(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つまたは複数のレーザ波長のレーザ背面投射用のホログラフィック画像スクリーンであって、入射する狭帯域のレーザ放射を事前設定した立体角に選択的に拡散的に前方散乱させ、同時に観察室に由来する妨害的なスペクトル広帯域の周囲光は透過させる形式のものにおいて、光吸収体と結合されている少なくとも１つのホログラフィック透過格子を具備し、
前記ホログラフイック透過格子を支持する、少なくとも１つの追加的な透明の支持層を具備し、
前記ホログラフィック透過格子の手前に、観察者に向いた方向に体積反射ホログラムが前置されており、前記体積反射ホログラムがホログラフィック透過格子に由来する妨害光を光吸収体に向いた方向に反射することを特徴とするホログラフィック画像スクリーン。
【請求項２】
少なくとも１つの追加的なブルーミング層（反射防止層）を備えている、請求項１に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項３】
少なくとも１つのホログラフィック表面格子を備えている、請求項１又は２のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項４】
少なくとも１つのホログラフィック体積格子を備えている、請求項１又は２のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項５】
３つの基本色に割当てられた３つのホログラフィック表面格子を備えている、請求項１又は２のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項６】
３つの基本色に割当てられた３つのホログラフィック体積格子を備えている、請求項１又は２のいずれかに記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項７】
前記３つのホログラフィック体積格子を１つの層の中に含んでいる、請求項６に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項８】
前記３つのホログラフィック体積格子を複数の層の中に含んでいる、請求項６に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項９】
前記とは異なる、ホログラフィック層とこれに割当てられる基本色の組合せを有している、請求項１、２又は４のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項１０】
前記ホログラフィック透過格子の手前に、観察者に向いた方向に積層絞りフィルムが前置されており、前記積層絞りフィルムが透過ホログラムに由来する妨害光と観察者側からの妨害光を吸収する、請求項１から９のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項１１】
前記ホログラフィック透過格子の手前に、プロジェクタに向いた方向に積層絞りフィルムが前置されており、前記積層絞りフィルムが観察者側からの妨害光を吸収する、請求項１から９のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項１２】
体積反射ホログラムが、妨害光線を指向的に反射するホログラフィック鏡として設計されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項１３】
前記体積反射ホログラムが、妨害光線を拡散的に反射する反射体として設計されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項１４】
中空吸収体としての光吸収体が、透過ホログラムへの投射面の後方の空間と光路を、ホログラムへの投射光線の入口を除いて光を通さずに取り囲んでいる、請求項１から９のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項１５】
画像が、スクリーン上の変調された画像光線を連続的な点走査（点スキャニング）することで生成される、請求項１から１４のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項１６】
画像が、スクリーン上の変調された画像ラインをライン走査（ラインスキャニング）することで生成される、請求項１から１４のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項１７】
画像が、スクリーン上のライトバルブ変調器の画像マトリクスを平面的かつ固定的に投射することで生成される、請求項１から１４のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項１８】
画像再生のときにレーザ光源の代わりに狭帯域の光ダイオードが光源として用いられる、請求項１から１７のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項１９】
画像再生のために、スペクトル濾過された広帯域のランプが用いられる、請求項１から１７のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーン。
【請求項２０】
ホログラムが、一つの工程でリースとウパトニークスの透過ホログラムとして、物体としての反射する拡散的なスクリーンと発散的な参照光線を用いて記録される、請求項１から１４のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーンを作成する方法。
【請求項２１】
ホログラフィック画像スクリーンを作成する二工程の方法でマスターホログラムがホログラムコピーとして使用される、請求項１から１４のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーンを作成する方法。
【請求項２２】
マスターホログラムを記録するための物体が、拡散的に反射するスクリーンであって、前記スクリーンで透過マスターが作成される、請求項２１記載のホログラフィック画像スクリーンを作成する方法。
【請求項２３】
マスターホログラムを記録するための物体が、拡散的に透過するスクリーンであって、前記スクリーンで透過マスターまたは反射マスターが作成される、請求項２１記載のホログラフィック画像スクリーンを作成する方法。
【請求項２４】
マスターからスクリーンホログラムを記録するときにスクリーンの画像面がホログラムの平面内にある、請求項２１から２３のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーンを作成する方法。
【請求項２５】
マスターからスクリーンホログラムを記録するときにスクリーンの画像面がホログラムの平面の手前にある、請求項２１から２３のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーンを作成する方法。
【請求項２６】
マスターからスクリーンホログラムを記録するときにスクリーンの画像面がホログラムの平面の後方にある、請求項２１から２３のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーンを作成する方法。
【請求項２７】
記録工程の少なくとも１つの工程において、光路内の光学的な追加的手段によって明度配分と画像エラーを修正する、請求項２０から２６のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーンを作成する方法。
【請求項２８】
レーザスキャナーの画像エラーを修正する光学的な手段が参照光路に組み込まれている、請求項２０から２６のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーンを作成する方法。
【請求項２９】
画像マトリクスを平面的に投射する際の画像エラーを修正する光学的な手段が参照光路に組み込まれている、請求項２０から２６のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーンを作成する方法。
【請求項３０】
スクリーンの多重光照射によってホログラフィック画像スクリーンの散乱光分布全体が調整される、請求項２０から２９のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーンを作成する方法。
【請求項３１】
スクリーン照明における光学的な追加的手段によってホログラフィック画像スクリーンの散乱光分布全体が調整される、請求項２０から３０のいずれか一項に記載のホログラフィック画像スクリーンを作成する方法。
【請求項３２】
ホログラフィック画像スクリーンを作成するために計算機ホログラムが用いられる、請求項２１記載のホログラフィック画像スクリーンを作成する方法。
【発明の詳細な説明】
本発明はレーザ背面投射用の画像スクリーンであって、１つまたは複数のレーザ波長のために、入射するスペクトル狭帯域のレーザ放射を事前設定した立体角に選択的に前方散乱させ、しかし同時に妨害的なスペクトル広帯域の周囲光は強力に吸収するものに関する。
現在、情報のビジュアル化の必要性が著しく高まっている。そのおかげでディスプレイ工学には広い裾野と大きな売上、そして高い成長率をもつ市場が開かれている。画像記録、情報の伝送、加工という機能連鎖においては、近年、大きな進歩が達成されている。ところが今日のディスプレイ方法は、こうした高い開発水準にはもはや適合していない。陰極線管や液晶表示といった現在普及しているディスプレイは、改良の可能性が限られている。
レーザディスプレイ技術、すなわち画像スクリーンの残光なしにレーザビーム偏向によって画像を連続作成する技術は、高品質の画像を作成する固有の可能性を提供するものである。画像情報は適当な電子光学的または音響光学的な変調器で、連続的にレーザ光線に変調される。ビーム偏向は機械的なミラースキャナを用いて行うが、これは今日のテレビジョン管で画面をライン状に走査するのに似ている。また、液晶マトリクスやミクロミラーマトリクスを備えた従来のライトバルブプロジェクタにおけるハロゲンランプや放電灯といった熱放射体の代わりとして、レーザ光源も数社のプロジェクタ製造会社で準備されている。
熱放射体は、原則として光度の点で内部の作動温度により制限される（黒体放射）。基本色である赤、緑、青（ＲＧＢ）のスペクトル配分は、適当なフィルタリングや強度調整によってしか最適化することができない。しかもこの種のランプはあらゆる空間方向へ均等に放射される。特定の投射方向への放射には、バックミラーを使っても光線全体の一部しか利用することができない。
それに対してレーザでは、理論上どのような放射出力でも製造可能であり、狭く収束させた光線でもほぼ損失なしに利用することができる。しかもスペクトルが狭帯域であるため、その能力をすべて必要な基本色のために利用することができる。近年では、通常のランプを使うよりもはるかに高い効率（ルーメン／ワット）と明らかに長い耐用期間（５０，０００時間以上）をもつ半導体レーザや固体レーザが得られている。
レーザ光線がディスプレイ技術に原理的に適していることは、すでに早くから認められていた。１９７０年には日立によってカラーテレビ用大型プロジェクタが紹介されている。同様の装置は、ジェネラル・エレクトリック社、テキサス・インストルメンツ社、ジェネラル・テレフォン社、エレクトリック・ラボズ社、ならびにその他の企業が１９７０年代に開発している。しかし当時は利用できるレーザ（ガスレーザ）の効率が低く、規模が大きくなって経済的な工業生産には向いていなかった。
レーザ光源、画像変調、画像スキャナの開発に明らかな技術的進歩があった結果、現在、レーザディスプレイ工学には次のようなまったく新しい技術的・経済的な可能性が開かれている：
-高い効率で適切な赤、緑、青の基本色を現実化する可能性。
-明度、コントラスト、解像度に関して非常に高い投射品質。
-小型化と機能統合による経済的な製造の可能性。
レーザは、単色に収束されたコヒーレントな光源である。あらゆる必要な放射輝度が原理的には実現できる。そのうえ狭帯域なので、能力を必要な基本色のためにすべて利用することができる。連続的で点的な画像作成をスクリーンに行う場合、画像がどの距離でも鮮明であり、また傾斜した面や屈曲した面にも投射することができる。
画像は、どのようなプロジェクタでも原則として２種類の方法で画像スクリーンに生成することができる。すなわち前面投射ないしフロント投射と、背面投射ないし背景投射である。前者の場合、画像はスクリーンの表面に投影され、同じくその面で画像が観察される。スクリーンは、この場合には入射する光をできるだけ強力に拡散して後方散乱したほうがよい。後者の場合、画像はスクリーンの反対の面に（後側から）投射される。この場合にはスクリーンはできるだけよく光を透過させ、しかし同時に比較的大きな角度で前方散乱させるほうがよい。本発明は、背面投射ないし背景投射におけるこの後者の方法のみを対象とする。
通常の画像プロジェクタ（ビーム装置）を備えた背面投射用のスクリーンは、種々の映写幕材料からなる種々のサイズのものが市販されている。スクリーンは、裏面のそれぞれの画点に入射する指向性の光線を表面での散乱によって、あるいはまた材料の薄い層の内部における多重散乱によって散乱させる。それにより観察者の側では、画点が発散性の光束として画面から拡散的に外へ放射される。この現象はたとえば、カメラのファインダ等でも採用されているピントガラスなどでもよく知られている。
このとき光散乱は、表面または映写材料の内部で光を前方向に伝えるだけでなく、ある程度の割合で光を投射面から後方散乱することにもなるので、この光伝送は常に損失を伴っている。このスクリーンの第二の欠点は、観察室からくる明るい光がスクリーンの中にも入り、そのときこの光はスクリーンを通過して伝えられるだけでなく、ある程度の割合で後方散乱もされてしまうという点である。そのため照明された室内のスクリーンは常に、前方散乱強度と後方散乱強度の比率に応じた異なるグレー階調で明るく見えてしまう。
こうした損失を補正してスクリーン光輝を減らすために、いわゆるレンズ格子映写幕ないしレンチキュラ映写幕がしばしば利用される。観察者に向いた光出口面に細かい密なレンチキュラを施すことで、前方散乱の角度が狭められる。それによって画像は、法線を中心とした狭い角度領域でのみ可視となり光輝される。それと同時に投射幕の記録角は面方向について、たとえば部屋の側面照明に由来して観察者に伝達される妨害光によって減少する。全体としてこのような映写幕は観察者の部屋の照明にもかかわらず暗く見え、同時により明るい画像を生む。当然ながら、この後者の形式の大型映写幕は非常に高価である。しかしこの映写幕は限られた改善しかもたらさないため、薄暗くした部屋では投射ができるものの、明るい部屋や日光の下では所望の品質で投射できない。
画像スクリーンへの前面投射では、プロジェクタの光が狭隘化された画像角でスクリーンによって後方散乱されるようにスクリーンの後方散乱被膜が設計され、それによって改良型の背面投射スクリーンの場合と同じ利点を生む。
投射にレーザを使用する場合の大きな利点の一つは、他の光源にくらべて高い放射輝度が可能となることによって、スクリーン上の画像の明度を顕著に上昇させることが可能になることである。しかしこの利点は、限られた程度でしか画像品質の向上につなげることができない。というのもこの場合、テレビ技術と同様のことが該当するからである。すなわち画像が黒いスクリーンの上で発生して初めて、機器によって生成される固有の画像コントラストも、そして色の彩度も劣化することなく観察者に伝えることが可能となるのである。その理由は、目によって認識される最小のコントラストが画像の背景明度と正比例するためであり（ウェーバー・フェヒナーの法則）、つまり輝度が高くなればなるほど認識可能なコントラストは小さくなる。
明るい室内で色再生をする場合、たいていはグレーか白であるスクリーンの背景明度は投射装置によって生成される色刺激値と加算され、それによって画像全体の色調の彩度はコントラストの減少と同時に変化する。
明るい室内におけるコントラストと色の高価値な画像再生にまつわるこの問題は、前面投射でも背面投射でも生じる。本発明はこのうち２番目の方法である背面投射ののみを対象とし、すなわちスクリーンを通して伝えられる画像の再生、およびこのような形式のレーザ投射用の画像スクリーンの設計と作成を対象としている。
ビーム角を狭くし、同時にスクリーンをグレーに見せる周囲光を抑制することによって、スクリーンでの画像明度を高めようという先に説明した対策は、コントラスト再生と色再生をも改善する。スクリーンが暗くなればなるほど、再生はいっそう優れたものになる。
このことは、発光する陰極線管を使ったカラーテレビ技術においては、受像管に灰色ガラスを使い、いわゆる「ブラックマトリクス」を利用することで達成できる。灰色ガラスのガラス層が、当該ガラスを通過する光を半分に減衰する。それに応じて最大の画像輝度が低下する。灰色ガラスの後にある、白く反射する発光体層に当たって画像領域を光輝させる周囲光は、ガラスを２回通過しなくてはならず、したがって２５％に減少する。それによって良好なケースではコントラスト倍増が生じる。もう一つ別の対策は、「ブラックマトリクス」を発光体層に塗布することである。発光体層の使用していない部分（点間空間、着陸リザーブ）は、前から見ると黒い層で覆われている。暗い室内では、たとえば今日の陰極線管ならば１：２００以上のコントラスト比をもたらす。しかし実際の使用時には１：４０程度であり、これについては書籍“Ｆｅｒｎｓｅｈｔｅｃｈｎｉｋ”、Ｈｔｔｉｎｇ−Ｖｅｒｌａｇ、ハイデルベルク、１９９８年刊を参照されたい。
それに比較してライトバルブプロジェクタは、暗い室内で１：６０のコントラストをもたらし、明るい室内では映写幕の散乱が原因でわずか１：６のコントラストしかもたらさない。しかし現在広く普及している大型映写幕では、相並んだ複数の陰極線管が大型の背面投射スクリーンに投射されるが、こうした大型映写幕では上記した「ブラックマトリクス」スクリーンのコントラスト利得が再び失われてしまう。
レーザプロジェクタは他の投射方法にくらべて非常に高い１：３００という一次コントラストを有している。つまりそれによって薄暗い室内では従来のプロジェクタよりも明らかに優れた再生が可能である。しかし非常に明るい室内ないし日光の下では、この固有の利点が発揮されなくなる。この場合にもコントラストは、主としてスクリーンの散乱特性と背景明度で規定されるからである。
本発明の課題は、都合のよいことにはレーザ投射のための背面投射スクリーンであって、１つまたは複数の色のスペクトル狭帯域のレーザ光を高い効率で所定の立体角に拡散的に前方散乱させるが、観察者の部屋からくる広帯域の周囲光は大幅にスムーズに透過させて光吸収体へと導くようなものを提供することである。
この本発明による投射スクリーンによって、明るい室内の通常の周囲照明の場合ないし日光の下でも、大きな画像を明るい周囲から際立たせることを目指す。第二に、もともと装置で利用可能なコントラストを、スクリーンでも観察者に対して再生することを目指す。第三に、周囲光による色影響を最小限に抑えることを目指す。
この課題は、本発明によれば請求項１の特徴部に記載のホログラフィック画像スクリーンによって解決される。このホログラフィックスクリーンの記録の物体は都合のよいことには専用のスクリーンであって、このスクリーンは都合のよいことには、使用するすべてのレーザ投射波長でホログラムに露光される。記録時には、スクリーンが物体光で照射されて当該スクリーンの前方散乱特性が後で利用時に所望するのと同じになるように配慮する。このときホログラフィック記録の際の参照光としては適当な場所から発せられる、後の投射光線のような発散性の光束が役立つ。ホログラムでは再生のために記録時のような平面的な光線か、点状またはライン状に走査する（スキャニングする）光線かのいずれかを用いることができる。
このホログラムは、都合のよいことにはいわゆるオフアクシス透過ホログラムとして記録され、すなわち透過光で観察するのに適している。「薄い」ホログラムでも「厚い」ホログラムでも、画像スクリーンホログラムとして使用することが可能である。どちらの種類を使うかの決定は、利用可能な記録材料、その費用、得ようとする回折効率、および再生の種類に応じて考える。厚いホログラムの場合には特に、再生時に高い角度選択性と波長選択性を得ることができる。
ここで提案される一工程での薄いホログラム記録においては、スクリーンは二次元の格子構造として露光される。リースとウパトニークスによる公知の記録ジオメトリーが、発散性の参照光とともに使用される。スクリーンは、参照光に対応する投射ビームで再生したときにはバーチャル画像（１次回折光の像）として現れ、またバーチャル画像として直接用いることができる。零次の回折次数およびその他の回折次数における妨害となる部分光は最小限に抑えられ、ホログラムの外部で吸収される。この種の他のホログラムと同様に、スクリーンの画像はホログラムプレートの後方で、記録時と同じ場所に現れる。このようなホログラフィック画像スクリーンは多くの用途に適しており、たとえばＰＣスクリーンに適しているが、それはスクリーンとのあいだの読み取り距離を視覚的に拡大することで目の遠近調節を容易にするためである。
さらに別の用途のために、スクリーンの透過ホログラムを二工程で作成することが提案される。このとき第一の工程は上に説明したのと同じである。ただしこの場合には、バーチャルな画像の代わりにスクリーンの実像の画像が第二の記録のための物体として用いられ、またそのようにして最適化される。このことは、それによって再生時におけるスクリーン画像の位置がホログラムプレートに対して自由に選択できるという利点を生む。多くの用途たとえばビデオ、テレビ、大型映写機などにとって、スクリーンがホログラムの平面にあることは有意義である。この記録メカニズムでは、スクリーンをホログラムの手前に飛び出させることも可能であり、これは特に宣伝目的や芸術的な画像の造形用として興味深い。
白いホログラフィックスクリーンは、先に説明したように都合のよいことにはたとえば赤、緑、青（ＲＧＢ）といった使用するすべてのレーザ波長で、スクリーンを同一のホログラムに記録することで作成される。このとき３つの異なる実施方法が考えられる。第一の方法として、一つの記録層にすべての色の露光を３回行うことができる。第二の方法として、異なるスペクトル感度の複数の層を、さまざまなレーザ波長に適合させて積み重ねることができる。第三の方法としては異なる記録材料を並べて配置してもよく、たとえば、テレビ用デルタシャドーマスク管、あるいは公知のテレビ用トリニトロン管のような隣り合った３つの垂直のＲＧＢストライプといったように、点状にＲＧＢの三つ組みとして各画点の内部に三角形配置に配置してもよい。
第一の方法で提案されるように、３つの異なる色に割当てるべきホログラムを単一の薄い層に記録することは、それぞれ個々の格子構造が他の波長の光をも回折してしまうという問題を生む。このようなスクリーンでは３色の投射をした場合、３つの異なる色の９つの異なる散乱ローブが発生し、そのうち３つが白い１つのローブに集まり、このローブが元来の観察光を提供することになる。他の散乱ローブは、後に述べる積層構造などの方策によって抑えることが可能である。
層の積み重ね構造においては、たとえば各色に適合させられた３つの異なる記録材料を使用することができる。異なる色のための横に配置された３つの層を使うことで、さらにカラーテレビの陰極線管の場合のような色重なりを防ぐことができる。
本発明ではさらに、特に再生波長と照射方向に関するホログラムの高い選択性が有利に働くような用途には、「厚い」透過ホログラムをスクリーン記録に使用することが想定されている。
厚いホログラムでは、記録時に体積格子が通常５〜３０μｍの厚さの記録層に形成される。そして再生時には、相互に位相がずれた部分光線の干渉があるために、構造的干渉に関するブラッグの条件が当てはまる。それにより記録波長のための強力な回折効率と、スクリーンでの参照光の照明方向とが統合されて、観察者の側からの広帯域の拡散的な光ないしレーザ光は大部分が妨げられることなく通過する。これについてはたとえばＪ．ＥｉｃｈｌｅｒとＧ．Ａｃｋｅｒｍａｎｎ著の書籍“Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｅ”、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ、１９９３年刊を参照されたい。
「薄い」ホログラムの場合と同じように、異なる色での複数のスクリーン記録は同一のホログラム層において行うか、または並列した異なる層もしくは並んで配置された層で色感度を適合させて記録することができる。
薄い記録材料の場合でも厚い記録材料の場合でもホログラフィック画像スクリーンが有する格別の利点は、その性質がもともと拡散的に散乱する物体スクリーンの画像だけを背面投射の際に観察者のための記録波長で生成し、しかし観察者の部屋からくる拡散的な広帯域の光はほとんど妨げずに通過させることであり、この光はそこで後から吸収される。このホログラムは都合のよいことにはガラス板に生成することができ、このガラス板は都合のよいことには可視光のための反射防止膜を備えている。
０次および１次の妨害光を防止するために、本発明は追加ホログラムないし絞り構造を想定している。
参照光の光路または物体光の光路に光学的な追加的手段を組み込むことで、スクリーンのホログラフィック画像に影響を与えることができる。そうすることで、たとえばホログラフィックスクリーンの照射角をオリジナルスクリーンに対して仰角とアジムス角に関して変えることができ、スクリーンを介した明度配分を前とは変えて調節することができ、さらに投射光学系の画像エラーを後から訂正することができる。
本発明によるこのような背面プロジェクタおよびホログラフィック画像スクリーンの作成は、すでに上に一例を説明した。しかしその製造は、当業者には公知で理解しやすい多数の異なる方法および異なる工程で行うことが可能である。以下、図面に部分的かつ模式的に描かれている実施形態を使って本発明を詳細に説明する。図面は次のとおりである：
図１は本発明の背面プロジェクタを、透過ホログラムおよび光入射とともに示すものである。
図２は本発明の背面プロジェクタを、透過ホログラム、光トラップ、および妨害光を吸収する積層絞りフィルムとともに示すものである。
図３は背面プロジェクタを、透過ホログラム、光入射、および妨害光を拒絶する反射ホログラムとともに示すものである。
図４は、拡散的な参照光をもつスクリーンの、リースとウパトニークスのオフアクシスホログラムの記録を示すものである。
図５は画像スクリーンの透過マスターの記録を示すものである。
図６は画像スクリーンの反射マスターの記録を示すものである。
図７は透過マスターのスクリーンホログラムの記録を示すものである。
図８は反射マスターのスクリーンホログラムの記録を示すものである。
図９は鏡を使った追加反射ホログラムの記録を示すものである。
図１０は追加反射ホログラムの記録を示すものである。
図１１は、赤、緑、青の各色のための３つのホログラフィック記録層をもつ、完成したホログラフィック背面投射型スクリーンの一例の断面図である。
図１は背面プロジェクタの断面図を示している。近似的に点光源として描かれているプロジェクタ１１から出た光はスクリーン１２の背面に当たり、たとえば点状またはライン状にスキャニングされるか、または固定した発散性の光線１３として入射することができる。次いで画像変調によって、投射方法に応じて連続的または並行的にすべての色で画像がホログラム面に書き込まれ、そこから画像は拡散的な光１４として観察者空間に前方散乱される。薄いホログラムおよび厚いホログラムという両方のホログラム型式は、いずれも観察者空間からくる拡散的なスペクトルの広い周囲光１５、およびたとえば投光装置などの指向性の広帯域の光を、ともにほとんど妨げずに通過させる性質がある。
スクリーンが全体的に観察者にとって黒または暗い面として見えるようにするため、図１に示すように、前述の妨害光を完全に吸収する光トラップ（吸収体）１７が存在している必要がある。そこでホログラムは、都合のよいことには、光を通さない密閉したケーシング（テレビの場合と同様）の前面として組み込む。投射光を密閉して取り囲む内蔵された光トラップは、投射地点とホログラムにはさまれた光円錐に沿って進まない光線をすべて効率的に吸収する。周囲光は観察者空間に由来する散乱作用を含んでいるために、ある程度の割合で散乱円錐に沿って投射の地点まで到達する。その地点に瞳１８を取りつけることで、前記光が逆向きにホログラフィック画像スクリーンに戻っていくのを防ぐことができる。
この構成の一つの欠点は、薄いホログラムの場合にもっとも強く現れる０次の部分光である。この妨害光１６は確かに効率的なホログラムでは有効光とくらべるとはるかに弱いものではあるが、今の放射方向では偏向することなくホログラムから飛び出してしまう。この光円錐は画像情報も担っているので、さまざまな用途に利用することが可能である。妨害光としては零次数を、マイナス１次数の弱い部分とともに精巧なフェードアウトによって吸収することができる。
このことは図２の構成が示しており、図２は積層フィルムを追加したことを除けば、他の個々の点では図１に一致している。ここでは商業製品として周知の積層フィルム２１が、ホログラム２２の上に出口側で追加的に張られている。可視光については透明な厚さ１ｍｍ前後のこの薄いプラスチックフィルムは、その全面にわたって構造サイズ１００μｍ前後の細かい積層を備えている。この積層は黒く塗られていて、積層軸に対する一定の傾斜角以上の光線をすべて吸収する。この積層構造体はフィルム面に対して垂直か、またはそれ以外の傾斜かのいずれかで延びるように用いることができる。ホログラフィックスクリーンへの投射角、積層フィルムの厚さ、ホログラムの放射ローブの調整などを適当に設計することで、有効光がプラス１次では大幅に通過させられるが、０次数およびマイナス１次ならびにこれ以上の次数の妨害部分光であって別の拡散方向をもつものは、効果的に吸収されるように配慮することができる。
本発明によって二番目に提案される構成は図３が示しており、図３は反射ホログラムが追加されていることを除けば、その他の個々の点では図１に一致している。ここでは追加的に反射ホログラム３２が、観察者に対する方向で見て透過ホログラム３１の後側で光路に挿入されている。この反射ホログラムは、ここではたとえば使用する波長を選択的に反射する選択的なホログラフィック鏡として施工することができ、および／またはたとえば拡散的に散乱する画像スクリーンの反射ホログラムとしても施工することができ、この画像スクリーンはすでに透過ホログラム用として使用したものであるがここでは反射ホログラムとして零次数およびマイナス１次の光を拒絶する。その作成は図９と図１０に示されており、また後で説明する。反射ホログラムは、放射方向の特別な選択性を備えた体積ホログラムとしてのみ具体化することが可能であり、ここでは投射地点の方向からまだ発せられる光線（０次）をすべて後方散乱させるが、前置された透過ホログラムによって偏向された光線（１次）は通過する分離ディスクとして利用されている。透過ホログラムからくるこの後者の拡散的な光線は比較的大きな角度領域で配分されているので、光路の設計時には、有効光の放射方向が０次の放射方向から明らかに離れているように配慮する必要がある。
図４はスクリーンホログラムの本発明に基づく記録を、リースとウパトニークスによる構造で示している。物体スクリーン４１は、ここでは光線４２で照明される。スクリーンから発する散乱光４３がホログラムを照射する。参照には発散性の参照光４５が役立ち、この参照光は再生時の投射光と同一の地点４６から発せられる。ホログラムを現像した後、スクリーンのバーチャルな画像として直接使うことが可能であり、このときスクリーン画像は物体スクリーンと同一の地点に現れる。
図５は、一例として２つの照明光５２を備えた二段階の作成方法に関して、拡散的に後方散乱するスクリーン５１の透過マスターホログラムの記録を示している。ここでは参照光５３はリースとウパトニークスの場合と同じく、スクリーン５４の散乱光と同一の側からホログラムプレート５５に入る。
図６は、同様に二段階の作成方法の反射技術による透明なスクリーン６１のマスターホログラムの記録を示している。ここでは参照光６２は、物体光６４とは反対の側からホログラムプレート６５に入る。スクリーン６３の照明はここでは都合のよいことには後方から行われ、この場合、たとえば構成の光度に関する利点が生まれるとともに、散乱光配分に関する修正措置が容易に可能である。
図７は、透過マスターがホログラフィック投射スクリーンにオリジナルスクリーンの画像平面ホログラムとして「再印画」されることを示している。そのためにスクリーン７１の実像の画像が参照と共役な再構成光線７３によって透過マスターホログラム７２から生成されるとともに、実像の画像の場所にホログラフィック記録材料７６が配置されて追加的に参照光７７で照明される。すでに上述したようにこの参照光はその幾何学構成の点で、後の投射幾何学構成に一致していなければならない。
図８には、反射マスターを用いた場合における再印画の同様の過程が示されている。そのためにスクリーン８１の実像の画像が、記録の参照光と共役な再構成光線８３によって生成されるとともに、画像の場所にホログラフィック記録材料８６が配置されてこの物体光に加えてさらに参照光８７で負荷される。この参照光はその幾何学構成の点で、後の反射幾何学構成に一致していなければならない。
図９は、透過ホログラムを透過する零次数を拒絶するために図３の構成で追加ホログラムとして用いた物体として、鏡９１をホログラフィック記録することを示している。ここでは反射の方向は、ホログラムプレート９３に対して参照光９２の入射角を調整することで規定される。
すでに上に説明したように、都合のよいことにはこれをスクリーンからの反射ホログラムを用いて行うことも可能であり、このスクリーンはたとえばすでにスクリーンの透過ホログラムを記録するのに使用したものである。図１０は、スクリーン１０１のそのような反射ホログラム１０２の記録を示しており、このスクリーンは図３の構成における追加ホログラムとして使用することができる。都合のよいことには、ここでは透過光１０３で照明される透明な散乱するスクリーン１０１を用いる。参照光１０４の位置は、後で画像投射するときと同じである。
図１１には、完成したホログラフィック投射スクリーンの断面図を、赤１１１、緑１１２、青１１３のための記録層が用いられている一例のケースについて再度示すものである。このホログラフィックスクリーンは、都合のよいことには、ブルーミング膜（反射防止層）１１５が設けられたガラス製またはアクリルガラス製の透明な支持層１１４であってホログラフィック層１１１，１１２，１１３）を備えたものと、場合により屈折率適合された接着剤層または中間層１１６によってホログラム層を保護する第二の透明なプレート１１７であって同様にブルーミング膜１１８を備えたものとの、サンドイッチ構造である。図１の零次数を防止するための追加ホログラムを、同時に外側の支持プレートの上に張るか、ないしは別個に作成してから第一のプレート１１７へ光学的に接合することもできる。
３つの異なる色のための３つの異なる層の代わりに、単一のホログラフィック層が存在していてもよく、このホログラフィック層の中には３つの色のための３つの格子構造が配置されているか、あるいは層と色の別の組み合わせが配置される。上に詳述したとおり個々の色に割当てられるべき記録面は、テレビジョン管の色燐光と同じように、三重点で面方向に並んで共通の支持プレートの上に取り付けられていてもよい。
「薄い」ホログラムのための記録材料としては、たとえばハロゲン化銀材料やフォトレジストが適している。「厚い」ホログラムのためには、都合のよいことにはハロゲン化銀材料、ニクロム酸塩ゼラチン、感光性樹脂材料などが考慮の対象となる。
３つの基本色についての回折性ホログラフィック格子構造の作成は、後続する再処理が色に忠実に行われるのであれば、すなわち処理後のホログラフィック格子の再生波長が記録波長と同じであるならば、原則として、前記基本色における３つのレーザで１つまたは複数の記録層へ同時にまたは相前後して露光することにより行う。ただし処理の際に層の収縮や膨張が起こると、再生波長が変位する。当業者ならわかるように、このことは、先行または後続する記録層の膨張または収縮によって１つのレーザ波長だけで露光した場合に、異なる色のためのホログラフィック格子構造を生成するためにも利用することが可能である。
ホログラフィック投射スクリーンを露光するときの参照初期点の場所は、後に投射体の設置場所としてどこを希望するかに応じて決める。投射角ないしスキャン角は使い方に応じて異なっていてよく、たとえば３０°×３０°や４５°×４５°であってよい。アジムス角と仰角とで角度を変えることも、同様に実現可能である。これらの幾何学的パラメータは、記録の幾何学構成に影響することになる。
画像スクリーンの投射ホログラムの照射角は用途に応じて異なっていてよく、たとえば垂直方向に＋／−１０°かつ水平方向に＋／−４５°であってよい。すでに上に説明したようにこれらの角度は、参照光の光路または物体光の光路のいずれかに光学的な追加的手段を設けて、記録中に調整することが可能である。
参照光線または物体光線の光路に光学的な付加的部材を組み込むことで、ホログラフィック画像に影響を及ぼすことも同様に可能であり、たとえば再生の明度配分に影響を及ぼしたり、プロジェクタの画像エラーを修正するための影響を及ぼすことができる。
ホログラフィック記録のためのスクリーン原画は、平坦である必要はない。湾曲したスクリーン面や、特殊な投射用として任意に三次元的に形成した表面、たとえば広告柱や石膏像などの表面を用いることも可能である。
干渉光学的に記録されたマスターホログラムの代わりに、計算機ホログラムないし計算機ホログラムから作成されたホログラムであって、これに計算上の特定の散乱関数を記憶させたものを用いてもよい。
上述の説明から当然わかるように、本発明によるホログラフィックスクリーンを１つまたは複数のレーザ線のために用いることも可能である。このレーザ線は必ずしも可視スペクトル内になくてもよく、適当な記録材料を使えば紫外線領域や赤外線領域にあってもよいので、カメラ、光検出器、光検出器アレーのような工業用センサで画像を記録することができる。
画像スクリーン記録のためには、照明光源のスペクトル狭帯域（時間的コヒーレント）に対して高い要求が課される場合が大半であるが、再生時には、レーザや放電ランプといった個々の鋭いスペクトル線をもつ光源でも、ハロゲンランプや白熱灯のようにフィルタリングされた広帯域のランプでも用いることができる。
【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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【図１１】
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