ホログラフィーのソースを表示

{{redirect|ホログラム|[[NICO Touches the Walls]]のシングル|ホログラム (NICO Touches the Wallsの曲)|[[牧野由依]]のアルバム|ホログラフィー (アルバム)}}
{{物理学}}

'''ホログラフィー'''（[[英語]]: Holography, [[ギリシア語]]の ''{{lang|el|ὅλος}}'' (全体の) + ''{{lang|el|γραφή}}'' (記録) から）は、3[[次元]][[画像|像]]を記録した[[写真]]（'''ホログラム'''）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。

== 概要 ==
[[ファイル:Hologram 200euro.jpg|thumb|250px|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<ref>Gabor, Dennis. "A new microscopic principle." Nature 161.4098 (1948): 777-778.</ref>。彼は[[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[[めっき|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。

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<ref>齋藤彰. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/jjspe/81/5/81_410/_pdf モルフォ蝶 「構造色」 の謎に学んだ原理・制御・応用.]" 精密工学会誌 81.5 (2015): 410-414.</ref>。白色光反射型ホログラムの中にはフルカラーの3次元像が観察できるものがあり、実物と見分けがつかないほど精巧なものもある。[[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つつあり、耐久性が向上している<ref>石津浩二. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/gomu1944/81/3/81_3_105/_pdf リビングラジカル重合法によるハイパーブランチポリマー群の設計とナノ機能材料への展開.]" 日本ゴム協会誌 81.3 (2008): 105-111.</ref>。

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<ref>平井司寸. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/pesj/30/1/30_KJ00005894702/_pdf ホログラムの自作.]" 物理教育 30.1 (1982): 4-6.</ref><ref>宮沢まゆみ, 舛谷敬一, 吉川晃. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/pesj/37/4/37_KJ00005895824/_pdf パソコンによるホログラムの製作.]" 物理教育 37.4 (1989): 278-280.</ref><ref>宮沢まゆみ, 舛谷敬一, 吉川晃. "OHP シートを使ったホログラムの製作." 物理教育 38.2 (1990): 101.</ref>。近年は、安価な[[半導体レーザー]]を用いることによって普及が期待されている。以前は大きくて高価な[[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。

2015年には、[[筑波大学]]・[[東京大学]]・[[名古屋工業大学]]の共同研究チーム（プロジェクトリーダーは筑波大学の[[落合陽一]][[助教]]<ref>[http://japanese.engadget.com/2015/06/29/fairy-lights-in-femtoseconds/ engadget日本語版「触れる空中ディスプレイFairy Lights in Femtoseconds発表、レーザーで空気をプラズマ化」2015.6.30.]</ref>）が、[[フェムト秒レーザー]]を用いて触れる事が出来るホログラム投影システム「Fairy Lights in Femtoseconds」を発明し[[SIGGRAPH]]で発表<ref>[http://wired.jp/2015/07/07/haptic-japanese-holograms/ WIRED「日本発：触れることができる、小さなプラズマ・ホログラム」2015.12.1.]</ref>、将来的に建築・医療分野での利用が期待されている<ref>[http://toyokeizai.net/articles/-/94805 Tokyo Business Today「Japanese Scientists Create Touchable Holograms」2015.7.7.]</ref>。

== 原理 ==
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。

=== 製造 ===
[[ファイル:Holography record.png|thumb|center|500px|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[[重ね合わせの原理|重ね合わせ]]による光の[[干渉 (物理学)|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<!-- ←おかしい。「フィルムは通常の写真と同じ技術を用いている」？ -->、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）<ref>簡易的に[[オーバーヘッドプロジェクタ|OHP]]用のフィルムを使用する例もある。</ref>。これらの干渉縞は、フィルム上に[[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。

=== 再生 ===
[[ファイル:Holography reconstruct.png|thumb|center|400px|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、[[コヒーレンス]]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<ref>加藤誠, 鈴木達朗. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/oubutsu1932/36/11/36_11_903/_pdf インコヒーレント・ホログラフィー.]" 応用物理 36.11 (1967): 903-907.</ref><ref>村田和美. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/oubutsu1932/38/3/38_3_269/_pdf インコヒーレント・ホログラフィ.]" 応用物理 38.3 (1969): 269-271.</ref>。

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。

== 種類 ==
=== 光ホログラフィー ===
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 ===
{{main|電子線ホログラフィ}}
電子線ホログラフィーは[[電子線]]の干渉像を記録する<ref>外村彰. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/oubutsu1932/52/4/52_4_290/_pdf 電子線ホログラフィーによる磁区観察.]" 応用物理 52.4 (1983): 290-297.</ref>。

=== 音響ホログラフィー ===
{{main|音響ホログラフィ}}
音響ホログラフィーは[[音波]]の干渉像を記録する<ref>上羽貞行. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/jasj/38/3/38_KJ00001453194/_pdf 音響ホログラフィ.]" 日本音響学会誌 38.3 (1982): 166-169.</ref><ref>永井啓之亮. "超音波ホログラフィ." 日 刊工業新聞社 (1989).</ref><ref>吉川茂. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/jasj/52/12/52_KJ00003053892/_pdf 振動と音の可視化技術としての近距離場音響ホログラフィ (< 小特集> 可視化技術: 音を見る・音で見る).]" 日本音響学会誌 52.12 (1996): 997-1004.</ref>。

=== マイクロ波ホログラフィー ===
{{main|マイクロ波ホログラフィ}}
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<ref>松尾, 山根. "レーダホログラフィ." [[電子通信学会]] (1980).</ref>。

== 応用 ==
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。

=== 計測 ===
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<ref>鈴木新一, 森田康之, 坂上賢一. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/kikaia1979/67/655/67_655_432/_pdf 高速度ホログラフィー顕微鏡法とモアレ干渉法による分岐き裂の開口変位測定]" 日本機械学会論文集 A 編 67.655 (2001): 432-439.</ref><ref>原田研. "[http://ir.library.osaka-u.ac.jp/dspace/bitstream/11094/905/26/09743_%E8%AB%96%E6%96%87.pdf 電子線ホログラフィー顕微鏡法の開発.]" (1991).</ref><ref>木村吉秀. "[http://ir.library.osaka-u.ac.jp/dspace/bitstream/11094/1552/1/12024_%E8%AB%96%E6%96%87.pdf 新しい電子顕微鏡開発に関する工学的研究.]" (1995).</ref>。'''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<ref>中島俊典. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/oubutsu1932/41/6/41_6_560/_pdf ホログラフィによる振動解析.]" 応用物理 41.6 (1972): 560-573.</ref>。他に応力測定や微小変位の計測にも使用される<ref>斎藤弘義. "ホログラフィと応用力学." 応用物理 39.3 (1970): 241-248.</ref>。

=== 光コンピュータ ===
演算素子として利用することができる。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次元像の和をとることができる。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、微分演算を行うこともできる。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<ref>一岡芳樹. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/sicejl1962/22/10/22_10_851/_pdf 光計算機の可能性.]" 計測と制御 22.10 (1983): 851-858.</ref><ref>石川正俊. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/sicejl1962/27/12/27_12_1115/_pdf 光コンピュータと並列学習情報処理.]" 計測と制御 27.12 (1988): 1115-1122.</ref><ref>矢嶋弘義. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/lsj1973/18/Supplement/18_Supplement_214/_pdf 光電子コンピュータの可能性.]" レーザー研究 18.Supplement (1990): 214-217.</ref>。一般的に、半導体コンピュータが画素ごとしらみつぶしに計算しなければならない計算をホログラムは一瞬で計算することができる<ref>世古淳也. "[https://ipsj.ixsq.nii.ac.jp/ej/?action=repository_action_common_download&item_id=6487&item_no=1&attribute_id=1&file_no=1 レーザによる情報処理: 光コンピュータをめざして.]" 情報処理 22.11 (1981).</ref>。光を情報キャリアに使ったコンピュータ一般に関しては、[[光コンピューティング]]を参照。

=== ホログラフィックメモリ ===
'''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すことができない。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<ref>清水直樹, et al. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/lsj/38/5/38_343/_pdf ホログラフィックメモリの現状と今後の展望.]" レーザー研究 38.5 (2010): 343-348.</ref><ref>島田潤一, 加藤雅雄. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/sicejl1962/24/6/24_6_533/_pdf 光ディスクメモリーの動向.]" 計測と制御 24.6 (1985): 533-538.</ref>。

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]]、[[日本電信電話|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 (横浜市)|オプトウェア]]は、記憶容量1 TB、直径120 mm 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]]、[[アメリカ合衆国|アメリカ]]の[[ゼネラル・エレクトリック|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<ref>[http://www.genewscenter.com/Content/Detail.asp?ReleaseID=6676&NewsAreaID=2&MenuSearchCategoryID= プレスリリース（英語）]</ref><ref>[http://www.genewscenter.com/content/detailEmail.asp?ReleaseID=6673&NewsAreaID=2 プレスリリース（日本語）]</ref>。将来的には、1TB以上まで拡大も可能だという。[[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。

=== 芸術 ===
ホログラフィは芸術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<ref>[http://www.hodic.org/index.html]</ref>では、毎年大学ホログラフィー展を開いており、芸術的なホログラムを誰でも無料で見ることができる。フルカラーのホログラムや手前に大きく飛び出るホログラムなどもあり、芸術の手法として確立されつつある。代表的な作家では、[[石井勢津子]]、中村郁夫<ref>[http://www.hololab.com]</ref>、[[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）には、レアカードであることを示すため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[[SFX|エフェクト]]が表示されるものもある。

=== 光学素子 ===
[[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<ref>村田和美. "[https://www.jstage.jst.go.jp/article/oubutsu1932/40/7/40_7_763/_pdf 光学的開口合成法.]" 応用物理 40.7 (1971): 763-770.</ref><ref>藤澤克也 "[http://ir.library.osaka-u.ac.jp/dspace/bitstream/11094/2241/1/22035_%E8%AB%96%E6%96%87.pdf プラスチック材料の微細加工技術と光デバイスへの応用に関する研究.]" (2008).</ref>。[[分光器]]の[[回折格子]]等も製造される。

== 脚注 ==
{{Reflist}}

== 文献 ==
* 辻内順平. "ホログラフィ." 電子写真 7.2 (1967): 2_44-2_56.
* 辻内順平. "ホログラフィー." 日本物理学会誌 23.12 (1968): 913-923.
* 沼倉俊郎. "ホログラフィ." [[コロナ社]] (1974).
* 村田和美. "ホログラフィー入門." [[朝倉書店]] (1976).
* 大越孝敬. "ホログラフィ." 第 6 章, 電子情報通信学会 (1977).
* 久保田敏弘. ホログラフィ入門: 原理と実際. [[朝倉書店]], 2010.

== 関連項目 ==
{{commonscat|holography}}
* [[モアレ]]
* [[回折]]
* [[干渉 (物理学)|干渉]]
* [[魔鏡]]
* [[透かし]]
* [[潜像]]

== 外部リンク ==
* （社）[http://www.jsap.or.jp/ 応用物理学会] [http://annex.jsap.or.jp/OSJ/ 日本光学会] [http://www.hodic.org/index.html ホログラフィック・ディスプレイ研究会]
* （社）[http://www.jsap.or.jp/ 応用物理学会] [http://annex.jsap.or.jp/OSJ/ 日本光学会] [http://qopt.iis.u-tokyo.ac.jp/VHM/ ボリュームホログラフィックメモリ技術研究グループ]

{{映像出力機器}}
{{写真}}

{{DEFAULTSORT:ほろくらふい}}
[[Category:光学]]
[[Category:物理学]]
[[Category:干渉]]
[[Category:ホログラフィ]]
[[Category:画像処理]]
[[Category:レーザー]]
[[Category:ディスプレイ技術]]
[[Category:3次元映像]]
[[Category:セキュリティ技術]]
[[Category:写真の技法]]