JP6598100B2 - 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、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。

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。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、
同一波長のコヒーレント光を出射する複数のコヒーレント光源と、を備え、
前記光学素子は複数の入射領域を有し、
各コヒーレント光源からの前記コヒーレント光は、前記光学素子の対応する入射領域に入射し、
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、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ことを特徴とする。

本発明による照明装置において、
前記複数のコヒーレント光源と、前記光学素子との間に、前記コヒーレント光を前記光学素子の各入射領域に導く入射側光学系を備えてもよい。

本発明による照明装置において、
前記入射側光学系は、前記各コヒーレント光源の像を前記光学素子の対応する入射領域に結像させる結像光学系から構成されてもよい。

本発明による照明装置において、
前記入射側光学系は、レンズ、回折光学素子またはプリズムであってもよい。

本発明による照明装置において、
各コヒーレント光源と、前記光学素子の対応する入射領域との間に、前記コヒーレント光を前記光学素子の対応する入射領域に導く光ファイバを備えてもよい。

本発明による照明装置において、
前記光学素子は、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、
前記拡散板は、オパールガラス、すりガラス又は樹脂拡散板であってもよい。

本発明による照明装置において、
前記複数のコヒーレント光源は、レーザアレイに内蔵されていてもよい。

本発明による照明装置において、
前記複数のコヒーレント光源は、独立した複数のレーザ光源であってもよい。

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斜視図である。 図６は、照射装置の一変形例を示す図である。 図７は、照射装置の他の変形例を示す図である。 図８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９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１０は、図５に対応する図であって、照射装置の他の変形例およびその作用を説明するための斜視図である。 図１１は、入射側光学系の一変形例を説明するための図であって、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の概略構成を示す図である。 図１２は、入射側光学系の他の変形例を説明するための図であって、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の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。

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１２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５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、互いに入射角度が異なり且つ互いに干渉性が無い複数のコヒーレント光で、空間光変調器３０が重ねられている被照明領域ＬＺを同時に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複数の拡散光で被照明領域ＬＺを同時に照明するが、これらの拡散光の入射角度が互いに異なっている。この結果、スクリーン１５に投射されたコヒーレント光も入射角度が互いに異なるようになるので、スクリーン１５上ではスペックルパターンがコヒーレント光の数だけ生成されて、これらスペックルパターンは干渉せずに空間的に重畳される。従って、コヒーレント光の拡散で生じるスペックルが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、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。

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、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。ホログラム記録媒体５５は、図１に示すように、３つの入射領域５５ａ、５５ｂ、５５ｃを有している。ただし、各入射領域５５ａ、５５ｂ、５５ｃは対応するコヒーレント光が入射し得る領域を示しているものであり、ホログラム記録媒体５５が実際に区画されていなくても良い。

一方、照射装置６０は、各コヒーレント光が光学素子５０のホログラム記録媒体５５上の対応する入射領域５５ａ、５５ｂ、５５ｃのみに入射するように、光学素子５０へ、互いに干渉性が無い同一波長の複数のコヒーレント光、ここでは３つのコヒーレント光を照射する。照射装置６０によってある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。なお、これらの互いに干渉性が無い２つ以上のコヒーレント光がホログラム記録媒体５５の表面の同一点に照射されると、スペックルの原因となる。

そして、照射装置６０からホログラム記録媒体５５上に照射された各コヒーレント光は、ホログラム記録媒体５５上の対応する位置（対応する点または対応する領域（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、同時に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の各入射領域５５ａ、５５ｂ、５５ｃに入射して拡散され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の各入射領域５５ａ、５５ｂ、５５ｃ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３箇所の入射領域５５ａ、５５ｂ、５５ｃ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３箇所の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に同時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の各入射領域５５ａ、５５ｂ、５５ｃに入射して回折されたコヒーレント光は、この仮想面上における対応する領域を、少なくとも一部分において互いに重なり合うように照明する。

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。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が透過型なので、物体光Ｌｏは、参照光Ｌｒと同一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、何らかのパターン、すなわち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、レーザアレイ６２と、入射側光学系７０としての凹レンズ７１とを有する。

レーザアレイ６２は、波長が同一のコヒーレント光をそれぞれが生成する３つのレーザ光源（コヒーレント光源）６１ａ、６１ｂ、６１ｃを一つのチップに内蔵したものである。異なる固体のレーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃからのコヒーレント光は、互いに干渉性を有しない。この基本形態では、説明を明確化するため、３つのレーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃを備える一例について説明するが、レーザ光源の数は多い方が好ましい。後述するように、レーザ光源の数が多いほどスペックルを目立たなくさせることができるからである。

凹レンズ７１は、レーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃと、光学素子５０との間に配置されている。レーザアレイ６２内のレーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃは平行な方向にコヒーレント光を放射する。凹レンズ７１は、これらの平行なコヒーレント光が広がるようにして、各コヒーレント光をホログラム記録媒体５５の対応する入射領域５５ａ，５５ｂ，５５ｃに導く。これにより、各レーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃからのコヒーレント光は、ホログラム記録媒体５５の対応する入射領域のみに入射する。凹レンズ７１からのコヒーレント光は、図４における基準点ＳＰからの発散光束の一光線をなし得るコヒーレント光となっている。なお、入射側光学系７０は、回折光学素子またはプリズムであっても良い。

入射領域５５ａの所定の位置には、レーザ光源６１ａからのコヒーレント光のみが入射され、これにより、散乱板６の像５が被照明領域ＬＺの全域に再生される。入射領域５５ａから外れた位置にコヒーレント光が入射されないように、レーザ光源６１ａ及び凹レンズ７１の位置が決定される。同様に、入射領域５５ｂの所定の位置には、レーザ光源６１ｂからのコヒーレント光のみが入射され、散乱板６の像５が被照明領域ＬＺの全域に再生される。また、入射領域５５ｃの所定の位置には、レーザ光源６１ｃからのコヒーレント光のみが入射され、散乱板６の像５が被照明領域ＬＺの全域に再生される。

結局、被照明領域ＬＺは、互いに干渉性がない、入射領域５５ａからのコヒーレント光、入射領域５５ｂからのコヒーレント光および入射領域５５ｃからのコヒーレント光で同時に照明されることになる。

このように、凹レンズ７１で進行方向を調整された各コヒーレント光は、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、レーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃからの互いに干渉性が無いコヒーレント光がホログラム記録媒体５５上の３箇所の位置に入射するようになり、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）に同時に再生するようになる。

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、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ＩＰ１，ＩＰ２，ＩＰ３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Ｘ軸と平行な直線上に位置している。図５では、説明を明確化するため、入射点ＩＰ２からの再生光Ｌｂは記載を省略している。

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、レーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃ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。

〔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のレーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、平行に進む同一波長の３つのコヒーレント光を生成する。前述の様に、これらのコヒーレント光は干渉性が無い。
これらのコヒーレント光は、凹レンズ７１で進行方向を変えられる。凹レンズ７１は、ホログラム記録媒体５５上の３箇所の位置（入射領域）に、当該位置でのブラッグ条件を満たす入射角度でコヒーレント光を互いに重ならないように入射させる。この結果、３箇所の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を同時に再生する。すなわち、照射装置６０からホログラム記録媒体５５の３箇所の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、照射装置６０は、被照明領域ＬＺを干渉性が無いコヒーレント光で同時に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。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は、互いに干渉性が無い３つのコヒーレント光を、それぞれ光学素子５０のホログラム記録媒体５５の対応する位置（入射領域）に照射する。また、照射装置６０からホログラム記録媒体５５の３箇所の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同時に照明するが、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。

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、コヒーレント光が３つの入射方向から入射する。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、互いに異なる光路（角度）で、スクリーン１５の特定の位置に投射されるようになる。

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、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、ホログラム記録媒体５５の３箇所の位置に入射した干渉性の無いコヒーレント光が、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。即ち、このスペックルコントラストは、モードの数の平方根の逆数に比例する量である。この基本形態では、モードの数はレーザ光源の数となっている。従って、このスペックルコントラストは、レーザ光源の数の平方根の逆数に比例する。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。つまり、前述の様に、レーザ光源の数が多ければ多いほど、スペックルコントラストの値が小さくなり、スペックルを目立たなくさせることができる。

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、例示した３つのレーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃのみではなく、より多くのレーザ光源を用いた状態でスペックルコントラストを測定したところ、５．０％となった（条件１）。また、上述の光学素子５０として、透過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６．２％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ある程度満たしている。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、複数のレーザ光源を用いずに、１つの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、光学素子５０を介さず、１つのレーザ光源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、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、光学素子５０を介さず、１つの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同程度となった。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、レーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃ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１〜５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。

（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の各入射領域に入射して回折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）
図６に示すように、照明装置６０のレーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、独立したレーザ光源であっても良い。図６の例では、３つのレーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃは互いに離れて配置されているため、レーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃからの平行なコヒーレント光の一部は、直接的にホログラム記録媒体５５に入射できない。そのため、照明装置６０は、レーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃと、ホログラム記録媒体５５との間に、コヒーレント光をホログラム記録媒体５５の各入射領域５５ａ、５５ｂ、５５ｃに導く入射側光学系７０としての凸レンズ７２を備える。この凸レンズ７２により、３つのコヒーレント光を収束させて、それぞれをホログラム記録媒体５５の対応する入射領域５５ａ、５５ｂ、５５ｃに照射することができる。このような構成によっても、上述した基本形態と同様な効果が得られる。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、発散光束を用いることになる。なお、入射側光学系７０は、回折光学素子またはプリズム等であっても良い。

また、図７に示すように、照明装置６０は、入射光学系７０に替えて、各レーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃと、ホログラム記録媒体５５の対応する入射領域５５ａ、５５ｂ、５５ｃとの間に、コヒーレント光をホログラム記録媒体５５の対応する入射領域５５ａ、５５ｂ、５５ｃに導く光ファイバ６４ａ、６４ｂ、６４ｃを備えても良い。

レーザ光源６１ａからのコヒーレント光は、光ファイバ６４ａの入射端の光カップリング部ＣＩａでカップリングされて光ファイバ６４ａを伝搬し、出射端の光カップリング部ＣＯａからホログラム記録媒体５５の対応する入射領域５５ａに出射される。同様に、レーザ光源６１ｂからのコヒーレント光は、光カップリング部ＣＩｂでカップリングされて光ファイバ６４ｂを伝搬し、光カップリング部ＣＯｂからホログラム記録媒体５５の対応する入射領域５５ｂに出射される。レーザ光源６１ｃからのコヒーレント光は、光カップリング部ＣＩｃでカップリングされて光ファイバ６４ｃを伝搬し、光カップリング部ＣＯｃからホログラム記録媒体５５の対応する入射領域５５ｃに出射される。光ファイバ６４ａ、６４ｂ、６４ｃは、中間部分が物理的に結束（バンドル）されていてもよい。

このような構成によれば、互いに干渉性の無いコヒーレント光は、それぞれ対応する光ファイバ内を伝搬するため、伝搬の途中で互いに混合される恐れがない。従って、より確実に各コヒーレント光を対応する入射領域のみに入射させることができる。これにより、より確実にスペックルを目立たなくさせることができる。さらに、レーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃを任意の位置に配置できるため、光学系の配置の制約を少なくでき、照明装置４０を小型化できる。

また、上述した基本形態によれば、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または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８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８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または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８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、各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）に沿った入射点ＩＰ１〜ＩＰ３のうちの対応する入射点に入射するように、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同時に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、例えばレーザアレイ６２の向きを変更して、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上の３つの入射点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上の３つの入射点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。なお、図８においては、説明を明確化するため、入射点ＩＰ２からの再生光Ｌｂのみを図示している。

（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、各レーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃからの干渉性の無いコヒーレント光がホログラム記録媒体５５の対応する入射領域のみに入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９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からの各コヒーレント光が第１ホログラム記録媒体５５−１上の対応する入射点ＩＰ１−１〜ＩＰ３−１に同時に入射している場合には、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９に示すように、例えばレーザアレイ６２の向きを変更することで、照射装置６０からの各コヒーレント光が第２ホログラム記録媒体５５−２上の対応する入射点ＩＰ１−２〜ＩＰ３−２に同時に入射するようになり、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からの各コヒーレント光が第３ホログラム記録媒体５５−３上の対応する入射点ＩＰ１−３〜ＩＰ３−３に同時に入射するようになると、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。なお、図９においては、説明を明確化するため、入射点ＩＰ２−１、ＩＰ２−２、ＩＰ２−３からの再生光Ｌｂのみを図示している。

（照射装置）
上述した形態では、照射装置６０が、ホログラム記録媒体５５の板面上の直線上に位置する３つの入射点にコヒーレント光を同時に照射する例を示したが、これに限られない。
図１０に示すように、照射装置６０からのコヒーレント光のホログラム記録媒体５５への入射点ＩＰ１〜ＩＰ３は、ホログラム記録媒体５５の板面上の任意の位置にあってもよい。つまり、入射点ＩＰ１〜ＩＰ３は、ホログラム記録媒体５５の板面上で二次元的に位置していてもよい。なお、図１０では、説明を明確化するため、入射点ＩＰ２からの再生光Ｌｂは記載を省略している。また、図１０では、説明を明確化するため、３つの入射点ＩＰ１〜ＩＰ３を示したが、前述の様にレーザアレイ６２はより多くのレーザ光源を有していることが好ましい。その場合、レーザアレイ６２はマトリクス状にレーザ光源を有して、これらのレーザ光源がホログラム記録媒体５５の板面上にマトリクス状に位置した複数の入射点にコヒーレント光を出射しても良い。

さらに、照射装置６０のレーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃが、線状光線として整形されたレーザ光を発振する前提で説明してきたが、これに限られない。とりわけ、上述した形態では、光学素子５０の各位置に照射されたコヒーレント光は、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、６１ｂ、６１ｃ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６１ａ、６１ｂ、６１ｃ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、６１ｂ、６１ｃ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、６１ｂ、６１ｃ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、レーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃ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、基本形態よりも角度を多重化されることになる。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１に示した形態において、照射装置６０は凹レンズ７１を含まないようにしてもよい。この場合、各レーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃから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の対応する入射領域のみに直接的に入射する。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。

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。この場合でも、照射装置６０は、各波長域に関して、互いに干渉性が無く波長が同一のコヒーレント光をそれぞれが生成する複数の光源を含む必要がある。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。

なお、光学素子５０に含まれるホログラム記録媒体５５は、波長選択性を有している。
したがって、照射装置６０が異なる波長域の光源を含んでいる場合には、ホログラム記録媒体５５が、各光源で発生されるコヒーレント光の波長域にそれぞれ対応したホログラム要素を、積層した状態で、含むようにしてもよい。各波長域のコヒーレント光用のホログラム要素は、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。また、各波長域のホログラム要素を積層してホログラム記録媒体５５を作製することに代え、各波長域のコヒーレント光からなる物体光Ｌｏおよび参照光Ｌｒを、それぞれ同時にホログラム感光材料５８に露光して、単一のホログラム記録媒体５５によって、複数の波長域の光をそれぞれ回折するようにしてもよい。

（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透過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。例えば、図１に示した光学素子５０は入射領域５５ａ、５５ｂ、５５ｃに対応した３つのホログラム記録媒体を含み、各コヒーレント光が対応するホログラム記録媒体のみに入射するようにしてもよい。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、反射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、光量ロスのほか、意図しない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光量ロスのほか、意図しない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。このような照明装置４０においても、照射装置６０が、レンズアレイ又は拡散板にコヒーレント光を照射するようにし、且つ、照射装置６０からレンズアレイ又は拡散板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。

（照明方法）
上述した形態において、照射装置６０がコヒーレント光を光学素子５０上の一次元方向に並んだ各位置に照射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がコヒーレント光を光学素子５０上の二次元的に並んだ各位置に照射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１０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がコヒーレント光を光学素子５０上の一次元方向に並んだ各位置に照射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によりコヒーレント光が照射される位置の配列方向と、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がコヒーレント光を光学素子５０上の一次元方向に並んだ各位置または二次元的に並んだ各位置に照射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。

（入射側光学系）
入射側光学系７０は、結像光学系８０から構成されてもよい。

図１１は、入射側光学系７０の一変形例を説明するための図であって、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の概略構成を示す図である。図１１に示すように、入射側光学系７０は、各レーザ光源（コヒーレント光源）６１ａ，６１ｂ，６１ｃの像を光学素子５０の対応する入射領域５５ａ，５５ｂ，５５ｃに結像させる結像光学系８０から構成されている。即ち、レーザ光源６１ａの像は、対応する入射領域５５ａに結像し、レーザ光源６１ｂの像は、対応する入射領域５５ｂに結像し、レーザ光源６１ｃの像は、対応する入射領域５５ｃに結像する。光源の像面６１Ｘは、例えば、光学素子５０の入射面と平行な面であり、光学素子５０内に位置している。

結像光学系８０は、凸レンズ８１と凹レンズ８２を有しており、レーザ光源６１ａ、６１ｂ、６１ｃに近い側に凸レンズ８１が配置されている。レーザ光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃからのコヒーレント光は、凸レンズ８１と凹レンズ８２をこの順番に透過して、光学素子５０に入射する。凸レンズ８１は、各レーザ光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃの像を光学素子５０の対応する入射領域５５ａ，５５ｂ，５５ｃに結像させる。凹レンズ８２は、図１の基本形態と同様に、密集したレーザアレイ６２のレーザ光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃからの各コヒーレント光の光線を広げる。即ち、凹レンズ８２は、スペックル低減のために、各コヒーレント光の光線の間隔を大きくする。

このような構成により、前述の基本形態よりも確実に、各レーザ光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃからの各コヒーレント光が光学素子５０のホログラム記録媒体５５上の対応する入射領域５５ａ、５５ｂ、５５ｃのみに入射するようになる。従って、より確実に、スクリーン１５上に異なるスペックルパターンを生成できる。これらスペックルパターンは干渉せずに空間的に重畳されるので、コヒーレント光の拡散で生じるスペックルが重畳されて目立たなくなる。

図１２は、入射側光学系７０の他の変形例を説明するための図であって、照明装置、投射装置および投射型映像表示装置の概略構成を示す図である。図１２に示すように、この変形例では、結像光学系８０は凹レンズ８３と凸レンズ８４を有しており、レーザ光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃに近い側に凹レンズ８３が配置されている点が、図１１の例と異なる。図１１の例と同様に、結像光学系８０は、各レーザ光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃの像を光学素子５０の対応する入射領域５５ａ，５５ｂ，５５ｃに結像させる。

レーザ光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃからの平行光であるコヒーレント光は、凹レンズ８３によって発散させられ、その後、凸レンズ８４によって再び平行光にされる。凸レンズ８４は、各レーザ光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃの像を光学素子５０の対応する入射領域５５ａ，５５ｂ，５５ｃに結像させる。つまり、この構成によれば、各コヒーレント光を効率よく分離して、光学素子５０の対応する入射領域５５ａ，５５ｂ，５５ｃのみに入射させることができる。そして、図１１の例と同様に、より確実に、スクリーン１５上に異なるスペックルパターンを生成できる。

この例でも、光源の像面６１Ｘは、例えば、光学素子５０の入射面と平行な面であり、光学素子５０内に位置している。なお、１枚のレンズ又は３枚以上のレンズを用いて結像光学系８０を構成してもよい。

（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。

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，６１ｂ，６１ｃ レーザ光源（コヒーレント光源）
６２ レーザアレイ
６４ａ、６４ｂ、６４ｃ 光ファイバ
７０ 入射側光学系
７１ 凹レンズ
７２ 凸レンズ
８０ 結像光学系
８１，８４ 凸レンズ
８２，８３ 凹レンズ
ＬＺ 被照明領域

Claims (15)

1. それぞれがコヒーレント光を出射する複数のコヒーレント光源と、
   前記複数のコヒーレント光源からのコヒーレント光が入射される複数の入射領域を有し、入射された各コヒーレント光を拡散させて被照明領域を照明する光学素子と、を備え、
   前記光学素子は、前記被照明領域内の投射面の別々の場所に複数の照明パターンが表示されるように、前記複数の入射領域に入射された各コヒーレント光を拡散させて前記投射面を重ねて照明することを特徴とする照明装置。
2. 前記照明パターンは、方向を示す指標と、矩形状パターンとの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記複数のコヒーレント光源と、前記光学素子との間に、前記コヒーレント光を前記光学素子の各入射領域に導く入射側光学系を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記入射側光学系は、前記複数のコヒーレント光源からの各コヒーレント光を、対応する前記入射領域に結像させる結像光学系を有することを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 前記複数のコヒーレント光源と前記光学素子の前記複数の入射領域との間に配置され、前記複数のコヒーレント光源からの各コヒーレント光を、対応する前記入射領域に導く光ファイバを備えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. 前記光学素子は、ホログラム記録媒体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 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ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 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ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 前記拡散板は、オパールガラス、すりガラス又は樹脂拡散板であることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
10. 前記複数のコヒーレント光源は、レーザアレイに内蔵されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 前記複数のコヒーレント光源は、独立した複数のレーザ光源であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の照明装置と、
    前記被照明領域と重なる位置に配置された空間光変調器と、を備える投射装置。
13. 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１２に記載の投射装置。
14. 請求項１２または１３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。
15. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の照明装置と、
    前記被照明領域と重なる位置に配置されたスクリーンと、を備える、投射型映像表示装置。

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