JP6854020B2 - Method for manufacturing a holographic lighting device and method for manufacturing a holographic optical element - Google Patents
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Description
本発明は、ホログラム用照明装置、ホログラム表示装置、並びにこれらに用いられるホログラフィック光学素子の作製装置及び作製方法に関する。 The present invention relates to a holographic lighting device, a hologram display device, and a holographic optical element manufacturing device and manufacturing method used for these.
近年、空間に立体像を映し出すホログラムが多くの場面で利用されている。例えば、企業のロゴ、商品説明、販売促進用の広告、美術作品を、ホログラムによって立体的に表示することは、観察者の興味を引く点で効果的である。 In recent years, holograms that project a three-dimensional image in space have been used in many situations. For example, displaying a company logo, a product description, a sales promotion advertisement, or a work of art in three dimensions by a hologram is effective in attracting the interest of an observer.
一般に、ホログラムは、感光材料に物体光と参照光とを照射することによって形成される。物体光と参照光とが干渉すると、感光材料のホログラム記録層内に光反応が生じ、干渉縞としてホログラムが定着する。そして、記録時の参照光に相当する光(再生照明光)をホログラムに照射すると、回折が生じて、記録時の物体光に相当する光(再生光)が生じる。これにより、観察者はホログラムに記録された立体像を観察することができる。記録時の参照光としては、一般に可干渉性を有するレーザー光が用いられるので、再生時に用いる再生照明光についても、記録時の参照光と同一の波長及び同一の入射角が求められるなど、厳密な照射条件を伴う。 Generally, a hologram is formed by irradiating a photosensitive material with object light and reference light. When the object light and the reference light interfere with each other, a photoreaction occurs in the hologram recording layer of the photosensitive material, and the hologram is fixed as interference fringes. Then, when the hologram is irradiated with light corresponding to the reference light at the time of recording (reproduction illumination light), diffraction occurs and light corresponding to the object light at the time of recording (regeneration light) is generated. This allows the observer to observe the stereoscopic image recorded on the hologram. Since laser light having coherence is generally used as the reference light at the time of recording, the reproduction illumination light used at the time of reproduction is also required to have the same wavelength and the same incident angle as the reference light at the time of recording. With various irradiation conditions.
そこで、ホログラムを再生するための再生照明光を照射する手段として、LED光源を用いた特殊な照明装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、LED光源からの光を略平行光に変換するコリメータを備えた直方体の照明装置が開示されている。さらに、かかる照明装置の一実施形態として、複数の照明装置を保持する枠体、ホログラムを保持する保持部などから構成されるホログラム用照明装置が開示されている。
Therefore, a special lighting device using an LED light source has been proposed as a means for irradiating the regenerated illumination light for reproducing the hologram (see, for example, Patent Document 1).
また、コンパクトに収納することができる展示会に適した装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2には、照明器具(LED及びフレネルレンズ)、照明器具を支持し、保持されたホログラムに対して角度及び位置を調整可能なアームなどを備え、ホログラムに照明光を照射するホログラム展示装置が開示されている。
Further, a device suitable for an exhibition that can be stored compactly has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
特許文献1に記載の照明装置は、略平行光を矩形の照射領域に照射することができる。また、複数の照射装置を連結して広範囲を照射可能な照明システムを構成することも提案されている。しかしながら、立体像を記録したホログラムに対して略平行光を照射しようとする場合、照明装置の角度及び位置を厳密に調整する必要がある。また、周囲の環境によっては、照明装置の設置場所が制限されることもある。
The lighting device described in
また、特許文献1には、光源とホログラムとの位置関係を規定したホログラム用照明装置も開示されているが、かかる装置は、大型で容積が大きいため、持ち運びに適しておらず、設置のために一定の空間が必要となる。加えて、かかる照明装置などは高価であるという問題もある。
Further,
一方、特許文献2に記載のホログラム展示装置は、折りたたみ可能に構成され、持ち運びにも便利である。しかしながら、LED及びフレネルレンズから略平行光を照射する構成を採用しているため、略平行光の照射面積が限られる。そのため、適用し得るホログラムシートの大きさが制限され、比較的大きな立体像を表示することが難しい。さらに、LEDを保持するアームがホログラムの観察領域上に張り出しているため、立体像を観察する際の妨げになるうえ、アーム自体が突起物となって展示ブースなどの美観を損ねるという問題がある。
On the other hand, the hologram display device described in
加えて、特許文献1及び2に記載の装置は、照明装置の高出力の照明光がホログラム表面又は装置各部で反射することがあり、観察位置によっては、かかる高出力の光の反射を受けて観察者が目を傷めてしまうおそれもある。また、高出力の照射光が常に照射される枠体やボディが熱により劣化するおそれもある。
In addition, in the devices described in
上記のとおり、ホログラムの再生には特殊な照明装置が必要である。ところが、従来の照明装置は各種の問題を有しており、ホログラムの再生に適した薄型軽量で簡易な構成の照明装置はこれまでのところなかった。そして、このことが、ホログラムの利用と普及を妨げる一要因ともなっている。 As mentioned above, a special lighting device is required to reproduce the hologram. However, conventional lighting devices have various problems, and so far there has been no thin, lightweight, and simple lighting device suitable for hologram reproduction. And this is one of the factors that hinder the use and spread of holograms.
本発明は、前述した問題に鑑みてなされてものであって、かかる問題の少なくとも一部を解決することができるホログラム用照明装置及びホログラム表示装置を提供することを目的とする。また、かかる装置に用いられる照明用ホログラフィック素子の作製装置及び作製方法を提供することを他の目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a hologram lighting device and a hologram display device capable of solving at least a part of such problems. Another object of the present invention is to provide a manufacturing device and a manufacturing method of a holographic element for lighting used in such a device.
前述した課題を解決するため、本発明のホログラム用照明装置は、光源と、前記光源からの光を伝搬する導光板と、前記導光板を伝搬する光の少なくとも一部を受けて、立体像を記録した像再生用ホログラムに対して所定の角度の再生照明光を照射する照明用ホログラフィック光学素子と、前記導光板、前記照明用ホログラフィック光学素子及び前記像再生用ホログラムを保持する保持手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the hologram lighting device of the present invention receives at least a part of a light source, a light guide plate propagating light from the light source, and light propagating through the light guide plate to form a stereoscopic image. An illumination holographic optical element that irradiates a recorded image reproduction hologram with reproduction illumination light at a predetermined angle, and a holding means for holding the light guide plate, the illumination holographic optical element, and the image reproduction hologram. It is characterized by having.
上記ホログラム用照明装置において、前記照明用ホログラフィック光学素子は、前記導光板の臨界角よりも大きい入射角の光によって、前記再生照明光を再生できることが好ましい。前記照明用ホログラフィック光学素子は、前記導光板の異なる方位から入射した光によって、前記再生照明光を再生できることが好ましい。前記照明用ホログラフィック光学素子は、前記導光板の異なる方位から入射した光によって、異なる再生照明光を再生できることが好ましい。 In the hologram lighting device, it is preferable that the holographic optical element for illumination can reproduce the regenerated illumination light by light having an incident angle larger than the critical angle of the light guide plate. It is preferable that the holographic optical element for illumination can reproduce the regenerated illumination light by light incident from different directions of the light guide plate. It is preferable that the holographic optical element for illumination can reproduce different reproduction illumination light by light incident from different directions of the light guide plate.
また、前記照明用ホログラフィック光学素子は、前記導光板の後側表面に設けられ、前記導光板の後側に前記再生照明光を所定の角度で照射してもよい。前記照明用ホログラフィック光学素子は、前記導光板の前側表面に設けられ、前記導光板の後側に前記再生照明光を所定の角度で照射してもよい。前記照明用ホログラフィック光学素子は、前記導光板の前側表面に設けられ、前記導光板の前側に前記再生照明光を所定の角度で照射してもよい。 Further, the holographic optical element for illumination may be provided on the rear surface of the light guide plate and may irradiate the rear side of the light guide plate with the regenerated illumination light at a predetermined angle. The holographic optical element for illumination may be provided on the front surface of the light guide plate and may irradiate the rear side of the light guide plate with the regenerated illumination light at a predetermined angle. The holographic optical element for illumination may be provided on the front surface of the light guide plate and may irradiate the front side of the light guide plate with the regenerated illumination light at a predetermined angle.
さらに、前記導光板の端部には、前記光源からの拡散する光を略平行光に変換するための平行化光学系が設けられることが好ましい。前記平行化光学系の少なくとも一部が、前記導光板に一体的に設けられてもよい。 Further, it is preferable that the end portion of the light guide plate is provided with a parallelizing optical system for converting the light diffused from the light source into substantially parallel light. At least a part of the parallel optical system may be integrally provided on the light guide plate.
本発明のホログラム表示装置は、上記ホログラム用照明装置に、前記所定の角度の前記再生照明光によって立体像を再生する像再生用ホログラムが取り付けられたことを特徴とする。 The hologram display device of the present invention is characterized in that an image reproduction hologram that reproduces a stereoscopic image by the reproduction illumination light at a predetermined angle is attached to the hologram illumination device.
本発明のホログラフィック光学素子作製装置は、光源と、前記光源からの光を二光束に分離するビームスプリッタと、高開口数対物レンズと、前記光源からの光を前記高開口数対物レンズの入射瞳面において点光源として結像する光学系と、前記ビームスプリッタで分離した二光束の一方の光路上に配置され、前記高開口数対物レンズの入射瞳面における結像位置を入射瞳面内で変位させる第1のシフト手段と、前記ビームスプリッタで分離した二光束の他方の光路上に配置され、前記高開口数対物レンズの入射瞳面における結像位置を入射瞳面内で変位させる第2のシフト手段と、前記第1のシフト手段による結像位置の変位量を変更する変位量変更手段と、感光材料を保持する載置台と、前記載置台と前記感光材料の間に設けられた反射防止手段とを備えることを特徴とする。 The holographic optical element manufacturing apparatus of the present invention includes a light source, a beam splitter that separates light from the light source into two light beams, a high numerical aperture objective lens, and incident light from the light source to the high numerical aperture objective lens. It is arranged on one of the optical paths of the optical system that forms an image as a point light source on the pupil surface and the two light beams separated by the beam splitter, and the imaging position of the high numerical aperture objective lens on the incident pupil surface is set in the incident pupil surface. A second shift means for displacement and a second shift means, which is arranged on the other optical path of the two light beams separated by the beam splitter and displaces the imaging position of the high numerical aperture objective lens on the incident pupil plane in the incident pupil plane. Shift means, displacement amount changing means for changing the displacement amount of the imaging position by the first shift means, a mounting table for holding the photosensitive material, and reflection provided between the above-described stand and the photosensitive material. It is characterized by being provided with preventive means.
上記ホログラフィック光学素子作製装置において、前記反射防止手段は、モスアイ構造を有することが好ましい。 In the holographic optical element manufacturing apparatus, the antireflection means preferably has a moth-eye structure.
本発明の照明用ホログラフィック光学素子の作製方法は、浸液を介して液浸対物レンズに接するように、照明用ホログラフィック光学素子の感光材料を配置し、光源からの光を二光束に分離して、参照光及び物体光を生成し、前記液浸対物レンズの入射瞳面において、前記液浸対物レンズの中心軸から第1の変位量だけ離れた第1の点を通過するように、前記参照光を前記液浸対物レンズに照射して、前記第1の変位量に対応する第1の角度で屈折した前記参照光を前記感光材料にしつつ、前記液浸対物レンズの中心軸から第2の変位量だけ離れた第2の点を通過するように、前記物体光を前記液浸対物レンズに照射して、前記第2の変位量に対応する第2の角度で屈折した前記物体光を前記感光材料に照射することを特徴とする。 In the method for producing the holographic optical element for illumination of the present invention, the photosensitive material of the holographic optical element for illumination is arranged so as to be in contact with the immersion objective lens via the immersion liquid, and the light from the light source is separated into two light beams. Then, reference light and object light are generated so as to pass through a first point on the incident pupil surface of the immersion objective lens, which is separated by a first displacement amount from the central axis of the immersion objective lens. While irradiating the immersion objective lens with the reference light and using the reference light refracted at a first angle corresponding to the first displacement amount as the photosensitive material, the first from the central axis of the immersion objective lens. The object light is irradiated to the immersion objective lens so as to pass through a second point separated by a displacement amount of 2, and the object light is refracted at a second angle corresponding to the second displacement amount. Is irradiated to the photosensitive material.
上記照明用ホログラフィック光学素子の作製方法において、前記参照光の光路上に設けられた第1のプリズムを移動させることによって、前記第1の変位量を変更することが好ましい。前記感光材料の後段にモスアイ構造を有する反射防止手段を配置してもよい。 In the method for manufacturing the holographic optical element for illumination, it is preferable to change the first displacement amount by moving the first prism provided on the optical path of the reference light. An antireflection means having a moth-eye structure may be arranged after the photosensitive material.
本発明によれば、薄型軽量で、持ち運びに便利であり、比較的大きな面積のホログラム記録媒体に適用できるホログラム用照明装置又はホログラム表示装置を提供することができる。その他の効果については、発明を実施するための形態において述べる。 According to the present invention, it is possible to provide a hologram lighting device or a hologram display device that is thin and lightweight, is convenient to carry, and can be applied to a hologram recording medium having a relatively large area. Other effects will be described in the embodiment for carrying out the invention.
本発明は、ホログラムに記録された立体像を表示するための再生参照光を照射する手段として、略平行光を所定の角度で照射するように構成された従来のフレネルレンズ、コリメータレンズなどの光学素子に代えて、導光板を介して伝搬する光の少なくとも一部を所定の角度で出射するように構成されたホログラフィック光学素子(Holographic Optical Elements:HOE)を採用したものである。 The present invention provides optics such as a conventional Fresnel lens or collimator lens configured to irradiate substantially parallel light at a predetermined angle as a means of irradiating reproduction reference light for displaying a stereoscopic image recorded on a hologram. Instead of the element, a holographic optical element (HOE) configured to emit at least a part of the light propagating through the light guide plate at a predetermined angle is adopted.
以下、かかるホログラフィック光学素子を「照明用ホログラフィック光学素子(照明用HOE)」といい、照明用HOEに記録された再生照明光を生成するためのホログラムを「照明用ホログラム」という。また、表示対象である立体像を再生するためのホログラムを「像再生用ホログラム」といい、像再生用ホログラムが記録又は形成された媒体を「像再生用ホログラム記録媒体」という。 Hereinafter, such a holographic optical element is referred to as an "illumination holographic optical element (illumination HOE)", and a hologram for generating regenerated illumination light recorded in the illumination HOE is referred to as an "illumination hologram". Further, a hologram for reproducing a stereoscopic image to be displayed is referred to as an "image reproduction hologram", and a medium on which an image reproduction hologram is recorded or formed is referred to as an "image reproduction hologram recording medium".
本発明のホログラム用照明装置は、薄型の平板状であって、軽量であり、持ち運び可能に構成される(以下、図1又は図2参照)。ホログラム用照明装置1の寸法について、高さ(X方向)、幅(Y方向)及び厚さ(Z方向)で表した場合、高さ×幅によって規定される平面を基準とし、その平面の法線Nに対して、後述する入射角、出射角、反射角などを定義する。さらに、XY平面における光の進む方向を「方位」と呼ぶ。また、ホログラム用照明装置の平面を基準にして、観察者100の位置する側を「前側」といい、観察者100とは反対側を「後側」という。
The hologram lighting device of the present invention has a thin flat plate shape, is lightweight, and is configured to be portable (see FIG. 1 or 2 below). When the dimensions of the
本発明のホログラム用照明装置1は、少なくとも、光源2と、光源2からの光3を伝搬する導光板4と、導光板4内を伝搬する光3の少なくとも一部を受けて、像再生用ホログラム記録媒体6に向けて再生照明光32を所定の角度で照射する照明用HOE5と、これらを所定の位置関係において保持する保持手段7とを備える。ホログラム用照明装置1は、像再生用ホログラム記録媒体6を簡単に取り外し、取り付けできるように構成されることが好ましい。また、ホログラム用照明装置1に像再生用ホログラム記録媒体6を取り付けた状態でホログラム表示装置10として利用してもよい。
The
照明用HOE5は、導光板4内を伝搬してきた光源2からの光を受けて、取り付けられた像再生用ホログラム記録媒体6に対して、再生照明光32を所定の角度をもって照射する照明用ホログラムが形成されている。また、照明用HOE5は、像再生用ホログラム記録媒体6の前側に配置されていた場合には、像再生用ホログラム記録媒体6から再生した再生光34を前側に通過させることができる。さらに、照明用HOE5には、複数の照明用ホログラムが重なるように多重記録されていてもよく、異なる方位、入射角、波長の光によって一種類の再生照明光を再生可能に構成されていてもよいし、異なる方位、入射角、波長の光によって複数の再生照明光を再生可能に構成されていてもよい。
The
ホログラム用照明装置1又はホログラム表示装置10において、導光板4、照明用HOE5及び像再生用ホログラム記録媒体6は、利用の形態に応じて、適宜の順序で配置することができる。例えば、照明用HOE5は、透過型又は反射型を採用することができ、透過型を採用した場合、照明用HOE5は導光板4の後側に配置し(図1参照)、反射型を採用した場合、照明用HOE5は導光板4の前側に配置することができる(図2参照)。さらに、像再生用ホログラム記録媒体6も透過型又は反射型を採用することができ、適宜の配置が可能である。例えば、像再生用ホログラム記録媒体6は、導光板4の前側に配置してもよいし、後側に配置してもよい。照明用HOE5と像再生用ホログラム記録媒体6とは、平行に配置することが好ましいが、再生照明光32が所望の角度で像再生用ホログラム記録媒体6に照射されればよく、利用の態様に応じて平行に配置しなくてもよい。
In the
像再生用ホログラム記録媒体6に所定の再生照明光32が照射されると再生光34が生成され、ホログラム用照明装置1又はホログラム表示装置10は立体像60を表示する。立体像60の見かけ上の位置は、ホログラムの記録時における被写体の位置に対応する。このため、本発明では、ホログラムの記録方法に応じて、見かけ上、ホログラム用照明装置1の前側に立体像60Aが表示されるように構成することもできるし、後側に立体像60Bが表示されるように構成することもできる。換言すると、観察者100が、像再生用ホログラム記録媒体6の前側で立体像60Aを直接観察できるように構成してもよいし、像再生用ホログラム記録媒体6の後側で(像再生用ホログラム記録媒体6を通して)立体像60Bを観察できるように構成してもよい。
When the image reproduction
光源2は、照明用HOE5の記録時に用いた参照光と同一の波長を含む光を出射可能な光源であり、LED、キセノンランプ、半導体レーザー、有機EL素子、液晶バックライト用の超小型蛍光管などを採用することができる。光源2は、導光板4の端部に設けられることが好ましい。光源2は、導光板4と同一の面に配置してもよいし(図1及び図3参照)、導光板4の後側に配置してもよい(図2及び図4参照)。ただし、これに限定されず、ホログラム用照明装置1の利用の態様に応じて、光源2は、ホログラム用照明装置1を使用する際に、導光板4の前側表面に接して配置してもよいし、あるいは、導光板4から離して配置してもよい。また、複数の光源2を配置してもよい。さらに、光源2は、立体像60の観察を妨げない限り、導光板4の中央部などに配置してもよい。従来は、中心部分が明るい円形の照明装置を用いて、四角いホログラム記録媒体を照明するため、斜め上方の遠くからホログラム記録媒体の周囲の余分な部分まで含めて照明しなければならなかったが、本発明のホログラム用照明装置1では、照明用HOE5によって像再生用ホログラム記録媒体6の近傍から、角度の揃った平行光を、像再生用ホログラム記録媒体のサイズにして、照度ムラが少ない状態で、再生照明光32として照射できるので、従来(例えば、ホロライト(登録商標)平行照明型HL01など)に比べて50%以下の弱い出力の光源2を採用することができる。
The
本発明によれば、薄型軽量で、持ち運びに便利なホログラム用照明装置を提供することができる。また、照明用HOE及び導光板の構成を採用したことにより、所定の角度の再生照明光をホログラム記録媒体に照射することでき、厳密な位置合わせ、照射条件の設定などが必要ない。また、表示対象のホログラム記録媒体の大きさに応じて、照明用HOE及び導光板の大きさを適宜設定することができるので、従来の照明装置に比べて、比較的広範囲にわたって、再生用照明光を均一に照射することができる。本発明のホログラム用照明装置は、従来の照明装置とは異なり、所定の角度の光を照射するために光源を装置外部に支持固定する必要がないので、設置場所の制約を受けない。さらに、観察領域に張り出したアーム等も必要ないので、立体像の視認性が向上し、装置外観の美感も損なわれることがない。また、照明用HOEは、一旦、マスターを作製すれば、それを複製することで容易に量産することができるので、ホログラム用照明装置を低コストで提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a holographic lighting device that is thin and lightweight and is convenient to carry. Further, by adopting the configuration of the illumination HOE and the light guide plate, it is possible to irradiate the hologram recording medium with the reproduction illumination light at a predetermined angle, and it is not necessary to set strict alignment and irradiation conditions. Further, since the sizes of the illumination HOE and the light guide plate can be appropriately set according to the size of the hologram recording medium to be displayed, the reproduction illumination light covers a relatively wide range as compared with the conventional illumination device. Can be uniformly irradiated. Unlike the conventional lighting device, the hologram lighting device of the present invention does not need to support and fix the light source to the outside of the device in order to irradiate light at a predetermined angle, and therefore is not restricted in the installation location. Further, since an arm or the like overhanging the observation area is not required, the visibility of the stereoscopic image is improved and the appearance of the device is not spoiled. Further, the lighting HOE can be easily mass-produced by duplicating the master once the master is produced, so that the hologram lighting device can be provided at low cost.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の例に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples.
[基本構成]
図1は、本発明のホログラム用照明装置の概略構成図である。ホログラム用照明装置1は、光源2、導光板4、照明用HOE5及びこれらを保持する保持手段7を備える。ホログラム用照明装置1は、保持手段7を介して、簡単な操作で、別途作製された像再生用ホログラム記録媒体6を取り付け、取り外すことができるように構成してもよい。これにより、例えば、使用者がホログラム用照明装置1を展示場などに携行し、展示場などにおいて、複数の像再生用ホログラム記録媒体6を目的に応じて順次入れ替えることができる。
[Basic configuration]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the hologram lighting device of the present invention. The
他方、ホログラム用照明装置1に像再生用ホログラム記録媒体6を取り付けた状態で、ホログラム表示装置10として利用することもできる。この場合、ホログラム表示装置10は、例えば、絵画作品を収めた額縁のように利用することができ、恒常的に立体像を展示するものとなる。
On the other hand, it can also be used as the
光源2は、照明用HOE5の記録時に用いた参照光と同一の波長を含む光を出射可能な光源であり、LEDなどを採用することができる。光源2は、導光板4の端面から光が入射するように配置される。光源2は、導光板4の端部に接するように配置してもよいし、導光板4の端部から離して配置してもよい。光源2は、所定の波長の光(拡散光)3を導光板4の内部へと照射する。光源2からの拡散光が導光板4の前側表面に対して臨界角より小さい角度で入射すると、入射した光は、導光板4から出射され、観察者に照射されるおそれがある。このため、光源2は、できるだけ導光板4の前側表面に対して臨界角より大きい角度で導光板4に光を供給するように構成することが好ましい。
The
導光板4は、光源2からの光3を伝搬する手段であり、ガラス、樹脂等の透光性材料を採用することができる。導光板4の前側表面は平らであることが好ましい。これにより、周囲の外光が導光板4の前側表面で乱反射することがないので、観察者100が立体像60を観察する際の妨げになるおそれが少なくなる。また、導光板4内部を伝搬する光についても、前側表面で乱反射することがないので、伝搬効率を向上させることができる。
The
導光板4の前側表面において、光源2からの光のうち、臨界角θc以上で入射する光は
、全反射により後側へ向けて反射する。臨界角θcは、導光板4と空気との屈折率により
規定される角度である。一方、臨界角θcより小さい角度で入射する光の一部は、屈折率
との関係で規定される出射角をもって前側(観察者側)へ向けて出射される。このため、光源2は、臨界角θcより小さい角度の光を導光板4の前側表面に向けて直接照射しない
ように配置又は構成されることが好ましい。これにより、光源からの光は観察者側に照射されることがないので、光源が装置の外部に設けられた場合に比べて、光源自体が観察の妨げになることがなく、観察者100の目を傷めるおそれも少ない。また、光源2からの光を効率的に再生照明光32として利用することもできる。光源2の配置、照射態様の他の例については、図3及び図4を用いて後述する。
On the front surface of the
照明用HOE5は、感光材料に偏向機能を有する照明用ホログラムが形成された一種の光学素子であり、本例では、透過型のホログラムとして導光板4の後側表面に接して配置される。照明用HOE5は、導光板4の内部を伝搬する光3のうち、導光板4の後側表面から照明用HOE5へと所定の範囲の入射角θ1で入射光30が入射すると、照明用ホログラムから所定の出射角θ2の平行光である再生照明光32が再生し、像再生用ホログラム記録媒体6に向けて照射される。
The
照明用HOE5の照明用ホログラムは、物体光と参照光との干渉によって形成された干渉縞を記録したものであり、参照光と同じ方位から、同じ入射角で、同じ波長の光が照射されると、物体光と同じ方位に、同じ角度で、同じ波長の光を再生し、射出する。このため、物体光としては、再生照射光32と同じ方位に、同じ角度で進むように、照明用HOE5の前側から後側に向けて、所定の方位(図1の上から下に向かって)で、入射角θ2の平行光を照射する。また、参照光としては、導光板4から照明用HOE5に入射する入射光30に対応して、照明用HOE5の前側から後側に向けて、光源2から照射される波長の光を入射角θ1で照射する。入射角θ1の範囲は、適宜設定することができる。例えば、入射角θ1は、導光板4の内部における角度で、0°<θ1<90°の範囲に設定してもよい。導光板4の内部で伝搬する光の大部分が、臨界角θc以上の角度で全反射を繰
り返すものである場合、入射角θ1は、θc<θ1<90°の範囲に設定することもでき
る。導光板の厚みを薄くして構成する場合、入射角θ1は、50°<θ1<90°にするのが好ましい。また、入射角、入射方位を広くする(角度選択性を弱める)には、照明用HOE5の記録媒体の厚みを薄くすることで実現される。照明用HOE5のホログラム記録媒体の厚みは1〜500μm程度が用いられるが、角度選択性を弱める場合には、2〜20μmの厚みとすることが好ましい。
The illumination hologram of the illumination HOE5 records interference fringes formed by interference between object light and reference light, and irradiates light of the same wavelength from the same direction as the reference light at the same incident angle. Then, light of the same wavelength is reproduced and emitted in the same direction as the object light and at the same angle. Therefore, the object light has a predetermined direction (from top to bottom in FIG. 1) from the front side to the rear side of the
照明用HOE5からの再生照明光32は、照明用HOE5の記録時に用いられた物体光に対応し、再生照明光32の出射角θ2は、物体光の角度に対応する。再生照明光32の出射角θ2は、像再生用ホログラム記録媒体6(のホログラム)と干渉するように設定する必要がある。すなわち、像再生用ホログラム記録媒体6が、当該記録媒体に対して所定の方向から45°の入射角で照射された参照光によって作製されたものである場合、再生照明光32の出射角θ2は、照明用HOE5と像再生用ホログラム記録媒体6とが平行に配置されている限り、45°に設定することとなる。また、ホログラム用照明装置1において、記録方法の異なる複数の像再生用ホログラム記録媒体6や複数の波長に対応したホログラム記録媒体6を使用する場合もあるので、再生照明光32の出射角θ2は、一定の連続した範囲(例えば、40°〜50°)を含むように設定されてもよいし、不連続で複数の角度を持った出射角を含むように設定されてもよい。
The regenerated illumination light 32 from the illumination HOE5 corresponds to the object light used at the time of recording the illumination HOE5, and the emission angle θ2 of the
照明用HOE5には、同一領域内に複数種類の照明用ホログラムを多重記録し、異なる方位、入射角又は波長の光によって、再生照明光を再生させるように構成することができる。この場合は、光源からの光を有効利用することができる。また、照明用HOE5には、同一領域内に複数種類の照明用ホログラムを多重記録し、異なる方位、入射角又は波長の光に対応して、異なる方位、出射角又は波長の再生照明光を再生可能に構成することもできる。この場合は、像再生用ホログラム記録媒体6にも異なる像を多重記録しておくことで、異なる像を再生することが可能となる。例えば、図1において、下側に設けられた光源のほかに、上側にも光源を設け、照明用HOE5は、下側の光源からの光で第1の再生照明光を照射し、上側の光源からの光で第2の再生照明光を照射できるように構成され、像再生用ホログラム記録媒体6は、第1の再生照明光によって第1の像を再生し、第2の再生照明光によって第2の像を再生するように構成される。ただし、第1の再生照明光と第2の再生照明光とは、方位、出射角又は/及び波長が異なる。
The illumination HOE5 can be configured to multiplex record a plurality of types of illumination holograms in the same region and reproduce the regenerated illumination light with light of different directions, incident angles or wavelengths. In this case, the light from the light source can be effectively used. Further, in the illumination HOE5, a plurality of types of illumination holograms are multiple-recorded in the same region, and regenerated illumination light having a different direction, an emission angle or a wavelength is reproduced corresponding to light having a different direction, an incident angle or a wavelength. It can also be configured as possible. In this case, different images can be reproduced by multiple-recording different images on the image reproduction
ところで、図1では、簡単のため、XZ平面内における光の伝搬のみを取り扱っているが、実際には、光源2からの拡散光はXZ平面に平行に伝搬するものだけではなく、XZ平面に対して角度をなして伝搬する光3(及び入射光30)も存在する。しかしながら、照明用HOE5は、角度選択性を任意に設定可能であるので、照明用ホログラムの記録方法に応じて、XZ平面に含まれない入射光30によって再生照明光32を再生させることも可能であるし、XZ平面に含まれない再生照明光32を出射することも可能である。なお、XZ平面とは、XY軸を含む平面のほか、かかる平面に平行な面も含む。
By the way, in FIG. 1, for the sake of simplicity, only the propagation of light in the XZ plane is dealt with, but in reality, the diffused light from the
像再生用ホログラム記録媒体6には、表示対象となる立体像を所定の記録方法であらかじめ記録した像再生用ホログラムが形成されている。像再生用ホログラム記録媒体6に形成される像再生用ホログラムとしては、予め設定された再生照明光32によって再生可能な像再生用ホログラムが記録される。照明用HOE5から出射された再生照明光32が像再生用ホログラム記録媒体6に入射すると、像再生用ホログラム記録媒体6に記録されている像再生用ホログラムは、回折により再生光34を生成し、立体像60を表示する。立体像60の見かけ上の位置は、記録時の被写体の位置に対応する。ホログラム記録媒体において、同一の位置に異なる性質のホログラムを多重記録することもできる。例えば、同一の位置において、第1の再生照射光と干渉し、第2の再生照射光とは干渉しない第1の像再生用ホログラムと、第2の再生照射光と干渉し、第1の再生照射光とは干渉しない第2の像再生用ホログラムとを多重記録させることもできる。
The image reproduction
像再生用ホログラム記録媒体6を差し替え可能な構成とした場合、像再生用ホログラム記録媒体6の上下左右を間違えると、像再生用ホログラム記録媒体6に対する再生照明光32の照射方位が変わってしまい再生できなくなる虞がある。そこで、像再生用ホログラム記録媒体6を正しく取り付けるための手段を設けることが好ましい。例えば、像再生用ホログラム記録媒体6の上が分かるような目印(色、模様等)を付けてもよいし、保持手段7の形状を上下で非対称な形状とし、正しい配置で取り付けられたことを確認できるように構成してもよい。
When the image reproduction
保持手段7は、光源2、導光板4、照明用HOE5、像再生用ホログラム記録媒体6などを保持する。保持手段7は、箱状の筐体、枠体を採用することができ、像再生用ホログラム記録媒体6を簡単な操作で取り外し、取り付けできることが好ましい。保持手段7は、導光板4を表示窓として一体に構成してもよい。図1に示した例では、保持手段7は、前側のみに開口(表示窓)を有する箱型であるが、後側に開口(表示窓)を有するように構成してもよい。この場合、観察者100とは別の観察者(図示省略)が後側から立体像を観察することもできる。また、像再生用ホログラム記録媒体6を挿入するための隙間を側面に設けてもよい。さらに、保持手段7は、ホログラムを観察するための開口に周囲からの外光の入射を妨げる遮光部材を設けてもよい。例えば、開口の周囲に前側に張り出した板状の遮光部材を庇として設けてもよい。遮光部材によって外光の入射を減らすことで、観察者は像再生用ホログラム記録媒体6から再生したホログラムを観察しやすくなる。
The holding means 7 holds a
図2は、本発明のホログラム用照明装置の別の例である。本例のホログラム用照明装置1は、図1に示した装置とは、光源2及び照明用HOE5の配置が異なる。その他の構成については、図1に示す装置の構成と同様であるので説明を省略する。
FIG. 2 is another example of the holographic lighting device of the present invention. The
光源2は、導光板4の後側に配置され、所定の波長の光(拡散光)3を後側から導光板4の端部へ照射する。光源2からの光3は導光板4の内部を伝搬する。なお、図2には図示していないが、光源2からの光3が導光板4の表面に対して臨界角より小さい角度となるように偏向する光学系を設けることが好ましい。
The
照明用HOE5は、図1に示した配置とは異なり、反射型のホログラムとして導光板4の前側表面に接して配置される。照明用HOE5は、導光板4の内部を伝搬する光3のうち、導光板4の前側表面から照明用HOE5へと所定の入射角θ1で入射した入射光30を所定の反射角θ3で再生照明光32として像再生用ホログラム記録媒体6に向けて出射する。さらに、反射角θ3の再生照明光32は、導光板4の後側表面においてスネルの法則により屈折して、導光板4から像再生用ホログラム記録媒体6に向けて出射角θ4で照射される。なお、導光板4の後側表面に像再生用ホログラム記録媒体6を密着させた場合は、像再生用ホログラム記録媒体6には反射角θ3の再生照明光32が入射する。また、反射型の照明用HOE5は、波長選択性を有し、光源2(例えば、白色LED)からの光を受けて、所望の波長の光(赤、緑、青)を有する再生照明光を像再生用ホログラム記録媒体6に照射することができる。
Unlike the arrangement shown in FIG. 1, the
導光板4から照明用HOE5への入射光30は、照明用HOE5の記録時に用いられた参照光に対応し、入射光30の入射角θ1は、参照光の角度に対応する。照明用HOE5の再生照明光32は、照明用HOE5の記録時に用いられた物体光に対応し、再生照明光32の反射角θ3又は出射角θ4は、記録時の物体光の角度に対応する。再生照明光32の反射角θ3及び出射角θ4は、像再生用ホログラム記録媒体6(のホログラム)の記録時の参照光に対応させて設定する必要がある。再生照明光32の反射角θ3は、臨界角θcよりも小さい角度であるが、導光板4から出射した再生照明光32はスネルの法則で屈
折して角度が増すため、出射角θ4において一定の範囲(例えば、40°〜50°)を含むように設定されてもよい。
The incident light 30 from the
このように、図1又は図2に示した例によれば、装置内部に設けられた光源からの光が直接観察者の目に照射されることが少なく、観察者の目を傷めるおそれが少ない。さらに、図1に示した例によれば、導光板の前側表面は平らに形成され、突起物などが設けられていないため、立体像60(特に、見かけ上、ホログラム記録媒体の後側に現れる立体像60B)を観察する際の視認性が向上する。また、平らな導光板の前側表面では、立体像60Bを構成する再生光が乱反射すること又は大きく屈折することがないため、歪みや変形の少ない立体像を観察することができる。
As described above, according to the example shown in FIG. 1 or 2, the light from the light source provided inside the device is less likely to be directly irradiated to the observer's eyes, and there is less risk of damaging the observer's eyes. .. Further, according to the example shown in FIG. 1, since the front surface of the light guide plate is formed flat and no protrusions or the like are provided, the stereoscopic image 60 (particularly, apparently appears on the rear side of the hologram recording medium). Visibility when observing the
加えて、図1又は図2に示した例では、装置内部に設けられた光源からの光は観察者側に届かないので、ホログラム記録媒体の記録方法によっては、真っ暗な表示空間においてホログラム記録媒体の位置を挟んで前後に浮かび上がる複数の立体像を表示することもできる。 In addition, in the example shown in FIG. 1 or 2, since the light from the light source provided inside the apparatus does not reach the observer side, the hologram recording medium may be displayed in a pitch-black display space depending on the recording method of the hologram recording medium. It is also possible to display a plurality of stereoscopic images that emerge back and forth across the position of.
[光源及び導光板の構成]
光源からの光は、導光板内部で全反射を繰り返して伝搬し、導光板の前側(観察者側)には出射しないことが好ましい。また、光源が配置される導光板の端部には、光源からの拡散光を平行光に変換する平行化光学系を設けることが好ましい。平行化光学系により生じた平行光は臨界角θc以上の角度を有することが好ましい。
[Structure of light source and light guide plate]
It is preferable that the light from the light source propagates by repeating total reflection inside the light guide plate and does not emit to the front side (observer side) of the light guide plate. Further, it is preferable to provide a parallelizing optical system for converting diffused light from the light source into parallel light at the end of the light guide plate on which the light source is arranged. The parallel light generated by the parallelizing optical system preferably has an angle of the critical angle θc or more.
図3は、導光板の平行化光学系の例である。図3に示す例の場合、光源2は、導光板4の側方(端部)に配置され、導光板の側面に向かって光が照射される。導光板4の端部には、光源2からの拡散光3を紙面の斜め下向き(照明用HOE5の方向)に屈折させるために、傾斜41が形成されている。そして、傾斜41が形成された導光板4の端部にはリニアフレネルレンズ42が設けられる。本例では、傾斜41及びフレネルレンズ42から構成される平行化光学系40によって、光源2からの拡散光3は、斜め下向きの平行光30に変換される。また、平行光30の一部が導光板4の表面で反射され、他方の端部まで伝搬する場合、導光板4の他方の端部に光吸収部43を設けることが好ましい。光吸収部43は、導光板4の他方の端部に到達した平行光30が端面で反射して観測者や照明へとノイズ光として混ざるのを防止する。なお、リニアフレネルレンズ42とすることで小型、軽量とすることができるが、普通のシリンドリカルレンズを使用することもできる。
FIG. 3 is an example of a parallel optical system for a light guide plate. In the case of the example shown in FIG. 3, the
図4は、導光板の平行化光学系の別の例である。図4に示す例の場合、光源2は、導光板4の後側に配置される。導光板4の端部には、光源2からの拡散光3を斜め下向きの平行光に変換するための平行化光学系40として曲面が形成されている。本例では、かかる曲面40によって、光源2からの拡散光3は、紙面の斜め下向きの平行光30に変換される。
FIG. 4 is another example of the parallel optical system of the light guide plate. In the case of the example shown in FIG. 4, the
図3及び図4に示す平行化光学系の構成によれば、導光板の表面に対し、臨界角θc以
上の角度で入射する平行光30を生成することができるので、光源2からの光が導光板4の前側表面から出射することが少ない。これにより、ホログラム用照明装置からの光が立体像を観察する際の妨げとならず、立体像の視認性も向上する。また、観察者の目を傷めるおそれもない。
According to the configuration of the parallel optical system shown in FIGS. 3 and 4, the
[照明用HOEの作製装置]
図5は、ホログラフィック光学素子を作製する装置及び方法を示す説明図である。作製装置は、レーザー光源11、コリメートレンズ12、リレーレンズ13、ビームスプリッタ14、第1のシフト手段(第1プリズム)15、第2のシフト手段(第2プリズム)16、液浸対物レンズ17(レンズ18、浸液19)、第1の変位量変更手段(第1駆動手段)21、第2の変位量変更手段(第2駆動手段)22、反射防止手段23、載置台24、制御手段25などを備える。その他、図示しないが、エクスパンダ、アパーチャなどを適宜設けてもよい。載置台24は、感光材料50の記録対象部分が液浸対物レンズ17の焦点Oに合うように感光材料50を移動可能に保持する。
[HOE manufacturing equipment for lighting]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an apparatus and a method for manufacturing a holographic optical element. The fabrication apparatus includes a
レーザー光源11は、例えば、半導体レーザーなどであり、ホログラム用照明装置1に用いる光源2と同じ波長を有するコヒーレントなレーザー光Lを照射するように構成される。ビームスプリッタ14は、境界面においてレーザー光Lを二光束に分離し、一方を参照光L1として第1の方向(例えば、Z方向)に反射し、他方を物体光L2として第1の方向とは異なる第2の方向(例えば、X方向)に透過する。
The
コリメートレンズ12は、レーザー光源11からの光を略平行光に成形し、リレーレンズ13は、液浸対物レンズ17の入射瞳面20上においてレーザー光L(参照光L1及び物体光L2)の光束を点P1及び点P2に集束させるように構成される。点P1は、参照光L1の点光源とみなせる。点P2は、物体光L2の点光源とみなせる。なお、対物レンズの入射瞳面に結像させる光学系は、コリメートレンズ12及びリレーレンズ13を含む他の光学系を有していてもよいし、コリメートレンズ12及びリレーレンズ13以外の組み合わせであってもよい。
The collimating
第1のシフト手段(第1プリズム)15は、第1の方向に進む参照光L1の光路上に配置され、対物レンズ17の入射瞳面の面内において参照光L1の結像点P1をシフトさせるものである。第1のシフト手段15としてプリズムを使用した場合は、図5の配置では、第1の方向に進む参照光L1の光路上に配置され、入射した参照光L1を第2の方向に平行にシフトして出射するように構成される。さらに、第1の変位量変更手段(第1駆動手段)21によって、第1のプリズム15を第2の方向に移動させることにより、変位量ΔXを変更することができる。特にプリズムを利用することにより、変位量ΔXを変更しても、その光路長を一定に維持することができる。さらに、第1の変位量変更手段21は、Z軸を中心として第1のプリズム15を回転して、図5のY軸方向へも点P1をシフト可能に構成することが好ましい。つまり、対物レンズの入射瞳面における点P1の位置をXY方向で自在に構成することが好ましい。このように構成すれば、異なる方位からの入射光によっても一定方位への再生照射光を発生できる照明用HOEを作製することができる。
The first shifting means (first prism) 15 is arranged on the optical path of the reference light L1 traveling in the first direction, and shifts the imaging point P1 of the reference light L1 in the plane of the entrance pupil surface of the objective lens 17. It is something that makes you. When a prism is used as the first shift means 15, in the arrangement of FIG. 5, it is arranged on the optical path of the reference light L1 traveling in the first direction, and the incident reference light L1 is shifted parallel to the second direction. It is configured to emit light. Further, the displacement amount ΔX can be changed by moving the
その他のシフト手段、変位量変更手段としては、レーザー光源からの光を2本の偏波面保存ファイバーを通して出射させ、光ファイバー端面から拡散した光をリレーレンズで集光させる光ファイバーユニット光学系を採用し、この光ファイバーユニット光学系の位置を変更することによって実現する事も可能である。 As other shifting means and displacement amount changing means, an optical fiber unit optical system is adopted in which light from a laser light source is emitted through two polarization plane preservation fibers and light diffused from an optical fiber end face is focused by a relay lens. It can also be realized by changing the position of the optical fiber unit optical system.
第2のシフト手段(第2プリズム)16は、第2の方向に進む物体光L2の光路上に配置され、対物レンズ17の入射瞳面の面内において物体光L2の結像点P2をシフトさせるものである。第2のシフト手段16としてプリズムを使用した場合は、図5の配置では、第2の方向に進む物体光L2の光路上に配置され、入射した物体光L2を第1の方向に平行にシフトして出射するように構成される。特定の角度の再生用照明光だけを再生すればよい場合は、第2の変位量変更手段(第2駆動手段)22を設けずに、変位量ΔZを固定して、入射瞳面における点P2の変位量D2も一定とし、常に同じ物体光を照射するようにしてもよい。しかし、より多機能な照明用HOEを作製可能とするために、第2の変位量変更手段(第2駆動手段)22を設け、対物レンズの入射瞳面における点P2の位置を変更可能とすることが好ましい。例えば、第2駆動手段22によって第2のプリズム16をZ軸方向に移動させることで、点PのX軸方向における変位量D2を変更することができる。このように構成すれば、異なる方位からの入射光によって、複数の再生照射光を発生できる照明用HOEを作製することができる。また、第2の変位量変更手段22も、第1の変位量変更手段21と同様に、X軸を中心として第2のプリズム16を回転して、図5のY軸方向へも点P2をシフト可能に構成することが好ましい。つまり、対物レンズの入射瞳面における点P2の位置をXY方向で自在に構成することが好ましい。このように構成すれば、異なる方位からの複数の入射光によって、異なる方位への複数の再生照射光を発生できる照明用HOEを作製することができる。
The second shifting means (second prism) 16 is arranged on the optical path of the object light L2 traveling in the second direction, and shifts the imaging point P2 of the object light L2 in the plane of the entrance pupil surface of the objective lens 17. It is something that makes you. When a prism is used as the second shifting means 16, in the arrangement of FIG. 5, it is arranged on the optical path of the object light L2 traveling in the second direction, and the incident object light L2 is shifted parallel to the first direction. It is configured to emit light. When it is sufficient to reproduce only the illumination light for reproduction at a specific angle, the displacement amount ΔZ is fixed without providing the second displacement amount changing means (second driving means) 22, and the point P2 on the entrance pupil surface is fixed. The displacement amount D2 of the above may be constant, and the same object light may always be emitted. However, in order to make it possible to manufacture a more multifunctional lighting HOE, a second displacement amount changing means (second driving means) 22 is provided so that the position of the point P2 on the entrance pupil surface of the objective lens can be changed. Is preferable. For example, the displacement amount D2 of the point P in the X-axis direction can be changed by moving the
第1の駆動手段21は、制御手段25によって、第1のプリズム15をX方向に所定のシフト量ΔXだけ移動する。第2の駆動手段22は、制御手段25によって、第2のプリズム16をZ方向に所定のシフト量ΔZだけ移動する。第1の駆動手段21及び第2の駆動手段22は、各種のモータ、アクチュエータを採用することができる。制御手段25は、例えば、演算装置(CPU)が記憶装置(メモリ)に格納されたプログラムを実行することによって処理を実現する構成であってもよいし、ロジック回路によって処理を実現する構成であってもよい。
The first driving means 21 moves the
液浸対物レンズ17は、レンズ18及び浸液19から構成される。液浸対物レンズ17は、入射瞳面20上の点光源P1からの参照光L1を屈折させて、所定の角度φ1の平行光として焦点Oに向けて照射する。同様に、液浸対物レンズ17は、入射瞳面20上の点光源P2からの物体光L2を屈折させて、所定の角度φ2の平行光として焦点Oに向けて照射する。なお、液浸対物レンズの代わりに、ソリッドイマージョンレンズ等の他の高開口数レンズを利用してもよい。
The immersion objective lens 17 is composed of a
感光材料50は、照明用ホログラムが記録される材料である。反射防止手段23は、感光材料50と感光材料50を保持する載置台24との間に配置される部材であり、感光材料50を通過した参照光L1及び物体光L2が反射して、再び感光材料50に向かうのを防止するための手段である。反射防止手段23は、モスアイ構造の部材によって構成されることが好ましい。モスアイ構造とは、ナノメートル単位の微小な突起物を多数有する構造であり、入射光を閉じ込めて反射させない機能を持つ。感光材料50とモスアイ構造の部材との間にも、浸液26を用いることが好ましい。この浸液26を設けることにより、感光材料の表面での臨界角による反射によって参照光L1及び物体光L2が反射し、再び感光材料50に向かうのを防止することができる。その他、簡便な反射防止手段としては、光を吸収する黒色のシートを用いてもよい。その際にも、光を吸収する黒色のシートと感光材料50との間には、浸液26を用いるのが好ましい。
The
載置台24は、感光材料50(及び反射防止手段23)を保持し、感光材料50の記録対象部分を液浸対物レンズ17の焦点Oに合わせるように、制御手段25によってXYZ方向に移動可能に構成される。
The mounting table 24 holds the photosensitive material 50 (and the antireflection means 23), and can be moved in the XYZ direction by the control means 25 so that the recording target portion of the
[照明用HOEの作製方法]
照明用HOEを作製する際、レーザー光源11から照射されたレーザー光Lは、ビームスプリッタ14を介して分離する。
[How to make HOE for lighting]
When the HOE for illumination is produced, the laser light L emitted from the
分離した一方のレーザー光L1は、参照光(又は物体光)となって、第1の方向(Z方向)に進行し、第1のプリズム15を介してX軸方向に平行にシフトし、ビームスプリッタ14を透過して、液浸対物レンズ17の液浸対物レンズ17の入射瞳面20上で集束する。このときの点P1は、参照光L1の点光源とみなすことができる。ここで、点P1から液浸対物レンズ17の中心軸Mまでの距離(以下、変位量という)をD1とする。
One of the separated laser beams L1 becomes reference light (or object light), travels in the first direction (Z direction), is shifted parallel to the X-axis direction through the
分離した他方のレーザー光L2は、物体光(又は参照光)となって、第2の方向(X方向)に進行し、第2のプリズム16を介してZ軸方向に平行にシフトし、ビームスプリッタ14によって反射され、液浸対物レンズ17の入射瞳面20上で集束する。このときの点P2は、物体光L2の点光源とみなすことができる。ここで、点P2から液浸対物レンズ17の中心軸Mまでの距離(以下、変位量という)をD2とする。
The other separated laser beam L2 becomes object light (or reference light), travels in the second direction (X direction), is shifted parallel to the Z-axis direction via the
点光源P1から発した参照光L1は、液浸対物レンズ17によって屈折し、焦点Oに向けて、所定の角度φ1の平行光が照射される。所定の角度φ1は、変位量D1に依存する量である。また、変位量D1は、第1のプリズム15のシフト量ΔXによって決定される。このため、本作製装置は、第1のプリズムのシフト量ΔXを適宜設定することによって、参照光L1の角度φ1を所望の値に制御することができる。なお、参照光L1の角度φ1は、図1などに示す導光板から照明用HOEに入射する入射光30の入射角θ1に対応するものとなる。φ1は、導光板における臨界角θcとの関係から、臨界角θcよりも大きい角度を含むことが好ましい。浸液によりホログラム記録媒体界面での屈折が抑えられているため、45°<φ1<90°にするのが好ましい。
The reference light L1 emitted from the point light source P1 is refracted by the immersion objective lens 17 and is irradiated with parallel light having a predetermined angle φ1 toward the focal point O. The predetermined angle φ1 is an amount that depends on the displacement amount D1. Further, the displacement amount D1 is determined by the shift amount ΔX of the
点光源P2から発した物体光L2は、液浸対物レンズ17によって屈折し、焦点Oに向けて、所定の角度φ2の平行光が照射される。所定の角度φ2は、変位量D2に依存する量である。また、変位量D2は、第2のプリズム16のシフト量ΔZによって決定される。このため、本作製装置は、第2のプリズムのシフト量ΔZを適宜設定することによって、物体光L2の角度φ2を所望の値に制御することができる。なお、物体光L2の角度φ2は、図1などに示す照明用HOEから出射する再生照明光32の出射角θ2、又は図2に示す照明用HOEから反射する再生照明光32の反射角θ3に対応するものとなる。φ2は、像再生用ホログラム記録媒体6の像再生用ホログラムにおける再生用参照光に対応して設定され、例えば40〜50°とすることが好ましい。また、図2に示すように、導光板4から出射した再生照明光32が導光板4の後側表面でスネルの法則により屈折して角度を増し、出射角θ4で出射する場合、物体光L2の角度φ2は、屈折も考慮して設定される。
The object light L2 emitted from the point light source P2 is refracted by the immersion objective lens 17, and parallel light having a predetermined angle φ2 is irradiated toward the focal point O. The predetermined angle φ2 is an amount that depends on the displacement amount D2. Further, the displacement amount D2 is determined by the shift amount ΔZ of the
ここで、本発明の照明用HOEの作製装置では、液浸対物レンズ17を利用し、対物レンズ本体18と記録対象の感光材料50との間を浸液19によって満たすこととしている。これにより、対物レンズ本体18と浸液19との間の屈折率の差、及び浸液19と感光材料50との間の屈折率の差が許容できる程度に小さくなるため、参照光L1の角度φ1及び物体光L2の角度φ2が所望の角度となるように精密に制御することができる。特に、参照光の角度φ1は、導光板の臨界角θcよりも大きい角度とする必要があるので、液
浸対物レンズのような高開口率の対物レンズが必要となる。
Here, in the apparatus for producing the lighting HOE of the present invention, the immersion objective lens 17 is used, and the space between the objective lens
参照光L1と物体光L2が焦点Oにおいて交差すると、焦点Oの位置に対応する感光材料50の記録対象部分に、角度φ1をもって照射された参照光L1と角度φ2をもって照射された物体光L2とによる干渉縞が形成され、照明用ホログラムが記録される。
When the reference light L1 and the object light L2 intersect at the focal point O, the recording target portion of the
そして、感光材料50の記録位置を順次移動させながら、上記のホログラム記録の工程を繰り返すことにより、図1などに示す照明用HOEを作製することができる。また、感光材料の同一位置に異なる角度選択性を有する複数のホログラムを記録することもできる。このため、本作製方法によれば、一定の角度範囲で入射した光を、特定の角度を有する再生照明光として出射する(又は反射する)照明用HOEを作製することができる。なお、本例では、ホログラムの角度選択性を設定することを主として説明したが、各種方法により、所望の回折効率、波長選択性などを有するホログラフィック光学素子を作製することもできる。
Then, by repeating the above-mentioned hologram recording process while sequentially moving the recording position of the
このように、本作製装置及び作製方法では、二光束に分離された参照光と物体光との間隔(換言すれば、変位量D1+D2又は点P1から点P2までの距離)を設けることによって、参照光及び物体光を所望の入射角で感光材料に照射することができる。さらに、二つのプリズムを適宜移動することによって、かかる所望の角度を簡単に変更することができる。また、液浸対物レンズの構成によって、感光材料への入射角の誤差を低減することができる。モスアイ構造の反射防止手段を採用したので、感光材料を通過した光が吸収され、不要な反射が生じないので好ましい。 As described above, in the present manufacturing apparatus and the manufacturing method, the reference light and the object light separated into the two luminous fluxes are provided with a distance (in other words, a displacement amount D1 + D2 or a distance from the point P1 to the point P2). The photosensitive material can be irradiated with light and object light at a desired angle of incidence. Further, by appropriately moving the two prisms, such a desired angle can be easily changed. Further, depending on the configuration of the immersion objective lens, the error of the angle of incidence on the photosensitive material can be reduced. Since the antireflection means having a moth-eye structure is adopted, the light that has passed through the photosensitive material is absorbed and unnecessary reflection is not generated, which is preferable.
[実施例]
図6は、本発明のホログラム用照明装置における光源及び導光板の構成の実施例である。図6(A)は、光源及び導光板を装置の幅方向(Y方向)から観た側面図である。図6(B)は、光源及び導光板を装置の厚さ方向(Z方向)から観た上面図である。
[Example]
FIG. 6 is an example of the configuration of the light source and the light guide plate in the hologram lighting device of the present invention. FIG. 6A is a side view of the light source and the light guide plate as viewed from the width direction (Y direction) of the device. FIG. 6B is a top view of the light source and the light guide plate as viewed from the thickness direction (Z direction) of the device.
本例では、光源2に3個のLED(Philips社製 LUMILED LUXEON Z)を用い、導光板
4にガラス板を用いた。LED2が配置されるガラス板4の端部にはガラス板の法線に対して22°の傾斜を形成し、LED2とガラス板4の端部との間には、リニアフレネルレンズ42を配置した。LED2から発した光3(図中、細い実線で示す)は、リニアフレネルレンズ42を介して略平行光に変換され、紙面の斜め下向きに入射する。
In this example, three LEDs (LUMILED LUXEON Z manufactured by Philips) were used for the
ガラス板4は、高さ85mm、幅33mm、厚さ12mmである。図6に示した光源及びガラス板の構成のとおり、本発明のホログラム用照明装置に採用可能な導光板は、装置の高さ×幅の大きさに比べて十分に薄いものとすることができる。かかる光源及びガラス板の構成に他の構成(照明用HOE、保持手段など)を合わせてホログラム用照明装置を作製した場合、かかるホログラム用照明装置は、13〜18mmの厚さを実現できる。なお、装置の幅については、LEDの数を増やすことにより大きくすることができる。
The
以上のとおり、本明細書では複数の形態について説明したが、本発明の適用範囲は、それぞれの実施形態に限定されるものではない。例えば、これら複数の形態を組み合せることもできる。 As described above, although a plurality of embodiments have been described in the present specification, the scope of application of the present invention is not limited to the respective embodiments. For example, these plurality of forms can be combined.
1 ホログラム用照明装置
2 光源
4 導光板
5 照明用HOE
6 像再生用ホログラム記録媒体
7 保持手段
10 ホログラム表示装置
30 入射光
32 再生照明光
34 再生光
40 平行化光学系
60 立体像
100 観察者
1
6 Hologram recording medium for
Claims (6)
高開口数対物レンズの焦点に位置するように、照明用ホログラフィック光学素子の感光材料を配置し、
光源からの光を二光束に分離して、第1の光及び第2の光を生成し、
前記高開口数対物レンズの入射憧面において、前記高開口数対物レンズの中心軸から第1の変位量だけ離れた第1の点を通過するように、前記第1の光を前記高開口数対物レンズに照射して、前記第1の変位量に対応する第1の角度で屈折した前記第1の光を前記感光材料に照射しつつ、前記高開口数対物レンズの中心軸から第2の変位量だけ離れた第2の点を通過するように、前記第2の光を前記高開口数対物レンズに照射して、前記第2の変位量に対応する第2の角度で屈折した前記第2の光を前記感光材料に照射して照明用ホログラムを記録して照明用ホログラフィック光学素子を作製する工程と、
前記照明用ホログラムが記録された照明用ホログラフィック光学素子を前記導光板に接して配置する工程とを有し、
前記第1の角度は、前記導光板の臨界角よりも大きい角度であることを特徴とするホログラム用照明装置の作製方法。 A light guide plate having a refractive index higher than that of air and a light guide plate provided in contact with the light guide plate, propagating in the light guide plate, and receiving at least a part of light incident at an angle larger than the critical angle of the light guide plate with respect to air. This is a method for manufacturing a hologram lighting device including a holographic optical element for lighting that generates regenerated illumination light.
Place the photosensitive material of the holographic optics for illumination so that it is located at the focal point of the high numerical aperture objective lens.
The light from the light source is separated into two luminous fluxes to generate the first light and the second light.
The high-aperture objective lens is subjected to the high-aperture number of the first light so as to pass through a first point separated by a first displacement amount from the central axis of the high-aperture number objective lens. The objective lens is irradiated with the first light refracted at the first angle corresponding to the first displacement amount, and the photosensitive material is irradiated with the second light from the central axis of the high aperture number objective lens. The second light is applied to the high-aperture objective lens so as to pass through a second point separated by a displacement amount, and the second light is refracted at a second angle corresponding to the second displacement amount . A step of irradiating the photosensitive material with the light of 2 and recording a hologram for illumination to produce a holographic optical element for illumination.
It has a step of arranging the holographic optical element for illumination on which the hologram for illumination is recorded in contact with the light guide plate.
The first angular degree is a method for manufacturing a hologram illumination device, characterized in that the angle larger than the critical angle of the light guide plate.
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