JP6020964B2 - 照明装置、投射装置および投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラム記録媒体等で回折されたコヒーレント光で重ねて照明される領域を照明する照明装置、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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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で重ねて照明される領域を照明する照明装置であって、スペックルを目立たなくさせることができる照明装置を発明するにいたった。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で重ねて照明される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、且つ被照明領域内の明るさのムラの発生を効果的に抑制でき、且つホログラム記録媒体で回折されたコヒーレント光で重ねて照明される領域内の照明強度を向上可能な照明装置、この照明装置を含んでなる投射装置および投射型映像表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、参照部材の像を再生し得るホログラム記録媒体を含む光学素子と、
コヒーレント光が前記ホログラム記録媒体を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置は、
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反射角度を調整可能で、反射されたコヒーレント光を前記ホログラム記録媒体上で走査させる走査デバイスと、を有し、
前記光源は、波長帯域が同一の複数のコヒーレント光を放射する複数の光源部を有し、
前記ホログラム記録媒体は、前記走査デバイスで反射された複数のコヒーレント光がそれぞれ走査する記録領域を有し、
前記記録領域は、入射されたコヒーレント光で回折する干渉縞を有し、
前記光学素子は、前記記録領域の干渉縞にて回折された前記複数のコヒーレント光を用いて、前記照射装置から前記ホログラム記録媒体の各位置に入射した前記コヒーレント光のそれぞれが前記ホログラム記録媒体で回折されて少なくとも一部分に重ねて前記参照部材の像を再生することを特徴とする第１の照明装置が提供される。

本発明によれば、ホログラム記録媒体等で回折されたコヒーレント光で重ねて照明される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、上記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、且つ上記領域内の照明強度を向上できる。

また、本発明の一態様では、第１の照明装置と、
前記参照部材の像を再生する前記一部分と重なる位置に配置され、前記照明装置によって照明される空間光変調器と、を備える第１の投射装置が提供される。

また、本発明の一態様では、第１の投射装置と、
前記空間光変調器上に得られる変調画像を投射されるスクリーンをさらに備える、投射型映像表示装置が提供される。

また、本発明の一態様では、入射光の進行方向を変化させるレンズアレイを含む光学素子と、
コヒーレント光が前記レンズアレイ上を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
前記照射装置は、
コヒーレント光を放射する光源と、
前記コヒーレント光の反射角度を調整可能で、反射されたコヒーレント光を前記レンズアレイ上で走査させる走査デバイスと、を有し、
前記光源は、波長帯域が同一の複数のコヒーレント光を放射する複数の光源部を有し、
前記レンズアレイは、前記走査デバイスで反射された複数のコヒーレント光を屈折させて、前記照射装置から前記レンズアレイの各位置に入射した前記コヒーレント光のそれぞれが前記レンズアレイで回折されて少なくとも一部分に重ねて像を再生することを特徴とする第２の照明装置が提供される。

また、本発明の一態様では、第２の照明装置と、
前記一部分と重なる位置に配置され、前記照明装置によって照明される空間光変調器と、を備える第２の投射装置が提供される。

また、本発明の一態様では、第２の投射装置と、
前記空間光変調器上に得られる変調画像を投射されるスクリーンをさらに備える、投射型映像表示装置が提供される。

投射型映像表示装置の概略構成の一例を示す図。 図１の照明装置４０の動作原理を説明する図。 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。 走査デバイス６５の走査経路を説明する図。 図１の変形例を示す図。 図１の他の変形例を示す図。 図１の他の変形例を示す図。 図１の他の変形例を示す図。 光学素子の一変形例を説明するための図であって、光学素子を対応する被照明領域とともに示す平面図。 光学素子の他の変形例を説明するための図であって、光学素子を対応する被照明領域とともに示す平面図。 ミラーデバイス６６を二軸方向に回動させる例を示す図。 ホログラム記録媒体５５に平行光を入射させる例を示す図。

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。

本発明の一実施の形態に係る照明装置、投射装置および投射型映像表示装置は、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照明装置、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。

以下の説明では、まず、図１〜図５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。

＜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５を参照して説明する。

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。

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２５によって、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。

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、空間光変調器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。上述した特開平６−２０８０８９号公報に開示された装置では、ＤＭＤが空間光変調器として利用されている。

また、空間光変調器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、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。

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。

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２５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。

図２は図１の照明装置４０の動作原理を説明する図である。図２では、説明の簡略化のために、照明装置４０内の一部の構成要素のみを図示している。以下、図２を用いて、図１の照明装置４０の基本的な動作原理を説明する。
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。

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。

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、光学素子５０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。

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２に示すように、照射装置６０からホログラム記録媒体５５の各位置に入射したコヒーレント光が、それぞれ、被照明領域ＬＺに重ねて散乱板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。

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３はホログラム記録媒体５５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。

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。

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３に示す例では、参照光Ｌｒをなすようになるレーザ光が、集光素子７の光軸と平行な平行光束として、集光素子７へ入射する。参照光Ｌｒは、集光素子７を透過することによって、それまでの平行光束から収束光束に整形（変換）され、ホログラム感光材料５８へ入射する。この際、収束光束Ｌｒの焦点位置ＦＰは、ホログラム感光材料５８を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。

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３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。

図３に示す例では、散乱板６の板面への法線方向と平行な平行光束が、散乱板６へ入射して散乱され、そして、散乱板６を透過した散乱光が物体光Ｌｏとしてホログラム感光材料５８へ入射している。この方法によれば、通常安価に入手可能な等方散乱板を散乱板６として用いた場合に、散乱板６からの物体光Ｌｏが、ホログラム感光材料５８に概ね均一な光量分布で入射することが可能となる。またこの方法によれば、散乱板６による散乱の度合いにも依存するが、ホログラム感光材料５８の各位置に、散乱板６の出射面６ａの全域から概ね均一な光量で参照光Ｌｒが入射しやすくなる。このような場合には、得られたホログラム記録媒体５５の各位置に入射した光が、それぞれ、散乱板６の像５を同様の明るさで再生すること、および、再生された散乱板６の像５が概ね均一な明るさで観察されることが実現され得る。

以上のようにして、参照光Ｌｒおよび物体光Ｌｏがホログラム記録材料５８に露光されると、参照光Ｌｒおよび物体光Ｌｏが干渉してなる干渉縞が生成され、この光の干渉縞が、何らかのパターン（体積型ホログラムでは、一例として、屈折率変調パターン）として、ホログラム記録材料５８に記録される。その後、ホログラム記録材料５８の種類に対応した適切な後処理が施され、ホログラム記録材料５５が得られる。

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５０に対する特定の位置に、散乱板６の再生像５を生成する。

この際、散乱板６の再生像５を生成する再生光（再生照明光Ｌａをホログラム記録媒体５５で回折してなる光）Ｌｂは、露光工程時に散乱板６からホログラム感光材料５８へ向かって進んでいた物体光Ｌｏの光路を逆向きに進む光として散乱板６の像５の各点を再生する。そして、上述したように、また図３に示すように、露光工程時に散乱板６の出射面６ａの各位置から出射する散乱光Ｌｏが、それぞれ、ホログラム感光材料５８の概ね全領域に入射するように拡散している（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。

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。

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および図２に示された例において、照射装置６０は、同じ波長帯域のコヒーレント光を生成する３つのレーザ光源６１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。

３つのレーザ光源６１は、同じ波長帯域のコヒーレント光を放射するものであり、例えば緑色で発光する。本実施形態は、単色で発光する複数のレーザ光源６１を用いて被照明領域ＬＺの照明強度の向上を図るものであり、レーザ光源６１の発光色については特に制限はない。

ホログラム記録媒体５５には、３つのレーザ光源６１からのコヒーレント光が走査する記録領域５５０が設けられている。記録領域５５０には干渉縞が形成されており、入射されたコヒーレント光は、この干渉縞により回折する。これにより、レーザ光源６１の発光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、経時的に各レーザ光源６１からのコヒーレント光の反射角度を変化させ、それに応じて、コヒーレント光が各記録領域５５０上を走査する。走査デバイス６５の反射角度は、３つのコヒーレント光の走査範囲のそれぞれが記録領域５５０から外れないように、予め設定される。

被照明領域ＬＺは、記録領域５５０で回折されたコヒーレント光により、単色で照明されることになる。３つの単色レーザ光源６１は同時に発光するため、１つのレーザ光源６１のみで被照明領域ＬＺを照明した場合と比べて、その照明強度は３倍になり、被照明領域ＬＺをより明るく照明することができる。

また、３つのレーザ光源６１からの３つのコヒーレント光がそれぞれ記録領域５５０を走査するため、記録領域５５０内の各単位領域を時間ごとにずらして部分的に再生することになる。これにより、ホログラム記録媒体５５で回折したコヒーレント光は、時間ごとに異なる方向から被照明領域ＬＺを照明することになり、記録領域５５０内の異なる単位領域からの照明光同士が干渉するおそれはない。結果として、記録領域５５０内の各単位領域の数に対応したスペックルパターンが時分割で表示され、観察者には平均化されて視認される結果、スペックルが不可視化される。

ここで、３つのレーザ光源６１からの３つのコヒーレント光の走査範囲は隣接していてもよいし、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、走査範囲は等面積である必要もない。さらに、走査範囲は互いに重なり合ってもよい。

ホログラム記録媒体５５に記録領域５５０を設けるには、図３の原理で、記録領域５５０に対して参照光Ｌｒと物体光Ｌｏを照射して干渉縞を形成すればよい。本実施形態では、ホログラム記録媒体５５上に設ける記録領域５５０は一つのみでよいため、ホログラム記録媒体５５の作製が比較的容易になる。

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６１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５５の記録領域５５０の入射面上を走査させる。

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を有する反射デバイス６６を含んでいる。図５は、走査デバイス６５の走査経路を説明する図である。図５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２に示すように、ミラーデバイス６６は、概ね、基準点ＳＰにおいてレーザ光源６１からコヒーレント光を受けるようになっている。

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。

図５に示すように、図２に示されたミラーデバイス６６は、一つの軸線ＲＡ１に沿ってミラー６６ａを回動させるように、構成されている。図５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５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。

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Ａ１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。

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波長が調整されることが好ましい。したがって、レーザ光源６１で生成するコヒーレント光の波長は、図３の露光工程（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。

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２および図５に示す例では、走査デバイス６５をなすミラーデバイス６６のミラー（反射面）６６ａは、必然的に、その回動軸線ＲＡ１からずれる。したがって、基準点ＳＰを通過しない回動軸線ＲＡ１を中心としてミラー６６ａを回動させた場合、ホログラム記録媒体５５へ入射する光は、基準点ＳＰからの発散光束をなす一光線とはならないことがある。しかしながら、実際には、図示された構成の照射装置６０からのコヒーレント光によって、被照明領域ＬＺに重ねて像５を実質的に再生することができる。

〔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。

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６１で一定方向に沿って進む特定波長のコヒーレント光が生成され、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６１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。

走査デバイス６５は、ホログラム記録媒体５５上の記録領域５５０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、レーザ光源６１からのコヒーレント光を入射させる。この結果、記録領域５５０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の記録領域５５０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６１は同じ色で発光しており、被照明領域ＬＺも、同じ色で散乱板６の像５が再生される。したがって、３つのレーザ光源６１が同時に発光する場合は、被照明領域ＬＺはレーザ光源６１が１つだけの場合と比べて、３倍の照明強度で照明されることになる。

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、記録領域５５０内で経時的に移動することになる。図１では、３つのレーザ光源６１からのコヒーレント光を走査デバイス６５で反射させ、反射されたコヒーレント光は発散光として記録領域５５０の３箇所に入射される。このため、走査デバイス６５が回動すると、これら３箇所を基準として各コヒーレント光がそれぞれ走査することになる。したがって、一つのコヒーレント光で記録領域５５０の全域を走査する場合と比べて、走査デバイス６５の回動量が少なくて済む。

本実施形態は、単にレーザ光源６１の数を増やしたことに特徴があるわけではない。複数のレーザ光源６１を設けて、これらレーザ光源６１からのコヒーレント光をいずれも、被照明領域ＬＺの全域を均一に照明するために利用し、かつ、走査デバイス６５を回動させることで、被照明領域ＬＺでのスペックルを不可視化する点に特徴がある。このような特徴は、単に複数のレーザ光源６１を配置しただけでは実現できない。本実施形態によれば、例えば図１のような照明装置４０を設けることで上記の特徴を実現できるものである。他の構成で上記の特徴を実現しようとすると、構成がかなり複雑になることが予想され、その意味でも、図１の構成を採用することにより、部品点数の大幅な削減が図れる。また、本実施形態によれば、レーザ光源６１の増減に柔軟に対応でき、被照明領域ＬＺの照明強度を所望の値に容易に設定可能である。

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。

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。

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。

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。

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、図２にＡ１で示す角度範囲で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２にＡ２で示す角度範囲で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。

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。

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。

なお、人間によって観察される従来のスペックルには、スクリーン１５上でのコヒーレント光の散乱を原因とするスクリーン側でのスペックルだけでなく、スクリーンに投射される前におけるコヒーレント光の散乱を原因とする投射装置側でのスペックルも発生し得る。この投射装置側で発生したスペックルパターンは、空間光変調器３０を介してスクリーン１５上に投射されることによって、観察者に認識され得るようにもなる。しかしながら、上述してきた基本形態によれば、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、空間光変調器３０が重ねられた被照明領域ＬＺの全域を照明するようになる。すなわち、ホログラム記録媒体５５が、スペックルパターンを形成していたそれまでの波面とは別途の新たな波面を形成し、複雑且つ均一に、被照明領域ＬＺ、さらには、空間光変調器３０を介してスクリーン１５を照明するようになる。このようなホログラム記録媒体５５での新たな波面の形成により、投射装置側で発生するスペックルパターンは不可視化されることになる。

ところで、前掲のSpeckle Phenomena in Optics, Joseph W. Goodman, Roberts & Co., 2006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。

本発明者による実験によると、一つのレーザ光源と反射型の体積型ホログラムを用いて構成した基本形態の投射型映像表示装置について、スペックルコントラストを測定したところ、３．０％となった（条件１）。また、上述の光学素子５０として、反射型の体積型ホログラムに代えて、特定の再生照明光を受けた場合に散乱板６の像５を再生し得るように計算機を用いて設計された凹凸形状を有する計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）としてのレリーフ型ホログラムを用いた場合についてのスペックルコントラストは３．７％となった（条件２）。ＨＤＴＶ（高精細テレビ）の映像表示用途にて、観察者が肉眼観察した場合に輝度ムラ模様がほとんど認識できないレベルとして、スペックルコントラスト６．０％以下という基準（たとえば、ＷＯ／２００１／０８１９９６号公報参照）が示されているが、上述してきた基本形態はこの基準を十分に満たしている。また、実際に肉眼観察したところ、視認され得る程度の輝度ムラ（明るさのムラ）は発生していなかった。

一方、レーザ光源からのレーザ光を平行光束に整形して空間光変調器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、一つのレーザ光源からの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。

また、レーザ光源を緑色のＬＥＤ（非コヒーレント光源）に交換し、このＬＥＤ光源からの光を空間光変調器３０に入射させた場合、すなわち、図１に示された投射型映像表示装置１０の空間光変調器３０に、走査デバイス６５や光学素子５０を介さず、ＬＥＤ光源からの非コヒーレント光を平行光束として入射させた場合、スペックルコントラストは４．０％となった（条件４）。この条件下では、肉眼観察で視認され得る程度の輝度ムラ（明るさのムラ）は発生していなかった。

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。

加えて、上述してきた基本形態によれば、次の利点を享受することもできる。

上述してきた基本形態によれば、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。

また、上述してきた基本形態によれば、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するコヒーレント光が、被照明領域ＬＺの全域に、各色で散乱板６の像５を生成するとともに、当該像５に重ねて空間光変調器３０が配置されている。このため、ホログラム記録媒体５５で回折された光を、すべて、映像形成のため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。

〔コヒーレント光の照射方向の態様〕
図１では、レーザ光源６１からのコヒーレント光が走査デバイス６５の一点に収束している。このため、走査デバイス６５のミラー面の面積が小さくてもよく、走査デバイス６５の重量も軽量化でき、走査デバイス６５の回動に要する消費電力も少なくて済む。その一方で、３つのレーザ光源６１からのコヒーレント光が一点に収束するため、ミラー面の特定箇所に強い光が照射されることになり、走査デバイス６５の寿命が短くなるという耐久性の問題がある。そこで、走査デバイス６５のミラー面に照射されるコヒーレント光を分散させる手法も考えられる。

図６は、３つのレーザ光源６１から放射されるコヒーレント光が平行光のまま走査デバイス６５に入射され、走査デバイス６５で反射されたコヒーレント光が発散光としてホログラム記録媒体５５に入射される投写型映像表示装置１０ａの一例を示す図である。

図６の投写型映像表示装置では、走査デバイス６５の３箇所にレーザ光源６１からのコヒーレント光が入射され、各箇所からホログラム記録媒体５５に向けて、コヒーレント光が反射されることになる。

上述したように、走査デバイス６５は周期的に回動運動を行うため、それに合わせて反射コヒーレント光の反射角度も変化するが、３種類の反射コヒーレント光は平行状態を維持したままである。したがって、ホログラム記録媒体５５内の記録領域５５０の３箇所に、対応する反射コヒーレント光が入射される。

このように、図７の投写型映像表示装置では、走査デバイス６５に平行に入射された光束の反射光を図６の投写型映像表示装置では、走査デバイス６５に平行に入射された光束の反射光をホログラム記録媒体５５に導くため、ホログラム記録媒体５５に予め干渉縞を作製する際に用いられる参照光Ｌｒとして、図３に示した収束光束の代わりに、ホログラム記録媒体５５を３つの領域に分割して、各領域に収束光束を照射する３つの参照光Ｌｒを設ける必要がある。

また、上述したように、走査デバイス６５のミラー面に照射されるコヒーレント光が分散され、ミラー面の特定箇所に強い光が照射されなくなるため、走査デバイス６５の耐久性向上が図れる。

さらに、レーザ光源６１からのコヒーレント光が平行になるように各レーザ光源を配置するのは、図１のように各レーザ光源からのコヒーレント光を一点に収束させるよりも容易であり、調整の手間等の観点でも図６の装置の方が図１の装置よりも優れている。

ただし、図１のように、ミラー面の一点に３種類のコヒーレント光が収束する場合と比べて、ミラー面の面積を大きくしなければならず、走査デバイス６５の大型化により、消費電力も増大するおそれがある。

一方、図７は、隣接配置された３つのレーザ光源６１を一つのチップに内蔵したレーザアレイ６２を光源として用いた投写型映像表示装置１０ｂの一例を示す図である。レーザアレイ６２内のレーザ光源６１は平行な方向にコヒーレント光を放射するため、収束光学系としての集光レンズ６３を設けて、これらコヒーレント光を走査デバイス６５の同一点に収束させている。したがって、図７の装置は、図１の装置と同様のホログラム記録媒体が用いられ、投射光学系の構成も図１と同様である。

図７の装置では、レーザアレイ６２を用いることで、レーザ光源６１の位置決めが容易になり、各装置間での光路のばらつきも抑制される。

図８は、レーザアレイ６２からの平行なコヒーレント光をそのまま走査デバイス６５に入射させ、走査デバイス６５からの反射光をホログラム記録媒体５５に入射する投写型映像表示装置１０ｃの一例を示す図である。図８におけるコヒーレント光の光路は図６と同様になり、図６と同様の長所および短所を有する。レーザアレイ６２を使用する分だけ、図６よりもレーザ光源６１の位置決めが容易になる。

図９は、３つの単色レーザ光源６１を横に並べたレーザアレイのそれぞれを縦方向に並べた二次元レーザアレイ６２を用いて構成した投写型映像表示装置１０ｄの一例を示す図である。これらのレーザ光源６１から放射されたコヒーレント光は、収束光学系としての集光レンズ６７を通過して、走査デバイス６５の同一点に収束される。走査デバイス６５は、これらコヒーレント光の入射角度に応じた角度で反射させ、ホログラム記録媒体５５に設けられた記録領域５５０内の９箇所にそれぞれ入射する。９個のレーザ光源からのコヒーレント光はそれぞれ、走査デバイス６５により、記録領域５５０内の所定領域を走査する。

図９の装置では、図１等の装置と比べて、使用するレーザ光源の数が３倍になっており、それだけ被照明領域ＬＺをより明るく照明することができ、照明強度の高出力化を容易に実現できる。

〔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）が急激に上昇する異常領域（点状領域、線状領域、面状領域）が被照明領域ＬＺ内に発生してしまう。

反射型のホログラム記録媒体５５を用いる場合は、０次光が進行する方向には空間光変調器３０と投射光学系２５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、図１や図２等に示す透過型のホログラム記録媒体５５を用いる場合は、０次光が進行する方向と近い方向に空間光変調器３０と投射光学系２５が配置される可能性が高く、注意が必要である。

例えば、図１と比べて、図２の構成では、ホログラム記録媒体を０次光が突き抜けたとしても、その方向には空間光変調器３０と投射光学系２５は配置されていないため、０次光が回避できる可能性が高いが、図１の構成では、走査デバイス６５で反射されたコヒーレント光の光路は変化するため、０次光が空間光変調器３０や投射光学系２５を通過する可能性がある。このため、図１の構成を採用する場合であっても、０次光が空間光変調器３０や投射光学系２５を通過しないように、０次光の進行経路に応じて、走査デバイス６５、空間光変調器３０および投射光学系２５の配置場所を設計する必要がある。

〔ホログラム記録媒体の構造〕
図１等で説明したホログラム記録媒体５５の記録領域５５０には干渉縞が形成されている。干渉縞は、コヒーレント光の設計入射角にて、他の色（波長域）のコヒーレント光の回折条件が干渉しないように、すなわち、互いの回折の波長スペクトルが干渉しないように形成される。これを実現するために、ホログラム記録媒体５５の膜厚と屈折率変調量Δｎを調整する必要がある。

（反射型と透過型のホログラム記録媒体）
ホログラム記録媒体５５は、反射型でも透過型でもよい。反射型のホログラム記録媒体（以下、反射型ホロ）は、透過型のホログラム記録媒体（以下、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。

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。

〔基本形態への変形〕
図１〜図５に例示された一具体例に基づいて説明してきた基本形態に対して、種々の変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いており、重複する説明を省略する。

（照明装置）
上述した形態によれば、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。ただし、この作用効果は、主として照明装置４０に起因したものである。したがって、この照明装置４０を種々の態様で有用に使用することができる。例えば、照明装置４０を単なる照明として用いることができ、この場合、明るさのムラ（輝度ムラ、ちらつき）を目立たなくさせることができる。例えば、図１の構成では、単色で発光する３つのレーザ光源６１を有するため、これらレーザ光源を同時に発光させることで、単色の照明装置４０を実現可能である。

また、３つのレーザ光源６１の発光色が白の場合、照明色も白色になるため、この白色光をスキャナ（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。

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。

またさらに、図１０に示すように、光学素子５０が、重ならないようにして並べて配置された複数のホログラム記録媒体５５−１，５５−２，・・・を含んでいても良い。図１０に示された各ホログラム記録媒体５５−１，５５−２，・・・は、それぞれ短冊状に形成され、その長手方向と直交する方向に、隙間無く並べて配列されている。また、各ホログラム記録媒体５５−１，５５−２，・・・は、互いに同一の仮想面上に位置している。各ホログラム記録媒体５５−１，５５−２，・・・は、それぞれ、重ならないようにして並べて配置された被照明領域ＬＺ−１，ＬＺ−２，・・・に散乱板６の像５を生成する、言い換えると、被照明領域ＬＺ−１，ＬＺ−２，・・・にコヒーレント光を照明するようになっている。各被照明領域ＬＺ−１，ＬＺ−２，・・・は、一方向に延びる細長い領域（線状とも呼ばれるような領域）として形成され、その長手方向と直交する方向に、隙間無く並べて配列されている。また、各被照明領域ＬＺ−１，ＬＺ−２，・・・は、互いに同一の仮想面上に位置している。

図１０に示された例では、次のようにして、被照明領域ＬＺ−１，ＬＺ−２，・・・を照明するようにしてもよい。まず、照射装置６０は、コヒーレント光が第１のホログラム記録媒体５５−１の長手方向（前記一方向）に沿った経路を繰り返し走査するように、光学素子５０の第１のホログラム記録媒体５５−１へ当該コヒーレント光を照射する。第１のホログラム記録媒体５５−１の各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、第１の照明領域ＬＺ−１に重ねて線状あるいは細長状の散乱板６の像５を再生し、当該第１の照明領域ＬＺ−１をコヒーレント光で照明するようになる。所定の時間が経過すると、照射装置６０は、第１のホログラム記録媒体５５−１に隣接する第２のホログラム記録媒体５５−２上にコヒーレント光を照射し、第１の被照明領域ＬＺ−１に代えて、第１の被照明領域ＬＺ−１に隣接する第２の被照明領域ＬＺ−２をコヒーレント光で照明する。以下、順に各ホログラム記録媒体にコヒーレント光を照射して、当該ホログラム記録媒体に対応する被照明領域をコヒーレント光で照明していく。このような方法によれば、照明装置を移動させることなく、二次元的な像情報を読み取ることが可能となる。

（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。

（投射型映像表示装置）
また、ホログラム記録媒体５５が、空間光変調器３０の入射面に対応した形状を有した平面状の散乱板６を用いて、干渉露光法により作製される例を示したが、これに限られず、ホログラム記録媒体５５が、何らかのパターンを有した散乱板を用いて、干渉露光法により作製されてもよい。この場合、ホログラム記録媒体５５によって、何らかのパターンを持った散乱板の像が再生されるようになる。言い換えると、光学素子５０（ホログラム記録媒体５５）は、何らかのパターンを持った被照明領域ＬＺを照明するようになる。この光学素子５０を用いる場合、空間光変調器３０を、さらには投射光学系２５をも上述の基本形態から省き、スクリーン１５を被照明領域ＬＺと重なる位置に配置することによって、スクリーン１５上にホログラム記録媒体５５に記録された何らかのパターンを表示することが可能となる。この表示装置においても、コヒーレント光がホログラム記録媒体５５上を走査するように、照射装置６０が光学素子５０にコヒーレント光を照射することによって、スクリーン１５上でのスペックルを目立たなくさせることができる。

図１１には、このような例の一例が開示されている。図示する例において、光学素子５０は、第１〜第３のホログラム記録媒体５５−１，５５−２，５５−３を含んでいる。第１〜第３のホログラム記録媒体５５−１，５５−２，５５−３は、互いに重ならないように位置をずらして、光学素子５０の入射面と平行な面上に配置されている。各ホログラム記録媒体５５−１，５５−２，５５−３は、矢印の輪郭を有した像５を再生することができる、言い換えると、矢印の輪郭を有した被照明領域ＬＺ−１，ＬＺ−２，ＬＺ−３をコヒーレント光で照明することができるようになっている。各ホログラム記録媒体５５−１，５５−２，５５−３にそれぞれ対応した第１〜第３の被照明領域ＬＺ−１，ＬＺ−２，ＬＺ−３は、同一の仮想面上に、互いに重ならないように配置されている。とりわけ図示する例では、各被照明領域ＬＺ−１，ＬＺ−２，ＬＺ−３をなす矢印によって示される向きがすべて同一で、この向きに沿って第１〜第３被照明領域ＬＺ−１，ＬＺ−２，ＬＺ−３が順に位置している。例えば、照射装置６０からのコヒーレント光が第１ホログラム記録媒体５５−１上を走査している場合には、最も後方に位置する第１の被照明領域ＬＺ−１が照明される。一例として次に、図１１に示すように、照射装置６０からのコヒーレント光が第２ホログラム記録媒体５５−２上を走査するようになり、真ん中に位置する第２の被照明領域ＬＺ−２が照明される。その後、照射装置６０からのコヒーレント光が第３ホログラム記録媒体５５−３上を走査するようになると、最も前方に位置する第３の被照明領域ＬＺ−３が照明される。

（照射装置）
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、を有する例を示した。走査デバイス６５は、コヒーレント光の進行方向を反射によって変化させる一軸回動型のミラーデバイス６６からなる例を示したが、これに限られない。走査デバイス６５は、図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１２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１２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

さらに、上述した形態において、照射装置６０が、発散光束に含まれる一光線の光路をたどるようにして、コヒーレント光を光学素子５０へ入射させる例を示したが、これに限られない。例えば、図１３に示すように、上述した形態において、走査デバイス６５が、コヒーレント光の光路に沿ってミラーデバイス６６の下流側に配置された集光レンズ６７を、さらに含むようにしてもよい。この場合、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、コヒーレント光を光学素子５０へ入射させるようになる。このような例では、ホログラム記録媒体５５を作製する際の露光工程において、参照光Ｌｒとして、上述した収束光束に代えて、平行光束を用いることになる。このようなホログラム記録媒体５５は、より簡単に作製および複製することができる。

（光学素子）
上述した形態において、光学素子５０が、フォトポリマーを用いた反射型の体積型ホログラム５５からなる例を示したが、これに限られない。既に説明したように、光学素子５０は複数のホログラム記録媒体５５を含んでいてもよい。また、光学素子５０は、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプの体積型ホログラムを含んでもよい。さらに、光学素子５０は、透過型の体積型ホログラム記録媒体を含んでいてもよいし、レリーフ型（エンボス型）のホログラム記録媒体を含んでいてもよい。

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、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。

もっとも、体積型ホログラムでも、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプのものは、銀塩粒子による散乱が新たなスペックル生成要因となる可能性がある。この点において、ホログラム記録媒体５５としては、フォトポリマーを用いた体積型ホログラムの方が好ましい。

また、図３に示す露光工程では、いわゆるフレネルタイプのホログラム記録媒体が作成されることになるが、レンズを用いた記録を行うことにより得られるフーリエ変換タイプのホログラム記録媒体を作成してもかまわない。ただ、フーリエ変換タイプのホログラム記録媒体を用いる場合には、像再生時にもレンズを使用してもよい。

また、ホログラム記録媒体５５に形成されるべき縞状パターン（屈折率変調パターンや凹凸パターン）は、現実の物体光Ｌｏおよび参照光Ｌｒを用いることなく、予定した再生照明光Ｌａの波長や入射方向、並びに、再生されるべき像の形状や位置等に基づき計算機を用いて設計されてもよい。このようにして得られたホログラム記録媒体５５は、計算機合成ホログラムとも呼ばれる。また上述した変形例のように波長域の互いに異なる複数のコヒーレント光が照射装置６０から照射される場合には、計算機合成ホログラムとしてのホログラム記録媒体５５は、各波長域のコヒーレント光にそれぞれ対応して設けられた複数の領域に平面的に区分けされ、各波長域のコヒーレント光は対応する領域で回折されて像を再生するようにしてもよい。

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。

より具体的には、本実施形態の場合、レーザ光源６１のそれぞれに対応した少なくとも３つのレンズを含むレンズアレイを設ける必要がある。各レンズには、対応するレーザ光源６１から放射されて、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る。そして、各レンズは、入射されたコヒーレント光を拡散させて、被照明領域ＬＺの全域に照射する。これにより、ホログラム記録媒体５５を設けなくても、被照明領域ＬＺの全域をレーザ光源６１と同じ色で照明できる。

（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（拡げるように、発散させるように）に構成され、これにより、照明装置４０が二次元的な被照明領域ＬＺを照明する例を示した。ただし、既に説明してきたように、このような例に限定されることはなく、例えば、照射装置６０が光学素子５０上でコヒーレント光を二次元方向に走査可能とするように構成され、且つ、光学素子５０のホログラム記録媒体５５（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（拡げるように、発散させるように）に構成され、これにより、図１２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。

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（拡げるように、発散させるように）に構成され、これにより、照明装置４０が一次元的な被照明領域ＬＺを照明するようにしてもよい。この態様において、照射装置６０によるコヒーレント光の走査方向と、光学素子のホログラム記録媒体５５（またはレンズアレイ）の拡散方向（拡げる方向）と、が平行となるようにしてもよい。

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（拡げるように、発散させるように）に構成されていてもよい。この態様において、既に説明したように、光学素子５０が複数の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。

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。

Claims (17)

1. 参照部材の像を再生し得るホログラム記録媒体を含む光学素子と、
   コヒーレント光が前記ホログラム記録媒体を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
   前記照射装置は、
   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反射角度を調整可能で、反射されたコヒーレント光の進行方向を変化させて、前記コヒーレント光を前記ホログラム記録媒体上で走査させるミラーデバイスと、を有し、
   前記光源は、波長帯域が同一の複数のコヒーレント光を放射する複数の光源部を有し、
   前記ホログラム記録媒体は、前記ミラーデバイスで反射された複数のコヒーレント光がそれぞれ走査する記録領域を有し、
   前記記録領域は、入射されたコヒーレント光で回折する干渉縞を有し、
   前記ミラーデバイスは、前記複数のコヒーレント光のそれぞれを、前記記録領域上のそれぞれ異なる走査範囲内で走査させ、
   前記光学素子は、前記記録領域の干渉縞にて回折された前記複数のコヒーレント光を用いて、前記照射装置から前記ホログラム記録媒体の各位置に入射した前記コヒーレント光のそれぞれが前記ホログラム記録媒体で回折されて所定領域に重ねて前記参照部材の像を再生することを特徴とする照明装置。
2. 前記複数の光源部から放射された前記複数のコヒーレント光は、前記ミラーデバイス上の同一点に照射されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記ミラーデバイス上の前記同一点で反射されたコヒーレント光は、発散光として前記ホログラム記録媒体に入射されることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記複数の光源部は、波長帯域が同一の複数のコヒーレント光を略平行な方向に放射し、
   前記照射装置は、前記複数の光源部から略平行な方向に放射された複数のコヒーレント光を、前記ミラーデバイスの前記同一点に照射させる収束光生成手段をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
5. 前記複数の光源部から放射されて前記ミラーデバイスに入射される前記複数のコヒーレント光は平行光であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. 前記複数の光源部から略平行に前記ミラーデバイスに入射された前記複数のコヒーレント光は、前記ミラーデバイスで反射されて、発散光として前記ホログラム記録媒体に入射されることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
7. 前記ミラーデバイス上の前記同一点で反射されて発散されたコヒーレント光を平行光に変換して前記ホログラム記録媒体に入射する平行光生成手段をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
8. 前記光源は、前記複数の光源部を隣接配置したレーザアレイを有し、
   前記レーザアレイ内の前記複数の光源部からの複数のコヒーレント光は、前記記録領域上をそれぞれ走査することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
9. 請求項１に記載の照明装置と、
   前記参照部材の像を再生する前記所定領域と重なる位置に配置され、前記照明装置によって照明される空間光変調器と、を備える投射装置。
10. 前記空間光変調器上に得られる変調画像をスクリーン上に投射する投射光学系を、さらに備える、請求項９に記載の投射装置。
11. 請求項１に記載の照明装置と、
    前記参照部材の像を再生する前記所定領域と重なる位置に配置され、前記照明装置によって照明される空間光変調器と、
    前記空間光変調器上に得られる変調画像をスクリーン上に投射する投射光学系と、を備え、
    前記投射光学系は、請求項１に記載の前記ホログラム記録媒体で反射または透過したコヒーレント光のうち、０次光が入射されない位置に配置されることを特徴とする投射装置。
12. 請求項１０に記載の投射装置と、
    前記空間光変調器上に得られる変調画像を投射されるスクリーンをさらに備える、投射型映像表示装置。
13. 入射光の進行方向を変化させるレンズアレイを含む光学素子と、
    コヒーレント光が前記レンズアレイ上を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
    前記照射装置は、
    コヒーレント光を放射する光源と、
    前記コヒーレント光の反射角度を調整可能で、反射されたコヒーレント光の進行方向を変化させて、前記コヒーレント光を前記レンズアレイ上で走査させるミラーデバイスと、を有し、
    前記光源は、波長帯域が同一の複数のコヒーレント光を放射する複数の光源部を有し、
    前記ミラーデバイスは、前記複数のコヒーレント光のそれぞれを、前記光学素子上のそれぞれ異なる走査範囲内で走査させ、
    前記レンズアレイは、前記ミラーデバイスで反射された複数のコヒーレント光を屈折させて、前記照射装置から前記レンズアレイの各位置に入射した前記コヒーレント光のそれぞれが前記レンズアレイで屈折されて少なくとも一部分に重ねて像を再生することを特徴とする照明装置。
14. 請求項１３に記載の照明装置と、
    前記一部分と重なる位置に配置され、前記照明装置によって照明される空間光変調器と、を備える投射装置。
15. 前記空間光変調器上に得られる変調画像をスクリーン上に投射する投射光学系を、さらに備える、請求項１４に記載の投射装置。
16. 請求項１３に記載の照明装置と、
    前記一部分と重なる位置に配置され、前記照明装置によって照明される空間光変調器と、
    前記空間光変調器上に得られる変調画像をスクリーン上に投射する投射光学系と、を備え、
    前記投射光学系は、請求項１３に記載の前記レンズアレイで屈折されたコヒーレント光のうち、０次光が入射されない位置に配置されることを特徴とする投射装置。
17. 請求項１４に記載の投射装置と、
    前記空間光変調器上に得られる変調画像を投射されるスクリーンをさらに備える、投射型映像表示装置。