JP5867265B2 - 光学素子、光学モジュール、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、入射したコヒーレント光を回折する光学素子に係り、とりわけ、入射したコヒーレント光に起因する光学素子の温度上昇を抑制することができる光学素子に関する。また本発明は、光学素子を備えた光学モジュール、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置に関する。

スクリーン上に光を投射して映像表示を行う投射型映像表示装置は、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。このような投射型映像表示装置の基本原理は、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）などの空間光変調器を利用して、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というものである。例えば、高圧水銀ランプなどの白色光源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光学式プロジェクタが知られている。

ところでＤＭＤなどの空間光変調器においては、全ての光が利用されるわけではなく、一部の光は空間光変調器や光学素子によって熱として吸収される。このような発熱は、高い光束密度を有する光が用いられる場合により顕著になる。

光の吸収に起因する発熱が生じる場合であっても、空間光変調器の特性や信頼性が劣化することを防ぐため、様々な方法が提案されている。例えば特許文献１において、ＤＭＤなどの空間光変調器のうち光が入射する面とは反対側の面に設けられ、空間光変調器における発熱を吸熱する受熱部と、受熱部を冷却する冷却手段と、空間光変調器を保持する保持金具と、空間光変調器および保持金具に貼り付けられる熱伝導シートと、熱伝導シートの熱を放出するための熱拡散板および冷却部と、を備えた冷却装置が提案されている。

ところで、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、レーザ光源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、文献「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。例えば特許文献２には、空間光変調器を照明する照明装置として、ホログラム記録媒体と、ホログラム記録媒体上を走査するように、ホログラム記録媒体にコヒーレント光を照射する照射装置と、を備えた照明装置が提案されている。特許文献２においては、このような照明装置を用いて空間光変調器を照明することにより、ホログラム記録媒体から空間光変調器上の個々の点に到達する回折光の入射角度を時間とともに変化させることができる。これによって、スペックルを低減することが可能となる。

ホログラム記録媒体の干渉縞が記録される記録層は、一般に、ガラスなどの支持体上に感光性組成物を塗布することにより形成される。また記録層の上には、特許文献３に記載されているように、ガラスやフィルムなどが保護部材として設けられる。

特開２０１１−１７００１３号公報 特許第４８１６８１９号公報 特開平６−３０１３２２号公報

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

ホログラム記録媒体を支持するガラスや、ホログラム記録媒体を保護するガラスやフィルムなどの部材は通常、高い放熱特性を有する部材ではない。従って、ホログラム記録媒体に対して高い光束密度を有する光が照射されると、光が照射された領域の温度が高くなり、この結果、ホログラム記録媒体における光の回折特性が影響を受けてしまうことが考えられる。

本発明は、このような課題を効果的に解決し得る光学素子、光学モジュール、照明装置、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。

本発明による光学素子は、
コヒーレント光を回折する光学素子において、
コヒーレント光を回折するホログラム記録媒体と、
前記ホログラム記録媒体のコヒーレント光が入射する側とコヒーレント光が入射する側とは反対側の少なくとも一方に配置された透明部材と、を備え、
前記透明部材の内部に、前記ホログラム記録媒体を冷却するための冷媒が流動する冷媒流路が設けられている。

本発明による光学素子において、
前記冷媒はコヒーレント光を透過してもよい。

本発明による光学素子において、
前記冷媒は、フッ素系液体、フッ素系不活性液体、シリコーンオイル、有機溶媒、液状脂肪酸、アルコールおよび水の何れかを含んでもよい。

本発明による光学モジュールは、
コヒーレント光を回折する光学素子と、
冷媒循環装置と、を備え
前記光学素子は、コヒーレント光を回折するホログラム記録媒体と、前記ホログラム記録媒体のコヒーレント光が入射する側とコヒーレント光が入射する側とは反対側の少なくとも一方に配置された透明部材と、を有し、
前記透明部材の内部に、前記ホログラム記録媒体を冷却するための冷媒が流動する冷媒流路が設けられており、
前記冷媒循環装置は、前記透明部材の前記冷媒流路を経由して前記冷媒を循環させると共に、前記冷媒を冷却する。

本発明による照明装置は、
入射するコヒーレント光を回折する光学素子と、冷媒循環装置と、を有する光学モジュールと、
前記光学モジュールの前記光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
前記光学素子は、コヒーレント光を回折するホログラム記録媒体と、前記ホログラム記録媒体のコヒーレント光が入射する側とコヒーレント光が入射する側とは反対側の少なくとも一方に配置された透明部材と、を有し、
前記透明部材の内部に、前記ホログラム記録媒体を冷却するための冷媒が流動する冷媒流路が設けられており、
前記冷媒循環装置は、前記透明部材の前記冷媒流路を経由して前記冷媒を循環させると共に、前記冷媒を冷却し、
前記照射装置は、コヒーレント光が前記光学素子の前記ホログラム記録媒体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し、
任意の瞬間に前記照射装置によってコヒーレント光を照射されている前記光学素子の前記ホログラム記録媒体上の領域は、前記ホログラム記録媒体の一部である。

本発明による照明装置において、前記照射装置から前記光学素子の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が、それぞれ、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おいて互いに重なり合う領域を照明するように、前記冷媒と前記透明部材の屈折率が設定されていると共に前記照射装置および前記光学素子が配置されていてもよい。

本発明による投射装置は、
照明装置と、
前記照明装置からの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、を備え、
前記照明装置は、コヒーレント光を回折する光学素子と、冷媒循環装置と、を有する光学モジュールと、前記光学モジュールの前記光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
前記光学素子は、コヒーレント光を回折するホログラム記録媒体と、前記ホログラム記録媒体のコヒーレント光が入射する側とコヒーレント光が入射する側とは反対側の少なくとも一方に配置された透明部材と、を有し、
前記透明部材の内部に、前記ホログラム記録媒体を冷却するための冷媒が流動する冷媒流路が設けられており、
前記冷媒循環装置は、前記透明部材の前記冷媒流路を経由して前記冷媒を循環させると共に、前記冷媒を冷却し、
前記照射装置は、コヒーレント光が前記光学素子の前記ホログラム記録媒体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し、
任意の瞬間に前記照射装置によってコヒーレント光を照射されている前記光学素子の前記ホログラム記録媒体上の領域は、前記ホログラム記録媒体の一部である。

本発明による第１の投射型映像表示装置は、
照明装置と、前記照明装置からの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、コヒーレント光を回折する光学素子と、冷媒循環装置と、を有する光学モジュールと、前記光学モジュールの前記光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
前記光学素子は、コヒーレント光を回折するホログラム記録媒体と、前記ホログラム記録媒体のコヒーレント光が入射する側とコヒーレント光が入射する側とは反対側の少なくとも一方に配置された透明部材と、を有し、
前記透明部材の内部に、前記ホログラム記録媒体を冷却するための冷媒が流動する冷媒流路が設けられており、
前記冷媒循環装置は、前記透明部材の前記冷媒流路を経由して前記冷媒を循環させると共に、前記冷媒を冷却し、
前記照射装置は、コヒーレント光が前記光学素子の前記ホログラム記録媒体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し、
任意の瞬間に前記照射装置によってコヒーレント光を照射されている前記光学素子の前記ホログラム記録媒体上の領域は、前記ホログラム記録媒体の一部である。

本発明による第２の投射型映像表示装置は、
照明装置と、
前記照明装置からの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、コヒーレント光を回折する光学素子と、冷媒循環装置と、を有する光学モジュールと、前記光学モジュールの前記光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
前記光学素子は、コヒーレント光を回折するホログラム記録媒体と、前記ホログラム記録媒体のコヒーレント光が入射する側とコヒーレント光が入射する側とは反対側の少なくとも一方に配置された透明部材と、を有し、
前記透明部材の内部に、前記ホログラム記録媒体を冷却するための冷媒が流動する冷媒流路が設けられており、
前記冷媒循環装置は、前記透明部材の前記冷媒流路を経由して前記冷媒を循環させると共に、前記冷媒を冷却し、
前記照射装置は、コヒーレント光が前記光学素子の前記ホログラム記録媒体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し、
任意の瞬間に前記照射装置によってコヒーレント光を照射されている前記光学素子の前記ホログラム記録媒体上の領域は、前記ホログラム記録媒体の一部である。

本発明によれば、ホログラム記録媒体における発熱を適切に放出することができる。

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、光学素子の冷媒流入口側の側面図である。 図７は、第１の透明基板の他側を示す平面図である。 図８は、第１の透明基板の冷媒流路の一変形例を説明するための図であって、第１の透明基板の他側を示す平面図である。 図９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１０は、本発明による一実施の形態のうちの基本形態を応用した応用形態を説明するための図であって、応用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。

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。

図１〜図１０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７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８〜図１０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。

〔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７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。

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、スクリーン１５に関して投射装置２０と同じ側から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を透過したコヒーレント光によって表示される映像を、スクリーン１５に関して投射装置２０とは反対の側から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、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を含む光学モジュール７０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。光学モジュール７０は、さらに、冷媒循環装置（チラー）７１と、冷媒循環チューブ７２〜７５と、を含む。

なお光学素子５０および光学素子５０の各構成要素に関する以下の説明において、「一側」は、照射装置６０からのコヒーレント光が入射する側を意味しており、「他側」は、一側の反対側を意味している。図１において、光学素子５０の一側の面が符号５０ａで示されており、また光学素子５０の他側の面が符号５０ｂで示されている。

光学素子５０は、光拡散素子乃至光拡散要素として機能するホログラム記録媒体５５、とりわけ、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、光学素子５０の一側の面５０ａを構成する透明部材５１と、コヒーレント光を回折するホログラム記録媒体５５と、接着層５２と、光学素子５０の他側の面５０ｂを構成する透明部材５３とを有する。透明部材５１は、ホログラム記録媒体５５のコヒーレント光が入射する側、即ち一側に配置されている。透明部材５３は、接着層５２を介して、ホログラム記録媒体５５のコヒーレント光が入射する側とは反対側、即ち他側に配置されている。なお「ホログラム記録媒体」とは、ホログラムが記録されている媒体のことである。

詳細には後述するが、透明部材５１，５３の内部に、ホログラム記録媒体５５を冷却するための冷媒が流動する冷媒流路が設けられている。そして、冷媒循環装置７１は、冷媒循環チューブ７２，７４、透明部材５１，５３の冷媒流入口５１１，５３１、透明部材５１，５３内部の冷媒流路、冷媒流出口５１２，５３２、および、冷媒循環チューブ７３，７５をこの順に経由して冷媒を循環させると共に、冷媒を冷却する。

透明部材５１及び冷媒は、十分な透光性を有する材料から構成されている。このため、一側から光学素子５０に入射する光の大半は、透明部材５１及び冷媒を透過してホログラム記録媒体５５に到達する。

光学素子５０のホログラム記録媒体５５は、照射装置６０から照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６の像５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のコヒーレント光が、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。したがって、任意の瞬間に、照射装置６０によって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の表面全域の一部分となっており、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から照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６の像５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）、同一の被照明領域ＬＺに入射するようになる。なお、図２および以降で説明する図４，５では、ホログラム記録媒体５５の機能の説明を明確化するために、光学素子５０の各構成要素のうちホログラム記録媒体５５以外の構成要素は記載を省略している。

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反射型の体積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、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を越えた位置にある。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。ここでは作製されるべきホログラム記録媒体５５が反射型なので、物体光Ｌｏは、参照光Ｌｒとは反対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、ホログラム感光材料５８の種類に対応した適切な後処理が施され、ホログラム記録媒体５５が得られる。

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５５に対する特定の位置に、散乱板６の再生像５を生成する。

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（拡がっている）。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。

一方、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光路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、コヒーレント光の光路を経時的に変化させ、コヒーレント光の光学素子５０への入射位置を変化させる。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、ミラー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光路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、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。

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。

このような照射装置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、図１に矢印Ａ１で示すように、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。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。このため、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。

ところで、光学素子５０のホログラム記録媒体５５へ入射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、露光工程で用いた光の波長から多少ずれていても被照明領域ＬＺに像５を実質的に再生することができる。そもそも、実際上の問題として、ホログラム記録媒体５５を作成する際、ホログラム感光材料５８が収縮する場合があり、このような場合には、むしろ、ホログラム感光材料５８の収縮を考慮して、ホログラム記録媒体５５を作製する際、コヒーレント光の入射角度が調整されていた方が良い。このような点から、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ればよい。

同様に、光学素子５０のホログラム記録媒体５５へ入射するコヒーレント光の進行方向も、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を実質的に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。

また、前述のように、コヒーレント光は透明媒体５１及びその内部の冷媒を透過してホログラム記録媒体５５へ入射することになる。そのため、透明媒体５１と冷媒の屈折率が異なる場合、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。しかしながら、実際には、透明媒体５１と冷媒の屈折率が同等であれば、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。即ち、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が、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ように、透明部材５１と冷媒の屈折率が設定されていればよい。

ところで上述のように、本実施の形態において、任意の瞬間に、照射装置６０によって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（位置）は、ホログラム記録媒体５５の一部分となっている。また上述のように、各瞬間に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によって、同一の輪郭を有した散乱板６の像５が同一の位置（被照明領域ＬＺ）に再生される。従って本実施の形態においては、平均的には、各瞬間に散乱板６の像５全域を再生するために必要とされる光のエネルギーが、各瞬間に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のエネルギーによって得られることになる。従って本実施の形態においては、各瞬間にホログラム記録媒体５５の全域にコヒーレント光が照射される場合に比べて、ホログラム記録媒体５５に照射されるコヒーレント光の光束密度が高くなっている。

ホログラム記録媒体５５に入射したコヒーレント光は、大部分は回折され、その他の部分はホログラム記録媒体５５を透過したりホログラム記録媒体５５によって熱として吸収されたりする。ここで、ホログラム記録媒体５５に照射されるコヒーレント光の光束密度が高い場合、ホログラム記録媒体５５の各領域において熱として吸収されるコヒーレント光のエネルギーも大きくなる。ここで本実施の形態においては、ホログラム記録媒体５５の一側及び他側に、内部を冷媒が流動する透明部材５１，５３を配置することにより、ホログラム記録媒体５５の温度上昇を抑制することができる。以下、透明部材５１，５３を備えた光学素子５０の構造について、図６および図７を参照して詳細に説明する。

図６は、図１に示された光学素子５０の冷媒流入口５１１，５３１側の側面図である。上述の特許文献３に記載されているように、ホログラム記録媒体を有する一般的な光学素子において、ホログラム記録媒体の両側には、ガラスなどの支持体や、ガラスやフィルムなどからなる保護部材が配置されている。一方、本実施の形態においては、図６に示すように、ホログラム記録媒体５５の一側には、透明部材５１が配置されていると共に、ホログラム記録媒体５５の他側には、接着層５２を介して透明部材５３が配置されている。これらの透明部材５１，５３は、内部にホログラム記録媒体５５を冷却するための冷媒が流動するよう構成されている。このような透明部材５１，５３を設けることにより、ホログラム記録媒体５５において発生する熱を適切に外部に放出することができ、これによって、入射光に起因する発熱によってホログラム記録媒体５５の温度が上昇することを抑制することができる。

図６に示すように、透明部材５１は、一側の第１の透明基板５１ａと、他側の第２の透明基板５１ｂとを有する。第１の透明基板５１ａ及び第２の透明基板５１ｂは、例えば、ガラスや樹脂材料などから構成されている。第１の透明基板５１ａは、第２の透明基板５１ｂと接する他側の面に、後述する形状の冷媒流路が設けられている。冷媒流路は、冷媒流入口５１１及び冷媒流出口５１２を有している。冷媒流入口５１１は、第１の透明基板５１ａの側面５１ａ１に開口して、冷媒流出口５１２は、第１の透明基板５１ａの側面５１ａ１と対向する側面に開口している。

同様に、透明部材５３は、他側の第１の透明基板５３ａと、一側の第２の透明基板５３ｂとを有する。本実施の形態では、透明部材５１と透明部材５３は、対称な構造を有しているため、透明部材５３の詳細な説明は省略する。

図７は、第１の透明基板５１ａの他側を示す平面図である。図７に示すように、長方形状の第１の透明基板５１ａの他側には、長方形状の溝構造（凹部）から構成される冷媒流路５１３が設けられている。前述のように、冷媒流路５１３は、同様に溝構造から構成される冷媒流入口５１１及び冷媒流出口５１２を有し、冷媒流入口５１１は第１の透明基板５１ａの側面５１ａ１に開口し、冷媒流出口５１２は側面５１ａ１と対向する側面５１ａ２に開口している。第１の透明基板５１ａの端部、即ち冷媒流路５１３が設けられていない部分には、冷媒流入口５１１及び冷媒流出口５１２の部分を除き、凸状の枠部分５１４，５１４が設けられている。

各部の寸法は、ホログラム記録媒体５５の寸法、ホログラム記録媒体５５において想定される発熱、および、ホログラム記録媒体５５の耐熱特性などに応じて適宜設定される。例えば、第１の透明基板５１ａの長辺方向の長さＬ１は５０ｍｍであり、短辺方向の幅Ｗ１は３０ｍｍである。冷媒流路５１３の長辺方向の長さＬ２は４４ｍｍであり、短辺方向の幅Ｗ２は２４ｍｍである。このような寸法の場合、第１の透明基板５１ａの大部分に冷媒流路５１３が形成されているため、第１の透明基板５１ａとほぼ同じ寸法のホログラム記録媒体５５の一側の面を効率的に冷却できる。また、例えば、冷媒流入口５１１及び冷媒流出口５１２の幅Ｗ３は、５ｍｍである。また、第１の透明基板５１ａの厚さは、５ｍｍ以上であり、冷媒流路５１３の深さは、（第１の透明基板５１ａの厚さ−１ｍｍ）以下であることが好ましい。例えば、第１の透明基板５１ａの厚さは６ｍｍであり、冷媒流路５１３の深さは４ｍｍである。

枠部分５１４の他側の表面には、変形しやすい材料からなるシール部５１５が設けられている。第１の透明基板５１ａの枠部分５１４，５１４の他側の表面を第２の透明基板５１ｂの一側に接着剤などを用いて接合することで、内部に冷媒流路５１３が設けられた透明部材５１が形成される。第１の透明基板５１ａと第２の透明基板５１ｂの接合面にシール部５１５が存在することにより、この接合面から透明部材５１の外部に冷媒が漏れにくくなる。

前述したように、図１に示す冷媒循環装置７１は、冷媒循環チューブ７２，７４、透明部材５１，５３の冷媒流入口５１１，５３１、冷媒流路５１３、冷媒流出口５１２，５３２、および、冷媒循環チューブ７３，７５をこの順に経由して冷媒を循環させると共に、冷媒を冷却する。これにより、ホログラム記録媒体５５で発生した熱は、冷媒流路内の冷却された冷媒に移動する。

冷媒は、コヒーレント光を透過する液体からなる。また、前述のように、冷媒は、第１及び第２の透明基板５１ａ，５１ｂ，５３ａ，５３ｂの屈折率と同等の屈折率を有していることが好ましい。一例として、冷媒は、フッ素系液体、フッ素系不活性液体、メチルフェニルシリコーンオイルなどのシリコーンオイル、有機溶媒、カーギル標準屈折液、液状脂肪酸、水およびアルコール等の何れかを含む。上記有機溶媒は、イソオクタン、シクロへキサン、トルエン、2.4-ジクロロトルエン、ジベンジルエーテルおよび1-ブロモナフタレンなどの何れかを含む。

また、冷媒の流量は、ホログラム記録媒体５５にコヒーレント光が照射されている間に冷媒の温度が安定するように、即ち、ホログラム記録媒体５５の温度が上昇し過ぎないように、適宜設定すればよい。

上述の第１及び第２の透明基板５１ａ，５３ａの溝構造を作製する方法が特に限られることはなく、フォトリソグラフィーやエッチングなど、公知の方法が適宜用いられ得る。

なお、本実施の形態の場合、反射型のホログラム記録媒体５５の裏面側に配置された透明部材５３は、コヒーレント光が透過する必要はないため、透明でなくてもよい。

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ができる。

上述のように、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して、光学素子５０に照射される。従って、ホログラム記録媒体５５はコヒーレント光のエネルギーによって発熱するようになる。特に、投射型映像表示装置１０におけるスクリーン１５、つまり、照明装置４０における被照明領域ＬＺは十分に明るいことが好ましいので、高い光束密度を有するコヒーレント光が用いられる。これにより、ホログラム記録媒体５５の発熱量が増加する。ここで、本実施の形態によれば、ホログラム記録媒体５５の一側及び他側に、内部を冷媒が流動する透明部材５１，５３が設けられている。そして、透明部材５１，５３の冷媒流路を経由して冷媒を循環させるようにしている。このため、ホログラム記録媒体５５において発生した熱を適切に外部に放出することができる。

これに対して、このような透明部材５１，５３が設けられていない場合、以下のような問題が発生し得る。即ち、継続的な発熱によってホログラム記録媒体５５が徐々に劣化していき、やがて損傷する可能性がある。また、継続的な発熱によってホログラム記録媒体５５が徐々に膨張あるいは収縮して干渉縞が変化したり、分子の拡散移動が起こり干渉縞のコントラストが低下する可能性もあり、これによりホログラム記録媒体５５で回折された光が被照明領域ＬＺ以外に拡散することで、輝度や精度が低下していく可能性がある。このように、熱によってホログラム記録媒体５５の耐久性が低下する可能性がある。本実施の形態によれば、これらの不具合を効果的に防止することができ、ホログラム記録媒体５５の耐久性を向上させることができる。

従って、照明装置４０、投射装置２０及び投射型映像表示装置１０においても、このような透明部材５１，５３を有する光学素子５０を備えていることにより、各装置における輝度や精度の劣化を防止すると共に各装置の耐久性を向上させることができる。

〔変形例〕
図１〜７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。

（透明部材）
ホログラム記録媒体５５において想定される発熱や、ホログラム記録媒体５５の耐熱特性などに応じて、透明部材５１，５３は、ホログラム記録媒体５５の一側と他側の何れか一方に配置されてもよい。この場合、透明部材が設けられない側には、ガラスやフィルムなどからなる保護部材が配置されればよい。

（冷媒流路）
冷媒流路５１３の形状は、冷媒がスムースに循環し、且つ、ホログラム記録媒体５５のコヒーレント光が照射される部分を中心にホログラム記録媒体５５の全体を冷却可能な形状であれば、上述した実施の形態に限られない。例えば、次の様な形状でもよい。

図８は、第１の透明基板５１ａの冷媒流路５１３の一変形例を説明するための図であって、第１の透明基板５１ａの他側を示す平面図である。図８に示すように、溝構造（凹部）から構成される冷媒流路５１３は蛇行している。つまり、図８の第１の透明基板５１ａは、図７に示した第１の透明基板５１ａに凸状の区画部分５１６Ａ〜５１６Ｄを設けて冷媒流路５１３が蛇行するように構成したものである。図示する例では、側面５１ａ１側の枠部分５１４から、対向する側面５１ａ２側の枠部分５１４の手前まで、区画部分５１６Ｂと区画部分５１６Ｄが延在している。側面５１ａ２側の枠部分５１４から、対向する側面５１ａ１側の枠部分５１４の手前まで、区画部分５１６Ａと区画部分５１６Ｃが延在している。区画部分５１６Ａと区画部分５１６Ｃは、区画部分５１６Ｂと区画部分５１６Ｄに対して互い違いに配置されている。

前述のように、各部の寸法は、ホログラム記録媒体５５の寸法、ホログラム記録媒体５５において想定される発熱、および、ホログラム記録媒体５５の耐熱特性などに応じて適宜設定される。例えば、冷媒流入口５１１及び冷媒流出口５１２の幅Ｗ４が４ｍｍである点が、図７の構造と異なり、他の長さＬ１，Ｌ２や幅Ｗ１，Ｗ２は、図７の構造と同一でもよい。このような構成でも、上述した実施の形態と同様の効果が得られる。

（照明装置）
図９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９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９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。また本変形例においても、各ホログラム記録媒体５５−１，５５−２，・・・の一側及び他側に透明部材５１，５３を設けることにより、各ホログラム記録媒体５５−１，５５−２，・・・において発生した熱を適切に外部に放出することができる。

（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、ホログラム記録媒体５５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。

（光学素子のホログラム記録媒体）
上述した形態において、光学素子５０の反射型のホログラム記録媒体５５が、フォトポリマーを用いた体積型ホログラム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。

（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。

＜応用形態＞
〔応用形態の構成および応用形態の作用〕
次に、上述してきた基本形態を応用してなる応用形態について、図１０に例示された照明装置４０、投射装置２０および投射型映像表示装置１０を参照しながら、説明する。以下の説明では、上述の基本形態に追加される点についてのみ説明し、上述の基本形態と同様に構成され得るその他の部分については、図１０において上述の基本形態と同様の符号を付して、重複説明を省略する。

上述した基本形態において、照射装置６０は、コヒーレント光を生成する単一の光源６１ａのみを有する例を示した。単一の光源６１ａ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、狭波長帯域の光であって単色光となる。また、実質的に使用可能な光源、すなわち、安価に入手することができ且つ十分な出力を有した光源から発生されるコヒーレント光は、特定の波長（域）の光に限定される。すなわち、種々の色の光を、単一の光源からの光で表示することはできない。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。図１０に示された形態は、このような点を考慮して、上述の基本形態を応用したものである。

応用形態では、照射装置６０が、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１０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と、第１波長域とは異なる第２波長域の第２コヒーレント光Ｌｂと、第１波長域および第２波長域の両方と異なる第３波長域の第３コヒーレント光Ｌｃと、を合成してなる合成光ＳＬを照射する。とりわけ以下においては、第１波長域が第１の原色成分（例えば、赤色成分）に対応し、第２波長域が第２の原色成分（例えば、緑色成分）に対応し、且つ、第３波長域が第３の原色成分（例えば、青色成分）に対応して、照射装置６０が、第１〜第３の原色成分の加法混色によって、白色光を照射する例について、説明する。

図１０に示す例において、照射装置６０は、上述した走査デバイス６５と、合成光ＳＬを生成する光源機構６１と、を有している。光源機構６１は、各コヒーレント光の波長域に対応した波長域のコヒーレント光をそれぞれ発振する複数の光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃと、複数の光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃからのコヒーレント光を合成する合成デバイス６２と、を有している。光源機構６１には、複数の光源として、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、が設けられている。一方、合成デバイス６２として、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ハーフミラーが、合成デバイス６２として用いられている。

図１０に示す例において、光学素子５０は、合成光を回折して被照明領域ＬＺを照明する反射型の体積型ホログラムからなるホログラム記録媒体５５を含んでいる。ただし、反射型の体積型ホログラムは、強い波長選択性を有している。このため、図示された光学素子５０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第１〜第３ホログラム要素５５ａ，５５ｂ，５５ｃを含んでいる。第１ホログラム要素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ホログラム要素５５ｂは、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ホログラム要素５５ｃは、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。

第１〜第３ホログラム要素５５ａ，５５ｂ，５５ｃの各々は、散乱板６の像５を再生することができる。とりわけ、第１ホログラム要素５５ａが第１波長域の第１コヒーレント光Ｌａを再生照明光として回折することによって、第２ホログラム要素５５ｂが第２波長域の第２コヒーレント光Ｌｂを再生照明光として回折することによって、さらに、第３ホログラム要素５５ｃが第３波長域の第３コヒーレント光Ｌｃを再生照明光として回折することによって、互いに同一の散乱板６の像５が再生され得るようになっている。

なお、各波長域のコヒーレント光用のホログラム要素５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、例えば、図３および図４を参照しながら既に説明した方法において、露光用の光（参照光Ｌｒおよび物体光Ｌｏ）として、対応する波長域のコヒーレント光を用いることにより、作製され得る。

図１０に示すように、ホログラム記録媒体５５の第１〜第３ホログラム要素５５ａ，５５ｂ，５５ｃは互いに積層されている。そして、上述した基本形態と同様に、照射装置６０が合成光ＳＬを光学素子５０に照射した場合には、合成光ＳＬがホログラム記録媒体５５上を走査する。この結果、合成光ＳＬのうちの少なくとも第１コヒーレント光Ｌａが第１ホログラム要素５５ａ上を走査し、合成光ＳＬのうちの少なくとも第２コヒーレント光Ｌｂが第２ホログラム要素５５ｂ上を走査し、合成光ＳＬのうちの少なくとも第３コヒーレント光Ｌｃが第３ホログラム要素５５ｃ上を走査するようになる。そして、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合成光ＳＬの第１コヒーレント光Ｌａが、それぞれ、被照明領域ＬＺに重ねて像５を再生し、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合成光ＳＬの第２コヒーレント光Ｌｂが、それぞれ、前記被照明領域ＬＺに重ねて像５を再生し、且つ、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合成光ＳＬの第３コヒーレント光Ｌｃが、それぞれ、前記被照明領域ＬＺに重ねて像５を再生するように、光学素子５０および照射装置６０が位置決めされている。

図１０に示された応用形態では、照射装置６０からの合成光ＳＬが光学素子５０に入射すると、合成光をなす各波長域のコヒーレント光（第1〜第３コヒーレント光）Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃによって、それぞれ、被照明領域ＬＺに重ねて散乱板６の像５が再生されるようになる。結果として、被照明領域ＬＺは、第１〜第３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。

そして、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Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ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、更にはフルカラーで映像を表示することが可能となる。また、空間光変調域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Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを時分割で、すなわち、コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを細かい時間単位で順繰りに照射し、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で作動するようにしてもよい。このような例においても、時分割動作が人間の目で検出不可能な程度に高速であれば、人間に目で観察した場合に、複数色で映像が表示されること、更にはフルカラーで映像が表示されることを可能にすることができる。

また、図１０に示された応用形態によれば、上述した基本形態と同様に、光学素子５０のホログラム要素５５ａ，５５ｂ，５５ｃで回折された各コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの被照明領域ＬＺの各位置への入射方向は、連続的に変化する。これにともなって、投射装置２０から投射される第１〜第３コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃからなる映像光のスクリーン１５上の各位置への入射方向も、連続的に変化する。このため、基本形態で既に説明したように、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。

加えて、図１０に示された形態では、第１〜第３コヒーレント光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが、同時に被照明領域ＬＺを照明し、また、同時にスクリーン１５に投射されるようになる。この第１〜第３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、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、図１０に示された応用形態では、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。

また図１０に示された応用形態においても、第１〜第３ホログラム要素５５ａ，５５ｂ，５５ｃを含むホログラム記録媒体５５の一側及び他側には透明部材５１，５３が設けられている。また、冷媒循環装置７１は、透明部材５１，５３の冷媒流路を経由して冷媒を循環させると共に、冷媒を冷却するようになっている。このため、ホログラム記録媒体５５の第１〜第３ホログラム要素５５ａ，５５ｂ，５５ｃにおいて発生した熱を適切に外部に放出することができる。

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
第２の透明基板５１ｂとして、厚さ１ｍｍの青板ガラスを準備した。次に、第２の透明基板５１ｂの他側の面上にホログラム感光材料５８を設けた。ホログラム感光材料５８としては、上述の特許文献３に記載されている、体積ホログラム記録用感光性組成物を用いた。次に、ホログラム感光材料５８に向けて物体光および参照光を照射し、これによって、第２の透明基板５１ｂ上にホログラム記録媒体５５を形成した。

また、第１の透明基板５１ａ，５３ａとして、厚さ６ｍｍの青板ガラスを準備した。次に、第１の透明基板５１ａ，５３ａの表面に、上述の図７の溝構造、即ち冷媒流路５１３を形成した。

次に、第２の透明基板５３ｂとして、厚さ１ｍｍの青板ガラスを準備した。次に、第２の透明基板５１ｂ上に形成されたホログラム記録媒体５５と、第２の透明基板５３ｂとを、ＮＯＡ６１から構成された接着層５２を用いて接着した。

そして、ＮＯＡ６１を用いて、第２の透明基板５１ｂと第１の透明基板５１ａとを接合すると共に、第２の透明基板５３ｂと第１の透明基板５３ａとを接合した。

このようにして、透明部材５１、ホログラム記録媒体５５および透明部材５３を備えた光学素子５０を作製した。なおＮＯＡ６１は、アクリル系ＵＶ硬化性樹脂を含む接着剤であり、１．５６の屈折率を有している。接着層５２の厚みは50μｍとなっていた。

上述のようにして作製された光学素子５０の冷媒流路に、冷媒循環装置７１を用いて、冷媒としてメチルフェニルシリコーンオイル（屈折率：１．４９）を循環させた。

次に、常温下において、光学素子５０のホログラム記録媒体５５上の一領域に、１．６Ｗ／ｍｍ^２の光束密度を有するレーザ光を１時間にわたって照射した。この際、レーザ光のビーム径は約１ｍｍであった。

レーザ光を１時間にわたって照射した後の光学素子５０を、サーモグラフィーを用いて観察した。その結果、光学素子５０上の各領域の最大温度は約３０℃となっていた。また光学素子５０に、他の領域に比べて顕著に温度が高くなっている領域、いわゆるヒートスポットは観察されなかった。なおサーモグラフィー観察のための装置としては、NEC AVIO赤外線テクノロジー社製のサーモギアG100を用いた。

（実施例２）
冷媒としてメチルフェニルシリコーンオイルに代えてカーギル標準屈折液（屈折率：１．５２）を用いたこと以外は、実施例１の場合と同様にして、光学素子５０のホログラム記録媒体５５上の一領域にレーザ光を照射した。その後、サーモグラフィーを用いて光学素子５０を観察した。結果、光学素子５０上の各領域の最大温度は約３０℃となっていた。また、ヒートスポットは観察されなかった。

（実施例３）
冷媒としてメチルフェニルシリコーンオイルに代えてトルエン（屈折率：１．４９）を用いたこと以外は、実施例１の場合と同様にして、光学素子５０のホログラム記録媒体５５上の一領域にレーザ光を照射した。その後、サーモグラフィーを用いて光学素子５０を観察した。結果、光学素子５０上の各領域の最大温度は約３０℃となっていた。また、ヒートスポットは観察されなかった。

（実施例４）
第１の透明基板５１ａ，５３ａとして、図８の溝構造を有する透明基板を用いたこと以外は、実施例１の場合と同様にして、光学素子５０のホログラム記録媒体５５上の一領域にレーザ光を照射した。その後、サーモグラフィーを用いて光学素子５０を観察した。結果、光学素子５０上の各領域の最大温度は約３０℃となっていた。また、ヒートスポットは観察されなかった。

（比較例１）
第１の透明基板５１ａ，５３ａを配置しないこと以外は、実施例１の場合と同様にして、ホログラム記録媒体５５を含む光学素子を作製した。そして、冷媒を用いずに、実施例１の場合と同様にして、作製された光学素子のホログラム記録媒体５５上の一領域にレーザ光を照射した。その後、サーモグラフィーを用いて光学素子を観察した。その結果、光学素子に、他の領域に比べて顕著に温度が高くなっている領域、いわゆるヒートスポットが観察された。ヒートスポットの温度は約５０℃であった。つまり、ホログラム記録媒体５５の表面に熱分布が顕著に生じていた。

実施例１〜４と比較例１との比較から明らかなように、第１の透明基板５１ａ，５３ａを配置することで構成された冷媒流路５１３を経由して冷媒を循環させることにより、ホログラム記録媒体５５の温度上昇を抑制することができた。また、ホログラム記録媒体５５上にヒートスポットが生成されることを防ぐことができた。

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
５０ａ 一側の面
５０ｂ 他側の面
５１，５３ 透明部材
５１ａ，５３ａ 第１の透明基板
５１ｂ，５３ｂ 第２の透明基板
５１１，５３１ 冷媒流入口
５１２，５３２ 冷媒流出口
５１３ 冷媒流路
５２ 接着層
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 ミラー（反射面）
７０ 光学モジュール
７１ 冷媒循環装置
７２〜７５ 冷媒循環チューブ
ＬＺ 被照明領域

Claims (9)

1. コヒーレント光を回折する光学素子において、
   コヒーレント光を回折するホログラム記録媒体と、
   前記ホログラム記録媒体のコヒーレント光が入射する側とコヒーレント光が入射する側とは反対側の少なくとも一方に配置された透明部材と、を備え、
   前記透明部材の内部に、前記ホログラム記録媒体を冷却するための冷媒が流動する冷媒流路が設けられている、光学素子。
2. 前記冷媒はコヒーレント光を透過する、請求項１の光学素子。
3. 前記冷媒は、フッ素系液体、フッ素系不活性液体、シリコーンオイル、有機溶媒、液状脂肪酸、アルコールおよび水の何れかを含む、請求項２の光学素子。
4. コヒーレント光を回折する光学素子と、
   冷媒循環装置と、を備え
   前記光学素子は、コヒーレント光を回折するホログラム記録媒体と、前記ホログラム記録媒体のコヒーレント光が入射する側とコヒーレント光が入射する側とは反対側の少なくとも一方に配置された透明部材と、を有し、
   前記透明部材の内部に、前記ホログラム記録媒体を冷却するための冷媒が流動する冷媒流路が設けられており、
   前記冷媒循環装置は、前記透明部材の前記冷媒流路を経由して前記冷媒を循環させると共に、前記冷媒を冷却する、光学モジュール。
5. コヒーレント光を回折する光学素子と、冷媒循環装置と、を有する光学モジュールと、
   前記光学モジュールの前記光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
   前記光学素子は、コヒーレント光を回折するホログラム記録媒体と、前記ホログラム記録媒体のコヒーレント光が入射する側とコヒーレント光が入射する側とは反対側の少なくとも一方に配置された透明部材と、を有し、
   前記透明部材の内部に、前記ホログラム記録媒体を冷却するための冷媒が流動する冷媒流路が設けられており、
   前記冷媒循環装置は、前記透明部材の前記冷媒流路を経由して前記冷媒を循環させると共に、前記冷媒を冷却し、
   前記照射装置は、コヒーレント光が前記光学素子の前記ホログラム記録媒体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し、
   任意の瞬間に前記照射装置によってコヒーレント光を照射されている前記光学素子の前記ホログラム記録媒体上の領域は、前記ホログラム記録媒体の一部である、照明装置。
6. 前記照射装置から前記光学素子の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が、それぞれ、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おいて互いに重なり合う領域を照明するように、前記冷媒と前記透明部材の屈折率が設定されていると共に前記照射装置および前記光学素子が配置されている、請求項５の照明装置。
7. 照明装置と、
   前記照明装置からの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、を備え、
   前記照明装置は、コヒーレント光を回折する光学素子と、冷媒循環装置と、を有する光学モジュールと、前記光学モジュールの前記光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
   前記光学素子は、コヒーレント光を回折するホログラム記録媒体と、前記ホログラム記録媒体のコヒーレント光が入射する側とコヒーレント光が入射する側とは反対側の少なくとも一方に配置された透明部材と、を有し、
   前記透明部材の内部に、前記ホログラム記録媒体を冷却するための冷媒が流動する冷媒流路が設けられており、
   前記冷媒循環装置は、前記透明部材の前記冷媒流路を経由して前記冷媒を循環させると共に、前記冷媒を冷却し、
   前記照射装置は、コヒーレント光が前記光学素子の前記ホログラム記録媒体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し、
   任意の瞬間に前記照射装置によってコヒーレント光を照射されている前記光学素子の前記ホログラム記録媒体上の領域は、前記ホログラム記録媒体の一部である、投射装置。
8. 照明装置と、前記照明装置からの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、コヒーレント光を回折する光学素子と、冷媒循環装置と、を有する光学モジュールと、前記光学モジュールの前記光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
   前記光学素子は、コヒーレント光を回折するホログラム記録媒体と、前記ホログラム記録媒体のコヒーレント光が入射する側とコヒーレント光が入射する側とは反対側の少なくとも一方に配置された透明部材と、を有し、
   前記透明部材の内部に、前記ホログラム記録媒体を冷却するための冷媒が流動する冷媒流路が設けられており、
   前記冷媒循環装置は、前記透明部材の前記冷媒流路を経由して前記冷媒を循環させると共に、前記冷媒を冷却し、
   前記照射装置は、コヒーレント光が前記光学素子の前記ホログラム記録媒体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し、
   任意の瞬間に前記照射装置によってコヒーレント光を照射されている前記光学素子の前記ホログラム記録媒体上の領域は、前記ホログラム記録媒体の一部である、投射型映像表示装置。
9. 照明装置と、
   前記照明装置からの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、コヒーレント光を回折する光学素子と、冷媒循環装置と、を有する光学モジュールと、前記光学モジュールの前記光学素子にコヒーレント光を照射する照射装置と、を備え、
   前記光学素子は、コヒーレント光を回折するホログラム記録媒体と、前記ホログラム記録媒体のコヒーレント光が入射する側とコヒーレント光が入射する側とは反対側の少なくとも一方に配置された透明部材と、を有し、
   前記透明部材の内部に、前記ホログラム記録媒体を冷却するための冷媒が流動する冷媒流路が設けられており、
   前記冷媒循環装置は、前記透明部材の前記冷媒流路を経由して前記冷媒を循環させると共に、前記冷媒を冷却し、
   前記照射装置は、コヒーレント光が前記光学素子の前記ホログラム記録媒体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し、
   任意の瞬間に前記照射装置によってコヒーレント光を照射されている前記光学素子の前記ホログラム記録媒体上の領域は、前記ホログラム記録媒体の一部である、投射型映像表示装置。

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