JPS61114288A - 白色光再生黒白ホログラムの製法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はホログラムの製法に関し、より詳しくはコヒー
レントな単色光の物体光と参照光とによって、写貞配録
媒体上に、物体と該記録媒体との間に置いた結像光学要
素に上記物体光を通す操作を行なって記録されるホログ
ラムであって、しかも白色光で再生される黒白ホログラ
ム（無彩色ホログラム）をつくる方法に関する。

〔従来技術〕

かかるホログラムの製法は周知であって、たとえば米国
特許第３．４３３．９　ｇ　９号と第３．９１１’ｌ、
？ｌ：１号からこれを知ることができる。

米国特許第３．４３３．９　ｇ　９号に開示の製法では
、水平軸に沿った情報だけを含んだホログラムが得られ
るため、かかるホログラムは水平方向に再生可能な立体
像を示す。従って、得られた像の情報密度は比較的低い
ものになるが、それは垂直軸に沿った情報が失われてし
まっているからである。

かかるホログラム褥生像は、たとえば、コード化され九
文書のホログラフィ−伝送に適している（この従来技術
については、第１図乃至第３図を参照して後に詳細に説
明するととＫする）。

米国特許第３．９　ｌＩ＠　３．２−号はホログラム再
生像質の改善管を開示しているが、上記米国特許第３、
６３３．９　ｇ　９号の場合と同様に、この特許による
ホログラムは唯一つの方向に無彩色の形で完全な立体像
を生じるように再生される。

アメリカ合衆国、郵便番号Ｃ＾９’１７０グ、カークレ
イ（Ｋｅｒｋｅｌｙ）　７ｉ５、郵便私書箱第ｔｉ３１
Ｉｏ号気付で入手することのできる、ｒＨｏｌｏｇｒａ
ｐｈｙＨａｎｄｂｏｏｋ　　（ホログラフィ便覧）」と
いう名のピンク色の刊行物には、所謂「窓穴法（Ｏｐｅ
ｎａｐｅｒ　ｔｕｖａ　ｐｒｏｃｅｓｓ）Ｊ　　のこと
が記されているが、これについては後に第１図乃至第６
図を参照して歓明することにする。

〔本発明の目的〕

上に述べた周知の方法に鑑み、本発明の目的は簡単な装
置の助けを借りて改善された像質を有する無彩色ホログ
ラムをつくる方法を得ることにある。得られるホログラ
ムは三軸方向に完全な立体像を生じるように再生される
ものでなければならず、しかも型押機により機械的にレ
プリカを複製することのできるものでなければならない
。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は、結像光学要素に大きな口径比をもたせ、第
１のホログラムを記録媒体に配録した後に参照ビームを
該第１のホログラムの記録のために使用した参照ビーム
の方向とは反対の方向に投射し、従って上記参照ビーム
を上記第１のホログラムから物体波を再生するために使
用すること、該物体波を上記結像光学要素を通って後方
へ投射し、従って上記物体波を物体のはじめあった位ｔ
Ｗに像を形成させるために使用し、その位置で物体波を
参照ビームと干渉させ、それによって歪のない物体″の
像を第２のホログラムとして第２の記録媒体に記録する
ことを特徴とする本発明の方法によって達成される。

〔効果〕

本発明の方法で使用される第１のホログラムはＰＪｒ請
マスターホログラムであり、このホログラムは窓穴法で
使用されるホログラムよりもずっと小さい。従って、本
発明の方法によればより小さ々平行ビームを参照ビーム
として使用することが可能にな沙、そのため高価ではな
いが従来法で使用されているものよ＃）本高品質の像が
得られる光学系を使用することができる。本発明に使用
の平行ビームを得るだめの光学系は、その寸法が小さい
ことから、より高い品質の像が得られるようにつくるこ
とができ、そのため当然のこととしてより小さな収差を
生じることＫなる。

たとえば凸レンズから成る結像光学要素に関連して「大
きな口径比」なる胎を用いるときは、大きな入射瞳と知
かい焦点距離との比を指している本のとする。

大口杼比の光学要素を使用すれば、球面収差、非点収差
などの収差が相当に大きくなる。かかる収差を補償する
ため、本発明では、第１のホログラムを記録するために
使用した光学要素が第２のホログラムを記録するため後
になって使用されるようにして全ての収差を補償してい
るが、その理由は第２のホログラムを記録するとき、大
口径比の光学要素は光を第１のホログラムの記録時に光
を通した方向とは逆の方向へ通過させるからである。そ
の結果、第１のホログラム中に現われる収差は大きさが
等しく方向が反対の収差によって補償されるので、第２
のホログラムから歪のない、物体の再生像を得ることが
可能になる。

ホログラム（単数又は複数）のレインボー色を呈する干
渉縞よりも大きな無彩台の下区域が、第１のホログラム
及び／又は第２のホログラムの再生によって得られる根
に大きな口径比を結像光学要素は有していなければなら
ない。

本発明の好ましい実施例が備えるその上の特徴によ、れ
ば、追加の回折格子、または色フィルターを含ませるよ
う構成して分散を補償することによってレインボー色の
干渉縞の区域の広がりを小さくすることが可能である。

浴は合った色をもった色フィルターを使用すれけ、ホロ
グラムから許可を受けずにレプリカをａ表することは殆
んど不可能になるという又別の特徴が得られるので、こ
のようにしてつくったホログラムは偽造防止の目的に叶
っている。

本発明の別の好ましい実施例が備える特徴によれば、第
２のホログラムを透過型ホログラムとし、該ホログラム
の裏面に配置したミラーによって再生倫が得られるよう
に４１１成して、このホログラムが反射型ホログラムと
して見えるようにすることも可能である。

この実施例で得られる特別の利点は、押型に付与されて
いるレリーフ（表面の凹凸）は第λのホログラムの干渉
パターンから周知の方法によって得たものであるという
ことに在り、そのためこのホログラムのレプリカを機械
的方法でほしいだけ何回でも複製することが可能である
。押型は反射面に凹凸を付すのと、光学的に透明な材料
に凹凸を付すのとの、そのどちらにも使用することがで
きて、かかる凹凸を付された面は特定の分光透過特性を
有し、これを反射面の前に配置することが可能である。

〔実施例〕

第１図乃至第３図を参照して、カラーホログラムを記録
するための一段階方式と二段階方式について説明する。

かかる方式は、たとえば、米作１特許第３．乙３３．　
ｑｇ　９号に開示さねている。

第１図は、スリットを切った遮蔽マスクを使ってホログ
ラムを言己録するために使用される基本光学配置を示す
。図示されてないレーザーから発した物体波が照明光２
として物体１に入射する。

ここで指摘しておきたいことは、第１図乃至第４図に示
す各記録方式において、物体をレーザー光で照射しなけ
ればならないということ、またこのレーザー光の一部を
ミラーなどにより周知の方法で偏向させて参照光にする
ということである。

物体１は照明光２の形の物体波の照射を受けて物体光８
の形で物体波を散乱させ、物体１に関する情報を含んで
いるこの物体光８はスリットを切った遮蔽マスク５を通
過し、上記物体光の像がたとえば凸レンズ６などの結像
光学要素によってホログラム面７に形成される。この像
は破線で８として図示されている。物体１の情報を含む
とのイ象は、ホログラム面？内で参照光９との干渉を生
じる。生じた干渉パターンは、周知の方法で、ホログラ
ム面？に背いた写真記録材料上に記録される。

第１図を参照して十に記憶した方式は、通常のレインが
つ・ホログラムを得るための一段階方式である。このレ
イン？つ・ホログラムは所謂透過型ホログラムであり、
これを青色レーザー光でホトレジスト上に転写するなど
して位相ホログラムへ転換することが可能である。かか
る位相ホログラムにおいて娘、ホログラムの情報を含む
干渉・母ターン構造が表面のレリーフ（凹凸）の形で記
憶されているので、このレリーフを使って型押成形（ｅ
ｍｂｏｓｓｌｎｇ）を行なうことが可能である。かかる
ホログラムに鐘面コーティングを施すことができるので
、そうすれはこれを反射光で見るととができるようにな
る。この転換工程は当業者の熟知していることであるか
ら、これ以上詳細には説明し々い。

第２図と第３図を参照して、レインがつ・ホログラムを
記録するだめの二段階方式について説明する。

まず、第λＩｇＫ示す第１段階でけ、物体ｌにより反射
された物体光８と参照光９を使ってホログラム面７に瞳
いた写真記録材料上に透過型ホログラムを記録する。こ
のホログラムはマスターホログラムであって、これから
型押成形によってレプリカを複製することけしない。

第３図に示すように、マスターホログラム１１は、マス
ク５のスリット４を通過する再生光のビーム１０を使っ
て、ホログラム像１２を第２のホログラム面１８内で再
生するために使用される。

こうして再生されたホログラム像１２は、参照光のビー
ム１４との干渉を生じる。その結果、第２のホログラム
面１８に置いた写真記録材料上に第２のホログラムが記
録される。

第１図に示す方式と第２崗及び゛第３図に示す方式とを
比較するに、両者間の本質的ガ相違は後者の二段階方式
では結像光学装置を使用しない点にある。

周知の、スリットを切ったマスクを使用するの袖、白色
光で再生された僧が、これを見る視角によって、レイン
ぎつの賄一つの成分色として見えるためシャーシな可ネ
Ｒ像が得られるようにするためである。もしもスリット
を切ったマスクをレーザー光で記録の行なわれている曲
伸用しなかったとすれば、白色光で再生してつくったホ
ログラムはレインボウの全成分色で記録された絵を示し
たはずであり、したがって重なり合った色のためシャー
プな像が形成されなかったはずである。記録されたホロ
グラムの中には、スリットを切ったマスクの像が現われ
る。この、スリットを切ったマスクは、スリットイ象の
上及び下に現われる色を呈ｉ−てスリットの外側に形成
された全てのホログラム像を排除する。その結果、充分
にシャープな見掛は上単合の像が視角によって異なる色
で見えることになる。こ・うして、白色光で再生可能な
レインボウの色を呈するホログラムがスリットを切った
マスクを使って得ることができたのである。

スリットを切ったマスクにより記録されたレインポウ・
ホログラムが有する欠点の一つり、このホログラムが視
角によって異なる色に見えるということである。また別
の欠膚として、ホログラムを見る立体角が垂直方向に制
限されるため、完全な立体効果が得られるのは水平面内
に実質的には限られるということがある。

第４図乃至第６図に示す方式によれば、水平面のみなら
ず立体面内でも三次元的な黒白ホログラムを得ることが
できる。

こうするためには、物体から反射された物体光のビーム
８と、平面波から成る参照光のビーム９とを通常の方法
で使って、第１図に示すように、ホログラムをホログラ
ム面７に記録する。このホログラムは、第３図に従って
記録されたホログラム１１と比較したとき、ずっと大き
な面積のホログラムが得られるという点が相違する。

ついで、このホログラム、すなわちマスターホログラム
２０（第５図）から、参照ビーム９とは逆の方向を向い
た再生ビームｌＯを使って、ホログラム像２２を第２の
ホログラム面に再生する。

第６図にこれを示す。ついで、第２のホログラム２２が
、ホログラム面２Ｂ内に置いた写真記録材料上に参照ビ
ーム１４を使って記録される。

ついで、第１／図に示すように、白色光を使って上記ホ
ログラム２２を再生すると全方向に三次元的な黒白ホロ
グラムが形成される。これが可能な理由は、マスターホ
ログラムが非常に大きいためレインゲラ色をしてずれて
重なり合ったホログラム像が形成されるのけ干渉縞の生
じている各位置と芯の区域とだけであり、マスターホロ
グラムが大きいため充分に大きな大きさをもったこのＸ
の区域が三次元の黒白ホログラムとして見えるからであ
る。第１／図から明らかなように、第２のホログラム２
０の各点は記録されたホログラム情報をレインボウの全
成分色で再生したものである。

しかし、ホログラム２０が大きな面積をもっていること
から、芯の区域内の像を構成する、レインボウの成分色
から成る全輝点は具合よく一致するため白色の像が再生
されたホログラム面の開口部分で得られる。そこで、ホ
ログラム面内に形成されている再生ホログラム像２２を
上記再生されたホログラム面の開口部分を通して卵れげ
、観測者日は再生された黒白ホログラムを知覚するはず
である。

上に述べた周知のプロセスは実施するのが非常に難かし
く、その上高価なものＫつくか、その理由はレーザーか
らの平行ビームを使って大きな面積を有するホログラム
を記録するのが…豐だからである。充分な照明を行なう
ためには、露光時間を比較的短かくしようとすれげ、比
較的に輝度の高い光源を使用しなくてはならない。ホロ
グラムの面積が大きいため、平面波のｅ面を制御するに
も非常に大きな費用がかかる。

上記困難は本発明の方法により回避されるが、これを第
１図乃至第１２図に示す実施例を参照して以下により詳
細に説明する。

第１図に従って説明するに、物体から反射された物体光
の光ビーム８が結像光学要素８０によってホログラム面
８１に図示のように結像しているので、参照光のビーム
９を使って上記ホログラム面８１に置いた写真記録材料
上にマスターホログラム８２を記録することができる。

第３図に示す作動方式において、マスターホログラム８
２から物体の再生偉８４を引き出し、結像光学要素８０
により伝達し、第２のホログラム面８２に形成させるた
めに、再生光のビームｌＯを使用する。ついで、参照光
のビーム１４を使って、この再生物体儂８４を第２のホ
ログラム面８８に置いた記録材料上Ｋｌｉ’！録し第２
のホログラムを形成する。

第２のホログラムを記録するだめの再生光は結像光学系
８０を逆方向に通過するため、この結像光学要素８０に
よってマスターホログラム８２中に生じた収差は再生さ
れた第２のホログラム中で補償されることになり、その
結果上記再生された第２のホログラムは元の物体の歪の
ない像を表わしている。

第２のホログラムがより小さい収差を含有している別の
理由は、マスターホログラムが小さいためより小さな平
行ビームを使ってこのマスターホログラムを記録できる
ということにある。

本発明の方法によりつくられたホログラムは、第１／図
を参照してこれから駅間するように、黒白ホログラムで
ある。

窓穴方式では、黒白ホログラフは大きなマスターホログ
ラムから得られる。これに対して、本発明の方法では、
ホログラムの配録や再正に必要な大口径は結像光学要素
だけがこれを具備するようにし、大きなマスターを使用
する必要はない。このためホログラム技法を周知の方式
に限って使用することができ、結像光学＊素は光が逆方
向に通過することの可能な大口径比を具備する。高価で
ないレンズから成る結像光学要素を使用することができ
るが、その理由は光がかかる光学要素を逆方向に通過す
ることによって順方向に通過したときに生じた収差が相
殺されるからである。

第１図乃至第４図に示す、本発明の方法によりつくられ
たホログラム８８は、けじめは透過型ホログラムである
。この透過型ホログラムは周知の方法で位相ホログラム
に変換可能であり、この位相ホログラムから型押しプレ
スを使ってレプリカをａ製することができる。型押しプ
レスを使って成形した型押成形ホログラムであって、本
発明の方法に従ってつくられた、社じめのホログラムに
対応した表面の凹凸を有するホログラムを第１−図に示
す。この型押成形ホログラムは、光学的に透明な基板１
１に楕された反射Ｎ４０を包含する。

再生波の光ビーム４２は透明層４１を透過して反射層４
０に入射するが、この反射層が型押成形によって付与さ
れたレリーフ（表面の凹凸）を有しているため、該故射
層は上記入射光を位相変調し、その結果入射光の一部分
４４を零次の回折光として反射する。レリーフのため生
じた位相変位により、入射光の別の部分は光線４８の方
向へ屈折される。この屈折光線４８は、ホログラムに記
録された物体の情報を虚像として再生する。光学的に透
明な層は、たとえば、ポリビニルクロライド、又はポリ
エステルから成る。

透明材料は、所望の色に染色することが可能である。染
色性よりシャープな像が得られるように像を形成する干
渉縞のバンド幅を制限するために使用される。

透過型ホログラムが得られるように、反射層ではなくて
透明材料に型押成形を施して表面にレリーフを形成させ
ることも又可能である。

型押成形によって表面にレリーフを楕したホログラムを
正真性確關のため使用するとすれば、該ホログラムの透
明な基層を染色することによって、偽造防止という特徴
がこのホログラムに追加されよう。こうすれば、許可を
得てない人物がかかるホログラムからレプリカを複製す
る可能性は、非常に高い確度で阻止される。

微細構造を有するホログラムの複製は、直接成形工程に
よるか、あるいは光学的方法によってつくられる。

レリーフ（表面の凹凸）Ｋ近づけないようにレリーフの
パターン（この凹凸）を備えた構造を成型品中に埋設す
ることによって、かかる凹凸が許可を得ないで機械的に
複製される危険を阻止することができる。選択した色に
染めである透明層でレリーフを覆えば、かかるレリーフ
の複製は波長可変色素レーザーによってのみ可能である
。しかし、透明層が溶け合った色を呈するようＫすれば
、合累レーザーを使用したとしてもかかるレリーフの祷
製は不可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はレインゲラ・ホログラムを記録する周知の第１
段階の工程を説明する図である。 第２図及び第３１網はレインゲラ・ホログラムを記録す
る周知の第２段階の工程を説明する図である。 第４［勺乃至第６図は、周知の窓穴型ホログラムを説明
する図である。 第１図乃至詑９図は、小さなマスターホログラムをつく
り、大きな口径比を有する結像光学要素を使用する本発
明の方法をＮＳ、明する図である。 第１０図は周知のレイン〆つ・ホログラムからの像の再
生を説明する図である。 第１／図は本発明によりつくられた無彩色ホログラムが
どのようにして白色光で角生像を生じるかを説明する図
である。 第１２図は本発明の方法によシつくられた型押成形ホロ
グラムを示す拡大断面図である。 ８・・・・・・物体光 ？・・・・・・物体 ９・・・・・・参照光 ２４・・−・・７区域 ８０・・−・・結像光学要素 ８ｚ・・・・・・第１のホログラム ８３・・・・−第２のホログラム ４０・・・・・・ミラー ４１・−・−透明材料

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コヒーレントな単色光の物体光と参照光とによつて
   、写真記録媒体上に、物体と該記録媒体との間に置いた
   結像光学要素に上記物体光を通す操作を行なつて記録さ
   れるホログラムであつて、しかも白色光で再生される黒
   白ホログラム（無彩色ホログラム）をつくる方法におい
   て、上記結像光学要素に大きな口径比をもたせ、第１の
   ホログラムを記録媒体に記録した後に参照ビームを該第
   １のホログラムの記録のために使用した参照ビームの方
   向とは反対の方向へ投射し、従つて上記参照ビームを上
   記第１のホログラムから物体波を再生するために使用す
   ること、該物体波を上記結像光学要素を通つて後方へ投
   射し、従つて上記物体波を物体のはじめあつた位置に像
   を形成させるために使用し、その位置で物体波を参照ビ
   ームと干渉させ、それによつて歪のない物体の像を第２
   のホログラムとして第２の記録媒体に記録することを特
   徴とする方法。 ２、第１のホログラム及び／又は第２のホログラムのレ
   インボー色を呈する（視角によつて色の変わる）干渉縞
   よりも大きな無彩色の芯区域が生じるほど上記相対開口
   を大きくした特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、第２のホログラムが透過型ホログラムであり、この
   ホログラムの裏面にミラーを設けることによつて再生像
   が形成されるようにした特許請求の範囲第１項に記載の
   方法。 ４、第２のホログラムの干渉パターンから得たレリーフ
   で押型を形成する特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ５、特許請求の範囲第４項の方法でつくつた押型を使用
   して型押成形（凹凸型位相）ホログラムをつくる方法。 ６、特定の分光透過特性を有し、かつ色素を添加した透
   明なプラスチック材料から成る透明材料を型押成形する
   ために特許請求の範囲第４項の方法で作成した押型を使
   用して型押成形（凹凸型位相）ホログラムをつくる方法
   。 ７、回折格子の偏光効果によつて透明材料が色効果を生
   じる特許請求の範囲第６項に記載の方法。 ８、特許請求の範囲第４項の方法で作成した押型を使用
   して型押成形ホログラムをつくる方法であつて、かかる
   ホログラムの少なくとも片方の面を予め定められた色フ
   ィルター効果を生じる透明材料で覆うようにした方法。 ９、透明材料が溶け合つた色を有する特許請求の範囲第
   ６項に記載の方法。 １０、透明材料が溶け合つた色の効果を示す特許請求の
   範囲第６項に記載の方法。 １１、透明材料が溶け合つた色の呈するフィルター効果
   を示す特許請求の範囲第６項に記載の方法。