JPH0570152B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 観察者の目に入射する光学エネルギは、ホログ
ラフイツク光学素子技術を用いて形成された回折
光学検分スクリーンにより観察口を遮閉すること
によつて制御される。このようなスクリーンは、
繊維光学フエースプレートと組合わされ、上記光
学エネルギの内、回折光学拡散スクリーンによつ
て回折されなかつた部分を排除する。同様に、こ
のような拡散スクリーンによつて分離された色
は、繊維光学フエースプレートによつて再び組合
わされる。

（技術的背景） ホログラフイツク光学素子は、種々の光学的目
的を達成するために種々の方法で作られている。
検分スクリーンとしてホログラフイツク光学素子
を用いたものが知られている。例えば、応用光学
のデトリツチ．メヤホフアーによる論説、第12
巻、第９，1973年９月９日、ページ2180〜2184の
“ホログラフイツクおよび干渉検分スクリーン”
に開示されている。また、同様の文献がアメリカ
の物理学雑誌37：748およびアメリカの光学雑誌
60：1635に開示されている。

観察者により観察される表示器の能力は、像の
明るさ、コントラスト、解像度により制限され
る。従来のすりガラススクリーンによれば、スク
リーンの特定部分における像の明るさは、観察者
の位置によつて変化する。観察者の位置から観察
口の特定の点を見た場合、スクリーンは全域に渡
つて違つた明るさとなる。光の分散は観察口内に
おける観察者の位置によつて変化する。スクリー
ン上におけるこの種の光の分散は、スクリーンの
全ての部分を観察することを困難にするととも
に、スクリーンから正確に情報を得ることを困難
にする。そのため、多くの場合、均一な明るさの
スクリーン、つまり光の分散が制御されたスクリ
ーンが望ましい。また、表示スクリーンからの光
の大部分が通る観察口を規定できることが望まし
い。

このような制御は、正確に構成されたホログラ
フイツク光学部材を用いることによつて達成され
る。このホログラフイツク光学部材は、ケネスシ
ー．ジヨンソンによつて出願された特許出願“方
向性拡散スクリーン”出願番号270159，1981年６
月３日出願、特許番号4372639に開示されており、
全体の説明はこの文献と併合して行う。

観察口が光源から延びる直ぐな線上に位置して
いる場合、回折することなくホログラフツイク光
学部材を通過する光（ゼローオーダ光と言う）は
観察口においても観察可能であり、拡散スクリー
ンの能力を低下させるように作用する。拡散スク
リーンは理論上、入射光を100％まで回折するこ
とができるが、実際の装置および実験結果から、
入射光の主な部分はホログラフイツク光学部材に
よつて回折および拡散されず、その結果ゼローオ
ーダ光の問題を緩和する手段を備えていない場
合、ホログラフイツク光学素子拡散スクリーンは
ゼローオーダ光の問題を生じるということが伴明
している。上述したケネスシー．ジヨンソンの発
明において、ホログラフイツク光学素子拡散スク
リーンは、ゼローオーダ光束から離間して位置し
た観察口を有している。そのため、この観察口は
望ましくない直接照射の問題を生じないが、ゼロ
ーオーダ光は観察者が位置した部分を照射して周
囲の光度を増加させ、多くの場合、検分の質を低
下させる。また、このことは、このゼローオーダ
領域から拡散スクリーンを観察する観察者にとつ
て視覚上の障害を生じさせる。

類似の解析に影響し易い関連した問題は、多色
表示器に見い出すことができる。多色表示器（ケ
ネスシー．ジヨンソンの発明に開示されているよ
うなホログラフイツク光学素子拡散スクリーンに
よつて観察した場合）は、周知の回折の法則に従
い、ホログラフイツク光学素子内において異なる
角度の異なる色を回折する。このことは、異なる
色用の各々の観察口内に生じる。２種類の原色が
用いられている場合、これらの色は２つの観察口
が重なつている場所でのみ見ることができる。そ
して、このことは、使用上において制限を与え
る。

（発明の概要） この発明の理解を深めるため、概略的形式で説
明する。この発明によれば、回折光学拡散スクリ
ーンは伝導ホログラフイツク光学素子拡散スクリ
ーンを角度付けされた繊維光学フエースプレート
と共に組合せて用いている。そのため、ゼローオ
ーダ光は繊維光学フエースプレート内で吸収さ
れ、また、多色光は観察口における観察を向上さ
せるため方向が変えられる。

したがつて、この発明の目的および利点は、ゼ
ローオーダ光を削除してこの光を観察口および観
察者の領域の両方から分離し、それにより周囲の
照射を減少させて検分能力を向上させる回折光学
拡散スクリーンを提供することにある。また、他
の目的および利点は、多色光の別々に回折された
色を変向し、各色用の観察口が実質的に重り合う
回折光学拡散スクリーンを提供することにある。
更に他の目的および利点は、方向付けされた繊維
光学フエースプレートと組合わされた伝導ホログ
ラフイツク光学素子拡散スクリーンから成る単一
構造の回折光学拡散スクリーンを提供することに
ある。

この発明の他の目的および利点は明細書の以下
の部分、請求の範囲および図面を参照することに
より明らかに成る。

（実施例） 第１図は光学システム１０を示しており、この
システムにおいて、点光源１２は伝導ホログラフ
イツク光学素子拡散スクリーン１６を通して光ビ
ーム１４を出射する。第１図ないし第４図の実施
例において、ビーム１４は単色、つまり狭い帯域
のビームであり、横変調、つまり時間的変調の形
で情報を搬送する。拡散スクリーン１６は、光学
ガラスのような支持台２０上に載置されたゼラチ
ン膜１８から形成されている。拡散スクリーン１
６の露光および現像の方法は第２図を用いて説明
する。伝導ホログラフイツク光学素子拡散スクリ
ーン１６は、光ビーム１４の回折を生じる回折要
素をその内部に有しているため、光ビーム１４は
拡散され観察口２２に渡つて広がる。光ビーム１
４はこの観察口２２から観察者２４によつて観察
される。光ビーム１４のほとんどは拡散スクリー
ン１６によつて拡散され観察口２２内へ向けられ
る。しかしながら、光ビームの一部は拡散スクリ
ーン１６によつて回折されず、直すぐに通過して
回折されないゼローオーダビーム２６と成る。こ
のビーム２６は大きなゼローオーダ口２８から見
ることができる。このようなゼローオーダ光は観
察口２２の周囲を照射してコントラストを減少さ
せ、その結果拡散スクリーンの能力を低下させ
る。理論上、拡散スクリーンは入射する光を100
％まで回折することができるが、実際の装置およ
び実験結果では、入射光の主な部分は回折されず
ゼローオーダ光と成るとともに、ゼローオーダ光
が他の方法で調節されなければゼローオーダ口２
８から見えてしまう。

第２図は方向性を有する拡散スクリーン１６を
作るための１つの方法を示している。点光源３０
および３２は、収束したコヒーレント単色光を出
射する。これらの光源３０，３２は、それぞれ図
示のように方向付けされた同一の光源であること
が望ましい。まず、ホログラフイツク感応板３８
が露光され、次に現像されて方向性を有する拡散
スクリーン１６と成る。ホログラフイツク感応板
３８は、従来のホログラフイツク記録媒体でもよ
く、かつ従来の技術で現像されてもよい。アイ．
ジエー．コーランドおよびアンドレグラウドによ
つて1980年４月４日に出願された米国特許出願第
137343号には、特定の実施例が一層詳細に説明さ
れている。この出願には、ホログラフイツク感応
板の化学的特性、露光、現像について詳しく述べ
られている。この発明の説明全体を通して、上記
出願は参考文献として使用される。適当な露光を
行うために、ホログラフイツク感応板内の複数の
干渉波面は潜像を生じさせ、この潜像は現像され
て反射率および／あるいは吸収率に微少な内部変
化を生じさせる。点光源３０はホログラフイツク
感応板３８を照射し、光源（光源１２のような）
からの入射光の方向をホログラフイツク感応板内
に再現する。この光源は、その後、現像された拡
散スクリーン１６を照射する。点光源３０からホ
ログラフイツク感応板３８に出射される光ビーム
の中央光線３４は、第１図において拡散スクリー
ン１６に出射される光ビームの中央光線１５に対
応している。

点光源３２は、一般的特性の拡散スクリーン４
０を照射する。例えば、この拡散スクリーン４０
は、すりガラスでもよい。このすりガラスが均一
に形成されている場合、すりガラスは均一に照射
されるスクリーンと成る。他の照射分布状態を必
要とする場合、その分布状態は、拡散スクリーン
４０の横方向照射密度を制御することによつて得
られる。照射された拡散スクリーン４０の像は、
鏡４２により画像平面４４に向つて収束される。
この画像平面４４は第１図における観察口２２に
対応している。鏡４２は、点光源３２からの光ビ
ームをホログラフイツク感応板３８の領域に結像
する。拡散スクリーン４０の中央から出射した中
央光線４６は鏡４２上で反射する。反射光線４８
はホログラフイツク感応板３８の中央に結像する
とともに、画像平面４４に向つて方向付けられ
る。そして、拡散スクリーン４０および点光源３
０からの照射は、ホログラフイツク感応板３８内
に潜像を生じさせる。次に、ホログラフイツク感
応板３８は現像されて方向性を有する拡散スクリ
ーン１６と成る。拡散スクリーン１６が単色光源
１２によつて照射されると、観察口２２で見える
像はすりガラスからなる拡散スクリーン４０にお
ける像と一致する。この実施例において、拡散ス
クリーン４０の照度は均一であるため、観察口２
２の照度も全域に渡つて均一と成る。必要であれ
ば、拡散スクリーン４０を均一な拡散照度にしな
くてもよく、この場合、観察口２２における照度
のエネルギ分布と一致する他のエネルギ分散をも
つて拡散スクリーン４０が照射される。

上記構成により、伝導ホログラフイツク光学素
子拡散スクリーン１６から出射する光のエネルギ
エンベロープは、このエネルギエンベロープの各
ベクトルが所望の方法で観察口２２に向つて方向
付けされるように制御される。そのため、方向性
を有する拡散スクリーン１６は、観察口２２に向
う所望の照射から外れるエネルギがほとんどない
という特性を有している。更に、中央光線２５を
含むゼローオーダビームの領域２６から観察口２
２が完全に離間するように、中央光線１７は中央
光線１５から所定角度成す方向へ向けられる。し
たがつて、観察者２４は、その位置から直接ゼロ
ーオーダビームを見ることはない。

この発明によれば、伝導ホログラフイツク光学
素子拡散スクリーン１６を通過したゼローオーダ
光は、繊維光学フエースプレート内で排除され
る。繊維光学フエースプレート４８（第３図参
照）は、互いに接着された多数の非常に細かい光
学繊維の積層体を斜めに切り出して成る平板から
形成されている。第３図に示すように、光学繊維
５０，５２，５４，５６を含む多数の光学繊維
は、セメント６０によつて固められている。実際
には、これらの光学繊維は、細長い積層体に固め
られ、この積層体から平板を斜めに切り出すこと
により繊維光学フエースプレート４８を形成して
いる。各光学繊維に入射する光が光学繊維の中心
線に対してわずかに傾斜している場合、その光は
光学繊維のコアークラツデイング界面でくり返し
内部反射することにより、光学繊維内を通つて伝
わる。また、大きな角度で入射する光は、部分的
に光学繊維の界面を通過し、部分的に反射した光
線はすぐに消滅する。光学繊維内における多数回
の反射は、光学繊維の軸の回りで光を旋回させ、
繊維光学フエースプレート４８から出射する円錘
形拡散光の角度を大きくする。

第３図において、中央光線１５の内、拡散スク
リーン１６内で回折されない部分は、ゼローオー
ダ光の中央光線２５として継続する。この中央光
線１５は光学繊維の軸に対して角度が大きすぎて
光学繊維５４内で全反射せず、光学繊維５４のク
ラツデイング側壁を通過するとともに、繊維光学
フエースプレート４８の右側へ出射することなく
光学繊維間の光吸収物質、つまり、セメント６０
内で吸収される。したがつて、ゼローオーダ光は
繊維光学フエースプレート４８内で吸収される。
中央光線１５によつて表わされた入力信号の内、
拡散スクリーン１６内で回折された部分は、この
スクリーン内で拡散される。この部分は、繊維光
学フエースプレート４８内の光学繊維の界面に対
してその入射角が充分小さく、全反射され繊維光
学フエースプレート４８の出力側の外方へ向けら
れる（光学繊維の中心線上に位置した中央光線１
７を参照）。実際に、その出力は、総合円錘角が
2θの拡散光円錘であり、この円錘角2θは入力拡散
光円錘の最も離れた端縁が繊維光学フエースプレ
ート４８内の光学繊維の中心線と成す角度θの２
倍に等しい。この作用効果は、観察口２２の照度
を均一にする上で助けとなる。入力拡散光円錘の
中央光線を光学繊維の中心線と平行にすることに
より、入力拡散光円錘の方向および角度幅は、出
力拡散光円錘と同一になる。

第４図はこの発明の回折光学拡散スクリーンを
備えた表示装置７０を示している。表示装置７０
は、支持体、保護容器および光遮断カバーとして
作用するハウジング７２を備えている。ハウジン
グ７２内には光源としてのランプ７４が配設され
ベース７６上に載置されている。フアン７８はラ
ンプ７４およびベース７６全体に冷却空気を送風
する。ランプ７４から出射された光は、上方へ反
射され、集束レンズ８０によつて集束される。上
方への光路内には、先細形状の一対のグレーのフ
イルタデイスク８２，８４が設けられている。フ
エイルタデイスク８２，８４は、それぞれ軸８
６，８８上に取り付けられており、異なる濃度の
部分を上記光路内へ回動させる。２つの軸８６，
８８はベルト８９によつて互いに連結されてお
り、フイルタデイスク８２，８４は一体的に回動
する。これらのフイルタデイスクは共に、先細に
形成されているとともに補色であり、かつ互いに
反対方向へ回動するため、フイルタ濃度は光学領
域全体に渡つて均一と成つている。そして、フイ
ルタデイスク８６，８８の回転により、フイルタ
デイスク総合濃度が変化する。フイルタデイスク
の濃度は、制御ノブ９０によつて外部から調整す
ることができる。レンズハウジング９２内のレン
ズは、ランプ７４の光を鏡９４上に収束し、この
鏡はその光を反射してレンズハウジング９６内の
レンズに通し、液晶表示器９８へ導く。

液晶表示器９８は、この表示器からの反射が鏡
のように反射するか、あるいは表示器の通電に応
じて拡散するように構成されている。情報は、選
択的な通電によつて液晶表示器９８に与えられ
る。このようにして、情報は光ビームに伝えられ
る。液晶表示器９８上の像は、レンズハウジング
９６内のレンズによつて集光され、鏡９４に隣接
したピンホール１００を通過する。ピンホール１
００は、壁１０２に形成されており、この壁はハ
ウジング７２を２つの領域に完全に分離してい
る。ランプ７４、主なレンズ、および拡散出力を
有する液晶表示器９８は壁１０２の下方かつ左側
に設けられている。小径のピンホール１００は、
鏡のように反射された情報および非常に少量の拡
散光を通過させる。そのため、実質的に、鏡のよ
うに反射された光を含む情報のみがピンホール１
００を通つて出射される。壁１０２の右側には像
の光のみが存在し、拡散光は存在していない。伝
導ホログラフイツク光学素子拡散スクリーン１６
および繊維光学フエースプレート４８は、ハウジ
ング７２の右側に設けられている。この組合わせ
は、ゼローオーダ光排除効果を有するこの発明の
回折光学拡散スクリーンを形成していとともに、
観察口２２および観察者は第４図の右側に位置し
ている。

伝導ホログラフイツク光学素子拡散スクリーン
１６は、赤−緑画像源からの光を回折して観察口
２２に２色信号ビームを形成する。しかしなが
ら、２つの信号の光がそれぞれ異なる波長を有し
ている場合、各色は拡散スクリーン１６内で互い
に異なる量回折される。このことは第５図に示さ
れており、赤いビームの中央光線１０４および緑
のビームの中央光線１０６は拡散スクリーン１６
内で回折される。拡散スクリーン１６における２
つの色の回折量の違いは、赤の円錘１０８および
緑の円錘１１０によつて表わされている。これら
の円錘の回折角度は、共に、光学繊維５４の内部
全反射臨界角度内にあり、これらの光は光学繊維
内で全反射される。繊維光学フエースプレート４
８は、その中心軸の回りでこれら２つの光円錘１
０８，１１０を旋回させ、その結果、使用可能な
観察口２２の大きさを増大させる。第５図に示す
ように、赤い円錘の入力半円錘の角度θ１と緑の
円錘の入力半円錘の角度θ２とが等しい場合、上
記旋回により、繊維光学フエースプレート４８か
ら出射される出力円錘の総合角度は、光学繊維の
中心線１１２の両側の角度を合わせて2θと成る。
θ２がθ１よりも大きい場合、繊維光学フエース
プレート４８の出口における円錘の角度は2θ２と
成る。また、赤い円錘の角度θ１が緑の円錘の角
度θ２よりも大きい場合、繊維光学フエースプレ
ート４８の出口近傍における光円錘の角度は2θ１
と成る。したがつて、θ１とθ２とが等しくなる
ように入力円錘を繊維光学フエースプレート４８
に対して調節することにより、２つの円錘は出力
円錘１１４内で完全に重なり合わされる。その結
果、これら２つの色用の観察口は略同一と成る。
つまり、繊維光学フエースプレート４８内で２色
を旋回させることにより、２つの円錘は略同一の
角度で外方へ伝送され、同一の観察口内へ２色の
像を作り出す。

この発明は現在最も好ましくと思われる態様に
従つて説明したが、当業者の能力内でかつ発明的
機能の実施なしに、種々の変形、態様および実施
例が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は方向性を有する伝導ホログラフイツク
光学素子拡散スクリーンおよびこの拡散スクリー
ンに関連した主な光路を概略的に示す側面図、第
２図は第１図に示す拡散スクリーンの光学的構造
を概略的に示す光学図、第３図は角度付けされた
繊維光学フエースプレートと組合わされ、この発
明に係る回折光学拡散スクリーンを形成した伝導
ホログラフイツク光学素子拡散スクリーンの断面
図、第４図はこの発明の回折光学拡散スクリーン
を組み入れた表示装置の縦断面図、第５図はこの
発明の回折光学拡散スクリーンが別々に回折され
た２つの色像を一緒に導く方法を示す第３図に類
似した断面図である。 １６……伝導ホログラフイツク光学素子拡散ス
クリーン、２２……観察口、４８……繊維光学フ
エースプレート、５０，５２，５４，５６……光
学繊維。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ホログラフイツク光学素子１６を有する拡散
   スクリーンを備え、上記ホログラフイツク光学素
   子は、上記拡散スクリーンの表面に入射した観察
   される光ビームを受けるとともに、上記入射した
   光ビームからの光を拡散光束に回折するように構
   成され、各入射位置における上記拡散光束の光線
   方向は中心光線１７を中心とするほぼ円錐状に分
   布され、上記入射位置からの上記中心光線は上記
   拡散スクリーンの表面に対して上記入射光線と異
   なる角度をなしている回折光学拡散スクリーンに
   おいて、 繊維光学フエースプレート４８が上記ホログラ
   フイツク光学素子の観察側に設けられ、上記繊維
   光学フエースプレートは、互いにほぼ平行な複数
   の光学繊維５４を有し、上記繊維光学フエースプ
   レートは、上記光学繊維の軸が上記中心光線とほ
   ぼ平行に位置して光学繊維からの上記円錐状の拡
   散光束が観察口２２に向けられるように方向付け
   され、 上記ホログラフイツク光学素子は、入射した光
   ビーム中の回折されない光が上記光学繊維の壁面
   にこの壁面の臨界角よりも大きな角度で入射して
   吸収されるように、入射した光ビームを充分な角
   度に亘つて回折することを特徴とする回折光学拡
   散スクリーン。 ２ 上記ホログラフイツク光学素子は、透過型の
   ホログラフイツク光学素子であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の回折光学拡散ス
   クリーン。 ３ 上記ホログラフイツク光学素子に入射する入
   射光ビームは、上記ホログラフイツク光学素子内
   で別々に回折された複数色が上記繊維光学フエー
   スプレート内でほぼ混ざり合つて全ての色が上記
   観察口のほぼ全体を覆うように、１よりも多い数
   の色を含んでいるいることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の回折光学拡散スクリーン。