(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第１のコヒーレント光と、第１の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された体積ホログラムを構成する第１のホログラフィック光学素子と、
前記第１のホログラフィック光学素子の一表面に再生照明光を斜めに照射する再生照明光用光学系と、
を有し、
前記再生照明光用光学系は、
波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第２のコヒーレント光と、第２の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された第２のホログラフィック光学素子と、
前記第２のホログラフィック光学素子の一表面を光照射する線状光源と、
を含み、
前記線状光源の光照射によって前記第２のホログラフィック光学素子から再生される一次回折光を、前記再生照明光として利用する照明用光学系。
【請求項２】
前記再生照明光用光学系に含まれる線状光源が、自然光を発する蛍光ランプと、該蛍光ランプを収容した筒状の反射器であって、ライン状の開口部を有し、内周面が光反射面として機能する反射器とを含む請求項１に記載の照明用光学系。
【請求項３】
前記再生照明光用光学系に含まれる線状光源が、線上に配置された複数の点光源を有し、自然光を発する請求項１に記載の照明用光学系。
【請求項４】
(i)波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第１のコヒーレント光と、第１の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された体積ホログラムを構成する第１のホログラフィック光学素子、および、(ii)前記第１のホログラフィック光学素子に再生照明光を照射するための再生照明光用光学系、を準備する工程と、
前記第１のホログラフィック光学素子の一表面に前記再生照明光用光学系から前記再生照明光が斜めに照射されるように、前記第１のホログラフィック光学素子と前記再生照明光用光学系とを組み合わせる工程と
を含み、
前記再生照明光用光学系は、
波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第２のコヒーレント光と、第２の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された第２のホログラフィック光学素子と、
前記第２のホログラフィック光学素子の一表面を光照射する線状光源と、
を含む照明用光学系の製造方法。
【請求項５】
パネル状の液晶表示素子と、
前記パネル状の液晶表示素子の背面側に光出射面が配置されたバックライトであって、(i)一表面が前記光出射面として利用される第１のホログラフィック光学素子であって、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第１のコヒーレント光と、第１の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された体積ホログラムを構成する第１のホログラフィック光学素子と、(ii)前記第１のホログラフィック光学素子における前記一表面に再生照明光を斜めに照射する再生照明光用光学系と、を有する照明用光学系を含むバックライトと
を備え、
前記再生照明光用光学系は、
波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第２のコヒーレント光と、第２の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された第２のホログラフィック光学素子と、
前記第２のホログラフィック光学素子の一表面に光照射する線状光源と、
を含み、
前記線状光源の光照射によって前記第２のホログラフィック光学素子から再生される一次回折光を前記再生照明光として利用する液晶表示装置。
【請求項６】
前記再生照明光用光学系に含まれる線状光源が、自然光を発する蛍光ランプと、該蛍光ランプを収容した筒状の反射器であって、ライン状の開口部を有し、内周面が光反射面として機能する反射器とを含む請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記再生照明光用光学系に含まれる線状光源が、線上に配置された複数の点光源を有し、自然光を発する請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
撮像レンズ系を有する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記撮像レンズ系を介して該筐体内に入射した光に基づいて映像信号を生成することができる固体撮像装置と、
前記筐体内に配置され、前記固体撮像装置が生成した映像信号に基づいて映像を再生するための液晶表示装置であって、(1)パネル状の液晶表示素子と、(2)前記パネル状の液晶表示素子の背面側に光出射面が配置されたバックライトと、を備え、前記バックライトが、(i)  一表面が前記光出射面として利用される第１のホログラフィック光学素子であって、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第１のコヒーレント光と、第１の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された体積ホログラムを構成する第１のホログラフィック光学素子と、(ii)前記第１のホログラフィック光学素子における前記一表面に再生照明光を斜めに照射する再生照明光用光学系と、を有する照明用光学系を含み、
前記再生照明光用光学系は、
波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第２のコヒーレント光と、第２の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された第２のホログラフィック光学素子と、
前記第２のホログラフィック光学素子の一表面に光照射する線状光源と、
を含み、
前記線状光源の光照射によって前記第２のホログラフィック光学素子から再生される一次回折光を前記再生照明光として利用する液晶表示装置と、を備えたデジタルカメラ。
【請求項９】
基地局または中継局との間で情報の送受信を行うことができる通信装置と、
前記通信装置によって送信しようとするキャラクター情報もしくは画像情報を該通信装置に入力することができる入力装置と、
前記入力装置によって入力されたキャラクター情報もしくは画像情報または前記通信装置が受信したキャラクター情報もしくは画像情報を表示することができる液晶表示装置であって、(1)パネル状の液晶表示素子と、(2)前記パネル状の液晶表示素子の背面側に光出射面が配置されたバックライトと、を備え、前記バックライトが、(i)一表面が前記光出射面として利用される第１のホログラフィック光学素子であって、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第１のコヒーレント光と、第１の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された体積ホログラムを構成する第１のホログラフィック光学素子と、(ii)前記第１のホログラフィック光学素子における前記一表面に再生照明光を斜めに照射する再生照明光用光学系と、を有する照明用光学系を含み、
前記再生照明光用光学系は、
波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第２のコヒーレント光と、第２の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された第２のホログラフィック光学素子と、
前記第２のホログラフィック光学素子の一表面に光照射する線状光源と、
を含み、
前記線状光源の光照射によって前記第２のホログラフィック光学素子から再生される一次回折光を前記再生照明光として利用する液晶表示装置と、を備えた携帯型情報通信装置。
【請求項１０】
使用時にヒトの頭部に装着される装着部と、
前記装着部に連接して配置され、該装着部を前記頭部に装着したときにヒトの視野内に配置されることになる液晶表示装置であって、(1)有線または無線によって送られてくる映像信号に基づいて映像を表示するためのパネル状の液晶表示素子と、(2)前記パネル状の液晶表示素子の背面側に光出射面が配置されたバックライトと、を備え、前記バックライトが、(i)一表面が前記光出射面として利用される第１のホログラフィック光学素子であって、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第１のコヒーレント光と、第１の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された体積ホログラムを構成する第１のホログラフィック光学素子と、(ii)前記第１のホログラフィック光学素子における前記一表面に再生照明光を斜めに照射する再生照明光用光学系と、を有する照明用光学系を含み、
前記再生照明光用光学系は、
波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第２のコヒーレント光と、第２の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された第２のホログラフィック光学素子と、
前記第２のホログラフィック光学素子の一表面に光照射する線状光源と、
を含み、
前記線状光源の光照射によって前記第２のホログラフィック光学素子から再生される一次回折光を前記再生照明光として利用する液晶表示装置と、を備えたヘッドマウントディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面光源を得るうえで好適な照明用光学系およびその製造方法、ならびに、面光源を備えた液晶表示装置およびこの液晶表示装置を利用した機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日では、テレビは勿論、パーソナルコンピュータ、撮像装置、情報通信端末等の種々の装置のモニタに、透過型液晶表示装置が利用されている。透過型液晶表示装置の多くは、パネル状の液晶表示素子と、その背面側に配置された面光源によって構成されるバックライトとを有する。このバックライトは、一般に、点状もしくは線状の光源と光拡散部材とを組み合わせることによって作製されている。
【０００３】
例えば透過型液晶表示装置の直下式バックライトは、線状光源（蛍光ランプ）の後方に反射板を置き、前方に乳白板等の光散乱板を置くことによって構成される。光源と光散乱板との距離を短く保ちながら十分かつ一様な輝度の照光面を得るための方法として、下記(a) および(b) の２つの方法が知られている。
(a) 拡散反射処理したフィルム（光スクリーン）を光源と光散乱板との間に挿入する。
(b) 光源からの距離（輝度分布）に応じて、光散乱板による散乱効果に勾配をつける。
【０００４】
また、透過型液晶表示装置のエッジライト式バックライトは、直下式バックライトよりも薄型化し易く、かつ、輝度の均一性に優れる面光源として知られている。
【０００５】
このエッジライト式バックライトでは、透明アクリル板等の導光体の端に線状光源（蛍光ランプ）が配置される。例えば導光体の一面に拡散層を形成して、光源からの光が導光体の所望面から出射されるようにする。導光体において正面（光出射面）とする面以外は、反射板によって覆われる。
【０００６】
輝度を均一化するために、光源からの距離（輝度分布）に応じて、例えば拡散層による拡散効果に勾配をつける。十分な照光面輝度を得るために、裏面をフレネルミラー加工した導光体上に拡散板を重ねる、導光体とフレネル加工したプリズムとを重ねる、等の手法によって出射光に指向性をもたせている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
エッジライト式バックライトは、出射光に指向性を付与することが可能な面光源ではあるが、その集光角度は、最も指向性を高くした場合でも３０°程度である。
【０００８】
本発明の目的は、出射光の指向性が比較的高い面光源を得ることが可能な照明用光学系を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、出射光の指向性が比較的高い面光源を得ることが可能な照明用光学系の製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、表示品位を高めることが可能な液晶表示装置を提供することである。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、表示品位を高めることが可能な液晶表示装置を備えたデジタルカメラを提供することである。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、表示品位を高めることが可能な液晶表示装置を備えた情報通信機器を提供することである。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、表示品位を高めることが可能な液晶表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第１のコヒーレント光と、第１の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された体積ホログラムを構成する第１のホログラフィック光学素子と、前記第１のホログラフィック光学素子の一表面に再生照明光を斜めに照射する再生照明光用光学系と、を有し、前記再生照明光用光学系は、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第２のコヒーレント光と、第２の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された第２のホログラフィック光学素子と、前記第２のホログラフィック光学素子の一表面を光照射する線状光源と、を含み、前記線状光源の光照射によって前記第２のホログラフィック光学素子から再生される一次回折光を、前記再生照明光として利用する照明用光学系が提供される。
【００１５】
本発明の他の観点によれば、(i)波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第１のコヒーレント光と、第１の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された体積ホログラムを構成する第１のホログラフィック光学素子、および、(ii)前記第１のホログラフィック光学素子に再生照明光を照射するための再生照明光用光学系、を準備する工程と、前記第１のホログラフィック光学素子の一表面に前記再生照明光用光学系から前記再生照明光が斜めに照射されるように、前記第１のホログラフィック光学素子と前記再生照明光用光学系とを組み合わせる工程と、を含み、前記再生照明光用光学系は、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第２のコヒーレント光と、第２の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された第２のホログラフィック光学素子と、前記第２のホログラフィック光学素子の一表面を光照射する線状光源と、を含む照明用光学系の製造方法が提供される。
【００１６】
本発明の更に他の観点によれば、パネル状の液晶表示素子と、前記パネル状の液晶表示素子の背面側に光出射面が配置されたバックライトであって、(i)一表面が前記光出射面として利用される第１のホログラフィック光学素子であって、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第１のコヒーレント光と、第１の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された体積ホログラムを構成する第１のホログラフィック光学素子と、(ii)前記第１のホログラフィック光学素子における前記一表面に再生照明光を斜めに照射する再生照明光用光学系と、を有する照明用光学系を含むバックライトとを備え、前記再生照明光用光学系は、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第２のコヒーレント光と、第２の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された第２のホログラフィック光学素子と、前記第２のホログラフィック光学素子の一表面に光照射する線状光源と、を含み、前記線状光源の光照射によって前記第２のホログラフィック光学素子から再生される一次回折光を前記再生照明光として利用する液晶表示装置が提供される。
【００１７】
本発明の更に他の観点によれば、  前記筐体内に配置され、前記撮像レンズ系を介して該筐体内に入射した光に基づいて映像信号を生成することができる固体撮像装置と、前記筐体内に配置され、前記固体撮像装置が生成した映像信号に基づいて映像を再生するための液晶表示装置であって、(1)パネル状の液晶表示素子と、(2)前記パネル状の液晶表示素子の背面側に光出射面が配置されたバックライトと、を備え、前記バックライトが、(i)  一表面が前記光出射面として利用される第１のホログラフィック光学素子であって、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第１のコヒーレント光と、第１の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された体積ホログラムを構成する第１のホログラフィック光学素子と、(ii)前記第１のホログラフィック光学素子における前記一表面に再生照明光を斜めに照射する再生照明光用光学系と、を有する照明用光学系を含み、前記再生照明光用光学系は、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第２のコヒーレント光と、第２の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された第２のホログラフィック光学素子と、前記第２のホログラフィック光学素子の一表面に光照射する線状光源と、を含み、前記線状光源の光照射によって前記第２のホログラフィック光学素子から再生される一次回折光を前記再生照明光として利用する液晶表示装置と、を備えたデジタルカメラが提供される。
【００１８】
本発明の更に他の観点によれば、基地局または中継局との間で情報の送受信を行うことができる通信装置と、前記通信装置によって送信しようとするキャラクター情報もしくは画像情報を該通信装置に入力することができる入力装置と、前記入力装置によって入力されたキャラクター情報もしくは画像情報または前記通信装置が受信したキャラクター情報もしくは画像情報を表示することができる液晶表示装置であって、(1)パネル状の液晶表示素子と、(2)前記パネル状の液晶表示素子の背面側に光出射面が配置されたバックライトと、を備え、前記バックライトが、(i)一表面が前記光出射面として利用される第１のホログラフィック光学素子であって、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第１のコヒーレント光と、第１の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された体積ホログラムを構成する第１のホログラフィック光学素子と、(ii)前記第１のホログラフィック光学素子における前記一表面に再生照明光を斜めに照射する再生照明光用光学系と、を有する照明用光学系を含み、前記再生照明光用光学系は、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第２のコヒーレント光と、第２の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された第２のホログラフィック光学素子と、前記第２のホログラフィック光学素子の一表面に光照射する線状光源と、を含み、前記線状光源の光照射によって前記第２のホログラフィック光学素子から再生される一次回折光を前記再生照明光として利用する液晶表示装置と、を備えた携帯型情報通信装置が提供される。
【００１９】
本発明の更に他の観点によれば、使用時にヒトの頭部に装着される装着部と、前記装着部に連接して配置され、該装着部を前記頭部に装着したときにヒトの視野内に配置されることになる液晶表示装置であって、(1)有線または無線によって送られてくる映像信号に基づいて映像を表示するためのパネル状の液晶表示素子と、(2)前記パネル状の液晶表示素子の背面側に光出射面が配置されたバックライトと、を備え、前記バックライトが、(i)一表面が前記光出射面として利用される第１のホログラフィック光学素子であって、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第１のコヒーレント光と、第１の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された体積ホログラムを構成する第１のホログラフィック光学素子と、(ii)前記第１のホログラフィック光学素子における前記一表面に再生照明光を斜めに照射する再生照明光用光学系と、を有する照明用光学系を含み、前記再生照明光用光学系は、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成され、互いに光路長に変化のない複数の単色光によって構成された第２のコヒーレント光と、第２の参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された第２のホログラフィック光学素子と、前記第２のホログラフィック光学素子の一表面に光照射する線状光源と、を含み、前記線状光源の光照射によって前記第２のホログラフィック光学素子から再生される一次回折光を前記再生照明光として利用する液晶表示装置と、を備えたヘッドマウントディスプレイが提供される。
【００２０】
二光束法によってホログラムを作製するに当たって、２つの光束（光線束）のいずれも被写体に照射することなく、これらの光束をホログラム材料に照射する。ホログラム材料には、これら２つの光束の干渉によって生じた多数の干渉縞が記録され、ホログラフィック光学素子が得られる。ホログラフィック光学素子には、上記２つの光束それぞれの位相情報と振幅情報とが記録されている。
【００２１】
このホログラフィック光学素子に再生照明光を照射すると、記録光に対応する光が再生される。例えば、上記２つの光束がコヒーレント光であれば、再生照明光の照射によってホログラフィック光学素子から再生される一次回折光は、比較的高い指向性を有することになる。
【００２２】
したがって、上記のホログラフィック光学素子から再生される回折光を光源として利用することにより、出射光の指向性が比較的高い面光源を得ることが可能になる。また、この面光源を液晶表示素子のバックライトとして用いることにより、表示品位の高い液晶表示装置を得ることが可能になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、第１の実施例による照明用光学系２０を概略的に示す。同図に示す照明用光学系２０は、第１のホログラフィック光学素子１（以下、ホログラフィック光学素子を「ＨＯＥ」と略記する。）と、第１のＨＯＥ１に再生照明光を照射するための再生照明光用光学系１０とを有する。
【００２４】
第１のＨＯＥ１は、例えば、透明ガラス基板と、この透明ガラス基板の一表面上に貼付されたフォトポリマーフィルムとによって構成された平板状の反射型ＨＯＥであり、このＨＯＥ１からの一次回折光の広がり角は、例えば２°未満である。
【００２５】
第１のＨＯＥ１には、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成された第１のコヒーレント光と、第１の参照光とについての位相情報および振幅情報が、これらの光の干渉縞として記録されている。第１のＨＯＥ１は、屈折率変調構造または光振幅変調構造を有する回折格子となっている。
【００２６】
再生照明光用光学系１０は、光源１１と、第２のＨＯＥ１５と、スリット１８ａを有するスリット部材１８とを含み、第１のＨＯＥ１の右斜め上方に配置されている。ただし、スリット部材１８は省略することができる。
【００２７】
光源１１は、線幅２ｍｍのライン状開口部１２ａを有する筒状の反射器１２と、この反射器１２内に収容された直管型蛍光ランプ（熱陰極蛍光ランプまたは冷陰極蛍光ランプ）１３と有し、ほぼ線光源とみなすことができる。反射器１２の内周面が、光反射面として機能する。
【００２８】
この光源１１は、第２のＨＯＥ１５の背面中央部から直管型蛍光ランプ中央部までの距離がほぼ２ｃｍとなるように配置され、図１での左斜め上方に向けて自然光ＮＬを出射する。光源１１から出射される自然光ＮＬは、第２のＨＯＥ１５用の再生照明光として機能する。
【００２９】
第２のＨＯＥ１５は、第１のＨＯＥ１と同様の構成を有する光透過型ＨＯＥである。このＨＯＥ１５には、波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様な平行光線束ないしは収束光線束もしくは拡散光線束によって構成された第２のコヒーレント光と、第２の参照光とについての位相情報および振幅情報が、これらの光の干渉縞として記録されている。第２のＨＯＥ１５も、屈折率変調構造または光振幅変調構造を有する回折格子となっている。
【００３０】
蛍光ランプ１３を点灯すると、この蛍光ランプ１３からの自然光ＮＬがライン状開口部１２ａから出射し、第２のＨＯＥ１５の背面全域に入射する。自然光ＮＬが第２のＨＯＥ１５用の再生照明光として機能し、第２のＨＯＥ１５の前面（第１のＨＯＥ１側の面）全域から再生光（一次回折光）ＲＬ2 が一様に出射される。
【００３１】
再生光ＲＬ2 は、自然光ＮＬに含まれる種々の波長の光のうちで、第２のＨＯＥ１５の回折格子構造を透過し得た光（ただし、０次回折光を除く。）であり、前記の回折格子構造によって振幅の腹と節とが規定された光である。したがって、再生光ＲＬ2 は、第２のＨＯＥ１５の作製に使用した第２のコヒーレント光とほぼ同じ波長を有する。第２のコヒーレント光が平行光線束であれば、再生光ＲＬ2 はほぼ平行光線束となり、拡散光線束であればほぼ拡散光線束となり、収束光線束であればほぼ収束光線束となる。再生光ＲＬ2 の指向性は比較的高い。
【００３２】
例えば、ＨＯＥをＯｍｎｉｄｅｘ（デュポン社製のフォトポリマーの商品名）によって構成した場合、再生光のピーク強度の半値幅は２０ｎｍ程度である。また、再生照明光の波長が当該ＨＯＥの作製に使用した第２のコヒーレント光の波長と同じであれば、再生光の強度は再生照明光の強度の概ね９５％以上となる。
【００３３】
再生光ＲＬ2 は、第１のＨＯＥ１における１つの主面１ａ全域に斜め上方から入射する。再生光ＲＬ2 が第１のＨＯＥ１用の再生照明光として機能し、第１のＨＯＥ１の主面１ａ全域から再生光（一次回折光）ＲＬ1 が一様に出射される。
【００３４】
再生光ＲＬ1 は、第１のＨＯＥ１に入射して当該第１のＨＯＥ１内で反射した種々の波長の光のうちで、第１のＨＯＥ１中の回折格子構造によって振幅の腹と節とが規定されて出射した光である。したがって、再生光ＲＬ1 の波長は、第１のＨＯＥ１の作製に使用した第１のコヒーレント光とほぼ同じ波長を有する。
【００３５】
このことから判るように、第１のＨＯＥ１の作製に使用する第１のコヒーレント光の波長もしくは波長分布と第２のＨＯＥ１５の作製に使用する第２のコヒーレント光の波長もしくは波長分布とは、同じか、または近似していることが望ましい。
【００３６】
第１のコヒーレント光が平行光線束であれば、再生光ＲＬ1 はほぼ平行光となり、拡散光線束であればほぼ拡散光線束となり、収束光線束であればほぼ収束光線束となる。再生光ＲＬ1 の指向性は比較的高い。
【００３７】
前述したように、ＨＯＥ１をＯｍｎｉｄｅｘ（デュポン社製のフォトポリマーの商品名）によって構成した場合には、再生光のピーク強度の半値幅は２０ｎｍ程度となり、その強度は再生照明光（ただし、当該ＨＯＥの作製に使用した第１のコヒーレント光の波長と同じ波長を有するものとする。）の強度の概ね９５％以上となる。
【００３８】
前述のように、第１のＨＯＥ１からの再生光ＲＬ1 は、主面１ａ全域から一様に出射し、比較的高い指向性を有する。したがって、照明用光学系２０を用いることにより、出射光の指向性が比較的高い面光源を得ることができる。
【００３９】
また、照明用光学系２０では、第２のＨＯＥ１５からの再生光ＲＬ2 の第１のＨＯＥ１への入射角を大きくすることができるので、比較的容易に薄型の面光源を構成することができる。
【００４０】
例えば、第１のＨＯＥ１の前方にパネル状の液晶表示素子を配置することにより、バックライトを備えた透過型の液晶表示装置を構成することができる。ＳＨ（スーパーホメオトロピック）型、ＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）型、ＴＮ（ツイステッドネマチック）型、ＶＡ（垂直配向）−ＳＴＮ型等の液晶表示素子３０を用いることができる。
【００４１】
この液晶表示装置では、バックライトからの出射光、すなわち第１のＨＯＥ１からの再生光ＲＬ1 の指向性が比較的高いことから、照射面輝度を高めることができる。表示品位の高い液晶表示装置を得ることが可能である。
【００４２】
液晶表示素子３０の表示面の上方に例えばインスタント写真フィルム４０を配置すれば、液晶表示素子３０に表示させた画像をインスタント写真フィルム４０に写し込むことができる。
【００４３】
図２は、第１のＨＯＥ１の上方にパネル状のＳＨ（スーパーホメオトロピック）型液晶表示素子を配置して液晶表示装置を構成し、ＳＨ型液晶表示素子に表示させた人物像をインスタント写真フィルム４０に写し込むことによって得た写真の写しである。
【００４４】
次に、実施例による照明用光学系の製造方法を、図３および図４を参照しつつ説明する。
【００４５】
まず図３を用いて、図１に示した第１のＨＯＥ１の製造方法を説明する。同図は、平行光線束によって構成されたコヒーレント光（第１のコヒーレント光）とこれに対応する参照光とを用いた二光束法によって第１のＨＯＥ１を作製する際の光学系の一例を概略的に示す。
【００４６】
高出力レーザ等のレーザ発振器５０から発振されたコヒーレント光（レーザ光）Ｌ10がビームスプリッター（ハーフミラー）５１によって２つの光線束Ｌ11、Ｌ12に分割される。光線束Ｌ11は、必要に応じて反射鏡５２によって反射された後に、コリメータ（ビームエキスパンダ）５３に入射する。コリメータ５３は、例えば、収束レンズ５３ａと、スリット部材５３ｂと、コリメータレンズ５３ｃとによって構成される。
【００４７】
コリメータ５３に入射した光線束Ｌ11は、まず収束レンズ５３ａによって収束され、スリット部材５３ｂに形成されているスリットＳ1 内に位置する焦点を通過した後に拡散して、コリメータレンズ５３ｃに入射する。コリメータレンズ５３ｃに入射した光線束Ｌ11は、このコリメータレンズ５３ｃによって平行光線束に変換されて、ホログラム作製用の参照光（第１の参照光）Ｌ11a となる。
【００４８】
参照光Ｌ11a は、光透過性のホログラム材料６０における１つの主面６０ａに、図３での右斜め上方から入射する。このときの入射角は、図１に示した照明用光学系２０における第１のＨＯＥ１への再生光ＲＬ2 の入射角と同じにすることが好ましい。
【００４９】
一方、ビームスプリッター（ハーフミラー）５１で生じた光線束Ｌ12は、反射鏡５６によって反射されて、コリメータ（ビームエキスパンダ）５７に入射する。コリメータ５７は、例えば、収束レンズ５７ａと、スリット部材５７ｂと、コリメータレンズ５７ｃとによって構成される。
【００５０】
コリメータ５７に入射した光線束Ｌ12は、まず収束レンズ５７ａによって収束され、スリット部材５７ｂに形成されているスリットＳ2 内に位置する焦点を通過した後に拡散して、コリメータレンズ５７ｃに入射する。コリメータレンズ５７ｃに入射した光線束Ｌ12は、このコリメータレンズ５７ｃによって平行光線束Ｌ12a に変換される。
【００５１】
その後、平行光線束Ｌ12a は反射鏡５８によって反射されて、ホログラム材料６０における他の１つの主面６０ｂに垂直に入射する。この平行光線束Ｌ12a は、被写体からの拡散反射もしくは拡散透過によって生じた光ではない。したがって、平行光線束Ｌ12a は波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様なコヒーレント光（第１のコヒーレント光）である。
【００５２】
ホログラム材料６０に入射した参照光（第１の参照光）Ｌ11a と平行光線束Ｌ12a （第１のコヒーレント光）とは、互いに干渉する。参照光Ｌ11a および平行光線束Ｌ12a それぞれの位相情報および振幅情報が、これらの光の干渉縞としてホログラム材料６０に記録される。
【００５３】
ホログラム材料６０が例えばＯｍｎｉｄｅｘ（デュポン社製のフォトポリマーの商品名）等のフォトポリマー、銀塩乳剤、サーモプラスチック等からなる場合には、参照光Ｌ11a と平行光線束Ｌ12a との干渉縞をホログラム材料６０に記録した後にこの干渉縞を定着させるための現像処理を行うことにより、図１に示した第１のＨＯＥ１が得られる。ホログラム材料６０が例えばＬｉＮｂＯ3 、ＢａＴｉＯ3 、Ｂｉ12ＳｉＯ20等のフォトリフラクティブ結晶からなる場合には、現像処理は不要である。
【００５４】
第１のＨＯＥ１を作製するに当たっては、ホログラム材料６０に入射する参照光Ｌ11a および平行光線束Ｌ12a それぞれの単位面積当たりの強度比が概ね（前者）：（後者）＝２：１〜１０：１の範囲内となるように光学系を構成することが好ましい。
【００５５】
なお、以上の説明は単色光（単色波）のレーザを１種類のみ用いて第１のＨＯＥ１を作製すること前提にしたものであるが、複数の単色光（単色波）レーザを用いて第１のＨＯＥ１を作製することもできる。
【００５６】
例えば、赤色の単色光レーザ、緑色の単色光レーザおよび青色の単色光レーザを用い、各レーザ光毎に参照光Ｌ11aおよび平行光線束Ｌ12aそれぞれの位相情報および振幅情報をホログラム材料６０に順次記録することによって、第１のＨＯＥ１を作製することも可能である。この場合、第１のＨＯＥ１を作製する際の光学系は、ホログラム材料６０に照射するレーザ光の種類（波長）に応じて光路長に変化が生じないように、また、この光学系を構成している各光学素子（スリットを含む。）に対するレーザ光の入反射角がレーザ光同士の間で変わらないように、各光学素子（スリット部材を含む。）の相対的な位置関係を調整することが好ましい。
【００５７】
各レーザ光の参照光Ｌ11aおよび平行光線束Ｌ12aそれぞれの位相情報および振幅情報をホログラム材料６０に一時に記録することによって、第１のＨＯＥ１を作製することも可能である。
【００５８】
次に、図４を用いて、図１に示した第２のＨＯＥ１５の製造方法を説明する。同図は、平行光線束によって構成されたコヒーレント光（第２のコヒーレント光）とこれに対応する参照光とを用いた二光束法によって第２のＨＯＥ１５を作製する際の光学系の一例を概略的に示す。
【００５９】
高出力レーザ等のレーザ発振器７０から発振されたコヒーレント光（レーザ光）Ｌ20がビームスプリッター（ハーフミラー）７１によって２つの光線束Ｌ21、Ｌ22に分割される。光線束Ｌ21は、反射鏡７２によって反射された後に凸レンズ７３に入射し、横長の収束光線束（図４が描かれている紙面に垂直な方向の幅が広い収束光線束）に変換される。凸レンズ７３の平面視上の形状は横長の（図４が描かれている紙面に垂直な方向に長い）両凸レンズ状であり、側面視状の形状は平板状である。
【００６０】
凸レンズ７３から出射した光線束Ｌ21は、スリット部材７５に形成されているスリットＳ11内に位置する焦点を通過した後に拡散して、参照光発生体７６に入射する。
【００６１】
この参照光発生体７６は、例えば、円筒状のガラス棒の外周面にブラスト等によって微少な凹凸を形成し、その上にアルミニウムをコーティングすることによって得られる。また、平板状もしくは円筒状に成形されたホログラフィック散乱板（表面ホログラムまたは体積ホログラム）、光散乱性を有する液晶パネル（ＰＤ−ＬＣ、Ｈ−ＰＤＬＣ等）等によって形成することもできる。
【００６２】
参照光発生体７６は、図１に示した光源１１からの自然光を模した光を作り出すためのものである。この参照光発生体７６の長さ（図４が描かれている紙面に垂直な方向の長さ）は図１に示した開口部１２ａの長さに等しく、平面視したときの短手方向の幅は図１に示した開口部１２ａの線幅（２ｍｍ）に等しい。参照光発生体７６に入射する時点での光線束Ｌ21は、図１に示した開口部１２ａとほぼ同じ長さおよび幅を備えている。
【００６３】
参照光発生体７６に入射した光線束Ｌ21は、この参照光発生体７６で例えば散乱光に変換されて、ホログラム作製用の参照光（第２の参照光）Ｌ21a となる。
【００６４】
参照光Ｌ21a は、平板状を呈する光透過性のホログラム材料８５における１つの主面８５ａに、図４での右斜め上方から入射する。ホログラム材料８５と参照光発生体７６との相対的な位置関係は、図１に示した第２のＨＯＥ１５とライン状開口部１２ａとの相対的な位置関係とほぼ同じであることが好ましい。すなわち、ホログラム材料８５の主面８５ａを基準面にして参照光発生体７６を見たときの仰角と、第２のＨＯＥ１５の背面を基準面にしてライン状開口部１２ａを見たときの仰角とがほぼ等しく、ホログラム材料８５から参照光発生体７６までの距離と、第２のＨＯＥ１５からライン状開口部１２ａまでの距離とがほぼ等しいことが好ましい。
【００６５】
一方、ビームスプリッター（ハーフミラー）７１で生じた光線束Ｌ22は、コリメータ（ビームエキスパンダ）８０に入射する。コリメータ８０は、例えば、収束レンズ８０ａと、スリット部材８０ｂと、コリメータレンズ８０ｃとによって構成される。
【００６６】
コリメータ８０に入射した光線束Ｌ22は、まず収束レンズ８０ａによって収束され、スリット部材８０ｂに形成されているスリットＳ12内に位置する焦点を通過した後に拡散して、コリメータレンズ８０ｃに入射する。コリメータレンズ８０ｃに入射した光線束Ｌ22は、このコリメータレンズ８０ｃによって平行光線束Ｌ22a に変換される。
【００６７】
その後、平行光線束Ｌ22a は反射鏡８１によって反射されて、ホログラム材料８５の主面８５ａに垂直に入射する。この平行光線束Ｌ22a は、被写体からの拡散反射もしくは拡散透過によって生じた光ではない。したがって、平行光線束Ｌ22a は波面内で局所的に異なる位相、振幅をもたない一様なコヒーレント光（第２のコヒーレント光）である。
【００６８】
ホログラム材料８５に入射した参照光Ｌ21a と平行光線束Ｌ22a とは、互いに干渉する。参照光Ｌ21a および平行光線束Ｌ22a それぞれの位相情報および振幅情報が、これらの光の干渉縞としてホログラム材料８５に記録される。図１に示した第２のＨＯＥ１５が得られる。
【００６９】
第１のＨＯＥ１を作製する場合と同様に、参照光Ｌ21a と平行光線束Ｌ22a との干渉縞をホログラム材料８５に記録した後、ホログラム材料８５の材質に応じて、必要であれば現像処理を行う。
【００７０】
第２のＨＯＥ１５を作製するに当たっては、レーザ発振器７０から発振されるコヒーレント光（レーザ光）Ｌ20の波長を、図１に示した蛍光ランプ１３の輝線の１つと同じ波長に制御することが好ましい。レーザ光の波長の制御は、発振波長自体を制御することによって行うこともできるし、カラーチューニングによって行うこともできる。ホログラム材料８５に入射する参照光Ｌ21a および平行光線束Ｌ22a それぞれの単位面積当たりの強度比が概ね（前者）：（後者）＝２：１〜１０：１の範囲内となるように光学系を構成することが好ましい。
【００７１】
なお、以上の説明は単色光（単色波）のレーザを１種類のみ用いて第２のＨＯＥ１５を作製すること前提にしたものであるが、前述した第１のＨＯＥ１を製造する場合と同様に、波長が異なる複数種のレーザ光を用いて第２のＨＯＥ１５を作製することもできる。
【００７２】
波長が異なる複数種のレーザ光を用いる場合、ホログラム材料８５は、例えば、波長が異なる複数種の光それぞれに対して感度を有するホログラム材料によって、または、感光波長が異なる複数種のホログラム材料の積層物によって構成される。このとき、レーザ光毎に、その波長を蛍光ランプ１３の輝線の１つと同じ波長に制御することが好ましい。このようにして第２のＨＯＥ１５を作製することにより、少なくとも当該第２のＨＯＥ１５の作製に使用した各波長の光を含む参照光を照射したときにおける第２のＨＯＥ１５からの一次回折光の配光状態を、所望の配光状態に制御することが可能である。
【００７３】
図１に示した照明用光学系２０における再生照明光用光学系１０の光源１１は、蛍光ランプ１３からの自然光ＮＬを出射する。このため、第２のＨＯＥ１５を作製するに当たっては、赤色の単色光レーザ、緑色の単色光レーザおよび青色の単色光レーザを用いることが好ましい。
【００７４】
第１のＨＯＥ１を作製する際に使用するレーザ光の波長と、第２のＨＯＥ１５を作製する際に使用するレーザ光の波長とは、単色光（単色波）のレーザを１種類のみ用いる場合および波長が異なる複数種のレーザ光を用いる場合のいずれにおいても、揃えておくことが好ましい。
【００７５】
図１に示した照明用光学系２０は、上述のようにして作製した第１および第２のＨＯＥ１、１５と、図１に示した光源１１と、スリット部材１８とを図示のように配置することによって得ることができる。
【００７６】
次に、第２の実施例による照明用光学系について図５を用いて説明する。
【００７７】
図５は、第２の実施例による照明用光学系１２０を概略的に示す。同図に示した照明用光学系１２０は、下記(i) 〜(iii) の点で、図１に示した照明用光学系２０と異なる。
(i) 再生照明光用光学系１１０における光源１１１が、線光源状を呈する３本の発光ダイオード１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂによって構成されている。発光ダイオード１１１Ｒは赤色光を発し、発光ダイオード１１１Ｇは緑色光を発し、発光ダイオード１１１Ｂは青色光を発する。各発光ダイオード１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂは紙面に垂直な方向に延在する棒状を呈し、各々が第２のＨＯＥ１１５の背面全域を照らすことができる。
(ii)第２のＨＯＥ１１５が、光源１１１から出射された光を再生照明光として利用して、前面（第１のＨＯＥ１０１側の面）全域から一様に再生光（一次回折光）ＲＬ4 を発する。再生光ＲＬ4 は、ほぼ平行光線束とみなすことができる。
(iii) 第１のＨＯＥ１０１が、第２のＨＯＥ１１５からの再生光ＲＬ4 を再生照明光として利用して、１つの主面１０１ａの全域から一様に再生光ＲＬ3 を発する。再生光ＲＬ3 は、ほぼ平行光線束とみなすことができる。
【００７８】
第１の実施例による照明用光学系２０と同様の理由から、第２の実施例による照明用光学系１２０を用いることにより、出射光の指向性が比較的高い面光源を得ることができる。また、比較的容易に薄型の面光源を構成することができる。
【００７９】
図５に示した第２のＨＯＥ１１５は、図４に示した光学系と同様の構成の光学系を用いて作製することができる。
【００８０】
このとき、レーザ発振器７０としては、１台で赤色、緑色および青色の単色光レーザを発振することができるレーザ発振器、また、各々が赤色、緑色または青色の単色光レーザを発振する３台のレーザ発振器を用いることができる。
【００８１】
赤色の単色光レーザの波長は、図５に示した発光ダイオード１１１Ｒからの発光のピーク波長に揃えることが好ましい。緑色の単色光レーザの波長は、図５に示した発光ダイオード１１１Ｇからの発光のピーク波長に揃えることが好ましい。青色の単色光レーザの波長は、図５に示した発光ダイオード１１１Ｂからの発光のピーク波長に揃えることが好ましい。
【００８２】
また、使用するレーザ光の種類（色）に応じて、下記(A) および(B) を満たすように、図４に示した参照光発生体７６の位置を変更することが好ましい。
(A) ホログラム材料８５における主面８５ａを基準面として参照光発生体７６を見たときの仰角と、使用するレーザ光に対応する発光ダイオード１１１Ｒ、１１１Ｇまたは１１１Ｂを第２のＨＯＥ１１５の背面を基準面にして見たときの仰角とがほぼ等しい。
(B) 参照光発生体７６からホログラム材料８５までの距離と、使用するレーザ光に対応する発光ダイオード１１１Ｒ、１１１Ｇまたは１１１Ｂから第２のＨＯＥ１１５までの距離とがほぼ等しい。
【００８３】
図５に示した第１のＨＯＥ１０１は、図３に示した光学系と同様の構成の光学系を用いて作製することができる。このとき、レーザ発振器５０としては、１台で赤色、緑色および青色の単色光レーザを発振することができるレーザ発振器、また、各々が赤色、緑色または青色の単色光レーザを発振する３台のレーザ発振器を用いることができる。赤色の単色光レーザの波長を、第２のＨＯＥ１１５の作製に使用した赤色の単色光レーザの波長に揃えることが好ましい。緑色の単色光レーザおよび青色の単色光レーザそれぞれの波長についても同様である。
【００８４】
次に、第３の実施例による照明用光学系について図６を用いて説明する。
【００８５】
図６は、第３の実施例による照明用光学系２２０を概略的に示す。同図に示した照明用光学系２２０は、下記(i) および(ii)の点で、図５に示した照明用光学系１２０と異なる。
(i) 再生照明光用光学系２１０が、第２のＨＯＥ１１５の前方（第１のＨＯＥ２０１側）にスリット部材２１８を有する。
(ii)第１のＨＯＥ２０１から、互いに出射方向が異なる３種類の再生光ＲＬ5R、ＲＬ5GおよびＲＬ5Bが出射される。図示の例では、赤色の再生光ＲＬ5Rが第１のＨＯＥ２０１の主面２０１ａの法線方向に向かって出射し、緑色の再生光ＲＬ5Gが主面２０１ａの法線方向から図中右斜め上方向に向かって出射し、青色の再生光ＲＬ5Bが主面２０１ａの法線方向から図中左斜め上方向に向かって出射する。個々の再生光ＲＬ5R、ＲＬ5G、ＲＬ5Bは、ほぼ平行光線束とみなすことができる。
【００８６】
これらの相違点を除けば、第３の実施例による照明用光学系２２０は第２の実施例による照明用光学系１２０と同様の構成を有する。図６に示した要素のうちで図５に示した要素と共通するもについては、図５で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００８７】
図６に示した第１のＨＯＥ２０１は、図５に示した第１のＨＯＥ１０１と同様にして作製することができる。ただし、赤色、緑色および青色それぞれの単色光レーザ毎に、ＨＯＥへの平行光線束（第１のコヒーレント光）の入射角を変更する。ＨＯＥへの平行光線束（第１のコヒーレント光）の入射角の変更は、例えば、図３に示した反射鏡５８の傾斜角度を所定の角度に制御することによって行うことができる。ＨＯＥへの平行光線束（第１のコヒーレント光）の入射角を制御することにより、第１のＨＯＥ２０１からの各再生光ＲＬ5R、ＲＬ5GおよびＲＬ5Bそれぞれの出射方向を制御することができる。
【００８８】
第１の実施例による照明用光学系２０と同様の理由から、第３の実施例による照明用光学系２２０を用いることにより、出射光の指向性が比較的高い面光源を得ることができる。また、比較的容易に薄型の面光源を構成することができる。
【００８９】
以上説明した照明用光学系２０、１２０および２２０はいずれも、比較的容易に薄型の面光源を構成することができるので、例えばパネル状の液晶表示素子と組み合わせることにより、種々の電子機器の表示装置を薄型化することができる。また、視角（視野角）が狭い液晶表示素子と組み合わせた場合でも、液晶表示素子の表示面上に例えば散乱板を配置することにより、視角が広く表示品位の高い透過型液晶表示装置を比較的容易に得ることが可能である。
【００９０】
図７は、実施例による液晶表示装置２５０を概略的に示す。この液晶表示装置２５０は、図６に示した照明用光学系２２０をバックライトとして用いたものである。ただし、図７においては、照明用光学系２２０の構成要素のうち、第１のＨＯＥ２０１のみが示されている。
【００９１】
図７に示すように、第１のＨＯＥ２０１の前方にパネル状の液晶表示素子２３０が配置されている。この液晶表示素子２３０は、液晶セル２３１と、液晶セル２３１の背面上に配置された偏光子２４１と、液晶セル２３１の正面上に配置された検光子２４２とを有する。
【００９２】
液晶セル２３１においては、上側透明基板２３２ａと下側透明基板２３２ｂとが所定の間隔をあけて対向配置され、これらの基板間に液晶層２３３が形成される。上側透明基板２３２ａの内側面上には、例えば、図示を省略したマイクロカラーフィルタと、共通透明電極２３４と、配向膜２３５ａとがこの順番で積層される。下側透明基板２３２ｂの内側面上には、例えば、画素間への光の入射を防止する遮光膜パターン（ブラックマトリクス）２３６と、遮光膜パターン（ブラックマトリクス）２３６を覆う平坦化膜２３７と、多数個の画素電極２３８と、配向膜２３５ｂとがこの順番で積層される。個々の画素電極２３８に１個ずつ、図示を省略した薄膜トランジスタが付設される。各薄膜トランジスタは、所定の信号線および走査線（いずれも図示せず。）に接続されている。
【００９３】
必要に応じて、上側透明基板２３２ａと検光子２４２との間、および、下側透明基板２３２ｂと偏光子２４１との間に、位相差板が配置される。液晶表示素子２３０の表示面上に散乱板あるいは散乱フィルムを設けることにより、視角特性を向上させることができる。
【００９４】
次に、液晶表示素子と図１に示した照明用光学系２０とを利用して構成される液晶表示装置を備えた機器の実施例について説明する。
【００９５】
図８は、実施例によるデジタルカメラ３００を概念的に示す。同図に示した構成要素のうち図１において既に示した構成要素については、液晶表示素子およびインスタント写真フィルムをそれぞれ除き、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００９６】
図示のデジタルカメラ３００は、撮像レンズ系３０１を備えた筐体３０５と、撮像レンズ系３０１による光学像を映像信号に変換する固体撮像装置３１０と、固体撮像装置３１０からの出力信号に基づいて映像を表示する液晶表示装置３２０と、必要に応じてデジタルカメラ３００内に挿入されるインスタント写真フィルム３３０とを有する。
【００９７】
撮像レンズ系３０１は、複数枚の光学レンズによって構成される。ただし、図８においては１枚の光学レンズで代表して示す。この撮像レンズ系３０１は、被写体からの光を集光して、固体撮像装置３１０を構成しているＣＣＤ型固体撮像素子３１上に結像させる。
【００９８】
固体撮像装置３１０は、上記のＣＣＤ固体撮像素子３１２の他に、電子回路部３１５を有する。この電子回路部３１５は、ＣＣＤ型固体撮像素子３１２を駆動する駆動回路、ＣＣＤ型固体撮像素子３１２が生成した電気信号を映像信号に変換する映像信号処理回路、映像信号を液晶表示装置３２０や記憶媒体へ出力する映像データ出力回路、および、これらの回路の動作を制御する主制御部等を含む。ＣＣＤ固体撮像素子３１２は、駆動回路から供給される駆動信号に応じて駆動し、撮像レンズ系３０１による光学像を電気信号に変換して映像信号処理回路へ供給する。固体撮像装置３１０は、動画および静止画を撮像することができる。
【００９９】
液晶表示装置３２０は、照明用光学系２０によって構成されるバックライトと、第１のＨＯＥ１の後方（デジタルカメラ３００の裏面側）に配置されたパネル状の液晶表示素子３２２と、電子回路部３１５から供給される映像信号に基づいて液晶表示素子３２２を駆動する駆動回路３２５と、液晶表示素子３２２の後方（デジタルカメラ３００の裏面側）に配置された散乱板３２８とを有する。
【０１００】
前述のように、必要に応じて、液晶表示素子３２２と散乱板３２８との間にインスタント写真フィルム３３０が挿入される。インスタント写真フィルム３３０を挿入する場合には、遮光性カバー３４０がインスタント写真フィルム３３０と散乱板３２８との間に予め挿入され、暗室状態を作り出す。
【０１０１】
例えば、デジタルカメラ３００によって静止画を撮像すると、この静止画を液晶表示素子３２２に表示させることができる。このとき、照明用光学系２０中の光源１１を点灯し、第１のホログラム素子１からの再生光をバックライトとして使用する。遮光性カバー３４０は、液晶表示素子３２２による表示が視認できるように、後退させておく。液晶表示素子３２２に表示された静止画は、散乱板３２８を通して見ることができる。
【０１０２】
また、遮光性カバー３４０をデジタルカメラ内に挿入して暗室状態を作り、液晶表示素子３２２と散乱板３２８との間にインスタント写真フィルム３３０を挿入してから液晶表示素子３２２に静止画を表示させることにより、この静止画をインスタント写真フィルム３３０に写し込むことができる。このときも、照明用光学系２０中の光源１１を点灯し、第１のホログラム素子１からの再生光をバックライトとして使用する。インスタント写真フィルム３３０がネガ型の場合には、静止画像を反転させて液晶表示素子３２２に表示させる。
【０１０３】
次に、実施例による携帯型情報通信端末について図９を参照しつつ説明する。
【０１０４】
図９は、実施例による携帯型情報通信端末４００を概念的に示す。同図に示した構成要素のうち図８において既に示した構成要素については、図８で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１０５】
図示の携帯型情報通信端末４００は、通信装置４１０と、主記憶部４１５と、入力装置４２０と、受話器４２５と、液晶表示装置３２０と、主制御部４３０とを備えている。
【０１０６】
通信装置４１０は、基地局または中継局との間で情報の送受信を行うことができ、例えば送信部４１１、受信部４１２、アンテナ４１３を含んで構成される。
【０１０７】
主記憶部４１５は、通信装置４１０によって送信しようとする音響情報、キャラクター情報、画像情報を記憶することができる。
【０１０８】
入力装置４２０は、主記憶部４１５へ音響情報、キャラクター情報、画像情報を入力することができる。この入力装置４２０は、主記憶部４１５にキャラクター情報を入力するための複数個の入力キー４２２、送信部４１１や主記憶部４１５に音響情報を入力するための送話器４２４、主記憶部４１５に画像情報を入力するための固体撮像装置（図示せず。）等を有する。
【０１０９】
受話器４２５は、通信装置４１０が受信した音響情報に基づいて音響を再生することができる。
【０１１０】
液晶表示装置３２０は、入力装置４２０によって主記憶部４１５に入力されたキャラクター情報もしくは画像情報、または通信装置４１０が受信したキャラクター情報もしくは画像情報に基づいて、画像を表示することができる。
【０１１１】
これら通信装置４１０、主記憶部４１５、入力装置４２０、受話器４２５および液晶表示装置３２０の動作は、主制御部４３０によって制御される。
【０１１２】
例えば、入力装置４２０によって主記憶部４１５または送信部４１１に入力された情報は、送信部４１１によって所定周波数の電磁波信号に変換され、アンテナ４１３から発信される。
【０１１３】
例えば、通信装置４１０が受信した音響情報は、受信部４１２によって所定の音響信号に変換され、受話器４２５によって音響に再生される。必要に応じて、受信部４１２からの音響信号が主記憶部４１５に記憶されるように構成することも可能である。
【０１１４】
例えば、通信装置４１０が受信したキャラクター情報または画像情報は、受信部４１２によって所定のキャラクター信号または画像信号に変換され、一旦主記憶部４１５に記憶された後、液晶表示装置３２０によって再生（表示）される。
【０１１５】
携帯型情報通信端末４００の筐体４０１には、液晶表示装置３２０の背面側に、開閉自在の遮光性カバー４４０が設けられている。この遮光性カバー４４０と第１のＨＯＥ１との間に、散乱板４４５が配置されている。
【０１１６】
例えば、照明用光学系２０中の光源１１を点灯し、第１のホログラム素子１からの再生光をバックライトとして使用することにより、液晶表示装置３２０（液晶表示素子３２２）によって表示された情報を散乱板３２８を通して見ることができる。
【０１１７】
明所では、遮光性カバー４１０を開けて外光を取り込むことにより、第１のホログラム素子１から再生光を再生させなくても、液晶表示装置３２０（液晶表示素子３２２）によって表示された情報（画像）を散乱板３２８を通して見ることが可能である。この場合、液晶表示装置３２０の背面側に配置されている散乱板４４５は、液晶表示素子３２２を照明する散乱光を、入射光の方向に拘わらず提供する。照明用光学系２０中の光源１１を点灯させなくてよいので、消費電力を低減させることができる。
【０１１８】
次に、実施例によるヘッドマウントディスプレイ（以下、ヘッドマウントディスプレイを「ＨＭＤ」と略記する。）について図１０を参照しつつ説明する。
【０１１９】
図１０は、実施例によるＨＭＤ５００を概念的に示す。同図に示した構成要素のうち図８において既に示した構成要素については、図８で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１２０】
図示のＨＭＤ５００は、使用時にヒトの頭部に装着される装着部５０５を左右に１つずつ有する眼鏡型のＨＭＤである。このＨＭＤ５００は、液晶表示装置３２０を計２つ備える。１つは使用者５１０の右眼用であり、他の１つは左眼用である。図１０においは、右眼用の液晶表示装置３２０のみが見えている。
【０１２１】
ただし、同図においては、駆動回路３２５の図示が省略されている。また、ＨＭＤ５００を構成する各液晶表示装置３２０は、図８に示した散乱板３２８を備えていない。必要に応じて、液晶表示装置３２０の前方（使用者５１０側）に散乱板を配置することができる。
【０１２２】
右眼用の液晶表示装置３２０は、頭部の右側に装着される装着部５０５に連接して配置され、左眼用の液晶表示装置３２０は、頭部の右側に装着される装着部５０５に連接して配置される。各装着部５０５をヒトの頭部に装着したとき、右眼用の液晶表示装置３２０は右眼の視野内に配置され、左眼用の液晶表示装置３２０は左眼の視野内に配置される。
【０１２３】
各液晶表示装置３２０は、有線または無線によって送られてくる映像信号に基づいて映像を表示することができる。例えば、照明用光学系２０中の光源１１を点灯し、第１のホログラム素子１からの再生光をバックライトとして使用することにより、液晶表示装置３２０（液晶表示素子３２２）の画面表示を見ることができる。
【０１２４】
明所では、第１のホログラム素子１から再生光を再生させなくても、液晶表示装置３２０（液晶表示素子３２２）の画面表示を見ることが可能である。この場合、照明用光学系２０中の光源１１を点灯させなくてよいので、消費電力を低減させることができる。なお、ＨＭＤは、ファイスマウントディスプレイと呼ばれることもある。
【０１２５】
以上、実施例による照明用光学系およびその製造方法、ならびに、前記の照明用光学系をバックライトに利用した液晶表示装置およびこの液晶表示装置を用いた機器について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１２６】
例えば、再生照明光用光学系を構成する光源は、カラー冷陰極蛍光ランプ（水銀を含有していないものが好ましい。）と、ライン状の開口部を有する筒状の反射器とを組み合わせて構成することもできる。あるいは、複数個の点光源状発光ダイオードを１列または複数列に配列させることによって構成することもできる。また、発光波長が異なる複数の発光部が一定のパターンで１列に配置された１つの発光ダイオード、例えば、赤色光を発する発光部と、緑色光を発する発光部と、青色光を発する発光部とがこの順番で１列に繰り返し配置された発光ダイオードによって構成することもできる。さらには、発光ダイオードに代えて無機または有機エレクトロルミネセンス素子を用いることもできる。
【０１２７】
第１のＨＯＥを含む照明用光学系と液晶表示素子とを組み合わせて、時間差混合でフルカラー表示を行うフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を構成することも可能である。
【０１２８】
この場合の照明用光学系における再生照明光用光学系は、波長が異なる複数種の光（例えば赤色光、緑色光および青色光）を出射することができる光源を備える。第１のＨＯＥには、波長が異なる複数種のコヒーレント光、例えば赤色、緑色および青色のコヒーレント光と、これらのコヒーレント光に対応する参照光とについての位相情報および振幅情報が記録される。一方、液晶表示素子としては、高速応答性を有するＳＴＮ型や強誘電性の液晶表示素子が使用される。再生照明光用光学系中の光源からの出射光の種類（色）を高速で切り換えることにより、時差混合によるフルカラー表示を行うことが可能になる。
【０１２９】
波長が異なる複数種のコヒーレント光と、これらのコヒーレント光に対応する参照光とについての位相情報および振幅情報が記録された第１のＨＯＥを作製する場合、これらのコヒーレント光（参照光を除く。）は、マイクロレンズアレイによって集光してホログラム材料に照射してもよい。このようにして作製された第１のＨＯＥを備えた照明用光学系と液晶表示素子とを組み合わせることにより、液晶表示素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー表示が可能な液晶表示装置を得ることが可能である。光利用効率の高い（明るい）液晶表示装置を得ることができる。
【０１３０】
この場合の再生照明光用光学系は、第２のＨＯＥを用いて構成することが好ましい。第２のＨＯＥの前方（第１のＨＯＥ側）にはスリット部材を配置しなくてもよい。また、第１のＨＯＥの作製は、次の各要件(1) 〜(4) を満たすように行うことが好ましい。
(1) マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配置パターンが、液晶表示素子における画素の配置パターンに一致している。
(2) 個々のマイクロレンズによって集光されたコヒーレント光（記録光）の径が、マイクロレンズの主点から距離Ｄ離れた箇所において、液晶表示素子における画素サイズよりも小さくなるように、マイクロレンズアレイとホログラム材料との距離が選定されている。ここで、距離Ｄは、液晶表示装置における第１のＨＯＥと液晶表示素子との距離を表す。
(3) 各コヒーレント光（記録光）のマイクロレンズへの入射角が互いに異なる。
【０１３１】
図１１は、上記(1) 〜(3) の各要件を満たすようにして第１のＨＯＥを作製する際におけるマイクロレンズアレイとホログラム材料との関係を示す。
【０１３２】
液晶表示素子における画素の配置パターンに合わせて、透明基板６１０上に所定個のマイクロレンズ６２０が配列され、マイクロレンズアレイ６００を構成している。図１１においては１個のマイクロレンズ６２０のみが示されている。
【０１３３】
このマイクロレンズアレイ６００は、個々のマイクロレンズ６２０の主点Ｐとホログラム材料６３０との距離、すなわち透明基板６１０の上面６１０ａとホログラム材料６３０の上面６３０ａとの距離が上記のＤとなるように配置される。
【０１３４】
赤色のコヒーレント光ＣＬr 、緑色のコヒーレント光ＣＬg、および青色のコヒーレント光ＣＬb が、互いに異なる入射角の下に順次マイクロレンズアレイ６００に照射される。このとき、所定の参照光が、ホログラム材料６３０の上面に斜め上方から照射される。マイクロレンズ６２０に入射したコヒーレント光ＣＬr 、ＣＬg またはＣＬb は、このマイクロレンズ６２０によって集光された後に、ホログラム材料６３０に入射する。このときのコヒーレント光ＣＬr 、ＣＬg 、ＣＬb それぞれのスポットＳｐＲ、ＳｐＧ、ＳｐＢの径は、液晶表示素子における画素サイズよりも小さい。図１１においては、液晶表示素子における画素サイズを、ホログラム材料６３０の上面６３０ａに二点鎖線ＰＳで示してある。
【０１３５】
上述した(1) 〜(3) の要件を満たすようにして第１のＨＯＥを作製する代わりに、上記(2) の要件と下記(4) の要件を満たすようにして第１のＨＯＥを作製してもよい。
(4) 例えば、赤色のコヒーレント光（記録光）をホログラム材料に照射するときには、液晶表示素子において赤色の画素にしようとする画素の分布パターンに対応してマイクロレンズが形成され、他が遮光されているマイクロレンズアレイを用いる。緑色のコヒーレント光（記録光）をホログラム材料に照射するときには、液晶表示素子において緑色の画素にしようとする画素の分布パターンに対応してマイクロレンズが形成され、他が遮光されているマイクロレンズアレイを用いる。緑色のコヒーレント光（記録光）をホログラム材料に照射するときも同様である。各コヒーレント光のマイクロレンズへの入射角は、例えば０°とすることができる。
【０１３６】
図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、上記(2) および(4) の要件を満たすようにして第１のＨＯＥを作製する際におけるマイクロレンズアレイとホログラム材料との関係を示す。これらの図に示した構成要素のうち、図１１に示した構成要素と共通するものについては、図１１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【０１３７】
図１２（Ａ）に示すように、赤色のコヒーレント光（記録光）ＣＬr をホログラム材料６３０に照射する際に用いるマイクロレンズアレイ６００ｒでは、液晶表示素子において赤色の画素にしようとする画素の分布パターンに対応して、所定個のマイクロレンズ６２０が形成されている。
【０１３８】
図１２（Ｂ）に示すように、緑色のコヒーレント光（記録光）ＣＬg をホログラム材料６３０に照射する際に用いるマイクロレンズアレイ６００ｇでは、液晶表示素子において緑色の画素にしようとする画素の分布パターンに対応して、所定個のマイクロレンズ６２０が形成されている。
【０１３９】
図１２（Ｃ）に示すように、青色のコヒーレント光（記録光）ＣＬb をホログラム材料６３０に照射する際に用いるマイクロレンズアレイ６００ｂでは、液晶表示素子において青色の画素にしようとする画素の分布パターンに対応して、所定個のマイクロレンズ６２０が形成されている。
【０１４０】
これらのマイクロレンズアレイ６００ｒ、６００ｇおよび６００ｂのいずれにおいても、マイクロレンズ６２０が形成されている箇所以外の箇所は、透明基板６１０の裏面に形成された遮光膜６２５によって遮光されている。
【０１４１】
第１のＨＯＥは、上述したマイクロレンズアレイ６００ｒ、６００ｇおよび６００ｂの各々に代えて所定のフォトマスクを用いて作製することもできる。この場合、マイクロレンズアレイ６００ｒに代わるフォトマスクでは、液晶表示素子において赤色の画素にしようとする画素の分布パターンに対応して、所定個の開口部もしくは光透過部が形成され、他は遮光される。同様に、マイクロレンズアレイ６００ｇに代わるフォトマスクおよびマイクロレンズアレイ６００ｂに代わるフォトマスクのそれぞれにおいても、所定箇所に開口部もしくは光透過部が形成され、他は遮光される。
【０１４２】
これらのフォトマスクは、例えば、平凹レンズにおける一平面上に密着配置され、この平凹レンズの凹面側をホログラム材料に向けた状態で使用される。このときのフォトマスクおよび平凹レンズは、目的とする液晶表示装置における液晶表示素子とバックライトとの相対的な位置関係に応じて、ホログラム材料の斜め上方または真上に配置することができる。
【０１４３】
例えば蛍光ランプを利用した光源と第２のＨＯＥとを用いて再生照明光用光学系を構成した場合には、第２のＨＯＥの背面（光源側の面）での再生照明光（光源からの入射光）の強度は必ずしも一定ではなく、光源に近い側と遠い側とで強度分布が生じる。このような強度分布が生じると、第２のＨＯＥからの再生光にも強度分布が生じることがある。光源からの出射光量に分布があった場合も同様である。
【０１４４】
第２のＨＯＥからの再生光に強度分布が生じることを抑制するうえからは、下記(i) 、(ii)または(iii) の手段を講じることが好ましい。
(i) 第２のＨＯＥを作製する際に、第２のＨＯＥ背面での再生照明光の強度分布を見込んで、参照光発生体７６（図４参照）に反射率分布を付与する。
(ii)第２のＨＯＥと光源との間にスリット、ＮＤフィルタ、光学レンズ等を配置し、第２のＨＯＥへの入射光量を制御する。
(iii) 光源を構成する反射器の内周面の形状を選定して、第２のＨＯＥへの入射光量を制御する。
【０１４５】
照明用光学系を構成する第１および第２のＨＯＥは、それぞれ、透過型および反射型のいずれであってもよい。その形状は、平板状以外に、シート状であってもよい。ＨＯＥ材料を基板上に設けずに、ＨＯＥ材料単独で第１または第２のＨＯＥを構成することも可能である。
【０１４６】
また、第１および第２のＨＯＥは、それぞれ、平面ホログラムおよび体積ホログラムのいずれを構成するものであってもよい。第１または第２のＨＯＥによって体積ホログラムを構成する場合、ＨＯＥの厚さを概ね１〜５ｍｍの範囲内で選択することが好ましい。第１および第２のＨＯＥは、マスターホログラムからの複製によって作製することもできる。
【０１４７】
再生照明光用光学系は、第２のＨＯＥを用いることなく構成することも可能である。例えば、第２のＨＯＥ１５または１１５に代えて、光源１１からの出射光をほぼ平行光に変換することができる位置に配置された光学レンズ、例えば両凸レンズやフレネルレンズを用いることもできる。
【０１４８】
また、例えば図１に示した第２のＨＯＥ１５をその配置を変えることなく第１のＨＯＥとして用い、同図に示した第１のＨＯＥ１に代えて、フレネル加工したプリズム（例えばスリーエム（３Ｍ）社製のＢＥＦフィルム）、導光板等を用いることもできる。
【０１４９】
第１のＨＯＥを備えた照明用光学系は、液晶表示素子のバックライトとして利用する他、光プリンタにおけるプリンタヘッド用の面光源、高速スキャナ（面読み込みタイプ）用の面光源、プロジェクタ用の面光源等として利用することができる。いずれの用途に利用した場合でも、比較的容易に薄型の面光源を構成することが可能である。
【０１５０】
また、第１のＨＯＥを備えた照明用光学系と液晶表示素子とを利用した液晶表示装置は、デジタルカメラ、デジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラ等の撮像装置や、携帯電話、簡易型携帯電話（ＰＨＳ）、携帯情報端末等の携帯型情報通信端末など、種々の機器のモニタとして利用することができる。
【０１５１】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ、応用等が可能なことは当業者に自明であろう。
【０１５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、薄型の面光源を構成することが比較的容易である。また、出射光の指向性が比較的高い面光源を得ることが可能である。例えば液晶表示素子のバックライトとして用いれば、高い照射面輝度を比較的容易に得ることができるので、液晶表示装置の表示品位を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例による照明用光学系を示す概略図である。
【図２】図１に示した照明用光学系とＣＳＨ型液晶表示素子とを組み合わせて作製した液晶表示装置に表示させた人物像の写真である。
【図３】図１に示した第１のＨＯＥを製造する際の光学系の一例を示す概略図である。
【図４】図１に示した第２のＨＯＥを製造する際の光学系の一例を示す概略図である。
【図５】第２の実施例による照明用光学系を示す概略図である。
【図６】第３の実施例による照明用光学系を示す概略図である。
【図７】図６に示した照明用光学系を液晶表示素子のバックライトとして用いた液晶表示装置を概略的に示す部分断面図である。
【図８】図１に示した照明用光学系を用いた液晶表示装置を備えたデジタルカメラを概念的に示す部分断面図である。
【図９】図１に示した照明用光学系を用いた液晶表示装置を備えた携帯型情報通信端末を概念的に示す一部切り欠き側面図である。
【図１０】図１に示した照明用光学系を用いた液晶表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイを概念的に示す一部切り欠き側面図である。
【図１１】波長が異なる複数種のコヒーレント光と、これらのコヒーレント光に対応する参照光とにつていの位相情報および振幅情報が記録された第１のＨＯＥをマイクロレンズアレイを用いて作製する際の、マイクロレンズアレイとホログラム材料との関係の一例を示す部分切欠き斜視図である。
【図１２】図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）および図１２（Ｃ）は、それぞれ、赤色、緑色または青色のコヒーレント光と参照光との位相情報および振幅情報が記録された第１のＨＯＥをマイクロレンズアレイを用いて作製する際の、マイクロレンズアレイとホログラム材料との関係を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１０１、２０１…第１のＨＯＥ、  １０、１１０、２１０…再生照明光用光学系、  １１、１１１…光源、  １５、１１５…第２のＨＯＥ、  ２０、１２０、２２０…照明用光学系、  ３０、２３０、３２２…液晶表示素子、  ２５０、３２０…液晶表示装置、  ３０１…撮像レンズ系、  ３０５…デジタルカメラの筐体、  ３１０…固体撮像装置、  ３２８、４４５…散乱板、  ３３０…インスタント写真フィルム、  ４００…携帯型情報通信端末、  ４１０…通信装置、４２０…入力装置、  ５００…ヘッドマウントディスプレイ、  ５０５…装着部。
【図１】
0004864213.tif 000002
【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】
0004864213.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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