JP4151804B2

JP4151804B2 - ホログラム複製方法

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Publication number: JP4151804B2
Application number: JP07549898A
Authority: JP
Inventors: 西川真悟; 渡部壮周
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2018-03-24
Also published as: JPH10340038A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラム複製方法に関し、特に、散乱物体の像を記録した体積ホログラムをホログラム複製法により複製する際に、不要光（０次光等）の回折を制限し、かつ、記録像を観察できる視域（視角範囲）を所望の範囲に制限して、原版より明るい像が表示できるホログラム複製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、散乱物体からの散乱光と参照光を体積ホログラム感材中で干渉させて白色照明光の下で再生可能な体積ホログラムを記録することはよく知られている。また、反射型あるいは透過型体積ホログラムに別の体積ホログラム感材を重ね合わせ、その別の感材側あるいは原版側からレーザー光を入射させ、その入射光と体積ホログラムで回折された回折光とをその別の感材中で干渉させて元の体積ホログラムと同じホログラムを複製する方法（ホログラム複製法）もよく知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、散乱物体を記録した体積ホログラムをホログラム複製法により複製する際、複製用のレーザー光の入射角については、原版記録時の参照光の入射角近傍に選ぶか、あるいは、格別考慮が払われていなかった。そのため、複製されたホログラムには、散乱物体からの正反射光（０次光）に基づく不要干渉縞が依然として記録されていたり、記録像の観察ができる視域が原版と同様に広いため、不必要なフリンジ（干渉縞）によって不要な回折光が生じ、結果として余り明るい表示ができなかった。
【０００４】
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、散乱物体の像を記録した体積ホログラムをホログラム複製法により複製する際に、正反射に基づく０次光等による不要光の回折を制限し、かつ、記録像を観察できる視域を所望の範囲に制限して、原版より明るい像表示が可能なホログラム複製方法及び体積ホログラムを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のホログラム複製方法は、散乱物体の像を記録した体積ホログラムをホログラム複製法により複製する際に、複製された複製ホログラムにおいて、所定の想定照明角θで照明し、所定の想定観察中心角φで観察できるような想定スラント角Ｓ_gのフリンジを複製記録できる入射角Ｉ₁で複製照明光を入射させることを特徴とする方法である。
【０００６】
この場合、入射角Ｉ₁が次の式（６）を満たすことが望ましい。

ただし、Ｉ₀：原版記録参照光入射角
λ₀：原版記録波長
ν₀：原版感材収縮率
τ₀：原版フリンジスラント角変化
λ₁：複製波長
τ₁：複製フリンジスラント角変化
ｎ₀：感材外屈折率
ｎ₁：感材内屈折率
である。
【０００７】
また、第１の散乱物体の像を記録した第１の体積ホログラムと第２の散乱物体の像を記録した第２の体積ホログラムとを重畳してなる原版を同一体積ホログラム感材中に複製する際に、複製された複製ホログラムにおいて、第１の散乱物体のホログラム像に対して所定の想定照明角θで照明し、第１の所定の想定観察中心角φ₁で観察できるような第１の想定スラント角Ｓ_g1のフリンジと、第２の散乱物体のホログラム像に対して所定の想定照明角θで照明し、第１の想定観察中心角φ₁と異なる第２の所定の想定観察中心角φ₂で観察できるような想定スラント角Ｓ_g2のフリンジ、あるいは、同様に異なる３つ以上のフリンジを複製記録できる入射角Ｉ₁で複製照明光を入射させるようにすることができる。
【０００８】
また、第１の波長で第１の散乱物体の像を記録した第１の体積ホログラムと第２の波長で第２の散乱物体の像を記録した第２の体積ホログラムとを重畳してなる原版を同一体積ホログラム感材中に複製する際に、複製された複製ホログラムにおいて、第１の散乱物体のホログラム像に対して第１の波長と波長比が一定の関係にある第３の照明光を所定の想定照明角θで照射し、想定観察中心角φで観察できるような想定スラント角Ｓ_gのフリンジと、第２の散乱物体のホログラム像に対して第２の波長と波長比が同じ一定の関係にある第４の照明光を所定の想定照明角θで照射し、同じ想定観察中心角φで観察できるような同じ想定スラント角Ｓ_gのフリンジ、あるいは、同様に異なる３つ以上のフリンジを複製記録できる入射角Ｉ₁で複製照明光を入射させるようにすることができる。
【０００９】
本発明のもう１つのホログラム複製方法は、散乱物体の像を記録した体積ホログラムを２段階のホログラム複製法により複製する際に、第１の段階で複製された複製ホログラムにおいて、ホログラム面に沿った直交する２つの方向の何れか一方の方向の所定の想定照明角成分θ_xで照明し、その方向の所定の想定観察中心角成分φ_xで観察できるような想定スラント角Ｓ_gxのフリンジを複製記録できる入射角Ｉ_1xで複製照明光を入射させ、第２の段階で複製された複製ホログラムにおいて、ホログラム面に沿った直交する２つの方向の他方の方向の所定の想定照明角成分θ_yで照明し、その他方の方向の所定の想定観察中心角成分φ_yで観察できるような想定スラント角Ｓ_gyのフリンジを複製記録できる入射角Ｉ_1yで複製照明光を入射させることを特徴とする方法である。
【００１０】
また、本発明の体積ホログラムは、散乱物体の像を記録した体積ホログラムであって、所定の照明角θで照明し、所定の観察中心角φで観察できるようなスラント角Ｓ_gのフリンジを中心にそのスラント角Ｓ_g前後の所定の幅ΔＳ内のスラント角のフリンジのみが記録されていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のもう１つの体積ホログラムは、散乱物体の像を記録した体積ホログラムであって、所定の照明角θで照明し、所定の観察中心角φ₁で観察できるようなスラント角Ｓ_g1のフリンジを中心にそのスラント角Ｓ_g1前後の所定の幅ΔＳ₁内のスラント角のフリンジと、前記の所定の照明角θで照明し、別の異なる所定の観察中心角φ₂で観察できるような別の異なるスラント角Ｓ_g2のフリンジを中心にそのスラント角Ｓ_g2前後の所定の幅ΔＳ₂内のスラント角の別のフリンジ、あるいは、同様に異なる３つ以上のフリンジのみが記録されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明のさらにもう１つの体積ホログラムは、散乱物体の像を記録した体積ホログラムであって、第１の波長の照明光を所定の照明角θで照射し、所定の観察中心角φで観察できるようなスラント角Ｓ_gの第１のフリンジを中心にそのスラント角Ｓ_g前後の所定の幅ΔＳ₁内のスラント角のフリンジと、第２の波長の照明光を同じ所定の照明角θで照射し、同じ所定の観察中心角φで観察できるような同じスラント角Ｓ_gの第２のフリンジを中心にそのスラント角Ｓ_g前後の所定の幅ΔＳ₂内のスラント角のフリンジ、あるいは、同様に異なる３つ以上のフリンジのみが記録されていることを特徴とするものである。
【００１３】
これらの場合、ホログラム像がホログラム面近傍に再生されるように記録されていることが望ましい。
【００１４】
本発明においては、複製された複製ホログラムにおいて、所定の想定照明角θで照明し、所定の想定観察中心角φで観察できるような想定スラント角Ｓ_gのフリンジを複製記録できる入射角Ｉ₁で複製照明光を入射させるので、正反射に基づく０次光等による不要光の回折を制限し、かつ、記録像を観察できる視域を所望の範囲に制限し、そのため、原版より明るいホログラム像表示が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のホログラム複製方法及び体積ホログラムの原理といくつかの実施例について、図面を参照にして説明する。
散乱物体を体積ホログラム（デニシュークホログラム）として記録し、それを原版とし、その原版に別の記録材料を重畳してホログラム複製することを考える。
【００１６】
まず、図１に示すように、物体Ｏに照明光２を当て、それからの散乱光３と照明光が兼ねる参照光２とをフォトポリマー等の体積ホログラム感材１中で干渉させてホログラム原版を記録する。このとき、物体Ｏの照明は、体積ホログラム感材１を透過した０次光２ではなく、その光２とは別の分岐光によって行ってもよい。この原版記録時の参照光２の入射角をＩ₀、その波長をλ₀とする。
【００１７】
このようにして記録した原版の後処理による体積ホログラム感材１の収縮率をν₀、その中に記録されたフリンジ（干渉縞）のスラント角（フリンジ面の法線が体積ホログラム感材１面の法線に対してなす角）の変化をτ₀とする。
【００１８】
図２に示すように、図１のようにして記録し、後処理した原版１’に別の体積ホログラム感材４を密着するか若干間隔をおいて重ね合わせ、体積ホログラム感材４側から入射角Ｉ₁で波長λ₁の照明光５を入射させ、原版１’から回折した回折光６とを体積ホログラム感材４中で干渉させてホログラム複製を行う。なお、原版１’が透過型の場合は、照明光５は原版１’側から入射させる。
【００１９】
このようにして複製したホログラムの後処理による体積ホログラム感材４の収縮率をν₁、その中に記録されたフリンジのスラント角の変化をτ₁とする。
【００２０】
なお、体積ホログラム感材１、４の平均屈折率をｎ₁、その外部の屈折率をｎ₀とする。
【００２１】
さて、このようにして複製された体積ホログラム４’を、図３に示すように、入射角θで照明光７を当てて（想定照明角）、角度φを中心とする方向から観察するものとする（想定観察中心角）。このような観察を可能にするためには、体積ホログラム４’中に少なくともスラント角Ｓ_gのフリンジ８が複製されていなければならない。
【００２２】
以下、このようなフリンジ８が複製されるための複製時の照明光５の入射角Ｉ₁の条件を求めるが、その前に、記号を以下に整理しておく。
【００２３】
Ｉ₀：原版記録参照光入射角
λ₀：原版記録波長
ν₀：原版感材収縮率
τ₀：原版フリンジスラント角変化
Ｉ₁：複製照明光入射角
λ₁：複製波長
ν₁：複製感材収縮率
τ₁：複製フリンジスラント角変化
ｎ₀：感材外屈折率
ｎ₁：感材内屈折率
θ ：想定照明角
φ ：想定観察中心角
Ｓ_g：想定スラント角
簡単のため、感材１、４内での角度に「’」を付すと、上記スラント角Ｓ_gは、

を満たさなければならない。
【００２４】
さて、原版１’記録時で後処理前のスラント角Ｓ_gのフリンジを複製・後処理したホログラム４’中に同じスラント角Ｓ_gのフリンジとして複製する場合、原版１’中の記録時のスラント角Ｓ_gのフリンジの複製時（図２）のピッチ（フリンジ間の距離）Ｐ_t0は、
Ｐ_t0＝ν₀ｎ₀λ₀／｛２ｎ₁ cos（Ｉ₀’−Ｓ_g−τ₀）｝・・・（２）
となる。
【００２５】
また、複製・後処理したホログラム４’中のスラント角Ｓ_gのフリンジの複製時（図２）のピッチＰ_t1（スラント角Ｓ_g−τ₁）は、
Ｐ_t1＝ｎ₀λ₁／｛２ｎ₁ cos（Ｉ₁’−Ｓ_g＋τ₁）｝・・・（３）
である。
【００２６】
両感材１、４の屈折率は等しいｎ₁であり、かつ、原版１’の被複製フリンジも感材４中に複製記録されるフリンジもブラッグ条件を満たして複製されるとの条件から、
Ｐ_t0＝Ｐ_t1 ・・・（４）
上記（１）〜（４）から複製時の照明光５の入射角Ｉ₁を求めると、

すなわち、式（６）を満たす入射角Ｉ₁の照明光５で複製すると、後処理されたホログラム４’中には、記録時（図１）に物体Ｏから多方向へ散乱された光３により形成された種々のスラント角を持つ多数のフリンジから、少なくとも特定のスラント角Ｓ_gを持つフリンジを最終的に同じスラント角Ｓ_gを持つフリンジ８として複製されることになる。なお、以上の検討では、スラント角変化τ₀、τ₁を考慮していたが、実際の体積ホログラム感材においては、無視できるものである。
【００２７】
なお、以上の計算から明らかなように、Ｐ_t0＝Ｐ_t1を満たすＩ₁は２つ存在する。式（５）において、両辺のコサインの変数｛ sin^-1（ｎ₀／ｎ₁× sinＩ₀）−Ｓ_g−τ₀｝と｛ sin^-1（ｎ₀／ｎ₁・ sinＩ₁）−Ｓ_g＋τ₁｝が同符号であるか、異符号であるかで区別され、同符号の場合のＩ₁をＩ₁ ^A、異符号の場合のＩ₁をＩ₁ ^Bと定義し、想定スラント角周辺Ｓ_g＋ΔＳでのピッチの変化に着目する。
【００２８】
Ｉ₁ ^Aの場合、図４（ａ）に模式的に示しように、ΔＳの増減によるＰ_t0、Ｐ_t1の変化方向は一致する。これに対し、Ｉ₁ ^Bの場合は、図４（ｂ）に模式的に示しように、ΔＳの増減によるＰ_t0、Ｐ_t1の変化方向は一致しない。このことは、スラント角Ｓ_gでブラッグ条件を満たして回折される入射光が例えばその半分の効率で回折されるフリンジのブラッグ条件を満たすフリンジに対するスラント角変化ΔＳが、Ｉ₁ ^Aで複製する場合の方がＩ₁ ^Bで複製する場合に比べて大きいことを示している。すなわち、原版１’を入射角Ｉ₁ ^Aで複製する方がＩ₁ ^Bで複製するよりも広いスラント角範囲のフリンジを複製できる。このことから、入射角Ｉ₁ ^Aで複製する際には、想定スラント角Ｓ_gを中心に広い視域（視角範囲）を持つ複製ホログラムが得られ、入射角Ｉ₁ ^Bで複製する際には、想定スラント角Ｓ_gを中心に狭い視域（視角範囲）を持つ複製ホログラムが得られることになる。
【００２９】
具体的な数値例をあげる。Ｉ₀＝４５°、λ₀＝５１４．５ｎｍ、ν₀＝０．９９、λ₁＝５１４．５ｎｍ、ｎ₀＝１、ｎ₁＝１．５２、θ＝４０°、φ＝０°、τ₀＝τ₁＝０とすると、Ｓ_g＝１２．５１°（０．２１８ｒａｄ）になり、Ｉ₁ ^A＝４０．７４°（０．７１ｒａｄ）、Ｉ₁ ^B＝−０．６２°（−０．０１ｒａｄ）となる。この場合の原版中の記録時のフリンジのピッチ、スラント角と、複製・後処理したホログラム中のピッチ、スラント角との関係を図５に示す。
【００３０】
以上のように、本発明のホログラム複製方法は、散乱物体の像を記録した体積ホログラムをホログラム複製法により複製する際に、複製された複製ホログラムにおいて、所定の想定照明角θで照明し、所定の想定観察中心角φで観察できるようにするために、原版の体積ホログラムから複製ホログラムを複製する際の複製照明光の入射角Ｉ₁を前記の（６）式に基づいて定めるものである。あるいは、散乱物体の像を記録した体積ホログラムをホログラム複製法により複製する際に、複製された複製ホログラムにおいて、所定の想定照明角θで照明し、所定の想定観察中心角φで観察できるような想定スラント角Ｓ_gのフリンジを複製記録できる入射角Ｉ₁で複製照明光を入射させるものである。このようなホログラム複製方法を用いることにより、正反射に基づく０次光等による不要光の回折を制限し、かつ、記録像を観察できる視域を所望の範囲に制限して、原版より明るい像表示が可能なホログラムを複製することができる。
【００３１】
図６は、従来の散乱物体の像を記録した体積ホログラムあるいはそれから従来のホログラム複製方法により複製した体積ホログラム（図（ａ））と、本発明のホログラム複製方法により散乱物体の像を記録した体積ホログラムから複製した体積ホログラム（図（ｂ））とを定性的に対比した図であり、両者共反射型体積ホログラムを想定している。従来の体積ホログラムあるいはそれから複製した体積ホログラム１０の場合は、散乱物体Ｏの像Ｏ’が記録されているため、体積ホログラム１０に照明光７を当てると、物体像Ｏ’から所定の観察方向に出る回折光１１だけでなく、それ以外の散乱方向へ出る回折光１２も回折される。それに加えて、記録のときの散乱物体Ｏからの正反射光に相当する回折光１３も観察方向以外の方向へ回折される。このような回折光１２及び１３を回折させるフリンジが体積ホログラム１０に多重に記録されているため、実際の観察に寄与する回折光１１を回折させるフリンジの屈折率変調は小さくなり、その分回折光１１の強度は弱い。これに対して、本発明のホログラム複製方法により散乱物体Ｏの像Ｏ’を記録した体積ホログラムから複製した体積ホログラム４’の場合は、制限された視域α内の回折光１１を回折させるフリンジのみが記録されており、それ以外の方向へ出る回折光１２、記録のときの散乱物体Ｏからの正反射光に相当する回折光１３を回折させるフリンジは複製のときに除去され記録されていないので、実際の観察に寄与する回折光１１を回折させるフリンジの屈折率変調がその分大きくなり、その分回折光１１の強度が強くなり、原版より明るい物体像Ｏ’が観察できる。すなわち、本発明においては、複製の際、視域を制限するように複製照明光の入射角Ｉ₁を選択するので、視域が制限された分視域α内の回折光１１強度が強まり、より明るい物体像Ｏ’が観察できるものである。
【００３２】
したがって、例えば、光拡散板を散乱物体Ｏとしてホログラム記録してホログラム拡散板を製作する場合に本発明のホログラム複製方法を適用すると、記録のときの光拡散板からの正反射光に対応するフリンジは複製のときに除去され記録されないので、このようなホログラム拡散板を組み込んだ液晶表示装置等においては、照明光の正反射成分に相当する回折光が出ない。したがって、従来、正反射方向に回折していた光を観察に関与する方向、例えば照射角３０°から観察角０°（法線から）に向かう回折光に振り分けることで、明るい表示が可能なホログラム拡散板を得ることができる。
【００３３】
ところで、以上の議論は、複製の際、１次元方向、例えばｘ方向に視域を制限するように複製照明光の入射角を選択するものであったが、その方向と直交するｙ方向（ホログラムの面がｘ−ｙ面に平行であるとして）には視域は制限されておらず、その方向には所定の観察方向に出る回折光だけでなく、それ以外の散乱方向へ出る回折光も回折される。それに加えて、記録のときの散乱物体からの正反射光に相当する回折光も観察方向以外の方向へ回折される。その分上記ｙ方向では実際の観察に寄与する回折光が弱くなる。
【００３４】
そこで、次に、このｙ方向にも上記と同様の複製方法を適用して、ホログラム面に平行な直交する２方向何れにおいても視域を制限するように複製照明光の入射角を選択する。この方法を反射型ホログラムを前提にして説明する。図７（ａ）に示すように、まず、体積ホログラム感材１を物体Ｏの前側に配置して照明光２を当て、物体Ｏからの散乱光とを体積ホログラム感材１中で干渉させて第１のホログラム原版１’を記録する。ここで、体積ホログラム感材１はｘ−ｙ面に平行に配置されているとし、照明光２の入射角のｘ−ｚ面へ投影した成分（ｘ方向成分）をＩ_0x、ｙ−ｚ面へ投影した成分（ｙ方向成分）をＩ_0yとする。
【００３５】
次に、図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）のようにして記録し、後処理した第１のホログラム原版１’に別の体積ホログラム感材４₁を密着するか若干間隔をおいて重ね合わせ、体積ホログラム感材４₁側から、ｘ方向成分入射角Ｉ_0x、ｙ方向成分入射角Ｉ_1yで波長λ₁の照明光５₁を入射させ、第１のホログラム原版１’から回折した回折光とを体積ホログラム感材４₁中で干渉させて第２のホログラム複製を行う。この際、このｙ方向成分入射角Ｉ_1yは、そのｙ方向の想定照明角成分をθ_y、そのｙ方向の想定観察中心角成分をφ_yとしたときに、そのｙ方向の想定照明角成分θ_yで照明し、そのｙ方向の想定観察中心角成分φ_yで観察できるような想定スラント角Ｓ_gyのフリンジを複製記録できる入射角であり、前記の式（６）を満たす角度である。
【００３６】
次に、図７（ｃ）に示すように、図７（ｂ）のようにして記録し、後処理した第２のホログラム原版４₁’に別の体積ホログラム感材４₂を密着するか若干間隔をおいて重ね合わせ、体積ホログラム感材４₂側から、ｘ方向成分入射角Ｉ_1x、ｙ方向成分入射角Ｉ_1yで波長λ₁の照明光５₂を入射させ、第２のホログラム原版４₁’から回折した回折光とを体積ホログラム感材４₂中で干渉させて第２のホログラム複製を行う。この際、このｘ方向成分入射角Ｉ_1xは、そのｘ方向の想定照明角成分をθ_x、そのｘ方向の想定観察中心角成分をφ_xとしたときに、そのｘ方向の想定照明角成分θ_xで照明し、そのｘ方向の想定観察中心角成分φ_xで観察できるような想定スラント角Ｓ_gxのフリンジを複製記録できる入射角であり、前記の式（６）を満たす角度である。
【００３７】
このように、第１の段階の複製において、照明光５₁のｘ方向成分入射角を第１のホログラム原版１’記録時の照明光２のｘ方向成分Ｉ_0xと同じに保って、そのｙ方向成分入射角を式（６）を満たす角度Ｉ_1yにし、第２の段階の複製において、照明光５₂のｙ方向成分入射角を第２のホログラム原版４₁’複製時の照明光５₁のｙ方向成分入射角Ｉ_1yと同じに保って、そのｘ方向成分入射角を式（６）を満たす角度Ｉ_1xにすることにより、ｘ方向、ｙ方向の２次元方向共に制限された視域内の回折光を回折させるフリンジのみが記録され、それ以外の方向へ出る回折光、記録のときの散乱物体Ｏからの正反射光に相当する回折光を回折させるフリンジは両複製のときに除去され記録されておらず、実際の観察に寄与する回折光を回折させるフリンジの屈折率変調がその分大きくなり、その分回折光の強度が強くなる。したがって、照明角がｘ方向の成分でθ_x、ｙ方向の成分でθ_yの方向から照明した場合に、観察中心角がｘ方向の成分でφ_x、ｙ方向の成分でφ_yのｘ方向、ｙ方向の２次元方向共に制限された視域内で、原版よりより明るい物体像が観察できるようになる。
なお、上記の図７（ｂ）のステップと図７（ｃ）のステップを逆に行ってもよい。
【００３８】
以上のような本発明のホログラム複製方法により複製された体積ホログラムは、散乱物体の像を記録した体積ホログラムであって、所定の照明角θで照明し、所定の観察中心角φで観察できるようなスラント角Ｓ_gのフリンジを中心にそのスラント角Ｓ_g前後の所定の幅ΔＳ内のスラント角のフリンジのみが記録されているものである。このような体積ホログラムは観察中心角φを中心とする所定の視域α内の方向からのみ観察され、それ以外の方向から観察すると透明である。そこで、本発明においては、視域を自由に制御することにより様々な像の合成が可能である。図８はその１例を示す図であり、本発明に基づいて例えば前記の複製照明光入射角Ｉ₁ ^Bを用いて視域を狭い方向２３に設定した体積ホログラム２０の下側に通常の印刷物等からなる下地パターン２１を重ね合わせ、体積ホログラム２０の視域方向２３を下地パターン２１を観察しない方向に選ぶ。このような設定により、照明光２２でこの重畳体を照明すると、正面方向２４から見ると下地パターン２１のみが観察でき、方向２３から見ると体積ホログラム２０に記録された物体が観察でき、印刷物等の下地パターン２１と体積ホログラム２０に記録された物体像を別々に認識できる。
【００３９】
また、図９に示す例は、１枚の体積ホログラム２５中に、視域を特定の範囲α₁に設定された第１の像を記録している第１のフリンジと、その視域α₁と一部重なり別の方向範囲の視域α₂に設定された第２の像を記録している第２のフリンジとを以下に示す本発明の方法で複製記録し、照明光２２でこの体積ホログラム２５を照明すると、視域α₁中の方向２６から見ると第１のホログラム像が見え、視域α₂中の別の方向２７から見ると第２のホログラム像が見え、視域α₁と視域α₂が重なっている範囲中の方向２８から見ると第１と第２のホログラム像が観察して見える。すなわち、見る方向を変更することにより観察できるホログラム像が切り替わるものである。もちろん、３つ以上ホログラム像を視域を異ならせて記録することもできる。
【００４０】
このような観察像切り替えホログラム２５を本発明の方法で作製するには、第１の物体像を波長λ₀、原版記録参照光入射角Ｉ₀₁で第１の体積ホログラムに記録する。この際、前記式（６）に基づいて複製照明光入射角がＩ₁、想定照明角がθ、想定観察中心角がφ₁（視域α₁の中心の角度）となるように原版記録参照光入射角Ｉ₀₁を決める。また、第２の物体像を同じ波長λ₀、原版記録参照光入射角Ｉ₀₂で第２の体積ホログラムに記録する。この際、前記式（６）に基づいて、複製照明光入射角が第１の体積ホログラムと同じＩ₁に、想定照明角が第１の体積ホログラムと同じθに、想定観察中心角がφ₂（視域α₂の中心の角度）となるように原版記録参照光入射角Ｉ₀₂を決める。その後、第１の体積ホログラムと第２の体積ホログラムを重ね合わせて原版にする。その原版を入射角Ｉ₁の照明光を用いて複製することにより、想定観察中心角がφ₁とφ₂の第１のフリンジと第２のフリンジが１枚の体積ホログラム２５中に多重記録される。
【００４１】
なお、図８の体積ホログラム２０として図９の観察像切り替えホログラム２５を用いることもできる。また、この観察像切り替えホログラム２５に記録される第１の物体像、第２の物体像として、一方はロゴ等の文字、記号、他方は物体等の被写体とすることができる。
【００４２】
次に、本発明の方法で多色記録リップマンホログラムを作製する方法を説明する。図１０に示すように、Ｂ（青色）光散乱部３１とＲ（赤色）光散乱部３２とからなる物体３０の多色記録リップマンホログラムを作製することを考える。まず、図１０（ａ）に示すように、物体３０の上方にＢ体積ホログラム感材３３を配置し、Ｂ波長帯域中の波長λ_0Bの照明光３４を入射角Ｉ₀でＢ体積ホログラム感材３３に入射させ、その透過光が物体３０のＢ光散乱部３１で散乱された光と入射光３４とをＢ体積ホログラム感材３３で干渉させてＢ体積ホログラムを記録し、その上に、図１０（ｂ）に示すように、Ｒ体積ホログラム感材３５を重ね合わせ、Ｒ波長帯域中の波長λ_0Rの照明光３６を前と同じ入射角Ｉ₀でＲ体積ホログラム感材３５側から入射させ、その透過光が物体３０のＲ光散乱部３２で散乱された光と入射光３６とをＲ体積ホログラム感材３５で干渉させてＲ体積ホログラムを記録し、両者３３、３５を後処理してその重畳体を原版３７とする。
【００４３】
次いで、図１０（ｃ）に示すように、原版３７の下方の記録時に物体３０が配置されていた位置にＢ、Ｒ両波長領域に感光する別の体積ホログラム感材３８を原版３７と平行に配置し、Ｂ波長帯域中の波長λ_1Bの光とＲ波長帯域中の波長λ_1R光とを重ねてなるか、別々に入射させる複製照明光３９を入射角Ｉ₁で原版３７の下方から入射させると、物体３０の像３０’が体積ホログラム感材３８面近傍に再生され、原版３７が体積ホログラム感材３８に複製される。このように体積ホログラム感材３８中に複製記録されるホログラムはリップマン型の多色イメージホログラム（イメージプレーンホログラム）である。この複製の際の波長λ_1B、λ_1Rは原版３７記録の際の波長λ_0B、λ_0Rに対して、λ_1B／λ_0B＝λ_1R／λ_0R＝Ｃ（例えばそれぞれ同じとして１）を満たすものとする。すると、式（６）の形から、ＢについてもＲについても同じλ₁／λ₀＝Ｃとなり、Ｉ₁は波長に依存しないことになる。したがって、ＢでもＲでも同じθ，φを持たせるようにする場合、Ｂの場合もＲの場合も同じＩ₀で記録し、複製の際は同じ複製照明光入射角Ｉ₁とする。もちろん、３色以上で同様に多色記録リップマンホログラムを作製することも可能である。
【００４４】
このようにして作製された多色記録リップマンホログラムは、各色につき、必要なスラント角成分を持つフリンジのみが重点的に記録されているので、明るい多色ホログラム像が得られる。しかも、図１０の配置では、複製の際の体積ホログラム感材３８を原版３７から離間して配置することで、作製される多色記録リップマンホログラムはイメージホログラムとなり、再生の際に平行でない白色光で照明しても、ぼけのない明るい多色ホログラム像が観察できる。
【００４５】
以上、本発明のホログラム複製方法及び体積ホログラムを原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらに限定されず種々の変形が可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のホログラム複製方法及び体積ホログラムによると、複製された複製ホログラムにおいて、所定の想定照明角θで照明し、所定の想定観察中心角φで観察できるような想定スラント角Ｓ_gのフリンジを複製記録できる入射角Ｉ₁で複製照明光を入射させるので、正反射に基づく０次光等による不要光の回折を制限し、かつ、記録像を観察できる視域を所望の範囲に制限し、そのため、原版より明るいホログラム像表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】体積ホログラム原版の記録方法を説明するための図である。
【図２】本発明に基づき体積ホログラム原版からのホログラム複製方法を説明するための図である。
【図３】複製された体積ホログラムの想定照明角と想定観察中心角を説明するための図である。
【図４】フリンジのスラント角とピッチの関係を２つの複製照明光入射角の場合について対比して示す図である。
【図５】具体的な数値例におけるフリンジのスラント角とピッチの関係を示す図である。
【図６】従来の体積ホログラムと本発明のホログラム複製方法による体積ホログラムとを定性的に対比した図である。
【図７】本発明のホログラム複製方法を２次元的に拡張する場合のホログラム複製方法を説明するための図である。
【図８】本発明のホログラム複製方法により複製された体積ホログラムの１つの適用例を説明するための図である。
【図９】別の適用例を説明するための図である。
【図１０】さらに別の適用例を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｏ…物体
Ｏ’…物体の像
１…体積ホログラム感材
１’…原版（第１のホログラム原版）
２…照明光（参照光）
３…散乱光
４…体積ホログラム感材
４’…体積ホログラム
４₁…体積ホログラム感材
４₁’…第２のホログラム原版
４₂…体積ホログラム感材
５…照明光
５₁…照明光
５₂…照明光
６…回折光
７…照明光
８…フリンジ
１０…従来の体積ホログラム、複製した体積ホログラム
１１…所定の観察方向に出る回折光
１２…散乱方向へ出る回折光
１３…正反射光に相当する回折光
２０…体積ホログラム
２１…下地パターン
２２…照明光
２３…狭い視域方向
２４…正面方向
２５…体積ホログラム
２６…視域α₁中の方向
２７…視域α₂中の方向
２８…視域α₁と視域α₂が重なっている範囲中の方向
３０…物体
３０’…物体の像
３１…Ｂ光散乱部
３２…Ｒ光散乱部
３３…Ｂ体積ホログラム感材
３４…Ｂ照明光
３５…Ｒ体積ホログラム感材
３６…Ｒ照明光
３７…原版
３８…ＢＲ体積ホログラム感材
３９…ＢＲ複製照明光

Claims

散乱物体の像を記録した体積ホログラムをホログラム複製法により複製する際に、複製された複製ホログラムにおいて、所定の想定照明角θで照明し、所定の想定観察中心角φで観察できるような想定スラント角Ｓ_gのフリンジを複製記録できる次の式（６）を満たす入射角Ｉ₁で複製照明光を入射させることを特徴とするホログラム複製方法。
Ｉ ₁ ＝ sin ^-1 《ｎ ₁ ／ｎ ₀ × sin 〈± cos ^-1 ［λ ₁ ／（ν ₀ λ ₀ ）
× cos ｛ sin ^-1 （ｎ ₀ ／ｎ ₁ × sin Ｉ ₀ ）
−｛ sin ^-1 （ｎ ₀ ／ｎ ₁ × sin θ）＋ sin ^-1 （ｎ ₀ ／ｎ ₁ × sin φ）｝／２
−τ ₀ ｝］
＋｛ sin ^-1 （ｎ ₀ ／ｎ ₁ × sin φ）＋ sin ^-1 （ｎ ₀ ／ｎ ₁ × sin θ）｝／２
−τ ₁ 〉》
・・・（６）
ただし、Ｉ ₀ ：原版記録参照光入射角
λ ₀ ：原版記録波長
ν ₀ ：原版感材収縮率
τ ₀ ：原版フリンジスラント角変化
λ ₁ ：複製波長
τ ₁ ：複製フリンジスラント角変化
ｎ ₀ ：感材外屈折率
ｎ ₁ ：感材内屈折率
である。
前記入射角Ｉ ₁ として、式（６）を満たす２つの解の中、複製されるフリンジのスラント角範囲がより狭い方の角度Ｉ ₁ ^B で複製照明光を入射させることを特徴とする請求項１記載のホログラム複製方法。
第１の散乱物体の像を記録した第１の体積ホログラムと第２の散乱物体の像を記録した第２の体積ホログラムとを重畳してなる原版を同一体積ホログラム感材中に複製する際に、複製された複製ホログラムにおいて、第１の散乱物体のホログラム像に対して所定の想定照明角θで照明し、第１の所定の想定観察中心角φ₁で観察できるような第１の想定スラント角Ｓ_g1のフリンジと、第２の散乱物体のホログラム像に対して所定の想定照明角θで照明し、第１の想定観察中心角φ₁と異なる第２の所定の想定観察中心角φ₂で観察できるような想定スラント角Ｓ_g2のフリンジ、あるいは、同様に異なる３つ以上のフリンジを複製記録できる入射角Ｉ₁で複製照明光を入射させることを特徴とする請求項１又は２記載のホログラム複製方法。
第１の波長で第１の散乱物体の像を記録した第１の体積ホログラムと第２の波長で第２の散乱物体の像を記録した第２の体積ホログラムとを重畳してなる原版を同一体積ホログラム感材中に複製する際に、複製された複製ホログラムにおいて、第１の散乱物体のホログラム像に対して第１の波長と波長比が一定の関係にある第３の照明光を所定の想定照明角θで照射し、想定観察中心角φで観察できるような想定スラント角Ｓ_gのフリンジと、第２の散乱物体のホログラム像に対して第２の波長と波長比が同じ一定の関係にある第４の照明光を所定の想定照明角θで照射し、同じ想定観察中心角φで観察できるような同じ想定スラント角Ｓ_gのフリンジ、あるいは、同様に異なる３つ以上のフリンジを複製記録できる入射角Ｉ₁で複製照明光を入射させることを特徴とする請求項１又は２記載のホログラム複製方法。
散乱物体の像を記録した体積ホログラムを２段階のホログラム複製法により複製する際に、第１の段階で複製された複製ホログラムにおいて、ホログラム面に沿った直交する２つの方向の何れか一方の方向の所定の想定照明角成分θ_xで照明し、その方向の所定の想定観察中心角成分φ_xで観察できるような想定スラント角Ｓ_gxのフリンジを複製記録できる入射角Ｉ_1xで複製照明光を入射させ、第２の段階で複製された複製ホログラムにおいて、ホログラム面に沿った直交する２つの方向の他方の方向の所定の想定照明角成分θ_yで照明し、その他方の方向の所定の想定観察中心角成分φ_yで観察できるような想定スラント角Ｓ_gyのフリンジを複製記録できる入射角Ｉ_1yで複製照明光を入射させることを特徴とするホログラム複製方法。ただし、前記Ｉ _1x 、θ _x 、φ _x は次の式（６）を満たし、前記Ｉ _1y 、θ _y 、φ _y は次の式（６）を満たす。それらの場合、式（６）のＩ ₁ 、θ、φにそれぞれ前記Ｉ _1x 、θ _x 、φ _x 又は前記Ｉ _1y 、θ _y 、φ _y が代入される。また、式（６）のＩ ₀ にはＩ ₀ の直交する２つの方向の成分Ｉ _0x 、又はＩ _0y が代入される。
Ｉ ₁ ＝ sin ^-1 《ｎ ₁ ／ｎ ₀ × sin 〈± cos ^-1 ［λ ₁ ／（ν ₀ λ ₀ ）
× cos ｛ sin ^-1 （ｎ ₀ ／ｎ ₁ × sin Ｉ ₀ ）
−｛ sin ^-1 （ｎ ₀ ／ｎ ₁ × sin θ）＋ sin ^-1 （ｎ ₀ ／ｎ ₁ × sin φ）｝／２
−τ ₀ ｝］
＋｛ sin ^-1 （ｎ ₀ ／ｎ ₁ × sin φ）＋ sin ^-1 （ｎ ₀ ／ｎ ₁ × sin θ）｝／２
−τ ₁ 〉》
・・・（６）
ただし、Ｉ ₀ ：原版記録参照光入射角
λ ₀ ：原版記録波長
ν ₀ ：原版感材収縮率
τ ₀ ：原版フリンジスラント角変化
λ ₁ ：複製波長
τ ₁ ：複製フリンジスラント角変化
ｎ ₀ ：感材外屈折率
ｎ ₁ ：感材内屈折率
である。