●最初のページへ

　物体からの情報をホログラムに記録し再生する技術であるホログラフィーは、主に干渉計測、産業機器、光情報処理、セキュリテｨ、医学、３次元画像ディスプレイなどの分野で使われています。下の図は、ホログラフィーを１本の樹にたとえ、その基礎研究と現在どのような応用が行なわれているかを示したものです。 

　ホログラフィーの樹

　このように、いろいろな分野で利用がなされています。次に、それぞれの分野について紹介します。

干渉計測

　ホログラフィーの応用のなかでも最も古くから実用化された分野です。従来の干渉計では被検物体は光学的に非常に平坦でなければ干渉縞を得ることが不可能でした。ホログラフィーによって粗面物体でも測定対象とすることができるようになり、測定の範囲が大幅に緩和されました。特に機械工業、自動車工業、音響機器工業など広い分野で利用されており、機器の検査や設計に多くの有用なデータを提供し、その性能向上に大きな寄与をしています。

　測定できる物理量は物体の等高線、微小変位、形状、振動モードなどです。自動車のボディの振動状況の把握、タイヤ内部の欠陥の非接触検出に既に実用になっています。干渉計測は光を利用したものが主ですが、光に限られたことではありません。とくに、電子線で干渉計測を行なうことにより微小磁場の測定が可能となり、量子力学の基礎理論を検証するという重要な役割を果たしています。

ローソクの炎の干渉模様

 産業機器

  ホログラムは光を集めるレンズの働きのほかに、回折素子としての分光および偏向機能や角度および波長に対するフィルター機能も同時にもたせることができます。この特長を生かして分光器用回折格子、光ディスク用ピックアップレンズ、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置、スーパーのレジなどでのＰＯＳ用バーコードリーダー、プロジェクションテレビのカラーフィルターなどに利用されています。

   光ディスクは現在ＣＤ、ビデオディスク、あるいは画像ファイルとして我々の生活に入っていますが、その光ヘッドの小型・軽量化のためにホログラムが使われています。

   液晶プロジェクターには色素を使ったカラーフィルターが入っており、赤、緑、青の成分の画像を合成してカラー画像を形成しています。最近は、このフィルターの代わりにホログラフィックに作製したフィルターを使った製品がでました。これは、厚いホログラムのもつ高い回折効率、分光機能、さらに偏光特性を巧みに利用したものです。

  ＨＵＤ装置は、観察者が外景を注視したままで必要なデータなどを知ることができるように、それらを前方の視野に重ねて表示するためのものです。ＨＵＤ装置は本来航空機のために開発されたものですが、自動車にも搭載されたことがあります。スピードの数値と警告マークがボンネットの先に見えるようにしたものです。将来はフロントガラス全面をホログラムにして、種々の情報を表示するためのナビゲーションシステムが考えられています。

ＣＤ，ＤＶＤ互換プレイヤーのためのピックアップレンズ
・・・２重焦点ホログラムレンズ
  

自動車に搭載されたホログラムＨＵＤ

プロジェクションテレビに使用されているホログラムカラーフィルター

 光情報処理

　ホログラムを一種のフィルターと考えて、コヒーレント光による情報処理を行なえば、２次元画像の和、差、微分処理、劣化像の回復などができます。また入力画像との相関のピークを最大にするマッチトフィルターをホログラムで作製することにより、文字認識、図形認識、指紋の鑑定などができます。
 干渉縞を計算によって求めそれを表示したものを計算機ホログラムといいます。この場合はホログラムの記録にレーザーを使う必要はありません。これによって、任意の方向に光を再生することができ、各種の画像処理や架空の３次元像の創造を行うことが可能です。

　　

　　　微分処理を行うための計算機ホログラム 　原画像 　 微分処理した画像    　   　　　　　




ホログラフィックメモリー

ホログラフィーの有望な応用の一つにホログラフィックメモリーがあります。これはホログラムの持つ情報の蓄積とその読み出しの機能を利用するもので、高密度記録と高転送レートを同時に達成する次世代の光ディスクとして期待されています。ホログラフィックメモリーの特長は、高密度性とともに並列性、高冗長性をもっており、また機能メモリーとしての可能性ももつことにあります。また複製も容易であります。CDやDVDは、それらを回転させピットと呼ばれる微小な穴の周りからの反射光を情報として時系列で順次読みだすのに対して，ホログラムの場合は２次元あるは３次元の情報を瞬時に読み出すことができます。この特長が並列性です。さらに、CDやDVDなどは穴が欠けたりするとそこの情報がなくなってしまいますが、ホログラムの場合はある面積に情報を分散させて記録しているため、その一部が欠けても情報がなくなることはありません。この性質が高冗長性です。
　最近では、現在の光ディスクの再生と互換性を持たせたコリニアと呼ばれる方式が注目されています。これは厚いフォトポリマーを使って１テラbyte（10¹²バイト）の記録容量と100メガbps（10⁸ビット/秒）のデータ転送速度が可能です。

ホログラフィックメモリーの概念図

セキュリティ

　クレジットカードにホログラムが貼付されるようになって２５年以上になります。偽造、変造の防止という観点から大きな効果が認められ、その後種々のカードにも採用されました。証明書類、各種パッケージの封印シールの分野などにも利用されています。このことが可能になったのはホログラムの複製技術が確立され、全く同一でしかも非常に薄いエンボスホログラムが大量に複製できるようになったからです。
  この種のホログラムは表面凹凸型のレインボーホログラムであり、裏面に反射層が付いています。

ロールプレス方式によるエンボスホログラムの複製装置の基本構成

　よりセキュリティを高めるための技術として、ホログラムを電子ビームで直接描画する方法や、一度剥がすと破壊されてしまう脆性タイプのホログラムも開発されています。さらに、数字などの情報を記録したホログラムを組み合わせ、特殊な読み取り装置でのみそれを解読できるホログラムキーとしての利用も行われています。後ろが透けてみえる透明ホログラムは、一種の透かし効果やコピー防止効果を持ちます。

　紙幣や有価証券にもホログラムが利用されています。下の写真はそのいくつかの例です。中央の例は、オーストラリアの建国２００年を記念して１９８８年に発行されたプラスチック紙幣です。最近の紙幣にはホログラムスレッド用紙が使われています。これは、スレッド用紙に細いテープ状のホログラムを漉き込んだもので、ホログラム作製技術と加工技術を組み合わせた高度な偽造防止策が取られています。上と下の例は、この用紙を使ったギフトカードとフィンランドの紙幣です。
　

ホログラムを使った紙幣、有価証券の例

　２００４年11月１日から、日本でも新札が発行されました。五千円と一万円札にはホログラム（回折格子）が貼付されました。下の写真のように、照明の方向を変えると画像の模様や色が変化して見えます。

デジタルホログラフィー

デジタルホログラフィーは、従来から使用されている銀塩乳剤などではなく、CCDやCMOSセンサーなどの電子的な撮像素子で撮影したデジタルデータの干渉縞画像をホログラムとして取り込み，このホログラムから物体の像をコンピューターで再生する技術です。近年の撮像素子の画素数の増大、画素の高密度化、コンピューターの高速化、大容量化などにより、ここ十年間で急激に研究が進められています。この技術は、被写体の位相情報や3次元情報の記録が可能、物体の定量的な解析が可能、現像処理が不要といった特長があります。しかし、従来のホログラム記録材料には記録できていた微細な干渉を記録するには、現在最も高い解像力をもつ撮像素子を用いてもその画素ピッチは粗すぎて記録が困難です。そのために、参照光を撮像素子に対してほぼ垂直に照射する方法がとられています。
　鮮明な再生像を得る方法として、位相シフトデジタルホログラフィーという技法が考案されています。その光学系の概略を下図に示します。参照光の位相を位相シフターにより３段階以上、通常４段階変化させて、それぞれの位相に対して干渉縞画像を撮影します。撮影された複数の干渉縞画像から計算により物体の再生像が得られます。

位相シフトデジタルホログラフィーの光学系

デジタルホログラフィーは現像処理が不要であり、被写体の定量的な解析が可能であるため、粒子計測、 振動・変形計測、バイオメディカルイメージングなどへの応用の研究が精力的に行われています。機械工学、生命工学などへの応用のためにデジタルホログラフィック顕微鏡装置も開発され市販されています。さらに、干渉縞はデジタルデータでありインターネットを通してデータのやり取りができるため、遠隔診断システムなど3次元画像送受信インターネットシステムへの新しい利用が期待されています。

医 学

　近年の医療の分野において、患者の体の断面を一定間隔で撮影したＣＴなどの断層画像が正確な診断に極めて有効です。しかし、これは２次元画像であり、医師がそれらから立体像を把握するには熟練を要し、客観的な判断が難しいという問題があります。そこで、この断層画像をもとにホログラムを作成することが行なわれており、外科や放射線科での診断、治療に貢献しています。

　その一つは、断層画像を３次元再構成を行なった後、２次元投影像を作成し、それを原画として円筒型のマルチプレックスホログラムを作成するものです。これにより３６０度の方向から３次元像を見ることができます。

　もう一つは、多重断層像ホログラムと呼ばれるもので、その画像をその配列にしたがって一枚のホログラムに順次多重記録して合成するものです。これによって、画像を３次元的に観察できます。その装置が市販されており、診断と手術を正確に行なうことを可能にしています。

ホログラフィックディスプレイ

　ホログラムを使った３次元画像ディスプレイをホログラフィックディスプレイといいますが、これはホログラフィーの特長を最もよく生かした分野です。電灯などの白色光で再生できるレインボーホログラムやリップマンホログラムといったホログラムが開発されており、各地で展示会などが開かれています。

  ホログラムは立体教材として利用できる可能性をもっており、また文化財の記録・保存に適しています。さらに、宣伝・広告のために媒体、装飾などに利用されています。ホログラムの複製技術が完成してからは、印刷物として本の表紙を飾ったり、パンフレットやステッカーなどに使われています。また、切手などにも使われています。

科学雑誌「ナショナルジオグラフィック」の表紙を飾ったホログラム（１９８５）

ホログラム切手の例

　最近は、３次元データをハードコピーとして出力するためのホログラフィック３−Ｄプリンター、音響光学変調器や液晶テレビなどを使ってリアルタイムで動画像を表示する電子ホログラフィー、また再生光源とホログラムを一体化したコンパクトな像再生などに関する研究などが行なわれています。

  電子ホログラフィーによる３次元像表示は、インタラクティブなホログラフィックディスプレイシステムとしての利用が考えられています。模型を作製することなく車や建築物のデザイン、都市景観のシミュレーションなど３次元像を見ながら自分の意のままに変更を加え設計することができます。

　近い将来、ホログラムを作製するソフトが開発され、自分のホログラムが手軽に作製できるようになることと思います。

ホログラムソフトによるオリジナルホログラムの作製