JPH10504909A - ディスプレイデバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも２組の領域を備えたホログラフィック光学素子で、各組の領域は、他の組の領域と異なり、他の組の領域に両側から挟まれ又は相互に重なり合い、各組の領域への入射光が複数の観察ゾーンのうちそれぞれ一つに向けられるように製作される。ホログラフィック光学素子は、典型的にはステレオスコープディスプレイデバイスのようなディスプレイデバイスに組み込まれる。

Description

【発明の詳細な説明】 ホログラフィック光学素子 本願発明はホログラフィック光学素子及びホログラフィック素子の製作方法に 関する。本願発明はホログラフィック光学素子を組み込んだディスプレイ装置に も及ぶものである。 我々の先願ＷＯ９３／０２３７２号明細書中で、ホログラフィック光学素子を 組み込んだディスプレイ装置について言及している。ホログラフィック光学素子 への入射光は単一の観察ゾーン（viewing zone）に向けられる。光源を移動せし めることにより、観察ゾーンの位置は移動可能である。時間的に交替する左右の 像は、交互の位置からスクリーンに投影され、それにより、像はそれぞれ左手側 及び右手側の観察ゾーンで交互に観察可能である。 本願発明によれば、少なくとも２組の領域を備え、各組の領域は、他の組の領 域と異なり、他の組の隣り合う領域に両側から挟まれ又は相互に重なり合い、各 組の領域への入射光が複数の観察ゾーンのうち各々一つ以上に向けられるように 製作されるホログラフィック光学素子を提供する。 各組はホログラフィック光学素子のかなりの部分を横 切って延びる単一の領域を備えてもよい。しかしながら、典型的には各組の領域 は領域のアレイを備える。 典型的には、アレイを形成する領域は互いに横方向にずれている（例えば、垂 直方向及び／又は水平方向に）。 アレイの各領域は典型的には間隔を保ちアレイの隣り合う領域に重なり合わな い。しかしながら同じアレイの隣り合う領域は重なり合ってもよい。 また、各組の領域は典型的には他の組の領域から横方向にずれている。アレイ 内の領域は他のアレイの領域に重なり合っても良い。しかしながら、典型的には 各アレイの領域は他のアレイの領域に重なり合わない。 少なくとも２組の領域は、垂直若しくは水平方向のストライプの横方向のアレ イ、又はハニカムのような２次元アレイを形成する。 好ましい実施形態では、ホログラフィック光学素子は２つの交互に配置された 組の領域を備える。 典型的には、ホログラフィック光学素子は、各組の領域が一つ以上の拡散性光 源のホログラフィック記録を備えるように製作される。 同じ光源の記録、又はホログラフィック光学素子に対して複数の異なる位置で 多くの異なる光源を製作することにより、ホログラフィック光学素子に入射する 光は、 拡散性光源の位置に相当する位置に向けられる。他の方法では、各組の領域が光 で照明される際、回折光は一つ以上の拡散性光源の像を形成する。典型的には像 は実像であるが、虚像であってもまた良い。 各組の領域がただ一つの拡散性光源の記録を備える場合には、組の領域に入射 する光は単一の観察ゾーンに向けられる。各組の領域が複数の拡散性光源の記録 を備える場合には、組の領域に入射する光は複数の観察ゾーンに向けられる。 ホログラフィック光学素子は典型的には透過性素子であるが、反射性であって も良い。 ホログラフィック光学素子は任意の適切な方法で、例えば、例えば型成形や型 押しによって製作される表面レリーフホログラムとして、又は、例えばフォトポ リマー、重クロム酸ゼラチンあるいはハロゲン化銀で製作される体積ホログラム として形成される。 典型的には、ホログラフィック光学素子は、ステレオスコープディスプレイデ バイスのようなディスプレイデバイスの一部として与えられる。これは、特にコ ンパクトで容易に製作される、空間的に複合化された２次元又は３次元のディス プレイデバイスを与える。該デバイスは、ホログラフィーで生成される観察開口 を備え、リア ルタイムで像の表示が可能である。 典型的には、ディスプレイデバイスは、各々がそれぞれの像素子のアレイ（Ｌ ＣＤ画素のアレイのような）に相当する複数の像を定める像生成手段を備える。 典型的には、ホログラフィック光学素子はまた、開口のアレイのホログラフィッ ク記録と共に記録される。素子がディスプレイデバイスに組み込まれる場合、開 口のアレイはディスプレイ中の交互の像素子のアレイに一致するよう配置される 。このようにホログラフィック光学素子と像素子のアレイを配置することにより 、像素子を通過する光は、ホログラフィック光学素子の組の領域の一つにより、 それぞれの観察ゾーンに回折する。 第１の例では、ホログラフィック素子はＬＣＤに隣接し前方に（すなわち、観 察者側）配置される。 ＬＣＤは単一の光源からバックライトを受ける。あるいは、ＬＣＤは、機能的 に単一の光に等しいようにグループ化された多くの光源からバックライトを受け る。 光源又は複数の光源は観察ゾーンの位置を移動せしめるため移動する。あるい は、光源は静止し、その光学的像が移動する（例えば、ミラー又は多種の他の手 段を移動せしめることの利用を通じて）。更に代替として、光源の有効な位置が 光源の点灯又はマスキング用素子をそ れぞれ移動せしめることにより移動するように、制御可能なマスキング用素子を 備えた、静止した光源のアレイ又は単一の拡げられた光源が与えられても良い。 典型的には、ＬＣＤディスプレイは、複数の交互に配置された像（例えば、横 方向のストライプのセット又はハニカムアレイの形態で）を備える。 複数の像は、２次元ディスプレイが必要とされる場合に同じ２次元の像の見え 方をする。この場合、光源は好ましくは複数の横方向にずれた光源又は線形の光 源である。−左右の観察ゾーンを重なり合わせ、そのことにより両眼に最大限の 分解能の２Ｄ像を与えるように。 しかしながら典型的には、複数の像は左手側及び右手側のステレオスコープの 見え方をする。ホログラフィック光学素子の領域は、典型的にはＬＣＤ像素子の アレイに対応する。左手側の像素子に対応するホログラフィック領域は、光を左 手側の観察ゾーンに回折せしめる（このように観察可能な像を与える）。右手側 の像もまた同様である。 あるいは、ホログラフィック光学素子はＬＣＤの後ろに配置されても良い。こ の場合、ホログラフィック光学素子はＬＣＤに隣接して配置され、この場合、組 の領域はＬＣＤのアレイに一致する。しかしながら、ホログラ フィック光学素子がＬＣＤから間隔を保つ場合、各組の領域は、典型的には他の 組の領域、又はそれら自身の組の領域にさえ重なり合う。限定された場合には、 各組の領域はホログラフィック光学素子を横切って延びる単一の領域を備えても 良い。しかしながら、ホログラフィック光学素子は、例えば、左手側のＬＣＤ像 素子を通過する光が左手側の観察ゾーンにのみ向けられるようにして（また反対 も同様である）記録され、形成されつづける。 ホログラフィック光学素子は、以下の詳述でより十分に記載されるような多く の方法で製作される。しかしながら、記録方法の共通の特徴は、記録のいくつか の段階で、拡散性光源の像はホログラフィックプレートに対する複数の位置の光 源で記録され、各位置はそれぞれの観察ゾーンに関係するということである。 ホログラフィック光学素子は、拡散性光源が２回の露光中の複数の位置で記録 される、「ワンステップ」工程で記録されても良い。 しかしながら、典型的には、ホログラフィック光学素子は、一つ以上のマスタ ーホログラムプレートから透過ホログラムとして記録される。 ホログラフィック記録工程の他の共通の特徴は、工程のいくつかの段階で、マ スク（ディスプレイデバイスの ＬＣＤ像素子のアレイに相当する）が記録工程で使用されるということである。 マスクは、マスターホログラム又は透過ホログラムのいずれかの記録中にホログ ラフィックプレートに隣接して配置される。あるいは、マスクは、ホログラフィ ックプレートから距離を隔てて配置される。この場合、ホログラフィック記録は マスクによって生成される観察開口から生成されると考えられる。 ホログラフィック光学素子は基板被挟導波デバイスとして製作されても良い。 さらに、ディスプレイデバイスは、像素子のアレイ及びホログラフィック光学 素子の虚像を生成し、観察ゾーンの実像を形成する集光用光学部品を更に備えて もよい。この場合、ホログラフィック光学素子によって生成される拡散性光源の 像は、第１に虚像として形成されるのが望ましい。 発明のいくつかの実施形態につき添付図面を参照して説明する。それらの図面 は尺度が合わされていない。 図１は、本発明に係るホログラフィック光学素子を表す。 図２は、左手側及び右手側の観察ゾーンを生成する本発明に係るホログラフィ ック光学素子の斜視図である。 図３は、第１のディスプレイデバイスの概略図であり、 ホログラフィック光学素子がＬＣＤの前に配置されている。 図４は、第２のディスプレイデバイスの概略図であり、ホログラフィック光学 素子がＬＣＤの後ろに配置され、重なり合う領域のアレイを備えている。 図４Ａは、ディスプレイデバイスの概略図であり、ホログラムとＬＣＤの間の 間隔を変える影響を表している。 図５は、本発明に係るホログラフィック光学素子としてのマスターホログラフ ィックプレートの記録を表す。 図６は、マスターホログラフィックプレートに左手側の観察ゾーンを記録する ことを表す。 図７は、マスターホログラフィックプレートに右手側の観察ゾーンを記録する ことを表す。 図７ａは、マスターホログラフィックプレートに観察ゾーンを記録するための 、代わりの拡散体の配置を表す。 図８は、図６及び図７で記録されたマスターホログラムから透過ホログラムを 記録することを表す。 図９は、図６及び図７で記録されたマスターホログラムから基板被挟導波透過 ホログラムを製作することを表す。 図１０は、基板被挟導波透過ホログラムの第２の例を表す。 図１１は、図９又は図１０に表された基板被挟導波ホログラフィック素子を組 み込んだディスプレイデバイスを表す。 図１２は、基板被挟導波デバイスとして製作されるホログラフィック光学素子 の更なる例を表す。 図１３は、ホログラフィック光学素子を製作する「ワンステップ」の方法を表 す。 図１４は、追加の集光用光学部品を組み込んだディスプレイデバイスの一部を 表す。 図１５は、多くのステレオスコープ観察ゾーンの同時形成を表す。 記載する実施形態は、２次元又は３次元像の表示を可能にする。ディスプレイ は自動ステレオスコープであり、フルカラーの３Ｄ動画像をリアルタイムで表示 可能である。該ディスプレイは、写真用透明体（photographic transparency） や、新規のホログラフィックデバイスや照明システムに関連して使用される液晶 ディスプレイ（ＬＣＤ）の様な電子ディスプレイ等の２次元像表示媒体に基づく ものである。以下の記載では、像表示パネルはＬＣＤであると仮定する。 図１によれば、光源１はホログラム３（すなわち、ホログラフィック光学素子 ）を照明する光２を放出する。 該ホログラムは、均一に拡散照明された実像５を形成する波面４を再生するよう に光を回折せしめる。 実像５で定められるゾーンは、ホログラム３から少し離れた、拡散照明された 平面であると考えられる。原理的に（且つホログラムを直進透過する０次光を無 視すると）、光２はゾーン５の外側には少しも回折しない。 ホログラム３の１点を眼６で観察する際、その点と目を通して引かれる直線が ゾーン５を通過するならば明るく見える。逆に、点と眼を通して引かれる直線が ゾーン５を通過しないならば暗く見える。 第１のケースは、ホログラム３のすべての点を明るいと知覚する眼６ａで、第 ２のケースは、全面が暗くなる眼６ｂで表されている。 この原理は、ゾーン５が実像である図示されたケースと、ゾーンが虚像である 場合（すなわち、眼６によって観察される、ホログラム３の向こう側に形成され るように見える像であるとき）との両方に適用される。 以下に述べるホログラフィー技術は、光の分布が像の全領域に亘って均一で、 像の縁が正確に定められるような像５の再生を可能にする。これは、左右の観察 ゾーンを分離するぼんやりした又はブランクのゾーンを生成するという逆の問題 なしに、左右の観察の間のクロストー ク（crosstalk）を低減するのに役立つように、自動ステレオスコープの応用に は好都合である。 斜視図２（尺度が合わされていない）を検討すると、光線２は、その要素のす べてが実像５ｌを再生する１組の部分３ｌと、その要素のすべてが実像５ｒを再 生する１組の部分３ｒとからなる、空間的に分割されたホログラム３に照射して いる。実像５は空間に正確に配置され、ギャップやオーバラップもなく互いに当 接するように形成され得ることが理解されるであろう。 光線２によって均一に照明されたホログラム３の全表面を想像し、２つの代表 的な光線２ｌ及び２ｒ（それらの両方が同じ光源１から発せられると考えて良い ）を考える。光線２ｌは、ホログラム３のゾーン３ｌを貫く光線群の代表的な要 素である。光２ｌの幾分かは回折せず直進し続ける０次光７（ここでは殆ど対象 とならない）となる。回折光（例えば光線４ｌで表された）は拡散実像（diffus e real image）５ｌを再生する。同様に、光線２ｒはホログラムの部分３ｒで回 折し、実像５ｒを再生する。 眼６ｌは、該眼６ｌを通りホログラム３の任意の点へ引かれたすべての直線が ゾーン５ｌを通過するように位置決めされている。結果として、眼６ｌは、ホロ グラム ３の部分３ｌのすべてが明るいのを観察する。これと同時に、同じ仮想線は、ホ ログラム３の領域３ｒで再生されるゾーン５ｒを通過しないため、眼６ｌにとっ て部分３ｒのすべてが暗いままである。逆のことが眼６ｒの場合にも適合し、眼 ６ｒは領域３ｒが明るく領域３ｌが暗いのを観察する。 眼６ｌが観察者の左眼で、眼６ｒが同じ観察者の右眼であるならば、各眼はホ ログラム３の異なる部分が明るいのを観察する。特に、眼６ｌは、１組の部分３ ｌのすべての素子が明るく、組３ｒのすべての素子が暗いと知覚する。逆のこと が眼６ｒに対して適合する。 ここまで、光源１によるホログラム３の照明は均一で、実像５に向かって回折 する光の知覚強度を変化させるものはないと仮定してきた。スクリーンに影響は ない。しかし、ホログラム３に入射する光はＬＣＤ（液晶ディスプレイ）を透過 せしめられることがある。ディスプレイが適切に製作されるとしたら、光源１の 位置とホログラム３の部分３ｌとを通って引かれる直線上にあるＬＣＤの部分と 、光源１と部分３ｒを通って引かれる直線上にあるその他の部分が存在する。 ホログラム３の部分３ｌに対応するＬＣＤの部分が一定の像Ｌを表示し、一方 、部分３ｒに対応する部分が第 ２の像Ｒを表示するならば、眼６ｌは像Ｌを観察し、一方、眼６ｒは像Ｒを観察 するのは明らかであろう。２つの像Ｌ及びＲがステレオペア（stereo pair）の 構成要素であるならば、ステレオスコープ３次元像を観察できる。 同様に、ＬＣＤをホログラムの反対側に配置することにより光を変調してもよ い。この場合、光２は、初めにホログラムによって回折し、次に、ＬＣＤを透過 する。この場合、ホログラムと光の組み合わせは一種のバックライトと考えられ る。像６ｌを形成する光４ｌは、像Ｌを表示するように配置されたＬＣＤの一定 の部分を透過し、光４ｒは、像Ｒを表示するその他の部分を透過する。このよう に、２つの眼６ｌ、６ｒは、３次元像を示すように奥行き認識（stereopsis）を 通じて組み合わさる分離された像を観察する。 像５ｌ、５ｒが初めは虚像として形成することを必要とする応用例があり、特 にこれは、この種のディスプレイが他の集光用光学部品と共に使用される際に適 用される。前記集光用光学部品は、ＬＣＤとホログラム３の組み合わせによる虚 像を生成し、像５ｒ、５ｌを該光学部品の前に実像としてもたらす。このような 配置については以下に、より詳細に記載する。 本願発明のいくつかの実施形態の特徴をより詳細に記 載する（表示されるべき１組の像がある場合につき記載する。尤も適切な変更に よってより多くの像が表示可能である。同様に、いくつもの光源が使用され得る が、ただ一つの光源について考察する。より多くのものがあリ得ることはわかっ ているが、ただ一つのステレオ観察位置のみについて考察する。さらに、必須の 要素のみを考慮し、他の光学部品−ミラー、レンズ、ホログラフィック光学素子 −が実際の構成及びディスプレイの操作を補助するために含まれるという事実は 無視する。）。 本検討のため、複合ホログラム（composite hologram）３は、一つの組ＨＬの 任意の素子に入射する光は一つの像を再生し、他の組ＨＲの素子に入射する光は 異なる像を再生するように「開口」ＨＬ及びＨＲの組からなると考えて良い。こ れらの像は、ホログラム３平面から距離を隔てて形成され、虚像あるいは実像で ある。正確な幾何学によれば、これら２組の開口ＨＬ及びＨＲは重なり合っても 合わなくても良い。 ２組の開口ＨＬ及びＨＲによってそれぞれ形成される２つの像５ｌ、５ｒは、 均一に照明された光の拡散領域であり、それら自身を開口ＩＬ及びＩＲと考えて 良く、ＩＬは組ＨＬによって再生され、ＩＲは組ＨＲによって再生される。２つ の像Ａ及びＢを表示するＬＣＤパネル がホログラムと組み合わされる。このＬＣＤの画素もまた開口とみなして良く、 ＰＬ及びＰＲの２組に分割される。ここで、組ＰＬは像Ａを表示し、組ＰＲは像 Ｂを表示する。 さらに、１組の開口は観察者の２つの眼を表す。観察者の左眼は開口ＥＬで、 右眼はＥＲである。開口（又はその像）ＩＬ及びＩＲは、ホログラム３から距離 を隔てて、眼ＥＬ及びＥＲと同じ一般領域に形成される。ディスプレイの最適な 操作は、光線が、開口ＩＬと、開口ＰＬの組のすべての素子と、開口ＨＬの組の すべての素子とを、必ずしもその順序である必要はないが通過するように、前記 光線がＥＬから光源１へ戻り得る場合として定義される。同時に、いかなる光線 もＥＬからＩＲ、ＰＲ及びＨＲを通って光源１へ戻ることが可能であってはなら ない。同様に、ＥＲから戻る光線は、ＩＲ、ＰＲ及びＨＲを通過しなければなら ず、ＩＬ、ＰＬ及びＨＬを通過してはならない。 ２つの重要な形態が図３及び図４に表されており、これらは、ホログラム３及 びＬＣＤ８を通る断面の拡大した詳細図である（尺度は合わされていない）。 図３は、ホログラム３がＬＣＤ８の観察者側にある場合を表している。初めに 光線２ｌが画素セット９ｌの素 子である画素を透過し、次に部分３ｌの組の素子であるホログラム３の一部の位 置でホログラム３に照射し、次に回折する。０次光７は直進透過し、１次回折波 面は光線４ｌとして表され、ゾーン５ｌの像を再生する。必要な変更を加えれば 同じことが、光線２ｒ、画素セット９ｒ、ホログラムの部分の組３ｒ、回折光線 ４ｒ及び像５ｒに適合する。ホログラム３とＬＣＤ９は互いに近接し、画素セッ ト９ｌを透過するすべての光線が像５ｌのみを再生するように、また同様に、画 素セット９ｒを透過する光線が像５ｒのみを形成するように装着されなければな らない。これは、ホログラム３の組３ｌの素子と組３ｒの素子との間に空白領域 を設けることによって補助され得る。 図４に移る。この場合、また観察者の位置から見れば、ホログラム３はＬＣＤ ９の後ろに装着されている。図３との関係で記載されたホログラムは、ホログラ ム表面とＬＣＤの画素間の光路長が短くされたまま（実際上、普通は画素間隔の 約４倍以下）のこの状態でもまた作動し得ることに最初に注意すべきである。し かしながら、図４は、ホログラム３とＬＣＤ９の画素との間隔の幾分の増加を許 容する改良された配置を表している。 光２はホログラム３を照射する。組３ｌの素子である ホログラムの一部を照射するところで、光は回折し、最初に画素セット９ｌの素 子を透過し、次に、像５ｌを再生する。必要な変更を加えれば同じことが、組３ ｒの素子からなるホログラムの領域に照射する光に適合する。この場合、組３ｌ の素子は組３ｒの素子に空間的に重なり合っていることに気づくであろう。それ らは、それら自身の組にもまた重なり合うことさえ考えられる。画素セット９ｌ のすべての素子が組３ｌのホログラム素子からのみ光を受け、同様に画素セット ９ｒのすべての素子が組３ｒのホログラム素子からのみ光を受けるように、ディ スプレイは形作られることにもまた注意すべきである。 同じ組の素子のオーバラップは図４Ａに表されている。図４Ａはホログラムと ＬＣＤを通って投射される数本の光線を示す。間隔が比較的狭い（ホログラム位 置１）とすれば、同一の組３ｌの異なる素子は互いに重なり合わない（しかしな がらこの場合には、それらは図面から除外した他の組３ｒの素子に重なり合う。 ）。間隔が拡がるとすれば（ホログラム位置２）、組の各素子の占めるゾーンが 拡がるため、それらは互いに重なり合う。 本方法によって製作されるディスプレイの実際の特徴のいくつかを述べる。 我々は、光源の有効な位置を移動せしめることにより、ホログラフィック自動 ステレオスコープディスプレイのための観察ゾーンの位置を移動し得る方法を他 （ＰＣＴ／ＧＢ ９３／０１７０９）で既に記載している。この原理は、以下の 基本的な方法によりここでも適用される。 観察ゾーンは光源の位置を移動せしめることにより移動させ得る。前記光源は 、そのことによって、観察者がステレオ効果を失うことなく移動し得るようにデ ィスプレイを制御できる。表示されたディスプレイのステレオ視点が適切に更新 されていくと、視差を生じるような感覚（impression of parallax）が与えられ 、観察者は、見回したり、さらには上下から、また遠近の位置から、これらの位 置に応じた視差をもって像を見ることができる。 分離した光源が与えられてもよく、そのことにより２つ以上の分離したステレ オ観察ゾーンが生成され、複数の人が同時にステレオ効果を楽しむことができる 。この場合、分離した光源の各々の有効な位置もまた移動可能であり、そのこと によって各観察者に機動力を与える。 上述のように、光源の有効な位置は、側方から側方、上下、遠近に位置を変え る観察者を補償するように、変化させることができる。実際上、側方から側方へ の移動 は最も重要であることが多い。 分離した光源又は拡がった光源は、ゾーン５ｌ及び５ｒを互いに重なり合わせ るために与えられ、そのことにより、両眼はＬＣＤの全ての画素を見ることがで きる。この処理は、ＬＣＤが最大限の分解能で２Ｄ像を両眼に表示する際に好都 合であり、そのことにより、従来の２次元像を使用し、画質のいかなる低下もな く楽しむことができる。−これは特にディスプレイのような従来の２次元的使用 のすべてに有用である。明らかにこの照明によって自動ステレオスコープの能力 は一時的に失われる。このような能力は自動的又は手動的のいずれであっても容 易に出したり止めたりされる。 さらに追加の従来の拡散性バックライトが与えられてもよく、これは、ホログ ラム３及びＬＣＤの後ろ（観察者の位置から見て）に配置される。このような配 置は、２Ｄ操作を達成する代替方法を与える。これは、ホログラム３が基板被挟 導波（Substrate Guided Wave）（ＳＧＷ）ホログラムとして製作される場合に 最も好都合に達成される。 ホログラム３の一つの製作方法について述べ、多種の技術の内のいくつかを示 す。使用されることがあり、ホログラフィー技術者に良く知られている光学的な 幾何学 に関連する多くの部分は除外し、説明を本質的部分に集中することとする。 初めに、第１世代のホログラム又はＨ１の製作について述べる。 図５（概略図であり、尺度は合わされていない）によれば、ホログラフィック プレート１０は、参照ビーム１１（好ましくはコリメートされている）及び物体 光１９ｌに同時に露光される。必要とされる物体光１９ｌは、拡散体１２（例え ば、摺りガラスのスクリーン）をビーム光１４で照射することにより生成される 。プレート１０に可視である拡散領域の範囲はマスク１３ｌで制限される。光１ ４は拡散体１２によりマスク１６に向かって散乱する。散乱光１５の幾本かの光 線１８ｌは、マスク１６の不透明な領域１６ｒに照射し、遮蔽される。他の光線 １９ｌは遮蔽されずにマスク１６の透明領域１６ｌを透過し、ホログラフィック プレート１０に照射し、そこで、参照ビーム１１と干渉する。それによって生成 する干渉縞は通常の方法で記録される。このことはマスターホログラム１０の第 １の露光を構成する。 次に、第２の露光がマスク１３ｌと交換したマスク１３ｒ（例えば、それ自身 の幅をもって移動せしめられたマスク１３ｌで良い）、マスク１６と交換したマ スク１ ７（例えば、ＬＣＤ８の画素間隔に相当する距離だけ移動せしめられたマスク１ ６で良い）を用いてなされる。 マスク１６は完成した自動ステレオスコープディスプレイに使用されるＬＣＤ のために特に製作されるということが理解されなければならない。不透明なマス ク領域の組１６ｒは、位置及び間隔が画素セット９ｒに対応する。透明領域の組 １６ｌは画素セット９ｌに対応する。マスク１７はほぼ同等の構成であり、不透 明な領域１７ｌは、位置及び間隔が画素セット９ｌに対応する。透明なマスク領 域１７ｒは画素集合９ｒに対応する。マスク１３ｌ及び１３ｒはそれぞれ観察開 口５ｌ及び５ｒを定めるのに使用される。 ２つの露光形態が、図６及び図７に示されている。これらの図は概略の斜視図 で尺度は合わされていない。これらは、光学テーブルに最もよく登場するように 、種々の素子を表している。すなわち、全体を側方に回転することにより、（水 平の）光軸を含む面と（垂直の）光軸を含む面は実際の使用においては同じとな る。 図６及び７は対比されなければならない。図６に示す第１の露光の後、マスク １３ｌはマスク１３ｒと交換される（又は、マスク１３ｌをその幅分だけ下方に 移動することがこれと同等である。）。同様に、マスク１６は マスク１７と交換される（又は、透明な領域１７ｒが、不透明な領域１６ｒによ り先に占められていた位置と同じ位置になるように、マスク１３ｌが水平に移動 せしめられることがこれと同等である。）。次に、第２の露光がなされる（同じ ホログラフィック平面１０又は第２の平面のいずれかにおいて、以下で我々はた だ一つの２重露光Ｈ１ホログラムが使用されると仮定し続ける）。次に、ホログ ラムは最良のＳＮ比を得るために従来方法により現像される。 次に、Ｈ１ホログラムは、図８に表したように像平面Ｈ２ホログラム３を製作 するために使用される。 Ｈ１ホログラム１０は、記録の際に使用される参照ビームと共役であるビーム ２０を用いて再生される。それは以下からなる実像を再生する。 マスク１３ｌによってマスキングされた拡散体１２の像である実像２４、 マスク１３ｒによってマスキングされた拡散体１２の像である実像２５、 マスク１６の像である実像２２、 マスク１７の像である実像２３である。 像２２、２３は不透明な、それゆえ、暗い物体の像であることが認識されるで あろう。これらの像２２、２３ の影響により、上述の記録時の幾何学を考えれば明らかなように、像２４、２５ が見られる位置が制限される。 さらに、基板２７及び適切な感光層（photographically sensitive layer）２ １からなるホログラフィック材料（プレートと称する）３が与えられる。図示の 場合には拡がっているがその必要はない、プレート３のための参照ビーム２６も またある。感光層２１は通常、実像２２、２３に最も近接して配置された基板２ ７の表面に適用される。ホログラフィック層２１と像２２、２３の間の光路長は 、最終使用の際の層２１とＬＣＤ８の画素９の平面との間の光路長と同じでなけ ればならない。 （収差（aberrations）に注意するように。この形態では正確な再生が重要で ある。従来の全ての予防措置が施される必要がある。例えば、再生ビーム２０は 参照ビーム１１の正確な共役でなければならず、Ｈ１ホログラム１０は平坦で、 ホログラム１０の現像は感光層の寸法変化をもたらしてはならない。さらに、基 板２７のＨ２ホログラフィックプレート３に対する厚みによって生じる収差は、 類似の光学特性のプレートをＨ１ホログラム１０の記録の際に、Ｈ１ホログラム １０に対し相対的に同じ位置でＨ２ホログラム３に組み込むことにより、予め矯 正される必要がある。同様の予備矯正技術がＬＣＤ基 板での屈折の補償をするために必要とされる場合がある）。 ホログラフィックプレート３は露光され、最小のノイズを伴う良好な回折効率 のために現像される。次に、ホログラフィックプレート３は、自動ステレオスコ ープディスプレイで使用される。プレートが光源１で再生される際（記載したケ ースでは、光２の入射角は参照ビーム２６の入射角とほぼ同じ角度で照射する） 、それは、開口１３ｌ、１３ｒを通して観察される拡散体１２の像である像２４ 、２５の像である像５ｌ、５ｒを再生する。この場合、ＬＣＤ８はホログラム３ に近接して配置され、像２２、２３（それらはマスク１６、１７の像である）は それぞれ画素セット９ｌ、９ｒの中または非常に近接して形成される。ここでは 、画素セット９ｒの任意の素子を透過して像５ｌを形成する光も、画素セット９ ｌの任意の素子を透過して像５ｒを形成する光も伴わない。 上記全ての段階で使用され得る、例えば、ハロゲン化銀、重クロム酸ゼラチン （dichromated gelatine）、フォトポリマー、フォトレジスト、サーモプラスチ ック等のホログラフィック材料は選択の余地がある。光学的配置は、いずれ利用 可能になるであろうものも含めた全ての適切な材料に対し本質的に同じである。 Ｈ２ホログラム３は機能的に等しいホログラムを複製 するツールとして使用され得る。光学的方法が使用され得る−特に密着転写（co ntact copying）には、型押し（embossing）や型成形（moulding）のような代替 の機械的方法もまた使用して良い。機械的な場合には、干渉パターンが、多くの 既知の中間段階の後に型成形や型押し（stamping）ツールとなるレリーフ構造の 表面の形式で記録されるように、Ｈ２ホログラム３は製作される。型成形は、他 の光学部品が一つの型成形されたユニットに組み込まれるのであれば特に好まし い。−例えば、Ｈ２ホログラム３が基板被挟導波（ＳＧＷ）ホログラムとして製 作される場合に使用され得る。 既に述べたように、記載したホログラム３を記録する方法は単に所望の効果を 達成するための多くの可能な方法の一つにすぎない。一度に行う（ワンステップ の）方法が存在する（それにしたがって、Ｈ１ホログラム１０を含むステップの 必要なくホログラム３が直接製作される。）。ホログラム３がＬＣＤ８と観察者 との間に配置される変更例もまた存在する（図３に表した形態）。この場合の明 らかな変更例は、ホログラフィックプレート３を像２２、２３の反対側に配置す ることであるが、感光層はまだ像２２、２３に近接して配置された状態である。 いったん基本原理が理解されれば、有能なホログラ フィー技術者は方法論的な変形を比較的容易に設計し得るであろう。それにもか かわらず、我々はいくつかの変形といくつかの重要な設計の検討について手短に 述べる。 ホログラム３は、左の観察ゾーンに関連する第１の位置で拡散体により第１の マスターホログラムを製作し、右の観察ゾーンに関連する第２の位置で拡散体に より異なるホログラフィックプレートに第２のマスターホログラムを製作するこ とにより製作され得る。次に、ホログラム３は２つのマスターホログラムからの 転写ホログラム（transfer hologlam）として記録される。第１のマスターホロ グラムは、交互に暗いライン／不透明なラインを有するマスクが転写ホログラム プレートをマスキングする状態で転写ホログラムとして記録される。次にマスク は、転写ホログラムプレート上の異なる線群を開放するために移動せしめられ、 第２のマスターホログラムが転写ホログラムプレート上に記録される。 ホログラムは回折によって動作し、明らかな色分散を生成する。この影響を制 御することは重要であり、さもなければ、ディスプレイの性能及び／又は有用性 は非常に著しく低下する。既に記載した拡散像として形成される観察ゾーンの使 用により、色分散のその他の有害な影響を抑制するいくつかの単純な方法の使用 が可能となる。 例えば、図８では、拡散体の開口像２４、２５の平面はホログラム３に対して傾 斜している。無色角（achromatic angle）としてホログラフィー技術者に既知の 傾斜角を使用することは好都合である。それにより、色分散した像点のスペクト ルが互いに重なり合い、奥行き方向及び端から端まで鮮明である大部分が無色の 像を形成する。 このアプローチには変更例が存在し（図７ａ参照）、例えば、均質の傾斜した 拡散体１２を使用する代わりに複数の光の拡散線１２ａ、１２ｂ、１２ｃを使用 することにより同様の効果が生じ得る。これらは、各線が無色角に傾斜した平面 に存在するように配置され、それらの長さは、さもなければ使用されるであろう 平面拡散体の幅に等しい。それらはホログラム平面に平行に、照明光の傾斜平面 に垂直に配置されるのが望ましい。そのような配置が白色光により照明される際 に、各線は無色角に傾斜したスペクトルに色分散し、各拡散線のそれぞれのスペ クトルは重なり合う。このため、それによって生成する混色が、均質の拡散体に よって生成されるゾーンに機能的に等しい（白色照明の下で）拡散性白色（「無 色」）ゾーンとなる領域を生成する。 線１２ａ．．．１２ｎは拡散したものである必要があり、そのため拡散ゾーン であると考えられる。 最も重要である一般的なポイントは、眼で見ることのできる幅及び高さを備え た拡散ゾーンの像が、ホログラムから距離を隔てて再生されなければならないと いうことである。ゾーンはホログラムから距離を隔てて正確に配置されなければ ならない（すなわち、Ｚ軸に沿って最小の不鮮明度で）。それらは、均一に照明 され（すなわち、それらの機能上の幅を横切って本質的に同じ明るさ）、水平方 向（すなわち、照明光の傾斜平面に垂直な方向）に著しい不鮮明が生じないよう にしなければならない。ここで述べるデバイスにより、これらの重要な性能限界 が達成され得る。これらのいずれかを達成しなければ、利用可能なステレオスコ ープ観察ゾーンの制限や、色縞や左右チャンネル間のクロストークのような非常 に好ましくない人工物を導くことにつながる。上下方向での無色の応答をなすか なりの領域がふつう必要とされるが、観察ゾーンの垂直方向の両極端での色歪曲 の出現は著しい実際の問題ではないことが認識されるであろう。無色角の使用は 、色分散の影響を扱うために使用されるいくつかの方法の一つである。 Ｈ１ホログラム及びＨ２ホログラムが、拡散体の開口１３が無色角に近くない 角度で配置された状態で製作されるときには、色分散を扱う他の手段が使用され なけれ ばならない（そうでない限り、すなわち、ディスプレイは単色の像を表示するた めに使用され、光源１は狭スペクトルバンド幅を有する。）。代替の方法は以下 のものを含む。 ・厚いホログラフィック記録媒体を使用するフルカラーホログラフィー。この 場合は、ホログラム３のブラッグ角（Bragg's angle）の状態が所望の波長域の ほとんどを効果的に抑制する。これはホログラム３の反射及び透過バージョンの 両方で実用的である。 ・挟スペクトルバンド幅を有する複数の光源１ｒ、１ｇ、１ｂを備えたホログ ラム３の再生。この場合は、光源が各々異なる入射角を有するような配置の採否 により、再生像５ｒ、５ｇ、５ｂが十分な精度で空間的に重なり合うように配置 される。 ・ホログラム３の再生における分散の補償技術の使用。これは、等しく、反対 の色分散を与えるように設計され、配置された少なくとも一つの他の回折光学素 子（典型的にはホログラフィック技術を使用して製作されるもの）を含む。この 配置は、しばしば（ａ）ホログラム３と追加の光学素子の集合する光学的エネル ギーが低くなくてはならず、（ｂ）正の光学的エネルギーを備えた追加の光学素 子（例えば、レンズ又はミラー）の使用を必要と する。さらに、観察者に見えることになる０次光を抑制するため、ルーバースク リーン（louvred screen）もまたホログラム３と追加の回折光学素子の間に必要 とされる。 ・観察開口５のそれぞれ赤、緑および青の像が十分な精度で重なり合うように 、異なってフォーカスされたいくつかのビーム光２ｒ、２ｇ、２ｂを与える追加 のホログラフィック／回折光学素子の使用。 先の形態に対し興味のある変更例は、次のように記録工程を複雑にすることで ある。３つの拡散線が使用され（図７ａの１２ａ、１２ｂ、１２ｃに相当）、こ れらは、与えられた観察位置から、これらのそれぞれの分散した像が赤、緑及び 青−集まったものが白−として観察されるように配置される必要がある。画素セ ット９ｌ、９ｒの間に分離されるのと同様に、それらはまた画素サブセット９ｌ 赤、９ｌ緑、９ｌ青及び９ｒ赤、９ｒ緑、９ｒ青に分離され、ＬＣＤ８の画素が 分離され赤、緑又は青の像を左眼に与え、同様に、赤、緑又は青の像を右眼に与 える。あたかもカラーＬＣＤのように扱われるグレイスケールＬＣＤに関連して 使用される際には、表示される像もまたフルカラーである。演色は、現在使用さ れる型押しホログラムのような「フルカラー」「レインボウ」 ホログラムによって表示されるものと非常に似通っている。反射ホログラムを使 用すれば、演色は垂直方向により安定する。この方法は、６つのマスク（１６赤 、１６緑、１６青、１７赤、１７緑及び１７青）が必要とされるが、決して完全 には実行できないという事実により、確かに複雑である。 先の記載においては、ホログラム３が単一の光源によって照明される際には、 一つのステレオスコープ観察ゾーンが生み出されるということを仮定してきた。 多数の光源なくして複数のそのような位置を与えるようにホログラム３を製作す ることが可能である。これは、各左右の観察に対する複数の拡散ゾーンの記録を 必要とする。他の全ての面でホログラフィック方法は同じである。図１５は最終 結果を表し、光源１はＬＣＤとホログラムの結合３、８を照明する。この場合、 ホログラム３は左の観察ゾーンに対し３つの位置及び右の観察ゾーンに対しこれ らに対応する３つの位置に拡散体を備えて製作されている。使用にあたり、これ らの拡散体は、３つの分離したステレオ観察ゾーンを形成するように再生し、左 右のペア５ｌａ及び５ｒａは一つの位置に形成し、そのことにより一つのステレ オ観察位置を与える。一方、他のペア５ｌｂ、５ｒｂ及び５ｌｃ、５ｒｃは同時 にさらに ２つのステレオ観察位置を形成する。ホログラム３からの各ステレオ観察位置の 距離及び高さは同一である必要はなく、任意の数のそのようなステレオ観察位置 が与えられ得ることは明らかである。 ここで議論する価値のあるＨ２ホログラム３のいくつもの製作方法が存在する 。 上述した図８に示す場合は、良く知られたオフアクシス透過ホログラム（off axis transmission hologram）技術を使用し、参照ビーム２６及び再生ビーム２ はフリースペース（光学的性能に役立つミラーやレンズの組み込み、及び／又は 実際のディスプレイの構造に関わらず）を通してホログラム３を照明する。これ らの代替は基板被挟導波（ＳＧＷ）技術を使用することであり、光ビームはホロ グラム基板２７により、しばしば、全内面反射現象を使用することにより案内さ れる。 ２つの基本的な配置が図９及び図１０に表されている（これらの図面は尺度は 合わされていない。）。これらを図８と比較すると、参照ビーム（ここでは、た だ一つの光線２６として表されている）が、開先によりホログラム３の基板２７ の中に入ることに気付くであろう（ビーム２６をプリズムや回折格子を含む基板 の中に組み込ませる他の多くの方法があることが理解されるであろう。） 。次にビームは内面反射を受け、感光層２１に入射する。ここで、ビームは物体 光と干渉し透過型ホログラムを製作する。図１０は同じであるが、基板２７の反 対側に位置する感光層２１を備えた形態を表す。このような配置は、フルカラー 使用のためであって、適切に選択された３つの波長で動作するべき屈折ホログラ ムを製作する。 よりコンパクトなディスプレイを製作するのと同様に、ＳＧＷモードは他の光 学素子を導入するために使用され得る。前記他の光学素子は、機械的に再生され たバージョンのホログラフィック表面が表面レリーフの形態である場合に、非常 に経済的な生産と複雑な光学的性能を可能にする。我々は２、３の可能性に言及 する。 図１１はＳＧＷ透過ホログラム３（しかし、必要な変更を加えて反射モードに もなり得る）の斜視図である。光源１は、ホログラフィック表面２１及びさらに 光学部品を備えた基板２７からなるホログラム３の中にまたは近接して装着され る。光源１により照射される光２は基板２７を通って、湾曲状で反射コーティン グを備えた底面２８に突き当たるまで下方に進む。次に、ビーム２は反射し、フ ォーカスされ、ホログラフィック表面２１に向かって方向付けられる。該表面で は、ビームは回折し、先に述べたように像５ｌ及び５ｒを形成する波面４を形 成する。明瞭な図示のために一定の光線のみを表したことは認識されるであろう 。図１１に示した形態は多くの実用上の利点を有する。それは、型成形工程にお いて、ホログラフィック表面２１がレリーフ構造として製作される型成形技術に より一つのユニットとして製作され得る。光ビーム２は、型成形された構造を使 用し、すなわち、鏡面２８及び（図示されていないが）基板２７への入射点の両 方でフォーカスされ得る。観察ゾーン５を移動できるようにし、移動する観察者 を追跡する能力を与え、最大限の分解能の２Ｄ操作を可能にするために、複数の 光源が使用され得る。 ２Ｄ適合性のために多数の光源を使用することの代替として、従来の拡散性バ ックライトをホログラム３の後ろに与えることができる。該ホログラムはホログ ラフィック表面２１及び基板２７を通って明瞭に見ることができる。このような システムは、頑丈かつコンパクトであるとともに生産面で経済的である。 図１２は、その他の変更例を表し、好都合に（必要ではないけれども）ＳＧＷ ホログラムとして製作され得る。光源１により照射される光２ｍは、最初にオプ ションの集光用光学部品（例えばレンズ）を透過し、基板２７の中に入り、基板 ２７の遠い面の光学部品２９に入射する。 光学部品２９は少なくとも、向け直された光２ｐが正しい角度でホログラフィッ ク表面２１に入射するように、光２ｎを方向付けるという機能を発揮する。この 基本的機能に加え、光学部品２９は、ホログラム２１と組み合わせた際に分散の 補償に影響するホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）として製作され得る。図示 の場合、光学部品２９は、外面に反射コーティングを有する表面レリーフ透過ホ ログラフィック光学素子である。光学部品２８は、ＨＯＥ２９と組み合わさった ホログラム２１が光学的エネルギーを有さない場合に、光学的エネルギーを与え ることにより分散の補償に役立つように使用され得る（あるいは、素子２９は、 光２ｎを向け直しオプションで集光する、反射ＨＯＥ又は実際に反射光学部品で あり得る。）。 ホログラム３の照明を案内する基板の使用にはさらに多くの変更例が存在する 。 ホログラム３の縞構造を計算し、非光学的手段（例えば、ｅビーム（e-beam） を使用して製作することにより、等しい光学的性能が達成され得る場合もまた存 在する。 最初の方に記載したように、ホログラフィック光学素子３は「ワンステップ」 技術を使用して製作しても良い。ワンステップ方法はたぶん多くの方法で実施さ れる。単 純なものは添付の図１３に表されている。最初にマスター（Ｈ１）ホログラムを 製作し、その像平面からＨ２複製を製作（すなわち、複製はＨ１により再生され る像の範囲内に位置決めされる）する代わりに、それ自身がＬＣＤと使用され得 るホログラムを製作する。図示の場合、ホログラムは、２回の露光の際マスク１ ６及びマスク１７によりマスキングされる。マスクは感光層に非常に近接し、拡 散性マスク１３の位置は先に述べた露光の間に移動せしめられる。 遠距離焦点集光用光学部品−例えば、広開口低Ｆナンバーのレンズ−を使用し 、記録すべき物体の実像をフォーカシングする他の種類のワンステップホログラ ムが存在し、ホログラフィックプレートは実像の「中」に置かれる。 いかなる３Ｄ像も、物体のサイズを代表的なものとみなす物体情報を与える。 自動ステレオスコープディスプレイでは、像のサイズはディスプレイの認識され るサイズにより制限される。そのため、自動ステレオスコープの能力を維持する に際しディスプレイの見かけのサイズを拡げることが好都合である。これを現在 の基本的ディスプレイで実施する方法について述べる。前記方法は、ちょうど大 きな物体が小さな窓から観察され得るように、 窓の向こうに３次元シーンをあらわにする窓として想像され得る。したがって、 物体の３Ｄ像は、記載される比較的小さな自動ステレオスコープ「窓」を通して 全サイズ観察され得る。 図１４の符号３０は既に述べた光源１、ＬＣＤ８及びホログラム３を組み込ん だ自動ステレオスコープディスプレイである。ＬＣＤ８及びホログラム３の平面 が示されている。ホログラムは、ゾーン５ｌ及び５ｒの実像を、図１３の場合に は虚像３１を与えるために作成され得る。正の光学的エネルギーを備えた光学素 子３２が与えられ、ディスプレイ３０のスクリーン３、８が光学素子３２とその 焦平面との間に存在するように位置決めされる。ドット線で示した単純な軌跡は 、スクリーン３、８の拡大された虚像３３が形成されることを示す。この像３３ は、使用するステレオスコープの原理により生成される３次元像として、観察者 ３５から同等の距離に存在するよう、好適に位置決めされる（そのことにより、 奥行き認識と視力調節機能との間の矛盾を最小化する。）。虚像３１は光学部品 ３２により実像３４を形成するようフォーカシングされ、意図する観察位置に都 合良く位置決めされる。正確な幾何学によれば、虚像３１の位置は調整され、あ る場合には、光学部品３２により再フォーカシングさ れる際に実像のままである実像として最初に好都合に形成されることがわかるで あろう。また像３１は無限遠に位置され得る。 このようなディスプレイの機能は、各眼が異なる像を観察し、与えられる像が ステレオペアである先に述べたものと同じであることが理解され得る。観察者は あたかも窓の向こうのように、光学部品３２の向こうに３次元像を観察する。光 学部品３２は屈折し、反射し又は回折するものとされ得る（各場合に、像は機能 的に同じように形成されるが、図は適切なように変更される必要がある。）。 素子の光学特性がＬＣＤの画素を不鮮明させるように配置されていれば好都合 である。これはフレネルレンズで非常に容易に発生するような最小限度の収差を 導くことにより達成され得る。回折素子の場合、これは、わずかに不鮮明た像が 生成されるように設計することにより、又は、色分散にかかわらず発生する不鮮 明を使用することにより達成され得る。回折光学素子（これは、この場合おそら くホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）である。）の使用は一定の利点を有する 。ＨＯＥは透明であり、それにより、窓の影響を強調し、窓の向こうに観察され る実シーンで像がスーパーインポーズされるようにする。 ＨＯＥはまた、一人以上の観察者が同時にシーンを楽しむことを可能とする他の 方法を生み出す、多くの独立の焦点を備えて製作され得る。ＨＯＥは通常、好都 合かつ簡潔な構造を与えるオフアクシスで動作する。それらはまた像を非ピクセ ル化（de-pixelating）する制御可能な方法をも可能にする（ＨＯＥを製作する のに使用する一つ以上の光源を拡大する。）。 ＨＯＥが使用されるならば、多くの問題を扱う必要がある。特に、フルカラー 像を生成するためにディスプレイが必要とされるならば、色分散の問題が扱われ なければならない。一つの解決策は、３つの適切な波長に同調されたＨＯＥを使 用することである。別の解決策は、適切に選択された光源により又はフィルタリ ングにより与えられる３つの波長で単色光を使用することである。ＨＯＥが製作 される方法によれば、これは３つのグレイスケール自動ステレオスコープディス プレイ３０が使用されることを意味し、また、それらが光学的に異なる位置に配 置される必要があることも意味する（これは、機械的に、波長選択ミラーで光学 的に、追加の回折素子で光学的に達成され得る。）。 ディスプレイデバイスは、また、一人以上の観察者の独立のアイトラッキング のためのシステムを含む（我々 の特許出願ＰＣＴ／ＧＢ９３／０１７０９で、より十分に記載されている。）。 観察者が頭を動かすとき、観察ゾーンを正しく位置決めするために、光源は（効 果的に）移動せしめられる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年６月１４日 【補正内容】 明細書 ディスプレイデバイス 本願発明はホログラフィック光学素子を組み込んだディスプレイデバイスに関 する。 我々の先願ＷＯ９３／０２３７２号明細書中で、ホログラフィック光学素子を 組み込んだディスプレイ装置について言及している。ホログラフィック光学素子 への入射光は単一の観察ゾーン（viewing zone）に向けられる。光源を移動せし めることにより、観察ゾーンの位置は移動可能である。時間的に交替する左右の 像は、交互の位置からスクリーンに投影され、それにより、像はそれぞれ左手側 及び右手側の観察ゾーンで交互に観察可能である。 本願発明の第１の面によれば、少なくとも２組のホログラム領域を有するホロ グラフィック光学素子を備えたディスプレイデバイスを与える。第１の組の領域 は、第２の組の隣り合う領域に両側から挟まれ又は相互に重なり合い、各組の領 域への入射光が拡散性光源の複数の実像又は虚像のうちそれぞれ一つ以上を生成 するために回折するように製作される。像生成手段は複数の像素子を備える。第 １の組のホログラム領域により回折する光が対応する第１の組の像素子を透過す るように、さらに、 第２の組のホログラム領域により回折する光が対応する第２の組の像素子を透過 するように、ホログラフィック素子とそのホログラム領域は配置され設計される 。 本願発明の第２の面によれば、少なくとも２組のホログラム領域を有するホロ グラフィック光学素子を備えたディスプレイデバイスを与える。第１の組の領域 は、第２の組の隣り合う領域に両側から挟まれ又は相互に重なり合い、各組の領 域への入射光が拡散性光源の複数の実像又は虚像のうちそれぞれ一つ以上を生成 するために回折するように製作される。像生成手段は複数の像素子を備える。像 生成手段の第１の組の像素子を透過した光が、第１の組のホログラム領域により 回折するように、さらに、像生成手段の第２の組の像素子を透過した光が、第２ の組のホログラム領域により回折するように、ホログラフィック光学素子とその ホログラム領域は配置され設計される。 各組はホログラフィック光学素子のかなりの部分を横切って延びる単一の領域 を備えてもよい。しかしながら、典型的には各組の領域は領域のアレイを備える 。 典型的には、アレイを形成する領域は互いに横方向にずれている（例えば、垂 直方向及び／又は水平方向に）。 アレイの各領域は典型的には間隔を保ちアレイの隣り また、各組の領域は典型的には他の組の領域から横方向にずれている。アレイ 内の領域は他のアレイの領域に重なり合っても良い。しかしながら、典型的には 各アレイの領域は他のアレイの領域に重なり合わない。 請求の範囲 １．少なくとも２組のホログラム領域を有するホログラフィック光学素子を備え たディスプレイデバイスであって、第１の組の領域は、第２の組の隣り合う領域 に両側から挟まれ又は相互に重なり合い、各組の領域への入射光が拡散性光源の 複数の実像又は虚像のうちそれぞれ一つ以上を生成するために回折するように製 作され、像生成手段は複数の像素子を備え、第１の組のホログラム領域により回 折する光が対応する第１の組の像素子を透過するように、さらに、第２の組のホ ログラム領域により回折する光が対応する第２の組の像素子を透過するように、 ホログラフィック素子とそのホログラム領域が配置され設計されているディスプ レイデバイス。 ２．少なくとも２組のホログラム領域を有するホログラフィック光学素子を備え たディスプレイデバイスであって、第１の組の領域は、第２の組の隣り合う領域 と両側から挟まれ又は相互に重なり合い、各組の領域への入射光が拡散性光源の 複数の実像又は虚像のうちそれぞれ一つ以上を生成するために回折するように製 作され、像生成手段は複数の像素子を備え、像生成手段の第１の組の像素子を透 過した光が第１の組のホログラム領域により回折するように、さらに、像生成手 段の第２の組の像素 子を透過した光が第２の組のホログラム領域により回折するように、ホログラフ ィック光学素子とそのホログラム領域が配置され設計されているディスプレイデ バイス。 ３．像生成手段は液晶アレイと該液晶アレイを照明する手段とを備え、各像素子 は液晶アレイの一つ以上の画素を備えた請求項１又は２に記載のディスプレイデ バイス。 ４．ホログラフィック素子は像生成手段から間隔を保っている請求項１から３の いずれかに記載のディスプレイデバイス。 ５．ホログラフィック光学素子は像生成手段に隣接して存在する請求項１から４ のいずれかに記載のディスプレイデバイス。 ６．像生成手段の照明を変え、それにより、実像又は虚像によって形成される観 察ゾーンが移動するための手段を更に備える請求項１から５のいずれかに記載の ディスプレイデバイス。 ７．照明を変える手段は照明源の位置を変える手段を備えた請求項６に記載のデ ィスプレイデバイス。 ８．像素子は左手側及び右手側のステレオスコープ像を定め、その各々はそれぞ れの観察ゾーンに向けられ、ディスプレイは使用に際しステレオスコープ像を与 える請求項１からの７いずれかに記載のディスプレイデバイス。 ９．左手側及び右手側の像は複数の観察ゾーンに向かって各々方向付けられ、そ れにより、ディスプレイは使用に際し複数の観察位置から同時にステレオスコー プ像を与える請求項８に記載のディスプレイデバイス。 １０．像素子のアレイとホログラフィック光学素子の虚像を生成し、観察ゾーン の実像を形成する集光用光学部品をさらに備え、各像は使用に際し観察ゾーンの 実像のそれぞれの一つを通して観察される請求項１から９のいずれかに記載のデ ィスプレイデバイス。 １１．複数の像は互いに２次元像を備える請求項１から１０のいずれかに記載の ディスプレイデバイス。 １２．デバイスは拡がった光源又は複数の光源を備え、そのことにより、左右の 観察ゾーンは観察者の両眼が両方の像を観察可能なように重なり合い、それによ って、２次元ディスプレイの最大限の分解能を与える請求項１１に記載のディス プレイデバイス。 １３．ホログラフィック光学素子を同時に照明する複数の光源を備え、そのこと により、複数の観察位置が与えられる請求項１から１２のいずれかに記載のディ スプレイデバイス。 １４．像生成手段は単色（グレイスケール）像生成手段を備え、そのことにより 、カラー像が複数の色分離の形 態で像生成手段に表示され、各色分離が１セットの画素により表示され、一つの 色分離を表示する１セットの画素が他の色分離された像のいかなる部分も表示し ない請求項１から１３のいずれかに記載のディスプレイデバイス。 １５．像生成手段は、ＨＯＥの一定の領域が一つの色分離を表示する画素とちょ うど関連し、他の領域が他の色分離を表示する画素とちょうど関連するように配 置されたＨＯＥと結合し、そのことによって、各組の領域により観察者に向かっ て回折する光の波長が、関連する画素セットにより表示される色分離の色に相当 し、全体がフルカラーの２次元又は３次元像を表示するように配置される請求項 １４に記載のディスプレイデバイス。 １６．各組の領域は領域のアレイを備える請求項１から１５のいずれかに記載の ディスプレイデバイス。 １７．アレイの各領域はアレイの隣り合う領域と間隔を保ち、重なり合わない請 求項１６に記載のディスプレイデバイス。 １８．各組の領域は、ホログラフィック光学素子に対して複数の異なる位置のう ち一つ以上で、１又は２以上の拡散性光源のホログラフィック記録を備える請求 項１から１７のいずれかに記載のホログラフィック光学素子。 １９．拡散性光源又は複数の拡散性光源は、ホログラフィック記録の間、ホログ ラフィックプレートに対し無色角で傾けられている請求項１８に記載のディスプ レイデバイス。 ２０．ホログラフィック光学素子は基板被挟導波デバイスとして製作される請求 項１から１９のいずれかに記載のディスプレイデバイス。 ２１．ディスプレイデバイスは拡散性バックライトを備える請求項２０に記載の ディスプレイデバイス。 ２２．各組の領域は、開口のアレイを備えるマスクを使用して製作されたホログ ラフィック記録を備える請求項１から２１のいずれかに記載のディスプレイデバ イス。 ２３．各組の領域は、ホログラフィック光学素子に入射する回折光に適合して開 口のアレイの像を形成する請求項１から２２のいずれかに記載のディスプレイデ バイス。 ２４．開口のアレイは複数の像素子に一致する請求項２２又は２３に記載のディ スプレイデバイス。 ２５．ホログラフィック光学素子は、例えば型成形や型押しによって製作される 表面レリーフホログラムであり、又は、例えばフォトポリマー、重クロム酸ゼラ チンあるいはハロゲン化銀で製作される体積（volume）ホログラムである請求項 １から２４のいずれかに記載のホログラ フィック光学素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 トレイナー デビッド ジョン イギリス イー２ ８エヌエイチ ロンド ン ヨークトン ストリート ６ オーガ スチンズホール

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも２組の領域を備え、各組の領域は、他の組の領域と異なり、他 の組の隣り合う領域に両側から挟まれ又は相互に重なり合い、各組の領域への入 射光が複数の観察ゾーンのうちの１又は２以上に各々向けられるように作成され たホログラフィック光学素子。 ２．各組の領域は領域のアレイを備える請求項１に記載のホログラフィック光 学素子。 ３．アレイの各領域は該アレイにおける隣り合う領域と間隔を保ち、重なり合 わない請求項２に記載のホログラフィック光学素子。 ４．各組の領域は、ホログラフィック光学素子に対して複数の異なる位置のう ち一つ以上で、１又は２以上の拡散性光源のホログラフィック記録を備える請求 項１から３のいずれかに記載のホログラフィック光学素子。 ５．各組の領域は、開口のアレイによりマスキングされるホログラフィック記 録を備える請求項１から４のいずれかに記載のホログラフィック光学素子。 ６．各組の領域は、ホログラフィック光学素子に入射する回折光に適合して１ 又は２以上の拡散性光源の像を形成し、各像は各々の観察ゾーンの開口を備える 請求項１から５のいずれかに記載のホログラフィック光学素子。 ７．各組の領域は、ホログラフィック光学素子に入射する回折光に適合して、 開口のアレイの像を形成する請求項１から６のいずれかに記載のホログラフィッ ク光学素子。 ８．像は実像である請求項６又は７に記載のホログラフィック光学素子。 ９．ホログラフィック光学素子は、例えば型成形や型押しによって製作される 表面レリーフホログラムであるか、又は、例えばフォトポリマー、重クロム酸ゼ ラチンあるいはハロゲン化銀で製作される体積（volume）ホログラムである請求 項１から８のいずれかに記載のホログラフィック光学素子。 １０．請求項１から９のいずれかに記載のホログラフィック光学素子と、複数の 像を定める像生成手段であって、各々が像素子のそれぞれのアレイに相当するも のとを備え、ホログラフィック素子の各組の領域は、像素子のアレイのうちただ 一つに相当する光をそれぞれの観察ゾーンに向けるディスプレイデバイス。 １１．開口のアレイは像素子のアレイに一致する請求項１０及び５又は７に記載 のディスプレイデバイス。 １２．像生成手段は液晶アレイ及び液晶アレイを照明する手段を備え、像素子は 液晶アレイの一つ以上の画素を 備える請求項１０又は１１に記載のディスプレイデバイス。 １３．ホログラフィック光学素子は、像素子アレイの観察ゾーンから遠ざかる側 に存在する請求項１０から１２のいずれかに記載のディスプレイデバイス。 １４．ホログラフィック素子は像素子のアレイから間隔を保っている請求項１３ に記載のディスプレイデバイス。 １５．ホログラフィック光学素子は像素子のアレイに隣接し、観察ゾーンと同じ 側に存在する請求項１０から１２のいずれかに記載のディスプレイデバイス。 １６．液晶アレイの照明を変化させ、そのことにより観察ゾーンが移動する手段 を更に備える請求項１２に記載のディスプレイデバイス。 １７．照明を変化させる手段は、照明の光源の位置を変化させる手段を備える請 求項１６に記載のディスプレイデバイス。 １８．複数の像は左手側及び右手側のステレオスコープ像を備え、その各々は、 使用に際しディスプレイがステレオスコープ像を与えるそれぞれの観察ゾーンに 向けられている請求項１０から１７のいずれかに記載のディスプレイデバイス。 １９．左手側及び右手側の像は複数の観察ゾーンに向か って各々方向付けられ、そのことにより使用に際しディスプレイは複数の観察ゾ ーンから同時にステレオスコープ像を与える請求項１８に記載のディスプレイデ バイス。 ２０．それぞれの観察ゾーンに関係した複数の位置で、一つ以上の拡散性光源の ホログラフィックプレートにホログラフィック記録を製作することを備えた請求 項１から９のいずれかに記載のホログラフィック光学素子又は請求項１０から１ ９のいずれかに記載のディスプレイデバイスに組み込まれるホログラフィック光 学素子の製造方法。 ２１．第１の位置で、光源の第１のマスターホログラフィック記録を製作し、第 ２の位置で、光源の同じ又は異なるホログラフィックプレートに第２のマスター ホログラフィック記録を製作することを備えた請求項２０に記載の方法。 ２２．ホログラフィック光学素子を、マスターホログラフィック記録から得られ た透過ホログラムとして記録することを更に備えた請求項２０又は２１に記載の 方法。 ２３．ホログラフィック記録、マスターホログラフィック記録又は透過ホログラ ムは開口のアレイを定めるマスクと共に記録される請求項５又は７のいずれかに 記載のホログラフィック素子を製作するための請求項２０から ２２のいずれかに記載の方法。 ２４．拡散性光源はホログラフィックプレートに対し無色角で傾けられている請 求項２０から２３のいずれかに記載の方法。 ２５．素子は基板被挟導波デバイスとして製作される請求項１から９のいずれか に記載のホログラフィック素子又は請求項１０から１９のいずれかに記載のディ スプレイデバイスに組み込まれたホログラフィック素子。 ２６．像素子のアレイとホログラフィック光学素子の虚像を生成し、観察ゾーン の実像を形成する集光用光学部品をさらに備えた請求項１０から１９のいずれか に記載のディスプレイデバイス。 ２７．複数の像は互いに２次元像からなる請求項１０から１７のいずれか又は１ ９又は２６に記載のディスプレイデバイス。 ２８．デバイスは拡張光源又は複数の光源を備え、そのことにより、左右の観察 ゾーンは観察者の両眼が両方の像を観察可能なように重なり合い、それによって 、２次元ディスプレイの最大限の分解能を与える請求項２７に記載のディスプレ イデバイス。 ２９．ディスプレイデバイスは拡散性バックライトを備えた請求項２５に記載の ディスプレイデバイス。 ３０．ホログラフィック光学素子を同時に照明し、そのことにより複数の観察位 置が与えられる複数の光源を備えた請求項１０から１９のいずれか又は２６から ２９のいずれかに記載のディスプレイデバイス。 ３１．像は虚像である請求項６又は７に記載のホログラフィック光学像。 ３２．像生成手段は単色（グレイスケール）ＬＣＤを備え、そのことにより、カ ラー像が複数の色分離の形態でＬＣＤに表示され、各色分離が１セットの画素に より表示され、一つの色分離を表示する１セットの画素が他の色分離された像の いかなる部分も表示しない請求項１０から１９のいずれか又は２６から３１のい ずれかに記載のディスプレイデバイス。 ３３．ＬＣＤは、ＨＯＥの一定の領域が一つの色分離を表示する画素とちょうど 関連し、他の領域が他の色分離を表示する画素とちょうど関連するように配置さ れたＨＯＥと結合し、そのことによって、各組の領域により観察者に向かって回 折する光の波長が、関連する画素セットにより表示される色分離の色に相当し、 全体がフルカラーの２次元又は３次元像を表示するように配置される請求項３２ に記載のディスプレイデバイス。