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ホログラフィー （英 :holography ,ギリシア語 のὅλος γραφή 次元 像 を記録した写真 であるホログラム (hologram ) の製造技術のことである。ホログラフィーは情報の記録にも利用することができる。
200ユーロ紙幣 のホログラム ホログラフィーは1947年 にハンガリー の物理学者ガーボル・デーネシュ によって発明された[ 1] 1971年 にノーベル物理学賞 を受賞しており、この発明に関する特許権 も保有した。この発見はイギリス のウォリックシャー州 ラグビー にあったブリティッシュ・トムソン・ヒューストン 社にて電子顕微鏡 を改良する研究をしていたときの思わぬ結果によるものだった。しかし、レーザー が1960年 に発明されるまでは研究があまり進歩することはなかった。
最も初期のホログラムは透過型ホログラム と呼ばれる。これは、レーザー光をホログラムの裏側から照射しないと観察できなかった。
その後改良が進み、表側に白色光をあてれば観察できるレインボーホログラム （体積ホログラム）が作られるようになった。レインボーホログラムは裏面の金属めっき によって反射された光が像を再生する。ただし、「レインボー」の名の通り虹 のようにさまざまな色の縞模様となる。クレジットカード や紙幣 に見られるホログラムで偽造防止に利用されている。日本の紙幣では、現在発行中のE壱万円券 及びE五千円券 に採用されている。
ほかに白色光反射型ホログラム がある。ガブリエル・リップマン の天然色写真と原理がよく似ているため、日本ではレインボーホログラムと区別してリップマンホログラム と呼ばれる。レインボーホログラムと同様、観察者と同じ側から自然光をあてることによって再生することができる。レインボーホログラムとは異なり、金属めっきの反射を利用するのではなく、ホログラムそのものの回折 （構造色 ）によって反射させる方式である[ 2] ゼラチン を使用している場合には経年変化によって劣化するが近年では屈折率の高い光硬化樹脂 が利用されるようになりつつあり、耐久性が向上している[ 3]
以前から、一部の愛好家や教育の一環としてホログラフィーの製作が試みられてきた[ 4] [ 5] [ 6] 気体レーザー がホログラフィーに必須とされたが、DVD などにさまざまな応用がなされている安価で小さい半導体レーザーでもホログラフィーの製造が可能になってきている。そのため、研究費の乏しい研究者や芸術家、熱心な愛好家でも手が出せるようになってきている。
白黒の写真は光強度 （単位面積あたりの光のエネルギー）が記録された点の集まりで、どの点も光強度という1つの情報しかない。カラー写真はさらに、光の三原色 に相当する3つの光の波長 の情報が加わる。
ホログラムでは光の電場の振幅や波長の情報だけでなくそれに位相 の情報が加わる。写真では位相の情報は失われるが、ホログラムでは光の電場 の振幅 と位相 が記録される。通常は単一波長であるが、カラーも可能である。像が再生される時にできる放射光は完全な3次元像となる点が、写真との違いである。また、写真と違い、像を反射率の違いで再生できるだけでなく、記録したホログラムを漂白（脱銀）することで屈折率 の違いでも像を再現できる。
ホログラムの記録 ホログラフィーでは、各点について、参照光 を用いて光波の位相を記録する。参照光 は、記録の対象となる物体を照らす物体照明光 と同じ光源から来ている。物体光と参照光とは、コヒーレンス （可干渉性）をもつ。参照光と物体光の重ね合わせ による光の干渉 によって干渉縞ができる。これは普通の写真フィルムと同じ撮影技術であるが、干渉縞の微細な像を記録する必要があるので、専用のフィルムを使い、除震台を使うのが一般的である（ただし、パルスレーザーを光源とする場合には除震台は必須ではない）[ 7] 回折格子 を形成する。
ホログラムの大量生産法として、スタンパからの転写が用いられる。金属板上に塗布された光硬化樹脂 に干渉縞を露光し、離型用に硝酸銀 の還元反応 によって銀メッキを施し、表面に無電解ニッケルメッキ（カニゼンメッキ ）を施して耐久性をもたせてから、裏面を銅の電鋳 によって裏打ちする。完成したスタンパから樹脂に転写する。
ホログラムの再生 一度フィルムが現像 されると、参照光が再度照射されたときにフィルム上の干渉縞によって回折 が起き、光強度と位相が再現された物体光ができる。光強度と位相が再現されているため像は3次元となる。観察者が動くと映し出された像は回転しているように見える。
ホログラフィーは物体光と参照光の干渉が必要となるため、コヒーレント な光波が必要であり、記録・再生にはレーザーが使われる。レーザーが発明されるより前のホログラムは、水銀灯 のような不便なインコヒーレント光源を利用していた[ 8] [ 9]
光のコヒーレンス長 によって像の最大の深さが決まる。レーザーは通常数十センチメートルから数メートルのコヒーレンス長を持ち深い像を作ることができる。レーザーポインター はホログラフィーに利用するにはコヒーレンス長が短すぎるとされてきたが、小さなホログラムであれば作ることができる。大きなアナログホログラムはレーザーの電力が低すぎてレーザーポインター では作ることができない。デジタルホログラフィーを利用すればこの問題に悩まされることはない。
光ホログラフィーは一般的なホログラフィーで光波 の干渉像を記録する。
電子線ホログラフィーは電子線 の干渉像を記録する[ 10]
音響ホログラフィーは音波 の干渉像を記録する[ 11] [ 12] [ 13]
マイクロ波ホログラフィーはマイクロ波 の干渉像を記録する。合成開口レーダー を使用するリモートセンシング 等で使用される[ 14]
ホログラフィーは像を記録する以外にも、さまざまな応用がなされている。
現在、ホログラフィー顕微鏡 などホログラフィーを利用した計測機器が次々と作られている[ 15] [ 16] [ 17] ホログラフィー顕微鏡 はホログラフィーを利用することにより、微小な物体の立体像を得るものである。これをコンピュータ処理することにより、3次元情報を得ることが可能でさまざまな応用が期待されている。また、振動の計測にも使用される[ 18] [ 19]
演算素子として利用できる。例えば、1枚のホログラムに2つのホログラムの実像を写せば、2つの3次元像の和をとれる。また、フーリエ変換面にホログラムフィルタをはさみこむことにより、微分演算を行える。他にも、パターン認識 等、さまざまな処理がホログラフィーで可能である[ 20] [ 21] [ 22] [ 23] 光コンピューティング を参照。
ホログラフィックメモリ は、結晶やフォトポリマーの中に高密度の情報を記録するものである。現在一般的な記録媒体（メモリ）である DVD は面上に記録するため光源の波長 に依存する回折限界 の制約を受ける。DVDはほぼこの上限に達しておりこれ以上容量を増やせない。しかし、メディアの容積全体に記録できるホログラフィックメモリは次世代記憶素子としての可能性を秘めている[ 24] [ 25]
空間光変調を使えば、1024×1024ビットの解像度の異なった画像1000枚を1秒で再生できる。メディアによっては、1ギガビット毎秒という速度で書き込むことができ、読み込み速度は1テラビット毎秒に達すると考えられている。
2004年、NTT はプラスチック製の切手サイズで1GBの記憶ができるInfo-MICA（インフォ・マイカ）を発表。2005年、オプトウェア は記憶容量1TB、直径120mmのホログラフィック・バーサタイル・ディスク (HVD ) を製造した。しかし、共に製品化までのアナウンスは聞こえてこない。
2009年4月27日、アメリカ のGE社 が標準サイズのディスク一枚に、500GBの容量を持つディスクについて発表[ 26] [ 27] フォーマット などは現行のDVD・ブルーレイディスクと似ており、互換性に優れているという。
NHK放送技術研究所 などが開発を行っている[ 28] [ 29] [ 30] LCOS やDMD が研究に用いられてきたが、可視光の波長と同程度の画素ピッチが必要なため、磁気光学空間光変調器 を使った研究もされている[ 31]
ホログラフィは芸術やホビーにも利用されている。ホログラフィック・ディスプレイ研究会[ 32] 石井勢津子 、中村郁夫[ 33] ヒロ・ヤマガタ 等が活躍している。
トレーディングカードゲーム （TCG）やビックリマンシール （主に「ヘッド」と呼ばれるキャラクター）など、希少価値の高いレアカード やシールにホログラム加工がなされているものがある。コンピュータゲーム のTCGにも、ホログラムのようなエフェクト が表示されるものもある。
HUD （ヘッドアップディスプレイ ）の表示素子にも使用されつつある。複雑な光学素子でもホログラフィック光学素子 を使用すれば軽量にできる[ 34] [ 35] 分光器 の回折格子 等も製造される。
2010年代から仮想キャラクターを用いたAR（拡張現実）配信やXRイベントが多数登場、普及しており、これら現実世界の空中に浮かぶAR像や空中立体像の表現技術を、便宜的にホログラムと呼ぶケースも増えてきている。これらのほとんどは参照光を用いるホログラフィーを用いてないが、ヘッドマウントディスプレイや、大型の透過液晶、紗幕、ハーフミラーフィルムの進化により、輝度の高いクリアなAR像や空中立体像を出せるようになったため、イベントや配信等使われるホログラムは、現在は後者が主流である。また、ホロレンズ等の製品名、ホロライブ、ホロラボ等の社名にも、ホロが使われてるが、これらも、現実世界の空中に浮かぶAR像や空中立体像や、その表現技術を指していると考えられる。
これらは一見ホログラフィック立体ディスプレイのように見えるが、別の系統の技術に属する[ 36]
音声合成歌手 の歌を流しながら、コンピューターグラフィックスで歌唱する姿をディスプレイ等へ映し出し、オンラインで公演するものを指すことがある[ 37] [ 38] [ 39] [いつ? 、ホログラフィー配信は検討されている。
小型液晶ディスプレイ を使用した拡張現実 がホログラムと呼ばれることもある[ 40]
大量のドローン を用いて空中に映像を表示する。
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ホログラフィー に関連するカテゴリがあります。
発光原理 応用・実装
関連項目
