JP6226252B2 - Illumination device, projection device, and projection-type image display device - Google Patents
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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
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、レーザ光源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 light source has been proposed. For example, a semiconductor laser widely used in the industry has a very long life compared to a high-intensity discharge lamp such as a high-pressure mercury lamp. In addition, since the light source can generate light having a single wavelength, a spectroscopic device such as a dichroic mirror is not necessary, and the entire device can be reduced in size.
その一方で、レーザ光などのコヒーレント光源を用いる方式には、スペックルの発生といった新たな問題が生じている。スペックル(speckle)は、レーザ光などのコヒーレント光を散乱面に照射したときに現れる斑点状の模様であり、スクリーン上に発生すると斑点状の輝度ムラ(明るさのムラ)として観察され、観察者に対して生理的な悪影響を及ぼす要因になる。コヒーレント光を用いた場合にスペックルが発生する理由は、スクリーンなどの散乱反射面の各部で反射したコヒーレント光が、その極めて高い可干渉性ゆえに、互いに干渉し合うことによって生じるものとされている。たとえば、下記の非特許文献1には、スペックルの発生についての詳細な理論的考察がなされている。
On the other hand, a method using a coherent light source such as a laser beam has a new problem such as generation of speckle. A speckle is a speckled pattern that appears when a scattering surface is irradiated with laser light or other coherent light. When it appears on a screen, it is observed as speckled brightness irregularities (brightness irregularities). It becomes a factor having a physiological adverse effect on the person. The reason why speckles occur when coherent light is used is that coherent light reflected by each part of a scattering reflection surface such as a screen interferes with each other because of its extremely high coherence. . For example, in the following
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
上述したとおり、コヒーレント光源を用いた投射装置および投射型映像表示装置において、スペックルを低減する技術が提案されているが、これまでに提案された手法では、スペックルを効率的かつ十分に抑制することはできていない。たとえば、前掲の特許文献2に開示されている方法では、レーザ光を散乱板に照射して散乱させてしまうため、一部のレーザ光は映像表示に全く貢献することなく浪費されてしまう。また、スペックル低減のために散乱板を回転させる必要があるが、そのような機械的な回転機構は比較的大型の装置となり、また、電力消費も大きくなる。更に、散乱板を回転させたとしても、照明光の光軸の位置は変わらないため、スクリーン上での拡散に起因して発生するスペックルを十分に抑制することはできない。
As described above, technologies for reducing speckles have been proposed in projection devices and projection-type video display devices using a coherent light source. However, the methods proposed so far effectively and sufficiently suppress speckles. I can't do it. For example, in the method disclosed in the above-mentioned
また、スペックルは、投射装置や投射型映像表示装置に関する特有の問題ではなく、被照明領域にコヒーレント光を照明する照明装置を組み込んだ種々の装置において問題となっている。例えば、画像情報の読み取りを行うスキャナにも、読み取り対象となる対象物を照明する照明装置が組み込まれている。読み取り対象となる対象物を照明する光によってスペックルが生じた場合には、画像情報を正確に読み取ることができない。このような不都合を回避するため、コヒーレント光を利用したスキャナでは、画像補正等の特殊な処理を行う必要が生じている。 Speckle is not a problem specific to a projection device or a projection type image display device, but is a problem in various devices in which an illumination device that illuminates coherent light in an illuminated area. For example, a scanner that reads image information incorporates an illumination device that illuminates an object to be read. When speckle is generated by the light that illuminates the object to be read, the image information cannot be read accurately. In order to avoid such an inconvenience, a scanner using coherent light needs to perform special processing such as image correction.
本件発明者らは、以上の点を踏まえて鋭意研究を重ね、その結果として、コヒーレント光で被照明領域を照明する照明装置であって、スペックルを目立たなくさせることができる照明装置を発明するにいたった。すなわち、本発明は、スペックルを目立たなくさせることができる照明装置、この照明装置を含んでなる投射装置および投射型映像表示装置を提供することを目的とする。 The inventors of the present invention have made extensive studies based on the above points, and as a result, invented an illuminating device that illuminates an illuminated area with coherent light, which can make speckle inconspicuous. I went to. That is, an object of the present invention is to provide an illuminating device capable of making speckles inconspicuous, a projection device including the illuminating device, and a projection-type image display device.
本発明による第1の照明装置は、
散乱板の像を再生し得るホログラム記録媒体を、含む光学素子と、
コヒーレント光を生成する光源を有する照射装置であって、前記コヒーレント光が前記ホログラム記録媒体上を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する、照射装置と、を備え、
前記照射装置から前記ホログラム記録媒体の各位置に入射した前記コヒーレント光がそれぞれ被照明領域に重ねて像を再生するように、前記照射装置および前記光学素子が配置されており、
任意の瞬間に前記照射装置から前記コヒーレント光を照射されている前記ホログラム記録媒体上での領域は、前記ホログラム記録媒体の一部であり、且つ、前記照射装置の前記光源から出射した直後における前記コヒーレント光の断面積よりも広い面積を有する。
A first lighting device according to the present invention comprises:
An optical element including a hologram recording medium capable of reproducing an image of a scattering plate;
An irradiation device having a light source for generating coherent light, the irradiation device irradiating the optical element with the coherent light so that the coherent light scans on the hologram recording medium, and
The irradiation device and the optical element are arranged so that the coherent light incident on each position of the hologram recording medium from the irradiation device overlaps the illuminated area and reproduces an image.
The region on the hologram recording medium that is irradiated with the coherent light from the irradiation device at an arbitrary moment is a part of the hologram recording medium, and the region immediately after being emitted from the light source of the irradiation device It has an area larger than the cross-sectional area of coherent light.
本発明による第2の照明装置は、
ホログラム記録媒体を、含む光学素子と、
コヒーレント光を生成する光源を有する照射装置であって、前記コヒーレント光が前記ホログラム記録媒体上を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する、照射装置と、を備え、
前記照射装置から前記ホログラム記録媒体の各位置に入射した前記コヒーレント光が、それぞれ、前記ホログラム記録媒体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に、前記照射装置および前記光学素子が配置されており、
任意の瞬間に前記照射装置から前記コヒーレント光を照射されている前記ホログラム記録媒体上での領域は、前記ホログラム記録媒体の一部であり、且つ、前記照射装置の前記光源から出射した直後における前記コヒーレント光の断面積よりも広い面積を有する。
A second lighting device according to the present invention comprises:
An optical element including a hologram recording medium;
An irradiation device having a light source for generating coherent light, the irradiation device irradiating the optical element with the coherent light so that the coherent light scans on the hologram recording medium, and
The irradiation device and the optical element are arranged such that the coherent light incident on each position of the hologram recording medium from the irradiation device illuminates a region that is diffracted by the hologram recording medium and at least partially overlaps each other. Has been
The region on the hologram recording medium that is irradiated with the coherent light from the irradiation device at an arbitrary moment is a part of the hologram recording medium, and the region immediately after being emitted from the light source of the irradiation device It has an area larger than the cross-sectional area of coherent light.
本発明による第1または第2の照明装置において、前記照射装置は、前記光源からの前記コヒーレント光の光路を変化させて、当該コヒーレント光が前記ホログラム記録媒体上を走査するようにする走査デバイスを、さらに有してもよい。 In the first or second illumination device according to the present invention, the irradiation device includes a scanning device that changes the optical path of the coherent light from the light source so that the coherent light scans the hologram recording medium. , May further be included.
本発明による第1または第2の照明装置において、前記照射装置は、前記光学素子に対する前記光源の配置が変化し得るように当該光源を保持する保持機構を、さらに有し、前記保持機構は、前記光学素子に対する前記光源の配置を変化させて、前記光源からの前記コヒーレント光が前記ホログラム記録媒体上を走査するようにしてもよい。 In the first or second illumination device according to the present invention, the irradiation device further includes a holding mechanism that holds the light source so that an arrangement of the light source with respect to the optical element can be changed, and the holding mechanism includes: The arrangement of the light source with respect to the optical element may be changed so that the coherent light from the light source scans on the hologram recording medium.
本発明による第3の照明装置は、
入射光の光路を変化させるレンズアレイを含む光学素子と、
コヒーレント光を生成する光源を有する照射装置であって、前記コヒーレント光が前記レンズアレイ上を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置から前記光学素子の各位置に入射した前記コヒーレント光がそれぞれ前記レンズアレイによって光路を変化させられて被照明領域を照明するように、前記照射装置および前記光学素子が配置されており、
任意の瞬間に前記照射装置から前記コヒーレント光を照射されている前記レンズアレイ上での領域は、前記レンズアレイの一部であり、且つ、前記照射装置の前記光源から出射した直後における前記コヒーレント光の断面積よりも広い面積を有する、照明装置。
A third lighting device according to the present invention comprises:
An optical element including a lens array that changes an optical path of incident light;
An irradiation device having a light source for generating coherent light, the irradiation device irradiating the optical element with the coherent light so that the coherent light scans on the lens array, and
The irradiation device and the optical element are arranged so that the coherent light incident on each position of the optical element from the irradiation device is changed in optical path by the lens array to illuminate an illuminated area,
The region on the lens array that is irradiated with the coherent light from the irradiation device at an arbitrary moment is a part of the lens array, and the coherent light immediately after being emitted from the light source of the irradiation device. An illuminating device having an area larger than the cross-sectional area.
本発明による第4の照明装置は、
入射光の光路を変化させる光拡散素子を含む光学素子と、
コヒーレント光を生成する光源を有する照射装置であって、前記コヒーレント光が前記光拡散素子上を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置から前記光拡散素子の各位置に入射した前記コヒーレント光がそれぞれ前記光拡散素子によって光路を変化させられて少なくとも一部分において重なり合う領域を照明するように、前記照射装置および前記光学素子が配置されており、
任意の瞬間に前記照射装置から前記コヒーレント光を照射されている前記光拡散素子上での領域は、前記光拡散素子の一部であり、且つ、前記照射装置の前記光源から出射した直後における前記コヒーレント光の断面積よりも広い面積を有する。
A fourth lighting device according to the present invention includes:
An optical element including a light diffusing element that changes an optical path of incident light;
An irradiation device having a light source for generating coherent light, the irradiation device irradiating the optical element with the coherent light so that the coherent light scans on the light diffusing element,
The irradiation device and the optical element are arranged so that the coherent light incident on each position of the light diffusing element from the irradiation device illuminates a region where the light path is changed by the light diffusing element and overlaps at least in part Has been
The region on the light diffusing element that is irradiated with the coherent light from the irradiation device at an arbitrary moment is a part of the light diffusing element, and the region immediately after being emitted from the light source of the irradiation device. It has an area larger than the cross-sectional area of coherent light.
本発明による第3または第4の照明装置において、前記照射装置は、前記光源からの前記コヒーレント光の光路を変化させて、当該コヒーレント光が前記レンズアレイまたは前記光拡散素子上を走査するようにする走査デバイスを、さらに有してもよい。 In the third or fourth illumination device according to the present invention, the irradiation device changes an optical path of the coherent light from the light source so that the coherent light scans the lens array or the light diffusion element. There may be further included a scanning device.
本発明による第3または第4の照明装置において、前記照射装置は、前記光学素子に対する前記光源の配置が変化し得るように当該光源を保持する保持機構を、さらに有し、前記保持機構は、前記光学素子に対する前記光源の配置を変化させて、前記光源からの前記コヒーレント光が前記レンズアレイまたは前記光拡散素子上を走査するようにしてもよい。 In the third or fourth illumination device according to the present invention, the irradiation device further includes a holding mechanism that holds the light source so that an arrangement of the light source with respect to the optical element can be changed, and the holding mechanism includes: The arrangement of the light source with respect to the optical element may be changed so that the coherent light from the light source scans the lens array or the light diffusing element.
本発明による第1〜第4の照明装置のいずれかにおいて、前記光源は、前記コヒーレント光を発散光として放出するようにしてもよい。 In any one of the first to fourth lighting devices according to the present invention, the light source may emit the coherent light as divergent light.
本発明による第1〜第4の照明装置のいずれかにおいて、前記光源は、横マルチモードのコヒーレント光を放出するようにしてもよい。 In any one of the first to fourth illumination devices according to the present invention, the light source may emit lateral multimode coherent light.
本発明による第1〜第4の照明装置のいずれかにおいて、前記光源から放出されたコヒーレント光の断面形状は楕円形状となっていてもよい。 In any one of the first to fourth lighting devices according to the present invention, the cross-sectional shape of the coherent light emitted from the light source may be an elliptical shape.
本発明による投射装置は、
上述した本発明による第1〜第4の照明装置のいずれかと、
前記照明装置からのコヒーレント光によって照明される位置に配置された空間光変調器と、を備える。
The projection apparatus according to the present invention
Any one of the first to fourth lighting devices according to the present invention described above;
A spatial light modulator disposed at a position illuminated by coherent light from the illumination device.
本発明による投射装置が、前記空間光変調器上に得られる変調画像をスクリーン上に投射する投射光学系を、さらに備えるようにしてもよい。 The projection apparatus according to the present invention may further include a projection optical system that projects a modulated image obtained on the spatial light modulator onto a screen.
本発明による投射装置が、コヒーレント光の光路における前記照明装置から前記空間光変調器までの間に配置されたインテグレーターロッドを、さらに備えるようにしてもよい。このような本発明による投射装置が、コヒーレント光の光路における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、さらに備えるようにしてもよい。 The projection device according to the present invention may further include an integrator rod disposed between the illumination device and the spatial light modulator in the optical path of coherent light. Such a projection apparatus according to the present invention may further include a relay optical system disposed between the integrator rod and the spatial light modulator in the optical path of coherent light.
本発明による投射装置が、コヒーレント光の光路における前記照明装置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、さらに備えるようにしてもよい。 The projection device according to the present invention may further include a relay optical system disposed between the illumination device and the spatial light modulator in the optical path of coherent light.
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第1の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 first 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第1〜第4の照明装置のいずれかと、
前記照明装置からのコヒーレント光によって照明される位置に配置されたスクリーンと、を備える。
A second projection type video display device according to the present invention is:
Any one of the first to fourth lighting devices according to the present invention described above;
And a screen disposed at a position illuminated by coherent light from the illumination device.
本発明によれば、被照明領域または映像を投射する面上でのスペックルを効果的に目立たなくさせることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the speckle on the to-be-illuminated area | region or the surface which projects an image | video can be made effectively inconspicuous.
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12は、本発明の一実施の形態に係る照明装置、投射装置および投射型映像表示装置、並びに、その変形例を説明するための図である。このうち、図1〜図5を参照して、一実施の形態に係る照明装置、投射装置および投射型映像表示装置について説明する。その後、図6〜図12を適宜参照しながら、一実施の形態に係る照明装置、投射装置および投射型映像表示装置に対する変形の一例について説明する。 FIGS. 1-12 is a figure for demonstrating the illuminating device which concerns on one embodiment of this invention, a projection apparatus, a projection type video display apparatus, and its modification. Among these, with reference to FIGS. 1-5, the illuminating device which concerns on one Embodiment, a projection apparatus, and a projection type video display apparatus are demonstrated. Thereafter, an example of a modification to the illumination device, the projection device, and the projection type video display device according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 12 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5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
空間光変調器30としては、例えば、透過型の液晶マイクロディスプレイを用いることができる。この場合、照明装置40によって面状に照明される空間光変調器30が、画素毎にコヒーレント光を選択して透過させることにより、空間光変調器30をなすディスプレイの画面上に変調画像が形成されるようになる。こうして得られた変調画像(映像光)は、投射光学系25によって、等倍で或いは変倍されてスクリーン15へ投射される。これにより、変調画像がスクリーン15上に等倍で或いは変倍(通常、拡大)されて表示され、観察者は当該画像を観察することができる。
As the spatial
なお、空間光変調器30としては、反射型のマイクロディスプレイを用いることも可能である。この場合、空間光変調器30での反射光によって変調画像が形成され、空間光変調器30へ照明装置40からコヒーレント光が照射される面と、空間光変調器30から変調画像をなす映像光が進みでる面が同一の面となる。このような反射光を利用する場合、空間光変調器30としてDMD(Digital Micromirror Device)などのMEMS素子を用いることも可能である。上述した特許文献2に開示された装置では、DMDが空間光変調器として利用されている。
As the spatial
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
スクリーン15は、透過型スクリーンとして構成されていてもよいし、反射型スクリーンとして構成されていてもよい。スクリーン15が反射型スクリーンとして構成されている場合には、観察者は、スクリーン15で反射されるコヒーレント光によって表示される映像を、スクリーン15に関して投射装置20と同じ側から観察することになる。一方、スクリーン15が透過型スクリーンとして構成されている場合、観察者は、スクリーン15を透過したコヒーレント光によって表示される映像を、スクリーン15に関して投射装置20とは反対の側から観察することになる。
The
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
More specifically, the illuminating
図1および図2に示された照明装置40は、コヒーレント光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、光拡散素子乃至光拡散要素として機能するホログラム記録媒体55、とりわけ、散乱板6の像5を再生し得るホログラム記録媒体55を含んでいる。図示する例では、光学素子50はホログラム記録媒体55から形成されている。
The
図示する例で光学素子50をなしているホログラム記録媒体55は、照射装置60から照射されるコヒーレント光を再生照明光Laとして受けて、当該コヒーレント光を高効率で回折することができる。とりわけ、ホログラム記録媒体55は、その各位置、言い換えると、その各点とも呼ばれるべき各微小領域に入射するコヒーレント光を回折することによって、散乱板6の像5を再生することができるようになっている。
The
一方、照射装置60は、ホログラム記録媒体55のコヒーレント光が、光学素子50のホログラム記録媒体55上を走査するようにして、光学素子50へコヒーレント光を照射する。したがって、ある瞬間に、照射装置60によってコヒーレント光を照射されているホログラム記録媒体55上の領域IAは、ホログラム記録媒体55の全表面の一部分となる。
On the other hand, the
そして、照射装置60から照射されてホログラム記録媒体55上を走査するコヒーレント光は、ホログラム記録媒体55上の各位置に、当該ホログラム記録媒体55の回折条件を満たすような入射角度で、入射するようになっている。照射装置60からホログラム記録媒体55の各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、ホログラム記録媒体55で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明する。とりわけここで説明する形態では、照射装置60からホログラム記録媒体55の各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、ホログラム記録媒体55で回折されて同一の被照明領域LZを照明するようになっている。より詳細には、図2に示すように、照射装置60からホログラム記録媒体55の各位置に入射したコヒーレント光が、それぞれ、被照明領域LZに重ねて散乱板6の像5を再生するようになっている。すなわち、照射装置60からホログラム記録媒体55の各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光学素子50で拡散されて(拡げられて)、同一の被照明領域LZに入射するようになる。
The coherent light irradiated from the
このようなコヒーレント光の回折作用を可能にするホログラム記録媒体55として、図示する例では、フォトポリマーを用いた反射型の体積型ホログラムが用いられている。このホログラム記録媒体55は、図3に示すように、実物の散乱板6からの散乱光を物体光Loとして用いて作製されている。図3には、ホログラム記録媒体55をなすようになる感光性を有したホログラム感光材料58に、互いに干渉性を有したコヒーレント光からなる参照光Lrと物体光Loとが露光されている状態が、示されている。
In the illustrated example, a reflection type volume hologram using a photopolymer is used as the
参照光Lrは、例えば、特定波長域のレーザ光を発振するレーザ光源からのレーザ光が用いられており、レンズからなる集光素子7を透過してホログラム感光材料58に入射する。図3に示す例では、参照光Lrをなすようになるレーザ光が、集光素子7の光軸と平行な平行光束として、集光素子7へ入射する。参照光Lrは、集光素子7を透過することによって、それまでの平行光束から収束光束に整形(変換)され、ホログラム感光材料58へ入射する。この際、収束光束Lrの焦点位置FPは、ホログラム感光材料58を越えた位置にある。すなわち、ホログラム感光材料58は、集光素子7と、集光素子7によって集光された収束光束Lrの焦点位置FPと、の間に配置されている。
As the reference light Lr, for example, laser light from a laser light source that oscillates laser light in a specific wavelength region is used, and passes through the condensing element 7 formed of a lens and enters the hologram
次に、物体光Loは、たとえばオパールガラスからなる散乱板6からの散乱光として、ホログラム感光材料58に入射する。ここでは作製されるべきホログラム記録媒体55が反射型なので、物体光Loは、参照光Lrとは反対側の面からホログラム感光材料58へ入射する。物体光Loは、参照光Lrと干渉性を有している必要がある。したがって、例えば、同一のレーザ光源から発振されたレーザ光を分割して、分割された一方を上述の参照光Lrとして利用し、他方を物体光Loとして使用することができる。
Next, the object light Lo is incident on the hologram
図3に示す例では、散乱板6の板面への法線方向と平行な平行光束が、散乱板6へ入射して散乱され、そして、散乱板6を透過した散乱光が物体光Loとしてホログラム感光材料58へ入射している。この方法によれば、通常安価に入手可能な等方散乱板を散乱板6として用いた場合に、散乱板6からの物体光Loが、ホログラム感光材料58の全域に概ね均一な光量分布で入射することが可能となる。またこの方法によれば、散乱板6による散乱の度合いにも依存するが、ホログラム感光材料58の各位置に、散乱板6の出射面6aの全域から概ね均一な光量で参照光Lrが入射しやすくなる。このような場合には、得られたホログラム記録媒体55の各位置に入射した光が、それぞれ、散乱板6の像5を同様の明るさで再生すること、および、再生された散乱板6の像5が概ね均一な明るさで観察されることが実現され得る。
In the example shown in FIG. 3, a parallel light beam parallel to the normal direction to the plate surface of the
以上のようにして、参照光Lrおよび物体光Loがホログラム記録材料58に露光されると、参照光Lrおよび物体光Loが干渉してなる干渉縞が生成され、この光の干渉縞が、何らかのパターン(体積型ホログラムでは、一例として、屈折率変調パターン)として、ホログラム記録材料58に記録される。その後、ホログラム記録材料58の種類に対応した適切な後処理が施され、ホログラム記録材料55が得られる。
As described above, when the
図4には、図3の露光工程を経て得られたホログラム記録媒体55の回折作用(再生作用)が示されている。図4に示すように、図3のホログラム感光材料58から形成されたホログラム記録媒体55は、露光工程で用いられたレーザ光と同一波長の光であって、露光工程における参照光Lrの光路を逆向きに進む光によって、そのブラッグ条件が満たされるようになる。すなわち、図4に示すように、露光工程時におけるホログラム感光材料58に対する焦点FPの相対位置(図3参照)と同一の位置関係をなすようにしてホログラム記録媒体55に対して位置する基準点SPから発散し、露光工程時における参照光Lrと同一の波長を有する発散光束は、再生照明光Laとして、ホログラム記録媒体55に回折され、露光工程時におけるホログラム感光材料58に対する散乱板6の相対位置(図3参照)と同一の位置関係をなすようになるホログラム記録媒体50に対する特定の位置に、散乱板6の再生像5を生成する。
FIG. 4 shows the diffraction action (reproduction action) of the
この際、散乱板6の再生像5を生成する再生光(再生照明光Laをホログラム記録媒体55で回折してなる光)Lbは、露光工程時に散乱板6からホログラム感光材料58へ向かって進んでいた物体光Loの光路を逆向きに進む光として散乱板6の像5の各点を再生する。そして、上述したように、また図3に示すように、露光工程時に散乱板6の出射面6aの各位置から出射する散乱光Loが、それぞれ、ホログラム感光材料58の概ね全領域に入射するように拡散している(拡がっている)。すなわち、ホログラム感光材料58上の各位置には、散乱板6の出射面6aの全領域からの物体光Loが入射し、結果として、出射面6a全体の情報がホログラム記録媒体55の各位置にそれぞれ記録されている。
このため、図4に示された、再生照明光Laとして機能する基準点SPからの発散光束をなす各光は、それぞれ単独で、ホログラム記録媒体55の各位置に入射して互いに同一の輪郭を有した散乱板6の像5を、互いに同一の位置(被照明領域LZ)に再生することができる。
At this time, the reproduction light (light obtained by diffracting the reproduction illumination light La by the hologram recording medium 55) Lb that generates the
For this reason, each light which forms the divergent light beam from the reference point SP functioning as the reproduction illumination light La shown in FIG. 4 is incident on each position of the
一方、このようなホログラム記録媒体55からなる光学素子50にコヒーレント光を照射する照射装置60は、次のように構成され得る。図1および図2に示された例において、照射装置60は、特定波長域のコヒーレント光を生成するレーザ光源61aと、レーザ光源61aからのコヒーレント光の光路を変化させる走査デバイス65と、を有している。走査デバイス65は、コヒーレント光の光路を経時的に変化させ、コヒーレント光の光学素子50への入射位置を変化させる。この結果、走査デバイス65で進行方向を変化させられるコヒーレント光が、光学素子50のホログラム記録媒体55の入射面上を走査するようになる。
On the other hand, the
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5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、レーザ光源61aからのコヒーレント光の光路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においてレーザ光源61aからコヒーレント光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コヒーレント光は、基準点SPからの発散光束の一光線をなし得る再生照明光La(図4参照)として、光学素子50のホログラム記録媒体55へ入射し得る。結果として、照射装置60からのコヒーレント光がホログラム記録媒体55上を走査するようになり、且つ、ホログラム記録媒体55上の各位置に入射したコヒーレント光が同一の輪郭を有した散乱板6の像5を同一の位置(被照明領域LZ)に再生するようになる。
In the example shown in FIG. 2, the
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5は、図2に示された照明装置40の構成を斜視図として示している。図5に示された例では、ミラー66aの回動軸線RA1は、ホログラム記録媒体55の板面上に定義されたXY座標系(つまり、XY平面がホログラム記録媒体55の板面と平行となるXY座標系)のY軸と、平行に延びている。そして、ミラー66aが、ホログラム記録媒体55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、任意の瞬間に照射装置60からコヒーレント光を照射されている光学素子50上の照射領域IAは、ホログラム記録媒体55の板面上に定義されたXY座標系のX軸と平行な方向に往復動するようになる。すなわち、図5に示された例では、照射装置60は、コヒーレント光(コヒーレント光が照射されている領域IA)がホログラム記録媒体55上を直線経路に沿って走査するように、光学素子50にコヒーレント光を照射する。
The
ところで、光学素子50のホログラム記録媒体55へ入射するコヒーレント光の波長は、図3の露光工程(記録工程)で用いた光の波長と厳密に一致させる必要はなく、露光工程で用いた光の波長から多少ずれていても被照明領域LZに像5を実質的に再生することができる。そもそも、実際上の問題として、ホログラム記録媒体55を作成する際、ホログラム記録材料58が収縮する場合があり、このような場合には、むしろ、ホログラム記録材料58の収縮を考慮して、照射装置60から光学素子50に照射されるコヒーレント光の波長が調整されていた方が良い。このような点から、コヒーレント光源61aで生成するコヒーレント光の波長は、図3の露光工程(記録工程)で用いた光の波長と厳密に一致させる必要はなく、ほぼ同一となっていればよい。
By the way, the wavelength of the coherent light incident on the
同様に、光学素子50のホログラム記録媒体55へ入射するコヒーレント光の進行方向も、基準点SPからの発散光束に含まれる一光線と厳密に同一の経路を取っていなくとも、被照明領域LZに像5を実質的に再生することができる。実際に、図2および図5に示す例では、走査デバイス65をなすミラーデバイス66のミラー(反射面)66aは、必然的に、その回動軸線RA1からずれる。したがって、基準点SPを通過しない回動軸線RA1を中心としてミラー66aを回動させた場合、ホログラム記録媒体55へ入射する光は、基準点SPからの発散光束をなす一光線とはならないことがある。しかしながら、実際には、図示された構成の照射装置60からのコヒーレント光によって、被照明領域LZに重ねて像5を実質的に再生することができる。
Similarly, the traveling direction of the coherent light incident on the
またこのことから、照射装置60の光源61aが、線状光線として整形されたコヒーレント光を発振する必要はない。図2に示されているように、本実施の形態では、照射装置60の光源61aは、コヒーレント光を発散光束LaBとして放出する。このため、図2に示された本実施の形態では、任意の瞬間に、照射装置60からコヒーレント光を照射されているホログラム記録媒体55上での照射領域IAは、ホログラム記録媒体55の一部であり、且つ、照射装置60の光源61aから出射した直後におけるコヒーレント光のビーム断面積よりも広い面積を有するようになる。なお、ここでいう瞬間とは、人間の目で分解可能な時間帯のことを意味するのではない。つまり、照射領域IAは、走査デバイス65の動作が停止したとの仮定で、照射装置60からコヒーレント光を同時に照射されている光学素子50のホログラム記録媒体55上の領域を意味している。
This also eliminates the need for the
図2に示すように、光源61aがコヒーレント光を発散光束として放出したとしても、当該コヒーレント光が、基準点SPまたはその近傍において反射デバイス66で反射される場合には、基準点SPからの発散光束に含まれる一光線と概ね同様の光路を辿るようにして、コヒーレント光が、光学素子50に入射する。すなわち、図2に示されている本実施の形態において、光源61aは、コヒーレント光を発散光束LaBとして放出し、当該発散光束LaBは、走査デバイス65で光路を変化させられた後、ホログラム記録媒体55の全領域の一部分である照射領域IAに入射するようになる。そして、照射領域IA内の各位置に入射したコヒーレント光Laは、それぞれ再生照明光として機能し、互いに同一の散乱板像5を互いに同一の被照明領域LZに重ねるようにして再生することができる。つまり、図2に示された態様では、各瞬間に光学素子50へ入射する光束LaBが、照射領域IA内の各位置においてブラッグ条件を満たすようになり、光源61aから放射されるコヒーレント光を損失なく使用することができる。
As shown in FIG. 2, even if the
なお、一般的に、コヒーレント光源は、光学系を内蔵することにより、発振した光を線状光線として放出することができるように構成されている。ただし、コヒーレント光源のうち、生産性に優れることから広く普及するに至っている半導体レーザーですら、個体差が大きく、完全な線状光線を、つまり、ビームの断面形状が変化しない光線を、安定して放出することは難しい。そもそも、半導体レーザーから放出されるレーザ光のビーム断面(光軸に直交する方向での断面)の形状も、個体差が大きく安定しない。例えば、ビーム断面形状を円形状にすることができず、楕円形状となってしまったり、さらには、横モードをシングルモードにすることができず、マルチモードになってしまうこともある。 In general, a coherent light source is configured to emit oscillated light as a linear light beam by incorporating an optical system. However, among the coherent light sources, even semiconductor lasers, which have become widespread due to their excellent productivity, have stable differences between individual lines and complete linear rays, that is, rays that do not change the cross-sectional shape of the beam. It is difficult to release. In the first place, the shape of the beam cross section (cross section in the direction orthogonal to the optical axis) of the laser light emitted from the semiconductor laser is not stable due to large individual differences. For example, the beam cross-sectional shape may not be circular and may be elliptical, or the transverse mode may not be single mode and may be multimode.
一方、本実施の形態によれば、光源61aから放出されるコヒーレント光のビーム断面形状が精確に整形されていなくとも、例えば、意図せず発散光束となっていたとしても、あるいは、ビーム断面形状が意図せず楕円形状であったり、光源61aから発生されるコヒーレント光の横モードが意図せずマルチモードであったとしても、上述したように当該コヒーレント光が光学素子50のホログラム記録媒体55のブラッグ条件を満たすようにすることができ、これにより、照射装置60からの光を有効利用して被照明領域LZを正確に照明することができる。
On the other hand, according to the present embodiment, even if the beam cross-sectional shape of the coherent light emitted from the
〔作用効果〕
次に、以上の構成からなる照明装置40、投射装置20および投射型映像表示装置10の作用について説明する。
[Function and effect]
Next, the operation of the
まず、照射装置60は、コヒーレント光が光学素子50のホログラム記録媒体55上を走査するようにして、光学素子50へコヒーレント光を照射する。具体的には、レーザ光源61aで特定波長域のコヒーレント光が生成され、このコヒーレント光が走査デバイス65で進行方向を変えられる。走査デバイス65は、ホログラム記録媒体55上の各位置に、ブラッグ条件を満たす一定の入射角度で、特定波長域のコヒーレント光を入射させる。とりわけ本実施の形態では、図2に示すように、任意の瞬間にホログラム記録媒体55上の照射領域IAにコヒーレント光の光束LaBが照射され、照射領域IA内の各位置に入射したコヒーレント光が、それぞれ、ホログラム記録媒体55の当該位置でのブラッグ条件を満たすようになる。この結果、各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、ホログラム記録媒体55での回折により、被照明領域LZに重ねて散乱板6の像5を再生する。すなわち、照射装置60からホログラム記録媒体55の各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光学素子50で拡散されて(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をコヒーレント光で照明するようになる。
First, the
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、例えば画素毎にコヒーレント光を選択して透過させることにより、映像を形成するようになる。この映像は、投射光学系25によってスクリーン15に投射される。スクリーン15に投射されたコヒーレント光は、拡散され、観察者に映像として認識されるようになる。ただし、この際、スクリーン15上に投射されたコヒーレント光は拡散によって干渉し、スペックルを生じさせることになる。
As shown in FIG. 1, in the
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
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。
According to the aforementioned
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。 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.
上述した照射装置60では、コヒーレント光が、ホログラム記録媒体55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からホログラム記録媒体55の各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、同一の被照明領域LZの全域をコヒーレント光で照明するが、当該被照明領域LZを照明するコヒーレント光の照明方向は互いに異なる。そして、コヒーレント光が入射するホログラム記録媒体55上の位置が経時的に変化するため、被照明領域LZへのコヒーレント光の入射方向も経時的に変化する。
In the
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コヒーレント光が入射してくるが、その入射方向は、図1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1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, coherent light constantly enters each position in the illuminated area LZ, but the incident direction constantly changes as indicated by an arrow A1 in FIG. It will be. As a result, the light forming each pixel of the image formed by the light transmitted through the spatial
なお、コヒーレント光はホログラム記録媒体55上を連続的に走査する。したがって、照射装置60から被照明領域LZへのコヒーレント光の入射位置が連続的に変化し、これにともなって、投射装置20からスクリーン15へのコヒーレント光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へのコヒーレント光の入射方向が僅か(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 coherent light continuously scans on the
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コヒーレント光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、相関の無いコヒーレント光の散乱パターンが多重化されて観察されることになる。したがって、各散乱パターンに対応して生成されたスペックルが重ねられ平均化されて、観察者に観察されることになる。これにより、スクリーン15に表示されている映像を観察する観察者に対して、スペックルを極めて効果的に目立たなくさせることができる。
From the above, according to this embodiment described above, the incident direction of coherent light changes temporally at each position on the
加えて、本実施の形態によれば、照射装置60の光源61aは、基準点SPおよび当該基準点SPの近傍に向け、発散光束としてコヒーレント光を放出する。このため、任意の瞬間に照射装置60からコヒーレント光を照射されているホログラム記録媒体55上での照射領域IAは、ホログラム記録媒体55の一部に相当し、且つ、照射装置60の光源61から出射した直後におけるコヒーレント光の断面CS(図2参照)の面積よりも広い面積を有するようになる。つまり、コヒーレント光が、光学素子50のホログラム記録媒体55に入射する際に、点ではなくある程度の面積を持った領域に入射することになる。
In addition, according to the present embodiment, the
この場合、図2に示すように、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コヒーレント光が入射する。言い換えると、ホログラム記録媒体55で回折されて被照明領域LZの各位置に入射する光は、角度を多重化されることになる。すなわち、本実施の形態によれば、角度の多重化によって各瞬間におけるスペックルパターンが複雑ないしは微細となり、その上更に、角度の時間変化により、複雑化ないしは微細化されたスペックルパターンが、上述したように、無相関なスペックルパターンとして時間的に重畳されることになる。この結果、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、スペックルをさらに効果的に目立たなくさせることができる。
In this case, as shown in FIG. 2, at each moment, coherent light is incident on each position of the illuminated area LZ from a certain angle range. In other words, the light diffracted by the
なお、人間によって観察される従来のスペックルには、スクリーン15上でのコヒーレント光の散乱を原因とするスクリーン側でのスペックルだけでなく、スクリーンに投射される前におけるコヒーレント光の散乱を原因とする投射装置側でのスペックルも発生し得る。この投射装置側で発生したスペックルパターンは、空間光変調器30を介してスクリーン15上に投射されることによって、観察者に認識され得るようにもなる。しかしながら、上述してきた本実施の形態によれば、コヒーレント光がホログラム記録媒体55上を連続的に走査し、そしてホログラム記録媒体55の各位置に入射したコヒーレント光が、それぞれ、空間光変調器30が重ねられた被照明領域LZの全域を照明するようになる。
すなわち、ホログラム記録媒体55が、スペックルパターンを形成していたそれまでの波面とは別途の新たな波面を形成し、複雑且つ均一に、被照明領域LZ、さらには、空間光変調器30を介してスクリーン15を照明するようになる。このようなホログラム記録媒体55での新たな波面の形成により、投射装置側で発生するスペックルパターンは不可視化されることになる。
Note that conventional speckles observed by humans include not only speckles on the screen caused by scattering of coherent light on the
That is, the
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,
照射光線60の光源61aがコヒーレント光を線状光線として放出することを除き、図1〜図5を参照しながら説明してきた投射型映像表示装置10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1)。また、光学素子50として、反射型の体積型ホログラムに代えて、特定の再生照明光を受けた場合に散乱板6の像5を再生し得るように計算機を用いて設計された凹凸形状を有する計算機合成ホログラム(CGH)としてのレリーフ型ホログラムを用いた点を除き、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、3.7%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(明るさのムラ)は発生していなかった。
Projection type image display apparatus configured in the same manner as the projection type
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、レーザ光源61aからのコヒーレント光を平行光束に整形して入射させた場合、スペックルコントラストは20.7%となった(条件3)。
この条件下では、肉眼観察により、斑点状の輝度ムラ模様がかなり顕著に観察された。
On the other hand, when the spatial
Under these conditions, a spot-like luminance unevenness pattern was observed quite noticeably by visual observation.
また、光源61aを緑色のLED(非コヒーレント光源)に交換し、このLED光源からの光を空間光変調器30に入射させた場合、すなわち、図1に示された投射型映像表示装置10の空間光変調器30に、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(明るさのムラ)は発生していなかった。
Further, when the
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
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。
According to the present embodiment described above, the
また、上述してきた本実施の形態によれば、ホログラム記録媒体55の各位置に入射するコヒーレント光が、互いに同一の位置に、散乱板6の像5を生成するとともに、当該像5に重ねて空間光変調器30が配置されている。このため、ホログラム記録媒体55で回折された光を、高効率で、映像形成のために利用することが可能となり、光源61aからの光の利用効率の面においても優れる。
Further, according to the present embodiment described above, coherent light incident on each position of the
〔変形〕
図1〜5に例示された一具体例に基づいて説明してきた一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、上述した実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いており、重複する説明を省略する。
[Deformation]
Various modifications can be made to the embodiment described based on the specific example illustrated in FIGS. Hereinafter, an example of modification will be described with reference to the drawings. In the drawings used in the following description, the same reference numerals as those used for the corresponding parts in the above-described embodiment are used, and redundant descriptions are omitted.
(照明装置)
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(輝度ムラ、ちらつき)を目立たなくさせることができる。
(Lighting device)
According to the embodiment described above, speckle can be effectively made inconspicuous. However, this effect is mainly due to the
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
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
またさらに、図6に示すように、光学素子50が、重ならないようにして並べて配置された複数のホログラム記録媒体55−1,55−2,・・・を含んでいても良い。図6に示された各ホログラム記録媒体55−1,55−2,・・・は、それぞれ短冊状に形成され、その長手方向と直交する方向に、隙間無く並べて配列されている。また、各ホログラム記録媒体55−1,55−2,・・・は、互いに同一の仮想面上に位置している。各ホログラム記録媒体55−1,55−2,・・・は、それぞれ、重ならないようにして並べて配置された被照明領域LZ−1,LZ−2,・・・に散乱板6の像5を生成する、言い換えると、被照明領域LZ−1,LZ−2,・・・にコヒーレント光を照明するようになっている。各被照明領域LZ−1,LZ−2,・・・は、一方向に延びる細長い領域(線状とも呼ばれるような領域)として形成され、その長手方向と直交する方向に、隙間無く並べて配列されている。また、各被照明領域LZ−1,LZ−2,・・・は、互いに同一の仮想面上に位置している。
Furthermore, as shown in FIG. 6, the
図6に示された例では、次のようにして、被照明領域LZ−1,LZ−2,・・・を照明するようにしてもよい。まず、照射装置60は、コヒーレント光が第1のホログラム記録媒体55−1の長手方向(前記一方向)に沿った経路を繰り返し走査するように、光学素子50の第1のホログラム記録媒体55−1へ当該コヒーレント光を照射する。第1のホログラム記録媒体55−1の各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、第1の照明領域LZ−1に重ねて線状あるいは細長状の散乱板6の像5を再生し、当該第1の照明領域LZ−1をコヒーレント光で照明するようになる。所定の時間が経過すると、照射装置60は、第1のホログラム記録媒体55−1に隣接する第2のホログラム記録媒体55−2上にコヒーレント光を照射し、第1の被照明領域LZ−1に代えて、第1の被照明領域LZ−1に隣接する第2の被照明領域LZ−2をコヒーレント光で照明する。以下、順に各ホログラム記録媒体にコヒーレント光を照射して、当該ホログラム記録媒体に対応する被照明領域をコヒーレント光で照明していく。このような方法によれば、照明装置を移動させることなく、二次元的な像情報を読み取ることが可能となる。
In the example shown in FIG. 6, the illuminated areas LZ-1, LZ-2,... May be illuminated as follows. First, the
(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
上述した形態において、照明装置40が、ホログラム記録媒体やレンズアレイ等からなる光拡散素子55を含む光学素子50を有し、光拡散素子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11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。また、図12に示された別の例では、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、リレー光学系23のみが配置されている。
In the embodiment described above, the
従来の多くの投射装置や投射表示装置、典型的には従来の大型の投射装置や投射表示装置では、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表示装置にも適用することができ、一例として、図11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、或いは、図12に示すように、インテグレーターロッド22を取り除いてリレー光学系23をそのまま利用することが可能となる。なお、図12に示す例においては、リレー光学系23は、図11においてインテグレーターロッド22の入射面22aが配置されていた面VPでの光の断面情報を空間光変調器30に伝達し得るようになっている。すなわち、図12に示された例におけるリレー光学系23の光学素子50に対する相対位置は、図11における光学素子50に対するインテグレーターロッド22の入射面22aの相対位置と一致している。
Many conventional projection devices and projection display devices, typically large conventional projection devices and projection display devices, have an integrator rod for making the illuminance distribution uniform upstream of the spatial light modulator. A relay optical system capable of transmitting cross-sectional information of the light traveling through the position to another position. The
(投射型映像表示装置)
また、ホログラム記録媒体55が、空間光変調器30の入射面に対応した形状を有した平面状の散乱板6を用いて、干渉露光法により作製される例を示したが、これに限られず、ホログラム記録媒体55が、何らかのパターンを有した散乱板を用いて、干渉露光法により作製されてもよい。この場合、ホログラム記録媒体55によって、何らかのパターンを持った散乱板の像が再生されるようになる。言い換えると、光学素子50(ホログラム記録媒体55)は、何らかのパターンを持った被照明領域LZを照明するようになる。この光学素子50を用いる場合、空間光変調器30を、さらには投射光学系25をも上述の一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上にホログラム記録媒体55に記録された何らかのパターンを表示することが可能となる。この表示装置においても、コヒーレント光がホログラム記録媒体55上を走査するように、照射装置60が光学素子50にコヒーレント光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 the example in which the
図7には、このような変形の一具体例が開示されている。図示する例において、光学素子50は、第1〜第3のホログラム記録媒体55−1,55−2,55−3を含んでいる。第1〜第3のホログラム記録媒体55−1,55−2,55−3は、互いに重ならないように位置をずらして、光学素子50の入射面と平行な面上に配置されている。各ホログラム記録媒体55−1,55−2,55−3は、矢印の輪郭を有した像5を再生することができる、言い換えると、矢印の輪郭を有した被照明領域LZ−1,LZ−2,LZ−3をコヒーレント光で照明することができるようになっている。各ホログラム記録媒体55−1,55−2,55−3にそれぞれ対応した第1〜第3の被照明領域LZ−1,LZ−2,LZ−3は、同一の仮想面上に、互いに重ならないように配置されている。とりわけ図示する例では、各被照明領域LZ−1,LZ−2,LZ−3をなす矢印によって示される向きがすべて同一で、この向きに沿って第1〜第3被照明領域LZ−1,LZ−2,LZ−3が順に位置している。例えば、照射装置60からのコヒーレント光が第1ホログラム記録媒体55−1上を走査している場合には、最も後方に位置する第1の被照明領域LZ−1が照明される。一例として次に、図7に示すように、照射装置60からのコヒーレント光が第2ホログラム記録媒体55−2上を走査するようになり、真ん中に位置する第2の被照明領域LZ−2が照明される。その後、照射装置60からのコヒーレント光が第3ホログラム記録媒体55−3上を走査するようになると、最も前方に位置する第3の被照明領域LZ−3が照明される。
FIG. 7 discloses a specific example of such a modification. In the illustrated example, the
(照射装置)
上述した形態では、照射装置60が、レーザ光源61a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、コヒーレント光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8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8に示された例では、ミラー66aの第2の回動軸線RA2は、ホログラム記録媒体55の板面上に定義されたXY座標系の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からのコヒーレント光が照射される光学素子50上の照射領域IAは、ホログラム記録媒体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8に示されているように、コヒーレント光の光学素子50上への照射領域IAが円周上を移動するようにすることもできる。
(Irradiation device)
In the embodiment described above, an example in which the
また、走査デバイス65が、二以上の反射デバイス(ミラーデバイス)66を含んでいてもよい。この場合、各反射デバイス66の反射面(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からのコヒーレント光の光学素子50への照射領域IAを、ホログラム記録媒体55の板面上で二次元方向に移動させることができる。
The
なお、走査デバイス65に含まれる反射デバイス66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
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
そもそも、走査デバイス65は必須ではなく、照射装置60の光源61a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、光源61aの光学素子に対する変位によって、光源61aから照射されたコヒーレント光がホログラム記録媒体55上を走査するようにしてもよい。すなわち、光源61aから放出されたコヒーレント光の進行方向を連続的に変化させることに加えて、あるいは、光源61aから放出されたコヒーレント光の進行方向を連続的に変化させることに代えて、光源61aの配向(配置や向き等)を変化させて、光源61aからコヒーレント光の放出方向を変化させるようにしてもよい。
In the first place, the
一具体例として、図9に示すように、照射装置60が、コヒーレント光を生成する光源61aと、光学素子50に対する光源61aの配置が変化し得るように当該光源61aを保持する保持機構69と、を有するようにしてもよい。この保持機構69は、光学素子50に対する光源61aの配置を変化させて、光源61aからのコヒーレント光がホログラム記録媒体55上を走査するようにしている。図9に示す例においても、照射装置60の光源61aは、コヒーレント光を発散光束として放出するようになっている。そして、保持機構69は、光源61aの放出口を基準点SP上に維持しつつ光源61aの放出口の向く方向が変更されるよう、光源61aを回動可能に保持する。
As a specific example, as illustrated in FIG. 9, the
さらに、上述した実施の形態において、照射装置60の光源61aが、コヒーレント光を発散光束として放出する例を示したが、これに限られない。例えば、照射装置60の光源61aが、ビーム断面の形状が一定となる平行光束または線状光線として、コヒーレント光を放出するようにしてもよい。この例においては、例えば、光源61aから走査デバイス65までの光路上に、レンズやディフューザー等の整形手段がさらに設けられることによって、光源61aから放出された平行光束または線状光線が発散光束に変換されるようにしてもよい。或いは、照射装置60の光源61aがコヒーレント光を収束光束として照射するようにしてもよい。この例において、光源61aから放出される収束光束の収束点が光源61aから走査デバイス65までの光路上に位置していれば、上述の実施の形態と同様に、コヒーレント光が発散光束として走査デバイス65に入射するようになる。これらの変形例においても、任意の瞬間に照射装置60からコヒーレント光を照射されているホログラム記録媒体55上での照射領域IAが、ホログラム記録媒体55の一部分に相当し、且つ、照射装置60の光源61aから出射した直後におけるコヒーレント光の断CS(図2参照)の面積よりも広い面積を有するようにすることができる。結果として、これらの変形例によっても、発散光束を放出する光源61aを用いた上述の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the example in which the
さらに、上述した形態において、照射装置60が、発散光束に含まれる光線の光路をたどるコヒーレント光、さらに厳密に表現すると、発散光束の一部分に相当する発散光束としてのコヒーレント光を、光学素子50へ入射させる例を示したが、これに限られない。
Furthermore, in the above-described form, the
例えば、上述した形態において、走査デバイス65が、コヒーレント光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偏向素子67を、さらに含むようにしてもよい。
For example, in the embodiment described above, the
この場合、図10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からのコヒーレント光が、偏向素子67によって、一定の方向dsに進むコヒーレント光に変換され得る。すなわち、照射装置60は、平行光束に含まれる光線の光路をたどるコヒーレント光、さらに厳密に表現すると、平行光束の一部分に相当する平行光束としてのコヒーレント光を、光学素子50へ入射させるようになる。このような例では、ホログラム記録媒体55を作製する際の露光工程において、参照光Lrとして、上述した収束光束に代えて、平行光束を用いることになる。このようなホログラム記録媒体55は、より簡単に作製および複製することができる。
In this case, as shown in FIG. 10, the coherent light from the
上述した形態では、照射装置60が単一のレーザ光源61aのみを有する例を示したが、これに限られない。例えば、照射装置60が、同一波長域の光を発振する複数の光源を含んでいても良い。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、無相関なスペックル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 the
また、照射装置60が、異なる波長域のコヒーレント光を発生させる複数の光源を含んでいてもよい。この例によれば、単一レーザ光では表示することが困難な色を加法混色によって生成し、当該色で被照明領域LZを照明することができる。また、この場合、投射装置20または投射型映像表示装置10において、空間光変調器30が、例えばカラーフィルタを含んでおり、各波長域のコヒーレント光毎に変調画像の形成が可能である場合には、複数色で映像を表示することが可能となる。あるいは、空間光変調器30がカラーフィルタを含んでいなくとも、照射装置60が各波長域のコヒーレント光を時分割的に照射し、且つ、空間光変調器30が、照射されている波長域のコヒーレント光に対応した変調画像を形成するように時分割的に作動する場合にも、複数色で映像を表示することが可能となる。とりわけ、投射装置20または投射型映像表示装置10において、照射装置60が、赤色光に対応する波長域のコヒーレント光を発生する光源と、緑色光に対応する波長域のコヒーレント光を発生する光源と、青色光に対応する波長域のコヒーレント光を発生する光源と、を含んでいる場合には、フルカラーで映像を表示することが可能となる。
Further, the
なお、光学素子50に含まれるホログラム記録媒体55は、波長選択性を有している。
したがって、照射装置60が異なる波長域の光源を含んでいる場合には、ホログラム記録媒体55が、各光源で発生されるコヒーレント光の波長域にそれぞれ対応したホログラム要素を、積層した状態で、含むようにしてもよい。各波長域のコヒーレント光用のホログラム要素は、例えば、図3および図4を参照しながら既に説明した方法において、露光用の光(参照光Lrおよび物体光Lo)として、対応する波長域のコヒーレント光を用いることにより、作製され得る。また、各波長域のホログラム要素を積層してホログラム記録媒体55を作製することに代え、各波長域のコヒーレント光からなる物体光Loおよび参照光Lrを、それぞれ同時にホログラム感光材料58に露光して、単一のホログラム記録媒体55によって、複数の波長域の光をそれぞれ回折するようにしてもよい。
Note that the
Therefore, when the
(光学素子)
上述した形態において、光学素子50が、フォトポリマーを用いた反射型の体積型ホログラム55からなる例を示したが、これに限られない。既に説明したように、光学素子50は複数のホログラム記録媒体55を含んでいてもよい。また、光学素子50は、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプの体積型ホログラムを含んでもよい。さらに、光学素子50は、透過型の体積型ホログラム記録媒体を含んでいてもよいし、レリーフ型(エンボス型)のホログラム記録媒体を含んでいてもよい。
(Optical element)
In the embodiment described above, an example in which the
レリーフ(エンボス)型ホログラムは、表面の凹凸構造によってホログラム干渉縞の記録が行われる。しかしながら、このレリーフ型ホログラムの場合、表面の凹凸構造による散乱が、新たなスペックル生成要因となる可能性があり、この点において体積型ホログラムの方が好ましい。体積型ホログラムでは、媒体内部の屈折率変調パターン(屈折率分布)としてホログラム干渉縞の記録が行われるため、表面の凹凸構造による散乱による影響を受けることはない。 In the relief (embossed) hologram, hologram interference fringes are recorded by the concavo-convex structure on the surface. However, in the case of this relief type hologram, scattering due to the uneven structure on the surface may become a new speckle generation factor. In this respect, the volume type hologram is preferable. In the volume hologram, since the hologram interference fringe is recorded as a refractive index modulation pattern (refractive index distribution) inside the medium, it is not affected by scattering due to the uneven structure on the surface.
もっとも、体積型ホログラムでも、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプのものは、銀塩粒子による散乱が新たなスペックル生成要因となる可能性がある。この点において、ホログラム記録媒体55としては、フォトポリマーを用いた体積型ホログラムの方が好ましい。
However, in the case of a volume hologram that is recorded using a photosensitive medium containing a silver salt material, scattering by silver salt particles may be a new speckle generation factor. In this respect, the
また、図3に示す露光工程では、いわゆるフレネルタイプのホログラム記録媒体が作成されることになるが、レンズを用いた記録を行うことにより得られるフーリエ変換タイプのホログラム記録媒体を作成してもかまわない。ただ、フーリエ変換タイプのホログラム記録媒体を用いる場合には、像再生時にもレンズを使用してもよい。 In addition, in the exposure process shown in FIG. 3, a so-called Fresnel type hologram recording medium is produced. However, a Fourier transform type hologram recording medium obtained by performing recording using a lens may be produced. Absent. However, when a Fourier transform type hologram recording medium is used, a lens may also be used during image reproduction.
また、ホログラム記録媒体55に形成されるべき縞状パターン(屈折率変調パターンや凹凸パターン)は、現実の物体光Loおよび参照光Lrを用いることなく、予定した再生照明光Laの波長や入射方向、並びに、再生されるべき像の形状や位置等に基づき計算機を用いて設計されてもよい。このようにして得られたホログラム記録媒体55は、計算機合成ホログラムとも呼ばれる。また上述した変形例のように波長域の互いに異なる複数のコヒーレント光が照射装置60から照射される場合には、計算機合成ホログラムとしてのホログラム記録媒体55は、各波長域のコヒーレント光にそれぞれ対応して設けられた複数の領域に平面的に区分けされ、各波長域のコヒーレント光は対応する領域で回折されて像を再生するようにしてもよい。
Further, the striped pattern (refractive index modulation pattern or concave / convex pattern) to be formed on the
さらに、上述した形態において、光学素子50が、各位置に照射されたコヒーレント光を拡げて、当該拡げたコヒーレント光を用いて被照明領域LZの全域を照明する光拡散素子乃至光拡散要素として、ホログラム記録媒体55を、有している例を示したが、これに限られない。光学素子50は、ホログラム記録媒体55に代えて或いはホログラム記録媒体55に加えて、各位置に照射されたコヒーレント光の進行方向を変化させるとともに拡散させて、被照明領域LZの全域をコヒーレント光で照明する光拡散素子としてのレンズアレイを有するようにしてもよい。光拡散素子として機能するレンズアレイの一具体例として、拡散機能を付与された全反射型または屈折型のフレネルレンズやフライアイレンズ等を挙げることができる。このような照明装置40においても、照射装置60が、レンズアレイからなる光拡散素子上をコヒーレント光が走査するようにして、光学素子50にコヒーレント光を照射するようにし、且つ、照射装置60から光学素子50の各位置に入射したコヒーレント光が、光拡散素子をなすレンズアレイによって進行方向を変化させられて被照明領域LZを照明するよう、照射装置60および光学素子50を構成しておくことにより、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。また、光学素子50がレンズアレイを含む態様においては、光学素子50がホログラム記録媒体55を含む態様と同様に、その他の構成、例えば照射装置60、空間光変調器30、投射光学系25およびスクリーン15に対して種々の変形(修正・変更)を行うことが可能である。
Furthermore, in the embodiment described above, the
(照明方法)
上述した形態において、照射装置60が光学素子50上でコヒーレント光を一次元方向に走査可能とするように構成され、且つ、光学素子50のホログラム記録媒体55やレンズアレイ等から構成される光拡散素子55が各位置に照射されたコヒーレント光を二次元方向に拡散するよう(拡げるように、発散させるように)に構成され、これにより、照明装置40が二次元的な被照明領域LZを照明する例を示した。ただし、既に説明してきたように、このような例に限定されることはなく、例えば、照射装置60が光学素子50上でコヒーレント光を二次元方向に走査可能とするように構成され、且つ、光学素子50のホログラム記録媒体55やレンズアレイ等から構成される光拡散素子55が各位置に照射されたコヒーレント光を二次元方向に拡散するよう(拡げるように、発散させるように)に構成され、これにより、照明装置40が二次元的な被照明領域LZを照明してもよい(図8を参照しながら、既に説明した態様)。
(Lighting method)
In the above-described embodiment, the
また、既に言及しているように、照射装置60が光学素子50上でコヒーレント光を一次元方向に走査可能とするように構成され、且つ、光学素子50のホログラム記録媒体55やレンズアレイ等から構成される光拡散素子55が各位置に照射されたコヒーレント光を一次元方向に拡散するよう(拡げるように、発散させるように)に構成され、これにより、照明装置40が一次元的な被照明領域LZを照明するようにしてもよい。この態様において、照射装置60によるコヒーレント光の走査方向と、光学素子のホログラム記録媒体55やレンズアレイ等から構成される光拡散素子55の拡散方向(拡げる方向)と、が平行となるようにしてもよい。
Further, as already mentioned, the
さらに、照射装置60が光学素子50上でコヒーレント光を一次元方向または二次元方向に走査可能とするように構成され、且つ、光学素子50のホログラム記録媒体55やレンズアレイ等から構成される光拡散素子55が各位置に照射されたコヒーレント光を一次元方向に拡散するよう(拡げるように、発散させるように)に構成されていてもよい。この態様において、既に説明したように、光学素子50が複数の光拡散素子55を有し、各光拡散素子55に対応した被照明領域LZを順に照明していくことによって、照明装置40が二次元的な領域を照明するようにしてもよい。この際、各被照明領域LZが、人間の目では同時に照明されているかのような速度で、順に照明されていってもよいし、あるいは、人間の目でも順番に照明していると認識できるような遅い速度で、順に照明されていってもよい。
Further, the
(変形例の組み合わせ)
なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
(Combination of modifications)
In addition, although the some modification with respect to embodiment mentioned above was demonstrated above, naturally, it is also possible to apply combining several modifications suitably.
5 像
6 散乱板
10 投射型映像表示装置
15 スクリーン
20 投射装置
25 投射光学系
30 空間光変調器
40 照明装置
50 光学素子
55 ホログラム記録媒体
58 ホログラム感光材料
60 照射装置
61a 光源
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 偏向素子(集光レンズ)
69 保持機構
LZ 被照明領域
IA 照射領域
5
66a Mirror (reflective surface)
67 Deflector (Condenser lens)
69 Holding mechanism LZ Illuminated area IA Irradiated area
Claims (12)
コヒーレント光を生成する光源を有する照射装置であって、前記コヒーレント光が前記複数の光拡散素子上を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置から各光拡散素子の各位置に入射した前記コヒーレント光が、それぞれ、前記光拡散素子によって光路を変化させられて少なくとも当該光拡散素子に対応した被照明領域の全域を照明するように、前記照射装置および前記光学素子が配置されており、
任意の瞬間に前記照射装置から前記コヒーレント光を照射されている各光拡散素子上での領域は、当該光拡散素子の一部であり、且つ、前記照射装置の前記光源から出射した直後における前記コヒーレント光の断面積よりも広い面積を有し、
一つの光拡散素子に対応した被照明領域は、他の光拡散素子に対応した被照明領域と異なる、照明装置。 An optical element including a plurality of light diffusing elements that change the optical path of incident light;
An irradiation apparatus having a light source that generates coherent light, the irradiation apparatus irradiating the optical element with the coherent light so that the coherent light scans the plurality of light diffusion elements, and
The coherent light incident on each position of each light diffusing element from the irradiation device is changed in optical path by the light diffusing element so as to illuminate at least the entire illuminated area corresponding to the light diffusing element. The irradiation device and the optical element are arranged,
Region on the light diffuser being irradiated with the coherent light from the irradiation device at any instant is a part of the light diffuser, and the immediately after emitted from the light source of the irradiation device Having an area larger than the cross-sectional area of coherent light,
An illumination device in which an illuminated area corresponding to one light diffusing element is different from an illuminated area corresponding to another light diffusing element .
前記照明装置からのコヒーレント光によって照明される位置に配置された空間光変調器と、
前記空間光変調器上に得られる変調画像をスクリーン上に投射する投射光学系と、を備える投射装置。 The lighting device according to any one of claims 1 to 5 ,
A spatial light modulator disposed at a position illuminated by coherent light from the illumination device;
A projection optical system that projects a modulated image obtained on the spatial light modulator onto a screen.
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、投射型映像表示装置。 A projection device according to any one of claims 6 to 8 ,
And a screen on which a modulated image obtained on the spatial light modulator is projected.
コヒーレント光を生成する光源からの前記コヒーレント光の光路を変化させて、前記光学素子に入射する前記コヒーレント光が複数の光拡散素子上を走査するようにする走査デバイスと、を備え、
各光拡散素子の各位置に入射した前記コヒーレント光が、それぞれ、当該光拡散素子によって光路を変化させられて少なくとも当該光拡散素子に対応した被照明領域の全域を照明するように、前記光学素子及び前記走査デバイスが、配置されており、
任意の瞬間に前記コヒーレント光を照射されている各光拡散素子上での領域は、当該光拡散素子の一部であり、且つ、前記光源から出射した直後における前記コヒーレント光の断面積よりも広い面積を有し、
一つの光拡散素子に対応した被照明領域は、他の光拡散素子に対応した被照明領域と異なる、光モジュール。 An optical element including a plurality of light diffusing elements that change the optical path of incident light;
A scanning device that changes the optical path of the coherent light from a light source that generates coherent light so that the coherent light incident on the optical element scans a plurality of light diffusing elements; and
As the coherent light incident on respective positions of the light diffuser, respectively, to illuminate the entire area of the illuminated areas corresponding to at least the light diffuser is to change the optical path by the light diffuser, the optical element And the scanning device is arranged,
Region on the light diffuser being irradiated with the coherent light at any instant is a part of the light diffuser, and wider than the cross-sectional area of the coherent light immediately after emitted from the light source You have a area,
An illuminated module corresponding to one light diffusing element is different from an illuminated area corresponding to another light diffusing element .
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