JPH02500937A - ホログラフィレンズを使用するカラー表示装置および方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 ホログラフィレンズを使用する カラー表示装置お、よび方法 発明の背景 発明の分野 この発明はカラー表示装置および方法、特に入力白色光を色分解（カラーコード 化）して表示装置を透過させるカラー表示装置に関する。

関連技術の説明 背面照明透過平板形マトリクス表示装置のようなカラー表示装置でフルカラーの 性能を達成するための従来の方法は入射白色光を色分解するために繰返し連続す る赤、緑および青のフィルタストライブを使用している。白色光は吸収色素フィ ルタストライブを透過する。この吸収色素フィルタストライブはフィルタの色は 透過させるが他の色は吸収する。マトリクス表示装置も同様に赤、緑および青の 情報が入った繰返し連続する線から成る。フィルタストライブはマトリクス表示 装置に対して正確に位置合わせされ、フィルタから出た赤、緑および青の光は赤 、緑および青の情報を含んだストライブをそれぞれ通過する。代表的な表示装置 は５２５本の色線を有し、視聴者により視覚的に統合されてフルカラー像を生成 する。

この方法の主要な欠点の一つは、各フィルタストライブがその通過帯域外の光を 吸収してしまうことである。このため、表示装置に入る光のほとんどはたいてい 吸収されてしまって、決して表示されず、この結果出力の強度が減少したり、光 増強装置を必要とすることになる。さらに、所望の色相を知覚するためには視聴 者の目が３色の表示ストライブの強度を統合しなければならない。これは表示解 像度を制限することになる。色ストライプの蒸着につきものの複雑なリトグラフ ィプロセスがさらに複雑になる。

フルカラー表示は単色のＣＲＴからもＣＲＴの出力に応答する１個以上の光弁（ ｌｉｇｈｔ　ｖａｌｖｅ　）を使用することにより可能である。一方法では３個 のＣＲＴを３つの別々の光弁と関連の光学装置とともに使用して統合されたフル カラー像を生成している。この方式は多くの装置と調整を必要とし、そして高価 で複雑になる。他の方法では３個の１インチＣＲＴを使用して３原色像をスクリ ーン上に結合する光学装置とともに２インチの光弁に取り組んでいる。さらに他 の方法はＣＲＴと光弁の組み合わせを赤、緑および青のフィールド類に順次指定 するとともに光弁の前方のカラーホイールを同期回転させている。これを達成す るには３個のフィールドメモリに加えて非常に速いＣＲＴと光弁の組み合わせが 必要とされる。系の中で光の２／３以上が失われてしまい、出力に現われること ができなくなる。

発明の要約 上述した方法の問題に鑑み、この発明の特徴は入力光のほとんどを保存し、従来 の装置よりはるかに高い読出し光効率を達成する新規で改良されたカラー表示方 式を提供することである。

他の利点は別々の色ストライブが本来的に表示装置自身により重畳され、視聴者 が視覚的に別々の色ストライブの強度を統合する必要性を取り除いた方式および 方法を提供することである。

さらに、この発明は色ストライブを蒸着するために以前使用された複雑なりソグ ラフィプロセスの必要性を回避する。

この発明のこれらの目的や他の目的は、入力光ビームの所定の波長帯域、好まし くは赤、緑および青の帯域に相当する複数の一般には隣接するターゲットアレイ を有するカラー表示装置を提供することにより達成される。領域レンズアッセン ブリがターゲットアレイから離れて配置され、入力光ビームを受信する。レンズ アッセンブリはターゲットアレイのターゲット領域毎にターゲット領域と光学的 に位置合わせされたレンズを有する。各レンズは少なくとも部分的にそれの対応 するターゲット領域の波長帯域内の光をその領域上に焦点を結ばせ、その波長帯 域外の光を普通に透過させる。各種のレンズがレンズアッセンブリに配置され、 波長帯域成分のおのおのに対する少なくとも１つのレンズが入力光ビームの通路 でビームのほとんど全ての場所に位置付けられている。

好ましい実施例では、それぞれが赤、緑および青の波長帯域に同調されたホログ ラフィレンズがレンズアッセンブリに使用される。同じ色のレンズはそれぞれに 関して横方向に位置付けられ、別の色のレンズは部分的に重なり、レンズの幅の ほぼ１／３だけ横方向にオフセットしている。どの色帯域内の光も別々の色帯域 のレンズに遭遇し、他の２つの色レンズは普通に通過するがそれ自身の色のレン ズにより特定のターゲット領域に焦点を結ばされる。入射光はこうしてその成分 帯域に分解され、光のほとんど全てが一つの或いは他の一つのターゲット領域に 導かれる。原則としては、１００％の光効率が達成できる。

この方式は、ｎ個の異なる波長帯域から成る入力放射とほぼＡのターゲット領域 に対して、各レンズの面積はほぼｎＡであり、そして各レンズと隣接するレンズ との間の重なりの”面積がほぼ（ｎ−１）Ａであるというように一般化できる。

各波長帯域に対するレンズは波長帯域の中心に近い放射に対してはピーク応答を そして波長帯域の中心から離れた放射に対しては徐々に減衰する応答を持つのが 好ましく、これにより入力放射が波長帯域内のその波長位置に従ってその対応す るターゲット領域に分布させられる。

ホログラフィレンズの加工は色ストライプの蒸着に従来使用されるリソグラフィ プロセスはど複雑ではない。単一の基板上に赤、緑および青のレンズを形成する こと、３色レンズをそれぞれの基板に形成して後で積層することや赤のレンズを 第１の基板に形成し、青と緑のレンズを第２の基板に形成して第１の基板に積層 することなど様々な構成が可能である。

この発明はさまざまな用途に応用可能である。１つの応用例は光変調媒体として できれば液晶を利用する光弁である。

ホログラフィレンズはターゲット領域を形成する画素がら見て液晶媒体の反対側 に配置される。反射モードにおいては、画素は実際には入射光を液晶媒体を通し て反射させる鏡の上に置かれる。画素はＣＲＴの電子ビームにより或いは光伝導 媒体を通じて作用する制御ビームにより電気的にアドレス指定される。出力表示 が個々の画素の状態の累積を表わすように、液晶の光変調が各画素に印加される 信号により局部的に制御される。入射光はレンズから画素上に集中するが、反射 後再度発散してさまざまな色が互いに重畳される。このため視聴者が別々の色ス トライブを視覚的に全体の画像に統合するという従来の必要性が取り除かれるの で、画質が顕著に改善される。

他の用途としては背面照明単一レンズカラー表示パネルがある。この用途では照 明効率や画像の鮮明さが顕著に改善される。

この発明のこれらの目的や他の目的および特徴は以下の添付図面を参照する実施 例の詳細の説明から当業者には明らかとなろう。

図面の簡単な説明 第１図はこの発明を説明するためのこの発明のレンズシステムと等価な理論的レ ンズシステムの斜視図、第２図は実施例に用いられるレンズの波長帯域を説明す るためのグラフ、 第３　（ａ）　、３　（ｂ）および３（Ｃ）図はそれぞれホログラフィ−円筒レ ンズアレイ、蝿眼レンズアレイおよび拡散レンズアレイの焦点合わせ効果を説明 するための図、第４図は従来の平板形表示装置を説明するための拡大断面図、 第５（ａ）図はこの発明を取り入れた平板形表示装置の拡大図、 第５（ｂ）図は第５（ａ）図の平板形表示装置を組み込んだ表示システムの立面 図、 第６図はこの発明を取り入れた平板形表示装置の他の実施例の拡大断面図、 第７図はこの発明が使用できる平板形表示装置に利用される表示制御システムの 平面図、 第８図はこの発明が使用できる液晶光弁投射システムのブロック図、 第９図はこの発明を取り入れ、電子ビームにより制御される液晶光弁の拡大断面 図、 第１０図はこの発明を使用し、光ビームにより制御される液晶光パネルの拡大断 面図、 第１１（ａ）図および第１１（ｂ）図はこの発明で使用されるホログラフィ−レ ンズを組み立てるための技術を説明するための立面図、 第１２図はホログラフィ−レンズの１つを形成する際に使用されるストライプマ スクのレチクルパターンの部分的な平面図、 第１３図はこの発明で使用されるホログラムレンズの１つの露光を説明するため の図、そして 第１４図はホログラムレンズの最終露光を示す図である。

実施例の詳細な説明 この発明の一実施例のレンズシステムと機能的に等価であり、この発明の詳細な 説明するのに役立つレンズシステムが第１図に示されている。赤、緑および青の レンズ１．２および３の別々の組みが、共通の色の各レンズが単一の面上にあり 、異なる色の面がじかに重なるようにして配置される。説明の都合上レンズは凸 面のガラス素子として示されている。

実際上はホログラフィ−レンズは図示のように別々の面に形成するか、あるいは 共通の面に形成するのが好ましい〇各しンズはたった１つの色、より正確にはた った１つの色に中心を置く放射波長の帯域に応答する。レンズはそれぞれの波長 帯域内の光に対して焦点合わせ（合焦）効果を持つようになされ、光の一部はそ れの特定の波長が色帯域の中心からどの程度能れているかによって合焦され、合 焦される光の一部は一般に中心波長からの距離が増大するにつれて減少する。レ ンズのおのおのは一般にその波長帯域外の光を大部分を合焦させることなく普通 に透過させる。

いずれの色のレンズも他の色のレンズから等量オフセットするようにそれぞれの 色に対するレンズはスタガ状態で配列される。このため、後方からレンズマトリ クスに入る光線は別々の色のレンズのおのおのを通過することになる。レンズの スタガ配列はレンズ面に本質的に平行である焦線に沿って所定の間隔で別々の色 レンズに対する焦点を生じさせる。第１図では１組みの赤、緑および青のレンズ に対する焦点は点ＦＲ，ＦＣおよびＦ、で示しである。

３原色に対するレンズの場合、所望の色分離を生じさせるために各レンズは他の 色のレンズからその面積のほぼ１／３だけオフセットしている。これは第１図に 他の色の対応するレンズをそれらの末端からレンズ幅のほぼ１／３のところを通 るように見える各レンズの端から伸びた破線により図示されている。レンズは、 それぞれの波長帯域の中心波長の光が直接レンズの焦点に合焦され、一方やはり 波長帯域内にあるが中心波長から離れている光は部分的にのみ合焦されるよう設 計される。各波長帯域の端の光は隣接するレンズの中心焦点への中はどにある点 に合焦される。したがって、３原色レンズの場合、異なる色のレンズに対する焦 点間の距離はレンズ自身の幅の１／３になる。各レンズの平らな面はある領域を 占めているので、その波長帯域を有する光は領域ストライプに合焦されることに なる。３つのこのような色ストライブが第１図の右上部に差込み図示されている 。従って、全波長帯域内の光により占められる焦点面の面積Ａはレンズ自身の面 積の１７３になる。この概念は各レンズに対するターゲットの面積がＡに等しい として入力放射がｎ個の波長帯域成分に分割される一般化された場合に拡張でき る。この場合、各レンズの面積はほぼｎＡであり、各レンズは隣接するレンズと （ｎ−１）Ａだけ重なり合うことになる。

入射光線に対するレンズアッセンブリの作用が第１図の下方に図示されている。

Ｗと印された白色光線は赤、緑および青の波長帯域成分から成る。この光線は最 初赤のレンズに到達し、このレンズは赤の帯域内の光線を回折しくホログラフィ −レンズのため）、光線の残りの部分は実質的に変化させることなく通過させる 。光線は次に緑のレンズに到達し、このため緑の帯域内の成分が回折され、残り の青の帯域の成分は通過する。最後に、残りの青の成分は青のレンズに到達し、 ここで青のレンズの焦点領域上に回折される。

赤、緑および青（Ｒ，ＧおよびＢ）の光線のレンズアッセンブリの通過も図示さ れている。各光線が色レンズを実質的な変化を受けずに通過し、それ自身の色レ ンズにより回折されることがわかる。このように、はとんど全ての入射光はレン ズアッセンブリにより処理され、ターゲット領域に到達する。このため、光のほ とんどがレンズ自身の吸収により表示領域に到達しない従来のカラー表示装置に 比べて効率が大きく改善される。

第１図の上部に戻ると、各レンズはその波長帯域内の光を色ストライブとして差 込み図示された個々のターゲット領域に合焦させ、これにより完全な色分離を得 ることができることがわかる。個々のターゲット領域はしたがってそれに対する 入射光線を表示される前に除去したり、減少させたりあるいは修正させたりする ようにすることが可能である。このようにして、入射白色光線は個々の色成分に 分離することができ、各成分は最終の表示に含まされるかあるいは除外されるか のいずれかである。さらに、各レンズはその帯域内の光をレンズ自身より小さい それぞれのターゲット領域上に集中させることに注意すべきである。ターゲット 領域に到達した後集中光の選択された部分はついでレンズアッセンブリを通して 反射されるか、あるいはターゲット領域を過ぎても進行させることができる。い ずれの場合も反射光または通過光はターゲット領域を離れるにつれて集中よりは むしろ角発散を示すようになる。この現象は、個々のターゲット領域からの波長 帯域に分離された光が発散し、表示の際効果的に相互に重畳される表示装置を作 るのに都合よく利用できる。これは所望の色相を知覚するために個々の色ストラ イブからの強度を目で統合しなければならない従来の表示装置に比べて表示解像 度を大巾に高める。これらの原理に対する具体的な用途の例を以下に述べる。

個々のホログラフィ−レンズの設計が重要であり、全ての入射光が適切なターゲ ット領域上で回折されるようにレンズは十分に広帯域の光に応答すべきであるが 、帯域は隣接のレンズ同志がかなり干渉し合うほど広くあってはならない。赤レ ンズと呼ばれる第１のホログラフィ−レンズは赤の光を最も効率よく回折させ、 回折光をマトリクス表示装置の赤のストライブすなわちターゲット領域に導くよ うに設計される。

しかしながら、赤のレンズは赤のピーク波長の上下の他の波長をも回折させる。

ホログラムの本来の性質はホログラムに入射した異なる波長の光が異なる出口角 で回折されることであり、この性質は色分散として知られている。分散の量はレ ンズ表面のフリンジの間隔を制御することにより制御でき、フリンジの間隔が近 ければ近いほど（その結果出射光線に対する入射光線の角度が軸から外れていれ ばいるほど）分散の効果は大きくなる。したがって、赤のホログラフィーレンズ は、それから回折される光がマトリクス表示装置のターゲット領域に虹のような 扇形の光線となって入射するように設計するのが好ましい。すなわち、濃い赤、 赤、橙−赤および橙色の光が赤の表示ストライプを照明し、黄、黄緑、緑および 青緑色の光が緑のマトリクス表示ストライブを照明し、そして青、藍および紫色 の光が青のマトリクス表示ストライプを照明する。各ストライプは視聴者に対し て角度的に狭いので、目は複数の色を１つに混ぜ合わせ、ストライプを本当に青 、緑および赤として知覚するはずである。しかしながら、純粋な色を望むのであ れば、前置フィルタを使用して照明光のスペクトラムから橙および黄色の波長を 除去することができる。

同様に、緑のホログラフィ−レンズはスペクトラムの緑の部分を最も効率良く回 折させ、青のレンズは青の部分を最も効率よく回折させるように設計されるが、 両レンズとも全ての波長の光を適切なマトリクス表示ストライプに回折させるよ うに設計される。

３つのホログラフィ−レンズのそれぞれのスペクトル幅を設計する際には注意を 要する。帯域幅が非常に広い場合には各レンズは青、緑および赤色を効率的に回 折するが、色のクロストークの問題が生じる。例えば、赤のレンズにより目標の マトリクス表示ストライブに向けて回折された赤色の光は緑のレンズにより部分 的に再回折されて意図しない場所に向かうことになろう。色のクロストークの結 果マトリクス表示に入射する光の色純度が低下する。一方、スペクトル幅を非常 に狭く設計すると、入射光のかなりの量が３つのレンズを回折されずに通過して マトリクス表示の意図しない場所に到達することになり、この場合にも色純度や コントラストが低下することになる。

３つのレンズのスペクトル幅は第２図に示されたスペクトルのように上述の２つ の極端なスペクトル幅の間にあるように設計される。各レンズについては回折効 率はその帯域幅の中心で最も大きく、中心からの距離が増加するにつれて漸進的 に減少する。各レンズの帯域幅はその回折効率がピーク効率（１００％にもなる ことがある）の５０％以上である部分であると考えてよい。レンズはその中心波 長で１００％の回折効率に達するにすぎないのであるが、それぞれの帯域内の波 長で概して回折的であり、他の波長では概して透過的であると記述することがで きる。ボリューム透過ホログラフィ−レンズはピーク波長でほとんど１００％の 回折効率が可能であるので、ホログラムスペクトラムを注意深く設計すると８０ ％〜９０％の総合効率を達成することができる。

これまでの説明は第１図に示した円筒レンズアレイの性能をシュミレートし、入 射光を一次元でのみ合焦する円筒ホログラフィ−レンズに限定されている。これ は第３（ａ）図に図示されており、ホログラフィ−円筒アレイ４内の円筒の小レ ンズが一対の一次元ビームをストライブターゲット５のそれぞれの画素セル上に 合焦させている。これまで述べた全てのことは第３（ｂ）図の蝿眼レンズホログ ラムや第３（ｃ）図の拡散ホログラムのような光を二次元で合焦するホログラム に同じようによく当てはまる。蝿眼レンズアレイ６は個々の蝿眼レンズの列から 構成され、各レンズは画素セルに相当する点に向けて光を二次元に合焦する。拡 散レンズアレイ７は一連の拡散レンズ列からなり、それぞれが無限側の蝿眼レン ズの重ね合せと考えてよい。これらの３つのホログラムのおのおのはホログラフ ィ−レンズ列からのある帯域幅の光を狭い垂直ターゲットに合焦させるが、それ ぞれのやり方は異なる。蝿眼レンズについては、Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ 社から１９７６年に発行されたＴａｋａｎｏｒｌ　０ｋｏｓｈｉ著“３次元画像 形成技術”（Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｉａ＋ａｇ１ｎｇ　Ｔｅｃ ｈｎｉｑｕｅ）と題するテキストの２．４７２１−２２および５，２／１２７− １２８頁に記述されており、一方拡散レンズの好ましい製造技術については以下 に説明する。

この発明の一応用は背面照明透過平板形マトリクス表示装置にある。フルカラー の機能を達成するこの種の従来のマトリクス表示装置が第４図に示されている。

平行な入射白色光Ｗが赤、緑および青の透過ストライプが繰返し連続する吸収色 素フィルタ８を通過することにより色分解される。ストライプフィルタはマトリ クス表示装置１０に対して正確に位置合せされており、このため赤色光はマトリ クス表示装置の赤の情報を含むストライプ１４を通過し、緑色光は緑の情報を有 するストライプ１４を通適し、青色光は青の情報を有するストライプ１６を通過 する。前面スクリーン１８がマトリクス表示装置の反対面上に設けられて視野面 を与える。

フィルタ８は減色フィルタであるので、その総合透過度はきわめて低く、一般に はわずか３０％〜４０％である。これはフィルタがスペクトラムの緑と青の部分 を吸収することにより白色光から赤色光を抽出し、緑色光および青色光を抽出す るために同様な減色法を利用するためである。一般のパネル表示装置ではマトリ クス表示装置を透過する平行白色光は前面スクリーン１８により拡散される。こ の場合の問題は前面スクリーンに入射する周囲光が後方散乱を受け、色対比を低 下させることである。

これらの問題を解決するためにこの発明の原理を利用した新規な平板形表示装置 が第５（ａ）図に図示されている。この方式は、色光をマトリクス表示装置に対 して正確に位置決めしながらもパネル表示装置の透過度をおおいに改善して入力 白色光をもっと効率よく利用している。さらに、適当なる角度で光をマトリクス 表示素子へ導いている。例えば、偏光子かゲスト−ホスト（ｇｕｅｓｔ−ｈｏｓ ｔ）分子を使用するかのいずれかにより光変調を行う透過形液晶マトリクス表示 装置は所望の性能を得るために通常の入射を中心とする制限された円錐状の入射 光を持つ。現在の表示装置はこの要件を満たすことができる。

この用途においては上述したように繰返しの赤、緑および青のホログラフィ−レ ンズ２０から成るレンズアッセンブリが設けられる。レンズは個々の液晶マトリ クスセル２２のアレイと位置合せされている。セルは一般に１乃至２０ミル四方 であり、レンズから透明のガラススペーサ２３によって約１０乃至１５０ミルだ け離隔されている。セルは赤を含む情報が−列すなわちセルのストライプとして 設置され、緑を含んだ情報は隣のストライプに、青を含んだ情報は他の隣接のス トライプに設置され、このパターンが何度も繰返される。

視聴者側にレンズを置かずに３０インチ離れた所がら見ると、プロジェクタから の白色光Ｗは視野レンズ（図示せず）により平行になされ、レンズ２０に通常の ように入射される。

レンズ２０は好ましくは３乃至６０ミル幅の透過ホログラムである。３つのホロ グラム面は、回折ビームの形状を同じにするために相互に１０ミルだけずれてい る。ホログラム間の他の位置合せ条件も可能であるが、１乃至２ｏミルずれた位 置合せが望ましい。約１ミルの値は一般には投射式表示に適しており、約１０ミ ルは一般に平板形表示に適している。

さらに、第２図に示したようなこれらのホログラムで示される高回折効率は入射 光線と回折光線との間の角度ががなり大きい（１０度にもなるとき）ときに重ク ロム酸塩処理のゼラチン膜に対して可能であるにすぎない。入射角に対して１０ 度以下で回折するホログラムの部分については回折効率はかなり低下し、入射光 のかなりの部分が通過してしまう。

ホログラムの小レンズはおのおの回折角が非常に小さい中央部を有しており、こ のため入射光のかなりの部分がホログラムを通過する。しかしながら、低い回折 領域がターゲットの幅よりすこしも広くない限りホログラフィ−フィルタは白色 光を効率的に赤、緑および青に分離するはずである。例えば、第５ａ図に示すよ うに白色光が赤のホログラムに入射するとする。各ホログラムの低効率領域がホ ログラムレンズ幅の１／３すなわちターゲット幅に等しいとすると、赤のホログ ラムの外側２７３に入射する白色光の赤の部分は赤のターゲットに効率良く回折 され、一方白色光の青と緑の部分は通過する。赤のホログラムの中央１／３では 白色光はほとんど妨げられずに通過する。しかしながら、白色光の青と緑の部分 は後続の青と緑のホログラムによりそれぞれ適切なターゲットに回折される。赤 のホログラムを通過した白色光の赤の部分は青と緑のホログラムを通過して赤の ターゲットに達する。

同様に、青と緑の光のかなりの部分も低効率領域が十分に狭くありさえすれば適 切なターゲットに達する。低効率領域が５度以下のベンド角に対するとすると、 ホログラムのｆストップは１．８７より小さくなければならない。ｆストップは レンズと表示部との間の距離のレンズ径に対する比である。

一方、他の理由のためｆストップを比較的大きくするほうが有利である。１の理 由はホログラムレンズの回折特性が回折光線の出口角の関数として変化すること である。レンズがマトリクス表示部に接近して配置される低ｆストツブシステ。

ムにおいては、回折光線の出口角はレンズの一方の側から他方にかけてかなり変 化し、レンズの動作特性も同様である。

このためレンズの全ての点を最適に機能させることは困難であろう。この結果効 率や色対比が低下する。他の理由はホログラフィ−レンズから狭いマトリクス表 示ストライプに合焦する光線がマトリクスセルの反対側で広がって発散ビームに なることである。飛行機の操縦室の場合のように射出ひとみが小さく非常に局在 化されている用途については、低ｆストップシステムの各マトリクス表示セルか ら出る扇形の光線は不必要に広くなって表示輝度を低下させることになろう。さ らに、はとんどの透過形液晶表示装置は画像ビームが通常からかなりそれると画 像のコントラストを失う。したがってマトリクス表示部に入射するビームはあま りに低いｆストップを持つべきでない。一方、もしレンズがマトリクス表示表面 からあまりにも隔たっている場合にはレンズにより回折された光線をマトリクス 表示部に正確に位置決めすることは困難となろう。

ｆストップを適切に調整した場合赤、緑および青を多くの表示用途に受け入れら れる程度に分離することができる。しかしながら、色フィルタは完全に効率の良 いものではないので、フィルタによって回折されず誤ったターゲットストライプ を照明する光により色純度が多少低下することになろう。

高い色純度が必要な場合には、第６図に示されたこの発明の他の実施例がこの要 求を満たすことができる。この実施例では色フィルタを通常のように入射するの ではなく軸がら離れた角度からそれを照明する平行な白色光を受けるよう構成す るとともに色フィルタとマトリクス表示部との間に一列の吸収ルーバ（ｌｏｕｖ ｅｒ）を配置する。この構成ではホログラム層がら回折される光だけがターゲッ トストライプに到達することができる。ルーバ２４はセルの各組の端から後方へ 延びて少量の回折されていない１次光を阻止する。さもないと１次光は誤った画 素素子に向かいコントラストや色純度を低下させる。しかしながら、ホログラム により回折された光はルーバを通り抜けてターゲットに至る。

光学繊維の面板２５をマトリクス表示セル２２の前面に積層することができる。

３種類のホログラフィ−レンズアレイのいずれを使用しても各マトリクスストラ イプから出る扇形の光線は実際にはわずかづつ色が異なる光線のありまりである 。面板がないと表示部の一点を見ている視聴者は射出瞳を横切って移動するとき に小さいが目立つ色の変化を観察することになろう。たとえすりガラスのスクリ ーンか別の高利得の従来のスクリーンをマトリクス表示部の前面に置いたとして も光線の方向性は射出瞳にかなりの色変化を引き起こすほど十分に維持されるこ とになろう。円筒のホログラフィ−レンズを使用した場合各画素素子を出る光線 は見るのに適していない平面的な扇形の光線となって出ていく。しかしながら、 光が光学繊維面板の個々の光学繊維に入り通過するときに光線はその配向を回転 させる効果を有するコア／クラドインターフェースから何度も内部反射を受ける 。出射光線の配向は入射光線の配向の複雑で鋭敏な関数であるので実際にはほと んどランダムである。光学繊維に入った配向が異なる多色の光線の束は混色した 円対称の充円錐として出ていく。各繊維の表面はほとんど拡散スクリーンにおけ る散乱点のように作用する。したがって面板は入射光を混色するだけでなくスク リーン面を形成している。

面板２５はその繊維がそれらの軸が入射光円錐の中央光線に平行となるように配 向されるように構成される。拡散出射円錐の立体角はホログラムシステムのｆス トップにより決められ、ｆストップが小さいほど円錐の立体角は大きくなる。

光学繊維面板を使用すると周囲光の後方散乱を非常に受け難くなるという利益が 得られる。３層のホログラフィ−レンズと光学繊維面板を使用する正味の結果と して、高い色純度と表示コントラストを有するフルカラーの高輝度表示が得られ る。

全表示システムが第５（ｂ）図に示されている。面板２５から出射する充円錐は 互いに平行であるので、面板の正面に集束レンズ２６を配置するのが通常望まし い。これは円錐を観察者２７に対する共通の射出瞳に合焦させる。

この発明が使用できる平板形表示装置に適した透明の画素電極アレイが第７図に 示されている。破線で示した画素電極３６ガラスパネル上に作られた薄膜のシリ コンアイランドから成る。図示したようにＦＥＴが望ましいトランジスタスイッ チ３８は金属線導体５８により適当なるゲート制御装置（図示せず）に接続され る。好ましい実施例では透明画素３６は一辺が２０ミルの正方形であり、トラン ジスタスイッチと配線を受け入れるため隣接画素との間には２ミルの間隔を有し ている。このためパネルは８１％までの可能透過効率を有する。

この発明の他の用途は液晶光弁（ＬＣＬＶ）にある。このような応用が第８図に 示されており、ファイバーオプティックスＣＲＴ６０が入力データ６２を受けこ れに応答してラスク走査出力をＬＣＬＶ６４に与えている。ＬＣＬＶ出力はキセ ノンランプと集光レンズ６８の影響の下で偏光ビーム分割特表平２−５００９３ ７　（８） 器６６によりＬＣＬＶ出力の所望の部分が表示のために投射レンズ７０上に導か れるように処理される。ＣＲＴからの電子ビームをＬＣＬＶのアドレス指定に使 用することが、ＤｕａｎＲａｖｅｎによる“電子ビームによってアドレス指定さ れる液晶光弁”　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｂｅａｍ　Ａｄｄｒｅｓｓｅｄ　Ｌｉｑ ｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ　ＬｉｇｈｔＶａ　ｌ　ｖｅ）と題する論文、Ｐｒｏｃ ｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ’　ｔｈｅ　ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＤｉｓｐｌａｙ 　Ｃｏｎｆ’ｅｒｅｎｃｅ、　７２−７４頁（１９８２）に述べられている。

そのようなシステムに対するこの発明の応用が第９図に示されている。この応用 ではホログラフィ−円筒レンズアレイかホログラフィ−蝿眼レンズアレイのいず れかを使用できる。

ＣＲＴはｅ−ビーム発生器７２とラスタビーム中のｅ−ビームを偏光するスキャ ナ７４を具備する。ＬＣＬＶは上述したような３色ホログラフィ−レンズアッセ ンブリ７６、レンズアッセンブリを一方の面に取り付けた透明ガラスプレート７ ８、ガラスプレートの他方の面に取り付けられた透明導電電極８０、透明電極に 隣接する液晶セル８２および液晶セルの他の面上の広帯域の部分的に導電性のあ る誘電体かあるいは金属のマトリクス鏡８４から成る。画素駆動電極８６のアレ イが鏡８４のすぐ背後に配置されている。透明電極シート８０は接地電位でも良 い定電圧Ｖに維持されて画素電極に対する基準電位を与える。各画素電極はレン ズアッセンブリ７６の対応する色レンズと位置合わせさられている。第９図にお いて電極は色を示す文字により示されて赤、緑および青のレンズに対する対応性 を明確にしている。各画素電極の垂直方向の大きさはそれの対応するレンズのほ ぼ１７３であり、画素電極はレンズと同じ距離の間ページに及んでいる。

動作では、ｅビームが画素電極のアレイを走査され、同時に所望の信号パターン に従って変調される。画素電極の幾つかは入射するｅビームによりその変調パタ ーンにより決まるように活性化される。活性化された画素電極は基準透明電極シ ート８０に対する電圧差を確立して、画素電極に隣接する液晶をしてレンズアッ センブリからの偏光を鏡８４に向けたり鏡から離れるように導く。起動されない 画素電極近傍の液晶媒体はレンズアッセンブリからの偏光が２方向に移行するの を阻止するよう配向される。

ＬＣＬＶの赤、緑および青の３原色に制限された到来偏光に対する動作が第９図 の上部に図示されている。例えば、緑のホログラフィ−レンズ８８に入る緑色光 は録画素電極９０のすぐ前の鏡８４上に回折される。画素電極がｅビームにより 活性化されていれば、鏡から反射した光は液晶媒体８２を戻りレンズ８８により 平行になされて線出力ビームを生成する。同様に、到来する青と緑の光は青と緑 のレンズによりそれぞれの画素電極上に回折され、そしてもし電極が活性化され ていれば液晶媒体を通ってそれぞれのレンズへ戻されて平行出力光になる。ｅビ ームを適切に変調することによりどんな特定の電極をも完全に活性化し、完全に 不活性化し、または不完全に活性化することができ、その電極からの出力光はそ の活性化の程度を反映することになる。非常に効率の良い動作を行うことに加え てＬＣＬＶはまた、従来の色ストライブ法の場合のように色を分離するというよ りはむしろ各色を他の色の上に重ね合わせている。これはシステムの解像度を著 しく改善する。

第９図の下方には到来光が広いスペクトラムに及んでいる場合の状況が示されて いる。赤と青の画素電極だけの動作が示されており、緑の画素電極の動作は図面 を乱雑にするのを避けるために省略されている。到来光は中心波長に制限されて いるよりはむしろ各原色に関連した全帯域を実質的に占めるのでレンズ７６は各 帯域の端に近い波長を部分的にだけ合焦させる。レンズやシステムの大きさを適 当に選択するとこれにより各帯域内の回折光が対応する画素電極のほぼ全領域に 広がることになる。この場合にも活性化された画素電極のすぐ前面の鏡に入射す る光は反射され、液晶セルを通り、レンズに戻って平行な出力光ビームになされ る。

装置がｅビームではなく制御ビームに応答するＬＣＬＶの他の構成が第１０図に 示されている。このタイプの光弁は例えば、本出願人に譲渡されたＴｅｒＩＳｙ 　Ｂｅａｒｄに対する米国特許第３．８２４．００２号に記述されている。この 装置は、透明ガラス板９４の一面に取り付けられた上述したようなホログラフィ −レンズアッセンブリ９２（ホログラフィ−円筒レンズアレイかホログラフィ− 蝿眼レンズアレイのいずれでも良い）、ガラス板の他の面に取り付けられた透明 導電電極シート９６、電極シートに隣接する石英膜１００に入れられた液晶光変 調セル９８、液晶セルに隣接する広帯域の誘電体かあるいは金属のマトリクス鏡 １０２、鏡に隣接する光陰止層１０４、および光陰止層に隣接し外側のガラス基 板１１０に蒸着された透明画素電極アレイ１０８を有する光伝導体層１０６から 成る。電圧源１１２が電極アレイ１０８と電極シート９６との間に電位差を与え る。或いは電極シート０８は機能的に画素領域に分割されている連続電極シート としても良い。

到来する制御光ビーム１１４の空間強度パターンが弁の空間反射特性を制御する 。制御ビームが無い場合には画素電極１０８と電極シート９６との間の電圧は主 として光伝導体層１０６にかかる。光伝導体層１０６は光が無いときには絶縁体 として作用する。制御光が特定の画素電極に印加されると透明電極を透過して光 伝導体層の隣接する部分に至り、その部分を導通させる。従って画素電極と電極 シートとの間の電圧降下が主として活性化された画素電極と整列している液晶セ ル９８の部分に伝達される。これは液晶媒体のその部分で偏光した投射光１１６ を両方向に伝達させるのに対し、鏡１０２で反射した光の伝達は不活性の画素電 極と整列した部分で阻止される。従って、画素電極１０８は鏡１０２上の投映画 素と見なすことができ、鏡の画素部からの反射光の伝達は対応する画素電極１０ ８の活性化あるいは不活性化に依存する。実効画素領域のこの投影は第１０図に 投影線１１８により示されている。

第１０図の光制御ＬＣＬＶは第９図のｅビーム制御ＬＣＬＶと同様な高効率およ び解像度を示す。第１０図のＬＣＬＶは反射形装置として示されているが、鏡１ ０２と先駆止層１０４を取除くことにより透過形装置としても実施できる。

ホログラフィ−レンズ自体の構成を第１１ａ図および第１１ｂ図を参照して説明 する。第１１ａ図に示した最も簡単な構成は３つのホログラム全てを透明基板１ ２２上の単一のゼラチン膜層１２０に、透明カバープレート１２４が膜層の他の 面を投影している状態で、露出させることができる場合に得られよう。しかしな がら、単一のゼラチン層は３つの効率の良い透過ホログラムを支えるほど十分な インデックス変調におけるダイナミックレンジを持っていないかもしれない。

これはレンズアッセンブリを３つのホログラムが全て同一面にないように構成す ることにより解決できる。例えば、それぞれの色帯域用の３つの別々のホログラ ム膜１２５を３つの別々の透明基板１２６上に形成し、そして得られるホログラ ム板を第１１ｂ図に示すように積層すれば良いだろう。もし２つのホログラムを 単一の膜層に支えることができれば、３つのレンズ全てに対する本質的に単一面 レンズアッセンブリを形成することが可能である。これは１つの基板１２８に単 一の色膜を形成し、第２の基板１３０に二重の色膜を形成し、そして２つのホロ グラム板を２つのホログラム膜を内側にして重ね合わせることにより達成される 。

ホログラフィ−拡散レンズアレイの作り方について説明する。ホログラフィ−円 筒レンズアレイとホログラフィ−蝿眼レンズアレイの製造方法は全く類似してい る。たった１つのホログラム、例えば緑のホログラムを製造する場合を説明する 。適切に位置合わせをして３つのホログラムを作る技術はその後で説明する。

オンアクシス（ｏｎ−ａｘｉｓ）ホログラムのための円筒ホログラフィ−レンズ を露光するための１ステツププロセスが第１２図に示されている。ホログラムを 形成する標準技術が使用され、色毎に繰り返される。最初の色（赤、緑または青 ）を得るために、その色のビームを発生するレーザ１２８がビーム拡大器１３０ に向けられている。拡大ビームはコリメータレンズ１３２により平行になされ、 ガラスかあるいは清浄なプラスチック板１３４上に導かれる。板１３４の他の面 には一連の半円筒レンズが設けられ、入射ビームを合焦して一連の交差線１３８ を形成する。ホログラフィ−レンズはゼラチン膜１４０に形成され、この膜はレ ンズ１３６から見てビーム交差点の反対側の透明板１４２に担持されている。板 １４２は連続するレンズ１３６がゼラチン膜１４０上に隣接する像ストライプ１ ４４となって結像される。同じレーザ１２８からの参照波１４６が別の路（図示 せず）を経てゼラチン膜１４０上にビーム分割器１４１により導かれる。ホログ ラムを形成する通常の方法でレンズ３６からの物体波と参照波１４６の周期像が ゼラチン膜に干渉パターンを生成する。

最初の色がホログラフィ−的にゼラチン膜上に結像されると第２の色に対応する 別のレーザがレーザ１２８と置き換えられる。板１３．４と板１４２のいずれか が他に対して垂直に移動され、第２の色のホログラフィ−像ストライプが第１の 色の像ストライブの幅の１／３だけ垂直にずれてゼラチン上に形成される。第３ の色のビームを作るレーザが次に第２のレーザと置換され、板１３４と板１４２ のうちのいずれかが再度垂直方向に移動され、第３の色ストライブが第２の色ス トライプからストライプ幅の１７３だけずらされる。ゼラチン１４０はそれから 現像、乾燥されて上述したように部分的に重なり合うレンズストライプを有する ３色ホログラフィ−レンズが作られる。

ホログラフィ−レンズを製造する他の方法が第１３図と第１４図に示されている 。緑ホログラムを製造する方法の第１ステツプはストライプ状のマスクパターン を作ることである。

ストライプ状パターンはコンピュータコードで指定され、自動的にゲルバー（Ｇ ｅｒｂｅｒ）プロッターに描かれ、ストライプ状マスクパターンを有する焦点板 （レチクル）に光縮小される。

ストライプは透明ストライプにより分離された黒のストライプの繰返しパターン から成る。上述のこの発明に対する応用と一致させれば各パターンは３０ミルの 幅となろう。色分散は各ホログラムから回折する扇形の光線を作り出すので、透 明ストライプは１０ミル幅よりやや小さめにすべきであるが、はとんど光が焦点 板を透過できないほど狭くあってはならない。

第１３図は製造の第２ステツプ、中間ホログラムの露光に対する段取りを示して いる。アルゴンレーザに適した５１４．５ｎｍの波長のレーザ光１６６の平行ビ ームがすりガラスのスクリーン１６８により拡散され、ストライプ状マスクレチ クル１７０を透過し、平とつ球面レンズ１７２により銀ハライド膜板１７４上に 合焦される。レンズ１７２の焦点距離と膜板１７４の径は完成したホログラムで 所望のｆストップが得られるよう選ばられる。膜面において合焦した像ビーム（ 物体波と呼ばれる）と平行参照波１７６との間の干渉が膜にホログラム記録を作 り出す。

最終のホログラム露光の段取りが第１４図に示される。

この段取りでは部分的に露光された銀ノ１ライドホログラム１７４は第１３図の 最初の段取りで持っていたのと同じ関係を平とつレンズ１７２に対して持ってい る。第１３図の平行ビーム１７６と正反対の方向の平行参照波１７８が銀ハライ ドホログラムに照射され、ホログラムにより平とつレンズ１７２に向けて回折さ れる。レンズ１７２の平らな下面にはレチクルの像が合焦される。この合焦はス トライプレチクル１７０をレンズ１７２の平面に配置し、その向きをレチクル像 が完全に透過するまで調整することにより検証できる。ついで、レチクル１０を １０ミル横に移すとそれを透過する像光がほとんど消えるはずである。このよう にしてレチクル像の正しい合焦と間隔が検証できる。

他の検証技術は平らなレンズ面の下に配置された銀ハライド膜板１５０上にレチ クル像を露光させ、そして現像された銀ハライド板を顕微鏡で観察して記録され た像の大きさを正確に測定することである。レンズ１７２の平らな面と重クロム 酸塩処理のゼラチン膜面との間にはギャップ１５２があるが、これは合焦したレ チクル像の隣接するストライプから出る扇形の光線を膜面でまさに互いに接触さ せるほど大きい。

ホログラム上の回折縞は、１０ミルの大きさのアパーチュアの大きさがレーザ波 長、５１４．５ｎｍよりはるかに大きいので無視できるはずである。球面参照波 １５０が平とつレンズ１７２により平行になされ膜面１５０で拡散物体波と干渉 してホログラム記録を作り出す。ホログラムの回折角特性と回折効率対波長特性 は露光ビームの寸法と波長により、露光エネルギーレベルにより、そして膜層の 厚さにより決まる。これらのパラメータは所望のホログラム特性を達成するよう に調整できる。

緑のホログラムをアルゴンレーザの５１４．５ｎｍ線を使用して露光した場合に は、青のホログラムはアルゴンレーザの青の４８８ｎｍ線を使用して同様に露光 できる。アルゴンレーザの４８８ｎｍ線の出力は５１４．５ｎｍ線程強くはない が、重クロム酸塩処理のゼラチン膜１５０は５１４．５ｎｍ光より４８８ｎｍ光 に強く感じる。この２つの効果は互いに相殺し合う。従って、緑と青の露光は露 光の間でレーザを調整することにより同じアルゴンレーザを使用して行うことが できる。青の露光を行うためには別の中間銀ハライドスクリーンを記録する必要 がある。

ストライプ状のレチクルの間隔が正確に正しいことを検証することはデリケート で時間がかかる仕事なので、緑と青の露光については別々の段取りで行うのが良 いかも知れない。こうして一旦ホログラム像の適切な位置合わせが行われてしま うと構成装置を取り替える必要性なしに段取りを固定したままにすることができ る。できれば青と緑の露光を同じ重クロム酸塩処理のゼラチン層に行うのが好ま しい。もし青と緑のホログラムを同じ膜板に露光する場合には青の露光を正確に １０ミル緑の露光に対して移動させて行うことが重要ある。

赤のホログラムの露光は異なるやり形で行うべきである。

その１つの理由は重クロム酸塩処理のゼラチン（Ｄ　ＣＧ）膜が赤色光に感光し ないことである。色感光ＤＣＧ膜は赤に感光するが、使い方の難しさや貯蔵寿命 が短いことが使用を思いとどまらせる。赤色光に感光する銀ノ１ライドホログラ フィー膜が利用可能であるが、そのゼラチン層は余りに薄くて高感度の赤ホログ ラムを支えることができない。さらにアルゴンレーザは目立つような赤色出力を 持たず、それで８３２．８ｎｍの出力を有するヘリウム−ネオンのような他のレ ーザが必要となろう。

赤ホログラムを露光する一つの手段はＤＭＰ−１２８の名称で知られるポラロイ ドコーポレーションにより製造されている赤感光光重合体を使用することである 。この膜はＤＣＧ程のダイナミックレンジを提供しないが、十分に高効率の赤透 過ホログラムが製造できる。赤ホログラムを露光するためには、青と緑のホログ ラムの段取りの場合のように別の銀ノλライド中間ホログラムを製造すべきであ る。

上述した赤のホログラム製造法に代る方法によれば５１４．５ｎｍのアルゴンレ ーザ光の中でＤＣＧ膜にホログラムが露光できる。第１４図の物体波と参照波と の間の角度を減少させると膜の縞１間隔が増大し、これは次に最大効率で回折す る波長を増大させる。従って、適切に設計すると赤のホログラムが５１４．５ｎ ｍのアルゴン光を使用して先行歪ませされた段取りの中で露光できる。青と緑の 露光の段取りと同様に、別の銀ハライド中間ホログラムを生成する必要があり、 そしてレチクル像を注意深く位置合わせすべきである。露光波長と最大の再生効 率を与える波長との間には大きな差があるので最終のホログラム再生システムの ｆストップは歪みの問題を最少にするためにできるだけ大きくすべきである。

最終の工程は赤のホログラムを青／緑のホログラムと積層すること、あるいは、 必要であれば、３つのｂ別々の赤、緑および青のホログラムを相互に積層するこ とである。いずれの場合も３つの像を適切に位置合わせしなければならない。

これはホログラム板が位置合わせピンに対して正確に位置合わせされ、１０ミル の移動が板間で行われる積層器具を用いて行うことができる。接着線は適切な位 置合わせを行うために非常に細くかつ制御できるようにすべきである。

赤、緑および青のホログラムの製作は次のように要約できよう。

１）ストライプ状のレチクルとフルカラーの再生用レチクルを製作すること。

２）３つの中間の銀ハライドホログラムを製作すること。

３）３つの別々の最終露光システムを組み立て正確に位置合わせすること。

４）赤、緑および青の最終ホログラムを露光すること。

５）精密な位置合せをしながらホログラムを積層すること。

露光技術が大量生産に容易に応用できることがこの発明の利点である。上のステ ップ４）は赤、緑および青のホログラムマスクを生成することができ、このマス クを使用して密着焼付は法によりレプリカを速やかに生成することができる。

この発明の様々な実施例を図示し、かつ記述したが多くの変形変更が当業者に見 出だされることを理解すべきである。

従って、この発明は添付の請求の範囲によってのみ限定されるべきである。

＝−−４Ａ＋＋ｌｌ＋＋＝−＆ｌ−ｐｍＴ／ＩＩＱ　ＲＦＩ／ｎフ５７８―、７ Ａ噛−Ｎ＆　ＰＣＴ／ＵＳ　Ｅｌｌ１１０２５７８国際調査報告

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の異なる波長帯域成分を有する入力電磁放射の選択された要素を表示す る高効率カラー表示装置であり、入力放射ビームの所定の波長帯域成分にそれぞ れ対応する複数の隣接するターゲット領域を具備する領域ターゲットアレイと、 ターゲットアレイから離隔し、入力放射ビームを受けるようになされ、ターゲッ トアレイの各ターゲット領域につきターゲット領域と光学的に位置合せされたレ ンズ手段を有し、各レンズ手段はそれの対応するターゲット領域の波長帯域内の 入力放射を該領域上に照射し、波長帯域外の放射を普通に透過させるようになさ れた領域レンズアッセンブリとを具備しており、 複数の波長帯域に対するレンズ手段は、波長帯域成分のおのおのに対する少なく とも１つのレンズ手段が入力放射の経路にレンズアッセンブリの領域を実質的に 横切るようにレンズアッセンブリに配列されることを特徴とするカラー表示装置 。
2. ２．各レンズ手段が他の波長帯域成分のそれぞれに対するレンズ手段に部分的に オーバラップする請求の範囲第１項記載のカラー表示装置。
3. ３．放射ビームはｎ個の波長帯域成分を有し、各ターゲット領域の面積がほぼＡ であり、そして各レンズ手段の面積がほぼｎＡである請求の範囲２項記載のカラ ー表示装置。
4. ４．波長帯域成分は赤、緑および青の光放射に中心を置かれている請求の範囲３ 項記載のカラー表示装置。
5. ５．レンズ手段がホログラフィーレンズから成る請求の範囲２項記載のカラー表 示装置。
6. ６．各波長帯域用のレンズ手段が波長帯域の中心近くの放射に対してピークレス ポンスを、波長帯域の中心からずれた放射に対して徐々に低下するレスポンスを 有しており、これにより入力放射がその波長帯域の中心に対するそれの波長に従 って各ターゲット領域に分布される請求の範囲１項記載のカラー表示装置。
7. ７．領域ターゲットアレイが透過形光変調セルのアレイとレンズアッセンブリか ら見てセルの反対側に配置されてセルを透過した光を混合する光学繊維面板を具 備する請求の範囲１項記載のカラー表示装置。
8. ８．領域ターゲットアレイがさらに光学繊維面板上に位置付けられ、面板から出 た光を受信し、集束させる集束レンズを具備する請求の範囲７項記載のカラー表 示装置。
9. ９．レンズアッセンブリを透過した漏洩光がターゲットアレイの不適当な場所に 到達するのを阻止するために領域ターゲットアレイからレンズアッセンブリに向 けて延在する複数の離間したルーバをさらに具備する請求の範囲１項記載のカラ ー表示装置。
10. １０．白色光を複数の不連続の波長に中心を置く成分波長帯域に空間的に分離す るレンズ構造であり、おのおのが不連続波長のそれぞれの周囲の放射波長帯域に 応答する複数の領域ホログラフィーレンズと、光透過形基板手段とを具備し、各 波長帯域に対するホログラフィーレンズは基板手段上に配置され、不連続波長の 全組の連続するレンズに対する増分オフセットの合計がオフセット方向の各レン ズの大きさにほぼ等しくなるように他の波長帯域に対するレンズからオフセット していることを特徴とするレンズ構造。
11. １１．白色光を赤、緑および青の波長に中心を置く成分波長帯域に空間的に分離 するレンズ構造であり、各レンズアレイが複数の側方ホログラフィーレンズを具 備し、３つのレンズアレイがそれぞれ赤、緑および青に中心を置く放射波長帯域 に応答し、各アレイのレンズが他のアレイそれぞれのレンズからレンズの大きさ のほぼ１／３だけ側方にオフセットしている第１、第２および第３のホログラフ ィーレンズアレイと、 レンズを載せるための透明基板手段とを具備することを特徴とするレンズ構造。
12. １２．緑のレンズが他のレンズの波長帯域とオーバラップする波長帯域に応答す る請求の範囲１１項記載のレンズ構造。
13. １３．赤、緑および青のレンズが共通の基板上に形成される請求の範囲１１項記 載のレンズ構造。
14. １４．赤、緑および青のレンズアレイがそれぞれ個々の基板上に形成され、そし て基板／レンズアッセンブリが積層される請求の範囲１１項記載のレンズ構造。
15. １５．赤のレンズアレイが１の基板上に形成され、青と緑のレンズアレイが第２ の基板上に形成され、そして基板／レンズアッセンブリが積層される請求の範囲 １１項記載のレンズ構造。
16. １６．複数の波長帯域から成る入力光ビームのためのカラー表示用光弁であり、 画素のアレイと、 画素の所望パターンに電気制御信号を印加するための手段と、 画素アレイから離間し入力光ビームを受信するようになされた領域レンズアッセ ンブリ、このレンズアッセンブリは画素毎に該画素と光学的に位置合わせされた レンズ手段を有し、各レンズ手段はそれぞれの波長帯域内の入力光をそれの対応 する画素により制御される領域上に少なくとも部分的に合焦させ、該波長帯域外 の入力光を普通に透過させるようになされており、複数の波長帯域に対するレン ズ手段は波長帯域成分のおのおのに対する少なくとも１つのレンズ手段が入力光 ビームの経路を横切るほとんど全ての場所に設けられるようにレンズアッセンブ リに配列されている、と、画素アレイとレンズアッセンブリとの間に設けられ、 画素に印加される制御信号の空間パターンに応答して波長帯域内の入力光の透過 を制御する光変調媒体とを具備し、これにより入力ビームから画素に印加される 制御信号に応答して排除された光だけを実質的に排除した出力が入力光ビームか ら与えられることを特徴とするカラー表示用光弁。
17. １７．各波長帯域用のレンズ手段が波長帯域の中心近くの放射に対してピークレ スポンスを、波長帯域の中心からずれた放射に対して徐々に低下するレスポンス を有しており、これにより入力放射がその波長帯域の中心に対するそれの波長に 従って各画素に分布される請求の範囲１６項記載のカラー表示用光弁。
18. １８．波長帯域の数はｎであり、各レンズの面積はそれの対応する画素の面積の ｎ倍であり、各レンズ手段は隣接するレンズ手段とレンズアッセンブリの面積が 画素アレイの面積とほぼ等しくなるようにオーバラップする請求の範囲１６項記 載のカラー表示用光弁。
19. １９．レンズ手段がホログラフィーレンズから成る請求の範囲１８項記載のカラ ー表示用光弁。
20. ２０．光変調媒体が液晶媒体から成り、画素の所望パターンに電気制御信号を印 加する手段が形状寸法が画素アレイとほとんど同じである透明電極のアレイと、 入射光の強さとともに変化する空間電気伝導性を有し、電極アレイを画素アレイ と電気的に結合する光伝導体層と、電極アレイと液晶媒体との間に電位差を確立 する手段とを具備しており、これにより液晶媒体の空間光変調が光伝導体層上の 入射光のパターンにしたがって変化する、液晶光弁として実施される請求の範囲 １９項記載のカラー表示用光弁。
21. ２１．光阻止層が光伝導体層の液晶側に配置され、鏡層が光阻止層と液晶媒体と の間に液晶に面するように配置され、画素が鏡層上に透明電極に対応する画素領 域を具備し、反射形装置として実施される請求の範囲２０項記載の液晶光弁。
22. ２２．光伝導体層が液晶媒体と実質的に直接結合され、透過形装置として実施さ れる請求の範囲２０項記載の液晶光弁。
23. ２３．光変調媒体が液晶媒体から成り、画素の所望パターンに電気制御信号を印 加する手段が形状寸法が画素アレイとほとんど同じである透明電極のアレイと、 電極アレイをｅビームで走査する手段と、一面に電極アレイが取り付けられ、液 晶媒体に面する反射面を有する鏡層とを具備し、画素アレイが鏡層の反射面に画 素領域を具備する請求の範囲１９項記載のカラー表示用光弁。
24. ２４．複数の異なる波長帯域成分を有する入力光ビームの選択された要素を表示 するカラー表示パネルであり、波長帯域に相当する画素のアレイに分割された光 学表示パネルと、 表示パネルから離間し、入力光ビームを受信するようになされたホログラフィー レンズアッセンブリ、このレンズアッセンブリは、波長帯域毎に、波長帯域内の 光をそれぞれの画素に少なくとも部分的に合焦させ、波長帯域外の光を普通に透 過させるようになされた複数の隣接するホログラフィーレンズを具備し、異なる 波長帯域に対するホログラフィーレンズはレンズアレイのほとんど全ての場所を 透過する光が異なる波長帯域のそれぞれに対するレンズに遭遇するように互いに オフセットし部分的にオーバラップしている、とを具備しており、これにより入 力光ビームのほとんど全ての光がそれの構成波長帯域で表示パネルに表示される ことを特徴とするカラー表示パネル。
25. ２５．入力光ビームがｎ個の波長帯域成分を有し、各画素の面積がほぼＡであり 、各レンズの面積がほぼｎＡであり、各レンズと隣接するレンズとの間のオーバ ラップの面積がほぼ（ｎ−１）Ａである請求の範囲２４項記載のカラー表示パネ ル。
26. ２６．波長帯域がそれぞれ赤、緑および青に中心を置いている請求の範囲２４項 記載のカラー表示パネル。
27. ２７．複数の異なる波長帯域成分を有する電磁放射の入力ビームを表示するため の方法であり、 ビームの各空間部を個数が成分波長帯域に等しい一連のレンズを介して導くこと を含み、各レンズはその波長帯域内の放射をその波長帯域に対する空間的に不連 続のターゲット領域上に少なくとも部分的に合焦させ、その帯域外の放射を普通 に透過させるようになされていることを特徴とする方法。
28. ２８．複数の隣接するレンズが各波長帯域に対して設けられており、各レンズが 他の波長帯域におのおのに対する少なくとも１個のレンズとオーバラップする請 求の範囲２７項記載の方法。
29. ２９．入力放射がｎ個の波長帯域成分を有し、各ターゲット領域の面積がほぼＡ であり、各レンズの面積がほぼｎＡであり、各レンズと隣接するレンズとの間の オーバラップの面積がほぼ（ｎ−１）Ａである請求の範囲２４項記載の方法。
30. ３０．レンズがホログラフィーレンズである請求の範囲２８項記載の方法。
31. ３１．波長帯域成分がそれぞれ赤、緑および青の光放射に中心を置いている請求 の範囲３０項記載の方法。
32. ３２．レンズが波長帯域の中心に近い放射をそれぞれのターゲット領域上に実質 的に合焦させ、その波長帯域の中心からずれたその波長帯域内の放射に対して合 焦の程度を減じるようになされている請求の範囲２７項記載の方法。