JP3076213B2

JP3076213B2 - ホログラム作成装置

Info

Publication number: JP3076213B2
Application number: JP07038580A
Authority: JP
Inventors: 功史小出
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 2000-08-14
Anticipated expiration: 2015-08-14
Also published as: JPH08234650A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、書籍、カタログ・パン
フレット、カレンダー、パッケージ、テレフォンカー
ド、販売促進ツール、ＰＯＰツール、プレミアムツー
ル、イベントツール、はがき、各種カード、ＩＤカー
ド、許可証・認証、ディスプレイ等に使用される白色光
再生可能なイメージ型ホログラムを作成するホログラム
作成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽光や照明光などの白色再生可
能なイメージ型ホログラムを作成するには、以下の二つ
の方法があった。第１の方法は、図６に示すように口径
の大きいレンズを用いて物体のイメージを感光材料に結
像し、参照光をあてて、そのホログラムを感光材料を記
録する方法である。図６において、（６１）は、物体照
射光、（６２）は被写体、（６３）は結像レンズ、（６
４）はホログラム乾板、（６５）は実像、（６６）は参
照光である。第２の方法は、図７に示すように、一度、
感光材料にフレネル型ホログラム（マスターホログラ
ム）を記録し、その再生像のホログラムを再び感光材料
に記録する方法である。図７（ａ）は、マスターホログ
ラムの記録の方法を示している。図７（ａ）において、
（７１）は物体照射光、（７２）は被写体、（７３）は
物体反射光、（７４）は参照光、（７５）はマスターホ
ログラムである。図７（ｂ）は、イメージホログラムの
記録の方法を示している。図７（ｂ）において、（７
６）は被写体の実像、（７７）はイメージホログラム、
（７８）は参照光、（７９）は（７４）と共役な参照光
である。図７（ｃ）は、イメージホログラムの再生の方
法を示している。図７（ｃ）において、（８０）は（７
８）と共役な参照光、（８１）は被写体の像である。こ
こで第１の方法による場合には、口径の大きい高価なレ
ンズを使用しなければならず、広い場所が必要であっ
た。また、第２の方法による場合には、一度、フレネル
型ホログラムを作成しなければならないので、その露光
処理、現像処理や漂白処理等をしなければならないので
手間がかかっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の課題を
解決するためになされたものであって、口径の大きいレ
ンズを必要とせず、また、フレネル型ホログラムの露光
・現像・漂白処理が不要なホログラム作成装置を提供す
ることを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のホログ
ラム作成装置は、物体のフレネル型ホログラムを実時間
で作成するための第１のレーザ照射手段と、フレネル型
ホログラムをその上に作成するための液晶空間光変調素
子と、フレネル型ホログラムを実時間で再生し、イメー
ジ型ホログラムとして記録するための第２のレーザ照射
手段とからなり、第１のレーザ照射手段がパルスレーザ
を用い、第２のレーザ照射手段が連続光レーザを用い、
液晶空間光変調素子に強誘電性液晶を用いることを特徴
とする。

【０００５】

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【作用】請求項１に記載のホログラム作成装置によれ
ば、パルスレーザを用いる第１のレーザ照射手段によっ
て、物体からの光と参照光との干渉縞が、液晶空間光変
調素子の光導電層に形成される。強誘電性液晶を用いる
液晶空間光変調素子は、光書き込み型であるので、干渉
縞が液晶層にフレネル型ホログラムとして転写、記録さ
れる。連続光レーザを用いる第２のレーザ照射手段によ
って液晶層のフレネル型ホログラムを再生する。このよ
うに、液晶空間光変調素子を使用することにより、実時
間でホログラムの記録、再生を行うことができる。ま
た、第２のレーザ照射手段によって、再生像（実像）と
参照光との干渉光を再生像（実像）付近に配置した感光
材料にイメージホログラムとして記録する。また、フレ
ネル型ホログラムの回折効率が低い場合や、感光材料の
感度が悪い場合でも、連続光レーザによって確実に物体
のイメージ型ホログラムを作成することができる。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例について図面を
参照しながら説明する。

【００１５】図１は本発明の構成を示す図である。図１
において、（２）はＨｅ−Ｎｅレーザであり、（４）は
ビームエキスパンダーであり、（６）はハーフミラーで
あり、（９）、（１０）はミラーであり、これらが、第
１のレーザ照射手段を形成する。（１１）は被写体とし
ての物体である。（３０）は液晶空間光変調素子であ
る。（２０）はＨｅ−Ｎｅレーザであり、（２２）はビ
ームエキスパンダーであり、（２４）はハーフミラーで
あり、（２７）、（２８）、（２９）はミラーであり、
これらが第２のレーザ照射手段を形成する。（４０）は
感光材料である。

【００１６】図３は本発明によるイメージ型ホログラム
作成装置の動作順序を説明するためのフローチャートで
ある。図３に示すように、第１段階（Ｓ１）は、Ｈｅ−
Ｎｅレーザ（２）による液晶空間光変調素子（３０）へ
の物体（１１）のフレネル型ホログラムの記録である。
第２段階（Ｓ２）は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（２０）による
前記フレネルホログラムの再生である。第３段階（Ｓ
３）は、前記Ｈｅ−Ｎｅレーザ（２０）による感光材料
（４０）への前記フレネルホログラム再生像（実像）の
イメージ型ホログラムの記録である。以下この３つの段
階に分けてそれぞれを説明する。

【００１７】第１段階においては、液晶空間光変調素子
へのフレネル型ホログラムの記録が行われる。図１に
おいて、Ｈｅ−Ｎｅレーザから出射された光（３）はビ
ームエキスパンダー（４）によってそのビーム径が広げ
られ光束（５）へと変換される。光束（５）はハーフミ
ラー（６）によって光束（７）と光束（８）に分けられ
る。光束（７）はミラー（９）とミラー（１０）によっ
てその伝播方向を変えられ液晶空間光変調素子（３０）
の光導電層（３２）へと入射する。光束（８）は物体
（１１）を照射する。物体（１１）を照射した光束
（８）は、反射もしくは散乱される。反射・散乱光（１
２）は液晶空間光変調素子（３０）の光束（７）の照射
領域に入射する。液晶空間光変調素子（３０）の光導電
層（３２）に入射した２つの光である光束（７）と反射
・散乱光（１２）は互いに干渉しあい、図５に示すよう
に液晶空間光変調素子（３０）の光導電層（３２）に干
渉縞（４１）を形成する。このようにして形成された干
渉縞（４１）は屈折率分布として液晶層（３１）に位相
回折格子（４２）として転写される。このメカニズムを
以下に液晶空間光変調素子（３０）の構成と動作ととも
に説明する。

【００１８】図４は本発明に用いられた液晶空間光変調
素子（３０）の構成を示す断面図である。図４におい
て、（３３ａ）と（３３ｂ）はガラス基板、（３４ａ）
と（３４ｂ）はＩＴＯ等の透明電極、（３５ａ）と（３
５ｂ）はネマティック液晶をティルト配向させるための
配向膜、（３２）は水素化アモルファスシリコン（ａ−
ＳＩ：Ｈ）等の光導電層、（３８）はＴｉＯ₂等の高屈
折率誘電体とＳｉＯ₂等の低屈折率誘導体を交互に多層
積層した誘電体多層膜ミラー、（３６ａ）と（３６ｂ）
はスペーサー、（３１）は液晶層、（３７）は交流電圧
である。

【００１９】光導電層（３２）であるａ−Ｓｉ：Ｈ膜の
形成は、透明電極（３４ａ）としてＩＴＯが形成された
書き込み側のガラス基板（３３ａ）上に、Ａｒ（アルゴ
ン）とＨ₂（水素）との混合ガス中で、Ｓｉターゲット
を用いて、スパッタ法により成膜を行い、イントリンシ
ックなａ−Ｓｉ：Ｈ膜（３２）を得る。このように形成
したａ−Ｓｉ：Ｈ膜（３２）の特性は、例えば、暗導電
率が約１０^-10Ｓ／ｃｍ、光導電率が約１０^-7Ｓ／ｃｍ
であり、その膜厚は約１．５μｍである。ここで、本実
施例による液晶空間光変調素子（３０）に用いる光導電
膜であるａ−Ｓｉ：Ｈ膜（３２）としては、暗導電率と
光導電率との比が２桁以上もあり、特に１００Ｈｚ以上
の周波数で駆動する場合には、光導電率が１０^-8Ｓ／ｃ
ｍ以上であることが望ましい。

【００２０】誘導体多層膜ミラー（３８）は十分に光導
電率の低い半導体と低屈折率誘導体を交互に多層積層し
たものであり、本実施例では、十分に光導電率の低い半
導体としてＡ−Ｓｉ：Ｈを、低屈折率誘導体として２酸
化シリコンを用いた。

【００２１】配向膜（３５ａ）と（３５ｂ）は、ネマテ
ィック液晶をティルト配向させるためであって、ＳｉＯ
をガラス基板面の法線方向に対して８５゜角度で斜方蒸
着により形成することが望ましい。

【００２２】このように形成した配向膜（３５ａ）と
（３５ｂ）を対向させ、スペーサ（３６ａ）と（３６
ｂ）により隙間を形成し、この隙間にネマティック液晶
を充填し、厚さ３μｍの液晶層を形成する。本実施例
は、ネマティック液晶として、位相シフト量を十分に大
きくするために大きな複屈折を示すものが望ましく、例
えばメルク社のＥ４４を使用し得る。なお、本実施例で
は、ネマティック液晶が印加される電圧の強さに応じ
て、ガラス基板面とほぼ平行な状態からガラス基板面と
垂直の状態に配向する正の誘電異方性を示すネマティッ
ク液晶をホモジニアス配向にして用いたが、負の誘電異
方性を示すネマティック液晶をホメオトロピック配向に
して用いても良い。

【００２３】このようにして作製された本実施例の液晶
空間光変調素子の構造において、位相シフト量は、低い
空間周波数（位相回折格子）では、ネマティック液晶の
複屈折と液晶層の厚さの積になり、液晶層の厚さの厚い
方が位相シフト量は大きくなる。他方、高い空間周波数
では、むしろ液晶層の厚さの薄い方が位相シフト量は大
きくなる。従って、ホログラムを記録するのに必要な数
１００１ｐ／ｍｍ以上の高空間周波数で十分な回析効率
を得るためには、この高空間周波数領域で十分な位相シ
フト量を得ることができるように、液晶層の厚さは薄い
方が望ましく、本実施例では約３μｍｍである。また、
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜（３２）の膜厚は、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜（３
２）と液晶層（３１）との電気容量の比から液晶層と同
程度かそれ以上が望ましいが、本実施例の液晶空間光変
調素子（３０）においては、ホログラムを記録するのに
必要な数１００１ｐ／ｍｍ以上の高空間周波数で十分な
回折効率を得るために、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜（３２）の膜厚
を液晶層（３１）より薄い１．５μｍとするのが望まし
い。

【００２４】つぎに、図５に基づいて、液晶空間光変調
素子（３０）の動作について説明する。図５は液晶空間
光変調素子（３０）のガラス基板（３３ａ）と（３３
ｂ）と透明電極（３４ａ）と（３４ｂ）を省略した断面
図である。図１で示したように、液晶空間光変調素子
（３０）の光導電層（３２）には光束（７）と物体（１
１）からの反射・散乱光（１２）が入射し、お互い干渉
して干渉縞（４１）が形成される。この干渉縞（４１）
により、光導電層（３２）に空間的インピーダンス分布
が形成される。さらに、液晶層（３１）と光導電層（３
２）は直列的に電気接続されているため、これらのイン
ピーダンス変化は、液晶（３１）への印加電圧の空間的
変化として反映される。この電圧の空間的変化に応じ
て、液晶分子の配向方向が変化し、位相回折格子（４
２）が形成される。このようにして、干渉縞（４１）が
液晶層（３１）上に転写される。この位相回折格子（４
２）は物体（１１）のフレネル型ホログラムとなってい
る。

【００２５】第２段階においては、フレネル型ホログラ
ムの再生が行われる。第１段階において液晶空間光変調
素子（３０）の液晶層（３１）に形成された物体（１
１）のフレネル型ホログラムの再生について説明する。
図１に示すＨｅ−Ｎｅレーザ（２０）から出射された光
（２１）はビームエキスパンダー（２２）により、ビー
ム径が広げられ光束（２３）に変換される。光束（２
３）はハーフミラー（２４）により光束（２５）と光束
（２６）に分割される。光束（２６）はミラー（２９）
によってその伝播方向を変えられ、光束（７）の伝播方
向の全く逆方向から液晶空間光変調素子（３０）の液晶
層（３１）を照射する。液晶層（３１）には物体（１
１）のフレネル型ホログラムが位相回析格子（４２）と
して記録されているので、そのホログララム再生像（実
像）は物体（１１）の液晶空間光変調素子（３０）の面
に対称な位置に形成される。

【００２６】第３段階においては、イメージ型ホログラ
ムの記録が行われる。図２に示すように、感光材料（４
０）はホログラム再生像（実像）（５０）の像内の位置
におかれる。また、感光材料（４０）にはミラー（２
７）とミラー（２８）とによって伝播方向を変えられた
光束（２５）が感光材料（４０）上方より照射される。
図１では、光束（２５）は液晶空間光変調素子（３０）
を透過しているように描かれているが、実際は液晶空間
光変調素子（３０）の上方を通っていて、透過はしてい
ない。したがって、感光材料（４０）面上にはホログラ
ム再生波（５１）と光束（２５）の干渉縞が形成され、
感光材料（４０）が感光することによって干渉縞が記録
される。この感光材料（４０）を現像・漂白処理をすれ
ば物体（１１）のイメージ型ホログラムが作成できる。

【００２７】このようにして、記録されたイメージ型ホ
ログラムは図２の光束（２５）の方向と逆方向から太陽
光などの白色光を照射することによって記録された物体
（１１）の再生像を見ることが可能になる。

【００２８】つぎに、本発明の第２の実施例について説
明する。

【００２９】第１の実施例では、第１のレーザ照射手段
の光源（２）及び第２のレーザ照射手段の光源（２０）
に連続光を発するＨｅ−Ｎｅレーザを用いていた。これ
らの光源をルビーレーザやＹＡＧレーザ等のパルスレー
ザ装置に置き換えて使用することにより、動きのある物
体、例えば、人間のポートレートのような動く物体のイ
メージ型ホログラムを作成することができる。また、動
きのある物体を連続的にコマ撮りし、作成された複数の
イメージ型ホログラムを時間的に順番に再生させること
で動画のホログラムの再生が可能となる。コマ撮りの時
間間隔は液晶分子の応答速度で決まり、本実施例に用い
ている液晶空間光変調素子（３０）では３０ｍｓｅｃの
間隔になる。なお、本実施例に用いる２台のパルスレー
ザのパルス持続時間とその発振タイミングは同一でなけ
ればならない。また、液晶空間光変調素子（３０）の液
晶層（３１）に物体（１１）のフレネル型ホログラムを
形成させるのに使用するパルスレーザの出力は約１０^-8
秒の短い時間で液晶空間光変調素子（３０）の液晶層
（３１）に位相回折格子（４２）を形成させなければな
らないので高出力であることが望ましい。具体的には、
ルビーレーザやＹＡＧレーザであることが望ましい。ま
た、そのフレネル型ホログラムを再生させ感光材料（４
０）にイメージ型ホログラムを記録するのに使用するパ
ルスレーザの出力はそのレーザ光が液晶空間光変調素子
（３０）の誘電体多層膜ミラー（３８）を透過しない程
度のものが望ましい。具体的には、上記のルビーレーザ
やＹＡＧレーザを用い、その出力をＮＤフィルターによ
って低くしてやればよく、また、半導体レーザのような
低出力のものでも、感光材料を露光できる出力のもので
あればよい。以上説明したようにして、本実施例では、
動く物体をコマ撮りしたイメージ型ホログラムを作成す
ることが可能になる。

【００３０】つぎに、本発明の第３の実施例について説
明する。

【００３１】第２の実施例では、液晶空間光変調素子
（３０）の液晶層（３１）に充填されている液晶はネマ
ティック液晶であった。ネマティック液晶を用いた場
合、液晶層（３１）の位相回折格子（４２）の記録保持
時間は光誘電層（３２）に干渉縞が照射されている間で
ある。従って、液晶空間光変調素子（３０）の液晶層
（３１）に記録されたフレネル型ホログラムを再生し、
イメージ型ホログラムを感光材料（４０）に記録する際
に、液晶空間光変調素子（３０）の液晶層（３１）に記
録されたフレネル型ホログラムの回折効率が低い場合
や、感光材料（４０）の感度が悪い場合には、約１０^-8
秒であるパルス持続時間では感光材料（４０）が十分に
露光されない場合がある。また、パルス持続時間が短い
から、そのレーザ出力を上げて使用すると光束（２６）
が液晶空間光変調素子（３０）の誘電体多層膜ミラー
（３８）を透過し、光導電層（３２）に達して空間的イ
ンピーダンス分布が変化し、液晶層（３１）に記録され
ているフレネル型ホログラムを破壊してしまうことがあ
る。よって、メモリー性をもつ強誘電液晶を液晶空間光
変調素子（３０）の液晶層（３１）に充填した液晶空間
光変調素子（３０）を用い、物体（１１）にレーザ光を
照射し液晶空間光変調素子（３０）の液晶層（３１）に
フレネル型ホログラムを形成させるのに使用する第１の
レーザ照射手段のレーザとして高出力なパルスレーザを
使用し、また、そのフレネル型ホログラムを再生し、感
光材料（４０）にイメージ型ホログラムを記録する第２
のレーザ照射手段のレーザとして、液晶空間光変調素子
（３０）の誘電体多層膜ミラー（３８）を透過しない程
度の出力の連続光発振のレーザを用いれば、パルスレー
ザによって液晶空間光変調素子（３０）の液晶層（３
１）に記録された物体（１１）のフレネル型ホログラム
は、パルスレーザが照射されていない間でも、その記録
を保持しつづける。そこで、前記連続光発振のレーザに
よって、フレネル型ホログラムが再生され、そのイメー
ジ型ホログラムが感光材料（４０）に記録される。以上
説明したように、本実施例おいては、液晶空間光変調素
子（３０）の液晶層（３１）に記録されたフレネル型ホ
ログラムの回折効率が低い場合や、感光材料（４０）の
感度が悪い場合でも、物体（１１）のイメージ型ホログ
ラムを作成することができる。

【００３２】つぎに本発明の第４の実施例について説明
する。

【００３３】上述した第１、第２、第３の実施例におい
て、液晶空間光変調素子（３０）の液晶層（３１）に記
録されたフレネル型ホログラムを再生し、感光材料（４
０）にイメージ型ホログラムを記録する際に、液晶空間
光変調素子（３０）のガラス基板（３３ｂ）の面に５か
ら１０ｍｍの隙間を持つ水平方向に長い一本のスリット
を置くことによって、上下視差を破棄したレインボウホ
ログラムが作成できる。作成されたイメージ型ホログラ
ムを白色光で再生する場合に、あまりボケずに観察する
ことが出来る。

【００３４】

【発明の効果】請求項１に記載のホログラム作成装置に
よれば、液晶空間光変調素子を使用することにより、実
時間でホログラムの記録、再生を行うことができる。ま
た、大きな口径のレンズが不要であり、１度の露光・現
像・漂白処理でイメージ型ホログラムを作成することが
できるので、様々な物体のイメージ型ホログラムを作成
することができる。また、フレネル型ホログラムの回折
効率が低い場合や、感光材料の感度が悪い場合でも、連
続光レーザによって確実に物体のイメージ型ホログラム
を作成することができる。

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成図である。

【図２】本発明の実施例の感光材料への再生像（実像）
と参照光の入射角度と再生像と感光材料の位置関係を説
明するための図である。

【図３】本発明によるホログラム作成装置の動作順序を
説明するための図である。

【図４】本発明の構成要素の１つである液晶空間光変調
素子の構造を説明するための図である。

【図５】本発明の構成要素の１つである液晶空間光変調
素子において、液晶層への位相回折格子の転写のメカニ
ズムを説明するための図である。

【図６】イメージ型ホログラムを作成する従来の方法を
示す図である。

【図７】イメージ型ホログラムを作成する従来の方法を
示す図である。

【符号の説明】

１ホログラム作成装置２Ｈｅ−Ｎｅレーザ３光４ビームエキスパンダー５光束６ハーフミラー７光束８光束９ミラー１０ミラー１１物体１２反射・散乱光２０Ｈｅ−Ｎｅレーザ２１光２２ビームエキスパンダー２３光２４ハーフミラー２５光束２６光束２７ミラー２８ミラー２９ミラー３０液晶空間光変調素子３１液晶層３２光導電層３３ａ、３３ｂガラス基板３４ａ、３４ｂ透明電極３５ａ、３５ｂ配向膜３６ａ、３６ｂスペーサー３７交流電圧３８誘電体多層膜ミラー４０感光材料４１干渉縞４２位相回折格子５０ホログラム再生像（実像）５１ホログラム再生波

フロントページの続き (56)参考文献黒川隆志、”液晶空間光変調器”、光学、社団法人応用物理学会分科会日本光学会、平成５年８月、第22巻、第８号、ｐ469−470 本田捷夫、”実時間ホログラム技術の現状と動向”、光学、社団法人応用物理学会分科会日本光学会、平成６年８月、第23巻、第８号、ｐ473−478 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03H 1/00 - 5/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体のフレネル型ホログラムを実時間で
作成するための第１のレーザ照射手段と、前記フレネル
型ホログラムをその上に作成するための液晶空間光変調
素子と、前記フレネル型ホログラムを実時間で再生し、
イメージ型ホログラムとして記録するための第２のレー
ザ照射手段とからなるホログラム作成装置であって、前
記第１のレーザ照射手段がパルスレーザを用い、前記第
２のレーザ照射手段が連続光レーザを用い、前記液晶空
間光変調素子に強誘電性液晶を用いることを特徴とする
ホログラム作成装置。