JP2005084171A - Transparent directional screen capable of performing color display - Google Patents
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Abstract
Description
投影された像を形成する光を特定な範囲にのみ拡散する指向性スクリーンに関する。 The present invention relates to a directional screen that diffuses light that forms a projected image only in a specific range.
指向性スクリーンは光の利用効率をますだけでなく、観察範囲が限定できるので覗き込みを防止できる。また、複数の投影を行うことで観察位置によって異なる像を表示できる。このことを利用し、指向性スクリーンに両眼に対応した異なる映像(視差映像)を投影し、それぞれの目に対応した観察範囲とすることで、メガネをかけずに立体感のある映像を観察できる。
より臨場感が高い指向性のスクリーンを目指し、そのために3つの具体的な目的を定めた。1つ目は投影されていないスクリーン部分ではスクリーンの背面がそのまま透けて見えること、2つ目は投影像を見ることのできる範囲(視域)がくっきり分かれ記録方法で任意に設定できること、3つ目に見られる像が観察位置によって色味が変化しないことである。1つ目の目的の理由は投影されていないスクリーン部分が透明で背面が透けて見られれば像は空中に浮いているように観察され臨場感が増すからである。2つめの目的の理由は視域がくっきり分かれないと、複数の像を異なる位置で観察したいときに2重に見えたり、まったく像が見られなかったりしてしまうからである。特に立体表示を行う際は立体像の質に大きくかかわる。3つ目の目的の理由として1つ目2つ目の目的をかなえられるホログラムスクリーンが最適なのであるが、ホログラムスクリーンは回折現象を利用しているため、色(波長)によって回折角が異なり観察位置によって色味が変化してしまう。
The directional screen not only increases the light utilization efficiency but also limits the observation range, thus preventing peeping. In addition, different images can be displayed depending on the observation position by performing a plurality of projections. By utilizing this fact, different images (parallax images) corresponding to both eyes are projected on the directional screen, and the observation range corresponding to each eye is observed, so that a stereoscopic image can be observed without wearing glasses. it can.
Aiming for a more directional screen with a higher sense of presence, we set three specific objectives. The first is that the back of the screen can be seen through in the unprojected screen part, and the second is that the range (viewing zone) where the projected image can be seen is clearly divided and can be set arbitrarily by the recording method, three The color of the image seen by the eye does not change depending on the observation position. The reason for the first purpose is that if the unprojected screen portion is transparent and the back surface is seen through, the image is observed as if it is floating in the air, and the presence is increased. The reason for the second purpose is that if the viewing zone is not clearly divided, it is possible to look at a plurality of images at different positions, or the images may be seen twice or not at all. In particular, when performing stereoscopic display, the quality of the stereoscopic image is greatly involved. The reason for the third purpose is optimally the hologram screen that can fulfill the first and second purposes. However, because the hologram screen uses the diffraction phenomenon, the diffraction angle differs depending on the color (wavelength) and the observation position. Will change the color.
ホログラムスクリーンの特徴として先の具体的な目的の2をかなえられる特徴を持つ。そのことを説明する。
視域をくっきり分けられ、任意に設定できることを説明する。そもそもスクリーンの像を観察できる範囲(視域)はスクリーン上のすべての光が集光される領域である。そのような投影光に対してそのような振る舞いをするようにホログラムで記録すればよい。四方八方に光を拡散できる領域(拡散板)からの光をレンズによって実像に変換すれば、実像上の一点ではレンズからのいかなる点からも光が届くことになる。このような物体光を記録したホログラムスクリーンでは映像を投影する光を再生照明光として照射すると映像は拡散板の実像部分でのみ見ることができる。それ以外の位置からでは再生された光が届かないので像を見ることができない。
背面が透けて見えることを説明する。ホログラムでは全ての光線を回折するわけでない。そのため背面からの光の一部は回折せずにそのまま透過する。そのためスクリーン背面の背景を明瞭に提示することが可能となる。つまり、背面が透けて見えることで空間に浮かんで見えるような像が提示ができる。レンズなど屈折を利用する光学素子では背面からの光がすべて作用を受け倍率が変化したり、ぼやけて見えてしまい、背面をそのまま見ることができない。また、立体表示に指向性スクリーンを使用するとき、拡散面が意識されず立体視するときの疲労が軽減できる可能性がある。
As a feature of the hologram screen, it has a feature that can fulfill the above two specific purposes. I will explain that.
Explain that the viewing area can be clearly defined and set arbitrarily. In the first place, the range (viewing zone) where the image of the screen can be observed is a region where all the light on the screen is collected. What is necessary is just to record with a hologram so that it may act like that with respect to such projection light. If light from a region (diffuser plate) that can diffuse light in all directions is converted into a real image by a lens, light can reach from any point from the lens at one point on the real image. In such a hologram screen on which object light is recorded, when the light for projecting the image is irradiated as reproduction illumination light, the image can be seen only in the real image portion of the diffusion plate. Since the reproduced light does not reach from other positions, the image cannot be seen.
Explain that the back is transparent. A hologram does not diffract all rays. Therefore, part of the light from the back surface is transmitted without being diffracted. As a result, the background on the back of the screen can be clearly presented. In other words, an image that can be seen floating in the space can be presented by seeing through the back. In an optical element using refraction, such as a lens, all the light from the back surface is affected and the magnification changes or looks blurry, and the back surface cannot be seen as it is. Further, when a directional screen is used for stereoscopic display, there is a possibility that fatigue during stereoscopic viewing can be reduced without being aware of the diffusing surface.
しかし、ホログラムスクリーンを指向性スクリーンとして使用するときの課題は観察位置の違いによる色味である。先ほど述べたようにホログラムスクリーンは回折現象を利用しているため、色(波長)によって回折角が異なり観察位置によって色味が変化してしまう。例えば、斜め下より煽り投影したとき、波長が長く回折しやすい赤の光は低い位置でのみ観察され、波長が短く回折しずらい青い投影光は高い位置でしか観察できないといった現象が起こる。 However, a problem when the hologram screen is used as a directional screen is a color due to a difference in observation position. As described above, since the hologram screen uses the diffraction phenomenon, the diffraction angle differs depending on the color (wavelength), and the color changes depending on the observation position. For example, when projecting obliquely from below, red light having a long wavelength and easily diffracted is observed only at a low position, and blue projection light having a short wavelength and difficult to diffract can be observed only at a high position.
そこで、この課題を解決する方法として2つの方法が考えられる。一つ目は波長選択性を持ったホログラムを多重記録や多層に配置することである。拡散領域を決定する場合、拡散範囲に対応した複雑な格子がホログラム中には記録されている。白色光で再生する際に設計とは別の波長が異なる角度に回折したり、回折した光がさらに別の波長用の格子で回折してしまうことが考えられる。そのため散乱や雑音が増え、クロストークが起こる。
もう一つは特許文献1(特開2002-148717号公報)で知られているように、波長選択性のある微小ホログラムを二次元マトリクス上に配列する方法である。この場合クロストークは起こらない。しかし、この場合、波長に対応する画素の大きさ(解像度)がホログラムアレイの大きさによって決まってしまい、高精彩な映像を観察できない。
Therefore, there are two possible methods for solving this problem. The first is to arrange holograms having wavelength selectivity in multiple recording or multiple layers. When determining the diffusion region, a complex grating corresponding to the diffusion range is recorded in the hologram. When reproducing with white light, a wavelength different from the design may be diffracted at a different angle, or the diffracted light may be diffracted by a grating for another wavelength. Therefore, scattering and noise increase and crosstalk occurs.
The other is a method in which micro-holograms having wavelength selectivity are arranged on a two-dimensional matrix, as known from Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-148717). In this case, crosstalk does not occur. However, in this case, the size (resolution) of the pixel corresponding to the wavelength is determined by the size of the hologram array, and a high-definition image cannot be observed.
特許文献2(特開平9-73133号公報)で知られているように、波長選択性のあるホログラムを複数枚用いたスクリーンが考えられている。この場合、光効率を高めることを目的とし、スクリーンの透明性を得ることができない。
この発明は上述した従来技術に付随する指向性スクリーン装置の問題点を解決するものである。この発明によれば、観察範囲を限定できる指向性を有する透明スクリーンであり、任意に観察範囲を限定することができ投影されていない部分ではスクリーン背面がそのまま観察できる表示を行う。しかも、色表現可能なスクリーンで観察位置によって見ることのできる像の色味変化が起こらない。
つまり、この発明は、スクリーン背面が明瞭に観察でき、カラー映像を観察できる指向性スクリーンを提供することを課題とする。
The present invention solves the problems of the directional screen device associated with the prior art described above. According to the present invention, the transparent screen has directivity capable of limiting the observation range, and the display can be arbitrarily limited and the display on the back of the screen can be observed as it is in the unprojected portion. In addition, there is no change in the color of the image that can be seen depending on the viewing position on the color expressible screen.
That is, an object of the present invention is to provide a directional screen capable of clearly observing the back of the screen and observing a color image.
上記の目的を達成するため本発明は、
請求項1では前置ホログラムと後置ホログラムからなり、
前置ホログラムは
波長選択性のない若しくは少ないホログラムで拡散範囲を限定できる作用を持ち観察面側に設置され、
後置ホログラムは
複数の波長で多重に記録された波長選択性を持つホログラムで前置ホログラムの波長による回折角の違いを解消できる角度に変換させる作用を記録された波長でそれぞれ持ち前置ホログラム背面に設置される
特徴をもつものである。
In order to achieve the above object, the present invention
The pre-hologram has the function of limiting the diffusion range with little or no wavelength selectivity, and is installed on the observation surface side.
The post hologram is a wavelength selective hologram that is recorded in multiple wavelengths at multiple wavelengths, and has a function of converting the diffraction angle to an angle that can eliminate the difference in diffraction angle due to the wavelength of the front hologram. It has the characteristic installed in.
また、請求項2では前置ホログラムと後置ホログラムからなり、
前置ホログラムは波長選択性のない若しくは少ないホログラムで拡散範囲を限定できる作用を持ち観察面側に設置され、
後置ホログラムは
それぞれ異なった波長選択性を持つ複数枚のホログラムの集合で前置ホログラムの波長による回折角の違いを解消できる角度に変換させる作用を記録されたそれぞれの波長で持ち前置ホログラム背面に多層に設置される
特徴をもつものである。
Moreover, in Claim 2, it consists of a front hologram and a back hologram,
The pre-hologram has the function of limiting the diffusion range with little or no wavelength selectivity, and is installed on the observation surface side.
The post hologram is a set of a plurality of holograms each having different wavelength selectivity, and has a function of converting the hologram into an angle that can eliminate the difference in diffraction angle due to the wavelength of the front hologram. It has the characteristic of being installed in multiple layers.
また、請求項3では複数の異なる投影角に対応させた後置ホログラムを特徴とする請求項1〜2の何れか1項に記載ののものである。 Further, the third aspect of the present invention is the post-hologram corresponding to a plurality of different projection angles.
また、請求項4では前置ホログラムが光効率の高い表面レリーフホログラムで記録された特徴を持つ請求項1〜2の何れか1項に記載のものである。 Further, according to a fourth aspect of the present invention, the front hologram is recorded by a surface relief hologram having a high light efficiency.
請求項1の発明によればスクリーン背面が明瞭に観察でき、カラー映像を観察できる指向性スクリーンを提供することができる。
請求項2の発明によれば請求項1の発明の奏する効果に加え、前置ホログラムの光効率を高くしスクリーンの光効率が高くできる。
請求項3の発明によれば請求項1または請求項2の発明の奏する効果に加え、垂直方向に異なる視差をつけることができる。
請求項4の発明によれば請求項1〜3の発明の奏する効果に加え、後置ホログラムの光効率を高くしスクリーンの光効率を高くすることができる。
請求項5の発明によれば請求項1〜4の発明の奏する効果に加え、回転投影光学系を用いて全周で視差をつけることができるスクリーンを実現できる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a directional screen capable of clearly observing the back of the screen and observing a color image.
According to the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of
According to the invention of claim 3, in addition to the effect produced by the invention of
According to the invention of claim 4, in addition to the effects of the inventions of
According to the invention of claim 5, in addition to the effects of the inventions of
以下、図面を用いて本発明の構成を説明する。 The configuration of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明に関わる指向性スクリーンの概略構成を示す図である。指向性スクリーンは前置ホログラム11と後置ホログラム12で構成される。前置ホログラム11は投影面側に設置され、後置ホログラム12は観察面側に設置される。
前置ホログラム11は後に記載する記録方法で視域Aを設定する作用持たせる。このホログラムは波長選択性が少ないもしくはない性質のものにする。視域Aを決定できるホログラムスクリーンにカラー画像(映像)を投影すると記録波長では視域Aが再現できるが、異なる波長では異なるところに視域ができてしまい観察位置によって像の色味が変化してしまう。そこで、後置ホログラム12は、前置ホログラム11を解消する角度に変換する作用を持たせる。後置ホログラム12は波長選択性を持つホログラムを用いて回折する波長の光が前置ホログラム11で回折した時に設定した視域に重なるように記録する。後置ホログラム12は少なくとも三原色を波長多重記録することによって、色味変化なくカラー像を観察できる指向性スクリーンとなる。
また、ホログラム光学素子でスクリーンが構成されているので、スクリーンが透明で背景を透けてみることができる。つまり、このような構成にすることで視域が自由に設定でき、その視域内で色味変化がおきず、スクリーンの背景を明瞭に透けてみることができる指向性スクリーンが実現できる。
本スクリーンの投影光からの光の伝播について図1を用いて説明する。投影光は直接観察者の目に入らないようにCの位置からθ2の角度で煽り投影する。この角度θ2は観察位置と投影距離より設計する。後置ホログラム12ではRGB3つのホログラムが記録されておりそれぞれのホログラムは波長選択性があるホログラムとなっている。RGBそれぞれの角度の違う再生光Rr、Gr、Brが前置ホログラム12直後に生じる。前置ホログラムの回折光Rr,Gr,Brはそれぞれの回折角で後置ホログラム11に入射する。(再生された光は観察面側出てくるが、図1では模式的に回折する角度がわかるようにホログラム後部にそれぞれの再生光を描いた。)このそれぞれ再生されたホログラムは後で示す計算された角度で回折するので3つの波長の投影光は後置ホログラム11ほぼ同じ角度で回折される。そのため視域が同じ位置にでき視域内で色味変化がおきない。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a directional screen according to the present invention. The directional screen includes a
The
Further, since the screen is constituted by the hologram optical element, the screen is transparent and the background can be seen through. That is, with such a configuration, it is possible to realize a directional screen in which the viewing zone can be freely set, the hue does not change in the viewing zone, and the background of the screen can be clearly seen.
The propagation of light from the projection light on this screen will be described with reference to FIG. The projection light is projected at an angle of θ2 from the position C so that it does not directly enter the eyes of the observer. This angle θ2 is designed from the observation position and the projection distance. In the
前置ホログラム12の役割を説明する。
前置ホログラム12には波長選択性のあるホログラムを用いる。回折光が入射光側に出てくる(反射型)ホログラムなど格子間隔に対してホログラムの厚みが厚いホログラムは波長選択性が高い。それゆえ、透過型ホログラムでも格子間隔に対しホログラムの厚みを厚くすれば波長選択性が得られる。波長選択性のあるホログラムを3原色に対応させて用意すれば、カラー画像が観察できる。その方法は多重記録させてもよいし、それぞれ別に記録したもの多層にして配置をしてもよい。
前置ホログラム12は波長に対応した角度に変換させるだけの役割なので、格子は単純なものとなる。入射角が等しいときに波長選択性があれば異なる波長では回折せず、クロストークは起きない。
The role of the
As the
Since the pre-hologram 12 serves only to convert the angle into an angle corresponding to the wavelength, the grating is simple. If there is wavelength selectivity when the incident angles are equal, no diffraction occurs at different wavelengths and crosstalk does not occur.
回折角の設計について説明する。
ホログラムでは一部の光はそのまま透過する。プロジェクターからの光がそのまま透過して見えてしまうと、像とは関係のない光になるので観察の邪魔になる。前置ホログラム12で回折した光もそのまま透過したものが見えてしまっては像の観察の邪魔になってしまう。そこで投影光は煽り角をつけて投影を行い、透過した光が観察者に直接目に入らないように設計する。また、前置ホログラムでの回折も後置ホログラムで回折せずに直接透過した光が観察者の目に入らないように設計する。そのために投影光は下から上に煽り投影を行い、後置ホログラムでは大きく回折させ、そのままの後置ホログラムをそのまま透過した光が下にいくようにする。(逆に投影光を上から下に投影し、回折光が上に回折するようにしてもよい。)
つまり、想定される観察距離において前値ホログラムの回折光やスクリーンをそのまま透過する投影光は上と下に逃げるように設計する。図1においてそのまま透過する光は観察範囲内に光が入らないように、投影角度θ1、回折角度θ2を設計すればよい。θ1は投影距離と観察距離により設計できる。θ2はこのとき波長が長い光ほど曲がりずらいので、設計波長の中で一番長い波長の回折角を用いて設計する。
The design of the diffraction angle will be described.
In the hologram, part of the light is transmitted as it is. If the light from the projector is seen through as it is, it becomes light unrelated to the image and disturbs observation. If the light diffracted by the
That is, it is designed so that the diffracted light of the preceding hologram or the projected light that passes through the screen as it is escapes upward and downward at the assumed observation distance. In FIG. 1, the projection angle θ <b> 1 and the diffraction angle θ <b> 2 may be designed so that the light that is transmitted as it is does not enter the observation range. θ1 can be designed by the projection distance and the observation distance. At this time, θ2 is designed using the diffraction angle of the longest wavelength among the design wavelengths because light having a longer wavelength is more difficult to bend.
指向性スクリーンについて説明をする。
指向性スクリーン1とは投影した光軸を基準として特定の範囲のみにスクリーン全体の光を拡散させるスクリーンを指す。図2は指向性スクリーンの概念を示したものである。この指向性スクリーンによる拡散された範囲である視域A内に眼を置くと投影された像が観察でき、視域Aから外れると投影像は観察できない。
指向性スクリーンを用いることで眼鏡を必要とせずに左右の目に別の像を入れ、立体表示を行うことができる。図3は指向性スクリーンを用いた立体表示を説明する図である。左眼用プロジェクター4bと右眼用プロジェクター4aでそれぞれ左右眼に対応した像を投影する。そうすると、右眼用の画像は視域Aのみでしか観察できず、同様に左眼用の画像は視域Bのみでしか観察できない。こうすることによって視構成するクリーンを用いて立体表示装置ができる。
このとき、スクリーンの背面がそのまま透けてみることができると、スクリーンの存在が立体視に影響を及ぼしにくくなる。そのため、立体表示を行う際の違和感が軽減できる。
The directional screen will be described.
The
By using the directional screen, it is possible to perform stereoscopic display by putting different images in the left and right eyes without the need for glasses. FIG. 3 is a diagram for explaining stereoscopic display using a directional screen. The
At this time, if the back surface of the screen can be seen as it is, the presence of the screen hardly affects the stereoscopic vision. Therefore, it is possible to reduce a sense of incongruity when performing stereoscopic display.
ホログラムスクリーンを説明する。ホログラムは記録した光波をそのまま再生できる特徴をもつ。図4はホログラムスクリーンの撮影方法を説明する図である。拡散板60からの光をレンズ110で実像A1に変換する。ホログラム乾板をレンズ110と実像A1の間に設置することでレンズからの光が物体光Oとなる、参照光Rを同時に照射することによりホログラム露光ができる。物体光Oは実像A1上のどの点でもホログラム乾板11上のすべての光が集光されていることになる。図5はホログラムスクリーンの利用を説明する図である。必要な処理をしてホログラムになった乾板11に画像の投影光を再生照明光Cとして照射すると拡散板の実像部分A2にのみスクリーン全体から拡散した光がやってくる。なので、投影された像は視域(拡散板の実像域)で見ることができ、それ以外の位置からでは再生された光が届かないので像を見ることができない指向性スクリーンとして働くことができる。
The hologram screen will be described. A hologram has a feature that allows a recorded light wave to be reproduced as it is. FIG. 4 is a diagram for explaining a method of photographing a hologram screen. The light from the diffusing
ホログラムの波長選択性について説明する。格子に対してホログラムの厚みが十分厚いホログラムは波長選択性が得られる。図6は波長選択性のあるホログラム記録について説明する図である。記録したい格子間隔より十分に厚いホログラム材料に対しホログラムを記録についての模式図になっている。矢印Oはホログラムに記録される物体光の一波長を表し、矢印Rは参照光の一波長を表す。光波が重なることで強度分布が生じる。これがホログラムの記録になる。
図7は波長選択のあるホログラムの再生を説明する図である。この干渉縞に参照光と同じ波長で同じ角度で照明光C1を入射すると記録された干渉縞で回折し、物体光と同じ光が出てくる。このとき、ホログラムの厚みが厚いため、干渉され強めあう角度はほとんど物体光と同じ角度でないかぎり、回折光が出てこない。
図8も波長選択のあるホログラムの再生を説明する図であり、まったく波長が同じであっても再生光C2の角度が違えば干渉縞と干渉せず回折光はでてこない。これが角度選択性である。同様に同じ角度で入射した再生光C3も波長が違えば干渉が起こらず回折光がでてこない。
The wavelength selectivity of the hologram will be described. A hologram having a sufficiently thick hologram with respect to the grating provides wavelength selectivity. FIG. 6 is a diagram for explaining wavelength-selective hologram recording. This is a schematic diagram for recording a hologram on a hologram material that is sufficiently thicker than the lattice spacing to be recorded. Arrow O represents one wavelength of object light recorded on the hologram, and arrow R represents one wavelength of reference light. The intensity distribution is caused by the overlapping of the light waves. This is the hologram recording.
FIG. 7 is a diagram for explaining the reproduction of a hologram with wavelength selection. When the illumination light C1 is incident on the interference fringes at the same wavelength and the same angle as the reference light, it is diffracted by the recorded interference fringes and the same light as the object light is emitted. At this time, since the hologram is thick, diffracted light does not come out unless the angle of interference and strengthening is almost the same as the object light.
FIG. 8 is also a diagram for explaining the reproduction of a hologram with wavelength selection. Even if the wavelength is exactly the same, if the angle of the reproduction light C2 is different, it does not interfere with the interference fringes and no diffracted light is emitted. This is angle selectivity. Similarly, if the reproduction light C3 incident at the same angle has different wavelengths, interference does not occur and diffracted light does not appear.
しかし、異なる波長であっても、格子と干渉する角度で入射すれば、波長選択性なあるホログラムであっても回折が起こる。図9は波長選択性のあるホログラムの異なる波長による再生を説明する図である。異なる波長の異なる角度で記録された格子でも、再生光C4のように干渉縞にぴったり角度が合えば干渉が起こり、回折が起こる。
波長選択性のあるホログラムスクリーンをRGB各色で作り、多層に設置したときにクロストークが生じるのはこのためである。視域を設定する格子はさまざまな格子が混ざって記録される。このため、他の波長でも条件があい回折が起き、多重に回折することで観察範囲が設計どおりにならない。
However, even at different wavelengths, diffraction occurs even in a wavelength-selective hologram if it is incident at an angle that interferes with the grating. FIG. 9 is a diagram for explaining the reproduction of a wavelength-selective hologram using different wavelengths. Even with gratings recorded at different angles of different wavelengths, interference occurs and diffraction occurs when the angle exactly matches the interference fringes as in the reproduction light C4.
This is why crosstalk occurs when a wavelength-selective hologram screen is made of RGB colors and installed in multiple layers. The grid that sets the viewing zone is recorded by mixing various grids. For this reason, conditions occur at other wavelengths and diffraction occurs, and multiple observations do not make the observation range as designed.
このことを用いれば感光材料の感度のない波長でも、単純な格子であれば記録できることを示している。欲しい波長の格子を計算し、そのための記録波長での角度を計算すれば得たいホログラム記録波長にかわらず記録できる。 If this is used, it is shown that even if the wavelength of the photosensitive material is not sensitive, recording can be performed with a simple grating. By calculating the grating of the desired wavelength and calculating the angle at the recording wavelength for that purpose, recording can be performed regardless of the desired hologram recording wavelength.
次に、波長選択性のない若しくは少ないホログラムの再生について説明する。図10、図11は波長選択性のない若しくは少ないホログラムについて説明する図である。波長選択性のない若しくは少ないホログラム11はホログラムの厚みが薄い。そのため、ホログラムが回折して干渉するのが、ホログラム中でなく空中で行われる。そのため、入射光の格子間の位相差と再生光の格子間の位相差が波長と等しくなれば回折が起こる。つまり、図10のようにある波長の再生光C1で回折するホログラム11に図11のように別波長の再生光C2を同じ角度で入射すると別の角度で回折が起きる。いろいろな波長が混ざった白色光で再生したときは、回折角がそれぞれの波長で違うので七色に分光してみることができる。
Next, the reproduction of a hologram with little or no wavelength selectivity will be described. 10 and 11 are diagrams for explaining a hologram with little or no wavelength selectivity. A
この波長選択性のない若しくは少ないホログラムの回折角には数1のような関係が成り立っている。
The relationship as shown in
記録した波長でなくとも物体光の角度θoと同じ角度で回折する投影光の入射角度φは数3を変形することによって数4と書き直せる。この入射角度φで前置ホログラムを照明すれば視域を設計位置に重ねることができる。
Even if it is not the recorded wavelength, the incident angle φ of the projection light diffracted at the same angle as the object light angle θo can be rewritten as Equation 4 by transforming Equation 3. If the front hologram is illuminated at this incident angle φ, the viewing zone can be overlapped with the design position.
例えば、参照光の入射角度θrが30°で視域の角度θoがほぼ0度だとする。そのとき、記録波長が青色の488nmであるとする。このとき0度に回折するのは488nmだけとなってしまう。前置ホログラムによって他の色(例えば赤633nm、緑532nm)の再生照明角θ、を再生されて出てきて欲しい角度φ(=0度)とすれば赤色(633nm)なら40°と、緑色(532nm)なら33°と計算できる。この角度で回折する前置ホログラムを設置すればよい。(青色は30度のままでよいので30の角度で回折する前置ホログラムがあればよい)
For example, it is assumed that the incident angle θr of the reference light is 30 ° and the viewing angle θo is approximately 0 degrees. At this time, it is assumed that the recording wavelength is blue, 488 nm. At this time, only 488 nm is diffracted at 0 degree. If the reproduction illumination angle θ of other colors (for example, red 633 nm, green 532 nm) is reproduced by the front hologram and the desired angle φ (= 0 degree) is output, red (633 nm) is 40 °, green ( 532nm) can be calculated as 33 °. A pre-hologram that diffracts at this angle may be installed. (The blue color can be kept at 30 degrees, so a front hologram that diffracts at an angle of 30 is sufficient.)
波長選択性のない若しくは少ないホログラムによる波長の違いによる視域のずれについて説明する。図13は波長選択性のない若しくは少ないホログラムによるホログラムスクリーンの観察位置による色味変化を説明する図である。前で説明したように波長によって回折角が異なりホログラムスクリーンで記録した視域が波長によって異なる場所にできる。C1からホログラムスクリーン11に投影する像の赤の成分が見ることができる視域はRiの領域となる。同様に緑色の成分が観察できる視域はGi、青色の成分見えることのできる視域はBiとなる。このとき投影する波長は連続的に存在するので連続的に視域ができているが、図では模式的に3原色のみを示した。このようになることで、上にはみ出たRiの部分では赤い成分のみしか見えない、反対に下に飛び出たBiの部分では青い成分のみしか見ることができない。波長選択性のないホログラムで作成するホログラムスクリーンは、このように観察位置によって色味変化がおきてしまう。また、このときRGB以外の波長でも回折は起こり連続的にそれぞれの実像ができる。それにより観察位置によって観察できない波長が生まれ色味が変化してしまう。
A description will be given of a shift in the viewing zone due to a difference in wavelength due to a hologram having no or little wavelength selectivity. FIG. 13 is a diagram for explaining a change in color depending on the observation position of the hologram screen using a hologram with little or no wavelength selectivity. As described above, the diffraction angle varies depending on the wavelength, and the viewing zone recorded on the hologram screen can be varied depending on the wavelength. The viewing zone where the red component of the image projected from C1 onto the
波長選択性を持ったホログラムによって代表的な波長だけ選択することについて説明する。通常、プロジェクターから出力されるRGBの光はそれぞれ幅を持った波長で出力される。そのためRGBのそれぞれ単一波長のみ設計した視域では色味が変化しない領域(図13でRGBが重なっている部分)でも、設計波長の青より短い波長や赤より長い波長は重ならず色味変化の要因となることが考えられる。後置ホログラムによって設計波長のみ選択することにって観察位置での色味変化を抑えることができる。 A description will be given of selecting only a representative wavelength by a hologram having wavelength selectivity. Normally, RGB light output from a projector is output at a wavelength having a width. Therefore, even in a region where the color does not change in the viewing area designed for each single RGB wavelength (the part where RGB overlaps in Fig. 13), wavelengths shorter than blue or longer than red do not overlap. It can be a cause of change. By selecting only the design wavelength by the post hologram, it is possible to suppress the color change at the observation position.
このホログラムが結像する位置を説明する。視域となる拡散板の実像は波長によってできる位置が異なります。ホログラムの格子縞をそれぞれ数3で解析することもできるが、それでは大変なので記録される物体位置と参照光の位置、再生光の位置によって再生される物体がどこに結像するか計算することができる。そのホログラムの結像位置はホログラフィー100ページ(辻内順平著、裳華房、1997年出版)にあるように数5から数7で定められる位置となる。λcは再生照明波長、λwは書き込み波長、Rはホログラムからの距離、xは水平位置、yは垂直位置を示す。添え字のOは物体光、Rは参照光、Iは再生された光、Cは再生するための照明光を表す。 The position where this hologram forms an image will be described. The position of the real image of the diffuser that becomes the viewing zone differs depending on the wavelength. Although it is possible to analyze the hologram fringes by Equation 3, it is difficult, so it is possible to calculate where the object to be reproduced is imaged according to the position of the recorded object, the position of the reference light, and the position of the reproduction light. The hologram imaging position is a position determined by Equation 5 to Equation 7, as shown on 100 pages of holography (written by Junpei Uchiuchi, Hankabo, 1997). λc is a reproduction illumination wavelength, λw is a writing wavelength, R is a distance from the hologram, x is a horizontal position, and y is a vertical position. The subscript O represents object light, R represents reference light, I represents reproduced light, and C represents illumination light for reproduction.
図14は照明を波長によって分離することによって色味変化を解消すること説明する図である。波長を分離し数5から数7示すように再生照明光の位置を変えれば視域の位置がほぼ一つに重ねることができる。そのことにより、観察位置による色味変化や複数の視域を並べた際のクロストークが削減できる。
再生照明は投影角をつけて透過光が直接眼に入ること避ける。そのため煽り投影する。そのためホログラムスクリーンの記録するときは、煽り投影に対応させ参照光と物体光を記録する。そのためホログラムには主に垂直方向の角度が記録されており、色味変化もその方向に起きる。そこで、垂直方向の角度の変化させあわせれば色味変化は解消できる。(垂直方向の角度の条件である数1は数7に対応している)
FIG. 14 is a diagram for explaining that the color change is eliminated by separating the illumination according to the wavelength. By separating the wavelength and changing the position of the reproduction illumination light as shown in Equations 5 to 7, the position of the viewing zone can be almost overlapped. As a result, it is possible to reduce the color change due to the observation position and crosstalk when a plurality of viewing zones are arranged.
Regenerative lighting is used at a projection angle to avoid transmitted light directly entering the eye. Therefore, it is projected. Therefore, when recording on the hologram screen, the reference light and the object light are recorded corresponding to the turning projection. Therefore, the angle in the vertical direction is mainly recorded in the hologram, and the color change also occurs in that direction. Therefore, the color change can be eliminated by changing the vertical angle. (
また、角度をあわせただけではホログラムによる拡散面実像の再生位置が再生波長によってことなり、クロストークの原因となることが考えられる。(このことはさほど影響しないことも考えられるが、スクリーンサイズや視域の大きさによって影響が違ってくる。)前置ホログラムの再生時の照明投影光(後置ホログラムから回折した投影光)は波長ごとに設計することができるので、再生される拡散面実像位置をあわせるように波長ごとに設計することができる。数5の拡散面実像位置をあわせるように後置ホログラムから回折した投影光を設計することもできる。拡散面実像の結像位置を合わせる方法について2つの例を示す。
1つ目は前置ホログラムの参照光を収束光としてホログラムから視域と等距離位置で集光させて記録する方法である。前置ホログラムの物体光の距離Ro(記録される拡散散面の実像距離)と記録する参照光の収束距離Rrが等しいとき数5の右辺はゼロとなり、再生時の結像位置は記録波長に依存しなくなる。このとき前置ホログラムの結像位置をそれぞれの波長で等しくするには、各波長の照明投影光の収束距離Rcを等しくすればよい。なので、この場合後置ホログラムは各波長の再生される光波が等距離で、煽り投影による垂直方向のずれを解消する数7の解の位置に収束するように記録する。
2つ目は前置ホログラムの参照光を平行光で記録し、後置ホログラムの発散(収束)位置を波長によって変えることで視域の結像位置をあわせる方法である。参照光の発散位置は無限遠となり数5では無視することができる。そうすることによってホログラム記録した拡散面実像位置が等しくなるようにの数5を変形し数8導き出せる。つまり、この式はRi=RoとRr=∞の条件より数式5から求めている。値が負のとき観察面側のRc収束する光とすればよい。
Further, it is conceivable that the reproduction position of the diffusing surface real image by the hologram differs depending on the reproduction wavelength only by adjusting the angle, which may cause crosstalk. (This may not affect much, but the effect varies depending on the size of the screen and the viewing zone.) The illumination projection light (projection light diffracted from the post hologram) at the time of reproducing the front hologram is Since it can design for every wavelength, it can design for every wavelength so that the diffused surface real image position to reproduce | regenerate may be united. The projection light diffracted from the post hologram can be designed so that the real image position of the diffusion surface of Formula 5 is matched. Two examples of the method for adjusting the imaging position of the diffusing surface real image will be described.
The first is a method in which the reference light of the front hologram is converged and converged from the hologram at a position equidistant from the viewing zone and recorded. When the object light distance Ro (real image distance of the recorded diffuse scattering surface) of the front hologram is equal to the convergence distance Rr of the reference light to be recorded, the right side of Equation 5 is zero, and the imaging position at the time of reproduction is the recording wavelength. No longer depend on it. At this time, in order to make the imaging positions of the front holograms equal at the respective wavelengths, the convergence distances Rc of the illumination projection lights of the respective wavelengths may be made equal. Therefore, in this case, the post hologram is recorded so that the light waves to be reproduced of the respective wavelengths converge at the equidistant position and the solution position of Formula 7 that eliminates the vertical shift caused by the tilt projection.
The second is a method in which the reference light of the front hologram is recorded as parallel light, and the imaging position of the viewing zone is adjusted by changing the divergence (convergence) position of the post hologram according to the wavelength. The divergence position of the reference light becomes infinity and can be ignored in Equation 5. By doing so, Equation 5 can be transformed and Equation 8 can be derived so that the real image positions of the diffused surfaces recorded on the hologram are equal. That is, this equation is obtained from Equation 5 from the condition of Ri = Ro and Rr = ∞. When the value is negative, it is sufficient to use light that converges Rc on the observation surface side.
このように後置ホログラムを照明する前置ホログラムで回折した光を最適化することによって、ほぼ各波長の視域が重なり設計どおりの視域と視域間のクロストークを削減することができる。
Thus, by optimizing the light diffracted by the front hologram that illuminates the post hologram, the viewing zones of the respective wavelengths are almost overlapped, and crosstalk between the viewing zones as designed can be reduced.
前置ホログラムは波長選択性のあるホログラムに各波長で多重記録することと、各波長で記録されたホログラムを多層に重ねる方法の2種類が考えられる。図15は多層した波長選択性のあるホログラムの再生を説明する図である。多層にすることで1層の回折効率を上げることが可能である。
図16は多重記録した波長選択性のあるホログラムの再生を説明する図である。多重することによって記録が簡易になり、ホログラムの支持体などの厚みを軽減することができる。
There are two types of pre-holograms: multiple recording at each wavelength on a wavelength-selective hologram and a method of stacking holograms recorded at each wavelength in multiple layers. FIG. 15 is a diagram for explaining the reproduction of a multilayered wavelength selective hologram. The diffraction efficiency of one layer can be increased by using multiple layers.
FIG. 16 is a diagram for explaining reproduction of a wavelength-selective hologram that has been multiplexed and recorded. Multiplexing simplifies recording and reduces the thickness of the hologram support.
また、この発明はフルカラー映像に限ったものではなく、モノクロ映像でも考えられる。後置ホログラムで波長選択することで単一波長のみ選択的に観察できるスクリーンとして実施することもできる。そうすることで透明スクリーンの後ろから透過する光に対しコントラストを増し見えやすくすることができる。 Further, the present invention is not limited to a full-color image, and can also be considered as a monochrome image. It can also be implemented as a screen capable of selectively observing only a single wavelength by selecting the wavelength with a post hologram. By doing so, it is possible to increase the contrast of the light transmitted from behind the transparent screen and make it easier to see.
実施例1の変態様として、反射型スクリーンが考えられる。反射型ホログラムを後置ホログラムとして使用することで、反射型指向性スクリーンとして用いることができる。もともと反射型ホログラムはホログラムの厚みに対し格子間隔が狭く波長選択性がある。ただし、後置ホログラムに投影する光は前置ホログラムを透過するので、前置ホログラムで回折してしまった光によってクロストークが生じる恐れがある。図17は多重記録した波長選択性のある反射型ホログラムの再生を説明する図である。前置ホログラムに対応させてRGBそれぞれの波長が後置ホログラム同じ位置に反射するようなRc、Gc、Bcの位置よりそれぞれ波長の発散光をあて、投影位置であるCからの光を参照光として多重に反射型ホログラムを記録する。そうすれば、記録されたホログラム前面Cから投影するとRGBが別々の位置より再生され、前置ホログラムのRGBそれぞれの視域がかさなり、色味変化がない反射型指向性スクリーンとなる。
また、前置ホログラムのクロストークを軽減するために先に前置ホログラムを記録し、後置ホログラムを記録するさいにスクリーンとして使用するときと同じように重ねて記録する方法がある。このように記録することにより、前置ホログラムで回折してしまった光も参照光となる。こうすることで、再生時に前置ホログラムで回折した光でも、決められた方向に回折し、クロストーク軽減につながる。
また、ホログラム記録を多層にする方法も考えられる。
As a variation of the first embodiment, a reflective screen can be considered. By using a reflection hologram as a post hologram, it can be used as a reflection directional screen. Originally, a reflection hologram has a wavelength selectivity with a narrow lattice interval with respect to the thickness of the hologram. However, since the light projected onto the post hologram passes through the front hologram, there is a possibility that crosstalk occurs due to the light diffracted by the front hologram. FIG. 17 is a diagram for explaining the reproduction of a wavelength-selective reflection hologram recorded in a multiplexed manner. Corresponding to the front hologram, each wavelength of RGB is reflected at the same position as the rear hologram, and diverging light of each wavelength is applied from the position of Rc, Gc, Bc, and the light from C which is the projection position is used as reference light Multiple reflection holograms are recorded. Then, when projected from the recorded hologram front C, RGB is reproduced from different positions, the RGB viewing areas of the front hologram are bulky, and a reflective directional screen with no color change is obtained.
In addition, there is a method in which the front hologram is first recorded in order to reduce the crosstalk of the front hologram, and is recorded in the same manner as when the rear hologram is used as a screen. By recording in this way, the light diffracted by the front hologram also becomes the reference light. By doing so, even the light diffracted by the front hologram at the time of reproduction is diffracted in a predetermined direction, leading to reduction of crosstalk.
Further, a method of multilayering hologram recording is also conceivable.
波長選択性があるホログラムでは角度と回折する波長は関係しており、主たる回折角である垂直方向投影角度が変わると設計どおりに機能しない。一方、水平方向への角度のずれは大きく影響しない。そのため水平方向であれば、投影角度を変え図3で説明したような立体表示システムとして活用ができる。
しかし、垂直方向でずらし視差をつけることも可能である。前置ホログラムを垂直方向に対応させ複数の用意し多層にすればいい。条件が合わないホログラムでは、ただ透過するだけなので効率は落ちない。また、スクリーンの便利性を考え多重記録する方法も考えられる。
In holograms with wavelength selectivity, the angle and the diffracted wavelength are related, and if the vertical projection angle, which is the main diffraction angle, changes, it will not function as designed. On the other hand, the deviation of the angle in the horizontal direction does not greatly affect. Therefore, in the horizontal direction, the projection angle can be changed and used as a stereoscopic display system as described in FIG.
However, it is also possible to add parallax by shifting in the vertical direction. A plurality of front holograms may be prepared corresponding to the vertical direction. For holograms that do not meet the conditions, the efficiency is not reduced because it is only transmitted. A method of multiple recording is also conceivable in consideration of the convenience of the screen.
表面レリーフ格子は媒質表面の屈折と回折によってホログラムが記録できる。そのため、レリーフの深さにより波長選択性が少なく、回折効率を高めることができる。なので、表面レリーフ格子を後置ホログラムに用いることで、光効率の高い指向性スクリーンが実現できる。 The surface relief grating can record holograms by refraction and diffraction of the medium surface. Therefore, the wavelength selectivity is small depending on the depth of the relief, and the diffraction efficiency can be increased. Therefore, a directional screen with high light efficiency can be realized by using the surface relief grating for the post hologram.
スクリーン位置により異なる指向性を多重記録することができる。ディスプレイホログラムではホログラフィックステレオグラムと呼ばれ、細かく記録する位置を変え2次元画像を記録することによって観察位置によって見える像を変えることができる。この手法を用いて、回転対称なスクリーンを作成し、投影する位置によって指向性を変えることができる。そうすることによって投影光を回転させればスクリーンを回転させずに異なる場所で異なる像が観察できる映像表示装置が実現できる。また、視域を途切れることなく配置することによって、情報量をコントロールし全周で像が表示できる。 Different directivities can be recorded depending on the screen position. In a display hologram, called a holographic stereogram, the visible image can be changed depending on the observation position by changing the recording position and recording a two-dimensional image. Using this method, a rotationally symmetric screen can be created, and the directivity can be changed depending on the projection position. By doing so, it is possible to realize a video display device that can observe different images at different locations without rotating the screen if the projection light is rotated. Further, by arranging the viewing area without interruption, the amount of information can be controlled and an image can be displayed all around.
1 指向性スクリーン
11 前置ホログラム
12 後置ホログラム
110 レンズ
4プロジェクター群
41a,41b 光源
42a,42b 空間変調機
43a,43b 投影レンズ
60 拡散板
A、B、A2 視域
A1 拡散板の実像
O 物体光
R 参照光
C、C1、C2、C3、C4 再生照明光(発散位置)
Gi 緑色光の視域
Ri 赤色光の視域
Bi 青色光の視域
Gc 緑色光の照明投影光発散位置
Rc 赤色光の照明投影光発散位置
Bc 青色光の照明投影光発散位置
Gr 前置ホログラムの緑色光の参照光
Rr 前置ホログラムの赤色光の参照光
Br 前置ホログラムの青色光の参照光
1 Directional screen
11 Pre-hologram
12 Post hologram
110 lenses
4 projector groups
41a, 41b Light source
42a, 42b spatial modulator
43a, 43b projection lens
60 Diffuser
A, B, A2 viewing zone
A1 Real image of diffuser
O Object light
R Reference beam
C, C1, C2, C3, C4 Reproduction illumination light (divergence position)
Gi Green light viewing zone
Ri Red light viewing area
Bi Blue light viewing area
Gc Green light illumination projection light divergence position
Rc Red light illumination projection light divergence position
Bc Blue light illumination projection light divergence position
Gr Green light reference light of pre-hologram
Rr Reference light of red light in front hologram
Br Blue reference light of the front hologram
Claims (5)
Claims having a directivity characteristic that varies depending on the position by forming any one of a cylinder, a cone, a hemisphere, and other rotationally symmetric surfaces formed around the axis of symmetry, and changing the position to multiplex-record the hologram. 5. The directional screen according to any one of 1 to 4.
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