JP2806927B2 - ホログラムの再生方法および再生装置 - Google Patents

ホログラムの再生方法および再生装置

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はホログラムの再生方法および再生装置、特に
白色光源を用いて鮮明な再生像を得るためのホログラム
の再生方法及び再生装置に関する。 〔従来の技術〕 ホログラフィは、立体像を記録、再生する上で極めて
有効な技術であり、この技術を用いて作られたホログラ
ムは三次元ディスプレイとして広く利用されている。従
来、このようなホログラムの記録再生には、レーザ光が
用いられていたが、近年、記録のみをレーザ光で行い、
再生を白色光で行う白色光再生型のホログラムが開発さ
れている。このような白色光再生型のホログラムは、再
生時にレーザを必要としないため、三次元ディスプレイ
として広範囲の分野で利用され始めている。 〔発明が開発しようとする問題点〕 前述のように、白色光再生型のホログラムは、再生時
にレーザ光を必要とせず、汎用性に富んだ利用が可能で
あるという利点はあるが、レーザ光再生型のホログラム
に比べて鮮明な再生像を得ることができないという問題
点がある。すなわち、通常の白色光は種々の波長の光を
含んでおり、特にホログラム記録面から離れた部分で
は、像を再生する回折光の色分散が大きくなり、ぼけが
生じることになる。したがって、奥行きをもった物体を
記録した場合には、全体的に不鮮明な再生像しか得られ
ない。 このような白色光再生型のホログラムの問題点を解決
するために、ホログラムからの回折光を透過型の回折格
子を通して観察するように、回折光の波長分散を補償す
る方法も試みられているが、十分な補償を行うことは困
難であり、十分鮮明な再生像は得られていない。また、
このように透過型の回折格子を通して観察すると、回折
格子の回折効率には限度があるため、再生像が暗くなる
という弊害も生じることになる。 そこで本発明は、白色光で照明しても鮮明な再生像を
得ることができるホログラムの再生方法および再生装置
を提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の第1の特徴は、立体像が記録された再生用ホ
ログラムを白色光を用いて再生するホログラムの再生方
法において、白色光をリップマンホログラムに照射し、
このリップマンホログラムからの回折光を再生照明光と
して再生用ホログラムに照射して再生像を得るように
し、白色光で照明しても鮮明な再生像を得ることができ
るようにした点にある。 本発明の第2の特徴は、ホログラムの再生装置におい
て、立体像か記録された再生用ホログラムと、この再生
用ホログラムを照明するための白色光源と、この白色光
源からの光を受け、限定された波長域の光のみを回折光
として射出して再生用ホログラムに照射するリップマン
ホログラムと、を設け、再生用ホログラムからの回折光
によって再生像を形成させるようにし、白色光で照明し
ても鮮明な再生像を得ることができるようにした点にあ
る。 〔作 用〕 第1図に本発明の基本構成を示す。本発明の特徴とな
る構成要素は、リップマンホログラム1である。このリ
ップマンホログラム1からの回折光を再生用ホログラム
2に照射して再生像を得るのである。すなわち、白色光
源3からの白色光を光学系4で集光して照明光L1とし、
これをリップマンホログラム1に照射し、その回折光を
再生照明光L2として利用するのである。再生用ホログラ
ム2が透過型のものであれば視点5aから、反射型のもの
であれば視点5bから、それぞれ観測すればホログラム立
体像が得られる。このように、リップマンホログラム2
を利用してホログラム立体像の再生を行うと、白色光に
より照明を行っても鮮明な再生像を得ることができる。
これは、次の2つの理由により説明される。 第1の理由は、照明光L1が白色光であっても、リップ
マンホログラム1から回折した再生照明光L2は波長域の
狭い単色光に近いものになるためである。これがブラッ
グの反射条件によって説明される。いま、リップマンホ
ログラム1の干渉縞の間隔をd、この干渉縞に対する照
明光L1の入射角をθとすれば、リップマンホログラム1
からの一次回折光の波長λは、 λ=2dsinθ (1) で表される。すなわち、再生照明光L2は上式を満足する
波長の光から構成されることになる。実際には、色分散
が生じて上式のような完全な単色光は得られず、ある程
度の波長幅をもった光となるが、照明光L1の白色光に比
べれば再生照明光L2は非常に波長域の狭い光となる。し
たがって、白色光で照明しても鮮明な再生像を得ること
ができるのである。 第2の理由は、リップマンホログラム1を所定の条件
で形成しておけば、再生照明光L2のもつ色分散の補償を
行うことができるためである。前述のように再生照明光
L2は完全な単色光とならない。このような種々の波長の
光を再生用ホログラム2に対して同じ方向から照射した
場合、その回折光は波長によって様々な方向に向かうこ
とになる。したがって、色分散が生じ再生像がぼけるこ
とになる。ところが、うまい具合にリップマンホログラ
ム1からの回折光は、波長によって異なった方向に向か
うので、再生用ホログラム2に対して再生照明L2は、各
波長ごとに異なった角度で入射することになる。そこ
で、この各波長ごとの入射角をうまく設定してやり、最
終的な再生用ホログラム2からの回折光が波長依存性を
もたないようにしてやれば、色分散の補償を行うことが
できるのである。 以下、この色分散の補償を行うための条件について詳
述することにする。いま、リップマンホログラム1を第
2図に示すようにして形成するものとする。すなわち、
感光原版1′に波長λの光を入射角θo1(物体光に相
当)および入射角θr1(参照光に相当)の角度で照射
し、その干渉縞を記録してリップマンホログラム1とす
るのである。このようにして形成したリップマンホログ
ラム1を、第3図に示すように波長λの光で入射角θ
c1をもって照明したときの、リップマンホログラム1か
らの一次回折光の出射角θi1は、式(2)で表される。 いま、 θc1=θo1 (3) となるように照明したとすると、式(2)は次式のよう
になる。 一方、再生用ホログラム2は第4図に示すようにして
形成するものとする。すなわち、感光原版2′に波長λ
の物体光を入射角θo2で照射し、波長同じくλの参
照光を入射角θr2で照射し、両者の干渉縞を記録して再
生用ホログラム2とするのである。このようにして形成
した再生用ホログラム2を、第5図に示すように波長λ
の再生光で入射角θr2をもって照明したときの、再生
用ホログラム2からの一次回折光の出射角θi2は、式
(5)で表される。 いま、 θo2=θo1 (6) θr2=θr1 (7) となるように再生用ホログラム2を形成したものとし、
リップマンホログラム1の一次回折光を再生用ホログラ
ム2の再生照明光として用いる際に、 θc2=θi1 (8) なる条件を満たすように光学系を配置したとすると、式
(5)は次式のようになる。 したがって、 θi2=θo1 (10) となり、再生用ホログラム2からの一次回折光の回折角
θi2については、再生照明の波長依存性がなくなり、波
長分散が補償される。 〔実施例〕 以下、本発明をいくつかの実施例に基づいて詳述す
る。 実施例1 まず、第2図に示す原理に基づいて、リップマンホロ
グラム1を作製した。リップマンホログラム1のもとに
なる感光原版1′としては、重クロム散ゼラチンを塗布
したガラス乾板を使用した。感光原版1′としては、こ
の他、銀塩感光材料、フォトポリマー等を用いてもよ
い。光源としては波長488nmのAr+レーザからの平行光を
用い、入射角θo1=0゜、θr1=135゜としてこの感光
原版に照射した。露光後に所定の現像処理を行い、リッ
プマンホログラム1を作製した。 次に、第4図に示す原理に基づいて、再生用ホログラ
ム2を作製した。再生用ホログラム2のものになる感光
原版2′および光源はリップマンホログラム1の作製と
同じものを用いた。したがって、この再生用ホログラム
作製における参照光は、前述のリップマンホログラム作
製に用いた参照光と等価または共役な波面を有すること
になる。第6図に示すように、被写体6に対して反対側
から参照光L3を照射し、反射型のフレネルホログラムを
形成した。参照光L3は平行光束として、入射角θr2=13
5゜とした。また、被写体6からの物体光L4の平均入射
角θo2=0゜とした(これにより前述の式(6),
(7)の条件が満たされることになる)。なお、被写体
6と再生用ホログラムを構成する感光原版2′との距離
は150mmとした。また、感光原版2′としては、この
他、フォトレジスト等を用いて記録したレリーフホログ
ラムや、この複製品を用いることもできる。 以上のようにして作製したリップマンホログラム1お
よび再生用ホログラム2を第1図に示すように配置し、
ホログラムの再生を行った。リップマンホログラム1と
再生用ホログラム2とは、第1図に示すように平行に配
置される(これにより前述の式(8)の条件が満たされ
ることになる)。光源3としてはタングステンランプを
有するスポットライトを用い、この光源3からの照明光
を光学系4でコリメートして入射角θc1=0゜でリップ
マンホログラム1を照射し(これにより前述の式(3)
の条件が満たされることになる)、ここからの一次回折
光で再生用ホログラム2を照明し、視点5bから観察する
と緑青色の鮮明な被写体再生像を得た。リップマンホロ
グラム1は、回折格子等と比較して回折効率が高いた
め、明るい再生像が得られた。なお、この再生用ホログ
ラム2を単にスポットライトで照明した場合、得られる
被写体再生像は不鮮明で詳細な形状把握が困難であっ
た。 再生用の光源3としては、この他、太陽光、水銀灯、
LED等を用いることができるが、一般に白色の点光源を
用いるのが好ましい。また、第1図において、リップマ
ンホログラム1と再生用ホログラム2との間に光学系を
設けてL2の光路を制御するようにしてもよい。 実施例2 リップマンホログラム1は実施例1と同様の方法で作
成した。再生用ホログラム2については、もとになる感
光原版2′として、透過型ホログラム2に適したアグフ
ァゲバルト社製の8E56HDプレートを用い、光源はリップ
マンホログラム1の作製と同様に波長488nmのAr+レーザ
を用いた。第7図に示すように、被写体6と同じ側から
参照光L3を照射し、透過型フレネルホログラムを形成し
た。参照光L3は平行光束とし、入射角θr2=45゜とし
た。また、被写体6からの物体光L4の平均入射角θo2
0゜とした。なお、被写体6と感光原版2´との距離は
200mmとした。 以上のようにして作製したリップマンホログラム1お
よび再生用ホログラム2を第1図に示すように配置し、
ホログラムの再生を行った。光源3としてはスポットラ
イトを用い、この光源3からの照明光を光学系4でコリ
メートしてリップマンホログラム1を照射し、ここから
の一次回折光で再生用ホログラム2を照明し、視点5aか
ら観察すると緑青色の鮮明な被写体再生像を得た。な
お、この再生用ホログラム2を単にスポットライトで照
明した場合、得られる被写体再生像は極めて不鮮明で形
状把握が全くできなかった。 実施例3 この実施例では、再生用ホログラム2としてイメージ
ホログラムを用いている。すなわち、第8図に示すよう
に、被写体6と感光原版2′との間に、光学系7を設
け、感光原版2′上に被写体6の像を形成し、再生用ホ
ログラム2の作製を行っている。その他の条件は実施例
2と同様である。得られたイメージホログラムの再生像
は、極めて鮮明であり、全体的にぼけのないものであっ
た。 実施例4 この実施例は、前述の3つの実施例とはやや異なる。
すなわち、前述の実施例はすべて式(3),(6),
(7),(8)の条件を満足させるように諸条件の設定
を行っているが、本実施例の場合、これらとは異なった
条件によって同様の結果を得ているのである。まず、リ
ップマンホログラム1を作製する際、θr1≒180゜、θ
o1≒45゜とし、再生用ホログラム2を作製する際、θr2
≒45゜または135゜、θo2≒0゜とするのである。そし
て、再生時に、第9図に示すようにリップマンホログラ
ム1と再生用ホログラム2とのなす角が45゜になるよう
に配置し、再生用照明光の入射角θc1≒45゜とすれば、
再生用ホログラム2からの一次回折光の波長分散がなく
なり、前述の各実施例と同様の効果が得られる。 実施例の効果 (1)フレネルホログラムの再生は、従来レーザ光を必
要としていたため、一般のディスプレイ装置に用いるに
は汎用性に欠けていた。ところが、前述の実施例1,2に
示す方法によれば、白色光源を用いて鮮明な再生像を得
ることができる。 (2)イメージホログラムの再生は、従来から白色光源
を用いて行われていたが、従来の再生方法では、ホログ
ラム面より離れた位置の再生像がぼけ、鮮明な像が得ら
れなかったが、前述の実施例3に示す方法によれば、鮮
明な再生像を得ることができる。 〔発明の効果〕 以上のとおり本発明によれば、白色光をリップマンホ
ログラムに照射し、このリップマンホログラムからの回
折光を再生照明光として再生用ホログラムに照射して再
生像を得るようにしたため、白色光源を用いて鮮明な再
生像を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係るホログラムの再生方法および再生
装置の原理図、第2図は第1図に示すリップマンホログ
ラムの製造方法を示す図、第3図は第1図に示すリップ
マンホログラムの回折特性を示す図、第4図は第1図に
示す再生用ホログラムの製造方法を示す図、第5図は第
1図に示す再生用ホログラムの回折特性を示す図、第6
図は本発明に係る再生用の反射型フレネルホログラムの
製造方法を示す図、第7図は本発明に係る再生用の透過
型フレネルホログラムの製造方法を示す図、第8図は本
発明に係る再生用の透過型イメージホログラムの製造方
法を示す図、第9図は本発明の一実施例に係るホログラ
ムの再生装置における各ホログラムの配置条件を示す図
である。 1……リップマンホログラム、1′……感光原版、2…
…再生用ホログラム、2′……感光原版、3……光源、
4……光学系、5a,5b……視点、6……被写体、7……
光学系、L1……照明光、L2……再生用照明光、L3……参
照光、L4……物体光。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.所定の条件で形成されたリップマンホログラムに白
    色光を照射するステップと、 前記リップマンホログラムからの一次回折光が照射され
    た場合に、前記リップマンホログラムからの一次回折光
    に生じる波長分散によって、一次回折光に生じる波長分
    散が補償されて一次回折光の回折角が波長依存性をもた
    ないパターンを有するように立体像が記録された再生用
    ホログラムに、前記リップマンホログラムからの回折光
    を再生照明光として照射して再生像を得るステップと、 を備えていることを特徴とするホログラムの再生方法。 2.リップマンホログラムからの一次回折光を再生照明
    光として利用することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載のホログラムの再生方法。 3.再生用ホログラムの記録を入射θ01及びθr1で行
    い、リップマンホログラムの記録を入射角θ02及びθr2
    で行うとき、前記2枚のホログラムの記録は同一波長の
    光束を用いてθ01=θ02r1=θr2の条件の下で行
    い、再生時には前記2枚のホログラムは平行に配置する
    ことを特徴とする請求項1記載のホログラムの再生方
    法。 4.入射角0゜の光束と入射角45゜または135゜の光束
    との干渉縞によって立体像が記載されたパターンを有す
    る再生用ホログラムと、入射角45゜の光束と入射角180
    ゜の光束との干渉縞によって形成されたパターンを有す
    るリップマンホログラムとを互いに45゜の角をなして配
    置するステップと、 白色光源からの光を入射身角45゜で前記リップマンホロ
    グラムに照射するステップと、 前記リップマンホログラムからの回折光を再生照明光と
    して前記再生用ホログラムに照射して再生像を得るステ
    ップと、 を備え、前記再生用ホログラムと前記リップマンホログ
    ラムとが、同一波長の光束による露光パターンを有して
    いることを特徴とするホログラムの再生方法。 5.リップマンホログラムからの一次回折光を再生照明
    光として利用することを特徴とする特許請求の範囲第4
    項記載のホログラムの再生方法。 6.2種類の光束の干渉縞によって立体像が記録された
    パターンを有する再生用ホログラムと、 白色光源と、 前記再生用ホログラムと平行となるように配置され、前
    記白色光源からの光を受け、限定された波長域の光のみ
    を回折光として射出して前記再生用ホログラムに、照射
    するリップマンホログラムと、 を備え、前記2種類の光束の入射角に関する条件が、前
    記再生用ホログラムと前記リップマンホログラムとにお
    いて、ともに等しく、前記再生用ホログラムからの回折
    光によって再生像を形成させることを特徴とするホログ
    ラムの再生装置。 7.再生用ホログラムとリップマンホログラムとが、同
    一波長の光束による露光パターンを有することを特徴と
    する特許請求の範囲第6項記載のホログラムの再生装
    置。 8.入射角0゜の光束と入射角45゜または135゜の光束
    との干渉縞によって立体像が記載されたパターンを有す
    る再生用ホログラムと、 この再生用ホログラムとは45゜の角度をなして配置さ
    れ、入射角45゜の光束と入射角180゜の光束との干渉縞
    によって形成されたパターンを有するリップマンホログ
    ラムと、 このリップマンホログラムに入射角45゜で入射する白色
    光を出射する白色光源と、 を備え、 前記再生用ホログラムと前記リップマンホログラムと
    が、同一波長の光束による露光パターンを有し、 前記リップマンホログラムからの回折光を再生照明光と
    して前記再生用ホログラムに照射して再生像を得ること
    を特徴とするホログラムの再生装置。
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