(57)【要約】【課題】導光板中を案内される光あるいは導光板から射出した光で照明する場合に照明光のムラに基づく明るさムラのない体積型ホログラムとその作成方法及びそれを用いた表示装置。【解決手段】照明光の強度分布を補償する濃度パターンマスク４をパターン画像１を照明する光路５中あるいはパターン画像１からの物体光６射出側に、パターン画像１に近接あるいは密着して配置してパターン画像１を透過型あるいは反射型の体積型ホログラムとして記録した体積型ホログラムであって、ホログラム面で強度分布を持つ再生照明光を照射することで再生される体積型ホログラムにおいて、照明光の強度分布を補償する濃度パターン４が重畳されたパターン画像が記録されている。【選択図】図１
2008145512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン画像が記録された体積型ホログラムであって、ホログラム面で強度分布を持つ再生照明光を照射することで再生される体積型ホログラムにおいて、
前記照明光の強度分布を補償する濃度パターンが重畳されたパターン画像が記録されていることを特徴とする体積型ホログラム。
【請求項２】
前記濃度パターンが網点濃度パターンからなることを特徴とする請求項１記載の体積型ホログラム。
【請求項３】
前記パターン画像が平面画像からなり、イメージホログラムとして記録されていることを特徴とする請求項１又は２記載の体積型ホログラム。
【請求項４】
パターン画像が記録された体積型ホログラムであって、ホログラム面で強度分布を持つ再生照明光を照射することで再生される体積型ホログラムを作成する方法において、
前記照明光の強度分布を補償する濃度パターンマスクを前記パターン画像を照明する光路中あるいは前記パターン画像からの物体光射出側に、前記パターン画像に近接あるいは密着して配置して前記パターン画像を透過型あるいは反射型の体積型ホログラムとしてホログラム撮影することを特徴とする体積型ホログラムの作成方法。
【請求項５】
パターン画像が記録された体積型ホログラムであって、ホログラム面で強度分布を持つ再生照明光を照射することで再生される体積型ホログラムを作成する方法において、
前記照明光の強度分布を補償する濃度パターンマスクを重畳してなるパターン画像を用意し、前記パターン画像を透過型あるいは反射型の体積型ホログラムとしてホログラム撮影することを特徴とする体積型ホログラムの作成方法。
【請求項６】
前記濃度パターンが網点濃度パターンからなることを特徴とする請求項４又は５記載の体積型ホログラムの作成方法。
【請求項７】
前記パターン画像が平面画像からなり、イメージホログラムとして記録することを特徴とする請求項４から６の何れか１項記載の体積型ホログラムの作成方法。
【請求項８】
再生照明光を照射する導光板と、前記導光板中に埋め込まれた体積型ホログラムと、前記導光板の少なくとも一端に配置された光源とを備え、前記体積型ホログラムは、前記導光板中を全反射を繰り返す多重反射により導光される照明光によって照明されるホログラム表示装置において、
前記体積型ホログラムに前記照明光の強度分布を補償する濃度パターンが重畳されたパターン画像が記録されていることを特徴とするホログラム表示装置。
【請求項９】
再生照明光を照射する導光板と、前記導光板の一面から射出される照明光路中に配置された体積型ホログラムと、前記導光板の少なくとも一端に配置された光源とを備え、前記体積型ホログラムは、前記導光板の一面から射出される照明光によって照明されるホログラム表示装置において、
前記体積型ホログラムに前記照明光の強度分布を補償する濃度パターンが重畳されたパターン画像が記録されていることを特徴とするホログラム表示装置。
【請求項１０】
前記濃度パターンが網点濃度パターンからなることを特徴とする請求項８又は９記載のホログラム表示装置。
【請求項１１】
前記パターン画像が平面画像からなり、イメージホログラムとして記録されていることを特徴とする請求項８から１０の何れか１項記載のホログラム表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体積型ホログラム、その作成方法及びそれを用いたホログラム表示装置に関し、特に、明るさムラのない表示が可能な体積型ホログラムとその作成方法及びそれを用いた表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、体積型ホログラムを導光板中を全反射により案内された照明光で照明して体積型ホログラムからの回折光で画像等を表示することは、例えば特許文献１〜３で提案されている。
【特許文献１】特公昭６１−３７６３３号公報
【特許文献２】特開２０００−１６２９９５号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００４／１０２２６号公報
【特許文献４】特公平７−８２２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、導光板中を案内される光は光源から照明光を導入する端部近傍では強く、導入端から離れるにつれて弱くなるのが一般的であり、それに伴って体積型ホログラムから回折される再生光はその導入端側で強く、その反対端側で弱く、その間で徐々に弱くなる。
【０００４】
そのため、体積型ホログラムから再生された表示像を観察すると、観察面内で明るさムラが発生してしまう。特に体積型ホログラムがイメージホログラムのときには、その明るさムラは目立ってしまう。
【０００５】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、導光板中を案内される光あるいは導光板から射出した光で照明する場合に照明光のムラに基づく明るさムラのない体積型ホログラムとその作成方法及びそれを用いた表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の体積型ホログラムは、パターン画像が記録された体積型ホログラムであって、ホログラム面で強度分布を持つ再生照明光を照射することで再生される体積型ホログラムにおいて、
前記照明光の強度分布を補償する濃度パターンが重畳されたパターン画像が記録されていることを特徴とするものである。
【０００７】
この場合に、前記濃度パターンが網点濃度パターンからなることが望ましい。
【０００８】
また、前記パターン画像が平面画像からなり、イメージホログラムとして記録されていることが望ましい。
【０００９】
本発明の体積型ホログラムの作成方法は、パターン画像が記録された体積型ホログラムであって、ホログラム面で強度分布を持つ再生照明光を照射することで再生される体積型ホログラムを作成する方法において、
前記照明光の強度分布を補償する濃度パターンマスクを前記パターン画像を照明する光路中あるいは前記パターン画像からの物体光射出側に、前記パターン画像に近接あるいは密着して配置して前記パターン画像を透過型あるいは反射型の体積型ホログラムとしてホログラム撮影することを特徴とする方法である。
【００１０】
本発明のもう１つの体積型ホログラムの作成方法は、パターン画像が記録された体積型ホログラムであって、ホログラム面で強度分布を持つ再生照明光を照射することで再生される体積型ホログラムを作成する方法において、
前記照明光の強度分布を補償する濃度パターンマスクを重畳してなるパターン画像を用意し、前記パターン画像を透過型あるいは反射型の体積型ホログラムとしてホログラム撮影することを特徴とする方法である。
【００１１】
これらにおいて、前記濃度パターンが網点濃度パターンからなることが望ましい。
【００１２】
また、前記パターン画像が平面画像からなり、イメージホログラムとして記録することが望ましい。
【００１３】
本発明のホログラム表示装置は、再生照明光を照射する導光板と、前記導光板中に埋め込まれた体積型ホログラムと、前記導光板の少なくとも一端に配置された光源とを備え、前記体積型ホログラムは、前記導光板中を全反射を繰り返す多重反射により導光される照明光によって照明されるホログラム表示装置において、
前記体積型ホログラムに前記照明光の強度分布を補償する濃度パターンが重畳されたパターン画像が記録されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明のもう１つのホログラム表示装置は、再生照明光を照射する導光板と、前記導光板の一面から射出される照明光路中に配置された体積型ホログラムと、前記導光板の少なくとも一端に配置された光源とを備え、前記体積型ホログラムは、前記導光板の一面から射出される照明光によって照明されるホログラム表示装置において、
前記体積型ホログラムに前記照明光の強度分布を補償する濃度パターンが重畳されたパターン画像が記録されていることを特徴とするものである。
【００１５】
これらにおいて、前記濃度パターンが網点濃度パターンからなることが望ましい。
【００１６】
また、前記パターン画像が平面画像からなり、イメージホログラムとして記録されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上の本発明によると、照明光のムラに基づく明るさムラのない体積型ホログラムとその作成方法及びそれを用いた表示装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の体積型ホログラムとその作成方法及びそれを用いた表示装置を原理と実施例の説明に基づいて説明する。
【００１９】
本発明の基本原理は、導光板中を案内される光あるいは導光板から射出した光で照明する体積型ホログラムにおいて、イメージホログラムとして記録する２次元物体に照明光のムラを補償するよう濃度パターンマスクを重畳してホログラム記録することである。もちろん、記録物体のホログラムに対する位置は完全にホログラム面に一致する必要はなく、ホログラム面近傍でよい。ここで、ホログラム面近傍とは、ホログラム面から前後に±５ｍｍの範囲内である。また、記録物体としては、２次元物体に限らず表面に凹凸のある３次元物体でもよい。
【００２０】
図１は、本発明による体積型ホログラムを撮影する配置の１例を示す光路図である。例えば図２に平面図を示すようなパターン画像１（図２の例は２値のパターン画像１）を投影光学系３の物体面に配置し、画像１の像面近傍にフォトポリマーや銀塩感光材料からなる体積型ホログラム感材２を配置する。そして、照明光５でパターン画像１を背面から照明しパターン画像１を透過した光を投影光学系３を経て物体光６としてホログラム感材２に入射させると共に、照明光５と同一レーザ光源からの参照光７を所定の入射角θで物体光６と同じ側からホログラム感材２に同時に入射させてホログラム感材２内で干渉させて透過ホログラムとして撮影する。ここまでの配置は通常の透過ホログラムを撮影する配置であるが、本発明に基づいてパターン画像１の照明光入射側あるいは透過側（図１の場合は照明光入射側）に近接あるいは密着して、例えば図３に平面図を示すような濃度パターンマスク４を配置する。
【００２１】
この濃度パターンマスク４は、このようにして撮影された体積型ホログラムを表示（再生）するときの再生照明光のムラを補償するような透過率分布を持ったものからなり、再生照明光のホログラム面での強度分布をｆ（ｘ，ｙ）としたとき、透過率分布がｃ／ｆ（ｘ，ｙ）（ｃ：定数）となるものであり、後記するような導光板中を案内される光や導光板から射出した光を再生照明光とするときには、導光方向をｘ方向とすると、通常はｆ（ｘ，ｙ）は減少関数（ｘが大きくなるにつれて小さくなる関数）となる。
【００２２】
このように、ホログラム撮影のときにパターン画像１の照明光入射側あるいは透過側にこのような濃度パターンマスク４を配置すると、体積型ホログラム感材２に記録された体積型ホログラムから再生されるパターン像１’は、再生照明光が均一でムラがないときには、図４の平面図のようになる。すなわち、図２のパターン画像１に図３の濃度パターンマスク４の濃度分布を重畳したのと同じ像となる。
【００２３】
さて、以上のように、所望のパター像に濃度分布を重畳してなる再生像１’を再生する体積型ホログラム２’から図２のようなパターン像を再生する表示装置の構成例を図５の断面図に示す。図１のような配置で撮影された透過型の体積型ホログラムを２’とし、その体積型ホログラム２’の両面に導光板１１と１２を密着配置して一体化し、その積層体の一端、図５の場合は一方の導光板１１の一端に面して、所定波長の再生照明光を導光板１１内に導入するために例えばＬＥＤからなる光源１３を配置してホログラム表示装置１０を構成する。このような構成において、導光板１１の一端から導入された光源１３からの照明光１５は、導光板１１の体積型ホログラム２’と反対側の表面と導光板１２の体積型ホログラム２’と反対側の裏面との間で全反射を繰り返す多重反射により、導光板１１、体積型ホログラム２’、導光板１２からなる積層体中を光源１３が面した端部から反対の端部へ導かれる。その導光方向をｘ方向とする。照明光１５はその積層体中を多重反射する間、体積型ホログラム２’を裏面側から所定の入射角（波長が参照光７と同じで、体積型ホログラム感材２の現像処理等の後処理で収縮がないとすると、参照光７の入射角θに等しいかその近傍の角度）で入射する成分が体積型ホログラム２’で回折光１６として積層体の前方に回折されて体積型ホログラム２’に記録された画像の再生像生成に寄与する。そのため、その積層体中をｘ方向へ導光されるにつれ体積型ホログラム２’を照明する照明光１５の強度は小さくなる。
【００２４】
しかし、体積型ホログラム２’中にはその照明光１５のムラを補償するように濃度パターンマスク４をパターン画像１に重畳した状態でイメージホログラムとして記録されているので、図５のホログラム表示装置１０から再生されて観察される再生像は図４のような濃度分布が重畳したパターン像１’ではなく、図２（記録されたパターン画像１）と同様の濃度分布の重畳のないパターン像１”となる。
【００２５】
以上のように、ホログラム撮影の際に、ホログラム表示装置１０における再生照明光のムラを補償するような濃度パターンマスクを重畳してホログラム記録することで、明るさムラのないパターン像１”の表示が可能になる。
【００２６】
ここで、図１の配置において、濃度パターンマスク４を配置する代わりに、パターン画像１として、図２のような元のまま（表示したい画像）の画像を用いるのではなく、予め再生照明光のムラを補償するような透過率分布を重畳した図４のようなパターン画像１を用意しておいて、そのパターン画像１から透過型の体積型ホログラム２’を撮影し、それを用いて図５のようなホログラム表示装置１０を構成しても、同様に明るさムラのないパターン像１”の表示が可能になる。
【００２７】
ところで、特許文献４に開示されているように、特にイメージホログラムにおいては、濃度変化階調画像の階調の再現性は容易ではない。図２のパターン画像１に図３の濃度パターンマスク４を重ねた画像、あるいは、透過率分布を重畳した図４と同様のパターン画像は濃度変化階調画像に他ならない。したがって、その階調を正確に再生する体積型ホログラム２’を記録することは容易ではない。体積型ホログラム２’が階調を正確に再生するホログラムとして記録されていないと、図５のような配置のホログラム表示装置１０として構成された場合、再生照明光のムラを完全に補償して明るさムラのないパターン像を表示することは必ずしもできない。
【００２８】
そこで、図１の体積型ホログラム２’を撮影する配置において、図３のような濃度変化階調の濃度パターンマスク４を用いる代わりに、網点の面積率によって濃度を表現する図６に例示したような網点濃度パターンマスク４’を用いて体積型ホログラム２’を撮影する。ここで、網点濃度パターンマスク４’は、濃度パターンマスク４と同様に、再生照明光のホログラム面での強度分布をｆ（ｘ，ｙ）としたとき、平均透過率分布がｃ／ｆ（ｘ，ｙ）（ｃ：定数）となるものであり、網点としては、観察の際に目で分解することが困難な微細な不透明な円形、矩形等の図形からなるもので、その面積率を変化させることで平均透過率を変えることができるものである。図６の場合は、図３の場合と同様に、ｘ方向に透過率が増加していくものである（網点の面積率がｘ方向に減少する。）。
【００２９】
このように、ホログラム撮影のときにパターン画像１の照明光入射側あるいは透過側にこのような網点濃度パターンマスク４’を配置すると、体積型ホログラム感材２に記録された体積型ホログラム２’から再生されるパターン像１ａは、再生照明光が均一でムラがないときには、図７の平面図のようになる。すなわち、図２のパターン画像１に図６の網点濃度パターンマスク４’の網点分布を重畳したのと同じ像となる。
【００３０】
しかし、このような網点分布を重畳したパターン像１ａを再生する体積型ホログラム２’を図５のようなホログラム表示装置１０に配置した場合には、再生されて観察される再生像は、網点分布が重畳されたパターン像であるが、観察の際にその網点は目で分解することが困難なため、濃度パターンマスク４を用いた場合と同様に、図２（記録されたパターン画像１）と同様の濃度分布の重畳のないパターン像１”が観察されることとなる。
【００３１】
この場合も、図１の配置において、網点濃度パターンマスク４’を配置する代わりに、パターン画像１として、図２のような元のまま（表示したい画像）の画像を用いるのではなく、予め再生照明光のムラを補償するような網点の平均透過率分布を重畳した図７のようなパターン画像１を用意しておいて、そのパターン画像１の透過型の体積型ホログラム２’を撮影し、それを用いて図５のようなホログラム表示装置１０を構成しても、同様に明るさムラのないパターン像１”の表示が可能になる。
【００３２】
ところで、再生照明光を導光板を通して照明するホログラム表示装置１０として、図５のように体積型ホログラム２’を導光板中に埋め込んで導光板中を導光される光で照明する代わりに、バックライトとして導光板を用い、その導光板の表面に出た光で照明する配置でもよい。その例を図８の断面図に示す。上記のようにして撮影された透過型の体積型ホログラム２’を導光板２１の照明光射出側に近接して配置し、所定波長の光源１３からの照明光１５を導光板２１の一端から導入する。導光板２１はその裏面と体積型ホログラム２’側の表面との間で全反射を繰り返す多重反射により、導光板２１の光源１３側の端部から反対の端部へ導かれるもので、その表面あるいは裏面に微細なプリズム面等の反射体又は散乱体が設けられ、導光板２１中を多重反射により導光されている照明光１５を導光板２１の表面側へ射出させ、その中に体積型ホログラム２’を裏面側から所定の入射角（波長が参照光７と同じで、体積型ホログラム感材２の現像処理等の後処理で収縮がないとすると、参照光７の入射角θに等しいかその近傍の角度）で入射する成分が含まれるものであり、この場合も、その導光板２１から体積型ホログラム２’へ入射する照明光の強度はｘ方向へ進むに従って小さくなるものである。
【００３３】
そのため、この場合も、その照明光のムラを補償するように、濃度パターンマスク４あるいは網点濃度パターンマスク４’をパターン画像１に重畳した状態で体積型ホログラム２’を記録することで、あるいは、パターン画像１として予め再生照明光のムラを補償するような透過率分布を重畳した図４又は図７のようなパターン画像１を用意しておいて、そのパターン画像１の透過型の体積型ホログラム２’を撮影し、それを用いて図８のようなホログラム表示装置１０を構成しても、図２（記録されたパターン画像１）と同様の濃度分布の重畳のないパターン像１”が表示できる。
【００３４】
また、体積型ホログラム２’が反射型の場合には（図１の配置で、参照光７を物体光６とは反対側から入射させて撮影する。）、特許文献２に開示されているように、再生照明光を射出する導光板を体積型ホログラム２’の観察側に配置し、その導光板を通して体積型ホログラム２’の再生像を観察するようにするが、この場合も導光板中を多重反射により導光され体積型ホログラム２’側に射出する照明光の強度は導光方向へ進むに従って小さくなる。そのため、この場合も、その照明光のムラを補償するように、濃度パターンマスク４あるいは網点濃度パターンマスク４’をパターン画像１に重畳した状態で体積型ホログラム２’を記録することで、あるいは、パターン画像１として予め再生照明光のムラを補償するような透過率分布を重畳した図４又は図７のようなパターン画像１を用意しておいて、そのパターン画像１の透過型の体積型ホログラム２’を撮影し、それを用いてそのようなホログラム表示装置を構成しても、図２（記録されたパターン画像１）と同様の濃度分布の重畳のないパターン像１”が表示できる。
【００３５】
ところで、体積型ホログラム２’として記録するパターン画像１は透過画像として説明してきたが、もちろん反射画像であってもよい。この場合には、濃度パターンマスク４あるいは網点濃度パターンマスク４’はパターン画像１の照明光入射側に配置することになるが、照明光は濃度パターンマスク４あるいは網点濃度パターンマスク４’を２回透過することになるので、透過率分布はこの場合にはｃ／ｆ（ｘ，ｙ）（ｃ：定数）ではなく、√｛ｃ／ｆ（ｘ，ｙ）｝としなければならない。
【００３６】
さらには、パターン画像１として濃度分布が２値の画像としていたが、もちろん濃度分布が連続的に変化する連続階調画像であってもよい。
【００３７】
以上、本発明の体積型ホログラム、その作成方法及びそれを用いたホログラム表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による体積型ホログラムを撮影する配置の１例を示す光路図である。
【図２】体積型ホログラムに記録するパターン画像の１例の平面図である。
【図３】濃度パターンマスクの１例の平面図である。
【図４】再生照明光が均一のときに再生されるパターン像を示す平面図である。
【図５】ホログラム表示装置の構成例を示す断面図である。
【図６】網点濃度パターンマスクの１例の平面図である。
【図７】図６の網点濃度パターンマスクを使用して記録された体積型ホログラムから再生照明光が均一のときに再生されるパターン像を示す平面図である。
【図８】ホログラム表示装置の他の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…パターン画像
１’、１ａ…再生照明光が均一でムラがないときに再生されるパターン像
１”…ホログラム表示装置で再生される明るさムラのないパターン像
２…体積型ホログラム感材
２’…体積型ホログラム
３…投影光学系
４…濃度パターンマスク
４’…網点濃度パターンマスク
５…照明光
６…物体光
７…参照光
１０…ホログラム表示装置
１１、１２…導光板
１３…光源
１５…照明光
１６…回折光
２１…導光板
【図１】
2008145512.tif 000003
【図２】
2008145512.tif 000004
【図３】
2008145512.tif 000005
【図４】
2008145512.tif 000006
【図５】
2008145512.tif 000007
【図６】
2008145512.tif 000008
【図７】
2008145512.tif 000009
【図８】
2008145512.tif 000010