(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受像スクリーンを用いてホログラムを記録することにより製造されるホログラフィック受像スクリーン内の画像斑点の低減方法において、
ホログラムの記録中に受像スクリーンの露光が複数の個々のステップにおいて行われ、各ステップにおいて受像スクリーンの移動並びに照明光及び参照光の波長の変化が行われることを特徴とするホログラフィック受像スクリーン内の画像斑点の低減方法。
【請求項２】
照明光または参照光の角度も記録中に変化されることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック受像スクリーン内の画像斑点の低減方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、狭帯域レーザ光を用いた照明において画像斑点の発生が少なくなるように記録が行われるホログラフィック受像スクリーンの製造および使用に関するものである。
投影面上の照明または画像表示のためにレーザを使用するとき、表面の粗さしたがってそれに付随する表面の種々の部分から出力される波動の作動時間の相違により、表面の手前の空間内に干渉が発生する。観察者の目にはこの干渉はスクリーンの輝度分布の著しい追加強度変調として現れ、この強度変調は細かい粒状パターンのように画像を覆っている。これは前面投影すなわちスクリーンからの後方散乱光で画面を見るためのスクリーンに対してのみでなく、逆投影すなわちスクリーンの裏側に前面投影された画像の透過において画像を見る場合においても適用される。画像斑点の大きさおよび強度全変調の程度は表面粗さの微細度ないし体積散乱スクリーンにおける散乱中心の密度およびスクリーンまでの観察距離およびスクリーンに対する観察角度の関数である。粗い構造の表面においては発生する斑点は小さく、細かい構造の表面においては発生する斑点は大きい。光の波長以下の表面粗さを有する鏡面においてはきわめて大きく、したがってこれらはもはや目で解像することはできない。
統計分布表面粗さを表わしている斑点による画像ノイズは目の知覚可能な形状解像度を１０の係数まで低下させる。斑点による重大な画像劣化のほかに、原色すなわち赤、緑および青の相互に独立な統計的強度分布の重なりを有するカラー投影においては、カラーシンチレーション、虹効果、カラー縁取り等のような形のカラー障害が発生する。
その原因がレーザエミッションの狭い線幅にあるレーザ斑点は、レーザを用いた画像再生の基本的な問題である。１９７０年代のはじめにレーザ画像投影を最初に導入して以来今日までこの問題が技術的かつ経済的に解決できなかったことが、この技術が照明の目的および平面画像表示のためにほとんど普及しなかった主な原因の１つである。基本的に、明るい画像再生のためのレーザはその高い放射輝度のためにとくに大型画像表示に対してきわめて適している。しかしながら、この利点だけでは、作業空間または昼光のような明るい周囲において空間の背景輝度が外乱として重なるために、高品質画像を形成するのには十分ではない。先行ドイツ特許出願第１９７００１６２．９号および第１９７０３５９２．２号に記載されているように、スクリーンからレーザ光を選択的に散乱させしかも広帯域周囲光を吸収する真のスクリーンのホログラフィック画像として暗いスクリーンを提供することによりはじめて、とくにレーザ光の使用により明るい周囲においてコントラストの強い画像投影を形成することに成功した。
この場合、３つのレーザ光原色すなわち赤、緑および青からなる白い散乱スクリーンは、ただ１つの感光層において、ホログラムの３重点内の相互に重ねてまたは横に並べて配置された３つの層において照明される。
画像再生において、ホログラムはレーザ投影器により画像法に応じて変調レーザ光により、点状に、ライン状に走査されまたは光弁投影器の拡大光内で平面的に照明される。このとき、ホログラムは投影光の光を真の物体スクリーンのように観察者の方向に散乱するが、ホログラムは外乱となる広帯域の周囲光を透過し、ここでこのとき光を吸収することができるという点が異なっている。
一般に既知のように、レーザによりホログラムを記録しかつ画像再生するときにおいても斑点が発生する。すなわちホログラフィックスクリーンにおいて物体スクリーンの場合と同様に斑点の問題が解決されなければならない。しかしながら、物体スクリーンにおいて斑点の低減のために確実な方法をこの場合に利用することができ、かつホログラムの追加特性により改善することができる。
斑点の低減方法の１つは、非常に細かい構造の表面ライニングを有するスクリーンの使用ないしセラミック板またはテフロン板におけるようにきわめて緻密な散乱中心がはめ込まれている厚い表面層を有するスクリーンの使用である。この場合、目では解像できない、したがって障害とはならないとくに大きな斑点が発生する。
第２の方法は、投影（再生）において比較的広帯域のレーザ光源を使用すること、たとえば大きなナノメータの波長帯域にわたり数十モードを有する半導体レーザダイオードまたはガラスファイバレーザのような縦方向または横方向にきわめて多数のモードを有するレーザを使用することである。この場合、各々狭いレーザモードにおいては独立の斑点領域を発生し、このとき、種々のモードの斑点領域がその波長が等しくないために空間内に不規則に分配される。位相が隣接するモードの波はきわめて急速に連続して進行するので、波は相互に干渉し合わない。結果として得られる斑点領域は個々の斑点領域の強度の非相関和であり、斑点変調は係数√Ｎだけ低減される。ここでＮはモード数である。
この利点はホログラムの再生においても既知である。レーザにより記録された伝送ホログラムはたとえばスペクトル的にフィルタリングされた水銀ランプを用いて斑点を有することなく再生可能である。ハロゲンランプを有する反射体積ホログラムもまた可能である。これは、再生光が数ｎｍにわたり密に存在する多数のスペクトル線（連続スペクトル）からなり、このスペクトル像が上記のように平均化されるということに基づいている。
ここで、目における斑点変調の低減のための第３の方法は、斑点領域を移動させることである。この場合、目の慣性により、斑点領域の時間的に可変な強度変調を介して平均化が行われる。斑点領域のこの移動は、スクリーン上での投影光の走査移動または投影光内での部分光の内部移動により行うことができる。
第４の方法として、ここに記載の３つの方法の２つまたはすべての組合せが提供される。
レーザで記録されかつレーザで照明されるホログラムから「斑点のない（スペックルフリー）」画像を発生するホログラフィックスクリーンを提供することが本発明の課題である。使用に応じてそれぞれ、物体スクリーンは反射ホログラムまたは透過ホログラムとして記録させることができる。
本発明はホログラムの既知の２つの特性を基礎にし、すなわちその第１の特性は、１つの対象物の基本的に複数の画像が重ね合わされた回折格子構造として同じホログラム内に記憶されかつ別々の画像として再生可能であることである。第２の特性は、変化された波長を用いて両方の波長の比で品質を落とすことなく画像サイズを変化させて画像の再生が可能であることである。
ホログラムにおいて物体スクリーンの斑点ノイズをさらに低減するために、ホログラムのこれらの両方の特性を利用することが本発明の課題である。
適切な物体スクリーンからたとえばきわめて細かい表面粗さまたは体積散乱を用いて複数のスクリーン画像をホログラム内で相互に重ねるために、第１の特性が利用される。ある記録から他の記録へある方向にまたは任意の軸の周りにスクリーンをシフトすることにより、ないしホログラムの物体照明光または参照光を揺動させることにより、画像の細かい構造が相関なしに加算されるように画像を相互に重ねることができる。このために、数μｍから１０μｍまでの範囲内に存在する平均構造サイズの分数のサイズオーダーでスクリーンの位置を変化させるだけで十分である。複数のスクリーンを種々の深さで仮想体積散乱体として相互に重ねてもよい。このようなモデルの微細度はλ／１０以下とすることができる。
後方散乱または前方散乱の散乱特性を有する受像スクリーンの画像が固定波長でおよびさらに第２の波長から第１の波長にシフトされた波長で記録された場合、ホログラム内に異なる格子定数を有する２つの格子構造が発生する。再生のときにただ１つの波長のみを有する照明光が使用された場合、２つの重ねられた画像が波長の比で異なる大きさで発生する。
統計的に不規則な表面構造ないし体積散乱線中心を有する散乱表面で記録が行われるので、重ね合わせは散乱中心の数を増加した場合と同様な効果を形成させる。
数ｎｍの波長帯域にわたりＮ個の隣接する波長を用いてこの記録技術を反復することにより、上記の構成に加えてこれによりスクリーンの散乱特性をさらに細分化させることができる。
ただ１つの波長のレーザ光を用いて再生する場合、本発明による改良された微細構造化されたスクリーンを使用して、両方の方法により、より大きな斑点要素が発生し、この斑点要素は斑点領域の移動と組み合わされて、使用された物体スクリーンのときよりも本質的に目にはより平均化される。このタイプのホログラフィックスクリーンがＭ個の波長が異なるモードを有するレーザ光で照明された場合、微細構造化されたスクリーンのＮ個の斑点領域はその強度が加算される。これらは相互に干渉可能であるので、これにより係数√Ｎだけ斑点がさらに低減される。
たとえば設定された位置のステップまたは角度のステップＮ（Ｏ）ごとに複数のレーザモードＮ（λ（ｂ））を用いてホログラムを露光させることにより、両方の方法の組合せおよび共通の製造が可能であることは明らかである。再生のとき、さらに、正確に同じ記録波長である必要がない複数のモードＮ（λ（ｗ））を有するレーザを用いたホログラムの有利な照明を使用することが可能である。
本発明によるホログラフィック投影スクリーンを反射ホログラムまたは透過ホログラムとして製造することはたとえば上記のとおりである。これらは多数の種々の方法でおよび異なるステップで行うことができ、これは当業者には既知でありかつ明らかである。以下に本発明を図面の中で一部略図で示されている実施態様により詳細に説明する。
図１はＹｕ．Ｎ．Ｄｅｎｉｓｙｕｋの既知の方法による投影スクリーンの反射ホログラムの直接記録を示し、および
図２はＬｅｉｔｈおよびＵｐａｔｎｉｅｋの方法による投影スクリーンの透過ホログラムの直接記録を示す。
図１はＤｅｎｉｓｙｕｋの方法によるステップにおけるスクリーンの反射ホログラムの記録を示す。受像スクリーン、たとえば強力な後方散乱を行う散乱板１１はきわめて小さな間隔を設けてホログラフィック記録材料１２上にほぼ直接に装着され、物体光１３は照明光１４のホログラム板への後方散乱により発生し、光源それ自身が参照光１５を形成する。ステップＯ（１），Ｏ（２），Ｏ（３），‥‥Ｏ（Ｎ）におけるスクリーンの移動およびステップλ（１），λ（２），λ（３），‥‥λ（Ｎ）における露光の波長の変化が矢印により略図で示されている。
図２はＬｅｉｔｈおよびＵｐａｔｎｉｅｋの方法によるステップにおけるスクリーン透過ホログラムの記録を示す。受像スクリーン２１はこの場合たとえば２つの物体光２２により照明される。参照光２３は物体光２４と同じ側からホログラム板２５上に散乱光として入射する。ステップＯ（１），Ｏ（２），Ｏ（３），‥‥Ｏ（Ｎ）におけるスクリーンの移動およびステップλ（１），λ（２），λ（３），‥‥λ（Ｎ）における露光の波長の変化が矢印により略図で示されている。
本発明による方法が受像スクリーンホログラムの製造においても複数のステップにおいてマスタホログラムにより使用可能であることは明らかである。
さらに、上記のタイプのただ１つのマスタホログラム受像スクリーンから多数の複写をとる既知のような複写が可能である。
記録材料として、ハロゲン化銀材料、重クロム酸ゼラチンまたは光重合体が使用される。上記のタイプの複像を記録するために、基本的には、対応するフィルム解像度、動特性および感度を有する材料はすべて適している。
投影において３原色を再生するために、ただ１つの記録層内、相互に重ねてまたは相互に並べて配置された層内のスクリーンの３原色の記録を照明することが可能である。
相前後する複数の波長による受像スクリーンの記録のためのレーザ光源として、周波数変換により可視波長帯域において放出するたとえばＮｄ：ＹＡＧのような固体結晶レーザがとくに適している。レーザは、各記録においてただ１つの波長においてのみモード選択によりたとえば共振器内のエタロンにより放出されなければならない。このとき、ステップごとの波長の変化はたとえばこのエタロンのステップごとの離調により行うことができる。このレーザを用いて約３ｎｍにわたる同調が可能である。数十ｎｍにわたる他の帯域はたとえばドープされたガラスレーザまたは光学式パラメトリック発振により行うことができる。
受像スクリーンホログラムの再生においては、記録において使用されたものと同じレーザが使用されず、適切な結晶レーザ以外にたとえばファイバレーザおよび半導体レーザのような高次の縦方向モードを有するレーザが使用される。
本発明は上記の実施態様に限定されない。本発明により提案された方法は、受像スクリーンホログラム内の斑点の低減のために、他の物体からのホログラム記録にも使用可能であることは明らかである。
【図１】
0004150767.tif 000002
【図２】
0004150767.tif 000003