(57)【要約】【課題】複数の波長領域の光に対して確実な光学性能が得られ、かつコンパクトな構成に適したホログラム素子、そのホログラム素子を用いる照明装置、プロジェクタ、及びホログラム素子の製造方法を提供すること。【解決手段】入射する光を回折させることにより被照射面上に所定の照明パターンを形成させるホログラム素子１２であって、第１波長領域の光を第１領域において回折させることにより照明パターンを形成させ、かつ第１波長領域とは異なる第２波長領域の光を、第１領域と同一の平面上の第２領域において回折させることにより照明パターンを形成させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光を回折させることにより被照射面上に所定の照明パターンを形成させるホログラム素子であって、
第１波長領域の光を第１領域において回折させることにより前記照明パターンを形成させ、かつ前記第１波長領域とは異なる第２波長領域の光を、前記第１領域と同一の平面上の第２領域において回折させることにより前記照明パターンを形成させることを特徴とするホログラム素子。
【請求項２】
前記第１領域及び前記第２領域に形成された複数の凸部を有し、
前記第１領域に設けられた前記凸部は、前記第１波長領域に対応する第１単位長さを単位として、前記平面に略直交する方向への長さが設定され、
前記第２領域に設けられた前記凸部は、前記第２波長領域に対応する第２単位長さを単位として、前記平面に略直交する方向への長さが設定されることを特徴とする請求項１に記載のホログラム素子。
【請求項３】
コヒーレント光を供給する光源部と、
前記コヒーレント光を回折させる請求項１又は２に記載のホログラム素子と、を有することを特徴とする照明装置。
【請求項４】
前記光源部は、第１波長領域のコヒーレント光を供給する第１光源部と、前記第１波長領域とは異なる第２波長領域のコヒーレント光を供給する第２光源部と、を備え、
前記ホログラム素子は、前記第１波長領域のコヒーレント光を第１領域において回折させることにより前記照明パターンを形成させ、かつ前記第２波長領域のコヒーレント光を、前記第１領域と同一の平面上の第２領域において回折させることにより前記照明パターンを形成させることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記ホログラム素子からの前記第１波長領域のコヒーレント光と、前記第２波長領域のコヒーレント光とを分離させる光分離部を有することを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記第１光源部は、第１振動方向を有する第１偏光光であるコヒーレント光を供給し、前記第２光源部は、前記第１振動方向に略直交する第２振動方向を有する第２偏光光であるコヒーレント光を供給し、
前記光分離部は、前記第１偏光光を反射させ前記第２偏光光を透過させる偏光分離部を備えることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光源部は、前記第１波長領域及び前記第２波長領域とは異なる第３波長領域のコヒーレント光を供給する第３光源部を備え、
前記ホログラム素子は、前記第１領域及び前記第２領域と同一の平面上の第３領域において前記第３波長領域のコヒーレント光を回折させることにより前記照明パターンを形成させ、
前記光分離部は、前記第１波長領域のコヒーレント光、前記第３波長領域のコヒーレント光と、前記第２波長領域のコヒーレント光とを分離させる第１光分離部と、前記第１波長領域のコヒーレント光と前記第３波長領域のコヒーレント光とを分離させる第２光分離部と、を備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第２光分離部は、前記第１波長領域のコヒーレント光を透過させ前記第３波長領域のコヒーレント光を反射させる波長分離部を備えることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記光源部は、前記第１波長領域及び前記第２波長領域とは異なる第３波長領域のコヒーレント光を供給する第３光源部を備え、
前記ホログラム素子は、前記第１波長領域のコヒーレント光及び前記第２波長領域のコヒーレント光を回折させる第１ホログラム素子を備え、
さらに、前記第３波長領域のコヒーレント光を回折させる第２ホログラム素子を有することを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記ホログラム素子は、一次回折光を被照射面に入射させることを特徴とする請求項３〜９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記第１光源部及び前記第２光源部は、前記平面に沿った特定方向へ並列させた前記第１波長領域のコヒーレント光及び前記第２波長領域のコヒーレント光を前記ホログラム素子へ入射させ、
前記ホログラム素子は、前記特定方向に略直交する平面内において前記ホログラム素子の光軸からシフトさせた前記一次回折光を前記被照射面に入射させることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
請求項３〜１１のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１３】
前記照明装置は、
第１波長領域のコヒーレント光を供給する第１光源部と、
前記第１波長領域とは異なる第２波長領域のコヒーレント光を供給する第２光源部と、前記第１光源部及び前記第２光源部からの前記コヒーレント光を回折させることにより被照射面上に所定の照明パターンを形成させるホログラム素子と、
前記ホログラム素子からの前記第１波長領域のコヒーレント光と前記第２波長領域のコヒーレント光とを分離させる光分離部と、を備え、
前記空間光変調装置は、
前記第１波長領域のコヒーレント光を画像信号に応じて変調する第１空間光変調装置と、
前記第２波長領域のコヒーレント光を画像信号に応じて変調する第２空間光変調装置と、を備え、
前記第１空間光変調装置は、前記光分離部からの前記第１波長領域のコヒーレント光を変調して前記光分離部へ入射させ、
前記第２空間光変調装置は、前記光分離部からの前記第２波長領域のコヒーレント光を変調して前記光分離部へ入射させ、
前記光分離部は、前記第１空間光変調装置からの前記第１波長領域のコヒーレント光と、前記第２空間光変調装置からの前記第２波長領域のコヒーレント光とを合成させ、被投写面の方向へ進行させることを特徴とする請求項１２に記載のプロジェクタ。
【請求項１４】
前記照明装置は、前記第１波長領域及び前記第２波長領域とは異なる第３波長領域のコヒーレント光を供給する第３光源部を備え、
前記ホログラム素子は、前記第３光源部からの前記コヒーレント光を回折させることにより前記照明パターンを形成させ、
前記空間光変調装置は、前記第３波長領域のコヒーレント光を画像信号に応じて変調する第３空間光変調装置を備え、
前記光分離部は、前記第１波長領域のコヒーレント光、前記第３波長領域のコヒーレント光と、前記第２波長領域のコヒーレント光とを分離させる第１光分離部と、前記第１波長領域のコヒーレント光と前記第３波長領域のコヒーレント光とを分離させる第２光分離部と、を備え、
前記第１空間光変調装置は、前記第２光分離部からの前記第１波長領域のコヒーレント光を変調して前記第２光分離部へ入射させ、
前記第３空間光変調装置は、前記第２光分離部からの前記第３波長領域のコヒーレント光を変調して前記第２光分離部へ入射させ、
前記第２光分離部は、前記第１空間光変調装置からの前記第１波長領域のコヒーレント光と、前記第３空間光変調装置からの前記第３波長領域のコヒーレント光とを合成させ、前記第１光分離部の方向へ進行させ、
前記第２空間光変調装置は、前記第１光分離部からの前記第２波長領域のコヒーレント光を変調して前記第１光分離部へ入射させ、
前記第１光分離部は、前記第２光分離部からの前記第１波長領域のコヒーレント光、前記第３波長領域のコヒーレント光と、前記第２空間光変調装置からの前記第２波長領域のコヒーレント光とを合成させ、前記被投写面の方向へ進行させることを特徴とする請求項１３に記載のプロジェクタ。
【請求項１５】
前記照明装置は、前記第１波長領域及び前記第２波長領域とは異なる第３波長領域のコヒーレント光を供給する第３光源部を備え、
前記ホログラム素子は、前記第１波長領域のコヒーレント光及び前記第２波長領域のコヒーレント光を回折させる第１ホログラム素子を備え、
さらに、前記第３波長領域のコヒーレント光を回折させる第２ホログラム素子と、
前記第２ホログラム素子からの前記第３波長領域のコヒーレント光が入射する位置に設けられた光合成部と、を備え、
前記空間光変調装置は、前記光合成部からの前記第３波長領域のコヒーレント光を画像信号に応じて変調する第３空間光変調装置を備え、
前記光分離部は、前記第１ホログラム素子からの前記第１波長領域のコヒーレント光と前記第２波長領域のコヒーレント光とを分離させ、
前記第３空間光変調装置は、前記光合成部からの前記第３波長領域のコヒーレント光を変調して前記光合成部へ入射させ、
前記光合成部は、前記光分離部からの前記第１波長領域のコヒーレント光、前記第２波長領域のコヒーレント光と、前記第３空間光変調装置からの前記第３波長領域のコヒーレント光とを合成させ、前記被投写面の方向へ進行させることを特徴とする請求項１３に記載のプロジェクタ。
【請求項１６】
入射する光を回折させることにより被照射面上に所定の照明パターンを形成させるホログラム素子の製造方法であって、
第１波長領域に対応する第１単位長さを単位として、第１平面に略直交する方向への長さが設定された複数の凸部が前記第１平面上に形成された第１の型を形成する第１型形成工程と、
前記第１波長領域とは異なる第２波長領域に対応する第２単位長さを単位として、第２平面に略直交する方向への長さが設定された複数の凸部が前記第２平面上に形成された第２の型を形成する第２型形成工程と、
前記第１の型及び前記第２の型を並列させる並列工程と、
前記並列工程において並列させた前記第１の型及び前記第２の型の形状を、材料部材へ転写する転写工程と、を含むことを特徴とするホログラム素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム素子、照明装置、プロジェクタ、及びホログラム素子の製造方法、特に、プロジェクタの照明装置に用いられるホログラム素子の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタの小型化が進められている。これに伴い、空間光変調装置、例えば液晶表示装置の小型化も行われている。光を透過させる透過型液晶表示装置の場合、小型化に伴い、画素同士の間の遮光部であるブラックマトリクスの割合が増加することとなるため、開口率が低下することになる。これに対して、光を反射させる反射型液晶表示装置の場合、画素ごとの制御ラインが反射電極の下に配置されるため、画素同士の間隔を極めて小さくすることが可能となる。画素同士の間隔を小さくできることで、開口率の低下を低減できる。また、反射型液晶表示装置を用いる場合、反射型液晶表示装置へ入射する光と同一の光路を利用して光を射出させる構成とすることで、光学系の小型化も可能となる。これらのことから、プロジェクタの小型化には、反射型液晶表示装置が適しているといえる。反射型液晶表示装置を用いるプロジェクタの技術は、例えば特許文献１にて提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−８４８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、プロジェクタの光源として、レーザ光源を用いる技術が提案されている。プロジェクタの光源として従来用いられている超高圧水銀ランプ（ＵＨＰランプ）と比較すると、レーザ光源は、高い色再現性、瞬時点灯が可能、長寿命である等の利点がある。レーザ光源を用いる照明装置には、ホログラム素子を用いることができる。ホログラム素子は、レーザ光を回折させることにより、照明領域の整形、拡大、及び照明領域における光量分布の均一化を同時に行うことが可能である。ホログラム素子は、回折させる光の波長に対応させた構成とすることで、照明領域の整形や光量分布の均一化等を正確に行うことが可能となる。複数の色光により画像を表示する場合、確実な光学性能を得るには、色光ごとのホログラム素子を用いることとなる。
【０００５】
ホログラム素子と反射型液晶表示装置とを組み合わせる場合、反射型液晶表示装置へ入射する光と同一の光路を利用して光を射出させる構成とすることが難しく、レーザ光源から反射型液晶表示装置までの光路が色光ごとに必要となる。レーザ光源から反射型液晶表示装置までの色光ごとの光路が必要となることで、コンパクトな光学系を実現することが困難となる。以上のように、従来の技術によると、複数の波長領域の光に対する良好な光学性能と、ホログラム素子が組み込まれた構成の小型化とを両立させることが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、複数の波長領域の光に対して確実な光学性能が得られ、かつコンパクトな構成に適したホログラム素子、そのホログラム素子を用いる照明装置、プロジェクタ、及びホログラム素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るホログラム素子は、入射する光を回折させることにより被照射面上に所定の照明パターンを形成させるホログラム素子であって、第１波長領域の光を第１領域において回折させることにより照明パターンを形成させ、かつ第１波長領域とは異なる第２波長領域の光を、第１領域と同一の平面上の第２領域において回折させることにより照明パターンを形成させることを特徴とする。
【０００７】
同一の平面上の第１領域及び第２領域において第１波長領域の光、第２波長領域の光をそれぞれ回折させることで、波長領域ごとにホログラム素子を配置する場合より照明装置を少ない部品点数にでき、かつ省スペース化を図れる。また、領域ごとに異なる波長領域の光を回折させる構成とすることで、複数の波長領域の光に対して確実な光学性能を得ることが可能となる。これにより、複数の波長領域の光に対して確実な光学性能が得られ、かつコンパクトな構成に適したホログラム素子を得られる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、第１領域及び第２領域に形成された複数の凸部を有し、第１領域に設けられた凸部は、第１波長領域に対応する第１単位長さを単位として、平面に略直交する方向への長さが設定され、第２領域に設けられた凸部は、第２波長領域に対応する第２単位長さを単位として、平面に略直交する方向への長さが設定されることが望ましい。これにより、領域ごとに異なる波長の光を回折させる構成とし、複数の波長の光に対して確実な光学性能が得られる。
【０００９】
さらに、本発明に係る照明装置は、コヒーレント光を供給する光源部と、コヒーレント光を回折させる上記のホログラム素子と、を有することを特徴とする。上記のホログラム素子を用いることにより、複数の波長の光に対して確実な光学性能が得られ、かつコンパクトな構成にできる。これにより、高性能かつコンパクトな照明装置を得られる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、光源部は、第１波長領域のコヒーレント光を供給する第１光源部と、第１波長領域とは異なる第２波長領域のコヒーレント光を供給する第２光源部と、を備え、ホログラム素子は、第１波長領域のコヒーレント光を第１領域において回折させることにより照明パターンを形成させ、かつ第２波長領域のコヒーレント光を、第１領域と同一の平面上の第２領域において回折させることにより照明パターンを形成させることが望ましい。これにより、第１波長領域のコヒーレント光及び第２波長領域のコヒーレント光に対して確実な光学性能を持つホログラム素子を得られる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、ホログラム素子からの第１波長領域のコヒーレント光と、第２波長領域のコヒーレント光とを分離させる光分離部を有することが望ましい。これにより、ホログラム素子からの第１波長領域のコヒーレント光と第２波長領域のコヒーレント光とを異なる方向へ進行させることができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、第１光源部は、第１振動方向を有する第１偏光光であるコヒーレント光を供給し、第２光源部は、第１振動方向に略直交する第２振動方向を有する第２偏光光であるコヒーレント光を供給し、光分離部は、第１偏光光を反射させ第２偏光光を透過させる偏光分離部を備えることが望ましい。これにより、第１波長領域のコヒーレント光と第２波長領域のコヒーレント光とを分離させることができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、光源部は、第１波長領域及び第２波長領域とは異なる第３波長領域のコヒーレント光を供給する第３光源部を備え、ホログラム素子は、第１領域及び第２領域と同一の平面上の第３領域において第３波長領域のコヒーレント光を回折させることにより照明パターンを形成させ、光分離部は、第１波長領域のコヒーレント光、第３波長領域のコヒーレント光と、第２波長領域のコヒーレント光とを分離させる第１光分離部と、第１波長領域のコヒーレント光と第３波長領域のコヒーレント光とを分離させる第２光分離部と、を備えることが望ましい。３つの波長領域の光を供給可能とすることで、画像表示の用途に適した構成にできる。３つの波長領域の光に対して１つのホログラム素子を用いる構成とすることで、複数のホログラム素子を用いる場合と比較して、照明装置を少ない部品点数のコンパクトな構成にできる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様としては、第２光分離部は、第１波長領域のコヒーレント光を透過させ第３波長領域のコヒーレント光を反射させる波長分離部を備えることが望ましい。これにより、第１波長のコヒーレント光と第３波長のコヒーレント光とを分離させることができる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様としては、光源部は、第１波長領域及び第２波長領域とは異なる第３波長領域のコヒーレント光を供給する第３光源部を備え、ホログラム素子は、第１波長領域のコヒーレント光及び第２波長領域のコヒーレント光を回折させる第１ホログラム素子を備え、さらに、第３波長領域のコヒーレント光を回折させる第２ホログラム素子を有することが望ましい。３つの波長領域の光を供給可能とすることで、画像表示の用途に適した構成にできる。３つの波長領域の光に対して２つのホログラム素子を用いる構成とすることで、３つのホログラム素子を用いる場合と比較して、照明装置を少ない部品点数のコンパクトな構成にできる。また、１つのホログラム素子で各波長領域の光を回折させる場合と比較して、ホログラム素子の光軸に対する回折光のシフト量を少なくでき、回折効率を高めることができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様としては、ホログラム素子は、一次回折光を被照射面に入射させることが望ましい。さらに、ホログラム素子は、一次回折光のみを被照射面に入射させることが望ましい。一次回折光とゼロ次回折光を同時に被照射面に入射させる構成において、一次回折光と比較してゼロ次回折光の光量が大きい場合、ゼロ次回折光と一次回折光が重なって、照明領域の一部のみが明るくなる場合がある。一次回折光のみを入射させる構成とすることで、光量分布を均一化させることが可能となる。これにより、均一化された光量分布の光を供給することができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様としては、第１光源部及び第２光源部は、平面に沿った特定方向へ並列させた第１波長領域のコヒーレント光及び第２波長領域のコヒーレント光をホログラム素子へ入射させ、ホログラム素子は、特定方向に略直交する平面内においてホログラム素子の光軸からシフトさせた一次回折光を被照射面に入射させることが望ましい。この場合、第１波長領域、第２波長領域の各コヒーレント光についてホログラム素子の光軸からの一次回折光のシフト量を同一にできる。これにより、第１波長領域、第２波長領域の各コヒーレント光について略同一の回折効率とすることができる。
【００１８】
さらに、本発明に係るプロジェクタは、上記の照明装置と、照明装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とする。上記の照明装置を用いることにより、高性能かつコンパクトな構成にできる。これにより、明るく高品質な画像を表示でき、かつコンパクトなプロジェクタを得られる。
【００１９】
また、本発明の好ましい態様としては、照明装置は、第１波長領域のコヒーレント光を供給する第１光源部と、第１波長領域とは異なる第２波長領域のコヒーレント光を供給する第２光源部と、第１光源部及び第２光源部からのコヒーレント光を回折させることにより被照射面上に所定の照明パターンを形成させるホログラム素子と、ホログラム素子からの第１波長領域のコヒーレント光と第２波長領域のコヒーレント光とを分離させる光分離部と、を備え、空間光変調装置は、第１波長領域のコヒーレント光を画像信号に応じて変調する第１空間光変調装置と、第２波長領域のコヒーレント光を画像信号に応じて変調する第２空間光変調装置と、を備え、第１空間光変調装置は、光分離部からの第１波長領域のコヒーレント光を変調して光分離部へ入射させ、第２空間光変調装置は、光分離部からの第２波長領域のコヒーレント光を変調して光分離部へ入射させ、光分離部は、第１空間光変調装置からの第１波長領域のコヒーレント光と、第２空間光変調装置からの第２波長領域のコヒーレント光とを合成させ、被投写面の方向へ進行させることが望ましい。この場合、第１波長領域のコヒーレント光、及び第２波長領域のコヒーレント光について、空間光変調装置へ入射するときと同一の光路を利用して射出させる構成とすることができる。これにより、コンパクトな構成を実現できる。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様としては、照明装置は、第１波長領域及び第２波長領域とは異なる第３波長領域のコヒーレント光を供給する第３光源部を備え、ホログラム素子は、第３光源部からのコヒーレント光を回折させることにより照明パターンを形成させ、空間光変調装置は、第３波長領域のコヒーレント光を画像信号に応じて変調する第３空間光変調装置を備え、光分離部は、第１波長領域のコヒーレント光、第３波長領域のコヒーレント光と、第２波長領域のコヒーレント光とを分離させる第１光分離部と、第１波長領域のコヒーレント光と第３波長領域のコヒーレント光とを分離させる第２光分離部と、を備え、第１空間光変調装置は、第２光分離部からの第１波長領域のコヒーレント光を変調して第２光分離部へ入射させ、第３空間光変調装置は、第２光分離部からの第３波長領域のコヒーレント光を変調して第２光分離部へ入射させ、第２光分離部は、第１空間光変調装置からの第１波長領域のコヒーレント光と、第３空間光変調装置からの第３波長領域のコヒーレント光とを合成させ、第１光分離部の方向へ進行させ、第２空間光変調装置は、第１光分離部からの第２波長領域のコヒーレント光を変調して第１光分離部へ入射させ、第１光分離部は、第２光分離部からの第１波長領域のコヒーレント光、第３波長領域のコヒーレント光と、第２空間光変調装置からの第２波長領域のコヒーレント光を合成させ、被投写面の方向へ進行させることが望ましい。これにより、第１波長領域のコヒーレント光、第２波長領域のコヒーレント光、第３波長領域のコヒーレント光について、空間光変調装置へ入射するときと同一の光路を利用して射出させる構成にできる。
【００２１】
また、本発明の好ましい態様としては、照明装置は、第１波長領域及び第２波長領域とは異なる第３波長領域のコヒーレント光を供給する第３光源部を備え、ホログラム素子は、第１波長領域のコヒーレント光及び第２波長領域のコヒーレント光を回折させる第１ホログラム素子を備え、さらに、第３波長領域のコヒーレント光を回折させる第２ホログラム素子と、第２ホログラム素子からの第３波長領域のコヒーレント光が入射する位置に設けられた光合成部と、を備え、空間光変調装置は、光合成部からの第３波長領域のコヒーレント光を画像信号に応じて変調する第３空間光変調装置を備え、光分離部は、第１ホログラム素子からの第１波長領域のコヒーレント光と第２波長領域のコヒーレント光とを分離させ、第３空間光変調装置は、光合成部からの第３波長領域のコヒーレント光を変調して光合成部へ入射させ、光合成部は、光分離部からの第１波長領域のコヒーレント光、第２波長領域のコヒーレント光と、第３空間光変調装置からの第３波長領域のコヒーレント光とを合成させ、被投写面の方向へ進行させることが望ましい。これにより、第１波長領域のコヒーレント光、第２波長領域のコヒーレント光、第３波長領域のコヒーレント光について、空間光変調装置へ入射するときと同一の光路を利用して射出させる構成にできる。
【００２２】
さらに、本発明に係るホログラム素子の製造方法は、入射する光を回折させることにより被照射面上に所定の照明パターンを形成させるホログラム素子の製造方法であって、第１波長領域に対応する第１単位長さを単位として、第１平面に略直交する方向への長さが設定された複数の凸部が第１平面上に形成された第１の型を形成する第１型形成工程と、第１波長領域とは異なる第２波長領域に対応する第２単位長さを単位として、第２平面に略直交する方向への長さが設定された複数の凸部が第２平面上に形成された第２の型を形成する第２型形成工程と、第１の型及び第２の型を並列させる並列工程と、並列工程において並列させた第１の型及び第２の型の形状を、材料部材へ転写する転写工程と、を含むことを特徴とする。これにより、領域ごとに異なる波長の光を回折可能なホログラム素子を、簡易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタ１０の概略構成を示す。プロジェクタ１０は、スクリーン（不図示）に光を供給し、スクリーンで反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ１０は、赤色（Ｒ）光用光源部１１Ｒ、緑色（Ｇ）光用光源部１１Ｇ、及び青色（Ｂ）光用光源部１１Ｂを有する。Ｒ光用光源部１１Ｒ、Ｇ光用光源部１１Ｇ、Ｂ光用光源部１１Ｂは、コヒーレント光であるレーザ光を供給する光源部である。
【００２５】
Ｒ光用光源部１１Ｒは、第１波長領域のレーザ光であるＲ光を供給する第１光源部である。Ｇ光用光源部１１Ｇは、第１波長領域とは異なる第２波長領域のレーザ光であるＧ光を供給する第２光源部である。Ｂ光用光源部１１Ｂは、第１波長領域及び第２波長領域とは異なる第３波長領域のレーザ光であるＢ光を供給する第３光源部である。Ｒ光用光源部１１Ｒ、Ｇ光用光源部１１Ｇ、Ｂ光用光源部１１Ｂは、半導体レーザを備える。Ｒ光用光源部１１Ｒ及びＢ光用光源部１１Ｂは、第１振動方向を有する第１偏光光を供給する。第１偏光光は、例えばｓ偏光光である。Ｇ光用光源部１１Ｇは、第２振動方向を有する第２偏光光を供給する。第２偏光光は、例えばｐ偏光光である。
【００２６】
各色光用光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂからのレーザ光は、ホログラム素子１２へ入射する。ホログラム素子１２は、各色光用光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂからのコヒーレント光を回折させることにより、被照射面上に所定の照明パターンを形成させる。被照射面は、各色光用空間光変調装置２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの入射面である。ホログラム素子１２へ入射するレーザ光は、略円形状のスポットを形成するビーム形状をなしている。また、ホログラム素子１２へ入射するレーザ光は、スポットの中心にて光量が最大となり、スポットの中心から離れるに従い光量が低下するような光量分布を示す。これに対して、ホログラム素子１２は、被照射面において、矩形形状かつ均一化された光量分布の照明パターンを形成する。ホログラム素子１２は、照明領域の整形、拡大、及び照明領域における光量分布の均一化を行う。
【００２７】
ホログラム素子１２からのレーザ光は、フィールドレンズ１４を経た後、偏光分離部１５へ入射する。フィールドレンズ１４は、ホログラム素子１２からのレーザ光を平行化させる。偏光分離部１５は、Ｒ光、Ｂ光とＧ光とを分離させる第１光分離部である。偏光分離部１５は、２つの直角プリズムを貼り合わせて構成されている。２つの直角プリズムの間には、偏光分離膜１６がコーティングされている。偏光分離膜１６は、例えば誘電体多層膜である。偏光分離部１５は、偏光分離膜１６において、第１偏光光であるｓ偏光光を反射させ、第２偏光光であるｐ偏光光を透過させる。偏光分離部１５は、キューブ型である他、板状であっても良い。
【００２８】
波長分離部１７は、偏光分離部１５に関して投写レンズ２１の側とは反対側に設けられている。波長分離部１７は、Ｒ光とＢ光とを分離させる第２光分離部である。波長分離部１７は、２つの直角プリズムを貼り合わせて構成されている。２つの直角プリズムの間には、波長分離膜１８がコーティングされている。波長分離膜１８は、例えば誘電体多層膜である。波長分離部１７は、波長分離膜１８において、第１波長領域のレーザ光であるＲ光を透過させ、第３波長領域のレーザ光であるＢ光を反射させる。波長分離部１７は、キューブ型である他、板状であっても良い。各色光用光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ、ホログラム素子１２、フィールドレンズ１４、偏光分離部１５、波長分離部１７及びプリズム１９は、照明装置を構成する。
【００２９】
Ｒ光用空間光変調装置２０Ｒは、波長分離部１７のうち偏光分離部１５の側とは反対側の面に設けられている。Ｂ光用空間光変調装置２０Ｂは、波長分離膜１８に関してＲ光用空間光変調装置２０Ｒと対称な位置に設けられている。Ｒ光用空間光変調装置２０Ｒは、照明装置からのＲ光を画像信号に応じて変調する第１空間光変調装置である。Ｒ光用空間光変調装置２０Ｒは、波長分離部１７からのＲ光を変調して波長分離部１７へ入射させる。Ｂ光用空間光変調装置２０Ｂは、照明装置からのＢ光を画像信号に応じて変調する第３空間光変調装置である。Ｂ光用空間光変調装置２０Ｂは、波長分離部１７からのＢ光を変調して波長分離部１７へ入射させる。
【００３０】
プリズム１９は、偏光分離部１５に関してフィールドレンズ１４の側とは反対側に設けられている。Ｇ光用空間光変調装置２０Ｇは、プリズム１９のうち偏光分離部１５の側とは反対側の面に設けられている。Ｇ光用空間光変調装置２０Ｇは、照明装置からのＧ光を画像信号に応じて変調する第２空間光変調装置である。Ｇ光用空間光変調装置２０Ｇは、プリズム１９を経た偏光分離部１５からのＧ光を変調し、プリズム１９を経て偏光分離部１５へ入射させる。Ｒ光用空間光変調装置２０Ｒ、Ｂ光用空間光変調装置２０Ｂ、Ｇ光用空間光変調装置２０Ｇは、反射型液晶表示装置（Liquid  Crystal  On  Silicon；ＬＣＯＳ）である。なお、プロジェクタ１０は、プリズム１９を省略し、プリズム１９に相当する部分に空隙を設けることとしても良い。投写レンズ２１は、各色光用空間光変調装置２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂにおいて変調された各色光を投写させる。
【００３１】
図２は、ホログラム素子１２の構成を示す。ホログラム素子１２は、支持部１３によって支持されている。ホログラム素子１２は、第１領域ＡＲ１、第２領域ＡＲ２及び第３領域ＡＲ３を備える。第１領域ＡＲ１、第２領域ＡＲ２及び第３領域ＡＲ３は、同一の平面であるＸＹ面上にある。Ｚ方向は、当該平面に略直交する方向である。Ｒ光用光源部１１Ｒ（図１参照）は、第１領域ＡＲ１へＲ光を入射させる。ホログラム素子１２は、第１領域ＡＲ１においてＲ光を回折させる。Ｇ光用光源部１１Ｇ（図１参照）は、第２領域ＡＲ２へＧ光を入射させる。ホログラム素子１２は、第２領域ＡＲ２においてＧ光を回折させる。Ｂ光用光源部１１Ｂ（図１参照）は、第３領域ＡＲ３へＢ光を入射させる。ホログラム素子１２は、第３領域ＡＲ３においてＢ光を回折させる。
【００３２】
図３は、ホログラム素子１２の表面構成を模式的に表したものである。図４は、図３のＡＡ断面構成を示す。第１領域ＡＲ１、第２領域ＡＲ２、第３領域ＡＲ３には、複数の凸部２５が形成されている。凸部２５は、ホログラム素子１２の表面であって、例えば光を射出させる射出面に設けられている。凸部２５は、ＸＹ面内において矩形形状を有する。図３において、凸部２５の着色は、高低差を表している。ここでは、濃い黒色を付した部分ほど高く形成されていること、言い換えると図３の紙面手前側にあることを表している。凸部２５は、図４に示す断面において、矩形形状をなしている。ホログラム素子１２は、凸部２５ごとにレーザ光の初期位相を変化させる。ホログラム素子１２は、レーザ光の位相を空間的に変化させることにより、回折光を生じさせる。コヒーレント光であるレーザ光をホログラム素子１２へ入射させるため、良好な回折特性を得ることができる。
【００３３】
図５は、Ｚ方向についての凸部２５の長さの設定について説明するものである。第１領域ＡＲ１に設けられた凸部２５は、第１単位長さｄ１を単位として、Ｚ方向への長さが設定される。第１単位長さｄ１は、第１波長領域に対応している。第２領域ＡＲ２に設けられた凸部２５は、第２単位長さｄ２を単位として、Ｚ方向への長さが設定されている。第２単位長さｄ２は、第２波長領域に対応している。第３領域ＡＲ３に設けられた凸部２５は、第３単位長さｄ３を単位として、Ｚ方向への長さが設定されている。第３単位長さｄ３は、第３波長領域に対応している。ホログラム素子１２は、Ｚ方向についての凸部２５の長さ、ＸＹ面内における凸部２５のピッチ及びパターンを含む表面条件を最適化することにより、所望の機能を備える構成にできる。
【００３４】
同一の平面上の第１領域ＡＲ１、第２領域ＡＲ２及び第３領域ＡＲ３においてＲ光、Ｇ光、Ｂ光をそれぞれ回折させることで、波長領域ごとにホログラム素子を配置する場合より少ない部品点数にでき、かつ省スペース化を図れる。また、領域ごとに異なる波長領域の光を回折させる構成とすることで、複数の波長領域の光に対して確実な光学性能を得ることが可能となる。３つの波長領域の光に対して１つのホログラム素子１２を用いる構成とすることで、複数のホログラム素子を用いる場合と比較して、少ない部品点数のコンパクトな構成にできる。また、光学系において必要な偏光分離膜１６を１つにできる。
【００３５】
図６は、偏光分離部１５及び波長分離部１７における各色光の分離及び合成について説明するものである。ホログラム素子１２からのＲ光Ｌ１、Ｇ光Ｌ３、Ｂ光Ｌ５は、偏光分離部１５へ入射する。ｓ偏光光であるＲ光Ｌ１は、偏光分離膜１６での反射により光路が折り曲げられ、波長分離部１７へ入射する。波長分離部１７へ入射したＲ光Ｌ１は、波長分離膜１８を透過し、Ｒ光用空間光変調装置２０Ｒへ入射する。Ｒ光用空間光変調装置２０Ｒにおける変調によりｓ偏光光からｐ偏光光へ変換されたＲ光Ｌ２は、波長分離部１７を透過し、偏光分離部１５へ入射する。偏光分離部１５へ入射したＲ光Ｌ２は、偏光分離膜１６を透過し、投写レンズ２１（図１参照）の方向へ進行する。
【００３６】
ｐ偏光光であるＧ光Ｌ３は、偏光分離膜１６を透過し、プリズム１９へ入射する。プリズム１９を透過したＧ光Ｌ３は、Ｇ光用空間光変調装置２０Ｇへ入射する。Ｇ光用空間光変調装置２０Ｇにおける変調によりｐ偏光光からｓ偏光光へ変換されたＧ光Ｌ４は、プリズム１９を透過し、偏光分離部１５へ入射する。プリズム１９を設けることで、Ｇ光の光路長を、Ｒ光、Ｂ光の光路長と同等にできる。偏光分離部１５へ入射したＧ光Ｌ４は、偏光分離膜１６における反射により光路が折り曲げられ、投写レンズ２１の方向へ進行する。
【００３７】
ｓ偏光光であるＢ光Ｌ５は、偏光分離膜１６での反射により光路が折り曲げられ、波長分離部１７へ入射する。波長分離部１７へ入射したＢ光Ｌ５は、波長分離膜１８での反射により光路が折り曲げられ、Ｂ光用空間光変調装置２０Ｂへ入射する。Ｂ光用空間光変調装置２０Ｂにおける変調によりｓ偏光光からｐ偏光光へ変換されたＢ光Ｌ６は、波長分離膜１８における反射により光路が折り曲げられ、偏光分離部１５へ入射する。波長分離部１７は、Ｒ光用空間光変調装置２０ＲからのＲ光Ｌ２、及びＢ光用空間光変調装置２０ＢからのＢ光Ｌ６を合成させ、偏光分離部１５の方向へ進行させる。偏光分離部１５へ入射したＢ光Ｌ６は、偏光分離膜１６を透過し、投写レンズ２１の方向へ進行する。偏光分離部１５は、Ｒ光用空間光変調装置２０ＲからのＲ光Ｌ２、Ｂ光用空間光変調装置２０ＢからのＢ光Ｌ６と、Ｇ光用空間光変調装置２０ＧからのＧ光Ｌ４とを合成させ、被投写面であるスクリーン（不図示）の方向へ進行させる。
【００３８】
上記のホログラム素子１２を用いることにより、複数の波長の光に対して確実な光学性能が得られ、かつ照明装置をコンパクトな構成にできる。また、各色光について、空間光変調装置へ入射するときと同一の光路を利用して光を射出させる構成とすることができる。これにより、高性能かつコンパクトな構成により、明るく高品質な画像を表示できるという効果を奏する。
【００３９】
プロジェクタ１０は、空間光変調装置へ入射するときと同一の光路を利用して光を射出可能な構成であれば良く、本実施例で説明する構成である場合に限られない。例えば、本実施例で説明する構成を基準としてＲ、Ｇ、Ｂを入れ替えても良い。偏光分離部１５は、ｓ偏光光を反射させｐ偏光光を透過させるものに限られず、プロジェクタ１０の構成に応じて偏光特性を任意に設定できる。波長分離部１７は、Ｒ光を透過させＢ光を反射させるものに限られず、プロジェクタ１０の構成に応じて波長特性を任意に設定できる。
【００４０】
各色光用光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、半導体レーザからのレーザ光の波長を変換する波長変換素子、例えば、第二高調波発生（Second-Harmonic  Generation；ＳＨＧ）素子を用いる構成としても良い。各色光用光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、半導体レーザに代えて、半導体レーザ励起固体（Diode  Pumped  Solid  State；ＤＰＳＳ）レーザや、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ等を用いても良い。
【００４１】
ホログラム素子１２は、例えば、型を用いた型転写によって製造することができる。まず、石英基板上にレジストを塗布した後、電子ビーム描画装置によりレジストに電子ビームを照射し、このレジストをパターニングする。次いで、エッチング処理することにより、石英からなるモールド（型）を形成する。そして、合成樹脂製のフィルム状部材など、ホログラム素子１２を形成するための基板とモールドとを、基板のガラス転移温度以上にまで加熱する。基板とモールドとを押し付け一定時間保持した後、基板とモールドとを基板のガラス転移温度以下にまで冷却し、基板とモールドとを離す。これにより、基板に所望の形状が転写されたホログラム素子１２が形成される。
【００４２】
このように、ホログラム素子１２は、モールド（型）を形成した後、そのモールドの形状を基板に熱転写させる、いわゆるナノインプリントの手法により形成することができる。なお、ここで説明した製造方法は一例であって、所望の形状を有するホログラム素子１２を製造可能であれば、任意の手法を用いることができる。
【実施例２】
【００４３】
図７は、本発明の実施例２に係るプロジェクタ３０の概略構成を示す。本実施例のプロジェクタ３０は、第１ホログラム素子３２及び第２ホログラム素子３３を有する。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４４】
Ｒ光用光源部３１Ｒは、第１波長領域のレーザ光であるＲ光を供給する第１光源部である。Ｂ光用光源部３１Ｂは、第１波長領域とは異なる第２波長領域のレーザ光であるＢ光を供給する第２光源部である。Ｇ光用光源部３１Ｇは、第１波長領域及び第２波長領域とは異なる第３波長領域のレーザ光であるＧ光を供給する第３光源部である。Ｒ光用光源部３１Ｒ、Ｂ光用光源部３１Ｂ、Ｇ光用光源部３１Ｇは、半導体レーザを備える。Ｒ光用光源部３１Ｒは、第１振動方向を有する第１偏光光を供給する。第１偏光光は、例えばｓ偏光光である。Ｂ光用光源部３１Ｂ及びＧ光用光源部３１Ｇは、第２振動方向を有する第２偏光光を供給する。第２偏光光は、例えばｐ偏光光である。
【００４５】
Ｒ光用光源部３１ＲからのＲ光及びＢ光用光源部３１ＢからのＢ光は、第１ホログラム素子３２へ入射する。第１ホログラム素子３２は、Ｒ光用光源部３１ＲからのＲ光及びＢ光用光源部３１ＢからのＢ光を回折させることにより、被照射面上に所定の照明パターンを形成させる。第１ホログラム素子３２は、照明領域の整形、拡大、及び照明領域における光量分布の均一化を行う。第１ホログラム素子３２は、第１領域においてＲ光を回折させる。また、第１ホログラム素子３２は、第１領域と同一の平面上の第２領域においてＢ光を回折させる。第１ホログラム素子３２からのＲ光及びＢ光は、フィールドレンズ１４を経た後、偏光分離部３４へ入射する。偏光分離部３４は、フィールドレンズ１４を経た第１ホログラム素子３２からのＲ光及びＢ光が入射する位置に設けられている。
【００４６】
Ｇ光用光源部３１ＧからのＧ光は、第２ホログラム素子３３へ入射する。第２ホログラム素子３３は、照明領域の整形、拡大、及び照明領域における光量分布の均一化を行う。第２ホログラム素子３３は、Ｇ光を回折させる。第２ホログラム素子３３からのＧ光は、フィールドレンズ１４を経た後、光合成部３７へ入射する。光合成部３７は、フィールドレンズ１４を経た第２ホログラム素子３３からのＧ光が入射する位置に設けられている。
【００４７】
偏光分離部３４は、第１ホログラム素子３２からのＲ光とＢ光とを分離させる光分離部である。偏光分離部３４は、２つの直角プリズムを貼り合わせて構成されている。２つの直角プリズムの間には、偏光分離膜３５がコーティングされている。偏光分離膜３５は、例えば誘電体多層膜である。偏光分離部３４は、偏光分離膜３５において、第１偏光光であるｓ偏光光を反射させ、第２偏光光であるｐ偏光光を透過させる。光合成部３７は、Ｒ光、Ｂ光とＧ光とを合成させる。光合成部３７は、２つの直角プリズムを貼り合わせて構成されている。２つの直角プリズムの間には、偏光分離膜３８がコーティングされている。偏光分離膜３８は、例えば誘電体多層膜である。光合成部３７は、偏光分離膜３８において、第１偏光光であるｓ偏光光を反射させ、第２偏光光であるｐ偏光光を透過させる。偏光分離部３４、光合成部３７は、キューブ型である他、板状であっても良い。
【００４８】
偏光分離部３４及び光合成部３７の間には、波長選択偏光変換部３６が設けられている。波長選択偏光変換部３６は、ｓ偏光光であるＢ光をｐ偏光光に変換させ、ｐ偏光光であるＲ光をそのまま通過させる。波長選択偏光変換部３６としては、例えば、カラーリンク社（米国）のカラーセレクトを用いることができる。各色光用光源部３１Ｒ、３１Ｂ、３１Ｇ、第１ホログラム素子３２、第２ホログラム素子３３、２つのフィールドレンズ１４、偏光分離部３４、波長選択偏光変換部３６、光合成部３７及びプリズム１９は、照明装置を構成する。
【００４９】
Ｒ光用空間光変調装置２０Ｒは、偏光分離部３４のうち波長選択偏光変換部３６の側とは反対側に設けられている。Ｒ光用空間光変調装置２０Ｒは、照明装置からのＲ光を画像信号に応じて変調する第１空間光変調装置である。Ｒ光用空間光変調装置２０Ｒは、偏光分離部３４からのＲ光を変調して偏光分離部３４へ入射させる。Ｂ光用空間光変調装置２０Ｂは、偏光分離膜３５に関してＲ光用空間光変調装置２０Ｒと対称な位置に設けられている。Ｂ光用空間光変調装置２０Ｂは、照明装置からのＢ光を画像信号に応じて変調する第２空間光変調装置である。Ｂ光用空間光変調装置２０Ｂは、偏光分離部３４からのＢ光を変調して偏光分離部３４へ入射させる。
【００５０】
プリズム１９は、光合成部３７に関してフィールドレンズ１４の側とは反対側に設けられている。Ｇ光用空間光変調装置２０Ｇは、プリズム１９のうち光合成部３７の側とは反対側の面に設けられている。Ｇ光用空間光変調装置２０Ｇは、照明装置からのＧ光を画像信号に応じて変調する第３空間光変調装置である。Ｇ光用空間光変調装置２０Ｇは、プリズム１９を経た光合成部３７からのＧ光を変調し、プリズム１９を経て光合成部３７へ入射させる。
【００５１】
３つの波長領域の光に対して２つのホログラム素子３２、３３を用いる構成とすることで、３つのホログラム素子を用いる場合と比較して、少ない部品点数のコンパクトな構成にできる。また、第１ホログラム素子３２は、１つのホログラム素子で３つの波長領域の光を回折させる場合と比較して、第１ホログラム素子３２の光軸ＡＸ１に対する回折光のシフト量を少なくでき、回折効率を高めることができる。
【００５２】
図８は、偏光分離部３４及び光合成部３７における各色光の分離及び合成について説明するものである。第１ホログラム素子３２からのＲ光Ｌ１１、Ｂ光Ｌ１３は、偏光分離部３４へ入射する。ｓ偏光光であるＲ光Ｌ１１は、偏光分離膜３５での反射により光路が折り曲げられ、Ｒ光用空間光変調装置２０Ｒへ入射する。Ｒ光用空間光変調装置２０Ｒにおける変調によりｓ偏光光からｐ偏光光に変換されたＲ光Ｌ１２は、偏光分離膜３５を透過する。偏光分離部３４から射出されたＲ光Ｌ１２は、波長選択偏光変換部３６を透過し、光合成部３７へ入射する。光合成部３７へ入射したＲ光Ｌ１２は、偏光分離膜３８を透過し、投写レンズ２１（図７参照）の方向へ進行する。
【００５３】
ｐ偏光光であるＢ光Ｌ１３は、偏光分離膜３５を透過し、Ｂ光用空間光変調装置２０Ｂへ入射する。Ｂ光用空間光変調装置２０Ｂにおける変調によりｐ偏光光からｓ偏光光へ変換されたＢ光Ｌ１４は、偏光分離膜３５における反射により光路が折り曲げられ、波長選択偏光変換部３６へ入射する。波長選択偏光変換部３６へ入射したＢ光Ｌ１４は、ｓ偏光光からｐ偏光光へ変換される。ｐ偏光光へ変換されたＢ光Ｌ１４は、偏光分離膜３８を透過し、投写レンズ２１の方向へ進行する。偏光分離部３４は、Ｒ光用空間光変調装置２０ＲからのＲ光Ｌ１２、及びＢ光用空間光変調装置２０ＢからのＢ光Ｌ１４を合成させ、光合成部３７の方向へ進行させる。
【００５４】
第２ホログラム素子３３からのＧ光Ｌ１５は、光合成部３７へ入射する。ｐ偏光光であるＧ光Ｌ１５は、偏光分離膜３８を透過し、プリズム１９へ入射する。プリズム１９を透過したＧ光Ｌ１５は、Ｇ光用空間光変調装置２０Ｇへ入射する。Ｇ光用空間光変調装置２０Ｇにおける変調によりｐ偏光光からｓ偏光光へ変換されたＧ光Ｌ１６は、プリズム１９を透過し、光合成部３７へ入射する。光合成部３７へ入射したＧ光Ｌ１６は、偏光分離膜３８における反射により光路が折り曲げられ、投写レンズ２１の方向へ進行する。光合成部３７は、Ｒ光用空間光変調装置２０ＲからのＲ光Ｌ１２、Ｂ光用空間光変調装置２０ＢからのＢ光Ｌ１４と、Ｇ光用空間光変調装置２０ＧからのＧ光Ｌ１６とを合成させ、被投写面であるスクリーン（不図示）の方向へ進行させる。
【００５５】
上記のホログラム素子３２、３３を用いることにより、複数の波長の光に対して確実な光学性能が得られ、かつ照明装置をコンパクトな構成にできる。また、各色光について、空間光変調装置へ入射するときと同一の光路を利用して光を射出させる構成とすることができる。本実施例の場合も、高性能かつコンパクトな構成により、明るく高品質な画像を表示できる。本実施例の場合も、例えば、本実施例で説明する構成を基準としてＲ、Ｇ、Ｂを入れ替えても良い。偏光分離部３４及び光合成部３７は、ｓ偏光光を反射させｐ偏光光を透過させるものに限られず、プロジェクタ３０の構成に応じて偏光特性を任意に設定できる。波長選択偏光変換部３６は、Ｒ光及びＢ光のうちＢ光のみを偏光変換させるものに限られず、プロジェクタ３０の構成に応じて波長特性及び偏光特性を任意に設定できる。
【実施例３】
【００５６】
図９は、本発明の実施例３に係るプロジェクタ４０の概略構成を示す。本実施例のプロジェクタ４０は、ホログラム素子４１、４２により一次回折光を被照射面に入射させることを特徴とする。上記実施例２と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５７】
図１０は、Ｂ光用光源部３１ＢからＢ光用空間光変調装置２０Ｂまでの光路中の各要素のＹＺ平面構成を示す。Ｒ光用光源部３１Ｒは、Ｂ光用光源部３１Ｂの紙面奥側（マイナスＸ側）にある。Ｒ光用空間光変調装置２０Ｒは、偏光分離部３４の紙面奥側（マイナスＸ側）にある。Ｒ光用光源部３１Ｒ及びＢ光用光源部３１Ｂは、Ｘ方向へ並列させたＲ光及びＢ光を第１ホログラム素子４１へ入射させる。Ｘ方向は、平面であるＸＹ面に沿った特定方向である。
【００５８】
ＹＺ面内において、Ｂ光用光源部３１Ｂ及びＲ光用光源部３１Ｒは、第１ホログラム素子４１の光軸ＡＸ１上に配置されている。Ｂ光用光源部３１Ｂ、Ｒ光用光源部３１Ｒ及び第１ホログラム素子４１は、偏光分離部３４から光軸ＡＸ１をシフトさせて配置されている。第１ホログラム素子４１は、ＹＺ面内において光軸ＡＸ１からシフトさせた一次回折光のみを被照射面に入射させる。ＹＺ平面は、特定方向であるＸ方向に略直交する平面である。
【００５９】
図１１は、Ｇ光用光源部３１ＧからＧ光用空間光変調装置２０Ｇまでの光路中の各要素のＹＺ平面構成を示す。ＹＺ面内において、Ｇ光用光源部３１Ｇは、第２ホログラム素子４２の光軸ＡＸ２上に配置されている。Ｇ光用光源部３１Ｇ及び第２ホログラム素子４２は、光合成部３７から光軸ＡＸ２をシフトさせて配置されている。第２ホログラム素子４２は、ＹＺ面内において光軸ＡＸ２からシフトさせた一次回折光のみを被照射面に入射させる。一次回折光とゼロ次回折光を同時に被照射面に入射させる構成において、一次回折光と比較してゼロ次回折光の光量が大きい場合、ゼロ次回折光と一次回折光が重なって、照明領域の一部のみが明るくなる場合がある。一次回折光のみを入射させる構成とすることで、光量分布を均一化させることが可能となる。これにより、均一化された光量分布の光を供給することができる。
【００６０】
図１２は、本実施例の比較例であって、透過型の空間光変調装置５２を用いる場合の構成例を示す。ホログラム素子５１からの一次回折光は、フィールドレンズ１４を経て空間光変調装置５２へ入射する。空間光変調装置５２で変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム５３でＲ光、Ｂ光と合成され、投写レンズ２１へ進行する。この場合、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を並列させるＸＺ面内において光軸から一次回折光をシフトさせる構成にできる。
【００６１】
これに対して、図９に示す本実施例のプロジェクタ４０の場合、ＸＺ面内において光軸ＡＸ１、ＡＸ２から一次回折光をシフトさせる構成とすると、光軸ＡＸ１、ＡＸ２からの一次回折光のシフト量が色光ごとに異なることとなる。一次回折光のシフト量が色光ごとに異なる場合、各色光について同等の回折効率を得ることが困難となる。本実施例のように、ＹＺ平面内において光軸ＡＸ１、ＡＸ２から一次回折光をシフトさせる構成とすることで、光軸ＡＸ１、ＡＸ２からの一次回折光のシフト量を同一にできる。これにより、各色光について略同一の回折効率とすることができる。
【００６２】
上記各実施例のプロジェクタにおいて、レーザ光源に代えてＵＨＰランプ等のランプを用いる場合、色光ごとに偏光方向を揃えるための波長選択偏光変換部（カラーセレクト）が必要となる。波長選択偏光変換部は、偏光分離部の手前に設けることとなる。例えば図１の構成の場合、波長選択偏光変換部は、フィールドレンズ１４と偏光分離部１５の間に設けることができる。図７の構成の場合、波長選択偏光変換部は、フィールドレンズ１４と偏光分離部３４の間、及び必要に応じてフィールドレンズ１４と光合成部３７の間に設けることができる。レーザ光源を用いる場合、色光ごとに所定の偏光光を供給することが可能であるから、かかる波長選択偏光変換部を不要にできるという利点がある。
【００６３】
上記各実施例のプロジェクタは、各色光用光源部とホログラム素子との間に、プリ偏光板を設けても良い。プリ偏光板は、第１偏光光を射出させる光源部に対しては第１偏光光を透過させる構成、第２偏光光を射出させる光源部に対しては第２偏光光を透過させる構成とし、それぞれの波長領域に対応させたものを用いることができる。プリ偏光板を用いることで、さらにコントラストを高めることが可能となる。
【００６４】
上記各実施例のプロジェクタは、空間光変調装置として反射型液晶表示装置の他、ＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）等を用いる構成としても良い。プロジェクタは、空間光変調装置へ入射する光と同一の光路を利用して光を射出させる構成であれば良く、反射型の空間光変調装置以外のものを用いる構成であっても良い。プロジェクタは、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタは、一の空間光変調装置により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクタは、空間光変調装置を用いる構成の他、画像情報を持たせたスライドを用いるスライドプロジェクタであっても良い。プロジェクタは、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。
【００６５】
本発明に係る照明装置は、プロジェクタに適用する場合に限られない。例えば、投写光学系を用いず空間光変調装置の画像を直接観察する直視型の画像表示装置に適用しても良い。また、本発明に係る照明装置は、レーザ光による露光のための露光装置や、レーザ光により照明された像をモニタするモニタ装置に適用しても良い。本発明の照明装置は、３つの色光を供給するものに限られず、互いに異なる波長領域の複数のレーザ光を供給する構成であれば良い。本発明に係るホログラム素子は、照明領域の整形及び光量分布の均一化を行うものに限られない。照明領域の整形及び光量分布の均一化の少なくとも一方を行うものであれば良い。さらに、ホログラム素子は、照明領域の整形及び光量分布の均一化の少なくとも一方を行うものである場合に限られず、例えば、レーザ光の分岐や偏向等を行うものであっても良い。本発明に係るホログラム素子は、レーザ加工機の光学系、光ディスク再生装置における光ピックアップ用の光学系等、表面レリーフ型ホログラム素子が用いられるあらゆる分野にて適用可能である。
【実施例４】
【００６６】
図１３及び図１４は、本発明の実施例４に係るホログラム素子の製造方法により、ホログラム素子６６を製造する手順を説明するものである。図１３に示す工程ａは、第１の型である第１モールド６１を形成する第１型形成工程である。第１モールド６１は、第１平面Ｓ１上に形成された複数の凸部６２を有する。第１平面Ｓ１は、第１モールド６１のうち凸部６２が形成された面とは反対側の面であるとする。凸部６２は、第１単位長さｄ１を単位として、第１平面Ｓ１に略直交する方向への長さが設定されている。第１単位長さｄ１は、第１波長領域に対応している。
【００６７】
第１モールド６１は、例えば、露光及びエッチングを経て形成することができる。例えば、石英基板上にレジストを塗布した後、電子ビーム描画装置によりレジストに電子ビームを照射し、レジストをパターニングする。次いで、エッチング処理を施すことにより、石英からなる第１モールド６１を得ることができる。
【００６８】
工程ｂは、第２の型である第２モールド６３を形成する第２型形成工程である。第２モールド６３は、第２平面Ｓ２上に形成された複数の凸部６４を有する。第２平面Ｓ２は、第２モールド６３のうち凸部６４が形成された面とは反対側の面であるとする。凸部６４は、第２単位長さｄ２を単位として、第２平面Ｓ２に略直交する方向への長さが設定されている。第２単位長さｄ２は、第２波長領域に対応している。第２モールド６３は、第１モールド６１と同様にして形成することができる。第１モールド６１及び第２モールド６３は、互いに独立した工程により形成される。
【００６９】
次に、並列工程である工程ｃにおいて、第１モールド６１及び第２モールド６３を並列させる。第１モールド６１及び第２モールド６３は、略同一の平面上に凸部６２、６４が並列するように配置される。本実施例では、第１モールド６１及び第２モールド６３は、第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２が略同一の平面上に並列するように配置されている。第１モールド６１及び第２モールド６３は、例えば、共通の支持部材を用いて支持することとしても良い。
【００７０】
工程ｃにおいて並列させた第１モールド６１及び第２モールド６３の形状を、転写工程である工程ｄにおいて、材料部材６５へ転写する。工程ｄでは、例えば、熱転写によるナノインプリントの手法を用いることができる。材料部材６５は、例えば、熱可塑性樹脂部材である。第１モールド６１、第２モールド６３、材料部材６５は、材料部材６５のガラス転移温度以上にまで加熱される。加熱により軟化した材料部材６５に第１モールド６１及び第２モールド６３を押し付け、一定時間保持する。第１モールド６１、第２モールド６３、材料部材６５が、材料部材６５のガラス転移温度以下にまで冷却された後、第１モールド６１及び第２モールド６３と材料部材６５とを離す。これにより、工程ｅに示すように、第１モールド６１及び第２モールド６３の形状が転写されたホログラム素子６６が完成する。
【００７１】
互いに独立した工程で形成される第１モールド６１及び第２モールド６３は、複数の単位長さを単位とする凸部を備える型（モールド）を一括して形成する場合に比較して、簡易に製造することができる。転写工程において用いる型が簡易に製造可能であることにより、複数の単位長さを単位とする凸部２５を備えるホログラム素子６６を簡易に製造することが可能となる。これにより、領域ごとに異なる波長の光を回折可能なホログラム素子を簡易に製造できるという効果を奏する。領域ごとに異なる波長の光を回折させる上記各実施例のホログラム素子は、本実施例で説明する製造方法を用いることにより、簡易に製造することができる。
【００７２】
なお、転写工程では、熱転写以外の手法を用いても良い。転写工程では、例えば、光転写によるナノインプリントの手法を用いることとしても良い。光転写の場合、材料部材６５としては、例えば光硬化性樹脂を用いる。第１モールド６１及び第２モールド６３が押し付けられた材料部材６５を紫外線の照射により硬化させることで、第１モールド６１及び第２モールド６３の形状を転写することができる。さらに、転写工程では、射出成形の手法により、第１モールド６１及び第２モールド６３の形状を転写することとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように、本発明に係るホログラム素子及び照明装置は、プロジェクタに用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図２】ホログラム素子の構成を示す図。
【図３】ホログラム素子の表面構成を模式的に表した図。
【図４】図３のＡＡ断面構成を示す図。
【図５】Ｚ方向についての凸部の長さの設定について説明する図。
【図６】各色光の分離及び合成について説明する図。
【図７】本発明の実施例２に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図８】各色光の分離及び合成について説明する図。
【図９】本発明の実施例３に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図１０】Ｂ光に関する各要素のＹＺ平面構成を示す図。
【図１１】Ｇ光に関する各要素のＹＺ平図構成を示す図。
【図１２】実施例３の比較例を示す図。
【図１３】本発明の実施例４によりホログラム素子を製造する手順を説明する図。
【図１４】本発明の実施例４によりホログラム素子を製造する手順を説明する図。
【符号の説明】
【００７５】
１０  プロジェクタ、１１Ｒ  Ｒ光用光源部、１１Ｇ  Ｇ光用光源部、１１Ｂ  Ｂ光用光源部、１２  ホログラム素子、１３  支持部、１４  フィールドレンズ、１５  偏光分離部、１６  偏光分離膜、１７  波長分離部、１８  波長分離膜、１９  プリズム、２０Ｒ  Ｒ光用空間光変調装置、２０Ｇ  Ｇ光用空間光変調装置、２０Ｂ  Ｂ光用空間光変調装置、２１  投写レンズ、ＡＲ１  第１領域、ＡＲ２  第２領域、ＡＲ３  第３領域、２５  凸部、３０  プロジェクタ、３１Ｒ  Ｒ光用光源部、３１Ｂ  Ｂ光用光源部、３１Ｇ
Ｇ光用光源部、３２  第１ホログラム素子、３３  第２ホログラム素子、３４  偏光分離部、３５  偏光分離膜、３６  波長選択偏光変換部、３７  光合成部、３８  偏光分離膜、４０  プロジェクタ、４１  第１ホログラム素子、４２  第２ホログラム素子、ＡＸ１、ＡＸ２  光軸、５１  ホログラム素子、５２  空間光変調装置、５３  クロスダイクロイックプリズム、６１  第１モールド、６２  凸部、Ｓ１  第１平面、６３  第２モールド、６４  凸部、Ｓ２  第２平面、６５  材料部材、６６  ホログラム素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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