(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、前記光学素子に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を用いて変調画像を生成する光変調器と、
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、を備え、
前記光変調器は、
各画素ごとに設けられ、前記光学素子からのコヒーレント光の反射角度を切り替える複数のマイクロミラーと、
前記複数のマイクロミラーの反射角度を切り替えるタイミングが前記変調画像を生成する時間単位であるフレーム期間ごとに不規則になるように制御する反射角度制御部と、を有することを特徴とする投射装置。
【請求項２】
前記反射角度制御部は、前記複数のマイクロミラーのそれぞれで反射されたコヒーレント光を前記投射光学系に入射するタイミングがフレーム期間ごとに不規則になるように制御す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】
前記照射装置は、１フレーム期間内で波長帯域の異なる複数のコヒーレント光を順に切り替えて前記光学素子上を走査させ、
前記反射角度制御部は、前記複数のコヒーレント光のそれぞれについて、前記複数のマイクロミラーの反射角度を切り替えるタイミングがフレーム期間ごとに不規則になるように制御することを特徴とする請求項１に記載の投射装置。
【請求項４】
前記複数のマイクロミラーは、各画素ごとに複数個ずつ設けられ、
各画素ごとに複数個設けられる前記マイクロミラーのそれぞれには、それぞれ異なる波長帯域の前記コヒーレント光が入射され、
前記反射角度制御部は、前記複数のコヒーレント光のそれぞれについて、対応するマイクロミラーの反射角度を切り替えるタイミングがフレーム期間ごとに不規則になるように制御することを特徴とする請求項３に記載の投射装置。
【請求項５】
前記照射装置は、１フレーム期間内で波長帯域の異なる複数のコヒーレント光を同時に前記光学素子上を走査させ、
前記光変調器は、前記光学素子で拡散されたそれぞれ異なる波長帯域の前記コヒーレント光が入射される複数の光変調部を有し、
前記複数の光変調部のそれぞれは、前記複数のマイクロミラーを有し、
前記反射角度制御部は、前記複数の光変調部のそれぞれについて、対応する前記複数のマイクロミラーの反射角度を切り替えるタイミングがフレーム期間ごとに不規則になるように制御することを特徴とする請求項１に記載の投射装置。
【請求項６】
前記光学素子は、表面上の各点が前記光変調器の位置に参照部材の像を再生し得るホログラム記録媒体であることを特徴とする請求項１に記載の投射装置。
【請求項７】
前記光学素子は、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に記載の投射装置。
【請求項８】
前記照射装置は、
それぞれ異なる波長帯域のコヒーレント光を放射する複数の光源と、
前記複数の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に記載の投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペックルの発生を目立たせなくさせることができる投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、を備え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用している。たとえば、特開２００４−２６４５１２号公報には、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】
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、Speckle Phenomena in Optics, Joseph W. Goodman, Roberts & Co., 2006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。【０００７】
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、特開平６−２０８０８９号公報には、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。【０００８】
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、前掲の特開平６−２０８０８９号公報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。【０００９】
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。【００１０】
また、光変調器としてＤＭＤを用いる場合、各フレーム期間ごとに、各画素に対応したマイクロミラーの反射角度を切り替える必要がある。より具体的には、マイクロミラーの反射角度を切替制御するためにパルス幅変調信号を設けて、このパルス幅変調信号のパルス幅とパルス発生時刻を各フレーム期間ごとに切り替えることが考えられる。【００１１】
ところが、フレームが変わっても、マイクロミラーの反射角度の切替タイミングが同じ場合には、常に各フレーム期間内の同時刻にマイクロミラーからの光が投射スクリーンに到達することになり、スペックルが定在化する要因になる。【００１２】
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、ホログラム記録媒体等で回折されたコヒーレント光を用いて生成した変調画像を投射す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、ホログラム記録媒体で回折されたコヒーレント光を変調画像を生成する際に、明るさが突出して明るくなる領域の発生を安定して防止し得るように、当該投射装置を改善することができた。さらに、本件発明者らは、個別に反射角度を切替可能な複数のマイクロミラーを備えた光変調器を用いる際に、階調によらずにスペックルを目立たなくさせることができ、且つ明るさのムラの発生を効果的に抑制できる投射装置を提供することを目的とする。【００１３】
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を用いて変調画像を生成する光変調器と、
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、を備え、
前記光変調器は、
各画素ごとに設けられ、前記光学素子からのコヒーレント光の反射角度を切り替える複数のマイクロミラーと、
前記複数のマイクロミラーの反射角度を切り替えるタイミングが前記変調画像を生成する時間単位であるフレーム期間ごとに不規則になるように制御する反射角度制御部と、を有することを特徴とする投射装置が提供される。【００１４】
本発明によれば、光変調器内に、個別に反射角度を調整する複数のマイクロミラーが設けられる場合であっても、階調値によらずに投射スクリーン上でスペックルを目立たせなくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】投射型映像表示装置の概略構成の一例を示す図。
【図２】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３】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。
【図４】走査デバイス６５の走査経路を説明する図。
【図５】ミラーデバイス６６を二軸方向に回動させる例を示す図。
【図６】反射角度制御部３１の内部構成の一例を示すブロック図。
【図７】ＰＷＭ生成器３３の処理動作を模式的に説明する図。
【図８】図７の改善例を説明する図。
【図９】反射角度制御部３１の処理手順の一例を示すフローチャート。
【図１０】全レーザ光源を同時駆動する投射装置１０ａの概略構成を示す図。
【図１１】ホログラム記録媒体５５ａの記録領域を説明する図。
【図１２】光変調器３０ａの内部構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の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。
【００１７】
本発明の一実施の形態に係る投射装置および投射型映像表示装置は、基本的な構成として、スペックルを効果的に防止することを可能にする構成を有する。さらに、本発明の一実施の形態に係る投射装置および投射型映像表示装置は、スペックルを効果的に防止し得る基本的構成に付加され得る構成であって、優れた直進性を有し且つそのエネルギ密度が高いといったコヒーレント光の特性に着目して当該コヒーレント光の光路を設計することによって、装置が安定して高品質を呈すること並びに装置が安全に使用されることを実現させ得る構成も有している。
【００１８】
以下の説明では、まず、図１〜図８に例示した照明装置および投射装置を含む投射型映像表示装置を参照して、スペックルを目立たなくさせるための構成、当該構成に基づいて奏され得る作用効果、および、当該構成の変形態様を、基本形態として説明する。次に、基本形態に付加され得る構成であって装置が安定して高品質を呈すること及び装置が安全に使用されることを可能にする構成、当該構成に基づいて奏され得る作用効果、および、当該構成の変形態様を、付加形態として説明する。
【００１９】
＜基本形態＞
〔基本形態の構成〕
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８を参照して説明する。
【００２０】
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、を備えている。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とほぼ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光変調器３０と、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。
【００２１】
本実施形態では、光変調器３０として、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を用いることを想定している。上述した特開平６−２０８０８９号公報に開示された装置では、ＤＭＤが光変調器として利用されている。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。
【００２２】
以下では、光変調器３０としてＤＭＤを用いる例を説明する。ＤＭＤは、各画素ごとにマイクロミラーを備えており、各マイクロミラーは、個別に反射角度を調整可能である。
より具体的には、各マイクロミラーは、照明装置４０からの照明光を投射光学系２５に入射させるか否かを、ＤＭＤで変調画像を生成する時間単位であるフレーム期間ごとに切替可能である。このようなマイクロミラーの反射角度の調整は、反射角度制御部３１によって行われる。反射角度制御部３１の詳細については後述する。
【００２３】
また、ＤＭＤのマイクロミラーの入射面は、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、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。
【００２４】
スクリーン１５は、透過型スクリーンでもよいし、反射型スクリーンでもよい。スクリーン１５が反射型スクリーンの場合には、観察者は、スクリーン１５に対して投射装置２０と同じ側から、スクリーン１５で反射されるコヒーレント光によって生成される映像を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の場合、観察者は、スクリーン１５に対して投射装置２０とは反対の側から、スクリーン１５を透過したコヒーレント光によって生成される映像を観察することになる。
【００２５】
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、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の全域を照明するが、被照明領域ＬＺにおける拡散光の入射角度が経時的に変化する点に特徴がある。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。
【００２６】
本実施形態に係る照明装置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、不図示の散乱板の像を再生し得るホログラム記録媒体５５を含んでいる。
【００２７】
ホログラム記録媒体５５は、照射装置６０から放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、散乱板の像を再生することができるようになっている。
【００２８】
一方、照射装置６０は、ホログラム記録媒体５５に照射されるコヒーレント光が、走査デバイス６５によりホログラム記録媒体５５上を走査するようにしている。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が照射されたホログラム記録媒体５５上の領域は、ホログラム記録媒体５５の表面の一部分であって、とりわけ図示する例では、点と呼ばれるべき微小領域となっている。
【００２９】
そして、照射装置６０から放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（各点または各領域（以下、同じ））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１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に重ねて散乱板の像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）、被照明領域ＬＺに入射するようになる。
【００３０】
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透過型の体積型ホログラムが用いられている。図２はホログラム感光材料５８に散乱板６の像を干渉縞として形成する様子を説明する図である。ここで、散乱板６とは、光を散乱させる参照部材であり、参照部材の具体的な形態は問わない。
【００３１】
図２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２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。
【００３２】
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からのレーザ光が用いられている。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２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、の間に配置されている。
【００３３】
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。図２の例では、作製されるべきホログラム記録媒体５５が透過型であり、物体光Ｌｏは、参照光Ｌｒと同じ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、同一のレーザ光源から発振されたレーザ光を分光させて、分光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。
【００３４】
図２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。
【００３５】
以上のようにして、参照光Ｌｒおよび物体光Ｌｏがホログラム感光材料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、たと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、ホログラム感光材料５８に記録される。その後、ホログラム感光材料５８の種類に対応した適切な後処理が施され、ホログラム記録媒体５５が得られる。
【００３６】
図３は図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である。図３に示すように、図２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３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２参照）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２参照）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。
【００３７】
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２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（広がっている）。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３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。
【００３８】
ホログラム記録媒体５５に入射した光は、被照明領域ＬＺの方向に回折されるため、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をすべて、散乱板６の像を形成するために有効利用できる。
【００３９】
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３色のレーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂと、これらレーザ光源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。
【００４０】
レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂは、それぞれ波長帯域が違うコヒーレント光を放射するものであり、具体的には、レーザ光源６１ｒは赤色で発光し、レーザ光源６１ｇは緑色で発光し、レーザ光源６１ｂは青色で発光する。これら３種類のレーザ光源に加えて、別個の波長帯域を有する、すなわち他の色、例えば黄色で発光するレーザ光源を設けてもよい。また、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂの少なくとも一つを別の色で発光するレーザ光源に置換してもよい。
【００４１】
図１の投射装置１０では、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂのそれぞれが同時に発光するのではなく、一つずつが順繰りに発光する。すなわち、各レーザ光源は、時分割駆動される。したがって、ある時間については、いずれか一つのレーザ光源のみが発光しており、被照明領域ＬＺは、発光しているレーザ光源の発光波長に応じた色で照明される。
【００４２】
レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂのうち、どのレーザ光源が発光している場合でも、レーザ光源からのコヒーレント光が、ホログラム記録媒体５５中の記録領域の全域あるいは一部分を走査するように、走査デバイス６５は、各レーザ光源からのコヒーレント光の反射角度を変化させる。
【００４３】
これにより、被照明領域ＬＺは、例えば、各単位時間ごとに、赤、緑または青で順繰りに照明されることになる。ここで、単位時間とは、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂの発光を切り替える時間間隔である。
【００４４】
レーザ光源６１ｒ，６１ｇ、６１ｂの特性にもよるが、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。例えば、４色のレーザ光源を設ける場合は、各レーザ光源を時分割で駆動すればよい。
【００４５】
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。図１の例では、走査デバイス６５にはレーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂからの３種類のコヒーレント光が時間をずらして入射されるため、走査デバイス６５は、これらコヒーレント光の反射角度を経時的に変化させて、各レーザ光源からのコヒーレント光をホログラム記録媒体５５内の記録領域の全域で走査させる。
【００４６】
図４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を有する反射デバイス６６を含んでいる。図４は、走査デバイス６５の走査経路を説明する図である。図４からわかるように、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６１ｒ、６１ｇ、６１ｂ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６１ｒ、６１ｇ、６１ｂからコヒーレント光を受けるようになっている。
【００４７】
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３参照）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。
【００４８】
図４に示すように、図１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４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４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。
【００４９】
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、その回動周波数には特に制限はない。
【００５０】
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、ホログラム感光材料５８が収縮する場合がある。このような場合、ホログラム感光材料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ることが好ましい。したがって、コヒーレント光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂで生成するコヒーレント光の波長は、図２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てもよい。
【００５１】
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。
【００５２】
〔基本形態の作用効果〕
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。
【００５３】
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６１ｒ、６１ｇ、６１ｂで一定方向に沿って進む特定波長のコヒーレント光がそれぞれ生成され、これらコヒーレント光が走査デバイス６５の同一の基準点に照射されて、進行方向をそれぞれ変えられる。より具体的には、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂからの入射角度に応じた反射角度で各コヒーレント光はホログラム記録媒体５５に向かって進行する。
【００５４】
走査デバイス６５は、ホログラム記録媒体５５上の各記録領域内の特定位置に、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、各記録領域内の特定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の各記録領域内の特定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。上述したように、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂはそれぞれ異なる色で発光しており、各レーザ光源は時分割駆動されるため、被照明領域ＬＺも、各色で散乱板６の像５が再生される。
【００５５】
走査デバイス６５からのコヒーレント光のホログラム記録媒体５５上の入射位置は、走査デバイス６５の駆動により、各記録領域内で経時的に移動することなる。
【００５６】
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と重なる位置に光変調器３０が配置されている。このため、光変調器３０は、照明装置４０によって面状に照明され、画素毎に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。
【００５７】
しかしながら、ここで説明してきた基本形態における照明装置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。
【００５８】
前掲のSpeckle Phenomena in Optics, Joseph W. Goodman, Roberts & Co., 2006によれば、スペックルを目立たなくさせるには、偏光・位相・角度・時間といったパラメータを多重化し、モードを増やすことが有効であるとされている。
ここでいうモードとは、互いに無相関なスペックルパターンのことである。例えば、複数のレーザ光源から同一のスクリーンに異なる方向からコヒーレント光を投射した場合、レーザ光源の数だけ、モードが存在することになる。また、同一のレーザ光源からのコヒーレント光を、時間を区切って異なる方向から、スクリーンに投射した場合、人間の目で分解不可能な時間の間にコヒーレント光の入射方向が変化した回数だけ、モードが存在することになる。そして、このモードが多数存在する場合には、光の干渉パターンが無相関に重ねられ平均化され、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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が入射してくるが、その入射方向は常に変化し続けることになる。結果として、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。
【００６１】
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。これに伴って、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方向も連続的に変化するとともに、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。
【００６２】
以上のことから、上述してきた基本形態によれば、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。
【００６３】
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、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、上述してきた基本形態によれば、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、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、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。
【００６４】
本実施形態では、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂを時分割駆動するのに同期して、光変調器３０としてのＤＭＤのマイクロミラーの反射角度を切替制御する。マイクロミラーは、各画素ごとに、ＲＧＢの各色用に別個に設けられている。そして、レーザ光源６１ｒを発光させている間は、各画素ごとに赤用のマイクロミラーの反射角度が切替制御され、レーザ光源６１ｇを発光させている間は、各画素ごとに緑用のマイクロミラーの反射角度が切替制御され、レーザ光源６１ｂを発光させている間は、各画素ごとに青用のマイクロミラーの反射角度が切替制御される。
【００６５】
反射角度制御部３１は、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂの発光状態に同期して、ＤＭＤの各マイクロミラーの反射角度を制御する。
【００６６】
図６は反射角度制御部３１の内部構成の一例を示すブロック図である。図示のように、反射角度制御部３１は、発光色決定部３２と、ＰＷＭ生成器３３と、乱数生成器３４とを有する。発光色決定部３２は、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂの発光情報を受けて、どの色のマイクロミラーの反射角度を切り替えるべきかを決定する。ＰＷＭ生成器３３は、マイクロミラーで反射させた光を投射光学系２５に入射させるタイミングを指示するパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号）を生成する。乱数生成器３４は、マイクロミラーで反射させた光を投射光学系２５に導光し始める時刻をランダムに、すなわち不規則または不揃いになるように設定するために乱数または疑似乱数を生成する。
【００６７】
発光色決定部３２は、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂからの信号を受信して発光色を決定してもよいし、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂの発光タイミングを制御する機能を兼ね備えてもよい。この場合、発光色決定部３２から各レーザ光源に発光制御信号が送信されることになる。
【００６８】
図７はＰＷＭ生成器３３の処理動作を模式的に説明する図である。図示のように、ＰＷＭ生成器３３は、各フレームを生成するために、例えば６つのレジスタ３５を有する。ここで、フレームとは、あるタイミングでＤＭＤにより生成される一つの変調画像を指しており、一つの変調画像を生成するために６つのレジスタ３５が用いられる。各フレームを構成する変調画像を生成する時間単位をフレーム期間と呼ぶ。各レジスタ３５は、それぞれ異なるパルス幅のパルス信号を生成するために用いられる。各レジスタの値により生成されるパルス信号のパルス幅を表すために、各レジスタ３５には１〜６の数字が割り振られている。数字「６」のレジスタ３５は、数字「１」のレジスタ３５よりも、６倍長いパルス幅を生成することができる。これにより、各レジスタ３５を用いて、パルス幅が１倍から６倍までの計６種類のパルス幅のパルス信号を生成することができる。
【００６９】
図７（ａ）の例では、どのフレームでも、６個のレジスタ３５の並び順序は同じである。各レジスタ３５には、「０」か「１」が格納される。「０」が格納されている場合は、そのレジスタ３５はパルス信号を生成するために用いられない。一方、「１」が格納されている場合に、そのレジスタ３５の数字に応じたパルス幅のパルス信号が生成される。例えば、図７（ａ）のようなレジスタ３５の並び順のときに、各レジスタ３５に、左から右に向かって順に、階調データとして「１００１０１」が格納されていれば、ＰＷＭ生成器３３は、図７（ｂ）のように、「１」＋「００」＋「０００」＋「１１１１」＋「０００００」＋「１１１１１１」のパルス幅を持つＰＷＭ信号を生成する。
【００７０】
このＰＷＭ信号は、ＤＭＤの対応するマイクロミラーに供給される。各マイクロミラーは、ＰＷＭ信号が「１」の期間内は、ホログラム記録媒体５５からのコヒーレント光を投射光学系２５に入射させ、ＰＷＭ信号が「０」の期間内は、このコヒーレント光を投射光学系２５に入射させないように、反射角度を調整する。図７（ｂ）では、ホログラム記録媒体５５からのコヒーレント光を投射光学系２５に入射させる場合を白丸で、入射させない場合を黒丸で図示している。このように、ＤＭＤの各マイクロミラーの反射角度は、ＰＷＭ信号の論理によって２通りに切り替えられ、ＰＷＭ信号が「１」のときは、ホログラム記録媒体５５からのコヒーレント光が投射光学系２５に入射され、「０」のときは、このコヒーレント光は投射光学系２５に入射されない。
【００７１】
本実施形態は、パルス幅が異なる６個のレジスタ３５の並び順を、乱数生成器３４が生成する乱数により任意に入れ替え可能としたことに特徴がある。すなわち、本実施形態では、図７（ａ）のように、各フレームでのレジスタ３５の並び順序を常に一定にするのではなく、図８（ａ）のように、フレームごとにレジスタ３５の並び順序をランダムに入れ替える。例えば、１／Ｎフレームでは、パルス幅が１倍から６倍のレジスタ３５が順に並んでいるが、２／Ｎフレームでは、パルス幅が５倍、６倍、１倍、２倍、３倍、４倍のレジスタ３５が順に並んでいる。また、Ｎ／Ｎフレームでは、パルス幅が３倍、４倍、５倍、６倍、１倍、２倍のレジスタ３５が順に並んでいる。
【００７２】
このように、本実施形態では、各フレームごとに、レジスタ３５の並びをランダムに入れ替えることができる。例えば、２／Ｎフレームのときに、これら６個のレジスタ３５に、前述と同様に左から右にかけて、「１００１０１」の階調データを格納したとすると、図８（ｂ）に示すように、ＰＷＭ生成器３３は、２／Ｎフレームでは、「１１１１１」＋「００００００」＋「０」＋「１１」＋「０００」＋「１１１１」のパルス幅を持つＰＷＭ信号を生成する。このＰＷＭ信号は、図７（ｂ）に示したＰＷＭ信号とは全く異なっており、ＤＭＤのマイクロミラーの切り替えタイミングがまったく違ったものになる。
【００７３】
レジスタ３５の並び順をランダムにすることで、各レジスタ３５に入力される階調データが仮に同じであっても、ＰＷＭ生成器３３で生成されるＰＷＭ信号はランダムになる。
ＰＷＭ信号がランダムになるということは、ＤＭＤのマイクロミラーの反射角度を調整するタイミングがフレーム期間ごとにランダムになるということに他ならない。したがって、各フレーム期間ごとに、ＤＭＤから投射光学系２５に入射される変調画像光の入射タイミングが不規則になる。
【００７４】
なお、本実施形態は、スペックルを視認されにくくするために、走査デバイス６５を走査させて、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おり、ＤＭＤで生成した光変調画像の輝度が高い場合は、上述したＰＷＭ生成器３３によるマイクロミラーの反射角度のランダム制御を行わなくても、スペックルが視認されるおそれは少ない。
これは１フレーム期間内でホログラムを走査する領域を広く取ることができることによる。ところが、光変調画像の階調値が低い場合は、１フレーム期間中に投射光学系２５に照射される光の照射期間が短く、また、ＤＭＤのフレームレートとホログラムの走査周波数が同期した場合にはホログラムの同一領域を常に照射してしまうことも起こり得、走査デバイス６５の走査だけでは、スペックルが視認されてしまうおそれがある。したがって、上述したランダム制御は、光変調画像の階調値が低い場合に特に有効である。
【００７５】
上述した乱数生成器は、例えば生成多項式を用いて生成されるが、乱数の生成方法については特に問わない。必ずしもランダム性の高い乱数でなくてもよく、スペックルが視認されない程度のランダム性がある数値を生成する生成器であればよい。また、ＰＷＭ生成器３３内のレジスタ３５の数も上述した６個に限定されない。さらに、各レジスタ３５のパルス幅の大きさも任意に変更して構わない。
【００７６】
図９は反射角度制御部３１の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、光変調器３０としてのＤＭＤに対して、外部から与えられた階調データを取得する（ステップＳ１）。階調データは、ＲＧＢの各色ごとに、例えば２５６階調のいずれであるかを示すデータである。色情報が不要で単色でよい場合は、階調データの代わりに輝度データを取得する。
【００７７】
次に、乱数生成器３４が生成した乱数を取得して、この乱数を用いて、例えば６個のレジスタの並び順をランダムに変更する（ステップＳ２）。そして、並び順を変更したレジスタのそれぞれに、ステップＳ１で取得した階調データを記憶させる（ステップＳ３）。
このとき、発光色決定部３２で決定した発光色に対応する階調データを、各レジスタに記憶させる。
【００７８】
次に、レジスタに記憶されたデータと、各レジスタに割り振られたパルス幅情報とに基づいて、１フレーム分のＰＷＭ信号を生成する（ステップＳ４）。そして、生成したＰＷＭ信号に基づいて、マイクロミラーの反射角度の調整を１フレーム分行う（ステップＳ５）。これにより、ＤＭＤの１フレーム分の変調画像が生成されて、投射光学系２５に入射される。
【００７９】
次に、ＲＧＢの全色について、同様の処理を行ったか否かを判定し（ステップＳ６）、まだ処理を行っていない色があれば、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。
【００８０】
ステップＳ６で、全色についての処理を行ったと判定されると、階調データに変更が生じたか否かを判定する（ステップＳ７）。階調データが同じであれば、ステップＳ２以降の処理を各色について行う。
【００８１】
ステップＳ７で階調データに変更が生じたと判定されると、ステップＳ１に戻って、新たな階調データを取得して、その後にステップＳ２以降の処理を行う。
【００８２】
上述した反射角度制御部３１の説明では、ＤＭＤが各画素の各色ごとに別個にマイクロミラーを有する例を説明したが、単色表示を行う場合は、各画素ごとにマイクロミラーを一つずつ設けて、外部からの輝度データに基づいて、フレーム期間ごとに各マイクロミラーの反射角度の調整タイミングが不規則になるように制御すればよい。この場合、図６の発光色決定部３２は不要となる。
【００８３】
図１の投射装置１０は、３色のレーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂを時分割駆動することを想定しているが、これらレーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂを同時発光させて、ＤＭＤの変調画像をスクリーン１５に投射する投射装置を実現することも可能である。この場合の投射装置１０ａの概略構成は図１０のようになる。図１０では、図１と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
【００８４】
図１０の投射装置１０ａは、ホログラム記録媒体５５ａに記録される情報と、光変調器３０ａの内部構成と、反射角度制御部３１ａの処理動作とが、図１の投射装置１０とは異なっている。また、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂは、時分割駆動ではなく、同時発光することを前提としている。
【００８５】
図１０のホログラム記録媒体５５ａには、図１１に拡大図示するように、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂのそれぞれに対応した３つの記録領域５５ｒ、５５ｇ、５５ｂが設けられている。記録領域５５ｒには、走査デバイス６５で反射されたレーザ光源６１ｒからの赤色コヒーレント光が入射され、これにより、赤色の再生光からなる散乱板６の像５が被照明領域ＬＺの全域に生成される。走査デバイス６５は、経時的にレーザ光源６１ｒからの赤色コヒーレント光の反射角度を変化させ、それに応じて、赤色コヒーレント光の記録領域５５ｒ内での照射位置も変化するが、記録領域５５ｒから外れた位置に走査デバイス６５からの赤色コヒーレント光が入射されないように、走査デバイス６５の反射角度は制御される。
【００８６】
同様に、記録領域５５ｇには、走査デバイス６５で反射されたレーザ光源６１ｇからの緑色コヒーレント光が入射され、緑色の再生光からなる散乱板６の像５が被照明領域ＬＺの全域に生成される。また、記録領域５５ｂには、走査デバイス６５で反射されたレーザ光源６１ｂからの青色コヒーレント光が入射され、青色の再生光からなる散乱板６の像５が被照明領域ＬＺの全域に生成される。
【００８７】
結局、被照明領域ＬＺは、赤緑青の三色で照明されることになる。レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂが同時にコヒーレント光を放射した場合には、被照明領域ＬＺでは、これら三色が混ざり合って、白色で照明されることになる。
【００８８】
ここで、記録領域５５ｒ、５５ｇ、５５ｂは、必ずしも密着配置されている必要はなく、間に隙間があってもよい。この場合、隙間には、走査デバイス６５で反射されたコヒーレント光が入射されないことになるが、実用上問題はない。また、記録領域５５ｒ、５５ｇ、５５ｂは、等面積である必要もない。ただし、これら記録領域５５ｒ、５５ｇ、５５ｂに重複して干渉縞を形成してしまうと、各色に対応する干渉縞あたりの屈折率変調量が小さくなり、結果として単色の干渉縞がある場合と比べて、被照明領域ＬＺの明るさが異なってしまう。このため、記録領域５５ｒ、５５ｇ、５５ｂは重ならないようにするのが望ましい。
【００８９】
ホログラム記録媒体５５ａに記録領域５５ｒ、５５ｇ、５５ｂを設けるには、図２の原理で、各記録領域ごとに参照光Ｌｒと物体光Ｌｏを照射して、対応する記録領域に干渉縞を形成すればよい。
【００９０】
あるいは、ホログラム記録媒体５５ａを積層構造にして、各層で特定の色を回折させてもよい。例えば、ホログラム記録媒体５５ａの上から下に向かって、赤用の層５５ｒと、緑用の層５５ｇと、青用の層５５ｂとを積層し、各層に、各色（各波長域）のコヒーレント光を干渉させるための干渉縞をそれぞれ記録すればよい。
【００９１】
レーザ光源６１ｒ，６１ｇ、６１ｂの特性にもよるが、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。例えば、４色のレーザ光源を設ける場合は、各レーザ光源に対応づけて、ホログラム記録媒体５５ａを４つの領域に分割すればよい。
【００９２】
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５５ａの入射面上を走査するようになる。図１０の例では、走査デバイス６５にはレーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂからの３種類のコヒーレント光が入射されるため、走査デバイス６５は、これらコヒーレント光の反射角度を経時に変化させて、ホログラム記録媒体５５ａの記録領域５５ｒ、５５ｇ、５５ｂのそれぞれの入射面上を走査させる。
【００９３】
次に、図１０の投射装置１０ａにおける光変調器３０ａの内部構成について説明する。
図１２は光変調器３０ａの内部構成の一例を示す図である。図示のように、光変調器３０ａは、各色ごとに設けられる３つのＤＭＤ（光変調部）３６ｒ、３６ｇ、３６ｂと、クロス・ダイクロイック・プリズム３７と、全反射型分離プリズム３８とを有する。全反射型分離プリズム３８の入射面は、被照明領域ＬＺにほぼ重なっており、被照明領域ＬＺを照明するホログラム記録媒体５５ａからのコヒーレント光は、全反射型分離プリズム３８で全反射されて、クロス・ダイクロイック・プリズム３７に入射される。クロス・ダイクロイック・プリズム３７は、その内部に２つのクロスダイクロイック面３９を有し、この面に入射されたコヒーレント光をＲＧＢの３原色光に分離する。分離された各色の光は互いに直交する３方向に進行する。この３方向に予めＤＭＤ３６ｒ、３６ｇ、３６ｂを配置しておくことで、各ＤＭＤ３６ｒ、３６ｇ、３６ｂで色ごとに変調画像が生成される。各ＤＭＤ３６ｒ、３６ｇ、３６ｂで生成された変調画像光は、逆の経路を通って、クロス・ダイクロイック面３９で合成されて、投射光学系２５に入射される。
【００９４】
図１０の投射装置１０ａは、各色ごとにＤＭＤ３６ｒ、３６ｇ、３６ｂを有するため、反射角度制御部３１ａは、これらＤＭＤ３６ｒ、３６ｇ、３６ｂのマイクロミラーの反射角度を個別に制御する必要がある。また、反射角度制御部３１ａの内部構成は、図６から発光色決定部３２を削除した構成になる。反射角度制御部３１ａは、各ＤＭＤ３６ｒ、３６ｇ、３６ｂごとに、マイクロミラーの反射角度を調整するためのＰＷＭ信号を生成して、各ＤＭＤ３６ｒ、３６ｇ、３６ｂに送信する。各ＤＭＤ３６ｒ、３６ｇ、３６ｂは、対応するＰＷＭ信号に基づいて、スクリーン１５上でスペックルが視認されないようにマイクロミラーの反射角度を調整する。
【００９５】
このように、投射装置１０ａは、ＤＭＤ３６ｒ、３６ｇ、３６ｂが３つ必要となる欠点はあるものの、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂを同時発光するため、スクリーン１５上の明るさをより高めることができる。
【００９６】
（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。
【００９７】
体積型のホログラム記録媒体５５（以下、体積反射型ホロ）を用いる場合、特に体積反射型ホログラムの場合は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。また、体積透過型のホログラム記録媒体５５（以下、体積透過型ホロ）を用いる場合は、入射光と出射光が干渉しないよう、記録角度を選択すれば０次光を分離することができる。配置上の問題で０次光の光路と１次光の光路を分離できない場合は、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しい。
【００９８】
（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。
【００９９】
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。
【０１００】
（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５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５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５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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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に対して移動、揺動、回転等の変位可能に構成され、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。
【０１０５】
さらに、照射装置６０の光源６１が、線状光線として整形されたレーザ光を発振する前提で説明してきたが、これに限られない。とりわけ、上述した形態では、光学素子５０の各位置に照射されたコヒーレント光は、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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
（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。
【０１０９】
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、すなわち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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
また、図２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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
（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５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。
【０１１４】
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の拡散方向と、が平行となるようにしてもよい。
【０１１５】
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を有し、各ホログラム記録媒体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。
【０１１６】
このように、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で被照明領域ＬＺを照明して、この被照明領域ＬＺの照明光を利用して、ＤＭＤのマイクロミラーの反射角度を制御して、投射スクリーン１５に変調画像を投射する。
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。
【０１１７】
特に、本実施形態では、フレーム期間ごとに、マイクロミラーの反射角度を調整するタイミングが不規則になるように制御するため、階調値が低い場合であっても、各フレーム期間ごとに投射スクリーンを照明するタイミングがランダムになり、マイクロミラーの反射角度を切り替えるタイミングがフレーム期間ごとに同じであることを起因とするスペックルの発生を防止できる。この種のスペックルは、階調値が低い場合に特に問題となるが、本実施形態では、階調値によらずに、スペックルを視認されにくくすることができる。
【０１１８】
また、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。
【０１１９】
さらに、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、各色の光の情報を生成する。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。
【０１２０】
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。
【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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【図１１】
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【図１２】
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