JPS59501481A - ゼロ−オ−ダ光排除用方向性拡散スクリ−ン - Google Patents

ゼロ−オ−ダ光排除用方向性拡散スクリ−ン

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JPS59501481A
JPS59501481A JP58502518A JP50251883A JPS59501481A JP S59501481 A JPS59501481 A JP S59501481A JP 58502518 A JP58502518 A JP 58502518A JP 50251883 A JP50251883 A JP 50251883A JP S59501481 A JPS59501481 A JP S59501481A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ゼローオーダ光排除用方同性拡散スクリーン観察者の目に入射する光学エネルギ は、ホログラフィッ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 によって観察口を遮閉することにより i制御することができる。ホログラフィ ック光学部材によって回折されない光が観察口おるいは観察口の周囲に多量に入 射することを防止するため、この光は拡散スクリーンシステム内の角度付けされ た繊維光学フェースプレート内で吸収される。
発明の技術的背景 ホログラフィック光学部材は、種々の光学的目的を達成するため種々の方法で作 られている。検分スクリーンとしてホログラフィック光学部材を用いたものが知 られている。例えば、応用光学のデトリツテメヤホフア−による論説、第12巻 、A9.1973年9月9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37二748i−よびアメリカの光学−誌60  二1635に開示されている。
観察者によって観察口から観視される場合、観察者によって検分される表示器の 能力は、像の明るさ、ガラススクリーンにおいて、スクリーンの特定部分におけ る像の明るさは、a察者の位置によって変化する。
観察者の位置から観察口の特定の点を見た場合、このようなスクリーンは全域に 技って不均一な明るさとなる0光の分散は観察口に対する観察者の位置によって 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、珂−な明るさのスクリーン、つまり光の公 式が制御されたスクリーンが望lれる0また、表示スクリーンからの元の大部分 が通る観察口全規定でさることが望ましい。
このような制御は、正確に構成されたホログラフインク部材を用いることによっ て達成される。このホログラフィック部材は、ケネスC,ジョンソンによって出 願された特許出願°°方向性拡散スクリーン”出願番号270,159.198 1年6月3日出願、特許番号4.372,639に開示されて2シ、全体の説明 はこの文献と併合して行わnている。
観察口が光源から延びる直すぐな線上に位置している場合、回折することなくホ ログラフィック光学部材を通過する光(ゼロ−オーダ光と言う)は出口において も観察することができ拡散スクリーンの舵力を低下させてしまう。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、入射光の王な部分はホログラフィック光学部材によって回折およ び拡散されないことが判明している。そのため、ゼロ−オーダ光の問題を緩和す る手段を備えていない場合、ホロダラフイック光学累子拡散スクリーンはぜロー オーダ光の問題を常に有することとなる。上述したケネスCジョンソンの発明に おいて、ホログラフィック光学素子拡散スクリーンは、ゼロ−オーダ光束から離 間して位置した出口を有している。そのため、この出口は上記望ましくない直接 照射の問題を有していないが、ゼロ−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。
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。この発明は方向性拡散ス クリーンに係るもので、この方向性拡散スクリーンは、光を観察口から離れた方 向へ向ける伝導ホログラムと、この伝導ホログラムによって回折されないゼロ− オーダ光を吸収する繊維光学フェースプレートと、像の光を上記観察口へ方向付 ける回折ホログラフィック光学素子拡散スクリーンとを組合わせて用いている。
したがって、この発明の目的および利点は、ゼローオーダ光′it−排除して観 察口2よび観察者の位置から離間させ、観察口全域に所望の強度の拡散光を供給 するとともに観察口@囲への照射を双少しで検分能力を改嵜することのできる回 折光学システムを提供することにるる。lだ、他の目的お工び利点は、観察口が 入射光ビームと直線状に位置しているとともにゼロ−オーダ光を吸収する方向性 拡散スクリーン7ステムに用いられるホログラフィック光学部材を提供すること にるる。この発明の更に他の目的および利点は、像情報を入射ビームに対して所 定角度方向付ける伝導ホログラムと、伝導ホログラムの近傍に位置し上記像光を 受けるとともにゼロ−オーダ光を吸収する1維光学フェースプレートと、繊維光 学フェースプレートの近傍に位置した回折光学拡散スクリーンとを有し、回折光 学拡散スクリーンは、この拡散スクリーンからのゼロ−オーダ光が拡散スクリー ンの支持体内における内部反射によって吸収された状態るるいはぜローオーダ光 が像の質を低下させないような周囲の部分に向けられた状態で、像光を所望の強 度でa集口方向へ向けることのできる方向性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 参照することによシ明らかに成る〇 図面の簡単な説明 第1図は方間性拡散スクリーンおよびこの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図はゼロ−オーダ光を排除した状態に2けるこの発明に係 る方向性拡散スクリーンのg路側面図、第3図は第3図に示すこの発明の方向性 拡散スクリーンシステムの一部ヲ孤大して示す断面図、第4図は、この発明の方 間性拡散スクリーンシステムを備えた狭示装置の縦断面図、 第5図は、この発明の方向性拡散スクリーンシステム内に含まれる伝導ホログラ ムの光学的講造を概略的に示す側面図、 第6図は、この発明の方向性拡散スクリーンシステムに用いられたホログラフィ ック光学素子方間性拡散スクリーンの光学的傳造を概略的に示す光学図でめる。
発明の詳細な説明 第1図は光学システム10を示しておシ、このシステムにおいて、点光源12は 伝導ホログラフィック光学部材16を通して中心光線15を有する光ビーム14 を出射する。この元ビーム14は、単色光、つlシ狭い帯域のビームでるること が望ましく、光学部材16の前に配設さ扛たコリメータレンズ号の種々の光学部 材に入射する。また、ビーム14は通常、横変調あるいは時間的変調の形で情@ 1(i7搬送する。ホログラフィック光学部材16は、二変色性ゼラチンのよう なホログラフィックフィルム18でメジ、光学ガラスのような支持台20上に配 設されている。ホログラフィック光学部材Z6の露光および現像方法は後に説明 する。ホログラフィック光学部材16は、ビームI4の回折を生じる回折要素を その内部に有しておシ、ビーム14は拡散され観察出口22に渡って広がる。ビ ーム14はこの観察出口22から観察者24によって観察される。ビーム14の 大部分はホログラフィック光学部材16によって拡散され出口22内へ向けられ る(中心光源17参照)。しかしながら、画像光の一部はホログラフィック光学 部材16によって回折されず、直すぐに通過して回折されないゼロ−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ロ28から見ることができ る。このようなぜ−一オーダ光は、出口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。実験データおよび実際 の考察によれば、像光の100%以下はホログラフィック光学部材16によって 回折され、出口22から観察できるが、像光の少量ではめるが重要な部分はゼロ −オーダ光と成シ、そのゼロ−オーダ光が他の方法で調節されない場合にはゼロ ーオーダロ28から見えてしまう。
ホログラフィック光学部材16を露光するための望lしい方法は、上述したケネ スC,ジョンソンの特許出願°′方向注孤敢スクリーン″に詳しく開示さnてい る。ケネスC,ジョンソンの出願によれば、ホログラフィック感応板が露光され て目に見えない像を形成し、続いて現像される。1.J、コーランドおよびアン ドレグラウドによって1980年4月4日に出願された米国特許出願A137, 343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 ラフィッ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、感応板肉の複数の干渉波面は目に見えない像を生じ、この像は現 像されて屈折率および/あるいは吸収率に微少な内部変化を生じさせる。
ホログラフィック感応板に照射してこの発明のシステムに用いられる伝導および 孤敢ホログラフィック光学部材を供給するための好ましい方法は、第5図および 第6図を参照して説明する。
第2図は、ゼローオーダ光排除特性を有するこの発明に係る方向性拡散スクリー ン/ステム30を示している。照光rAあるいは点光源に類似した光′#32は 、中心先組38を有する光ビーム36をシステムアッセンブリ34に照射する。
この光ビームは単色光つまシ狭い帯域のビームであることが望ましい。なお、ビ ーム36は、アッセンブリ34に到達する前に種々の光学部材を通過する。ビー ム36は、通常、横変調および時間的変調で光量に換算ちれた情報を搬送する。
システムアッセンブリ34は、ビーム36が観察口40を照射するようにビーム 36を所望の方法で処理する。
通常、観察口40はその全域に渡って均一な明るさを有しているが、ケネスC, ジョンソンの発明に開示されているように、必要でめれば、横方向の照明強度を 選択することができる。中心光rfM38に有するビーム36の主要部分が1f fld口40に向って方向付けられているにもかかわらず、中心光線44を有す るビーム42はゼロ−オーダ光を有することなくシステムアッセンブリ34から 観察口40へ向けられる。
第2図2よび第3図に示すように、システムアッセンブリ34は伝導ホログラフ ィック光学部材46と、繊維光学フェースプレート48と、回折ホログラフィッ ク光学部材50とを備えている。システムアッセンブリ34の詳細は第3図に示 されている。ユニット46゜48.50を連結して単一の光学アッセンブリとす るため、透明の接着剤が必、要と成る。この接着剤は、アッセンブリ34内の各 境界面間における反射を防止するため、通常ユニット46,48.50に指数合 せされている。アッセンブリ34は、伝導ボログラフィック光学部材46を有し ており、この光学部材46は、ホログラフィックフィルム54を支持した伝導性 支持体52を有している。ホログラフィックフィルム54は、非常に小さい回折 部材を含んでいる。支持体52は、光学ガラスのような硬い透明の支持体である 。伝導ホログラフィック光学部材56の好ましい露光方法は、第5図を参照して 祝明する。
第3図に示すように、アッセンブリ34の中火には繊維光学フェースプレート4 8が位置している。繊維光学フェースグレート48は、互いに接着された多数の 非常に細い光学繊維の積層体を斜めに切シ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56,5B’、60.62を含む多数の光学繊維 は、セメント64によって固められている。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が斜に切シ出され1維光学フェース グレート48を形成している。各繊維に入射する光が繊維の中心線に対してわず かに傾斜している場合、その光は繊維のコマ−クラツディング界面でくシ返し内 部反射することによha維内を通って伝わる。また、大きな角度で入射する光は 、部分的に繊維の界面を通過し、その結果、部分的に反射した元扉ヲ生じて直ぐ に消滅する。アッセンブリ34は、光線66が部材46によって光学繊維56の 軸と平行ろるいは略平行な方向に回折されるように設計されている。
この実施例において、入射中心光線38は伝導ホログラフィック光学部材46内 で約55°回折される。
光学繊維56,5B、60.62は、中心光線66のような、回折された元を受 けるように上記と同じ角度傾斜している。ホログラフィック光学部材46によっ て回折されなかったゼロ−オーダ光は、光線68によって表わされておシ、この ゼロ−オーダ光はフェースグレート48内の光学繊維間に位置した接着剤64に よって吸収される。角度が大きいため、光線68は繊維内でわずかに反射し、光 線の大部分は繊維の界面を通過して吸収接着剤64内に入射する。光線68の内 、繊維内で反射したわずかな部分は、繊維内で数回内部反射をくシ返した後消滅 する。
拡散ホログラフィック光学部材50は、ホログラフィックフィルム層72を支持 した支持体70を備え、フィルム層72は光に作用する小さな回折部材を含んで いる。支持体70は、光学ガラスのような透明体から成っている。ホログラフイ ンクフィルム72を露光して、光を回折する目に見えない現像可能な像を形成す るための好ましい方法は、第6図を用いて説明する。
伝導ホログラフィック光学部材46および拡散ホログラフィック光学部材50は 、光学的に正確に方向付けされた状態で繊維光学フェースプレート48の両側に それぞれ配置され、単一構造のシステムアッセンブリ34を形成している。ホロ グラフィック光学部材50はそのゼラチン層72内に回折手段を有し、中心光線 e61回折して中心光線44とする。ホログラフィック光学部材50は100チ の効率ではないため、光線66内の光の一部分は回折されずゼロ−オーダ光線7 6と成る。外面78に対する光線76の角度は、この外面の謳界角よりも太さい ため、光線76は支持本70内で全て反射され、4繊維元学フェースグレート内 で吸収される。したからで、非回折光は周囲の空間内へ人魚しない。なお、アッ センブリ34は、光線76が支持体50内で全て反射きれるように構成したが、 これに限定されるものではない。アッセンブリ34は、光線660角度が臨界角 よシも小さくなるように構成されていてもよく、この場合、光線66の一部は支 持体50を通過し、光線66が有害な影#を及ぼさない周囲の空間へ出射される 。光線3B、66.44およびこれらに対応したゼロ−オーダ光線68.76は 、光学システムに関係深い光線を示している。しだがって、アッセンブリ34は 中心光線44を入射中心光線38と平行に観察口40に回って方向付けるが、観 察口内へのゼロ−オーダ光の伝送は防止するということが解る。ま友、ろる光学 システムにおいては、中心光線44は入射中心光?fM3Bに対して所定角度傾 斜していてもよい。
なお、入射ビーム36は、単色光わるいは狭い帝域のビームでなくてもよい。光 学装置34に入射した広い帯域のビーム36は、狭い帯域の拡散光と凧り上述し た観察口4oに入射する。伝導ホログラフィック部材46に入射した光の内、狭 いスペクトル領域に位置した部分のみがフェースプレート48の光学繊維の軸と 平行な方向へ回折でれる。回折されないゼロ−オーダ光は、フェースプレートに よって吸収される。繊維光学フェースプレート48を通過し伝導ホログラフィッ ク素子拡散スクリーン5oに到達した狭い帯域の光は、上述した方法により部材 5oによって回折される。
第4図は、この発明の回折光学方向性拡散スクリーンを備えた表示装置8oを示 している。表示装置8゜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82内には光#84が配設されベー ス86上に載置されている。ファン88は光源およびベース全体に冷却空気を送 風する。ランプ84′から出射された光は、上方へ反射され、集光レンズ90に よって集束される。上方への光路内には、先細形状の一対のグレーのフィルタデ ィスク92.94が設けられている。フィルタ92゜94は、それぞれ軸96. 98上に取付けられておシ、異なる濃度の部分を上記光路内へ回動させる。2つ の軸96.98はベルト99によって互いに連結されておシ、フィルタディスク 92.94は一体的に回動する。これらのフィルタは共に、先細に形成されてい るとともに補色でsb、かつ互いに反対方向へ回動するため、フィルタ濃度は光 学領域全体に渡って均一と成っている。そして、ディスクの回転により、フィル タディスクの総合濃度が変化する。フィルタの濃度は、制御ノブ100によって 外部から調整することができる。レンズハウジング102内のレンズは、光源8 4の光を鏡104上に収束し、この鏡はそのビームを反射してレンズハウジング 106内のレンズに通し、液晶表示器108へ導く。
液晶表示器10&は、この表示器からの反射が硯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 よって液晶表示器1θ8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108上の像は、ハウジング106内のレンズによって集光 され、境Z 04に隣接して位置したピンホール110を通過する。ピンホール 110は、壁112に形成されておシ、この壁はハウジング82を2つの領域に 完全に分離している。光源、主なレンズ、および拡散出力を有する液晶表示器1 08は、壁112の下方かつ左側に設けられている。小径のピンホール110は 、硯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110を通っ て出射される。壁112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。中心光蘇38をMするピンホール110からのビーム36は、第2図にオ ケる点光源32に対応している。システムアッセンブリ34はハウジング82の 右端に設けられておシ、情報を包含した光を第4図にも示されている観察口40 へ方向付ける。
第3図に示す部材46.50を作るだめの好ましい方法は、第5図および第6図 に示されている。第5図は、感応ゼラチン構造体に目に見えない保全露光するた めの光学装置を示している。この構造体は、その後現像でれ;伝導ホログラフィ ック光学部材46と成る。
伝導ホログラフィック光学部材46と成るゼラチン54を支持した支持体、52 は、反射防止裏板116を支持したカバー板114上に載置されている。これら の構造体を一時的に連結して単一の光学アッセンブリとするだめに、これらの間 には指数調和オイル118が配置されている。
ブロック120は、支持体52と対向した下面122を有している。ブロックと 支持体との間には指数調和オイル123が配置され、これらの構造体を一時的に 連結して単一の光学アッセンブリとしている。
5 ブロック120は上面124を有しておシ、この上面は、照光tp、726から 出射される参照ビームがブロックXZO會通過してホログラフィックフィルム層 54に入射するように、下面122と平行に位置していることが望ましい。中心 先勝128が示されている。中心光線132を有する平行対物ビーム130がコ リメータレンズ134によって供給される。これら2つの光源は、2つのビーム 内の波面が調和されるように、同一のレーザーでろることが望ましい。ブロック 120は、中心光線132に対して垂直な傾斜面136を有していることが望ま しい。傾斜面136は対物ビーム130の小さい角度′の光が支持体52を通過 してゼラチン54に入射することを許容する。ブロック120が設けられていな い場合、ビーム130は角度が大きすぎて構造体46に入射しない。これら2つ のビームは、ボログラフィックフィルムに相互に作用して、後に現像される目に 見えない像r形成する。この構造は、第3図で説明したように、伝導ホログラフ ィック光学部材46に望まれる光学的成果70)ら必然的に生じたものである。
露光後、このホログラフィック光学部材は現像される。
第6図は、ホログラフィック光学部材50と戚るホログラフィックフィルムを露 光するための光学システムを概略的に示し・・ている。支持体70およびホログ ラフイックフィルム7θが反射防止裏板116を有するカバー板114上に配置 されている。裏板116は、接着された黒い反射防止層としてもよい。指数調和 流体118が設けられている。ガラスブロック2 z oB支持体70と対向し た下面122を有している。また、指数調和流体123が設けられている。上面 124は拡散スクリーン138に対向しておシ、このスクリーンはレーデ−によ って上方から照射される。拡散スクリーン138は、通常、観察口40が均一に 照らされるように、均一な明るさを有している。しかしながら、11%口40に おいて他の照明強度分布状態が望まれる場合、その分布状態を拡散スクリーン1 38上に作り出すことによって達成される。平行参照ビーム130ハ同一のレー ザーによシコリメータレンズ134を介して供給される。参照ビームの中心光線 132が示されている。この参照ビームはブロック120の傾斜面136を通過 する。
これら2つのビーム間の相互作用によシ、目に見えない像がゼラチン内に形成さ れる。上述したように、ゼラチンは直ちに現像されて回折ホログラフィック光学 部材を形成する。この方法によれば、ゼラチン76が露光され、潜在像が現像さ れると拡散ホログラフィック光学部材50が形成される。3つの光学部材46゜ 48.50は、指数調和物質から成る接着剤の層140゜142によって互いに 接層され、それにより、アッセンブリ34が作シ出されている。
この発明は、現在最も好ましいと思われる態様に従って説明したが、当業者の北 方向でかつ発明的機能の実施なしに、棟々の変形、態様および実施が可能でちる 。したがって、この発明の範囲は、以下に示す請求の範囲によって規定される。
Fig、 3゜ 手続補正書 昭和59年6月3日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 PCT/US 83/’01109 2、発明の名称 ゼロー万一ダ元排除用方向性拡散スクリーン3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 ヒユーズ・エアクラフト・カン・々ニー5、補正命令の日付 昭和59年5月29日 6、補正の対象

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 入射したビームの光線を回折して方向付け、それらの光源を互いに平行に かつ入射ビームに対して鋭角に出射させる回折手段をその内部に有する第1のホ ログラフィック光学部材と; 互いに略平行に配設されているとともに上記第1のホログラフィック光学部材に よって回折された出射光線と略平行に位置した複数の光学繊維を有し、上記入射 ビーム内の回折されない光線を吸収する繊維光学フェースプレートと; 透明な支持体上に支持され上記繊維光学フェースプレートの近傍に位置している とともに上記繊維光学フェースプレートから出射した光の光朦ヲ所定の出口に向 って偏向かつ拡散する回折手段をその内部に有する第2のホログラフィック光学 部材と;を具備し、上記第2のキログラフィック光学部材に入射した光線から回 折された光が上記出口に向って方向付けられ所望の強度分布状態で上記出口を照 射する光学装置。 2、上記第2のホログラフィック光学部材の支持体は、第2のホログラフィック 光学部材によって回折された光線が支持体に対して臨界角よシも小さい角度にな るように形成され、この光線は支持体を通過して上記出口を照射するとともに、 上記繊維光学フェースプレートを通過して第2のホログラフィック光学部材に入 射しこの第2のホログラフィック光学部材によって回折されなかった光の光線は 臨界角以上の角度で上記支持体に入射し支持体内で反射されることを特徴とする 請求の範囲第1項に記載の光学装置。 3、集光平面に位置した情報・伝送スクリーンと;情報を伝送する光を上記集光 平面から上記第1めホログラフィック光学部材に出射する手段と;を備え、情報 を伝送する光線は上記第1のホログラフィック光学部材によシ回折されて上記繊 維光学フェースプレートを通過し、上記第2のホログラフィック光学部材によシ 上記出口に向って回折されることを特徴とする光学装置。 4、A光平面に位置した情報伝送スクリーンと;上記情報伝送スクリーンを照射 する光源、と;情報を伝送する光を上記集光平面から複数の光線で出射する手段 と; 上記光線が入射するように配設された光学アッセンブリと;を具備し、上記光学 アッセンブリは、上記光線の主要部を所定角度回折して出口側の外方へ出射する 回折手段を有した第1のホログラフィック光学部材と; 上記第1のホログラフィック光学部材の出口側に隣接して設けられているととも に、光学繊維が上記第1のホログラフィック光学部材から出射した回折光線20 と略平行に位置するように方向付けされ、上記回折された光巌を通過させるとと もに第1のホログラフィック光学部によシ回折されない光線を吸収する繊維光学 フェースプレートと; 略透明な支持体上に支持され、上記繊維光学フェースプレートから情報伝送光線 を受けてその光線の主要Sを回折し、観察口に所望の強度分布状態の拡散像を形 成する第2のホログラフィック光学部材と;を備え、上記支持体は、上記繊維光 学フェースグレートを通過し上記第2のボログラフィック光学部材によって回折 されなかった光線を内部で反射することを特徴とする光学装置。 昏 浄書へ内容に度更なし)
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