JP3580920B2

JP3580920B2 - Hologram fabrication method

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Publication number: JP3580920B2
Application number: JP28220995A
Authority: JP
Inventors: 和俊鯉江; 克昌西井; 方浩塩澤; 知幸神田
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1995-10-30
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2015-10-30
Also published as: JPH09127853A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホログラムの作製方法に係り、特に、ホログラムをスクリーンとして利用するスクリーンホログラムの作製方法として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラムを利用した表示装置として、プロジェクタからスクリーンホログラムに像を投射して、この像を透過あるいは反射して観察できる装置が知られている。より詳しく説明すると、透過型スクリーンは、図２４に示すように、スクリーンホログラム４１の背面側においてプロジェクタ４２から表示像を投影して、観察者４３から表示像を見るものである。一方、反射型スクリーンは、図２５に示すように、スクリーンホログラム４４の前面側において、プロジェクタ４５から表示像を投影して、プロジェクタ４５と同方向にいる観察者４６から表示像を見るものである。
【０００３】
又、透過型スクリーンホログラムを作製する露光光学系（像の記録）として色むらを無くすための一手法として、図２６に示すように拡散体４７に光を当てて出力された物体光を感光乾板４８に照射するとともに参照光を感光乾板４８に照射して干渉縞を記録することにより行われる。一方、反射型スクリーンを作製する時の露光光学系（像の記録）は、図２７に示すように拡散体４９に光を当てて出力された物体光を感光乾板５０に照射するとともに参照光を感光乾板５０に照射して干渉縞を記録することにより行われる。
【０００４】
さらに、特開平４−２９８７１０号公報には、表面に結像した実像を所定方向に指向性をもって回折させる透明スクリーンホログラムが開示されている。これは、観察者の眼の近傍の複数個の点に向けて回折する複数個の干渉縞を記録することを特徴としている。これは、画面全体を色むら無く観察するためであるが、観察者と表示面の距離が近い場合には、ホログラムのレンズ作用として、短焦点が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、反射型ホログラムの場合は、作製時に、物体光と参照光は、感光乾板に対して反対側から入射するので、短焦点にすることは、容易であるが、透過型ホログラムでは、物体光の光束の中に、参照光の発散用レンズが入ってしまうので、作製できないという問題があった。
【０００６】
つまり、図２８において、スクリーンホログラム５１に結像している実像を、観察者５２が見る時、スクリーン全体の輝度のムラおよび色ムラをできるだけ少なくするには、スクリーンホログラム５１に視野レンズの機能を持たせればよい。つまり、プロジェクタ投影レンズ５３と、観察者５２の位置が共役関係になるようにスクリーンホログラム５１がレンズ作用を持てばよい。しかし、視野レンズとしての焦点距離はレンズの結像関係より図２８におけるプロジェクタ投影レンズ５３とスクリーンホログラム５１との間隔Ｓ_１よりも短いものとなる。短焦点の透過型ホログラムを作製するには、図２９に示すように対物レンズ５４が物体光の光束に入ってしまうので、作製不可能となる。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、短焦点のレンズ作用をもつ透過型ホログラム（例えばスクリーンホログラム）を容易に作製することができるホログラムの作製方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、感光乾板に近接して半透明鏡を配置し、物体光を半透明鏡で反射して感光乾板に照射するとともに、半透明鏡の背面側に近接して光発散体を配置し、参照光を光発散体および半透明鏡を透過して感光乾板に照射するようにし、可動型半透明鏡を用いて、物体光の感光乾板への照射角度を変えて複数回干渉縞を記録するようにしたので、図２９に示したように物体光の光束の中に対物レンズが配置されることなく、参照光の対物レンズと感光乾板との距離を短くして短焦点のホログラムが容易に作製される。また、作製されたホログラム（スクリーンホログラム）を用いた表示装置においては、像（プロジェクタ等で投影された種々の表示像）の輝度むらを、全面で少なくし、観察者が広い範囲で観察できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、感光乾板に近接して半透明鏡を配置し、光拡散体の通過後の物体光を半透明鏡で反射して感光乾板に照射するとともに、半透明鏡の背面側に近接して光発散体を配置し、参照光を光発散体および半透明鏡を透過して感光乾板に輝度むらを少なくし、照射するようにし、可動型半透明鏡を用いて、物体光の感光乾板への照射角度を変えて複数回干渉縞を記録するようにしたので、図２９に示したように物体光の光束の中に対物レンズが配置されることなく、参照光の対物レンズと感光乾板との距離を短くして短焦点のスクリーンホログラムが容易に作製される。また、作製されたホログラム（スクリーンホログラム）を用いた表示装置においては、像（プロジェクタ等で投影された種々の表示像）の輝度むらを、全面で少なくし、観察者が広い範囲で観察できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、感光乾板に近接して半透明鏡を配置し、物体光を半透明鏡で反射して感光乾板に照射するとともに、半透明鏡の背面側に近接して光発散体を配置し、参照光を光発散体および半透明鏡を透過して感光乾板に照射するようにし、物体光の感光乾板への照射角度が異なる半透明鏡を用いて、同時に複数の干渉縞を記録するようにしたので、図２９に示したように物体光の光束の中に対物レンズが配置されることなく、参照光の対物レンズと感光乾板との距離を短くして短焦点のホログラムが容易に作製される。また、作製されたホログラム（スクリーンホログラム）を用いた表示装置においては、像（プロジェクタ等で投影された種々の表示像）の輝度むらを、全面で少なくし、また、観察者が広い範囲で観察できる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、感光乾板に近接して半透明鏡を配置し、光拡散体の通過後の物体光を半透明鏡で反射して感光乾板に照射するとともに、半透明鏡の背面側に近接して光発散体を配置し、参照光を光発散体および半透明鏡を透過して感光乾板に輝度むらを少なくし、照射するようにし、物体光の感光乾板への照射角度が異なる半透明鏡を用いて、同時に複数の干渉縞を記録するようにしたので、図２９に示したように物体光の光束の中に対物レンズが配置されることなく、参照光の対物レンズと感光乾板との距離を短くして短焦点のスクリーンホログラムが容易に作製される。また、作製されたホログラム（スクリーンホログラム）を用いた表示装置においては、像（プロジェクタ等で投影された種々の表示像）の輝度むらを、全面で少なくし、また、観察者が広い範囲で観察できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明の第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１４】
本発明のホログラムを組み込んだ表示装置の構成を図２に示す。この装置は透過型スクリーンを用いている。
プロジェクタ１は表示器１ａと投影レンズ１ｂとを備えている。プロジェクタ１から所定の距離だけ離間した位置にスクリーンマウント２によりスクリーンホログラム３が立設されている。又、プロジェクタ１に対しスクリーンマウント２よりも離間した位置に観察者４がいる。
【００１５】
プロジェクタ１の表示器１ａを出射した光は、投影レンズ１ｂによってスクリーンホログラム３に結像する。このとき、表示器１ａは光軸Ｌ１に対して傾いており、表示器１ａの表示像５がスクリーンホログラム３の全面でピントが合うようになっている。表示像５は、スクリーンホログラム３によって一部が回折光６となる。回折光６は、散乱光であるが、その指向性の中心は観察者４の眼に向かう。
【００１６】
図１には、スクリーンホログラム３を作製する露光光学系を示す。
レーザー発振器７に対しそのレーザー発射口に対向してミラー８が配置され、このミラー８により形成される光軸上には半透過鏡９が配置されている。さらに、ミラー８により形成される光軸上における半透過鏡９の延長線上にはミラー１０が配置されている。このミラー１０により形成される光軸上には対物レンズ１１を介して軸はずし放物面鏡１２が配置されている。対物レンズ１１により光が広がるが軸はずし放物面鏡１２により平行光となる。
【００１７】
軸はずし放物面鏡１２により形成される光軸Ｌ２上には拡散板（光拡散体）１３を介して半透過鏡１４が配置され、さらに、半透過鏡１４により形成される光軸（反射軸）Ｌ３上にはスクリーンホログラムとなる感光乾板（ホログラム乾板）１５が配置されている。拡散板１３は、すりガラスを用いている。感光乾板１５は重クロム酸ゼラチン（ＤＣＧ）を用いている。
【００１８】
又、半透過鏡１４は、特に表面処理等、何も施さなくてもよいが表面に誘電体多層膜による反射増加処理を施してもよい。この処理を施せば、反射光の強度を高めることで、光の利用率が上がるので（通常のガラスだけでは、透過率が高く無駄になる光が多い）露光時間が短くて済むので、露光中の振動による干渉縞のぶれが抑えられる。
【００１９】
前記半透過鏡９の反射により形成される光軸上にはミラー１６が配置され、そのミラー１６により形成される光軸上にはミラー１７が配置され、ミラー１７により形成される光軸上には対物レンズ（光発散体）１８および半透過鏡１４を介して感光乾板１５が配置されている。つまり、半透過鏡１４に対し正面側（図１において右側）には感光乾板１５が配置されるとともに背面側（図１においては左側）には対物レンズ１８が配置されている。又、半透過鏡１４と感光乾板１５とは接近して配置されるとともに、半透過鏡１４と対物レンズ１８とは接近して配置されている。よって、感光乾板１５と対物レンズ１８の距離Ｓ_２は小さく両者は接近配置されている。
【００２０】
半透過鏡１４は可動となっており、拡散板１３からの光を感光乾板１５に対し上下および左右方向に向きが変えられる。図１においては半透過鏡１４の下端部が回転軸１９となっており、回転軸１９を中心に回動して拡散板１３からの光を感光乾板１５に対し上下方向に向きを変えることができる。つまり、半透過鏡１４の角度θ１が調整され、拡散板１３を出射した物体光が感光乾板１５に入射する角度θを自由に調節できる。従って、この半透過鏡１４を５°傾けると（Δθ１＝５°）、感光乾板１５への入射角度θが１０°傾く。
【００２１】
尚、左右方向に光の向きを変えるための機構の説明は省略する。
次に、スクリーンホログラム３の作製の手順を説明する。
まず、半透過鏡１４を、図１中、実線で示す角度に固定する。そして、レーザー発振器７からレーザー光を発射させる。レーザー発振器７を出射したレーザー光は、半透過鏡９によって、２方向に分けられる。一方のレーザー光はミラー１０で方向を変えた後、対物レンズ１１で発散光に変えられる。次に、軸はずし放物面鏡１２で平行光にされて拡散板１３に入射して拡散光となる。これを半透過鏡１４で反射した後、感光乾板１５に物体光として入射する。他方、半透過鏡９で反射したレーザー光は、ミラー１６、ミラー１７を経て、対物レンズ１８で発散光に変えられる。次に、半透過鏡１４を透過した後、感光乾板１５に参照光として入射する。この光拡散板１３を通した物体光と、参照光とによる干渉縞が感光乾板１５に記録される。
【００２２】
その後、半透過鏡１４を、図１において破線で示すように、５°傾けて（Δθ１＝５°）、感光乾板１５への入射角度θを１０°傾ける。この状態でレーザー発振器７からレーザー光を発射させる。そして、拡散板１３を通した物体光と、参照光とによる干渉縞が感光乾板１５に記録される。これにより、半透過鏡１４を傾けずに記録した干渉縞と合わせると上下方向の視域が広がる。
【００２３】
同様にして、半透過鏡１４を左右に向き（角度）を変えてレーザー発振器７からレーザー光を発射させ、拡散板１３を通した物体光と、参照光とによる干渉縞を感光乾板１５に記録する。これにより、左右方向の視域が広がる。
【００２４】
又、半透過鏡１４を用いて感光乾板１５と対物レンズ１８とを接近して配置して短焦点としているので、プロジェクタで投影された種々の表示像の輝度むらをスクリーン全面で少なくできる。さらに、透過型スクリーンホログラムは、全面フルカラー再生が可能となる。
【００２５】
ここで、物体光を半透過鏡１４で反射することの有用性を述べる。
図２８において、スクリーンホログラム５１に結像している実像を、観察者５２が見る時、スクリーン全体の輝度のムラをできるだけ少なくするには、スクリーンホログラム５１に視野レンズの機能を持たせればよい。つまり、プロジェクタ投影レンズ５３と、観察者５２の位置が共役関係になるようにスクリーンホログラム５１がレンズ作用を持てばよい。しかし、視野レンズとしての焦点距離はレンズの結像関係より図２８におけるプロジェクタ投影レンズ５３とスクリーンホログラム５１との間隔Ｓ_１よりも短いものとなり、短焦点の透過型ホログラムを作成するには、図２９に示すように対物レンズ５４が物体光の光束に入ってしまうので、作成不可能となる。
【００２６】
しかし、本実施の形態においては、物体光の光路中に半透過鏡１４を配置して物体光を半透過鏡１４にて反射して感光乾板１５に照射するとともに半透過鏡１４を透過して参照光を感光乾板１５に照射することにより対物レンズ１８と感光乾板１５との距離間隔Ｓ_２を小さくして短焦点のホログラムが作製できる。尚、光路中に半透過鏡１４を配置しても、半透過鏡１４の表面と裏面の反射によって形成される干渉縞のコントラストは低いものとなり、支障はない。
【００２７】
又、図１において、拡散板１３を通過する光束の断面積が感光乾板１５の面積よりも大きくなっている。つまり、図３の模式図に示すように、拡散板２０は、感光乾板１５より大きいサイズである。図３において、拡散板２０に入射した物体光は散乱光となって出射するが、散乱光２１ａ，２１ｂ，２１ｃは感光乾板１５の一点から発散するように記録することになる。ここで、図４に示すように拡散板２２と感光乾板１５が同じ大きさだったとすると、散乱光２１ａに対応する方向の光が記録されていないので、図４の光学系で作製されたスクリーンホログラムを図２のように観察すると、スクリーンホログラム３の周辺部が暗く、また、色分散のために色付いて見えてしまう。これに対し、図３の方法で作製したホログラムであれば、色付きが無くなり周辺部の明るさも確保できる。
【００２８】
又、本実施の形態においては、物体光の強度を感光乾板１５の感度領域外とするとともに、物体光の強度を４０ｍＪ／ｃｍ^２以下とし、さらに、物体光の強度Ｅ_Ｏに対する参照光の強度Ｅ_Ｒの比Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを、「５」以上としている。即ち、透過型スクリーンホログラムを作製する露光光学系を示す図２６において、感光乾板４８として重クロム酸ゼラチン（ＤＣＧ）を利用し、拡散体４７として＃１０００の片面すりガラスを使用する。この時、図５に示すように、物体光の強度Ｅ_Ｏに対する参照光の強度Ｅ_Ｒの比Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを、「５」以上とすることによって、ノルズ率（白濁、くすみ）を２％以下とし、透明で、曇りのない透過型スクリーンホログラムを得た。ここで言うノイズ率について説明する。図２１に示すように、作製したスクリーンホログラム９９に対し、白色光１００（入射光強度Ｉ_０）を投影する。次に、投影されてスクリーンホログラムで透過散乱する光１０２のうち入射光の垂直方向に透過してくる垂直透過光１０１の透過光強度Ｉ_１を測定する。この時、入射光強度Ｉ_０と垂直透過光強度Ｉ_１との比をとると図２２に示す結果となる。この時、図２２中の１１０の部分が透過率となり、１１１のハッチング部分がノイズ率とスクリーンホログラムの吸収の和になる。ＤＣＧの場合、吸収はほとんど０と考えてよいため、ハッチング部分をノイズ率と定義した。このノイズ率が増加するとスクリーンホログラムに白濁、くすみが生じて背景がくすみ明瞭に視認できない。
【００２９】
つまり、図１の感光乾板１５として重クロム酸ゼラチン（ＤＣＧ）を用いるとともに拡散板１３として＃１０００の片面すりガラスを使用した場合における、物体光の強度Ｅ_Ｏに対する参照光の強度Ｅ_Ｒの比Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを変えた時のノイズ率の測定結果を図５に示す。尚、物体光同士で形成される干渉縞のノイズ率の測定方法としては、そのスクリーンホログラムの露光光学系において、実際の撮影時と同量の物体光のみを露光し、次に硬膜のため参照光だけ照射した後現像して、そのノイズ率を測定する。
【００３０】
図５から、Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏ＝「５」以上とすることによって、ノイズ率（白濁、くすみ）を２％以下とし、透明で、曇りのない透過型スクリーンホログラムを得ることができることが分かる。
【００３１】
Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを「５」以上とする方法として、より具体的には、図１に示すような光学系において物体光用レンズ１１の倍率ｎ_Ｏを大きくして参照光用レンズ１８の倍率ｎ_Ｒを小さくしている。物体光用レンズ１１の倍率ｎ_Ｏと参照光用レンズ１８の倍率ｎ_Ｒの比（ｎ_Ｏ／ｎ_Ｒ）としては、物体光用レンズ１１の倍率ｎ_Ｏ：参照光用レンズ１８の倍率ｎ_Ｒの倍率＝４：１〜８：１程度とすることが望ましく、また、それ以上の比でもよい。
【００３２】
つまり、レンズ倍率を大きくすることにより、レーザー光がより拡げられるため、中心に対して入射してくる光強度を小さくできる。
ここで、Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを「５」以上とすることにより、透明感が増し、ノイズ率が低減することについて述べる。
【００３３】
干渉縞を記録するためには、干渉する２つの光の強度がある程度必要である。図６に示すように、今、物体光Ｏ_１と物体光Ｏ_２の２つの光が感光乾板２３上で干渉縞を形成する場合を想定する。感光乾板２３の干渉縞の記録に必要となる露光量を示すグラフを図７に示す。物体光Ｏ_１と物体光Ｏ_２の光強度の和が大きい時（図７中、Ａ領域）は、物体光Ｏ_１と物体光Ｏ_２の干渉縞は記録できる。しかし、物体光Ｏ_１と物体光Ｏ_２の光強度の和が小さい時（図７中、Ｂ領域）は、干渉縞の記録は不可能である。そこで、感光乾板２３としてＤＣＧ乾板を用いた場合において、干渉縞の記録に必要な最低露光量の値Ｐ_ｍｉｎを求めた。即ち、物体光Ｏ_１と物体光Ｏ_２の強度比を１：１とした時の結果を図８に示す。図８より感光乾板２３としてＤＣＧ乾板を用いた場合において、Ｐ_ｍｉｎの値は１０ｍＪ／ｃｍ^２となった。
【００３４】
以上を考慮し、透明なスクリーンホログラムを作製する場合を考える。反射型スクリーンの場合を例にとると、その露光光学系の一例を図９に示す。今、拡散体２４のある一点Ｓから感光乾板２５のある一点Ｕにくる物体光をＯ_１とし、同様にある一点Ｔから点Ｕにくる物体光をＯ_２とする。又、点Ｕに入射する参照光をＲ_１とする。この時、感光乾板２５上の点Ｕで形成される干渉縞としては、図１０に示すように、Ｏ_１とＯ_２、Ｏ_１とＲ_１、Ｏ_２とＲ_１の３つがある。今回、透明なスクリーンホログラムを作製するに当たり、必要となる干渉縞はＯ_１とＲ_１、Ｏ_２とＲ_１の２つの干渉縞である。又、スクリーンホログラムの透明感を悪くし、ノイズ率を高くする原因となるのは、Ｏ_１とＯ_２の干渉縞であり、フレネルノイズと呼ばれるものである。よって、Ｏ_１とＲ_１、又はＯ_２とＲ_１の干渉縞のみを記録し、Ｏ_１とＯ_２の干渉縞を記録しなければ、白濁、くすみをなくし透明なスクリーンは作製可能である。
【００３５】
ここで、Ｏ_１とＯ_２の光強度の比は、一般的に１：１であると考えられる。感光乾板２３としてＤＣＧ乾板を用いた場合においては、前記の通りＯ_１とＯ_２の光強度の和を１０ｍＪ／ｃｍ^２以下すれば、Ｏ_１とＯ_２の干渉縞（フレネルノイズ）は記録されない。今、Ｏ_１とＲ_１、又はＯ_２とＲ_１の光強度の比を１：１（つまりＥ_Ｒ／Ｅ_Ｏ＝１）とすると、Ｏ_１とＲ_１、又はＯ_２とＲ_１の光強度の和を１０ｍＪ／ｃｍ^２以上とすれば、本来必要な干渉縞は記録できるが、同時にフレネルノイズも記録されて、透明にはできない。
【００３６】
つまり、物体光Ｏ_１，Ｏ_２により形成される干渉縞はたとえば重クロム酸ゼラチン（ＤＣＧ）ホログラム乾板を利用すると、図８に示すように、物体光の光量（Ｏ_１，Ｏ_２の光を足した露光量）が１０ｍＪ／ｃｍ^２以下であれば記録されない。一方、本来スクリーンホログラムに必要な干渉縞（本来ほしい物体光のＯ_１又はＯ_２と参照光Ｒ_１との干渉縞）は、露光量を１０ｍＪ／ｃｍ^２以上とすれば記録できる。この時、物体光Ｏ_１，Ｏ_２の光強度はほぼ１：１と考えられる。そのため、物体光Ｏと参照光Ｒの比Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを大きくすることにより、Ｏ_１（又はＯ_２）とＲ_１との干渉縞は記録されて、白濁、曇りの原因であるＯ_１とＯ_２の干渉縞（拡散体のフレネルノイズ）は記録されずに、透明なスクリーンホログラムが作製可能である。
【００３７】
そこで、Ｏ_１とＲ_１、又はＯ_２とＲ_１の光強度の比Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを、例えば１：２０（Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏ＝２０）とする。ここで、２つの光の強度比が１：２０の時に、感光乾板２３としてＤＣＧ乾板を用いた場合に干渉縞が記録可能となる露光量を示すグラフを図１１に示す。図１１より図９のＲ_１とＯ_１（又はＲ_１とＯ_２）の光強度の和が２５ｍＪ／ｃｍ^２以上であれば、干渉縞の記録が可能である。
【００３８】
よって、図９においてＯ_１＝Ｏ_２＝３ｍＪ／ｃｍ^２、Ｒ_１＝６０ｍＪ／ｃｍ^２（Ｏ_１：Ｒ_１＝１：２０）とすれば、上記両方の条件を満足し、フレネルノイズのない透明なスクリーンホログラムが作製可能となる。
【００３９】
以上より、Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを「５」以上とすることにより、ノイズ率の小さい、透明なスクリーンホログラムを得ることができる。これについては、透過型スクリーンホログラムにおいても、同様の効果を得ることができる。
【００４０】
さらに、図１２に示すように、スクリーンホログラムにおいてある程度のくすみ、白濁が許されるのは物体光Ｏ_１と物体光Ｏ_２の拡散光同士の干渉縞の発光強度を４０ｍＪ／ｃｍ^２以下としたときであり、４０ｍＪ／ｃｍ^２以下とすることによりスクリーンホログラムのノイズ率を２％以下にすることができることを確認している。
【００４１】
このように本実施の形態によれば、図１の感光乾板１５に近接して半透明鏡１４を配置し、拡散板１３の通過後の物体光を半透明鏡１４で反射して感光乾板１５に照射するとともに、半透明鏡１４の背面側に近接して対物レンズ１８を配置し、参照光を対物レンズ１８および半透明鏡１４を透過して感光乾板１５に照射するようにしたので、参照光の対物レンズ１８と感光乾板１５との距離Ｓ_２を短くして短焦点のスクリーンホログラムが容易に作製される。よって、透過型スクリーンホログラムで、かつ全面フルカラー再生が可能となった。又、プロジェクタで投影された種々の表示像の輝度むらを、スクリーン全面で少なくすることができる。
【００４２】
又、拡散板１３を透過する光束の断面積が感光乾板１５の面積よりも大きいので、感光乾板１５の周縁部にも多方向から拡散光が入り、そのため、作製されたスクリーンホログラムを用いた表示装置においては、プロジェクタで投影されたスクリーンホログラムの周辺部が暗くなったり色付いたりすることが防止できる。
【００４３】
又、可動型半透明鏡１４を用いて、物体光の感光乾板１５への照射角度θを変えて複数回干渉縞を記録するようにしたので、作製されたスクリーンホログラムを用いた表示装置においては、プロジェクタで投影された種々の表示像の輝度むらを、スクリーン全面で少なくし、また、観察者が広い範囲で観察できる。
（第２の実施の形態）
次に、この発明の第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４４】
第２の実施の形態を図１３に示す。本形態においては、２枚の半透過鏡２６，２７が傾きを異ならせて設けられている。そして、拡散板１３によって拡散光になった物体光は、傾きの異なる２枚の半透過鏡２６，２７で、それぞれ反射して感光乾板１５に入射する。そして、対物レンズ１８で発散光になった参照光と干渉して、感光乾板１５には干渉縞が形成される。
【００４５】
このように本実施の形態では、物体光の感光乾板１５への照射角度が異なる半透明鏡２６，２７を用いて、同時に複数の干渉縞を記録するようにしたので、作製されたスクリーンホログラムを用いた表示装置においては、プロジェクタで投影された種々の表示像の輝度むらを、スクリーン全面で少なくし、また、観察者が広い範囲で観察できる。
（第３の実施の形態）
次に、この発明の第３の実施の形態を、第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４６】
第３の実施の形態を、図１４に示す。これは、第２の実施の形態における２枚の半透過鏡２６，２７の代わりにくさび形のウェッヂプリズム２８を用いている。このウェッヂプリズム２８の表面と裏面での反射方向が異なるため、図１３のように半透過鏡２枚を角度を変えて配置したことと同じ効果がある。
（第４の実施の形態）
次に、この発明の第４の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４７】
図１５に示すように、本実施の形態においては、物体光の照射角度が異なるホログラム２９，３０をそれぞれ作製した後、当該各ホログラム２９，３０を重ねた状態で貼り合わせている。
【００４８】
このように、異なった方向に指向性を有するホログラムを別々に作製して、重ね合わせることで、全体として視域が広がり、表示輝度も上がることになる。
このように本実施の形態によれば、物体光の感光乾板への照射角度が異なるホログラム２９，３０を作製した後、当該各ホログラム２９，３０を重ねた状態で貼り合わせたので、作製されたスクリーンホログラムを用いた表示装置においては、プロジェクタで投影された種々の表示像の輝度むらを、スクリーン全面で少なくし、また、観察者が広い範囲で観察できる。
（第５の実施の形態）
次に、この発明の第５の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４９】
図１６に示すように、四角板状をなす拡散板３１の各辺には、反射鏡３２ａ〜３２ｄが配置されている。この反射鏡３２ａ〜３２ｄにより、拡散板の面積を大きくすることと同等の効果がある。
【００５０】
その原理を図１７に示す。入射光３３が、拡散板３１に入射し、拡散点Ｐ１において、拡散したとする。拡散光の中で、反射鏡３２ａに当たった光は、反射点Ｐ２で反射したとする。この反射光は、仮想拡散点Ｐ２’から拡散してきたことと同等であるので、拡散板３１の面積が小さくても、面積が大きな拡散板と同じ効果が得られる。
（第６の実施の形態）
次に、この発明の第６の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５１】
本実施の形態においては、図１における拡散板１３として、拡散特性が異なる２種類以上の光拡散体を貼り合わせたものを用いている。具体的には、例えば、すりガラスとレンチキュラーレンズとオパールガラスとフライアイレンズ等の各材料のうちの「２」または「３」等を適宜組み合わせて貼り合わせたものを用いる（例えば、すりガラスとレンチキュラーレンズとを貼り合わせたもの）。他にも、番数の異なるすりガラスを貼り合わせてもよい。
【００５２】
そして、この拡散特性が異なる２種類以上の光拡散体を貼り合わせた拡散板１３を用いて、拡散板１３を通過した物体光と、参照光とによる干渉縞を感光乾板１５に記録する。このとき、感光乾板１５には拡散特性が異なる干渉縞が同時に記録される。
【００５３】
このように本実施の形態によれば、拡散板１３は、同軸上に拡散特性が異なる２種類以上の光拡散体を配置した（より詳しくは、拡散特性が異なる２種類以上の光拡散体を貼り合わせた）ものであるので、乾板には拡散特性に応じた干渉縞が記録され、作製されたスクリーンホログラムを用いた表示装置においては、プロジェクタで投影された種々の表示像の輝度むらを、スクリーン全面で少なくし、また、観察者が広い範囲で観察できる。
（第７の実施の形態）
次に、この発明の第７の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５４】
本実施の形態においては、図１における拡散板１３に異なる角度の複数の物体光を照射し、図２３に示すように、例えば、３方向から平行な物体光を拡散板１３に所定の角度θだけずらして照射する。このようにすると、拡散板１３を通過した物体光はそれぞれの拡散角の重ね合わせの散乱光となり、この大きく散乱した物体光と参照光が干渉し、感光乾板１５に記録される。
【００５５】
このように本実施の形態によれば、拡散板１３（光拡散体）に対し異なる方向から光を照射することにより形成される照射角度の異なる複数の物体光を用い、同時に複数の干渉縞を記録するようにしたので、拡散板１３は各物体光による複数の異なる拡散特性を持ち、感光乾板１５には拡散特性に応じた干渉縞が記録され、作製されたスクリーンホログラムを用いた表示装置においては、プロジェクタで投影された種々の表示像の輝度むらを、スクリーン全面で少なくし、また、観察者が広い範囲で観察できる。更に、同時に複数の干渉縞を記録できる。
【００５６】
これまでに説明したものの他にも次のように実施してもよい。
Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを「５」以上とする方法として、図１８に示すように、感光乾板３４と拡散体３５の距離（図１８に示す距離Ｓ_３）を大きくしてもよい。具体的には５ｍｍ以上離して配置する。拡散体３５に入射する物体光の強度を一定とすると、距離Ｓ_３を「５」から４００ｍｍまで変化することにより、Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを２〜８まで変化可能であり、４００ｍｍ以上離すことにより、Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを「８」以上も可能である。
【００５７】
又、Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを「５」以上とするため、図１９に示すように、物体光側にハーフミラー、フィルター等のレーザー強度減衰体３６を配置してもよい。これにより、物体光の強度を弱くして、Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを「５」以上が達成できる。
【００５８】
又、Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏを「５」以上とするために、図２０に示すように、前述した３つの手法を同時に用いてもよい。つまり、（イ）参照光用レンズ１８の倍率ｎ_Ｒに対する物体光用レンズ１１の倍率ｎ_Ｏの比ｎ_Ｏ／ｎ_Ｒを「４」以上とし、（ロ）感光乾板３４と拡散体３５の距離Ｓ_３を大きくし、（ハ）レーザー強度減衰体３６を配置する。これは、レーザーのパワー、光路長等の条件によりその達成が困難である場合に有効である。又、（イ），（ロ），（ハ）の組み合わせにより、Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏ≧５を達成するとともにＥ_Ｒ／Ｅ_Ｏが「５」以上の領域で設定がより段階的で可変となる。
【００５９】
又、ホログラム特性を安定させるためには、ＤＣＧ乾板の膜厚を薄くすることが有効であり、厚さ１０ｍｍ程度とすることにより、安定的な特性を持つホログラムが作製できる。
【００６０】
又、感光乾板１５を色素増感重クロム酸ゼラチン、フォトポリマー等の感光材料としてもよい。
又、ホログラム記録（露光）時に、拡散体をいろいろな角度で透過してくる光の入射角度と強度を考慮に入れて、物体光、参照光の入射強度を計算し、ホログラム乾板全面でＥ_Ｒ／Ｅ_Ｏを「５」以上とすることにより、作製したホログラム全面での透明性を確保してもよい。
【００６１】
又、図１においては拡散板１３（光発散体）として対物レンズ（凸レンズ）１８を用いたが、他にも、凹レンズや光発散機能を有するホログラムを用いてもよい。
【００６２】
又、図１においては光拡散体を通過した物体光と、参照光とによる干渉縞を感光乾板に記録するようにしたスクリーンホログラムを作製する場合について述べたが、その他のホログラムを作製する場合にも適用できる。例えば、図１において拡散板（光拡散体）１３を除去した光学系についても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるスクリーンホログラムの作製の光学系を示す図。
【図２】スクリーンホログラムを組み込んだ表示装置の構成図。
【図３】スクリーンホログラムの作製の光学系を示す図。
【図４】比較のためのスクリーンホログラムの作製の光学系を示す図。
【図５】Ｅ_Ｒ／Ｅ_Ｏとノイズ率との関係を示す図。
【図６】感光乾板を通過する物体光を示す図。
【図７】露光量と干渉縞の記録割合との関係を示す図。
【図８】露光量と回折効率との関係を示す図。
【図９】スクリーンホログラムの作製の光学系を示す図。
【図１０】スクリーンホログラムの断面図。
【図１１】露光量と回折効率との関係を示す図。
【図１２】物体光露光量とノイズ率との関係を示す図。
【図１３】第２の実施の形態におけるスクリーンホログラムの作製の光学系を示す図。
【図１４】第３の実施の形態におけるスクリーンホログラムの作製の光学系を示す図。
【図１５】第４の実施の形態におけるスクリーンホログラムの断面図。
【図１６】第５の実施の形態におけるスクリーンホログラムの作製の光学系を説明するための斜視図。
【図１７】スクリーンホログラムの作製の光学系を示す図。
【図１８】スクリーンホログラムの作製の光学系を示す図。
【図１９】スクリーンホログラムの作製の光学系を示す図。
【図２０】スクリーンホログラムの作製の光学系を示す図。
【図２１】ノイズ率の測定方法を説明するための図。
【図２２】ノイズ率の定義を説明するための図。
【図２３】第７の実施の形態におけるスクリーンホログラムの作製の光学系を説明するための図。
【図２４】透過型スクリーンを示す図。
【図２５】反射型スクリーンを示す図。
【図２６】透過型スクリーンホログラムの作製の光学系を示す図。
【図２７】反射型スクリーンホログラムの作製の光学系を示す図。
【図２８】光学系を示す図。
【図２９】光学系を示す図。
【符号の説明】
１３…光拡散体としての拡散板、１４…半透明鏡、１５…感光乾板、１８…光発散体としての対物レンズ、２６…半透明鏡、２７…半透明鏡。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a hologram, and is particularly suitable as a method for producing a screen hologram using a hologram as a screen.
[0002]
[Prior art]
As a display device using a hologram, a device that projects an image from a projector onto a screen hologram and transmits or reflects the image to observe the image is known. More specifically, as shown in FIG. 24, the transmission screen projects a display image from a projector 42 on the back side of a screen hologram 41 and views the display image from an observer 43. On the other hand, as shown in FIG. 25, the reflective screen projects a display image from a projector 45 on the front side of a screen hologram 44, and views the display image from an observer 46 in the same direction as the projector 45. .
[0003]
As a method for eliminating color unevenness as an exposure optical system (recording an image) for producing a transmission type screen hologram, as shown in FIG. This is performed by irradiating the reference light 48 onto the photosensitive dry plate 48 and recording interference fringes. On the other hand, the exposure optical system (recording of an image) for producing a reflective screen irradiates the photosensitive dry plate 50 with object light output by irradiating the diffuser 49 with light as shown in FIG. This is performed by irradiating the photosensitive dry plate 50 and recording interference fringes.
[0004]
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-298710 discloses a transparent screen hologram that diffracts a real image formed on a surface in a predetermined direction with directivity. This is characterized in that a plurality of interference fringes diffracted toward a plurality of points near the observer's eye are recorded. This is for observing the entire screen without color unevenness, but when the distance between the observer and the display surface is short, a short focal point is required as a lens function of the hologram.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the case of a reflection hologram, the object light and the reference light are incident on the photosensitive dry plate from opposite sides at the time of fabrication, so that it is easy to make the focus short. Since the lens for diverging the reference light enters the luminous flux, there is a problem in that it cannot be manufactured.
[0006]
In other words, in FIG. 28, when the real image formed on the screen hologram 51 is viewed by the observer 52, the screen hologram 51 is provided with the function of a field lens in order to minimize unevenness in brightness and color in the entire screen. You only need to have it. That is, the screen hologram 51 may have a lens function so that the position of the projector projection lens 53 and the position of the observer 52 have a conjugate relationship. However, the focal length of the field lens is determined by the distance S between the projector projection lens 53 and the screen hologram 51 in FIG.₁Will be shorter. In order to produce a short focus transmission hologram, the objective lens 54 enters the light beam of the object light as shown in FIG.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a hologram manufacturing method that can easily manufacture a transmission hologram (for example, a screen hologram) having a short-focus lens function.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a semi-transparent mirror is arranged near the photosensitive plate, the object light is reflected by the semi-transparent mirror to irradiate the photosensitive plate, and the light is reflected near the rear side of the semi-transparent mirror. Arrange the divergent body so that the reference light passes through the light divergent body and the translucent mirror and irradiates the photosensitive plate.By using a movable semi-transparent mirror, the interference fringes are recorded multiple times by changing the irradiation angle of the object light on the photosensitive dry plate.Therefore, as shown in FIG. 29, the objective lens is not disposed in the light beam of the object light, and the distance between the objective lens for the reference light and the photosensitive dry plate is shortened to easily produce a short-focus hologram. You.Further, in a display device using the produced hologram (screen hologram), uneven brightness of an image (various display images projected by a projector or the like) is reduced over the entire surface, and an observer can observe a wide range.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, a semi-transparent mirror is disposed near the photosensitive dry plate, and the object light after passing through the light diffuser is reflected by the semi-transparent mirror to irradiate the photosensitive dry plate. A light diffuser is placed close to the back side, and the reference light is transmitted through the light diffuser and the translucent mirror to reduce uneven brightness and irradiate the photosensitive dry plate.By using a movable semi-transparent mirror, the interference fringes are recorded multiple times by changing the irradiation angle of the object light on the photosensitive dry plate.Therefore, as shown in FIG. 29, the objective lens is not arranged in the light beam of the object light, and the distance between the objective lens of the reference light and the photosensitive dry plate is shortened to easily produce a short-focus screen hologram. Is done.Further, in a display device using the produced hologram (screen hologram), uneven brightness of an image (various display images projected by a projector or the like) is reduced over the entire surface, and an observer can observe a wide range.
[0010]
The invention according to claim 3 is:A translucent mirror is arranged close to the photosensitive plate, object light is reflected by the translucent mirror to irradiate the photosensitive plate, and a light diverging body is arranged close to the back side of the translucent mirror to generate a reference light. By irradiating the photosensitive plate with light passing through the light divergent and translucent mirrors, a plurality of interference fringes are simultaneously applied using a translucent mirror with different object light irradiation angles on the photosensitive plate.Is recorded.As shown in FIG. 29, a short-focus hologram can be easily manufactured by shortening the distance between the objective lens for reference light and the photosensitive dry plate without disposing the objective lens in the light beam of the object light. Also,In a display device using the produced hologram (screen hologram), uneven brightness of an image (various display images projected by a projector or the like) is reduced over the entire surface, and an observer can observe a wide range.
[0011]
The invention described in claim 4 isA translucent mirror is placed in close proximity to the photosensitive plate, and the object light that has passed through the light diffuser is reflected by the translucent mirror to irradiate the photosensitive plate, and a light diverging member is located close to the back side of the translucent mirror. Is arranged, the reference light is transmitted through the light radiator and the translucent mirror to reduce uneven brightness on the photosensitive dry plate, and irradiate the reference light;Using a translucent mirror with different irradiation angles of the object light on the photosensitive dry plate, so that multiple interference fringes are recorded simultaneously,As shown in FIG. 29, the short-focus screen hologram can be easily manufactured by shortening the distance between the objective lens of the reference light and the photosensitive dry plate without disposing the objective lens in the light beam of the object light. Also,In a display device using the produced hologram (screen hologram), uneven brightness of an image (various display images projected by a projector or the like) is reduced over the entire surface, and an observer can observe a wide range.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 2 shows the configuration of a display device incorporating the hologram of the present invention. This apparatus uses a transmission screen.
The projector 1 includes a display 1a and a projection lens 1b. A screen hologram 3 is erected by a screen mount 2 at a position separated from the projector 1 by a predetermined distance. An observer 4 is located at a position more distant from the projector 1 than the screen mount 2.
[0015]
The light emitted from the display 1a of the projector 1 forms an image on the screen hologram 3 by the projection lens 1b. At this time, the display 1a is inclined with respect to the optical axis L1, so that the display image 5 of the display 1a is focused on the entire surface of the screen hologram 3. The display image 5 is partially diffracted by the screen hologram 3. The diffracted light 6 is scattered light, and its directivity is directed toward the eyes of the observer 4.
[0016]
FIG. 1 shows an exposure optical system for producing the screen hologram 3.
A mirror 8 is arranged to face the laser emission port with respect to the laser oscillator 7, and a semi-transmissive mirror 9 is arranged on an optical axis formed by the mirror 8. Further, a mirror 10 is arranged on an extension of the semi-transmissive mirror 9 on the optical axis formed by the mirror 8. An off-axis parabolic mirror 12 is arranged on the optical axis formed by the mirror 10 via an objective lens 11. The light is spread by the objective lens 11, but becomes parallel light by the off-axis parabolic mirror 12.
[0017]
On the optical axis L2 formed by the off-axis parabolic mirror 12, a semi-transmissive mirror 14 is arranged via a diffusion plate (light diffuser) 13, and furthermore, an optical axis (reflection) formed by the semi-transmissive mirror 14. On the (axis) L3, a photosensitive dry plate (hologram dry plate) 15 serving as a screen hologram is disposed. The diffusion plate 13 uses frosted glass. The photosensitive dry plate 15 uses dichromated gelatin (DCG).
[0018]
In addition, the semi-transmissive mirror 14 need not be subjected to any particular treatment such as a surface treatment, but may be subjected to a reflection increasing treatment by a dielectric multilayer film on the surface. By performing this process, the intensity of the reflected light is increased, so that the light utilization rate is increased (the transmittance is high with ordinary glass alone, so much light is wasted), and the exposure time can be shortened. Of the interference fringes due to the vibration of.
[0019]
A mirror 16 is arranged on an optical axis formed by the reflection of the semi-transmissive mirror 9, a mirror 17 is arranged on an optical axis formed by the mirror 16, and is arranged on an optical axis formed by the mirror 17. A photosensitive dry plate 15 is arranged via an objective lens (light diverging body) 18 and a semi-transmissive mirror 14. That is, the photosensitive dry plate 15 is disposed on the front side (the right side in FIG. 1) of the semi-transmissive mirror 14, and the objective lens 18 is disposed on the rear side (the left side in FIG. 1). Further, the transflective mirror 14 and the photosensitive dry plate 15 are arranged close to each other, and the transflective mirror 14 and the objective lens 18 are arranged close to each other. Therefore, the distance S between the photosensitive dry plate 15 and the objective lens 18 is determined.₂Are small and both are arranged close to each other.
[0020]
The transflective mirror 14 is movable, and can change the direction of light from the diffusion plate 13 in the vertical and horizontal directions with respect to the photosensitive dry plate 15. In FIG. 1, the lower end of the semi-transmissive mirror 14 serves as a rotation axis 19, which can turn around the rotation axis 19 to change the light from the diffusion plate 13 in the vertical direction with respect to the photosensitive dry plate 15. it can. That is, the angle θ1 of the semi-transmissive mirror 14 is adjusted, and the angle θ at which the object light emitted from the diffusion plate 13 enters the photosensitive dry plate 15 can be freely adjusted. Therefore, when the semi-transmissive mirror 14 is tilted by 5 ° (Δθ1 = 5 °), the incident angle θ to the photosensitive dry plate 15 is tilted by 10 °.
[0021]
A description of a mechanism for changing the direction of light in the left-right direction is omitted.
Next, a procedure for manufacturing the screen hologram 3 will be described.
First, the transflective mirror 14 is fixed at an angle indicated by a solid line in FIG. Then, laser light is emitted from the laser oscillator 7. The laser light emitted from the laser oscillator 7 is split in two directions by the semi-transmissive mirror 9. One of the laser beams is changed in direction by a mirror 10 and then converted into divergent light by an objective lens 11. Next, the light is made parallel by the off-axis parabolic mirror 12 and is incident on the diffusion plate 13 to become diffused light. After being reflected by the semi-transmissive mirror 14, it is incident on the photosensitive dry plate 15 as object light. On the other hand, the laser light reflected by the semi-transmissive mirror 9 passes through the mirror 16 and the mirror 17 and is converted into divergent light by the objective lens 18. Next, after passing through the semi-transmissive mirror 14, the light enters the photosensitive dry plate 15 as reference light. Interference fringes due to the object light passing through the light diffusion plate 13 and the reference light are recorded on the photosensitive dry plate 15.
[0022]
Thereafter, the semi-transmissive mirror 14 is tilted by 5 ° (Δθ1 = 5 °) as shown by a broken line in FIG. 1 to tilt the incident angle θ to the photosensitive dry plate 15 by 10 °. In this state, laser light is emitted from the laser oscillator 7. Then, interference fringes due to the object light passing through the diffusion plate 13 and the reference light are recorded on the photosensitive dry plate 15. Accordingly, when the transflective mirror 14 is combined with the interference fringes recorded without tilting, the viewing area in the vertical direction is widened.
[0023]
Similarly, the laser beam is emitted from the laser oscillator 7 by changing the direction (angle) of the semi-transmissive mirror 14 to the left and right, and interference fringes due to the object light passing through the diffusion plate 13 and the reference light are recorded on the photosensitive dry plate 15. I do. This widens the viewing area in the left-right direction.
[0024]
In addition, since the photosensitive dry plate 15 and the objective lens 18 are arranged close to each other by using the semi-transmissive mirror 14 so as to have a short focal length, uneven brightness of various display images projected by the projector can be reduced over the entire screen. Further, the transmission type screen hologram can perform full-color reproduction on the entire surface.
[0025]
Here, the usefulness of reflecting the object light by the semi-transmissive mirror 14 will be described.
In FIG. 28, when the real image formed on the screen hologram 51 is viewed by the observer 52, the screen hologram 51 may have the function of a field lens in order to minimize unevenness in the brightness of the entire screen. That is, the screen hologram 51 may have a lens function so that the position of the projector projection lens 53 and the position of the observer 52 have a conjugate relationship. However, the focal length of the field lens is determined by the distance S between the projector projection lens 53 and the screen hologram 51 in FIG.₁In order to create a short focus transmission hologram, the objective lens 54 enters the light beam of the object light as shown in FIG.
[0026]
However, in the present embodiment, the semi-transmissive mirror 14 is arranged in the optical path of the object light, and the object light is reflected by the semi-transmissive mirror 14 to irradiate the photosensitive dry plate 15 and transmit through the semi-transparent mirror 14. By irradiating the photosensitive dry plate 15 with reference light, the distance S between the objective lens 18 and the photosensitive dry plate 15 is increased.₂And a short-focus hologram can be produced. In addition, even if the semi-transmissive mirror 14 is arranged in the optical path, the contrast of the interference fringes formed by the reflection of the front and back surfaces of the semi-transmissive mirror 14 is low, and there is no problem.
[0027]
In FIG. 1, the cross-sectional area of the light beam passing through the diffusion plate 13 is larger than the area of the photosensitive dry plate 15. That is, as shown in the schematic diagram of FIG. 3, the diffusion plate 20 is larger in size than the photosensitive dry plate 15. In FIG. 3, the object light incident on the diffusion plate 20 is emitted as scattered light, and the scattered light 21a, 21b, 21c is recorded so as to diverge from one point of the photosensitive dry plate 15. Here, assuming that the diffusion plate 22 and the photosensitive dry plate 15 have the same size as shown in FIG. 4, since light in the direction corresponding to the scattered light 21a is not recorded, the screen produced by the optical system of FIG. When the hologram is observed as shown in FIG. 2, the peripheral portion of the screen hologram 3 is dark, and is colored because of color dispersion. On the other hand, in the case of the hologram produced by the method of FIG. 3, the coloring is eliminated and the brightness of the peripheral portion can be secured.
[0028]
In the present embodiment, the intensity of the object light is set outside the sensitivity range of the photosensitive dry plate 15 and the intensity of the object light is set to 40 mJ / cm.²And the object light intensity E_OReference light intensity E for_RRatio E_R/ E_OIs set to “5” or more. That is, in FIG. 26 showing an exposure optical system for producing a transmission type screen hologram, dichromated gelatin (DCG) is used as the photosensitive dry plate 48, and # 1000 frosted single-sided glass is used as the diffuser 47. At this time, as shown in FIG._OReference light intensity E for_RRatio E_R/ E_OIs set to "5" or more, so that a transparent screen hologram which is transparent and clear without clouding is made 2% or less in the Nords ratio (cloudiness, dullness). The noise rate mentioned here will be described. As shown in FIG. 21, white light 100 (incident light intensity I₀). Next, of the light 102 projected and transmitted and scattered by the screen hologram, the transmitted light intensity I of the vertically transmitted light 101 transmitted in the vertical direction of the incident light.₁Is measured. At this time, the incident light intensity I₀And vertical transmitted light intensity I₁The result shown in FIG. At this time, the portion 110 in FIG. 22 becomes the transmittance, and the hatched portion 111 becomes the sum of the noise ratio and the absorption of the screen hologram. In the case of DCG, the absorption can be considered to be almost 0, so the hatched portion is defined as the noise rate. When this noise rate increases, the screen hologram becomes cloudy and dull, and the background becomes dull and cannot be visually recognized clearly.
[0029]
That is, the intensity E of the object light when dichromated gelatin (DCG) is used as the photosensitive dry plate 15 in FIG._OReference light intensity E for_RRatio E_R/ E_OFIG. 5 shows the measurement results of the noise ratio when the value was changed. As a method of measuring the noise rate of interference fringes formed by object light beams, the screen hologram exposure optical system exposes only the same amount of object light as at the time of actual shooting, and then uses After irradiating only the reference light, development is performed, and the noise ratio is measured.
[0030]
From FIG._R/ E_O= 5 or more, it can be seen that the noise rate (white turbidity, dullness) is 2% or less, and a transparent, cloud-free transmission screen hologram can be obtained.
[0031]
E_R/ E_OMore specifically, as a method of setting the magnification to “5” or more, more specifically, in the optical system shown in FIG._OAnd the magnification n of the reference light lens 18_RIs smaller. Magnification n of the object light lens 11_OAnd the magnification n of the reference light lens 18_RRatio (n_O/ N_R) Is the magnification n of the object light lens 11_O: Magnification n of reference light lens 18_RIs preferably about 4: 1 to 8: 1, and may be higher.
[0032]
In other words, by increasing the lens magnification, the laser light can be further expanded, so that the intensity of light entering the center can be reduced.
Where E_R/ E_OIs set to “5” or more, the transparency is increased and the noise rate is reduced.
[0033]
In order to record interference fringes, the intensity of two interfering lights is required to some extent. As shown in FIG. 6, the object light O₁And object light O₂It is assumed that the two lights form interference fringes on the photosensitive dry plate 23. FIG. 7 is a graph showing the exposure amount necessary for recording interference fringes on the photosensitive dry plate 23. Object light O₁And object light O₂When the sum of the light intensities is large (A region in FIG. 7), the object light O₁And object light O₂Can be recorded. However, the object light O₁And object light O₂When the sum of the light intensities is small (region B in FIG. 7), it is impossible to record the interference fringes. Therefore, when a DCG dry plate is used as the photosensitive dry plate 23, the value P of the minimum exposure amount necessary for recording interference fringes is obtained._minI asked. That is, the object light O₁And object light O₂FIG. 8 shows the results obtained when the intensity ratio was 1: 1. FIG. 8 shows that when a DCG dry plate is used as the photosensitive dry plate 23, P_minIs 10 mJ / cm²It became.
[0034]
Considering the above, a case where a transparent screen hologram is manufactured will be considered. Taking the case of a reflection type screen as an example, FIG. 9 shows an example of the exposure optical system. Now, the object light coming from a certain point S of the diffuser 24 to a certain point U of the photosensitive dry plate 25 is represented by O.₁Similarly, the object light coming from a certain point T to a point U is represented by O₂And The reference light incident on the point U is represented by R₁And At this time, as shown in FIG. 10, the interference fringe formed at the point U on the photosensitive dry plate 25 is O₁And O₂, O₁And R₁, O₂And R₁There are three. In this case, the interference fringes required to produce a transparent screen hologram are O₁And R₁, O₂And R₁Are two interference fringes. Also, the cause of the poor clarity of the screen hologram and the high noise rate is O₁And O₂, Which is called Fresnel noise. Therefore, O₁And R₁Or O₂And R₁Only the interference fringes of₁And O₂If no interference fringes are recorded, a transparent screen can be produced without clouding and dullness.
[0035]
Where O₁And O₂Is generally considered to be 1: 1. When a DCG dry plate is used as the photosensitive dry plate 23, O₁And O₂The sum of the light intensities is 10 mJ / cm²If you do₁And O₂No interference fringe (Fresnel noise) is recorded. Now, O₁And R₁Or O₂And R₁Is 1: 1 (that is, E_R/ E_O= 1), then O₁And R₁Or O₂And R₁The sum of the light intensities is 10 mJ / cm²In this way, the originally required interference fringes can be recorded, but the Fresnel noise is also recorded at the same time, and the recording cannot be made transparent.
[0036]
That is, the object light O₁, O₂When an interference fringe formed by using, for example, a dichromated gelatin (DCG) hologram dry plate is used, as shown in FIG.₁, O₂10 mJ / cm)²Not recorded if below. On the other hand, the interference fringes originally required for the screen hologram (the O₁Or O₂And reference light R₁Interference fringe), the exposure amount is 10 mJ / cm²With the above, recording can be performed. At this time, the object light O₁, O₂Is considered to be approximately 1: 1. Therefore, the ratio E between the object light O and the reference light R is E_R/ E_OBy increasing the₁(Or O₂) And R₁The interference fringe is recorded and O, which causes cloudiness and cloudiness, is recorded.₁And O₂A transparent screen hologram can be produced without recording the interference fringes (Fresnel noise of the diffuser).
[0037]
So, O₁And R₁Or O₂And R₁Light intensity ratio E_R/ E_OFor example, 1:20 (E_R/ E_O= 20). Here, FIG. 11 is a graph showing an exposure amount at which interference fringes can be recorded when a DCG dry plate is used as the photosensitive dry plate 23 when the intensity ratio of the two lights is 1:20. From FIG. 11 to FIG.₁And O₁(Or R₁And O₂) Is 25 mJ / cm²Above, it is possible to record interference fringes.
[0038]
Therefore, in FIG.₁= O₂= 3mJ / cm², R₁= 60mJ / cm²(O₁: R₁= 1: 20), a transparent screen hologram that satisfies both of the above conditions and has no Fresnel noise can be produced.
[0039]
From the above, E_R/ E_OIs set to “5” or more, a transparent screen hologram having a small noise rate can be obtained. In this regard, the same effect can be obtained in a transmission screen hologram.
[0040]
Further, as shown in FIG. 12, a certain degree of dullness or cloudiness is allowed in the screen hologram because the object light O₁And object light O₂Emission intensity of interference fringes between diffused light rays of 40 mJ / cm²40 mJ / cm²It has been confirmed that the following makes it possible to reduce the noise rate of the screen hologram to 2% or less.
[0041]
As described above, according to the present embodiment, the translucent mirror 14 is arranged close to the photosensitive dry plate 15 of FIG. 1, and the object light after passing through the diffusion plate 13 is reflected by the translucent mirror 14 so that the photosensitive dry plate 15 And the objective lens 18 is arranged close to the back side of the translucent mirror 14, and the reference light is transmitted through the objective lens 18 and the translucent mirror 14 to irradiate the photosensitive dry plate 15. Distance S between light objective lens 18 and photosensitive dry plate 15₂And a short-focus screen hologram can be easily produced. Therefore, it is possible to perform full-color reproduction with a transmission screen hologram over the entire surface. Further, the uneven brightness of various display images projected by the projector can be reduced over the entire screen.
[0042]
Further, since the cross-sectional area of the light beam transmitted through the diffusion plate 13 is larger than the area of the photosensitive dry plate 15, diffused light enters the peripheral portion of the photosensitive dry plate 15 from multiple directions, and therefore, the display using the manufactured screen hologram is performed. In the device, the peripheral portion of the screen hologram projected by the projector can be prevented from being darkened or colored.
[0043]
Further, since the movable fringe mirror 14 is used to record the interference fringes a plurality of times by changing the irradiation angle θ of the object light to the photosensitive dry plate 15, a display device using the manufactured screen hologram is used. In addition, the uneven brightness of various display images projected by the projector can be reduced over the entire screen, and an observer can observe a wide range.
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first embodiment.
[0044]
FIG. 13 shows a second embodiment. In the present embodiment, two transflective mirrors 26 and 27 are provided with different inclinations. The object light converted into light by the diffusion plate 13 is reflected by two semi-transmissive mirrors 26 and 27 having different inclinations, and is incident on the photosensitive dry plate 15. Then, interference with the reference light which has been diverged by the objective lens 18 causes interference fringes to be formed on the photosensitive dry plate 15.
[0045]
As described above, in the present embodiment, a plurality of interference fringes are recorded simultaneously using the translucent mirrors 26 and 27 having different irradiation angles of the object light on the photosensitive dry plate 15, so that the produced screen hologram is used. In the display device used, uneven brightness of various display images projected by the projector is reduced over the entire screen, and an observer can observe a wide range.
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the second embodiment.
[0046]
FIG. 14 shows a third embodiment. This uses a wedge-shaped wedge prism 28 instead of the two semi-transmissive mirrors 26 and 27 in the second embodiment. Since the reflection directions of the front and rear surfaces of the wedged prism 28 are different, the same effect can be obtained as in the case where two semi-transmissive mirrors are arranged at different angles as shown in FIG.
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described, focusing on differences from the first embodiment.
[0047]
As shown in FIG. 15, in the present embodiment, holograms 29 and 30 having different irradiation angles of the object light are respectively produced, and then the holograms 29 and 30 are attached in an overlapping state.
[0048]
As described above, by separately producing holograms having directivity in different directions and superimposing them, the viewing area is widened as a whole, and the display luminance is also increased.
As described above, according to the present embodiment, after the holograms 29 and 30 having different irradiation angles of the object light on the photosensitive dry plate are manufactured, the holograms 29 and 30 are bonded in a state of being superimposed. In a display device using a screen hologram, luminance unevenness of various display images projected by a projector is reduced over the entire screen, and an observer can observe a wide range.
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first embodiment.
[0049]
As shown in FIG. 16, reflecting mirrors 32 a to 32 d are arranged on each side of the diffusion plate 31 having a square plate shape. The use of the reflecting mirrors 32a to 32d has the same effect as increasing the area of the diffusion plate.
[0050]
The principle is shown in FIG. It is assumed that the incident light 33 enters the diffusion plate 31 and diffuses at the diffusion point P1. It is assumed that, of the diffused light, light that has hit the reflecting mirror 32a has been reflected at the reflection point P2. This reflected light is equivalent to the light diffused from the virtual diffusion point P2 '. Therefore, even if the area of the diffusion plate 31 is small, the same effect as that of the diffusion plate having a large area can be obtained.
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described, focusing on differences from the first embodiment.
[0051]
In the present embodiment, as the diffusion plate 13 in FIG. 1, one obtained by bonding two or more types of light diffusers having different diffusion characteristics is used. Specifically, for example, a material obtained by appropriately combining and bonding “2” or “3” among materials such as ground glass, lenticular lens, opal glass, and fly-eye lens is used (for example, frosted glass and lenticular lens). And a). In addition, frosted glass of different numbers may be bonded.
[0052]
Then, interference fringes due to the object light passing through the diffusion plate 13 and the reference light are recorded on the photosensitive dry plate 15 by using the diffusion plate 13 in which two or more types of light diffusers having different diffusion characteristics are bonded. At this time, interference fringes having different diffusion characteristics are simultaneously recorded on the photosensitive dry plate 15.
[0053]
As described above, according to the present embodiment, two or more types of light diffusers having different diffusion characteristics are disposed coaxially on the diffusion plate 13 (more specifically, two or more types of light diffusers having different diffusion characteristics are used). Therefore, interference fringes according to the diffusion characteristics are recorded on the dry plate, and in a display device using the produced screen hologram, luminance unevenness of various display images projected by the projector is reduced. It is reduced over the entire screen, and the observer can observe in a wide range.
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first embodiment.
[0054]
In the present embodiment, a plurality of object lights at different angles are irradiated on the diffusion plate 13 in FIG. 1, and for example, as shown in FIG. Irradiate only by shifting. In this way, the object light that has passed through the diffusion plate 13 becomes scattered light obtained by superposing the respective diffusion angles, and the greatly scattered object light and the reference light interfere with each other and are recorded on the photosensitive dry plate 15.
[0055]
As described above, according to the present embodiment, a plurality of interference fringes are simultaneously formed using a plurality of object lights having different irradiation angles formed by irradiating the diffusion plate 13 (light diffuser) with light from different directions. Since recording is performed, the diffusion plate 13 has a plurality of different diffusion characteristics due to each object light, and interference fringes corresponding to the diffusion characteristics are recorded on the photosensitive dry plate 15. In a display device using the produced screen hologram, According to the method, uneven brightness of various display images projected by the projector is reduced over the entire screen, and an observer can observe a wide range. Further, a plurality of interference fringes can be recorded simultaneously.
[0056]
In addition to those described above, the present invention may be implemented as follows.
E_R/ E_OAs shown in FIG. 18, the distance between the photosensitive dry plate 34 and the diffuser 35 (the distance S shown in FIG.₃) May be increased. Specifically, they are arranged at a distance of 5 mm or more. Assuming that the intensity of the object light incident on the diffuser 35 is constant, the distance S₃Is changed from “5” to 400 mm to obtain E_R/ E_OCan be changed from 2 to 8, and by separating by 400 mm or more, E_R/ E_OIs more than “8”.
[0057]
E_R/ E_OAs shown in FIG. 19, a laser intensity attenuator 36 such as a half mirror or a filter may be arranged on the object light side in order to make the value of “5” or more. As a result, the intensity of the object light is reduced, and E_R/ E_OCan be achieved by “5” or more.
[0058]
E_R/ E_OIn order to make “5” or more, the three methods described above may be used simultaneously, as shown in FIG. That is, (a) the magnification n of the reference light lens 18_RMagnification n of the object light lens 11 with respect to_ORatio n_O/ N_R(4) the distance S between the photosensitive dry plate 34 and the diffuser 35₃And (c) the laser intensity attenuator 36 is disposed. This is effective when it is difficult to achieve this due to conditions such as laser power and optical path length. Also, the combination of (a), (b) and (c) gives E_R/ E_O≧ 5 and E_R/ E_OIs more gradual and variable in an area of “5” or more.
[0059]
Further, in order to stabilize the hologram characteristics, it is effective to reduce the thickness of the DCG dry plate. By setting the thickness to about 10 mm, a hologram having stable characteristics can be manufactured.
[0060]
Further, the photosensitive dry plate 15 may be made of a photosensitive material such as a dye-sensitized gelatin dichromate or a photopolymer.
Also, at the time of hologram recording (exposure), the incident intensity of the object light and the reference light is calculated in consideration of the incident angle and intensity of the light transmitted through the diffuser at various angles, and E is calculated over the entire surface of the hologram dry plate._R/ E_OMay be set to “5” or more to ensure transparency over the entire surface of the produced hologram.
[0061]
In FIG. 1, the objective lens (convex lens) 18 is used as the diffusion plate 13 (light diverging body), but a concave lens or a hologram having a light diverging function may be used.
[0062]
In FIG. 1, the case where a screen hologram in which interference fringes caused by the object light passing through the light diffuser and the reference light are recorded on a photosensitive dry plate is described. Is also applicable. For example, the present invention can be applied to an optical system in which the diffusion plate (light diffuser) 13 is removed in FIG.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an optical system for producing a screen hologram according to a first embodiment.
FIG. 2 is a configuration diagram of a display device incorporating a screen hologram.
FIG. 3 is a diagram showing an optical system for producing a screen hologram.
FIG. 4 is a diagram showing an optical system for producing a screen hologram for comparison.
FIG. 5E_R/ E_OFIG. 6 is a diagram showing a relationship between the noise rate and the noise rate.
FIG. 6 is a diagram showing object light passing through a photosensitive dry plate.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between an exposure amount and a recording ratio of interference fringes.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an exposure amount and diffraction efficiency.
FIG. 9 is a diagram showing an optical system for producing a screen hologram.
FIG. 10 is a sectional view of a screen hologram.
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between an exposure amount and diffraction efficiency.
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between an object light exposure amount and a noise rate.
FIG. 13 is a diagram showing an optical system for producing a screen hologram according to the second embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing an optical system for producing a screen hologram according to the third embodiment.
FIG. 15 is a sectional view of a screen hologram according to a fourth embodiment.
FIG. 16 is a perspective view illustrating an optical system for producing a screen hologram according to a fifth embodiment.
FIG. 17 is a diagram showing an optical system for producing a screen hologram.
FIG. 18 is a diagram showing an optical system for producing a screen hologram.
FIG. 19 is a diagram showing an optical system for producing a screen hologram.
FIG. 20 is a diagram showing an optical system for producing a screen hologram.
FIG. 21 is a diagram illustrating a method for measuring a noise rate.
FIG. 22 is a view for explaining the definition of a noise rate.
FIG. 23 is a diagram illustrating an optical system for producing a screen hologram according to the seventh embodiment.
FIG. 24 is a diagram showing a transmission screen.
FIG. 25 is a view showing a reflection type screen.
FIG. 26 is a diagram showing an optical system for producing a transmission screen hologram.
FIG. 27 is a diagram showing an optical system for producing a reflection type screen hologram.
FIG. 28 is a diagram showing an optical system.
FIG. 29 is a diagram showing an optical system.
[Explanation of symbols]
13: diffusion plate as light diffuser, 14: translucent mirror, 15: photosensitive dry plate, 18: objective lens as light diffuser, 26: translucent mirror, 27: translucent mirror

Claims

A method for producing a hologram in which interference fringes caused by object light and reference light are recorded on a photosensitive dry plate,
A translucent mirror is arranged in proximity to the photosensitive dry plate, object light is reflected by the translucent mirror to irradiate the photosensitive dry plate, and a light diffuser is arranged in proximity to the back side of the translucent mirror, The reference light is transmitted through the light diverging body and the translucent mirror to irradiate the photosensitive dry plate, and a movable semi-transparent mirror is used to change the irradiation angle of the object light to the photosensitive dry plate and to cause interference multiple times. A method for producing a hologram, wherein fringes are recorded .

A method for producing a screen hologram in which object light having passed through the light diffuser and interference fringes due to reference light are recorded on a photosensitive dry plate,
A translucent mirror is arranged in proximity to the photosensitive dry plate, and the object light after passing through the light diffuser is reflected by the translucent mirror to irradiate the photosensitive dry plate, and close to the rear side of the translucent mirror. A light diffuser is disposed to irradiate the reference light through the light diffuser and the translucent mirror to irradiate the photosensitive dry plate. Using a movable translucent mirror, irradiating the object light to the photosensitive dry plate A method for producing a hologram, wherein an interference fringe is recorded a plurality of times at different angles .

A method for producing a hologram in which interference fringes caused by object light and reference light are recorded on a photosensitive dry plate,
A translucent mirror is arranged in proximity to the photosensitive dry plate, object light is reflected by the translucent mirror to irradiate the photosensitive dry plate, and a light diffuser is arranged in proximity to the back side of the translucent mirror, The reference light is transmitted through the light diverging body and the translucent mirror to irradiate the photosensitive dry plate, and a plurality of interference fringes are simultaneously formed using translucent mirrors having different irradiation angles of the object light to the photosensitive dry plate. A method for producing a hologram, characterized in that the hologram is recorded .

A method for producing a screen hologram in which object light having passed through the light diffuser and interference fringes due to reference light are recorded on a photosensitive dry plate,
A translucent mirror is arranged in proximity to the photosensitive dry plate, and the object light after passing through the light diffuser is reflected by the translucent mirror to irradiate the photosensitive dry plate, and close to the rear side of the translucent mirror. Arrange the light diverging body, so that the reference light is transmitted through the light diverging body and the translucent mirror to irradiate the photosensitive dry plate, using a translucent mirror having a different irradiation angle of the object light to the photosensitive dry plate. And a method for recording a plurality of interference fringes simultaneously .