JP2010197916A - Projection type video display device and video display method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently and sufficiently suppress the occurrence of a speckle, even when coherent light is adopted. <P>SOLUTION: The coherent light from a laser 210 is enlarged and made a parallel luminous flux LL. A hologram recording medium 220 on which the hologram image of a scattering plate is recorded is irradiated with the parallel luminous flux LL. The hologram reproduced real image 235 of the scattering plate is produced by using the parallel luminous flux LL as reproduced illumination light. A spatial light modulator 240 comprising a liquid crystal display, etc. is arranged to overlap the position of the hologram reproduced real image 235, and to obtain a modulated image on the surface of the reproduced real image 235 of the scattering plate. The modulated image is projected onto a screen 260 by a projection optical system 250. It is configured such that the light distribution angle θ of light made incident on one point Q1 on the screen 260 is 0.4° or more and the hologram recording medium 220 is periodically moved in an X-Y plane by a motor 225, so that the linear velocity of the light scanning on the screen 260 is 200 mm/sec. or more. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、投射型映像表示装置および映像表示方法に関し、特に、コヒーレント光源からの光を用いて空間光変調器を照明し、スクリーン上に映像表示を行う技術に関する。   The present invention relates to a projection-type image display device and an image display method, and more particularly to a technique for displaying an image on a screen by illuminating a spatial light modulator using light from a coherent light source.

スクリーン上に光を投射して映像表示を行う投射型映像表示装置は、いわゆる「光学式プロジェクタ」と呼ばれている市販品を含めて、様々な方式のものが提案されている。このような投射型映像表示装置の基本原理は、液晶マイクロディスプレイやDMD(Digital Micromirror Device)などの空間光変調器を利用して、元になる二次元画像を生成し、この二次元画像を投射光学系を利用してスクリーン上に拡大投影するものである。   Various types of projection-type image display devices that display images by projecting light onto a screen have been proposed, including commercially available products called “optical projectors”. The basic principle of such a projection-type image display device is to generate an original two-dimensional image using a spatial light modulator such as a liquid crystal micro display or DMD (Digital Micromirror Device), and project the two-dimensional image. The image is enlarged and projected on a screen using an optical system.

一般的な光学式プロジェクタでは、高圧水銀ランプなどの白色光源を用いて液晶ディスプレイ等の空間光変調器を照明し、得られた変調画像をレンズでスクリーン上に拡大投影する方式を採っている。たとえば、下記の特許文献1には、超高圧水銀ランプで発生させた白色光を、ダイクロイックミラーによってR,G,Bの三原色成分に分け、これらの光を各原色ごとの空間光変調器へ導き、生成された各原色ごとの変調画像をクロスダイクロイックプリズムによって合成してスクリーン上に投影する技術が開示されている。   In general optical projectors, a white light source such as a high-pressure mercury lamp is used to illuminate a spatial light modulator such as a liquid crystal display, and the resulting modulated image is enlarged and projected onto a screen by a lens. For example, in Patent Document 1 below, white light generated by an ultra-high pressure mercury lamp is divided into three primary color components of R, G, and B by a dichroic mirror, and these lights are guided to a spatial light modulator for each primary color. A technique is disclosed in which a generated modulated image for each primary color is synthesized by a cross dichroic prism and projected onto a screen.

ただ、高圧水銀ランプなどの高輝度放電ランプは、寿命が比較的短く、光学式プロジェクタなどに利用した場合、頻繁にランプ交換を行う必要がある。また、各原色成分の光を取り出すために、ダイクロイックミラーなどの比較的大型な光学系を利用する必要があるため、装置全体が大型化するという難点がある。そこで、レーザなどのコヒーレント光源を用いる方式も提案されている。たとえば、産業上で広く利用されている半導体レーザは、高圧水銀ランプなどの高輝度放電ランプに比べて極めて長寿命である。また、単一波長の光を生成可能な光源であるため、ダイクロイックミラーなどの分光装置が不要になり、装置全体を小型化できるという利点も有する。   However, high-intensity discharge lamps such as high-pressure mercury lamps have a relatively short life and require frequent lamp replacement when used in optical projectors and the like. Further, since it is necessary to use a relatively large optical system such as a dichroic mirror in order to extract the light of each primary color component, there is a problem that the entire apparatus becomes large. Thus, a method using a coherent light source such as a laser has been proposed. For example, a semiconductor laser widely used in the industry has a very long life compared to a high-intensity discharge lamp such as a high-pressure mercury lamp. In addition, since the light source can generate light having a single wavelength, a spectroscopic device such as a dichroic mirror is not necessary, and the entire device can be reduced in size.

その一方で、レーザなどのコヒーレント光源を用いる方式には、スペックルの発生という新たな問題が生じている。スペックル(speckle)は、レーザ光などのコヒーレント光を拡散面に照射したときに現れる斑点状の模様であり、スクリーン上に発生すると斑点状の輝度ムラとして観察され、観察者に対して生理的な悪影響を及ぼす要因になる。コヒーレント光を用いるとスペックルが発生する理由は、スクリーンなどの拡散反射面の各部で反射したコヒーレント光が、その極めて高い可干渉性ゆえに、互いに干渉し合うことによって生じるものとされている。たとえば、下記の非特許文献1には、このスペックル発生についての詳細な理論的考察がなされている。   On the other hand, a method using a coherent light source such as a laser has a new problem of speckle generation. Speckle is a speckled pattern that appears when a diffused surface is irradiated with coherent light such as laser light. When speckle is generated on a screen, it is observed as speckled luminance unevenness, which is physiological to the observer. It becomes a factor that has a bad influence. The reason why speckle is generated when coherent light is used is that coherent light reflected by each part of a diffuse reflection surface such as a screen interferes with each other because of its extremely high coherence. For example, the following non-patent document 1 gives a detailed theoretical consideration on the speckle generation.

このように、コヒーレント光源を用いる方式では、スペックルの発生という固有の問題が生じるため、スペックルの発生を抑制するための技術が提案されている。たとえば、下記の特許文献2には、レーザ光を散乱板に照射し、そこから得られる散乱光を空間光変調器に導くとともに、散乱板をモータによって回転駆動することにより、スペックルを低減する技術が開示されている。   As described above, in the system using the coherent light source, a problem inherent to the generation of speckles occurs, and thus a technique for suppressing the generation of speckles has been proposed. For example, in Patent Document 2 below, the speckle is reduced by irradiating a scattering plate with laser light, guiding the scattered light obtained therefrom to a spatial light modulator, and rotating the scattering plate by a motor. Technology is disclosed.

特開2004−264512号公報JP 2004-264512 A 特開平6−208089号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-208089

Speckle Phenomena in Optics, Joseph W. Goodman, Roberts & Co., 2006Speckle Phenomena in Optics, Joseph W. Goodman, Roberts & Co., 2006

上述したとおり、コヒーレント光源を用いた投射型映像表示装置において、スペックルを低減する技術が提案されているが、従来から提案されている手法では、スペックルを効率的かつ十分に抑制することはできない。たとえば、前掲の特許文献2に開示されている方法では、レーザ光を散乱板に照射して散乱させてしまうため、一部のレーザ光は映像表示に全く貢献することなく浪費されてしまう。また、スペックル低減のために散乱板を回転させる必要があるが、そのような機械的な回転機構は比較的大型の装置となり、また、電力消費も大きくなる。更に、散乱板を回転させたとしても、照明光の光軸の位置は変わらないため、スクリーンの拡散面で発生するスペックルを十分に抑制することはできない。   As described above, a technique for reducing speckles has been proposed in a projection-type image display device using a coherent light source. However, with the conventionally proposed methods, speckles can be efficiently and sufficiently suppressed. Can not. For example, in the method disclosed in the above-mentioned Patent Document 2, laser light is irradiated on the scattering plate and scattered, and therefore, part of the laser light is wasted without contributing to video display at all. Moreover, although it is necessary to rotate a scattering plate for speckle reduction, such a mechanical rotation mechanism becomes a comparatively large apparatus, and also power consumption becomes large. Furthermore, even if the scattering plate is rotated, the position of the optical axis of the illumination light does not change, so that speckles generated on the diffusing surface of the screen cannot be sufficiently suppressed.

そこで本発明は、コヒーレント光源を用いた投射型映像表示装置において、スペックルの発生を効率的かつ十分に抑制する技術を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for efficiently and sufficiently suppressing the generation of speckles in a projection display apparatus using a coherent light source.

(1) 本発明の第1の態様は、スクリーン上に光を投射して映像表示を行う投射型映像表示装置において、
ほぼ平行な光線束からなるコヒーレント光を生成するコヒーレント光生成手段と、
このコヒーレント光を再生照明光として受けることにより、散乱板のホログラム再生実像を生成するホログラム記録媒体と、
上記ホログラム再生実像の生成位置に重畳して配置された空間光変調器と、
この空間光変調器上に得られる変調画像をスクリーン上に投射する投射光学系と、
を設けるようにしたものである。
(1) According to a first aspect of the present invention, there is provided a projection-type image display device that displays an image by projecting light onto a screen.
Coherent light generating means for generating coherent light composed of substantially parallel light bundles;
A hologram recording medium that generates a hologram reproduction real image of the scattering plate by receiving the coherent light as reproduction illumination light;
A spatial light modulator arranged so as to be superimposed on the generation position of the hologram reproduction real image;
A projection optical system that projects a modulated image obtained on the spatial light modulator onto a screen;
Is provided.

(2) 本発明の第2の態様は、上述した第1の態様に係る投射型映像表示装置において、
コヒーレント光生成手段が、
レーザ光を発生させて射出するレーザ光源と、
このレーザ光源から射出されたレーザ光を所定の断面積をもったほぼ平行な光線束に広げる光束拡大手段と、
を有するようにしたものである。
(2) According to a second aspect of the present invention, in the projection display apparatus according to the first aspect described above,
Coherent light generation means
A laser light source that emits and emits laser light;
A light beam expanding means for expanding the laser light emitted from the laser light source into a substantially parallel light beam having a predetermined cross-sectional area;
It is made to have.

(3) 本発明の第3の態様は、上述した第1または第2の態様に係る投射型映像表示装置において、
ホログラム記録媒体を、フォトポリマーを用いた体積型ホログラムによって構成したものである。
(3) According to a third aspect of the present invention, in the projection display apparatus according to the first or second aspect described above,
A hologram recording medium is constituted by a volume hologram using a photopolymer.

(4) 本発明の第4の態様は、上述した第1〜第3の態様に係る投射型映像表示装置において、
コヒーレント光生成手段が、ホログラム記録媒体に散乱板の像を記録する際に用いた光の波長とほぼ同一波長のコヒーレント光を生成し、
ホログラム記録媒体が、「当該ホログラム記録媒体に対するコヒーレント光の入射角と、散乱板の像を記録する際に用いた参照光の入射角と、が同一となるような向き」に配置されているようにしたものである。
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the projection display apparatus according to the first to third aspects described above,
The coherent light generating means generates coherent light having substantially the same wavelength as that of the light used for recording the image of the scattering plate on the hologram recording medium,
The hologram recording medium is arranged in “the direction in which the incident angle of the coherent light with respect to the hologram recording medium and the incident angle of the reference light used when recording the image of the scattering plate are the same”. It is a thing.

(5) 本発明の第5の態様は、上述した第1〜第4の態様に係る投射型映像表示装置において、
空間光変調器を、透過型もしくは反射型の液晶ディスプレイまたはデジタルマイクロミラーデバイスによって構成したものである。
(5) According to a fifth aspect of the present invention, in the projection display apparatus according to the first to fourth aspects described above,
The spatial light modulator is constituted by a transmissive or reflective liquid crystal display or a digital micromirror device.

(6) 本発明の第6の態様は、上述した第1〜第5の態様に係る投射型映像表示装置において、
投射光学系が、スクリーンの観察面側に変調画像を投射する前方投射を行うようにしたものである。
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the projection display apparatus according to the first to fifth aspects described above,
The projection optical system performs forward projection to project a modulated image on the observation surface side of the screen.

(7) 本発明の第7の態様は、上述した第1〜第6の態様に係る投射型映像表示装置において、
スクリーン上の任意の1点に対する配光角がいずれも0.4°以上となるように、空間光変調器の特性および配置、ならびに投射光学系の特性および配置を設定したものである。
(7) According to a seventh aspect of the present invention, in the projection-type image display device according to the first to sixth aspects described above,
The characteristics and arrangement of the spatial light modulator and the characteristics and arrangement of the projection optical system are set so that the light distribution angle with respect to an arbitrary point on the screen is 0.4 ° or more.

(8) 本発明の第8の態様は、上述した第1〜第6の態様に係る投射型映像表示装置において、
ホログラム記録媒体を、周期的に運動させる駆動機構を更に設けたものである。
(8) According to an eighth aspect of the present invention, in the projection-type image display device according to the first to sixth aspects described above,
A drive mechanism for periodically moving the hologram recording medium is further provided.

(9) 本発明の第9の態様は、上述した第8の態様に係る投射型映像表示装置において、
駆動機構が、ホログラム記録媒体を、その記録面に平行な平面内で周期的に平行移動させるようにしたものである。
(9) According to a ninth aspect of the present invention, in the projection display apparatus according to the eighth aspect described above,
The drive mechanism periodically translates the hologram recording medium within a plane parallel to the recording surface.

(10) 本発明の第10の態様は、上述した第9の態様に係る投射型映像表示装置において、
駆動機構が、ホログラム記録媒体の記録面にXY二次元直交座標系を定義したときに、ホログラム記録媒体をX軸もしくはY軸方向に単振動させるか、または、ホログラム記録媒体をXY平面上で円運動もしくは楕円運動させるようにしたものである。
(10) According to a tenth aspect of the present invention, in the projection display apparatus according to the ninth aspect described above,
When the drive mechanism defines an XY two-dimensional orthogonal coordinate system on the recording surface of the hologram recording medium, the driving mechanism causes the hologram recording medium to vibrate simply in the X-axis or Y-axis direction, or the hologram recording medium is circled on the XY plane. It is intended to move or move elliptically.

(11) 本発明の第11の態様は、上述した第8〜第10の態様に係る投射型映像表示装置において、
スクリーン上の任意の1点に対する配光角がいずれも0.4°以上となるように、空間光変調器の特性および配置、ならびに投射光学系の特性および配置が設定されており、
スクリーン上を走査する光の線速度が、200mm/秒以上となるように、駆動機構によるホログラム記録媒体の駆動が行われるようにしたものである。
(11) An eleventh aspect of the present invention is the projection type video display device according to the eighth to tenth aspects described above,
The characteristics and arrangement of the spatial light modulator and the characteristics and arrangement of the projection optical system are set so that the light distribution angle with respect to any one point on the screen is 0.4 ° or more.
The hologram recording medium is driven by the drive mechanism so that the linear velocity of light scanning on the screen is 200 mm / second or more.

(12) 本発明の第12の態様は、上述した第1〜第6の態様に係る投射型映像表示装置において、
投射光学系を構成するレンズを、その光軸に垂直な平面内で周期的に運動させる駆動機構を更に設けたものである。
(12) According to a twelfth aspect of the present invention, in the projection-type image display device according to the first to sixth aspects described above,
A drive mechanism is further provided for periodically moving the lens constituting the projection optical system in a plane perpendicular to the optical axis.

(13) 本発明の第13の態様は、上述した第1〜第6の態様に係る投射型映像表示装置において、
空間光変調器を、その変調画像形成面に沿って周期的に運動させる駆動機構を更に設けたものである。
(13) According to a thirteenth aspect of the present invention, in the projection display apparatus according to the first to sixth aspects described above,
A drive mechanism for periodically moving the spatial light modulator along the modulated image forming surface is further provided.

(14) 本発明の第14の態様は、上述した第1〜第6の態様に係る投射型映像表示装置において、
コヒーレント光生成手段と、ホログラム記録媒体と、空間光変調器と、投射光学系と、によって構成される装置本体を全体的に、周期的に運動させる駆動機構を更に設けるようにしたものである。
(14) According to a fourteenth aspect of the present invention, in the projection display apparatus according to the first to sixth aspects described above,
A drive mechanism for periodically and periodically moving the apparatus main body constituted by the coherent light generation means, the hologram recording medium, the spatial light modulator, and the projection optical system is further provided.

(15) 本発明の第15の態様は、スクリーン上に光を投射してカラー映像表示を行う投射型映像表示装置において、
平行光線束からなる第1の波長域のコヒーレント光を生成する第1のコヒーレント光生成手段と、
第1の波長域のコヒーレント光を再生照明光として受けることにより、散乱板の第1のホログラム再生実像を生成する第1のホログラム記録媒体と、
第1のホログラム再生実像の形成位置に重畳して配置され、第1の波長域に対応する第1の原色成分をもった画像に基づく変調を行う第1の空間光変調器と、
平行光線束からなる第2の波長域のコヒーレント光を生成する第2のコヒーレント光生成手段と、
第2の波長域のコヒーレント光を再生照明光として受けることにより、散乱板の第2のホログラム再生実像を生成する第2のホログラム記録媒体と、
第2のホログラム再生実像の形成位置に重畳して配置され、第2の波長域に対応する第2の原色成分をもった画像に基づく変調を行う第2の空間光変調器と、
平行光線束からなる第3の波長域のコヒーレント光を生成する第3のコヒーレント光生成手段と、
第3の波長域のコヒーレント光を再生照明光として受けることにより、散乱板の第3のホログラム再生実像を生成する第3のホログラム記録媒体と、
第3のホログラム再生実像の形成位置に重畳して配置され、第3の波長域に対応する第3の原色成分をもった画像に基づく変調を行う第3の空間光変調器と、
第1の空間光変調器上に得られる第1の変調画像、第2の空間光変調器上に得られる第2の変調画像、第3の空間光変調器上に得られる第3の変調画像を合成して、スクリーン上に投射する合成投射光学系と、
を設けるようにしたものである。
(15) According to a fifteenth aspect of the present invention, in the projection-type image display device that projects light on a screen and performs color image display,
First coherent light generating means for generating coherent light in a first wavelength range composed of parallel light bundles;
A first hologram recording medium for generating a first hologram reproduction real image of the scattering plate by receiving coherent light in the first wavelength region as reproduction illumination light;
A first spatial light modulator that is arranged so as to overlap the formation position of the first hologram reproduction real image and that performs modulation based on an image having a first primary color component corresponding to the first wavelength range;
Second coherent light generating means for generating coherent light in a second wavelength range composed of parallel light bundles;
A second hologram recording medium that generates a second hologram reproduction real image of the scattering plate by receiving coherent light in the second wavelength region as reproduction illumination light;
A second spatial light modulator that is arranged so as to overlap the formation position of the second hologram reproduction real image and that performs modulation based on an image having a second primary color component corresponding to the second wavelength range;
Third coherent light generating means for generating coherent light in a third wavelength range composed of parallel light bundles;
A third hologram recording medium that generates a third hologram reproduction real image of the scattering plate by receiving coherent light in the third wavelength region as reproduction illumination light;
A third spatial light modulator that is arranged so as to overlap the formation position of the third hologram reproduction real image and that performs modulation based on an image having a third primary color component corresponding to the third wavelength range;
The first modulated image obtained on the first spatial light modulator, the second modulated image obtained on the second spatial light modulator, and the third modulated image obtained on the third spatial light modulator A combined projection optical system for projecting onto the screen,
Is provided.

(16) 本発明の第16の態様は、スクリーン上に光を投射して映像表示を行う投射型映像表示方法において、
散乱板のホログラム像を記録したホログラム記録媒体を作成する段階と、
ホログラム記録媒体にコヒーレント光を照射し、散乱板のホログラム再生実像を生成する段階と、
ホログラム再生実像の生成位置に重畳して空間光変調器を配置する段階と、
空間光変調器上に得られる変調画像をスクリーン上に投射する段階と、
を行うようにしたものである。
(16) According to a sixteenth aspect of the present invention, in the projection-type image display method for displaying an image by projecting light on a screen,
Creating a hologram recording medium recording a hologram image of the scattering plate;
Irradiating the hologram recording medium with coherent light to generate a hologram reproduction real image of the scattering plate;
Placing the spatial light modulator superimposed on the hologram reproduction real image generation position;
Projecting the modulated image obtained on the spatial light modulator onto a screen;
Is to do.

(17) 本発明の第17の態様は、上述した第16の態様に係る投射型映像表示方法において、
変調画像をスクリーン上に投射している間、ホログラム記録媒体を、その記録面に平行な平面内で周期的に平行移動させるようにしたものである。
(17) According to a seventeenth aspect of the present invention, in the projection-type image display method according to the sixteenth aspect described above,
While the modulated image is projected on the screen, the hologram recording medium is periodically translated in a plane parallel to the recording surface.

(18) 本発明の第18の態様は、上述した第17の態様に係る投射型映像表示方法において、
スクリーン上の任意の1点に対する配光角がいずれも0.4°以上となり、スクリーン上を走査する光の線速度が、200mm/秒以上となるようにしたものである。
(18) According to an eighteenth aspect of the present invention, in the projection-type image display method according to the seventeenth aspect described above,
The light distribution angle with respect to an arbitrary point on the screen is 0.4 ° or more, and the linear velocity of light scanning on the screen is 200 mm / second or more.

本発明では、実在の空間光変調器の位置に重畳して、散乱板のホログラム再生実像が形成される。このため、空間光変調器上に得られる変調画像は、散乱板から直接散乱した散乱光と同様の挙動をもってスクリーン上に投影されることになり、スクリーン上でのスペックルの発生を効率的かつ十分に抑制することが可能になる。また、ホログラム記録媒体を周期的に運動させる駆動機構を備えた実施形態では、スクリーン上で光束走査が行われるため、スペックルの発生を更に低減させることが可能になる。   In the present invention, a hologram reproduction real image of the scattering plate is formed so as to be superimposed on the position of the existing spatial light modulator. For this reason, the modulated image obtained on the spatial light modulator is projected on the screen with the same behavior as the scattered light directly scattered from the scattering plate, and the generation of speckle on the screen is efficiently performed. It becomes possible to suppress sufficiently. Further, in the embodiment provided with a drive mechanism that periodically moves the hologram recording medium, light flux scanning is performed on the screen, so that it is possible to further reduce the generation of speckle.

従来提案されている、スペックルの発生を抑制する機能をもったコヒーレント光式の投射型映像表示装置の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the projection type video display apparatus of the coherent light type | mold with the function which suppresses generation | occurrence | production of the speckle conventionally proposed. 図1に示す投射型映像表示装置の問題点を示すための平面図である。It is a top view for showing the problem of the projection type video display apparatus shown in FIG. 本発明に係る投射型映像表示装置の基本的実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows basic embodiment of the projection type video display apparatus concerning this invention. 図3に示す装置におけるホログラム記録媒体220の作成方法を示す平面図である。It is a top view which shows the preparation methods of the hologram recording medium 220 in the apparatus shown in FIG. 図3に示す装置におけるホログラム記録媒体220による実像再生の様子を示す平面図である。It is a top view which shows the mode of the real image reproduction | regeneration by the hologram recording medium 220 in the apparatus shown in FIG. 図3示す投射型映像表示装置におけるホログラム記録媒体220の駆動態様の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the drive mode of the hologram recording medium 220 in the projection type video display apparatus shown in FIG. 図3示す投射型映像表示装置におけるホログラム記録媒体220の駆動態様の別な一例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of the drive mode of the hologram recording medium 220 in the projection type video display apparatus shown in FIG. 図3に示す投射型映像表示装置の利点を示すための平面図である。It is a top view for showing the advantage of the projection type video display shown in Drawing 3. 様々な条件で実験を行った場合のスペックルの発生度合を示す表である。It is a table | surface which shows the generation | occurrence | production degree of the speckle when experimenting on various conditions. 配光角θおよび光束走査の線速度をパラメータとした場合のスペックルの発生度合を示す実験結果のグラフである。It is a graph of the experimental result which shows the generation | occurrence | production degree of the speckle when using the light distribution angle (theta) and the linear velocity of light beam scanning as a parameter. 本発明をカラー映像表示装置に適用した実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows embodiment which applied this invention to the color image display apparatus.

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

<<< §1.従来提案されている投射型映像表示装置 >>>
ここでは、説明の便宜上、たとえば、前掲の特許文献2などで提案されているコヒーレント光式の投射型映像表示装置の基本原理を、図1の平面図を参照しながら述べておく。
<<< §1. Previously proposed projection display device >>>
Here, for convenience of explanation, for example, the basic principle of a coherent light projection type image display apparatus proposed in the above-mentioned Patent Document 2 will be described with reference to the plan view of FIG.

図示のとおり、この投射型映像表示装置では、レーザなどのコヒーレント光源110から生成されたコヒーレント光を透過型の散乱板120に照射し、得られる散乱光を集光レンズ130で集め、空間光変調器140に導いている。空間光変調器140として、たとえば、透過型の液晶マイクロディスプレイを用いることにすれば、このディスプレイの画面上に変調画像が得られることになる。こうして得られた変調画像を、投射光学系150によってスクリーン160へ投射すれば、スクリーン160上に、拡大された変調画像が表示されることになる。   As shown in the figure, in this projection type image display device, coherent light generated from a coherent light source 110 such as a laser is irradiated onto a transmission type scattering plate 120, and the obtained scattered light is collected by a condensing lens 130, and spatial light modulation is performed. Leading to vessel 140. If, for example, a transmissive liquid crystal microdisplay is used as the spatial light modulator 140, a modulated image can be obtained on the screen of this display. When the modulated image obtained in this manner is projected onto the screen 160 by the projection optical system 150, the enlarged modulated image is displayed on the screen 160.

なお、空間光変調器140としては、反射型のマイクロディスプレイを用いることも可能である。その場合、コヒーレント光源110、散乱板120、集光レンズ130は、図1における空間光変調器140の斜め上方に配置され、空間光変調器140からの反射光が、投射光学系150によってスクリーン160へ投射されることになる。このような反射光を利用する場合、空間光変調器140としてDMD(Digital Micromirror Device)などのMEMS素子を用いることも可能であり、実際、前掲の特許文献2に開示されている実施例は、DMDを空間光変調器140として利用した反射型の装置である。   As the spatial light modulator 140, a reflective micro display can be used. In that case, the coherent light source 110, the scattering plate 120, and the condenser lens 130 are disposed obliquely above the spatial light modulator 140 in FIG. 1, and reflected light from the spatial light modulator 140 is reflected by the projection optical system 150 on the screen 160. Will be projected to. When using such reflected light, it is also possible to use a MEMS element such as DMD (Digital Micromirror Device) as the spatial light modulator 140. In fact, the embodiment disclosed in the above-mentioned Patent Document 2 is This is a reflection type device using a DMD as the spatial light modulator 140.

また、図示の例は、視点Eをスクリーン160の手前側に置いて観察する前方投影型の装置であるが、視点Eをスクリーン160の向こう側に置いて観察する後方投影型の装置(いわゆる、リアプロジェクタ装置)も広く利用されている。   The illustrated example is a front projection type device that observes the viewpoint E placed on the front side of the screen 160, but a rear projection type device that observes the viewpoint E placed on the other side of the screen 160 (so-called Rear projector devices) are also widely used.

既に述べたとおり、レーザなどのコヒーレント光源110を利用した装置では、スクリーン160上にスペックルが発生する問題が生じる。スペックルは、コヒーレント光を散乱面に照射したときに現れる斑点状の模様であり、散乱面の各部で反射したコヒーレント光の干渉によって生じるものとされている。そこで、前掲の特許文献2に開示されている実施例では、散乱板120を回転機構125によって、レーザ光の光軸を中心軸として回転駆動させることにより、スペックルの発生を低減させる工夫が施されている。   As already described, the apparatus using the coherent light source 110 such as a laser has a problem that speckles are generated on the screen 160. The speckle is a speckled pattern that appears when the scattering surface is irradiated with coherent light, and is caused by the interference of the coherent light reflected by each part of the scattering surface. Therefore, in the embodiment disclosed in the above-mentioned Patent Document 2, the scattering plate 120 is rotationally driven by the rotation mechanism 125 with the optical axis of the laser light as the central axis, thereby devising the generation of speckle. Has been.

前掲の非特許文献1によると、スペックルの発生を低減させるためには、偏光・位相・角度・時間といったモードを多重化することが有効であるとされている。散乱板120を回転駆動すれば、散乱板120から発する散乱光のモードが多重化されるため、結果的に、スクリーン160上でのスペックルの発生を低減することができる。   According to the aforementioned Non-Patent Document 1, it is considered effective to multiplex modes such as polarization, phase, angle, and time in order to reduce the generation of speckle. When the scattering plate 120 is driven to rotate, the modes of scattered light emitted from the scattering plate 120 are multiplexed, and as a result, generation of speckles on the screen 160 can be reduced.

しかしながら、従来提案されているこのタイプの装置では、スペックルの発生を効率的かつ十分に抑制することが困難であることは、既に指摘したとおりである。図2は、図1に示す投射型映像表示装置の問題点を示すための平面図である。図2に示す装置の構成自体は、図1に示す装置の構成と全く同一である。以下、この図2を参照しながら、従来装置のいくつかの問題点を具体的に説明する。   However, it has already been pointed out that it is difficult to efficiently and sufficiently suppress the generation of speckles in this type of apparatus that has been proposed in the past. FIG. 2 is a plan view for illustrating problems of the projection display apparatus shown in FIG. The configuration of the apparatus shown in FIG. 2 is exactly the same as that of the apparatus shown in FIG. Hereinafter, some problems of the conventional apparatus will be described in detail with reference to FIG.

まず、第1に、散乱板120に照射されたレーザ光は、様々な方向に散乱することになるので、たとえば、図2に散乱光Lsとして例示した光のように、集光レンズ130によって集光されない方向に向かう散乱光も存在する。このように、一部のレーザ光は映像表示に全く貢献することなく浪費されてしまうため、エネルギーの利用効率の点で問題がある。   First, since the laser light applied to the scattering plate 120 is scattered in various directions, the light is collected by the condenser lens 130 like the light exemplified as the scattered light Ls in FIG. There is also scattered light that goes in a direction that is not illuminated. As described above, a part of the laser light is wasted without contributing to the image display at all, which causes a problem in terms of energy use efficiency.

第2に、スペックル低減のために散乱板120を回転機構125によって回転駆動させることは、必ずしも効率的な方法とは言えない。すなわち、散乱板120の質量が大きければ大きいほど、散乱板回転のために大きな電力消費が必要になる。実際、散乱板120に対して常に回転モーメントを与えるために必要な電力は無視できず、また、機械的な回転構造体が必要になるため、装置の小型化を阻む要因にもなる。   Secondly, rotating the scattering plate 120 by the rotation mechanism 125 for speckle reduction is not necessarily an efficient method. That is, the greater the mass of the scattering plate 120, the greater the power consumption required for rotating the scattering plate. In fact, the electric power necessary to always give a rotational moment to the scattering plate 120 cannot be ignored, and a mechanical rotating structure is required, which also hinders downsizing of the apparatus.

そして第3に、散乱板120を回転させたとしても、コヒーレント光源110からスクリーン160に対して供給される照明光の光軸の位置は変わらないため、スクリーン160の散乱面で発生するスペックルを十分に抑制することはできない。図2に示す装置の場合、スペックルの発生に寄与する光の散乱は、散乱板120とスクリーン160との2カ所で生じる。散乱板120を回転させれば、この散乱板120上の散乱に起因して発生するスペックル(いわば、照明光の光源側に起因して生じるスペックル)を低減させることはできる。しかしながら、スクリーン160上の散乱に起因して発生するスペックル(いわば、スクリーン側に起因して生じるスペックル)を低減させることはできない。   Thirdly, even if the scattering plate 120 is rotated, the position of the optical axis of the illumination light supplied from the coherent light source 110 to the screen 160 does not change, so speckles generated on the scattering surface of the screen 160 are reduced. It cannot be suppressed sufficiently. In the case of the apparatus shown in FIG. 2, the scattering of light that contributes to the generation of speckle occurs at two locations of the scattering plate 120 and the screen 160. If the scattering plate 120 is rotated, speckles caused by scattering on the scattering plate 120 (so-called speckles caused by the light source side of the illumination light) can be reduced. However, speckles generated due to scattering on the screen 160 (in other words, speckles generated due to the screen side) cannot be reduced.

ここでは、図示するスクリーン160上の任意の投射点Q1に到達する投射光L1の配光角(後述するように、スクリーン160への入射角の分布範囲)に着目してみよう。図示の装置の場合、空間光変調器140は、集光レンズ130側から入射してきた照明光に対して変調を加えた後、投射光学系150へ向けて透過させる機能を果たす。したがって、映像点P1の画素情報は、そのまま投射光L1によって、スクリーン160上の投射点Q1に投射されることになる。これは、投射点Q1側から投射光学系150を望んだ場合、配光角が極めて狭いことを意味する。散乱板120を回転させても、投射点Q1を照らす投射光L1の光路に変化はなく、その入射角は常に一定になる。このように、スクリーン160の表面に対して、常に同一の方向からコヒーレント光が照射されると、スペックルを発生させる大きな要因になり、このようなスクリーン側に起因して生じるスペックルを低減させる上で、散乱板120の回転駆動は、何ら役に立たない。   Here, let us focus on the light distribution angle of the projection light L1 that reaches an arbitrary projection point Q1 on the screen 160 shown in the drawing (the distribution range of the incident angle on the screen 160, as will be described later). In the case of the illustrated apparatus, the spatial light modulator 140 performs the function of modulating the illumination light incident from the condenser lens 130 side and then transmitting it to the projection optical system 150. Accordingly, the pixel information of the video point P1 is projected as it is onto the projection point Q1 on the screen 160 by the projection light L1. This means that the light distribution angle is extremely narrow when the projection optical system 150 is desired from the projection point Q1 side. Even if the scattering plate 120 is rotated, there is no change in the optical path of the projection light L1 that illuminates the projection point Q1, and the incident angle is always constant. As described above, when the surface of the screen 160 is always irradiated with coherent light from the same direction, it becomes a major factor for generating speckle, and the speckle generated due to such a screen side is reduced. Above, the rotational drive of the scattering plate 120 is not useful at all.

本発明は、このような従来装置の問題点を解決するための新たな技術を提案するものである。その基本的な実施形態を以下に述べる。   The present invention proposes a new technique for solving such problems of the conventional apparatus. The basic embodiment will be described below.

<<< §2.本発明の基本的実施形態 >>>
図3は、本発明に係る投射型映像表示装置の基本的実施形態を示す平面図である。この投射型映像表示装置でも、コヒーレント光源210から生成されたコヒーレント光が用いられる。この装置の場合、コヒーレント光源210として、レーザ光を発生させて射出するレーザ光源が用いられており、射出されたレーザ光は、拡大レンズ211およびコリメートレンズ212からなる光束拡大手段により、所定の断面積をもった平行光線束に広げられる。なお、実用上は、厳密に平行な光線束でなく、ほぼ平行な光線束を用いても支障は生じない。
<<< §2. Basic embodiment of the present invention >>
FIG. 3 is a plan view showing a basic embodiment of a projection-type image display apparatus according to the present invention. Also in this projection type image display apparatus, coherent light generated from the coherent light source 210 is used. In this apparatus, a laser light source that generates and emits laser light is used as the coherent light source 210, and the emitted laser light is blocked by a light beam enlarging unit including a magnifying lens 211 and a collimating lens 212. It is expanded to a parallel light beam with an area. In practice, there is no problem even if a substantially parallel beam bundle is used instead of a strictly parallel beam bundle.

このように、図示のコヒーレント光源210(レーザ光源)、拡大レンズ211、コリメートレンズ212は、平行光線束からなるコヒーレント光を生成するコヒーレント光生成手段として機能する。図示のとおり、平行光線束からなるコヒーレント光は、ホログラム記録媒体220に所定の入射角φをもって入射する。後述するように、この平行光線束からなるコヒーレント光は、ホログラム記録媒体220に対する再生照明光として機能する。したがって、拡大レンズ211およびコリメートレンズ212は、ホログラム記録媒体220の記録面全域に平行光線束からなる再生照明光が照射されるように、レーザビームの光束を拡大する。別言すれば、平行光線束の断面は、ホログラム記録媒体220の記録面全域を照射するのに必要十分な面積をもっている。もっとも、ホログラム記録媒体220の各点は、いずれも散乱板の像を再生する機能をもっているので、再生照明光は必ずしも記録面全域を照射するのに必要な断面積をもっている必要はない。   Thus, the illustrated coherent light source 210 (laser light source), the magnifying lens 211, and the collimating lens 212 function as coherent light generating means for generating coherent light composed of parallel light beams. As shown in the figure, coherent light composed of parallel light beams enters the hologram recording medium 220 with a predetermined incident angle φ. As will be described later, the coherent light composed of this parallel light beam functions as reproduction illumination light for the hologram recording medium 220. Therefore, the magnifying lens 211 and the collimating lens 212 magnify the light beam of the laser beam so that the reproduction illumination light composed of parallel light beams is irradiated on the entire recording surface of the hologram recording medium 220. In other words, the cross section of the parallel light beam has an area necessary and sufficient to irradiate the entire recording surface of the hologram recording medium 220. However, since each point of the hologram recording medium 220 has a function of reproducing the image of the scattering plate, the reproduction illumination light does not necessarily have a cross-sectional area necessary for irradiating the entire recording surface.

ホログラム記録媒体220には、予め、散乱板(光学的な拡散板)のホログラム像を記録しておくようにし、上記平行光線束からなるコヒーレント光が再生照明光として照射されたときに、当該散乱板のホログラム再生実像が生成されるようにする。   A hologram image of a scattering plate (optical diffusion plate) is recorded in advance on the hologram recording medium 220, and when the coherent light composed of the parallel light bundle is irradiated as reproduction illumination light, the scattering is performed. A real hologram reproduction image of the plate is generated.

図4は、このホログラム記録媒体220の作成方法を示す平面図である。図に示す散乱板230は、内部に光を散乱するための微小粒子(光の散乱体)が練り込まれた透過型散乱板(たとえば、オパールガラス板)であり、ホログラム感光媒体222は、ホログラム像を記録するために用いる感光性の媒体である。図示の例では、散乱板230の下方から所定波長λをもったレーザ光を照明光Lとして照射し、散乱板230による散乱で生じた散乱光を物体光Loとして、ホログラムの記録を行っている。このとき、照明光Lと同一波長λをもったレーザ光を参照光Lrとして、入射角φでホログラム感光媒体222に照射するようにし、物体光Loと参照光Lrとの干渉縞パターンがホログラム感光媒体222の記録面上に記録されるようにする。   FIG. 4 is a plan view showing a method for producing this hologram recording medium 220. The scattering plate 230 shown in the figure is a transmission type scattering plate (for example, an opal glass plate) in which fine particles (light scatterers) for scattering light are incorporated, and the hologram photosensitive medium 222 is a hologram. It is a photosensitive medium used for recording an image. In the illustrated example, laser light having a predetermined wavelength λ is irradiated as illumination light L from below the scattering plate 230, and hologram recording is performed using the scattered light generated by scattering by the scattering plate 230 as object light Lo. . At this time, a laser beam having the same wavelength λ as the illumination light L is used as the reference light Lr so as to irradiate the hologram photosensitive medium 222 at an incident angle φ, and the interference fringe pattern between the object light Lo and the reference light Lr becomes a hologram photosensitive. It is recorded on the recording surface of the medium 222.

図5は、こうして作成されたホログラム記録媒体220による実像再生の様子を示す平面図である。図5に示すホログラム記録媒体220は、図4に示すホログラム感光媒体222(ホログラムの記録が完了したもの)に対応するものであるが、図における上下の面を逆に配置したものになる。すなわち、図4に示すプロセスで、ホログラムの記録が完了した後、記録済みのホログラム感光媒体222を上下ひっくり返して配置したものが、図5に示すホログラム記録媒体220である。   FIG. 5 is a plan view showing how a real image is reproduced by the hologram recording medium 220 created in this way. A hologram recording medium 220 shown in FIG. 5 corresponds to the hologram photosensitive medium 222 shown in FIG. 4 (recording of the hologram is completed), but the upper and lower surfaces in the drawing are reversed. That is, the hologram recording medium 220 shown in FIG. 5 is the one in which the recorded hologram photosensitive medium 222 is turned upside down after the hologram recording is completed in the process shown in FIG.

図5に示すとおり、このホログラム記録媒体220の下方から、波長λ(図4の記録プロセスで用いた照明光Lや参照光Lrの波長と同一波長)をもったレーザ光を再生照明光LLとして入射角φで照射すると、図の上方に、散乱板のホログラム再生実像235が生じることになる。このホログラム再生実像235は、図4に示す散乱板(オパールガラス板)を原画像とした再生像である。   As shown in FIG. 5, a laser beam having a wavelength λ (the same wavelength as that of the illumination light L and the reference light Lr used in the recording process of FIG. 4) from the lower side of the hologram recording medium 220 is used as the reproduction illumination light LL. When irradiation is performed at an incident angle φ, a hologram reproduction real image 235 of the scattering plate is generated above the figure. This hologram reproduction real image 235 is a reproduction image using the scattering plate (opal glass plate) shown in FIG. 4 as an original image.

図3に示す装置で用いられているコヒーレント光源(レーザ光源)210は、図5に示す再生照明光LLを生成するための光源であり、図4の記録プロセスで用いた照明光Lや参照光Lrの波長と同一波長λをもったコヒーレント光を発生する。このコヒーレント光は、上述したとおり、ホログラム記録媒体220に対して入射角φで照射される。ここで、入射角φは、図4に示すホログラム記録プロセスにおける参照光Lrの入射角φに等しい。このため、図3において、ホログラム記録媒体220の上方位置に、ホログラム再生実像235が得られることになる。なお、実際には、ホログラム記録媒体220を作成するプロセスで、媒体材料に収縮が生じる場合がある。このような場合、材料の収縮を考慮して、再生照明光LLの波長を調整するのが好ましい。したがって、コヒーレント光源210で生成するコヒーレント光の波長は、図4の記録プロセスで用いた光の波長と厳密に一致させる必要はなく、ほぼ同一となっていればよい。   A coherent light source (laser light source) 210 used in the apparatus shown in FIG. 3 is a light source for generating the reproduction illumination light LL shown in FIG. 5, and the illumination light L and the reference light used in the recording process of FIG. Coherent light having the same wavelength λ as the wavelength of Lr is generated. As described above, this coherent light is applied to the hologram recording medium 220 at an incident angle φ. Here, the incident angle φ is equal to the incident angle φ of the reference light Lr in the hologram recording process shown in FIG. Therefore, in FIG. 3, a hologram reproduction real image 235 is obtained at a position above the hologram recording medium 220. Actually, in the process of creating the hologram recording medium 220, the medium material may shrink. In such a case, it is preferable to adjust the wavelength of the reproduction illumination light LL in consideration of material shrinkage. Therefore, the wavelength of the coherent light generated by the coherent light source 210 does not have to be exactly the same as the wavelength of the light used in the recording process of FIG.

本発明の重要な特徴は、このホログラム再生実像235の生成位置に重畳して、空間光変調器240が配置される点である。ここで、空間光変調器240は、液晶マイクロディスプレイやDMD(Digital Micromirror Device)などの実在の装置であるのに対して、ホログラム再生実像235は光学的な再生像であり、両者は同一空間上に重複して配置することが可能である。図3には、実在の空間光変調器240のみしか描かれていないが、この同じ空間位置に、ホログラム記録媒体220によって再生された散乱板のホログラム再生実像235が重なることになる。   An important feature of the present invention is that the spatial light modulator 240 is arranged so as to be superimposed on the generation position of the hologram reproduction real image 235. Here, the spatial light modulator 240 is a real device such as a liquid crystal micro display or a DMD (Digital Micromirror Device), whereas the hologram reproduction real image 235 is an optical reproduction image, and both are in the same space. It is possible to overlap with each other. In FIG. 3, only the real spatial light modulator 240 is depicted, but the hologram reproduction real image 235 of the scattering plate reproduced by the hologram recording medium 220 is superposed on this same spatial position.

もっとも、こうして得られたホログラム再生実像235の実体は、ホログラム記録媒体220上に形成された干渉縞によって回折させられたコヒーレント光であり、空間光変調器240は、このようなコヒーレント光による照明を受け、所定の変調画像を生成することになる。たとえば、空間光変調器240として、透過型の液晶マイクロディスプレイを用いた場合、ディスプレイを透過した照明光の濃淡パターンとして、変調画像が得られることになる。   However, the actual hologram reproduction real image 235 obtained in this way is coherent light diffracted by the interference fringes formed on the hologram recording medium 220, and the spatial light modulator 240 performs illumination with such coherent light. Then, a predetermined modulated image is generated. For example, when a transmissive liquid crystal microdisplay is used as the spatial light modulator 240, a modulated image is obtained as a grayscale pattern of illumination light transmitted through the display.

投射光学系250は、こうして空間光変調器240上に得られた変調画像を、スクリーン260上に投射する機能を果たす。空間光変調器240として、透過型の液晶マイクロディスプレイを用いた場合であれば、このディスプレイ上に形成された変調画像が、スクリーン260上に投射され、映像表示が行われることになる。   The projection optical system 250 performs a function of projecting the modulated image thus obtained on the spatial light modulator 240 onto the screen 260. If a transmissive liquid crystal microdisplay is used as the spatial light modulator 240, the modulated image formed on the display is projected onto the screen 260, and video display is performed.

図3に示す装置では、更に、ホログラム記録媒体220を、周期的に運動させる駆動機構225が設けられている。より具体的には、駆動機構225は、ホログラム記録媒体220を、その記録面に平行な平面内で周期的に平行移動させる機能を果たす。たとえば、図示のように、図の右方向にX軸、図の上方向にZ軸、図の紙面垂直方向にY軸をそれぞれとったXYZ三次元直交座標系を定義し、ホログラム記録媒体220の記録面がXY平面に含まれるように配置されているものとすれば、駆動機構225は、ホログラム記録媒体220を、その記録面がXY平面に含まれている状態を維持したまま、周期的に平行移動させる機能を果たす。ここで、「平行移動」とは、回転ファクターを含まない運動であることを意味し、ホログラム記録媒体220は、同じ姿勢を維持したまま、XY平面上で位置のみを変える運動を行うことになる。   In the apparatus shown in FIG. 3, a drive mechanism 225 for moving the hologram recording medium 220 periodically is further provided. More specifically, the drive mechanism 225 functions to periodically translate the hologram recording medium 220 in a plane parallel to the recording surface. For example, as shown in the figure, an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system is defined in which the X axis is in the right direction of the drawing, the Z axis is in the upward direction of the drawing, and the Y axis is in the vertical direction of the drawing. Assuming that the recording surface is arranged so as to be included in the XY plane, the drive mechanism 225 periodically causes the hologram recording medium 220 to remain in a state where the recording surface is included in the XY plane. It performs the function of translating. Here, “parallel movement” means a movement that does not include a rotation factor, and the hologram recording medium 220 performs a movement that changes only the position on the XY plane while maintaining the same posture. .

図6および図7は、このようなXY平面上でのホログラム記録媒体220の駆動態様の一例を示す平面図である。図6は、ホログラム記録媒体220を、矢印Mxに示すようにX軸方向に沿って単振動させるか、あるいは、矢印Myに示すようにY軸方向に沿って単振動させる例である。いずれの場合も、ホログラム記録媒体220の運動には回転ファクターは含まれず、矢印Mxもしくは矢印Myに沿った周期的な平行移動となる。図7は、ホログラム記録媒体220をXY平面上で円運動させた例であり、ホログラム記録媒体220は矢印Mcで示す円軌道に沿って移動することになるが、この場合も、ホログラム記録媒体220の運動には回転ファクターは含まれず、あくまでも平行移動しているだけである。円運動の代わりに楕円運動させてもかまわない。   6 and 7 are plan views showing an example of a driving mode of the hologram recording medium 220 on such an XY plane. FIG. 6 shows an example in which the hologram recording medium 220 is simply vibrated along the X-axis direction as indicated by the arrow Mx, or is simply vibrated along the Y-axis direction as indicated by the arrow My. In any case, the movement of the hologram recording medium 220 does not include a rotation factor, and is a periodic parallel movement along the arrow Mx or the arrow My. FIG. 7 shows an example in which the hologram recording medium 220 is circularly moved on the XY plane. The hologram recording medium 220 moves along a circular orbit indicated by an arrow Mc. In this case as well, the hologram recording medium 220 is also moved. The movement does not include the rotation factor, it is just a translation. Elliptic motion may be used instead of circular motion.

このような周期的運動では、ホログラム記録媒体220の記録面は、常にXY平面上の位置を保つことになるため、コリメートレンズ212を出た平行光線束のホログラム記録媒体220への入射角φには何ら変化は生じない。もちろん、ホログラム記録媒体220をXY平面に沿って移動させれば、得られる再生像の位置も平行移動することになるが、ホログラム記録媒体220から所定距離だけ離れて配置された空間光変調器240の位置に、散乱板のホログラム再生実像235が得られる点は変わらない。   In such a periodic motion, the recording surface of the hologram recording medium 220 always maintains the position on the XY plane, and therefore, the incident angle φ of the parallel light flux that has exited the collimating lens 212 to the hologram recording medium 220 is increased. There will be no change. Of course, if the hologram recording medium 220 is moved along the XY plane, the position of the reproduced image to be obtained also moves in parallel, but the spatial light modulator 240 disposed at a predetermined distance from the hologram recording medium 220. The point at which the hologram reproduction real image 235 of the scattering plate is obtained at the same position remains unchanged.

図4に示すホログラム記録プロセスにおいて、原画像として用いる散乱板230の平面サイズを、空間光変調器240の画像形成面の平面サイズより所定量Δだけ大きくしておき、上記単振動Mx,Myの振幅や円運動Mcの直径を、上記所定量Δ以下に抑えるようにしておけば、ホログラム記録媒体220を運動させたとしても、空間光変調器240の画像形成面上には、常に、散乱板230の再生実像235が得られた状態になる。   In the hologram recording process shown in FIG. 4, the plane size of the scattering plate 230 used as the original image is set larger than the plane size of the image forming surface of the spatial light modulator 240 by a predetermined amount Δ, and the simple vibrations Mx, My If the amplitude and the diameter of the circular motion Mc are suppressed to the predetermined amount Δ or less, even if the hologram recording medium 220 is moved, the scattering plate is always on the image forming surface of the spatial light modulator 240. 230 reproduction real images 235 are obtained.

このように、駆動機構225によって、ホログラム記録媒体220を周期的に運動させるのは、スクリーン260上に生じるスペックルを低減させるためである。その基本原理は、§4で説明する。また、スペックルを効率的に低減させるための運動条件については、§5で詳述する。   Thus, the reason why the hologram recording medium 220 is periodically moved by the drive mechanism 225 is to reduce speckles generated on the screen 260. The basic principle will be described in §4. The exercise conditions for efficiently reducing speckle will be described in detail in §5.

<<< §3.個々の要素の具体的構成を示す実施例および変形例 >>>
続いて、本願発明者が実際に試作した実施例に係る装置に基づいて、図3に示す投射型映像表示装置の個々の要素の具体的構成例を述べておく。
<<< §3. Examples and modifications showing specific configurations of individual elements >>
Next, a specific configuration example of each element of the projection type video display device shown in FIG. 3 will be described based on the device according to the embodiment actually manufactured by the inventor of the present application.

まず、コヒーレント光源210としては、波長λ=532nm(緑色)のレーザ光を射出することが可能なDPSS(Diode Pumped Solid State)レーザを用いた。DPSSレーザは、小型でありながら比較的高出力の所望の波長のレーザ光を得ることができるため、本発明のような投射型映像表示装置に用いるコヒーレント光源として最適である。なお、拡大レンズ211およびコリメートレンズ212としては、このDPSSレーザが射出したレーザ光の光束を拡大して平行光線束を生成することができるレンズであれば、どのようなレンズを用いてもかまわない。   First, as the coherent light source 210, a DPSS (Diode Pumped Solid State) laser capable of emitting laser light having a wavelength λ = 532 nm (green) was used. The DPSS laser is suitable as a coherent light source for use in a projection display apparatus such as the present invention because it can obtain laser light having a desired wavelength with a relatively high output while being small. As the magnifying lens 211 and the collimating lens 212, any lens may be used as long as it can magnify the luminous flux of the laser light emitted from the DPSS laser and generate a parallel light beam. .

一方、ホログラム記録媒体220は、既に述べたように、図4に示すホログラム記録プロセスによって作成されたものである。原画像となる散乱板230としては、空間光変調器240より平面サイズが若干大きなオパールガラス板(光学的拡散板として一般に市販されているもの)を用いた。また、ホログラムの記録プロセスで用いる照明光Lや参照光Lrを生成するためには、上述した波長λ=532nm(緑色)のレーザ光を射出することが可能なDPSSレーザを用いた。   On the other hand, as described above, the hologram recording medium 220 is produced by the hologram recording process shown in FIG. As the scattering plate 230 to be an original image, an opal glass plate (which is generally commercially available as an optical diffusion plate) having a slightly larger planar size than the spatial light modulator 240 was used. In order to generate the illumination light L and the reference light Lr used in the hologram recording process, the above-described DPSS laser capable of emitting the laser light having the wavelength λ = 532 nm (green) was used.

結局、コヒーレント光を生成する手段として機能するコヒーレント光源210は、散乱板230の像を記録する際に用いた光の波長と同一波長のコヒーレント光を生成する光源ということになる。そして、図3に示すホログラム記録媒体220は、「当該ホログラム記録媒体220に対するコヒーレント光の入射角φ(図3の角度φ)と、散乱板230の像を記録する際に用いた参照光Lrの入射角φ(図4の角度φ)と、が同一となるような向き」に配置されていることになる。   Eventually, the coherent light source 210 that functions as a means for generating coherent light is a light source that generates coherent light having the same wavelength as that of the light used when the image of the scattering plate 230 is recorded. The hologram recording medium 220 shown in FIG. 3 indicates that “the incident angle φ of the coherent light with respect to the hologram recording medium 220 (the angle φ in FIG. 3) and the reference light Lr used when recording the image of the scattering plate 230. The incident angle φ (the angle φ in FIG. 4) is arranged in the same direction.

ここで、ホログラム記録媒体220としては、フォトポリマーを用いた体積型ホログラムを用いるのが好ましい。一般に、キャッシュカードや金券などに偽造防止用シールとして利用されているホログラムは、レリーフ(エンボス)型ホログラムと呼ばれており、表面の凹凸構造によってホログラム干渉縞の記録が行われる。しかしながら、このレリーフ型ホログラムの場合、表面の凹凸構造による散乱が、新たなスペックル生成要因となる可能性があるため、本発明のような投射型映像表示装置への利用には向いていない。体積型ホログラムでは、媒体内部の屈折率分布としてホログラム干渉縞の記録が行われるため、表面の凹凸構造による散乱による影響を受けることはない。   Here, as the hologram recording medium 220, a volume hologram using a photopolymer is preferably used. In general, a hologram used as an anti-counterfeit seal on a cash card or a cash voucher is called a relief (emboss) type hologram, and hologram interference fringes are recorded by a concavo-convex structure on the surface. However, in the case of this relief type hologram, the scattering due to the uneven structure on the surface may become a new speckle generation factor, so that it is not suitable for use in the projection type video display apparatus as in the present invention. In the volume hologram, since the hologram interference fringes are recorded as the refractive index distribution inside the medium, the volume hologram is not affected by scattering due to the uneven structure on the surface.

もっとも、体積型ホログラムでも、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプのものは、銀塩粒子による散乱が新たなスペックル生成要因となる可能性があるため、避けた方が好ましい。このような理由から、本願発明者は、本発明に利用するホログラム記録媒体220としては、フォトポリマーを用いた体積型ホログラムが最適であると考えている。このようなフォトポリマーを用いた体積型ホログラムの具体的な化学組成は、たとえば、特許第2849021号公報に例示されている。   Of course, volume holograms that are recorded using a photosensitive medium containing a silver salt material are preferably avoided because scattering by silver salt particles may be a new speckle generation factor. . For these reasons, the present inventor believes that a volume hologram using a photopolymer is optimal as the hologram recording medium 220 used in the present invention. A specific chemical composition of a volume hologram using such a photopolymer is exemplified in, for example, Japanese Patent No. 2849021.

なお、図3に示す実施形態では、再生照明光を透過してホログラム再生実像を生成する透過タイプのホログラム記録媒体220を用いた例を示したが、再生照明光を反射してホログラム再生実像を生成する反射タイプのホログラム記録媒体を用いてもかまわない。この場合、図3に示すホログラム記録媒体220の斜め上方から、再生照明光が照射されるように、コヒーレント光源210、拡大レンズ211、コリメートレンズ212を配置すればよい。   In the embodiment shown in FIG. 3, the transmission type hologram recording medium 220 that transmits the reproduction illumination light and generates the hologram reproduction real image is shown. However, the hologram reproduction real image is reflected by reflecting the reproduction illumination light. A reflection type hologram recording medium to be generated may be used. In this case, the coherent light source 210, the magnifying lens 211, and the collimating lens 212 may be arranged so that the reproduction illumination light is irradiated obliquely from above the hologram recording medium 220 shown in FIG.

また、図3に示す実施形態では、ホログラム記録媒体220に対して、斜め下方向に光源210やレンズ211,212を配置しているが、ホログラム記録媒体220に対しての入射角がφとなるような工夫を施すことができれば、これらをホログラム記録媒体220の真下に配置してもかまわない。たとえば、ホログラム記録媒体220の下面側に偏光素子板などを張り付けておけば、この偏光素子板に対しては垂直下方から再生照明光が入射するような配置を採ったとしても、偏光素子板による偏光作用によって、ホログラム記録媒体220に対しての入射角がφとなるのであれば、特に問題は生じない。   In the embodiment shown in FIG. 3, the light source 210 and the lenses 211 and 212 are arranged obliquely downward with respect to the hologram recording medium 220, but the incident angle with respect to the hologram recording medium 220 is φ. If such a device can be applied, these may be arranged directly under the hologram recording medium 220. For example, if a polarizing element plate or the like is attached to the lower surface side of the hologram recording medium 220, even if an arrangement in which the reproduction illumination light is incident on the polarizing element plate from vertically below, If the incident angle with respect to the hologram recording medium 220 is φ due to the polarization action, no particular problem occurs.

なお、図4に示す記録プロセスでは、いわゆるフレネルタイプのホログラム記録媒体が作成されることになるが、レンズを用いた記録を行うことにより得られるフーリエ変換タイプのホログラム記録媒体を作成してもかまわない。ただ、フーリエ変換タイプのホログラム記録媒体を用いる場合には、像再生時にもレンズが必要になる。   In the recording process shown in FIG. 4, a so-called Fresnel type hologram recording medium is produced. However, a Fourier transform type hologram recording medium obtained by performing recording using a lens may be produced. Absent. However, when a Fourier transform type hologram recording medium is used, a lens is also required during image reproduction.

一方、空間光変調器240としては、前述したとおり、透過型の液晶マイクロディスプレイを用いた。このディスプレイでは、電気信号に基づく液晶の相変化により個々の画素ごとに光の透過率を制御することができるので、ディスプレイの表示面に、与えられた画像データに応じた変調画像を生成することができる。なお、空間光変調器240として、反射型の液晶マイクロディスプレイを用いることも可能であるが、その場合は、ホログラム記録媒体220からの光が、図の斜め上方から空間光変調器240へ入射するような構成を採る必要がある。   On the other hand, as the spatial light modulator 240, a transmissive liquid crystal microdisplay was used as described above. In this display, the light transmittance can be controlled for each pixel by the phase change of the liquid crystal based on the electrical signal, so that a modulated image corresponding to the given image data is generated on the display surface of the display. Can do. Note that a reflective liquid crystal microdisplay can be used as the spatial light modulator 240. In this case, light from the hologram recording medium 220 is incident on the spatial light modulator 240 obliquely from above. It is necessary to adopt such a configuration.

もちろん、本発明に利用可能な空間光変調器240は、液晶マイクロディスプレイに限定されるものではなく、DMD(デジタルマイクロミラーデバイス:Digital Micromirror Device)やLCOS(Liquid Crystal On Silicon)などの素子を用いてもかまわない。   Of course, the spatial light modulator 240 that can be used in the present invention is not limited to a liquid crystal microdisplay, and uses elements such as DMD (Digital Micromirror Device) and LCOS (Liquid Crystal On Silicon). It doesn't matter.

投射光学系250は、空間光変調器240上に得られた変調画像を、スクリーン260上に投射する機能をもった光学系であれば、どのようなものを用いてもかまわない。通常は、焦点距離を調節できるよう、複数枚のレンズによって構成される。なお、図示の例は、視点Eをスクリーン260の手前側に置いて観察する前方投影型の装置であるが、本発明に係る投射型映像表示装置は、視点Eをスクリーン260の向こう側に置いて観察する後方投影型の装置(いわゆる、リアプロジェクタ装置)にも利用することが可能である。   As the projection optical system 250, any optical system having a function of projecting the modulated image obtained on the spatial light modulator 240 onto the screen 260 may be used. Usually, it is composed of a plurality of lenses so that the focal length can be adjusted. The illustrated example is a forward projection type apparatus that observes the viewpoint E placed on the front side of the screen 260. However, the projection type video display apparatus according to the present invention places the viewpoint E on the other side of the screen 260. It is also possible to use it for a rear projection type device (so-called rear projector device).

ただ、一般的には、後方投影型の装置では、スクリーンの材質を工夫することによりスペックルの発生を抑制することが可能である。すなわち、後方投影型の装置の場合、観察者が目にする光は、スクリーンを透過した光になるため、スクリーン内部に散乱粒子を埋め込むような措置を施すことにより、スペックルの発生に対処することが可能になる。したがって、実用上、本発明によるスペックルの低減技術は、スクリーンの観察面側に変調画像を投射する前方投射を行う前方投影型の装置において、その真価を発揮することになる。   However, in general, in a rear projection type apparatus, it is possible to suppress the generation of speckles by devising the material of the screen. That is, in the case of a rear projection type device, the light that the observer sees is light that has passed through the screen. Therefore, by taking measures to embed scattering particles inside the screen, it is possible to deal with speckle generation. It becomes possible. Therefore, in practice, the speckle reduction technique according to the present invention exhibits its true value in a front projection type apparatus that performs forward projection in which a modulated image is projected onto the observation surface side of the screen.

なお、駆動機構225は、図6および図7に例示したように、ホログラム記録媒体220をXY平面上で運動させることができる機構であれば、どのような仕組を用いてもよいが、本願発明者が実際に試作した装置では、X軸方向およびY軸方向に駆動するためのステッピングモータを設け、デジタル駆動信号により、単振動もしくは円運動を行わせるようにした。この他、圧電素子、ボイスコイル、超音波モータなどを用いて駆動機構225を構成することも可能である。   As shown in FIGS. 6 and 7, the driving mechanism 225 may use any mechanism as long as it can move the hologram recording medium 220 on the XY plane. In an apparatus actually manufactured by a person, a stepping motor for driving in the X-axis direction and the Y-axis direction was provided, and a simple vibration or circular motion was performed by a digital drive signal. In addition, the drive mechanism 225 can be configured using a piezoelectric element, a voice coil, an ultrasonic motor, or the like.

<<< §4.本発明の利点 >>>
ここでは、図1に例示した従来装置に対する本発明の利点を説明する。図8は、図3に示す実施形態の利点を示すための平面図であり、ここに示されている装置の構成自体は、図3に示されている装置の構成と全く同一である。ここでは、便宜上、図2に示す従来装置と、図8に示す実施形態に係る装置と、を対比して説明する。
<<< §4. Advantages of the present invention >>
Here, advantages of the present invention over the conventional apparatus illustrated in FIG. 1 will be described. FIG. 8 is a plan view for illustrating the advantages of the embodiment shown in FIG. 3, and the configuration of the apparatus shown here is exactly the same as the configuration of the apparatus shown in FIG. Here, for the sake of convenience, the conventional apparatus shown in FIG. 2 will be described in comparison with the apparatus according to the embodiment shown in FIG.

§1で述べたとおり、図2に示す従来装置の第1の問題点は、散乱板120に照射されたレーザ光の一部が、散乱光Lsとして例示したように、映像表示に全く寄与せずに無駄になってしまう点である。これに対して、図8に示す装置では、図示のような無駄な散乱光Ldが生じることはない。これは、図5に示すように、ホログラム記録媒体220を通過した光が、ホログラム再生実像235を形成する方向に回折させられるためである。ホログラム記録媒体220自体は、入射した光をランダムに散乱する散乱板ではないので、図示する散乱光Ldのように、再生像が生じない方向に向かう無駄な光は発生しない。このため、ホログラム記録媒体220に照射された光は、すべてホログラム再生実像235を形成するために有効利用されることになる。   As described in §1, the first problem of the conventional apparatus shown in FIG. 2 is that a part of the laser light applied to the scattering plate 120 contributes to the video display as exemplified by the scattered light Ls. It is a point that becomes useless. On the other hand, in the apparatus shown in FIG. 8, useless scattered light Ld as shown does not occur. This is because the light that has passed through the hologram recording medium 220 is diffracted in the direction in which the hologram reproduction real image 235 is formed, as shown in FIG. Since the hologram recording medium 220 itself is not a scattering plate that randomly scatters incident light, no wasted light is generated in a direction in which a reproduced image is not generated unlike the scattered light Ld shown in the drawing. For this reason, all the light applied to the hologram recording medium 220 is effectively used to form the hologram reproduction real image 235.

図2に示す従来装置の第2の問題点は、散乱板120を回転させるために大がかりな回転機構が必要になり、装置の小型化を阻む点である。これに対して、図8に示す装置の場合、駆動機構225は、ホログラム記録媒体220を回転運動させる必要はなく、図6および図7に示すような単振動、円運動、楕円運動を行えばよい。このように、回転ファクターを含まない運動を行うための機構は、回転運動を行うための機構に比べて小型化することができ、また、電力の消費も少ない。   The second problem of the conventional apparatus shown in FIG. 2 is that a large rotating mechanism is required to rotate the scattering plate 120, and this prevents the apparatus from being downsized. On the other hand, in the case of the apparatus shown in FIG. 8, the drive mechanism 225 does not need to rotate the hologram recording medium 220, and can perform simple vibration, circular motion, and elliptical motion as shown in FIGS. Good. Thus, the mechanism for performing a motion that does not include a rotation factor can be reduced in size and consumes less power than the mechanism for performing a rotational motion.

そして、図2に示す従来装置の第3の問題点は、散乱板120の回転運動により、照明光の光源側に起因して生じるスペックルを低減させることはできるが、スクリーン側に起因して生じるスペックルを低減させることはできない点である。図2で説明したとおり、空間光変調器140は散乱板ではないので、映像点P1の画素情報は、そのまま投射光L1によって、スクリーン160上の投射点Q1に投射されることになり、投射点Q1側から投射光学系150を望んだ場合、投射光L1が投射点Q1に入射する方向は常に一定になる。このように、スクリーン160の表面に対して、常に同一の方向からコヒーレント光が照射されると、スペックルを発生させる大きな要因になる。   The third problem of the conventional apparatus shown in FIG. 2 is that the speckles generated due to the light source side of the illumination light can be reduced by the rotational movement of the scattering plate 120, but due to the screen side. The speckles that occur cannot be reduced. As described with reference to FIG. 2, since the spatial light modulator 140 is not a scattering plate, the pixel information of the image point P1 is projected as it is onto the projection point Q1 on the screen 160 by the projection light L1. When the projection optical system 150 is desired from the Q1 side, the direction in which the projection light L1 enters the projection point Q1 is always constant. As described above, when the surface of the screen 160 is always irradiated with coherent light from the same direction, it becomes a major factor in generating speckles.

これに対して、図8に示す装置では、空間光変調器240の空間的な位置に重畳するように、散乱板のホログラム再生実像235が形成される。このため、空間光変調器240上の各点に入射した光は、既に角度に関する多重化が行われていることになる。すなわち、図5に示すとおり、散乱板のホログラム再生実像235の各点は、ホログラム記録媒体220の様々な点からの光によって構成されることになる。このため、光源側のスペックルは、この段階で解消することになる。   On the other hand, in the apparatus shown in FIG. 8, the hologram reproduction real image 235 of the scattering plate is formed so as to be superimposed on the spatial position of the spatial light modulator 240. For this reason, the light incident on each point on the spatial light modulator 240 has already been multiplexed with respect to the angle. That is, as shown in FIG. 5, each point of the hologram reproduction real image 235 of the scattering plate is constituted by light from various points of the hologram recording medium 220. For this reason, the speckle on the light source side is eliminated at this stage.

更に、空間光変調器240上に重ねて、散乱板のホログラム再生実像235が形成されるので、空間光変調器240上に形成される変調画像からの光は、あたかも散乱板から発せられる散乱光と同様の振る舞いをすることになる。したがって、図8に示す映像点P1の画素情報は、様々な方向へ向かう散乱光の情報として伝播し、投射光学系250を構成するレンズによって、スクリーン260上の投射点Q1で結像する。ここで、映像点P1から投射点Q1に向かう散乱光の光路は様々であり(図では、破線によって、2通りの光路を例示している)、投射点Q1側から投射光学系250を望んだ場合、投射点Q1に入射する光の入射角は様々である。   Furthermore, since the hologram reproduction real image 235 of the scattering plate is formed on the spatial light modulator 240, the light from the modulated image formed on the spatial light modulator 240 is scattered light as if emitted from the scattering plate. Will behave in the same way. Accordingly, the pixel information of the video point P1 shown in FIG. 8 is propagated as scattered light information directed in various directions, and is imaged at the projection point Q1 on the screen 260 by the lenses constituting the projection optical system 250. Here, there are various optical paths of scattered light from the image point P1 toward the projection point Q1 (two optical paths are illustrated by broken lines in the drawing), and the projection optical system 250 is desired from the projection point Q1 side. In this case, the incident angle of light incident on the projection point Q1 varies.

結局、ある投射点Q1について、様々な方向から入射してくる入射光の光路を束ねると、当該投射点Q1を頂点とする円錐体が形成されることになる。ここで、当該円錐体を中心軸で切断することにより得られる三角形の頂角θは、一般に「配光角」と呼ばれている。図8に破線で示されている光路のなす角度θは、投射点Q1についての配光角である。配光角θは、個々の投射点ごとに異なる値をとり、一般に、スクリーン260の中央ほど大きくなり、スクリーン260の端部へゆくほど小さくなる。   Eventually, when the optical paths of incident light incident from various directions are bundled for a certain projection point Q1, a cone having the projection point Q1 as a vertex is formed. Here, the apex angle θ of the triangle obtained by cutting the cone with the central axis is generally called “light distribution angle”. An angle θ formed by the optical path indicated by a broken line in FIG. 8 is a light distribution angle with respect to the projection point Q1. The light distribution angle θ takes a different value for each projection point, and generally increases as the center of the screen 260 decreases toward the end of the screen 260.

ある投射点Q1についての配光角θは、当該投射点Q1に入射する光の入射角の多重度を示すパラメータになる。配光角θが大きければ大きいほど、入射角の多重度は大きくなり、それだけ様々な方向から光が入射していることになる。そして、この入射角の多重度は、スペックルの発生要因と密接な関係をもっている。すなわち、前掲の非特許文献1にも記載されているとおり、入射角の多重度を高めれば、スペックルの発生を低減させることができる。したがって、スクリーン260上のいずれの投射点についても、できるだけ配光角θが大きくなるようにすれば、スペックルの発生は低減する。   The light distribution angle θ for a certain projection point Q1 is a parameter indicating the multiplicity of the incident angle of light incident on the projection point Q1. The greater the light distribution angle θ, the greater the multiplicity of incident angles, and the more light is incident from various directions. The multiplicity of incident angles is closely related to speckle generation factors. That is, as described in the aforementioned Non-Patent Document 1, if the multiplicity of incident angles is increased, the generation of speckle can be reduced. Therefore, the speckle generation is reduced by increasing the light distribution angle θ as much as possible at any projection point on the screen 260.

実際の配光角θの値は、空間光変調器240の特性(特に、変調画像生成面のサイズ)および配置、投射光学系250の特性(特に、レンズの口径や焦点距離)および配置、ならびにホログラム記録媒体220に記録された散乱板230の特性(特に、投射光学系250内の投射レンズの最大取り込み径とライトバルブとの位置関係に応じて決定されるサイズや散乱角などの散乱特性)に依存して定まる量になるが、本発明に係る装置では、従来提案されている装置に比べて、スクリーン260上の任意の投射点についての配光角θを高めることが可能になる。その理由は、図8に示すように、空間光変調器240の空間的な位置に重畳するように、散乱板のホログラム再生実像235が形成されているためである。   The actual value of the light distribution angle θ depends on the characteristics (especially the size of the modulated image generation surface) and arrangement of the spatial light modulator 240, the characteristics (especially the aperture and focal length of the lens) and arrangement of the projection optical system 250, and Characteristics of the scattering plate 230 recorded on the hologram recording medium 220 (particularly, scattering characteristics such as size and scattering angle determined according to the positional relationship between the maximum capture diameter of the projection lens in the projection optical system 250 and the light valve) However, in the apparatus according to the present invention, the light distribution angle θ for an arbitrary projection point on the screen 260 can be increased as compared with the conventionally proposed apparatus. The reason is that the hologram reproduction real image 235 of the scattering plate is formed so as to be superimposed on the spatial position of the spatial light modulator 240 as shown in FIG.

上述したように、本発明に係る装置構成を採れば、空間光変調器240上に形成される変調画像からの光は、あたかも散乱板から発せられる散乱光と同様の振る舞いをすることになり、図示の映像点P1の画素情報は、様々な方向へ向かう散乱光の情報として伝播する。図示の例で、投射点Q1について配光角θが得られているのは、映像点P1から様々な方向に向かう散乱光が、投射光学系250によって、投射点Q1に集光されたためである。このように、本発明における「空間光変調器240の位置に重ねて、散乱板のホログラム再生実像235を形成する」という特徴は、スクリーン側に起因して生じるスペックルを低減させる上で極めて重要な機能を果たす。   As described above, when the apparatus configuration according to the present invention is adopted, the light from the modulated image formed on the spatial light modulator 240 behaves as if it is the scattered light emitted from the scattering plate. The pixel information of the illustrated video point P1 propagates as scattered light information directed in various directions. In the example shown in the drawing, the light distribution angle θ is obtained for the projection point Q1 because scattered light traveling in various directions from the image point P1 is condensed at the projection point Q1 by the projection optical system 250. . As described above, the feature that “the hologram reproduction real image 235 of the scattering plate is formed so as to overlap the position of the spatial light modulator 240” in the present invention is extremely important in reducing speckles caused by the screen side. Fulfills the functions.

それに加えて、図8に示す装置では、スクリーン側に起因して生じるスペックルを更に低減させるための工夫が施されている。それは、駆動機構225によって、ホログラム記録媒体220を駆動させる仕組である。上述したとおり、本発明では、散乱板のホログラム再生実像235を空間光変調器240の位置に重畳して形成させることにより、従来装置に比べてより大きな配光角θを確保することが可能になり、スペックルを低減させる効果が得られるが、駆動機構225によって、ホログラム記録媒体220を駆動させることにより、スペックル低減効果を更に向上させることができる。   In addition, the device shown in FIG. 8 is devised to further reduce speckles caused by the screen side. This is a mechanism for driving the hologram recording medium 220 by the drive mechanism 225. As described above, in the present invention, the hologram reproduction real image 235 of the scattering plate is formed so as to be superimposed on the position of the spatial light modulator 240, thereby making it possible to secure a larger light distribution angle θ compared to the conventional device. Thus, the effect of reducing speckles can be obtained, but the speckle reduction effect can be further improved by driving the hologram recording medium 220 by the driving mechanism 225.

既に述べたとおり、駆動機構225は、ホログラム記録媒体220を、XY平面上(すなわち、記録面が含まれる平面上)で周期的に平行移動運動させる機能を有している。このようにホログラム記録媒体220を平行移動させれば、散乱板のホログラム再生実像235も平行移動することになる。ただ、空間光変調器240は静止したままであるから、変調画像も移動することはなく、スクリーン260上に投射される映像も移動することはない。したがって、ホログラム記録媒体220のXY平面上での平行移動は、スクリーン260上に投射される本来の映像には、何ら影響を及ぼすものではない。   As already described, the drive mechanism 225 has a function of periodically moving the hologram recording medium 220 in parallel on the XY plane (that is, on the plane including the recording surface). If the hologram recording medium 220 is translated in this way, the hologram reproduction real image 235 of the scattering plate is also translated. However, since the spatial light modulator 240 remains stationary, the modulated image does not move, and the image projected on the screen 260 does not move. Therefore, the parallel movement of the hologram recording medium 220 on the XY plane has no effect on the original image projected on the screen 260.

しかしながら、ホログラム記録媒体220のXY平面上での平行移動は、スクリーン260上に生じるスペックルを低減させる働きをする。このようなスペックル低減効果が生じる理由は、ホログラム記録媒体220の駆動が、図8に示す映像点P1から発せられる光に、どのような影響を及ぼすかを考えれば容易に理解できよう。すなわち、映像点P1の画素(空間光変調器240の画素)は静止したままなので、映像点P1に与えられた変調画像情報には何ら変わりはないが、映像点P1の位置に重畳して再生される散乱板の再生実像235は移動するため、映像点P1における散乱現象は、時間的に変化することになる。よって、映像点P1から投射点Q1へ向かう散乱光の特性も時間的に変化することになり、投射点Q1で生じる散乱現象も時間的に変化し、時間的に多重化されることになる。かくして、投射点Q1で生じる散乱に起因して発生するスペックルは低減する。   However, the parallel movement of the hologram recording medium 220 on the XY plane serves to reduce speckles generated on the screen 260. The reason why such a speckle reduction effect occurs can be easily understood by considering how the driving of the hologram recording medium 220 affects the light emitted from the video point P1 shown in FIG. That is, since the pixel at the video point P1 (the pixel of the spatial light modulator 240) remains stationary, there is no change in the modulated image information given to the video point P1, but it is superimposed and reproduced at the position of the video point P1. Since the reproduced real image 235 of the scattering plate to be moved moves, the scattering phenomenon at the video point P1 changes with time. Therefore, the characteristic of the scattered light from the video point P1 toward the projection point Q1 also changes with time, and the scattering phenomenon that occurs at the projection point Q1 also changes with time and is multiplexed in time. Thus, speckles generated due to scattering occurring at the projection point Q1 are reduced.

なお、ここに示す実施形態では、駆動機構によって、ホログラム記録媒体220を周期的に運動させているが、その代わりに、投射光学系250を構成するレンズを、その光軸に垂直な平面内で周期的に運動させるようにしても、スクリーン260上で生じる散乱に起因して発生するスペックルを低減することができる。但し、投射光学系250を構成するレンズを運動させると、スクリーン260上に投射される映像自体が振動して画像にぼけが生じることになるので、実用上は、ホログラム記録媒体220を駆動するのが好ましい。   In the embodiment shown here, the hologram recording medium 220 is periodically moved by the drive mechanism, but instead, the lenses constituting the projection optical system 250 are placed in a plane perpendicular to the optical axis. Even if it is moved periodically, speckles generated due to scattering generated on the screen 260 can be reduced. However, when the lens constituting the projection optical system 250 is moved, the image itself projected on the screen 260 vibrates and the image is blurred. Therefore, in practice, the hologram recording medium 220 is driven. Is preferred.

また、駆動機構によって、ホログラム記録媒体220を運動させる代わりに、空間光変調器240を、その変調画像形成面に沿って周期的に運動させるようにしても、スクリーン260上で生じる散乱に起因して発生するスペックルを低減することができる。但し、この方法では、空間光変調器240上に形成される変調画像も運動することになるので、スクリーン260上に投射される映像も運動することになる。スクリーン260上での映像の変位(振幅)を微小量に抑えれば、肉眼では、映像が振動していることを認識できないようにすることも可能であるが、やはり実用上は、ホログラム記録媒体220を駆動するのが好ましい。   In addition, instead of moving the hologram recording medium 220 by the driving mechanism, the spatial light modulator 240 may be moved periodically along the modulated image forming surface due to scattering generated on the screen 260. Speckle generated by the process can be reduced. However, in this method, since the modulated image formed on the spatial light modulator 240 also moves, the image projected on the screen 260 also moves. If the displacement (amplitude) of the image on the screen 260 is suppressed to a very small amount, it is possible to prevent the naked eye from recognizing that the image vibrates. 220 is preferably driven.

更に、別な方法として、駆動機構によって、コヒーレント光生成手段として機能するコヒーレント光源210,拡大レンズ211,コリメートレンズ212と、ホログラム記録媒体220と、空間光変調器240と、投射光学系250と、によって構成される装置本体を全体的に、周期的に運動させることによっても、スクリーン260上で生じる散乱に起因して発生するスペックルを低減することができる。但し、この方法では、やはりスクリーン260上に投射される映像も運動することになる上に、駆動機構が大がかりになるため、やはり実用上は、ホログラム記録媒体220のみを駆動するのが好ましい。   Further, as another method, a coherent light source 210, a magnifying lens 211, a collimating lens 212, a hologram recording medium 220, a spatial light modulator 240, a projection optical system 250, which function as coherent light generation means, are driven by a driving mechanism. The speckles generated due to the scattering generated on the screen 260 can also be reduced by moving the apparatus main body constituted by the above as a whole periodically. However, in this method, the image projected on the screen 260 also moves, and the drive mechanism becomes large. Therefore, it is preferable to drive only the hologram recording medium 220 in practice.

<<< §5.最適な数値条件 >>>
続いて、ここでは、§2で述べた基本的実施形態を実施する上での最適な数値条件を示しておく。まず、本発明のような投射型映像表示装置において、スペックルを低減する上で重要なファクターが何であるかを調べるために、本願発明者が行った実験結果を提示しよう。
<<< §5. Optimal numerical conditions >>
Next, here, optimum numerical conditions for implementing the basic embodiment described in §2 will be shown. First, in order to investigate what is an important factor in reducing speckles in a projection-type image display apparatus such as the present invention, results of experiments conducted by the present inventor will be presented.

図9は、様々な条件で実験を行った場合のスペックルの発生度合を示す表である。前掲の非特許文献1には、スクリーン上に生じたスペックルの程度を示すパラメータとして、スペックルコントラスト(単位%)という数値を用いる方法が提案されている。このスペックルコントラストは、本来は均一の輝度分布をとるべきテストパターン映像を表示した際に、スクリーン上に実際に生じる輝度のばらつきの標準偏差を、輝度の平均値で除した値として定義される量である。このスペックルコントラストの値が大きければ大きいほど、スクリーン上のスペックル発生程度が大きいことを意味し、観察者に対して、斑点状の輝度ムラ模様がより顕著に提示されていることを示す。   FIG. 9 is a table showing the degree of speckle occurrence when experiments are performed under various conditions. Non-Patent Document 1 mentioned above proposes a method using a numerical value called speckle contrast (unit%) as a parameter indicating the degree of speckle generated on the screen. This speckle contrast is defined as a value obtained by dividing the standard deviation of the actual luminance variation on the screen divided by the average luminance value when displaying a test pattern image that should have a uniform luminance distribution. Amount. The larger the speckle contrast value is, the larger the speckle occurrence level on the screen is, which indicates that the spot-like luminance unevenness pattern is more prominently presented to the observer.

図9の表は、図3に示す装置構成を利用して、3通りの条件について、スペックルコントラストを測定した結果を示すものである。まず、条件1として示す測定結果は、光源210として、緑色のレーザを用い、この光源210と空間光変調器240との間に、何ら拡散素子が設けなかった場合の測定結果である。要するに、図3に示す装置からホログラム記録媒体220を取り去った測定系で測定を行った結果ということになる。この場合、表に示すとおり、スペックルコントラスト20.7%という結果が得られた。これは、肉眼観察した場合に、斑点状の輝度ムラ模様がかなり顕著に観察できる状態である。   The table in FIG. 9 shows the results of measuring speckle contrast under three conditions using the apparatus configuration shown in FIG. First, the measurement result shown as Condition 1 is a measurement result when a green laser is used as the light source 210 and no diffusing element is provided between the light source 210 and the spatial light modulator 240. In short, this is the result of measurement in the measurement system in which the hologram recording medium 220 is removed from the apparatus shown in FIG. In this case, as shown in the table, a result of speckle contrast of 20.7% was obtained. This is a state in which a spot-like luminance unevenness pattern can be observed quite noticeably when observed with the naked eye.

一方、条件2として示す測定結果は、図3に示す装置構成において、駆動機構225を動作させずに測定を行った結果である。すなわち、光源として緑色のレーザを用い、この光源210と空間光変調器240との間に、拡散素子として機能するホログラム記録媒体220を配置するが、これを駆動せずに静止状態においた場合の測定結果である(ホログラム記録媒体220を駆動した場合の測定結果は、後述するように、図10のグラフに示す)。なお、この測定では、スクリーン260上のいずれの点においても、配光角θ=10°以上になるという条件設定を行った。この場合、表に示すとおり、スペックルコントラスト17.9%という結果が得られた。これは、肉眼観察した場合に、依然として斑点状の輝度ムラ模様が観察できる状態である。   On the other hand, the measurement result shown as Condition 2 is the result of measurement without operating the drive mechanism 225 in the apparatus configuration shown in FIG. That is, when a green laser is used as the light source and the hologram recording medium 220 functioning as a diffusing element is disposed between the light source 210 and the spatial light modulator 240, the hologram recording medium 220 is not driven and is kept stationary. This is a measurement result (the measurement result when the hologram recording medium 220 is driven is shown in the graph of FIG. 10 as described later). In this measurement, the condition setting was made such that the light distribution angle θ = 10 ° or more at any point on the screen 260. In this case, as shown in the table, a result of speckle contrast of 17.9% was obtained. This is a state in which a spot-like luminance unevenness pattern can still be observed when observed with the naked eye.

これに対して、条件3として示す測定結果は、図3に示す装置において、光源210を緑色のLED(非コヒーレント光源)に交換し、このLEDと空間光変調器240との間に、何ら拡散素子を設けなかった場合(すなわち、ホログラム記録媒体220を取り去った場合)の測定結果である。この場合、表に示すとおり、スペックルコントラスト4.0%という結果が得られた。これは、肉眼観察した場合に、輝度ムラ模様がほとんど観察できない極めて良好な状態である。   On the other hand, the measurement result shown as Condition 3 shows that in the apparatus shown in FIG. 3, the light source 210 is replaced with a green LED (non-coherent light source), and no diffusion occurs between the LED and the spatial light modulator 240. This is a measurement result when no element is provided (that is, when the hologram recording medium 220 is removed). In this case, as shown in the table, a result of speckle contrast of 4.0% was obtained. This is a very good state in which a luminance unevenness pattern can hardly be observed when observed with the naked eye.

条件3の測定結果が、条件1,2の測定結果に比べて、著しく良好な結果を示している理由は、光源として「非コヒーレント光源(LED)」を用いたためである。既に述べたとおり、スペックルの発生という問題は、実用上、レーザなどの「コヒーレント光源」を用いた場合に生じる固有の問題であり、LEDなどの「非コヒーレント光源」を用いた装置では、考慮する必要のない問題である。したがって、理想的には、レーザなどの「コヒーレント光源」を用いた装置においても、「非コヒーレント光源」を用いた装置と同程度のスペックルコントラストが得られるようにするのが好ましい。   The reason why the measurement result under Condition 3 shows significantly better results than the measurement results under Conditions 1 and 2 is that a “non-coherent light source (LED)” is used as the light source. As already mentioned, the problem of speckle generation is a problem inherent in the case of using a “coherent light source” such as a laser in practice, and is considered in an apparatus using a “non-coherent light source” such as an LED. It is a problem that does not need to be done. Therefore, ideally, an apparatus using a “coherent light source” such as a laser preferably has a speckle contrast comparable to that of an apparatus using a “non-coherent light source”.

実際、HDTV(高精細テレビ)の映像表示用途の場合、観察者が肉眼観察した場合に、輝度ムラ模様がほとんど認識できないレベルとして、スペックルコントラスト6.0%以下という基準が示されている(たとえば、WO/2001/081996号公報参照)。しがたって、レーザなどの「コヒーレント光源」を用いた装置において、スペックルコントラストを6.0%以下に抑えることが、1つの技術目標になる。   In fact, in the case of HDTV (high-definition television) video display applications, a standard of speckle contrast of 6.0% or less is indicated as a level at which an uneven brightness pattern is hardly recognized when an observer observes with the naked eye (see FIG. For example, see WO / 2001/081996). Therefore, in a device using a “coherent light source” such as a laser, one technical goal is to suppress the speckle contrast to 6.0% or less.

図9の測定結果によれば、図3に示す装置では、拡散素子として機能するホログラム記録媒体220を設けることにより、スペックルコントラストを2.8ポイントだけ低減させることができた(条件1→条件2)。確かに、ホログラム記録媒体220の介挿により、スペックルをある程度低減させることに成功しているが、スペックルコントラストが17.9%という結果は、実用上、決して満足できる結果ではない。   According to the measurement results of FIG. 9, in the apparatus shown in FIG. 3, the speckle contrast can be reduced by 2.8 points by providing the hologram recording medium 220 functioning as a diffusing element (condition 1 → condition). 2). Certainly, it has succeeded in reducing speckles to some extent by inserting the hologram recording medium 220, but the result that the speckle contrast is 17.9% is not a satisfactory result in practical use.

このように、ホログラム記録媒体220の介挿だけでは、スペックルコントラストを十分に低減できない理由は、照明光の光源側に起因して生じるスペックルを低減させることはできるが、スクリーン側に起因して生じるスペックルを十分に低減させることができないためである。図3に示す本発明の基本的実施形態に係る装置では、スペックルの低減を図るために、次の2通りのアプローチを採っている。   As described above, the reason that the speckle contrast cannot be sufficiently reduced only by the insertion of the hologram recording medium 220 is that the speckle caused by the light source side of the illumination light can be reduced, but the speckle contrast is caused by the screen side. This is because the speckles that are generated cannot be reduced sufficiently. In the apparatus according to the basic embodiment of the present invention shown in FIG. 3, the following two approaches are taken in order to reduce speckle.

第1のアプローチは、各投射点における配光角θの確保である。従来装置の場合、図2に示す投射点Q1に入射する光の光路は1本のみであり、配光角θ=0°の状態である。このため、スクリーン側に起因して生じるスペックルの低減を図ることはできない。これに対して、本発明に係る装置の場合、図8に示す投射点Q1には、映像点P1からの散乱光が様々な光路を経て集まっており、ある程度の配光角θを確保することが可能になる。   The first approach is to secure the light distribution angle θ at each projection point. In the case of the conventional apparatus, there is only one optical path of light incident on the projection point Q1 shown in FIG. 2, and the light distribution angle θ = 0 °. For this reason, it is not possible to reduce speckle caused by the screen side. On the other hand, in the case of the apparatus according to the present invention, scattered light from the image point P1 is collected through various optical paths at the projection point Q1 shown in FIG. 8, and a certain degree of light distribution angle θ is ensured. Is possible.

第2のアプローチは、駆動機構225による駆動である。前述したとおり、駆動機構225は、ホログラム記録媒体220をその記録面内(XY平面内)で周期的に移動させる。ここで、ホログラム記録媒体220の特定の点から特定の方向に向かって発せられた1本の光に着目すると、当該光は、空間光変調器240上の所定点を透過してスクリーン260上の所定の投射点まで届くことになる。したがって、ホログラム記録媒体220がXY平面内で移動すると、この1本の光の最終到達点(スクリーン260上の投射点)も移動し、スクリーン260上を走査することになる。図6に示す例のように、ホログラム記録媒体220を所定軸方向に単振動させると、当該光による投射点もスクリーン上で単振動することになり、図7に示す例のように、ホログラム記録媒体220を円運動させると、当該光による投射点もスクリーン上で円運動することになる。このように、スクリーン260上で光を走査させることにより、スクリーン側に起因して生じるスペックルを低減させることができるのは、光束走査により、スペックルパターンが時間的に積分されることになるためである。   The second approach is driving by the driving mechanism 225. As described above, the drive mechanism 225 periodically moves the hologram recording medium 220 within its recording surface (within the XY plane). Here, when attention is focused on a single light emitted from a specific point of the hologram recording medium 220 toward a specific direction, the light passes through a predetermined point on the spatial light modulator 240 and passes through the screen 260. It will reach a predetermined projection point. Therefore, when the hologram recording medium 220 moves in the XY plane, the final arrival point of this single light (projection point on the screen 260) also moves, and the screen 260 is scanned. When the hologram recording medium 220 is simply oscillated in a predetermined axis direction as in the example shown in FIG. 6, the projection point by the light also oscillates on the screen. As in the example shown in FIG. When the medium 220 is moved in a circle, the projection point of the light also moves on the screen. In this way, the speckle pattern caused by the screen side can be reduced by scanning the light on the screen 260. The speckle pattern is temporally integrated by the light beam scanning. Because.

そこで、本願発明者は、図3に示す実施形態に係る装置を用いて、上記第1のアプローチ(配光角θの確保)と、上記第2のアプローチ(光束走査)とが、スペックルコントラストの低減にどの程度貢献できるかを調べてみた。その結果を図10のグラフに示す。このグラフは、ホログラム記録媒体220を介挿し、かつ、これを駆動することを前提とし、配光角θおよび光束走査の線速度をパラメータとした場合のスペックルの発生度合(スペックルコントラスト)を示す実験結果である。   Therefore, the inventor of the present application uses the apparatus according to the embodiment shown in FIG. 3 to perform speckle contrast between the first approach (securing the light distribution angle θ) and the second approach (light beam scanning). I examined how much it can contribute to the reduction. The result is shown in the graph of FIG. This graph is based on the assumption that the hologram recording medium 220 is inserted and driven, and the degree of speckle generation (speckle contrast) when the light distribution angle θ and the linear velocity of light beam scanning are used as parameters. It is an experimental result shown.

グラフの縦軸は、スクリーン260上に表示された映像について求めたスペックルコントラスト値(単位%)である。一方、グラフの横軸に示されている運動速度は、スクリーン260上で走査される光の運動速度である。実験は、図7に示すように、ホログラム記録媒体220を円運動させることにより行った。このとき、光の運動速度としては、当該円運動の接線方向の速度を用いた。なお、「mm/秒」の単位で示される線速度は、あくまでもスクリーン260上での光の走査速度なので、ホログラム記録媒体220の円運動の接線方向の速度に、所定の投影倍率を乗じた値になる。   The vertical axis of the graph is the speckle contrast value (unit%) obtained for the image displayed on the screen 260. On the other hand, the movement speed shown on the horizontal axis of the graph is the movement speed of the light scanned on the screen 260. The experiment was performed by circularly moving the hologram recording medium 220 as shown in FIG. At this time, the tangential speed of the circular motion was used as the light motion velocity. Note that the linear velocity shown in units of “mm / second” is only the scanning speed of light on the screen 260, and thus a value obtained by multiplying the velocity in the tangential direction of the circular motion of the hologram recording medium 220 by a predetermined projection magnification. become.

なお、この実験に用いた測定系では、投射光学系250のレンズの出射光の有効径が50mm、Fナンバーが1.8、このレンズとスクリーン260との距離が約7m、空間光変調器240の中心点からホログラム記録媒体220を望む最大角が15°、投射光学系250のレンズから空間光変調器240を望む最大角が15°となる設定がなされている。このような設定において、空間光変調器240上の変調画像は、スクリーン260上において約80倍に拡大されて表示される。したがって、駆動機構225によりホログラム記録媒体220を駆動する際の運動速度の約80倍の速度で、スクリーン260上で光が走査されることになる。   In the measurement system used in this experiment, the effective diameter of the light emitted from the lens of the projection optical system 250 is 50 mm, the F number is 1.8, the distance between this lens and the screen 260 is about 7 m, and the spatial light modulator 240. The maximum angle at which the hologram recording medium 220 is desired from the center point is set to 15 °, and the maximum angle from the lens of the projection optical system 250 to the spatial light modulator 240 is set to 15 °. In such a setting, the modulated image on the spatial light modulator 240 is enlarged and displayed on the screen 260 by about 80 times. Therefore, light is scanned on the screen 260 at a speed about 80 times the movement speed when the hologram recording medium 220 is driven by the drive mechanism 225.

このグラフには、7通りの配光角θについての測定結果が示されている。すなわち、配光角θ=0°,0.2°,0.4°,0.6°,1°,3°,5°の7通りの結果がプロットされている。前述したとおり、実際の配光角θの値は、空間光変調器240の特性および配置、投射光学系250の特性および配置、ならびに記録された散乱板230の特性に依存して定まる。たとえば、空間光変調器240の平面サイズを小さくし、投射光学系250による投射倍率を大きくすれば、同じスクリーン260上に同じ大きさの映像が得られるが、配光角θはより大きくなる。そこで、空間光変調器240の特性および配置、ならびに投射光学系250の特性および配置といったパラメータを様々に変えることにより、上記7通りの配光角θが得られる設定を行い、各設定ごとにスペックルコントラスト値の測定を行った。   This graph shows measurement results for seven light distribution angles θ. That is, seven results of light distribution angles θ = 0 °, 0.2 °, 0.4 °, 0.6 °, 1 °, 3 °, and 5 ° are plotted. As described above, the actual value of the light distribution angle θ is determined depending on the characteristics and arrangement of the spatial light modulator 240, the characteristics and arrangement of the projection optical system 250, and the recorded characteristics of the scattering plate 230. For example, if the planar size of the spatial light modulator 240 is reduced and the projection magnification by the projection optical system 250 is increased, an image having the same size can be obtained on the same screen 260, but the light distribution angle θ becomes larger. Therefore, by changing various parameters such as the characteristics and arrangement of the spatial light modulator 240 and the characteristics and arrangement of the projection optical system 250, settings for obtaining the above seven light distribution angles θ are performed. The contrast value was measured.

なお、前述したとおり、配光角θは、スクリーン260上の各位置ごとに異なる値をとり、スクリーン260の中央ほど大きくなり、スクリーン260の端部へゆくほど小さくなる。そこで、ここでは、スクリーン260上の各投射点についての配光角θの中の最小値を最小配光角とし(この最小配光角が得られる投射点は、スクリーン260の端部の投射点である)、7通りの配光角θ=0°,0.2°,0.4°,0.6°,1°,3°,5°は、この最小配光角が得られる投射点を基準として設定することにした。したがって、たとえば、図10のグラフにおける配光角θ=0.2°という結果が得られた条件設定は、スクリーン260上において最小配光角が得られる投射点(スクリーン260の端部)において、配光角θ=0.2°が得られた条件設定を意味するものであり(当然、スクリーン260の中央部では、それ以上の配光角θが得られている)、スクリーン260上のいずれの地点においても、最低限、0.2°の配光角θが得られるような設定がなされていることを意味する。   Note that, as described above, the light distribution angle θ takes a different value for each position on the screen 260, and increases as the center of the screen 260 decreases toward the end of the screen 260. Therefore, here, the minimum value of the light distribution angles θ for the respective projection points on the screen 260 is defined as the minimum light distribution angle (the projection point at which the minimum light distribution angle is obtained is the projection point at the end of the screen 260). The seven light distribution angles θ = 0 °, 0.2 °, 0.4 °, 0.6 °, 1 °, 3 °, and 5 ° are projection points at which this minimum light distribution angle can be obtained. Was set as a standard. Therefore, for example, the condition setting that results in the light distribution angle θ = 0.2 ° in the graph of FIG. 10 is the projection point (the end of the screen 260) where the minimum light distribution angle is obtained on the screen 260. This means that the light distribution angle θ = 0.2 ° is obtained (naturally, a light distribution angle θ higher than that is obtained at the center of the screen 260). This means that at least the setting is made so that a light distribution angle θ of 0.2 ° is obtained.

さて、この図10のグラフを見ると、○印でプロットした配光角θ=0.2°の結果と、△印でプロットした配光角θ=0.4°の結果との間に、スペックルコントラスト値に大きな差が生じていることがわかる。これは、配光角θを0.4°以上に設定することにより、スペックルの発生を著しく低減させる効果が得られることを意味している。別言すれば、スクリーン260上の任意の1点に対する配光角がいずれも0.4°以上となるように、空間光変調器240の特性および配置、ならびに投射光学系250の特性および配置を設定すれば、スペックルの発生を著しく低減させる効果が得られることになる。これは、配光角が0.4°以上となるような設定では、1つの投射点において、入射角の多重化が十分に行われる(互いに相関のない角度モードが多数盛り込まれる)ことを意味する。   Now, looking at the graph of FIG. 10, between the result of the light distribution angle θ = 0.2 ° plotted by a circle and the result of the light distribution angle θ = 0.4 ° plotted by a Δ mark, It can be seen that there is a large difference in the speckle contrast value. This means that the effect of remarkably reducing the generation of speckle can be obtained by setting the light distribution angle θ to 0.4 ° or more. In other words, the characteristics and arrangement of the spatial light modulator 240 and the characteristics and arrangement of the projection optical system 250 are set so that the light distribution angle with respect to an arbitrary point on the screen 260 is 0.4 ° or more. If set, an effect of significantly reducing speckle generation can be obtained. This means that in a setting where the light distribution angle is 0.4 ° or more, the incident angle is sufficiently multiplexed at one projection point (a large number of angle modes having no correlation with each other are included). To do.

次に、スクリーン260上の任意の1点に対する配光角がいずれも0.4°以上となるような設定を行うことを前提とした場合に、「非コヒーレント光源」を用いた装置と同程度のスペックルコントラストが得られる理想的な条件を考えてみる。前述したとおり、HDTV(高精細テレビ)の映像表示用途の場合、観察者が肉眼観察した場合に、輝度ムラ模様がほとんど認識できないレベルとして、スペックルコントラスト6.0%以下という基準が示されている。図10に示すグラフからわかるとおり、ホログラム記録媒体220を運動させないと、6.0%以下という理想的なスペックルコントラストを得ることは到底できない(運動速度が1mm/秒の結果では、スペックルコントラストはいずれも10%以上である)。したがって、理想的なスペックルコントラストを得るには、駆動機構225によってホログラム記録媒体220を駆動することが前提となる。グラフに示すとおり、運動速度を高めれば高めるほど、スペックルコントラストは低下してゆくが、配光角を0.4°以上にするという前提において、6.0%以下という理想的なスペックルコントラストを得るためには、運動速度を200mm/秒以上とすればよいことがわかる。   Next, when it is assumed that the light distribution angle for any one point on the screen 260 is set to 0.4 ° or more, it is the same level as the apparatus using the “non-coherent light source”. Consider the ideal conditions for obtaining speckle contrast. As described above, in the case of HDTV (high-definition television) video display applications, a standard of speckle contrast of 6.0% or less is indicated as a level at which an uneven luminance pattern is hardly recognized when an observer observes with the naked eye. Yes. As can be seen from the graph shown in FIG. 10, it is impossible to obtain an ideal speckle contrast of 6.0% or less unless the hologram recording medium 220 is moved (the speckle contrast is obtained when the movement speed is 1 mm / second). Are 10% or more). Therefore, in order to obtain an ideal speckle contrast, it is assumed that the hologram recording medium 220 is driven by the drive mechanism 225. As shown in the graph, the speckle contrast decreases as the motion speed increases, but the ideal speckle contrast of 6.0% or less is assumed on the assumption that the light distribution angle is 0.4 ° or more. It can be seen that the motion speed should be 200 mm / second or more in order to obtain

本願発明者は、現在市販されている様々なタイプの前方投射用スクリーンを用いて同様の実験を行ったが、いずれも図10に示すグラフと同等の結果が得られた。また、ホログラム記録媒体220に記録する原画像となる散乱板230についても、複数の異なる散乱板を用いて同様の実験を行ったが、やはりいずれも図10に示すグラフと同等の結果が得られた。したがって、図10のグラフに示す実験結果は、前方投射用スクリーンであれば、用いる散乱板等の特性に依存しない普遍性をもつ結果ということができる(もちろん、用いる散乱板は、発明の実施に必要な十分な散乱特性を有していることが前提となる。)。   The inventor of the present application conducted the same experiment using various types of forward projection screens currently on the market, and all obtained results equivalent to the graph shown in FIG. Further, the same experiment was performed on the scattering plate 230 that is an original image recorded on the hologram recording medium 220 by using a plurality of different scattering plates. It was. Therefore, the experimental result shown in the graph of FIG. 10 can be said to be a result having universality that does not depend on the characteristics of the scattering plate used, etc., if it is a front projection screen. It is assumed that it has the necessary and sufficient scattering properties).

結局、図3に示す前方投射型の実施形態の場合、理想的な数値条件として、スクリーン上の任意の1点に対する配光角がいずれも0.4°以上となるように(別言すれば、スクリーン上のいずれの位置においても0.4°以上の配光角が得られるように)、空間光変調器240の特性(特に、変調画像生成面のサイズ)および配置、ならびに投射光学系250の特性(特に、レンズの口径や焦点距離)および配置を設定するようにし、かつ、スクリーン260上を走査する光の線速度が、200mm/秒以上となるように、駆動機構225によるホログラム記録媒体220の駆動を行う、という条件が導出される。たとえば、空間光変調器240上の変調画像が、スクリーン260上において約80倍に拡大される場合であれば、駆動機構225によりホログラム記録媒体220を駆動する際の実際の運動速度を、2.5mm/秒以上に設定すればよい。   After all, in the case of the forward projection type embodiment shown in FIG. 3, as an ideal numerical condition, the light distribution angle with respect to any one point on the screen is 0.4 ° or more (in other words, , So that a light distribution angle of 0.4 ° or more is obtained at any position on the screen), the characteristics (particularly, the size of the modulated image generation surface) and arrangement of the spatial light modulator 240, and the projection optical system 250 Characteristics (particularly the aperture and focal length of the lens) and arrangement, and the hologram recording medium by the drive mechanism 225 so that the linear velocity of light scanned on the screen 260 is 200 mm / second or more The condition of driving 220 is derived. For example, if the modulated image on the spatial light modulator 240 is enlarged about 80 times on the screen 260, the actual motion speed when the hologram recording medium 220 is driven by the drive mechanism 225 is calculated as follows: What is necessary is just to set to 5 mm / second or more.

なお、ホログラム記録媒体220を、図7に示すように円運動させる場合(あるいは、楕円運動させる場合)は、光の線速度を一定速度に維持することができるので、当該一定速度(スクリーン上での移動速度)が200mm/秒以上となるように設定すればよいが、図6に示すように単振動させる場合は、光の線速度を一定速度に維持することはできない。すなわち、単振動の端点では、一時的に運動速度が零になってしまうため、この時点でスペックルが観察されてしまうことになる。したがって、単振動させる場合には、端点での静止時間を、スペックルが観察されないような短時間に抑えるようにするのが好ましい。具体的には、映像として動画を表示する場合であれば、端点での静止時間を、通常の動画ビットレートである1/30秒以下に抑えるのが望ましい。   When the hologram recording medium 220 is moved circularly (or moved elliptically) as shown in FIG. 7, the linear velocity of light can be maintained at a constant speed. (Moving speed) may be set to be 200 mm / second or more, but in the case of simple oscillation as shown in FIG. 6, the linear velocity of light cannot be maintained at a constant speed. That is, at the end point of simple vibration, the motion speed temporarily becomes zero, and speckle is observed at this point. Therefore, in the case of simple vibration, it is preferable that the stationary time at the end point is suppressed to a short time in which no speckle is observed. Specifically, in the case of displaying a moving image as a video, it is desirable to suppress the still time at the end point to 1/30 seconds or less which is a normal moving image bit rate.

<<< §6.カラー映像表示装置への適用 >>>
さて、これまで述べてきた実施形態は、いずれも、単色のレーザ(具体的には、波長λ=532nm(緑色)のDPSSレーザ)をコヒーレント光源210として用いた例であり、スクリーン260上に得られる映像は、このレーザの色に対応するモノクロ映像ということになる。しかしながら、一般的な光学式プロジェクタ装置に利用するには、カラー映像表示装置として利用できることが望ましい。そこで、ここでは、本発明に係る装置をカラー映像表示装置として用いた実施形態を述べておく。
<<< §6. Application to color video display device >>>
The embodiments described so far are all examples in which a monochromatic laser (specifically, a DPSS laser having a wavelength of λ = 532 nm (green)) is used as the coherent light source 210, and is obtained on the screen 260. The obtained image is a monochrome image corresponding to the color of the laser. However, in order to use it for a general optical projector device, it is desirable that it can be used as a color image display device. Therefore, here, an embodiment in which the device according to the present invention is used as a color image display device will be described.

図11は、本発明をカラー映像表示装置に適用した実施形態を示す平面図である。本発明をカラー映像表示装置に適用するには、基本的には、図3に示す構成要素のうち、投射光学系250およびスクリーン260を除いた部分を、三原色R,G,Bのそれぞれについて用意し、三原色R,G,Bのそれぞれについての変調画像を独立して生成し、これらを合成してスクリーン上に投射すればよい。   FIG. 11 is a plan view showing an embodiment in which the present invention is applied to a color video display device. In order to apply the present invention to a color video display device, basically, the components shown in FIG. 3 except for the projection optical system 250 and the screen 260 are prepared for each of the three primary colors R, G, and B. Then, modulated images for each of the three primary colors R, G, and B may be generated independently, and these may be combined and projected onto the screen.

図11の中央部に示されているクロスダイクロイックプリズム270は、この三原色R,G,Bのそれぞれについての変調画像を合成する機能を有し、こうして合成された画像は、投射光学系250によってスクリーン260上に投射される。   A cross dichroic prism 270 shown in the center of FIG. 11 has a function of synthesizing the modulated images for the three primary colors R, G, and B. The synthesized image is screened by the projection optical system 250. 260 is projected onto the screen.

このクロスダイクロイックプリズム270の下方に配置された構成要素は、G色(緑色)の変調画像を生成するための構成要素であり、コヒーレント光源(レーザ)210G、拡大レンズ211G、コリメートレンズ212G、ホログラム記録媒体220G、空間光変調器(たとえば、液晶マイクロディスプレイ)240Gによって構成されている。これらの各構成要素は、図3に示すコヒーレント光源210、拡大レンズ211、コリメートレンズ212、ホログラム記録媒体220、空間光変調器240と全く同一の構成要素であり、表示すべきカラー映像のうちのG色成分画像が、空間光変調器240Gによって変調され、G色の変調画像が生成されることになる。   The components arranged below the cross dichroic prism 270 are components for generating a G (green) modulated image, and include a coherent light source (laser) 210G, a magnifying lens 211G, a collimating lens 212G, and a hologram recording. A medium 220G and a spatial light modulator (for example, a liquid crystal micro display) 240G are included. Each of these components is the same component as the coherent light source 210, the magnifying lens 211, the collimating lens 212, the hologram recording medium 220, and the spatial light modulator 240 shown in FIG. The G color component image is modulated by the spatial light modulator 240G, and a G color modulated image is generated.

一方、クロスダイクロイックプリズム270の左方に配置された構成要素は、R色(赤色)の変調画像を生成するための構成要素であり、コヒーレント光源(レーザ)210R、拡大レンズ211R、コリメートレンズ212R、ホログラム記録媒体220R、空間光変調器(たとえば、液晶マイクロディスプレイ)240Rによって構成されている。これらの各構成要素は、図3に示すコヒーレント光源210、拡大レンズ211、コリメートレンズ212、ホログラム記録媒体220、空間光変調器240に対応する構成要素である。ただ、R色の変調画像を生成する必要があるため、コヒーレント光源210Rとしては、R色の波長域をもったレーザ光を射出するレーザ光源が用いられる。また、ホログラム記録媒体220Rに対する散乱板の記録プロセス(図4参照)では、R色の照明光LおよびR色の参照光Lrが用いられ、R色の再生照明光LLを照射することにより、R色の再生実像235が形成されることになる。そして、表示すべきカラー映像のうちのR色成分画像が、空間光変調器240Rによって変調され、R色の変調画像が生成されることになる。   On the other hand, the component arranged on the left side of the cross dichroic prism 270 is a component for generating a modulated image of R color (red), and includes a coherent light source (laser) 210R, a magnifying lens 211R, a collimating lens 212R, A hologram recording medium 220R and a spatial light modulator (for example, a liquid crystal micro display) 240R are included. These components are components corresponding to the coherent light source 210, the magnifying lens 211, the collimating lens 212, the hologram recording medium 220, and the spatial light modulator 240 shown in FIG. However, since it is necessary to generate an R-color modulated image, a laser light source that emits laser light having an R-color wavelength region is used as the coherent light source 210R. In the scattering plate recording process for the hologram recording medium 220R (see FIG. 4), the R illumination light L and the R reference light Lr are used, and the R reproduction illumination light LL is irradiated with the R illumination light L. A color reproduction real image 235 is formed. Then, the R color component image of the color video to be displayed is modulated by the spatial light modulator 240R, and an R color modulated image is generated.

同様に、クロスダイクロイックプリズム270の右方に配置された構成要素は、B色(青色)の変調画像を生成するための構成要素であり、コヒーレント光源(レーザ)210B、拡大レンズ211B、コリメートレンズ212B、ホログラム記録媒体220B、空間光変調器(たとえば、液晶マイクロディスプレイ)240Bによって構成されている。これらの各構成要素は、図3に示すコヒーレント光源210、拡大レンズ211、コリメートレンズ212、ホログラム記録媒体220、空間光変調器240に対応する構成要素である。ただ、B色の変調画像を生成する必要があるため、コヒーレント光源210Bとしては、B色の波長域をもったレーザ光を射出するレーザ光源が用いられる。また、ホログラム記録媒体220Bに対する散乱板の記録プロセス(図4参照)では、B色の照明光LおよびB色の参照光Lrが用いられ、B色の再生照明光LLを照射することにより、B色の再生実像235が形成されることになる。そして、表示すべきカラー映像のうちのB色成分画像が、空間光変調器240Bによって変調され、B色の変調画像が生成されることになる。   Similarly, the component arranged on the right side of the cross dichroic prism 270 is a component for generating a B-color (blue) modulated image, and includes a coherent light source (laser) 210B, a magnifying lens 211B, and a collimating lens 212B. The hologram recording medium 220B and a spatial light modulator (for example, a liquid crystal micro display) 240B are included. These components are components corresponding to the coherent light source 210, the magnifying lens 211, the collimating lens 212, the hologram recording medium 220, and the spatial light modulator 240 shown in FIG. However, since it is necessary to generate a B-color modulated image, a laser light source that emits laser light having a B-color wavelength range is used as the coherent light source 210B. In the scattering plate recording process for the hologram recording medium 220B (see FIG. 4), B-color illumination light L and B-color reference light Lr are used, and the B-color reproduction illumination light LL is irradiated to emit B A color reproduction real image 235 is formed. Then, the B color component image in the color video to be displayed is modulated by the spatial light modulator 240B, and a B color modulated image is generated.

空間光変調器240Rによって生成されたR色の変調画像と、空間光変調器240Gによって生成されたG色の変調画像と、空間光変調器240Bによって生成されたB色の変調画像とは、クロスダイクロイックプリズム270によって合成され、こうして合成されたカラー画像が、投射光学系250によってスクリーン260上に投射されることになる。   The R color modulation image generated by the spatial light modulator 240R, the G color modulation image generated by the spatial light modulator 240G, and the B color modulation image generated by the spatial light modulator 240B are crossed. The color image synthesized by the dichroic prism 270 is synthesized and projected on the screen 260 by the projection optical system 250.

結局、スクリーン上に光を投射してカラー映像表示を行う投射型映像表示装置に本発明を適用する場合、三原色成分のそれぞれに対応する第1の波長域、第2の波長域、第3の波長域を設定し、個々の波長域ごとに、それぞれ独立した変調画像作成部を設ければよい。   After all, when the present invention is applied to a projection-type image display device that projects light on a screen to display a color image, the first wavelength region, the second wavelength region, the third wavelength region corresponding to each of the three primary color components It is only necessary to set a wavelength range and provide an independent modulated image creation unit for each wavelength range.

ここで、第1の変調画像作成部は、平行光線束からなる第1の波長域のコヒーレント光を生成する第1のコヒーレント光生成手段と、この第1の波長域のコヒーレント光を再生照明光として受けることにより、散乱板の第1のホログラム再生実像を生成する第1のホログラム記録媒体と、第1のホログラム再生実像の形成位置に重畳して配置され、第1の波長域に対応する第1の原色成分をもった画像に基づく変調を行う第1の空間光変調器と、によって構成される。   Here, the first modulated image creating unit includes a first coherent light generating unit that generates coherent light in the first wavelength region composed of parallel light bundles, and reproduction light for the coherent light in the first wavelength region. As a result, the first hologram recording medium for generating the first hologram reproduction real image of the scattering plate and the first hologram reproduction real image are disposed so as to be superimposed on the first hologram reproduction real image and correspond to the first wavelength region. And a first spatial light modulator that performs modulation based on an image having one primary color component.

また、第2の変調画像作成部は、平行光線束からなる第2の波長域のコヒーレント光を生成する第2のコヒーレント光生成手段と、この第2の波長域のコヒーレント光を再生照明光として受けることにより、散乱板の第2のホログラム再生実像を生成する第2のホログラム記録媒体と、第2のホログラム再生実像の形成位置に重畳して配置され、第2の波長域に対応する第2の原色成分をもった画像に基づく変調を行う第2の空間光変調器と、によって構成される。   In addition, the second modulated image creation unit includes second coherent light generation means for generating coherent light in the second wavelength region composed of parallel light bundles, and the coherent light in the second wavelength region as reproduction illumination light. By receiving the second hologram recording medium for generating the second hologram reproduction real image of the scattering plate, the second hologram recording medium is arranged so as to overlap with the formation position of the second hologram reproduction real image, and corresponds to the second wavelength region. And a second spatial light modulator that performs modulation based on an image having the primary color components.

一方、第3の変調画像作成部は、平行光線束からなる第3の波長域のコヒーレント光を生成する第3のコヒーレント光生成手段と、この第3の波長域のコヒーレント光を再生照明光として受けることにより、散乱板の第3のホログラム再生実像を生成する第3のホログラム記録媒体と、第3のホログラム再生実像の形成位置に重畳して配置され、第3の波長域に対応する第3の原色成分をもった画像に基づく変調を行う第3の空間光変調器と、によって構成される。   On the other hand, the third modulated image creating unit generates third coherent light generating means for generating coherent light in the third wavelength region composed of parallel light bundles, and uses the coherent light in the third wavelength region as reproduction illumination light. The third hologram recording medium that generates the third hologram reproduction real image of the scattering plate by receiving and a third hologram recording medium that is superimposed on the formation position of the third hologram reproduction real image and corresponds to the third wavelength region And a third spatial light modulator that performs modulation based on an image having the primary color components.

そして、このカラー映像表示を行う投射型映像表示装置には、更に、第1の空間光変調器上に得られる第1の変調画像、第2の空間光変調器上に得られる第2の変調画像、第3の空間光変調器上に得られる第3の変調画像を合成して、スクリーン上に投射する合成投射光学系を設けるようにすればよい。なお、図には駆動機構が描かれていないが、実用上は、個々のホログラム記録媒体220R,220G,220Bを、それぞれ記録面に平行な面内で周期的に平行移動させる駆動機構を設けるのが好ましい。   In addition, the projection type video display device that performs this color video display further includes a first modulated image obtained on the first spatial light modulator and a second modulation obtained on the second spatial light modulator. What is necessary is just to provide the synthetic | combination projection optical system which synthesize | combines an image and the 3rd modulation image obtained on a 3rd spatial light modulator, and projects on a screen. Although a drive mechanism is not shown in the figure, in practice, a drive mechanism is provided that periodically translates each hologram recording medium 220R, 220G, 220B in a plane parallel to the recording surface. Is preferred.

110:コヒーレント光源
120:散乱板
125:回転機構
130:集光レンズ
140:空間光変調器
150:投射光学系
160:スクリーン
210,210R,210G,210B:コヒーレント光源(レーザ)
211,211R,211G,211B:拡大レンズ
212,212R,212G,212B:コリメートレンズ
220,220R,220G,220B:ホログラム記録媒体
222:ホログラム感光媒体
225:駆動機構
230:散乱板
235:散乱板のホログラム再生実像
240,210R,210G,210B:空間光変調器
250:投射光学系
260:スクリーン
270:クロスダイクロイックプリズム
E:視点
L,LL:照明光
L1:投射光
Ld:散乱光
Lo:物体光
Lr:参照光
Ls:散乱光
Mc:円運動
Mx:X軸方向の単振動
My:Y軸方向の単振動
P1:映像点
Q1:投射点
X,Y,Z:三次元直交座標系の各座標軸
θ:配光角
φ:照明光の入射角
110: Coherent light source 120: Scattering plate 125: Rotating mechanism 130: Condensing lens 140: Spatial light modulator 150: Projection optical system 160: Screen 210, 210R, 210G, 210B: Coherent light source (laser)
211, 211R, 211G, 211B: Magnifying lenses 212, 212R, 212G, 212B: Collimating lenses 220, 220R, 220G, 220B: Hologram recording medium 222: Hologram photosensitive medium 225: Drive mechanism 230: Scattering plate 235: Hologram of scattering plate Real reproduction images 240, 210R, 210G, 210B: spatial light modulator 250: projection optical system 260: screen 270: cross dichroic prism E: viewpoint L, LL: illumination light L1: projection light Ld: scattered light Lo: object light Lr: Reference light Ls: scattered light Mc: circular motion Mx: simple vibration in the X-axis direction My: simple vibration in the Y-axis direction P1: image point Q1: projection points X, Y, Z: coordinate axes θ of the three-dimensional orthogonal coordinate system: Light distribution angle φ: Incident angle of illumination light

Claims (18)

スクリーン上に光を投射して映像表示を行う投射型映像表示装置であって、
ほぼ平行な光線束からなるコヒーレント光を生成するコヒーレント光生成手段と、
前記コヒーレント光を再生照明光として受けることにより、散乱板のホログラム再生実像を生成するホログラム記録媒体と、
前記ホログラム再生実像の生成位置に重畳して配置された空間光変調器と、
前記空間光変調器上に得られる変調画像を前記スクリーン上に投射する投射光学系と、
を備えることを特徴とする投射型映像表示装置。
A projection-type image display device that displays images by projecting light on a screen,
Coherent light generating means for generating coherent light composed of substantially parallel light bundles;
A hologram recording medium for generating a hologram reproduction real image of the scattering plate by receiving the coherent light as reproduction illumination light;
A spatial light modulator disposed so as to be superimposed on the generation position of the hologram reproduction real image;
A projection optical system for projecting a modulated image obtained on the spatial light modulator onto the screen;
A projection-type image display device comprising:
請求項1に記載の投射型映像表示装置において、
コヒーレント光生成手段が、
レーザ光を発生させて射出するレーザ光源と、
前記レーザ光源から射出されたレーザ光を所定の断面積をもったほぼ平行な光線束に広げる光束拡大手段と、
を有することを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display device according to claim 1,
Coherent light generation means
A laser light source that emits and emits laser light;
A light beam expanding means for expanding the laser light emitted from the laser light source into a substantially parallel light beam having a predetermined cross-sectional area;
A projection-type image display device comprising:
請求項1または2に記載の投射型映像表示装置において、
ホログラム記録媒体が、フォトポリマーを用いた体積型ホログラムによって構成されていることを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display device according to claim 1 or 2,
A projection-type image display device, wherein the hologram recording medium is constituted by a volume hologram using a photopolymer.
請求項1〜3のいずれかに記載の投射型映像表示装置において、
コヒーレント光生成手段が、ホログラム記録媒体に散乱板の像を記録する際に用いた光の波長とほぼ同一波長のコヒーレント光を生成し、
ホログラム記録媒体が、「当該ホログラム記録媒体に対するコヒーレント光の入射角と、散乱板の像を記録する際に用いた参照光の入射角と、が同一となるような向き」に配置されていることを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display apparatus in any one of Claims 1-3,
The coherent light generating means generates coherent light having substantially the same wavelength as that of the light used for recording the image of the scattering plate on the hologram recording medium,
The hologram recording medium is disposed in the “direction in which the incident angle of the coherent light with respect to the hologram recording medium and the incident angle of the reference light used when recording the image of the scattering plate are the same”. Projection-type image display device characterized by the above.
請求項1〜4のいずれかに記載の投射型映像表示装置において、
空間光変調器が、透過型もしくは反射型の液晶ディスプレイまたはデジタルマイクロミラーデバイスによって構成されていることを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display apparatus in any one of Claims 1-4,
A projection-type image display device, wherein the spatial light modulator is constituted by a transmissive or reflective liquid crystal display or a digital micromirror device.
請求項1〜5のいずれかに記載の投射型映像表示装置において、
投射光学系が、スクリーンの観察面側に変調画像を投射する前方投射を行うことを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display apparatus in any one of Claims 1-5,
A projection-type image display device, wherein the projection optical system performs forward projection for projecting a modulated image onto the observation surface side of the screen.
請求項1〜6のいずれかに記載の投射型映像表示装置において、
スクリーン上の任意の1点に対する配光角がいずれも0.4°以上となるように、空間光変調器の特性および配置、ならびに投射光学系の特性および配置が設定されていることを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display apparatus in any one of Claims 1-6,
The characteristics and arrangement of the spatial light modulator and the characteristics and arrangement of the projection optical system are set so that the light distribution angle with respect to any one point on the screen is 0.4 ° or more. Projection-type image display device.
請求項1〜6のいずれかに記載の投射型映像表示装置において、
ホログラム記録媒体を、周期的に運動させる駆動機構を更に備えることを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display apparatus in any one of Claims 1-6,
A projection-type image display apparatus, further comprising a drive mechanism that periodically moves the hologram recording medium.
請求項8に記載の投射型映像表示装置において、
駆動機構が、ホログラム記録媒体を、その記録面に平行な平面内で周期的に平行移動させることを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display device according to claim 8,
A projection-type image display apparatus, wherein the drive mechanism periodically translates the hologram recording medium in a plane parallel to the recording surface.
請求項9に記載の投射型映像表示装置において、
駆動機構が、ホログラム記録媒体の記録面にXY二次元直交座標系を定義したときに、ホログラム記録媒体をX軸もしくはY軸方向に単振動させるか、または、ホログラム記録媒体をXY平面上で円運動もしくは楕円運動させることを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display device according to claim 9,
When the drive mechanism defines an XY two-dimensional orthogonal coordinate system on the recording surface of the hologram recording medium, the driving mechanism causes the hologram recording medium to vibrate simply in the X-axis or Y-axis direction, or the hologram recording medium is circled on the XY plane. Projection type image display device characterized by moving or elliptically moving.
請求項8〜10のいずれかに記載の投射型映像表示装置において、
スクリーン上の任意の1点に対する配光角がいずれも0.4°以上となるように、空間光変調器の特性および配置、ならびに投射光学系の特性および配置が設定されており、
スクリーン上を走査する光の線速度が、200mm/秒以上となるように、駆動機構によるホログラム記録媒体の駆動が行われることを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display apparatus in any one of Claims 8-10,
The characteristics and arrangement of the spatial light modulator and the characteristics and arrangement of the projection optical system are set so that the light distribution angle with respect to any one point on the screen is 0.4 ° or more.
A projection-type image display apparatus, wherein a hologram recording medium is driven by a drive mechanism so that a linear velocity of light scanning on a screen is 200 mm / second or more.
請求項1〜6のいずれかに記載の投射型映像表示装置において、
投射光学系を構成するレンズを、その光軸に垂直な平面内で周期的に運動させる駆動機構を更に備えることを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display apparatus in any one of Claims 1-6,
A projection-type image display apparatus, further comprising a drive mechanism for periodically moving a lens constituting the projection optical system in a plane perpendicular to the optical axis thereof.
請求項1〜6のいずれかに記載の投射型映像表示装置において、
空間光変調器を、その変調画像形成面に沿って周期的に運動させる駆動機構を更に備えることを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display apparatus in any one of Claims 1-6,
A projection-type image display apparatus, further comprising a drive mechanism that periodically moves the spatial light modulator along the modulated image forming surface.
請求項1〜6のいずれかに記載の投射型映像表示装置において、
コヒーレント光生成手段と、ホログラム記録媒体と、空間光変調器と、投射光学系と、によって構成される装置本体を全体的に、周期的に運動させる駆動機構を更に備えることを特徴とする投射型映像表示装置。
In the projection type video display apparatus in any one of Claims 1-6,
A projection type characterized by further comprising a drive mechanism for periodically and periodically moving the apparatus main body constituted by coherent light generation means, a hologram recording medium, a spatial light modulator, and a projection optical system. Video display device.
スクリーン上に光を投射してカラー映像表示を行う投射型映像表示装置であって、
平行光線束からなる第1の波長域のコヒーレント光を生成する第1のコヒーレント光生成手段と、
前記第1の波長域のコヒーレント光を再生照明光として受けることにより、散乱板の第1のホログラム再生実像を生成する第1のホログラム記録媒体と、
前記第1のホログラム再生実像の形成位置に重畳して配置され、前記第1の波長域に対応する第1の原色成分をもった画像に基づく変調を行う第1の空間光変調器と、
平行光線束からなる第2の波長域のコヒーレント光を生成する第2のコヒーレント光生成手段と、
前記第2の波長域のコヒーレント光を再生照明光として受けることにより、散乱板の第2のホログラム再生実像を生成する第2のホログラム記録媒体と、
前記第2のホログラム再生実像の形成位置に重畳して配置され、前記第2の波長域に対応する第2の原色成分をもった画像に基づく変調を行う第2の空間光変調器と、
平行光線束からなる第3の波長域のコヒーレント光を生成する第3のコヒーレント光生成手段と、
前記第3の波長域のコヒーレント光を再生照明光として受けることにより、散乱板の第3のホログラム再生実像を生成する第3のホログラム記録媒体と、
前記第3のホログラム再生実像の形成位置に重畳して配置され、前記第3の波長域に対応する第3の原色成分をもった画像に基づく変調を行う第3の空間光変調器と、
前記第1の空間光変調器上に得られる第1の変調画像、前記第2の空間光変調器上に得られる第2の変調画像、前記第3の空間光変調器上に得られる第3の変調画像を合成して、前記スクリーン上に投射する合成投射光学系と、
を備えることを特徴とする投射型映像表示装置。
A projection-type image display device that projects light on a screen to display a color image,
First coherent light generating means for generating coherent light in a first wavelength range composed of parallel light bundles;
A first hologram recording medium for generating a first hologram reproduction real image of a scattering plate by receiving coherent light in the first wavelength region as reproduction illumination light;
A first spatial light modulator that is arranged so as to overlap the formation position of the first hologram reproduction real image and that performs modulation based on an image having a first primary color component corresponding to the first wavelength range;
Second coherent light generating means for generating coherent light in a second wavelength range composed of parallel light bundles;
A second hologram recording medium that generates a second hologram reproduction real image of the scattering plate by receiving coherent light in the second wavelength region as reproduction illumination light;
A second spatial light modulator that is arranged so as to overlap the formation position of the second hologram reproduction real image and that performs modulation based on an image having a second primary color component corresponding to the second wavelength range;
Third coherent light generating means for generating coherent light in a third wavelength range composed of parallel light bundles;
A third hologram recording medium for generating a third hologram reproduction real image of the scattering plate by receiving coherent light in the third wavelength region as reproduction illumination light;
A third spatial light modulator that is arranged to overlap the formation position of the third hologram reproduction real image and performs modulation based on an image having a third primary color component corresponding to the third wavelength range;
A first modulated image obtained on the first spatial light modulator, a second modulated image obtained on the second spatial light modulator, and a third obtained on the third spatial light modulator. A combined projection optical system that synthesizes the modulated image and projects onto the screen;
A projection-type image display device comprising:
スクリーン上に光を投射して映像表示を行う投射型映像表示方法であって、
散乱板のホログラム像を記録したホログラム記録媒体を作成する段階と、
前記ホログラム記録媒体にコヒーレント光を照射し、前記散乱板のホログラム再生実像を生成する段階と、
前記ホログラム再生実像の生成位置に重畳して空間光変調器を配置する段階と、
前記空間光変調器上に得られる変調画像を前記スクリーン上に投射する段階と、
を有することを特徴とする投射型映像表示方法。
A projection-type image display method for projecting light onto a screen to display an image,
Creating a hologram recording medium recording a hologram image of the scattering plate;
Irradiating the hologram recording medium with coherent light to generate a hologram reproduction real image of the scattering plate;
Arranging a spatial light modulator superimposed on the generation position of the hologram reproduction real image;
Projecting a modulated image obtained on the spatial light modulator onto the screen;
A projection type image display method characterized by comprising:
請求項16に記載の投射型映像表示方法において、
変調画像をスクリーン上に投射している間、ホログラム記録媒体を、その記録面に平行な平面内で周期的に平行移動させることを特徴とする投射型映像表示方法。
The projection-type image display method according to claim 16,
A projection-type image display method, wherein a hologram recording medium is periodically translated in a plane parallel to a recording surface while a modulated image is projected on a screen.
請求項17に記載の投射型映像表示方法において、
スクリーン上の任意の1点に対する配光角がいずれも0.4°以上となり、スクリーン上を走査する光の線速度が、200mm/秒以上となるようにすることを特徴とする投射型映像表示方法。
The projection-type image display method according to claim 17,
Projection-type image display characterized in that the light distribution angle with respect to any one point on the screen is 0.4 ° or more, and the linear velocity of light scanning on the screen is 200 mm / second or more. Method.
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