ホログラムは、何もない場所に何を作っているのか

普通の物なら、物体が出した光や、物体で反射・散乱した光が目へ届く。でも、そこに物体がなくても、同じような光が目に届く場合はありそう。

鏡がその例になりそう。鏡の奥に人はいないのに、奥から光が来たように見える。

レンズや鏡で光を集めれば、真空中のある位置を通過する光束は作れる。その先に目を置いて、像を作る光を受け取ることもできる。ただし、横からどこに目を置いても、その場所が光って見えるわけではない。

実像は光が実際に集まる位置、虚像は届いた光を逆向きにたどると出発したように見える位置。どちらも、「その位置に発光する物がある」とは限らないね。

通常の写真は、面上の位置ごとに明るさや色を記録する。ホログラムでは、物体から来る光を参照光と重ね、干渉でできる細かな模様に、波の振幅と位相に関する情報を記録する。

うん。適した光を当てると、その構造による回折で、元の物体から来た波面に対応する光を再生できる。観察位置によって届く光が変わるので、視差や奥行きの手掛かりを得られる。どれだけ再現できるかは、記録範囲や再生条件にもよる。

透過型も反射型もある。模様の持ち方も、光の通しやすさ、表面の微細な凹凸、材料内部の屈折率変化など、いくつもある。

そう。細かい構造を通った光の重ね合わせ、つまり回折として考える必要がある。記録するときの干渉と、再生するときの回折・波面再生を分けると、板の役割が見えてくる。

古典的な記録では、物体光と参照光の位相関係が安定していると細かい干渉模様を記録しやすい。レーザーはそのために都合がよい。ただ、ホログラフィの考え方はレーザーの登場前に生まれているし、白色光で見られるホログラムもある。

光源の広がりや波長の幅が大きいと、像のにじみや色のずれも起こる。白色光で見えるようにした仕組みには、その条件に合わせた設計がある。

虹では、水滴による屈折・内部反射と、波長ごとの屈折の違いで、特定の方向に色の光が届く。特定の物体の波面を記録し、再生しているわけではない。

形や配置を変えれば、出てくる光の方向や明るい場所は変えられる。でも、人工的な色模様ならすべてホログラムということにはならない。屈折で光路を設計する方法も、回折で波面を設計する方法もある。

日常的な強さの光を線形な光学として扱う範囲では、重なった場所の電場は足し合わせられる。強さを求めるときに、その足し算の結果が効く。位相がそろう場所では明るく、逆になる場所では暗くなる。

重なったことで一つの塊へ融合し、そのまま運ばれるわけではない。それぞれの波は進み続ける。干渉模様が安定して観測できるかは、位相関係、偏光、観測時間にもよる。

その想像だと、明るい場所から横向きに光が出る仕組みが抜けている。そこに干渉があっても、その光が横に置いた目へ届かなければ見えない。

煙や微粒子を置けば、散乱した一部が横へ届く。ただ、それは散乱体という別の仕組みを足した結果。通常のホログラムは、空中の交点を横から見せているのではなく、ホログラムから出た光を目へ届ける。

鼻や耳を認識して取り出す処理を、板がしているわけではない。記録された構造から出る波が全体として重なり、物体から来た光に対応する波面を作る。

その領域に物体の各部分から光が届いていれば、全体像の情報が残り得る。ただし、小さな破片でも元どおり、という意味ではない。開口が小さくなれば光量、解像度、見える角度が制限されるし、遮蔽されて記録されなかった部分は取り戻せない。

本物があるときは、物体で反射・散乱した光が目に届く。ホログラムでは、その光の状態を、物体なしで再現しようとする。