JP6943493B2 - ホログラム表示装置を作製する方法、及びホログラム表示装置の作製装置 - Google Patents
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Description
赤色の原版CGH(計算機合成ホログラム)が記録された第1の金属膜と、緑色の原版CGHが記録された第2の金属膜と、及び、青色の原版CGHが記録された第3の金属膜とを用意するステップと、
赤色の再生照明光源からの赤色の再生照明光を、第1の金属膜に照明して、赤色の原版CGHの赤色の再生光を再生するステップと、
赤色の再生光を赤色の物体光とし、赤色の再生照明光を赤色の参照光として、第1の記録材料に赤色の体積型ホログラムを記録することにより、赤色の原版CGHを転写するステップと、
緑色の再生照明光源からの緑色の再生照明光を、第2の金属膜に照明して、緑色の原版CGHの緑色の再生光を再生するステップと、
緑色の再生光を緑色の物体光とし、緑色の再生照明光を緑色の参照光として、第2の記録材料に緑色の体積型ホログラムを記録することにより、緑色の原版CGHを転写するステップと、
青色の再生照明光源からの青色の再生照明光を、第3の金属膜に照明して、青色の原版CGHの青色の再生光を再生するステップと、
青色の再生光を青色の物体光とし、青色の再生照明光を青色の参照光として、第3の記録材料に青色の体積型ホログラムを記録することにより、青色の原版CGHを転写するステップと、並びに、
第1の記録材料と、第2の記録材料と、及び、第3の記録材料とを重ね合わせるステップと
を含む。
1.ホログラム表示装置の構成
図2は、本発明の第1の実施形態に係るホログラム表示装置の構成を模式的に示す図である。図1は、本発明の第1の実施形態に係るホログラム表示装置の作製方法を示す図である。
図2に示すホログラム表示装置は、カラーフィルタ4を用いて、単板の干渉縞層2によりフルカラー計算機合成ホログラム(CGH)を表示するものである。第1の実施形態に係るカラーフィルタ方式のフルカラー計算機合成ホログラム表示装置の作製では、まず、単板の干渉縞層2を空間的にRGBブロック(2r、2g、2b)に分割して各色の干渉縞を描画する。後で説明するように干渉縞は金属層8に形成される。続いて、干渉縞が形成された金属膜に対してそれらRGBブロックの各々に対応した色のカラーフィルタ(4r、4g、4b)を貼り合わせて並置する。第1の実施形態に係るカラーフィルタ方式のフルカラー計算機合成ホログラム表示装置は、並置された干渉縞層2及びカラーフィルタ4に対して、参照光である白色光を照射することでフルカラー再生を行う。この白色光は白色光源(参照光源)100から照射される。カラーフィルタ4を通過した(若しくは通過する)各色の再生照明光が、対応したブロックをそれぞれ照明することで各色の像が再生される。一般にホログラムは干渉縞の一部からでも再生できる特性を持つため、各色の像が合成されることによりカラー再生が可能になる。
最初に、参照光として白色光を照射する白色光源100について、説明する。白色光源100におけるRGBの各照明光は、狭帯域であることが望ましい。というのは、帯域が広いと各色において夫々色収差が発生することにより、像(ホログラフィ)がぼけてしまうからである。一般にカラーフィルタは、広帯域であり波長選択性が低い。それ故に、光源はできればレーザ(即ち、単色光)であることが望ましい。しかしながら、レーザは、展示・鑑賞の際に用いることは望ましくない。従って、本実施形態に係るホログラム表示装置では、マルチチップカラーLED光源(擬似白色光源)を用いることにより、各照明光の狭帯域化を実現する。なお、図3(a)は、カラーフィルタを2回透過した蛍光体型白色LEDのスペクトル特性の例を示し、図3(b)は、カラーフィルタを2回透過したマルチチップカラーLEDのスペクトル特性の例を示す。図3(a)(b)から、蛍光体型白色LEDよりもマルチチップフルカラーLEDの方が、各色の波長帯域が狭いことが確認できる。なお、マルチチップフルカラーLEDではRGBの3つのLEDチップが1つのパッケージに封入されている。マルチチップフルカラーLEDの仕様の一例として、ビュー角116deg、輝度970−1940mcd(同時点灯)がある。
次に、カラーフィルタ4と干渉縞層2との位置関係について説明する。従来、単色の反射型のCGHの場合、図4(a)に示すように、ガラス基板10の入光面の背面にて、干渉縞が形成される高反射率膜2(Cr膜など)、及びガラス基板及び干渉縞層を保護する低反射率膜14(CrO膜など)が配置されている。この図4(a)に示す構成に対してカラーフィルタ4を貼り付けるには、図4(b)に示すように、ガラス基板10正面に装着する必要がある。しかしながら、カラーフィルタ4と反射率膜2との間に生じるギャップによって、特にRGBセグメントの境界付近にて誤差が生じてしまう。このことからも、従来、カラーフィルタによるCGHのフルカラー再生は困難である、とされてきた。
次に、画素ブロック単位の(カラー)フィルタリングについて説明する。カラーフィルタ4を高反射率膜(Cr膜)面の干渉縞層2に装着する際、干渉縞1ピクセル(画素)に対して1色のカラーフィルタを適用することは不可能である。これは干渉縞のピクセルピッチが0.8〜1.0μmと非常に微細であるのに対して、カラーフィルタではミクロンオーダのパターンを作成できないためである。従って、図5に示すように、干渉縞16の画素(ピクセル)ブロック(2r、2g、2b)ごとにカラーフィルタの(RGB)セグメント(4r、4g、4b)を適用する。
なお、本実施形態に係るホログラム表示装置では、干渉縞はレーザ描画装置又は電子線描画装置を用いたリソグラフィにより金属膜の層に形成される。図6は、リソグラフィによる描画方法の概要を示す図である。ガラス基板10上にはCr膜8’及びレジスト層6が積層されている(図6(a)参照)。まず、図6(a)に示すように、レーザ照射または電子線照射12によりレジスト層6を露光する。次に、図6(b)に示すように、感光した部分のレジスト層6を除去する。次に、図6(c)に示すように、露出したCr膜8をエッチングし、最後に図6(d)に示すように残ったレジスト層6を除去する。なお、干渉縞を形成する層はCr膜8’などの金属膜8に限定されるものではなく、また、干渉縞の形成方法はリソグラフィに限定されるものでもない。微細な模様を施す加工が可能であり施された模様のコントラストが高いような部材に、干渉縞が形成されてもよい。
本実施形態に係るホログラム表示装置の作製方法を説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るホログラム表示装置の作製方法を示す図である。先ず、RGBの各LEDの(発光)スペクトルデータデータ(及びカラーフィルタの透過率スペクトルデータ)(104)を入力データとして、RGBの各CGH(計算機合成ホログラム;Computer−Generated Hologram)の設計波長を最適化する演算をコンピュータにより行う(ステップS02)。このとき、RGBの各LEDの色に関するデータ、例えば、色相や明度に関するデータ(106)も入力された上で、RGBの各CGHの設計波長を最適化する演算が行われる(ステップS02)のが好ましい。
次に、干渉縞内に作製するガードギャップについて説明する。原理上、高反射率膜(Cr膜)面上にカラーフィルタを正確に装着すれば、ホログラム表示装置によるフルカラー再生が可能である。しかしながら、実際には、図7(a)のように誤差が生じること無く干渉縞層2が形成された高反射率膜(Cr膜)8とカラーフィルタ4とを貼り合わせることは、不可能であり、図7(b)に示すように、干渉縞層2とカラーフィルタ4との位置がずれてしまう。図7(b)では、カラーフィルタ4が干渉縞層2に対して、紙面の下方にわずかにずれている。このように干渉縞層2とカラーフィルタ4との位置にずれがあるとき、誤差部分には干渉縞の計算時(更には、記録時)と異なる波長の照明光が照射されることで色収差が生じてしまい、再生像が劣化する。
次に、カラーフィルタにおける複数のセグメントの構成例について説明する。図5に示すように、干渉縞16の画素ブロック(2r、2g、2b)ごとに、カラーフィルタ4の(RGB)セグメント(4r、4g、4b)が適用される。即ち、本実施形態に係るカラーフィルタ4は、複数のセグメントにより構成される。また、一つのセグメントに隣接するセグメントは、その(一つの)セグメントとは異なるものである。
2.ホログラム表示装置のその他の構成
本発明に係るホログラム表示装置は、第1の実施形態のものに限定されず、様々な変更や修正を取り入れることができる。以下では、特に、反射型ホログラム表示装置のその他の構成の例を説明する。なお、以下の反射型ホログラム表示装置のその他の構成は、第1の実施形態に係る反射型ホログラム表示装置と基本的に同一のものであり、両者の差異を中心に説明する。
第3の実施形態は、転写により生成される体積型ホログラムを利用する。つまり、第3の実施形態は、体積型ホログラムの原理、特に、デニシューク型の体積型ホログラムの原理を利用する。
図12及び図13を用いて、薄いホログラム及び厚いホログラム、並びに、体積型ホログラムの利点について説明する。
まず図12(a)は、従来の透過型ホログラムの撮影(記録)形態を示す簡略図である。図12(a)に示す透過型ホログラムの撮影(記録)形態では、レーザ52から出た光がビームスプリッタ54により2方向に分岐される。分岐されたレーザ光の一方は、ミラー56及びレンズ60を経由して(記録したい)物体64に照射される。分岐されたレーザ光のもう一方は、ミラー58、レンズ62a及びレンズ62bを経由して、記録材料70に直接照射される。
次に、図12(b)は、従来の反射型ホログラムの撮影(記録)形態を示す簡略図である。図12(b)に示す反射型ホログラムの撮影(記録)形態では、レーザ52から出た光がビームスプリッタ54により2方向に分岐される。分岐されたレーザ光の一方は、ミラー56及びレンズ60を経由して(記録したい)物体64に照射される。分岐されたレーザ光のもう一方は、二枚のミラー(ミラー58、ミラー59)、レンズ62a及びレンズ62bを経由して、物体64とは逆の側から記録材料70に直接照射される。
図13(a)は、薄いホログラムの概略の縦断面図である。薄いホログラムでは干渉縞は記録材料70の表面に2次元的に生成される。これに対して、図13(b)は、体積型ホログラム(厚いホログラム)の概略の縦断面図である。体積型ホログラムでは干渉縞は記録材料70の深さ方向に3次元的に生成される。またこの場合、干渉縞はホログラム面にほぼ平行な多数の層状構造として記録される。縞相互間での多重干渉により再生光が生じることから、体積型ホログラムは、薄いホログラムに比べて、波長選択性及び角度選択性に優れていることが知られている。
(1−a)ホログラム作成のために実物体が不要である。データとしての立体モデルだけからホログラムが作成され得る。
(1−b)データはデジタルデータとして保存及び転送が可能である。
(2−a)波長選択性に優れており、白色再生照明光を用いても記録時と同じ波長のみが選択されて再生される。つまり白色再生照明光で再生可能である。
(2−b)角度選択性に優れており、再生照明光の光源が大きくても再生可能である。
ここでデニシューク型の体積型ホログラムについて説明する。図12(c)は、デニシューク型の体積型ホログラムの撮影(記録)形態を示す簡略図である。図12(c)に示すデニシューク型の体積型ホログラムの撮影(記録)形態では、レーザ52から出てミラー56及びレンズ60を経由する光が、記録材料70を透過して(記録したい)物体64に照射される。レーザ52から出てミラー56及びレンズ60を経由する光は、参照光66としても機能する。よって、物体64から反射した物体光68と参照光66とが干渉して、記録材料70に干渉縞が記録され、デニシューク型ホログラムが作製される。このデニシューク型ホログラムの作製にあたっては、物体光68が参照光66と反対側から記録材料70に入射するため、デニシューク型ホログラムは体積型ホログラムとなる。
第3の実施形態に係る、デニシューク型の体積型ホログラムの、転写による作製の原理及び概略手順を説明する。図14は、第3の実施形態に係るデニシューク型の体積型ホログラムの転写による作製にて用いられる、金属膜高解像度の原版CGHの再生の様子を示す概略図である。ここでの金属膜高解像度の原版CGH(の干渉縞)は、レーザリソグラフィにより作製されるものであり、干渉縞自体の反射率が高く、反射型として高効率の再生を可能にするものである。
図16、図17、図18及び図19を用いて、転写により作製されるデニシューク型の体積型ホログラムの、フルカラー高解像度計算機合成ホログラム表示装置への展開を説明する。
図16は、第1の形態の、転写により作製されるデニシューク型体積型ホログラムをフルカラーのものとする、フルカラー高解像度計算機合成ホログラム表示装置の作製方法及び作製装置を示す図である。まず、原版CGH・R110r、原版CGH・G110g、及び、原版CGH・B110bは、夫々、R(赤色)G(緑色)B(青色)の各色の、CGHの干渉縞を表している。最初に、原版CGH・R110rを、R(赤色)レーザを(図14、図15における)再生照明光及び参照光とすることにより、体積型ホログラムR(赤色)112rに転写する(記録後の記録材料R(赤色)を作成する)。次に、原版CGH・R110gを、G(緑色)レーザを再生照明光及び参照光とすることにより、体積型ホログラムG(緑色)112gに転写する(記録後の記録材料G(緑色)を作成する)。更に、原版CGH・R110bを、B(青色)レーザを再生照明光及び参照光とすることにより、体積型ホログラムB(青色)112bに転写する(記録後の記録材料B(青色)を作成する)。
図17は、第2の形態の、転写により作製されるデニシューク型体積型ホログラムをフルカラーのものとする、フルカラー高解像度計算機合成ホログラム表示装置の作製方法及び作製装置を示す図である。まず図16と同様に、原版CGH・R110r、原版CGH・G110g、及び、原版CGH・B110bは、夫々、R(赤色)G(緑色)B(青色)の各色の、CGHの干渉縞を表している。
図18(a)は、第3の形態の、転写により作製されるデニシューク型体積型ホログラムをフルカラーのものとする、フルカラー高解像度計算機合成ホログラム表示装置の作製方法及び作製装置を示す図である。図18(a)に示す、原版CGHの記録材料120、及び、カラーフィルタ118は、夫々、第1の実施形態に係る(図2にて示した)干渉縞層2が形成された金属膜、及び、カラーフィルタ4に対応する。よって、原版CGHの記録材料120は、RGB各色の干渉縞ブロック、及び、干渉縞ブロック間のガードギャップを備えている(図8(b)参照)。カラーフィルタ118は、干渉縞ブロックに対応するカラーフィルタの(RGB)セグメントを備えている(図2参照)。
図19(a)は、第4の形態の、転写により作製されるデニシューク型体積型ホログラムをフルカラーのものとする、フルカラー高解像度計算機合成ホログラム表示装置の作製方法及び作製装置を示す図である。第3の形態に係る作製方法と同様に、図19(a)に示す、原版CGHの記録材料120、及び、カラーフィルタ118は、夫々、第1の実施形態に係る(図2にて示した)干渉縞層2が形成された金属膜、及び、カラーフィルタ4に対応する。よって、原版CGHの記録材料120は、RGB各色の干渉縞ブロック、及び、干渉縞ブロック間のガードギャップを備えている(図8(b)参照)。カラーフィルタ118は、干渉縞ブロックに対応するカラーフィルタの(RGB)セグメントを備えている(図2参照)。
Claims (4)
- 赤色の原版CGH(計算機合成ホログラム)が記録された第1の金属膜と、前記第1の金属膜に直接または間接的に貼り付けられた第1の記録材料を用意するステップと、
緑色の原版CGHが記録された第2の金属膜と、前記第2の金属膜に直接または間接的に貼り付けられた第2の記録材料を用意するステップと、
青色の原版CGHが記録された第3の金属膜と、前記第3の金属膜に直接または間接的に貼り付けられた第3の記録材料を用意するステップと、
赤色の再生照明光を、前記第1の記録材料の側から前記第1の金属膜に照明して、赤色の原版CGHの赤色の再生光を生成するステップと、
前記赤色の再生光を赤色の物体光とし、前記赤色の再生照明光を赤色の参照光として、前記赤色の物体光と前記赤色の参照光を前記第1の記録材料に照射することにより、前記第1の記録材料の厚み方向に前記赤色の原版CGHを転写し、赤色の体積型ホログラムを生成するステップと、
緑色の再生照明光を、前記第2の記録材料の側から前記第2の金属膜に照明して、緑色の原版CGHの緑色の再生光を生成するステップと、
前記緑色の再生光を緑色の物体光とし、前記緑色の再生照明光を緑色の参照光として、前記緑色の物体光と前記緑色の参照光を前記第2の記録材料に照射することにより、前記第2の記録材料の厚み方向に前記緑色の原版CGHを転写し、緑色の体積型ホログラムを生成するステップと、
青色の再生照明光を、前記第3の記録材料の側から前記第3の金属膜に照明して、青色の原版CGHの青色の再生光を生成するステップと、
前記青色の再生光を青色の物体光とし、前記青色の再生照明光を青色の参照光として、前記青色の物体光と前記青色の参照光を前記第3の記録材料に照射することにより、前記第3の記録材料の厚み方向に前記青色の原版CGHを転写し、青色の体積型ホログラムを生成するステップと、
前記赤色の体積型ホログラムと前記緑色の体積型ホログラムと前記青色の体積型ホログラムとを重ね合わせるステップと
を備える、
ホログラム表示装置を作製する方法。 - 赤色の原版CGH(計算機合成ホログラム)が記録された第1の金属膜と、
緑色の原版CGHが記録された第2の金属膜と、
青色の原版CGHが記録された第3の金属膜と、
前記第1の金属膜に直接または間接的に貼り付けられた第1の記録材料と、
前記第2の金属膜に直接または間接的に貼り付けられた第2の記録材料と、
前記第3の金属膜に直接または間接的に貼り付けられた第3の記録材料と、
前記第1の金属膜を照明する赤色の再生照明光源と、
前記第2の金属膜を照明する緑色の再生照明光源と、
前記第3の金属膜を照明する青色の再生照明光源と
を備え、
赤色の再生照明光を、前記第1の記録材料の側から前記第1の金属膜に照明して、赤色の原版CGHの赤色の再生光を生成し、
前記赤色の再生光を赤色の物体光とし、前記赤色の再生照明光を赤色の参照光として、前記赤色の物体光と前記赤色の参照光を前記第1の記録材料に照射することにより、前記第1の記録材料の厚み方向に前記赤色の原版CGHを転写し、赤色の体積型ホログラムを生成し、
緑色の再生照明光を、前記第2の記録材料の側から前記第2の金属膜に照明して、緑色の原版CGHの緑色の再生光を生成し、
前記緑色の再生光を緑色の物体光とし、前記緑色の再生照明光を緑色の参照光として、前記緑色の物体光と前記緑色の参照光を前記第2の記録材料に照射することにより、前記第2の記録材料の厚み方向に前記緑色の原版CGHを転写し、緑色の体積型ホログラムを生成し、
青色の再生照明光を、前記第3の記録材料の側から前記第3の金属膜に照明して、青色の原版CGHの青色の再生光を生成し、
前記青色の再生光を青色の物体光とし、前記青色の再生照明光を青色の参照光として、前記青色の物体光と前記青色の参照光を前記第3の記録材料に照射することにより、前記第3の記録材料の厚み方向に前記青色の原版CGHを転写し、青色の体積型ホログラムを生成し、
前記赤色の体積型ホログラムと前記緑色の体積型ホログラムと前記青色の体積型ホログラムとを重ね合わせる
ホログラム表示装置の作製装置。 - 赤色の原版CGH(計算機合成ホログラム)が記録された第1の金属膜と、緑色の原版CGHが記録された第2の金属膜と、及び、青色の原版CGHが記録された第3の金属膜とを用意するステップと、
記録材料を用意するステップと、
赤色の再生照明光を、前記記録材料の側から前記第1の金属膜に照明して、赤色の原版CGHの赤色の再生光を生成するステップと、
前記赤色の再生光を赤色の物体光とし、前記赤色の再生照明光を赤色の参照光として、前記赤色の物体光と前記赤色の参照光を前記記録材料に照射することにより、前記記録材料の厚み方向に前記赤色の原版CGHを転写し、赤色の体積型ホログラムを生成するステップと、
緑色の再生照明光を、前記記録材料の側から前記第2の金属膜に照明して、緑色の原版CGHの緑色の再生光を生成するステップと、
前記緑色の再生光を緑色の物体光とし、前記緑色の再生照明光を緑色の参照光として、前記緑色の物体光と前記緑色の参照光を前記記録材料に照射することにより、前記記録材料の厚み方向に前記緑色の原版CGHを重ねて転写し、赤色と緑色の体積型ホログラムを生成するステップと、
青色の再生照明光を、前記記録材料の側から前記第3の金属膜に照明して、青色の原版CGHの青色の再生光を生成するステップと、
前記青色の再生光を青色の物体光とし、前記青色の再生照明光を青色の参照光として、前記青色の物体光と前記青色の参照光を前記記録材料に照射することにより、前記記録材料の厚み方向に前記青色の原版CGHを重ねて転写し、赤色と緑色と青色の体積型ホログラムを生成するステップと
を備える、
ホログラム表示装置を作製する方法。 - 赤色の原版CGH(計算機合成ホログラム)が記録された第1の金属膜と、
緑色の原版CGHが記録された第2の金属膜と、
青色の原版CGHが記録された第3の金属膜と、
前記第1の金属膜を照明する赤色の再生照明光源と、
前記第2の金属膜を照明する緑色の再生照明光源と、
前記第3の金属膜を照明する青色の再生照明光源と、
記録材料と
を備え、
赤色の再生照明光を、前記記録材料の側から前記第1の金属膜に照明して、赤色の原版CGHの赤色の再生光を生成し、
前記赤色の再生光を赤色の物体光とし、前記赤色の再生照明光を赤色の参照光として、前記赤色の物体光と前記赤色の参照光を前記記録材料に照射することにより、前記記録材料の厚み方向に前記赤色の原版CGHを転写し、赤色の体積型ホログラムを生成し、
緑色の再生照明光を、前記記録材料の側から前記第2の金属膜に照明して、緑色の原版CGHの緑色の再生光を生成し、
前記緑色の再生光を緑色の物体光とし、前記緑色の再生照明光を緑色の参照光として、前記緑色の物体光と前記緑色の参照光を前記記録材料に照射することにより、前記記録材料の厚み方向に前記緑色の原版CGHを重ねて転写し、赤色と緑色の体積型ホログラムを生成し、
青色の再生照明光を、前記記録材料の側から前記第3の金属膜に照明して、青色の原版CGHの青色の再生光を生成し、
前記青色の再生光を青色の物体光とし、前記青色の再生照明光を青色の参照光として、前記青色の物体光と前記青色の参照光を前記記録材料に照射することにより、前記記録材料の厚み方向に前記青色の原版CGHを重ねて転写し、赤色と緑色と青色の体積型ホログラムを生成する、
ホログラム表示装置の作製装置。
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