JP2001509918A - ビデオ投影ホログラフィックスクリーンシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 レーザー投影ビデオシステムおよびホログラフィックスクリーン。システムは、フルカラービデオイメージを受信するためにホログラフィックスクリーンを備えるパルス化レーザービデオイメージシステムを含み、スクリーンはフルカラービデオイメージを観察者へ反射して、高いビデオピクチャコントラストを提供するためにスクリーンを通して周辺光を伝達するためにホログラフィック層（層１）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 ビデオ投影ホログラフィックスクリーンシステム及び方法先願への引用 本出願は、引用および請求項により、１９９７年１月２８日に出願の米国特許 出願番号第６０／０３６，４３８号の利点を取り入れる。発明の技術分野 本発明は、パルス化レーザー源、及びホログラフィック投影スクリーンを使用 しているレーザー投影ビデオスクリーンシステム及び方法に関する。発明の背景 ＣＲＴ投影機またはキセノン／金属ハロゲン化物ランプを有するＬＣＤ／光弁 投影機のような、白熱光源により極めて高い周辺光条件（例えば、昼間の屋外） の下で電力を供給されるビデオ投影デバイスによって、可視イメージを如何なる 従来のフロントプロジェクションスクリーンにも映すことは困難であった。 問題は２つある。第１に、従来の白いフロント投影スクリーンは、任意の方法 で投射光を反射し、観察者の位置に関係なく、同様に見えるイメージの輝度を有 する乱反射散乱体（Lambertian Scatterer）と呼ばれる。この白いフロント投影 スクリーンは基準点として一般に使用されるので、スクリーンがより空間的に選 択的な方法で投射イメージを反射することが可能な場合、スクリーンはより明る く見え、「ゲイン」を有すると言われる。一般的な白いフロント投影スクリーン は、ゲイン１を有するように考慮される。一方、公知の散乱角度を有するガラス ビーズまたは他の材料を用いて、投影イメージ光を水平および垂直方向の指定さ れた範囲に反射することを制限するように設計されている、より洗練された構造 を有するフロント投影スクリーンは、より高いゲインを有するように考慮される 。スクリーンのゲインは、十分なコントラストを有する投影イメージを再生する 重大な構成要素であり得る。従来のフロント投影スクリーンが明るい周辺光条件 で使用されるとき、それは投影されたイメージだけでなく、望ましくない明るい 周辺光の大部分も観察者の方向へ反射する。従って、高いピクチャーコントラス トは達成できない。 第２の問題は、従来のビデオ投影デバイスが白熱光源により電力を供給される ということである。白熱光源がインコヒーレントな光線を発生させるので、光線 が空気によって投影デバイスからスクリーンまで進行するとき、任意の散乱によ り分散させられる多くの機会を有する。投影距離が長くなるほど、光線はより多 くのイメージ分散を受ける。 投影スクリーン表面を備えるレーザービデオ投影システムは、米国特許第４， ７２０，７４７号（１９８８年１月１９日出願）、米国特許第４，８５１，９１ ８号（１９８９年７月２５日出願、米国特許第５，２５３，０７３号（１９９３ 年１０月１２日出願）、及び米国特許第５，３１１，３２１号（１９９４年５月 １０日出願）（全て本願明細書に引用されている）に記載されている。 投影機とスクリーンの間のイメージ分散を最小にする改良されたビデオ投影ス クリーンシステム及び方法を提供し、観察者の方向に投影されたイメージを反射 するスクリーン設計を提供することが望ましい。発明の要約 本発明は、ホログラフィック投影スクリーン、及びホログラフィックスクリー ンを使用しているレーザービデオ投影システム及び方法に関する。 本発明のレーザービデオ投影システムは、投影されたフルカラービデオイメー ジを形成するために、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の単色レーザ ー光源を使用しているビデオ投影デバイスから成り、システムは、投影されたイ メージを選択された方向に反射し、スクリーン上に高いビデオピクチャコントラ ストを提供するために、スクリーンを通して大部分の周辺光を伝達するスクリー ン表面上のホログラフィックパターンを有する投影スクリーンを含む。 本発明の方法は、実質的にフルカラーイメージを観察者へ反射し、投影スクリ ーンを通して大部分の周辺光を伝達するために、スクリーン表面上の１つまたは 多数の層内のレーザービデオイメージ（一般に、選択されたホログラフィック設 計を有する投影スクリーン上へフルカラービデオイメージを提供するために、Ｒ 、Ｇ、Ｂパルス化レーザーを使用している）を投影することから成る。 スクリーン上に投影された可視イメージは、 ａ）投影機とスクリーンの間のイメージ分散を最小にするためにコヒーレント／ レーザー光源（Ｒ、Ｇ、Ｂ）により電力を供給されるビデオ投影デバイス、およ び ｂ）観察者の方向へだけ投影されたイメージを反射し、観察者がいない周囲の領 域へは反射せず（高度な方向設計）、周辺光の大部分をスクリーンを通して伝達 し、高いピクチャコントラストが達成される特別なフロント投影スクリーンによ る高い周辺光条件で、フロント投影フォーマットにより達成される。 本発明は、レーザー光源（Ｒ、Ｇ、Ｂ）により電力を供給されるビデオ投影デ バイスに使用できるホログラフィックパターンを有益に取り入れている、２つの 異なるフロント投影スクリーン設計を具体化する。 レーザー光源（Ｒ，Ｇ、Ｂ）により電力を供給されるフルカラービデオ投影デ バイスが赤、緑、青の光の固有の単色波長を発生させるので、レーザービデオ投 影デバイスにおいて、使用される赤、緑、青の波長だけを反射するホログラフィ ックパターンを有する反射ビューイングスクリーンを組み立てることが理想的で ある。 第１の設計は、高い周辺光条件で最も使用に適している例外的に高いゲイン（ 即ち、うまく定められたビューイングコーン）を有する乱反射ホログラフィック スクリーンである。このスクリーン設計は、レーザービデオ投影デバイスにおい て、使用される赤、緑、青の固有の単色波長を反射するだけであり、従って、そ れは白熱光源により電力を供給される他の従来のビデオ投影デバイスについては 光学的に有用でない。 スクリーン表面に構成されるホログラフィックパターンが赤、緑、青の固有の 単色波長を観察者へ反射するだけなので、周辺光からの全ての他の波長はスクリ ーンを通過する。これは、イメージコントラストを増加させ、従って、高い周辺 光条件でイメージを見ることが非常に容易になることを助ける。 （レーザービデオ投影デバイスにより発生する固有の単色のものを除いて）可 視波長の高い伝達性は、スクリーンが相当な「シースルー」特性を、投影された イメージとスクリーンの後ろの実際のバックグラウンドシーンを混合するために 提供してもよいことを意味する。 ホログラフィックパターンは、レーザービデオ投影デバイスから入って来る固 有の単色光を予め定められた水平および垂直エネルギー分配ゾーンの中へ配向す るために構成され、従って、このスクリーンは、大部分の投影されたＲ、Ｇ、Ｂ レーザーイメージ光を、非常にうまく定められた、幅が狭いビューイングコーン の中へ形成することによって、非常に明るいイメージを発生させる。 ホログラフィックパターンの記録において使用される方法は、最大の回折がレ ーザービデオ投影デバイスからの固有の単色波長にあることを保証する。その結 果、観察者または他の方向へのそれらの波長の高い反射が達成される。 印刷プロセスがこの種類のホログラムに対して確立されたならば、このスクリ ーンの大量生産は利用可能である。この技術は、ポリカーボネートまたはポリエ ステルフィルムで支持される光重合可能なプラスチックの材料（一般に厚さ０． ０００２インチ未満）の薄い層の上へホログラムを持ってくるために、修正され た光学的密着焼付け法プロセスを文字通り使用する。ホログラフィックパターン は高速でフィルムに写し取られ、ユーザが破片をユニットサイズ（一般に、幅４ ０インチ×高さ８０インチ）まで切ることができるロール上で、完成したスクリ ーン自体は終わる。より大きなスクリーンを必要とするとき、ほとんど見えない 継ぎ目を有するより小さいホログラムユニットを張ることにより組み立てること ができる。ホログラムは、１つの回折層、または２若しくは３のこの種の層のサ ンドイッチから成ることができ、各々は分離された波長領域に対して最適化され る。 他の実施例では、第２の設計は、（上で示したように）乱反射層、及び反射さ れたＲ、Ｇ、Ｂレーザーイメージを乱反射層により予め定められた選択された「 左の」および「右の」ビューイングゾーンの中へ配向する回折ホログラフィック パターンを有する追加の層から成る多層ホログラフィックスクリーンである。 Ｒ、Ｇ、Ｂレーザー光源により電力を供給される２つのビデオ投影デバイスは 、２台の位置を変えられたカメラから得られる立体的なビデオ入力信号を受信す る。結果的に「左の」および「右の」イメージは、ここで記載されている多層ホ ログラフィックスクリーン上へフロント投影される。 あるいは、レーザービデオ投影デバイスが米国特許第４，７２０，７４７号（ 単一の音響光学セルに取付けられる２つの独立のトランスデューサは、立体的な 上記ビデオ入力信号を受信する）において、開示されるものと同様であり、音響 光学セルが１つのパルスによりソースレーザーから発生する２つの薄い、平行に されたラインにより照明されるとき、それは２つのイメージ（「左の」及び「右 の」立体的なイメージ）をもたらす。これらの「左の」及び「右の」イメージは ２つの分離出力された光学チャネルに中継され、各々は垂直スキャナ、及び「左 の」及び「右の」イメージに多層ホログラフィックスクリーン上へ焦点を結ばせ る１組の投影光学素子から成る。単一のレーザービデオ投影機が必要な立体的イ メージの両方を発生できるので、上記のものより、この方法は魅力的である。 多層ホログラフィックスクリーンの第１の層は、背面に印刷された回折ホログ ラフィックパターンを有する透明なプラスチックの材料（ポリカーボネートまた はポリエステルフィルム）でできている。従って、投影されたＲ、Ｇ、Ｂレーザ ーイメージは第１の層を通って伝達する。 第２の層は、乱反射ホログラフィックスクリーンである。従って、イメージは 形成され、Ｒ、Ｇ、Ｂレーザーイメージ光の大部分が観察者の方へ反射される。 次に、反射されたイメージが第１の層を通過するように、第１の層の裏に印刷さ れる回折ホログラフィックパターンは反射された立体的なＲ、Ｇ、Ｂレーザーイ メージを予め定められた「左の」及び「右の」ビューイングゾーンに配向し、３ 次元（３Ｄ）のイメージの効果を観察者に対してつくり出す。 この多層３次元ホログラフィックスクリーン設計は、（第１のホログラフィッ クスクリーンと同様の）スクリーンを通して周辺光源からの全ての他の波長を通 し、使用されるレーザービデオ投影機から赤、緑、青のレーザー波長だけを反射 し、イメージコントラスト比率を増加させること助ける。 この多層３次元ホログラフィックスクリーンは、類似した方法（即ち、密着印 画プロセス）で、高いゲインを有する第１のホログラフィックスクリーンとして 大量生産できる。 ホログラフィック投影スクリーンは、特にパルス化レーザービデオシステム及 び方法での使用に対して適応させられる。しかし、ホログラフィック投影スクリ ーンは、また、単色または半単色Ｒ、Ｇ、Ｂ光源を取り入れている他の光イメー ジ投影システム及び方法で使用でき、利点を有する。 本発明は、図解の目的で、一定の図示された実施例とだけ関連して記載されて いる。しかし、種々の変更、修正、追加、及び改良が例示の実施例で本発明の範 囲内においてなされることが認識される。図面の簡単な説明 図１は、拡大されたホログラフィックスクリーンを備えるレーザービデオ投影 システムを有する本発明の機能ブロックフローチャートである。 図２は、散乱された薄膜投影スクリーン表面上のホログラフィック反射格子の 模式図である。 図３は、投影スクリーン上のホログラフィックパターンのための密着印画シス テム及びプロセスである。 図４は、透明な薄膜表面上の格子を備えるホログラフィック回折システムの模 式図および平面図である。好ましい実施例の詳細な説明 図１は、ホログラフィック反射ビューイング投影スクリーンを有する赤色（Ｒ ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）レーザーを取り入れているレーザー投影システ ムのブロック線図であり、ビューイングスクリーンによって、焦点を合わせるこ とによる狭角ビューイングゾーンの形成を図示している。 図２は、スクリーンを通して伝達される他の可視光と一緒に、レーザー投影シ ステムによって、生じるＲ、Ｇ、Ｂ光の固有の波長により反射されるホログラフ ィックパターンを図示する。それによって、高いコントラストイメージが形成で き、ビューイングゾーンの範囲内に位置する観察者により観測されることができ る。更に、図２は、使用される１つのホログラフィックパターンの固有の配列を 示す。 図３は、レプリケータ、ラミネート装置、及びスクロールオーブンを含むホロ グラフィックパターンのための大量生産密着印画システム、並びにプロセスを図 示する。レプリケータは、光重合可能なプラスチックの材料の薄い層の上へホロ グラムを持ってくることにより、オリジナルのホログラフィックパターンの複製 を再生する。ラミネート装置は、ポリカーボネートまたはポリエステルフィルム 上へホログラフィックパターンを高速で写し取る。そして、スクロールオーブン は、ホログラムがプリントされた完成したフィルムを巻き取る。 図４は、２つのレーザービデオ投影システムと連動する反射及び回折パターン 作用と共に、ホログラフィック回折パターンの斜視図、及びこの多層ホログラフ ィックスクリーンの実施例のブロックフローチャートを図示する。各レーザービ デオ投影システムは、スクリーン上へ「左の」および「右の」サイドイメージを 表示するので、固有のゾーンに位置する観察者は立体的なイメージを見ることが できる。

【手続補正書】 【提出日】平成１１年７月２９日（１９９９．７．２９） 【補正内容】 請求の範囲 １． レーザー投影ビデオシステムであって、前記システムは ａ）フルカラービデオイメージを表示するためにコヒーレントなパルス化レー ザーＲ、Ｇ、Ｂ光を有する光源として電力を供給されるパルス化レーザービデオ イメージ投影手段と、 ｂ）投影スクリーン表面上のフルカラービデオイメージを受信するための投影 表面を有する投影スクリーン手段とから成り、 前記投影スクリーンが、実質的に選択されたビューイング方向にだけフルカラ ービデオイメージを反射し、前記投影スクリーン上に高いビデオピクチャコント ラストを提供するために前記投影スクリーン手段を通して周辺光を実質的に伝達 するために第１のホログラフィック回折反射層を前記投影スクリーン上に有する ことを特徴とする前記システム。２ ． ホログラフィック層が、反射されたビデオイメージを分離して選択された ビューイングゾーンに配向するために、回折ホログラフィックパターンの第２の 層を含むことを特徴とする、請求項１記載のシステム。３ ． 前記スクリーンが、前記第２の層の裏面上の選択された第２のホログラフ ィック層から成ることを特徴とする、請求項２記載のシステム。４ ． 前記投影スクリーン手段が、裏面を有する透明プラスチック投影スクリー ン表面を含み、選択されたビューイングゾーン及び３次元イメージを観察者に提 供するために、裏面上に第１のホログラフィック反射層を有し、第１のホログラ フィック層の正面にホログラフィック回折層を有することを特徴とする、請求項 １記載のシステム。５ ． パルス化レーザービデオイメージ投影手段が第１及び第２の投影手段を含 み、投影スクリーン手段上に異なる第１及び第２のイメージを投影するために前 記第１及び第２の投影手段が、第１及び第２の位置を変えられたカメラからの立 体的なビデオ入力信号を有するＲ、Ｇ、Ｂパルス化レーザーにより電力を供給さ れることを特徴とする、請求項４記載のシステム。６ ． 観察者のために投影スクリーン上に投影されたイメージを受信することに 適応された前記投影スクリーンであって、前記投影スクリーンは、投影されたイ メージを見るためのフロント投影表面を有する透明プラスチックから成り、選択 された方向ビューイングゾーン内で投影されたイメージを観察者に反射し、フロ ント投影表面上に高度にコヒーレントなイメージを提供するために前記透明プラ スチックを通して周辺光を伝達するために、その裏面上に薄膜第１ホログラフィ ック層を有することを特徴とする前記投影スクリーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． レーザー投影ビデオシステムであって、前記システムは ａ）フルカラービデオイメージを表示するためにコヒーレントなパルス化レー ザーＲ、Ｇ、Ｂ光を有する光源として電力を供給されるパルス化レーザービデオ イメージ投影手段と、 ｂ）投影スクリーン表面上のフルカラービデオイメージを受信するための投影 表面を有する投影スクリーン手段とから成り、 前記投影スクリーンが、実質的に選択されたビューイング方向にだけフルカラ ービデオイメージを反射し、前記投影スクリーン上に高いビデオピクチャコント ラストを提供するために前記投影スクリーン手段を通して周辺光を実質的に伝達 するために第１のホログラフィック回折反射層を前記投影スクリーン上に有する ことを特徴とする前記システム。 ２． ホログラフィック層が、フルカラービデオイメージを定められた狭いビュ ーイング領域内に形成するために、予め定められた水平および垂直分配ゾーンを 提供することを特徴とする、請求項１記載のシステム。 ３． ホログラフィック層が、反射されたビデオイメージを分離して選択された ビューイングゾーンに配向するために、回折ホログラフィックパターンの第２の 層を含むことを特徴とする、請求項１記載のシステム。 ４． 前記ビューイングゾーンが、観察者に対して右および左のビューイングゾ ーンであることを特徴とする、請求項３記載のシステム。 ５． 前記フルカラービデオイメージが立体的なビデオイメージであることを特 徴とする、請求項３記載のシステム。 ６． 前記スクリーンが、前記第２の層の裏面上の選択された第２のホログラフ ィック層から成ることを特徴とする、請求項３記載のシステム。 ７． 前記第２の層が透明なプラスチック材料から成ることを特徴とする、請求 項６記載のシステム。 ８． 前記投影スクリーン手段が、透明なプラスチックスクリーン表面上の約０ ．００２インチ未満のホログラフィック反射層を含むことを特徴とする、請求項 １記載のシステム。 ９． 前記投影スクリーン手段が、裏面を有する透明プラスチック投影スクリー ン表面を含み、選択されたビューイングゾーン及び３次元イメージを観察者に提 供するために、裏面上に第１のホログラフィック反射層を有し、第１のホログラ フィック層の正面にホログラフィック回折層を有することを特徴とする、請求項 １記載のシステム。 １０． パルス化レーザービデオイメージ投影手段が第１及び第２の投影手段を 含み、投影スクリーン手段上に異なる第１及び第２のイメージを投影するために 前記第１及び第２の投影手段が、第１及び第２の位置を変えられたカメラからの 立体的なビデオ入力信号を有するＲ、Ｇ、Ｂパルス化レーザーにより電力を供給 されることを特徴とする、請求項９のシステム。 １１． 観察者のために投影スクリーン上に投影されたイメージを受信すること に適応された前記投影スクリーンであって、前記投影スクリーンは、投影された イメージを見るためのフロント投影表面を有する透明プラスチックから成り、選 択された方向ビューイングゾーン内で投影されたイメージを観察者に反射し、フ ロント投影表面上に高度にコヒーレントなイメージを提供するために前記透明プ ラスチックを通して周辺光を伝達するために、その裏面上に薄膜第１ホログラフ ィック層を有することを特徴とする前記投影スクリーン。 １２． イメージ部分を選択されたビューイングゾーンに回折するために、第１ の層の前面に第２の薄膜回折ホログラフィック層を含むことを特徴とする、請求 項１１記載の投影スクリーン。 １３． ポリエステルまたはポリカーボネート透明プラスチックから成り、第１ 及び第２のホログラフィック層が約０．０００２インチ未満の密着焼付け層であ ることを特徴とする、請求項１２記載の投影スクリーン。 １４． 投影スクリーンとして観察者に高いコントラストのレーザービデオイメ ージを提供する方法であって、 ａ）イメージを表す電気信号に対応するフルカラーレーザービデオイメージを 形成するために赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光を調節し、 ｂ）周辺光の通過を伝達するために透明材料の透明スクリーンコンパウンド上 にフルカラーレーザービデオイメージを投影し、観察者にフルカラーレーザービ デオイメージだけを反射するために投影スクリーン上に薄膜ホログラフィック層 を有し、それにより高コントラストのフルカラーイメージを提供することから成 ることを特徴とする前記方法。