(57)【要約】【課題】ホログラムスクリーンは投影されていないスクリーン部分ではスクリーンの背面がそのまま透けて見え、投影像を見ることのできる範囲（視域）が任意に設定できる。しかし、回折現象を利用するため、色（波長）によって回折角が異なり観察位置によって色味変化がおきる。その色味変化を解決できるホログラムスクリーンによってスクリーン背面が明瞭に観察でき、カラー映像を観察できる指向性スクリーンを提供する。【解決の手段】拡散範囲を記録した波長選択性ない若しくは少ないホログラム11を観察面側に配置し、3原色を決まった角度で記録した波長選択性があるホログラム12を波長選択性ない若しくは少ないホログラムの背面に配置する。波長選択性があるホログラムには波長選択性のない若しくは少ないホログラムの波長による回折角の違いを解消する角度を記録する。【選択図】  図1
2005084171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前置ホログラムと後置ホログラムからなり、前置ホログラムは波長選択性のない若しくは少ないホログラムで拡散範囲を限定できる作用を持ち観察面側に設置され、後置ホログラムは複数の波長で多重に記録された波長選択性を持つホログラムで前置ホログラムの波長による回折角の違いを解消できる角度に変換させる作用を記録された波長でそれぞれ持ち前置ホログラム背面に設置される特徴をもつ指向性スクリーン。
【請求項２】
前置ホログラムと後置ホログラムからなり、前置ホログラムは波長選択性のない若しくは少ないホログラムで拡散範囲を限定できる作用を持ち観察面側に設置され、後置ホログラムはそれぞれ異なった波長選択性を持つ複数枚のホログラムの集合で前置ホログラムの波長による回折角の違いを解消できる角度に変換させる作用を記録されたそれぞれの波長で持ち前置ホログラム背面に多層に設置される特徴をもつ指向性スクリーン。
【請求項３】
複数の異なる投影角に対応させた後置ホログラムを特徴とする請求項１〜2の何れか１項に記載の指向性スクリーン。
【請求項４】
前置ホログラムが光効率の高い表面レリーフホログラムで記録された特徴を持つ請求項１〜2の何れか１項に記載の指向性スクリーン。
【請求項５】
対称軸線の回りに形成された円筒、円錐、半円球およびその他の回転対称面の何れかの形状をし、位置を変えホログラムを多重記録することで、位置によりことなる指向特性を有する請求項１〜4の何れか１項に記載の指向性スクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
投影された像を形成する光を特定な範囲にのみ拡散する指向性スクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
指向性スクリーンは光の利用効率をますだけでなく、観察範囲が限定できるので覗き込みを防止できる。また、複数の投影を行うことで観察位置によって異なる像を表示できる。このことを利用し、指向性スクリーンに両眼に対応した異なる映像（視差映像）を投影し、それぞれの目に対応した観察範囲とすることで、メガネをかけずに立体感のある映像を観察できる。
より臨場感が高い指向性のスクリーンを目指し、そのために3つの具体的な目的を定めた。1つ目は投影されていないスクリーン部分ではスクリーンの背面がそのまま透けて見えること、2つ目は投影像を見ることのできる範囲（視域）がくっきり分かれ記録方法で任意に設定できること、3つ目に見られる像が観察位置によって色味が変化しないことである。1つ目の目的の理由は投影されていないスクリーン部分が透明で背面が透けて見られれば像は空中に浮いているように観察され臨場感が増すからである。2つめの目的の理由は視域がくっきり分かれないと、複数の像を異なる位置で観察したいときに2重に見えたり、まったく像が見られなかったりしてしまうからである。特に立体表示を行う際は立体像の質に大きくかかわる。3つ目の目的の理由として1つ目2つ目の目的をかなえられるホログラムスクリーンが最適なのであるが、ホログラムスクリーンは回折現象を利用しているため、色（波長）によって回折角が異なり観察位置によって色味が変化してしまう。
【０００３】
ホログラムスクリーンの特徴として先の具体的な目的の2をかなえられる特徴を持つ。そのことを説明する。
視域をくっきり分けられ、任意に設定できることを説明する。そもそもスクリーンの像を観察できる範囲（視域）はスクリーン上のすべての光が集光される領域である。そのような投影光に対してそのような振る舞いをするようにホログラムで記録すればよい。四方八方に光を拡散できる領域（拡散板）からの光をレンズによって実像に変換すれば、実像上の一点ではレンズからのいかなる点からも光が届くことになる。このような物体光を記録したホログラムスクリーンでは映像を投影する光を再生照明光として照射すると映像は拡散板の実像部分でのみ見ることができる。それ以外の位置からでは再生された光が届かないので像を見ることができない。
背面が透けて見えることを説明する。ホログラムでは全ての光線を回折するわけでない。そのため背面からの光の一部は回折せずにそのまま透過する。そのためスクリーン背面の背景を明瞭に提示することが可能となる。つまり、背面が透けて見えることで空間に浮かんで見えるような像が提示ができる。レンズなど屈折を利用する光学素子では背面からの光がすべて作用を受け倍率が変化したり、ぼやけて見えてしまい、背面をそのまま見ることができない。また、立体表示に指向性スクリーンを使用するとき、拡散面が意識されず立体視するときの疲労が軽減できる可能性がある。
【０００４】
しかし、ホログラムスクリーンを指向性スクリーンとして使用するときの課題は観察位置の違いによる色味である。先ほど述べたようにホログラムスクリーンは回折現象を利用しているため、色（波長）によって回折角が異なり観察位置によって色味が変化してしまう。例えば、斜め下より煽り投影したとき、波長が長く回折しやすい赤の光は低い位置でのみ観察され、波長が短く回折しずらい青い投影光は高い位置でしか観察できないといった現象が起こる。
【０００５】
そこで、この課題を解決する方法として2つの方法が考えられる。一つ目は波長選択性を持ったホログラムを多重記録や多層に配置することである。拡散領域を決定する場合、拡散範囲に対応した複雑な格子がホログラム中には記録されている。白色光で再生する際に設計とは別の波長が異なる角度に回折したり、回折した光がさらに別の波長用の格子で回折してしまうことが考えられる。そのため散乱や雑音が増え、クロストークが起こる。
もう一つは特許文献1（特開2002-148717号公報）で知られているように、波長選択性のある微小ホログラムを二次元マトリクス上に配列する方法である。この場合クロストークは起こらない。しかし、この場合、波長に対応する画素の大きさ（解像度）がホログラムアレイの大きさによって決まってしまい、高精彩な映像を観察できない。
【０００６】
特許文献2（特開平9-73133号公報）で知られているように、波長選択性のあるホログラムを複数枚用いたスクリーンが考えられている。この場合、光効率を高めることを目的とし、スクリーンの透明性を得ることができない。
【特許文献１】特開2002-148717号公報
【特許文献２】特開平9-73133号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は上述した従来技術に付随する指向性スクリーン装置の問題点を解決するものである。この発明によれば、観察範囲を限定できる指向性を有する透明スクリーンであり、任意に観察範囲を限定することができ投影されていない部分ではスクリーン背面がそのまま観察できる表示を行う。しかも、色表現可能なスクリーンで観察位置によって見ることのできる像の色味変化が起こらない。
つまり、この発明は、スクリーン背面が明瞭に観察でき、カラー映像を観察できる指向性スクリーンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため本発明は、
請求項1では前置ホログラムと後置ホログラムからなり、
前置ホログラムは
波長選択性のない若しくは少ないホログラムで拡散範囲を限定できる作用を持ち観察面側に設置され、
後置ホログラムは
複数の波長で多重に記録された波長選択性を持つホログラムで前置ホログラムの波長による回折角の違いを解消できる角度に変換させる作用を記録された波長でそれぞれ持ち前置ホログラム背面に設置される
特徴をもつものである。
【０００９】
また、請求項２では前置ホログラムと後置ホログラムからなり、
前置ホログラムは波長選択性のない若しくは少ないホログラムで拡散範囲を限定できる作用を持ち観察面側に設置され、
後置ホログラムは
それぞれ異なった波長選択性を持つ複数枚のホログラムの集合で前置ホログラムの波長による回折角の違いを解消できる角度に変換させる作用を記録されたそれぞれの波長で持ち前置ホログラム背面に多層に設置される
特徴をもつものである。
【００１０】
また、請求項3では複数の異なる投影角に対応させた後置ホログラムを特徴とする請求項１〜2の何れか１項に記載ののものである。
【００１１】
また、請求項4では前置ホログラムが光効率の高い表面レリーフホログラムで記録された特徴を持つ請求項１〜2の何れか１項に記載のものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によればスクリーン背面が明瞭に観察でき、カラー映像を観察できる指向性スクリーンを提供することができる。
請求項2の発明によれば請求項1の発明の奏する効果に加え、前置ホログラムの光効率を高くしスクリーンの光効率が高くできる。
請求項3の発明によれば請求項1または請求項2の発明の奏する効果に加え、垂直方向に異なる視差をつけることができる。
請求項4の発明によれば請求項1〜3の発明の奏する効果に加え、後置ホログラムの光効率を高くしスクリーンの光効率を高くすることができる。
請求項5の発明によれば請求項1〜4の発明の奏する効果に加え、回転投影光学系を用いて全周で視差をつけることができるスクリーンを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の構成を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明に関わる指向性スクリーンの概略構成を示す図である。指向性スクリーンは前置ホログラム11と後置ホログラム12で構成される。前置ホログラム11は投影面側に設置され、後置ホログラム12は観察面側に設置される。
前置ホログラム11は後に記載する記録方法で視域Aを設定する作用持たせる。このホログラムは波長選択性が少ないもしくはない性質のものにする。視域Aを決定できるホログラムスクリーンにカラー画像(映像)を投影すると記録波長では視域Aが再現できるが、異なる波長では異なるところに視域ができてしまい観察位置によって像の色味が変化してしまう。そこで、後置ホログラム12は、前置ホログラム11を解消する角度に変換する作用を持たせる。後置ホログラム12は波長選択性を持つホログラムを用いて回折する波長の光が前置ホログラム11で回折した時に設定した視域に重なるように記録する。後置ホログラム12は少なくとも三原色を波長多重記録することによって、色味変化なくカラー像を観察できる指向性スクリーンとなる。
また、ホログラム光学素子でスクリーンが構成されているので、スクリーンが透明で背景を透けてみることができる。つまり、このような構成にすることで視域が自由に設定でき、その視域内で色味変化がおきず、スクリーンの背景を明瞭に透けてみることができる指向性スクリーンが実現できる。
本スクリーンの投影光からの光の伝播について図1を用いて説明する。投影光は直接観察者の目に入らないようにＣの位置からθ2の角度で煽り投影する。この角度θ2は観察位置と投影距離より設計する。後置ホログラム12ではＲＧＢ３つのホログラムが記録されておりそれぞれのホログラムは波長選択性があるホログラムとなっている。ＲＧＢそれぞれの角度の違う再生光Ｒｒ、Ｇｒ、Ｂｒが前置ホログラム１２直後に生じる。前置ホログラムの回折光Ｒｒ，Ｇｒ，Ｂｒはそれぞれの回折角で後置ホログラム１１に入射する。（再生された光は観察面側出てくるが、図１では模式的に回折する角度がわかるようにホログラム後部にそれぞれの再生光を描いた。）このそれぞれ再生されたホログラムは後で示す計算された角度で回折するので3つの波長の投影光は後置ホログラム１１ほぼ同じ角度で回折される。そのため視域が同じ位置にでき視域内で色味変化がおきない。
【００１５】
前置ホログラム12の役割を説明する。
前置ホログラム12には波長選択性のあるホログラムを用いる。回折光が入射光側に出てくる（反射型）ホログラムなど格子間隔に対してホログラムの厚みが厚いホログラムは波長選択性が高い。それゆえ、透過型ホログラムでも格子間隔に対しホログラムの厚みを厚くすれば波長選択性が得られる。波長選択性のあるホログラムを3原色に対応させて用意すれば、カラー画像が観察できる。その方法は多重記録させてもよいし、それぞれ別に記録したもの多層にして配置をしてもよい。
前置ホログラム12は波長に対応した角度に変換させるだけの役割なので、格子は単純なものとなる。入射角が等しいときに波長選択性があれば異なる波長では回折せず、クロストークは起きない。
【００１６】
回折角の設計について説明する。
ホログラムでは一部の光はそのまま透過する。プロジェクターからの光がそのまま透過して見えてしまうと、像とは関係のない光になるので観察の邪魔になる。前置ホログラム12で回折した光もそのまま透過したものが見えてしまっては像の観察の邪魔になってしまう。そこで投影光は煽り角をつけて投影を行い、透過した光が観察者に直接目に入らないように設計する。また、前置ホログラムでの回折も後置ホログラムで回折せずに直接透過した光が観察者の目に入らないように設計する。そのために投影光は下から上に煽り投影を行い、後置ホログラムでは大きく回折させ、そのままの後置ホログラムをそのまま透過した光が下にいくようにする。（逆に投影光を上から下に投影し、回折光が上に回折するようにしてもよい。）
つまり、想定される観察距離において前値ホログラムの回折光やスクリーンをそのまま透過する投影光は上と下に逃げるように設計する。図１においてそのまま透過する光は観察範囲内に光が入らないように、投影角度θ１、回折角度θ２を設計すればよい。θ1は投影距離と観察距離により設計できる。θ２はこのとき波長が長い光ほど曲がりずらいので、設計波長の中で一番長い波長の回折角を用いて設計する。
【００１７】
指向性スクリーンについて説明をする。
指向性スクリーン1とは投影した光軸を基準として特定の範囲のみにスクリーン全体の光を拡散させるスクリーンを指す。図2は指向性スクリーンの概念を示したものである。この指向性スクリーンによる拡散された範囲である視域A内に眼を置くと投影された像が観察でき、視域Aから外れると投影像は観察できない。
指向性スクリーンを用いることで眼鏡を必要とせずに左右の目に別の像を入れ、立体表示を行うことができる。図3は指向性スクリーンを用いた立体表示を説明する図である。左眼用プロジェクター4ｂと右眼用プロジェクター4aでそれぞれ左右眼に対応した像を投影する。そうすると、右眼用の画像は視域Aのみでしか観察できず、同様に左眼用の画像は視域Bのみでしか観察できない。こうすることによって視構成するクリーンを用いて立体表示装置ができる。
このとき、スクリーンの背面がそのまま透けてみることができると、スクリーンの存在が立体視に影響を及ぼしにくくなる。そのため、立体表示を行う際の違和感が軽減できる。
【００１８】
ホログラムスクリーンを説明する。ホログラムは記録した光波をそのまま再生できる特徴をもつ。図4はホログラムスクリーンの撮影方法を説明する図である。拡散板60からの光をレンズ110で実像A1に変換する。ホログラム乾板をレンズ110と実像A1の間に設置することでレンズからの光が物体光Oとなる、参照光Rを同時に照射することによりホログラム露光ができる。物体光Oは実像A1上のどの点でもホログラム乾板11上のすべての光が集光されていることになる。図5はホログラムスクリーンの利用を説明する図である。必要な処理をしてホログラムになった乾板11に画像の投影光を再生照明光Cとして照射すると拡散板の実像部分A2にのみスクリーン全体から拡散した光がやってくる。なので、投影された像は視域（拡散板の実像域）で見ることができ、それ以外の位置からでは再生された光が届かないので像を見ることができない指向性スクリーンとして働くことができる。
【００１９】
ホログラムの波長選択性について説明する。格子に対してホログラムの厚みが十分厚いホログラムは波長選択性が得られる。図6は波長選択性のあるホログラム記録について説明する図である。記録したい格子間隔より十分に厚いホログラム材料に対しホログラムを記録についての模式図になっている。矢印Oはホログラムに記録される物体光の一波長を表し、矢印Rは参照光の一波長を表す。光波が重なることで強度分布が生じる。これがホログラムの記録になる。
図7は波長選択のあるホログラムの再生を説明する図である。この干渉縞に参照光と同じ波長で同じ角度で照明光C1を入射すると記録された干渉縞で回折し、物体光と同じ光が出てくる。このとき、ホログラムの厚みが厚いため、干渉され強めあう角度はほとんど物体光と同じ角度でないかぎり、回折光が出てこない。
図8も波長選択のあるホログラムの再生を説明する図であり、まったく波長が同じであっても再生光C2の角度が違えば干渉縞と干渉せず回折光はでてこない。これが角度選択性である。同様に同じ角度で入射した再生光C3も波長が違えば干渉が起こらず回折光がでてこない。
【００２０】
しかし、異なる波長であっても、格子と干渉する角度で入射すれば、波長選択性なあるホログラムであっても回折が起こる。図９は波長選択性のあるホログラムの異なる波長による再生を説明する図である。異なる波長の異なる角度で記録された格子でも、再生光C4のように干渉縞にぴったり角度が合えば干渉が起こり、回折が起こる。
波長選択性のあるホログラムスクリーンをRGB各色で作り、多層に設置したときにクロストークが生じるのはこのためである。視域を設定する格子はさまざまな格子が混ざって記録される。このため、他の波長でも条件があい回折が起き、多重に回折することで観察範囲が設計どおりにならない。
【００２１】
このことを用いれば感光材料の感度のない波長でも、単純な格子であれば記録できることを示している。欲しい波長の格子を計算し、そのための記録波長での角度を計算すれば得たいホログラム記録波長にかわらず記録できる。
【００２２】
次に、波長選択性のない若しくは少ないホログラムの再生について説明する。図10、図11は波長選択性のない若しくは少ないホログラムについて説明する図である。波長選択性のない若しくは少ないホログラム11はホログラムの厚みが薄い。そのため、ホログラムが回折して干渉するのが、ホログラム中でなく空中で行われる。そのため、入射光の格子間の位相差と再生光の格子間の位相差が波長と等しくなれば回折が起こる。つまり、図10のようにある波長の再生光C1で回折するホログラム11に図11のように別波長の再生光C2を同じ角度で入射すると別の角度で回折が起きる。いろいろな波長が混ざった白色光で再生したときは、回折角がそれぞれの波長で違うので七色に分光してみることができる。
【００２３】
この波長選択性のない若しくは少ないホログラムの回折角には数1のような関係が成り立っている。
【００２４】
【数１】
2005084171.tif 000003
図12は波長選択性のない若しくは少ないホログラムの生成を説明する図である。数1は傾きφで波長λcの再生光C1が格子間隔ｄのホログラムに入射したとの回折角θを表している。格子間隔ｄ離れた光との光路差が波長と同じ長さになると回折した光が干渉しその方向に光を強めあう。その角度θは入射側の位相差と回折した後の位相差により求まり数1が導ける。（光エレクトロニクス151ページ参照（大越孝雄著、コロナ社、昭和57出版））
【００２５】
【数２】
2005084171.tif 000004
光エレクトロニクス32ページ（大越孝雄著、コロナ社、昭和57出版）にあるように物体光の入射角θo、参照光の入射角θｒ波長λｗで記録されるホログラムの格子間隔ｄは数2によって求められる。これは角度の違う参照光と物体光の位相がホログラム平面上のそろった点が格子となるために導ける。数2を数1に代入することで数3が得られる。
【００２６】
【数３】
2005084171.tif 000005
この式より入射角に対する各波長の回折角θを計算することができる。この式より、波長の長い赤はよく曲がり、波長の短い青はあまり曲がらないということがわかる。
記録した波長でなくとも物体光の角度θoと同じ角度で回折する投影光の入射角度φは数3を変形することによって数4と書き直せる。この入射角度φで前置ホログラムを照明すれば視域を設計位置に重ねることができる。
【００２７】
【数４】
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視域がスクリーンサイズに対して小さい場合、若しくは観察距離が十分遠いときには視域の中心とスクリーンの中心を結んだ線分とスクリーン面の角度をθoとして1つに代表できる。このとき、視域に対する角度はスクリーン上のどの点でもほぼ等しいと考えられる。
例えば、参照光の入射角度θｒが30°で視域の角度θoがほぼ0度だとする。そのとき、記録波長が青色の488nmであるとする。このとき0度に回折するのは488nmだけとなってしまう。前置ホログラムによって他の色（例えば赤633nm、緑532nm）の再生照明角θ、を再生されて出てきて欲しい角度φ（=0度）とすれば赤色（633nm）なら40°と、緑色（532nm）なら33°と計算できる。この角度で回折する前置ホログラムを設置すればよい。（青色は30度のままでよいので30の角度で回折する前置ホログラムがあればよい）
【００２８】
波長選択性のない若しくは少ないホログラムによる波長の違いによる視域のずれについて説明する。図13は波長選択性のない若しくは少ないホログラムによるホログラムスクリーンの観察位置による色味変化を説明する図である。前で説明したように波長によって回折角が異なりホログラムスクリーンで記録した視域が波長によって異なる場所にできる。C1からホログラムスクリーン11に投影する像の赤の成分が見ることができる視域はRiの領域となる。同様に緑色の成分が観察できる視域はGi、青色の成分見えることのできる視域はBiとなる。このとき投影する波長は連続的に存在するので連続的に視域ができているが、図では模式的に3原色のみを示した。このようになることで、上にはみ出たRiの部分では赤い成分のみしか見えない、反対に下に飛び出たBiの部分では青い成分のみしか見ることができない。波長選択性のないホログラムで作成するホログラムスクリーンは、このように観察位置によって色味変化がおきてしまう。また、このときRGB以外の波長でも回折は起こり連続的にそれぞれの実像ができる。それにより観察位置によって観察できない波長が生まれ色味が変化してしまう。
【００２９】
波長選択性を持ったホログラムによって代表的な波長だけ選択することについて説明する。通常、プロジェクターから出力されるRGBの光はそれぞれ幅を持った波長で出力される。そのためRGBのそれぞれ単一波長のみ設計した視域では色味が変化しない領域（図13でRGBが重なっている部分）でも、設計波長の青より短い波長や赤より長い波長は重ならず色味変化の要因となることが考えられる。後置ホログラムによって設計波長のみ選択することにって観察位置での色味変化を抑えることができる。
【００３０】
このホログラムが結像する位置を説明する。視域となる拡散板の実像は波長によってできる位置が異なります。ホログラムの格子縞をそれぞれ数3で解析することもできるが、それでは大変なので記録される物体位置と参照光の位置、再生光の位置によって再生される物体がどこに結像するか計算することができる。そのホログラムの結像位置はホログラフィー100ページ（辻内順平著、裳華房、1997年出版）にあるように数5から数7で定められる位置となる。λｃは再生照明波長、λｗは書き込み波長、Rはホログラムからの距離、ｘは水平位置、ｙは垂直位置を示す。添え字のOは物体光、Rは参照光、Iは再生された光、Cは再生するための照明光を表す。
【００３１】
【数５】
2005084171.tif 000007
【００３２】
【数６】
2005084171.tif 000008
【００３３】
【数７】
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【００３４】
図14は照明を波長によって分離することによって色味変化を解消すること説明する図である。波長を分離し数5から数7示すように再生照明光の位置を変えれば視域の位置がほぼ一つに重ねることができる。そのことにより、観察位置による色味変化や複数の視域を並べた際のクロストークが削減できる。
再生照明は投影角をつけて透過光が直接眼に入ること避ける。そのため煽り投影する。そのためホログラムスクリーンの記録するときは、煽り投影に対応させ参照光と物体光を記録する。そのためホログラムには主に垂直方向の角度が記録されており、色味変化もその方向に起きる。そこで、垂直方向の角度の変化させあわせれば色味変化は解消できる。（垂直方向の角度の条件である数1は数7に対応している）
【００３５】
また、角度をあわせただけではホログラムによる拡散面実像の再生位置が再生波長によってことなり、クロストークの原因となることが考えられる。（このことはさほど影響しないことも考えられるが、スクリーンサイズや視域の大きさによって影響が違ってくる。）前置ホログラムの再生時の照明投影光（後置ホログラムから回折した投影光）は波長ごとに設計することができるので、再生される拡散面実像位置をあわせるように波長ごとに設計することができる。数5の拡散面実像位置をあわせるように後置ホログラムから回折した投影光を設計することもできる。拡散面実像の結像位置を合わせる方法について２つの例を示す。
１つ目は前置ホログラムの参照光を収束光としてホログラムから視域と等距離位置で集光させて記録する方法である。前置ホログラムの物体光の距離Ro（記録される拡散散面の実像距離）と記録する参照光の収束距離Rrが等しいとき数5の右辺はゼロとなり、再生時の結像位置は記録波長に依存しなくなる。このとき前置ホログラムの結像位置をそれぞれの波長で等しくするには、各波長の照明投影光の収束距離Rcを等しくすればよい。なので、この場合後置ホログラムは各波長の再生される光波が等距離で、煽り投影による垂直方向のずれを解消する数7の解の位置に収束するように記録する。
２つ目は前置ホログラムの参照光を平行光で記録し、後置ホログラムの発散（収束）位置を波長によって変えることで視域の結像位置をあわせる方法である。参照光の発散位置は無限遠となり数5では無視することができる。そうすることによってホログラム記録した拡散面実像位置が等しくなるようにの数5を変形し数8導き出せる。つまり、この式はRi＝RoとRr＝∞の条件より数式5から求めている。値が負のとき観察面側のRc収束する光とすればよい。
【００３６】
【数８】
2005084171.tif 000010
このとき、後置ホログラムを回折する光波の発散（収束）位置は数8より求められる距離で煽り投影による垂直方向のずれを解消する数7の解の位置に収束するように記録する。
このように後置ホログラムを照明する前置ホログラムで回折した光を最適化することによって、ほぼ各波長の視域が重なり設計どおりの視域と視域間のクロストークを削減することができる。
【００３７】
前置ホログラムは波長選択性のあるホログラムに各波長で多重記録することと、各波長で記録されたホログラムを多層に重ねる方法の2種類が考えられる。図15は多層した波長選択性のあるホログラムの再生を説明する図である。多層にすることで1層の回折効率を上げることが可能である。
図16は多重記録した波長選択性のあるホログラムの再生を説明する図である。多重することによって記録が簡易になり、ホログラムの支持体などの厚みを軽減することができる。
【００３８】
また、この発明はフルカラー映像に限ったものではなく、モノクロ映像でも考えられる。後置ホログラムで波長選択することで単一波長のみ選択的に観察できるスクリーンとして実施することもできる。そうすることで透明スクリーンの後ろから透過する光に対しコントラストを増し見えやすくすることができる。
【００３９】
実施例1の変態様として、反射型スクリーンが考えられる。反射型ホログラムを後置ホログラムとして使用することで、反射型指向性スクリーンとして用いることができる。もともと反射型ホログラムはホログラムの厚みに対し格子間隔が狭く波長選択性がある。ただし、後置ホログラムに投影する光は前置ホログラムを透過するので、前置ホログラムで回折してしまった光によってクロストークが生じる恐れがある。図17は多重記録した波長選択性のある反射型ホログラムの再生を説明する図である。前置ホログラムに対応させてRGBそれぞれの波長が後置ホログラム同じ位置に反射するようなRc、Gc、Bcの位置よりそれぞれ波長の発散光をあて、投影位置であるCからの光を参照光として多重に反射型ホログラムを記録する。そうすれば、記録されたホログラム前面Cから投影するとRGBが別々の位置より再生され、前置ホログラムのRGBそれぞれの視域がかさなり、色味変化がない反射型指向性スクリーンとなる。
また、前置ホログラムのクロストークを軽減するために先に前置ホログラムを記録し、後置ホログラムを記録するさいにスクリーンとして使用するときと同じように重ねて記録する方法がある。このように記録することにより、前置ホログラムで回折してしまった光も参照光となる。こうすることで、再生時に前置ホログラムで回折した光でも、決められた方向に回折し、クロストーク軽減につながる。
また、ホログラム記録を多層にする方法も考えられる。
【実施例２】
【００４０】
波長選択性があるホログラムでは角度と回折する波長は関係しており、主たる回折角である垂直方向投影角度が変わると設計どおりに機能しない。一方、水平方向への角度のずれは大きく影響しない。そのため水平方向であれば、投影角度を変え図3で説明したような立体表示システムとして活用ができる。
しかし、垂直方向でずらし視差をつけることも可能である。前置ホログラムを垂直方向に対応させ複数の用意し多層にすればいい。条件が合わないホログラムでは、ただ透過するだけなので効率は落ちない。また、スクリーンの便利性を考え多重記録する方法も考えられる。
【実施例３】
【００４１】
表面レリーフ格子は媒質表面の屈折と回折によってホログラムが記録できる。そのため、レリーフの深さにより波長選択性が少なく、回折効率を高めることができる。なので、表面レリーフ格子を後置ホログラムに用いることで、光効率の高い指向性スクリーンが実現できる。
【実施例４】
【００４２】
スクリーン位置により異なる指向性を多重記録することができる。ディスプレイホログラムではホログラフィックステレオグラムと呼ばれ、細かく記録する位置を変え2次元画像を記録することによって観察位置によって見える像を変えることができる。この手法を用いて、回転対称なスクリーンを作成し、投影する位置によって指向性を変えることができる。そうすることによって投影光を回転させればスクリーンを回転させずに異なる場所で異なる像が観察できる映像表示装置が実現できる。また、視域を途切れることなく配置することによって、情報量をコントロールし全周で像が表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の指向性スクリーンの概略を説明する図
【図２】指向性スクリーンを説明する図
【図３】指向性スクリーンを用いた立体表示を説明する図
【図４】ホログラムスクリーンの撮影方法を説明する図
【図５】ホログラムスクリーンの利用を説明する図
【図６】波長選択性のあるホログラムの記録について説明する図
【図７】波長選択性のあるホログラムの再生について説明する図
【図８】波長選択性のあるホログラムの再生について説明する図
【図９】波長選択性のあるホログラムの異なる波長による再生について説明する図
【図１０】波長選択性のない若しくは少ないホログラムの再生について説明する図
【図１１】波長選択性のない若しくは少ないホログラムの再生について説明する図
【図１２】波長選択性のない若しくは少ないホログラムの再生について説明する図
【図１３】ホログラムスクリーンの観察位置による色味変化を説明する図
【図１４】照明を波長によって分離することによって色味変化を解消すること説明する図
【図１５】多層した波長選択性のあるホログラムの再生を説明する図
【図１６】多重記録した波長選択性のあるホログラムの再生を説明する図
【図１７】多重記録した波長選択性のある反射型ホログラムの再生を説明する図
【符号の説明】
【００４４】
1  指向性スクリーン
11  前置ホログラム
12  後置ホログラム
110  レンズ
4プロジェクター群
41a,41b  光源
42a,42b  空間変調機
43a,43b  投影レンズ
60  拡散板
A、B、A2  視域
A1  拡散板の実像
O  物体光
R  参照光
C、C1、C2、C3、C4  再生照明光（発散位置）
Gi  緑色光の視域
Ri  赤色光の視域
Bi  青色光の視域
Gｃ  緑色光の照明投影光発散位置
Rｃ  赤色光の照明投影光発散位置
Bｃ  青色光の照明投影光発散位置
Gｒ  前置ホログラムの緑色光の参照光
Rｒ  前置ホログラムの赤色光の参照光
Bｒ  前置ホログラムの青色光の参照光
【図１】
2005084171.tif 000011
【図２】
2005084171.tif 000012
【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】
2005084171.tif 000019
【図１０】
2005084171.tif 000020
【図１１】
2005084171.tif 000021
【図１２】
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【図１３】
2005084171.tif 000023
【図１４】
2005084171.tif 000024
【図１５】
2005084171.tif 000025
【図１６】
2005084171.tif 000026
【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年10月27日(2003.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前置ホログラムが光効率の高い表面レリーフホログラムで記録された特徴を持つ請求項１〜3の何れか１項に記載の指向性スクリーン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、請求項4では前置ホログラムが光効率の高い表面レリーフホログラムで記録された特徴を持つ請求項１〜3の何れか１項に記載のものである。