投射裝置和投射控制裝置制造方法
【專利摘要】提供能夠避免來自外部的紫外光所導(dǎo)致的壞影響的投射裝置。投射裝置（20）具備光學(xué)元件（50）、照射裝置（60）、光調(diào)制器（30）、中間光學(xué)系統(tǒng)（70）以及投射光學(xué)系統(tǒng)（80）。投射裝置（20），由掃射器件（65）利用相干光在全息圖記錄介質(zhì)（55）上掃射，將由全息圖記錄介質(zhì)（55）漫射的相干光入射至中間光學(xué)系統(tǒng)（70），由該中間光學(xué)系統(tǒng)（70）抑制相干光的發(fā)散角，然后，對被照明區(qū)域（LZ）進(jìn)行照明。由此，能夠降低由全息圖記錄介質(zhì)（55）漫射的相干光中的未利用于被照明區(qū)域（LZ）的照明的相干光的比例，能謀求被照明區(qū)域（LZ）的照明強度的提高。
【專利說明】投射裝置和投射控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用照射相干光的光源的投射裝置和投射控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]將影像光投射至屏幕上的投射裝置得到廣泛使用。在典型的投射裝置中，通過使用液晶微型顯示器或DMD (數(shù)字微鏡器件:Digital Micromirror Device)這種空間光調(diào)制器來生成成為基礎(chǔ)的二維圖像，利用投射光學(xué)系統(tǒng)來將該二維圖像放大投影于屏幕上，從而將影像顯示于屏幕上。
[0003]作為投射裝置，包括被稱為所謂的“光學(xué)式投影儀”的市售品，提出了各種各樣的方式的投射裝置。在一般的光學(xué)式投影儀中，采用這樣的方式:使用由高壓水銀燈等白色光源構(gòu)成的照明裝置對液晶顯示器等空間光調(diào)制器進(jìn)行照明，利用透鏡來將所得到的調(diào)制圖像放大投影于屏幕上。例如，在日本特開2009-282083號公報中，公開了這樣的技術(shù):由分光鏡將利用超高壓水銀燈產(chǎn)生的白色光分成R、G、B的三原色成分，將這些光向各個原色的空間光調(diào)制器引導(dǎo)，由正交分光棱鏡將所生成的各個原色的調(diào)制圖像合成而投影于屏幕上。
[0004]但是，高壓水銀燈等高輝度放電燈壽命比較短，在用于光學(xué)式投影儀等的情況下，有必要頻繁地進(jìn)行燈更換。另外，由于為了取出各原色成分的光，有必要利用分光鏡等比較大型的光學(xué)系統(tǒng)，因而存在裝置整體大型化的難點。
[0005]為了應(yīng)對這樣的問題，還提出了使用激光等相干光源的方式。例如，在產(chǎn)業(yè)上得到廣泛利用的半導(dǎo)體激光器，與高壓水銀燈等高輝度放電燈相比壽命極長。另外，由于是能夠生成單一波長的光的光源，因而 不需要分光鏡等分光裝置，還具有能夠?qū)⒀b置整體小型化的優(yōu)點。
[0006]例如，在日本特開2008-224760號公報中，公開了由振鏡掃描器(力' ^ ；s' ^ ^ ^ ^t )使激光掃射而在光漫射板形成二維圖像的技術(shù)。該日本特開2008-224760號公報所公開的光漫射板，是為了擴(kuò)大視場角而設(shè)置的，由于形成于光漫射板的二維圖像原樣地投射至屏幕，因而投射圖像的畫質(zhì)變差。
[0007]此外，在使用激光等相干光源的方式中，產(chǎn)生斑點的產(chǎn)生這種新的問題。斑點(speckle)是在將激光等相干光照射至散射面時出現(xiàn)的斑點狀的模樣，如果在屏幕上產(chǎn)生，則觀察為斑點狀的輝度不均勻(亮度的不均勻)，成為對觀察者帶來生理上的壞影響的主要原因。一般認(rèn)為，在使用相干光的情況下產(chǎn)生斑點的緣由是，在屏幕等散射反射面的各部分反射的相干光，由于其極其高的可干涉性而互相干涉，由此產(chǎn)生斑點。例如，在文獻(xiàn)SpecklePhenomena in Optics (光學(xué)中的斑點現(xiàn)象)，Joseph ff.Goodman, Roberts & C0., 2006中，進(jìn)行了關(guān)于斑點的產(chǎn)生的詳細(xì)的理論研究。
[0008]這樣，在使用相干光源的方式中，由于產(chǎn)生斑點的產(chǎn)生這種固有的問題，因而提出了用于抑制斑點的產(chǎn)生的技術(shù)。例如，在日本特開平6-208089號公報中，公開了這樣的技術(shù):將激光照射至散射板，將從該處得到的散射光引導(dǎo)至空間光調(diào)制器，并且，由電動機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動散射板，由此降低斑點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]如上所述，在使用相干光源的投射裝置中，提出了降低斑點的技術(shù)，但在到此為止提出的方案中，不能有效率地且充分地抑制斑點。例如，在上述的日本特開平6-208089號公報所公開的方法中，由于將激光照射至散射板而使其散射，因而一部分激光完全沒有貢獻(xiàn)于影像顯示而被浪費。另外，為了降低斑點，有必要使散射板旋轉(zhuǎn)，但那樣的機(jī)械的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)成為比較大型的裝置，另外，電力消耗也變大。而且，由于即使使散射板旋轉(zhuǎn)，由于照明光的光軸的位置不變，因而不能充分地抑制起因于屏幕上的漫射而產(chǎn)生的斑點。
[0010]此外，相干光如以激光為代表，能夠作為具有優(yōu)異的直線傳播性且能量密度非常高的光而照射。所以，作為實際開發(fā)的照明裝置，優(yōu)選與這樣的相干光的特性相對應(yīng)地設(shè)計相干光的光路。
[0011]本案的
【發(fā)明者】們立足于以上的點而反復(fù)專心研究，結(jié)果，發(fā)明了在由相干光對光調(diào)制器進(jìn)行照明的狀態(tài)下使由光調(diào)制器生成的調(diào)制圖像投射的投射裝置。另外，本案的
【發(fā)明者】們進(jìn)一步推進(jìn)研究，改善了該照明裝置，從而在由相干光對光調(diào)制器進(jìn)行照明時，能夠穩(wěn)定地防止在照明區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生亮度突出而變亮的區(qū)域。即，本發(fā)明的目的在于，提供這樣的投射裝置和投射控制裝置:能夠使斑點不顯眼，而且能夠有效地抑制照明區(qū)域內(nèi)的亮度的不均勻的產(chǎn)生，而且能夠提高照明區(qū)域內(nèi)的照明強度。
[0012]為了解決上述的課題，在本發(fā)明的一個形態(tài)中，提供一種投射裝置，其特征在于，具備:
光學(xué)元件，能夠使相干光漫射；
照射裝置，以相干光在所述光學(xué)元件上掃射的方式，將所述相干光照射至所述光學(xué)元
件；
光調(diào)制器，由從所述照射裝置入射至所述光學(xué)元件的各位置而被漫射的相干光來照
明；
投射光學(xué)系統(tǒng)，將由所述光調(diào)制器生成的調(diào)制圖像投射至漫射面；以及中間光學(xué)系統(tǒng)，配置于所述光學(xué)元件與所述光調(diào)制器之間，抑制由所述光學(xué)元件漫射的相干光的漫射角度，
從所述光學(xué)元件漫射的相干光，在由所述中間光學(xué)系統(tǒng)抑制漫射角度之后，反復(fù)對所述光調(diào)制器進(jìn)行照明。
[0013]另外，在本發(fā)明的一個形態(tài)中，提供一種投射控制裝置，其特征在于，具備:
光學(xué)元件，能夠使相干光漫射；
掃射器件，使所述相干光的行進(jìn)方向變化，使該相干光在所述光學(xué)兀件上掃射；以及 中間光學(xué)系統(tǒng)，抑制由所述光學(xué)元件漫射的相干光的漫射角度，
從所述光學(xué)元件漫射的相干光，在由所述中間光學(xué)系統(tǒng)抑制漫射角度之后，反復(fù)對照明被照明區(qū)域進(jìn)行照明。
[0014]依照本發(fā)明，能夠有效地使被照明區(qū)域或投射影像的面上的斑點不顯眼，并且，能夠有效地抑制被照明區(qū)域或投射影像的面上的亮度和顏色產(chǎn)生不均勻，而且能夠提高被照明區(qū)域內(nèi)的照明強度。另外，通過設(shè)置中間光學(xué)系統(tǒng)，從而能夠使投射光學(xué)系統(tǒng)的光調(diào)制器側(cè)為遠(yuǎn)心，能夠使投射光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計簡略化，能謀求投射光學(xué)系統(tǒng)的小型化和零件成本削減。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是示出一個實施方式所涉及的投射裝置的概略構(gòu)成的框圖；
圖2是說明中間光學(xué)系統(tǒng)70的作用的圖；
圖3是說明將散射板的像作為干涉條紋而形成于全息圖記錄介質(zhì)55的情況的圖；
圖4是說明使用形成于經(jīng)過圖2的曝光工序而得到的全息圖記錄介質(zhì)55的干涉條紋來再現(xiàn)散射板的像的情況的圖；
圖5是說明在將中間光學(xué)系統(tǒng)70放置于最佳的位置的狀態(tài)下在全息圖記錄介質(zhì)55形成干涉條紋的方案的圖；
圖6是說明再現(xiàn)通過圖5的方案而制作的全息圖記錄介質(zhì)的情況的圖；
圖7是說明掃射器件65的掃射路徑的圖；
圖8是示出具備積分棒82和中繼光學(xué)系統(tǒng)83的照明裝置的一個示例的圖；
圖9是示出將本實施方式應(yīng)用于不擁有積分棒82的現(xiàn)有的投射裝置的示例的圖；
圖10是示出使反射鏡器件66沿雙軸方向轉(zhuǎn)動的示例的圖。
【具體實施方式】
[0016]以下，參照附圖的同時，對本發(fā)明的實施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。此外，在本案說明書所附的附圖中，為了方便容易圖示和理解，根據(jù)實物的尺寸等而適當(dāng)變更或夸大比例尺和縱橫的尺寸比等。
[0017]圖1是示出一個實施方式所涉及的投射裝置20的概略構(gòu)成的框圖。圖1的投射裝置20具備光學(xué)元件50、照射裝置60、光調(diào)制器30、中間光學(xué)系統(tǒng)70以及投射光學(xué)系統(tǒng)80。在本說明書中，將光學(xué)元件50和照射裝置60合并而成的裝置稱為照明裝置40。
[0018]照射裝置60以相干光掃射光學(xué)元件50的表面的方式將相干光照射至光學(xué)元件50。照射裝置60具有輻射相干光的激光光源61和使從激光光源61輻射的相干光在光學(xué)元件50的表面上掃射的掃射器件65。
[0019]光學(xué)元件50具有能夠在與光調(diào)制器30的位置重疊而設(shè)置的被照明區(qū)域LZ再現(xiàn)散射板的像的全息圖記錄介質(zhì)55。后面對全息圖記錄介質(zhì)55的詳細(xì)情況進(jìn)行闡述。將由掃射器件65反射的相干光入射至全息圖記錄介質(zhì)55。在全息圖記錄介質(zhì)55形成有干涉條紋，如果入射相干光，那么，由干涉條紋衍射的相干光成為發(fā)散光(漫射光)而輻射。更詳細(xì)而言，從照射裝置60入射至全息圖記錄介質(zhì)55的各位置的相干光分別由全息圖記錄介質(zhì)55衍射，通過中間光學(xué)系統(tǒng)70后，對至少在一部分互相重疊的區(qū)域進(jìn)行照明。在本實施方式中，經(jīng)由全息圖記錄介質(zhì)55和中間光學(xué)系統(tǒng)70而對同一被照明區(qū)域LZ進(jìn)行照明。
[0020]掃射器件65使入射的相干光的反射角度可以一定周期改變，反射的相干光在全息圖記錄介質(zhì)55上掃射。
[0021]入射至全息圖記錄介質(zhì)55上的各點的相干光成為漫射光，入射至中間光學(xué)系統(tǒng)70。中間光學(xué)系統(tǒng)70配置于全息圖記錄介質(zhì)與光調(diào)制器30之間，執(zhí)行抑制由全息圖記錄介質(zhì)漫射的相干光的漫射角(以下，也稱為發(fā)散角)的作用。中間光學(xué)系統(tǒng)70由兩面為凸形狀的場透鏡71和全息圖記錄介質(zhì)55側(cè)為凸形狀且光調(diào)制器30側(cè)平坦的場透鏡71等構(gòu)成。
[0022]圖2是說明中間光學(xué)系統(tǒng)70的作用的圖。中間光學(xué)系統(tǒng)70執(zhí)行使設(shè)在全息圖記錄介質(zhì)55上的任意的位置的發(fā)散點虛擬地遠(yuǎn)離的作用。由此，如圖2的單點劃線和實線所示，入射至中間光學(xué)系統(tǒng)70并漫射的相干光的發(fā)散角，與沒有中間光學(xué)系統(tǒng)70的情況相比而被抑制。
[0023]通過設(shè)置這樣的中間光學(xué)系統(tǒng)70，從而在全息圖記錄介質(zhì)55上的任意的位置漫射的相干光，由中間光學(xué)系統(tǒng)70抑制其漫射角，入射至設(shè)在光調(diào)制器30的位置的被照明區(qū)域LZ。由此，能夠減少由全息圖記錄介質(zhì)55漫射的相干光中的未用于被照明區(qū)域LZ的照明的相干光的比例，能夠進(jìn)一步提高被照明區(qū)域LZ的照明強度。
[0024]另外，通過設(shè)置中間光學(xué)系統(tǒng)70，從而入射至光調(diào)制器30的相干光的主光線的方向接近光調(diào)制器30的光軸的方向。如后所述，光調(diào)制器30大多由反射型或透射型LCOS(Liquid Crystal on Silicon:娃基液晶)或透射型的液晶面板等液晶器件構(gòu)成,在這種液晶器件中，設(shè)想最初將照明光和光軸大致平行地入射。所以，如果設(shè)置中間光學(xué)系統(tǒng)70，那么，原來設(shè)想的方向的相干光入射至光調(diào)制器30，從光調(diào)制器30照射的調(diào)制圖像光也沿和該光軸大致平行的方向行進(jìn)。在這種情況下，能夠縮小入射至構(gòu)成投射光學(xué)系統(tǒng)80的投影透鏡81的調(diào)制圖像光的光束的范圍。這意味著，即，投影透鏡81的光調(diào)制器30側(cè)變?yōu)檫h(yuǎn)心。所謂遠(yuǎn)心，是指主光線和光軸平行地行進(jìn)。
[0025]在投影透鏡81的光調(diào)制器30側(cè)為遠(yuǎn)心的情況下，能夠提高投影透鏡81的f值。f值是用透鏡的有效直徑除以透鏡的焦點距離而得到的值，f值越大，入射至透鏡的光束的范圍就越狹小，成為暗透鏡，但被攝物體深度變大，能夠抑制對焦模糊。由于f值大的透鏡只在透鏡的中心附近入射有被攝物光，因而能夠減小透鏡的有效直徑，而且，由于沒有必要對透鏡的周邊部分嚴(yán)密地規(guī)定透鏡特性，因而透鏡的設(shè)計變得容易。即，通過設(shè)置中間光學(xué)系統(tǒng)70，能夠削減投影透鏡81的零件成本和設(shè)計成本。
[0026]這樣，只進(jìn)行將中間光學(xué)系統(tǒng)70設(shè)在全息圖記錄介質(zhì)55與光調(diào)制器30之間的簡易的光學(xué)系統(tǒng)的變更，就能夠使投影透鏡81的光調(diào)制器30側(cè)接近遠(yuǎn)心，由此，能夠增大投影透鏡81的f值，投影透鏡81的設(shè)計變得容易，另外，還能夠抑制投影透鏡81的零件成本。
[0027]作為光調(diào)制器30，能夠使用例如透射型的液晶微型顯示器，例如LCOS (LiquidCrystal on Silicon:硅基液晶)。在這種情況下，由照明裝置40以面狀進(jìn)行照明的液晶微型顯示器，按每個像素選擇相干光而使其透射，由此，在液晶微型顯示器上形成有調(diào)制圖像。這樣得到的調(diào)制圖像(影像光)由投射光學(xué)系統(tǒng)80根據(jù)需要而改變倍率并向漫射屏幕15投射。由于投射至漫射屏幕15的調(diào)制圖像的斑點圖案隨時間而變化，因而斑點被不可視化。
[0028]作為光調(diào)制器30，還能夠使用反射型的微型顯示器。在這種情況下，由在光調(diào)制器30的反射光形成調(diào)制圖像，從照明裝置40向光調(diào)制器30照射相干光的面與由光調(diào)制器30生成的調(diào)制圖像的影像光(反射光)的出射面成為同一面。在利用這樣的反射光的情況下，作為光調(diào)制器30，還能夠使用DMD (Digital Micromirror Device:數(shù)字微鏡器件)等MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微機(jī)電系統(tǒng))兀件。在上述的日本特開2008-224760號公報所公開的裝置中，DMD被用作光調(diào)制器30。此外，作為光調(diào)制器30，還能夠使用透射型的液晶面板。
[0029]另外，光調(diào)制器30的入射面優(yōu)選為與照明裝置40照射相干光的被照明區(qū)域LZ相同的形狀和大小。因為，在這種情況下，能夠?qū)碜哉彰餮b置40的相干光以高的利用效率利用于向漫射屏幕15的影像的顯示。
[0030]將由光調(diào)制器30生成的調(diào)制圖像投射至漫射屏幕15的投射光學(xué)系統(tǒng)80，具有例如兩面凸形狀的投影透鏡81，由光調(diào)制器30生成的調(diào)制圖像，由投影透鏡81折射，將調(diào)制圖像71投射至漫射屏幕15上。能夠根據(jù)投影透鏡81的直徑、投影透鏡81與光調(diào)制器30的距離和投影透鏡81與漫射屏幕15的距離而調(diào)整投影至漫射屏幕15的調(diào)制圖像71的尺寸。圖1的漫射屏幕15是透射型，使所投射的調(diào)制圖像光漫射。此外，漫射屏幕15也可以是反射型。
[0031]雖在圖1中省略，也可以將由漫射屏幕15漫射的調(diào)制圖像入射至未圖示的半透半反鏡，利用該半透半反鏡來使由漫射屏幕15漫射的調(diào)制圖像光的一部分反射而形成調(diào)制圖像的虛像，觀察者能夠經(jīng)由半透半反鏡而將該虛像與外部光線一起用眼睛確認(rèn)。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)平視顯示器裝置。在這種情況下，作為半透半反鏡，例如，能夠使用車輛的擋風(fēng)玻璃，觀察者坐在駕駛座并朝向前方，由此，能夠通過擋風(fēng)玻璃而觀看車外的景色并同時用眼睛確認(rèn)虛像?；蛘?，也可以代替半透半反鏡，使用全息圖記錄介質(zhì)55或棱鏡。
[0032]在光調(diào)制器30中，能夠生成各種調(diào)制圖像，通過由光調(diào)制器30生成調(diào)制圖像，在被照明區(qū)域LZ對該調(diào)制圖像進(jìn)行照明，從而能夠?qū)⒏鞣N調(diào)制圖像投影至漫射屏幕上。
[0033]在本實施方式中，為了對被照明區(qū)域LZ進(jìn)行照明，使用包括全息圖記錄介質(zhì)55的光學(xué)元件50。全息圖記錄介質(zhì)55是使用例如光敏聚合物的反射型的三維全息圖。圖3是說明將散射板的像作為干涉條紋而形成于全息圖記錄介質(zhì)55的情況的圖。
[0034]如圖3所示，將來自實物的散射板6的散射光用作物光Lo而制作全息圖記錄介質(zhì)55。在圖3中，示出這樣的狀態(tài):在構(gòu)成全息圖記錄介質(zhì)55的具有感光性的全息圖感光材料58，曝光有由互相具有干涉性的相干光構(gòu)成的參考光Lr和物光Lo。
[0035]作為參考光Lr，例如，使用來自使特定波長范圍的激光振蕩的激光光源61的激光。參考光Lr透射由透鏡構(gòu)成的聚光元件7并入射至全息圖感光材料58。在圖3所示的示例中，用于形成參考光Lr的激光作為和聚光元件7的光軸平行的平行光束而向聚光元件7入射。參考光Lr透射聚光元件7，由此，從到此為止的平行光束整形(變換)為會聚光束，向全息圖感光材料58入射。此時，會聚光束Lr的焦點位置FP位于通過全息圖感光材料58的位置。即，全息圖感光材料58配置于聚光元件7與由聚光元件7聚光的會聚光束Lr的焦點位置FP之間。
[0036]另一方面，物光Lo作為來自由例如乳白玻璃構(gòu)成的散射板6的散射光而入射至全息圖感光材料58。在圖3的示例中，應(yīng)該制作的全息圖記錄介質(zhì)55是反射型，物光Lo從與參考光Lr相反的一側(cè)的面向全息圖感光材料58入射。前提是物光Lo與參考光Lr具有干涉性。所以，例如，能夠?qū)耐患す夤庠?1振蕩的激光分割，將所分割的一方用作上述的參考光Lr,將另一方用作物光Lo。
[0037]在圖3所示的示例中，和散射板6的板面的法線方向平行的平行光束向散射板6入射而被散射，然后，透射散射板6的散射光作為物光Lo而向全息圖感光材料58入射。依照該方法，在將通常能夠廉價地入手的各向同性散射板用作散射板6的情況下，能夠使來自散射板6的物光Lo以大概均勻的光量分布入射至全息圖感光材料58。另外,依照該方法，雖然還依存于散射板6所導(dǎo)致的散射的程度，物光Lo變得容易從散射板6的出射面6a的整個區(qū)域以大概均勻的光量入射至全息圖感光材料58的各位置。在這樣的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)所得到的入射至全息圖記錄介質(zhì)55的各位置的光分別以同樣的亮度再現(xiàn)散射板6的像5，而且，以大概均勻的亮度觀察所再現(xiàn)的散射板6的像5。
[0038]如果如以上那樣參考光Lr和物光Lo對全息圖記錄材料58曝光，則生成參考光Lr和物光Lo干涉而成的干涉條紋，該光的干涉條紋，在某種圖案、例如三維全息圖中，作為一個示例，作為折射率調(diào)制圖案，記錄于全息圖記錄材料58。隨后，施行與全息圖記錄材料58的種類相對應(yīng)的恰當(dāng)?shù)暮筇幚恚玫饺D記錄材料55。
[0039]圖4是說明使用形成于經(jīng)過圖3的曝光工序而得到的全息圖記錄介質(zhì)55的干涉條紋來再現(xiàn)散射板的像的情況的圖。如圖4所示，由圖3的全息圖感光材料58形成的全息圖記錄介質(zhì)55，利用作為與在曝光工序中使用的激光相同的波長的光的在曝光工序中的參考光Lr的光路沿逆向前進(jìn)的光來滿足其布拉格條件。即，如圖4所示，從以構(gòu)成與曝光工序時的焦點FP的相對于全息圖感光材料58的相對位置(參照圖3)相同的位置關(guān)系的方式相對于全息圖記錄介質(zhì)55而定位的基準(zhǔn)點SP發(fā)散、并具有與曝光工序時的參考光Lr相同的波長的發(fā)散光束，作為再現(xiàn)照明光La，由全息圖記錄介質(zhì)55衍射，在構(gòu)成與曝光工序時的散射板6相對于全息圖感光材料58的相對位置(參照圖3)相同的位置關(guān)系的相對于全息圖記錄介質(zhì)55的特定的位置，生成散射板6的再現(xiàn)像5。
[0040]此時，生成散射板6的再現(xiàn)像5的再現(xiàn)光、即由全息圖記錄介質(zhì)55使再現(xiàn)照明光La衍射而成的光Lb,作為在曝光工序時從散射板6朝向全息圖感光材料58前進(jìn)的物光Lo的光路沿逆向前進(jìn)的光而再現(xiàn)散射板6的像5的各點。在此，如圖3所示，在曝光工序時從散射板6的出射面6a的各位置出射的物光Lo，分別以入射至全息圖感光材料58的大概整個區(qū)域的方式漫射。即，來自散射板6的出射面6a的整個區(qū)域的物光Lo入射至全息圖感光材料58上的各位置，結(jié)果，出射面6a整體的信息分別記錄于全息圖記錄介質(zhì)55的各位置。因此，圖4所示的構(gòu)成作為再現(xiàn)照明光La而起作用的來自基準(zhǔn)點SP的發(fā)散光束的各光，能夠分別單獨地在互相相同的位置(被照明區(qū)域LZ)再現(xiàn)入射至全息圖記錄介質(zhì)55的各位置并具有互相相同的輪廓的散射板6的像5。
[0041]由于由全息圖記錄介質(zhì)55漫射的光由中間光學(xué)系統(tǒng)70抑制漫射角度，沿被照明區(qū)域LZ的方向行進(jìn)，因而能夠有效地抑制無用的散射光。所以，能夠為了對被照明區(qū)域LZ進(jìn)行照明而有效利用入射至全息圖記錄介質(zhì)55的再現(xiàn)照明光La的大部分。
[0042]在圖3中，示出未特別考慮中間光學(xué)系統(tǒng)70的配置場所而在全息圖記錄介質(zhì)55形成干涉條紋的示例。即使在這種情況下，由于通過在全息圖記錄介質(zhì)55與光調(diào)制器30之間配置中間光學(xué)系統(tǒng)70，從而能夠由中間光學(xué)系統(tǒng)70抑制由全息圖記錄介質(zhì)55漫射的相干光的漫射角，因而也能夠縮小調(diào)制圖像光向投影透鏡81的入射范圍。然而，更期望，在將中間光學(xué)系統(tǒng)70放置于最佳的位置的狀態(tài)下，期望在全息圖記錄介質(zhì)55形成干涉條紋。
[0043]所謂中間光學(xué)系統(tǒng)70的最佳的位置，是從全息圖記錄介質(zhì)55至中間光學(xué)系統(tǒng)70的距離與中間光學(xué)系統(tǒng)70的焦點距離相等，而且從中間光學(xué)系統(tǒng)70至光調(diào)制器30的距離與中間光學(xué)系統(tǒng)70的焦點距離相等。
[0044]圖5是說明在將中間光學(xué)系統(tǒng)70放置于最佳的位置的狀態(tài)下在全息圖記錄介質(zhì)55形成干涉條紋的方案的圖。在圖5中，按照順序配置應(yīng)該形成干涉條紋的全息圖記錄介質(zhì)55、與中間光學(xué)系統(tǒng)70相對應(yīng)的聚光透鏡7a、光闌部件8、與投射光學(xué)系統(tǒng)80相對應(yīng)的聚光透鏡7b以及散射板6。
[0045]圖5的各部件配置為成為與圖1的對應(yīng)的部件相同的位置關(guān)系，光闌部件8配置于圖1的光調(diào)制器30的位置。
[0046]散射板6是漫射角度充分寬的透射型的散射板6。如果將平行的相干光入射至散射板6的背面?zhèn)?，則散射板6的各點使入射光漫射。由散射板6漫射的相干光入射至聚光透鏡7b而被折射，通過光闌部件8。光闌部件8的光闌直徑與光調(diào)制器30的尺寸相同。由此，對光調(diào)制器30的整體進(jìn)行照明的部分的相干光通過光闌部件8，入射至聚光透鏡7a。入射至聚光透鏡7a的相干光由聚光透鏡7a折射，照射至全息圖記錄介質(zhì)55。此時，通過將參考光入射至全息圖記錄介質(zhì)55的相反側(cè)的面,可在全息圖記錄介質(zhì)55形成干涉條紋。
[0047]在再現(xiàn)通過圖5的方案而制作的全息圖記錄介質(zhì)55的情況下，如圖6所示，將再現(xiàn)光入射至全息圖記錄介質(zhì)55的記錄面。如圖1所示，該再現(xiàn)光是由掃射器件掃射的相干光。
[0048]全息圖記錄介質(zhì)55，將所入射的再現(xiàn)光在每個點漫射。該漫射光由場透鏡71折射而入射至光調(diào)制器30。光調(diào)制器30配置于場透鏡71的焦點距離的位置，光調(diào)制器30至場透鏡71側(cè)為遠(yuǎn)心。所以，通過場透鏡71的相干光的主光線和光調(diào)制器30的光軸大致平行地入射至光調(diào)制器30。由此，由光調(diào)制器30生成的調(diào)制圖像光的主光線也和投影透鏡81的光軸大致平行地行進(jìn)，投影透鏡81至光調(diào)制器30側(cè)成為遠(yuǎn)心。
[0049]這樣，理想地，期望通過圖5的方案而制作全息圖記錄介質(zhì)55。這是為了能夠使光調(diào)制器30的場透鏡71側(cè)與投影透鏡81的光調(diào)制器30側(cè)為遠(yuǎn)心。
[0050]然而，即使在通過與圖3同樣的方案而制作全息圖記錄介質(zhì)55的情況下，由于通過將中間光學(xué)系統(tǒng)70 (場透鏡71)配置于全息圖記錄介質(zhì)55與光調(diào)制器30之間，從而能夠抑制全息圖記錄介質(zhì)55的漫射(發(fā)散)角度，因而也能夠?qū)⑼队巴哥R81的光調(diào)制器30側(cè)設(shè)定為接近遠(yuǎn)心的狀態(tài)，能夠?qū)⑼队巴哥R81的f值較高地設(shè)定。
[0051]此外，在圖5中，當(dāng)制作全息圖記錄介質(zhì)55時，將由平行光構(gòu)成的參考光照射至全息圖記錄介質(zhì)55,在圖6中，將由平行光構(gòu)成的再現(xiàn)光照射至全息圖記錄介質(zhì)55,但也可以將由會聚光構(gòu)成的參考光照射至全息圖記錄介質(zhì)55而制作全息圖記錄介質(zhì)55。在這種情況下，照射至全息圖記錄介質(zhì)55的再現(xiàn)光也有必要成為會聚光。
[0052]如果對以上進(jìn)行歸納，那么，本實施方式的必須的必要條件為，將中間光學(xué)系統(tǒng)70(場透鏡71)配置于全息圖記錄介質(zhì)55與光調(diào)制器30之間。作為其變形例，考慮將全息圖記錄介質(zhì)55配置于中間光學(xué)系統(tǒng)70的焦點位置的示例和將光調(diào)制器30配置于中間光學(xué)系統(tǒng)70的焦點位置的示例的至少一方。作為進(jìn)一步的變形例，通過圖5的方案來制作全息圖記錄介質(zhì)55。
[0053]接著，對將相干光照射至由這樣的全息圖記錄介質(zhì)55構(gòu)成的光學(xué)元件50的照射裝置60的構(gòu)成進(jìn)行說明。在圖f圖4所示的示例中，照射裝置60具有分別生成相干光的激光光源61和使來自該激光光源61的相干光的行進(jìn)方向變化的掃射器件65。
[0054]激光光源61也可以使用例如分別輻射不同的波長帶的激光的多個激光光源61。在使用多個激光光源61的情況下，來自各激光光源61的激光照射掃射器件65上的同一點。由此，全息圖記錄介質(zhì)55由各激光光源61的照明色混合的再現(xiàn)照明光來進(jìn)行照明。
[0055]激光光源61也可以是單色的激光光源，也可以是發(fā)光色不同的多個激光光源。例如，也可以使用紅、綠、藍(lán)的多個激光光源來構(gòu)成。在使用多個激光光源的情況下，如果配置各激光光源使得來自各激光光源的相干光照射至掃射器件65上的一點，那么，以與來自各激光光源的相干光的入射角度相應(yīng)的反射角度反射，入射至全息圖記錄介質(zhì)55上，從全息圖記錄介質(zhì)55個別地衍射，疊加于被照明區(qū)域LZ上而成為合成色。例如，在使用紅、綠、藍(lán)的多個激光光源來構(gòu)成的情況下，成為白色?；蛘?，也可以針對每個激光光源而設(shè)置個別的掃射器件65。
[0056]此外，在例如以白色進(jìn)行照明的情況下，個別地設(shè)置以除了紅綠藍(lán)以外的顏色發(fā)光的激光光源，例如，以黃色發(fā)光的激光光源，有時候也能夠再現(xiàn)更接近白色的顏色。所以，設(shè)在照射裝置60內(nèi)的激光光源的種類未特別地限定。
[0057]在形成彩色的調(diào)制圖像的情況下，考慮各種實現(xiàn)方案。光調(diào)制器30由LCOS等構(gòu)成，在按各個像素而具有濾色器的情況下，通過使被照明區(qū)域LZ為白色光，從而能夠?qū)⒂晒庹{(diào)制器30生成的調(diào)制圖像彩色化。
[0058]或者，例如，也可以將生成紅色的調(diào)制圖像的光調(diào)制器30、生成綠色的調(diào)制圖像的光調(diào)制器30以及生成藍(lán)色的調(diào)制圖像的光調(diào)制器30接近配置，將對這3個光調(diào)制器30的各個進(jìn)行照明的3個被照明區(qū)域LZ依次利用來自全息圖記錄介質(zhì)55的漫射光來進(jìn)行照明。由此，能夠?qū)⒂?個光調(diào)制器30生成的3色的調(diào)制圖像合成而生成彩色的調(diào)制圖像。也可以代替這樣的分時驅(qū)動，使用棱鏡等來將由3個光調(diào)制器30同時生成的3色的調(diào)制圖像合成而生成彩色的調(diào)制圖像。
[0059]上述的投射光學(xué)系統(tǒng)80主要是為了將光調(diào)制器30的調(diào)制圖像投影至漫射屏幕15而設(shè)置的。通過設(shè)置漫射屏幕15，從而將斑點疊加而平均化，結(jié)果，斑點變得不顯眼。
[0060]掃射器件65使相干光的行進(jìn)方向隨時間的經(jīng)過而變化，相干光的行進(jìn)方向變得不一定而朝向各種方向。結(jié)果，由掃射器件65使行進(jìn)方向變化的相干光在光學(xué)兀件50的全息圖記錄介質(zhì)55的入射面上掃射。
[0061]圖7是說明掃射器件65的掃射路徑的圖。本實施方式所涉及的掃射器件65包括具有能夠以一個軸線RAl為中心而轉(zhuǎn)動的反射面66a的反射器件66。反射器件66具有帶有作為能夠以一個軸線RAl為中心而轉(zhuǎn)動的反射面66a的反射鏡的反射鏡器件。該反射鏡器件66通過使反射鏡66a的取向變化,從而使來自激光光源61的相干光的行進(jìn)方向變化。此時，如圖4所不,反射鏡器件66大概在基準(zhǔn)點SP從激光光源61接受相干光。
[0062]由反射鏡器件66最終調(diào)整行進(jìn)方向的相干光，能夠作為能夠構(gòu)成來自基準(zhǔn)點SP的發(fā)散光束的一束光線的再現(xiàn)照明光La(參照圖4)而向光學(xué)兀件50的全息圖記錄介質(zhì)55入射。結(jié)果，來自照射裝置60的相干光在全息圖記錄介質(zhì)55上掃射，而且，入射至全息圖記錄介質(zhì)55上的各位置的相干光在同一位置(被照明區(qū)域LZ)再現(xiàn)具有同一輪廓的散射板6的像5。
[0063]如圖7所示，反射器件66構(gòu)成為，使反射鏡66a沿著一個軸線RAl轉(zhuǎn)動。在圖7所示的示例中，反射鏡66a的轉(zhuǎn)動軸線RAl,和定義在全息圖記錄介質(zhì)55的板面上的XY坐標(biāo)系(即，XY平面和全息圖記錄介質(zhì)55的板面平行的XY坐標(biāo)系)的Y軸平行地延伸。而且，由于反射鏡66a以和定義在全息圖記錄介質(zhì)55的板面上的XY坐標(biāo)系的Y軸平行的軸線RAl為中心而轉(zhuǎn)動，因而來自照射裝置60的相干光向光學(xué)元件50的入射點IP沿和定義在全息圖記錄介質(zhì)55的板面上的XY坐標(biāo)系的X軸平行的方向往復(fù)運動。即，在圖7所示的示例中，照射裝置60以相干光在全息圖記錄介質(zhì)55上沿著直線路徑掃射的方式將相干光照射至光學(xué)兀件50。
[0064]由反射鏡器件66等構(gòu)成的掃射器件65，如上所述，是至少能夠圍繞軸線RAl轉(zhuǎn)動的部件，例如，使用MEMS等來構(gòu)成。掃射器件65周期性地進(jìn)行轉(zhuǎn)動運動，在人直接觀察的液晶顯示裝置等的用途中，為I周期1/30秒左右，只要能夠根據(jù)想要顯示的畫面的種類而以該速度以上高速地利用相干光來掃射，則對其轉(zhuǎn)動頻率沒有特別限制。
[0065]此外，作為實際上的問題，在生成全息圖記錄介質(zhì)55時，有時候全息圖記錄材料58收縮。在這樣的情況下，考慮到全息圖記錄材料58的收縮，優(yōu)選調(diào)整從照射裝置60照射至光學(xué)元件50的相干光的入射出射角度。所以，由相干光源61生成的相干光的波長，沒有必要與在圖3的曝光工序中使用的光的波長嚴(yán)格地一致，也可以大致相同。
[0066]另夕卜，出于同樣的理由，即使向光學(xué)兀件50的全息圖記錄介質(zhì)55入射的光的行進(jìn)方向未米取與來自基準(zhǔn)點SP的發(fā)散光束所含有的一束光線嚴(yán)格地相同的路徑,也能夠在被照明區(qū)域LZ再現(xiàn)像5。實際上，在圖4和圖7所示的示例中，構(gòu)成掃射器件65的反射鏡器件66的反射鏡(反射面)66a必然從其轉(zhuǎn)動軸線RAl偏移。所以，在使反射鏡66a以不通過基準(zhǔn)點SP的轉(zhuǎn)動軸線RAl為中心而轉(zhuǎn)動的情況下，向全息圖記錄介質(zhì)55入射的光有時候不成為構(gòu)成來自基準(zhǔn)點SP的發(fā)散光束的一束光線。然而，實際上，能夠利用來自所圖示構(gòu)成的照射裝置60的相干光疊加于被照明區(qū)域LZ而實質(zhì)上再現(xiàn)像5。
[0067]此外，掃射器件65不一定必須是使相干光反射的部件，也可以不是反射而是使相干光進(jìn)行折射或衍射等，使相干光在光學(xué)元件50上掃射。
[0068](本實施方式的作用效果)
接著，對由以上的構(gòu)成組成的投射裝置20的作用和效果進(jìn)行說明。
[0069]本實施方式所涉及的投射裝置20，通過掃射器件65，利用相干光在全息圖記錄介質(zhì)55上掃射,將由全息圖記錄介質(zhì)55漫射的相干光入射至中間光學(xué)系統(tǒng)70,由該中間光學(xué)系統(tǒng)70抑制相干光的發(fā)散角，然后，對被照明區(qū)域LZ進(jìn)行照明。由此，能夠降低由全息圖記錄介質(zhì)55漫射的相干光中的未利用于被照明區(qū)域LZ的照明的相干光的比例，能謀求被照明區(qū)域LZ的照明強度的提高。
[0070]另外，由于通過設(shè)置中間光學(xué)系統(tǒng)70，從而從光調(diào)制器30入射至投射光學(xué)系統(tǒng)80的調(diào)制圖像光的主光線和投射光學(xué)系統(tǒng)80的光軸大致平行，投射光學(xué)系統(tǒng)80的光調(diào)制器30側(cè)成為遠(yuǎn)心，因而能夠提高投射光學(xué)系統(tǒng)80的f值。由此，投射光學(xué)系統(tǒng)80的設(shè)計變得容易，能夠削減設(shè)計成本和零件成本。
[0071]而且,如果在制作全息圖記錄介質(zhì)55時,如圖5所示,將全息圖記錄介質(zhì)55、中間光學(xué)系統(tǒng)70、光闌部件8以及投射光學(xué)系統(tǒng)80配置為在光闌部件8的兩側(cè)成為遠(yuǎn)心，在全息圖記錄介質(zhì)55形成干涉條紋，則在全息圖記錄介質(zhì)55的再現(xiàn)時，能夠使光調(diào)制器30的中間光學(xué)系統(tǒng)70側(cè)為遠(yuǎn)心。
[0072]這樣,在本實施方式中，由于使用掃射器件65、包括全息圖記錄介質(zhì)55的光學(xué)兀件50以及光調(diào)制器30來生成調(diào)制圖像，因而與使用例如通常的液晶顯示裝置來生成調(diào)制圖像的情況相比，能夠使直至生成調(diào)制圖像的硬件構(gòu)成大幅地小型化。另外，在本實施方式中，由于由掃射器件65利用相干光在全息圖記錄介質(zhì)55上掃射，而且，將調(diào)制圖像投射至漫射屏幕15，因而雖然使用相干光，但能夠不使斑點顯眼，能夠?qū)崿F(xiàn)能夠進(jìn)行高品質(zhì)的圖像顯示的投射裝置20。另外，通過設(shè)置漫射屏幕15，從而還能夠擴(kuò)大視場角。
[0073]掃射器件65，對于全息圖記錄介質(zhì)55上的各位置，以滿足該位置處的布拉格條件的入射角度，使對應(yīng)的特定波長的相干光入射。結(jié)果，入射至各位置的相干光，分別通過記錄于全息圖記錄介質(zhì)55的干涉條紋導(dǎo)致的衍射，疊加于被照明區(qū)域LZ的整個區(qū)域而再現(xiàn)散射板6的像5。即，從照射裝置60入射至全息圖記錄介質(zhì)55的各位置的相干光分別由光學(xué)元件50漫射(擴(kuò)展)，入射至被照明區(qū)域LZ的整個區(qū)域。
[0074]這樣，照射裝置60利用相干光來對被照明區(qū)域LZ進(jìn)行照明。例如，在具有激光光源61分別以不同的顏色發(fā)光的多個激光光源61的情況下，被照明區(qū)域LZ以各種顏色再現(xiàn)散射板6的像5。所以，在這些激光光源61同時發(fā)光的情況下，被照明區(qū)域LZ被以3種顏色混合而成的白色進(jìn)行照明。
[0075]在本實施方式中，如以下所說明的，能夠不使斑點顯眼地將光像形成于被照明區(qū)域LZ上。
[0076]依照上述的文獻(xiàn)SpecklePhenomena in Optics, Joseph ff.Goodman, Roberts &C0.，2006，一般認(rèn)為，為了使斑點不顯眼，將偏振光、相位、角度、時間這些參數(shù)復(fù)用而增加模式是有效的。在此所說的模式，是指互相不相關(guān)的斑點圖案。例如，在從多個激光光源61從不同的方向?qū)⑾喔晒馔渡渲镣黄聊坏那闆r下，模式與激光光源61的數(shù)量相應(yīng)地存在。另外，在將來自同一激光光源61的相干光每單位時間從不同的方向投射至屏幕的情況下，模式與在不能用人的眼睛分辨的時間的期間相干光的入射方向變化的次數(shù)相應(yīng)地存在。而且，考慮到，在存在許多該模式的情況下，光的干涉圖案不相關(guān)地疊加而平均化，結(jié)果，由觀察者的眼睛觀察的斑點變得不顯眼。
[0077]上述的照射裝置60以相干光在全息圖記錄介質(zhì)55上掃射的方式將相干光照射至光學(xué)元件50。另外，從照射裝置60入射至全息圖記錄介質(zhì)55內(nèi)的任意的位置的相干光對被照明區(qū)域LZ的整個區(qū)域進(jìn)行照明，但對該被照明區(qū)域LZ進(jìn)行照明的相干光的照明方向互相不同。而且，由于相干光入射的全息圖記錄介質(zhì)55上的位置隨時間的經(jīng)過而變化，因而相干光向被照明區(qū)域LZ的入射方向也隨時間的經(jīng)過而變化。
[0078]如上所述，在本實施方式中，相干光連續(xù)地在全息圖記錄介質(zhì)55上掃射。與此相伴的是，從照射裝置60經(jīng)由光學(xué)元件50而入射至被照明區(qū)域LZ的相干光的入射方向也連續(xù)地變化。在此，如果從光學(xué)元件50向被照明區(qū)域LZ的相干光的入射方向只稍微(例如，零點幾度)變化，那么，在被照明區(qū)域LZ上產(chǎn)生的斑點的圖案也大幅度變化，將不相關(guān)的斑點圖案疊加。此外，實際在市場上出售的MEMS反射鏡或多面鏡等掃射器件65的頻率通常為幾百Hz以上，甚至達(dá)到幾萬Hz的掃射器件65也不稀奇。
[0079]根據(jù)以上，依照本實施方式，在被照明區(qū)域LZ的各位置，相干光的入射方向隨時間而變化，而且，該變化是不能用人的眼睛分辨的速度。所以，假設(shè)在被照明區(qū)域LZ配置屏幕，那么，由于與各入射角度相對應(yīng)地生成的斑點被疊加而平均化并由觀察者觀察，因而對于觀察顯示于屏幕的影像的觀察者，能夠極其有效地使斑點不顯眼。在本實施方式的情況下，疊加于被照明區(qū)域LZ的位置而配置光調(diào)制器30，從該光調(diào)制器30經(jīng)由投射光學(xué)系統(tǒng)80而投射至漫射屏幕15，而在這種情況下也是如此，由于在漫射屏幕15上產(chǎn)生的斑點被疊加而平均化，因而在漫射屏幕15上產(chǎn)生的斑點變得不顯眼。
[0080]如上所述，在本發(fā)明的實施方式中，能夠由這樣的極其簡易的構(gòu)成實現(xiàn)照明裝置40:使用掃射器件65,使相干光在全息圖記錄介質(zhì)55上掃射,使由全息圖記錄介質(zhì)55衍射的相干光入射至被照明區(qū)域LZ的整個區(qū)域。
[0081]圖1的投射裝置20在使用相干光和全息圖記錄介質(zhì)55的照明裝置40的后段側(cè)配置有投射光學(xué)系統(tǒng)80，但投射光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成不限定于上述的構(gòu)成，還能夠配置現(xiàn)有的投射光學(xué)系統(tǒng)。
[0082]在現(xiàn)有的投射光學(xué)系統(tǒng)中，存在在投射光學(xué)系統(tǒng)的前段側(cè)配置有積分棒82和中繼光學(xué)系統(tǒng)83的投射光學(xué)系統(tǒng)。積分棒82在其入射面的入射光強度取決于場所而不均勻的情況下，使出射面的出射光強度不取決于場所而均勻化。
[0083]這樣，積分棒82完成將場所導(dǎo)致的光強度的偏差均勻化的任務(wù)。此外，有時候還將積分棒82稱為棒積分器，在本說明書中，總稱為積分棒。
[0084]圖8是示出具備積分棒82和中繼光學(xué)系統(tǒng)83的照明裝置的一個示例的圖。積分棒82和中繼光學(xué)系統(tǒng)83按照順序配置于中間光學(xué)系統(tǒng)70與被照明區(qū)域LZ之間。
[0085]圖8的積分棒82、中繼光學(xué)系統(tǒng)83以及投射光學(xué)系統(tǒng)80，不是為了用于本實施方式所涉及的投射裝置20而專用地制作，而是設(shè)想挪用現(xiàn)有的構(gòu)成。即，圖8的投射裝置20，只要將單獨的照明裝置40與現(xiàn)有的構(gòu)成組合，就能夠得到上述的各種效果，由于能夠挪用現(xiàn)有的構(gòu)成，因而設(shè)計變更容易，能夠削減設(shè)計變更所需要的成本和時間。
[0086]在圖8的投射裝置20中，由中間光學(xué)系統(tǒng)70抑制漫射角度的相干光入射至積分棒82的入射面。積分棒82使從入射面84入射的光在棒82內(nèi)部全反射并同時傳播，從出射面將極其均勻的相干光出射。
[0087]從積分棒82出射的相干光由中繼光學(xué)系統(tǒng)83折射，對被照明區(qū)域LZ進(jìn)行照明。與圖1的投射裝置20同樣，為了由光調(diào)制器30生成調(diào)制圖像而使用該照明光，該調(diào)制圖像經(jīng)過投射光學(xué)系統(tǒng)80而投射至漫射屏幕15。
[0088]圖8將照明裝置40附加于現(xiàn)有的積分棒82、中繼光學(xué)系統(tǒng)83以及投射光學(xué)系統(tǒng)80而構(gòu)成投射裝置20，照明裝置40內(nèi)的中間光學(xué)系統(tǒng)70和積分棒82的對位變得重要。更具體而言，有必要進(jìn)行對位，使得將由中間光學(xué)系統(tǒng)70折射的相干光入射至積分棒82的入射面內(nèi)。
[0089]此外，由于從圖8的照明裝置40內(nèi)的全息圖記錄介質(zhì)55的各點漫射的相干光均勻地對中間光學(xué)系統(tǒng)70的前表面進(jìn)行照明，因而入射至積分棒82的入射面的相干光均勻性也高。因而，只要使用圖8的照明裝置40，本來就沒有必要使用積分棒82，但如上所述，在將本實施方式應(yīng)用于具備積分棒82的現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)、例如投射裝置的情況下，由于能夠原樣挪用從積分棒82起后段側(cè)的光學(xué)系統(tǒng)，因而能夠容易地將本實施方式應(yīng)用于現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)。
[0090]可是，在現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)中，還存在不具有積分棒82的光學(xué)系統(tǒng)。在這樣的情況下，本實施方式也能夠容易地應(yīng)用。例如，圖9是示出將本實施方式應(yīng)用于不擁有積分棒82的現(xiàn)有的投射裝置的示例的圖。圖9的投射裝置20，與圖1的投射裝置20相比，在中間光學(xué)系統(tǒng)70與光調(diào)制器之間新設(shè)置中繼光學(xué)系統(tǒng)83。從該中繼光學(xué)系統(tǒng)83至投射光學(xué)系統(tǒng)80的光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)想挪用現(xiàn)有的構(gòu)成。[0091]在中間光學(xué)系統(tǒng)70與中繼光學(xué)系統(tǒng)83之間形成有虛的中間像84。該中間像84的位置是與圖8的積分棒82的出射面相對應(yīng)的位置，中繼光學(xué)系統(tǒng)83將該中間像84映射至被照明區(qū)域LZ。
[0092]由于圖9的投射裝置不擁有積分棒82，因而如果中間像84的光強度分布不均勻，則被照明區(qū)域LZ的光強度分布也變得不均勻，但如上所述，由于由本實施方式所涉及的照明裝置40內(nèi)的全息圖記錄介質(zhì)55的各點漫射的相干光均等地入射至中間光學(xué)系統(tǒng)70的整個區(qū)域，因而中間像84的光強度分布變得均勻，即使不具有積分棒82，在實用方面也沒問題。
[0093]這樣，通過將本實施方式所涉及的照明裝置40與現(xiàn)有的投射裝置的一部分組合，從而能夠容易地構(gòu)筑具備斑點降低功能的投射裝置，能夠縮短從現(xiàn)有的投射裝置設(shè)計變更所需要的時間和成本。
[0094](本實施方式的其他特征)
在上述的文獻(xiàn)Speckle Phenomena in Optics, Joseph W.Goodman, Roberts & C0.，2006中，提出了作為表示在屏幕上產(chǎn)生的斑點的程度的參數(shù)而使用斑點對比度(單位％)這種數(shù)值的方法。該斑點對比度是作為將在顯示本來應(yīng)該采取均勻的輝度分布的測試圖案影像時在屏幕上實際產(chǎn)生的輝度的偏差的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以輝度的平均值而得到的值而定義的量。該斑點對比度的值越大，意味著屏幕上的斑點產(chǎn)生程度越大，表示對觀察者更顯著地提示斑點狀的輝度不均勻模樣。
[0095]此外，依照上述的本實施方式，還能夠享有以下的優(yōu)點。
[0096]依照上述的本實施方式，用于使斑點不顯眼的光學(xué)元件50還能夠作為用于對從照射裝置60照射的相干光的光束形態(tài)進(jìn)行整形和調(diào)整的光學(xué)部件而起作用。所以，能夠使光學(xué)系統(tǒng)小型且簡易化。
[0097]另外，依照上述的本實施方式，入射至全息圖記錄介質(zhì)55的特定位置的相干光在被照明區(qū)域LZ內(nèi)的整個區(qū)域以各種顏色生成散射板6的像5。因此，能夠?qū)⒂扇D記錄介質(zhì)55衍射的光全部利用于照明，在來自激光光源61的光的利用效率的方面也優(yōu)異。
[0098](O級光的避免)
來自照射裝置60的相干光的一部分，不是由全息圖記錄介質(zhì)55衍射，而是透射該全息圖記錄介質(zhì)55。這樣的光被稱為O級光。如果O級光入射至被照明區(qū)域LZ，那么，在被照明區(qū)域LZ內(nèi)產(chǎn)生與周圍相比較而亮度(輝度)急劇上升的點狀區(qū)域、線狀區(qū)域、面狀區(qū)域等異常區(qū)域。
[0099]在使用反射型的全息圖記錄介質(zhì)55 (以下，反射型全息圖)的情況下，由于在O級光行進(jìn)的方向上未配置被照明區(qū)域LZ，因而能夠比較容易地避免O級光，但在使用透射型的全息圖記錄介質(zhì)55 (以下，透射型全息圖)的情況下，難以采取避免O級光的構(gòu)成。所以，在透射型全息圖的情況下，期望極力提高衍射效率并盡可能地抑制O級光的影響。
[0100](反射型和透射型的全息圖記錄介質(zhì)55)
與透射型全息圖相比，反射型全息圖波長選擇性較高。即，反射型全息圖，即使與不同的波長相對應(yīng)的干涉條紋層疊，也能夠僅在期望的層使期望的波長的相干光衍射。另外，在容易除去O級光的影響這點上，反射型全息圖也優(yōu)異。
[0101]另一方面，透射型全息圖能夠衍射的光譜寬，激光光源61的容許誤差寬，但如果與不同的波長相對應(yīng)的干涉條紋層疊，則在除了期望的層以外的層也將期望的波長的相干光衍射。因而，一般而言，透射型全息圖難以做成層疊構(gòu)造。
[0102](照射裝置60)
在上述的方式中，說明了照射裝置60具有激光光源61和掃射器件65的示例。示出了掃射器件65由通過反射而使相干光的行進(jìn)方向變化的單軸轉(zhuǎn)動型的反射鏡器件66構(gòu)成的示例，但不限于此。掃射器件65如圖10所示，反射鏡器件66的反射鏡(反射面66a)也可以不但能夠以第I轉(zhuǎn)動軸線RAl為中心而轉(zhuǎn)動，而且還能夠以與第I轉(zhuǎn)動軸線RAl交叉的第2轉(zhuǎn)動軸線RA2為中心而轉(zhuǎn)動。在圖10所示的示例中，反射鏡66a的第2轉(zhuǎn)動軸線RA2和與定義在全息圖記錄介質(zhì)55的板面上的XY坐標(biāo)系的Y軸平行地延伸的第I轉(zhuǎn)動軸線RAl正交。而且，由于反射鏡66a能夠以第I軸線RAl和第2軸線RA2的兩者為中心而轉(zhuǎn)動，因而相干光從照射裝置60向光學(xué)元件50的入射點IP能夠在全息圖記錄介質(zhì)55的板面上沿二維方向移動。因此，作為一個示例，如圖10所示,相干光向光學(xué)元件50的入射點IP還能夠在圓周上移動。
[0103]另外，掃射器件65也可以包括二個以上反射鏡器件66。在這種情況下，反射鏡器件66的反射鏡66a，即使能夠僅以單個軸線為中心而轉(zhuǎn)動，也能夠使相干光從照射裝置60向光學(xué)元件50的入射點IP在全息圖記錄介質(zhì)55的板面上沿二維方向移動。
[0104]此外，作為掃射器件65所包括的反射鏡器件66a的具體示例，能夠列舉MEMS反射鏡、多面鏡、振鏡掃描器等。
[0105]另外，掃射器件65也可以包括通過反射而使相干光的行進(jìn)方向變化的反射器件，即，在本實施方式中，除了作為一個示例而上述的反射鏡器件66以外的器件而構(gòu)成。例如，掃射器件65也可以包括折射棱鏡或透鏡等。
[0106]說起來，掃射器件65不是必須的，也可以是，照射裝置60的光源61以能夠相對于光學(xué)兀件50而位移(移動、搖動、旋轉(zhuǎn))的方式構(gòu)成，通過光源61相對于光學(xué)兀件50的位移，從而從光源61照射的相干光在全息圖記錄介質(zhì)55上掃射。
[0107]從光源61照射的相干光，理想地為線狀光線，但實際上稍微漫射，來自光源61的相干光不一定入射至掃射器件65的I點。因此，如圖1所示，也可以在照射裝置60內(nèi)的光源61與掃射器件65之間設(shè)置聚光透鏡67。聚光透鏡67被定位，使得來自光源61的相干光會聚于掃射器件65的I點。由此，由于掃射器件65的旋轉(zhuǎn)中心與相干光的發(fā)散中心一致，因而在掃射器件65旋轉(zhuǎn)時，能夠始終將來自基準(zhǔn)點SP的發(fā)散光入射至全息圖記錄介質(zhì)55，能夠如當(dāng)初所意圖地對被照明區(qū)域LZ進(jìn)行照明。
[0108]此外，照射裝置60的光源61也可以不一定使作為線狀光線而整形的激光振蕩。尤其是，在上述的方式中，照射至光學(xué)元件50的各位置的相干光由光學(xué)元件50整形為入射至被照明區(qū)域LZ的整個區(qū)域的光束。所以，即使未將從照射裝置60的光源61照射至光學(xué)元件50的相干光精確地整形，也不產(chǎn)生不合適狀況。因此，從光源61產(chǎn)生的相干光也可以是發(fā)散光。另外，從光源61產(chǎn)生的相干光的剖面形狀也可以不是圓，而是橢圓等。而且，從光源61產(chǎn)生的相干光的橫模也可以是多模。
[0109]此外,在光源61產(chǎn)生發(fā)散光束的情況下,相干光,在入射至光學(xué)兀件50的全息圖記錄介質(zhì)55時，入射至不是點而是擁有某種程度的面積的區(qū)域。在這種情況下，由全息圖記錄介質(zhì)55衍射并入射至被照明區(qū)域LZ的各位置的光，將角度復(fù)用。換言之，在各瞬間，從某種程度的角度范圍的方向?qū)⑾喔晒馊肷渲帘徽彰鲄^(qū)域LZ的各位置。通過這樣的角度的復(fù)用，從而能夠進(jìn)一步有效地使斑點不顯眼。
[0110]而且，在圖1中，示出使由掃射器件65反射的相干光直接入射至光學(xué)元件50的示例，但也可以在掃射器件65與光學(xué)兀件50之間設(shè)置聚光透鏡，由該聚光透鏡使相干光成為平行光束而入射至光學(xué)元件50。在這樣的示例中，在制作全息圖記錄介質(zhì)55時的曝光工序中，作為參考光Lr，代替上述的會聚光束而使用平行光束。這樣的全息圖記錄介質(zhì)55能夠更簡單地制作和復(fù)制。
[0111](光學(xué)元件50)
在上述的方式中，示出光學(xué)元件50由使用光敏聚合物的反射型的三維全息圖55構(gòu)成的示例，但不限于此。另外，光學(xué)元件50也可以包括利用含有銀鹽材料的感光介質(zhì)來記錄的類型的三維全息圖。而且，光學(xué)元件50也可以包括透射型的三維全息圖記錄介質(zhì)55，也可以包括浮雕型(壓花型)的全息圖記錄介質(zhì)55。
[0112]但是，浮雕(壓花)型全息圖通過表面的凹凸構(gòu)造而進(jìn)行全息圖干涉條紋的記錄。然而，在該浮雕型全息圖的情況下，表面的凹凸構(gòu)造所導(dǎo)致的散射，除了成為光量損耗的原因以外，還存在成為未意圖的新的斑點生成的主要原因的可能性，在這點上，三維全息圖優(yōu)選。在三維全息圖中，由于作為介質(zhì)內(nèi)部的折射率調(diào)制圖案(折射率分布)而進(jìn)行全息圖干涉條紋的記錄，因而不受表面的凹凸構(gòu)造導(dǎo)致的散射所造成的影響。
[0113]可是，在三維全息圖中，利用含有銀鹽材料的感光介質(zhì)來記錄的類型的全息圖，銀鹽粒子導(dǎo)致的散射除了成為光量損耗的原因以外，還存在成為未意圖的新的斑點生成的主要原因的可能性。在這點上，作為全息圖記錄介質(zhì)55，優(yōu)選使用光敏聚合物的三維全息圖。
[0114]另外，在圖3所示的記錄工序中，生成所謂的菲涅耳類型的全息圖記錄介質(zhì)55，但也可以生成通過進(jìn)行使用透鏡的記錄而得到的傅里葉變換類型的全息圖記錄介質(zhì)55。不過，在使用傅里葉變換類型的全息圖記錄介質(zhì)55的情況下，也可以在像再現(xiàn)時也使用透鏡。
[0115]另外，應(yīng)該形成于全息圖記錄介質(zhì)55的條紋狀圖案，例如折射率調(diào)制圖案或凹凸圖案，也可以不使用實際的物光Lo和參考光Lr，而是基于預(yù)定的再現(xiàn)照明光La的波長或入射方向以及應(yīng)該再現(xiàn)的像的形狀或位置等而使用計算機(jī)來設(shè)計。這樣得到的全息圖記錄介質(zhì)55也被稱為計算機(jī)合成全息圖。另外，在如上述的變形例那樣將波長范圍互相不同的多個相干光從照射裝置60照射的情況下，作為計算機(jī)合成全息圖的全息圖記錄介質(zhì)55，也可以在平面上區(qū)分為與各波長范圍的相干光分別相對應(yīng)地設(shè)置的多個區(qū)域，各波長范圍的相干光由對應(yīng)的區(qū)域衍射而再現(xiàn)像。
[0116]而且，在上述的方式中，示出光學(xué)元件50具有擴(kuò)展照射至各位置的相干光并使用該擴(kuò)展的相干光對被照明區(qū)域LZ的整個區(qū)域進(jìn)行照明的全息圖記錄介質(zhì)55的示例，但不限于此。光學(xué)元件50也可以代替全息圖記錄介質(zhì)55，或除了全息圖記錄介質(zhì)55之外，具有作為在使照射至各位置的相干光的行進(jìn)方向變化的同時漫射并由相干光對被照明區(qū)域LZ的整個區(qū)域進(jìn)行照明的光學(xué)元件的透鏡陣列。作為這樣的具體示例，能夠列舉賦予漫射功能的全反射型或折射型菲涅耳透鏡或復(fù)眼透鏡等。在這樣的照明裝置40中，通過預(yù)先將照射裝置60和光學(xué)兀件50構(gòu)成為，關(guān)于照射裝置60,相干光在透鏡陣列上掃射,將相干光照射至光學(xué)元件50，而且，從照射裝置60入射至光學(xué)元件50的各位置的相干光，由透鏡陣列使行進(jìn)方向變化并對被照明區(qū)域LZ進(jìn)行照明，從而能夠有效地使斑點不顯眼。
[0117]光學(xué)元件50，除了全息圖記錄介質(zhì)55和透鏡陣列以外，還能夠由漫射板構(gòu)成。作為漫射板，考慮乳白玻璃或磨砂玻璃等玻璃部件或樹脂漫射板等。由于漫射板使由掃射器件65反射的相干光漫射，因而與使用全息圖記錄介質(zhì)55或透鏡陣列的情況同樣，能夠從各種方向?qū)Ρ徽彰鲄^(qū)域LZ進(jìn)行照明。此外，所謂本發(fā)明中的光學(xué)元件的“漫射”，是指將入射光沿既定的方向角度擴(kuò)大而出射，不但包括充分地控制衍射光學(xué)元件或透鏡陣列等所導(dǎo)致的漫射角的情況，而且還包括由乳白玻璃等的散射粒子擴(kuò)大出射角的情況。
[0118](照明方法)
在上述的方式中，示出這樣的示例:構(gòu)成為照射裝置60能夠?qū)⑾喔晒庋匾痪S方向在光學(xué)元件50上掃射，而且，構(gòu)成為光學(xué)元件50的全息圖記錄介質(zhì)55或透鏡陣列將照射至各位置的相干光沿二維方向漫射，由此，照明裝置40對二維的被照明區(qū)域LZ進(jìn)行照明。但是，如已經(jīng)說明的，不限定于這樣的示例，例如，也可以是構(gòu)成為照射裝置60能夠?qū)⑾喔晒庋囟S方向在光學(xué)元件50上掃射，而且，構(gòu)成為光學(xué)元件50的全息圖記錄介質(zhì)55或透鏡陣列將照射至各位置的相干光沿二維方向漫射，由此，如圖10所示，照明裝置40對二維的被照明區(qū)域LZ進(jìn)行照明。
[0119]另外，如已經(jīng)提及的，也可以是，構(gòu)成為照射裝置60能夠?qū)⑾喔晒庋匾痪S方向在光學(xué)元件50上掃射，而且，構(gòu)成為光學(xué)元件50的全息圖記錄介質(zhì)55或透鏡陣列將照射至各位置的相干光沿一維方向漫射，由此，照明裝置40對一維的被照明區(qū)域LZ進(jìn)行照明。在該形態(tài)中，也可以是，照射裝置60導(dǎo)致的相干光的掃射方向和光學(xué)元件50的全息圖記錄介質(zhì)55或透鏡陣列的漫射方向平行。
[0120]而且，也可以是，構(gòu)成為照射裝置60能夠?qū)⑾喔晒庋匾痪S方向或二維方向在光學(xué)元件50上掃射，而且，構(gòu)成為光學(xué)元件50的全息圖記錄介質(zhì)55或透鏡陣列將照射至各位置的相干光沿一維方向漫射。在該形態(tài)中，也可以是光學(xué)元件50具有多個全息圖記錄介質(zhì)55或透鏡陣列，按照順序?qū)εc各全息圖記錄介質(zhì)55或透鏡陣列相對應(yīng)的被照明區(qū)域LZ進(jìn)行照明，由此，照明裝置40對二維的區(qū)域進(jìn)行照明。此時，可以以人的眼睛或許認(rèn)為同時被照明那樣的速度按照順序?qū)Ω鞅徽彰鲄^(qū)域LZ進(jìn)行照明，或者，也可以以即使是人的眼睛也能夠認(rèn)識到按照順序進(jìn)行照明那樣的慢的速度按照順序進(jìn)行照明。
[0121]此外，在本說明書中，將光學(xué)元件50、照射裝置60內(nèi)的掃射器件65以及中間光學(xué)系統(tǒng)70合并而成的裝置稱為投射控制裝置90。
[0122]本發(fā)明的形態(tài)，不限定于上述的各個實施方式，還包括所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員能夠想到的各種變形，本發(fā)明的效果也不限定于上述的內(nèi)容。即，在不脫離從權(quán)利要求書所規(guī)定的內(nèi)容及其等同物導(dǎo)出的本發(fā)明的概念的思想和要旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種追加、變更以及部分的刪除。
【權(quán)利要求】
1.一種投射裝置，其特征在于，具備: 光學(xué)元件，能夠使相干光漫射； 照射裝置，以相干光在所述光學(xué)元件上掃射的方式，將所述相干光照射至所述光學(xué)元件； 光調(diào)制器，由從所述照射裝置入射至所述光學(xué)元件的各位置而被漫射的相干光來照明； 投射光學(xué)系統(tǒng)，將由所述光調(diào)制器生成的調(diào)制圖像投射至漫射面；以及中間光學(xué)系統(tǒng)，配置于所述光學(xué)元件與所述光調(diào)制器之間，抑制由所述光學(xué)元件漫射的相干光的漫射角度， 從所述光學(xué)元件漫射的相干光，在由所述中間光學(xué)系統(tǒng)抑制漫射角度之后，反復(fù)對所述光調(diào)制器進(jìn)行照明。
2.如權(quán)利要求1所述的投射裝置，其特征在于，以所述光學(xué)元件與所述中間光學(xué)系統(tǒng)的距離和所述中間光學(xué)系統(tǒng)的焦點距離一致的方式，定位所述中間光學(xué)系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的投射裝置，其特征在于，所述光調(diào)制器與所述中間光學(xué)系統(tǒng)的距離和所述中間光學(xué)系統(tǒng)的焦點距離一致的方式，定位所述中間光學(xué)系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的投射裝置，其特征在于，所述投射光學(xué)系統(tǒng)的所述光調(diào)制器側(cè)為遠(yuǎn)心。
5.如權(quán)利要求1所述的投射裝置，其特征在于，所述光學(xué)元件為全息圖記錄介質(zhì)。`
6.如權(quán)利要求5所述的投射裝置，其特征在于，以由所述全息圖記錄介質(zhì)漫射并由所述中間光學(xué)系統(tǒng)抑制漫射角度的相干光的主光線的方向和所述光調(diào)制器的光軸大致平行的方式，形成所述全息圖記錄介質(zhì)的干涉條紋。
7.如權(quán)利要求5所述的投射裝置，其特征在于，所述全息圖記錄介質(zhì)為三維全息圖。
8.如權(quán)利要求5所述的投射裝置，其特征在于，所述全息圖記錄介質(zhì)為計算機(jī)合成全息圖。
9.如權(quán)利要求5所述的投射裝置，其特征在于，所述全息圖記錄介質(zhì)為表面浮雕型的全息圖漫射器。
10.如權(quán)利要求1所述的投射裝置，其特征在于，所述光學(xué)元件為具有多個透鏡的微透鏡陣列。
11.如權(quán)利要求1所述的投射裝置，其特征在于，所述光調(diào)制器為空間光調(diào)制器。
12.如權(quán)利要求11所述的投射裝置，其特征在于，所述空間光調(diào)制器使來自所述照射裝置的相干光透射或反射而生成調(diào)制圖像。
13.如權(quán)利要求11所述的投射裝置，其特征在于，所述空間光調(diào)制器為微鏡器件、或反射型或透射型LCOS、或透射型的液晶面板。
14.如權(quán)利要求1所述的投射裝置，其特征在于，所述照射裝置具有: 光源，輻射相干光；以及 掃射器件，通過使從所述光源輻射的所述相干光的行進(jìn)方向變化，而使該相干光在所述光學(xué)元件上掃射。
15.如權(quán)利要求1所述的投射裝置，其特征在于，具備中繼光學(xué)系統(tǒng)，該中繼光學(xué)系統(tǒng)配置于所述中間光學(xué)系統(tǒng)與所述光調(diào)制器之間，將由利用所述中間光學(xué)系統(tǒng)來抑制漫射角度的相干光形成的中間像映射于所述光調(diào)制器。
16.如權(quán)利要求15所述的投射裝置，其特征在于，具備配置于所述中間光學(xué)系統(tǒng)與所述中繼光學(xué)系統(tǒng)之間的積分棒。
17.一種投射控制裝置，其特征在于，具備: 光學(xué)元件，能夠使相干光漫射； 掃射器件，使所述相干光的行進(jìn)方向變化，使該相干光在所述光學(xué)兀件上掃射；以及 中間光學(xué)系統(tǒng)，抑制由所述光學(xué)元件漫射的相干光的漫射角度， 從所述光學(xué)元件漫射的相干光，在由所述中間光學(xué)系統(tǒng)抑制漫射角度之后，反復(fù)對至少一部分進(jìn)行照明。`
【文檔編號】G03B21/14GK103518161SQ201280020654
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月28日
【發(fā)明者】倉重牧夫, 谷口幸夫, 大八木康之 申請人:大日本印刷株式會社