JP2006119458A - レリーフ型回折格子およびそれを用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回折光による色のムラを小さくすること。
【解決手段】本発明によれば、レリーフ型回折格子２において、可視領域に含まれる全ての光に対する回折効率が、所定範囲内にあるような格子深さｈであるレリーフ型回折格子２とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、レリーフ型回折格子およびそれを用いた照明装置に関するものである。

レリーフ型回折格子は、多くの照明装置や、照明装置に関連するシステムにおいてピックアップレンズや、スクリーン等で広く使用されている。導光システムでもまた、光を射出させるための光カップラや、リダイレクトのために用いられている。

一方、１次回折光に対して高い回折効率を与える回折格子を使用することは多くの場合において重要なことである。このような性能をもつものとしてブレーズド回折格子がある。

図３は、ブレーズド回折格子２を用いた導光板１の側面図である。図３に示すように、入射角度αｉでブレーズド回折格子２に入射光３が入射すると、この入射光３からは、反射光４が得られるほかに、ブレーズド回折格子２との回折によって１次回折光５が得られる。
特開平７−７７６０９号公報

しかしながら、ブレーズド回折格子２は、一般に、格子ピッチｄ、入射光３の入射角度αｉ、入射光３の波長、回折角度等が含まれる全てのパラメータに従った１つの条件に対して最高の性能、つまり最高の回折効率ηを実現するように設計されている。つまり、言い換えると、ブレーズド回折格子２は、入射角度αｉが異なると回折効率η、すなわち回折光の強度が異なることを意味する。また、入射角度αｉが同じであっても、入射光の波長が異なるとやはり回折効率η、すなわち回折光の強度が異なることを意味する。

前者を、図４を用いて説明する。図４は、横軸が入射角度αｉであり、縦軸が回折効率ηである。入射角度αｉが同じでも、長波長側である７００ｎｍの光成分よりも、短波長側である４００ｎｍの光成分の方が回折効率ηは大きいことがわかる。

また、後者を、図５を用いて説明する。図５に示すように、入射角度αｉが同じでも、長波長の入射光による１次回折光５（＃Ｒ）よりも、短波長の入射光による１次回折光５（＃Ｂ）の方が回折効率ηが大きいことがわかる。また、１次回折光の回折角度も、長波長の入射光による１次回折光５（＃Ｒ）と、短波長の入射光による１次回折光５（＃Ｂ）とでは異なることがわかる。

このように、ブレーズド回折格子であるレリーフ型回折格子では、入射角度αｉが同じであっても、波長毎に回折効率ηが異なるために、得られる回折光の強度が、波長毎にバラついてしまう。このため、可視光を入射光とした場合、得られる回折光の強度が、波長毎にバラついてしまい、色のムラが大きい回折光となってしまうという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、入射角度が同じであれば、波長が異なっていても、ほぼ同じ回折効率が得ることができ、もって、可視光を入射光とした場合に、得られる回折光による色のムラを小さくすることが可能なレリーフ型回折格子およびそれを用いた照明装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。

すなわち、請求項１の発明は、可視領域に含まれる全ての光に対する回折効率が、所定範囲内にあるような格子深さとしたレリーフ型回折格子である。

請求項２の発明は、４００ｎｍの波長の光に対する回折効率と、７００ｎｍの波長の光に対する回折効率とが一致するような格子深さの±２０％以内の格子深さとしたレリーフ型回折格子である。

また、請求項３の発明は、再生用光源から発せられる光のうちの最大波長の光に対する回折効率と、最小波長の光に対する回折効率とが一致するような格子深さの±２０％以内の格子深さとしたレリーフ型回折格子である。

更に、請求項４の発明は、ブレーズド回折格子からなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載のレリーフ型回折格子である。

請求項１の発明のレリーフ型回折格子においては、以上のような手段を講じることにより、可視領域に含まれる全ての光に対する回折効率を、所定範囲内に抑えることができる。これによって、得られる回折光による色のムラを小さくすることができる。また、これはレリーフ型回折格子の格子深さのみを調整することによって実現可能であるので、製造側に与えるインパクトも小さい。

また、例えばブレーズド回折格子からなるレリーフ型回折格子の格子深さを、可視光領域の全ての光成分の回折効率がほぼ同じ値になるように調節した場合、可視光領域の全ての光成分の回折効率が同じになるような格子深さは、特定の値を持つものではなく、ある範囲を持つ。そこで、請求項３で述べたように、再生用光源から発せられる光のうちの最大波長の光に対する回折効率と、最小波長の光に対する回折効率とが一致するような格子深さを中心として、±２０％以内の範囲とすれば、現実的に可視光領域の全ての光成分の回折効率がほぼ同じ値になる。請求項２は、好適な例として、最大波長を７００ｎｍ、最小波長を４００ｎｍとした場合である。この場合、４００ｎｍの波長の光に対する回折効率と、７００ｎｍの波長の光に対する回折効率とが一致するような格子深さは約３６５ｎｍであるので、格子深さの±２０％は±７３ｎｍに相当する。ブレーズド回折格子の格子深さの製造誤差は現状約５０ｎｍであるので、このようなブレーズド回折格子を製造することは可能である。

請求項５の発明は、光源と、光源から入射した光を導光し光射出面から射出する平面状の導光板とを備えた照明装置において、導光板の前記光射出面または光射出面に対向する対向面に、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載のレリーフ型回折格子を配置し、導光板によって導光された光を、レリーフ型回折格子によって回折することによって導光板の外側へ照明光として射出させるようにした照明装置である。

従って、請求項５の発明の照明装置においては、上述したようなレリーフ型回折格子を用いることによって、理想的な白色の照明光を発することができる。

請求項６の発明は、請求項５の発明の照明装置において、レリーフ型回折格子は、複数種類の格子ピッチを持つ。

従って、請求項６の発明の照明装置においては、以上のように、複数種類の格子ピッチを持つレリーフ型回折格子を組み合わせることにより、可視領域の複数波長の混合状態をより柔軟に制御できるようになり、もって、一層確実に、理想的な白色光を発することが可能となる。なお、この場合、格子方向を同一とするのが現実的である。

本発明によれば、入射角度が同じであれば、波長が異なっていても、ほぼ同じ回折効率が得ることができる。したがって、可視光を入射光とした場合に、得られる回折光による色のムラを小さくすることが可能なレリーフ型回折格子を実現することができる。

また、このようなレリーフ型回折格子を用いることによって、理想的な白色の照明光を発することができる照明装置を実現することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

なお、以下の実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図３から図４と同一部分については同一符号を付して示すことにする。

すなわち、本発明の実施の形態に係るレリーフ型回折格子は、図３に示すように、例えばブレーズド回折格子２であって、可視領域に含まれる全ての入射光３に対する回折効率が、所定範囲内にあるような格子深さｈとしている。

ブレーズド回折格子２は、入射光３の入射角度αｉが同じ場合であっても、入射光３の波長によって回折効率ηが異なるということは図４を用いて既に説明した。一方、格子深さｈを変化させた場合に、入射光３における長波長成分と短波長成分との回折効率ηがどのように変化するかを示したのが図１である。一般に、格子深さｈを深くするにつれて回折効率ηは増加して行くものの、まず短波長成分の方が、極大値に至り、その後は、逆に減少して行くことがわかる。一方、長波長成分の回折効率ηは、短波長成分の回折効率ηが減少している格子深さｈにおいてもまだ増加しており、格子深さｈｃにおいて、長波長成分の回折効率と、短波長成分の回折効率とがクロスし、同じ回折効率ηｃとなる。

この回折効率ηｃを含むように、理想的な白色光が得られるような回折効率範囲ηｒを決定する。そして、長波長成分、短波長成分ともにこの回折効率範囲ηｒを満足するような格子深さ範囲ｈｃ内で、ブレーズド回折格子２を製造する。

図２は、図１をより具体的に示す図であり、入射角度６０°の入射光の４００ｎｍから７００ｎｍまで、５０ｎｍ毎に異なる波長を持つ光成分を対象としている。この場合、ブレーズド回折格子２は、屈折率１．５の物質で製造されており、ブレーズド回折格子２の周囲の媒質は屈折率が１．０の空気である。また、ブレーズド回折格子２の格子周波数は２０００本／ｍｍ（ピッチｄ＝０．５μｍ）である。

このような条件の下、入射光３として、例えば再生用光源（図示せず）から発せられる可視光線の場合、最小波長である４００ｎｍの光に対する回折効率と、最大波長である７００ｎｍの光に対する回折効率とが一致する格子深さｈｃは約３６５ｎｍとなる。図２に示すように、この格子深さｈｃを中心として、±２０％（±７３ｎｍ）以内の格子深さの範囲ｈｒ（２９２ｎｍ〜４３８ｎｍ）では、どの可視光成分も、格子深さｈに対する回折効率ηの感度は低く、回折効率範囲ηｒ内に収まっており、同程度の回折効率ηをもつものとみなすことができる。ブレーズド回折格子２の格子深さｈの製造誤差は現状約５０ｎｍであるので、このようなブレーズド回折格子を製造することは可能である。

上述したように、本発明の実施の形態に係るレリーフ型回折格子においては、上記のような作用により、再生光源からの可視光領域に含まれる全ての入射光に対する回折効率ηを、所定範囲ηｒ内に抑えることができる。これによって、得られる回折光による色のムラを小さくすることができる。

また、これはブレーズド回折格子２の格子深さｈのみを調整することによって実現可能であるので、製造側に与えるインパクトも小さい。例えば、屈折率が１．０の空気に周囲を囲まれた屈折率１．５の物質で製造したブレーズド回折格子２に可視光を入射した場合、可視光領域の最小波長である４００ｎｍの光に対する回折効率と、可視光領域の最大波長である７００ｎｍの光に対する回折効率とが一致する格子深さｈｃは約３６５ｎｍとなる。この場合、この格子深さｈｃを中心として、±２０％（±７３ｎｍ）以内の格子深さの範囲ｈｒ（２９２ｎｍ〜４３８ｎｍ）では、どの可視光成分も、格子深さｈに対する回折効率ηの感度は低く、回折効率範囲ηｒ内に収まっており、同程度の回折効率ηをもつ。ブレーズド回折格子２の格子深さｈの製造誤差は現状約５０ｎｍであるので、このようなブレーズド回折格子を製造することは可能である。

したがって、このようなレリーフ型回折格子を、照明装置に適用することによって、色のムラの少ない、きれいな白色光で照明することが可能となる。すなわち、光源と、光源から入射した光を導光し光射出面から射出する平面状の導光板とを備えた照明装置において、導光板の光射出面または光射出面に対向する対向面に、上述したレリーフ型回折格子を配置する。そして、導光板によって導光された光を、レリーフ型回折格子によって回折し、導光板の外側へ照明光として射出させる。このようにして射出された回折光は、可視光領域においてどの波長の光成分に対してもほぼ同等の回折効率で射出されるので、ほぼ理想的な白色光からなる照明光で照明することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施の形態では、単一の格子ピッチを持つレリーフ型回折格子を用いて説明したが、複数種類の格子ピッチを持つレリーフ型回折格子を用いても、同様の作用効果を奏することができる。なお、レリーフ型回折格子が、このように複数種類の格子ピッチを持つ場合には、格子方向が同一であるのが現実的である。

このように、複数種類の格子ピッチを持つレリーフ型回折格子を組み合わせることによって、可視領域の複数波長の混合状態をより柔軟に制御できるようになり、もって、一層確実に、理想的な白色光を発することが可能となる。

ブレーズド回折格子における格子深さに対する回折効率の関係を示す概念図。 ブレーズド回折格子における格子深さに対する回折効率の関係を示す詳細図。 回折状態を説明するためのブレーズド回折格子の側面図。 ブレーズド回折格子における入射光の入射角度に対する回折効率の関係を示す図。 入射光の波長に依存した回折状態を説明するためのブレーズド回折格子の側面図。

符号の説明

１…導光板
２…ブレーズド回折格子
３…入射光
４…反射光
５…１次回折光

Claims (6)

1. レリーフ型回折格子において、
   可視領域に含まれる全ての光に対する回折効率が、所定範囲内にあるような格子深さとしたレリーフ型回折格子。
2. レリーフ型回折格子において、
   ４００ｎｍの波長の光に対する回折効率と、７００ｎｍの波長の光に対する回折効率とが一致するような格子深さの±２０％以内の格子深さとしたレリーフ型回折格子。
3. 再生用光源から発せられる光のうちの最大波長の光に対する回折効率と、最小波長の光に対する回折効率とが一致するような格子深さの±２０％以内の格子深さとしたレリーフ型回折格子。
4. ブレーズド回折格子からなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載のレリーフ型回折格子。
5. 光源と、前記光源から入射した光を導光し光射出面から射出する平面状の導光板とを備えた照明装置において、
   前記導光板の前記光射出面または前記光射出面に対向する対向面に、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載のレリーフ型回折格子を配置し、前記導光板によって導光された光を、前記レリーフ型回折格子によって回折することによって前記導光板の外側へ照明光として射出させるようにした照明装置。
6. 請求項５に記載の照明装置において、
   前記レリーフ型回折格子は、複数種類の格子ピッチを持つ照明装置。

Images