KR20120085287A - 코히렌트 광원을 이용한 조명 장치 - Google Patents

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KR20120085287A
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Abstract

레이저 광원(50)이 생성한 레이저빔(L50)을, 광빔 주사 장치(60)에 의해 반사시켜, 홀로그램 기록 매체(45)에 조사한다. 홀로그램 기록 매체(45)에는, 주사 기점(B)에 수렴하는 참조광을 사용하여 산란판의 이미지(35)를 홀로그램으로 기록 한다. 광빔 주사 장치(60)는, 레이저빔(L50)을 주사 기점(B)에서 굴곡시켜 홀로그램 기록 매체(45)에 조사한다. 이 때, 레이저빔의 굴곡 태양을 시간에 따라 변화시켜, 굴곡된 레이저빔(L60)의 홀로그램 기록 매체(45)에 대한 조사 위치가 시간에 따라 변화하도록 주사한다. 빔의 조사 위치에 관계없이, 홀로그램 기록 매체(45)로부터의 회절광(L45)은, 동일한 산란판의 재생 이미지(35)를 동일한 위치에 재생한다. 조명 대상물(70)의 수광면(R)에는, 홀로그램의 재생 이미지(35)에 의해 스펙클이 억제된 조명 스폿이 형성된다.

Description

코히렌트 광원을 이용한 조명 장치{ILLUMINATION DEVICE USING COHERENT LIGHT SOURCE}
본 발명은 코히렌트(coherent) 광원을 이용한 조명 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 레이저 광원에 의해 생성된 코히렌트 광을 조명광으로 이용하는 조명 장치에 있어서, 스펙클 노이즈(speckle noise)를 저감시키는 기술에 관한 것이다.
조명 장치의 광원으로서, 백열 전구와 형광등이 일반적으로 사용되어 왔다. 또, 높은 휘도를 가진 조명광이 요구되는 조명 장치에 있어서, 수은 램프, 할로겐 램프 및 크세논 램프 등이 광원으로 사용되어 왔다. 예를 들어, 일본 특허출원 공개번호 제2004-264512호 공보는 초고압 수은 램프를 사용한 조명 장치와 이것을 사용한 투사형 영상 표시 장치를 개시한다. 또한, 최근에는, LED를 광원으로 사용하는 조명 장치가 보급되기 시작하고 있다. LED의 수명은 일반적으로 1만 시간 이상이며, LED는 백열 전구와 형광등을 대체할 새로운 범용 광원으로 주목받고 있다.
한편, 레이저 광원은 다양한 산업 분야에서 코히렌트광을 생성하는 광원으로 널리 이용되고 있다. 구체적으로, 레이저광은 단색성, 지향성 및 코히렌트성과 같은 고유의 특징을 살려 광통신 분야, 반도체 기기 제조 분야 및 홀로그램 등의 광학 분야 등에서 널리 이용되고 있다. 특히, 반도체 레이저는 실용 광원으로서 충분히 긴 수명을 가지고 있으며, 에너지 이용 효율 또한 극히 우수하다. 이와 같은 장점이 있음에도 불구하고, 레이저 광원을 이용하는 조명 장치가 일반적으로 보급되지 않은 이유는 스펙클 노이즈(speckle noise) 발생이라는 레이저 광원 고유의 문제점이 있기 때문이다.
스펙클은 레이저광과 같은 코히렌트 광을 확산면에 조사했을 때 나타나는 반점상의 모양이며, 레이저광을 조명 대상물에 조사했을 때 조사면에 반점상의 휘도 불균일로 관찰된다. 예를 들어, 레이저 포인터로 스크린상에 하나의 점을 가리키는 경우, 레이저광의 스폿(spot)이 상기 스크린상에서 밝게 빛나는 것으로 나타난다. 이것은 스크린상의 스펙클 노이즈 발생으로 야기되며, 관찰자에 대하여 생리학적 악영향을 미치는 요인이 된다. 코히렌트 광을 사용하면 스펙클이 발생하는 이유는, 스크린 등의 확산반사면의 각 부분에서 반사되는 코히렌트 광이 극히 높은 가간섭성(coherency)에 의해 서로 간섭하기 때문이다. 예를 들어, "광학에서 스펙클 현상(Speckle Phenomena in Optics, Joseph W. Goodman, Roberts & Co., 2006)"에는 스펙클 발생에 관한 상세한 이론적 고찰이 기술되어 있다.
레이저 포인터와 같은 용도에서, 관찰자에게는 미세한 스폿으로 보이므로, 심각한 문제는 발생하지 않는다. 그러나, 레이저 광원을 조명장치의 광원으로 사용하고 코히렌트 광으로 비교적 넓은 영역을 조명하면, 조명된 영역 내에 발생하는 스펙클 노이즈는 관찰자에게 생리학적 악영향을 미치고, 메스꺼움과 같은 증상을 유발할 수 있다. 이와 같은 문제 때문에, 종래 레이저 광원을 사용하는 조명 장치는 일반적인 용도로 부적합하다고 인식되어 왔다.
물론, 이와 같은 스펙클 노이즈를 감소시키기 위한 몇 가지 구체적인 방법이 제안되어 왔다. 예를 들어, 일본 특허출원 공개번호 평6-208089호 공보는 레이저 광을 산란판(scatter plate)에 조사하고, 산란판으로부터 얻어지는 산란된 광을 조명광으로 이용하는 동시에, 산란판을 모터에 의해 회전 구동함으로써, 스펙클을 저감시키는 기술이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허출원 공개번호 2004-144936호 공보에는, 레이저 광원과 조명 대상물 사이에 광 확산 소자를 배치하고, 이 광 확산 소자를 진동시킴으로써 스펙클을 저감시키는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 산란판을 회전시키거나 광 확산 소자를 진동시키기 위해서는, 대대적인 기계적 구동 기구가 필요하고, 따라서 장치 전체가 대형화되는 동시에, 소비 전력도 증가하게 된다. 또한, 이와 같은 방법에서는, 스펙클이 반드시 효과적으로 제거되는 것이 아니다.
따라서, 본 발명의 목적은 코히렌트 광원을 사용하는 조명장치에 있어서, 스펙클 발생을 효과적으로 충분히 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
(1) 본 발명의 제1 태양은 코히렌트 광원을 사용하는 조명장치에 있어서,
코히렌트 광빔을 생성하는 코히렌트 광원과,
산란판의 이미지가 기록된 홀로그램 기록 매체와
상기 광빔을 상기 홀로그램 기록 매체에 조사하고, 또한 상기 광빔의 상기 홀로그램 기록 매체에 대한 조사 위치가 시간에 따라 변화하도록 상기 광빔을 주사하는 광빔 주사 장치
를 포함하고,
상기 홀로그램 기록 매체에는, 소정 광로를 따라 조사되는 참조광을 사용하여, 상기 산란판의 이미지가 홀로그램으로 기록되어 있고,
코히렌트 광원은, 상기 산란판의 이미지를 재생할 수 있는 파장을 가진 광빔을 생성하고,
광빔 주사 장치는, 상기 홀로그램 기록 매체에 대한 상기 광빔의 조사 방향이 상기 참조광의 광로를 따르는 방향이 되도록, 상기 광빔을 주사하고,
홀로그램 기록 매체로부터 얻어지는 상기 산란판의 이미지의 재생광을 조명광으로 이용하도록 한다.
(2) 본 발명의 제2 태양은 전술한 제1 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
광빔 주사 장치는, 광빔을 소정의 주사 기점에서 굴곡시켜, 굴곡된 광빔을 홀로그램 기록 매체에 조사하고, 또한 상기 광빔의 굴곡 태양을 시간에 따라 변화시킴으로써, 굴곡된 광빔의 상기 홀로그램 기록 매체에 대한 조사 위치를 시간에 따라 변화시키며,
상기 홀로그램 기록 매체에는, 특정한 수렴점에 수렴하는 참조광 또는 특정한 수렴점으로부터 발산하는 참조광을 사용하여, 상기 산란판의 이미지가 홀로그램으로 기록되어 있고,
상기 광빔 주사 장치는, 상기 수렴점을 상기 주사 기점으로 설정하여 광빔을 주사한다.
(3) 본 발명의 제3 태양은 전술한 제2 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
홀로그램 기록 매체에, 수렴점을 정점으로 하는 원추의 측면을 따라 3차원적으로 수렴하거나 또는 발산하는 참조광을 사용하여, 상기 산란판의 이미지가 기록된다.
(4) 본 발명의 제4 태양은 전술한 제3 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
광빔 주사 장치는, 주사 기점을 포함하는 평면상에서 광빔이 요동 운동하도록 광빔을 굴곡시키는 기능을 가지며, 홀로그램 기록 매체 상에서 광빔을 1차원 방향으로 주사한다.
(5) 본 발명의 제5 태양은 전술한 제3 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
광빔 주사 장치는, 주사 기점을 포함하는 제1 평면상에서 광빔이 요동 운동하도록 광빔을 굴곡시키는 기능과, 주사 기점을 포함하고 상기 제1 평면과 직교하는 제2 평면상에서 광빔이 요동 운동하도록 광빔을 굴곡시키는 기능을 가지며, 홀로그램 기록 매체 상에서 광빔을 2차원 방향으로 주사한다.
(6) 본 발명의 제6 태양은 전술한 제2 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
홀로그램 기록 매체에, 수렴점을 포함하는 평면을 따라 2차원적으로 수렴하거나 또는 발산하는 참조광을 사용하여,산란판의 이미지가 기록된다.
(7) 본 발명의 제7 태양은 전술한 제6 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용한 조명 장치에 있어서,
광빔 주사 장치는, 주사 기점을 포함하는 평면상에서 광빔이 요동 운동하도록 광빔을 굴곡시키는 기능을 가지며, 홀로그램 기록 매체 상에서 상기 광빔을 1차원 방향으로 주사한다.
(8) 본 발명의 제8 태양은 전술한 제1 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
광빔 주사 장치는, 광빔을 평행 이동시키면서 홀로그램 기록 매체에 조사함으로써, 상기 광빔의 상기 홀로그램 기록 매체에 대한 조사 위치를 시간에 따라 변화시키며,
상기 홀로그램 기록 매체에는, 평행광속으로 이루어지는 참조광을 사용하여 산란판의 이미지가 홀로그램으로 기록되어 있고,
광빔 주사 장치는, 상기 참조광에 평행한 방향으로부터 광빔을 상기 홀로그램 기록 매체에 조사하여, 광빔을 주사한다.
(9) 본 발명의 제9 태양은 전술한 제1 내지 제8 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
코히렌트 광원은, 레이저빔을 발생하는 레이저 광원이다.
(10) 본 발명의 제10 태양은 전술한 제1 내지 제9 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
홀로그램 기록 매체에, 체적형 홀로그램으로서 산란판의 이미지가 기록된다.
(11) 본 발명의 제11 태양은 전술한 제1 내지 제9 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
홀로그램 기록 매체에, 표면 릴리프형 홀로그램으로서 산란판의 이미지가 기록된다.
(12) 본 발명의 제12 태양은 전술한 제1 내지 제9 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
홀로그램 기록 매체에 기록되어 있는 홀로그램이, 계산기 합성 홀로그램(computer generated hologram)이다.
(13) 본 발명의 제13 태양은 전술한 제1 내지 제9 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
홀로그램 기록 매체에 기록되어 있는 홀로그램이, 푸리로 변환 홀로그램이다.
(14) 본 발명의 제14 태양은 전술한 제1 내지 제9 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
홀로그램 기록 매체에 기록되어 있는 홀로그램이 반사형 홀로그램이며, 광빔의 반사 회절광을 조명광으로서 사용한다.
(15) 본 발명의 제15 태양은 전술한 제1 내지 제9 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
홀로그램 기록 매체에 기록되어 있는 홀로그램이 투과형 홀로그램이며, 광빔의 투과 회절광을 조명광으로서 사용한다.
(16) 본 발명의 제16 태양은 전술한 제1 내지 제15 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
광빔 주사 장치는, 주사형 미러 디바이스, 전반사 프리즘, 굴절 프리즘, 또는 전기 광학 결정이다.
(17) 본 발명의 제17 태양은 전술한 제1 내지 제16 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
코히렌트 광원은, 각각 상이한 파장을 가진 단색광의 레이저빔을 발생시키는 n개의 레이저 광원과 이들 n개의 레이저 광원에서 발생한 레이저빔을 합성하여 합성 광빔을 생성하는 광합성기를 가지고,
광빔 주사 장치는, 상기 광합성기가 생성한 상기 합성 광빔을 홀로그램 기록 매체 상에 주사하며,
상기 홀로그램 기록 매체에, 상기 n개의 레이저 광원이 발생시키는 각 레이저빔에 의해 각각 재생 이미지를 얻을 수 있도록, 산란판의 이미지가 n 개의 홀로그램으로 기록된다.
(18) 본 발명의 제18 태양은, 전술한 제1 내지 제17 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치 및 상기 조명 장치에 의해 조명을 받는 수광면을 포함하는 표시 매체를 포함하고,
홀로그램 기록 매체에, 소정의 화상이 그려진 투과 필름으로 덮힌 산란판의 이미지가 기록되어 있고,
상기 수광면이, 상기 산란판의 재생 이미지가 형성되는 위치에 배치되도록 한다.
(19) 본 발명의 제19 태양은 코히렌트 광원을 사용하는 조명 방법에 있어서,
산란판의 이미지를 기록용 매체 상에 홀로그램으로 기록함으로써 홀로그램 기록 매체를 작성할 준비를 하는 준비 단계 및
상기 홀로그램 기록 매체 상에 코히렌트 광빔을 조사하고, 또한 조사 위치가 시간에 따라 변화하도록 상기 광빔(L60)을 상기 홀로그램 기록 매체 상에 주사하는 조명 단계를 포함하고,
상기 준비 단계에서는, 코히렌트 조명광을 상기 산란판에 조사하고, 상기 산란판으로부터 얻어지는 산란광을 물체광으로서 사용하고 소정 광로를 따라 상기 기록용 매체에 조사하며, 상기 조명광과 동일 파장을 갖는 코히렌트 광을 참조광으로 사용하고, 상기 물체광과 상기 참조광에 의해 형성되는 간섭 무늬를 상기 기록용 매체에 기록함으로써 상기 홀로그램 기록 매체를 작성하며,
상기 조명 단계에서는, 상기 산란판의 이미지를 재생할 수 있는 파장을 가진 광빔을, 상기 참조광의 광로를 따르는 광로를 통하여 상기 홀로그램 기록 매체 상의 조사 위치로 향하도록 주사하고, 상기 홀로그램 기록 매체로부터 얻어지는 상기 산란판의 이미지의 재생광을 조명광으로 사용한다.
(20) 본 발명의 제20 태양은 전술한 제19 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 방법에 있어서,
준비 단계에서는, 소정의 수렴점의 위치에 초점을 가지는 볼록 렌즈를 사용하여, 대략 평행한 코히렌트 광의 광속을 집광함으로써, 상기 수렴점에 3차원적으로 수렴하는 참조광 또는 상기 수렴점으로부터 3차원적으로 발산하는 참조광을 생성하고, 생성된 참조광을 사용하여 간섭 무늬를 기록한다.
(21) 본 발명의 제21 태양은 전술한 제19 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 방법에 있어서,
준비 단계에서는, 소정의 집광축에 평행한 중심축을 가지는 실린더형 렌즈를 사용하여, 대략 평행한 코히렌트 광의 광속을 상기 집광축 상에 집광함으로써, 상기 집광축 상의 점에 2차원적으로 수렴하는 참조광 또는 상기 집광축 상의 점으로부터 2차원적으로 발산하는 참조광을 생성하고, 생성된 참조광을 사용하여 간섭 무늬를 기록한다.
(22) 본 발명의 제22 태양은 전술한 제19 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 방법에 있어서,
준비 단계에서는 평행 광속으로 구성된 참조광을 사용하여 간섭 무늬를 기록한다.
(23) 본 발명의 제23 태양은 전술한 제19 내지 22 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 방법에 있어서,
가상의 산란판을 사용한 시뮬레이션 연산에 의해 준비 단계의 프로세스를 실행하여, 홀로그램 기록 매체에 계산기 합성 홀로그램을 기록한다.
(24) 본 발명의 제24 태양은 전술한 제23 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 방법에 있어서,
가상의 산란판으로서 평면상에 다수의 점광원을 격자형으로 배열한 모델을 사용한다.
(25) 본 발명의 제25 태양은 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
코히렌트 광빔을 발생시키는 코히렌트 광원과
다수의 개별 렌즈의 집합체로 이루어지는 마이크로 렌즈 어레이 및
상기 광빔을 상기 마이크로 렌즈 어레이에 조사하고, 또한 상기 광빔의 상기 마이크로 렌즈 어레이에 대한 조사 위치가 시간에 따라 변화하도록 주사하는 광빔 주사 장치를 구비하고,
상기 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 개별 렌즈 각각은 상기 광빔 주사 장치로부터 조사된 광을 굴절시켜 소정의 수광면 상에 소정의 조사 영역을 형성하는 기능을 가지고, 또한 어느 개별 렌즈에 의해 형성되는 조사 영역도, 상기 수광면( 상에서 대략 동일한 공통 영역이 되도록 구성한다.
(26) 본 발명의 제26 태양은 전술한 제25 태양에 따른 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
광빔 주사 장치는, 광빔을 소정의 주사 기점에서 굴곡시켜 마이크로 렌즈 어레이에 조사하고, 또한 상기 광빔의 굴곡 태양을 시간에 따라 변화시킴으로써, 굴곡된 광빔의 상기 마이크로 렌즈 어레이에 대한 조사 위치가 시간에 따라 변화하도록 하고,
상기 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 개별 렌즈 각각은 상기 주사 기점(B)으로부터 입사한 광을 굴절시켜 수광면 상에 공통의 조사 영역을 형성한다.
(27) 본 발명의 제27 태양은 코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치에 있어서,
코히렌트 광빔을 생성하는 코히렌트 광원과
상기 광빔의 방향 또는 위치 또는 그 양쪽을 제어함으로써, 빔 주사를 수행하는 광빔 주사 장치 및
입사한 광빔을 확산시켜 사출하는 광 확산 소자를 포함하고,
상기 광빔 주사 장치는, 상기 코히렌트 광원이 생성한 상기 광빔을, 상기 광 확산 소자를 향해 사출하고, 또한 상기 광빔의 상기 광 확산 소자에 대한 입사 위치가 시간에 따라 변화하도록 주사하고, 상기 광 확산 소자는, 입사한 광빔을 확산시켜 소정의 수광면 상에 소정의 조사 영역을 형성하는 기능을 가지고, 또한 광빔의 입사 위치에 관계없이, 형성되는 조사 영역이, 상기 수광면 상에 있어서 대략 동일한 공통 영역이 되도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 장치의 구성요소인 홀로그램 기록 매체를 작성하는 프로세스를 나타내는 광학계의 배치도이다.
도 2는 도 1에 도시된 프로세스에 있어서, 참조광 L23의 단면 S1과 홀로그램 감광 매체(40)의 위치 관계를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 프로세스에 있어서, 참조광 L23의 다른 단면 S2와 홀로그램 감광 매체(40)의 위치 관계를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 광학계에서, 산란판(30) 및 홀로그램 감광 매체(40) 주변의 부분 확대도이다.
도 5는 도 1에 도시된 프로세스로 작성된 홀로그램 기록 매체(45)를 사용하여 산란판의 이미지(35)를 재생하는 프로세스를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 프로세스로 작성된 홀로그램 기록 매체(45) 상에 하나의 광빔만을 조사하여 산란판의 이미지(35)를 재생하는 프로세스를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 프로세스로 작성된 홀로그램 기록 매체(45) 상에 하나의 광빔만을 조사하여 산란판의 이미지(35)를 재생하는 프로세스를 나타내는 다른 도면이다.
도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 재생 프로세스에서, 광빔의 조사 위치를 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 기본적 실시예에 따른 조명 장치(100)의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 조명 장치(100)를 이용하여 조명 대상물(70)을 조명하고 있는 상태를 나타내는 측면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 조명 장치(100)를 천장에 설치하고, 테이블의 상면을 조명하는 상태를 나타내는 측면도이다.
도 12는 도 9에 도시된 조명 장치(100)에서 홀로그램 기록 매체(45) 상의 광빔 주사 태양의 제1 예를 나타내는 평면도이다.
도 13은 도 9에 도시된 조명 장치(100)에서 홀로그램 기록 매체(45) 상의 광빔 주사 태양의 제2 예를 나타내는 평면도이다.
도 14는 도 9에 도시된 조명 장치(100)에서 홀로그램 기록 매체(45) 상의 광빔 주사 태양의 제3 예를 나타내는 평면도이다.
도 15는 도 9에 도시된 조명 장치(100)에서 홀로그램 기록 매체(45) 상의 광빔 주사 태양의 제4 예를 나타내는 평면도이다.
도 16은 밴드형(band-shaped) 홀로그램 기록 매체(85)를 사용한 경우의 광빔 주사 태양을 나타내는 평면도이다.
도 17은 도 16에 도시된 밴드형 홀로그램 기록 매체(85)를 생성하는 프로세스를 나타내는 광학계의 배치도이다.
도 18은 본 발명에 따른 조명 장치의 구성요소인 홀로그램 기록 매체를 CGH 방법으로 작성하는 원리를 나타내는 측면도이다.
도 19는 도 18에 도시된 가상 산란판(30')의 정면도이다.
도 20은 본 발명에 의해 스펙클 저감 효과가 얻어진 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 21은 본 발명에 따른 조명 장치에 의해 백색 조명이 실행되는 경우의 광원의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명에 따른 조명 장치를 생성하는데 사용하는 산란판의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 23은 본 발명에 따른 조명 장치를 화상 표시 장치로 이용하는 경우에, 사용하는 투과 필름을 나타내는 평면도이다.
도 24는 수렴 참조광을 사용하여 반사형 홀로그램 기록 매체를 작성하는 프로세스를 나타내는 측면도이다.
도 25는 도 24에 도시된 방법으로 작성되는 반사형 홀로그램 기록 매체(45)의 재생 프로세스를 나타내는 측면도이다.
도 26은 수렴 참조광을 사용하여 투과형 홀로그램 기록 매체(45)를 작성하는 프로세스를 나타내는 측면도이다.
도 27은 도 26에 도시된 방법으로 작성된 투과형 홀로그램 기록 매체(45)의 재생 프로세스를 나타내는 측면도이다.
도 28은 발산 참조광을 이용하여 홀로그램 기록 매체를 작성하는 경우의 준비 프로세스를 나타내는 측면도이다.
도 29는 도 28의 준비 프로세스에서 작성되는 준비용 홀로그램 기록 매체(95)의 재생 프로세스를 나타내는 측면도이다.
도 30은 발산 참조광을 사용하여 반사형 홀로그램 기록 매체를 작성하는 프로세스를 나타내는 측면도이다.
도 31은 발산 참조광을 사용하여 투과형 홀로그램 기록 매체를 작성하는 프로세스를 나타내는 측면도이다.
도 32는 발산 참조광을 이용하여 홀로그램 기록 매체를 작성하는 경우의 다른 준비 프로세스를 나타내는 측면도이다.
도 33은 도 32의 준비 프로세스로 작성된 준비용 홀로그램 기록 매체(95)의 재생 프로세스를 나타내는 측면도이다.
도 34는 본 발명의 변형예에 따른 조명 장치의 구성요소인 홀로그램 기록 매체를 작성하는 프로세스를 나타내는 광학계의 배치도이다.
도 35는 본 발명의 변형예에 따른 조명 장치(110)의 기본 구성을 나타내는 측면도이다.
도 36은 본 발명의 다른 변형예에 따른 조명 장치(120)의 기본 구성을 나타내는 측면도이다.
도 37은 도 36에 도시된 조명 장치(120)의 동작 원리를 나타내는 측면도이다.
＜＜＜§ 1.본 발명에 사용하는 홀로그램 기록 매체＞＞＞
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치의 구성요소로서 사용하는 홀로그램 기록 매체의 특징을 설명한다. 도 1은 이 홀로그램 기록 매체를 작성하는 프로세스를 나타내는 광학계의 배치도이다. 이 광학계에 의하며, 산란판의 이미지가 기록되는 홀로그램 기록 매체가 작성된다.
도면의 우측 상부에 도시된 코히렌트 광원(10)은, 코히렌트 광빔 L10을 생성하는 광원이며, 실제로는 원형 단면을 가지는 단색성 레이저광을 생성하는 레이저 광원이 사용된다. 상기 레이저 광원에 의해 생성되는 코히렌트 광빔 L10은 빔 스플리터(20)에 의해 2개의 빔으로 나누어진다. 특히, 광빔 L10의 일부는 빔 스플리터(20)를 그대로 투과하여 도면의 하부로 안내되며, 나머지 부분은 빔 스플리터(20)에 의해 반사되어 광빔 L20으로 도면의 좌측으로 안내된다.
빔 스플리터(20)를 투과한 광빔 L10은 산란판의 물체광 Lobj를 발생시키는 역할을 한다. 즉, 도면의 아래쪽으로 진행된 광빔 L10은, 반사경(11)에 의해 반사되어 광빔 L11로 되고, 또한 빔 익스팬더(12)에 의해 직경이 확장되어 평행광속 L12를 구성하며, 산란판(30)의 우측면의 전체 영역으로 조사된다. 산란판(30)은 조사되는 광을 산란하는 특성을 가지는 판이며, 일반적으로 광학적 확산판이라 불린다. 여기에 나타나는 실시예의 경우, 내부에서 광을 산란시키기 위한 미소 입자(광 산란체)가 짓이겨져서 넣어지는 투과형 산란판(예를 들어, 오팔 유리판)을 사용하고 있다. 따라서, 도시된 바와 같이, 산란판(30)의 우측면에 조사되는 평행광속 L12는 산란판(30)을 투과하여 좌측면으로부터 산란광 L30으로 사출된다. 상기 산란광 L30은 산란판(30)의 물체광 Lobj를 구성한다.
한편, 빔 스플리터(20)에 의해 반사된 광빔 L20은 참조광 Lref를 발생시키는 역할을 한다. 즉, 빔 스플리터(20)로부터 도면의 좌측으로 진행하는 광빔 L20은 반사경(21)에 의해 반사되어 광빔 L21이 되며, 또한 빔 익스팬더(22)에 의해 직경이 확장되어, 평행광속 L22를 구성하고 점 C를 초점으로 하는 볼록 렌즈(23)에 의해 굴절된 후 홀로그램 감광 매체(40)에 조사된다. 평행광속 L22가 엄밀하게는 서로 평행한 평행광선의 집합으로 구성된 것이 아닐지라도, 평행광속 L22가 대략 평행한 광선의 집합이면, 실제 사용하는데 있어서 문제되지 않는다. 홀로그램 감광 매체(40)는 홀로그램 이미지를 기록하는데 사용되는 감광성 매체이다. 이 홀로그램 감광 매체(40)에 조사된 조사광 L23은 참조 광 Lref를 구성한다.
결국, 홀로그램 감광 매체(40)에는, 산란판(30)의 물체광 Lobj와 참조광 Lref가 조사된다. 여기서 물체광 Lobj와 참조광 Lref는 코히렌트 광원(10, 레이저 광원)에 의해 생성되는 동일한 파장 λ를 갖는 코히렌트 광이므로, 양자의 간섭 무늬가 홀로그램 감광 매체(40)에 기록된다. 환언하면, 홀로그램 감광 매체(40)에는 산란판(30)의 이미지가 홀로그램으로 기록된다.
도 2는 도 1에 도시된 참조광 L23(Lref)의 단면 S1과 홀로그램 감광 매체(40) 사이의 위치 관계를 나타내는 평면도이다. 빔 익스팬더(22)에 의해 직경이 확장된 평행광속 L22는 원형 단면을 가지고 있으므로, 볼록 렌즈(23)에 의해 집광되는 참조광 Lref은 렌즈의 초점 C를 정점으로 하는 원추형으로 수렴한다. 다만, 도 1에 도시된 실시예에서는, 홀로그램 감광 매체(40)가 상기 원추의 중심 축에 경사지게 배치되어 있으므로, 홀로그램 감광 매체(40)의 표면에서 참조광 L23(Lref)을 절단한 단면 S1은 도 2에 도시된 바와 같이 타원이 된다.
이와 같이, 도 2에 도시된 실시예에서, 참조광 Lref는 홀로그램 감광 매체(40)의 전체 영역 중 도면에서 해칭된 영역 내에만 조사되므로, 산란판(30)의 홀로그램은 오직 상기 해치된 영역 내에만 기록된다. 물론, 빔 익스팬더(22)에 의해 보다 큰 직경을 갖는 평행광속 L22를 생성하고, 보다 큰 직경을 갖는 볼록 렌즈(23)를 이용한다면, 도 3에 도시된 실시예와 같이, 참조광 Lref의 단면 S2 내에 홀로그램 감광 매체(40) 전체가 포함되도록 할 수 있다. 이 경우, 도면에서 해칭한 것과 같이, 산란판(30)의 홀로그램은 홀로그램 감광 매체(40)의 전체 표면에 기록된다. 본 발명에 사용하는 홀로그램 기록 매체를 작성하는데 있어서는, 도 2 또는 도 3의 어느 형태로 기록하여도 상관없다.
이어서, 홀로그램 감광 매체(40) 상에 산란판(30)의 이미지를 기록하는 광학적 프로세스에 관해 보다 상세하게 기술한다. 도 4는 도 1에 도시된 광학계에 있어서, 산란판(30) 및 홀로그램 감광 매체(40) 주변의 부분 확대도이다. 전술한 바와 같이, 참조광 Lref는 원형 단면을 갖는 평행광속 L22를, 초점 C를 갖는 볼록 렌즈(23)로 집광한 것이며, 참조광 Lref는 초점 C를 정점으로 하는 원추형으로 수렴한다. 이하에서는, 상기 초점 C를 수렴점이라 한다. 도시된 바와 같이, 홀로그램 감광 매체(40)에 조사되는 참조광 L23(Lref)은 상기 수렴점 C로 수렴하는 광이 된다.
한편, 산란판(30)으로부터 발광되는 광(물체광 Lobj)은 산란 광이므로, 다양한 방향으로 진행한다. 예를 들어 도시된 바와 같이, 산란판(30)의 좌측면의 상단에 물체점 Q1을 가정하면, 산란된 광은 상기 물체점 Q1로부터 모든 방향으로 사출된다. 마찬가지로, 산란된 광은 또한 임의의 물체점 Q2나 Q3으로부터 모든 방향으로 사출된다. 따라서, 홀로그램 감광 매체(40) 내의 임의의 점 P1에 주목하면, 물체점 Q1, Q2 및 Q3으로부터의 물체광 L31, L32, L33과 수렴점 C를 향해 진행하는 참조광 Lref의 간섭 무늬 정보가 기록된다. 물론 실제로는, 산란판(30) 상의 물체점은 Q1, Q2 및 Q3 만이 아니므로, 산란판(30) 상의 모든 물체점으로부터의 정보가, 마찬가지로 참조광 Lref와의 간섭 무늬 정보로서 기록된다. 환언하면, 도시된 점 P1에서, 산란판(30)의 모든 정보가 기록되는 것이다. 또한 이와 동일한 방법으로, 산란판(30)의 모든 정보는 도시된 점 P2에도 기록된다. 따라서, 산란판(30)의 모든 정보는 홀로그램 감광 매체(40)의 각 부분에 기록되는 것이다. 이것이 홀로그램의 본질이다.
이하에서는, 이와 같은 방법으로 산란판(30)의 정보가 기록되는 홀로그램 감광 매체(40)를 홀로그램 기록 매체(45)라 한다. 이 홀로그램 기록 매체(45)를 재생하여, 산란판(30)의 홀로그램 재생 이미지를 얻기 위해서는, 기록 시에 사용한 광과 동일한 파장을 갖는 코히렌트 광을, 기록 시에 사용한 참조 광 Lref에 대응하는 방향으로부터 재생용 조명광으로 조사하면 된다.
도 5는 도 4에 도시된 프로세스에 의해 작성되는 홀로그램 기록 매체(45)를 이용하여 산란판의 이미지(35)를 재생하는 프로세스를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 홀로그램 기록 매체(45)에 대하여, 하부로부터 재생용 조명광 Lrep가 조사된다. 상기 재생용 조명광 Lrep는 수렴점 C에 위치하는 점광원으로부터 구면파로 발산하는 코히렌트 광이며, 재생용 조명광의 일부는 도시된 바와 같이 원추형으로 확산되며 홀로그램 기록 매체(45)에 조사되는 광이 된다. 또한, 이 재생용 조명광 Lrep의 파장은 홀로그램 기록 매체(45)의 기록 시의 파장과 동일하다(즉, 도 1에 도시된 코히렌트 광원(10)에 의해 발생되는 코히렌트 광의 파장).
여기서, 도 5에 도시된 홀로그램 기록 매체(45)와 수렴점 C 사이의 위치 관계는 도 4에 도시된 홀로그램 감광 매체(40)와 수렴점 C 사이의 위치 관계와 정확하게 동일하다. 따라서, 도 5에 도시된 재생용 조명광 Lrep는 도 4에 도시된 참조광 Lref의 광로를 역행하는 광에 대응한다. 이러한 조건을 만족시키는 재생용 조명광 Lrep를 홀로그램 기록 매체(45)에 조사하면, 그 회절광 L45(Ldif)에 의해, 산란판(30)의 홀로그램 재생 이미지(35)(도면에서 파선으로 도시됨)를 얻을 수 있다. 도 5에 도시된 홀로그램 기록 매체(45)와 재생 이미지(35) 사이의 위치 관계는 도 4에 도시된 홀로그램 감광 매체(40)와 산란판(30) 사이의 위치관계와 정확하게 동일하다.
이와 같이, 임의의 물체의 이미지를 기록하고 재생하는 기술은 오래전부터 실용화되어 있는 공지의 기술이다. 단지, 일반적인 용도로 이용되는 홀로그램 기록 매체를 작성하는 경우, 평행광속이 참조광 Lref로 사용된다. 평행광속으로 구성된 참조광 Lref를 사용하여 기록한 홀로그램은 재생시에도 평행광속으로 이루어지는 재생용 조명광 Lrep를 이용하면 되므로, 매우 편리하다.
이에 대하여, 도 4에 도시된 바와 같이 수렴점 C로 수렴하는 광을 참조광 Lref로 사용하면, 재생시에는 도 5에 도시된 바와 같이 수렴점 C로부터 발산하는 광을 재생용 조명광 Lrep로 이용해야한다. 실제로, 도 5에 도시된 바와 같은 재생용 조명광 Lrep를 얻기 위해서는, 렌즈와 같은 광학계를 특정 위치에 배치할 필요가 있다. 만약 재생 시의 홀로그램 기록 매체(45)와 수렴점 C 사이의 위치 관계가 기록 시의 홀로그램 감광 매체(40)와 수렴점 C 사이의 위치 관계와 일치하지 않는다면, 이미지(35)가 정확하게 재생되지 않을 수 있어, 재생 시의 조명 조건이 제한된다(평행광속을 이용하여 재생되는 경우이면, 조명 조건 중 조사각만 만족 되면 된다).
이러한 이유로, 수렴점 C에 수렴하는 참조광 Lref를 사용하여 작성한 홀로그램 기록 매체는 일반적인 용도에 적합하지 않다. 그럼에도 불구하고, 여기에 나타나는 실시예에서 수렴점 C로 수렴하는 광을 참조광 Lref로 사용하는 이유는, 재생 시 수행하는 광빔 주사를 용이하게 하기 위해서이다. 즉, 도 5에서는, 설명의 편의를 위해, 수렴점 C로부터 발산하는 재생용 조명광 Lrep를 이용하여 산란판(30)의 재생 이미지(35)를 생성하는 방법을 도시하였으나, 본 발명에서는 실제로, 도시된 바와 같이 원추형으로 확산되는 재생용 조명광 Lrep를 사용한 재생은 수행하지 않는다. 이러한 방법 대신, 광빔을 주사하는 방법을 이용한다. 이하에서는 상기 방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 6은 도 4에 도시된 프로세스에 의해 작성되는 홀로그램 기록 매체(45) 상에 하나의 광빔 만을 조사하여 산란판(30)의 이미지(35)를 재생하는 프로세스를 나타내는 도면이다. 즉, 본 실시예에서, 수렴점 C로부터 매체 내의 한 점 P1을 향해 진행하는 하나의 광빔 L61만이 재생용 조명광 Lrep로 제공된다. 물론, 광빔 L61은 기록 시의 광과 동일한 파장을 가지는 코히렌트 광이다. 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이, 홀로그램 기록 매체(45) 내의 임의의 점 P1에는 산란판(30)의 모든 정보가 기록되어 있다. 따라서, 도 6에 도시된 점 P1의 위치에, 기록 시에 사용한 참조광 Lref에 대응하는 조건으로 재생용 조명광 Lrep를 조사하면, 이 점 P1 근방에 기록된 간섭 무늬만을 이용하여 산란판(30)의 재생 이미지(35)를 생성할 수 있다. 도 6은 점 P1으로부터의 회절광 L45(Ldif)에 의해 재생 이미지(35)를 재생하는 상태를 나타낸다.
한편, 도 7은 수렴점 C로부터 매체 내의 다른 점 P2를 향해 진행하는 하나의 광빔 L62 만을 재생용 조명광 Lrep로 하는 실시예를 나타낸다. 이러한 경우에도, 점 P2에는 산란판(30)의 모든 정보가 기록되므로, 점 P2의 위치에 대하여, 기록 시에 사용한 참조광 Lref에 대응하는 조건으로 재생용 조명광 Lrep를 조사하면, 이 점 P2 주변에 기록된 간섭 무늬만을 이용하여 산란판(30)의 재생 이미지(35)를 생성할 수 있다. 도 7은 점 P2로부터의 회절광 L45(Ldif)에 의해 재생 이미지(35)를 재생하는 상태를 나타낸다. 도 6에 도시된 재생 이미지(35)와 도 7에 도시된 재생 이미지(35)는 동일한 산란판(30)을 원래 이미지로 하는 것이므로, 이론적으로는, 재생 이미지 또한 동일한 위치에 생성된다.
도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 재생 프로세스에 있어서, 광빔의 조사 위치를 나타내는 평면도이다. 도 8에 도시된 점 P1은 도 6에 도시된 점 P1에 대응하며, 도 8에 도시된 점 P2는 도 7에 도시된 점 P2에 대응한다. 도면 부호 A1 및 A2는 각각 재생용 조명 광 Lrep의 단면을 나타낸다. 단면 A1 및 A2의 형상 및 크기는 광빔 L61 및 L62의 단면의 형상 및 크기에 의존한다. 또한 홀로그램 기록 매체(45) 상의 조사 위치에도 의존한다. 여기서는, 편의상, 원형의 단면 A1, A2를 나타내고 있지만, 실제로는, 원형 단면을 가지는 광빔 L61 및 L62를 사용한 경우, 단면 형상은 조사 위치에 따라 편평한 타원형이 된다.
이와 같이, 도 8에 나타나는 점 P1 근방과, 점 P2 근방에서는, 각각 기록되어 있는 간섭 무늬의 내용은 전혀 상이한 것이지만, 어느 점에 재생용 조명광 Lrep가 되는 광빔을 조사한 경우라도, 동일한 위치에서 동일한 재생 이미지(35)를 얻을 수 있게 된다. 이것은, 재생용 조명광 Lrep가 수렴점 C로부터 각 점 P1 및 P2를 향해 진행하는 광빔이므로, 어느 점에 대해서도, 도 4에 도시된 기록 시의 참조광 Lref의 방향에 대응하는 방향의 재생용 조명광 Lrep이 주어지게 되기 때문이다.
도 8에는, 2개의 점 P1 및 P2만을 예시했지만, 물론, 홀로그램 기록 매체(45) 상의 임의의 점에 대해도 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 홀로그램 기록 매체(45) 상의 임의의 점에 광빔을 조사한 경우, 광빔이 수렴점 C로부터의 광인 한, 동일한 위치에서 동일한 재생 이미지(35)를 얻을 수 있게 된다. 무엇보다, 도 2에 도시된 바와 같이, 홀로그램 감광 매체(40)의 일부분의 영역(도면에서 해칭된 영역)에만 홀로그램을 기록한 경우, 재생 이미지(35)는 상기 영역 내의 점에 광 빔을 조사한 경우에만 얻을 수 있다.
결국, 여기서 말한 홀로그램 기록 매체(45)는, 특정한 수렴점 C에 수렴하는 참조광 Lref를 사용하여 산란판(30)의 이미지를 홀로그램으로 기록하는 매체이며, 이 수렴점 C를 통과하는 광빔을 임의의 위치에 재생용 조명광 Lrep로 조사하면, 산란판(30)의 재생 이미지(35)가 생성되는 특징을 포함한다. 따라서, 수렴점 C를 통과하는 광빔을 재생용 조명광 Lrep로 홀로그램 기록 매체(45) 상에 주사하면, 개개의 조사 점으로부터 얻어지는 회절광 Ldif에 의해, 동일한 재생 이미지(35)가 동일한 위치에서 재생된다.
＜＜＜§ 2.본 발명의 기본적 실시형태에 관한 조명 장치＞＞＞
이어서, 본 발명의 기본적 실시예에 따른 조명 장치(100)의 구성을, 도 9의 측면도를 참조하여 설명한다. 도시한 바와 같이, 이 조명 장치(100)는, 홀로그램 기록 매체(45), 코히렌트 광원(50) 및 광빔 주사 장치(60)를 포함한다.
여기서, 홀로그램 기록 매체(45)는 §1에 기술된 특징을 포함하는 매체이며, 산란판(30)의 이미지(35)가 기록되어 있다. 또, 코히렌트 광원(50)은, 홀로그램 기록 매체(45)를 작성할 때 사용한 광(물체광 Lobj 및 참조광 Lref)의 파장과 동일 파장을 가지는 코히렌트 광빔 L50을 발생시키는 광원이다.
한편, 광빔 주사 장치(60)는, 코히렌트 광원(50)에서 발생된 광빔 L50을, 소정의 주사 기점 B에서 굴곡시켜 홀로그램 기록 매체(45)에 조사하고, 또한 광빔 L50의 굴곡 태양을 시간에 따라 변화시켜, 홀로그램 기록 매체(45)에 대한 굴곡된 광빔 L60의 조사 위치가 시간에 따라 변화하도록 주사하는 장치이다. 이와 같은 장치는, 일반적으로, 주사 미러 디바이스로 공지된 장치이다. 도면에는, 설명의 편의상, 시각 t1에서의 굴곡 태양을 일점 쇄선으로 나타내고, 시각 t2에서의 굴곡 태양을 2점 쇄선으로 나타내고 있다. 즉, 시각 t1에서, 광빔 L50은 주사 기점 B에서 굴곡되어, 광빔 L60(t1)로 홀로그램 기록 매체(45)의 점 P(t1)에 조사되지만, 시각 t2에서는, 광빔 L50은, 주사 기점 B에서 굴곡되어 광 빔 L60(t2)로 홀로그램 기록 매체(45)의 점 P(t2)에 조사된다.
도면에서는, 편의상, 시각 t1 및 t2의 2개의 시점에서의 굴곡 태양만 나타나있지만, 실제로는, 시각 t1부터 t2까지 기간에 있어서, 광빔의 굴곡 방향은 원활하게 변화되고, 광빔 L60의 홀로그램 기록 매체(45)에 대한 조사 위치는, 도면의 점P(t1)에서 P(t2)로 서서히 이동하여 가게 된다. 즉, 시각 t1부터 t2까지 기간에 있어서, 광빔 L60의 조사 위치는, 홀로그램 기록 매체(45) 상에 있어서 점 P(t1)부터 P(t2)까지 주사된다.
여기서, 주사 기점 B의 위치를, 도 4에 도시된 수렴점 C의 위치와 일치하게 하면 (환언하면, 도 9의 홀로그램 기록 매체(45)와 주사 기점 B 사이의 위치 관계를 도 4의 홀로그램 감광 매체(40)와 수렴점 C 사이의 위치 관계와 동일하게 하면), 홀로그램 기록 매체(45)의 각 조사 위치에 있어서, 광빔 L60은 도 4에 도시된 참조광 Lref에 대응하는 방향(도 4에 도시된 참조광 Lref의 광로를 역행하는 방향)으로 조사된다. 따라서, 광빔 L60은, 홀로그램 기록 매체(45)의 각 조사 위치에서, 거기에 기록되어 있는 홀로그램을 재생하기 위한 정확한 재생용 조명광 Lrep로서 기능한다.
예를 들어, 시각 t1에서는, 점 P(t1)로부터의 회절광 L45(t1)에 의해, 산란판(30)의 재생 이미지(35)가 생성되고, 시각 t2에서는, 점 P(t2)로부터의 회절광 L45(t2)에 의해, 산란판(30)의 재생 이미지(35)가 생성된다. 물론, 시각 t1부터 t2까지의 기간에 있어서, 광빔 L60이 조사된 개개의 위치로부터의 회절광에 의해, 마찬가지로 산란판(30)의 재생 이미지(35)가 생성된다. 즉, 광빔 L60이, 주사 기점 B로부터 홀로그램 기록 매체(45)로 진행하는 광인 한, 홀로그램 기록 매체(45)상의 어떠한 위치에 광빔 L60이 조사되더라도, 조사 위치로부터의 회절광에 의해, 동일한 재생 이미지(35)가 동일한 위치에 생성된다.
이와 같은 현상은, 도 4에 도시된 바와 같이, 특정한 수렴점 C에 수렴하는 참조광 L23을 사용하여 산란판(30)의 이미지를 홀로그램 기록 매체(45) 상에 홀로그램으로 기록하고, 광빔 주사 장치(60)가 이 수렴점 C를 주사 기점 B로서 이용하여 광빔 L60을 주사하기 때문에 발생한다. 물론, 광빔 주사 장치(60)에 의한 주사를 정지하여, 광빔 L60의 조사 위치를 홀로그램 기록 매체(45) 상의 한 점에 고정한 경우일지라도, 동일한 재생 이미지(35)가 동일한 위치에 계속하여 생성된다. 그럼에도 불구하고, 광빔 L60을 주사하는 이유는 스펙클 노이즈를 억제하기 위함이다.
도 10은 도 9에 도시된 조명 장치(100)를 사용하여, 조명 대상물(70)을 조명하는 상태를 나타내는 측면도이다. 조명 장치(100)는, 홀로그램 기록 매체(45)로부터 얻어지는 산란판의 이미지(35)의 재생광을 조명광으로 사용하는 장치이다. 여기서는, 조명 대상물(70)의 좌측면을 조명 장치(100)로 조명하기 위하여, 도시한 바와 같이, 산란판의 재생 이미지(35)의 좌측면에 조명 대상물(70)의 좌측면을 일치시킨 위치에, 조명 대상물(70)을 배치한 경우를 생각해 본다. 이 경우, 조명 대상물(70)의 좌측면이 수광면 R이 되고, 홀로그램 기록 매체(45)로부터의 회절광은 상기 수광면 R에 조사된다.
따라서, 이 수광면 R 상에 임의의 주목점 Q를 설정하고, 이 주목점 Q에 도달하는 회절광이 어떠한 것인지를 생각해 본다. 먼저, 시각 t1에서, 코히렌트 광원(50)으로부터 나온 광빔 L50이, 도면에서 일점 쇄선으로 나타난 바와 같이, 주사 기점 B에서 굴곡되어, 광빔 L60(t1)로 점 P(t1)에 조사된다. 그리고, 점 P(t1)로부터의 회절광 L45(t1)가 주목점 Q에 도달한다. 한편, 시각 t2에서는, 코히렌트 광원(50)으로부터 나온 광빔 L50이, 도면에서 2점 쇄선으로 나타난 바와 같이, 주사 기점 B에서 굴곡되어, 광빔 L60(t2)로 점 P(t2)에 조사된다. 그리고, 점 P(t2)로부터의 회절광 L45(t2)가 주목점 Q에 도달한다.
결국, 이와 같은 회절광에 의해, 주목점 Q의 위치에는, 항상 산란판(30)의 주목점 Q의 위치에 대응하는 재생 이미지가 생성되지만, 주목점 Q에 대한 회절광의 입사각은, 시각 t1과 시각 t2사이에서 상이하다. 환언하면, 광빔 L60을 주사한 경우, 수광면 R 상에 형성되는 재생 이미지(35)는 변하지 않더라도, 수광면 R상의 개개의 점에 도달하는 회절광의 입사 각도는 시간에 따라 변화하게 된다. 이와 같은 시간에 따른 입사 각도의 변화는 스펙클을 감소시키는데 크게 공헌한다.
전술한 바와 같이, 코히렌트 광을 사용할 때 스펙클이 발생하는 이유는, 수광면 R의 각 부분에서 반사된 코히렌트 광이 극히 높은 가간섭성을 가지며 서로 간섭하기 때문이다. 그러나, 본 발명에서는, 광빔 L60을 주사함으로써, 수광면 R의 각 부분으로의 회절광의 입사 각도가 시간에 따라 변하므로, 간섭의 태양도 시간에 따라 변하며, 다중도를 갖게 된다. 그러므로, 스펙클의 발생 요인은, 시간적으로 분산되고, 생리적으로 악영향을 주는 반점 모양이 계속하여 관찰되는 사태를 완화할 수 있다. 이것이 본 발명의 기본 원리이다.
도 11은 도 9에 도시된 조명 장치(100)를 실내 조명에 이용한 실시예를 나타낸 측면도이다. 도시한 바와 같이, 실내의 바닥면(200)에는, 테이블(75) 및 의자(76, 77)가 배치되어 있고, 테이블(75)의 상면(본 실시예에서는, 테이블 보의 표면)이 조명 대상물이며, 수광면 R을 형성한다. 도시한 바와 같이, 조명 장치(100)는 천장(210)에 장착되어 있다. 도면에서 편의상, 조명 장치(100)가, 테이블(75)과 대략 같은 크기로 그려져 있지만, 실제로는, 코히렌트 광원(50)으로서 반도체 레이저를 사용하고, 광빔 주사 장치(60)로서 주사형 미러 디바이스를 이용하면, 일반적인 실내 조명용의 조명 장치와 같은 정도로 소형화할 수 있다.
코히렌트 광원(50)으로서 예를 들어, 녹색의 레이저 광원을 이용하면, 테이블(75)의 상면(수광면 R)은 녹색의 조명 스폿으로 비추어지게 된다. 이와 같은 코히렌트 광을 사용하는 조명은, 종래의 일반적인 실내 조명과는 분명히 구별되며, 관찰자에게 매우 참신한 조명 효과를 줄 수 있다. 즉, 레이저광이 가지는 단색성에 의해, 수광면 R은 극히 선명한 녹색으로 비추어지게 된다. 또, 레이저광이 가지는 지향성에 의해, 선명한 윤곽을 가지는 조명 스폿을 형성할 수 있다. 실제, 수광면 R에 형성되는 조명 스폿의 윤곽은 재생 이미지(35)의 윤곽이 되므로, 수광면 R이 재생 이미지(35)의 재생 위치에 배치되어 있으면, 산란판(30)의 선명한 재생 이미지가 수광면 R에 형성된다. 또한, 레이저 광원은 일반적으로 높은 광 변환 효율을 가지므로, 저소비 전력으로 높은 휘도의 조명이 가능하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 극히 높은 색순도를 갖는 단색의 면조명이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에 따른 조명 장치에서는, 전술한 것과 같이 수광면 R의 각 부분에 조사되는 광의 입사 각도가 시간에 따라 다중화되므로, 스펙클의 발생이 억제된다. 따라서, 레이저 포인터에 의한 조명에서 관찰되는 반짝이는 반점 형상의 노이즈가 감소하고, 사람에게 생리적 불쾌감을 주지 않는다. 따라서, 실내 조명에 충분히 이용 가능한 조명 장치를 실현할 수 있다.
또한, 도 11은 조명 대상물(테이블(75)의 상면)을 산란판(30)의 재생 이미지(35)가 생성되는 위치에 배치한 실시예를 도시하였으나, 조명 장치로서 이용하는 경우, 조명 대상물의 위치는 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 11에 도시된 실시예의 경우, 테이블(75)의 상면(수광면 R)에는, 산란판(30)의 재생 이미지(35)가 생성되므로, 수광면 R은 재생 이미지(35)를 표시하는 스크린으로서의 기능을 수행하게 되어, 전술한 바와 같이, 선명한 윤곽을 가지는 조명 스폿이 수광면 R에 형성된다. 그러나, 단순한 조명 장치로서 이용하는 것이면, 반드시 선명한 윤곽을 가지는 조명 스폿을 형성할 필요는 없다.
예를 들어, 도 11에 도시된 배치에 있어서, 테이블(75)을 철거하면, 홀로그램 기록 매체(45)로부터의 회절광은 바닥면(200)에 조사된다. 이러한 경우라도, 재생 이미지(35)의 생성 위치에는 변화가 없기 때문에, 사람의 눈에는, 재생 이미지(35)가 보이지 않게 된다 (재생 이미지(35)의 위치에는, 광을 산란하는 물체가 없기 때문에, 재생 이미지(35)는 사람의 눈에 형성되지 않는다). 그럼에도 불구하고, 바닥면(200)까지 닿은 회절광은 바닥면(200)에 의해 산란되고, 사람의 눈까지 도달하므로, 조명 장치(100)는, 바닥면(200)에 대한 조명 기능을 완수할 수 있다.
물론, 의도적으로 수광면 R의 위치를 재생 이미지(35)의 생성 위치 외부로 설정하는 것과 같은 조명 방법을 이용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 도 11에 도시된 테이블(75)보다 약간 낮은 테이블을 배치하면, 약간 초점이 흐려진 재생 이미지(35)가 테이블 상면에 형성되게 된다. 그러나, 테이블 상면을 조명하려는 목적이면, 약간 초점이 흐려진 재생 이미지(35)를 형성하는 것이 부드러운 조명 효과를 가져다주므로 오히려 바람직한 경우도 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 조명 장치를 이용하는 경우, 조명 대상물의 위치는 기호에 따라 적당히 결정해야 할 사항이며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
＜＜＜§ 3.조명 장치 각 구성요소의 상세한 설명＞＞＞
도 9에 도시된 조명 장치(100)는 §2에서 설명한 바와 같이, 홀로그램 기록 매체(45), 코히렌트 광원(50) 및 광빔 주사 장치(60)를 포함한다. 여기서는, 이들 각 구성 요소에 대하여, 보다 상세하게 설명한다.
＜3-1＞코히렌트 광원
먼저, 코히렌트 광원(50)으로, 홀로그램 기록 매체(45)를 생성하는데 사용한 광(물체광 Lobj 및 참조광 Lref)의 파장과 동일 파장을 가지는 코히렌트 광빔 L50을 발생시키는 광원을 이용한다. 무엇보다, 코히렌트 광원(50)에 의해 발생되는 광빔 L50의 파장은, 홀로그램 기록 매체(45)를 작성하는데 사용한 광의 파장과 완전하게 동일할 필요는 없으며, 극히 유사한 파장을 가지면, 홀로그램의 재생 이미지를 얻을 수 있다. 요컨대, 본 발명에 사용하는 코히렌트 광원(50)은, 산란체의 이미지(35)를 재생하는 것이 가능한 파장을 가진 코히렌트 광빔 L50을 발생시키는 광원이면 된다.
실제로는, 도 5에 도시된 코히렌트 광원(10)과 동일한 광원을, 그대로 코히렌트 광원(50)으로 이용할 수 있다. 여기에 나타내는 실시예의 경우, 파장λ= 532nm(녹색)의 레이저광을 방출하는 것이 가능한 DPSS(Diode Pumped Solid State)레이저 장치를 코히렌트 광원(50)으로 사용하였다. DPSS 레이저는, 소형이면서 비교적 고출력의 원하는 파장의 레이저광을 얻을 수 있으므로, 본 발명에 따른 조명 장치로 이용하기에 적절한 코히렌트 광원이다.
상기 DPSS 레이저 장치는 일반적인 반도체 레이저에 비해 코히렌트 길이가 길기 때문에, 스펙클이 발생하기 쉬워, 종래에는 조명 용도로는 부적합하다고 인식되어 왔다. 즉, 종래에는, 스펙클을 감소시키기 위해, 레이저광의 발진 파장의 범위를 확장하고, 가능한 한 코히렌트 길이를 짧게 하려 노력했다. 이에 대하여, 본 발명에서는, 코히렌트 길이가 긴 광원을 사용한 경우에도 전술한 원리에 의해, 스펙클의 발생을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 광원으로 DPSS 레이저 장치를 사용한 경우에도, 실제 사용에 있어서 스펙클의 발생은 문제되지 않는다. 이와 같은 점에 있어서, 본 발명을 이용하면, 광원의 선택 범위를 보다 넓히는 효과를 얻을 수 있다.
＜3-2＞광빔 주사 장치
광빔 주사 장치(60)는, 홀로그램 기록 매체(45) 상에, 광빔을 주사하는 기능을 가진 장치이다. 여기서는, 이 광빔 주사 장치(60)에 의한 빔 주사의 구체적인 방법을 설명한다. 도 12는 도 9에 도시된 조명 장치(100)에서 홀로그램 기록 매체(45) 상의 광빔의 주사 태양의 제1 예를 나타내는 평면도다. 본 예에서는, 홀로그램 기록 매체(45)로 가로폭 Da=12mm, 세로폭 Db=10mm를 가지는 매체를 사용하고, 상기 매체 위를 주사하는 광빔 L60으로 직경 1mm의 원형 단면을 가지는 레이저빔을 사용한다. 도시한 바와 같이, CRT에서 전자선의 주사와 같이, 광빔 L60의 조사 위치를, 제1 행의 개시 영역 A1S부터 종료 영역 A1E까지 수평 방향으로 주사하고, 이어서, 제2 행의 개시 영역 A2S부터 종료 영역 A2E까지 수평 방향으로 주사하며, . . ., 마지막으로, 제n 행의 개시 영역 AnS부터 종료 영역 AnE까지 수평 방향으로 주사한 후, 다시, 제1 행의 개시 영역 A1S로 돌아와, 동일한 작업을 반복하는 방법을 이용한다.
도 12에 도시된 주사 방법에서, 홀로그램 기록 매체(45)의 전체 면이 광빔에 의해 주사되지만, 본 발명에서는, 반드시 홀로그램 기록 매체(45)의 전체 면을 빠짐없이 주사할 필요는 없다. 예를 들어, 도 13은 도 12에 도시된 주사 방법에서 홀수 행만 주사하고, 짝수 행은 주사를 생략한 예이다. 이와 같이, 1행 간격으로 주사하는 경우, 홀로그램 기록 매체(45)의 일부 영역에 기록되어 있는 홀로그램 정보는, 이미지의 재생에 전혀 기여하지 않게 되지만, 이는 특별히 문제가 되지 않는다. 도 14는 더 극단의 주사 방법을 나타낸 예로, 세로폭 Db의 중앙 위치에서, 개시 영역 A1S부터 종료 영역 A1E까지 수평 방향으로 오직 1행만 반복하여 주사하는방법이다.
물론, 주사 방향은 자유롭게 설정될 수 있으며, 제1 행의 주사를 좌측에서 우측으로 행한 후, 제2 행의 주사를 우측에서 좌측으로 행하도록 해도 된다. 또한, 주사 방향은 반드시 직선에 한정되는 것이 아니고, 홀로그램 기록 매체(45) 상에서 원을 그리는 것 같은 주사도 가능하다.
그리고, 도 2에 도시된 실시예와 같이, 홀로그램 감광 매체(40)의 일부의 영역(해칭된 영역)에만 참조광 Lref를 조사하여 기록하는 경우에는, 다른 영역(외부의 흰 영역)에는 홀로그램이 기록되어 있지 않다. 이와 같은 경우, 외부의 흰 영역까지 주사되면, 재생 이미지(35)를 얻을 수 없기 때문에, 조명이 일시적으로 어두워진다. 따라서, 실제 사용에 있어서, 홀로그램이 기록되어 있는 영역만을 주사하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 홀로그램 기록 매체(45) 상에서의 광빔의 주사는 광빔 주사 장치(60)에 의해 수행된다. 이 광빔 주사 장치(60)는, 코히렌트 광원(50)으로부터의 광빔 L50을, 주사 기점 B(홀로그램 기록 시의 수렴점 C)에서 굴곡시켜, 광빔 L50을 홀로그램 기록 매체(45)에 조사하는 기능을 가진다. 또한, 상기 굴곡 태양(굴곡 방향과 굴곡 각도의 크기)을 시간에 따라 변화시킴으로써, 굴곡된 광빔 L60의 홀로그램 기록 매체(45)에 대한 조사 위치가 시간에 따라 변화하도록 주사한다. 이와 같은 기능을 가진 장치는, 주사형 미러 디바이스로서 각종 광학계에서 활용되고 있다.
예를 들면, 도 9에 도시된 실시예에서는, 편의상, 광빔 주사 장치(60)로서 단순한 반사경이 도시되어 있지만, 실제로는, 이 반사경을 2축 방향으로 회동시키는 구동 기구가 구비된다. 즉, 도시된 반사경의 반사면의 중심 위치에 주사 기점 B를 설정하고, 상기 주사 기점 B를 관통하고, 반사면 상에서 서로 직교하는 V축 및 W축을 정의한 경우, 이 반사경을 V축(도면의 지면에 수직인 축) 주위로 회동시키는 기구와, W축(도에 파선으로 도시되는 축) 주위로 회동시키는 기구가 구비된다.
이와 같이, V축 및 W축 주위를 독립적으로 회동 가능한 반사경을 이용하면, 반사된 광빔 L60을 홀로그램 기록 매체(45) 상에서 수평 방향 및 수직 방향으로 주사할 수 있다. 예를 들어, 전술한 기구에 있어서, 반사광을 V축 주위로 회동하면, 도 12에 도시된 홀로그램 기록 매체(45) 상에서 광빔 L60의 조사 위치를 수평 방향으로 주사할 수 있으며, 반사광을 W축 주위로 회동하면, 조사 위치를 수직 방향으로 주사할 수 있다.
요컨대, 광빔 주사 장치(60)가, 주사 기점 B를 포함하는 평면상에서 광빔이 요동 운동하도록 광빔 L60을 굴곡시키는 기능이 있으면, 홀로그램 기록 매체(45) 상에서 광빔 L60의 조사 위치를 1차원 방향으로 주사할 수 있다. 도 14에 도시된 실시예와 같이, 광빔을 수평 방향으로만 주사하도록 장치를 작동시킨다면, 광빔 주사 장치(60)는 홀로그램 기록 매체(45) 상에서 광 빔의 조사 위치를 1차원 방향으로 주사하는 기능을 가지는 것으로 충분하다.
이에 대하여, 홀로그램 기록 매체(45) 상에서 광빔 L60의 조사 위치를 2차원 방향으로 주사하도록 장치를 작동시킨다면, 광빔 주사 장치(60)는 주사 기점 B를 포함하는 제1 평면상에서 광빔이 요동 운동하도록 광빔 L60을 굴곡시키는 기능과(도 9에 있어서, V축 주위로 반사경을 회동시키면, 광빔 L60은 지면에 포함되는 평면상에서 요동 운동한다), 주사 기점 B를 포함하고 제1 평면과 직교하는 제2 평면상에서 광빔이 요동 운동하도록 광빔 L60을 굴곡시키는 기능을(도 9에 있어서, W축 주위로 반사경을 회동시키면, 광빔 L60은 지면에 수직인 평면상에서 요동 운동한다) 구비해야한다.
광빔의 조사 위치를 1차원 방향으로 주사하기 위한 주사형 미러 디바이스로서, 다면경 미러가 널리 이용된다. 또, 조사 위치를 2차원 방향으로 주사하기 위한 주사형 미러 디바이스로서 다면경 미러를 2세트 조합한 것을 사용할 수도 있으며, 짐벌(gimbal) 미러, 갈바노(galvano) 미러, MEMS 미러 등의 디바이스가 알려져 있다. 또한, 통상의 미러 디바이스 이외에도, 전반사 프리즘, 굴절 프리즘 및 전기 광학 결정(KTN 결정 등) 등도, 광빔 주사 장치(60)로 이용 가능하다.
그리고, 광빔 L60의 직경이 홀로그램 기록 매체(45)의 크기에 근접하게 되면, 스펙클을 억제하는 효과가 손실될 수 있으므로 유의할 필요가 있다. 도 12 내지 도 14에 도시된 실시예의 경우, 전술한 바와 같이 홀로그램 기록 매체(45)의 가로폭 Da=12mm, 세로폭 Db=10mm이며, 광빔 L60은 직경 1mm의 원형 단면을 가진 레이저빔이다. 이와 같은 치수 조건이면, 스펙클을 억제하는 효과를 충분히 얻을 수 있다. 이것은, 홀로그램 기록 매체(45) 상의 어느 영역에도, 광빔 L60을 일시적으로 조사하므로, 동일한 영역으로부터 계속하여 회절광이 나올 수 없기 때문이다.
그런데, 예를 들어, 도 15에 도시된 실시예와 같이, 홀로그램 기록 매체(45)의 크기에 근접한 직경을 가지는 광빔을 조사하는 경우, 계속하여 회절광을 방출하는 영역(도면의 해칭 부분)이 형성되게 된다. 즉, 광빔 L60의 조사 위치를 제1 행의 개시 영역 A1S부터 종료 영역 A1E까지 수평 방향으로 주사한 경우라도, 도면에서 해칭한 영역 a1은, 항상 광빔이 조사된다. 마찬가지로, 제n 행의 개시 영역 AnS부터 종료 영역 AnE까지 수평 방향으로 주사하는 경우라도, 영역 a2는, 항상 광빔이 조사된다. 또, 수직 방향의 주사를 고려하면, 각 행의 개시 영역은 영역 a3과 중첩되고, 각 행의 종료 영역은 영역 a4와 중첩되므로, 이러한 영역들은 주사하는 행을 바꾸어도, 항상 광빔이 조사된다.
결국, 이들 해칭된 영역은 광빔 주사의 이익을 얻을 수 없으며 계속하여 회절광이 방출된다. 그 결과, 그와 같은 영역으로부터 방출되는 회절광은, 조명 대상물의 수광면 R 상에 동일한 각도로 계속하여 입사되어, 스펙클 발생 요인이 된다. 따라서, 광빔 L60의 직경은 홀로그램 기록 매체(45)의 크기에 근접하도록 증가하여서는 안 된다.
이와 같은 폐해는, 주사 피치를 광빔 L60의 직경 보다 작게 설정한 경우에도 발생한다. 예를 들어, 도 12는, 세로 방향의 주사 피치를 광빔 L60 직경과 동일하게 설정한 예이며, 도 13은, 세로 방향의 주사 피치를 광빔 L60 직경의 2배로 설정한 예이다. 이와 같이, 세로 방향(부주사 방향)의 주사 피치를 광빔의 직경 이상으로 설정하면, 제i 행의 주사 영역과 제(i+1) 행의 주사 영역이 서로 중첩되지 않지만, 주사 피치가 광빔의 직경 미만이 되면, 중첩 영역이 발생하고, 전술한 바와 같이 스펙클 발생 요인이 될 수 있다.
또, 느린 주사 속도도 스펙클 발생 요인이 될 수 있다. 예를 들어, 한 행을 주사하는 데 1시간이 걸리는 것과 같이 느린 속도로 주사한다면, 사람의 시각적 시간 분해능의 관점에서는 주사하지 않는 것과 같고, 스펙클을 인식하게 된다. 광빔을 주사함으로써 스펙클을 감소시키는 이유는, 전술한 바와 같이, 수광면 R의 각 부분에 조사되는 광의 입사 각도가 시간에 따라 다중화되기 때문이다. 따라서, 빔 주사에 의한 스펙클 감소 효과를 충분히 얻기 위해서는, 스펙클을 유발하는 원인이 되는 동일한 간섭 조건이 유지되는 시간을 사람의 시각적 시간 분해능보다 짧아지도록 하면 된다.
일반적으로, 사람의 시각적 시간 분해능의 한계는 대략 1/20 내지 1/30초 정도이며, 1초 동안 20 내지 30 프레임 이상의 정지 화상을 제시하면, 사람에게는 스무스한 동영상으로 인식된다. 이와 같은 점을 고려하면, 광빔의 직경을 d라 하는 경우, 1/20 내지 1/30초 동안 d 이상의 거리를 진행하는 주사 속도(초속 20d 내지 30d의 속도)로 주사하면, 충분한 스펙클 감소 효과를 얻을 수 있다.
＜3-3＞홀로그램 기록 매체
홀로그램 기록 매체(45)의 상세한 제조 프로세스는 이미 § 1에서 설명한 것과 같다. 즉, 본 발명에서 사용하는 홀로그램 기록 매체(45)는 특정한 수렴점 C에 수렴하는 참조광을 사용하여 산란판(30)의 이미지를 홀로그램으로서 기록하는 특징을 갖는 매체이다. 그래서, 여기서는, 본 발명에서 이용하는데 적합한 구체적인 홀로그램 기록 매체의 형태를 설명한다.
홀로그램에는, 몇 개의 물리적인 형태가 있다. 본 발명의 발명자는, 본 발명을 이용하는 데에는 체적형 홀로그램이 가장 바람직하다고 생각한다. 특히, 포토폴리머(photopolymer)를 사용하는 체적형 홀로그램을 사용하는 것이 최적이다.
일반적으로, 현금카드나 금권 등에 위조 방지용 실(seal)로서 이용되는 홀로그램은, 표면 릴리프(엠보스)형 홀로그램으로 불리며, 홀로그램 간섭 무늬는 표면의 요철 구조에 의해 기록된다. 물론, 본 발명을 실시하는데 있어서, 산란판(30)의 이미지를, 표면 릴리프형 홀로그램으로 기록하는 홀로그램 기록 매체(45)(일반적으로, 홀로그래픽 확산기(holographic diffuser)로 불리고 있다)를 이용하는 것도 가능하다. 그러나, 이 표면 릴리프형 홀로그램의 경우, 표면의 요철 구조에 의한 산란이, 새로운 스펙클 생성 요인이 될 수 있으므로, 스펙클 저감이라는 관점에서는 바람직하지 않다. 또, 표면 릴리프형 홀로그램에서는, 다다음 회에서 광이 발생하므로, 회절 효율이 낮아지고, 회절 성능(회절각을 어디까지 증가시킬 수 있는지를 결정하는 성능)에도 한계가 있다.
이에 대하여, 체적형 홀로그램에서는, 홀로그램 간섭 무늬가 매체 내부의 굴절률 분포로 기록되므로, 홀로그램이 표면 요철 구조에 의한 산란의 영향을 받지 않는다. 또, 일반적으로, 체적형 홀로그램의 회절 효율이나 회절 성능이 표면 릴리프형 홀로그램보다 우수하다. 따라서, 본 발명을 실시할 때, 산란판(30)의 이미지를 체적형 홀로그램으로 기록하는 매체를 홀로그램 기록 매체(45)로 이용하는 것이 최적이다.
다만, 체적형 홀로그램의 경우에도, 할로겐화은 재료를 포함하는 감광 매체를 이용하여 기록하는 타입의 것은, 할로겐화은 입자에 의한 산란이 새로운 스펙클생성 요인이 될 수 있으므로, 이러한 타입은 피하는 것이 바람직하다. 이와 같은 이유로, 본 발명의 발명자는, 본 발명에 이용하는 홀로그램 기록 매체(45)로 포토폴리머를 사용한 체적형 홀로그램을 최적으로 생각한다. 이와 같은 포토폴리머를 사용한 체적형 홀로그램의 구체적인 화학 조성은, 예를 들어, 일본 특허 공보 제2849021호에 설명되어 있다.
무엇보다, 양산성 관점에서는, 체적형 홀로그램보다 표면 릴리프형 홀로그램이 우수하다. 표면 릴리프형 홀로그램은, 표면에 요철 구조를 가진 원판을 준비하고, 이 원판을 사용한 프레스 가공을 통해, 매체의 양산이 가능하다. 따라서, 제조 비용을 절감할 필요가 있는 경우에는, 표면 릴리프형 홀로그램을 이용하면 된다.
또, 홀로그램의 물리적인 형태로서, 평면상에 농담(濃淡) 패턴으로 간섭 무늬를 기록한 진폭변조형 홀로그램도 널리 보급되어 있다. 그러나, 이 진폭변조형 홀로그램은, 회절 효율이 낮고, 진한 패턴부분이 광을 흡수해버리므로, 본 발명에 이용한 경우, 충분한 조명 효율을 확보할 수 없다. 다만, 그 제조 공정에서는, 평면상에 농담 패턴을 인쇄하는 간편한 방법을 채용할 수 있으므로, 제조 비용면에서 이점이 있다. 따라서, 용도에 따라서는, 진폭변조형 홀로그램을 본 발명에 채용하는 것도 가능하다.
그리고, 도 1에 나타내는 기록 방법에서, 이른바 프레넬(Fresnel) 타입의 홀로그램 기록 매체가 작성되지만, 렌즈를 통해 산란판(30)을 기록함으로써 얻어지는 퓨리에 변환 타입의 홀로그램 기록 매체를 작성해도 무방하다. 이 경우, 필요에 따라 회절광 L45의 광로 상에 렌즈를 설치하여 집광하도록 함으로써, 조명 효율을 향상시킬 수도 있지만, 렌즈 없이도 조명 장치로서의 기능을 충분히 완수할 수 있다.
＜＜＜§ 4.본 발명에 따른 조명 장치의 변형 예＞＞＞
지금까지, 본 발명에 따른 조명 장치의 기본적인 실시예에 대하여 설명했다. 이 기본적인 실시예를 실시하는 경우, 먼저, 산란판(30)의 이미지(35)를 기록용 매체(40) 상에 홀로그램으로 기록함으로써 홀로그램 기록 매체(45)를 작성할 준비 단계를 수행하고, 준비 단계에서 작성한 홀로그램 기록 매체(45)를 사용하여 조명 장치(100)을 구성하고, 홀로그램 기록 매체(45) 상에 코히렌트 광빔 L60을 조사하며, 또한 조사 위치가 시간에 따라 변화하도록 이 광빔 L60을 홀로그램 기록 매체(45) 상에서 주사하는 조명 단계를 수행한다.
이 경우, 준비 단계에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 코히렌트 조명광 L12를 산란판(30)에 조사하고, 산란판(30)으로부터 얻어지는 산란광 L30을 물체광 Lobj로 사용한다. 또, 소정 광로를 따라 기록용 매체(40)에 조사되고, 조명광 L12와 동일 파장을 갖는 코히렌트 광 L23을 참조광 Lref로 사용한다. 그리고, 물체광 Lobj와 참조광 Lref에 의해 형성되는 간섭 무늬를 기록용 매체(40)에 기록함으로써 홀로그램 기록 매체(45)를 작성한다. 또, 조명 단계에서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 참조광 Lref와 동일한 파장(또는, 홀로그램의 재생이 가능한 근사 파장)의 광빔 L60이, 참조광 Lref의 광로를 따르는 광로를 통하여 홀로그램 기록 매체(45) 상의 조사 위치를 향해 진행하도록 주사하고(환언하면, 참조광 Lref와 광학적으로 공역이 될 방향으로부터 광빔 L60을 주고), 홀로그램 기록 매체(45)로부터 얻어지는, 산란판(30)의 이미지(35)의 재생 광을 조명 광으로 사용한다.
여기서는, 전술한 기본적인 실시예의 몇 개의 변형 예를 설명한다.
＜4-1＞ 1차원 주사를 전제로 하는 홀로그램 기록 매체
도 1에 도시되는 홀로그램 기록 매체의 작성 프로세스에서, 평행광속 L22를 볼록 렌즈(23)(수렴점 C의 위치에 초점을 가지는 렌즈)로 집광하여 참조광 Lref로매체(40)에 조사한다. 즉, 수렴점 C를 정점으로 하는 원추(이론적으로는, 서로 상이한 반경을 가지는 원추가 무수히 존재함)의 측면을 따라, 수렴점 C에 3차원적으로 수렴하는 참조광 Lref를 사용하여 산란판(30)의 이미지를 기록한다.
이와 같이 3차원적으로 수렴하는 참조광 Lref을 사용하는 것은, 도 9에 도시된 조명 장치에 있어서, 주사 기점 B로부터 3차원적으로 발산하는 광로를 취하도록, 광빔 L60을 3차원적으로 주사하는 것(반사경의 V축 주위의 회동과 W축 주위의 회동을 결합시켜 빔을 주사하는 것)을 전제로 한다. 그리고,광 빔 L60을 3차원적으로 주사하는 이유는, 홀로그램 기록 매체(45) 상에서 광빔의 조사 위치를 2차원적으로 주사하기 위해서이다(도 12에 있어, 가로 방향의 주사와 세로 방향의 주사를 행하므로).
다만, 홀로그램 기록 매체(45) 상에서의 광빔의 조사 위치의 주사는, 반드시 이차원적으로 행할 필요는 없다. 예를 들어, 도 14에는, 광빔을 수평 방향으로만 주사하는 예가 나타나 있다. 이와 같이, 광빔의 조사 위치를 1차원적으로 주사하는 것을 전제로 하면, 홀로그램 기록 매체도, 그와 같이 동일한 전제로 작성하는 것이 합리적이다. 구체적으로, 1차원적인 주사가 전제이면, 도 14에 도시된 바와 같은 홀로그램 기록 매체(45)를 작성하는 대신, 도 16에 도시된 바와 같은 밴드형홀로그램 기록 매체(85)를 작성하는 것으로 충분하다.
이 홀로그램 기록 매체(85)를 사용한 경우, 광빔 주사 장치(60)에 의한 주사는, 좌측단의 개시 영역 A1S로부터 우측단의 종료 영역 A1E에 이르는 1행 분의 주사를 반복하면 된다. 이 경우, 좌측으로부터 우측으로 향하는 1행 분의 주사를 반복해도 되고, 또는 좌측으로부터 우측에 주사한 후, 우측으로부터 좌측으로 주사하는 것과 같은 왕복 운동을 행해도 상관없다. 사용하는 광빔 L60가 직경 1mm의 원형 단면을 가진 레이저빔인 경우, 도 16에 나타내는 홀로그램 기록 매체(85)의 세로폭 Db= 1mm로 하면 충분하다. 따라서, 도 14에 나타내는 홀로그램 기록 매체(45)를 사용하는 경우에 비해 공간절약화를 도모할 수 있고, 장치 전체를 소형화하는 것이 가능하게 된다.
이와 같은 1차원 주사를 전제로 한 홀로그램 기록 매체(85)는, 도 1에 도시된 광학계를 사용하여 작성하는 것도 가능하지만, 그 대신에, 도 17에 도시된 광학계를 사용하여 작성할 수도 있다. 도 17에 도시된 광학계는, 도 1에 도시된 광학계에서의 볼록 렌즈(23)를 실린더형(cylindrical) 렌즈(24)로 치환하고, 직사각형의 평면을 가진 홀로그램 감광 매체(40)를, 가늘고 긴 밴드형의 평면을 가진 홀로그램 감광 매체(80)로 치환하여 것이며, 그 외의 구성 요소에 변화는 없다. 홀로그램 감광 매체(80)의 가로폭 Da는, 홀로그램 감광 매체(40)의 가로폭과 같지만, 그 세로폭 Db(도 17에 있어서, 지면에 수직 방향의 폭)는, 대략 광 빔의 직경(전술한 예의 경우, 대략 1mm)정도이다. 실린더형 렌즈(24)는, 도 17의 지면에 수직인 중심축을 가지는 원기둥의 표면을 가지는 렌즈이며, 도 17에 있어서, 수렴점 C를 관통하고 지면에 수직인 집광축을 정의한 경우, 평행광속 L22를 상기 집광축에 집광하는 기능을 수행한다. 다만, 실린더형 렌즈의 성질상, 광의 굴절은, 지면에 평행한 평면 내에서만 발생하고, 지면에 수직인 방향으로의 굴절은 발생하지 않는다. 환언하면, 수렴점 C를 포함하고, 실린더형 렌즈의 원기둥의 중심축에 직교하는 평면(도 17의 지면)에 주목하면, 상기 평면을 따라 2차원으로 수렴하는 광 L24가, 참조광 Lref로서 주어지게 된다.
이와 같이, 본 발명에 있어서 "광이 수렴점 C로 수렴하는" 이라고 말한 경우는 도 1의 광학계에 도시된 볼록 렌즈(23)에 의한 3차원적인 수렴뿐만 아니라, 도 17의 광학계에 도시된 실린더형 렌즈(24)에 의한 2차원적인 수렴도 의미하는 것이다. 그리고, 도 16에 도시된 바와 같이, 1차원 주사를 전제로 한 홀로그램 기록 매체(85)를 작성하는 경우에는, 도 17의 광학계에 도시된 바와 같이, 수렴점 C를 관통하는 소정의 집광축(도면의 예의 경우, 수렴점 C를 관통하고 지면에 수직인 축)에 평행한 중심축을 가지는 원기둥 면을 가지는 실린더형 렌즈(24)를 사용하여, 대략 평행한 코히렌트 광의 광속 L22를 상기 집광축 상에 집광하고, 수렴점 C에 2차원적으로 수렴하는 광 L24를 참조광 Lref로서 사용하여, 산란판(30)의 홀로그램 이미지를 기록하면 된다.
＜4-2＞ CGH으로 이루어지는 홀로그램 기록 매체
지금까지 설명한 홀로그램 기록 매체의 작성 프로세스는, 홀로그램 감광 매체에 실제로 광을 조사하고, 거기에 생기는 간섭 무늬를 감광 매체의 화학 변화에 의해 고정시키는 순수한 광학적 방법을 채용하는 것이다. 이에 대하여, 최근에는, 이와 같은 광학적 프로세스를 컴퓨터상에서 시뮬레이션하고, 연산에 의해 간섭 무늬의 정보를 계산하고, 그 결과를 임의의 물리적인 방법으로 매체 상에 고정시키는 방법이 확립되어 왔다. 이와 같은 방법으로 작성된 홀로그램은, 일반적으로 계산기 합성 홀로그램(CGH: Computer Generated Hologram)으로 불리고 있다.
본 발명에 사용하는 홀로그램 기록 매체에 기록되어 있는 홀로그램은, 이와 같은 계산기 합성 홀로그램이어도 무방하다. 즉, § 1에서 설명한 광학적 프로세스로 홀로그램 기록 매체를 작성하는 대신에, 가상의 산란판으로부터의 가상의 물체광과 가상의 참조광을 사용한 시뮬레이션 연산을 실행하여, 가상의 기록면 상에 생성되는 간섭 무늬의 정보를 구하고, 이 정보를 물리적인 방법으로 매체 상에 기록하여 계산기 합성 홀로그램을 작성할 수 있다.
도 18은, 본 발명에 따른 조명 장치의 구성 요소인 홀로그램 기록 매체를, CGH의 방법으로 작성하는 원리를 나타낸 측면도이며, 도 4에 도시된 광학적 현상을, 컴퓨터상에서 시뮬레이션하는 방법을 나타낸 것이다. 여기서, 도 18에 도시된 가상의 산란판(30')은 도 4에 도시된 실재의 산란판(30)에 대응하고, 도 18에 도시된 가상의 기록면(40')은 도 4에 도시된 실재의 홀로그램 감광 매체(40)에 대응한다. 도시한 물체광 Lobj는, 가상의 산란판(30')으로부터 방출되는 가상의 광이며, 도시한 참조광 Lref는, 이 물체광 Lobj와 동일 파장을 갖는 가상의 광이다. 참조광 Lref가, 수렴점 C에 수렴하는 광인 점은, 지금까지 설명한 방법과 동일하다. 기록면(40') 상의 각 점에서는, 이 가상의 물체광 Lobj와 참조광 Lref의 간섭 무늬의 정보가 연산된다.
그리고, 가상의 산란판(30')으로서, 예를 들면, 다각형 등으로 표현되는 미세한 3차원 형상 모델을 사용하는 것도 가능하지만, 여기서는, 평면상에 다수의 점광원 D를 격자형으로 배열한 단순한 모델을 사용하고 있다. 도 19는, 도 18에 도시된 가상의 산란판(30')의 정면도이며, 작고 하얀 원은, 각각 점광원 D를 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 다수의 점광원 D가, 가로 방향 피치 Pa, 세로 방향 피치 Pb로 격자형으로 배열되어 있다. 피치 Pa 및 Pb는, 산란판의 표면 거칠기를 결정하는 파라미터이다.
본원 발명자는, 점광원 D의 피치 Pa 및 Pb를 각각 대략 10㎛정도의 치수로 설정하여 기록면(40') 상에 생성되는 간섭 무늬의 정보를 연산하고, 그 결과에 따라 실재의 매체 표면에 요철 패턴을 형성하여, 표면 릴리프형 CGH를 작성하였다. 그리고, 이 CGH를 홀로그램 기록 매체(45)로서 사용한 조명 장치(100)를 구성하는 경우, 스펙클을 억제한 좋은 조명 환경을 얻을 수 있었다.
도 20은, 본 발명에 의해 스펙클의 저감 효과가 나타난 실험 결과를 나타내는 표이다. 일반적으로, 수광면에 생성된 스펙클의 정도를 나타내는 파라미터로서, 스펙클 콘트라스트(speckle contrast, 단위:%)라는 수치를 사용하는 방법이 제안되어 있다. 이 스펙클 콘트라스트는, 본래는 균일한 휘도 분포를 취해야 할 조건에 있어서, 실제로 발생하는 휘도의 불균일의 표준 편차를, 휘도의 평균값으로 나눈 값으로 정의된다. 이 스펙클 콘트라스트의 값이 크면 클수록, 수광면 상의 스펙클 발생 정도가 큰 것을 의미하고, 관찰자에게 반점 패턴의 휘도 불균일 모양이 보다 현저하게 나타나는 것이다.
도 20의 표는, 도 10에 도시된 조명 장치(100) 또는 이와 대조되는 종래 장치를 이용하여, 조명 대상물(70)을 조명하는 4가지의 측정계에 있어서, 수광면 R에 대한 스펙클 콘트라스트를 측정한 결과를 나타내는 것이다. 측정예 1 내지 3은, 모두, 녹색의 레이저광을 사출하는 것이 가능한 동일한 DPSS 레이저 장치를 코히렌트 광원(50)으로서 사용한 결과이다. 그리고, 측정에 사용하는 홀로그램 기록 매체의 확산각(홀로그램 기록 매체 상의 점으로부터 재생 이미지(35)를 향하는 최대 각도)은 측정예 1 및 2에서 20°로 설정되어 있다.
먼저, 측정예 1로 나타나는 측정 결과는, 조명 장치(100)를 사용하는 대신에, 코히렌트 광원(50)으로부터의 광빔 L50을 빔 익스팬더로 확장하여 평행광속으로 하고, 이 평행광속(레이저 평행광)을 그대로 수광면 R에 조사하는 측정계를 사용하여 얻어진 결과이다. 이 경우, 표에 나타난 바와 같이, 스펙클 콘트라스트는 20.1%라는 결과를 얻을 수 있었다. 이것은, 육안으로 관찰한 경우, 반점 패턴의 휘도 불균일이 매우 현저하게 관찰될 수 있으며, 실용적인 실내 조명에는 부적당한 레벨이다.
한편, 측정예 2 및 3으로 나타나는 측정 결과는, 모두 도 10에 도시된 조명 장치(100)를 이용하여 조명 한 결과이다. 여기서, 측정예 2는, 홀로그램 기록 매체(45)로 광학적 방법으로 작성된 체적형 홀로그램을 이용한 결과이며, 측정예 3은, 홀로그램 기록 매체(45)로 전술한 표면 릴리프형 CGH를 이용한 결과이다. 모두 4%에 미치지 않는 스펙클 콘트라스트를 얻을 수 있으며, 이것은 육안으로 관찰한 경우, 휘도 불균일을 대략 관찰할 수 없는 극히 양호한 상태이다(일반적으로, 스펙클 콘트라스트 값이 5% 이하이면, 관찰자에게 불쾌감을 주지 않는 것으로 알려져 있다). 따라서, 홀로그램 기록 매체(45)로 광학적 방법으로 작성된 체적형 홀로그램을 이용한 경우 및 표면 릴리프형 CGH를 이용한 경우도, 실용적으로 충분한 조명 장치를 구성할 수 있다. 측정예 2의 결과(3.0%)가, 측정예 3의 결과(3.7%)보다 양호하게 된 이유는, 원래 이미지가 되는 실재의 산란판(30)의 해상도가, 가상의 산란판(30', 도 19에 도시된 점광원의 집합체)의 해상도보다 높기 때문으로 생각된다.
마지막 측정예 4로 나타나는 측정 결과는, 조명 장치(100)를 사용하는 대신에, 녹색의 LED 광원으로부터의 광을 그대로 수광면 R에 조사하는 측정계를 사용하여 얻어진 결과이다. 원래 LED 광원은, 코히렌트 광원이 아니기 때문에, 스펙클 발생이라는 문제를 고려할 필요는 없고, 표에 나타난 바와 같이 스펙클 콘트라스트 4.0%라는 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 비코히렌트 광을 사용한 측정예 4의 결과가, 코히렌트 광을 사용한 측정예 2 및 3의 결과에 비해 뒤떨어지는 이유는, LED 광원에서 발생되는 광 자체에 휘도 불균일이 발생하기 때문으로 생각된다.
＜4-3＞복수개 색의 조명
지금까지 말해 온 실시형태는, 모두 단색의 레이저 광원을 코히렌트 광원으로서 사용한 단색 조명 장치의 예이지만, 각각 상이한 파장을 가진 레이저광을 발생하는 복수 개의 레이저 광원을 이용하면, 복수 개의 색을 합성한 조명이 가능한 조명 장치를 구성하는 것이 가능하게 된다.
구체적으로는, 도 9에 도시된 조명 장치(100)에 있어서, 코히렌트 광원(50)으로서 각각 상이한 파장을 가진 단색광의 레이저빔을 발생하는 복수 개 n개의 레이저 광원과 이들 n개의 레이저 광원이 생성한 레이저빔을 합성하여 합성 광빔을 생성하는 광합성기(light synthesizer)를 가지는 장치를 이용하면 된다. 물론, 홀로그램 기록 매체(45)에는, n개의 레이저 광원이 생성하는 각 레이저빔에 의해 각각 재생 이미지를 얻을 수 있도록, 산란판(30)의 이미지(35)를 미리 n 개의 홀로그램으로서 기록한다.
도 21은, 이와 같은 장치의 일례를 나타낸 구성도이다. 이 장치는, 적, 녹, 청의 3원색을 합성하여 백색 광빔을 생성하는 기능을 가진다. 즉, 적색 레이저 광원(50R)에서 발생하는 적색 레이저빔 L(R)과 녹색 레이저 광원(50G)에서 발생하는 녹색 레이저빔 L(G)를, 다이크로익 프리즘(dichroic prism, 15)으로 합성하고, 또한 청색 레이저 광원(50B)에서 발생하는 청색 레이저빔 L(B)를 다이크로익 프리즘(16)으로 합성함으로써, 백색 합성 광빔 L(R, G, B)를 생성할 수 있다. 한편, 광빔 주사 장치(60)는, 이같이 생성된 합성 광빔 L(R, G, B)를 굴곡시켜 홀로그램 기록 매체(45) 상에서 주사한다. 홀로그램 기록 매체(45)로부터, R, G, B의 각 색성분에 대하여 각각 회절광을 얻을 수 있어 R, G, B의 각 색성분에 대한 재생 이미지(35)가 같은 위치에 생성됨으로써, 백색의 재생 이미지를 얻을 수 있다.
그리고, R, G, B의 3색의 광을 사용하여 산란판(30)의 이미지가 기록된 홀로그램 기록 매체를 작성하기 위해서는, 예를 들어, R색 광에 감광하는 색소, G색 광에 감광하는 색소, B색 광에 감광하는 색소가 균일하게 분포된 홀로그램 감광 매체와 상기 합성 광빔 L(R, G, B)를 사용하여 홀로그램을 기록하는 프로세스를 수행하면 된다. 또는, R색 광에 감광하는 제1 감광층, G색 광에 감광하는 제2 감광층, B색 광에 감광하는 제3 감광층을 적층한 3층 구조로 이루어지는 홀로그램 감광 매체를 사용해도 된다. 또는, 상기 3개의 감광층을 각각 별개의 매체로 준비하고, 각각 대응하는 색의 광을 사용하여 홀로그램 각각 별개로 기록하고, 마지막으로, 이 3개의 층을 접합하여, 3층 구조를 가지는 홀로그램 기록 매체를 구성해도 된다.
＜4-4＞화상 표시 장치
지금까지, 본 발명을 조명 장치로서 이용하는 형태를 설명했으나, 본 발명에 따른 조명 장치는, 화상 표시 장치로서도 이용 가능하다. 예를 들어, 도 11에는, 천정에 설치된 조명 장치(100)에 의해 테이블(75)의 상면을 조명하는 이용 형태가 예시되어 있다. 이 경우, 수광면 R에는, 산란판(30)의 재생 이미지(35)가 형성되고, 이 재생 이미지(35)에 의해 조명 스폿이 형성되게 된다.
이와 같이, 조명 장치(100)를, 산란판(30)의 재생 이미지(35)를 생성하는 장치로서 인식하면, 상기 장치는, 화상 표시 장치로서의 기능을 구비하고 있는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 준비 단계에서 기록을 위한 산란판(30)으로 직사각형의 판을 사용한 경우, 테이블(75)의 상면에 형성되는 조명 스폿의 윤곽은 직사각형이 되지만, 원형의 판을 사용한 경우, 조명 스폿의 윤곽은 원형으로 된다. 따라서, 예를 들어, 도 22에 도시된 바와 같이, 별모양의 윤곽을 갖는 산란판(30A)이나, 하트모양의 윤곽을 갖는 산란판(30B)을 사용하여 홀로그램 기록 매체(45)를 작성하면, 별모양이나 하트모양의 윤곽 형상을 갖는 조명 스폿을 얻을 수 있게 된다. 이것은, 조명 장치(100)가, 별모양이나 하트모양의 화상을 표시하는 화상 표시 장치로서 기능하는 것을 의미한다.
그런데, 표시 대상으로 되는 외부(해칭 영역)에서는 광을 차폐하는 성질을 가지고 있다. 이와 같은 투과 필름(33A)을, 산란판(30)의 상면에 중첩하여 덮도록 하고, 도 1에 도시된 광학계로 기록하면, 도 22에 도시된 별모양의 윤곽을 갖는 산란판(30A)를 사용한 경우와 마찬가지로, 별모양의 산란판이 기록되게 되므로, 재생시에는, 별모양의 조명 스폿을 얻을 수 있게 된다.
물론, 도 23의 하단 중앙에 도시된 바와 같이,「PAT」라는 문자열이 그려진 투과 필름(33B)을 이용하면, 개개의 문자의 형상을 한 조명 스폿을 얻을 수 있다. 도 11에 도시된 이용 형태의 경우, 테이블(75)의 상면에, 「PAT」라는 문자열이 떠오르게 된다. 또한, 도 23의 하단 우측에 나타낸 바와 같이, 농담 정보를 가진 계조 화상(예를 들면, 흑백 사진)이 인쇄된 투과 필름(33C)을 이용하면, 테이블(75)의 상면에 계조 화상을 표시하는 것도 할 수 있다.
이와 같이 화상 표시 장치로 이용하는 경우, 선명한 화상 표시를 위해서는, 수광면 R을 재생 이미지(35)의 생성 위치에 배치할 필요가 있다. 따라서, 도 23의 하단에 도시된 바와 같은 화상을 표시하는 것이 가능한 화상 표시 장치를 구성하는기 위해, 지금까지 설명해 온 조명 장치(100)와 이 조명 장치(100)에 의한 조명을 받는 수광면 R를 가진 표시 매체(70)를 준비하고, 홀로그램 기록 매체(45)에는, 소정의 화상이 그려진 투과 필름으로 덮힌 산란판(30)의 이미지(35)를 기록하며, 수광면 R을, 산란판(30)의 재생 이미지(35)가 형성되는 위치에 배치하는 구성을 취하면 된다.
＜4-5＞홀로그램 기록 매체 작성의 기하학적 변화
§1에서는, 도 1을 참조하여, 홀로그램 감광 매체(40)에 산란판(30)의 홀로그램 이미지를 기록하는 방법을 설명하였다. 이 방법은, 수렴점 C에 수렴하는 참조광을 사용하여 반사형 홀로그램 기록 매체를 작성하는 방법이며, 필요한 구성 요소의 기하학적인 배치는, 도 24의 측면도에 도시된 바와 같다.
도 24에 나타난 예의 경우, 볼록 렌즈(23)에 의해, 수렴점 C을 향하는 수렴 참조광 Lref가 생성되고, 매체(40)는, 볼록 렌즈(23)와 수렴점 C 사이에 배치된다. 또, 매체(40)는 도시한 바와 같이 경사지게 배치되고, 그 하면 측에, 산란판(30)으로부터의 물체광 Lobj가 조사된다. 이와 같은 방법으로 작성된 홀로그램 기록 매체는, 반사형의 매체가 된다. 즉, 재생시에는, 도 25에 도시된 바와 같이, 재생용 조명광 Lrep로 기능하는 광빔이 매체(45)의 하면 측에 조사되고, 점 P로부터의 반사 회절광 Ldif에 의해 재생 이미지(35)가 생성된다.
이와 같이, 지금까지 설명한 예는, 홀로그램 기록 매체(45)에 기록되어 있는 홀로그램이, 반사형 홀로그램이며, 광빔의 반사 회절광을 조명광으로 사용하는 예이다. 이에 대하여, 홀로그램 기록 매체(45)에 기록되어 있는 홀로그램을, 투과형 홀로그램으로 하고, 광빔의 투과 회절광을 조명광으로 사용해도 상관없다.
도 26은, 이와 같은 투과형 홀로그램을 작성하는 경우의 기하학적인 배치를 나타낸 측면도이다. 도 24에 도시된 배치와 차이점은, 매체(40)의 방향이다. 도 24에 도시된 반사형 홀로그램의 작성 방법에서, 참조광 Lref를 매체의 상면에 조사하고, 물체광 Lobj를 매체의 하면에 조사한다. 이와 같이, 참조광과 물체광을 서로 반대되는 면에 조사함으로써, 반사형 홀로그램을 기록할 수 있다. 이에 반하여, 도 26에 도시된 방법에서는, 참조광 Lref 및 물체광 Lobj 모두가 매체(40)의 상면에 조사되어 있다. 이와 같이, 참조광과 물체광을 동일한 면에 조사하면 투과형의 홀로그램을 기록할 수 있다. 즉, 재생시에는, 도 27에 도시된 바와 같이, 재생용 조명광 Lrep로 기능하는 광빔이 매체(45)의 하면에 조사되고, 점 P로부터의 투과 회절광 Ldif에 의해 재생 이미지(35)가 생성된다.
또, 지금까지 설명한 실시예는, 모두 수렴점 C에 수렴하는 참조광을 사용하여 반사형 또는 투과형의 홀로그램 기록 매체를 작성하는 방법이지만, 그 대신에, 수렴점 C로부터 발산하는 참조광을 사용하여 반사형 또는 투과형의 홀로그램 기록 매체를 작성할 수도 있다. 다만, 이를 위해서는, 미리, 준비용 홀로그램 기록 매체를 작성해 둘 필요가 있다. 이하, 이 방법을 행하기 위한 프로세스를 차례로 설명한다.
먼저, 도 28에 도시된 바와 같이, 준비용 홀로그램 감광 매체(90)와 산란판(30)을 배치하고, 매체(90)에 대하여, 도시한 바와 같이, 우측 상부로부터 평행한 참조광 Lref를 경사지게 조사한다. 그리고, 산란판(30)으로부터의 물체광 Lobj와 참조광 Lref에 의해 생기는 간섭 무늬를 매체(90)에 기록한다. 이와 같이, 기록 시에, 물체광과 참조광을 동일한 측면으로부터 조사하면, 투과형의 홀로그램이 기록된다. 여기서는, 이와 같은 기록이 행해진 매체(90)를, 준비용 홀로그램 기록 매체(95)라 한다.
도 29는, 이 준비용 홀로그램 기록 매체(95)의 재생 프로세스를 나타낸 측면도이다. 도시한 바와 같이, 매체(95)에 대하여,경사 좌측 아래로부터 평행한 재생용 조명광 Lrep를 경사지게 조사하면, 투과 회절광 Ldif에 의해, 도면의 우측에 재생 이미지(35)가 생성된다. 여기서, 재생용 조명광 Lrep의 방향은, 그 연장선이 도 28에 도시된 참조광 Lref의 방향과 일치하는 방향이며, 재생 이미지(35)의 생성 위치는, 도 28에 도시된 산란판(30)의 배치 위치와 일치한다. 이어서, 준비용 홀로그램 기록 매체(95)에 의해 생성된 재생 이미지(35)를 실물의 산란판(30)의 대용으로 홀로그램 감광 매체(40)에 산란판(30)의 이미지를 기록하는 프로세스를 수행한다. 즉, 도 30에 도시된 바와 같이, 준비용 홀로그램 기록 매체(95)의 우측에 홀로그램 감광 매체(40)를 배치하고, 매체(95)에 대하여, 좌측 아래로부터 평행한 재생용 조명광 Lrep를 경사지게 조사하여, 도면의 우측에 재생 이미지(35)를 생성한다. 이 경우, 매체(95)로부터 우측으로 사출되는 광은, 재생 이미지(35)를 재생하기 위한 투과 회절광 Ldif인 동시에, 매체(40)에 대하여는, 물체광 Lobj로서의 기능을 수행한다.
한편, 면의 아래쪽으로부터, 매체(40)에 대하여, 발산 참조광 Lref를 조사한다. 이 발산 참조광 Lref는, 수렴점 C로부터 발산하는 광(수렴점 C에 점광원이 존재하는 경우에, 이 점광원으로부터 발생되는 광)이며, 매체(40)에 대하여는, 원추형으로 확산되는 광선 다발이 조사된다. 도시한 실시예에서는, 수렴점 C의 위치에 초점을 가지는 볼록 렌즈(25)에 의해, 평행광속 L10을 수렴점 C로 집광하여 점광원을 생성함으로써, 발산 참조광 Lref를 발생시키고 있다. 볼록 렌즈(25)로서, 예를 들어 직경이 대략 1mm 정도인 마이크로 렌즈를 이용하면, 레이저 광원으로부터 출력되는 면 직경이 대략 1mm정도인 레이저빔을, 그대로 평행광속 L10으로 이용하여, 발산 참조광 Lref를 발생시킬 수 있다.
도 30에 도시된 방법에서, 물체광 Lobj는 매체(40)의 상면에 조사되고, 참조광 Lref는 매체(40)의 하면에 조사된다. 이와 같이, 참조광과 물체 광을 서로 반대되는 면에 조사하면 반사형의 홀로그램을 기록할 수 있다. 따라서, 도 30에 도시된 방법으로 작성된 홀로그램 기록 매체(45)는, 실질적으로, 도 24에 도시된 방법으로 작성된 홀로그램 기록 매체(45)로 같은 반사형 홀로그램이 된다. 따라서, 재생 시에는, 도 25에 도시된 기하학적 배치를 취하면 된다.
이에 대하여, 도 31은, 발산 참조광 Lref를 사용하여 투과형 홀로그램을 작성하는 예를 나타낸 측면도이다. 도 30에 도시된 배치와의 차이점은, 매체(40)의 방향이다. 도 30에 도시된 홀로그램의 작성 방법에서, 물체광 Lobj를 매체의 상면에서 조사하고, 참조광 Lref를 매체의 하면에서 조사하고 있다. 이에 대하여, 도 31에 도시된 방법에서는, 물체광 Lobj 및 참조광 Lref 모두가 매체(40)의 하면에 서 조사된다. 이와 같이, 참조광과 물체광을 동일한 측면에서 조사하면 투과형의 홀로그램을 기록할 수 있다. 도면 31에 도시된 방법으로 작성된 홀로그램 기록 매체(45)는, 실질적으로, 도 26에 도시된 방법으로 작성된 홀로그램 기록 매체(45)와 같은 투과형 홀로그램이다. 따라서, 재생시에는, 도 27에 도시된 기하학적 배치를 취하면 된다.
그리고, 도 30 및 도 31에 도시된 기록 프로세스에서는, 준비용 홀로그램 기록 매체(95)로서 도 28에 도시된 방법으로 작성된 투과형 홀로그램을 사용하였지만, 도 32에 도시된 방법으로 작성된 반사형 홀로그램을 준비용 홀로그램 기록 매체(95)로서 사용하는 것도 가능하다. 도 32에 도시된 방법에서는, 참조광 Lref를 준비용 홀로그램 감광 매체(90)의 좌측에서 조사하고, 물체광 Lobj를 우측에서 조사하고 있으므로, 작성된 준비용 홀로그램 기록 매체(95)는 반사형 홀로그램이 된다.
이 반사형 준비용 홀로그램 기록 매체(95)를 사용하여 재생하는 경우에는, 도 33에 도시된 바와 같이, 매체(95)의 우측으로부터 재생용 조명광 Lrep를 조사하고, 얻어지는 반사 회절광 Ldif에 의해 재생 이미지(35)를 생성하게 된다. 따라서, 도 30 및 도 31에 나타내는 프로세스에서는, 재생용 조명광 Lrep를 좌측으로부터 조사하는 대신에, 우측으로부터 조사하게 된다.
＜4-6＞광빔의 평행이동 주사
지금까지 설명한 실시형태에서는, 광빔 주사 장치(60)가, 광빔을 소정의 주사 기점 B에서 굴곡시키고, 이 굴곡 태양(굴곡의 방향과 굴곡 각도의 크기)을 시간적으로 변화시킴으로써, 굴곡된 광빔을 주사하는 방식을 취하고 있지만, 광빔 주사 장치(60)의 주사 방법은, 광빔을 주사 기점 B에서 굴곡시키는 방법에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 광빔을 평행이동시키는 것 같은 주사 방법을 채용하는 것도 가능하다. 다만, 그 경우에는, 홀로그램 기록 매체(45)에 대한 산란판(30)의 기록 방법도 변경할 필요가 있다. 즉, 도 34에 도시된 실시예와 같이, 홀로그램 감광 매체(40)에 대하여, 평행광속으로 이루어지는 참조광 Lref를 조사하고, 산란판(30)으로부터의 물체광 Lobj와의 간섭 무늬의 정보를 기록하도록 한다. 환언하면, 이같이 하여 작성된 홀로그램 기록 매체(46)에는, 평행광속으로 이루어지는 참조광 Lref를 사용하여 산란판(30)의 이미지(35)가 홀로그램으로서 기록 된다.
도 35는, 도 34에 도시된 방법으로 작성된 홀로그램 기록 매체(46)를 사용한 조명 장치(110)의 측면도이다. 도시한 바와 같이, 이 조명 장치(110)는, 홀로그램 기록 매체(46), 코히렌트 광원(50) 및 광빔 주사 장치(65)로 구성된다.
여기서, 홀로그램 기록 매체(46)는, 도 34에 도시된 방법으로 작성된 매체이며, 평행광속으로 이루어지는 참조광 Lref를 이용하여, 산란판(30)의 이미지(35)가 홀로그램으로서 기록되어 있다. 또, 코히렌트 광원(50)은, 홀로그램 기록 매체(46)를 작성할 때 사용한 광(물체광 Lobj 및 참조광 Lref)의 파장과 동일 파장(또는, 홀로그램의 재생이 가능한 근사 파장)을 가지는 코히렌트 광빔 L50을 발생시키는 광원이다.
한편, 광빔 주사 장치(65)는, 코히렌트 광원(50)에서 발생한 광빔 L50을 홀로그램 기록 매체(46)에 조사하는 기능을 가지며, 이때, 도 34에 도시된 작성 프로세스에서 사용한 참조광 Lref에 평행한 방향으로 광빔 L65가 홀로그램 기록 매체(46)에 조사되도록 주사한다. 보다 구체적으로는, 광빔 L65를 평행이동시키면서 홀로그램 기록 매체(46)에 조사함으로써, 광빔 L65의 홀로그램 기록 매체(46)에 대한 조사 위치가 시간에 따라 변화하도록 주사한다.
이와 같이 주사하는 광빔 주사 장치(65)는, 예를 들어, 가동 반사경(66)과 이 가동 반사경(66)을 구동하는 구동 기구로 구성할 수 있다. 즉, 도 35에 도시된 바와 같이, 코히렌트 광원(50)에서 발생한 광빔 L50을 수광 가능한 위치에 가동 반사경(66)을 배치하고, 이 가동 반사경(66)을 광빔 L50의 광축을 따라 슬라이드 이동시키는 구동 기구를 설치하면 된다. 그리고, 실제 사용에 있어서, MEMS를 이용한 마이크로 미러 디바이스를 이용하여 상기 기능과 동등한 기능을 가진 광빔 주사 장치(65)를 구성할 수 있다. 또는, 도 9에 도시된 광빔 주사 장치(60)에 의해 주사 기점 B의 위치에서 굴곡된 광빔 L60을, 주사 기점 B에 초점을 가지는 볼록 렌즈에 관통하도록 함으로써, 평행으로 이동하는 광빔을 생성할 수 있다.
도 35에 도시된 실시예의 경우, 가동 반사경(66)으로 반사한 광빔 L65이 조사된 홀로그램 기록 매체(46)는, 기록된 간섭 무늬에 따른 회절광을 발생시키고, 이 회절광에 의해, 산란판(30)의 재생 이미지(35)가 생성된다. 조명 장치(110)는, 이같이 하여 얻어지는 재생 이미지(35)의 재생광을 조명광으로서 이용하여 조명하게 된다.
도 35에서는, 설명의 편의상, 시각 t1에서의 광빔의 위치를 일점 쇄선으로 나타내고, 시각 t2에서의 광빔의 위치를 2점 쇄선으로 나타낸다. 즉, 시각 t1에서, 광빔 L50은, 가동 반사경의 위치 66(t1)에서 반사되어, 광빔 L65(t1)로서 홀로그램 기록 매체(46)의 점 P(t1)에 조사되지만, 시각 t2에서, 광빔 L50은, 가동 반사경의 위치 66(t2)에서 반사되어(도시한 가동 반사경 66(t2)는, 가동 반사경 66(t1)이 이동한 것인), 광빔 L65(t2)로서 홀로그램 기록 매체(46)의 점 P(t2)에 조사된다.
도면에서는, 편의상, 시각 t1 및 t2의 2개의 시점에서의 주사 태양 밖에 나타나 있지 않지만, 실제로는, 시각 t1부터 t2까지의 기간에 있어서, 광빔 L65는 도면의 좌우로 평행이동하고, 광빔 L65의 홀로그램 기록 매체(46)에 대한 조사 위치는, 도면의 점 P(t1)에서 P(t2)로 서서히 이동하게 된다. 즉, 시각 t1부터 t2까지의 기간에 있어서, 광빔 L65의 조사 위치는, 홀로그램 기록 매체(46) 상에 있어서 점 P(t1)부터 점 P(t2)로 주사된다. 여기서는, 광빔 L65를 1차원 방향(도면에서 좌우 방향)으로 평행 이동하는 예를 기술하였으나, 물론, 광빔 L65를 도면의 지면에 수직인 방향으로도 평행 이동시키는 기구(예를 들면, XY 스테이지 상에 배치된 반사경을 포함하는 기구)를 설치함으로써, 2차원 방향으로 평행 이동시키는 것이 가능하게 된다.
여기서, 광빔 L65는, 도 34에 도시된 작성 프로세스에서 사용한 참조광 Lref에 항상 평행하도록 주사되므로, 홀로그램 기록 매체(46)의 각 조사 위치에 있어서, 광빔 L65는, 거기에 기록되어 있는 홀로그램을 재생하기 위한 정확한 재생용 조명광 Lrep로서 기능한다.
예를 들어, 시각 t1에서는, 점 P(t1)로부터의 회절광 L46(t1)에 의해, 산란판(30)의 재생 이미지(35)가 생성되고, 시각 t2에서는, 점 P(t2)로부터의 회절광 L46(t2)에 의해, 산란판(30)의 재생 이미지(35)가 생성된다. 물론, 시각 t1부터 t2까지의 기간에 있어서, 광빔 L65가 조사된 개개의 위치로부터의 회절광에 의해, 마찬가지로 산란판(30)의 재생 이미지(35)가 생성된다. 즉, 광빔 L65가 평행 이동하도록 주사되는 한, 홀로그램 기록 매체(46) 상의 어떤 위치에 광빔 L65가 조사되어도, 조사 위치로부터의 회절광에 의해, 동일한 재생 이미지(35)가 동일 위치에 생성되게 된다.
결국, 도 35에 도시된 조명 장치(110)는, 도 9에 나타내는 조명 장치(100)와 동일한 방법으로, 재생 이미지(35)의 재생광을 조명광으로 이용하여 조명을 수행할 수 있다. 요컨대, 본 발명에서는, 소정 광로를 따라 조사된 참조광을 사용하여 산란판의 이미지를 홀로그램 기록 매체에 홀로그램으로 기록하고, 이 홀로그램 기록 매체에 대한 광빔의 조사 방향이 참조광의 광로를 따른 방향(광학적으로 공역인 방향)이 되도록, 광빔 주사 장치에 의해, 광빔을 주사한다.
＜4-7＞마이크로 렌즈 어레이의 이용
지금까지 설명한 실시예는, 산란판(30)의 홀로그램 이미지가 기록된 홀로그램 기록 매체를 준비하고, 이 홀로그램 기록 매체에 대하여, 코히렌트 광을 주사하며, 이를 통해 얻어지는 회절광을 조명광으로서 이용하는 것이었다. 여기서는, 이 홀로그램 기록 매체 대신, 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 변형예를 설명한다.
도 36은, 이 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 변형예의 측면도이다. 이 변형예에 따른 조명 장치(120)는, 마이크로 렌즈 어레이(48), 코히렌트 광원(50) 및 광빔 주사 장치(60)로 구성된다. 코히렌트 광원(50)은, 지금까지 설명한 실시 형태와 마찬가지로, 코히렌트 광빔 L50을 발생시키는 광원이며, 구체적으로는, 레이저 광원을 사용할 수 있다.
또, 광빔 주사 장치(60)는, 지금까지 설명한 실시 형태와 마찬가지로, 코히렌트 광원(50)에서 발생한 광빔 L50을 주사하는 장치이다. 보다 구체적으로는, 광빔을 주사 기점 B에서 굴곡시켜 마이크로 렌즈 어레이(48)에 조사하는 기능을 가지며, 또한 광빔 L50의 굴곡 태양을 시간에 따라 변화시킴으로써, 광빔 L60의 마이크로 렌즈 어레이(48)에 대한 조사 위치가 시간에 따라 변화하도록 주사한다.
한편, 마이크로 렌즈 어레이(48)는, 다수의 개별 렌즈의 집합체로 이루어지는 광학 소자이다. 이 마이크로 렌즈 어레이(48)를 구성하는 개별 렌즈는, 각각 이, 주사 기점 B로부터 입사한 광을 굴절시켜 조명 대상물(70)의 수광면 R 상의 소정의 조사 영역 I를 형성하는 기능을 가진다. 또한, 어느 개별 렌즈에 의해 형성되는 조사 영역 I도, 수광면 R 상에서 동일한 공통 영역이 되도록 구성되어 있다. 이와 같은 기능을 가진 마이크로 렌즈 어레이로서는, 예를 들어, 「플라이 아이렌즈(fly-eye lens)」라는 것이 시판되어 있다.
도 37은, 도 36에 도시된 조명 장치(120)의 동작 원리를 나타내는 측면도이다. 여기에서도, 설명의 편의상, 광빔 L60의 시각 t1에서의 굴곡 태양을 일점 쇄선으로 나타내고, 시각 t2에서의 굴곡 태양을 2점 쇄선으로 나타낸다. 즉, 시각 t1에서는, 광빔 L50이 주사 기점 B에서 굴곡되어, 광빔 L60(t1)으로 마이크로 렌즈 어레이(48)의 아래쪽에 위치하는 개별 렌즈 48-1에 입사한다. 이 개별 렌즈 48-1은, 주사 기점 B로부터 입사한 광빔을 확장시켜, 조명 대상물(70)의 수광면 R 상의 2차원 조사 영역 I에 조사하는 기능을 가진다. 따라서, 수광면 R에는, 도시한 바와 같이 조사 영역 I가 형성된다.
또, 시각 t2에서는, 광빔 L50이 주사 기점 B에서 굴곡되고, 광빔 L60(t2)로서 마이크로 렌즈 어레이(48)의 위쪽에 위치하는 개별 렌즈 48-2에 입사한다. 이 개별 렌즈 48-2는, 주사 기점 B로부터 입사한 광빔을 확장시켜, 조명 대상물(70)의 수광면 R 상의 2차원 조사 영역 I에 조사하는 기능을 가진다. 따라서, 시각 t2에서도, 수광면 R에는, 도시한 바와 같이 조사 영역 I가 형성된다.
도면에서는, 편의상, 시각 t1 및 t2의 2개의 시점에서의 동작 상태 밖에 나타나 있지 않지만, 실제로는, 시각 t1부터 t2까지의 기간에 있어서, 광빔의 굴곡 방향은 원활하게 변화되고, 광빔 L60의 마이크로 렌즈 어레이(48)에 대한 조사 위치는, 도면의 아래쪽으로부터 위쪽으로 서서히 이동하여 가게 된다. 즉, 시각 t1부터 t2까지의 기간에 있어서, 광빔 L60의 조사 위치는, 마이크로 렌즈 어레이(48)상에서 상하로 주사된다. 물론 2차원적으로 배열된 다수의 개별 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이(48)를 사용하는 경우에는, 광빔 주사 장치(60)에 의해, 이 2차원 어레이 상에 광빔이 주사되도록 하면 된다.
전술한 마이크로 렌즈 어레이(48)의 특성 때문에, 광빔 L60이 어느 개별 렌즈에 입사하더라도, 수광면 R 상에 형성되는 2차원 조사 영역 I는 공통된다. 즉, 광빔의 주사 상태에 관계없이, 수광면 R에는, 항상 동일한 조사 영역 I가 형성되므로, 동일한 조명 스폿이 형성된다. 무엇보다, 실제 사용에 있어서, 개별 렌즈에 의해 생성되는 조사 영역들 I가 완전하게 동일하지 않고, 다소 차이가 있더라도, 조명 장치로서의 문제는 생기지 않는다. 이 경우, 조명 스폿의 위치는 시간에 따라 변동되지만, 광빔 주사 장치(60)에 의한 주사 속도를 어느 정도 빠르게 설정하면, 사람에게는 조명 스폿의 위치 변동은 인식되지 않고, 윤곽이 다소 희미한 것으로 느껴지게 된다.
결국, 여기에 도시된 조명 장치(120)의 경우, 광빔 주사 장치(60)는, 광빔 L60을 마이크로 렌즈 어레이(48)에 조사하고, 또한 광빔 L60의 마이크로 렌즈 어레이(48)에 대한 조사 위치가 시간에 따라 변화하도록 주사하는 기능을 가진다. 한편, 마이크로 렌즈 어레이(48)를 구성하는 개별 렌즈 각각은 광빔 주사 장치(60)로부터 조사된 광을 굴절시켜 소정의 수광면 R 상에 소정의 조사 영역 I를 형성하는 기능을 가지며, 또한 어느 개별 렌즈에 의해 형성되는 조사 영역 I도, 수광면 R 상에 있어서 대략 동일한 공통 영역이 되도록 구성되어 있다.
이 조명 장치(120)의 경우, 코히렌트 광원(50)을 사용하고 있으므로, 관찰자에게, 극히 참신한 조명 효과를 줄 수 있다. 즉, 코히렌트 광의 단색성에 의해, 극히 높은 색순도를 갖는 단색의 면조명을 실현할 수 있다. 또한, 코히렌트 광의 지향성에 의해, 선명한 윤곽을 가지는 조명 스폿을 형성할 수 있다. 나아가, 높은 광 변환 효율을 가지는 레이저 광원을 이용하면, 저소비 전력으로 높은 휘도의 조명이 가능하게 된다. 또한, 지금까지 설명한 기본적 실시형태에 따른 조명 장치와 같이, 수광면 R의 각 부에 조사되는 광의 입사 각도는, 시간적으로 다중화되므로 스펙클의 발생이 억제된다.
＜4-8＞광 확산 소자의 이용
지금까지, 기본적인 실시예로서, 산란판(30)의 홀로그램 이미지가 기록된 홀로그램 기록 매체를 사용하여 조명 장치를 구성한 예를 설명하고, 상기＜4-7＞에서는, 홀로그램 기록 매체 대신에 마이크로 렌즈 어레이를 사용하여 조명 장치를 구성한 예를 설명하였다. 이들 조명 장치에 있어서, 홀로그램 기록 매체나 마이크로 렌즈 어레이는, 결국, 입사한 광빔을 확산시켜 소정의 수광면 상에 소정의 조사 영역을 형성하는 기능을 가지는 광 확산 소자의 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 광 확산 소자는, 형성되는 조사 영역이, 광빔의 입사 위치에 관계없이, 수광면 상에서 동일한 공통 영역이 되는 특징을 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 조명 장치를 구성하기 위해, 반드시 전술한 홀로그램 기록 매체나 마이크로 렌즈 어레이를 사용할 필요는 없고, 일반적으로, 상기 특징이 있는 광 확산 소자를 사용하여 구성할 수 있다.
요컨대, 본 발명에 따른 조명 장치는, 본질적으로는, 코히렌트 광빔을 발생시키는 코히렌트 광원, 이 광빔의 방향 또는 위치, 또는 그 양쪽을 제어함으로써, 빔 주사를 수행하는 광빔 주사 장치, 및 입사한 광빔을 확산시켜 사출하는 광 확산 소자를 사용하여 구성할 수 있다.
여기서, 광빔 주사 장치는, 코히렌트 광원이 생성한 광빔을, 광 확산 소자를 향해 사출하고, 또한 상기 광빔의 광 확산 소자에 대한 입사 위치가 시간에 따라 변화하도록 주사하는 기능을 포함하면 된다. 또, 광 확산 소자는, 입사한 광빔을 확산시켜 소정의 수광면 상에 소정의 조사 영역을 형성하는 기능을 가지고, 또한 형성되는 조사 영역이, 광빔의 입사 위치에 관계없이, 수광면 상에 있어서 대략 동일한 공통 영역이 되도록 구성되면 된다.
본 발명에 따른 조명 장치는, 실외?실내를 불문하고, 다양한 환경에서 조명광을 제공하는 용도로 이용할 수 있다. 특히, 조명광으로서 코히렌트 광을 사용하므로, 단색성이나 지향성이 우수한 조명이 가능해져, 레스토랑이나 호텔 등의 인테리어용의 조명으로 적합하다. 또, 단색성이 뛰어나기 때문에, 색 평가용 조명으로서 이용하는데도 적합하다. 또한, 본 발명은, 조명을 직접적인 목적으로 하는 장치로 이용하는 것뿐만 아니라, 임의의 조명광을 필요로 하는 다양한 기기에서의 조명광 제공 수단으로서도 이용 가능하다. 예를 들어, 일반적인 화상 표시 장치, 프로젝터, 스캐너 등의 장치에도 이용 가능하다.

Claims (3)

  1. 코히렌트 광빔(L50) 발생시키는 코히렌트 광원(50);
    다수의 개별 렌즈의 집합체로 이루어지는 마이크로 렌즈 어레이(48); 및
    상기 광빔(L50)을 상기 마이크로 렌즈 어레이(48)에 조사하고, 또한 상기 광빔(L60)의 상기 마이크로 렌즈 어레이(48)에 대한 조사 위치가 시간에 따라 변화하도록 주사하는 광빔 주사 장치(60)
    를 구비하고,
    상기 마이크로 렌즈 어레이(48)를 구성하는 개별 렌즈 각각은 상기 광빔 주사 장치(60)로부터 조사된 광을 굴절시켜 소정의 수광면(R) 상에 소정의 조사 영역(I)을 형성하는 기능을 가지고, 또한 어느 개별 렌즈에 의해 형성되는 조사 영역(I)도, 상기 수광면(R) 상에서 대략 동일한 공통 영역으로 되도록 구성되는,
    코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    광빔 주사 장치(60)는, 광빔(L50)을 소정의 주사 기점(B)에서 굴곡시켜 마이크로 렌즈 어레이(48)에 조사하고, 또한 상기 광빔(L50)의 굴곡 태양을 시간에 따라 변화시킴으로써, 굴곡된 광빔(L60)의 상기 마이크로 렌즈 어레이(48)에 대한 조사 위치가 시간에 따라 변화하도록 하고,
    상기 마이크로 렌즈 어레이(48)를 구성하는 개별 렌즈는 각각은 상기 주사 기점(B)으로부터 입사한 광을 굴절시켜 수광면(R) 상에 공통의 조사 영역(I)을 형성하도록 하는,
    코히렌트 광원을 사용하는 조명 장치.
  3. 코히렌트 광빔(L50)을 생성하는 코히렌트 광원(50);
    상기 광빔(L50)의 방향 또는 위치 또는 그 양쪽을 제어함으로써, 빔 주사를 수행하는 광빔 주사 장치(60, 65); 및
    입사한 광빔을 확산시켜 사출하는 광 확산 소자(45, 46, 48)
    를 포함하고,
    상기 광빔 주사 장치(60, 65)는, 상기 코히렌트 광원(50)이 생성한 상기 광빔(L50)을, 상기 광 확산 소자(45, 46, 48)를 향해 사출하고, 또한 상기 광빔(L60)의 상기 광 확산 소자(45, 46, 48)에 대한 입사 위치가 시간적에 따라 변화하도록 주사하고,
    상기 광 확산 소자(45, 46, 48)는, 입사한 광빔을 확산시켜 소정의 수광면(R) 상에 소정의 조사 영역(I)을 형성하는 기능을 가지고, 또한 광빔의 입사 위치에 관계없이, 형성되는 조사 영역(I)이, 상기 수광면(R) 상에 있어서 대략 동일한 공통 영역이 되도록 구성되는,
    코히렌트 광원을 사용한 조명 장치.
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