(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を拡散し得る光学素子と、
コヒーレント光が前記光学素子上を走査するように、前記コヒーレント光の進行方向を経時的に角度変化させて前記光学素子を照射する照射装置と、
前記照射装置から前記光学素子の各位置に入射されて拡散されたコヒーレント光によって照明される光変調器と、
前記光変調器で生成される変調画像を拡散面に投射する投射光学系と、
前記光学素子と前記光変調器との間に配置され、前記光学素子で拡散されたコヒーレント光の拡散角度を抑制する中間光学系と、を備え、
前記光学素子から拡散されたコヒーレント光は、前記中間光学系にて拡散角度が抑制された後、前記光学素子上の拡散位置によらず、前記光変調器を重ねて照明することを特徴とする投射装置。
【請求項２】
前記光学素子と前記中間光学系との距離が前記中間光学系の焦点距離に一致するように、前記中間光学系は位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の投射装置。
【請求項３】
前記光変調器と前記中間光学系との距離が前記中間光学系の焦点距離に一致するように、前記中間光学系は位置決めされることを特徴とする請求項１または２に記載の投射装置。
【請求項４】
前記投射光学系の前記光変調器側は、テレセントリックであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の投射装置。
【請求項５】
前記光学素子は、ホログラム記録媒体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の投射装置。
【請求項６】
前記ホログラム記録媒体で拡散されて前記中間光学系にて拡散角度が抑制されたコヒーレント光の主光線の方向が前記光変調器の光軸に略平行になるように、前記ホログラム記録媒体の干渉縞が形成されることを特徴とする請求項５に記載の投射装置。
【請求項７】
前記ホログラム記録媒体は、体積型ホログラムであることを特徴とする請求項５または６に記載の投射装置。
【請求項８】
前記ホログラム記録媒体は、計算機合成ホログラムであることを特徴とする請求項５または６に記載の投射装置。
【請求項９】
前記ホログラム記録媒体は、表面レリーフ型のホログラフィックディフューザであることを特徴とする請求項５または６に記載の投射装置。
【請求項１０】
前記光学素子は、複数のレンズを有するマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の投射装置。
【請求項１１】
前記光変調器は、空間光変調器であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の投射装置。
【請求項１２】
前記空間光変調器は、前記照射装置からのコヒーレント光を透過または反射させて変調画像を生成することを特徴とする請求項１１に記載の投射装置。
【請求項１３】
前記空間光変調器は、マイクロミラーデバイス、または反射型あるいは透過型ＬＣＯＳ、または透過型の液晶パネルであることを特徴とする請求項１１に記載の投射装置。
【請求項１４】
前記照射装置は、
コヒーレント光を放射する光源と、
前記光源から放射された前記コヒーレント光の進行方向を変化させて、該コヒーレント光を前記光学素子上で走査させる走査デバイスと、を有することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の投射装置。
【請求項１５】
前記中間光学系と前記光変調器との間に配置され、前記中間光学系で拡散角度が抑制されたコヒーレント光により形成される中間像を前記光変調器に写像するリレー光学系を備えることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の投射装置。
【請求項１６】
前記中間光学系と前記リレー光学系との間に配置されるインテグレーダロッドを備えることを特徴とする請求項１５に記載の投射装置。
【請求項１７】
コヒーレント光を拡散し得る光学素子と、
前記コヒーレント光の進行方向を経時的に角度変化させて、該コヒーレント光を前記光学素子上で走査させる走査デバイスと、
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光の拡散角度を抑制する中間光学系とを備え、
前記光学素子から拡散されたコヒーレント光は、前記中間光学系にて拡散角度が抑制された後、前記光学素子上の拡散位置によらず、被照明領域を重ねて照明することを特徴とする投射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光を照射する光源を用いた投射装置および投射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリーン上に映像光を投射する投射装置が広く使用されている。典型的な投射装置では、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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
例えば、下記の特許文献２には、ガルバノスキャナでレーザ光を走査させて、光拡散板に２次元画像を形成する技術が開示されている。この特許文献２に開示された光拡散板は、画角を拡げるために設けられるものであり、光拡散板に形成された２次元画像がそのままスクリーンに投射されるため、投射画像の画質は悪くなってしまう。
【０００７】
ところで、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。
【０００８】
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３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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２８２０８３号公報
【特許文献２】特開２００８−２２４７６０号公報
【特許文献３】特開平６−２０８０８９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Speckle Phenomena in Optics, Joseph W. Goodman, Roberts & Co., 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したとおり、コヒーレント光源を用いた投射装置において、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３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。
【００１２】
ところで、コヒーレント光は、レーザ光に代表されるように、優れた直進性を有するとともに、非常にエネルギ密度の高い光として照射され得る。したがって、実際に開発される照明装置としては、このようなコヒーレント光の特性に対応して、コヒーレント光の光路が設計されていることが好ましい。
【００１３】
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、コヒーレント光で光変調器を照明した状態で、光変調器で生成される変調画像を投射させる投射装置を発明するにいたった。また、本件発明者らは、さらに研究を進め、コヒーレント光で光変調器を照明する際に、照明領域内に明るさが突出して明るくなる領域が生じることを安定して防止し得るように、当該照明装置を改善することができた。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、且つ照明領域内の明るさのムラの発生を効果的に抑制でき、且つ照明領域内の照明強度を向上可能な投射装置および投射制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、コヒーレント光を拡散し得る光学素子と、
コヒーレント光が前記光学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、
前記照射装置から前記光学素子の各位置に入射されて拡散されたコヒーレント光によって照明される光変調器と、
前記光変調器で生成される変調画像を拡散面に投射する投射光学系と、
前記光学素子と前記光変調器との間に配置され、前記光学素子で拡散されたコヒーレント光の拡散角度を抑制する中間光学系と、を備え、
前記光学素子から拡散されたコヒーレント光は、前記中間光学系にて拡散角度が抑制された後、前記光変調器を重ねて照明することを特徴とする投射装置が提供される。
また、本発明の一態様では、コヒーレント光を拡散し得る光学素子と、
前記コヒーレント光の進行方向を変化させて、該コヒーレント光を前記光学素子上で走査させる走査デバイスと、
前記光学素子で拡散されたコヒーレント光の拡散角度を抑制する中間光学系とを備え、  前記光学素子から拡散されたコヒーレント光は、前記中間光学系にて拡散角度が抑制された後、被照明領域を重ねて照明することを特徴とする投射制御装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
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とともに、被照明領域または映像を投射する面上での明るさおよび色にムラが生じてしまうことを効果的に抑制でき、且つ被照明領域内の照明強度を向上できる。また、中間光学系を設けることで、投射光学系の光変調器側をテレセントリックにすることができ、投射光学系の設計を簡略化でき、投射光学系の小型化および部品コスト削減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る投射装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】中間光学系７０の作用を説明する図。
【図３】ホログラム記録媒体５５に散乱板の像を干渉縞として形成する様子を説明する図。
【図４】図２の露光工程を経て得られたホログラム記録媒体５５に形成された干渉縞を用いて散乱板の像を再生する様子を説明する図。
【図５】中間光学系７０を最適な位置に置いた状態でホログラム記録媒体５５に干渉縞を形成する手法を説明する図。
【図６】図５の手法で作製したホログラム記録媒体を再生する様子を説明する図。
【図７】走査デバイス６５の走査経路を説明する図。
【図８】インテグレーダロッド８２とリレー光学系８３を備えた照明装置の一例を示す図。
【図９】インテグレーダロッド８２を持たない既存の投射装置に本実施形態を適用した例を示す図。
【図１０】ミラーデバイス６６を二軸方向に回動させる例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。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、縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから適宜変更したり、誇張してある。
【００１８】
図１は一実施形態に係る投射装置２０の概略構成を示すブロック図である。図１の投射装置２０は、光学素子５０と、照射装置６０と、光変調器３０と、中間光学系７０と、投射光学系８０とを備えている。本明細書では、光学素子５０と照射装置６０とを合わせたものを照明装置４０と呼ぶ。
【００１９】
照射装置６０は、コヒーレント光が光学素子５０の表面を走査するように、光学素子５０にコヒーレント光を照射する。照射装置６０は、コヒーレント光を放射するレーザ光源６１と、レーザ光源６１から放射されたコヒーレント光を光学素子５０の表面上で走査させる走査デバイス６５とを有する。
【００２０】
光学素子５０は、光変調器３０の位置に重ねて設けられる被照明領域ＬＺに散乱板の像を再生し得るホログラム記録媒体５５を有する。ホログラム記録媒体５５の詳細については後述する。ホログラム記録媒体５５には、走査デバイス６５にて反射されたコヒーレント光が入射される。ホログラム記録媒体５５には干渉縞が形成されており、コヒーレント光が入射されると、干渉縞で回折されたコヒーレント光が発散光（拡散光）となって放射される。
【００２１】
走査デバイス６５は、入射されたコヒーレント光の反射角度を一定周期で可変させて、反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いる。
【００２２】
ホログラム記録媒体５５上の各点に入射されたコヒーレント光は、拡散光となって、中間光学系７０に入射される。中間光学系７０は、ホログラム記録媒体と光変調器３０の間に配置されて、ホログラム記録媒体で拡散したコヒーレント光の拡散角（以下、発散角とも呼ぶ）を抑制する作用を行なう。中間光学系７０は、両面が凸形状のフィールドレンズ７１や、ホログラム記録媒体５５側が凸形状で光変調器３０側が平坦なフィールドレンズ７１等で構成される。
【００２３】
図２は中間光学系７０の作用を説明する図である。中間光学系７０は、ホログラム記録媒体５５上の任意の位置に設けられる発散点を仮想的に遠ざける作用を行なう。これにより、図２の一点鎖線および実線で示すように、中間光学系７０に入射されて拡散されたコヒーレント光の発散角は、中間光学系７０がない場合に比べて抑制されることになる。
【００２４】
このような中間光学系７０を設けることで、ホログラム記録媒体５５上の任意の位置で拡散されたコヒーレント光は、中間光学系７０にてその拡散角が抑制されて、光変調器３０の位置に設けられる被照明領域ＬＺに入射される。これにより、ホログラム記録媒体５５で拡散されたコヒーレント光のうち、被照明領域ＬＺの照明に用いられないコヒーレント光の割合を減らすことができ、被照明領域ＬＺの照明強度をより向上できる。
【００２５】
また、中間光学系７０を設けることで、光変調器３０に入射されるコヒーレント光の主光線の方向が光変調器３０の光軸の方向に近づく。後述するように、光変調器３０は、反射型あるいは透過型ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）、または透過型の液晶パネル等の液晶デバイスで構成されることが多く、この種の液晶デバイスではそもそも、照明光を光軸に略平行に入射することを想定している。したがって、中間光学系７０を設けると、元々想定した方向のコヒーレント光が光変調器３０に入射されることになり、光変調器３０から照射される変調画像光も、その光軸に略平行な方向に進行する。この場合、投射光学系８０を構成するプロジェクションレンズ８１に入射される変調画像光の光束の範囲を狭めることができる。これはすなわち、プロジェクションレンズ８１の光変調器３０側がテレセントリックになることを意味する。テレセントリックとは、主光線が光軸に平行に進行することを指す。
【００２６】
プロジェクションレンズ８１の光変調器３０側がテレセントリックの場合は、プロジェクションレンズ８１のｆ値を高くすることができる。ｆ値は、レンズの焦点距離をレンズの有効径で割った値であり、ｆ値が大きいほど、レンズに入射される光束の範囲が狭くなり、暗いレンズになるが、被写体深度は大きくなり、焦点ボケを抑制できる。ｆ値が大きいレンズは、レンズの中心付近しか被写体光が入射されないため、レンズの有効径を小さくでき、かつレンズの周辺部分について厳密にレンズ特性を規定する必要がなくなることから、レンズの設計が容易になる。すなわち、中間光学系７０を設けることで、プロジェクションレンズ８１の部品コストと設計コストを削減できる。
【００２７】
このように、ホログラム記録媒体５５と光変調器３０の間に中間光学系７０を設けるという簡易な光学系の変更を行なうだけで、プロジェクションレンズ８１の光変調器３０側をテレセントリックに近づけることができ、これにより、プロジェクションレンズ８１のｆ値を大きくすることが可能となり、プロジェクションレンズ８１の設計が容易となって、またプロジェクションレンズ８１の部品コストも抑制できる。
【００２８】
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例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）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液晶マイクロディスプレイが、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、液晶マイクロディスプレイ上に変調画像が形成される。こうして得られた変調画像（映像光）は、投射光学系８０によって、必要に応じて変倍されて拡散スクリーン１５へ投射される。拡散スクリーン１５に投射される変調画像のスペックルパターンは時間的に変化するため、スペックルは不可視化される。
【００２９】
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、光変調器３０での反射光によって変調画像が形成され、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、光変調器３０で生成された変調画像の映像光（反射光）の出射面が同一の面となる。このような反射光を利用する場合、光変調器３０としてＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）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が光変調器３０として利用されている。この他、光変調器３０としては、透過型の液晶パネルを用いることも可能である。
【００３０】
また、光変調器３０の入射面は、照明装置４０がコヒーレント光を照射する被照明領域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、拡散スクリーン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。
【００３１】
光変調器３０で生成された変調画像を拡散スクリーン１５に投射する投射光学系８０は、例えば両面凸形状のプロジェクションレンズ８１を有し、光変調器３０で生成された変調画像は、プロジェクションレンズ８１で屈折されて拡散スクリーン１５上に変調画像７１を投射する。プロジェクションレンズ８１の径や、プロジェクションレンズ８１と光変調器３０との距離や、プロジェクションレンズ８１と拡散スクリーン１５との距離によって、拡散スクリーン１５に投影される変調画像７１のサイズを調整することができる。図１の拡散スクリーン１５は、透過型であり、投射された変調画像光を拡散する。なお、拡散スクリーン１５は、反射型でもよい。
【００３２】
図１では省略しているが、拡散スクリーン１５で拡散された変調画像を、不図示のハーフミラーに入射して、このハーフミラーで、拡散スクリーン１５で拡散された変調画像光の一部を反射させて変調画像の虚像を形成して、この虚像を外光とともにハーフミラーを介して観察者が視認できるようにしてもよい。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置を実現できる。この場合、ハーフミラーとして、例えば、車両のフロントガラスを用いることができ、観察者は運転席に座って前方を向くことで、フロントガラスを通して車外の景色を見ながら、虚像を視認できる。あるいは、ハーフミラーの代わりに、ホログラム記録媒体５５やプリズムを用いてもよい。
【００３３】
光変調器３０では、種々の変調画像を生成可能であり、光変調器３０で変調画像を生成して、それを被照明領域ＬＺで照明することで、種々の変調画像を拡散スクリーン上に投射することができる。
【００３４】
本実施形態では、被照明領域ＬＺを照明するために、ホログラム記録媒体５５を含む光学素子５０を用いている。ホログラム記録媒体５５は、例えばフォトポリマーを用いた反射型の体積型ホログラムである。図３はホログラム記録媒体５５に散乱板の像を干渉縞として形成する様子を説明する図である。
【００３５】
図３に示すように、ホログラム記録媒体５５は、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、互いに干渉性を有する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。
【００３６】
参照光Ｌｒとしては、例えば、特定波長域のレーザ光を発振するレーザ光源６１からのレーザ光が用いられる。参照光Ｌｒは、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を形成するためのレーザ光が、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を通り過ぎた位置にある。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、の間に配置される。
【００３７】
一方、物体光Ｌｏは、例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。図３の例では、作製されるべきホログラム記録媒体５５が反射型であり、物体光Ｌｏは、参照光Ｌｒと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と干渉性を有することが前提である。したがって、例えば、同一のレーザ光源６１から発振されたレーザ光を分割させて、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。
【００３８】
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を、ホログラム感光材料５８に概ね均一な光量分布で入射させることができる。またこの方法によれば、散乱板６による散乱の度合いにも依存するが、ホログラム感光材料５８の各位置に、散乱板６の出射面６ａの全域から概ね均一な光量で物体光Ｌｏが入射しやすくなる。このような場合には、得られたホログラム記録媒体５５の各位置に入射した光が、それぞれ、散乱板６の像５を同様の明るさで再生し、かつ、再生された散乱板６の像５を概ね均一な明るさで観察することが実現され得る。
【００３９】
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、何らかのパターン例えば、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。
【００４０】
図４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に形成された干渉縞を用いて散乱板の像を再生する様子を説明する図である。図４に示すように、図３のホログラム感光材料５８にて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にて回折され、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５５に対する特定の位置に、散乱板６の再生像５を生成する。
【００４１】
この際、散乱板６の再生像５を生成する再生光、すなわち再生照明光Ｌａをホログラム記録媒体５５で回折してなる光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。ここで、図３に示したように、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物体光Ｌｏが、それぞれ、ホログラム感光材料５８の概ね全領域に入射するように拡散している。すなわち、ホログラム感光材料５８上の各位置には、散乱板６の出射面６ａの全領域からの物体光Ｌｏが入射し、結果として、出射面６ａ全体の情報がホログラム記録媒体５５の各位置にそれぞれ記録されている。このため、図４に示された、再生照明光Ｌａとして機能する基準点ＳＰからの発散光束をなす各光は、それぞれ単独で、ホログラム記録媒体５５の各位置に入射して互いに同一の輪郭を有した散乱板６の像５を、互いに同一の位置（被照明領域ＬＺ）に再生することができる。
【００４２】
ホログラム記録媒体５５で拡散された光は、中間光学系７０により拡散角度が抑制されて、被照明領域ＬＺの方向に進行するため、無駄な散乱光を効果的に抑制できる。したがって、ホログラム記録媒体５５に入射される再生照明光Ｌａのほとんどを、被照明領域ＬＺを照明するために有効利用できる。
【００４３】
図３では、中間光学系７０の配置場所を特に考慮せずに、ホログラム記録媒体５５に干渉縞を形成する例を示した。その場合でも、ホログラム記録媒体５５と光変調器３０の間に中間光学系７０を配置することで、ホログラム記録媒体５５で拡散されたコヒーレント光の拡散角を中間光学系７０で抑制できることから、プロジェクションレンズ８１への変調画像光の入射範囲を狭めることができる。しかしながら、より望ましくは、中間光学系７０を最適な位置に置いた状態で、ホログラム記録媒体５５に干渉縞を形成するのが望ましい。
【００４４】
中間光学系７０の最適な位置とは、ホログラム記録媒体５５から中間光学系７０までの距離が中間光学系７０の焦点距離に等しく、かつ中間光学系７０から光変調器３０までの距離が中間光学系７０の焦点距離に等しいことである。
【００４５】
図５は中間光学系７０を最適な位置に置いた状態でホログラム記録媒体５５に干渉縞を形成する手法を説明する図である。図５では、干渉縞を形成すべきホログラム記録媒体５５と、中間光学系７０に対応する集光レンズ７ａと、絞り部材８と、投射光学系８０に対応する集光レンズ７ｂと、散乱板６とを順に配置している。
【００４６】
図５の各部材は、図１の対応する部材と同じ位置関係になるように配置されており、絞り部材８は図１の光変調器３０の位置に配置される。
【００４７】
散乱板６は、拡散角度が十分に広い透過型の散乱板６である。散乱板６の裏面側に平行なコヒーレント光が入射されると、散乱板６の各点は、入射光を拡散させる。散乱板６で拡散されたコヒーレント光は、集光レンズ７ｂに入射されて屈折され、絞り部材８を通過する。絞り部材８の絞り径は、光変調器３０のサイズと同じにしている。これにより、光変調器３０の全体を照明する分のコヒーレント光が絞り部材８を通過して、集光レンズ７ａに入射される。集光レンズ７ａに入射されたコヒーレント光は、集光レンズ７ａで屈折されて、ホログラム記録媒体５５に照射される。このとき、ホログラム記録媒体５５の反対側の面に参照光を入射することで、ホログラム記録媒体５５には、干渉縞が形成される。
【００４８】
図５の手法により作製したホログラム記録媒体５５を再生する場合は、図６に示すように、ホログラム記録媒体５５の記録面に再生光を入射する。この再生光は、図１に示すように、走査デバイスにより走査されるコヒーレント光である。
【００４９】
ホログラム記録媒体５５は、入射された再生光を各点ごとに拡散する。この拡散光は、フィールドレンズ７１で屈折されて光変調器３０に入射される。光変調器３０は、フィールドレンズ７１の焦点距離の位置に配置されており、光変調器３０からフィールドレンズ７１側は、テレセントリックである。したがって、光変調器３０には、フィールドレンズ７１を通過したコヒーレント光の主光線が光変調器３０の光軸に略平行に入射されることになる。これにより、光変調器３０で生成された変調画像光の主光線も、プロジェクションレンズ８１の光軸に略平行に進行することになり、プロジェクションレンズ８１から光変調器３０側は、テレセントリックになる。
【００５０】
このように、理想的には、図５の手法により、ホログラム記録媒体５５を作製するのが望ましい。光変調器３０のフィールドレンズ７１側と、プロジェクションレンズ８１の光変調器３０側とを、テレセントリックにすることができるためである。
【００５１】
しかしながら、図３と同様の手法でホログラム記録媒体５５を作製した場合でも、ホログラム記録媒体５５と光変調器３０の間に中間光学系７０（フィールドレンズ７１）を配置することで、ホログラム記録媒体５５の拡散（発散）角度を抑制できるため、プロジェクションレンズ８１の光変調器３０側をテレセントリックに近い状態に設定でき、プロジェクションレンズ８１のｆ値を高く設定できる。
【００５２】
ところで、図５ではホログラム記録媒体５５を作製するにあたって、平行光からなる参照光をホログラム記録媒体５５に照射し、図６では平行光からなる再生光をホログラム記録媒体５５に照射したが、収束光からなる参照光をホログラム記録媒体５５に照射してホログラム記録媒体５５を作製してもよい。この場合、ホログラム記録媒体５５に照射する再生光も、収束光にする必要がある。
【００５３】
以上をまとめると、本実施形態の必須の要件は、ホログラム記録媒体５５と光変調器３０の間に中間光学系７０（フィールドレンズ７１）を配置することである。その変形例として、中間光学系７０の焦点位置にホログラム記録媒体５５を配置することと、中間光学系７０の焦点位置に光変調器３０を配置することとの少なくとも一方が考えられる。さらなる変形例として、ホログラム記録媒体５５を図５の手法で作製することである。
【００５４】
次に、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の構成について説明する。図１〜図４に示された例において、照射装置６０は、それぞれがコヒーレント光を生成するレーザ光源６１と、このレーザ光源６１からのコヒーレント光の進行方向を変化させる走査デバイス６５と、を有する。
【００５５】
レーザ光源６１は、例えばそれぞれ異なる波長帯域のレーザ光を放射する複数のレーザ光源６１を用いてもよい。複数のレーザ光源６１を用いる場合は、各レーザ光源６１からのレーザ光が走査デバイス６５上の同一点を照射するようにする。これにより、ホログラム記録媒体５５は、各レーザ光源６１の照明色が混ざり合った再生照明光で照明されることになる。
【００５６】
レーザ光源６１は、単色のレーザ光源でもよいし、発光色の異なる複数のレーザ光源でもよい。例えば、赤、緑、青の複数のレーザ光源を用いて構成してもよい。複数のレーザ光源を用いる場合は、各レーザ光源からのコヒーレント光が走査デバイス６５上の一点に照射されるように各レーザ光源を配置すれば、各レーザ光源からのコヒーレント光の入射角度に応じた反射角度で反射されて、ホログラム記録媒体５５上に入射され、ホログラム記録媒体５５から別個に回折されて、被照明領域ＬＺ上で重ね合わされて合成色になる。
例えば、赤、緑、青の複数のレーザ光源を用いて構成して場合には白色になる。あるいは、各レーザ光源ごとに、別個の走査デバイス６５を設けてもよい。
【００５７】
なお、例えば白色で照明する場合は、赤緑青以外の色で発光するレーザ光源、例えば、黄色で発光するレーザ光源を別個に設けた方が、より白色に近い色を再現できる場合もある。したがって、照射装置６０内に設けるレーザ光源の種類は、特に限定されるものではない。
【００５８】
カラーの変調画像を形成する場合には、種々の実現手法が考えられる。光変調器３０がＬＣＯＳなどで構成されていて、各画素ごとにカラーフィルタを有する場合には、被照明領域ＬＺを白色光とすることで、光変調器３０で生成される変調画像をカラー化することができる。
【００５９】
あるいは、例えば、赤色の変調画像を生成する光変調器３０と、緑色の変調画像を生成する光変調器３０と、青色の変調画像を生成する光変調器３０とを近接配置し、これら３つの光変調器３０のそれぞれを照明する３つの被照明領域ＬＺを、順次にホログラム記録媒体５５からの拡散光で照明するようにしてもよい。これにより、３つの光変調器３０で生成された３色の変調画像が合成されて、カラーの変調画像を生成可能となる。このような時分割駆動の代わりに、３つの光変調器３０で同時に生成した３色の変調画像をプリズム等を用いて合成して、カラーの変調画像を生成してもよい。
【００６０】
上述した投射光学系８０は、主には、光変調器３０の変調画像を拡散スクリーン１５に投影するために設けられている。拡散スクリーン１５を設けることで、スペックルが重ねられて平均化される結果、スペックルが目立たなくなる。
【００６１】
走査デバイス６５は、コヒーレント光の進行方向を経時的に変化させ、コヒーレント光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。
【００６２】
図７は走査デバイス６５の走査経路を説明する図である。本実施形態に係る走査デバイス６５は、一つの軸線ＲＡ１を中心として回動可能な反射面６６ａを有する反射デバイス６６を含んでいる。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を有する。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６１からのコヒーレント光の進行方向を変化させるようになっている。この際、図４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６１からコヒーレント光を受けるようになっている。
【００６３】
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。
【００６４】
図７に示すように、反射デバイス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７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、照射装置６０からのコヒーレント光の光学素子５０への入射点ＩＰ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７に示された例では、照射装置６０は、コヒーレント光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。
【００６５】
ミラーデバイス６６等で構成される走査デバイス６５は、上述したように、少なくとも軸線ＲＡ１回りに回動可能な部材であり、例えば、ＭＥＭＳなどを用いて構成される。走査デバイス６５は、周期的に回動運動を行うが、人間が直接観察する液晶表示装置などの用途では、１周期１／３０秒程度、表示したい画面の種類に応じてそれ以上に高速にコヒーレント光で走査できれば、その回動周波数には特に制限はない。
【００６６】
なお、実際上の問題として、ホログラム記録媒体５５を作成する際、ホログラム記録材料５８が収縮する場合がある。このような場合、ホログラム記録材料５８の収縮を考慮して、照射装置６０から光学素子５０に照射されるコヒーレント光の入出射角度が調整されることが好ましい。したがって、コヒーレント光源６１で生成するコヒーレント光の波長は、図３の露光工程で用いた光の波長と厳密に一致させる必要はなく、ほぼ同一となっていてもよい。
【００６７】
また、同様の理由から、光学素子５０のホログラム記録媒体５５へ入射する光の進行方向も、基準点ＳＰからの発散光束に含まれる一光線と厳密に同一の経路を取っていなくとも、被照明領域ＬＺに像５を再生することができる。実際に、図４および図７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。
【００６８】
ところで、走査デバイス６５は、必ずしもコヒーレント光を反射させる部材である必要はなく、反射ではなく、コヒーレント光を屈折や回折等を行わせて、コヒーレント光を光学素子５０上で走査させてもよい。
【００６９】
（本実施形態の作用効果）
次に、以上の構成からなる投射装置２０の作用および効果について説明する。
【００７０】
本実施形態に係る投射装置２０は、走査デバイス６５により、ホログラム記録媒体５５上をコヒーレント光で走査して、ホログラム記録媒体５５で拡散されたコヒーレント光を中間光学系７０に入射して、この中間光学系７０でコヒーレント光の発散角を抑制した上で、被照明領域ＬＺを照明する。これにより、ホログラム記録媒体５５で拡散されたコヒーレント光のうち、被照明領域ＬＺの照明に利用されないコヒーレント光の割合を低減でき、被照明領域ＬＺの照明強度の向上が図れる。
【００７１】
また、中間光学系７０を設けることで、光変調器３０から投射光学系８０に入射される変調画像光の主光線が投射光学系８０の光軸に略平行になり、投射光学系８０の光変調器３０側がテレセントリックになることから、投射光学系８０のｆ値を高くすることができる。これにより、投射光学系８０の設計が容易になり、設計コストおよび部品コストを削減できる。
【００７２】
さらには、ホログラム記録媒体５５を作製する際に、図５に示すように、絞り部材８の両側でテレセントリックになるようにホログラム記録媒体５５、中間光学系７０、絞り部材８および投射光学系８０を配置して、ホログラム記録媒体５５に干渉縞を形成するようにすれば、ホログラム記録媒体５５の再生時に、光変調器３０の中間光学系７０側をテレセントリックにすることができる。
【００７３】
このように、本実施形態では、走査デバイス６５、ホログラム記録媒体５５を含む光学素子５０、および光変調器３０を用いて変調画像を生成するため、例えば通常の液晶表示装置を用いて変調画像を生成する場合と比べて、変調画像を生成するまでのハードウェア構成を大幅に小型化できる。また、本実施形態では、走査デバイス６５でホログラム記録媒体５５上をコヒーレント光で走査させ、かつ拡散スクリーン１５に変調画像を投射するため、コヒーレント光を用いながらも、スペックルを目立たせなくすることができ、高品質の画像表示が可能な投射装置２０を実現できる。また、拡散スクリーン１５を設けることで、視野角を広げることも可能となる。
【００７４】
走査デバイス６５は、ホログラム記録媒体５５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、対応する特定波長のコヒーレント光を入射させる。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に記録された干渉縞による回折により、被照明領域ＬＺの全域に重ねて散乱板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。
【００７５】
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。例えば、レーザ光源６１がそれぞれ異なる色で発光する複数のレーザ光源６１を有する場合は、被照明領域ＬＺは、各色で散乱板６の像５が再生される。したがって、これらレーザ光源６１が同時に発光する場合は、被照明領域ＬＺは３色が混ざり合った白色で照明されることになる。
【００７６】
本実施形態では、以下に説明するように、スペックルを目立たせずに被照明領域ＬＺ上に光像を形成することができる。
【００７７】
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６１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６１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６１からのコヒーレント光を、単位時間毎に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。
【００７８】
上述した照射装置６０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、光学素子５０にコヒーレント光を照射する。また、照射装置６０からホログラム記録媒体５５内の任意の位置に入射したコヒーレント光は、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。
【００７９】
上述したように、本実施形態では、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。これに伴って、照射装置６０から光学素子５０を介して被照明領域ＬＺに入射されるコヒーレント光の入射方向も連続的に変化する。ここで、光学素子５０から被照明領域ＬＺ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、被照明領域ＬＺ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重畳されることになる。加えて、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。
【００８０】
以上のことから、本実施形態によれば、被照明領域ＬＺ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る。したがって、仮に被照明領域ＬＺにスクリーンを配置したとすると、各入射角度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から、スクリーン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。本実施形態の場合は、被照明領域ＬＺの位置に重ねて光変調器３０を配置し、この光変調器３０から投射光学系８０を介して拡散スクリーン１５に投射しているが、この場合も同様であり、拡散スクリーン１５上で発生するスペックルが重ねられて平均化されるため、拡散スクリーン１５上で発生するスペックルは目立たなくなる。
【００８１】
上述したように、本発明の実施形態では、走査デバイス６５を用いて、コヒーレント光をホログラム記録媒体５５上で走査させ、ホログラム記録媒体５５で回折されたコヒーレント光を被照明領域ＬＺの全域に入射させるという、きわめて簡易な構成で、照明装置４０を実現できる。
【００８２】
図１の投射装置２０は、コヒーレント光とホログラム記録媒体５５を用いた照明装置４０の後段側に投射光学系８０を配置しているが、投射光学系の構成は、上述したものに限定されず、既存の投射光学系を配置することも可能である。
【００８３】
既存の投射光学系の中には、インテグレーダロッド８２とリレー光学系８３を投射光学系の前段側に配置したものがある。インテグレーダロッド８２は、その入射面での入射光強度が場所によって不均一な場合に、出射面での出射光強度を場所によらず均一化するものである。
【００８４】
このように、インテグレーダロッド８２は、場所による光強度のばらつきを均一化する役割を果たす。なお、インテグレーダロッド８２を、ロッドインテグレーダと呼ぶ場合もあるが、本明細書では、総称してインテグレーダロッドと呼称する。
【００８５】
図８はインテグレーダロッド８２とリレー光学系８３を備えた照明装置の一例を示す図である。インテグレーダロッド８２とリレー光学系８３は、中間光学系７０と被照明領域ＬＺとの間に順に配置されている。
【００８６】
図８のインテグレーダロッド８２、リレー光学系８３および投射光学系８０は、本実施形態に係る投射装置２０用に専用に作製されたものではなく、既存のものを流用することを想定している。すなわち、図８の投射装置２０は、既存の構成に独自の照明装置４０を組み合わせるだけで、上述した各種の効果を得ることができるものであり、既存の構成を流用できることから、設計変更が容易で、設計変更に要するコストと時間を削減できる。
【００８７】
図８の投射装置２０において、中間光学系７０で拡散角度が抑制されたコヒーレント光は、インテグレーダロッド８２の入射面に入射される。インテグレーダロッド８２は、入射面８４から入射された光を、ロッド８２内部で全反射させながら伝搬させて、出射面から極めて均一なコヒーレント光を出射する。
【００８８】
インテグレーダロッド８２から出射されたコヒーレント光は、リレー光学系８３で屈折されて、被照明領域ＬＺを照明する。この照明光は、図１の投射装置２０と同様に、光変調器３０で変調画像を生成するために用いられ、この変調画像が投射光学系８０を経て拡散スクリーン１５に投射される。
【００８９】
図８は、既存のインテグレーダロッド８２、リレー光学系８３および投射光学系８０に照明装置４０を付加して投射装置２０を構成するものであり、照明装置４０内の中間光学系７０とインテグレーダロッド８２との位置合わせが重要となる。より具体的には、中間光学系７０で屈折されたコヒーレント光がインテグレーダロッド８２の入射面内に入射されるように位置合わせを行う必要がある。
【００９０】
なお、図８の照明装置４０内のホログラム記録媒体５５の各点から拡散されたコヒーレント光は中間光学系７０の前面を均一に照明するため、インテグレーダロッド８２の入射面に入射されるコヒーレント光も均一性が高い。よって、図８の照明装置４０を用いる限りは、本来的にはインテグレーダロッド８２を用いる必要はないが、上述したように、インテグレーダロッド８２を備えた既存の光学システム、例えば投射装置に本実施形態を適用する場合は、インテグレーダロッド８２より後段側の光学系をそのまま流用できるため、既存の光学システムに容易に本実施形態を適用することができる。
【００９１】
ところで、既存の光学システムの中には、インテグレーダロッド８２がないものもある。このような場合にも、本実施形態は容易に適用可能である。例えば図９はインテグレーダロッド８２を持たない既存の投射装置に本実施形態を適用した例を示す図である。図９の投射装置２０は、図１の投射装置２０と比べて、中間光学系７０と光変調器の間にリレー光学系８３を新たに設けている。このリレー光学系８３から投射光学系８０までの光学システムは、既存のものを流用することを想定している。
【００９２】
中間光学系７０とリレー光学系８３の間に仮想的な中間像８４が形成される。この中間像８４の位置は、図８のインテグレーダロッド８２の出射面に対応する位置であり、リレー光学系８３は、この中間像８４を被照明領域ＬＺに写像する。
【００９３】
図９の投射装置は、インテグレーダロッド８２を持たないため、中間像８４の光強度分布が不均一であると、被照明領域ＬＺの光強度分布も不均一になるが、上述したように、本実施形態に係る照明装置４０内のホログラム記録媒体５５の各点で拡散されたコヒーレント光は中間光学系７０の全域に均等に入射されることから、中間像８４の光強度分布は均一になり、インテグレーダロッド８２がなくても、実用上問題はない。
【００９４】
このように、本実施形態に係る照明装置４０を既存の投射装置の一部と組み合わせることで、容易にスペックル低減機能を備えた投射装置を構築でき、既存の投射装置からの設計変更に要する時間とコストを短縮できる。
【００９５】
（本実施形態のその他の特徴）
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。
【００９６】
加えて、上述してきた本実施形態によれば、次の利点を享受することもできる。
【００９７】
上述してきた本実施形態によれば、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。
【００９８】
また、上述してきた本実施形態によれば、ホログラム記録媒体５５の特定位置に入射するコヒーレント光が、被照明領域ＬＺ内の全域に各色で散乱板６の像５を生成する。このため、ホログラム記録媒体５５で回折された光をすべて照明用に利用することが可能となり、レーザ光源６１からの光の利用効率の面においても優れる。
【００９９】
（０次光の回避）
照射装置６０からのコヒーレント光の一部は、ホログラム記録媒体５５で回折されることなく当該ホログラム記録媒体５５を透過する。このような光は０次光と呼ばれる。０次光が被照明領域ＬＺに入射してしまうと、周囲と比較して明るさ（輝度）が急激に上昇する点状領域、線状領域、面状領域等の異常領域が被照明領域ＬＺ内に発生してしまう。
【０１００】
反射型のホログラム記録媒体５５（以下、反射型ホロ）を用いる場合は、０次光が進行する方向には被照明領域ＬＺは配置されないため、０次光を比較的容易に回避できるが、透過型のホログラム記録媒体５５（以下、透過型ホロ）を用いる場合は、０次光を回避する構成は取りづらい。したがって、透過型ホロの場合は、回折効率を極力高くし、０次光の影響をできるだけ抑えるようにするのが望まれる。
【０１０１】
（反射型と透過型のホログラム記録媒体５５）
反射型ホロは、透過型ホロに比べて、波長選択性が高い。すなわち、反射型ホロは、異なる波長に対応した干渉縞を積層させても、所望の層のみで所望の波長のコヒーレント光を回折させることができる。また、０次光の影響を除去しやすい点でも、反射型ホロは優れている。
【０１０２】
一方、透過型ホロは、回折可能なスペクトルが広く、レーザ光源６１の許容度が広いが、異なる波長に対応した干渉縞を積層させると、所望の層以外の層でも所望の波長のコヒーレント光が回折されてしまう。よって、一般には、透過型ホロは、積層構造にするのが困難である。
【０１０３】
（照射装置６０）
上述した形態では、照射装置６０が、レーザ光源６１と走査デバイス６５とを有する例を説明した。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１０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１０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の光学素子５０への入射点ＩＰ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１０に示されているように、コヒーレント光の光学素子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。
【０１０４】
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からのコヒーレント光の光学素子５０への入射点ＩＰ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。
【０１０５】
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、ガルバノスキャナ等を挙げることができる。
【０１０６】
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、すなわち、本実施形態において、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。
【０１０７】
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６１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６１の光学素子５０に対する変位によって、光源６１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。
【０１０８】
光源６１から照射されるコヒーレント光は、理想的には線状光線であるが、実際にはわずかに拡散しており、光源６１からのコヒーレント光は、必ずしも走査デバイス６５の１点には入射されない。このため、図１に示すように、照射装置６０内の光源６１と走査デバイス６５との間に集光レンズ６７を設けてもよい。集光レンズ６７は、光源６１からのコヒーレント光が走査デバイス６５の１点に収束されるように位置決めされる。これにより、走査デバイス６５の回転中心とコヒーレント光の発散中心が一致するため、走査デバイス６５が回転する際にも、常に基準点ＳＰからの発散光をホログラム記録媒体５５に入射することができ、当初意図した通りに被照明領域ＬＺを照明できるようになる。
【０１０９】
なお、照射装置６０の光源６１は、必ずしも線状光線として整形されたレーザ光を発振するものではなくてもよい。とりわけ、上述した形態では、光学素子５０の各位置に照射されたコヒーレント光は、光学素子５０によって、被照明領域ＬＺの全域に入射するようになる光束に整形される。したがって、照射装置６０の光源６１から光学素子５０に照射されるコヒーレント光は精確に整形されていなくとも不都合は生じない。このため、光源６１から発生されるコヒーレント光は、発散光であってもよい。また、光源６１から発生されるコヒーレント光の断面形状は、円でなく、楕円等であってもよい。さらには、光源６１から発生されるコヒーレント光の横モードがマルチモードであってもよい。
【０１１０】
なお、光源６１が発散光束を発生させる場合、コヒーレント光は、光学素子５０のホログラム記録媒体５５に入射する際に、点ではなくある程度の面積を持った領域に入射することになる。この場合、ホログラム記録媒体５５で回折されて被照明領域ＬＺの各位置に入射する光は、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コヒーレント光が入射する。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。
【０１１１】
さらに、図１では、走査デバイス６５で反射されたコヒーレント光を直接に光学素子５０に入射させる例を示したが、走査デバイス６５と光学素子５０の間に集光レンズを設けて、この集光レンズでコヒーレント光を平行光束にして光学素子５０に入射するようにしてもよい。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。
【０１１２】
（光学素子５０）
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。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５５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５５を含んでいてもよい。
【０１１３】
ただし、レリーフ（エンボス）型ホログラムは、表面の凹凸構造によってホログラム干渉縞の記録が行われる。しかしながら、このレリーフ型ホログラムの場合、表面の凹凸構造による散乱が、光量ロスの原因となるほか、意図しない新たなスペックル生成要因となる可能性があり、この点において体積型ホログラムの方が好ましい。体積型ホログラムでは、媒体内部の屈折率変調パターン（屈折率分布）としてホログラム干渉縞の記録が行われるため、表面の凹凸構造による散乱による影響を受けることはない。
【０１１４】
もっとも、体積型ホログラムでも、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプのものは、銀塩粒子による散乱が光量ロスの原因となるほか、意図しない新たなスペックル生成要因となる可能性がある。この点において、ホログラム記録媒体５５としては、フォトポリマーを用いた体積型ホログラムの方が好ましい。
【０１１５】
また、図３に示す記録工程では、いわゆるフレネルタイプのホログラム記録媒体５５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５５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５５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。
【０１１６】
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、例えば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。
【０１１７】
さらに、上述した形態において、光学素子５０が、各位置に照射されたコヒーレント光を拡げて、当該拡げたコヒーレント光を用いて被照明領域ＬＺの全域を照明するホログラム記録媒体５５を有する例を示したが、これに限られない。光学素子５０は、ホログラム記録媒体５５に代えて、或いはホログラム記録媒体５５に加えて、各位置に照射されたコヒーレント光の進行方向を変化させるとともに拡散させて、被照明領域ＬＺの全域をコヒーレント光で照明する光学要素としてのレンズアレイを有するようにしてもよい。このような具体例として、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、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。
【０１１８】
光学素子５０は、ホログラム記録媒体５５やレンズアレイの他に、拡散板で構成することも可能である。拡散板としては、オパールガラスやすりガラス等のガラス部材、あるいは樹脂拡散板などが考えられる。拡散板は、走査デバイス６５で反射されたコヒーレント光を拡散させるため、ホログラム記録媒体５５やレンズアレイを用いた場合と同様に、種々の方向から被照明領域ＬＺを照明することができる。なお、本発明における光学素子における「拡散」とは、入射光を所定の方向に角度的に拡げて出射することを指し、回折光学素子やレンズアレイ等による拡散角が十分に制御された場合のみならず、オパールガラス等の散乱粒子により出射角を拡げる場合も含まれるものとする。
【０１１９】
（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またはレンズアレイが各位置に照射されたコヒーレント光を二次元方向に拡散するように構成され、これにより、照明装置４０が二次元的な被照明領域ＬＺを照明する例を示した。ただし、既に説明してきたように、このような例に限定されることはなく、例えば、照射装置６０が光学素子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またはレンズアレイが各位置に照射されたコヒーレント光を二次元方向に拡散するように構成され、これにより、図１０に示したように、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。
【０１２０】
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またはレンズアレイが各位置に照射されたコヒーレント光を一次元方向に拡散するように構成され、これにより、照明装置４０が一次元的な被照明領域ＬＺを照明するようにしてもよい。この態様において、照射装置６０によるコヒーレント光の走査方向と、光学素子５０のホログラム記録媒体５５またはレンズアレイの拡散方向と、が平行となるようにしてもよい。
【０１２１】
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またはレンズアレイが各位置に照射されたコヒーレント光を一次元方向に拡散するように構成されていてもよい。この態様において、光学素子５０が複数のホログラム記録媒体５５またはレンズアレイを有し、各ホログラム記録媒体５５またはレンズアレイ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。
【０１２２】
なお、本明細書では、光学素子５０と、照射装置６０内の走査デバイス６５と、中間光学系７０とを合わせたものを投射制御装置９０と呼ぶ。
【０１２３】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１５  拡散スクリーン、２０  投射装置、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、６１  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  集光レンズ、７０  中間光学系、８０  投射光学系、ＬＺ  被照明領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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