JPH04299303A - 体積ホログラフ拡散体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光の拡散装置、特にスペ
ックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）理論に基づく光の体積ホログ
ラフ拡散体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】拡散光の光路にある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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【０００８】

【発明の構成】本発明の体積ホログラフ拡散体は、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】本発明の拡散体は、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、本発明の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。

【００１１】

【実施例】以下図面によって本発明の実施例を説明する
。

【００１２】図１は光１４を種々の方向に拡散する不規
則な変化面１２を有する光の拡散体１０を示す。拡散体
１０からの各拡散光１６は数１として示すことができる
。

【００１３】

【数１】

【００１４】ここでｉは−１の平方根である。この拡散
光のベクトル又はフェゾール（ｐｈａｓｏｒ）表示はコ
ヒーレント光の例のために拡散光１６の振幅と位相を考
慮してなされる。コヒーレント光が照射されるときのみ
光の拡散体１０は、光がコヒーレントであれば総ての波
が干渉するという理由から位相成分を考慮する必要があ
る。コヒーレント光の代表的なものはレーザーである。 数１において｜μ｜は振幅を示すモジュール、ｅのｉΦ
乗は位相を示す。ベクトルμは図２のグラフで示すこと
ができる。図２においてベクトルは長さが｜μ｜で実軸
または水平軸Ｒに対して角度Φの虚及び実成分を有する
。

【００１５】拡散体１０からの回折光はスペックルパタ
ーンを作る。スペックルは室内で点から点への光の空間
強度変化として見ることができる。或る点では高輝度で
あり、他の点では低輝度または暗い。図１において点Ｐ
は夫々ベクトルによって表現できる多くの方向からの拡
散光の投射によって作られる光投射点である。この点Ｐ
の光の強度を計算するため、この点における総ての拡散
光のベクトルを加算する。拡散光の分野における点Ｐの
ような特定の点における光の強度がどの程度であるかを
予想することは不可能である。上記の計算結果は、その
点におけるベクトルをどのように加算したかによって大
きく変化する。図３は点Ｐにおける光を構成するため３
つのベクトルｖ１，　ｖ２，　ｖ３　をどのように加算
したかを示す。その結果は実軸及び振幅Ｒに対し角度Φ
をなすベクトルｖ１−３　である。コヒーレントでない
光を用いた場合にはこのような光は０から２π迄の一定
しない位相を有するものであるため振幅のみを考えれば
良い。

【００１６】他の例においては、例えば図３と異なりベ
クトルｖ１とｖ２が夫々異なる方向を指すときは、これ
らを加算して得た合成ベクトルｖｃ　は図３の合成ベク
トルｖ１−３　より振幅の小さいものとなる。従って点
Ｐにおけるベクトル成分の夫々の振幅及び位相は点Ｐの
光の強度を定めるようになる。この結果は迷い歩きと呼
ばれるものによって示すことができる。スペックルの不
規則状態は不規則な拡散体１０の構成に基因する。

【００１７】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
ルのサイズはその全域を含むスペックルを作るマスク拡
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この孔によって発生
されるベクトルの数は極めて大きくなり構造的な干渉は
不可能となりその結果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。

【００１８】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。

【００１９】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のステップは投射される光を拡散
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体積
ホログラムのような記録媒体上に記録する。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。

【００２０】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上述の種々
のベクトルによって特定することができる。不規則な形
ではこの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３０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。

【００２１】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。

【００２２】数２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。

【００２３】

【数２】

【００２４】ここでｒ＝（ｘ，ｙ），Ａは定数，ｓ＝（
ｓｘ　，ｓｙ　，ｓｚ　）であり、ｓｘ２　＋ｓｙ２　
＋ｓｚ２　＝１であり、Ｗ（ｒ）は数３によって示され
る自動相関関数である。

【００２５】

【数３】

【００２６】数３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４によって示
される。

【００２７】

【数４】

【００２８】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５によって示すこと
ができる。

【００２９】

【数５】

【００３０】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。

【００３１】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５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。

【００３２】ゴールドフィッシャーによれば強度相関関
数は数６によって示される。

【００３３】

【数６】

【００３４】ここでｃは定数であり数７が得られる。

【００３５】

【数７】

【００３６】ここでＰ（ｕ，ｖ）はマスク拡散体の孔２
２の関数である。数６を数２に代入すれば数８が得られ
る。

【００３７】

【数８】

【００３８】数７を数８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９が得られる。

【００３９】

【数９】

【００４０】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。

【００４１】全体平均（＜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。

【００４２】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。

【００４３】マスク拡散体２０を用いた拡散体３０の記
録プロセスは数６及び数７によって示される。数６のＦ
は数７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であり、Ｐ（ｕ，ｖ）＝１（孔内），＝０（そ
の他）である。

【００４４】数９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９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９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。

【００４５】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。

【００４６】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１０で示すことができる。

【００４７】

【数１０】

【００４８】数９を用いて数１１が得られる。

【００４９】

【数１１】

【００５０】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−ｓ
ｘ０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　　ｆｕｎｃ
ｔｉｏｎ）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１０から水平方向が
数１２として得られる。

【００５１】

【数１２】

【００５２】また垂直方向が数１３として得られる。

【００５３】

【数１３】

【００５４】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４
０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、得られた強度スペクトルの形は三角形であ
り、一方始めの孔の形は矩形である。

【００５５】数７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
７に示されるようにマスク拡散体孔に投射された光の強
度のよっては定められない。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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７は数１４のような形とすることがで
きる。

【００５９】

【数１４】

【００６０】ここでｆｘ　＝ｘ／λｈでｆｙ　＝ｙ／λ
ｈであり、矩形孔の関数Ｐ（ｕ，ｖ）＝ｒｅｃｔ　　ｕ
／Ｌ・ｒｅｃｔ　　ｕ／Ｗであり、数１５が導かれる。

【００６１】

【数１５】

【００６２】ここでｓｉｎｃ（ζ）＝ｓｉｎπζ／πζ
である。数１５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ｆ
ｘ０の位置である。下記の数１６を考える。

【００６３】

【数１６】

【００６４】ｓｉｎｃ関数の最初の２つの零点、−ｆｘ
０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１７と数１８によって示される。

【００６５】

【数１７】

【００６６】

【数１８】

【００６７】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。

【００６８】スペックルサイズは数１９によって表され
る。

【００６９】

【数１９】

【００７０】数１３と数１９の比較から数２０が得られ
る。

【００７１】

【数２０】

【００７２】数１３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２１が
得られる。

【００７３】

【数２１】

【００７４】拡散中心Ａｘ　とＡｙ　は数２２と数２３
によって得られる。

【００７５】

【数２２】

【００７６】ここでεｘ　＝２ｈ／Ｌである。

【００７７】

【数２３】

【００７８】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２４が得ら
れる。

【００７９】

【数２４】

【００８０】従って数２５となる。

【００８１】

【数２５】

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】この純粋位相ＧＲＩＮ媒体は、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。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。

【００８６】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１４
に示すように媒体の“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１４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。

【００８７】本発明の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。本発明の体積ホロ
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。

【００８８】平均スペックルサイズのための数１７，１
８，２２〜２４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／εｘλ＝μ／ε
ｘ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ＧＲ
ＩＮ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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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５１４ｎ
ｍ並びにこれらの領域に近いものとする。

【００９６】本発明の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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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２６
，数２７が得られる。

【０１０２】

【数２６】

【０１０３】

【数２７】

【０１０４】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。

【０１０５】

【数２８】

【０１０６】数２８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２８の全体平均は数２９
のようになる。

【０１０７】

【数２９】

【０１０８】従って数３の代わりに数３０及び数３１が
得られる。

【０１０９】

【数３０】

【０１１０】

【数３１】

【０１１１】数２における関数ｃｏｓν，Ｊ（ｓ）を次
第に変えることによって数３２及び数３３が得られる。

【０１１２】

【数３２】

【０１１３】

【数３３】

【０１１４】数３２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。

【０１１５】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３４，数３５が得られる。

【０１１６】

【数３４】

【０１１７】

【数３５】

【０１１８】数３５はシステムのインパルスレスポンス
である。数３４は数３２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ＩＯ　（ｓ
ｏ　）によって示される。

【０１１９】数３４は単色光の例であり、非単色光のた
めのＪ（ｓ）は数３６，数３７のように置換すべきであ
る。

【０１２０】

【数３６】

【０１２１】

【数３７】

【０１２２】数３４は数３８によって置換されるべきで
ある。

【０１２３】

【数３８】

【０１２４】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。

【０１２５】

【数３９】

【０１２６】数３９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３９のＸ依存位相項は数
４０の形と考えられる。

【０１２７】

【数４０】

【０１２８】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３９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４１及び数４２の形となる。

【０１２９】

【数４１】

【０１３０】

【数４２】

【０１３１】ｓｘ　＝ｓｉｎνと仮定すればｄｓｘ　＝
ｃｏｓνｄνであり数４２の代わりに数４３が得られる
。

【０１３２】

【数４３】

【０１３３】ｔａｎν≒１とすれば数４２を用いて数４
４が得られる。

【０１３４】

【数４４】

【０１３５】数４１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４４を用いて推定できる。数４４においてΔλ＝２０
ｎｍ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。

【０１３６】本発明の体積ホログラフ拡散体の他の実施
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９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Ｐ
１　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Ｐ１　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９を省略形とすると数４５が得られる。

【０１３７】

【数４５】

【０１３８】ここで★は相関関係のシンボルである。数
３９を説明するため数４６を示す。

【０１３９】

【数４６】

【０１４０】数３９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。

【０１４１】本発明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。

【０１４２】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。

【０１４３】図２４Ａ〜図２４Ｅは本発明の体積ホログ
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２４
Ｄ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。

【０１４４】本発明の更に他の実施例においては図２５
Ａ，２５Ｂ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２５Ａ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２５Ｂ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。

【０１４５】本発明の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。本発明の拡散体は、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。本発明の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。本発明の拡散体
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。

【０１４６】通常のつや消しガラスのような従来の拡散
体に代えて本発明の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、本発明の拡散体には体積ホ
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、本発明の拡散
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。

【０１４７】本発明の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（ＨＤＴＶ）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」（１９
８９年１０月ＩＥＥＥスペクトル発行）に示されている
。本発明の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。

【０１４８】好ましい映写スクリーンの例は数１７及び
数１８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。

【０１４９】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。

【０１５０】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。この効果は本発明
の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。

【０１５１】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４７
で示される。

【０１５２】

【数４７】

【０１５３】エルゴートのプロセスを得るため数Ｎは数
４８によって示されるようにする。

【０１５４】

【数４８】

【０１５５】線速度と回転周波数間の基本的関係と数４
７と数４８から数４９が得られる。

【０１５６】

【数４９】

【０１５７】次いで最大検出器周波数レスポンスのため
数５０が得られる。

【０１５８】

【数５０】

【０１５９】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。

【０１６０】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５１のようになる。

【０１６１】

【数５１】

【０１６２】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。

【０１６３】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５２を得る。

【０１６４】

【数５２】

【０１６５】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５３
と数５４が得られる。

【０１６６】

【数５３】

【０１６７】

【数５４】

【０１６８】数５４の時間部分は数５５，５６のように
なる。

【０１６９】

【数５５】

【０１７０】

【数５６】

【０１７１】数５４の空間部分は数５７で示される。

【０１７２】

【数５７】

【０１７３】従って空間干渉性ρｃｏｈ　の近似半径は
数５８で示される。

【０１７４】

【数５８】

【０１７５】数５６と５８の比較から数５９が得られる
。

【０１７６】

【数５９】

【０１７７】数５４から数６０と６１が得られる。

【０１７８】

【数６０】

【０１７９】

【数６１】

【０１８０】ρｃｏｈ　＞λであるから数６２が得られ
る。

【０１８１】

【数６２】

【０１８２】従ってν≪ｃとして数６３が得られる。

【０１８３】

【数６３】

【０１８４】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＝１
μｍ＝１０４　オングストロームにおいてΔλ＝０．０
２オングストロームである。

【０１８５】

【数６４】

【０１８６】秘密な通信が望ましい場合には、エルゴー
トの式を満足する十分な速さで回転される体積ホログラ
フまたは他の型の拡散体を用いることができる。信号の
空間干渉性のみが変調されるため、従来の検出器では干
渉性検出器と異なり任意の信号を検出することができな
い。回転する型の拡散体には米国特許第４，９５８，８
９２号明細書に示されている干渉性フィルターが用いら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】不規則に変化する表面を有する光拡散体に光が
投射された状態の説明図である。

【図２】虚及び実成分を有し実軸に対する角度がΦであ
る説明図である。

【図３】互いに異なる振幅と位相を有する３つのベクト
ルｖ１　，ｖ２　，ｖ３　を加算した状態の説明図であ
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。

【図５】本発明の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。

【図６】高さＷ，幅Ｌのマスク拡散体孔の説明図である
。

【図７】２つの矩形の自動相関関数の説明図である。

【図８】本発明の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。

【図９】拡散体からの拡散光の形状の説明図である。

【図１０】本発明の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。

【図１１】本発明の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。

【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。

【図１３】厚さがｔで相関長さがＬｓ　である本発明の
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。

【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。

【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。

【図１７】スペックルが記録された本発明の体積ホログ
ラフ拡散体内の光の滑らかな回折の説明図である。

【図１８Ａ】処理及び記録の間の本発明の体積ホログラ
フ拡散体における屈折率ｎの変調の進行説明図である。

【図１８Ｂ】処理及び記録の間の本発明の体積ホログラ
フ拡散体における屈折率ｎの変調の進行説明図である。

【図１８Ｃ】処理及び記録の間の本発明の体積ホログラ
フ拡散体における屈折率ｎの変調の進行説明図である。

【図１８Ｄ】処理及び記録の間の本発明の体積ホログラ
フ拡散体における屈折率ｎの変調の進行説明図である。

【図１９】本発明によるレンズを用いた他の記録の説明
図である。

【図２０】本発明の体積ホログラフ拡散体の二重孔記録
の説明図である。

【図２１】本発明の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。

【図２２】多色非面光によって照射された本発明の体積
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の体積ホログラフ拡散
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。

【図２５Ａ】本発明の伝播体積拡散体の説明図である。

【図２５Ｂ】本発明の反射体積拡散体の説明図である。

【図２６】回転拡散体の説明図である。

【符号の説明】

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

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光の投射面と出口面とを有する純粋位
   相体積ホログラフ媒体より成り、この体積ホログラフ媒
   体には上記媒体の屈折率が滑らかに変化する拡散境界が
   記録されており、上記媒体を通る拡散光のための不規則
   な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体積ホログラフ拡散体。
2. 【請求項２】　　車両ヘッドランプの照明パターンを制
   御するために用いる請求項１記載の体積ホログラフ拡散
   体。
3. 【請求項３】　　光源の照明パターンを制御するために
   用いる請求項１記載の体積ホログラフ拡散体。
4. 【請求項４】　　光の投射面と出口面とを有する体積ホ
   ログラフ材料より成り、この体積ホログラフ材料には上
   記材料の屈折率が滑らかに変化する垂直方向の拡散境界
   が記録されており、上記材料を通る拡散光のための不規
   則な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
   御するための平板テレビジョンデスプレイ。
5. 【請求項５】　　体積ホログラフ材料より成る光の空間
   コヒーレンシを変調する回転拡散体を有し、この体積ホ
   ログラフ材料には上記材料の屈折率が滑らかに変化する
   スペックルが記録されており、上記回転拡散体は数４９
   に示すエルゴート条件を十分に満足する速度で回転する
   、【数４９】 ここでｔは検出器応答時間、ｒは回転半径、ｆは繰り返
   し周波数、Ｎはスペックルの数、Ａｒｍｓは平均スペッ
   クルサイズである、信号保持レーザービームを変調する
   ための通信装置。
6. 【請求項６】　　体積ホログラフ拡散体より成り、この
   体積ホログラフ拡散体には上記拡散体の屈折率が滑らか
   に変化するスペックルが記録されており、上記拡散体は
   数４９に示すエルゴート条件を十分に満足する速度で回
   転する、 【数４９】ここでｔは検出器応答時間、ｒは回転半径、
   ｆは繰り返し周波数、Ｎはスペックルの数、Ａｒｍｓは
   平均スペックルサイズである、光源の空間干渉性の程度
   を制御するための装置。
7. 【請求項７】　　２つの対向する側面を有する体積ホロ
   グラフ媒体より成り、この体積ホログラフ媒体には上記
   媒体の屈折率が滑らかに変化する拡散境界が記録されて
   おり、上記媒体を通る光を拡散し不規則な光路を通るよ
   うにし、この各光路長を上記２つの側面間の距離の少な
   くとも数倍ならしめ、上記媒体の一方の側面が光を内側
   に反射しその結果光が上記媒体によって回折され、内側
   の反射面で反射され、他方の側面から出る前に更に上記
   媒体によって回折される反射拡散体。
8. 【請求項８】　　上記記録が複数のマスク拡散体孔から
   なされる請求項１記載の体積ホログラフ拡散体。
9. 【請求項９】　　上記媒体には、第１のマスク拡散体孔
   を通して第１の基準光により第１拡散境界が記録され、
   同じく第２のマスク拡散体孔を通して第２の基準光によ
   り第２拡散境界が記録され、上記、第１の拡散境界が第
   １の基準光で再生され、上記第２の拡散境界が第２の基
   準光で再生される請求項１記載の体積ホログラフ拡散体
   。