JPH08512003A - 光源の解体成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光源（７）から発光される光束を均質化し所定の方向に指向せしめる光源解体成形装置（６）が示されている。この装置は、光が装置から反射し、または装置を通過した後指向される方向を制御する微細彫刻組織を有する。この彫刻組織は、これを通る所定の方向に指向された光を均質化する。この装置は、光源からの光を均質化し、指向せしめることを求める用途に用い得る。この用途には、従来の拡散体では対応できない拡散を含む。この均質化及び成形装置によれば、光伝導度及び反射効率を高め、サイドローブを減少できる。

Description

【発明の詳細な説明】 光源の解体成形装置 発明の背景 １．発明の分野 本発明は光源の均質化、特に、光を解体し成形して均質ならしめる装置に関 するものである。２．従来技術の説明 従来の拡散装置または均質化装置は光を種々の方向に撒き散らすが、特定の 方向における強度は拡散装置の構成に依存する。従来の拡散装置としては例えば すりガラス、乳白ガラス、不透明プラスチック、ケミカルエッチングプラスチッ ク、面機械加工プラスチック等が知られている。布及びナイロン拡散体も良く用 いられている。これら従来の総ての拡散装置は、多くの用途に不適当であるとい う欠点を有している。その多くは透過効率が悪く、拡散光の方向または形を制御 することができない。 レンズ状または面機械加工プラスチックにおいては、拡散装置の表面組織の 特性を変えることによって拡散光の角度を制御できる。このようにレンズ状拡散 装置は少なくとも拡散光の角度を部分的に制御できるので他の従来のものに比べ その適用範囲が広い。然しながらレンズ状拡散装置は、極端に複雑なマクロサイ ズの両面構造であるため多くの用途に不適当である。また、製造が難しく高価と なり、極めて高い分解能を必要とする用途には適用できない。更に、大きなサイ ドローブを発生し、たとえ拡散光の角度を調節できたとしても多くの光エネルギ ーをサイドローブ内で消費し、所望の孔を通して伝達することができなくなる。 従って輝度が減少し、より輝度の高い光源を使用する必要がある。 発明の概要 本発明は光源の解体成形装置、特に、光源から放出される光束を均質化し所定 の方向に指向せしめるための装置である。本発明装置は、光が反射または伝達さ れる方向を制御する微細な彫刻表面を有する。この彫刻表面はまた所定の方向に 伝達される光を均質化する。本発明装置は、均質化と光源から放出される光源を 方向づけることが望まれる多くの用途の総てに用い得る。これらの用途には、従 来の装置ではなし得なかった拡散を含む。本発明の光源の解体成形装置によれば 、伝導度または反射効率を極めて高くでき、サイドローブを減少できる。本発明 の光源の解体成形装置の製造方法は、干渉光を用いて感光性媒体内に表面組織を 形成し、媒体を処理し、例えばエポキシ内に上記表面組織を再生せしめる工程よ り成る。上記表面組織は、感光性媒体に拡散された干渉光を露光する事によって 形成できる。この光は、例えばすりガラス、ホログラフ、レンズまたはアセテー ト拡散体によって拡散できる。感光性媒体は、例えば、重クロム酸化ゼラチン、 ホトレジスト、ハロゲン化銀またはホトポリマーである。一度感光性媒体を記録 し処理した場合には、硬化したとき媒体から分離できる多くの種類のエポキシま たはその等価物に表面組織を複写することができる。硬化せしめたエポキシ層を そのまま伝達体として、または反射のための反射材料を被覆して用いることがで きる。量産のためには、プラスチックまたは他の型押し可能な材料からメタルマ スターを作るためエポキシ層を電鋳プロセスまたは同等プロセスにより処理し、 彫刻表面組織を形成せしめる。 本発明装置の表面組織は、光源から放出される光源の方向を良好な視野内に指 向せしめるように制御する。更に高効率の表面組織を有し、及び光が望まない方 向に指向されることがないため、視野の輝度またはゲイン（単位面積当たりの光 子の数）が十分に増大される。本発明装置の用途は実際上無制限に存在する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の均質化装置の所定の出力エリアの説明図である。 図２Ａ及び２Ｂは、光源からの光を解体する本発明の均質化装置の説明図であ る。 図３は、ワークピース内の光の方向を定める本発明の均質化装置の説明図であ る。 図４は、美術品に入射する光を成形する本発明の均質化装置の説明図である。 図５Ａは、感光性媒体に記録するため用いた光伝達拡散材料と対物レンズとを 用いる記録機構の説明図であり、図５Ｂは、数１００倍に拡大した２０°円形均 質装置の表面の写真を示す。 図６は、感光性媒体に記録するため光反射拡散材料と対物レンズとを用いる記 録機構の説明図である。 図７は、感光性媒体に記録するため光伝達拡散材料と２個のレンズとを用いる 記録機構の説明図である。 図８Ａ及び８Ｂは、筒状レンズを通過する光の説明図である。 図９Ａは、筒状レンズからマスター拡散体に入射される光の説明図であり、図 ９Ｂは、筒状レンズを用いて感光性媒体内に記録したスペックルの説明図であり 、図９Ｃは、本発明の均質化装置の角度的出力の説明図であり、図９Ｄは、感光 性媒体に記録したスペックルの説明図であり、図９Ｅは、本発明の均質化装置の 角度的出力の説明図であり、及び図９Ｆは、本発明の均質化装置の表面の写真を 示す。 図１０は、感光性媒体を記録するため２個のホログラフ拡散装置と対物レンズ とを用いる記録機構の説明図である。 図１１Ａ及び１１Ｂは、一方向に細長い長円状のスペックルを記録し、順次に 直角方向に細長い長円状のスペックルを記録した本発明の均質化装置の角度的出 力を示す説明図であり、図１１Ｃは、かかる均質化装置の出力を示 す本発明の均質化装置の表面の写真である。 図１２Ａ〜１２Ｅは、本発明の２０°均質化装置のＦＷＨＭ（全幅で最大値の 半分）（１２Ａ）と、本発明の１０°均質化装置（１２Ｂ）と、２０ミクロンの すりガラス拡散装置（１２Ｃ）と、アセテート拡散装置（１２Ｄ）と、及びレン ズ状拡散装置（１２Ｅ）とを比較のために示すものである。 好ましい実施例の説明 図１に所定の出力エリア３を有する本発明の均質化装置２を示す。この均質化 装置２は、所定の出力エリア３内に入射される光を反射せしめるために好適な彫 刻表面組織を有するプラスチック等の任意の数の型押し可能な材料より成る。以 下、“反射”光には、反射均質化装置からの反射光と光伝達均質化装置を通して 所定の出力エリアに伝達された光とを含むものとする。均質化装置２は使用され るエリアの境界に依存する所望の寸法及び形状のものである。本発明の光伝達均 質化装置２は、光を所定の出力エリア３、またはエポキシの複写層をその上に有 するガラス基材に伝達するために好ましい彫刻表面組織を型押しせしめたプラス チックシート、または他の型押し可能な透明材料より成る。 図１に示すように好ましい出力エリアは矩形である。光は所定の出力エリア３ 内に出力され、出力エリア３以外での光の輝度レベルは極端に低い。均質化装置 ２内の表面組織は均質化装置２を通過して所定の出力エリア３に入る光束を再指 向せしめ、効率は極めて高くなる。所定の出力エリアに実際に再指向される光の 出力エリア内の輝度は、本発明の均質化装置を用いない場合よりも高くなる。換 言すれば、所定の出力エリア３内の輝度は十分に高くなる。 反射均質化装置２の場合には、アルミニウム等の反射コーティングを均質化装 置２の表面に蒸着し、彫刻組織に応じて入射光束を反射せしめる。光は望まない エリア内には反射されず、所定の出力エリア内に反射され、全出力 エリア内で輝度が上昇する。 本発明の均質化装置は多くのものに適用可能である。例えば、本発明の均質化 装置は光源の解体装置として十分に用い得る。多くの用途において、フイラメン トの影はサンプルを通る光に変化を与えて好ましくないため、光源出力自体から これを消去するのが望ましい。更に、光源を交換した後の光源フイラメントまた はアークの配向の変化は誤った読み取りのもとになる。図２Ａに示すように光源 ５と検出器間に配置された本発明の均質化装置４は、光源出力からフイラメント の影を消去し、従って光源から検出器への光は均質とされた出力ＨＯとなる。 若し、外科手術の間、外科医のヘッドピースに取り付けた光源装置の１本の光 ファイバー素子が断線した場合には外科領域に対する散乱光強度が変化するよう になる。図２Ｂに示すように光ファイバーの束７の端部に配置した本発明の均質 化装置６は、残りの光ファイバーからの光を均質化し、患者に対する光から断線 した光ファイバーの影を消去するようになる。標準のすりガラス拡散体は大きな 後方散乱が処理能力を減じ効果的に使用することはできない。均質化に加えて、 本発明の均質化装置によれば、光を均質とし、特に手術に好適な広い視野に光を 指向せしめることができる彫刻表面組織を有する。更に本発明の均質化装置は光 ファイバー内視鏡に適用でき、この場合には均質化装置を内視鏡の端部に配置し 、体の映像を表示するカメラに合致するよう光の孔の数を変えるようにする。 光学装置は、異なるメディア、例えばバイオロジカル、有機及び無機化学の分 野を放射及び吸収、蛍光及びラーマン等の方法を用いて解析する。かかる解柝に おいては、サンプルからの光の波長λ₀は好ましくはなく、検出器からは除去す べきものである。この波長λ₀は装置の内側を黒く塗って光を吸収することによ って除去することができる。然しながら、塗料は通常蛍光を発し、これを反射す るため全体として吸収体とはなり得ない。検出器の壁に被着した本発明の均質化 装置は、その好ましい表面組織を用いることによ って検出器外に波長λ₀を再指向することができる。この型の“光トラップ”は 、迷光を再指向するスペクトロメータ等の装置に好適である。 本発明の均質化装置は、光源のフイラメントまたはアークを解体することによ って顕微鏡下のサンプルを均一に照明し、均質に照明された視野を有するために 用いることができる。均質化装置は、更に、例えば螺旋モードファイバーからの 光出力の種々のモードを均質化するために用いられる。 本発明の均質化装置は、作業及び生活スペースのための好ましい光を作るため に用いることができる。一般的な宣伝用としては、室に対する光の拡散を助成す るため、モールドした視認できる面組織を有する廉価なプラスチックシートを用 いる。従来の拡散体の１つの代わりに用いられた本発明の均質化装置は、より均 質な光出力を作り、光は室の総ての隅部に拡散し、明るい点を形成することがな い。更に、図３に示すように均質化装置８の面組織は、作業エリア９等の室の一 部に光を指向するように作られる。これは、光が照明を望まないエリアに達する 前に光を吸収することによってではなく、照明を望むエリアに光を指向すること によって成される。 本発明の均質化装置は、図４に示すように美術品を照明するよう光を拡散する ために用い得る。光源１１上の均質化装置１０は、美術品１４を示すための好ま しい寸法及び方向の孔１２を最も好ましい方法で作る。 均質化装置は、更に所望の方向に指向された、均質化された光を作ることによ ってステージのための照明を制御するために用いられる。ステージ及びテレビ撮 影所内で、好ましい照明のために必要な総ての異なる効果を得るためには広く変 化するステージ光を用いる必要がある。このためには高価な多くの異なるランプ を用いる必要がある。ランプ上に配置した本発明の均質化装置によれば、放散さ れる必要な光を殆ど無制限に作ることができる。従って、移動する、または移動 しない、任意の形状の殆どの物体を正しく照明することができる。 本発明の均質化装置は、レーザダイオード（ＬＤｓ）または発光ダイオー ド（ＬＥＤｓ）からの出力を、赤外（ＩＲ）検出器により高いコントラストを与 えるため全エリアに亘り均質化するため法令施行及び安全システムの分野で用い ることができる。本発明の均質化装置は、紙幣読み取り器や肌処理器等における ＬＥＤやＬＤ光源を用いる装置から構成を除去するために用いる。この結果、精 度が大きく向上する。 本発明の均質化装置は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）材料の後方に蛍光ランプ がある場合のバックライトを表示するＬＣＤに用いる。均質化装置は、光をより 均質に放射する伝達モードにおけるＬＣＤ材料の前面に配置する。本発明の均質 化装置は更に、反射して観察者に向かう光を均質化するため蛍光源の後方に配置 する。 本発明の均質化装置の好ましい製造方法を以下説明する。一般に第１の工程は 、マスター拡散体を作ることであり、第２の工程は、マスター拡散体を通過した 干渉光を感光性媒体に記録することであり、第３の工程は、感光性媒体の表面組 織を例えばエポキシに複写することである。第４及び必要とする工程は、量産の ためエポキシから金属電鋳マスターを作ることである。他の例においては、電鋳 マスターをマスター拡散体から直接形成する。 図５Ａに示す記録機構６は干渉レーザ光源１８と、対物レンズ２０と、マスタ ー拡散体２２及び感光性媒体２４とより成る。干渉レーザ光源１８は基準のもの である。対物レンズ２０は基準のものであるが、感光性媒体２４の所望の特性に 応じて低または高倍率のものとする。対物レンズ２０はマスター拡散体２２から 距離ｘだけ離間せしめる。マスター拡散体２２は基準のすりガラス拡散体、レン ズ状拡散体、アセテート拡散体、またはホログラフ拡散体より成る。すりガラス 、レンズ及びアセテート拡散体は従来既知のものであり、従来既知の方法で作ら れる。ホログラフマスター拡散体を使用する場合には、記録されるべきホログラ フ拡散体を感光性媒体２４に配置し、従来のすりガラス拡散体をマスター拡散体 ２２に配置し、図５Ａに示す記録機構によって記録する。次いでマスター拡散体 を本発明の均質化装置として使 用される他の感光性媒体に記録するために用いる。 体積ホログラフ拡散体を記録するための関連機構は同一出願人によって成され ている出願第８４８，７０３号に記載されている。これには従来のすりガラス拡 散体を通過した干渉レーザ光によってホログラフ板を記録し、ホログラム体内に 更にスペックルを形成することが記載されている。スペックルの寸法、形状及び 方向が調節され、ホログラフ拡散体から再生される散乱光の拡がり角度が制御さ れる。一般に散乱光の拡がり角度、即ち、散乱光の角度分布はスペックルの平均 サイズ及び形状に依存する。スペックルが小さければ、角度分布は広い。スペッ クルが横方向の長円形であれば、角度分布の形は縦方向の長円形となる。従って 、媒体内に記録されるスペックルのサイズと形状は正しい出力または拡がり角度 が得られるように制御するのが好ましい。 スペックルのサイズはマスター拡散体の孔のサイズに反比例する。若し、孔の サイズが大きくなれば、スペックルのサイズは減少し、記録された感光性媒体か らの散乱光の広がり角度が増加する。これとは反対に、マスター拡散体の孔のサ イズが減少すれば、拡散体内に記録したスペックルのサイズが増加し、記録され た感光性媒体からの散乱光の広がり角度が減少する。従って、マスター拡散体の 孔が細長い場合には、スペックルは細長く、その軸は孔の軸に直角となる。この ことは、体積ホログラム記録媒体及び面ホログラム記録媒体の双方に当てはまる 。 然しながら、出願第８４８，７０３号には体積ホログラム記録媒体から作られ た拡散体の体積効果が示されている。換言すると、媒体内部、または、体積内に 記録されたスペックルは、材料から得られるべき所望の効果を得るためにのみ考 えられていた。然しながら、同様の記録機構により重クロム酸化ゼラチン（ＤＣ Ｇ）のような体積ホログラフの広がり角を記録することにより以下のように模写 できる山と谷の表面効果を得ることを発見した。 感光性媒体２４内に記録した表面組織のサイズ、形状及び方向は、用いら れた対物レンズ２０とマスター拡散体２２の型及びこれら感光性媒体２４との相 対位置を含む多数の変数の関数となる。結局、所望の結果は経験的テストによっ て得られる。本発明の均質化装置を有する、模写可能な特別な表面組織を有する 記録された感光性媒体を得るためには、所望の形の光出力を得るように以下に記 載のパラメータを調節する必要がある。 対物レンズ２０は干渉光源１８からの光を拡散し、対物レンズ２０からマスタ ー拡散体２２に向かう投射光の面積（または“みかけの孔”）は、レーザビーム 自身の断面積よりも大きくなる。この光ビームは対物レンズ２０の倍率に応じて 広がる。 従って、倍率が例えば５Ｘのように小さい対物レンズ２０を用いた場合には、 マスター拡散体２２に入射する光の孔は、倍率が例えば６０Ｘのように大きい対 物レンズ２０を用いた場合より小さくなり、従って感光性媒体２４内に記録され た表面組織のサイズは大きくなり、マスター拡散体２２に入射する光の孔のサイ ズは感光性媒体２４内に記録された表面組織のサイズに反比例するようになる。 感光性媒体２４内に所望の彫刻表面組織を記録するためには対物レンズ２０と マスター拡散体２２間の距離を考慮しなければならない。対物レンズ２０とマス ター拡散体２２間の距離がｘのように減少したとき、スペックルのサイズは増加 する。この結果、対物レンズ２０がマスター拡散体２２に近づくため、マスター 拡散体２２に入射する光のみかけの孔は小さくなる。感光性媒体２４内に記録さ れたスペックルのサイズはマスター拡散体２２のみかけの孔のサイズに逆比例す るため、スペックルは大きくなる。一方、感光性媒体２４内に記録されたスペッ クルのサイズが増加すれば、均質化装置による拡散が減少される。 これとは反対に、距離ｘが増加すればマスター拡散体２２に対する入射光のみ かけの孔が増加し、従って感光性媒体２４内に記録されたスペックルのサイズが 減少し、均質化装置の広がり角が増加する。 マスター拡散体２２と感光性媒体２４間の距離ｙがスペックルのサイズに影響 する。距離ｙが減少すれば、感光性媒体２４内に記録されたスペックルのサイズ もまた減少する。このことは感光性媒体２４がマスター拡散体２２に接近したと きの対物レンズ２０における光束の広がりを考えれば、マスター拡散体２２内の 不規則部分の夫々から放射された光束の広がりは、感光性媒体２４に達する迄の 時間に応じて減少し、その結果スペックルが小さくなる。これとは逆に、距離ｙ が増加すれば、記録されたスペックルのサイズが増加する。従って、感光性媒体 ２４内に望ましいサイズのスペックルを得るためこれら距離ｘ，ｙ間の単純な関 係と対物レンズ２０の倍率を経験に基づいて総て調節する。 拡散体の正常な軸に対する“外れた軸”における所定の出力エリアは、感光性 媒体２４の面を正常な軸の回りに傾けることによって得ることができる。 例えば２０°傾いた軸の拡散体は感光性媒体２４を約２０°傾けることによって 得られる。 マスター拡散体２２としてすりガラス拡散体を用いた場合には、感光性媒体２ ４内に記録されたスペックルの形状は、感光性媒体２４から得られた均質化装置 の角度的出力の形状のように略丸くなる。図５Ｂは丸い角度的出力を有する均質 化装置の表面の写真である。丸い出力はマスター拡散体２２としてレンズ状また はアセテートシートを用いたときにも得られる。レンズ状シートは機械加工した 極めて小さいレンズ状素子をその内部に有する。アセテート拡散体は略丸いスペ ックルを得る押し出し及び型押しプロセスによって作られる。アセテート拡散体 内に所望の不規則部分を作りまたは制御することは困難である。レンズ状拡散体 に関しては、出力形状を変えるために必要な表面効果は複雑に機械加工した視認 できる組織である。マスター拡散体２２としてあらかじめ記録したホログラフマ スター拡散体を使用すれば、以下説明するようにマスター拡散体は任意の形状、 サイズ及び方向を実質的に有するスペックルによって作り得るため、記録の自由 度を大きくできる。ス ペックルの特性はホログラフマスター拡散体を用いることによってより容易に制 御できる。 図５Ａに示す記録機構においては、マスター拡散体により対物レンズ２０から 感光性媒体２４迄光を伝達する必要がある。従って、ホログラフマスター拡散体 を用いた場合のようにマスター拡散体２２の一部として基質が必要な場合にはこ の基質は光を効率的に伝達できることが必要である。ガラス基質は好ましいもの である。マスター拡散体としてあらかじめ記録した体積または面ホログラムを用 いることによって自由度を増し得ることに加えて、ホログラフマスター拡散体２ ２の使用は、感光性媒体２４内で均一な輝度を形成し、マスター拡散体２２の光 伝導度を高め、すりガラス拡散体よりも後方散乱が少ないため好ましい。一世代 ホログラフ体積マスター拡散体はすりガラスまたはアセテート拡散体を使用して 作ることができる。このホログラフ拡散体は、大きく制御できる２世代体積また は面ホログラフマスター拡散体を作るため使用できる。 図６は、感光性媒体２４内に記録するための反射記録機構を示す。光源１８か らの干渉レーザ光を対物レンズ２０に投射せしめ、集光及び拡散し、次いで対物 レンズ２０から距離ｘにある反射マスター拡散体２６に入射せしめる。反射マス ター拡散体２６から反射した光を感光性媒体２４に投射せしめる。干渉レーザ光 源１８と、対物レンズ２０と、感光性媒体２４は図５Ａに示す同一符号のものと 同一である。図５Ａにおけると同様、すりガラス、レンズ状、アセテートまたは 体積ホログラフマスター拡散体を使用できるのに加え、好ましい前方反射面を有 し、光はマスター拡散体２６を通過せず感光性媒体２４上に反射される。距離ｘ ，ｙ及び対物レンズ２０の倍率の変更は図５Ａの記録機構に関して記載したと同 様の効果をもたらす。 本発明の均質化装置と従来の拡散体との相違は、すりガラス、アセテート及び レンズ状拡散体から従来得られた丸めること及び丸い出力の形成のみならず、従 来得られなかった外れた軸の出力を含む多くの形の面特性、従って 角度的出力を考慮したとき更に明確となる。 図７は、付加的レンズ２８、干渉レーザ光源１８、対物レンズ２０、マスター 拡散体２２及び感光性媒体２４とを用いた伝達記録機構を示す。干渉レーザ光源 １８からの光をこの光がマスター拡散体２２に達する前に成形するため多くの異 なる型のレンズを用いることができる。本発明の目的は所望の広がりを得るため 感光性媒体２４内に所望の彫刻面組織を作ることにあり、従って、対物レンズ２ ０とマスター拡散体２２間に配置する付加的レンズ２８は所望の形状及び向きの 光を形成するために選択される。この例では、付加的レンズ２８は図８Ａに示す ように光束を一方向において広げると共に、図８Ｂに示すように他方向において 一線に集める筒状レンズとする。従って、図７に示すようにマスター拡散体２２ に投射された光束は一方向では広げられ、これと直角の方向では一線に集められ る。従ってまた、マスター拡散体２２を通過した光束は、マスター拡散体の光軸 に直角な方向では光軸と並行な方向の光束より早い速度で広げられるようになる 。 図７に示す記録機構では、マスター拡散体２２を筒状レンズ２８の焦点または その近傍に配置する。マスター拡散体２２を筒状レンズ２８の焦点に配置した場 合には、筒状レンズから最大の効果が得られる。この効果とは、感光性媒体２４ 内に記録したスペックルを一方向に引き延ばすことである。この結果、図７の記 録機構において感光性媒体２４内に記録したスペックルは一方向では長くこれと 直角な方向では短く、筒状レンズ２８によって作られた光束の形状は略“線”と なり、光束はこれと９０°の方向に指向される。図９Ａは、筒状レンズ２８から マスター拡散体２２に投射された、水平方向に一線とされた光を示す。感光性媒 体２４内に記録されたスペックルは図９Ｂに示すように水平線に対し９０°の方 向に延び、図９Ｃに示すように細長い角度的出力を有する。マスター拡散体２２ が筒状レンズ２８の焦点に位置する場合には、図９Ｂに示すスペックルの長さは 最大である。マスター拡散体２２がレンズ２８の焦点のいずれかの側にづれて位 置する場合には、図９ Ｄに示すようにスペックルの長さは垂直方向では短くなり、水平方向では広がる ようになり、図９Ｅに示すように角度的出力は幅が僅か広く、長さが短いものと なる。図９Ｆは、均質化装置の表面を数１００倍した写真を示す。細長い面特性 は山と谷として表れている。 図７に示すように、対物レンズ２０と筒状レンズ２８間の距離はｘ，筒状レン ズ２８とマスター拡散体２２間の距離はｙ、マスター拡散体２２と感光性媒体２ ４間の距離はｚである。上記記録機構においてｘが増加すれば、スペックルのサ イズは減少する。ｚが増加すればスペックルのサイズは増加する。ｙが筒状レン ズの焦点距離に等しく孔が最小となる場合には、マスター拡散体２２の位置が焦 点距離より長いか、短い場合に比べスペックルは大きくなる。 図７の記録機構により垂直方向に線状に記録されたスペックルを有する感光性 媒体２４は以下示すように複製でき、本発明の指向性均質化装置として使用でき 、または図１０に示すように自由度を増すため他の記録機構におけるマスター拡 散体として使用することができる。記録された感光性媒体２４を次の記録のため のマスター拡散体として使用する場合には、マスター拡散体は感光性媒体２４内 に所望の長円形スペックルを形成するのでレンズ２８は不要となる。 図１０は、既に説明したものと同様の干渉レーザ光源１８と、対物レンズ２０ と、感光性媒体２４と、及び第１マスター拡散体３２と、第２マスター拡散体３ ４とを示す。図１０の記録機構によれば、後方散乱が少なく、伝導効率が大きく 、輝度の均一性が増加する。例えば夫々同一方向に記録した長円形スペックルを 有する２個のマスター拡散体３２，３４を用いることによって感光性媒体２４内 に、１個のマスター拡散体を用いて得られるものより輝度が大きい長円孔スペッ クルを作ることができる。更に、２個のマスター拡散体を用いることによって表 面エリアの大きい記録媒体を作ることができる。 図１１Ａに示す出力は、矩形であり、水平方向に長い長円形スペックルと垂直 方向に僅か短い長円形スペックルとを同一の感光性媒体２４内に記録することに よって作られる。これら２つの記録は、長円形スペックルをあらかじめ記録した 体積ホログラフマスター拡散体または筒状レンズ及び従来の円形出力拡散体また はレンズとマスター拡散体の他の組合せを順次に用いることによって実行できる 。図１１Ｂは、図１１Ａに示すように水平方向では全幅で最大値の半分（ｆｕｌ ｌ ｗｉｔｈ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ）（ＦＷＨＭ）に略等しく、垂直方向 では略半分に減少された出力を示す。指向性均質化装置の中心を通過する光の強 度の半分である周上の総ての点において均質化装置からの出力の広がりを測定す るためＦＷＨＭにおいて角度的出力を測定する。図１１Ａに示す出力を有する均 質化装置の彫刻面特性は、図１１Ｃの写真に示すように面内に山と谷の直交する セットを有する。 本発明の均質化装置の高い効率を図１２Ａ〜図１２Ｅに示す。図１２Ａは、指 向性均質化装置からの光の出力の広がりに対する、指向性均質化装置を通る光の 強度またはパイロットパワーの度合いを示す。図１２Ａに示す出力を作る本発明 の均質化装置は２０°の円形均質化装置である。換言すれば、この均質化装置は 略２０°（正確には１９．５５°）のＦＷＨＭを有する。図１２Ａから明らかな ようにサイドローブ（所定の出力エリアの外側エリア、またはＦＷＨＭ発光エリ ア）の強度は最小であり、従って光エネルギーは保存される。 図１２Ｂは、１０°のＦＷＨＭを有する均質化装置を示す。最小のサイドロー ブは、特に中心から約１２°において輝度が実際上零に低下する部分に現れる。 図１２Ａの出力を作る均質化装置に反してこの均質化装置は、極めて狭い円形ス ポット光を作る。制限されない数のＦＷＨＭ値の均質化装置を本発明によって作 ることができ、従って、いかなる用途にも実際上好適な無数の出力形状と輝度を 有する均質化装置を作ることができる。 図１２Ｃ，１２Ｄ及び１２Ｅは、夫々比較のため２０ミクロンのすりガラ ス拡散体、アセテート拡散体及びレンズ状拡散体からの出力を示す。図１２Ｃ〜 １２Ｅの夫々では、サイドローブは大きく、これはエネルギーが消費されたこと を示す。更に、すりガラス、アセテート及びレンズ状拡散体を作る方法では、こ れら拡散体内の不規則性と所望の実際の出力特性を制御する能力がかなり小さい 。本発明によれば、所望の均質化パターンを得るため均質化装置内のスペックル を容易に形成し制御できる大きな利益がある。 記録後、感光性媒体を現像するため従来の現像プロセスを用いる。ＤＣＧの例 では、表面組織を作るため露光エリアよりもはるかに大きく非露光エリアを増大 せしめるため水−アルコール浴を用いる。ホトレジストを用いた場合には、現像 したとき露光エリアは除去され、非露光エリアはそのまま残る。 上記記録機構の何れかを用い感光性媒体２４が記録され、現像された後は、感 光性媒体２４を下記のように処理する。感光性媒体２４の表面組織は好ましくは 硬化可能な標準エポキシまたはシリコンゴム、または他のモールド材に写す。硬 化後エポキシの引きはがしを容易ならしめるためエポキシを適用する前に感光性 媒体に離型剤を塗布するのが好ましい。例えば油や他の好ましい“滑らかな”離 型剤の離型層を角度的な広がり上に蒸着するのが好ましい。エポキシを感光性媒 体に重ね、次いでエポキシ上にガラス、金属またはプラスチック等の基板を重ね てエポキシを感光性媒体と基板間に挟むようにする。他の例においては、始めエ ポキシの被着を確実ならしめるためあらかじめ凹凸を付した基板にエポキシを重 ね、次いで基板と感光性媒体によりエポキシを挟むようにする。 エポキシは、感光性媒体２４と基板との間に気泡が入り込まないよう均一に挟 む必要がある。この挟み込みが完了した後エポキシをＵＶランプのもとで硬化せ しめ、または時間経過により硬化するエポキシの場合には時間経過によって硬化 せしめ、最後にエポキシを感光性媒体から分離せしめる。感光性媒体がＤＣＧの 場合には、その“親”複製と呼ばれる付加的エポキシ複製を作る。 正確な親（エポキシ）複製を多数作るため標準の量産技術を用いることができ る。ポリエステルまたは熱成形プラスチックに型押しするために用いる金属マス ターを作るため、ニッケル電鋳等の従来の電鋳プロセスを親複製に適用する。使 用される量産の方式は所望の複製の数に依存する。 大型の均質化装置では、感光性媒体２４の表面エリアをできるだけ大きくする のが好ましい。このような例では、大きな面を形成するため共に用いられる複数 の熱成形プラスチックフィルムに型押しするためニッケル電鋳マスターを使用す る。ここに記載しなかった本発明の実施例も添付請求の範囲に含まれる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年８月２３日 【補正内容】 請求の範囲 １．Ａ．ホログラフ拡散体を通して拡散された干渉光を用い感光性媒体を露光す ることによって或る反射率の感光性媒体内に不規則乱雑な非平面状スペックルを 形成する工程と、 Ｂ．（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する微細彫刻 面組織を形成するため上記感光性媒体を現像する工程と、及び Ｃ．上記感光性媒体から上記微細彫刻面組織の複製を作る工程とより成り、 光が、上記スペックルの関数として上記微細彫刻面組織の上記複製から放散され る 均質化装置の製造方法。 ２．上記ホログラフ拡散体が、マスターホログラフ拡散体である請求項１記載の 方法。 ３．上記微細彫刻面組織上に離型剤を被覆し、及び 基板にエポキシを被覆し、上記エポキシを上記離型剤被覆に重ね、上記エポ キシを硬化し、上記エポキシを離型剤被覆から分離することによって上記複製を 作る工程を更に有する請求項１記載の方法。 ４．上記基板がガラス、プラスチック、及び金属から成る群から選んだ１つであ る請求項３記載の方法。 ５．電鋳プロセスを用いて上記複製から金属マスターを作る工程を更に有する請 求項３記載の方法。 ６．上記金属マスターを熱可塑性材料に型押しすることによって上記金属マスタ ーから上記均質化装置を量産する工程を更に含む請求項５記載の方法。 ７．請求項１によって定められた方法によって作られた製品。 ８．Ａ．（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する１つの微 細彫刻面組織をその内部に形成した変形可能な材料のシートであって、上記１つ の微細彫刻面組織が（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向さ れた光を均質化する或る反射率を有する、感光性媒体内に形成された他の微細彫 刻面組織を複製して形成されたものであり、 （ａ）上記感光性媒体内にはホログラフ拡散体を通して拡散された干渉光 を用いてスペックルが形成され、 （ｂ）上記感光性媒体は現像されるものであり、 Ｂ．上記１つの微細彫刻面組織上にこれを合致するよう重ね、投射された光 を上記１つの微細彫刻面組織によって出力エリア内に反射する反射層とより成り 、 光が、上記スペックルの関数として上記微細彫刻面組織の上記複製から 放散される 正常な軸と、水平方向と、及び垂直方向とを有する均質化装置。 ９．上記出力エリアが、上記均質化装置の正常な軸から外れた正常な軸を有する 請求項８記載の装置。 10．上記１つの微細彫刻面組織が、上記感光性媒体内に上記他の微細彫刻面組織 を記録し、上記感光性媒体から上記他の微細彫刻面組織の複製を作り、上記複製 から上記複製の金属マスターを作り、及び変形可能な材料のシートを上記金属マ スターに型押しすることによって作られる請求項８記載の均質化装置。 11．上記感光性媒体が重クロム酸化ゼラチンを有する請求項１０記載の装置。 12．上記ホログラフ拡散体が、マスターホログラフ拡散体である請求項１０記載 の装置。 13．（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する１つの微細彫 刻面組織をその内部に形成した変形可能な材料のシートであって、上記１つの微 細彫刻面組織が（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する或 る反射率を有する、感光性媒体内に形成された他の微細彫刻面組織を複製して形 成されたものであり、 （ａ）上記感光性媒体内にはホログラフ拡散体を通して拡散された干渉光を 用いてスペックルが形成され、 （ｂ）上記感光性媒体は現像されるものであり、 上記均質化装置から投射された光が、出力エリアに指向され、上記均質化装 置が、これから上記出力エリアに投射される上記光の方向を制御し、上記出力エ リアの外側に対応する上記出力エリア内の輝度を増加せしめ、 光が、上記スペックルの関数として上記微細彫刻面組織の上記複製から放散 される 投射光のための均質化装置。 14．上記１つの微細彫刻面組織が、円形、長円形及び矩形の１つより成る群から 選んだ１つの出力を得るための上記均質化装置の面内の山と谷によって特徴づけ られる請求項１３記載の装置。 15．上記出力エリアが、長円形であり、上記山と谷が直線状で長さが不揃いであ る請求項１４記載の装置。 16．上記出力エリアが矩形であり、上記１つの微細彫刻面組織が２つの交叉する 山と谷のセットである請求項１４記載の装置。 17．出力輝度が視野に亘り一定である請求項１４記載の装置。 18．Ａ．ホログラフ拡散体を通して拡散された干渉光を用い感光性媒体を露光す ることによって或る反射率の感光性媒体内にスペックルを形成する工程と、 Ｂ．（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する微細彫刻 面組織を形成するため上記感光性媒体を現像する工程と、及び Ｃ．上記感光性媒体から上記微細彫刻面組織の複製を作る工程と を含む方法によって形成した 光が、上記スペックルの関数として上記微細彫刻面組織の上記複製から 放散される 均質化装置を有する液晶ディスプレイ。 19．Ａ．（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する１つの 微細彫刻面組織をその内部に形成した変形可能な材料のシートであって、上記１ つの微細彫刻面組織が（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化 する或る反射率を有する、感光性媒体内に形成された他の微細彫刻面組織を複製 して形成されたものであり、 （ａ）上記感光性媒体内にはホログラフ拡散体を通して拡散された干渉光 を用いてスペックルが形成され、 （ｂ）上記感光性媒体は現像されるものであり、 Ｂ．上記１つの微細彫刻面組織上にこれを合致するよう重ね、投射された光 を上記１つの微細彫刻面組織によって出力エリア内に反射する反射層と より成り、正常な軸と、水平方向と、及び垂直方向とを有する均質化装 置を有する液晶ディスプレイ。 20．（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する１つの微細彫 刻面組織をその内部に形成した変形可能な材料のシートであって、上記１つの微 細彫刻面組織が（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する或 る反射率を有する、感光性媒体内に形成された他の微細彫刻面組織を複製して形 成されたものであり、 （ａ）上記感光性媒体内にはホログラフ拡散体を通して拡散された干渉光を用 いてスペックルが形成され、 （ｂ）上記感光性媒体は現像されるものであり、 上記均質化装置から投射された光が、出力エリアに指向され、上記均質化装 置が、これから上記出力エリアに投射される上記光の方向を制御し、上記出力エ リアの外側に対応する上記出力エリア内の輝度を増加せしめ、 光が、上記スペックルの関数として上記微細彫刻面組織の上記複製から放散 される 投射光のための均質化装置を有する液晶ディスプレイ。 【手続補正書】 【提出日】１９９６年１月２６日 【補正内容】 請求の範囲 １．Ａ．ホログラフ拡散体を通して拡散された干渉光を用い感光性媒体を露光す ることによって或る反射率の感光性媒体内に不規則乱雑な非平面状スペックルを 形成する工程と、 Ｂ．（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する微細彫刻 面組織を形成するため上記感光性媒体を現像する工程と、及び Ｃ．上記感光性媒体から上記微細彫刻面組織の複製を作る工程とより成り、 光が、上記スペックルの関数として上記微細彫刻面組織の上記複製から 放散される 均質化装置の製造方法。 ２．Ａ．（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する１つの微 細彫刻面組織をその内部に形成した変形可能な材料のシートであって、上記１つ の微細彫刻面組織が（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化す る或る反射率を有する、感光性媒体内に形成された他の微細彫刻面組織を複製し て形成されたものであり、 （ａ）上記感光性媒体内にはホログラフ拡散体を通して拡散された干渉光 を用いてスペックルが形成され、 （ｂ）上記感光性媒体は現像されるものであり、 Ｂ．上記１つの微細彫刻面組織上にこれを合致するよう重ね、投射された光 を上記１つの微細彫刻面組織によって出力エリア内に反射する反射層とより成り 、 光が、上記スペックルの関数として上記微細彫刻面組織の上記複製から 放散される 正常な軸と、水平方向と、及び垂直方向とを有する均質化装置。 ３．（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する１つの微細彫 刻面組織をその内部に形成した変形可能な材料のシートであって、上記１つの微 細彫刻面組織が（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する或 る反射率を有する、感光性媒体内に形成された他の微細彫刻面組織を複製して形 成されたものであり、 （ａ）上記感光性媒体内にはホログラフ拡散体を通して拡散された干渉光を用 いてスペックルが形成され、 （ｂ）上記感光性媒体は現像されるものであり、 上記均質化装置から投射された光が、出力エリアに指向され、上記均質化装 置が、これから上記出力エリアに投射される上記光の方向を制御し、上記出力エ リアの外側に対応する上記出力エリア内の輝度を増加せしめ、 光が、上記スペックルの関数として上記微細彫刻面組織の上記複製から放散 される 投射光のための均質化装置。 ４．Ａ．（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する１つの微 細彫刻面組織をその内部に形成した変形可能な材料のシートであって、上記１つ の微細彫刻面組織が（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化す る或る反射率を有する、感光性媒体内に形成された他の微細彫刻面組織を複製し て形成されたものであり、 （ａ）上記感光性媒体内にはホログラフ拡散体を通して拡散された干渉光 を用いてスペックルが形成され、 （ｂ）上記感光性媒体は現像されるものであり、 Ｂ．上記１つの微細彫刻面組織上にこれを合致するよう重ね、投射された光 を上記１つの微細彫刻面組織によって出力エリア内に反射する反射層と より成り、正常な軸と、水平方向と、及び垂直方向とを有する均質化装 置を有する液晶ディスプレイ。 ５．（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する１つの微細彫 刻面組織をその内部に形成した変形可能な材料のシートであって、上記１つの微 細彫刻面組織が（ｉ）光の方向を制御し、（ｉｉ）指向された光を均質化する或 る反射率を有する、感光性媒体内に形成された他の微細彫刻面組織を複製して形 成されたものであり、 （ａ）上記感光性媒体内にはホログラフ拡散体を通して拡散された干渉光を用 いてスペックルが形成され、 （ｂ）上記感光性媒体は現像されるものであり、 上記均質化装置から投射された光が、出力エリアに指向され、上記均質化装 置が、これから上記出力エリアに投射される上記光の方向を制御し、上記出力エ リアの外側に対応する上記出力エリア内の輝度を増加せしめ、 光が、上記スペックルの関数として上記微細彫刻面組織の上記複製から放散 される 投射光のための均質化装置を有する液晶ディスプレイ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｇ０３Ｈ 1/02 9314−2Ｈ Ｇ０３Ｈ 1/02 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 レーナー ジェリミイー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90230 カルバー シィティ メイタイム レーン 4914

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ．拡散する干渉光を用い感光性媒体内に彫刻面組織を形成する工程と、 ｂ．上記感光性媒体を処理する工程と、及び ｃ．上記感光性媒体の上記彫刻面組織の複製を作る工程と より成る均質化装置の製造方法。 ２．上記干渉光をマスター拡散体に投射する工程と、上記マスター拡散体から放 射された光を感光性媒体に投射する工程とを更に有することを特徴とする請求項 １記載の方法。 ３．上記処理された感光性媒体に離型剤を被覆し、基板にエポキシを被覆し、上 記エポキシを上記離型剤被覆に重ね、上記エポキシを硬化し、上記エポキシを離 型剤被覆から分離することによって上記複製を作ることを特徴とする請求項１記 載の方法。 ４．上記マスター拡散体が、すりガラス、ホログラフ、レンズ状またはアセテー トの１つである請求項２記載の方法。 ５．上記基板がガラス、プラスチック、金属の１つである請求項３記載の方法。 ６．電鋳プロセスを用いて上記エポキシから金属マスターを作る工程を更に有す る請求項３記載の方法。 ７．上記金属マスターを用いる熱可塑型押しによって上記均質化装置を量産する 工程を更に含む請求項６記載の方法。 ８．ａ．干渉光を用いて感光性媒体内に形成された表面組織を複製することによ って彫刻面組織を形成した変形可能なシート材と、 ｂ．上記シート材内の上記彫刻面組織上にこれを合致するよう重ね、投射さ れた光を上記彫刻面組織によってあらかじめ区劃された出力エリア内に反射する 反射層と より成り、正常な軸と、水平方向と、及び垂直方向とを有する均質化装 置。 ９．上記変形可能なシート内の上記彫刻面組織が、感光性媒体内に上記彫刻面組 織を記録し、上記感光性媒体上に上記彫刻面組織の複製を作り、上記複製上に上 記彫刻面組織の金属マスターを作り、及び変形可能な材料を上記金属マスターに 型押しすることによって作られる請求項８記載の均質化装置。 10．上記彫刻面組織によってあらかじめ区劃された上記出力エリアが、上記均質 化装置の正常な軸から外れた正常な軸を有する請求項８記載の装置。 11．上記感光性媒体が、上記彫刻面組織を記録するため拡散体を通過した干渉光 によって記録される請求項９記載の装置。 12．上記感光性媒体がＤＣＧである請求項１１記載の装置。 13．上記拡散体が、すりガラス、アセテート、レンズ状、及びホログラフである 請求項１１記載の装置。 14．ａ．拡散された干渉光を用いて感光性媒体内に形成された表面組織を複製す ることによって彫刻面組織を形成した型押し可能な材料のシートと、 ｂ．均質化装置に投射され、これからあらかじめ区劃した出力エリアに反射 される投射光と、上記均質化装置から上記あらかじめ区劃された出力エリアに投 射される上記光の方向を制御し、上記あらかじめ区劃された出力エリアの外側に 対応する上記あらかじめ区劃された出力エリア内の輝度を増加せしめる手段と、 を有する投射光のための均質化装置。 15．上記彫刻面組織が、円形、長円形及び矩形の１つである出力を得るための上 記均質化装置の面内の山と谷によって特徴づけられる請求項１４記載の装置。 16．上記あらかじめ定められた出力エリアが、長円形であり、上記山と谷が直線 状で長さが不揃いである請求項１５記載の装置。 17．上記あらかじめ定めた出力エリアが矩形であり、上記彫刻面組織が２つの交 叉する山と谷のセットである請求項１５記載の装置。 18．出力輝度が所定の視野に亘り一定である請求項１５記載の装置。 19．請求項１によって定められた方法によって作られた製品。