JP2001318640A - Reflection type image display device using hologram color filter - Google Patents

Reflection type image display device using hologram color filter

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JP2001318640A
JP2001318640A JP2000135585A JP2000135585A JP2001318640A JP 2001318640 A JP2001318640 A JP 2001318640A JP 2000135585 A JP2000135585 A JP 2000135585A JP 2000135585 A JP2000135585 A JP 2000135585A JP 2001318640 A JP2001318640 A JP 2001318640A
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color filter
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reflection type image display device using a hologram color filter in which the display light diffracted in the direction perpendicular to the plane of the reflection type image display element and again diffracted by the hologram color filter to the illumination light source side is separated from the illumination light and an image with small distortion of the image can be displayed by a coaxially disposed projection optical system. SOLUTION: The reflection image display device 1 consists of the combination of a hologram color filter 2 consisting of repetition of element holograms which disperse colors of the illumination light 6 entering at an oblique incident angle and condense the light, and a reflection type spatial modulating element 5. In the device, the display light 9 reflected by the reflection type spatial modulating device 5 and again diffracted by the hologram color filter 2 exit to the direction almost opposite to the illumination light 6. A polarization separation means 10 is disposed in the optical path of the illumination light 6 to separate the display light 9 from the illumination light 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ホログラムカラー
フィルターを用いた反射型画像表示装置に関し、特に、
明るく歪みのない画像を投影できるホログラムカラーフ
ィルターを用いた反射型画像表示装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reflection type image display device using a hologram color filter.
The present invention relates to a reflection type image display device using a hologram color filter capable of projecting a bright and undistorted image.

【0002】[0002]

【従来の技術】本出願人は、ホログラムカラーフィルタ
ーとそれを用いた透過型カラー液晶表示装置に関して多
数の特許出願をしている。また、このホログラムカラー
フィルターを反射型液晶表示素子やDMD(デジタルマ
イクロミラーデバイス)に適用して反射型画像表示装置
を構成したものも、特開平9−281917号(特願平
8−95289号)において提案している。
2. Description of the Related Art The applicant of the present invention has filed many patent applications concerning a hologram color filter and a transmission type color liquid crystal display device using the same. A holographic color filter applied to a reflective liquid crystal display device or a DMD (digital micromirror device) to form a reflective image display device is also disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-281917 (Japanese Patent Application No. 8-95289). In the proposal.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9−281917号のものにおいては、反射型表示素子
(反射型液晶表示素子、DMD)からの反射光は、表示
素子の面に対して垂直方向には反射せず、斜めの方同に
反射していくことになる。この反射光を投影レンズで投
影する場合、表示素子と投影レンズの配置関係はアオリ
的な配置になってしまい、光学配置が限定されてしま
う。
However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-281917, reflected light from a reflective display device (reflective liquid crystal display device, DMD) is directed in a direction perpendicular to the surface of the display device. The light is not reflected on the surface, but is reflected on the oblique direction. When projecting this reflected light with a projection lens, the arrangement relationship between the display element and the projection lens is a tilted arrangement, and the optical arrangement is limited.

【0004】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、反射型画像表示
素子の面に対して垂直方向に回折され、ホログラムカラ
ーフィルターで照明光源側に再度回折された表示光を照
明光から分離して同軸配置の投影光学系により像歪みの
小さい画像が表示可能なホログラムカラーフィルターを
用いた反射型画像表示装置を提供することである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to diffract light in a direction perpendicular to the surface of a reflection type image display device, and use a hologram color filter to provide an illumination light source side. Another object of the present invention is to provide a reflection type image display device using a hologram color filter capable of displaying an image with small image distortion by using a coaxially arranged projection optical system by separating display light diffracted again from illumination light.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表
示装置は、斜めの入射角で入射する照明光を色分散しか
つ集光する要素ホログラムの繰り返しからなるホログラ
ムカラーフィルターと反射型空間変調素子との組み合わ
せからなる反射型画像表示装置であって、前記反射型空
間変調素子で反射され、前記ホログラムカラーフィルタ
ーで再回折された表示光が前記照明光と略反対方向に出
る反射型画像表示装置において、前記照明光の光路中に
偏光分離手段を配置して前記表示光を前記照明光から分
離することを特徴とするものである。
A reflection type image display apparatus using a hologram color filter according to the present invention, which achieves the above object, comprises an element hologram which disperses and condenses illumination light incident at an oblique incident angle. A reflection type image display device comprising a combination of a hologram color filter composed of repetitions and a reflection type spatial modulation element, wherein display light reflected by the reflection type spatial modulation element and re-diffracted by the hologram color filter is illuminated. In a reflection type image display device which emits light in a direction substantially opposite to the light, a polarization separating means is arranged in an optical path of the illumination light to separate the display light from the illumination light.

【0006】この場合、偏光分離手段による偏光分離角
が照明光の入射角と略等しく、表示光が反射型空間変調
素子の面に対して略垂直に出射するようにすることが望
ましい。
In this case, it is desirable that the polarization splitting angle by the polarization splitting means is substantially equal to the incident angle of the illumination light, and the display light is emitted substantially perpendicularly to the surface of the reflective spatial light modulator.

【0007】また、反射型空間変調素子が画素の変調度
に応じて入射光の偏光面を回転するものであることが望
ましい。
It is desirable that the reflection type spatial modulation element rotates the plane of polarization of incident light in accordance with the degree of modulation of the pixel.

【0008】また、偏光分離手段としては、偏光分離プ
リズム又はそのアレイからなっていても、ホログラフィ
ック偏光ビームスプリッター又は透過型回折格子からな
る偏光ビームスプリッターからなっていてもよい。
The polarized light separating means may be constituted by a polarized light separating prism or an array thereof, or may be constituted by a holographic polarizing beam splitter or a polarizing beam splitter formed of a transmission type diffraction grating.

【0009】また、表示光が投影光学系により投影され
るものであってもよい。
Further, the display light may be projected by a projection optical system.

【0010】本発明においては、照明光の光路中に偏光
分離手段を配置して表示光を照明光から分離するように
しているので、明るく歪みのないカラー画像を観察表示
することができ、投影画像表示装置として構成する場
合、投影光学系はアオリ配置をする必要がなく、光学系
の自由度は飛躍的に向上する。
In the present invention, since the polarization splitting means is arranged in the optical path of the illumination light to separate the display light from the illumination light, a bright and undistorted color image can be observed and displayed. When configured as an image display device, the projection optical system does not need to be tilted, and the degree of freedom of the optical system is dramatically improved.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明のホログラムカラー
フィルターを用いた反射型画像表示装置を実施例に基づ
いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a reflection type image display apparatus using a hologram color filter according to the present invention will be described with reference to embodiments.

【0012】本発明の基本原理は、特開平9−2819
17号に記載されているようなホログラムカラーフィル
ターを用いた反射型画像表示装置において、ホログラム
カラーフィルターで分光され、反射型画像表示素子に入
射する回折光が画像表示素子の面に対して略垂直になる
ように設定して、反射型画像表示素子による反射光をホ
ログラムカラーフィルターで照明光源側に再度回折さ
せ、ウォラストンプリズムのような偏光面の方向に応じ
て出射方向を変える偏光分離手段により照明光方向から
表示光を分離して像歪みの小さい画像を表示可能にする
ものであり、この表示光は偏心配置でなく同軸配置の投
影光学系により投影できるものである。
The basic principle of the present invention is disclosed in JP-A-9-2819.
In a reflection-type image display device using a hologram color filter as described in No. 17, diffracted light that is separated by the hologram color filter and incident on the reflection-type image display element is substantially perpendicular to the surface of the image display element. The light reflected by the reflection type image display device is diffracted again to the illumination light source side by the hologram color filter, and polarization separation means such as a Wollaston prism which changes the emission direction according to the direction of the polarization plane is set. The display light is separated from the direction of the illumination light so that an image with small image distortion can be displayed. This display light can be projected by a projection optical system having a coaxial arrangement instead of an eccentric arrangement.

【0013】この偏光分離手段による表示光の分離方向
は、反射型画像表示素子の表示面に対して略垂直方向に
なるように、ホログラムカラーフィルターの照明光入射
角、偏光分離手段の偏光分離角を設定することが望まし
く、その場合に、投影画像表示装置として構成する場
合、投影光学系はアオリ配置をする必要がなくなる。こ
のような設定により光学系の自由度は飛躍的に向上す
る。
The illumination light incident angle of the hologram color filter and the polarization separation angle of the polarization separation means are set so that the direction of separation of the display light by the polarization separation means is substantially perpendicular to the display surface of the reflection type image display device. Is desirably set. In this case, when the projection optical system is configured as a projection image display device, the projection optical system does not need to be tilted. Such a setting dramatically improves the degree of freedom of the optical system.

【0014】次に、本発明の実施例を説明する。まず、
図3を参照にして、ホログラムカラーフィルター2で分
光され、反射型画像表示素子5に入射する回折光、特に
その中心光線(緑成分7Gの主光線)が画像表示素子5
の面に対して略垂直になるように設定した反射型画像表
示装置1について説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described. First,
Referring to FIG. 3, the diffracted light, which is split by hologram color filter 2 and enters reflection type image display element 5, in particular, its central ray (principal ray of green component 7 G) is reflected by image display element 5.
The reflective image display device 1 set so as to be substantially perpendicular to the surface will be described.

【0015】図3において、反射型画像表示素子5は、
例えば液晶表示素子でなる透過型空間光変調器3とその
背面に配置されたアルミニウム膜のような反射層4とか
らなり、透過型空間光変調器3は規則的に画素3’に区
切られており、その透過型空間光変調器3の表側(観察
側)にホログラムカラーフィルター2が離間して配置さ
れる。透過型空間光変調器3の画素3’間には不図示の
ブラック・マトリックスが配置されている。なお、ホロ
グラムカラーフィルター2と反射層4の間の距離は、ホ
ログラムカラーフィルター2を構成するアレー状の各微
小ホログラム2’の集光距離(焦点距離)に略等しく選
ばれる。
In FIG. 3, the reflection type image display element 5 is
For example, the spatial light modulator 3 is composed of a transmissive spatial light modulator 3 formed of a liquid crystal display element and a reflective layer 4 such as an aluminum film disposed on the back surface of the transmissive spatial light modulator 3. The transmissive spatial light modulator 3 is regularly partitioned into pixels 3 '. The hologram color filter 2 is spaced apart from the front side (observation side) of the transmission type spatial light modulator 3. A black matrix (not shown) is arranged between the pixels 3 ′ of the transmissive spatial light modulator 3. The distance between the hologram color filter 2 and the reflection layer 4 is selected to be substantially equal to the converging distance (focal length) of each array-shaped minute hologram 2 ′ constituting the hologram color filter 2.

【0016】ここで、ホログラムカラーフィルター2
は、透過型空間光変調器3の3つの原色画素R、G、B
の繰り返し周期、すなわち、透過型空間光変調器3の紙
面内の方向に隣接する3つの画素3’の組各々に対応し
て、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配置
された微小ホログラム2’からなり、微小ホログラム
2’は透過型空間光変調器3の紙面内の方向に隣接する
3つの画素3’各組に対応して各々1個ずつ配置されて
おり、各微小ホログラム2’は、ホログラムカラーフィ
ルター2の法線に対して角度θをなして入射する照明光
6の中の緑色の成分の光7Gを、その微小ホログラム
2’に対応する3つの原色画素R、G、Bの中心の画素
G近傍に略垂直に集光するようにフレネルゾーンプレー
ト状に形成されているものである。そして、微小ホログ
ラム2’は、回折効率の波長依存性がないかもしくは少
ない、レリーフ型、位相型、振幅型等の透過型ホログラ
ムからなり、波長に応じて異なる回折角で回折するもの
である。
Here, the hologram color filter 2
Are the three primary color pixels R, G, B of the transmissive spatial light modulator 3.
Corresponding to each set of three pixels 3 ′ adjacent to each other in the direction of the plane of the transmissive spatial light modulator 3 in the array, at the same pitch as the repetition period. , And one micro hologram 2 ′ is arranged corresponding to each set of three pixels 3 ′ adjacent in the direction of the plane of the transmissive spatial light modulator 3, and each micro hologram 2 ′ The light 7G of the green component in the illumination light 6 incident at an angle θ with respect to the normal line of the hologram color filter 2 is converted into three primary color pixels R, G, and B corresponding to the minute hologram 2 ′. It is formed in a Fresnel zone plate shape so as to converge light nearly vertically near the center pixel G. The minute hologram 2 'is composed of a transmission hologram such as a relief type, a phase type, and an amplitude type, which has little or no wavelength dependence of the diffraction efficiency, and diffracts at different diffraction angles depending on the wavelength.

【0017】このような配置であるので、ホログラムカ
ラーフィルター2の表面側から入射角θで白色照明光6
を入射させると、ホログラムカラーフィルター2により
波長分散され、各波長に対する集光位置はホログラムカ
ラーフィルター2面に平行な方向に分散される。その中
の、赤の波長成分7Rは赤を表示する画素Rの位置の反
射層4の表面近傍に、緑の成分7Gは緑を表示する画素
Gの位置の反射層4の表面近傍に、青の成分7Bは青を
表示する画素Bの反射層4の表面近傍にそれぞれ回折集
光するように、ホログラムカラーフィルター2を構成配
置することにより、それぞれの色成分はブラック・マト
リックスでほとんど減衰されずに各画素3’を通過し、
反射層4で反射されて、対応する画素R、G、Bを裏面
側からもう一度透過し、各々光8R、8G、8Bとな
り、これらの反射光8はさらにホログラムカラーフィル
ター2に略垂直に入射してホログラムカラーフィルター
2で再回折されて回折光9となり、照明光6と略反対方
向に射出する。
With this arrangement, the white illuminating light 6 is incident from the surface of the hologram color filter 2 at an incident angle θ.
Is incident, the wavelength is dispersed by the hologram color filter 2, and the light condensing position for each wavelength is dispersed in a direction parallel to the surface of the hologram color filter 2. Among them, the red wavelength component 7R is near the surface of the reflective layer 4 at the position of the pixel R displaying red, the green component 7G is near the surface of the reflective layer 4 at the position of the pixel G displaying green, and blue. The hologram color filter 2 is arranged and arranged such that the component 7B of the color component 7B is diffracted and condensed in the vicinity of the surface of the reflection layer 4 of the pixel B that displays blue. Passes through each pixel 3 ',
The light is reflected by the reflective layer 4 and transmits the corresponding pixels R, G, and B again from the back surface side to become light 8R, 8G, and 8B, respectively, and the reflected light 8 further enters the hologram color filter 2 substantially perpendicularly. The light is re-diffracted by the hologram color filter 2 to become a diffracted light 9, and exits in a direction substantially opposite to the illumination light 6.

【0018】このように反射光8がホログラムカラーフ
ィルター2で再回折されて照明光6と略反対方向に射出
するのは、上記したように、ホログラムカラーフィルタ
ー2は回折効率の波長依存性がないかもしくは少ないた
めであり、図4にその回折効率の波長依存性の1例を示
す。図4には、ホログラムカラーフィルター2に入射す
る照明光6がS偏光とP偏光の場合の回折効率を分けて
示してあるが、照明光6がS偏光でもP偏光でも回折効
率の差は少ない。
The reason why the reflected light 8 is re-diffracted by the hologram color filter 2 and emitted in a direction substantially opposite to the illumination light 6 is that the hologram color filter 2 has no wavelength dependence of the diffraction efficiency as described above. FIG. 4 shows an example of the wavelength dependence of the diffraction efficiency. FIG. 4 shows the diffraction efficiency when the illumination light 6 incident on the hologram color filter 2 is S-polarized light and P-polarized light. The difference in the diffraction efficiency between the S-polarized light and the P-polarized light is small. .

【0019】ここで、本発明においては、各色の回折成
分7R、7G、7Bはそれぞれ透過型空間光変調器3の
赤、緑、青を表示する画素R、G、Bに入射してそれら
の画素の表示状態に応じて偏光面回転の変調を受けるよ
うに透過型空間光変調器3が構成され、反射層4で反射
されて画素3’を往復通過するときに最大変調あるいは
最小変調の場合に、偏光面が90°回転するようにす
る。このような透過型空間光変調器3としては、例えば
TN液晶表示素子があるが、その他に振幅変調型の透過
型空間光変調器とその入射側に配置された4分の1波長
板とからなるもの等がある。
Here, in the present invention, the diffractive components 7R, 7G, 7B of the respective colors enter the pixels R, G, B of the transmission type spatial light modulator 3 which display red, green, blue, respectively. The transmissive spatial light modulator 3 is configured to receive the modulation of the rotation of the polarization plane according to the display state of the pixel, and when the light is reflected by the reflective layer 4 and reciprocates through the pixel 3 ′, the maximum modulation or the minimum modulation is performed. Then, the polarization plane is rotated by 90 °. Such a transmissive spatial light modulator 3 includes, for example, a TN liquid crystal display element. In addition, the transmissive spatial light modulator 3 includes a transmissive spatial light modulator of an amplitude modulation type and a quarter-wave plate disposed on the incident side thereof. And so on.

【0020】このように、ホログラムカラーフィルター
2で分光され、反射型画像表示素子5に入射する回折光
7(回折成分7R、7G、7Bをまとめて回折光7とす
る。)、特にその中心光線(緑成分7Gの主光線)が画
像表示素子5の面に対して略垂直になるように設定され
た反射型画像表示装置1においては、表示光(回折光)
9が照明光6と略反対方向に射出し、このままでは表示
光9を照明光6から分離することができず、表示装置と
して不向きである。
As described above, the diffracted light 7 that is split by the hologram color filter 2 and enters the reflection type image display element 5 (the diffracted components 7R, 7G, and 7B are collectively referred to as a diffracted light 7), particularly the central ray thereof. In the reflection type image display device 1 in which the (main ray of the green component 7G) is set to be substantially perpendicular to the surface of the image display element 5, display light (diffraction light) is displayed.
9 emits in a direction substantially opposite to the illumination light 6, and the display light 9 cannot be separated from the illumination light 6 as it is, and is not suitable for a display device.

【0021】そこで、本発明においては、表示光9を照
明光6から分離する偏光分離手段を用いる。このような
偏光分離手段としては、ウォラストンプリズム、ニコル
プリズム、グラン・トンプソンプリズム、グラン・フー
コープリズム、ロションプリズム等の偏光分離プリズム
が使用できるが、それ以外に、本出願人が特開平7−2
48417号、特開平7−234316号で提案した体
積型ホログラムからなるホログラフィック偏光ビームス
プリッターや、特開昭和61−240204号で提案さ
れている透過型回折格子からなる偏光ビームスプリッタ
ーを用いることができる。さらには、偏光分離プリズム
をアレイ状に平面に並べた偏光分離プリズム・アレイを
用いることができる。しかしながら、後記の図1、図2
の配置から明らかなように、S偏光とP偏光を相互に9
0°の角度をなすように分離する偏光ビームスプリター
の場合は、反射型画像表示装置1の表示面を斜めから見
る配置となるため、望ましいものではない。
Therefore, in the present invention, a polarization separating means for separating the display light 9 from the illumination light 6 is used. As such polarized light separating means, a polarized light separating prism such as a Wollaston prism, a Nicol prism, a Gran Thompson prism, a Gran Foucault prism, and a Lochon prism can be used. -2
A holographic polarization beam splitter comprising a volume hologram proposed in JP-A-48417 and JP-A-7-234316 and a polarization beam splitter comprising a transmission-type diffraction grating proposed in JP-A-61-240204 can be used. . Furthermore, a polarization separation prism array in which polarization separation prisms are arranged in a plane in an array can be used. However, FIG. 1 and FIG.
As can be seen from the arrangement of FIG.
In the case of a polarizing beam splitter that separates at an angle of 0 °, it is not desirable because the display surface of the reflective image display device 1 is viewed obliquely.

【0022】図1は、本発明によるホログラムカラーフ
ィルターを用いた反射型画像表示装置の1つの実施例を
示す光路図である。反射型画像表示装置1として図3の
構成のものを用いており、照明光6の光源としてメタル
ハライドランプのような白色光源11を用い、その照明
光6の光路中に偏光分離手段としてウォラストンプリズ
ム10を配置してある。このウォラストンプリズム10
は、そのS偏光とP偏光の分離角が照明光6のホログラ
ムカラーフィルター2への入射角θと略等しくなるよう
に設定されている。そして、光源11からウォラストン
プリズム10に入射する照明光6の光路中に偏光板12
が配置されている。
FIG. 1 is an optical path diagram showing one embodiment of a reflection type image display apparatus using a hologram color filter according to the present invention. 3 is used as the reflection type image display device 1, a white light source 11 such as a metal halide lamp is used as a light source of the illumination light 6, and a Wollaston prism is used as a polarization separation unit in the optical path of the illumination light 6. 10 is arranged. This Wollaston prism 10
Are set so that the separation angle between the S-polarized light and the P-polarized light is substantially equal to the incident angle θ of the illumination light 6 to the hologram color filter 2. The polarizing plate 12 is placed in the optical path of the illumination light 6 incident on the Wollaston prism 10 from the light source 11.
Is arranged.

【0023】このような配置であるので、光源11から
出た照明光6は偏光板12で例えばP偏光になり、ウォ
ラストンプリズム10を出た照明光6はP偏光のまま入
射角θでホログラムカラーフィルター2へ入射し、そこ
で赤、緑、青の成分に分光された回折光7は反射型画像
表示素子5に略垂直に入射し、各画素3’の状態に応じ
てP偏光の状態から偏光面が回転変調を受けて反射光8
となり、ホログラムカラーフィルター2に裏面側から略
垂直に入射して再回折されて回折光9となる。この回折
光9はウォラストンプリズム10に反対側から入射し、
その回折光9中の変調を受けたS偏光成分が、光源11
からの照明光6と分離角θをなすように照明光6から分
離され表示光9’となって反射型画像表示装置1から出
て行くことになり、表示光9’は反射型画像表示装置1
から正面方向に出て行くのに等しくなる。そのため、表
示光9’を観察することにより明るく歪みのないカラー
画像を観察することができる。また、その表示光9’の
光路中に偏心なしに投影レンズ13を配置することによ
り、スクリーン14上に明るく歪みのないカラー画像を
投影することができる。なお、上記の配置において、偏
光板12は必ずしも必要なものではない。
With such an arrangement, the illumination light 6 emitted from the light source 11 becomes, for example, P-polarized light by the polarizer 12, and the illumination light 6 emitted from the Wollaston prism 10 remains hologram at the incident angle θ with P polarization. The diffracted light 7 incident on the color filter 2, where it is split into red, green, and blue components, is incident on the reflective image display element 5 almost perpendicularly, and changes from the P-polarized state according to the state of each pixel 3 '. The polarization plane undergoes rotation modulation and reflected light 8
Then, the light enters the hologram color filter 2 substantially perpendicularly from the back surface side and is diffracted again to become a diffracted light 9. This diffracted light 9 enters the Wollaston prism 10 from the opposite side,
The modulated S-polarized light component in the diffracted light 9 is
Is separated from the illumination light 6 so as to form a separation angle θ with the illumination light 6 from the display device 9, and exits from the reflective image display device 1 as display light 9 ′, and the display light 9 ′ is reflected from the reflective image display device. 1
Is equivalent to exiting from the front. Therefore, a bright and undistorted color image can be observed by observing the display light 9 '. Further, by disposing the projection lens 13 in the optical path of the display light 9 ′ without decentering, a bright and undistorted color image can be projected on the screen 14. In the above arrangement, the polarizing plate 12 is not always necessary.

【0024】図2は、本発明によるホログラムカラーフ
ィルターを用いた反射型画像表示装置の別の実施例を示
す光路図である。反射型画像表示装置1として図3の構
成のものを用いており、照明光6の光源としてメタルハ
ライドランプのような白色光源11を用い、その照明光
6の光路中に偏光分離手段として、この実施例では特開
平7−248417号のホログラフィック偏光ビームス
プリッター10’を配置してある。このホログラフィッ
ク偏光ビームスプリッター10’のS偏光とP偏光の分
離角は、照明光6のホログラムカラーフィルター2への
入射角θと略等しくなるように設定されている。そし
て、光源11からホログラフィック偏光ビームスプリッ
ター10’に入射する照明光6の光路中に偏光板12が
配置されている。
FIG. 2 is an optical path diagram showing another embodiment of the reflection type image display device using the hologram color filter according to the present invention. 3 is used as the reflection-type image display device 1, a white light source 11 such as a metal halide lamp is used as a light source of the illumination light 6, and this embodiment is used as polarization separation means in the optical path of the illumination light 6. In the example, a holographic polarizing beam splitter 10 'of Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-248417 is arranged. The separation angle between the S-polarized light and the P-polarized light of the holographic polarization beam splitter 10 ′ is set to be substantially equal to the incident angle θ of the illumination light 6 to the hologram color filter 2. Then, a polarizing plate 12 is disposed in the optical path of the illumination light 6 incident on the holographic polarizing beam splitter 10 'from the light source 11.

【0025】このような配置であるので、この場合も、
光源11から出た照明光6は偏光板12で例えばP偏光
になり、ホログラフィック偏光ビームスプリッター1
0’を出た照明光6はP偏光のまま入射角θでホログラ
ムカラーフィルター2へ入射し、そこで赤、緑、青の成
分に分光された回折光7は反射型画像表示素子5に略垂
直に入射し、各画素3’の状態に応じてP偏光の状態か
ら偏光面が回転変調を受けて反射光8となり、ホログラ
ムカラーフィルター2に裏面側から略垂直に入射して再
回折されて回折光9となる。この回折光9はホログラフ
ィック偏光ビームスプリッター10’に反対側から入射
し、その回折光9中の変調を受けたS偏光成分が、光源
11からの照明光6と分離角θをなすように照明光6か
ら分離され表示光9’となって反射型画像表示装置1か
ら出て行くことになり、表示光9’は反射型画像表示装
置1から正面方向に出て行くのに等しくなる。そのた
め、表示光9’を観察することにより明るく歪みのない
カラー画像を観察することができる。また、その表示光
9’の光路中に偏心なしに投影レンズ13を配置するこ
とにより、スクリーン14上に明るく歪みのないカラー
画像を投影することができる。この場合も、偏光板12
は必ずしも必要なものではない。
With such an arrangement, also in this case,
Illumination light 6 emitted from a light source 11 is converted into, for example, P-polarized light by a polarizing plate 12, and the holographic polarization beam splitter 1
The illuminating light 6 that has exited 0 ′ enters the hologram color filter 2 at an incident angle θ with P polarization, where the diffracted light 7 split into red, green, and blue components is substantially perpendicular to the reflective image display element 5. , And the polarization plane undergoes rotation modulation from the state of P-polarized light according to the state of each pixel 3 ′ to become reflected light 8. It becomes light 9. The diffracted light 9 enters the holographic polarization beam splitter 10 ′ from the opposite side, and is illuminated so that the modulated S-polarized light component in the diffracted light 9 forms a separation angle θ with the illumination light 6 from the light source 11. The light 6 is separated from the light 6 to become the display light 9 ′ and exits from the reflective image display device 1, and the display light 9 ′ is equivalent to exiting from the reflective image display device 1 in the front direction. Therefore, a bright and undistorted color image can be observed by observing the display light 9 '. Further, by disposing the projection lens 13 in the optical path of the display light 9 ′ without decentering, a bright and undistorted color image can be projected on the screen 14. Also in this case, the polarizing plate 12
Is not necessary.

【0026】以上のように、本発明の反射型画像表示装
置においては、照明光6と表示光9が略反対方向に射出
するが、偏光分離手段によって両者を分離して表示光
9’をは反射型画像表示装置1の略正面に出るようにし
たので、明るく歪みのないカラー画像を観察表示するこ
とができ、投影画像表示装置として構成する場合、投影
光学系はアオリ配置をする必要がなく、光学系の自由度
は飛躍的に向上する。
As described above, in the reflection type image display device of the present invention, the illumination light 6 and the display light 9 are emitted in substantially opposite directions. Since the display is made to appear almost in front of the reflection type image display device 1, a bright and undistorted color image can be observed and displayed. In the case of a projection image display device, the projection optical system does not need to be tilted. The degree of freedom of the optical system is dramatically improved.

【0027】以上、本発明のホログラムカラーフィルタ
ーを用いた反射型画像表示装置をいくつかの実施例に基
づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定さ
れず種々の変形が可能である。また、透過型空間光変調
器としては透過型液晶表示素子に限定されず種々の空間
光変調器を用いることができる。さらに、反射層として
はアルミニウム膜のような反射層に限定されずホログラ
ムによる反射層等を用いてもよい。
Although the reflection type image display apparatus using the hologram color filter of the present invention has been described based on several embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible. . The transmissive spatial light modulator is not limited to the transmissive liquid crystal display element, and various spatial light modulators can be used. Further, the reflection layer is not limited to a reflection layer such as an aluminum film, and a reflection layer using a hologram may be used.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表示
装置によると、照明光の光路中に偏光分離手段を配置し
て表示光を照明光から分離するようにしているので、明
るく歪みのないカラー画像を観察表示することができ、
投影画像表示装置として構成する場合、投影光学系はア
オリ配置をする必要がなく、光学系の自由度は飛躍的に
向上する。
As is apparent from the above description, according to the reflection type image display apparatus using the hologram color filter of the present invention, the display light is separated from the illumination light by disposing the polarization separation means in the optical path of the illumination light. Because it separates, you can observe and display a bright and undistorted color image,
When configured as a projection image display device, the projection optical system does not need to be tilted, and the degree of freedom of the optical system is dramatically improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるホログラムカラーフィルターを用
いた反射型画像表示装置の1つの実施例を示す光路図で
ある。
FIG. 1 is an optical path diagram showing one embodiment of a reflection type image display device using a hologram color filter according to the present invention.

【図2】本発明によるホログラムカラーフィルターを用
いた反射型画像表示装置の別の実施例を示す光路図であ
る。
FIG. 2 is an optical path diagram showing another embodiment of the reflection type image display device using the hologram color filter according to the present invention.

【図3】図1、図2において用いている反射型画像表示
装置の光路図である。
FIG. 3 is an optical path diagram of the reflection type image display device used in FIGS. 1 and 2;

【図4】ホログラムカラーフィルターの回折効率の波長
依存性の1例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the wavelength dependence of the diffraction efficiency of a hologram color filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…反射型画像表示装置 2…ホログラムカラーフィルター 2’…微小ホログラム 3…透過型空間光変調器 3’…画素 4…反射層 5…反射型画像表示素子 6…照明光 7…回折光 7R、7G、7B…回折分光成分 8…反射光 8R、8G、8B…反射光成分 9…回折光(表示光) 9’…表示光 10…ウォラストンプリズム 10’…ホログラフィック偏光ビームスプリッター 11…光源 12…偏光板 13…投影レンズ 14…スクリーン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reflection type image display apparatus 2 ... Hologram color filter 2 '... Micro hologram 3 ... Transmission type spatial light modulator 3' ... Pixel 4 ... Reflection layer 5 ... Reflection type image display element 6 ... Illumination light 7 ... Diffraction light 7R 7G, 7B: Diffraction spectral component 8: Reflected light 8R, 8G, 8B: Reflected light component 9: Diffracted light (display light) 9 ': Display light 10: Wollaston prism 10': Holographic polarization beam splitter 11: Light source 12 ... Polarizing plate 13 ... Projection lens 14 ... Screen

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03B 21/00 G03B 21/00 D G09F 9/00 360 G09F 9/00 360Z H04N 9/31 H04N 9/31 Z Fターム(参考) 2H048 BA02 BA64 BB02 BB10 BB14 BB42 2H049 BA05 BA42 BC22 CA05 CA09 CA15 CA22 2H088 EA48 HA12 HA18 HA20 HA21 HA23 JA05 MA06 5C060 BA09 DA02 GA01 GB06 HC09 HC16 HD02 JA11 JB06 5G435 AA00 AA03 BB12 BB16 CC12 DD02 DD04 FF05 GG02 GG03 GG12 GG28 GG46 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) G03B 21/00 G03B 21/00 D G09F 9/00 360 G09F 9/00 360Z H04N 9/31 H04N 9/31 Z F term (Ref.) GG46

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 斜めの入射角で入射する照明光を色分散
しかつ集光する要素ホログラムの繰り返しからなるホロ
グラムカラーフィルターと反射型空間変調素子との組み
合わせからなる反射型画像表示装置であって、前記反射
型空間変調素子で反射され、前記ホログラムカラーフィ
ルターで再回折された表示光が前記照明光と略反対方向
に出る反射型画像表示装置において、前記照明光の光路
中に偏光分離手段を配置して前記表示光を前記照明光か
ら分離することを特徴とするホログラムカラーフィルタ
ーを用いた反射型画像表示装置。
1. A reflection type image display device comprising a combination of a hologram color filter formed by repeating element holograms for dispersing and converging illumination light incident at an oblique incident angle and a reflection type spatial modulation element. In a reflective image display device in which display light reflected by the reflection type spatial modulation element and re-diffracted by the hologram color filter emerges in a direction substantially opposite to the illumination light, a polarization separation unit is provided in an optical path of the illumination light. A reflection type image display device using a hologram color filter, wherein the reflection type image display device is disposed to separate the display light from the illumination light.
【請求項2】 前記偏光分離手段による偏光分離角が前
記照明光の入射角と略等しく、前記表示光が前記反射型
空間変調素子の面に対して略垂直に出射することを特徴
とする請求項1記載のホログラムカラーフィルターを用
いた反射型画像表示装置。
2. A display device according to claim 1, wherein a polarization separation angle of said polarization separation means is substantially equal to an incident angle of said illumination light, and said display light is emitted substantially perpendicular to a surface of said reflection type spatial modulation element. Item 2. A reflection type image display device using the hologram color filter according to Item 1.
【請求項3】 前記反射型空間変調素子が画素の変調度
に応じて入射光の偏光面を回転するものであることを特
徴とする請求項1又は2記載のホログラムカラーフィル
ターを用いた反射型画像表示装置。
3. The reflection type using a hologram color filter according to claim 1, wherein the reflection type spatial modulation element rotates a plane of polarization of incident light in accordance with a degree of modulation of a pixel. Image display device.
【請求項4】 前記偏光分離手段が偏光分離プリズム又
はそのアレイからなることを特徴とする請求項1から3
の何れか1項記載のホログラムカラーフィルターを用い
た反射型画像表示装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein said polarization separation means comprises a polarization separation prism or an array thereof.
A reflection type image display device using the hologram color filter according to any one of the above.
【請求項5】 前記偏光分離手段がホログラフィック偏
光ビームスプリッター又は透過型回折格子からなる偏光
ビームスプリッターからなることを特徴とする請求項1
から3の何れか1項記載のホログラムカラーフィルター
を用いた反射型画像表示装置。
5. The apparatus according to claim 1, wherein said polarization separating means comprises a holographic polarizing beam splitter or a polarizing beam splitter comprising a transmission type diffraction grating.
4. A reflection type image display device using the hologram color filter according to any one of items 1 to 3.
【請求項6】 前記表示光が投影光学系により投影され
ることを特徴とする請求項1から5の何れか1項記載の
ホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表示装
置。
6. The reflection type image display device using a hologram color filter according to claim 1, wherein the display light is projected by a projection optical system.
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