(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像投影装置より入射した４００ｎｍ〜８００ｎｍの再生波長からなる映像光を散乱・拡散して出射光とすることにより映像を再生するホログラムスクリーンにおいて，
上記ホログラムスクリーンのヘイズ率として、Ｈをヘイズ率、全光線透過率であるＴｔをホログラムスクリーンの中央表面に対する±３．５度の範囲内に散乱した光の強度とし、拡散透過率であるＴｄをホログラムスクリーンの中央表面に対する±３．５度の範囲内に散乱した光以外のあらゆる方向へ散乱した光の合計強度とした時、
Ｈ＝Ｔｄ／Ｔｔ×１００
で示し、かつ上記ホログラムスクリーンに入射する照明光の水平照度が１０００ｌｘ（ルクス）となる場合において、上記ホログラムスクリーンの背景となる壁面に、展示物として白紙上に３６ポイントのゴシックの黒文字のアルファベット、漢字を配置したものを設置し、この展示物を映像投射器から映像光を照射しない状態で、上記ホログラムスクリーンから２ｍ離れた位置に立つ観察者に観察させ、上記観察者に展示物の文字の見やすさ、上記ホログラムスクリーンによる背景の曇り度合いについて評価して求めた時、上記ヘイズ率の値が５〜６０％であることを特徴とするホログラムスクリーン。
【請求項２】
請求項１において，上記ホログラムスクリーンのクリーンゲインは０．３以上であることを特徴とするホログラムスクリーン。
【請求項３】
請求項１において、上記ホログラムスクリーンは、透過型のホログラムスクリーンであることを特徴とするホログラムスクリーン。
【請求項４】
請求項１において、ホログラムスクリーンは、ショールームに設置されており、展示物とともに、上記ホログラムスクリーンに映る映像を、観察者に提示するように構成されていることを特徴とするホログラムスクリーン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，映像光を散乱・拡散して出射光とすることにより映像を再生するホログラムスクリーン及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
映像投影装置より入射した映像光を散乱・拡散して出射光とすることにより映像を再生することができる透明なホログラムスクリーンが知られている。このホログラムスクリーンは，背景を透かしてみながら，再生される映像を観察することができる。
【０００３】
このようなホログラムスクリーンを利用することで，例えば銀行や病院等の窓口において顧客や患者を確認しながら接客を行うことが可能となる。この場合，映像は顧客側に表示することもできるし（顧客向けの映像を表示する），接客する側に表示することもできる（接客する店員等に向けた映像を表示する）。更に，上記ホログラムスクリーンを利用することで，デパートや地下街等の各種ショールームのウィンドウガラスに対し広告映像等を映し出すことができる。この場合，ショールーム内の展示品の観察を阻害することなく，映像を提示することができる。また，このようなホログラムスクリーンを自動車等の各種移動体のヘッドアップディスプレイとして利用することもできる。
【０００４】
図２６には透過型のホログラムスクリーン９を用いた表示装置を示した。この表示装置は，ホログラムスクリーン９の背面側（観察者側と反対側）に映像投影装置１２であるプロジェクタが配置され，該プロジェクタから映像光１２０を照射することで，ホログラムスクリーン９において映像を再生し，観察者８に提示するよう構成されている。
【０００５】
また，図２７には反射型ホログラムスクリーン９０を用いた表示装置を示した。この表示装置は，ホログラムスクリーン９０の正面側（観察者側）に映像投影装置１２が配置され，該映像投影装置１２から映像光１２０を照射することで，ホログラムスクリーン９において映像を再生し，観察者８に提示するよう構成されている。
【０００６】
上記ホログラムスクリーン９，９０の製造方法として，レーザー光をすりガラス等の光拡散体を透過させて拡散させ，得られた拡散光を物体光とし，非拡散光を参照光として，両者を感光材料に照射することで，干渉縞を該感光材料に記録するという方法が知られている。図２８，図２９に示すごとく，光拡散体３２を透過することで形成された拡散光よりなる物体光３２０と，非拡散光である参照光３１０という２本の光束を用いて感光材料３１を露光する。これにより，感光材料３１に干渉縞が記録される。
【０００７】
この露光の際に，図２８に示すように，感光材料３１に対して同方向から物体光３２０及び参照光３１０を入射させることで透過型のホログラムスクリーン９を得ることができる。一方，図２９に示すように，感光材料３１に対してそれぞれ逆方向から物体光３２０と参照光３１０とを入れることで反射型のホログラムスクリーン９０を得ることができる。
【０００８】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上述した従来のホログラムスクリーンには，光拡散体より得られた物体光で形成された干渉縞が記録されていることから，曇りが発生しやすかった。このようなホログラムスクリーンは不透明性が目立ち，ホログラムスクリーンの通して明瞭な背景を観察することが難しく，観察者に違和感を与えることがあった。この問題は特に映像が映っていない時に顕著であった。
【０００９】
ところで，特開平９−１２７８５３号に視野角の広いホログラムスクリーンの作製方法が提示されている。この方法は，光拡散体に異なる方向から複数の光を照射することで得られた拡散光である物体光と，非拡散光である参照光とを感光材料に照射することでホログラムスクリーンを得る方法である。また，拡散角の異なる２種類以上の光拡散体を貼り合せて１枚の光拡散体となし，これより得られた拡散光よりなる物体光と，非拡散光である参照光とを利用してホログラムスクリーンを得る方法である。
【００１０】
この方法では，散乱方向による強度の差が少ない拡散光を使用することができるため，広い視野角を持ったホログラムスクリーンを得ることができる。ホログラムスクリーンには，特定の範囲（視野角）内からしか映像を見ることができない，という特徴があるため，視野角の広いホログラムスクリーンの利用価値は高い。しかしながら，このような方法にて作製されたホログラムスクリーンは，視野角が広くなるに伴い，曇り具合がひどくなるという問題があった。
【００１１】
また，特開平９−１２７６１２号にホログラムスクリーンの曇りを防止する方法が提示されている。仮に参照光を照射せず，物体光のみで感光材料を露光したと仮定する。この露光で得られたホログラムスクリーンの効率ηＯＯを５％以下とした場合の物体光の強度をＡとする。このような物体光の強度Ａと，この強度Ａに見合うような強度の参照光とを用いて感光材料を露光する。これにより曇りが生じ難いホログラムスクリーンを得ることができる。
【００１２】
しかしながら，効率ηＯＯが５％を越えるような物体光で露光した場合であっても，曇りを生じ難いホログラムスクリーンが得られる可能性があり，上述した従来技術にかかる製造方法は，曇りが生じ難いホログラムスクリーンの製造方法としては充分ではなかった。
【００１３】
また，特開平９−１２７６１２号において，感光材科として重クロム酸ゼラチン（ＤＣＧ）を使用したホログラムスクリーンが提示されている。そして，ＤＣＧを用いた製造工程には，湿式の現像工程が必要である。このため，上記現像工程でＤＣＧが硬膜される際に，該ＤＣＧ中に微少なひび割れが生じ，その結果，ホログラムスクリーンが白濁するおそれがあった。発明者らの研究により，この白濁が無ければ効率ηＯＯが大きくても曇りを感じないことが判明した。逆に重クロム酸ゼラチンによるホログラムスクリーンは，白濁することが多いためにηＯＯを５％以下とする必要があった。
【００１４】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，透明性に優れ，曇りが殆どなく，明瞭な背景を観察できるホログラムスクリーン，及びこのようなホログラムスクリーンの製造方法を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題の解決手段】
請求項１に記載の発明は，映像投影装置より入射した４００ｎｍ〜８００ｎｍの再生波長からなる映像光を散乱・拡散して出射光とすることにより映像を再生するホログラムスクリーンにおいて，上記ホログラムスクリーンのヘイズ率として、Ｈをヘイズ率、全光線透過率であるＴｔを、ホログラムスクリーンの中央表面に対する±３．５度の範囲内に散乱した光の強度とし、拡散透過率であるＴｄをホログラムスクリーンの中央表面に対する±３．５度の範囲内に散乱した光以外のあらゆる方向へ散乱した光の合計強度とした時、Ｈ＝Ｔｄ／Ｔｔ×１００で示し、かつ上記ホログラムスクリーンに入射する照明光の水平照度が１０００ｌｘ（ルクス）となる場合において、上記ホログラムスクリーンの背景となる壁面に、展示物として白紙上に３６ポイントのゴシックの黒文字のアルファベット、漢字を配置したものを設置し、この展示物を映像投射器から映像光を照射しない状態で、上記ホログラムスクリーンから２ｍ離れた位置に立つ観察者に観察させ、上記観察者に展示物の文字の見やすさ、上記ホログラムスクリーンによる背景の曇り度合いについて評価して求めた時、上記ヘイズ率の値が５〜６０％であるホログラムスクリーンにある。
【００１７】
本発明の作用につき説明する。本発明にかかるホログラムスクリーンは、上記ホログラムスクリーンに入射する照明光の水平照度が１０００ｌｘ（ルクス）となる場合、ヘイズ率が５〜６０％である。以下に記載するごとく，上記ホログラムスクリーンに入射する照明光の水平照度が１０００ｌｘ（ルクス）となる場合、ヘイズ率が上述の範囲内にあることで，このホログラムスクリーンに対し映像投影装置以外から入射した光は散乱度合が低く，映像光を高い効率で出射することができる。このため，観察者がホログラムスクリーンを観察した場合，外乱光によりホログラムスクリーンの曇りが少なく，ホログラムスクリーンの背景からやってきた光は曇ることなく透過して，観察者に届く。よって，観察者はホログラムスクリーンを通して明瞭に背景を観察できる。つまり，曇りが殆どなく透明なホログラムスクリーンを得ることができる（実施形態例１参照）。
【００１８】
このようなホログラムスクリーンは一般的な不透明スクリーンとは異なり，ホログラムスクリーンの背景と，このスクリーンで再生される映像とを同時に観察することができる。これによって，観察者に強くアピールできる視覚効果を得ることができ，例えばショールーム等で展示品と共に映像等を同時に観察者に提示することができる。
【００１９】
また，本発明のホログラムスクリーンは曇りが殆どなくて，明瞭な背景を観察できる，つまり透明性に優れたスクリーンである。このため，映像等が映っていなければ，その存在が観察者の視界を遮り難い。よって，このホログラムスクリーンは移動体におけるヘッドマウントディスプレイ等に応用することができる。
【００２０】
上記ヘイズ率が６０％を越えた場合には，曇りが目立つようになり，背景を明瞭に観察できなくなるおそれがある。一方，５％未満である場合には，ホログラムスクリーンの効率が低く，映像が暗くなるおそれがある。なお，ヘイズ率の上限は４０％であることがより好ましい。
【００２１】
ここにヘイズ率について説明する。透明体の曇り具合を表わす指標としてＪＩＳＫ７１０５に規定されている『へイズ率』が広く使用されている。本発明におけるヘイズ率はＪＩＳＫ７１０５による値である。
【００２２】
一般的な光散乱体に比べて，ホログラムスクリーンはかなりへイズ率が高い場合でも，観察者が背景を明瞭に観察できる，即ち透明性に優れることを本発明者らは見出した。
【００２３】
『ヘイズ率』は以下に示す式によって表現できる。
【００２４】
Ｈ＝Ｔｄ／Ｔｔ×１００・・・・・（１）
Ｈ：へイズ率（％），Ｔｄ：拡散透過率（％），Ｔｔ：全光線透過率（％）
ここにＴｔはホログラムスクリーンや光散乱体の中央表面に対する垂直方向へ透過した光の強度（正確には±３．５度の範囲内に散乱した光の強度），Ｔｄはそれ以外のあらゆる方向へ散乱した光の合計強度である。
【００２５】
次に，ホログラムスクリーンの曇りの原因を，一般的な光散乱体の曇りの原因と比較して説明する。一般的な光散乱体において入射する光が散乱されるのは，その表面に凹凸形状が存在するためである。あるいは，内部に光を散乱する粒子が存在するためである。
【００２６】
このため，図１９に示すように，光散乱体７２の背景に存在する物体７０から観察者８に向かう光束７１が光散乱体７２を通過して出射する際には，一部の光束７３は観察者８に向かって直進するが，他の光束７３１，７３２は必ず光路が観察者８の方向と違う方向へ曲げられて出射する。これが原因となって，背景に存在する物体７０の像がぼかされてしまう。ヘイズ率が小さいほど光束７３１，７３２の曲がり度合が小さくなるが，極めて微小な曲がり度合でないかぎり，観察者８にとって光散乱体７２の背景にある物体７０は必ずぼけてみえることとなる。
【００２７】
例えば，光束７３１，７３２が０．１度曲げられた場合，光散乱体７２から２ｍ離れて位置する観察者８には３．５ｍｍのずれが発生する。光散乱体７２から５ｍ離れて位置する観察者８には８．７ｍｍのずれが発生する。通常，人間の瞳の径が５ｍｍ前後であることを考慮すれば，光束７３１，７３２が僅か０．１度曲げられたとしても，物体７０はぼけて見えることとなる。このように背景にある物体７０がぼけるため，観察者８には光散乱体７２が曇って不透明に見えるのである。
【００２８】
一方，ホログラムスクリーンは，後述するごとく，レーザー光を光拡散体に透過（または反射）させて形成した拡散光を物体光，拡散していないレーザー光を参照光として使用し，両者が干渉することで生じた干渉縞が感光材料中に，該感光材料を形成する物質の屈折率差として記録されることで，製造することができる。そして，この記録された干渉縞が回折格子として機能する。そして，ホログラムスクリーンを構成する物質は一般に透明である。また，ホログラムスクリーンの表面はほぼ平坦である。
【００２９】
図２０に示すように，背景に存在する物体７０から観察者８に向かう光束７１は，ホログラムスクリーン１に記録された干渉縞１００により方向を変えられることがない。よって，全ての光束７１が，ホログラムスクリーン１を通って観察者８に直進する光束７４となるため，観察者８はぼけていない物体７０を観察することができる。つまり，観察者８にはホログラムスクリーン１が透明にみえる。
【００３０】
もちろん，光束７１の一部は干渉縞１００により回折され，光束７５となってホログラムスクリーン１から出射する。光束７４の入射方向は，映像光の入射方向と異なるため，光束７４と比べて光束７５の強度は低いが，干渉縞１００は非常に多数あるため，この光束７５がある程度の強度を持った光となることもあり得る。干渉縞１００の数や効率などにより光束７５の強度が強くなった場合には，ホログラムスクリーン１のヘイズ率が高くなる。
【００３１】
しかしながら，回折されない光束（図２０における光束７４）は全て観察者に向かって直進し，この光束７４は光路が曲げられることがない。よって，背景にある物体７０がぼけてみえることが防止される。このため，ホログラムスクリーン１の場合，通常の光散乱体よりはより高いヘイズ率を持っている場合であっても，透明にみえるのである。
【００３２】
そして，ホログラムスクリーンの不透明の原因となる曇りは，正規の干渉縞（物体光と参照光とより形成された干渉縞）や，物体光同士によってできる干渉縞（不要な干渉縞）により外乱光が回折されて観察者の視線方向に出射してきた光によって，生じるのである。なお，外乱光とはホログラムスクリーンに対し照射される映像光や，ホログラムスクリーンの背景にある物体等からやってくる以外の光で，ホログラムスクリーンに入射した光である。
【００３３】
これを図２１を用いて模式的に説明する。図２１はホログラムスクリーン１に記録されている干渉縞１００を模式的に示したものである。図２１では，傾きの異なる３本の線にて干渉縞を表わしているが，実際には１つの傾きの線ごとに平行な多数の縞から成っており，傾き角度ももっと多数ある。
【００３４】
これらの干渉縞１００は，図２２のように参照光３１０と物体光３２１とにより干渉縞１０１が，参照光３１０と物体光３２２とにより干渉縞１０２が，参照光３１０と物体光３２３とにより干渉縞１０３がそれぞれ記録される。従って，図２１にかかるこれらの干渉縞１００では参照光３１０と同一方向から来た映像光は効率よく回折することができるが，他方向から光は低い効率でしか回折することができない。そして，図２１に示すごとく，映像光以外の外乱光７１１，７１２，７１３が入射したとき，観察者８の視線方向にこの外乱光の一部が回折されてしまう。
【００３５】
また，ホログラムスクリーンを作製する際に，図２３に示すごとく，干渉縞１０９は，参照光３１０と物体光３２８，物体光３２９とにより形成された正規の干渉縞であると同時に，物体光３２８と物体光３２９によって形成された干渉縞でもある。このように物体光同士により形成された干渉縞を「フレネルノイズ」というが，この「フレネルノイズ」によっても，外乱光の一部が回折されてしまう。
【００３６】
正規の干渉縞及び「フレネルノイズ」により外乱光が回折され，観察者の視線方向に出射してきた場合，観察者はホログラムスクリーンが曇っていると感じるのである。すなわち，ホログラムスクリーンの曇りは，背景光が散乱されて曇るというよりも，外乱光が干渉縞により回折されて観察者方向に出射する光によりホログラムスクリーン全体が白っぽく光って見えるためにホログラムスクリーンが曇って見えるのであり，背景光の散乱度合がある程度高くとも，すなわちヘイズ率が高くとも，観察者方向に回折される外乱光強度が弱ければ，観察者にはホログラムスクリーンが曇ってみえない。以上のように，ホログラムスクリーンの曇りは一般的な光散乱体と違い，へイズ率が高くとも観察者の感じる曇り度合は小さい。
【００３７】
ここにおいて，ホログラムスクリーンと一般的な光散乱体とを実際に比較した。へイズ率が３０％のホログラムスクリーンとへイズ率が５％の光散乱体（日東電工製アンチグレアフイルムＡＧ−３０）の透過光の散乱特性（出射光の出射角ごとの強度分布）を図２４に記載した。なお，ここにおいて使用したホログラムスクリーンは後述する実施形態例２の製造方法で作製したものである。
【００３８】
図２４より知れるごとく，へイズ率が５％の光散乱体で０度方向の強度が約９５％であるのに対し，へイズ率が３０％のホログラムスクリーンで約７５％の強度である。つまり，ホログラムスクリーンにおいては，約７５％の強度の全く散乱されない光束が出射することができる。これだけの強度の光が全く散乱されないので，ホログラムスクリーンの背景は充分視認できる。また，へイズ率が５０％であれば約６５％が透過するので，背景は充分視認できる。ただし，透過光強度が低くなるので背景が若干暗くなる。
【００３９】
以上，本発明によれば，透明性に優れ，曇りが殆どなく，明瞭な背景を観察できるホログラムスクリーンを提供することができる。
【００４０】
次に，請求項２に記載の発明のように，上記ホログラムスクリーンのスクリーンゲインは０．３以上であることが好ましい。これにより，ホログラムスクリーンの効率，すなわち，ホログラムスクリーンに映された映像の明るさが低下し難い，ホログラムスクリーンを得ることができる。よって，鮮明な映像が映る，優れたホログラムスクリーンを得ることができる。
【００４１】
通常の室内環境に対しホログラムスクリーンを設置した場合，このホログラムスクリーンの背景輝度は４００ｃｄ／ｍ２以下となる。従って，少なくともホログラムスクリーンに映る映像の明るさは，この値以上の輝度が必要である（後述する実施形態例１，図１参照）。
【００４２】
ところで，現在市販されている高輝度型の映像投影装置（例えば液晶プロジェクタ等）は，最低投影面面サイズが４０インチであるが，このような画面サイズに投影した映像の最大照度は約４０００ｌｘであることが知られている。
【００４３】
そして，一般に，スクリーンゲインは，
（スクリーンゲイン）＝（輝度×π）／照度
という式により求めることができる。このため，４０００ｌｘの照度で４００ｃｄ／ｍ２の輝度となるスクリーンゲインは約０．３である。以上により，上述したごとく，ホログラムスクリーンに映された映像の明るさを低下させないためには，スクリーンゲインが０．３以上あればよいことが分かる。
【００４４】
仮にスクリーンゲインが０．３未満である場合には，ホログラムスクリーンに映る映像が暗く，ホログラムスクリーンの背景と判別し難くなるおそれがある。なお，上記スクリーンゲインの上限は，スクリーンゲインを上げることによりヘイズ率も上昇するため，ヘイズ率６０％を越えないようなスクリーンゲインとする必要がある。このようなスクリーンゲインの値はホログラムスクリーンの特性により左右されるので一概に決めることはできない。
【００４５】
【発明の実施の形態】
（実施形態例１）
本発明の実施形態例にかかるホログラムスクリーンにつき，図１〜図３を用いて説明する。本例のホログラムスクリーン１は，図１に示すごとく，映像投影装置１２より入射した映像光１２０を散乱・拡散して出射光１２１とすることにより映像を再生するものであり，ヘイズ率が５〜６０％である。
【００４６】
本例のホログラムスクリーン１について詳細に説明する。図１は本例のホログラムスクリーン１が設置されたショールーム２である。このショールーム２は壁面２１に設置された展示物２１０と共に，ショールーム２のウィンドウガラス２０に設置したホログラムスクリーン１に映る映像をショールーム２の外にいる観察者８に提示するよう構成されている。
【００４７】
ショールーム２の天井面２４には照明器具２３が設置され，この照明器具２３から放たれる照明光はホログラムスクリーン１を通過して観察者８に対する出射光の一部となる。また，照明器具２３の照明光は展示物２１０を照らし，該展示物２１０において反射され，反射光となって観察者８の眼に届く。上記映像投影装置１２としては，液晶プロジェクタが使用され，このものは天井面２４に設置されている。
【００４８】
また，上記ホログラムスクリーン１は透過型であり，製造方法については実施形態例２に記載した。なお，前述した図２７に示すごとく，観察者８と同じ側に上記映像投影装置１２を設けて，ホログラムスクリーンとして反射型のものを使用することもできる。更に，上記映像投影装置１２を床面２５に設置することもできる。
【００４９】
次に，本例にかかるホログラムスクリーンについて，ヘイズ率と観察者の感じる曇り具合との関係について試験した。この試験は図１に示した環境下において，２０人の被験者に展示物２１０の視認性とホログラムスクリーン１の曇り具合とを評価することで行った。
【００５０】
この試験において使用したヘイズ率の異なるホログラムスクリーンを得る方法としては，後述する実施形態例２に示すごときホログラムスクリーンの製造方法を利用した。つまり，後述する図４にかかる露光光学系の光拡散体の散乱角に応じて参照光と物体光との強度比ＥＲ／ＥＯを変更した。また，ホログラムスクリーンを複数枚積層し，これを１枚のスクリーンとして利用することで所望のヘイズ率を得た。
【００５１】
この試験において使用したホログラムスクリーン１は対角長さが２０インチである。天井面２４の照明器具２３よりホログラムスクリーン１に入射する照明光の水平照度は１０００ｌｘ（ルクス），ホログラムスクリーン１の背景となる壁面２１での輝度は４００ｃｄ／ｍ２である。また，壁面２１とホログラムスクリーン１との距離は５ｍであり，観察者８の側の照度も１０００ｌｘとした。なお，平均的なオフイスの照度が５００ｌｘ，コンビニ等の一般小売店舗で７００ｌｘあることから，本試験の照明器具２３の輝度はそれらより明るい１０００ｌｘとしたのである。
【００５２】
ホログラムスクリーン１の背景の視認性は次のような試験によって評価した。ホログラムスクリーン１の背景となる壁面２１に，展示物２１０として白紙上に３６ポイントのゴシックの黒文字のアルファベット，漢字を配置したものを設置した。そして，この展示物２１０を映像投射器１２から映像光１２０を照射しない状態で，ホログラムスクリーン１から２ｍ離れた位置に立つ観察者８に観察させた。そして，観察者に展示物２１０の文字の見やすさ（図２にかかる文字の読み取り易さ主観評価），ホログラムスクリーン１による背景の曇り度合（図３にかかる曇り度合主観評価）について評価させた。
【００５３】
この評価試験の結果を図２，図３に記載した。図２に示すごとく，ホログラムスクリーン１のへイズ率が６０％以下であれば，２０人の観察者の全員が，文字の読み取りに支障のないと判断していることが分かった（全員が尺度４以上である）。また，図３に示すごとく，ホログラムスクリーンのヘイズ率が６０％以下であれば，２０人の観察者全員が，多少の曇りを感じることがあっても，違和感を感じないことが分かった（全員が尺度４以上である）。
【００５４】
このように，ホログラムスクリーンではへイズ率が６０％以下であれば，このホログラムスクリーンを通しても明瞭な背景を観察でき，曇りが殆どないものを得ることができる。以上，本例によれば，透明性に優れ，曇りが殆どないホログラムスクリーンを得ることができる。
【００５５】
（実施形態例２）
本例は，ホログラムスクリーンの製造方法等について，図４〜図１８を用いて説明するものである。本例の製造方法の概略を説明すると，図４に示すごとく，光拡散体３２を透過させることにより得られた物体光３２０と非拡散光である参照光３１０とを感光材料３１に対して照射することで，物体光３２０と参照光３１０とにより得られた干渉縞を感光材料３１に記録する。そして，上記光拡散体３２の散乱角を変更する際には，上記物体光３２０の強度ＥＯと上記参照光３１０の強度ＥＲとの強度比ＥＲ／ＥＯを変更する。
【００５６】
以下，詳細に説明する。図４に，本例のホログラムスクリーンを作製する露光光学系３を示す。上記露光光学系３において，レーザ発振器３９のレーザ発射口３９０に対向してハーフミラー３９１が配置されている。また，ハーフミラー３９１を透過する光軸上には，ミラー３９２，３９３，対物レンズ３９４，軸外し放物面鏡３８，光拡散体３２が配置されている。また，ハーフミラー３９１を反射する光軸上にはミラー３９５，３９６，対物レンズ３９７が配置されている。
【００５７】
また，上記露光光学系３において，参照光３１０の強度ＥＲと物体光３２０の強度ＥＯの強度比ＥＲ／ＥＯの調整は，ハーフミラー３９１の透過率，各ミラー３９２，３９３，３９５，３９６の反射率，対物レンズ３９４，３９７の倍率を適宜変更することで行った。
【００５８】
なお，本例の露光光学系３は，光拡散体３２の長さＬと，光拡散体３２と感光材科３１との間の距離Ｓとの間には，Ｌ：Ｓ＝３：２という関係が成立するよう構成されている。また，上記感光材料３１としては厚さ６μｍのデュポン社製フォトポリマーを，上記光拡散体３２としては＃１０００の両面すりガラスを使用した。なお『＃１０００』とは，直径が１／１０００インチの砂で表面を処理したすりガラスのことである。
【００５９】
このような露光光学系３において，レーザー発振器３９から発したレーザー光３７はハーフミラー３９１によりレーザー光３７１，３７２へと２分割される。レーザ光３７１はミラー３９２，３９３を経て，対物レンズ３９４に達し，該対物レンズ３９４において発散光となった後，軸外し放物面鏡１２により平行光３７４となる。その後，平行光３７４は光拡散体１３を透過して拡散光となる。この拡散光が物体光３２０として感光材料３１に入射する。
【００６０】
また，レーザ光３７２はミラー３９５，３９６を経て，対物レンズ３９７に達し，この対物レンズ３９７を透過した後，参照光３１０となって感光材科３１に入射する。このように物体光３２０と参照光３１０とが感光材料３１に入射することで，該感光材料３１に干渉縞が記録される。なお，この時の感光材料３１の露光量は３０ｍＪ／ｃｍ２とした。その後，感光材料３１に紫外線を強度０．１ｍＪ／ｃｍ２で照射して，更に温度１２０℃，２時間で加熱した。これにより，ホログラムスクリーンを得た。なお，感光材料３１は薄膜であるため，ホログラムスクリーンとして使用する際には透明板等を貼り合わせるなどして，補強することもできる。
【００６１】
以上の製造方法により得られたホログラムスクリーンの各種性能を次のような試験によって評価した。まず，上記露光光学系３において，光拡散体を図５に示すごとき散乱角の異なる４種類の光拡散体で構成し，それぞれの光拡散体から得られたホログラムスクリーンのヘイズ率について測定した。このヘイズ率の測定結果は図６に記載した。なお，図５は散乱角が異なる４種類の光拡散体が入射光を拡散光として出射する際に，拡散光の出射角と拡散光全体に対する強度比を示した線図である。
【００６２】
図６より知れるごとく，ＥＲ／ＥＯが等しい場合，光拡散体の散乱角が大きくなるに応じてへイズ率が小さくなる。また，へイズ率が等しい場合，光拡散体の散乱角が大きくなるに応じてＥＲ／ＥＯが小さくなる。また，ＥＲ／ＥＯが大きくなるほど，このような傾向が強くなる。なお，図７に，特にヘイズ率が５０％，３０％になる場合のＥＲ／ＥＯを記載した。
【００６３】
また，物体光同士が干渉する（前述の図２３参照）ことにより形成される「フレネルノイズ」によるヘイズ率とＥＲ／ＥＯとの関係を以下の方法で調べた。すなわち，図４に記載した露光光学系３において，図６における各ＥＲ／ＥＯの値に相当する強度及び露光量を持った物体光のみで感光材料を露光し，ホログラムスクリーンを作製した。このようなホログラムスクリーンに対するヘイズ率を測定し，図８に記載した。また，散乱角が３６度である光拡散体を用い，「フレネルノイズ」によるヘイズ率をＥＲ／ＥＯが２０以下である場合に限って調べ，図９に記載した。
【００６４】
図９より知れるごとく，ＥＲ／ＥＯが６未満となると急激にへイズ率が高くなることが分かった。また，ＥＲ／ＥＯが１０以上となった場合，ヘイズ率は略３％と一定値を取ることが分かった。このことから，３％というヘイズ率はホログラムスクリーンを構成する材料自身によるへイズ率であると考えられる。
【００６５】
また，図８と図６とを比較することにより，「フレネルノイズ」による干渉縞を持ったホログラムスクリーンの方が，より低いヘイズ率を持つことが分かった。これは，物体光のみで露光する場合には，物体光の全てのエネルギーが「フレネルノイズ」の形成に費やされるが，参照光が存在する場合には「フレネルノイズ」形成に消費されるエネルギー量が少ないためで，更に正規の（物体光と参照光とにより形成される）干渉縞によるヘイズ率がある程度低いためであると考えられる。一方，ＥＲ／ＥＯが大きいところで発生しているヘイズ率は，殆どが正規の干渉縞によるものである。
【００６６】
従って，へイズ率が比較的高いようなホログラムスクリーンを作製する場合には，図８，図９のように「フレネルノイズ」によるへイズ率を調ベ，物体光の強度，露光量を所望のへイズ率と同じになるような条件にしてやれば，ホログラムスクリーンのへイズ率をそれ以下の値とすることができる。
【００６７】
そして，図８より知れるごとく，「フレネルノイズ」により作製されたホログラムスクリーンで，光拡散体として散乱角１２度であるものを使用して作製されるものは，ＥＲ／ＥＯ＝６でへイズ率５％となっている。ヘイズ率５％というホログラムスクリーンは，前述した図２，図３より知れるごとく，２０人の観察者の誰もが完全に透明であると感じた（尺度７であった）。
【００６８】
図６より知れるごとく，正規の干渉縞を持ったホログラムスクリーンで，光拡散体として散乱角として散乱角１２度であるものを使用して作製されるものは，ＥＲ／ＥＯ＝６でヘイズ率２０％となっている。ヘイズ率２０％というホログラムスクリーンは，前述した図２，図３より知れるごとく，２０人の観察者が透明であると感じた（尺度７と尺度６であった）。
【００６９】
以上の手法を用いてホログラムスクリーンを作製すれば，「フレネルノイズ」によるヘイズ率をホログラムスクリーンの曇りに影響のない程度まで低減でき，正規の干渉縞によるヘイズ率も，ホログラムスクリーンの透明性を確保できるレベルまで低減できることが分かった。
【００７０】
次に，図４にかかる露光光学系においてヘイズ率５％となるホログラムスクリーンを作製する際に使用した光拡散体の散乱角と露光の際のＥＲ／ＥＯとの関係を図１０に記載した。上記ホログラムスクリーンのヘイズ率は約５％であるから，非常に透明である（実施形態例１の図２，図３参照）。同図より散乱角を大きくした場合には，ＥＲ／ＥＯを小さくすることにより，同じ値のヘイズ率を持ったホログラムスクリーンが得られることが分かった。
【００７１】
次に，前述の図６に記載した散乱角３６度の光拡散体を用いて作製したホログラムスクリーンの正規の干渉縞の回折効率ηＲＯと露光の際のＥＲ／ＥＯとの関係を図１１に記載した。なお，回折効率ηＲＯの測定は，図１２に示すごとく，角度θｃとなるように光７５１をホログラムスクリーン１に対し入射させ，該ホログラムスクリーン１内部の干渉縞で回折されずにそのまま透過した透過光７５２を測定した。この透過光７５２の分布は，例えば，図１３のようになるが，同図における斜線を付した部分の割合をホログラムスクリーンの回折効率ηＲＯとした。
【００７２】
図１１に示すごとく，回折効率ηＲＯはＥＲ／ＥＯが小さくなるに伴い大きくなるが，ＥＲ／ＥＯが３以下となった時点で略一定となる。従って，図１１と前述した図６とから，ＥＲ／ＥＯ＝３以下でホログラムスクリーンを作製する時は，ＥＲ／ＥＯ＝３で作製することにより正規の干渉縞の回折効率ηＲＯを下げることなくホログラムスクリーンのヘイズ率を下げることができることが分かった。また，得られたホログラムスクリーンはへイズ率３０％であるため，曇りが殆ど気にならなかった（図２，図３参照）。
【００７３】
更に，このようなＥＲ／ＥＯを図５に示した各光拡散体ごとに求め，図１４に記載した。同図によれば，光拡散体の散乱角が大きくなるにつれて，ＥＲ／ＥＯを小さくする必要があることがわかった。また，図１４にかかるホログラムスクリーンのスクリーンゲインを図１５に記載した。同図より知れるごとく，これらのスクリーンゲインはすべて０．３以上であった。
【００７４】
また，前述する図１１，図６とから，ホログラムスクリーンの効率が高いほどへイズ率が高くなることが分かった。更に，図８より，「フレネルノイズ」によるへイズ率も高くなることが分かった。以上のことから，ホログラムスクリーンを使用する環境条件から，それほど映像が明るい必要がない，すなわちホログラムスクリーンの効率が必要でない場合には，ホログラムスクリーンの効率ηＲＯを下げることで，より透明性の高いホログラムスクリーンを作製できることが分かった。
【００７５】
以上より，上記光拡散体３２の散乱角を変更する際には，上記物体光３２０の強度ＥＯと上記参照光３１０の強度ＥＲとの強度比ＥＲ／ＥＯを変更する際，散乱角が大きくなるほど，強度比ＥＲ／ＥＯを小さくなるよう調整すればよいことが分かった。これにより，ホログラムクリーンを通して背景を明瞭に観察でき，曇りが殆どなく，透明性に優れたホログラムスクリーンを製造できることが分かった。更に，スクリーンゲインが０．３以上で，映る映像がはっきりと視認できるようなホログラムスクリーンが製造できることが分かった。
【００７６】
なお，ホログラムスクリーンの正規の干渉縞の回折効率ηＲＯが一定であるような露光条件であっても，物体光同士の干渉により形成される「フレネルノイズ」の効率が高くなることにより，へイズ率が低くなる場合がある。
【００７７】
例えば，散乱角３６度の光拡散体を用い，ＥＲ／ＥＯ＝３という条件でホログラムスクリーンを作製した場合，図１６に示すように露光量がある一定値以上になると正規の干渉縞の回折効率ηＲＯは一定となるものの，図１７のようにへイズ率は高くなってしまう。このようなときは，露光量を回折効率ηＲＯが一定となり始める値，３０ｍＪ／ｃｍ２とすればよい。
【００７８】
また，ホログラムスクリーンを作製する際の感光材料の膜厚によってもへイズ率を変えることができる。露光量３０ｍＪ／ｃｍ２という条件で，感光材料の膜厚を変えてホログラムスクリーンを作製し，それぞれの場合のへイズ率を図１８に記載した。同図より，膜厚はホログラムスクリーンの特性が許す限り薄くした方が，低いヘイズ率を得ることができるため，好ましいことが分かった。
【００７９】
なお，本例にかかる露光光学系では前述した図２８に示すごとく，物体光と参照光とを同方向から入射させている。このため，本例の製造方法では透過型のホログラムスクリーンを得ることができる。前述した図２９に示すように，感光材料３１に対して逆方向から物体光３２０と参照光３１０とを入れるよう構成した露光光学系を用いれば，反射型のホログラムスクリーン９０を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，ホログラムスクリーンとこれを設置したショールームを示す説明図。
【図２】実施形態例１における，ヘイズ率とホログラムスクリーンを通して見た文字の読み取り易さの評価を示す線図。
【図３】実施形態例１における，ヘイズ率とホログラムスクリーンの曇り度合の評価を示す説明図。
【図４】実施形態例２における，ホログラムスクリーンを作製する露光光学系を示す説明図。
【図５】実施形態例２における，本例の測定において使用した光拡散体の特性を示す説明図。
【図６】実施形態例２における，ＥＲ／ＥＯと得られたホログラムスクリーンのヘイズ率との関係を示す線図。
【図７】実施形態例２における，光拡散体の散乱角とＥＲ／ＥＯとの関係を示す線図。
【図８】実施形態例２における，ＥＲ／ＥＯと各ＥＲ／ＥＯの値に相当する強度及び露光量を持った物体光で作製したホログラムスクリーンのヘイズ率との関係を示す線図。
【図９】実施形態例２における，散乱角が３６度である光拡散体を使用し，ＥＲ／ＥＯと各ＥＲ／ＥＯの値に相当する強度及び露光量を持った物体光で作製したホログラムスクリーンのヘイズ率との関係を示す線図。
【図１０】実施形態例２における，ヘイズ率５％のホログラムスクリーンを作製する際に使用した光拡散体の散乱角とＥＲ／ＥＯとの関係を示す線図。
【図１１】実施形態例２における，散乱角が３６度である光拡散体を使用して作製したホログラムスクリーンにおける正規の干渉縞の回折効率ηＲＯとＥＲ／ＥＯとの関係を示す線図。
【図１２】実施形態例２における，回折効率の測定方法の説明図。
【図１３】実施形態例２における，回折効率を算出する方法の説明図。
【図１４】実施形態例２における，ＥＲ／ＥＯと光拡散体の散乱角との関係を示す説明図。
【図１５】実施形態例２における，ＥＲ／ＥＯと得られたホログラムスクリーンのスクリーンゲインとの関係を示す説明図。
【図１６】実施形態例２における，露光量と正規の干渉縞の回折効率ηＲＯとの関係を示す説明図。
【図１７】実施形態例２における，露光量と得られたホログラムスクリーンのヘイズ率との関係を示す線図。
【図１８】実施形態例２における，ヘイズ率と感光材料の膜厚との関係を示す説明図。
【図１９】光散乱体の背景に存在する物体から観察者に向かう光束に関する説明図。
【図２０】ホログラムスクリーンの背景に存在する物体から観察者に向かう光束に関する説明図。
【図２１】ホログラムスクリーンが有する干渉縞による外乱光の回折の説明図。
【図２２】感光材料において干渉縞が形成される際の説明図。
【図２３】「フレネルノイズ」が形成される際の説明図。
【図２４】ホログラムスクリーンと通常の光散乱体における出射角と出射光の強度との間の説明図。
【図２５】複数本の物体光と１本の参照光とが感光材料の同じ位置に入射する際の説明図。
【図２６】透過型のホログラムスクリーンを用いた表示装置の説明図。
【図２７】反射型のホログラムスクリーンを用いた表示装置の説明図。
【図２８】透過型のホログラムスクリーン作製の原理を示す説明図。
【図２９】反射型のホログラムスクリーン作製の原理を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．ホログラムスクリーン，
１２．．．映像投影装置，
１２０．．．映像光，
１２１．．．出射光，
３１．．．感光材料，
３１０．．．参照光，
３２．．．光拡散体，
３２０．．．物体光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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