特開 2022-152809 照明装置及び像再生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022152809

(43)【公開日】2022-10-12

(54)【発明の名称】照明装置及び像再生装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/30 20060101AFI20221004BHJP

   G03H 1/22 20060101ALI20221004BHJP

   F21V 9/14 20060101ALI20221004BHJP

   F21V 9/00 20180101ALI20221004BHJP

   F21V 9/08 20180101ALI20221004BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20221004BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20221004BHJP

【ＦＩ】

G02B5/30

G03H1/22

F21V9/14

F21V9/00 200

F21V9/08 400

F21Y115:10

F21Y115:30

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021055732

(22)【出願日】2021-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(72)【発明者】

【氏名】長濱 昌俊

(72)【発明者】

【氏名】久保田 敏弘

【テーマコード（参考）】

2H149

2K008

【Ｆターム（参考）】

2H149AA20

2H149AA21

2H149BA02

2H149BA04

2H149BA05

2H149BA22

2H149DA04

2H149DA12

2H149EA03

2H149EA10

2K008CC03

2K008EE04

2K008FF03

2K008FF24

2K008HH12

2K008HH13

2K008HH14

(57)【要約】

【課題】平行光の方向を変えて斜め方向に照射することが可能な省スペースな照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、照射される光の第１軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させ、第１軸方向と直交する第２軸方向に直線偏光した偏光成分を反射する第１の光束分割素子と、第１の光束分割素子を透過して垂直に照射される平行光を、所定の反射角で第１の光束分割素子に向けて再生するとともに、第１の光束分割素子により反射角で反射された光を再生照明光として透過させる第２の光束分割素子と、第１の光束分割素子と第２の光束分割素子の間に配置された１／４波長板を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

照射される光の第１軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させ、前記第１軸方向と直交する第２軸方向に直線偏光した偏光成分を反射する第１の光束分割素子と、
前記第１の光束分割素子を透過して垂直に照射される平行光を、所定の反射角で前記第１の光束分割素子に向けて再生するとともに、前記第１の光束分割素子により前記反射角で反射された光を再生照明光として透過させる第２の光束分割素子と、
前記第１の光束分割素子と前記第２の光束分割素子の間に配置された１／４波長板と、
を備える照明装置。

【請求項2】

前記１／４波長板は、前記第１の光束分割素子を透過した前記平行光を、前記第１軸方向に直線偏光した偏光状態から第１回転方向に円偏光した偏光状態に変化させ、前記第２の光束分割素子により再生された光を、前記第１回転方向に円偏光した偏光状態から前記第２軸方向に直線偏光した偏光状態に変化させ、前記第１の光束分割素子より反射された光を、前記第２軸方向に直線偏光した偏光状態から前記第１回転方向と逆の第２回転方向に円偏光した偏光状態に変化させる、請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

前記第１の光束分割素子、前記１／４波長板、及び前記第２の光束分割素子は、互いに重ね合わせて配置される、請求項１又は２に記載の照明装置。

【請求項4】

前記第２の光束分割素子の前記第１の光束分割素子と反対の側に配置され、前記第１の光束分割素子により前記反射角で反射された光を透過させ、前記第２の光束分割素子を垂直に透過した光を透過させないルーバーを更に備える、
請求項１から３のいずれか一項に記載の照明装置。

【請求項5】

照射される光の第１軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させ、前記第１軸方向と直交する第２軸方向に直線偏光した偏光成分を反射する第１の光束分割素子と、
前記第１の光束分割素子を透過して垂直に照射される平行光を、所定の反射角で前記第１の光束分割素子に向けて再生するとともに、前記第１の光束分割素子により前記反射角で反射された光を再生照明光として透過させる第２の光束分割素子と、
前記第１の光束分割素子と前記第２の光束分割素子の間に配置された１／４波長板と、
を備える照明装置と、
円偏光した偏光状態を有する前記再生照明光により照射されて再生像を再生する像再生部と、
を備える、像再生装置。

【請求項6】

前記像再生部は、
背面側から照射される円偏光した偏光状態を有する前記再生照明光を透過させ、正面側から照射される光を反射して前記正面側に再生像を再生する反射型ホログラムと、
前記反射型ホログラムの前記正面側に配置され、前記反射型ホログラムを透過した前記再生照明光を入射角と同じ反射角で前記反射型ホログラムに向けて反射して前記反射型ホログラムを前記正面側から照射するとともに、前記反射型ホログラムによって再生された再生像の光を透過させる第３の光束分割素子と、
前記第３の光束分割素子の前記反射型ホログラムと反対の側に配置され、照射される光の第３軸方向に直線偏光した偏光成分を吸収し、前記第３軸方向と直交する第４軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させる偏光板と、
前記反射型ホログラムと前記第３の光束分割素子の間に配置された第２の１／４波長板と、
を備える、請求項５に記載の像再生装置。

【請求項7】

前記像再生部は、
背面側から照射される円偏光した偏光状態を有する前記再生照明光を透過させ、正面側から照射される光を反射して前記正面側に再生像を再生する反射型ホログラムと、
前記反射型ホログラムの前記正面側に配置され、前記反射型ホログラムを透過した前記再生照明光の第３軸方向に直線偏光した偏光成分を入射角と同じ反射角で前記反射型ホログラムに向けて反射するとともに、前記反射型ホログラムによって再生された再生像の光の前記第３軸方向と直交する第４軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させる第４の光束分割素子と、
前記反射型ホログラムと前記第４の光束分割素子の間に配置された第２の１／４波長板と、
を備える、請求項５に記載の像再生装置。

【請求項8】

前記像再生部は、
前記第４の光束分割素子の前記反射型ホログラムと反対の側に配置され、照射される光の前記第３軸方向に直線偏光した偏光成分を吸収し、前記第４軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させる偏光板を更に備える、
請求項７に記載の像再生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、照明装置、及びその照明装置を用いた像再生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ホログラムは、物体像を記録したときに参照光が照射された方向と同じ方向から再生照明光が照射されることで物体像を再生する。参照光は斜め方向からホログラムに照射されることが通常であるため、再生照明光も斜め方向からホログラムに照射されることになる。例えば特許文献１には、斜め方向からホログラムを照射する照明装置が記載されている。

【0003】

特許文献１に記載の照明装置は、一面に開口部を有する概略直方体形状のケーシングと、前記開口部に設けられ、矩形形状をなす導光レンズと、前記ケーシング内に設けられ、前記導光レンズに向かって光を射出する光源と、前記ケーシングの外部に把持部が設けられ、前記把持部が操作されることにより前記光源の位置を調節する位置調節機構を具備する。これにより、特許文献１に記載の照明装置は、複数の照明装置を組み合わせて照明する際に、その組み立ての容易性及び安定性を向上し、更に照射面における照射ムラを低減することを可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－２４５８０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１において図９に図示された照明装置は、複数の照明ユニットがホログラムに対して斜め上方向に奥行方向に並べて配置されて、斜め方向からホログラムを照射する。しかし、複数の照明ユニットをこのように配置するためには、広いスペースが必要となる。

【0006】

本発明は、平行光の方向を変えて斜め方向に照射することが可能な省スペースな照明装置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】

【0007】

本発明の照明装置は、照射される光の第１軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させ、第１軸方向と直交する第２軸方向に直線偏光した偏光成分を反射する第１の光束分割素子と、第１の光束分割素子を透過して垂直に照射される平行光を、所定の反射角で第１の光束分割素子に向けて再生するとともに、第１の光束分割素子により反射角で反射された光を再生照明光として透過させる第２の光束分割素子と、第１の光束分割素子と第２の光束分割素子の間に配置された１／４波長板を備える。

【0008】

上記の照明装置において、１／４波長板は、第１の光束分割素子を透過した平行光を、第１軸方向に直線偏光した偏光状態から第１回転方向に円偏光した偏光状態に変化させ、第２の光束分割素子により再生された光を、第１回転方向に円偏光した偏光状態から第２軸方向に直線偏光した偏光状態に変化させ、第１の光束分割素子より反射された光を、第２軸方向に直線偏光した偏光状態から第１回転方向と逆の第２回転方向に円偏光した偏光状態に変化させることが好ましい。

【0009】

上記の照明装置において、第１の光束分割素子、１／４波長板、及び第２の光束分割素子は、互いに重ね合わせて配置されることが好ましい。

【0010】

上記の照明装置は、第２の光束分割素子の第１の光束分割素子と反対の側に配置され、第１の光束分割素子により反射角で反射された光を透過させ、第２の光束分割素子を垂直に透過した光を透過させないルーバーを更に備えることが好ましい。

【0011】

本発明の像再生装置は、照射される光の第１軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させ、第１軸方向と直交する第２軸方向に直線偏光した偏光成分を反射する第１の光束分割素子と、第１の光束分割素子を透過して垂直に照射される平行光を、所定の反射角で第１の光束分割素子に向けて再生するとともに、第１の光束分割素子により反射角で反射された光を再生照明光として透過させる第２の光束分割素子と、第１の光束分割素子と第２の光束分割素子の間に配置された１／４波長板を備える照明装置と、円偏光した偏光状態を有する再生照明光により照射されて再生像を再生する像再生部を備える。

【0012】

上記の像再生装置において、像再生部は、背面側から照射される円偏光した偏光状態を有する再生照明光を透過させ、正面側から照射される光を反射して正面側に再生像を再生する反射型ホログラムと、反射型ホログラムの正面側に配置され、反射型ホログラムを透過した再生照明光を入射角と同じ反射角で反射型ホログラムに向けて反射して反射型ホログラムを正面側から照射するとともに、反射型ホログラムによって再生された再生像の光を透過させる第３の光束分割素子と、第３の光束分割素子の反射型ホログラムと反対の側に配置され、照射される光の第３軸方向に直線偏光した偏光成分を吸収し、第３軸方向と直交する第４軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させる偏光板と、反射型ホログラムと第３の光束分割素子の間に配置された第２の１／４波長板を備えることが好ましい。

【0013】

上記の像再生装置において、像再生部は、背面側から照射される円偏光した偏光状態を有する再生照明光を透過させ、正面側から照射される光を反射して正面側に再生像を再生する反射型ホログラムと、反射型ホログラムの正面側に配置され、反射型ホログラムを透過した再生照明光の第３軸方向に直線偏光した偏光成分を入射角と同じ反射角で反射型ホログラムに向けて反射するとともに、反射型ホログラムによって再生された再生像の光の第３軸方向と直交する第４軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させる第４の光束分割素子と、反射型ホログラムと第４の光束分割素子の間に配置された第２の１／４波長板を備えることが好ましい。

【0014】

本発明の像再生装置において、像再生部は、第４の光束分割素子の反射型ホログラムと反対の側に配置され、照射される光の第３軸方向に直線偏光した偏光成分を吸収し、第４軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させる偏光板を更に備えることが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、平行光の方向を変えて斜め方向に照射することが可能な省スペースな照明装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施形態に係る照明装置、及び照明装置を利用する像再生装置の構成を模式的に示した図である。

【図2】図２は、実施形態に係る像再生装置における像再生部の第１の構成例を模式的に示した図である。

【図3】図３は、実施形態に係る像再生装置における像再生部の第２の構成例を模式的に示した図である。

【図4】図４は、実施形態に係る像再生装置における像再生部の第３の構成例を模式的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の照明装置は、例えばホログラムを照明するために用いられ、照射される光を偏光状態に応じて反射又は透過させる第１の光束分割素子と、第１の光束分割素子を透過して垂直に照射される照明光を斜め方向に再生しつつ、第１の光束分割素子により反射されて斜め方向から入射する光を再生照明光として透過させる第２の光束分割素子と、両者の間に配置された１／４波長板を備える。これにより、照明装置は、光源からホログラムに向けて垂直に照射される照明光の方向を変えて斜め方向からホログラムに照明光を入射させることができ、光源に対してホログラムを傾けて配置する必要がないため、大面積のホログラムを照射する場合でも省スペース化が可能である。

【0018】

また、照明装置は、円偏光した偏光状態を有する再生照明光を照射することができるため、円偏光した偏光状態を有する再生照明光を立体像再生のために利用する像再生部と組み合わせて、光源からの光を効率的に利用することが可能な像再生装置を構成することができる。

【0019】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、各図において同一、又は相当する機能を有するものは、同一符号を付し、その説明を省略又は簡潔にすることもある。

【0020】

図１は、実施形態に係る照明装置１、及び照明装置１を利用する像再生装置４の構成を、光源２及び像再生部３とともに模式的に示した図である。照明装置１は、第１の光束分割素子１１、第２の光束分割素子１２、１／４波長板１３、及びルーバー１４を備える。また、像再生装置４は、照明装置１及び像再生部３を備える。

【0021】

照明装置１は、光源２から照射される平行光２０の方向を変えて再生照明光２１として斜め方向から像再生部３を照射する。照明装置１については、後で図１を参照しながら詳しく説明する。

【0022】

光源２は、コリメートされた平行光２０を、照明装置１に垂直に照射する。なお、平行光２０は、必ずしも完全に平行化された光である必要はなく、概ね平行に進む光であればよい。平行光２０は、像再生部３或いはその構成要素であるホログラムに物体像を記録したときの記録光と同じ波長成分を含む。光源２として、一般にはレーザ光源をビームエキスパンダ及びコリメータと組み合わせたものが用いられるが、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）又は電球等の一般的な光源をコリメータと組み合わせて用いることも可能である。光源２は、薄型で奥行方向に省スペース化が可能なものが好ましい。

【0023】

像再生部３は、照明装置１から再生照明光２１が斜め方向に照射されたときに再生像２２を再生する。像再生部３として、例えば、透過型のホログラム等を用いることができるが、図２～図４で後述する反射型のホログラムを透過型のホログラムのように使用する像再生部３ａ～３ｃを用いることが好ましい。反射型のホログラムは、再生像２２をカラー化させることが容易であり、透過型ホログラムと比較して、高品質な再生像２２を再生することができる。また、像再生部３ａ～３ｃは、照明装置１が照射する円偏光した偏光状態を有する再生照明光２１を効率的に利用することができる。

【0024】

像再生装置４は、照明装置１と像再生部３とを組み合わせて構成され、照明装置１が、光源２から照射される平行光２０の方向を変えて斜め方向から像再生部３を照射し、像再生部３が、斜め方向から照射されて再生像２２を再生する。再生照明光２１が像再生部３を照射する斜め角度は、像再生部３或いはその構成要素であるホログラムに物体像が記録されたときに参照光を照射した角度と同じになるように調整される。

【0025】

第１の光束分割素子１１は、照射される光の第１軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させ、第１軸方向と直交する第２軸方向に直線偏光した偏光成分を反射する。第１の光束分割素子１１として、例えば、偏光ビームスプリッタが用いられる。この偏光ビームスプリッタは、第２軸方向に伸びる金属細線を、光の波長よりも短い間隔でガラス基板上に多数並べて構成される。偏光ビームスプリッタとして、例えば、旭化成社製のＷＧＦ、又は３Ｍ社製のＤＢＥＦ等が用いられる。第１の光束分割素子１１は、第１軸方向に直線偏光した偏光状態を有する平行光２０を照射する光源２と組み合わせることで、光源２からの光を効率的に利用することができる。

【0026】

第２の光束分割素子１２は、第１の光束分割素子１１を透過して垂直に平行光２０が照射されると、所定の反射角θで第１の光束分割素子１１に向けて再生光を再生するとともに、第１の光束分割素子１１により反射角θで反射された光を透過させる。反射角θは、一般的なホログラムが再生照明光２１を照射されたときに物体像を再生する入射角である３０度～６０度であることが好ましい。第２の光束分割素子１２として、例えば、リップマンホログラムと同じ原理に基づく、ホログラフィック光学素子（Holographic Optical Element: HOE）が用いられる。リップマンホログラムは、波長選択性が高いという利点を有し、ＬＥＤ又は電球等のような波長域の広い光を発する一般的な光源を用いる場合でも、特定の狭い波長域の光に対してのみ作用するため色分散が小さい。このため、リップマンホログラムでは、例えば数μｍ～数十μｍの実用的な記録材でホログラムを作製しても再生像のボケが抑えられる。このリップマンホログラムを用いることで、特定の波長の光を反射角θで反射するホログラフィック光学素子を作製できる。この場合、反射角θは、ホログラフィック光学素子を生成する際に所望の角度に設定することができる。ホログラフィック光学素子は、プリズム等の光を屈折させる光学素子と異なり、光の方向を変えるときに光が色分散しないため、再生像２２に色ずれやボケが発生することが抑制される。また、ホログラフィック光学素子として用いるリップマンホログラムの記録材を厚くすることで、波長選択性と角度選択性が向上するため、色ずれやボケが更に抑制されるとともに、垂直でない方向から入射する光に作用して反射角θ以外の方向に反射することが抑制される。

【0027】

１／４波長板１３は、第１の光束分割素子１１と第２の光束分割素子１２の間に配置され、１／４波長板１３を透過する光の高速軸方向の偏光成分と低速軸方向の偏光成分の間に１／４波長に相当する位相差を与える。これにより、１／４波長板１３を透過した光の偏光状態は、例えば下表のように変化する。ここで、第１回転方向は、右回転方向とすることができ、第２回転方向は、左回転方向とすることができる。

【表1】

【0028】

１／４波長板１３は、第１の光束分割素子１１を透過した平行光２０を、第１軸方向に直線偏光した偏光状態から第１回転方向に円偏光した偏光状態に変化させ、第２の光束分割素子１２により再生された光を、第１回転方向に円偏光した偏光状態から第２軸方向に直線偏光した偏光状態に変化させ、第１の光束分割素子１１より反射された光を、第２軸方向に直線偏光した偏光状態から第１回転方向と逆の第２回転方向に円偏光した偏光状態に変化させる。

【0029】

１／４波長板１３は、４００～７００ｎｍの可視光域の透過光に対して概ね１／４波長に相当する位相差を与える広帯域性を有することが好ましい。また、１／４波長板１３は、４００～７００ｎｍの可視光域の入射光に対する角度依存性が低いことが好ましい。

【0030】

ルーバー１４は、第２の光束分割素子１２の第１の光束分割素子１１と反対の側に配置され、第１の光束分割素子１１により反射角θで反射された光を透過させ、第２の光束分割素子１２を垂直に透過した光を透過させない。ルーバー１４は、一般的なホログラムが再生照明光２１を照射されたときに物体像を再生する入射角である３０度～６０度で入射する光を透過させ、それ以外の光は透過させないことが好ましい。

【0031】

第２の光束分割素子１２としてホログラフィック光学素子を用いる場合、実際のホログラフィック光学素子の回折効率は１００％ではないので、ホログラフィック光学素子により反射されないでホログラフィック光学素子を垂直に透過する平行光２０が存在する。ルーバー１４は、このようなホログラフィック光学素子を垂直に透過した平行光２０を遮光する。よって、第２の光束分割素子１２が垂直に入射する平行光２０を完全に反射できる場合、ルーバー１４は省略されてもよい。

【0032】

以下、図１を参照しながら、照明装置１において、光源２から照射される平行光２０の方向が変えられて再生照明光２１として斜め方向から像再生部３に照射される仕組みについて説明する。

【0033】

光源２から照射される平行光２０は、第１の光束分割素子１１を透過する際に、第２軸方向に直線偏光した偏光成分が反射され、第１軸方向に直線偏光した偏光成分は透過する。第１の光束分割素子１１を透過した平行光２０は、１／４波長板１３を透過する際に、第１軸方向に直線偏光した偏光状態から第１回転方向に円偏光した偏光状態に変化する。

【0034】

１／４波長板１３を透過して第２の光束分割素子１２に垂直に入射した平行光２０は、第２の光束分割素子１２により、第１の光束分割素子１１に向けて反射角θで再生される。この際、第２の光束分割素子１２により再生されずに第２の光束分割素子１２を垂直に透過した一部の平行光２０は、ルーバー１４により遮光される。

【0035】

第２の光束分割素子１２により反射角θで反射された光は、１／４波長板１３を透過する際に、第１回転方向に円偏光した偏光状態から第２軸方向に直線偏光した偏光状態に変化する。第２軸方向に直線偏光した偏光状態を有する光は、第１の光束分割素子１１により第２の光束分割素子１２に向けて反射角θで反射される。

【0036】

第１の光束分割素子１１により反射角θで反射された光は、１／４波長板１３を透過する際に、第２軸方向に直線偏光した偏光状態から第２回転方向に円偏光した偏光状態に変化する。第１の光束分割素子１１により反射角θで反射されて１／４波長板１３を透過した光は、第２の光束分割素子１２を斜め方向に透過する。

【0037】

第２の光束分割素子１２を斜め方向に透過した光は、ルーバー１４を斜め方向に透過して、再生照明光２１として斜め方向から像再生部３に照射される。この結果、像再生部３により再生された再生像２２の光が、観察者５によって観察される。

【0038】

以上のように、本実施形態の照明装置は、照射される光の第１軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させ、第１軸方向と直交する第２軸方向に直線偏光した偏光成分を反射する第１の光束分割素子と、第１の光束分割素子を透過して垂直に照射される平行光を、所定の反射角で第１の光束分割素子に向けて再生するとともに、第１の光束分割素子により反射角で反射された光を再生照明光として透過させる第２の光束分割素子と、第１の光束分割素子と第２の光束分割素子の間に配置された１／４波長板を備える。これにより、平行光の方向を変えて斜め方向に照射することが可能な省スペースな照明装置が提供される。

【0039】

なお、図１では、便宜上、第１の光束分割素子１１、第２の光束分割素子１２、１／４波長板１３、及びルーバー１４を互いに空間を隔てて図示したが、これらは、互いに重ね合わされて配置されることが好ましい。これにより、照明装置１が薄型化されて、奥行方向に省スペース化される。

【0040】

また、１／４波長板１３は、透過する光の偏光状態を、上表１の透過前と透過後が逆になるように変化させてもよい。

【0041】

図２は、実施形態に係る像再生装置４における像再生部３の第１の構成例を模式的に示した図である。図２に示す像再生部３ａは、反射型ホログラム３１、第３の光束分割素子３２、偏光板３３、及び第２の１／４波長板３４を備える。

【0042】

反射型ホログラム３１は、反射型ホログラム３１に正面側（図中の左側）から斜め方向に照射される再生照明光２１を反射して、同じ正面側に再生像２２を再生する。反射型ホログラム３１として、リップマンホログラム等が用いられる。

【0043】

第３の光束分割素子３２は、反射型ホログラム３１の正面側に配置される。第３の光束分割素子３２は、反射型ホログラム３１を透過した再生照明光２１を入射角と同じ反射角θで反射して反射型ホログラム３１を正面側から照射するとともに、反射型ホログラム３１によって再生された再生像２２の光２３を透過させる。第３の光束分割素子３２として、例えば、照射された光の一部を反射して残りを透過させるハーフミラー等のビームスプリッタが用いられる。

【0044】

偏光板３３と第２の１／４波長板３４とは組み合わせて用いられ、太陽又は蛍光灯等の外光源６からの外光６１が、反射型ホログラム３１等により反射されて観察者５によって観察されることを抑制するための、光アイソレータとして機能する。この光アイソレータは、第２の１／４波長板３４の互いに直交する高速軸及び低速軸が、偏光板３３の光透過軸に対して４５°傾いている場合に、光アイソレータとしての機能が最大となるが、本実施形態はこれに限定されない。第２の１／４波長板３４の高速軸及び低速軸は、偏光板３３の光透過軸に対して、０°よりも大きく９０°よりも小さい角度で傾いていればよい。

【0045】

偏光板３３は、第３の光束分割素子３２の反射型ホログラム３１と反対の側に配置され、照射される光の第３軸方向に直線偏光した偏光成分を吸収し、第３軸方向と直交する第４軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させる。偏光板３３として、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルム等にヨウ素化合物又は２色性有機染料を吸着して配向させた偏光板が用いられる。

【0046】

第２の１／４波長板３４は、反射型ホログラム３１と第３の光束分割素子３２の間に配置される。第２の１／４波長板３４は、例えば、１／４波長板１３と同じものを用いることができる。第２の１／４波長板３４は、第２の１／４波長板３４を透過する光の高速軸方向の偏光成分と低速軸方向の偏光成分の間に１／４波長に相当する位相差を与える。これにより、第２の１／４波長板３４を透過した光の偏光状態は、例えば下表のように変化する。

【表2】

【0047】

第２の１／４波長板３４は、反射型ホログラム３１を透過した円偏光した偏光状態を有する再生照明光２１の偏光状態が、第３軸方向に直線偏光した偏光状態となって第３の光束分割素子３２に照射されるように偏光状態を変える。

【0048】

以下、図２を参照しながら、再生照明光２１が反射型ホログラム３１に斜め方向から照射されたときに再生される再生像２２が、観察者５によって観察される仕組みについて説明する。なお、以下の説明では、再生照明光２１は、図１に示したように第２回転方向に円偏光した偏光状態を有するものとするが、再生照明光２１の円偏光の回転方向は特定の方向に限定されず、第１回転方向に円偏光した偏光状態を有してもよい。

【0049】

照明装置１から照射される第２回転方向に円偏光した偏光状態を有する再生照明光２１は、反射型ホログラム３１を斜め方向に透過したあと、第２の１／４波長板３４を透過する。この際、再生照明光２１の偏光状態は、第２回転方向に円偏光した偏光状態から第３軸方向に直線偏光した偏光状態に変化する。第２の１／４波長板３４を透過した再生照明光２１は、第３の光束分割素子３２により一部が入射角と同じ反射角θで反射される。

【0050】

第３の光束分割素子３２により反射角θで反射された再生照明光２１は、第２の１／４波長板３４を透過する際に、第３軸方向に直線偏光した偏光状態から第１回転方向に円偏光した偏光状態に変化する。第２の１／４波長板３４を透過した再生照明光２１は、反射型ホログラム３１に正面側から斜め方向に照射される。この結果、反射型ホログラム３１の正面側に再生像２２が再生される。

【0051】

反射型ホログラム３１により再生された再生像２２の光２３は、第２の１／４波長板３４を透過する際に、第１回転方向に円偏光した偏光状態から第４軸方向に直線偏光した偏光状態に変化する。第２の１／４波長板３４を透過した第４軸方向に直線偏光した偏光状態を有する再生像２２の光２３は、第３の光束分割素子３２を一部が透過し、偏光板３３を透過する。この結果、偏光板３３を透過した再生像２２の光２３が、観察者５によって観察される。

【0052】

一方で、第３の光束分割素子３２によって反射されずに第３の光束分割素子３２を透過した照明装置１からの再生照明光２１は、第３軸方向に直線偏光した偏光状態を有するため、偏光板３３により吸収される。このため、照明装置１から照射される再生照明光２１の直接光は、観察者５によって観察されない。よって、観察者５が反射型ホログラム３１を正面側から見たときの、照明装置１から照射される再生照明光２１の直接光の眩しさが抑制される。

【0053】

次に、図２を参照しながら、外光源６からの外光６１が反射型ホログラム３１に照射されたときに再生されるゴースト像６２が、観察者５によって観察されない仕組みについて説明する。

【0054】

外光源６から照射される無偏光の外光６１は、偏光板３３を透過する際に、第３軸方向に直線偏光した偏光成分が偏光板３３により吸収され、第４軸方向に直線偏光した偏光成分は偏光板３３を透過する。偏光板３３を透過した無偏光の外光６１は、第３の光束分割素子３２を一部が透過する。

【0055】

第３の光束分割素子３２を透過した外光６１は、第２の１／４波長板３４を透過する際に、第４軸方向に直線偏光した偏光状態から第２回転方向に円偏光した偏光状態に変化する。第２の１／４波長板３４を透過した外光６１は、反射型ホログラム３１に正面側から照射される。この結果、反射型ホログラム３１の正面側にゴースト像６２が再生される。

【0056】

反射型ホログラム３１により再生されたゴースト像６２の光６３は、第２の１／４波長板３４を透過する際に、第２回転方向に円偏光した偏光状態から第３軸方向に直線偏光した偏光状態に変化する。第２の１／４波長板３４を透過した第３軸方向に直線偏光した偏光状態を有するゴースト像６２の光６３は、第３の光束分割素子３２を一部が透過して、偏光板３３により吸収される。よって、外光６１によって再生されたゴースト像６２は、観察者５によって観察されない。

【0057】

以上のように、像再生部３ｂは、円偏光した偏光状態を有する再生照明光２１が照射されたときに再生像２２を再生する。よって、像再生部３ｂは、円偏光した偏光状態を有する再生照明光２１を照射する照明装置１と組み合わせて用いられることで、光の利用効率に優れた像再生装置４を構成することができる。

【0058】

図３は、実施形態に係る像再生装置４における像再生部３の第２の構成例を模式的に示した図である。図３に示す像再生部３ｂは、図２に示した第３の光束分割素子３２及び偏光板３３に替えて、第４の光束分割素子３２ｂを備える。その他については像再生部３ａと同様であるため、以下では像再生部３ａと異なる点について説明し、同じ点については説明を省略する。

【0059】

第４の光束分割素子３２ｂは、第２の１／４波長板３４の反射型ホログラム３１と反対の側に配置される。第４の光束分割素子３２ｂは、反射型ホログラム３１を透過した再生照明光２１の第３軸方向に直線偏光した偏光成分を入射角と同じ反射角θで反射するとともに、反射型ホログラム３１によって再生された再生像２２の光２３の第４軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させる。第４の光束分割素子３２ｂとして、例えば、偏光ビームスプリッタが用いられる。この偏光ビームスプリッタは、第３軸方向に伸びる金属細線を、光の波長よりも短い間隔でガラス基板上に多数並べて構成される。

【0060】

第２の１／４波長板３４は、反射型ホログラム３１を透過した円偏光した偏光状態を有する再生照明光２１の偏光状態が、第３軸方向に直線偏光した偏光状態となって第４の光束分割素子３２ｂに照射されるように偏光状態を変える。

【0061】

以下、図３を参照しながら、再生照明光２１が反射型ホログラム３１に斜め方向から照射されたときに再生される再生像２２が、観察者５によって観察される仕組みについて説明する。なお、以下の説明では、再生照明光２１は、図１に示したように第２回転方向に円偏光した偏光状態を有するものとするが、再生照明光２１の円偏光の回転方向は特定の方向に限定されず、第１回転方向に円偏光した偏光状態を有してもよい。

【0062】

照明装置１から照射される第２回転方向に円偏光した偏光状態を有する再生照明光２１は、反射型ホログラム３１を斜め方向に透過したあと、第２の１／４波長板３４を透過する。この際、再生照明光２１の偏光状態は、第２回転方向に円偏光した偏光状態から第３軸方向に直線偏光した偏光状態に変化する。第２の１／４波長板３４を透過した再生照明光２１は、第４の光束分割素子３２ｂにより入射角と同じ反射角θで反射される。

【0063】

第４の光束分割素子３２ｂにより反射角θで反射された再生照明光２１は、第２の１／４波長板３４を透過する際に、第３軸方向に直線偏光した偏光状態から第１回転方向に円偏光した偏光状態に変化する。第２の１／４波長板３４を透過した再生照明光２１は、反射型ホログラム３１に正面側から斜め方向に照射される。この結果、反射型ホログラム３１の正面側に再生像２２が再生される。

【0064】

反射型ホログラム３１により再生された再生像２２の光２３は、第２の１／４波長板３４を透過する際に、第１回転方向に円偏光した偏光状態から第４軸方向に直線偏光した偏光状態に変化する。第２の１／４波長板３４を透過した第４軸方向に直線偏光した偏光状態を有する再生像２２の光２３は、第４の光束分割素子３２ｂを透過する。この結果、第４の光束分割素子３２ｂを透過した再生像２２の光２３が、観察者５によって観察される。

【0065】

一方で、照明装置１からの再生照明光２１は、第３軸方向に直線偏光した偏光状態を有するため、第４の光束分割素子３２ｂにより反射される。このため、照明装置１から照射される再生照明光２１の直接光は、観察者５によって観察されない。よって、観察者５が反射型ホログラム３１を正面側から見たときの、照明装置１から照射される再生照明光２１の直接光の眩しさが抑制される。

【0066】

次に、図３を参照しながら、外光源６からの外光６１が反射型ホログラム３１に照射されたときに再生されるゴースト像６２が、観察者５によって観察されない仕組みについて説明する。

【0067】

外光源６から照射される無偏光の外光６１は、第４の光束分割素子３２ｂを透過する際に、第３軸方向に直線偏光した偏光成分が第４の光束分割素子３２ｂにより反射され、第４軸方向に直線偏光した偏光成分は第４の光束分割素子３２ｂを透過する。

【0068】

第４の光束分割素子３２ｂを透過した外光６１は、第２の１／４波長板３４を透過する際に、第４軸方向に直線偏光した偏光状態から第２回転方向に円偏光した偏光状態に変化する。第２の１／４波長板３４を透過した外光６１は、反射型ホログラム３１に正面側から照射される。この結果、反射型ホログラム３１の正面側にゴースト像６２が再生される。

【0069】

反射型ホログラム３１により再生されたゴースト像６２の光６３は、第２の１／４波長板３４を透過する際に、第２回転方向に円偏光した偏光状態から第３軸方向に直線偏光した偏光状態に変化する。第２の１／４波長板３４を透過した第３軸方向に直線偏光した偏光状態を有するゴースト像６２の光６３は、第４の光束分割素子３２ｂにより反射される。よって、外光６１によって再生されたゴースト像６２は、観察者５によって観察されない。

【0070】

以上のように、像再生部３ｂは、照明装置１が照射する円偏光した偏光状態を有する再生照明光２１を、原理上、光量を減少させることなく利用することができる。よって、像再生部３ｂは、円偏光した偏光状態を有する再生照明光２１を照射する照明装置１と組み合わせて用いられることで、更に光の利用効率に優れた像再生装置４を構成することができる。

【0071】

図４は、実施形態に係る像再生装置４における像再生部３の第３の構成例を模式的に示した図である。図４に示す像再生部３ｃは、図３に示した像再生部３ｂに加えて、偏光板３３を更に備える。その他については像再生部３ｂと同様であるため、以下では像再生部３ｂと異なる点について説明し、同じ点については説明を省略する。

【0072】

偏光板３３は、図２に示された偏光板３３と同じものである。偏光板３３は、第４の光束分割素子３２ｂの反射型ホログラム３１と反対の側に配置され、照射される光の第３軸方向に直線偏光した偏光成分を吸収し、第３軸方向と直交する第４軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させる。

【0073】

図４において、外光源６から照射される無偏光の外光６１は、偏光板３３を透過する際に、第３軸方向に直線偏光した偏光成分が偏光板３３により吸収され、第４軸方向に直線偏光した偏光成分は偏光板３３を透過する。この結果、偏光板３３を透過した第４軸方向に直線偏光した偏光成分は、第４の光束分割素子３２ｂを透過するため反射されず、外光６１の反射光が観察者５によって観察されない。したがって、外光６１の反射光の眩しさが抑制される。

【0074】

上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【0075】

図２では、便宜上、反射型ホログラム３１、第３の光束分割素子３２、偏光板３３、及び第２の１／４波長板３４を互いに空間を隔てて図示し、図３では、第４の光束分割素子３２ｂを、更に空間を隔てて図示したが、これらは、互いに重ね合わされて配置されることが好ましい。これにより、像再生部３が薄型化される。また、これらの光学素子のエッジが観察方向によって再生像２２の光２３に重なることがなくなるため、観察者５が再生像２２を観察する際に、エッジにおいて不連続な再生像２２が再生されることが避けられる。

【0076】

また、第２の１／４波長板３４は、透過する光の偏光状態を、上表２の透過前と透過後が逆になるように変化させてもよい。この場合、第４の光束分割素子３２ｂは、反射型ホログラム３１を透過した再生照明光２１の第４軸方向に直線偏光した偏光成分を反射角θで反射するとともに、反射型ホログラム３１によって再生された再生像２２の光２３の第３軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させる。また、偏光板３３は、照射される光の第４軸方向に直線偏光した偏光成分を吸収し、第３軸方向に直線偏光した偏光成分を透過させる。

【符号の説明】

【0077】

１ 照明装置
２ 光源
３ 像再生部
４ 像再生装置
５ 観察者
６ 外光源
１１ 第１の光束分割素子
１２ 第２の光束分割素子
１３ １／４波長板
１４ ルーバー
３１ 反射型ホログラム
３２ 第３の光束分割素子
３２ｂ 第４の光束分割素子
３３ 偏光板
３４ 第２の１／４波長板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】