JP2002508848A - 飛行機および乗り物用ホログラフィック表示スクリーン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも１つまたは複数のレーザー波長のためのホログラフィック画像スクリーンであって、入射するスペクトル狭波長帯のレーザー放射を事前設定した立体角に選択的に拡散的に散乱させ、同時に広波長帯の周囲光を妨げずに透過させるものが提案され、前記ホログラフィック画像スクリーンは、透明な支持層と光学的に結合されている少なくとも１つのホログラフィック位相格子を備えている。さらに、前記ホログラフィック画像スクリーンを製造および利用する方法が説明される。

Description

【発明の詳細な説明】 飛行機および乗り物用ホログラフィック表示スクリーン 本発明は、陸上・海上の乗り物や飛行機の操縦、またはフルカラーのレーザー 投射によるこれら操縦のシミュレーションに使用される表示計器としてのホログ ラフィック画像スクリーンの製作と利用とに関する。 自動車や飛行機などの乗り物を操縦する際に、運転者やパイロットに表示され るデータは、大まかに２種類のカテゴリーに区別することができる。すなわち一 つは、最新の運転状況および重要な個別システムの技術的状態に関する情報（動 力用燃料の量、圧力、温度、回転数、運転モード等）であり、もう一つは移動、 ナビケーション、目的地発見などに役立つ情報（速度、高度、姿勢、位置、方向 等）である。 近い将来、いずれのカテゴリーにおいても、利用可能な最新データの量と種類 とは増加するものと予想される。自動車の場合には、技術的状態に関するさらに 別の最新データとして、例えばタイヤ圧やブレーキシステムについてのデータが 増える可能性がある。飛行機の場合には、翼への着氷、気流の切れ目、材料疲労 に関するデータなどが増える可能性がある。さらに、目的地までの距離、道路状 況、渋滞状況、事故の危険性、好ましいルート、天候状況など、役に立ち、より 改良されたデータも増えるであろう。 ここ３０年の間に、旅客飛行機の開発が進む中でデータが増大し続けたことは 、パイロットの負担増大にはつながらず、逆に多くの航行機能が自動化されたこ とによって、より優れたデータ管理と、より優れた表示とが実現された。そのお かげで、例えば通信士やフライトエンジニアの削減に成功した。最近の１０年間 で、飛行機操縦やフライト案内といった面でコンピュータの利用が増えたことに 加えて、状況データや案内データをディスプレイに可変的に表示するという形で のさらなる開発が行なわれ、固定式指示計器の大部分にとって代わることに成功 している（ガラスコックピット）。その場合の利点は、必要なときにだけ表示が 現れるという点である。表示は、パイロットが呼び出すことができ、もしくは危 機的 状況では自動的に現れる。 自動車についても、間もなく同様の進歩があると期待される。すなわち燃料、 油圧、エンジン温度、回転数、走行キロ、速度などに関する従来の固定式指示計 器は姿を消して、自動的または呼び出しに応じて最新もしくは必要な情報を即座 に表示するような共通のディスプレイがとって代わるであろう。自動車等では近 い将来、その他にも例えば、停止距離、駐車間隔、交通誘導情報等といった一連 データが生成されて利用できるようになるであろうから、こうしたデータを総合 的な表示計器に表示させる必要がある。 乗り物の表示器に将来課されるであろう技術的要求としては、特に、非常に明 るい背景でのより優れた視認性、より優れたカラー表示、高いコントラスト、よ り細かい解像度などがある。さらに画像スクリーン上での表示位置や、表示の大 きさ、形態、明るさを、連続的に変更可能とすることが求められる。 現在普及している表示技術では、パイロットや運転者が外に向けた視野の下側 に計器板があるが、その一つの欠点は、頭を下に向けて近視野で表示器を見なけ れば、表示を読んだり確認したりできないという点である。このように周囲の目 視が中断されることは、特に自動車の走行時には著しい障害となる。それに加え て、表示の視認と周囲の視認との間に、目は遠近調節をしなけらばならず、変化 したシーンに適応しなければならないため、これが事故につながる場合がしばし ばある。 しばらく前に戦闘機用の新しい表示方法が開発され、部分的に実用化されてい る。この表示方法では、コックピットの窓を通して表示が虚像として視野または 視線方向に挿入されることで、パイロットの負担が軽減される。虚像は無限遠に 存在するように見えるため、視認するための目の遠近調節が全く必要ないか、ま たはわずかしか必要とされないという長所がある。低空飛行中の戦闘機の目まぐ るしく移り変わるシーンにおいては、刻々と変化する計器類表示に基づいて素早 い決断がパイロットに求められるため、上記の視認性は本質的な利点となる。虚 像の表示は、ウィンドシールドガラスの手前の透明なガラス板か、パイロットが かぶるヘルメットのバイザー部分のいずれかに投射される。 表示を行う単色のＣＲＴスクリーンは、表示スクリーンの波長だけを反射し、 かつ窓や計器盤の表示からくる広波長帯の光は透過させるような狭波長帯の反射 体で形成される。それと同時に結像レンズ系は、パイロットの視野にあるスクリ ーンの表示が、虚像として見えるように設計される。専門用語ではヘッドアップ ディスプレイ（ＨＵＤ）と呼ばれるこの種の表示配置については、例えば次のよ うな刊行物に説明されている：M.H.Freeman,Head-Up Displays-A Review.Optics Technology,Feb.69,pp63-70およびR.J.Withrington，“Optical Design of a H olographic Visor Helmet-Mounted Display,Computer Aided Optical Design”, Proc.SPIE Vol.14,pp161-170． ＨＵＤを乗用車のウィンドシールドガラスに組み込もうという試みも、次のよ うな文献から公知である：W.Windeln,M.A.Beeck,Windshutzsceibe mit Holograp hischem Spiegel fur Head-Up Displays,ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 91(1989)Heft 10,S.2-6．またドイツ国特許第3712663号公開公報「遠望に調節 された目において可能な限り遠近調節が不用な情報の読み取りのための表示シス テム」には、表示すべき情報を、虚像としてフロントガラスまたは計器盤の領域 に表現し、好ましくは自動車に使用される表示システムが記載されている。 しかし、戦闘機での用途からＨＵＤ技術を転用しようというこうした試みや提 案は、画像生成の手段として、ＣＲＴやＬＣＤといった従来の技術を必要として いる。そのために、低い輝度、中程度の解像度、弱いグレー値(gray scale valu e)コントラストおよび色コントラストといった従来と同様の制限を受けることに なる。既存の技術の重大な欠点は、単色の緑の画像しか表現できないことであり 、このことが、色について細分化された情報形成を行う可能性を阻害している。 この種の表示におけるさらなる問題点は、視認可能角度がわずか数十度に限られ てしまうことや、頭を速く動かすと画像が不安定に揺れてしまうことである。 その原因は、現在製造されているＨＵＤが、色選択性の鏡と組合せたレンズ系 に類似した光学的な手段だからである。ＨＵＤにおけるホログラフィック素子の 回折構造として認知されているレンズの作用によって、モニターの画像は、鏡を 介して変向された後、窓を通して遠距離にある像として視認される。鏡は、モニ ターの色と一致するようにホログラムの記録レーザーの波長から選択的に緑の光 だけを反射するので、周囲光の大半はホログラムの中を妨げられることなく通過 する。 従来のＨＵＤのこうした機能は、狭い角度範囲でのみ達成することが可能であ り、そのため戦闘機での利用に限定されたままである。旅客飛行機や自動車では 、例えば副操縦士や助手席乗員も同じように表示を見ることができるように、比 較的広い視認角度が求められる。さらにこの場合、外窓の幅全体にわたって表示 が行われれば大きな利点となるであろう。 旅客飛行機や自動車でも利用できるようにＨＵＤ技術を改良する際には、次の ような要求を満たす必要があると思われる： ・少ない重量、少ない取り付け深さ ・見込まれる移動走行に備えた耐振性と耐加速度性 ・最大の表示面の活用 ・約６０度の角度までの視認可能性 ・分割されていない表示面による最大の平面利用 ・危険情報の集中的な表示 ・多数の情報の可変的、連続的、または重ね合わせによる表現 ・カラー表示能力 ・ディスプレイ１つあたり最低４００万の画素（解像度は約０．５角度分） ・フレームの画像形成周波数は少なくとも１００Ｈｚ ・３次元表現および／または遠近調節不要な視認性を有するホログラフィックデ ィスプレイ ・照明の反射がないこと 本発明の課題は、パイロットや運転者の外方への視野の中に存在し、かつ新た な広い利用分野をもつ改良型ＨＵＤに対する上記要求を満たすような、新しいホ ログラムを提供することである。 現在のところＣＲＴディスプレイでもＬＣＤディスプレイでも実現することが できない上記要求を満たすためには、レーザー投射の特殊な性質を利用するべき である。レーザー投射は第１に光束幅が狭く、それに伴って光のコヒーレント長 が長く、さらに第２には放射輝度すなわち立体角および単位面積あたりの発光能 力が高い。この第１の特性は、多重色のレーザー光を周囲光から効率的に分離す るために利用することができ、第２の特性は高い解像度と強い輝度での画像投射 を可能にする。第３の特性として、選択した波長領域における３つの単色レーザ ー光を合成した色品質の良さがある。これは、他の方法では達成が不可能である 。 上記の課題は、ＨＵＤとしての結像手段の代わりに、物体ホログラムとしての 画像スクリーンを用いることで解決される。前記画像スクリーンは、レーザー前 面プロジェクタまたはレーザー背面プロジェクタで照明したときにだけ観測者に 画像を投影し、かつ、窓を通った広波長帯の光は透過させることにより、外方に 向けられた視界を妨げないように作成される。ホログラフィックスクリーンは、 １つまたは複数の色の狭波長帯のレーザー光を高い効率で所定の立体角に選択的 に回折させ、しかし、広波長帯の周囲光の大部分は影響を受けることなく透過す るように最適化される。物体ホログラムとしてのこの新しい技術は、大きな画像 表示面であってもくまなく投射可能であるのと同時に、広い観測角も可能になる という格別の利点をもたらす。 このホログラフィック画像スクリーンの物体は、好ましくは、専用の白いスク リーンである。このスクリーンは、好ましくは、ホログラムにおいて使用される 全てのレーザー投射波長により露光される。記録の際には、当該スクリーンが物 体光線で照射されたときの回折特性と散乱特性が、その後の利用時に望まれる特 性と同じになるような配慮を行う。ホログラフィック記録の際の参照光としては 、その後に発せられる投射光線と同様に、適当なポイントから発せられる発散性 の光束が適する。このホログラムは、好ましくは、オフアクシスホログラムとし て記録と露光とかなされる。すなわち投射光線が、法線に対して比較的大きな角 度でホログラム面に入り、それによってプロジェクタによる影ができずに、ホロ グラムを通した自由な視界が生まれる。 プロジェクタをホログラムの前方に位置させるか、後方に位置させるかは、使 用ケースに応じて決めることが望ましい。それに準じて、ホログラムを、前面投 射を用いる反射型ホログラムとするか、背面投射を用いる透過型ホログラムとす るか決定する。ホログラムの再生のためには、発散性の画像投射光線か、点状ま たは線状に走査する（スキャニングする）光線かのいずれかを用いることができ る。 そのためには、現在公知のあらゆる投射方法を利用することが可能である。例 えば、微小鏡を用いた画像マトリクス（デジタル・ミラー・デバイス、ＤＭＤ） を、またはレーザー照射を用いた液晶（リキッド・クリスタル・デバイス、ＬＣ Ｄ）を、固定投射光線を用いてスクリーンに投射する光弁(light valve)方式を 利用することができる。また、画像を点で、あるいは線で構成するレーザースキ ャナによる連続的な画像投射も利用できる。 例えばガラス板等の透明な基板上に光学的界面を形成してホログラムを作成す ると、広波長帯の周囲光による平面的な照明のもとにおいてホログラフィックス クリーンは、反射を防ぐために望ましい反射防止加工を施した基板と同じように 透明に見える。 それに対して、ホログラフィックスクリーンの面を、正しい照明方向すなわち 元の固定した参照光の場所からレーザー光線で平面的に照明または走査する（ス キャニングする）と、再びスクリーンの元の画像が画素ごとに並列的または連続 的に現れる。本発明の改良により、さらに画像データで投射光を変調すれば、記 録層に、あたかも元のスクリーン上に現れたかのような画像を観測者が見ること になる。 ただ配慮しなければならない点は、記録時と再生時に同一またはほぼ同一のレ ーザー線を用いること、およびホログラムを記録したときの参照光と同じ場所か ら投射を行うことである。また、高い画像品質を確保するためには、スクリーン から見た画像源の広がりが、近似的に点源となるよう配慮する必要がある。この 最後に述べた要求は、スキャニングされるシステムでは常に満たされている。描 かれた画像マトリクスが対角線２０ｍｍ、投射間隔２００ｍｍであれば画像源の サイズは６°となり、これは画像の品質に影響を及ぼす可能性がある。マトリク スは収束されたレーザー光線で照射されるので、中間結像によって画像源を１° 以下に縮小することは容易に実現できる。これならば点源に非常に近い。 反射型ホログラムの場合には、必要とされる角度選択性と波長選択性とをもた せるために、ホログラフィック画像スクリーンには体積ホログラムの性質がなく てはならない。このことは、好ましくは、１つまたは複数の“厚い”記録層（５ 〜３０μｍ前後）を有する反射型または透過型体積ホログラムへの記録を通じて 達成される。体積格子構造は、ホログラムへの記録・処理の際に、スクリーンの 結像として、使用された種々の波長に応じて互いに独立に形成される。毎回１つ の波長と１つの照明角についてだけ満たされている、格子構造におけるいわゆる ブラッグ(Bragg)の干渉条件のもとでは光が後方反射され、ホログラムを眺めた ときには、本来の散乱特性をもつスクリーンの明るい反射像が現れる。別の離散 した波長とそれに帰属する格子構造についても、同一の層の内部または別の層の 内部でこれが繰り返され、重ね合わされて全体像を形成し、色調節が正しければ 、それによって本来白いスクリーンの画像が再生される。別の波長の光、ならび に広波長帯の光は、ちようどレーザー投射の方向から入射しない限りブラッグの 条件に適合しないので、弱められないままで大部分が透過される。例えば、零次 やマイナス１次などの、プラス１次回折光に含まれないような妨害光は反射され ずにホログラムを通過するので、そこで容易に除去することが可能である。 “薄い”ホログラムでも“厚い”ホログラムでも、透過する光で観測する透過 型ホログラムとして使用することが可能である。どちらの種類を使うべきかは、 利用可能な記録材料、その費用、得ようとする回折効率、および再生の種類に応 じて決定される。厚いホログラムの場合には特に、再生時に高い角度選択性と波 長選択性とを得ることができる。 ここで提案される一工程での薄いホログラム記録においては、スクリーンは２ 次元の格子構造として露光される。リース(Leith)とウパトニークス(Upatnieks) による公知の記録ジオメトリーが、発散性の参照光とともに使用される。スクリ ーンは、参照光に対応する投射ビームで再生したときには虚像（１次回折光の像 ）として現れ、また虚像として直接用いることができる。零次の回折次数および その他の回折次数の妨害光は最小限に抑えられ、ホログラムの外部で吸収される 。 この種の他のホログラムと同様に、スクリーンの画像は、ホログラムプレート の後方で、記録時と同じ場所に現れる。 さらに別の用途のために、スクリーンの透過型ホログラムを２工程で製造する ことか提案される。このとき第１の工程は先に説明したのと同じである。ただし この場合には、虚像の代わりにスクリーンの実像の画像が第２の記録のための物 体として用いられ、またそのようにして最適化される。このことは、それによっ て再生時におけるスクリーン画像の位置が同じ平面上でも、手前または後方の位 置でも、ホログラムプレートに対して自由に選択できるという利点を生む。ただ し大半の利用においてスクリーン画像は、スクリーンの位置に対してスクリーン のずっと後方の位置にあることが望まれる。 実像の画像の光路には、レンズ、曲面鏡、またはホログラフィック光学的な手 段等のさまざまな光学的手段を組み込んで、それによってスクリーンの画像をコ ピーし、例えば拡大して遠地点に移動させるという具合に視覚的に変化させるこ とができる。 画像スクリーンホログラムを作成した後、追加的に、例えばレンズ、曲面鏡、 またはホログラフィック光学的な手段等の光学的な結像手段を観測者に対する光 路に組み込んで、画像を拡大、縮小するなど幾何学的に変化させることができる 。 先に説明したように、白いホログラフィックスクリーンは、好ましくは、例え ば赤、緑、青（ＲＧＢ）といった使用される全てのレーザー波長で、スクリーン を同一のホログラムに記録することで作成される。このとき３つの異なる実施方 法が考えられる。第１の方法として、１つの記録層にすべての色の露光を３回行 うことができる。第２の方法として、異なるスペクトル感度の複数の層を、種々 のレーザー波長に適合させて積み重ねることができる。第３の方法として、異な る記録材料を並べて配置してもよい。例えば、テレビ用デルタシャドーマスク管 、あるいは公知のテレビ用トリニトロン管のような隣り合った３つの垂直のＲＧ Ｂストライプといったように、三角形配置された各画素の内部に、ＲＧＢを３個 １組として点状配置してもよい。 第１の方法で提案されるように、３つの異なる色を有して単一の薄い層からな るホログラムに記録することは、それぞれ個々の格子構造が他の波長の光をも回 折してしまうという問題を生む。このようなスクリーンに３色の投射をした場合 、３つの異なる色の９つの異なる散乱光束が発生し、そのうち３つが白色の１つ の光束に集まり、この光束が元来の観測光を提供することになる。他の光束は、 後に述べるように、追加ホログラムによって除去することが可能である。 層の積み重ね構造においては、例えば各色に適合した３つの異なる記録材料を 使用することができる。異なる色のために並列配置された３つの層を使うことで 、さらにカラーテレビの陰極線管の場合のような色重なりを防ぐことができる。 本発明ではさらに、特に再生波長と照射方向とに関するホログラムの高い選択 性が有利に働くような用途には、“厚い”透過型ホログラムをスクリーン記録に 使用することが想定されている。 厚いホログラムでは、記録時に体積格子が、通常５〜３０μｍの厚さの記録層 に形成される。そして再生時には、相互に位相がずれた隣接する光線要素の干渉 があるために、構造的干渉に関するブラッグの条件が当てはまる。それにより記 録波長のための強力な回折効率と、スクリーンでの参照光の照明方向とが統合さ れて、広波長帯の光は大部分か妨げられることなく通過する。 “薄い２ホログラムの場合と同じように、異なる色による複数のスクリーン記 録は、同一のホログラム層において、または並列した異なる層もしくは並べて配 置された層で色感度を適合させて行なわれる。 参照光の光路または物体光の光路に光学的な追加的手段を組み込むことで、反 射型ホログラムの場合でも透過型ホログラムの場合でも、スクリーンのホログラ フィック画像を操作することができる。 そうすることで、例えばホログラフィックスクリーンの照射角を、オリジナル スクリーンに対する仰角と方位角とに関して変えることができ、スクリーンを介 した輝度配分を前とは変えて調節することができ、さらに投射光学系の画像エラ ーを後から修正することもできる。 薄いホログラムのための記録材料としては、例えばハロゲン化銀材料やフォト レジストが適している。厚いホログラムのために好ましくは、ハロゲン化銀材料 、重クロム酸ゼラチン、感光性樹脂材料などが考慮の対象となる。 レーザーによる前面投射および背面投射のための、このようなホログラフィッ ク画像スクリーンの製造については上記に一例を説明した。しかしその製造は、 当業者には公知で理解しやすい多数の異なる方法および異なる工程で行うことが 可能である。こうした工程のいくつかは、先願であるドイツ国特許出願第197001 62.9号公報および第19703592.2号公報により既に開示されている。これら公報に は、前面投射・背面投射と光学的吸収体とを組合せたホログラフィック画像ス クリーンに関する記載があり、これらに基づいて、別の新たな課題設定を行うこ ともできる。 以下、図面に部分的かつ模式的に描かれた実施形態を参照しながら、本発明を 詳しく説明する。図面は次のとおりである： 図１は、Yu.N.デニスユク(Denisyuk)の公知の方法による、物体スクリーンの 反射型ホログラムの直接記録状況を示す図である。 図２は、反射型ホログラムにおけるスクリーン上のホログラフィック結像の観 測状況を示す図である。 図３は、リースとウパトニークスの公知の方法による、反射型物体スクリーン から透過型ホログラムへの露光状況を示す図である。 図４は、透過型ホログラムにおけるスクリーンのホログラフィック結像の観測 状況を示す図である。 図５は、妨害光を抑えるために、反射型ホログラムを透過型ホログラムに追加 した状態を示す図である。 図１は、反射技法における透明スクリーン１１の記録を示している。物体光線 １３は、スクリーンから前方へ拡散的に散乱して光１２となり、参照光１４と重 畳する。ここで参照光は、反対側にある点光源１６からホログラムプレート１５ に向かって、物体光１２に対向するように入射する。スクリーンの照明は、好ま しくは後方から行われ、そのことによって例えば、光の強さに関して構成上の利 点か生まれると共に、物体光または参照光における散乱光配分に関する修正措置 が容易に可能になる。 図２は、反射型ホログラム２１への画像投射状況と、仮想スクリーン画像２３ の観測者２２とを示している。投射光線２４は、図１における参照光と同一のポ イント２５から発せられる。仮想スクリーン画像は、図１の記録時における物体 スクリーンと同一の位置に現れる。 図３は、透過技法における反射スクリーン３１の記録状況を示している。照明 光３２は、複数の方向からスクリーンへ入射する。スクリーンから後方散乱され た光３３と、ポイント３６から来る発散性の参照光３５とは、ホログラム３４上 で重畳する。 図４は、透過型ホログラム４１への画像投射状況と、仮想スクリーン画像４３ の観測者４２とを示している。投射光線４４は、図３の参照光と同一のポイント ４５から発せられる。仮想スクリーン画像は、図３の記録時における物体スクリ ーンと同一の位置に現れる。 図５は、ホログラフィックスクリーンから妨害光を除去する方法を示している 。透過型ホログラム５１では、入射する光のわずかな部分が、零次光５２として 変向されずにホログラムを通過する。この妨害光は、同一の光源５５から来る同 一の投射光線５４のために設計されているスクリーン５３すなわち反射型ホログ ラムによって、効果的に後方散乱させることが可能であり、それによって前記妨 害光は観測者５６の近傍空間に到達しない。 本明細書で以上説明した方法により、画像スクリーンを、反射型ホログラムま たは透過型ホログラムとして一つの工程で形成することができる。ホログラムを 複製する際には物体スクリーンを原画として利用する。当業者には周知のように 、物体スクリーンからさらに、スクリーンの実画像を生成するいわゆるマスター ホログラムを作成することができる。そこでこのマスターを、画像スクリーンを さらに記録するための物体原画として２番目の工程で使うことができる。マスタ ーを作成することにより、画像スクリーンホログラムの大量のコピーを複製する ことが容易になる。またこの２工程の方法は、画像位置、散乱特性、輝度配分に 関して、最終的な画像スクリーンホログラムを操作する可能性を拡大する。 ホログラフィック記録のためのスクリーン原画は平坦である必要はなく、３次 元の任意の表面構造をもっていてよい。特殊な投射用としては、例えば屈曲また は湾曲しているホログラムスクリーンが好ましい。 参照光線または物体光線の光路に光学的な付加要素を組み込むことで、スクリ ーンのホログラフィック画像を操作することも同様に可能である。例えば、再生 の輝度配分や空間的な放射特性を操作したり、あるいは投射の際に生じた画像エ ラーを目的に沿って修正したりすることができる。 干渉光学的に記録されたマスターホログラムの代わりに、計算上の特定の散乱 関数を記憶させたコンピュータ形成ホログラムまたはコンピュータ形成ホログラ ムから作成されたホログラムを用いてもよい。 上記の説明から当然わかるように、本発明によるＨＵＤ用のホログラフィック スクリーンを１つまたは複数のレーザー線のために用いることも可能である。こ のレーザー線は必ずしも可視スペクトル内になくてもよい。適当な記録材料を使 えば、紫外線領域や赤外線領域にあってもよいので、カメラ、光検出器、光検出 器アレーのような工業用センサで画像を記録することができる。 画像スクリーン記録のためには照明光源のスペクトル狭波長帯（時間的コヒー レント）に対して高い要求が課される。しかし再生時には、レーザーや放電ラン プといった固有の鋭いスペクトル線をもつ光源でも、フィルターを通したハロゲ ンランプや白熱灯のような広波長帯ランプでも用いることができる。 ホログラフィック画像スクリーンを、飛行機または乗り物における“ヘッドア ップディスプレイ２として応用する場合、ウィンドシールドガラスの手前に設置 するか、あるいはウィンドシールドガラスの中に組み込むことができる。 ホログラフィック画像スクリーンは、いわゆる“ヘルメットマウントディスプ レイ”（ＨＭＤ）としても利用することが可能であり、この場合スクリーンは、 ヘルメットの露出しているバイザーに組み込まれ、側方から前面投射または背面 投射で照明される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１２月１９日（１９９８．１２．１９） 【補正内容】 請求の範囲 １．少なくとも１つまたは複数のレーザー波長のレーザー投射に使用され、入射 する狭帯域のレーザー放射を事前設定した立体角に選択的・拡散的に散乱させ、 かつ少なくとも１つのホログラフィック位相格子を備えているホログラフィック 画像スクリーンにおいて、 前記ホログラフィック位相格子は、透明な基板と光学的に結合され、前記ホロ グラフィック画像スクリーンが広波長帯の周囲光を妨げずに透過させて透明に見 えることにより、画像スクリーンを通して外方への見通しが可能であることを特 徴とするホログラフィック画像スクリーン。 ２．少なくとも１つのホログラフィック反射体積格子を備えていることを特徴と する請求項１に記載のホログラフィック画像スクリーン。 ３．少なくとも１つのホログラフィック透過体積格子を備えていることを特徴と する請求項１に記載のホログラフィック画像スクリーン。 ４．少なくとも１つのホログラフィック表面格子を備えていることを特徴とする 請求項１記載のホログラフィック画像スクリーン。 ５．前記基板は、追加的なコーティング層（反射防止層）を備えていることを特 徴とする請求項１から４のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン。 ６．３つの基本色に割当てられた３つのホログラフィック表面格子を備えている ことを特徴とする請求項４に記載のホログラフィック画像スクリーン。 ７．３つの基本色に割当てられた３つのホログラフィック体積格子を備えている ことを特徴とする請求項２または３に記載のホログラフィック画像スクリーン。 ８．前記３つのホログラフィック体積格子を１つの層の中に含んでいることを特 徴とする請求項２，３および７のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリ ーン。 ９．前記３つのホログラフィック体積格子を複数の層の中に含んでいることを特 徴とする請求項２，３および７のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリ ーン。 １０．割当てられた基本色をもつ異なるホログラフィック層が相並んで配置され ていることを特徴とする請求項２，３および７のいずれかに記載のホログラフィ ック画像スクリーン。 １１．透過型ホログラムの前方すなわち観測者に向いた方向に体積反射型ホログ ラムが配置され、前記体積反射型ホログラムは、前記透過型ホログラムに起因す る妨害光を反射することを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載のホログ ラフィック画像スクリーン。 １２．前記体積反射型ホログラムは、妨害光線を指向的に反射するホログラフィ ック鏡として構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のホログラフィ ック画像スクリーン。 １３．前記体積反射型ホログラムは、妨害光線を拡散的に反射する反射体として 構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のホログラフィック画像スク リーン。 １４．変調された画像光線の連続的な点走査（点スキャニング）によって画像を スクリーン上に生成する光源を備えていることを特徴とする請求項１から１３に いずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン。 １５．変調された画像ラインの並行的な線走査（ラインスキャニング）によって 画像をスクリーン上に生成する光源を備えていることを特徴とする請求項１から １３のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン。 １６．光弁変調器の画像マトリクスの平面的かつ固定的な投射によって画像をス クリーン上に生成する光源を備えていることを特徴とする請求項１から１３のい ずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン。 １７．レーザー光源の代わりに、画像再生のための光源として狭波長帯の光ダイ オードを備えていることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載のホロ グラフィック画像スクリーン。 １８．画像再生のために、スペクトルフィルターを有する広波長帯のランプを備 えていることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載のホログラフィッ ク画像スクリーン。 １９．１つまたは複数のレーザー波長のレーザー投射に使用され、入射する狭波 長帯のレーザー放射を事前設定した立体角に選択的・拡散的に散乱させ、かつ少 なくとも１つのホログラフィック位相格子を備え、このとき拡散的に反射するス クリーンを物体として使用してホログラムが記録される形式のホログラフィック 画像スクリーンを製造する方法において、 前記ホログラムは、透明な基板上に形成され、その結果ホログラフィック画像 スクリーンが広波長帯の周囲光に関して透過性であり、それによって自由な見通 しが可能であることを特徴とするホログラフイック画像スクリーンを製造する方 法。 ２０．ホログラムが一つの工程で、リースとウパトニークスの透過型ホログラム として、またはデニスユクの反射型ホログラムとして、発散性の参照光を用いて 記録されることを特徴とする請求項１９に記載のホログラフィック画像スクリー ン製造方法。 ２１．請求項１から１３のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーンを 製造する方法であって、２工程の方法においてまずマスターホログラムが生成さ れ、前記マスターホログラムが物体原画としてさらに次の画像スクリーンの記録 のために利用されることを特徴とするホログラフィック画像スクリーン製造方法 。 ２２．物体が、拡散的に反射するスクリーンであって、前記スクリーンで透過マ スターが作成されることを特徴とする請求項２１に記載のホログラフィック画像 スクリーン製造方法。 ２３．物体が、拡散的に透過するスクリーンであって、前記スクリーンで透過マ スターまたは反射マスターが作成されることを特徴とする請求項２１記載のホロ グラフィック画像スクリーン製造方法。 ２４．マスターからスクリーンホログラムを記録するときに、スクリーンの画像 平面がホログラムの平面内にあることを特徴とする請求項２１から２３のいずれ かに記載のホログラフィック画像スクリーン製造方法。 ２５．マスターからスクリーンホログラムを記録するときに、スクリーンの画像 平面がホログラム平面の前方にあることを特徴とする請求項２１から２３のいず れかに記載のホログラフィック画像スクリーン製造方法。 ２６．マスターからスクリーンホログラムを記録するときに、スクリーンの画像 平面がホログラム平面の後方にあることを特徴とする請求項２１から２３のいず れかに記載のホログラフィック画像スクリーン製造方法。 ２７．記録工程の少なくとも１つの工程において、光路内の光学的な追加的手段 によって明度配分と画像エラーを修正することを特徴とする請求項１９から２５ のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン製造方法。 ２８．記録工程の少なくとも１つの工程において、レーザースキャナーの画像エ ラーを補正する光学的な手段が参照光路に組み込まれていることを特徴とする請 求項１９から２６のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン製造方法 。 ２９．画像マトリクスを平面的に投射する際の画像エラーを修正する光学的な手 段が参照光路に組み込まれていることを特徴とする請求項１９から２６のいずれ かに記載のホログラフィック画像スクリーン製造方法。 ３０．スクリーンの多重光照射によってホログラフィック画像スクリーンの総散 乱光配分が調整されることを特徴とする請求項１９から２６のいずれかに記載の ホログラフィック画像スクリーン製造方法。 ３１．追加的な光学的な結像手段が、マスターホログラムの実像の画像の光路に 組み込まれていて、コピーの際に前記マスターホログラムを幾何学的に変化させ ることを特徴とする請求項２１から２６のいずれかに記載のホログラフィック画 像スクリーン製造方法。 ３２．ホログラフィック画像スクリーンを製造するためにコンピュータホログラ ムが用いられることを特徴とする請求項２１に記載のホログラフィック画像スク リーン製造方法。 ３３．ホログラフィック光学的な手段がスクリーンと結合されていて、前記手段 がスクリーンの結像を観測者の目に幾何学的に変化させることを特徴とする請求 項１から１８のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーンを製造する方 法および請求項１９から３１のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリー ン製造方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つまたは複数のレーザー波長のレーザー投射に使用され、入射 する狭波長帯のレーザー放射を事前設定した立体角に選択的・拡散的に散乱させ 、かつ同時に、広波長帯の周囲光を妨げずに通過させるホログラフィック画像ス クリーンにおいて、 透明な基板と光学的に結合されている少なくとも１つのホログラフィック位相 格子を備えていることを特徴とするホログラフィック画像スクリーン。 ２．少なくとも１つのホログラフィック反射体積格子を備えていることを特徴と する請求項１に記載のホログラフィック画像スクリーン。 ３．少なくとも１つのホログラフィック透過体積格子を備えていることを特徴と する請求項１に記載のホログラフィック画像スクリーン。 ４．少なくとも１つのホログラフィック表面格子を備えていることを特徴とする 請求項１記載のホログラフィック画像スクリーン。 ５．前記基板は、追加的なコーティング層（反射防止層）を備えていることを特 徴とする請求項１から４のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン。 ６．３つの基本色に割当てられた３つのホログラフィック表面格子を備えている ことを特徴とする請求項４に記載のホログラフィック画像スクリーン。 ７．３つの基本色に割当てられた３つのホログラフィック体積格子を備えている ことを特徴とする請求項２または３に記載のホログラフィック画像スクリーン。 ８．前記３つのホログラフィック体積格子を１つの層の中に含んでいることを特 徴とする請求項２，３および７のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリ ーン。 ９．前記３つのホログラフィック体積格子を複数の層の中に含んでいることを特 徴とする請求項２，３および７のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリ ーン。 １０．ホログラフィック層と、これに割当てられる基本色とからなる前記とは異 なる組合せを有していることを特徴とする請求項２，３および７のいずれかに記 載のホログラフィック画像スクリーン。 １１．透過型ホログラムの前方すなわち観測者に向いた方向に体積反射型ホログ ラムが配置され、前記体積反射型ホログラムは、前記透過型ホログラムに起因す る妨害光を反射することを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載のホログ ラフィック画像スクリーン。 １２．前記体積反射型ホログラムは、妨害光線を指向的に反射するホログラフィ ック鏡として構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のホログラフィ ック画像スクリーン。 １３．前記体積反射型ホログラムは、妨害光線を拡散的に反射する反射体として 構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のホログラフィック画像スク リーン。 １４．前記スクリーン上の変調された画像光線を、連続的に点走査（点スキャニ ング）することにより画像が生成されることを特徴とする請求項１から１３のい ずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン。 １５．前記スクリーン上の変調された画像線を、線走査（線スキャニング）する ことにより画像が生成されることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記 載のホログラフィック画像スクリーン。 １６．前記スクリーン上の光弁変調器の画像マトリクスを、平面的かつ固定的に 投射することにより画像が生成されることを特徴とする請求項１から１３のいず れかに記載のホログラフィック画像スクリーン。 １７．画像再生のときに、レーザー光源の代わりに狭波長帯の光ダイオードが光 源として用いられる請求項１から１６のいずれかに記載のホログラフィック画像 スクリーン。 １８．画像再生のために、スペクトルフィルターを有する広波長帯のランプが用 いられることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載のホログラフィッ ク画像スクリーン。 １９．ホログラムが一つの工程でリースとウパトニークスの透過型ホログラムと して形成され、物体としての反射する拡散的なスクリーンと発散的な参照光線を 用いて記録されることを特徴とする請求項３または４に記載のホログラフィック 画像スクリーンを製造する方法。 ２０．ホログラムが一つの工程でデニスユクの反射型ホログラムとして形成され 、物体としての拡散的な透過性スクリーンと発散的な参照光線とを用いて記録さ れることを特徴とする請求項２に記載のホログラフィック画像スクリーンを製造 する方法。 ２１．ホログラフィック画像スクリーンを製造する２工程の方法でマスターホロ グラムが使用されることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のホロ グラフィック画像スクリーンを製造する方法。 ２２，物体が、拡散的に反射するスクリーンであって、前記スクリーンで透過マ スターが作成されることを特徴とする請求項２１に記載のホログラフィック画像 スクリーン製造方法。 ２３．物体が、拡散的に透過するスクリーンであって、前記スクリーンで透過マ スターまたは反射マスターが作成されることを特徴とする請求項２１記載のホロ グラフィック画像スクリーン製造方法。 ２４．マスターからスクリーンホログラムを記録するときに、スクリーンの画像 平面がホログラムの平面内にあることを特徴とする請求項２１から２３のいずれ かに記載のホログラフィック画像スクリーン製造方法。 ２５．マスターからスクリーンホログラムを記録するときに、スクリーンの画像 平面がホログラム平面の前方にあることを特徴とする請求項２１から２３のいず れかに記載のホログラフィック画像スクリーン製造方法。 ２６．マスターからスクリーンホログラムを記録するときに、スクリーンの画像 平面がホログラム平面の後方にあることを特徴とする請求項２１から２３のいず れかに記載のホログラフィック画像スクリーン製造方法。 ２７．記録工程の少なくとも１つの工程において、光路内の光学的な追加的手段 によって明度配分と画像エラーを修正することを特徴とする請求項１９から２５ のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン製造方法。 ２８．記録工程の少なくとも１つの工程において、レーザースキャナーの画像エ ラーを補正する光学的な手段が参照光路に組み込まれていることを特徴とする請 求項１９から２６のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン製造方法 。 ２９．画像マトリクスを平面的に投射する際の画像エラーを修正する光学的な手 段が参照光路に組み込まれていることを特徴とする請求項１９から２６のいずれ かに記載のホログラフィック画像スクリーン製造方法。 ３０．スクリーンの多重光照射によってホログラフィック画像スクリーンの総散 乱光配分が調整されることを特徴とする請求項１９から２６のいずれかに記載の ホログラフィック画像スクリーン製造方法。 ３１．追加的な光学的な結像手段が、マスターホログラムの実像の画像の光路に 組み込まれていて、コピーの際に前記マスターホログラムを幾何学的に変化させ ることを特徴とする請求項２１から２６のいずれかに記載のホログラフィック画 像スクリーン製造方法。 ３２．ホログラフィック画像スクリーンを製造するためにコンピュータホログラ ムが用いられることを特徴とする請求項２１に記載のホログラフィック画像スク リーン製造方法。 ３３．ホログラフィック光学的な手段がスクリーンと結合されていて、前記手段 がスクリーンの結像を観測者の目に幾何学的に変化させることを特徴とする請求 項１から１８のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーンを製造する方 法および請求項１９から３１のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリー ン製造方法。