JP5936119B2 - 照明装置、投射装置および投射型映像表示装置 - Google Patents

照明装置、投射装置および投射型映像表示装置 Download PDF

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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
特開2004−264512号公報 特開平6−208089号公報
Speckle 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。 図2は、図1に示された照明装置を示す図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
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。
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。
〔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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〔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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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

Claims (14)

  1. 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。
  2. 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、前記第3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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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ホログラム素子の第1位置に入射した、第1波長域の第1コヒーレント光と、前記第1ホログラム素子の第2位置に入射した前記第1コヒーレント光とが、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ホログラム素子の第1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コヒーレント光と、前記第2ホログラム素子の第2位置に入射した前記第2コヒーレント光とが、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ホログラム素子の前記第1位置に入射した前記第1コヒーレント光と前記第1ホログラム素子の前記第2位置に入射した前記第1コヒーレント光と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ホログラム素子の前記第1位置に入射した前記第2コヒーレント光と前記第2ホログラム素子の前記第2位置に入射した前記第2コヒーレント光と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。
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