全息元件、照明装置及投影机的制作方法

专利名称：全息元件、照明装置及投影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及全息元件、照明装置及投影机，特别涉及到具有浮雕结构 的表面浮雕型全息元件的技术，背景技术近年来，作为投影机的光源，已经提出了一种使用激光光源的技术。和作为投影机的光源以往所使用的超高压水银灯(UHP灯)进行比较，得 知激光光源存在色再现性较高、能实现瞬间点亮及寿命长等的优点。在使 用激光光源的照明装置中，可以使用全息元件。全息元件通过使激光进行 衍射，就能够同时进行照明区域的整形、放大以及照明区域的光量分布的 均匀化。通过使用全息元件，以往由多个元件所分担的功能被合成于1个 元件中。通过使用全息元件，而可以形成部件个数较少的构成，能够容易 实现光学系统的小型化及节省空间化。特别是，在元件的表面设置有浮雕 结构的表面浮雕型全息元件因为仅仅利用浮雕结构4吏光的波面进行变换、 使像再现，所以和透镜等进行比较，可以进行小型化。以往，在照明光学 系统中使用全息元件的投影机的技术例如已经在专利文献l中提出。 专利文献l : 特开2003-270585号公才艮表面浮雕型全息元件通过使用模具的模具转印，就能够作为复制品进 行批量生产。可以说，表面浮雕型全息元件能够采用简单的方法进行批量 生产，另一方面，以从已经流通的装置等所取得的表面浮雕型全息元件为 模具进一步制作复制品，也较为容易。另外，根据表面浮雕型全息元件的 外观，却极难判别是由其他人非法制作出的仿造产品或是通过独立设计得 到的正规产品。因此，以往的全息元件，特别是表面浮雕型全息元件存在采用非法的方法来制作复制品的危险性较高这样的问题。 发明内容本发明是鉴于上述的问题而做出的，其目的为提供全息元件、使用该 全息元件的照明装置及投影机，可以容易判别采用非法的方法制作出的复 制品，能够有效抑制非法制作复制品的情况。为了解决上述问题达到目的，本发明所涉及的全息元件其特征为，具 有浮雕结构，通过^X射的光进行衍射，而在被照射面形成预定的照明图形；浮雕结构在净皮照射面，同时形成第l照明图形；和第2照明图形， 构成附随于第1照明图形的特定标记。全息元件利用第l照明图形，来进行作为原本目的的光整形等。通过 由第2照明图形显示特定标记，就能够根据特定标记的有无容易判别是否 是采用非法的方法制作出的复制品。除了能够通过显示特定标记来容易揭 发非法制作复制品的人之外，还能预防非法制作复制品的情况。因为第1 照明图形、第2照明图形的任一个都是使用全息元件的浮雕结构整体来形 成的，所以对于采用非法的方法制作出的复制品实施仅仅不显示笫2照明 图形的那类变形，几乎是不可能的。因此，获得一种全息元件，可以容易 判别采用非法的方法制作出的复制品，并能够有效抑制非法制作复制品的 情况。另外，作为本发明优选的方式，优选的是，第l照明图形在被照射面 构成照明区域，该照明区域进行过整形及光量分布均匀化的至少一个。因 此，能获得一种能够用于照明用途的全息元件。另夕卜，作为本发明优选的方式，优选的是，特定标记包括字符。因此， 能够容易判别是否是采用非法的方法制作出的复制品。特别是，通过使得 显示全息元件制造者的名称等，就能够有效抑制非法制作复制品的情况。另外，作为本发明优选的方式，优选的是，浮雕结构在被照射面形成 作为第1照明图形的照明区域，且在照明区域外形成笫2照明图形。因此, 可以利用第1照明图形进行照明区域的照明，且显示由笫2照明图形得到的特定标记。另外，作为本发明优选的方式，优选的是，浮雕结构以比第l照明图形低的照度形成第2照明图形。对于照明区域来说优选的是可以高效供给 光，另一方面，对于特定标记来说只要能够通过目视进行识别就足够。因 此，可以向照明区域高效供给光，进行高效率的照明。另外，作为本发明优选的方式，优选的是，浮雕结构在被照射面形成 作为第l照明图形的照明区域，且在照明区域内形成第2照明图形。因此， 可以利用笫1照明图形进行照明区域的照明，且显示由第2照明图形得到 的特定标记。再者，本发明所涉及的照明装置其特征为，具有光源部，供给相干 光；和上述的全息元件，使相干光进行衍射。通过〗吏用上述的全息元件， 就可以有效抑制非法制作复制品的情况。因此，能获得一种照明装置，其 可以有效抑制防止非法制作复制品的情况。再者，本发明所涉及的投影机其特征为，具有上述的照明装置；和 空间光调制装置，按照图〗象信号调制来自照明装置的光。通过使用上述的 照明装置，就可以有效抑制非法制作复制品的情况。因此，能获得一种投 影机，其可以有效抑制防止非法制作复制品的情况。


图l是表示本发明的实施例所涉及的投影机概略构成的附图。图2是表示R光用照明装置及R光用空间光调制装置的附图。图3是说明激光的光量分布例的附图。图4是模式表示浮雕结构的附图。图5是表示图4的AA截面构成的附图。图6是表示本发明比较例所涉及的以往的照明装置概略构成的附图。 图7是表示通过以浮雕结构进行的衍射所形成的照明图形的附图。 图8是表示通过以浮雕结构进行的衍射所形成的照明图形变形例的附图。图9是表示屏幕的显示区域及特定标记的附图。 符号说明10投影机，11R R光用照明装置，11G G光用照明装置，11B B 光用照明装置，12R R光用光源部，12G G光用光源部，12B B光用 光源部，13R R光用全息元件，13G G光用全息元件，13B B光用全 息元件，14场透镜，15R R光用空间光调制装置，15G G光用空间光 调制装置，15B B光用空间光调制装置，16十字分色棱镜，16a第l 分色膜，16b笫2分色膜，17投影透镜，18屏幕，19支持部，20 浮雕结构，21 矩形区域，22 照明装置，23 UHP灯，24 第1积分透 镜，25 笫2积分透镜，26 重叠透镜，LA 照明区域，M 特定标记， IA 显示区域具体实施方式
下面，参照附图，详细说明本发明的实施例。 实施例图1表示本发明实施例所涉及的投影机10概略构成。投影机10是一 种前投式的投影机，向屏幕18供给光，通过观看由屏幕18反射的光来观 赏图像。投影机10具有红色(R)光用照明装置11R、绿色(G)光用照 明装置11G及蓝色(B)光用照明装置11B。图2表示R光用照明装置11R及R光用空间光调制装置15R。 R光用 照明装置11R用来供给R光。R光用照明装置11R具有供给R光的5个 R光用光源部12R。 R光用光源部12R用来供给作为相干光的激光，并且 具备端面发光型的半导体激光器。5个R光用光源部12R配置成一列。5 个R光用全息元件13R对应于R光用光源部12R进行设置。R光用全息 元件13R是一种表面浮雕型全息元件。各R光用全息元件13R由支持部 19来支持。图3是说明向R光用全息元件13R入射的激光的光量分布例以及从R 光用全息元件13R射出的激光的光量分布例的附图。在曲线图的纵轴表示光量，在横轴表示位置，并且2个曲线图用相互不同的比例尺进行表示。 向R光用全息元件13R入射的激光表现出随着离开中心、光量下降的那种 光量分布。与^目对，从R光用全息元件13R射出的激光在矩形的区域表 现出大致一定的光量分布。R光用全息元件13R通过使来自R光用光源部 12R的激光进行衍射，来进行被照射面的照明区域的整形、放大以及照明 区域的激光的光量分布均匀化.来自各R光用全息元件13R的激光在R 光用空间光调制装置15R上重叠。因为使作为相干光的激光向R光用全息 元件13R入射，所以能够在R光用全息元件13R获得良好的衍射特性。回到图2，场透镜14使来自R光用全息元件13R的激光平行化，使其 向R光用空间光调制装置15R入射。R光用空间光调制装置15R用来按 照图像信号调制来自R光用照明装置11R的R光，是一种透射型液晶显 示装置。作为透射型液晶显示装置，例如可以使用高温多晶硅TFT液晶面 板(High Temperature Polysilicon; HTPS )。回到图1，由R光用空间光 调制装置15R调制后的R光向作为色合成光学系统的十字分色棱镜16进 行入射。G光用照明装置11G用来供给G光。G光用照明装置11G具有供给 G光的5个G光用光源部12G。 G光用光源部12G用来供给作为相干光 的激光，具备半导体激光器。5个G光用光源部12G配置成一列。5个G 光用全息元件13G对应于G光用光源部12G进行^L置。G光用全息元件 13G是一种表面浮雕型全息元件。各G光用全息元件13G由支持部19来 支持。G光用全息元件13G通过使来自G光用光源部12G的激光进行衍 射，来进行照明区域的整形、放大以及照明区域的激光的光量分布均匀化。场透镜14使来自G光用全息元件13G的激光平行化，使其向G光用 空间光调制装置15G入射。G光用空间光调制装置15G用来按照图像信号 调制来自G光用照明装置11G的G光，是一种透射型液晶显示装置。由 G光用空间光调制装置15G调制后的G光从和R光不同的一侧向十字分 色棱镜16进行入射.B光用照明装置11B用来供给B光。B光用照明装置11B具有供给B光的5个B光用光源部12B。 B光用光源部12B用来供给作为相干光的激 光，具备半导体激光器，5个B光用光源部12B配置成一列。5个B光用 全息元件13B对应于B光用光源部12B进行i殳置。B光用全息元件13B 是一种表面浮雕型全息元件。各B光用全息元件13B由支持部19来支持。 B光用全息元件13B通过使来自B光用光源部12B的激光进行衍射，来进 行照明区域的整形、放大以及照明区域的激光的光量分布均匀化。场透镜14使来自B光用全息元件13B的激光平行化，使其向B光用 空间光调制装置15B入射。B光用空间光调制装置15B用来按照图像信号 调制来自B光用照明装置11B的B光，是一种透射型液晶显示装置。由B 光用空间光调制装置15B调制后的B光从和R光、G光不同的一侧向十字 分色棱镜16进行入射。十字分色棱镜16具有2个分色膜16a、 16b，它们相互大致正交进行 配置。第1分色膜16a反射R光，使G光及B光透射。第2分色膜16b 反射B光，使R光及G光透射。十字分色棱镜16合成从各自不同的方向 所入射的R光、G光及B光，使其向投影透镜17的方向出射。投影透镜 17将由十字分色棱镜16合成后的光向屏幕18的方向进行投影。图4是模式表示各色光用全息元件13R、 13G、 13B的浮雕结构20的 附图。图5表示图4的AA截面构成。浮雕结构20设置在各色光用全息元 件13R、 13G、 13B的表面，例如4吏光射出的射出面。浮雕结构20具备以 矩形区域21为单位所形成的多个凹凸。此凹凸在图5所示的截面呈矩形形 状。在图4中，各矩形区域21的着色代表高低差。这里，表示出附色越浓 黑的部分越高，也就是越靠图4的纸面跟前一侧。各色光用全息元件13R、 13G、 13B在浮雕结构20中，按每个矩形区 域21使激光的相位产生变化。各色光用全息元件13R、 13G、 13B通过在 浮雕结构20中使激光的相位空间性地进行变化，产生衍射光。对于浮雕结 构20而言，通过使包括矩形区域21的间距及凹凸的高度在内的表面M 最佳化，就可以使各色光用全息元件13R、 13G、 13B具有预期的功能。图6表示本发明比较例所涉及的以往照明装置22概略构成。照明装置22具备UHP灯23。第1积分透镜24及第2积分透镜25具有按阵列状所 排列的多个透镜元件(未图示)。笫1积分透镜24将来自UHP灯23的 光束分割为多个。第2积分透镜25的透镜元件把笫1积分透镜24的透镜 元件的像形成于照明区域上。重叠透镜26使第1积分透镜24的各透镜元件的像在照明区域上重叠。 照明装置22利用笫1积分透镜24、第2积分透镜25及重叠透镜26的各 光学元件，来进行照明区域的整形、放大以及照明区域的光量分布的均匀 化。相对于此，在本实施例中，通过使用各色光用全息元件13R、 13G、 13B (参见图1)，就可以4吏以往由多个元件所分担的功能集成于1个元件 中。各色光用全息元件13R、 13G、 13B利用由浮雕结构20而产生的衍射， 使激光的波面进行变换。通过使用各色光用全息元件13R、 13G、 13B，就 可以实现部件数目较少的构成，能够容易实现光学系统的小型化及节省空 间化。另外，因为作为各色光用全息元件13R、 13G、 13B可以使用成本 比较低的光学元件，且可以实现部件数目较少的构成，所以还能谋求成本 的减低。图7表示通过以浮雕结构20进行的衍射所形成的照明图形。浮雕结构 20通过^^射的光进行衍射，在作为被照射面的各色光用空间光调制装置 15R、 15G、 15B (参见图1)的入射面形成预定的照明图形。浮雕结构20 在被照射面形成作为第1照明图形的照明区域LA。第1照明图形在被照 射面构成进行过整形、放大及光量分布均匀化的照明区域LA。各色光用 空间光调制装置15R、 15G、 15B对形成第l照明图形的光进行调制。浮雕结构20,与第l照明图形同时，形成和第1照明图形不同的第2 照明图形。笫2照明图形构成附随于第1照明图形的特定标记M。在本实 施例中，特定标记M设为使"B" 、 "P" 、 "S" 、 "O" 、 "N"各字 母排列起来的字符串。浮雕结构20在照明区域LA外，例如对于照明区域 LA在上侧的照明区域LA边角部旁边的位置，形成第2照明图形。特定标 记M相对于各色光用空间光调制装置15R、 15G、 15B之中的照明区域LA, 显示于上侧的照明区域LA的边角部旁边。浮雕结构20以和第1照明图形大致相同的照度形成第2照明图形。也可以使形成第2照明图形的M各 色光用空间光调制装置15R、 15G、 15B射出，在屏幕18上显示特定标记 M。为了形成第l照明图形及第2照明图形而最佳化了的浮雕结构20，例 如可以使用迭代傅里叶变换等预定的运算方法(模拟方法)进行设计，可以认为，包括字符的特定标记M几乎不可能出现由全息元件偶然形 成的情况。因此，借助于从由其他人制作出的产品显现特定标记M,来表 明此产品是非法制作出的复制品。通过由第2照明图形显示特定标记M， 就能够根据特定标记M的有无容易判别是否是采用非法的方法制作出的 复制品。除了能够通过显示特定标记M容易揭发非法制作复制品的人之 外，还能预防抑制非法制作复制品的情况。因为第l照明图形、第2照明 图形的任一个都是使用各色光用全息元件13R、 13G、 13B的浮雕结构20 整体来形成的，所以对于采用非法的方法制作出的复制品实施仅仅不显示 第2照明图形的那类变形，几乎是不可能的。因此，产生下述这样的效果， 即能够容易判别采用非法的方法制作出的复制品，可以有效抑制非法制作 复制品的情况。形成笫2照明图形的位置只要在照明区域LA外就可以，不限于本实 施例中说明的位置。特定标记M不限于字符串的情形，例如也可以是字符 和符号的组合或符号。优选的是，在作为特定标记M使用符号时，也取为 偶然形成的情况几乎不可能出现的那种复杂形状。再者，通过将代表各色 光用全息元件13R、 13G、 13B的制造者的标识设为特定标记M，还可以 明确表示产品的出处，能有效抑制非法制作复制品的情况。在照明区域LA外形成第2照明图形时，浮雕结构20，也可以以比第 1照明图形低的照度形成第2照明图形。优选的是，各色光用照明装置IIR、 IIG、 IIB向照明区域LA高效供给光，另一方面对于特定标记M来说， 只要能够通过目视进行识别就足够。因此，可以向照明区域LA高效供给 光，进行高效率的照明。浮雕结构不限于具备在截面上呈矩形形状的凹凸的结构。浮雕结构也 可以是具备在截面上呈三角形状的凹凸的结构。这种情况下，也可以通过使表面条件最佳化，形成预期的照明图形。浮雕结构也可以是具备在截 面上呈矩形形状的凹凸和呈三角形状的凹凸的构成。图8表示通过以浮雕结构20进行的衍射所形成的照明图形的变形例。 在本变形例中，浮雕结构20在照明区域LA内例如照明区域LA上部的边 角部旁边的位置，形成第2照明图形。第2照明图形是通过对于第l照明 图形内的一部分使光的供给停止来形成的。如图9所示，特定标记M显示 于屏幕18之中显示区域IA上部的边角部旁边的位置。特定标记M以将显 示区域IA的一部分去除黑色后的状态，和图像一起进行显示。本变形例的情况下，对于采用非法的方法制作出的复制品实施仅仅不 显示第2照明图形的那类变形，也几乎是不可能的。本变形例的情况下， 也能够容易判别采用非法的方法制作出的复制品，可以有效抑制非法制作复制品的情况，因为能够在图1象显示中一直显示特定标记M，所以能够通 过作为特定标记M而使用代表制造者的标识，获得宣传、广告效果。形成 第2照明图形的位置只要在照明区域LA内就可以，不限于本变形例中说 明的位置。但是，为了避免因特定标记M导致的对图像显示的影响，优选 的是，第2照明图形形成于照明区域LA的外侧边缘旁边。各色光用全息元件13R、 13G、 13B例如可以通过使用模具的模具转印 进行制造。首先，在石英基敗上涂敷抗蚀剂之后，通过电子束描绘装置对 抗蚀剂照射电子束，对该抗蚀剂进行图形形成。接着，通过进行腐蚀处理， 形成由石英构成的模型(模具)。然后，将合成树脂制的膜状部件等的、 用来形成各色光用全息元件13R、 13G、 13B的1^1和模型，加热到M 的玻化温度以上。在按压基&和模型并保持一定时间之后，将》敗和模型 冷却到基板的玻化温度以下，把基板和模型分离。借此，形成在M转印 有预期的形状的各色光用全息元件13R、 13G、 13B。这样，各色光用全息元件13R、 13G、 13B可以采用所谓的纳米压印方 法来形成，该纳米压印方法在形成模型(模具)之后，使该模型的形状热 转印于J41。还有，这里所说明的制造方法是一例，只要能够制造具有预 期形状的各色光用全息元件13R、 13G、 13B，就可以使用任意的方法。各色光用照明装置IIR、 IIG、 IIB不限于作为光源部具备端面发光型 半导体激光器的构成，也可以是具备面发光型半导体激光器的构成。另夕卜， 各色光用照明装置11R、 IIG、 11B不限于具备5个光源部的构成，具备l 个或多个光源部的构成即可。各色光用照明装置IIR、 IIG、 11B可以形 成为对应于光源部具备1个或多个全息元件的构成。光源部除了为多个半 导体激光器之外，还可以为具备多个发光部的半导体激光器。若使作为相干光的激光照射到漫射面，则有时出现亮点及暗点随机分 布的被称为光斑图形的干涉图样。在使用多个光源部或发光部时，可以通 过扩展激光的光谱宽度，来缩短相干长，减低光斑噪声。另外，通过使用 多个光源部或发光部，就可以使各色光用空间光调制装置15R、 15G、 15B 的光量增大，获得明亮且高对比度的图像。各色光用光源部12R、 12G、 12B也可以使用变换来自半导体激光器的 激光波长的波长变换元件，例如二次谐波发生(Second-Harmonic Generation; SHG)元件。各色光用光源部12R、 12G、 12B也可以取代 半导体激光器，使用半导体激光激发固体(Diode Pumped Solid State; DPSS， 二极管泵浦固体)激光器、固体激光器、液体激光器、气体激光器 等。投影机10不限于作为空间光调制装置使用透射型液晶显示装置的情 形。作为空间光调制装置，也可以使用反射型液晶显示装置(Liquid Crystal On Silicon; LCOS，珪上液晶)、DMD (Digital Micromirror Device,数 字微镜器件)及GLV (Grating Light Valve,光栅光阀)等。投影机10 不限于*种色光具备空间光调制装置的构成。投影机10也可以是通过一 个空间光调制装置来调制2种或3种以上色光的构成。投影机10除了使用 空间光调制装置的构成之外，也可以是幻灯投影机，该幻灯投影积/f吏用具 有图像信息的幻灯片。投影机也可以是所谓的背投式投影机，该背投式投 影机向屏幕的一个面供给光，通过》见看从屏幕的另一个面出射的光来观赏 图像。本发明所涉及的照明装置不限于用于投影机的情形。例如，也可以用于直观式的图像显示装置，该直观式的图像显示装置不使用投影光学系统， 而直接观看空间光调制装置的图像。另外，本发明所涉及的照明装置也可以用于利用激光进4亍的曝光所用的咏光装置、对利用激光所照明的像进 行监视的监视装置。本发明所涉及的全息元件不限于进行照明区域的整形 及光量分布的均匀化。用来进行照明区域的整形及光量分布均匀化的至少 一个即可。再者，全息元件不限于进行照明区域的整形及光量分布均匀化 的至少一个的情形，例如也可以进行激光的分支、偏向等。本发明所涉及 的全息元件可以在激光加工机的光学系统、光盘再现装置的光读取(pick up)用的光学系统等使用表面浮雕型全息元件的所有领域中使用。如上所述，本发明所涉及的全息元件适合用于投影机的照明装置中.
权利要求
1.一种全息元件，其特征为具有浮雕结构，该浮雕结构通过使入射的光进行衍射，在被照射面形成预定的照明图形；上述浮雕结构在上述被照射面，同时形成第1照明图形；和第2照明图形，该第2照明图形构成附随于上述第1照明图形的特定标记。
2. 根据权利要求1所述的全息元件，其特征为上述第1照明图形在上述^皮照射面上构成照明区域，该照明区域进行 过整形及光量分布均匀化的至少一方。
3. 根据权利要求1或2所述的全息元件，其特征为 上述特定标记包括字符。
4. 根据权利要求1 ~3中任一项所述的全息元件，其特征为 上述浮雕结构在上述被照射面形成作为上述第1照明图形的照明区域，且在上述照明区域外形成上述第2照明图形。
5. 根据权利要求4所述的全息元件，其特征为 上述浮雕结构以比上述第1照明图形低的照度形成上述第2照明图形。
6. 根据权利要求1 ~3中任一项所述的全息元件，其特征为 上述浮雕结构在上述被照射面形成作为上述第1照明图形的照明区域，且在上述照明区域内形成上述第2照明图形。
7. —种照明装置，其特征为， 具有光源部，其供给相干光；和权利要求1 ~6中任一项所述的全息元件，其使上述相干光进行衍射。
8. —种投影机，其特征为， 具有权利要求7所述的照明装置；和空间光调制装置，其按照图像信号调制来自上述照明装置的光。
全文摘要
本发明提供全息元件、使用该全息元件的照明装置及投影机，能够容易判别采用非法的方法制作出的复制品，可以有效抑制非法制作复制品的情况。全息元件(13R、13G、13B)具有浮雕结构，通过使入射的光进行衍射，在被照射面形成预定的照明图形；浮雕结构在被照射面，同时形成第1照明图形；和第2照明图形，构成附随于第1照明图形的特定标记；第1照明图形在被照射面构成照明区域，该照明区域进行过整形及光量分布均匀化的至少一个。
文档编号G02B5/32GK101271171SQ20081008585
公开日2008年9月24日 申请日期2008年3月21日 优先权日2007年3月23日
发明者山内泰介 申请人:精工爱普生株式会社