JP2013228480A - 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 that can effectively make speckle inconspicuous.SOLUTION: An optical element 50 includes hologram elements 55a, 55b for diffracting corresponding coherent light La, Lb. The coherent light La, Lb diffracted by the hologram elements 55a, 55b illuminate at least a region LZ to be illuminated. When the angles which, with respect to the traveling directions of the coherent light La, Lb incident upon the hologram elements 55a, 55b, the traveling directions of the coherent light La, Lb diffracted by the hologram elements 55a, 55b and traveling to the region LZ to be illuminated form angles defined as ψa,ψb, the maximum of absolute value of ψa is lower than the maximum of absolute value of ψb.

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。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. 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である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 coherent light such as laser light. When speckle is generated on a screen, it is observed as a spotted brightness unevenness and observed. 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、スクリーン上で視認され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 visually recognized 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.

ところで、単一の光源から生成されるコヒーレント光は、レーザ光に代表されるように、典型的には単色光である。また、実用可能な光源から発生されるコヒーレント光は、特定波長(域)の光に限定される。その一方で、今日における多くの場合、単一の光源では表示することのできない所望の色や、複数の色、典型的にはフルカラーで、被照明領域を照明する或いは映像を表示することが望まれている。したがって、実際に開発される照明装置、投射装置および投射型映像表示装置は、今日における多様な用途に対応すべく、波長域が互いに異なる複数のコヒーレント光で被照明領域を照明すること、或いは、波長域が互いに異なる複数のコヒーレント光を用いて映像を表示することにも、好適に適用可能であることが好ましい。   Incidentally, coherent light generated from a single light source is typically monochromatic light, as represented by laser light. Further, coherent light generated from a practical light source is limited to light of a specific wavelength (range). On the other hand, in many cases today, it is desirable to illuminate the illuminated area or display an image in a desired color that cannot be displayed with a single light source, or in multiple colors, typically full color. It is rare. Therefore, the illumination device, the projection device, and the projection type image display device that are actually developed can illuminate the illuminated region with a plurality of coherent lights having different wavelength ranges in order to correspond to various applications today, or It is preferable that the present invention can be suitably applied to displaying an image using a plurality of coherent lights having different wavelength ranges.

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、波長域が互いに異なる複数の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提供すること、並びに、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 present invention has been made in consideration of the above points, and is an illuminating apparatus that illuminates an illuminated area with a plurality of coherent lights having different wavelength ranges, and can make speckles inconspicuous It is another object of the present invention to provide a projection apparatus and a projection-type image display apparatus including the illumination apparatus.

本発明による第1の照明装置は、
第1ホログラム素子および第2ホログラム素子を含む光学素子と、
第1波長域の第1コヒーレント光が前記第1ホログラム素子上を走査し且つ前記第1波長域よりも長波長側にある第2波長域の第2コヒーレント光が前記第2ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置から前記第1ホログラム素子の各位置に入射した前記第1コヒーレント光が、それぞれ、前記第1ホログラム素子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し、前記照射装置から前記第2ホログラム素子の各位置に入射した前記第2コヒーレント光が、それぞれ、前記ホログラム素子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し、前記第1コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第2コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記第1ホログラム素子に入射する前記第1コヒーレント光の進行方向に対して、前記第1ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第1コヒーレント光の進行方向が成す角度をψaとし、前記第2ホログラム素子に入射する前記第2コヒーレント光の進行方向に対して、前記第2ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第2コヒーレント光の進行方向が成す角度をψbとすると、
ψaの絶対値の最大値が、ψbの絶対値の最大値よりも小さくなる。
A first lighting device according to the present invention comprises:
An optical element including a first hologram element and a second hologram element;
The first coherent light in the first wavelength region scans on the first hologram element, and the second coherent light in the second wavelength region on the longer wavelength side than the first wavelength region scans on the second hologram element. And an irradiation device that irradiates the optical element with a plurality of coherent lights having different wavelength ranges, and
The first coherent light incident on each position of the first hologram element from the irradiation device illuminates a region that is diffracted by the first hologram element and overlaps each other at least in part, and the second from the irradiation device. The second coherent light incident on each position of the hologram element illuminates a region that is diffracted by the hologram element and at least partially overlaps each other, and is illuminated so as to overlap with the first coherent light; The at least a portion illuminated in an overlapping manner by the second coherent light overlaps at least in part.
An angle formed by the traveling direction of the first coherent light that is diffracted by the first hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the first coherent light incident on the first hologram element is denoted by ψa. The angle formed by the traveling direction of the second coherent light that is diffracted by the second hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the second coherent light incident on the second hologram element is ψb Then,
The maximum absolute value of ψa is smaller than the maximum absolute value of ψb.

本発明による第2の照明装置は、
第1ホログラム素子、第2ホログラム素子および第3ホログラム素子を含む光学素子と、
第1波長域の第1コヒーレント光が前記第1ホログラム素子上を走査し、前記第1波長域よりも長波長側にある第2波長域の第2コヒーレント光が前記第2ホログラム素子上を走査し且つ前記第2波長域よりも長波長側にある第3波長域の第3コヒーレント光が前記第3ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置から前記第1ホログラム素子の各位置に入射した前記第1コヒーレント光が、それぞれ、前記第1ホログラム素子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し、前記照射装置から前記第2ホログラム素子の各位置に入射した前記第2コヒーレント光が、それぞれ、前記ホログラム素子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し、前記照射装置から前記第3ホログラム素子の各位置に入射した前記第3コヒーレント光が、それぞれ、前記ホログラム素子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し、前記第1コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第2コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第3コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記第1ホログラム素子に入射する前記第1コヒーレント光の進行方向に対して、前記第1ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第1コヒーレント光の進行方向が成す角度をψaとし、前記第2ホログラム素子に入射する前記第2コヒーレント光の進行方向に対して、前記第2ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第2コヒーレント光の進行方向が成す角度をψbとし、前記第3ホログラム素子に入射する前記第3コヒーレント光の進行方向に対して、前記第3ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第3コヒーレント光の進行方向が成す角度をψcとすると、
ψaの絶対値の最大値が、ψbの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、
ψaの絶対値の最大値が、ψcの絶対値の最大値よりも小さくなる。
A second lighting device according to the present invention comprises:
An optical element including a first hologram element, a second hologram element, and a third hologram element;
The first coherent light in the first wavelength region scans on the first hologram element, and the second coherent light in the second wavelength region on the longer wavelength side than the first wavelength region scans on the second hologram element. In addition, the optical element is irradiated with a plurality of coherent lights having different wavelength ranges so that the third coherent light in the third wavelength range that is longer than the second wavelength range scans the third hologram element. An irradiating device,
The first coherent light incident on each position of the first hologram element from the irradiation device illuminates a region that is diffracted by the first hologram element and overlaps each other at least in part, and the second from the irradiation device. The second coherent light incident on each position of the hologram element illuminates a region that is diffracted by the hologram element and overlaps at least partially, and is incident on each position of the third hologram element from the irradiation device Each of the third coherent lights is diffracted by the hologram element and illuminates a region that overlaps at least a part of the third coherent light, and overlaps the at least a part of the third coherent light that is illuminated so as to overlap by the first coherent light. Illuminated Wherein at least a portion, at least a portion is illuminated to overlap by the third coherent light overlaps at least part of the range,
An angle formed by the traveling direction of the first coherent light that is diffracted by the first hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the first coherent light incident on the first hologram element is denoted by ψa. The angle formed by the traveling direction of the second coherent light that is diffracted by the second hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the second coherent light incident on the second hologram element is ψb And an angle formed by the traveling direction of the third coherent light that is diffracted by the third hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the third coherent light incident on the third hologram element. If ψc,
the maximum absolute value of ψa is smaller than the maximum absolute value of ψb, and
The maximum absolute value of ψa is smaller than the maximum absolute value of ψc.

本発明による第2の照明装置において、前記第1波長域は第1の原色成分に対応し、前記第2波長域は第2の原色成分に対応し、前記第3波長域は第3の原色成分に対応していてもよい。   In the second illumination device according to the present invention, the first wavelength range corresponds to a first primary color component, the second wavelength range corresponds to a second primary color component, and the third wavelength range corresponds to a third primary color. It may correspond to an ingredient.

本発明による第2の照明装置において、ψbの絶対値の最大値が、ψcの絶対値の最大値よりも小さくなっていてもよい。この場合、前記第1ホログラム素子、前記第2ホログラム素子および前記第3ホログラム素子は、この順番で一平面上に配列されていてもよい。   In the second lighting device according to the present invention, the maximum absolute value of ψb may be smaller than the maximum absolute value of ψc. In this case, the first hologram element, the second hologram element, and the third hologram element may be arranged on one plane in this order.

本発明による第2の照明装置において、ψbの絶対値の最大値は、ψcの絶対値の最大値と同一となっていてもよい。この場合、前記第2ホログラム素子および前記第3ホログラム素子は、前記第1ホログラム素子を中心として、対称的に配置されていてもよい。   In the second lighting device according to the present invention, the maximum absolute value of ψb may be the same as the maximum absolute value of ψc. In this case, the second hologram element and the third hologram element may be arranged symmetrically about the first hologram element.

本発明による第1または第2の照明装置において、各ホログラム素子は、レリーフ型の計算機合成ホログラムであってもよい。   In the first or second illumination device according to the present invention, each hologram element may be a relief type computer-generated hologram.

本発明による投射装置は、
上述した本発明による第1または第2の照明装置のいずれかと、
前記照明装置からの各コヒーレント光によって照明される空間光変調器と、を備える。
The projection apparatus according to the present invention
Either the first or second lighting device according to the invention as described above;
A spatial light modulator illuminated by each coherent light from the illumination device.

本発明による投射装置は、前記照明装置と空間光変調器との間に配置されたインテグレーターロッドをさらに備えていてもよい。   The projection device according to the present invention may further include an integrator rod disposed between the illumination device and the spatial light modulator.

本発明による投射装置は、前記インテグレーターロッドから前記空間光変調器までの間に配置されたリレー光学系を、さらに備えていてもよい。   The projection apparatus according to the present invention may further include a relay optical system disposed between the integrator rod and the spatial light modulator.

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のいずれかと、
前記空間光変調器上に得られる変調画像を投影されるスクリーンと、を備える。
A first projection display apparatus according to the present invention is:
Any of the projection devices according to the invention described above;
And a screen on which the 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のいずれかと、
前記照明装置からの各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:
Any of the lighting devices according to the invention described above;
And a screen arranged at a position illuminated by each coherent light from the illumination device.

本発明による第1の光学素子は、
透過型の第1ホログラム素子および透過型の第2ホログラム素子を備え
前記第1ホログラム素子は、前記第1ホログラム素子の各位置に入射した、第1波長域の第1コヒーレント光が、それぞれ、前記第1ホログラム素子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よう構成されており、
前記第2ホログラム素子は、前記第2ホログラム素子の各位置に入射した、前記第1波長域よりも長波長側にある第2波長域の第2コヒーレント光が、それぞれ、前記第2ホログラム素子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よう構成されており、
前記第1コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第2コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記第1ホログラム素子に入射する前記第1コヒーレント光の進行方向に対して、前記第1ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第1コヒーレント光の進行方向が成す角度をψaとし、前記第2ホログラム素子に入射する前記第2コヒーレント光の進行方向に対して、前記第2ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第2コヒーレント光の進行方向が成す角度をψbとすると、
ψaの絶対値の最大値が、ψbの絶対値の最大値よりも小さくなる。
The first optical element according to the present invention comprises:
The first hologram element includes a transmission-type first hologram element and a transmission-type second hologram element, and the first hologram element receives first coherent light in a first wavelength region that is incident on each position of the first hologram element, respectively. It is configured to illuminate areas that are diffracted by the first hologram element and at least partially overlap each other,
In the second hologram element, second coherent light in a second wavelength range that is incident on each position of the second hologram element and is on a longer wavelength side than the first wavelength range is respectively the second hologram element. Configured to illuminate areas that are diffracted and at least partially overlap each other;
The at least a portion illuminated to overlap by the first coherent light and the at least a portion illuminated to overlap by the second coherent light overlap at least in a range;
An angle formed by the traveling direction of the first coherent light that is diffracted by the first hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the first coherent light incident on the first hologram element is denoted by ψa. The angle formed by the traveling direction of the second coherent light that is diffracted by the second hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the second coherent light incident on the second hologram element is ψb Then,
The maximum absolute value of ψa is smaller than the maximum absolute value of ψb.

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を説明するための図であって、一実施の形態としての照明装置、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 an embodiment according to the present invention, and is a diagram showing a schematic configuration of an illumination device, a projection device, and a projection type video display device as an embodiment. 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、各コヒーレント光が照明する一部分が少なくとも一部の範囲において重なる様子を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which a part illuminated by each coherent light overlaps at least in a part of the range. 図4は、被照明領域と重なるよう配置された空間光変調器を通った光がスクリーンに到達する様子を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which light that has passed through the spatial light modulator arranged so as to overlap the illuminated area reaches the screen. 図5Aは、図2に示された照明装置の光学素子の配置を説明するための図である。FIG. 5A is a diagram for explaining the arrangement of optical elements of the illumination device shown in FIG. 2. 図5Bは、ホログラム素子に入射する光とホログラム素子で回折される光との関係を説明するための斜視図である。FIG. 5B is a perspective view for explaining the relationship between light incident on the hologram element and light diffracted by the hologram element. 図5C(a)(b)(c)は、ホログラム素子に入射する光とホログラム素子で回折される光との関係を説明するための断面図である。5C (a), (b), and (c) are cross-sectional views for explaining the relationship between light incident on the hologram element and light diffracted by the hologram element. 図6は、図1に示された照明装置の作用を説明するための斜視図である。FIG. 6 is a perspective view for explaining the operation of the lighting device shown in FIG. 図7は、図1に対応する図であって、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の一変形例を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. 1 and is a diagram for explaining a modification of the illumination device, the projection device, and the projection type video display device. 図8は、図5に示された照明装置の光学素子の配置を説明するための図である。FIG. 8 is a view for explaining the arrangement of the optical elements of the illumination device shown in FIG. 図9は、図8に対応する図であって、光学素子の一変形例を示す図である。FIG. 9 is a view corresponding to FIG. 8 and showing a modification of the optical element. 図10は、図1に対応する図であって、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の一変形例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 1 and is a diagram for explaining a modification of the illumination device, the projection device, and the projection type video display device. 図11は、図6に対応する図であって、照射装置の一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. 11 is a diagram corresponding to FIG. 6, and is a perspective view for explaining a modification of the irradiation apparatus and its operation.

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.

図1〜図11は、本発明の一実施の形態に係る光学素子、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6を参照して、一実施の形態に係る光学素子、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、図7〜図11を適宜参照しながら、一実施の形態に係る光学素子、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. 1-11 is a figure for demonstrating the optical element which concerns on one embodiment of this invention, an illuminating device, a projection apparatus, a projection type video display apparatus, and its modification. Among these, with reference to FIGS. 1-6, the optical element which concerns on one Embodiment, an illuminating device, a projection apparatus, and a projection type video display apparatus are demonstrated. Thereafter, an example of a modification to the optical element, the illumination device, the projection device, and the projection type video display device according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 11 as appropriate.

〔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6を参照して説明する。
〔Constitution〕
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である映像光は、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 image light, which is a modulated image obtained in this way, is projected onto the screen 15 by the projection optical system 25 at the same magnification or scaled. As a result, the modulated image is displayed on the screen 15 at the same magnification or scaled (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。   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.

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.

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、時間的に角度変化するコヒーレント光で、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拡散光で被照明領域LZを照明するが、この拡散光の入射角度が経時的に変化していく。この結果、スクリーン15上でのコヒーレント光の拡散パターンも時間的に変化するようになり、コヒーレント光の拡散で生じるスペックルが時間的に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 display apparatus 10 described here, the illumination apparatus 40 described below illuminates the illuminated area LZ on which the spatial light modulator 30 is superimposed with coherent light that changes in angle with time. It is like that. More specifically, the illuminating device 40 described below illuminates the illuminated region LZ with diffused light composed of coherent light, and the incident angle of this diffused light changes over time. As a result, the diffusion pattern of the coherent light on the screen 15 also changes with time, and speckles generated by the diffusion of the coherent light are temporally superimposed and become inconspicuous. Hereinafter, such an illuminating device 40 will be described in more detail.

図1に示された照明装置40は、入射したコヒーレント光を回折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、照射装置60からのコヒーレント光を拡散させる又は拡げる機能を有した素子である。このような光学素子50は、例えば、ホログラム素子55から形成され得る。ホログラム素子55として、種々の公知のホログラフィック光学素子を用いることができる。具体例として、ホログラム素子55は、透過型の体積ホログラムやレリーフ型計算機合成ホログラムから形成され得る。   The illumination device 40 shown in FIG. 1 diffracts incident coherent light and directs the traveling direction of the coherent light toward the illuminated region LZ, an irradiation device 60 that irradiates the optical element 50 with coherent light, have. The optical element 50 is an element having a function of diffusing or expanding coherent light from the irradiation device 60. Such an optical element 50 can be formed from a hologram element 55, for example. Various known holographic optical elements can be used as the hologram element 55. As a specific example, the hologram element 55 can be formed of a transmission type volume hologram or a relief type computer-generated hologram.

図示する例において、光学素子50をなしているホログラム素子55は、一平面上に隣接して並べられた第1ホログラム素子55a,第2ホログラム素子55bおよび第3ホログラム素子55cを有している。このうち第1ホログラム素子55aは、第1波長域の第1コヒーレント光Laに対応して設けられ、第2ホログラム素子55bは、第1波長域よりも長波長側にある第2波長域の第2コヒーレント光Lbに対応して設けられ、第3ホログラム素子55cは、第2波長域よりも長波長側にある第3波長域の第3コヒーレント光Lcに対応して設けられている。   In the illustrated example, the hologram element 55 constituting the optical element 50 includes a first hologram element 55a, a second hologram element 55b, and a third hologram element 55c arranged adjacent to each other on one plane. Of these, the first hologram element 55a is provided corresponding to the first coherent light La in the first wavelength range, and the second hologram element 55b is the second wavelength range in the second wavelength range that is longer than the first wavelength range. The third hologram element 55c is provided so as to correspond to the third coherent light Lc in the third wavelength region that is longer than the second wavelength region.

具体的には、第1ホログラム素子55aは、照射装置60から照射される第1コヒーレント光Laを再生照明光として受けて、当該第1コヒーレント光Laを高効率で回折することができる。とりわけ、第1ホログラム素子55a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した第1コヒーレント光Laが、それぞれ、第1ホログラム素子55a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から第1ホログラム素子55aの各位置に入射した第1コヒーレント光Laは、それぞれ、第1ホログラム素子55aで回折されて、後述する図2において符号LZaで示されている部分を少なくとも照明するようになっている。   Specifically, the first hologram element 55a can receive the first coherent light La emitted from the irradiation device 60 as reproduction illumination light, and can diffract the first coherent light La with high efficiency. In particular, the first hologram element 55a is diffracted by the first hologram element 55a so that the first coherent light La incident on each position, in other words, each minute region that should also be called each point, is at least partially diffracted from each other. Illuminate the overlapping areas. In particular, in the embodiment described here, the first coherent light La incident on each position of the first hologram element 55a from the irradiation device 60 is diffracted by the first hologram element 55a, and is denoted by reference numeral LZa in FIG. At least the portion shown is illuminated.

このような第1ホログラム素子55aについて、図2を参照して詳細に説明する。なお図2においては、便宜上、ホログラム素子55a,55b,55cのうち第1ホログラム素子55aのみを示している。図2に示すように、第1ホログラム素子55aは、照射装置60から第1ホログラム素子55aの各位置に入射したコヒーレント光Laが、第1ホログラム素子55aで拡散されて(拡げられて)少なくとも符号LZaで示されている一部分に入射するよう、構成されている。例えば、第1ホログラム素子55aのうち符号(1)で示されている上部位置に入射したコヒーレント光Laは、第1ホログラム素子55aで回折されて符号LZa(1)で示されている領域を照明する。また、第1ホログラム素子55aのうち符号(2)で示されている下部位置に入射したコヒーレント光Laは、第1ホログラム素子55aで回折されて符号LZa(2)で示されている領域を照明する。ここで図2に示されるように、領域LZa(1)および領域LZa(2)は、少なくとも符号LZaで示されている一部分において重なり合うようになっている。また、図示はしないが、第1ホログラム素子55aのその他の各位置において回折されたコヒーレント光Laも、少なくとも符号LZaで示されている一部分を含む領域を照明するようになっている。言い換えると、第1ホログラム素子55aは、符号LZaで示されている一部分に、第1コヒーレント光を散乱する散乱板の像を再生することができるようになっている。   The first hologram element 55a will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 2, for convenience, only the first hologram element 55a is shown among the hologram elements 55a, 55b, and 55c. As shown in FIG. 2, the first hologram element 55a has at least the sign that the coherent light La incident on each position of the first hologram element 55a from the irradiation device 60 is diffused (expanded) by the first hologram element 55a. It is configured to be incident on a part indicated by LZa. For example, the coherent light La incident on the upper position indicated by reference numeral (1) in the first hologram element 55a is diffracted by the first hologram element 55a to illuminate the area indicated by reference sign LZa (1). To do. Further, the coherent light La incident on the lower position indicated by the reference numeral (2) in the first hologram element 55a is diffracted by the first hologram element 55a to illuminate the area indicated by the reference sign LZa (2). To do. Here, as shown in FIG. 2, the region LZa (1) and the region LZa (2) are overlapped at least in a part indicated by the reference symbol LZa. Although not shown, the coherent light La diffracted at other positions of the first hologram element 55a also illuminates a region including at least a portion indicated by the symbol LZa. In other words, the first hologram element 55a can reproduce the image of the scattering plate that scatters the first coherent light in a part indicated by the symbol LZa.

同様に、第2ホログラム素子55bは、照射装置60から照射される第2コヒーレント光Lbを再生照明光として受けて、当該第2コヒーレント光Lbを高効率で回折することができる。とりわけ、第2ホログラム素子55b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した第2コヒーレント光Lbが、それぞれ、第2ホログラム素子55bで回折されて少なくとも一部分LZbにおいて互いに重なり合う領域を照明するようになっている。言い換えると、第2ホログラム素子55bは、一部分LZbに、第2コヒーレント光を散乱する散乱板の像を再生することができるようになっている。   Similarly, the second hologram element 55b can receive the second coherent light Lb irradiated from the irradiation device 60 as reproduction illumination light, and can diffract the second coherent light Lb with high efficiency. In particular, the second hologram element 55b is diffracted by the second hologram element 55b and is at least partially at LZb. The second coherent light Lb incident on each position, in other words, each minute region that should be called each point, is diffracted by the second hologram element 55b. Areas that overlap each other are illuminated. In other words, the second hologram element 55b can reproduce the image of the scattering plate that scatters the second coherent light in part LZb.

さらに、第3ホログラム素子55cは、照射装置60から照射される第3コヒーレント光Lcを再生照明光として受けて、当該第3コヒーレント光Lcを高効率で回折することができる。とりわけ、第3ホログラム素子55c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した第3コヒーレント光Lcが、それぞれ、第3ホログラム素子55cで回折されて少なくとも一部分LZcにおいて互いに重なり合う領域を照明するようになっている。言い換えると、第3ホログラム素子55cは、一部分LZcに、第3コヒーレント光を散乱する散乱板の像を再生することができるようになっている。   Further, the third hologram element 55c can receive the third coherent light Lc irradiated from the irradiation device 60 as reproduction illumination light, and can diffract the third coherent light Lc with high efficiency. In particular, the third hologram element 55c is diffracted by the third hologram element 55c and is at least partially in the LZc. The third coherent light Lc incident on each position, in other words, each minute region that should be called each point, is diffracted by the third hologram element 55c. Areas that overlap each other are illuminated. In other words, the third hologram element 55c can reproduce an image of the scattering plate that scatters the third coherent light in part LZc.

また各ホログラム素子55a,55b,55cは、図3に示すように、第1ホログラム素子55aの各位置において回折された第1コヒーレント光Laが互いに重なり合う一部分LZaと、第2ホログラム素子55bの各位置において回折された第2コヒーレント光Lbが互いに重なり合う一部分LZbと、第3ホログラム素子55cの各位置において回折された第3コヒーレント光Lcが互いに重なり合う一部分LZcとが、符号LZによって示されるような少なくとも一部の範囲において重なるように構成されている。言い換えると、各ホログラム素子55a,55b,55cは、図1や図3において符号LZで示される範囲に、各コヒーレント光La,Lb,Lcを散乱する散乱板の像5を再生することができるようになっている。   Further, as shown in FIG. 3, each hologram element 55a, 55b, 55c includes a portion LZa where the first coherent light La diffracted at each position of the first hologram element 55a overlaps each other, and each position of the second hologram element 55b. At least one portion LZb in which the second coherent light Lb diffracted in step S1 overlaps with each other, and a portion LZc in which the third coherent light Lc diffracted in each position of the third hologram element 55c overlaps with each other, as indicated by reference numeral LZ. It is comprised so that it may overlap in the range of a part. In other words, each hologram element 55a, 55b, 55c can reproduce the image 5 of the scattering plate that scatters each coherent light La, Lb, Lc in the range indicated by the symbol LZ in FIGS. It has become.

以下の説明において、各ホログラム素子55a,55b,55cの各位置において回折された各コヒーレント光La,Lb,Lcが重なっている範囲を被照明領域LZとも称する。そして図1に示されているように、上述の空間光変調器30は、被照明領域LZと重なるよう配置される。図4は、光学素子50のホログラム素子55の各位置において回折された各コヒーレント光が空間光変調器30によって変調されてスクリーン15に到達する様子を示す図である。なお図4においては、簡単のため、各ホログラム素子55a,55b,55cおよび各コヒーレント光La,Lb,Lcのうち第1ホログラム素子55aおよび第1コヒーレント光Laのみが示されている。   In the following description, a range in which the coherent lights La, Lb, and Lc diffracted at the respective positions of the hologram elements 55a, 55b, and 55c overlap is also referred to as an illuminated area LZ. And as FIG. 1 shows, the above-mentioned spatial light modulator 30 is arrange | positioned so that it may overlap with the to-be-illuminated area | region LZ. FIG. 4 is a diagram showing how each coherent light diffracted at each position of the hologram element 55 of the optical element 50 is modulated by the spatial light modulator 30 and reaches the screen 15. In FIG. 4, for the sake of simplicity, only the first hologram element 55a and the first coherent light La among the hologram elements 55a, 55b, and 55c and the coherent lights La, Lb, and Lc are shown.

このようなコヒーレント光の回折作用を可能にする各ホログラム素子55a,55b,55cとして、例えば、特定の再生照明光を受けた場合に、被照明領域LZに散乱板の像をそれぞれ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ることができる。   As each of the hologram elements 55a, 55b, and 55c enabling the diffraction action of such coherent light, for example, when receiving specific reproduction illumination light, the image of the scattering plate can be reproduced in the illuminated region LZ. A relief hologram as a computer-generated hologram (CGH) having a concavo-convex shape designed using a computer can be used.

一方、このようなホログラム素子55a,55b,55cを含むホログラム素子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。   On the other hand, the irradiation device 60 that irradiates the optical element 50 including the hologram element 55 including the hologram elements 55a, 55b, and 55c with the coherent light can be configured as follows.

照射装置60は、互いに異なる波長域の複数のコヒーレント光を合成してなる合成光SLを光学素子50に照射するようになっている。図1に示された例では、照射装置60は、第1波長域の第1コヒーレント光Laを発振する第1光源61aと、第1波長域よりも長波長側にある第2波長域の第2コヒーレント光Lbを発振する第2光源61bと、第2波長域よりも長波長側にある第3波長域の第3コヒーレント光Lcを発振する第3光源61cと、各コヒーレント光La,Lb,Lcを合成する合成デバイス62と、を有している。例えば、第1波長域は第1の原色成分(青色成分)に対応し、第2波長域が第1波長域よりも長波長側の第2の原色成分(緑色成分)に対応し、且つ、第3波長域が第2波長域よりも長波長側の第3の原色成分(赤色成分)に対応している。この場合、照射装置60は、第1〜第3の原色成分の加法混色によって白色光を照射することができる。なお「第1波長域よりも長波長側にある第2波長域」とは、第2波長域の第2コヒーレント光Lbのピーク波長が、第1波長域の第1コヒーレント光Laのピーク波長よりも大きいことを意味している。同様に、「第2波長域よりも長波長側にある第3波長域」とは、第3波長域の第3コヒーレント光Lcのピーク波長が、第2波長域の第2コヒーレント光Lbのピーク波長よりも大きいことを意味している。   The irradiation device 60 is configured to irradiate the optical element 50 with a combined light SL obtained by combining a plurality of coherent lights having different wavelength ranges. In the example shown in FIG. 1, the irradiation device 60 includes a first light source 61a that oscillates the first coherent light La in the first wavelength range, and a second wavelength range that is longer than the first wavelength range. A second light source 61b that oscillates the two coherent light Lb, a third light source 61c that oscillates the third coherent light Lc in the third wavelength region that is longer than the second wavelength region, and each of the coherent lights La, Lb, And a synthesis device 62 that synthesizes Lc. For example, the first wavelength region corresponds to the first primary color component (blue component), the second wavelength region corresponds to the second primary color component (green component) on the longer wavelength side than the first wavelength region, and The third wavelength region corresponds to the third primary color component (red component) on the longer wavelength side than the second wavelength region. In this case, the irradiation device 60 can irradiate white light by additive color mixing of the first to third primary color components. The “second wavelength region on the longer wavelength side than the first wavelength region” means that the peak wavelength of the second coherent light Lb in the second wavelength region is greater than the peak wavelength of the first coherent light La in the first wavelength region. Also means big. Similarly, “the third wavelength region that is longer than the second wavelength region” means that the peak wavelength of the third coherent light Lc in the third wavelength region is the peak of the second coherent light Lb in the second wavelength region. It means that it is larger than the wavelength.

合成デバイス62としては、二つの光を合成する種々の部材、部品、装置等を用いることができる。図示する例においては、クロスダイクロックプリズム等と比較して安価で小型であるといった利点を有するダイクロイックミラーが、合成デバイス62として用いられている。   As the synthesizing device 62, various members, components, apparatuses, and the like that synthesize two lights can be used. In the illustrated example, a dichroic mirror having the advantage of being inexpensive and small compared with a cross dichroic prism or the like is used as the combining device 62.

また照射装置60は、各光源61a,61b,61cからの各コヒーレント光La,Lb,Lcの進行方向を変化させる走査デバイス65をさらに有している。走査デバイス65は、各コヒーレント光La,Lb,Lcの進行方向を経時的に変化させ、各コヒーレント光La,Lb,Lcの進行方向が一定とはならないよう種々の方向へ向ける。この結果、走査デバイス65で進行方向を変化させられる各コヒーレント光La,Lb,Lcが、光学素子50のホログラム素子55の各ホログラム素子55a,55b,55c入射面上を走査するようになる。なお図1に示すように、各光源61a,61b,61cと走査デバイス65との間に、走査デバイス65に向けて各コヒーレント光La,Lb,Lcを反射させるレンズ64が配置されていてもよい。   The irradiation device 60 further includes a scanning device 65 that changes the traveling directions of the coherent lights La, Lb, and Lc from the light sources 61a, 61b, and 61c. The scanning device 65 changes the traveling directions of the coherent lights La, Lb, and Lc with time, and directs the traveling directions of the coherent lights La, Lb, and Lc in various directions so that the traveling directions are not constant. As a result, each coherent light La, Lb, Lc whose traveling direction is changed by the scanning device 65 scans on the incident surface of each hologram element 55a, 55b, 55c of the hologram element 55 of the optical element 50. As shown in FIG. 1, a lens 64 that reflects the coherent light La, Lb, and Lc toward the scanning device 65 may be disposed between the light sources 61 a, 61 b, and 61 c and the scanning device 65. .

とりわけ、図2に示された例では、走査デバイス65は、一つの軸線RA1を中心として回動可能な反射面66aを有した反射デバイス66を含んでいる。より具体的に説明すると、反射デバイス66は、一つの軸線RA1を中心として回動可能な反射面66aとしてのミラーを有したミラーデバイスとして、構成されている。そして、図2および図6に示すように、このミラーデバイス66は、ミラー66aの配向を変化させることによって、光源61aからの第1コヒーレント光Laの進行方向を変化させるようになっている。この際、図2に示すように、ミラーデバイス66は、概ね、基準点SPにおいて第1光源61aを受けるようになっている。このため、ミラーデバイス66で進行方向を最終調整された第1コヒーレント光La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6参照)として、光学素子50のホログラム素子55の第1ホログラム素子55aへ入射し得る。結果として、照射装置60からの第1コヒーレント光Laが第1ホログラム素子55a上を走査するようになり、且つ、第1ホログラム素子55a上の各位置に入射した第1コヒーレント光Laが同一の輪郭を有した散乱板の像5を同一の位置(被照明領域LZ)に少なくとも再生するようになる。   In particular, in the example shown in FIG. 2, the scanning device 65 includes a reflective device 66 having a reflective surface 66a that can be rotated about one axis RA1. More specifically, the reflection device 66 is configured as a mirror device having a mirror as a reflection surface 66a that can be rotated about one axis RA1. As shown in FIGS. 2 and 6, the mirror device 66 changes the traveling direction of the first coherent light La from the light source 61a by changing the orientation of the mirror 66a. At this time, as shown in FIG. 2, the mirror device 66 generally receives the first light source 61a at the reference point SP. For this reason, the first coherent light La whose traveling direction is finally adjusted by the mirror device 66 is used as the reproduction illumination light La (see FIG. 6) that can form one light beam diverging from the reference point SP. The light can enter the first hologram element 55 a of the element 55. As a result, the first coherent light La from the irradiation device 60 scans on the first hologram element 55a, and the first coherent light La incident on each position on the first hologram element 55a has the same contour. Is reproduced at least in the same position (illuminated area LZ).

なお、図2に示されたミラーデバイス66は、一つの軸線RA1に沿ってミラー66aを回動させるように、構成されている。図6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6に示された例では、ミラー66aの回動軸線RA1は、第1ホログラム素子55aの板面上に定義されたXY座標系、つまり、XY平面が第1ホログラム素子55aの板面と平行となるXY座標系のY軸と、平行に延びている。そして、ミラー66aが、第1ホログラム素子55aの板面上に定義されたXY座標系のY軸と平行な軸線RA1を中心として回動するため、照射装置60からの第1コヒーレント光Laの光学素子50への入射点IPは、第1ホログラム素子55aの板面上に定義されたXY座標系のX軸と平行な方向に往復動するようになる。すなわち、図6に示された例では、照射装置60は、第1コヒーレント光Laが第1ホログラム素子55a上を直線経路に沿って走査するように、光学素子50に第1コヒーレント光Laを照射する。   The mirror device 66 shown in FIG. 2 is configured to rotate the mirror 66a along one axis line RA1. FIG. 6 shows the configuration of the illumination device 40 shown in FIG. 2 as a perspective view. In the example shown in FIG. 6, the rotation axis RA1 of the mirror 66a has an XY coordinate system defined on the plate surface of the first hologram element 55a, that is, the XY plane is parallel to the plate surface of the first hologram element 55a. It extends in parallel with the Y axis of the XY coordinate system. Then, since the mirror 66a rotates about the axis line RA1 parallel to the Y axis of the XY coordinate system defined on the plate surface of the first hologram element 55a, the optical of the first coherent light La from the irradiation device 60 is obtained. The incident point IP to the element 50 reciprocates in a direction parallel to the X axis of the XY coordinate system defined on the plate surface of the first hologram element 55a. That is, in the example shown in FIG. 6, the irradiation device 60 irradiates the optical element 50 with the first coherent light La so that the first coherent light La scans the first hologram element 55a along a linear path. To do.

第2コヒーレント光Lbが第2ホログラム素子55b上を走査する形態、および、第3コヒーレント光Lcが第3ホログラム素子55c上を走査する形態は、ホログラム素子の配置および用いられるコヒーレント光が異なるのみであり、その他の点は、図2および図6に示される、第1コヒーレント光Laが第1ホログラム素子55a上を走査する形態と略同一である。   The form in which the second coherent light Lb scans on the second hologram element 55b and the form in which the third coherent light Lc scans on the third hologram element 55c differ only in the arrangement of the hologram elements and the coherent light used. In other respects, the first coherent light La scans the first hologram element 55a as shown in FIG. 2 and FIG.

ところで、透過型の体積ホログラムやレリーフ型計算機合成ホログラムは、反射型の体積ホログラムと比較してその波長選択性が低くなる、といった特徴を有している。このため、互いに異なる波長域の光に対して所定の回折作用を及ぼすことを意図された複数の透過型の体積ホログラムやレリーフ型計算機合成ホログラムには、設計波長域の光のみが入射するようになっている。具体的には、図1を参照して説明したように、各ホログラム素子55a,55b,55cは、積層されるのではなく、空間的にずらして配置されている。また照射装置60は、対応するコヒーレント光が各ホログラム素子55a,55b,55cに入射するように構成されている。   By the way, the transmission type volume hologram and the relief type computer-generated hologram have a feature that the wavelength selectivity is lower than that of the reflection type volume hologram. For this reason, only light in the design wavelength range is incident on a plurality of transmission-type volume holograms and relief-type computer-generated holograms that are intended to exert a predetermined diffraction action on light in different wavelength ranges. It has become. Specifically, as described with reference to FIG. 1, the hologram elements 55a, 55b, and 55c are not stacked, but are spatially shifted. The irradiation device 60 is configured such that the corresponding coherent light is incident on the hologram elements 55a, 55b, and 55c.

具体的には、照射装置60は、第1コヒーレント光Laを用いて第1ホログラム素子55aの入射面上を走査し、第2コヒーレント光Lbを用いて第2ホログラム素子55bの入射面上を走査し、第3コヒーレント光Lcを用いて第3ホログラム素子55cの入射面上を走査するようになっている。例えば、照射装置60を時分割的に作動させてもよい。具体的には、走査デバイス65がコヒーレント光の進行方向を第1ホログラム素子55aへ向けている場合、第1光源61aのみがコヒーレント光を生成し、走査デバイス65がコヒーレント光の進行方向を第2ホログラム素子55bへ向けている場合、第2光源61bのみがコヒーレント光を生成し、走査デバイス65がコヒーレント光の進行方向を第3ホログラム素子55cへ向けている場合、第3光源61cのみがコヒーレント光を生成するようにしてもよい。これによって、瞬間的には、各コヒーレント光La,Lb,Lcのうちの、いずれか一つのコヒーレント光のみが、被照明領域LZ、または、空間光変調器30を照明するようにすることができる。   Specifically, the irradiation device 60 scans the incident surface of the first hologram element 55a using the first coherent light La, and scans the incident surface of the second hologram element 55b using the second coherent light Lb. The incident surface of the third hologram element 55c is scanned using the third coherent light Lc. For example, the irradiation device 60 may be operated in a time division manner. Specifically, when the scanning device 65 directs the traveling direction of the coherent light toward the first hologram element 55a, only the first light source 61a generates the coherent light, and the scanning device 65 changes the traveling direction of the coherent light to the second direction. When directed to the hologram element 55b, only the second light source 61b generates coherent light, and when the scanning device 65 directs the traveling direction of the coherent light to the third hologram element 55c, only the third light source 61c is coherent light. May be generated. Thus, instantaneously, only one of the coherent lights La, Lb, and Lc can illuminate the illuminated region LZ or the spatial light modulator 30. .

上述のように照射装置60が時分割的に作動される場合、空間光変調器30は、カラーフィルタを含んで構成され常に各波長域のコヒーレント光La,Lb,Lc毎の変調画像を形成し得るように作動してもよい。若しくは、空間光変調器30は、空間光変調器30に照射されている各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ようにしてもよい。なお、既に説明したように、実際に市販されているMEMSミラーやポリゴンミラー等の走査デバイス65の周波数は通常数百Hz以上であり、数万Hzにも達する走査デバイス65も珍しくない。このように走査デバイス65の走査が極めて高速であれば、人間の目では、被照明領域LZ、または、空間光変調器30を照明する光の色の移りかわりを認識することができず、合成光によって被照明領域LZ、または、空間光変調器30が照明され、合成光によって映像が表示されているものと認識される。   When the irradiation device 60 is operated in a time division manner as described above, the spatial light modulator 30 includes a color filter and always forms a modulated image for each of the coherent lights La, Lb, and Lc in each wavelength region. It may be actuated to obtain. Alternatively, the spatial light modulator 30 may be operated in a time division manner so as to form a modulated image corresponding to the coherent light of each wavelength region irradiated on the spatial light modulator 30. As already described, the frequency of scanning devices 65 such as MEMS mirrors and polygon mirrors that are actually commercially available is usually several hundred Hz or higher, and scanning devices 65 that reach several tens of thousands of Hz are not uncommon. If the scanning of the scanning device 65 is extremely high in this way, the human eye cannot recognize the color transition of the light that illuminates the illuminated area LZ or the spatial light modulator 30, and is combined. It is recognized that the illuminated area LZ or the spatial light modulator 30 is illuminated with light, and an image is displayed with the combined light.

ところでレリーフ型計算機合成ホログラムにおいては、凹凸形状のピッチや深さに依存して、波長や偏向角が選択される。例えば、ホログラム素子55の凹凸形状のピッチをdとし、ホログラム素子55に入射する光の波長をλとし、ホログラム素子55への入射角をθとし、ホログラム素子55からの出射角をφとする。この場合、一次回折光を生じさせるためには、sinθ+sinφ=λ/dの条件が成立するよう凹凸形状のピッチや光の波長および偏向角が選択される。この条件から明らかなように、一般に、短波長の場合はピッチが小さくなり、長波長の場合はピッチが大きくなる。なお偏向角とは、ホログラムに入射する光の進行方向に対して、ホログラムによって回折されてホログラムから出射する光の進行方向が成す角度のことである。   By the way, in the relief type computer-generated hologram, the wavelength and the deflection angle are selected depending on the pitch and depth of the concavo-convex shape. For example, the pitch of the concavo-convex shape of the hologram element 55 is d, the wavelength of light incident on the hologram element 55 is λ, the incident angle to the hologram element 55 is θ, and the emission angle from the hologram element 55 is φ. In this case, in order to generate the first-order diffracted light, the pitch of the concavo-convex shape, the wavelength of the light, and the deflection angle are selected so that the condition of sin θ + sin φ = λ / d is satisfied. As is clear from this condition, in general, the pitch is small for short wavelengths and the pitch is large for long wavelengths. The deflection angle is an angle formed by the traveling direction of light diffracted by the hologram and emitted from the hologram with respect to the traveling direction of light incident on the hologram.

一方、偏向角を大きく設定する場合、凹凸形状のピッチに対する深さの比が大きく設定される。ところで、レリーフ型計算機合成ホログラムの設計においては一般に、凹凸形状を決定する際、レリーフ構造の厚みの影響を無視するフレネル・キルヒホッフ近似が用いられる。この場合、偏向角を大きくするために凹凸形状のピッチに対する深さの比を大きくするほど、近似からずれることが懸念される。近似からずれるということは、回折効率や光利用効率が低下することを意味している。   On the other hand, when the deflection angle is set to be large, the ratio of the depth to the pitch of the concavo-convex shape is set to be large. By the way, in designing relief-type computer-generated holograms, Fresnel Kirchhoff approximation that ignores the influence of the thickness of the relief structure is generally used when determining the uneven shape. In this case, there is a concern that the larger the ratio of the depth to the pitch of the concavo-convex shape in order to increase the deflection angle, the closer to the approximation. Deviating from the approximation means that the diffraction efficiency and the light utilization efficiency are lowered.

ここで上述のように、短波長の場合は長波長の場合に比べて凹凸形状のピッチが小さくなっている。従って、偏向角を大きく設定するために凹凸形状のピッチに対する深さを大きく設定することに起因する、回折効率や光利用効率の低下は、長波長の場合に比べて短波長の場合に顕著に現れると考えられる。以下、このような課題を解決するために本実施の形態において採用される光学素子50の構造について、図5を参照して詳細に説明する。   Here, as described above, the pitch of the concavo-convex shape is smaller in the case of the short wavelength than in the case of the long wavelength. Therefore, the decrease in diffraction efficiency and light utilization efficiency caused by setting the depth with respect to the pitch of the concavo-convex shape in order to set a large deflection angle is more remarkable in the case of a short wavelength than in the case of a long wavelength. It is thought to appear. Hereinafter, the structure of the optical element 50 employed in the present embodiment to solve such a problem will be described in detail with reference to FIG.

なお上述のように、レリーフ型計算機合成ホログラムは、反射型の体積ホログラムと比較してその波長選択性が低くなる、といった特徴を有している。このため、各ホログラム素子55a,55b,55cがレリーフ型計算機合成ホログラムとして構成されている場合、各ホログラム素子55a,55b,55cを積層して使用することは困難である。この場合、各ホログラム素子55a,55b,55cは、設計波長域の光のみが入射し得るように空間的にずらして配置される。図5に示す例においては、このように各ホログラム素子55a,55b,55cを空間的にずらして配置する際の好ましい形態について特に説明する。   As described above, the relief-type computer-generated hologram has a feature that its wavelength selectivity is lower than that of the reflection-type volume hologram. For this reason, when each hologram element 55a, 55b, 55c is configured as a relief type computer-generated hologram, it is difficult to use the hologram elements 55a, 55b, 55c in a stacked manner. In this case, the hologram elements 55a, 55b, and 55c are arranged so as to be spatially shifted so that only light in the design wavelength region can enter. In the example shown in FIG. 5, a preferable form when the hologram elements 55a, 55b, and 55c are spatially shifted in this way will be particularly described.

図5Aに示す例において、第1コヒーレント光Laの第1ホログラム素子55aへの入射角が符号θaで示されており、第1コヒーレント光Laが第1ホログラム素子55aによって回折されて被照明領域LZに進む際の第1ホログラム素子55aからの出射角が符号φaで示されている。同様に、第2コヒーレント光Lbの第2ホログラム素子55bへの入射角が符号θbで示されており、第2コヒーレント光Lbが第2ホログラム素子55bによって回折されて被照明領域LZに進む際の第2ホログラム素子55bからの出射角が符号φbで示されている。また、第3コヒーレント光Lcの第3ホログラム素子55cへの入射角が符号θcで示されており、第3コヒーレント光Lcが第3ホログラム素子55cによって回折されて被照明領域LZに進む際の第3ホログラム素子55cからの出射角が符号φcで示されている。なお上述のように、各コヒーレント光La,Lb,Lcは走査デバイス65によって進行方向を変えられて各ホログラム素子55a,55b,55c上の各位置に入射する。従って本実施の形態において、各コヒーレント光La,Lb,Lcの各ホログラム素子55a,55b,55cへの入射角θa,θb,θcは、各コヒーレント光La,Lb,Lcの進行方向に応じて様々な値をとり得る。しかしながら、図5Aにおいては、簡単のため、各ホログラム素子55a,55b,55cの中心位置に入射するコヒーレント光La,Lb,Lcと、それらに対応する入射角θa,θb,θcのみが示されている。また簡単のため、図5Aにおいては、各ホログラム素子55a,55b,55cによって回折されて被照明領域LZに進むコヒーレント光La,Lb,Lcがいずれも、各ホログラム素子55a,55b,55cに入射するコヒーレント光La,Lb,Lcが存在する平面と同一の平面内、すなわち図5に示すxz平面内に存在する例を示している。なお各入射角θa,θb,θcおよび各出射角φa,φb,φcはいずれも、各ホログラム素子55a,55b,55cの法線na,nb,ncと各コヒーレント光La,Lb,Lcとの間の角度が一方向、例えば図5Aの上方向に向かって大きくなる場合を正の値とし、逆の場合を負の値とする。   In the example shown in FIG. 5A, the incident angle of the first coherent light La to the first hologram element 55a is indicated by the symbol θa, and the first coherent light La is diffracted by the first hologram element 55a to be illuminated region LZ. The exit angle from the first hologram element 55a when proceeding to is indicated by the symbol φa. Similarly, the incident angle of the second coherent light Lb to the second hologram element 55b is indicated by reference sign θb, and the second coherent light Lb is diffracted by the second hologram element 55b and travels to the illuminated region LZ. An exit angle from the second hologram element 55b is indicated by a symbol φb. Further, the incident angle of the third coherent light Lc to the third hologram element 55c is indicated by reference sign θc, and the third coherent light Lc is diffracted by the third hologram element 55c and travels to the illuminated region LZ. The exit angle from the three hologram elements 55c is indicated by the symbol φc. As described above, the coherent lights La, Lb, and Lc are changed in the traveling direction by the scanning device 65 and are incident on the respective positions on the hologram elements 55a, 55b, and 55c. Therefore, in the present embodiment, the incident angles θa, θb, and θc of the coherent lights La, Lb, and Lc to the hologram elements 55a, 55b, and 55c vary depending on the traveling directions of the coherent lights La, Lb, and Lc. Can take any value. However, in FIG. 5A, for the sake of simplicity, only the coherent lights La, Lb, and Lc incident on the center positions of the hologram elements 55a, 55b, and 55c and the incident angles θa, θb, and θc corresponding thereto are shown. Yes. For simplicity, in FIG. 5A, coherent lights La, Lb, and Lc that are diffracted by the hologram elements 55a, 55b, and 55c and travel to the illuminated region LZ are all incident on the hologram elements 55a, 55b, and 55c. The example which exists in the same plane as the plane where coherent light La, Lb, Lc exists, ie, the xz plane shown in FIG. The incident angles θa, θb, θc and the outgoing angles φa, φb, φc are all between the normals na, nb, nc of the hologram elements 55a, 55b, 55c and the coherent lights La, Lb, Lc. The case where the angle increases in one direction, for example, upward in FIG. 5A, is a positive value, and the opposite case is a negative value.

図5Aに示すように、第1ホログラム素子55aの中心位置に入射した第1コヒーレント光Laは、少なくとも被照明領域LZを含む領域を照明するよう、様々な出射角φaで出射する。図5Aにおいて、被照明領域LZの上端位置,中心位置および下端位置を照明するよう出射される第1コヒーレント光Laの出射角がそれぞれ符号φa(1),φa(2)およびφa(3)で示されている。このように、第1ホログラム素子55aの中心位置に入射した第1コヒーレント光Laの、第1ホログラム素子55aからの出射角φaは、第1ホログラム素子55aの構成に応じた様々な値をとり得る。同様に、図示はしないが、第1ホログラム素子55aの中心位置以外の位置に入射した第1コヒーレント光Laの、第1ホログラム素子55aからの出射角φaも、第1ホログラム素子55aの構成に応じた様々な値をとり得る。同様に、図示はしないが、第2ホログラム素子55bおよび第3ホログラム素子55cの各位置に入射した第2コヒーレント光Lbおよび第3コヒーレント光Lcの第2ホログラム素子55bおよび第3ホログラム素子55cからの出射角φbおよび出射角φcも、第2ホログラム素子55bおよび第3ホログラム素子55cの構成に応じた様々な値をとり得る。   As shown in FIG. 5A, the first coherent light La incident on the center position of the first hologram element 55a is emitted at various emission angles φa so as to illuminate a region including at least the illuminated region LZ. In FIG. 5A, the emission angles of the first coherent light La emitted to illuminate the upper end position, the center position, and the lower end position of the illuminated region LZ are denoted by φa (1), φa (2), and φa (3), respectively. It is shown. As described above, the emission angle φa of the first coherent light La incident on the center position of the first hologram element 55a from the first hologram element 55a can take various values according to the configuration of the first hologram element 55a. . Similarly, although not shown, the emission angle φa of the first coherent light La incident on a position other than the center position of the first hologram element 55a from the first hologram element 55a also depends on the configuration of the first hologram element 55a. It can take various values. Similarly, although not shown, the second coherent light Lb and the third coherent light Lc incident on the respective positions of the second hologram element 55b and the third hologram element 55c from the second hologram element 55b and the third hologram element 55c. The emission angle φb and the emission angle φc can take various values according to the configurations of the second hologram element 55b and the third hologram element 55c.

ここで、各ホログラム素子55a,55b,55cは、「sin(θa)+sin(φa)」の絶対値の最大値が、「sin(θb)+sin(φb)」の絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、「sin(θa)+sin(φa)」の絶対値の最大値が、「sin(θc)+sin(φc)」の絶対値の最大値よりも小さくなるよう、配置されている。この条件は、近似的には、「θa+φa」の絶対値の最大値が、「θb+φb」の絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、「θa+φa」の絶対値の最大値が、「θc+φc」の絶対値の最大値よりも小さくなるよう、各ホログラム素子55a,55b,55cが配置されている、という条件に置き換えることができる。以下の説明においては、主に近似後の条件について説明する。   Here, in each hologram element 55a, 55b, 55c, the maximum absolute value of “sin (θa) + sin (φa)” is smaller than the maximum absolute value of “sin (θb) + sin (φb)”. And the maximum absolute value of “sin (θa) + sin (φa)” is smaller than the maximum absolute value of “sin (θc) + sin (φc)”. Approximately, the maximum value of the absolute value of “θa + φa” is smaller than the maximum value of the absolute value of “θb + φb”, and the maximum value of the absolute value of “θa + φa” is “θc + φc”. It can be replaced with the condition that the hologram elements 55a, 55b, and 55c are arranged so as to be smaller than the maximum absolute value. In the following description, the conditions after approximation will be mainly described.

上述の条件は、第1ホログラム素子55aに入射する第1コヒーレント光Laの進行方向に対して、第1ホログラム素子55aによって回折されて第1ホログラム素子55aから出射する第1コヒーレント光Laの進行方向が成す角度ψa、すなわち偏向角ψaの絶対値の最大値が、第2ホログラム素子55bに入射する第2コヒーレント光Lbの進行方向に対して、第2ホログラム素子55bによって回折されて第2ホログラム素子55bから出射する第2コヒーレント光Lbの進行方向が成す角度ψb、すなわち偏向角ψbの絶対値の最大値よりも小さくなり、かつ、第3ホログラム素子55cに入射する第3コヒーレント光Lcの進行方向に対して、第3ホログラム素子55cによって回折されて第3ホログラム素子55cから出射する第3コヒーレント光Lcの進行方向が成す角度ψc、すなわち偏向角ψcの絶対値の最大値よりも小さくなるよう、各ホログラム素子55a,55b,55cが配置されている、と言い換えることもできる。このことは、各ホログラム素子55a,55b,55cにおける各コヒーレント光La,Lb,Lcの偏向角ψa,ψb,ψcが同等になるよう各ホログラム素子55a,55b,55cが配置されている場合に比べて、第1ホログラム素子55aにおけるフレネル・キルヒホッフ近似からのずれが小さくなることを意味している。このため本実施の形態によれば、短波長域に対応した第1ホログラム素子55aにおいて、回折効率や光利用効率が低下してしまうことを抑制することができる。なお上述の偏向角ψa,ψb,ψcについては、後に図5Cを参照して詳細に説明する。   The above-described condition is that the traveling direction of the first coherent light La diffracted by the first hologram element 55a and emitted from the first hologram element 55a with respect to the traveling direction of the first coherent light La incident on the first hologram element 55a. Is diffracted by the second hologram element 55b with respect to the traveling direction of the second coherent light Lb incident on the second hologram element 55b and is diffracted by the second hologram element 55b. The traveling direction of the third coherent light Lc that is smaller than the angle ψb formed by the traveling direction of the second coherent light Lb emitted from 55b, that is, the maximum absolute value of the deflection angle ψb, and is incident on the third hologram element 55c. In contrast, the light is diffracted by the third hologram element 55c and emitted from the third hologram element 55c. 3 the angle advancing direction forms a coherent light Lc Pusaishi, i.e. so as to be smaller than the maximum value of the absolute values of the deflection angles Pusaishi, each hologram element 55a, 55b, 55c are arranged, and can be rephrased. This is compared with the case where the hologram elements 55a, 55b, and 55c are arranged so that the deflection angles ψa, ψb, and ψc of the coherent lights La, Lb, and Lc in the hologram elements 55a, 55b, and 55c are equal. This means that a deviation from the Fresnel Kirchhoff approximation in the first hologram element 55a is reduced. For this reason, according to this Embodiment, it can suppress that diffraction efficiency and light utilization efficiency fall in the 1st hologram element 55a corresponding to a short wavelength range. The deflection angles ψa, ψb, and ψc described above will be described in detail later with reference to FIG. 5C.

好ましくは、第2ホログラム素子55bおよび第3ホログラム素子55cは、「θb+φb」の絶対値の最大値が、「θc+φc」の絶対値の最大値よりも小さくなるよう、配置されている。言い換えると、偏向角ψbの絶対値の最大値が、偏向角ψcの絶対値の最大値よりも小さくなるよう、第2ホログラム素子55bおよび第3ホログラム素子55cが配置されている。これによって、第1ホログラム素子55aの場合と同様に、ホログラム素子55b,55cにおける各コヒーレント光Lb,Lcの偏向角ψb,ψcが同等になるよう各ホログラム素子55b,55cが配置されている場合に比べて、第2ホログラム素子55bにおけるフレネル・キルヒホッフ近似からのずれが小さくなることを意味している。このため、第1ホログラム素子55aだけでなく第2ホログラム素子55bについても、回折効率や光利用効率が低下してしまうことを抑制することができる。   Preferably, the second hologram element 55b and the third hologram element 55c are arranged such that the maximum absolute value of “θb + φb” is smaller than the maximum absolute value of “θc + φc”. In other words, the second hologram element 55b and the third hologram element 55c are arranged so that the maximum absolute value of the deflection angle ψb is smaller than the maximum absolute value of the deflection angle ψc. Thus, as in the case of the first hologram element 55a, when the hologram elements 55b and 55c are arranged so that the deflection angles ψb and ψc of the coherent lights Lb and Lc in the hologram elements 55b and 55c are equal. In comparison, this means that the deviation from the Fresnel Kirchhoff approximation in the second hologram element 55b is reduced. For this reason, it can suppress that diffraction efficiency and light utilization efficiency fall not only about the 1st hologram element 55a but the 2nd hologram element 55b.

各入射角θa,θb,θcおよび各出射角φa,φb,φcに関する上述の条件、若しくは、各偏向角ψa,ψb,ψcに関する上述の条件を満たすための各ホログラム素子55a,55b,55cの具体的な構成が特に限られることはない。例えば図1および図5Aに示すように、各ホログラム素子55a,55b,55cは、被照明領域LZとの間の距離が55a,55b,55cの順番で大きくなっていくよう、55a,55b,55cの順番で一平面上に配列されている。   Specifics of the hologram elements 55a, 55b, 55c for satisfying the above-mentioned conditions regarding the respective incident angles θa, θb, θc and the respective outgoing angles φa, φb, φc, or the above-mentioned conditions regarding the respective deflection angles ψa, ψb, ψc The specific configuration is not particularly limited. For example, as shown in FIGS. 1 and 5A, each of the hologram elements 55a, 55b, and 55c has a distance 55a, 55b, and 55c that increases in the order of 55a, 55b, and 55c. Are arranged on one plane in the order of.

なお図5Aにおいては、各ホログラム素子55a,55b,55cに入射するコヒーレント光La,Lb,Lcおよび各ホログラム素子55a,55b,55cの法線が存在する平面がxz平面になっており、かつ、各ホログラム素子55a,55b,55cから出射するコヒーレント光La,Lb,Lcおよび各ホログラム素子55a,55b,55cの法線が存在する平面も同様にxz平面になっている例を示した。しかしながら、各ホログラム素子55a,55b,55cに入射するコヒーレント光La,Lb,Lcおよび各ホログラム素子55a,55b,55cの法線が存在する平面が、各ホログラム素子55a,55b,55cから出射するコヒーレント光La,Lb,Lcおよび各ホログラム素子55a,55b,55cの法線が存在する平面とは異なる場合も考えられる。このような場合であっても、各入射角θa,θb,θcおよび各出射角φa,φb,φcによって表される上述の条件、若しくは、上述の偏向角ψa,ψb,ψcによって言い換えて表される上述の条件を満たすよう各ホログラム素子55a,55b,55cを配置することにより、第1ホログラム素子55aにおいて、回折効率や光利用効率が低下してしまうことを抑制することができる。以下、そのような例について図5Bおよび図5Cを参照して説明する。なお図5Bおよび図5Cにおいては、簡単のため、第1ホログラム素子55aおよび第1コヒーレント光Laに関してのみ説明する。   In FIG. 5A, the plane in which the normal lines of the coherent lights La, Lb, and Lc incident on the hologram elements 55a, 55b, and 55c and the hologram elements 55a, 55b, and 55c exist is an xz plane, and The example in which the plane where the coherent light La, Lb, Lc emitted from each hologram element 55a, 55b, 55c and the normal line of each hologram element 55a, 55b, 55c exist is also the xz plane is shown. However, the coherent light La, Lb, Lc incident on each hologram element 55a, 55b, 55c and the plane on which the normal line of each hologram element 55a, 55b, 55c exists coherent emitted from each hologram element 55a, 55b, 55c. It may be considered that the plane is different from the plane in which the normal lines of the light La, Lb, Lc and the hologram elements 55a, 55b, 55c exist. Even in such a case, the above-described conditions represented by the incident angles θa, θb, and θc and the outgoing angles φa, φb, and φc, or the above-described deflection angles ψa, ψb, and ψc are expressed in other words. By disposing the hologram elements 55a, 55b, and 55c so as to satisfy the above-described conditions, it is possible to prevent the diffraction efficiency and the light utilization efficiency from decreasing in the first hologram element 55a. Such an example will be described below with reference to FIGS. 5B and 5C. 5B and 5C, only the first hologram element 55a and the first coherent light La will be described for the sake of simplicity.

図5Bに示す例において、第1ホログラム素子55aに入射する第1コヒーレント光Laと、第1ホログラム素子55aの法線とを含む平面は、xz平面になっている。一方、第1ホログラム素子55aによって回折されて第1ホログラム素子55aから出射する第1コヒーレント光La(1),La(2),La(3)と、第1ホログラム素子55aの法線とを含む平面は、xy平面になっている。この場合、第1コヒーレント光Laの入射角θaおよび出射角φa、若しくは偏向角ψaについて、各第1コヒーレント光Laを含む平面内で個別に考えることができる。   In the example shown in FIG. 5B, the plane including the first coherent light La incident on the first hologram element 55a and the normal line of the first hologram element 55a is an xz plane. On the other hand, the first coherent light La (1), La (2), La (3) diffracted by the first hologram element 55a and emitted from the first hologram element 55a and the normal line of the first hologram element 55a are included. The plane is an xy plane. In this case, the incident angle θa and the emission angle φa or the deflection angle ψa of the first coherent light La can be individually considered in the plane including the first coherent light La.

例えば図5C(a)は、図5Bに示される位置関係を、第1ホログラム素子55aに入射する第1コヒーレント光Laと、第1ホログラム素子55aから出射する第1コヒーレント光La(1)とを含む平面上に表現したものである。同様に、図5C(b)は、図5Bに示される位置関係を、第1ホログラム素子55aに入射する第1コヒーレント光Laと、第1ホログラム素子55aから出射する第1コヒーレント光La(2)とを含む平面上に表現したものである。また図5C(c)は、図5Cに示される位置関係を、第1ホログラム素子55aに入射する第1コヒーレント光Laと、第1ホログラム素子55aから出射する第1コヒーレント光La(3)とを含む平面上に表現したものである。図5C(a)(b)(c)に示すように、第1ホログラム素子55aから出射するコヒーレント光La(1),La(2),La(3)および第1ホログラム素子55aの法線が存在する平面が、第1ホログラム素子55aに入射するコヒーレント光Laおよび第1ホログラム素子55aの法線が存在する平面とは異なる場合であっても、入射光と出射光とを一対一で対応させて考えた場合には、一の入射光と一の出射光との関係を、第1ホログラム素子55aを基準とした入射角θaおよび出射角φa(1),φa(2),φa(3)によって表現することができる。その他のホログラム素子55b,55cについても同様である。従って、各ホログラム素子55a,55b,55cから出射するコヒーレント光La,Lb,Lcおよび各ホログラム素子55a,55b,55cの法線が存在する平面が、各ホログラム素子55a,55b,55cに入射するコヒーレント光La,Lb,Lcおよび各ホログラム素子55a,55b,55cの法線が存在する平面とは異なる場合であっても、各入射角θa,θb,θcおよび各出射角φa,φb,φcに関する上述の条件、若しくは各偏向角ψa,ψb,ψcに関する上述の条件を満たすことにより、第1ホログラム素子55aにおいて回折効率や光利用効率が低下してしまうことを抑制することができる。   For example, FIG. 5C (a) shows the positional relationship shown in FIG. 5B with the first coherent light La incident on the first hologram element 55a and the first coherent light La (1) emitted from the first hologram element 55a. It is expressed on the plane that contains it. Similarly, FIG. 5C (b) shows the positional relationship shown in FIG. 5B according to the first coherent light La incident on the first hologram element 55a and the first coherent light La (2) emitted from the first hologram element 55a. It is expressed on a plane including FIG. 5C (c) shows the positional relationship shown in FIG. 5C with the first coherent light La incident on the first hologram element 55a and the first coherent light La (3) emitted from the first hologram element 55a. It is expressed on the plane that contains it. As shown in FIGS. 5C (a), (b), and (c), the coherent light La (1), La (2), La (3) emitted from the first hologram element 55a and the normal lines of the first hologram element 55a are Even if the existing plane is different from the plane where the coherent light La incident on the first hologram element 55a and the normal line of the first hologram element 55a exist, the incident light and the emitted light are made to correspond one-to-one. When considering the relationship between one incident light and one outgoing light, the incident angle θa and the outgoing angles φa (1), φa (2), φa (3) with respect to the first hologram element 55a are used. Can be expressed by The same applies to the other hologram elements 55b and 55c. Accordingly, the coherent light La, Lb, Lc emitted from each hologram element 55a, 55b, 55c and the plane on which the normal line of each hologram element 55a, 55b, 55c is present is coherent incident on each hologram element 55a, 55b, 55c. Even if the light La, Lb, Lc and the planes where the normal lines of the hologram elements 55a, 55b, 55c exist are different from each other, the above-mentioned incident angles θa, θb, θc and the emission angles φa, φb, φc are described above. Or the above-described conditions regarding the deflection angles ψa, ψb, and ψc, the first hologram element 55a can be prevented from being deteriorated in diffraction efficiency and light utilization efficiency.

なお図5C(a)から明らかなように、第1ホログラム素子55aに入射する第1コヒーレント光Laの進行方向に対して、第1ホログラム素子55aによって回折されて第1ホログラム素子55aから出射する第1コヒーレント光La(1)の進行方向が成す角度ψa(1)、すなわち偏向角ψa(1)は、「θa+φa(1)」に等しくなっている。同様に、偏向角ψa(2)は「θa+φa(2)」に等しくなっており、また偏向角ψa(3)は「θa+φa(3)」に等しくなっている。従って、第1ホログラム素子55aから出射する各第1コヒーレント光Laがどのような平面上に存在するかに依らず、「θa+φa」の絶対値の最大値は、偏向角ψaの絶対値の最大値に一致する。従って、各ホログラム素子55a,55b,55cから出射するコヒーレント光La,Lb,Lcおよび各ホログラム素子55a,55b,55cの法線が存在する平面が、各ホログラム素子55a,55b,55cに入射するコヒーレント光La,Lb,Lcおよび各ホログラム素子55a,55b,55cの法線が存在する平面とは異なる場合であっても、各入射角θa,θb,θcおよび各出射角φa,φb,φcに関する上述の条件を、偏向角ψa,ψb,ψcに関する上述の条件に言い換えることができる。   As is clear from FIG. 5C (a), the first diffracted light emitted from the first hologram element 55a is diffracted by the first hologram element 55a with respect to the traveling direction of the first coherent light La incident on the first hologram element 55a. The angle ψa (1) formed by the traveling direction of one coherent light La (1), that is, the deflection angle ψa (1) is equal to “θa + φa (1)”. Similarly, the deflection angle ψa (2) is equal to “θa + φa (2)”, and the deflection angle ψa (3) is equal to “θa + φa (3)”. Therefore, regardless of the plane on which the first coherent light La emitted from the first hologram element 55a exists, the maximum absolute value of “θa + φa” is the maximum absolute value of the deflection angle ψa. Matches. Accordingly, the coherent light La, Lb, Lc emitted from each hologram element 55a, 55b, 55c and the plane on which the normal line of each hologram element 55a, 55b, 55c is present is coherent incident on each hologram element 55a, 55b, 55c. Even if the light La, Lb, Lc and the planes where the normal lines of the hologram elements 55a, 55b, 55c exist are different from each other, the above-mentioned incident angles θa, θb, θc and the emission angles φa, φb, φc are described above. Can be rephrased as the above-described conditions regarding the deflection angles ψa, ψb, and ψc.

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。はじめに図6を参照して、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という作用について説明する。なおスペックルを目立たなくさせる原理は、各ホログラム素子55a,55b,55cおよび各コヒーレント光La,Lb,Lcにおいて同一であるので、ここでは主に第1ホログラム素子55aおよび第1コヒーレント光Laに関してのみ説明する。   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. First, referring to FIG. 6, an operation capable of making speckles inconspicuous very effectively will be described. Note that the principle of making the speckle inconspicuous is the same for each hologram element 55a, 55b, 55c and each coherent light La, Lb, Lc, and here, only the first hologram element 55a and the first coherent light La are mainly described here. explain.

まず、照射装置60は、第1コヒーレント光Laが光学素子50の第1ホログラム素子55a上を走査するようにして、光学素子50へ第1コヒーレント光Laを照射する。具体的には、第1光源61aで一定方向に沿って進む特定波長の第1コヒーレント光Laが生成され、この第1コヒーレント光Laが走査デバイス65で進行方向を変えられる。走査デバイス65は、第1ホログラム素子55a上の各位置に、当該位置でのブラッグ条件を満たす入射角度で特定波長の第1コヒーレント光Laを入射させる。この結果、各位置に入射した第1コヒーレント光Laは、それぞれ、第1ホログラム素子55aでの回折により、少なくとも被照明領域LZに重ねて散乱板の像5を再生する。すなわち、照射装置60から第1ホログラム素子55aの各位置に入射した第1コヒーレント光Laは、それぞれ、第1ホログラム素子55aで拡散されて(拡げられて)、被照明領域LZの全域に入射するようになる。同様に、照射装置60から第2ホログラム素子55bおよび第3ホログラム素子55cの各位置に入射した第2コヒーレント光Lbおよび第3コヒーレント光Lcは、それぞれ、第2ホログラム素子55bおよび第3ホログラム素子55cで拡散されて(拡げられて)、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を各コヒーレント光La,Lb,Lcで照明するようになる。従って、被照明領域LZは、各コヒーレント光La,Lb,Lcの加法混色によって得られる色に照明されることになる。すなわち、本例では、照明装置60は、白色光で被照明領域LZを照明することになる。   First, the irradiation device 60 irradiates the optical element 50 with the first coherent light La such that the first coherent light La scans the first hologram element 55a of the optical element 50. Specifically, first coherent light La having a specific wavelength traveling along a certain direction is generated by the first light source 61 a, and the traveling direction of the first coherent light La is changed by the scanning device 65. The scanning device 65 causes the first coherent light La having a specific wavelength to enter each position on the first hologram element 55a at an incident angle that satisfies the Bragg condition at the position. As a result, the first coherent light La incident on each position reproduces the image 5 of the scattering plate at least on the illuminated area LZ by diffraction at the first hologram element 55a. That is, the first coherent light La that has entered the first hologram element 55a from the irradiation device 60 is diffused (expanded) by the first hologram element 55a and is incident on the entire illuminated area LZ. It becomes like this. Similarly, the second coherent light Lb and the third coherent light Lc incident on the respective positions of the second hologram element 55b and the third hologram element 55c from the irradiation device 60 are the second hologram element 55b and the third hologram element 55c, respectively. Is diffused (expanded) by the light and enters the entire illuminated area LZ. In this way, the irradiation device 60 illuminates the illuminated area LZ with the respective coherent lights La, Lb, and Lc. Therefore, the illuminated area LZ is illuminated with a color obtained by additive color mixing of the coherent lights La, Lb, and Lc. That is, in this example, the illumination device 60 illuminates the illuminated area LZ with white light.

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、画素毎に各コヒーレント光La,Lb,Lc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に投射された各コヒーレント光La,Lb,Lcは、拡散され、観察者に複数色の映像として、好ましくはフルカラーの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各コヒーレント光La,Lb,Lc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 respective coherent lights La, Lb, and Lc for each pixel. This image is projected onto the screen 15 by the projection optical system 25. Each of the coherent lights La, Lb, and Lc projected on the screen 15 is diffused and recognized by the observer as a multi-color image, preferably as a full-color image. However, at this time, the coherent lights La, Lb, and Lc projected on the screen interfere with each other by diffusion and cause speckle.

しかしながら、ここで説明してきた照明装置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 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。また、同一のレーザ光源からのコヒーレント光を、時間を区切って異なる方向から、スクリーンに投射した場合、人間の目で分解不可能な時間の間にコヒーレント光の入射方向が変化した回数だけ、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て平均化され、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. In addition, when coherent light from the same laser light source is projected onto the screen from different directions by dividing the time, the mode is the same as the number of times the incident direction of the coherent light has changed during the time that cannot be resolved by the human eye. Will exist. When there are a large number of these modes, it is considered that the interference patterns of light are overlapped uncorrelatedly and averaged, and as a result, speckles observed by the observer's eyes become inconspicuous.

本実施の形態においては、図6に示すように、第1コヒーレント光Laが、第1ホログラム素子55a上を走査するようにして、光学素子50に照射される。また、照射装置60から第1ホログラム素子55aの各位置に入射した第1コヒーレント光Laは、それぞれ、被照明領域LZの全域を照明するが、当該被照明領域LZを照明する第1コヒーレント光Laの照明方向は互いに異なる。そして、コヒーレント光が入射する第1ホログラム素子55a上の位置が経時的に変化するため、被照明領域LZへの第1コヒーレント光Laの入射方向も経時的に変化する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the first coherent light La is irradiated onto the optical element 50 so as to scan the first hologram element 55a. Further, the first coherent light La incident on each position of the first hologram element 55a from the irradiation device 60 illuminates the entire illuminated area LZ, but the first coherent light La that illuminates the illuminated area LZ. The illumination directions are different from each other. Since the position on the first hologram element 55a where the coherent light is incident changes with time, the incident direction of the first coherent light La to the illuminated region LZ also changes with time.

被照明領域LZを基準にして考えると、被照明領域LZ内の各位置には絶えず第1コヒーレント光Laが入射してくるが、その入射方向は、図4に矢印A1で示すように、常に変化し続けることになる。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、図4に矢印A2で示すように経時的に光路を変化させながら、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, the first coherent light La is constantly incident on each position in the illuminated area LZ, but the incident direction is always as shown by the arrow A1 in FIG. Will continue to change. As a result, 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 while changing the optical path over time as indicated by an arrow A2 in FIG. Will come to be.

なお、第1コヒーレント光Laは第1ホログラム素子55a上を連続的に走査する。従って、照射装置60から被照明領域LZへの第1コヒーレント光Laの入射方向が連続的に変化し、これにともなって、投射装置20からスクリーン15への第1コヒーレント光Laの入射方向も連続的に変化する。ここで、投射装置20からスクリーン15への第1コヒーレント光Laの入射方向が僅か、例えば0.数°だけ変化すれば、スクリーン15上に生じるスペックルのパターンも大きく変化し、無相関なスペックルパターンが十分に重畳されることになる。加えて、走査デバイス65の反射デバイス66はMEMSミラーやポリゴンミラー等から構成されるが、実際に市販されているMEMSミラーやポリゴンミラー等の反射デバイス66の周波数は通常数百Hz以上であり、数万Hzにも達する反射デバイス66も珍しくない。   The first coherent light La continuously scans on the first hologram element 55a. Therefore, the incident direction of the first coherent light La from the irradiation device 60 to the illuminated region LZ continuously changes, and accordingly, the incident direction of the first coherent light La from the projection device 20 to the screen 15 is also continuous. Changes. Here, the incident direction of the first coherent light La from the projection device 20 to the screen 15 is slightly, for example, 0. If it changes by a few degrees, the speckle pattern generated on the screen 15 also changes greatly, and an uncorrelated speckle pattern is sufficiently superimposed. In addition, although the reflection device 66 of the scanning device 65 is configured by a MEMS mirror, a polygon mirror, or the like, the frequency of the reflection device 66 such as a MEMS mirror or a polygon mirror that is actually commercially available is usually several hundred Hz or more. A reflection device 66 reaching tens of thousands of Hz is not uncommon.

同様に、第2コヒーレント光Lbおよび第3コヒーレント光Lcは、第2ホログラム素子55bおよび第3ホログラム素子55c上を連続的に走査する。従って、照射装置60から被照明領域LZへの第2コヒーレント光Lbおよび第3コヒーレント光Lcの入射方向が連続的に変化し、これにともなって、投射装置20からスクリーン15への第2コヒーレント光Lbおよび第3コヒーレント光Lcの入射方向も連続的に変化する。このため、第1コヒーレント光Laの場合と同様に、無相関なスペックルパターンが重畳されて平均化され、結果として、観察者の目によって観察されるスペックルを目立たなくさせることができる。   Similarly, the second coherent light Lb and the third coherent light Lc continuously scan on the second hologram element 55b and the third hologram element 55c. Therefore, the incident directions of the second coherent light Lb and the third coherent light Lc from the irradiation device 60 to the illuminated region LZ are continuously changed, and accordingly, the second coherent light from the projection device 20 to the screen 15 is changed. The incident directions of Lb and the third coherent light Lc also change continuously. For this reason, as in the case of the first coherent light La, uncorrelated speckle patterns are superimposed and averaged, and as a result, speckles observed by the observer's eyes can be made inconspicuous.

以上のことから、上述してきた本実施の形態によれば、映像を表示しているスクリーン15上の各位置において時間的に各コヒーレント光La,Lb,Lcの入射方向が変化していき、且つ、この変化は、人間の目で分解不可能な速さであり、結果として、人間の目には、相関の無い各コヒーレント光La,Lb,Lc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 present embodiment described above, the incident directions of the coherent lights La, Lb, and Lc change temporally at each position on the screen 15 displaying an image, and This change is at a rate that cannot be resolved by the human eye, and as a result, the scattering pattern of each non-correlated coherent light La, Lb, Lc is multiplexed and observed by the human eye. become. 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上での各コヒーレント光La,Lb,Lc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各コヒーレント光La,Lb,Lc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、上述してきた本実施の形態によれば、各コヒーレント光La,Lb,Lcが各ホログラム素子55a,55b,55c上を連続的に走査し、そして各ホログラム素子55a,55b,55cの各位置に入射した各コヒーレント光La,Lb,Lc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、各ホログラム素子55a,55b,55c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。このような各ホログラム素子55a,55b,55c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 side caused by scattering of each coherent light La, Lb, Lc on the screen 15 but also before being projected on the screen. Speckle on the projection apparatus side caused by scattering of each coherent light La, Lb, Lc may 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 present embodiment described above, each coherent light La, Lb, Lc continuously scans on each hologram element 55a, 55b, 55c, and each position of each hologram element 55a, 55b, 55c. Each of the coherent lights La, Lb, and Lc incident on the light illuminates the entire illuminated area LZ on which the spatial light modulator 30 is superimposed. That is, each of the hologram elements 55a, 55b, and 55c forms a new wavefront separate from the previous wavefront that had formed the speckle pattern, and the illumination area LZ and further the spatial light The screen 15 is illuminated via the modulator 30. Due to the formation of a new wavefront in each of the hologram elements 55a, 55b, and 55c, the speckle pattern generated on the projection apparatus side becomes invisible.

加えて、本実施の形態では、各コヒーレント光La,Lb,Lcが被照明領域LZを照明し、また、スクリーン15に投射されるようになる。この各コヒーレント光La,Lb,Lcは、互いに異なる光源61a,61b,61cで生成されており、このため、互いに干渉性を有していない。すなわち、各コヒーレント光La,Lb,Lcに起因するスペックルパターンは無相関であり、この無相関なスペックルパターンがスクリーン15で重畳されて平均化される。このため、本実施の形態では、スペックルパターンを更に目立たなくさせることができる。   In addition, in this embodiment, each coherent light La, Lb, Lc illuminates the illuminated area LZ and is projected onto the screen 15. The coherent lights La, Lb, and Lc are generated by different light sources 61a, 61b, and 61c, and therefore have no coherence. That is, the speckle pattern resulting from each of the coherent lights La, Lb, and Lc is uncorrelated, and the uncorrelated speckle pattern is superimposed on the screen 15 and averaged. For this reason, in this Embodiment, a speckle pattern can be made not more conspicuous.

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。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。   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. The larger the speckle contrast value is, the larger the speckle occurrence level on the screen is, which indicates that the spot-like luminance unevenness pattern is more prominently presented to the observer.

図1〜図6を参照しながら説明してきた本実施の形態の投射型映像表示装置10について、スペックルコントラストを測定したところ、3.7%となった(条件1)。また、光学素子50として、計算機合成ホログラムとしてのレリーフ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の像5を再生し得るように干渉露光法により作製された反射型の体積型ホログラムを用いた点を除き、条件1と同様に構成された投射型映像表示装置について、スペックルコントラストを測定したところ、3.0%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、上述してきた本実施の形態はこの基準を十分に満たしている。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である明るさのムラは発生していなかった。   When the speckle contrast was measured for the projection display apparatus 10 of the present embodiment described with reference to FIGS. 1 to 6, it was 3.7% (Condition 1). Further, as the optical element 50, instead of a relief hologram as a computer-generated hologram, a reflective type produced by an interference exposure method so that the image 5 of the scattering plate can be reproduced when receiving specific reproduction illumination light. The speckle contrast was measured for the projection type image display apparatus configured in the same manner as in Condition 1 except that the volume hologram was used, and the result was 3.0% (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. However, the present embodiment described above sufficiently satisfies this criterion. Further, when actually observing with the naked eye, no brightness unevenness, which is a brightness unevenness that can be visually recognized, has occurred.

一方、レーザ光源からのレーザ光を単なる平行光束として空間光変調器30を照明した場合、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、走査デバイス65や光学素子50を介さず、第1光源61aからのコヒーレント光を平行光束に整形入射させた場合、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 spatial light modulator 30 is illuminated with the laser light from the laser light source as a mere parallel light beam, that is, the scanning device 65 or the optical device is added to the spatial light modulator 30 of the projection display apparatus 10 shown in FIG. When the coherent light from the first light source 61a was incident on the parallel light beam without passing through the 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、光源機構61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、走査デバイス65や光学素子50を介さず、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である明るさのムラは発生していなかった。   Further, when the light source mechanism 61 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 image display device 10 shown in FIG. When the non-coherent light from the LED light source is incident as a parallel light beam on the spatial light modulator 30 without using the scanning device 65 or the optical element 50, the speckle contrast is 4.0% (condition 4). . Under these conditions, no brightness unevenness, which is a brightness unevenness that can be visually recognized by naked eye observation, has occurred.

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良好となった。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 Condition 1 and Condition 2 were much better than the results of Condition 3, and were also better than 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、上述してきた本実施の形態によれば、次の利点を享受することもできる。   In addition, according to the above-described embodiment, the following advantages can be obtained.

上述のように、光学素子50の各ホログラム素子55a,55b,55cは、入射角および出射角に関する、「θa+φa」の絶対値の最大値が「θb+φb」の絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、「θa+φa」の絶対値の最大値が「θc+φc」の絶対値の最大値よりも小さくなるという条件が成立するよう、配置されている。言い換えると、光学素子50の各ホログラム素子55a,55b,55cは、偏向角ψaの絶対値の最大値が、偏向角ψbの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、偏向角ψaの絶対値の最大値が、偏向角ψcの絶対値の最大値よりも小さくなるという条件が成立するよう、配置されている。このことにより、第1ホログラム素子55aにおける回折効率や光利用効率が低くなってしまうことを抑制することができる。この結果、ホログラム素子55全体としての回折効率や光利用効率を向上させることができる。   As described above, in each of the hologram elements 55a, 55b, and 55c of the optical element 50, the maximum absolute value of “θa + φa” related to the incident angle and the outgoing angle is smaller than the maximum absolute value of “θb + φb”. In addition, the arrangement is such that the condition that the maximum value of the absolute value of “θa + φa” is smaller than the maximum value of the absolute value of “θc + φc” is satisfied. In other words, in each hologram element 55a, 55b, 55c of the optical element 50, the maximum absolute value of the deflection angle ψa is smaller than the maximum absolute value of the deflection angle ψb, and the absolute value of the deflection angle ψa. Are arranged so that the condition that the maximum value of the angle becomes smaller than the maximum value of the absolute value of the deflection angle ψc is satisfied. As a result, it is possible to prevent the diffraction efficiency and light utilization efficiency of the first hologram element 55a from being lowered. As a result, the diffraction efficiency and light utilization efficiency of the entire hologram element 55 can be improved.

また上述してきた本実施の形態によれば、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。   Further, according to the present embodiment described above, the optical element 50 for making speckles inconspicuous also functions as an optical member for shaping and adjusting the beam form of coherent light emitted from the irradiation device 60. obtain. Therefore, the optical system can be reduced in size and simplified.

〔変形例〕
図1〜6に例示された一具体例に基づいて説明してきた本実施の形態に対して、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、上述した本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。
[Modification]
Various modifications can be made to the present embodiment described based on one 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 portions in the above-described embodiment are used, and redundant descriptions are omitted.

(照明装置)
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、各コヒーレント光La,Lb,Lc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、上述した形態において、走査デバイス65が、各コヒーレント光La,Lb,Lcの光路に沿ってミラーデバイス66の下流側に配置された集光レンズ67を、さらに含むようにしてもよい。この場合、図7に示すように、発散光束を構成する光線の光路を進むミラーデバイス66からの光が、集光レンズ67によって、一定の方向に進む光となる。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、各コヒーレント光La,Lb,Lcを光学素子50の各ホログラム素子55a,55b,55cへ入射させるようになる。なおレンズ67には、互いに波長域の異なる複数のコヒーレント光La,Lb,Lcを含んで成る合成光SLが入射することから、色分散等の不具合を防止する観点から、レンズ67としてアクロマチックレンズを用いることが好ましい。
(Lighting device)
In the embodiment described above, an example has been shown in which the irradiation device 60 causes each coherent light La, Lb, and Lc to be incident on the optical element 50 so as to follow the optical path of one light beam included in the divergent light beam. Absent. For example, in the above-described embodiment, the scanning device 65 may further include a condensing lens 67 disposed on the downstream side of the mirror device 66 along the optical path of each of the coherent lights La, Lb, and Lc. In this case, as shown in FIG. 7, the light from the mirror device 66 traveling along the optical path of the light beam constituting the divergent light beam becomes light traveling in a certain direction by the condenser lens 67. That is, the irradiation device 60 causes the coherent lights La, Lb, and Lc to enter the hologram elements 55 a, 55 b, and 55 c of the optical element 50 so as to follow the optical path of the light beam that forms the parallel light flux. Since the combined light SL including a plurality of coherent lights La, Lb, and Lc having different wavelength ranges is incident on the lens 67, an achromatic lens is used as the lens 67 from the viewpoint of preventing problems such as chromatic dispersion. Is preferably used.

図8は、図7の光学素子50を拡大して示す図であって、上述した形態における図5に対応する図である。本変形例において、各ホログラム素子55a,55b,55cの各位置に入射する各コヒーレント光La,Lb,Lcの入射角はいずれも略同一になっている。この場合、短波長域の第1コヒーレント光Laに対応した第1ホログラム素子55aにおける回折効率や光利用効率を高めるための上述の条件は、以下のように読み替えられる。すなわち本変形例において、各ホログラム素子55a,55b,55cは、出射角φaの絶対値の最大値が、出射角φbの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、出射角φaの絶対値の最大値が、出射角φcの絶対値の最大値よりも小さくなるよう、配置されている。言い換えると、各ホログラム素子55a,55b,55cは、偏向角ψaの絶対値の最大値が、偏向角ψbの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、偏向角ψaの絶対値の最大値が、偏向角ψcの絶対値の最大値よりも小さくなるよう、配置されている。また本変形例においても、好ましくは、第2ホログラム素子55bおよび第3ホログラム素子55cは、出射角φbの最大値が、出射角φcの最大値よりも小さくなるよう、配置されている。言い換えると、第2ホログラム素子55bおよび第3ホログラム素子55cは、偏向角ψbの最大値が、偏向角ψcの最大値よりも小さくなるよう、配置されている。   FIG. 8 is an enlarged view of the optical element 50 of FIG. 7 and corresponds to FIG. 5 in the above-described embodiment. In this modification, the incident angles of the coherent lights La, Lb, and Lc incident on the respective positions of the hologram elements 55a, 55b, and 55c are substantially the same. In this case, the above-described conditions for increasing the diffraction efficiency and the light utilization efficiency in the first hologram element 55a corresponding to the first coherent light La in the short wavelength region can be read as follows. That is, in this modification, each of the hologram elements 55a, 55b, 55c has a maximum absolute value of the emission angle φa that is smaller than a maximum value of the absolute value of the emission angle φb and the absolute value of the emission angle φa. The maximum value is arranged to be smaller than the maximum absolute value of the emission angle φc. In other words, in each hologram element 55a, 55b, 55c, the maximum absolute value of the deflection angle ψa is smaller than the maximum absolute value of the deflection angle ψb, and the maximum absolute value of the deflection angle ψa is The deflection angle ψc is arranged so as to be smaller than the maximum absolute value. Also in this modification, preferably, the second hologram element 55b and the third hologram element 55c are arranged so that the maximum value of the emission angle φb is smaller than the maximum value of the emission angle φc. In other words, the second hologram element 55b and the third hologram element 55c are arranged such that the maximum value of the deflection angle ψb is smaller than the maximum value of the deflection angle ψc.

また上述した形態および変形例において、被照明領域LZが光学素子50の正面からずれた位置に生成される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図9に示すように、被照明領域LZが光学素子50の正面方向に、特に第1ホログラム素子55aの正面方向に生成されるよう、光学素子50が構成されていてもよい。ここで、図9に示すように各ホログラム素子55a,55b,55cが一平面上に並べられる場合、光学素子50は、被照明領域LZに対して最短距離で向かい合うよう配置された第1ホログラム素子55aと、第1ホログラム素子55aの両脇に配置された第2ホログラム素子55bおよび第3ホログラム素子55cと、を有している。これによって、本変形例においても、「θa+φa」の絶対値の最大値が「θb+φb」の絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、「θa+φa」の絶対値の最大値が「θc+φc」の絶対値の最大値よりも小さくなるという条件を成立させることができる。言い換えると、偏向角ψaの絶対値の最大値が偏向角ψbの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、偏向角ψaの絶対値の最大値が偏向角ψcの絶対値の最大値よりも小さくなるという条件を成立させることができる。このことにより、第1ホログラム素子55aにおける回折効率や光利用効率が低くなってしまうことを抑制することができる。   Moreover, in the form and the modification mentioned above, the example to which the to-be-illuminated area | region LZ was produced | generated in the position which shifted | deviated from the front of the optical element 50 was shown. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 9, the optical element 50 is configured so that the illuminated region LZ is generated in the front direction of the optical element 50, particularly in the front direction of the first hologram element 55a. May be. Here, when the hologram elements 55a, 55b, and 55c are arranged on one plane as shown in FIG. 9, the optical element 50 is arranged to face the illuminated area LZ at the shortest distance. 55a, and a second hologram element 55b and a third hologram element 55c arranged on both sides of the first hologram element 55a. As a result, also in this modification, the maximum absolute value of “θa + φa” is smaller than the maximum absolute value of “θb + φb”, and the maximum absolute value of “θa + φa” is the absolute value of “θc + φc”. The condition that the value is smaller than the maximum value can be established. In other words, the maximum absolute value of the deflection angle ψa is smaller than the maximum absolute value of the deflection angle ψb, and the maximum absolute value of the deflection angle ψa is smaller than the maximum absolute value of the deflection angle ψc. The condition of becoming smaller can be established. As a result, it is possible to prevent the diffraction efficiency and light utilization efficiency of the first hologram element 55a from being lowered.

なお図9に示すような形態において、第2ホログラム素子55bおよび第3ホログラム素子55cは、第1ホログラム素子55aを中心として対称的に配置されていてもよい。この場合、「θb+φb」の絶対値の最大値は、「θc+φc」の絶対値の最大値と同一となっていてもよい。言い換えると、偏向角ψbの絶対値の最大値が偏向角ψcの絶対値の最大値と同一となっていてもよい。   In the form shown in FIG. 9, the second hologram element 55b and the third hologram element 55c may be arranged symmetrically about the first hologram element 55a. In this case, the maximum absolute value of “θb + φb” may be the same as the maximum absolute value of “θc + φc”. In other words, the maximum absolute value of the deflection angle ψb may be the same as the maximum absolute value of the deflection angle ψc.

また上述した形態および変形例において、各ホログラム素子55a,55b,55cによって回折されて被照明領域LZに進む各コヒーレント光La,Lb,Lcについて、「θa+φa」の絶対値の最大値が「θb+φb」の絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、「θa+φa」の絶対値の最大値が「θc+φc」の絶対値の最大値よりも小さくなるという条件を課す例を示した。しかしながら、各ホログラム素子55a,55b,55cによって回折された全ての各コヒーレント光La,Lb,Lcについて、「θa+φa」の絶対値の最大値が「θb+φb」の絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、「θa+φa」の絶対値の最大値が「θc+φc」の絶対値の最大値よりも小さくなるという条件を課してもよい。言い換えると、各ホログラム素子55a,55b,55cによって回折された全ての各コヒーレント光La,Lb,Lcについて、偏向角ψaの絶対値の最大値が偏向角ψbの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、偏向角ψaの絶対値の最大値が偏向角ψcの絶対値の最大値よりも小さくなるという条件を課してもよい。このようにより厳しい条件を各ホログラム素子55a,55b,55cに対して課すことにより、第1ホログラム素子55aにおける回折効率や光利用効率をより高くすることができる。この結果、ホログラム素子55全体としての回折効率や光利用効率をさらに向上させることができる。   In the embodiment and the modification described above, the maximum absolute value of “θa + φa” is “θb + φb” for each of the coherent lights La, Lb, Lc diffracted by the hologram elements 55a, 55b, 55c and proceeding to the illuminated region LZ. In this example, the absolute value of “θa + φa” is smaller than the maximum absolute value of “θc + φc”, and the absolute value of “θc + φc” is smaller than the maximum absolute value of “θc + φc”. However, the maximum absolute value of “θa + φa” is smaller than the maximum absolute value of “θb + φb” for all the coherent lights La, Lb, Lc diffracted by the hologram elements 55a, 55b, 55c, In addition, a condition that the maximum absolute value of “θa + φa” is smaller than the maximum absolute value of “θc + φc” may be imposed. In other words, for all the coherent lights La, Lb, Lc diffracted by the hologram elements 55a, 55b, 55c, the maximum absolute value of the deflection angle ψa is smaller than the maximum absolute value of the deflection angle ψb. In addition, a condition that the maximum absolute value of the deflection angle ψa is smaller than the maximum absolute value of the deflection angle ψc may be imposed. By imposing stricter conditions on the hologram elements 55a, 55b, and 55c in this manner, the diffraction efficiency and light utilization efficiency in the first hologram element 55a can be further increased. As a result, the diffraction efficiency and light utilization efficiency of the hologram element 55 as a whole can be further improved.

また上述した形態および変形例において、光学素子50が、第1波長域の第1コヒーレント光Laを回折する第1ホログラム素子55aと、第1波長域よりも長波長側にある第2波長域の第2コヒーレント光をLb回折する第2ホログラム素子55bと、第2波長域よりも長波長側にある第3波長域の第3コヒーレント光Lcを回折する第3ホログラム素子55cと、を有する例を示した。すなわち、光学素子50が、3つの波長域のコヒーレント光に対応できるよう構成されている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、光学素子50は、2つの波長域のコヒーレント光に対応できるよう構成されていてもよく、若しくは、4つ以上の波長域のコヒーレント光に対応できるよう構成されていてもよい。なお、光学素子50が2つの波長域のコヒーレント光に対応できるよう構成されている場合、第1ホログラム素子55aおよび第2ホログラム素子55bは、「θa+φa」の最大値が、「θb+φb」の最大値よりも小さくなるよう、配置されている。言い換えると、第1ホログラム素子55aおよび第2ホログラム素子55bは、偏向角ψaの最大値が偏向角ψbの最大値よりも小さくなるよう、配置されている。また、光学素子50が4つ以上の波長域のコヒーレント光に対応できるよう構成されている場合、例えば図示はしないが、光学素子50が第4波長域の第4コヒーレント光を回折する第4ホログラム素子をさらに有している場合、第4波長域に応じて第4ホログラム素子の配置が決定される。例えば、第4波長域が黄色成分に対応している場合、図1に示す光学素子50の第2ホログラム素子55bと第3ホログラム素子55cとの間に第4ホログラム素子を配置することができる。すなわち、短波長域に対応するホログラム素子ほど偏向角が小さくなるよう、各ホログラム素子を配置することができる。   In the embodiment and the modification described above, the optical element 50 includes a first hologram element 55a that diffracts the first coherent light La in the first wavelength range, and a second wavelength range that is longer than the first wavelength range. The example which has the 2nd hologram element 55b which Lb diffracts the 2nd coherent light, and the 3rd hologram element 55c which diffracts the 3rd coherent light Lc of the 3rd wavelength range which is longer wavelength side than the 2nd wavelength range Indicated. That is, the example is shown in which the optical element 50 is configured to be able to cope with coherent light in three wavelength regions. However, the present invention is not limited to this, and the optical element 50 may be configured to support coherent light in two wavelength regions, or configured to support coherent light in four or more wavelength regions. It may be. When the optical element 50 is configured to support coherent light in two wavelength ranges, the first hologram element 55a and the second hologram element 55b have a maximum value of “θa + φa” and a maximum value of “θb + φb”. It arrange | positions so that it may become smaller. In other words, the first hologram element 55a and the second hologram element 55b are arranged such that the maximum value of the deflection angle ψa is smaller than the maximum value of the deflection angle ψb. In addition, in the case where the optical element 50 is configured to support coherent light in four or more wavelength ranges, for example, although not shown, the fourth hologram in which the optical element 50 diffracts the fourth coherent light in the fourth wavelength range is used. When it further has an element, arrangement | positioning of a 4th hologram element is determined according to a 4th wavelength range. For example, when the fourth wavelength region corresponds to the yellow component, the fourth hologram element can be disposed between the second hologram element 55b and the third hologram element 55c of the optical element 50 shown in FIG. That is, each hologram element can be arranged so that the deflection angle becomes smaller as the hologram element corresponds to the short wavelength region.

また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。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、明るさのムラである輝度ムラ、ちらつきを目立たなくさせることができる。   Moreover, according to the form mentioned above, a speckle can be made inconspicuous effectively. 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, and in this case, luminance unevenness and flicker that are unevenness in brightness 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 scanners (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(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 region LZ by the illumination device 40 may be an elongated region (region also called a linear shape) 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.

(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、各ホログラム素子55a,55b,55c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の像を再生するよう構成される例を示したが、これに限られず、各ホログラム素子55a,55b,55c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、各ホログラム素子55a,55b,55c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、各ホログラム素子55a,55b,55cを有する光学素子50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をも上述の本実施の形態における投射型映像表示装置10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上に各ホログラム素子55a,55b,55c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、各コヒーレント光La,Lb,Lcが各ホログラム素子55a,55b,55c上を走査するように、照射装置60が光学素子50に各コヒーレント光La,Lb,Lcを照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 each hologram element 55a, 55b, 55c has been shown as an example configured to reproduce an image of a planar scattering plate having a shape corresponding to the incident surface of the spatial light modulator 30, the present invention is not limited thereto. Instead, each hologram element 55a, 55b, 55c may be manufactured by an interference exposure method using a scattering plate having some pattern. In this case, an image of the scattering plate having a certain pattern is reproduced by each hologram element 55a, 55b, 55c. In other words, the optical element 50 having the hologram elements 55a, 55b and 55c 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 projection type image display apparatus 10 in the above-described embodiment, and the screen 15 is positioned so as to overlap the illuminated area LZ. By disposing, it is possible to display some pattern recorded on each hologram element 55a, 55b, 55c on the screen 15. Also in this display device, the irradiation device 60 irradiates the optical element 50 with the coherent lights La, Lb, and Lc so that the coherent lights La, Lb, and Lc scan the hologram elements 55a, 55b, and 55c. Therefore, speckles on the screen 15 can be made inconspicuous.

また上述した形態において、照明装置40が、ホログラム素子55を含む光学素子50を有し、ホログラム素子55でプロファイルが整形されたコヒーレント光が空間光変調器30に直接入射する例を示した。しかしながら、このような構成に限られることなく、照明装置40および空間光変調器30を含む投射装置20の構成を適宜変更することができる。一例として、図10に示された例では、コヒーレント光の光路における照明装置40から空間光変調器30までの間に、インテグレーターロッド22およびリレー光学系23が、この順番で配置されている。   In the embodiment described above, the illumination device 40 includes the optical element 50 including the hologram element 55, and the example in which the coherent light whose profile is shaped by the hologram element 55 is directly incident on the spatial light modulator 30 has been shown. However, the configuration of the projection device 20 including the illumination device 40 and the spatial light modulator 30 can be appropriately changed without being limited to such a configuration. As an example, in the example shown in FIG. 10, the integrator rod 22 and the relay optical system 23 are arranged in this order between the illumination device 40 and the spatial light modulator 30 in the optical path of the coherent light.

従来の多くの投射装置や投射型映像表示装置、典型的には従来の大型の投射装置や投射型映像表示装置では、空間光変調器よりも上流側に、照度分布を均一化させるためのインテグレーターロッドと、ある位置を進む光の断面情報を別の位置に伝達し得るリレー光学系と、が設けられている。上述した形態で説明した照明装置40は、このような従来の投射装置や投射型映像表示装置にも適用することができ、一例として、図10に示すように、インテグレーターロッド22およびリレー光学系23をそのまま利用することが可能となる。   In many conventional projection devices and projection-type video display devices, typically large conventional projection devices and projection-type video display devices, an integrator for making the illuminance distribution uniform upstream of the spatial light modulator A rod and a relay optical system capable of transmitting cross-sectional information of light traveling in a certain position to another position are provided. The illumination device 40 described in the above-described form can also be applied to such a conventional projection device and projection type image display device. As an example, as shown in FIG. 10, the integrator rod 22 and the relay optical system 23. Can be used as is.

また上述した形態では、照射装置60が、各光源61a,61b,61cを含む光源機構61と、走査デバイス65と、を有する例を示した。走査デバイス65は、各コヒーレント光La,Lb,Lcの進行方向を反射によって変化させる一軸回動型のミラーデバイス66からなる例を示したが、これに限られない。走査デバイス65は、図11に示すように、ミラーデバイス66のミラー(反射面66a)が、第1の回動軸線RA1だけでなく、第1の回動軸線RA1と交差する第2の回動軸線RA2を中心としても回動可能となっていてもよい。図11に示された例では、ミラー66aの第2の回動軸線RA2は、第1ホログラム素子55aの板面上に定義されたXY座標系のY軸と平行に延びる第1回動軸線RA1と、直交している。そして、ミラー66aが、第1軸線RA1および第2軸線RA2の両方を中心として回動可能なため、照射装置60からの第1コヒーレント光Laの光学素子50への入射点IPは、ホログラム素子55の板面上で二次元方向に移動可能となる。このため、一例として図11に示されているように、第1コヒーレント光Laの光学素子50への入射点IPが円周上を移動するようにすることもできる。   Moreover, with the form mentioned above, the irradiation apparatus 60 showed the example which has the light source mechanism 61 containing each light source 61a, 61b, 61c, and the scanning device 65. FIG. Although the scanning device 65 is an example of the uniaxial rotation type mirror device 66 that changes the traveling direction of each of the coherent lights La, Lb, and Lc by reflection, the scanning device 65 is not limited thereto. As shown in FIG. 11, the scanning device 65 has a second rotation in which the mirror (reflection surface 66a) of the mirror device 66 intersects not only the first rotation axis RA1 but also the first rotation axis RA1. It may be rotatable about the axis RA2. In the example shown in FIG. 11, the second rotation axis RA2 of the mirror 66a is a first rotation axis RA1 extending parallel to the Y axis of the XY coordinate system defined on the plate surface of the first hologram element 55a. And they are orthogonal. Since the mirror 66a is rotatable about both the first axis RA1 and the second axis RA2, the incident point IP of the first coherent light La from the irradiation device 60 to the optical element 50 is the hologram element 55. It is possible to move in a two-dimensional direction on the plate surface. For this reason, as shown in FIG. 11 as an example, the incident point IP of the first coherent light La to the optical element 50 can be moved on the circumference.

また、走査デバイス65が、二以上のミラーデバイス66を含んでいてもよい。この場合、ミラーデバイス66のミラー66aが、単一の軸線を中心としてのみ回動可能であっても、照射装置60からの各コヒーレント光La,Lb,Lcの光学素子50への入射点IPを、ホログラム素子55の板面上で二次元方向に移動させることができる。   Further, the scanning device 65 may include two or more mirror devices 66. In this case, even if the mirror 66a of the mirror device 66 can be rotated only about a single axis, the incident point IP of each coherent light La, Lb, Lc from the irradiation device 60 to the optical element 50 is determined. The hologram element 55 can be moved in a two-dimensional direction on the plate surface.

なお、走査デバイス65に含まれるミラーデバイス66aの具体例としては、MEMSミラー、ポリゴンミラー等を挙げることができる。   Specific examples of the mirror device 66a included in the scanning device 65 include a MEMS mirror and a polygon mirror.

また、走査デバイス65は、反射によってコヒーレント光の進行方向を変化させる反射デバイス(一例として、上述してきたミラーデバイス66)以外のデバイスを含んで構成されていてもよい。例えば、走査デバイス65が、屈折プリズムやレンズ等を含んでいていてもよい。   The scanning device 65 may include a device other than a reflection device (for example, the mirror device 66 described above) that changes the traveling direction of coherent light by reflection. For example, the scanning device 65 may include a refractive prism, a lens, and the like.

そもそも、走査デバイス65は必須ではなく、照射装置60の各光源61a,61b,61cが、光学素子50に対して変位可能(移動、揺動、回転)に構成され、各光源61a,61b,61cの光学素子50に対する変位によって、各光源61a,61b,61cから照射された各コヒーレント光La,Lb,Lcが各ホログラム素子55a,55b,55c上を走査するようにしてもよい。   In the first place, the scanning device 65 is not essential, and each light source 61a, 61b, 61c of the irradiation device 60 is configured to be displaceable (moving, swinging, rotating) with respect to the optical element 50, and each light source 61a, 61b, 61c. Each of the coherent lights La, Lb, and Lc emitted from the light sources 61a, 61b, and 61c may scan the hologram elements 55a, 55b, and 55c by the displacement of the optical element 50.

さらに、照射装置60の各光源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各コヒーレント光La,Lb,Lc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の各光源61a,61b,61cから光学素子50に照射される各コヒーレント光La,Lb,Lc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、各光源61a,61b,61cから発生される各コヒーレント光La,Lb,Lcは、発散光であってもよい。また、各光源61a,61b,61cから発生される各コヒーレント光La,Lb,Lcの断面形状は、円でなく、楕円等であってもよい。さらには、各光源61a,61b,61cから発生される各コヒーレント光La,Lb,Lcの横モードがマルチモードであってもよい。   Furthermore, although each light source 61a, 61b, 61c of the irradiation apparatus 60 has been described on the assumption that it oscillates a laser beam shaped as a linear light beam, the present invention is not limited to this. In particular, in the above-described embodiment, each coherent light La, Lb, Lc 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, there is no inconvenience even if the coherent lights La, Lb, and Lc emitted from the light sources 61a, 61b, and 61c of the irradiation device 60 to the optical element 50 are not accurately shaped. For this reason, each coherent light La, Lb, Lc generated from each light source 61a, 61b, 61c may be diverging light. The cross-sectional shape of each of the coherent lights La, Lb, and Lc generated from each of the light sources 61a, 61b, and 61c may be an ellipse or the like instead of a circle. Furthermore, the transverse mode of each coherent light La, Lb, Lc generated from each light source 61a, 61b, 61c may be a multimode.

なお、各光源61a,61b,61cが発散光束を発生させる場合、各コヒーレント光La,Lb,Lcは、光学素子50の各ホログラム素子55a,55b,55c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、各ホログラム素子55a,55b,55cで回折されて被照明領域LZの各位置に入射する光は、角度を多重化されることになる。言い換えると、各瞬間において、被照明領域LZの各位置には、或る程度の角度範囲の方向から各コヒーレント光La,Lb,Lcが入射する。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。   In addition, when each light source 61a, 61b, 61c generates a divergent light beam, each coherent light La, Lb, Lc is not a point but a certain amount when entering each hologram element 55a, 55b, 55c of the optical element 50. The light enters a region having an area. In this case, the light diffracted by the hologram elements 55a, 55b, and 55c and incident on each position of the illuminated region LZ is multiplexed in angle. In other words, at each moment, each coherent light La, Lb, Lc is incident on each position of the illuminated area LZ from a certain angle range. Speckle can be made more inconspicuous by such multiplexing of angles.

上述した形態では、照射装置60の各光源61a,61b,61cがそれぞれ単一のレーザ光源のみを有する例を示したが、これに限られない。例えば、各光源61a,61b,61cが、同一波長域の光を発振する複数のレーザ光源をそれぞれ含んでいても良い。この場合、照明装置40は、被照明領域LZをより明るく照明することが可能となる。また、異なる固体のレーザ光源からのコヒーレント光は、互いに干渉性を有しない。したがって、散乱パターンの多重化がさらに進み、スペックルをさらに目立たなくさせることができる。   In the embodiment described above, an example in which each of the light sources 61a, 61b, and 61c of the irradiation device 60 has only a single laser light source has been described, but the present invention is not limited thereto. For example, each of the light sources 61a, 61b, and 61c may include a plurality of laser light sources that oscillate light in the same wavelength region. In this case, the illumination device 40 can illuminate the illuminated area LZ more brightly. Further, coherent lights from different solid laser light sources do not have coherence with each other. Therefore, the multiplexing of the scattering pattern further proceeds and the speckle can be made less noticeable.

(光学素子のホログラム素子)
上述した形態において、光学素子50のホログラム素子55が、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からなる例を示したが、これに限られることはなく、様々なタイプのホログラム素子が用いられ得る。例えば上述した形態においては、いわゆるフレネルタイプのホログラム素子が用いられる例を示したが、これに限られることはなく、いわゆるフーリエ変換タイプのホログラム素子が用いられてもよい。なお上述のように、互いに異なる波長域の光に対してそれぞれが所定の回折作用を及ぼす複数のホログラム素子として、波長選択性の弱いホログラム素子が用いられる場合、各ホログラム素子は、積層されるのではなく、空間的にずらして配置される。この場合、上述のように、最も低波長域のコヒーレント光を回折するホログラム素子における偏向角が小さくなるよう、各ホログラム素子を適切に配置することによって、最も低波長域のコヒーレント光に対応するホログラム素子の回折効率および光の利用効率を高めることができる。
(Hologram element of optical element)
In the embodiment described above, the hologram element 55 of the optical element 50 is an example of a relief hologram as a computer-generated hologram (CGH). However, the present invention is not limited to this, and various types of hologram elements are used. obtain. For example, in the embodiment described above, an example in which a so-called Fresnel type hologram element is used has been described. However, the present invention is not limited to this, and a so-called Fourier transform type hologram element may be used. As described above, when a hologram element with weak wavelength selectivity is used as a plurality of hologram elements each having a predetermined diffraction action with respect to light in different wavelength ranges, the hologram elements are stacked. Instead, they are arranged spatially shifted. In this case, as described above, the hologram corresponding to the coherent light in the lowest wavelength region is obtained by appropriately arranging each hologram element so that the deflection angle in the hologram element that diffracts the coherent light in the lowest wavelength region is reduced. The diffraction efficiency of the element and the light utilization efficiency can be increased.

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。   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
10 投射型映像表示装置
15 スクリーン
20 投射装置
22 インテグレーターロッド
23 リレー光学系
25 投射光学系
30 空間光変調器
40 照明装置
50 光学素子
55 ホログラム素子
55a 第1ホログラム素子
55b 第2ホログラム素子
55c 第3ホログラム素子
60 照射装置
61 光源機構
61a 第1光源
61b 第2光源
61c 第3光源
62 合成デバイス
64 レンズ
65 走査デバイス
66 ミラーデバイス(反射デバイス)
66a ミラー(反射面)
67 集光レンズ
LZ 被照明領域
La 第1コヒーレント光
Lb 第2コヒーレント光
Lc 第3コヒーレント光
5 Image 10 Projection-type image display device 15 Screen 20 Projection device 22 Integrator rod 23 Relay optical system 25 Projection optical system 30 Spatial light modulator 40 Illumination device 50 Optical element 55 Hologram element 55a First hologram element 55b Second hologram element 55c Second 3 hologram element 60 irradiation device 61 light source mechanism 61a first light source 61b second light source 61c third light source 62 synthesis device 64 lens 65 scanning device 66 mirror device (reflection device)
66a Mirror (reflective surface)
67 Condensing lens LZ Illuminated area La First coherent light Lb Second coherent light Lc Third coherent light

Claims (14)

第1ホログラム素子および第2ホログラム素子を含む光学素子と、
第1波長域の第1コヒーレント光が前記第1ホログラム素子上を走査し且つ前記第1波長域よりも長波長側にある第2波長域の第2コヒーレント光が前記第2ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置から前記第1ホログラム素子の各位置に入射した前記第1コヒーレント光が、それぞれ、前記第1ホログラム素子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し、前記照射装置から前記第2ホログラム素子の各位置に入射した前記第2コヒーレント光が、それぞれ、前記ホログラム素子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し、前記第1コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第2コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記第1ホログラム素子に入射する前記第1コヒーレント光の進行方向に対して、前記第1ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第1コヒーレント光の進行方向が成す角度をψaとし、前記第2ホログラム素子に入射する前記第2コヒーレント光の進行方向に対して、前記第2ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第2コヒーレント光の進行方向が成す角度をψbとすると、
ψaの絶対値の最大値が、ψbの絶対値の最大値よりも小さくなる、照明装置。
An optical element including a first hologram element and a second hologram element;
The first coherent light in the first wavelength region scans on the first hologram element, and the second coherent light in the second wavelength region on the longer wavelength side than the first wavelength region scans on the second hologram element. And an irradiation device that irradiates the optical element with a plurality of coherent lights having different wavelength ranges, and
The first coherent light incident on each position of the first hologram element from the irradiation device illuminates a region that is diffracted by the first hologram element and overlaps each other at least in part, and the second from the irradiation device. The second coherent light incident on each position of the hologram element illuminates a region that is diffracted by the hologram element and at least partially overlaps each other, and is illuminated so as to overlap with the first coherent light; The at least a portion illuminated in an overlapping manner by the second coherent light overlaps at least in part.
An angle formed by the traveling direction of the first coherent light that is diffracted by the first hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the first coherent light incident on the first hologram element is denoted by ψa. The angle formed by the traveling direction of the second coherent light that is diffracted by the second hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the second coherent light incident on the second hologram element is ψb Then,
A lighting device in which the maximum absolute value of ψa is smaller than the maximum absolute value of ψb.
第1ホログラム素子、第2ホログラム素子および第3ホログラム素子を含む光学素子と、
第1波長域の第1コヒーレント光が前記第1ホログラム素子上を走査し、前記第1波長域よりも長波長側にある第2波長域の第2コヒーレント光が前記第2ホログラム素子上を走査し且つ前記第2波長域よりも長波長側にある第3波長域の第3コヒーレント光が前記第3ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置から前記第1ホログラム素子の各位置に入射した前記第1コヒーレント光が、それぞれ、前記第1ホログラム素子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し、前記照射装置から前記第2ホログラム素子の各位置に入射した前記第2コヒーレント光が、それぞれ、前記ホログラム素子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し、前記照射装置から前記第3ホログラム素子の各位置に入射した前記第3コヒーレント光が、それぞれ、前記ホログラム素子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し、前記第1コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第2コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第3コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記第1ホログラム素子に入射する前記第1コヒーレント光の進行方向に対して、前記第1ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第1コヒーレント光の進行方向が成す角度をψaとし、前記第2ホログラム素子に入射する前記第2コヒーレント光の進行方向に対して、前記第2ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第2コヒーレント光の進行方向が成す角度をψbとし、前記第3ホログラム素子に入射する前記第3コヒーレント光の進行方向に対して、前記第3ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第3コヒーレント光の進行方向が成す角度をψcとすると、
ψaの絶対値の最大値が、ψbの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、
ψaの絶対値の最大値が、ψcの絶対値の最大値よりも小さくなる、照明装置。
An optical element including a first hologram element, a second hologram element, and a third hologram element;
The first coherent light in the first wavelength region scans on the first hologram element, and the second coherent light in the second wavelength region on the longer wavelength side than the first wavelength region scans on the second hologram element. In addition, the optical element is irradiated with a plurality of coherent lights having different wavelength ranges so that the third coherent light in the third wavelength range that is longer than the second wavelength range scans the third hologram element. An irradiating device,
The first coherent light incident on each position of the first hologram element from the irradiation device illuminates a region that is diffracted by the first hologram element and overlaps each other at least in part, and the second from the irradiation device. The second coherent light incident on each position of the hologram element illuminates a region that is diffracted by the hologram element and overlaps at least partially, and is incident on each position of the third hologram element from the irradiation device Each of the third coherent lights is diffracted by the hologram element and illuminates a region that overlaps at least a part of the third coherent light, and overlaps the at least a part of the third coherent light that is illuminated so as to overlap by the first coherent light. Illuminated Wherein at least a portion, at least a portion is illuminated to overlap by the third coherent light overlaps at least part of the range,
An angle formed by the traveling direction of the first coherent light that is diffracted by the first hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the first coherent light incident on the first hologram element is denoted by ψa. The angle formed by the traveling direction of the second coherent light that is diffracted by the second hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the second coherent light incident on the second hologram element is ψb And an angle formed by the traveling direction of the third coherent light that is diffracted by the third hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the third coherent light incident on the third hologram element. If ψc,
the maximum absolute value of ψa is smaller than the maximum absolute value of ψb, and
The lighting device in which the maximum absolute value of ψa is smaller than the maximum absolute value of ψc.
前記第1波長域は第1の原色成分に対応し、前記第2波長域は第2の原色成分に対応し、前記第3波長域は第3の原色成分に対応する、請求項2に記載の照明装置。   The first wavelength range corresponds to a first primary color component, the second wavelength range corresponds to a second primary color component, and the third wavelength range corresponds to a third primary color component. Lighting equipment. ψbの絶対値の最大値が、ψcの絶対値の最大値よりも小さくなる、請求項2または3のいずれか一項に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 2, wherein the maximum absolute value of ψb is smaller than the maximum absolute value of ψc. 前記第1ホログラム素子、前記第2ホログラム素子および前記第3ホログラム素子は、この順番で一平面上に配列されている、請求項2乃至4のいずれか一項に記載の照明装置。   The illumination device according to any one of claims 2 to 4, wherein the first hologram element, the second hologram element, and the third hologram element are arranged on a plane in this order. ψbの絶対値の最大値は、ψcの絶対値の最大値と同一となる、請求項2または3に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 2 or 3, wherein the maximum absolute value of ψb is the same as the maximum absolute value of ψc. 前記第2ホログラム素子および前記第3ホログラム素子は、前記第1ホログラム素子を中心として、対称的に配置されている、請求項2,3および6のいずれか一項に記載の照明装置。   The illumination device according to any one of claims 2, 3, and 6, wherein the second hologram element and the third hologram element are arranged symmetrically with respect to the first hologram element. 各ホログラム素子は、レリーフ型の計算機合成ホログラムである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の照明装置。   The illumination device according to claim 1, wherein each hologram element is a relief-type computer-generated hologram. 波長域が異なる複数のコヒーレント光を出射させる照明装置と、
前記照明装置からの各コヒーレント光によって照明される空間光変調器と、を備え、
前記照明装置は、
第1ホログラム素子および第2ホログラム素子を含む光学素子と、
第1波長域の第1コヒーレント光が前記第1ホログラム素子上を走査し且つ前記第1波長域よりも長波長側にある第2波長域の第2コヒーレント光が前記第2ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照明装置において、前記照射装置から前記第1ホログラム素子の各位置に入射した前記第1コヒーレント光が、それぞれ、前記第1ホログラム素子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し、前記照射装置から前記第2ホログラム素子の各位置に入射した前記第2コヒーレント光が、それぞれ、前記ホログラム素子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し、前記第1コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第2コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記照明装置において、前記第1ホログラム素子に入射する前記第1コヒーレント光の進行方向に対して、前記第1ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第1コヒーレント光の進行方向が成す角度をψaとし、前記第2ホログラム素子に入射する前記第2コヒーレント光の進行方向に対して、前記第2ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第2コヒーレント光の進行方向が成す角度をψbとすると、ψaの絶対値の最大値が、ψbの絶対値の最大値よりも小さくなる、投射装置。
An illumination device that emits a plurality of coherent lights having different wavelength ranges;
A spatial light modulator illuminated by each coherent light from the illumination device,
The lighting device includes:
An optical element including a first hologram element and a second hologram element;
The first coherent light in the first wavelength region scans on the first hologram element, and the second coherent light in the second wavelength region on the longer wavelength side than the first wavelength region scans on the second hologram element. And an irradiation device that irradiates the optical element with a plurality of coherent lights having different wavelength ranges, and
In the illumination device, the first coherent light incident on each position of the first hologram element from the irradiation device illuminates a region that is diffracted by the first hologram element and overlaps at least partly, and the irradiation The second coherent light incident on each position of the second holographic element from the apparatus illuminates a region that is diffracted by the holographic element and overlaps at least partially, and is overlapped by the first coherent light. And at least a portion of the at least a portion that is illuminated so as to overlap with the second coherent light overlaps at least in a range,
In the illumination device, a traveling direction of the first coherent light that is diffracted by the first hologram element and travels to the partial range with respect to a traveling direction of the first coherent light incident on the first hologram element. An angle formed by ψa, and a traveling direction of the second coherent light that is diffracted by the second hologram element and proceeds to the partial range with respect to a traveling direction of the second coherent light incident on the second hologram element When the angle formed by ψb is ψb, the maximum value of the absolute value of ψa is smaller than the maximum value of the absolute value of ψb.
前記照明装置と空間光変調器との間に配置されたインテグレーターロッドを、さらに備える請求項9に記載の投射装置。   The projection device according to claim 9, further comprising an integrator rod disposed between the illumination device and the spatial light modulator. 前記インテグレーターロッドから前記空間光変調器までの間に配置されたリレー光学系を、さらに備える請求項10に記載の投射装置。   The projection apparatus according to claim 10, further comprising a relay optical system disposed between the integrator rod and the spatial light modulator. 波長域が異なる複数のコヒーレント光を出射させる照明装置と、前記照明装置からの各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、を有する投射装置と、
前記空間光変調器上に得られる変調画像を投影されるスクリーンと、を備え、
前記照明装置は、
第1ホログラム素子および第2ホログラム素子を含む光学素子と、
第1波長域の第1コヒーレント光が前記第1ホログラム素子上を走査し且つ前記第1波長域よりも長波長側にある第2波長域の第2コヒーレント光が前記第2ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照明装置において、前記照射装置から前記第1ホログラム素子の各位置に入射した前記第1コヒーレント光が、それぞれ、前記第1ホログラム素子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し、前記照射装置から前記第2ホログラム素子の各位置に入射した前記第2コヒーレント光が、それぞれ、前記ホログラム素子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し、前記第1コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第2コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記照明装置において、前記第1ホログラム素子に入射する前記第1コヒーレント光の進行方向に対して、前記第1ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第1コヒーレント光の進行方向が成す角度をψaとし、前記第2ホログラム素子に入射する前記第2コヒーレント光の進行方向に対して、前記第2ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第2コヒーレント光の進行方向が成す角度をψbとすると、ψaの絶対値の最大値が、ψbの絶対値の最大値よりも小さくなる、投射型映像表示装置。
A projection device comprising: an illumination device that emits a plurality of coherent lights having different wavelength ranges; and a spatial light modulator disposed at a position illuminated by each coherent light from the illumination device;
A screen on which a modulated image obtained on the spatial light modulator is projected,
The lighting device includes:
An optical element including a first hologram element and a second hologram element;
The first coherent light in the first wavelength region scans on the first hologram element, and the second coherent light in the second wavelength region on the longer wavelength side than the first wavelength region scans on the second hologram element. And an irradiation device that irradiates the optical element with a plurality of coherent lights having different wavelength ranges, and
In the illumination device, the first coherent light incident on each position of the first hologram element from the irradiation device illuminates a region that is diffracted by the first hologram element and overlaps at least partly, and the irradiation The second coherent light incident on each position of the second holographic element from the apparatus illuminates a region that is diffracted by the holographic element and overlaps at least partially, and is overlapped by the first coherent light. And at least a portion of the at least a portion that is illuminated so as to overlap with the second coherent light overlaps at least in a range,
In the illumination device, a traveling direction of the first coherent light that is diffracted by the first hologram element and travels to the partial range with respect to a traveling direction of the first coherent light incident on the first hologram element. An angle formed by ψa, and a traveling direction of the second coherent light that is diffracted by the second hologram element and proceeds to the partial range with respect to a traveling direction of the second coherent light incident on the second hologram element Is a projection type image display device in which the maximum absolute value of ψa is smaller than the maximum absolute value of ψb.
波長域が異なる複数のコヒーレント光を出射させる照明装置と、
前記照明装置からの各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、
前記照明装置は、
第1ホログラム素子および第2ホログラム素子を含む光学素子と、
第1波長域の第1コヒーレント光が前記第1ホログラム素子上を走査し且つ前記第1波長域よりも長波長側にある第2波長域の第2コヒーレント光が前記第2ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照明装置において、前記照射装置から前記第1ホログラム素子の各位置に入射した前記第1コヒーレント光が、それぞれ、前記第1ホログラム素子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し、前記照射装置から前記第2ホログラム素子の各位置に入射した前記第2コヒーレント光が、それぞれ、前記ホログラム素子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し、前記第1コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第2コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記照明装置において、前記第1ホログラム素子に入射する前記第1コヒーレント光の進行方向に対して、前記第1ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第1コヒーレント光の進行方向が成す角度をψaとし、前記第2ホログラム素子に入射する前記第2コヒーレント光の進行方向に対して、前記第2ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第2コヒーレント光の進行方向が成す角度をψbとすると、ψaの絶対値の最大値が、ψbの絶対値の最大値よりも小さくなる、投射型映像表示装置。
An illumination device that emits a plurality of coherent lights having different wavelength ranges;
A screen disposed at a position illuminated by each coherent light from the illumination device,
The lighting device includes:
An optical element including a first hologram element and a second hologram element;
The first coherent light in the first wavelength region scans on the first hologram element, and the second coherent light in the second wavelength region on the longer wavelength side than the first wavelength region scans on the second hologram element. And an irradiation device that irradiates the optical element with a plurality of coherent lights having different wavelength ranges, and
In the illumination device, the first coherent light incident on each position of the first hologram element from the irradiation device illuminates a region that is diffracted by the first hologram element and overlaps at least partly, and the irradiation The second coherent light incident on each position of the second holographic element from the apparatus illuminates a region that is diffracted by the holographic element and overlaps at least partially, and is overlapped by the first coherent light. And at least a portion of the at least a portion that is illuminated so as to overlap with the second coherent light overlaps at least in a range,
In the illumination device, a traveling direction of the first coherent light that is diffracted by the first hologram element and travels to the partial range with respect to a traveling direction of the first coherent light incident on the first hologram element. An angle formed by ψa, and a traveling direction of the second coherent light that is diffracted by the second hologram element and proceeds to the partial range with respect to a traveling direction of the second coherent light incident on the second hologram element Is a projection type image display device in which the maximum absolute value of ψa is smaller than the maximum absolute value of ψb.
透過型の第1ホログラム素子および透過型の第2ホログラム素子を備えた光学素子であって、
前記第1ホログラム素子は、前記第1ホログラム素子の各位置に入射した、第1波長域の第1コヒーレント光が、それぞれ、前記第1ホログラム素子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よう構成されており、
前記第2ホログラム素子は、前記第2ホログラム素子の各位置に入射した、前記第1波長域よりも長波長側にある第2波長域の第2コヒーレント光が、それぞれ、前記第2ホログラム素子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よう構成されており、
前記第1コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第2コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記第1ホログラム素子に入射する前記第1コヒーレント光の進行方向に対して、前記第1ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第1コヒーレント光の進行方向が成す角度をψaとし、前記第2ホログラム素子に入射する前記第2コヒーレント光の進行方向に対して、前記第2ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第2コヒーレント光の進行方向が成す角度をψbとすると、
ψaの絶対値の最大値が、ψbの絶対値の最大値よりも小さくなる、光学素子。
An optical element comprising a transmissive first hologram element and a transmissive second hologram element,
The first hologram element illuminates a region where the first coherent light in the first wavelength region incident on each position of the first hologram element is diffracted by the first hologram element and overlaps at least partially. It is configured as
In the second hologram element, second coherent light in a second wavelength range that is incident on each position of the second hologram element and is on a longer wavelength side than the first wavelength range is respectively the second hologram element. Configured to illuminate areas that are diffracted and at least partially overlap each other;
The at least a portion illuminated to overlap by the first coherent light and the at least a portion illuminated to overlap by the second coherent light overlap at least in a range;
An angle formed by the traveling direction of the first coherent light that is diffracted by the first hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the first coherent light incident on the first hologram element is denoted by ψa. The angle formed by the traveling direction of the second coherent light that is diffracted by the second hologram element and travels to the partial range with respect to the traveling direction of the second coherent light incident on the second hologram element is ψb Then,
An optical element in which the maximum absolute value of ψa is smaller than the maximum absolute value of ψb.
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