TWI475341B - The lighting device using the same coherent light source - Google Patents

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TWI475341B
TWI475341B TW103138165A TW103138165A TWI475341B TW I475341 B TWI475341 B TW I475341B TW 103138165 A TW103138165 A TW 103138165A TW 103138165 A TW103138165 A TW 103138165A TW I475341 B TWI475341 B TW I475341B
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Makio Kurashige
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Dainippon Printing Co Ltd
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Description

使用同調光源之照明裝置
本發明係關於一種使用同調光源之照明裝置。尤其是，本發明係關於在將藉由雷射光源產生之同調光作為照明光利用之照明裝置中使散斑雜訊降低之技術。
作為照明裝置之光源，自古以來使用白熱燈炮或螢光燈。又，關於要求具有高亮度之照明光之照明裝置，水銀燈、鹵素燈、氙燈等係作為光源利用。例如，在日本特開2004-264512號公報揭示使用超高壓水銀燈之照明裝置與使用其之投射型影像顯示裝置。再者，在最近，將LED作為光源使用之照明裝置亦開始普及。LED之壽命一般而言在一萬小時以上，作為替代白熱燈炮或螢光燈之新汎用光源受到注目。
另一方面，雷射光源作為使同調光產生之光源已在產業上之各種領域廣泛利用。具體而言，活用單色性、指向性、可干涉性等固有之特徵，雷射光在光通訊領域、半導體元件之製造領域、全像等之光學領域廣泛地被利用。尤其是，半導體雷射作為實用光源為充分長之壽命，且能量之利用效率亦極為優異。儘管具有此種優點，使用雷射光源之照明裝置至今尚未一般普及之原因在於具有散斑雜訊之產生之獨特問題。
散斑(speckle)係將雷射光等之同調光照射至擴散面時產生之斑點狀之花紋，將雷射光照射至照明對象物時，在照射面可觀察到斑點狀之亮點不均。例如，以雷射指標指示銀幕上之1點之情形，可觀察到雷射光之點在銀幕上閃爍發光。其原因在於，在銀幕上產生散斑雜訊，成為對觀察者造成生理上之不良影響之主要原因。使用同調光則產生散斑之原因在於，在螢幕等之擴散反射面之各部反射後之同調光因其極高之可干涉性而彼此干涉。例如，在”Speckle Phenomena in Optics,Joseph W.Goodman,Roberts & Co.,2006”有關於散斑產生之詳細理論上考察。
若為雷射指標之用途，則觀察者僅觀察到微小之點，不會產生大問題。然而，若將雷射光源作為照明裝置之光源使用並藉由同調光照明某種程度寬廣之區域，則因在照明區域產生之散斑雜訊，對觀察者造成生理上之不良影響，出現不舒服等症狀。由於具有此種問題，以往，使用雷射光源之照明裝置並不適於一般用途。
當然，亦提案有各種用以降低此種散斑雜訊之具體方法。例如，在日本特開平6-208089號公報已揭示將雷射光照射至散射板並將自其獲得之散射光作為照明光利用且藉由馬達旋轉驅動散射板以降低散斑之技術。又，在日本特開2004-144936號公報已揭示在雷射光源與照明對象物之間配置光擴散元件並藉由使該光擴散元件振動以降低散斑之技術。然而，使散射板旋轉或使光擴散元件振動需要大型之機械驅動機構，裝置整體大型化且耗電亦增加。又，此種方法不一定能有效除去散斑。
因此，本發明之目的在於提供一種在使用同調光源之照明裝置高效率且充分抑制散斑之產生之技術。
(1)本發明第1形態之使用同調光源之照明裝置，設置：同調光源，使同調光束產生；全像記錄媒體，記錄有散射板之像；以及光束掃描裝置，將光束照射至全像記錄媒體，且以光束對全像記錄媒體之照射位置經時變化之方式掃描；在全像記錄媒體，使用沿著既定光路照射之參照光將散射板之像作為全像記錄；同調光源，使具有能使散射板之像再生之波長之光束產生；光束掃描裝置，以光束對全像記錄媒體之照射方向成為沿著參照光之光路之方向之方式進行光束之掃描；將從全像記錄媒體獲得之散射板之像之再生光作為照明光。
(2)本發明第2形態，在上述第1形態之使用同調光源之照明裝置中，光束掃描裝置使光束在既定之掃描基點折曲，將折曲後之光束照射至全像記錄媒體，且藉由使光束之折曲形態經時變化，使折曲後之光束對全像記錄媒體之照射位置經時變化；在全像記錄媒體，使用收束於特定之收束點之參照光或從特定之收束點發散之參照光將散射板之像作為全像記錄；光束掃描裝置係以收束點作為掃描基點進行光束之掃 描。
(3)本發明第3形態，在上述第2形態之使用同調光源之照明裝置中，在全像記錄媒體，使用沿著以收束點為頂點之圓錐之側面三維地收束或發散之參照光記錄散射板之像。
(4)本發明第4形態，在上述第3形態之使用同調光源之照明裝置中，光束掃描裝置具有以在包含掃描基點之平面上進行擺動運動之方式使光束折曲之功能，在全像記錄媒體上使光束在一維方向掃描。
(5)本發明第5形態，在上述第3形態之使用同調光源之照明裝置中，光束掃描裝置具有以在包含掃描基點之第1平面上進行擺動運動之方式使光束折曲之功能、及以在包含掃描基點且與第1平面正交之第2平面上進行擺動運動之方式使光束折曲之功能，在全像記錄媒體上使光束在二維方向掃描。
(6)本發明第6形態，在上述第2形態之使用同調光源之照明裝置中，在全像記錄媒體，使用沿著包含收束點之平面二維地收束或發散之參照光記錄散射板之像。
(7)本發明第7形態，在上述第6形態之使用同調光源之照明裝置中，光束掃描裝置具有以在包含掃描基點之平面上進行擺動運動之方式使光束折曲之功能，在全像記錄媒體上使光束在一維方向掃描。
(8)本發明第8形態，在上述第1形態之使用同調光源之照明裝置中，光束掃描裝置，藉由使光束平行移動並同時照射至全像記錄媒體，使光束對全像記錄媒體之照射位 置經時變化；在全像記錄媒體，使用由平行光束構成之參照光將散射板之像作為全像記錄；光束掃描裝置，從與參照光平行之方向將光束照射至全像記錄媒體以進行光束之掃描。
(9)本發明第9形態，在上述第1~第8形態之使用同調光源之照明裝置中，同調光源為產生雷射束之雷射光源。
(10)本發明第10形態，在上述第1~第9形態之使用同調光源之照明裝置中，全像記錄媒體將散射板之像作為體積型全像記錄。
(11)本發明第11形態，在上述第1~第9形態之使用同調光源之照明裝置中，全像記錄媒體將散射板之像作為表面起伏型全像記錄。
(12)本發明第12形態，在上述第1~第9形態之使用同調光源之照明裝置中，記錄在全像記錄媒體之全像為計算機合成全像。
(13)本發明第13形態，在上述第1~第9形態之使用同調光源之照明裝置中，記錄在全像記錄媒體之全像為傅立葉轉換全像。
(14)本發明第14形態，在上述第1~第9形態之使用同調光源之照明裝置中，記錄在全像記錄媒體之全像為反射型全像，將光束之反射繞射光作為照明光使用。
(15)本發明第15形態，在上述第1~第9形態之使用同調光源之照明裝置中，記錄在全像記錄媒體之全像為透射型全像，將光束之透射繞射光作為照明光使用。
(16)本發明第16形態，在上述第1~第15形態之使用同調光源之照明裝置中，光束掃描裝置為掃描型鏡元件、全反射稜鏡、折射稜鏡、或電氣光學晶體。
(17)本發明第17形態，在上述第1~第16形態之使用同調光源之照明裝置中，同調光源具有產生分別具有不同波長之單色光之雷射束之複數n台雷射光源、及將該等n台雷射光源產生之雷射束合成以產生合成光束之光合成器；光束掃描裝置，使藉由光合成器產生之合成光束在全像記錄媒體上掃描；在全像記錄媒體，以藉由n台雷射光源產生之各雷射束分別獲得再生像之方式，將散射板之像作為n種全像記錄。
(18)本發明第18形態之影像顯示裝置，藉由上述第1~第17形態之使用同調光源之照明裝置與具有接受該照明裝置之照明之受光面之顯示媒體構成，其特徵在於：在全像記錄媒體記錄有被描繪有既定影像之透射膜覆蓋之散射板之像；將受光面配置在形成散射板之再生像之位置。
(19)本發明第19形態之使用同調光源之照明方法，進行：準備階段，藉由將散射板之像作為全像記錄在記錄用媒體上以作成全像記錄媒體；以及照明階段，以將同調光束照射至全像記錄媒體上且使照射位置經時變化之方式使光束在全像記錄媒體上掃描；在準備階段，將同調之照明光照射至散射板，將從散 射板獲得之散射光作為物體光使用，沿著既定光路照射記錄用媒體，將與照明光相同波長之同調光作為參照光使用，將由物體光與參照光形成之干涉條紋記錄在記錄用媒體以作成全像記錄媒體；在照明階段，係以具有能使散射板之像再生之波長之光束通過沿著參照光之光路之光路朝向全像記錄媒體上之照射位置之方式進行掃描；將從全像記錄媒體獲得之散射板之像之再生光作為照明光。
(20)本發明第20形態，在上述第19形態之使用同調光源之照明方法中，在準備階段，藉由使用在既定收束點之位置具有焦點之凸透鏡使大致平行之同調光之光束聚光，產生在收束點三維地收束之參照光或從收束點三維地發散之參照光，使用產生之參照光進行干涉條紋之記錄。
(21)本發明第21形態，在上述第19形態之使用同調光源之照明方法中，在準備階段，藉由使用具有與既定聚光軸平行之中心軸之圓柱狀透鏡使大致平行之同調光之光束聚光於聚光軸上，產生在聚光軸上之點二維地收束之參照光或從聚光軸上之點二維地發散之參照光，使用產生之參照光進行干涉條紋之記錄。
(22)本發明第22形態，在上述第19形態之使用同調光源之照明方法中，在準備階段，使用由平行光束構成之參照光進行干涉條紋之記錄。
(23)本發明第23形態，在上述第19~第22形態之使用同調光源之照明方法中，藉由使用假想之散射板之模擬運 算執行準備階段之程序，將計算機合成全像記錄在全像記錄媒體。
(24)本發明第24形態，在上述第23形態之使用同調光源之照明方法中，作為假想之散射板，係使用多數個點光源在平面上排列成格子狀之模型。
(25)本發明第25形態之使用同調光源之照明裝置，設置：同調光源，使同調光束產生；微透鏡陣列，係由多數個個別透鏡之集合體構成；以及光束掃描裝置，將光束照射至微透鏡陣列，且以光束對微透鏡陣列之照射位置經時變化之方式掃描；構成微透鏡陣列之個別透鏡分別具有使從光束掃描裝置照射之光折射以在既定受光面上形成既定照射區域之功能，且藉由任一個個別透鏡形成之照射區域皆在受光面上成為大致相同之共通區域。
(26)本發明第26形態，在上述第25形態之使用同調光源之照明裝置中，光束掃描裝置使光束在既定掃描基點折曲並照射至微透鏡陣列且使光束之折曲形態經時變化，藉此使折曲後之光束對微透鏡陣列之照射位置經時變化；構成微透鏡陣列之個別透鏡分別使從掃描基點射入後之光折射，在受光面上形成共通之照射區域。
(27)本發明第27形態之使用同調光源之照明裝置，設置：同調光源，使同調光束產生； 光束掃描裝置，藉由控制光束之方向或位置或其雙方以進行光束掃描；以及光擴散元件，使射入之光束擴散並射出；光束掃描裝置，將同調光源產生之光束朝向光擴散元件射出，且以光束對光擴散元件之入射位置經時變化之方式掃描；光擴散元件具有使射入之光束擴散以在既定受光面上形成既定照射區域之功能，且與光束之入射位置無關地，形成之照射區域在受光面上成為大致相同之共通區域。
A1,A2‧‧‧剖面
A1E,A2E,A3E,AnE‧‧‧結束區域
A1S,A2S,A3S,AnS‧‧‧開始區域
a1,a2,a3,a4‧‧‧區域
B‧‧‧掃描基點
C‧‧‧點
D‧‧‧點光源
I‧‧‧照射區域
Lobj‧‧‧物體光
Lref‧‧‧參照光
Lrep‧‧‧再生用照明光
L12,L22‧‧‧平行光束
L23‧‧‧照射光
L24‧‧‧光
L30‧‧‧散射光
L31,L32,L33‧‧‧物體光
L45,L46,Ldif‧‧‧繞射光
L10,L11,L20,L21,L50,L60,L61,L62,L65‧‧‧光束
L(B)‧‧‧藍色雷射束
L(G)‧‧‧綠色雷射束
L(R)‧‧‧紅色雷射束
L(R,G,B)‧‧‧合成光束
P,P1,P2‧‧‧點
Q‧‧‧著眼點
Q1,Q2,Q3‧‧‧物體點
R‧‧‧受光面
S1,S2‧‧‧剖面
10‧‧‧同調光源
11,21‧‧‧反射鏡
12,22‧‧‧束放大器
15,16‧‧‧分光鏡
20‧‧‧分束器
23,25‧‧‧凸透鏡
24‧‧‧圓柱狀透鏡
30,30A,30B‧‧‧散射板
30’‧‧‧假想之散射板
33A,33B,33C‧‧‧透射膜
35‧‧‧像
40‧‧‧全像感光媒體
40’‧‧‧假想之記錄面
45,46‧‧‧全像記錄媒體
48‧‧‧微透鏡陣列
48-1,48-2‧‧‧個別透鏡
50‧‧‧同調光源
50B‧‧‧藍色雷射光源
50G‧‧‧綠色雷射光源
50R‧‧‧紅色雷射光源
60,65‧‧‧光束掃描裝置
66‧‧‧可動反射鏡
70‧‧‧照明對象物
75‧‧‧桌子
76,77‧‧‧椅子
90‧‧‧媒體
95‧‧‧準備用全像記錄媒體
100,110,120‧‧‧照明裝置
200‧‧‧地面
210‧‧‧頂面
圖1係顯示作成本發明之照明裝置之構成要素即全像記錄媒體之程序之光學系統的配置圖。
圖2係顯示圖1所示之程序中參照光L23之剖面S1與全像感光媒體40之位置關係的俯視圖。
圖3係顯示圖1所示之程序中參照光L23之另一剖面S2與全像感光媒體40之位置關係的俯視圖。
圖4係圖1所示之光學系統中散射板30及全像感光媒體40之周圍的部分放大圖。
圖5係顯示使用以圖1所示之程序作成之全像記錄媒體45使散射板之像35再生之程序的圖。
圖6係顯示對以圖1所示之程序作成之全像記錄媒體45僅照射1條光束使散射板之像35再生之程序的圖。
圖7係顯示對以圖1所示之程序作成之全像記錄媒體45僅照射1條光束使散射板之像35再生之程序的另一圖。
圖8係顯示圖6及圖7所示之再生程序中光束之照射位 置的俯視圖。
圖9係顯示本發明之基本實施形態之照明裝置100之構成的側視圖。
圖10係顯示使用圖9所示之照明裝置100照明照明對象物70之狀態的側視圖。
圖11係顯示將圖9所示之照明裝置100安裝於頂面並照明桌子之上面之狀態的側視圖。
圖12係顯示圖9所示之照明裝置100中全像記錄媒體45上之光束之掃描形態之第1例的俯視圖。
圖13係顯示圖9所示之照明裝置100中全像記錄媒體45上之光束之掃描形態之第2例的俯視圖。
圖14係顯示圖9所示之照明裝置100中全像記錄媒體45上之光束之掃描形態之第3例的俯視圖。
圖15係顯示圖9所示之照明裝置100中全像記錄媒體45上之光束之掃描形態之第4例的俯視圖。
圖16係顯示使用帶狀之全像記錄媒體85之情形之光束之掃描形態的俯視圖。
圖17係顯示作成圖16所示之帶狀之全像記錄媒體85之程序之光學系統的配置圖。
圖18係顯示以CGH之方法作成本發明之照明裝置之構成要素即全像記錄媒體之原理的側視圖。
圖19係圖18所示之假想之散射板30’的前視圖。
圖20係顯示藉由本發明獲得之散斑之降低效果之實驗結果的表。
圖21係顯示藉由本發明之照明裝置進行白色照明之情 形之光源之構成例的圖。
圖22係顯示作成本發明之照明裝置時所使用之散射板之多樣性的俯視圖。
圖23係顯示將本發明之照明裝置作為影像顯示裝置利用之情形所使用之透射膜的俯視圖。
圖24係顯示使用收束參照光作成反射型之全像記錄媒體之程序的側視圖。
圖25係顯示以圖24所示之方法作成後之反射型之全像記錄媒體45之再生程序的側視圖。
圖26係顯示使用收束參照光作成透射型之全像記錄媒體之程序的側視圖。
圖27係顯示以圖26所示之方法作成後之透射型之全像記錄媒體45之再生程序的側視圖。
圖28係顯示使用發散參照光作成全像記錄媒體之情形之準備程序的側視圖。
圖29係顯示以圖28之準備程序作成後之準備用全像記錄媒體95之再生程序的側視圖。
圖30係顯示使用發散參照光作成反射型之全像記錄媒體之程序的側視圖。
圖31係顯示使用發散參照光作成透射型之全像記錄媒體之程序的側視圖。
圖32係顯示使用發散參照光作成全像記錄媒體之情形之另一準備程序的側視圖。
圖33係顯示以圖32之準備程序作成後之準備用全像記錄媒體95之再生程序的側視圖。
圖34係顯示作成本發明之變形例之照明裝置之構成要素即全像記錄媒體之程序之光學系統的配置圖。
圖35係顯示本發明之變形例之照明裝置110之基本構成的側視圖。
圖36係顯示本發明之另一變形例之照明裝置120之基本構成的側視圖。
圖37係顯示圖36所示之照明裝置120之動作原理的側視圖。
 <<<§1.用於本發明之全像記錄媒體>>>
首先，說明作為本發明一實施形態之照明裝置之構成要素使用之全像記錄媒體之特徵。圖1係顯示作成此全像記錄媒體之程序之光學系統的配置圖。藉由此光學系統，作成記錄有散射板之像之全像記錄媒體。
圖之右上所示之同調光源10係產生同調光束L10之光源，實際上，使用產生剖面為圓形之單色雷射光之雷射光源。此雷射光源產生之同調光束L10被分束器20分成2束。亦即，光束L10之一部分直接透射過分束器20而導向圖之下方，其餘一部分被分束器20反射而作為光束L20導向圖之左方。
透射過分束器20之光束L10可達成產生散射板之物體光Lobj之功能。亦即，往圖之下方行進之光束L10被反射鏡11反射成為光束L11，再者，藉由束放大器12使徑放大，構成平行光束L12，照射至散射板30之右側之面之整個區域。散射板30為具有使照射之光散射之性質之板，一般而 言被稱為光學擴散板。此處所示之實施例之情形，使用在內部混練有用以使光散射之微小粒子(光之散射體)之透射型散射板(例如，蛋白石玻璃板)。是以，如圖示，照射至散射板30之右側之面之平行光束L12，透射過散射板30從左側之面作為散射光L30射出。此散射光L30構成散射板30之物體光Lobj。
另一方面，被分束器20反射之光束L20可達成產生參照光Lref之功能。亦即，從分束器20往圖之左方行進之光束L20被反射鏡21反射成為光束L21，接著，藉由束放大器22使徑放大，構成平行光束L22，被以點C為焦點之凸透鏡23折射後照射至全像感光媒體40。此外，平行光束L22即使不是嚴密之平行光線之集合，只要是大致平行光線之集合，則實用上無問題。全像感光媒體40為用於記錄全像像之感光性媒體。至此全像感光媒體40之照射光L23構成參照光Lref。
其結果，在全像感光媒體40照射有散射板30之物體光Lobj與參照光Lref。此處，物體光Lobj與參照光Lref皆為以同調光源10(雷射光源)產生之具有相同波長λ之同調光，因此在全像感光媒體40記錄有兩者之干涉條紋。亦即，在全像感光媒體40，散射板30之像係作為全像記錄。
圖2係顯示圖1所示之參照光L23(Lref)之剖面S1與全像感光媒體40之位置關係的俯視圖。藉由束放大器22使徑放大之平行光束L22具有圓形剖面，因此以凸透鏡23聚光之參照光Lref收束於以透鏡之焦點C為頂點之圓錐狀。然而，圖1所示之例，全像感光媒體40係配置成相對此圓錐 之中心軸傾斜，因此以全像感光媒體40之表面切斷參照光L23(Lref)後之剖面S1如圖2所示成為橢圓。
如上述，圖2所示之例，參照光Lref僅照射至全像感光媒體40之全區域之中、圖中斜線所示之區域內，因此散射板30之全像成為僅記錄在施加此斜線之區域內。當然，若藉由束放大器22產生使徑更大之平行光束L22，使用徑更大之凸透鏡23，則如圖3所示之例，在參照光Lref之剖面S2內亦可包含全像感光媒體40。此情形，如圖中施加斜線般，散射板30之全像記錄在全像感光媒體40之整面。在作成用於本發明之全像記錄媒體之狀況下，以圖2、圖3之任一形態進行記錄皆可。
接著，進一步詳細說明散射板30之像記錄在全像感光媒體40上之光學程序。圖4係圖1所示之光學系統中散射板30及全像感光媒體40之周圍的部分放大圖。如上述，參照光Lref係以具有焦點C之凸透鏡23將具有圓形剖面之平行光束L22聚光者，收束於以焦點C為頂點之圓錐狀。因此，以下，將此焦點C稱為收束點。照射至全像感光媒體40之參照光L23(Lref)，如圖示，成為收束於此收束點C之光。
另一方面，從散射板30發出之光(物體光Lobj)為散射光，因此朝向各種方向。例如，如圖示，若在散射板30之左側面之上端考慮物體點Q1，則從此物體點Q1往四面八方射出散射光。同樣地，從任意之物體點Q2或Q3亦往四面八方射出散射光。是以，若著眼於全像感光媒體40內之任意之點P1，則成為記錄來自物體點Q1,Q2,Q3之物體光 L31,L32,L33與朝向收束點C之參照光Lref之干涉條紋之資訊。當然，實際上，散射板30上之物體點不僅Q1,Q2,Q3，因此來自散射板30上之所有物體點之資訊同樣地係作為與參照光Lref之干涉條紋之資訊記錄。亦即，在圖示之點P1記錄散射板30之所有資訊。又，同樣地，在圖示之點P2亦記錄散射板30之所有資訊。以上述方式，在全像感光媒體40內之任一部分皆記錄散射板30之所有資訊。此為全像之本質。
接著，以下，將以此種方法記錄有散射板30之資訊之全像感光媒體40稱為全像記錄媒體45。為了使此全像記錄媒體45再生以得到散射板30之全像再生像，只要將與用在記錄時之光相同波長之同調光從與記錄時之參照光Lref對應之方向作為再生用照明光照射即可。
圖5係顯示使用以圖4所示之程序作成之全像記錄媒體45使散射板之像35再生之程序的圖。如圖示，對全像記錄媒體45從下方照射再生用照明光Lrep。此再生用照明光Lrep係從位於收束點C之點光源作為球面波發散之同調光，其一部分如圖示放大成圓錐狀並同時成為照射全像記錄媒體45之光。又，此再生用照明光Lrep之波長與全像記錄媒體45之記錄時之波長(亦即，圖1所示之同調光源10產生之同調光之波長)相同。
此處，圖5所示之全像記錄媒體45與收束點C之位置關係與圖4所示之全像感光媒體40與收束點C之位置關係完全相同。是以，圖5所示之再生用照明光Lrep與逆向行進圖4所示之參照光Lref之光路之光對應。若將滿足此種 條件之再生用照明光Lrep照射至全像記錄媒體45，則藉由其繞射光L45(Ldif)獲得散射板30之全像再生像35(圖中以虛線顯示)。圖5所示之全像記錄媒體45與再生像35之位置關係與圖4所示之全像感光媒體40與散射板30之位置關係完全相同。
如上述，將任意物體之像作為全像記錄並使其再生之技術係一直以來實用化之公知技術。又，在作成利用於一般用途之全像記錄媒體之情形，作為參照光Lref係使用平行光束。使用由平行光束構成之參照光Lref記錄之全像，由於在再生時亦只要利用由平行光束構成之再生用照明光Lrep即可，因此方便性優異。
相對於此，如圖4所示，若將收束在收束點C之光作為參照光Lref利用，則在再生時，如圖5所示，必須將從收束點C發散之光作為再生用照明光Lrep使用。實際上，為了獲得圖5所示之再生用照明光Lrep，必須將透鏡等之光學系統配置在特定位置。又，若再生時之全像記錄媒體45與收束點C之位置關係與記錄時之全像感光媒體40與收束點C之位置關係不一致，則無法獲得正確之再生像35，因此限定再生時之照明條件(若使用平行光束再生之情形，照明條件只要照射角度滿足即可)。
根據上述理由，使用收束在收束點C之參照光Lref作成之全像記錄媒體並不適於一般用途。儘管如此，在此處所示之實施形態，將收束在收束點C之光作為參照光Lref使用之原因為使再生時進行之光束掃描變容易。亦即，圖5中，為了方便說明，顯示使用從收束點C發散之再生用照 明光Lrep產生散射板30之再生像35之方法，但本發明中，實際上，不進行如圖示使用放大成圓錐狀之再生用照明光Lrep之再生。替代此，採用使光束掃描之方法。以下，詳細說明此方法。
圖6係顯示對以圖4所示之程序作成之全像記錄媒體45僅照射1條光束使散射板30之像35再生之程序的圖。亦即，在此例，僅從收束點C朝向媒體內之1點P1之1條光束L61賦予為再生用照明光Lrep。當然，光束L61為具有與記錄時之光相同波長之同調光。如圖4所說明，在全像記錄媒體45內之任意之點P1記錄有散射板30整體之資訊。是以，若對圖6之點P1之位置以與記錄時使用之參照光Lref對應之條件照射再生用照明光Lrep，則能僅使用記錄在此點P1附近之干涉條紋產生散射板30之再生像35。圖6係顯示藉由來自點P1之繞射光L45(Ldif)使再生像35再生後之狀態。
另一方面，圖7係僅從收束點C朝向媒體內之另一點P2之1條光束L62賦予為再生用照明光Lrep之例。此情形，在點P2亦記錄有散射板30整體之資訊，因此若對點P2之位置以與記錄時使用之參照光Lref對應之條件照射再生用照明光Lrep，則能僅使用記錄在此點P2附近之干涉條紋產生散射板30之再生像35。圖7係顯示藉由來自點P2之繞射光L45(Ldif)使再生像35再生後之狀態。圖6所示之再生像35及圖7所示之再生像35皆為以相同散射板30為原影像者，因此理論上成為在相同位置產生之相同再生像。
圖8係顯示圖6及圖7所示之再生程序中光束之照射位 置的俯視圖。圖8之點P1與圖6之點P1對應，圖8之點P2與圖7之點P2對應。A1,A2分別顯示再生用照明光Lrep之剖面。剖面A1,A2之形狀及大小取決於光束L61,L62之剖面之形狀及大小。又，亦取決於全像記錄媒體45上之照射位置。此處，為了方便雖顯示圓形之剖面A1,A2，但實際上，使用具有圓形剖面之光束L61,L62之情形，剖面形狀與照射位置對應成為扁平之橢圓。
如上述，在圖8所示之點P1附近與點P2附近分別記錄之干涉條紋之內容完全不同，但對任一點照射作為再生用照明光Lrep之光束之情形，皆在相同位置獲得相同之再生像35。其原因在於，再生用照明光Lrep為從收束點C朝向各點P1,P2之光束，因此對任一點皆賦予與圖4所示之記錄時之參照光Lref之方向對應之方向之再生用照明光Lrep。
圖8中雖僅例示2點P1,P2，但當然就全像記錄媒體45上之任意之點而言皆可謂相同。是以，對全像記錄媒體45上之任意之點照射光束之情形，只要該光束為來自收束點C之光，則在相同位置獲得相同之再生像35。不過，如圖2所示，僅在全像感光媒體40之一部分之區域(圖中施加斜線顯示之區域)記錄有全像之情形，可獲得再生像35只限於對該區域內之點照射有光束之情形。
其結果，此處所述之全像記錄媒體45為使用在特定之收束點C收束之參照光Lref將散射板30之像作為全像記錄之媒體，具有若將通過此收束點C之光束作為再生用照明光Lrep照射至任意之位置則產生散射板30之再生像35之特徵。是以，作為再生用照明光Lrep，若使通過收束點C 之光束在全像記錄媒體45上掃描，則藉由從各照射部位獲得之繞射光Ldif使相同之再生像35在相同位置再生。
<<<§2.本發明之基本實施形態之照明裝置>>>
接著，參照圖9之側視圖說明本發明之基本實施形態之照明裝置100之構成。如圖示，此照明裝置100係藉由全像記錄媒體45、同調光源50、光束掃描裝置60構成。
此處，全像記錄媒體45為具有在§1所述之特徵之媒體，記錄有散射板30之像35。又，同調光源50係使具有與作成全像記錄媒體45時使用之光(物體光Lobj及參照光Lref)之波長相同波長之同調光束L50產生之光源。
另一方面，光束掃描裝置60係以使同調光源50產生之光束L50在既定之掃描基點B折曲並照射至全像記錄媒體45且藉由使光束50之折曲形態經時變化以使折曲後之光束L60對全像記錄媒體45之照射位置經時變化之方式掃描之裝置。此種裝置，一般而言，作為掃描型鏡元件係公知之裝置。在圖中，為了方便說明，以一點鏈線顯示在時刻t1之折曲形態，以二點鏈線顯示在時刻t2之折曲形態。亦即，在時刻t1，光束L50在掃描基點B折曲，作為光束L60(t1)照射至全像記錄媒體45之點P(t1)，但在時刻t2，光束L50作為在掃描基點B折曲後之光束L60(t2)照射至全像記錄媒體45之點P(t2)。
在圖中，為了方便說明，僅顯示在時刻t1、t2之2個時點之折曲形態，但實際上，在時刻t1~t2之期間，光束之折曲方向平滑地變化，光束L60對全像記錄媒體45之照射位置以圖之點P(t1)~P(t2)之方式逐漸移動。亦即，在時 刻t1~t2之期間，光束L60之照射位置在全像記錄媒體45上以點P(t1)~P(t2)之方式掃描。
此處，若使掃描基點B之位置與圖4所示之收束點C之位置一致(亦即，若使圖9之全像記錄媒體45與掃描基點B之位置關係與圖4中全像感光媒體40與收束點C之位置關係相同)，則在全像記錄媒體45之各照射位置，光束L60成為照射至與圖4所示之參照光Lref對應之方向(逆向行進圖4所示之參照光Lref之光路之方向)。是以，光束L60，在全像記錄媒體45之各照射位置，作用為用以使記錄在此之全像再生之正確之再生用照明光Lrep。
例如，在時刻t1，藉由來自點P(t1)之繞射光L45(t1)產生散射板30之再生像35，在時刻t2，藉由來自點P(t2)之繞射光L45(t2)產生散射板30之再生像35。當然，在時刻t1~t2之期間，亦藉由來自光束L60照射之各位置之繞射光同樣地產生散射板30之再生像35。亦即，光束L60，只要為從掃描基點B朝向全像記錄媒體45之光，則即使光束L60照射至全像記錄媒體45上之任何位置，亦藉由來自照射位置之繞射光在相同位置產生相同之再生像35。
引起此種現象之原因在於，如圖4所示，在全像記錄媒體45，使用在特定之收束點C收束之參照光L23將散射板30之像作為全像記錄，光束掃描裝置60以此收束點C作為掃描基點B進行光束60之掃描。當然，即使停止光束掃描裝置60之掃描，將光束L60之照射位置固定在全像記錄媒體45上之1點，在相同位置持續產生相同之再生像35亦不會改變。儘管如此，使光束60掃描係為了抑制散斑雜訊， 無其他原因。
圖10係顯示使用圖9所示之照明裝置100照明照明對象物70之狀態的側視圖。照明裝置100係將從全像記錄媒體45獲得之散射板之像35之再生光作為照明光使用之裝置。此處，為了以照明裝置100照明照明對象物70之左側之面，如圖示，考慮在照明對象物70之左側面與散射板之再生像35之左側面一致之位置配置有照明對象物70之情形。此情形，照明對象物70之左側面成為受光面R，來自全像記錄媒體45之繞射光照射至此受光面R。
因此，在此受光面R上設定任意之著眼點Q，可慮到達此著眼點Q之繞射光為何者。首先，在時刻t1，從同調光源50射出之光束L50，如圖中一點鏈線所示在掃描基點B折曲，作為光束L60(t1)照射至點P(t1)。接著，來自點P(t1)之繞射光L45(t1)到達著眼點Q。另一方面，在時刻t2，從同調光源50射出之光束L50，如圖中二點鏈線所示在掃描基點B折曲，作為光束L60(t2)照射至點P(t2)。接著，來自點P(t2)之繞射光L45(t2)到達著眼點Q。
其結果，藉由此種繞射光，在著眼點Q之位置恆產生與散射板30在著眼點Q之位置對應之再生像，但對著眼點Q之繞射光之入射角在時刻t1與時刻t2不同。亦即，使光束L60掃描之情形，形成在受光面R上之再生像35雖不變，但到達受光面R上之各點之繞射光之入射角度經時變化。此種入射角度之時間變化在降低散斑之點上具有很大的貢獻。
如上述，若使用同調光則產生散斑之原因在於，在受 光面R之各部反射之同調光因其極高之可干涉性而彼此干涉。然而，本發明中，藉由光束L60之掃描，繞射光對受光面R之各部之入射角度經時變動，因此干涉之形態亦經時變動，成為具有多重度。因此，能使散斑之產生主要原因在時間上分散，緩和恆常觀察到對生理上造成不良影響之斑點狀之花紋之事態。此為本發明之基本原理。
圖11係顯示將圖9所示之照明裝置100利用於室內照明之一例的側視圖。如圖示，在室內之地面200配置有桌子75及椅子76,77，桌子75之上面(此例中，桌布之表面)成為照明對象物，形成受光面R。照明裝置100，如圖示，係安裝於頂面210。圖中為了方便說明，照明裝置100係描繪成與桌子75大致相同大小，但實際上，若使用半導體雷射作為同調光源50，使用掃描型鏡元件作為光束掃描裝置60，則能小型化至與一般室內照明用之照明裝置相同程度。
作為同調光源50，例如若使用綠色之雷射光源，則桌子75之上面(受光面R)成為被綠色之照明點照射。使用此種同調光之照明，與習知一般室內照明完全不同，對觀察者具有極嶄新之照明效果。亦即，藉由雷射光具有之單色性，受光面R被即鮮豔之綠色照射。又，藉由雷射光具有之指向性，可形成具有鮮明輪廓之照明點。實際上，由於形成在受光面R之照明點之輪廓成為再生像35之輪廓，因此若將受光面R配置在再生像35之再生位置，則在受光面R形成散射板30之鮮明之再生像。再者，由於雷射光源一般而言具有高光轉換效率，因此能以低耗電進行亮度高之照明。
如上述，根據本發明，可進行色純度極高之單色之面照明。而且，本發明之照明裝置中，如上述，由於照射在受光面R之各部之光之入射角度經時多重化，因此可抑制散斑之產生。是以，可降低在雷射指標之照明觀察到之閃爍之斑點狀之雜訊，不會對人類造成生理上之不舒服感。因此，可實現能充分利用在室內照明之照明裝置。
此外，圖11雖顯示將照明對象物(桌子75之上面)配置在產生散射板30之再生像35之位置之例，但作為照明裝置利用之情形，照明對象物之位置並不特別限定。亦即，圖11所示之例之情形，由於在桌子75之上面(受光面R)產生散射板30之再生像35，因此受光面R達成作為顯示再生像35之銀幕之功能，如上述，在受光面R形成具有鮮明輪廓之照明點。然而，若僅作為照明裝置利用，則不一定要形成具有鮮明輪廓之照明點。
例如，在圖11所示之配置，若撤去桌子75，則來自全像記錄媒體45之繞射光照射至地面200。即使此情形，由於再生像35之產生位置不變，因此人類之眼觀察不到再生像35(由於在再生像35之位置沒有使光散射之物體，因此再生像35不會成像在人類之眼)。即使如此，到達地面200之繞射光在地面200散射而到達人類之眼，因此照明裝置100可達成對地面200之照明功能。
當然，亦可採用故意使受光面R之位置從再生像35之產生位置移開之照明方法。例如，若配置較圖11所示之桌子75低一些之桌子，則在桌子上面形成稍微模糊之再生像35。然而，若為照明桌子上面之目的，則亦會有形成模糊之 再生像35可獲得柔和之照明效果而較佳之情形。如上述，利用本發明之照明裝置之情形，照明對象物之位置為依據喜好適當決定之事項，並不特別限定。
<<<§3.照明裝置各部之詳細說明>>>
圖9所示之照明裝置100，如在§2所述，係藉由全像記錄媒體45、同調光源50、光束掃描裝置60構成。此處，針對此等各構成要素進行更詳細之說明。
<3-1>同調光源
首先，作為同調光源50，使用使具有與作成全像記錄媒體45時使用之光(物體光Lobj及參照光Lref)之波長相同波長之同調光束L50產生之光源即可。然而，同調光源50產生之光束L50之波長不需與作成全像記錄媒體45時使用之光之波長完全相同，只要為近似之波長即可獲得全像之再生像。總之，本發明使用之同調光源50只要為使具有能使散射體之像35再生之波長之同調光束L50產生之光源即可。
實際上，可將與圖5所示之同調光源10相同之光源直接利用為同調光源50。此處所示之實施形態之情形，將可射出波長λ=532nm(綠色)之雷射光之DPSS(二極體激發式固態：Diode Pumped Solid State)雷射裝置作為同調光源50使用。DPSS雷射小型且同時可獲得較高輸出之所欲之波長之雷射光，因此為適於利用在本發明之照明裝置之同調光源。
此DPSS雷射裝置，相較於一般半導體雷射同調長度較長，因此容易產生散斑，以往被認為不適於照明之用途。 亦即，以往，為了降低散斑，付出使雷射光之振盪波長之寬度增加以僅可能縮短同調長度之努力。相對於此，本發明中，即使使用同調長度長之光源，亦可藉由上述原理有效抑制散斑之產生，因此作為光源即使使用DPSS雷射裝置，實用上散斑之產生亦不會成為問題。在此點，若利用本發明則可獲得進一步增加光源之選擇範圍之效果。
<3-2>光束掃描裝置
光束掃描裝置60為具有在全像記錄媒體45上使光束掃描之功能之裝置。此處，說明此光束掃描裝置60進行之光束掃描之具體方法。圖12係顯示圖9所示之照明裝置100中全像記錄媒體45上之光束之掃描形態之第1例的俯視圖。在此例，作為全像記錄媒體45，使用橫寬Da=12mm、縱寬Db=10mm之媒體，作為掃描此媒體上之光束L60，使用具有直徑1mm之圓形剖面之雷射束。如圖示，採用下述方法，亦即與CRT中電子線之掃描相同，使光束L60之照射位置從第1行之開始區域A1S至結束區域A1E在水平方向掃描，接著，從第2行之開始區域A2S至結束區域A2E在水平方向掃描，…，最後，從第n行之開始區域AnS至結束區域AnE在水平方向掃描，再次，返回第1行之開始區域A1S，反覆同樣之作業。
在此圖12所示之掃描方法，全像記錄媒體45之整面受到光束之掃描，但本發明中，不一定要不漏地掃描全像記錄媒體45之整面。例如，圖13係僅進行圖12所示之掃描方法中第奇數行之掃描而省略第偶數行之掃描之例。如上述，若隔著一行進行掃描，則記錄在全像記錄媒體45之一 部分區域之全像資訊完全無助於像之再生，但儘管如此亦不會特別產生問題。圖14係顯示更極端之掃描方法之例，在縱寬Db之中央位置，反覆進行從開始區域A1S至結束區域A1E在水平方向僅掃描一行之作業。
當然，掃描方向之設定亦自由，第1行之掃描從左至右進行後，第2行之掃描從右至左進行亦可。又，掃描方向並不限於直線，在全像記錄媒體45上進行描繪圓之掃描亦可。
此外，如圖2所示之例，僅對全像感光媒體40之一部分之區域(施加斜線之區域)照射參照光Lref進行記錄之情形，在其他區域(外側之白色區域)不記錄全像。此情形，若至外側之白色區域為止進行掃描則無法獲得再生像35，因此照明暫時變暗。是以，實用上，較佳為，僅掃描記錄有全像之區域內。
如上述，光束在全像記錄媒體45上之掃描係藉由光束掃描裝置60進行。此光束掃描裝置60具有使來自同調光源50之光束L50在掃描基點B(全像記錄時之收束點C)折曲並照射至全像記錄媒體45之功能。且，以藉由使其折曲形態(折曲之方向與折曲角度之大小)經時變化以使折曲後之光束L60對全像記錄媒體45之照射位置經時變化之方式掃描。具有此種功能之裝置係作為掃描型鏡元件利用在各種光學系統。
例如，在圖9所示之例，作為光束掃描裝置60，方便上僅描繪反射鏡之圖，但實際上具備使此反射鏡在雙軸方向旋動之驅動機構。亦即，將掃描基點B設定在圖示之反射鏡之反射面之中心位置，定義通過此掃描基點B並在反 射面上彼此正交之V軸及W軸之情形，具備使該反射鏡繞V軸(與圖之紙面垂直之軸)旋動之機構與繞W軸(圖中以虛線所示之軸)旋動之機構。
如上述，若使用可繞V軸及W軸獨立旋動之反射鏡，則反射後之光束L60可在全像記錄媒體45上在水平方向及垂直方向掃描。例如，在上述機構中，若使反射光繞V軸旋動，則能在圖12所示之全像記錄媒體45上使光束L60之照射位置在水平方向掃描，若繞W軸旋動，則能在垂直方向掃描。
總之，光束掃描裝置60若具有以在包含掃描基點B之平面上進行擺動運動之方式使光束L60折曲之功能，則能在全像記錄媒體45上使光束L60之照射位置在一維方向掃描。如圖14所示之例，若採用僅使光束在水平方向進行掃描之運用，則光束掃描裝置60具有使在全像記錄媒體45上之光束之照射位置在一維方向掃描之功能即足夠。
相對於此，若採用在全像記錄媒體45上使光束L60之照射位置在二維方向掃描之運用，則使光束掃描裝置60具有以在包含掃描基點B之第1平面上進行擺動運動之方式使光束L60折曲之功能(圖9中，若使反射鏡繞V軸旋動，則光束L60在紙面所含之平面上進行擺動運動)、及以在與包含掃描基點B之第1平面正交之第2平面上進行擺動運動之方式使光束L60折曲之功能(圖9中，若使反射鏡繞W軸旋動，則光束L60在與紙面垂直之平面上進行擺動運動)即可。
作為用以使光束之照射位置在一維方向掃描之掃描型 鏡元件，廣泛地利用多面鏡。又，作為用以在二維方向掃描之掃描型鏡元件，可使用將2組多面鏡組合者，已知環架鏡、電流鏡、MEMS(微機電元件)鏡等元件。再者，除了通常之鏡元件以外，全反射稜鏡、折射稜鏡、電氣光學晶體(KTN(鉭鈮酸鉀)晶體等)亦可利用為光束掃描裝置60。
此外，若光束L60之徑接近全像記錄媒體45之尺寸，則有損抑制散斑之效果，因此必須留意。圖12~圖14所示之例之情形，如上述，全像記錄媒體45之橫寬為Da=12mm、縱寬為Db=10mm，光束L60為具有直徑1mm之圓形剖面之雷射束。若為此種尺寸條件，則能充分獲得抑制散斑之效果。其原因在於，全像記錄媒體45上之任一區域皆僅暫時受到光束L60之照射，不會從相同區域持續射出繞射光。
然而，例如，圖15所示之例之情形，照射具有接近全像記錄媒體45之尺寸之徑之光束之情形，會形成持續射出繞射光之區域(圖中斜線部分)。亦即，即使使光束L60之照射位置從第1行之開始區域A1S至結束區域A1E在水平方向掃描，圖中施加斜線之區域a1，亦恆受到光束之照射。同樣地，即使從第n行之開始區域AnS至結束區域AnE在水平方向掃描，區域a2亦恆受到光束之照射。又，若考慮垂直方向之掃描，則區域a3在各行之開始區域成為重複之區域，區域a4在各行之結束區域成為重複之區域，因此即使改變掃描之行，亦恆受到光束之照射。
其結果，關於此等施加斜線之區域，無法接受光束掃描之恩惠，持續射出繞射光。其結果，從此種區域發出之 繞射光以相同角度持續射入照明對象物之受光面R上，成為散斑產生之主要原因。是以，光束L60之徑不應大到接近全像記錄媒體45之尺寸。
此種弊害，在將掃描間距設定成小於光束L60之徑之情形亦會產生。例如，圖12係將縱方向之掃描間距設定成與光束L60之徑相等之例，圖13係將縱方向之掃描間距設定成光束L60之徑之2倍之例。如上述，若將縱方向(副掃描方向)之掃描間距設定成光束之徑以上，則第i行之掃描區域與第(i+1)行之掃描區域雖不會重複，但若掃描間距未滿光束之徑，則產生重複區域，可能成為上述散斑產生之主要原因。
又，較慢之掃描速度亦成為散斑產生之主要原因。例如，即使以一行掃描需要一小時之慢速度掃描，從人類視覺上之時間解析能力之觀點觀之等同未進行掃描，而辨識出散斑。藉由使光束掃描以降低散斑，如上述，係因照射在受光面R之各部之光之人射角度經時多重化。是以，為了充分獲得光束掃描之散斑降低之效果，使成為產生散斑之原因之相同干涉條紋維持之時間較人類視覺上之時間解析能力短即可。
一般而言，人類視覺上之時間解析能力之限界為1/20~1/30秒程度，若在1秒間提示20~30幀框以上之靜止影像，則人類可辨識為流暢之動畫。若考慮此點，則設光束之直徑為d之情形，以在1/20~1/30秒行進d以上之距離之掃描速度(秒速20d~30d之速度)進行掃描，則可獲得充分之散斑抑制效果。
<3-3>全像記錄媒體
關於全像記錄媒體45，已在§1說明詳細製程。亦即，用於本發明之全像記錄媒體45只要為使用在特定之收束點C收束之參照光將散射板30之像作為全像記錄之特徵之媒體即可。因此，此處，說明適於利用在本發明之具體之全像記錄媒體之形態。
全像有複數個物理形態。本申請發明人認為為了利用在本發明，最佳為體積型全像。尤其是，最適合使用使用有光聚合物之體積型全像。
一般而言，在現金卡或現金券等作為偽造防止用封條而利用之全像，被稱為表面起伏(浮凸)型全像，藉由表面之凹凸構造進行全像干涉條紋之記錄。當然，除了實施本發明外，利用將散射板30之像作為表面起伏型全像記錄之全像記錄媒體45(一般而言，被稱為全像漫射器)亦可。然而，此表面起伏型全像之情形，由於表面之凹凸構造導致之散射可能成為新的散斑產生主要原因，因此從降低散斑之觀點來看並不佳。又，在表面起伏型全像，由於產生多次繞射光，因此繞射效率降低，再者，繞射性能(能使繞射角增大至何種程度之性能)亦有界限。
相對於此，在體積型全像，由於作為媒體內部之折射率分布進行全像干涉條紋之記錄，因此不會受到表面之凹凸構造導致之散射之影響。又，一般而言，繞射效率或繞射性能亦較表面起伏型全像優異。是以，實施本發明時，利用將散射板30之像作為體積型全像記錄之媒體為全像記錄媒體45最適合。
然而，即使是體積型全像，利用含有銀鹽材料之感光媒體記錄之類型，銀鹽粒子導致之散射有可能成為新的散斑產生主要原因，因此避免為佳。根據上述原因，本申請發明人認為作為本發明利用之全像記錄媒體45以使用有光聚合物之體積型全像最佳。上述使用有光聚合物之體積型全像之具體化學組成例如揭示於日本專利第2849021號公報。
然而，在量產性之點，表面起伏型全像較體積型全像優異。表面起伏型全像，作成在表面具有凹凸構造之原版，能藉由使用此原版之加壓加工進行媒體之量產。是以，在必須使製造成本降低之情形，利用表面起伏型全像即可。
又，作為全像之物理形態，在平面上作為濃淡圖案記錄有干涉條紋之振幅調變型全像亦廣泛地普及。然而，此振幅調變型全像，繞射效率低且以濃之圖案部分進行光之吸收，因此利用於本發明之情形，無法確保充分之照明效率。然而，在此製程，由於能採用在平面上印刷濃淡圖案之簡便方法，因此在製造成本之點有優點。是以，視用途，本發明採用振幅調變型全像亦可。
此外，圖1所示之記錄方法，雖作成所謂菲涅爾類型之全像記錄媒體，但作成藉由通過透鏡記錄散射板30獲得之傅立葉轉換類型之全像記錄媒體亦可。此情形，視需要，在繞射光L45之光路上設置透鏡聚光以提升照明效率亦可，但即使無透鏡亦可充分達到作為照明裝置之功能。
<<<§4.本發明之照明裝置之變形例>>>
至此為止說明本發明之照明裝置之基本實施形態。實 施此基本實施形態之情形，首先，進行藉由將散射板30之像35作為全像記錄在記錄用媒體40上以作成全像記錄媒體45之準備階段，使用在此準備階段作成之全像記錄媒體45構成照明裝置100，進行以對全像記錄媒體45上照射同調光束L60且使照射位置經時變化之方式使光束L60在全像記錄媒體45上掃描之照明階段。
此情形，在準備階段，如圖1所示，對散射板30照射同調之照明光L12，將從散射板30獲得之散射光L30作為物體光Lobj使用。又，沿著既定光路照射記錄用媒體40，將與照明光L12相同波長之同調光L23作為參照光Lref使用。接著，將藉由物體光Lobj與參照光Lref形成之干涉條紋記錄在記錄用媒體40以作成全像記錄媒體45。又，在照明階段，如圖9所示，以與參照光Lref相同波長(或能使全像再生之近似波長)之光束L60通過沿著參照光Lref之光路之光路朝向全像記錄媒體45上之照射位置之方式進行掃描(亦即，從與參照光Lref光學共軛之方向賦予光束L60)，將從全像記錄媒體45獲得之散射板30之像35之再生光作為照明光。
此處，針對上述基本實施形態說明複數個變形例。
<4-1>以一維掃描為前提之全像記錄媒體
圖1所示之全像記錄媒體之作成程序中，以凸透鏡23(在收束點C之位置具有焦點之透鏡)使平行光束L22聚光並作為參照光Lref照射至媒體40。亦即，沿著以收束點C為頂點之圓錐(理論上，彼此半徑不同之圓錐無限存在)之側面，使用在收束點C三維收束之參照光Lref記錄散射板30 之像。
如上述，使用三維收束之參照光Lref之原因在於，在圖9所示之照明裝置100，為了獲得從掃描基點B三維發散之光路，以使光束L60三維掃描(組合反射鏡之繞V軸之旋動與繞W軸之旋動使光束掃描)為前提。此外，使光束L60三維掃描之原因在於，使在全像記錄媒體45上之光束之照射位置二維掃描(圖12中，進行橫方向之掃描與縱方向之掃描)。
然而，在全像記錄媒體45上之光束之照射位置之掃描，不一定要二維進行。例如，圖14係顯示使光束僅在水平方向掃描之例。如上述，若以使光束之照射位置一維掃描為前提，則全像記錄媒體亦以此前提作成方為合理。具體而言，若以一維掃描為前提，則替代作成圖14所示之全像記錄媒體45，只要作成圖16所示之帶狀之全像記錄媒體85即足夠。
使用此全像記錄媒體85之情形，光束掃描裝置60之掃描，只要反覆從左端之起點區域A1S至右端之終點區域A1E之1行量之掃描即可。此情形，反覆從左朝向右之1行量之掃描亦可，進行從左至右掃描後再從右往左掃描之往復運動亦可。使用之光束L60為具有直徑1mm之圓形剖面之雷射束之情形，使圖16所示之全像記錄媒體85之縱寬Db=1mm即足夠。是以，相較於使用圖14所示之全像記錄媒體45之情形，可謀求省空間化，能使裝置整體小型化。
此種以一維掃描為前提之全像記錄媒體85，能使用圖1所示之光學系統作成，但替代性地，使用圖17所示之光學 系統作成亦可。此圖17所示之光學系統，將圖1所示之光學系統中凸透鏡23置換為圓柱狀透鏡24，將具有矩形狀平面之全像感光媒體40置換為具有細長帶狀平面之全像感光媒體80，其他構成要素則不變。全像感光媒體80之橫寬Da與全像感光媒體40之橫寬相同，但其縱寬Db(圖17中與紙面垂直方向之寬度)為光束之直徑程度(上述例之情形，1mm程度)。
圓柱狀透鏡24為具有圓柱(具有與圖17之紙面垂直之中心軸)之表面之透鏡，圖17中，定義通過收束點C並與紙面垂直之聚光軸之情形，可達成將平行光束L22聚光在該聚光軸之功能。然而，圓柱狀透鏡之性質上，光之折射僅在與紙面平行之平面內產生，不會產生往與紙面垂直之方向之折射。亦即，包含收束點C，若著眼於與圓柱狀透鏡之圓柱之中心軸正交之平面(圖17之紙面)，則沿著該平面二維收束之光L24係作為參照光Lref而賦予。
如上述，本申請中提及「光在收束點C收束」時，不僅意指圖1之光學系統所示之凸透鏡23之三維收束，亦意指圖17之光學系統所示之圓柱狀透鏡24之二維收束。此外，作成圖16例示之以一維掃描為前提之全像記錄媒體85之情形，如圖17之光學系統所示，使用具有圓柱面(具有與收束點C通過之既定聚光軸(圖例之情形，通過收束點C並與紙面垂直之軸)平行之中心軸)之圓柱狀透鏡24將大致平行之同調光之光束L22聚光在該聚光軸上，將在收束點C二維收束之光L24作為參照光Lref使用，記錄散射板30之全像像即可。
<4-2>由CGH構成之全像記錄媒體
至此為止說明之全像記錄媒體之作成程序，係對全像感光媒體實際照射光，將產生之干涉條紋藉由感光媒體之化學變化固定之單純之光學方法。相對於此，最近，在電腦上模擬此種光學程序，藉由運算計算干涉條紋之資訊，以物理方法將其結果固定在媒體上之方法已確立。以此種方法作成之全像，一般被稱為計算機合成全像(CGH：Computer Generated Hologram)。
記錄在本發明使用之全像記錄媒體之全像，為此種計算機合成全像亦可。亦即，替代以在§1所述之光學程序作成全像記錄媒體，執行使用來自假想散射板之假想物體光與假想參照光之模擬運算，求出在假想記錄面上產生之干涉條紋之資訊，將此資訊以物理方法記錄在媒體上以作成計算機合成全像即可。
圖18係顯示以CGH之方法作成本發明之照明裝置之構成要素即全像記錄媒體之原理的側視圖，顯示在電腦上模擬圖4所示之光學現象之方法。此處，圖18所示之假想之散射板30’與圖4所示之實在之散射板30對應，圖18所示之假想之記錄面40’與圖4所示之實在之全像感光媒體40對應。圖示之物體光Lobj係從假想之散射體30’發出之假想之光，圖示之參照光Lref為與此物體光Lobj相同波長之假想之光。參照光Lref為在收束點C收束之光之點，與至此為止所述之方法完全相同。在記錄面40’上之各點，運算此假想之物體光Lobj與參照光Lref之干涉條紋之資訊。
此外，作為假想之散射板30’，例如，亦可使用以多面體表現之細微之三維形狀模型，但此處使用在平面上將多數個點光源D排列成格子狀之單純模型。圖19係圖18所示之假想之散射板30’的前視圖，小白圓形分別表示點光源D。如圖示，多數個點光源D係以橫方向間距Pa、縱方向間距Pb排列成格子狀。間距Pa,Pb為決定散射板之表面粗度之參數。
本申請發明人將點光源D之間距Pa,Pb分別設定成10μm程度之尺寸並運算在記錄面40’上產生之干涉條紋之資訊，根據其結果，在實在之媒體表面形成凹凸圖案，作成表面起伏型之CGH。此外，構成將此CGH作為全像記錄媒體45使用之照明裝置100，獲得抑制散斑之良好照明環境。
圖20係顯示藉由本發明獲得之散斑之降低效果之實驗結果的表。一般而言，作為表示在受光面上產生之散斑之程度之參數，提案使用散斑對比(單位%)之數值之方法。此散斑對比為在原本應取得均勻之亮度分布之條件下，將實際產生之亮度之不均之標準偏差除以亮度之平均值所定義之量。此散斑對比之值愈大意指受光面上之散斑產生程度愈大，對觀察者而言，斑點狀之亮度不均圖案更顯著。
圖20之表係顯示利用圖10所示之照明裝置100或用以與其對比之習知裝置，針對照明照明對象物70之4種測定系統，測定在受光面R之散斑對比之結果。測定例1~3皆為將可射出綠色雷射光之相同DPSS雷射裝置作為同調光源50使用之結果。此外，在測定例2、3使用之全像記錄媒體 之擴散角(從全像記錄媒體上之點期盼再生像35之最大角度)在任一情形皆設定成20°。
首先，測定例1所示之測定結果，係替代使用照明裝置100，使用以束放大器將來自同調光源50之光束L50放大成為平行光束、將此平行光束(雷射平行光)直接照射至受光面R之測定系統所得之結果。此情形，如表所示，獲得散斑對比20.1%之結果。此為肉眼觀察之情形，可非常顯著觀察到斑點狀之亮度不均圖案之狀態，為不適於實用之室內照明之等級。
另一方面，測定例2及3所示之測定結果，皆為利用圖10所示之照明裝置100進行照明之結果。此處，測定例2為作為全像記錄媒體45利用以光學方法作成之體積型全像之結果，測定例3為作為全像記錄媒體45利用上述表面起伏型CGH之結果。皆獲得4%未滿之散斑對比，此為肉眼觀察之情形，幾乎觀察不到亮度不均圖案之極良好之狀態(一般而言，若散斑對比值為5%以下，則觀察者不會產生不快感)。是以，作為全像記錄媒體45，利用以光學方法作成之體積型全像之情形與利用表面起伏型CGH之情形皆可構成實用充分之照明裝置。測定例2之結果(3.0%)較測定例3之結果(3.7%)更良好之原因可認為是作為原影像之實在之散射板30之解像度較假想之散射板30’(圖19所示之點光源之集合體)之解像度高。
最後之測定例4所示之測定結果，係替代使用照明裝置100，使用將來自綠色之LED光源之光直接照射至受光面R之測定系統所得之結果。原本LED光源並非同調光源，因 此不需考慮散斑產生之問題，如表所示，獲得散斑對比4.0%之良好結果。使用非同調光之測定例4之結果較使用同調光之測定例2、3之結果差之原因，可認為是LED光源發出之光本身產生亮度不均。
<4-3>複數色之照明
至此為止說明之實施形態，皆為將單色之雷射光源作為同調光源使用之單色照明裝置之例，但若使用產生具有分別不同波長之雷射光之複數台雷射光源，則能構成可進行將複數色合成之照明之照明裝置。
具體而言，在圖9所示之照明裝置100，使用具有作為同調光源50產生具有分別不同波長之單色光之雷射束之複數n台雷射光源與將此等n台雷射光源產生之雷射束合成以產生合成光束之光合成器之裝置即可。當然，在全像記錄媒體45，以藉由n台雷射光源產生之各雷射束分別獲得再生像之方式，將散射板30之像35作為n種全像記錄。
圖21係顯示此種裝置之一例的構成圖。此裝置具有將紅、綠、藍之3原色合成以產生白色之光束之功能。亦即，以分光稜鏡15將紅色雷射光源50R產生之紅色雷射束L(R)與綠色雷射光源50G產生之綠色雷射束L(G)合成，接著，以分光稜鏡16將藍色雷射光源50B產生之藍色雷射束L(B)合成，藉此能產生白色之合成光束L(R,G,B)。另一方面，光束掃描裝置60使以此方式產生之合成光束L(R,G,B)折曲並在全像記錄媒體45上掃描即可。從全像記錄媒體45針對R,G,B之各色成分分別獲得繞射光，針對R,G,B之各色成分之再生像35在相同位置產生，獲得白色再生像。
此外，為了使用R,G,B之3色之光作成記錄有散射板30之像之全像記錄媒體，例如，使用感光成R色之光之色素、感光成G色之光之色素、感光成B色之光之色素同樣地分布之全像感光媒體與上述合成光束L(R,G,B)進行記錄全像之程序即可。又，使用由積層有感光成R色之光之第1感光層、感光成G色之光之第2感光層、感光成B色之光之第3感光層之3層構造構成之全像感光媒體亦可。或者，將上述3個感光層分別作為不同媒體準備，使用分別對應之色之光個別地進行全像之記錄，最後，將此3層貼合構成具有3層構造之全像記錄媒體亦可。
<4-4>影像顯示裝置
至此為止，說明將本發明作為照明裝置利用之形態，但本發明之照明裝置亦可利用為影像顯示裝置。例如，圖11係例示藉由設置在頂板之照明裝置100照明桌子75之上面之利用形態。此情形，在受光面R形成散射板30之再生像35，藉由此再生像35形成照明點。
如上述，若將照明裝置100視為產生散射板30之再生像35之裝置，則可知該裝置具備作為影像顯示裝置之功能。例如，作為在準備階段記錄之散射板30使用矩形板之情形，形成在桌子75之上面之照明點之輪廓雖成為矩形，但使用圓形板之情形，照明點之輪廓成為圓形。是以，例如，如圖22所示，若使用輪廓為星型之散射板30A或輪廓為心型之散射板30B作成全像記錄媒體45，則可獲得具有星型或心型之輪廓形狀之照明點。此意指照明裝置100作為顯示星型影像或心型影像之影像顯示裝置而作用。
然而，作為顯示對象之影像之形態，並非僅由散射板之輪廓形狀決定。例如，如圖23之上段所示，準備一般矩形散射板30，且如圖23之下段左所示，準備描繪有星型影像之透射膜33A。此透射膜33A具有光雖透射過星型之內部但星型之外部(斜線區域)遮蔽光之性質。將此種透射膜33A重疊覆蓋於散射板30之上面並以圖1所示之光學系統進行記錄，則與使用圖22所示之輪廓形狀為星型之散射板30A之情形同樣地，成為記錄有星型之散射板，因此在再生時可獲得星型之照明點。
當然，如圖23之下段中央所示，若使用描繪有「PAT」文字列之透射膜33B，則可獲得成為各文字之形狀之照明點。圖11所示之利用形態之情形，在桌子75之上面浮出「PAT」文字列。再者，如圖23之下段右所示，若使用印刷有具有濃淡資訊之灰階影像(例如，黑白照片)之透射膜33C，則在桌子75之上面亦可顯示灰階影像。
如上述，作為影像顯示裝置利用之情形，為了進行鮮明之影像顯示，必須將受光面R配置在再生像35之產生位置。是以，為了構成可顯示圖23之下段所示之影像之影像顯示裝置，採取下述構成，即準備至此為止說明之照明裝置100與具有接受此照明裝置100之照明之受光面R之顯示媒體70，在全像記錄媒體45預先記錄被描繪有既定影像之透射膜覆蓋之散射板30之像35，將受光面R配置在形成散射板30之再生像35之位置之構成即可。
<4-5>全像記錄媒體作成之幾何學多樣性
在§1.，參照圖1說明在全像感光媒體40記錄散射板30 之全像像之方法。此方法係使用在收束點C收束之參照光作成反射型之全像記錄媒體之方法，必要之構成要素之幾何學配置如圖24之側視圖所示。
圖24所示之例之情形，藉由凸透鏡23產生朝向收束點C之收束參照光Lref，媒體40係配置在凸透鏡23與收束點C之間。又，媒體40如圖示斜向配置，在其下面側照射來自散射板30之物體光Lobj。以此種方法作成之全像記錄媒體成為反射型之媒體。亦即，在再生時，如圖25所示，作用為再生用照明光Lrep之光束照射至媒體45之下面側，藉由來自點P之反射繞射光Ldif產生再生像35。
如上述，至此為止說明之例，係記錄在全像記錄媒體45之全像為反射型全像並將光束之反射繞射光作為照明光使用之例。相對於此，使記錄在全像記錄媒體45之全像為透射型全像並將光束之透射繞射光作為照明光使用亦可。
圖26係顯示作成此種透射型全像之情形之幾何學配置的側視圖。與圖24所示之配置之不同點在於媒體40之方向。圖24所示之反射型全像之作成方法中，從媒體之上面照射參照光Lref，從媒體之下面照射物體光Lobj。如上述，若將參照光與物體光照射至相反側之面則能記錄反射型之全像。相對於此，圖26所示之方法中，參照光Lref及物體光Lobj之兩者照射至媒體40之上面。如上述，若從相同側照射參照光與物體光則能記錄透射型之全像。亦即，在再生時，如圖27所示，作用為再生用照明光Lrep之光束照射至媒體45之下面側，藉由來自點P之透射繞射光Ldif產生再生像35。
又，至此為止說明之例，皆為使用在收束點C收束之參照光作成反射型或透射型之全像記錄媒體之方法，但替代此，使用從收束點C發散之參照光作成反射型或透射型之全像記錄媒體亦可。然而，為此必須預先作成準備用全像記錄媒體。以下，依序說明用以進行此種方法之程序。
首先，如圖28所示，配置準備用全像感光媒體90與散射板30，對媒體90如圖示從斜右上照射平行之參照光Lref。接著，將藉由來自散射板30之物體光Lobj與參照光Lref產生之干涉條紋記錄在媒體90。如上述，在記錄時，若從相同側照射物體光與參照光則能記錄透射型之全像。此處，將進行此種記錄之媒體90稱為準備用全像記錄媒體95。
圖29係顯示此準備用全像記錄媒體95之再生程序的側視圖。如圖示，對媒體95從斜左下照射平行之再生用照明光Lrep，則藉由透射繞射光Ldif在圖之右方產生再生像35。此處，再生用照明光Lrep之方向，其延伸線為與圖28所示之參照光Lref之方向一致之方向，再生像35之產生位置與圖28所示之散射板30之配置位置一致。
接著，將準備用全像記錄媒體95之再生像35作為實物之散射板30之代用，進行對全像感光媒體40記錄散射板30之像之程序。亦即，如圖30所示，在準備用全像記錄媒體95之右方配置全像感光媒體40，對媒體95從斜左下照射平行之再生用照明光Lrep，在圖之右方產生再生像35。此情形，從媒體95往右方射出之光為用以使再生像35再生之透射繞射光Ldif，同時對媒體40達成作為物體光Lobj之 功能。
另一方面，從圖之下方對媒體40照射發散參照光Lref。此發散參照光Lref為從收束點C發散之光(在收束點C存在點光源之情形，從此點光源發出之光)，對媒體40照射圓錐狀擴散之光線束。在圖示之例，藉由在收束點C之位置具有焦點之凸透鏡25，使平行光束L10在收束點C聚光產生點光源以產生發散參照光Lref。作為凸透鏡25，例如，若使用直徑1mm程度之微透鏡，則能將從雷射光源發出之剖面徑1mm程度之雷射束直接利用為平行光束L10，產生發散參照光Lref。
此圖30所示之方法，物體光Lobj係照射至媒體40之上面，參照光Lref係照射至媒體40之下面。如上述，若將參照光與物體光照射至相反側之面則能記錄反射型之全像。是以，以圖30所示之方法作成之全像記錄媒體45實質上與以圖24所示之方法作成之全像記錄媒體45相同為反射型全像。是以，在再生時，採用圖25所示之幾何學配置即可。
相對於此，圖31係顯示使用發散參照光Lref作成透射型全像之例的側視圖。與圖30所示之配置之不同點在於媒體40之方向。圖30所示之反射型全像之作成方法中，從媒體之上面照射物體光Lobj，從媒體之下面照射參照光Lref。相對於此，圖31所示之方法中，物體光Lobj及參照光Lref之兩者照射至媒體40之下面。如上述，若從相同側照射參照光與物體光則能記錄透射型之全像。以此圖31所示之方法作成之全像記錄媒體45實質上與以圖26所示之方法作成 之全像記錄媒體45相同為透射型全像。是以，在再生時，採用圖27所示之幾何學配置即可。
此外，圖30及圖31所示之記錄程序中，作為準備用全像記錄媒體95雖使用以圖28所示之方法作成之透射型全像，但作為準備用全像記錄媒體95使用以圖32所示之方法作成之反射型全像亦可。圖32所示之方法，從準備用全像感光媒體90之左側照射參照光Lref，從右側照射物體光Lobj，因此作成之準備用全像記錄媒體95成為反射型全像。
使用此反射型之準備用全像記錄媒體95進行再生之情形，如圖33所示，從媒體95之右側照射再生用照明光Lrep，藉由獲得之反射繞射光Ldif產生再生像35。是以，圖30及圖31所示之程序中，替代從左側照射再生用照明光Lrep，而成為從右側照射。
<4-6>光束之平行移動掃描
至此為止說明之實施形態中，雖採用光束掃描裝置60使光束在既定掃描基點B折曲，使該折曲形態(折曲之方向與折曲角度之大小)經時變化，藉此掃描折曲之光束之方式，但光束掃描裝置60之掃描方法，並不限於使光束在掃描基點B折曲之方法。
例如，採用使光束平行移動之掃描方法亦可。然而，此情形，亦必須變更對全像記錄媒體45之散射板30之記錄方法。亦即，如圖34所示之例，對全像感光媒體40照射由平行光束構成之參照光Lref，記錄與來自散射板30之物體光Lobj之干涉條紋之資訊。亦即，在以此方式作成之全像記錄媒體46，使用由平行光束構成之參照光Lref將散射板 30之像35作為全像記錄。
圖35係使用以圖34所示之方法作成之全像記錄媒體46之照明裝置110的側視圖。如圖示，此照明裝置110係藉由全像記錄媒體46、同調光源50、光束掃描裝置65構成。
此處，全像記錄媒體46為以圖34所示之方法作成之媒體，利用由平行光束構成之參照光Lref將散射板30之像35作為全像記錄。又，同調光源50為產生具有與作成全像記錄媒體46時使用之光(物體光Lobj及參照光Lref)之波長相同波長(或能使全像再生之近似波長)之同調光束L50之光源。
另一方面，光束掃描裝置65雖具有將同調光源50產生之光束L50照射至全像記錄媒體46之功能，但此時，以從與在圖34所示之作成程序使用之參照光Lref平行之方向將光束L65照射至全像記錄媒體46之方式進行掃描。更具體而言，以藉由使光束L65平行移動並同時照射至全像記錄媒體46，光束L65對全像記錄媒體46之照射位置經時變化之方式掃描。
進行此種掃描之光束掃描裝置65，例如，可藉由可動反射鏡66與驅動此可動反射鏡66之驅動機構構成。亦即，如圖35所示，在可接收同調光源50產生之光束L50之位置配置可動反射鏡66，設置使此可動反射鏡66沿著光束L50之光軸滑動之驅動機構即可。此外，實用上，藉由利用MEMS之微鏡元件可構成具有與上述功能相同之功能之光束掃描裝置65。或者，藉由圖9所示之光束掃描裝置60使在掃描基點B之位置折曲之光束L60通過在掃描基點B具有焦點 之凸透鏡，亦可產生平行移動之光束。
圖35所示之例之情形，接收被可動反射鏡66反射之光束65之照射之全像記錄媒體46，產生以記錄之干涉條紋為依據之繞射光，藉由此繞射光產生散射板30之再生像35。照明裝置110進行將以此方式獲得之再生像35之再生光作為照明光利用之照明。
圖35中，為了方便說明，以一點鏈線表示在時刻t1之光束之位置，以二點鏈線表示在時刻t2之光束之位置。亦即，在時刻t1，光束L50在可動反射鏡66(t1)之位置反射，作為光束L65(t1)照射至全像記錄媒體46之點P(t1)，但在時刻t2，光束L50在可動反射鏡66(t2)之位置反射(圖示之可動反射鏡66(t2)為可動反射鏡66(t1)移動後者)，作為光束L65(t2)照射至全像記錄媒體46之點P(t2)。
圖中，為了方便說明，僅顯示在時刻t1、t2之二個時點之掃描形態，但實際上，在時刻t1~t2之期間，光束L65在圖之左右平行移動，光束L65對全像記錄媒體46之照射位置依照圖之點P(t1)~P(t2)逐漸移動。亦即，在時刻t1~t2之期間，光束L65之照射位置在全像記錄媒體46上依照點P(t1)~P(t2)掃描。此處，雖說明使光束L65在一維方向(圖之左右方向)平行移動之例，但當然，若設置使光束L65亦在與圖之紙面垂直之方向平行移動之機構(例如，在XY載台上配置反射鏡之機構)，則能使其在二維方向平行移動。
此處，光束L65係以與在圖34所示之作成程序使用之參照光Lref恆成為平行之方式掃描，因此光束L65作用為在全像記錄媒體46之各照射位置用以使記錄於此之全像再 生之正確再生用照明光Lrep。
例如，在時刻t1，藉由來自點P(t1)之繞射光L46(t1)產生散射板30之再生像35，在時刻t2，藉由來自點P(t2)之繞射光L46(t2)產生散射板30之再生像35。當然，在時刻t1~t2之期間亦藉由來自光束L65照射之各位置之繞射光同樣地產生散射板30之再生像35。亦即，只要光束L65接受平行移動掃描，則即使光束L65照射至全像記錄媒體46上之任一位置，亦藉由來自照射位置之繞射光在相同位置產生相同之再生像35。
其結果，此圖35所示之照明裝置110，與圖9所示之照明裝置100同樣地，能進行將再生像35之再生光利用為照明光之照明。總之，本發明中，在全像記錄媒體，使用沿著既定光路照射之參照光將散射板之像作為全像記錄，藉由光束掃描裝置以光束對此全像記錄媒體之照射方向成為沿著參照光之光路之方向(光學共軛方向)之方式進行光束之掃描即可。
<4-7>微透鏡陣列之利用
至此為止說明之實施形態，係準備記錄有散射板30之全像像之全像記錄媒體，對此全像記錄媒體掃描同調光，將獲得之繞射光作為照明光利用者。此處，替代此全像記錄媒體，說明利用微透鏡陣列之變形例。
圖36係利用此微透鏡陣列之變形例的側視圖。此變形例之照明裝置120係藉由微透鏡陣列48、同調光源50、光束掃描裝置60構成。同調光源50，與至此為止說明之實施形態相同，係產生同調光束L50之光源，具體而言，可使 用雷射光源。
又，光束掃描裝置60，與至此為止說明之實施形態相同，係進行同調光源50產生之光束L50之掃描之裝置。更具體而言，具有使光束在掃描基點B折曲以照射至微透鏡陣列48之功能，且以藉由使光束L50之折曲形態經時變化使光束L60對微透鏡陣列48之照射位置經時變化之方式掃描。
另一方面，微透鏡陣列48為由多數個個別透鏡之集合體構成之光學元件。構成此微透鏡陣列48之個別透鏡具有分別使從掃描基點B射入之光折射、在照明對象物70之受光面R上形成既定照射區域I之功能。且藉由任一個別透鏡形成之照射區域I亦構成為在該附近面R上成為相同之共通區域。作為具有此種功能之微透鏡陣列，例如，被稱為「複眼透鏡」者已在市面販售。
圖37係顯示圖36所示之照明裝置120之動作原理的側視圖。此處，為了方便說明，以一點鏈線表示光束L60在時刻t1之折曲形態，以二點鏈線表示在時刻t2之折曲形態。亦即，在時刻t1，光束L50在掃描基點B折曲，作為光束L60(t1)射入至位於微透鏡陣列48下方之個別透鏡48-1。此個別透鏡48-1具有針對從掃描基點B射入之光束將其擴大並照射至照明對象物70之受光面R上之二維照射區域I之功能。是以，在受光面R如圖示形成有照射區域I。
又，在時刻t2，光束L50在掃描基點B折曲，作為光束L60(t2)射入至位於微透鏡陣列48上方之個別透鏡48-2。此個別透鏡48-2具有針對從掃描基點B射入之光束將 其擴大並照射至照明對象物70之受光面R上之二維照射區域I之功能。是以，在時刻t2，在受光面R亦如圖示形成有照射區域I。
在圖中，為了方便說明，僅顯示在時刻t1、t2之2個時點之動作狀態，但實際上，在時刻t1~t2之期間，光束之折曲方向平滑地變化，光束L60對微透鏡陣列48之照射位置從圖之下方往上方逐漸移動。亦即，在時刻t1~t2之期間，光束L60之照射位置在微透鏡陣列48上上下掃描。當然，作為微透鏡陣列48，使用多數個個別透鏡二維配置者之情形，藉由光束掃描裝置60使光束在該二維排列上掃描即可。
根據上述微透鏡陣列48之性質，即使光束L60射入至任一個別透鏡，形成在受光面R上之二維照射區域I成為共通。亦即，不論光束之掃描狀態，在受光面R恆形成相同之照射區域I，形成相同之照明點。然而，實用上，即使藉由個別透鏡產生之照射區域I並非完全相同而有稍微偏移，亦不會產生作為照明裝置之問題。此情形，雖照明點之位置經時變動，但若將光束掃描裝置60之掃描速度設定成快至某種程度，則人類無法辨識照明點之位置變動，僅會感覺輪廓稍微模糊。
其結果，此處所示之照明裝置120之情形，光束掃描裝置60具有以將光束L60照射至微透鏡陣列48且光束L60對微透鏡陣列48之照射位置經時變化之方式掃描之功能。另一方面，構成微透鏡陣列48之個別透鏡具有分別使從光束掃描裝置60照射之光折射、在既定之受光面R上形成既 定之照射區域I之功能，且藉由任一個別透鏡形成之照射區域I亦構成為在受光面R上成為大致相同之共通區域。
此照明裝置120之情形亦使用同調光源50，因此對觀察者具有極嶄新之照明效果。亦即，藉由同調光之單色性，可進行色純度極高之單色之面照明。又，藉由其指向性，可形成具有鮮明輪廓之照明點。再者，若使用具有高光轉換效率之雷射光源，則能以低耗電進行亮度高之照明。且與至此為止說明之基本實施形態之照明裝置同樣地，照射在受光面R之各部之光之入射角度經時多重化，因此可抑制散斑之產生。
<4-8>光擴散元件之利用
至此為止，作為基本實施形態，以使用記錄有散射板30之全像像之全像記錄媒體構成照明裝置為例進行說明，在上述<4-7>，以替代全像記錄媒體使用微透鏡陣列構成照明裝置為例進行說明。此等照明裝置中，全像記錄媒體或微透鏡陣列，其結果，達成具有使射入之光束擴散以在既定受光面上形成既定照射區域之功能之光擴散元件之功能。且，該光擴散元件具有與光束之入射位置無關，形成之照射區域在受光面R上成為相同之共通區域之特徵。是以，為了構成本發明之照明裝置，不一定要使用上述全像記錄媒體或微透鏡陣列，一般而言，能使用具有上述特徵之光擴散元件構成。
總之，本發明之照明裝置，本質上，可藉由使用產生同調光束之同調光源、控制該光束之方向或位置或其兩者以進行光束掃描之光束掃描裝置、及使射入之光束擴散並 射出之光擴散元件構成。
此處，光束掃描裝置只要具有以使同調光源產生之光束朝向光擴散元件射出且使該光束對光擴散元件之入射位置經時變化之方式掃描之功能即可。又，光擴散元件只要構成為具有使射入之光束擴散以在既定受光面上形成既定照射區域之功能且與光束之入射位置無關，形成之照射區域在受光面上成為大致相同之共通區域即可。
本發明之照明裝置可利用於在不論室外室內之各種環境下提供照明光之用途。尤其是，由於作為照明光使用同調光，因此可進行單色性或指向性優異之照明，適於餐廳或旅館等之室內之照明。又，由於單色性優異，因此適於作為色評估用之照明來利用。再者，本發明不僅可利用為將照明作為直接用途之裝置，亦可利用為必須要某種照明光之各種機器中之照明光提供手段。例如，可利用於一般影像顯示裝置、投影機、掃描器等裝置。
B‧‧‧掃描基點
L45‧‧‧繞射光
L50,L60‧‧‧光束
P‧‧‧點
Q‧‧‧著眼點
R‧‧‧受光面
35‧‧‧像
45‧‧‧全像記錄媒體
50‧‧‧同調光源
60‧‧‧光束掃描裝置
70‧‧‧照明對象物
100‧‧‧照明裝置

Claims (3)

  1. 一種使用同調光源之照明裝置，具備：同調光源，使同調光束產生；微透鏡陣列，係由多數個個別透鏡之集合體構成；以及光束掃描裝置，將該光束照射至該微透鏡陣列，且以該光束對該微透鏡陣列之照射位置經時變化之方式掃描；構成該微透鏡陣列之個別透鏡分別具有使從該光束掃描裝置照射之光折射以在既定受光面上形成既定照射區域之功能，且藉由任一個個別透鏡形成之照射區域皆在該受光面上成為大致相同之共通區域；該光束掃描裝置具有使光束反射之反射鏡、與使該反射鏡以定義在其反射面上之掃瞄基點作為定點旋動之旋動機構，藉該反射鏡使該光束反射折曲而照射至微透鏡陣列，且使該光束之折曲形態經時變化，藉此使折曲後之光束對該微透鏡陣列之照射位置經時變化；構成該微透鏡陣列之個別透鏡分別使被該反射鏡反射折曲之光折射，在受光面上形成共通之照射區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之使用同調光源之照明裝置，其中，於微透鏡陣列，多數之個別透鏡以二維配置；光束掃描裝置之旋動機構，具有在定義通過掃描基點於反射面上彼此正交之V軸及W軸之情形時，使反射鏡繞V軸旋動之機構、與使繞W軸旋動之機構，使光束於微透鏡陣列上掃描於水平方向及垂直方向。
  3. 如申請專利範圍第1項之使用同調光源之照明裝 置，其中，於微透鏡陣列，多數之個別透鏡以二維配置；光束掃描裝置之旋動機構，係進行被反射鏡反射之光於微透鏡陣列上以描繪圓之方式掃描。
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