JP2000284677A

JP2000284677A - ホログラフィック表示装置

Info

Publication number: JP2000284677A
Application number: JP8949199A
Authority: JP
Inventors: Motoji Ono; 元司小野; Norihito Nakazawa; 伯人中沢
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】観察者の視域内で明るい表示像が得られ、表示
像の見える範囲の制御も可能なホログラフィック表示装
置を提供する。【解決手段】拡散型ホログラム作製時の参照光入射条件
と共役な条件で、発光表示手段であるプロジェクタ２３
が情報を含む光を入射し、拡散型ホログラム２２からの
回折光を観察者２４の視域２５に集める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホログラフィック
表示装置に関するものであり、特には、ホログラムを画
像表示面として任意の表示像を結像させるホログラフィ
ック表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＯＨＰや液晶プロジェクタなど、
任意の表示像をスクリーン上に結像させる表示装置が他
にも知られている。その表示像を結像させるスクリーン
としては、布やビニールシート表面に白色散乱塗料を塗
布したものが知られている。ここで、光透過性が必要な
用途に表示像を結像させる表示装置を使用したい場合
（例えば車載用）、表示像を結像させるスクリーンとし
ては、ガラスの表面反射を用いてスクリーンとする方法
も考えられるが、この方法では、ガラスに対する光の入
射角と反射角が等しくなってしまうので、観察位置が決
まると表示素子位置も決まり、設計自由度がなく好まし
くない。しかも、すりガラススクリーンのように乱反射
を用いるのではなく、ガラスの表面の鏡面反射を用いる
ために、観察者が像を認識できる範囲も非常に限られ、
しかも、表示像にギラツキが生じてしまう。これらの問
題点の対策として、特開平２―２４２２１８号公報に
は、スクリーンとして、物体光として拡散光を使用した
ホログラムスクリーンが提案されている。

【０００３】図７は、物体光として拡散光を使用した従
来のホログラムスクリーンの作製時の構成を示す概略図
である。このなかで、ハーフミラー９がレーザ照射装置
７からのレーザ光を二つに分岐し、一方はミラー１０
ａ，１０ｂおよびレンズ１１ａを介して、情報を含まず
一様な拡散状態を備える拡散物体６に照射される。この
拡散物体６で透過（反射型の系の場合もある）した拡散
光が物体光１３として透明な基板ガラス１上に備えられ
たホログラム感光材料１８に照射される。ハーフミラー
９で分岐した他方のレーザ光は、ミラー１０ｃおよびレ
ンズ１１ｂを介して、物体光１３とは反対側から参照光
１２としてホログラム感光材料１８に照射される。参照
光１２および物体光１３の光軸はホログラム感光材料１
８に対してそれぞれ入射角α，βの角度を成している。

【０００４】図６は図７の構成により作製されたホログ
ラムをスクリーンとして使用する従来のホログラフィッ
ク表示装置を示す概略図である。このホログラフィック
表示装置では、プロジェクタ３からの情報を含む光は、
入射角αで上記ホログラム感光材料を基に作製された基
板ガラス１上のホログラム２に入射し回折され、ホログ
ラム作製時の拡散物体の位置から四方八方へ拡散してい
るように見える状態となる。つまり、出射角β方向の観
察者４では、プロジェクタ３からの情報を含んだ光が拡
散物体の虚像１４から拡散しているように見える。この
装置によると、参照光および物体光のそれぞれの光軸の
入射角α，βは任意に設定することができ、ホログラム
作製時のこれら入射角α，β設定により、表示画像の見
える方向を調整でき、設計自由度が大きいので、表示像
のギラツキなどを抑制する位置を選択することもできる
という特色がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、図６のホログ
ラフィック表示装置では、上述のように、ホログラム２
に対する出射角β方向の観察者４では、ホログラム２を
中心として反対側に位置する拡散物体の虚像１４の光が
プロジェクタ３からの情報を含んで拡散しているように
見えている。このため、観察者４に見える状態で視域５
に到達する情報光は、虚像１４からの光と同等であり、
ホログラム２での拡散光のごく一部になり、表示像が暗
くなってしまうという問題がある。

【０００６】また、観察者４が出射角β方向を外れた位
置を取り、観察者４の位置と拡散物体の虚像１４の位置
とを結ぶ線上からホログラム２が外れると、ホログラム
２において表示されている情報は見えなくなるので、虚
像１４がホログラム２から離れいていると情報光の広が
る範囲（表示像の見える範囲）が狭く、表示像の輝度と
見える範囲を同時に制御することが困難であるという問
題もある。

【０００７】本発明の目的は、上述の課題を解決しよう
とするものであり、設計自由度が大きく、明るい表示像
光で、且つ表示像の見える範囲の制御ができるホログラ
フィック表示装置を提供することにある。

【０００８】

【問題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、光拡散物体を透過また
は反射した拡散光を物体光とし、光拡散物体を透過およ
び反射しない光を参照光として作製された光拡散性ホロ
グラムと、前記ホログラム面に情報を含む光を入射する
発光表示手段とを少なくとも備えたホログラフィック表
示装置であって、前記発光表示手段からの情報を含む光
が、前記ホログラムの作製時の参照光入射側に対して前
記ホログラムを挟んで反対側で、参照光の光軸上で参照
光とは反対向きの前記ホログラム面への入射光であるこ
とを特徴とするホログラフィック表示装置を提供する。

【０００９】また、前記ホログラムにより回折された前
記情報を含む光の広がりが観察者の視域に対応する所定
方向に集まる、前記参照光入射条件ならびに光拡散物体
の位置およびサイズの設定を備える上記ホログラフィッ
ク表示装置を提供する。また、前記情報を含む光が、前
記参照光に対し前記ホログラムを挟んで共役な光として
前記ホログラム面上に入射される上記ホログラフィック
表示装置を提供する。また、前記ホログラムが反射型ホ
ログラムである上記ホログラフィック表示装置を提供す
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を詳
細に説明する。図１は、本発明に関わる一実施の形態の
反射型のホログラフィック表示装置の一例を示す概念図
である。透明な基板２１上に貼り付けられた拡散型ホロ
グラム２２に、プロジェクタ２３（例えば、液晶表示装
置、発光ダイオードなど）から発せられた情報を含む光
を入射させ、ホログラム２２上に結像させる。結像した
表示像は、ホログラム２２によって回折角β₁で回折さ
れ、観察者２４の位置および視域２５内に集中するよう
に反射される。このように反射型のホログラフィック表
示装置となっている。

【００１１】より詳しくは、このプロジェクタ２３から
発せられた情報を含む光がホログラム２２の作製時の参
照光と共役の条件を以てホログラム２２へ入射し、ホロ
グラム２２上に結像する。この実施の形態の場合、プロ
ジェクタ２３から発せられた光は発散光である。つま
り、共役の条件を満足している参照光は、プロジェクタ
２３からの光とはホログラム２２を挟んで逆向きの収束
光で、物体光とはホログラム２２を挟んで反対側とな
る。このように、参照光と共役の条件（ホログラムから
距離Ｌ₁の点から発散する光を参照光とは逆方向から入
射角α₁でホログラム側へ入射）でプロジェクタ２３か
ら発せられた光をホログラム２２に入射させると、上述
のように、ホログラム２２によって回折角β₁で回折さ
れ、ホログラム作製時の拡散物体位置（ホログラムから
距離Ｍ₁）にその拡散物体と同じ大きさ（水平方向Ｘ₁、
垂直方向Ｙ₁）で集光する。また、反射型ホログラムと
することにより、ホログラムの透過率が高いので表示像
の背後も同時によく見える。

【００１２】図２は、図１で示した本発明に関わる一実
施の形態のホログラフィック表示装置に用いる拡散ホロ
グラムの作製光学系を示した概略図である。この図で、
ハーフミラー２９がレーザ照射装置２７からのレーザ光
を二つに分岐し、一方の光はミラー３０ａおよびレンズ
３１ａを介して、情報を含まず一様な拡散状態を備える
拡散物体２６に照射される。ここで物体光３３となる。
つまり、物体光３３は、図１における観察者の視域２５
と同じ大きさ（水平方向サイズＸ₁、垂直方向サイズ
Ｙ₁）の拡散物体２６を、図１における観察者の位置
（ホログラムから距離Ｍ₁、角度β₁）に配置し、対物レ
ンズ３１ａで広げたレーザ光で照射して得られる拡散光
である。この物体光３３がガラス基板２１上のホログラ
ム感光材料３８に照射される。

【００１３】一方、ハーフミラー２９で分岐した他方の
レーザ光は、ミラー３０ｂおよびレンズ３１ｂで一度広
げられ、収束レンズ２８により、図１におけるプロジェ
クタ２３の位置（ホログラムから距離Ｌ₁、角度α₁）に
収束する参照光３２となる。即ち、この参照光３２は、
図１に示した再生装置系でのプロジェクタからの発散光
と共役な関係である。そして、この参照光３２は物体光
３３とは反対側からホログラム感光材料３８に照射され
る。上記のように、図２で示したホログラム作製時の拡
散物体の位置および大きさを、図１で示した再生装置系
であるホログラフィック表示装置の観察者２４の位置お
よび視域２５に合わせると、ホログラムで回折された像
は観察者の視域内に殆ど全て集まってくるので、非常に
明るい表示像が得られる。

【００１４】図３は、本発明に関わる他の実施の形態の
透過型のホログラフィック表示装置を示す概念図であ
る。透明な基板４１上に貼り付けられた拡散型ホログラ
ム４２に、プロジェクタ４３から発せられた情報を含む
光を基板４１側から入射させ、ホログラム４２上に結像
させる。結像した表示像は、ホログラム４２によって回
折角β₂で透過方向へ回折され、観察者４４の位置およ
び視域４５内に集中するように透過される。このように
透過型のホログラフィック表示装置となっている。

【００１５】この実施の形態でも、図１の実施の形態と
同様に、プロジェクタ４３から発せられた情報を含む光
がホログラム４２の作製時の参照光と共役の条件を以て
ホログラム４２へ入射し、ホログラム４２上に結像す
る。そして、プロジェクタ４３から発せられた光は発散
光である。つまり、共役の条件を満足している参照光
は、プロジェクタ４３からの光とはホログラム４２を挟
んで逆向きの収束光であり、この透過型の場合、物体光
と同じ側となる。

【００１６】図４は、図３で示した実施の形態のホログ
ラフィック表示装置に用いる拡散ホログラムの作製光学
系を示した概略図である。図１に示した実施形態と同様
に、ハーフミラー４９、ミラー５０ａおよびレンズ５１
ａを介して、レーザ照射装置４７からのレーザ光は、情
報を含まず一様な拡散状態を備える拡散物体４６に照射
される。この拡散物体４６は、図３における観察者の視
域４５と同じ大きさ（水平方向サイズＸ₂、垂直方向サ
イズＹ₂）の拡散物体４６を観察者の位置（ホログラム
から距離Ｍ₂、角度β₂）に配置される。この拡散物体４
６を対物レンズ５１ａで広げたレーザ光で照射して得ら
れる拡散光の物体光５３が、ホログラム感光材料５８に
照射される。

【００１７】一方、ハーフミラー４９で分岐した他方の
レーザ光は、ミラー５０ｂ，５０ｃ，５０ｄおよびレン
ズ５１ｂで一度広げられ、収束レンズ４８により、図３
におけるプロジェクタ４３の位置（ホログラムから距離
Ｌ₂、角度α₂）に収束する参照光５２となる。即ち、こ
の参照光５２は、図３に示した再生装置系でのプロジェ
クタからの発散光と共役な関係である。そして、この参
照光５２は物体光５３と同じ側からホログラム感光材料
５８に照射される。この実施の形態でも、図１で示した
再生装置系であるホログラフィック表示装置と同様に、
ホログラムで回折された像は観察者の視域内に殆ど全て
集まってくるので、非常に明るい表示像が得られる。

【００１８】ここで、例えば図２のホログラム作製系に
おいて、拡散物体２６の大きさ（Ｘ ₁，Ｙ₁）や距離
Ｍ₁、参照光の発散点位置を変えることによって、ホロ
グラムから回折される表示像の広がる範囲を任意に制御
できる。これは、図４のホログラム作製系でも同様であ
る。このような制御によって、様々な用途に応用可能で
ある。例えば、銀行のＣＤ機のディスプレイのように、
プライバシーを守らなければならない場合には、回折光
の広がりを抑え本人しか見えないようにしたり、逆にシ
ョーウィンドウなどを利用したディスプレイには、大勢
の人が見えるように、回折光の広がりを大きくするとい
ったことが可能になる。また、この装置によると、参照
光および物体光のそれぞれの入射角α₁，β₁，α₂，β₂
はある程度は任意に設定されることができ、回折光の波
長に変化を与えることもできる。

【００１９】上記ホログラム記録材料としては、アクリ
ル系、ポリビニルカルバゾール系などのフォトポリマ
ー、重クロム酸ゼラチン、光レジスト、銀塩など種々の
感光材料を用いることができる。また、ホログラムとし
ては、体積位相型のホログラムが、高い回折効率を得ら
れるという点で好ましいが、エンボスタイプ、レインボ
ウタイプなどのホログラムと呼ばれるものも広く用いる
ことができる。また、上記拡散物体としては、すりガラ
スなどを透過した光の他に、アルミなどを梨地処理した
面で拡散反射した光を用いることもできる。さらに、上
記基板としてはガラスが利用でき、この他に、アクリル
などの光透過性を持った樹脂基板を用いてもよい。

【００２０】上記の説明では一つのレーザで露光を行っ
たが、露光するレーザを複数にすることにより表示像を
カラー化することも可能である。また、これらのホログ
ラムは、１枚で用いるのみでなく、複数枚重ね合わせて
用いることも可能である。また、それぞれのホログラム
の露光条件を変えることにより、入射角度や出射角度を
複数化したりする事も可能である。さらに、これら様々
なホログラムを１枚のホログラムに記録することも可能
である。

【００２１】ここで、例えば次の条件で、図１のホログ
ラフィック表示装置を使用することができる。

【００２２】そして、この様なホログラフィック表示装
置において、観察者の視域に表示光が全て集まるような
拡散型ホログラムを得る為に、図２の作製系において、
以下の条件でホログラムが作製される。使用するレーザは、プロジェクタ光源の冷陰極管のピー
ク波長に合わせるため、波長可変な色素レーザを用い
る。ここで色素レーザの発振波長は、ホログラム材料の
レーザ照射、加熱による収縮を考慮して、波長５５５ｎ
ｍに設定する。このような条件で作製した拡散型ホログ
ラムに、プロジェクタにビデオ信号を入力し表示させれ
ば、非常に明るい映像が得られる。従来の装置では、屋
外は勿論明るい室内でも視認不可能であったが、本装置
では、屋外でも容易に映像が視認できる。

【００２３】（実施例）ここで、実際に再生時と共役な
条件でホログラムを作製するのは困難な場合が多い。つ
まり、上記のように参照光に完全な収束光を必要とする
場合や、再生波長とホログラム記録波長を変えたい時な
どである。そこで本実施例では、上記条件と同一のホロ
グラフィック表示装置の再生波長とはホログラム記録波
長が若干異なり、さらに再生条件とも共役性をずらして
ある参照光を用いて作製した拡散型ホログラムを用い
て、表示装置を作製した。ホログラム記録に用いたレー
ザは、Ａｒレーザ（λ＝５１５ｎｍ）であり、プロジェ
クタ光源波長（λ＝５４５ｎｍ）と異なっている。ま
た、参照光には、ホログラム記録材料からＬ＝２０００
ｍｍの距離から発散する球面波を用いた。

【００２４】その他のホログラム作製条件は、以下のと
おりである。

【００２５】ホログラム記録材料には、デュポン社製フ
ォトポリマ（商品名：オムニデックス７０６Ｍ）を用い
た。参照光入射角度α₁、物体光入射角度β₁、拡散物体
サイズＸ₁，Ｙ₁および、距離Ｍ₁は、この条件で作製し
たホログラムから回折される光が観察者の視域に最も近
づくように、計算により求められた値である。

【００２６】図５は、このホログラムを再生した場合の
計算による回折光の広がりを示す図である。図５（ａ）
の回折光の垂直方向の広がりについても、図５（ｂ）の
回折光の水平方向の広がりについても、回折光が垂直方
向観察者視域１６および水平方向観察者視域１７にそれ
ぞれよく集まっているのが分かる。実際に、プロジェク
タにビデオ信号を入力し表示させてみたところ、屋外で
も容易に映像が視認できた。

【００２７】

【発明の効果】本発明によるホログラフィック表示装置
を用いれば、発光表示手段からの情報を含む光が、ホロ
グラムの作製時の参照光入射側に対してホログラムを挟
んで反対側で、参照光の光軸上で参照光とは反対向きに
ホログラム面へ入射する。この構成により、ほとんどの
光が観察者に非常に近い拡散物体の実像位置を通って観
察者に届くので、観察者の視域内で明るい表示像が得ら
れるようになる。また、参照光入射条件ならびに光拡散
物体の位置およびサイズの設定を変えることによって、
表示像の見える範囲の制御も可能となり、様々な用途に
適用可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる一実施の形態の反射型のホログ
ラフィック表示装置の一例を示す概念図である。

【図２】図１で示した本発明に関わる一実施の形態のホ
ログラフィック表示装置に用いる拡散ホログラムの作製
光学系を示した概略図である。

【図３】本発明に関わる他の実施の形態の透過型のホロ
グラフィック表示装置を示す概念図である。

【図４】図３で示した実施の形態のホログラフィック表
示装置に用いる拡散ホログラムの作製光学系を示した概
略図である。

【図５】（ａ）実施例のホログラムを再生した場合の計
算による回折光の垂直方向の広がりを示す図である。
（ｂ）実施例のホログラムを再生した場合の計算による
回折光の水平方向の広がりを示す図である。

【図６】図７の構成により作製されたホログラムをスク
リーンとして使用する従来のホログラフィック表示装置
を示す概略図である。

【図７】物体光として拡散光を使用した従来のホログラ
ムスクリーンの作製時の構成を示す概略図である。

【符号の説明】

１，２１，４１基板２，２２，４２ホログラム３，２３，４３プロジェクタ４，２４，４４観察者５，２５，４５観察者視域６，２６，４６拡散物体７，２７，４７レーザ８，２８，４８収束レンズ９ハーフミラー１０ミラー１１対物レンズ１２，３２，５２参照光１３，３３，５３物体光１４拡散物体虚像１６垂直方向観察者視域１７水平方向観察者視域１８，３８，５８ホログラム記録材料

【手続補正書】

【提出日】平成１１年１０月１５日（１９９９．１０．
１５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】（実施例）ここで、実際に再生時と共役な
条件でホログラムを作製するのは困難な場合が多い。つ
まり、上記のように参照光に完全な収束光を必要とする
場合や、再生波長とホログラム記録波長を変えたい時な
どである。そこで本実施例では、上記条件と同一のホロ
グラフィック表示装置の再生波長とはホログラム記録波
長が若干異なり、さらに再生条件と共役性をずらしてあ
る参照光を用いて作製した拡散型ホログラムを用いて、
表示装置を作製した。ホログラム記録に用いたレーザ
は、Ａｒレーザ（λ＝５１５ｎｍ）であり、プロジェク
タ光源波長（λ＝５４５ｎｍ）と異なっている。また、
参照光には、ホログラム記録材料からＬ＝２０００ｍｍ
の距離から発散する球面波を用いた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光拡散物体を透過または反射した拡散光を
物体光とし、光拡散物体を透過および反射しない光を参
照光として作製された光拡散性ホログラムと、前記ホロ
グラム面に情報を含む光を入射する発光表示手段とを少
なくとも備えたホログラフィック表示装置であって、前
記発光表示手段からの情報を含む光が、前記ホログラム
の作製時の参照光入射側に対して前記ホログラムを挟ん
で反対側で、参照光の光軸上で参照光とは反対向きの前
記ホログラム面への入射光であることを特徴とするホロ
グラフィック表示装置。
【請求項２】前記ホログラムにより回折された前記情報
を含む光の広がりが観察者の視域に対応する所定方向に
集まる、前記参照光入射条件ならびに光拡散物体の位置
およびサイズの設定を備える請求項１に記載のホログラ
フィック表示装置。
【請求項３】前記情報を含む光が、前記参照光に対し前
記ホログラムを挟んで共役な光として前記ホログラム面
上に入射される請求項１または２に記載のホログラフィ
ック表示装置。
【請求項４】前記ホログラムが反射型ホログラムである
請求項１〜３のいずれかに記載のホログラフィック表示
装置。