JP2012230360A - Illumination device, projection device and projection type image display device - Google Patents

Illumination device, projection device and projection type image display device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination device capable of reducing visibility of speckle.SOLUTION: An illumination device 40 includes: an optical element 50 that can diffuse coherent light; and a plurality of coherent light sources 61a, 61b, 61c emitting coherent beams at the same wavelength. The optical element includes a plurality of incident regions 55a, 55b, 55c. The coherent beam from each coherent light source is incident to the corresponding incident region of the optical element. The coherent beams incident to the respective incident regions of the optical element and then diffused illuminate regions that at least partially overlapping each other.

Description

本発明は、被照明領域をコヒーレント光で照明する照明装置、コヒーレント光を投射する投射装置、コヒーレント光を用いて映像を表示する投射型映像表示装置に係り、とりわけ、スペックルの発生を目立たなくさせることができる照明装置、投射装置および投射型映像表示装置に関する。   The present invention relates to an illumination device that illuminates an illuminated area with coherent light, a projection device that projects coherent light, and a projection-type image display device that displays an image using coherent light, and in particular, generation of speckle is inconspicuous. The present invention relates to a lighting device, a projection device, and a projection-type image display device that can be made to operate.

スクリーンと、スクリーン上に映像光を投射する投射装置と、を有した投射型映像表示装置が、広く使用されている。典型的な投射型映像表示装置では、液晶マイクロディスプレイやDMD(デジタルマイクロミラーデバイス:Digital Micromirror Device)といった空間光変調器を用い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ことにより、スクリーン上に映像を表示している。   Projection-type image display devices having a screen and a projection device that projects image light on the screen are widely used. In a typical projection-type image display device, an original two-dimensional image is generated by using a spatial light modulator such as a liquid crystal micro display or a DMD (Digital Micromirror Device), and the two-dimensional image is projected into an optical system. An image is displayed on the screen by enlarging and projecting on the screen using the system.

投射装置としては、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。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からなる照明装置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。   Various types of projectors have been proposed, including commercially available products called “optical projectors”. In general optical projectors, a spatial light modulator such as a liquid crystal display is illuminated using a lighting device consisting of a white light source such as a high-pressure mercury lamp, and the resulting modulated image is projected onto a screen using a lens. Adopted. 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.

ただし、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。さらには、環境負荷の観点から水銀を使用する高圧水銀ランプの使用は好ましいものとはいえない。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。   However, high-intensity discharge lamps such as high-pressure mercury lamps have a relatively short life, and when used in optical projectors or the like, it is necessary to frequently replace the lamps. Furthermore, it is not preferable to use a high-pressure mercury lamp that uses mercury from the viewpoint of environmental impact. 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.

このような問題に対処するため、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。   In order to cope with such a problem, 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、レーザ光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った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散乱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(明るさのムラ)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た場合にスペックルが発生する理由は、スクリーンなどの散乱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、スペックルの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 beam has a new problem such as generation of speckle. A speckle is a speckled pattern that appears when a scattering surface is irradiated with laser light or other coherent light. When it appears on a screen, it is observed as speckled brightness irregularities (brightness irregularities). It becomes a factor having a physiological adverse effect on the person. The reason why speckles occur when coherent light is used is that coherent light reflected by each part of a scattering reflection surface such as a screen interferes with each other because of its extremely high coherence. . For example, in the following Non-Patent Document 1, detailed theoretical considerations regarding the generation of speckle are made.

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装置および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、これまでに提案された手法では、スペックルを効率的かつ十分に抑制することはできていない。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、スクリーン上での拡散に起因して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, technologies for reducing speckles have been proposed in projection devices and projection-type video display devices using a coherent light source. However, the methods proposed so far effectively and sufficiently suppress speckles. I can't do it. 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 due to diffusion on the screen cannot be sufficiently suppressed.

また、スペックルは、投射装置や投射型映像表示装置に関する特有の問題ではなく、被照明領域にコヒーレント光を照明する照明装置を組み込んだ種々の装置において問題となっている。例えば、画像情報の読み取りを行うスキャナにも、読み取り対象となる対象物を照明する照明装置が組み込まれている。読み取り対象となる対象物を照明する光によってスペックルが生じた場合には、画像情報を正確に読み取ることができない。このような不都合を回避するため、コヒーレント光を利用したスキャナでは、画像補正等の特殊な処理を行う必要が生じている。   Speckle is not a problem specific to a projection device or a projection type image display device, but is a problem in various devices in which an illumination device that illuminates coherent light in an illuminated area. For example, a scanner that reads image information incorporates an illumination device that illuminates an object to be read. When speckle is generated by the light that illuminates the object to be read, the image information cannot be read accurately. In order to avoid such an inconvenience, a scanner using coherent light needs to perform special processing such as image correction.

本件発明者らは、以上の点を踏まえて鋭意研究を重ね、その結果として、コヒーレント光で被照明領域を照明する照明装置であって、スペックルを目立たなくさせることができる照明装置を発明するにいたった。すなわち、本発明は、スペックルを目立たなくさせることができる照明装置、この照明装置を含んでなる投射装置および投射型映像表示装置を提供することを目的とする。   The inventors of the present invention have made extensive studies based on the above points, and as a result, invented an illuminating device that illuminates an illuminated area with coherent light, which can make speckle inconspicuous. I went to. That is, an object of the present invention is to provide an illuminating device capable of making speckles inconspicuous, a projection device including the illuminating device, and a projection-type image display device.

本発明による照明装置は、
コヒーレント光を拡散し得る光学素子と、
同一波長のコヒーレント光を出射する複数のコヒーレント光源と、を備え、
前記光学素子は複数の入射領域を有し、
各コヒーレント光源からの前記コヒーレント光は、前記光学素子の対応する入射領域に入射し、
前記光学素子の各入射領域に入射して拡散されたコヒーレント光は、少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明することを特徴とする。
The lighting device according to the present invention comprises:
An optical element capable of diffusing coherent light;
A plurality of coherent light sources that emit coherent light of the same wavelength, and
The optical element has a plurality of incident areas;
The coherent light from each coherent light source is incident on a corresponding incident region of the optical element;
The coherent light that has entered and diffused into each incident region of the optical element illuminates regions that overlap each other at least in part.

本発明による照明装置において、
前記複数のコヒーレント光源と、前記光学素子との間に、前記コヒーレント光を前記光学素子の各入射領域に導く入射側光学系を備えてもよい。
In the lighting device according to the present invention,
An incident-side optical system that guides the coherent light to each incident region of the optical element may be provided between the plurality of coherent light sources and the optical element.

本発明による照明装置において、
前記入射側光学系は、前記各コヒーレント光源の像を前記光学素子の対応する入射領域に結像させる結像光学系から構成されてもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The incident side optical system may include an imaging optical system that forms an image of each of the coherent light sources on a corresponding incident region of the optical element.

本発明による照明装置において、
前記入射側光学系は、レンズ、回折光学素子またはプリズムであってもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The incident side optical system may be a lens, a diffractive optical element, or a prism.

本発明による照明装置において、
各コヒーレント光源と、前記光学素子の対応する入射領域との間に、前記コヒーレント光を前記光学素子の対応する入射領域に導く光ファイバを備えてもよい。
In the lighting device according to the present invention,
An optical fiber that guides the coherent light to the corresponding incident region of the optical element may be provided between each coherent light source and the corresponding incident region of the optical element.

本発明による照明装置において、
前記光学素子は、ホログラム記録媒体であってもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The optical element may be a hologram recording medium.

本発明による照明装置において、
前記光学素子は、入射光の進行方向を変化させるレンズアレイであってもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The optical element may be a lens array that changes a traveling direction of incident light.

本発明による照明装置において、
前記光学素子は、入射光の進行方向を変化させる拡散板であってもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The optical element may be a diffusion plate that changes a traveling direction of incident light.

本発明による照明装置において、
前記拡散板は、オパールガラス、すりガラス又は樹脂拡散板であってもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The diffusion plate may be opal glass, frosted glass, or a resin diffusion plate.

本発明による照明装置において、
前記複数のコヒーレント光源は、レーザアレイに内蔵されていてもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The plurality of coherent light sources may be built in a laser array.

本発明による照明装置において、
前記複数のコヒーレント光源は、独立した複数のレーザ光源であってもよい。
In the lighting device according to the present invention,
The plurality of coherent light sources may be a plurality of independent laser light sources.

本発明による投射装置は、
上述した本発明による照明装置と、
前記照明装置からのコヒーレント光によって照明される位置に配置された空間光変調器と、を備える。
The projection apparatus according to the present invention
A lighting device according to the invention as described above;
A spatial light modulator disposed at a position illuminated by coherent light from the illumination device.

本発明による投射装置において、
前記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を、さらに備えてもよい。
In the projection apparatus according to the present invention,
You may further provide the projection optical system which projects the modulation image obtained on the said spatial light modulator on a screen.

本発明による第1の投射型映像表示装置は、
上述した本発明による投射装置と、
前記空間光変調器上に得られる変調画像を投射されるスクリーンと、を備える。
A first projection display apparatus according to the present invention is:
A projection device according to the invention as described above;
And a screen on which a modulated image obtained on the spatial light modulator is projected.

本発明による第2の投射型映像表示装置は、
上述した本発明による照明装置と、
前記照明装置からのコヒーレント光によって照明される位置に配置されたスクリーンと、を備える。
A second projection type video display device according to the present invention is:
A lighting device according to the invention as described above;
And a screen disposed at a position illuminated by coherent light from the illumination device.

本発明によれば、被照明領域または映像を投射する面上でのスペックルを効果的に目立たなくさせることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the speckle on the to-be-illuminated area | region or the surface which projects an image | video can be made effectively inconspicuous.

図1は、本発明による一実施の形態のうちの基本形態を説明するための図であって、基本形態の一具体例としての照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a basic form of an embodiment according to the present invention, and shows a schematic configuration of a lighting device, a projection apparatus, and a projection type video display apparatus as one specific example of the basic form. FIG. 図2は、図1に示された照明装置を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the illumination device illustrated in FIG. 1. 図3は、図2の照明装置の光学素子をなすホログラム記録媒体を作製するための露光方法を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an exposure method for producing a hologram recording medium that forms an optical element of the illumination device of FIG. 図4は、図3の露光方法を経て作製されたホログラム記録媒体の作用を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the hologram recording medium manufactured through the exposure method of FIG. 図5は、図1に示された照明装置の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of the lighting device shown in FIG. 図6は、照射装置の一変形例を示す図である。FIG. 6 is a view showing a modification of the irradiation apparatus. 図7は、照射装置の他の変形例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another modification of the irradiation apparatus. 図8は、光学素子の一変形例を説明するための図であって、光学素子を対応する被照明領域とともに示す平面図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a modification of the optical element, and is a plan view showing the optical element together with a corresponding illuminated region. 図9は、光学素子の他の変形例を説明するための図であって、光学素子を対応する被照明領域とともに示す平面図である。FIG. 9 is a diagram for explaining another modified example of the optical element, and is a plan view showing the optical element together with a corresponding illuminated region. 図10は、図5に対応する図であって、照射装置の他の変形例およびその作用を説明するための斜視図である。FIG. 10 is a view corresponding to FIG. 5, and is a perspective view for explaining another modification of the irradiation apparatus and its operation. 図11は、入射側光学系の一変形例を説明するための図であって、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の概略構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a modification of the incident-side optical system, and is a diagram illustrating a schematic configuration of the illumination device, the projection device, and the projection-type image display device. 図12は、入射側光学系の他の変形例を説明するための図であって、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の概略構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram for explaining another modified example of the incident side optical system, and is a diagram illustrating a schematic configuration of the illumination device, the projection device, and the projection type video display device.

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, for the sake of illustration and ease of understanding, the scale, the vertical / horizontal dimension ratio, and the like are appropriately changed and exaggerated from those of the actual product.

本発明の一実施の形態に係る照明装置、投射装置および投射型映像表示装置は、基本的な構成として、スペックルを効果的に防止することを可能にする構成を有している。   The illumination device, the projection device, and the projection-type image display device according to an embodiment of the present invention have a configuration that can effectively prevent speckle as a basic configuration.

図1〜図12は、本発明の一実施の形態に係る照明装置、投射装置および投射型映像表示装置、並びに、その変形例を説明するための図である。このうち、図1〜図5を参照して、一実施の形態のうちの基本形態に係る照明装置、投射装置および投射型映像表示装置について説明する。その後、基本形態に係る照明装置、投射装置および投射型映像表示装置に対する変形の一例について説明する。   FIGS. 1-12 is a figure for demonstrating the illuminating device which concerns on one embodiment of this invention, a projection apparatus, a projection type video display apparatus, and its modification. Among these, with reference to FIGS. 1-5, the illuminating device which concerns on the basic form of one Embodiment, a projection apparatus, and a projection type video display apparatus are demonstrated. Then, an example of the modification with respect to the illuminating device which concerns on a basic form, a projection apparatus, and a projection type video display apparatus is demonstrated.

<基本形態>
〔基本形態の構成〕
まず、コヒーレント光を投射する照明装置および投射装置を含み且つスペックルを目立たなくさせることができる投射型映像表示装置の構成を、主として図1〜図5を参照して説明する。
<Basic form>
[Configuration of basic form]
First, the configuration of a projection-type image display device that includes an illumination device that projects coherent light and a projection device and can make speckles inconspicuous will be described mainly with reference to FIGS.

図1に示す投射型映像表示装置10は、スクリーン15と、コヒーレント光からなる映像光を投射する投射装置20と、を有している。投射装置20は、仮想面上に位置する被照明領域LZをコヒーレント光で照明する照明装置40と、被照明領域LZと重なる位置に配置され照明装置40によってコヒーレント光で照明される空間光変調器30と、空間光変調器30からのコヒーレント光をスクリーン15に投射する投射光学系25と、を有している。   A projection video display device 10 shown in FIG. 1 includes a screen 15 and a projection device 20 that projects video light including coherent light. The projection device 20 includes an illuminating device 40 that illuminates the illuminated region LZ located on the virtual plane with coherent light, and a spatial light modulator that is disposed at a position overlapping the illuminated region LZ and that is illuminated with the coherent light by the illuminating device 40. 30 and a projection optical system 25 that projects the coherent light from the spatial light modulator 30 onto the screen 15.

空間光変調器30としては、例えば、透過型の液晶マイクロディスプレイを用いることができる。この場合、照明装置40によって面状に照明される空間光変調器30が、画素毎にコヒーレント光を選択して透過させることにより、空間光変調器30をなすディスプレイの画面上に変調画像が形成されるようになる。こうして得られた変調画像(映像光)は、投射光学系25によって、等倍で或いは変倍されてスクリーン15へ投射される。これにより、変調画像がスクリーン15上に等倍で或いは変倍、通常、拡大されて表示され、観察者は当該画像を観察することができる。   As the spatial light modulator 30, for example, a transmissive liquid crystal microdisplay can be used. In this case, the spatial light modulator 30 illuminated in a planar shape by the illumination device 40 selects and transmits coherent light for each pixel, thereby forming a modulated image on the screen of the display that forms the spatial light modulator 30. Will come to be. The modulated image (video light) thus obtained is projected onto the screen 15 at the same magnification or scaled by the projection optical system 25. As a result, the modulated image is displayed on the screen 15 at the same magnification or at a variable magnification, usually enlarged, and the observer can observe the image.

なお、空間光変調器30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。この場合、空間光変調器30での反射光によって変調画像が形成され、空間光変調器30へ照明装置40からコヒーレント光が照射される面と、空間光変調器30から変調画像をなす映像光が進みでる面が同一の面となる。このような反射光を利用する場合、空間光変調器30としてDMD(Digital Micromirror Device)などのMEMS素子を用いることも可能である。上述した特許文献2に開示された装置では、DMDが空間光変調器として利用されている。   As the spatial light modulator 30, a reflective micro display can be used. In this case, a modulated image is formed by the reflected light from the spatial light modulator 30, the surface on which the spatial light modulator 30 is irradiated with coherent light from the illumination device 40, and the image light that forms the modulated image from the spatial light modulator 30. The surface where the lead is the same surface. When such reflected light is used, a MEMS element such as a DMD (Digital Micromirror Device) can be used as the spatial light modulator 30. In the apparatus disclosed in Patent Document 2 described above, DMD is used as a spatial light modulator.

また、空間光変調器30の入射面は、照明装置40によってコヒーレント光を照射される被照明領域LZと同一の形状および大きさであることが好ましい。この場合、照明装置40からのコヒーレント光を、スクリーン15への映像の表示に高い利用効率で利用することができるからである。   Moreover, it is preferable that the incident surface of the spatial light modulator 30 has the same shape and size as the illuminated region LZ irradiated with the coherent light by the illumination device 40. In this case, it is because the coherent light from the illuminating device 40 can be used with high utilization efficiency for displaying the image on the screen 15.

スクリーン15は、透過型スクリーンとして構成されていてもよいし、反射型スクリーンとして構成されていてもよい。スクリーン15が反射型スクリーンとして構成されている場合には、観察者は、スクリーン15に関して投射装置20と同じ側から、スクリーン15で反射されるコヒーレント光によって表示される映像を観察することになる。一方、スクリーン15が透過型スクリーンとして構成されている場合、観察者は、スクリーン15に関して投射装置20とは反対の側から、スクリーン15を透過したコヒーレント光によって表示される映像を観察することになる。   The screen 15 may be configured as a transmissive screen or may be configured as a reflective screen. In the case where the screen 15 is configured as a reflective screen, the observer observes an image displayed by coherent light reflected by the screen 15 from the same side as the projection device 20 with respect to the screen 15. On the other hand, when the screen 15 is configured as a transmissive screen, the observer observes an image displayed by coherent light transmitted through the screen 15 from the side opposite to the projection device 20 with respect to the screen 15. .

ところで、スクリーン15に投射されたコヒーレント光は、拡散され、観察者に映像として認識されるようになる。この際、スクリーン上に投射されたコヒーレント光は拡散によって干渉し、スペックルを生じさせることになる。ただし、ここで説明する投射型映像表示装置10では、以下に説明する照明装置40が、互いに入射角度が異なり且つ互いに干渉性が無い複数のコヒーレント光で、空間光変調器30が重ねられている被照明領域LZを同時に照明するようになっている。より具体的には、以下に説明する照明装置40は、コヒーレント光からなる複数の拡散光で被照明領域LZを同時に照明するが、これらの拡散光の入射角度が互いに異なっている。この結果、スクリーン15に投射されたコヒーレント光も入射角度が互いに異なるようになるので、スクリーン15上ではスペックルパターンがコヒーレント光の数だけ生成されて、これらスペックルパターンは干渉せずに空間的に重畳される。従って、コヒーレント光の拡散で生じるスペックルが重畳されて目立たなくなる。以下、このような照明装置40について、さらに詳細に説明する。   By the way, the coherent light projected on the screen 15 is diffused and recognized as an image by the observer. At this time, the coherent light projected on the screen interferes by diffusion and causes speckle. However, in the projection-type image display device 10 described here, the illumination device 40 described below includes a plurality of coherent lights having different incident angles and not coherent with each other, and the spatial light modulator 30 is overlaid. The illuminated area LZ is illuminated at the same time. More specifically, the illuminating device 40 described below illuminates the illuminated region LZ simultaneously with a plurality of diffused light composed of coherent light, but the incident angles of these diffused light are different from each other. As a result, the coherent lights projected on the screen 15 also have different incident angles, so that speckle patterns are generated on the screen 15 by the number of coherent lights, and these speckle patterns do not interfere with each other and are spatially generated. Is superimposed on. Therefore, speckles generated by the diffusion of coherent light are superimposed and become inconspicuous. Hereinafter, such an illuminating device 40 will be described in more detail.

図1および図2に示された照明装置40は、コヒーレント光を拡散してコヒーレント光の進行方向を被照明領域LZへ向ける光学素子50と、光学素子50へコヒーレント光を照射する照射装置60と、を有している。光学素子50は、各点が少なくとも被照明領域LZの全域に対してコヒーレント光を拡散可能なものである。光学素子50は、散乱板6の像5を再生し得るホログラム記録媒体55を含んでいる。図示する例では、光学素子50はホログラム記録媒体55から形成されている。   1 and 2 includes an optical element 50 that diffuses coherent light and directs the traveling direction of the coherent light toward the illuminated region LZ, and an irradiation apparatus 60 that irradiates the optical element 50 with the coherent light. ,have. The optical element 50 is capable of diffusing coherent light with respect to at least the entire illuminated area LZ at each point. The optical element 50 includes a hologram recording medium 55 that can reproduce the image 5 of the scattering plate 6. In the illustrated example, the optical element 50 is formed from a hologram recording medium 55.

図示する例で光学素子50をなしているホログラム記録媒体55は、照射装置60から照射されるコヒーレント光を再生照明光Laとして受けて、当該コヒーレント光を高効率で回折することができる。とりわけ、ホログラム記録媒体55は、その各位置、言い換えると、その各点とも呼ばれるべき各微小領域に入射するコヒーレント光を回折することによって、散乱板6の像5を再生することができるようになっている。ホログラム記録媒体55は、図1に示すように、3つの入射領域55a、55b、55cを有している。ただし、各入射領域55a、55b、55cは対応するコヒーレント光が入射し得る領域を示しているものであり、ホログラム記録媒体55が実際に区画されていなくても良い。   The hologram recording medium 55 constituting the optical element 50 in the illustrated example can receive the coherent light emitted from the irradiation device 60 as the reproduction illumination light La, and can diffract the coherent light with high efficiency. In particular, the hologram recording medium 55 can reproduce the image 5 of the scattering plate 6 by diffracting coherent light incident on each position, in other words, each minute region that should be called each point. ing. As shown in FIG. 1, the hologram recording medium 55 has three incident areas 55a, 55b, and 55c. However, each of the incident areas 55a, 55b, and 55c represents an area where the corresponding coherent light can enter, and the hologram recording medium 55 may not be actually partitioned.

一方、照射装置60は、各コヒーレント光が光学素子50のホログラム記録媒体55上の対応する入射領域55a、55b、55cのみに入射するように、光学素子50へ、互いに干渉性が無い同一波長の複数のコヒーレント光、ここでは3つのコヒーレント光を照射する。照射装置60によってあるコヒーレント光を照射されているホログラム記録媒体55上の領域は、ホログラム記録媒体55の表面の一部分であって、とりわけ図示する例では、点と呼ばれるべき微小領域となっている。なお、これらの互いに干渉性が無い2つ以上のコヒーレント光がホログラム記録媒体55の表面の同一点に照射されると、スペックルの原因となる。   On the other hand, the irradiation device 60 has the same wavelength with no coherence to the optical element 50 so that each coherent light is incident only on the corresponding incident areas 55a, 55b, 55c on the hologram recording medium 55 of the optical element 50. A plurality of coherent lights, here, three coherent lights are irradiated. The region on the hologram recording medium 55 irradiated with certain coherent light by the irradiation device 60 is a part of the surface of the hologram recording medium 55, and in particular, in the example shown in the drawing, is a minute region to be called a point. When two or more coherent lights having no interference with each other are irradiated to the same point on the surface of the hologram recording medium 55, speckles are caused.

そして、照射装置60からホログラム記録媒体55上に照射された各コヒーレント光は、ホログラム記録媒体55上の対応する位置(対応する点または対応する領域(以下、同じ))に、当該ホログラム記録媒体55の回折条件を満たすような入射角度で、同時に入射するようになっている。照射装置60からホログラム記録媒体55の各入射領域55a、55b、55cに入射して拡散されたコヒーレント光は、それぞれ、ホログラム記録媒体55で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明する。とりわけここで説明する形態では、照射装置60からホログラム記録媒体55の各入射領域55a、55b、55cに入射したコヒーレント光は、それぞれ、ホログラム記録媒体55で回折されて同一の被照明領域LZを照明するようになっている。より詳細には、図2に示すように、照射装置60からホログラム記録媒体55の3箇所の入射領域55a、55b、55cに入射したコヒーレント光が、それぞれ、被照明領域LZに重ねて散乱板6の像5を再生するようになっている。すなわち、照射装置60からホログラム記録媒体55の3箇所の位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光学素子50で拡散されて、被照明領域LZに同時に入射するようになる。つまり、被照明領域LZよりホログラム記録媒体55側に位置する仮想面上で考えると、ホログラム記録媒体55の各入射領域55a、55b、55cに入射して回折されたコヒーレント光は、この仮想面上における対応する領域を、少なくとも一部分において互いに重なり合うように照明する。   Then, each coherent light irradiated from the irradiation device 60 onto the hologram recording medium 55 is placed at a corresponding position (corresponding point or corresponding region (hereinafter the same)) on the hologram recording medium 55. Are incident at the same angle so as to satisfy the diffraction conditions. The coherent light that is diffused by being incident on the incident areas 55a, 55b, and 55c of the hologram recording medium 55 from the irradiation device 60 is diffracted by the hologram recording medium 55 and illuminates areas that overlap each other at least partially. In particular, in the embodiment described here, the coherent light incident on the incident areas 55a, 55b, and 55c of the hologram recording medium 55 from the irradiation device 60 is diffracted by the hologram recording medium 55 to illuminate the same illuminated area LZ. It is supposed to be. More specifically, as shown in FIG. 2, the coherent light that has entered the three incident areas 55a, 55b, and 55c of the hologram recording medium 55 from the irradiation device 60 is superimposed on the illuminated area LZ, and the scattering plate 6 The image 5 is reproduced. That is, the coherent light that has entered the three positions of the hologram recording medium 55 from the irradiation device 60 is diffused by the optical element 50 and simultaneously enters the illuminated area LZ. That is, when considered on a virtual surface located closer to the hologram recording medium 55 than the illuminated region LZ, the coherent light incident and diffracted on each of the incident regions 55a, 55b, and 55c of the hologram recording medium 55 is on this virtual surface. The corresponding regions in are at least partially illuminated so as to overlap each other.

このようなコヒーレント光の回折作用を可能にするホログラム記録媒体55として、図示する例では、フォトポリマーを用いた透過型の体積型ホログラムが用いられている。このホログラム記録媒体55は、図3に示すように、実物の散乱板6からの散乱光を物体光Loとして用いて作製されている。図3には、ホログラム記録媒体55をなすようになる感光性を有したホログラム感光材料58に、互いに干渉性を有したコヒーレント光からなる参照光Lrと物体光Loとが露光されている状態が、示されている。   In the illustrated example, a transmission type volume hologram using a photopolymer is used as the hologram recording medium 55 that enables the diffraction action of such coherent light. As shown in FIG. 3, the hologram recording medium 55 is manufactured by using the scattered light from the actual scattering plate 6 as the object light Lo. FIG. 3 shows a state in which the hologram photosensitive material 58 having photosensitivity that forms the hologram recording medium 55 is exposed to the reference light Lr and the object light Lo, which are coherent light beams having coherence with each other. ,It is shown.

参照光Lrは、例えば、特定波長域のレーザ光を発振するレーザ光源からのレーザ光が用いられており、レンズからなる集光素子7を透過してホログラム感光材料58に入射する。図3に示す例では、参照光Lrをなすようになるレーザ光が、集光素子7の光軸と平行な平行光束として、集光素子7へ入射する。参照光Lrは、集光素子7を透過することによって、それまでの平行光束から収束光束に整形(変換)され、ホログラム感光材料58へ入射する。この際、収束光束Lrの焦点位置FPは、ホログラム感光材料58を越えた位置にある。すなわち、ホログラム感光材料58は、集光素子7と、集光素子7によって集光された収束光束Lrの焦点位置FPと、の間に配置されている。   As the reference light Lr, for example, laser light from a laser light source that oscillates laser light in a specific wavelength region is used, and passes through the condensing element 7 formed of a lens and enters the hologram photosensitive material 58. In the example shown in FIG. 3, the laser light that forms the reference light Lr is incident on the condensing element 7 as a parallel light beam parallel to the optical axis of the condensing element 7. The reference light Lr passes through the condensing element 7, so that it is shaped (converted) into a convergent light beam from the parallel light beam so far, and is incident on the hologram photosensitive material 58. At this time, the focal position FP of the convergent light beam Lr is at a position beyond the hologram photosensitive material 58. In other words, the hologram photosensitive material 58 is disposed between the condensing element 7 and the focal position FP of the convergent light beam Lr collected by the condensing element 7.

次に、物体光Loは、たとえばオパールガラスからなる散乱板6からの散乱光として、ホログラム感光材料58に入射する。ここでは作製されるべきホログラム記録媒体55が透過型なので、物体光Loは、参照光Lrと同一面からホログラム感光材料58へ入射する。物体光Loは、参照光Lrと干渉性を有している必要がある。したがって、例えば、同一のレーザ光源から発振されたレーザ光を分割して、分割された一方を上述の参照光Lrとして利用し、他方を物体光Loとして使用することができる。   Next, the object light Lo is incident on the hologram photosensitive material 58 as scattered light from a scattering plate 6 made of, for example, opal glass. Here, since the hologram recording medium 55 to be manufactured is a transmission type, the object light Lo is incident on the hologram photosensitive material 58 from the same plane as the reference light Lr. The object light Lo needs to have coherency with the reference light Lr. Therefore, for example, laser light oscillated from the same laser light source can be divided, and one of the divided lights can be used as the reference light Lr and the other can be used as the object light Lo.

図3に示す例では、散乱板6の板面への法線方向と平行な平行光束が、散乱板6へ入射して散乱され、そして、散乱板6を透過した散乱光が物体光Loとしてホログラム感光材料58へ入射している。この方法によれば、通常安価に入手可能な等方散乱板を散乱板6として用いた場合に、散乱板6からの物体光Loが、ホログラム感光材料58に概ね均一な光量分布で入射することが可能となる。またこの方法によれば、散乱板6による散乱の度合いにも依存するが、ホログラム感光材料58の各位置に、散乱板6の出射面6aの全域から概ね均一な光量で物体光Loが入射しやすくなる。このような場合には、得られたホログラム記録媒体55の各位置に入射した光が、それぞれ、散乱板6の像5を同様の明るさで再生すること、および、再生された散乱板6の像5が概ね均一な明るさで観察されることが実現され得る。   In the example shown in FIG. 3, a parallel light beam parallel to the normal direction to the plate surface of the scattering plate 6 is incident on and scattered by the scattering plate 6, and the scattered light transmitted through the scattering plate 6 is the object light Lo. The light enters the hologram photosensitive material 58. According to this method, when an isotropic scattering plate that is usually available at a low cost is used as the scattering plate 6, the object light Lo from the scattering plate 6 is incident on the hologram photosensitive material 58 with a substantially uniform light amount distribution. Is possible. Further, according to this method, although depending on the degree of scattering by the scattering plate 6, the object light Lo is incident on each position of the hologram photosensitive material 58 with a substantially uniform light amount from the entire area of the exit surface 6 a of the scattering plate 6. It becomes easy. In such a case, the light incident on each position of the obtained hologram recording medium 55 reproduces the image 5 of the scattering plate 6 with the same brightness, and the reproduced scattering plate 6 It can be realized that the image 5 is observed with substantially uniform brightness.

以上のようにして、参照光Lrおよび物体光Loがホログラム記録材料58に露光されると、参照光Lrおよび物体光Loが干渉してなる干渉縞が生成され、この光の干渉縞が、何らかのパターン、すなわち体積型ホログラムでは、一例として、屈折率変調パターンとして、ホログラム記録材料58に記録される。その後、ホログラム記録材料58の種類に対応した適切な後処理が施され、ホログラム記録材料55が得られる。   As described above, when the hologram recording material 58 is exposed to the reference light Lr and the object light Lo, an interference fringe formed by the interference of the reference light Lr and the object light Lo is generated. In the case of a pattern, that is, a volume hologram, for example, it is recorded on the hologram recording material 58 as a refractive index modulation pattern. Thereafter, appropriate post-processing corresponding to the type of the hologram recording material 58 is performed, and the hologram recording material 55 is obtained.

図4には、図3の露光工程を経て得られたホログラム記録媒体55の回折作用(再生作用)が示されている。図4に示すように、図3のホログラム感光材料58から形成されたホログラム記録媒体55は、露光工程で用いられたレーザ光と同一波長の光であって、露光工程における参照光Lrの光路を逆向きに進む光によって、その回折条件が満たされるようになる。すなわち、図4に示すように、露光工程時におけるホログラム感光材料58に対する焦点FPの相対位置(図3参照)と同一の位置関係をなすようにしてホログラム記録媒体55に対して位置する基準点SPから発散し、露光工程時における参照光Lrと同一の波長を有する発散光束は、再生照明光Laとして、ホログラム記録媒体55に回折され、露光工程時におけるホログラム感光材料58に対する散乱板6の相対位置(図3参照)と同一の位置関係をなすようになるホログラム記録媒体50に対する特定の位置に、散乱板6の再生像5を生成する。   FIG. 4 shows the diffraction action (reproduction action) of the hologram recording medium 55 obtained through the exposure process of FIG. As shown in FIG. 4, the hologram recording medium 55 formed from the hologram photosensitive material 58 of FIG. 3 is light having the same wavelength as the laser beam used in the exposure process, and the optical path of the reference light Lr in the exposure process. The light traveling in the opposite direction satisfies the diffraction condition. That is, as shown in FIG. 4, the reference point SP positioned with respect to the hologram recording medium 55 in the same positional relationship as the relative position of the focal point FP (see FIG. 3) with respect to the hologram photosensitive material 58 during the exposure process. The divergent light beam that diverges from the light and has the same wavelength as the reference light Lr during the exposure process is diffracted as the reproduction illumination light La to the hologram recording medium 55, and the relative position of the scattering plate 6 relative to the hologram photosensitive material 58 during the exposure process A reproduced image 5 of the scattering plate 6 is generated at a specific position with respect to the hologram recording medium 50 that has the same positional relationship as (see FIG. 3).

この際、散乱板6の再生像5を生成する再生光Lb、すなわち再生照明光Laをホログラム記録媒体55で回折してなる光は、露光工程時に散乱板6からホログラム感光材料58へ向かって進んでいた物体光Loの光路を逆向きに進む光として散乱板6の像5の各点を再生する。そして、上述したように、また図3に示すように、露光工程時に散乱板6の出射面6aの各位置から出射する散乱光Loが、それぞれ、ホログラム感光材料58の概ね全領域に入射するように拡散している。すなわち、ホログラム感光材料58上の各位置には、散乱板6の出射面6aの全領域からの物体光Loが入射し、結果として、出射面6a全体の情報がホログラム記録媒体55の各位置にそれぞれ記録されている。このため、図4に示された、再生照明光Laとして機能する基準点SPからの発散光束をなす各光は、それぞれ単独で、ホログラム記録媒体55の各位置に入射して互いに同一の輪郭を有した散乱板6の像5を、互いに同一の位置(被照明領域LZ)に再生することができる。   At this time, the reproduction light Lb for generating the reproduction image 5 of the scattering plate 6, that is, the light formed by diffracting the reproduction illumination light La by the hologram recording medium 55 travels from the scattering plate 6 toward the hologram photosensitive material 58 during the exposure process. Each point of the image 5 of the scattering plate 6 is reproduced as light traveling in the opposite direction along the optical path of the object light Lo that has been emitted. As described above and as shown in FIG. 3, the scattered light Lo emitted from each position on the exit surface 6 a of the scattering plate 6 in the exposure process is incident on almost the entire region of the hologram photosensitive material 58. Has spread. That is, the object light Lo from the entire area of the exit surface 6 a of the scattering plate 6 is incident on each position on the hologram photosensitive material 58, and as a result, information on the entire exit surface 6 a is placed on each position of the hologram recording medium 55. Each is recorded. For this reason, each light which forms the divergent light beam from the reference point SP functioning as the reproduction illumination light La shown in FIG. 4 is incident on each position of the hologram recording medium 55 independently and has the same contour. The image 5 of the scattering plate 6 can be reproduced at the same position (illuminated area LZ).

一方、このようなホログラム記録媒体55からなる光学素子50にコヒーレント光を照射する照射装置60は、次のように構成され得る。図1および図2に示された例において、照射装置60は、レーザアレイ62と、入射側光学系70としての凹レンズ71とを有する。   On the other hand, the irradiation device 60 that irradiates the optical element 50 composed of the hologram recording medium 55 with the coherent light can be configured as follows. In the example shown in FIGS. 1 and 2, the irradiation device 60 includes a laser array 62 and a concave lens 71 as the incident side optical system 70.

レーザアレイ62は、波長が同一のコヒーレント光をそれぞれが生成する3つのレーザ光源(コヒーレント光源)61a、61b、61cを一つのチップに内蔵したものである。異なる固体のレーザ光源61a、61b、61cからのコヒーレント光は、互いに干渉性を有しない。この基本形態では、説明を明確化するため、3つのレーザ光源61a、61b、61cを備える一例について説明するが、レーザ光源の数は多い方が好ましい。後述するように、レーザ光源の数が多いほどスペックルを目立たなくさせることができるからである。   The laser array 62 includes three laser light sources (coherent light sources) 61a, 61b, and 61c each generating coherent light having the same wavelength in one chip. The coherent lights from the different solid laser light sources 61a, 61b, 61c are not coherent with each other. In this basic mode, an example including three laser light sources 61a, 61b, and 61c will be described in order to clarify the explanation, but it is preferable that the number of laser light sources is large. This is because, as will be described later, speckles can be made inconspicuous as the number of laser light sources increases.

凹レンズ71は、レーザ光源61a、61b、61cと、光学素子50との間に配置されている。レーザアレイ62内のレーザ光源61a、61b、61cは平行な方向にコヒーレント光を放射する。凹レンズ71は、これらの平行なコヒーレント光が広がるようにして、各コヒーレント光をホログラム記録媒体55の対応する入射領域55a,55b,55cに導く。これにより、各レーザ光源61a、61b、61cからのコヒーレント光は、ホログラム記録媒体55の対応する入射領域のみに入射する。凹レンズ71からのコヒーレント光は、図4における基準点SPからの発散光束の一光線をなし得るコヒーレント光となっている。なお、入射側光学系70は、回折光学素子またはプリズムであっても良い。   The concave lens 71 is disposed between the laser light sources 61a, 61b, 61c and the optical element 50. Laser light sources 61a, 61b, and 61c in the laser array 62 emit coherent light in parallel directions. The concave lens 71 guides each coherent light to the corresponding incident areas 55a, 55b, and 55c of the hologram recording medium 55 so that these parallel coherent lights spread. Thereby, the coherent light from each laser light source 61a, 61b, 61c is incident only on the corresponding incident area of the hologram recording medium 55. The coherent light from the concave lens 71 is coherent light that can form one light beam from the reference point SP in FIG. The incident side optical system 70 may be a diffractive optical element or a prism.

入射領域55aの所定の位置には、レーザ光源61aからのコヒーレント光のみが入射され、これにより、散乱板6の像5が被照明領域LZの全域に再生される。入射領域55aから外れた位置にコヒーレント光が入射されないように、レーザ光源61a及び凹レンズ71の位置が決定される。同様に、入射領域55bの所定の位置には、レーザ光源61bからのコヒーレント光のみが入射され、散乱板6の像5が被照明領域LZの全域に再生される。また、入射領域55cの所定の位置には、レーザ光源61cからのコヒーレント光のみが入射され、散乱板6の像5が被照明領域LZの全域に再生される。   Only the coherent light from the laser light source 61a is incident on a predetermined position of the incident area 55a, whereby the image 5 of the scattering plate 6 is reproduced over the entire illuminated area LZ. The positions of the laser light source 61a and the concave lens 71 are determined so that the coherent light is not incident on a position deviated from the incident region 55a. Similarly, only coherent light from the laser light source 61b is incident on a predetermined position of the incident area 55b, and the image 5 of the scattering plate 6 is reproduced over the entire illuminated area LZ. Further, only the coherent light from the laser light source 61c is incident on a predetermined position of the incident region 55c, and the image 5 of the scattering plate 6 is reproduced over the entire illuminated region LZ.

結局、被照明領域LZは、互いに干渉性がない、入射領域55aからのコヒーレント光、入射領域55bからのコヒーレント光および入射領域55cからのコヒーレント光で同時に照明されることになる。   Eventually, the illuminated region LZ is simultaneously illuminated with coherent light from the incident region 55a, coherent light from the incident region 55b, and coherent light from the incident region 55c that are not coherent with each other.

このように、凹レンズ71で進行方向を調整された各コヒーレント光は、基準点SPからの発散光束の一光線をなし得る再生照明光La(図4参照)として、光学素子50のホログラム記録媒体55へ入射し得る。結果として、レーザ光源61a、61b、61cからの互いに干渉性が無いコヒーレント光がホログラム記録媒体55上の3箇所の位置に入射するようになり、且つ、ホログラム記録媒体55上の各位置に入射したコヒーレント光が同一の輪郭を有した散乱板6の像5を同一の位置(被照明領域LZ)に同時に再生するようになる。   In this way, each coherent light whose traveling direction is adjusted by the concave lens 71 is reproduced illumination light La (see FIG. 4) that can form one light beam diverging from the reference point SP, and the hologram recording medium 55 of the optical element 50. Can be incident. As a result, coherent light beams having no interference from the laser light sources 61a, 61b, and 61c are incident on three positions on the hologram recording medium 55, and are incident on the respective positions on the hologram recording medium 55. The image 5 of the scattering plate 6 having coherent light having the same contour is reproduced simultaneously at the same position (illuminated region LZ).

図5は、図2に示された照明装置40の構成を斜視図として示している。図5に示された例では、照射装置60からのコヒーレント光の光学素子50への入射点IP1,IP2,IP3は、ホログラム記録媒体55の板面上に定義されたXY座標系、つまり、XY平面がホログラム記録媒体55の板面と平行となるXY座標系のX軸と平行な直線上に位置している。図5では、説明を明確化するため、入射点IP2からの再生光Lbは記載を省略している。   FIG. 5 shows the configuration of the illumination device 40 shown in FIG. 2 as a perspective view. In the example shown in FIG. 5, the incident points IP1, IP2, and IP3 of the coherent light from the irradiation device 60 to the optical element 50 are XY coordinate systems defined on the plate surface of the hologram recording medium 55, that is, XY. The plane is located on a straight line parallel to the X axis of the XY coordinate system that is parallel to the plate surface of the hologram recording medium 55. In FIG. 5, the description of the reproduction light Lb from the incident point IP2 is omitted for clarity.

なお、実際上の問題として、ホログラム記録媒体55を作成する際、ホログラム記録材料58が収縮する場合がある。このような場合、ホログラム記録材料58の収縮を考慮して、照射装置60から光学素子50に照射されるコヒーレント光の入出射角度が調整されることが好ましい。したがって、レーザ光源61a、61b、61cで生成するコヒーレント光の波長は、図3の露光工程(記録工程)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てもよい。   As a practical problem, the hologram recording material 58 may shrink when the hologram recording medium 55 is produced. In such a case, it is preferable to adjust the incident / exit angle of the coherent light irradiated from the irradiation device 60 to the optical element 50 in consideration of the shrinkage of the hologram recording material 58. Therefore, the wavelength of the coherent light generated by the laser light sources 61a, 61b, and 61c does not need to be exactly the same as the wavelength of the light used in the exposure process (recording process) in FIG. 3, and may be substantially the same. .

また、同様の理由から、光学素子50のホログラム記録媒体55へ入射する光の進行方向も、基準点SPからの発散光束に含まれる一光線と厳密に同一の経路を取っていなくとも、被照明領域LZに像5を再生することができる。   For the same reason, even if the traveling direction of the light incident on the hologram recording medium 55 of the optical element 50 does not take exactly the same path as the one light beam included in the divergent light beam from the reference point SP, it is illuminated. The image 5 can be reproduced in the region LZ.

〔基本形態の作用効果〕
次に、以上の構成からなる照明装置40、投射装置20および投射型映像表示装置10の作用について説明する。
[Effects of basic form]
Next, the operation of the illumination device 40, the projection device 20, and the projection display device 10 having the above-described configuration will be described.

まず、照射装置60のレーザ光源61a、61b、61cは、平行に進む同一波長の3つのコヒーレント光を生成する。前述の様に、これらのコヒーレント光は干渉性が無い。これらのコヒーレント光は、凹レンズ71で進行方向を変えられる。凹レンズ71は、ホログラム記録媒体55上の3箇所の位置(入射領域)に、当該位置でのブラッグ条件を満たす入射角度でコヒーレント光を互いに重ならないように入射させる。この結果、3箇所の位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、ホログラム記録媒体55での回折により、被照明領域LZに重ねて散乱板6の像5を同時に再生する。すなわち、照射装置60からホログラム記録媒体55の3箇所の位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光学素子50で拡散されて、被照明領域LZの全域に入射するようになる。このようにして、照射装置60は、被照明領域LZを干渉性が無いコヒーレント光で同時に照明するようになる。   First, the laser light sources 61a, 61b, and 61c of the irradiation device 60 generate three coherent lights having the same wavelength that travel in parallel. As described above, these coherent lights are not coherent. The traveling direction of these coherent lights can be changed by the concave lens 71. The concave lens 71 causes the coherent lights to be incident on three positions (incident areas) on the hologram recording medium 55 at an incident angle that satisfies the Bragg condition at the positions so as not to overlap each other. As a result, the coherent light incident on the three positions is superimposed on the illuminated region LZ by the diffraction on the hologram recording medium 55, and the image 5 of the scattering plate 6 is simultaneously reproduced. That is, the coherent light that has entered the three positions of the hologram recording medium 55 from the irradiation device 60 is diffused by the optical element 50 and enters the entire illuminated area LZ. In this way, the irradiation device 60 simultaneously illuminates the illuminated area LZ with coherent light having no coherence.

図1に示すように、投射装置20においては、照明装置40の被照明領域LZと重なる位置に空間光変調器30が配置されている。このため、空間光変調器30は、照明装置40によって面状に照明され、画素毎にコヒーレント光を選択して透過させることにより、映像を形成するようになる。この映像は、投射光学系25によってスクリーン15に投射される。スクリーン15に投射されたコヒーレント光は、拡散され、観察者に映像として認識されるようになる。ただし、この際、スクリーン上に投射されたコヒーレント光は拡散によって干渉し、スペックルを生じさせることになる。   As shown in FIG. 1, in the projection device 20, the spatial light modulator 30 is arranged at a position overlapping the illuminated area LZ of the illumination device 40. For this reason, the spatial light modulator 30 is illuminated in a planar shape by the illumination device 40, and forms an image by selecting and transmitting the coherent light for each pixel. This image is projected onto the screen 15 by the projection optical system 25. The coherent light projected on the screen 15 is diffused and recognized as an image by the observer. However, at this time, the coherent light projected on the screen interferes by diffusion and causes speckle.

しかしながら、ここで説明してきた基本形態における照明装置40によれば、次に説明するように、スペックルを極めて効果的に目立たなくさせることができる。   However, according to the lighting device 40 in the basic mode described here, speckles can be made extremely inconspicuous as described below.

前掲の非特許文献1によれば、スペックルを目立たなくさせるには、偏光・位相・角度・時間といったパラメータを多重化し、モードを増やすことが有効であるとされている。ここでいうモードとは、互いに無相関なスペックルパターンのことである。例えば、複数のレーザ光源から同一のスクリーンに異なる方向からコヒーレント光を投射した場合、レーザ光源の数だけ、モードが存在することになる。そして、このモードが多数存在する場合には、光の干渉パターンが無相関に重ねられ平均化され、結果として、観察者の目によって観察されるスペックルが目立たなくなるものと考えられている。   According to the aforementioned Non-Patent Document 1, it is effective to multiplex parameters such as polarization, phase, angle, and time and increase the mode in order to make speckle inconspicuous. The mode here refers to speckle patterns that are uncorrelated with each other. For example, when coherent light is projected from different directions onto the same screen from a plurality of laser light sources, there are as many modes as the number of laser light sources. When there are a large number of these modes, the interference patterns of light are uncorrelated and averaged, and as a result, speckles observed by the observer's eyes are considered inconspicuous.

上述した照射装置60は、互いに干渉性が無い3つのコヒーレント光を、それぞれ光学素子50のホログラム記録媒体55の対応する位置(入射領域)に照射する。また、照射装置60からホログラム記録媒体55の3箇所の位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、同一の被照明領域LZの全域をコヒーレント光で同時に照明するが、当該被照明領域LZを照明するコヒーレント光の照明方向は互いに異なる。   The irradiation device 60 described above irradiates the corresponding position (incident area) of the hologram recording medium 55 of the optical element 50 with three coherent lights having no interference with each other. Further, the coherent light incident on the three positions of the hologram recording medium 55 from the irradiation device 60 simultaneously illuminates the entire illuminated area LZ with the coherent light, but the coherent light illuminates the illuminated area LZ. The illumination directions of light are different from each other.

被照明領域LZを基準にして考えると、被照明領域LZ内の各位置には、コヒーレント光が3つの入射方向から入射する。結果として、空間光変調器30の透過光によって形成された映像の各画素をなす光が、互いに異なる光路(角度)で、スクリーン15の特定の位置に投射されるようになる。   Considering the illuminated area LZ as a reference, coherent light enters each position in the illuminated area LZ from three incident directions. As a result, the light forming each pixel of the image formed by the light transmitted through the spatial light modulator 30 is projected to a specific position on the screen 15 with different optical paths (angles).

以上のことから、上述してきた基本形態によれば、映像を表示しているスクリーン15上の各位置において、相関の無いコヒーレント光の散乱パターンが多重化されて観察されることになる。したがって、各散乱パターンに対応して生成されたスペックルが重ねられ平均化されて、観察者に観察されることになる。これにより、スクリーン15に表示されている映像を観察する観察者に対して、スペックルを極めて効果的に目立たなくさせることができる。   From the above, according to the basic form described above, uncorrelated coherent light scattering patterns are multiplexed and observed at each position on the screen 15 displaying an image. Therefore, speckles generated corresponding to each scattering pattern are overlapped and averaged and observed by an observer. Thereby, speckles can be made very inconspicuous for an observer who observes the image displayed on the screen 15.

なお、人間によって観察される従来のスペックルには、スクリーン15上でのコヒーレント光の散乱を原因とするスクリーン側でのスペックルだけでなく、スクリーンに投射される前におけるコヒーレント光の散乱を原因とする投射装置側でのスペックルも発生し得る。この投射装置側で発生したスペックルパターンは、空間光変調器30を介してスクリーン15上に投射されることによって、観察者に認識され得るようにもなる。しかしながら、上述してきた基本形態によれば、ホログラム記録媒体55の3箇所の位置に入射した干渉性の無いコヒーレント光が、それぞれ、空間光変調器30が重ねられた被照明領域LZの全域を照明するようになる。すなわち、ホログラム記録媒体55が、スペックルパターンを形成していたそれまでの波面とは別途の新たな波面を形成し、複雑且つ均一に、被照明領域LZ、さらには、空間光変調器30を介してスクリーン15を照明するようになる。このようなホログラム記録媒体55での新たな波面の形成により、投射装置側で発生するスペックルパターンは不可視化されることになる。   Note that conventional speckles observed by humans include not only speckles on the screen caused by scattering of coherent light on the screen 15, but also scattering of coherent light before being projected on the screen. Speckle on the projection device side can also occur. The speckle pattern generated on the projection device side is projected onto the screen 15 via the spatial light modulator 30 so that it can be recognized by the observer. However, according to the basic form described above, coherent light having no coherence incident on three positions of the hologram recording medium 55 illuminates the entire illuminated area LZ on which the spatial light modulator 30 is superimposed. To come. That is, the hologram recording medium 55 forms a new wavefront that is separate from the wavefront used to form the speckle pattern, and the illumination area LZ and further the spatial light modulator 30 are formed in a complex and uniform manner. Through this, the screen 15 is illuminated. Due to the formation of a new wavefront on the hologram recording medium 55, the speckle pattern generated on the projection apparatus side is made invisible.

ところで、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。即ち、このスペックルコントラストは、モードの数の平方根の逆数に比例する量である。この基本形態では、モードの数はレーザ光源の数となっている。従って、このスペックルコントラストは、レーザ光源の数の平方根の逆数に比例する。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。つまり、前述の様に、レーザ光源の数が多ければ多いほど、スペックルコントラストの値が小さくなり、スペックルを目立たなくさせることができる。   By the way, Non-Patent Document 1 described 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. That is, this speckle contrast is an amount proportional to the reciprocal of the square root of the number of modes. In this basic form, the number of modes is the number of laser light sources. Therefore, this speckle contrast is proportional to the reciprocal of the square root of the number of laser light sources. 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. That is, as described above, the larger the number of laser light sources, the smaller the speckle contrast value, and the speckle can be made inconspicuous.

図1〜図5を参照しながら説明してきた基本形態の投射型映像表示装置10について、例示した3つのレーザ光源61a、61b、61cのみではなく、より多くのレーザ光源を用いた状態でスペックルコントラストを測定したところ、5.0%となった(条件1)。また、上述の光学素子50として、透過型の体積型ホログラムに代えて、特定の再生照明光を受けた場合に散乱板6の像5を再生し得るように計算機を用いて設計された凹凸形状を有する計算機合成ホログラム(CGH)としてのレリーフ型ホログラムを用いた場合についてのスペックルコントラストは6.2%となった(条件2)。HDTV(高精細テレビ)の映像表示用途にて、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(たとえば、WO/2001/081996号公報参照)が示されているが、上述してきた基本形態はこの基準をある程度満たしている。また、実際に肉眼観察したところ、視認され得る程度の輝度ムラ(明るさのムラ)は発生していなかった。   With respect to the projection-type image display device 10 of the basic form described with reference to FIGS. 1 to 5, not only the three laser light sources 61a, 61b, and 61c illustrated, but also more speckles are used. When the contrast was measured, it was 5.0% (Condition 1). Further, as the above-described optical element 50, an uneven shape designed by using a computer so that the image 5 of the scattering plate 6 can be reproduced when receiving specific reproduction illumination light instead of the transmission type volume hologram. The speckle contrast in the case of using a relief hologram as a computer-generated hologram (CGH) having a value of 6.2 was 6.2% (Condition 2). In HDTV (high-definition television) video display applications, a speckle contrast of 6.0% or less is a standard (for example, WO / 2001/081996) as a level at which an uneven brightness pattern is hardly recognized when an observer observes with the naked eye. The basic form described above satisfies this standard to some extent. In addition, when actually observed with the naked eye, brightness unevenness (brightness unevenness) that could be visually recognized did not occur.

一方、複数のレーザ光源を用いずに、1つのレーザ光源からのレーザ光を平行光束に整形して空間光変調器30に入射させた場合、すなわち、図1に示された投射型映像表示装置10の空間光変調器30に、光学素子50を介さず、1つのレーザ光源61aからのコヒーレント光を平行光束として入射させた場合、スペックルコントラストは20.7%となった(条件3)。この条件下では、肉眼観察により、斑点状の輝度ムラ模様がかなり顕著に観察された。   On the other hand, when the laser light from one laser light source is shaped into a parallel light beam and made incident on the spatial light modulator 30 without using a plurality of laser light sources, that is, the projection-type image display device shown in FIG. When coherent light from one laser light source 61a was incident as a parallel light beam on ten spatial light modulators 30 without passing through the optical element 50, the speckle contrast was 20.7% (Condition 3). Under these conditions, a spot-like luminance unevenness pattern was observed quite noticeably by visual observation.

また、光源61aを緑色のLED(非コヒーレント光源)に交換し、このLED光源からの光を空間光変調器30に入射させた場合、すなわち、図1に示された投射型映像表示装置10の空間光変調器30に、光学素子50を介さず、1つのLED光源からの非コヒーレント光を平行光束として入射させた場合、スペックルコントラストは4.0%となった(条件4)。この条件下では、肉眼観察で視認され得る程度の輝度ムラ(明るさのムラ)は発生していなかった。   Further, when the light source 61a is replaced with a green LED (non-coherent light source) and light from the LED light source is incident on the spatial light modulator 30, that is, the projection type video display device 10 shown in FIG. When non-coherent light from one LED light source was incident as a parallel light beam on the spatial light modulator 30 without passing through the optical element 50, the speckle contrast was 4.0% (Condition 4). Under these conditions, brightness unevenness (brightness unevenness) that could be visually recognized by naked eye observation did not occur.

条件1および条件2の結果が、条件3の結果よりも極めて良好であり、さらに、条件4の測定結果と比較しても同程度となった。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、レーザ光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。加えて、条件1および条件2では、条件4と比較して、スペックル発生の原因となり得る光学素子50が追加されている。これらの点から、条件1および条件2によれば、スペックル不良に十分に対処することができたと言える。   The results of conditions 1 and 2 were much better than the results of condition 3, and were comparable to the measurement results of condition 4. 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 beam in practice, and it is necessary to consider in an apparatus using a non-coherent light source such as an LED. There is no problem. In addition, in condition 1 and condition 2, as compared with condition 4, an optical element 50 that can cause speckles is added. From these points, it can be said that Condition 1 and Condition 2 were sufficient to cope with speckle defects.

加えて、上述してきた基本形態によれば、次の利点を享受することもできる。   In addition, according to the basic mode described above, the following advantages can be obtained.

上述してきた基本形態によれば、スペックルを目立たなくさせるための光学素子50が、照射装置60から照射されるコヒーレント光のビーム形態を整形および調整するための光学部材としても機能し得る。したがって、光学系を小型且つ簡易化することができる。   According to the basic form described above, the optical element 50 for making speckles inconspicuous can also function as an optical member for shaping and adjusting the beam form of coherent light emitted from the irradiation device 60. Therefore, the optical system can be reduced in size and simplified.

また、上述してきた基本形態によれば、ホログラム記録媒体55の各位置に入射するコヒーレント光が、互いに同一の位置に、散乱板6の像5を生成するとともに、当該像5に重ねて空間光変調器30が配置されている。このため、ホログラム記録媒体55で回折された光を、高効率で、映像形成のために利用することが可能となり、レーザ光源61a、61b、61cからの光の利用効率の面においても優れる。   Further, according to the basic form described above, coherent light incident on each position of the hologram recording medium 55 generates an image 5 of the scattering plate 6 at the same position, and is superimposed on the image 5 to generate spatial light. A modulator 30 is arranged. Therefore, the light diffracted by the hologram recording medium 55 can be used for image formation with high efficiency, and the use efficiency of light from the laser light sources 61a, 61b, 61c is excellent.

〔基本形態への変形〕
図1〜5に例示された一具体例に基づいて説明してきた基本形態に対して、種々の変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いており、重複する説明を省略する。
[Deformation to basic form]
Various modifications can be made to the basic form described based on the specific example illustrated in FIGS. Hereinafter, an example of modification will be described with reference to the drawings. In the drawings used in the following description, the same reference numerals as those used for the corresponding parts in the above-described embodiment are used, and redundant descriptions are omitted.

(投射装置)
基本形態では、空間光変調器30が被照明領域LZと重なる位置に配置される一例について説明したが、空間光変調器30は被照明領域LZと厳密に重なる位置に配置されていなくてもよい。例えば、図1の構成において、空間光変調器30は、被照明領域LZより光学素子50側に配置されてもよく、被照明領域LZより投射光学系25側に配置されてもよい。つまり、光学素子50の各入射領域に入射して回折されたコヒーレント光が、空間光変調器30を重ねて照明するように、光学素子50と空間光変調器30が配置されていればよい。
(Projection device)
In the basic mode, an example in which the spatial light modulator 30 is disposed at a position overlapping the illuminated region LZ has been described, but the spatial light modulator 30 may not be disposed at a position strictly overlapping the illuminated region LZ. . For example, in the configuration of FIG. 1, the spatial light modulator 30 may be disposed closer to the optical element 50 than the illuminated region LZ, or may be disposed closer to the projection optical system 25 than the illuminated region LZ. In other words, the optical element 50 and the spatial light modulator 30 only have to be arranged so that the coherent light that is diffracted by being incident on each incident region of the optical element 50 overlaps and illuminates the spatial light modulator 30.

(照明装置)
図6に示すように、照明装置60のレーザ光源61a、61b、61cは、独立したレーザ光源であっても良い。図6の例では、3つのレーザ光源61a、61b、61cは互いに離れて配置されているため、レーザ光源61a、61b、61cからの平行なコヒーレント光の一部は、直接的にホログラム記録媒体55に入射できない。そのため、照明装置60は、レーザ光源61a、61b、61cと、ホログラム記録媒体55との間に、コヒーレント光をホログラム記録媒体55の各入射領域55a、55b、55cに導く入射側光学系70としての凸レンズ72を備える。この凸レンズ72により、3つのコヒーレント光を収束させて、それぞれをホログラム記録媒体55の対応する入射領域55a、55b、55cに照射することができる。このような構成によっても、上述した基本形態と同様な効果が得られる。このような例では、ホログラム記録媒体55を作製する際の露光工程において、参照光Lrとして、上述した収束光束に代えて、発散光束を用いることになる。なお、入射側光学系70は、回折光学素子またはプリズム等であっても良い。
(Lighting device)
As shown in FIG. 6, the laser light sources 61a, 61b, 61c of the illumination device 60 may be independent laser light sources. In the example of FIG. 6, since the three laser light sources 61a, 61b, and 61c are arranged away from each other, a part of the parallel coherent light from the laser light sources 61a, 61b, and 61c is directly generated by the hologram recording medium 55. Cannot enter. Therefore, the illuminating device 60 serves as an incident-side optical system 70 that guides coherent light to the incident regions 55a, 55b, and 55c of the hologram recording medium 55 between the laser light sources 61a, 61b, and 61c and the hologram recording medium 55. A convex lens 72 is provided. With this convex lens 72, three coherent lights can be converged and irradiated onto the corresponding incident areas 55a, 55b, and 55c of the hologram recording medium 55, respectively. Even with such a configuration, an effect similar to that of the basic mode described above can be obtained. In such an example, a divergent light beam is used as the reference light Lr in place of the above-described convergent light beam in the exposure process when the hologram recording medium 55 is manufactured. The incident side optical system 70 may be a diffractive optical element or a prism.

また、図7に示すように、照明装置60は、入射光学系70に替えて、各レーザ光源61a、61b、61cと、ホログラム記録媒体55の対応する入射領域55a、55b、55cとの間に、コヒーレント光をホログラム記録媒体55の対応する入射領域55a、55b、55cに導く光ファイバ64a、64b、64cを備えても良い。   In addition, as shown in FIG. 7, the illumination device 60 is replaced with the incident optical system 70 between the laser light sources 61 a, 61 b, 61 c and the corresponding incident areas 55 a, 55 b, 55 c of the hologram recording medium 55. In addition, optical fibers 64a, 64b, and 64c that guide the coherent light to the corresponding incident regions 55a, 55b, and 55c of the hologram recording medium 55 may be provided.

レーザ光源61aからのコヒーレント光は、光ファイバ64aの入射端の光カップリング部CIaでカップリングされて光ファイバ64aを伝搬し、出射端の光カップリング部COaからホログラム記録媒体55の対応する入射領域55aに出射される。同様に、レーザ光源61bからのコヒーレント光は、光カップリング部CIbでカップリングされて光ファイバ64bを伝搬し、光カップリング部CObからホログラム記録媒体55の対応する入射領域55bに出射される。レーザ光源61cからのコヒーレント光は、光カップリング部CIcでカップリングされて光ファイバ64cを伝搬し、光カップリング部COcからホログラム記録媒体55の対応する入射領域55cに出射される。光ファイバ64a、64b、64cは、中間部分が物理的に結束(バンドル)されていてもよい。   The coherent light from the laser light source 61a is coupled by the optical coupling part CIa at the incident end of the optical fiber 64a and propagates through the optical fiber 64a, and the corresponding incident light of the hologram recording medium 55 from the optical coupling part COa at the outgoing end. The light is emitted to the region 55a. Similarly, the coherent light from the laser light source 61b is coupled by the optical coupling unit CIb, propagates through the optical fiber 64b, and is emitted from the optical coupling unit COb to the corresponding incident region 55b of the hologram recording medium 55. The coherent light from the laser light source 61c is coupled by the optical coupling unit CIc, propagates through the optical fiber 64c, and is emitted from the optical coupling unit COc to the corresponding incident region 55c of the hologram recording medium 55. The optical fibers 64a, 64b, and 64c may be physically bundled (bundled) at an intermediate portion.

このような構成によれば、互いに干渉性の無いコヒーレント光は、それぞれ対応する光ファイバ内を伝搬するため、伝搬の途中で互いに混合される恐れがない。従って、より確実に各コヒーレント光を対応する入射領域のみに入射させることができる。これにより、より確実にスペックルを目立たなくさせることができる。さらに、レーザ光源61a、61b、61cを任意の位置に配置できるため、光学系の配置の制約を少なくでき、照明装置40を小型化できる。   According to such a configuration, coherent light having no coherency propagates through the corresponding optical fibers, and thus there is no possibility of being mixed with each other during propagation. Therefore, each coherent light can be incident only on the corresponding incident region more reliably. Thereby, speckle can be made inconspicuous more reliably. Furthermore, since the laser light sources 61a, 61b, 61c can be arranged at arbitrary positions, restrictions on the arrangement of the optical system can be reduced, and the illumination device 40 can be downsized.

また、上述した基本形態によれば、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。ただし、この作用効果は、主として照明装置40に起因したものである。したがって、この照明装置40を種々の態様で有用に使用することができる。例えば、照明装置40を単なる照明として用いることができ、この場合、輝度ムラ、ちらつき等の明るさのムラを目立たなくさせることができる。   Moreover, according to the basic form described above, speckle can be effectively made inconspicuous. However, this effect is mainly due to the lighting device 40. Therefore, the lighting device 40 can be usefully used in various aspects. For example, the illumination device 40 can be used as simple illumination. In this case, brightness unevenness such as brightness unevenness and flickering can be made inconspicuous.

また、上述した照明装置40をスキャナ、一例として、像読み取り装置用の照明として用いてもよい。このような例においては、照明装置40の被照明領域LZ上にスキャンされるべき対象物を配置することにより、当該対象物上に生じるスペックルを目立たなくさせることができる。結果として、従来必要であった像補正手段等を不要にすることもできる。   Moreover, you may use the illuminating device 40 mentioned above as illumination for an image reading apparatus as an example. In such an example, the speckle generated on the target object can be made inconspicuous by arranging the target object to be scanned on the illuminated region LZ of the lighting device 40. As a result, it is possible to eliminate image correction means and the like that are conventionally required.

照明装置40がスキャナに組み込まれる場合には、照明装置40による被照明領域LZが、上述した形態と同様に、面であってもよい。あるいは、照明装置40による被照明領域LZが一方向に延びる細長い領域または線状とも呼ばれるような領域であってもよい。この場合、スキャナに組み込まれた照明装置40が、前記一方向と直交する方向に沿って、対象物に対して相対移動することにより、二次元的な像情報を読み取ることも可能となる。   When the illuminating device 40 is incorporated in a scanner, the illuminated area LZ by the illuminating device 40 may be a surface as in the above-described form. Alternatively, the illuminated area LZ by the illumination device 40 may be an elongated area or a linear area extending in one direction. In this case, two-dimensional image information can be read by the illuminating device 40 incorporated in the scanner moving relative to the object along a direction orthogonal to the one direction.

またさらに、図8に示すように、光学素子50が、重ならないようにして並べて配置された複数のホログラム記録媒体55−1,55−2,・・・を含んでいても良い。図8に示された各ホログラム記録媒体55−1,55−2,・・・は、それぞれ短冊状に形成され、その長手方向と直交する方向に、隙間無く並べて配列されている。また、各ホログラム記録媒体55−1,55−2,・・・は、互いに同一の仮想面上に位置している。各ホログラム記録媒体55−1,55−2,・・・は、それぞれ、重ならないようにして並べて配置された被照明領域LZ−1,LZ−2,・・・に散乱板6の像5を生成する、言い換えると、被照明領域LZ−1,LZ−2,・・・にコヒーレント光を照明するようになっている。各被照明領域LZ−1,LZ−2,・・・は、一方向に延びる細長い領域または線状とも呼ばれるような領域として形成され、その長手方向と直交する方向に、隙間無く並べて配列されている。また、各被照明領域LZ−1,LZ−2,・・・は、互いに同一の仮想面上に位置している。   Furthermore, as shown in FIG. 8, the optical element 50 may include a plurality of hologram recording media 55-1, 55-2,... Arranged side by side so as not to overlap. Each of the hologram recording media 55-1, 55-2,... Shown in FIG. 8 is formed in a strip shape, and is arranged side by side with no gap in a direction orthogonal to the longitudinal direction. Further, the hologram recording media 55-1, 55-2,... Are located on the same virtual plane. Each hologram recording medium 55-1, 55-2,... Has an image 5 of the scattering plate 6 in the illuminated areas LZ-1, LZ-2,. Generate, in other words, illuminate the illuminated areas LZ-1, LZ-2,... With coherent light. Each of the illuminated areas LZ-1, LZ-2,... Is formed as an elongated area or a linear area extending in one direction, and arranged side by side in the direction orthogonal to the longitudinal direction without any gap. Yes. In addition, each of the illuminated areas LZ-1, LZ-2,... Is located on the same virtual plane.

図8に示された例では、次のようにして、被照明領域LZ−1,LZ−2,・・・を照明するようにしてもよい。まず、照射装置60は、各コヒーレント光が第1のホログラム記録媒体55−1の長手方向(前記一方向)に沿った入射点IP1〜IP3のうちの対応する入射点に入射するように、光学素子50の第1のホログラム記録媒体55−1へ当該コヒーレント光を照射する。第1のホログラム記録媒体55−1の各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、第1の照明領域LZ−1に重ねて線状あるいは細長状の散乱板6の像5を再生し、当該第1の照明領域LZ−1をコヒーレント光で同時に照明するようになる。所定の時間が経過すると、照射装置60は、例えばレーザアレイ62の向きを変更して、第1のホログラム記録媒体55−1に隣接する第2のホログラム記録媒体55−2上の3つの入射点にコヒーレント光を照射し、第1の被照明領域LZ−1に代えて、第1の被照明領域LZ−1に隣接する第2の被照明領域LZ−2をコヒーレント光で照明する。以下、順に各ホログラム記録媒体上の3つの入射点にコヒーレント光を照射して、当該ホログラム記録媒体に対応する被照明領域をコヒーレント光で照明していく。このような方法によれば、照明装置を移動させることなく、二次元的な像情報を読み取ることが可能となる。なお、図8においては、説明を明確化するため、入射点IP2からの再生光Lbのみを図示している。   In the example shown in FIG. 8, the illuminated areas LZ-1, LZ-2,... May be illuminated as follows. First, the irradiation device 60 is optical so that each coherent light is incident on a corresponding incident point among the incident points IP1 to IP3 along the longitudinal direction (the one direction) of the first hologram recording medium 55-1. The first hologram recording medium 55-1 of the element 50 is irradiated with the coherent light. The coherent light incident on each position of the first hologram recording medium 55-1 is superimposed on the first illumination area LZ-1 to reproduce the image 5 of the linear or elongated scattering plate 6, and the first One illumination region LZ-1 is illuminated simultaneously with coherent light. When a predetermined time elapses, the irradiation device 60 changes the direction of the laser array 62, for example, and changes the three incident points on the second hologram recording medium 55-2 adjacent to the first hologram recording medium 55-1. Then, instead of the first illuminated area LZ-1, the second illuminated area LZ-2 adjacent to the first illuminated area LZ-1 is illuminated with the coherent light. Thereafter, three incident points on each hologram recording medium are sequentially irradiated with coherent light, and the illuminated area corresponding to the hologram recording medium is illuminated with the coherent light. According to such a method, it is possible to read two-dimensional image information without moving the illumination device. In FIG. 8, only the reproduction light Lb from the incident point IP2 is shown for clarity of explanation.

(空間光変調器、投射光学系、スクリーン)
上述した形態によれば、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。ただし、この作用効果は、主として照明装置40に起因したものである。そして、この照明装置40を、種々の既知な空間光変調器、投射光学系、スクリーン等と組み合わせても、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。この点から、空間光変調器、投射光学系、スクリーンは、例示したものに限られず、種々の既知な部材、部品、装置等を用いることができる。
(Spatial light modulator, projection optical system, screen)
According to the embodiment described above, speckle can be effectively made inconspicuous. However, this effect is mainly due to the lighting device 40. Even if this lighting device 40 is combined with various known spatial light modulators, projection optical systems, screens, etc., speckles can be effectively made inconspicuous. From this point, the spatial light modulator, the projection optical system, and the screen are not limited to those illustrated, and various known members, components, devices, and the like can be used.

(投射型映像表示装置)
また、ホログラム記録媒体55が、空間光変調器30の入射面に対応した形状を有した平面状の散乱板6を用いて、干渉露光法により作製される例を示したが、これに限られず、ホログラム記録媒体55が、何らかのパターンを有した散乱板を用いて、干渉露光法により作製されてもよい。この場合、ホログラム記録媒体55によって、何らかのパターンを持った散乱板の像が再生されるようになる。言い換えると、光学素子50(ホログラム記録媒体55)は、何らかのパターンを持った被照明領域LZを照明するようになる。この光学素子50を用いる場合、空間光変調器30を、さらには投射光学系25をも上述の基本形態から省き、スクリーン15を被照明領域LZと重なる位置に配置することによって、スクリーン15上にホログラム記録媒体55に記録された何らかのパターンを表示することが可能となる。この表示装置においても、各レーザ光源61a、61b、61cからの干渉性の無いコヒーレント光がホログラム記録媒体55の対応する入射領域のみに入射することによって、スクリーン15上でのスペックルを目立たなくさせることができる。
(Projection-type image display device)
Moreover, although the example in which the hologram recording medium 55 is manufactured by the interference exposure method using the planar scattering plate 6 having a shape corresponding to the incident surface of the spatial light modulator 30 is shown, the present invention is not limited thereto. The hologram recording medium 55 may be manufactured by an interference exposure method using a scattering plate having a certain pattern. In this case, the image of the scattering plate having a certain pattern is reproduced by the hologram recording medium 55. In other words, the optical element 50 (hologram recording medium 55) illuminates the illuminated area LZ having a certain pattern. When this optical element 50 is used, the spatial light modulator 30 and the projection optical system 25 are also omitted from the basic form described above, and the screen 15 is disposed on the screen 15 by overlapping with the illuminated region LZ. Any pattern recorded on the hologram recording medium 55 can be displayed. Also in this display device, non-coherent coherent light from each of the laser light sources 61a, 61b, 61c is incident only on the corresponding incident region of the hologram recording medium 55, thereby making speckles on the screen 15 inconspicuous. be able to.

図9には、このような例の一例が開示されている。図示する例において、光学素子50は、第1〜第3のホログラム記録媒体55−1,55−2,55−3を含んでいる。第1〜第3のホログラム記録媒体55−1,55−2,55−3は、互いに重ならないように位置をずらして、光学素子50の入射面と平行な面上に配置されている。各ホログラム記録媒体55−1,55−2,55−3は、矢印の輪郭を有した像5を再生することができる、言い換えると、矢印の輪郭を有した被照明領域LZ−1,LZ−2,LZ−3をコヒーレント光で照明することができるようになっている。各ホログラム記録媒体55−1,55−2,55−3にそれぞれ対応した第1〜第3の被照明領域LZ−1,LZ−2,LZ−3は、同一の仮想面上に、互いに重ならないように配置されている。とりわけ図示する例では、各被照明領域LZ−1,LZ−2,LZ−3をなす矢印によって示される向きがすべて同一で、この向きに沿って第1〜第3被照明領域LZ−1,LZ−2,LZ−3が順に位置している。例えば、照射装置60からの各コヒーレント光が第1ホログラム記録媒体55−1上の対応する入射点IP1−1〜IP3−1に同時に入射している場合には、最も後方に位置する第1の被照明領域LZ−1が照明される。一例として次に、図9に示すように、例えばレーザアレイ62の向きを変更することで、照射装置60からの各コヒーレント光が第2ホログラム記録媒体55−2上の対応する入射点IP1−2〜IP3−2に同時に入射するようになり、真ん中に位置する第2の被照明領域LZ−2が照明される。その後、照射装置60からの各コヒーレント光が第3ホログラム記録媒体55−3上の対応する入射点IP1−3〜IP3−3に同時に入射するようになると、最も前方に位置する第3の被照明領域LZ−3が照明される。なお、図9においては、説明を明確化するため、入射点IP2−1、IP2−2、IP2−3からの再生光Lbのみを図示している。   FIG. 9 discloses an example of such an example. In the illustrated example, the optical element 50 includes first to third hologram recording media 55-1, 55-2, and 55-3. The first to third hologram recording media 55-1, 55-2, and 55-3 are arranged on surfaces parallel to the incident surface of the optical element 50 so as not to overlap each other. Each of the hologram recording media 55-1, 55-2, 55-3 can reproduce the image 5 having the outline of the arrow, in other words, the illuminated areas LZ-1, LZ- having the outline of the arrow. 2 and LZ-3 can be illuminated with coherent light. The first to third illuminated areas LZ-1, LZ-2, and LZ-3 respectively corresponding to the hologram recording media 55-1, 55-2, and 55-3 overlap each other on the same virtual plane. It is arranged not to become. In particular, in the illustrated example, the directions indicated by the arrows forming the illuminated areas LZ-1, LZ-2, and LZ-3 are all the same, and the first to third illuminated areas LZ-1, LZ-2 and LZ-3 are positioned in this order. For example, when each coherent light from the irradiation device 60 is simultaneously incident on the corresponding incident points IP1-1 to IP3-1 on the first hologram recording medium 55-1, the first rearmost position is placed. Illuminated area LZ-1 is illuminated. As an example, next, as shown in FIG. 9, for example, by changing the direction of the laser array 62, each coherent light from the irradiation device 60 corresponds to a corresponding incident point IP <b> 1-2 on the second hologram recording medium 55-2. Are incident on the IP3-2 at the same time, and the second illuminated region LZ-2 located in the middle is illuminated. Thereafter, when each coherent light from the irradiation device 60 enters the corresponding incident points IP1-3 to IP3-3 on the third hologram recording medium 55-3 at the same time, the third illuminated object positioned at the foremost position. Area LZ-3 is illuminated. In FIG. 9, only the reproduction light Lb from the incident points IP2-1, IP2-2, and IP2-3 is shown for clarity of explanation.

(照射装置)
上述した形態では、照射装置60が、ホログラム記録媒体55の板面上の直線上に位置する3つの入射点にコヒーレント光を同時に照射する例を示したが、これに限られない。図10に示すように、照射装置60からのコヒーレント光のホログラム記録媒体55への入射点IP1〜IP3は、ホログラム記録媒体55の板面上の任意の位置にあってもよい。つまり、入射点IP1〜IP3は、ホログラム記録媒体55の板面上で二次元的に位置していてもよい。なお、図10では、説明を明確化するため、入射点IP2からの再生光Lbは記載を省略している。また、図10では、説明を明確化するため、3つの入射点IP1〜IP3を示したが、前述の様にレーザアレイ62はより多くのレーザ光源を有していることが好ましい。その場合、レーザアレイ62はマトリクス状にレーザ光源を有して、これらのレーザ光源がホログラム記録媒体55の板面上にマトリクス状に位置した複数の入射点にコヒーレント光を出射しても良い。
(Irradiation device)
In the above-described embodiment, an example in which the irradiation device 60 simultaneously irradiates the coherent light to the three incident points positioned on the straight line on the plate surface of the hologram recording medium 55 has been described. As shown in FIG. 10, the incident points IP <b> 1 to IP <b> 3 of the coherent light from the irradiation device 60 to the hologram recording medium 55 may be at arbitrary positions on the plate surface of the hologram recording medium 55. That is, the incident points IP <b> 1 to IP <b> 3 may be two-dimensionally positioned on the plate surface of the hologram recording medium 55. In FIG. 10, the description of the reproduction light Lb from the incident point IP2 is omitted for clarity of explanation. Further, in FIG. 10, three incident points IP <b> 1 to IP <b> 3 are shown to clarify the explanation, but it is preferable that the laser array 62 has more laser light sources as described above. In that case, the laser array 62 may have laser light sources in a matrix, and these laser light sources may emit coherent light to a plurality of incident points positioned in a matrix on the plate surface of the hologram recording medium 55.

さらに、照射装置60のレーザ光源61a、61b、61cが、線状光線として整形されたレーザ光を発振する前提で説明してきたが、これに限られない。とりわけ、上述した形態では、光学素子50の各位置に照射されたコヒーレント光は、光学素子50によって、被照明領域LZの全域に入射するようになる光束に整形される。したがって、照射装置60の光源61a、61b、61cから光学素子50に照射されるコヒーレント光は精確に整形されていなくとも不都合は生じない。このため、光源61a、61b、61cから発生されるコヒーレント光は、発散光であってもよい。また、光源61a、61b、61cから発生されるコヒーレント光の断面形状は、円でなく、楕円等であってもよい。さらには、光源61a、61b、61cから発生されるコヒーレント光の横モードがマルチモードであってもよい。   Furthermore, although the laser light sources 61a, 61b, and 61c of the irradiation device 60 have been described on the premise that they oscillate laser light shaped as linear rays, the present invention is not limited to this. In particular, in the above-described form, the coherent light irradiated to each position of the optical element 50 is shaped by the optical element 50 into a light beam that enters the entire illuminated area LZ. Therefore, inconvenience does not occur even if the coherent light irradiated to the optical element 50 from the light sources 61a, 61b, 61c of the irradiation device 60 is not accurately shaped. For this reason, the coherent light generated from the light sources 61a, 61b, and 61c may be diverging light. Further, the cross-sectional shape of the coherent light generated from the light sources 61a, 61b, and 61c may be an ellipse or the like instead of a circle. Furthermore, the transverse mode of the coherent light generated from the light sources 61a, 61b, 61c may be a multimode.

なお、レーザ光源61a、61b、61cが発散光束を発生させる場合、コヒーレント光は、光学素子50のホログラム記録媒体55に入射する際に、点ではなくある程度の面積を持った領域に入射することになる。この場合、ホログラム記録媒体55で回折されて被照明領域LZの各位置に入射する光は、基本形態よりも角度を多重化されることになる。このような角度の多重化によって、スペックルをさらに効果的に目立たなくさせることができる。   When the laser light sources 61a, 61b, and 61c generate divergent light beams, the coherent light is incident on a region having a certain area instead of a point when entering the hologram recording medium 55 of the optical element 50. Become. In this case, the light diffracted by the hologram recording medium 55 and incident on each position of the illuminated region LZ is multiplexed with an angle rather than the basic form. Speckle can be made more inconspicuous by such multiplexing of angles.

さらに、上述した形態において、照射装置60が、発散光束に含まれる一光線の光路をたどるようにして、コヒーレント光を光学素子50へ入射させる例を示したが、これに限られない。例えば、図1に示した形態において、照射装置60は凹レンズ71を含まないようにしてもよい。この場合、各レーザ光源61a、61b、61cからのコヒーレント光が、光学素子50のホログラム記録媒体55の対応する入射領域のみに直接的に入射する。すなわち、照射装置60は、平行光束を構成する光線の光路をたどるようにして、コヒーレント光を光学素子50へ入射させるようになる。このような例では、ホログラム記録媒体55を作製する際の露光工程において、参照光Lrとして、上述した収束光束に代えて、平行光束を用いることになる。このようなホログラム記録媒体55は、より簡単に作製および複製することができる。   Furthermore, although the irradiation apparatus 60 showed the example which injects coherent light into the optical element 50 so that the optical path of one light ray contained in a divergent light beam may be followed in the form mentioned above, it is not restricted to this. For example, in the form shown in FIG. 1, the irradiation device 60 may not include the concave lens 71. In this case, coherent light from each of the laser light sources 61a, 61b, 61c is directly incident only on the corresponding incident region of the hologram recording medium 55 of the optical element 50. That is, the irradiation device 60 causes the coherent light to be incident on the optical element 50 so as to follow the optical path of the light beam constituting the parallel light flux. In such an example, a parallel light beam is used as the reference light Lr instead of the above-described convergent light beam in the exposure process when the hologram recording medium 55 is manufactured. Such a hologram recording medium 55 can be produced and duplicated more easily.

また、照射装置60が、異なる波長域のコヒーレント光を発生させる複数の光源を含んでいてもよい。この場合でも、照射装置60は、各波長域に関して、互いに干渉性が無く波長が同一のコヒーレント光をそれぞれが生成する複数の光源を含む必要がある。この例によれば、単一レーザ光では表示することが困難な色を加法混色によって生成し、当該色で被照明領域LZを照明することができる。また、この場合、投射装置20または透過型映像表示装置10において、空間光変調器30が、例えばカラーフィルタを含んでおり、各波長域のコヒーレント光毎に変調画像の形成が可能である場合には、複数色で映像を表示することが可能となる。あるいは、空間光変調器30がカラーフィルタを含んでいなくとも、照射装置60が各波長域のコヒーレント光を時分割的に照射し、且つ、空間光変調器30が、照射されている波長域のコヒーレント光に対応した変調画像を形成するように時分割的に作動する場合にも、複数色で映像を表示することが可能となる。とりわけ、投射装置20または透過型映像表示装置10において、照射装置60が、赤色光に対応する波長域のコヒーレント光を発生する光源と、緑色光に対応する波長域のコヒーレント光を発生する光源と、青色光に対応する波長域のコヒーレント光を発生する光源と、を含んでいる場合には、フルカラーで映像を表示することが可能となる。   Further, the irradiation device 60 may include a plurality of light sources that generate coherent light in different wavelength ranges. Even in this case, the irradiation device 60 needs to include a plurality of light sources each generating coherent light having the same wavelength and no interference with each wavelength region. According to this example, a color that is difficult to display with a single laser beam can be generated by additive color mixing, and the illuminated area LZ can be illuminated with that color. Further, in this case, in the projection device 20 or the transmissive image display device 10, the spatial light modulator 30 includes, for example, a color filter, and a modulated image can be formed for each coherent light in each wavelength region. Makes it possible to display images in a plurality of colors. Alternatively, even if the spatial light modulator 30 does not include a color filter, the irradiation device 60 irradiates the coherent light of each wavelength region in a time-sharing manner, and the spatial light modulator 30 is irradiated with the wavelength region. Even when operating in a time-sharing manner so as to form a modulated image corresponding to the coherent light, it is possible to display an image in a plurality of colors. In particular, in the projection device 20 or the transmissive image display device 10, the irradiation device 60 includes a light source that generates coherent light in a wavelength region corresponding to red light, and a light source that generates coherent light in a wavelength region corresponding to green light. In the case where it includes a light source that generates coherent light in a wavelength range corresponding to blue light, it is possible to display an image in full color.

なお、光学素子50に含まれるホログラム記録媒体55は、波長選択性を有している。したがって、照射装置60が異なる波長域の光源を含んでいる場合には、ホログラム記録媒体55が、各光源で発生されるコヒーレント光の波長域にそれぞれ対応したホログラム要素を、積層した状態で、含むようにしてもよい。各波長域のコヒーレント光用のホログラム要素は、例えば、図3および図4を参照しながら既に説明した方法において、露光用の光(参照光Lrおよび物体光Lo)として、対応する波長域のコヒーレント光を用いることにより、作製され得る。また、各波長域のホログラム要素を積層してホログラム記録媒体55を作製することに代え、各波長域のコヒーレント光からなる物体光Loおよび参照光Lrを、それぞれ同時にホログラム感光材料58に露光して、単一のホログラム記録媒体55によって、複数の波長域の光をそれぞれ回折するようにしてもよい。   Note that the hologram recording medium 55 included in the optical element 50 has wavelength selectivity. Therefore, when the irradiation device 60 includes light sources having different wavelength ranges, the hologram recording medium 55 includes the hologram elements corresponding to the wavelength ranges of the coherent light generated by the respective light sources in a stacked state. You may make it. The hologram element for coherent light in each wavelength region is obtained by using, for example, the coherent light in the corresponding wavelength region as exposure light (reference light Lr and object light Lo) in the method already described with reference to FIGS. It can be made by using light. Further, instead of stacking hologram elements in each wavelength region to produce the hologram recording medium 55, the object light Lo and the reference light Lr made of coherent light in each wavelength region are simultaneously exposed to the hologram photosensitive material 58, respectively. A single hologram recording medium 55 may diffract light in a plurality of wavelength ranges.

(光学素子)
上述した形態において、光学素子50が、フォトポリマーを用いた透過型の体積型ホログラム55からなる例を示したが、これに限られない。既に説明したように、光学素子50は複数のホログラム記録媒体55を含んでいてもよい。例えば、図1に示した光学素子50は入射領域55a、55b、55cに対応した3つのホログラム記録媒体を含み、各コヒーレント光が対応するホログラム記録媒体のみに入射するようにしてもよい。また、光学素子50は、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプの体積型ホログラムを含んでもよい。さらに、光学素子50は、反射型の体積型ホログラム記録媒体を含んでいてもよいし、レリーフ型(エンボス型)のホログラム記録媒体を含んでいてもよい。
(Optical element)
In the embodiment described above, an example in which the optical element 50 includes the transmission type volume hologram 55 using a photopolymer has been described, but the present invention is not limited thereto. As already described, the optical element 50 may include a plurality of hologram recording media 55. For example, the optical element 50 shown in FIG. 1 may include three hologram recording media corresponding to the incident areas 55a, 55b, and 55c, and each coherent light may enter only the corresponding hologram recording medium. Further, the optical element 50 may include a volume hologram that is recorded using a photosensitive medium including a silver salt material. Further, the optical element 50 may include a reflection type volume hologram recording medium or a relief type (emboss type) hologram recording medium.

ただし、レリーフ(エンボス)型ホログラムは、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、光量ロスのほか、意図しない新たなスペックル生成要因となる可能性があり、この点において体積型ホログラムの方が好ましい。体積型ホログラムでは、媒体内部の屈折率変調パターン(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。   However, in the relief (embossed) hologram, hologram interference fringes are recorded by the 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 cause an unintended new speckle generation in addition to the loss of light amount. In this respect, the volume type hologram is preferable. In the volume hologram, since the hologram interference fringe is recorded as a refractive index modulation pattern (refractive index distribution) inside the medium, it 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光量ロスのほか、意図しない新たなスペックル生成要因となる可能性がある。この点において、ホログラム記録媒体55としては、フォトポリマーを用いた体積型ホログラムの方が好ましい。   However, even volume holograms that are recorded using a photosensitive medium containing a silver salt material may cause scattering due to silver salt particles to cause unintended new speckle generation in addition to light loss. . In this respect, the hologram recording medium 55 is preferably a volume hologram using a photopolymer.

また、図3に示す露光工程では、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を使用してもよい。   In addition, in the exposure process shown in FIG. 3, 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 may also be used during image reproduction.

また、ホログラム記録媒体55に形成されるべき縞状パターン(屈折率変調パターンや凹凸パターン)は、現実の物体光Loおよび参照光Lrを用いることなく、予定した再生照明光Laの波長や入射方向、並びに、再生されるべき像の形状や位置等に基づき計算機を用いて設計されてもよい。このようにして得られたホログラム記録媒体55は、計算機合成ホログラムとも呼ばれる。また上述した変形例のように波長域の互いに異なる複数のコヒーレント光が照射装置60から照射される場合には、計算機合成ホログラムとしてのホログラム記録媒体55は、各波長域のコヒーレント光にそれぞれ対応して設けられた複数の領域に平面的に区分けされ、各波長域のコヒーレント光は対応する領域で回折されて像を再生するようにしてもよい。   Further, the striped pattern (refractive index modulation pattern or concave / convex pattern) to be formed on the hologram recording medium 55 does not use the actual object light Lo and reference light Lr, but the planned wavelength and incident direction of the reproduction illumination light La. In addition, it may be designed using a computer based on the shape and position of the image to be reproduced. The hologram recording medium 55 obtained in this way is also called a computer-generated hologram. When a plurality of coherent lights having different wavelength ranges are irradiated from the irradiation device 60 as in the above-described modification, the hologram recording medium 55 as a computer-generated hologram corresponds to each coherent light in each wavelength range. The coherent light in each wavelength region may be diffracted in the corresponding region to reproduce an image.

さらに、上述した形態において、光学素子50が、各位置に照射されたコヒーレント光を拡げて、当該拡げたコヒーレント光を用いて被照明領域LZの全域を照明するホログラム記録媒体55を、有している例を示したが、これに限られない。光学素子50は、ホログラム記録媒体55に代えて或いはホログラム記録媒体55に加えて、各位置に照射されたコヒーレント光の進行方向を変化させるとともに拡散させて、被照明領域LZの全域をコヒーレント光で照明する光学要素としてのレンズアレイまたは拡散板を有するようにしてもよい。このようなレンズアレイの具体例として、拡散機能を付与された全反射型または屈折型のフレネルレンズやフライアイレンズ等を挙げることができる。また、このような拡散板の具体例として、拡散機能を付与されたオパールガラス、すりガラス又は樹脂拡散板等を挙げることができる。このような照明装置40においても、照射装置60が、レンズアレイ又は拡散板にコヒーレント光を照射するようにし、且つ、照射装置60からレンズアレイ又は拡散板の各位置に入射したコヒーレント光が、それぞれレンズアレイ又は拡散板によって進行方向を変化させられて少なくとも被照明領域LZを照明するよう、照射装置60および光学素子50を構成しておくことにより、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。   Further, in the above-described embodiment, the optical element 50 includes the hologram recording medium 55 that expands the coherent light irradiated to each position and illuminates the entire illuminated area LZ using the expanded coherent light. However, the present invention is not limited to this. The optical element 50 changes or diffuses the traveling direction of the coherent light irradiated to each position instead of the hologram recording medium 55 or in addition to the hologram recording medium 55, and diffuses the entire illuminated area LZ with coherent light. You may make it have a lens array or a diffuser as an optical element to illuminate. Specific examples of such a lens array include a total reflection type or a refractive type Fresnel lens or a fly-eye lens provided with a diffusion function. Specific examples of such a diffusion plate include opal glass, frosted glass, or resin diffusion plate provided with a diffusion function. Also in such an illuminating device 40, the irradiation device 60 irradiates the lens array or the diffusion plate with coherent light, and the coherent light incident on each position of the lens array or the diffusion plate from the irradiation device 60 respectively. By configuring the irradiation device 60 and the optical element 50 so that the traveling direction is changed by the lens array or the diffusion plate to illuminate at least the illuminated area LZ, the speckle can be effectively inconspicuous. .

(照明方法)
上述した形態において、照射装置60がコヒーレント光を光学素子50上の一次元方向に並んだ各位置に照射するように構成され、且つ、光学素子50のホログラム記録媒体55、レンズアレイまたは拡散板が各位置に照射されたコヒーレント光を二次元方向に拡散するように構成され、これにより、照明装置40が二次元的な被照明領域LZを照明する例を示した。ただし、既に説明してきたように、このような例に限定されることはなく、例えば、照射装置60がコヒーレント光を光学素子50上の二次元的に並んだ各位置に照射するように構成され、且つ、光学素子50のホログラム記録媒体55、レンズアレイまたは拡散板が各位置に照射されたコヒーレント光を二次元方向に拡散するように構成され、これにより、照明装置40が二次元的な被照明領域LZを照明してもよい(図10を参照しながら、既に説明した態様)。
(Lighting method)
In the embodiment described above, the irradiation device 60 is configured to irradiate the coherent light on each position arranged in the one-dimensional direction on the optical element 50, and the hologram recording medium 55, the lens array, or the diffusion plate of the optical element 50 is provided. An example in which the coherent light irradiated to each position is configured to diffuse in a two-dimensional direction and the illumination device 40 illuminates the two-dimensional illuminated region LZ by this is shown. However, as already described, the present invention is not limited to such an example. For example, the irradiation device 60 is configured to irradiate each position on the optical element 50 that is two-dimensionally arranged with coherent light. In addition, the hologram recording medium 55, the lens array, or the diffusing plate of the optical element 50 is configured to diffuse the coherent light irradiated to each position in a two-dimensional direction. The illumination area LZ may be illuminated (aspect already described with reference to FIG. 10).

また、既に言及しているように、照射装置60がコヒーレント光を光学素子50上の一次元方向に並んだ各位置に照射するように構成され、且つ、光学素子50のホログラム記録媒体55、レンズアレイまたは拡散板が各位置に照射されたコヒーレント光を一次元方向に拡散するように構成され、これにより、照明装置40が一次元的な被照明領域LZを照明するようにしてもよい。この態様において、照射装置60によりコヒーレント光が照射される位置の配列方向と、光学素子のホログラム記録媒体55、レンズアレイまたは拡散板の拡散方向と、が平行となるようにしてもよい。   Further, as already mentioned, the irradiation device 60 is configured to irradiate each position on the optical element 50 that is aligned in the one-dimensional direction, and the hologram recording medium 55 and the lens of the optical element 50. The array or the diffusion plate may be configured to diffuse the coherent light irradiated to each position in a one-dimensional direction, and thereby the illumination device 40 may illuminate the one-dimensional illuminated area LZ. In this aspect, the arrangement direction of the positions where the coherent light is irradiated by the irradiation device 60 and the diffusion direction of the hologram recording medium 55, the lens array, or the diffusion plate of the optical element may be parallel.

さらに、照射装置60がコヒーレント光を光学素子50上の一次元方向に並んだ各位置または二次元的に並んだ各位置に照射するように構成され、且つ、光学素子50のホログラム記録媒体55、レンズアレイまたは拡散板が各位置に照射されたコヒーレント光を一次元方向に拡散するように構成されていてもよい。この態様において、既に説明したように、光学素子50が複数のホログラム記録媒体55、レンズアレイまたは拡散板を有し、各ホログラム記録媒体55、レンズアレイまたは拡散板に対応した被照明領域LZを順に照明していくことによって、照明装置40が二次元的な領域を照明するようにしてもよい。この際、各被照明領域LZが、人間の目では同時に照明されているかのような速度で、順に照明されていってもよいし、あるいは、人間の目でも順番に照明していると認識できるような遅い速度で、順に照明されていってもよい。   Further, the irradiation device 60 is configured to irradiate the coherent light on each position arranged in the one-dimensional direction on the optical element 50 or each position arranged two-dimensionally, and the hologram recording medium 55 of the optical element 50, The lens array or the diffusion plate may be configured to diffuse the coherent light irradiated to each position in a one-dimensional direction. In this aspect, as already described, the optical element 50 has a plurality of hologram recording media 55, lens arrays or diffusion plates, and the illuminated areas LZ corresponding to the hologram recording media 55, lens arrays or diffusion plates are sequentially arranged. The illumination device 40 may illuminate a two-dimensional area by illuminating. At this time, each illuminated area LZ may be sequentially illuminated at a speed as if it were illuminated simultaneously by the human eye, or it can be recognized that the illuminated area LZ is also illuminated sequentially by the human eye. It may be illuminated sequentially at such a slow speed.

(入射側光学系)
入射側光学系70は、結像光学系80から構成されてもよい。
(Incident side optical system)
The incident side optical system 70 may include an imaging optical system 80.

図11は、入射側光学系70の一変形例を説明するための図であって、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の概略構成を示す図である。図11に示すように、入射側光学系70は、各レーザ光源(コヒーレント光源)61a,61b,61cの像を光学素子50の対応する入射領域55a,55b,55cに結像させる結像光学系80から構成されている。即ち、レーザ光源61aの像は、対応する入射領域55aに結像し、レーザ光源61bの像は、対応する入射領域55bに結像し、レーザ光源61cの像は、対応する入射領域55cに結像する。光源の像面61Xは、例えば、光学素子50の入射面と平行な面であり、光学素子50内に位置している。   FIG. 11 is a diagram for explaining a modification of the incident-side optical system 70, and is a diagram illustrating a schematic configuration of the illumination device, the projection device, and the projection type video display device. As shown in FIG. 11, the incident-side optical system 70 forms an image of each laser light source (coherent light source) 61 a, 61 b, 61 c on the corresponding incident regions 55 a, 55 b, 55 c of the optical element 50. 80. That is, the image of the laser light source 61a is formed on the corresponding incident area 55a, the image of the laser light source 61b is formed on the corresponding incident area 55b, and the image of the laser light source 61c is formed on the corresponding incident area 55c. Image. The image plane 61X of the light source is, for example, a plane parallel to the incident surface of the optical element 50, and is located in the optical element 50.

結像光学系80は、凸レンズ81と凹レンズ82を有しており、レーザ光源61a、61b、61cに近い側に凸レンズ81が配置されている。レーザ光源61a,61b,61cからのコヒーレント光は、凸レンズ81と凹レンズ82をこの順番に透過して、光学素子50に入射する。凸レンズ81は、各レーザ光源61a,61b,61cの像を光学素子50の対応する入射領域55a,55b,55cに結像させる。凹レンズ82は、図1の基本形態と同様に、密集したレーザアレイ62のレーザ光源61a,61b,61cからの各コヒーレント光の光線を広げる。即ち、凹レンズ82は、スペックル低減のために、各コヒーレント光の光線の間隔を大きくする。   The imaging optical system 80 includes a convex lens 81 and a concave lens 82, and the convex lens 81 is disposed on the side close to the laser light sources 61a, 61b, 61c. The coherent light from the laser light sources 61a, 61b, and 61c passes through the convex lens 81 and the concave lens 82 in this order, and enters the optical element 50. The convex lens 81 forms images of the laser light sources 61a, 61b, and 61c on the corresponding incident areas 55a, 55b, and 55c of the optical element 50. The concave lens 82 spreads each coherent light beam from the laser light sources 61a, 61b, 61c of the dense laser array 62, as in the basic form of FIG. That is, the concave lens 82 increases the interval between the coherent light beams in order to reduce speckle.

このような構成により、前述の基本形態よりも確実に、各レーザ光源61a,61b,61cからの各コヒーレント光が光学素子50のホログラム記録媒体55上の対応する入射領域55a、55b、55cのみに入射するようになる。従って、より確実に、スクリーン15上に異なるスペックルパターンを生成できる。これらスペックルパターンは干渉せずに空間的に重畳されるので、コヒーレント光の拡散で生じるスペックルが重畳されて目立たなくなる。   With such a configuration, each coherent light from each laser light source 61a, 61b, 61c is reliably transmitted only to the corresponding incident region 55a, 55b, 55c on the hologram recording medium 55 of the optical element 50, as compared with the basic form described above. Incident. Therefore, different speckle patterns can be generated on the screen 15 more reliably. Since these speckle patterns are spatially superimposed without interference, speckles generated by the diffusion of coherent light are superimposed and become inconspicuous.

図12は、入射側光学系70の他の変形例を説明するための図であって、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の概略構成を示す図である。図12に示すように、この変形例では、結像光学系80は凹レンズ83と凸レンズ84を有しており、レーザ光源61a,61b,61cに近い側に凹レンズ83が配置されている点が、図11の例と異なる。図11の例と同様に、結像光学系80は、各レーザ光源61a,61b,61cの像を光学素子50の対応する入射領域55a,55b,55cに結像させる。   FIG. 12 is a diagram for explaining another modified example of the incident-side optical system 70, and is a diagram illustrating a schematic configuration of an illumination device, a projection device, and a projection type video display device. As shown in FIG. 12, in this modification, the imaging optical system 80 has a concave lens 83 and a convex lens 84, and the concave lens 83 is arranged on the side close to the laser light sources 61a, 61b, 61c. Different from the example of FIG. As in the example of FIG. 11, the imaging optical system 80 forms images of the laser light sources 61 a, 61 b, 61 c on the corresponding incident areas 55 a, 55 b, 55 c of the optical element 50.

レーザ光源61a,61b,61cからの平行光であるコヒーレント光は、凹レンズ83によって発散させられ、その後、凸レンズ84によって再び平行光にされる。凸レンズ84は、各レーザ光源61a,61b,61cの像を光学素子50の対応する入射領域55a,55b,55cに結像させる。つまり、この構成によれば、各コヒーレント光を効率よく分離して、光学素子50の対応する入射領域55a,55b,55cのみに入射させることができる。そして、図11の例と同様に、より確実に、スクリーン15上に異なるスペックルパターンを生成できる。   The coherent light that is parallel light from the laser light sources 61a, 61b, and 61c is diverged by the concave lens 83, and is then made parallel light again by the convex lens 84. The convex lens 84 forms images of the laser light sources 61a, 61b, and 61c on the corresponding incident areas 55a, 55b, and 55c of the optical element 50. That is, according to this configuration, each coherent light can be efficiently separated and incident only on the corresponding incident regions 55a, 55b, and 55c of the optical element 50. As in the example of FIG. 11, different speckle patterns can be generated on the screen 15 more reliably.

この例でも、光源の像面61Xは、例えば、光学素子50の入射面と平行な面であり、光学素子50内に位置している。なお、1枚のレンズ又は3枚以上のレンズを用いて結像光学系80を構成してもよい。   Also in this example, the image plane 61X of the light source is, for example, a plane parallel to the incident surface of the optical element 50 and is located in the optical element 50. The imaging optical system 80 may be configured using one lens or three or more lenses.

(変形例の組み合わせ)
なお、以上において上述した基本形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
(Combination of modified examples)
In addition, although the some modification with respect to the basic form mentioned above has been demonstrated above, naturally, it is also possible to apply combining several modifications suitably.

5 像
6 散乱板
10 投射型映像表示装置
15 スクリーン
20 投射装置
25 投射光学系
30 空間光変調器
40 照明装置
50 光学素子
55 ホログラム記録媒体
58 ホログラム感光材料
60 照射装置
61a,61b,61c レーザ光源(コヒーレント光源)
62 レーザアレイ
64a、64b、64c 光ファイバ
70 入射側光学系
71 凹レンズ
72 凸レンズ
80 結像光学系
81,84 凸レンズ
82,83 凹レンズ
LZ 被照明領域
5 Image 6 Scattering plate 10 Projection display device 15 Screen 20 Projection device 25 Projection optical system 30 Spatial light modulator 40 Illumination device 50 Optical element 55 Hologram recording medium 58 Hologram photosensitive material 60 Irradiation devices 61a, 61b, 61c Laser light source ( Coherent light source)
62 Laser array 64a, 64b, 64c Optical fiber 70 Incident side optical system 71 Concave lens 72 Convex lens 80 Imaging optical system 81, 84 Convex lens 82, 83 Concave lens LZ Illuminated area

Claims (14)

コヒーレント光を拡散し得る光学素子と、
同一波長のコヒーレント光を出射する複数のコヒーレント光源と、を備え、
前記光学素子は複数の入射領域を有し、
各コヒーレント光源からの前記コヒーレント光は、前記光学素子の対応する入射領域に入射し、
前記光学素子の各入射領域に入射して拡散されたコヒーレント光は、それぞれ、少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明することを特徴とする照明装置。
An optical element capable of diffusing coherent light;
A plurality of coherent light sources that emit coherent light of the same wavelength, and
The optical element has a plurality of incident areas;
The coherent light from each coherent light source is incident on a corresponding incident region of the optical element;
The coherent light that has entered and diffused into each incident region of the optical element illuminates regions that overlap each other at least in part.
前記複数のコヒーレント光源と、前記光学素子との間に、前記コヒーレント光を前記光学素子の各入射領域に導く入射側光学系を備えることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。   The illumination apparatus according to claim 1, further comprising an incident side optical system that guides the coherent light to each incident region of the optical element between the plurality of coherent light sources and the optical element. 前記入射側光学系は、前記各コヒーレント光源の像を前記光学素子の対応する入射領域に結像させる結像光学系から構成されることを特徴とする請求項2に記載の照明装置。   The illumination apparatus according to claim 2, wherein the incident side optical system includes an imaging optical system that forms an image of each of the coherent light sources in a corresponding incident region of the optical element. 各コヒーレント光源と、前記光学素子の対応する入射領域との間に、前記コヒーレント光を前記光学素子の対応する入射領域に導く光ファイバを備えることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。   The illumination device according to claim 1, further comprising an optical fiber that guides the coherent light to a corresponding incident region of the optical element between each coherent light source and the corresponding incident region of the optical element. 前記光学素子は、ホログラム記録媒体であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の照明装置。   The illumination device according to claim 1, wherein the optical element is a hologram recording medium. 前記光学素子は、入射光の進行方向を変化させるレンズアレイであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の照明装置。   The illumination device according to claim 1, wherein the optical element is a lens array that changes a traveling direction of incident light. 前記光学素子は、入射光の進行方向を変化させる拡散板であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の照明装置。   The illumination device according to claim 1, wherein the optical element is a diffusion plate that changes a traveling direction of incident light. 前記拡散板は、オパールガラス、すりガラス又は樹脂拡散板であることを特徴とする請求項7に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 7, wherein the diffusion plate is opal glass, ground glass, or a resin diffusion plate. 前記複数のコヒーレント光源は、レーザアレイに内蔵されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の照明装置。   The illumination device according to any one of claims 1 to 8, wherein the plurality of coherent light sources are built in a laser array. 前記複数のコヒーレント光源は、独立した複数のレーザ光源であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の照明装置。   The illuminating device according to claim 1, wherein the plurality of coherent light sources are independent laser light sources. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置からのコヒーレント光によって照明される位置に配置された空間光変調器と、を備える投射装置。
The lighting device according to any one of claims 1 to 10,
A spatial light modulator disposed at a position illuminated by coherent light from the illumination device.
前記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を、さらに備える、請求項11に記載の投射装置。   The projection apparatus according to claim 11, further comprising a projection optical system that projects a modulated image obtained on the spatial light modulator onto a screen. 請求項11または12に記載の投射装置と、
前記空間光変調器上に得られる変調画像を投射されるスクリーンと、を備える、投射型映像表示装置。
A projection device according to claim 11 or 12,
And a screen on which a modulated image obtained on the spatial light modulator is projected.
請求項1〜10のいずれか一項に記載の照明装置と、
前記照明装置からのコヒーレント光によって照明される位置に配置されたスクリーンと、を備える、投射型映像表示装置。
The lighting device according to any one of claims 1 to 10,
A projection-type image display device comprising: a screen disposed at a position illuminated by coherent light from the illumination device.
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