JP2012230177A - 照明装置、投射装置および投射型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】照明装置４０は、コヒーレント光を拡散し得る光学素子５０と、光学素子の入射側に設けられ、入射したコヒーレント光を偏向して集光する光偏向部７０と、コヒーレント光が光偏向部上を走査するように、光偏向部に対してコヒーレント光を照射する照射装置６０と、を備える。光偏向部で偏向されたコヒーレント光は、光学素子に導かれて光学素子上を走査する。光学素子の各位置に入射して拡散されたコヒーレント光は、互いに被照明領域を重ねて照明する。
【選択図】図１

Description

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。

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、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。

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。さらには、環境負荷の観点から水銀を使用する高圧水銀ランプの使用は好ましいものとはいえない。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、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。

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。

特開２００４−２６４５１２号公報 特開平６−２０８０８９号公報

Speckle Phenomena in Optics, Joseph W. Goodman, Roberts & Co., 2006

上述したとおり、コヒーレント光源を用いた投射装置および投射型映像表示装置において、スペックルを低減する技術が提案されているが、これまでに提案された手法では、スペックルを効率的かつ十分に抑制することはできていない。たとえば、前掲の特許文献２に開示されている方法では、レーザ光を散乱板に照射して散乱させてしまうため、一部のレーザ光は映像表示に全く貢献することなく浪費されてしまう。また、スペックル低減のために散乱板を回転させる必要があるが、そのような機械的な回転機構は比較的大型の装置となり、また、電力消費も大きくなる。更に、散乱板を回転させたとしても、照明光の光軸の位置は変わらないため、スクリーン上での拡散に起因して発生するスペックルを十分に抑制することはできない。

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、コヒーレント光で被照明領域を照明する照明装置であって、スペックルを目立たなくさせることができる照明装置を発明するにいたった。また、本件発明者らは、さらに研究を進め、コヒーレント光を照明される被照明領域内に明るさが突出して明るくなる領域が生じることを安定して防止し得るように、当該照明装置を改善することができた。すなわち、本発明は、スペックルを目立たなくさせることができ且つ被照明領域内の明るさのムラの発生を効果的に抑制することができる照明装置、この照明装置を含んでなる投射装置および投射型映像表示装置を提供することを目的とする。

本発明による照明装置は、
コヒーレント光を拡散し得る光学素子と、
前記光学素子の入射側に設けられ、入射したコヒーレント光を偏向して集光する光偏向部と、
コヒーレント光が前記光偏向部上を走査するように、前記光偏向部に対して前記コヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
前記光偏向部で偏向されたコヒーレント光は、前記光学素子に導かれて前記光学素子上を走査して、
前記光学素子の各位置に入射して拡散されたコヒーレント光は、互いに被照明領域を重ねて照明することを特徴とする。

本発明による照明装置において、前記光学素子はホログラム記録媒体であってもよい。

本発明による照明装置において、前記ホログラム記録媒体は透過型のホログラム記録媒体であってもよい。

本発明による照明装置において、
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うちの０次光の光路が、前記被照明領域から外れるように、前記照射装置、前記光偏向部および前記ホログラム記録媒体が配置されていてもよい。

本発明による照明装置において、前記光学素子は、入射光の進行方向を変化させるレンズアレイであってもよい。

本発明による照明装置において、前記光学素子は、入射光の進行方向を変化させる拡散板であってもよい。

本発明による照明装置において、
前記照射装置は、前記コヒーレント光を生成する光源と、前記光源からの前記コヒーレント光の進行方向を変化させて、当該コヒーレント光が前記光偏向部上を走査するようにする走査デバイスと、を有してもよい。

本発明による照明装置において、
前記光偏向部は、前記コヒーレント光の進行方向を屈折または回折により偏向するレンズ、プリズム、ホログラムレンズまたは回折光学素子であってもよい。

本発明による照明装置において、前記光偏向部は、前記光学素子の入射側の面に一体に設けられていてもよい。

本発明による投射装置は、
上述した本発明による照明装置と、
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、
前記光学素子の各入射領域に入射して拡散されたコヒーレント光は、互いに前記空間光変調器を重ねて照明する。

本発明による投射装置において、
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、さらに備えてもよい。

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と、を備える。

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と、
前記照明装置によって照明されるスクリーンと、を備え、
前記光学素子の各入射領域に入射して拡散されたコヒーレント光は、互いに前記スクリーンを重ねて照明する。

本発明による光偏向装置は、
コヒーレント光を拡散し得る光学素子と、
前記光学素子の入射側に設けられ、入射したコヒーレント光を偏向して集光する光偏向部と、
コヒーレント光を前記光偏向部上で走査させる走査デバイスと、を備え、
前記光偏向部で偏向されたコヒーレント光は、前記光学素子に導かれて前記光学素子上を走査して、
前記光学素子の各位置に入射して拡散されたコヒーレント光は、互いに被照明領域を重ねて照明することを特徴とする。

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１は、本発明による一実施の形態のうちの基本形態を説明するための図であって、基本形態の一具体例としての照明装置、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は、図１に示された照明装置を示す図である。 図３は、図２の照明装置の光学素子をなすホログラム記録媒体を作製するための露光方法を説明するための図である。 図４は、図３の露光方法を経て作製されたホログラム記録媒体の作用を説明するための図である。 図５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６は、図２に対応する図であって、比較例における再生光と、基本形態における再生光と、比較例及び基本形態における再生照明光との関係を示す図である。 図７は、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である。 図８は、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である。 図９は、図５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。

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。

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している。

図１〜図９は、本発明の一実施の形態に係る照明装置、投射装置および投射型映像表示装置、並びに、その変形例を説明するための図である。このうち、図１〜図６を参照して、一実施の形態のうちの基本形態に係る照明装置、投射装置および投射型映像表示装置について説明する。その後、基本形態に係る照明装置、投射装置および投射型映像表示装置に対する変形の一例について説明する。

＜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の画面上に変調画像が形成されるようになる。こうして得られた変調画像（映像光）は、投射光学系２５によって、等倍で或いは変倍されてスクリーン１５へ投射される。これにより、変調画像がスクリーン１５上に等倍で或いは変倍、通常、拡大されて表示され、観察者は当該画像を観察することができる。

なお、空間光変調器３０としては、反射型のマイクロディスプレイを用いることも可能である。この場合、空間光変調器３０での反射光によって変調画像が形成され、空間光変調器３０へ照明装置４０からコヒーレント光が照射される面と、空間光変調器３０から変調画像をなす映像光が進みでる面が同一の面となる。このような反射光を利用する場合、空間光変調器３０としてＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などのＭＥＭＳ素子を用いることも可能である。上述した特許文献２に開示された装置では、ＤＭＤが空間光変調器として利用されている。

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。

スクリーン１５は、透過型スクリーンとして構成されていてもよいし、反射型スクリーンとして構成されていてもよい。スクリーン１５が反射型スクリーンとして構成されている場合には、観察者は、スクリーン１５に関して投射装置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表示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として構成されている場合、観察者は、スクリーン１５に関して投射装置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表示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。

図１および図２に示された照明装置４０は、コヒーレント光を拡散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の入射側に設けられ、入射したコヒーレント光を偏向して集光する光偏向部７０と、光偏向部７０に対して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、各点が少なくとも被照明領域ＬＺの全域に対してコヒーレント光を拡散可能なものである。光学素子５０は、散乱板６の像５を再生し得るホログラム記録媒体５５を含んでいる。図示する例では、光学素子５０はホログラム記録媒体５５から形成されている。光偏向部７０は、ホログラム記録媒体５５の入射側の面に一体に設けられている。ただし、光偏向部７０とホログラム記録媒体５５は離れて配置されてもよい。光偏向部７０の具体例としては、樹脂製やガラス製のレンズ、フレネルレンズ、プリズム、ホログラムレンズ、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）等を挙げることができる。

照射装置６０は、コヒーレント光が光偏向部７０上を走査するように、光偏向部７０に対してコヒーレント光を照射する。光偏向部７０は、入射したコヒーレント光を屈折または回折により偏向して、ホログラム記録媒体５５の出射側に位置する焦点ＦＰに向けて集光する。これにより、光偏向部７０で偏向されたコヒーレント光は、光学素子５０に導かれて光学素子５０のホログラム記録媒体５５上を走査する。したがって、ある瞬間に、コヒーレント光を照射されているホログラム記録媒体５５上の領域は、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。

図示する例で光学素子５０をなしているホログラム記録媒体５５は、光偏向部７０で偏向されたコヒーレント光を再生照明光Ｌａとして受けて、当該コヒーレント光を高効率で回折することができる。とりわけ、ホログラム記録媒体５５は、その各位置、言い換えると、その各点とも呼ばれるべき各微小領域に入射するコヒーレント光を回折することによって、散乱板６の像５を再生することができるようになっている。

そして、光偏向部７０で偏向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。とりわけ、図２に示すように、光偏向部７０からホログラム記録媒体５５の各位置に入射したコヒーレント光が、それぞれ、被照明領域ＬＺに重ねて散乱板６の像５を再生するようになっている。すなわち、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、被照明領域ＬＺに入射するようになる。つまり、被照明領域ＬＺよりホログラム記録媒体５５側に位置する仮想面上で考えると、ホログラム記録媒体５５の各位置に入射して回折されたコヒーレント光は、この仮想面上の対応する領域を照明すると共に、この仮想面上の各領域は少なくとも一部分において互いに重なり合う。

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、透過型のレリーフ型（エンボス型）ホログラムが用いられている。このホログラム記録媒体５５は、図３に示すように、実物の散乱板６からの散乱光を物体光Ｌｏとして用いて作製されている。図３には、ホログラム記録媒体５５をなすようになる感光性を有したホログラム感光材料５８に、互いに干渉性を有したコヒーレント光からなる参照光Ｌｒと物体光Ｌｏとが露光されている状態が、示されている。

参照光Ｌｒは、例えば、特定波長域のレーザ光を発振するレーザ光源からのレーザ光が用いられており、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は、基準点ＳＰからの発散光束として、ホログラム感光材料５８へ入射する。

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。ここでは作製されるべきホログラム記録媒体５５が透過型なので、物体光Ｌｏは、参照光Ｌｒと同一の面からホログラム感光材料５８へ入射する。物体光Ｌｏは、参照光Ｌｒと干渉性を有している必要がある。したがって、例えば、同一のレーザ光源から発振されたレーザ光を分割して、分割された一方を上述の参照光Ｌｒとして利用し、他方を物体光Ｌｏとして使用することができる。

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。

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、２次元パターンとして、ホログラム記録材料５８の一方の表面に記録される。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、干渉縞が凹凸からなる２次元パターンに変換されたホログラム記録材料５５が得られる。

図４には、図３の露光工程を経て得られたホログラム記録媒体５５の回折作用（再生作用）が示されている。図４に示すように、図３のホログラム感光材料５８から形成されたホログラム記録媒体５５は、露光工程で用いられたレーザ光と同一波長の光であって、露光工程における参照光Ｌｒの光路を逆向きに進む光によって、その回折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に対する基準点ＳＰ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に対して位置する焦点ＦＰに向かって収束し、露光工程時における参照光Ｌｒと同一の波長を有する収束光束は、再生照明光Ｌａとして、ホログラム記録媒体５５に回折され、露光工程時におけるホログラム感光材料５８に対する散乱板６の相対位置（図３参照）と同一の位置関係をなすようになるホログラム記録媒体５０に対する特定の位置に、散乱板６の再生像５を生成する。

この際、散乱板６の再生像５を生成する再生光Ｌｂ、すなわち再生照明光Ｌａをホログラム記録媒体５５で回折してなる光は、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。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として機能する焦点ＦＰへの収束光束をなす各光は、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。

一方、光偏向部７０にコヒーレント光を照射する照射装置６０は、次のように構成され得る。図１および図２に示された例において、照射装置６０は、特定波長域のコヒーレント光を生成するレーザ光源６１ａと、レーザ光源６１ａからのコヒーレント光の進行方向を変化させる走査デバイス６５と、を有している。走査デバイス６５は、コヒーレント光の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、光偏向部７０上を走査するようになる。

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５に示すように、このミラーデバイス６６は、反射面６６ａの配向を変化させることによって、レーザ光源６１ａからのコヒーレント光の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、一定の位置（以下「基準位置」とも呼ぶ）ＲＰにおいてレーザ光源６１ａからコヒーレント光を受けるようになっている。このため、コヒーレント光は、所定の角度範囲内において周期的に回動するミラーデバイス６６によって進行方向を変えられた後、基準位置ＲＰから発散する発散光束をなす光線の光路に沿って進むようになる。

また、前述のように、本実施の形態における光偏向部７０は、基準位置ＲＰから発散する発散光束を偏向して集光し、焦点ＦＰに収束する収束光束に変換し得るように、構成されている。このため、光偏向部７０で光路を調整されたコヒーレント光は、焦点ＦＰに収束する収束光束の一光線をなす再生照明光Ｌａ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、コヒーレント光は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の像を同一の位置（被照明領域ＬＺ）に再生するようになる。

なお、図５は、図２に示された照明装置４０の構成を斜視図として示している。図２および図５に示されたミラーデバイス６６は、一つの軸線ＲＡ１に沿って反射面６６ａを回動させるように、構成されている。このため、ミラーデバイス６６で連続的に進行方向を変化させられるコヒーレント光の光偏向部７０への入射点ＩＰ１は、光偏向部７０の入射面上の線状走査経路ＰＷ１を往復動するようになる。とりわけ図５に示された例では、ミラーデバイス６６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、反射面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を中心として周期的に回動することにより、光偏向部７０で偏向されたコヒーレント光の光学素子５０への入射点ＩＰ２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Ｘ軸と平行な方向に往復動するようになっている。すなわち、図５に示された例では、照射装置６０は、光偏向部７０で偏向されたコヒーレント光がホログラム記録媒体５５上を直線経路ＰＷ２に沿って走査するように、光偏向部７０にコヒーレント光を照射する。なお、本明細書では、光学素子５０と光偏向部７０と走査デバイス６５とを合わせたものを光偏向装置と呼ぶ。

なお、実際上の問題として、ホログラム記録媒体５５を作成する際、ホログラム記録材料５８が収縮する場合がある。このような場合、ホログラム記録材料５８の収縮を考慮して、照射装置６０から光学素子５０に照射されるコヒーレント光の入出射角度が調整されることが好ましい。したがって、コヒーレント光源６１ａで生成するコヒーレント光の波長は、図３の露光工程（記録工程）で用いた光の波長と厳密に一致させる必要はなく、ほぼ同一となっていてもよい。

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、焦点ＦＰへの収束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、基準位置ＲＰを通過しない回動軸線ＲＡ１を中心として反射面６６ａを回動させた場合、ミラーデバイス６６から光偏向部７０へ向かうコヒーレント光は、厳密な意味で、基準位置ＲＰからの発散光束をなす一光線とはならないことがあり、結果として、光偏向部７０で偏向されてホログラム記録媒体５５へ入射する光は、焦点ＦＰへの収束光束に含まれる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。

ところで、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、いわゆる、０次光が存在する。このような光学素子５０を透過する０次光が、何らかの理由により被照明領域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。

本基本形態においては、照射装置６０から光偏向部７０を介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のうちの、ホログラム記録媒体５５で回折されずにホログラム記録媒体５５を透過する０次光Ｌ１０１の光路が、被照明領域ＬＺから外れるように、照射装置６０、光偏向部７０および光学素子５０が配置されている。すなわち、照射装置６０から光偏向部７０を介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のうちの０次光Ｌ１０１が、直接、被照明領域ＬＺに入射することはない。これにより、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ことを防止して、明るさの面内分布を均一とすることができる。また、投射装置２０および投射型映像表示装置１０においては、予定した映像を高品質で表示することができる。さらに、照射装置６０の光源としてエネルギ密度の高いレーザ光を発振するレーザ光源を利用する場合には、安全性の面でも非常に好ましい。なお、前述の様に、被照明領域ＬＺよりホログラム記録媒体５５側に位置する仮想面上について考えると、０次光Ｌ１０１の光路が、コヒーレント光で照明される仮想面上の各領域から外れるようになっている。

〔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偏向部７０上を走査するように、光偏向部７０に対してコヒーレント光を照射する。具体的には、レーザ光源６１ａ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、このコヒーレント光が走査デバイス６５で進行方向を変えられる。この進行方向を変えられたコヒーレント光は、光偏向部７０により、ホログラム記録媒体５５の出射側の焦点ＦＰに向かうようにさらに進行方向を変えられる。これにより、走査デバイス６５は、光偏向部７０を介して、ホログラム記録媒体５５上の各位置に、当該位置でのブラッグ条件を満たす入射角度で特定波長のコヒーレント光を入射させる。この結果、各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、ホログラム記録媒体５５での回折により、被照明領域ＬＺに重ねて散乱板６の像５を再生する。すなわち、照射装置６０から光偏向部７０を介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は、それぞれ、光学素子５０で拡散されて、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、照明装置４０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。

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、光偏向部７０上を走査するように、光偏向部７０に照射される。これにより、光偏向部７０で偏向されたコヒーレント光は、ホログラム記録媒体５５上を走査する。光偏向部７０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光が入射してくるが、その入射方向は、図１に矢印Ａ１で示すように、常に変化し続けることになる。結果として、空間光変調器３０の透過光によって形成された映像の各画素をなす光が、図１に矢印Ａ２で示すように経時的に光路を変化させながら、スクリーン１５の特定の位置に投射されるようになる。

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。これにともなって、照明装置４０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十分に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。

図１〜図５を参照しながら説明してきた基本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、上述の光学素子５０として、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１）。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、光偏向部７０及び光学素子５０を介さず、レーザ光源６１ａからのコヒーレント光を平行光束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２）。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、光源６１ａを緑色のＬＥＤ（非コヒーレント光源）に交換し、このＬＥＤ光源からの光を空間光変調器３０に入射させた場合、すなわち、図１に示された投射型映像表示装置１０の空間光変調器３０に、走査デバイス６５、光偏向部７０及び光学素子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３）。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の結果が、条件２の結果よりも極めて良好であり、さらに、条件３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では、条件３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、ホログラム記録媒体５５における回折によるコヒーレント光の進行方向の角度変化を最小限に抑えることができる。これにより、ホログラム記録媒体５５における光利用効率を向上することができる。

このことについてより詳しく説明する。レリーフ型のホログラム記録媒体５５では、表面の凹凸構造によって干渉縞が記録されている。このホログラム記録媒体５５は、この凹凸構造で回折された１次回折光により、所定の位置に散乱板の像を結像させることができる。そのため、ホログラム記録媒体５５へのコヒーレント光の入射角度や、ホログラム記録媒体５５からのコヒーレント光の出射角度によっては、ホログラム記録媒体５５における回折効率が低い、又は、高次光に多くの光がとられてしまう、という問題が生じてしまう。例えば、入射角度が大きい場合や、出射角度が大きい場合に、ホログラム記録媒体５５における回折によるコヒーレント光の進行方向の角度変化が大きくなるため、上記問題が生じてしまう。これにより、入射したコヒーレント光の光量を大幅に失ってしまう。

ここで、比較例として、図１の基本形態の構成から光偏向部７０を除去し、照射装置６０からホログラム記録媒体５５に直接的にコヒーレント光（再生光）を入射させた場合を考える。図６は、比較例における再生光Ｌｃと、基本形態における光偏向部７０で偏向された再生光Ｌａと、比較例及び基本形態における再生照明光Ｌｂとを示す。図６は、それぞれ最大の入射角度でホログラム記録媒体５５に入射する再生光Ｌｃ及び再生光Ｌａと、再生光Ｌｃ及び再生光Ｌａのそれぞれが回折されて最大の出射角度でホログラム記録媒体５５から出射する再生照明光Ｌｂとを示している。図６に示すように、同一の再生照明光Ｌｂを得るために、比較例における回折によるコヒーレント光の進行方向の角度変化（θｃ）は、基本形態における回折によるコヒーレント光の進行方向の角度変化（θ１）より大きくなる。そのため、比較例では、前述のように、入射したコヒーレント光の光量を大幅に失ってしまうことになる。これに対して、前述の様に、基本形態によれば、光偏向部７０によりコヒーレント光の進行方向を偏向してホログラム記録媒体５５に入射させるようにしているので、ホログラム記録媒体５５における回折によるコヒーレント光の進行方向の角度変化を最小限に抑えることができ、このような問題を解決できる。

また、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の各位置に入射するコヒーレント光が、互いに同一の位置に、散乱板６の像５を生成するとともに、当該像５に重ねて空間光変調器３０が配置されている。このため、ホログラム記録媒体５５で回折された光を、高効率で、映像形成のために利用することが可能となり、光源６１ａからの光の利用効率の面においても優れる。

〔基本形態への変形〕
図１〜６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。

（光偏向部）
基本形態では、光偏向部７０は、入射したコヒーレント光をホログラム記録媒体５５の出射側に位置する焦点ＦＰに向けて集光する一例について説明したが、これに限られない。例えば、光偏向部７０は、基準位置ＲＰから第１の発散角で発散する発散光束を偏向して集光し、第１の発散角より小さい第２の発散角を有する発散光束に変換し得るものでもよい。この場合、ある入射角度で光偏向部７０に入射したコヒーレント光は偏向されて、偏向されたコヒーレント光が、当該入射角度より小さい入射角度でホログラム記録媒体５５に入射することになる。従って、ホログラム記録媒体５５における回折によるコヒーレント光の進行方向の角度変化を、光偏向部７０を用いない場合より小さくできる。また、光偏向部７０は、基準位置ＲＰから発散する発散光束を偏向して集光し、平行光束に変換し得るものでもよい。

（投射装置）
基本形態では、空間光変調器３０が被照明領域ＬＺと重なる位置に配置される一例について説明したが、空間光変調器３０は被照明領域ＬＺと厳密に重なる位置に配置されていなくてもよい。例えば、図１の構成において、空間光変調器３０は、被照明領域ＬＺより光学素子５０側に配置されてもよく、被照明領域ＬＺより投射光学系２５側に配置されてもよい。つまり、光学素子５０の各位置に入射して拡散されたコヒーレント光が、空間光変調器３０を重ねて照明するように、光学素子５０と空間光変調器３０が配置されていればよい。

（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、輝度ムラ、ちらつき等の明るさのムラを目立たなくさせることができる。

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。

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、すなわち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７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７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、すなわち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７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、光偏向部７０で偏向された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ＰＷ２を繰り返し走査するように、光偏向部７０へ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、光偏向部７０で偏向されたコヒーレント光が第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上を走査するように、光偏向部７０へ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、光偏向部７０で偏向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、照射装置６０が光偏向部７０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８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、光偏向部７０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８に示すように、光偏向部７０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、光偏向部７０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６１ａと、走査デバイス６５と、を有する例を示した。走査デバイス６５は、コヒーレント光の進行方向を反射によって変化させる一軸回動型のミラーデバイス６６からなる例を示したが、これに限られない。走査デバイス６５は、図９に示すように、ミラーデバイス６６の反射面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９に示された例では、反射面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、反射面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偏向部７０の表面への入射点ＩＰ１は、二次元方向に移動可能となる。結果として、光偏向部７０で偏向されたコヒーレント光の光学素子５０への入射点ＩＰ２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。一例として図９に示されているように、コヒーレント光の光偏向部７０への入射点ＩＰ１が円周走査経路ＰＷ１上を移動するようにすることもでき、これによりコヒーレント光の光学素子５０への入射点ＩＰ２が円周走査経路ＰＷ２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の反射面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ＩＰ２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６１ａ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６１ａの光学素子に対する変位によって、光源６１ａから照射されたコヒーレント光が光偏向部７０上を走査するようにして、これにより光偏向部７０で偏向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６１ａ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６１ａから光偏向部７０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６１ａ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６１ａ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６１ａ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６１ａ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。

上述した形態では、照射装置６０が単一のレーザ光源６１ａのみを有する例を示したが、これに限られない。例えば、照射装置６０が、同一波長域の光を発振する複数の光源を含んでいても良い。この場合、照明装置４０は、被照明領域ＬＺをより明るく照明することが可能となる。また、異なる固体のレーザ光源からのコヒーレント光は、互いに干渉性を有しない。したがって、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。

また、照射装置６０が、異なる波長域のコヒーレント光を発生させる複数の光源を含んでいてもよい。この例によれば、単一レーザ光では表示することが困難な色を加法混色によって生成し、当該色で被照明領域ＬＺを照明することができる。また、この場合、投射装置２０または透過型映像表示装置１０において、空間光変調器３０が、例えばカラーフィルタを含んでおり、各波長域のコヒーレント光毎に変調画像の形成が可能である場合には、複数色で映像を表示することが可能となる。あるいは、空間光変調器３０がカラーフィルタを含んでいなくとも、照射装置６０が各波長域のコヒーレント光を時分割的に照射し、且つ、空間光変調器３０が、照射されている波長域のコヒーレント光に対応した変調画像を形成するように時分割的に作動する場合にも、複数色で映像を表示することが可能となる。とりわけ、投射装置２０または透過型映像表示装置１０において、照射装置６０が、赤色光に対応する波長域のコヒーレント光を発生する光源と、緑色光に対応する波長域のコヒーレント光を発生する光源と、青色光に対応する波長域のコヒーレント光を発生する光源と、を含んでいる場合には、フルカラーで映像を表示することが可能となる。

（光学素子）
上述した形態において、光学素子５０が、透過型のレリーフ型ホログラム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、フォトポリマーを用いた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。さらに、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。

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に形成されるべき屈折率変調パターンや凹凸パターン等の縞状パターンは、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。このような計算機合成ホログラムをレリーフ型ホログラムとして作成した例においても、上述した基本形態と同様に、光偏向部７０によって計算機合成ホログラムにおけるコヒーレント光の角度変化を最小限に抑えることができる。従って、計算機合成ホログラムにおける光利用効率を向上することができると共に、計算機合成ホログラムの設計を容易にできる。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、有している例を示したが、これに限られない。光学素子５０は、ホログラム記録媒体５５に代えて或いはホログラム記録媒体５５に加えて、各位置に照射されたコヒーレント光の進行方向を変化させるとともに拡散させて、被照明領域ＬＺの全域をコヒーレント光で照明する光学要素としてのレンズアレイまたは拡散板を有するようにしてもよい。このようなレンズアレイの具体例として、拡散機能を付与された全反射型または屈折型のフレネルレンズやフライアイレンズ等を挙げることができる。また、このような拡散板の具体例として、拡散機能を付与されたオパールガラス、すりガラス又は樹脂拡散板等を挙げることができる。なお、本発明における光学素子５０における「拡散」とは、入射光を所定の方向に角度的に拡げて出射することを指し、回折光学素子やレンズアレイ等による拡散角が十分に制御された場合のみならず、オパールガラス等の散乱粒子により出射角を拡げる場合も含まれるものとする。このような照明装置４０においても、照射装置６０が、光偏向部７０上を走査するように光偏向部７０に対してコヒーレント光を照射し、それにより光偏向部７０で偏向されたコヒーレント光が光学素子５０のレンズアレイ上を走査するよう、且つ、光学素子５０の各位置に入射したコヒーレント光が、それぞれレンズアレイ又は拡散板によって進行方向を変化させられて少なくとも被照明領域ＬＺを照明するよう、照射装置６０、光偏向部７０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。なお、レンズアレイ又は拡散板の場合には、０次光について考慮する必要はない。従って、光偏向部７０は、入射したコヒーレント光を被照明領域ＬＺに向けて偏向しても良い。

（照明方法）
上述した形態において、照射装置６０が光偏向部７０を介して光学素子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、レンズアレイまたは拡散板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が光偏向部７０を介して光学素子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、レンズアレイまたは拡散板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を照明してもよい（図９を参照しながら、既に説明した態様）。

また、既に言及しているように、照射装置６０及び光偏向部７０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、レンズアレイまたは拡散板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、光学素子のホログラム記録媒体５５、レンズアレイまたは拡散板の拡散方向と、が平行となるようにしてもよい。

さらに、照射装置６０及び光偏向部７０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、レンズアレイまたは拡散板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、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、レンズアレイまたは拡散板を有し、各ホログラム記録媒体５５、レンズアレイまたは拡散板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。

（変形例の組み合わせ）
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。

５ 像
６ 散乱板
１０ 投射型映像表示装置
１５ スクリーン
２０ 投射装置
２５ 投射光学系
３０ 空間光変調器
４０ 照明装置
５０ 光学素子
５５ ホログラム記録媒体
５８ ホログラム感光材料
６０ 照射装置
６１ａ 光源
６５ 走査デバイス
６６ ミラーデバイス（反射デバイス）
６６ａ 反射面
６７ 集光レンズ
７０ 光偏向部
ＬＺ 被照明領域

Claims (14)

1. コヒーレント光を拡散し得る光学素子と、
   前記光学素子の入射側に設けられ、入射したコヒーレント光を偏向して集光する光偏向部と、
   コヒーレント光が前記光偏向部上を走査するように、前記光偏向部に対して前記コヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
   前記光偏向部で偏向されたコヒーレント光は、前記光学素子に導かれて前記光学素子上を走査して、
   前記光学素子の各位置に入射して拡散されたコヒーレント光は、互いに被照明領域を重ねて照明することを特徴とする照明装置。
2. 前記光学素子はホログラム記録媒体である、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記ホログラム記録媒体は透過型のホログラム記録媒体である、請求項２に記載の照明装置。
4. 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うちの０次光の光路が、前記被照明領域から外れるように、前記照射装置、前記光偏向部および前記ホログラム記録媒体が配置されている、請求項２または請求項３に記載の照明装置。
5. 前記光学素子は、入射光の進行方向を変化させるレンズアレイである、請求項１に記載の照明装置。
6. 前記光学素子は、入射光の進行方向を変化させる拡散板である、請求項１に記載の照明装置。
7. 前記照射装置は、前記コヒーレント光を生成する光源と、前記光源からの前記コヒーレント光の進行方向を変化させて、当該コヒーレント光が前記光偏向部上を走査するようにする走査デバイスと、を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記光偏向部は、前記コヒーレント光の進行方向を屈折または回折により偏向するレンズ、プリズム、ホログラムレンズまたは回折光学素子である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 前記光偏向部は、前記光学素子の入射側の面に一体に設けられている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明装置と、
    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、
    前記光学素子の各位置に入射して拡散されたコヒーレント光は、互いに前記空間光変調器を重ねて照明する投射装置。
11. 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１０に記載の投射装置。
12. 請求項１０または１１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と、を備える、投射型映像表示装置。
13. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明装置と、
    前記照明装置によって照明されるスクリーンと、を備え、
    前記光学素子の各位置に入射して拡散されたコヒーレント光は、互いに前記スクリーンを重ねて照明する投射型映像表示装置。
14. コヒーレント光を拡散し得る光学素子と、
    前記光学素子の入射側に設けられ、入射したコヒーレント光を偏向して集光する光偏向部と、
    コヒーレント光を前記光偏向部上で走査させる走査デバイスと、を備え、
    前記光偏向部で偏向されたコヒーレント光は、前記光学素子に導かれて前記光学素子上を走査して、
    前記光学素子の各位置に入射して拡散されたコヒーレント光は、互いに被照明領域を重ねて照明することを特徴とする光偏向装置。

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