ホログラムについて

ホログラムとは
ホログラムの原理
ホログラムの特徴
アナグリフとホログラムの違い

ホログラムとは

　物体の様子を記録するには、写真フィルムや、半導体撮像素子が用いられます。 これらの媒体を用いて撮影できる写真は、その写真をとった位置から見た物体の明るさに関する情報、つまり光の強度分布を記録しています(写真法)。 しかし、光は波であるため、強度だけでなく位相情報も持っています。写真は、位相情報が抜け落ちてしまっているのです。
　1948年に、ハンガリーの物理学者ガボール(D.Gabor)は、写真法を用いて光の位相情報を記録する方法を考え出しました。 光をそのまま記録するのではなく、補助の光(参照光)を重ねて、2つの光によって生まれた干渉縞を記録するのです。 干渉縞には位相情報が含まれているので、強度と位相の両方を同時に記録できるのです。
　ガボールはこの技術を「波面再生法」と名付け、この干渉縞が記録されたものを、ホログラム(ホロとはギリシア語で「すべての」、グラムは「記録」を意味します)と名づけました。 のちに、ホログラムの記録・再生する技術をフォトグラフィーからくる造語でホログラフィと呼ぶようになりました。
　この技法が生まれた当初は、あまり関心を集めませんでした。 しかし、1960年代には特に技術の面で改良が加えられ、その応用性と実用性が大きく広まりました。
そして、1971 年にガボールはノーベル物理学賞を受賞したのです。
　現在では、計測器や記録媒体など産業への応用だけでなく、アートとしても活用され、幅広い分野での活躍が期待されています。

ホログラムの原理

  1. 記録

    2. 　先に述べたように、ホログラムは光の「干渉」という性質を利用しています。そのため、干渉性の良い光（コヒーレント光）を使う必要があり、 多くの場合レーザが使用されます。図2-1は、物体から反射した物体光と、参照光を記録材料面上で記録する様子を示しています。 物体光と参照光は、記録材料表面で、干渉縞を作り出します。この干渉縞を記録したものがホログラムです。
    今、記録材料面における物体光の複素振幅分布を、
    (1)
    とおきます。はの振幅分布、は位相分布です。
    また、参照光は、物体光に対してθ傾いて入射しているので、記録材料面上における参照光の複素振幅分布は、
    (2)
    と表せます。
    そして、物体光と参照光の干渉による記録材料面での強度分布は、次のようになります。
    (3)
    (3)式の計算結果の第三項を見ると、物体光の位相情報が含まれていることがわかりますね。
    この強度分布を、記録材料面に記録したときの振幅透過率分布は、
    (4)
    のようになります。

    図3-2
    図2-1　物体光と参照光の干渉

  2. 再生

    3. 　図2-2のように、記録時の参照光と全く同じ光で、記録されたホログラムを照明します。
    この、再生のときに用いる光は、再生用照明光と呼ばれます。再生用照明光がホログラムを通過した後の複素振幅分布は、
    (2)式と(4)式の掛け合わせとなり、以下のように三種の波面を形成します。
    (5)
    　第一項は0次回折光で、再生用照明光が変調されずにそのまま直進することを示しており、
    被写体の位相情報を失っています。第二項は+1次回折光で、振幅には一定の値 がかかっていますが、
    (1)式に示した物体光そのものが再生されています。したがって、ホログラムを覗き込むと、
    その位置に被写体が存在しているかのように再生像が見えます。また第三項は−1次回折光で、2θの方向に伝播します。
    振幅は物体光と同じですが、位相は反転しています。このため、この回折像は共役像と呼ばれます。
    　以上のように、ホログラムでは、一般に記録参照光と再生照明光は全く同一でなければなりません。
    しかし、今回私達が作成したデニシュクホログラムは、再生照明光にレーザではなく、白色光を用いた「白色再生」が可能です。
    デニシュクホログラムの干渉縞は、記録材料面にほぼ平行な層状になっています。
    そこに白色光を入射すると、各層からの反射光が干渉して、波長選択性が生まれ、ある特定の波長の光のみが反射されます。
    そのため、単色の綺麗な像を観察することができるのです。
    　また、今回私たちは実験しませんでしたが、撮影を違う角度から複数行うと、一枚のホログラムで何個もの像を撮影することができます。これは多重ホログラムと呼ばれます。また、これを応用して、情報の記録媒体、ホログラフィックメモリとしての活用が期待されています。

    図3-3
    図2-2　物体光が観察できる原理

ホログラムの特徴

　ホログラムの特徴として以下の3点が挙げられます。