(57)【要約】【課題】新規な表示装置を提供する。【解決手段】１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の第一波長領域のレーザ照射によって光学特性が変化するハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類を含み構成されている層を有する表示素子１１９０と、表示素子１１９０に表示用データを書き込むために第一波長領域のレーザ１１９２を出力する第１の光源１１９１と、表示用データが書き込まれている表示素子１１９０に３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二波長領域の光を照射するための第２の光源とを具備する。表示素子は光の吸収波長ピークが互いに異なる材料からなる複数の層を有し、第１の光源と第２の光源は波長可変の一つの光源で構成する。【選択図】図９
2008077044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置であって、
１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の第一波長領域のレーザ照射によって光学特性が変化するハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類を含み構成されている層を有する表示素子と、
前記表示素子に表示用データを書き込むために、前記第一波長領域のレーザを出力する第１の光源と、
前記表示用データが書き込まれている前記表示素子に、３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二波長領域の光を照射するための第２の光源と、
を有することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記表示素子は、光の吸収波長ピークが互いに異なる材料からなる複数の前記層を有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記第１の光源と第２の光源は、波長可変の一つの光源で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記表示用データは、ホログラムデータであることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
ホログラム再生装置であって、
１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満である第一波長領域のレーザ照射により光学特性が変化するハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類を含み構成される表示素子と、
前記第一波長領域のレーザ照射によって、前記表示素子にホログラム干渉縞を書き込むための書き込み手段と、
波長領域が３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二波長領域の読み出し光を前記ホログラム干渉縞に照射して、ホログラム立体像を再生する手段と、
を具備することを特徴とするホログラム再生装置。
【請求項６】
前記ホログラム干渉縞は、ホログラムデータに基づき、ドットデータで前記表示素子に書き込むことを特徴とする請求項５に記載のホログラム再生装置。
【請求項７】
前記ホログラム干渉縞を消去するための消去手段を有し、前記書き込み手段によるホログラム干渉縞の書き込み、前記再生手段によるホログラム立体像の再生、前記消去手段によるホログラム干渉縞の消去を繰り返すことによりホログラム立体像の連続再生を行うことを特徴とする請求項５に記載のホログラム再生装置。
【請求項８】
前記消去手段は、レーザ照射、電磁波又は熱を作用させることにより前記ホログラム干渉縞を消去することを特徴とする請求項７に記載のホログラム再生装置。
【請求項９】
前記レーザ照射用の波長は、７００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載のホログラム再生装置。
【請求項１０】
前記第二波長領域の読み出し光の照射は、前記表示素子に対する前記第一波長領域のレーザ照射と、同じ面側から行うことを特徴とする請求項５に記載のホログラム再生装置。
【請求項１１】
前記書き込み手段は、前記表示素子の奥行方向に規定される仮想面に前記ホログラム干渉縞を形成することを特徴とする請求項５に記載のホログラム再生装置。
【請求項１２】
前記ドットデータによる画素サイズを切り換えることにより、立体表示と非立体表示を切り換えることを特徴とする請求項５に記載のホログラム再生装置。
【請求項１３】
ホログラム再生装置であって、
ハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類からなり、且つ波長領域が１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の第一波長領域のレーザ照射により光学特性が変化する第一、第二、及び第三の層が積層されている表示素子を有し、
前記第一、第二、第三の層は、前記第一波長領域のレーザ照射により光学特性が変化した状態における吸収波長ピークが互いに異なり、
前記第一、第二、第三の層の前記吸収波長ピークは、それぞれ３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、及び６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、
前記第一波長領域のレーザ照射によって、前記表示素子にホログラム干渉縞を書き込むための書き込み手段と、
前記ホログラム干渉縞が書き込まれている前記表示素子に、読み出し光を照射して、ホログラム立体像を再生するための再生手段とを有することを特徴とするホログラム再生装置。
【請求項１４】
前記ホログラム干渉縞は、ホログラムデータに基づき、ドットデータで前記表示素子に書き込むことを特徴とする請求項１３に記載のホログラム再生装置。
【請求項１５】
前記ホログラム干渉縞が書き込まれている前記表示素子に、波長領域が３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二の波長領域から選択される波長ピークが３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、波長ピークが５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、及び波長ピークが６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である、３種の読み出し光を用いて、前記ホログラム立体像を再生することを特徴とする請求項１３に記載のホログラム再生装置。
【請求項１６】
前記ホログラム干渉縞を消去するための消去手段を有し、前記書き込み手段によるホログラム干渉縞の書き込み、前記再生手段によるホログラム立体像の再生、前記消去手段によるホログラム干渉縞の消去を繰り返すことによりホログラム立体像の連続再生を行うことを特徴とする請求項１３に記載のホログラム再生装置。
【請求項１７】
前記消去手段は、レーザ照射、電磁波又は熱を作用させることにより前記ホログラム干渉縞を消去することを特徴とする請求項１６に記載のホログラム再生装置。
【請求項１８】
前記レーザ照射用の波長は、７００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１６に記載のホログラム再生装置。
【請求項１９】
前記ドットデータにより書き込む画素サイズを切り換えることにより、立体表示と非立体表示を切り換えることを特徴とする請求項１３に記載のホログラム再生装置。
【請求項２０】
ホログラムを利用する装置であって、
１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満である第一波長領域のレーザ照射により光学特性が変化するハロゲン化アルカリもしくはハロゲン化アルカリ土類を含み構成される体積型ホログラム記録媒体と、
前記体積型ホログラム記録媒体に、前記第一波長領域のレーザ光を照射するための第一の光源と、
前記体積型ホログラム記録媒体に、３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下である第二波長領域の読出し光を照射するための第二の光源とを備え、
前記体積型ホログラム記録媒体と前記第一の光源とを、相対的に３次元走査して、前記体積型ホログラム記録媒体に、ビットデータに基づく体積型ホログラム干渉縞を形成することを特徴とするホログラムを利用する装置。
【請求項２１】
前記体積型ホログラム記録媒体は、ハロゲン化アルカリもしくはハロゲン化アルカリ土類からなる複数の層で構成されており、前記複数の層は、前記第一波長領域のレーザ照射により光学特性が変化し、且つ光学特性が変化した状態における吸収波長ピークは、それぞれ異なることを特徴する請求項２０に記載のホログラムを利用する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、ホログラム再生装置、及びホログラムを利用する装置に関する。また、本発明は、３次元（以下３Ｄという）立体ディスプレイ等として用いることが可能なホログラム再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハロゲン化アルカリ等を用いたディスプレイとしては、ダークトレース管というカソードクロミック蓄積管が知られている。ダークトレース管は電子ビームによる着色像を直接観察するものである。
【０００３】
また、特許文献１（特開２０００−２０６８５８号公報）にも、電子線を用いたホログラム再生装置が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２０６８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電子線を用いる場合は、ホログラム干渉縞を形成する表示素子の内側は真空系にする必要がある。
【０００５】
また、ハロゲン化アルカリやハロゲン化アルカリ土類は電気絶縁性の材料であり、電子線の照射により、当該材料を用い手構成される表示素子に電荷が蓄積され、いわゆるチャージアップが生じる場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の波長帯域のレーザ照射を用いた新規な表示装置、ホログラム再生装置、及びホログラムを利用する装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明に係る表示装置は、
１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の第一波長領域のレーザ照射によって光学特性が変化するハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類を含み構成されている層を有する表示素子と、
前記表示素子に表示用データを書き込むために、前記第一波長領域のレーザを出力する第１の光源と、
前記表示用データが書き込まれている前記表示素子に、３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二波長領域の光を照射するための第２の光源と、
を有することを特徴とする。
【０００８】
第２の本発明に係るホログラム再生装置は、
１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満である第一波長領域のレーザ照射により光学特性が変化するハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類を含み構成される表示素子と、
前記第一波長領域のレーザ照射によって、前記表示素子にホログラム干渉縞を書き込むための書き込み手段と、
波長領域が３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二波長領域の読み出し光を前記ホログラム干渉縞に照射して、ホログラム立体像を再生する手段と、
を具備することを特徴とする。
【０００９】
前記ホログラム干渉縞は、ホログラムデータに基づき、ドットデータで前記表示素子に書き込むことで形成され得る。
【００１０】
また、前記ドットデータによる画素サイズを切り換えることにより、立体表示と非立体表示を切り換えることができる。
【００１１】
第３の本発明に係るホログラム再生装置は、
ハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類からなり、且つ波長領域が１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の第一波長領域のレーザ照射により光学特性が変化する第一、第二、及び第三の層が積層されている表示素子を有し、
前記第一、第二、第三の層は、前記第一波長領域のレーザ照射により光学特性が変化した状態における吸収波長ピークが互いに異なり、
前記第一、第二、第三の層の前記吸収波長ピークは、それぞれ３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、及び６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、
前記第一波長領域のレーザ照射によって、前記表示素子にホログラム干渉縞を書き込むための書き込み手段と、
前記ホログラム干渉縞が書き込まれている前記表示素子に、読み出し光を照射して、ホログラム立体像を再生するための再生手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
第４の本発明に係るホログラムを利用する装置は、
１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満である第一波長領域のレーザ照射により光学特性が変化するハロゲン化アルカリもしくはハロゲン化アルカリ土類を含み構成される体積型ホログラム記録媒体と、
前記体積型ホログラム記録媒体に、前記第一波長領域のレーザ光を照射するための第一の光源と、
前記体積型ホログラム記録媒体に、３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下である第二波長領域の読出し光を照射するための第二の光源とを備え、
前記体積型ホログラム記録媒体と前記第一の光源とを、相対的に３次元走査して、
前記体積型ホログラム記録媒体に、ビットデータに基づく体積型ホログラム干渉縞を
形成することを特徴とする。
【００１３】
前記体積型ホログラム記録媒体を、ハロゲン化アルカリもしくはハロゲン化アルカリ土類からなる複数の層で構成し、前記複数の層に関して、前記第一波長領域のレーザ照射により光学特性が変化し、且つ光学特性が変化した状態における吸収波長ピークを、それぞれ異ならせることもできる。
【００１４】
また、本発明は以下の特徴を有する。
【００１５】
具体的には、本発明のホログラム再生装置は、波長領域が１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下の第一の波長領域のレーザ照射により光学特性が変化するハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類を用いて構成された表示面に、前記第一の波長領域のレーザ照射によりホログラムデータに基づくホログラム干渉縞をドットデータで書き込む手段と、前記ホログラム干渉縞に波長領域が３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二の波長領域の読み出し光を照射してホログラム立体像を再生する手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明は、波長領域が１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下の第一の波長領域のレーザ照射により光学特性が変化し、光学特性が変化した状態における吸収波長ピークが３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、吸収波長ピークが５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、吸収波長ピークが６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の３種類のハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類からなる表示面が積層された積層表示面のそれぞれの表示面に、前記第一の波長領域のレーザ照射によりホログラムデータに基づくホログラム干渉縞を各々ドット間隔を異ならせてドットデータで書き込む手段と、前記ホログラム干渉縞に波長領域が３０８ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二の波長領域から選択された波長ピークが３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、波長ピークが５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、波長ピークが６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長の読み出し光を照射してホログラム立体像を再生する手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１７】
更に、本発明は、波長領域が１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下の第一の波長領域のレーザ照射により光学特性が変化するハロゲン化アルカリもしくはハロゲン化アルカリ土類を用いた体積型ホログラム記録媒体と、前記記録媒体と前記第一の波長領域のレーザ光のドット位置を相対的に３次元走査して前記記録媒体の表示面にビットデータに基づく体積型ホログラム干渉縞を形成する手段と、前記体積型ホログラム干渉縞に波長領域が３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二の波長領域の読出し光を照射して読み出しを行う手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明は、波長領域が１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下の第一の波長領域のレーザ照射により光学特性が変化し、光学特性が変化した状態における吸収波長ピークが３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、吸収波長ピークが５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、吸収波長ピークが６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の３種類のハロゲン化アルカリもしくはハロゲン化アルカリ土類からなる表示面が積層された体積型ホログラム記録媒体と、前記記録媒体と前記第一の波長領域のレーザ光照射位置を相対的に３次元走査して前記記録媒体の各表示面に対してビットデータに基づく体積型ホログラム干渉縞を各々異なる干渉縞ピッチで形成する手段と、前記記録媒体に前記第一の波長領域から選択された波長ピークが３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、波長ピークが５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、波長ピークが６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長の読出し光を照射して読み出しを行う手段とを具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、新規な表示装置、ホログラム再生装置、及びホログラムを利用する装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
まず、本発明を成すに至った経緯について説明する。本願発明者は、鋭意研究の結果、ハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類からなる材料に対して、波長領域が１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下の第一波長領域のレーザ照射（波長領域が紫外域にあるので以下、「紫外レーザ」と略記する場合がある。）により光学特性が変化し、当該材料の変化状態が比較的安定であるという認識に至った。
【００２１】
そして、前記ハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類を用いて、光学特性の変化に関して可逆的であることを利用すれば、有用性の高い新規な表示装置やホログラム再生装置を実現できるとの認識に至り、本発明を成すに至った。
【００２２】
（第１の実施形態：表示装置）
本実施形態に斯かる表示装置（図９）は以下の特徴を有する。まず、１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満以下の第一波長領域のレーザ１１９２の照射によって光学特性が変化するハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類を含み構成されている層を有する表示素子１１９０を備える。
【００２３】
ここで、前記層を構成する材料などに関しては、後述の実施形態で説明する内容がそのまま当てはまる。
【００２４】
更に、前記表示素子に表示用データを書き込むために、前記第一波長領域のレーザ１１９２を出力する第１の光源１１９１と、前記表示用データが書き込まれている前記表示素子に、３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二波長領域の光を照射するための第２の光源（不図示）とを備えることで、本実施形態に斯かる表示装置が構成される。
【００２５】
ここで、第１及び第２の光源に関しては、後述の実施形態で説明する内容がそのまま当てはまる。
【００２６】
図９において、第二の光源は図示していないが、表示素子１１９０に対して、第１の光源と同じ面側に設けてもよいし、反対側に設けることもできる。
【００２７】
本実施形態における表示素子には、少なくとも以下の２つの概念が含まれる。
【００２８】
ａ  第１の概念
すなわち、ハロゲン化アルカリなどの特定の材料を備え構成される表示素子に、前記第１の光源で画像や文字データを書き込み、そして、前記第二の波長域を有する光を当該素子に入射し、前記表示素子をフィルタとして用いる場合である。
【００２９】
かかる場合、入射された光が透過する、あるいは透過しないということは、前記第１の光源で書き込まれている位置か否かにより変化する。かかる現象を利用すれば、液晶ディスプレイなどと同様に非立体画像の表示のための、光変調素子として、前記表示素子を利用することができる。
【００３０】
なお、入射光の透過を利用する場合（いわゆる透過型の表示装置）としての利用を説明したが、本発明に斯かる表示素子を、反射型の表示装置に適用することもできる。
【００３１】
ｂ  第２の概念
表示素子に読み出し光を入力して、立体画像表示を実現する場合である。
【００３２】
以降の実施形態では、ホログラムを用いて、特に立体画像を表示することに関して詳述しているが、本発明は、必ずしもホログラムを利用した表示装置に限定されるものではない。
【００３３】
（第２の実施形態：ホログラム再生装置）
ホログラム再生装置に関して説明する。図１は、１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満である第一波長領域のレーザ２の照射により光学特性が変化するハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類を含み構成される表示素子の表示面１を示している。
【００３４】
第一波長領域のレーザ２照射を行うために紫外レーザ照射手段４が示してある。紫外レーザ照射手段４としては、エキシマレーザなどのガスレーザや、半導体を利用した固体レーザが適用され得る。
【００３５】
前記第一波長領域のレーザ２の照射によって、前記表示素子にホログラム干渉縞３を書き込む。
【００３６】
波長領域が３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二波長領域の読み出し光５を前記ホログラム干渉縞３に照射して、ホログラム立体像を再生する。読み出し光５は、例えば、上記波長域に含まれる可視レーザを、必要に応じて用いられる拡大レンズ９を通して、ホログラム干渉縞３に照射する。こうして、図１に示したように、ホログラム再生立体像６が得られる。
【００３７】
ここでいうホログラム干渉縞は、当該装置に、外部から入力される（あるいは予め入力されていた）ホログラムデータに基づき、ドットデータとして、前記表示素子に、紫外レーザ照射手段４により書き込み得る。
【００３８】
勿論、ホログラム再生装置に、前記ホログラム干渉縞を消去するための消去手段を設けておくこともできる。
【００３９】
前記書き込み手段によるホログラム干渉縞の書き込み工程と、前記再生手段によるホログラム立体像の再生工程、そして前記消去手段によるホログラム干渉縞の消去工程とを繰り返すことによりホログラム立体像の連続再生を行うことができる。
【００４０】
なお、消去の方法は、特に限定されるものではないが、前記表示素子に、レーザ照射、電磁波又は熱を作用させて行い得る。
【００４１】
前記レーザ照射により消去する場合には、波長７００ｎｍ以上レーザ光源を用いる。なお、書き込み用のレーザ光源と再生用の光源と消去用の光源は、可変光源であれば、一つの光源で実現できる。
【００４２】
図１のように、前記第二波長領域の読み出し光５の照射は、前記表示素子に対する前記第一波長領域のレーザ照射と、同じ面側から行うことができる。また、前記書き込み手段４は、前記表示素子の奥行方向に規定される仮想面に前記ホログラム干渉縞を形成することができる。
【００４３】
更にまた、前記ドットデータによる書き込まれる画素サイズを切り換えることにより、立体表示と非立体表示を切り換えることができる（詳細につき後述する）。
【００４４】
次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係るホログラム再生装置の一実施形態の構成を示す図である。また、本発明に係る体積型ホログラム再生に関しては後述する。
【００４５】
図中１は紫外線レーザ照射により光学特性が変化する表示面である。紫外レーザ照射手段４は表示面１に紫外レーザ２を集光し、デジタルホログラムデータに応じて２次元走査しながら輝度変調照射して、立体像再生に必要なホログラム干渉縞３を書き込む。デジタルホログラムデータの作成方法等については後述する。
【００４６】
読み出し光照射手段は、表示面１に書き込まれたホログラム干渉縞３に、波長領域が３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二の波長領域の読み出し光５を照射し、ホログラム再生立体像６を再生するものである。表示面１としては、ハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類を用いて構成されている。
【００４７】
読み出し光照射手段としては、可視レーザ７及びそれが発する可視レーザ光を拡大して表示面１上に照射する拡大レンズ９等から構成されている。読み出し光照射手段として、ホログラムに工夫を加えるため、白色光を用いることも可能である。
【００４８】
ここで、紫外レーザ２の波長は人間の可視波長以下である３８０ｎｍ以下、好ましくは国際単位系（ＳＩ）で紫外域と定義される３６０ｎｍ以下である。また、１９０ｎｍ以下は真空紫外として知られ、大気による吸収ロスが大きくなり、波長と屈折率の関係から特殊な材質のレンズ系を利用する必要がある等電子線に対するレーザの利点を活かせなくなる。
【００４９】
よって、本発明においては、１９０ｎｍ以上３６０ｎｍ以下の紫外波長領域を用いるのが好ましい。例えば、ＹＡＧ３倍高調波（３５５ｎｍ）、ＹＡＧ４倍高調波（２６６ｎｍ）やＫｒＦエキシマ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマ（１９３ｎｍ）等のパルスレーザを用いることができる。更に、現在開発中の紫外波長域の半導体レーザや面発光レーザを用いることもできる。
【００５０】
レーザを用いる理由はエネルギー密度が高いこと、及びホログラム書き込みに必要なビーム収束性が高いためである。紫外レーザ照射手段４としては、紫外レーザを集光させるためのレンズ、紫外レーザの照射位置を規定するための紫外用ミラーや紫外レーザを走査するためのガルバノやポリゴン等で構成されている。必要に応じて、表示面１に書き込まれた干渉縞３を消去する消去手段８を設けてもよい。
【００５１】
次に、上述のデジタルホログラムデータについて説明する。これは、本願発明者が先に提案した特開２０００−２０６８５８号公報に記載している。デジタルホログラムデータは以下のような方法で予め用意しておく。一般のホログラム記録と同様にコヒーレント（可干渉）な光（波動）を物体に照射し、その散乱・反射・透過光を参照光と干渉させる。
【００５２】
この波動としては、一般にはレーザ光や電子線等が用いられる。本発明の目的のためには、干渉パターンを２値或いは多値の電気信号として記録することが必要であるため、干渉パターンを記録する手段として撮像素子を用いる。干渉縞を直接撮影したり、拡散板で結像させたものでも良い。或いは、一度、感光材料の濃淡パターンとしたものを読み取っても良い。
【００５３】
一般の撮像素子は１画素当たり数十ミクロンの密度であり、干渉パターンは普通数ミクロン以下であるため、拡大レンズ等で干渉縞を拡大投影して記録する。また、実際の物体を使わなくても、コンピュータグラフィックの手法を用いて干渉縞を計算したＣＧホログラムと呼ばれるデータを用いることもできる。
【００５４】
図２はホログラム干渉縞を表示する場合の様子を示す。図２に示すように表示面１上に紫外レーザ照射手段４により紫外レーザ２を照射し、表示面１を構成するハロゲン化アルカリにドット状のカラーセンターを形成する。即ち、デジタルホログラム用ビットデータに応じて２次元走査しながら紫外レーザ照射手段４により紫外レーザ２の輝度変調を行い、ドット群からなるホログラム干渉縞３を形成する。
【００５５】
図３はホログラム再生の様子を示す。図３に示すようにホログラム干渉縞３で読み出し光５を回折・干渉させてホログラム再生立体像６を形成する。また、ホログラム干渉縞３を消去手段８によるレーザ光の照射や加熱等により基底状態に戻し、再度ホログラム干渉縞の表示、ホログラム再生立体像の再生を繰り返すことによりホログラム再生立体像の連続再生行う。もちろん、カラー表示の場合も同様である。
【００５６】
ここで、本発明のデジタルホログラム表示面１には、ハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類として、以下のカチオンとアニオンとの組み合わせからなる材料を用いる。
【００５７】
カチオンとしては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムのうち１種類以上のカチオンである。アニオンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチンのうちの１種類以上のアニオンとの組合せからなる塩を用いることができる。
【００５８】
また、上記複数のカチオンと複数のアニオンからなる混合物を用いることもできる。更に、過塩素酸アニオンや過臭素酸アニオン等と、アルカリまたはアルカリ土類カチオンとの組み合わせによる過ハロゲン酸塩も用いることができる。以下、これらを総称して色中心を有する物質と呼ぶ。
【００５９】
上記色中心を有する物質は可視波長領域に光学吸収がないため、一般に単結晶は無色透明である。色中心を有する物質は紫外レーザ照射された部位において着色し、同時に特定の波長域において屈折率が変化する。
【００６０】
この着色波長・屈折率変化波長域を含む読み出し光（一般には可干渉なレーザ光を用いるので再生用可視レーザ光と称する）であることを特徴とする。また、紫外レーザが照射されない部位においては可視領域における吸収及び屈折率変化がなく、透明若しくは白色でレーザ光の透過率・反射率が高い。この性質を利用して再生用可視レーザ光の回折フィルタとし、且つ、適当なホログラム干渉縞３の形状とすることにより、ホログラム再生立体像を再生することができる。
【００６１】
色中心を有する物質は紫外レーザ照射により励起子（電子と正孔の対）が発生し、トラップ準位に電子が捕捉され、色中心となると説明されている。即ち、色中心に関しては、「光物性ハンドブック」（２２８頁、３９８頁）に記載されている。
【００６２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は色中心を有する物質の着色原理を構造的及びエネルギー的に示す図である。着色のメカニズムは図４（ａ）に示すようにイオン性結晶のハロゲンの空格子点に電子が捕捉されることによると言われている。
【００６３】
エネルギー的には図４（ｂ）に示すように導電帯と価電子帯との間にトラップ準位があり、紫外レーザのような電磁波で価電子帯からトラップ準位に電子が励起される（以下、これを１次励起とし、トラップ準位に電子が励起された状態を励起状態とする）。このトラップ準位にある電子の寿命は室温付近の温度においては比較的長いという特徴を持つ。
【００６４】
そして、捕捉されている電子が可視光（レーザ）により、或いは熱によりトラップ準位から導電帯に再励起され（以下、これを２次励起とする）、続いて導電帯から価電子帯に戻ると同時に色が消えるという特徴を持つ。
【００６５】
このような着色現象は、電子線を用いるダークトレース管に応用されている。ダークトレース管はハロゲン化アルカリに電子線を照射し、着色させ、これを直接観察するものである。ダークトレース管においては着色部位を直接観察するので、電子線のスポット径は大きい。
【００６６】
これに対し、本実施形態に係る発明においては色中心を形成する手段として紫外レーザを用いる。
【００６７】
また、表示面には直接観察する画像を表示するのではなく、ホログラム干渉縞を表示する。そのため、紫外レーザスポット径は小さく、且つ、表示面に対して紫外レーザだけでなく、読み出し光、消去光或いは熱を作用させることによって画像形成を行うことができる。
【００６８】
なお、一般の蛍光体も、基底準位である価電子帯から励起準位である導電帯若しくはトラップ準位に紫外レーザで励起され得るが、室温付近における励起準位での寿命が短いものが多い。更に、一般の蛍光体は発光である蛍光を用いるのが目的であり、そのものの色が変化するものは無いか、色の変化があってもフィルタのような使われ方をすることはない。
【００６９】
一般の蛍光体は励起準位における熱的な運動・拡散により電子が解放されて蛍光を発しながら基底状態に戻り、励起（蛍光）寿命は短い。
【００７０】
本発明における表示面は、励起状態が熱的に安定であり、１フレーム分の紫外レーザ照射及び再生用可視レーザ光（更には消去光）を作用させるまで着色状態を維持しつづけることを特徴とする。
【００７１】
本発明は基底状態で無色透明、若しくは白色のハロゲン化アルカリやハロゲン化土類アルカリを用いる。
【００７２】
上述したように、本発明は、ハロゲン化アルカリやハロゲン化アルカリ土類等の色中心を有する物質が紫外線レーザ照射された部位においては着色し、この着色波長の再生用可視レーザ光の透過率・反射率が低く、同時に屈折率も変化する。それに対し、紫外レーザが照射されない部位においては可視領域における吸収がなく、透明若しくは白色でレーザの透過率・反射率が高いこと、並びに屈折率変化がない。
【００７３】
このことを利用し、これを再生用可視レーザ光のフィルタ或いは空間光学変調器（ＳＬＭ）とし、且つ、適当なホログラム干渉縞形状とすることにより、ホログラム立体像を再生することを特徴とする。
【００７４】
紫外レーザ励起状態における可視波長域の吸収は、トラップ準位と価電子帯間のエネルギーギャップに相当する波長の光によるトラップ準位から価電子帯への（再）励起によるものであると考えられている。本発明における色中心を有する物質から成る表示面は再生用可視レーザ光のフィルタとして機能し、適当なホログラム干渉縞形状を表示することにより、再生用可視レーザ光を回折・干渉させてホログラムを再生する。
【００７５】
また、読み出し光照射手段として、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の波長の読み出し光を照射するものを用いる。更に、紫外レーザ照射手段として３色の読み出し光のそれぞれに対応した分光吸収の変化及び／或いは特定の波長域における屈折率の変化及び／或いはホログラム干渉縞ピッチの異なる複数のホログラム干渉縞を書き込むものを用いる。これにより、３原色のホログラム画像の同時再生を行うようにすることもできる。
【００７６】
表示面の外界側には防湿・傷防止等のために表面コーティング処理を施すこともある。また、色中心を有する物質をガラス等の透明基板表面に形成し、ガラス面を外界側とすることで防湿・傷防止を兼ねることもできる。
【００７７】
読み出し光の照射に対して再生光が反対側となる透過型配置の場合と、読み出し光の照射に対して再生光が同一側となる反射型配置とする場合がある。ホログラムの消去手段としては、光、電磁波、または熱を作用させてホログラム干渉縞を消去するものを用いることができる。
【００７８】
更に、本発明を詳述する。本発明の目的は、ホログラムの原理に基づき画質劣化の原因となるマスタを用いず、伝送可能な画像を連続的に再生する立体ディスプレイを提供することにある。本発明は立体ディスプレイ（ホログラム連続再生装置）、即ち、再生装置に関するものであるが、撮像についても若干説明する。
【００７９】
撮像に際しては、一般のホログラム記録と同様にコヒーレント（可干渉）な光（波動）を物体に照射し、その散乱・反射・透過光を参照光と干渉させる。この波動としては、一般にはレーザ光や電子線等が用いられる。本発明の目的のためには干渉パターンを２値或いは多値の電気信号として記録することが必要であるため、干渉パターンを記録する手段として撮像素子を用いる。ホログラム干渉縞を直接撮影したり、拡散板で結像させたものでもよい。或いは、一度、感光材料の濃淡パターンとしたものを拡大して読み取ってもよい。
【００８０】
直接にホログラム干渉縞を撮影するときには撮像素子の分光感度や光強度に対するリニアリティを考慮するのは一般の撮影と同様である。一般の撮像素子は１画素当たり数十ミクロンの密度であり、干渉パターンは普通数ミクロン以下であるため、拡大レンズ等でホログラム干渉縞を拡大投影して記録する。
【００８１】
また、上記方法以外に、実際の物体を使わない方法として、コンピュータグラフィックの手法を用いてホログラム干渉縞を計算したＣＧＨ（コンピュータジェネレーテッドホログラム）データを用いることもできる。
【００８２】
以上のような公知の方法で得た干渉パターンを、画像処理や電送をして紫外レーザの偏向信号若しくは照射座標信号及び紫外レーザの出力変調信号として、紫外レーザとホログラム表示面の位置を相対的に走査及び強度変調を行い、ホログラム表示面に照射する。紫外レーザの走査方法としては、主たる走査方向Ｘに走査し、それと直交する副走査方向Ｙに順次ずらしながら、紫外レーザの輝度（強度）変調を行うスキャンニング方法（ラスタースキャン）が一般的である。
【００８３】
或いは、表示面を移動して紫外レーザとの相対的な位置をずらしながら紫外レーザを輝度（強度）変調することもできる。紫外レーザの輝度変調にはレーザへの入力信号（電圧、電流、パルス幅等）制御或いはガルバノミラーやＴＩ社製ＤＬＰ等のメカニカルなブランキング手法等を用いることができる。
【００８４】
表示面は、紫外レーザにより物性が変化して光を回折させることを特徴とする。即ち、表示分解能は可視光の波長と同等、つまり２０ミクロン以下、特に１ミクロン以下が好ましい。紫外レーザは高ＮＡの紫外用レンズを用いて１ミクロン以下に集光並びにスキャナやステージの高精度の走査が可能である。表示面に光の透過率或いは屈折率の変化からなる干渉縞を形成することで光を回折させることが可能である。
【００８５】
ホログラムは主に振幅型と位相型の２種類に分類される。振幅型は銀塩フィルムやフォトクロミック材料があり、理論回折効率は６．２５％である。位相型は重クロム酸ゼラチンや高分子液晶等があり、理論回折効率は３４％である。
【００８６】
このような物性変化を紫外レーザにより起こすことのできる物質として色中心を有する物質を用いる。
【００８７】
色中心を有する物質に対しては上述のように色中心形成のための励起に用いる第一の波長の紫外レーザと、この励起状態のものに照射して回折させる第二の波長の再生用可視レーザ光とを作用させる。そして、必要に応じて、励起状態のものに照射して基底状態に戻すため第三の波長の励起光若しくは熱を作用させる。この第三の励起光は再生用可視レーザ光より長波長であることが一般的である。また、連続再生の周期が長い場合には、加熱によって消去することが好ましい。
【００８８】
従来のテレビジョンは表示面に直接画像を表示していたので、人間の目の分解能程度の表示分解能であれば十分であった。本発明においては表示面に表示されるのは光を回折できるホログラム干渉縞であり、従来のブラウン管の蛍光体より高解像度の表示が必要となる。本発明には色中心を有する物質を用いた１ミクロン前後の表示分解能を持つ表示面が好ましい。色中心は上述したようにイオン性結晶のハロゲンの欠陥格子に電子が１個捕捉されたものであるため、これを用いた表示面の分解能は原理的には数十オングストローム程度で非常に高く、ホログラムの表示解像度は露光する紫外レーザに依存する。
【００８９】
紫外レーザにはシングルモードのＹＡＧ３倍波（３５５ｎｍ）やＹＡＧ４倍波（２６６ｎｍ）、或いはＫｒＦエキシマ（２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマ（１９３ｎｍ）等のパルスレーザを適宜用いることができる。更に、現在開発中の窒化アルミ系等紫外波長域の半導体レーザや面発光レーザを用いることもできる。紫外レーザは高ＮＡの紫外用対物レンズを用いてスポット径を１０μｍ乃至１μｍ以下に集光することができる。
【００９０】
色中心を有する物質は、紫外レーザにより励起された部分と基底状態の部分とでは特定の波長領域における透過率や反射率及び屈折率が異なる。よって、ホログラム干渉縞のピッチだけでなく、ホログラム再生光である可視レーザ光の波長も考慮する必要があるが、例えば、塩化ルビジウムは６４０ｎｍ付近に吸収があり、ヘリウム−ネオンレーザの波長に対応している。
【００９１】
透過率の変化は紫外レーザエネルギー密度、パルス幅、パルス数、繰り返し周波数に依存するが、上記塩化ルビジウムの例では紫外レーザ励起前に比較して６４０ｎｍにおける反射率が５０％乃至８０％程度になり、十分なコントラストを得ることができる。透過率でも紫外レーザ励起前に比較して５０％乃至８０％程度の変化が認められる。同時に屈折率も変化しており、本発明のホログラムは振幅・位相ハイブリッド型であるため、高い回折効率を実現できる。
【００９２】
ホログラム再生のための表示面としては、一般のテレビと同様に機械的強度、耐紫外レーザ衝撃性、環境安定性等が要求される。上述したハロゲン化アルカリは硬度が高くないものや吸湿性が高いものがあるため、ハロゲン化アルカリに表面コーティングを施したり、ガラス基板上にハロゲン化アルカリを形成して外界側にガラス基板面を向けることが好ましい。紫外レーザはハロゲン化アルカリ面側から露光することが望ましい。
【００９３】
紫外レーザによる着色はミクロなイオン性の結晶構造に由来しているので、表示面に用いる結晶は単結晶や溶融単結晶である必要はなく、多結晶や粉末等でも構わない。単結晶化すれば散乱がなくなり可視波長域で透明な表示面を得られるので、透過型として用いることができる。
【００９４】
また、表示面からのレーザ反射光の回折・干渉を利用する反射型ホログラム再生装置の場合には、基板は透明である必要はなく、アルミナやシリコン基板等も用いることができる。ホログラム連続再生装置が透過型か反射型かに応じて、表示面を構成する色中心を有する物質の作製方法や単結晶性により結晶透明度を制御することができる。
【００９５】
かかる単結晶において、光学素子とするために研磨工程で平滑化処理を施し透明性を向上させることができる。しかし、それでも残る表面粗さや表面吸着等による散乱が問題となることがある。また、表面においては屈折率の異なる界面に入射する光についてフレネル反射が避けられず、ホログラムからの回折光に対してノイズ光として観察されることがある。
【００９６】
このような場合には、表面ではなく奥行き一定の仮想面にホログラムを表示することが好ましい。これを実現するためには紫外レーザの波長やホログラムビットサイズを考慮して、ＮＡ０．３以上で焦点深度１０μｍ以下のレンズで集光することが望ましい。
【００９７】
このレンズを用いて表示面内部に焦点を合わせ、紫外レーザに対して表示面を相対的に移動しながら紫外レーザで露光することで、奥行き一定の仮想面にホログラムを形成することができる。
【００９８】
基板上への結晶の形成方法としては、濃厚溶液から溶媒の蒸発による結晶化や、溶融塩の形成や、溶液の各種コート法が利用できる。また、必要に応じてポリビニルアルコール等を添加して、基板へのコート性や密着強度を改善することもできる。その他、各種の添加剤を用いることもできる。或いは蒸着法によっても色中心を有する物質を基板上に成膜できる。
【００９９】
このようにして基板の上に色中心を持つ物質を形成した場合には、基板をホログラム再生装置の外側（外界）に向け、色中心を持つ物質に機械的欠陥や吸湿による欠陥を生じないようにすると同時に紫外レーザが直接当たるようにすることが好ましい。
【０１００】
更に、カラー化する場合には、吸収波長をＲ、Ｇ、Ｂの３原色に対応させる必要がある。例えば、臭化リチウムや塩化カルシウムは黄色で青レーザ光を吸収し、塩化カリウム等は赤色で緑レーザを吸収し、臭化セシウム等は青色で赤レーザを吸収する。これらを混合等すれば、それぞれの波長のレーザ光を独立に吸収し、透過率や反射率を変化させることができる。
【０１０１】
３種類の色中心を有する物質を混合した場合、表示面には３種類の色中心を有する物質が混在しているが、各々の粒径は細かく、少なくとも紫外レーザのビーム径の３分の１以下である。よって、紫外レーザのビーム内においては、３種類の物質が同時に着色する。
【０１０２】
しかし、Ｒ・Ｇ・Ｂの再生用可視レーザ光のうち、１つの波長の光に対しては、１種類の物質のみが回折条件を満足する一義性がある。例えば、後述する実施例４のカラー用表示面の場合、６３３ｎｍのレーザ光は臭化カリウムや弗化カリウムのホログラム干渉縞に対しては透過し、塩化ルビジウムに形成されたホログラム干渉縞のみによって吸収され回折する。
【０１０３】
また、このホログラム干渉縞のピッチが干渉条件を満足する場合のみ回折した６３３ｎｍの光は干渉し、ホログラム再生立体像となる。現実には、３種類の色中心を有する物質の色分解能が完全ではなく、また干渉条件も紫外レーザの分解能から完全に分離することは困難であり、光学的なノイズが発生する。
【０１０４】
本発明の第一の目的は立体表示であるが、非立体表示に適用することもできる。立体表示を行うときのホログラム干渉縞はフーリエ変換され、且つ、空間周波数が高いために、人間が直接観察しても有意な画像として認識できない。
【０１０５】
本発明においては立体表示用の紫外レーザを用いて着色部位を直接観察可能な大きさのスポット径にまで広げることで非立体表示も可能である。
【０１０６】
前述したように、ハロゲン化アルカリはそれ自体が着色するために、ダークトレース管というディスプレイとして製品化されている。本発明においても、画素サイズを大きくすれば非立体ディスプレイとしても利用できることは明らかである。
【０１０７】
ダークトレース管の電子線の代わりに紫外レーザを使うこと以外に、本発明においては、立体ディスプレイとして用いるときには画素サイズ（ドット）を小さくする。また、非立体ディスプレイとして用いるときには画素サイズを人間が視認できる程度まで大きくすることを特徴とする。
【０１０８】
人間が視認できる画素サイズは２値表示のときに２４００ｄｐｉ程度と言われているため、１０μｍ×１０μｍ以上の画素サイズであれば画像として認識できる。これにより、３Ｄ若しくは２Ｄをスイッチして表示することが可能である。
【０１０９】
画素サイズを切り換える方法としては、例えば、図１の紫外レーザ照射手段４のレーザ出力を変化させる、ホログラム干渉縞の書き込み時における走査速度を変化させる、パルス重畳する等して紫外線レーザ照射エネルギー密度を変化させる等の方法がある。上述のように１０μｍ×１０μｍ以上の画素サイズに切り換える場合には、紫外レーザ照射手段４のレーザ出力を高める、ホログラム干渉縞の書き込み時における走査速度を遅くする、或いは紫外線レーザ照射エネルギー密度を上げれば良い。
【０１１０】
また、ＲＧＢ３原色に対応するハロゲン化アルカリ表示面を積層して、積層表示面の１つにレーザ焦点位置を合わせて非立体画像データに応じてカラーセンター着色によるドットを形成することでカラーの非立体画像を表示できる。
【０１１１】
ダークトレース管との違いは電子線を用いないためにチャージアップがなく、メタルバックが不要であるという特徴がある。そのため、ダークトレース管では電子線の浸透深度が浅く、表示面の厚さ方向に多重化することが実質的に不可能であったためモノクロ表示、若しくはカラー化する場合には面内で形成した画素区分に精密に電子線を照射する必要がある。
【０１１２】
本発明においては、積層しても各々の層を着色することが可能であるため、３種類の着色層を積層して紫外レーザを（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標にアドレスすることで画素を選択しカラー化することができる。
【０１１３】
この場合、高いＮＡで被写界深度が浅いレンズを用いることでレーザのエネルギー密度分布を狭い範囲で高く設定できるため、厚さ方向のアドレスが容易である。また、真空系で用いる電子線に比べてレーザは大気中で利用できるので装置が簡便になるという特徴もある。
【０１１４】
上述のように紫外レーザ走査により表示されたホログラム干渉縞表示面に対して干渉条件を満足する波長の再生用可視レーザ光を全面照射する。すると、紫外レーザが当たって励起・着色している部分とそうでない部分とでは再生用可視レーザ光の透過率及び屈折率が異なり、回折・干渉が起き、ホログラム再生立体像が再生される。表示面の各点からの回折光が空間で再合成され、ホログラム像ができるのは、一般のホログラムと同様であり、静止立体像が得られる。
【０１１５】
再生用可視レーザ光と表示面との位置関係によってホログラム再生立体像は表示面より浮かび上がって見えるか、奥に見えるかが異なる。但し、再生用可視レーザ光光源が表示面に対して観測者側と反対に位置する場合（再生光が表示面を透過しなければならない位置関係にある場合）においては、表示面はこの再生光に対して透明である必要がある。
【０１１６】
従来のブラウン管は不透明な散乱体であったが、色中心を有する物質は透明にできるという特徴があり、上記必要条件を満足する。また、本発明における色中心を有する物質は励起状態の寿命が長く、着色状態が安定に保持されるので、１フレーム分のホログラム干渉縞を紫外レーザで表示してから全面に再生用可視レーザ光を照射することができる。
【０１１７】
また、１本の紫外レーザで走査するより複数の紫外レーザ光源から各々強度変調した紫外レーザを照射することにより、１フレーム当たりに要する走査時間を短くすることもできる。面状のＶＣＳＥＬ紫外レーザを用いれば走査は不要となるので更に好ましい。マルチ紫外レーザ源としては、半導体を用いたものが提案されている。
【０１１８】
なお、色中心を有する物質は再生用のレーザ光により基底状態に戻ることもあるが、完全ではない場合が多い。例えば、一部の電子がＦ’中心と呼ばれる準位に再トラップされる場合である。その場合には、消去用のインコヒーレントな長波長光を全面照射することが好ましい。上述した２次励起光による消去である。
【０１１９】
必要に応じて表示面を数百℃まで昇温して消去を促進することも好ましい。消去速度は温度依存性が認められる。例えば、臭化カリウム結晶の場合、室温での半減期τは数秒、１００℃で１秒以下、５００℃で数十ミリ秒になる。
【０１２０】
これらの操作を一定の周期で繰り返すことによって立体像を動画として観測することができる。この周期が長いと画面がちらついて見え、その値は一般には３０分の１秒ぐらいであると言われているが、ホログラムの場合には必ずしもこの範囲である必要はない。
【０１２１】
本発明における色中心を有する物質の原理から明らかなように、着色は極めて高感度であり、表示及び消去の速度は極めて速い。フォトクロミズム物質やエレクトロクロミズム物質は、分子構造変化や酸化還元反応に伴うイオン移動にエネルギーと時間を要するので着色・消色が遅い。一方、色中心を有する物質の着色は半導体のスイッチング同様の電子移動なので、高速応答が可能である。更には、半導体のスイッチングと同様に繰り返し耐久性も極めて良いという特徴を持つ。
【０１２２】
上述のように、ホログラム再生装置でカラー画像を表示するに際しては、以下のように構成することで実現し得る。
【０１２３】
まず、ハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類からなり、且つ波長領域が１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の第一波長領域のレーザ照射により光学特性が変化する第一、第二、及び第三の層が積層されている表示素子を用意する。
【０１２４】
ここで、前記第一、第二、第三の層は、前記第一波長領域のレーザ照射により光学特性が変化した状態における吸収波長ピークが互いに異なり、前記第一、第二、第三の層の前記吸収波長ピークは、それぞれ３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、及び６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲になるようにする。
【０１２５】
そして、前記第一波長領域のレーザ照射によって、前記表示素子にホログラム干渉縞を書き込むための書き込み手段と、前記ホログラム干渉縞が書き込まれている前記表示素子に、読み出し光を照射して、ホログラム立体像を再生するための再生手段とを設けることで、カラー画像対応のホログラム再生装置が提供される。
【０１２６】
読み出し光としては、前記ホログラム干渉縞が書き込まれている前記表示素子に、波長領域が３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二の波長領域から選択される波長ピークが３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、波長ピークが５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、及び波長ピークが６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である、３種の読み出し光を用い得る。
【０１２７】
本実施形態に係る発明によれば、表示面をハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類、即ち、色中心を有する物質を用いて構成している。そのため、紫外レーザにより可視領域の光学特性が可逆的に変化すると共に、変化後の特性が比較的安定で寿命が長い表示面によりホログラム再生立体像を連続再生することができる。
【０１２８】
即ち、このような表示面上に紫外レーザでホログラム干渉縞を形成し、ホログラム干渉縞で再生用可視レーザ光を回析・干渉させてホログラム立体像を再生し、必要に応じてホログラム干渉縞を熱や赤外レーザ光の照射等により基底状態に戻す。そして、再度ホログラム干渉縞の表示、ホログラム再生立体像の再生を繰り返すことにより、ホログラム再生立体像の連続再生を行うことができる。
【０１２９】
（第３の実施形態：体積型ホログラム）
次に、本発明に係る体積型ホログラム再生装置について説明する。本発明に係る体積型ホログラムの再生は、回折効率がより高くなるため、高画質・高コントラストのホログラム再生立体像を実現するに好ましい。
【０１３０】
体積型ホログラム再生の場合には、図１に示すように紫外線レーザ照射手段４により光学特性が変化する表示面１に紫外レーザ２を集光する。その際、デジタルホログラムデータに応じて２次元走査しながら輝度変調照射して、立体像再生に必要なホログラム干渉縞３を書き込む。表示面１の構成は上記ホログラム再生の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１３１】
なお、体積型ホログラムは、画像表示装置とし使用できることは勿論、情報記録・再生装置として利用することもできる。
【０１３２】
体積型ホログラムとは、比較的厚い記録媒体に立体的に記録したホログラムという意味である。例えば、実施形態１で説明したホログラムは２次元面内にｆ（ｘ、ｙ）のデータとして記録されるのに対し、本実施形態においてはｆ（ｘ、ｙ、ｚ）のデータとして記録される点で異なる。
【０１３３】
読み出し光照射手段は表示面１に書き込まれたホログラム干渉縞３に波長領域が３８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の第二の波長領域の読出し光５を照射して、ホログラム再生立体像６を形成する。
【０１３４】
読出し光照射手段としては、通常、可視レーザ７及びそれが発する可視レーザ光を拡大して表示面３上に照射する拡大レンズ９が用いられる。読み出し光照射手段として、ホログラムに工夫を加えることで白色光を用いることも可能である。
【０１３５】
紫外レーザ２の波長は上記ホログラム再生の場合の説明と同様であり、人間の可視波長以下である３８０ｎｍ以下、特に好ましくは国際単位系（ＳＩ）で紫外域と定義される３６０ｎｍ以下である。また、１９０ｎｍ以下は真空紫外として知られ大気による吸収ロスが大きくなり、波長と屈折率の関係から特殊な材質のレンズ系を利用する必要がある等電子線に対するレーザの利点を活かせなくなる。よって、３６０ｎｍ以下１９０ｎｍ以上の紫外波長領域が特に好ましい。
【０１３６】
体積型ホログラム再生の場合には、紫外レーザ照射手段４としては、紫外レーザを集光させるためのレンズで構成されている。また、紫外レーザの３次元照射位置を規定するための紫外用ミラーや紫外レーザをＸＹ走査するためのガルバノやポリゴン或いはＸＹステージ移動手段及びＺ移動手段で構成されている。必要に応じて表示面に書き込まれた干渉縞を消去する消去手段８を設けてもよい。
【０１３７】
この構成において、図５に示すように表示面１上に紫外レーザ照射手段４により紫外レーザ２を照射して表示面１を構成するハロゲン化アルカリにドット状のカラーセンターを形成する。そして、デジタルホログラム用ビットデータに応じて３次元走査しながら紫外レーザ２の輝度変調を行い、ドット群からなる体積型ホログラム干渉縞３を形成する。続いて、図３に示すようにホログラム干渉縞３で読出し光５を回折・干渉させてホログラム再生立体像６を形成する。
【０１３８】
更に、ホログラム干渉縞３を消去手段８によるレーザ光の照射や加熱等により基底状態に戻し、再度ホログラム干渉縞の表示、ホログラム再生立体像の再生を繰り返すことにより、ホログラム再生立体像の連続再生を行う。
【０１３９】
本発明に係る体積型ホログラム再生の場合の表示面に用いる材料は上記の通りであるが、同様にこれらを総称して色中心を有する物質と呼ぶ。
【０１４０】
色中心を有する物質は上述のように可視波長領域に光学吸収がないため、一般に単結晶は無色透明である。色中心を有する物質は紫外レーザ照射された部位においては着色し、同時に特定の波長域において屈折率が変化する。
【０１４１】
この着色波長・屈折率変化波長の読出し光（再生用には一般に可干渉な可視レーザ光を用いるが白色光を用いることもある。以下、体積型ホログラム再生において「再生光」と称する）の透過率・反射率が低くなると同時に屈折率も変化する。そして、紫外レーザ照射されない部位においては可視領域における吸収及び屈折率変化がなく、透明もしくは白色で、レーザ光の透過率・反射率が高い。この性質を利用して再生光の回折フィルタとし、且つ、適当なホログラム干渉縞３形状とすることにより、ホログラム再生立体像を再生することができる。
【０１４２】
本発明に係る体積型ホログラム再生においては、色中心を有する物質へ紫外レーザを照射して色中心で構成された画素ビットを形成し、色中心を有する物質と紫外レーザを２次元面内で相対的に移動することで２次元の一般的なホログラムを形成する。本発明に係る体積型ホログラム再生おいては、更に回折効率を向上させるため、色中心を有する物質と紫外レーザを３次元空間で相対的に移動することで３次元の体積型ホログラムを形成する。
【０１４３】
また、読出し光照射手段として上述のようにＲ、Ｇ、Ｂの３色の波長の読出し光を照射するものを用いる。更に、紫外レーザ照射手段として３色の読出し光のそれぞれに対応した分光吸収の変化或いは特定の波長域における屈折率の変化或いはホログラム干渉縞ピッチの異なる複数のホログラム干渉縞を書き込むものを用いる。これにより、３原色のホログラム画像の同時再生を行うこともできる。
【０１４４】
また、本発明に係る体積型ホログラム再生において表示面の外界側には防湿・傷防止等のために表面コーティング処理を施すこともある。また、色中心を有する物質をガラス等の透明支持基板表面に形成しガラス面を外界側とすることで防湿・傷防止を兼ねることもできる。
【０１４５】
更に、読出し光の照射に対して再生光が反対側となる透過型配置の場合と、読出し光の照射に対して再生光が同一側となる反射型配置とする場合がある。ホログラムの消去手段としては、光、電磁波又は熱を作用させてホログラム干渉縞を消去するものを用いることができる。
【０１４６】
更に、本発明に係る体積型ホログラム再生は、上述のようにホログラムの原理に基づき、画質劣化の原因となるマスタを用いず、伝送可能な画像を連続的に再生する立体ディスプレイを提供するものである。本発明は立体ディスプレイ（ホログラム連続再生装置）、即ち再生装置に関するが、撮像についても若干説明する。
【０１４７】
撮像に際しては、上述のように一般のホログラム記録と同様、コヒーレント（可干渉）な光（波動）を物体に照射し、その散乱・反射・透過光を参照光と干渉させる。この波動としては、一般にはレーザ光や電子線等を用いる。体積型ホログラムの場合には、体積型ホログラム用の厚膜感光体に対して物体からの散乱・反射・透過光と参照光とを表裏から入射することで得られる。
【０１４８】
本発明の目的のためには干渉パターンを２値或いは多値の電気信号として記録することが必要であるため、干渉パターンを記録する手段として撮像素子を用いる。ホログラム干渉縞を直接撮影したり、拡散板で結像させたものでもよいし、一度、感光材料の濃淡パターンとしたものを拡大して読み取ってもよい。
【０１４９】
直接ホログラム干渉縞を撮影する時には撮像素子の分光感度や光強度に対するリニアリティを考慮するのは一般の撮影と同様である。一般の撮像素子は１画素当たり数十ミクロンの密度であり、干渉パターンは普通数ミクロン以下であるため、拡大レンズ等でホログラム干渉縞を拡大投影して記録する。撮像系の焦点距離を調整して体積型ホログラムの奥行き情報を得ることができる。
【０１５０】
また、上記方法以外に、実際の物体を使わない方法として、コンピュータグラフィックの手法を用いて体積型ホログラム干渉縞を計算したＣＧＨ（コンピュータジェネレーテッドホログラム）データを用いることもできる。
【０１５１】
このような公知の方法で得た干渉パターンを、画像処理や電送をして紫外レーザの偏向信号もしくは照射座標信号及び紫外レーザの出力変調信号として、紫外レーザとホログラム表示面の位置を相対的に走査及び強度変調を行い、ホログラム表示面に照射する。紫外レーザの走査方法としては、主たる走査方向Ｘに走査し、それと直交する副走査方向Ｙに順次ずらしながら、紫外レーザの輝度（強度）変調を行うスキャンニング方法（ラスタースキャン）が一般的である。
【０１５２】
また、ベクトルスキャンによるスキャンニング方法も好適である。紫外レーザを走査する方法としてガルバノミラーやポリゴンミラー等のメカニカルな走査手段を用いることができる。表示面と紫外レーザとの相対的な位置をずらしながら紫外レーザを輝度（強度）変調する。
【０１５３】
これら２次元走査によるホログラム形成に加えて、奥行き方向Ｚにも走査することで体積型ホログラムを形成する。紫外レーザの輝度変調にはレーザへの入力信号（電圧、電流、パルス幅等）制御或いはガルバノミラーやＴＩ社製ＤＬＰなどのメカニカルなブランキング手法等を用いることができる。
【０１５４】
表示面は上述のように紫外レーザにより物性が変化して光を回折させることができる。即ち、表示分解能は可視光の波長と同等、つまり２０ミクロン以下、特に１ミクロン以下が好ましい。紫外レーザは高ＮＡの紫外用レンズを用いて１ミクロン以下に集光並びにスキャナやステージの高精度の走査が可能である。
【０１５５】
上述のように表示面に光の透過率或いは屈折率の変化からなる干渉縞を形成することで光を回折させることが可能である。ホログラムは主に振幅型と位相型の２種類に分類される。振幅型は銀塩フィルムやフォトクロミック材料があり、理論回折効率は６．２５％である。位相型は重クロム酸ゼラチンや高分子液晶等があり、理論回折効率は３４％である。これらに比較して、本発明の体積型ホログラムの理論回折効率は１００％であり、従来の３倍から１０倍以上の高回折効率を実現できる。
【０１５６】
なお、デジタルホログラム表示媒体に用いられていた液晶パネルやＡＯＭはその原理から体積型ホログラムの表示は不可能であった。このような物性変化を紫外レーザにより起こすことのできる物質として色中心を有する物質を用いる。色中心を有する物質に対しては上述のように色中心形成のための励起に用いる第一の波長の紫外レーザと、この励起状態のものに照射して回折させる第二の波長の読み出し光とを用いる。また、励起状態のものに照射して基底状態に戻すため第三の波長の励起光もしくは熱を作用させる。この第三の励起光は読み出し光より長波長であることが一般的である。また、連続再生の周期が長い場合には、加熱によって消去することが好ましい。
【０１５７】
本発明においては表示面に表示されるのは光を回折できるホログラム干渉縞であり、従来のブラウン管の蛍光体より高解像度の表示が必要となるのは上述の通りである。本発明には色中心を有する物質を用いた１ミクロン前後の表示分解能を持つ表示面が好ましい。色中心は上述のようにイオン性結晶のハロゲンの欠陥格子に電子が１個捕捉されたものであるため、これを用いた表示面の分解能は原理的には数十オングストローム程度で非常に高く、ホログラムの表示解像度は露光する紫外レーザに依存する。
【０１５８】
紫外レーザには、上述のようにシングルモードのＹＡＧ３倍波やＹＡＧ４倍波或いはＫｒＦエキシマやＡｒＦエキシマ等のパルスレーザ等を適宜用いられる。更に、窒化アルミ系等紫外波長域の半導体レーザや面発光レーザを用いることもできる。シングルモードの紫外レーザは波長が短いため解像限界が高く、高ＮＡの紫外用対物レンズを用いてスポット径を１０μｍ乃至１μｍ以下に集光することができる。
【０１５９】
色中心を有する物質は、上述のように紫外レーザにより励起された部分と基底状態の部分とでは特定の波長領域における透過率や反射率及び屈折率が異なる。よってホログラム干渉縞のピッチだけでなく、ホログラム再生光である可視レーザ光の波長も考慮する必要があるが、例えば、塩化ルビジウムの色中心吸収は６４０ｎｍ付近にあり、ヘリウム−ネオンレーザの波長に対応している。
【０１６０】
透過率の変化は上記の通り紫外レーザエネルギー密度、パルス幅、パルス数、繰り返し周波数に依存する。上記塩化ルビジウムの例では紫外レーザ励起前に比較して６４０ｎｍにおける反射率が５０％乃至８０％程度になり、十分なコントラストを得ることができる。透過率でも紫外レーザ励起前に比較して５０％乃至８０％程度の変化が認められる。同時に屈折率も変化しているため、本発明のホログラムは振幅・位相ハイブリッド型であるため、高い回折効率を実現できる。
【０１６１】
ここで、塩化ルビジウムの吸収波長が６４０ｎｍ付近に、臭化ナトリウムは５４０ｎｍ付近に、フッ化カリウムは４５０ｎｍ付近に吸収波長のピークがある。よって、本願発明者らはこれら３種類の単結晶を１ｍｍ厚に加工し、更に鏡面加工した表面を積層して体積型ホログラム記録媒体を作製した。図１０は各々の紫外レーザ照射後の反射スペクトルを示す。
【０１６２】
積層する順番は、紫外レーザ側から塩化ルビジウム、臭化ナトリウム、フッ化カリウムとなるようにした。積層する順番は必ずしもこの順番でなくともよい。書き込みピッチの例として、上記体積型ホログラム記録媒体にそれぞれ異なるピッチで干渉縞を書き込んだ（書き込みの一例として後述する実施例７に記載の方法がある）。
【０１６３】
２６６ｎｍのＹＡＧレーザを塩化ルビジウム層内に焦点を結ぶよう集光し、面方向（ＸとＹ）及び層厚さ方向（Ｚ）に一定間隔でステップ走査し、ＣＧＨ（コンピュータ生成ホログラム）データに応じてレーザをオン／オフして２値のホログラムを書き込んだ。このときのステップのピッチは１３μｍとした。
【０１６４】
同様にして、臭化ナトリウム層に焦点を結ぶよう集光し、面方向（ＸとＹ）及び層厚さ方向（Ｚ）に１１μｍピッチでステップ走査してホログラムを書き込んだ。同様にしてフッ化カリウム層に焦点を結ぶよう集光し、面方向（ＸとＹ）及び層厚さ方向（Ｚ）に９μｍピッチでステップ走査してホログラムを書き込んだ。
【０１６５】
次に、上記体積ホログラムに波長ピークが３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である青、波長ピークが５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である緑、波長ピークが６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である赤、の３色の波長の読出し光を照射した。
【０１６６】
波長ピークが３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である青のレーザには以下のものが挙げられる。アルゴン（４８８ｎｍ）、Ｈｅ−Ｃｄ（４４１．６ｎｍ）、窒化ガリウム系レーザダイオード（４００ｎｍ〜５００ｎｍ以下）、赤外半導体レーザのＳＨＧ（４２５ｎｍや４１０ｎｍ）等である。
【０１６７】
波長ピークが５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である緑のレーザにはＹＡＧ−ＳＨＧ（５３２ｎｍ）、アルゴン（５１４．５ｎｍ）等から選択できる。波長ピークが６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である赤のレーザにはＨｅ−Ｎｅ６３３ｎｍ、AlGaInP系レーザダイオード（６３０〜６８０ｎｍ）、クリプトン（６４７ｎｍ）等から選択できる。
【０１６８】
次に、臭化カリウム（吸収波長６３０ｎｍ付近）を体積型ホログラム記録媒体として用い、上記と同様の方法で１２μｍのピッチでホログラムを書き込んだ。書き込み中は液体窒素温度にて行い、ホログラム再生後に１００℃まで加熱し、ホログラムを消去した。ヒータ加熱以外にも、炭酸ガスレーザ（１０．６μｍ）の遠赤外（波長８００ｎｍ以上）を用いる等、加熱手段は問わない。
【０１６９】
なお、ホログラム干渉縞の消去に関して、臭化カリウムを用いた体積型ホログラム記録媒体の例を示したが、上述のように塩化ルビジウム、臭化ナトリウム、フッ化カリウムを積層した体積型ホログラム記録媒体を用いた場合も同様である。また、書き込みも上記と同様である。
【０１７０】
第一の波長領域（１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下）のレーザを集光するレンズとしては、例えば、ミツトヨＵＶ×５０（ＮＡ０．４）等が使える。これより小さいＮＡではＺ軸方向の強度比が小さい（集光率が小さい）ため、体積型ホログラム記録媒体の特定のＺ軸位置に書き込むことが困難となる。
【０１７１】
本発明に係る体積型ホログラム再生のための表示面としては、一般のテレビと同様に機械的強度、耐紫外レーザ衝撃性、環境安定性等が要求される。上述のハロゲン化アルカリは硬度が高くないものや吸湿性が高いものがあるため、ハロゲン化アルカリに表面コーティングを施したり、ガラス支持基板上にハロゲン化アルカリを形成して外界側にガラス支持基板面を向けることが好ましい。紫外レーザはハロゲン化アルカリ面側から露光することが望ましい。
【０１７２】
紫外レーザによる着色は上述のようにミクロなイオン性の結晶構造に由来しているので、表示面に用いる結晶は単結晶や溶融単結晶である必要はなく、多結晶や粉末等でも構わない。単結晶化すれば散乱がなくなり可視波長域で透明な表示面を得られるので、透過型として用いることができる。
【０１７３】
また、表示面からのレーザ反射光の回折・干渉を利用する反射型ホログラム再生装置の場合には、上記の通り色中心を有する物質の支持基板は透明である必要はなく、アルミナやシリコン基板なども用いることができる。ホログラム連続再生装置が透過型か反射型かに応じて表示面を構成する色中心を有する物質の作製方法や単結晶性により結晶透明度を制御することができる。
【０１７４】
かかる単結晶において、上述のように光学素子とするために研磨工程で平滑化処理を施し透明性を向上させることができる。単結晶表面から奥行き一定の仮想面にホログラムを形成しさらに奥行きを一定ピッチで移動してホログラムを形成し、最終的に体積型のホログラムを形成する。
【０１７５】
これを実現するためには上記の通り紫外レーザの波長やホログラムビットサイズを考慮して、ＮＡ０．３以上で焦点深度１０μｍ以下のレンズで集光することが望ましい。このレンズを用いて表示面内部に焦点を合わせ、紫外レーザに対して表示面を相対的に移動しながら紫外レーザで露光することで、奥行き一定の仮想面にホログラムを形成することができる。
【０１７６】
支持基板上への結晶の形成方法としては、濃厚溶液から溶媒の蒸発による結晶化や、溶融塩の形成や、溶液の各種コート法が利用できる。必要に応じてポリビニルアルコールなどを添加して、支持基板へのコート性や密着強度を改善することもできる。その他、各種の添加剤を用いることもできる。或いは蒸着法によっても、色中心を有する物質を支持基板上に製膜できる。
【０１７７】
上述したようにこのようにして支持基板の上に色中心をもつ物質を形成した場合には、支持基板をホログラム再生装置の外側（外界）に向け、色中心をもつ物質に機械的欠陥や吸湿による欠陥を生じないようにする。それと同時に、紫外レーザが直接当たるようにすることが好ましい。
【０１７８】
また、本発明に係る体積型ホログラム再生において、上述のように紫外レーザ走査により表示されたホログラム干渉縞表示面に対して干渉条件を満足する波長の読み出し光を全面照射する。すると、紫外レーザが当たって励起・着色している部分とそうでない部分とでは読み出し光の透過率及び屈折率が異なり、回折・干渉が起き、ホログラム再生立体像が再生される。表示面の各点からの回折光が空間で再合成され、ホログラム像ができるのは、一般のホログラムと同様であり、静止立体像が得られる。
【０１７９】
また、読み出し光と表示面との位置関係によってホログラム再生立体像は表示面より浮かび上がって見えるか、奥に見えるかが異なる。但し、読み出し光光源が表示面に対して観測者側と反対に位置する場合（読み出し光が表示面を透過しなければならない位置関係にある場合）においては、表示面はこの読み出し光に対して透明である必要がある。
【０１８０】
従来のブラウン管は不透明な散乱体であったが、上述のように色中心を有する物質は透明にできるという特徴があり上記必要条件を満足する。また、本発明における色中心を有する物質は励起状態から基底状態への遷移時間が室温では寿命が長く、着色状態が安定に保持されるので、１フレーム分のホログラム干渉縞を紫外レーザで表示してから全面に読み出し光を照射することができる。
【０１８１】
また、１本の紫外レーザで走査するより複数の紫外レーザ光源から各々強度変調した紫外レーザを照射することにより、１フレーム当たりに要する走査時間を短くできることは上述した通りである。面状のＶＣＳＥＬ紫外レーザを用いれば走査は不要となるので更に好ましい。マルチ紫外レーザ源としては、上述のように半導体を用いたものが提案されている。
【０１８２】
なお、上述のように色中心を有する物質は読み出し光のレーザ光により基底状態に戻ることもあるが、完全ではない場合が多い。例えば、一部の電子がＦ’中心と呼ばれる準位に再トラップされる場合である。その場合には、消去用のインコヒーレントな長波長光を全面照射することが好ましい。上述した２次励起光による消去である。
【０１８３】
必要に応じて表示面を数百℃まで昇温して消去を促進することも好ましい。消去速度は温度依存性が認められる。例えば、臭化カリウム結晶の場合、室温での半減期τは数秒、１００℃で１秒以下、５００℃で数十ミリ秒になる。
【０１８４】
上述のようにこれらの操作を一定の周期で繰り返すことによって立体像を動画として観測する事が可能となる。この周期が長いと画面がちらついて見え、その値は一般には３０分の１秒ぐらいであると言われている。
【０１８５】
本発明に係る体積型ホログラム再生において色中心を有する物質の原理から明らかなように着色は感度が高く、表示及び消去の速度は速い。分子構造変化や酸化還元反応に伴うイオン移動にエネルギーと時間を要するフォトクロミズム物質やエレクトロクロミズム物質と比較しても、本発明の色中心を有する物質の着色は半導体のスイッチング同様の電子移動なので高速応答が可能である。更に、半導体のスイッチングと同様に繰り返し耐久性もよい。
【０１８６】
なお、実施形態１から３において説明した本発明に係るホログラムを用いて、文字や画像を表示するディスプレイとしてではなく、情報記録再生装置として利用することもできる。
【０１８７】
斯かる装置は、例えばホログラムデータエンコード部、ホログラム記録部、ホログラム読出し再生部、ホログラムデータデコード部により構成される。ホログラムデータエンコード部は情報データを２次元もしくは３次元のホログラムデータに変換する。ホログラム記録部は本発明の記録媒体である色中心を有する物質にホログラムを書き込む。ホログラム読出し再生部は上記ホログラムから再生光を使ってデータを読み出す。ホログラムデータデコード部は読み出したデータを元の情報データに復号する。
【実施例】
【０１８８】
次に、本発明の実施例について説明する。
【０１８９】
（実施例１）
実施例１では、表示面を構成するハロゲン化アルカリとして赤外光学結晶用の臭化カリウム単結晶でサイズはΦ３０ｍｍの円形、厚さ３ｍｍを用いた。ホログラムは劈開（１００）面に対して書き込みを行った。図６は表示面に使用する臭化カリウムの紫外レーザ照射前後の透過スペクトルを示す。
【０１９０】
ホログラム書込みの紫外レーザとして、スペクトラ・フィジックス社ＨＩＰＰＯ−３５５Ｑ（ＹＡＧ３倍波３５５ｎｍ）パルスレーザを用い、周波数４０ｋＨｚで発振させた。スポット径は２．５ｍｍ×３．５ｍｍの楕円である。１パルスのエネルギーを０．５４μＪになるようＤＰＳＳ（ダイオードポンピング）の印加パワーを調整した。
【０１９１】
ミツトヨ製ＭＰｌｕｎＵＶ５０ｘを用いて、上記表示面表面に１．１３μｍ×０．８９μｍのスポット径に集光した。表示面をＸＹステージに固定して、長円方向を主走査方向とし、毎秒１ｍｍの速度で１０ｍｍの幅を走査してドットを書き込んだ。紫外レーザの繰り返し周波数は４０ｋＨｚなので１μｍに４０ドットが位置をずらしながら重複して書き込まれる。短円方向を副走査方向とし、１０μｍのピッチで送り、主走査を１００往復しておよそ１μｍライン＆９μｍスペースを２００本描画した。
【０１９２】
描画した回折格子（干渉縞の一種）に読み出し可視光として、ヘリウムネオンレーザ（波長６３３ｎｍ、スポット径２ｍｍ）を垂直入射した。その時、回折スポットが５次以上まで観測され、回折強度はピーク時に１０％以上あったが、およそ２０秒の間に回折格子が消えていくとともに次第に回折強度が弱くなり、０次光のみとなり回折が認められなくなることを見出した。
【０１９３】
なお、本実施例の表示面におけるカラーセンター形成部位の光学的吸収スペクトルは５００ｎｍから７００ｎｍ程度までに広がる幅広い吸収帯を持つこと、吸収のピークは６３０ｎｍ付近にあることを非集光の紫外レーザによる露光実験から見出した。本実施例ではホログラムの基礎物性を明らかにするために回折格子を用いて検証を行った。
【０１９４】
（実施例２）
実施例２では、表示面を構成するハロゲン化アルカリとして赤外光学結晶用の臭化カリウム単結晶でサイズはΦ３０ｍｍの円形、厚さ３ｍｍを用いた。ホログラムは劈開（１００）面に対して書き込みを行った。
【０１９５】
ホログラム書込みの紫外レーザとして、スペクトラ・フィジックス社ＨＩＰＰＯ−２６６Ｑ（ＹＡＧ４倍波２６６ｎｍ）パルスレーザを用い、周波数４０ｋＨｚで発振させた。スポット径は２．２ｍｍ×３．３ｍｍの楕円である。１パルスのエネルギーを０．２１μＪになるようＤＰＳＳ（ダイオードポンピング）の印加パワーを調整した。
【０１９６】
ミツトヨ製ＭＰｌｕｎＵＶ５０ｘを用いて、上記の表示面表面に０．９５μｍ×０．６６μｍのスポット径に集光した。
【０１９７】
表示面をＸＹステージに固定して、長円方向を主走査方向とし、毎秒１ｍｍの速度で１０ｍｍの幅を走査してドット群を書き込んだ。紫外レーザの繰り返し周波数は４０ｋＨｚなので１μｍに４０ドットが位置をずらしながら重複して書き込まれる。短円方向を副走査方向とし、１０μｍのピッチで送り、主走査を１００往復しておよそ１μｍライン＆９μｍスペースを２００本描画した。
【０１９８】
描画した回折格子（干渉縞の一種）にヘリウムネオンレーザ（波長６３３ｎｍ、スポット径２ｍｍ）を垂直入射したところ、回折スポットが５次以上まで観測され、回折強度はピーク時に１０％以上あった。臭化カリウムに紫外レーザ２６６ｎｍで書き込むと消去までの時間が数時間に長くなることを見出した。本実施例ではホログラムの基礎物性を明らかにするために回折格子を用いて検証を行った。
【０１９９】
（実施例３）
実施例２において、紫外レーザで回折格子を形成し、ヘリウムネオンレーザで回折スポットを再生した後、３００℃の温風を吹きかけたところ、およそ１０秒の間に回折格子が消えていくとともに次第に回折強度が弱くなった。また、０次光のみとなり回折が認められなくなることを見出した。
【０２００】
また、最初から３００℃に表示面を温調しておくことにより、１秒以内に回折格子が消え、カラーセンターの消滅速度は温度依存性があると言われていたが、実用レベルの時定数であることを見出した。
【０２０１】
本願発明者は、鋭意研究の結果、非集光の紫外レーザによる別実験からカラーセンターの形成は温度依存性がないことを確認した。よって、最初から３００℃に表示面を温調しておいても回折強度のピーク値は１５％で変化がないが、１秒以内に消滅し、動画ホログラムとしての可能性を示した。
【０２０２】
更に、実施例１の紫外レーザとして３５５ｎｍを用いた場合においては１００℃に温度を上げただけで１秒以内に回折格子が消え、それ以上の温度では回折スポットは瞬間的に確認され、計測が困難となった。
【０２０３】
（実施例４）
実施例２において、回折格子の代わりにコンピュータジェネレーテッドホログラムのデータに基づいて紫外レーザの輝度変調を行いながら走査して表示面にホログラム干渉縞を書き込んだ。描画したホログラム干渉縞にヘリウムネオンレーザ（波長６３３ｎｍ、スポット径２ｍｍ）を垂直入射したところ、立体の静止像が再生された。
【０２０４】
（実施例５）
実施例５では、ＮａＢｒ（臭化ナトリウム）の（１００）面を表示面として用いた。この表示面の紫外レーザ照射後の透過スペクトルを図７に示す。ホログラム干渉縞のピッチを、ヘリウム−ネオンレーザの波長６３３ｎｍ以外に、アルゴンレーザの５１４ｎｍ及び４８８ｎｍに対応させた３つのホログラム干渉縞を合成した。そして、紫外レーザをスポット径０．９５μｍ×０．６６μｍに収束させて、この合成したホログラム干渉縞の形状に走査してホログラム干渉縞を表示した。
【０２０５】
実施例１及び実施例２においては１０μｍピッチで走査したが、本実施例においては１μｍピッチで走査した。
【０２０６】
次に、６３３ｎｍ、５１４ｎｍ及び４８８ｎｍの再生用可視光をレンズで拡大して一括照射した。臭化ナトリウムは比較的広い波長範囲に吸収があるので、これら３つのレーザ波長にも透過率変化及び屈折率変化があり、これにより、カラーのホログラムが再生された。
【０２０７】
（実施例６）
実施例６では表示面奥行きにホログラム形成した。実施例２で用いたミツトヨ製ＭＰｌｕｎＵＶ５０ｘの作動距離は１２ｍｍ、焦点距離は４ｍｍである。実施例２の構成において、ミツトヨ製ＭＰｌｕｎＵＶ５０ｘレンズをＺ軸方向（結晶の積層厚さ方向）に移動して表示面の表面から１００μｍの位置に焦点位置を合わせた。
【０２０８】
スポット径０．９５μｍ×０．６６μｍに集光した。この焦点位置においてＸＹ２次元で構成される仮想面にホログラムを形成する。この仮想面は劈開表面と同じく（１００）面である。実施例２と同様の回折格子を形成したところ、Ｈｅ−Ｎｅの回折効率は１５％に向上した。
【０２０９】
（実施例７）
実施例７では、色中心を有する物質として、塩化ルビジウム（６３３ｎｍ用）、塩化カリウム（５１４ｎｍ用）、弗化カリウム（４８８ｎｍ用）の３種類の結晶を１ｍｍ厚にスライスして研磨し、これを上記順番に積層・接合して表示面を形成した。各々の紫外レーザ照射後の透過スペクトルを図８に示す。
【０２１０】
積層表示面はレーザ照射により光学特性が変化した状態において、以下のように積層する。即ち、吸収波長ピークが３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下、の３種類のハロゲン化アルカリ若しくはハロゲン化アルカリ土類からなる表示面を積層するのが良い。
【０２１１】
また、実施例２で用いたミツトヨ製ＭＰｌｕｎＵＶ５０ｘの作動距離は１２ｍｍ、焦点距離は４ｍｍである。このレンズをＺ軸方向（結晶の積層厚さ方向）に移動して表示面の１つ塩化ルビジウムの表面から１００μｍ奥に焦点位置を合わせた。スポット径０．９５μｍ×０．６６μｍに集光した。紫外レーザを走査し、上述のようなホログラムデータに基づいてＲ用に３μｍピッチ（ドット間隔）でホログラム干渉縞を形成した。
【０２１２】
同様にＧ用は塩化カリウムの表面から１００μｍ奥に２μｍピッチで、Ｂ用は弗化カリウムの表面から１００μｍ奥に１μｍピッチで干渉縞を形成した（紫外レーザとしては、上述のように波長領域が１９０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下とする）。
【０２１３】
次に、６３３ｎｍ、５１４ｎｍ及び４８８ｎｍの再生用可視光をレンズで拡大して一括照射した。再生用可視光はその波長に屈折率変化及び吸収があるホログラム干渉縞により回折・干渉され、これによりカラーのホログラムが再生された。
【０２１４】
再生用可視光としては、波長ピークが３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である青、波長ピークが５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である緑、波長ピークが６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である赤、の３色の波長の読み出し光を照射するのが良い。
【０２１５】
（実施例８）
実施例７の構成において、ＲＧＢすべて１μｍピッチで走査し、且つ、１つの画素サイズを最大２０μｍ×２０μｍとして、非立体のビットマップデータに従って画素ドットのサイズを１６階調に変調して非立体画像の表示を行った。
【０２１６】
（実施例９）
実施例９〜１１は体積型ホログラム再生の場合の実施例である。表示面を構成するハロゲン化アルカリとして赤外光学結晶用の臭化カリウム単結晶でサイズはΦ３０ｍｍの円形、厚さ３ｍｍを用いた。ホログラムは劈開（１００）面に対して書き込みを行った。
【０２１７】
ホログラム書込みの紫外レーザとして、スペクトラ・フィジックス社ＨＩＰＰＯ−２６６Ｑ（ＹＡＧ４倍波２６６ｎｍ）パルスレーザを用い、周波数４０ｋＨｚで発振させた。スポット径は２．２ｍｍ×３．３ｍｍの楕円である。１パルスのエネルギーを０．２１μＪになるようＤＰＳＳ（ダイオードポンピング）の印加パワーを調整した。
【０２１８】
ミツトヨ製ＭＰｌｕｎＵＶ５０ｘを用いて、上記表面から奥行き２ｍｍに０．９５μｍ×０．６６μｍのスポット径に集光した。
【０２１９】
この焦点位置においてＸＹ２次元で構成される仮想面にホログラムを形成した。この仮想面は劈開表面と同じく（１００）面である。
【０２２０】
表示面をＸＹステージに固定して長円方向を主走査方向とし、毎秒１ｍｍの速度で１０ｍｍの幅を走査してドット群を書き込んだ。紫外レーザの繰り返し周波数が４０ｋＨｚなので１μｍに４０ドットが位置をずらしながら重複して書き込んだ。短円方向を副走査方向とし１０μｍのピッチで送り、主走査を１００往復しておよそ１μｍライン＆９μｍスペースを２００本描画した。
【０２２１】
描画した回折格子（干渉縞の一種）にヘリウムネオンレーザ（波長６３３ｎｍ、スポット径２ｍｍ）を垂直入射したところ、回折スポットが５次以上まで観測され、回折強度は１０％以上あった。
【０２２２】
更に、表示面をＺ軸ステージで奥行き方向に１０μｍピッチで移動し、上記ＸＹ走査露光による回折格子を奥行き方向に１００本多重記録した体積型ホログラムを得た。
【０２２３】
本発明の体積型ホログラムによるヘリウムネオンレーザ（波長６３３ｎｍスポット径２ｍｍ）垂直入射光の回折強度は３０％以上に向上し、体積型ホログラムが２次元ホログラムより回折効率が向上することが明らかになった。本実施例ではホログラムの基礎物性を明らかにするために回折格子を用いて検証を行った。
【０２２４】
（実施例１０）
実施例９において、体積型表示媒体を１００℃に温調しながら、紫外レーザで回折格子を形成し、同時にヘリウムネオンレーザで回折スポットを再生した。そうすると、およそ３０秒の間に回折格子が消えていくとともに次第に回折強度が弱くなり、０次光のみとなり回折が認められなくなることを見出した。
【０２２５】
本願発明者は鋭意研究の結果、非集光の紫外レーザによる別実験から、カラーセンターの形成は温度依存性がないこと、一方でカラーセンターの消滅は温度依存性があることを確認した。よって、最初から１００℃に体積型表示媒体を温調しておいても回折強度のピーク値は３０％で変化がないが、３０秒以内に消滅し、動画ホログラムとしての可能性を示した。
【０２２６】
（実施例１１）ホログラム
実施例９において、回折格子の代わりにコンピュータジェネレーテッドホログラムのデータに基づいて、紫外レーザの輝度変調を行いながら走査してホログラム干渉縞を書き込んだ。描画したホログラム干渉縞にヘリウムネオンレーザ（波長６３３ｎｍ、スポット径２ｍｍ）を垂直入射したところ、立体の静止像が再生された。
【図面の簡単な説明】
【０２２７】
【図１】本発明を説明するための模式図である。
【図２】図１の装置においてホログラム干渉縞の表示を行う様子を示す模式図である。
【図３】図１の装置においてホログラム再生を行う様子を示す模式図である。
【図４】図１の装置の表示面に使用される色中心を有する物質の着色原理を構造的及びエネルギー的に示す説明図である。
【図５】本発明に係る体積型ホログラム再生において体積型干渉縞の表示を行う様子を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例１において表示面に使用される臭化カリウムの紫外レーザ照射前後の透過スペクトルを比較して示すグラフである。
【図７】本発明の実施例５において表示面に使用されるＮａＢｒの紫外レーザ照射後の透過スペクトルを示すグラフである。
【図８】本発明の実施例７において表示面に使用される塩化ルビジウム、塩化カリウム、弗化カリウムの電子線照射後の透過スペクトルを示すグラフである。
【図９】本発明に係る表示装置の概念図である。
【図１０】本発明に係る体積型ホログラム再生において塩化ルビジウム、臭化ナトリウム、フッ化カリウムの紫外レーザ照射後の反射スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【０２２８】
１  表示面
２  紫外レーザ
３  ホログラム干渉縞
４  紫外レーザ照射手段
５  読み出し光
６  ホログラム再生立体像
７  可視レーザ
８  消去手段
９  拡大レンズ
１１９０  表示素子
１１９１  第１の光源
１１９２  第一波長領域のレーザ
【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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