專利名稱：光學(xué)式顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示圖像信息或字符信息的光學(xué)式顯示裝置。
背景技術(shù)：
近年來，顯示圖像信息或字符信息的光學(xué)式顯示裝置被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。其一例是被廣泛地用于交通信息顯示牌、游覽導(dǎo)向牌、或宣傳廣告牌等中的電光式的光學(xué)式顯示裝置，例如在特開平6-228921號公報、特開平7-129108號公報、特開平7-140912號公報、特開平8-6513號公報、特開平8-158322號公報、特開平8-160894號公報等中公開了相關(guān)的技術(shù)。以下，首先參照附圖，說明光學(xué)式顯示裝置的最一般的實(shí)例之一的內(nèi)部設(shè)有熒光燈的光學(xué)式道路標(biāo)識。但，除此之外，還知道有內(nèi)部安裝了LED或EL元件進(jìn)行自行發(fā)光顯示的標(biāo)識、或者用光導(dǎo)纖維或?qū)Ч獍逡龑?dǎo)來自光源的光的標(biāo)識等各種采用現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)。
圖1A是表示現(xiàn)有的光學(xué)式道路標(biāo)識的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，圖1B是其正視圖。具體地說，156表示標(biāo)識顯示牌，157表示環(huán)形熒光燈管，158表示標(biāo)識本體，159表示標(biāo)識支柱。
標(biāo)識顯示牌156是將標(biāo)識圖形印刷在半透明的樹脂上構(gòu)成的，用環(huán)形熒光燈管157的光從標(biāo)識內(nèi)部一側(cè)照亮該圖形，即使在夜間也能識別標(biāo)識。標(biāo)識本體158支撐環(huán)形熒光燈管157和標(biāo)識顯示牌156，將其支撐在標(biāo)識支柱159上，并設(shè)置在道路的側(cè)面墻壁或隧道天花板等上面。
可是，上述現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)有以下問題。
首先，由于標(biāo)識圖形被印刷在半透明的樹脂上或用彩色樹脂構(gòu)成，作為光源的環(huán)形熒光燈管157發(fā)出的光多半被該樹脂吸收，所以顯示不夠亮。
第二，由于所采用的結(jié)構(gòu)是利用標(biāo)識本體158支撐包括標(biāo)識顯示牌156及熒光管(光源)157的顯示部分，所以包括顯示部分的部分大、而且重。再者，支撐它的標(biāo)識支柱159也必須堅固，整體結(jié)構(gòu)變得更大、而且重。
第三，由于該結(jié)構(gòu)的原因，必須以大而突出的形態(tài)設(shè)置在作為安裝面的道路的側(cè)面墻壁或隧道天花板等上面，所以如果由于某種原因，人、車、或運(yùn)輸物品等移動體與其接觸，則會造成顯示裝置本身的損壞，同時還會造成移動體的損傷。另外，為了避免發(fā)生這樣的事故，就必須確保大的設(shè)置空間，很不經(jīng)濟(jì)。
上述的問題不僅是圖1A及圖1B中作為現(xiàn)有例示出的內(nèi)部設(shè)有熒光燈的光學(xué)式道路標(biāo)識的問題，而且在LED等自行發(fā)光式結(jié)構(gòu)、或者用光導(dǎo)纖維或?qū)Ч獍逡龑?dǎo)來自光源的光的形態(tài)的結(jié)構(gòu)的情況下也一樣。另外，不限于上述的道路標(biāo)識，一切利用來自光源的光照射應(yīng)顯示的圖形的形式的光學(xué)式顯示裝置都存在相同的問題。
因此，作為能解決以上問題的結(jié)構(gòu)，考慮了采用全息圖的結(jié)構(gòu)。
以下，首先說明一般的現(xiàn)有技術(shù)的全息圖的形成原理、以及使用這種現(xiàn)有的全息圖的圖像信息的顯示(再生)原理。
圖2A是示意性地表示一般的全息圖的形成原理圖。
即，利用從激光光源發(fā)射的物體照明光IL照射被拍攝體0，形成具有關(guān)于被拍攝體O的形狀等的信息的物體光OL，入射到全息干板H1上。另外，同時用分光器等分離從與物體照明光IL相同的激光光源發(fā)射的光，形成參考光RL1，將所形成的參考光RL1從斜向入射到全息干板H1上。因此，物體光OL和參考光RL1的干涉條紋被記錄在全息干板H1上。以下將記錄了這樣的干涉條紋(有被拍攝體O的信息)的全息干板H1稱為“全息板H1”。
圖2B是示意性地表示由圖2A形成的全息板H1的再生原理圖。
即，使來自與制成全息板H1時使用的光源相同的的光源的光即再生照明光RI1沿著與參照光RL1(參照圖2A)相同的路徑傳播，照射在全息板H1上。因此，有記錄在全息板H1上的被拍攝體的信息的光(再生光)R1被再生，在最初放置被拍攝體的位置上觀察到再生圖像I1。
可是，在以上的方式中，作為全息板H1的制成時及再生時的光源，必須使用激光光源，所以存在不能降低成本、處理復(fù)雜等問題。
與此不同，在以下說明的反射型全息圖的情況下，能再生使用了白色光的全息圖像。
在制作反射型全息圖時，如圖3A所示，首先從與圖2B所示的再生照明光RI1相反的方向，使再生照明光(激光)RI21照射在用圖2A所示的方法制成的全息板H1上。因此，從全息板H1再生朝向被拍攝體所在位置的再生光R21，在被拍攝體所在位置上，使被拍攝體的實(shí)像(再生像)I21再生。其次，如圖3B所示，將新的全息干板H2置于距離被拍攝體的再生像I21的距離為z0的位置，從與全息板H1相反的方向，使參照光RL2沿斜向入射到該全息干板H2上。用分光器等分離從與發(fā)射再生照明光RI21相同的激光光源發(fā)射的光，形成該參照光RL2。因此，再生照明光RI21和參照光RL2的干涉條紋被記錄在全息干板H2上。以下將作為反射型全息圖記錄了這樣的干涉條紋(有被拍攝體的信息)的全息干板H2稱為“反射型全息板H2”。
圖3C是示意性地表示如上形成的反射型全息板H2的再生原理圖。
即，用沿著與圖3B中的參照光RL2正相反的方向傳播的再生照明光RI22(來自與反射型全息板H2相距為某一距離的點(diǎn)光源的白光)照射反射型全息板H2。因此，具有被記錄在反射型全息板H2上的被拍攝體的信息的再生光R22被再生，在被拍攝體最初所在位置形成再生像I22。
在反射型全息圖的情況下，由于光的繞射特性(繞射效率)的波長選擇性(色選擇性)高，所以利用制作全息圖時使用的激光的波長附近的光，就能使像I22再生。因此，通過重疊，還能再生彩色圖像?？墒牵绻硎景l(fā)射型全息干板H2的位置及再生像I22的顯示位置的距離z0大，則不能獲得清晰的再生像。
這里，參照圖3D及圖3E，進(jìn)一步說明反射型全息圖的再生像模糊的原因。
反射型全息圖的再生照明光RI22是白光。因此，再生照明光RI22中還包含著制作全息圖時使用的激光波長λ0以外的波長。如圖3E中的繞射效率與波長的關(guān)系曲線圖所示，在反射型全息圖的情況下，波長選擇性高，與制作全息圖時使用的激光波長(中心波長)λ0相差較大的波長的光幾乎不能被繞射。因此，只有中心波長λ0附近的波長的光才能被繞射，能使像I22再生?？墒?，這時實(shí)際上再生光R22中，還包括圖3D及圖3E中以λ1及λ2為代表的位于中心波長λ0附近的、與λ0不同波長的光，也同時形成由這些光產(chǎn)生的再生像，與由中心波長λ0產(chǎn)生的原來的再生像相重疊。受其影響，在到形成再生像I22的位置的距離z0被設(shè)定得大的情況下，再生像I22模糊。即，在反射型全息圖的情況下，如果遠(yuǎn)離制作時設(shè)定的距離z0，就不能看到清晰的再生像I22。這成為應(yīng)用于以清晰地傳遞所期望的信息為目的的道路標(biāo)識等光學(xué)式信息裝置時的極其重大的缺點(diǎn)。
如上所述，現(xiàn)有的一般的全息圖及應(yīng)用它的反射型全息圖被用作例如道路標(biāo)識這樣的光學(xué)式顯示裝置時，在成本方面及進(jìn)行準(zhǔn)確的信息顯示、傳遞等方面都存在很大的問題。
另一方面，還知道一種與以上說明過的全息圖顯示方法不同的彩色條(rainbow)全息照相的方法。
制作彩色條全息圖時，如圖4A所示，首先使再生照明光(激光)RI31從與圖2B所示的再生照明光RI1相反的方向，通過寬度為Δ的狹縫，照射在采用圖2A所示的方法制成的全息板H1上。因此，從全息板H1再生朝向被拍攝體所在位置的再生光R31，在被拍攝體所在位置上再生被拍攝體的實(shí)像(再生像)I31。其次，如圖4B所示，將新的全息干板H3置于距離被拍攝體的再生像I31的距離為z0的位置，從與全息板H1相同一側(cè)，使參照光RL3沿斜向入射到該全息干板H3上。用分光器等分離從與再生照明光RI31相同的個激光光源發(fā)射的光，形成該參照光RL3。因此，再生照明光RI31和參照光RL3的干涉條紋被記錄在全息干板H3上。以下將作為用彩色條全息照相的方法產(chǎn)生的透射型全息圖記錄了這樣的干涉條紋(有被拍攝體的信息)的全息干板稱為“彩色條全息板H3”。
圖4C是示意性地表示如上形成的彩色條全息板H3的再生原理圖。
即，用沿著與圖4B中的參照光RL3正相反的方向傳播的再生照明光RI32(來自與彩色條全息板H3相距為某一距離的點(diǎn)光源的白光)照射彩色條全息板H3。因此，具有被記錄在彩色條全息板H3上的被拍攝體的信息的再生光R32被再生，朝向制作時狹縫所在位置、且在被拍攝體最初所在位置形成再生像I32。
這樣形成的彩色條全息圖與反射型全息圖相比，能觀察到清晰的再生像。參照圖4D及圖4E說明其理由。
由于彩色條全息圖的再生照明光RI32是白光，所以再生照明光RI32中還包含著制作全息圖時使用的激光波長λ0以外的波長?？墒牵鐖D4E中的繞射效率與波長的關(guān)系曲線圖所示，在作為透射型全息圖的彩色條全息圖的情況下，波長選擇性低，能使比較寬的波長范圍的光繞射而發(fā)射再生光R32，能再生與不同波長的光對應(yīng)的像I32。但是，由于制作彩色條全息圖時使用狹縫，所以在不同的位置(即在空間分離的位置)分別形成由不同波長的光產(chǎn)生的再生像。例如，在圖4D及圖4E中，在與中心波長λ0的光產(chǎn)生的再生像不同的位置，同時形成以λ1及λ2為代表的由與中心波長λ0不同波長產(chǎn)生的再生像，在空間上不與由中心波長λ0產(chǎn)生的原來的再生像重疊。因此，在彩色條全息圖的情況下，能比較清晰地觀察到隨著觀察位置的變化而顏色不同的再生像I32。
觀察到隨著觀察位置的不同而顏色不同的再生像I32這一點(diǎn)是彩色條全息圖的名稱的由來。已提出以這一點(diǎn)為優(yōu)點(diǎn)的各種應(yīng)用?？墒牵硪环矫妫瑥牟噬珗D像再生的觀點(diǎn)來說，由這樣的觀察位置產(chǎn)生的再生像I32的顏色變化，成為不能再生所期望的彩色圖像的缺點(diǎn)。例如，在前面說明過的道路標(biāo)識的情況下，由于使用規(guī)定的顏色也構(gòu)成應(yīng)傳遞的信息的一部分，所以在以清晰地傳遞所期望的信息為目的的光學(xué)式信息裝置中應(yīng)用時，上述彩色條全息圖的特征成為極其重大的缺點(diǎn)。
發(fā)明的公開本發(fā)明就是考慮到以上現(xiàn)有的技術(shù)中的問題而完成的，其目的在于通過利用以新的方法為依據(jù)的全息圖技術(shù)，提供一種占用的空間小、能再生并顯示明亮且清晰的圖像信息的重量輕的光學(xué)式顯示裝置。
按照本發(fā)明某個方面提供的光學(xué)式顯示裝置備有全息元件和光源。該全息圖是反射型全息圖，它由以下兩種光形成，即由利用通過狹縫獲得的有被拍攝體的信息的光以及入射光路與有該被拍攝體的信息的該光不同的參照光形成，用來自該光源的光顯示該被拍攝體的再生像。利用這樣的特征，能達(dá)到上述目的。
在某一實(shí)施形態(tài)中，有上述被拍攝體的信息的上述光是使通過了上述狹縫的散射光照射在該被拍攝體上獲得的物體光。使光通過毛玻璃能形成上述散射光。
在另一實(shí)施形態(tài)中，有上述被拍攝體的信息的上述光是使透射型全息圖再生獲得的再生光，該再生光由以下兩種光形成，即由使通過了上述狹縫的散射光照射在該被拍攝體上獲得的物體光以及具有與該物體光不同的入射光路的照射光形成。使光通過毛玻璃能形成上述散射光。
在再一實(shí)施形態(tài)中，有上述被拍攝體的信息的上述光是該透射型全息圖的再生光，它是通過靠近記錄了該被拍攝體的像的透射型全息圖配置的上述狹縫獲得的。
在又一實(shí)施形態(tài)中，有上述被拍攝體的信息的上述光是該透射型全息圖的再生光，它是通過靠近記錄了該被拍攝體的像的透射型全息圖配置的上述狹縫、以及沿該狹縫的縱向且有母線的柱面透鏡獲得的。
上述參照光是使多條光束沿著與上述狹縫的縱向正交的方向重疊而獲得的。
上述光源最好是線狀光源。上述線狀光源被配置在與上述狹縫的縱向正交的面上或其附近。
在某一實(shí)施形態(tài)中，上述參照光將與上述狹縫的縱向正交的面作為入射面?；蛘?，上述參照光將與上述狹縫的縱向正交的面不同的面作為入射面。
按照本發(fā)明的另一方面提供的光學(xué)式顯示裝置是備有全息元件和光源的光學(xué)式顯示裝置。該全息圖是反射型全息圖，它由以下兩種光形成，即由利用沿一個方向散射的散射光獲得的有被拍攝體的信息的光、以及入射光路與有該被拍攝體的信息的該光不同的參照光形成，用來自該光源的光顯示該被拍攝體的再生像。利用這樣的特征，能達(dá)到上述目的。
在某一實(shí)施形態(tài)中，有上述被拍攝體的信息的上述光是使上述散射光照射在該被拍攝體上獲得的物體光。
在另一實(shí)施形態(tài)中，有上述被拍攝體的信息的上述光是使透射型全息圖再生獲得的再生光，該再生光由以下兩種光形成，即由使上述散射光照射在該被拍攝體上獲得的物體光、以及具有與該物體光不同的入射光路的照射光形成。上述參照光是使多條光束沿著與上述散射光的散射方向正交的方向重疊而獲得的。
在另一實(shí)施形態(tài)中，有上述被拍攝體的信息的上述光是該透射型全息圖的再生光，它是通過靠近記錄了該被拍攝體的像的透射型全息圖配置的上述狹縫獲得的。上述參照光是使多條光束沿著與上述散射光的散射方向正交的方向重疊而獲得的。
在某一實(shí)施形態(tài)中，上述散射光是使光通過雙凸透鏡形成的。
上述光源最好是線狀光源。上述線狀光源被配置在與上述散射光的散射方向正交的面上或其附近。
在某一實(shí)施形態(tài)中，上述參照光將與上述散射光的散射方向正交的面作為入射面?；蛘撸鲜鰠⒄展饽軐⑴c上述散射光的散射方向正交的面不同的面作為入射面。
如果采用本發(fā)明，則能提供這樣一種光學(xué)式顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)將多個顯示單元排列在配置面上且合成并顯示來自該多個單元的再生像，該多個單元中的每一個都是具有上述特征的本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置。
本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中的上述全息元件能將多個全息圖要素組合起來構(gòu)成。
本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中的上述全息元件能在柔性基板上形成。
本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中的上述全息元件可以攜帶。
本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中的上述光源可以是線狀光源，該線狀光源的長度及設(shè)置方向被設(shè)定成能獲得規(guī)定的再生像的識別范圍。
本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中的上述光源可以是線狀光源，通過將該線狀光源移動到入射平面外，能移動再生像的成像位置。
在某種情況下，本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置備有多個上述全息元件，用一個光源使該多個全息元件再生。
本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中的上述光源可以是線狀光源。在某種情況下，該線狀光源是熒光燈管、或熒光燈管和反射板的組合。
本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中的上述光源可以是由多面鏡和點(diǎn)光源構(gòu)成的線狀光源。
本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中的上述光源可以是由柱面反射鏡和點(diǎn)光源構(gòu)成的線狀光源。
本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中的上述光源可以是由利用反射鏡或透鏡聚焦成線狀光束構(gòu)成的線狀光源。
本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中的上述光源可以是由一列點(diǎn)光源構(gòu)成的線狀光源。
本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中的上述光源可以是由在二維顯示裝置上顯示的亮線構(gòu)成的線狀光源。
如果采用本發(fā)明，則能提供一種備有具有上述特征的本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置和信息通信裝置的光學(xué)式顯示系統(tǒng)。上述光學(xué)式顯示裝置能按三維形式顯示上述信息通信裝置的通信區(qū)域。能使上述光學(xué)式顯示裝置的顯示區(qū)域和上述信息通信裝置的上述通信區(qū)域一致。上述信息通信裝置能進(jìn)行信息的單向通信或交互通信。
按照本發(fā)明的另一方面提供的光學(xué)式顯示裝置備有圖像顯示裝置、成像光學(xué)系統(tǒng)、以及全息屏。該全息屏反射來自點(diǎn)光源的光，在與該點(diǎn)光源不同的位置形成點(diǎn)像，該成像光學(xué)系統(tǒng)能使在該圖像顯示裝置上顯示的圖像的縱向焦點(diǎn)在該全息屏上一致。利用這樣的特征，能達(dá)到上述目的。
在某一實(shí)施形態(tài)中，上述形成的點(diǎn)像是實(shí)像。
在另一實(shí)施形態(tài)中，上述形成的點(diǎn)像相對于上述全息屏來說，是在與上述點(diǎn)光源相反一側(cè)的位置形成的虛像。
在某一實(shí)施形態(tài)中，上述成像光學(xué)系統(tǒng)具有縱向和橫向互相獨(dú)立的成像功能，在該縱向上，使在上述圖像顯示裝置上顯示的圖像的縱向焦點(diǎn)在上述全息屏上一致，在該橫向上，焦距是可變的。
上述光學(xué)式顯示裝置還可備有使偏振光通過的方向呈兩眼正交的偏振光眼鏡。
如果采用本發(fā)明，則能提供一種多個顯示單元沿橫向配置的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，該多個顯示單元中的每一個都是具有上述特征的本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置。
另外，如果采用本發(fā)明，則能提供一種多個顯示單元沿深度方向配置的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，該多個顯示單元中的每一個都是具有上述特征的本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置。
上述圖像顯示裝置能包括從LED、CRT、高分子分散型液晶面板、或有機(jī)EL面板選擇的顯示元件、以及偏振光開關(guān)元件。
另外上述偏振光開關(guān)元件可以包括強(qiáng)電介質(zhì)液晶面板。
附圖的簡單說明圖1A及圖1B是分別表示現(xiàn)有的光學(xué)式道路標(biāo)識的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖及正視圖。
圖2A是表示一般的現(xiàn)有的全息圖的制作原理圖。
圖2B是示意性地表示由圖2A形成的全息圖的再生原理圖。
圖3A及圖3B是示意性地分別表示現(xiàn)有的反射型全息圖的制作原理圖。
圖3C是示意性地表示在圖3A及圖3B中形成的反射型全息圖的再生原理圖。
圖3D是說明反射型全息圖的再生像模糊的原因用的模式圖。
圖3E是示意性地表示反射型全息圖中的繞射效率與波長的關(guān)系曲線圖。
圖4A及圖4B是示意性地分別表示現(xiàn)有的彩色條全息圖的制作原理圖。
圖4C是示意性地表示在圖4A及圖4B中形成的彩色條全息圖的再生原理圖。
圖4D是說明彩色條全息圖的再生像模糊少的原因用的模式圖。
圖4E是示意性地說明彩色條全息圖中的繞射效率與波長的關(guān)系曲線圖。
圖5A及圖5B是示意性地分別表示本發(fā)明的反射型全息圖的制作原理圖。
圖5C是示意性地表示在圖5A及圖5B中形成的本發(fā)明的反射型全息圖的再生原理圖。
圖6A是說明本發(fā)明的反射型全息圖的再生像模糊少的原因用的模式圖。
圖6B是示意性地說明本發(fā)明的反射型全息圖中的繞射效率與波長的關(guān)系曲線圖。
圖7A及圖7B是示意性地分別表示用線狀光源使圖5A及圖5B中形成的本發(fā)明的反射型全息圖再生的形態(tài)圖。
圖8是表示本發(fā)明的第一實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖9是圖8中的光學(xué)式顯示裝置的平面圖。
圖10是表示本發(fā)明的全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)的斜視圖。
圖11A及圖11B分別是圖10所示的全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖及平面圖。
圖12是示意性地表示全息圖的高度和觀察位置的幾何關(guān)系圖。
圖13是表示再生像的大小和觀察位置的關(guān)系的曲線圖。
圖14是示意性地表示使用一維散射器的曝光光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖15A及圖15B是分別表示本發(fā)明的全息圖的再生原理的側(cè)視圖及平面圖。
圖16A及圖16B是分別表示觀察本發(fā)明的再生像時能夠使用的開口的形狀圖。
圖17A是表示本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置的再生光學(xué)系統(tǒng)的斜視圖。
圖17B及圖17C是分別表示將相同長度的熒光燈水平配置時及垂直配置時的觀看角度的范圍圖。
圖18是表示本發(fā)明的第二實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖19是示意性地表示能限定觀看距離的圖。
圖20是線狀光源(熒光燈)的設(shè)置位置偏離入射平面時(在偏置的情況下)本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置的平面圖。
圖21A是表示對應(yīng)于彩色三原色的三個曝光用圖形掩模的圖。
圖21B是表示將所制作的三原色的全息圖重疊起來時的再生像的圖。
圖21C是表示將所制作的全息圖重疊在一個基板上的形態(tài)的圖。
圖22是表示再生像的中心的顏色變化與參照光的關(guān)系曲線圖。
圖23是表示再生像內(nèi)的顏色分布與參照光角度的關(guān)系曲線圖。
圖24是表示再生像內(nèi)的顏色分布與觀察位置的關(guān)系曲線圖。
圖25A～25E是分別表示在柔性基板上形成了全息圖的例圖。
圖26表示用激光振蕩波長以外的顏色進(jìn)行再生顯示的全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖27A是表示在觀看范圍內(nèi)顏色變化變小的全息圖的設(shè)置狀況的圖，圖27B是表示通常的全息圖再生狀況的圖。
圖28是表示用要素全息圖的組合進(jìn)行大型顯示的示意圖。
圖29A及圖29B分別是將三個顯示單元左右并列起來構(gòu)成的光學(xué)式顯示裝置之一例的正視圖及側(cè)視圖。
圖30A及圖30B是表示將三個顯示單元左右并列起來顯示一個大的圖形的光學(xué)式顯示裝置之一例的圖，且分別表示被分割的再生像及無接縫合成的再生像的圖。
圖31A是表示本發(fā)明的第十二實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖31B是表示用圖31A中的光學(xué)式顯示裝置顯示的圖形的圖。
圖31C是表示圖31A中的光學(xué)式顯示裝置的各顯示單元中記錄的要素圖形的圖。
圖31D是表示用圖31A中的光學(xué)式顯示裝置顯示的再生像的圖。
圖32是表示本發(fā)明的第十三實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的斜視圖。
圖33是圖32所示的光學(xué)式顯示裝置中包括的全息單元的結(jié)構(gòu)圖。
圖34是圖32中的光學(xué)式顯示裝置的工作原理圖。
圖35是表示本發(fā)明的第十四實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的斜視圖。
圖36是圖35所示的光學(xué)式顯示裝置中包括的全息單元的結(jié)構(gòu)圖。
圖37是圖35中的光學(xué)式顯示裝置的工作原理圖。
圖38是表示本發(fā)明的第十五實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖39A及圖39B分別是本發(fā)明的第十六實(shí)施形態(tài)的透射型全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖及平面圖。
圖40是本發(fā)明的第十六實(shí)施形態(tài)的反射型全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖41是本發(fā)明的第十七實(shí)施形態(tài)的透射型全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖42是本發(fā)明的第十七實(shí)施形態(tài)的反射型全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖43是本發(fā)明的第十八實(shí)施形態(tài)的反射型全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖44是本發(fā)明的第十九實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的側(cè)視圖。
圖45是示意性地表示在圖44所示的光學(xué)式顯示裝置中在全息屏上投影形成的像的圖。
圖46A及圖46B分別是示意性地表示圖44所示的光學(xué)式顯示裝置中的全息屏的功能原理的平面圖及側(cè)視圖。
圖47是示意性地表示圖44所示的光學(xué)式顯示裝置中的全息屏的制作光學(xué)系統(tǒng)的圖。
圖48A及圖48B分別是示意性地表示圖44所示的光學(xué)式顯示裝置中的光線的傳播方向的平面圖及側(cè)視圖。
圖49A及圖49B分別是示意性地表示圖44所示的光學(xué)式顯示裝置中從全息屏到觀察者的光線的傳播方向的平面圖及側(cè)視圖。
圖50是示意性地表示用通常的照相機(jī)拍攝較高的建筑物時照片的失真圖。
圖51A～圖51D分別是示意性地表示前沿上升(front rising)攝影技術(shù)順序的圖。
圖52是示意性地表示圖44所示的光學(xué)式顯示裝置的配置情況滿足前沿上升攝影技術(shù)的條件的圖。
圖53是以攝影技術(shù)的Scheimpflug條件為依據(jù)的結(jié)構(gòu)圖。
圖54A及圖54B分別是示意性地表示用變焦透鏡構(gòu)成的光學(xué)式顯示裝置中的光線的傳播方向的平面圖及側(cè)視圖。
圖55是示意性地表示朝向全息屏一側(cè)形成像的光學(xué)式顯示裝置中的全息屏的制作光學(xué)系統(tǒng)圖。
圖56是示意性地表示在朝向全息屏一側(cè)形成像的光學(xué)式顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖57是示意性地表示將圖56中的光學(xué)式顯示裝置應(yīng)用于仰視顯示器的情況下的結(jié)構(gòu)圖。
圖58是示意性地表示本發(fā)明的第二十實(shí)施形態(tài)的三維顯示裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖59A及圖59B分別是將三個顯示單元左右并列起來顯示一個大的圖形的光學(xué)式顯示裝置之一例的側(cè)視圖及正視圖。
圖60是將三個顯示單元左右并列起來顯示一個大的圖形的光學(xué)式顯示裝置的另一例的正視圖。
圖61是表示將多個顯示單元沿像的深度方向排列起來顯示一個大的圖形的光學(xué)式顯示裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖62A～圖62C是分別表示圖61所示的光學(xué)式顯示裝置中包括的各顯示單元的全息屏的制作光學(xué)系統(tǒng)圖。
圖63A是表示用圖61的光學(xué)式顯示裝置顯示的圖形的圖。
圖63B是表示圖61所示的光學(xué)式顯示裝置中的各顯示單元中記錄的要素圖形的圖。
圖63C是表示用圖61所示的光學(xué)式顯示裝置顯示的再生像的圖。
實(shí)施發(fā)明用的最佳形態(tài)在說明本發(fā)明的具體的實(shí)施形態(tài)之前，首先說明為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置而由本發(fā)明者提出的全息圖的原理。
在制作本發(fā)明的全息圖時，如圖5A所示，首先使再生照明光(激光)RI41從與圖2B所示的再生照明光RI1相反的方向，通過寬度為Δ的狹縫，照射在用圖2A所示的現(xiàn)有的方法制成的全息板H1上。因此，從全息板H1朝向被拍攝體所在位置的再生光R41被再生，在被拍攝體所在位置上再生被拍攝體的實(shí)像(再生像)I41。其次，如圖5B所示，將全息干板H4置于距離被拍攝體的再生像I41的距離為z0的位置上，從與全息板H1相反一側(cè)，使參照光RL4沿斜向入射到該全息干板H4上。用分光器等分離從與再生照明光RI41相同的個激光光源發(fā)射的光，形成該參照光RL4。因此，再生照明光RI41和參照光RL4的干涉條紋被記錄在全息干板H4上。以下將作為反射型全息圖記錄了這樣的干涉條紋(有被拍攝體的信息)的全息干板H4稱為“全息板H4”。
圖5C是示意性地表示如上形成的全息板H4的再生原理圖。
即，用沿著與圖5B中的參照光RL4正相反的方向傳播的再生照明光(白光)RI42照射全息板H4。因此，有被記錄在全息板H4上的被拍攝體的信息的再生光R42被再生，朝向制作時狹縫所在位置、且在被拍攝體最初所在位置上形成再生像I42。
在這樣形成的本發(fā)明的全息圖中，與現(xiàn)有的反射型全息圖相比，能觀察到清晰的再生像，而且不會產(chǎn)生像現(xiàn)有的彩色條全息圖那樣的與觀察位置有關(guān)的再生像的顏色發(fā)生很大變化的問題。將其原因說明如下。
由于本發(fā)明的全息圖的再生照明光是白光，所以再生照明光中還包含著制作全息圖時使用的激光波長λ0以外的波長。可是，如圖6B中的繞射效率與波長的關(guān)系曲線圖所示，在反射型全息圖中，波長選擇性高，與制作全息圖時使用的激光的波長(中心波長)λ0相差較大的波長的光幾乎不能繞射。因此，只有其波長在中心波長λ0附近的光才能繞射而成為再生光R42，由這些光產(chǎn)生的像I42被再生。這時實(shí)際上在圖6A及圖6B中，同時也形成以以λ1及λ2為代表的、雖然在中心波長λ0附近，但其波長與λ0不同的光產(chǎn)生的再生像，但在本發(fā)明中，由于制作全息圖時使用狹縫，所以在不同的位置(即在空間分離的位置)分別形成由不同波長的光產(chǎn)生的再生像。例如，在圖6A及圖6B中，在與中心波長λ0的光產(chǎn)生的再生像不同的位置上同時形成以λ1及λ2為代表的與中心波長λ0不同的光產(chǎn)生的再生像，而在空間上不重疊在由中心波長λ0產(chǎn)生的原來的再生像上。因此，在本發(fā)明的全息圖的情況下，隨著觀察位置的不同，再生像I42的顏色稍微有所變化，但能清晰地觀察到不同顏色的再生像I42。
這里，由于本發(fā)明的全息圖是反射型的，所以繞射效率的波長選擇性高，其波長在中心波長λ0附近以外的光不繞射。因此，在使用來自配置在距離全息板H4為某一距離的點(diǎn)光源的白光RI42A作為再生照明光的情況下，如果觀察位置發(fā)生較大的變化(即，如果觀察者有大的移動)，則對于在該位置上形成能觀察到的像的波長的全息圖的繞射效率變?yōu)榱?，不能觀察到再生像。換句話說，如果用來自點(diǎn)光源的平行光RI42A使本發(fā)明的全息圖再生，則再生像I42的觀看范圍變得極其狹窄。
可是，如圖7A所示，在入射到全息板H4上的再生照明光RI42不是平行光、而是有某一入射角度的光的集合體的情況下，對應(yīng)于各種入射角度具有最佳波長的再生光R42產(chǎn)生的再生像I42，在空間上互相分離在不同的位置上被再生。如果不使用點(diǎn)光源，而是使用線狀光源LL，則能實(shí)現(xiàn)這樣的入射條件。即，如圖7B所示，如果使用熒光燈之類的線狀光源LL作為本發(fā)明的全息圖使用的再生照明光RI42的光源LL，則能有意識地使全息板H4的再生照明光RI42的入射角度在某一角度范圍內(nèi)，結(jié)果能擴(kuò)大再生像I42的觀看范圍。
這時，如果改變對本發(fā)明的全息圖的觀察位置，會如現(xiàn)有的彩色條全息圖的情況那樣，再生像I42的顏色發(fā)生變化?？墒?，這樣的再生像I42的顏色變化的比例約為彩色條全息圖的顏色變化的百分之幾。例如，在用入射角為45度的參照光形成了全息板的情況下，彩色條全息圖的再生像的顏色從藍(lán)變到紅時，發(fā)生100nm大小的波長變化。與此不同，在本發(fā)明的全息圖的情況下，對應(yīng)于相同程度的位置變化，再生像I42的波長變化約為6nm，幾乎看不出顏色變化。
另外，即使將上述本發(fā)明的全息圖的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于現(xiàn)有的彩色條全息圖中，七色再生像互相重疊后，只不過全體變成了白色。這是由于現(xiàn)有的彩色條全息圖是透射型的全息圖，而本發(fā)明的全息圖是反射型的，繞射效率對波長的依賴性高所導(dǎo)致的。
這樣，在本發(fā)明的全息圖的形成原理中，抓住了在現(xiàn)有的發(fā)射型全息圖中被認(rèn)為是缺點(diǎn)的“繞射效率對波長的依賴性高、再生像的觀看范圍窄”的特征，將其作為優(yōu)點(diǎn)，將利用通過了狹縫的激光再生的像作為反射型全息圖，經(jīng)過印相后形成全息板。而且，由于用這樣形成的全息板獲得再生像，所以即使觀察位置有所偏移，像的模糊卻很少，能獲得由波長選擇性高的再生像的重疊產(chǎn)生的彩色再生像等，能獲得用以往的各種全息圖的構(gòu)成原理所不能獲得的特征。
以下，參照


基于上述原理的利用本發(fā)明的全息圖方法構(gòu)成的本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置的各種實(shí)施形態(tài)。
(第一實(shí)施形態(tài))圖8是表示本發(fā)明的第一實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，圖9是光學(xué)式顯示裝置的平面圖。在該實(shí)施形態(tài)中，本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置被用作隧道內(nèi)的道路標(biāo)識。
在圖8中，1是本實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置，2是全息圖，3是作為線狀光源的熒光燈，4是熒光燈燈具，5是遮光板。光學(xué)式顯示裝置1被配置在隧道6的天花板上。
熒光燈3發(fā)出的照明光8中入射到全息圖2上的光被全息圖繞射后成為再生光9，在假想顯示面10上形成再生像11。這時，如果從在隧道6內(nèi)行駛的車中看，能看到從正面看到的再生像11，就好像限速顯示用的道路標(biāo)識被吊裝在隧道6的天花板7的下方位置上?？墒?，這是在假想顯示面10上的顯示(再生像11)，實(shí)際上在這個位置什么物體也不存在。因此，完全不會發(fā)生與車接觸的事故。
另外，假想顯示面10是在空間內(nèi)假想地設(shè)置的平面或曲面。另外，來自全息圖2的表面的反射光能向路面方向(圖8中示出了該方向的反射光)偏轉(zhuǎn)，或者向天花板7的方向(圖8中未示出該方向的反射光)偏轉(zhuǎn)，所以不會直接入射到駕駛者的眼中。不如說這些反射光能成為分別照亮路面和天花板的照明光，能有效地利用。
另外，由于來自熒光燈3的照明光8的一部分被遮光板5遮住，所以這部分光也不會直接進(jìn)入駕駛者的眼中。照明光8中直接朝向路面和天花板的光也能變成分別照亮路面和天花板的照明光，能有效地利用。
包括熒光燈3及熒光燈燈具4的光源部分能用家庭或辦公室中使用的一般的燈具構(gòu)成，但最好進(jìn)行防水處理，以便在隧道內(nèi)清掃時不至于進(jìn)入水。例如，可以將熒光燈3及熒光燈燈具4埋設(shè)在隧道6的天花板7中，用透明的蓋罩住，構(gòu)成光源部分。
其次，與全息圖2的制作方法相關(guān)連地說明全息圖2在假想顯示面10上形成再生像11的原理。
首先，用圖10簡單地說明全息圖2的制作方法。
圖10是表示全息圖2的制作光學(xué)系統(tǒng)的斜視圖，12是狹縫，13是作為被拍攝體的限速顯示道路標(biāo)識的圖形掩模，14是物體光，15是入射平面，16是參照光，17是全息干板。通常，制作光學(xué)系統(tǒng)配置在光學(xué)平臺上，所以將圖10所示的光學(xué)系統(tǒng)橫向臥到90度，取水平配置方式，但這里圖示了垂直配置方式，與光學(xué)式顯示裝置工作時的配置方式一致。另外，實(shí)際上與彩色三原色對應(yīng)地使用有多個不同圖形的圖形掩模，能通過適當(dāng)?shù)厍袚Q曝光用的激光波長或光學(xué)系統(tǒng)配置方式，進(jìn)行全息圖的制作，但這里為了簡單，說明有一個圖形掩模13的結(jié)構(gòu)。
全息圖2的制作方法如下所述。
首先，使透過圖中未示出的毛玻璃后變成散射光的波長為514.5nm的氬激光入射到狹縫12上，用通過狹縫的光讀取圖形掩模13的信息，形成物體光14。該結(jié)構(gòu)是使再生像上升后觀看用的結(jié)構(gòu)，圖形掩模13被設(shè)置成從狹縫12一側(cè)看就如在正面一側(cè)一樣。另外，所使用的狹縫的寬度例如約為1.5mm，長度約為40mm。
使作為發(fā)出了上述氬激光的大致呈平行光的參照光16入射到作為與狹縫12的縱向垂直的面被單值地定義的入射平面15上。這里，為了形成反射全息圖，使參照光16從全息干板17的背面呈15度的角度入射。另外，雖然參照光16不一定必須入射到入射平面15上，但這里，作為較好的形態(tài)，給出了參照光16入射到入射平面15上的結(jié)構(gòu)。
由以上所述，物體光14和參照光16形成干涉條紋，該干涉條紋被記錄在全息干板17上。作為全息干板17的構(gòu)成材料，一般采用銀鹽、重鉻酸明膠、光聚合型感光聚合物等。例如，將厚度約為20微米的干膜式的光聚合型感光聚合物粘貼在玻璃基板上，構(gòu)成全息干板17。
其次，更詳細(xì)地說明全息圖2的制作方法。
圖11A及圖11B分別表示圖10所示的全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖及平面圖。另外，18是毛玻璃，19是激光，20是散射光。
如圖11A所示，入射到毛玻璃18上的激光19變成散射光后入射到狹縫12上。從側(cè)面看到的狹縫12的寬度窄，只能使散射光20的一部分通過。因此，從側(cè)面看，通過狹縫后的光可以看作類似于仿佛從一點(diǎn)發(fā)出的散射光。該光讀取圖形掩模13的信息后，作為物體光14照射在全息干板17上，但這也可以看作圖形掩模13向全息干板17的投影。包含被拍攝體的信息的該物體光14與從全息干板17的背面入射的參照光16之間形成干涉條紋，該干涉條紋被記錄在全息干板17上。
這時，由于投影在全息干板17上的圖形掩模13的“影”被放大，所以預(yù)先要考慮該投影的放大率，另一方面可以將圖形掩模13作得小一些。其放大率隨著光學(xué)系統(tǒng)設(shè)定的不同而不同，但通常約為1.2倍至2倍。
更具體地說，設(shè)本來的圖形掩模13的高度為Hm，如果從觀察位置OP實(shí)際看到的像的高度為Hi，則根據(jù)圖12中的幾何關(guān)系，其放大率可以表示如下Hi＝Hm(1-z0/L’)/(1-z0/L)式中z0是從全息干板17到像(圖形掩模13)的距離，L是制作全息干板時從全息干板17到狹縫12的距離，L’是從全息干板17到觀察位置OP的距離。由此可知，當(dāng)L＝L’時，放大率為1，在從設(shè)置狹縫12的位置觀察的情況下，不產(chǎn)生放大或縮小的作用。另一方面，距離L’變化時，即從設(shè)置狹縫12的位置開始在較大的范圍內(nèi)移動地觀察時，產(chǎn)生放大或縮小的作用。
將該關(guān)系作為標(biāo)準(zhǔn)化觀察距離(L’/L)和標(biāo)準(zhǔn)化像高度(Hi/Hm)的關(guān)系，將L/z0作為參數(shù)，示于圖13。因此，為了減少從大范圍觀察時放大率的變化，使L/z0的值大即可。最好使L/z0＝10以上，由此即使從大范圍觀察時，也能將放大率抑制在1.1以下(即，形狀變化10％以下)。
最好是能選擇使L/z0的值實(shí)際上為無限大，這樣在理論上就能沒有放大率的變化。如果回到定義上來考慮一下看，選擇使L/z0的值實(shí)際上為無限大，除了z0＝0的情況以外，對應(yīng)于從狹縫12到全息圖17劃的直線沒有斜率的情況。因此，如圖14所示，可以用在全息圖17的高度方向不具有光的散射效應(yīng)且只在全息圖17的寬度方向有光的散射效應(yīng)的一維散射體1001置換狹縫12及毛玻璃18。作為這樣的散射體1001，有使用繞射光柵的結(jié)構(gòu)或能進(jìn)行全息制作的結(jié)構(gòu)等幾種結(jié)構(gòu)例，例如，也可以使用有柱面透鏡排列結(jié)構(gòu)的雙凸透鏡片。
現(xiàn)在再回過頭來繼續(xù)說明使用狹縫12和毛玻璃18的全息圖的制作方法。
如圖11B中的平面圖所示，從上方看到的狹縫12的寬度較寬，能使毛玻璃18產(chǎn)生的分布在較大范圍內(nèi)的散射光20通過。在圖11B中，用實(shí)線表示通過了狹縫12的中央部分的散射光，用虛線表示通過了狹縫12的兩端部分的散射光。用實(shí)線表示的散射光將從正面看圖形掩模13時的信息投影在全息干板17上，用虛線表示的兩束散射光分別將從狹縫12的端部稍微傾斜地看圖形掩模13時的信息投影在全息干板17上。包含這些信息的物體光14與從全息干板17的背面入射的參照光16之間形成干涉條紋，該干涉條紋被記錄在全息干板17上。這成為以后使全息圖再生時，形成朝向觀察者的兩眼從不同角度看到的圖形掩模13的再生像的原理。
以上，為了容易理解，分別用側(cè)視圖和平面圖進(jìn)行了說明，但在制作實(shí)際的全息圖的程序中，當(dāng)然可以同時進(jìn)行上述干涉條紋的記錄。
接著，說明本發(fā)明的全息圖的再生原理。
為了使全息圖再生所使用的照明光一般是參照光的共軛光。在本發(fā)明的全息圖的制作程序中，如上所述，由于將參照光作為平行光，所以照明光也可以用平行光?？墒牵谥谱魅D時，由于使用激光，所以能容易地形成平行光，但全息圖再生時由一般使用的鹵素?zé)舻劝咨庠措y以形成平行光。實(shí)際上，選用發(fā)光部分小的光源，再用開口對其進(jìn)行限制，將這種可以被看作大致點(diǎn)光源的光源配置在距離全息圖足夠遠(yuǎn)的位置，用它發(fā)出的可看作大致呈平行光的散射光進(jìn)行照明，能進(jìn)行全息圖的再生。本實(shí)施形態(tài)的全息圖2也能采用這樣的方法使所有的像再生。
圖15A及圖15B是表示全息圖2的再生原理的側(cè)視圖及平面圖。21是鹵素?zé)簦?2是開口，23是照明光，24是再生光，25是觀察者，26是狹縫12的再生像。
鹵素?zé)?1發(fā)出的光利用開口22進(jìn)行收斂，形成能大致看作平行光的照明光23。該照明光23被全息圖2繞射后形成的再生光24在假想顯示面10上、即在制作全息圖時設(shè)置了圖形掩模13的位置附近形成其再生像11，觀察者25能看到再生像11浮起在全息圖表面上。
觀察的結(jié)果，能觀察再生像11的水平方向的觀看角約為8度，這意味著在實(shí)際的道路上，汽車即使變更車線(即左右方向移動6米左右)，如果從相距50～100米的位置看，能識別本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置的顯示?？墒?，垂直方向的觀看角度約小于1度，這意味著未必能確保從高速行駛的汽車中能識別標(biāo)識的區(qū)間或時間。
另外，當(dāng)觀察者處于形成狹縫12的再生像26的位置、即在制作全息圖時設(shè)置狹縫12的位置時，能最明亮地看到該再生像11，另外，在其附近，能看到整體再生像11。可是，從該位置再靠近全息圖2時，或者遠(yuǎn)離全息圖2時，只能看到像的一部分。
從以上的觀察結(jié)果可知，在使用了點(diǎn)光源的再生時，雖然能得到再生像，但能構(gòu)成實(shí)用的隧道用道路標(biāo)識是極其困難的。
因此，本申請的發(fā)明者繼續(xù)研究了光源和全息圖的配置關(guān)系或照明光和全息圖的相互作用等，更詳細(xì)地進(jìn)行了再生像的觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了在解決上述問題且構(gòu)成本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置1方面極其重要的獨(dú)特的實(shí)用上的優(yōu)點(diǎn)。
圖16A及圖16B示出了上述再生像的觀察過程中使用的開口22中具有特征的兩種形狀。
觀察的結(jié)果如圖16A所示，如果沿水平方向加寬開口22的寬度，則全息圖2的再生像模糊，但如圖16B所示，如果沿垂直方向增加開口22的長度，則全息圖2的再生像不模糊。而且，確認(rèn)了隨著開口22的長度的增加，垂直方向的觀看范圍擴(kuò)大，且在該觀看范圍內(nèi)，再生像的顏色不變。就是說，在垂直方向的觀看范圍內(nèi)，觀察者能經(jīng)常觀察到不模糊的同一顏色的像。這是用反射型構(gòu)成全息圖2所產(chǎn)生的顯著效果。
另外，如果使用在垂直方向上長的開口22，則在觀察者比形成狹縫12的再生像26的位置更靠近全息圖2的情況下、或更遠(yuǎn)離全息圖2的情況下，能觀察到整體再生像。就是說，對觀察者來說，即使距離像的位置朝向其深度方向變化，也能看到不模糊的同一顏色的整體像，任何一部分都不缺少。
另外，這里使用“顏色不變”的說法，但嚴(yán)格地說，則再生波長發(fā)生變化?？墒?，如后文所述，通過適當(dāng)?shù)剡x擇全息圖的參數(shù)，能抑制在人的眼睛察覺不到的程度的波長變化。
以上的觀察結(jié)果意味著，通過采用本發(fā)明的全息圖2和沿垂直方向長的開口22的組合結(jié)構(gòu)，能解決上述的全部問題，能構(gòu)成實(shí)用的隧道用道路標(biāo)識。
在本發(fā)明的第一實(shí)施形態(tài)中，如圖8所示，使用直管熒光燈3作為光源。即使用該直管熒光燈3進(jìn)行再生，也能獲得不模糊、顏色不變的明亮的再生像。另外，即使從上下方向觀察全息圖2，也能經(jīng)常確認(rèn)不模糊的再生像。如果在規(guī)定的條件下，使熒光燈3稍微靠近全息圖2，則垂直方向的觀看角度能達(dá)到±5度，這表明從高速行駛的汽車中能識別標(biāo)識的區(qū)間及時間足夠大。另外，即使離全息圖2的距離變化，也能從光學(xué)式顯示裝置1的跟前看到?jīng)]有殘缺的再生像。
另外，在全息圖的制作過程中，使參照光16入射到入射平面15上，但不限于此。另外，在使像再生時，雖然將熒光燈配置在入射平面15上，但不限于此。如果采用本發(fā)明，則參照光的入射方向及線狀光源的配置位置及方向都有足夠的余裕。
另外，關(guān)于使用一維散射器1001的全息圖的制作方法，能定義入射平面作為與散射光的傳播方向正交的面。雖然參照光入射到入射平面上是基本結(jié)構(gòu)，但不限于此。另外，在使像再生時，雖然將熒光燈配置在入射平面上是基本結(jié)構(gòu)，但不限于此。
(第二實(shí)施形態(tài))在第一實(shí)施形態(tài)中，雖然水平地配置作為線狀光源的熒光燈3，但該熒光燈3的設(shè)置條件基本上限于配置在入射平面15上或其附近，而不管其方位如何。
圖17A是將本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置的再生光學(xué)系統(tǒng)作為斜視圖示出的，但可以是圖示的水平配置方式或垂直配置方式的任一種，同時其中以任何角度設(shè)置都可以。但垂直方向的觀看角度的范圍隨著其設(shè)置方向而變化。
圖17B及圖17C是將相同長度的熒光燈27水平配置時及垂直配置時的觀看角度的范圍的比較圖。
在圖17B所示的水平配置的情況下，從熒光燈27的右端發(fā)出的照明光28被全息圖2繞射后形成再生像29，該再生像29能被觀察者30識別。另一方面，從熒光燈27的左端發(fā)出的照明光31被全息圖2繞射后形成再生像32，該再生像32能被觀察者33識別。該觀察者30的位置和觀察者33的位置相對于全息圖2構(gòu)成的角度成為水平配置時的觀看角度范圍。
另外，在圖17C所示的垂直配置的情況下，從用實(shí)線表示的熒光燈27的下端發(fā)出的照明光34被全息圖2繞射后形成再生像35，該再生像35能被觀察者36識別。另一方面，從熒光燈27的上端發(fā)出的照明光37被全息圖2繞射后形成再生像38，該再生像38能被觀察者39識別。該觀察者36的位置和觀察者39的位置相對于全息圖2構(gòu)成的角度成為垂直配置時的觀看角度范圍。
對水平配置的情況和垂直配置的情況進(jìn)行比較，可知垂直配置時觀看角度能取得寬一些。如果改變觀看的方向，則通過采取接近于垂直配置的結(jié)構(gòu)，能使用較短的熒光燈。嚴(yán)格地說，最好將熒光燈垂直于再生用照明光的光路配置。
圖18是表示本發(fā)明的第二實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。在該實(shí)施形態(tài)中，本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置也是作為隧道內(nèi)的道路標(biāo)識用。
在圖18中，40是本實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置，41是作為線狀光源的熒光燈，42是熒光燈燈具，43是反射板。光學(xué)式顯示裝置40被配置在隧道6的天花板7上。
熒光燈41發(fā)出的直接光和被反射板43反射的間接光合成后形成照明光44。利用該反射板43的作用，能進(jìn)行更明亮的顯示。照明光44中的入射到全息圖2上的光被全息圖繞射后變成再生光45，在假想顯示面10上形成再生像11。這時，如果從在隧道6內(nèi)行駛的車中看，能看到從正面看到的再生像11，就好像限速顯示用的道路標(biāo)識被吊裝在隧道6的天花板7的下方位置?？墒牵@是在假想顯示面10上的顯示(再生像11)，實(shí)際上在這個位置什么物體也不存在。因此，完全不會發(fā)生與車接觸的事故。
另外，假想顯示面10是在空間內(nèi)假想地設(shè)置的平面或曲面。另外，來自全息圖2的表面的反射光能向路面方向(圖18中示出了該方向的反射光)偏轉(zhuǎn)，或者向天花板7的方向(圖18中未示出該方向的反射光)偏轉(zhuǎn)，所以不會直接入射到駕駛者的眼中。不如說這些反射光能成為分別照亮路面和天花板的照明光，能有效地利用。
另外，由于來自熒光燈41的照明光44的一部分被熒光燈燈具42或反射板43遮住，所以這部分光也不會直接進(jìn)入駕駛者的眼中。照明光44中直接朝向路面和天花板的光也能變成分別照亮路面和天花板的照明光，能有效地利用。
包括熒光燈41及熒光燈燈具42的光源部分能用家庭或辦公室中使用的一般的燈具構(gòu)成，但最好進(jìn)行防水處理，以便在隧道內(nèi)清掃時不至于進(jìn)入水。例如，用透明的蓋罩住熒光燈41和熒光燈燈具42，構(gòu)成光源部分即可。
(第三實(shí)施形態(tài))如果利用上述的觀看角度范圍依賴于熒光燈的長度及其配置方向的特性，則能有目的地限制觀看范圍。例如，如圖19所示，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定熒光燈的長度及配置方向，能實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)從距離道路標(biāo)識100米處開始能看到道路標(biāo)識，而到達(dá)50米處就看不見了。
另外，該結(jié)構(gòu)在本說明書中所述的任何一個實(shí)施形態(tài)的本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中都能實(shí)施。
(第四實(shí)施形態(tài))圖20是熒光燈46的設(shè)置位置偏離入射平面15時的本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置的平面圖。
雖然稍微伴有顏色的變化和水平方向的觀看角度范圍的減少，但即使在這樣的情況下，也能很好地識別再生像48。但這時如圖20所示，觀察者49必須從這樣的位置觀察，即從朝向與熒光燈46由入射平面15開始移動的方向相反一側(cè)移動的位置觀察。這是因為照明光47傾斜地入射到全息圖2上，因此，再生像48也在離開入射平面15的位置成像。在由于光學(xué)式顯示裝置的設(shè)置場所受到限制等原因致使將熒光燈46設(shè)置在入射平面15上有困難的情況下，積極地利用上述的配置方法進(jìn)行顯示即可。當(dāng)然，也可有目的地考慮這樣的再生配置方法來制作全息圖。
另外，該結(jié)構(gòu)在本說明書中所述的任何一個實(shí)施形態(tài)的本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中都能實(shí)施。
(第五實(shí)施形態(tài))至此，只說明了對應(yīng)于一個圖形掩模的處理方法，以及用它制作的全息圖的再生。進(jìn)行單色顯示時，采用這樣的方法是可以的，但進(jìn)行彩 色顯示時，要使用與所顯示的彩色對應(yīng)的不同的圖形掩模來制作全息圖，通過將它重疊起來，實(shí)現(xiàn)彩色顯示。
圖21A是與彩色三原色對應(yīng)的三個曝光用圖形掩模。將這些圖形掩模作為被拍攝體使用，分別制成R、G、B單色全息圖。圖21B是將三個制成的全息圖重疊后的再生像的形態(tài)。另外，圖21C是表示將制成的全息圖重疊在一個基板上的形態(tài)。
在本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)中說明的全息圖的有用的特性、即即使擴(kuò)大上下方向的開口限制幅度在其觀看范圍內(nèi)顏色也不變化的特性對于各種彩色來說都成立。因此，在其觀看范圍內(nèi)，被重疊的全息圖的彩色再生像的顏色不變(嚴(yán)格地說，再生波長稍有變化，但人的眼睛只能識別大的顏色變化)。如圖22中參照光的波長相對于入射角θ的位移比(ΔλR/ΔλT)所示，再生像中心位置的再生波長的變化與制作各種顏色的全息圖時所設(shè)定的參照光的入射角θ有關(guān)。即參照光的入射角度θ越大，顏色變化越大?？墒牵缫詤⒄展獾娜肷浣铅龋?0度為例，作為標(biāo)識所要求的觀看角度在±2度的范圍內(nèi)顏色的變化約為4nm，用人的眼睛所能檢測的顏色幾乎不變。因此，在通常用的參照光的入射角度θ＝45度以下時，能作為單色來識別再生像。
另外，圖22所示的波長位移比(ΔλR/ΔλT)表示作為反射型全息圖的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的波長位移量ΔλR與現(xiàn)有的彩色條全息圖這樣的透射型結(jié)構(gòu)的波長位移量ΔλT的比率。
另外嚴(yán)格地說，再生像內(nèi)也存在色分布，如果參照光的入射角θ大，則其色分布也大。該關(guān)系作為參照光角度和再生波長幅度的關(guān)系示于圖23中。圖中，H表示全息圖的高度。由圖23可知，通過選擇大的參數(shù)L/H的值，能在通常使用的參照光角度45度以下的范圍內(nèi)，使色分布小到不能識別的程度。
另外，該再生像內(nèi)的色分布也隨觀察的位置而變化。即，觀察的位置越遠(yuǎn)，色變化也越大。該關(guān)系作為標(biāo)準(zhǔn)化觀察位置和再生波長幅度的關(guān)系示于圖24。根據(jù)該關(guān)系，通過適當(dāng)?shù)剡x擇參數(shù)L/H，使色分布小到不能識別的程度。
另外最好能實(shí)際上選擇L/H的值為無限大，則在理論上能沒有放大率的變化。回到定義上考慮一下看，實(shí)際上選擇L/H的值為無限大對應(yīng)于從狹縫到全息圖引的直線沒有斜率。因此，可以用沿全息圖的高度方向不具有光的散射效應(yīng)、只沿全息圖的寬度方向具有光的散射效應(yīng)的一維散射器來置換狹縫及毛玻璃。作為這樣的散射器有使用繞射光柵的結(jié)構(gòu)或能進(jìn)行全息制作的結(jié)構(gòu)等幾種結(jié)構(gòu)例，例如，也可以使用有柱面透鏡排列結(jié)構(gòu)的雙凸透鏡片。
另外，這種情況下的曝光光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參照圖14說明的相同。
以上說明的本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)在本說明書中所述的任何一個實(shí)施形態(tài)的本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中都能實(shí)施。
(第六實(shí)施形態(tài))如圖25A～圖25C所示，本發(fā)明的全息圖2也可以重疊在彎曲的、圓的、能夠折疊的柔性基板上。
在上述全息圖2的制作過程中，雖然將干膜式的感光聚合物粘貼在玻璃基板上形成了全息干板，但在該工序之后，可以將記錄了全息像的該感光聚合物從玻璃基板上揭下來，粘貼在另一個基板上。如圖25A～圖25C所示，粘貼在塑料膜、紙、布等、以及除此以外的柔性基板上的本發(fā)明的全息圖2可以彎曲、或呈圓形、或折疊。通過這樣處理，在不需要時可以將顯示裝置緊湊地收容起來，另外也容易運(yùn)輸。
另外，這時不需要運(yùn)輸光源。這是因為在使用熒光燈的地方能很容易地看見，在一般的家庭、辦公室、車站、電車、電梯等中使用的熒光燈附近，只要將全息圖展開，就能簡單地獲得再生像。因此，本發(fā)明的全息圖能有效地用于廣告、導(dǎo)向顯示、招牌等，或除此以外的各種用途。另外，設(shè)置方法也很簡單，只要用銷釘或膠帶等常見的用品將其貼在墻面上就夠了。之所以能采用上述的形態(tài)，是因為在本發(fā)明中利用可以說是最普通的光源的熒光燈，就能顯示全息圖的再生像。
另外，通過將多個全息圖重疊起來，也可以構(gòu)成文件或書本之類的形態(tài)。在此情況下，在熒光燈下一頁一頁地翻開，就能看到再生像，能有效地用于商品目錄、畫冊、地圖等、或除此以外的各種用途。
另外，將像記錄在圖25D所示的環(huán)狀的柔性基板上，用滾筒使其移動，能再生連續(xù)的圖像。另外，也可以采取圖25E所示的纏繞式的形態(tài)。
以上說明的將全息圖重疊在柔性基板上的本實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)在本說明書中所述的任何一個實(shí)施形態(tài)的本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中都能實(shí)施。
(第七實(shí)施形態(tài))作為曝光用的激光一般是氬激光或氪激光，其主要振蕩波長分別為488nm、514.5nm和647.1nm。如果用這三種波長進(jìn)行曝光，就能用該波長進(jìn)行彩色再生顯示，例如用人的眼睛的視覺靈敏度最高的550nm進(jìn)行綠色顯示的情況，或進(jìn)行570nm附近的黃色顯示的情況等，在進(jìn)行激光器的振蕩波長以外的顏色的再生顯示時，一般需要進(jìn)行如下處理。
在作為全息材料使用銀鹽的情況下，用514.5nm的氬激光曝光后，將試樣浸在適當(dāng)?shù)娜芤褐校瑪U(kuò)大全息圖的周期結(jié)構(gòu)的間隔，將再生波長移到550nm或570nm。另外，在干膜式的感光聚合物的情況下，用UV光對使用同一514.5nm的氬激光曝光后的試樣進(jìn)行全面照射后，將彩色調(diào)制膜重疊在它上面，進(jìn)行熱處理。通過使它膨脹的物質(zhì)從彩色調(diào)制膜移動到感光聚合物一側(cè)，能擴(kuò)大周期結(jié)構(gòu)的間隔，再生波長被移到550nm或570nm。總之，這樣的方法需要在激光曝光后進(jìn)行附加的處理，從提高生產(chǎn)率的觀點(diǎn)看并不理想。
與此不同，在本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置的全息圖的情況下，是這樣設(shè)定的進(jìn)行激光曝光時，使參照光和物體光以適當(dāng)?shù)慕嵌热肷涞饺⒏砂迳?，此后不?jīng)過附加的處理就能進(jìn)行再生色的位移。
圖26表示用激光振蕩波長以外的顏色進(jìn)行再生顯示的全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。與圖15A所示的光學(xué)系統(tǒng)不同，以相對于物體光的光軸成θobj的角度傾斜地配置全息干板50。另外，作為被拍攝體的圖形掩模51也同樣以θobj的角度傾斜地配置。還可以與上述的圖形掩模13相比，再向一個方向縮小來制作該圖形掩模51。嚴(yán)格地說，其縮小率并不一樣，能具有隨著圖形掩模51的位置的不同而連續(xù)變化的縮小率進(jìn)行制作。另一方面，還可以這樣構(gòu)成使參照光52從全息干板50的背面以θref的角度入射。
用這樣的制作光學(xué)系統(tǒng)，例如用波長λ＝514.5nm的激光進(jìn)行曝光時，通過將物體光的角度θobj設(shè)定為-25.3°，以及將參照光的角度θref設(shè)定為42.1°，再生時在全息干板的正面能觀察到波長λE＝550nm的明亮的綠色的再生像。這時，波長為550nm的照明光的入射角度為15°。
另外，用同一波長λ＝514.5nm的激光進(jìn)行曝光時，通過將物體光的角度θobj設(shè)定為-33.1°，以及將參照光的角度θref設(shè)定為51.2°，再生時在全息干板的正面能觀察到波長λE＝570nm的明亮的黃色的再生像。這時，波長為570nm的照明光的入射角度為15°。
另外，上述的角度能夠從下面的關(guān)系式求得，θRE＝sin-1[n sin {(θO+θR)/2+π-φ}]θOE＝sin-1[n sin {(θO+θR)/2+φ}]式中，θRE及θOE分別是所示波長的照明光及再生光的入射角度。π是圓周率，n是全息材料的平均折射率，式中取n＝1.52進(jìn)行了計算。另外，θR、θO、φ是分別如下表示的參數(shù)。
θO＝sin-1(sinθobj/n)θR＝sin-1(sinθref/n)-πφ＝sin-1[λsin {(θO-θR)/2}/λE]這樣處理后，為了用所希望的再生波長顯示，如果使用所制作的全息圖，則利用與具有連續(xù)發(fā)光分布的光源、例如白色熒光燈組合，能顯示任意的中間色。另外，通過與具有對應(yīng)于RGB三色的三個發(fā)光峰值的光源、例如三波長型的熒光燈組合，能顯示光的利用效率高的明亮的再生像。
以上說明的實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)在本說明書中所述的任何一個實(shí)施形態(tài)的本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中都能實(shí)施。
(第八實(shí)施形態(tài))如在本發(fā)明的第五實(shí)施形態(tài)的說明中所述，在使觀察者的視野沿垂直方向移動時，再生波長稍微有些變化。制作全息圖時，假定物體光從正面入射，其顏色變化的程度與設(shè)定的參照光的入射角度θ有關(guān)，如果θ大，顏色變化也大。例如，θ超過45度時，作為標(biāo)識所要求的觀看角度在±2度的范圍內(nèi)，在再生像的中心產(chǎn)生6nm以上的再生波長變化，色相變化大時，人的眼睛也只能稍微識別出顏色的變化。另外，像內(nèi)部的色分布也變得顯著。
為了抑制這種變化，在第五實(shí)施形態(tài)的說明中雖然已經(jīng)說明了通過選擇參數(shù)L/H為最佳值制作全息圖的方法，但在本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置的全息圖的情況下，存在制作后能將顏色變化抑制得最小的全息圖的設(shè)定角度。該設(shè)定角大約為照明光和物體光構(gòu)成的角度的1/2，嚴(yán)格地說，是滿足下面的關(guān)系式的角度。
θac＝sin-1[n sin{(θO+θR+π)/2}]例如，設(shè)曝光波長為514.5nm，當(dāng)參照光的入射角度θref＝45°及物體光的入射角度為0°時，由上式，θac＝21.4°。這時，作為標(biāo)識所要求的觀看角度在±2度的范圍內(nèi)，再生波長的變化只有約0.2nm，顏色的變化識別不出來。另外，再生像內(nèi)部的色分布也被抑制得極小。另外，這時由于再生波長向長的波長一側(cè)移動，所以最好進(jìn)行將它計算在內(nèi)的制作光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)定。
圖27A表示使全息圖的設(shè)置角度接近于θac時的設(shè)置狀況，圖27B表示用于比較的通常的設(shè)置狀況。
如圖27A所示，如果使全息圖53的設(shè)置角度非常接近θac，則照明光54的光路和再生光55的光路互相接近。因此，實(shí)際上最好以這樣的角度設(shè)置全息圖，即，使設(shè)置角度盡量接近θac，而且觀看再生像的觀察者56不會將照明光遮住?；蛘?，如在第四實(shí)施形態(tài)中所述，更好的方法是左右稍微移動圖中未示出的照明用線狀光源，以使照明光54和觀察者56不重疊。
以上說明的本實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)在本說明書中所述的任何一個實(shí)施形態(tài)的本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中都能實(shí)施。
(第九實(shí)施形態(tài))
如果加大全息圖的尺寸，則能加大假想顯示面及再生像的尺寸?？墒?，用全息圖制作光學(xué)系統(tǒng)通常能實(shí)現(xiàn)的曝光面積為φ300mm至φ400mm左右，再生像的尺寸以這樣的大小為限界。不是不能實(shí)現(xiàn)超過該大小的大的曝光面積，但會產(chǎn)生下述的各種問題(1)制作透鏡、反射鏡等光學(xué)部件困難，成本高(2)由于激光光束極端擴(kuò)展而造成光強(qiáng)降低(3)與上述(2)相伴隨，曝光時間將增加(4)由于上述(3)的原因，曝光條件不穩(wěn)定(空氣的波動、振動、激光的穩(wěn)定性等的不良影響的幾率增大)。為了避免這些難題，在本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中準(zhǔn)備了能用較穩(wěn)定的條件制作的小型要素全息圖，將該要素全息圖像瓷磚一樣地組合起來，形成大型全息圖。
圖28是構(gòu)成一米見方的全息圖的例。這里，將16個25cm見方的要素全息圖配置成4×4的矩陣狀，實(shí)現(xiàn)一米見方。各要素全息圖是分別將作為被拍攝體的約一米見方的圖形掩模縱橫分割成四等分、用該分割后的要素掩模制作而成的。在25cm尺寸的曝光情況下，不發(fā)生上述的難題。
以上說明的本實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)在本說明書中所述的任何一個實(shí)施形態(tài)的本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中都能實(shí)施。
(第十實(shí)施形態(tài))本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置的現(xiàn)有的裝置中所看不到的特長在于將作為迄今為止的各實(shí)施形態(tài)而示出基本結(jié)構(gòu)的光學(xué)式顯示裝置重新作為一個顯示單元，通過將多個這樣的顯示單元配置在配置面上，能在假想顯示面上合成顯示來自各單元的再生像。例如，在從觀察者看來顯示單元呈左右并列配置的情況下，通過在假想顯示面上合成各自的再生像，能向左右擴(kuò)展顯示幅度。
圖29A及圖29B是將三個顯示單元左右并列構(gòu)成的光學(xué)式顯示裝置之一例的正視圖及側(cè)視圖。
用熒光燈58再生的全息再生像59對于各個顯示單元來說是不同的，在各顯示單元中，對各字符“A”、“B”、“C”進(jìn)行一個一個地再生顯示。如圖所示，使各顯示單元左右接近配置時，各字符并列起來能識別為一句話。
最好將遮光板60配置在各單元之間，以使各單元的熒光燈不會使其他單元的全息圖再生。
(第十一實(shí)施形態(tài))如果所顯示的信息是圖29A所示的字符串，則即使字符之間有若干間隙，也完全沒有問題，信息能被傳遞給觀察者?？墒?，在所顯示的信息是圖形的的情況下，其中出現(xiàn)間隙就不好了，隨著情況的不同，有可能將該間隙本身看作一個信息來識別，結(jié)果觀察者有可能將其看作與本來應(yīng)傳遞的信息不同的信息。在第十實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的情況下，即使將各顯示單元的全息圖完全緊密地配置，在將熒光燈配置在基本位置的情況下，來自各全息圖的再生像也在假想顯示面上在分離的位置上再生，于是產(chǎn)生上述問題。
為了解決這樣的問題，在本實(shí)施形態(tài)中，采用本發(fā)明的第四實(shí)施形態(tài)中所述的方法。即，通過積極地利用由熒光燈的偏移配置產(chǎn)生的再生像的成像位置的移動，構(gòu)成沒有像的接縫的大的合成再生像。
圖30A及圖30B是表示將三個顯示單元左右并列顯示一個大的圖形的光學(xué)式顯示裝置之一例圖，分別表示被分割的再生像及沒有接縫的合成的再生像。
如顯示圖30A所示的各個再生像那樣來構(gòu)成各顯示單元。將各單元左右并列配置，如果將用虛線表示的左側(cè)的顯示單元61的熒光燈62向左移動，再生像63就向右側(cè)移動，能無間隙地并列地顯示被置于中央的顯示單元64的再生像65。同樣，如果將右側(cè)的顯示單元66的熒光燈67向右移動，再生像68就向左側(cè)移動，能無間隙地并列地顯示被置于中央的顯示單元64的再生像65。
如上所述，如果采用本發(fā)明，則能將再生像無間隙地連接起來，因此能顯示大的圖形。
(第十二實(shí)施形態(tài))充分體現(xiàn)本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置的特征的結(jié)構(gòu)是沿著從觀察者看到的再生像的深度方向配置多個顯示單元并在假想顯示面上合成來自各個全息圖的再生像的結(jié)構(gòu)。
圖31A是表示本發(fā)明的第十二實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。在該實(shí)施形態(tài)中，本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置被用作隧道內(nèi)的道路標(biāo)識。具體地說，69表示本實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置，70～72表示顯示單元，73～75表示全息圖，76～78表示作為線狀光源的熒光燈。顯示單元70～72被并列地配置在隧道79的天花板80上。
以下說明如上構(gòu)成的光學(xué)式顯示裝置69的工作情況。
首先，采用本發(fā)明的第一實(shí)施形態(tài)中所述的方法，將圖31B所示的表示限速用的道路標(biāo)識的原稿圖形81分割地分別記錄在全息圖73、74、75上。即，如圖31C所示，在全息圖73上記錄著將原稿圖形81分割后獲得的下部約1/3的要素圖形82，在全息圖74上記錄著中央部分約1/3的要素圖形83，在全息圖75上記錄著上部分約1/3的要素圖形84。另外，在各全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)中，通過將要素圖形的圖形掩模和全息干板分別配置在不同的距離處，制作了各全息圖。
如圖31A所示，分別這樣構(gòu)成在假想顯示面86附近，形成由熒光燈76產(chǎn)生的全息圖73的再生像85。同樣，在假想顯示面88附近，形成由熒光燈77產(chǎn)生的全息圖74的再生像87，另外在假想顯示面90附近，形成由熒光燈78產(chǎn)生的全息圖75的再生像89。這時，如圖31D所示，由于被合成為一個像，所以如果從在隧道79內(nèi)行駛的車中看，則能看到從正面看到的再生像85、87、89，就好像限速顯示用的道路標(biāo)識被吊裝在隧道79的天花板80的下方位置?？墒?，這是在假想顯示面上的顯示，實(shí)際上在這個位置什么物體也不存在，所以完全不會發(fā)生與車接觸的事故等。
這樣構(gòu)成的優(yōu)點(diǎn)在于所配置的顯示單元數(shù)為N時，能使顯示單元的高度以大約1/N的比例減小。利用這樣極平坦的結(jié)構(gòu)的光學(xué)式顯示裝置，能減少隧道挖掘的斷面積，由此帶來的建筑成本的降低效果很大。
(第十三實(shí)施形態(tài))圖32是本實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的斜視圖。這是一種顯示隧道內(nèi)的緊急用電話的位置的結(jié)構(gòu)例，91是熒光燈，92是全息單元，93是緊急用電話。
該全息單元92有圖33所示的結(jié)構(gòu)。具體地說，94是第一全息圖，95是第二全息圖，96是顯示板，第一全息圖94在全息單元92的第一面97一側(cè)形成再生像，第二全息圖95在全息單元92的第二面98一側(cè)形成再生像。與由第一全息圖94再生的顯示信息相同的信息記載在配置第一全息圖94的顯示板96的第一面99上，同樣，與由第二全息圖95再生的顯示信息相同的信息記載在配置第二全息圖95的顯示板96的第二面100上。
如圖32所示，這樣構(gòu)成的全息單元92被配置在作為線狀光源的熒光燈91的下面。參照圖34中的側(cè)視圖，說明其工作情況，即利用從熒光燈91的區(qū)域101發(fā)出的照明光102，形成第一全息圖94的再生像103。在該例中，顯示“緊急用電話”的字樣。另一方面，利用從熒光燈91的區(qū)域104發(fā)出的照明光105，形成第二全息圖95的再生像106，同樣顯示“緊急用電話”的字樣。因此，能向該光學(xué)式顯示裝置兩側(cè)的人清晰地指示各緊急用電話93的位置。另外，在該例的情況下，“緊急用電話”的文字信息記載在顯示板96的兩側(cè)，通過透明的全息圖面能確認(rèn)相反一側(cè)的顯示。因此，例如在熒光燈91未點(diǎn)亮的緊急情況下，也能用手電筒等確認(rèn)緊急用電話93的位置。
另外，這里說明了顯示同一信息的例，但當(dāng)然通過在各個全息圖上記錄不同的信息，也能在兩側(cè)顯示不同的信息。
(第十四實(shí)施形態(tài))圖35是本實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的斜視圖，107是熒光燈，108是第一全息單元，109是第二全息單元。
該全息單元108及109分別有圖36所示的結(jié)構(gòu)。即，110是第一全息圖，111是第一顯示板，112是第二全息圖，113是第二顯示板。如圖35所示，這樣構(gòu)成的第一及第二全息單元108及109被配置在作為線狀光源的熒光燈107的兩端附近。
用圖37所示的平面圖，說明本實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的工作情況。
利用從熒光燈107發(fā)出的照明光114，形成第一全息圖110的再生像115。另一方面，利用從熒光燈107發(fā)出的照明光116，形成第二全息圖112的再生像117。因此，能向該光學(xué)式顯示裝置兩側(cè)的人顯示相同或不同的信息。
另外，與第一全息圖110的再生像115相同的信息記載在第一顯示板111上，與第二全息圖112的再生像117相同的信息記載在另一個第二顯示板113上，通過各透明的全息圖面能從相反一側(cè)確認(rèn)它們。因此，例如在熒光燈107未點(diǎn)亮的緊急情況下，也能用手電筒等確認(rèn)信息。
另外，這里，為了緊急時進(jìn)行顯示而設(shè)置了顯示板，將一個一個的全息圖配置在其兩面，但在除此以外的應(yīng)用中，在不用具有上述功能的顯示板的情況下，能用一個全息圖置換全息單元。該全息圖是從其表面一側(cè)及背面一側(cè)進(jìn)行雙重曝光記錄的反射型全息圖，能從兩側(cè)觀察相同的或不同的再生像。
(第十五實(shí)施形態(tài))在以上的第十三及第十四實(shí)施形態(tài)中，給出了由一個線狀光源再生多個全息圖的光學(xué)式顯示裝置的例，但該被再生的多個全息圖不需要像上例那樣位于同一個配置面上。
圖38是將一個全息圖配置在側(cè)壁上、而將另一個全息圖配置在天花板上的本實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置的平面圖。
118是熒光燈，119是第一全息圖，120是第二全息圖。熒光燈118發(fā)出的照明光121形成第一全息圖119的再生像122，照明光123形成第二全息圖120的再生像124。之所以能實(shí)現(xiàn)這樣的再生工作，是因為本發(fā)明的全息圖能用熒光燈再生。
這樣的同時再生多個全息圖的光學(xué)式顯示裝置的結(jié)構(gòu)不限于該結(jié)構(gòu)，通過巧妙地利用從線狀光源全方位地發(fā)出的光作為照明光，也能構(gòu)成除此以外的各種結(jié)構(gòu)。
另外，在第一實(shí)施形態(tài)中，在制作全息圖的過程中，使參照光16入射到入射平面15上，但不限于此，不見得采取這樣的結(jié)構(gòu)才有效。例如，如果使物體光入射到入射平面上，而使參照光入射到與入射平面不同的平面上，形成全息圖，則在圖38所示的熒光燈和全息圖的配置方式中，對于從左方入射的照明光，能從全息圖的正面看見再生像。另外，由于照明光的能獲得反射光和再生像的方向不同，所以實(shí)現(xiàn)容易看到的顯示。
(第十六實(shí)施形態(tài))本發(fā)明的全息圖的制作方法不限于在第一實(shí)施形態(tài)中所述的方法。例如，也可以一度作為透射全息圖來再生被記錄的像，將其作為反射型全息圖記錄下來。
圖39A及圖39B分別表示本實(shí)施形態(tài)的全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖及平面圖。
如圖39A所示，入射到毛玻璃125上的激光126變成散射光127后入射到狹縫128上。從側(cè)面看到的狹縫128的寬度窄，只能使散射光127的一部分通過。因此，如果從側(cè)面看，通過狹縫后的光可以看作類似于從一點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光。該光讀取圖形掩模129的信息后，作為物體光131照射在全息干板130上，但可以將它看作圖形掩模129向全息干板130的投影。包含被拍攝體的信息的該物體光131和從與其相同的一側(cè)入射到全息干板130上的參照光132之間形成干涉條紋，該干涉條紋被記錄在全息干板130上。
這時，由于投影在全息干板130上的圖形掩模129的“影”被擴(kuò)大，所以預(yù)先考慮該投影放大率，將圖形掩模129制作成沿單一方向縮小。該放大率隨光學(xué)系統(tǒng)設(shè)定的不同而不同，但通常約為1.2倍～2倍。
另一方面，如圖39B中的平面圖所示，從上方看到的狹縫128的寬度寬，能使從毛玻璃125發(fā)出的散射光127在較寬的范圍通過。在圖39B中，用實(shí)線表示通過了狹縫128的中央部分的散射光，另外用虛線表示通過了狹縫128的兩端部分的散射光。用實(shí)線表示的散射光將從正面看圖形掩模129時的信息投影在全息干板130上，用虛線表示的兩條散射光將分別從狹縫128的端部稍微傾斜地看圖形掩模129時的信息投影在全息干板130上。包含這些信息的物體光131和從與其相同的一側(cè)入射到全息干板130上的參照光132之間形成干涉條紋，該干涉條紋被記錄在全息干板130上。這成為以后使全息圖再生時，形成朝向觀察者的兩眼、從不同角度看到的圖形掩模129的再生像的原理。
以上，為了容易理解，分別用側(cè)視圖和平面圖進(jìn)行了說明，但在制作實(shí)際的全息圖的程序中，當(dāng)然可以同時進(jìn)行上述干涉條紋的記錄。
圖40表示將通過上述工序制作的全息圖作為掩模全息圖、從該掩模全息圖獲得反射型全息圖用的光學(xué)系統(tǒng)。入射到掩模全息圖133上的照明光134與制作該掩模全息圖時用的參照光132相同。用該參照光134從掩模全息圖133形成再生光135，它成為物體光入射到全息干板136上，與從其背面一側(cè)入射的參照光137之間形成干涉條紋，從而形成反射型全息圖。
如上所述，在本實(shí)施形態(tài)中，一經(jīng)制作了透射型全息圖后，將它作為掩模全息圖，制作反射型全息圖。用該方法容易構(gòu)成制作反射型全息圖的光學(xué)系統(tǒng)，另外，具有能再調(diào)整再生顯示面和全息圖之間的距離的優(yōu)點(diǎn)。即，雖然在制作掩模全息圖時在設(shè)置了圖形掩模129的位置上形成再生像138，但掩模全息圖133和再生像138之間的距離為d1，與此不同，反射型全息圖136和再生像138之間的距離為d2。因此，能放大或縮小再生像從全息圖表面的浮起量。
(第十七實(shí)施形態(tài))圖41表示第十七實(shí)施形態(tài)的全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)。它也是在一度制作了透射型全息圖后，將它作為掩模全息圖，制作反射型全息圖的系統(tǒng)。
在圖41中，用照明光140照射作為三維物體的被拍攝體139而獲得的物體光141和從與其相同的一側(cè)入射到全息干板142上的參照光143之間形成干涉條紋。將它作為透射全息圖記錄在全息干板142上，成為掩模全息圖144。
在圖42中，作為參照光143的共軛光波的照明光145入射到掩模全息圖144上，能獲得被拍攝體139的再生像。這里，將狹縫146靠近掩模全息圖144配置，將通過它射出的光作為物體光147，與從全息干板148的背面一側(cè)入射的參照光149之間形成干涉條紋，將它作為反射型全息圖記錄在全息干板148上。另外，150是被拍攝體139的再生像。
通過采取這樣的方法，即使對于三維物體或偏離全息圖面的物體，也能獲得不模糊的再生像。
(第十八實(shí)施形態(tài))圖43表示第十七實(shí)施形態(tài)的全息圖的制作光學(xué)系統(tǒng)。它也是在一度制作了透射型全息圖后，將它作為掩模全息圖，制作反射型全息圖的系統(tǒng)。
圖43中的光學(xué)系統(tǒng)和圖42中的光學(xué)系統(tǒng)的不同點(diǎn)在于配置負(fù)的柱面透鏡151和開口152來代替狹縫146。利用該柱面透鏡151的作用，能使再生光153沿圖中的上下方向在全息干板154上的成像位置一致，因此，即使對于三維物體或偏離全息圖面的物體，也能獲得清晰的再生像。另外，155是被拍攝體139的再生像。
在圖43中，推測在掩模全息圖和全息干板之間形成再生像155的情況，使用了具有負(fù)的放大率的柱面透鏡151，而在圖43中在全息干板154的左側(cè)形成再生像155時，則使用具有正的放大率的柱面透鏡。
(第十九實(shí)施形態(tài))圖44是表示本發(fā)明的第十九實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。在該實(shí)施形態(tài)中，本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置被作為隧道內(nèi)的道路標(biāo)識用。
在圖44中，201是本實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置，202是全息屏，203是柱面透鏡，204是LED顯示裝置。光學(xué)式顯示裝置201配置在隧道205的天花板206上。另外，如圖所示，設(shè)隧道205的寬度方向(垂直于圖紙的方向)為x方向，長度方向為y方向，上下方向為z方向。
在LED顯示裝置204上顯示的圖像被柱面透鏡203投影在全息屏202上，被該全息屏202繞射后反射的圖像在假想顯示面208上再生成像。這時，如果從在隧道205內(nèi)行駛的車中看像209，能看到標(biāo)識，它好像被吊裝在隧道205的天花板206的下方位置?？墒牵@是在假想顯示面208上的顯示，實(shí)際上在該顯示面208上什么物體也不存在，完全不會發(fā)生與車接觸的事故等。
假想顯示面208是在空間內(nèi)假想地設(shè)置的平面或曲面。在全息屏202的表面上反射的反射光能向路面方向或向天花板206的方向偏轉(zhuǎn)，不會直接入射到駕駛者的眼中。這些偏轉(zhuǎn)的反射光作為分別照亮路面和天花板的照明光，是有用的。
以下說明本實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置具有上述功能的原因。
在圖44中，被顯示在LED顯示裝置204上的圖像利用柱面透鏡203成像在全息屏202上。被顯示在LED顯示裝置204上的圖像上下左右反轉(zhuǎn)，另外，柱面透鏡203的母線沿平行于x的方向設(shè)置。這時，各結(jié)構(gòu)要素配置得能使圖像的z分量聚焦在全息屏202上。換句話說，這樣配置各構(gòu)成要素，以便利用柱面透鏡203的作用，使得上述圖像中含有的例如沿x方向延伸的線或輪廓在全息屏202上最明顯。其結(jié)果，如果將通常的投影用的屏設(shè)置在全息屏202的位置上觀看，則在該屏上成的像只有沿x方向延伸的線或輪廓清晰，而沿z方向延伸的線或輪廓模糊。另外，圖45示意性地描繪出將通常的投影用的屏設(shè)置在全息屏202的位置時，所看到的由柱面透鏡203形成圓形及正方形的像的模樣。
其次，說明全息屏202的功能。
圖46A及圖46B是從光學(xué)式顯示裝置201只將全息屏202和LED顯示裝置204取出后的結(jié)構(gòu)的平面圖及側(cè)視圖。在沒有柱面透鏡203的情況下，全息屏202具有將從LED顯示裝置204的點(diǎn)A發(fā)出的光成像在假想顯示面208上的點(diǎn)B的功能。
具有上述功能的全息屏202例如能用圖47所示的曝光光學(xué)系統(tǒng)來制作。即，用透鏡210聚焦后的激光光束211通過設(shè)置在點(diǎn)A處的針孔212而變成發(fā)散光，然后從圖中右側(cè)入射到構(gòu)成全息屏202的全息干板213上。另一方面，朝向點(diǎn)B收斂的激光光束214從圖中左側(cè)即從與上述的激光光束211相反的一側(cè)入射到全息干板213上。這兩條激光光束的干涉圖形被記錄在全息干板213上，能構(gòu)成具有上述功能的全息屏202。
柱面透鏡203被配置在光路內(nèi)，如果投影成圖45所示的只有圖像的z分量(即沿x方向延伸的線或輪廓)清晰，而圖像的x分量(即沿z方向延伸的線或輪廓)模糊的像，則全息屏202表現(xiàn)出下述功能。
圖48A及圖48B是表示光學(xué)式顯示裝置201的各要素使光線怎樣傳播的平面圖及側(cè)視圖。
首先，如圖48A所示，由于圖像的x分量不受柱面透鏡203的影響，所以可以認(rèn)為在LED顯示裝置204上顯示的點(diǎn)A的像能直接投影在全息屏202上。因此，與在圖45中從點(diǎn)A發(fā)出的光成像在點(diǎn)B的情況一樣，由于全息屏202的作用，只有x分量(即沿z方向延伸的線或輪廓)才能在假想顯示面208上形成清晰的像。
另一方面，如上所述，利用柱面透鏡203的作用，圖像的z分量在全息屏202上最清晰。如果用圖表示的話，則如圖48B所示，在LED顯示裝置204上顯示的點(diǎn)A的像能能成像在全息屏202上的點(diǎn)C。從點(diǎn)A發(fā)出后一度沿z方向變寬的光透過柱面透鏡203后，只有z分量被收斂成具有某收斂角。因此，被全息屏202繞射再反射后，變成沿z方向具有微小的發(fā)散角度的發(fā)散光，被投影在假想顯示面208上。
嚴(yán)格地說，該發(fā)散光中包含的各光束有稍微不同的波長。就是說，顯示裝置的發(fā)光分布幅度達(dá)數(shù)十nm，用全息屏202進(jìn)行分光，各波長以不同的角度被繞射后再反射。
以上，說明了分成x分量和z分量后，顯示在LED顯示裝置204上的像經(jīng)過怎樣的路線被投影并成像在假想顯示面208上，但作為其結(jié)果，以下說明怎樣才能被觀察者215的眼睛所看到。
圖49A及圖49B是從圖48A及圖48B取出了全息屏202以后的光線的平面圖及側(cè)視圖，示出了到達(dá)從離開假想顯示面208的位置觀看的觀察者215的眼睛的光線的路徑。
如圖49A所示，與從假想顯示面208上的一點(diǎn)B發(fā)出光的情況相同的光線入射到觀察者215的左右眼中。這就是表示在假想顯示面208上能看到圖像的x分量的清晰的線或輪廓。另外，在用兩條虛線表示的范圍內(nèi)，觀察者215能看到上述的圖像。
另一方面，如圖49B所示，與從全息屏202上的一點(diǎn)C發(fā)出光的情況相同的光線入射到觀察者215的眼中。這就是表示在全息屏202上能看到圖像的z分量的清晰的線或輪廓。另外，在用兩條虛線表示的范圍內(nèi)，觀察者215能看到上述的圖像。
在上述x分量和z分量呈現(xiàn)互相不同的能看到的方向時，可能認(rèn)為人的眼睛難以將其作為一個圖像來識別，實(shí)際上并非如此。
一般說來，人的眼睛在水平方向存在兩眼視差，所以有立體感和深度感。這里，所謂兩眼視差，意味著看一個物體時，物體的像投影在左眼和右眼兩個視野中的位置不同、或其位置的差。例如，為了簡單起見，假定兩眼看沿縱向延長的直線，則左眼和右眼都能識別這是沿縱向延長的直線。與此同時，由于兩眼視差的作用，其像投影的位置在各眼中不同，所以根據(jù)經(jīng)驗?zāi)芘袛喑鲈撻L的直線被置于離水平方向大致多遠(yuǎn)的位置。
另一方面，對于垂直方向來說，人的眼睛由于處于同一高度，所以不發(fā)生上述那樣的兩眼視差，其結(jié)果，不易獲得立體感和深度感。例如，為了簡單起見，假定兩眼看沿橫向延長的長直線，則左眼和右眼能分別識別出是沿橫向延長的直線。可是，由于其像投影的位置在兩眼中不變，所以不產(chǎn)生視差。因此，不能明確地判斷該長的直線被置于離垂直方向大致多遠(yuǎn)的位置。例如，這相當(dāng)于下述情況當(dāng)一個人打算抓住一個高處的水平桿時，他可能會猶豫一會兒，因為他估計不出以天空為背景作為左右延伸的直線映入眼中的至該桿的距離。
重要的固然是水平方向的兩眼視差，但給出立體感和深度感才是具有支配作用的要素。以此為根據(jù)，考察了上述本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置的能看到x分量和z分量的各自的方法。
圖49A所示的是觀察者215的左右眼睛在假想顯示面208上能看到圖像的x分量的清晰的線或輪廓的情況。就上述的比喻而言，這相當(dāng)于能看到沿縱向延伸的長的直線的方法。因此，由于觀察者215的左右眼睛產(chǎn)生兩眼視差，所以能確認(rèn)圖像恰好位于假想顯示面208上。
另一方面，圖49B所示的是觀察者215的左右眼睛在全息屏202上能看到圖像的z分量的清晰的線或輪廓的情況。就上述的比喻而言，這相當(dāng)于能看到沿橫向延伸的長的直線的方法。因此，由于觀察者215的左右眼睛不產(chǎn)生兩眼視差，所以不能明確地判斷圖像的位置。
因此，x分量的清晰的線或輪廓，主要原因是能給出兩眼視差，是能識別位置的起支配作用的重要原因，所以其結(jié)果，觀察者的眼睛能在假想顯示面208的位置看到浮現(xiàn)的像。
另外，在以上的說明中雖然省略了，但全息屏202、柱面透鏡203、LED顯示裝置204相對的設(shè)置角度是故意傾斜的。這是為了使通常在LED顯示裝置204上以縱橫等間隔形成的矩陣狀的像素排列能無形變地清晰地成像在全息屏202上。這是建筑物攝影中使用的稱為前沿上升的技術(shù)。即，將通常的照相機(jī)朝向高度較高的建筑物，以朝上的形式攝影時，本來是長方形的大樓，卻拍攝成了圖50所示的梯形。在糾正這樣的形狀失真、且拍攝使被拍攝體的全體焦點(diǎn)一致的照片時，采用前沿上升法。
圖51A～圖51D示出了前沿上升法的順序。圖中，216是膠片平面，217是攝影透鏡。
即，首先將照相機(jī)從通常的配置狀態(tài)(圖51A)朝向被拍攝體的方向(圖51B)，其次只使膠片平面216向平行于被拍攝體的方向傾斜(圖51C)。這時，糾正上述的被拍攝體的失真。其次，將攝影透鏡217向平行于被拍攝體的方向傾斜(圖51D)。這時，使全體被拍攝體的焦點(diǎn)一致。另外，作為上述處理順序的結(jié)果，攝影透鏡217相對于膠片平面216呈上升形態(tài)，這成為前沿上升的名稱的由來。
圖52是只取出到此為止說明過的本實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置201的全息屏202、柱面透鏡203、LED顯示裝置204后，向左旋轉(zhuǎn)后的圖。如果將LED顯示裝置204看作被拍攝體，將柱面透鏡203看作攝影透鏡，將全息屏202看作膠片平面，則可以理解本實(shí)施形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置201與上述的前沿上升的結(jié)構(gòu)相同。
以上是假定LED顯示裝置204有縱橫等間隔地形成的矩陣狀的像素排列時的光學(xué)式顯示裝置201的配置結(jié)構(gòu)，但在能使用具有修正圖50所示的梯形失真的像素排列的顯示裝置的情況下，這些配置結(jié)構(gòu)變得不同。
圖53是為了修正梯形失真，從一開始就使用具有上下反轉(zhuǎn)的梯形形狀的像素排列的顯示裝置218時的配置結(jié)構(gòu)。
將全息屏202、柱面透鏡203、顯示裝置218配置得能使它們的配置面(圖中用直線表示的)各自的延長線相交于一點(diǎn)。這是被稱為闡姆布魯克條件(Scheimpflug condition)的照相技術(shù)領(lǐng)域中眾所周知的條件。當(dāng)滿足該條件時，顯示裝置218上顯示的全體圖像能被清晰地投影在全息屏202上。
如果采用本發(fā)明，則雖然z方向的光束的顏色稍微有些變化，但被取入光圈中的光束的顏色變化小，能看成單色。前面在說明全息屏202的制作方法時雖然只說明了采用單色激光的方法，但可以采用同樣的方法，進(jìn)行紅色、藍(lán)色、綠色激光的多重曝光，顯示彩色圖像。
另外，在本實(shí)施形態(tài)中，雖然使用柱面透鏡203，但不受此限，如上所述，只要將圖像的z分量清晰地投影在全息屏202上成像，則也能采用其他結(jié)構(gòu)。例如，可以使用在縱橫方向上焦距不同的合成光學(xué)系統(tǒng)、或通常的投影透鏡和柱面透鏡的組合。特別是如果使用能改變x方向的焦距的透鏡或反射鏡，則能容易地變更能觀察像的深度方向的位置。例如，如圖54A及圖54B所示，如果配置只沿x方向具有放大率的變焦透鏡301，則不改變LED顯示裝置204的位置，就能使形成像的假想顯示面208的位置前后變化。另外，用變焦反射鏡代替變焦透鏡301，也能取得使光路彎折的結(jié)構(gòu)。
另外，在本實(shí)施形態(tài)中，作為圖像顯示裝置雖然使用了LED顯示裝置，但不限于此，也可以是能顯示明亮的圖像的裝置。例如，可以考慮利用從LED、CRT、高分子散射型液晶面板、或有機(jī)EL面板中選擇的顯示元件、以及由偏振光開關(guān)元件構(gòu)成的圖像顯示裝置。另外，作為偏振光開關(guān)元件，可以使用包括強(qiáng)電介質(zhì)液晶面板的結(jié)構(gòu)。
如上所述，如果采用本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置，雖然LED顯示裝置204上顯示的圖像能在假想顯示面208上再生成像，但這是在假想顯示面208上的顯示，實(shí)際上在該顯示面208上什么物體也不存在。因此，完全不會發(fā)生與車接觸的事故等。另外，由于裝置的整體高度也能設(shè)定得低，所以提供一種能有效地利用狹窄空間的顯示裝置。
另外，這里主要說明了本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置在隧道內(nèi)作為道路標(biāo)識的應(yīng)用，但不限于此，也能容易地將與在本實(shí)施形態(tài)中說明的同樣形態(tài)的光學(xué)式顯示裝置用作投影型的顯示器。靈活地應(yīng)用能看見圖像從屏幕面浮現(xiàn)在眼前的特性，可以考慮在游戲機(jī)、娛樂等領(lǐng)域中的各種應(yīng)用形態(tài)。
另外，在圖47中，制作全息屏202時，使朝向B點(diǎn)收斂的激光光束214從圖中左側(cè)入射到全息干板213上，但也可以將它置換成圖55所示的從全息干板213左側(cè)的點(diǎn)E發(fā)出的作為發(fā)散光的激光光束219。如圖56所示配置這樣制作的全息屏220。由于全息屏220以外的結(jié)構(gòu)要素完全不變，所以與前面的說明一樣，在LED顯示裝置204上顯示的圖像能利用柱面透鏡203投影成像，能配置得使上述圖像中包含的例如沿x方向延伸的線或輪廓在全息屏220上最清晰。
另一方面，由于圖像的x分量不受柱面透鏡203的作用的影響，所以在LED顯示裝置204上顯示的像可以考慮直接投影在全息屏220上。因此，利用全息屏220的作用，只有x分量(即沿z方向延伸的線或輪廓)在該全息屏220的左側(cè)作為虛像的點(diǎn)像E所在位置上新形成的假想顯示面221上形成清晰的像。由于觀察者能在朝向全息屏220一側(cè)的假想顯示面221上看到x分量的清晰的像，所以與前面說明的一樣，在該場所能識別浮現(xiàn)的像。
這樣的光學(xué)式顯示裝置與前面的說明一樣，可以作為道路標(biāo)識應(yīng)用，但更適合的應(yīng)用領(lǐng)域是應(yīng)用于所謂的仰視(head up)顯示器。在最普遍的應(yīng)用例中，是配置在汽車的儀表盤上，在朝向擋風(fēng)玻璃一側(cè)的外罩上方附近顯示行駛中所必要的交通信息、速度信息、導(dǎo)向信息等。圖57中示出了用于該目的的配置結(jié)構(gòu)之一例。作為這時的顯示裝置，除了LED顯示裝置以外，還能使用CRT、液晶顯示裝置、熒光顯示管、有機(jī)EL等。另外，全息屏220與前面說明的全息屏220的制作方法一樣，能通過使發(fā)散光發(fā)生干涉來制作。另外，也可以將全息屏220設(shè)置在擋風(fēng)玻璃上。另外，投影光學(xué)系統(tǒng)也與上面說明的一樣，可以是柱面透鏡、合成光學(xué)系統(tǒng)、或通常的攝影透鏡和柱面透鏡的組合。
(第二十實(shí)施形態(tài))如果采用本發(fā)明，則能將二維圖像投影在偏離屏幕的位置。應(yīng)用該原理，還能構(gòu)成能看到三維圖像的顯示裝置。以下進(jìn)行其詳細(xì)說明。
人看到一個三維物體時，映入左眼和右眼的該物體的像彼此有所不同。基于這種被稱為兩眼視差的微小差異，人才能識別該物體的立體結(jié)構(gòu)或遠(yuǎn)近。利用該原理，設(shè)計出了多種三維顯示裝置，其中的一種方式是在顯示裝置上交替地顯示左眼像和右眼像，通過使左眼和右眼獨(dú)立地看到各自的像，就能識別三維圖像。
一般說來，看三維圖像時容易產(chǎn)生疲勞，隨著情況的不同，有時感到像暈車似的惡心。這種生理現(xiàn)像因人而異，不能一概而論，但至今已作為三維圖像的問題被提出，為了解決該問題，正在進(jìn)行研究開發(fā)。
通過將上述的三維圖像顯示原理應(yīng)用于本發(fā)明的顯示裝置，能構(gòu)成解決上述問題的新的三維圖像顯示裝置。圖58示意性地示出了其結(jié)構(gòu)。具體地說，420是全息屏，402是空間光調(diào)制元件，403是投影光學(xué)系統(tǒng)。戴著偏振光眼鏡404的觀察者415能觀察到三維圖像406。
這里，空間調(diào)制元件402可以是能切換所顯示的圖像的偏振光方向的圖像顯示裝置，可以利用能切換線偏振光方向的裝置、或能切換圓偏振光的旋轉(zhuǎn)方向的裝置。作為這樣構(gòu)成的空間調(diào)制元件402，一般可以獲得已經(jīng)在120Hz以上工作的元件，通過以人的眼睛察覺不到的速度切換圖像，能顯示由兩眼視差產(chǎn)生的三維圖像。另外，將這樣的元件作為偏振光開關(guān)元件利用，即使與非偏振光顯示裝置組合、例如與CRT、有機(jī)EL、高分子散射型液晶元件等組合，也能構(gòu)成空間調(diào)制元件402。
另外，作為投影光學(xué)系統(tǒng)403，上面已經(jīng)說明過，能夠用柱面透鏡構(gòu)成最簡單的結(jié)構(gòu)。但，不限于此，如上所述，也可以將圖像的z分量清晰地投影在全息屏420上成像。例如，可以采用在縱橫方向上焦距不同的合成光學(xué)系統(tǒng)、或通常的投影透鏡和柱面透鏡的組合。另外，如上所述，如果采用改變x方向的焦距的透鏡或反射鏡，則能容易地變更能觀察像的前后方向的位置。例如，如圖54A及圖54B所示，如果配置只沿x方向具有放大率的變焦透鏡，則不改變LED顯示裝置的位置，就能使形成像的假想顯示面的位置前后變化。另外，用變焦反射鏡代替變焦透鏡，也能取得使光路彎折的結(jié)構(gòu)。
另外，偏振光眼鏡404的偏振片的方位互相正交，戴上偏振光眼鏡后，左眼及右眼能分別獨(dú)立地識別由上述空間光調(diào)制元件402切換的圖像。
本發(fā)明的三維顯示裝置的特征在于能使屏幕面和能觀察圖像的位置分開，還能改變它們之間的距離。這是解決上述的疲勞感等問題的要點(diǎn)。就是說，由于圖像不固定在屏幕面上，所以眼的焦點(diǎn)能夠像沒有屏幕一樣與實(shí)際像重疊地進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，由于能改變該像的位置，所以能使眼的焦點(diǎn)在能看到實(shí)際的像的地方與輻射角一致，故能進(jìn)行自然的三維顯示。
(第二十一實(shí)施形態(tài))如上所述，本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置的而在現(xiàn)有的裝置中所看不到的特長在于通過將表示各實(shí)施形態(tài)的基本結(jié)構(gòu)的光學(xué)式顯示裝置重新作為一個新的顯示單元，將多個這樣的顯示單元配置在配置面上，能在假想顯示面上合成并顯示來自各單元的再生像。
圖59A及圖59B是將三個顯示單元223左右并列地構(gòu)成光學(xué)式顯示裝置之一例的側(cè)視圖及正視圖。
在假想顯示面224上形成的像225對各顯示單元來說各不相同，在圖示的例中，在各顯示單元中，一個一個地再生顯示“A”、“B”及“C”各字符。如圖所示，如果將各顯示單元左右接近地配置，能識別各字符并列構(gòu)成的一句話。
另外，如圖60所示，將一個大的圖形分割顯示成三個圖形270、271及272，能在假想顯示面上合成。
從觀察者看來，在顯示單元左右并列配置的情況下，在假想顯示面上合成各自的再生像，能左右擴(kuò)展顯示幅度。
另外，充分地體現(xiàn)本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置的特征的結(jié)構(gòu)是這樣一種結(jié)構(gòu)沿著觀察者能看到像的前后方向上配置多個顯示單元，在假想顯示面上合成來自各顯示單元的像。
圖61是表示沿著前后方向配置了多個顯示單元的光學(xué)式顯示裝置226的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。在該實(shí)施形態(tài)中，本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置226被作為隧道內(nèi)的道路標(biāo)識用。具體地說，在圖61中，226是本實(shí)施例的光學(xué)式顯示裝置，227～229是顯示單元，各顯示單元227～229被并列地配置在隧道230的天花板231上。
用圖62A～圖62C所示的制作光學(xué)系統(tǒng)能制作各顯示單元227～229的全息屏。這些光學(xué)系統(tǒng)基本上都與用圖47說明過的光學(xué)系統(tǒng)相同。但作為收斂光入射的激光光束的聚焦點(diǎn)各不相同。
圖62A是顯示單元227用的全息屏的制作光學(xué)系統(tǒng)，入射激光光束232，使其收斂到點(diǎn)F。圖62B是顯示單元228用的全息屏的制作光學(xué)系統(tǒng)，入射激光光束233，使其收斂到點(diǎn)G。圖62C是顯示單元229用的全息屏的制作光學(xué)系統(tǒng)，入射激光光束234，收斂使其到點(diǎn)H。
如圖61所示，在假想顯示面236附近形成顯示單元227的像235。同樣，在假想顯示面237附近形成顯示單元228的像237，在假想顯示面240附近形成顯示單元229的像239。
在各顯示單元227、228、229中顯示被分割成圖63A所示的表示限速的道路標(biāo)識的原稿圖形241的圖63B所示的要素圖形242、243、244。即，在顯示單元227中，作為像235顯示將原稿圖形241分割后獲得的下部約1/3的要素圖形242。同樣，在顯示單元228中，作為像237顯示中央部分約1/3的要素圖形243，在顯示單元229中，作為像239顯示上部約1/3的要素圖形244。
這時，如圖63C所示，從正面看到的再生像235、237、239被作為一個像合成，所以如果從在隧道230內(nèi)行駛的車中看它時，能看到顯示限速的道路標(biāo)識就好像被吊裝在隧道230的天花板231的下方?？墒?，這是在假想顯示面上的顯示，實(shí)際上在該顯示面上什么物體也不存在，所以完全不會發(fā)生與車接觸的事故。
該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于所配置的顯示單元數(shù)為N時，能使顯示單元的高度按大約1/N的比例縮小。利用這樣極其平坦的結(jié)構(gòu)的光學(xué)式顯示裝置，能減少挖掘隧道的斷面積，由此帶來減少建筑成本的好的效果。
如上所述，在使用本發(fā)明的全息圖的光學(xué)式顯示裝置中，首先能使用熒光燈這種價廉且壽命長的光源這一點(diǎn)的工業(yè)價值極高。
但，靈活應(yīng)用本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置用的光源不限于熒光燈，也可以是細(xì)長的線狀光源。作為線狀光源，除了已經(jīng)說明的燈和縱向長的開口的組合、直的熒光燈管以外，還能容易地利用將小型電燈按一維方式排列而成的光源、半導(dǎo)體激光器或LED的一維陣列、使發(fā)光部分呈線狀的有機(jī)EL、或用光導(dǎo)纖維等導(dǎo)光裝置引導(dǎo)光源的光而構(gòu)成線狀的光射出部分的光源等。另外，還能選擇其他各種光源。例如，利用點(diǎn)光源和柱面反射鏡或多面鏡的組合，能形成模擬的線狀光源。作成偏心反射鏡的小型化也很好。另外，利用反射鏡或透鏡使光匯聚成線狀的光束，也能形成線狀光源。如果采用該結(jié)構(gòu)，則能在接近全息圖的位置構(gòu)成假想的高亮度的線狀光源。或者，即使在CRT等二維顯示裝置上沿縱向顯示細(xì)長的亮線，也能起線狀光源的作用。如果依次移動亮線的顯示位置，則由于再生位置也與其相應(yīng)地移動，所以能產(chǎn)生看到再生像移動的效果。除此之外，使用可動的線狀光源，能獲得同樣的效果。
另外，關(guān)于光源的發(fā)光特性，可以是具有連續(xù)的發(fā)光分布的光源，也可以采用具有三原色獨(dú)立發(fā)光峰值的光源?；蛘?，也可將三原色的獨(dú)立的發(fā)光光源組合起來，構(gòu)成線狀光源。通過這樣處理，能將各色光源點(diǎn)亮或熄滅，能顯示或者不顯示特定顏色的再生像，能進(jìn)行效果極佳的顯示。
另外，在圖8中，如果以垂直于圖紙的軸為中心，將全息圖2向后翻轉(zhuǎn)180°，則形成再生像的假想顯示面也朝向全息圖2一側(cè)，就圖8而言，向天花板面T的深處移動，所以能在朝向全息圖2一側(cè)形成再生像。在本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中，也能進(jìn)行這樣的再生像顯示。但，這時獲得的再生像由于向后翻轉(zhuǎn)，所以在用這樣的配置來顯示再生像的情況下，制作全息圖2時，從全息干板一側(cè)看，需要將圖形掩模預(yù)先設(shè)定為朝向表面。
另外，如果沿著與狹縫的長度方向正交的方向使多條光束重疊形成參照光，則再生時不使用線狀光源就能擴(kuò)展觀看范圍。這時，照明光源可以是點(diǎn)光源。但實(shí)際上觀察再生像的場所是離散的，如果將視點(diǎn)上下移動，則交替地出現(xiàn)能看到再生像的位置和難以看到再生像的位置。該狀態(tài)隨著制作全息圖時使用的多條光束的重疊情況而變。在多條光束互相接近配置的情況下，即使移動視點(diǎn)，也可連續(xù)地觀察到再生像。該參照光的結(jié)構(gòu)不限于狹縫和散射光的組合來形成物體光的情況，即使對于將柱面透鏡組合到其中的情況、將透射型全息圖的再生像作為物體光的情況、以及用沿單一方向散射的散射光形成物體光的情況，也是有效的。
另外，通過將雙凸透鏡片之類的一次散射體配置在全息干板附近，使全息圖曝光，再生時不用線狀光源就能擴(kuò)展觀看范圍。這時，照明光源可以是點(diǎn)光源。但實(shí)際上能觀察再生像的場所是離散的，如果將視點(diǎn)上下移動，則交替地出現(xiàn)能看到再生像的位置和難以看到再生像的位置。該狀態(tài)隨著雙凸透鏡片的規(guī)格而變，通過選擇間距細(xì)的雙凸透鏡片，即使移動視點(diǎn)，也可連續(xù)地觀察到再生像。
再生顯示面不限于一個平面，也可以由多個平面或曲面構(gòu)成。另外，如在上述的幾個實(shí)施形態(tài)中所述，作為被拍攝體也可以使用三維物體。但使用三維物體作為被拍攝體時，關(guān)于圖10、圖11A及圖11B所示的全息圖制作光學(xué)系統(tǒng)，有必要再配置光學(xué)系統(tǒng)，以便在將激光照射在三維被拍攝體上后所發(fā)生的來自上述被拍攝體的反射光能通過設(shè)置在該被拍攝體和全息干板之間的狹縫。在此情況下，通過了狹縫的光成為物體光，但上述激光和上述物體光不排列在光軸上。
另外，能容易地進(jìn)行全息圖2的復(fù)制。例如，最好經(jīng)折射率整合液，使全息圖2和未曝光的全息干板緊密地接觸，使激光以適當(dāng)?shù)慕嵌葟娜⒏砂逡粋?cè)入射，就能將記錄在全息圖2上的信息復(fù)制在全息干板上。
在上述的各實(shí)施形態(tài)中，以在光學(xué)式道路標(biāo)識及道路信息顯示牌中的應(yīng)用例為中心，說明了本發(fā)明的應(yīng)用，但不完全限于該用途，也可以顯示一般字符信息、宣傳廣告等。同樣，設(shè)置場所也不限于隧道內(nèi)，即使設(shè)置在大樓、電梯、地下通道、車站等處，也有很好的效果。另外，也可以將未被全息圖繞射的非繞射光作為周邊照明光用。
另外，設(shè)置位置也不限于天花板，即使設(shè)置在墻壁、地板等上面也有很好的效果。例如，將全息圖設(shè)置在通道的地面上，能利用已經(jīng)設(shè)置在天花板上的照明用熒光燈進(jìn)行再生，將其再生像顯示成表示箭頭、位置等的指標(biāo)，起導(dǎo)向指標(biāo)的作用。特別是使再生像從地面向上浮起數(shù)十厘米進(jìn)行顯示，容易看見?；蛘撸@樣獲得的顯示由于能引人注目，所以還能用作讓行人止步的手段。
(第二十二實(shí)施形態(tài))在利用按照本發(fā)明的原理形成的全息圖的光學(xué)式顯示裝置中，作為再生像顯示表示箭頭或位置等的指標(biāo)，能向觀察者提供某一空間。在本實(shí)施形態(tài)中，作為該特征的應(yīng)用例，說明一種向利用者以可視方式地提示使非接觸卡通過的位置的系統(tǒng)。
取鐵路車站為例，現(xiàn)在設(shè)置的自動剪票系統(tǒng)以采用電磁方法讀取記錄在定期票上的信息的方式為主。可是，今后將要過渡到采用電波或其他方法非接觸地讀取利用者攜帶的定期票中的信息的方式，這種方式正在研究之中。其目的是代替將定期票一度插入機(jī)械中的現(xiàn)在的剪票方式，利用者手持作為非接觸卡的定期票直接通過剪票，能提高剪票效率，加快人群的移動速度。
這里應(yīng)考慮的問題在于利用者是否能使定期票有效地通過在離開卡閱讀器的空間設(shè)定的規(guī)定的通信區(qū)(例如，進(jìn)行無線讀取信號的區(qū)域)。如果這種方法不好用，必須反復(fù)讀取幾次的話，反而會使剪票的人群停滯不前。
使卡有效地通過該通信區(qū)的問題在于非接觸卡系統(tǒng)固有的問題。這是因為如果是現(xiàn)有的讀取裝置，利用者將卡插入插口中，由機(jī)械自動地進(jìn)行該讀取所需的定位。因此，利用者不需要花費(fèi)讀取所需要的時間。另一方面，在非接觸卡系統(tǒng)中，由于空間通信區(qū)配置得較廣，所以必要的條件是首先應(yīng)將卡帶入最佳通信區(qū)，再者，讀取信息要花費(fèi)必要的時間，在通信區(qū)內(nèi)應(yīng)持續(xù)地提示卡，這些工作都要由利用者來完成。
在這種情況下，為了不給利用者造成負(fù)擔(dān)，且能可靠地讀卡，可以認(rèn)為有效的方法是使非接觸卡通過的位置(區(qū)域)可視化。如果采用本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置，則在位于離開卡閱讀器的位置的通信區(qū)內(nèi)，能顯示箭頭等指標(biāo)作為清晰的彩色圖像的全息圖再生像，能可靠地向通過的利用者提示應(yīng)出示卡的位置。
另外，一般說來通過的利用者急于剪票，所以利用只在通過時能看到的顯示，不能發(fā)揮本來的功能。這是因為在能看到顯示的時刻使卡移動到最佳位置的工作構(gòu)成了負(fù)擔(dān)。因此，為了可靠地將通信區(qū)的位置通知利用者，希望在接近剪票口的時刻，進(jìn)行能大致掌握通信區(qū)的位置的顯示。本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置也能在這方面有效地起作用。
即，例如與第三實(shí)施形態(tài)相關(guān)地說明過，在本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置中，隨著光源的配置情況的不同，能使顯示的觀看區(qū)前后擴(kuò)展。利用該功能，利用者從還處在離開剪票口的地方時就能看到了些情況。因此，利用者能以該看到的部分為基準(zhǔn)，開始進(jìn)行出示卡的準(zhǔn)備。另外，隨著接近剪票口，逐漸地開始能清楚地看到顯示部分，每個利用者都能可靠地看到是否用定期票遮住了光。實(shí)際上通過剪票口時，由于能一邊將卡保持在適當(dāng)?shù)母叨燃拔恢靡贿呁ㄟ^，所以能讀取可靠的信息。
上述的所謂“看到一些情況”可以是隨著行進(jìn)，能看到提示位置在閃爍、或能看到顏色變化等，只要是能引人注目，什么樣的顯示都可以。這里能有效地利用本發(fā)明的這樣的特性隨著觀看利用多個參照光制作的全息圖的位置的不同，忽而能看見，忽而看不見?；蛘撸軐?shí)現(xiàn)構(gòu)成這樣一種光學(xué)式信息裝置，即避免顏色的變化變小的配置。
另外，作為觀看范圍，希望將前方設(shè)定得廣一些，同時即使通過了出示位置時稍微回過頭來也能看到。這也與第三實(shí)施形態(tài)相關(guān)地說明過，能隨著光源的配置情況的不同來限定顯示的觀看區(qū)域。
另外，由于利用者的身高各不相同，所以希望觀看的高度變化時也能清晰地看到。這可通過加大制作全息圖時使用的散射體的散射程度、且加長狹縫、或者加大一維散射體的寬度及散射程度來實(shí)現(xiàn)。
另外，在關(guān)于無線卡處理裝置的特開平9-6935號公報中，有關(guān)于在與通信區(qū)域大致相同的范圍內(nèi)映出用斜線形態(tài)顯示的三維立體圖像的記載?？墒牵瑢?shí)際上為了實(shí)現(xiàn)這樣的功能，利用本發(fā)明提出的方法是不可缺少的。
另外，在以上的說明中，雖然取非接觸卡系統(tǒng)為例，但也能將本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置與例如POS系統(tǒng)之類的其他信息通信裝置組合起來。在此情況下，在所構(gòu)成的光學(xué)式顯示系統(tǒng)中，光學(xué)式顯示裝置以三維方式顯示信息通信裝置的通信區(qū)域。最好使光學(xué)式顯示裝置的顯示區(qū)域和信息通信裝置的上述通信區(qū)域互相一致。另外，作為信息通信裝置可以是進(jìn)行單向信息通信(接收或發(fā)送)的結(jié)構(gòu)，或者也可以是進(jìn)行雙向交互通信(收發(fā)信)的結(jié)構(gòu)。
工業(yè)上利用的可能性本發(fā)明由于利用上述的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全息圖再生像的顯示，所以能在空間內(nèi)假想地設(shè)置的沒有實(shí)際物體的面上，進(jìn)行沒有實(shí)際物體的全息圖再生像的顯示。另外，顯示裝置本身由于被配置在極其靠近設(shè)置場所的墻面的平坦的區(qū)域內(nèi)，所以突出的部分小，所以能消除顯示裝置的大型化或設(shè)置區(qū)域(占有區(qū)域)的增大、或發(fā)生與顯示裝置接觸的事故這樣一些現(xiàn)有的顯示裝置中存在的問題。
另外，如果采用本發(fā)明，則能將熒光燈作為再生光源使用進(jìn)行顯示，何時何地都能利用再生光源，能在重量輕且具有柔性的基板上制作全息圖，能容易地實(shí)現(xiàn)可攜帶的顯示裝置。
另外，應(yīng)用該原理，能實(shí)現(xiàn)仰視顯示器或三維顯示裝置等使圖像離開屏幕面進(jìn)行觀察的新型顯示器。
例如，如果將本發(fā)明的光學(xué)式顯示裝置用于非接觸卡系統(tǒng)中，則能向利用者清晰地提示空間廣的通信區(qū)域，能更可靠地且有效地發(fā)揮非接觸卡系統(tǒng)本來的功能。
權(quán)利要求書按照條約第19條的修改51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于上述光學(xué)式顯示裝置能按三維形式顯示上述信息通信裝置的通信區(qū)域。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于能使上述光學(xué)式顯示裝置的顯示區(qū)域和上述信息通信裝置的上述通信區(qū)域一致。
53.根據(jù)權(quán)利要求50所述的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于上述信息通信裝置能進(jìn)行信息的單向通信或交互通信。
54.一種備有光學(xué)式顯示裝置和信息通信裝置的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于該光學(xué)式顯示裝置是權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于上述光學(xué)式顯示裝置能按三維形式顯示上述信息通信裝置的通信區(qū)域。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于能使上述光學(xué)式顯示裝置的顯示區(qū)域和上述信息通信裝置的上述通信區(qū)域一致。
57.根據(jù)權(quán)利要求54所述的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于上述信息通信裝置能進(jìn)行信息的單向通信或交互通信。
58.一種光學(xué)式顯示裝置，它備有圖像顯示裝置、成像光學(xué)系統(tǒng)、以及全息屏，其特征在于該全息屏反射來自點(diǎn)光源的光，在與該點(diǎn)光源不同的位置形成點(diǎn)像，該成像光學(xué)系統(tǒng)使在該圖像顯示裝置上顯示的圖像的縱向焦點(diǎn)在該全息屏上一致。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述被形成的點(diǎn)像是實(shí)像。
60.根據(jù)權(quán)利要求58所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述被形成的點(diǎn)像相對于上述全息屏來說，是在與上述點(diǎn)光源相反一側(cè)的位置形成的虛像。
61.根據(jù)權(quán)利要求58所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述成像光學(xué)系統(tǒng)具有縱向和橫向互相獨(dú)立的成像功能，關(guān)于該縱向，構(gòu)成為使上述圖像顯示裝置上顯示的圖像的縱向焦點(diǎn)在上述全息屏上一致，關(guān)于該橫向，構(gòu)成為使焦距可變。
62.(刪除)63.一種多個顯示單元沿橫向配置的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于該多個顯示單元中的每一個都是權(quán)利要求58所述的光學(xué)式顯示裝置。
64 一種多個顯示單元沿深度方向配置的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于該多個顯示單元中的每一個都是權(quán)利要求58所述的光學(xué)式顯示裝置。
65.根據(jù)權(quán)利要求58所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述圖像顯示裝置包括從LED、CRT、高分子分散型液晶面板、或有機(jī)EL面板選擇的顯示元件、以及偏振光開關(guān)元件。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述偏振光開關(guān)元件包括強(qiáng)介質(zhì)液晶面板。
67.(增加)根據(jù)權(quán)利要求65所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于還備有使偏振光通過的方向在兩眼處呈互相正交的偏振光眼鏡。
權(quán)利要求
1.一種備有全息元件和光源的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于該全息圖是反射型全息圖，它由以下兩種光形成利用通過狹縫獲得的有被拍攝體的信息的光；以及入射光路與有該被拍攝體的信息的該光不同的參照光，用來自該光源的光顯示該被拍攝體的再生像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于有上述被拍攝體的信息的上述光是使通過了上述狹縫的散射光照射在該被拍攝體上獲得的物體光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于使光通過毛玻璃形成了上述散射光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于有上述被拍攝體的信息的上述光是再生透射型全息圖獲得的再生光，該透射型全息圖由以下兩種光形成使通過了上述狹縫的散射光照射在該被拍攝體上獲得的物體光、以及具有與該物體光不同的入射光路的照射光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于使光通過毛玻璃能形成了上述散射光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于有上述被拍攝體的信息的上述光是該透射型全息圖的再生光，它是通過靠近記錄了該被拍攝體的像的透射型全息圖配置的上述狹縫獲得的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于有上述被拍攝體的信息的上述光是該透射型全息圖的再生光，它是通過靠近記錄了該被拍攝體的像的透射型全息圖配置的上述狹縫、以及沿該狹縫的縱向有母線的柱面透鏡獲得的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述參照光是使多條光束沿著與上述狹縫的縱向正交的方向重疊而構(gòu)成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是線狀光源。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述線狀光源被配置在與上述狹縫的縱向正交的面上或其附近。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述參照光將與上述狹縫的縱向正交的面作為入射面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述參照光將與上述狹縫的縱向正交的面不同的面作為入射面。
13.一種備有全息元件和光源的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于該全息圖是反射型全息圖，它由以下兩種光形成利用沿一個方向散射的散射光獲得的有被拍攝體的信息的光；以及入射光路與有該被拍攝體的信息的該光不同的參照光，用來自該光源的光顯示該被拍攝體的再生像。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于有上述被拍攝體的信息的上述光是使上述散射光照射在該被拍攝體上獲得的物體光。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于有上述被拍攝體的信息的上述光是再生透射型全息圖獲得的再生光，該透射型全息圖由以下兩種光形成使上述散射光照射在該被拍攝體上獲得的物體光、以及具有與該物體光不同的入射光路的照射光。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述參照光是使多條光束沿著與上述散射光的散射方向正交的方向重疊而構(gòu)成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于有上述被拍攝體的信息的上述光是該透射型全息圖的再生光，它是通過靠近記錄了該被拍攝體的像的透射型全息圖配置的上述狹縫獲得的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述參照光是使多條光束沿著與上述散射光的散射方向正交的方向重疊而構(gòu)成的。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述散射光是使光通過雙凸透鏡形成的。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是線狀光源。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述線狀光源被配置在與上述散射光的散射方向正交的面上或其附近。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述參照光將與上述散射光的散射方向正交的面作為入射面。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述參照光能將與上述散射光的散射方向正交的面不同的面作為入射面。
24.一種光學(xué)式顯示系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中將多個顯示單元排列在配置面上，合成并顯示來自該多個單元的再生像，其特征在于該多個單元中的每一個都是具有權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置。
25.一種光學(xué)式顯示系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中將多個顯示單元排列在配置面上，合成并顯示來自該多個單元的再生像，其特征在于該多個單元中的每一個都是具有權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述全息元件是將多個全息圖要素組合起來構(gòu)成的。
27.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述全息元件是將多個全息圖要素組合起來構(gòu)成的。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述全息元件能在柔性基板上形成。
29.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述全息元件能在柔性基板上形成。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述全息元件可以攜帶。
31.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述全息元件可以攜帶。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是線狀光源，該線狀光源的長度及設(shè)置方向被設(shè)定成能獲得規(guī)定的再生像的識別范圍。
33.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是線狀光源，該線狀光源的長度及設(shè)置方向被設(shè)定成能獲得規(guī)定的再生像的識別范圍。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是線狀光源，通過將該線狀光源移動到入射平面外，來移動再生像的成像位置。
35.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是線狀光源，通過將該線狀光源移動到入射平面外，來移動再生像的成像位置。
36.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于備有多個上述全息元件，用一個光源來再生該多個全息元件。
37.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于備有多個上述全息元件，用一個光源來再生該多個全息元件。
38.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是線狀光源，該線狀光源是熒光燈管、或熒光燈管和反射板的組合。
39.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是線狀光源，該線狀光源是熒光燈管、或熒光燈管和反射板的組合。
40.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是由多面鏡和點(diǎn)光源構(gòu)成的線狀光源。
41.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是由多面鏡和點(diǎn)光源構(gòu)成的線狀光源。
42.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是由柱面反射鏡和點(diǎn)光源構(gòu)成的線狀光源。
43.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是由柱面反射鏡和點(diǎn)光源構(gòu)成的線狀光源。
44.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是由利用反射鏡或透鏡聚焦成線狀的光束構(gòu)成的線狀光源。
45.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是由利用反射鏡或透鏡聚焦成線狀的光束構(gòu)成的線狀光源。
46.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是由一列點(diǎn)光源構(gòu)成的線狀光源。
47.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是由一列點(diǎn)光源構(gòu)成的線狀光源。
48.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是由在二維顯示裝置上顯示的亮線構(gòu)成的線狀光源。
49.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述光源是由在二維顯示裝置上顯示的亮線構(gòu)成的線狀光源。
50.一種備有光學(xué)式顯示裝置和信息通信裝置的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于該光學(xué)式顯示裝置是權(quán)利要求1所述的光學(xué)式顯示裝置。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于上述光學(xué)式顯示裝置能按三維形式顯示上述信息通信裝置的通信區(qū)域。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于能使上述光學(xué)式顯示裝置的顯示區(qū)域和上述信息通信裝置的上述通信區(qū)域一致。
53.根據(jù)權(quán)利要求50所述的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于上述信息通信裝置能進(jìn)行信息的單向通信或交互通信。
54.一種備有光學(xué)式顯示裝置和信息通信裝置的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于該光學(xué)式顯示裝置是權(quán)利要求13所述的光學(xué)式顯示裝置。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于上述光學(xué)式顯示裝置能按三維形式顯示上述信息通信裝置的通信區(qū)域。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于能使上述光學(xué)式顯示裝置的顯示區(qū)域和上述信息通信裝置的上述通信區(qū)域一致。
57.根據(jù)權(quán)利要求54所述的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于上述信息通信裝置能進(jìn)行信息的單向通信或交互通信。
58.一種光學(xué)式顯示裝置，它備有圖像顯示裝置、成像光學(xué)系統(tǒng)、以及全息屏，其特征在于該全息屏反射來自點(diǎn)光源的光，在與該點(diǎn)光源不同的位置形成點(diǎn)像，該成像光學(xué)系統(tǒng)使在該圖像顯示裝置上顯示的圖像的縱向焦點(diǎn)在該全息屏上一致。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述被形成的點(diǎn)像是實(shí)像。
60.根據(jù)權(quán)利要求58所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述被形成的點(diǎn)像相對于上述全息屏來說，是在與上述點(diǎn)光源相反一側(cè)的位置形成的虛像。
61.根據(jù)權(quán)利要求58所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述成像光學(xué)系統(tǒng)具有縱向和橫向互相獨(dú)立的成像功能，關(guān)于該縱向，構(gòu)成為使上述圖像顯示裝置上顯示的圖像的縱向焦點(diǎn)在上述全息屏上一致，關(guān)于該橫向，構(gòu)成為使焦距可變。
62.根據(jù)權(quán)利要求58所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于還備有使偏振光通過的方向在兩眼處呈互相正交的偏振光眼鏡。
63.一種多個顯示單元沿橫向配置的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于該多個顯示單元中的每一個都是權(quán)利要求58所述的光學(xué)式顯示裝置。
64一種多個顯示單元沿深度方向配置的光學(xué)式顯示系統(tǒng)，其特征在于該多個顯示單元中的每一個都是權(quán)利要求58所述的光學(xué)式顯示裝置。
65.根據(jù)權(quán)利要求58所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述圖像顯示裝置包括從LED、CRT、高分子分散型液晶面板、或有機(jī)EL面板選擇的顯示元件、以及偏振光開關(guān)元件。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的光學(xué)式顯示裝置，其特征在于上述偏振光開關(guān)元件包括強(qiáng)電介質(zhì)液晶面板。
全文摘要
在備有全息元件和光源的光學(xué)式顯示裝置中,該全息圖是反射型全息圖,它由以下兩種光形成:利用通過狹縫的光獲得的有被拍攝體的信息的光、以及入射光路與有該被拍攝體的信息的該光不同的參照光,用來自該光源的光顯示該被拍攝體的再生像。
文檔編號G03H1/22GK1256764SQ98805192
公開日2000年6月14日 申請日期1998年3月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月18日
發(fā)明者武富義尚, 久保田敏弘, 丹治能彥, 林全郎 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社