(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ホログラム素子および第２ホログラム素子を含む光学素子と、
第１波長域の第１コヒーレント光が前記第１ホログラム素子上を走査し且つ前記第１波長域よりも長波長側にある第２波長域の第２コヒーレント光が前記第２ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置から前記第１ホログラム素子の各位置に入射した前記第１コヒーレント光が、それぞれ、前記第１ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記照射装置から前記第２ホログラム素子の各位置に入射した前記第２コヒーレント光が、それぞれ、前記第２ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記第１コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第２コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記第１ホログラム素子に入射する前記第１コヒーレント光の進行方向に対して、前記第１ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第１コヒーレント光の進行方向が成す角度をψａとし、前記第２ホログラム素子に入射する前記第２コヒーレント光の進行方向に対して、前記第２ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第２コヒーレント光の進行方向が成す角度をψｂとすると、
ψａの絶対値の最大値が、ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなる、照明装置。
【請求項２】
第１ホログラム素子、第２ホログラム素子および第３ホログラム素子を含む光学素子と、
第１波長域の第１コヒーレント光が前記第１ホログラム素子上を走査し、前記第１波長域よりも長波長側にある第２波長域の第２コヒーレント光が前記第２ホログラム素子上を走査し且つ前記第２波長域よりも長波長側にある第３波長域の第３コヒーレント光が前記第３ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置から前記第１ホログラム素子の各位置に入射した前記第１コヒーレント光が、それぞれ、前記第１ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記照射装置から前記第２ホログラム素子の各位置に入射した前記第２コヒーレント光が、それぞれ、前記第２ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記照射装置から前記第３ホログラム素子の各位置に入射した前記第３コヒーレント光が、それぞれ、前記第３ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記第１コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第２コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第３コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記第１ホログラム素子に入射する前記第１コヒーレント光の進行方向に対して、前記第１ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第１コヒーレント光の進行方向が成す角度をψａとし、前記第２ホログラム素子に入射する前記第２コヒーレント光の進行方向に対して、前記第２ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第２コヒーレント光の進行方向が成す角度をψｂとし、前記第３ホログラム素子に入射する前記第３コヒーレント光の進行方向に対して、前記第３ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第３コヒーレント光の進行方向が成す角度をψｃとすると、
ψａの絶対値の最大値が、ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、
ψａの絶対値の最大値が、ψｃの絶対値の最大値よりも小さくなる、照明装置。
【請求項３】
前記第１波長域は第１の原色成分に対応し、前記第２波長域は第２の原色成分に対応し、前記第３波長域は第３の原色成分に対応する、請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
ψｂの絶対値の最大値が、ψｃの絶対値の最大値よりも小さくなる、請求項２または３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第１ホログラム素子、前記第２ホログラム素子および前記第３ホログラム素子は、この順番で一平面上に配列されている、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
ψｂの絶対値の最大値は、ψｃの絶対値の最大値と同一となる、請求項２または３に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第２ホログラム素子および前記第３ホログラム素子は、前記第１ホログラム素子を中心として、対称的に配置されている、請求項２，３および６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
各ホログラム素子は、レリーフ型の計算機合成ホログラムである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
波長域が異なる複数のコヒーレント光を出射させる照明装置と、
前記照明装置からの各コヒーレント光によって照明される空間光変調器と、を備え、
前記照明装置は、
第１ホログラム素子および第２ホログラム素子を含む光学素子と、
第１波長域の第１コヒーレント光が前記第１ホログラム素子上を走査し且つ前記第１波長域よりも長波長側にある第２波長域の第２コヒーレント光が前記第２ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照明装置において、前記照射装置から前記第１ホログラム素子の各位置に入射した前記第１コヒーレント光が、それぞれ、前記第１ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記照射装置から前記第２ホログラム素子の各位置に入射した前記第２コヒーレント光が、それぞれ、前記第２ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記第１コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第２コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記照明装置において、前記第１ホログラム素子に入射する前記第１コヒーレント光の進行方向に対して、前記第１ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第１コヒーレント光の進行方向が成す角度をψａとし、前記第２ホログラム素子に入射する前記第２コヒーレント光の進行方向に対して、前記第２ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第２コヒーレント光の進行方向が成す角度をψｂとすると、ψａの絶対値の最大値が、ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなる、投射装置。
【請求項１０】
前記照明装置と空間光変調器との間に配置されたインテグレーターロッドを、さらに備える請求項９に記載の投射装置。
【請求項１１】
前記インテグレーターロッドから前記空間光変調器までの間に配置されたリレー光学系を、さらに備える請求項１０に記載の投射装置。
【請求項１２】
波長域が異なる複数のコヒーレント光を出射させる照明装置と、前記照明装置からの各コヒーレント光によって照明される位置に配置された空間光変調器と、を有する投射装置と、
前記空間光変調器上に得られる変調画像を投影されるスクリーンと、を備え、
前記照明装置は、
第１ホログラム素子および第２ホログラム素子を含む光学素子と、
第１波長域の第１コヒーレント光が前記第１ホログラム素子上を走査し且つ前記第１波長域よりも長波長側にある第２波長域の第２コヒーレント光が前記第２ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照明装置において、前記照射装置から前記第１ホログラム素子の各位置に入射した前記第１コヒーレント光が、それぞれ、前記第１ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記照射装置から前記第２ホログラム素子の各位置に入射した前記第２コヒーレント光が、それぞれ、前記第２ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記第１コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第２コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記照明装置において、前記第１ホログラム素子に入射する前記第１コヒーレント光の進行方向に対して、前記第１ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第１コヒーレント光の進行方向が成す角度をψａとし、前記第２ホログラム素子に入射する前記第２コヒーレント光の進行方向に対して、前記第２ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第２コヒーレント光の進行方向が成す角度をψｂとすると、ψａの絶対値の最大値が、ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなる、投射型映像表示装置。
【請求項１３】
波長域が異なる複数のコヒーレント光を出射させる照明装置と、
前記照明装置からの各コヒーレント光によって照明される位置に配置されたスクリーンと、を備え、
前記照明装置は、
第１ホログラム素子および第２ホログラム素子を含む光学素子と、
第１波長域の第１コヒーレント光が前記第１ホログラム素子上を走査し且つ前記第１波長域よりも長波長側にある第２波長域の第２コヒーレント光が前記第２ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照明装置において、前記照射装置から前記第１ホログラム素子の各位置に入射した前記第１コヒーレント光が、それぞれ、前記第１ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記照射装置から前記第２ホログラム素子の各位置に入射した前記第２コヒーレント光が、それぞれ、前記第２ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記第１コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第２コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記照明装置において、前記第１ホログラム素子に入射する前記第１コヒーレント光の進行方向に対して、前記第１ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第１コヒーレント光の進行方向が成す角度をψａとし、前記第２ホログラム素子に入射する前記第２コヒーレント光の進行方向に対して、前記第２ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第２コヒーレント光の進行方向が成す角度をψｂとすると、ψａの絶対値の最大値が、ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなる、投射型映像表示装置。
【請求項１４】
透過型の第１ホログラム素子および透過型の第２ホログラム素子を備えた光学素子であって、
前記第１ホログラム素子は、前記第１ホログラム素子の第１位置に入射した、第１波長域の第１コヒーレント光と、前記第１ホログラム素子の第２位置に入射した前記第１コヒーレント光とが、それぞれ、前記第１ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明するよう構成されており、
前記第２ホログラム素子は、前記第２ホログラム素子の第１位置に入射した、前記第１波長域よりも長波長側にある第２波長域の第２コヒーレント光と、前記第２ホログラム素子の第２位置に入射した前記第２コヒーレント光とが、それぞれ、前記第２ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明するよう構成されており、
前記第１ホログラム素子の前記第１位置に入射した前記第１コヒーレント光と前記第１ホログラム素子の前記第２位置に入射した前記第１コヒーレント光とによって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第２ホログラム素子の前記第１位置に入射した前記第２コヒーレント光と前記第２ホログラム素子の前記第２位置に入射した前記第２コヒーレント光とによって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記第１ホログラム素子に入射する前記第１コヒーレント光の進行方向に対して、前記第１ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第１コヒーレント光の進行方向が成す角度をψａとし、前記第２ホログラム素子に入射する前記第２コヒーレント光の進行方向に対して、前記第２ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第２コヒーレント光の進行方向が成す角度をψｂとすると、
ψａの絶対値の最大値が、ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなる、光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【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。
【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】
その一方で、レーザ光などのコヒーレント光源を用いる方式には、スペックルの発生といった新たな問題が生じている。スペックル（speckle）は、レーザ光などのコヒーレント光を散乱面に照射したときに現れる斑点状の模様であり、スクリーン上に発生すると斑点状の輝度ムラである明るさのムラとして観察され、観察者に対して生理的な悪影響を及ぼす要因になる。コヒーレント光を用いた場合にスペックルが発生する理由は、スクリーンなどの散乱反射面の各部で反射したコヒーレント光が、その極めて高い可干渉性ゆえに、互いに干渉し合うことによって生じるものとされている。たとえば、下記の非特許文献１には、スペックルの発生についての詳細な理論的考察がなされている。
【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、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２６４５１２号公報
【特許文献２】特開平６−２０８０８９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【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】
【００１０】
上述したとおり、コヒーレント光源を用いた投射装置および投射型映像表示装置において、スペックルを低減する技術が提案されているが、これまでに提案された手法では、スペックルを効率的かつ十分に抑制することはできていない。たとえば、前掲の特許文献２に開示されている方法では、レーザ光を散乱板に照射して散乱させてしまうため、一部のレーザ光は映像表示に全く貢献することなく浪費されてしまう。また、スペックル低減のために散乱板を回転させる必要があるが、そのような機械的な回転機構は比較的大型の装置となり、また、電力消費も大きくなる。更に、散乱板を回転させたとしても、照明光の光軸の位置は変わらないため、スクリーン上で視認されるスペックルを十分に抑制することはできない。
【００１１】
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。
【００１２】
ところで、単一の光源から生成されるコヒーレント光は、レーザ光に代表されるように、典型的には単色光である。また、実用可能な光源から発生されるコヒーレント光は、特定波長（域）の光に限定される。その一方で、今日における多くの場合、単一の光源では表示することのできない所望の色や、複数の色、典型的にはフルカラーで、被照明領域を照明する或いは映像を表示することが望まれている。したがって、実際に開発される照明装置、投射装置および投射型映像表示装置は、今日における多様な用途に対応すべく、波長域が互いに異なる複数のコヒーレント光で被照明領域を照明すること、或いは、波長域が互いに異なる複数のコヒーレント光を用いて映像を表示することにも、好適に適用可能であることが好ましい。
【００１３】
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、波長域が互いに異なる複数のコヒーレント光で被照明領域を照明する照明装置であって、スペックルを目立たなくさせることができる照明装置を提供すること、並びに、この照明装置を含んでなる投射装置および投射型映像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による第１の照明装置は、
第１ホログラム素子および第２ホログラム素子を含む光学素子と、
第１波長域の第１コヒーレント光が前記第１ホログラム素子上を走査し且つ前記第１波長域よりも長波長側にある第２波長域の第２コヒーレント光が前記第２ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置から前記第１ホログラム素子の各位置に入射した前記第１コヒーレント光が、それぞれ、前記第１ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記照射装置から前記第２ホログラム素子の各位置に入射した前記第２コヒーレント光が、それぞれ、前記ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記第１コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第２コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記第１ホログラム素子に入射する前記第１コヒーレント光の進行方向に対して、前記第１ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第１コヒーレント光の進行方向が成す角度をψａとし、前記第２ホログラム素子に入射する前記第２コヒーレント光の進行方向に対して、前記第２ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第２コヒーレント光の進行方向が成す角度をψｂとすると、
ψａの絶対値の最大値が、ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなる。
【００１５】
本発明による第２の照明装置は、
第１ホログラム素子、第２ホログラム素子および第３ホログラム素子を含む光学素子と、
第１波長域の第１コヒーレント光が前記第１ホログラム素子上を走査し、前記第１波長域よりも長波長側にある第２波長域の第２コヒーレント光が前記第２ホログラム素子上を走査し且つ前記第２波長域よりも長波長側にある第３波長域の第３コヒーレント光が前記第３ホログラム素子上を走査するように、波長域が異なる複数のコヒーレント光を前記光学素子に照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置から前記第１ホログラム素子の各位置に入射した前記第１コヒーレント光が、それぞれ、前記第１ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記照射装置から前記第２ホログラム素子の各位置に入射した前記第２コヒーレント光が、それぞれ、前記ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記照射装置から前記第３ホログラム素子の各位置に入射した前記第３コヒーレント光が、それぞれ、前記ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明し、前記第１コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第２コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第３コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記第１ホログラム素子に入射する前記第１コヒーレント光の進行方向に対して、前記第１ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第１コヒーレント光の進行方向が成す角度をψａとし、前記第２ホログラム素子に入射する前記第２コヒーレント光の進行方向に対して、前記第２ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第２コヒーレント光の進行方向が成す角度をψｂとし、前記第３ホログラム素子に入射する前記第３コヒーレント光の進行方向に対して、前記第３ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第３コヒーレント光の進行方向が成す角度をψｃとすると、
ψａの絶対値の最大値が、ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、
ψａの絶対値の最大値が、ψｃの絶対値の最大値よりも小さくなる。
【００１６】
本発明による第２の照明装置において、前記第１波長域は第１の原色成分に対応し、前記第２波長域は第２の原色成分に対応し、前記第３波長域は第３の原色成分に対応していてもよい。
【００１７】
本発明による第２の照明装置において、ψｂの絶対値の最大値が、ψｃの絶対値の最大値よりも小さくなっていてもよい。この場合、前記第１ホログラム素子、前記第２ホログラム素子および前記第３ホログラム素子は、この順番で一平面上に配列されていてもよい。
【００１８】
本発明による第２の照明装置において、ψｂの絶対値の最大値は、ψｃの絶対値の最大値と同一となっていてもよい。この場合、前記第２ホログラム素子および前記第３ホログラム素子は、前記第１ホログラム素子を中心として、対称的に配置されていてもよい。
【００１９】
本発明による第１または第２の照明装置において、各ホログラム素子は、レリーフ型の計算機合成ホログラムであってもよい。
【００２０】
本発明による投射装置は、
上述した本発明による第１または第２の照明装置のいずれかと、
前記照明装置からの各コヒーレント光によって照明される空間光変調器と、を備える。
【００２１】
本発明による投射装置は、前記照明装置と空間光変調器との間に配置されたインテグレーターロッドをさらに備えていてもよい。
【００２２】
本発明による投射装置は、前記インテグレーターロッドから前記空間光変調器までの間に配置されたリレー光学系を、さらに備えていてもよい。
【００２３】
本発明による第１の投射型映像表示装置は、
上述した本発明による投射装置のいずれかと、
前記空間光変調器上に得られる変調画像を投影されるスクリーンと、を備える。
【００２４】
本発明による第２の投射型映像表示装置は、
上述した本発明による照明装置のいずれかと、
前記照明装置からの各コヒーレント光によって照明される位置に配置されたスクリーンと、を備える。
【００２５】
本発明による第１の光学素子は、
透過型の第１ホログラム素子および透過型の第２ホログラム素子を備え
前記第１ホログラム素子は、前記第１ホログラム素子の各位置に入射した、第１波長域の第１コヒーレント光が、それぞれ、前記第１ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明するよう構成されており、
前記第２ホログラム素子は、前記第２ホログラム素子の各位置に入射した、前記第１波長域よりも長波長側にある第２波長域の第２コヒーレント光が、それぞれ、前記第２ホログラム素子で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明するよう構成されており、
前記第１コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分と、前記第２コヒーレント光によって重なり合うように照明される前記少なくとも一部分は、少なくとも一部の範囲で重なっており、
前記第１ホログラム素子に入射する前記第１コヒーレント光の進行方向に対して、前記第１ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第１コヒーレント光の進行方向が成す角度をψａとし、前記第２ホログラム素子に入射する前記第２コヒーレント光の進行方向に対して、前記第２ホログラム素子によって回折されて前記一部の範囲に進む前記第２コヒーレント光の進行方向が成す角度をψｂとすると、
ψａの絶対値の最大値が、ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、被照明領域または映像を投射する面上でのスペックルを効果的に目立たなくさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明による一実施の形態を説明するための図であって、一実施の形態としての照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示された照明装置を示す図である。
【図３】図３は、各コヒーレント光が照明する一部分が少なくとも一部の範囲において重なる様子を示す図である。
【図４】図４は、被照明領域と重なるよう配置された空間光変調器を通った光がスクリーンに到達する様子を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図２に示された照明装置の光学素子の配置を説明するための図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ホログラム素子に入射する光とホログラム素子で回折される光との関係を説明するための斜視図である。
【図５Ｃ】図５Ｃ（ａ）（ｂ）（ｃ）は、ホログラム素子に入射する光とホログラム素子で回折される光との関係を説明するための断面図である。
【図６】図６は、図１に示された照明装置の作用を説明するための斜視図である。
【図７】図７は、図１に対応する図であって、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の一変形例を説明するための図である。
【図８】図８は、図５に示された照明装置の光学素子の配置を説明するための図である。
【図９】図９は、図８に対応する図であって、光学素子の一変形例を示す図である。
【図１０】図１０は、図１に対応する図であって、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の一変形例を説明するための図である。
【図１１】図１１は、図６に対応する図であって、照射装置の一変形例およびその作用を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
図１〜図１１は、本発明の一実施の形態に係る光学素子、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置、並びに、その変形例を説明するための図である。このうち、図１〜図６を参照して、一実施の形態に係る光学素子、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置について説明する。その後、図７〜図１１を適宜参照しながら、一実施の形態に係る光学素子、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置に対する変形の一例について説明する。
【００３０】
〔構成〕
まず、コヒーレント光を投射する照明装置および投射装置を含み且つスペックルを目立たなくさせることができる投射型映像表示装置の構成を、主として図１〜図６を参照して説明する。
【００３１】
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。
【００３２】
空間光変調器３０としては、例えば、透過型の液晶マイクロディスプレイを用いることができる。この場合、照明装置４０によって面状に照明される空間光変調器３０が、画素毎にコヒーレント光を選択して透過させることにより、空間光変調器３０をなすディスプレイの画面上に変調画像が形成されるようになる。こうして得られた変調画像である映像光は、投射光学系２５によって、等倍で或いは変倍されてスクリーン１５へ投射される。これにより、変調画像がスクリーン１５上に等倍で或いは変倍（通常、拡大）されて表示され、観察者は当該画像を観察することができる。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
図１に示された照明装置４０は、入射したコヒーレント光を回折してコヒーレント光の進行方向を被照明領域ＬＺへ向ける光学素子５０と、光学素子５０へコヒーレント光を照射する照射装置６０と、を有している。光学素子５０は、照射装置６０からのコヒーレント光を拡散させる又は拡げる機能を有した素子である。このような光学素子５０は、例えば、ホログラム素子５５から形成され得る。ホログラム素子５５として、種々の公知のホログラフィック光学素子を用いることができる。具体例として、ホログラム素子５５は、透過型の体積ホログラムやレリーフ型計算機合成ホログラムから形成され得る。
【００３７】
図示する例において、光学素子５０をなしているホログラム素子５５は、一平面上に隣接して並べられた第１ホログラム素子５５ａ，第２ホログラム素子５５ｂおよび第３ホログラム素子５５ｃを有している。このうち第１ホログラム素子５５ａは、第１波長域の第１コヒーレント光Ｌａに対応して設けられ、第２ホログラム素子５５ｂは、第１波長域よりも長波長側にある第２波長域の第２コヒーレント光Ｌｂに対応して設けられ、第３ホログラム素子５５ｃは、第２波長域よりも長波長側にある第３波長域の第３コヒーレント光Ｌｃに対応して設けられている。
【００３８】
具体的には、第１ホログラム素子５５ａは、照射装置６０から照射される第１コヒーレント光Ｌａを再生照明光として受けて、当該第１コヒーレント光Ｌａを高効率で回折することができる。とりわけ、第１ホログラム素子５５ａは、その各位置、言い換えると、その各点とも呼ばれるべき各微小領域に入射した第１コヒーレント光Ｌａが、それぞれ、第１ホログラム素子５５ａで回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明する。とりわけここで説明する形態では、照射装置６０から第１ホログラム素子５５ａの各位置に入射した第１コヒーレント光Ｌａは、それぞれ、第１ホログラム素子５５ａで回折されて、後述する図２において符号ＬＺａで示されている部分を少なくとも照明するようになっている。
【００３９】
このような第１ホログラム素子５５ａについて、図２を参照して詳細に説明する。なお図２においては、便宜上、ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃのうち第１ホログラム素子５５ａのみを示している。図２に示すように、第１ホログラム素子５５ａは、照射装置６０から第１ホログラム素子５５ａの各位置に入射したコヒーレント光Ｌａが、第１ホログラム素子５５ａで拡散されて（拡げられて）少なくとも符号ＬＺａで示されている一部分に入射するよう、構成されている。例えば、第１ホログラム素子５５ａのうち符号（１）で示されている上部位置に入射したコヒーレント光Ｌａは、第１ホログラム素子５５ａで回折されて符号ＬＺａ（１）で示されている領域を照明する。また、第１ホログラム素子５５ａのうち符号（２）で示されている下部位置に入射したコヒーレント光Ｌａは、第１ホログラム素子５５ａで回折されて符号ＬＺａ（２）で示されている領域を照明する。ここで図２に示されるように、領域ＬＺａ（１）および領域ＬＺａ（２）は、少なくとも符号ＬＺａで示されている一部分において重なり合うようになっている。また、図示はしないが、第１ホログラム素子５５ａのその他の各位置において回折されたコヒーレント光Ｌａも、少なくとも符号ＬＺａで示されている一部分を含む領域を照明するようになっている。言い換えると、第１ホログラム素子５５ａは、符号ＬＺａで示されている一部分に、第１コヒーレント光を散乱する散乱板の像を再生することができるようになっている。
【００４０】
同様に、第２ホログラム素子５５ｂは、照射装置６０から照射される第２コヒーレント光Ｌｂを再生照明光として受けて、当該第２コヒーレント光Ｌｂを高効率で回折することができる。とりわけ、第２ホログラム素子５５ｂは、その各位置、言い換えると、その各点とも呼ばれるべき各微小領域に入射した第２コヒーレント光Ｌｂが、それぞれ、第２ホログラム素子５５ｂで回折されて少なくとも一部分ＬＺｂにおいて互いに重なり合う領域を照明するようになっている。言い換えると、第２ホログラム素子５５ｂは、一部分ＬＺｂに、第２コヒーレント光を散乱する散乱板の像を再生することができるようになっている。
【００４１】
さらに、第３ホログラム素子５５ｃは、照射装置６０から照射される第３コヒーレント光Ｌｃを再生照明光として受けて、当該第３コヒーレント光Ｌｃを高効率で回折することができる。とりわけ、第３ホログラム素子５５ｃは、その各位置、言い換えると、その各点とも呼ばれるべき各微小領域に入射した第３コヒーレント光Ｌｃが、それぞれ、第３ホログラム素子５５ｃで回折されて少なくとも一部分ＬＺｃにおいて互いに重なり合う領域を照明するようになっている。言い換えると、第３ホログラム素子５５ｃは、一部分ＬＺｃに、第３コヒーレント光を散乱する散乱板の像を再生することができるようになっている。
【００４２】
また各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、図３に示すように、第１ホログラム素子５５ａの各位置において回折された第１コヒーレント光Ｌａが互いに重なり合う一部分ＬＺａと、第２ホログラム素子５５ｂの各位置において回折された第２コヒーレント光Ｌｂが互いに重なり合う一部分ＬＺｂと、第３ホログラム素子５５ｃの各位置において回折された第３コヒーレント光Ｌｃが互いに重なり合う一部分ＬＺｃとが、符号ＬＺによって示されるような少なくとも一部の範囲において重なるように構成されている。言い換えると、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、図１や図３において符号ＬＺで示される範囲に、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを散乱する散乱板の像５を再生することができるようになっている。
【００４３】
以下の説明において、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの各位置において回折された各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが重なっている範囲を被照明領域ＬＺとも称する。そして図１に示されているように、上述の空間光変調器３０は、被照明領域ＬＺと重なるよう配置される。図４は、光学素子５０のホログラム素子５５の各位置において回折された各コヒーレント光が空間光変調器３０によって変調されてスクリーン１５に到達する様子を示す図である。なお図４においては、簡単のため、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃおよび各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのうち第１ホログラム素子５５ａおよび第１コヒーレント光Ｌａのみが示されている。
【００４４】
このようなコヒーレント光の回折作用を可能にする各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃとして、例えば、特定の再生照明光を受けた場合に、被照明領域ＬＺに散乱板の像をそれぞれ再生し得るように計算機を用いて設計された凹凸形状を有する、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）としてのレリーフ型ホログラムを用いることができる。
【００４５】
一方、このようなホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃを含むホログラム素子５５からなる光学素子５０にコヒーレント光を照射する照射装置６０は、次のように構成され得る。
【００４６】
照射装置６０は、互いに異なる波長域の複数のコヒーレント光を合成してなる合成光ＳＬを光学素子５０に照射するようになっている。図１に示された例では、照射装置６０は、第１波長域の第１コヒーレント光Ｌａを発振する第１光源６１ａと、第１波長域よりも長波長側にある第２波長域の第２コヒーレント光Ｌｂを発振する第２光源６１ｂと、第２波長域よりも長波長側にある第３波長域の第３コヒーレント光Ｌｃを発振する第３光源６１ｃと、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを合成する合成デバイス６２と、を有している。例えば、第１波長域は第１の原色成分（青色成分）に対応し、第２波長域が第１波長域よりも長波長側の第２の原色成分（緑色成分）に対応し、且つ、第３波長域が第２波長域よりも長波長側の第３の原色成分（赤色成分）に対応している。この場合、照射装置６０は、第１〜第３の原色成分の加法混色によって白色光を照射することができる。なお「第１波長域よりも長波長側にある第２波長域」とは、第２波長域の第２コヒーレント光Ｌｂのピーク波長が、第１波長域の第１コヒーレント光Ｌａのピーク波長よりも大きいことを意味している。同様に、「第２波長域よりも長波長側にある第３波長域」とは、第３波長域の第３コヒーレント光Ｌｃのピーク波長が、第２波長域の第２コヒーレント光Ｌｂのピーク波長よりも大きいことを意味している。
【００４７】
合成デバイス６２としては、二つの光を合成する種々の部材、部品、装置等を用いることができる。図示する例においては、クロスダイクロックプリズム等と比較して安価で小型であるといった利点を有するダイクロイックミラーが、合成デバイス６２として用いられている。
【００４８】
また照射装置６０は、各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃからの各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの進行方向を変化させる走査デバイス６５をさらに有している。走査デバイス６５は、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの進行方向を経時的に変化させ、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの進行方向が一定とはならないよう種々の方向へ向ける。この結果、走査デバイス６５で進行方向を変化させられる各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが、光学素子５０のホログラム素子５５の各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃ入射面上を走査するようになる。なお図１に示すように、各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃと走査デバイス６５との間に、走査デバイス６５に向けて各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを反射させるレンズ６４が配置されていてもよい。
【００４９】
とりわけ、図２に示された例では、走査デバイス６５は、一つの軸線ＲＡ１を中心として回動可能な反射面６６ａを有した反射デバイス６６を含んでいる。より具体的に説明すると、反射デバイス６６は、一つの軸線ＲＡ１を中心として回動可能な反射面６６ａとしてのミラーを有したミラーデバイスとして、構成されている。そして、図２および図６に示すように、このミラーデバイス６６は、ミラー６６ａの配向を変化させることによって、光源６１ａからの第１コヒーレント光Ｌａの進行方向を変化させるようになっている。この際、図２に示すように、ミラーデバイス６６は、概ね、基準点ＳＰにおいて第１光源６１ａを受けるようになっている。このため、ミラーデバイス６６で進行方向を最終調整された第１コヒーレント光Ｌａは、基準点ＳＰからの発散光束の一光線をなし得る再生照明光Ｌａ（図６参照）として、光学素子５０のホログラム素子５５の第１ホログラム素子５５ａへ入射し得る。結果として、照射装置６０からの第１コヒーレント光Ｌａが第１ホログラム素子５５ａ上を走査するようになり、且つ、第１ホログラム素子５５ａ上の各位置に入射した第１コヒーレント光Ｌａが同一の輪郭を有した散乱板の像５を同一の位置（被照明領域ＬＺ）に少なくとも再生するようになる。
【００５０】
なお、図２に示されたミラーデバイス６６は、一つの軸線ＲＡ１に沿ってミラー６６ａを回動させるように、構成されている。図６は、図２に示された照明装置４０の構成を斜視図として示している。図６に示された例では、ミラー６６ａの回動軸線ＲＡ１は、第１ホログラム素子５５ａの板面上に定義されたＸＹ座標系、つまり、ＸＹ平面が第１ホログラム素子５５ａの板面と平行となるＸＹ座標系のＹ軸と、平行に延びている。そして、ミラー６６ａが、第１ホログラム素子５５ａの板面上に定義されたＸＹ座標系のＹ軸と平行な軸線ＲＡ１を中心として回動するため、照射装置６０からの第１コヒーレント光Ｌａの光学素子５０への入射点ＩＰは、第１ホログラム素子５５ａの板面上に定義されたＸＹ座標系のＸ軸と平行な方向に往復動するようになる。すなわち、図６に示された例では、照射装置６０は、第１コヒーレント光Ｌａが第１ホログラム素子５５ａ上を直線経路に沿って走査するように、光学素子５０に第１コヒーレント光Ｌａを照射する。
【００５１】
第２コヒーレント光Ｌｂが第２ホログラム素子５５ｂ上を走査する形態、および、第３コヒーレント光Ｌｃが第３ホログラム素子５５ｃ上を走査する形態は、ホログラム素子の配置および用いられるコヒーレント光が異なるのみであり、その他の点は、図２および図６に示される、第１コヒーレント光Ｌａが第１ホログラム素子５５ａ上を走査する形態と略同一である。
【００５２】
ところで、透過型の体積ホログラムやレリーフ型計算機合成ホログラムは、反射型の体積ホログラムと比較してその波長選択性が低くなる、といった特徴を有している。このため、互いに異なる波長域の光に対して所定の回折作用を及ぼすことを意図された複数の透過型の体積ホログラムやレリーフ型計算機合成ホログラムには、設計波長域の光のみが入射するようになっている。具体的には、図１を参照して説明したように、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、積層されるのではなく、空間的にずらして配置されている。また照射装置６０は、対応するコヒーレント光が各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃに入射するように構成されている。
【００５３】
具体的には、照射装置６０は、第１コヒーレント光Ｌａを用いて第１ホログラム素子５５ａの入射面上を走査し、第２コヒーレント光Ｌｂを用いて第２ホログラム素子５５ｂの入射面上を走査し、第３コヒーレント光Ｌｃを用いて第３ホログラム素子５５ｃの入射面上を走査するようになっている。例えば、照射装置６０を時分割的に作動させてもよい。具体的には、走査デバイス６５がコヒーレント光の進行方向を第１ホログラム素子５５ａへ向けている場合、第１光源６１ａのみがコヒーレント光を生成し、走査デバイス６５がコヒーレント光の進行方向を第２ホログラム素子５５ｂへ向けている場合、第２光源６１ｂのみがコヒーレント光を生成し、走査デバイス６５がコヒーレント光の進行方向を第３ホログラム素子５５ｃへ向けている場合、第３光源６１ｃのみがコヒーレント光を生成するようにしてもよい。これによって、瞬間的には、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのうちの、いずれか一つのコヒーレント光のみが、被照明領域ＬＺ、または、空間光変調器３０を照明するようにすることができる。
【００５４】
上述のように照射装置６０が時分割的に作動される場合、空間光変調器３０は、カラーフィルタを含んで構成され常に各波長域のコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ毎の変調画像を形成し得るように作動してもよい。若しくは、空間光変調器３０は、空間光変調器３０に照射されている各波長域のコヒーレント光に対応した変調画像を形成するように時分割的に作動するようにしてもよい。なお、既に説明したように、実際に市販されているＭＥＭＳミラーやポリゴンミラー等の走査デバイス６５の周波数は通常数百Ｈｚ以上であり、数万Ｈｚにも達する走査デバイス６５も珍しくない。このように走査デバイス６５の走査が極めて高速であれば、人間の目では、被照明領域ＬＺ、または、空間光変調器３０を照明する光の色の移りかわりを認識することができず、合成光によって被照明領域ＬＺ、または、空間光変調器３０が照明され、合成光によって映像が表示されているものと認識される。
【００５５】
ところでレリーフ型計算機合成ホログラムにおいては、凹凸形状のピッチや深さに依存して、波長や偏向角が選択される。例えば、ホログラム素子５５の凹凸形状のピッチをｄとし、ホログラム素子５５に入射する光の波長をλとし、ホログラム素子５５への入射角をθとし、ホログラム素子５５からの出射角をφとする。この場合、一次回折光を生じさせるためには、ｓｉｎθ＋ｓｉｎφ＝λ／ｄの条件が成立するよう凹凸形状のピッチや光の波長および偏向角が選択される。この条件から明らかなように、一般に、短波長の場合はピッチが小さくなり、長波長の場合はピッチが大きくなる。なお偏向角とは、ホログラムに入射する光の進行方向に対して、ホログラムによって回折されてホログラムから出射する光の進行方向が成す角度のことである。
【００５６】
一方、偏向角を大きく設定する場合、凹凸形状のピッチに対する深さの比が大きく設定される。ところで、レリーフ型計算機合成ホログラムの設計においては一般に、凹凸形状を決定する際、レリーフ構造の厚みの影響を無視するフレネル・キルヒホッフ近似が用いられる。この場合、偏向角を大きくするために凹凸形状のピッチに対する深さの比を大きくするほど、近似からずれることが懸念される。近似からずれるということは、回折効率や光利用効率が低下することを意味している。
【００５７】
ここで上述のように、短波長の場合は長波長の場合に比べて凹凸形状のピッチが小さくなっている。従って、偏向角を大きく設定するために凹凸形状のピッチに対する深さを大きく設定することに起因する、回折効率や光利用効率の低下は、長波長の場合に比べて短波長の場合に顕著に現れると考えられる。以下、このような課題を解決するために本実施の形態において採用される光学素子５０の構造について、図５を参照して詳細に説明する。
【００５８】
なお上述のように、レリーフ型計算機合成ホログラムは、反射型の体積ホログラムと比較してその波長選択性が低くなる、といった特徴を有している。このため、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃがレリーフ型計算機合成ホログラムとして構成されている場合、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃを積層して使用することは困難である。この場合、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、設計波長域の光のみが入射し得るように空間的にずらして配置される。図５に示す例においては、このように各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃを空間的にずらして配置する際の好ましい形態について特に説明する。
【００５９】
図５Ａに示す例において、第１コヒーレント光Ｌａの第１ホログラム素子５５ａへの入射角が符号θａで示されており、第１コヒーレント光Ｌａが第１ホログラム素子５５ａによって回折されて被照明領域ＬＺに進む際の第１ホログラム素子５５ａからの出射角が符号φａで示されている。同様に、第２コヒーレント光Ｌｂの第２ホログラム素子５５ｂへの入射角が符号θｂで示されており、第２コヒーレント光Ｌｂが第２ホログラム素子５５ｂによって回折されて被照明領域ＬＺに進む際の第２ホログラム素子５５ｂからの出射角が符号φｂで示されている。また、第３コヒーレント光Ｌｃの第３ホログラム素子５５ｃへの入射角が符号θｃで示されており、第３コヒーレント光Ｌｃが第３ホログラム素子５５ｃによって回折されて被照明領域ＬＺに進む際の第３ホログラム素子５５ｃからの出射角が符号φｃで示されている。なお上述のように、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは走査デバイス６５によって進行方向を変えられて各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃ上の各位置に入射する。従って本実施の形態において、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃへの入射角θａ，θｂ，θｃは、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの進行方向に応じて様々な値をとり得る。しかしながら、図５Ａにおいては、簡単のため、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの中心位置に入射するコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃと、それらに対応する入射角θａ，θｂ，θｃのみが示されている。また簡単のため、図５Ａにおいては、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃによって回折されて被照明領域ＬＺに進むコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃがいずれも、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃに入射するコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが存在する平面と同一の平面内、すなわち図５に示すｘｚ平面内に存在する例を示している。なお各入射角θａ，θｂ，θｃおよび各出射角φａ，φｂ，φｃはいずれも、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの法線ｎａ，ｎｂ，ｎｃと各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃとの間の角度が一方向、例えば図５Ａの上方向に向かって大きくなる場合を正の値とし、逆の場合を負の値とする。
【００６０】
図５Ａに示すように、第１ホログラム素子５５ａの中心位置に入射した第１コヒーレント光Ｌａは、少なくとも被照明領域ＬＺを含む領域を照明するよう、様々な出射角φａで出射する。図５Ａにおいて、被照明領域ＬＺの上端位置，中心位置および下端位置を照明するよう出射される第１コヒーレント光Ｌａの出射角がそれぞれ符号φａ（１），φａ（２）およびφａ（３）で示されている。このように、第１ホログラム素子５５ａの中心位置に入射した第１コヒーレント光Ｌａの、第１ホログラム素子５５ａからの出射角φａは、第１ホログラム素子５５ａの構成に応じた様々な値をとり得る。同様に、図示はしないが、第１ホログラム素子５５ａの中心位置以外の位置に入射した第１コヒーレント光Ｌａの、第１ホログラム素子５５ａからの出射角φａも、第１ホログラム素子５５ａの構成に応じた様々な値をとり得る。同様に、図示はしないが、第２ホログラム素子５５ｂおよび第３ホログラム素子５５ｃの各位置に入射した第２コヒーレント光Ｌｂおよび第３コヒーレント光Ｌｃの第２ホログラム素子５５ｂおよび第３ホログラム素子５５ｃからの出射角φｂおよび出射角φｃも、第２ホログラム素子５５ｂおよび第３ホログラム素子５５ｃの構成に応じた様々な値をとり得る。
【００６１】
ここで、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、「ｓｉｎ（θａ）＋ｓｉｎ（φａ）」の絶対値の最大値が、「ｓｉｎ（θｂ）＋ｓｉｎ（φｂ）」の絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、「ｓｉｎ（θａ）＋ｓｉｎ（φａ）」の絶対値の最大値が、「ｓｉｎ（θｃ）＋ｓｉｎ（φｃ）」の絶対値の最大値よりも小さくなるよう、配置されている。この条件は、近似的には、「θａ＋φａ」の絶対値の最大値が、「θｂ＋φｂ」の絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、「θａ＋φａ」の絶対値の最大値が、「θｃ＋φｃ」の絶対値の最大値よりも小さくなるよう、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃが配置されている、という条件に置き換えることができる。以下の説明においては、主に近似後の条件について説明する。
【００６２】
上述の条件は、第１ホログラム素子５５ａに入射する第１コヒーレント光Ｌａの進行方向に対して、第１ホログラム素子５５ａによって回折されて第１ホログラム素子５５ａから出射する第１コヒーレント光Ｌａの進行方向が成す角度ψａ、すなわち偏向角ψａの絶対値の最大値が、第２ホログラム素子５５ｂに入射する第２コヒーレント光Ｌｂの進行方向に対して、第２ホログラム素子５５ｂによって回折されて第２ホログラム素子５５ｂから出射する第２コヒーレント光Ｌｂの進行方向が成す角度ψｂ、すなわち偏向角ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなり、かつ、第３ホログラム素子５５ｃに入射する第３コヒーレント光Ｌｃの進行方向に対して、第３ホログラム素子５５ｃによって回折されて第３ホログラム素子５５ｃから出射する第３コヒーレント光Ｌｃの進行方向が成す角度ψｃ、すなわち偏向角ψｃの絶対値の最大値よりも小さくなるよう、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃが配置されている、と言い換えることもできる。このことは、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃにおける各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの偏向角ψａ，ψｂ，ψｃが同等になるよう各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃが配置されている場合に比べて、第１ホログラム素子５５ａにおけるフレネル・キルヒホッフ近似からのずれが小さくなることを意味している。このため本実施の形態によれば、短波長域に対応した第１ホログラム素子５５ａにおいて、回折効率や光利用効率が低下してしまうことを抑制することができる。なお上述の偏向角ψａ，ψｂ，ψｃについては、後に図５Ｃを参照して詳細に説明する。
【００６３】
好ましくは、第２ホログラム素子５５ｂおよび第３ホログラム素子５５ｃは、「θｂ＋φｂ」の絶対値の最大値が、「θｃ＋φｃ」の絶対値の最大値よりも小さくなるよう、配置されている。言い換えると、偏向角ψｂの絶対値の最大値が、偏向角ψｃの絶対値の最大値よりも小さくなるよう、第２ホログラム素子５５ｂおよび第３ホログラム素子５５ｃが配置されている。これによって、第１ホログラム素子５５ａの場合と同様に、ホログラム素子５５ｂ，５５ｃにおける各コヒーレント光Ｌｂ，Ｌｃの偏向角ψｂ，ψｃが同等になるよう各ホログラム素子５５ｂ，５５ｃが配置されている場合に比べて、第２ホログラム素子５５ｂにおけるフレネル・キルヒホッフ近似からのずれが小さくなることを意味している。このため、第１ホログラム素子５５ａだけでなく第２ホログラム素子５５ｂについても、回折効率や光利用効率が低下してしまうことを抑制することができる。
【００６４】
各入射角θａ，θｂ，θｃおよび各出射角φａ，φｂ，φｃに関する上述の条件、若しくは、各偏向角ψａ，ψｂ，ψｃに関する上述の条件を満たすための各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの具体的な構成が特に限られることはない。例えば図１および図５Ａに示すように、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、被照明領域ＬＺとの間の距離が５５ａ，５５ｂ，５５ｃの順番で大きくなっていくよう、５５ａ，５５ｂ，５５ｃの順番で一平面上に配列されている。
【００６５】
なお図５Ａにおいては、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃに入射するコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃおよび各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの法線が存在する平面がｘｚ平面になっており、かつ、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃから出射するコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃおよび各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの法線が存在する平面も同様にｘｚ平面になっている例を示した。しかしながら、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃに入射するコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃおよび各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの法線が存在する平面が、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃから出射するコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃおよび各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの法線が存在する平面とは異なる場合も考えられる。このような場合であっても、各入射角θａ，θｂ，θｃおよび各出射角φａ，φｂ，φｃによって表される上述の条件、若しくは、上述の偏向角ψａ，ψｂ，ψｃによって言い換えて表される上述の条件を満たすよう各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃを配置することにより、第１ホログラム素子５５ａにおいて、回折効率や光利用効率が低下してしまうことを抑制することができる。以下、そのような例について図５Ｂおよび図５Ｃを参照して説明する。なお図５Ｂおよび図５Ｃにおいては、簡単のため、第１ホログラム素子５５ａおよび第１コヒーレント光Ｌａに関してのみ説明する。
【００６６】
図５Ｂに示す例において、第１ホログラム素子５５ａに入射する第１コヒーレント光Ｌａと、第１ホログラム素子５５ａの法線とを含む平面は、ｘｚ平面になっている。一方、第１ホログラム素子５５ａによって回折されて第１ホログラム素子５５ａから出射する第１コヒーレント光Ｌａ（１），Ｌａ（２），Ｌａ（３）と、第１ホログラム素子５５ａの法線とを含む平面は、ｘｙ平面になっている。この場合、第１コヒーレント光Ｌａの入射角θａおよび出射角φａ、若しくは偏向角ψａについて、各第１コヒーレント光Ｌａを含む平面内で個別に考えることができる。
【００６７】
例えば図５Ｃ（ａ）は、図５Ｂに示される位置関係を、第１ホログラム素子５５ａに入射する第１コヒーレント光Ｌａと、第１ホログラム素子５５ａから出射する第１コヒーレント光Ｌａ（１）とを含む平面上に表現したものである。同様に、図５Ｃ（ｂ）は、図５Ｂに示される位置関係を、第１ホログラム素子５５ａに入射する第１コヒーレント光Ｌａと、第１ホログラム素子５５ａから出射する第１コヒーレント光Ｌａ（２）とを含む平面上に表現したものである。また図５Ｃ（ｃ）は、図５Ｃに示される位置関係を、第１ホログラム素子５５ａに入射する第１コヒーレント光Ｌａと、第１ホログラム素子５５ａから出射する第１コヒーレント光Ｌａ（３）とを含む平面上に表現したものである。図５Ｃ（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、第１ホログラム素子５５ａから出射するコヒーレント光Ｌａ（１），Ｌａ（２），Ｌａ（３）および第１ホログラム素子５５ａの法線が存在する平面が、第１ホログラム素子５５ａに入射するコヒーレント光Ｌａおよび第１ホログラム素子５５ａの法線が存在する平面とは異なる場合であっても、入射光と出射光とを一対一で対応させて考えた場合には、一の入射光と一の出射光との関係を、第１ホログラム素子５５ａを基準とした入射角θａおよび出射角φａ（１），φａ（２），φａ（３）によって表現することができる。その他のホログラム素子５５ｂ，５５ｃについても同様である。従って、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃから出射するコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃおよび各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの法線が存在する平面が、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃに入射するコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃおよび各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの法線が存在する平面とは異なる場合であっても、各入射角θａ，θｂ，θｃおよび各出射角φａ，φｂ，φｃに関する上述の条件、若しくは各偏向角ψａ，ψｂ，ψｃに関する上述の条件を満たすことにより、第１ホログラム素子５５ａにおいて回折効率や光利用効率が低下してしまうことを抑制することができる。
【００６８】
なお図５Ｃ（ａ）から明らかなように、第１ホログラム素子５５ａに入射する第１コヒーレント光Ｌａの進行方向に対して、第１ホログラム素子５５ａによって回折されて第１ホログラム素子５５ａから出射する第１コヒーレント光Ｌａ（１）の進行方向が成す角度ψａ（１）、すなわち偏向角ψａ（１）は、「θａ＋φａ（１）」に等しくなっている。同様に、偏向角ψａ（２）は「θａ＋φａ（２）」に等しくなっており、また偏向角ψａ（３）は「θａ＋φａ（３）」に等しくなっている。従って、第１ホログラム素子５５ａから出射する各第１コヒーレント光Ｌａがどのような平面上に存在するかに依らず、「θａ＋φａ」の絶対値の最大値は、偏向角ψａの絶対値の最大値に一致する。従って、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃから出射するコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃおよび各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの法線が存在する平面が、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃに入射するコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃおよび各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの法線が存在する平面とは異なる場合であっても、各入射角θａ，θｂ，θｃおよび各出射角φａ，φｂ，φｃに関する上述の条件を、偏向角ψａ，ψｂ，ψｃに関する上述の条件に言い換えることができる。
【００６９】
次に、以上の構成からなる照明装置４０、投射装置２０および投射型映像表示装置１０の作用について説明する。はじめに図６を参照して、スペックルを極めて効果的に目立たなくさせることができるという作用について説明する。なおスペックルを目立たなくさせる原理は、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃおよび各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃにおいて同一であるので、ここでは主に第１ホログラム素子５５ａおよび第１コヒーレント光Ｌａに関してのみ説明する。
【００７０】
まず、照射装置６０は、第１コヒーレント光Ｌａが光学素子５０の第１ホログラム素子５５ａ上を走査するようにして、光学素子５０へ第１コヒーレント光Ｌａを照射する。具体的には、第１光源６１ａで一定方向に沿って進む特定波長の第１コヒーレント光Ｌａが生成され、この第１コヒーレント光Ｌａが走査デバイス６５で進行方向を変えられる。走査デバイス６５は、第１ホログラム素子５５ａ上の各位置に、当該位置でのブラッグ条件を満たす入射角度で特定波長の第１コヒーレント光Ｌａを入射させる。この結果、各位置に入射した第１コヒーレント光Ｌａは、それぞれ、第１ホログラム素子５５ａでの回折により、少なくとも被照明領域ＬＺに重ねて散乱板の像５を再生する。すなわち、照射装置６０から第１ホログラム素子５５ａの各位置に入射した第１コヒーレント光Ｌａは、それぞれ、第１ホログラム素子５５ａで拡散されて（拡げられて）、被照明領域ＬＺの全域に入射するようになる。同様に、照射装置６０から第２ホログラム素子５５ｂおよび第３ホログラム素子５５ｃの各位置に入射した第２コヒーレント光Ｌｂおよび第３コヒーレント光Ｌｃは、それぞれ、第２ホログラム素子５５ｂおよび第３ホログラム素子５５ｃで拡散されて（拡げられて）、被照明領域ＬＺの全域に入射するようになる。このようにして、照射装置６０は、被照明領域ＬＺを各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃで照明するようになる。従って、被照明領域ＬＺは、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの加法混色によって得られる色に照明されることになる。すなわち、本例では、照明装置６０は、白色光で被照明領域ＬＺを照明することになる。
【００７１】
図１に示すように、投射装置２０においては、照明装置４０の被照明領域ＬＺと重なる位置に空間光変調器３０が配置されている。このため、空間光変調器３０は、照明装置４０によって面状に照明され、画素毎に各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを選択して透過させることにより、映像を形成するようになる。この映像は、投射光学系２５によってスクリーン１５に投射される。スクリーン１５に投射された各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは、拡散され、観察者に複数色の映像として、好ましくはフルカラーの映像として認識されるようになる。ただし、この際、スクリーン上に投射された各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは拡散によって干渉し、スペックルを生じさせることになる。
【００７２】
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。
【００７３】
前掲の非特許文献１によれば、スペックルを目立たなくさせるには、偏光・位相・角度・時間といったパラメータを多重化し、モードを増やすことが有効であるとされている。ここでいうモードとは、互いに無相関なスペックルパターンのことである。例えば、複数のレーザ光源から同一のスクリーンに異なる方向からコヒーレント光を投射した場合、レーザ光源の数だけ、モードが存在することになる。また、同一のレーザ光源からのコヒーレント光を、時間を区切って異なる方向から、スクリーンに投射した場合、人間の目で分解不可能な時間の間にコヒーレント光の入射方向が変化した回数だけ、モードが存在することになる。そして、このモードが多数存在する場合には、光の干渉パターンが無相関に重ねられて平均化され、結果として、観察者の目によって観察されるスペックルが目立たなくなるものと考えられている。
【００７４】
本実施の形態においては、図６に示すように、第１コヒーレント光Ｌａが、第１ホログラム素子５５ａ上を走査するようにして、光学素子５０に照射される。また、照射装置６０から第１ホログラム素子５５ａの各位置に入射した第１コヒーレント光Ｌａは、それぞれ、被照明領域ＬＺの全域を照明するが、当該被照明領域ＬＺを照明する第１コヒーレント光Ｌａの照明方向は互いに異なる。そして、コヒーレント光が入射する第１ホログラム素子５５ａ上の位置が経時的に変化するため、被照明領域ＬＺへの第１コヒーレント光Ｌａの入射方向も経時的に変化する。
【００７５】
被照明領域ＬＺを基準にして考えると、被照明領域ＬＺ内の各位置には絶えず第１コヒーレント光Ｌａが入射してくるが、その入射方向は、図４に矢印Ａ１で示すように、常に変化し続けることになる。結果として、空間光変調器３０の透過光によって形成された映像の各画素をなす光が、図４に矢印Ａ２で示すように経時的に光路を変化させながら、スクリーン１５の特定の位置に投射されるようになる。
【００７６】
なお、第１コヒーレント光Ｌａは第１ホログラム素子５５ａ上を連続的に走査する。従って、照射装置６０から被照明領域ＬＺへの第１コヒーレント光Ｌａの入射方向が連続的に変化し、これにともなって、投射装置２０からスクリーン１５への第１コヒーレント光Ｌａの入射方向も連続的に変化する。ここで、投射装置２０からスクリーン１５への第１コヒーレント光Ｌａの入射方向が僅か、例えば０．数°だけ変化すれば、スクリーン１５上に生じるスペックルのパターンも大きく変化し、無相関なスペックルパターンが十分に重畳されることになる。加えて、走査デバイス６５の反射デバイス６６はＭＥＭＳミラーやポリゴンミラー等から構成されるが、実際に市販されているＭＥＭＳミラーやポリゴンミラー等の反射デバイス６６の周波数は通常数百Ｈｚ以上であり、数万Ｈｚにも達する反射デバイス６６も珍しくない。
【００７７】
同様に、第２コヒーレント光Ｌｂおよび第３コヒーレント光Ｌｃは、第２ホログラム素子５５ｂおよび第３ホログラム素子５５ｃ上を連続的に走査する。従って、照射装置６０から被照明領域ＬＺへの第２コヒーレント光Ｌｂおよび第３コヒーレント光Ｌｃの入射方向が連続的に変化し、これにともなって、投射装置２０からスクリーン１５への第２コヒーレント光Ｌｂおよび第３コヒーレント光Ｌｃの入射方向も連続的に変化する。このため、第１コヒーレント光Ｌａの場合と同様に、無相関なスペックルパターンが重畳されて平均化され、結果として、観察者の目によって観察されるスペックルを目立たなくさせることができる。
【００７８】
以上のことから、上述してきた本実施の形態によれば、映像を表示しているスクリーン１５上の各位置において時間的に各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの入射方向が変化していき、且つ、この変化は、人間の目で分解不可能な速さであり、結果として、人間の目には、相関の無い各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの散乱パターンが多重化されて観察されることになる。したがって、各散乱パターンに対応して生成されたスペックルが重ねられ平均化されて、観察者に観察されることになる。これにより、スクリーン１５に表示されている映像を観察する観察者に対して、スペックルを極めて効果的に目立たなくさせることができる。
【００７９】
なお、人間によって観察される従来のスペックルには、スクリーン１５上での各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの散乱を原因とするスクリーン側でのスペックルだけでなく、スクリーンに投射される前における各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの散乱を原因とする投射装置側でのスペックルも発生し得る。この投射装置側で発生したスペックルパターンは、空間光変調器３０を介してスクリーン１５上に投射されることによって、観察者に認識され得るようにもなる。しかしながら、上述してきた本実施の形態によれば、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃ上を連続的に走査し、そして各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの各位置に入射した各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが、それぞれ、空間光変調器３０が重ねられた被照明領域ＬＺの全域を照明するようになる。すなわち、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃが、スペックルパターンを形成していたそれまでの波面とは別途の新たな波面を形成し、複雑且つ均一に、被照明領域ＬＺ、さらには、空間光変調器３０を介してスクリーン１５を照明するようになる。このような各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃでの新たな波面の形成により、投射装置側で発生するスペックルパターンは不可視化されることになる。
【００８０】
加えて、本実施の形態では、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが被照明領域ＬＺを照明し、また、スクリーン１５に投射されるようになる。この各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは、互いに異なる光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃで生成されており、このため、互いに干渉性を有していない。すなわち、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに起因するスペックルパターンは無相関であり、この無相関なスペックルパターンがスクリーン１５で重畳されて平均化される。このため、本実施の形態では、スペックルパターンを更に目立たなくさせることができる。
【００８１】
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。
【００８２】
図１〜図６を参照しながら説明してきた本実施の形態の投射型映像表示装置１０について、スペックルコントラストを測定したところ、３．７％となった（条件１）。また、光学素子５０として、計算機合成ホログラムとしてのレリーフ型ホログラムに代えて、特定の再生照明光を受けた場合に散乱板の像５を再生し得るように干渉露光法により作製された反射型の体積型ホログラムを用いた点を除き、条件１と同様に構成された投射型映像表示装置について、スペックルコントラストを測定したところ、３．０％となった（条件２）。ＨＤＴＶ（高精細テレビ）の映像表示用途にて、観察者が肉眼観察した場合に輝度ムラ模様がほとんど認識できないレベルとして、スペックルコントラスト６．０％以下という基準（たとえば、ＷＯ／２００１／０８１９９６号公報参照）が示されているが、上述してきた本実施の形態はこの基準を十分に満たしている。また、実際に肉眼観察したところ、視認され得る程度の輝度ムラである明るさのムラは発生していなかった。
【００８３】
一方、レーザ光源からのレーザ光を単なる平行光束として空間光変調器３０を照明した場合、すなわち、図１に示された投射型映像表示装置１０の空間光変調器３０に、走査デバイス６５や光学素子５０を介さず、第１光源６１ａからのコヒーレント光を平行光束に整形入射させた場合、スペックルコントラストは２０．７％となった（条件３）。この条件下では、肉眼観察により、斑点状の輝度ムラ模様がかなり顕著に観察された。
【００８４】
また、光源機構６１を緑色のＬＥＤ（非コヒーレント光源）に交換し、このＬＥＤ光源からの光を空間光変調器３０に入射させた場合、すなわち、図１に示された投射型映像表示装置１０の空間光変調器３０に、走査デバイス６５や光学素子５０を介さず、ＬＥＤ光源からの非コヒーレント光を平行光束として入射させた場合、スペックルコントラストは４．０％となった（条件４）。この条件下では、肉眼観察で視認され得る程度の輝度ムラである明るさのムラは発生していなかった。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
上述のように、光学素子５０の各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、入射角および出射角に関する、「θａ＋φａ」の絶対値の最大値が「θｂ＋φｂ」の絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、「θａ＋φａ」の絶対値の最大値が「θｃ＋φｃ」の絶対値の最大値よりも小さくなるという条件が成立するよう、配置されている。言い換えると、光学素子５０の各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、偏向角ψａの絶対値の最大値が、偏向角ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、偏向角ψａの絶対値の最大値が、偏向角ψｃの絶対値の最大値よりも小さくなるという条件が成立するよう、配置されている。このことにより、第１ホログラム素子５５ａにおける回折効率や光利用効率が低くなってしまうことを抑制することができる。この結果、ホログラム素子５５全体としての回折効率や光利用効率を向上させることができる。
【００８８】
また上述してきた本実施の形態によれば、スペックルを目立たなくさせるための光学素子５０が、照射装置６０から照射されるコヒーレント光のビーム形態を整形および調整するための光学部材としても機能し得る。したがって、光学系を小型且つ簡易化することができる。
【００８９】
〔変形例〕
図１〜６に例示された一具体例に基づいて説明してきた本実施の形態に対して、種々の変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明で用いる図面では、上述した本実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いており、重複する説明を省略する。
【００９０】
（照明装置）
上述した形態において、照射装置６０が、発散光束に含まれる一光線の光路をたどるようにして、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを光学素子５０へ入射させる例を示したが、これに限られない。例えば、上述した形態において、走査デバイス６５が、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの光路に沿ってミラーデバイス６６の下流側に配置された集光レンズ６７を、さらに含むようにしてもよい。この場合、図７に示すように、発散光束を構成する光線の光路を進むミラーデバイス６６からの光が、集光レンズ６７によって、一定の方向に進む光となる。すなわち、照射装置６０は、平行光束を構成する光線の光路をたどるようにして、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを光学素子５０の各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃへ入射させるようになる。なおレンズ６７には、互いに波長域の異なる複数のコヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを含んで成る合成光ＳＬが入射することから、色分散等の不具合を防止する観点から、レンズ６７としてアクロマチックレンズを用いることが好ましい。
【００９１】
図８は、図７の光学素子５０を拡大して示す図であって、上述した形態における図５に対応する図である。本変形例において、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃの各位置に入射する各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの入射角はいずれも略同一になっている。この場合、短波長域の第１コヒーレント光Ｌａに対応した第１ホログラム素子５５ａにおける回折効率や光利用効率を高めるための上述の条件は、以下のように読み替えられる。すなわち本変形例において、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、出射角φａの絶対値の最大値が、出射角φｂの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、出射角φａの絶対値の最大値が、出射角φｃの絶対値の最大値よりも小さくなるよう、配置されている。言い換えると、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、偏向角ψａの絶対値の最大値が、偏向角ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、偏向角ψａの絶対値の最大値が、偏向角ψｃの絶対値の最大値よりも小さくなるよう、配置されている。また本変形例においても、好ましくは、第２ホログラム素子５５ｂおよび第３ホログラム素子５５ｃは、出射角φｂの最大値が、出射角φｃの最大値よりも小さくなるよう、配置されている。言い換えると、第２ホログラム素子５５ｂおよび第３ホログラム素子５５ｃは、偏向角ψｂの最大値が、偏向角ψｃの最大値よりも小さくなるよう、配置されている。
【００９２】
また上述した形態および変形例において、被照明領域ＬＺが光学素子５０の正面からずれた位置に生成される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図９に示すように、被照明領域ＬＺが光学素子５０の正面方向に、特に第１ホログラム素子５５ａの正面方向に生成されるよう、光学素子５０が構成されていてもよい。ここで、図９に示すように各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃが一平面上に並べられる場合、光学素子５０は、被照明領域ＬＺに対して最短距離で向かい合うよう配置された第１ホログラム素子５５ａと、第１ホログラム素子５５ａの両脇に配置された第２ホログラム素子５５ｂおよび第３ホログラム素子５５ｃと、を有している。これによって、本変形例においても、「θａ＋φａ」の絶対値の最大値が「θｂ＋φｂ」の絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、「θａ＋φａ」の絶対値の最大値が「θｃ＋φｃ」の絶対値の最大値よりも小さくなるという条件を成立させることができる。言い換えると、偏向角ψａの絶対値の最大値が偏向角ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、偏向角ψａの絶対値の最大値が偏向角ψｃの絶対値の最大値よりも小さくなるという条件を成立させることができる。このことにより、第１ホログラム素子５５ａにおける回折効率や光利用効率が低くなってしまうことを抑制することができる。
【００９３】
なお図９に示すような形態において、第２ホログラム素子５５ｂおよび第３ホログラム素子５５ｃは、第１ホログラム素子５５ａを中心として対称的に配置されていてもよい。この場合、「θｂ＋φｂ」の絶対値の最大値は、「θｃ＋φｃ」の絶対値の最大値と同一となっていてもよい。言い換えると、偏向角ψｂの絶対値の最大値が偏向角ψｃの絶対値の最大値と同一となっていてもよい。
【００９４】
また上述した形態および変形例において、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃによって回折されて被照明領域ＬＺに進む各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃについて、「θａ＋φａ」の絶対値の最大値が「θｂ＋φｂ」の絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、「θａ＋φａ」の絶対値の最大値が「θｃ＋φｃ」の絶対値の最大値よりも小さくなるという条件を課す例を示した。しかしながら、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃによって回折された全ての各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃについて、「θａ＋φａ」の絶対値の最大値が「θｂ＋φｂ」の絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、「θａ＋φａ」の絶対値の最大値が「θｃ＋φｃ」の絶対値の最大値よりも小さくなるという条件を課してもよい。言い換えると、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃによって回折された全ての各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃについて、偏向角ψａの絶対値の最大値が偏向角ψｂの絶対値の最大値よりも小さくなり、且つ、偏向角ψａの絶対値の最大値が偏向角ψｃの絶対値の最大値よりも小さくなるという条件を課してもよい。このようにより厳しい条件を各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃに対して課すことにより、第１ホログラム素子５５ａにおける回折効率や光利用効率をより高くすることができる。この結果、ホログラム素子５５全体としての回折効率や光利用効率をさらに向上させることができる。
【００９５】
また上述した形態および変形例において、光学素子５０が、第１波長域の第１コヒーレント光Ｌａを回折する第１ホログラム素子５５ａと、第１波長域よりも長波長側にある第２波長域の第２コヒーレント光をＬｂ回折する第２ホログラム素子５５ｂと、第２波長域よりも長波長側にある第３波長域の第３コヒーレント光Ｌｃを回折する第３ホログラム素子５５ｃと、を有する例を示した。すなわち、光学素子５０が、３つの波長域のコヒーレント光に対応できるよう構成されている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、光学素子５０は、２つの波長域のコヒーレント光に対応できるよう構成されていてもよく、若しくは、４つ以上の波長域のコヒーレント光に対応できるよう構成されていてもよい。なお、光学素子５０が２つの波長域のコヒーレント光に対応できるよう構成されている場合、第１ホログラム素子５５ａおよび第２ホログラム素子５５ｂは、「θａ＋φａ」の最大値が、「θｂ＋φｂ」の最大値よりも小さくなるよう、配置されている。言い換えると、第１ホログラム素子５５ａおよび第２ホログラム素子５５ｂは、偏向角ψａの最大値が偏向角ψｂの最大値よりも小さくなるよう、配置されている。また、光学素子５０が４つ以上の波長域のコヒーレント光に対応できるよう構成されている場合、例えば図示はしないが、光学素子５０が第４波長域の第４コヒーレント光を回折する第４ホログラム素子をさらに有している場合、第４波長域に応じて第４ホログラム素子の配置が決定される。例えば、第４波長域が黄色成分に対応している場合、図１に示す光学素子５０の第２ホログラム素子５５ｂと第３ホログラム素子５５ｃとの間に第４ホログラム素子を配置することができる。すなわち、短波長域に対応するホログラム素子ほど偏向角が小さくなるよう、各ホログラム素子を配置することができる。
【００９６】
また上述した形態によれば、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。ただし、この作用効果は、主として照明装置４０に起因したものである。したがって、この照明装置４０を種々の態様で有用に使用することができる。例えば、照明装置４０を単なる照明として用いることができ、この場合、明るさのムラである輝度ムラ、ちらつきを目立たなくさせることができる。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
（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。
【０１００】
（投射型映像表示装置）
また、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃが、空間光変調器３０の入射面に対応した形状を有した平面状の散乱板の像を再生するよう構成される例を示したが、これに限られず、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃが、何らかのパターンを有した散乱板を用いて、干渉露光法により作製されてもよい。この場合、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃによって、何らかのパターンを持った散乱板の像が再生されるようになる。言い換えると、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃを有する光学素子５０は、何らかのパターンを持った被照明領域ＬＺを照明するようになる。この光学素子５０を用いる場合、空間光変調器３０を、さらには投射光学系２５をも上述の本実施の形態における投射型映像表示装置１０から省き、スクリーン１５を被照明領域ＬＺと重なる位置に配置することによって、スクリーン１５上に各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃに記録された何らかのパターンを表示することが可能となる。この表示装置においても、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃ上を走査するように、照射装置６０が光学素子５０に各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを照射することによって、スクリーン１５上でのスペックルを目立たなくさせることができる。
【０１０１】
また上述した形態において、照明装置４０が、ホログラム素子５５を含む光学素子５０を有し、ホログラム素子５５でプロファイルが整形されたコヒーレント光が空間光変調器３０に直接入射する例を示した。しかしながら、このような構成に限られることなく、照明装置４０および空間光変調器３０を含む投射装置２０の構成を適宜変更することができる。一例として、図１０に示された例では、コヒーレント光の光路における照明装置４０から空間光変調器３０までの間に、インテグレーターロッド２２およびリレー光学系２３が、この順番で配置されている。
【０１０２】
従来の多くの投射装置や投射型映像表示装置、典型的には従来の大型の投射装置や投射型映像表示装置では、空間光変調器よりも上流側に、照度分布を均一化させるためのインテグレーターロッドと、ある位置を進む光の断面情報を別の位置に伝達し得るリレー光学系と、が設けられている。上述した形態で説明した照明装置４０は、このような従来の投射装置や投射型映像表示装置にも適用することができ、一例として、図１０に示すように、インテグレーターロッド２２およびリレー光学系２３をそのまま利用することが可能となる。
【０１０３】
また上述した形態では、照射装置６０が、各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃを含む光源機構６１と、走査デバイス６５と、を有する例を示した。走査デバイス６５は、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの進行方向を反射によって変化させる一軸回動型のミラーデバイス６６からなる例を示したが、これに限られない。走査デバイス６５は、図１１に示すように、ミラーデバイス６６のミラー（反射面６６ａ）が、第１の回動軸線ＲＡ１だけでなく、第１の回動軸線ＲＡ１と交差する第２の回動軸線ＲＡ２を中心としても回動可能となっていてもよい。図１１に示された例では、ミラー６６ａの第２の回動軸線ＲＡ２は、第１ホログラム素子５５ａの板面上に定義されたＸＹ座標系のＹ軸と平行に延びる第１回動軸線ＲＡ１と、直交している。そして、ミラー６６ａが、第１軸線ＲＡ１および第２軸線ＲＡ２の両方を中心として回動可能なため、照射装置６０からの第１コヒーレント光Ｌａの光学素子５０への入射点ＩＰは、ホログラム素子５５の板面上で二次元方向に移動可能となる。このため、一例として図１１に示されているように、第１コヒーレント光Ｌａの光学素子５０への入射点ＩＰが円周上を移動するようにすることもできる。
【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からの各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの光学素子５０への入射点ＩＰを、ホログラム素子５５の板面上で二次元方向に移動させることができる。
【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（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の各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃが、光学素子５０に対して変位可能（移動、揺動、回転）に構成され、各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃの光学素子５０に対する変位によって、各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃから照射された各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃ上を走査するようにしてもよい。
【０１０８】
さらに、照射装置６０の各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃが、線状光線として整形されたレーザ光を発振する前提で説明してきたが、これに限られない。とりわけ、上述した形態では、光学素子５０の各位置に照射された各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは、光学素子５０によって、被照明領域ＬＺの全域に入射するようになる光束に整形される。したがって、照射装置６０の各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃから光学素子５０に照射される各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは精確に整形されていなくとも不都合は生じない。このため、各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃから発生される各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは、発散光であってもよい。また、各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃから発生される各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの断面形状は、円でなく、楕円等であってもよい。さらには、各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃから発生される各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの横モードがマルチモードであってもよい。
【０１０９】
なお、各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃが発散光束を発生させる場合、各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは、光学素子５０の各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃに入射する際に、点ではなくある程度の面積を持った領域に入射することになる。この場合、各ホログラム素子５５ａ，５５ｂ，５５ｃで回折されて被照明領域ＬＺの各位置に入射する光は、角度を多重化されることになる。言い換えると、各瞬間において、被照明領域ＬＺの各位置には、或る程度の角度範囲の方向から各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが入射する。このような角度の多重化によって、スペックルをさらに効果的に目立たなくさせることができる。
【０１１０】
上述した形態では、照射装置６０の各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃがそれぞれ単一のレーザ光源のみを有する例を示したが、これに限られない。例えば、各光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃが、同一波長域の光を発振する複数のレーザ光源をそれぞれ含んでいても良い。この場合、照明装置４０は、被照明領域ＬＺをより明るく照明することが可能となる。また、異なる固体のレーザ光源からのコヒーレント光は、互いに干渉性を有しない。したがって、散乱パターンの多重化がさらに進み、スペックルをさらに目立たなくさせることができる。
【０１１１】
（光学素子のホログラム素子）
上述した形態において、光学素子５０のホログラム素子５５が、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）としてのレリーフ型ホログラムからなる例を示したが、これに限られることはなく、様々なタイプのホログラム素子が用いられ得る。例えば上述した形態においては、いわゆるフレネルタイプのホログラム素子が用いられる例を示したが、これに限られることはなく、いわゆるフーリエ変換タイプのホログラム素子が用いられてもよい。なお上述のように、互いに異なる波長域の光に対してそれぞれが所定の回折作用を及ぼす複数のホログラム素子として、波長選択性の弱いホログラム素子が用いられる場合、各ホログラム素子は、積層されるのではなく、空間的にずらして配置される。この場合、上述のように、最も低波長域のコヒーレント光を回折するホログラム素子における偏向角が小さくなるよう、各ホログラム素子を適切に配置することによって、最も低波長域のコヒーレント光に対応するホログラム素子の回折効率および光の利用効率を高めることができる。
【０１１２】
なお、以上において上述した基本形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
５  像
１０  投射型映像表示装置
１５  スクリーン
２０  投射装置
２２  インテグレーターロッド
２３  リレー光学系
２５  投射光学系
３０  空間光変調器
４０  照明装置
５０  光学素子
５５  ホログラム素子
５５ａ  第１ホログラム素子
５５ｂ  第２ホログラム素子
５５ｃ  第３ホログラム素子
６０  照射装置
６１  光源機構
６１ａ  第１光源
６１ｂ  第２光源
６１ｃ  第３光源
６２  合成デバイス
６４  レンズ
６５  走査デバイス
６６  ミラーデバイス（反射デバイス）
６６ａ  ミラー（反射面）
６７  集光レンズ
ＬＺ  被照明領域
Ｌａ  第１コヒーレント光
Ｌｂ  第２コヒーレント光
Ｌｃ  第３コヒーレント光
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
0005936119.tif 000007
【図５Ｃ】
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【図６】
0005936119.tif 000009
【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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