CN101034278A - 显示装置、全息再现装置和利用全息图的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示装置。该显示装置包括：具有包含光学特性由于190nm以上且小于380nm的第一波段激光照射而发生变化的碱金属卤化物或碱土金属卤化物的层的显示元件；为了将显示用数据写入上述显示元件而输出上述第一波段激光的第一光源；和用于对写入了上述显示用数据的上述显示元件照射380nm以上且800nm以下的第二波段光的第二光源。

Description

显示装置、全息再现装置和利用全息图的装置

技术领域

本发明涉及显示装置、全息再现装置和利用全息图的装置。另外，本发明还涉及可以作为三维(以下称为3D)立体显示器等来使用的全息再现装置。

背景技术

作为使用了碱金属卤化物等的显示装置，众所周知的有被称为暗迹(dark trace)管的阴极著色(chromic)积累管。人们在暗迹管直接观察基于电子束的有色像。

另外，对比文件(特开2000-206858号公报)中也公开了使用电子束的全息再现装置。

发明内容

在使用电子束的情况下，需要使形成全息干涉条纹的显示元件的内侧成为真空***。

另外，碱金属卤化物或碱土金属卤化物是电绝缘性材料，有时由于电子束的照射，会在使用该材料构成的显示元件中积累电荷，发生所谓的带电。

因此，本发明提供一种新的显示装置、全息再现装置和利用全息图的装置，其使用了波段为190nm以上且小于380nm的激光照射。

本发明1的显示装置，其特征在于包括：

具有包含光学特性由于190nm以上且小于380nm的第一波段激光照射而发生变化的碱金属卤化物或碱土金属卤化物的层的显示元件；

为了将显示用数据写入上述显示元件而输出上述第一波段激光的第一光源；和

用于对写入了上述显示用数据的上述显示元件照射380nm以上且800nm以下的第二波段光的第二光源。

本发明2的全息再现装置，其特征在于包括：

包含光学特性由于190nm以上且小于380nm的第一波段的激光照射而发生变化的碱金属卤化物或碱土金属卤化物的显示元件；

用于通过上述第一波段的激光照射来将全息干涉条纹写入上述显示元件的写入装置；和

对上述全息干涉条纹照射波段为380nm以上且800nm以下的第二波段的读出光来再现全息立体像的装置。

上述全息干涉条纹可以基于全息图数据，通过以点数据写入上述显示元件来形成。

另外，可以通过切换基于上述点数据的像素尺寸来切换立体显示和非立体显示。

本发明3的全息再现装置，其特征在于包括：

由碱金属卤化物或碱土金属卤化物构成，且其光学特性由于190nm以上且小于380nm的第一波段的激光照射而发生变化的第一层、第二层和第三层叠层而成的显示元件，其中，上述第一层、第二层和第三层，在光学特性由于上述第一波段的激光照射而发生变化的状态下的吸收波长峰值彼此不同，上述第一层、第二层和第三层的上述吸收波长峰值分别为380nm以上且500nm以下、500nm以上且600nm以下、以及600nm以上且800nm以下；

用于通过上述第一波段的激光照射来将全息干涉条纹写入上述显示元件的写入装置；和

用于对写入了上述全息干涉条纹的上述显示元件照射读出光来再现全息立体像的再现装置。

本发明4的利用全息图的装置，其特征在于包括：

包含光学特性由于190nm以上且小于380nm的第一波段的激光照射而发生变化的碱金属卤化物或碱土金属卤化物的体全息记录介质；

用于对上述体全息记录介质照射上述第一波段激光的第一光源；和

用于对上述体全息记录介质照射380nm以上且800nm以下的第二波段的读出光的第二光源，

使上述体全息记录介质和上述第一光源相对地进行3维扫描，从而在上述体全息记录介质上形成基于位数据的体全息干涉条纹。

用由碱金属卤化物或碱土金属卤化物构成的多个层来构成上述体全息记录介质，

关于上述多个层，其光学特性由于上述第一波段的激光照射而发生变化，并且可以使光学特性发生变化的状态下的吸收波长峰值彼此不同。

另外，本发明具有以下特征。

本发明的显示装置，其特征在于包括：

具有包含光学特性由于190nm以上且小于380nm的第一波段的激光照射而发生变化的碱金属卤化物或碱土金属卤化物的层的显示元件；

为了将显示用数据写入上述显示元件而输出上述第一波段激光的第一光源；和

用于对写入了上述显示用数据的上述显示元件照射380nm以上且800nm以下的第二波段光的第二光源。

上述显示元件可以具有由光的吸收波长峰值彼此不同的材料构成的多个上述层。

上述第一光源和第二光源可以由波长可变的一个光源构成。

上述显示用数据可以是全息图数据。

本发明的全息再现装置，其特征在于包括：

包含光学特性由于190nm以上且小于380nm的第一波段的激光照射而发生变化的碱金属卤化物或碱土金属卤化物的显示元件；

用于通过上述第一波段的激光照射来将全息干涉条纹写入上述显示元件的写入装置；和

对上述全息干涉条纹照射波段为380nm以上且800nm以下的第二波段的读出光来再现全息立体像的装置。

上述全息干涉条纹，可以基于全息图数据以点数据写入上述显示元件。

还包括用于消除上述全息干涉条纹的消除装置，

可以通过反复进行利用上述写入装置进行的全息干涉条纹的写入、利用上述再现装置进行的全息立体像的再现、以及利用上述消除装置进行的全息干涉条纹的消除，来进行全息立体像的连续再现。

上述消除装置可以通过激光照射、使电磁波或热作用来消除上述全息干涉条纹。

上述激光照射用的波长可以是700nm以上。

上述第二波段的读出光的照射可以与对上述显示元件进行的上述第一波段的激光照射，从同一侧来进行。

上述写入装置可以在规定于上述显示元件的进深方向的假想面上形成上述全息干涉条纹。

可以通过切换基于上述点数据的像素尺寸来切换立体显示和非立体显示。

本发明的全息再现装置，其特征在于：

包括由碱金属卤化物或碱土金属卤化物构成，且其光学特性由于波段为190nm以上且小于380nm的第一波段的激光照射而发生变化的第一层、第二层和第三层叠层而成的显示元件，其中，

上述第一层、第二层和第三层，在光学特性由于上述第一波段的激光照射而发生变化的状态下的吸收波长峰值彼此不同，

上述第一层、第二层和第三层的上述吸收波长峰值分别为380nm以上且500nm以下、500nm以上且600nm以下、以及600nm以上且800nm以下，

还包括用于通过上述第一波段的激光照射来将全息干涉条纹写入上述显示元件的写入装置，和

用于对写入了上述全息干涉条纹的上述显示元件照射读出光来再现全息立体像的再现装置。

上述全息干涉条纹，可以基于全息图数据以点数据写入上述显示元件。

可以使用从波段为380nm以上且800nm以下的第二波段中选择的波长峰值为380nm以上且500nm以下、波长峰值为500nm以上且600nm以下、以及波长峰值为600nm以上且800nm以下的三种读出光，在写入了上述全息干涉条纹的上述显示元件上再现上述全息立体像。

还包括用于消除上述全息干涉条纹的消除装置，

可以通过反复进行利用上述写入装置进行的全息干涉条纹的写入、利用上述再现装置进行的全息立体像的再现、以及利用上述消除装置进行的全息干涉条纹的消除来进行全息立体像的连续再现。

上述消除装置可以通过激光照射、使电磁波或热作用来消除上述全息干涉条纹。

上述激光照射用的波长可以是700nm以上。

可以通过切换利用上述点数据写入的像素尺寸来切换立体显示和非立体显示。

本发明的利用全息图的装置，其特征在于包括：

包含光学特性由于190nm以上且小于380nm的第一波段的激光照射而发生变化的碱金属卤化物或碱土金属卤化物的体全息记录介质；

用于对上述体全息记录介质照射上述第一波段激光的第一光源；和

用于对上述体全息记录介质照射380nm以上且800nm以下的第二波段的读出光的第二光源，

使上述体全息记录介质和上述第一光源相对地进行3维扫描，从而在上述体全息记录介质上形成基于位数据的体全息干涉条纹。

上述体全息记录介质用由碱金属卤化物或碱土金属卤化物形成的多个层来构成，

上述多个层的光学特性由于上述第一波段的激光照射而发生变化，并且可以使光学特性发生变化的状态下的吸收波长峰值彼此不同。

根据本发明，可以提供新的显示装置、全息再现装置和利用全息图的装置。

本发明的其他特征可以通过下面结合附图对实施例进行的说明来进一步明确。

附图说明

图1是用于说明本发明的示意图。

图2是表示在图1的装置中显示全息干涉条纹的情况的示意。

图3是表示在图1的装置中进行全息再现的情况的示意图。

图4A、图4B是从结构上和能量上来表示图1的装置的显示面上所使用的具有色中心的物质的着色原理的说明图。

图5是表示在本发明的体全息再现中显示体全息干涉条纹的情况的示意图。

图6是比较表示在本发明实施例1中用于显示面上的溴化钾的紫外激光照射前后的透射光谱的曲线图。

图7是表示在本发明实施例5中用于显示面上的NaBr的紫外激光照射后的透射光谱的曲线图。

图8是表示在本发明实施例7中用于显示面上的氯化铷、氯化钾、氟化钾的电子束照射后的透射光谱的曲线图。

图9是表示使用现有技术的2光束干涉曝光来形成色中心的情况的示意图。

图10是表示在本发明的体全息再现中氯化铷、溴化钠、氟化钾的紫外激光照射后的反射光谱的图。

图11是显示装置的一实施例的概略图。

具体实施方式

下面，说明形成本发明的经过。

本发明人经过深入研究认识到，通过对由碱金属卤化物或碱土金属卤化物构成的材料照射波段为190nm以上且380nm以下的第一波段激光(因为波段在紫外区域内，所以下面有时简称为“紫外激光”)，化学特性发生变化，该材料的变化状态是比较稳定的。

而且，本发明人认识到使用上述碱金属卤化物或碱土金属卤化物，有关光学特性的变化是可逆的，如果利用这种可逆性，就能实现应用性很高的新型显示装置或全息再现装置，从而做出了本发明。

(实施方式1：显示装置)

本实施方式的显示装置(图11)具有以下特征。

首先，该显示装置包括显示元件1190，上述显示元件1190具有：包含通过190nm以上且小于380nm的第一波段激光1192的照射光学特性发生变化的碱金属卤化物或碱土金属卤化物的层。

在此，关于构成上述层的材料等，在后述的实施方式中说明的内容直接适用。

而且，本实施方式的显示装置包括：

为了将显示用数据写入上述显示元件而输出上述第一波段激光1192的第一光源1191；和

用于将380nm以上且800nm以下的第二波段的光照射到写入了上述显示用数据的上述显示元件上的第二光源(未图示)。

在此，关于第一光源和第二光源，在后述的实施方式中说明的内容直接适用。

在图11中，虽然没有表示第二光源，但是相对于显示元件1190，其既可以设置在与第一光源相同的一侧，也可以设置在相反的一侧。

在本实施方式的显示元件中至少包含以下两个概念。

a.第一概念

即，是用上述第一光源将图像或字符数据写入具有碱金属卤化物等特定材料的显示元件上，然后使具有上述第二波段的光入射到该元件，作为滤光器来使用上述显示元件的情况。

在上述情况下，所入射的光透射或不透射是根据上述第一光源写入的位置而发生变化的。如果利用上述现象，则能使用上述显示元件作为与液晶显示器等同样地用于显示非立体图像的光调制元件。

而且，以上说明了利用入射光透射的情况(所谓透射型的显示装置)，但也可以将本发明的显示元件适用于反射型的显示装置。

b.第二概念

是将读出光输入到显示元件来实现立体图像显示的情况。

在以下的实施方式中，特别就使用全息图来显示立体图像的情况进行了详细说明，但本发明并不一定局限于利用了全息图的显示装置。

(实施方式2：全息再现装置)

就全息再现装置进行说明。

图1表示出显示元件的显示面1，该显示元件包括通过190nm以上且小于380nm的第一波段的激光2的照射而光学特性发生变化的碱金属卤化物或碱土金属卤化物。

表示出用于照射第一波段的激光2的紫外激光照射装置4。

作为紫外激光照射装置4，可以适用准分子激光器等气体激光器或利用了半导体的固体激光器。

通过照射上述第一波段的激光2，将全息干涉条纹3写入上述显示元件。

通过将波段为380nm以上且800nm以下的第二波段的读出光5照射到上述全息干涉条纹3上来再现全息立体像。读出光5，例如通过根据需要使用的放大透镜9将上述波段所包含的可见激光照射到全息干涉条纹3上。

这样一来，如图1所示，可以得到全息再现立体像6。

在此所说的全息干涉条纹是根据从外部输入(或者预先输入)到该装置的全息图数据，作为点数据用紫外激光照射装置4写入上述显示元件而获得的。

当然，在全息再现装置中也可以设置用于消除上述全息干涉条纹的消除装置。

可以通过反复进行基于上述写入装置的全息干涉条纹写入步骤、基于上述再现装置的全息立体像再现步骤以及基于上述消除装置的全息干涉条纹消除步骤来进行全息立体像的连续再现。

而且，对消除方法并不进行特别限定，可以通过对上述显示元件进行激光照射、施以电磁波或热来进行。

在通过上述激光照射进行消除的情况下，使用波长为700nm以上的激光光源。

而且，写入用激光光源、再现用光源和消除用光源，如果是可变光源则可以用一个光源来实现。

如图1所示，上述第二波段的读出光5的照射可以与对上述显示元件进行的上述第一波段的激光照射，从同一侧面来进行。

另外，上述写入装置4可以在上述显示元件的进深方向上规定的假想面上形成上述全息干涉条纹。

而且，通过切换根据上述点数据写入的像素尺寸，就可以切换立体显示和非立体显示(以后详述)。

下面，参照附图来详细说明用于实施本发明的优选实施方式。

图1是表示本发明的全息再现装置的一实施方式结构的图。另外，关于本发明的体全息再现，以后进行说明。

图中的1是光学特性由于紫外线激光的照射而发生变化的显示面。紫外激光照射装置4将紫外激光2聚光到显示面1上，并按照数字全息图数据一边进行二维扫描一边进行亮度调制照射，从而写入立体像再现所需要的全息干涉条纹3。关于数字全息图数据的生成方法，以后进行说明。

读出光照射装置将波段为380nm以上且800nm以下的第二波段的读出光5照射到写入显示面1的全息干涉条纹3上，再现全息再现立体像6。可以使用碱金属卤化物或碱土金属卤化物作为显示面1来构成。

作为读出光照射装置，由可见激光器7和使其所发出的可见激光放大后照射到显示面1上的放大透镜9等构成。作为读出光照射装置，为了对全息图作进一步改进也可以使用白色光。

在此，紫外激光2的波长为人眼的可见波长以下即380nm以下，且最好为用国际单位***(SI)定义为紫外区域的360nm以下。另外，众所周知190nm以下即为真空紫外区域，由于大气的原因而使吸收损失增大，需要根据波长与折射率的关系来利用特殊材质的透镜***，因此不能有效地发挥激光相对于电子束的优点。

因此，在本发明中，最好是使用190nm以上且360nm以下的紫外波段。例如，可以使用YAG激光3倍高次谐波(355nm)、YAG激光4倍高次谐波(266nm)或KrF准分子激光(248nm)、ArF准分子激光(193nm)等的脉冲激光器。进而，也可以使用现在正在开发的紫外波段的半导体激光器或面发光激光器。

使用激光的理由是因为激光的能量密度高以及全息写入需要的光束聚光性高。作为紫外激光照射装置4，由用于使紫外激光聚光的透镜、用于规定紫外激光照射位置的紫外用反射镜或用于紫外激光进行扫描的电流计(galvano)镜或多面体镜等构成。根据需要还可以设置用于消除写入显示面1的干涉条纹3的消除装置8。

接着，就上述数字全息图数据进行说明。其记载于本发明人以前提出的特开2000-206858号公报(专利文献2)中。数字全息图数据用下述方法预先准备。与一般的全息记录同样，将相干(可干涉)光(波动)照射到物体上，使其散射、反射或透射光与参照光进行干涉。

一般使用激光或电子束等作为该波动。为了实现本发明的目的，需要将干涉图案作为二值或多值的电信号来进行记录，因此使用摄像元件作为记录干涉图案的装置。也可以直接对干涉条纹进行摄影，使其在扩散板上成像。或者也可以一次读取作为感光材料的浓淡图案的图像。

一般的摄像元件为每个像素数十微米的密度，干涉图案一般为数微米以下，所以在用放大透镜等将干涉条纹放大投影之后再进行记录。另外，即使不使用实际的物体，也可以使用采用计算机图形技术来计算干涉条纹的被称作CG全息图的数据。

图2表示显示全息干涉条纹时的情况。如图2所示，通过紫外激光照射装置4将紫外激光2照射到显示面1上，在构成显示面1的碱金属卤化物上形成点状的色中心。即按照数字全息图用位数据一边进行二维扫描，一边通过紫外激光照射装置4进行紫外激光2的亮度调制，形成由点群构成的全息干涉条纹3。

图3表示全息再现的情况。如图3所示，用全息干涉条纹3使读出光5产生衍射和干涉，从而形成全息再现立体像6。另外，通过基于消除装置8的激光照射或加热等使全息干涉条纹3返回到基态。通过反复进行下一全息干涉条纹的显示、全息再现立体像的再现来使全息再现立体像连续再现。不言而喻，彩色显示的情况也一样。

在此，在本发明的数字全息显示面1上，作为碱金属卤化物或碱土金属卤化物使用由以下的阳离子和阴离子组合而成的材料。

作为阳离子可以使用锂、钠、钾、铷、铯、钫、铍、镁、钙、锶、钡、镭中的一种以上的阳离子。作为阴离子可以使用氟、氯、溴、碘、砹中的一种以上的阴离子。使用其组合构成的盐。

另外，也可以使用由上述多个阳离子和多个阴离子组成的混合物。进而，还可以使用高氯酸阴离子或高溴酸阴离子等和碱或碱土族阳离子的组合而成的高卤酸盐。以下将这些总称为具有色中心的物质。

上述具有色中心的物质在可见波段上没有光学吸收，所以一般单晶体是无色透明的。具有色中心的物质在紫外激光照射的部位上着色，同时在特定的波段中其折射率发生变化。

特征在于读出光(一般使用可干涉的激光，所以称为再现用可见激光)包含该着色波长和折射率变化波段。另外，在没有照射紫外激光的部位上，可见区域中的吸收和折射率没有变化，为透明或白色，激光的透射率或反射率高。利用该性质将其作为再现用可见激光的衍射滤光器，并且设定适当的全息干涉条纹3的形状，据此能够再现全息再现立体像。

人们认为具有色中心的物质由于紫外激光照射而产生激子(电子和空穴对)，电子被陷阱能级捕获，形成色中心。

即，关于色中心，记载在《光物性手册》的第228、398页。

图4A和图4B是从结构上和能量上来表示具有色中心的物质的着色原理的图。

着色的机理如图4A所示，可以说是基于电子在离子晶体的卤素空位被捕获。

在能量上如图4B所示，在导电带与价电子带之间有陷阱能级，用紫外激光那样的电磁波将电子从价电子带激发到陷阱能级上(以下，将其称为1次激发，并把将电子激发到陷阱能级上的状态称为激发状态)。该陷阱能级上的电子具有在室温左右的温度下寿命比较长这样的特征。

而且，具有以下特征：被捕获的电子被可见光(激光)或热从陷阱能级再激发到导电带上(以下，将其称为2次激发)，接着在从导电带返回到价电子带的同时颜色消失。

这种着色现象被应用于使用电子束的暗迹管。

暗迹管是将电子束照射到碱金属卤化物上并使其着色，对其进行直接观察的器件。因为在暗迹管中直接观察着色部位，所以电子束的点直径较大。

与此不同，在本实施方式的发明中，使用紫外激光器作为形成色中心的装置。

另外，在显示面上并不是显示直接观察的图像，而是显示全息干涉条纹。因此，紫外激光点直径较小，而且，不仅用紫外激光，还使读出光、消除光或热作用于显示面上，来进行图像形成。

一般的荧光体也可以利用紫外激光器从作为最低能级的价电子带激发到作为激发能级的导电带或陷阱能级上，但在室温左右在激发能级上的寿命往往较短。

而且，一般的荧光体以使用作为发光的荧光为目的，其颜色不变化，或者即使其颜色发生变化，也不会采用滤光器那样的用法。

一般的荧光体由于在激发能级上的热运动、扩散而使电子被释放，一边发出荧光一边返回到基态，激发(荧光)寿命较短。

本发明的显示面的特征在于，其激发状态是热稳定的，连续维持着色状态直到使一帧量的紫外激光照射和再现用可见激光(进而为消除光)作用于其上。

本发明使用在基态下无色透明或者白色的碱金属卤化物或碱土金属卤化物。

如上所述，在本发明中，碱金属卤化物或碱土金属卤化物等具有色中心的物质在被紫外线激光照射到的部位上着色，该着色波长的再现用可见激光的透射率、反射率低，而且折射率也发生变化。与此相对，在没有照射紫外激光的位置没有可见区域的吸收，为透明或白色，激光的透射率或反射率高并且折射率不发生变化。

本发明的特征在于，利用该特性，将其作为再现用可见激光的滤光器或空间光学调制器(SLM)，并且通过与适当的全息干涉条纹形状结合来再现全息立体像。

紫外激光激发状态下的可见波段的吸收，可以认为是由相当于陷阱能级与价电子带之间的能隙的波长的光引起的从陷阱能级向价电子带的(再)激发而引起的。本发明中由具有色中心的物质构成的显示面作为再现用可见激光的滤光器而发挥功能，通过显示适当的全息干涉条纹形状来使再现用可见激光衍射、干涉，从而再现全息图。

另外，使用照射R、G、B三色波长的读出光的装置作为读出光照射装置。进而，作为紫外激光照射装置，使用写入分别与三色读出光相对应的分光吸收变化和/或特定波段的折射率变化和/或全息干涉条纹间距不同的多个全息干涉条纹的装置。据此，也可以进行三原色的全息图像的同时再现。

有时为了防湿、防损伤等，在显示面的外侧也实施表面涂敷处理。另外，也可以在玻璃等透明基板表面上形成具有色中心的物质，通过将玻璃面作为外侧来兼顾防湿、防损伤。

有以下两种情况：即再现光与读出光的照射处于相反侧的透射型配置和再现光与读出光的照射处于相同侧的反射型配置。作为全息图的消除装置，可以用使光、电磁波或热进行作用以消除全息干涉条纹的装置。

下面，详述本发明。本发明的目的在于提供根据全息图的原理，不使用导致图像质量下降的母版(master)而可以连续地再现可传输图像的立体显示器。本发明涉及立体显示器(全息连续再现装置)即再现装置，但对摄像也进行若干说明。

在摄像时，与一般的全息记录相同，将相干(可干涉)光(波动)照射到物体上，使其散射、反射或透射光与参照光进行干涉。一般使用激光或电子束等作为该波动。为了实现本发明的目的，需要将干涉图案作为二值或多值的电信号来进行记录，所以使用摄像元件作为记录干涉图案的装置。也可以直接对全息干涉条纹进行摄影，使其在扩散板上成像。或者也可以一次放大读取感光材料的浓淡图案。

在直接对全息干涉条纹进行摄影时，考虑摄像元件的分光灵敏度或对光强度的线性度这一点与一般的摄影相同。一般的摄像元件为每个像素数十微米的密度，干涉图案一般为数微米以下，所以用放大透镜等将干涉条纹放大投影之后进行记录。

另外，除上述方法之外，作为不使用实际物体的方法，也可以使用采用计算机图形技术计算全息干涉条纹的CGH(计算机全息图)数据。

用以上那样的公知方法得到的干涉图案，在进行图像处理和传输后，被用作紫外激光的偏转信号或照射坐标信号以及紫外激光的输出调制信号，对紫外激光进行相对于在全息显示面上的位置的扫描和强度调制，并对全息显示面进行照射。作为紫外激光的扫描方法，一般为一边在主扫描方向X上进行扫描并依次在与其正交的副扫描方向Y上移动，一边进行紫外激光的亮度(强度)调制的扫描方法(光栅扫描)。

或者，也可以一边移动显示面以改变其与紫外激光的相对位置，一边对紫外激光进行亮度(强度)调制。在紫外激光的亮度调制中，可以采用对激光器的输入信号(电压、电流、脉冲宽度等)控制或电流计镜、TI公司生产的DLP等的机械消隐方法等。

显示面的特征为通过紫外激光使其物性变化来使光衍射。即显示分辨率与可见光的波长同等，即为20微米以下，最好是在1微米以下。紫外激光可以使用高NA的紫外用透镜聚光到1微米以下并且可以进行扫描器或载物台的高精度扫描。可以通过在显示面上形成由光的透射率或折射率的变化构成的干涉条纹来使光衍射。

全息图主要分为振幅型和相位型两种。振幅型有卤化银胶片或光致变色材料，理论衍射效率为6.25％。相位型有重铬酸盐明胶或高分子液晶等，理论衍射效率为34％。

作为能利用紫外激光引发这种物性变化的物质，使用具有色中心的物质。

对于具有色中心的物质，如上述那样，将用于形成色中心的激发中使用的第一波长的紫外激光、和照射该激发状态的物质来产生衍射的第二波长的再现用可见激光作用于其上。而且，根据需要，为了照射激发状态的物质使其返回基态而将第三波长的激发光或热作用于其上。该第三激发光的波长一般大于再现用可见激光。另外，在连续再现周期长的情况下，最好是通过加热来进行消除。

因为以往的电视是在显示面上直接显示图像，所以只要达到人眼分辨率程度的显示分辨率就足够了。在本发明中，显示在显示面上的是能使光衍射的全息干涉条纹，需要比以往的阴极射线管荧光体析像度高的显示。在本发明中最好是使用采用了具有色中心的物质的具有1微米左右显示分辨率的显示面。如上所述，色中心是一个电子在离子晶体的卤素晶格缺陷被捕获而构成的，所以使用它的显示面的分辨率在原理上达到数十埃的程度，非常高，全息图的显示析像度依存于曝光的紫外激光。

紫外激光，可以适当使用单模式的YAG激光3倍高次谐波(355nm)、YAG激光4倍高次谐波(266nm)或KrF准分子激光(248nm)、ArF准分子激光(193nm)等的脉冲激光器等。也可以使用现在正在开发中的氮化铝类等紫外波段的半导体激光器或面发光激光器。紫外激光，可以使用高NA的紫外用物镜将其光点直径缩小到10μm乃至1μm以下。

具有色中心的物质，由紫外激光所激发的部分和基态的部分，在特定波段上的透射率、反射率和折射率不同。因此，不仅需要考虑全息干涉条纹的间距，还要考虑全息再现光即可见激光的波长，例如氯化铷在640nm左右有吸收，对应于氦-氖激光的波长。

透射率的变化依存于紫外激光能量密度、脉冲宽度、脉冲数量、反复频率，但在上述氯化铷的例子中与紫外激光激发前相比，在640nm情况下的反射率为50％至80％，能得到充分的对比度。透射率与紫外激光激发前相比也能得到50％至80％左右的变化。同时折射率也发生变化，本发明的全息图由于是振幅和相位混合型，所以能实现高衍射效率。

作为用于全息再现的显示面，与一般的电视机一样要求机械强度、耐紫外激光冲击性和环境稳定性等。上述的碱金属卤化物有硬度不高且吸湿性高的特性，因此最好是在碱金属卤化物上施加表面涂覆，或在玻璃基板上形成碱金属卤化物并使玻璃基板面朝向外侧。最好是使紫外激光从碱金属卤化物面侧曝光。

基于紫外激光的着色源于微观的离子晶体结构，所以用于显示面上的晶体无需是单晶体或熔融单晶体，也可以是多晶体或粉末等。如果进行单结晶就不再有散射并在可见波段上得到透明的显示面，因而可以作为透射型来使用。

另外，在利用来自显示面的激光反射光的衍射、干涉的反射型全息再现装置的情况下，基板无需为透明的，也可以使用氧化铝或硅基板等。可以根据全息图连续再现装置是透射型还是反射型，通过构成显示面的具有色中心的物质的制作方法或单结晶性，来控制晶体透明度。

在单晶体的情况下，为了做成光学元件而在研磨工序中实施平滑处理并使透明度提高。但是，即使如此也仍存在着由于残留的表面粗糙度或表面吸附等造成的散射问题。另外，在表面对入射到折射率不同的界面上的光不能避开菲涅耳反射，对来自全息图的衍射光则作为干扰光被观察到。

在这种情况下，最好是不在表面上而是在进深一定的假想面上显示全息图。为了实现这一点，在考虑到紫外激光的波长或全息图位尺寸之后，希望使用NA0.3以上且焦深为10μm以下的透镜来进行聚光。

使用该透镜使焦点包含在显示面内部，一边使显示面相对于紫外激光移动，一边用紫外激光进行曝光，据此能在有一定进深的假想面上形成全息图。

作为在基板上形成晶体的方法，可以利用基于从浓溶液中蒸发溶剂的结晶或熔融盐的形成、溶液的各种涂层法。另外，还可以根据需要来添加聚乙烯醇等来改善对基板的涂层性或粘合强度。另外，还可以使用各种添加剂。或者通过蒸镀法使具有色中心的物质在基板上成膜。

这样一来，当在基板上形成具有色中心的物质时，使基板朝向全息再现装置的外侧(外界)，在不使具有色中心的物质上产生机械性缺陷或由吸湿导致的缺陷的同时，最好使紫外激光直接对其照射。

而且，在进行彩色显示时，需要使吸收波长与R、G、B三原色对应。例如，溴化锂或氯化钙为黄色吸收蓝色激光，氯化钾等为红色吸收绿色激光，溴化铯等为蓝色吸收红色激光。如果将它们混合则能独立吸收各个波长的激光，使透射率或反射率变化。

在混合了三种具有色中心的物质时，三种具有色中心的物质在显示面上混合存在，但各自的粒径细小，至少为紫外激光光束直径的三分之一以下。因此，在紫外激光的光束内三种物质同时进行着色。

但是，存在这样的唯一性，即在R、G、B再现用可见激光中，对某一波长的光只有一种物质满足衍射条件。例如，在后述实施例4的彩色用显示面的情况下，633nm的激光透过溴化钾或氟化钾的全息干涉条纹，仅被形成在氯化铷上的全息干涉条纹吸收、衍射。

另外，仅在该全息干涉条纹的间距满足干涉条件时衍射的633nm的光发生干涉，成为全息再现立体像。实际上，三种具有色中心的物质的色分辨率并不完全，而且干涉条件也难以从紫外激光的分辨率中完全分离且产生光学干扰。

本发明的第一目的是立体显示，但也能适用于非立体显示。

进行立体显示时的全息干涉条纹被实施傅里叶变换，并且由于空间频率高，所以即使人直接进行观察，也不能作为有意义的图像来识别。

在本发明中，由于使用立体显示用的紫外激光器将着色部位的光点直径扩展到可以直接观察到那样大小，所以也可以进行非立体显示。

如上述那样，由于碱金属卤化物本身被着色，已被产品化为称作暗迹管的显示装置。显然，在本发明中如果增大像素尺寸也可以作为非立体显示器加以利用。

在本发明的特征在于，除了使用紫外激光来取代暗迹管的电子束之外，作为立体显示器使用时，减小像素尺寸(点)。另外，其特征在于，当作为非立体显示器使用时，使像素尺寸增大到人眼能够识别的程度。

人眼能识别的像素尺寸在用二值显示时一般被认为是2400dpi左右，所以如果是10μm×10μm以上的像素尺寸则能被作为图像来识别。因此，能够切换3D或2D来进行显示。

作为切换像素尺寸的方法，例如有使图1的紫外激光照射装置4的激光输出变化、使全息干涉条纹写入时的扫描速度变化、通过脉冲叠加等使紫外激光照射能量密度变化等方法。如上所述，当切换为10μm×10μm以上的像素尺寸时，提高紫外激光照射装置4的激光输出、减慢全息干涉条纹写入时的扫描速度、或增大紫外激光照射能量密度即可。

另外，叠层与RGB三原色对应的碱金属卤化物显示面，使激光焦点位置对应于叠层显示面之一，按照非立体图像数据形成基于色中心着色的点，据此能显示彩色的非立体图像。

与暗迹管不同的是不使用电子束，所以没有带电，具有不需要金属敷层这样的特征。因此，在暗迹管中，电子束的穿透深度浅，在显示面上的厚度方向上多路复用实际上是不可能的，所以暗迹管限于单色显示，或在彩色显示的情况下，需要对在面内形成的像素区域精密地照射电子线。

在本发明中，即使进行叠层也可以对各层进行着色，所以通过叠层三种着色层能够进行彩色显示，并通过用(X、Y、Z)坐标对紫外激光进行编址能能够进行像素选择。

此时，能够通过使用NA高、景深小的透镜在狭小的范围内设定高的激光能量密度分布，所以厚度方向的地址容易确定。另外，与在真空环境中使用的电子束相比，激光可以在大气中利用，所以还有装置简便的特征。

如上所述，对通过紫外激光扫描来显示的全息干涉条纹显示面，全面照射波长满足干涉条件的再现用可见激光。于是，在由于紫外激光照射而产生激发、着色的部分和其他部分上，再现用可见激光的透射率和折射率不同，发生衍射和干涉，再现全息再现立体像。来自显示面各点的衍射光在空间进行再合成产生全息图像，这与一般的全息图同样，能得到静止立体像。

全息再现立体像看上去是从显示面上浮现出还是在显示面后面，根据再现用可见激光与显示面的位置关系的不同而不同。但是，当再现用可见激光光源相对于显示面位于与观测者一方相反的位置上时(处于再现光必须透射显示面的位置关系的情况下)，则显示面对于该再现光必须是透明的。

以往的阴极射线管是不透明的散射体，而具有色中心的物质具有可以成为透明的这一特征，满足上述必要条件。另外，本发明的具有色中心的物质激发状态的寿命长，能稳定地保持着色的状态，所以能在用紫外激光显示了一帧量的全息干涉条纹之后，全面地照射再现用可见激光。

另外，与用一束紫外激光进行扫描相比，通过从多个紫外激光光源照射分别进行了强度调制的紫外激光，可以缩短每一帧所需要的扫描时间。如果使用面状的VCSEL紫外激光器则不需要扫描，所以更为理想。已有人提出使用半导体(激光器)作为多紫外激光光源。

具有色中心的物质有时也由于再现用激光返回到基态，但往往并不完全。例如，有时一部分电子被再次捕获到被称作F′中心的能级上。此时，最好是全面照射消除用的非相干的长波长光。这是基于上述二次激发光的消除。

最好是根据需要使显示面升温至数百℃来促进消除。可以确认消除速度依赖于温度。例如，溴化钾晶体在室温下的半衰期τ为数秒、在100℃时为1秒以下，在500℃时为数十毫秒。

通过以一定的周期来反复进行这些操作，就可以将立体像作为动图像来进行观测。如果该周期较长则画面可见闪烁，其值一般被认为是三十分之一秒左右，但全息图的情况下，不一定是该范围。

从本发明的具有色中心的物质的原理可知，着色的灵敏度极高，显示和消除的速度极快。光致变色物质或电致变色性物质在伴随分子结构变化或氧化还原反应的离子移动中需要能量和时间，所以着色、消色慢。而具有色中心的物质的着色是基于与半导体开关同样的电子移动，所以能高速响应。而且，还与半导体开关同样具有极其优良的反复耐久性。

如上所述，当用全息再现装置来显示彩色图像时，可以通过以下结构来实现。

首先，准备显示元件，该显示元件由碱金属卤化物或碱土金属卤化物构成，且由光学特性因波段为190nm以上且小于380nm的第一波段的激光照射而发生变化的第一层、第二层和第三层叠层而成。

在此，上述第一层、第二层和第三层的光学特性由于上述第一波段的激光照射而发生变化状态下的吸收波长峰值彼此不同，使上述第一层、第二层和第三层的上述吸收波长峰值分别在380nm以上且500nm以下、500nm以上且600nm以下、以及600nm以上且800nm以下的范围内。

本发明通过设置写入单元和再现单元提供与彩色图像对应的全息再现装置，所述写入装置用于通过上述第一波段的激光照射将全息干涉条纹写入上述显示元件，

所述再现装置用于对写入了上述全息干涉条纹的上述显示元件照射读出光来再现全息立体像。

作为读出光，可以对写入了上述全息干涉条纹的上述显示元件使用从波段为380nm以上且800nm以下的第二波段中选择的波长峰值为380nm以上且500nm以下、波长峰值为500nm以上且600nm以下、以及波长峰值为600nm以上且800nm以下的三种读出光。

根据本实施方式的发明，使用碱金属卤化物或碱土金属卤化物即具有色中心的物质来构成显示面。因此，利用可见区域的光学特性由于紫外激光而发生可逆性变化且变化后的特性比较稳定、寿命较长的显示面，可以连续地再现全息再现立体像。

即，用紫外激光在这种显示面上形成全息干涉条纹，并用全息干涉条纹使再现用可见激光衍射、干涉来再现全息立体像，根据需要，利用热或紫外激光的照射等使全息干涉条纹返回基态。然后，能通过反复进行下一全息干涉条纹的显示、全息再现立体像的再现来进行全息再现立体像的连续再现。

(实施方式3：体全息图)

下面，对本发明的体全息再现装置进行说明。本发明的体全息图的再现，为了使衍射效率更高，最好是实现图像质量高、对比度高的全息再现立体像。

在体全息再现的情况下，如图1所示，利用紫外激光照射装置4将紫外激光2聚光到光学特性变化的显示面1上。此时，根据数字全息图数据一边进行二维扫描一边进行亮度调制照射，从而写入立体像再现所需要的全息干涉条纹3。因为显示面1的结构与上述全息再现的情况同样，所以省略详细说明。

体全息图，当然可以作为图像显示装置来使用，也可以作为信息记录、再现装置来使用。

读出光照射装置将波段为380nm以上且800nm以下的第二波段的读出光5照射到写入显示面1的全息干涉条纹3上，来形成全息再现立体像6。

作为读出光照射装置，通常可以使用可见激光器7和使其所发出的可见激光放大后照射到显示面1上的放大透镜9。读出光照射装置也可以使用白色光对全息图作进一步修正。

紫外激光2的波长与上述全息再现的情况说明同样，为人眼的可见波长以下即380nm以下，且最好为用国际单位***(SI)定义为紫外区域的360nm以下。另外，众所周知190nm以下即为真空紫外区域，由于大气的原因而使吸收损失增大，需要根据波长与折射率的关系利用特殊材质透镜***，从而不能有效地发挥激光器相对于的电子束的优点。

在体全息再现的情况下，作为紫外激光照射装置4，由用于使紫外激光聚光的透镜构成。而且，由用于规定紫外激光的三维照射位置的紫外用反射镜或用于使紫外激光进行XY扫描的电流计镜或多面体镜或XY载物台移动装置以及Z移动装置构成。根据需要还可以设置用于消除写入显示面的干涉条纹的消除装置8。

在该结构中，如图5所示，通过紫外激光照射装置4将紫外激光2照射到显示面1上，在构成显示面1的碱金属卤化物上形成点状的色中心。接着，根据数字全息图用位数据一边进行三维扫描，一边进行紫外激光2的亮度调制，形成由点群构成的体全息干涉条纹3。接着，如图3所示，用全息干涉条纹3使读出光5产生衍射、干涉，从而形成全息再现立体像6。

进而，通过基于消除装置8的激光照射或加热等使全息干涉条纹3返回到基态，通过反复进行下一全息干涉条纹的显示、全息再现立体像的再现来进行全息再现立体像的连续再现。

本发明的体全息再现情况下的显示面所用的材料如上所述，同样将这些总称为具有色中心的物质。

具有色中心的物质如上所述在可见波段上没有光学吸收，所以一般单晶体是无色透明的。具有色中心的物质在紫外激光照射的部位上着色，同时在特定的波段中折射率发生变化。

在该着色的波长、折射率变化的波长的读出光(用于再现，一般使用可干涉的可见激光，但有时也使用白色光。下面，在体全息再现中称为“再现光”)的透射率和反射率下降的同时，折射率也发生变化。而且，在紫外激光没有照射的部位上，可见区域中的吸收和折射率没有变化，为透明或白色，激光的透射率或反射率高。利用该性质作为再现光的衍射滤光器，并且，能通过设定适当的全息干涉条纹3的形状来再现全息再现立体像。

在本发明的体全息再现中，对具有色中心的物质照射紫外激光，从而形成由色中心构成的像素位，通过使具有色中心的物质和紫外激光器在二维面内相对地移动来形成二维的一般的全息图。在本发明的体全息再现中，为了进一步提高衍射效率，通过使具有色中心的物质和紫外激光器在三维空间内相对地移动来形成三维的体全息图。

另外，作为读出光照射装置，如上所述使用照射R、G、B三色波长的读出光的装置。进而，作为紫外激光照射装置，使用写入分别与三色读出光相对应的分光吸收变化或特定波段的折射率变化或全息干涉条纹间距不同的多个全息干涉条纹的装置。据此，也可以进行三原色全息图像的同时再现。

另外，在本发明的体全息再现中，为了防湿、防损伤等，有时在显示面的外侧也实施表面涂敷处理。另外，也可以在玻璃等透明支承基板表面上形成具有色中心的物质并将玻璃面作为外侧，从而来兼顾防湿、防损伤。

而且，有以下两种情况：即再现光与读出光的照射处于相反侧的透射型配置和再现光与读出光的照射处于相同侧的反射型配置。作为全息图的消除装置，可以用使光、电磁波或热进行作用以消除全息干涉条纹的装置。

而且，本发明的体全息再现提供如上述那样根据全息图的原理，不使用导致图像质量下降的母板而可以连续地再现可传输图像的立体显示器。本发明涉及立体显示器(全息图连续再现装置)即再现装置，但对摄像也进行若干说明。

在摄像时，如上所述，与一般的全息记录同样，将相干(可干涉)光(波动)照射到物体上，使其散射、反射或透射光与参照光进行干涉。一般使用激光或电子束等作为该波动。体全息图的情况，可以通过对体全息图用的厚膜感光体从正面和背面入射来自物体的散射、反射、透射光和参照光来获得。

为了实现本发明的目的，需要将干涉图案作为二值或多值的电信号来进行记录，所以使用摄像元件作为记录干涉图案的装置。也可以直接对全息干涉条纹进行摄影，使其在扩散板上成像，或者也可以一次放大读取感光材料的浓淡图案。

在直接对全息干涉条纹进行摄影时考虑摄像元件的分光灵敏度或对光强度的线性度，这一点与一般的摄影同样。一般的摄像元件为每个像素数十微米的密度，干涉图案一般为数微米以下，所以用放大透镜等将全息干涉条纹放大投影之后进行记录。调整摄像***的焦点距离可以得到体全息图的进深信息。

另外，除上述方法之外，作为不使用实际物体的方法，也可以使用采用计算机图形技术计算体全息干涉条纹的CGH(计算机全息图)数据。

用以上那样的公知方法得到的干涉图案，在进行图像处理和传输后，被用作为紫外激光的偏转信号或照射坐标信号以及紫外激光的输出调制信号，对紫外激光进行相对于在全息显示面上的位置的扫描和强度调制，并对全息显示面进行照射。作为紫外激光的扫描方法，一般为一边在主扫描方向X上进行扫描并依次在与其正交的副扫描方向Y上移动，一边进行紫外激光的亮度(强度)调制的扫描方法(光栅扫描)。

另外，也适于用基于矢量扫描的扫描方法，作为使紫外激光进行扫描的方法，可以使用电流计镜或多面体镜等机械扫描装置。一边移动显示面与紫外激光的相对位置一边对紫外激光进行亮度(强度)调制。

除这些基于二维扫描的全息图形成之外，也可以通过在进深方向Z上进行扫描来形成体全息图。在紫外激光的亮度调制中，可以采用对激光器的输入信号(电压、电流、脉冲宽度等)控制或电流计镜、TI公司生产的DLP等的机械消隐方法等。

如上所述，显示面因紫外激光照射而物性变化能够使光衍射。即显示分辨率与可见光的波长同等，即为20微米以下，最好是在1微米以下。紫外激光可以使用高NA的紫外用透镜聚光到1微米以下并且可以进行扫描器或载物台的高精度扫描。

如上所述，通过在显示面上形成由光的透射率或折射率的变化形成的干涉条纹来使光衍射。全息图主要分为振幅型和相位型两种。振幅型有卤化银胶片或光致变色材料，理论衍射效率为6.25％。相位型有重铬酸盐明胶或高分子液晶等，理论衍射效率为34％。与此相比较，本发明的体全息图的理论衍射效率为100％，可以实现以往的3倍至10倍以上的高衍射效率。

并且，用于数字全息显示介质的液晶面板或AOM，从其原理来看不可能进行体全息图的显示。使用具有色中心的物质来作为能利用紫外激光引发这种物性变化的物质。对具有色中心的物质，如上述那样，使用在用于形成色中心的激发中使用的第一波长的紫外激光、和照射该激发状态的物质来产生衍射的第二波长的读出光。另外，为了照射激发状态的物质使其返回基态，将第三波长的激发光或热作用于其上。该第三激发光的波长一般大于读出光的波长。另外，在连续再现周期长的情况下，最好是通过加热来进行消除。

如上所述，在本发明中显示在显示面上的是能使光衍射的全息干涉条纹，需要比以往的阴极射线管荧光体析像度高的显示。在本发明中优选的是采用了具有色中心的物质的具有1微米左右显示分辨率的显示面。如上所述，色中心是一个电子在离子晶体的卤素晶格缺陷被捕捉而形成的，所以使用它的显示面的分辨率在原理上达到数十埃的程度，非常高，全息图的显示析像度依存于曝光的紫外激光。

紫外激光，可以适当使用如上述那样单模式的YAG 3倍高次谐波、YAG 4倍高次谐波或KrF准分子激光、ArF准分子激光等的脉冲激光器等。也可以使用氮化铝类等紫外波段的半导体激光器或面发光激光器。单模式的紫外激光，由于波长短而析像分辨极限高，可以使用高NA的紫外用物镜将光点直径缩小到10μm乃至1μm以下。

如上所述，具有色中心的物质，在由紫外激光所激发的部分和基态的部分，在特定波段上的透射率、反射率和折射率不同。因此，不仅需要考虑全息干涉条纹的间距，还要考虑全息再现光即可见激光的波长，例如氯化铷的色中心吸收在640nm左右，对应于氦-氖激光的波长。

透射率的变化如上述那样依存于紫外激光能量密度、脉冲宽度、脉冲数量、反复频率。但在上述氯化铷的例子中与紫外激光激发前相比，在640nm情况下的反射率为50％至80％，能得到充分的对比度。透射率与紫外激光激发前相比也能认定50％至80％左右的变化。同时折射率也发生变化，本发明的全息图由于是振幅和相位混合型，所以能实现高衍射效率。

在此，氯化铷的吸收波长在640nm左右，溴化钠的吸收波长峰值在540nm左右，氟化钾的吸收波长峰值在450nm左右。因此，本申请的发明人将这三种单晶体加工为1mm厚，进而叠层进行了镜面加工的表面来制作成体全息记录介质。图10表示各种紫外激光照射后的反射光谱。

叠层的顺序是，从紫外激光一侧起依次为氯化铷、溴化钠、氟化钾。叠层的顺序也不一定必须是该顺序。作为写入间距的例子，在上述体全息记录介质上分别以不同的间距写入了干涉条纹(作为写入的一例，有后述的实施例7中记载的方法)。

使266nm的YAG激光聚光至氯化铷层内结成焦点，并以一定间隔在面方向(X和Y)以及层厚度方向(Z)进行阶段扫描，根据CGH(计算机全息图)数据来使激光器开/关，从而写入二值的全息图。设此时的阶段间距为13μm。

同样，聚光到溴化钠层结成焦点，并以11μm的间距在面方向(X和Y)以及层厚度方向(Z)进行阶段扫描，从而写入全息图。同样，聚光到氟化钾层结成焦点，并以9μm的间距在面方向(X和Y)以及层厚度方向(Z)进行阶段扫描，从而写入全息图。

接着，在上述体全息图上照射波长峰值为380nm以上且500nm以下的蓝色、波长峰值为500nm以上且600nm以下的绿色、波长峰值为600nm以上且800nm以下的红色、这三种颜色波长的读出光。

波长峰值为380nm以上且500nm以下的蓝色激光器可以举出以下例子。氩激光器(488nm)、He-Cd激光器(441.6nm)、氮化镓类的激光二极管(400nm～500nm以下)、红外半导体激光器SHG(425nm或410nm)等。

波长峰值为500nm以上且600nm以下的绿色激光器，可以从YAG-SHG激光器(532nm)、氩激光器(514.5nm)等中选择。波长峰值为600nm以上且800nm以下的红色激光器，可以从He-Ne激光器(633nm)、AlGaInP类的激光二极管(630nm～680nm)、氪激光器(647nm)等中选择。

接着，将溴化钾(吸收波长在630nm左右)作为体全息记录介质来使用，使用与上述方法同样的方法以12μm的间距将全息图写入。写入过程在液氮温度下进行，在全息再现之后加热至100℃，消除全息图。除了用加热器进行加热之外，使用二氧化碳气体激光器(10.6nm)的远红外线(波长为800nm以上)等任何加热方法都可以利用。

并且，关于全息干涉条纹的消除，示出了使用溴化钾的体全息记录介质的例子，但是使用了如上述那样叠层了氯化铷、溴化钠、氟化钾的体全息记录介质的情况也是同样。另外，写入也是与上述同样。

作为聚光第一波段(190nm以上且380nm以下)激光的透镜，例如可以使用三丰(Mitsutoyo)UV×50(NA0.4)等。当NA比其小时，由于Z轴方向的强度比小(聚光率小)，所以难以写入体全息记录介质的特定的Z轴位置。

作为用于全息再现的显示面，与一般的电视机一样要求机械强度、耐紫外激光冲击性和环境稳定性等。上述的碱金属卤化物有硬度不高且吸湿性高的特性，因此最好是在碱金属卤化物上施加表面涂覆，或在玻璃支承基板上形成碱金属卤化物并使玻璃支承基板面朝向外侧。最好是使紫外激光从碱金属卤化物面侧曝光。

如上所述，基于紫外激光的着色源于微观的离子晶体结构，所以用于显示面上的晶体无需是单晶体或熔融单晶体，也可以是多晶体或粉末等。如果进行单结晶就不再有散射并在可见波段上得到透明的显示面，因而可以作为透射型来使用。

另外，在利用来自显示面的激光反射光的衍射、干涉的反射型全息再现装置的情况下，上述那样的具有色中心的物质的支承基板无需为透明的，也可以使用氧化铝或硅基板等。可以根据全息图连续再现装置是透射型还是反射型，通过构成显示面的具有色中心的物质的制作方法或单结晶性，来控制晶体透明度。

在所述单晶体的情况下，为了如上述那样做成光学元件而在研磨工序中实施平滑处理并使透明度提高。在从单晶体表面有一定进深的假想面上形成全息图，进而以一定间距使该进深移动来形成全息图，从而最终形成体积型的全息图。

为了实现这一点，最好是如上述那样在考虑到紫外激光的波长或全息图位尺寸之后，使用NA0.3以上且焦深为10μm以下的透镜来进行聚光。使用该透镜使焦点对应于显示面内部，一边使显示面相对于紫外激光移动一边用紫外激光进行曝光，据此能在有一定进深的假想面上形成全息图。

作为在基板上形成晶体的方法，可以利用基于从浓溶液中蒸发溶剂的结晶或熔融盐的形成、溶液的各种涂层法。还可以根据需要来添加聚乙烯醇等来改善对支承基板的涂层性或粘合强度。另外，还可以使用各种添加剂。或者通过蒸镀法使具有色中心的物质在支承基板上成膜。

如上所述，这样一来，当在支承基板上形成具有色中心的物质时，使支承基板朝向全息再现装置的外侧(外界)，不使具有色中心的物质上产生机械性缺陷或由吸湿导致的缺陷。与此同时，最好使紫外激光直接对其照射。

另外，在本发明的体全息再现中，如上所述，对通过紫外激光扫描来显示的全息干涉条纹显示面，全面照射其波长满足干涉条件的读出光。于是，在由于紫外激光照射而产生激发、着色的部分和其他部分，读出光的透射率和折射率不同，发生衍射和干涉，再现全息再现立体像。来自显示面各点的衍射光在空间被再合成产生全息图像，这与一般的全息图相同，能得到静止立体像。

全息再现立体像看上去是从显示面上浮现出还是在显示面后面，根据读出光与显示面的位置关系的不同而不同。但是，当读出光光源相对于显示面位于与观测者一方相反的位置上时(处于读出光必须透射显示面的位置关系的情况下)，则显示面对于该读出光必须是透明的。

以往的阴极射线管是不透明的散射体，而具有色中心的物质具有可以成为透明的这一特征，满足上述必要条件。另外，本发明的具有色中心的物质从激发状态到基态的跃迁时间在室温下的寿命长，能稳定地保持着色的状态，所以能在用紫外激光显示了一帧量的全息干涉条纹之后，全面地照射读出光。

另外，如上所述，与用一束紫外激光进行扫描相比，通过从多个紫外激光光源照射分别进行了强度调制的紫外激光，可以缩短每一帧所需要的扫描时间。如果使用面状的VCSEL紫外激光器则不需要扫描，所以更为理想。已有人提出将上述那样使用半导体的光源作为多紫外激光光源。

并且，如上述那样具有色中心的物质有时也由于读出光的激光返回到基态，但往往并不完全。例如，有时一部分电子被再次捕获到被称作F′中心的能级上。此时，最好是全面照射消除用的非相干的长波长光。这是基于上述二次激发光的消除。

最好还是根据需要使显示面升温至数百℃来促进消除。可以确认消除速度依赖于温度。例如，溴化钾晶体在室温下的半衰期τ为数秒、在100℃时为1秒以下，在500℃时为数十毫秒。

如上所述，通过以一定的周期来反复进行这些操作，可以将立体像作为动图像来进行观测。如果该周期较长则画面可见闪烁，其值一般被认为是三十分之一秒左右。

在本发明的体全息再现中，由具有色中心的物质的原理可知，着色的灵敏度高，显示和消除的速度快。

即使与在伴随分子结构变化或氧化还原反应的离子移动中需要能量和时间的光致变色物质或电致变色性物质相比，本发明的具有色中心的物质的着色由于是与半导体开关同样的电子移动，所以能够高速响应。而且还与半导体开关同样具有良好的反复耐久性。

实施方式1至3中说明的本发明的全息图，不仅被用作显示字符或图像的显示器，也可以被用作信息记录再现装置。

(实施例)

下面，说明本发明的实施例。

(实施例1)

在实施例1中，作为构成显示面的碱金属卤化物，使用尺寸为φ30mm的圆形、厚度3mm的红外光学结晶用的溴化钾单晶体。对劈开面(100)写入全息图。图6表示用于显示面的溴化钾的紫外激光照射前(61)后(62)的透射光谱。

使用光谱物理学(Spectra Physics)公司的HIPPO-355Q(YAG 3倍高次谐波355nm)脉冲激光器作为全息图写入的紫外激光器，用40KHz频率进行振荡。光点为2.5mm×3.5mm的椭圆。调整DPSS(二极管泵)的施加功率使1个脉冲的能量为0.54μJ。

使用三丰制MPlunUV50×，在上述显示面表面上将光聚光成尺寸为1.13μm×0.89μm的光点。将显示面固定在XY载物台上，以长轴方向为主扫描方向，以每秒1mm的速度扫描10mm的宽度来写入点。因为紫外激光的反复频率为40kHz，所以一边挪位置一边在1μm内重复地写入40点。以短轴方向为副扫描方向，以10μm的间距输送，使主扫描往返100次，从而描绘出200条大约1μm的线和9μm的空白。

将氦氖激光(波长633nm，光点直径2mm)作为读出可见光垂直入射到所描绘的衍射光栅(干涉条纹的一种)上。此时，衍射光点被观测到5次以上，衍射强度在峰值时有10％以上，但衍射光栅在大约20秒之内逐渐消失，并且衍射强度逐渐减弱，直到发现仅剩下0次光，衍射不再能够辨认。

并且，通过借助于非聚光的紫外激光进行的曝光实验发现，本实施例显示面上的色中心形成部位的光学吸收光谱具有大约从500nm直到700nm的宽广吸收带，吸收的峰值在630nm左右。在本实施例中为了明确全息图的基础物性，使用衍射光栅进行了验证。

(实施例2)

在实施例2中，作为构成显示面的碱金属卤化物，使用尺寸为φ30mm的圆形、厚度3mm的红外光学结晶用的溴化钾单晶体。对劈开面(100)写入全息图。

使用光谱物理学(Spectra Physics)公司的HIPPO-266Q(YAG 3倍高次谐波266nm)脉冲激光器作为全息图写入的紫外激光器，用40KHz频率进行振荡。光点为2.2mm×3.3mm的椭圆。调整DPSS(二极管泵)的施加功率使1个脉冲的能量为0.21μJ。

使用三丰制MPlunUV50×，在上述显示面表面上将光聚光成尺寸为0.95μm×0.66μm的光点。

将显示面固定在XY载物台上，以长轴方向为主扫描方向，以每秒1mm的速度扫描10mm的宽度来写入点群。因为紫外激光的反复频率为40kHz，所以一边挪位置一边在1μm内重复地写入40点。以短轴方向为副扫描方向，以10μm的间距输送，使主扫描往返100次，从而描绘出200条大约1μm的线和9μm的空白。

使氦氖激光(波长633nm，光点直径2mm)垂直入射所描绘的衍射光栅(干涉条纹的一种)时，衍射光点被观测到5次以上，衍射强度在峰值时有10％以上。如果用266nm的紫外激光写入溴化钾，则发现直到消除为止的时间长达数小时。在本实施例中为了明确全息图的基础物性，使用衍射光栅进行了验证。

(实施例3)

在实施例2中，用紫外激光形成衍射光栅，在用氦氖激光再现衍射光点之后，再吹上300℃的热风，此时衍射光栅在大约10秒之内逐渐消失，并且衍射强度逐渐减弱。另外，发现仅剩下0次光，衍射不再能够辨认。

另外，通过最初就将显示面的温度调整到300℃，衍射光栅在大约1秒之内消失，虽说色中心的消除速度具有温度依存性，但却发现了实用水准的时间常数。

经过本发明人的深入研究，结果通过借助于非聚光的紫外激光进行的其他试验确认了色中心的形成没有温度依存性。据此，即使最初就将显示面的温度调整到300℃，衍射强度的峰值也为15％不发生变化，但在1秒之内消失，显示了作为动态全息图的可能性。

而且，作为实施例1的紫外激光，在使用355nm紫外激光的情况下，只要使温度提高到100℃，衍射光栅就会在1秒之内消失，在比这更高的温度下，衍射光点被瞬间确认、难以测量。

(实施例4)

在实施例2中，取代衍射光栅，一边根据计算机全息图的数据进行紫外激光的亮度调制一边进行扫描，从而在显示面上写入全息干涉条纹。在使氦氖激光(波长633nm，光点直径2mm)垂直入射到所描绘的全息干涉条纹时，再现立体的静止像。

(实施例5)

在实施例5中，使用NaBr(溴化钠)的面(100)作为显示面。图7表示该显示面的紫外激光照射后的透射光谱。对全息干涉条纹的间距与氦氖激光的波长633nm、氩激光的波长514nm以及488nm对应的三种全息干涉条纹进行了合成。而且，使紫外激光聚光成尺寸为0.95μm×0.66μm的光点，对该合成后的全息干涉条纹的形状进行扫描来显示全息干涉条纹。

在实施例1和实施例2中是以10μm的间距进行扫描，但在本实施例中以1μm的间距进行了扫描。

接着，用透镜放大了633nm、514nm以及488nm的再现用可见光后统一进行了照射。因为溴化钠在比较广的波长范围内有吸收，所以在这三种激光波长中也有透射率变化和折射率变化，据此，再现出彩色的全息图。

(实施例6)

在实施例6中，在显示面进深处形成了全息图。在实施例2中使用的三丰制MPlunUV50×的工作距离为12mm，焦点距离为4mm。在实施例2的结构中，使三丰制MPlunUV50×透镜在Z轴方向(晶体的叠层厚度方向)上移动，使焦点位置对应于离开显示面的表面100μm的位置。

聚光成尺寸为0.95μm×0.66μm的光点。在该焦点位置，在以XY2维构成的假想面形成全息图。该假想面是与劈开表面相同的面(100)。当形成了与实施例2同样的衍射光栅时，He-Ne的衍射效率提高到15％。

(实施例7)

在实施例7中，将氯化铷(633nm用)、氯化钾(514nm用)、氟化钾(488nm用)这三种晶体切成1mm厚的切片之后进行研磨，并将它们按照上述顺序叠层、接合之后，形成了显示面。图8表示各种紫外激光照射后的透射光谱。

在由于激光照射而产生光学特性变化的状态下，叠层显示面如以下那样叠层。即，最好是叠层由吸收波长峰值为380nm以上且500nm以下、500nm以上且600nm以下、以及600nm以上且800nm以下的三种碱金属卤化物或碱土金属卤化物构成的显示面。

另外，在实施例2中使用的三丰制MPlunUV50×的工作距离为12mm，焦点距离为4mm。使该透镜在Z轴方向(晶体的叠层厚度方向)上移动，从而使焦点位置对应于离开显示面的一个氯化铷表面向内100μm的位置。聚光成尺寸为0.95μm×0.66μm的光点。通过根据如上所述的全息图数据进行紫外激光扫描，以3μm间距(点间隔)形成用于R色的全息干涉条纹。

同样，以2μm间距在离开氯化钾的表面向内100μm处形成用于G色的干涉条纹，以1μm间距在离开氟化钾的表面向内100μm处形成用于B色的干涉条纹(作为紫外激光，如上述那样，波段取为190nm以上且380nm以下)。

接着，用透镜放大了633nm、514nm以及488nm的再现用可见光后统一进行了照射。再现用可见光由于其波长中有折射率变化和吸收的全息干涉条纹而发生衍射、干涉，据此再现出彩色的全息图。

作为再现用可见光，最好是照射波长峰值为380nm以上且500nm以下的蓝色、波长峰值为500nm以上且600nm以下的绿色、波长峰值为600nm以上且800nm以下的红色、这三种波长的颜色的读出光。

(实施例8)

在实施例7的结构中，RGB全都用1μm间距进行扫描，并且将一个像素尺寸最大取为20μm×20μm，按照非立体的位图数据将像素点的尺寸调制成16等级来进行非立体图像的显示。

(实施例9)

实施例9-11是体全息再现情况下的实施例。作为构成显示面的碱金属卤化物，使用尺寸为φ30mm的圆形、厚度3mm的红外光学结晶用的溴化钾单晶体。对劈开面(100)进行写入全息图。

使用光谱物理学公司HIPPO-266Q(YAG 4倍高次谐波266nm)脉冲激光器作为全息图写入的紫外激光器，用40KHz频率进行振荡。光点为2.2mm×3.3mm的椭圆。调整DPSS(二极管泵)的施加功率使1个脉冲的能量为0.21μJ。

使用三丰制MPlunUV50×，在离开上述显示面表面向内2mm处聚光成尺寸为0.95μm×0.66μm的光点。

在该焦点位置，在以XY2维构成的假想面形成全息图。该假想面是与劈开表面相同的面(100)。

将显示面固定在XY载物台上，以长轴方向为主扫描方向，以每秒1mm的速度扫描10mm的宽度来写入点群。因为紫外激光的反复频率为40kHz，所以一边挪位置一边在1μm内重复地写入40点。以短轴方向为副扫描方向，以10μm的间距输送，使主扫描往返100次，从而描绘出200条大约1μm的线和9μm的空白。

将氦氖激光(波长633nm，光点直径2mm)垂直入射到所描绘的衍射光栅(干涉条纹的一种)上时，衍射光点被观测到5次以上，衍射强度有10％以上。

进而，用Z轴载物台使显示面在进深方向上以10μm的间距移动，获得在进深方向上多重记录了100条基于上述XY扫描曝光的衍射光栅的体全息图。

本发明的基于体全息图的氦氖激光(波长633nm，光点直径2mm)垂直入射光的衍射强度提高到30％以上，显然体全息图比2维全息图衍射效率高。在本实施例中为了明确全息图的基础物性，使用衍射光栅进行了验证。

(实施例10)

在实施例9中，一边将体积型显示介质的温度调整到100℃，一边用紫外激光形成衍射光栅，同时用氦氖激光再现出衍射光点。这样一来，衍射光栅在大约30秒之内逐渐消失，并且衍射强度逐渐减弱，直到仅剩下0次光，衍射不再能够辨认。

经过本发明人的深入研究，结果通过借助于非聚光的紫外激光进行的其他试验确认了，色中心的形成没有温度依存性，而色中心的消除有温度依存性。据此，即使最初就将体积型显示介质的温度调整到100℃，衍射强度的峰值也为30％不发生变化，但在30秒之内消失，显示了作为动态全息图的可能性。

(实施例11)全息图

在实施例9中，取代衍射光栅，一边根据计算机全息图的数据进行紫外激光的亮度调制一边进行扫描，从而写入全息干涉条纹。在使氦氖激光(波长633nm，光点直径2mm)垂直入射所描绘的全息干涉条纹时，再现出立体的静止像。

以上，参照实施例说明了本发明，但应该认为本发明并不局限于所公开的实施例。所附的权利要求的范围对应于最广泛的解释，使其包括所有的变更、等价的结构和功能。

Claims (21)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：

具有包含光学特性由于190nm以上且小于380nm的第一波段激光照射而发生变化的碱金属卤化物或碱土金属卤化物的层的显示元件；

为了将显示用数据写入上述显示元件而输出上述第一波段激光的第一光源；和

用于对写入了上述显示用数据的上述显示元件照射380nm以上且800nm以下的第二波段光的第二光源。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，

上述显示元件具有由光的吸收波长峰值彼此不同的材料构成的多个上述层。

3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，

上述第一光源和第二光源由波长可变的一个光源构成。

4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，

上述显示用数据是全息图数据。

5.一种全息再现装置，其特征在于，包括：

包含光学特性由于190nm以上且小于380nm的第一波段激光照射而发生变化的碱金属卤化物或碱土金属卤化物的显示元件；

用于通过上述第一波段激光照射而将全息干涉条纹写入上述显示元件的写入装置；和

对上述全息干涉条纹照射波段为380nm以上且800nm以下的第二波段读出光来再现全息立体像的装置。

6.根据权利要求5所述的全息再现装置，其特征在于，

上述全息干涉条纹，基于全息图数据以点数据写入上述显示元件。

7.根据权利要求5所述的全息再现装置，其特征在于，

还具有用于消除上述全息干涉条纹的消除装置，

通过反复进行利用上述写入装置进行的全息干涉条纹的写入、利用上述再现装置进行的全息立体像的再现、以及利用上述消除装置进行的全息干涉条纹的消除，来进行全息立体像的连续再现。

8.根据权利要求7所述的全息再现装置，其特征在于，

上述消除装置通过激光照射、使电磁波或热作用来消除上述全息干涉条纹。

9.根据权利要求8所述的全息再现装置，其特征在于，

上述激光照射用的波长为700nm以上。

10.根据权利要求5所述的全息再现装置，其特征在于，

上述第二波段的读出光的照射与对上述显示元件进行的上述第一波段激光的照射，从同一侧来进行。

11.根据权利要求5所述的全息再现装置，其特征在于，

上述写入装置在规定于上述显示元件的进深方向的假想面上形成上述全息干涉条纹。

12.根据权利要求5所述的全息再现装置，其特征在于，

通过切换基于上述点数据的像素尺寸来切换立体显示和非立体显示。

13.一种全息再现装置，其特征在于，

包括由碱金属卤化物或碱土金属卤化物构成，且其光学特性由于波段为190nm以上且小于380nm的第一波段的激光照射而发生变化的第一层、第二层和第三层叠层而成的显示元件，其中，

上述第一层、第二层和第三层，在光学特性由于上述第一波段的激光照射而发生变化的状态下的吸收波长峰值彼此不同，且

上述第一层、第二层和第三层的上述吸收波长峰值分别为380nm以上且500nm以下、500nm以上且600nm以下、以及600nm以上且800nm以下，

还包括：用于通过上述第一波段的激光照射将金息干涉条纹写入上述显示元件的写入装置，和

用于对写入了上述全息干涉条纹的上述显示元件照射读出光来再现全息立体像的再现装置。

14.根据权利要求13所述的全息再现装置，其特征在于，

上述全息干涉条纹，基于全息图数据以点数据写入上述显示元件。

15.根据权利要求13所述的全息再现装置，其特征在于，

使用从波段为380nm以上且800nm以下的第二波段中选择的波长峰值为380nm以上且500nm以下、波长峰值为500nm以上且600nm以下、以及波长峰值为600nm以上且800nm以下的三种读出光，在写入了上述全息干涉条纹的上述显示元件再现上述全息立体像。

16.根据权利要求13所述的全息再现装置，其特征在于，

还包括用于消除上述全息干涉条纹的消除装置，

通过反复进行利用上述写入装置进行的全息干涉条纹的写入、利用上述再现装置进行的全息立体像的再现、以及利用上述消除装置进行的全息干涉条纹的消除来进行全息立体像的连续再现。

17.根据权利要求16所述的全息再现装置，其特征在于，

上述消除装置通过激光照射、使电磁波或热作用来消除上述全息干涉条纹。

18.根据权利要求17所述的全息再现装置，其特征在于，

上述激光照射用的波长为700nm以上。

19.根据权利要求13所述的全息再现装置，其特征在于，

通过切换基于上述点数据写入的像素尺寸来切换立体显示和非立体显示。

20.一种利用全息图的装置，其特征在于，包括：

包含光学特性由于190nm以上且小于380nm的第一波段的激光照射而发生变化的碱金属卤化物或碱土金属卤化物而构成的体全息记录介质；

用于对上述体全息记录介质照射上述第一波段激光的第一光源；和

用于对上述体全息记录介质照射380nm以上且800nm以下的第二波段读出光的第二光源，

使上述体全息记录介质和上述第一光源相对地进行3维扫描，从而在上述体全息记录介质上形成基于位数据的体全息干涉条纹。

21.根据权利要求20所述的利用全息图的装置，其特征在于，

上述体全息记录介质用包括碱金属卤化物或碱土金属卤化物的多个层来构成，

上述多个层，光学特性由于上述第一波段的激光照射而发生变化，且光学特性发生变化的状态下的吸收波长峰值彼此不同。

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