JPH09503078A - ホログラフィー投影スクリーン及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 感光材料で製造された少なくとも一つの層（１）を含み、該材料内で少なくとも一つのインデックス格子が光学的な対象波と光学的な記録波の干渉により記録されており、感光材料で作られた層の厚さが、ｎ_oが感光材料の平均的なインデックスであり；Λがインデックス格子の平均間隔であり；λが記録用の波長である；時、ｎ_oΛ²／２πλ以上であることを特徴とするホログラフィー投影スクリーンを開示する。応用分野は、液晶プロジェクタを有した大規模なスクリーンの投影及び後方投影である。

Description

【発明の詳細な説明】 ホログラフィー投影スクリーン及びその製造法 本発明はホログラフィー投影スクリーン及びその製造法に関する。 投影システムは適当な光学部品により拡大されスクリーンの上に投影される小 さな放射画像からなる。該放射画像は一般に平行光源により照射された活性また は不活性伝播エレメントである。 投影がいわゆる前方投影の時、観察者はスクリーンに対しプロジェクトと同じ 側におり、該スクリーンは観察者に向かい画像を反射する。 プロジェクタが観察者に対しスクリーンの後方を照射する時、これは後方投影 スクリーンである。 プロジェクタから来る画像の明るさが少なければ、スクリーンにより放射され た光の大部分が観察者の目に到達するようにスクリーンの方向を変え利得を得る ことが望ましい。 更に、前方投影スクリーンの場合、プロジェクタを投影スクリーンに対し中心 ではなく、側面又は上又は下に置くことができることが利便性の上で有利である 。このタイプのプロジェクタを操作することは通常投影システムの光学軸に対し 放射画像を中心からそらすことにより得られる。 しかし、スクリーンにより散乱される光が観察者に到達するようにするため、 この場合利得を有するスクリー ンが反射された中央の光線方向に対し軸外に輝度インディカトリックスを有する ことが必要である。図１に示すように、入射ビーム１（投射ビーム）は従来の方 法でスクリーンＳＣにより方向Ｆ２に沿って反射されている。該入射ビームが観 察者に到達するようにするため、該入射ビームがローブ方向Ｆ３に沿って向けら れることが必要である。 原理的に幾何学的な反射法則をはずれるスクリーンは従来の構造で製造するこ とができない。しかし、従来の光学部品により、伝播時にこれらの“軸外”に利 得を有する散乱機能を生ずるスクリーンを製造する方法が知られている。これら のスクリーンの構造はフレネルレンズタイプの複雑な構造である。したがって、 標準的な前方投影システムでは非常に利得が小さいか（映画館で使用）、又はラ ンベルト（Ｌａｍｂｅｒｔ）タイプかのいずれかのスクリーンが使用されている 。 更に、投影画像のコントラストが低いことは、周囲の照明が増加すると、前方 投影装置の大きな欠点であることとして注意する必要がある。これは、光源に拘 りなく入射光の大部分を再度散乱する白色表面タイプのスクリーンの性質に非常 に関係がある。 “後方投影”タイプの装置は一般に好ましく、該装置の散乱スクリーンは画像 のコントラストを同じ周囲の照明に対し増加させる“ブラックマトリクス”を有 している。 従来の技術の状態を示すため、本発明は種々の投影装置を記載した次の文献を 引用している： １９８８年２月、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｃｏｎｓｕｍｅ ｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．１，１００−１１０に記載 のＭ．ＫＡＷＡＳＨＩＭＡ他による“Ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ ＨＤＴＶ”。 本発明の主題はホログラフィー法により製造された、より詳細には前方投影に 適合したスクリーンであり、図２に示す種々の所要の特徴を与えることができる 。 観察者の目に到達する光の量は、次のものによっている： −スクリーンにより観察者の方向に投影され、反射される画像から来る中央の光 線の方向； −中央の光線の回りに散乱する光のローブ。 所要の主な特徴は次のとおりである： −スクリーンの各点において、投影方向から観察者の目標に入る中央の光線の再 指向（例えば水平方向）：軸外しの操作。スクリーンの上に入射する角度の大き さのオーダーは図２に示してある。該オーダーはスクリーンの一方の端から他方 の端において変化する； −中央の光線の回りの光の散乱； −スクリーンの利得：垂直より水平方向において幅が広く、典型的には垂直方向 においては±１５°であるが、 水平方向においては応用分野により±３０°から±４５°である異方性散乱ロー ブ； −色シフトのない赤、緑及び青の三原色に対する該機能の製造； −コントラストをより得るため観察者に向かい周囲の光の散乱を最小にする。 本発明は、感光材料で製造された少なくとも一つの層を含むホログラフィー投 影スクリーンに関しており、該感光材料内には少なくとも一つのインデックス格 子が光学的な対象波と光学的な記録波の干渉により記録されており、該感光材料 で作られた層の厚さが、 ｎ_oが感光材料の平均インデックスであり； Λがインデックス格子の平均間隔であり； λが記録用の波長である； 時、ｎ_oΛ²／２πλ以上であることを特徴としている。 本発明は更にホログラフィースクリーンを製造する方法に関しており、次のこ とを特徴としている： −感光材料の少なくとも一つの層が製造されており、少なくとも一つの層になっ たインデックス格子が対象波と記録波の干渉により記録され、 ｎ_oが感光材料の平均インデックスであり； Λがインデックス格子の平均間隔であり； λが記録用波長である、 時、該層の厚さがｎ_oΛ²／２πλ以上である、 −層になったインデックス格子は層の平面の入射の一番目の角度を形成する対象 波と、層の平面の入射の二番目の角度を形成する記録波の助けにより層を照射し て記録している。 本発明の種々の対象及び特徴は次の添付の図を参照に例として与えた以下の記 載により明らかになる： −図１及び図２は本発明に必要な投影システムの説明図であり； −図３ａと図３ｂは本発明による前方投影スクリーンの実施態様の例であり； −図４ａと図４ｂは本発明による後方投影スクリーンの実施態様の例であり； 図５は本発明によるホログラフィー装置の小型の実施態様の例である。 本発明によるスクリーンは投影される画像から来る光線により照射され、散乱 された波を選択された中央の光線内に回拆させ、更に選択されたローブを有する 回拆位相構造体であり、これにより軸外しの利得と散乱の二つの機能が確実に行 われる。 このスクリーンには全体として進む可能性があり光線的に作られるが、機械的 に点対点としては作られないホログラムが含まれている。 このホログラムは、該ホログラムを記録させる感光層を含む（図３ａ，図３ｂ 、図４ａ，図４ｂに示している）ホログラフィー板１内に記録されている。この 感光層 は次の関係を満たす厚さｄを有する特徴を有している。 ２πλｄ／ｎ_oΛ²＞＝１ ここに：λは記録波長、 ｄは感光層の厚さ、 ｎ_oは感光媒体の平均インデックス、 Λは記録された格子の平均の間隔。 以下の記載から判るように、このような感光層によりスクリーンは規定の入射 角度を形成する波Ｗ_rで記録した後に得られ、前記スクリーンは事実上同じ角度 で入射光のみを反射し、それ故周囲の光に感度を有しない。記録された格子は所 謂ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）スペクトル角度選択特性と記録波長で高回拆効率を有 している。図３ａに関連し、本発明に基づき三つ組の色の三原色の波長の一つに 対する狭い波長範囲で動作する前方投影スクリーンを製造する方法について記載 する。 図３ａに示すように、ホログラフィー板の面１１をθ度の入射角で光波Ｗ_rで 照射する光源Ｌが配置されている。光散乱格子２はホログラフィー板の面１１に 平行に置かれている。選択的に格子２は画面１１に触れている、即ち事実上面１ １に触れている。散乱格子は照射波Ｗ_pを受け、散乱された波Ｗ_oを板１に再伝達 する。照射対象波Ｗ_pは面１１に直角、即ち事実上直角な平面波である。 最初に、ホログラムは対象波Ｗ_oと参照波Ｗ_rの間で干渉を記録することを思い 出されたい。ホログラムは一 旦大きくなると、前記ホログラムが参照波により照射されているならば対象波を 再現する。ホログラムの感光材料の空間周波数応答（Λ−１）は回拆されたビー ムの散乱ビームを調整することにより得られる。それ故、散乱格子及びそれ故該 格子の散乱ローブの特徴を感光材料の応答と組み合わせ読み出し時にホログラム の散乱ローブを調整することが可能である。 図３ａに示すように、記録時に対象波Ｗ_oは水平軸に沿って伝播する平面波Ｗ_p により照射された散乱器２から来る波により構成されている。この波Ｗ_oは図２ の波Ｗ_sにできるだけ近づけることが必要であり、観察者に送られることが望ま れる。ホログラフィー板は散乱器に平行に置かれている。最適な参照又は記録波 は図２の波Ｗ_iと同じ角度特性を有してホログラフィー板１に到着する波である 。 ホログラフィー板１には、光ポリマータイプ、即ち屈折指標が変形した形で、 Ｗ_oとＷ_rの二つの波の間の干渉のパターンの強度を記録する重クロム酸塩ゼラチ ンで作られた感光媒体を含んでいる（位相ホログラム）。 板１の中に記録されたインデックス格子は破線１２で表している。 図３ｂは記録に適した図３ａのスクリーンを使用することを示している。ホロ グラムを記録した後、面１１は光吸収層６により覆われている。 スクリーンの面１０は図３ａの光源Ｌと同じ波長の光 源Ｌ’により放射され、（図３ａのように）面１０に対し入射角θを形成する読 み出し波Ｗ_iにより照射されている。 板１内に記録されたインデックス格子を反射するため、板１はビームＷ_iを反 射し、観察者４に向かい、対象波Ｗ_oと同様に散乱ビームを伝える。角度θで、 面１０の上に入射しない光は層１を通過し、吸収層６に達し、該吸収層で吸収さ れる。 光源Ｌ’とスクリーン１の間に、例えば画像を表す空間光強度変調器５を置く ことにより、該画像はスクリーン１の上に表示される。 （反射状態又は伝送状態で動作する回拆の）１００％回拆機能効率が参照波Ｗ_r と同じ方向及び同じ波長を有する読み出し波Ｗ_iに対して得られる場合がある（ ブラッグ状態）。更に変調指数Δηが０．０４から０．０７の値に対し、ホログ ラムは大きな角度とスペクトル帯域幅を有している。 例えば指数偏差が０．０５の前述の場合、ホログラムが記録波長に対し±３０ ｎｍのスペクトル幅の波で再度読み出されるならば、ほぼ８０％の回拆効率とな る。このスペクトル幅は投影に対し一般に使用される白色光源から来る原色に対 し典型的な値である。同様に±３°の角度幅を有する波では、６０ｎｍのスペク トル幅に加え、７０％の回拆効率が得られる。それ故、所定の原色のスペクトル の全ての幅を容易に回拆することが可能であ る。 他方、ブラッグ入射の上に中心があり、角度の帯域幅の外にある入射によりス クリーンの上に到着する周囲光は、観察者に向かったスクリーンによっては回拆 されない。該周囲光は層１により伝えられ、次に層６により吸収され、更に投影 された画像のコントラストが強調される。これによりホログラフィースクリーン に対し他の利点が構成される。 図４は後方投影により動作するスクリーンの記録法を示している。 スクリーンの感光層１は前述と同じ特徴を有している（ｄ≫ｎ_oΛ²／２πλ） 。ブラッグ格子の記録は参照波Ｗ_rと対象波Ｗ_oとの干渉により前述のように行わ れる。これら２つの波は感光層１１の同じ面１１を照射する。層になった格子１ ２はこのように記録される。 図４ｂに示すように、読み出すため、傾斜内及び波長内で波Ｗ_rに事実上等し い読み出し波Ｗ_iは外面１１を照射する。層になった格子１２はこのビームを回 拆し、観察者４に向かい波Ｗ_sを伝える。光源Ｌ’と面１１の間に置かれた空間 光強度変調器５、即ち透過的な画像により変調器５内に含まれる画像は後方投影 により表示される。 両方の投影の場合（図３ｂと図４ｂ）、記録波長に対し１００％の回拆効率を 得ることができる。所謂“読み出し”波Ｗ_iの全てのエネルギーは選択された散 乱ロー ブのある水平軸の中に向け直される。 これらの状態は例えば次のように構成できる： λ＝０．５３５ｎｍ 平均Λ＝０．２；０．４μｍ ｎ_o＝１．５ ｄ＝８μｍ 本発明は次の利点を有している： −高い光効率：非常に薄い散乱スクリーンは殆ど光を吸収しない。ブラッグ効率 を利用することにより、投影される画像の角度及び空間の広がりを考慮して、方 向の調整及び散乱の機能はほぼ８０％の効率で行われる。 −非常に高い画像コントラスト：ブラッグの選択性により周囲への照射の反射が 制限される。 −簡単な技術：ホログラムが一方向に進みながら記録され、機械的な加工が必要 でない。これは直径方向に光線の方向を調整するため数百ミクロンの機械加工さ れたフレネルマイクロレンズを伝播時に使用している現在のスクリーンの場合と 異なる。 −“マスター”が形成された時のコンポーネントの光学的複製。 −従来のスクリーンにおける散乱器の粒子の大きさに関係した解像力に損失がな い。 前述の例は記録波と共に動作する。それ故、投影は単色画である。本発明は更 に三色画のスクリーンの製造にも適用できる。 一番目の実施態様によれば、投影スクリーンには可視光線の全てのスペクトル にわたり感光性がある材料で作られた層が含まれている。感光性の層の厚さは、 ｎ_oΛ²／２πλ_mより大きく、λ_mは感光層に感光性がある波長のスペクトルの平 均波長である。該スクリーンを製造するため、三つの単色機能は同じ感光層の中 に記録されている。各単色機能は前述のように光学的な波の助けにより記録され ており、該波の波長は原色（赤、緑又は青）の波長に対応しており、その方向に より感光性の層の平面と入射角θを形成している。三つの単色機能の記録は同じ 入射角θで、しかも同じ散乱格子２で同時に又は分離して行われる。 前に記載したように、このようなスクリーン上への投影は同じ入射角θでスク リーンに向かう三色源により行われる。 二番目の実施態様によれば、該スクリーンには感光材料で作られた少なくとも 二つの層が含まれている。該層のそれぞれは特別な原色（赤、緑又は青）の波長 に感度があり、他の原色に対し透過的である。 図５によれば、三つの層１Ｇ，１Ｒ，１Ｂは重ね合わされている。これらは、 例えば透過支持体８の上に形成されている。次に、層１Ｇ，１Ｒ，１Ｂの中にホ ログラムを記録させた後、光吸収層６は観察者には見えないスクリーンの面に加 えられている（前方投影スクリーンを製造する場合）。 本発明の方法により、スクリーンの上の各点から非対称な散乱ローブを得るこ とができる。 通常、観察者はスクリーンに対し水平面内に広がっており、又はその回りを動 く。 回拆されたスクリーンを読み出す時、垂直方向より水平方向により大きな散乱 ローブを有する散乱器を再現するため、記録の間使用される“対象”散乱器（散 乱用の格子２）がこの性質を有することが十分である：散乱ローブの非対称性が ホログラムを記録する間スクリーン内に形成される。幾つかの散乱ローブを有す るスクリーンを有したい時これが適用される。 非対称な散乱用の格子は対称な散乱器に関係した円筒形のマイクロレンズの一 個又は複数の配列からなる。断面が円形ではなく楕円形であり、その長軸が水平 にある波で散乱用の格子２を照射することも可能である。散乱された波は光源に 対し対称性を有する。 非対称即ちマルチローブ散乱特性を有するホログラフィー散乱器も商業的に存 在している。 更に、参照波は波Ｗ_iには厳密には無条件に等しくなく、この場合Ｗ_iにより照 射されたスクリーンの効率は最適なものではないことが指摘できる。 更に、散乱器を照射する波はいかなる波とすることもできることを指摘できる 。再現する時必要である平均散乱の方向のみに左右される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レユロー ジャン−クロード フランス国，92402 クールブボワ セデ, ボワト ポスタル 329（番地なし） ト ムソン―セーエスエフ エスセーペイ内 (72)発明者 ロワソー ブリジット フランス国，92402 クールブボワ セデ, ボワト ポスタル 329（番地なし） ト ムソン―セーエスエフ エスセーペイ内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．感光材料で製造された少なくとも１つの層（１）を含み、該材料内で少なく とも１つのインデックス格子が光学的な対象波と光学的な記録波の干渉により記 録されており、感光材料で作られた層の厚さが、 ｎ_oが感光材料の平均的なインデックスであり； Λがインデックス格子の平均間隔であり； λが記録用の波長である； 時、ｎ_oΛ²／２πλ以上であることを特徴としているホログラフィー投影スクリ ーン。 ２．前方投影スクリーンを構成するため記録されていることを特徴とする請求項 １に記載のスクリーン。 ３．後方投影スクリーンを構成するため記録されていることを特徴とする請求項 １に記載のスクリーン。 ４．観察者には見えない感光層（１）の後方の面の上に、光吸収材料で作られた 層（６）を含むことを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。 ５．堆積された層（１Ｇ，１Ｂ，１Ｒ）を含み、それぞれの層が記録用の波長に 感度があることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。 ６．三つの層（１Ｇ，１Ｂ，１Ｒ）を含み、それぞれの層が原色の波長に感度が あることを特徴とする請求項５に記載のスクリーン。 ７．感光層（１）が三原色の波長からなる波長の範囲で感度があり、λが該波長 の範囲の平均波長であることを 特徴とする請求項１に記載のスクリーン。 ８．少なくとも１つの層になったインデックス格子が記録波と対象波の干渉によ り記録されるように、感光材料の少なくとも１つの層（１）が製造されており、 該層の厚さが、 ｎ_oが感光材料の平均的なインデックスであり； Λがインデックス格子の平均間隔であり； λが記録用の波長である； 時、ｎ_oΛ²／２πλ以上であり、 層になったインデックス格子が層（１）の平面との一番目の入射角を形成する 対象波と、層（１）の平面との二番目の入射角を形成する記録波の助けにより該 層（１）を照射して記録している、 ことを特徴とするホログラフィーの製造法。 ９．一番目の入射角により、スクリーンを使用している間観察者がいる方向が定 められ、二番目の入射角により、画像投影器のビームが定められる方向に沿って 方向が定められていることを特徴とする請求項８に記載の方法。 １０．感光材料で作られた層（１）が観察者により見られるようにされた一番目 の層の面（１０）と、該一番目の面に向かい合った二番目の面（１１）を有して おり、前方投影スクリーンを形成するため対象波が該二番目の面を照射し、記録 波が該一番目の面を照射していることを特徴としている請求項８に記載の方法。 １１．感光材料で作られた層（１）が観察者により見られるようにされた一番目 の面（１０）と、該一番目の面に向かい合った二番目の面（１１）を有しており 、後方投影スクリーンを形成するため対象波と記録波が同時に二番目の面を照射 していることを特徴としている請求項８に記載の方法。 １２．所定の波長に対しそれぞれが活性化された材料の堆積された幾つかの層（ １Ｇ，１Ｒ，１Ｂ）が形成され、層になった格子が前記所定の波長を有した波の 助けにより各層の中で記録されていることを特徴とする請求項８に記載の方法。 １３．可視スペクトルの三原色の波長の１つに対し活性化された三つの層（１Ｇ ，１Ｒ，１Ｂ）の堆積が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の方法 。 １４．感光材料で形成された層（１）が可視スペクトルの三原色の波長に感度の ある材料で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の方法。 １５．種々の波長の助けにより、記録が同時に又は連続して作られていることを 特徴とする請求項１２から１４のいずれか１つに記載の方法。 １６．感光材料で作られた層（１）が観察者により見られるようにされた一番目 の面（１０）と、該一番目の面に向かい合った二番目の面（１１）を有しており 、該二番目の面が可視光線を吸収する材料で覆われていることを特徴とする請求 項８に記載の方法。