面照明装置及背光装置的制作方法

专利名称：面照明装置及背光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用照射相干光的光源的面照明装置及背光装置。
背景技术：
作为用于液晶面板等的背光装置，已知光从导光板的边缘入射，并在对置的2个面间反复全反射，利用扩散元件等提取光的方式。对于这种背光装置，除将冷阴极管作为光源以外，近年来也将LED作为光源。如果使用冷阴极管，则存在着难以将背光装置薄型化、功耗也增大的问题。如果使用LED，则能够薄型化，但由于LED是均匀扩散照明，所以难以将全部光没有泄露地入射至薄型化的导光板中，产生了损失。相对于此，由于激光在直线前进性方面优异，所以认为与LED相比能够提高向导光板的光入射效率。然而，在将激光作为光源的情况下，发生起因于相干的高度的斑点。斑点(speckle)是激光等相干光照射至散射面时出现的斑点状的花纹，发生在屏幕上是作为斑点状的亮度斑(明亮度的斑)被观察到，是对观察者传达生理上的负面影响的因素。关于使用相干光的情况下发生斑点的理由是，在屏幕等的散射反射面的各部反射的相干光，由于其极高的可干涉性，通过互相彼此干涉而产生的。例如，在下述的光学仪器中的斑点现象(Speckle Phenomena in Optics), Joseph W.Goodman, Roberts&C0., 2006 中，作出了关于斑点发生的详细的理论上的考察。这样，在使用相干光源的方式中，由于产生斑点的发生的固有问题，所以提出了用于抑制斑点的发生的技术。例如，在下述的日本特开平6 - 208089号公报中，公开了将激光照射至散射板，将由此获得的散射光引导至光调制器，并通过由马达旋转驱动散射板，从而降低斑点的技术。

发明内容
不限于背光装置，在装入对被照明区域照明相干光的照明装置的各种装置中斑点成为问题。作为以激光为代表的具有优异的直线前进性、并且能量密度非常高的光照射而获得相干光。因此，作为实际开发的照明装置，优选与这样的相干光的特性对应地设计相干光的光路。本申请发明人立足于以上的点反复锐意研究，作为其结果，发明了用相干光重复照明既定区域，使该照明光扩散并提取至外部时，能够使斑点不显眼的面照明装置及背光装置。另外，本申请发明人进一步深入研究，改善了该照明装置，能够稳定地防止在照明相干光的既定区域内产生突出明亮度而变明亮的区域。即，本发明的目的在于，提供能够使斑点不显眼，且能够有效地抑制既定区域内的明亮度的斑的发生的面照明装置及背光装置。

为了解决上述课题，在本发明的一个方式中，提供一种面照明装置，其特征在于，具备: 光学元件，能将来自各点的相干光对于既定区域内的对应区域的整个区域进行扩散；照射装置，以相干光扫描所述光学元件的表面的方式，向所述光学元件照射所述相干光；以及
导光板，使在所述光学元件的表面反射的、或透射所述光学元件的相干光传播，并将该相干光提取至外部，
所述照射装置使相干光的前进方向变化，并使该相干光在所述光学元件的表面上进行扫描，
所述导光板具有光提取部，所述光提取部在入射来自所述光学元件的相干光的第I端面和与所述第I端面对置配置的第2端面之间传播相干光，并且将相干光提取至外部，在所述光提取部的内部、或沿着所述第I端面、或沿着所述第2端面设置所述既定区域。依据本发明，能够提供能够使斑点不显眼，且能够有效地抑制既定区域内的明亮度的斑的发生的面照明装置及背光装置。


图1是示出本发明的实施方式所涉及的面照明装置的概略结构的 图2是示出图1的变形例所涉及的面照明装置的概略结构的 图3是说明图1的照明装置40的动作原理的 图4是说明在全息图记录介质55以干涉条纹形成散射板的像的情况的 图5是说明使用在经过图4的曝光工序而获得的全息图记录介质55形成的干涉条纹再现散射板的像的情况的 图6是说明扫描器件65的扫描路径的 图7是示出在使用全息图记录介质55的情况下和不使用全息图记录介质55的情况下测定斑点对比度的结果的 图8是示出具备能沿2轴向转动的扫描器件的照射装置的一个例子的 图9是示出使平行光入射至全息图记录介质55的例子的图。
具体实施例方式以下，参照附图，并对本发明的实施方式详细地进行说明。此外，在本申请说明书所附的附图中，为便于容易图示和理解起见，将比例尺及纵横的尺寸比等从实物的这些适当变更或进行夸大。本发明的一实施方式所涉及的面照明装置例如能作为装入液晶面板等的背光照明装置应用，但不必限于向背光照明装置的应用，还能作为用既定尺寸的面进行照明的面照明装置利用。图1是示出本发明的实施方式所涉及的面照明装置的概略结构的图，图1 (a)是平面图，图1 (b)是图1 (a)的截面图。图1所示的面照明装置具备光学元件50、照射装置60以及导光板30。在本说明书中，将光学元件50和照射装置60的组合称为照明装置40，将其与导光板30的组合称为面照明装置。照射装置60以相干光扫描光学兀件50的表面的方式对光学兀件50照射相干光。照射装置60具有放射相干光的激光源61以及使从激光源61放射的相干光在光学元件50的表面上扫描的扫描器件65。光学元件50具有在被照明区域(既定区域)LZ再现散射板的像而获得的全息图记录介质55。关于全息图记录介质55的细节在后面叙述。在全息图记录介质55上,设置有多个记录区域rf rn。由扫描器件65分别以不同反射角度范围反射的相干光入射至多个记录区域rlln的各个记录区域。相干光在对应的记录区域上进行扫描。在各记录区域γΓγπ形成干涉条纹，当相干光入射时，由干涉条纹衍射的相干光成为发散光(扩散光)而放射。这样，来自扫描器件65的对应反射角度范围的相干光入射至全息图记录介质55上的各记录区域rl"rn,在该记录区域内进行扫描。全息图记录介质55上的记录区域rl"rn密合配置于导光板31的一个端面。在导光板31的至少一部分设置有光提取部32。在光提取部32设置有由来自光学元件50的相干光照明的被照明区域LZ。入射至全息图记录介质55上的各记录区域rlln内的各点的相干光成为扩散光，在被照明区域LZ内的对应区域形成线像LZfLZn。例如，在存在η个(η是2以上的整数)记录区域rl"rn的情况下,在被照明区域LZ内的η个对应区域的各个形成线像LZl LZn。在光提取部31的内部、沿着与光学元件50最近的第I端面31a或沿着距离光学元件50最远的第2端面31b设置被照明区域LZ。如图1 (b)所示，光提取部31设置有来自光学元件50的相干光入射的第I端面31a、与该第I端面31a对置配置的第2端面31b、连接这些第I及第2端面31a、31b的第3及第4端面31c、31d。该光提取部31使从第I端面31a入射的相干光在第3及第4端面31c、31d反射,并使其向着第2端面31b方向传播,在其传播途中，从第3端面31c或第4端面31d逐渐将光提取至外部。由此，作为从第3端面31c或第4端面31d的整体照射均匀的明亮度的光的面照明装置起作用。来自全息图记录介质55上的各记录区域rf rn的扩散光由导光板30的对置的两个面全反射并到达光提取部31的第I端面31a。由此，来自各记录介质55的扩散光能够大致没有泄漏地入射至第I端面31a。在本说明书中，说明了以第3端面31c作为光提取面的例子。导光板30例如为用扩散片和反射片夹着丙烯酸板的构造，在反射片上，用白色墨印刷有反射点。与第3端面31c对应的扩散片是光提取面，与第4端面31d对应的反射片是反射面。通过调整反射片上的反射点的密度，能够从扩散片侧提取均匀的亮度的光。在图1中，示出了在导光板30密接配置光学元件50的全息图记录介质55的例子，但也可以将两者互相分离地配置。图2是图1的变形例，是示出将全息图记录介质55和导光板30离隔地配置的面照明装置的图，图2 (a)是平面图，图2 (b)是截面图。在图2的导光板30遍及大致整个区域设置有光提取部31。导光板30以除作为来自光学元件50的扩散光的入射面的第I端面31a、光提取面(第3端面31c)以及与其对置的第4端面31d以外的三个端面(第2、第5及第6端面31b、31e、31f)作为镜面。来自全息图记录介质55上的各记录区域rl"rn的扩散光不在任何地方反射,而直接从第I端面31a侧入射至导光 板30,向着第2端面31b侧由第3及第4端面31c、31d反射并传播。
在该传播途中，在一部分光到达第2、第5及第6端面31b、31e、31f的情况下，由于这些端面是镜面，所以是全反射，从而能够从光提取面(第3端面)效率良好地提取光。此夕卜，不一定需要第2、第5及第6端面31b、31e、31f的全部设为镜面,也可以仅一部分端面设为镜面。关于图2的面照明装置，由于全息图记录介质55和导光板30分离，所以为了使来自全息图记录介质55的扩散光容易入射至导光板30，优选在导光板30的入射面侧实施构造性的措施。例如，作为一个例子，考虑使导光板30的扩散光入射面侧的厚度加厚，使扩散光容易入射。与图1的面照明装置相同，在图2的面照明装置中，也在光提取部31的内部、沿着与光学元件50最近的第I端面31a或沿着距离光学元件50最远的第2端面31b设置被照明区域LZ。此外，与图2的面照明装置相同，在图1的面照明装置中，第2、第5及第6端面31b、31e、31f的至少一个也可以设为镜面。图3是说明照明装置40的动作原理的图。在图3中，为了说明的简化，仅图示照明装置40内的一部分结构要素。以下，使用图3来说明照明装置40的基本动作原理。构成光学元件50的全息图记录介质55接受从照射装置60放射的相干光作为再现照明光La，能够高效率地衍射该相干光。特别，全息图记录介质55通过对入射至其各位置、换言之也应称为其各点的各微小区域的相干光进行衍射，能够在被照明区域LZ再现散射板6的像5。另一方面，关于照射装置60,照射至全息图记录介质55的相干光利用扫描器件65在全息图记录介质55上进行扫描。因此，在某个瞬间，照射装置60将相干光照射至全息图记录介质55的表面上的微小区域。而且，从照射装置60放射并在全息图记录介质55上进行扫描的相干光，以满足该全息图记录介质55的衍射条件的入射角度入射至全息图记录介质55上的各位置(各微小区域，以下同样)。从照射装置60入射至全息图记录介质55的各位置的相干光分别由全息图记录介质55衍射而照明在至少一部分中互相重合的既定区域。在特别在此说明的方式中，从照射装置60入射至全息图记录介质55的各位置的相干光分别由全息图记录介质55衍射而照明同一被照明区域LZ。更详细而言，尤其如图3所示，从照射装置60入射至全息图记录介质55的各记录区域rIln内的任意位置的相干光分别在被照明区域LZ内的对应区域重叠再现散射板6的像5。即，从照射装置60入射至全息图记录介质55的各记录区域γΓγπ内的任意位置的相干光分别由光学元件50扩散(扩展)，入射至被照明区域LZ的对应区域而形成线像LZf LZn。作为能进行这样的相干光的衍射作用的全息图记录介质55，在图示的例子中，使用了使用光致聚合物的反射型体积型全息图。图4是说明在全息图记录介质55作为干涉条纹形成散射板的像的情况的图。在此，散射板6是指使光散射的参照部件，而不管参照部件的具体的方式。如图4所示，将来自实物的散射板6的散射光用作物体光Lo而制作全息图记录介质55。在图4中，示出了在成为全 息图记录介质55那样地具有感光性的全息图感光材料58曝光包含互相具有干涉性的相干光的参照光Lr和物体光Lo的状态。
作为参照光Lr，例如使用来自振荡特定波长域的激光的激光源61的激光。参照光Lr透射包含透镜的聚光元件7而入射至全息图感光材料58。在图4所示的例子中，作为与聚光元件7的光轴平行的平行光束，向聚光元件7入射用于形成参照光Lr的激光。参照光Lr通过透射聚光元件7，从至此的平行光束整形(转换)为收敛光束，并向全息图感光材料58入射。此时，收敛光束Lr的焦点位置FP在通过全息图感光材料58的位置。即，全息图感光材料58配置于聚光元件7和由聚光元件7聚光的收敛光束Lr的焦点位置FP之间。接着，物体光Lo，作为例如来自包含乳白玻璃的散射板6的散射光，入射至全息图感光材料58。在图4的例子中，应制作的全息图记录介质55是反射型，物体光Lo，从与参照光Lr相反侧的面向全息图感光材料58入射。物体光Lo以与参照光Lr具有干涉性为前提。因此，例如，使从同一激光源61振荡的激光分割，能够将分割的一者作为上述参照光Lr利用，另一者作为物体光Lo使用。在图4所示的例子中，与向散射板6的板面的法线方向平行的平行光束，向散射板6入射并散射，而且，透射散射板6的散射光作为物体光Lo向全息图感光材料58入射。依据该方法，在将能通常廉价地得到的各向同性散射板用作散射板6的情况下，来自散射板6的物体光Lo能以大概均匀的光量分布入射至全息图感光材料58。另外，依据该方法，不依赖于散射板6所引起的散射程度，但在全息图感光材料58的各位置，容易从散射板6的出射面6a的整个区域以大概均匀的光量入射物体光Lo。在这样的情况下，能实现入射至获得的全息图记录介质55的各位置的光，分别以同样的明亮度再现散射板6的像5，并且以大概均匀的明亮度观察再现的散射板6的像5。如以上那样，当在全息图记录材料58曝光参照光Lr及物体光Lo时，生成参照光Lr及物体光Lo干涉的干涉条纹，该光的干涉条纹作为一些图案(在体积型全息图中，作为一个例子是折射率调制图案)记录至全息图记录材料58。随后，实施与全息图记录材料58的种类对应的适当的后处理，获得全息图记录材料55。由于本实施方式的全息图记录介质55具有多个记录区域rl"rn,所以在每个各记录区域，利用图4所示的手法形成干涉条纹。图5是说明使用在经过图4的曝光工序获得的全息图记录介质55形成的干涉条纹而再现散射板的像的情况的图。如图5所示，在图4的全息图感光材料58中形成的全息图记录介质55，通过作为与在曝光工序中所使用的激光同一波长的光的，沿着在曝光工序中逆向参照光Lr的光路逆向前进的光，从而满足其布拉格条件。即，如图5所示，成为与曝光工序时的对于全息图感光材料58的焦点FP的相对位置(参照图4)同一位置关系而从对全息图记录介质55定位的基准点SP发散，具有与曝光工序时的参照光Lr同一波长的发散光束，作为再现照明光La，在全息图记录介质55中衍射，在成为与曝光工序时的对于全息图感光材料58的散射板6的相对位置(参照图4)同一的位置关系的对于全息图记录介质55的特定位置，生成散射板6的再现像5。此时，生成散射板6的再现像5的再现光(由全息图记录介质55衍射再现照明光La而成的光)Lb，作为沿着在曝光工序时从散射板6向全息图感光材料58前进的物体光Lo的光路逆向前进的光而再现散射板6的像5的各点。在此，如图4所示，在曝光工序时从散射板6的出射面6a的各位置出射的散射光Lo，分别以入射至全息图感光材料58的大概整个区域的方式扩散(扩展)。即，来自散射板6的出射面6a的整个区域的物体光Lo入射至全息图感光材料58上的各位置，作为结果，出射面6a整体的信息分别记录在全息图记录介质55的各位置。因此，图5所示的、作为再现照明光La起作用的成为来自基准点SP的发散光束的各光，分别单独地入射至全息图记录介质55的各位置而能够在互相相同的位置(被照明区域LZ)再现具有互相相同的轮廓的散射板6的像5。由于入射至全息图记录介质55的光在被照明区域LZ的方向上衍射，所以能够有效地抑制浪费的散射光。因此，能够将入射至全息图记录介质55的再现照明光La全部有效利用于形成散射板6的像。接着，针对向包含这样的全息图记录介质55的光学元件50照射相干光的照射装置60的结构进行说明。在图f图3所示的例子中，照射装置60具有分别生成相干光的激光源61，以及使来自该激光源61的相干光的前进方向变化的扫描器件65。激光源61例如是放射可见光的事物。或者，也可以使用分别放射不同波长带的激光的多个激光源61。在使用多个激光源61的情况下，来自各激光源61的激光照射扫描器件65上的同一点。由此，用混合各激光源61的照明色的再现照明光照明全息图记录介质55。与在被照明区域LZ内形成的η个线像LZfLZn的各个对应，在全息图记录介质55设置有η个记录区域rlln。在记录区域rf rn的各个，入射来自扫描器件65的对应的反射角度范围的相干光。为在全息图记录介质55设置η个记录区域rl"rn,按图4的原理，向各记录区域的每个照射参照光Lr和物体光Lo，在对应的记录区域形成干涉条纹即可。记录区域rlln不一定需要密合配置，也可以在之间留有间隙。在该情况下，入射至间隙的相干光不能用于生成线像LZf LZn，但实际使用上没有问题。或者，也可以形成邻接的记录区域彼此重合的干涉条纹。同样如此，线像LZfLZn不一定需要密合配置，也可以空出间隙。即使有一些间隙空出，只要能利用导光板30的特性获得均匀的面照明，在实际使用上就也没有问题。按同样的理由，只要能获得均匀的面照明，就也可以邻接的线像彼此重合地形成。激光源可以是单色激光源，也可以使用发光色不同(例如，红、绿、蓝)的多个激光源构成。在使用多个激光源的情况下，如果以来自各激光源的相干光照射至扫描器件65上的一点的方式配置各激光源，则以与来自各激光源的相干光的入射角度对应的反射角度进行反射，并入射至全息图记录介质55上，从全息图记录介质55个别地衍射，成为在被照明区域LZ上重合的合成色(例如白色)。或者，也可以在各激光源的每个，设置个别的扫描器件65。此外，在用例如白色照明的情况下，也存在着个别地设置用红绿蓝以外的颜色发光的激光源(例如，用黄色发光的激光源)能够再现与白色更近的颜色的情况。因此，设置于照射装置60内的激光源的种类没有特别限定。扫描器件65使相干光的前进方向随时间变化，向着各种方向以便相干光的前进方向不固定。其结果是，由扫描器件65使其前进方向变化的相干光，在光学元件50的全息图记录介质55的入射面上进行扫描。如上所述，由于在全息图记录介质55的入射面,形成η个记录区域rl"rn,所以与来自扫描器件65的相干光的入射 方向对应，相干光入射至任一个记录区域。
在图3所不的例子中，扫描器件65包含反射器件66,该反射器件66具有能以一个轴线RAl为中心转动的反射面66a。图6是说明扫描器件65的扫描路径的图。如从图6明白的，反射器件66具有镜器件，该镜器件具有作为能以一个轴线RAl为中心转动的反射面66a的镜。该镜器件66通过使镜66a的定向变化,从而使来自激光源61的相干光的前进方向变化。此时，如图3所不,镜器件66大概在基准点SP从激光源61接受相干光。用镜器件66最终调整前进方向的相干光作为能成为来自基准点SP的发散光束的一个光线的再现照明光La (参照图5)，能向光学元件50的全息图记录介质55入射。作为结果，来自照射装置60的相干光在全息图记录介质55上进行扫描，并且入射至全息图记录介质55上的各位置的相干光在同一位置(被照明区域LZ)再现具有同一轮廓的散射板6的像5。如图6所不,反射器件66构成为使镜66a沿着一个轴线RAl转动。在图6所不的例子中，镜66a的转动轴线RAl与在全息图记录介质55的板面上定义的XY坐标系(即，XY平面与全息图记录介质55的板面平行的XY坐标系)的Y轴平行地延伸。而且，由于镜66a以在全息图记录介质55的板面上定义的XY坐标系的Y轴平行的轴线RAl为中心转动，来自照射装置60的相干光向光学兀件50的入射点IP，在与在全息图记录介质55的板面上定义的XY坐标系的X轴平行的方向上往复移动。即，在图6所示的例子中，照射装置60以相干光在全息图记录介质55上沿着直线路径扫描的方式，向光学兀件50照射相干光。如上所述，由镜器件66等构成的扫描器件65是能至少绕轴线Al转动的部件，例如，使用MEMS等构成。扫描器件65周期性地进行转动运动，但只要在人直接观察的背光装置等的用途中以I周期1/30秒左右，与要显示的画面的种类对应地以此以上的高速扫描相干光，对其转动频率就没有特别限制。此外，作为实际上的问题，在制作全息图记录介质55时，存在着全息图记录材料58收缩的情况。在这样的情况下，优选考虑全息图记录材料58的收缩，调整从照射装置60对光学元件50照射的相干光的波长。因此，用相干光源61生成的相干光的波长，不需要与在图4的记录工序所使用的光的波长严格一致，也可以大致相同。另外，由于同样的理由，向光学兀件50的全息图记录介质55入射的光的前进方向，也是即使不取与来自基准点SP的发散光束所包含的一个光线严格相同的路径，也能够在被照明区域LZ再现像5。实际上，在图3及图6所示的例子中，成为扫描器件65的镜器件66的镜(反射面)66a必然从其转动轴线RAl偏离。因此，在以不通过基准点SP的转动轴线RAl为中心使镜66a转动的情况下,存在着向全息图记录介质55入射的光不是成为来自基准点SP的发散光束的一个光线的情况。然而，在实际上，通过来自所图示的结构的照射装置60的相干光，能够在实质上在被照明区域LZ重叠再现像5。此外，扫描器件65不一定需要是使相干光反射的部件，也可以不是反射，而是对相干光进行折射、衍射等，使相干光在光学元件50上进行扫描。(本实施方式的作用效果)
接着，对包含以上的结构的面照明装置的作用进行说明。首先，照射装置60以相干光在光学元件50的全息图记录介质55内的η个记录区域rfrn上依次扫描的方式，向光学元件50照射相干光。具体而言，用激光源61生成沿着一定方向前进的特定波长的相干光，向扫描器件65照射该相干光,其 前进方向可变。更具体而言,用与来自激光源61的入射角度对应的反射角度，各相干光向着全息图记录介质55前进。扫描器件65在全息图记录介质55上的各位置，以满足该位置的布拉格条件的入射角度使对应的特定波长的相干光入射。其结果是，入射至各位置的相干光，分别利用在全息图记录介质55记录的干涉条纹所引起的衍射，在被照明区域LZ的对应区域内的整个区域重叠再现散射板6的像5。即，从照射装置60入射至全息图记录介质55的各位置的相干光，分别在光学元件50扩散(扩展)，入射至被照明区域LZ的对应区域内的整个区域。例如，入射至记录区域rl内的任意位置的相干光，在被照明区域LZ内的对应区域内的整个区域重叠再现线像LZI。这样地，照射装置60用相干光照明被照明区域LZ。例如，在激光源61具有用分别不同颜色发光的多个激光源61的情况下，被照明区域LZ用各颜色再现散射板6的像5。因此，在这些激光源61同时发光的情况下，用3色混合的白色来照明被照明区域LZ。关于来自扫描器件65的相干光在全息图记录介质55上的入射位置,利用扫描器件65的驱动，在各位置内随时间移动。被照明区域LZ例如设置于光提取部31的第I端面31a附近。由于第I端面31a设置于与光提取部31内的光学元件50最近的位置，所以被照明区域LZ的照明光由光提取部31的第3及第4端面31c、31d反射，并在第2端面31b的方向上传播。第3及第4端面31c、31d的一者(例如，设为第3端面31c)是反射被照明区域LZ的照明光，并将照明光的一部分提取至外部的光提取面。由此，能够从第3端面31c的整体将均匀的照明光提取至外部。此外，被照明区域LZ不一定需要设置于与光学元件50最接近的第I端面31a的附近，也可以设置于光提取部31的内部，也可以设置于距离光学元件50最远的第2端面31b的附近。例如，在被照明区域LZ设置于第2端面31b的附近的情况下，入射至全息图记录介质55的各记录区域rlln内的任意位置的相干光成为扩散光，从第I端面31a向光提取部31的内部前进，由第3及第4端面31c、31d、或者不反射而直接传播，并在被照明区域LZ的对应区域内的整个区域再现重叠的散射板的像。如上所述，在本实施方式中，在全息图记录介质55设置多个记录区域rfrn，分别形成干涉条纹，从而在被照明区域LZ形成多个线像LZf LZn。这样的理由是由于假设光提取部31的第I及第2端面31a、31b的宽度较大(例如数十cm以上)。如果第I及第2端面31a、31b的宽度较大，则被照明区域LZ的宽度也大，但由于由全息图记录介质55获得的扩散角没有那么大，所以仅在一个记录区域中，存在着不能够照明被照明区域LZ的整个区域的担忧。因此，在本实施方式中，在全息图记录介质55设置多个记录区域rlln。但是，光提取部31的第I及第2端面31a、31b的宽度充分短，在获得用一个记录区域能够覆盖被照明区域LZ的整个区域的扩散角的情况下，也可以不在全息图记录介质55设置多个记录区域rl"rn。在该情况下,照射在全息图记录介质55上的任意点的相干光,在被照明区域LZ的整个区域重叠再现线像。在本实施方式中，如以下说明的那样，能够使斑点不显眼地在被照明区域LZ上形成光像。依据前述的SpecklePhenomena in Optics, Joseph ff.Goodman,Roberts & C0.,2006，为了使斑点不显眼，多重化偏振/相位/角度/时间这些参数，有效地增加模式。在此所说的模式，是指互相没有相关的斑点图案。例如，在从多个激光源61从不同方向向同一屏幕投射相干光的情况下，存在激光源61的数量的模式。另外，来自同一激光源61的相干光在每单位时间从不同方向向屏幕投射的情况下，存在着相干光的入射方向在人眼不能分辨的时间之间变化的次数的模式。而且，在该模式存在多个的情况下，光的干涉图案不相关地重叠而平均化，作为结果，认为由观察者的眼观察到的斑点不显眼。上述的照射装置60以相干光在全息图记录介质55上进行扫描的方式,对光学兀件50照射相干光。另外，从照射装置60入射至全息图记录介质55内的各记录区域rl"rn的任意位置的相干光，分别照明同一被照明区域LZ的对应区域内的整个区域，但照明该被照明区域LZ的相干光的照明方向互相不同。而且，由于相干光在入射的全息图记录介质55上的位置随时间变化，所以向被照明区域LZ的相干光的入射方向也随时间变化。如上所述，在本实施方式中，相干光在全息图记录介质55上连续扫描。与此伴随的是，从照射装置60经由光学元件50入射至被照明区域LZ的相干光的入射方向也连续变化。在此，如果从光学元件50向被照明区域LZ的相干光的入射方向也仅变化很小(例如零点几度)，则在被照明区域LZ上产生的斑点图案也较大变化，没有相关的斑点图案重叠。并且，实际上出售的MEMS镜、多面反射镜等扫描器件65的频率通常在数百Hz以上，高达数万Hz的扫描器件65也很常见。从以上情况，依据本实施方式，在被照明区域LZ的各位置处相干光的入射方向随时间变化，并且该变化是人眼不能分辨的速度。因此，假设在被照明区域LZ配置屏幕，则由于与各散射图案对应而生成的斑点重叠平均化而被观察者观察，所以对于观察在屏幕显示的影像的观察者，能够极有效地使斑点不显眼。通过如上所述的理由，在本实施方式中，将被照明区域LZ配置于光提取部31的附近。由此，从光提取部31取出的照明光中斑点也不显眼。此外，通过人能观察到的现有的斑点中，不仅有以在光提取部31的相干光的散射为原因的光提取部31侧的斑点，而且也能发生以入射至光提取部31之前的相干光的散射为原因的光学元件50侧的斑点。在该光学元件50侧发生的斑点图案，也能被从光提取部31提取至外部而被观察者识别。然而，依据上述实施方式，相干光在全息图记录介质55上连续扫描，而且入射至全息图记录介质55内的各记录区域rlln的任意位置的相干光，分别照明被照明区域LZ的对应区域内的整个区域。即，全息图记录介质55形成与形成斑点图案至此的波面不同的新的波面，能经由被照明区域LZ和光提取部31复杂且均匀地提取至外部。通过在这样的全息图记录介质55形成新的波面，能使在光学元件50侧发生的斑点图案非可视化。如上所述，在本发明的实施方式中，通过这样的极其简单的结构，能够使斑点不显眼地从光提取部31的第3端面31c或第4端面31d的整体提取均匀的照明光，该结构是使用扫描器件65,使相干光在全息图记录介质55上进行扫描,使从全息图记录介质55内的各记录区域rlln照射的相干光入射至被照明区域LZ的对应区域内的整个区域。(本实施方式的其他的特征)
在前述的 Speckle Phenomena in Optics, Joseph ff.Goodman, Roberts & C0., 2006中，作为示出在屏幕上产生的斑点的程度的参数，提出了使用斑点对比度(单位％)这一数值的方法。该斑点对比度是在显 示本来应该是均匀的亮度分布的测试图案影像时，定义为将屏幕上实际产生的亮度偏差的标准差除以亮度的平均值的值的量。该斑点对比度的值越大，意味着屏幕上的斑点发生程度越大，对于观察者而言，表示斑点状的亮度斑花纹越显著地被出示。图7是示出使用上述全息图记录介质55的情况下和不使用上述全息图记录介质55的情况下测定斑点对比度的结果的图。图7 (a)示出不使用扫描器件65和光学元件50而激光直接照射被照明区域LZ的情况，图7 (b)示出使用扩散角为20°地制作的体积型全息图作为光学元件50的情况，图7 (c)示出使用浮雕扩散板作为光学元件50的情况。另夕卜，图7 Cd)示出使用单色LED代替激光源61作为照射装置60，单色LED的发光光直接照射至被照明区域LZ的情况。在显示装置等中，如果考虑斑点对比度为5以下的情况示出斑点干扰的基准指标良好，则在图7 (b)所示的本实施方式的结构中，斑点对比度不到4，能够获得极良好的结
果O关于斑点的发生这一问题，实际使用上，是在使用激光等相干光源的情况下产生的固有问题，在使用LED等非相干光源的装置中，是不需要考虑的问题。但是，依据图7，本实施方式比使用单色LED的情况下斑点对比度更优异，但认为这是由于单色LED的照明中没有使用光扩散元件21。从以上情况，在本实施方式所涉及的面照明装置中，可以说能够充分地对付斑点不良。而且，依据上述本实施方式，也能够享受以下优点。依据上述本实施方式，用于使斑点不显眼的光学元件50也能作为用于整形及调整从照射装置60照射的相干光的波束方式的光学部件起作用。因此，能够使光学系统小型化且简易化。另外，依据上述本实施方式,入射至全息图记录介质55的各记录区域rl"rn内的特定位置的相干光，在被照明区域LZ内的对应区域的整个区域用各色生成散射板6的像5。因此，能将由全息图记录介质55衍射的光全部利用于照明用，从来自激光源61的光的利用效率方面也优异。(O次光的避免)
来自照射装置60的相干光的一部分，不被全息图记录介质55衍射而透射该全息图记录介质55。这样的光被称为O次光。如果O次光入射至被照明区域LZ，则在被照明区域LZ内会发生与周围相比较明亮度(亮度)急剧上升的异常区域(点状区域、线状区域、面状区域)。在使用反射型全息图记录介质55 (以下，反射型全息图)的情况下，由于在O次光前进的方向上没有配置被照明区域LZ和光提取部31，所以能够比较容易地避免O次光，但在使用透射型全息图记录介质55 (以下,透射型全息图)的情况下，在本实施方式中，从透射型全息图至第I端面的距离较短，且透射型全息图的各记录区域rlln在一个轴向并列，所以是难以避免O次光的结构。因此，在透射型全息图的情况下，期望极力提高衍射效率，尽可能地抑制O次光的影响。(反射型和透射型全息图记录介质55)
与透射型全息图相比，反射型全息图的波长选择性高。即，反射型全息图即使使与不同波长对应的干涉条纹层叠，也仅在期望的层能够使期望的波长的相干光衍射。另外，在容易除去O次光的影响这方面，反射型全息图也是优异的。另一方面，透射型全息图的能衍射的光谱广阔，激光源61的容许度大，使与不同波长对应的干涉条纹层叠时，在期望的层以外的层期望的波长的相干光也会衍射。由此，一般而言，透射型全息图难以实现层叠构造。在图1及图2的面照明装置中，对于光提取部31的第I端面31a倾斜地配置反射型全息图记录介质55。在使用透射型全息图记录介质55的情况下,与第I端面31a大致平行地配置该全息图记录介质55，并且使由扫描器件65反射的相干光再次反射，在全息图记录介质55新设置导光的反射部件(未图示)即可。(照射装置60)
在上述方式中，以具有激光源61和扫描器件65的例子说明了照射装置60。关于扫描器件65，示出了包含通过反射使相干光的前进方向变化的一轴转动型镜器件66的例子，但并不仅限于此。如图8所示，关于扫描器件65，镜器件66的镜(反射面66a)不仅能以第I转动轴线RAl为中心转动，而且也可以能以与第I转动轴线RAl相交的第2转动轴线RA2为中心转动。在图8所示的例子中，镜66a的第2转动轴线RA2与第I转动轴线RAl正交，该第I转动轴线RAl与在全息图记录介质55的板面上定义的XY坐标系的Y轴平行地延伸。而且，镜66a能以第I轴线RAl及第2轴线RA2两者为中心转动，所以来自照射装置60的相干光向光学兀件50的入射点IP，能在全息图记录介质55的板面上在二维方向上移动。因此，作为一个例子，如图8所示那样，向相干光的光学元件50的入射点IP也能够在圆周上移动。另外，扫描器件65也可以包含两个以上的镜器件66。在该情况下，即使镜器件66的镜66a，能仅以单一的轴线为中心转动，也能够使来自照射装置60的相干光向光学元件50的入射点IP，在全息图记录介质55的板面上在二维方向上移动。此外，作为扫描器件65所包含的镜器件66a的具体例子，能够举出MEMS镜、多面反射镜等。另外，扫描器件65也可以是包含通过反射使相干光的前进方向变化的反射器件(作为一个例子，上述的镜器件66)以外的器件的结构。例如，扫描器件65也可以包含折射
棱镜、透镜等。本来扫描器件65就不是必需的，也可以是照射装置60的光源61构成为相对光学兀件50可位移(移动、摇动、旋转),通过光源61相对于光学兀件50的位移,从光源61照射的相干光在全息图记录介质55上进行扫描。而且，以振荡整形为线状光线的激光为前提说明了照射装置60的光源61，但并不仅限于此。特别，在上述方式中，照射至光学元件50的各位置的相干光，通过光学元件50，整形为入射至被照明区域LZ的整个区域的光束。因此，即使从照射装置60的光源61照射至光学元件50的相干光不精确地整形也不产生不合适。因此，从光源61发生的相干光也可以是发散光。另外，从光源61发生的相干光的截面形状也可以不是圆，而是椭圆等。而且，从光源61发生的相干光的横模也可以是多模。此外,在使光源61发生发散光束的情况下,在相干光入射至光学兀件50的全息图记录介质55时，不是入射至点而是入射至具有某种程度的面积的区域。在该情况下，由全息图记录介质55衍射而入射至被照明区域LZ的各位置的光的角度多重化。换言之，在各瞬间中，相干光从某种程度的角度范围的方向入射至被照明区域LZ的各位置。通过这样的角度多重化，能够进一步有效地使斑点不显眼。而且，在上述方式中，示出了照射装置60设为追溯发散光束所包含的一个光线的光路，使相干光向光学元件50入射的例子，但并不仅限于此。例如，如图9所示，在上述方式中，扫描器件65也可以进一步包含沿着相干光的光路配置于镜器件66的下游侧的聚光透镜67。在该情况下,来自使构成发散光束的光线的光路前进的镜器件66的光,通过聚光透镜67，成为在固定方向上前进的光。S卩，照射装置60以追溯构成平行光束的光线的光路的方式，使相干光向光学兀件50入射。在这样的例子中，在制作全息图记录介质55时的记录工序中，代替上述的收敛光束，使用平行光束作为参照光Lr。这样的全息图记录介质55能够更简单地制作及复制。(光学元件50)
在上述方式中，示出了光学元件50包含使用光致聚合物的反射型体积型全息图55的例子，但并不仅限于此。另外，光学元件50也可以包含利用含有银盐材料的感光介质来进行记录的类型的体积型全息图。而且，光学元件50可以包含透射型体积型全息图记录介质55，也可以包含浮雕型(压花型)全息图记录介质55。但是，浮雕(压花)型全息图通过表面的凹凸构造而进行全息图干涉条纹的记录。然而，在该浮雕型全息图的情况下，表面的凹凸构造所引起的散射有可能成为新的斑点生成因素，在该方面优选体积型全息图。在体积型全息图中，由于作为介质内部的折射率调制图案(折射率分布)进行全息图干涉条纹的记录，所以不受表面的凹凸构造所引起的散射所引起的影响。话虽如此，即使在体积型全息图中，利用包含银盐材料的感光介质进行记录的类型，银盐粒子所引起的散射也可能成为新的斑点生成因素。在该方面，作为全息图记录介质55,优选使用光致聚合物的体积型全息图。另外，在图4所示的记录工序中，制作所谓的菲涅尔型全息图记录介质55，但制作通过进行使用透镜的记录而获得的傅里叶变换型全息图记录介质55也无妨。只是在使用傅里叶变换型全息图记录介质55的情况下，在像再现时也可以使用透镜。另外，在全息图记录介质55应形成的条纹状图案(折射率调制图案、凹凸图案)，也可以不使用现实的物体光Lo及参照光Lr，而是基于预定的再现照明光La的波长、入射方向、以及应再现的像的形状、位置等使用计算机进行设计。这样地获得的全息图记录介质55也被称为计算机合成全息图。另外，在上述的变形例那样从照射装置60照射波长域的互相不同的多个相干光的情况下，作为计算机合成全息图的全息图记录介质55，也可以在分别对应地设置的多个区域平面地区分各波长域的相干光，各波长域的相干光由对应的区域衍射而再现像。而且，在上述方式中，示出了光学元件50具有扩展照射至各位置的相干光，使用该扩展相干光照明被照明区域LZ的整个区域的全息图记录介质55的例子，但并不仅限于此。代替全息图记录介质55，或者除全息图记录介质55以外，光学元件50也可以具有作为使照射至各位置照射的相干光的前进方向变化并扩散，用相干光照明被照明区域LZ的整个区域的光学要素的透镜阵列。 作为这样的具体例，能够举出赋予扩散功能的全反射型或折射型菲涅尔透镜、蝇眼透镜等。在这样的照明装置40中，照射装置60预先构成照射装置60及光学兀件50以便相干光在透镜阵列上进行扫描、相干光照射至光学兀件50、并且通过透镜阵列使从照射装置60入射至光学元件50的各位置的相干光的前进方向变化而照明被照明区域LZ，由此，能够有效地使斑点不显眼。(照明方法)
在上述方式中，不出了照射装置60构成为在光学兀件50上能在一维方向上扫描相干光，并且光学元件50的全息图记录介质55 (或透镜阵列)构成为使照射至各位置的相干光在二维方向上扩散(扩展、发散)，由此，照明装置40照明二维被照明区域LZ的例子。但是，如已经说明那样，并不限于这样的例子，例如，也可以是照射装置60构成为在光学元件50上能在二维方向上扫描相干光，并且光学元件50的全息图记录介质55 (或透镜阵列)构成为使照射至各位置的相干光在二维方向上扩散(扩展、发散)，由此，如图8所示，照明装置40照明二维被照明区域LZ。另外，如已经提及的那样，也可以是照射装置60构成为在光学元件50上能在一维方向上扫描相干光，并且光学元件50的全息图记录介质55 (或透镜阵列)构成为使照射至各位置的相干光在一维方向上扩散(扩展、发散)，由此，照明装置40照明一维被照明区域LZ0在该方式中，也可以使照射装置60所引起的相干光的扫描方向，以及光学兀件50的全息图记录介质55 (或透镜阵列)的扩散方向(扩展方向)平行。而且，也可以使照射装置60构成为在光学元件50上能在一维方向或二维方向上扫描相干光，并且光学元件50的全息图记录介质55 (或透镜阵列)构成为照射至各位置的相干光在一维方向上扩散(扩展、发散)。在该方式中，如已经说明那样，也可以是光学兀件50具有多个全息图记录介质55 (或透镜阵列),依次照明与各全息图记录介质55 (或透镜阵列)对应的被照明区域LZ，由此，照明装置40照明二维区域。此时，各被照明区域LZ可以以人眼看来同时照明那样的速度，依次照明，或者也可以是以人眼看来也能够识别为依次照明那样的慢的速度，依次照明。即，上述的多个记录区域rlln，可以使用一个全息图记录介质55形成，或者也可以使用分别不同的全息图记录介质55形成多个记录介质。本发明的方式并不限于上述的各个实施方式，也包含本领域技术人员能想到的各种变形，本发明的效果也不限于上述内容。即，能够在不脱离从权利要求书所规定的内容及其等价物导出的本发明的概念性思想和宗旨的范围内的各种追加、变更及部分删除。
权利要求
1.一种面照明装置，其特征在于，具备: 光学元件，能将来自各点的相干光对于既定区域内的对应区域的整个区域进行扩散；照射装置，以相干光扫描所述光学元件的表面的方式，向所述光学元件照射所述相干光；以及 导光板，使在所述光学元件的表面反射的、或透射所述光学元件的相干光传播，并将该相干光提取至外部， 所述照射装置使相干光的前进方向变化，并使该相干光在所述光学元件的表面上进行扫描， 所述导光板具有光提取部，所述光提取部在入射来自所述光学元件的相干光的第I端面和与所述第I端面对置配置的第2端面之间传播相干光，并且将相干光提取至外部，在所述光提取部的内部、或沿着所述第I端面、或沿着所述第2端面设置所述既定区域。
2.如权利要求1所述的面照明装置，其特征在于， 所述光学元件配置为与所 述导光板的一个端面相接， 在所述光学元件扩散的相干光从所述导光板的一个端面入射，且通过由所述导光板的对置的两个面全反射、或者直接而入射至所述光提取部的所述第I端面。
3.如权利要求1所述的面照明装置，其特征在于， 所述光学元件配置为与所述导光板分离， 由所述光学元件扩散的相干光的至少一部分入射至所述光提取部的所述第I端面。
4.如权利要求1所述的面照明装置，其特征在于， 所述光学元件具有扫描在所述照射装置中分别以不同角度范围变更前进方向的相干光的多个记录区域， 所述既定区域具有在所述多个记录区域的各个记录区域对应设置的多个像再现区域， 所述多个记录区域的各个记录区域与所述多个像再现区域之一对应， 在所述多个记录区域，分别记录有用于在对应的所述像再现区域内的整个区域再现参照部件的像的干涉条纹。
5.如权利要求4所述的面照明装置，其特征在于， 所述导光板具有与所述第I及第2端面相连的对置配置的第3及第4端面， 以从所述第3或第4端面照射均匀亮度的光的方式，使所述多个像再现区域以邻接或一部分重合的方式配置。
6.如权利要求4所述的面照明装置，其特征在于， 使用一个全息图记录介质来形成所述多个记录区域。
7.如权利要求4所述的面照明装置，其特征在于， 使用分别不同的全息图记录介质来形成所述多个记录区域。
8.如权利要求1所述的面照明装置，其特征在于， 所述导光板具有: 与所述第I及第2端面相连、照射来自所述光提取部的均匀亮度的光的第3端面； 与所述第3端面对置配置的第4端面；以及 与所述第广第4端面相连的第5及第6端面，所述第2、第5及第6端面中的至少一个是使从所述第I端面入射并传播的相干光反射的镜面。
9.如权利要求1所述的面照明装置，其特征在于， 所述光学元件是配置于所述第I端面的反射型全息图记录介质。
10.如权利要求1所述的面照明装置，其特征在于， 所述光学元件是透射型全息图记录介质， 所述照射装置具有: 光源，放射相干光； 扫描器件，使从所述光源放射的所述相干光的前进方向变化，并使该相干光在所述光学元件的表面上进行扫描；以及 前进方向变更部件，使在所述扫描器件上变更前进方向的相干光的前进方向再次变更，并导光至所述全息图记录介质。
11.一种具备面照明装置的背光装置，其特征在于， 所述面照明装置具备: 光学元件，能将来自各点的相干光对于既定区域内的对应区域的整个区域进行扩散；照射装置，以相干光扫描所述光学元件的表面的方式，向所述光学元件照射所述相干光；以及 导光板，使在所述光学元件的表面反射的、或透射所述光学元件的相干光传播，并将该相干光提取至外部， 所述照射装置使相干光的前进方向变化，并使该相干光在所述光学元件的表面上进行扫描， 所述导光板具有光提取部，所述光提取部在入射来自所述光学元件的相干光的第I端面和与所述第I端面对置配置的第2端面之间传播相干光，并且将相干光提取至外部，在所述光提取部的内部、或沿着所述第I端面、或沿着所述第2端面设置所述既定区域。
全文摘要
提供能够使斑点不显眼，且能够有效地抑制既定区域内的明亮度的斑的发生的面照明装置及背光装置。面照明装置具备光学元件(50)、照射装置(60)以及导光板(30)，在导光板(30)的内部设置有光提取部(31)。通过这样的极其简单的结构，能够使斑点不显眼地从光提取部(31)的第3端面(31c)或第4端面(31d)的整体提取均匀的照明光，该结构为在全息图记录介质(55)设置有多个记录区域(r1~rn)，分别形成干涉条纹，在既定区域(LZ)形成多个线像(LZ1~LZn)。使用扫描器件(65)，使相干光在全息图记录介质(55)上扫描，使从全息图记录介质(55)内的各记录区域(r1~rn)照射的相干光入射至既定区域(LZ)的对应区域内的整个区域。
文档编号G02F1/13357GK103221738SQ20118005673
公开日2013年7月24日 申请日期2011年11月25日 优先权日2010年11月26日
发明者仓重牧夫, 大八木康之 申请人:大日本印刷株式会社