JP2008145669A - Volume hologram, method for manufacturing the same and hologram display device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、体積型ホログラム、その作成方法及びそれを用いたホログラム表示装置に関し、特に、記録図形のエッジを目立たなくした体積型ホログラムとその作成方法及びそれを用いた表示装置に関するものである。 The present invention relates to a volume hologram, a method for producing the same, and a hologram display device using the same, and more particularly to a volume hologram in which an edge of a recorded figure is inconspicuous, a method for producing the same, and a display device using the same.
図形をイメージホログラムとして記録したホログラムにおいて、例えば均一の明るさの図形部分において回折効率はその図形内で略均一であるにも係わらず、その図形のエッジ近傍が明るく目立って見えるという問題がある。この現象は、縁辺対比と呼ばれる視覚の作用によるものである(非特許文献1)。 In a hologram in which a figure is recorded as an image hologram, there is a problem that, for example, in the figure portion having uniform brightness, the diffraction efficiency is substantially uniform in the figure, but the vicinity of the edge of the figure is bright and conspicuous. This phenomenon is due to a visual action called edge contrast (Non-Patent Document 1).
図形内のエッジ近傍をその他の図形内領域と同じ明るさに見せるには、エッジ近傍の明るさを抑える必要がある。ホログラムの明るさを調整する方法としては、感材膜厚、露光量、露光比を調節する等の方法で回折効率をコントロールするのが一般的である。しかし、同一の感光材料に記録されたホログラムの均一図形部分の明るさをその領域毎に変えることは、膜厚が一定であるし、露光量、露光比の調節による回折効率をコントロールすることで行うことは困難である。
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、図形を記録した体積型ホログラムの均一の明るさの図形部分においてそのエッジ近傍が他に比べて明るく見えず他の図形内領域と同じ明るさに見える体積型ホログラムとその作成方法及びそれを用いた表示装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object of the present invention is to make the vicinity of an edge of a volume hologram with a uniform brightness of a volume hologram on which a figure is recorded appear brighter than others. It is an object of the present invention to provide a volume hologram that looks the same brightness as other regions in the figure, a method for producing the same, and a display device using the same.
上記目的を達成する本発明の体積型ホログラムは、図形を含むパターン画像が透過型あるいは反射型の体積型ホログラムとして記録されており、前記パターン画像として、相対的に暗い背景の中に明るい図形が記録され、かつ、その図形部分の縁辺からその図形の内部に向かって明るさがその縁辺外部の背景の明るさから図形内部の明るさへ徐々に変化するグラデーション帯がその縁辺に沿って設けられているパターン画像が記録されていることを特徴とするものである。 In the volume hologram of the present invention that achieves the above object, a pattern image including a figure is recorded as a transmission or reflection type volume hologram, and the pattern image includes a bright figure in a relatively dark background. A gradation band is provided along the edge that is recorded and gradually changes in brightness from the edge of the figure part toward the inside of the figure, from the brightness of the background outside the edge to the brightness inside the figure. The pattern image is recorded.
この場合に、前記グラデーション帯が網点濃度パターンからなることが望ましい。 In this case, it is desirable that the gradation band is composed of a dot density pattern.
また、前記パター画像が平面画像からなり、イメージホログラムとして記録されていることが望ましい。 Further, it is desirable that the pattern image is a planar image and is recorded as an image hologram.
本発明の体積型ホログラムの作成方法は、パターン画像が記録された体積型ホログラムを作成する方法において、
相対的に暗い背景の中に明るい図形が記録され、かつ、その図形部分の縁辺からその図形の内部に向かって明るさがその縁辺外部の背景の明るさから図形内部の明るさへ徐々に変化するグラデーション帯がその縁辺に沿って設けられているパターン画像を用意し、前記パターン画像を透過型あるいは反射型の体積型ホログラムとしてホログラム撮影することを特徴とする方法である。
The volume hologram creating method of the present invention is a method for creating a volume hologram in which a pattern image is recorded,
A bright figure is recorded in a relatively dark background, and the brightness gradually changes from the brightness of the background outside the edge to the brightness inside the figure from the edge of the figure to the inside of the figure. A pattern image in which gradation bands to be provided are provided along the edge thereof is prepared, and the pattern image is hologram-photographed as a transmission type or reflection type volume hologram.
この場合に、前記グラデーション帯が網点濃度パターンからなることが望ましい。 In this case, it is desirable that the gradation band is composed of a dot density pattern.
また、前記パター画像が平面画像からなり、イメージホログラムとして記録することが望ましい。 Further, it is desirable that the pattern image is a flat image and is recorded as an image hologram.
本発明のホログラム表示装置は、再生照明光を照射する導光板と、前記導光板中に埋め込まれた体積型ホログラムと、前記導光板の少なくとも一端に配置された光源とを備え、前記体積型ホログラムは、前記導光板中を全反射を繰り返す多重反射により導光される照明光によって照明されるホログラム表示装置において、
前記体積型ホログラムに、相対的に暗い背景の中に明るい図形が記録され、かつ、その図形部分の縁辺からその図形の内部に向かって明るさがその縁辺外部の背景の明るさから図形内部の明るさへ徐々に変化するグラデーション帯がその縁辺に沿って設けられているパターン画像が記録されていることを特徴とするものである。
The hologram display device of the present invention includes a light guide plate that irradiates reproduction illumination light, a volume hologram embedded in the light guide plate, and a light source disposed at at least one end of the light guide plate, and the volume hologram Is a hologram display device that is illuminated by illumination light guided by multiple reflection that repeats total reflection in the light guide plate,
In the volume hologram, a bright figure is recorded in a relatively dark background, and the brightness from the edge of the figure part toward the inside of the figure is changed from the brightness of the background outside the edge to the inside of the figure. A pattern image in which a gradation band gradually changing to brightness is provided along the edge is recorded.
本発明のもう1つのホログラム表示装置は、再生照明光を照射する導光板と、前記導光板の一面から射出される照明光路中に配置された体積型ホログラムと、前記導光板の少なくとも一端に配置された光源とを備え、前記体積型ホログラムは、前記導光板の一面から射出される照明光によって照明されるホログラム表示装置において、
前記体積型ホログラムに、相対的に暗い背景の中に明るい図形が記録され、かつ、その図形部分の縁辺からその図形の内部に向かって明るさがその縁辺外部の背景の明るさから図形内部の明るさへ徐々に変化するグラデーション帯がその縁辺に沿って設けられているパターン画像が記録されていることを特徴とするものである。
Another hologram display device of the present invention includes a light guide plate that irradiates reproduction illumination light, a volume hologram disposed in an illumination light path emitted from one surface of the light guide plate, and at least one end of the light guide plate. The volume hologram is illuminated by illumination light emitted from one surface of the light guide plate,
In the volume hologram, a bright figure is recorded in a relatively dark background, and the brightness from the edge of the figure part toward the inside of the figure is changed from the brightness of the background outside the edge to the inside of the figure. A pattern image in which a gradation band gradually changing to brightness is provided along the edge is recorded.
これらの場合に、前記グラデーション帯が網点濃度パターンからなることが望ましい。 In these cases, it is desirable that the gradation band is composed of a dot density pattern.
また、前記パターン画像が平面画像からなり、イメージホログラムとして記録されていることが望ましい。 The pattern image is preferably a flat image and recorded as an image hologram.
以上の本発明によると、図形を記録した体積型ホログラムの均一の明るさの図形部分においてそのエッジ近傍が他に比べて明るく見えず他の図形内領域と同じ明るさに見える体積型ホログラムとそれを用いたホログラム表示装置が得られる。 According to the present invention as described above, a volume hologram in which a portion of the figure of the volume hologram on which the figure is recorded has a uniform brightness and the vicinity of the edge does not look brighter than the others and the same brightness as the area in the other figure is obtained. Can be obtained.
以下に、本発明の体積型ホログラムとその作成方法及びそれを用いた表示装置を原理と実施例の説明に基づいて説明する。 Below, the volume hologram of the present invention, a method for producing the same, and a display device using the same will be described based on the principle and description of the embodiments.
本発明の体積型ホログラムの基本原理は、図形を含むパターン画像を透過型あるいは反射型の体積型ホログラムとして記録する際に、そのパターン画像をそのまま記録するのではなく、少なくとも背景より明るい図形部分のエッジ近傍が明るく目立って見えるのを防止するために、その明るい図形部分の縁辺からその図形の内部に向かって明るさがその縁辺外部の背景の明るさから図形内部の明るさへ徐々に変化するグラデーション帯を縁辺に沿って設けて体積型ホログラムに記録するパターン画像とすることで、そのパターン画像が記録された体積型ホログラムから再生したパターン像における図形内が略均一の明るさに見え、エッジ近傍が明るく目立って見える現象(縁辺対比)が起こらないようにすることである。 The basic principle of the volume hologram of the present invention is that when a pattern image including a figure is recorded as a transmission or reflection type volume hologram, the pattern image is not recorded as it is, but at least a figure portion brighter than the background is recorded. In order to prevent the vicinities of the edges from appearing brightly and conspicuously, the brightness gradually changes from the edge of the bright figure part toward the inside of the figure, from the brightness of the background outside the edge to the brightness inside the figure. By providing a gradation image along the edge and creating a pattern image to be recorded on the volume hologram, the figure in the pattern image reproduced from the volume hologram on which the pattern image has been recorded looks almost uniform in brightness, and the edge It is to prevent a phenomenon in which the neighborhood appears bright and conspicuous (compared to the edge).
図1は、本発明による体積型ホログラムを撮影する配置の1例を示す光路図である。後で説明する例えば図3に平面図を示すようなパターン画像1を投影光学系3の物体面に配置し、パターン画像1の像面近傍にフォトポリマーや銀塩感光材料、あるいは、ホログラフィック高分子分散型液晶素子(特許文献1)からなる体積型ホログラム感材2を配置する。そして、照明光5でパターン画像1を背面から照明しパターン画像1を透過した光を投影光学系3を経て物体光6としてホログラム感材2に入射させると共に、照明光5と同一レーザ光源からの参照光7を所定の入射角θで物体光6と同じ側からホログラム感材2に同時に入射させてホログラム感材2内で干渉させて透過ホログラムとして撮影する。
FIG. 1 is an optical path diagram showing an example of an arrangement for photographing a volume hologram according to the present invention. For example, a
そして、本発明に基づいて、図2に示すような、暗い背景に対して例えば明るい正方形11と文字“A”12とが並列したパターン画像10を図1のような配置で撮影した体積型ホログラム(以後、符号2’で示す。)から再生させたい場合に、縁辺対比に基づいて再生されたパターン像が、正方形11と文字“A”12の明るい部分の内部がその縁辺(エッジ)近傍に比べて相対的に暗く見える現象を防止するために、図3に示すようなパターン画像1を図1のような配置で体積型ホログラム2’として撮影する。
Then, based on the present invention, as shown in FIG. 2, a volume hologram in which a
図3のパターン画像1は、暗い背景中に再生表示したい正方形11と文字“A”12とが並列して配置されているが、正方形11と文字“A”12の明るい部分内の暗い背景に対する縁辺(エッジ)に沿って、暗い背景の明るさから図形11、12の内部の明るさへ徐々に変化するグラデーション帯13が設けられている。
In the
このように明るい図形11、12内の縁辺(エッジ)に沿って明るさが徐々に変化するグラデーション帯13を設けたパターン画像1を図1のような配置で記録された体積型ホログラム2’に所定波長の再生照明光を当てることで図3のパターン画像1と同様のパターン画像が再生されるが、観察者には、縁辺対比現象が防止され、図2に示すような、暗い背景に対して例えば明るく一様な明るさの正方形11と文字“A”12とが並列したパターン画像10が観察できる。
In this way, the
ところで、特許文献2に開示されているように、特にイメージホログラムにおいては、濃度変化階調画像の階調の再現性は容易ではない。図3のパターン画像1のグラデーション帯13は濃度変化階調画像に他ならない。したがって、その階調を正確に再生する体積型ホログラム2’を記録することは容易ではない。グラデーション帯13の階調を正確に再生するホログラムとして体積型ホログラム2’が記録されていないと、図2に示すような一様な明るさの正方形11と文字“A”12とが並列したパターン画像10の観察が必ずしもできない。
By the way, as disclosed in
そこで、図1の体積型ホログラム2’を撮影する配置において記録するパターン画像1として、図3のような濃度変化階調画像のグラデーション帯13を用いる代わりに、網点の面積率によって濃度を表現する図4に例示したようなグラデーション帯13をパターン画像1の図形11、12内の縁辺(エッジ)に沿って設ける。この場合も、図形11、12の明るい部分内の暗い背景に対する縁辺(エッジ)に沿って、暗い背景の明るさから図形11、12の内部の明るさへ徐々に変化する網点の面積率によって濃度を表現するグラデーション帯13を設ける。
Therefore, instead of using the
ここで、網点の面積率によって濃度を表現するグラデーション帯13は、濃度変化階調画像のグラデーション帯13と同様に、平均濃度分布が暗い背景の明るさから図形11、12の内部の明るさへ徐々に変化するものであり、網点としては、観察の際に目で分解することが困難な微細な不透明な円形、矩形等の図形からなるもので、その面積率を変化させることで平均濃度を変えることができるものである。
Here, the
このような目で分解することが困難な網点からなるグラデーション帯13を設けたパターン画像1が図1のような配置で記録された体積型ホログラム2’に所定波長の再生照明光を当てることで、図4のパターン画像1と同様のパターン画像が再生されるが、観察の際にその網点は目で分解することが困難なため、図3のような濃度変化階調画像のグラデーション帯13を用いた場合と同様に、観察者には、縁辺対比現象が防止され、図2に示すような、暗い背景に対して例えば明るく一様な明るさの正方形11と文字“A”12とが並列したパターン画像10が観察できる。
1. A reproduction illumination light having a predetermined wavelength is applied to a
ここで、グラデーション帯13の最も目立たない濃度の漸減法について説明する。すなわち、図5のように、疑似的に濃度ηをパターン画像1上の位置xに関する連続関数とすると、ηが一定値η1 [x1 ≦x≦x2 ]をとるパターン画像1の背景部分から図形11、12のηが一定値η2 [η1 >η2 ]になる内部の位置fに向かう向きにx軸正方向をとったとき、a<x<x2 で(dη/dx)≦0、かつ、少なくともある一定範囲x2 ≦b<x<cでは(d2 η/dx2 )<0であるようにすればよい。このとき、b<x<cでは|dη/dx|はxの増加関数となる。なお、ηが最小値η2 (≧0)[e≦x≦f]に漸近する部分、すなわち、xのある一定範囲c<d<x<e≦fにおいて(d2 η/dx2 )>0であれば、図5のようにη2 への収束の仕方が滑らかになるので、縁辺対比現象はより小さくなる。なお、ここで、Cがグラデーション帯13の幅になる。
Here, a method of gradually decreasing the most inconspicuous density of the
ここで、このようなグラデーション帯13の幅Cについては、グラデーション帯13の設けられている図形11、12の縁辺(エッジ)に直交する方向の大きさの3〜25%程度で、10μm〜300μmの範囲に入る大きさであることが望ましい。
Here, the width C of the
さて、以上のように、暗い背景の明るさから図形11、12の内部の明るさへ徐々に変化するグラデーション帯13を設けたパターン画像1を記録した体積型ホログラム2’から図2のようなパターン像が観察可能な表示装置の構成例を図6の断面図に示す。図1のような配置で撮影された透過型の体積型ホログラム2’の両面に導光板21と22を密着配置して一体化し、その積層体の一端、図6の場合は一方の導光板21の一端に面して、所定波長の再生照明光を導光板21内に導入するために例えばLEDからなる光源23を配置してホログラム表示装置20を構成する。このような構成において、導光板21の一端から導入された光源23からの照明光24は、導光板21の体積型ホログラム2’と反対側の表面と導光板22の体積型ホログラム2’と反対側の裏面との間で全反射を繰り返す多重反射により、導光板21、体積型ホログラム2’、導光板22からなる積層体中を光源23が面した端部から反対の端部へ導かれる。その積層体中を多重反射する間、体積型ホログラム2’を裏面側から所定の入射角(波長が参照光7と同じで、体積型ホログラム感材2の現像処理等の後処理で収縮がないとすると、参照光7の入射角θに等しいかその近傍の角度)で入射する成分が体積型ホログラム2’で回折光25として積層体の前方に回折されて体積型ホログラム2’に記録されたパターン画像1の再生を行い、ホログラム表示装置20の前方から図2のようなパターン像が観察できる。
Now, as described above, the
図7に別のホログラム表示装置20の構成例の断面図を示す。この構成例は、図6のように体積型ホログラム2’を導光板中に埋め込んで導光板中を導光される光で照明する代わりに、バックライトとして導光板を用い、その導光板の表面に出た光で照明する配置である。暗い背景の明るさから図形11、12の内部の明るさへ徐々に変化するグラデーション帯13を設けたパターン画像1を記録した体積型ホログラム2’を導光板26の照明光射出側に近接して配置し、所定波長の光源23からの照明光24を導光板26の一端から導入する。導光板26はその裏面と体積型ホログラム2’側の表面との間で全反射を繰り返す多重反射により、導光板26の光源23側の端部から反対の端部へ導かれるもので、その表面あるいは裏面に微細なプリズム面等の反射体又は散乱体が設けられ、導光板26中を多重反射により導光されている照明光24を導光板26の表面側へ射出させ、その中に体積型ホログラム2’を裏面側から所定の入射角(波長が参照光7と同じで、体積型ホログラム感材2の現像処理等の後処理で収縮がないとすると、参照光7の入射角θに等しいかその近傍の角度)で入射する成分が体積型ホログラム2’で回折光25として導光板26と反対の前方に回折されて体積型ホログラム2’に記録されたパターン画像1の再生を行い、ホログラム表示装置20の前方から図2のようなパターン像が観察できる。
FIG. 7 shows a cross-sectional view of a configuration example of another
以上、本発明の体積型ホログラムとそれを用いたホログラム表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。 As described above, the volume hologram of the present invention and the hologram display device using the volume hologram have been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible.
1…パターン画像
2…体積型ホログラム感材
2’…体積型ホログラム
3…投影光学系
5…照明光
6…物体光
7…参照光
10…再生したいパターン画像
11…正方形
12…文字“A”
13…グラデーション帯
20…ホログラム表示装置
21、22…導光板
23…光源
24…照明光
25…回折光
26…導光板
DESCRIPTION OF
13 ...
Claims (10)
相対的に暗い背景の中に明るい図形が記録され、かつ、その図形部分の縁辺からその図形の内部に向かって明るさがその縁辺外部の背景の明るさから図形内部の明るさへ徐々に変化するグラデーション帯がその縁辺に沿って設けられているパターン画像を用意し、前記パターン画像を透過型あるいは反射型の体積型ホログラムとしてホログラム撮影することを特徴とする体積型ホログラムの作成方法。 In a method for creating a volume hologram in which a pattern image is recorded,
A bright figure is recorded in a relatively dark background, and the brightness gradually changes from the brightness of the background outside the edge to the brightness inside the figure from the edge of the figure to the inside of the figure. A method for producing a volume hologram, comprising preparing a pattern image in which gradation bands to be provided are provided along an edge of the gradation band and photographing the pattern image as a transmission type or reflection type volume hologram.
前記体積型ホログラムに、相対的に暗い背景の中に明るい図形が記録され、かつ、その図形部分の縁辺からその図形の内部に向かって明るさがその縁辺外部の背景の明るさから図形内部の明るさへ徐々に変化するグラデーション帯がその縁辺に沿って設けられているパターン画像が記録されていることを特徴とするホログラム表示装置。 A light guide plate that irradiates the reproduction illumination light, a volume hologram embedded in the light guide plate, and a light source disposed at at least one end of the light guide plate. In a hologram display device illuminated by illumination light guided by multiple reflections that repeat reflections,
In the volume hologram, a bright figure is recorded in a relatively dark background, and the brightness from the edge of the figure part toward the inside of the figure is changed from the brightness of the background outside the edge to the inside of the figure. A hologram display device, wherein a pattern image in which a gradation band gradually changing to brightness is provided along an edge thereof is recorded.
前記体積型ホログラムに、相対的に暗い背景の中に明るい図形が記録され、かつ、その図形部分の縁辺からその図形の内部に向かって明るさがその縁辺外部の背景の明るさから図形内部の明るさへ徐々に変化するグラデーション帯がその縁辺に沿って設けられているパターン画像が記録されていることを特徴とするホログラム表示装置。 A light guide plate that emits reproduction illumination light; a volume hologram disposed in an illumination light path emitted from one surface of the light guide plate; and a light source disposed at at least one end of the light guide plate. Is a hologram display device illuminated by illumination light emitted from one surface of the light guide plate,
In the volume hologram, a bright figure is recorded in a relatively dark background, and the brightness from the edge of the figure part toward the inside of the figure is changed from the brightness of the background outside the edge to the inside of the figure. A hologram display device, wherein a pattern image in which a gradation band gradually changing to brightness is provided along an edge thereof is recorded.
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