JP3346296B2

JP3346296B2 - ホログラムスクリーンの製造方法

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Publication number: JP3346296B2
Application number: JP24880798A
Authority: JP
Inventors: 健一朗高田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2002-11-18
Anticipated expiration: 2018-09-02
Also published as: JP2000075139A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，映像光を散乱・拡散して出射光
とすることにより映像を再生するホログラムスクリーン
及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】映像投影装置より入射した映像光を散乱・
拡散して出射光とすることにより映像を再生することが
できる透明なホログラムスクリーンが知られている。こ
のホログラムスクリーンは，背景を透かしてみながら，
再生される映像を観察することができる。

【０００３】このようなホログラムスクリーンを利用す
ることで，例えば銀行や病院等の窓口において顧客や患
者を確認しながら接客を行うことが可能となる。この場
合，映像は顧客側に表示することもできるし（顧客向け
の映像を表示する），接客する側に表示することもでき
る（接客する店員等に向けた映像を表示する）。更に，
上記ホログラムスクリーンを利用することで，デパート
や地下街等の各種ショールームのウィンドウガラスに対
し広告映像等を映し出すことができる。この場合，ショ
ールーム内の展示品の観察を阻害することなく，映像を
提示することができる。また，このようなホログラムス
クリーンを自動車等の各種移動体のヘッドアップディス
プレイとして利用することもできる。

【０００４】図２６には透過型のホログラムスクリーン
９を用いた表示装置を示した。この表示装置は，ホログ
ラムスクリーン９の背面側（観察者側と反対側）に映像
投影装置１２であるプロジェクタが配置され，該プロジ
ェクタから映像光１２０を照射することで，ホログラム
スクリーン９において映像を再生し，観察者８に提示す
るよう構成されている。

【０００５】また，図２７には反射型ホログラムスクリ
ーン９０を用いた表示装置を示した。この表示装置は，
ホログラムスクリーン９０の正面側（観察者側）に映像
投影装置１２が配置され，該映像投影装置１２から映像
光１２０を照射することで，ホログラムスクリーン９に
おいて映像を再生し，観察者８に提示するよう構成され
ている。

【０００６】上記ホログラムスクリーン９，９０の製造
方法として，レーザー光をすりガラス等の光拡散体を透
過させて拡散させ，得られた拡散光を物体光とし，非拡
散光を参照光として，両者を感光材料に照射すること
で，干渉縞を該感光材料に記録するという方法が知られ
ている。図２８，図２９に示すごとく，光拡散体３２を
透過することで形成された拡散光よりなる物体光３２０
と，非拡散光である参照光３１０という２本の光束を用
いて感光材料３１を露光する。これにより，感光材料３
１に干渉縞が記録される。

【０００７】この露光の際に，図２８に示すように，感
光材料３１に対して同方向から物体光３２０及び参照光
３１０を入射させることで透過型のホログラムスクリー
ン９を得ることができる。一方，図２９に示すように，
感光材料３１に対してそれぞれ逆方向から物体光３２０
と参照光３１０とを入れることで反射型のホログラムス
クリーン９０を得ることができる。

【０００８】

【解決しようとする課題】しかしながら，上述した従来
のホログラムスクリーンには，光拡散体より得られた物
体光で形成された干渉縞が記録されていることから，曇
りが発生しやすかった。このようなホログラムスクリー
ンは不透明性が目立ち，ホログラムスクリーンの通して
明瞭な背景を観察することが難しく，観察者に違和感を
与えることがあった。この問題は特に映像が映っていな
い時に顕著であった。

【０００９】ところで，特開平９−１２７８５３号に視
野角の広いホログラムスクリーンの作製方法が提示され
ている。この方法は，光拡散体に異なる方向から複数の
光を照射することで得られた拡散光である物体光と，非
拡散光である参照光とを感光材料に照射することでホロ
グラムスクリーンを得る方法である。また，拡散角の異
なる２種類以上の光拡散体を貼り合せて１枚の光拡散体
となし，これより得られた拡散光よりなる物体光と，非
拡散光である参照光とを利用してホログラムスクリーン
を得る方法である。

【００１０】この方法では，散乱方向による強度の差が
少ない拡散光を使用することができるため，広い視野角
を持ったホログラムスクリーンを得ることができる。ホ
ログラムスクリーンには，特定の範囲（視野角）内から
しか映像を見ることができない，という特徴があるた
め，視野角の広いホログラムスクリーンの利用価値は高
い。しかしながら，このような方法にて作製されたホロ
グラムスクリーンは，視野角が広くなるに伴い，曇り具
合がひどくなるという問題があった。

【００１１】また，特開平９−１２７６１２号にホログ
ラムスクリーンの曇りを防止する方法が提示されてい
る。仮に参照光を照射せず，物体光のみで感光材料を露
光したと仮定する。この露光で得られたホログラムスク
リーンの効率η_OOを５％以下とした場合の物体光の強度
をＡとする。このような物体光の強度Ａと，この強度Ａ
に見合うような強度の参照光とを用いて感光材料を露光
する。これにより曇りが生じ難いホログラムスクリーン
を得ることができる。

【００１２】しかしながら，効率η_OOが５％を越えるよ
うな物体光で露光した場合であっても，曇りを生じ難い
ホログラムスクリーンが得られる可能性があり，上述し
た従来技術にかかる製造方法は，曇りが生じ難いホログ
ラムスクリーンの製造方法としては充分ではなかった。

【００１３】また，特開平９−１２７６１２号におい
て，感光材科として重クロム酸ゼラチン（ＤＣＧ）を使
用したホログラムスクリーンが提示されている。そし
て，ＤＣＧを用いた製造工程には，湿式の現像工程が必
要である。このため，上記現像工程でＤＣＧが硬膜され
る際に，該ＤＣＧ中に微少なひび割れが生じ，その結
果，ホログラムスクリーンが白濁するおそれがあった。
発明者らの研究により，この白濁が無ければ効率η_OOが
大きくても曇りを感じないことが判明した。逆に重クロ
ム酸ゼラチンによるホログラムスクリーンは，白濁する
ことが多いためにη_OOを５％以下とする必要があった。

【００１４】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，透明性に優れ，曇りが殆どなく，明瞭な
背景を観察できるホログラムスクリーン，及びこのよう
なホログラムスクリーンの製造方法を提供しようとする
ものである。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【課題の解決手段】はじめに、ヘイズ率について説明す
る。透明体の曇り具合を表わす指標としてＪＩＳＫ７１
０５に規定されている『へイズ率』が広く使用されてい
る。本発明におけるヘイズ率はＪＩＳＫ７１０５による
値である。

【００２１】一般的な光散乱体に比べて，ホログラムス
クリーンはかなりへイズ率が高い場合でも，観察者が背
景を明瞭に観察できる，即ち透明性に優れることを本発
明者らは見出した。

【００２２】『ヘイズ率』は以下に示す式によって表現
できる。Ｈ＝Ｔｄ／Ｔｔ×１００・・・・・（１）Ｈ：へイズ率（％），Ｔｄ：拡散透過率（％），Ｔｔ：
全光線透過率（％）ここにＴｔはホログラムスクリーンや光散乱体の中央表
面に対する垂直方向へ透過した光の強度（正確には±
３．５度の範囲内に散乱した光の強度），Ｔｄはそれ以
外のあらゆる方向へ散乱した光の合計強度である。

【００２３】次に，ホログラムスクリーンの曇りの原因
を，一般的な光散乱体の曇りの原因と比較して説明す
る。一般的な光散乱体において入射する光が散乱される
のは，その表面に凹凸形状が存在するためである。ある
いは，内部に光を散乱する粒子が存在するためである。

【００２４】このため，図１９に示すように，光散乱体
７２の背景に存在する物体７０から観察者８に向かう光
束７１が光散乱体７２を通過して出射する際には，一部
の光束７３は観察者８に向かって直進するが，他の光束
７３１，７３２は必ず光路が観察者８の方向と違う方向
へ曲げられて出射する。これが原因となって，背景に存
在する物体７０の像がぼかされてしまう。ヘイズ率が小
さいほど光束７３１，７３２の曲がり度合が小さくなる
が，極めて微小な曲がり度合でないかぎり，観察者８に
とって光散乱体７２の背景にある物体７０は必ずぼけて
みえることとなる。

【００２５】例えば，光束７３１，７３２が０．１度曲
げられた場合，光散乱体７２から２ｍ離れて位置する観
察者８には３．５ｍｍのずれが発生する。光散乱体７２
から５ｍ離れて位置する観察者８には８．７ｍｍのずれ
が発生する。通常，人間の瞳の径が５ｍｍ前後であるこ
とを考慮すれば，光束７３１，７３２が僅か０．１度曲
げられたとしても，物体７０はぼけて見えることとな
る。このように背景にある物体７０がぼけるため，観察
者８には光散乱体７２が曇って不透明に見えるのであ
る。

【００２６】一方，ホログラムスクリーンは，後述する
ごとく，レーザー光を光拡散体に透過（または反射）さ
せて形成した拡散光を物体光，拡散していないレーザー
光を参照光として使用し，両者が干渉することで生じた
干渉縞が感光材料中に，該感光材料を形成する物質の屈
折率差として記録されることで，製造することができ
る。そして，この記録された干渉縞が回折格子として機
能する。そして，ホログラムスクリーンを構成する物質
は一般に透明である。また，ホログラムスクリーンの表
面はほぼ平坦である。

【００２７】図２０に示すように，背景に存在する物体
７０から観察者８に向かう光束７１は，ホログラムスク
リーン１に記録された干渉縞１００により方向を変えら
れることがない。よって，全ての光束７１が，ホログラ
ムスクリーン１を通って観察者８に直進する光束７４と
なるため，観察者８はぼけていない物体７０を観察する
ことができる。つまり，観察者８にはホログラムスクリ
ーン１が透明にみえる。

【００２８】もちろん，光束７１の一部は干渉縞１００
により回折され，光束７５となってホログラムスクリー
ン１から出射する。光束７４の入射方向は，映像光の入
射方向と異なるため，光束７４と比べて光束７５の強度
は低いが，干渉縞１００は非常に多数あるため，この光
束７５がある程度の強度を持った光となることもあり得
る。干渉縞１００の数や効率などにより光束７５の強度
が強くなった場合には，ホログラムスクリーン１のヘイ
ズ率が高くなる。

【００２９】しかしながら，回折されない光束（図２０
における光束７４）は全て観察者に向かって直進し，こ
の光束７４は光路が曲げられることがない。よって，背
景にある物体７０がぼけてみえることが防止される。こ
のため，ホログラムスクリーン１の場合，通常の光散乱
体よりはより高いヘイズ率を持っている場合であって
も，透明にみえるのである。

【００３０】そして，ホログラムスクリーンの不透明の
原因となる曇りは，正規の干渉縞（物体光と参照光とよ
り形成された干渉縞）や，物体光同士によってできる干
渉縞（不要な干渉縞）により外乱光が回折されて観察者
の視線方向に出射してきた光によって，生じるのであ
る。なお，外乱光とはホログラムスクリーンに対し照射
される映像光や，ホログラムスクリーンの背景にある物
体等からやってくる以外の光で，ホログラムスクリーン
に入射した光である。

【００３１】これを図２１を用いて模式的に説明する。
図２１はホログラムスクリーン１に記録されている干渉
縞１００を模式的に示したものである。図２１では，傾
きの異なる３本の線にて干渉縞を表わしているが，実際
には１つの傾きの線ごとに平行な多数の縞から成ってお
り，傾き角度ももっと多数ある。

【００３２】これらの干渉縞１００は，図２２のように
参照光３１０と物体光３２１とにより干渉縞１０１が，
参照光３１０と物体光３２２とにより干渉縞１０２が，
参照光３１０と物体光３２３とにより干渉縞１０３がそ
れぞれ記録される。従って，図２１にかかるこれらの干
渉縞１００では参照光３１０と同一方向から来た映像光
は効率よく回折することができるが，他方向から光は低
い効率でしか回折することができない。そして，図２１
に示すごとく，映像光以外の外乱光７１１，７１２，７
１３が入射したとき，観察者８の視線方向にこの外乱光
の一部が回折されてしまう。

【００３３】また，ホログラムスクリーンを作製する際
に，図２３に示すごとく，干渉縞１０９は，参照光３１
０と物体光３２８，物体光３２９とにより形成された正
規の干渉縞であると同時に，物体光３２８と物体光３２
９によって形成された干渉縞でもある。このように物体
光同士により形成された干渉縞を「フレネルノイズ」と
いうが，この「フレネルノイズ」によっても，外乱光の
一部が回折されてしまう。

【００３４】正規の干渉縞及び「フレネルノイズ」によ
り外乱光が回折され，観察者の視線方向に出射してきた
場合，観察者はホログラムスクリーンが曇っていると感
じるのである。すなわち，ホログラムスクリーンの曇り
は，背景光が散乱されて曇るというよりも，外乱光が干
渉縞により回折されて観察者方向に出射する光によりホ
ログラムスクリーン全体が白っぽく光って見えるために
ホログラムスクリーンが曇って見えるのであり，背景光
の散乱度合がある程度高くとも，すなわちヘイズ率が高
くとも，観察者方向に回折される外乱光強度が弱けれ
ば，観察者にはホログラムスクリーンが曇ってみえな
い。以上のように，ホログラムスクリーンの曇りは一般
的な光散乱体と違い，へイズ率が高くとも観察者の感じ
る曇り度合は小さい。

【００３５】ここにおいて，ホログラムスクリーンと一
般的な光散乱体とを実際に比較した。へイズ率が３０％
のホログラムスクリーンとへイズ率が５％の光散乱体
（日東電工製アンチグレアフイルムＡＧ−３０）の透過
光の散乱特性（出射光の出射角ごとの強度分布）を図２
４に記載した。なお，ここにおいて使用したホログラム
スクリーンは後述する実施形態例２の製造方法で作製し
たものである。

【００３６】図２４より知れるごとく，へイズ率が５％
の光散乱体で０度方向の強度が約９５％であるのに対
し，へイズ率が３０％のホログラムスクリーンで約７５
％の強度である。つまり，ホログラムスクリーンにおい
ては，約７５％の強度の全く散乱されない光束が出射す
ることができる。これだけの強度の光が全く散乱されな
いので，ホログラムスクリーンの背景は充分視認でき
る。また，へイズ率が５０％であれば約６５％が透過す
るので，背景は充分視認できる。ただし，透過光強度が
低くなるので背景が若干暗くなる。

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】本発明は，光拡散体を透過させる，または
光拡散体で反射させることにより得られた物体光と非拡
散光である参照光とを感光材料に対して照射すること
で，物体光と参照光とにより得られた干渉縞を感光材料
に記録するホログラムスクリーンの製造方法において，
上記光拡散体の散乱角が大きくなるほど，上記物体光の
強度Ｅ_Oと上記参照光の強度Ｅ_Rとの強度比Ｅ_R／Ｅ_Oを小
さくなるよう調整するホログラムスクリーンの製造方法
にある。

【００４４】ここに光拡散体の散乱角とは，光拡散体に
光を入射させることで，光拡散体から垂直方向（０度方
向）に出射する光の強度Ｉ_Oとθ方向に出射する光の強
度Ｉ _θの比Ｉ_θ／Ｉ_Oが０．５となる角度である。

【００４５】以下，図２５を用いて説明する。物体光３
２０の強度Ｅ_Oと参照光３１０の強度Ｅ_Rは，感光材料３
１上の単位面積当たりにあらゆる方向より入射してくる
物体光３１０及び参照光３２０の強度である。強度比Ｅ
_R／Ｅ_Oが一定であっても，光拡散体の散乱角が変化する
ことで，ある一方向，すなわちθ方向に出射する物体光
３２５の強度Ｉ_θOは弱くなることがある。強度Ｉ_θOが
弱くなった場合には，干渉縞の効率η_ROが低くなる。

【００４６】従って，光拡散体の散乱角を変えた場合に
効率η_ROを下げないようにするためには，Ｉ_θOを変え
る必要がある。Ｉ_θOを変えるとは，すなわちＥ_Oを，ひ
いてはＥ_R／Ｅ_Oを変えることにつながる。仮に効率η_RO
が低くなった場合には，再生映像が暗くなるおそれがあ
る。

【００４７】また，上記と同様に強度比Ｅ_R／Ｅ_Oが一定
であっても，物体光同士の干渉により形成される「フレ
ネルノイズ」の効率も光拡散体の散乱角が大きくなるこ
とで大となる。上述したごとく「フレネルノイズ」の効
率が大となれば，ホログラムスクリーンの曇りが大きく
なり，不透明な状態となってしまう。よって，「フレネ
ルノイズ」の効率を下げるためにはＥ_R／Ｅ_Oを変える必
要がある。

【００４８】以上のように，光拡散体の散乱角を大きく
するほど，強度比Ｅ_R／Ｅ_O が小さくなるよう調整するこ
とで，効率η_ROを上げたり，「フレネルノイズ」の効率
を下げることができる。効率η_ROがより高く，「フレネ
ルノイズ」の効率がより低いホログラムスクリーンは，
入射した光が散乱され難く，高い効率で出射することが
できる。つまり，上述したごときヘイズ率が５〜６０％
であるようなホログラムスクリーンを容易に作製するこ
とができる。

【００４９】ヘイズ率が５〜６０％であることで，この
ホログラムスクリーンに対し映像投影装置以外から入射
した光は散乱度合が低く，映像光を高い効率で出射する
ことができる。このため，観察者がホログラムスクリー
ンを観察した場合，外乱光によりホログラムスクリーン
の曇りが少なく，ホログラムスクリーンの背景からやっ
てきた光は曇ることなく透過して，観察者に届く。よっ
て，観察者はホログラムスクリーンを通して明瞭に背景
を観察できる。つまり，本発明によれば，曇りが殆どな
く透明なホログラムスクリーンを製造することができる
（実施形態例１，２参照）。

【００５０】また，本発明の製造方法において干渉縞を
感光材料に記録する装置としては，例えば，後述する実
施形態例２に示すごとき露光光学系が挙げられる。この
ものは，レーザ発振器と，ハーフミラーやミラー，対物
レンズ，軸外し放物面鏡，光拡散体等より構成され，同
一のレーザー発振器より照射されたレーザー光を分割
し，一方を光拡散体を透過させて物体光となし，他方を
参照光となして使用する。

【００５１】このような露光光学系において光拡散体の
散乱角を変更する方法としては，光拡散体を交換する
か，あるいは複数枚の散乱角の同一の光散乱体，または
異なる光拡散体を積層し，一体の光拡散体としたものを
使用する等の方法が挙げられる。また，Ｅ_OやＥ_Rを適宜
変更することで強度比Ｅ_R／Ｅ_Oを変更することができる
が，例えば，Ｅ_OやＥ_Rの変更は上述の露光光学系（図４
参照）の各ミラーの反射率や対物レンズの倍率等を適宜
変更することで，調整することができる。特に，ハーフ
ミラーの反射率を変更するのが，レーザー光の無駄なロ
スをなくすことができるため，好ましい。

【００５２】また，本発明にかかる製造方法において，
感光材料としてフォトポリマー及び重クロムゼラチン酸
を使用することができる。上述したごとく，得に重クロ
ムゼラチン酸を用いた製造工程では，湿式の現像工程が
必要であるため，工程中で感光材料にひびがはいり，ホ
ログラムスクリーンが白濁するという問題があった。本
発明による製造方法では，各種の感光材料を用いて白濁
し難いホログラムスクリーンを得ることができ，より透
明なホログラムスクリーンを得ることができる。

【００５３】

【００５４】ところで，光拡散体の散乱角を大とするこ
とで，より広い範囲に広がった拡散光を得ることができ
る。このような拡散光を物体光として使用することで，
より視野角の広いホログラムスクリーンを得ることがで
きる。視野角の広いホログラムスクリーンは観察者の位
置を狭く限定せずとも映像を見ることができるため，よ
り実用的で，設置場所の限定が少なく使いかってに優れ
ている。

【００５５】

【発明の実施の形態】実施形態例１本発明の実施形態例にかかるホログラムスクリーンにつ
き，図１〜図３を用いて説明する。本例のホログラムス
クリーン１は，図１に示すごとく，映像投影装置１２よ
り入射した映像光１２０を散乱・拡散して出射光１２１
とすることにより映像を再生するものであり，ヘイズ率
が５〜６０％である。

【００５６】本例のホログラムスクリーン１について詳
細に説明する。図１は本例のホログラムスクリーン１が
設置されたショールーム２である。このショールーム２
は壁面２１に設置された展示物２１０と共に，ショール
ーム２のウィンドウガラス２０に設置したホログラムス
クリーン１に映る映像をショールーム２の外にいる観察
者８に提示するよう構成されている。

【００５７】ショールーム２の天井面２４には照明器具
２３が設置され，この照明器具２３から放たれる照明光
はホログラムスクリーン１を通過して観察者８に対する
出射光の一部となる。また，照明器具２３の照明光は展
示物２１０を照らし，該展示物２１０において反射さ
れ，反射光となって観察者８の眼に届く。上記映像投影
装置１２としては，液晶プロジェクタが使用され，この
ものは天井面２４に設置されている。

【００５８】また，上記ホログラムスクリーン１は透過
型であり，製造方法については実施形態例２に記載し
た。なお，前述した図２７に示すごとく，観察者８と同
じ側に上記映像投影装置１２を設けて，ホログラムスク
リーンとして反射型のものを使用することもできる。更
に，上記映像投影装置１２を床面２５に設置することも
できる。

【００５９】次に，本例にかかるホログラムスクリーン
について，ヘイズ率と観察者の感じる曇り具合との関係
について試験した。この試験は図１に示した環境下にお
いて，２０人の被験者に展示物２１０の視認性とホログ
ラムスクリーン１の曇り具合とを評価することで行っ
た。

【００６０】この試験において使用したヘイズ率の異な
るホログラムスクリーンを得る方法としては，後述する
実施形態例２に示すごときホログラムスクリーンの製造
方法を利用した。つまり，後述する図４にかかる露光光
学系の光拡散体の散乱角に応じて参照光と物体光との強
度比Ｅ_R／Ｅ_Oを変更した。また，ホログラムスクリーン
を複数枚積層し，これを１枚のスクリーンとして利用す
ることで所望のヘイズ率を得た。

【００６１】この試験において使用したホログラムスク
リーン１は対角長さが２０インチである。天井面２４の
照明器具２３よりホログラムスクリーン１に入射する照
明光の水平照度は１０００ｌｘ（ルクス），ホログラム
スクリーン１の背景となる壁面２１での輝度は４００ｃ
ｄ／ｍ²である。また，壁面２１とホログラムスクリー
ン１との距離は５ｍであり，観察者８の側の照度も１０
００ｌｘとした。なお，平均的なオフイスの照度が５０
０ｌｘ，コンビニ等の一般小売店舗で７００ｌｘあるこ
とから，本試験の照明器具２３の輝度はそれらより明る
い１０００ｌｘとしたのである。

【００６２】ホログラムスクリーン１の背景の視認性は
次のような試験によって評価した。ホログラムスクリー
ン１の背景となる壁面２１に，展示物２１０として白紙
上に３６ポイントのゴシックの黒文字のアルファベッ
ト，漢字を配置したものを設置した。そして，この展示
物２１０を映像投射器１２から映像光１２０を照射しな
い状態で，ホログラムスクリーン１から２ｍ離れた位置
に立つ観察者８に観察させた。そして，観察者に展示物
２１０の文字の見やすさ（図２にかかる文字の読み取り
易さ主観評価），ホログラムスクリーン１による背景の
曇り度合（図３にかかる曇り度合主観評価）について評
価させた。

【００６３】この評価試験の結果を図２，図３に記載し
た。図２に示すごとく，ホログラムスクリーン１のへイ
ズ率が６０％以下であれば，２０人の観察者の全員が，
文字の読み取りに支障のないと判断していることが分か
った（全員が尺度４以上である）。また，図３に示すご
とく，ホログラムスクリーンのヘイズ率が６０％以下で
あれば，２０人の観察者全員が，多少の曇りを感じるこ
とがあっても，違和感を感じないことが分かった（全員
が尺度４以上である）。

【００６４】このように，ホログラムスクリーンではへ
イズ率が６０％以下であれば，このホログラムスクリー
ンを通しても明瞭な背景を観察でき，曇りが殆どないも
のを得ることができる。以上，本例によれば，透明性に
優れ，曇りが殆どないホログラムスクリーンを得ること
ができる。

【００６５】実施形態例２本例は，ホログラムスクリーンの製造方法等について，
図４〜図１８を用いて説明するものである。本例の製造
方法の概略を説明すると，図４に示すごとく，光拡散体
３２を透過させることにより得られた物体光３２０と非
拡散光である参照光３１０とを感光材料３１に対して照
射することで，物体光３２０と参照光３１０とにより得
られた干渉縞を感光材料３１に記録する。そして，上記
光拡散体３２の散乱角を変更する際には，上記物体光３
２０の強度Ｅ_Oと上記参照光３１０の強度Ｅ_Rとの強度比
Ｅ_R／Ｅ_Oを変更する。

【００６６】以下，詳細に説明する。図４に，本例のホ
ログラムスクリーンを作製する露光光学系３を示す。上
記露光光学系３において，レーザ発振器３９のレーザ発
射口３９０に対向してハーフミラー３９１が配置されて
いる。また，ハーフミラー３９１を透過する光軸上に
は，ミラー３９２，３９３，対物レンズ３９４，軸外し
放物面鏡３８，光拡散体３２が配置されている。また，
ハーフミラー３９１を反射する光軸上にはミラー３９
５，３９６，対物レンズ３９７が配置されている。

【００６７】また，上記露光光学系３において，参照光
３１０の強度Ｅ_Rと物体光３２０の強度Ｅ_Oの強度比Ｅ_R
／Ｅ_Oの調整は，ハーフミラー３９１の透過率，各ミラ
ー３９２，３９３，３９５，３９６の反射率，対物レン
ズ３９４，３９７の倍率を適宜変更することで行った。

【００６８】なお，本例の露光光学系３は，光拡散体３
２の長さＬと，光拡散体３２と感光材科３１との間の距
離Ｓとの間には，Ｌ：Ｓ＝３：２という関係が成立する
よう構成されている。また，上記感光材料３１としては
厚さ６μｍのデュポン社製フォトポリマーを，上記光拡
散体３２としては＃１０００の両面すりガラスを使用し
た。なお『＃１０００』とは，直径が１／１０００イン
チの砂で表面を処理したすりガラスのことである。

【００６９】このような露光光学系３において，レーザ
ー発振器３９から発したレーザー光３７はハーフミラー
３９１によりレーザー光３７１，３７２へと２分割され
る。レーザ光３７１はミラー３９２，３９３を経て，対
物レンズ３９４に達し，該対物レンズ３９４において発
散光となった後，軸外し放物面鏡１２により平行光３７
４となる。その後，平行光３７４は光拡散体１３を透過
して拡散光となる。この拡散光が物体光３２０として感
光材料３１に入射する。

【００７０】また，レーザ光３７２はミラー３９５，３
９６を経て，対物レンズ３９７に達し，この対物レンズ
３９７を透過した後，参照光３１０となって感光材科３
１に入射する。このように物体光３２０と参照光３１０
とが感光材料３１に入射することで，該感光材料３１に
干渉縞が記録される。なお，この時の感光材料３１の露
光量は３０ｍＪ／ｃｍ²とした。その後，感光材料３１
に紫外線を強度０．１ｍＪ／ｃｍ²で照射して，更に温
度１２０℃，２時間で加熱した。これにより，ホログラ
ムスクリーンを得た。なお，感光材料３１は薄膜である
ため，ホログラムスクリーンとして使用する際には透明
板等を貼り合わせるなどして，補強することもできる。

【００７１】以上の製造方法により得られたホログラム
スクリーンの各種性能を次のような試験によって評価し
た。まず，上記露光光学系３において，光拡散体を図５
に示すごとき散乱角の異なる４種類の光拡散体で構成
し，それぞれの光拡散体から得られたホログラムスクリ
ーンのヘイズ率について測定した。このヘイズ率の測定
結果は図６に記載した。なお，図５は散乱角が異なる４
種類の光拡散体が入射光を拡散光として出射する際に，
拡散光の出射角と拡散光全体に対する強度比を示した線
図である。

【００７２】図６より知れるごとく，Ｅ_R／Ｅ_Oが等しい
場合，光拡散体の散乱角が大きくなるに応じてへイズ率
が小さくなる。また，へイズ率が等しい場合，光拡散体
の散乱角が大きくなるに応じてＥ_R／Ｅ_Oが小さくなる。
また，Ｅ_R／Ｅ_Oが大きくなるほど，このような傾向が強
くなる。なお，図７に，特にヘイズ率が５０％，３０％
になる場合のＥ_R／Ｅ_Oを記載した。

【００７３】また，物体光同士が干渉する（前述の図２
３参照）ことにより形成される「フレネルノイズ」によ
るヘイズ率とＥ_R／Ｅ_Oとの関係を以下の方法で調べた。
すなわち，図４に記載した露光光学系３において，図６
における各Ｅ_R／Ｅ_Oの値に相当する強度及び露光量を持
った物体光のみで感光材料を露光し，ホログラムスクリ
ーンを作製した。このようなホログラムスクリーンに対
するヘイズ率を測定し，図８に記載した。また，散乱角
が３６度である光拡散体を用い，「フレネルノイズ」に
よるヘイズ率をＥ_R／Ｅ_Oが２０以下である場合に限って
調べ，図９に記載した。

【００７４】図９より知れるごとく，Ｅ_R／Ｅ_Oが６未満
となると急激にへイズ率が高くなることが分かった。ま
た，Ｅ_R／Ｅ_Oが１０以上となった場合，ヘイズ率は略３
％と一定値を取ることが分かった。このことから，３％
というヘイズ率はホログラムスクリーンを構成する材料
自身によるへイズ率であると考えられる。

【００７５】また，図８と図６とを比較することによ
り，「フレネルノイズ」による干渉縞を持ったホログラ
ムスクリーンの方が，より低いヘイズ率を持つことが分
かった。これは，物体光のみで露光する場合には，物体
光の全てのエネルギーが「フレネルノイズ」の形成に費
やされるが，参照光が存在する場合には「フレネルノイ
ズ」形成に消費されるエネルギー量が少ないためで，更
に正規の（物体光と参照光とにより形成される）干渉縞
によるヘイズ率がある程度低いためであると考えられ
る。一方，Ｅ_R／Ｅ_Oが大きいところで発生しているヘイ
ズ率は，殆どが正規の干渉縞によるものである。

【００７６】従って，へイズ率が比較的高いようなホロ
グラムスクリーンを作製する場合には，図８，図９のよ
うに「フレネルノイズ」によるへイズ率を調ベ，物体光
の強度，露光量を所望のへイズ率と同じになるような条
件にしてやれば，ホログラムスクリーンのへイズ率をそ
れ以下の値とすることができる。

【００７７】そして，図８より知れるごとく，「フレネ
ルノイズ」により作製されたホログラムスクリーンで，
光拡散体として散乱角１２度であるものを使用して作製
されるものは，Ｅ_R／Ｅ_O＝６でへイズ率５％となってい
る。ヘイズ率５％というホログラムスクリーンは，前述
した図２，図３より知れるごとく，２０人の観察者の誰
もが完全に透明であると感じた（尺度７であった）。

【００７８】図６より知れるごとく，正規の干渉縞を持
ったホログラムスクリーンで，光拡散体として散乱角と
して散乱角１２度であるものを使用して作製されるもの
は，Ｅ_R／Ｅ_O＝６でヘイズ率２０％となっている。ヘイ
ズ率２０％というホログラムスクリーンは，前述した図
２，図３より知れるごとく，２０人の観察者が透明であ
ると感じた（尺度７と尺度６であった）。

【００７９】以上の手法を用いてホログラムスクリーン
を作製すれば，「フレネルノイズ」によるヘイズ率をホ
ログラムスクリーンの曇りに影響のない程度まで低減で
き，正規の干渉縞によるヘイズ率も，ホログラムスクリ
ーンの透明性を確保できるレベルまで低減できることが
分かった。

【００８０】次に，図４にかかる露光光学系においてヘ
イズ率５％となるホログラムスクリーンを作製する際に
使用した光拡散体の散乱角と露光の際のＥ_R／Ｅ_Oとの関
係を図１０に記載した。上記ホログラムスクリーンのヘ
イズ率は約５％であるから，非常に透明である（実施形
態例１の図２，図３参照）。同図より散乱角を大きくし
た場合には，Ｅ_R／Ｅ_Oを小さくすることにより，同じ値
のヘイズ率を持ったホログラムスクリーンが得られるこ
とが分かった。

【００８１】次に，前述の図６に記載した散乱角３６度
の光拡散体を用いて作製したホログラムスクリーンの正
規の干渉縞の回折効率η_ROと露光の際のＥ_R／Ｅ_Oとの関
係を図１１に記載した。なお，回折効率η_ROの測定は，
図１２に示すごとく，角度θ_cとなるように光７５１を
ホログラムスクリーン１に対し入射させ，該ホログラム
スクリーン１内部の干渉縞で回折されずにそのまま透過
した透過光７５２を測定した。この透過光７５２の分布
は，例えば，図１３のようになるが，同図における斜線
を付した部分の割合をホログラムスクリーンの回折効率
η_ROとした。

【００８２】図１１に示すごとく，回折効率η_ROはＥ_R
／Ｅ_Oが小さくなるに伴い大きくなるが，Ｅ_R／Ｅ_Oが３
以下となった時点で略一定となる。従って，図１１と前
述した図６とから，Ｅ_R／Ｅ_O＝３以下でホログラムスク
リーンを作製する時は，Ｅ_R／Ｅ_O＝３で作製することに
より正規の干渉縞の回折効率η_ROを下げることなくホロ
グラムスクリーンのヘイズ率を下げることができること
が分かった。また，得られたホログラムスクリーンはへ
イズ率３０％であるため，曇りが殆ど気にならなかった
（図２，図３参照）。

【００８３】更に，このようなＥ_R／Ｅ_Oを図５に示した
各光拡散体ごとに求め，図１４に記載した。同図によれ
ば，光拡散体の散乱角が大きくなるにつれて，Ｅ_R／Ｅ_O
を小さくする必要があることがわかった。また，図１４
にかかるホログラムスクリーンのスクリーンゲインを図
１５に記載した。同図より知れるごとく，これらのスク
リーンゲインはすべて０．３以上であった。

【００８４】また，前述する図１１，図６とから，ホロ
グラムスクリーンの効率が高いほどへイズ率が高くなる
ことが分かった。更に，図８より，「フレネルノイズ」
によるへイズ率も高くなることが分かった。以上のこと
から，ホログラムスクリーンを使用する環境条件から，
それほど映像が明るい必要がない，すなわちホログラム
スクリーンの効率が必要でない場合には，ホログラムス
クリーンの効率η_ROを下げることで，より透明性の高い
ホログラムスクリーンを作製できることが分かった。

【００８５】以上より，上記光拡散体３２の散乱角を変
更する際には，上記物体光３２０の強度Ｅ_Oと上記参照
光３１０の強度Ｅ_Rとの強度比Ｅ_R／Ｅ_Oを変更する際，
散乱角が大きくなるほど，強度比Ｅ_R／Ｅ_Oを小さくなる
よう調整すればよいことが分かった。これにより，ホロ
グラムクリーンを通して背景を明瞭に観察でき，曇りが
殆どなく，透明性に優れたホログラムスクリーンを製造
できることが分かった。更に，スクリーンゲインが０．
３以上で，映る映像がはっきりと視認できるようなホロ
グラムスクリーンが製造できることが分かった。

【００８６】なお，ホログラムスクリーンの正規の干渉
縞の回折効率η_ROが一定であるような露光条件であって
も，物体光同士の干渉により形成される「フレネルノイ
ズ」の効率が高くなることにより，へイズ率が低くなる
場合がある。

【００８７】例えば，散乱角３６度の光拡散体を用い，
Ｅ_R／Ｅ_O＝３という条件でホログラムスクリーンを作製
した場合，図１６に示すように露光量がある一定値以上
になると正規の干渉縞の回折効率η_ROは一定となるもの
の，図１７のようにへイズ率は高くなってしまう。この
ようなときは，露光量を回折効率η_ROが一定となり始め
る値，３０ｍＪ／ｃｍ²とすればよい。

【００８８】また，ホログラムスクリーンを作製する際
の感光材料の膜厚によってもへイズ率を変えることがで
きる。露光量３０ｍＪ／ｃｍ²という条件で，感光材料
の膜厚を変えてホログラムスクリーンを作製し，それぞ
れの場合のへイズ率を図１８に記載した。同図より，膜
厚はホログラムスクリーンの特性が許す限り薄くした方
が，低いヘイズ率を得ることができるため，好ましいこ
とが分かった。

【００８９】なお，本例にかかる露光光学系では前述し
た図２８に示すごとく，物体光と参照光とを同方向から
入射させている。このため，本例の製造方法では透過型
のホログラムスクリーンを得ることができる。前述した
図２９に示すように，感光材料３１に対して逆方向から
物体光３２０と参照光３１０とを入れるよう構成した露
光光学系を用いれば，反射型のホログラムスクリーン９
０を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１における，ホログラムスクリーン
とこれを設置したショールームを示す説明図。

【図２】実施形態例１における，ヘイズ率とホログラム
スクリーンを通して見た文字の読み取り易さの評価を示
す線図。

【図３】実施形態例１における，ヘイズ率とホログラム
スクリーンの曇り度合の評価を示す説明図。

【図４】実施形態例２における，ホログラムスクリーン
を作製する露光光学系を示す説明図。

【図５】実施形態例２における，本例の測定において使
用した光拡散体の特性を示す説明図。

【図６】実施形態例２における，Ｅ_R／Ｅ_Oと得られたホ
ログラムスクリーンのヘイズ率との関係を示す線図。

【図７】実施形態例２における，光拡散体の散乱角とＥ
_R／Ｅ_Oとの関係を示す線図。

【図８】実施形態例２における，Ｅ_R／Ｅ_Oと各Ｅ_R／Ｅ_O
の値に相当する強度及び露光量を持った物体光で作製し
たホログラムスクリーンのヘイズ率との関係を示す線
図。

【図９】実施形態例２における，散乱角が３６度である
光拡散体を使用し，Ｅ_R／Ｅ_Oと各Ｅ_R／Ｅ_Oの値に相当す
る強度及び露光量を持った物体光で作製したホログラム
スクリーンのヘイズ率との関係を示す線図。

【図１０】実施形態例２における，ヘイズ率５％のホロ
グラムスクリーンを作製する際に使用した光拡散体の散
乱角とＥ_R／Ｅ_Oとの関係を示す線図。

【図１１】実施形態例２における，散乱角が３６度であ
る光拡散体を使用して作製したホログラムスクリーンに
おける正規の干渉縞の回折効率η_ROとＥ_R／Ｅ_Oとの関係
を示す線図。

【図１２】実施形態例２における，回折効率の測定方法
の説明図。

【図１３】実施形態例２における，回折効率を算出する
方法の説明図。

【図１４】実施形態例２における，Ｅ_R／Ｅ_Oと光拡散体
の散乱角との関係を示す説明図。

【図１５】実施形態例２における，Ｅ_R／Ｅ_Oと得られた
ホログラムスクリーンのスクリーンゲインとの関係を示
す説明図。

【図１６】実施形態例２における，露光量と正規の干渉
縞の回折効率η_ROとの関係を示す説明図。

【図１７】実施形態例２における，露光量と得られたホ
ログラムスクリーンのヘイズ率との関係を示す線図。

【図１８】実施形態例２における，ヘイズ率と感光材料
の膜厚との関係を示す説明図。

【図１９】光散乱体の背景に存在する物体から観察者に
向かう光束に関する説明図。

【図２０】ホログラムスクリーンの背景に存在する物体
から観察者に向かう光束に関する説明図。

【図２１】ホログラムスクリーンが有する干渉縞による
外乱光の回折の説明図。

【図２２】感光材料において干渉縞が形成される際の説
明図。

【図２３】「フレネルノイズ」が形成される際の説明
図。

【図２４】ホログラムスクリーンと通常の光散乱体にお
ける出射角と出射光の強度との間の説明図。

【図２５】複数本の物体光と１本の参照光とが感光材料
の同じ位置に入射する際の説明図。

【図２６】透過型のホログラムスクリーンを用いた表示
装置の説明図。

【図２７】反射型のホログラムスクリーンを用いた表示
装置の説明図。

【図２８】透過型のホログラムスクリーン作製の原理を
示す説明図。

【図２９】反射型のホログラムスクリーン作製の原理を
示す説明図。

【符号の説明】

１．．．ホログラムスクリーン，１２．．．映像投影装置，１２０．．．映像光，１２１．．．出射光，３１．．．感光材料，３１０．．．参照光，３２．．．光拡散体，３２０．．．物体光，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/62 G02B 5/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光拡散体を透過させる，または光拡散体
で反射させることにより得られた物体光と非拡散光であ
る参照光とを感光材料に対して照射することで，物体光
と参照光とにより得られた干渉縞を感光材料に記録する
ホログラムスクリーンの製造方法において，上記光拡散
体の散乱角が大きくなるほど、上記物体光の強度Ｅ_Oと
上記参照光の強度Ｅ_Rとの強度比Ｅ_R／Ｅ_Oを小さくなる
よう調整することを特徴とするホログラムスクリーンの
製造方法。