JP6041093B2 - ホログラム再生装置、ホログラム再生方法、投射型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、要素ホログラムを周期的に配列して構成されたホログラムの再生方法、再生装置、並びに、ホログラム再生装置を利用した投写型映像表示装置に関するものである。

像を予め記録したホログラムに照明光を照射して像を含む再生光を出射するホログラム再生装置はよく知られるところである。このようなホログラム再生装置に使用されるホログラムの製造方法としては、ホログラムに対して参照光と、像からの物体光を同時に照射してホログラムに干渉縞を記録する方法が知られている。

また、このような製造方法以外に参照光と物体光で生じる干渉縞を計算機によって計算して製造する方法も知られている。このような方法によって製造されたホログラムは計算機ホログラムと呼ばれ、干渉計測、光情報処理、セキュリティまたはホログラフィックディスプレイなど各種応用分野において重要な位置を占めている。

このような計算機ホログラムの製造方法では、計算によって算出された干渉縞に基づいて型を形成し、形成された型でホログラムを型どりすることで、ホログラムの表面上に干渉縞を凹凸として記録する。このように計算機ホログラムにおいては、型を使用することで凹凸を容易に複製することが可能であり、大量生産に適したものとなっている。

しかしながら、計算機による干渉縞の計算には莫大な計算量が必要とされ、１つの計算機ホログラムに対して長時間の計算が必要とされる。そのため、比較的小判の計算機ホログラムに関する干渉縞を計算によって求め、当該計算機ホログラムを周期的に配置して構成することで、大判の計算機ホログラムを形成することが行われている。

特許文献１には、コンピュータ形成ホログラム（上述の計算機ホログラムに相当）で形成されたサブホログラム（ファセット１２）をＭ×Ｎ直線行列として配列したビームホモジェナイザが開示されている。各サブホログラムから出射された光は、出力平面上で重なり合い、各サブホログラムを通過した光を均一に混合することを可能としている。

特表２００１−５０７１３９号公報 特開平６−２０８０８９号公報

ところで、上述したように小判のホログラム（以下、「要素ホログラム」と呼ぶ）を配列して構成したホログラムでは、ホログラムを再生する照明光束の径が要素ホログラムより大きい、すなわち、照明光束が同時に隣接する要素ホログラムを照明した場合、ホログラムの再生像は均一にならず周期的な構造が現れてしまう。このようなホログラムの周期的構造は、再生する像を劣化させることとなる。また、ホログラムからの再生光を投写型映像表示装置などの照明光として利用する場合、本来であれば均一な照度で照明するべきところ、このような周期的構造は照度ムラとして顕在化し、表示する映像の品質を劣化させることとなる。

図１には、ホログラム再生装置において再生像に周期的構造が現れる様子が示されてい
る。ホログラム再生装置１は、ホログラム１０、フーリエ変換レンズ２０を備えて構成されている。図中、ホログラム１０の入射（出射）面を形成する平面がＸＹ平面となるように、Ｘ軸、Ｙ軸を定義するとともに、ＸＹ平面に直交し、照明光Ｌ₁が進行する側の方向
をＺ軸として定義している。

図２には、Ｚ軸側から見たホログラム１０の構成（一部）が示されている。図に示されるようにホログラム１０は、複数の要素ホログラム１１が隣接して構成される。各要素ホログラム１１は、一辺がピッチｐを有する正方形形状を有している。このように要素ホログラム１１を隣接して構成することで、要素ホログラム１１は周期的に配列されることとなる。

このようなホログラム１０に対して、破線で図示するような照明光Ｌ₁、すなわち、複
数の要素ホログラム１１を跨いで照明する大きさの照明光を照射した場合、前述した再生像における周期的構造が問題となる。

図１に戻り、ホログラム１０には、再生像を再生するための所定の入射方向（再生入射方向）から照明光Ｌ₁が入射される。照明光Ｌ₁には、レーザー光源部などから出射されたコヒーレント光が使用される。また、ホログラム１０に入射する照明光Ｌ1は、再生入射
方向に対して平行な光束となっている。この再生入射方向とは、ホログラム１０を設計する際、定められたホログラム１０への入射角度であり、この再生入射方向に沿って照明光Ｌ₁を照射することで、設計時の再生像２１ｉが再生される。ホログラム１０を構成する
各要素ホログラム１１は、入射した照明光Ｌ₁に基づいて、再生光Ｌ₂を出射する。各要素ホログラム１１から出射された再生光Ｌ₂は、フーリエ変換レンズ２０を通過（前焦点距
離、後焦点距離は共にｆ）とすることで同じ位置に再生像を形成する。

ここでは、ホログラム１０には、再生像２１ｉの何れの箇所においても均一な照度を持つような像を記録させている。したがって、再生像２１ｉの理想的な照度分布は均一なものである。しかしながら、前述したように、照明光Ｌ₁にて複数の要素ホログラム１１を
跨いで同時に照明した場合、各要素ホログラム１１からの再生光Ｌ₂が干渉することで、
照度ムラが生じることとなる。この照度ムラは周期的構造を有するものであって、図１に示されるように輝点中心２２が周期的に並ぶこととなり、再生像を劣化させることとなる。

一方、投写型映像表示装置においては、コヒーレントなレーザー光を光源として使用する場合、照射対象表面の微小凹凸からの散乱光が干渉することで生ずるスペックルノイズが発生し、再生する映像を劣化させる、あるいは、見難くしてしまうことが知られている。

特許文献２には、コヒーレント光が通過する拡散素子を回転運動させることで、スペックルノイズの低減を図る無スペックル・ディスプレイ装置が開示されている。しかしながら、特許文献２に開示されるスペックルノイズ低減方法では、拡散素子到達前に生じていたスペックルノイズ（干渉パターン）は平均化できるものの、拡散中心からスクリーンへの入射光線角度はスクリーン上のいずれの点においても不変であるため、スクリーン各点の光散乱特性も一定となり、結果としてスクリーン上で発生するスペックルの除去効果は殆ど得られないという問題があった。

このような、コヒーレント光を原因として生ずるスペックルは、コヒーレント光を光源として使用するプロジェクタ（投射型映像表示装置）のみならず、コヒーレント光を使用する様々な照明装置において問題となっている。

本発明は、このような課題を解決するものであって、そのため、以下の構成要件を有することを特徴としている。

本発明に係るホログラム再生方法は、
要素ホログラムを周期的に配列して構成されたホログラムを再生するホログラム再生方法において、
前記ホログラム上のある点に入射する照明光の照度分布の半値半幅にて形成される線分と、前記ホログラムの再生入射方向とが形成する角度Δθが、下記条件式（１）を満足することを特徴とする。
Δθ≧λ／２ｐ ・・・（１）
ただし、
λは照明光の波長、
ｐは前記要素ホログラムの一辺の大きさ

さらに本発明に係るホログラム再生方法において、
前記角度Δθは、下記条件式（２）を満足することを特徴とする。
Δθ≦５λ／ｐ ・・・（２）

また本発明に係るホログラム再生装置は、
要素ホログラムを周期的に配列して構成されたホログラムと、
前記ホログラムに照明光を照射する光源と、を備え、
前記ホログラム上のある点に入射する照明光の照度分布の半値半幅にて形成される線分と、前記ホログラムの再生入射方向とが形成する角度Δθが、下記条件式（１）を満足することを特徴とする。
Δθ≧λ／２ｐ ・・・（１）
ただし、
λは照明光の波長、
ｐは前記要素ホログラムの一辺の大きさ

さらに本発明に係るホログラム再生装置において、
前記角度Δθは、下記条件式（２）を満足することを特徴とする。
Δθ≦５λ／ｐ ・・・（２）

さらに本発明に係るホログラム再生装置において、
前記光源は、レーザー光源部と、散乱素子を有し、
前記散乱素子は、前記レーザー光源部から出射されるコヒーレント光に角度分布を付与して、照明光として出射することを特徴とする。

さらに本発明に係るホログラム再生装置において、
前記光源は、レーザー光源部と、複数の光ファイバを有し、
前記光ファイバは、前記レーザー光源部から出射されるコヒーレント光に角度分布を付与して、照明光として出射することを特徴とする。

さらに本発明に係るホログラム再生装置において、
前記光源は、レーザー光源部と、レンズアレイを有し、
前記レンズアレイは、レーザー光源部から出射されるコヒーレント光に角度分布を付与して、照明光として出射することを特徴とする。

また本発明に係る投写型映像表示装置は、
照明光を出射する光源と、
前記光源から出射された照明光を走査する光走査部と、
像が形成される像形成領域を有する光変調素子と、
要素ホログラムが周期的に配列されて構成され、前記光走査部で走査された照明光を拡散し、各点から出射される再生光が前記像形成領域を重ねて照明するホログラムと、を備え、
前記ホログラム上のある点に入射する照明光の照度分布の半値半幅にて形成される線分と、前記ホログラムの再生入射方向とが形成する角度Δθが、下記条件式（１）を満足することを特徴とする。
Δθ≧λ／２ｐ ・・・（１）
ただし、
λは照明光の波長、
ｐは前記要素ホログラムの一辺の大きさ

さらに本発明に係る投写型映像表示装置において、
前記角度Δθは、下記条件式（２）を満足することを特徴とする。
Δθ≦５λ／ｐ ・・・（２）

さらに本発明に係る投写型映像表示装置において、
前記角度Δθは、下記条件式（３）を満足することを特徴とする。
Δθ≦θ₀ ・・・（３）
ただし、
θ₀は前記ホログラム上の一点から前記像形成領域の短辺を見込む角度幅

本発明によれば、要素ホログラムを周期的に配列して構成されたホログラムを再生する際、再生像に発生する輝点などの周期的構造を抑え、再生像の劣化を抑えることが可能となる。そして、このようなホログラム再生装置（方法）を投写型映像表示装置に採用することで、光変調素子を照明する再生光のムラを抑え、スクリーン上に投射される映像を良好にすることが可能となる。

さらに、本発明の投写型映像表示装置では、光走査部で走査された照明光を拡散し、各点から出射される再生光が光変調素子の像形成領域を重ねて照明するホログラムを使用している。このような構成により、ホログラムからの再生光は、スクリーンに対して時間的に異なる角度で照射することとなり、スクリーン上で発生するスペックルを効果的に抑制することが可能となっている。

ホログラム再生装置の構成を説明するための図 複数の要素ホログラムで構成されたホログラムを説明するための図 本発明の実施形態に係るホログラム再生装置の構成を説明するための図 ホログラムによって再生される再生像を説明するための図 照明光Ｌ₁、並びに、ホログラムの再生像の照度分布を説明するための模式図 光変調素子を照明したときのホログラムの再生像を示す図 本発明の実施形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す図 本発明の実施形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す図 本発明の実施形態に係る投写型映像表示装置（または、ホログラム再生装置）で使用する光源の構成を示す図

では、本発明の実施形態に係るホログラム装置について図面を参照しつつ説明を行う。図３は、本発明の実施形態に係るホログラム再生装置１の構成を示す図である。なお、以下に説明する図面は、模式的に示した図であって、実際の形状、寸法、配置とは異なる場合がある。

図３のホログラム再生装置１の構成は、図１、図２で説明した構成と、照明光Ｌ₁の照
明以外の点において同一の構成を有するものであって、複数の要素ホログラム１１が周期的に配列して構成されたホログラム１０、フーリエ変換レンズ３１、そして、照明光Ｌ₁
を出射する光源（図示せず）を備えて構成されている。

ホログラム１０を構成する要素ホログラム１１には、計算機ホログラムが採用されている。計算機ホログラムは、計算機によって計算された干渉縞を表面の凹凸形状として記録したホログラムである。このような計算機ホログラムは、印刷技術などを利用して凹凸形状を形成することで大量生産を可能としている。また、ホログラム１０を構成する複数の要素ホログラム１１を複製して使用することで、干渉縞の算出に必要な計算量を抑えることが可能となっている。

図３において、ホログラム１０に入射する照明光Ｌ₁について、ホログラム１０の入射
面のある点Ａについて説明する。ホログラム１０を実際に再生する際には、ホログラム１０の入射面の広い領域にわたって照明光Ｌ₁が入射することになる。このホログラム１０
の点Ａに対して入射する入射光Ｌ₁は、以下の入射角の条件を有するように構成されてい
る。すなわち、一点鎖線で示すホログラム１０の再生入射方向Ｌ_1C、すなわち、ホログラム１０（要素ホログラム１１）を再生する際、予めホログラム１０（要素ホログラム１１）に設定されている再生入射方向に対して角度Δθを形成するように入射させている。

その際、照明光Ｌ₁を形成する光束は、強度分布を有するため、角度Δθは、ある点Ａ
に入射する照明光Ｌ₁の半値半幅にて形成される線分で定義される。すなわち、ホログラ
ム１０上の所定位置に入射する照明光Ｌ₁の半値半幅にて形成される線分が、ホログラム
１０の再生入射方向Ｌ_1Cとなす角度がΔθとして定義される。図５（ａ）には、図３中、照明光Ｌ₁に対して直交するＢ−Ｂ間について、照明光Ｌ₁の照度分布が示されている。

このように、照明光Ｌ₁が再生入射方向Ｌ_1Cに対して角度Δθを有するように入射させ
ることで、ホログラム１０の任意の点（図では点Ａ）に入射した照明光Ｌ₁は、再生光Ｌ₂に変換され、半値半幅ΔＸＢを有する再生像２１ｉに変換される。再生像２１ｉ上に形成された半値半幅ΔＸＢは、基点中心が周期的に並ぶ照度ムラを解消することになる。図５（ｂ）には、ホログラム１０の再生像２１ｉに形成される照度分布が示されている。図５（ａ）で説明した照度分布を有する照明光Ｌ₁を使用した場合、再生像２１ｉも輝点中心
２２を中心として、照度分布を有するものとなる。ここでは、輝点中心２２を中心にして発生する各輝点の半値半幅をΔＸＢとして定義する。

図３において、ホログラム１０の再生入射方向に対する角度Δθと、再生像２１ｉ上の半値半幅ΔＸＢは、以下の式で近似することが可能である。
ΔＸＢ＝ｆ×Δθ ・・・（ａ）
ｆはフーリエ変換レンズ２０の焦点距離

図４には、ＸＹ平面における再生像２１ｉが模式的に示されている。要素ホログラム１１を周期的に配列したことを原因として、再生像２１ｉ上に発生する輝点は、ΔＸの間隔を有して発生する。すなわち、この輝点の間隔ΔＸは輝点の中心間隔に相当するものであって、以下の式で近似することが可能である。
ΔＸ＝ｆ×λ／ｐ ・・・（ｂ）
ただし、
λは照明光Ｌ₁の波長
ｐは要素ホログラム１１の一辺の大きさ、を示す。

本実施形態では、入射光Ｌ₁について、再生入射方向に対して角度Δθを持たせること
で、図５（ｂ）に示されるように、再生光Ｌ₂で発生する各輝点の照明範囲を重複させ、
輝点の発生を抑制（平均化）するものである。具体的には、以下に示す式（ｃ）を使用し、輝点の中心間隔ΔＸと再生光Ｌ₂の半値半幅ΔＸＢが下記の関係を有することが好まし
い。
ΔＸＢ≧ΔＸ／２ ・・・（ｃ）

この式（ｃ）は、図４において、半値半幅ΔＸＢが接する、あるいは、重複するときの条件を示したものであり、この式（ｃ）を満たすことで、複数の輝点間で照度を平均化し、輝点ムラの抑制を図ることを可能としている。

この式（ｃ）に前述した式（ａ）、（ｂ）を代入することで、フーリエ変換レンズ２０の焦点距離ｆを削除し、以下の条件式（１）が得られる。
Δθ≧λ／２ｐ ・・・（１）
ただし、
λは照明光Ｌ₁の波長、
ｐは要素ホログラム１１の一辺の大きさ

この条件式（１）は、入射光Ｌ₁の再生入射方向に対する角度Δθの下限を規定するも
のとなっている。角度Δθを大きくすることで、再生像２１ｉに発生する輝点は抑えることが可能である。その一方、角度Δθが大きくなるにしたがって再生像２１ｉ中の半値半幅ΔＸＢは大きくなる。そのため、ホログラム１０にて物体などの再生像２１ｉを再生させた場合、再生される物体の輪郭は、ぼやけることとなる。このようなぼけを抑制するには、ホログラム１０にて物体像を再生する場合には、角度Δθの上限値を、条件式（１）で規定する下限値の１０倍以下に抑えておくことが好ましい。すなわち、条件式（１）の右辺を１０倍した値をΔθの上限値とする条件式（２）を満足させることが好ましい。
Δθ≦５λ／ｐ ・・・（２）

このように、条件式（１）を満足するように照明光Ｌ₁の角度Δθの下限を規定するこ
とで、輝点の発生を抑えることが可能となる。また、条件式（２）を満足するように照明光Ｌ₁の角度Δθを規定することで輪郭の鮮明な再生像２１ｉを提供することが可能とな
る。

上述したホログラム再生装置１について行った実施例について説明する。本実施例は図３で説明したホログラム再生装置１において、照明光Ｌ₁に角度Δθを付与した場合と、
付与しない場合で輝点の発生について比較したものである。なお、輝点の発生を明瞭に観察するため、ホログラム１０（要素ホログラム１１）は、照度分布が一定の再生像を記録したものを使用している。また、角度Δθの付与は、光源から出射された照明光に対して拡散板を透過させることで行うこととしている。以下に、本実施例で使用したホログラム１０の仕様、並びに、ホログラム再生装置１の再生条件を示す。

なお、拡散板を使用した本実施例において、ホログラム１０に入射する照明光が形成する角度Δθは、拡散板の散乱角度φを、ホログラム１０に到達するまでの光学系を使用して換算することで確認されたものである。ここで、拡散板の散乱角度φは、拡散板によって拡散された散乱光の半値半幅にて形成される線分と光軸がなす角度である。角度Δθの
確認は、このように光源からの散乱角度φを使用して算出する形態以外に直接、ホログラム１０に入射する入射光を観察することで行うことも可能である。例えば、ホログラム１０の前にピンホールを設置し、ピンホールを通過した照明光の強度分布をＣＣＤセンサ等で検出することで、照明光によって形成されるΔθの確認を行うことも可能である。

（実施例）
（ホログラム（ＣＧＨ：計算機ホログラム）の仕様）
再生像の大きさ １０×１０ｍｍ
要素ホログラム ピクセル ０．１μｍ角
点数 ２０００×２０００
寸法 ２００μｍ×２００μｍ
計算法 ＩＦＴＡ（反復フーリエ変換）を使用
形態 ガラスをエッチングしたバイナリーレリーフ型
ホログラムの大きさ ６０００μｍ×６０００μｍ
縦３０個×横３０個の要素ホログラムで構成

（再生条件）
波長 ５３２ｎｍレーザ
照明光束幅 ４ｍｍφ
光学系 焦点距離１００ｍｍのフーリエ変換レンズ使用
角度Δθ 拡散板なし Δθ＝±０°（平行光）
拡散板あり Δθ＝±０．１°

以下に、本実施例の結果とともに、条件式（１）の評価について示す。
（結果）
拡散板なし 縦３８個×横３８個の輝点発生、照明ムラ発生
拡散板あり 輝点確認できず、照明ムラなし
拡散板を使用した場合、すなわち、角度Δθ±０．１ｄｅｇの場合、条件式（１）を評価する。条件式（１）の左辺、右辺の値は次のように算出される。
（左辺）＝Δθ＝０．１［ｄｅｇ］
（右辺）＝λ／２ｐ
＝０．５３２／（２＊２００）
＝０．００１３３［ｒａｄ］
＝０．０７６［ｄｅｇ］
（左辺）＞（右辺）となり、条件式（１）を満たしていることが分かる。すなわち、条件式（１）を満足する角度Δθを設けること（拡散板あり）によって、要素ホログラムを周期的に配列して構成されたホログラムの再生時、輝点の発生が抑えられることが確認できた。

一方、ホログラム１０の再生光Ｌ₂を投写型映像表示装置などの照明装置として使用す
る形態が考えられる。このような場合、ホログラム１０から出射される再生像２１ｉは、照明ムラが生じないように均一に照明する必要がある。すなわち、要素ホログラム１１で構成されたホログラム１０を使用する場合においても、上述する式（１）を満足することで再生像２１ｉ中の輝点の発生を抑えることが可能となる。

ホログラム１０を、このような照明装置として使用する形態では、再生像２１ｉの輪郭の鮮明さを必要としないため、角度Δθの上限を緩和することが可能である。図６は、ホログラム１０を投写型映像表示装置などにて使用される照明装置として使用した場合の形態を示した図であって、照明対象となる光学変調素子４０のＸＹ平面上の図である。なお、座標系は図３と同様である。ホログラム１０は、光変調素子４０中、像形成領域４１を
被照明領域として照明する。

光変調素子４０中の像形成領域４１は、縦Ｘ₀、横Ｙ₀の大きさを有する。図１で説明した従来のホログラム再生装置１によって、像形成領域４１を照明する場合、黒点で示される輝点中心２２を中心とする輝点が発生する。本実施形態では、入射光Ｌ₁について、再
生入射方向に対して角度Δθを持たせたことで、ホログラム１０の再生像２１ｉに半値半幅ΔＸＢを形成し、この輝点を抑制することとしている。本実施形態のようにホログラム再生装置１を、光変調素子４０を照明する照明装置として使用する場合、角度Δθの上限値は以下の条件を満足することが好ましい。

すなわち、角度Δθは、光変調素子４０の像形成領域４１の短辺（図６の場合Ｘ軸方向の長さＸ₀）側において、両端に位置する半値半幅ΔＸＢ同士が接しない大きさを条件と
することが好ましい。すなわち、下記に示す式（ｄ）を満足することが好ましい。
ΔＸＢ≦Ｘ₀ ・・・（ｄ）

ここで、Ｘ₀は、下記に示す式（ｅ）で書き換えることが可能である。
Ｘ₀＝ｆ×θ₀ ・・・（ｅ）
ｆはフーリエ変換レンズ２０の焦点距離
θ₀はホログラム１０の上の一点から像形成領域４１の短辺を見込む角度幅

したがって、ホログラム再生装置１を投写型映像表示装置などの照明装置として使用する場合、角度Δθの上限値は、式（ｄ）に式（ａ）、（ｅ）を代入することで、下記に示す条件式（３）で表すことができる。
Δθ≦Δθ₀ ・・・・（３）
ただし、
θ₀はホログラム１０の上の一点から前記像形成領域の短辺を見込む角度幅

条件式（３）を満足することで輝点の発生を抑制しつつ、不要な照明、すなわち、被照明領域としての像形成領域４１以外の箇所の照明を抑えることが可能となる。なお、照明装置として使用する場合であっても、角度Δθの上限値を条件式（２）にて規定することとしてもよい。

図７、図８には、このようにホログラム再生装置を、投写型映像装置２の照明装置として使用した実施形態が示されている。本実施形態の投写型映像表示装置２は、光源３０、第１レンズ５１、光走査部６０、第２レンズ５２、ホログラム１０、光変調素子４０、投射光学系５３を有している。図７には、光源２０からホログラム１０までの構成が示されており、図８には、ホログラム１０から出射された再生光Ｌ₂が、光変調素子４０を透過
して映像再生光Ｌ₃となり、スクリーン５４に投影されるまでの構成が示されている。

図７に示される光源３０は、コヒーレント光を出射するレーザー光源部３１と、出射されたコヒーレント光に散乱角度φ（角度分布）を付与し、散乱光Ｌ₀に変換する散乱板３
２（本発明における「散乱素子」）を備えて構成されている。散乱板３２にて付与される散乱角度φは、後に説明するホログラム１０の再生入射方向Ｌ_1Cに対して形成する角度Δθを形成することになる。

本実施形態では、コヒーレント光に散乱角度φを付与するため、散乱板３２を使用することとしたが、平行なコヒーレント光に対する散乱角度φの付与には他の形態を採用することも可能である。図９には、レーザー光源部３１からのコヒーレント光に散乱角度φを付与する他の形態が示されている。図９（ａ）は、複数の光ファイバー３３を使用した形態であって、レーザー光源部３１から出射されたコヒーレント光は、複数の光ファイバー
３３を通過し、各光ファイバー３３の端部にて散乱角度φを有する散乱光Ｌ₀に変換され
る。一方、図９（ｂ）は、レンズアレイ３４を使用した形態である。レンズアレイ３４は、複数の要素レンズから構成されている。レーザー光源部３１から出射されたコヒーレント光は、各要素レンズを通過することで、散乱角度φを有する散乱光Ｌ₀に変換される。

投写型映像表示装置２において、散乱光Ｌ₀は、第１レンズ５１、第２レンズ５２を通
過して照明光Ｌ₁に変換され、ホログラム１０を照明する。本実施形態ではその経路中、
光走査部６０が設けられており、照明光Ｌ₁の照明位置を経時的に移動（走査）している
。光走査部６０は、回動中心Ｒａを中心として反射面を回動させることのできるミラーデバイスであって、ポリゴンミラー、ガルバノスキャナ、ＭＥＭＳスキャナのような可動ミラーを機械的に回動させるミラーデバイスが用いられる。散乱光Ｌ₀を走査する光走査部
６０としては、このような形態の他、音響光学効果スキャナのような屈折率を変調させるものなど各種形態を採用することができる。

光走査部６０によって走査された散乱光Ｌ₀は、照明光Ｌ₁としてホログラム１０上を経時的に移動する。このとき、図３で説明したようにホログラム１０に入射する照明光Ｌ₁
の半値半幅は、ホログラム１０に設定されている再生入射方向Ｌ_1Cに対し、角度Δθを形成するように設定される。この角度Δθは、少なくとも前述した条件式（１）を満足するように設定されることで、照明領域中に発生する輝点を抑制することが可能となる。さらに、条件式（３）を満足することでホログラム１０による被照明領域が、光変調素子４０内の像形成領域４１を大幅に超えることを抑制し、照明光Ｌ₁が効率的に使用されること
を可能としている。

図７には、散乱板３２から出射される最外位置での２つの散乱光Ｌ₀について、その光
路が示されている。そして、各々の散乱光Ｌ₀について、光走査部６０の時刻ｔ１（実線
）、時刻ｔ２（破線）における回動位置での光路が示されている。時刻ｔ１、時刻ｔ２、何れにおいても、入射光Ｌ₁の半値半幅は、再生入射方向Ｌ_1cに対して角度Δθを形成す
るようにホログラム１０を照明している。照明光Ｌ₁は、実線で示される時刻ｔ１の光路
と、破線で示される時刻ｔ２の光路間を経時的に移動しつつ、ホログラム１０を照明する。

図８に示されるように、ホログラム１０で再生された再生像は、フーリエ変換レンズ３１を介して光変調素子４０の像形成領域４１全体を照明するように位置する。図８において光変調素子４０の像形成領域４１は、ＸＹ平面内に２次元的に位置している。また、ホログラム１０で再生された再生像は、光走査部６０による照明光Ｌ₁の走査により、光変
調素子４０の像形成領域４１を重ねて照明する。したがって、ホログラム１０による再生像は、時間的に異なる角度で照明される再生光Ｌ₂によって形成されることとなる。

マイクロディスプレイなどの光変調素子４０は、ホログラム１０からの再生光Ｌ₂にて
照明され、画素毎に再生光を透過して映像を形成する。光変調素子４０で変調された再生光Ｌ₂は、投射光学系５３（本実施形態では投射レンズ５３ａと絞り５３ｂで構成）で拡
大され映像再生光Ｌ₃としてスクリーン５４上に投射され、反射、あるいは、透過される
映像を観察者に観察させる。このときスクリーン５４の面上に投射されたコヒーレント光は互いに干渉することでスペックルを生じさせる。しかしながら、本実施形態では、光走査部６０によって散乱光Ｌ₀が走査されるため、結果としてスクリーン５４に投射する映
像再生光Ｌ₃を経時的に変化させ、このスペックルを極めて効果的に目立たなくしている
。

例えば、図８に示されるスクリーン５４上の点Ｐ１においては、時刻ｔ１における映像再生光Ｌ₃（ｔ１）と、時刻ｔ２における映像再生光Ｌ₃（ｔ２）は、異なる入射角度で照
射されることとなる。図では、この時刻ｔ１と時刻ｔ２における映像再生光Ｌ₃の角度差
がＣで示されている。図に示す他の点Ｐ２や図示しない他の点においても同様であって、映像再生光Ｌ₃は、入射角度を時間的に変化させつつスクリーン５４上に映像を投射する
。したがって、ごく短い時間ではスクリーン５４上に形成されるスペックルも、映像再生光Ｌ₃が時間によって異なる入射角度で照射されることで平均化され、スクリーン５４に
投射される像を観察する観察者には十分に目立たない状態となる。

以上、本発明の実施形態に係る投射型映像表示装置２について説明したが、この投写型映像表示装置２にて使用される光走査部６０による走査は、１次元的、２次元的走査のどちらを利用してもよい。１次元的に走査する場合は、１つの回動中心Ｒａを軸として周期的に光走査部６０を回動させ、ホログラム１０上に線上の照射領域を形成する。一方、２次元的に走査する場合は、２つの回動中心Ｒａを軸として周期的に光走査部６０を回動させ、ホログラム１０上に面状の照射領域を形成する。どちらの場合においてもホログラム１０から出射される再生光Ｌ₂は、光変調素子４０の像形成領域４１を面状に照射するこ
ととなる。

以上、本実施形態の投写型映像表示装置２によれば、要素ホログラムを周期的に配列して構成されたホログラムを用いた場合においても、照度ムラを抑えた照明光を得るとともに、スペックルノイズが目立たない映像を表示することが可能となる。

なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

１…ホログラム再生装置
２…投写型映像表示装置
１０…ホログラム
１１…要素ホログラム
２０…フーリエ変換レンズ
２１ｉ…再生像
２２…輝点中心
３０…光源
３１…レーザー光源部
３２…散乱板
３３…光ファイバー
３４…レンズアレイ
４０…光変調素子
４１…像形成領域
５１…第１レンズ
５２…第２レンズ
５３…投射光学系
５４…スクリーン
６０…光走査部

Claims (10)

1. 要素ホログラムを周期的に配列して構成されたホログラムを再生するホログラム再生方法において、
   前記ホログラム上のある点に入射する照明光の照度分布の半値半幅にて形成される線分と、前記ホログラムの再生入射方向とが形成する角度Δθが、下記条件式（１）を満足することを特徴とする
   ホログラム再生方法。
   Δθ≧λ／２ｐ ・・・（１）
   ただし、
   λは照明光の波長、
   ｐは前記要素ホログラムの一辺の大きさ
2. 前記角度Δθは、下記条件式（２）を満足することを特徴とする
   請求項１に記載のホログラム再生方法。
   Δθ≦５λ／ｐ ・・・（２）
3. 要素ホログラムを周期的に配列して構成されたホログラムと、
   前記ホログラムに照明光を照射する光源と、を備え、
   前記ホログラム上のある点に入射する照明光の照度分布の半値半幅にて形成される線分と、前記ホログラムの再生入射方向とが形成する角度Δθが、下記条件式（１）を満足することを特徴とする
   ホログラム再生装置。
   Δθ≧λ／２ｐ ・・・（１）
   ただし、
   λは照明光の波長、
   ｐは前記要素ホログラムの一辺の大きさ
4. 前記角度Δθは、下記条件式（２）を満足することを特徴とする
   請求項３に記載のホログラム再生装置。
   Δθ≦５λ／ｐ ・・・（２）
5. 前記光源は、レーザー光源部と、散乱素子を有し、
   前記散乱素子は、前記レーザー光源部から出射されるコヒーレント光に角度分布を付与して、照明光として出射することを特徴とする
   請求項３または請求項４に記載のホログラム再生装置。
6. 前記光源は、レーザー光源部と、複数の光ファイバを有し、
   前記光ファイバは、前記レーザー光源部から出射されるコヒーレント光に角度分布を付与して、照明光として出射することを特徴とする
   請求項３または請求項４に記載のホログラム再生装置。
7. 前記光源は、レーザー光源部と、レンズアレイを有し、
   前記レンズアレイは、レーザー光源部から出射されるコヒーレント光に角度分布を付与して、照明光として出射することを特徴とする
   請求項３または請求項４に記載のホログラム再生装置。
8. 照明光を出射する光源と、
   前記光源から出射された照明光を走査する光走査部と、
   像が形成される像形成領域を有する光変調素子と、
   要素ホログラムが周期的に配列されて構成され、前記光走査部で走査された照明光を拡散し、各点から出射される再生光が前記像形成領域を重ねて照明するホログラムと、を備え、
   前記ホログラム上のある点に入射する照明光の照度分布の半値半幅にて形成される線分と、前記ホログラムの再生入射方向とが形成する角度Δθが、下記条件式（１）を満足することを特徴とする
   投写型映像表示装置。
   Δθ≧λ／２ｐ ・・・（１）
   ただし、
   λは照明光の波長、
   ｐは前記要素ホログラムの一辺の大きさ
9. 前記角度Δθは、下記条件式（２）を満足することを特徴とする
   請求項８に記載の投写型映像表示装置。
   Δθ≦５λ／ｐ ・・・（２）
10. 前記角度Δθは、下記条件式（３）を満足することを特徴とする
    請求項８に記載の投写型映像表示装置。
    Δθ≦θ₀ ・・・（３）
    ただし、
    θ₀は前記ホログラム上の一点から前記像形成領域の短辺を見込む角度幅

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