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(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】P2024098461
(43)【公開日】2024-07-23
(54)【発明の名称】光偏向装置、ホログラム画像再生装置及び光照射装置
(51)【国際特許分類】
G03H 1/22 20060101AFI20240716BHJP
F21S 2/00 20160101ALI20240716BHJP
F21Y 115/30 20160101ALN20240716BHJP
【ＦＩ】
G03H1/22
F21S2/00 330
F21Y115:30
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023002019
(22)【出願日】2023-01-10
(71)【出願人】
【識別番号】513143537
【氏名又は名称】株式会社アーティエンス・ラボ
(74)【代理人】
【識別番号】100111659
【弁理士】
【氏名又は名称】金山 聡
(72)【発明者】
【氏名】白倉 明
(72)【発明者】
【氏名】西川 博
【テーマコード（参考）】
2K008
【Ｆターム（参考）】
2K008AA00
2K008CC03
2K008EE01
2K008HH03
(57)【要約】 （修正有）
【課題】光源の発光面積が大きく、第１ホログラフィック光学素子の特定の位置に入射する光の角度が光源の中心部分からの光と端部からの光で異なる場合であっても、光の利用効率を高め、明るい偏向光を得る。
【解決手段】基板の前面側に取り付けられた第１ホログラフィック光学素子３ｅと、ＬＥＤ５Ｒｅとを備え、ＬＥＤ５Ｒｅからの光が、第１ホログラフィック光学素子３ｅで偏向されて基板内を伝搬するようにした光偏向装置であって、第１ホログラフィック光学素子３ｅは、複数の単位ホログラフィック光学素子の層からなる構造であり、複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は、各ＬＥＤ５Ｒｅの発光領域を分割した分割発光領域の各々と対向する位置にあり、前記分割発光領域からの光を前記特定方向の平行光に回折するようにした光偏向装置。
【選択図】図８
【解決手段】基板の前面側に取り付けられた第１ホログラフィック光学素子３ｅと、ＬＥＤ５Ｒｅとを備え、ＬＥＤ５Ｒｅからの光が、第１ホログラフィック光学素子３ｅで偏向されて基板内を伝搬するようにした光偏向装置であって、第１ホログラフィック光学素子３ｅは、複数の単位ホログラフィック光学素子の層からなる構造であり、複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は、各ＬＥＤ５Ｒｅの発光領域を分割した分割発光領域の各々と対向する位置にあり、前記分割発光領域からの光を前記特定方向の平行光に回折するようにした光偏向装置。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部が透明で厚さ方向に直交する第１の面と第２の面を有する基板と、
前記基板の第１の面側に取り付けられた一又は複数のホログラフィック光学素子と、
前記基板の前記ホログラフィック光学素子と対向する位置に取り付けられ、前記ホログラフィック光学素子を照射する光源と
を備え、
前記ホログラフィック光学素子は、前記光源から出射して前記ホログラフィック光学素子に入射した光を特定方向の光に偏向し、この偏向された偏向光が前記基板内を伝搬するようにした光偏向装置であって、
前記光源は発光する又は発光する可能性のある一定の面積の発光領域を有し、該発光領域から出射して前記光源に対向する面の同じ位置に入射する光の入射角度は、前記発光領域から出射する光の位置によって異なり、
前記ホログラフィック光学素子は、形状・大きさが同じ又は近似した複数の単位ホログラフィック光学素子が一層又は複数の層からなる構造であり、
前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は、前記発光領域を前記単位ホログラフィック光学素子の数に分割した分割発光領域の各々と対向する位置にあり、
前記分割発光領域の各々から出射して対向する位置にある前記単位ホログラフィック光学素子に入射する光の入射角度は、一の前記単位ホログラフィッ光学素子と他の前記単位ホログラフィック光学素子で同じであり、
前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は該単位ホログラフィック光学素子と対向する前記分割発光領域からの光を前記特定方向の平行光に回折するようにしたことを特徴とする光偏向装置。
前記基板の第１の面側に取り付けられた一又は複数のホログラフィック光学素子と、
前記基板の前記ホログラフィック光学素子と対向する位置に取り付けられ、前記ホログラフィック光学素子を照射する光源と
を備え、
前記ホログラフィック光学素子は、前記光源から出射して前記ホログラフィック光学素子に入射した光を特定方向の光に偏向し、この偏向された偏向光が前記基板内を伝搬するようにした光偏向装置であって、
前記光源は発光する又は発光する可能性のある一定の面積の発光領域を有し、該発光領域から出射して前記光源に対向する面の同じ位置に入射する光の入射角度は、前記発光領域から出射する光の位置によって異なり、
前記ホログラフィック光学素子は、形状・大きさが同じ又は近似した複数の単位ホログラフィック光学素子が一層又は複数の層からなる構造であり、
前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は、前記発光領域を前記単位ホログラフィック光学素子の数に分割した分割発光領域の各々と対向する位置にあり、
前記分割発光領域の各々から出射して対向する位置にある前記単位ホログラフィック光学素子に入射する光の入射角度は、一の前記単位ホログラフィッ光学素子と他の前記単位ホログラフィック光学素子で同じであり、
前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は該単位ホログラフィック光学素子と対向する前記分割発光領域からの光を前記特定方向の平行光に回折するようにしたことを特徴とする光偏向装置。
【請求項2】
前記光源は、前記基板の前記第１のホログラフィック光学素子の各々と対向する位置に取り付けられ、前記複数のホログラフィック光学素子を照射する複数のＬＥＤからなることを特徴とする請求項１記載の光偏向装置。
【請求項3】
前記光源は面発光レーザであり、前記発光領域は前記面発光レーザの設定位置の範囲であることを特徴とする請求項１記載の光偏向装置。
【請求項4】
内部が透明で厚さ方向に直交する第１の面と第２の面を有する基板と、
前記基板の第１の面側に取り付けられた一又は複数の第１ホログラフィック光学素子と、
前記基板の第１の面又は第２の面の前記第１ホログラフィック光学素子とは異なる位置に取り付けられ、ホログラム画像を再生する第２ホログラフィック光学素子と、
前記基板の前記第１ホログラフィック光学素子と対向する位置に取り付けられ、前記第１ホログラフィック光学素子を照射する光源と
を備え、
前記第１ホログラフィック光学素子は、前記光源から出射して前記第１ホログラフィック光学素子に入射した光を特定方向の光に偏向し、この偏向された偏向光が前記第２ホログラフィック光学素子を照射してホログラム画像を再生するようにしたホログラム画像再生装置であって、
前記光源は発光する又は発光する可能性のある一定の面積の発光領域を有し、該発光領域から出射して前記光源に対向する面の同じ位置に入射する光の入射角度は、前記発光領域から出射する光の位置によって異なり、
前記第１ホログラフィック光学素子は、形状・大きさが同じ又は近似した複数の単位ホログラフィック光学素子が一層又は複数の層からなる構造であり、
前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は、前記発光領域を前記単位ホログラフィック光学素子の数に分割した分割発光領域の各々と対向する位置にあり、
前記分割発光領域の各々から出射して対向する位置にある前記単位ホログラフィック光学素子に入射する光の入射角度は、一の前記単位ホログラフィック光学素子と他の前記単位ホログラフィック光学素子で同じであり、
前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は該単位ホログラフィック光学素子と対向する前記分割発光領域からの光を前記特定方向の平行光に回折するようにしたことを特徴とするホログラム画像再生装置。
前記基板の第１の面側に取り付けられた一又は複数の第１ホログラフィック光学素子と、
前記基板の第１の面又は第２の面の前記第１ホログラフィック光学素子とは異なる位置に取り付けられ、ホログラム画像を再生する第２ホログラフィック光学素子と、
前記基板の前記第１ホログラフィック光学素子と対向する位置に取り付けられ、前記第１ホログラフィック光学素子を照射する光源と
を備え、
前記第１ホログラフィック光学素子は、前記光源から出射して前記第１ホログラフィック光学素子に入射した光を特定方向の光に偏向し、この偏向された偏向光が前記第２ホログラフィック光学素子を照射してホログラム画像を再生するようにしたホログラム画像再生装置であって、
前記光源は発光する又は発光する可能性のある一定の面積の発光領域を有し、該発光領域から出射して前記光源に対向する面の同じ位置に入射する光の入射角度は、前記発光領域から出射する光の位置によって異なり、
前記第１ホログラフィック光学素子は、形状・大きさが同じ又は近似した複数の単位ホログラフィック光学素子が一層又は複数の層からなる構造であり、
前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は、前記発光領域を前記単位ホログラフィック光学素子の数に分割した分割発光領域の各々と対向する位置にあり、
前記分割発光領域の各々から出射して対向する位置にある前記単位ホログラフィック光学素子に入射する光の入射角度は、一の前記単位ホログラフィック光学素子と他の前記単位ホログラフィック光学素子で同じであり、
前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は該単位ホログラフィック光学素子と対向する前記分割発光領域からの光を前記特定方向の平行光に回折するようにしたことを特徴とするホログラム画像再生装置。
【請求項5】
内部が透明で厚さ方向に直交する第１の面と第２の面を有する基板と、
前記基板の第１の面側に取り付けられた一又は複数の第１ホログラフィック光学素子と、
前記基板の第１の面又は第２の面の前記第１ホログラフィック光学素子とは異なる位置に取り付けられ、照射光を出射する第２ホログラフィック光学素子と、
前記基板の前記第１ホログラフィック光学素子と対向する位置に取り付けられ、前記第１ホログラフィック光学素子を照射する光源と
を備え、
前記第１ホログラフィック光学素子は、前記光源から出射して前記第１ホログラフィック光学素子に入射した光を特定方向の光に偏向し、この偏向された偏向光が前記第２ホログラフィック光学素子を照射し、前記第２ホログラフィック光学素子から出射した光が対象物を照射する光照射装置であって、
前記光源は発光する又は発光する可能性のある一定の面積の発光領域を有し、該発光領域から出射して前記光源に対向する面の同じ位置に入射する光の入射角度は、前記発光領域から出射する光の位置によって異なり、
前記第１ホログラフィック光学素子は、形状・大きさが同じ又は近似した複数の単位ホログラフィック光学素子が一層又は複数の層からなる構造であり、
前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は、前記発光領域を前記単位ホログラフィック光学素子の数に分割した分割発光領域の各々と対向する位置にあり、
前記分割発光領域の各々から出射して対向する位置にある前記単位ホログラフィック光学素子に入射する光の入射角度は、一の前記単位ホログラフィック光学素子と他の前記単位ホログラフィック光学素子で同じであり、
前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は該単位ホログラフィック光学素子と対向する前記分割発光領域からの光を前記特定方向の平行光に回折するようにしたことを特徴とする光照射装置。
前記基板の第１の面側に取り付けられた一又は複数の第１ホログラフィック光学素子と、
前記基板の第１の面又は第２の面の前記第１ホログラフィック光学素子とは異なる位置に取り付けられ、照射光を出射する第２ホログラフィック光学素子と、
前記基板の前記第１ホログラフィック光学素子と対向する位置に取り付けられ、前記第１ホログラフィック光学素子を照射する光源と
を備え、
前記第１ホログラフィック光学素子は、前記光源から出射して前記第１ホログラフィック光学素子に入射した光を特定方向の光に偏向し、この偏向された偏向光が前記第２ホログラフィック光学素子を照射し、前記第２ホログラフィック光学素子から出射した光が対象物を照射する光照射装置であって、
前記光源は発光する又は発光する可能性のある一定の面積の発光領域を有し、該発光領域から出射して前記光源に対向する面の同じ位置に入射する光の入射角度は、前記発光領域から出射する光の位置によって異なり、
前記第１ホログラフィック光学素子は、形状・大きさが同じ又は近似した複数の単位ホログラフィック光学素子が一層又は複数の層からなる構造であり、
前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は、前記発光領域を前記単位ホログラフィック光学素子の数に分割した分割発光領域の各々と対向する位置にあり、
前記分割発光領域の各々から出射して対向する位置にある前記単位ホログラフィック光学素子に入射する光の入射角度は、一の前記単位ホログラフィック光学素子と他の前記単位ホログラフィック光学素子で同じであり、
前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は該単位ホログラフィック光学素子と対向する前記分割発光領域からの光を前記特定方向の平行光に回折するようにしたことを特徴とする光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、透明基板に取り付けた第１ホログラフィック光学素子に光源からの光を照射し、第１ホログラフィック光学素子で特定の方向に偏向した光が透明基板内を伝搬するようにした光偏向装置、透明基板に第のホログラフィック光学素子を取り付けて透明基板内を伝搬する光を第２ホログラフィック光学素子に照射し、ホログラム画像を再生するホログラム画像再生装置、及び、透明基板内を伝搬する光を第２ホログラフィック光学素子に照射し、対象物を照射するための光を出射する光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
広告宣伝用の立体的な画像等を表示するホログラムは、物体を表す物体光と参照光を干渉させて生じる干渉縞を感光材料に記録したものであり、ホログラムによる画像を再生して視認するためには、原則としてホログラムを記録する際に用いた参照光の照射方向と同じ方向、またはその共役の方向から照明光をホログラムに照射する必要がある。
このホログラムを再生するための照明光を照射する照明装置には、各種光源を使用した光学系が用いられるが、ホログラムが大きくなると照明装置も大型となることから、大サイズのホログラム用の照明装置をコンパクトにするため、光学系にＬＥＤ光源と導光板を使用した照明装置の提案がなされている。
このホログラムを再生するための照明光を照射する照明装置には、各種光源を使用した光学系が用いられるが、ホログラムが大きくなると照明装置も大型となることから、大サイズのホログラム用の照明装置をコンパクトにするため、光学系にＬＥＤ光源と導光板を使用した照明装置の提案がなされている。
【0003】
例えば、特許文献１（国際公開ＷＯ２０１８／２２１０９１号公報）には、透明基板の一方の面に多数の反射型のホログラフィック回折格子が光の伝搬方向と直交方向に隙間なく配置され、透明基板の他方の面側の各ホログラフィック回折格子に対向する位置には、所定の距離を保って近接するようにＬＥＤが配置され、各ＬＥＤからの拡散光を対向するホログラフィック回折格子で所定角度の平行光として透明基板内を全反射させながら伝搬させ、この平行光を透明基板に貼り付けられた体積型ホログラフィック記録材料に照射して立体画像ホログラムを表示（再生）させる画像表示装置が開示されている。
この特許文献１の画像表示装置では、ＬＥＤを点光源とみなして、点光源からの拡散光をホログラフィック回折格子で所定角度の平行光に回折している。
この特許文献１の画像表示装置では、ＬＥＤを点光源とみなして、点光源からの拡散光をホログラフィック回折格子で所定角度の平行光に回折している。
【0004】
しかしながら、実際のＬＥＤは点光源ではなく、一定の発光面積をもった光源であり、ＬＥＤから対向する位置にあるホログラフィック回折格子に拡散光を照射すると、ＬＥＤの中心部分からの光が、ホログラフィック回折格子の特定の位置に入射する角度（以下「回折格子入射角度」という。）と、ＬＥＤの中心から離れた端部等からの光の回折格子入射角度が異なる。
ＬＥＤの発光面積が小さい場合は、ＬＥＤの発光する部分の位置の違いによる回折格子入射角度の違いは小さく、ＬＥＤからの光の大部分はホログラフィック回折格子で平行光に回折されるが、ＬＥＤの発光面積が大きくなると回折格子入射角度の違いも大きくなり、ＬＥＤの中心部分からの入射光をホログラフィック回折格子で平行光に回折するようにした場合、ＬＥＤの端部等の中心から離れた部分からの入射光は、回折格子入射角度が設定された角度と大きく異なり、波長選択性の高いホログラフィック回折格子であれば、平行光に回折せずに透過し、波長選択性の低いホログラフィック回折格子であれば、設定された波長とは異なる色の光が設定された角度とは異なる方向に回折されることとなる。
これより、ホログラフィック回折格子を照射する光源に発光面積の大きいＬＥＤ等の光源を使用した場合、光源からの光のうち中心部分とその近傍からの光しかホログラフィック回折格子で設定された平行光に回折されず、光の利用効率が低下し、ホログラフィック回折格子で回折された平行光を照明用やホログラム像再生用に使用しても、波長選択性の高いホログラフィック回折格子であれば、明るい照明光や明るいホログラム像が得られず、波長選択性の低いホログラフィック回折格子であれば、コントラストの劣化やホログラム像再生の品質劣化が生じるという問題がある。
ＬＥＤの発光面積が小さい場合は、ＬＥＤの発光する部分の位置の違いによる回折格子入射角度の違いは小さく、ＬＥＤからの光の大部分はホログラフィック回折格子で平行光に回折されるが、ＬＥＤの発光面積が大きくなると回折格子入射角度の違いも大きくなり、ＬＥＤの中心部分からの入射光をホログラフィック回折格子で平行光に回折するようにした場合、ＬＥＤの端部等の中心から離れた部分からの入射光は、回折格子入射角度が設定された角度と大きく異なり、波長選択性の高いホログラフィック回折格子であれば、平行光に回折せずに透過し、波長選択性の低いホログラフィック回折格子であれば、設定された波長とは異なる色の光が設定された角度とは異なる方向に回折されることとなる。
これより、ホログラフィック回折格子を照射する光源に発光面積の大きいＬＥＤ等の光源を使用した場合、光源からの光のうち中心部分とその近傍からの光しかホログラフィック回折格子で設定された平行光に回折されず、光の利用効率が低下し、ホログラフィック回折格子で回折された平行光を照明用やホログラム像再生用に使用しても、波長選択性の高いホログラフィック回折格子であれば、明るい照明光や明るいホログラム像が得られず、波長選択性の低いホログラフィック回折格子であれば、コントラストの劣化やホログラム像再生の品質劣化が生じるという問題がある。
【0005】
ところで、特許文献２（特開２０１０－７２１４８号公報）には、基板２１の回転軸Ｂに対して偏心した位置にホログラムエレメント５１を形成する工程と、回転軸Ｂを中心にして基板２１を所定角度だけ回転させる工程とを繰り返すことにより、基板２１上に複数のホログラムエレメント５１を形成するホログラム光学素子の製造方法及びそのような製造方法により製造されたホログラム光学素子であって、各ホログラムエレメント５１は、基板２１上に形成されるホログラム感光材料２２ａを光束Ｌ１・Ｌ２で露光することによって形成され、光束Ｌ１は、基板２１の回転軸Ｂ上またはその近傍の点から発散してホログラム感光材料２２ａに入射する光束であり、一方、光束Ｌ２は、ホログラム感光材料２２ａに対する照射スポットＲ２が光束Ｌ１の露光領域Ｒ１と重なる領域を有し、かつ、回転軸Ｂに対して偏心する位置に形成される光束であるホログラム光学素子の製造方法及びホログラム光学素子が開示されている。
また、特許文献２には、光源モジュール１０とホログラム基板２０とを有し、光源モジュール１０は、筐体１１内にＬＥＤの光源１２を有し、ホログラム基板２０は、透明な基板２１上に上記の製法で作製される体積位相型の透過型ホログラム光学素子で構成されるホログラム光学素子２２を有し、光源１２から出射された光（発散光）は、ホログラム光学素子２２にて回折、偏向され、基板２１を透過して外部に出射されるようにした光源ユニット１も開示されている。
また、特許文献２には、光源モジュール１０とホログラム基板２０とを有し、光源モジュール１０は、筐体１１内にＬＥＤの光源１２を有し、ホログラム基板２０は、透明な基板２１上に上記の製法で作製される体積位相型の透過型ホログラム光学素子で構成されるホログラム光学素子２２を有し、光源１２から出射された光（発散光）は、ホログラム光学素子２２にて回折、偏向され、基板２１を透過して外部に出射されるようにした光源ユニット１も開示されている。
【0006】
しかしながら、特許文献２において、光源１２は、放射角度が一定の点光源であり、ホログラム光学素子２２は、放射角度が一定の点光源から発散光が照射された場合に、高ＮＡのレンズと同等の機能を有するホログラム光学素子を容易に実現することができるホログラム光学素子を得るために、基板２１上に複数のホログラムエレメント５１を形成するのであって、光源１２のＬＥＤの発光面積が大きくなり、光源１２の中心部分からの発散光がホログラム光学素子２２の特定の位置へ入射する角度と、光源１２の中心から離れた端部等からの発散光がホログラム光学素子２２の特定の位置へ入射する角度が大きく異なると、特許文献１の画像表示装置と同様に、光源１２からの光のうち中心部分からの光しかホログラム光学素子２２で回折、偏向され、外部に出射されず、光の利用効率が低下し、明るい光を出射できないという問題点がある。
【0007】
ここで、特許文献１の画像表示装置において、垂直共振器型面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：VCSEL）のような発光面積が微小で点光源に近い面発光レーザを光源として使用することも考えられる。
しかしながら、発光面積が微小の光源からホログラフィック回折格子に拡散光を照射するようにすると、光源の位置が設定位置からずれた場合、光源からの拡散光の回折格子入射角度が設定された角度と大きく異なり、光源にＬＥＤを使用した特許文献１の画像表示装置と同様に、ホログラフィック回折格子への入射光が平行光に回折されずに透過する等の問題が生ずる。
しかしながら、発光面積が微小の光源からホログラフィック回折格子に拡散光を照射するようにすると、光源の位置が設定位置からずれた場合、光源からの拡散光の回折格子入射角度が設定された角度と大きく異なり、光源にＬＥＤを使用した特許文献１の画像表示装置と同様に、ホログラフィック回折格子への入射光が平行光に回折されずに透過する等の問題が生ずる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】国際公開ＷＯ２０１８／２２１０９１号公報
【特許文献2】特開２０１０－７２１４８号公報公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明が解決しようとする課題は、光源からの拡散光を第１ホログラフィック光学素子により特定の方向の光に偏向して、偏向光を伝搬させる光偏向装置、伝搬した偏向光を第２ホログラフィック光学素子に照射する装置において、光源の発光面積が大きく、第１ホログラフィック光学素子の特定の位置に入射する光の角度が光源の中心部分からの光と端部からの光で異なる場合、あるいは、光源の発光面積が微小で第１ホログラフィック光学素子の特定の位置に入射する光の角度が、設定位置にある光源からの光と設定位置からずれた位置にある光源からの光で異なる場合であっても、光源からの光のうち第１ホログラフィック光学素子で偏向される光の割合を高くして、光の利用効率を高め、明るい偏向光を得るようにすることである。
【0010】
請求項１の発明は、内部が透明で厚さ方向に直交する第１の面と第２の面を有する基板と、前記基板の第１の面側に取り付けられた一又は複数のホログラフィック光学素子と、前記基板の前記ホログラフィック光学素子と対向する位置に取り付けられ、前記ホログラフィック光学素子を照射する光源とを備え、前記ホログラフィック光学素子は、前記光源から出射して前記ホログラフィック光学素子に入射した光を特定方向の光に偏向し、この偏向された偏向光が前記基板内を伝搬するようにした光偏向装置であって、前記光源は発光する又は発光する可能性のある一定の面積の発光領域を有し、該発光領域から出射して前記光源に対向する面の同じ位置に入射する光の入射角度は、前記発光領域から出射する光の位置によって異なり、前記ホログラフィック光学素子は、形状・大きさが同じ又は近似した複数の単位ホログラフィック光学素子が一層又は複数の層からなる構造であり、前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は、前記発光領域を前記単位ホログラフィック光学素子の数に分割した分割発光領域の各々と対向する位置にあり、前記分割発光領域の各々から出射して対向する位置にある前記単位ホログラフィック光学素子に入射する光の入射角度は、一の前記単位ホログラフィッ光学素子と他の前記単位ホログラフィック光学素子で同じであり、前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は該単位ホログラフィック光学素子と対向する前記分割発光領域からの光を前記特定方向の平行光に回折するようにした光偏向装置を提供して、上記課題を解決するものである。
【0011】
請求項２の発明は、前記光源は、前記基板の前記第１のホログラフィック光学素子の各々と対向する位置に取り付けられ、前記複数のホログラフィック光学素子を照射する複数のＬＥＤからなる光偏向装置を提供して、上記課題を解決するものである。
【0012】
請求項３の発明は、前記光源は面発光レーザであり、前記発光領域は前記面発光レーザの設定位置の範囲である光偏向装置を提供して、上記課題を解決するものである。
【0013】
請求項４の発明は、内部が透明で厚さ方向に直交する第１の面と第２の面を有する基板と、前記基板の第１の面側に取り付けられた一又は複数の第１ホログラフィック光学素子と、前記基板の第１の面又は第２の面の前記第１ホログラフィック光学素子とは異なる位置に取り付けられ、ホログラム画像を再生する第２ホログラフィック光学素子と、前記基板の前記第１ホログラフィック光学素子と対向する位置に取り付けられ、前記第１ホログラフィック光学素子を照射する光源とを備え、前記第１ホログラフィック光学素子は、前記光源から出射して前記第１ホログラフィック光学素子に入射した光を特定方向の光に偏向し、この偏向された偏向光が前記第２ホログラフィック光学素子を照射してホログラム画像を再生するようにしたホログラム画像再生装置であって、前記光源は発光する又は発光する可能性のある一定の面積の発光領域を有し、該発光領域から出射して前記光源に対向する面の同じ位置に入射する光の入射角度は、前記発光領域から出射する光の位置によって異なり、前記第１ホログラフィック光学素子は、形状・大きさが同じ又は近似した複数の単位ホログラフィック光学素子が一層又は複数の層からなる構造であり、前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は、前記発光領域を前記単位ホログラフィック光学素子の数に分割した分割発光領域の各々と対向する位置にあり、前記分割発光領域の各々から出射して対向する位置にある前記単位ホログラフィック光学素子に入射する光の入射角度は、一の前記単位ホログラフィック光学素子と他の前記単位ホログラフィック光学素子で同じであり、前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は該単位ホログラフィック光学素子と対向する前記分割発光領域からの光を前記特定方向の平行光に回折するようにしたホログラム画像再生装置を提供して、上記課題を解決するものである。
【0014】
請求項５の発明は、内部が透明で厚さ方向に直交する第１の面と第２の面を有する基板と、前記基板の第１の面側に取り付けられた一又は複数の第１ホログラフィック光学素子と、前記基板の第１の面又は第２の面の前記第１ホログラフィック光学素子とは異なる位置に取り付けられ、照射光を出射する第２ホログラフィック光学素子と、前記基板の前記第１ホログラフィック光学素子と対向する位置に取り付けられ、前記第１ホログラフィック光学素子を照射する光源とを備え、前記第１ホログラフィック光学素子は、前記光源から出射して前記第１ホログラフィック光学素子に入射した光を特定方向の光に偏向し、この偏向された偏向光が前記第２ホログラフィック光学素子を照射し、前記第２ホログラフィック光学素子から出射した光が対象物を照射する光照射装置であって、前記光源は発光する又は発光する可能性のある一定の面積の発光領域を有し、該発光領域から出射して前記光源に対向する面の同じ位置に入射する光の入射角度は、前記発光領域から出射する光の位置によって異なり、前記第１ホログラフィック光学素子は、形状・大きさが同じ又は近似した複数の単位ホログラフィック光学素子が一層又は複数の層からなる構造であり、前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は、前記発光領域を前記単位ホログラフィック光学素子の数に分割した分割発光領域の各々と対向する位置にあり、前記分割発光領域の各々から出射して対向する位置にある前記単位ホログラフィック光学素子に入射する光の入射角度は、一の前記単位ホログラフィック光学素子と他の前記単位ホログラフィック光学素子で同じであり、前記複数の単位ホログラフィック光学素子の各々は該単位ホログラフィック光学素子と対向する前記分割発光領域からの光を前記特定方向の平行光に回折するようにした光照射装置を提供して、上記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【0015】
請求項１に記載の発明の光偏向装置においては、光源が発光する又は発光する可能性のある一定の面積の発光領域を分割した分割発光領域と対向する位置にある単位ホログラフィック光学素子が、分割発光領域の拡散光を平行光に回折してすることから、ホログラフィック光学素子は、発光領域のどの位置からの拡散光も平行光に回折し、光源からの光のうちホログラフィック光学素子で偏向される光の割合を高くして、光の利用効率を高め、明るい偏向光を得ることができるという効果を奏する。
【0016】
請求項２に記載の発明の光偏向装置においては、さらに、偏向光が伝搬する方向と直角方向に長い明るい偏向光を得ることができるという効果を奏する。
【0017】
請求項３に記載の発明の光偏向装置においては、さらに、面発光レーザが設定位置からずれた位置に設定されても、ホログラフィック光学素子が面発光レーザからの拡散光も平行光に回折し、面発光レーザからの光のうちホログラフィック光学素子で偏向される光の割合を高くして、光の利用効率を高め、明るい偏向光を得ることができるという効果を奏する。
【0018】
請求項４に記載の発明のホログラム画像再生装置においては、光源が発光する又は発光する可能性のある一定の面積の発光領域を分割した分割発光領域と対向する位置にある単位ホログラフィック光学素子が、分割発光領域の拡散光を平行光に回折してすることから、第１ホログラフィック光学素子は、発光領域のどの位置からの拡散光も平行光に回折し、光源からの光のうち第１ホログラフィック光学素子で偏向される光の割合を高くして、光の利用効率を高め、第２ホログラフィック光学素子から明るいホログラム像を再生するという効果を奏する。
【0019】
請求項５に記載の発明の光照射装置においては、光源が発光する又は発光する可能性のある一定の面積の発光領域を分割した分割発光領域と対向する位置にある単位ホログラフィック光学素子が、分割発光領域の拡散光を平行光に回折してすることから、第１ホログラフィック光学素子は、光源の発光領域のどの位置からの拡散光も平行光に回折し、光源からの光のうち第１ホログラフィック光学素子で偏向される光の割合を高くして、光の利用効率を高め、第２ホログラフィック光学素子から明るい照明光を出射するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の光偏向装置を備えたホログラム画像再生装置の正面側からの斜視図と背面側からの斜視図である。
【図5】面発光レーザの斜視図である。
【図6】ホログラフィック光学素子（ホログラフィック回折格子）で拡散光が平行光に回折される状態を説明する説明図である。
【図7】ＬＥＤ５ｅの発光領域またはレーザ発光部５ｅ’の設定位置の範囲を４個の発光分割領域に分割した状態の斜視図である。
【図11】ＬＥＤ素子５ｅから出射した拡散光が基板２内を伝搬する状態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
［光偏向装置、ホログラム画像再生装置の構成］
図１（ａ）は、本発明の光偏向装置を備えたホログラム画像再生装置の正面側からの斜視図、図１（ｂ）は、本発明のホログラム画像再生装置の背面側からの斜視図、図２（ａ）は、図１に示すホログラム画像再生装置の左側面図、図２（ｂ）は、図１に示すホログラム画像再生装置の正面図、図３（ａ）は、図１に示すホログラム画像再生装置の背面図、図３（ａ）は、図１に示すホログラム画像再生装置の底面図、図４は、図１に示すホログラム画像再生装置の分解斜視図である。
図中、１はホログラム画像再生装置、１Ａは光偏向装置、２は基板、２Ｆは前面、２Ｒは後面、３は第１ホログラフィック光学素子列、３ａ～３ｉは第１ホログラフィック光学素子、４は第２ホログラフィック光学素子、５は光源シート、５ａ～５ｉはＬＥＤ、６はスペーサであり、図において、Ｘは基板２を前面２Ｆが正面を向くように置いた場合の前面２Ｆにおける水平方向（左右方向）、Ｙは前面２ＦにおけるＸ方向と垂直な方向（上下方向）、Ｚは前面２Ｆ（ＸＹ面）と垂直な方向（上下方向、基板２の厚み方向）である。
図に示すように、光偏向装置１Ａは、基板２、第１ホログラフィック光学素子列３、光源シート５、スペーサ６を備え、ホログラム画像再生装置１は、光偏向装置１Ａと第２ホログラフィック光学素子４を備えている。
基板２は、光学的屈折率が１．３～１．７の平板状の無色透明な板であり、第１の面となる前面２Ｆ、第２の面となる後面２Ｒを備え、アクリル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリアミド、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等のプラスチック材料、あるいは、ガラス等からなる。
図１（ａ）は、本発明の光偏向装置を備えたホログラム画像再生装置の正面側からの斜視図、図１（ｂ）は、本発明のホログラム画像再生装置の背面側からの斜視図、図２（ａ）は、図１に示すホログラム画像再生装置の左側面図、図２（ｂ）は、図１に示すホログラム画像再生装置の正面図、図３（ａ）は、図１に示すホログラム画像再生装置の背面図、図３（ａ）は、図１に示すホログラム画像再生装置の底面図、図４は、図１に示すホログラム画像再生装置の分解斜視図である。
図中、１はホログラム画像再生装置、１Ａは光偏向装置、２は基板、２Ｆは前面、２Ｒは後面、３は第１ホログラフィック光学素子列、３ａ～３ｉは第１ホログラフィック光学素子、４は第２ホログラフィック光学素子、５は光源シート、５ａ～５ｉはＬＥＤ、６はスペーサであり、図において、Ｘは基板２を前面２Ｆが正面を向くように置いた場合の前面２Ｆにおける水平方向（左右方向）、Ｙは前面２ＦにおけるＸ方向と垂直な方向（上下方向）、Ｚは前面２Ｆ（ＸＹ面）と垂直な方向（上下方向、基板２の厚み方向）である。
図に示すように、光偏向装置１Ａは、基板２、第１ホログラフィック光学素子列３、光源シート５、スペーサ６を備え、ホログラム画像再生装置１は、光偏向装置１Ａと第２ホログラフィック光学素子４を備えている。
基板２は、光学的屈折率が１．３～１．７の平板状の無色透明な板であり、第１の面となる前面２Ｆ、第２の面となる後面２Ｒを備え、アクリル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリアミド、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等のプラスチック材料、あるいは、ガラス等からなる。
【0022】
第１ホログラフィック光学素子列３は、Ｘ方向（左右方向）に配置された９個の第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉからなり、基板２の前面２Ｆの下部に空気を介さずに取り付けられている。
第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉは、それぞれ体積型ホログラフィック記録材料からなる複数の単位ホログラフィック光学素子（後述する）からなり、反射型であり、前面２Ｆに対して後面２Ｒ側から法線方向（Ｚ方向）に所定の拡散角をもった所定の波長の拡散光が照射されたとき、拡散光をＹＺ方向にＸＹ面（前面２Ｆ）に対して所定の角度の平行光に偏向するように回折する。
各第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉで回折される平行光は、基板２の前面２Ｆと後面２Ｒに当たって全反射しながら基板２内を伝搬し、第２ホログラフィック光学素子４（後述する）を照射してホログラム画像を再生させる。
第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉは、Ｘ方向（左右方向）に隙間なく配置されることがぼやけのないホログラム画像を再生させる上で望ましいが、ホログラム画像に目立たないぼやけ等を生じさせる程度の隙間や重なりが第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉにあってもよい。
第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉは、それぞれ体積型ホログラフィック記録材料からなる複数の単位ホログラフィック光学素子（後述する）からなり、反射型であり、前面２Ｆに対して後面２Ｒ側から法線方向（Ｚ方向）に所定の拡散角をもった所定の波長の拡散光が照射されたとき、拡散光をＹＺ方向にＸＹ面（前面２Ｆ）に対して所定の角度の平行光に偏向するように回折する。
各第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉで回折される平行光は、基板２の前面２Ｆと後面２Ｒに当たって全反射しながら基板２内を伝搬し、第２ホログラフィック光学素子４（後述する）を照射してホログラム画像を再生させる。
第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉは、Ｘ方向（左右方向）に隙間なく配置されることがぼやけのないホログラム画像を再生させる上で望ましいが、ホログラム画像に目立たないぼやけ等を生じさせる程度の隙間や重なりが第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉにあってもよい。
【0023】
第２ホログラフィック光学素子４は、体積型ホログラム素子であり、感光性材料である体積型ホログラフィック記録材料からなり、基板２の後面２Ｒに空気を介さずに取り付けられている。
この第２ホログラフィック光学素子４には、その前面（後面２Ｒ）に対して所定の方向・角度から、所定の波長の平行光が照射されたとき、所定の視野角をもつホログラム画像が再生される干渉縞が記録されている。
本実施形態の第２ホログラフィック光学素子４は、反射型であり、光学的屈折率が約１．５の体積型ホログラフィック記録材料からなり、この第２ホログラフィック光学素子４には、ＹＺ方向前面２Ｆ側からＸＹ面（後面２Ｒ）の法線に対して約６０度の角度で、５３２ｎｍを中心とした緑色の平行光が照射されたときＸＹ面（後面２Ｒ）の法線に対してＹ方向（上下方向）に±２０度、Ｘ方向（左右方向）に±４５度の視野角をもつホログラム画像が前面２Ｆ側に再生される干渉縞が記録されている。
なお、第２ホログラフィック光学素子４は、透過型でもよく、その場合は、基板２の前面２Ｆに透過型のホログラフィック光学素子４が貼り付けられ、ＹＺ方向後面２Ｒ側からＸＹ面の法線に対して所定角度で所定波長の平行光が照射され、前面２Ｆ側にホログラム画像が再生される。
また、第２ホログラフィック光学素子４は、干渉縞を微細な凹凸で記録したエンボス型ホログラフィック光学素子や回折光学素子等であってもよい。
この第２ホログラフィック光学素子４には、その前面（後面２Ｒ）に対して所定の方向・角度から、所定の波長の平行光が照射されたとき、所定の視野角をもつホログラム画像が再生される干渉縞が記録されている。
本実施形態の第２ホログラフィック光学素子４は、反射型であり、光学的屈折率が約１．５の体積型ホログラフィック記録材料からなり、この第２ホログラフィック光学素子４には、ＹＺ方向前面２Ｆ側からＸＹ面（後面２Ｒ）の法線に対して約６０度の角度で、５３２ｎｍを中心とした緑色の平行光が照射されたときＸＹ面（後面２Ｒ）の法線に対してＹ方向（上下方向）に±２０度、Ｘ方向（左右方向）に±４５度の視野角をもつホログラム画像が前面２Ｆ側に再生される干渉縞が記録されている。
なお、第２ホログラフィック光学素子４は、透過型でもよく、その場合は、基板２の前面２Ｆに透過型のホログラフィック光学素子４が貼り付けられ、ＹＺ方向後面２Ｒ側からＸＹ面の法線に対して所定角度で所定波長の平行光が照射され、前面２Ｆ側にホログラム画像が再生される。
また、第２ホログラフィック光学素子４は、干渉縞を微細な凹凸で記録したエンボス型ホログラフィック光学素子や回折光学素子等であってもよい。
【0024】
光源シート５は、シート基材５ｋとその上に等間隔で取り付けられたＬＥＤ５ａ～５ｉからなる。
ＬＥＤ５ａ～５ｉの各ＬＥＤは、ＬＥＤ素子とそれを覆う封入樹脂、土台となるパッケージ基板、電極、ボンディングワイヤー（いずれも図示せず）等を備えたＬＥＤパッケージである。
ＬＥＤ５ａ～５ｉの各ＬＥＤ素子は、大きさが例えば０．３ｍｍ～５ｍｍ角の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップであり、発光して拡散光を出射し、本発明の一定の面積の発光領域を形成する。
スペーサ６は、ＬＥＤ５ａ～５ｉからの拡散光が第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉで平行光に回折されるようにＬＥＤ５ａ～５ｉと第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉの距離の設定（位置決め）を行う枠体である。
そして、光源シート５は、各ＬＥＤ５ａ～５ｉが各第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉと対向するように、基板２の後面２Ｒの下部にスペーサ６を介して取り付けられる。
図５は、面発光レーザの斜視図であり、図中、５’ は面発光レーザ、５ａ’～５ｉ’はレーザ発光部、５ｋ’はシート基板である。
面発光レーザ５’は、シート基板にレーザ発光部５ａ’～５ｉ’が取り付けられたもので、各レーザ発光部５ａ’～５ｉ’の発光面積は数ミクロン角程度と微小である。
面発光レーザ５’は、光源シート５に代わるものであり、基板２の後面２Ｒの下部にスペーサ６を介して取り付けられる。
この場合、面発光レーザ５’のレーザ発光部５ａ’～５ｉ’の設置位置の範囲（設置位置の精度、レーザ発光部が発光する可能性のある発光領域）は１ｍｍ角（±０．５ｍｍ）程度となる。
なお、本発明の基板は、基板２のような平板状のものに限定されず、円筒状の基板であってもよく、円筒状の基板の場合は、円筒に外周面と内周面が第１の面と第２の面となり、円筒の外周面または内周面の円周方向に第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉが配置されて取り付けられ、それと対向する位置にＬＥＤ５ａ～５ｉが配置されて取り付けられ、円筒の外周面または内周面の第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉとは異なる位置に第２ホログラフィック光学素子４が取り付けられる。
ＬＥＤ５ａ～５ｉの各ＬＥＤは、ＬＥＤ素子とそれを覆う封入樹脂、土台となるパッケージ基板、電極、ボンディングワイヤー（いずれも図示せず）等を備えたＬＥＤパッケージである。
ＬＥＤ５ａ～５ｉの各ＬＥＤ素子は、大きさが例えば０．３ｍｍ～５ｍｍ角の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップであり、発光して拡散光を出射し、本発明の一定の面積の発光領域を形成する。
スペーサ６は、ＬＥＤ５ａ～５ｉからの拡散光が第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉで平行光に回折されるようにＬＥＤ５ａ～５ｉと第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉの距離の設定（位置決め）を行う枠体である。
そして、光源シート５は、各ＬＥＤ５ａ～５ｉが各第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉと対向するように、基板２の後面２Ｒの下部にスペーサ６を介して取り付けられる。
図５は、面発光レーザの斜視図であり、図中、５’ は面発光レーザ、５ａ’～５ｉ’はレーザ発光部、５ｋ’はシート基板である。
面発光レーザ５’は、シート基板にレーザ発光部５ａ’～５ｉ’が取り付けられたもので、各レーザ発光部５ａ’～５ｉ’の発光面積は数ミクロン角程度と微小である。
面発光レーザ５’は、光源シート５に代わるものであり、基板２の後面２Ｒの下部にスペーサ６を介して取り付けられる。
この場合、面発光レーザ５’のレーザ発光部５ａ’～５ｉ’の設置位置の範囲（設置位置の精度、レーザ発光部が発光する可能性のある発光領域）は１ｍｍ角（±０．５ｍｍ）程度となる。
なお、本発明の基板は、基板２のような平板状のものに限定されず、円筒状の基板であってもよく、円筒状の基板の場合は、円筒に外周面と内周面が第１の面と第２の面となり、円筒の外周面または内周面の円周方向に第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉが配置されて取り付けられ、それと対向する位置にＬＥＤ５ａ～５ｉが配置されて取り付けられ、円筒の外周面または内周面の第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉとは異なる位置に第２ホログラフィック光学素子４が取り付けられる。
【0025】
［第１ホログラフィック光学素子］
最初に、特許文献１の反射型のホログラフィック光学素子（ホログラフィック回折格子）に拡散光を照射して平行光に回折させる原理について説明する。
図６は、ホログラフィック光学素子（ホログラフィック回折格子）で拡散光が平行光に回折される状態を説明する説明図であり、図中、５ＲｅはＬＥＤ５ｅの発光領域、５Ｒｅ’はレーザ発光部５ｅ’の設定位置の範囲、ＨＯＥはホログラフィック光学素子（ホログラフィック回折格子）、Ｐ０は発光領域５Ｒｅまたは設定位置の範囲５Ｒｅ’の中心部、Ｐ１は発光領域５Ｒｅまたは設定位置の範囲５Ｒｅ’の上端部、Ｑｙはホログラフィック光学素子ＨＯＥ上の任意の点、ＬＰ０、ＬＰ１は拡散光、Ｌ１は平行光であり、図において拡散光ＬＰ０、ＬＰ１と平行光Ｌ１を灰色で表す。
点光源からの拡散光と入射角θの平行光を干渉させて生ずる干渉縞を体積型ホログラフィック記録材料に記録することにより、拡散光を出射角θの平行光に回折するホログラフィック光学素子ＨＯＥを作成することができる。
発光領域５Ｒｅまたは設定位置の範囲５Ｒｅ’の面積がある程度大きい（例えば１ｍｍ角以上）場合、ＬＥＤ５ｅまたはレーザ発光部５ｅ’からの拡散光をホログラフィック光学素子ＨＯＥに照射すると、図５に示すようにホログラフィック光学素子ＨＯＥは、中心部Ｐ０から出射する拡散光ＬＰ０を出射角（反射角）θの平行光Ｌ１に回折する。
しかしながら、ホログラフィック光学素子ＨＯＥ上の任意の点Ｑｙにおいて、上端部Ｐ１から出射する光の入射角φ１は、中心部Ｐ０から出射する光の入射角φ０と大きく異なることから、上端部Ｐ１から出射する拡散光ＬＰ１は、ホログラフィック光学素子ＨＯＥで平行光Ｌ１に回折されずホログラフィック光学素子ＨＯＥを透過することとなる。
すなわち、発光領域（設定位置の範囲）の面積がある程度大きいＬＥＤ５ｅ（レーザ発光部５ｅ’）からの拡散光をホログラフィック光学素子ＨＯＥに照射すると、発光領域５Ｒｅ（設定位置の範囲５Ｒｅ’）の中心部から離れた端部からの拡散光は設定どおりの平行光Ｌ１に回折されず、平行光Ｌ１を明るくすることができない。
最初に、特許文献１の反射型のホログラフィック光学素子（ホログラフィック回折格子）に拡散光を照射して平行光に回折させる原理について説明する。
図６は、ホログラフィック光学素子（ホログラフィック回折格子）で拡散光が平行光に回折される状態を説明する説明図であり、図中、５ＲｅはＬＥＤ５ｅの発光領域、５Ｒｅ’はレーザ発光部５ｅ’の設定位置の範囲、ＨＯＥはホログラフィック光学素子（ホログラフィック回折格子）、Ｐ０は発光領域５Ｒｅまたは設定位置の範囲５Ｒｅ’の中心部、Ｐ１は発光領域５Ｒｅまたは設定位置の範囲５Ｒｅ’の上端部、Ｑｙはホログラフィック光学素子ＨＯＥ上の任意の点、ＬＰ０、ＬＰ１は拡散光、Ｌ１は平行光であり、図において拡散光ＬＰ０、ＬＰ１と平行光Ｌ１を灰色で表す。
点光源からの拡散光と入射角θの平行光を干渉させて生ずる干渉縞を体積型ホログラフィック記録材料に記録することにより、拡散光を出射角θの平行光に回折するホログラフィック光学素子ＨＯＥを作成することができる。
発光領域５Ｒｅまたは設定位置の範囲５Ｒｅ’の面積がある程度大きい（例えば１ｍｍ角以上）場合、ＬＥＤ５ｅまたはレーザ発光部５ｅ’からの拡散光をホログラフィック光学素子ＨＯＥに照射すると、図５に示すようにホログラフィック光学素子ＨＯＥは、中心部Ｐ０から出射する拡散光ＬＰ０を出射角（反射角）θの平行光Ｌ１に回折する。
しかしながら、ホログラフィック光学素子ＨＯＥ上の任意の点Ｑｙにおいて、上端部Ｐ１から出射する光の入射角φ１は、中心部Ｐ０から出射する光の入射角φ０と大きく異なることから、上端部Ｐ１から出射する拡散光ＬＰ１は、ホログラフィック光学素子ＨＯＥで平行光Ｌ１に回折されずホログラフィック光学素子ＨＯＥを透過することとなる。
すなわち、発光領域（設定位置の範囲）の面積がある程度大きいＬＥＤ５ｅ（レーザ発光部５ｅ’）からの拡散光をホログラフィック光学素子ＨＯＥに照射すると、発光領域５Ｒｅ（設定位置の範囲５Ｒｅ’）の中心部から離れた端部からの拡散光は設定どおりの平行光Ｌ１に回折されず、平行光Ｌ１を明るくすることができない。
【0026】
図７は、ＬＥＤ５ｅの発光領域またはレーザ発光部５ｅ’の設定位置の範囲を４個の発光分割領域に分割した状態の斜視図、図８は、図７に示す分割発光領域から対向する位置にある単位ホログラフィック光学素子に拡散光を照射した状態の斜視図、図８（ａ）は、図７に示す状態の平面図、図８（ｂ）は図７に示す状態の左側面図、図９は、図７に示す状態を各分割発光領域とそれに対向する単位ホログラフィック光学素子に分解した分解斜視図である。
図中、３ｅ１～３ｅ４は単位ホログラフィック光学素子、５ｅ１～５ｅ４は分割発光領域、Ｌｅ１～Ｌｅ４は拡散光、ＲＳ１～ＲＳ４は屈折面であり、拡散光Ｌｅ１～Ｌｅ４を灰色で表し、屈折面ＲＳ１～ＲＳ４を破線で表し、図７、図８では基板２を省略する。
以下図に基づいてＬＥＤ５ｅと対向する位置にある第１ホログラフィック光学素子３ｅの構成について説明する。
上述のようにＬＥＤ５ｅ（レーザ発光部５ｅ’）の発光領域５Ｒｅ（設定位置の範囲５Ｒｅ’）の面積がある程度大きい場合（例えば１．５ｍｍ角）、発光領域５Ｒｅ（設定位置の範囲５Ｒｅ’）の端部からの拡散光もホログラフィック光学素子で回折されるような大きさの分割発光領域に分割する。
図６では、ＬＥＤ５ｅの発光領域５Ｒｅ（設定位置の範囲５Ｒｅ’）が１．５ｍｍ角であるとして、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれ２分割した４個の分割発光領域５ｅ１～５ｅ４に分割し、各分割発光領域の大きさを１ｍｍ角以下の０．７５ｍｍ角としている。
これよりＬＥＤ５ｅの発光領域５Ｒｅ（設定位置の範囲５Ｒｅ’）の面積が大きくなると発光領域の分割数も多くなり、ＬＥＤ５ｅの発光領域５Ｒｅ（設定位置の範囲５Ｒｅ’）が２ｍｍ角の場合は、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれ３分割した９個の分割発光領域に分割し、各分割発光領域の大きさを１ｍｍ角以下の０．６７ｍｍ角とすればよい。
図中、３ｅ１～３ｅ４は単位ホログラフィック光学素子、５ｅ１～５ｅ４は分割発光領域、Ｌｅ１～Ｌｅ４は拡散光、ＲＳ１～ＲＳ４は屈折面であり、拡散光Ｌｅ１～Ｌｅ４を灰色で表し、屈折面ＲＳ１～ＲＳ４を破線で表し、図７、図８では基板２を省略する。
以下図に基づいてＬＥＤ５ｅと対向する位置にある第１ホログラフィック光学素子３ｅの構成について説明する。
上述のようにＬＥＤ５ｅ（レーザ発光部５ｅ’）の発光領域５Ｒｅ（設定位置の範囲５Ｒｅ’）の面積がある程度大きい場合（例えば１．５ｍｍ角）、発光領域５Ｒｅ（設定位置の範囲５Ｒｅ’）の端部からの拡散光もホログラフィック光学素子で回折されるような大きさの分割発光領域に分割する。
図６では、ＬＥＤ５ｅの発光領域５Ｒｅ（設定位置の範囲５Ｒｅ’）が１．５ｍｍ角であるとして、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれ２分割した４個の分割発光領域５ｅ１～５ｅ４に分割し、各分割発光領域の大きさを１ｍｍ角以下の０．７５ｍｍ角としている。
これよりＬＥＤ５ｅの発光領域５Ｒｅ（設定位置の範囲５Ｒｅ’）の面積が大きくなると発光領域の分割数も多くなり、ＬＥＤ５ｅの発光領域５Ｒｅ（設定位置の範囲５Ｒｅ’）が２ｍｍ角の場合は、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれ３分割した９個の分割発光領域に分割し、各分割発光領域の大きさを１ｍｍ角以下の０．６７ｍｍ角とすればよい。
【0027】
そして、図８、図９に示すように、分割発光領域５ｅ１に対向する位置に単位ホログラフィック光学素子３ｅ１が、分割発光領域５ｅ２に対向する位置に単位ホログラフィック光学素子３ｅ２が、分割発光領域５ｅ３に対向する位置に単位ホログラフィック光学素子３ｅ３が、分割発光領域５ｅ４に対向する位置に単位ホログラフィック光学素子３ｅ４がＺ方向の位置を変えて４層に配置される。
すなわち、単位ホログラフィック光学素子３ｅ１に対して、その裏側にＸ方向の位置をずらして単位ホログラフィック光学素子３ｅ２が配置され、さらにその裏側にＹ方向の位置をずらして単位ホログラフィック光学素子３ｅ３が配置され、さらにその裏側にＸ方向とＹ方向の位置をずらして単位ホログラフィック光学素子３ｅ４が配置される。
このような単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４の集合が第１ホログラフィック光学素子３ｅとなる。
すなわち、単位ホログラフィック光学素子３ｅ１に対して、その裏側にＸ方向の位置をずらして単位ホログラフィック光学素子３ｅ２が配置され、さらにその裏側にＹ方向の位置をずらして単位ホログラフィック光学素子３ｅ３が配置され、さらにその裏側にＸ方向とＹ方向の位置をずらして単位ホログラフィック光学素子３ｅ４が配置される。
このような単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４の集合が第１ホログラフィック光学素子３ｅとなる。
【0028】
ここで、単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４は、各分割発光領域５ｅ１～５ｅ４の中心位置にある点光源からの拡散光と入射角θの平行光を干渉させた干渉縞を記録したものである（図６のＰ０が各分割発光領域５ｅ１～５ｅ４の中心位置にあり、体積型ホログラフィック記録材料ＨＲＭに干渉縞を記録したものが単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４となる。）
これより、図１０等に示すように、分割発光領域５ｅ１から出射した拡散光Ｌｅ１は、後面２Ｒの屈折面ＲＳ１で屈折して基板２内に入射し、前面２Ｆに取り付けられた単位ホログラフィック光学素子３ｅ１を照射し、分割発光領域５ｅ２から出射した拡散光Ｌｅ２は、後面２Ｒの屈折面ＲＳ２で屈折して基板２内に入射し、前面２Ｆに取り付けられた単位ホログラフィック光学素子３ｅ２を照射し、分割発光領域５ｅ３から出射した拡散光Ｌｅ３は、後面２Ｒの屈折面ＲＳ３で屈折して基板２内に入射し、前面２Ｆに取り付けられた単位ホログラフィック光学素子３ｅ３を照射し、分割発光領域５ｅ４から出射した拡散光Ｌｅ４は、後面２Ｒの屈折面ＲＳ４で屈折して基板２内に入射し、前面２Ｆに取り付けられた単位ホログラフィック光学素子３ｅ４を照射する。
そして、単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４に入射した拡散光は、出射角（反射角θ）の平行光に回折される。
よって、各単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４は、各分割発光領域５ｅ１～５ｅ４の端部からの拡散光も平行光に回折し、回折される平行光は同じ出射角（反射角）θの平行光となることから、単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４が集合した第１ホログラフィック光学素子３ｅは、ＬＥＤ５ｅの発光領域の端部からの拡散光も平行光に回折して、ＬＥＤ５ｅ（レーザ発光部５ｅ’）からの拡散光を出射角（反射角）θの明るい平行光に偏向する。
これより、図１０等に示すように、分割発光領域５ｅ１から出射した拡散光Ｌｅ１は、後面２Ｒの屈折面ＲＳ１で屈折して基板２内に入射し、前面２Ｆに取り付けられた単位ホログラフィック光学素子３ｅ１を照射し、分割発光領域５ｅ２から出射した拡散光Ｌｅ２は、後面２Ｒの屈折面ＲＳ２で屈折して基板２内に入射し、前面２Ｆに取り付けられた単位ホログラフィック光学素子３ｅ２を照射し、分割発光領域５ｅ３から出射した拡散光Ｌｅ３は、後面２Ｒの屈折面ＲＳ３で屈折して基板２内に入射し、前面２Ｆに取り付けられた単位ホログラフィック光学素子３ｅ３を照射し、分割発光領域５ｅ４から出射した拡散光Ｌｅ４は、後面２Ｒの屈折面ＲＳ４で屈折して基板２内に入射し、前面２Ｆに取り付けられた単位ホログラフィック光学素子３ｅ４を照射する。
そして、単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４に入射した拡散光は、出射角（反射角θ）の平行光に回折される。
よって、各単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４は、各分割発光領域５ｅ１～５ｅ４の端部からの拡散光も平行光に回折し、回折される平行光は同じ出射角（反射角）θの平行光となることから、単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４が集合した第１ホログラフィック光学素子３ｅは、ＬＥＤ５ｅの発光領域の端部からの拡散光も平行光に回折して、ＬＥＤ５ｅ（レーザ発光部５ｅ’）からの拡散光を出射角（反射角）θの明るい平行光に偏向する。
【0029】
この場合、各単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４の中心は、各分割発光領域５ｅ１～５ｅ４の中心と対向する位置（両者の中心を結ぶ線がＸＹ面と垂直になる位置）にあり、各単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４の形状・大きさは同じとなるが、 本発明においては、単位ホログラフィック光学素子の位置は、分割発光領域の中心と対向しなくてもよく、各単位ホログラフィック光学素子の形状・大きさは近似していてもよい。
具体的には、例えばＬＥＤ５ｅの発光領域を９分割し、第１ホログラフィック光学素子３ｅを９個の単位ホログラフィック光学素子から構成し、第１ホログラフィック光学素子３ｅと隣り合う第１ホログラフィック光学素子３ｄ、３ｆと接する単位ホログラフィック光学素子の端部を切り取り、第１ホログラフィック光学素子３ｅで回折される平行光が隣り合う第１ホログラフィック光学素子３ｄ、３ｆで回折される平行光と重畳しないようにした場合、端部を切り取った単位ホログラフィック光学素子の位置は、分割発光領域の中心と対向する位置から少しずれ、端部を切り取った単位ホログラフィック光学素子の形状・大きさは、端部を切り取らない単位ホログラフィック光学素子の形状・大きさは近似する。
また、第１ホログラフィック光学素子３ｅは、各単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４毎に層を変えた４層構成とする必要はなく、単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４の干渉縞すべてを同一の層に記録した１層構成、あるいは、単位ホログラフィック光学素子３ｅ１、３ｅ２の干渉縞を第１層目に記録し、単位ホログラフィック光学素子３ｅ３、３ｅ４の干渉縞を第２層目に記録した２層構成としてもよい。
具体的には、例えばＬＥＤ５ｅの発光領域を９分割し、第１ホログラフィック光学素子３ｅを９個の単位ホログラフィック光学素子から構成し、第１ホログラフィック光学素子３ｅと隣り合う第１ホログラフィック光学素子３ｄ、３ｆと接する単位ホログラフィック光学素子の端部を切り取り、第１ホログラフィック光学素子３ｅで回折される平行光が隣り合う第１ホログラフィック光学素子３ｄ、３ｆで回折される平行光と重畳しないようにした場合、端部を切り取った単位ホログラフィック光学素子の位置は、分割発光領域の中心と対向する位置から少しずれ、端部を切り取った単位ホログラフィック光学素子の形状・大きさは、端部を切り取らない単位ホログラフィック光学素子の形状・大きさは近似する。
また、第１ホログラフィック光学素子３ｅは、各単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４毎に層を変えた４層構成とする必要はなく、単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４の干渉縞すべてを同一の層に記録した１層構成、あるいは、単位ホログラフィック光学素子３ｅ１、３ｅ２の干渉縞を第１層目に記録し、単位ホログラフィック光学素子３ｅ３、３ｅ４の干渉縞を第２層目に記録した２層構成としてもよい。
【0030】
他の第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｄ、３ｆ～３ｉも、第１ホログラフィック光学素子３ｅの単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４と同様の単位ホログラフィック光学素子から構成され、第１ホログラフィック光学素子３ｅと同様に、ＬＥＤ５ａ～５ｄ、５ｆ～５ｉ（レーザ発光部５ａ’～５ｄ’、５ｆ’～５ｉ’）からの拡散光を出射角（反射角）θの明るい平行光に偏向する。
なお、図８、図９では、第１ホログラフィック光学素子３ｅを構成する単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４に段差が生じているように表わされているが、単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４の周囲には体積型ホログラフィック記録材料が存在し、上記のような段差はない。
なお、図８、図９では、第１ホログラフィック光学素子３ｅを構成する単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４に段差が生じているように表わされているが、単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４の周囲には体積型ホログラフィック記録材料が存在し、上記のような段差はない。
【0031】
［第２ホログラフィック光学素子によるホログラム画像の再生表示］
ホログラム画像再生装置１おいては、ＬＥＤ素子５ａ～５ｉ（レーザ発光部５ａ’～５ｉ’）から出射した拡散光が、ホログラフィック回折格子３ａ～３ｉを照射し、ホログラフィック回折格子３ａ～３ｉで平行光に偏向するように回折され、この平行光が基板２内を伝搬し、ホログラフィック光学素子４を照射してホログラム画像を再生表示させる。
図１１は、中央のＬＥＤ素子５ｅ（レーザ発光部５ｅ’）から出射した拡散光が基板２内を伝搬する状態を説明する説明図であり、同図（ａ）は、基板２の左側面から見た図、同図（ｂ）は、基板２の正面から見た図であり、図中、４Ｓはホログラフィック光学素子の後面である。
図１０（ａ）において、ＬＥＤ素子５ｅ（レーザ発光部５ｅ’）から出射される拡散光ａｂを一点鎖線で表し、ＬＥＤ素子５ｅと対向するホログラフィック回折格子３ｅで回折されて基板２の前面２Ｆ、後面２Ｒで全反射しながら伝搬する平行光ａ１～ａ６、ｂ１～ｂ５を二点鎖線で表し、図１０（ｂ）において、ホログラフィック回折格子３ｅで回折された平行光が伝搬する部分（領域）を灰色で表す。
ホログラム画像再生装置１おいては、ＬＥＤ素子５ａ～５ｉ（レーザ発光部５ａ’～５ｉ’）から出射した拡散光が、ホログラフィック回折格子３ａ～３ｉを照射し、ホログラフィック回折格子３ａ～３ｉで平行光に偏向するように回折され、この平行光が基板２内を伝搬し、ホログラフィック光学素子４を照射してホログラム画像を再生表示させる。
図１１は、中央のＬＥＤ素子５ｅ（レーザ発光部５ｅ’）から出射した拡散光が基板２内を伝搬する状態を説明する説明図であり、同図（ａ）は、基板２の左側面から見た図、同図（ｂ）は、基板２の正面から見た図であり、図中、４Ｓはホログラフィック光学素子の後面である。
図１０（ａ）において、ＬＥＤ素子５ｅ（レーザ発光部５ｅ’）から出射される拡散光ａｂを一点鎖線で表し、ＬＥＤ素子５ｅと対向するホログラフィック回折格子３ｅで回折されて基板２の前面２Ｆ、後面２Ｒで全反射しながら伝搬する平行光ａ１～ａ６、ｂ１～ｂ５を二点鎖線で表し、図１０（ｂ）において、ホログラフィック回折格子３ｅで回折された平行光が伝搬する部分（領域）を灰色で表す。
【0032】
ＬＥＤ素子５ｅの発光領域から出射される拡散光ａｂは、後面２Ｒで屈折して基板２内に入射し、第１ホログラフィック光学素子３ｅの単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４で伝搬角θの平行光ａ１に回折され、平行光ａ１は、基板２の後面２Ｒの領域Ａ１に当たって全反射して平行光ｂ１となり、平行光ｂ１は、前面２Ｆの領域Ｂ１に当たって全反射して平行光ａ２となり、平行光ａ２は、第２ホログラフィック光学素子４に入って一部の光が透過して後面４Ｓの領域Ａ２に当たって全反射して平行光ｂ２となり、平行光ｂ２は、基板２内に入って前面２Ｆの領域Ｂ２に当たって全反射して平行光ａ３となり、平行光ａ３は、第２ホログラフィック光学素子４に入って一部の光が透過して後面４Ｓの領域Ａ３に当たって全反射して平行光ｂ３となり、平行光ｂ３は、基板２内に入って前面２Ｆの領域Ｂ３に当たって全反射し、これを繰り返して基板２内を平行光ａ４、ｂ４、ａ５、ｂ５、ａ６が伝搬して行く。
この場合、第１ホログラフィック光学素子３ｅで回折され、後面２Ｒ、後面４Ｓ、前面３Ｆで全反射される平行光（ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２、ａ３、ｂ３・・・）は、図１０（ｂ）に示すように伝搬方向に直交し基板２の厚み方向に直交する方向に拡散せず平行であり（図１０（ｂ）に示されている灰色の帯状領域）、その伝搬方向の長さｙは、基板２の厚さをｔとすると、ｙ＝２ｔ×ｔａｎθとなり、平行光（ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２、ａ３、ｂ３・・・）が、後面３Ｒ、後面４Ｓ、前面３Ｆに伝搬方向に隙間なく当たるためには、第１ホログラフィック光学素子３ｅの光の伝搬方向の長さＭｙと長さｙを等しくする必要がある。例えば、θ＝６０度、ｔ＝５ｍｍの場合、Ｍｙ＝ｙ＝２×５×ｔａｎ６０°＝１７．３ｍｍとなる。
また、他のＬＥＤ５ａ～５ｄ、５ｆ～５ｉ（レーザ発光部５ａ’～５ｄ’、５ｆ’～５ｉ’）の発光領域から出射される拡散光も、同様にして対向する位置にある第１ホログラフィック光学素子の単位ホログラフィック光学素子で伝搬角θの平行光に回折され、基板２内を伝搬していく。
この場合、第１ホログラフィック光学素子３ｅで回折され、後面２Ｒ、後面４Ｓ、前面３Ｆで全反射される平行光（ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２、ａ３、ｂ３・・・）は、図１０（ｂ）に示すように伝搬方向に直交し基板２の厚み方向に直交する方向に拡散せず平行であり（図１０（ｂ）に示されている灰色の帯状領域）、その伝搬方向の長さｙは、基板２の厚さをｔとすると、ｙ＝２ｔ×ｔａｎθとなり、平行光（ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２、ａ３、ｂ３・・・）が、後面３Ｒ、後面４Ｓ、前面３Ｆに伝搬方向に隙間なく当たるためには、第１ホログラフィック光学素子３ｅの光の伝搬方向の長さＭｙと長さｙを等しくする必要がある。例えば、θ＝６０度、ｔ＝５ｍｍの場合、Ｍｙ＝ｙ＝２×５×ｔａｎ６０°＝１７．３ｍｍとなる。
また、他のＬＥＤ５ａ～５ｄ、５ｆ～５ｉ（レーザ発光部５ａ’～５ｄ’、５ｆ’～５ｉ’）の発光領域から出射される拡散光も、同様にして対向する位置にある第１ホログラフィック光学素子の単位ホログラフィック光学素子で伝搬角θの平行光に回折され、基板２内を伝搬していく。
【0033】
ここで、第２ホログラフィック光学素子４には、第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉからの平行光（Ｚ方向のＸＹ面に対して角度θの平行光）が照射されたとき、ホログラム画像が再生される干渉縞が記録されている。
よって、第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉの単位ホログラフィック光学素で回折され、基板２の前面２Ｆで全反射し第２ホログラフィック光学素子４に入った平行光の一部は、第２ホログラフィック光学素子４の干渉縞により回折して、基板２から外側（正面側）に出て、これによってホログラム画像が再生され、正面側のホログラフィック光学素子４と対向する位置にいる観察者は、再生されたホログラム画像を視認することができる。
すなわち、基板２の前面２Ｆで全反射し第２ホログラフィック光学素子４に入った平行光のうち、一部はホログラム画像を表す画像光として基板２の外側（正面側）に出て、残りは平行光のまま第２ホログラフィック光学素子４の後面４Ｓで全反射することとなる。
この場合、第２ホログラフィック光学素子４が貼り付けられた基板２内において、ホログラフィック光学素子４の後面４Ｓ又は基板２の前面２Ｆに当たった平行光が前面２Ｆ又は後面４Ｓに当たるまでに進む距離Ｓ’は、ホログラフィック光学素子４の厚みをδとすると、Ｓ’＝（ｄ＋δ）ｔａｎθとなり、第２ホログラフィック光学素子４が貼り付けられていない基板２内を平行光が進む距離Ｓ（＝ｄｔａｎθ）より大きくなる。 δが基板２の厚みｄに比べて小さい場合（例えば、δはｄの５％以下）は、Ｓ’とＳはほぼ等しく、δは無視してよいが、δがｄに比べて無視できないほど大きい場合（例えば、δはｄの１０％以上）は、ＬｙとＳ’が同じになるに、すなわち、Ｌｙ＝（ｄ＋δ）ｔａｎθとなるように設定し、基板２内を伝搬する平行光が第２ホログラフィック光学素子４を照射するようにするのが望ましい。
よって、第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉの単位ホログラフィック光学素で回折され、基板２の前面２Ｆで全反射し第２ホログラフィック光学素子４に入った平行光の一部は、第２ホログラフィック光学素子４の干渉縞により回折して、基板２から外側（正面側）に出て、これによってホログラム画像が再生され、正面側のホログラフィック光学素子４と対向する位置にいる観察者は、再生されたホログラム画像を視認することができる。
すなわち、基板２の前面２Ｆで全反射し第２ホログラフィック光学素子４に入った平行光のうち、一部はホログラム画像を表す画像光として基板２の外側（正面側）に出て、残りは平行光のまま第２ホログラフィック光学素子４の後面４Ｓで全反射することとなる。
この場合、第２ホログラフィック光学素子４が貼り付けられた基板２内において、ホログラフィック光学素子４の後面４Ｓ又は基板２の前面２Ｆに当たった平行光が前面２Ｆ又は後面４Ｓに当たるまでに進む距離Ｓ’は、ホログラフィック光学素子４の厚みをδとすると、Ｓ’＝（ｄ＋δ）ｔａｎθとなり、第２ホログラフィック光学素子４が貼り付けられていない基板２内を平行光が進む距離Ｓ（＝ｄｔａｎθ）より大きくなる。 δが基板２の厚みｄに比べて小さい場合（例えば、δはｄの５％以下）は、Ｓ’とＳはほぼ等しく、δは無視してよいが、δがｄに比べて無視できないほど大きい場合（例えば、δはｄの１０％以上）は、ＬｙとＳ’が同じになるに、すなわち、Ｌｙ＝（ｄ＋δ）ｔａｎθとなるように設定し、基板２内を伝搬する平行光が第２ホログラフィック光学素子４を照射するようにするのが望ましい。
【0034】
［光照射装置］
本発明の光照射装置は、ホログラム画像再生装置１において、ホログラム画像が再生される干渉縞が記録されている第２ホログラフィック光学素子４に代えて、照明光としての拡散光、平行光、発散光を出射する干渉縞が記録された第２ホログラフィック光学素子（以下「照明用第２ホログラフィック光学素子」という）が使用される。
すなわち、光照射装置は、基板２、第１ホログラフィック光学素子列３、光源シート５（面発光レーザ５’）、スペーサ６を有する光偏向装置１Ａと照明用第２ホログラフィック光学素子を備えている。
そして、照明用第２ホログラフィック光学素子は、反射型であり、光学的屈折率が約１．５の体積型ホログラフィック記録材料からなり、この照明用第２ホログラフィック光学素子には、後面２Ｒ側から前面２Ｆの法線に対して約６０度の角度で、白色の平行光が照射されたとき、平行光を前面２Ｆの法線に対して前後方向に±１５度、左右方向に±１５度の拡散光として後面２Ｒ側に回折する干渉縞が記録されている。
なお、照明用第２ホログラフィック光学素子は、透過型でもよく、その場合は、基板２の後面２Ｒに透過型の照明用第２ホログラフィック光学素子が貼り付けられ、前面２Ｆ側から後面２Ｒの法線に対して所定角度で所定波長の平行光が照射され、後面２Ｒ側に照明光が出射される。
本発明の光照射装置は、ホログラム画像再生装置１において、ホログラム画像が再生される干渉縞が記録されている第２ホログラフィック光学素子４に代えて、照明光としての拡散光、平行光、発散光を出射する干渉縞が記録された第２ホログラフィック光学素子（以下「照明用第２ホログラフィック光学素子」という）が使用される。
すなわち、光照射装置は、基板２、第１ホログラフィック光学素子列３、光源シート５（面発光レーザ５’）、スペーサ６を有する光偏向装置１Ａと照明用第２ホログラフィック光学素子を備えている。
そして、照明用第２ホログラフィック光学素子は、反射型であり、光学的屈折率が約１．５の体積型ホログラフィック記録材料からなり、この照明用第２ホログラフィック光学素子には、後面２Ｒ側から前面２Ｆの法線に対して約６０度の角度で、白色の平行光が照射されたとき、平行光を前面２Ｆの法線に対して前後方向に±１５度、左右方向に±１５度の拡散光として後面２Ｒ側に回折する干渉縞が記録されている。
なお、照明用第２ホログラフィック光学素子は、透過型でもよく、その場合は、基板２の後面２Ｒに透過型の照明用第２ホログラフィック光学素子が貼り付けられ、前面２Ｆ側から後面２Ｒの法線に対して所定角度で所定波長の平行光が照射され、後面２Ｒ側に照明光が出射される。
【0035】
以上のように光偏向装置１Ａは、基板２、第１ホログラフィック光学素子列３、光源シート５（面発光レーザ５’）、スペーサ６を備え、第１ホログラフィック光学素子列３は第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉからなり、光源シート５（面発光レーザ５’）はＬＥＤ５ａ～５ｉ（レーザ発光部５ａ’～５ｉ’）を有し、第１ホログラフィック光学素子３ｅは単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４から構成され、他の第１ホログラフィック光学素子３同様の単位ホログラフィック光学素子から構成され、ＬＥＤ５ｅ（レーザ発光部５ｅ’）の発光領域（設定位置の範囲）は分割発光領域５ｅ１～５ｅ４に分割され、他のＬＥＤの発光領域（設定位置の範囲）も同様の分割発光領域に分割され、各単位ホログラフィック光学素子３ｅ１～３ｅ４は、各分割発光領域５ｅ１～５ｅ４と対向する位置に配置され、各分割発光領域５ｅ１～５ｅ４からの拡散光を端部から拡散光まで平行光に回折することから、第１ホログラフィック光学素子３ｅは、ＬＥＤ５ｅ（レーザ発光部５ｅ’）の発光領域（設定位置の範囲）の端部からの拡散光も平行光に回折して、ＬＥＤ５ｅ（レーザ発光部５ｅ’）からの拡散光を同一方向の明るい平行光に偏向し、他の第１ホログラフィック光学素子も、同様に他のＬＥＤ（レーザ発光部）の発光領域（設定位置の範囲）の端部からの拡散光も平行光に回折して、他のＬＥＤ（レーザ発光部）からの拡散光を同一方向の明るい平行光に偏向する。
また、ホログラム画像再生装置１は、光偏向装置１Ａと第２ホログラフィック光学素子４を備え、光偏向装置１Ａの第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉで偏向された明るい平行光は、基板２内を全反射しながら伝搬し第２ホログラフィック光学素子４を照射することから、明るいホログラム像を再生する。
さらに、光照射装置は、光偏向装置１Ａと照明用第２ホログラフィック光学素子を備え、光偏向装置１Ａの第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉで偏向された明るい平行光は、基板２内を全反射しながら伝搬し照明用第２ホログラフィック光学素子を照射することから、明るい照明光を出射する。
また、ホログラム画像再生装置１は、光偏向装置１Ａと第２ホログラフィック光学素子４を備え、光偏向装置１Ａの第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉで偏向された明るい平行光は、基板２内を全反射しながら伝搬し第２ホログラフィック光学素子４を照射することから、明るいホログラム像を再生する。
さらに、光照射装置は、光偏向装置１Ａと照明用第２ホログラフィック光学素子を備え、光偏向装置１Ａの第１ホログラフィック光学素子３ａ～３ｉで偏向された明るい平行光は、基板２内を全反射しながら伝搬し照明用第２ホログラフィック光学素子を照射することから、明るい照明光を出射する。
【産業上の利用可能性】
【0036】
本発明の光偏向装置、ホログラム画像再生装置及び光照射装置は、光源の発光面積が大きく、第１ホログラフィック光学素子の特定の位置に入射する光の角度が光源の中心部分からの光と端部からの光で異なる場合、あるいは、光源の発光面積が微小で第１ホログラフィック光学素子の特定の位置に入射する光の角度が、設定位置にある光源からの光と設定位置からずれた位置にある光源からの光で異なる場合であっても、光源からの光のうち第１ホログラフィック光学素子で偏向される光の割合を高くして、光の利用効率を高め、明るい偏向光、明るいホログラム画像、明るい照明光を得ることができ、第１ホログラフィック光学素子で拡散光を平行光に偏向する光偏向装置、第１ホログラフィック光学素子で偏向された平行光を透明基板内で伝搬させて透明基板の一方の面からホログラム像を再生するホログラム画像再生装置、第１ホログラフィック光学素子で偏向された平行光を透明基板内で伝搬させて透明基板の一方の面から照明光を出射させる光照射装置に利用できる。
【符号の説明】
【0037】
１ ホログラム画像再生装置
１Ａ 光偏向装置
２ 基板
２Ｆ 前面
２Ｒ 後面
３ 第１ホログラフィック光学素子列
３ａ～３ｉ 第１ホログラフィック光学素子
３ｅ１～３ｅ４ 単位ホログラフィック光学素子
３ＬＥ ＬＥＤチップ（発光領域）
４ 第２ホログラフィック光学素子
５ 光源シート
５ａ～５ｉ ＬＥＤ
５ｅ１～５ｅ４ 分割発光領域
５Ｒｅ 発光領域
５’ 面発光レーザ
５ａ’～５ｉ’ レーザ発光部
５ｋ’ シート基板
５Ｒｅ’ 設定位置の範囲
６ スペーサ
ＨＯＥ ホログラフィック光学素子（ホログラフィック回折格子）
ＬＰ０、ＬＰ１ 拡散光
Ｌ１ 平行光
Ｌｅ１～Ｌｅ４ 拡散光
Ｐ０ 中心部
Ｐ１ 上端部
Ｑｙ ホログラフィック光学素子ＨＯＥ上の任意の点、
ＲＳ１～ＲＳ４ 屈折面
１Ａ 光偏向装置
２ 基板
２Ｆ 前面
２Ｒ 後面
３ 第１ホログラフィック光学素子列
３ａ～３ｉ 第１ホログラフィック光学素子
３ｅ１～３ｅ４ 単位ホログラフィック光学素子
３ＬＥ ＬＥＤチップ（発光領域）
４ 第２ホログラフィック光学素子
５ 光源シート
５ａ～５ｉ ＬＥＤ
５ｅ１～５ｅ４ 分割発光領域
５Ｒｅ 発光領域
５’ 面発光レーザ
５ａ’～５ｉ’ レーザ発光部
５ｋ’ シート基板
５Ｒｅ’ 設定位置の範囲
６ スペーサ
ＨＯＥ ホログラフィック光学素子（ホログラフィック回折格子）
ＬＰ０、ＬＰ１ 拡散光
Ｌ１ 平行光
Ｌｅ１～Ｌｅ４ 拡散光
Ｐ０ 中心部
Ｐ１ 上端部
Ｑｙ ホログラフィック光学素子ＨＯＥ上の任意の点、
ＲＳ１～ＲＳ４ 屈折面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
