラム１１_12R 、１１_12G 、１１_12B に対応する範囲２５₂ に向かう回折光成分７₂ によって再生され、第３物体Ｏ₃ の像Ｏ₃ ”は窓２５中の第３の要素ホログラム１１_13R 、１１_13G 、１１_13B に対応する範囲２５₃ に向かう回折光成分７₃ によって再生される。したがって、観察眼Ｅが図３の角度範囲α₁ （窓２５中の範囲２５₁ がＨ２ホログラム２１の参照光５_R 、５_G 、５_B が入射する位置を見込む角度範囲）にある場合には、第１物体Ｏ₁ （立方体）のフルカラーの像Ｏ₁ ”がＨ２ホログラム２１（２１’）近傍に見え、角度範囲α₂ （窓２５中の範囲２５₂ がＨ２ホログラム２１（２１’）の参照光５_R 、５_G 、５_B が入射する位置を見込む角度範囲）にある場合には、第２物体Ｏ₂ （三角錐）のフルカラーの像Ｏ₂ ”がＨ２ホログラム２１（２１’）近傍に見え、角度範囲α₃ （窓２５中の範囲２５₃ がＨ２ホログラム２１の参照光５_R 、５_G 、５_B が入射する位置を見込む角度範囲）にある場合には、第３物体Ｏ₃ （円筒体）のフルカラー像Ｏ₃ ”がＨ２ホログラム２１近傍に見えることになり、見る方向により観察される画面がフルカラー像Ｏ₁ ”〜Ｏ₃ ”と切り替わる。しかも、各物体の像Ｏ₁ ”〜Ｏ₃ ”は３次元（３Ｄ）のものであり、見る方向により立体画面が順に切り替わる。

なお、図１０〜図１２において、Ｈ１ホログラム１１_R 、１１_G 、１１_B からの記録順はＲ、Ｇ、Ｂの順に限定されずどのような順であってもよい。

また、フルカラーのＨ２ホログラム２１’の作製方法としては、以上のように、共通の透明基板２２上にＲＧＢ用のホログラム記録用感光材料２１_R 、２１_G 、２１_B を順に積層しながら順に対応する色のホログラムを露光するのではなく、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色に感光性を持つ単一の感光材料に順にあるいは同時に露光するようにしてもよい。ただし、同時に露光するには、Ｈ１ホログラム１１_R 、１１_G 、１１_B も積層して同時に再生する必要があるが、Ｈ１ホログラム１１_R 、１１_G 、１１_B は透過型であり、波長依存性が高くなく色分散があるため、Ｈ２ホログラムとしてノイズの多いホログラムが記録される。ただし、Ｈ１ホログラム１１_R 、１１_G 、１１_B を体積型で反射型として作製することで、そのようなノイズを減らすことができる。

また、共通の透明基板２２上にＲＧＢ用のホログラム記録用感光材料２１_R 、２１_G 、２１_B を順に積層しながら順に対応する色のホログラムを露光するのではなく、ホログラム記録用感光材料２１_R 、２１_G 、２１_B を順に交換しながら対応する色のＨ２ホログラムを露光記録し、その記録したＲＧＢ３枚のＨ２ホログラムを記録後に積層して一体化することでフルカラーのＨ２ホログラム２１’としてもよい。この場合は、積層に伴って各ホログラムの厚さ分ホログラム間の相対位置がずれ、再生される各色成分の像位置がその分相対的にずれるのを補償するために、各Ｈ２ホログラムを露光するとき、Ｈ１ホログラム１１_R 、１１_G 、１１_B との距離を色毎に調整する必要がある。

また、Ｈ１ホログラム１１_R 、１１_G 、１１_B を構成する要素ホログラム１１_11R 、１１_12R 、１１_13R 、１１_11G 、１１_12G 、１１_13G 、１１_11B 、１１_12B 、１１_13B についても、以上のように、各色毎に別々の感光材料１１_11R 、１１_11G 、１１_11B ；１１_12R 、１１_12G 、１１_12B ；１１_13R 、１１_13G 、１１_13B を使用するものとしたが、もちろんＲ、Ｇ、Ｂ３色に感光性を持つ単一の感光材料中に多重記録するようにしてもよい（その場合は、９枚の感光材料の代わりに３枚の感光材料を用いる。）。ただし、その場合には、上記したように、透過型として作製する場合、波長依存性が高くなく色分散があるため、Ｈ２ホログラムとしてノイズの多いホログラムが記録されることになるが、Ｈ１ホログラムを体積型で反射型として作製することで、そのようなノイズを減らすことができる。

なお、以上の図７〜図１２のフルカラーの画面切替型ホログラムを作製する場合にも、単色ホログラムの場合と同様に、各Ｈ１ホログラム１１_R 、１１_G 、１１_B を構成する場合に、複数の要素ホログラム１１_11R 〜１１_13R ；１１_11G 〜１１_13G ；１１_11B 〜１１_13B を相互に接するように並列させるだけでなく、図４を用いて説明したように、相互に一部１３で重なり合うように並列させてもよく、あるいは、相互に隙間１４を介して並列させてもよい。そのようなＨ１ホログラム１１_R 、１１_G 、１１_B から記録されたＨ２ホログラム２１’からの観察像の切り替わりの角度依存性は単色ホログラムに関して説明したのと同様である。

以上、本発明の画面切替型ホログラム作製方法及びその方法により作製された画面切替型ホログラムを実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。例えば、Ｈ１ホログラムを構成する複数の要素ホログラムにそれぞれ別の物体（立方体、三角錐、円筒体）を記録するものとしたが、同一の物体を各要素ホログラムに記録するようにしてもよい。あるいは、例えば同一人物、動物等の連続する運動の一連の異なるコマ（シーン）を記録したものであってもよい。図１３はその１例の一連のシーンを示す図であり、図の上段のコマの並びの左から右へ、次いで中段の左から右へ、そして次に、下段の左から右へ移るに連れて馬の走る様子を示している。これらの一連のシーンを、Ｈ１ホログラムを構成する複数の上から下への要素ホログラムにそれぞれ記録すると、図１４に示すように、観察眼Ｅを上から下へ移動する間にＨ２ホログラム２１からの再生像が連続的に切り替わり、馬が走るように見える動画的効果を得ることができる。また、フルカラーホログラムの場合、画面の切り替えである画面ではフルカラーで記録物体像が再生され、別の画面ではモノクロの記録物体像が再生されるようにしてもよい。なお、本発明による画面切替型ホログラムは、偽造防止効果や意匠性に富んだホログラムとして使用可能であり、また、光学素子としても使用可能である。

本発明に基づいて２ステップ法により画面切替型ホログラムを作製する際の１段階目のＨ１ホログラムを構成する複数の要素ホログラムの撮影配置を示す図である。 ２段階目のＨ２ホログラムの撮影配置を示す図である。 作製された画面切替型ホログラムの作用を説明するための図である。 １段階目のＨ１ホログラムを構成する要素ホログラムの並列方法の変形を説明するための図である。 図４の並列配置をとって作製された画面切替型ホログラムの作用を説明するための図である。 Ｈ１ホログラムを構成する要素ホログラムの他の配置例を示す図である。 本発明に基づいてフルカラーの画面切替型ホログラムを作製する際に１段階目のＲのＨ１ホログラムを構成する複数の要素ホログラムの撮影配置を示す図である。 本発明に基づいてフルカラーの画面切替型ホログラムを作製する際に１段階目のＧのＨ１ホログラムを構成する複数の要素ホログラムの撮影配置を示す図である。 本発明に基づいてフルカラーの画面切替型ホログラムを作製する際に１段階目のＢのＨ１ホログラムを構成する複数の要素ホログラムの撮影配置を示す図である。 ２段階目のＲのＨ２ホログラムの撮影配置を示す図である。 ２段階目のＧのＨ２ホログラムの撮影配置を示す図である。 ２段階目のＢのＨ２ホログラムの撮影配置を示す図である。 複数の要素ホログラムに記録する連続する運動の一連のシーンの例を示す図である。 図１３の要素ホログラムを用いて作製された画面切替型ホログラムから動画的効果が得られることを説明するための図である。

符号の説明

１₁ 〜１₃ …物体光
１_1R、１_2R、１_3R…Ｒの物体光
１_1G、１_2G、１_3G…Ｇの物体光
１_1B、１_2B、１_3B…Ｂの物体光
２₁ 〜２₃ …参照光
２_1R、２_2R、２_3R…Ｒの参照光
２_1G、２_2G、２_3G…Ｇの参照光
２_1B、２_2B、２_3B…Ｂの参照光
３…再生照明光
３_R …Ｒの再生照明光
３_G …Ｇの再生照明光
３_B …Ｂの再生照明光
４₁ 〜４₃ …要素ホログラムからの回折光
４_1R〜４_3R…要素ホログラムからのＲの回折光
４_1G〜４_3G…要素ホログラムからのＧの回折光
４_1B〜４_3B…要素ホログラムからのＢの回折光
５…参照光
５_R …Ｒの参照光
５_G …Ｇの参照光
５_B …Ｂの参照光
６…再生照明光
７…回折光
７₁ 〜７_N …回折光成分
１１…Ｈ１ホログラム
１１_R …ＲのＨ１ホログラム
１１_G …ＧのＨ１ホログラム
１１_B …ＢのＨ１ホログラム
１１₁₁〜１１₁₉…感光材料（要素ホログラム）
１１_11R 〜１１_13R …Ｒ用の感光材料（Ｒ用の要素ホログラム）
１１_11G 〜１１_13G …Ｇ用の感光材料（Ｇ用の要素ホログラム）
１１_11B 〜１１_13B …Ｂ用の感光材料（Ｂ用の要素ホログラム）
１３…重なり部
１４…隙間
２１…Ｈ２ホログラム記録用感光材料（Ｈ２ホログラム）
２１’…フルカラーのＨ２ホログラム
２１_R …Ｒ用のＨ２ホログラム記録用感光材料
２１_G …Ｇ用のＨ２ホログラム記録用感光材料
２１_B …Ｂ用のＨ２ホログラム記録用感光材料
２２…透明基板
２５…窓
２５₁ 〜２５_N …窓の要素ホログラムに対応する範囲
Ｏ₁ 〜Ｏ₃ …物体
Ｏ₁ ’〜Ｏ₃ ’…物体の像
Ｏ₁ ”〜Ｏ₃ ”…物体の像の像
Ｏ_1R’〜Ｏ_1R’…物体のＲ成分の像
Ｏ_1G’〜Ｏ_1G’…物体のＧ成分の像
Ｏ_1B’〜Ｏ_1B’…物体のＢ成分の像

Claims (11)

1. 見る方向により観察画面が切り替わる画面切替型ホログラム作製方法であって、複数の要素ホログラム記録材料に別々の画面に表示する物体を同一入射角の参照光を用いてホログラム記録し、その複数の要素ホログラムを並列配置することで１段階目のホログラムとして構成し、その構成した１段階目のホログラムから各要素ホログラムに記録された物体像を同時に再生させ、その再生物体像近傍に２段階目のホログラム記録材料を配置して反射型あるいは透過型の体積ホログラムとして記録することを特徴とする画面切替型ホログラム作製方法。
2. 見る方向により観察画面が切り替わるフルカラーの画面切替型ホログラム作製方法であって、異なる色用にそれぞれ複数の要素ホログラム記録材料を用意し、各色の波長それぞれについて、複数の要素ホログラム記録材料に別々の画面に表示する物体を同一入射角の参照光を用いてホログラム記録し、その複数の要素ホログラムを並列配置することで各色の１段階目のホログラムとして構成し、その構成した１段階目のホログラム各々から各要素ホログラムに記録された対応する色成分の物体像を同時に再生させ、その再生物体像近傍に２段階目のホログラム記録材料を配置して反射型あるいは透過型の体積ホログラムとして記録することを特徴とする画面切替型ホログラム作製方法。
3. 複数の１段階目のホログラムから順に各要素ホログラムに記録された対応する色成分の物体像を同時に再生させ、その再生物体像近傍に対応する色成分が記録可能な２段階目のホログラム記録材料を配置して反射型あるいは透過型の体積ホログラムとして記録することを特徴とする請求項２記載の画面切替型ホログラム作製方法。
4. 異なる色用の２段階目のホログラム記録材料を順に積層させながら、複数の１段階目のホログラムから順に異なる色成分の物体像を再生させて順に積層された２段階目のホログラム記録材料に記録することを特徴とする請求項３記載の画面切替型ホログラム作製方法。
5. ２段階目のホログラムを記録する際の参照光の入射方向を、その参照光を１段階目のホログラムの面上に投影した場合に、１段階目のホログラムの複数の要素ホログラムの並列方向に略平行な方向とすることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の画面切替型ホログラム作製方法。
6. １段階目のホログラムにおける複数の要素ホログラムの並列配置において、要素ホログラム相互が一部で重なり合うように並列させることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の画面切替型ホログラム作製方法。
7. １段階目のホログラム記録材料として銀塩感光材料を使用し、２段階目のホログラム記録材料としてフォトポリマーを使用することを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の画面切替型ホログラム作製方法。
8. １段階目のホログラム及び２段階目のホログラム記録時に用いる参照光として略平行な光を用いることを特徴とする請求項１から７の何れか１項記載の画面切替型ホログラム作製方法。
9. 体積ホログラムからなり、所定の再生照明光を照射したときに、ホログラム面近傍に複数の物体像が再生され、また、ホログラム面から所定距離離間した位置に窓が再生されるように記録されており、前記複数の物体像各々を再生する回折光が前記窓の異なる領域に入射するように記録されていることを特徴とする画面切替型ホログラム。
10. 前記複数の物体像各々を再生する回折光が前記窓中で一部重なった領域に入射するように記録されていることを特徴とする請求項９記載の画面切替型ホログラム。
11. フルカラーのホログラムとして記録されていることを特徴とする請求項９又は１０記載の画面切替型ホログラム。

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