CN101276017A - 全息元件、照明装置、投影机以及全息元件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供对多个波长区域的光得到可靠的光学性能并适合于紧凑的构成的全息元件、使用该全息元件的照明装置、投影机以及全息元件的制造方法。本发明的全息元件通过使入射的光衍射而在被照射面上形成规定的照明图案的全息元件(12),通过使第1波长区域的光在第1区域衍射而形成照明图案,并通过使与第1波长区域不同的第2波长区域的光在与第1区域相同平面上的第2区域衍射而形成照明图案。
Description
技术领域
本发明涉及全息元件、照明装置、投影机以及全息元件的制造方法,特别涉及在投影机的照明装置中使用的全息元件的技术。
背景技术
近年,投影机的小型化在发展。随之,空间光调制装置,例如液晶显示装置的小型化也在进行。在使光透过的透过型液晶显示装置的情况下,随着小型化,作为像素彼此之间的遮光部的黑矩阵的比例增加,因此,开口率降低。与此相对,在使光反射的反射型液晶显示装置的情况下,每个像素的控制线被配置在反射电极的下面,因此,可以使像素彼此的间隔极其小。由于能够减小像素彼此的间隔,因此,能够降低开口率。此外,当使用反射型液晶显示装置时,由于采用利用与向反射型液晶显示装置入射的光相同的光路使光射出的构成,因此,光学系统的小型化也可以实现。由此,在投影机的小型化中,反射型液晶显示装置是适合的。使用反射型液晶显示装置的投影机的技术例如在专利文献1中提出。
[专利文献1]特开2006-84820号公报
近年,提出使用激光光源作为投影机的光源的技术。如果与以往作为投影机的光源使用的超高压水银灯(UHP灯)相比,则激光光源具有色再现性高、可以瞬时点亮、寿命长等优点。在使用激光光源的照明装置中能够使用全息元件。全息元件通过使激光衍射,可以同时进行照明区域的整形、放大以及照明区域的光量分布的均匀化。全息元件通过采用与所衍射的光的波长对应的构成,可以正确地进行照明区域的整形和光量分布的均匀化等。当利用多个色光显示图像时,为了得到可靠的光学性能,使用每个色光的全息元件。
在组合了全息元件和反射型液晶显示装置的情况下,采用利用与向反射型液晶显示装置入射的光相同的光路使光射出的构成是困难的,从激光光源到反射型液晶显示装置的光路对于每个色光都需要。由于需要从激光光源到反射型液晶显示装置的每个色光的光路,因此,实现紧凑的光学系统变得困难。如上所述,如果采用以往的技术,则发生使得对多个波长区域的光的良好的光学性能和组装了全息元件的构成的小型化都实现是困难的问题。本发明正是鉴于上述问题而提出的,其目的在于提供对多个波长区域的光得到可靠的光学性能、并且适合于紧凑的构成的全息元件、使用该全息元件的照明装置、投影机以及全息元件的制造方法。
发明内容
为了解决上述课题并实现目的,本发明的全息元件是通过使入射的光衍射而在被照射面上形成规定的照明图案的全息元件,其特征在于,通过使第1波长区域的光在第1区域衍射而形成照明图案,并且通过使与第1波长区域不同的第2波长区域的光在与第1区域相同平面上的第2区域衍射而形成照明图案。
通过在相同平面上的第1区域和第2区域使第1波长区域的光、第2波长区域的光分别衍射,与对每个波长区域配置全息元件的情况相比,能够使照明装置实现少的零件个数,并且谋求节省空间。此外,通过采用使对每个区域不同的波长区域的光衍射的构成,可以对于多个波长区域的光得到可靠的光学性能。这样,对于多个波长区域的光,得到可靠的光学性能,并且得到适合于紧凑的构成的全息元件。
此外,作为本发明的优选形式,具有在第1区域和第2区域形成的多个凸部;设置在第1区域的凸部以与第1波长区域对应的第1单位长度为单位,设定向着与平面大致正交的方向的长度;设置在第2区域的凸部以与第2波长区域对应的第2单位长度为单位,设定向着与平面大致正交的方向的长度。这样,采用使对每个区域不同的波长的光衍射的构成,对于多个波长的光,得到可靠的光学性能。
进一步地,本发明的照明装置的特征在于,具有:提供相干光的光源部以及使相干光衍射的上述全息元件。通过使用上述全息元件,对于多个波长的光,得到可靠的光学性能,并且得到紧凑的构成。这样,得到高性能且紧凑的照明装置。
此外,作为本发明的优选形式,光源部具备:提供第1波长区域的相干光的第1光源部以及提供与第1波长区域不同的第2波长区域的相干光的第2光源部;全息元件通过使第1波长区域的相干光在第1区域衍射而形成照明图案,并且通过使第2波长区域的相干光在与第1区域相同平面上的第2区域衍射而形成照明图案。这样,得到对于第1波长区域的相干光和第2波长区域的相干光具有可靠的光学性能的全息元件。
此外,作为本发明的优选形式,具有使来自全息元件的第1波长区域的相干光和第2波长区域的相干光分离的光分离部。这样,能够使来自全息元件的第1波长区域的相干光和第2波长区域的相干光向不同的方向行进。
此外,作为本发明的优选形式,第1光源部提供作为具有第1振动方向的第1偏振光的相干光,第2光源部提供作为具有与第1振动方向大致正交的第2振动方向的第2偏振光的相干光,光分离部具备使第1偏振光反射并使第2偏振光透过的偏振光分离部。这样,能够使第1波长区域的相干光和第2波长区域的相干光分离。
此外,作为本发明的优选形式,光源部具备提供与第1波长区域和第2波长区域不同的第3波长区域的相干光的第3光源部;全息元件通过使第3波长区域的相干光在与第1区域和第2区域相同平面上的第3区域衍射而形成照明图案;光分离部具备:使第1波长区域的相干光、第3波长区域的相干光和第2波长区域的相干光分离的第1光分离部;以及使第1波长区域的相干光和第3波长区域的相干光分离的第2光分离部。通过能够提供3个波长区域的光,能够实现适于图像显示的用途的构成。通过采用对于3个波长区域的光使用1个全息元件的构成,与使用多个全息元件的情况相比,能够将照明装置实现为零件个数少的紧凑的构成。
此外,作为本发明的优选形式,第2光分离部具备使第1波长区域的相干光透过并使第3波长区域的相干光反射的波长分离部。这样,能够使第1波长的相干光和第3波长的相干光分离。
此外,作为本发明的优选形式,光源部具备提供与第1波长区域和第2波长区域不同的第3波长区域的相干光的第3光源部,全息元件具备使第1波长区域的相干光和第2波长区域的相干光衍射的第1全息元件,并进一步具有使第3波长区域的相干光衍射的第2全息元件。由于能够提供3个波长区域的光,因此,能够实现适于图像显示的用途的构成。通过采用对于3个波长区域的光使用2个全息元件的构成,与使用3个全息元件的情况相比,能够将照明装置实现为零件个数少的紧凑的构成。此外,与用1个全息元件使各波长区域的光衍射的情况相比,能够减少相对全息元件的光轴的衍射光的偏移量,提高衍射效率。
此外,作为本发明的优选形式,全息元件使一次衍射光入射到被照射面。进一步地,全息元件只使一次衍射光入射到被照射面。在使一次衍射光和零次衍射光同时入射到被照射面的构成中,当与一次衍射光相比零次衍射光的光量大时,存在零次衍射光和一次衍射光重合、只有照明区域的一部分变得明亮的情况。通过采用只使一次衍射光入射的构成,可以使光量分布均匀化。这样,能够提供均匀化后的光量分布的光。
此外,作为本发明的优选形式,第1光源部和第2光源部使向着沿平面的特定方向并列的第1波长区域的相干光和第2波长区域的相干光入射到全息元件,全息元件在与特定方向大致正交的平面内使从全息元件的光轴偏移的一次衍射光入射到被照射面。在这种情况下,对于第1波长区域、第2波长区域的各相干光,能够使来自全息元件的光轴的一次衍射光的偏移量相同。这样,对于第1波长区域、第2波长区域的各相干光,能够设置大致相同的衍射效率。
进一步地,本发明的投影机的特征在于,具有:上述照明装置以及根据图像信号调制来自照明装置的光的空间光调制装置。通过使用上述照明装置,能够得到高性能并且紧凑的构成。这样,能够显示明亮且高品质的图像,并且得到紧凑的投影机。
此外,作为本发明的优选形式,照明装置具备:提供第1波长区域的相干光的第1光源部;提供与第1波长区域不同的第2波长区域的相干光的第2光源部;通过使来自第1光源部和第2光源部的相干光衍射而在被照射面上形成规定的照明图案的全息元件;以及使来自全息元件的第1波长区域的相干光和第2波长区域的相干光分离的光分离部;空间光调制装置具备:根据图像信号调制第1波长区域的相干光的第1空间光调制装置;以及根据图像信号调制第2波长区域的相干光的第2空间光调制装置;第1空间光调制装置对来自光分离部的第1波长区域的相干光进行调制并向光分离部入射;第2空间光调制装置对来自光分离部的第2波长区域的相干光进行调制并向光分离部入射;光分离部使来自第1空间光调制装置的第1波长区域的相干光和来自第2空间光调制装置的第2波长区域的相干光合成并向被投影面的方向行进。在这种情况下,对于第1波长区域的相干光以及第2波长区域的相干光,能够采用利用与向空间光调制装置入射时相同的光路以射出的构成。这样,能够实现紧凑的构成。
此外,作为本发明的优选形式,照明装置具备提供与第1波长区域和第2波长区域不同的第3波长区域的相干光的第3光源部;全息元件通过使来自第3光源部的相干光衍射而形成照明图案;空间光调制装置具备根据图像信号调制第3波长区域的相干光的第3空间光调制装置;光分离部具备:使第1波长区域的相干光、第3波长区域的相干光和第2波长区域的相干光分离的第1光分离部;以及使第1波长区域的相干光和第3波长区域的相干光分离的第2光分离部;第1空间光调制装置对来自第2光分离部的第1波长区域的相干光进行调制并向第2光分离部入射,第3空间光调制装置对来自第2光分离部的第3波长区域的相干光进行调制并向第2光分离部入射,第2光分离部使来自第1空间光调制装置的第1波长区域的相干光和来自第3空间光调制装置的第3波长区域的相干光合成并向第1光分离部的方向行进,第2空间光调制装置对来自第1光分离部的第2波长区域的相干光进行调制并向第1光分离部入射,第1光分离部使来自第2光分离部的第1波长区域的相干光、第3波长区域的相干光和来自第2空间光调制装置的第2波长区域的相干光合成并向被投影面的方向行进。这样,对于第1波长区域的相干光、第2波长区域的相干光、第3波长区域的相干光,能够实现利用与向空间光调制装置入射时相同的光路以射出的构成。
此外,作为本发明的优选形式,照明装置具备提供与第1波长区域和第2波区域不同的第3波长区域的相干光的第3光源部;全息元件具备使第1波长区域的相干光和第2波长区域的相干光衍射的第1全息元件,并进一步具备使第3波长区域的相干光衍射的第2全息元件以及在来自第2全息元件的第3波长区域的相干光入射的位置设置的光合成部;空间光调制装置具备根据图像信号调制来自光合成部的第3波长区域的相干光的第3空间光调制装置;光分离部使来自第1全息元件的第1波长区域的相干光和第2波长区域的相干光分离;第3空间光调制装置调制来自光合成部的第3波长区域的相干光并向光合成部入射;光合成部使来自光分离部的第1波长区域的相干光、第2波长区域的相干光和来自第3空间光调制装置的第3波长区域的相干光合成并向被投影面的方向行进。这样,对于第1波长区域的相干光、第2波长区域的相干光、第3波长区域的相干光,能够实现利用与向空间光调制装置入射时相同的光路以射出的构成。
进一步地,本发明的全息元件的制造方法是通过使入射的光衍射而在被照射面上形成规定的照明图案的全息元件的制造方法,其特征在于,包含:形成在第1平面上形成多个凸部的第1模型的第1模型形成工序,其中上述多个凸部以与第1波长区域对应的第1单位长度为单位,设定向着与第1平面大致正交的方向的长度;形成在第2平面上形成多个凸部的第2模型的第2模型形成工序,其中上述多个凸部以与和第1波长区域不同的第2波长区域对应的第2单位长度为单位,设定向着与第2平面大致正交的方向的长度;使第1模型和第2模型并列的并列工序;以及将在并列工序中并列的第1模型和第2模型的形状向材料部件复制的复制工序。这样,可以简易地制造能够使对每个区域不同的波长的光衍射的全息元件。
附图说明
图1是示出本发明的实施例1的投影机的概略构成的图。
图2是示出全息元件的构成的图。
图3是模式化表示全息元件的表面构成的图。
图4是示出图3的AA剖面构成的图。
图5是说明在Z方向的凸部的长度的设定的图。
图6是说明各色光的分离和合成的图。
图7是示出本发明的实施例2的投影机的概略构成的图。
图8是说明各色光的分离和合成的图。
图9是示出本发明的实施例3的投影机的概略构成的图。
图10是示出与B光有关的各要素的YZ平面构成的图。
图11是示出与G光有关的各要素的YZ平面构成的图。
图12是示出实施例3的比较例子的图。
图13是说明利用本发明的实施例4制造全息元件的顺序的图。
图14是说明利用本发明的实施例4制造全息元件的顺序的图。
符号说明:
10:投影机;11R:R光用光源部;11G:G光用光源部;11B:B光用光源部;12:全息元件;13:支持部;14:场透镜;15:偏振光分离部;16:偏振光分离膜;17:波长分离部;18:波长分离膜;19:棱镜;20R:R光用空间光调制装置;20G:G光用空间光调制装置;20B:B光用空间光调制装置;21:投影透镜;AR1:第1区域;AR2:第2区域;AR3:第3区域;25:凸部;30:投影机;31R:R光用光源部;31B:B光用光源部;31G:G光用光源部;32:第1全息元件;33:第2全息元件;34:偏振光分离部;35:偏振光分离膜;36:波长选择偏振光变换部;37:光合成部;38:偏振光分离部;40:投影机;41:第1全息元件;42:第2全息元件;AX1、AX2:光轴;51:全息元件;52:空间光调制装置;53:交叉分色棱镜;61:第1模具;62:凸部;S1:第1平面;63:第2模具;64:凸部;S2:第2平面;65:材料部件;66:全息元件
具体实施方式
以下,参照附图详细说明本发明的实施例。
[实施例1]
图1示出本发明的实施例1的投影机10的概略构成。投影机10是向屏幕(未图示)提供光、并通过观察在屏幕上反射的光来欣赏图像的正投影型的投影机。投影机10具有红色(R)光用光源部11R、绿色(G)光用光源部11G以及蓝色(B)光用光源部11B。R光用光源部11R、G光用光源部11G、B光用光源部11B是提供作为相干光的激光的光源部。
R光用光源部11R是提供作为第1波长区域的激光的R光的第1光源部。G光用光源部11G是提供作为与第1波长区域不同的第2波长区域的激光的G光的第2光源部。B光用光源部11B是提供作为与第1波长区域和第2波长区域不同的第3波长区域的激光的B光的第3光源部。R光用光源部11R、G光用光源部11G、B光用光源部11B具备半导体激光器。R光用光源部11R和B光用光源部11B提供具有第1振动方向的第1偏振光。第1偏振光例如是s偏振光。G光用光源部11G提供具有第2振动方向的第2偏振光。第2偏振光例如是p偏振光。
来自各色光用光源部11R、11G、11B的激光向全息元件12入射。全息元件12通过使来自各色光用光源部11R、11G、11B的相干光衍射而在被照射面上形成规定的照明图案。被照射面是各色光用空间光调制装置20R、20G、20B的入射面。向全息元件12入射的激光成为形成大致圆形状的点的光束形状。此外,向全息元件12入射的激光表示在点的中心光量成为最大并随着离开点的中心光量降低那样的光量分布。与此相对,全息元件12在被照射面形成矩形形状且均匀化后的光量分布的照明图案。全息元件12进行照明区域的整形、放大、以及照明区域的光量分布的均匀化。
来自全息元件12的激光在经过了场透镜14后,向偏振光分离部15入射。场透镜14使来自全息元件12的激光平行化。偏振光分离部15是使R光、B光和G光分离的第1光分离部。偏振光分离部15粘合2个直角棱镜而构成。在2个直角棱镜之间涂有偏振光分离膜16。偏振光分离膜16例如是电介质多层膜。偏振光分离部15在偏振光分离膜16使作为第1偏振光的s偏振光反射,并使作为第2偏振光的p偏振光透过。偏振光分离部15除了是立方体型之外也可以是板状。
波长分离部17相对偏振光分离部15设置在与投影透镜21的一侧相反的一侧。波长分离部17是使R光和B光分离的第2光分离部。波长分离部17粘合2个直角棱镜而构成。在2个直角棱镜之间涂有波长分离膜18。波长分离膜18例如是电介质多层膜。波长分离部17在波长分离膜18使作为第1波长区域的激光的R光透过,并使作为第3波长区域的激光的B光反射。波长分离部17除了立方体型之外也可以是板状。各色光用光源部11R、11G、11B、全息元件12、场透镜14、偏振光分离部15、波长分离部17和棱镜19构成照明装置。
R光用空间光调制装置20R设置在波长分离部17中与偏振光分离部15的一侧相反的一侧的面。B光用空间光调制装置20B相对波长分离膜18设置在与R光用空间光调制装置20R对称的位置。R光用空间光调制装置20R是根据图像信号调制来自照明装置的R光的第1空间光调制装置。R光用空间光调制装置20R对来自波长分离部17的R光进行调制并向波长分离部17入射。B光用空间光调制装置20B是根据图像信号调制来自照明装置的B光的第3空间光调制装置。B光用空间光调制装置20B对来自波长分离部17的B光进行调制并向波长分离部17入射。
棱镜19相对偏振光分离部15设置在与场透镜14的一侧相反的一侧。G光用空间光调制装置20G设置在棱镜19中与偏振光分离部15的一侧相反的一侧的面。G光用空间光调制装置20G是根据图像信号调制来自照明装置的G光的第2空间光调制装置。G光用空间光调制装置20G对经过棱镜19的来自偏振光分离部15的G光进行调制,并经过棱镜19向偏振光分离部15入射。R光用空间光调制装置20R、B光用空间光调制装置20B、G光用空间光调制装置20G是反射型液晶显示装置(LCOS)。另外,投影机10也可以省略棱镜19,在相当于棱镜19的部分设置空隙。投影透镜21投影在各色光用空间光调制装置20R、20G、20B中进行调制的各色光。
图2示出全息元件12的构成。全息元件12由支持部13支持。全息元件12具备第1区域AR1、第2区域AR2和第3区域AR3。第1区域AR1、第2区域AR2和第3区域AR3在作为同一平面的XY面上。Z方向是与该平面大致正交的方向。R光用光源部11R(参照图1)使R光向第1区域AR1入射。全息元件12在第1区域AR1使R光衍射。G光用光源部11G(参照图1)使G光向第2区域AR2入射。全息元件12在第2区域AR2使G光衍射。B光用光源部11B(参照图1)使B光向第3区域AR3入射。全息元件12在第3区域AR3使B光衍射。
图3是模式化地表示全息元件12的表面构成的图。图4示出图3的AA剖面构成。在第1区域AR1、第2区域AR2、第3区域AR3上形成有多个凸部25。凸部25是全息元件12的表面,例如设置在使光射出的射出面。凸部25在XY面内具有矩形形状。在图3中,凸部25的着色表示高低差。在此,越是附着浓的黑色的部分表示形成得越高,换句话说,表示在图3的纸面跟前侧。凸部25在图4所示的剖面,呈矩形形状。全息元件12对每个凸部25使激光的初始相位变化。全息元件12通过使激光的相位在空间上变化,使其产生衍射光。由于使作为相干光的激光向全息元件12入射,因此,能够得到良好的衍射特性。
图5对在Z方向上的凸部25的长度的设定进行说明。在第1区域AR1设置的凸部25以第1单位长度d1为单位,设定向着Z方向的长度。第1单位长度d1与第1波长区域对应。在第2区域AR2设置的凸部25以第2单位长度d2为单位,设定向着Z方向的长度。第2单位长度d2与第2波长区域对应。在第3区域AR3设置的凸部25以第3单位长度d3为单位,设定向着Z方向的长度。第3单位长度d3与第3波长区域对应。全息元件12通过对包含在Z方向上的凸部25的长度、在XY面内的凸部25的间距和图案的表面条件进行最佳化,能够得到具备所希望的功能的构成。
通过在相同平面上的第1区域AR1、第2区域AR2和第3区域AR3使R光、G光、B光分别衍射,与对每个波长区域配置全息元件的情况相比,能够采用少的零件个数,并且谋求节省空间。此外,通过采用使对每个区域不同的波长区域的光衍射的构成,可以对多个波长区域的光得到可靠的光学性能。通过采用对3个波长区域的光使用1个全息元件12的构成,与使用多个全息元件的情况相比,能够得到零件个数少的紧凑的构成。此外,在光学系统中能够将所需的偏振光分离膜16设置为1个。
图6对偏振光分离部15和波长分离部17的各色光的分离和合成进行说明。来自全息元件12的R光L1、G光L3、B光L5向偏振光分离部15入射。作为s偏振光的R光L1通过在偏振光分离膜16的反射而折弯光路,向波长分离部17入射。向波长分离部17入射的R光L1透过波长分离膜18,并向R光用空间光调制装置20R入射。通过R光用空间光调制装置20R的调制而从s偏振光向p偏振光变换的R光L2,透过波长分离部17并向偏振光分离部15入射。向偏振光分离部15入射的R光L2透过偏振光分离膜16,向投影透镜21(参照图1)的方向行进。
作为p偏振光的G光L3透过偏振光分离膜16,向棱镜19入射。透过棱镜19的G光L3向G光用空间光调制装置20G入射。通过G光用空间光调制装置20G的调制而从p偏振光向s偏振光变换的G光L4透过棱镜19,向偏振光分离部15入射。通过设置棱镜19,能够使G光的光路长度与R光、B光的光路长度相等。向偏振光分离部15入射的G光L4通过偏振光分离膜16的反射而折弯光路,向投影透镜21的方向行进。
作为s偏振光的B光L5通过在偏振光分离膜16的反射而折弯光路,并向波长分离部17入射。向波长分离部17入射的B光L5通过在波长分离膜18的反射而折弯光路,并向B光用空间光调制装置20B入射。通过B光用空间光调制装置20B的调制而从s偏振光向p偏振光变换的B光L6通过波长分离膜18的反射而折弯光路,并向偏振光分离部15入射。波长分离部17使来自R光用空间光调制装置20R的R光L2和来自B光用空间光调制装置20B的B光L6合成,并向偏振光分离部15的方向行进。
向偏振光分离部15入射的B光L6透过偏振光分离膜16,向投影透镜21的方向行进。偏振光分离部15使来自R光用空间光调制装置20R的R光L2、来自B光用空间光调制装置20B的B光L6和来自G光用空间光调制装置20G的G光L4合成,并向作为被投影面的屏幕(未图示)的方向行进。
通过使用上述的全息元件12,能够得到对多个波长的光得到可靠的光学性能,并且使照明装置紧凑的构成。此外,对于各色光,能够得到利用与向空间光调制装置入射时相同的光路而使光射出的构成。这样,达到利用高性能且紧凑的构成显示明亮且高品质的图像的效果。
投影机10只要是可以利用与向空间光调制装置入射时相同的光路而使光射出的构成即可,并不限于在本实施例中说明的构成。例如,以在本实施例中说明的构成为基准,也可以更换R、G、B。偏振光分离部15并不限于使s偏振光反射并使p偏振光透过,可以根据投影机10的构成任意设定偏振光特性。波长分离部17并不限于使R光透过并使B光反射,可以根据投影机10的构成任意设定波长特性。
各色光用光源部11R、11G、11B也可以采用使用变换来自半导体激光器的激光的波长的波长变换元件,例如第二谐波发生(SHG)元件的构成。各色光用光源部11R、11G、11B也可以使用半导体激光泵浦固体(DPSS)激光器、固体激光器、液体激光器、气体激光器等,以代替半导体激光器。
全息元件12可以例如利用使用模型的模型复制来制造。首先,在石英基板上涂抹抗蚀剂后,利用电子波束描画装置在抗蚀剂上照射电子波束,进行该抗蚀剂的图案形成。接着,通过蚀刻处理形成由石英构成的模具(模型)。然后,将合成树脂制的薄膜形部件等用于形成全息元件12的基板和模具加热到大于等于基板的玻璃转移温度。在按压基板和模具并保持一定时间后,将基板和模具冷却到小于等于基板的玻璃转移温度,分离基板和模具。这样,形成了在基板上复制了所希望的形状的全息元件12。
这样,全息元件12可以通过在形成了模具(模型)后使该模具的形状在基板上热复制的所谓纳米压印方法形成。另外,在此说明的制造方法是一个例子,如果可以制造具有所希望的形状的全息元件12,则可以使用任意的方法。
[实施例2]
图7示出本发明的实施例2的投影机30的概略构成。本实施例的投影机30具有第1全息元件32和第2全息元件33。对与上述实施例1相同的部分付与相同的符号,并省略重复的说明。
R光用光源部31R是提供作为第1波长区域的激光的R光的第1光源部。B光用光源部31B是提供作为与第1波长区域不同的第2波长区域的激光的B光的第2光源部。G光用光源部31G是提供作为与第1波长区域和第2波长区域不同的第3波长区域的激光的G光的第3光源部。R光用光源部31R、B光用光源部31B、G光用光源部31G具备半导体激光器。R光用光源部31R提供具有第1振动方向的第1偏振光。第1偏振光例如是s偏振光。B光用光源部31B和G光用光源部31G提供具有第2振动方向的第2偏振光。第2偏振光例如是p偏振光。
来自R光用光源部31R的R光和来自B光用光源部31B的B光向第1全息元件32入射。第1全息元件32通过使来自R光用光源部31R的R光和来自B光用光源部31B的B光衍射,在被照射面上形成规定的照明图案。第1全息元件32进行照明区域的整形、放大以及照明区域的光量分布的均匀化。第1全息元件32在第1区域使R光衍射。此外,第1全息元件32在与第1区域相同平面上的第2区域使B光衍射。来自第1全息元件32的R光和B光在经过场透镜14后,向偏振光分离部34入射。偏振光分离部34被设置在经过场透镜14的来自第1全息元件32的R光和B光入射的位置。
来自G光用光源部31G的G光向第2全息元件33入射。第2全息元件33进行照明区域的整形、放大、以及照明区域的光量分布的均匀化。第2全息元件33使G光衍射。来自第2全息元件33的G光在经过场透镜14后,向光合成部37入射。光合成部37被设置在经过场透镜14的来自第2全息元件33的G光入射的位置。
偏振光分离部34是使来自第1全息元件32的R光和B光分离的光分离部。偏振光分离部34粘合2个直角棱镜而构成。在2个直角棱镜之间涂有偏振光分离膜35。偏振光分离膜35例如是电介质多层膜。偏振光分离部34在偏振光分离膜35使作为第1偏振光的s偏振光反射,使作为第2偏振光的p偏振光透过。光合成部37使R光、B光和G光合成。光合成部37粘合2个直角棱镜而构成。在2个直角棱镜之间涂有偏振光分离膜38。偏振光分离膜38例如是电介质多层膜。光合成部37在偏振光分离膜38使作为第1偏振光的s偏振光反射,使作为第2偏振光的p偏振光透过。偏振光分离部34、光合成部37除了立方体型之外,也可以是板状。
在偏振光分离部34和光合成部37之间设置有波长选择偏振光变换部36。波长选择偏振光变换部36使作为s偏振光的B光变换为p偏振光,使作为p偏振光的R光直接通过。作为波长选择偏振光变换部36,可以使用ColorLink公司(美国)的色彩选择器。各色光用光源部31R、31B、31G、第1全息元件32、第2全息元件33、2个场透镜14、偏振光分离部34、波长选择偏振光变换部36、光合成部37以及棱镜19构成照明装置。
R光用空间光调制装置20R设置在偏振光分离部34中与波长选择偏振光变换部36的一侧相反的一侧。R光用空间光调制装置20R是根据图像信号调制来自照明装置的R光的第1空间光调制装置。R光用空间光调制装置20R对来自偏振光分离部34的R光进行调制并向偏振光分离部34入射。B光用空间光调制装置20B相对偏振光分离膜35设置在与R光用空间光调制装置20R对称的位置。B光用空间光调制装置20B是根据图像信号调制来自照明装置的B光的第2空间光调制装置。B光用空间光调制装置20B对来自偏振光分离部34的B光进行调制,并向偏振光分离部34入射。
棱镜19相对光合成部37设置在与场透镜14的一侧相反的一侧。G光用空间光调制装置20G设置在棱镜19中与光合成部37的一侧相反的一侧的面上。G光用空间光调制装置20G是根据图像信号调制来自照明装置的G光的第3空间光调制装置。G光用空间光调制装置20G对经过棱镜19的来自光合成部37的G光进行调制,并经由棱镜19向光合成部37入射。
通过采用对于3个波长区域的光使用2个全息元件32、33的构成,与使用3个全息元件的情况相比,能够得到零件个数少的紧凑的构成。此外,与用1个全息元件使3个波长区域的光衍射的情况相比,第1全息元件32能够减少相对第1全息元件32的光轴AX1的衍射光的偏移量,提高衍射效率。
图8对偏振光分离部34和光合成部37的各色光的分离和合成进行说明。来自第1全息元件32的R光L11、B光L13向偏振光分离部34入射。作为s偏振光的R光L11通过在偏振光分离膜35的反射而折弯光路,向R光用空间光调制装置20R入射。通过R光用空间光调制装置20R的调制而从s偏振光变换为p偏振光的R光L12透过偏振光分离膜35。从偏振光分离部34射出的R光L12透过波长选择偏振光变换部36,向光合成部37入射。向光合成部37入射的R光L12透过偏振光分离膜38,向投影透镜21(参照图7)的方向行进。
作为p偏振光的B光L13透过偏振光分离膜35,向B光用空间光调制装置20B入射。通过B光用空间光调制装置20B的调制而从p偏振光向s偏振光变换的B光L14,通过在偏振光分离膜35的反射而折弯光路,向波长选择偏振光变换部36入射。向波长选择偏振光变换部36入射的B光L14从s偏振光向p偏振光变换。向p偏振光变换的B光L14透过偏振光分离膜38,向投影透镜21的方向行进。偏振光分离部34使来自R光用空间光调制装置20R的R光L12和来自B光用空间光调制装置20B的B光L14合成,向光合成部37的方向行进。
来自第2全息元件33的G光L15向光合成部37入射。作为p偏振光的G光L15透过偏振光分离膜38,向棱镜19入射。透过棱镜19的G光L15向G光用空间光调制装置20G入射。通过G光用空间光调制装置20G的调制而从p偏振光向s偏振光变换的G光L16透过棱镜19,向光合成部27入射。向光合成部37入射的G光L16通过在偏振光分离膜38的反射而折弯光路,向投影透镜21的方向行进。光合成部37使来自R光用空间光调制装置20R的R光L12、来自B光用空间光调制装置20B的B光L14和来自G光用空间光调制装置20G的G光L16合成,向作为被投影面的屏幕(未图示)的方向行进。
通过使用上述的全息元件32、33,对多个波长的光能够得到可靠的光学性能,并能够将照明装置设置成紧凑的构成。此外,对于各色光,能够采用利用与向空间光调制装置入射时相同的光路而使光射出的构成。在本实施例的情况下,也能够通过高性能且紧凑的构成显示明亮且高品质的图像。在本实施例的情况下,也可以例如以在本实施例说明的构成为基准来改换R、G、B。偏振光分离部34和光合成部37并不限于使s偏振光反射并使p偏振光透过,能够根据投影机30的构成任意设定偏振光特性。波长选择偏振光变换部36并不限于仅使R光和B光中的B光进行偏振光变换,能够根据投影机30的构成任意设定波长特性和偏振光特性。
[实施例3]
图9示出本发明的实施例3的投影机40的概略构成。本实施例的投影机40的特征在于,通过全息元件41、42使一次衍射光入射到被照射面。对与上述实施例2相同的部分付与相同的符号,并省略重复的说明。
图10示出从B光用光源部31到B光用空间光调制装置20B的光路中的各要素的YZ平面构成图。R光用光源部31R在B光用光源部31B的纸面内侧(负X侧)。R光用空间光调制装置20R在偏振光分离部34的纸面内侧(负X侧)。R光用光源部31R和B光用光源部31B使向X方向并列的R光和B光向第1全息元件41入射。X方向是沿着作为平面的XY面的特定方向。
在YZ面内,B光用光源部31B和R光用光源部31R配置在第1全息元件41的光轴AX1上。B光用光源部31B、R光用光源部31R和第1全息元件41使光轴AX1偏移偏振光分离部34地进行配置。第1全息元件41在YZ面内只使偏移光轴AX1的一次衍射光入射到被照射面。YZ平面是与作为特定方向的X方向大致正交的平面。
图11示出从G光用光源部31G到G光用空间光调制装置20G的光路中的各要素的YZ平面构成。在YZ面内,G光用光源部31G配置在第2全息元件42的光轴AX2上。G光用光源部31G和第2全息元件42使光轴AX2偏移光合成部37地进行配置。第2全息元件42YZ面内只使偏移光轴AX2的一次衍射光入射到被照射面。在使一次衍射光和零次衍射光同时入射到被照射面的构成中,当与一次衍射光比较零次衍射光的光量大时,存在零次衍射光和一次衍射光重合,只有照明区域的一部分变得明亮的情况。通过采用只使一次衍射光入射的构成,可以使光量分布均匀化。这样,能够提供均匀化后的光量分布的光。
图12是本实施例的比较例子,示出使用透过型的空间光调制装置52时的构成例子。来自全息元件51的一次衍射光经过场透镜14向空间光调制装置52入射。在空间光调制装置52调制的G光在交叉分色棱镜53与R光、B光合成,向投影透镜21行进。在这种情况下,能够得到在使R光、G光、B光并列的XZ面内使一次衍射光偏移光轴的构成。
与此相对,在图9所示的本实施例的投影机40的情况下,如果采用在XZ面内使一次衍射光偏移光轴AX1、AX2的构成,则来自光轴AX1、AX2的一次衍射光的偏移量对每个色光不同。当一次衍射光的偏移量对每个色光不同时,对各色光得到同等的衍射效率变得困难。如本实施例所述,通过采用在YZ平面内使一次衍射光偏移光轴AX1、AX2的构成,能够使来自光轴AX1、AX2的一次衍射光的偏移量相同。这样,能够对各色光得到大致相同的衍射效率。
在上述各实施例的投影机中,当代替激光光源使用UHP灯等灯时,需要用于对每个色光使偏振光方向一致的波长选择偏振光变换部(色彩选择器)。波长选择偏振光变换部设置在偏振光分离部的前面。例如,在图1的构成的情况下,波长选择偏振光变换部可以设置在场透镜14和偏振光分离部15之间。在图7的构成的情况下,波长选择偏振光变换部设置在场透镜14和偏振光分离部34之间,并且根据需要设置在场透镜14和光合成部37之间。当使用激光光源时,由于可以对每个色光提供规定的偏振光,因此,具有能够不需要这种波长选择偏振光变换部的优点。
上述各实施例的投影机也可以在各色光用光源部和全息元件之间设置预偏振光板。预偏振光板可以采用对于射出第1偏振光的光源部使第1偏振光透过的构成、对于射出第2偏振光的光源部使第2偏振光透过的构成,并使用与各自的波长区域对应的构成。通过使用预偏振光板,可以进一步提高对比度。
上述各实施例的投影机也可以采用作为空间光调制装置除了反射型液晶显示装置之外,使用DMD(数字微镜设备等的构成。投影机只要是利用与向空间光调制装置入射的光相同的光路使光射出的构成即可,也可以是使用反射型的空间光调制装置以外的构成。投影机并不限于对每个色光具备空间光调制装置的构成。投影机也可以采用通过一个空间光调制装置调制2个或3个以上的色光的构成。投影机除了使用空间光调制装置的构成以外,也可以是使用具有图像信息的幻灯片的幻灯片投影机。投影机也可以是向屏幕的一面提供光并通过观察从屏幕的另一面射出的光来欣赏图像的所谓背投影机。
本发明的照明装置并不限于适用于投影机。也可以适用于例如不使用投影光学系统而直接观察空间光调制装置的图像的直视型的图像显示装置。此外,本发明的照明装置也可以适用于用于通过激光进行曝光的曝光装置、或监视通过激光来照明的图像的监视装置。本发明的照明装置并不限于提供3个色光,只要是提供相互不同的波长区域的多个激光的构成即可。本发明的全息元件并不限于进行照明区域的整形和光量分布的均匀化。只要进行照明区域的整形和光量分布的均匀化的至少一方即可。进一步地,全息元件并不限于进行照明区域的整形和光量分布的均匀化的至少一方的情况,也可以进行例如激光的分支和偏向等。本发明的全息元件可以在激光加工机的光学系统、光盘再生装置的光拾取器用的光学系统等,使用表面雕刻型全息元件的所有的领域中适用。
[实施例4]
图13和图14说明利用本发明的实施例4的全息元件的制造方法制造全息元件66的过程。图13所示的工序a是形成作为第1模型的第1模具61的第1模型形成工序。第1模具61具有在第1平面S1上形成的多个凸部62。假设第1平面S1是第1模具61中与形成凸部62的面的相反侧的面。凸部62以第1单位长度d1为单位,设定向着与第1平面S1大致正交的方向的长度。第1单位长度d1与第1波长区域对应。
第1模具61可以经由例如曝光和蚀刻形成。例如,在石英基板上涂抹了抗蚀剂后,通过电子波束描画装置在抗蚀剂上照射电子波束,对抗蚀剂进行图案形成。接着,通过实施蚀刻处理,能够得到由石英构成的第1模具61。
工序b是形成作为第2模型的第2模具63的第2模型形成工序。第2模具63具有在第2平面S2上形成的多个凸部64。假设第2平面S2是第2模具63中与形成凸部64的面相反的一侧的面。凸部64以第2单位长度d2为单位,设定向着与第2平面S2大致正交的方向的长度。第2单位长度d2与第2波长区域对应。第2模具63可以与第1模具61同样地形成。第1模具61和第2模具63通过相互独立的工序形成。
以下,在作为并列工序的工序c中,使第1模具61和第2模具63并列。第1模具61和第2模具63以在大致相同的平面上并列凸部62、64的方式配置。在本实施例中,第1模具61和第2模具63以在大致相同的平面上并列第1平面S1和第2平面S2的方式配置。第1模具61和第2模具63也可以使用例如共用的支持部件来支持。
在作为复制工序的工序d中,将在工序c中并列的第1模具61和第2模具63的形状向材料部件65复制。在工序d中,可以使用例如采用热复制的纳米压印方法。材料部件65例如是热可塑性树脂部件。第1模具61、第2模具63、材料部件65被加热到大于等于材料部件65的玻璃转移温度。在通过加热软化的材料部件65上按压第1模具61和第2模具63,并保持一定时间。第1模具61、第2模具63、材料部件65在冷却到小于等于材料部件65的玻璃转移温度之后,分离第1模具61、第2模具63和材料部件65。这样,如工序e所示的,复制了第1模具61和第2模具63的形状的全息元件66就完成了。
在相互独立的工序中形成的第1模具61和第2模具63,与一并形成具备多个以单位长度为单位的凸部的模型(模具)的情况相比,能够简易地制造。通过能够简易地制造在复制工序中使用的模型,可以简易地制造具备多个以单位长度为单位的凸部25的全息元件66。这样,达到可以简易地制造能够衍射对每个区域不同的波长的光的全息元件的效果。使对每个区域不同的波长的光衍射的上述各实施例的全息元件,通过使用在本实施例中说明的制造方法,能够简易地制造。
另外,在复制工序中也可以使用热复制以外的方法。在复制工序中,也可以使用例如采用光复制的纳米压印方法。在光复制的情况下,作为材料部件65,使用例如光硬化性树脂。通过利用紫外线的照射使按压了第1模具61和第2模具63的材料部件65硬化,能够复制第1模具61和第2模具63的形状。进一步地,在复制工序中,也可以通过注射成型的方法复制第1模具61和第2模具63的形状。
工业上的利用可能性
如以上所述,本发明的全息元件和照明装置适用于使用投影机的情况。
Claims (16)
1.一种全息元件,是通过使入射的光衍射而在被照射面上形成规定的照明图案的全息元件,其特征在于,
通过使第1波长区域的光在第1区域衍射而形成上述照明图案,并且通过使与上述第1波长区域不同的第2波长区域的光在与上述第1区域相同平面上的第2区域衍射而形成上述照明图案。
2.根据权利要求1所述的全息元件,其特征在于,
具有在上述第1区域和上述第2区域形成的多个凸部;
在上述第1区域设置的上述凸部以与上述第1波长区域对应的第1单位长度为单位,设定向着与上述平面大致正交的方向的长度;
在上述第2区域设置的上述凸部以与上述第2波长区域对应的第2单位长度为单位,设定向着与上述平面大致正交的方向的长度。
3.一种照明装置,其特征在于,具有:
提供相干光的光源部;以及
使上述相干光衍射的权利要求1或2所述的全息元件。
4.根据权利要求3所述的照明装置,其特征在于,
上述光源部具备:提供第1波长区域的相干光的第1光源部;以及提供与上述第1波长区域不同的第2波长区域的相干光的第2光源部;
上述全息元件通过使上述第1波长区域的相干光在第1区域衍射而形成上述照明图案,并且通过使上述第2波长区域的相干光在与上述第1区域相同平面上的第2区域衍射而形成上述照明图案。
5.根据权利要求4所述的照明装置,其特征在于,具有:使来自上述全息元件的上述第1波长区域的相干光与来自上述第2波长区域的相干光分离的光分离部。
6.根据权利要求5所述的照明装置,其特征在于,
上述第1光源部提供作为具有第1振动方向的第1偏振光的相干光,上述第2光源部提供作为具有与上述第1振动方向大致正交的第2振动方向的第2偏振光的相干光;
上述光分离部具备使上述第1偏振光反射并使上述第2偏振光透过的偏振光分离部。
7.根据权利要求4~6的任意一项所述的照明装置,其特征在于,
上述光源部具备提供与上述第1波长区域和上述第2波长区域不同的第3波长区域的相干光的第3光源部;
上述全息元件通过使上述第3波长区域的相干光在与上述第1区域和上述第2区域相同平面上的第3区域衍射而形成上述照明图案;
上述光分离部具备:使上述第1波长区域的相干光、上述第3波长区域的相干光与上述第2波长区域的相干光分离的第1光分离部;使上述第1波长区域的相干光与上述第3波长区域的相干光分离的第2光分离部。
8.根据权利要求7所述的照明装置,其特征在于,上述第2光分离部具备使上述第1波长区域的相干光透过并使上述第3波长区域的相干光反射的波长分离部。
9.根据权利要求4~6的任意一项所述的照明装置,其特征在于:
上述光源部具备:提供与上述第1波长区域和上述第2波长区域不同的第3波长区域的相干光的第3光源部;
上述全息元件具备使上述第1波长区域的相干光和上述第2波长区域的相干光衍射的第1全息元件,进而具有使上述第3波长区域的相干光衍射的第2全息元件。
10.根据权利要求3~9的任意一项所述的照明装置,其特征在于,上述全息元件使一次衍射光入射到被照射面。
11.根据权利要求10所述的照明装置,其特征在于,
上述第1光源部和上述第2光源部使向着沿上述平面的特定方向并列的上述第1波长区域的相干光和上述第2波长区域的相干光向上述全息元件入射;
上述全息元件在与上述特定方向大致正交的平面内,使从上述全息元件的光轴偏移的上述一次衍射光入射到上述被照射面。
12.一种投影机,其特征在于,具有:
权利要求3~11任意一项所述的照明装置;以及
根据图像信号对来自上述照明装置的光进行调制的空间光调制装置。
13.根据权利要求12所述的投影机,其特征在于,
上述照明装置具备:
提供第1波长区域的相干光的第1光源部;
提供与上述第1波长区域不同的第2波长区域的相干光的第2光源部;
通过使来自上述第1光源部和上述第2光源部的上述相干光衍射而在被照射面上形成规定的照明图案的全息元件;以及
使来自上述全息元件的上述第1波长区域的相干光和上述第2波长区域的相干光分离的光分离部;
上述空间光调制装置具备:
根据图像信号对上述第1波长区域的相干光进行调制的第1空间光调制装置;以及
根据图像信号对上述第2波长区域的相干光进行调制的第2空间光调制装置;
上述第1空间光调制装置对来自上述光分离部的上述第1波长区域的相干光进行调制并向上述光分离部入射;
上述第2空间光调制装置对来自上述光分离部的上述第2波长区域的相干光进行调制并向上述光分离部入射;
上述光分离部使来自上述第1空间光调制装置的上述第1波长区域的相干光和来自上述第2空间光调制装置的上述第2波长区域的相干光合成,并向被投影面的方向行进。
14.根据权利要求13所述的投影机,其特征在于,
上述照明装置具备:提供与上述第1波长区域和上述第2波长区域不同的第3波长区域的相干光的第3光源部;
上述全息元件通过使来自上述第3光源部的上述相干光衍射而形成上述照明图案;
上述空间光调制装置具备:根据图像信号对上述第3波长区域的相干光进行调制的第3空间光调制装置;
上述光分离部具备:使上述第1波长区域的相干光、上述第3波长区域的相干光与上述第2波长区域的相干光分离的第1光分离部;以及使上述第1波长区域的相干光与上述第3波长区域的相干光分离的第2光分离部;
上述第1空间光调制装置对来自上述第2光分离部的上述第1波长区域的相干光进行调制并向上述第2光分离部入射;
上述第3空间光调制装置对来自上述第2光分离部的上述第3波长区域的相干光进行调制并向上述第2光分离部入射;
上述第2光分离部使来自上述第1空间光调制装置的上述第1波长区域的相干光和来自上述第3空间光调制装置的上述第3波长区域的相干光合成,并向上述第1光分离部的方向行进;
上述第2空间光调制装置对来自上述第1光分离部的上述第2波长区域的相干光进行调制并向上述第1光分离部入射;
上述第1光分离部使来自上述第2光分离部的上述第1波长区域的相干光、上述第3波长区域的相干光和来自上述第2空间光调制装置的上述第2波长区域的相干光合成,并向上述被投影面的方向行进。
15.根据权利要求13所述的投影机,其特征在于,
上述照明装置具备:提供与上述第1波长区域和上述第2波长区域不同的第3波长区域的相干光的第3光源部;
上述全息元件具备使上述第1波长区域的相干光和上述第2波长区域的相干光衍射的第1全息元件,进而具备:使上述第3波长区域的相干光衍射的第2全息元件;以及在来自上述第2全息元件的上述第3波长区域的相干光入射的位置设置的光合成部;
上述空间光调制装置具备:根据图像信号对来自上述光合成部的上述第3波长区域的相干光进行调制的第3空间光调制装置;
上述光分离部使来自上述第1全息元件的上述第1波长区域的相干光和上述第2波长区域的相干光分离;
上述第3空间光调制装置对来自上述光合成部的上述第3波长区域的相干光进行调制并向上述光合成部入射;
上述光合成部使来自上述光分离部的上述第1波长区域的相干光、上述第2波长区域的相干光和来自上述第3空间光调制装置的上述第3波长区域的相干光合成,并向上述被投影面的方向行进。
16.一种全息元件的制造方法,是通过使入射的光衍射而在被照射面上形成规定的照明图案的全息元件的制造方法,其特征在于,包括:
形成在第1平面上形成多个凸部的第1模型的第1模型形成工序,其中上述多个凸部,以与第1波长区域对应的第1单位长度为单位,设定向着与上述第1平面大致正交的方向的长度;
形成在第2平面上形成多个凸部的第2模型的第2模型形成工序,其中上述多个凸部,以与和上述第1波长区域不同的第2波长区域对应的第2单位长度为单位,设定向着与上述第2平面大致正交的方向的长度;
使上述第1模型和上述第2模型并列的并列工序;以及
将在上述并列工序中并列的上述第1模型和上述第2模型的形状向材料部件复制的复制工序。
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