JP3390954B2 - 体積ホログラフ拡散体の製造方法 - Google Patents
体積ホログラフ拡散体の製造方法Info
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
- G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
- G02B5/0252—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties using holographic or diffractive means
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/32—Holograms used as optical elements
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- Optics & Photonics (AREA)
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- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光の拡散体の製造方
法、特にスペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）理論に基づく光
の体積ホログラフ拡散体の製造方法に関するものであ
る。
法、特にスペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）理論に基づく光
の体積ホログラフ拡散体の製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】物体を多くの方向から照射するためには
光の拡散体が用いられている。従来の拡散装置の主なも
のはすりガラス又は写真乳剤から作られ、また従来の主
な拡散体は光源近くに配置されたすりガラス板又は他の
ラフな面又はつや消し電球の外側面である。すりガラス
又は乳白ガラス拡散体は広い角度に亘り光を均一に拡散
するため、Ｍ．Ｊ．ラハートとＡ．Ｓ．マラセイが「弱
い拡散のイメージスペックルパターン」で論じているノ
イズ効果を平均化するために用いられている。
光の拡散体が用いられている。従来の拡散装置の主なも
のはすりガラス又は写真乳剤から作られ、また従来の主
な拡散体は光源近くに配置されたすりガラス板又は他の
ラフな面又はつや消し電球の外側面である。すりガラス
又は乳白ガラス拡散体は広い角度に亘り光を均一に拡散
するため、Ｍ．Ｊ．ラハートとＡ．Ｓ．マラセイが「弱
い拡散のイメージスペックルパターン」で論じているノ
イズ効果を平均化するために用いられている。
【０００３】上記すりガラス拡散体のような光学的にラ
フな表面にコヒーレントな（干渉性の）光を照射したと
き不規則な強度のパターンが形成されることは既知であ
る。この強度パターンはスペックルと呼ばれている。ス
ペックルはＪ．Ｃ．デインテイによって論じられている
ようにコヒーレント光が照射された拡散体を過ぎた空間
に形成される。照射された拡散体によって作られたスペ
ックルの統計値がデインテイを含む多くの著者によって
研究されている。この点に関する最初の解析はＬ．Ｉ．
ゴールドフィッシャーによる「レーザーによって作られ
たスペックルパターンの自動相互関数とパワースペクト
ル密度」においてなされている。この研究においてゴー
ルドフィッシャーは拡散体による光拡散の一般的構成及
びスペックルパターンの特徴を記載している。ゴールド
フィッシャーはコヒーレントな単色光源によって照射さ
れた拡散面からの後方拡散光によって直接写真フィルム
を露光せしめた。
フな表面にコヒーレントな（干渉性の）光を照射したと
き不規則な強度のパターンが形成されることは既知であ
る。この強度パターンはスペックルと呼ばれている。ス
ペックルはＪ．Ｃ．デインテイによって論じられている
ようにコヒーレント光が照射された拡散体を過ぎた空間
に形成される。照射された拡散体によって作られたスペ
ックルの統計値がデインテイを含む多くの著者によって
研究されている。この点に関する最初の解析はＬ．Ｉ．
ゴールドフィッシャーによる「レーザーによって作られ
たスペックルパターンの自動相互関数とパワースペクト
ル密度」においてなされている。この研究においてゴー
ルドフィッシャーは拡散体による光拡散の一般的構成及
びスペックルパターンの特徴を記載している。ゴールド
フィッシャーはコヒーレントな単色光源によって照射さ
れた拡散面からの後方拡散光によって直接写真フィルム
を露光せしめた。
【０００４】Ｓ．ローウインシャル及びＨ．アーセナル
トは「コヒーレント拡散体のためのイメージ形成：統計
的特性」においてコヒーレント光拡散体を有する光学シ
ステムによって与えられたイメージの統計による決定に
対する関連づけを研究している。スペックルはコヒーレ
ント光によって照射された拡散体の任意の構成に関連す
るが、空間干渉性の光は光源光自身の不規則な構成に関
連する。Ｗ．Ｈ．カーター及びＥ．ウオルフは「凝似均
質板状光源を有する干渉性とラジオメトリー」において
空間干渉性と凝似均質光源を研究している。Ｍ．Ｇ．ミ
ラーその他は「レーザースペックルパターンの２次統
計」においてコヒーレント的に照射された物体から或る
距離にある面内のレーザースペックルパターンの統計に
ついて述べている。Ｍ．コワロズックは「均一拡散体の
スペクトル及びイメージ特性」においてコヒーレントイ
メージシステム内の薄層拡散体に関連する理論を述べて
いる。
トは「コヒーレント拡散体のためのイメージ形成：統計
的特性」においてコヒーレント光拡散体を有する光学シ
ステムによって与えられたイメージの統計による決定に
対する関連づけを研究している。スペックルはコヒーレ
ント光によって照射された拡散体の任意の構成に関連す
るが、空間干渉性の光は光源光自身の不規則な構成に関
連する。Ｗ．Ｈ．カーター及びＥ．ウオルフは「凝似均
質板状光源を有する干渉性とラジオメトリー」において
空間干渉性と凝似均質光源を研究している。Ｍ．Ｇ．ミ
ラーその他は「レーザースペックルパターンの２次統
計」においてコヒーレント的に照射された物体から或る
距離にある面内のレーザースペックルパターンの統計に
ついて述べている。Ｍ．コワロズックは「均一拡散体の
スペクトル及びイメージ特性」においてコヒーレントイ
メージシステム内の薄層拡散体に関連する理論を述べて
いる。
【０００５】キノフォームと呼ばれるコンピュータ作成
拡散体の特定形態が研究されている。キノフォームは、
コンピュータ作成の波面再生装置であり、ホログラムの
ような二次元イメージのデスプレイを構成する。然しな
がらホログラムと比較してキノフォームは単一回折オー
ダーを作り、基準光とイメージ分離計算を必要としな
い。キノフォームは拡散波面内の位相情報のみが拡散体
のイメージ構成のために要求されるとの推定に基づいて
いるという理由からキノフォームは純粋な相である。キ
ノフォームはＬ．Ｂ．レーゼムその他によって「キノフ
ォーム：新しい波面再生装置」及びＨ．Ｊ．カルフィー
ルドによって「キノフォーム拡散体」で検討されてい
る。カルフィールドはキノフォーム位相拡散体の一般的
記述をなし、拡散体の孔の角度寸法が増加したとき拡散
体から拡散された光の角度スペクトルが増加するという
ことを見出した。カルフィールドは以上のことをくもり
ガラスより成る拡散マスクと、漂白されたハロゲン化銀
により作ったキノフォーム間の距離を変えることによっ
てテストした。Ｊ．Ｗ．グッドマンのテストブック、
「統計的光学装置」（ウイリイインターサイエンスより
１９８５年発行）は拡散体の統計、スペックル及び部分
的干渉性光、並びに拡散体を移動することによって拡散
された空間干渉性の光の研究のための有用な参考書であ
る。コリアその他の「光学的ホログラフ」（アカデミッ
クプレスより１９７１年発行）も有用である。
拡散体の特定形態が研究されている。キノフォームは、
コンピュータ作成の波面再生装置であり、ホログラムの
ような二次元イメージのデスプレイを構成する。然しな
がらホログラムと比較してキノフォームは単一回折オー
ダーを作り、基準光とイメージ分離計算を必要としな
い。キノフォームは拡散波面内の位相情報のみが拡散体
のイメージ構成のために要求されるとの推定に基づいて
いるという理由からキノフォームは純粋な相である。キ
ノフォームはＬ．Ｂ．レーゼムその他によって「キノフ
ォーム：新しい波面再生装置」及びＨ．Ｊ．カルフィー
ルドによって「キノフォーム拡散体」で検討されてい
る。カルフィールドはキノフォーム位相拡散体の一般的
記述をなし、拡散体の孔の角度寸法が増加したとき拡散
体から拡散された光の角度スペクトルが増加するという
ことを見出した。カルフィールドは以上のことをくもり
ガラスより成る拡散マスクと、漂白されたハロゲン化銀
により作ったキノフォーム間の距離を変えることによっ
てテストした。Ｊ．Ｗ．グッドマンのテストブック、
「統計的光学装置」（ウイリイインターサイエンスより
１９８５年発行）は拡散体の統計、スペックル及び部分
的干渉性光、並びに拡散体を移動することによって拡散
された空間干渉性の光の研究のための有用な参考書であ
る。コリアその他の「光学的ホログラフ」（アカデミッ
クプレスより１９７１年発行）も有用である。
【０００６】すりガラス又は写真乳剤から成る上記拡散
体、漂白されたハロゲン化銀板、または表面型ホトレジ
スト板はそれらの表面のみに初めに拡散を形成する。こ
の結果拡散体によって影響された光路長が減少し、拡散
体の融通性（適用個所の数）が減少し、好ましくない方
向への光の反射に基因する損失が低下する。
体、漂白されたハロゲン化銀板、または表面型ホトレジ
スト板はそれらの表面のみに初めに拡散を形成する。こ
の結果拡散体によって影響された光路長が減少し、拡散
体の融通性（適用個所の数）が減少し、好ましくない方
向への光の反射に基因する損失が低下する。
【０００７】相互作用光路長を増加せしめる拡散体は、
従来の拡散体を十分に適用できなかった多くの異なる型
の分野のためにデザインすることが可能であり、これに
より拡散体を通る伝播光の効率を増加できる。回転可能
とした拡散体によれば多くの適用個所に好適な規制され
た空間干渉性を作ることができる。
従来の拡散体を十分に適用できなかった多くの異なる型
の分野のためにデザインすることが可能であり、これに
より拡散体を通る伝播光の効率を増加できる。回転可能
とした拡散体によれば多くの適用個所に好適な規制され
た空間干渉性を作ることができる。
【０００８】
【発明の構成】本発明の体積ホログラフ拡散体の製造方
法によれば、拡散体に照射された光に長い光路を与え、
伝播効率を増大せしめる。特に、スペックルパターンを
記録した体積ホログラフ拡散体は、他の部分の面に直角
な方向の屈折率が次第に変わるものとなる。平行光を輝
度が滑らかに変わるよう制御されたパターン内に拡散せ
しめる拡散体に或る形のスペックルを記録することによ
って拡散体に光成形能力を形成することができる。制御
された拡散によって、ホットスポットまたは可視グレア
（ｇｌａｒｅ）を有する均一な明るさを有する照明パタ
ーンを作ることができる。
法によれば、拡散体に照射された光に長い光路を与え、
伝播効率を増大せしめる。特に、スペックルパターンを
記録した体積ホログラフ拡散体は、他の部分の面に直角
な方向の屈折率が次第に変わるものとなる。平行光を輝
度が滑らかに変わるよう制御されたパターン内に拡散せ
しめる拡散体に或る形のスペックルを記録することによ
って拡散体に光成形能力を形成することができる。制御
された拡散によって、ホットスポットまたは可視グレア
（ｇｌａｒｅ）を有する均一な明るさを有する照明パタ
ーンを作ることができる。
【０００９】本発明の拡散体の製造方法によれば、拡散
体に照射される平行光を不規則に広い範囲の方向に拡散
し、体積拡散を介してエントロピイ又は光の不規則さを
増大せしめることによって拡散光の方向性（角度配置）
を制御できる。体積拡散によって拡散体は、次第に拡が
った拡散媒体を通る光路に累積効果を得ることができ
る。すりガラスまたはホトレジスト面拡散体、及び漂白
ハロゲン化銀の銀粒子にみられる鋭い縁又は境界を用い
て光を拡散する代わりに、本発明方法による体積ホログ
ラフ拡散体は、スペックルを記録した拡散体の滑らかに
変化する屈折率部分から光を拡散する。
体に照射される平行光を不規則に広い範囲の方向に拡散
し、体積拡散を介してエントロピイ又は光の不規則さを
増大せしめることによって拡散光の方向性（角度配置）
を制御できる。体積拡散によって拡散体は、次第に拡が
った拡散媒体を通る光路に累積効果を得ることができ
る。すりガラスまたはホトレジスト面拡散体、及び漂白
ハロゲン化銀の銀粒子にみられる鋭い縁又は境界を用い
て光を拡散する代わりに、本発明方法による体積ホログ
ラフ拡散体は、スペックルを記録した拡散体の滑らかに
変化する屈折率部分から光を拡散する。
【００１０】体積ホログラフ拡散体内にスペックルを記
録する手段を制御することによって、従来の拡散体に比
べ高度に制御された光の拡散を比較的に容易に低コスト
で達成できる。空間的に変動する屈折率の異なるパター
ンを拡散体内に記録し、調整し、得られた拡散光ビーム
を用途に応じた種々の角度形態となし得る。従って本発
明の拡散体は、制御された拡散及び色補正が必要な広い
範囲の照明に用いることができる。
録する手段を制御することによって、従来の拡散体に比
べ高度に制御された光の拡散を比較的に容易に低コスト
で達成できる。空間的に変動する屈折率の異なるパター
ンを拡散体内に記録し、調整し、得られた拡散光ビーム
を用途に応じた種々の角度形態となし得る。従って本発
明の拡散体は、制御された拡散及び色補正が必要な広い
範囲の照明に用いることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下図面によって本発明の実施例
を説明する。
を説明する。
【００１２】コヒーレント光によって露光された不規則
な構成の拡散体によって発生されるスペックルの位置、
強度又はサイズを予想することは不可能であるが統計的
平均方法をもちいることによってスペックルの平均サイ
ズ（ｒｍｓ）を定めることは可能である。このスペック
ルのサイズはそのスペックルの全域を作るマスク拡散体
孔の幾何学的形状に関連する。本来は、この現象の１つ
の解折により図４に示すように垂直高さｖと横幅ｕを有
する形状Ｐ（ｕ，ｖ）を有する異なるサイズの拡散体の
ために結論が出されるものであるが、拡散体によって作
られるスペックルは若し孔の角度サイズがより小さけれ
ばより大きくなる。即ち、拡散体の全面積が小さければ
孔の角度サイズは小さく、スペックルは大きくなる。こ
れとは逆に孔が大面積であれば拡散体によって作られる
スペックルの平均サイズは減少する。
な構成の拡散体によって発生されるスペックルの位置、
強度又はサイズを予想することは不可能であるが統計的
平均方法をもちいることによってスペックルの平均サイ
ズ（ｒｍｓ）を定めることは可能である。このスペック
ルのサイズはそのスペックルの全域を作るマスク拡散体
孔の幾何学的形状に関連する。本来は、この現象の１つ
の解折により図４に示すように垂直高さｖと横幅ｕを有
する形状Ｐ（ｕ，ｖ）を有する異なるサイズの拡散体の
ために結論が出されるものであるが、拡散体によって作
られるスペックルは若し孔の角度サイズがより小さけれ
ばより大きくなる。即ち、拡散体の全面積が小さければ
孔の角度サイズは小さく、スペックルは大きくなる。こ
れとは逆に孔が大面積であれば拡散体によって作られる
スペックルの平均サイズは減少する。
【００１３】スペックルのサイズが得られた後は拡散光
の角度スペクトルのサイズ、即ち、拡散体からの拡散光
のサイズはスペックルのサイズから決定できる。本来
は、拡散光の角度スペクトルのサイズ、換言すれば拡散
光の角度分布はスペックルの平均サイズ及び形に依存す
ることを予想できる。若しスペックルが小さいと、角度
分布は広い。若しスペックルサイズが水平方向に楕円な
らば角度分布の形は垂直方向に楕円のものとなる。
の角度スペクトルのサイズ、即ち、拡散体からの拡散光
のサイズはスペックルのサイズから決定できる。本来
は、拡散光の角度スペクトルのサイズ、換言すれば拡散
光の角度分布はスペックルの平均サイズ及び形に依存す
ることを予想できる。若しスペックルが小さいと、角度
分布は広い。若しスペックルサイズが水平方向に楕円な
らば角度分布の形は垂直方向に楕円のものとなる。
【００１４】スペックルパターンを作るためには２つの
工程が必要である。第１のステップはスペックルを記録
することであり、第２のステップは拡散光を投射するこ
とである。本発明の好ましい実施例においてはコヒーレ
ント光が投射される既知の角度サイズの孔を有するマス
ク拡散体を採用してスペックルを記録する。マスク拡散
体孔からの拡散光は次いで体積ホログラムのような記録
媒体上に記録し、マスク拡散体孔によって作られた各ス
ペックルのサイズと形状を記録する。更に体積ホログラ
ム内に記録されたスペックルにコヒーレントな又はコヒ
ーレントでない光を投射することによってスペックルパ
ターンを再生し、所望のサイズ及び形状のスペックルパ
ターンを作る。
工程が必要である。第１のステップはスペックルを記録
することであり、第２のステップは拡散光を投射するこ
とである。本発明の好ましい実施例においてはコヒーレ
ント光が投射される既知の角度サイズの孔を有するマス
ク拡散体を採用してスペックルを記録する。マスク拡散
体孔からの拡散光は次いで体積ホログラムのような記録
媒体上に記録し、マスク拡散体孔によって作られた各ス
ペックルのサイズと形状を記録する。更に体積ホログラ
ム内に記録されたスペックルにコヒーレントな又はコヒ
ーレントでない光を投射することによってスペックルパ
ターンを再生し、所望のサイズ及び形状のスペックルパ
ターンを作る。
【００１５】図５は記録の説明図である。マスク拡散体
２０は例えばすりガラスの形のスペックル２４を有する
孔２２と遮断面２６とを有し、孔２２の高さはＷ、幅は
Ｌである。関数Ｐ（ｕ，ｖ）は孔２２のサイズと形状を
示す。マスク拡散体２０にはレーザーのようなコヒーレ
ント光２８が投射される。光はマスク拡散体の孔２２に
よって拡散され距離ｈだけはなれているホログラフ拡散
体３０に向かって進む。このホログラフ拡散体３０に向
かって進む光は異なる振幅及び方向を有する種々のベク
トルによって特定することができる。光は例えば重クロ
ム酸ゼラチン（ＤＣＧ）又はホトポリマーより成るホロ
グラフ拡散体３０内に記録される。ホログラフ拡散体３
０内に記録された任意の１つのスペックルの位置はその
ｘ及びｙ成分によって示され、拡散光の方向は単位ベク
トルｓ（ｓx ，ｓy ）によって示される。
２０は例えばすりガラスの形のスペックル２４を有する
孔２２と遮断面２６とを有し、孔２２の高さはＷ、幅は
Ｌである。関数Ｐ（ｕ，ｖ）は孔２２のサイズと形状を
示す。マスク拡散体２０にはレーザーのようなコヒーレ
ント光２８が投射される。光はマスク拡散体の孔２２に
よって拡散され距離ｈだけはなれているホログラフ拡散
体３０に向かって進む。このホログラフ拡散体３０に向
かって進む光は異なる振幅及び方向を有する種々のベク
トルによって特定することができる。光は例えば重クロ
ム酸ゼラチン（ＤＣＧ）又はホトポリマーより成るホロ
グラフ拡散体３０内に記録される。ホログラフ拡散体３
０内に記録された任意の１つのスペックルの位置はその
ｘ及びｙ成分によって示され、拡散光の方向は単位ベク
トルｓ（ｓx ，ｓy ）によって示される。
【００１６】説明の便宜上ホログラフ拡散体３０の再生
方法、即ち照明を初めに説明し、次いで記録方法を説明
する。
方法、即ち照明を初めに説明し、次いで記録方法を説明
する。
【００１７】数１はホログラフ拡散体３０によって拡散
された光の強度がいかに多くのファクターに依存するか
を示したものである。
された光の強度がいかに多くのファクターに依存するか
を示したものである。
【００１８】
【数１】
【００１９】ここでｒ＝（ｘ，ｙ），Ａは定数，ｓ＝
（ｓx ，ｓy ，ｓz ）であり、ｓx 2＋ｓy 2 ＋ｓz 2 ＝１
であり、Ｗ（ｒ）は数２によって示される自動相関関数
である。
（ｓx ，ｓy ，ｓz ）であり、ｓx 2＋ｓy 2 ＋ｓz 2 ＝１
であり、Ｗ（ｒ）は数２によって示される自動相関関数
である。
【００２０】
【数２】
【００２１】数２はホログラフ拡散体３０伝播の自動相
関関数であり、記号＜と、＞の間は全体平均、ｒはｘ，
ｙ空間内の２Ｄベクトルで、２つの関数、即ちシフト関
数と非シフト関数がどのように相関又はオーバーラップ
するかを示す。スペックルのサイズが小さいため２つの
スペックルのオーバーラップする面積も小さい。直線近
似によれば拡散体伝播はホログラフ拡散体の記録の間で
は光強度に比例し直線写真記録を仮定して数３によって
示される。
関関数であり、記号＜と、＞の間は全体平均、ｒはｘ，
ｙ空間内の２Ｄベクトルで、２つの関数、即ちシフト関
数と非シフト関数がどのように相関又はオーバーラップ
するかを示す。スペックルのサイズが小さいため２つの
スペックルのオーバーラップする面積も小さい。直線近
似によれば拡散体伝播はホログラフ拡散体の記録の間で
は光強度に比例し直線写真記録を仮定して数３によって
示される。
【００２２】
【数３】
【００２３】ここでｔは伝播関数で光の強度に比例し、
Ｂは比例定数、Ｉは強度変調である。上記強度変調はシ
ステムにおける任意のバイアスレベル強度を無視するも
のと定義する。従ってＷ（ｒ）は数４によって示すこと
ができる。
Ｂは比例定数、Ｉは強度変調である。上記強度変調はシ
ステムにおける任意のバイアスレベル強度を無視するも
のと定義する。従ってＷ（ｒ）は数４によって示すこと
ができる。
【００２４】
【数４】
【００２５】ここでｒ´はシフトされないもの、ｒはシ
フトされたものである。
フトされたものである。
【００２６】ｓはｘ，ｙ，ｚ方向で定めたものである
が、ｓは単位ベクトルであり、即ち｜ｓ｜＝１であるか
ら自動相関関数のためにｚ方向を特定する必要はない。
伝播関数ｔはｔ（ｒ´＋ｒ）におけるようにｒ´の量に
よって左右にシフトされる。数４はあるバイアスレベル
の上または下に強度が変調するまたは変化することにの
み依存する。
が、ｓは単位ベクトルであり、即ち｜ｓ｜＝１であるか
ら自動相関関数のためにｚ方向を特定する必要はない。
伝播関数ｔはｔ（ｒ´＋ｒ）におけるようにｒ´の量に
よって左右にシフトされる。数４はあるバイアスレベル
の上または下に強度が変調するまたは変化することにの
み依存する。
【００２７】ゴールドフィッシャーによれば強度相関関
数は数５によって示される。
数は数５によって示される。
【００２８】
【数５】
【００２９】ここでｃは定数であり数６が得られる。
【００３０】
【数６】
【００３１】ここでＰ（ｕ，ｖ）はマスク拡散体の孔２
２の関数である。数５を数１に代入すれば数７が得られ
る。
２の関数である。数５を数１に代入すれば数７が得られ
る。
【００３２】
【数７】
【００３３】数６を数７に代入すればゴールドフィシャ
ーから明らかなように数８が得られる。
ーから明らかなように数８が得られる。
【００３４】
【数８】
【００３５】簡単のため均一で一定な強度ファクターは
総て無視する。
総て無視する。
【００３６】全体平均（記号＜と、＞の間）は不規則な
場合や全体の画やイメージに関心がある場合に推定統計
学的方法としてしばしば用いられる。
場合や全体の画やイメージに関心がある場合に推定統計
学的方法としてしばしば用いられる。
【００３７】ｔは拡散体３０の前面の強度に対する拡散
体の後面の強度の振幅の比であり、また記録プロセス、
特に露光の間拡散体３０の前面側（マスク拡散体孔に面
する側）の光の強度の関数である。自動相関関数Ｗ
（ｒ）はスペース内では光強度（Ｉ）の変調に比例する
ものと定義する。
体の後面の強度の振幅の比であり、また記録プロセス、
特に露光の間拡散体３０の前面側（マスク拡散体孔に面
する側）の光の強度の関数である。自動相関関数Ｗ
（ｒ）はスペース内では光強度（Ｉ）の変調に比例する
ものと定義する。
【００３８】マスク拡散体２０を用いた拡散体３０の記
録プロセスは数５及び数６によって示される。数５のＦ
は数６によって定められ、これはマスク拡散体孔２２の
フーリエ変換であり、拡散体３０の面の座標（ｘ，ｙ）
に依存する。即ちＦはＰ（ｕ，ｖ）の２Ｄフーリエ変換
であり、ここでＰは上述した通り孔の関数Ｐ（ｕ，ｖ）
＝｛１／０、Ｐ（ｕ，ｖ）＝１（孔内），＝０（その
他）｝である。
録プロセスは数５及び数６によって示される。数５のＦ
は数６によって定められ、これはマスク拡散体孔２２の
フーリエ変換であり、拡散体３０の面の座標（ｘ，ｙ）
に依存する。即ちＦはＰ（ｕ，ｖ）の２Ｄフーリエ変換
であり、ここでＰは上述した通り孔の関数Ｐ（ｕ，ｖ）
＝｛１／０、Ｐ（ｕ，ｖ）＝１（孔内），＝０（その
他）｝である。
【００３９】数８はコヒーレント光に露光されたマスク
拡散体２０と拡散体３０によって作られた最終的拡散ス
ペックル光間の関係を示している。重要なことは数８は
マスク拡散体２０の特性と、中間拡散体３０に関連する
ことなしにマスク拡散体２０に露光される光から直接に
最終的スペックルパターンの特性を決定することであ
る。数８は拡散体３０の後側の光の角度配置が記録のた
め用いられたマスク拡散体２０の孔の関数Ｐの自動相関
関数であることを示している。換言すれば拡散体３０は
マスク拡散体２０の孔を用いて記録される。拡散体３０
がその後露光され又は再生されたとき、拡散体３０から
拡散された光の角度配置がマスク拡散体孔２２の自動相
関関数、即ちマスク拡散体孔の形状に基因することが判
る。この重要な関係は拡散体３０からの光の角度スペク
トルを制御するための手段として用いることができる。
この現象はスペックルなしでは実現不可能であり、本発
明の体積ホログラフ拡散体の予期できない利益と重要性
を説明するための基礎となる。
拡散体２０と拡散体３０によって作られた最終的拡散ス
ペックル光間の関係を示している。重要なことは数８は
マスク拡散体２０の特性と、中間拡散体３０に関連する
ことなしにマスク拡散体２０に露光される光から直接に
最終的スペックルパターンの特性を決定することであ
る。数８は拡散体３０の後側の光の角度配置が記録のた
め用いられたマスク拡散体２０の孔の関数Ｐの自動相関
関数であることを示している。換言すれば拡散体３０は
マスク拡散体２０の孔を用いて記録される。拡散体３０
がその後露光され又は再生されたとき、拡散体３０から
拡散された光の角度配置がマスク拡散体孔２２の自動相
関関数、即ちマスク拡散体孔の形状に基因することが判
る。この重要な関係は拡散体３０からの光の角度スペク
トルを制御するための手段として用いることができる。
この現象はスペックルなしでは実現不可能であり、本発
明の体積ホログラフ拡散体の予期できない利益と重要性
を説明するための基礎となる。
【００４０】矩形のマスク拡散体孔から拡散体を作る例
を以下説明する。
を以下説明する。
【００４１】図６において３４は例えばすりガラスから
作られた高さＷ、幅Ｌのマスク拡散体孔である。この孔
３４は数９で示すことができる。
作られた高さＷ、幅Ｌのマスク拡散体孔である。この孔
３４は数９で示すことができる。
【００４２】
【数９】
【００４３】数８を用いて数１０が得られる。
【００４４】
【数１０】
【００４５】ここでΛは図７に示す三角形の自動相関関
数である。図７の図形は振幅１で、横軸ｓx と点−ｓx0
とｓx で交叉する。この三角形は２つの矩形の自動相関
又はオーバーラップによって作られている。上記関数
は、矩形（矩形関数）（ｒｅｃｔｕｓ ｆｕｎｃｔｉｏ
ｎ）が全体的に重なった部分で強度が最大であり、２つ
の矩形が−ｓxoで完全に分離したところで関数が最小に
なることを示している。数９から水平方向が数１１とし
て得られる。
数である。図７の図形は振幅１で、横軸ｓx と点−ｓx0
とｓx で交叉する。この三角形は２つの矩形の自動相関
又はオーバーラップによって作られている。上記関数
は、矩形（矩形関数）（ｒｅｃｔｕｓ ｆｕｎｃｔｉｏ
ｎ）が全体的に重なった部分で強度が最大であり、２つ
の矩形が−ｓxoで完全に分離したところで関数が最小に
なることを示している。数９から水平方向が数１１とし
て得られる。
【００４６】
【数１１】
【００４７】また垂直方向が数１２として得られる。
【００４８】
【数１２】
【００４９】三角形のベースの幅は矩形の水平または垂
直（ＬまたはＷ）の何れかの幅の２倍である。図８では
孔３６の高さはＷであり、拡散体４０の中心には光３８
Ａと３８Ｂが角度μ0 で集光されている。拡散体４０の
右側から出た光は角度μ0 の２倍の角度で拡散される。
点線４２は孔３６から拡散体４０に投射された光の角度
μ0 に等しい角度で拡散される光を示す。然しながら自
動相関関数は矩形関数の２倍であり、従って拡散体４０
から拡散される光の角度スペクトルは孔３６の角度スペ
クトルの２倍である。要約すると、角度μ0 は記録媒体
の中心から見たマスク拡散体孔の角度サイズによって定
まり、拡散体の角度スペクトルのサイズは中心から見た
マスク拡散体孔の角度スペクトルのサイズの２倍であ
る。更に、得られたスペクトル強度の形は三角形であ
り、一方始めの孔の形は矩形である。
直（ＬまたはＷ）の何れかの幅の２倍である。図８では
孔３６の高さはＷであり、拡散体４０の中心には光３８
Ａと３８Ｂが角度μ0 で集光されている。拡散体４０の
右側から出た光は角度μ0 の２倍の角度で拡散される。
点線４２は孔３６から拡散体４０に投射された光の角度
μ0 に等しい角度で拡散される光を示す。然しながら自
動相関関数は矩形関数の２倍であり、従って拡散体４０
から拡散される光の角度スペクトルは孔３６の角度スペ
クトルの２倍である。要約すると、角度μ0 は記録媒体
の中心から見たマスク拡散体孔の角度サイズによって定
まり、拡散体の角度スペクトルのサイズは中心から見た
マスク拡散体孔の角度スペクトルのサイズの２倍であ
る。更に、得られたスペクトル強度の形は三角形であ
り、一方始めの孔の形は矩形である。
【００５０】数６は、拡散体内のスペックルのサイズが
マスク拡散体内のスペックルのサイズによっては定めら
れないが、マスク拡散体孔の角度サイズによってのみマ
スク拡散体を通り拡散体に投射される光の強度が定めら
れるという重要な結論を示している。更に拡散体内に記
録されたスペックルのサイズが拡散体からの拡散光の強
度の角度配置を定める。拡散体からの拡散光の強度は数
６に示されるようにマスク拡散体孔に投射された光の強
度によっては定められない。
マスク拡散体内のスペックルのサイズによっては定めら
れないが、マスク拡散体孔の角度サイズによってのみマ
スク拡散体を通り拡散体に投射される光の強度が定めら
れるという重要な結論を示している。更に拡散体内に記
録されたスペックルのサイズが拡散体からの拡散光の強
度の角度配置を定める。拡散体からの拡散光の強度は数
６に示されるようにマスク拡散体孔に投射された光の強
度によっては定められない。
【００５１】この記録技術においては始めの孔の形とサ
イズを変え、拡散光の角度スペクトルを操作して無数の
用途に適用できる拡散体を作ることができる。例えば、
若し始めの孔が円形であれば拡散体からの拡散光は円形
となる。若し孔が矩形であり、マスク拡散体に投射され
る光が均一強度分布であれば、拡散体からの拡散光の形
は矩形であり、上述のように強度分布は三角形となる。
イズを変え、拡散光の角度スペクトルを操作して無数の
用途に適用できる拡散体を作ることができる。例えば、
若し始めの孔が円形であれば拡散体からの拡散光は円形
となる。若し孔が矩形であり、マスク拡散体に投射され
る光が均一強度分布であれば、拡散体からの拡散光の形
は矩形であり、上述のように強度分布は三角形となる。
【００５２】図９においては記録された拡散体からの拡
散光の形４３は矩形である。然しながらこの矩形内の光
の角度強度分布は三角形であり、矩形の中心で最強であ
り、矩形の縁に向かうに従って減少する。自動相関関数
のため強度角度分布が常に三角であるという事実はこの
方法における一つの制限である。これは記録ステップ機
能を阻止する。
散光の形４３は矩形である。然しながらこの矩形内の光
の角度強度分布は三角形であり、矩形の中心で最強であ
り、矩形の縁に向かうに従って減少する。自動相関関数
のため強度角度分布が常に三角であるという事実はこの
方法における一つの制限である。これは記録ステップ機
能を阻止する。
【００５３】拡散体内に記録されたスペックルのサイズ
はマスク拡散体孔のサイズから決定される。この決定
は、拡散体に記録されたスペックルのサイズと形状が拡
散体からの拡散光の強度を定めるものである理由から重
要なことである。数６は数１３のような形とすることが
できる。
はマスク拡散体孔のサイズから決定される。この決定
は、拡散体に記録されたスペックルのサイズと形状が拡
散体からの拡散光の強度を定めるものである理由から重
要なことである。数６は数１３のような形とすることが
できる。
【００５４】
【数１３】
【００５５】ここでｆx ＝ｘ／λｈでｆy ＝ｙ／λｈで
あり、矩形孔の関数Ｐ（ｕ，ｖ）＝ｒｅｃｔ ｕ／Ｌ・
ｒｅｃｔ ｕ／Ｗであり、数１４が導かれる。
あり、矩形孔の関数Ｐ（ｕ，ｖ）＝ｒｅｃｔ ｕ／Ｌ・
ｒｅｃｔ ｕ／Ｗであり、数１４が導かれる。
【００５６】
【数１４】
【００５７】ここでｓｉｎｃ（ζ）＝ｓｉｎπζ／πζ
である。数１４は図１０で示されるｓｉｎｃ関数であ
り、拡散体に記録されたスペックルの形を説明してい
る。図１０においてｓｉｎｃ関数の最初の零は−ｆx0と
ｆx0の位置である。下記の数１５を考える。
である。数１４は図１０で示されるｓｉｎｃ関数であ
り、拡散体に記録されたスペックルの形を説明してい
る。図１０においてｓｉｎｃ関数の最初の零は−ｆx0と
ｆx0の位置である。下記の数１５を考える。
【００５８】
【数１５】
【００５９】ｓｉｎｃ関数の最初の２つの零点、−ｆx0
とｆx0間の距離として平均スペックルのサイズを定める
ことによって平均スペックルサイズは図１１に示すよう
に（２ｘ0 ，２ｙ0 ）となる。ｘ0 とｙ0 は夫々数１６
と数１７によって示される。
とｆx0間の距離として平均スペックルのサイズを定める
ことによって平均スペックルサイズは図１１に示すよう
に（２ｘ0 ，２ｙ0 ）となる。ｘ0 とｙ0 は夫々数１６
と数１７によって示される。
【００６０】
【数１６】
【００６１】
【数１７】
【００６２】以上はスペックルのサイズが孔の高さＷと
幅Ｌに夫々反比例することを示す。図１２（及び図８）
において、孔のサイズが増加すればスペックルのサイズ
が減少し、拡散光の角度スペクトルのサイズが僅か増加
する。これと反対にマスク拡散体孔のサイズが減少すれ
ば拡散体に記録されたスペックルのサイズが増加し、拡
散体からの拡散光の角度スペクトルのサイズが減少す
る。従ってマスク拡散体孔が長く狭い場合にはスペック
ルは長く狭くなり、その長軸は孔の長軸に直角方向とな
る。このことは本発明の体積ホログラフ拡散体と表面ホ
ログラフ拡散体の両方にあてはまる。
幅Ｌに夫々反比例することを示す。図１２（及び図８）
において、孔のサイズが増加すればスペックルのサイズ
が減少し、拡散光の角度スペクトルのサイズが僅か増加
する。これと反対にマスク拡散体孔のサイズが減少すれ
ば拡散体に記録されたスペックルのサイズが増加し、拡
散体からの拡散光の角度スペクトルのサイズが減少す
る。従ってマスク拡散体孔が長く狭い場合にはスペック
ルは長く狭くなり、その長軸は孔の長軸に直角方向とな
る。このことは本発明の体積ホログラフ拡散体と表面ホ
ログラフ拡散体の両方にあてはまる。
【００６３】スペックルサイズは数１８によって表され
る。
る。
【００６４】
【数１８】
【００６５】数１２と数１８の比較から数１９が得られ
る。
る。
【００６６】
【数１９】
【００６７】数１２を基にして図１２に示すように単純
化され、若しｓx0＝０．１（５°）とすれば数２０が得
られる。
化され、若しｓx0＝０．１（５°）とすれば数２０が得
られる。
【００６８】
【数２０】
【００６９】拡散中心Ａx とＡy は数２１と数２２によ
って得られる。
って得られる。
【００７０】
【数２１】
【００７１】ここでεx ＝２ｈ／Ｌである。
【００７２】
【数２２】
【００７３】好ましい実施例におけるＤＣＧのような体
積ホログラフ材料から作られた拡散体では、材料の厚さ
は図１３に示すＴであり、相互作用長さＬs が材料を通
る光の全光学光路長でありＴより大きく、即ちＬs ＞Ｔ
である。ＴをＴ＝μλのように定めれば数２３が得られ
る。
積ホログラフ材料から作られた拡散体では、材料の厚さ
は図１３に示すＴであり、相互作用長さＬs が材料を通
る光の全光学光路長でありＴより大きく、即ちＬs ＞Ｔ
である。ＴをＴ＝μλのように定めれば数２３が得られ
る。
【００７４】
【数２３】
【００７５】従って数２４となる。
【００７６】
【数２４】
【００７７】Ｔ＝４０μ及びλ＝０．５μからμ＝８０
となる。εx ≒１０であり、Ｔ／Ａx が５〜１０に略し
く、Ｌs ＞ＴであるからＬs はＡx の約１０〜１００倍
となる。
となる。εx ≒１０であり、Ｔ／Ａx が５〜１０に略し
く、Ｌs ＞ＴであるからＬs はＡx の約１０〜１００倍
となる。
【００７８】以上のことから体積ホログラフ材料を通る
光が材料を通じて多くの拡散中心Ａx と交叉し、この結
果材料を通る任意の光の光学的光路長が増加する。
光が材料を通じて多くの拡散中心Ａx と交叉し、この結
果材料を通る任意の光の光学的光路長が増加する。
【００７９】体積ホログラフ材料内のこの現象は、アカ
デミックプレスから１９８０年に発行されたＤ．マーカ
ス著「光伝播光学」のような集積光学テキストで既知の
ＧＲＩＮ光学理論に応じたＧＲＩＮ（グレードされた屈
折率）媒体のように生ずる。スペックルが記録された体
積ホログラフ媒体は、Ｌs がＡx より極めて大きい理由
からＧＲＩＮレンズのようにかなり非均質である。従っ
て本発明の体積ホログラフ媒体は純粋位相の高度に非均
質のＧＲＩＮ媒体として特定することができる。
デミックプレスから１９８０年に発行されたＤ．マーカ
ス著「光伝播光学」のような集積光学テキストで既知の
ＧＲＩＮ光学理論に応じたＧＲＩＮ（グレードされた屈
折率）媒体のように生ずる。スペックルが記録された体
積ホログラフ媒体は、Ｌs がＡx より極めて大きい理由
からＧＲＩＮレンズのようにかなり非均質である。従っ
て本発明の体積ホログラフ媒体は純粋位相の高度に非均
質のＧＲＩＮ媒体として特定することができる。
【００８０】この純粋位相とは、１）殆ど総ての投射光
が拡散される、即ち、反射光が極めて弱い、２）投射光
のごく一部のみが反射される、即ち、回折効率が１００
％に近い（フレネルレンズを除く）、という２つの基本
的な特性を有することを意味する。従って本発明の体積
ホログラフ拡散体に入った殆ど総ての光はこれを通過
し、この拡散体は純粋位相であるため光が吸収されるこ
とはない。更に、体積ホログラフ拡散体を通過した殆ど
総ての光は拡散され、その結果拡散体から回折されない
光が放出されることはない。これらの特性は総ての拡散
体の体積特性に基因する。
が拡散される、即ち、反射光が極めて弱い、２）投射光
のごく一部のみが反射される、即ち、回折効率が１００
％に近い（フレネルレンズを除く）、という２つの基本
的な特性を有することを意味する。従って本発明の体積
ホログラフ拡散体に入った殆ど総ての光はこれを通過
し、この拡散体は純粋位相であるため光が吸収されるこ
とはない。更に、体積ホログラフ拡散体を通過した殆ど
総ての光は拡散され、その結果拡散体から回折されない
光が放出されることはない。これらの特性は総ての拡散
体の体積特性に基因する。
【００８１】異なる屈折率（即ちグレードされた屈折
率）を有する多層材料であるＧＲＩＮ型媒体の特性のよ
うに、材料内の異なる屈折率の数は増加するので、材料
に投射される任意の光は材料内を急に方向の変化する光
路ではなく湾曲した光路に沿って導かれる。これは図１
４に示すように媒体における光の“より速い”部分で光
がより多くの時間を費やすという事実に基因する。図１
４は屈折率の最も高い媒体ｎ1 内における光路長が屈折
率の最も低い媒体ｎ3 内における光路長より短いことを
示している。この現象はフェルマーの原理から既知であ
る。
率）を有する多層材料であるＧＲＩＮ型媒体の特性のよ
うに、材料内の異なる屈折率の数は増加するので、材料
に投射される任意の光は材料内を急に方向の変化する光
路ではなく湾曲した光路に沿って導かれる。これは図１
４に示すように媒体における光の“より速い”部分で光
がより多くの時間を費やすという事実に基因する。図１
４は屈折率の最も高い媒体ｎ1 内における光路長が屈折
率の最も低い媒体ｎ3 内における光路長より短いことを
示している。この現象はフェルマーの原理から既知であ
る。
【００８２】本発明方法による体積ホログラフ拡散体で
は、異なる屈折率を有する材料内の領域間で急に変化す
る境界を有しない最適化されたＧＲＩＮレンズのように
作用し、拡散体内のスペックルの記録に基因して同一拡
散体内に無数の異なる屈折率が実質上生ずる。本発明方
法による体積ホログラフ拡散体は特性上純粋位相であ
り、従って投射光を吸収又は反射することなく、これを
通る光を総て拡散する。
は、異なる屈折率を有する材料内の領域間で急に変化す
る境界を有しない最適化されたＧＲＩＮレンズのように
作用し、拡散体内のスペックルの記録に基因して同一拡
散体内に無数の異なる屈折率が実質上生ずる。本発明方
法による体積ホログラフ拡散体は特性上純粋位相であ
り、従って投射光を吸収又は反射することなく、これを
通る光を総て拡散する。
【００８３】平均スペックルサイズのための数１６，１
７，２１〜２３に示すようにＡx0＝２λｈ／Ｌ＝εx λ
（ここでεx ＝２ｈ／Ｌで通常は１〜５）であり、λ＝
０．５μである。全光学光路長はＬs ＞Ｔ＝μλであ
り、これからＬs ／Ａx ＞μλ／εx λ＝μ／εx が得
られ、更にＬs ／Ａx ＝４０〜１００／εx ≒１０とな
る。Ｌs ／Ａx ≒１０は拡散体を通る総ての光が実質的
に拡散されることを意味する。更にＧＲＩＮ媒体では光
を反射する縁又は鋭い境界が存在しないから光の反射の
ないことは既知であり、拡散体では光の反射がない。
７，２１〜２３に示すようにＡx0＝２λｈ／Ｌ＝εx λ
（ここでεx ＝２ｈ／Ｌで通常は１〜５）であり、λ＝
０．５μである。全光学光路長はＬs ＞Ｔ＝μλであ
り、これからＬs ／Ａx ＞μλ／εx λ＝μ／εx が得
られ、更にＬs ／Ａx ＝４０〜１００／εx ≒１０とな
る。Ｌs ／Ａx ≒１０は拡散体を通る総ての光が実質的
に拡散されることを意味する。更にＧＲＩＮ媒体では光
を反射する縁又は鋭い境界が存在しないから光の反射の
ないことは既知であり、拡散体では光の反射がない。
【００８４】材料内のこのような境界を消す必要がある
ことは明らかであり、これは本発明の体積ホログラフ拡
散体内の屈折率を滑らかに変化せしめることによって達
成できる。拡散体に記録したスペックルはハロゲン化銀
の拡散体のような材料内の粒子によって、又は表面のあ
らさによっては決定できないが、材料内の屈折率の変化
する境界によって予測不能に作られる。体積ホログラフ
拡散体に記録されたスペックルは“真の”スペックルで
ある。本発明の好ましい処理方法を以下に説明する。
ことは明らかであり、これは本発明の体積ホログラフ拡
散体内の屈折率を滑らかに変化せしめることによって達
成できる。拡散体に記録したスペックルはハロゲン化銀
の拡散体のような材料内の粒子によって、又は表面のあ
らさによっては決定できないが、材料内の屈折率の変化
する境界によって予測不能に作られる。体積ホログラフ
拡散体に記録されたスペックルは“真の”スペックルで
ある。本発明の好ましい処理方法を以下に説明する。
【００８５】高い効率の体積ホログラフ拡散体の作成に
はＤＣＧのような体積ホログラフ拡散体を用いる。体積
拡散体としてはホログラフ又はキノフォームを用い得
る。何れの例でも高い効率（８％のフレネル損失を無視
すれば約１００％）の拡散体を得るためには拡散体の体
積特性及び関連する処理性が本質的なものとなる。
はＤＣＧのような体積ホログラフ拡散体を用いる。体積
拡散体としてはホログラフ又はキノフォームを用い得
る。何れの例でも高い効率（８％のフレネル損失を無視
すれば約１００％）の拡散体を得るためには拡散体の体
積特性及び関連する処理性が本質的なものとなる。
【００８６】かかる拡散体の記録の間、図１５に示すよ
うに記録料上の点Ｐは波長λの拡散レーザー光、例えば
λ＝５１４ｎｍのアルゴンレーザーより成る無限大の数
の基本面波を受ける。この点Ｐにおける入射光の振幅と
位相情報を記録するためには材料の解像限度を極めて高
くしなければならない。漂白したハロゲン化銀はかかる
解像限度となし得るがそれは銀粒子のサイズによって制
御される。然しながら、ＤＣＧのような体積位相材料で
は分子サイズで屈折率が変化するためその解像度には制
限がない。ハロゲン化銀の場合には図１６に示すように
入射光１は粒子境界で反射し、光２，３，４のように失
われる。５は透過（変調）光である。ＤＣＧの場合には
図１７に示すように分子サイズを基にして屈折率が変化
するため材料は次第に変化する屈折率の境界を作る。従
って材料内で反射ロスを生ずることはない。
うに記録料上の点Ｐは波長λの拡散レーザー光、例えば
λ＝５１４ｎｍのアルゴンレーザーより成る無限大の数
の基本面波を受ける。この点Ｐにおける入射光の振幅と
位相情報を記録するためには材料の解像限度を極めて高
くしなければならない。漂白したハロゲン化銀はかかる
解像限度となし得るがそれは銀粒子のサイズによって制
御される。然しながら、ＤＣＧのような体積位相材料で
は分子サイズで屈折率が変化するためその解像度には制
限がない。ハロゲン化銀の場合には図１６に示すように
入射光１は粒子境界で反射し、光２，３，４のように失
われる。５は透過（変調）光である。ＤＣＧの場合には
図１７に示すように分子サイズを基にして屈折率が変化
するため材料は次第に変化する屈折率の境界を作る。従
って材料内で反射ロスを生ずることはない。
【００８７】上記のハロゲン化銀とＤＣＧの例のように
粒子型材料における反射ロスは入射光の情報量と共に増
加する光活性粒子の数に比例する。従って拡散光は記録
レーザー光の効率と情報量の増加と共に増加する。これ
はなぜソルマー及びコークによって示されたハロゲン化
銀材料によって達成された最大効率と信号対ノイズ比に
制限を生ずるかの理由である。
粒子型材料における反射ロスは入射光の情報量と共に増
加する光活性粒子の数に比例する。従って拡散光は記録
レーザー光の効率と情報量の増加と共に増加する。これ
はなぜソルマー及びコークによって示されたハロゲン化
銀材料によって達成された最大効率と信号対ノイズ比に
制限を生ずるかの理由である。
【００８８】本発明においては理論的に効率及びＳ／Ｎ
比に上記のような制限のないＤＣＧのような体積位相材
料を使用する。この材料は極めて高い効率を示す。効率
が９９．９９％のホログラフミラーＤＣＧホログラムを
得ることは容易である。これは屈折率変調を０．１５に
高める。これは極めて高いダイナミックレンジであり解
像度である。ＤＣＧを適当に処理することによってガラ
スのように透明にすることができる。これらＤＣＧ体積
位相材料及びＤＣＧ／ポリマグラフト合成物と高効率フ
ォトポリマの重要な特性は高効率拡散体の実用的開発及
び製造にとって重要である。
比に上記のような制限のないＤＣＧのような体積位相材
料を使用する。この材料は極めて高い効率を示す。効率
が９９．９９％のホログラフミラーＤＣＧホログラムを
得ることは容易である。これは屈折率変調を０．１５に
高める。これは極めて高いダイナミックレンジであり解
像度である。ＤＣＧを適当に処理することによってガラ
スのように透明にすることができる。これらＤＣＧ体積
位相材料及びＤＣＧ／ポリマグラフト合成物と高効率フ
ォトポリマの重要な特性は高効率拡散体の実用的開発及
び製造にとって重要である。
【００８９】効率の高い拡散体を作るためには記録材料
の処理可能性も重要である。例えばＤＣＧは波長λが５
００ｎｍ近くの光にのみ感度を有する。固定レーザー、
例えばλ＝５１４ｎｍ又は４８８ｎｍのアルゴンイオン
レーザーで記録するときは通常ホログラムは比較的に狭
いスペクトル（即ち波長）レスポンスを有し、これは３
色３Ｄ投影スクリーン等に好適である。然しながら自動
車のヘッドライトのように白色光を用いる場合には拡散
体は広いレスポンスを有する必要がある。従って記録材
料は異なる用途のために処理できるものであることが望
ましい。ＤＣＧのような体積位相材料はこの本質的な特
性を有している。
の処理可能性も重要である。例えばＤＣＧは波長λが５
００ｎｍ近くの光にのみ感度を有する。固定レーザー、
例えばλ＝５１４ｎｍ又は４８８ｎｍのアルゴンイオン
レーザーで記録するときは通常ホログラムは比較的に狭
いスペクトル（即ち波長）レスポンスを有し、これは３
色３Ｄ投影スクリーン等に好適である。然しながら自動
車のヘッドライトのように白色光を用いる場合には拡散
体は広いレスポンスを有する必要がある。従って記録材
料は異なる用途のために処理できるものであることが望
ましい。ＤＣＧのような体積位相材料はこの本質的な特
性を有している。
【００９０】特別な用途のためには幾つかのパラメータ
を最良にすることが好ましい。特殊な形のゼラチンに対
しては、フィルムの厚さを５〜１００ミクロンとし、フ
ィルムを５時間から数週間の間硬化し前焼成を行い、非
均一な硬度を有して大きな帯域幅となるよう重クロム酸
塩濃度を変え、露光エネルギーを５０〜１０００ｍＪ／
ｃｍ2 とし、記録波長を４５７，４８８及び５１４ｎｍ
並びにこれらの領域に近いものとする。
を最良にすることが好ましい。特殊な形のゼラチンに対
しては、フィルムの厚さを５〜１００ミクロンとし、フ
ィルムを５時間から数週間の間硬化し前焼成を行い、非
均一な硬度を有して大きな帯域幅となるよう重クロム酸
塩濃度を変え、露光エネルギーを５０〜１０００ｍＪ／
ｃｍ2 とし、記録波長を４５７，４８８及び５１４ｎｍ
並びにこれらの領域に近いものとする。
【００９１】本発明方法による拡散体に望ましい帯域
幅、ピーク波長及び効率を得るために必要な好ましい処
理パラメータ及びステップは、１）最適硬度のため定着
溶液内における定着時間を３秒〜１分とする。２）最適
温度２５〜３０°Ｃの水中で３〜１０分間膨潤せしめ
る。膨潤時間が長ければ帯域幅が広くなり、ピーク波長
が長くなる。３）２５〜３０°Ｃの水／アルコール浴中
で１〜２分間処理せしめる。処理時間を速めれば帯域幅
が広くなり、遅くすれば狭くなる。４）８０〜１００°
Ｃで５分から１時間真空炉内で焼成せしめる。真空中で
の焼成により帯域幅は減少するがより長い時間に亘り安
定なホログラムを得るためには必要なことである。５）
光学エポキシ樹脂を用いたカバーガラスによってホログ
ラムをシールする。
幅、ピーク波長及び効率を得るために必要な好ましい処
理パラメータ及びステップは、１）最適硬度のため定着
溶液内における定着時間を３秒〜１分とする。２）最適
温度２５〜３０°Ｃの水中で３〜１０分間膨潤せしめ
る。膨潤時間が長ければ帯域幅が広くなり、ピーク波長
が長くなる。３）２５〜３０°Ｃの水／アルコール浴中
で１〜２分間処理せしめる。処理時間を速めれば帯域幅
が広くなり、遅くすれば狭くなる。４）８０〜１００°
Ｃで５分から１時間真空炉内で焼成せしめる。真空中で
の焼成により帯域幅は減少するがより長い時間に亘り安
定なホログラムを得るためには必要なことである。５）
光学エポキシ樹脂を用いたカバーガラスによってホログ
ラムをシールする。
【００９２】広い帯域レスポンスが望まれるヘッドライ
ト用拡散体等の特殊な用途に対してはより高い濃度の重
クロム酸塩を含む薄いエマルジョンが好ましい。中間の
硬さのフィルム（“暗反応”技術によって約２４時間硬
化したもの）と露光エネルギーが４００ｍＪ／ｃｍ2 で
記録波長が５１４ｎｍの光により必要なパラメータを作
ることができる。
ト用拡散体等の特殊な用途に対してはより高い濃度の重
クロム酸塩を含む薄いエマルジョンが好ましい。中間の
硬さのフィルム（“暗反応”技術によって約２４時間硬
化したもの）と露光エネルギーが４００ｍＪ／ｃｍ2 で
記録波長が５１４ｎｍの光により必要なパラメータを作
ることができる。
【００９３】以下説明するように記録光に加えて基準光
で記録したホログラフ拡散体のためには高濃度の厚いフ
ィルムを用いれば帯域幅をより広くし効率をより高くす
ることができる。
で記録したホログラフ拡散体のためには高濃度の厚いフ
ィルムを用いれば帯域幅をより広くし効率をより高くす
ることができる。
【００９４】以下説明する、例えば米国特許第３，４７
９，１１１号明細書記載の３色３Ｄ映写スクリーンのよ
うにより高い角度解像度が必要とされるホログラフ拡散
体のためには厚いＤＣＧフィルムが好ましい。
９，１１１号明細書記載の３色３Ｄ映写スクリーンのよ
うにより高い角度解像度が必要とされるホログラフ拡散
体のためには厚いＤＣＧフィルムが好ましい。
【００９５】体積ホログラフ材料の記録方法では異なる
屈折率を有する区域間の滑らかな境界を記録する。図１
８Ａ〜図１８Ｄは処理及び記録の間に進行する体積ホロ
グラフ材料内の屈折率の変調を示す。図１８Ａは材料の
Ｚ軸を横切る露光エネルギーＥのレベルを示す。図１８
Ｂは材料の鎖状ポリマーの分子レベルにおける硬度Ｈを
示す。図１８Ｃは材料の密度ρが材料内でどのように変
化するのかを示す。図１８Ｄは材料内の屈折率ｎの最終
的変調を示す。これらの効果は総て分子レベルであり、
材料によって回折された光に関連して極めて滑らかに変
化する。
屈折率を有する区域間の滑らかな境界を記録する。図１
８Ａ〜図１８Ｄは処理及び記録の間に進行する体積ホロ
グラフ材料内の屈折率の変調を示す。図１８Ａは材料の
Ｚ軸を横切る露光エネルギーＥのレベルを示す。図１８
Ｂは材料の鎖状ポリマーの分子レベルにおける硬度Ｈを
示す。図１８Ｃは材料の密度ρが材料内でどのように変
化するのかを示す。図１８Ｄは材料内の屈折率ｎの最終
的変調を示す。これらの効果は総て分子レベルであり、
材料によって回折された光に関連して極めて滑らかに変
化する。
【００９６】本発明の他の実施例においてはレンズを有
する体積ホログラフ拡散体を記録する。この実施例では
図１９に示すようにすリガラス拡散体５２とホログラフ
拡散体５４間にレンズ５０を配置する。このレンズ５０
は拡散体５４の記録の間特に記録レーザー光の光学強度
を維持することに関連して記録方法の効率を増すため用
いられる。このレンズ５０はレンズの焦点距離ｆに等し
いだけ拡散体５４から離して設置する。上記解析に関連
して上述した式中のＨを上記焦点距離ｆに置換すること
ができる。この例では数９のＰ（ｕ，ｖ）はレンズのし
ぼり孔によって示され、ｈはｆによって置換される。従
って数１７〜１９はコリア他著「光学ホログラフィ」
（アカデミープレスより１９７１年発行）に応じて数２
５，数２６が得られる。
する体積ホログラフ拡散体を記録する。この実施例では
図１９に示すようにすリガラス拡散体５２とホログラフ
拡散体５４間にレンズ５０を配置する。このレンズ５０
は拡散体５４の記録の間特に記録レーザー光の光学強度
を維持することに関連して記録方法の効率を増すため用
いられる。このレンズ５０はレンズの焦点距離ｆに等し
いだけ拡散体５４から離して設置する。上記解析に関連
して上述した式中のＨを上記焦点距離ｆに置換すること
ができる。この例では数９のＰ（ｕ，ｖ）はレンズのし
ぼり孔によって示され、ｈはｆによって置換される。従
って数１７〜１９はコリア他著「光学ホログラフィ」
（アカデミープレスより１９７１年発行）に応じて数２
５，数２６が得られる。
【００９７】
【数２５】
【００９８】
【数２６】
【００９９】上記の例では拡散体が単一光を用いて記録
され、コヒーレントなまたはコヒーレントでない単色面
波を用いて再生されている。或る用途に対しては多数光
記録と非単色光再生が好ましい。非単色光構成方法を以
下説明する。
され、コヒーレントなまたはコヒーレントでない単色面
波を用いて再生されている。或る用途に対しては多数光
記録と非単色光再生が好ましい。非単色光構成方法を以
下説明する。
【０１００】
【数２７】
【０１０１】数２７は初めの例のように単色面波再生光
を定めるものであり、非正常入射角、即ちｓ0 ≠０を含
むよう僅かに変形される。数２７の全体平均は数２８の
ようになる。
を定めるものであり、非正常入射角、即ちｓ0 ≠０を含
むよう僅かに変形される。数２７の全体平均は数２８の
ようになる。
【０１０２】
【数２８】
【０１０３】従って数２の代わりに数２９及び数３０が
得られる。
得られる。
【０１０４】
【数２９】
【０１０５】
【数３０】
【０１０６】数１における関数ｃｏｓν，Ｊ（ｓ）を次
第に変えることによって数３１及び数３２が得られる。
第に変えることによって数３１及び数３２が得られる。
【０１０７】
【数３１】
【０１０８】
【数３２】
【０１０９】数３１からＪがｓ−ｓ0 に依存することが
判る。これは角度不変式と呼ばれる。
判る。これは角度不変式と呼ばれる。
【０１１０】若し再生波が非面波（単色）を作るならば
Ｊ（ｓ，ｓ0 ）の数値化の後単色照明の例のための式と
して数３３，数３４が得られる。
Ｊ（ｓ，ｓ0 ）の数値化の後単色照明の例のための式と
して数３３，数３４が得られる。
【０１１１】
【数３３】
【０１１２】
【数３４】
【０１１３】数３４はシステムのインパルスレスポンス
である。数３３は数３１の一般式であり、非面照明に基
因する拡散体によって拡散された角度スペクトルの広が
りを示している。入射光の角度スペクトルはＩ
O （ｓo ）によって示される。
である。数３３は数３１の一般式であり、非面照明に基
因する拡散体によって拡散された角度スペクトルの広が
りを示している。入射光の角度スペクトルはＩ
O （ｓo ）によって示される。
【０１１４】数３３は単色光の例であり、非単色光のた
めのＪ（ｓ）は数３５，数３６のように置換すべきであ
る。
めのＪ（ｓ）は数３５，数３６のように置換すべきであ
る。
【０１１５】
【数３５】
【０１１６】
【数３６】
【０１１７】数３３は数３７によって置換されるべきで
ある。
ある。
【０１１８】
【数３７】
【０１１９】従ってこの式は非面波再生と多色再生光を
考慮するため一般式化される。附加的多色光の広がりは
波長依存ファクターのみによって得られる。
考慮するため一般式化される。附加的多色光の広がりは
波長依存ファクターのみによって得られる。
【０１２０】
【数３８】
【０１２１】数３８はＪ（ｓ）が（ｓ−ｓo ）角度不変
式のみに依存することを示している。このことは拡散体
に対する光の入射角が変わると拡散体からの拡散光の形
が変わらずその方向のみが変わることを示している。従
って拡散体の初めのレスポンスが三角自動相関関数であ
れば、多色非面波再生例においても強度レスポンスは三
角自動相関関数のままであるが、単色光の例のための図
２０に示す如く夫々異なる入射角毎にシフトする。広が
りの程度を推定するために数３８のＸ依存位相項は数３
９の形と考えられる。
式のみに依存することを示している。このことは拡散体
に対する光の入射角が変わると拡散体からの拡散光の形
が変わらずその方向のみが変わることを示している。従
って拡散体の初めのレスポンスが三角自動相関関数であ
れば、多色非面波再生例においても強度レスポンスは三
角自動相関関数のままであるが、単色光の例のための図
２０に示す如く夫々異なる入射角毎にシフトする。広が
りの程度を推定するために数３８のＸ依存位相項は数３
９の形と考えられる。
【０１２２】
【数３９】
【０１２３】多色光の例では波長シフトの効果と角度シ
フトの効果を比較するため数３８の位相項はｓx とλに
関して微分される。ΔΦ＝０と仮定すれば等価角度シフ
トは数４０及び数４１の形となる。
フトの効果を比較するため数３８の位相項はｓx とλに
関して微分される。ΔΦ＝０と仮定すれば等価角度シフ
トは数４０及び数４１の形となる。
【０１２４】
【数４０】
【０１２５】
【数４１】
【０１２６】ｓx ＝ｓｉｎνと仮定すればｄｓx ＝ｃｏ
ｓνｄνであり数４１の代わりに数４２が得られる。
ｓνｄνであり数４１の代わりに数４２が得られる。
【０１２７】
【数４２】
【０１２８】ｔａｎν≒１とすれば数４１を用いて数４
３が得られる。
３が得られる。
【０１２９】
【数４３】
【０１３０】数４０に応じて角度スペクトル（即ちΔｓ
x ＞０）はより長い波長に広げられる。この広がりは数
４３を用いて推定できる。数４３においてΔλ＝２０ｎ
ｍであれば角度変化Δνは２°である。このことは多色
再生光の波長シフトの効果は拡散体に対する再生光の入
射角を変えることを含む非面波の例における角度シフト
の効果よりより小さいことを意味する。
x ＞０）はより長い波長に広げられる。この広がりは数
４３を用いて推定できる。数４３においてΔλ＝２０ｎ
ｍであれば角度変化Δνは２°である。このことは多色
再生光の波長シフトの効果は拡散体に対する再生光の入
射角を変えることを含む非面波の例における角度シフト
の効果よりより小さいことを意味する。
【０１３１】本発明の体積ホログラフ拡散体の製造方法
の他の実施例においては図２１に示すように二重マスク
拡散体孔を用いて拡散体を記録する。数８に応じてこの
状態を定める式はＰ（ｕ，ｖ）＝Ｐ1 （ｕ，ｖ）＋Ｐ2
（ｕ，ｖ）であり、単一自動相関レスポンスの代わりに
以下の３つのレスポンスが得られる。これはＰ2 に対す
るＰ1 の深い相関関係（Ｐ1 ★Ｐ2 ）と、Ｐ1 に対する
Ｐ2 の深い相関関係（Ｐ2 ★Ｐ1 ）と、Ｐ1 に対するＰ
1 自身の相関関係（Ｐ1 ★Ｐ1 ）とＰ2 に対するＰ2 自
身の相関関係（Ｐ2 ★Ｐ2 ）との自動相関パターン組合
せである。数８を省略形とすると数４４が得られる。
の他の実施例においては図２１に示すように二重マスク
拡散体孔を用いて拡散体を記録する。数８に応じてこの
状態を定める式はＰ（ｕ，ｖ）＝Ｐ1 （ｕ，ｖ）＋Ｐ2
（ｕ，ｖ）であり、単一自動相関レスポンスの代わりに
以下の３つのレスポンスが得られる。これはＰ2 に対す
るＰ1 の深い相関関係（Ｐ1 ★Ｐ2 ）と、Ｐ1 に対する
Ｐ2 の深い相関関係（Ｐ2 ★Ｐ1 ）と、Ｐ1 に対するＰ
1 自身の相関関係（Ｐ1 ★Ｐ1 ）とＰ2 に対するＰ2 自
身の相関関係（Ｐ2 ★Ｐ2 ）との自動相関パターン組合
せである。数８を省略形とすると数４４が得られる。
【０１３２】
【数４４】
【０１３３】ここで★は相関関係のシンボルである。数
３８を説明するため数４５を示す。
３８を説明するため数４５を示す。
【０１３４】
【数４５】
【０１３５】数３８の最初の部分は相関関係項であり、
第２の部分は深い相関関係項である。複数相関関数は図
２２で説明されている。
第２の部分は深い相関関係項である。複数相関関数は図
２２で説明されている。
【０１３６】本発明方法の他の実施例においては体積ホ
ログラフ拡散体に図２３に示すように附加的基準光を記
録する。この例ではホログラムが体積型であるためブラ
ッグ拡散体が照射されたときブラッグ角と波長を有する
拡散体パターンのブラッグ再生を選択的に得ることがで
きる。ブラッグ角と波長を選択的に制御する能力によっ
て拡散体の融通性をさらに増加できる。ブラッグ条件は
既に述べたコリアその他の「光学ホログラフ」に記載さ
れている。
ログラフ拡散体に図２３に示すように附加的基準光を記
録する。この例ではホログラムが体積型であるためブラ
ッグ拡散体が照射されたときブラッグ角と波長を有する
拡散体パターンのブラッグ再生を選択的に得ることがで
きる。ブラッグ角と波長を選択的に制御する能力によっ
て拡散体の融通性をさらに増加できる。ブラッグ条件は
既に述べたコリアその他の「光学ホログラフ」に記載さ
れている。
【０１３７】角度選択性により複合拡散体を使用するこ
とができるようになる。例えば、初めの記録光がＤ１で
示され、第２の記録光（基準光）がＲ１であれば、２つ
の異なるスペックルのセットが拡散体に記録される。他
の例では光Ｄ１とＤ２を用いて拡散体を記録するため２
つの異なるマスク拡散体孔を用いれば光Ｄ１とＤ２によ
って記録された対応する拡散体を構成するため２つの異
なる再生光Ｒc1とＲc2を用いることができる。体積ホロ
グラフ拡散体はブラッグ選択性を有するため再生光Ｒc1
は拡散光Ｄ1 のみを参照する。光Ｒc2は拡散光Ｄ2 のみ
を参照する。従ってブラッグ選択性を用い、第１の再生
光によるイメージが一方の眼でみられ、第２の再生光に
よるイメージが他方の眼によって見られるステレオ可視
鏡を実現することができる。この型のシステムを用いて
米国特許第３，４７９，１１１号明細書に記載された型
の３Ｄ可視鏡を実現することができる。
とができるようになる。例えば、初めの記録光がＤ１で
示され、第２の記録光（基準光）がＲ１であれば、２つ
の異なるスペックルのセットが拡散体に記録される。他
の例では光Ｄ１とＤ２を用いて拡散体を記録するため２
つの異なるマスク拡散体孔を用いれば光Ｄ１とＤ２によ
って記録された対応する拡散体を構成するため２つの異
なる再生光Ｒc1とＲc2を用いることができる。体積ホロ
グラフ拡散体はブラッグ選択性を有するため再生光Ｒc1
は拡散光Ｄ1 のみを参照する。光Ｒc2は拡散光Ｄ2 のみ
を参照する。従ってブラッグ選択性を用い、第１の再生
光によるイメージが一方の眼でみられ、第２の再生光に
よるイメージが他方の眼によって見られるステレオ可視
鏡を実現することができる。この型のシステムを用いて
米国特許第３，４７９，１１１号明細書に記載された型
の３Ｄ可視鏡を実現することができる。
【０１３８】図２４Ａ〜図２４Ｅは本発明方法による体
積ホログラフ拡散体の記録のための種々の例を示す。図
２４Ａはマスク拡散体孔から出た記録光Ｄのみを用いホ
ログラフ拡散体を記録する例である。図２４Ｂは初めの
記録光Ｄと基準光Ｒを用いて体積ホログラフ拡散体を記
録する二重光記録の例を示す。図２４Ｃは図２４Ｂで説
明した基準光Ｒと記録光Ｄの位置を反対とした例であ
る。図２４Ｄは異なるマスクを用いて得た２つの異なる
記録光Ｄ1 ，Ｄ2 を用いて体積ホログラフ拡散体を記録
する例である。図２４Ｅは２つの記録光Ｄ1 ，Ｄ2 と２
つの基準光Ｒ1 ，Ｒ2 を用いた例である。ブラッグ選択
性のため再生においては光Ｒ1 は光Ｄ1 のみを参照し、
光Ｒ2 は光Ｄ2 のみを参照する。記録及び再生光の数及
び位置は無数に変え得る。
積ホログラフ拡散体の記録のための種々の例を示す。図
２４Ａはマスク拡散体孔から出た記録光Ｄのみを用いホ
ログラフ拡散体を記録する例である。図２４Ｂは初めの
記録光Ｄと基準光Ｒを用いて体積ホログラフ拡散体を記
録する二重光記録の例を示す。図２４Ｃは図２４Ｂで説
明した基準光Ｒと記録光Ｄの位置を反対とした例であ
る。図２４Ｄは異なるマスクを用いて得た２つの異なる
記録光Ｄ1 ，Ｄ2 を用いて体積ホログラフ拡散体を記録
する例である。図２４Ｅは２つの記録光Ｄ1 ，Ｄ2 と２
つの基準光Ｒ1 ，Ｒ2 を用いた例である。ブラッグ選択
性のため再生においては光Ｒ1 は光Ｄ1 のみを参照し、
光Ｒ2 は光Ｄ2 のみを参照する。記録及び再生光の数及
び位置は無数に変え得る。
【０１３９】本発明方法の更に他の実施例においては図
１，図２に示すように伝播型又は反射型の何れかの体積
ホログラフ拡散体を用いる。図１の例では拡散体にその
左側から入射した光はその右側から多くの方向に拡散さ
れる。図２の例では光は入射光に対して反対の方向に拡
散される。これは拡散体の一方の側、この例では右側に
金属反射面例えば鏡を形成することによって達成でき
る。この例では入射光は媒体内で材料の屈折率の多くの
変化によって回折され、次に金属反射面から反射され、
材料内の屈折率の多くの変化によって再び回折され、拡
散体の光入射面と同一の面から入射光とは平行でない方
向に放射される。
１，図２に示すように伝播型又は反射型の何れかの体積
ホログラフ拡散体を用いる。図１の例では拡散体にその
左側から入射した光はその右側から多くの方向に拡散さ
れる。図２の例では光は入射光に対して反対の方向に拡
散される。これは拡散体の一方の側、この例では右側に
金属反射面例えば鏡を形成することによって達成でき
る。この例では入射光は媒体内で材料の屈折率の多くの
変化によって回折され、次に金属反射面から反射され、
材料内の屈折率の多くの変化によって再び回折され、拡
散体の光入射面と同一の面から入射光とは平行でない方
向に放射される。
【０１４０】本発明方法による体積ホログラフ拡散体は
種々の重要な用途に使用することができる。ホログラフ
光変換体（ＨＬＴｓ）は光を１次元又は２次元形状なら
しめるための種々の用途に有用である。例えば屋内照明
や、屋内及び屋外標識の均一及び非均一照明に用いるこ
とができる。自動車のヘッドライトは対向する車のドラ
イバーにまぶしさを与えないように、及び対向する部分
の地形を確実に照明できるようにするため光の分布を不
均一ならしめることが必要である。本発明方法による拡
散体は、適当な形状の光を得るためヘッドライトに使用
できる。屋内及び屋外の商業用及び工業用照明には適当
な雰囲気と光の方向特性が望まれる。これらの２つの目
的を１つの拡散体で達成できる。本発明方法による拡散
体を用いたホログラフ光変換体は１つの光を多くの光と
し、または光を光軸からそれた方向に放射せしめること
ができる。本発明方法による拡散体によればプログラム
された遠視界照明パターンを得ることができるのみなら
ず、適当な波長とするかまたは吸収染料を用いて適用す
るのに最適で光源の出力スペクトルに完全には依存しな
い出力カラー光ホログラムを得ることができる。
種々の重要な用途に使用することができる。ホログラフ
光変換体（ＨＬＴｓ）は光を１次元又は２次元形状なら
しめるための種々の用途に有用である。例えば屋内照明
や、屋内及び屋外標識の均一及び非均一照明に用いるこ
とができる。自動車のヘッドライトは対向する車のドラ
イバーにまぶしさを与えないように、及び対向する部分
の地形を確実に照明できるようにするため光の分布を不
均一ならしめることが必要である。本発明方法による拡
散体は、適当な形状の光を得るためヘッドライトに使用
できる。屋内及び屋外の商業用及び工業用照明には適当
な雰囲気と光の方向特性が望まれる。これらの２つの目
的を１つの拡散体で達成できる。本発明方法による拡散
体を用いたホログラフ光変換体は１つの光を多くの光と
し、または光を光軸からそれた方向に放射せしめること
ができる。本発明方法による拡散体によればプログラム
された遠視界照明パターンを得ることができるのみなら
ず、適当な波長とするかまたは吸収染料を用いて適用す
るのに最適で光源の出力スペクトルに完全には依存しな
い出力カラー光ホログラムを得ることができる。
【０１４１】通常のつや消しガラスのような従来の拡散
体に代えて本発明方法による拡散体を用いることができ
る。通常のつや消しガラス拡散体は光を半球状パターン
に拡散できるのみであり、この拡散を達成するため制御
することが困難である顕微鏡的な不規則性を有する表面
あらさを利用している。従って特殊な拡散パターンを作
ることは不可能である。これに反し、本発明方法による
拡散体には体積ホログラム内の屈折率の変化が記録され
ており、光の形状を変え、まぶしさのない光源を作るこ
とができる。ホログラフ拡散体に丸いフラッシュライト
を照射して楕円形の照明パターンを得ることができる。
従来はフラッシュライトに楕円反射鏡が使用されている
が、本発明方法による拡散体では現存の反射鏡を用いて
楕円照明パターンを得ることができる。更に本発明の拡
散体では極めて廉価に光を半球状に拡散し、通常２０〜
８０°の中間角度に広げることができる。
体に代えて本発明方法による拡散体を用いることができ
る。通常のつや消しガラス拡散体は光を半球状パターン
に拡散できるのみであり、この拡散を達成するため制御
することが困難である顕微鏡的な不規則性を有する表面
あらさを利用している。従って特殊な拡散パターンを作
ることは不可能である。これに反し、本発明方法による
拡散体には体積ホログラム内の屈折率の変化が記録され
ており、光の形状を変え、まぶしさのない光源を作るこ
とができる。ホログラフ拡散体に丸いフラッシュライト
を照射して楕円形の照明パターンを得ることができる。
従来はフラッシュライトに楕円反射鏡が使用されている
が、本発明方法による拡散体では現存の反射鏡を用いて
楕円照明パターンを得ることができる。更に本発明の拡
散体では極めて廉価に光を半球状に拡散し、通常２０〜
８０°の中間角度に広げることができる。
【０１４２】本発明方法による体積ホログラフ拡散体の
他の重要な用途はこれを高品度テレビジョン（ＨＤＴ
Ｖ）のような平坦パネルデスプレイの一部として使用す
ることである。垂直に配置されたマスク拡散体孔を用
い、拡散体内にスペックルパターンを記録し、再生され
たとき水平方向の楕円角度スペクトルが作られるように
する。拡散体が平坦パネルデスプレイに組み込まれたと
き周囲の視界と解像度が大きく増加される。ＨＤＴＶデ
スプレイの例がＬ．ターナスジュニアの「日本における
ＨＤＴＶデスプレイ：トップにおける映写−ＣＲＴシス
テム」（１９８９年１０月ＩＥＥＥスペクトル発行）に
示されている。本発明方法による拡散体はスクリーンゲ
インとして知られているものの他に、スクリーンの視野
におけるエネルギーを正確に保ち、視聴者が向かい合う
立体角度を維持するために用いられる。スクリーンゲイ
ンは均等分布に比べ視野面からの発光出力の比として定
められる。本発明の拡散体によればスクリーンゲインを
低コストで得ることができる。最近のスクリーンは面の
はだ（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｘｔｕｒｅ）を用いて所望
のスクリーンゲインを得ているため体積ホログラフ拡散
体に比べコストが高く効率が低い。
他の重要な用途はこれを高品度テレビジョン（ＨＤＴ
Ｖ）のような平坦パネルデスプレイの一部として使用す
ることである。垂直に配置されたマスク拡散体孔を用
い、拡散体内にスペックルパターンを記録し、再生され
たとき水平方向の楕円角度スペクトルが作られるように
する。拡散体が平坦パネルデスプレイに組み込まれたと
き周囲の視界と解像度が大きく増加される。ＨＤＴＶデ
スプレイの例がＬ．ターナスジュニアの「日本における
ＨＤＴＶデスプレイ：トップにおける映写−ＣＲＴシス
テム」（１９８９年１０月ＩＥＥＥスペクトル発行）に
示されている。本発明方法による拡散体はスクリーンゲ
インとして知られているものの他に、スクリーンの視野
におけるエネルギーを正確に保ち、視聴者が向かい合う
立体角度を維持するために用いられる。スクリーンゲイ
ンは均等分布に比べ視野面からの発光出力の比として定
められる。本発明の拡散体によればスクリーンゲインを
低コストで得ることができる。最近のスクリーンは面の
はだ（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｘｔｕｒｅ）を用いて所望
のスクリーンゲインを得ているため体積ホログラフ拡散
体に比べコストが高く効率が低い。
【０１４３】好ましい映写スクリーンの例は数１６及び
数１７においてＡx ＝２λｈ／Ｌ，Ａy ＝２λｈ／Ｗと
する。ここでＡx とＡy は夫々Ｘ及びＹ方向のスペック
ルの平均統計的サイズ（拡散中心）を定める。映写スク
リーンではより広い視野と水平方向の解像度が望ましい
ため、Ａy はＡx より大きく、従ってＷがＬより小さい
ことが必要である。例えばｈ／Ｌ＝５／２であればＡx
≒５λで、これは数ミクロンであり、微細なパターンは
眼には見えない。
数１７においてＡx ＝２λｈ／Ｌ，Ａy ＝２λｈ／Ｗと
する。ここでＡx とＡy は夫々Ｘ及びＹ方向のスペック
ルの平均統計的サイズ（拡散中心）を定める。映写スク
リーンではより広い視野と水平方向の解像度が望ましい
ため、Ａy はＡx より大きく、従ってＷがＬより小さい
ことが必要である。例えばｈ／Ｌ＝５／２であればＡx
≒５λで、これは数ミクロンであり、微細なパターンは
眼には見えない。
【０１４４】以上述べたように拡散光を制御するために
用いられる任意のホログラフスペックルパターンの強度
は中心で最大で外側に向かうに従って減少するものであ
り、その拡散光は初めの孔の形よりも小さくなっている
が、図２０に示す特性のようにより階段関数である自動
相関関数を得るため拡散体に異なる入射角の多くの平面
波を重ね合わせて入射することによって拡散体に対する
光の入射角を変え、上記の欠点を最小ならしめることが
できる。
用いられる任意のホログラフスペックルパターンの強度
は中心で最大で外側に向かうに従って減少するものであ
り、その拡散光は初めの孔の形よりも小さくなっている
が、図２０に示す特性のようにより階段関数である自動
相関関数を得るため拡散体に異なる入射角の多くの平面
波を重ね合わせて入射することによって拡散体に対する
光の入射角を変え、上記の欠点を最小ならしめることが
できる。
【０１４５】幅制御された空間干渉性の光源を得るため
拡散体を回動せしめることができる。図３は回転拡散体
の説明図である。この効果は本発明方法による体積ホロ
グラフ拡散体によって制限されることはなく、任意の型
の拡散体を使用できる。これらの例では拡散体はＭ．ボ
ーン及びＥ．フォルフ著「光学の原理」（パーガモンプ
レスより１９７０年発行）に示されているようにエルゴ
ートの仮説を満足するよう十分に速く回転する必要があ
る。回転拡散体に対する基本的要求は、検出器の所定の
応答時間内に観察される点を多くの数のスペックルが通
過することである。
拡散体を回動せしめることができる。図３は回転拡散体
の説明図である。この効果は本発明方法による体積ホロ
グラフ拡散体によって制限されることはなく、任意の型
の拡散体を使用できる。これらの例では拡散体はＭ．ボ
ーン及びＥ．フォルフ著「光学の原理」（パーガモンプ
レスより１９７０年発行）に示されているようにエルゴ
ートの仮説を満足するよう十分に速く回転する必要があ
る。回転拡散体に対する基本的要求は、検出器の所定の
応答時間内に観察される点を多くの数のスペックルが通
過することである。
【０１４６】検出器応答時間ｔ及び拡散体の他のダイナ
ミックパラメータ、例えば線速度ν，及び検出器応答時
間内にピンホールを通過するスペックルの数Ｎは数４６
で示される。
ミックパラメータ、例えば線速度ν，及び検出器応答時
間内にピンホールを通過するスペックルの数Ｎは数４６
で示される。
【０１４７】
【数４６】
【０１４８】エルゴートのプロセスを得るため数Ｎは数
４７によって示されるようにする。
４７によって示されるようにする。
【０１４９】
【数４７】
【０１５０】線速度と回転周波数間の基本的関係と数４
６と数４７から数４８が得られる。
６と数４７から数４８が得られる。
【０１５１】
【数４８】
【０１５２】次いで最大検出器周波数レスポンスのため
数４９が得られる。
数４９が得られる。
【０１５３】
【数４９】
【０１５４】例えば１００Ｈｚの繰り返し周波数に対し
て回転半径ｒ＝１ｍ，Ａｒｍｓ＝１ｍｍとすればν＝１
００ＫＨｚとなる。
て回転半径ｒ＝１ｍ，Ａｒｍｓ＝１ｍｍとすればν＝１
００ＫＨｚとなる。
【０１５５】回転拡散体の例では空間干渉性ρcoh は平
均スペッルサイズに等しく、数５０のようになる。
均スペッルサイズに等しく、数５０のようになる。
【０１５６】
【数５０】
【０１５７】上式から制御された値の空間干渉性を有す
る光源を作ることができる。この制御された値は孔の関
数Ｐ（ｕ，ｖ）を変えることによって変えることができ
る。以下に示すように空間干渉性変化にかかわらず拡散
体の時間干渉性の劣化は僅かである。
る光源を作ることができる。この制御された値は孔の関
数Ｐ（ｕ，ｖ）を変えることによって変えることができ
る。以下に示すように空間干渉性変化にかかわらず拡散
体の時間干渉性の劣化は僅かである。
【０１５８】グッドマン著「統計光学」に示すように回
転拡散体によって拡散された光の相互干渉性関数は速度
をν，ｒｍｓ＝ａとして数５１を得る。
転拡散体によって拡散された光の相互干渉性関数は速度
をν，ｒｍｓ＝ａとして数５１を得る。
【０１５９】
【数５１】
【０１６０】ここでΔｙ＝ｙ2 −ｙ1 であり、γは時間
遅れを示す。ウイーナヒンチンの定理により数５２と数
５３が得られる。
遅れを示す。ウイーナヒンチンの定理により数５２と数
５３が得られる。
【０１６１】
【数５２】
【０１６２】
【数５３】
【０１６３】数５３の時間部分は数５４，５５のように
なる。
なる。
【０１６４】
【数５４】
【０１６５】
【数５５】
【０１６６】数５３の空間部分は数５６で示される。
【０１６７】
【数５６】
【０１６８】従って空間干渉性ρcoh の近似半径は数５
７で示される。
７で示される。
【０１６９】
【数５７】
【０１７０】数５５と５７の比較から数５８が得られ
る。
る。
【０１７１】
【数５８】
【０１７２】数５３から数５９と６０が得られる。
【０１７３】
【数５９】
【０１７４】
【数６０】
【０１７５】ρcoh ＞λであるから数６１が得られる。
【０１７６】
【数６１】
【０１７７】従ってν≪ｃとして数６２が得られる。
【０１７８】
【数６２】
【０１７９】例えば、ｆ＝１００Ｈｚにおいて、ｒ＝１
ｍ，ν＝２πｆ・ｒ≒６００ｍ／ｓｅｃである。一方ｃ
＝３・１０8 ／ｓｅｃで、Δγ／γ＜６・１０2 ／３・
１０8 ＝２・１０-6＝Δλ／λである。λ＝１μｍ＝１
０4 オングストローム、Δλ＝０．０２オングストロー
ムにおいて数６３が得られる。
ｍ，ν＝２πｆ・ｒ≒６００ｍ／ｓｅｃである。一方ｃ
＝３・１０8 ／ｓｅｃで、Δγ／γ＜６・１０2 ／３・
１０8 ＝２・１０-6＝Δλ／λである。λ＝１μｍ＝１
０4 オングストローム、Δλ＝０．０２オングストロー
ムにおいて数６３が得られる。
【０１８０】
【数６３】
【図１】本発明方法による伝播体積拡散体の説明図であ
る。
る。
【図２】本発明方法による反射体積拡散体の説明図であ
る。
る。
【図３】回転拡散体の説明図である。
【図４】関数Ｐ（ｕ，ｖ）によって示されるマスク拡散
体孔の説明図である。
体孔の説明図である。
【図５】本発明方法による体積ホログラフ拡散体を作る
ために用いる記録の説明図である。
ために用いる記録の説明図である。
【図６】高さＷ，幅Ｌのマスク拡散体孔の説明図であ
る。
る。
【図７】２つの矩形の自動相関関数の説明図である。
【図８】本発明方法による拡散体に対するマスク拡散体
孔からの拡散外部光の説明図である。
孔からの拡散外部光の説明図である。
【図９】拡散体からの拡散光の形状の説明図である。
【図１０】本発明方法による体積ホログラフ拡散体に記
録されたスペックルの形を示すｓｉｎｃ関数の説明図で
ある。
録されたスペックルの形を示すｓｉｎｃ関数の説明図で
ある。
【図１１】本発明方法による体積ホログラフ拡散体に記
録されたスペックルの形状とサイズの説明図である。
録されたスペックルの形状とサイズの説明図である。
【図１２】マスク拡散体孔と体積ホログラフ拡散体から
の拡散体の角度分布の相対サイズを示す説明図である。
の拡散体の角度分布の相対サイズを示す説明図である。
【図１３】厚さがｔで相関長さがＬs である本発明方法
による体積ホログラフ拡散体の説明図である。
による体積ホログラフ拡散体の説明図である。
【図１４】多数の異なる屈折率を有する媒体内の回折光
の説明図である。
の説明図である。
【図１５】マスク拡散体孔から本発明の体積ホログラフ
拡散体上の点Ｐに投射される回折光の説明図である。
拡散体上の点Ｐに投射される回折光の説明図である。
【図１６】漂白されたハロゲン化銀のような従来の拡散
材料内で拡散され反射された光の説明図である。
材料内で拡散され反射された光の説明図である。
【図１７】スペックルが記録された本発明方法による体
積ホログラフ拡散体内の光の滑らかな回折の説明図であ
る。
積ホログラフ拡散体内の光の滑らかな回折の説明図であ
る。
【図１８Ａ】処理及び記録の間の本発明方法による体積
ホログラフ拡散体における屈折率ｎの変調の進行説明図
である。
ホログラフ拡散体における屈折率ｎの変調の進行説明図
である。
【図１８Ｂ】処理及び記録の間の本発明方法による体積
ホログラフ拡散体における屈折率ｎの変調の進行説明図
である。
ホログラフ拡散体における屈折率ｎの変調の進行説明図
である。
【図１８Ｃ】処理及び記録の間の本発明方法による体積
ホログラフ拡散体における屈折率ｎの変調の進行説明図
である。
ホログラフ拡散体における屈折率ｎの変調の進行説明図
である。
【図１８Ｄ】処理及び記録の間の本発明方法による体積
ホログラフ拡散体における屈折率ｎの変調の進行説明図
である。
ホログラフ拡散体における屈折率ｎの変調の進行説明図
である。
【図１９】本発明方法によるレンズを用いた他の記録の
説明図である。
説明図である。
【図２０】本発明方法による体積ホログラフ拡散体の二
重孔記録の説明図である。
重孔記録の説明図である。
【図２１】本発明方法による体積ホログラフ拡散体の二
重自動相関関数の説明図である。
重自動相関関数の説明図である。
【図２２】多色非面光によって照射された本発明方法に
よる体積ホログラフ拡散体の三重自動相関関数の説明図
である。
よる体積ホログラフ拡散体の三重自動相関関数の説明図
である。
【図２３】基準光を用いた本発明方法による体積ホログ
ラフ拡散体の記録の説明図である。
ラフ拡散体の記録の説明図である。
【図２４Ａ】記録光と基準光の説明図である。
【図２４Ｂ】記録光と基準光の説明図である。
【図２４Ｃ】記録光と基準光の説明図である。
【図２４Ｄ】記録光と基準光の説明図である。
【図２４Ｅ】記録光と基準光の説明図である。
１０ 拡散体
１２ 変化面
１４ 光
１６ 拡散光
２０ マスク拡散体
２２ 孔
２４ スペックル
２６ 遮断面
２８ コヒーレント光
３０ ホログラフ拡散体
３４ マスク拡散体孔
５０ レンズ
５２ すりガラス拡散体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 デビッド ジィー． ペルカ
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
90045ロスアンジェルス ケニヨン ア
ベニュー 8315
(72)発明者 ティン エム． エイ
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
90505トーランス アパート．エイ ア
ンザ アベニュー 23446
(56)参考文献 特開 昭59−131902（ＪＰ，Ａ)
Ｖ．Ｐ．Ｂｒｕｉ ｅｔ．ａｌ．，Ｕ
ｓｅ ｏｆ ａ ｓｐｅｃｋｌｅｇｒａ
ｍ ａｓ ａ ｄｉｆｆｕｓｅｌｙ ｓ
ｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｓｃｒｅｅｎ ｉ
ｎ ｈｏｌｏｇｒａｍ ｒｅｃｏｒｄｉ
ｎｇ，ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ，米国，1990年 ２
月，ｖｏｌ．68，ｎｏ．２，ｐ244−ｐ
246
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 5/32
G03H 1/02
G02B 5/02
Claims (7)
- 【請求項１】 光の投射面と、出口面と、ある屈折率と
を有する体積ホログラム媒体を含み、上記媒体を通る拡
散光のための不規則に拡散された光学通路長を上記投射
面と出口面間の距離の少なくとも数倍ならしめた、拡散
体の製造方法であって、上記媒体にある角度サイズのマ
スク拡散体孔を用いて不規則な非平面スペックルを非ホ
ログラフ的に記録し、且つ上記媒体を処理して上記スペ
ックルが、１）上記媒体の屈折率をとぎれることなく滑
らかに変化し、２）上記投射面から出口面に向う光をと
ぎれることなく反射放散し、及び３）上記媒体の中心か
ら見たマスク拡散体孔の角度サイズに反比例する統計的
平均サイズを有せしめ、その結果１）上記拡散体からの
反射が光の投射面から出口面に向うフレネル反射に制限
され、及び２）出口面から出る光が非スペキュラー光と
なるようにする体積ホログラフ拡散体の製造方法。 - 【請求項２】 複数のマスク拡散体孔からのスペックル
を記録する請求項１記載の拡散体の製造方法。 - 【請求項３】 上記スペックルが、第１, 第２のスペッ
クルを有し、上記媒体に上記第１のスペックルを第１マ
スク拡散体孔と第１ビームによって記録し、上記第２ス
ペックルを第２マスク拡散体孔と第２ビームによって記
録し、上記第１スペックルを上記第１ビームによって再
生し、上記第２スペックル素子を上記第２ビームによっ
て再生する請求項１記載の拡散体の製造方法。 - 【請求項４】 上記拡散体が、車両ヘッドランプの照明
パターンを制御するために用いられる請求項１記載の拡
散体の製造方法。 - 【請求項５】 上記拡散体が、光源の照明パターンを成
形するために用いられる請求項１記載の拡散体の製造方
法。 - 【請求項６】 光の投射面と、出口面と、ある屈折率と
を有する体積ホログラム媒体を含み、上記媒体を通る拡
散光のための不規則に拡散された光学通路長を上記投射
面と出口面間の距離の少なくとも数倍ならしめた、デス
プレイの視角を制御する拡散体を有する平板テレビジョ
ンデスプレイであって、上記拡散体が、上記媒体に角度
サイズＬ／ｈとＷ／ｈのマスク拡散体孔を用いて不規則
な非平面スペックルを非ホログラフ的に記録し、上記媒
体を処理して、上記スペックルが、１）垂直方向に沿っ
て特性が変化し、２）上記媒体の屈折率をとぎれること
なく滑らかに変化し及び、３）上記投射面から出口面に
向う光をとぎれることなく反射放散せしめ、（２ｘ0 ，
２ｙ0 ）に等しい統計的平均サイズを有せしめるように
し、ここでｘ0 はλｈ／Ｌ，ｙ0 はλｈ／Ｗ，Ｌは孔の
長さ、Ｗは孔の幅、ｈは孔と拡散体間の距離、及びλは
光の波長とし、その結果（１）上記拡散体からの反射が
光の投射面から出口面に向うフレネル反射に制限され、
及び（２）出口面から出る光が非スペキュラー光となる
平板テレビジョンデスプレイの製造方法。 - 【請求項７】 ある屈折率と、２つの対向する側を有
し、上記媒体の一方の側がミラーを有し、他方の側から
の光を媒体が回折し、ミラーから反射し、他方の側から
出る前に媒体によって更に回折する体積ホログラム媒体
を含み、上記媒体を通る拡散光のための不規則に拡散さ
れた光学通路長を上記投射面と出口面間の距離の少なく
とも数倍ならしめた、反射拡散体の製造方法であって、 上記媒体に、ある角度サイズのマスク拡散体孔を用いて
スペックルを非ホログラフ的に記録し、且つ上記媒体を
処理して上記スペックルが、１）上記媒体の屈折率をと
ぎれることなく滑らかに変化し、２）上記対向する側の
一方から他方に向う光をとぎれることなく反射放散せし
め、及び３）上記拡散体の中心から見たマスク拡散体孔
の角度サイズに反比例する統計的平均サイズを有せし
め、その結果１）上記拡散体からの反射が上記他方の側
に入る光のフレネル反射に制限され、及びミラーから反
射される光に制限され、及び２）上記他方の側から出る
光が非スペキュラー光となるようにする反射拡散体の製
造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US59180190A | 1990-10-02 | 1990-10-02 | |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| JPH04299303A JPH04299303A (ja) | 1992-10-22 |
| JP3390954B2 true JP3390954B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
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Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27896191A Expired - Fee Related JP3390954B2 (ja) | 1990-10-02 | 1991-10-01 | 体積ホログラフ拡散体の製造方法 |
| JP2000169989A Ceased JP2001021721A (ja) | 1990-10-02 | 2000-06-07 | 体積ホログラフ拡散体を用いた装置 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000169989A Ceased JP2001021721A (ja) | 1990-10-02 | 2000-06-07 | 体積ホログラフ拡散体を用いた装置 |
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| JP (2) | JP3390954B2 (ja) |
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