JP2020052407A - 照明装置、投射装置および投写型映像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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、波長帯域がそれぞれ異なる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複数の記録領域を有し、
前記複数の記録領域のそれぞれは、対応する波長帯域の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、前記複数の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、被照明領域に重ねて前記散乱板の像を再生することを特徴とする照明装置が提供される。
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、波長帯域がそれぞれ異なる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複数の記録領域を有し、
前記複数の記録領域のそれぞれは、対応する波長帯域の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、前記複数の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照明装置が提供される。
〔基本形態の構成〕
まず、コヒーレント光を投射する照明装置および投射装置を含み且つスペックルを目立たなくさせることができる投射型映像表示装置の構成を、主として図1〜図8を参照して説明する。
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。
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。
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。
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。
図1では、レーザ光源61r、61g、61b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61r、61g、61b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。
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。
図1等に示したレーザ光源61r、61g、61bは、同時にコヒーレント光を放射してもよいし、順繰りにコヒーレント光を放射してもよい。これらレーザ光源61r、61g、61bが同時にコヒーレント光を放射した場合は、被照明領域LZは、各色が混ざり合って、白色で照明される。この場合、被照明領域LZに設置される空間光変調器30としてのマイクロディスプレイにカラーフィルタを設けて、各画素ごとに特定の色のみを通過させることにより、フルカラー表示が実現可能となる。
図1等で説明したホログラム記録媒体55は、レーザ光源61r、61g、61bの各色に対応する3つの記録領域55r、55g、55bを有する。これら3つの記録領域のそれぞれには、図12に示すように、各色に対応する干渉縞が面方向に多重記録されている。この場合、各色の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、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。
図1〜図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。
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、3色で発光するレーザ光源61r、61g、61b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、白色光の照明装置40を実現可能である。あるいは、レーザ光源61r、61g、61bを順次に、あるいは任意に選択して発光させることにより、種々のタイミングで照明色を切替可能な照明装置40を実現できる。
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。
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。
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。
上述した形態では、照射装置60が、レーザ光源61r、61g、61b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16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16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16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。
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。
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16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。
Claims (14)
- 表面に凹凸構造を有するレリーフ型の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進行方向を経時的に変化させることにより、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走査デバイスと、を有し、
前記光源は、波長帯域がそれぞれ異なる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、前記走査デバイスにより進行方向が変化された複数のコヒーレント光がそれぞれ走査する複数の記録領域を有し、
前記複数の記録領域は互いに重なり合わないように、前記光学素子の面方向に沿って設けられ、
前記複数の記録領域のそれぞれは、対応する波長帯域のコヒーレント光を回折させ、
前記複数の記録領域にて回折された前記複数のコヒーレント光のそれぞれは、経時的に入射角度を変えながら重ねて被照明領域を照明し、
前記走査デバイスは、前記複数の記録領域のそれぞれに、対応する波長帯域のコヒーレント光が入射されるように制御することを特徴とする照明装置。 - 表面に凹凸構造を有するレリーフ型の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進行方向を経時的に変化させることにより、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走査デバイスと、を有し、
前記光源は、波長帯域がそれぞれ異なる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、前記走査デバイスにより進行方向が変化された複数のコヒーレント光がそれぞれ走査する複数の記録領域を有し、
前記複数の記録領域は互いに重なり合わないように、前記光学素子の面方向に沿って設けられ
前記複数の記録領域のそれぞれは、対応する波長帯域のコヒーレント光を回折させ、
前記複数の記録領域には、対応する波長帯域のコヒーレント光が入射され、かつ前記対応する波長帯域以外のコヒーレント光が入射されないように、前記走査デバイスの反射角度が制御され、
前記ホログラム記録媒体は、前記複数の記録領域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、同一の位置、形状および大きさの被照明領域に重ねて再生像を生成することを特徴とする照明装置。 - 前記複数の記録領域は、互いに密着して配置されている、請求項1又は2記載の照明装置。
- 前記複数の記録領域は、互いの間に間隙をもつように配置されている、請求項1又は2記載の照明装置。
- 前記複数の記録領域は、全て等面積で構成されている、請求項1乃至4のいずれか1項記載の照明装置。
- 前記複数の記録領域は、互いに面積が異なっている、請求項1乃至4のいずれか1項記載の照明装置。
- それぞれパターンをもつ再生像を再生し得る第1のホログラム記録媒体及び第2の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第1のホログラム記録媒体及び前記第2の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進行方向を変化させ、進行方向が変化されたコヒーレント光を前記第1のホログラム記録媒体及び前記第2の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、
前記第1のホログラム記録媒体と前記第2のホログラム記録媒体は、互いに重なり合わないように、前記光学素子の面方向に沿って設けられ、
前記第1のホログラム記録媒体及び前記第2のホログラム記録媒体は、前記コヒーレント光を回折させ、それぞれ対応した第1の被照明領域及び第2の被照明領域を前記コヒーレント光で照明し、
前記第1の被照明領域及び前記第2の被照明領域は、それぞれ前記パターンに対応した領域であり、
同一の仮想面上において、前記第1の被照明領域と前記第2の被照明領域は互いに重なり合わないように配置されていることを特徴とする照明装置。 - 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し、かつ前記光学素子に対して移動、揺動、又は回転することにより変位可能に構成された光源と、を有し、
前記光源は、波長帯域がそれぞれ異なる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、前記光源が前記光学素子に対して変位することにより複数のコヒーレント光がそれぞれ走査する複数の記録領域を有し、
前記複数の記録領域のそれぞれは、対応する波長帯域のコヒーレント光を回折し、
前記光学素子は、前記複数の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再生像を生成することを特徴とする照明装置。 - 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、前記走査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又は2に記載の照明装置。
- 前記走査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9に記載の照明装置。
- 前記複数の光源部は、波長帯域がそれぞれ異なる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、前記走査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9に記載の照明装置。 - 前記複数の光源部から放射されて前記走査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又は2に記載の照明装置。
- 前記走査デバイスで反射された後に前記ホログラム記録媒体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又は2に記載の照明装置。
- 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が収束する前記走査デバイス上の位置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13に記載の照明装置。
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