JPS59501483A - 回折光学拡散スクリ−ン - Google Patents

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】 回折光学拡散スクリーン 技術分野 観党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シ観駅口を連間することによって制御さ れる。このようなスクリーンは、繊維光学フェ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って回折されなかった部分を排 除する。同様に、このような拡散スクリーンによって分離された色は、繊維光学 フェースプレートによって再び組合わされる。

技術的背景 ホログラフィック光学素子は、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、応用光学のデトリッチ、メヤホファーによる論説、第１２ 巻、Ｎ００９１，１９７３年９月９日、ページ２１８０〜２１８４の“ホログラ フィッ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。

観賞者による検分用表示器の能力は、像の明るさ、コントラスト、分析によシ制 限される。従来のすシ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、観宏者の位置によって変化する。

観賞者の位置から観家口の特定の点を見た場合、スクリーンは全域に渡って違っ た明るさとなる。光の分散は観宵口内における観望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室する 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、つまシ光の分散が制御され たスクリーンが望ましい。

また、表示スクリーン上ン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ィッ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に開示されておシ、全体の説明 はこの文献と併合して行われている。

観を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（ゼ四−オーダ光と言う）は出口において 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１００５Ｊｔ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ィック光学部材によって回折および拡散され ず、その結果ゼロ−オーダ光の問題を緩和する手段を備えていない場合、ホログ ラフィック光学素子拡散スクリーンはゼロ−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、この出口は望ましくない直接照射の問題を生じないが、 ゼロ−オーダ光は観寛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−オーダ領域から スクリーンをａｔする辺獣者にとって視覚上の障害を生じさせる。

類似の解析に影・饗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Ｃ。

ジョンソンの発明に開示されているようなホログラフィック光学素子拡散スクリ ーンによって観稟した場合）は、周知の回折の法則に従い、ホログラフィック光 学部材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、異なる色剤、 の各々の観釈口内に生じる。２種類の原色が用いられている場合、これらの色は ２つの観嶽口が重なっ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。

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動ホログラフィック光学素子拡散スクリーンを角度付け された繊維光学フェースプレートと共に組合せて用いているため、ゼロ−オーダ 光はフェースプレート内で吸収され、多色光は観繋口における観訳を向上させる ため方向が変えられる。

したがって、この発明の目的および利点は、ゼロ−オーダ光を削除してこの光を 観釈口および観賞者のスペースの両方から分離し、それによシ周囲め照射を減少 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、各色剤の観 京口が実質的に重シ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ェースプレートと組合わされた 伝導ホログラフィッ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 参照することによシ明５ らかに成る。

図面の簡単な説明 第１図は方向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図は第１図に示す方向性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ェ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ィッ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態別に回折された２つの色像をい っしょに導く方法を示す第３図に類似した断面図である。

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、つまシ狭い帯域のビームであ シ、横変調、つま１時間的変調の形で情報を搬送する。ホログラフィ、り光学部 材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１Ｂから形 成されている。ホログラ符表昭５９−５０１４８３　（３） フィック光学部材１６の露光および現像の方法は第２図を用いて説明する。ホロ グラフィック光学部材１６は、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、ビーム１４は拡散され観痕出口２２に渡って広がる。ビーム１ ４はこの観繋出口２２から観訳者２４によって観擬される。ビーム１４のほとん ど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。

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は大きなぜローオーダロ２８から見ることができる。このようなゼロ−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。

理論上、拡散スクリーンは入射する光を１００チ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−オーダ光 と成る・とともに、ゼロ−オーダ光が他の方法で調節されなければゼロ−オーダ 光２８から見えてしまう。

・第２図は方向性拡散スクリーン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、収束した凝集性の単色光を出射する。これらの光源３０ ．３２は、図示のように方向付けされた光源であるととプ望ましい。まず、ホロ グラフィック感応板３８が露光され、次に現像されて方向性拡散スクリー７１６ と成る。ホログラフィック感応板３８は、従来のホログラフィック記録媒体でも よく、かつ従来の技術で現像されてもよい。■、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日に山頂された米国特許出願Ｎｏ、１３７， ３４３には、特定の実施例が一層詳細に説明されている。この出頭には、ホログ ラフィック感応板の化学的特性、露光、現像についで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、感応板内の複数の干渉波面は見えない像を生じ、この像は現像さ 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 は感応板３８を照射し、光源（光源）２のような）からの入射光の方向を感応板 同に再現する。この光源は、その後、現像された方向性拡散スクリーン１６を照 射する。黒光“源３０から感応板３８に出射されるビームの中央光線３４（グ、 第１図においてスクリーン１６に出射されるビームの中央光＠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４０を照射する。例えば、この拡散 スクリーンは、すシガラスでもよい。このすシガラスが均一に形成されている場 合、この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、スクリーン４０の横方向照射密度を制御する ことによって得られる。照射された拡散スクリーン４０の像は、鏡４２によシ画 像平面４４に向って収束される。この画像平面４４は第１図における出口２２に 対応している。鏡４２は、点光源３２を感応板３８の領域に結像する。拡散スク リーン４０の中央から送られた中央光線４６は投射鏡４２上で反射する。

反射光線４８はホログラフィック感応板３８の中央に結像するとともに、画像平 面４４に向って方向付けられる。そして、拡散スクリーン４０および点光源３０ からの照射は、ホログラフィック感応板３８内に目に見えない像を生じさせる。

次に、感応板３８は現像されて方向性拡散スクリーン１６と成る。方向性拡散ス クリーン１６が単色光源１２によって照射されると、出口２２で見える像はすシ ガラス拡散スクリーン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、出口２２の照度も全域に渡って均一と 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いが 、この場合、出口２２における均一なエネルギ分布を作シ出すため他のエネルギ 分散方法が使用される。

上記構成によれば、ホログラフィック光学部材１６内に残っている照度のエネル ギエンベロープは、９ このエネルギエンペローゾの各ベクトルが所望の方法で観察口２２に向って方向 付けされるようにすることができる。そのため、方向性拡散スクリーン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１７は、観察口２２が中央光線２５を含むゼロ−オー ダビームの領域２６から完全に離間するように、中央光線１５から所定角度成す 方向へ向けられる。したがって、観鞭者２４は、その位置から直接ゼロ−オーダ ビームを見ることはない。

この発明によれば、伝導ホログラフィック拡散スクリーン１６を通るゼロ−オー ダ光は、繊維光学フェースプレート内で排除される。繊維光学フェースプレート 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 ５０．５２．５４．’５６を含む多数の光学繊維は、セメント６０によって固め られている。実際には、これらの光学繊維は、細曇い積層体に固められ、この積 層体から平板が斜に切シ出すことによシ繊維光学フェースプレート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 、その光は繊維のコアークラツディング界面でくシ返し内部反射することによシ 、繊維内を通って伝わる。ま１０　特表昭５９−５０１４８３　（４）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、それによシ部分的に反射 １−だ光線を生じすぐに消滅する。繊維内における多数回の反射は、繊維の軸の 回シで光を旋回させ、フェースグレートから出射する円錐形拡散光の角度を太き くする。

第３図において、中央光線１５の内、ホログラフィック拡散スクリーン１６内で 回折されない部分は、ゼロ−オーダ光の中央光線２５として継続する。この中央 光線１５は角度が大きすぎて光学繊維５４内で全く反射せず、繊維５イのクラツ ディング側壁を通過するとともに、フェースプレート４８の右側へ出射すること なく内部繊維物質６０内で吸収される。したがりて、ゼロ−オーダ光はフェース プレート内で吸収される。中央光線１５によって表わされた入力信号の内、ホロ グラフィック光学拡散ヌクリーン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、繊維光学フェースプレート内の繊維の界面に対して その入射角が充分小さく、全て反射され繊維光学フェースプレートの出力側の外 方へ向けられる（繊維の中心線上に位置した中央光線１７を参照）。実際に、そ の出力は、総合円錐角が２９の拡散光円錐であ、す、この円錐角２θは入力拡散 光円錐の最も離れた端縁が繊維光学７エースプレート内の光学繊維の中２シ・線 から外れる時の角度θの２倍に等し駆３イの作用効果は、観繋口の照度を均一に する上で助けとなる。入力拡散光円錐の中央光線を光学繊維の中心線と平行にす ることによシ、入力拡散光円錐の方向および角度幅は、出力拡散光円錐と同一に 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ッ９−として作用するノ・ ウノング７２を備えている。ハウジング７２内には光源７４が配設されペース７ ６上に載置されている。ファン７８は光源およびペース全体に冷却空気°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、集光レンズ８０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８２．８４が設けられている。フィルり８２．８４は、゛それぞれ軸８６．８ ８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８６゜８８はベルト８９によって互いに連結されており、フィルタディスク８ ２．Ｆ１４は一体的に回動する。とれらのフィルタは共に、先細に形成されてや 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。１フ イルりの濃度は、制御ノブ９０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９２内のレンズは、光認７４の光ヲ鏡９４上に収束し、この鏡はその ビームを反射してレニ／ズノ・ウジフグ９６内のレンズに通し９．液晶表示器９ ８へ導く。

液晶表示器９８１伐、この表示器からの反射が鏡のように反射するか、あるし、 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上の像ハ、ハウジング９６内のレンダによって集光され 、鏡９４に隣接したピンホール１００を通過する。ピンホール３００は、壁１０ ２に形成されており、この壁はハウソング７２を２つの領域に完全に分離してい る。

光源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１００を通って出射される。壁１０ ２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 ィック光学部材拡散スクリーン１６および繊維光学フェースプレート４８は、ハ ウジング７２の右端に設けられている。この組合せは、ゼロ−オーダ排除効果を 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る。観察出口２２および 観車者はＦｉｇ、４の右側に位置している。

伝導ホログラフィック光学部材１６は、赤−録画像源からの光を回折して出口２ ２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、各色は伝導ホログラフィック光学部材１６内で互いに 異なる量回折される。

このことは第５図に示されておシ、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はホログラフィック光学部材１６内で回折される。ホログラ フィック光学部材内における２つの色の回折量の違いは、赤の円錐１０Ｂおよび 緑の円錐１１０によって表わされている。これらの円錐の回折角度は、共に、光 学繊維５４の総合内部反射臨界角度内にあシ、これらの光は光学繊維内で全て反 射される。繊維光学フェースプレート４８は、その中心軸の回シでこれら２つの 光円錐１０８．１１０を旋回させ、その結果、使用可能な出口２２の大きさを増 大させる。第５図に示すように、赤い円錐の入力半円錐の角度θｌと緑の円錐の 入力半円錐の角度θ２とが等しい場合、上記旋回によシ、繊維光学フェースプレ ート４８かも出射される出力円錐の総合角度は、繊維中心線１１２の両側を合わ せて２θと成る。θ２がθｌよシも大きい場合、フェースプレートの出口におけ る円錐の角度は２θ２と成る。

また、赤い円錐の半角θｌが緑の円錐の半角θ２よシも大きい場合、繊維光学フ ェースプレートの出口近傍における光円錐の角度は２θ１と成る。したがって、 θ１と０２とが等しくなるように入力円錐をフェースプレート４８に対して調節 することにより、２つの円錐は出力円錐１１４内で完全に１９合わされる。その 結果、これら２つの色層の観稟出口は略同−と成る。

つまシ、繊維光学フェースプレート内で２色を旋回させることによシ、２つの円 錐は略同−の角度で外方へ伝送され、同一の観熱出口内へ２色の像を作９出す。

この発明は現在量も好ましくと思われる態様に従って説明したが、当業者の能力 円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 。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。

国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　−表面を有しているとともに回折手段をその内部に有するホログラフィッ ク光学部材（Ｊ６）と；互いに略平行にかつ軸に対して略平行に位置した多数の 光学繊維（５４）を有する繊維光学フェースプレート（４８）と；を備え、 上記回折手段は上記表面の一点に入射した光線（１５）を受けてその光線からの 光を観察口（２２）を有する拡散された光束内へ回折し、上記一点からの中央光 線（）７）は上記表面に対して上記入射光線（１５）と異なる角度を成し； 上記繊維光学フェースプレートは、上記細か上記中央光線と略平行に位置するよ うに方向付けられ、光学繊維から出射した円錐状拡散光束は上記観察口（２２） に向けられることを特徴とする光学装置。 ２、上記回折手段は、上記入射光線の内回折されない光が光学繊維の臨界角以上 の角度で光学繊維に入射するように光分な角度に渡って回折し、上記非回折光を 吸収するとともに上記ホログラフィック光学部材内で上記光学繊維の軸と略平行 に回折された光のみを上記光学繊維内で反射して上記観察口に向って方向付ける を特徴とする請求の範囲第１項記載の光学装置。 ３、上記ホログラフィック光学部材は、伝導ホログラフィック光学部材であるこ とを特徴とする請求の範囲第２項記載の光学装置。 ４、上記繊維光学フェースプレートは、繊維光学フェースプレートの光軸と繊維 光学フェースプレートに入射する拡散光円錐の最端縁との間の角度をθとした場 合、繊維光学フェースプレートの各光学繊維からの充円錐が２０の総合角度を有 するように上記回折された光を旋回させることを特徴とする請求の範囲第１項記 載の光学装置。 ５、上記ホログラフィック光学部材に入射する光は別々回折された色は上記繊維 光学フェースプレート内で旋回され上記観怒口略全体に全ての色を供給すること を特徴とする請求の範囲第°４項記載の光学装置。 ６、上記ホログラフィック光学部材は表面を有し、上記入射光の中央光線は所定 の角度で上記表面の一点に入射し、上記繊維光学フェースプレートの上記軸は上 記中央光線から上記臨界角よシも大きな角度離間した方向へ向けられていること を特徴とする請求の範囲第１項記載の光学装置。