JP2793671B2 - Optical device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学装置に関し、特にホログラムの再生照
明、液晶表示素子のバックライト等フラットタイプの照
明用の適した光学装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device, and more particularly to an optical device suitable for flat-type illumination such as hologram reproduction illumination and a backlight of a liquid crystal display device.
例えば面積のあるホログラムに光束を照明して再生す
る場合、従来は第13図に示すようなレンズの組合せによ
る光学系により入射レーザ光を拡大光束にしてホログラ
ム全面を照明するか、あるいは、第14図に示すようなレ
ンズと凹面鏡の組合せによる光学系により同様にして照
明する等を行っている。しかしながら、これらの図面か
ら明らかなように、これらの光学系は光軸方向にある程
度の長さをとる必要があるため、広い空間を必要とす
る。また、ホログラムを最適な条件で再生するために
は、ホログラム、光学系、光源の位置関係を決められた
条件にセットしなければならない。このことは、ホログ
ラムを三次元ディスプレー手段として、また光学素子と
して使用する場合に有利なことではない。これらのこと
は、ホログラムの照明に限らず、各種の表示装置の照明
光学系として第13図又は第14図のような光学系を用いる
場合に言えることである、また、例えば液晶表示装置の
バックライトの場合には、散乱性の面光源が必要である
が、従来は第13図又は第14図のような光学系を用いる場
合、これらの光学系の出力側に散乱板を配置しなければ
ならない。For example, in the case of reproducing a hologram having an area by illuminating the hologram with a light beam, conventionally, the entire laser beam is illuminated with an incident laser beam as an enlarged light beam by an optical system using a combination of lenses as shown in FIG. Illumination is performed in the same manner by an optical system using a combination of a lens and a concave mirror as shown in the figure. However, as is apparent from these drawings, these optical systems need to have a certain length in the optical axis direction, and thus require a large space. In order to reproduce a hologram under optimum conditions, the positional relationship between the hologram, the optical system, and the light source must be set to predetermined conditions. This is not advantageous when the hologram is used as a three-dimensional display means and as an optical element. These are not limited to the illumination of the hologram, but can be said when an optical system as shown in FIG. 13 or FIG. 14 is used as an illumination optical system of various display devices. In the case of light, a scattering surface light source is required.However, conventionally, when an optical system as shown in FIG. 13 or FIG. 14 is used, a scattering plate must be arranged on the output side of these optical systems. No.
したがって、本発明の目的は、上記従来の光学系の問
題点を解決して、空間的に嵩張らずにコンパクトな薄い
パネル状の形態をしていて、均一で高輝度の面状の照明
を与えることができ、また位置決め楽な光学装置を提供
することである。なお、この光学装置の用途は上記した
ものに限らず、より広く種々の用途が考えられる。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional optical system, to provide a compact, thin panel-like form without being spatially bulky, and to provide uniform and high-luminance planar illumination. And an optical device that can be easily positioned. In addition, the application of this optical device is not limited to the above, and various applications can be considered more widely.
本発明は、薄いパネル状の素子を用いて適当な大きさ
の面状の照明光を得るための研究の結果完成させたもの
である。本発明の光学装置は、１次元方向に入射光ビー
ムを拡大する２個の光学素子を拡大方向が交差するよう
に前後に配置して構成され、前記光学素子の少なくとも
一方が平行な２面によって限定された導波路状に構成さ
れ、その一面に反射面が他の面に回析格子又はホログラ
ムが設けられ、この回析格子又はホログラムは、上記２
面間を繰り返し全反射しながら進行する光の一部を上記
他の面前方へ回析するように構成されているものである
ことを特徴とするものである。The present invention has been completed as a result of research for obtaining planar illumination light of an appropriate size using a thin panel-shaped element. The optical device of the present invention is configured by arranging two optical elements for expanding an incident light beam in a one-dimensional direction in front and back such that the expansion directions intersect, and at least one of the optical elements is formed by two parallel surfaces. It is configured in a limited waveguide shape, and a reflection surface is provided on one surface thereof and a diffraction grating or hologram is provided on the other surface.
It is characterized in that a part of light traveling while repeating total reflection between surfaces is diffracted to the front of the other surface.
本発明のもう１つの光学装置は、１次元方向に入射光
ビームを拡大する２個の光学素子を拡大方向が交差する
ように前後に配置して構成され、前記光学素子の少なく
とも一方が入射角（法線に対する）が相対的に大きい入
射光ビームを相対的に小さい出射角（法線に対する）で
回析する回析格子又はホログラムにより構成され、前記
回析格子又はホログラムが１次元方向に結像性を有する
ことを特徴とするものである。Another optical device according to the present invention is configured by arranging two optical elements for expanding an incident light beam in a one-dimensional direction in front and back such that the expansion directions intersect, and at least one of the optical elements has an incident angle. The diffraction grating or hologram is formed by a diffraction grating or hologram that diffracts an incident light beam having a relatively large angle (relative to the normal) at a relatively small exit angle (relative to the normal line). It is characterized by having image quality.
このような構成により、光ビーム拡大又は縮小機能を
有する、パネル状で、均一で高輝度の面状の照明を与え
ることができ、また位置決め楽な光学装置が構成され
る。そして、この光学装置は、ホログラム再生用の照明
装置、液晶表示素子のバックライト光学系、その他の透
過性表示素子のバックライト光学系、反射性表示面の照
明装置、光の分岐又は合成用光学装置、太陽光利用照明
装置等として広く利用できる。With such a configuration, it is possible to provide a panel-shaped, uniform, high-luminance planar illumination having a function of expanding or reducing a light beam, and to constitute an optical device that is easy to position. The optical device includes an illumination device for reproducing a hologram, a backlight optical system for a liquid crystal display element, a backlight optical system for another transmissive display element, an illumination device for a reflective display surface, and an optical device for splitting or synthesizing light. It can be widely used as a device, a solar lighting device, and the like.
以下、図面を参照にしながら、本発明を実施例に基づ
いて説明する。Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings.
第１図は、本発明の光学装置１を用いたホログラム再
生装置の斜視図であり、光学装置１はパネル状の形態を
している。光学装置１は柱状素子11と板状素子12からな
り、光源３からの照明光は例えば光ファイバーを経て柱
状素子11の一端に入射し、板状素子12により２次元的に
拡大された光束として出射し、光学装置１の全面に密着
されたホログラム２に照明光として入射し、ホログラム
から立体像等を再生するものである。第２図の光学装置
１の作用を説明するための図面を参照すると、柱状素子
11の一端に入射したビーム光５はこの素子11により面状
の光束６に変換されて板状素子12の一端に入射する。こ
の面状光６は、板状素子12によりその垂直方向に拡大さ
れ２次元的に広がった光束７として板状素子12の前面か
ら入射する。上記の柱状素子11と板状素子12は本質的に
は同様な作用を行うものであり、一端から細い光ビーム
が入射すると面状の光束に変換して出射し、一端から面
状の光束が入射すると２次元的に広がった光束に変換し
て出射するものである。これらの素子11、12は第３図
（ａ）〜（ｃ）の中の何れかの構成を採用しており、素
子11、12は相互に同じものであっても、またこれらの中
の異なるものを組み合わせて用いてもよい。FIG. 1 is a perspective view of a hologram reproducing device using the optical device 1 of the present invention, and the optical device 1 has a panel shape. The optical device 1 includes a columnar element 11 and a plate-like element 12. Illumination light from the light source 3 enters one end of the columnar element 11 via, for example, an optical fiber, and is emitted as a light beam two-dimensionally expanded by the plate-like element 12. Then, the light enters the hologram 2 adhered to the entire surface of the optical device 1 as illumination light, and reproduces a three-dimensional image or the like from the hologram. Referring to the drawings for explaining the operation of the optical device 1 in FIG.
The light beam 5 incident on one end of the element 11 is converted into a planar light beam 6 by the element 11 and incident on one end of the plate element 12. The sheet light 6 is incident on the front surface of the plate element 12 as a light flux 7 which is expanded in the vertical direction by the plate element 12 and spreads two-dimensionally. The columnar element 11 and the plate-like element 12 perform essentially the same function. When a thin light beam enters from one end, it is converted into a planar light beam and emitted, and the planar light beam is emitted from one end. When it enters, it is converted into a two-dimensionally spread light beam and emitted. These elements 11 and 12 adopt any one of the configurations shown in FIGS. 3A to 3C. Even if the elements 11 and 12 are the same as each other, different elements among them may be used. These may be used in combination.
さて、第３図には素子11の断面を示してあるが、板状
素子12も同一の断面構造を有している。第３図（ａ）に
示したものは、透明基板13（素子11の場合は柱状、素子
12の場合は板状）の表面に回析格子又はホログラム14を
設け、透明基板13の一端から入射するビーム光５がこの
回析格子又はホログラム14によって前面に回析されて図
示のように拡大された面状光束６（素子12の場合は２次
元的に広がった光束）として出射するものである。この
ような、素子11又は12をホログラムから作成するには、
第４図に示したように、透明基板13の一面に感光材料21
を塗布し、実線で示したようにビーム光５と同様な入射
光23と透明基板13の裏面から入射させた光束22とを感光
材料21上で干渉させ、これを現像して、レリーフタイプ
又は振幅タイプ又は位相タイプのホログラム14にする
か、透明基板13を透過させずに、点線で示したような２
つの光束22′と23′を感光材料21上で干渉させてホログ
ラム14を作成してもよい。第３図（ｂ）に示したもの
は、比較的薄い導波路型の透明板15の裏面を反射面17と
し、その前面に図の（ａ）の場合と同様に回析格子又は
ホログラム16を設けてある。この透明板15の一端から例
えば結合プリズム18を介して導入されたビーム光５は、
反射面17と回析格子又はホログラム16を設けてある面と
の間を繰り返し全反射しながら進行して行く。繰り返し
全反射する光は、常に同じ角度で相互に隣接するように
回析格子又はホログラム16に入射するので、図の（ａ）
の場合と同様に拡大された面状光束６となって透明板15
のの前面から出射する。繰り返し全反射に伴って回析格
子又はホログラム16に入射する光の強さは弱くなるの
で、回析格子又はホログラム16は回析効率が順次大きく
なるように回析効率に分布を持たせることが望ましい。
なお、このような回析格子又はホログラム16の作成方法
としては、第４図に示した方法に準じた方法を採用すれ
ばよい。さらに、次の（ｃ）に示したものは、透明な基
板19中に基板平面に対して45゜の角度をなす部分反射鏡
20を等間隔に多数平行に配置し、ビーム光５がこれらの
部分反射鏡20によって反射され、透明基板19の前面から
連続した２次元のビーム６として射出されるようにした
ものである。この場合も、後方の部分反射鏡20に入射す
るビーム５の強度が順次弱くなるので、後方の反射鏡20
ほど反射率をより高めなければならない。Although FIG. 3 shows a cross section of the element 11, the plate element 12 also has the same cross-sectional structure. FIG. 3A shows a transparent substrate 13 (in the case of the element 11, a columnar shape,
A diffraction grating or hologram 14 is provided on the surface of a plate 12 in the case of 12), and the light beam 5 incident from one end of the transparent substrate 13 is diffracted to the front by the diffraction grating or hologram 14 and enlarged as shown in the figure. It is emitted as a planar light flux 6 (in the case of the element 12, a two-dimensionally spread light flux). To create such an element 11 or 12 from a hologram,
As shown in FIG. 4, a photosensitive material 21 is provided on one surface of the transparent substrate 13.
And the incident light 23 similar to the light beam 5 and the light beam 22 incident from the rear surface of the transparent substrate 13 interfere with each other on the photosensitive material 21 as shown by a solid line, and are developed to form a relief type or A hologram 14 of the amplitude type or the phase type, or the hologram 14 shown in dotted lines
The hologram 14 may be created by causing the two light beams 22 ′ and 23 ′ to interfere with each other on the photosensitive material 21. FIG. 3 (b) shows a comparative example in which the back surface of a relatively thin waveguide type transparent plate 15 is used as a reflection surface 17, and a diffraction grating or hologram 16 is provided on the front surface thereof as in FIG. 3 (a). It is provided. The light beam 5 introduced from one end of the transparent plate 15 through, for example, the coupling prism 18 is
The light travels while repeatedly and totally reflecting between the reflection surface 17 and the surface on which the diffraction grating or the hologram 16 is provided. The light that is repeatedly totally reflected enters the diffraction grating or the hologram 16 so as to be always adjacent to each other at the same angle.
In the same manner as in the case of
Out of the front of the. Since the intensity of light incident on the diffraction grating or the hologram 16 decreases with repeated total reflection, the diffraction grating or the hologram 16 may have a distribution in the diffraction efficiency so that the diffraction efficiency increases sequentially. desirable.
As a method for producing such a diffraction grating or hologram 16, a method according to the method shown in FIG. 4 may be employed. Further, the one shown in the following (c) is a partial reflecting mirror which forms an angle of 45 ° with respect to the substrate plane in a transparent substrate 19.
A large number of light sources 20 are arranged in parallel at equal intervals so that the light beam 5 is reflected by these partial reflecting mirrors 20 and emitted from the front surface of the transparent substrate 19 as a continuous two-dimensional beam 6. Also in this case, since the intensity of the beam 5 incident on the rear partial mirror 20 is gradually reduced, the rear mirror 20
The higher the reflectance, the higher the reflectance.
次に、第３図（ａ）に示す構造の素子11と12を用いて
構成したホログラム再生装置の具体例を第５図に示す。
図の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図を示している。ホ
ログラム14（第３図（ａ）参照）を作成するために、光
源としては出力1W、波長488nmのアルゴンレーザを用
い、感光材料21（第４図）としてシプレイ社勢のマイク
ロポジット1300−31を用い、現像剤としてマイクロポジ
ットディベロッパーを用いてレリーフホログラム14を作
成した。このようにして作成した、素子11と12を第５図
に示したように配置し、板状素子12の前面に再生する画
像ホログラム２を張りつけ、偏向用ホログラム14作成に
用いたアルゴンレーザからの光を入射光５として用い、
画像ホログラム２を再生したところ、直径5cmの再生領
域24が均一に照明され、画像が良好に再生された。な
お、入射光５の拡大率は1/cos82゜になる。Next, FIG. 5 shows a specific example of a hologram reproducing device constituted by using the elements 11 and 12 having the structure shown in FIG. 3 (a).
(A) of the figure shows a front view, and (b) shows a side view. In order to create the hologram 14 (see FIG. 3 (a)), an argon laser having a power of 1 W and a wavelength of 488 nm was used as a light source, and a microposit 1300-31 manufactured by Shipley as a photosensitive material 21 (FIG. 4). A relief hologram 14 was prepared using a microposit developer as a developer. The elements 11 and 12 thus prepared are arranged as shown in FIG. 5, the image hologram 2 to be reproduced is attached to the front surface of the plate-like element 12, and the argon laser used to form the deflection hologram 14 is used. Using light as incident light 5,
When the image hologram 2 was reproduced, the reproduction area 24 having a diameter of 5 cm was uniformly illuminated, and the image was reproduced satisfactorily. The magnification of the incident light 5 is 1 / cos82 °.
さて、以上はホログラム２を再生するのに、第２図に
示したような本発明のパネル状の光学装置１を用いるこ
とを考えたが、この光学装置１はホログラムの再生だけ
でなく、面状の照明光を用いるかなる用途にも用いう
る。第６図の断面図は、液晶表示装置のバックライトと
して本発明のパネル状の光学装置１を用いる例を示して
おり、図の（ａ）は光学装置１の前面に散乱板27を配置
し、光学装置１から出射される光束を散乱光に変換し、
この散乱光にて液晶表示素子26を背面から照明してい
る。同図（ｂ）は光学装置１の板状素子12の前面に散乱
性を持た、散乱板27を省いた例を示している。このよう
な散乱性を与えるためには、第３図（ｃ）の素子におい
ては、透明基板19の前面を散乱面にすればよいが、第３
図（ａ）ないし（ｂ）の場合はホログラム14又は16自身
に散乱性を持たせることもできる。このようなホログラ
ムを作成するためには、第７図に示すように、感光材料
21上で干渉させる２つの光において、感光材料21に垂直
に入射する光の代わりに散乱板27′を介することによ
り、干渉光の一方を散乱性にしてホログラム14又は16を
作成するようにすればよい。In the above description, the use of the panel-shaped optical device 1 of the present invention as shown in FIG. 2 to reproduce the hologram 2 has been considered. It can also be used for certain applications using illumination light in the shape of a circle. 6 shows an example in which the panel-shaped optical device 1 of the present invention is used as a backlight of a liquid crystal display device. FIG. 6A shows a case where a scattering plate 27 is arranged on the front surface of the optical device 1. Converting the light beam emitted from the optical device 1 into scattered light,
The scattered light illuminates the liquid crystal display element 26 from the back. FIG. 3B shows an example in which the front surface of the plate element 12 of the optical device 1 has a scattering property and the scattering plate 27 is omitted. In order to provide such scattering, the front surface of the transparent substrate 19 may be made a scattering surface in the device shown in FIG.
In the case of FIGS. 9A and 9B, the hologram 14 or 16 itself may have scattering properties. To create such a hologram, as shown in FIG.
The hologram 14 or 16 is formed by making one of the interfering light scatterable by passing through the scattering plate 27 'instead of the light perpendicularly incident on the photosensitive material 21 in the two lights to be interfered on the light-sensitive material 21. I just need.
ところで、第３図に示したものは何れも基板をとおし
て後側を見ることができる。（図の（ｂ）の場合も、裏
面の反射面17を屈折率差による全反射面とすれば素子は
透過性になる。）。したがって、表示装置のバックライ
トでだけでなく、例えば第８図に示すように、反射性の
表示面28に本光学装置１により前面から照明光７を当て
て、その反射光29を光学装置１を通過させて見るように
することもできる。このような照明は、例えば計器類の
窓として光学装置１を用いることによって実現できる。By the way, in any of those shown in FIG. 3, the rear side can be seen through the substrate. (In the case of (b) in the figure, the element becomes transmissive if the reflection surface 17 on the back surface is a total reflection surface due to the difference in refractive index). Therefore, as shown in FIG. 8, for example, as shown in FIG. 8, the optical device 1 illuminates the reflective display surface 28 with illumination light 7 from the front, and the reflected light 29 is reflected by the optical device 1. Can also be seen through. Such illumination can be realized, for example, by using the optical device 1 as a window of instruments.
以上、光学装置１としては、細い入射ビーム５を２次
元的に拡大して太い光束７として出射する作用をするも
のとしてきたが、この入、出射関係を逆転させることも
できる。すなわち、第９図に示すように、板状素子12の
前面に大きな断面を有する光束30を入射させて面状の光
束31に変換し、この光を柱状素子11の側面に入射させ、
その一端から細いビーム状の光束32として出射させるも
のである。この場合も素子11、12として第３図（ａ）か
ら（ｃ）の何れのものも使用できる。このように入射ビ
ームを縮小する光学装置１′は、例えば太陽光30をこの
光学装置１で細いビーム32に集め、その光を太陽電池に
入射される等の用途に用いることができる。As described above, the optical device 1 has a function of expanding the thin incident beam 5 two-dimensionally and emitting the light beam 7 as a thick light beam 7. However, the input and output relations can be reversed. That is, as shown in FIG. 9, a light beam 30 having a large cross section is made incident on the front surface of the plate element 12 to be converted into a planar light beam 31, and this light is made incident on the side surface of the columnar element 11,
The light beam is emitted from one end as a light beam 32 having a narrow beam shape. In this case, any of the elements 11 and 12 shown in FIGS. 3A to 3C can be used. The optical device 1 'for reducing the incident beam in this manner can be used for, for example, collecting sunlight 30 into a thin beam 32 with the optical device 1, and then applying the light to a solar cell.
ところで、第９図の入射ビームを縮小するものと第２
図の入射ビームを拡大するものを組み合わせて、例えば
太陽光を地下室等の自然光が到達できない場所へ送って
照明するのに用いることもできる。第10図を参照にする
と、第９図のような光学装置１′は太陽光34を縮小して
密度を高め、光ファイバー33に入射させる。光ファイバ
ー33の他端は同様な光学装置１の柱状素子11の一端に接
続されており、ここから入射する密度の高い光は拡大さ
れて板状素子12の面から出射する。したがって、光学素
子１′を屋上等に設置し、光学素子１を地下室等に設置
し、両者間を光ファイバー33にて繋ぐことにより、従来
自然光により照明できなった場所を照明するようにする
こともできる。By the way, the method of reducing the incident beam shown in FIG.
Combinations of those that magnify the incident beam shown can also be used to illuminate, for example, direct sunlight to locations where natural light cannot reach, such as basements. Referring to FIG. 10, the optical device 1 ′ as shown in FIG. 9 reduces the sunlight 34 to increase the density and makes the sunlight 34 enter the optical fiber 33. The other end of the optical fiber 33 is connected to one end of the columnar element 11 of the similar optical device 1, and the high-density light incident thereon is expanded and exits from the surface of the plate-like element 12. Therefore, by installing the optical element 1 'on a rooftop or the like, installing the optical element 1 in a basement or the like, and connecting the two with an optical fiber 33, it is possible to illuminate a place where conventional natural light could not illuminate. it can.
ところで、例えば第３図（ｂ）又は（ｃ）に示したも
のにおいて、繰り返し全反射の周期大きくするか、部分
反射鏡20の間隔を長くとり、隣接する回析光又は反射光
が連続しないようにすることで、入射ビーム５を分岐す
ることができる。光路を逆にすることで複数光路を合成
することもできる。第11図は、このような光学装置１を
用いて、入力側（出力側）の１本の光ファイバー36を出
力側（入力側）の複数本の光ファイバー371、372、3
73、……、37nに分岐（合成）する例を示している。な
お、第３図（ａ）の場合でも、光量損失を考慮しなけれ
ば同様に分岐、合成に使用できる。By the way, for example, in the case shown in FIG. 3 (b) or (c), the period of the total reflection is repeatedly increased or the interval between the partial reflecting mirrors 20 is increased so that the adjacent diffraction light or reflected light is not continuous. By doing so, the incident beam 5 can be branched. By reversing the optical paths, a plurality of optical paths can be combined. FIG. 11 shows that one optical fiber 36 on the input side (output side) is replaced with a plurality of optical fibers 37 1 , 37 2 , 3 on the output side (input side) using such an optical device 1.
7 3, ..., an example of branching (synthesis) to 37 n. Note that, even in the case of FIG. 3 (a), if the light amount loss is not taken into account, the same can be used for branching and combining.
また、第３図（ａ）のものにおいて、ホログラム14と
して紙面方向に拡大結像作用を有するものを用い、光学
装置１全体として像拡大又は縮小作用を有するようにす
ることもできる。第12図にこの作用を説明してあるが、
入力画像をｘ、ｙとしたとき、柱状素子11によりｙ方向
に拡大し、ｘ、ｙ′の１次元方向にのみ拡大された中間
像とし、これを板状素子12によりさらにｘ方向に拡大
し、ｘ′、ｙ′の２次元方向に拡大した画像を得ること
ができる（ｘ′、ｙ′はｘ方向に、ｙ方向に拡大した像
を表す。）この光路を逆にすると、像の縮小もできる。
したがって、全体の系を第10図と同様に形成し、ただし
この場合、光ファイバー33は像伝達可能なイメージファ
イバーを用いることにより、画像を縮小、拡大して伝送
するようにすることができる。In FIG. 3A, a hologram 14 having a function of enlarging and forming an image in the direction of the paper surface may be used so that the optical device 1 as a whole has a function of enlarging or reducing an image. FIG. 12 illustrates this effect.
Assuming that the input image is x and y, the image is enlarged in the y direction by the columnar element 11 to be an intermediate image enlarged only in the one-dimensional direction of x and y ', and is further enlarged in the x direction by the plate element 12. , X 'and y' can be obtained in the two-dimensional direction (x 'and y' represent images enlarged in the x direction and y direction). When this optical path is reversed, the image is reduced. Can also.
Therefore, the entire system is formed in the same manner as in FIG. 10, but in this case, by using an image fiber capable of transmitting an image, the optical fiber 33 can reduce and enlarge the image and transmit the image.
さて、以上において、第３図に示した素子11（素子12
も同様）は波長依存性については何ら考慮していない。
しかしながら、特に図の（ａ）及び（ｂ）のものは回析
を利用しているため、白色光又はR.G.B.の３原色の光源
からの光を混合した光５を用いて、例えば液晶素子26又
はカラーホログラム２を照明してカラー表示をする場
合、カラーを忠実に再現することが困難である。その理
由は、回析角に波長依存性があるため、何れの波長につ
いても図に示したように入射ビーム５が正確に回析６さ
れないからである。そのためには、ホログラム14、16と
して、各原色の波長それぞれについて図示のように回析
するホログラムを３色以上について繰り返し全に記録し
たものを用いるか、または、各波長別々にホログラムを
記録しそれを重ね合わせてホログラム14、16として用い
るかをしなければならない。なお、特に本発明の光学装
置１を拡大系として、例えばホログラム、液晶表示等の
表示体を照明するのに用いる場合、光源は高輝度なレー
ザ、LED、白熱ランプ等を用いる。レーザ、LEDを用いて
カラー表示をする場合には、例えばR.G.B.の３原色のこ
れら光源を用意し、それらから出る光を混合して用い
る。Now, in the above, the element 11 (element 12) shown in FIG.
Does not consider the wavelength dependence at all.
However, in particular, those shown in (a) and (b) of FIG. 1 utilize diffraction, and therefore, for example, the liquid crystal element 26 or the light 5 mixed with light from a light source of three primary colors of RGB is used. When color display is performed by illuminating the color hologram 2, it is difficult to faithfully reproduce colors. The reason is that the diffraction angle has wavelength dependency, and therefore, the incident beam 5 is not accurately diffracted 6 at any wavelength as shown in the figure. For this purpose, as the holograms 14 and 16, holograms that are diffracted as shown in the figure for each of the primary colors are repeatedly recorded for three or more colors, or holograms are recorded separately for each wavelength. Should be used as holograms 14 and 16 by superimposing them. In particular, when the optical device 1 of the present invention is used as an expansion system to illuminate a display such as a hologram or a liquid crystal display, a high-intensity laser, LED, incandescent lamp, or the like is used as a light source. When color display is performed using a laser or an LED, for example, these light sources of three primary colors of RGB are prepared, and light emitted from these is mixed and used.
本発明の光学装置１は以上説明したものに限らず種々
の用途に用いうる。例えば、液晶表示素子以外の透過型
の表示装置のバックライト用に、また、自動車のブレー
キランプ、レンチキュラー板式立体写真の照明装置、信
号機、機械式計器の照明装置等のためにも用いることが
できる。The optical device 1 of the present invention is not limited to those described above, and can be used for various applications. For example, it can be used for a backlight of a transmissive display device other than a liquid crystal display device, and also for a brake lamp of an automobile, a lighting device of a lenticular plate type stereoscopic photograph, a traffic light, a lighting device of a mechanical instrument, and the like. .
本発明においては、１次元方向に入射光ビームを拡大
する２個の光学素子を拡大方向が交差するように前後に
配置し、特に、前記光学素子として第３図（ａ）から
（ｃ）のような構成のものを用いたので、光ビーム拡大
又は縮小機能を有する、パネル状で、均一で高輝度の面
状の照明を与えることができ、また位置決め楽な光学装
置を構成することができる。そして、この光学装置は、
ホログラム再生用の照明装置、液晶表示素子のバックラ
イト光学系、その他の透過性表示素子のバックライト光
学系、反射性表示面の照明装置、光の分岐又は合成用光
学装置、太陽光利用照明装置等として広く利用できる。In the present invention, two optical elements for expanding an incident light beam in a one-dimensional direction are arranged before and after so that the directions of expansion intersect with each other. In particular, the optical elements shown in FIGS. Since such a configuration is used, it is possible to provide a panel-shaped, uniform, high-brightness planar illumination having a function of expanding or reducing a light beam, and to configure an optical device that is easy to position. . And this optical device
Illumination device for hologram reproduction, backlight optical system for liquid crystal display device, backlight optical system for other transmissive display device, illumination device for reflective display surface, optical device for splitting or combining light, illumination device using sunlight Widely available as etc.
第１図は本発明の１実施例の光学装置を用いたホログラ
ム再生装置の斜視図、第２図は第１図の光学装置の作用
を説明するための図、第３図は第２図の光学装置を構成
する素子の断面図、第４図は第３図の素子の製造方法を
説明するための図、第５図は本発明の光学装置を用いた
ホログラム再生装置の正面図と側面図、第６図は本発明
の光学装置を液晶表示装置のバックライトとして用いた
場合の断面図、第７図は拡散性を有する第６図の素子の
製造方法を説明するための図、第８図は本発明の光学装
置を反射性表示面の照明系に用いる場合の断面図、第９
図は本発明の光学装置を光ビーム縮小系として用いる場
合を説明するための図、第10図は太陽光による地下室等
の照明に本発明の光学装置を用いる場合の構成を説明す
るための図、第11図は光分岐、合成に本発明の光学装置
を用いる場合の斜視図、第12図は本発明の光学装置を拡
大結像作用を有するものに構成した場合の作用を説明す
るための図、第13図、第14図は従来の光ビーム拡大光学
系を説明するための図である。 １、１′……本発明の光学装置、２……画像ホログラ
ム、３……光源、４……光ファイバー、５……入射光ビ
ーム、６……面状光、７……拡大出射光、７′……ホロ
グラムの再生像、11……柱状素子、12……板状素子、13
……透明基板、14……回析格子又はホログラム、15……
透明板、16……回析格子又はホログラム、17……反射
面、18……結合プリズム、19……透明基板、20……部分
反射鏡、21……感光材料、22、23、22′、23′……入射
光、26……液晶表示素子、27、27′……散乱板、28……
反射性表示面、29……反射光、30……光束、31……面状
光束、32……ビーム状光束、33……光ファイバー、34、
35……太陽光、36、371、372、373、……、37n……光フ
ァイバーFIG. 1 is a perspective view of a hologram reproducing apparatus using an optical device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the optical device of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of an element constituting the optical apparatus, FIG. 4 is a view for explaining a method of manufacturing the element of FIG. 3, and FIG. 5 is a front view and a side view of a hologram reproducing apparatus using the optical apparatus of the present invention. 6, FIG. 6 is a cross-sectional view when the optical device of the present invention is used as a backlight of a liquid crystal display device, FIG. 7 is a diagram for explaining a method of manufacturing the element of FIG. The figure is a sectional view of the case where the optical device of the present invention is used for an illumination system of a reflective display surface, and FIG.
FIG. 10 is a diagram for explaining a case where the optical device of the present invention is used as a light beam reduction system, and FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration when the optical device of the present invention is used for illumination of a basement or the like by sunlight. FIG. 11 is a perspective view showing the case where the optical device of the present invention is used for optical branching and combining, and FIG. 12 is a diagram for explaining the operation when the optical device of the present invention is configured to have an enlarged image forming function. FIG. 13, FIG. 13, and FIG. 14 are views for explaining a conventional light beam expanding optical system. 1, 1 '... optical device of the present invention, 2 ... image hologram, 3 ... light source, 4 ... optical fiber, 5 ... incident light beam, 6 ... planar light, 7 ... enlarged emission light, 7 '... Reproduction image of hologram, 11 ... Pillar element, 12 ... Plate element, 13
…… Transparent substrate, 14… Grating or hologram, 15 ……
Transparent plate, 16 diffraction grating or hologram, 17 reflecting surface, 18 coupling prism, 19 transparent substrate, 20 partial reflection mirror, 21 photosensitive material, 22, 23, 22 ', 23 '... incident light, 26 ... liquid crystal display element, 27, 27' ... scattering plate, 28 ...
Reflective display surface, 29: reflected light, 30: light beam, 31: planar light beam, 32: beam light beam, 33: optical fiber, 34,
35… Sunlight, 36, 37 1 , 37 2 , 37 3 ……, 37 n …… Optical fiber
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 27/00 G02F 1/1335 530──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02B 27/00 G02F 1/1335 530
Claims (7)
の光学素子を拡大方向が交差するように前後に配置して
構成され、 前記光学素子の少なくとも一方が平行な２面によって限
定された導波路状に構成され、その一面に反射面が他の
面に回析格子又はホログラムが設けられ、この回析格子
又はホログラムは、上記２面間を繰り返し全反射しなが
ら進行する光の一部を上記他の面前方へ回析するように
構成されているものであることを特徴とする光学装置。1. An optical system comprising: two optical elements for expanding an incident light beam in a one-dimensional direction, arranged in front and behind such that the expansion directions intersect, and at least one of the optical elements is limited by two parallel surfaces. A reflection surface on one surface and a diffraction grating or hologram on the other surface. The diffraction grating or hologram is one of the light traveling while repeating total reflection between the two surfaces. An optical device characterized in that it is configured to diffract a portion forward to the other surface.
を特徴とする請求項１記載の光学装置。2. The optical device according to claim 1, wherein the optical device is used for expanding an incident light beam.
ことを特徴とする請求項２記載の光学装置。3. The optical device according to claim 2, wherein the optical device is used as an illumination device for reproducing a hologram.
用いることを特徴とする請求項２記載の光学装置。4. The optical device according to claim 2, wherein the optical device is used as a backlight optical system of a liquid crystal display device.
て用いることを特徴とする請求項２記載の光学装置。5. The optical device according to claim 2, wherein the optical device is used as a backlight optical system of a transmissive display element.
を特徴とする請求項２記載の光学装置。6. The optical device according to claim 2, wherein the optical device is used as an illumination device for a reflective display surface.
の光学素子を拡大方向が交差するように前後に配置して
構成され、 前記光学素子の少なくとも一方が入射角（法線に対す
る）が相対的に大きい入射光ビームを相対的に小さい出
射角（法線に対する）で回析する回析格子又はホログラ
ムにより構成され、 前記回析格子又はホログラムが１次元方向に結像性を有
することを特徴とする光学装置。7. An optical element for expanding an incident light beam in a one-dimensional direction, wherein two optical elements are arranged before and after so that the directions of expansion cross each other, and at least one of the optical elements has an incident angle (with respect to a normal). Is composed of a diffraction grating or hologram that diffracts a relatively large incident light beam at a relatively small exit angle (relative to a normal line), and the diffraction grating or hologram has an image forming property in a one-dimensional direction. An optical device characterized by the above-mentioned.
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Family Applications (1)
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| KR100442820B1 (en) | 2001-05-04 | 2004-08-02 | 삼성전자주식회사 | Extreme angle hologram recording method and Hologram replay apparatus using holographic reflector and Method for replay of the same and Flat display element apparatus using holographic reflector |
| JP2010101912A (en) * | 2007-02-06 | 2010-05-06 | Panasonic Corp | Liquid crystal device |
| WO2008126348A1 (en) * | 2007-03-14 | 2008-10-23 | Panasonic Corporation | Surface-type illumination device and image display device using the same |
| US8016449B2 (en) | 2008-03-20 | 2011-09-13 | Panasonic Corporation | Surface light emitting apparatus emitting laser light |
| US8167469B2 (en) | 2008-03-20 | 2012-05-01 | Panasonic Corporation | Surface light emitting apparatus emitting laser light |
| JP2014177354A (en) * | 2011-07-05 | 2014-09-25 | Asahi Glass Co Ltd | Window glass |
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| JP6377418B2 (en) * | 2014-06-05 | 2018-08-22 | 株式会社エガリム | Hologram illumination device, hologram display device, holographic optical element manufacturing apparatus and manufacturing method |
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