(57)【要約】部分的に平行なビームは、複数の入れ子式の個々に接合された幾何学形セル（３０１）の基体マトリックスを通して送出され、これらのセルが各々パターン付けしたボリューム・ホログラフィ・ディフューザ（３０２）を内蔵し、このホログラフィ・ディフューザが、複合された得られる拡散光ビーム（１００）を生成するように、これらのセルの各々から投射された拡散光ビームを生成し、次いでこれらのセルの各々から投射された拡散光ビームを各々重ね合わせる。幾何学形セルは、それ自体が幾何学形をなす入れ子式セル・サブグループの隣接配置で一群にされる。グラフにすると、半ピーク点（８２）で急激に垂直な断面の傾きおよび実質的に平坦かつ幅広いピーク（８３）を有する角輝度分布断面曲線（８５）が得られ、それによって、複合された得られる拡散光ビーム（１００）を視る所定の箇所に対して、所定のビーム分散角およびビーム偏向角を有する広い視野域にわたって均一な得られる輝度が生成される。
2005502901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示器のために光を拡散させる方法において、
複数の、入れ子式の、個々の接合された幾何学形セルであって、前記セルの各々が、設定された投射角を有する、パターン付けされたボリューム・ホログラフィ・ディフューザを内蔵し、複数の入れ子式の個々の接合された幾何学形セルの基体マトリックスを通して一群の平行または部分的に平行な光ビームを送出するステップと、
前記セルの各々から、半ピーク点で急激に垂直な断面の傾きをもつ狭い角輝度分布断面曲線を有する、送信された拡散光ビームを生成するステップと、
前記セルの各々からの送信された拡散光ビームを各々重ね合わせ、半ピーク点で急激に垂直な断面の傾きをもち、且つ、結合されて得られる拡散光ビームを視る所定の箇所に対して所定のビーム分散角およびビーム偏向角を有する広い視野角域にわたって均一に得られる輝度を生成するよう実質的に平坦かつ幅広いピークをもつ角輝度分布断面曲線を有する、結合されて得られる拡散光ビームを生成するステップと、を含む、表示器のために光を拡散させる方法。
【請求項２】
基体マトリックスを通して前記一群の平行または部分的に平行な光ビームを送出する前記ステップが、前記複数の入れ子式の個々の接合された幾何学形セルの前記基体マトリックスの入力面に対して直角ではない入射角で光ビームを各々送出する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
結合されて得られる拡散光ビームを生成するように、前記セルの各々からの送信された拡散光ビームを各々重ね合わせる前記ステップが、セルの前記基体マトリックスの入力面に対して直角ではない視野角で前記結合されて得られる拡散光ビームを生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記入れ子式の個々の接合された幾何学形セルは、形状が長方形である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記入れ子式の個々の接合された幾何学形セルは、形状が長方形である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記入れ子式の個々の接合された幾何学形セルは、形状が三角形である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記入れ子式の個々の接合された幾何学形セルは、形状が六角形である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記入れ子式の個々の接合された幾何学形セルは、形状が多角形である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
急激に垂直な断面形状をもち、且つ、所定のビーム分散角およびビーム偏向角を有する広い視野域にわたって均一に得られる輝度を生成するように実質的に平坦かつ幅広いピークをもつ角輝度分布断面曲線を有する、結合されて得られる拡散光ビームを形成するために構成された設定投射角を有するホログラフィ・ディフューザのパターン付けされた個々の接合された幾何学形セルを具備する追加の基体マトリックスを提供するステップと、
前記追加の基体マトリックスを前記最初に述べた基体マトリックスに配置するステップと、
前記追加の基体マトリックスを通して、前記最初に述べたマトリックスからの非拡散光を拡散させるステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
結合され重ね合わされて得られる拡散光ビームであって、急激に垂直な断面形状をもち、且つ、前記結合されて得られる拡散光ビームを視る箇所に対して所定のビーム分散角およびビーム偏向角を有する広い視野域にわたって均一な輝度を生成するように実質的に平坦かつ幅広いピークをもつ角輝度分布断面曲線を有する前記結合され重ね合わされて得られる拡散ビームを形成するために構成されたホログラフィ・ディフューザのパターン付けされた入れ子式の個々の接合された幾何学形セルを具備する基体内にマトリックスを含む、ボリューム・ホログラフィ・ディフューザ。
【請求項１１】
前記マトリックスが、少なくとも１つの非拡散光ビームを受信かつ拡散する少なくとも１つのホログラフィ・ディフューザを有する、請求項１０に記載のディフューザ。
【請求項１２】
前記入れ子式の個々の接合された幾何学形セルは、形状が多角形である、請求項１０に記載のディフューザ。
【請求項１３】
前記入れ子式の個々の接合された幾何学形セルは、形状が正方形である、請求項１０に記載のディフューザ。
【請求項１４】
前記入れ子式の個々の接合された幾何学形セルは、形状が三角形である、請求項１０に記載のディフューザ。
【請求項１５】
前記入れ子式の個々の接合された幾何学形セルは、形状が長方形である、請求項１０に記載のディフューザ。
【請求項１６】
前記入れ子式の個々の幾何学形セルは、形状が六角形である、請求項１０に記載のディフューザ。
【請求項１７】
結合されて得られる拡散光ビームであって、急激に垂直な断面形状をもち、且つ、前記結合されて得られる拡散光ビームを視る箇所に対して所定のビーム分散角およびビーム偏向角を有する広い視野域にわたって均一な得られる輝度を生成するように実質的に平坦かつ幅広いピークをもつ角輝度分布断面曲線を有する前記結合されて得られる拡散光ビームを形成するために構成されたホログラフィ・ディフューザのパターン付けされた入れ子式の個々の接合された幾何学セルを具備する追加のマトリックスをさらに含む、請求項１０のディフューザ。
【請求項１８】
ホログラフィ・ディフューザの前記個々の接合された幾何学形セルが、入れ子式のサブグループで配置されている、請求項１０に記載のボリューム・ホログラフィ・ディフューザ。
【請求項１９】
表示画素を含む表示器のためのボリューム・ホログラフィ・ディフューザであって、前記ディフューザの個々のセルが、入れ子式のサブグループの連続的な配置で一群にされ、前記サブグループの各々のサイズが表示画素より小さい、ボリューム・ホログラフィ・ディフューザ。
【請求項２０】
前記ディフューザが前記表示器に直接付着されている、請求項１９に記載のボリューム・ホログラフィ・ディフューザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は広く、ボリューム・ホログラフィ・ディフューザに関する。
【０００２】
（発明の背景）
ホログラフィ・ディフューザは当技術分野ではよく知られている。さらに、ホログラフィ・ディフューザを利用するＬＣＤ表示器も当技術分野ではよく知られている。典型的には、ＬＣＤ表示器は、ホログラフィ・ディフューザを使用してＬＣＤ表示器の背面照明（バックライト）を増強し、または特定の視野角域内に位置する視る者に送信された表示光を向ける。これを達成するために、ホログラフィ・ディフューザは、特定の視野角域を占めるように設計された特定の伝搬路に拡散された光を向ける。
【０００３】
例えば、航空機のコクピットの表示器がホログラフィ・ディフューザを有する場合、パイロットのヘッド・ボックスはパイロットの眼によって占有可能であるはずの領域であり、パイロットはそこから表示装置の出力を視るものと考えられる。したがって、ＬＣＤ表示器によって送信された光をパイロットのヘッド・ボックスへ向けるためのホログラフィ・ディフューザを設計することは利点がある。このようにホログラフィ・ディフューザを使用して光を向け直すことが知られている。
【０００４】
しかし、所望の視野角域にわたって均一の輝度を維持し、かつ視野角域の縁部で急激な輝度の減衰を生じさせることは困難である。このような困難さが存在するのは、各々のホログラフィ・ディフューザの設計によって、表示輝度が視野角の可変関数にされているからである。その結果、パイロットのヘッド・ボックス内から視るとき、表示輝度に好ましくない変化が起こり得るからであり、かつ視野の外縁部での輝度カットオフが急激ではないからである。これは一般に、知られているホログラフィ・ディフューザの２つの望ましくない特性に起因する。第１に、ホログラフィ・ディフューザ上の光の入射角が、その設計に適合する許容入射角の限界に近づくにつれて、ホログラムの拡散特性が衰え始め、その入射光が伝搬角で拡散または偏向されずにホログラムを透過し始める。第２に、視野角の関数としての表示輝度の対応するグラフはベル形曲線に類似する。このため視られる表示像は、視野角が視野角域の縁部に接近するにつれて不明瞭になる。さらに、重要な視野角域の外縁部での輝度減衰が急激でないために、有用視野角域の外側にかなりの無駄な光が注ぐ。
【０００５】
図１は、当技術分野における従来の拡散スクリーン配置の側面図である。図１を参照すると、平行または部分的に平行な白色光入力ビーム１０が、屈折媒体基体１２およびボリューム・ホログラフィ・フィルム・ディフューザ１３を直角入射で照明する。このホログラム・フィルム１３は、投射された出力ビーム１４を角域λにわたって拡散する。図２に示す角λは、半ピーク２０間の輝度角分布断面の半ピーク全幅角である。顕著な色分散は、ほとんど、または一切ない。
【０００６】
図１Ａを参照すると、平行または部分的に平行な白色光入力ビーム１０が９０度よりも大きいかまたは小さい角φで屈折媒体基体１２上に入射するとき、ボリューム・ホログラムを励起するビームが、直角入射に関する拡散角と同一の（またはほとんど同一の）拡散角λを維持するように設計され得ることは注目に値する。あるいは、図１Ｂを参照すると、平行または部分的に平行な白色光入力の直角入射に関して、拡散角λを有する出力ビームが、基体に対して直角でない方向へ投射され得る。これによって、パイロットの視線水準より下方に位置し、かつ計器表示面の法線がパイロットの直視線に対してかなりの角度（２０度から３０度またはそれ以上）をなす航空機のコクピットの計器表示装置の輝度を向上させることができる。これは、計器面の法線から離れかつパイロットのヘッド・ボックスの中心に向かって拡散された出力を投射することによって達成することができる。
【０００７】
同様に、入力白色光の平行または部分的に平行なビームおよび拡散された出力ビームの伝搬方向が、両方とも基体（または計器表示面）の法線から偏向するボリューム・ホログラフィ・ディフューザの設計も可能である。
【０００８】
これら従来技術のディフューザの設計では、視野角域の外縁部での（およびこれらの外縁部を越える角度での）漸進的な輝度減衰が光の無駄を引き起こし、表示輝度の低下を生じる。したがって、無駄な光を最小にし、かつ重要な視野角域内に捕捉される光束を最大にするために、輝度角分布曲線の半ピーク点での傾きを極大にすることに利点がある。
【０００９】
（発明の概要）
本発明は、航空機のコクピット内のＬＣＤ計器盤モジュールおよびヘッドアップ表示装置などの、その用途は表示装置に限定されるものではないが、表示装置用のビーム偏向拡散スクリーンとして特に有用である。それらの半ピーク全幅点で急激な輝度のカットオフを有する１組の狭い重ね合わせられた偏向され拡散されたビーム断面が、複合角輝度分布を形成する。表示パネルから投射するこれらの重ね合わせられた光ビームを集中させることによって、かつパイロットのヘッド・ボックス内でそれらを捕捉することによって、パイロットのヘッド・ボックス外に投射されることによる無駄な光を最小にすることにより効率を向上させる。個々の投射された狭いビーム角断面は、単独では視野角の関数としての表示輝度を均一にしないが、複数の個々の狭いビームの重ね合わせは、重要な広い視野角域にわたって均一な輝度を生成するように設計することができる。
【００１０】
本発明は、本発明の構成および方法を用いて、入れ子式の複数の個々の接合された幾何学形ホログラフィ・セルを含むフィルム・マトリックスを有する基体を通過する平行または部分的に平行な光を送出することによって達成される。このマトリックスを含むセルはグループに細分化される。１つのグループ内の各セルは、固有にパターン付けしたボリューム・ホログラフィ・ディフューザを内蔵する。このディフューザは、そのグループ内の他のどのセルによって投射される方向とも異なる方向へ投射される、拡散された狭い光ビームを生成する。各セルのグループから投射された様々な方向に向かう拡散された狭い光ビームを重ね合わせることによって、結合されて得られる拡散された広い光ビームが生成される。この得られる光ビームは、その半ピーク点での急激に垂直な傾きおよび重要な広い視野角域にわたる実質的に平坦かつ幅広いピークをもつ輝度角分布断面を有する。よって生成される表示輝度は、広い視野角域にわたって均一である。この角域は、パイロットのヘッド・ボックスの中点を通過する特定のビーム偏向角上の中心に位置する。よって表示器上のセルのマトリックスは、その表示面全体にわたって、かつパイロットのヘッド・ボックス内の任意点から視るときに、均一の輝度を生成する。この得られる表示輝度は、当技術分野で知られる視野角域より広い視野角域にわたって実質的に均一であり、かつ角分布断面の半ピーク点での急激な輝度減衰は当技術分野で知られているものより大きい。好ましい実施の形態では、別個の右眼用の像と別個の左眼用の像とを交代させずに、非交代式に単一像を両眼に提供することもできる。
【００１１】
本発明は、平行または部分的に平行な光が表示器上に入射する用途に最も有用であり、表示器によって送信された光をより広くかつより多くの拡散ビーム中へ投射する必要が存在する。この投射された拡散ビームが、所望の広い視野角域にわたってかつその領域の縁部で急激に輝度がカットオフされて均一に分布されるとき、その有用性がさらに高まる。この投射された拡散ビームはまた、非対称の（すなわち、直交する断面平面内の異なる角幅）出力ビーム包絡面も有することが可能であり、その面は高い効率性を有し、かつ色分散がほとんどまたは一切ない。入力ビーム方向とは異なる角度で、このような出力ビーム包絡面の軸を任意選択で偏向させることも望まれ得る。非対称の出力ビーム包絡面および／または入力ビーム軸とは異なる軸を有する包絡面は、非対称の次元を有するパイロットのヘッド・ボックス内に届かない光束および／または表示器の法線から離れて位置する光束を最小にするために有用である。
【００１２】
拡散スクリーン面上または面内で、規則的なパターンで配置されたボリューム・ホログラムのマトリックスを創出することによって、そのマトリックスのサブグループの隣接セルが異なるホログラム設計を有し、各々のセルがそのセルから異なる方向に投射される拡散ビームを偏向する。各々の投射された出力ビームのビーム分散方向および偏向方向は、各々の異なるサブグループ・セルのホログラム設計によって制御することができる。このように生成した拡散された投射出力ビームを重ね合わせることによって、その半ピーク点での急激な断面の傾きおよび実質的に平坦な幅広いピークを有する複合角輝度分布が生成される。この複合投射ビームは、所望の拡散分散および伝搬方向を有する。
【００１３】
よって、本発明は、入れ子式の個々に接合された幾何学形セルを通して、表示器からの光ビームを送出するための方法および装置を使用する。セルはサブグループに細分化され、１つのサブグループの各セルは、最適の拡散が生じるように異なる設計角または投射角を有するパターン付けしたボリューム・ホログラフィ・ディフューザを内蔵する。１つのサブグループの各セルは、そのサブグループのその他のセルの伝搬角とは異なる伝搬角を有する、拡散された光ビームを投射する。
【００１４】
セル・サブグループのホログラフィ・ディフューザの反復パターンによって、ビーム投射方向よりも数が多いセルが存在する。したがって、各セルはマトリックス内の他の多数のセルとビーム投射方向を共有する。ホログラフィ・ディフューザ・セル上の入射光の角分布は、そのセルの拡散特性によって拡大され得る。よって、そのセルから投射されたビームの角分布は、入射光ビームの角分布よりも広くなり得る。さらに、そのセルから投射されたビームは、そのセル・サブグループの他のセルの方向とは異なる方向へ伝搬することができる。したがって、セル・サブグループから投射された複合ビームの角分布は、複合ビームを含む個々の構成要素ビームのうちのどれよりも広く、かつ可能性としてさらに角非対称であり得る。さらに、複合ビームは、狭い角分布（複合ビームの分布と比較して）を有する複数の個々のビームからなるので、複合ビームの半ピーク点での角分布断面の傾きは、狭いビームの傾きに類似して、急激であり、ほとんど垂直であり得る。表示器をパイロットのヘッド・ボックス内の点から視ると、ピークの複合投射ビームの角分布が、広い視野角域にわたって実質的に平坦であるので、表示輝度は視野角の一様関数であり得る。よって、所定のビーム分散角および偏向角が視る者に対して創出される。セル・サブグループから表示面全体に投射された輝度角分布断面の縁部で生成された、大きなほとんど垂直な傾き角によって、光度効率が最大化される。
【００１５】
（詳細な説明）
図３および４は、本発明に従ってホログラフィ・ディフューザ３０を示す図である。図３を参照すると、このホログラフィ・ディフューザ３０は、ホログラフィ・ディフューザ３０全体に配置されたセルのマトリックスを形成する入れ子式の個々の接合された幾何学形セルから構成される。これらのセルは、パターンを付けたホログラフィ・ディフューザ３０を共に形成する入れ子式のセル・サブグループ３０１の連続配置で一群にされる。セル・サブグループ３０１の個々の接合された幾何学形セルは各々、個々のパターン付けしたホログラフィ・ディフューザ要素を含む。セル・サブグループのホログラフィ・ディフューザ要素は各々、入力光を拡散し、かつその拡散されたビームを、そのセル・サブグループの他のディフューザ要素によって投射された方向とは異なる独自の方向に投射する。表示器１が図３に示されているが、通常、それは背面照明のＬＣＤ表示器でよい。表示器１から様々な伝搬方向を有する光線５からなる入射光２が、ホログラフィ・ディフューザ３０へ入射する。
【００１６】
表示器１とホログラフィ・ディフューザ３０の間の距離は、等しい縮尺で描かれておらず、実際には、表示器がディフューザに接近すればするほど、それだけ解像力を損失せずに明瞭な像を生成することが容易になることに留意されたい。したがって、ホログラフィ・ディフューザ３０は、表示器１に積層されるかまたは付着されることが好ましい。
【００１７】
ホログラフィ表示スクリーン３０による解像力の損失を防ぐために、ホログラフィ・セルのサブグループ３０１の大きさは、表示画素より小さくなければならない。だいたいにおいて経験則によれば、サブグループの大きさは、対応する画素の大きさの半分を超えない。よって、サブグループの面積は、表示画素の面積の１／４を超えない。
【００１８】
さらに、隣接するホログラフィ・セル間の境界での縁効果が、セル間の移行領域におけるホログラフィ特性の望ましい急激な「階段関数」変化を妨げる恐れがあることを当業者なら理解するであろう。したがって、ホログラフィ特性の損失が２つのセル間の境界域で生じる。このような損失は、小さいセルほどセル間の移行領域が占める比率が大きいので、小さいホログラフィ・セルにはより顕著である。したがって、サブグループ３０１を含むホログラフィ・セルは、解像力の損失を防ぐのに必要な面積以上にしなければならない。
【００１９】
図３では、ホログラフィ・ディフューザ３０上に入射する部分的に平行な光２が、その複数のセル構造を通過する。このような構造の個々の入れ子式ホログラフィ要素は各々、それが捕捉する光を拡散し、かつパイロットのヘッド・ボックスの一定部分に向けて投射する。セル・サブグループ３０１を含む各セルは、そのサブグループの他のセルとは異なる方向へその拡散ビームを投射する。様々に投射されたすべてのビームを重ね合わせることによって、パイロットのヘッド・ボックス内のすべての点から視ることができる複合ビームを形成する。図８の輝度対視野角のグラフは、パイロットのヘッド・ボックス内の視点に関する視野角の関数としてのサブグループの輝度の一例である。図８は、（パイロットのヘッド・ボックス領域を通過する光束伝搬の方向を表す）２つの直交する角次元および輝度次元を表す三次元グラフを貫通して取った断面図であることに留意されたい。したがって、９個のホログラフィ・セルのサブグループから、様々な投射設計角で投射される拡散ビームの３×３の配列があり得る。図８のグラフは、９つの投射されたビームのうちの３つを貫通して取った断面スライスであり得る。図８の３本の破線グラフ８０は、個々の投射されたビームの輝度角断面を表し、その特有の投射設計角上にその中心が各々位置する。実線８３は、個々の投射されたビーム輝度角分布８０の複合合計を表す。
【００２０】
各ビームのグラフは、両ビームの共通の半ピーク点で隣接するビームのグラフと交差することに留意されたい。このような条件は、視野角の均一な輝度を生成するのに必要であるが、個々のビームの半ピーク点の角分離に等しくなるように、それらの投射設計角の角分離を選択することによって実現される。
【００２１】
図８によって例示した拡散されたビームの３×３の配置断面図は、数多くの可能な配置のうちの１つである。図９は、ホログラフィ・ディフューザのセル・サブグループ３０１から投射されたビームの１×２、２×２、３×２またはＮ×２の配置であり得る一対の投射ビームの中心を貫通してとった断面図の一例である。当然のことであるが、３×４，３×５，４×４または一般にＮ×Ｍなどの、ただしＮおよびＭは常識範囲内の任意の整数であり得るが、他に多くの可能な配置が存在する。
【００２２】
投射されたビーム３０５の一部分が、位置１００（図４に視る者の眼の位置として示されている）で交わるが、それはパイロットのヘッド・ボックスなどの指定された空間領域内にある。放射されたビームのこれらの部分は、眼の位置１００からホログラフィ・ディフューザ３０上の複数のセル・サブグループ３０１の各々までの個々の視野角である。位置１００では、視野角３０５に沿って投射された拡散ビーム部分が重ね合わされる。
【００２３】
これらの重ね合わされたビーム部分が、加え合わされて所望の曲線８３を形成する曲線８０によって、出力角分布断面曲線として図８にグラフで示されている。図８の広い視野角域にわたる均一な輝度によって、その均一な輝度角域内にある視野角３０５に関する表示輝度も同様に均一である。したがって、表示輝度が視る位置１００で最適化される。さらに、半ピーク点８２でほとんど垂直な傾きを有する曲線８３によって、従来のホログラフィ・ディフューザの重要な視野角域の外側で無駄にされる光が解消される。
【００２４】
このような改良が、図８を図２に比較することによって例示されている。本発明では、半ピーク点の近傍における輝度は、非常に急激な態様で増減することが図８から容易に理解される。これは従来技術の図２と対照的であり、そこでは輝度が、均一な輝度の比較的小さな角域および半ピーク点の角の近傍における輝度の緩やかな変化を有する遥かにベル形の関数である。生じる無駄な光束が表示器で望ましくないのは、それが適正な輝度の角視野域を減少させるからである。このような現象は、当技術分野では一般に、「半ピーク点における小さな傾き問題」と呼ばれている。
【００２５】
再び図３および４を参照すると、隣接する入れ子式のホログラフィ・セル・サブグループ３０１は、無限に多様な入れ子式幾何学形で実施され得る。それらのうちの３例が、図５、６および７で例示されている。図５は、１８辺の多角形セル・サブグループ５０１の入れ子式マトリックスからなるホログラフィ・ディフューザ５０を例示する図である。図６は、長方形のセル・サブグループ６０１の入れ子式マトリックスからなるホログラフィ・ディフューザ６０を例示する図である。図７は、三角形のセル・サブグループ７０１の入れ子式マトリックスからなるホログラフィ・ディフューザ７０を例示する図である。
【００２６】
これらのサブグループ形状の各々に、ホログラフィ・セルの入れ子式マトリックスが埋められている。これらの例が、図５Ａ、６Ａおよび７Ａに例示されている。図５Ａφかにセル・サブグループ５０１に、７個の入れ子式六角形ホログラフィ・セル６０２を埋めることができるかを示す図である。図６Ａφかに長方形のセル・サブグループ６０１に、９個の入れ子式長方形ホログラフィ・セル６０２を埋めることができるかを示す図である。図７Ａは、三角形セル・サブグループ７０１に、いかに１６個の入れ子式三角形ホログラフィ・セル７０２を埋めることができるかを示す図である。
【００２７】
異なる幾何学形状各々が、得られる拡散ビームを均一な輝度角分布において拡大する目的に寄与するホログラフィ光分布特性をそれ自体のものとして有し、しかも本発明を可能にするために重要な角域の外側の無駄が最小限である。
【００２８】
セル・サブグループおよびそれらを含むセルを入れ子式にすることが有利なのは、サブグループ間またはそれを含むセル間の間隙が一切のホログラフィ拡散特性を有さない空白域を創出することになるからである。前記空白域を通過して光が漏出することによって、光損失または非均一的な拡散特性による望ましくない非均一的な表示輝度を引き起こすことになる。
【００２９】
セル・サブグループおよびそれらを含むセルのホログラフィ特性は多様である。各セル・サブグループのホログラフィ特性は、ホログラフィ・ディフューザの他のどのセル・サブグループのホログラフィ特性とも同一である。これによって各セル・サブグループから投射される複合ビームに関して同一の拡散特徴が確保される。各セル・サブグループを含むホログラフィ・セルのホログラフィ特性は互いに異なる。これは、図１、１Ａおよび１Ｂで定義された従来技術の拡散角１４を増大するために必要である。さらに、先に説明したように、これは、視野角の設計域にわたる輝度均一性を獲得するために必要である。
【００３０】
部分的に平行な光に関して輝度角断面が図９に例示されているが、図１０は、そのような部分的に平行な光に関して設計されたホログラム拡散スクリーンに対して、平行な光が入力されるときに得られる結合された輝度角断面の一例である。図９の分布セルは、共通の輝度半ピーク点で２つの輝度角断面を交差させる量だけ異なる設計角を有する。これによって、２つのセルから投射された２つの輝度分布断面の結合または重ね合わせに関する輝度角分布が、２つのホログラフィ・セル設計角の間でほとんど均一になることを確実にする。しかし、平行な光に関してそれら２つの設計角が構成されているが、その平行な光よりも多量の光によってそれら２つのセルを照明すると、図１０に例示した得られる分布断面１５０は、図９の断面よりも狭いことになる。したがって、図１０の輝度断面１５０は、共通の半ピーク点で交差せず、これら２つの輝度断面１５０間で深い輝度の谷間を有する結合された輝度断面を生成する。図１０の生じる輝度角の非均一性は、それら２つの個々の輝度断面を共通の半ピーク点で交差させるために、それら２つのセルの投射設計角の間で十分に小さい角分離を有するようにホログラフィ・ディフューザを再設計することによって是正することができる。このような方法で、平行またはほとんど平行な光入力に関して、無駄な光を減らし、かつ輝度の均一性を維持することも可能である。これによって、複数の個々に接合された幾何学形のセル・サブグループ３０１またはこのようなセル・サブグループの拡散された出力ビームの重ね合わせを使用しない従来技術に比べて大きな視野角域にわたって均一の表示輝度が生成されることになる。
【００３１】
特に、再度図３および４を参照すると、上で注目したように、本発明は、ディフューザ３０の面全体および／または基体内に分布されたホログラフィ・セル・サブグループ３０１のパターンを有するホログラフィ・ディフューザ３０を創出する。各セル・サブグループ３０１内の入れ子式の隣接セルが、異なるホログラフィ・ディフューザ設計を有する場合、平行または部分的に平行な白色の（または単色の）光ビームの入力は、２つ以上のディフューザ出力ビームの角分布（図８および図９を参照）の重ね合わせを生成することができる。これは少なくとも２つの異なる方向へ出力拡散ビームを生成することによって達成される。
【００３２】
したがって、本発明は、各セルが、視る位置１００で、異なる角度で投射された拡散ビームの合計からの重ね合わされた得られる像を生成するので、平行な光および部分的に平行な光で機能することができる。それによって、狭い出力分布８０のその構成要素から図８の複合出力分布８３が生成される。それによってまた、図１Ｂに示したように入射光５がディフューザ３０に対して直角の場合または図１Ａに示したようにそれがディフューザ３０に対して直角でない場合、重要な視野角域を埋めるように拡散された光ビームを向け直すことも可能である。
【００３３】
平行または部分的に平行な光でＬＣＤ表示器を背面照明することによって、前記表示器のコントラストが顕著に向上することが当技術分野では知られている。しかし、背面照明のコリメーションが大きいほど、現行技術による拡散スクリーンが、広い視野角を均一かつ効率的に（光束を著しく無駄にせずに）照明することがそれだけ困難になる。本発明は、平行または部分的に平行な背面照明を利用して、現行技術の表示スクリーンによって提供されるもの以上に、広い視野角域に関して表示コントラスト、すなわち均一性、および効率性を同時に向上させることができる。
【００３４】
よって全体として、本発明は角均一性を向上させるが、それは、視野角の関数としてのマトリックス内の任意のセル・サブグループの輝度均一性である。
本発明の第２の実施形態は、２つ以上のボリューム・ホログラフィ・ディフューザを使用して、以下で詳細に論じる第１ホログラフィ・ディフューザを通過する第１パス中に拡散されなかった通過光を拡散させる。
【００３５】
ボリューム・ホログラフィ・ディフューザの別の特性は、入射ビームの方向がその設計投射角と十分異なるとき、透明すなわち非拡散トランスミッタとなる傾向である。この特性が図１１によって例示されている。詳細には、図１１を参照すると、拡散ビーム７を創出するように、入射ビーム５がディフューザ３０によって拡散される。ビーム５ａは投射角に対してある角度で入射し、さらに、上で論じたように、ビーム５ａはディフューザによって拡散されずに送信される。入力ビーム５および５ａが、例示目的のために空間的に分離されていることにも留意されたい。実際は、これらのビームが同一領域上または基体３０全体で重ね合わされているべきである。
【００３６】
しかし、図１２に示したように、投射角に対してある角度で入射するビーム５ａの非拡散透過特性を取り除くために、第２のボリューム・ホログラフィ・ディフューザ３０を第１のものに追加することができる。第２の追加されたホログラフィ・ディフューザ３０ａは、第１ホログラフィ・ディフューザ３０から空気を介して離間され得る。好ましくは、それは第１ホログラフィ・ディフューザ３０に積層される。そうすることによって、フレネル反射の損失およびエアギャップに存在することになる表示器と拡散スクリーンの間の大きな間隙による解像力の損失を抑止する。第２ホログラフィ・ディフューザ３０ａは、第１ホログラフィ・ディフューザ３０によって拡散されずに送信されたビーム５ａを拡散させるように設計されることになる。この第２ホログラフィ・ディフューザ３０ａはまた、第１ビーム５による拡散断面の大部分を送信することになる。それらの第１ビームの拡散断面部分は、第２ビームの入射角と密接に位置合わせされ、拡散の第２段階を経ることになる。同様に、両方のホログラムの設計も、両者間の界面が積層されているか、または空気を介して離間されているかどうかに依存する。
【００３７】
さらに、３つ以上のホログラフィ・ディフューザ層を使用して拡散すべき、さらに大きな入力ビーム角域に適応することができる。また拡散断面の対称軸を対応する入力ビームに平行であるように設計する必要もない。
【００３８】
本発明は、本明細書において説明された好ましい実施の形態によって範囲が限定されるものと考えるべきではない。本明細書および本発明の実施を考慮することによって、当業者はさらなる利点および修正を容易に思いつくことであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来技術の拡散スクリーン配置の側面図である。
図１Ａは、入力光の入射角がホログラフィ・ディフューザ面に対して直角ではない従来技術のホログラフィ・ディフューザの側面図である。
図１Ｂは、出力された光がホログラフィ・ディフューザ面に対して直角ではない従来技術のホログラフィ・ディフューザの側面図である。
【図２】
特定の投射角に関する輝度対視野角の従来技術のベル形関数を表すデカルト座標における断面図である。
【図３】
本発明のホログラフィ・ディフューザの入力側の斜視図である。
【図４】
本発明のホログラフィ・ディフューザの出力側の斜視図である。
【図５】
１８辺のセル・サブグループ形状を使用する本発明のホログラフィ・ディフューザの斜視図である。
図５Ａは、図５のセル・サブグループの入れ子式ホログラム・セルを描く図である。
【図６】
長方形のホログラム・セル・サブグループ形状を使用する本発明のホログラフィ・ディフューザの斜視図である。
図６Ａは、図６のセル・サブグループの入れ子式ホログラム・セルを描く図である。
【図７】
三角形のホログラム・セル・サブグループ形状を使用する本発明のホログラフィ・ディフューザの斜視図である。
図７Ａは、図７のセル・サブグループの入れ子式ホログラム・セルを描く図である。
【図８】
部分的に平行な光がホログラフィ・ディフューザに入力されるときの、本発明の３つの重ね合わされた拡散断面に関する得られる輝度対投射角のデカルト座標におけるグラフである。
【図９】
部分的に平行な光がホログラフィ・ディフューザに入力されるときの、本発明の２つの重ね合わされた拡散断面に関する得られる輝度対投射角のデカルト座標におけるグラフである。
【図１０】
平行な光をホログラフィ・ディフューザに入力されるときの、本発明の２つの重ね合された拡散断面に関する得られる輝度対投射角のデカルト座標におけるグラフである。
【図１１】
本発明の第２の実施形態の第１要素の側面図である。
【図１２】
両方の要素が定位置にある完全な第２の実施形態の側面図である。
【図１】
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【図２】
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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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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