JP2002023107A - 画像表示素子及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明光の光利用効率を高くし、装置の小型
化、低コスト化を可能とし、また、表示画像の均一性、
高コントラスト性を実現する。 【解決手段】 屈折率の入射偏光方位依存性が互いに異
なる２つの領域を順次積層した構造を有し照明光を回折
させる偏光選択性ホログラム光学素子３と、偏光選択性
ホログラム光学素子３により回折された照明光の偏光状
態を変調する反射型空間光変調素子１０とを備える。さ
らに、光源、照明光学系及び投射光学系を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型空間光変調
素子を用いた画像表示素子及び画像表示装置に関し、特
に、装置の軽量化、製造の低コスト化、表示画像の高コ
ントラス化を図ることに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、以下に述べるように、種々の画像
表示素子及びこれら画像表示素子を用いて構成された画
像表示装置が提案されている。

【０００３】〔１〕空間光変調素子 空間光変調素子（Spatial Light Modulator：ＳＬＭ）
は、映像信号が入力され、その信号に応じた画像データ
に基づいて、各画素毎に入射光を変調するように構成さ
れたデバイスである。空間光変調素子を透過する光を変
調する透過型と、空間光変調素子において反射される光
を変調する反射型とがある。

【０００４】反射型空間光変調素子は、液晶、デジタル
マイクロミラー等を使用して構成されている。特に、液
晶を使用して構成したものは、液晶型空間光変調素子と
称される。

【０００５】液晶には、旋光（偏光導波）モード型、複
屈折モード型、光散乱モード型、光吸収モード型等があ
る。一般的に使用される液晶としては、旋光（偏光導
波）モード型のツイステッドネマティック（ＴＮ）動作
モードを使用するＴＮ液晶、複屈折動作モード型のスー
パーツイステッドネマティック（ＳＴＮ）動作モードを
使用するＳＴＮ液晶、及び、強誘電性液晶（ＦＬＣ）動
作モードを使用するＦＬＣ型の液晶等がある。

【０００６】これら偏光状態を変調する反射型空間光変
調素子には、強誘電性液晶空間光変調素子の他、ＴＮ液
晶を用いた垂直配向液晶空間光変調素子、反強誘電性液
晶空間光変調素子、ＴＮ液晶を用いた複屈折モードの空
間光変調素子などがある。

【０００７】〔２〕反射型ＦＬＣ空間光変調子 偏光状態を変調する反射型空間光変調素子のうち、反射
型ＦＬＣ空間光変調子について構造と動作原理を説明す
る。

【０００８】反射型ＦＬＣ空間光変調素子は、図２３に
示すように、一対の電極部とその間に挿入された液晶材
料１０５とを有して構成されている。図中上側の電極部
は、ガラス基板１０１Ａと、その内側（下側）の透明電
極１０２Ａと、その内側（下側）の配向膜１０３Ａとを
有している。図中下側の電極部は、シリコン基板１０１
Ｂと、その内側（上側）のアルミ電極１０２Ｂと、その
内側（上側）の配向膜１０３Ｂとを有している。アルミ
電極１０２Ｂは、反射膜としても機能する。上側の電極
部のガラス基板１０１Ａの外側（上側）には、偏光子１
０４が配置されている。

【０００９】図２３中の（Ａ）は、透明電極１０２Ａ及
びアルミ電極１０２Ｂに第１の方向の電圧が印加された
第１の電圧方向状態を示し、図２３中の（Ｂ）は、透明
電極１０２Ａ及びアルミ電極１０２Ｂに第１の方向とは
反対方向の第２の方向の電圧が印加された第２の電圧方
向状態を示している。

【００１０】また、液晶材料１０５は、図２３中の
（Ｃ）に示すように、第１の電圧方向状態では、入射偏
光に対して複屈折効果を示さないが、第２の電圧方向状
態では、入射偏光に対して複屈折効果を示す。

【００１１】偏光子１０４を介して入射した偏光１０７
Ａは、図２３中の（Ａ）に示す第１の電圧方向状態で
は、液晶材料１０５が複屈折効果を示さないことから、
この液晶材料１０５を透過し、偏波状態を変えることな
く、アルミ電極（反射膜）１０２Ｂに到達する。そし
て、アルミ電極（反射膜）１０２Ｂにおいて反射された
偏光１０７Ｂは、再び液晶材料１０５を透過し、偏波状
態を変えることなく、偏光子１０４に到達する。すなわ
ち、入射光の偏波状態と同一の偏波状態の光が偏光子１
０４に戻ってくることとなる。したがって、アルミ電極
（反射膜）１０２Ｂにおいて反射された反射光が、偏光
子１０４を介して、出射光として得られることとなる。

【００１２】一方、図２３（Ｂ）に示す第２の電圧方向
状態では、偏光子１０４を介して入射した偏光１０７Ａ
は、液晶材料１０５を透過することによって複屈折効果
を受け、直線偏光だったものが円偏光に変化する。円偏
光１０７Ｂは、アルミ電極（反射膜）１０２Ｂにおいて
反射され、この反射によって偏光の回転方向を反対方向
となされる。回転方向が反対となった円偏光１０７Ｂ
は、再び液晶材料１０５を透過することによって複屈折
効果を受け、直線偏光となる。このときの直線偏光は、
偏光子１０４の偏光方向と直交しており、したがって、
偏光子１０４を通過しない。

【００１３】すなわち、この反射型ＦＬＣ空間光変調素
子においては、第１の電圧方向状態の部分において「白
表示」となり、第２の電圧方向状態の部分において「黒
表示」となる。

【００１４】〔３〕反射型空間光変調素子を用いた投射
型画像表示装置 一般的な反射型空間光変調素子、例えば、反射型ＴＮ液
晶パネルを有して構成された投射型の画像表示装置にお
いては、図２４に示すように、ランプ光源２０１より射
出した照明光は、光束断面形状の補正、強度の均一化、
発散角制御などの機能を有する照明光学系２０２に入射
する。この照明光学系２０２には、図示しないＰ−Ｓ偏
光変換器を設けてもよい。このＰ−Ｓ偏光変換器は、無
偏光状態の照明光を、Ｐ偏光、または、Ｓ偏光のどちら
か一方の偏光に、５０％以上の効率で揃える機能を有す
る光学ブロックである。

【００１５】ここに示した例では、照明光学系２０２を
通過した照明光は、紙面に垂直な方向に電気ベクトルが
振動する偏光状態、つまり、赤色光を反射するダイクロ
イックミラー２０３の反射面に対してＳ偏光となってい
る。すなわち、照明光学系２０２から射出された照明光
は、赤色光を反射するダイクロイックミラー２０３によ
り、赤色成分のみが進行方向を９０°偏向され、続いて
この赤色光は、ミラー２０４で反射されて、赤色光用の
偏光ビームスブリッター（以下、「ＰＢＳ」という。）
２１０に入射する。

【００１６】ＰＢＳ２１０に入射した赤色光は、このＰ
ＢＳ２１０の誘電体膜２１０ａにてＳ偏向成分のみが反
射され、入射偏光として、赤色光用の反射型ＴＮ液晶パ
ネル２１３に入射する。この赤色光用の反射型ＴＮ液晶
パネル２１３にて、偏光状態を変調されて反射された照
明光は、再びＰＢＳ２１０の誘電体膜２１０ａに入射
し、ここでＰ偏光のみが透過するよう検波されて、偏光
変調が輝度変調に変換される。輝度変調に変換された照
明光は、クロスダイクロイックブリズム２０９に入射す
る。

【００１７】一方、赤色光を反射するダイクロイックミ
ラー２０３を透過した照明光は、続いて配置された緑色
光を反射するダイクロイックミラー２０５に入射する。
このダイクロイックミラー２０５では、緑色光のみが反
射され、残りの青色光成分は、透過する。分離された緑
色光及び青色光は、それぞれ前述の赤色光の場合と同様
に、ＰＢＳ２１１、２１２により、Ｓ偏光のみが反射さ
れて、緑色光用の反射型ＴＮ液晶パネル２１４、青色光
用の反射型ＴＮ液晶パネル２１５にそれぞれ入射する。

【００１８】緑色光用の反射型ＴＮ液晶パネル２１４、
青色光用の反射型ＴＮ液晶パネル２１５にて偏光状態を
変調されて反射された照明光は、再びＰＢＳ２１１、２
１２の誘電体膜２１１ａ、２１２ａに入射し、ここでＰ
偏光のみが透過するよう検波されて、偏光変調が輝度変
調に変換される。輝度変調に変換された射出光束は、ク
ロスダイクロイックプリズム９に入射する。

【００１９】この画像表示装置においては、表示画像に
応じて、各色光用の反射型ＴＮ液晶パネル２１３，２１
４，２１５においてそれぞれ変調された赤色光、緑色光
及び青色光は、クロスダイクロイックプリズム２０９に
おいて合成されて、投射光学系２０８に入射し、スクリ
ーン２１６上に結像される。

【００２０】〔４〕反射型空間光変調素子用照明装置 反射型空間光変調素子用の照明装置として、図２５及び
図２６に示すように、特開平９−１８９８０９号公報に
記載された照明装置がある。この照明装置においては、
図示しない照明光源より放射された読み出し光が、図２
５に示すように、カップリングプリズム３０５、ガラス
基板３０４を経て、ホログラムカラーフィルター３０３
ｒ，３０３ｇ，３０３ｂに入射する。

【００２１】ここで、３０３ｒ，３０３ｇ，３０３ｂ
は、それぞれ赤色用、緑色用、青色用の体積ホログラム
レンズであり、予めレーザー露光により干渉縞が焼き付
けられた略々１画素大の面積を有する各色光用微小レン
ズが積層された構造となっている。１画素大とは、Ｒ
（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各１画素の計３画
素が組になったものである。これらホログラムカラーフ
ィルター３０３ｒ，３０３ｇ，３０３ｂは、読み出し光
のスペクトルの赤色光、緑色光、青色光を、反射型液晶
パネルのカバーガラス３０２、共通電極３１８、配向膜
３１７、液晶層３１６，配向膜３１５及び誘電体ミラー
膜３１４を通して、画素電極層３１３上のそれぞれ対応
する色画素電極３１３ｒ，３１３ｇ，３１３ｂに集光さ
せる。

【００２２】そして、このホログラムカラーフィルタ３
０３ｒ，３０３ｇ，３０３ｂは、入射光の偏光特性に関
する依存性を有している。すなわち、ホログラムカラー
フィルタ３０３ｒ，３０３ｇ，３０３ｂヘの入射光のう
ち、Ｓ偏光が主に回折され、Ｐ偏光の回折効率はＳ偏光
よりも低くなっている。これは、「coupled-wavetheor
y」の厳密解により、例えば、反射型の厚いホログラム
の場合には、ホログラムの厚さｔとホログラム内の干渉
縞のピッチΛとにより決まる値（ｔ／Λ）が１乃至５の
場合、図２６に示すように、ＴＥ（Ｓ偏光）、ＴＭ（Ｐ
偏光）の回折効率には差異が生じ、Ｓ偏光はＰ偏光に比
べて最大４５％程度大きくなるためである（参考論文：
M．G．Moharam and T．K．Gayload: Rigourous coupled
-wave analysis of planar grationgdiffraction，J．0
pt．Soc．Am．71，811-818（1977）、M．G．Moharam an
d T．K．Gayload: Rigourous coupled-wave analysis o
f grationg diffractlon E-mode polarization and los
sws，J．0pt．Soc．Am．73，451-455（1983））。

【００２３】ホログラムカラーフィルター３０３ｒ，３
０３ｇ，３０３ｂに対して斜めに入射した読み出し光の
うちのＳ偏光成分の光が主に回折されて液晶層３１６に
垂直に入射し、この照明光のうち偏光方向が９０°変調
されて反射された光（Ｐ偏光成分）は、上述した現象に
より、回折効果が低いためにほとんど回折作用を受けず
に、ホログラムカラーフィルター３０３ｒ，３０３ｇ，
３０３ｂから垂直に射出する。

【００２４】そして、誘電体ミラー膜３１４により反射
された照明光は、図示しない投射レンズに入射され、こ
の投射レンズによって、スクリーン上に画像を結像す
る。

【００２５】〔５〕偏光選択性ホログラム光学素子 偏光選択性ホログラム光学素子を実現する手法はいくつ
かある。例えば、ＵＳＰ５，１６１，０３９において公
開されているように、光硬化性樹脂、または、熱硬化性
樹脂と液晶材料とを混合した混合材料を、ガラスプレー
トの間に挟み込んで封止して構成したホログラム光学素
子がある。

【００２６】これは、次のような手順により作製され
る。まず、上述の混合材料を封入したパネル上におい
て、レーザー光を干渉させる。これによって発生する干
渉縞は、明部にはフォトンが多く存在し、暗部にはフォ
トンが少ないことによって形成されている。フォトンの
エネルギーが高いところ、すなわち干渉縞の明部におい
ては、光エネルギー、または、熱エネルギーにより、樹
脂が硬化し凝集する。この結果として、干渉縞の暗部に
は液晶材料が残存した状態で、樹脂層と液晶層との２つ
の領域が形成される。

【００２７】このようにして構成された偏光選択性ホロ
グラム光学素子の動作原理について、以下に説明する。
上述のようにして形成した２つの領域のうち、樹脂層は
光学的に等方であるが、液晶層は、異方性、すなわち複
屈折性を有している。また、樹脂層の屈折率ｎ１と液晶
層の常光線屈折率ｎｏは、おおよそ等しくなっている。
このため、このホログラム光学素子に入射する光のなか
で、偏光方向が液晶層の常光線にあたる光線にとって
は、樹脂層と液晶層との間の屈折率差が極わずかとな
り、回折現象はほとんど現れない。一方、偏光方向が液
晶層の常光線に直交する方向の偏光成分については、樹
脂層の屈折率ｎ１と液晶層の異常光線屈折率ｎｅとが異
なるため、周期的な屈折率変調が与えられ、回折効果が
生ずる。

【００２８】また、近年は、光重合を起こすモノマーと
液晶分子とを混合し、ホログラフィックな手法によって
干渉縞を形成するホログラフィック高分子分散液晶（ho
lographically-formed polymer dispersed liquid crys
tals、以下「「Ｈ−ＰＤＬＣ」という。）の研究も盛ん
である。

【００２９】これは、１９８０年半ばに発見された光誘
起相分離「ＰＤＬＣ」から派生した技術である（参考論
文：Crawford G.P.and Zumer S.,in Liquid Crystals i
n Complex Geometries, Ulor and Francis, London（１
９９６））。この「「Ｈ−ＰＤＬＣ」について、作製手
法と動作原理について以下に説明する。

【００３０】まず、液晶分子、モノマー（プレポリマ
ー）、増感色素、反応開始剤などを混合した材料を、ガ
ラスプレートの間に挟み込んで封止する。これを、レー
ザー光により形成した干渉縞にさらす。すると、干渉縞
の明部においては、モノマーが光重合を開始してポリマ
ー化する。このため、干渉縞の明部と暗部とにおいて、
モノマーの濃度分布が発生し、暗部から明部へのモノマ
ーの移動が起こる。結果的に、ポリマー濃度に富んだ明
部と、液晶分子が豊富な暗部という相分離による周期構
造ができる。次の段階としては、液晶分子がポリマー相
に直交するように配列する。この現象のメカニズムは現
在のところ解明されていないが、様々な関連の研究がお
こなわれている（例えば、「C．C．Bowley，A．K．Font
ecchio，and G．P．Crawford，Proc．SID XXX， 958(19
99)」）。

【００３１】この後、紫外線照射を行わい、定着プロセ
スを行う。以上のようにして作成されたホログラム光学
素子は、前述のＵＳＰ５，１６１，０３９にて開示され
ているホログラム光学素子と同様に、ポリマー層の屈折
率と液晶層の常光線屈折率とがほぼ等しく、ポリマー層
の屈折率と液晶層の異常光線屈折率とが異なるため、偏
光選択性ホログラム光学素子として機能する。

【００３２】〔６〕ホログラム光学素子の応用技術 次に、ホログラム光学素子の従来の応用例について述べ
る。応用例としては、光スイッチ、画像表示装置用反射
板、投射型画像表示装置用偏光変換器などがある。以
下、これらについて説明する。

【００３３】〔６−１〕光スイッチ 光スイッチとしてのホログラム光学素子の応用例を、図
２７を参照して説明する。このホログラム光学素子は、
例えば、特開平５−１７３１９６号公報に記載されてい
るように、図２７中の（ａ）に示すように、高分子材料
４２５からなる領域と正のネマティック液晶材料（屈折
率楕円体の長軸が液晶分子の長軸と一致しているネマテ
ィック液晶材料）４２４からなる領域とが交互に積層さ
れた状態の周期構造を持つホログラム層を、透明電極４
２２，４２３を有するガラスプレートによって挟み込ん
だ構造となっている。

【００３４】このホログラム光学素子は、図２７中の
（ａ）に示すように、透明電極に電圧をかけない場合に
は、ネマティック液晶材料（液晶分子）４２４は、高分
子材料４２５に対して垂直となるよう配向しているた
め、前述のように、ネマティック液晶材料４２４に対し
て異常光線となるような偏光方位の入射光については、
周期的な屈折率変動により回折効果が得られる。

【００３５】一方、図２７中の（ｂ）に示すように、透
明電極４２２，４２３間に電圧を印可し、ネマティック
液晶材料（液晶分子）４２４の長軸を高分子材料４２５
に対して平行とさせた場合には、上述の図２７中の
（ａ）においてネマティック液晶材料４２４に対して異
常光線となっていた偏光方位の入射光は、該ネマティッ
ク液晶材料４２４に対して常光線となり、高分子材料４
２５との間に屈折率差は生じないので、回折現象は発生
しない。

【００３６】このホログラム光学素子は、このような原
理により、印可電圧を制御することにより、光スイッチ
として機能させることができる。

【００３７】〔６−２〕画像表示装置用反射板 また、ホログラム光学素子の画像表示装置用反射板とし
ての応用例としては、例えば、特開平９−１３８３９６
号公報に記載されているように、図２８に示すように、
外界から直視用反射型液晶パネル５０２に入射する光線
５０４を、ホログラム反射板５０３により正反射方向と
は異なる方位５０６に反射させることにより、観察者の
瞳５０７に直視用反射型液晶パネル５０２の表面反射光
５０５を入射させることを防止して、コントラストの良
好な画像表示を行おうとするものである。なお、この場
合のホログラムは、偏光性ホログラムである必要はな
い。

【００３８】〔６−３〕投射型画像表示装置用偏光変換
器 ホログラム光学素子の投射型画像表示装置用偏光変換器
への応用例においては、例えば、特開平８−２３４１４
３号公報に記載されているように、図２９に示すよう
に、光源６１０から放射される照明光は、アルミ蒸着な
どが施された反射板６１２により一方向に略平行光束と
して射出される。そして、照明光は、デイフューザ６１
５を通過して拡散された後、レンチキュラーアレイ６１
６に入射される。これは、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）
６１４に照射される照明光の輝度むらを低減し、かつ、
レンチキュラーアレイ６１６の矩形変換機能などによ
り、照明効率をあげるためである。

【００３９】そして、照明光は、透過型偏光選択性ホロ
グラム光学素子６１８に入射する。ここで、上述のよう
な偏光選択性ホログラム光学素子６１８の機能により、
Ｐ偏光、Ｓ偏光の各成分を射出角度により分離する。次
に、照明光は、パターン化された１／２波長板アレイ６
２０に入射する。照明光は、この１／２波長板アレイ６
２０において、Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分のうち、ＬＣＤ
６１４の入射偏光方位に対して直交している偏光方位成
分が、この１／２波長板アレイ６２０のパターン化され
た１／２波長板部分を通過し、偏光方位を９０°変換さ
れる。

【００４０】このホログラム光学素子は、このようにし
て、光源６１０より放射される照明光の利用効率を向上
させようとするものである。

【００４１】

【発明が解決しようとする課題】上述したような画像表
示素子及び画像表示装置について、本発明が解決しよう
とする課題を以下に示す。

【００４２】（１）まず、図２４に示した反射型空間光
変調素子を用いた投射型の画像表示装置のように、反射
型空間光変調素子を照明するために偏光ビームスブリツ
タ（以下「ＰＢＳ」という。）を用いた場合には、この
ＰＢＳは、少なくとも反射型空間光変調素子の画像表示
部の長辺よりも大きな長さの辺を有する立方体形状とな
るため、反射型空間光変調素子と投射光学系との距離、
すなわち、投射光学系のバックフォーカスを短くするこ
とができない。投射光学系は、バックフォーカスが長く
なると、Ｆナンバーを小さくすること、すなわち、明る
いレンズとすることが困難となる。したがって、この画
像表示装置においては、光源から発せられる照明光の利
用効率が低い。

【００４３】また、この画像表示装置においては、ＰＢ
Ｓを使用していることにより、装置構成の小型化が困難
であり、また、このＰＢＳがガラス製であるために、装
置の軽量化が困難である。さらに、このＰＢＳは、複屈
折及び熱歪みの少ない良質なガラス材により作製しなけ
ればならず、また、Ｐ偏光とＳ偏光との分離のために誘
電体多層膜を用いているため、高価な部品であり、画像
表示装置全体の製造コストの低廉化を困難としている。
また、このＰＢＳは、偏光分離特性の入射波長依存性及
び入射角度依存性が大きいため、このＰＢＳを用いて構
成された画像表示装置においては、高コントラスト、高
均一性、高色再現性を有する画像の表示を行うことが困
難である。

【００４４】（２）上述した課題を解決する一つの手段
としては、図２５に示したような、ＰＢＳを使用しない
反射型空間光変調素子用照明装置が提案されている。し
かしながら、この図２５に示す画像表示装置において
は、以下に示すような問題がある。すなわち、反射型空
間光変調素子のウィンドウ面（入射出射面）側に設けら
れたホログラム光学素子３０３が、偏光選択性ホログラ
ム光学素子ではなく、偏光依存性ホログラム素子である
ため、光利用効率が低い。

【００４５】これは、このホログラム光学素子が、屈折
率変動の周期構造を構成する層に複屈折性を有する層を
有していないために、Ｐ偏光、Ｓ偏光のうちどちらかの
回折効率を０とすることが不可能であることによる。

【００４６】また、この画像表示装置においては、画像
表示のための照明光として使われるべきＰ偏光の回折効
率をなるべく低く抑え、回折によって再び照明光源の方
向に戻らないようにするために、ホログラム光学素子に
より回折されるＳ偏光照明光を反射型空間光変調素子に
対して垂直方向から傾きをもって入射させ、Ｐ偏光に変
換された反射光のホログラム光学素子への再入射角度を
１回目の入射角度と異なる入射角度とすることにより、
回折条件に合致しない状態とする手法が提案されてい
る。

【００４７】ところが、この場合、反射型空間光変調素
子からの反射光が垂直方向に対して傾いて射出されてテ
レセントリック性が崩れるため、通常の共軸投射光学系
においては、効率の低下を防止するため、光学系のイメ
ージサークルを大きくする必要が生じる。投射光学系の
イメージサークルを大きくすることは、装置の大型化、
高コスト化を招来することとなる。また、通常の反射型
空間光変調素子においては、光線入射角度が垂直方向か
らずれると、コントラストが劣化する場合が多いので、
この画像表示装置においては、高コントラストの画像表
示が行えないこととなる。

【００４８】そして、これらの問題以前に、この画像表
示装置においては、Ｐ偏光成分を回折条件に合致しない
状態とすることは非常に困難であるという問題がある。
すなわち、この画像表示装置においては、ホログラムカ
ラーフィルターのホログラムレンズ中心と、反射型空間
光変調素子の画素電極の中心とを、ホログラムレンズの
大きさの０．５程度ずらすようになっている。この場
合、各ホログラムレンズの主光線の反射型空間光変調素
子の画素電極への入射角θinは、 θin＝ArcTan〔ｒ／Ｌｐ〕 （∵ｒ：ホログラムレンズの半径） （∵Ｌｐ：ホログラムレンズと反射型空間光変調素子の
アルミ画素電極との間の厚さ方向の距離） であり、いまＬｐ＝０．７ｍｍ（カバーガラス厚を０．
７ｍｍと仮定）、ｒ＝１０μｍ（Ｒ、Ｇ、Ｂを合わせた
１画素のサイズを２０μｍと仮定）とすると、θinは、 θin＝ArcTan〔ｒ／Ｌｐ〕＝０．８２° となる。これは、ホログラムカラーフィルタに入射する
照明光の広がり角（±１０°程度）に比較してわずかで
あり、Ｐ偏光とＳ偏光の角度差が、１．６４°（＝０．
８２×２）と小さい場合、これらを入射角度により分離
することは非常に困難である。

【００４９】仮に、ホログラムカラーフィルターの回折
許容角度の範囲が１°乃至２°であるとすると、偏光分
離特性は向上するが、照明光の広がり角±１０°のうち
実際に回折され有効に使用できる光量は、非常に少なく
なってしまい、現実的ではない。

【００５０】また、ホログラム光学素子の偏光依存性を
利用するためには、Ｓ偏光が入射光（すなわち、回折
光）となるように設定する必要があるため、照明光の利
用効率の低下及び表示画像のコントラストの低下を招
く。そして、これら照明光の利用効率の低下や表示画像
のコントラストの低下を抑制するためには、そのための
追加の部材や光学素子が必要となり、装置全体の製造コ
スト増加、重量増加を招く。

【００５１】これは、以下の理由による。すなわち、図
３０に示すように、ホログラムの厚さを０から次第に厚
くしていく過程において十分な偏光依存性が得られる最
初の状態においは、Ｓ偏光に対する回折効率が大とな
り、Ｐ偏光に対する回折効率は小となっている。この
後、ホログラムの厚さｄを大きくしていくことにより、
逆に、Ｐ偏光に対する回折効率が大とし、Ｓ偏光に対す
る回折効率をは小とすることも可能である。

【００５２】しかしながら、透過型ホログラムの回折効
率の波長依存性、入射角度依存性は、ホログラムの厚さ
が増すとともに高くなる。つまり、ホログラム露光時の
レーザーの所定の波長、所定の入射角からのずれの許容
量（回折効率が確保できる範囲）が小さくなってしま
い、光利用効率が低下してしまうという問題がある。

【００５３】図３１及び図３２は、物体光入射角０°、
参照光入射角６０°、ホログラムの平均屈折率１．５
２、ホログラム層の屈折率変調度０．０５、ホログラム
層の厚さ５μｍ、露光波長５３２ｎｍの条件で作製され
たホログラム光学素子を、再生波長５３２ｎｍで読み出
した場合の回折効率の入射角度依存性を示したものであ
る。厚さ６μｍのもの（図３１）と、厚さ１８μｍのも
の（図３２）とについて計算した結果である。なお、こ
こでは、入射偏光は、Ｓ偏光を仮定している。以上よ
り、実質上、入射偏光はＳ偏光とする必要があることが
わかる。

【００５４】ところで、屈折率が小さい媒体から屈折率
が大きな媒体に光が進行する場合、その表面反射率に
は、図３３に示すように、偏光依存性がある。このよう
な偏光依存性により、空気中で屈折率が１．５であるガ
ラスに、Ｐ偏光及びＳ偏光が入射した場合の表面反射率
は、常に、Ｓ偏光の方が大きい。また、入射角が、tan
θ＝ｎ（＝１．５）を満たす角度、すなわち、ブリュー
スター角（この場合は５６．３°）のときには、Ｐ偏光
の反射率は０となる。このとき、Ｓ偏光の反射率は、１
５％程度となる。

【００５５】これは、ホログラム光学素子のガラス基板
に、斜め方向から光線を入射（off-axis入射）させる場
合、Ｐ偏光を入射させる方が、光の利用効率がよいこと
を意味する。上述のホログラム光学素子では、Ｓ偏光を
入射させなければならないので、図２５に示すように、
カップリングプリズム３０５を用いることで効率の低下
を回避している。しかし、このようなカップリングプリ
ズムを用いることは、部品点数の増加、装置の重量増
加、高コスト化を招来する。また、カップリングプリズ
ムを用いても、表面反射率を０とすることはできない。
したがって、迷光の発生や、表示画像のコントラストの
劣化を確実に防止することはできない。

【００５６】さらに、カップリングプリズムを用いる
と、照明手段からホログラム層への光線の入射画角は、
照明手段から射出される光線画角そのものとなる。照明
手段から射出される光線画角は、典型的なプロジェクタ
ー光学系の場合には、±１０°程度となっており、この
範囲内でホログラム光学素子の回折効率を高い値で均一
に維持することは容易ではない。

【００５７】また、次式に示すラグランジュ−ヘルムホ
ルツの不変量にて示されるように、ランプ光源からの照
明光をある面積の画像表示素子に照射しようとして集光
すると、その入射角度（ｕ′）は、画像表示素子の大き
さ（ｙ′）に反比例して小さくなる。

【００５８】ｙｎｕ＝ｙ′ｎ′ｕ′（ラグランジュ−ヘ
ルムホルツの不変量） （∵ｙ：光軸からの像高） （∵ｎ：媒質の屈折率） （∵ｕ：光線の傾角） 上式は、積（ｙｎｕ）なる値が、光学系のどの面におい
ても、不変であることを示している。つまり、左辺の積
ｙｎｕが有限の値をとる限り、画像表示素子を小型化す
ると、画像表示素子への入射角はさらに大きくなってし
まう。これは、高効率のホログラム光学素子を実現する
うえで一層不利な要因となる。図３１に示したように、
回折効率は、そのピーク値を与える入射角度から＋１０
°ずれると２５％に、−１０°ずれるとほぼ０％に低下
してしまうことがわかる。

【００５９】また、上述の画像表示装置においては、ホ
ログラム光学素子を常にカラーフィルタとして用いてい
る。そのため、この画像表示装置においては、ホログラ
ム光学素子に略々画素の面積に等しい大きさの微小レン
ズを作成し、これら微小レンズを液晶表示素子の各画素
に対して正確に位置合わせをする工程が必要であり、製
造の困難性及びコスト増が招来されることとなってい
る。

【００６０】さらに、上述の画像表示装置においては、
いわゆる「フィールドシーケンシャルカラー手法」及び
色光別に反射型画像表示素子を複数用いる装置構成に対
応することができない。

【００６１】また、上述のホログラムカラーフィルター
を用いた画像表示装置においては、入射光について各色
光ごとに分光及び集光をしなくてはならないため、表示
画像の色再現性や高精細化と、照明光の利用効率とは、
トレードオフの関係になる。

【００６２】この関係について以下に説明する。図３４
に示すように、ホログラムカラーフィルター７００と反
射型空間光変調素子７０１の画素電極７０２との間の距
離をＬｐ、１色画素電極のサイズを２ｒとし、該１つの
色画素上に照明光が収束するためのホログラムレンズか
らの主光線の射出角許容値Δθｉを求めてみる。

【００６３】Δθｉ＝ArcTan〔ｒ／Ｌｐ〕 Ｌｐ＝０．７ｍｍ，ｒ＝±５μｍとすると、Δθｉ＝±
０．４°となる。

【００６４】ここで、ホログラムの干渉縞による入射角
θｃと回折射出角θｉは、次に示す等式により関係づけ
られる。 （Sin｛θｓ｝−Sin｛θｒ｝）／λ＝（Sin｛θi｝−Si
n｛θｃ｝）／λｃ （∵θｓ：ホログラム製造時の物体光入射角） （∵θｒ：ホログラム製造時の参照光入射角） （∵λ ：ホログラム製造波長） （∵λｃ：再生波長） これより、いまθｓ＝０°、θｒ＝６０°、λ＝５５０
ｎｍ、λｃ＝５５０ｎｍ、θｉ＝±０．４°とすると、
θｃ＝６０±０．８°となり、照明光束のホログラムカ
ラーフィルターヘの入射角度許容範囲は非常に狭いこと
がわかる。また、θｓ＝０°、θｒ＝６０°、λ＝５５
０ｎｍ、θｃ＝６０°、θｉ＝±０．４°とすると、△
λｃ＝５５０±４．５ｎｍとなり、照明光のホログラム
カラーフィルターヘの入射波長許容範囲は非常に狭いこ
とがわかる。

【００６５】以上のことから、ホログラムカラーフィル
ターに入射される照明光は、高い平行度と狭い波長帯域
が要求されることになり、通常のランプ光源を使用する
場合には、発光部が有限（１ｍｍ程度）の大きさを有す
ること及び発光波長帯域がブロードであることの２点よ
り、光利用効率が著しく低下することとなる。逆に、光
利用効率を向上させようとすると、画素サイズを大きく
するか、隣接する色画素への漏れ光を許容するといった
手段しかなく、前者においては表示画像の精細度、後者
については色純度、色再現性が、それぞれ低下すること
になる。

【００６６】そして、上述の画像表示装置においては、
ホログラム光学素子を反射型として使うことができな
い。これは、図２６に示すように、ホログラム光学素子
を反射型で用いて、Ｐ偏光とＳ偏光とで回折効率の差
が、例えば、３０％以上となるようにするには、ｄ／Λ
（ｄ：ホログラムの厚さ、Λ：干渉縞のピッチ）が１．
０乃至３．０程度の値となる必要がある（参考論文 M.
G.Moharam andT. K. Gayload: Rigourous coupled-wave
analysis of planar grationg diffraction, J.0Dt. S
oc. Am. 71, 811-818（1977）からの引用）。

【００６７】ここで、 Λ＝λ／｜２Sin〔（θｓ−θｒ）／２〕｜ （∵θｓ：物体光の入射角） （∵θｒ：参照光の入射角） であるから、Ｐ偏光、Ｓ偏光のどちらかが垂直入射の場
合、反射型ホログラムとなるためには、（θｓ−θｒ）
の最小値は９０°となる。このとき、 ｜２Sin〔（θｓ−θｒ）／２〕｜ は、最小値１．４１をとる。λ＝０．５μｍとすると、
このときΛは、最大値０．３５μｍとなり、ｄ／Λ＝
１．０乃至３．０を満たすホログラムの厚さｄは、最大
でも１μｍとなる。これほど薄いホログラム層を作製す
ることは、非常に困難である。

【００６８】上述したような従来より提案されている種
々のホログラム光学素子の応用技術において、照明光を
斜めに入射することにより反射型空間光変調素子を高効
率で照明できる応用技術はなかった。

【００６９】次に、反射型空間光変調素子を用いた虚像
表示光学系には、ＵＳＰ５，５９６，４５１において公
開されているように、図３５に示すように、立方体状の
偏光ビームスプリツタ８４８の構成面付近に反射型空間
光変調素子８３６、照明光源８３４、反射鏡８４２を配
置した構成がある。

【００７０】ところが、この光学系においては、図３５
において明らかなように、照明光の一部８６０が偏光ビ
ームスプリッタ８４８によって、反射型空間光変調素子
８３６に到達せずに、直接観察者の観察領域８４６に達
してしまい、この照明光がノイズとして観察者の瞳８２
４に入射することにより、反射型空間光変調素子８３６
が表示する画像情報のコントラストが低下してしまうと
いう本質的な問題がある。

【００７１】また、この光学系では、光学系全体が立方
体状の形状となるため、厚さが大きくなる。また、偏光
ビームスプリッタの誘電体膜８６４の性能を上げれば製
造コストが高くなってしまうし、逆に、該誘電体謨の性
能が低いと、誘電体膜の偏光反射率や透過率の入射角度
依存性、波長依存性により、特に、瞳の移動に伴って画
像の均一性が低下するという問題がある。

【００７２】これを改善するために、特開平１１−１２
５７９１号公報に記載されている画像表示装置において
は、図３６に示すように、反射型空間光変調素子９０８
及び自由曲面プリズム９１０を用いて虚像表示光学系を
構成している。

【００７３】この画像表示装置においては、図３６に示
すように、反射型空間光変調素子９０８に対して、光源
９１２からの照明光を直接入射させ、この反射光を自由
曲面プリズム９１０に第３面９０５より入射させ、第１
面９０３での反射、第２面９０４での反射、第１面９０
３の透過を経て、瞳９０１に到達させて、虚像表示を行
っている。この光学系の問題点としては、反射型空間光
変調素子９０８に入射する照明光の入射角が大きくなっ
てしまい、反射型空間光変調素子９０８自体の変調度が
低下し、表示画像のコントラストが劣化するということ
がある。

【００７４】また、図３７に示すように、自由曲面プリ
ズム９１０内を通して光源９１２より放射される照明光
を反射型空間光変調素子９０８に入射させ、この反射光
を自由曲面プリズム９１０に第３面９０５より入射さ
せ、第１面９０３での反射、第２面９０４での反射、第
１面９０３の透過を経て、瞳９０１に到達させて、虚像
表示を行う光学系の場合には、主に２つの問題がある。

【００７５】第１の問題は、反射型空間光変調素子９０
８が偏光変調型（位相変調型）の空間光変調素子である
場合、反射型空間光変調素子９０８に入射される照明光
は、特定の偏光方位を有する直線偏光でなくてはならな
い。ところが、自由曲面プリズム９１０は、プラスティ
ツク材料にて射出成形で製造されるため、内部に複屈折
を有する。このため、直線偏光光を自由曲面プリズム９
１０に入射させても偏光状態が保存されず、表示画像の
コントラストが劣化するという問題が生ずる。これは、
偏光板を反射型空間光変調素子９０８と自由曲面プリズ
ム９１０の第３の面（屈折面）９０５との間に配置する
ことにより、見かけ上回避できるが、このとき、表示モ
ードが「ノーマリーホワイト」となり、やはり表示画像
のコントラストが劣化する要因となる。

【００７６】第２の問題は、照明光が接眼光学系である
自由曲面プリズム９１０に入射されることに伴うもの
で、該照明光が、自由曲面プリズム９１０内部で、各光
学面９０３，９０４，９０５で内部反射を起こし、迷光
を発生させるということである。この迷光の一部は、観
察者の瞳９０１に到達するため、やはり表示画像のコン
トラストの劣化の要因となる。

【００７７】このように、従来から提案されている種々
の画像表示装置においては、ハーフミラーを用いた照明
光学系においては、装置の小型化が困難であり、また、
照明光の利用効率が低く、偏光ビームスプリッタを用い
た照明光学系においては、装置の小型化が困難であり、
また、表示画像の均一性が低く、製造コストが高く、空
間光変調素子を直接照明する照明光学系及びプラスティ
ック製光学部材を通して照明する照明光学系において
は、表示画像のコントラストの低下という問題がある。

【００７８】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提
案されるものであって、照明光の光利用効率が高く、装
置の小型化、低コスト化が可能であり、また、表示画像
の均一性、高コントラスト性が実現された画像表示素子
及び画像表示装置を提供しようとするものである。

【００７９】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係る画像表示素子は、屈折率の入射偏光方
位依存性が互いに異なる２つの領域を順次積層した構造
を有し照明光を回折させる偏光選択性ホログラム光学素
子と、偏光選択性ホログラム光学素子により回折された
照明光の偏光状態を変調する反射型空間光変調素子とを
備えている。

【００８０】そして、この画像表示素子においては、偏
光選択性ホログラム光学素子が、照明光受光面の法線に
対して３０°以上９０°未満の入射角で照明光を入射さ
れ、照明光のＰ偏光成分もしくはＳ偏光成分を回折させ
て反射型空間光変調素子に向けて出射するとともに、こ
の反射型空間光変調素子により位相変調されて再入射す
る照明光のうち、１回目の入射において回折される偏光
成分の偏光方向に直交する偏光方向である偏光成分に対
する回折効率が１０％以下であることにより、この偏光
成分を７０％以上透過させることを特徴とするものであ
る。

【００８１】そして、本発明に係る画像表示装置は、上
述の本発明に係る画像表示素子と、照明光を放射する光
源と、この光源より放射された照明光を画像表示素子の
偏光選択性ホログラム光学素子に入射させる照明光学系
と、画像表示素子の反射型空間光変調素子及び偏光選択
性ホログラム光学素子を経た照明光をスクリーン上に投
射する投射光学系とを備えている。

【００８２】この画像表示装置においては、偏光選択性
ホログラム光学素子は、照明光学系により、照明光受光
面の法線に対して３０°以上９０°未満の入射角で照明
光を入射され、照明光のＰ偏光成分もしくはＳ偏光成分
を回折させて反射型空間光変調素子に向けて出射すると
ともに、この反射型空間光変調素子により位相変調され
て再入射する照明光のうち、１回目の入射において回折
される偏光成分の偏光方向に直交する偏光方向である偏
光成分に対する回折効率が１０％以下であることによ
り、この偏光成分を７０％以上透過させ、投射光学系
は、偏光選択性ホログラム光学素子の透過光をスクリー
ン上に投射することを特徴とするものである。

【００８３】また、本発明に係る画像表示装置は、上述
の画像表示装置において、照明光を互いに異なる複数の
波長帯域成分に分離する色分離手段を設け、照明光学系
を、互いに異なる複数の波長帯域成分に分離された照明
光を偏光選択性ホログラム光学素子に入射させるものと
し、反射型空間光変調素子を複数として、偏光選択性ホ
ログラム光学素子により回折された照明光のうちの互い
に異なる複数の波長帯域成分の偏光状態をそれぞれ変調
するものとし、複数の反射型空間光変調素子によりそれ
ぞれ変調された互いに異なる波長帯域の照明光を合成す
る色合成手段を設け、投射光学系を、色合成手段を経た
照明光をスクリーン上に投射するものとしたものであ
る。そして、この画像表示装置は、投射光学系が、偏光
選択性ホログラム光学素子を透過して色合成手段を経た
照明光をスクリーン上に投射することを特徴とするもの
である。

【００８４】さらに、本発明に係る画像表示装置は、上
述の画像表示装置において、照明光の互いに異なる第１
及び第２の波長帯域成分の偏光状態を互いに直交する直
線偏光成分として分離させる波長帯域別偏光分離手段を
設け、照明光学系を、第１及び第２の波長帯域成分に分
離された照明光を偏光選択性ホログラム光学素子に入射
させるものとし、第１及び第２の反射型空間光変調素子
を設けてこれらを偏光選択性ホログラム光学素子により
回折された照明光の第１及び第２の波長帯域成分の偏光
状態を対応して変調するものとし、投射光学系を、各反
射型空間光変調素子を経た照明光をスクリーン上に投射
するものとしたものである。そして、この画像表示装置
は、投射光学系が、第１の反射型空間光変調素子及び偏
光選択性ホログラム光学素子を経た第１の波長帯域成分
の照明光と、第２の反射型空間光変調素子及び偏光選択
性ホログラム光学素子を経た第２の波長帯域成分の照明
光とを、スクリーン上に投射することを特徴とするもの
である。

【００８５】そして、本発明に係る画像表示装置は、上
述の画像表示装置において、投射光学系に代えて、反射
型空間光変調素子を経た照明光を観察者の瞳に導く虚像
観察光学系を設け、この虚像観察光学系は、偏光選択性
ホログラム光学素子の透過光を観察者の瞳に導くもとし
たことを特徴とするものである。

【００８６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。

【００８７】〔１〕偏光選択性ホログラム光学素子を用
いた反射型画像表示素子 本発明に係る画像表示素子として、高分子分散液晶（以
下、「ＰＤＬＣ」という。）を材料とした液晶パネルを
偏光選択性ホログラム光学素子として有している実施の
形態について説明する。

【００８８】初めに、図１に示すように、「ＰＤＬＣ」
を使った偏光選択性ホログラム光学素子について、構造
及び製造プロセスについて説明する。なお、製造プロセ
ス中は、素子の温度を６０°Ｃ程度に保っておくことが
重要である。

【００８９】まず、光重合を起こす前の高分子（以下、
プレポリマーという。）、ＴＮ液晶、開始剤、色素など
が混合された「ＰＤＬＣ」をガラス基板１、２間に挟み
込む。このとき、ＴＮ液晶の重量割合は、全体の３０％
程度とする。また、この「ＰＤＬＣ」の層厚（以下、セ
ルギャップという。）は、２μｍ乃至１５μｍの範囲
で、偏光選択性ホログラム光学素子の仕様にあわせて最
適値を選ぶ。

【００９０】次に、「ＰＤＬＣ」パネル３に干渉縞を記
録するために、図示しないレーザー光源からの物体光４
及び参照光５を「ＰＤＬＣ」パネル３に照射し、干渉に
よる光の強弱Ｂを発生させる。このとき、干渉縞の明る
いところ、すなわち、光子のエネルギーが大きい場所で
は、そのエネルギーにより、「ＰＤＬＣ」中のプレポリ
マーが光重合を起こしポリマー化する。このため、プレ
ポリマーが周辺部から次々に供給され、結果的にポリマ
ー化したプレポリマーが密な領域と疎な領域とに分かれ
る。プレポリマーが疎な領域では、ＴＮ液晶の濃度が高
くなり、こうして、高分子領域６と液晶領域７の２つの
領域が形成される。

【００９１】本実施の形態の場合、物体光４と参照光５
とが「ＰＤＬＣ」パネル３に対して同じ面側から照射さ
れているため、これによって製造される偏光選択性ホロ
グラム光学素子は透過型となるが、物体光４と参照光５
とを「ＰＤＬＣ」パネル３に対して互いに異なる面側か
ら照射すれば、反射型の偏光選択性ホログラム光学素子
を製造することができる。

【００９２】ところで、前述のようにして製造された
「ＰＤＬＣ」パネル３の高分子領域６は、屈折率に関し
て等方的で（屈折率等方性を有し）、その値は、例え
ば、１．５となされている。一方、「ＰＤＬＣ」パネル
３の液晶領域７においては、ＴＮ液晶分子が、長軸を高
分子領域６との境界面に対して略々垂直にして並んでい
る。このため、液晶領域７は、屈折率異方性を有し、屈
折率が入射光方位依存性を有しており、この場合、常光
線となるのは、「ＰＤＬＣ」パネル３の光線入射面８に
入射する再生光５を考えた場合、Ｓ偏光成分である。

【００９３】そして、この液晶領域７の常光線屈折率ｎ
loを高分子領域６の屈折率ｎｐに略々等しく（例えば、
屈折率差が０．０１未満と）すれば、入射Ｓ偏光成分に
対する屈折率の変調は極めて小さく、回折現象はほとん
ど生じない。一般に、ＴＮ液晶の常光線屈折率ｎloと異
常光線屈折率ｎleとの差Δｎは、０．１乃至０．２程度
であるため、入射方向が等しい再生光５の場合でも、そ
のＰ偏光成分については、高分子領域６と液晶領域７と
の間に屈折率差が生じていることとなり、この「ＰＤＬ
Ｃ」パネル３は、位相変調型ホログラムとして機能し回
折効果を示す。

【００９４】これが、「ＰＤＬＣ」パネルを用いた偏光
選択性ホログラム光学素子（以下、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パ
ネルという）の動作原理である。

【００９５】本実施の形態におけるホログラム光学素子
は、「coupled-wavetheory」により導かれる偏光依存性
を利用したものであり、本質的に偏光選択性ホログラム
光学素子ではない。そのため、実効的には、Ｓ偏光回折
効率とＰ偏光回折効率との差は３０％乃至５０％程度と
考えられる。例えば、Ｓ偏光回折効率が７０％、Ｐ偏光
回折効率が３０％と仮定すると、光利用効率は、表面反
射や吸収による損失を無視した場合でも、４９％（＝７
０％×７０％）となる。参考に、入射角４２°、干渉縞
傾角１２０°の透過型ホログラムの場合の回折効率の偏
光依存性を示したものを図３０に示す（参考論文：
「M．G，Moharam and T.K.Gayload: Rigourous coupled
-wave analysis of planar grationg diffraction，J.0
pt.Soc．Am．71，811-818（1977）」）。これより、＋
１次のＳ偏光回折効率とＰ偏光回折効率との差（図３０
中のＨ（Ｐ偏光に相当）とＥ（Ｓ偏光に相当）との差）
は、ｄ／Λ（ｄ：ホログラムの厚さ、Λ：干渉縞のピッ
チ）が５．０のときで、約２０％となっている。

【００９６】〔２〕画像表示素子の実施の形態（第１乃
至第３の実施の形態） 次に、前述の「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルを用いた本発明に
係る反射型画像表示素子の第１の実施の形態について、
図２を参照して説明する。この画像表示装置において
は、図１で説明した「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３に、反射
型空間光変調素子となる反射型ＦＬＣ液晶パネル１０
が、界面１１において光学的に密着されて配設されてい
る。

【００９７】本発明に係る画像表示素子において、空間
光変調素子は、この空間光変調素子において反射される
光を変調する反射型空間光変調素子であって、入射光の
偏光状態を変調する偏光変調型空間光変調素子であり、
例えば、入射直線偏光の偏光方向を回転して反射するも
のである。

【００９８】反射型ＦＬＣ液晶パネル１０の構造、動作
原理は、図２３において上述した内容と同一である。本
実施の形態の「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３は、図２に示す
ように、入射角０°の物体光４と、入射角θin-airの参
照光５によって製造されている。このときの干渉縞の傾
き角θintを求める。

【００９９】いま、仮定としてガラス基板１の屈折率を
ｎgla、「ＰＤＬＣ」の平均屈折率も簡単のために同じ
くｎ glaとすると、下式が成立する。

【０１００】 ｎ gla Sin（θin-med）＝Sin（θin-air） （∵θin-med ：媒質中での入射角） この式において、ｎ gla＝１．５、θin-air＝６０°と
すると、θin-med＝３５．３°となる。これより、干渉
縞の傾き角θintは、 θint＝θin-med／２＝１７．７° となる。

【０１０１】次に、この画像表示装置の動作原理を説明
する。まず、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分両方を含む再生光
５が入射角θin-airで「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３のガラ
ス基板１より入射する。ガラス基板１で屈折された入射
光は、続いてホログラム層９に、入射角θin-medにて入
射する。

【０１０２】このとき、この構成のホログラム層９にお
いては、前述したように、Ｐ偏光成分は、回折されて、
反射型ＦＬＣ液晶パネル１０に対して略々垂直に入射光
５１として入射する。そして、このＰ偏光成分は、アル
ミ反射面１４で反射され、ＦＬＣ層１３を往復すること
により変調され、ホログラム層９に再入射する。このと
き、Ｐ偏光成分は、ホログラム層９において再び回折さ
れて射出光５３として再生光５の逆方向に戻り、Ｓ偏光
成分は、ホログラム層９にて回折されることなく、射出
光５２として「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３から垂直に射出
する。

【０１０３】一方、再生光５のＳ偏光成分は、「Ｈ−Ｐ
ＤＬＣ」パネル３のホログラム層９にて回折されること
なく、そのままθin-medの入射角にて反射型ＦＬＣ液晶
パネル１０に入射する。このとき、Ｓ偏光成分は、反射
型ＦＬＣ液晶パネル１０のＦＬＣ層１３を通過すること
により偏光状態の変調を受けるが、アルミ反射面１４で
反射された反射光５４は、ホログラム層９が厚いホログ
ラムであるため回折条件に合致せず、Ｓ偏光成分はもち
ろんＰ偏光成分もほとんど回折されることなく「Ｈ−Ｐ
ＤＬＣ」パネル３を透過していく。たとえＦＬＣ層１３
での変調により生じたＰ偏光成分の一部がホログラム層
９で回折されたとしても、反射光５４の射出方向を射出
光５２との射出方向に対して十分に異なった方向として
おくか、または、射出光５２の光路中に射出光５２が主
に有する偏光成分を選択的に透過させる偏光板を設置す
ることにより、これら反射光５４と射出光５２とを分離
することができる。

【０１０４】すなわち、本発明に係る画像表示装置にお
いては、偏光選択性ホログラム光学素子は、照明光学系
により、照明光受光面の法線に対して３０°以上９０°
未満の入射角で照明光が入射され、照明光のＰ偏光成分
もしくはＳ偏光成分を回折させて反射型空間光変調素子
に向けて出射するとともに、この反射型空間光変調素子
により位相変調されて再入射する照明光のうち、１回目
の入射において回折される偏光成分の偏光方向に直交す
る偏光方向である偏光成分に対する回折効率が１０％以
下であることにより、この偏光成分を７０％以上透過さ
せるものである。

【０１０５】ここで、「厚いホログラム」について説明
する。「厚いホログラム」の定義は、次に示すＱ値が１
０以上であることとする（参考図書：辻内順平著「ホロ
グラフィー」（裳華房））。Ｑ値は、以下の式により定
義される。

【０１０６】Ｑ＝２πλｔ／（ｎΛ２） （∵λ：再生波長） （∵ｔ：ホログラム層の厚さ） （∵ｎ：ホログラム層の平均屈折率） （∵Λ：干渉縞のピッチ） そして、干渉縞のピッチΛは、以下のようにして決ま
る。

【０１０７】 Λ＝λｃ／｜２Sin｛（θｓ−θｒ）／２｝｜ （∵λｃ：製造波長） （∵θｓ：物体光の入射角） （∵θｒ：参照光の入射角） 仮に、λｃ＝０．５５μｍ、θｓ＝６０°、θｒ＝０
°、λ＝０．５５μｍ、ｔ＝５μｍ、ｎ＝１．５とする
と、干渉縞のピッチΛ＝０．５５μｍ、Ｑ＝３８．１と
なり、厚いホログラムの定義にあてはまる。

【０１０８】厚いホログラムは、回折効率が高いが、製
造のときの使用波長、物体光、参照光の入射角などの構
成から、再生光の条件がはずれると回折効率が急激に低
下するという特徴をもつ。つまり、ある再生波長におい
て、回折効率のピークを与える入射角から再生光の入射
角が大きくはずれると、回折効果を現さないということ
になる。そのため、前述のように反射光５４は、たとえ
Ｐ偏光成分であっても、ホログラム層９にて回折されに
くくなる。

【０１０９】本発明における偏光選択性ホログラム光学
素子は、高い回折効率を目的として干渉縞のピッチΛを
小さくするために、ベンド角｜θｓ−θｒ｜を３０°以
上に設定することを特徴としている。ただし、ベンド角
が大きすぎる（例えば、８０°以上である）と、回折効
果を発生する波長帯域及び入射角度範囲が小さくなり、
光利用効率が低下してしまう。

【０１１０】実際の画像表示においては、図２３にて上
述したように、画素ごとに反射型ＦＬＣ液晶パネル１０
のＦＬＣ層１３が制御され反射光の偏光状態が変調され
るため、主にＳ偏光成分を有する射出光５２により画像
表示が可能となる。

【０１１１】ここで、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３への再
生光入射角θin-airとホログラム層９への入射角θin-m
edについて考える。両者の関係は、上述したように、 ｎgla・Sin（θin-med）＝Sin（θin-air） となっている。ここで、両者の変化率を見てみると、例
えば、ｎgla＝１．５として、θin-airが５５°から６
５°まで１０°変化するとき、θin-medは、３３．１°
から３７．２°と４．１°の変化にとどまる。θin-air
が６５°から７５°まで１０°変わる場合には、θin-m
edは、３７．２°から４０．１°と２．９°の変化とな
る。これは、Sin関数の変化率の大きいところを、ある
倍率（この場合、ｎglaの逆数）をかけることにより変
化率の小さいところに移動することに他ならない。そし
て、このことは、前述のように、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネ
ル３の回折効率の再生光入射角依存性による均一性の劣
化及び回折効率の低下を低減することができることを意
味している。

【０１１２】また、このθin-medのθin-airに対する変
化率は、ｎglaが大きい程小さくできる。例えば、ｎgla
＝１．７３の場合、θin-airが５５°から６５°まで変
化するとき、θin-medは、２８．３°から３１．６°と
３．３°の変化にとどまる。ただし、「Ｈ−ＰＤＬＣ」
パネル３への再生光入射角θin-airが、あまりに大きく
（例えば、７５°以上と）なると、上述の図３３のよう
に、Ｓ偏光光のみならず、Ｐ偏光光の表面反射率も大き
くなっていき、これを反射防止膜などで小さく抑えるこ
とが難しくなってくる。

【０１１３】そこで、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３への再
生光入射角θin-airが７５°を越えるような場合には、
図３（第２の実施の形態）に示すように、カッブリング
プリズム２０を用いることが有効となる。ただし、この
場合には、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３への再生光入射角
θin-airと、ホログラム層９への再生光入射角θin-med
とが等しくなり、ホログラム層９自体が比較的広い許容
入射角度範囲を持たない場合には、光利用効率が低下し
てしまう。

【０１１４】本発明に係る反射型画像表示素子は、この
カップリングプリズム２０を用いると仮定した場合に、
回折光を略々垂直に反射型空間光変調素子に入射させる
ときに、ベンド角が３０°以上となる偏光選択性ホログ
ラム光学素子への入射角、すなわち、３０°を最低入射
角として規定している。

【０１１５】高帯域の再生光に対して高い回折効率を維
持するためには、図４（第３の実施の形態）に示すよう
に、複数の偏光選択性ホログラム光学素子３Ｒ、３Ｇ、
３Ｂを積層し、反射型空間光変調素子１０を照明する照
明光の波長帯域を複数に分け、それぞれの帯域を１つの
偏光選択性ホログラム光学素子で回折させるようにす
る。

【０１１６】本実施の形態の場合には、３層構造となっ
ているが、これ以上でも、または、２層構成でもよい。
また、入射角度範囲の大きい再生光に対して高い回折効
率を維持するためには、入射角度の受容範囲の異なる複
数の偏光選択性ホログラム光学素子を積層し、それぞれ
の入射角度範囲を１つの偏光選択性ホログラム光学素予
により主に回折させるようにすればよい。

【０１１７】〔３〕投射型画像表示装置に関する実施の
形態（第４の実施の形態） 上述したような偏光選択性ホログラム光学素子及び反射
型空間光変調素子を備えた投射型画像表示装置について
の実施の形態について説明する。

【０１１８】本発明の第４の実施の形態として、図５に
示すように、反射型空間光変調素子として反射型ＦＬＣ
パネルを用いて、カラー投射型画像表示装置を構成する
ことができる。この画像表示装置においては、照明光源
２０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強
度の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系
２１に入射する。照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、照明光のＳ偏光成分の偏光方位を９０°回転させる
ことによりＰ偏光光に変換して、光利用効率を向上させ
ている。照明光学系２１を通過した照明光は、カラーホ
イール２２を通過し、補正用偏光選択性ホログラム光学
素子２３へ入射する。カラーホイール２２は、照明光源
２０より放射される白色光を、赤色光、緑色光、青色光
のスペクトル成分に時分割するもので、これにより、単
板の反射型ＦＬＣパネル１０を用いて、いわゆる「フィ
ールドシーケンシャルカラー手法」により、カラー表示
が可能となる。

【０１１９】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
へ入射した照明光は、ここで、Ｐ偏光成分のみが回折さ
れて射出角約６０°で射出される。Ｓ偏光成分は、回折
されることなく、補正用偏光選択性ホログラム光学素子
２３を直進して透過する。補正用偏光選択性ホログラム
光学素子２３において回折されるＰ偏光成分を主とする
照明光は、続いて、偏光選択性ホログラム光学素子３に
入射する。

【０１２０】ここで、補正用偏光選択性ホログラム光学
素子２３と偏光選択性ホログラム光学素子３とは、同一
の構成のものを用いており、しかも互いに平行に配置さ
れている。そのため、偏光選択性ホログラム光学素子３
への照明光の入射角は、補正用偏光選択性ホログラム光
学素子２３からの照明光の射出角に等しい。

【０１２１】これは、以下のような２つの主要なメリッ
トをもたらす。第１に、波長による回折角のばらつきを
相殺できるという点であり、第２に、波長による回折効
率の入射角度依存性の差異を補正するという点である。

【０１２２】第１のメリットについて説明する。ホログ
ラムの干渉縞における入射角θｃと回折角θiとは、次
に示す等式により関係づけられる。

【０１２３】（Sin｛θs｝−Sin｛θｒ｝）／λ＝（Sin
｛θi｝−Sin｛θc｝）／λc （∵θs：ホログラム製造時の物体光入射角） （∵θｒ：ホログラム製造時の参照光入射角） （∵λ ：ホログラム製造波長） （∵λｃ：再生波長） すなわち、ある特定の干渉縞を有するホログラムの回折
角は、入射光線の波長に依存することになる。そして、
干渉縞ピッチΛが小さいほどその変化率は大きい。な
お、干渉縞ピッチΛは、下記の式に示す関係を有する。

【０１２４】Λ＝λ／｜Sin｛θｓ｝−Sin｛θｒ｝｜ 例えば、θｓ＝０°、θｒ＝６０°、λ＝５５０ｎｍ、
θｃ＝６０°とすると、λｃが４５０ｎｍから６５０ｎ
ｍまで変化すると、回折角θiは、９°から−９°まで
変化する。これは、波長により反射型空間光変調素子へ
の照明光入射角が異なることを意味する。

【０１２５】投射型画像表示装置のような実像結像系の
場合、このような照明光入射角の変化による主要な問題
の１つに、光利用効率の低下があげられる。つまり、反
射型空間光変調素子への照明光が拡散してしまい、投射
光学系の集光率が低下してしまうという現象が起こる。
また、虚像表示装置の場合には、観察者の瞳移動に伴い
表示画像の色味が変化してしまうという問題につなが
る。これらの問題は、偏光選択性ホログラム光学素子３
の回折許容スペクトル幅を小さくして、波長帯域別に複
数の偏光選択性ホログラム光学素子３を用意することで
抑制することが可能である。

【０１２６】ただし、照明光を波長帯域別に限りなく小
さく分割することは現実的ではなく、したがって、完全
に回折角の波長依存性をなくすことは難しい。そこで、
２つの同等の性能を有する偏光選択性ホログラム光学素
子３，２３を用いてこれを補正することとしたものであ
る。

【０１２７】偏光選択性ホログラム光学素子３により回
折されて反射型空間光変調素子１０に入射したＳ偏光の
照明光は、この反射型空間光変調素子１０により位相が
変調され、再び偏光選択性ホログラム光学素子３を透過
し、Ｓ偏光光のみを選択的に透過する偏光板２４を通し
て、投射光学系２５に入射する。この投射光学系２５に
より、反射型ＦＬＣパネル１０上に表示される光学像が
スクリーン２６上に拡大投影される。

【０１２８】一方、Ｐ偏光成分のうち偏光選択性ホログ
ラム光学素子３にて回折されない残りの往路の照明光
は、そのまま偏光選択性ホログラム光学素子３を透過
し、反射型空間光変調素子１０のアルミ反射面１４にて
正反射され、再び図５中のＣの方向に射出される。この
照明光は、迷光となり、表示画像のコントラスト劣化を
招く恐れがあるため、光吸収手段２７にてそのエネルギ
ーが吸収される。

【０１２９】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
による入射角の補正について、図６を参照して説明す
る。上述の式より、補正用偏光選択性ホログラム光学素
子２３における回折光の射出角θi-1は、下記の式で表
される。

【０１３０】 Sin（θi-1）＝λｃ／λ（Sin｛θｓ｝−Sin｛θｒ｝）＋Sin（θｃ） ここで、θｓ＝θｃ＝０°とすると、 Sin（θi-1）＝−λｃ／λSin（θｒ） ・・・・式（１） すなわち、再生波長λｃが長いほど、θi-1は大きくな
る。いま、再生波長Ｌ（例えば赤色），Ｍ（例えば緑
色），Ｓ（例えば青色）が、Ｌ＞Ｍ＞Ｓの関係を満たす
とき、それぞれの回折射出角θi-1L，θi-1M，θi-1S
は、以下の関係を満たす。 θi-1L＞θi-1M＞θi-1S 次に、これを補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
と平行に配置された偏光選択性ホログラム光学素子３に
適応すると、入射角は、θi-1となるためその射出角θi
-2は、下記の式を満たす。 （Sin｛θｓ｝−Sin｛θｒ｝）／λ ＝（Sin｛θi-2｝−Sin｛θi-1｝）／λｃ ・・・・式（２） 式（１）、式（２）より、θi-2＝θｓ＝０°となり、
再生波長にかかわらず、反射型空間光変調素子１０への
照明光入射角を、常に０°とすることが可能となる。

【０１３１】次に、上述した第２のメリツトについて説
明する。図７、図８及び図９に、製造波長５３２ｎｍ、
物体光入射角０°、参照光入射角６０°、平均屈折率
１．５２、ホログラム厚５μｍの、偏光選択性ホログラ
ム光学素子の回折効率の入射角度依存性を示す。図７
は、再生波長が４５０ｎｍ、図８は、再生波長が５５０
ｎｍ、図９は、再生波長が６５０ｎｍの場合である。

【０１３２】これらの回折効率の入射角度依存性と再生
波長との関係より、回折効率のピークを与える入射角が
波長によって異なり、長波長側は入射角度が大きい方が
回折効率が高く、短波長側は入射角度が小さい方が回折
効率が高くなっていることがわかる。そして、図６から
もわかるように、補正用偏光選択性ホログラム光学素子
２３を用いることにより、長波長側の照明光の偏光選択
性ホログラム３ヘの入射角は大きく、短波長側は小さく
なっている。このことから、補正用偏光選択性ホログラ
ム光学素子２３を用いることにより、広い波長帯域にお
いて高い回折効率が得られ、高い光利用効率を維持する
ことが可能となる。

【０１３３】以上のように、偏光選択性ホログラム光学
素子３と補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３とを
組み合わせることにより、広い波長帯域の照明光におい
ても、高い効率で反射型空間光変調素子１０を同一入射
角にて照明することが可能となる。

【０１３４】ただし、本実施の形態においては、反射型
空間光変調素子１０に対する主光線の入射角を０°では
なくθob1に設定している。これは前述のように、厚い
透過型ホログラムの回折効率は、ベント角がある程度大
きくないと高い屈折率が確保できないため、そのベンド
角を大きく設定するためである。そのため、このθob1
は、入射面内で偏光選択性ホログラム素子３のベント角
を大きくする方向に設定される。このとき、このθob1
を大きくとりすぎると、反射型空間光変調素子１０のコ
ントラストの劣化、投射光学系２５の大型化、表示画像
の収差の増大などの問題が発生するため、通常は３０°
以内にするのが望ましい。

【０１３５】ただし、投射光学系２５を偏心光学系と
し、反射型空間光変調素子１０からの斜め射出光を有効
に利用することにより、表示画像中心を投射光学系２５
の光軸からずらしながらも、投射光学系２５の有効系を
小さくすることも可能である。

【０１３６】また、反対に、偏光選択性ホログラム光学
素子の屈折率変調度が十分大きい場合（例えば、０．０
５以上）には、ベンド角５０°程度でも十分な回折効率
が確保できるため、許容波長帯域、許容入射角度を広げ
るため、θob1をベンド角を小さくする方向に設定する
方が有利となる。この場合も、上述した理由から、θob
1の絶対値はあまり大きくすることはできず、１０°程
度が望ましい。

【０１３７】ベンド角大（θob1＝１０°）の場合と、
ベンド角小（θob1＝−１０°）の場合について、回折
効率の再生波長及び入射角依存性を、図１０及び図１１
に示す。これら図１０及び図１１より、ベンド角小（θ
obl＝−１０°）の場合、再生波長及び入射角度による
回折効率劣化が低減されていることがわかる。

【０１３８】〔４〕画像表示装置の第５の実施の形態 本発明の第５の実施の形態として、反射型空間光変調素
子として反射型ＴＮ液晶パネルを用いたカラー投射型画
像表示装置について、図１２を参照して説明する。

【０１３９】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、Ｓ偏光成分の照明光の偏光方位を９０°回転させる
ことによりＰ偏光光に変換し、光利用効率を向上させて
いる。

【０１４０】照明光学系２１を通過した照明光は、Ｐ偏
光光を選択的に透過させる偏光板２８を通過し、青色
用、緑色用、赤色用ダイクロイツクミラー２９，３０，
３１へ入射する。これらダイクロイツクミラー２９，３
０，３１は、それらの反射面と照明光の進行方向とのな
す角θｂ，θｇ，θｒが、θｂ＜θｇ＜θｒという関係
を有して配置されている。これにより、これらダイクロ
イツクミラー２９，３０，３１は、前述の第４の実施の
形態において図５により示した補正用偏光選択性ホログ
ラム光学素子２３と同様の役割を果たす。

【０１４１】つまり、偏光選択性ホログラム光学素子３
への赤色光の入射角度が最も大きく、以下、緑色光、青
色光の順となる。偏光選択性ホログラム光学素子３に入
射した各色光は、それぞれ各色光用に設けられた３層の
ホログラム層９ｒ、９ｇ、９ｂにより、反射型空間光変
調素子の対応する色のアルミ画素電極１４ｒ、１４ｇ、
１４ｂに集光される。ＴＮ液晶層１３を往復した照明光
は、位相変調され、そのＳ偏光成分は偏光選択性ホログ
ラム光学素子３にて回折されることなく透過し、Ｓ偏光
成分を選択的に透過させる偏光板２４を経て、投射光学
系２５に入射する。投射光学系２５に入射した画像光束
は、スクリーン２６上に投射される。

【０１４２】〔５〕画像表示装置の第６の実施の形態 本発明の第６の実施の形態として、図１３に示すよう
に、反射型空間光変調素子として３つの反射型反強誘電
性液晶パネル１０ｒ，１０ｇ，１０ｂを用いたカラー投
射型画像表示装置について説明する。

【０１４３】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、照明光のＳ偏光成分の偏光方位を９０°回転するこ
とによりＰ偏光光に変換し光利用効率を向上させる。

【０１４４】照明光学系２１を通過した照明光は、補正
用偏光選択性ホログラム光学素子２３へ入射し、ここ
で、Ｐ偏光成分のみが回折され射出角約６０°で射出さ
れる。Ｓ偏光光は、回折されることなく補正用偏光選択
性ホログラム光学素子２３を直進して透過する。

【０１４５】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
にて回折されたＰ偏光成分である照明光は、このＰ偏光
成分を選択的に透過させる偏光板２８を透過し、偏光選
択性ホログラム光学素子３に入射する。このとき、補正
用偏光選択性ホログラム光学素子２３と偏光選択性ホロ
グラム光学素子３とは、同一の構造のものを用いてお
り、しかも互いに平行に配置されているため、この偏光
選択性ホログラム光学素子３への照明光の入射角は、補
正用偏光選択性ホログラム光学素子２３からの照明光の
射出角に等しくなっている。

【０１４６】偏光選択性ホログラム光学素子３に入射す
る主にＰ偏光成分からなる照明光は、偏光選択性ホログ
ラム光学素子３より略々垂直に射出する方向に回折さ
れ、クロスダイクロイックプリズム３２に入射し、この
クロスダイクロイックプリズム３２により、赤色光、緑
色光、青色光にそれぞれ分光される。

【０１４７】分光された各色光は、対応する反射型空間
光変調素子１０ｒ、１０ｇ、１０ｂに入射し、ここで各
色光ごとに、また、画素ごとに変調されて反射される。
変調された各色光は、再びクロスダイクロイックプリズ
ム３２に入射し、再合成された後、再び偏光選択性ホロ
グラム光学素子３へ入射する。このとき、Ｓ偏光成分
は、偏光選択性ホログラム光学素子３において回折され
ずに透過し、さらに、Ｓ偏光成分を選択的に透過させる
偏光板２４を透過して、投射光学系２５に入射する。そ
して、この投射光学系２５により、スクリーン２６上に
表示画像が結像される。

【０１４８】〔６〕画像表示装置の第７の実施の形態 本発明の第７の実施の形態として、図１４に示すよう
に、反射型空間光変調素子として２つの反射型ＦＬＣパ
ネルを用いたカラー投射型画像表示装置について説明す
る。

【０１４９】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、照明光のＳ偏光成分の偏光方位を９０°回転するこ
とによりＰ偏光光に変換し光利用効率を向上させる。

【０１５０】照明光学系２１を通過した照明光は、この
Ｐ偏光成分を選択的に透過する偏光板２８を透過した
後、カラーシャッタ２２に入射する。このカラーシャッ
タ２２は、照明光源２０より放射され直線偏光となされ
た白色光のうちの特定の波長帯域の偏光方位を９０°回
転させる機能を有している。したがって、カラーシャッ
タ２２を透過した照明光を偏光検波することにより、部
分スペクトル成分に時分割することができる。このよう
な時分割により、単板の反射型ＦＬＣパネル１０によっ
て「フィールドシーケンシャルカラー手法」によりカラ
ー表示が可能となる（参考論文：「Gray D．Sharp and
Kristina M．Johnson，High Brightness Saturated Col
or Shutter Technology，SID Symposium，Vo1．27，p41
1(1996)」）。

【０１５１】本実施の形態においては、このカラーシャ
ッタ２２を、赤色光及び青色光（マゼンタ）、赤色光及
び緑色光（黄色）の２つのスペクトルを時分割で透過さ
せるように制御する。すなわち、照明光源２０より入射
する緑色光と青色光の偏光方向を交互に９０°回転させ
る。カラーシャッタ２２を透過した照明光は、補正用偏
光選択性ホログラム光学素子２３へ入射し、ここで、Ｐ
偏光成分のみが回折されて射出角約６０°で射出され
る。このとき、先程のカラーシャッタ２２にてＳ偏光光
となされた緑色光、または、青色光は、回折されること
なく交互に補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３を
直進して透過する。

【０１５２】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
において回折された主にＰ偏光成分からなる照明光は、
偏光選択性ホログラム光学素子３に入射する。このと
き、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３と偏光選
択性ホログラム光学素子３とは、同一の構成を有してお
り、しかも互いに平行に配置されているため、偏光選択
性ホログラム光学素子３への照明光の入射角は、補正用
偏光選択性ホログラム光学素子２３からの照明光の射出
角に等しくなっている。

【０１５３】偏光選択性ホログラム光学素子３に入射す
る照明光のＰ偏光成分は、偏光選択性ホログラム光学素
子３より略々垂直に射出するように回折されて、ダイク
ロイックプリズム３４に入射する。ダイクロイックプリ
ズム３４に入射した照明光は、赤色光のみが進行方向を
９０°偏向され、残りの、主に緑色光、青色光の波長帯
域の照明光は透過する。分光された２つの色光は、対応
する反射型空間光変調素子１０ｒ，１０ｇｂに入射し、
これら反射型空間光変調素子１０ｒ，１０ｇｂにおい
て、各色光ごとに、また、画素ごとに変調されて反射さ
れる。

【０１５４】ただし、緑色光、青色光については、「フ
ィールドシーケンシャルカラー手法」により、時分割で
表示される。緑色光、青色光について時分割表示とし、
赤色光について時分割表示としないのは、通常のランプ
光源を用いた場合には、眼の視感度を考慮して白バラン
スをとると、赤色光が最も出力が不足するためである。

【０１５５】変調された各色光は、再びダイクロイック
プリズム３４に入射して再合成され、再度偏光選択性ホ
ログラム光学素子３へ入射する。このとき、Ｓ偏光成分
は回折されずに透過し、さらに、Ｓ偏光成分を選択的に
透過させる偏光板２４を経て投射光学系２５に入射す
る。そして、この投射光学系２５により、スクリーン２
６上に表示画像が結像される。

【０１５６】また、図１５に示すように、補正用偏光選
択性ホログラム光学素子２３と偏光選択性ホログラム光
学素子３との間を硝子プレート２０によって充填し、補
正用偏光選択性ホログラム光学素子２３及び偏光選択性
ホログラム光学素子３のホログラム層の実効的ベンド角
を大きくすることにより、回折効率を向上させることが
できる。

【０１５７】ただし、このとき、補正用偏光選択性ホロ
グラム光学素子２３及び偏光選択性ホログラム光学素子
３において回折効果が生ずる波長帯域、入射角度範囲は
減少する。なお、補正用偏光選択性ホログラム光学素子
２３と硝子プレート２０との間、及び、偏光選択性ホロ
グラム光学素子３と硝子プレート２０との間は、それぞ
れ光学的に密着させる必要がある。

【０１５８】〔７〕画像表示装置の第８の実施の形態 本発明の第８の実施の形態として、図１６に示すよう
に、反射型空間光変調素子として３つの反射型ＴＮ垂直
配向液晶パネル１０ｒ，１０ｇ，１０ｂを用いたカラー
投射型画像表示装置について説明する。

【０１５９】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、照明光のＳ偏光成分の偏光方位を９０°回転するこ
とによりＰ偏光光に変換し光利用効率を向上させる。

【０１６０】照明光学系２１を通過した照明光は、補正
用偏光選択性ホログラム光学素子２３へ入射し、ここ
で、Ｐ偏光成分のみが回折及び反射され、偏光選択性ホ
ログラム光学素子３に入射する。照明光のＳ偏光成分
は、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３において
回折されることなく、直進してこの補正用偏光選択性ホ
ログラム光学素子２３を透過する。

【０１６１】ここで、補正用偏光選択性ホログラム光学
素子２３は、反射型偏光選択性ホログラム光学素子とな
っている。反射型の場合、透過型に比べて回折波長帯域
の許容値が小さいため、照明光源２０にはなるべくスペ
クトルに急峻なピーク値をもつものを用いるか、また
は、ホログラムを複数の波長帯域ごとに作成し、これを
積層して補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３とす
ることが効果的である。

【０１６２】偏光選択性ホログラム光学素子３に入射す
る主にＰ偏光成分からなる照明光は、偏光選択性ホログ
ラム光学素子３より略々垂直に射出するよう回折され、
ダイクロイックプリズムブロック３５に入射する。この
ダイクロイックプリズムブロック３５は、３つのダイク
ロイックプリズムからなり、２つの境界面３５ｂ，３５
ｇを有している。ダイクロイックプリズムブロック３５
に入射した照明光は、まず、一方の境界面３５ｂに入射
し、青色光のみを反射され、この境界面３５ｂを透過し
た青色を除く光が、他方の境界面３５ｇに入射する。そ
して、他方の境界面３５ｇにおいて緑色光のみが反射さ
れることにより、照明光は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、
Ｂ（青色）の各色に分光される。

【０１６３】このように分光された各色光は、対応する
反射型空間光変調素子１０ｒ、１０ｇ、１０ｂに入射
し、これら反射型空間光変調素子１０ｒ、１０ｇ、１０
ｂにより、各色光ごとに、また、画素ごとに変調されて
反射される。変調された各色光は、再びクロスダイクロ
イックプリズムブロック３５に入射し再合成され、再度
偏光選択性ホログラム光学素子３へ入射する。このと
き、Ｓ偏光成分は回折されずに透過し、さらに、Ｓ偏光
成分を選択的に透過する偏光板２４を経て投射光学系２
５に入射する。そして、この投射光学系２５により、ス
クリーン２６上に表示画像が結像される。

【０１６４】〔８〕画像表示装置の第９の実施の形態 本発明の第９の実施の形態として、図１７に示すよう
に、反射型空間光変調素子として２つの反射型ＦＬＣパ
ネルを用いたカラー投射型画像表示装置について説明す
る。

【０１６５】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＳ偏光光となるよう
に、照明光のＰ偏光成分の偏光方位を９０°回転するこ
とによりＳ偏光光に変換し光利用効率を向上させる。

【０１６６】照明光学系２１を通過した照明光は、Ｓ偏
光成分を選択的に透過させる偏光板２８を透過し、カラ
ーシャッタ２２に入射する。カラーシャッタ２２は、照
明光源２０より放射される白色光を、その部分スペクト
ル成分に時分割するもので、これにより単板の反射型Ｆ
ＬＣパネル１０で「フイールドシーケンシャルカラー手
法」によりカラー表示が可能となる（参考論文：「Gray
D．Sharp and Kristina M．Johnson，High Brightness
Saturated Color Shutter Technology，SID Symposiu
m，Vo1．27，p411(1996)」）。

【０１６７】本実施の形態においては、このカラーシャ
ッタ２２を、赤色光及び青色光（マゼンタ）と、赤色光
及び緑色光（黄色）との２つのスペクトルを時分割で透
過させるよう制御する。つまり、入射する緑色光成分と
青色光成分の偏光方向を交互に９０°回転させてＰ偏光
光とする。カラーシャッタ２２を射出した照明光は、補
正用偏光選択性ホログラム光学素子２３へ入射し、ここ
で、Ｓ偏光成分のみが回折され射出角約７０°で射出さ
れる。このとき、先程のカラーシャッタ２２にてＰ偏光
光となされた緑色光、または、青色光は、補正用偏光選
択性ホログラム光学素子２３において回折されることな
く直進し、交互に補正用偏光選択性ホログラム光学素子
２３を透過する。

【０１６８】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
にて回折された主にＳ偏光成分からなる照明光は、この
補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３に光学的に密
着接合された第１のカップリングプリズム３７に入射す
る。補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３から射出
した照明光は、第１のカップリングプリズム３７と補正
用偏光選択性ホログラム光学素子２３のガラス基板３６
とが略々等しい屈折率を有するガラス材にて作製されて
いるため、これらの接合界面で屈折を生じず、角度を変
えることなく第１のカップリングプリズム３７に入射す
る。

【０１６９】第１のカップリングプリズム３７に入射し
た照明光は、この第１のカップリングプリズム３７の光
学面３８より略々垂直に射出する。そして、この照明光
は、カラーセレクト３３に入射する。このカラーセレク
ト３３は、入射直線偏光方位をその波長帯域に応じて９
０°回転させるものである（参考論文：「Gray D．Shar
p andJ．R．Birge，Retarder Stack Technology for Co
lor Manipulation，SID Symposium，Vo1．30，p1072(19
99)」）。

【０１７０】本実施の形態においては、赤色光は、入射
偏光方位（Ｓ偏光光）が保存され、青色光及び緑色光の
偏光方位は、９０°回転されてＰ偏光光となされる。カ
ラーセレクト３３を射出した照明光は、偏光選択性ホロ
グラム光学素子３に光学的に密着接合された第２のカッ
プリングプリズム２０に光学面３９より入射する。この
光学面３９は、第１のカップリングプリズム３７の光学
面３８と略平行になされている。したがって、入射照明
光は、第２のカップリングプリズム２０の光学面３９に
おいてほとんど屈折することなく直進し、そのまま偏光
選択性ホログラム光学素子３に入射する。

【０１７１】この偏光選択性ホログラム光学素子３にお
いて、Ｓ偏光光である赤色光は、回折されることなく第
３のカップリングプリズム４０を透過し、赤色光用反射
型空間光変調素子１０rに入射する。一方、Ｐ偏光光で
ある青色光及び緑色光は、回折されて約７０°進行方向
を偏向されて第３のカッブリングプリズム４０を通して
青緑色光用反射型空間光変調素子１０ｇｂに入射する。

【０１７２】このとき、青色光及び緑色光は、カラーシ
ャッタ２２により時分割で交互に送られてくるため、青
緑色光用反射型空間光変調素子１０ｇｂはこれに同期し
て制御される。緑色光、青色光について時分割表示と
し、赤色光について時分割表示としないのは、通常のラ
ンプ光源を用いた場合には、眼の視感度を考慮して白バ
ランスをとると、赤色光が最も出力が不足するためであ
る。

【０１７３】それぞれの反射型空間光変調素子１０ｂ、
１０ｇｂにて変調された照明光は、偏光選択性ホログラ
ム光学素子３に再入射する。このとき、青緑色光用反射
型空間光変調素子１０ｇｂからの反射光のうちのＳ偏光
成分は、回折されることなく偏光選択性ホログラム光学
素子３より略垂直に射出する。また、赤色光用反射型空
間光変調素子１０ｒからの反射光のうちのＰ偏光成分
は、回折されて偏光選択性ホログラム光学素子３より同
じく略垂直に射出する。

【０１７４】これら２つの反射光は、第２のカッブリン
グプリズム２０を透過し、この第２のカップリングプリ
ズム２０の光学面に接合されたカラーセレクト３３ｂに
入射する。このカラーセレクト３３ｂにおいて、青緑色
光は、入射偏光方位（Ｓ偏光光）が保存され、赤色光の
偏光方位は、９０°回転されＳ偏光光となされる。

【０１７５】これらの照明光は、Ｓ偏光光を選択的に透
過させる偏光板２４を経て、投射光学系２５に入射す
る。そして、投射光学系２５により、スクリーン２６上
に表示画像が結像される。

【０１７６】一方、青緑色光用反射型空間光変調素子１
０ｇｂからの反射光のうちのＰ偏光成分は、偏光選択性
ホログラム光学素子３において回折されて透過し、往路
の照明光路を逆行する。また、赤色光用反射型空間光変
調素子１０ｒからの反射光のうちのＳ偏光成分は、偏光
選択性ホログラム光学素子３にて回折されることなく同
じく往路の照明光路を逆行する。

【０１７７】また、本実施の形態は、図１８に示すよう
に、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３、第１の
カップリングプリズム３７、カラーセレクト３３、第２
のカップリングプリズム２０、偏光選択性ホログラム光
学素子３、第３のカップリングプリズム４０及びカラー
セレクト３３ｂを光学的に接合させて構成してもよい。

【０１７８】

〔９〕画像表示装置の第１０の実施の形態 本発明の第１０の実施の形態として、図１９に示すよう
に、反射型空間光変調素子として反射型ＦＬＣパネルを
用いたカラー投射型画像表示装置について説明する。

【０１７９】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、照明光のＳ偏光成分の偏光方位を９０°回転するこ
とによりＰ偏光光に変換し光利用効率を向上させる。

【０１８０】照明光学系２１を通過した照明光は、カラ
ーホイール２２を通過し、補正用偏光選択性ホログラム
光学素子２３へ入射する。カラーホイール２２は、照明
光源２０より放射される白色光を、赤色光、緑色光、青
色光のスペクトル成分に時分割するもので、この時分割
により、単板の反射型ＦＬＣパネル１０で「フィールド
シーケンシャルカラー手法」によりカラー表示が可能と
なる。

【０１８１】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
へ入射角６０°で入射した照明光は、ここで、Ｐ偏光成
分のみが回折され、射出角約０°で射出される。Ｓ偏光
成分は、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３で回
折されることなく、直進して補正用偏光選択性ホログラ
ム光学素子２３を透過する。

【０１８２】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
で回折された主にＰ偏光成分からなる照明光は、偏光選
択性ホログラム光学素子３に入射する。補正用偏光選択
性ホログラム光学素子２３と偏光選択性ホログラム光学
素子３とは、同一の構成のものであり、かつ、これら補
正用偏光選択性ホログラム光学素子２３及び偏光選択性
ホログラム光学素子３に対する照明光の入射角が略々同
一になるように配置されている。ただし、照明光（入射
側）からみた場合、両者の回折方向（ベンド角）は逆方
向となっている。このような配置により、前述のよう
に、波長による回折角のばらつきを相殺できること、波
長による回折効率の入射角度依存性の差異を補正できる
ことという２つのメリツトが得られる。

【０１８３】なお、この補正用偏光選択性ホログラム光
学素子２３と偏光選択性ホログラム光学素子３との間
は、図１９において波線で示すように、カップリングプ
リズム２０にて充填してもよい。ただし、この場合に
は、ベンド角が異なるため、補正用偏光選択性ホログラ
ム光学素子２３と偏光選択性ホログラム光学素子３と
は、同一のホログラム素子であってはならない。

【０１８４】ここで、補正用偏光選択性ホログラム光学
素子２３への入射角を偏光選択性ホログラム光学素子３
への入射角と同様に約６０°とするのは、第１の実施の
形態において説明したように、補正用偏光選択性ホログ
ラム光学素子２３の回折効率の入射角度依存性を低減さ
せるためである。

【０１８５】偏光選択性ホログラム光学素子３により回
折されたＰ偏光光は、この偏光選択性ホログラム光学素
子３より射出角０°で射出し、反射型空間光変調素子１
０に入射する。反射型空間光変調素子１０は、図１９中
矢印ａで示す長手方向が照明光入射角方向と一致するよ
うに配置される。これは、補正用偏光選択性ホログラム
光学素子２３への回折方向の入射照明光の有効幅を小さ
くする必要があるためで、この有効幅の減少量をできる
だけ少なくして光利用効率を高くするためである。

【０１８６】また、同様の理由から、照明光源２０の発
光部２０aの長手方向は、図１９において紙面に垂直な
方向となされている。これは、前述のラグランジュ−ヘ
ルムホルツの不変量より、発光部が小さい方が光束径を
絞ったときに拡散角が大きくなりにくいためで、本発明
に係る画像表示装置のように、照明光を空間光変調素子
に対して斜めに入射させる場合には、その入射方向に一
致する方向に発光部の長さを短くすることが光利用効率
を上げるために有効となるためである。

【０１８７】反射型空間光変調素子１０により位相が変
調されて反射されたＳ偏光光は、偏光選択性ホログラム
光学素子３を透過し、Ｓ偏光光のみを選択的に透過する
偏光板２４を透過して投射光学系２５に入射する。この
投射光学系２５により、反射型ＦＬＣパネル１０上に表
示される光学像がスクリーン２６上に表示画像として拡
大投影される。

【０１８８】一方、Ｐ偏光成分のうち偏光選択性ホログ
ラム光学素子３にて回折されない往路の残りの照明光
は、そのまま偏光選択性ホログラム光学素子３を透過
し、反射型空間光変調素子１０のアルミ反射面１４にて
正反射され、再び図１９中のＣの方向に射出される。こ
の照明光は、迷光となり、表示画像のコントラスト劣化
を招く恐れがあるため、光吸収手段２７によりそのエネ
ルギーを吸収される。

【０１８９】〔１０〕画像表示装置の第１１の実施の形
態 本発明の第１１の実施の形態として、図２０に示すよう
に、反射型空間光変調素子として反射型ＦＬＣパネルを
用いたカラー投射型画像表示装置について説明する。

【０１９０】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、照明光のＳ偏光成分の偏光方位を９０°回転するこ
とによりＰ偏光光に変換し光利用効率を向上させる。

【０１９１】照明光学系２１を通過した照明光は、カラ
ーホイール２２を通過し、補正用偏光選択性ホログラム
光学素子２３へ入射する。カラーホイール２２は、照明
光源２０より放射される白色光を、赤色光、緑色光、青
色光のスペクトル成分に時分割するもので、この時分割
により、単板の反射型ＦＬＣパネル１０による「フィー
ルドシーケンシャルカラー手法」によりカラー表示が可
能となる。

【０１９２】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
に対し入射角θin23で入射した照明光は、ここで、Ｐ偏
光成分のみが回折され、射出角θout23で射出される。
Ｓ偏光成分は、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２
３によって回折されることなく、この補正用偏光選択性
ホログラム光学素子２３を透過して直進する。

【０１９３】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
にて回折される主にＰ偏光成分からなる照明光は、偏光
選択性ホログラム光学素子３に、入射角θin3にて入射
する。このとき、補正用偏光選択性ホログラム光学素子
２３と偏光選択性ホログラム光学素子３とは、同一の構
造を有し、しかも、補正用偏光選択性ホログラム光学素
子２３への入射角θin23、射出角θout23は、偏光選択
性ホログラム光学素子３への入射角θin3、射出角θout
3とそれぞれ等しくなされている。ただし、照明光から
みた場合、両者の回折方向（ベンド角）は逆方向となっ
ている。これより、前述のように、波長による回折角の
ばらつきを相殺できること、波長による回折効率の入射
角度依存性の差異を補正できることという２つのメリツ
トが得られる。

【０１９４】また、本実施の形態の場合、偏光選択性ホ
ログラム光学素子３と反射型空間光変調素子１０とは図
２０に示すように、θholoの開き角を有して配置され
る。すなわち、偏光選択性ホログラム光学素子３、補正
用偏光選択性ホログラム光学素子２３の回折効率の波長
及び入射角依存性を低減させるためには、ベンド角を少
なくすることが有効であるが、このとき、 （i）入射角を小さくする。 （ii）射出角をベンド角が小さくなる方向に大きくと
る。 という２つの方法が考えられる。（i）の「入射角を小
さくする」という手法の場合、前述のように、ホログラ
ム層への入射角度のばらつきが大きくなり好ましくな
い。そこで、（ii）の「射出角をベンド角が小さくなる
方向に大きくとる」という手法をもちいることが有効と
なる。

【０１９５】本実施の形態の場合、偏光選択性ホログラ
ム光学素子３、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２
３からの射出角θout3、θout23を５°乃至２０°程度
とし、ベンド角を低減させている。このように、入射照
明光、偏光選択性ホログラム光学素子３及び補正用偏光
選択性ホログラム光学素子２３の相対関係を規定した場
合において、偏光選択性ホログラム光学素子３からの射
出回折光を反射型空間光変調素子１０に対して垂直に入
射させようとすると、図２０に示すように、偏光選択性
ホログラム光学素子３と反射型空間光変調素子１０と
は、θholo（=θout3）の開き角をとって配置される必
要がある。

【０１９６】このようにして、偏光選択性ホログラム光
学素子３により回折されたＰ偏光光は、反射型空間光変
調素子１０に対して略々垂直に入射する。反射型空間光
変調素子１０は、図２０中矢印ａで示す長手方向が、照
明光入射角方向と一致するように配置されている。これ
は、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３への回折
方向の入射照明光の有効幅を小さくする必要があるため
で、この有効幅の減少量をできるだけ少なくして光利用
効率を高くするためである。

【０１９７】また、同様の理由から、照明光源２０の発
光部２０aの長手方向は、図１９において紙面に垂直な
方向となされている。これは、前述のラグランジュ−ヘ
ルムホルツの不変量より、発光部が小さい方が光束径を
絞ったときに拡散角が大きくなりにくいためで、本発明
に係る画像表示装置のように、照明光を空間光変調素子
に対して斜めに入射させる場合には、その入射方向に一
致する方向に発光部の長さを短くすることが光利用効率
を上げるために有効となるためである。

【０１９８】反射型空間光変調素子１０により位相が変
調されて反射されたＳ偏光光は、偏光選択性ホログラム
光学素子３を透過し、Ｓ偏光光のみを選択的に透過する
偏光板２４を透過して投射光学系２５に入射する。ここ
で、偏光板２４は、偏光選択性ホログラム光学素子３を
透過したことにより発生する非点収差を補正するため
に、偏光選択性ホログラム光学素子３の反射型空間光変
調素子１０に対する傾き角θholoと反対方向に同じ絶対
値の傾き角θpolをもって配置される。この偏光板２４
の傾きにより、変調された照明光における非点収差をキ
ャンセルすることができる。そして、投射光学系２５に
入射した照明光により、反射型空間光変調素子１０上に
表示される光学像がスクリーン２６上に表示画像として
拡大投影される。

【０１９９】〔１１〕虚像表示装置に関する実施の形態
（第１２の実施の形態） 本発明の第１２の実施の形態として、図２１に示すよう
に、反射型空間光変調素子として反射型ＦＬＣパネルを
用い虚像結像光学系を用いた画像表示装置について説明
する。

【０２００】この画像表示装置においては、赤色光、緑
色光、青色光の３色を順次独立に発光するレンズ付き発
光ダイオード光源４１より放射される照明光は、Ｐ偏光
成分を選択的に透過させる偏光板４２を透過して、偏光
選択性ホログラム光学素子３に入射する。この入射光
は、偏光選択性ホログラム光学素子３において回折さ
れ、略々垂直に反射型ＦＬＣパネル１０に入射する。

【０２０１】反射型ＦＬＣパネル１０にて位相を変調さ
れた照明光は、反射型ＦＬＣパネル１０のアルミ反射面
１４において反射され、再び偏光選択性ホログラム光学
素子３に入射する。このとき、Ｐ偏光成分は、再び偏光
選択性ホログラム光学素子３によって回折されて発光ダ
イオード光源４１の方向に向かうが、Ｓ偏光成分は、偏
光選択性ホログラム光学素子３によって回折されること
なく、そのまま透過する。偏光選択性ホログラム光学素
子３を透過したＳ偏光光は、Ｓ偏光成分を選択的に透過
させる偏光板４３にて検波されたのち、虚像観察光学系
を構成する自由曲面プリズム４４に、自由曲面屈折面４
５より入射する。

【０２０２】自由曲面プリズム４４内に入射した光は、
第１の光学面４６において全反射され、次いで、第２の
自由曲面反射面４７にて反射されたのち、第１の光学面
４６を透過して、観察者の観察領域４８に導かれる。こ
のとき、観察領域４８を大きくするには、発光ダイオー
ド光源４１と偏光板４２との間に拡散板を配置するか、
または、偏光選択性ホログラム光学素子３において、こ
の偏光選択性ホログラム光学素子３に入射するＰ偏光成
分に対して回折時に拡散作用を起こす干渉縞を予め記録
しておいてもよい。

【０２０３】次に、本発明の第１３の実施の形態とし
て、図２２に示すように、反射型空間光変調素子として
２つの反射型ＦＬＣパネルを用い虚像結像光学系を用い
た画像表示装置について説明する。

【０２０４】この画像表示装置においては、赤色光、緑
色光、青色光の３色を順次独立に発光するレンズ付き発
光ダイオード光源４１より放射された照明光は、Ｐ偏光
光となる偏光成分を選択的に透過する偏光板４２を経
て、偏光選択性ホログラム光学素子３へ入射する。本実
施の形態においては、偏光選択性ホログラム光学素子３
は反射型となっている。この偏光選択性ホログラム光学
素子３に入射された照明光は、偏光選択性ホログラム光
学素子３において回折され反射されて略々垂直に反射型
ＦＬＣパネル１０に入射する。

【０２０５】反射型ＦＬＣパネル１０において位相を変
調された照明光は、反射型ＦＬＣパネル１０のアルミ反
射面１４において反射され、再び偏光選択性ホログラム
光学素子３に入射する。このとき、照明光のＰ偏光成分
は、偏光選択性ホログラム光学素子３において再び回折
され反射されて発光ダイオード光源４２の方向に向か
う。Ｓ偏光成分は、偏光選択性ホログラム光学素子３に
より回折されることなく、そのまま偏光選択性ホログラ
ム光学素子３を透過する。

【０２０６】このように偏光選択性ホログラム光学素子
３を透過したＳ偏光光は、Ｓ偏光成分を選択的に透過さ
せる偏光板４３にて検波されたのち、虚像観察光学系を
構成する自由曲面プリズム４４に、自由曲面屈折面４５
より入射する。

【０２０７】自由曲面プリズム４４内に入射した光は、
第１の光学面４６において全反射され、次いで、第２の
自由曲面反射面４７にて反射されたのち、第１の光学面
４６を透過して、観察者の観察領域４８に導かれる。こ
のとき、観察領域４８を大きくするには、発光ダイオー
ド光源４１と偏光板４２との間に拡散板を配置するか、
または、偏光選択性ホログラム光学素子３において、こ
の偏光選択性ホログラム光学素子３に入射するＰ偏光成
分に対して回折時に拡散作用を起こす干渉縞を予め記録
しておいてもよい。

【０２０８】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る画像表示素
子を用いた画像表示装置においては、反射型空間光変調
素子の照明手段として、必ずしも偏光ビームスプリッタ
を使用する必要がないため、装置重量の軽量化、装置サ
イズの小型化、表示画像のコントラストの改善及び製造
コストの低廉化が可能となる。

【０２０９】また、この画像表示素子においては、従来
のホログラムカラーフィルターと異なり、屈折率の入射
偏光方位依存性が互いに異なる２つの領域を順次積層し
た構造を有する偏光選択性ホログラム光学素子を用いる
ことにより、Ｐ偏光光とＳ偏光光の回折効率の差を充分
に大きくすることができ、光利用効率及び表示画像のコ
ントラストの改善が可能である。

【０２１０】さらに、従来のホログラムカラーフィルタ
ーと異なり、屈折率の入射偏光方位依存性が互いに異な
る２つの領域を順次積層した構造を有する偏光選択性ホ
ログラム光学素子を用いることにより、Ｐ偏光光の回折
効率をＳ偏光光のそれに比べて高くすることができ、ホ
ログラム光学素子に対してＰ偏光光を入射させることが
できる。これにより、カップリングプリズムを用いなく
とも、ホログラム光学素子のガラス基板における表面反
射を抑えることができ、光利用効率及び表示画像のコン
トラストの改善が可能である。

【０２１１】そして、この画像表示装置においては、２
つの偏光選択性ホログラム光学素子を、反射型空間光変
調素子の照明のために用いることにより、偏光選択性ホ
ログラム光学素子における回折角の波長依存性を互いに
相殺して均一照明が得られる他、各波長帯域ごとに、入
射角による回折効率減少を補正して光利用効率を改善す
ることができる。

【０２１２】さらに、この画像表示装置においては、偏
光選択性ホログラム光学素子を反射型として使用するこ
とが可能となること、各色光ごとに用意される複数の反
射型空間光変調素子を用いた画像表示装置に適応するこ
とができること、「フィールドシーケンシャルカラー方
式」の画像表示装置として構成することができることな
どの効果が得られる。

【０２１３】そして、この画像表示装置においては、反
射型空間光変調素子と偏光選択性ホログラム光学素子と
の画素単位のアライメントが不要なために製造コストの
低廉化が可能であり、また、高い光利用効率が維持され
ながら、表示画像のコントラスが高く、しかも、薄型
化、軽量化、虚像観察光学系を用いて構成することが可
能である。

【０２１４】すなわち、本発明は、照明光の光利用効率
が高く、装置の小型化、低コスト化が可能であり、ま
た、表示画像の均一性、高コントラスト性が実現された
画像表示素子及び画像表示装置を提供することができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像表示素子の構成を示す縦断面
図である。

【図２】本発明に係る画像表示装置の第１の実施の形態
の構成を示す縦断面図である。

【図３】本発明に係る画像表示装置の第２の実施の形態
の構成を示す縦断面図である。

【図４】本発明に係る画像表示装置の第３の実施の形態
の構成を示す縦断面図である。

【図５】本発明に係る画像表示装置の第４の実施の形態
の構成を示す側面図である。

【図６】上記画像表示装置における補正用偏光選択性ホ
ログラム光学素子による入射角の補正の原理を示す側面
図である。

【図７】上記画像表示装置における再生波長４５０ｎｍ
における回折効率の入射角度依存性を示すグラフであ
る。

【図８】上記画像表示装置における再生波長５５０ｎｍ
における回折効率の入射角度依存性を示すグラフであ
る。

【図９】上記画像表示装置における再生波長６５０ｎｍ
における回折効率の入射角度依存性を示すグラフであ
る。

【図１０】ベンド角大（θob1＝１０°）の場合の回折
効率の再生波長及び入射角依存性を示すグラフである。

【図１１】ベンド角小（θob1＝−１０°）の場合の回
折効率の再生波長及び入射角依存性を示すグラフであ
る。

【図１２】本発明に係る画像表示装置の第５の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１３】本発明に係る画像表示装置の第６の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１４】本発明に係る画像表示装置の第７の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１５】本発明に係る画像表示装置の第７の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１６】本発明に係る画像表示装置の第８の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１７】本発明に係る画像表示装置の第９の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１８】本発明に係る画像表示装置の第９の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１９】本発明に係る画像表示装置の第１０の実施の
形態の構成を示す側面図である。

【図２０】本発明に係る画像表示装置の第１１の実施の
形態の構成を示す側面図である。

【図２１】本発明に係る画像表示装置の第１２の実施の
形態の構成を示す側面図である。

【図２２】本発明に係る画像表示装置の第１３の実施の
形態の構成を示す側面図である。

【図２３】従来の画像表示素子（ＦＬＣ）の構成を示す
断面図である。

【図２４】反射型空間光変調素子に対応した偏光ビーム
スプリッタを用いた従来の画像表示装置の構成を示す側
面図である。

【図２５】ホログラムレンズを用いた従来の画像表示装
置の構成を示す断面図である。

【図２６】反射型ホログラムの回折効率を示すグラフで
ある。

【図２７】光スイッチとしてのホログラム光学素子の応
用例を示す断面図である。

【図２８】ホログラム光学素子の画像表示装置用反射板
としての応用例を示す断面図である。

【図２９】ホログラム光学素子の投射型画像表示装置用
偏光変換器への応用例を示す断面図である。

【図３０】ホログラムの厚さと回折効率との関係を示す
グラフである。

【図３１】厚さ６μｍのホログラムにおける回折効率の
入射角度依存性を示すグラフである。

【図３２】厚さ１８μｍのホログラムにおける回折効率
の入射角度依存性を示すグラフである。

【図３３】ガラスの表面反射率と入射角度との関係を示
すグラフである。

【図３４】従来のホログラムカラーフィルターにおける
ホログラムレンズからの主光線の射出角許容値を示す断
面図である。

【図３５】偏光ビームスプリッタを用いた従来の画像表
示装置の構成を示す側面図である。

【図３６】虚像観察光学系を用いた従来の画像表示装置
の構成を示す側面図である。

【図３７】虚像観察光学系を用いた従来の画像表示装置
の構成の他の例を示す側面図である。

【符号の説明】

３ 「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル（偏光選択性ホログラム光
学素子）、１０ 反射型ＦＬＣ液晶パネル、２０ 照明
光源、２５ 投射光学系、４４ 自由曲面プリズム

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年７月６日（２００１．７．６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 画像表示素子及び画像表示装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型空間光変調
素子を用いた画像表示素子及び画像表示装置に関し、特
に、装置の軽量化、製造の低コスト化、表示画像の高コ
ントラスト化を図ることに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、以下に述べるように、種々の画像
表示素子及びこれら画像表示素子を用いて構成された画
像表示装置が提案されている。

【０００３】〔１〕空間光変調素子 空間光変調素子（Spatial Light Modulator：ＳＬＭ）
は、映像信号が入力され、その信号に応じた画像データ
に基づいて、各画素毎に入射光を変調するように構成さ
れたデバイスである。空間光変調素子を透過する光を変
調する透過型と、空間光変調素子において反射される光
を変調する反射型とがある。

【０００４】反射型空間光変調素子は、液晶、デジタル
マイクロミラー等を使用して構成されている。特に、液
晶を使用して構成したものは、液晶型空間光変調素子と
称される。

【０００５】液晶には、旋光（偏光導波）モード型、複
屈折モード型、光散乱モード型、光吸収モード型等があ
る。一般的に使用される液晶としては、旋光（偏光導
波）モード型のツイステッドネマティック（ＴＮ）動作
モードを使用するＴＮ液晶、複屈折動作モード型のスー
パーツイステッドネマティック（ＳＴＮ）動作モードを
使用するＳＴＮ液晶、及び、強誘電性液晶（ＦＬＣ）動
作モードを使用するＦＬＣ型の液晶等がある。

【０００６】これら偏光状態を変調する反射型空間光変
調素子には、強誘電性液晶空間光変調素子の他、ＴＮ液
晶を用いた垂直配向液晶空間光変調素子、反強誘電性液
晶空間光変調素子、ＴＮ液晶を用いた複屈折モードの空
間光変調素子などがある。

【０００７】〔２〕反射型ＦＬＣ空間光変調素子 偏光状態を変調する反射型空間光変調素子のうち、反射
型ＦＬＣ空間光変調素子について構造と動作原理を説明
する。

【０００８】反射型ＦＬＣ空間光変調素子は、図２３に
示すように、一対の電極部とその間に挿入された液晶材
料１０５とを有して構成されている。図中上側の電極部
は、ガラス基板１０１Ａと、その内側（下側）の透明電
極１０２Ａと、その内側（下側）の配向膜１０３Ａとを
有している。図中下側の電極部は、シリコン基板１０１
Ｂと、その内側（上側）のアルミ電極１０２Ｂと、その
内側（上側）の配向膜１０３Ｂとを有している。アルミ
電極１０２Ｂは、反射膜としても機能する。上側の電極
部のガラス基板１０１Ａの外側（上側）には、偏光子１
０４が配置されている。

【０００９】図２３中の（Ａ）は、透明電極１０２Ａ及
びアルミ電極１０２Ｂに第１の方向の電圧が印加された
第１の電圧方向状態を示し、図２３中の（Ｂ）は、透明
電極１０２Ａ及びアルミ電極１０２Ｂに第１の方向とは
反対方向の第２の方向の電圧が印加された第２の電圧方
向状態を示している。

【００１０】また、液晶材料１０５は、図２３中の
（Ｃ）に示すように、第１の電圧方向状態では、入射偏
光に対して複屈折効果を示さないが、第２の電圧方向状
態では、入射偏光に対して複屈折効果を示す。

【００１１】偏光子１０４を介して入射した偏光１０７
Ａは、図２３中の（Ａ）に示す第１の電圧方向状態で
は、液晶材料１０５が複屈折効果を示さないことから、
この液晶材料１０５を透過し、偏波状態を変えることな
く、アルミ電極（反射膜）１０２Ｂに到達する。そし
て、アルミ電極（反射膜）１０２Ｂにおいて反射された
偏光１０７Ｂは、再び液晶材料１０５を透過し、偏波状
態を変えることなく、偏光子１０４に到達する。すなわ
ち、入射光の偏波状態と同一の偏波状態の光が偏光子１
０４に戻ってくることとなる。したがって、アルミ電極
（反射膜）１０２Ｂにおいて反射された反射光が、偏光
子１０４を介して、出射光として得られることとなる。

【００１２】一方、図２３（Ｂ）に示す第２の電圧方向
状態では、偏光子１０４を介して入射した偏光１０７Ａ
は、液晶材料１０５を透過することによって複屈折効果
を受け、直線偏光だったものが円偏光に変化する。円偏
光１０７Ｂは、アルミ電極（反射膜）１０２Ｂにおいて
反射され、この反射によって偏光の回転方向を反対方向
となされる。回転方向が反対となった円偏光１０７Ｂ
は、再び液晶材料１０５を透過することによって複屈折
効果を受け、直線偏光となる。このときの直線偏光は、
偏光子１０４の偏光方向と直交しており、したがって、
偏光子１０４を通過しない。

【００１３】すなわち、この反射型ＦＬＣ空間光変調素
子においては、第１の電圧方向状態の部分において「白
表示」となり、第２の電圧方向状態の部分において「黒
表示」となる。

【００１４】〔３〕反射型空間光変調素子を用いた投射
型画像表示装置 一般的な反射型空間光変調素子、例えば、反射型ＴＮ液
晶パネルを有して構成された投射型の画像表示装置にお
いては、図２４に示すように、ランプ光源２０１より射
出した照明光は、光束断面形状の補正、強度の均一化、
発散角制御などの機能を有する照明光学系２０２に入射
する。この照明光学系２０２には、図示しないＰ−Ｓ偏
光変換器を設けてもよい。このＰ−Ｓ偏光変換器は、無
偏光状態の照明光を、Ｐ偏光、または、Ｓ偏光のどちら
か一方の偏光に、５０％以上の効率で揃える機能を有す
る光学ブロックである。

【００１５】ここに示した例では、照明光学系２０２を
通過した照明光は、紙面に垂直な方向に電気ベクトルが
振動する偏光状態、つまり、赤色光を反射するダイクロ
イックミラー２０３の反射面に対してＳ偏光となってい
る。すなわち、照明光学系２０２から射出された照明光
は、赤色光を反射するダイクロイックミラー２０３によ
り、赤色成分のみが進行方向を９０°偏向され、続いて
この赤色光は、ミラー２０４で反射されて、赤色光用の
偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」という。）２
１０に入射する。

【００１６】ＰＢＳ２１０に入射した赤色光は、このＰ
ＢＳ２１０の誘電体膜２１０ａにてＳ偏向成分のみが反
射され、入射偏光として、赤色光用の反射型ＴＮ液晶パ
ネル２１３に入射する。この赤色光用の反射型ＴＮ液晶
パネル２１３にて、偏光状態を変調されて反射された照
明光は、再びＰＢＳ２１０の誘電体膜２１０ａに入射
し、ここでＰ偏光のみが透過するよう検波されて、偏光
変調が輝度変調に変換される。輝度変調に変換された照
明光は、クロスダイクロイックプリズム２０９に入射す
る。

【００１７】一方、赤色光を反射するダイクロイックミ
ラー２０３を透過した照明光は、続いて配置された緑色
光を反射するダイクロイックミラー２０５に入射する。
このダイクロイックミラー２０５では、緑色光のみが反
射され、残りの青色光成分は、透過する。分離された緑
色光及び青色光は、それぞれ前述の赤色光の場合と同様
に、ＰＢＳ２１１、２１２により、Ｓ偏光のみが反射さ
れて、緑色光用の反射型ＴＮ液晶パネル２１４、青色光
用の反射型ＴＮ液晶パネル２１５にそれぞれ入射する。

【００１８】緑色光用の反射型ＴＮ液晶パネル２１４、
青色光用の反射型ＴＮ液晶パネル２１５にて偏光状態を
変調されて反射された照明光は、再びＰＢＳ２１１、２
１２の誘電体膜２１１ａ、２１２ａに入射し、ここでＰ
偏光のみが透過するよう検波されて、偏光変調が輝度変
調に変換される。輝度変調に変換された射出光束は、ク
ロスダイクロイックプリズム２０９に入射する。

【００１９】この画像表示装置においては、表示画像に
応じて、各色光用の反射型ＴＮ液晶パネル２１３，２１
４，２１５においてそれぞれ変調された赤色光、緑色光
及び青色光は、クロスダイクロイックプリズム２０９に
おいて合成されて、投射光学系２０８に入射し、スクリ
ーン２１６上に結像される。

【００２０】〔４〕反射型空間光変調素子用照明装置 反射型空間光変調素子用の照明装置として、図２５及び
図２６に示すように、特開平９−１８９８０９号公報に
記載された照明装置がある。この照明装置においては、
図示しない照明光源より放射された読み出し光が、図２
５に示すように、カップリングプリズム３０５、ガラス
基板３０４を経て、ホログラムカラーフィルタ３０３
ｒ，３０３ｇ，３０３ｂに入射する。

【００２１】ここで、３０３ｒ，３０３ｇ，３０３ｂ
は、それぞれ赤色用、緑色用、青色用の体積ホログラム
レンズであり、予めレーザ露光により干渉縞が焼き付け
られた略々１画素大の面積を有する各色光用微小レンズ
が積層された構造となっている。１画素大とは、Ｒ（赤
色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各１画素の計３画素が
組になったものである。これらホログラムカラーフィル
タ３０３ｒ，３０３ｇ，３０３ｂは、読み出し光のスペ
クトルの赤色光、緑色光、青色光を、反射型液晶パネル
のカバーガラス３０２、共通電極３１８、配向膜３１
７、液晶層３１６，配向膜３１５及び誘電体ミラー膜３
１４を通して、画素電極層３１３上のそれぞれ対応する
色画素電極３１３ｒ，３１３ｇ，３１３ｂに集光させ
る。

【００２２】そして、このホログラムカラーフィルタ３
０３ｒ，３０３ｇ，３０３ｂは、入射光の偏光特性に関
する依存性を有している。すなわち、ホログラムカラー
フィルタ３０３ｒ，３０３ｇ，３０３ｂヘの入射光のう
ち、Ｓ偏光が主に回折され、Ｐ偏光の回折効率はＳ偏光
よりも低くなっている。これは、「coupled-wavetheor
y」の厳密解により、例えば、反射型の厚いホログラム
の場合には、ホログラムの厚さｔとホログラム内の干渉
縞のピッチΛとにより決まる値（ｔ／Λ）が１乃至５の
場合、図２６に示すように、ＴＥ（Ｓ偏光）、ＴＭ（Ｐ
偏光）の回折効率には差異が生じ、Ｓ偏光はＰ偏光に比
べて最大４５％程度大きくなるためである（参考論文：
M．G．Moharam and T．K．Gayload: Rigourous coupled
-wave analysis of planar grating diffraction，J．0
pt．Soc．Am．71，811-818（1977）、M．G．Moharam an
d T．K．Gayload: Rigourous coupled-wave analysis o
f grating diffractlon E-mode polarization and loss
ws，J．0pt．Soc．Am．73，451-455（1983））。

【００２３】ホログラムカラーフィルタ３０３ｒ，３０
３ｇ，３０３ｂに対して斜めに入射した読み出し光のう
ちのＳ偏光成分の光が主に回折されて液晶層３１６に垂
直に入射し、この照明光のうち偏光方向が９０°変調さ
れて反射された光（Ｐ偏光成分）は、上述した現象によ
り、回折効果が低いためにほとんど回折作用を受けず
に、ホログラムカラーフィルタ３０３ｒ，３０３ｇ，３
０３ｂから垂直に射出する。

【００２４】そして、誘電体ミラー膜３１４により反射
された照明光は、図示しない投射レンズに入射され、こ
の投射レンズによって、スクリーン上に画像を結像す
る。

【００２５】〔５〕偏光選択性ホログラム光学素子 偏光選択性ホログラム光学素子を実現する手法はいくつ
かある。例えば、ＵＳＰ５，１６１，０３９において公
開されているように、光硬化性樹脂、または、熱硬化性
樹脂と液晶材料とを混合した混合材料を、ガラスプレー
トの間に挟み込んで封止して構成したホログラム光学素
子がある。

【００２６】これは、次のような手順により作製され
る。まず、上述の混合材料を封入したパネル上におい
て、レーザ光を干渉させる。これによって発生する干渉
縞は、明部にはフォトンが多く存在し、暗部にはフォト
ンが少ないことによって形成されている。フォトンのエ
ネルギーが高いところ、すなわち干渉縞の明部において
は、光エネルギー、または、熱エネルギーにより、樹脂
が硬化し凝集する。この結果として、干渉縞の暗部には
液晶材料が残存した状態で、樹脂層と液晶層との２つの
領域が形成される。

【００２７】このようにして構成された偏光選択性ホロ
グラム光学素子の動作原理について、以下に説明する。
上述のようにして形成した２つの領域のうち、樹脂層は
光学的に等方であるが、液晶層は、異方性、すなわち複
屈折性を有している。また、樹脂層の屈折率ｎ１と液晶
層の常光線屈折率ｎｏは、おおよそ等しくなっている。
このため、このホログラム光学素子に入射する光のなか
で、偏光方向が液晶層の常光線にあたる光線にとって
は、樹脂層と液晶層との間の屈折率差が極わずかとな
り、回折現象はほとんど現れない。一方、偏光方向が液
晶層の常光線に直交する方向の偏光成分については、樹
脂層の屈折率ｎ１と液晶層の異常光線屈折率ｎｅとが異
なるため、周期的な屈折率変調が与えられ、回折効果が
生ずる。

【００２８】また、近年は、光重合を起こすモノマーと
液晶分子とを混合し、ホログラフィックな手法によって
干渉縞を形成するホログラフィック高分子分散液晶（ho
lographically-formed polymer dispersed liquid crys
tals、以下「「Ｈ−ＰＤＬＣ」という。）の研究も盛ん
である。

【００２９】これは、１９８０年半ばに発見された光誘
起相分離「ＰＤＬＣ」から派生した技術である（参考論
文：Crawford G.P.and Zumer S.,in Liquid Crystals i
n Complex Geometries, Ulor and Francis, London（１
９９６））。この「「Ｈ−ＰＤＬＣ」について、作製手
法と動作原理について以下に説明する。

【００３０】まず、液晶分子、モノマー（プレポリマ
ー）、増感色素、反応開始剤などを混合した材料を、ガ
ラスプレートの間に挟み込んで封止する。これを、レー
ザ光により形成した干渉縞にさらす。すると、干渉縞の
明部においては、モノマーが光重合を開始してポリマー
化する。このため、干渉縞の明部と暗部とにおいて、モ
ノマーの濃度分布が発生し、暗部から明部へのモノマー
の移動が起こる。結果的に、ポリマー濃度に富んだ明部
と、液晶分子が豊富な暗部という相分離による周期構造
ができる。次の段階としては、液晶分子がポリマー相に
直交するように配列する。この現象のメカニズムは現在
のところ解明されていないが、様々な関連の研究がおこ
なわれている（例えば、「C．C．Bowley，A．K．Fontec
chio，andG．P．Crawford，Proc．SID XXX， 958(199
9)」）。

【００３１】この後、紫外線照射を行ない、定着プロセ
スを行う。以上のようにして作成されたホログラム光学
素子は、前述のＵＳＰ５，１６１，０３９にて開示され
ているホログラム光学素子と同様に、ポリマー層の屈折
率と液晶層の常光線屈折率とがほぼ等しく、ポリマー層
の屈折率と液晶層の異常光線屈折率とが異なるため、偏
光選択性ホログラム光学素子として機能する。

【００３２】〔６〕ホログラム光学素子の応用技術 次に、ホログラム光学素子の従来の応用例について述べ
る。応用例としては、光スイッチ、画像表示装置用反射
板、投射型画像表示装置用偏光変換器などがある。以
下、これらについて説明する。

【００３３】〔６−１〕光スイッチ 光スイッチとしてのホログラム光学素子の応用例を、図
２７を参照して説明する。このホログラム光学素子は、
例えば、特開平５−１７３１９６号公報に記載されてい
るように、図２７中の（ａ）に示すように、高分子材料
４２５からなる領域と正のネマティック液晶材料（屈折
率楕円体の長軸が液晶分子の長軸と一致しているネマテ
ィック液晶材料）４２４からなる領域とが交互に積層さ
れた状態の周期構造を持つホログラム層を、透明電極４
２２，４２３を有するガラスプレートによって挟み込ん
だ構造となっている。

【００３４】このホログラム光学素子は、図２７中の
（ａ）に示すように、透明電極に電圧をかけない場合に
は、ネマティック液晶材料（液晶分子）４２４は、高分
子材料４２５に対して垂直となるよう配向しているた
め、前述のように、ネマティック液晶材料４２４に対し
て異常光線となるような偏光方位の入射光については、
周期的な屈折率変動により回折効果が得られる。

【００３５】一方、図２７中の（ｂ）に示すように、透
明電極４２２，４２３間に電圧を印可し、ネマティック
液晶材料（液晶分子）４２４の長軸を高分子材料４２５
に対して平行とさせた場合には、上述の図２７中の
（ａ）においてネマティック液晶材料４２４に対して異
常光線となっていた偏光方位の入射光は、該ネマティッ
ク液晶材料４２４に対して常光線となり、高分子材料４
２５との間に屈折率差は生じないので、回折現象は発生
しない。

【００３６】このホログラム光学素子は、このような原
理により、印可電圧を制御することにより、光スイッチ
として機能させることができる。

【００３７】〔６−２〕画像表示装置用反射板 また、ホログラム光学素子の画像表示装置用反射板とし
ての応用例としては、例えば、特開平９−１３８３９６
号公報に記載されているように、図２８に示すように、
外界から直視用反射型液晶パネル５０２に入射する光線
５０４を、ホログラム反射板５０３により正反射方向と
は異なる方位５０６に反射させることにより、観察者の
瞳５０７に直視用反射型液晶パネル５０２の表面反射光
５０５を入射させることを防止して、コントラストの良
好な画像表示を行おうとするものである。なお、この場
合のホログラムは、偏光性ホログラムである必要はな
い。

【００３８】〔６−３〕投射型画像表示装置用偏光変換
器 ホログラム光学素子の投射型画像表示装置用偏光変換器
への応用例においては、例えば、特開平８−２３４１４
３号公報に記載されているように、図２９に示すよう
に、光源６１０から放射される照明光は、アルミ蒸着な
どが施された反射板６１２により一方向に略平行光束と
して射出される。そして、照明光は、デイフューザ６１
５を通過して拡散された後、レンチキュラーアレイ６１
６に入射される。これは、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）
６１４に照射される照明光の輝度むらを低減し、かつ、
レンチキュラーアレイ６１６の矩形変換機能などによ
り、照明効率をあげるためである。

【００３９】そして、照明光は、透過型偏光選択性ホロ
グラム光学素子６１８に入射する。ここで、上述のよう
な偏光選択性ホログラム光学素子６１８の機能により、
Ｐ偏光、Ｓ偏光の各成分を射出角度により分離する。次
に、照明光は、パターン化された１／２波長板アレイ６
２０に入射する。照明光は、この１／２波長板アレイ６
２０において、Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分のうち、ＬＣＤ
６１４の入射偏光方位に対して直交している偏光方位成
分が、この１／２波長板アレイ６２０のパターン化され
た１／２波長板部分を通過し、偏光方位を９０°変換さ
れる。

【００４０】このホログラム光学素子は、このようにし
て、光源６１０より放射される照明光の利用効率を向上
させようとするものである。

【００４１】

【発明が解決しようとする課題】上述したような画像表
示素子及び画像表示装置について、本発明が解決しよう
とする課題を以下に示す。

【００４２】（１）まず、図２４に示した反射型空間光
変調素子を用いた投射型の画像表示装置のように、反射
型空間光変調素子を照明するために偏光ビームスプリッ
タ（以下「ＰＢＳ」という。）を用いた場合には、この
ＰＢＳは、少なくとも反射型空間光変調素子の画像表示
部の長辺よりも大きな長さの辺を有する立方体形状とな
るため、反射型空間光変調素子と投射光学系との距離、
すなわち、投射光学系のバックフォーカスを短くするこ
とができない。投射光学系は、バックフォーカスが長く
なると、Ｆナンバーを小さくすること、すなわち、明る
いレンズとすることが困難となる。したがって、この画
像表示装置においては、光源から発せられる照明光の利
用効率が低い。

【００４３】また、この画像表示装置においては、ＰＢ
Ｓを使用していることにより、装置構成の小型化が困難
であり、また、このＰＢＳがガラス製であるために、装
置の軽量化が困難である。さらに、このＰＢＳは、複屈
折及び熱歪みの少ない良質なガラス材により作製しなけ
ればならず、また、Ｐ偏光とＳ偏光との分離のために誘
電体多層膜を用いているため、高価な部品であり、画像
表示装置全体の製造コストの低廉化を困難としている。
また、このＰＢＳは、偏光分離特性の入射波長依存性及
び入射角度依存性が大きいため、このＰＢＳを用いて構
成された画像表示装置においては、高コントラスト、高
均一性、高色再現性を有する画像の表示を行うことが困
難である。

【００４４】（２）上述した課題を解決する一つの手段
としては、図２５に示したような、ＰＢＳを使用しない
反射型空間光変調素子用照明装置が提案されている。し
かしながら、この図２５に示す画像表示装置において
は、以下に示すような問題がある。すなわち、反射型空
間光変調素子のウィンドウ面（入射出射面）側に設けら
れたホログラム光学素子３０３が、偏光選択性ホログラ
ム光学素子ではなく、偏光依存性ホログラム素子である
ため、光利用効率が低い。

【００４５】これは、このホログラム光学素子が、屈折
率変動の周期構造を構成する層に複屈折性を有する層を
有していないために、Ｐ偏光、Ｓ偏光のうちどちらかの
回折効率を０とすることが不可能であることによる。

【００４６】また、この画像表示装置においては、画像
表示のための照明光として使われるべきＰ偏光の回折効
率をなるべく低く抑え、回折によって再び照明光源の方
向に戻らないようにするために、ホログラム光学素子に
より回折されるＳ偏光照明光を反射型空間光変調素子に
対して垂直方向から傾きをもって入射させ、Ｐ偏光に変
換された反射光のホログラム光学素子への再入射角度を
１回目の入射角度と異なる入射角度とすることにより、
回折条件に合致しない状態とする手法が提案されてい
る。

【００４７】ところが、この場合、反射型空間光変調素
子からの反射光が垂直方向に対して傾いて射出されてテ
レセントリック性が崩れるため、通常の共軸投射光学系
においては、効率の低下を防止するため、光学系のイメ
ージサークルを大きくする必要が生じる。投射光学系の
イメージサークルを大きくすることは、装置の大型化、
高コスト化を招来することとなる。また、通常の反射型
空間光変調素子においては、光線入射角度が垂直方向か
らずれると、コントラストが劣化する場合が多いので、
この画像表示装置においては、高コントラストの画像表
示が行えないこととなる。

【００４８】そして、これらの問題以前に、この画像表
示装置においては、Ｐ偏光成分を回折条件に合致しない
状態とすることは非常に困難であるという問題がある。
すなわち、この画像表示装置においては、ホログラムカ
ラーフィルタのホログラムレンズ中心と、反射型空間光
変調素子の画素電極の中心とを、ホログラムレンズの大
きさの０．５程度ずらすようになっている。この場合、
各ホログラムレンズの主光線の反射型空間光変調素子の
画素電極への入射角θinは、 θin＝ArcTan〔ｒ／Ｌｐ〕 （∵ｒ：ホログラムレンズの半径） （∵Ｌｐ：ホログラムレンズと反射型空間光変調素子の
アルミ画素電極との間の厚さ方向の距離）であり、いま
Ｌｐ＝０．７ｍｍ（カバーガラス厚を０．７ｍｍと仮
定）、ｒ＝１０μｍ（Ｒ、Ｇ、Ｂを合わせた１画素のサ
イズを２０μｍと仮定）とすると、θinは、 θin＝ArcTan〔ｒ／Ｌｐ〕＝０．８２° となる。これは、ホログラムカラーフィルタに入射する
照明光の広がり角（±１０°程度）に比較してわずかで
あり、Ｐ偏光とＳ偏光の角度差が、１．６４°（＝０．
８２×２）と小さい場合、これらを入射角度により分離
することは非常に困難である。

【００４９】仮に、ホログラムカラーフィルタの回折許
容角度の範囲が１°乃至２°であるとすると、偏光分離
特性は向上するが、照明光の広がり角±１０°のうち実
際に回折され有効に使用できる光量は、非常に少なくな
ってしまい、現実的ではない。

【００５０】また、ホログラム光学素子の偏光依存性を
利用するためには、Ｓ偏光が入射光（すなわち、回折
光）となるように設定する必要があるため、照明光の利
用効率の低下及び表示画像のコントラストの低下を招
く。そして、これら照明光の利用効率の低下や表示画像
のコントラストの低下を抑制するためには、そのための
追加の部材や光学素子が必要となり、装置全体の製造コ
スト増加、重量増加を招く。

【００５１】これは、以下の理由による。すなわち、図
３０に示すように、ホログラムの厚さを０から次第に厚
くしていく過程において十分な偏光依存性が得られる最
初の状態においては、Ｓ偏光に対する回折効率が大とな
り、Ｐ偏光に対する回折効率は小となっている。この
後、ホログラムの厚さｄを大きくしていくことにより、
逆に、Ｐ偏光に対する回折効率が大とし、Ｓ偏光に対す
る回折効率をは小とすることも可能である。

【００５２】しかしながら、透過型ホログラムの回折効
率の波長依存性、入射角度依存性は、ホログラムの厚さ
が増すとともに高くなる。つまり、ホログラム露光時の
レーザの所定の波長、所定の入射角からのずれの許容量
（回折効率が確保できる範囲）が小さくなってしまい、
光利用効率が低下してしまうという問題がある。

【００５３】図３１及び図３２は、物体光入射角０°、
参照光入射角６０°、ホログラムの平均屈折率１．５
２、ホログラム層の屈折率変調度０．０５、ホログラム
層の厚さ５μｍ、露光波長５３２ｎｍの条件で作製され
たホログラム光学素子を、再生波長５３２ｎｍで読み出
した場合の回折効率の入射角度依存性を示したものであ
る。厚さ６μｍのもの（図３１）と、厚さ１８μｍのも
の（図３２）とについて計算した結果である。なお、こ
こでは、入射偏光は、Ｓ偏光を仮定している。以上よ
り、実質上、入射偏光はＳ偏光とする必要があることが
わかる。

【００５４】ところで、屈折率が小さい媒体から屈折率
が大きな媒体に光が進行する場合、その表面反射率に
は、図３３に示すように、偏光依存性がある。このよう
な偏光依存性により、空気中で屈折率が１．５であるガ
ラスに、Ｐ偏光及びＳ偏光が入射した場合の表面反射率
は、常に、Ｓ偏光の方が大きい。また、入射角が、tan
θ＝ｎ（＝１．５）を満たす角度、すなわち、ブリュー
スター角（この場合は５６．３°）のときには、Ｐ偏光
の反射率は０となる。このとき、Ｓ偏光の反射率は、１
５％程度となる。

【００５５】これは、ホログラム光学素子のガラス基板
に、斜め方向から光線を入射（off-axis入射）させる場
合、Ｐ偏光を入射させる方が、光の利用効率がよいこと
を意味する。上述のホログラム光学素子では、Ｓ偏光を
入射させなければならないので、図２５に示すように、
カップリングプリズム３０５を用いることで効率の低下
を回避している。しかし、このようなカップリングプリ
ズムを用いることは、部品点数の増加、装置の重量増
加、高コスト化を招来する。また、カップリングプリズ
ムを用いても、表面反射率を０とすることはできない。
したがって、迷光の発生や、表示画像のコントラストの
劣化を確実に防止することはできない。

【００５６】さらに、カップリングプリズムを用いる
と、照明手段からホログラム層への光線の入射画角は、
照明手段から射出される光線画角そのものとなる。照明
手段から射出される光線画角は、典型的なプロジェクタ
ー光学系の場合には、±１０°程度となっており、この
範囲内でホログラム光学素子の回折効率を高い値で均一
に維持することは容易ではない。

【００５７】また、次式に示すラグランジュ−ヘルムホ
ルツの不変量にて示されるように、ランプ光源からの照
明光をある面積の画像表示素子に照射しようとして集光
すると、その入射角度（ｕ′）は、画像表示素子の大き
さ（ｙ′）に反比例して小さくなる。

【００５８】ｙｎｕ＝ｙ′ｎ′ｕ′（ラグランジュ−ヘ
ルムホルツの不変量） （∵ｙ：光軸からの像高） （∵ｎ：媒質の屈折率） （∵ｕ：光線の傾角） 上式は、積（ｙｎｕ）なる値が、光学系のどの面におい
ても、不変であることを示している。つまり、左辺の積
ｙｎｕが有限の値をとる限り、画像表示素子を小型化す
ると、画像表示素子への入射角はさらに大きくなってし
まう。これは、高効率のホログラム光学素子を実現する
うえで一層不利な要因となる。図３１に示したように、
回折効率は、そのピーク値を与える入射角度から＋１０
°ずれると２５％に、−１０°ずれるとほぼ０％に低下
してしまうことがわかる。

【００５９】また、上述の画像表示装置においては、ホ
ログラム光学素子を常にカラーフィルタとして用いてい
る。そのため、この画像表示装置においては、ホログラ
ム光学素子に略々画素の面積に等しい大きさの微小レン
ズを作成し、これら微小レンズを液晶表示素子の各画素
に対して正確に位置合わせをする工程が必要であり、製
造の困難性及びコスト増が招来されることとなってい
る。

【００６０】さらに、上述の画像表示装置においては、
いわゆる「フィールドシーケンシャルカラー手法」及び
色光別に反射型画像表示素子を複数用いる装置構成に対
応することができない。

【００６１】また、上述のホログラムカラーフィルタを
用いた画像表示装置においては、入射光について各色光
ごとに分光及び集光をしなくてはならないため、表示画
像の色再現性や高精細化と、照明光の利用効率とは、ト
レードオフの関係になる。

【００６２】この関係について以下に説明する。図３４
に示すように、ホログラムカラーフィルタ７００と反射
型空間光変調素子７０１の画素電極７０２との間の距離
をＬｐ、１色画素電極のサイズを２ｒとし、該１つの色
画素上に照明光が収束するためのホログラムレンズから
の主光線の射出角許容値Δθｉを求めてみる。

【００６３】Δθｉ＝ArcTan〔ｒ／Ｌｐ〕 Ｌｐ＝０．７ｍｍ，ｒ＝±５μｍとすると、Δθｉ＝±
０．４°となる。

【００６４】ここで、ホログラムの干渉縞による入射角
θｃと回折射出角θｉは、次に示す等式により関係づけ
られる。 （Sin｛θｓ｝−Sin｛θｒ｝）／λ＝（Sin｛θi｝−Si
n｛θｃ｝）／λｃ （∵θｓ：ホログラム製造時の物体光入射角） （∵θｒ：ホログラム製造時の参照光入射角） （∵λ ：ホログラム製造波長） （∵λｃ：再生波長） これより、いまθｓ＝０°、θｒ＝６０°、λ＝５５０
ｎｍ、λｃ＝５５０ｎｍ、θｉ＝±０．４°とすると、
θｃ＝６０±０．８°となり、照明光束のホログラムカ
ラーフィルタヘの入射角度許容範囲は非常に狭いことが
わかる。また、θｓ＝０°、θｒ＝６０°、λ＝５５０
ｎｍ、θｃ＝６０°、θｉ＝±０．４°とすると、△λ
ｃ＝５５０±４．５ｎｍとなり、照明光のホログラムカ
ラーフィルタヘの入射波長許容範囲は非常に狭いことが
わかる。

【００６５】以上のことから、ホログラムカラーフィル
タに入射される照明光は、高い平行度と狭い波長帯域が
要求されることになり、通常のランプ光源を使用する場
合には、発光部が有限（１ｍｍ程度）の大きさを有する
こと及び発光波長帯域がブロードであることの２点よ
り、光利用効率が著しく低下することとなる。逆に、光
利用効率を向上させようとすると、画素サイズを大きく
するか、隣接する色画素への漏れ光を許容するといった
手段しかなく、前者においては表示画像の精細度、後者
については色純度、色再現性が、それぞれ低下すること
になる。

【００６６】そして、上述の画像表示装置においては、
ホログラム光学素子を反射型として使うことができな
い。これは、図２６に示すように、ホログラム光学素子
を反射型で用いて、Ｐ偏光とＳ偏光とで回折効率の差
が、例えば、３０％以上となるようにするには、ｄ／Λ
（ｄ：ホログラムの厚さ、Λ：干渉縞のピッチ）が１．
０乃至３．０程度の値となる必要がある（参考論文 M.
G.Moharam andT. K. Gayload: Rigourous coupled-wave
analysis of planar grating diffraction, J.0Dt. So
c. Am. 71, 811-818（1977）からの引用）。

【００６７】ここで、 Λ＝λ／｜２Sin〔（θｓ−θｒ）／２〕｜ （∵θｓ：物体光の入射角） （∵θｒ：参照光の入射角） であるから、Ｐ偏光、Ｓ偏光のどちらかが垂直入射の場
合、反射型ホログラムとなるためには、（θｓ−θｒ）
の最小値は９０°となる。このとき、 ｜２Sin〔（θｓ−θｒ）／２〕｜ は、最小値１．４１をとる。λ＝０．５μｍとすると、
このときΛは、最大値０．３５μｍとなり、ｄ／Λ＝
１．０乃至３．０を満たすホログラムの厚さｄは、最大
でも１μｍとなる。これほど薄いホログラム層を作製す
ることは、非常に困難である。

【００６８】上述したような従来より提案されている種
々のホログラム光学素子の応用技術において、照明光を
斜めに入射することにより反射型空間光変調素子を高効
率で照明できる応用技術はなかった。

【００６９】次に、反射型空間光変調素子を用いた虚像
表示光学系には、ＵＳＰ５，５９６，４５１において公
開されているように、図３５に示すように、立方体状の
偏光ビームスプリツタ８４８の構成面付近に反射型空間
光変調素子８３６、照明光源８３４、反射鏡８４２を配
置した構成がある。

【００７０】ところが、この光学系においては、図３５
において明らかなように、照明光の一部８６０が偏光ビ
ームスプリッタ８４８によって、反射型空間光変調素子
８３６に到達せずに、直接観察者の観察領域８４６に達
してしまい、この照明光がノイズとして観察者の瞳８２
４に入射することにより、反射型空間光変調素子８３６
が表示する画像情報のコントラストが低下してしまうと
いう本質的な問題がある。

【００７１】また、この光学系では、光学系全体が立方
体状の形状となるため、厚さが大きくなる。また、偏光
ビームスプリッタの誘電体膜８６４の性能を上げれば製
造コストが高くなってしまうし、逆に、該誘電体謨の性
能が低いと、誘電体膜の偏光反射率や透過率の入射角度
依存性、波長依存性により、特に、瞳の移動に伴って画
像の均一性が低下するという問題がある。

【００７２】これを改善するために、特開平１１−１２
５７９１号公報に記載されている画像表示装置において
は、図３６に示すように、反射型空間光変調素子９０８
及び自由曲面プリズム９１０を用いて虚像表示光学系を
構成している。

【００７３】この画像表示装置においては、図３６に示
すように、反射型空間光変調素子９０８に対して、光源
９１２からの照明光を直接入射させ、この反射光を自由
曲面プリズム９１０に第３面９０５より入射させ、第１
面９０３での反射、第２面９０４での反射、第１面９０
３の透過を経て、瞳９０１に到達させて、虚像表示を行
っている。この光学系の問題点としては、反射型空間光
変調素子９０８に入射する照明光の入射角が大きくなっ
てしまい、反射型空間光変調素子９０８自体の変調度が
低下し、表示画像のコントラストが劣化するということ
がある。

【００７４】また、図３７に示すように、自由曲面プリ
ズム９１０内を通して光源９１２より放射される照明光
を反射型空間光変調素子９０８に入射させ、この反射光
を自由曲面プリズム９１０に第３面９０５より入射さ
せ、第１面９０３での反射、第２面９０４での反射、第
１面９０３の透過を経て、瞳９０１に到達させて、虚像
表示を行う光学系の場合には、主に２つの問題がある。

【００７５】第１の問題は、反射型空間光変調素子９０
８が偏光変調型（位相変調型）の空間光変調素子である
場合、反射型空間光変調素子９０８に入射される照明光
は、特定の偏光方位を有する直線偏光でなくてはならな
い。ところが、自由曲面プリズム９１０は、プラスティ
ック材料にて射出成形で製造されるため、内部に複屈折
を有する。このため、直線偏光光を自由曲面プリズム９
１０に入射させても偏光状態が保存されず、表示画像の
コントラストが劣化するという問題が生ずる。これは、
偏光板を反射型空間光変調素子９０８と自由曲面プリズ
ム９１０の第３の面（屈折面）９０５との間に配置する
ことにより、見かけ上回避できるが、このとき、表示モ
ードが「ノーマリーホワイト」となり、やはり表示画像
のコントラストが劣化する要因となる。

【００７６】第２の問題は、照明光が接眼光学系である
自由曲面プリズム９１０に入射されることに伴うもの
で、該照明光が、自由曲面プリズム９１０内部で、各光
学面９０３，９０４，９０５で内部反射を起こし、迷光
を発生させるということである。この迷光の一部は、観
察者の瞳９０１に到達するため、やはり表示画像のコン
トラストの劣化の要因となる。

【００７７】このように、従来から提案されている種々
の画像表示装置においては、ハーフミラーを用いた照明
光学系においては、装置の小型化が困難であり、また、
照明光の利用効率が低く、偏光ビームスプリッタを用い
た照明光学系においては、装置の小型化が困難であり、
また、表示画像の均一性が低く、製造コストが高く、空
間光変調素子を直接照明する照明光学系及びプラスティ
ック製光学部材を通して照明する照明光学系において
は、表示画像のコントラストの低下という問題がある。

【００７８】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提
案されるものであって、照明光の光利用効率が高く、装
置の小型化、低コスト化が可能であり、また、表示画像
の均一性、高コントラスト性が実現された画像表示素子
及び画像表示装置を提供しようとするものである。

【００７９】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係る画像表示素子は、屈折率の入射偏光方
位依存性が互いに異なる２つの領域を順次積層した構造
を有し照明光を回折させる偏光選択性ホログラム光学素
子と、偏光選択性ホログラム光学素子により回折された
照明光の偏光状態を変調する反射型空間光変調素子とを
備えている。

【００８０】そして、この画像表示素子においては、偏
光選択性ホログラム光学素子が、照明光受光面の法線に
対して３０°以上９０°未満の入射角で照明光を入射さ
れ、照明光のＰ偏光成分もしくはＳ偏光成分を回折させ
て反射型空間光変調素子に向けて出射するとともに、こ
の反射型空間光変調素子により位相変調されて再入射す
る照明光のうち、１回目の入射において回折される偏光
成分の偏光方向に直交する偏光方向である偏光成分に対
する回折効率が１０％以下であることにより、この偏光
成分を７０％以上透過させることを特徴とするものであ
る。

【００８１】そして、本発明に係る画像表示装置は、上
述の本発明に係る画像表示素子と、照明光を放射する光
源と、この光源より放射された照明光を画像表示素子の
偏光選択性ホログラム光学素子に入射させる照明光学系
と、画像表示素子の反射型空間光変調素子及び偏光選択
性ホログラム光学素子を経た照明光をスクリーン上に投
射する投射光学系とを備えている。

【００８２】この画像表示装置においては、偏光選択性
ホログラム光学素子は、照明光学系により、照明光受光
面の法線に対して３０°以上９０°未満の入射角で照明
光を入射され、照明光のＰ偏光成分もしくはＳ偏光成分
を回折させて反射型空間光変調素子に向けて出射すると
ともに、この反射型空間光変調素子により位相変調され
て再入射する照明光のうち、１回目の入射において回折
される偏光成分の偏光方向に直交する偏光方向である偏
光成分に対する回折効率が１０％以下であることによ
り、この偏光成分を７０％以上透過させ、投射光学系
は、偏光選択性ホログラム光学素子の透過光をスクリー
ン上に投射することを特徴とするものである。

【００８３】また、本発明に係る画像表示装置は、上述
の画像表示装置において、照明光を互いに異なる複数の
波長帯域成分に分離する色分離手段を設け、照明光学系
を、互いに異なる複数の波長帯域成分に分離された照明
光を偏光選択性ホログラム光学素子に入射させるものと
し、反射型空間光変調素子を複数として、偏光選択性ホ
ログラム光学素子により回折された照明光のうちの互い
に異なる複数の波長帯域成分の偏光状態をそれぞれ変調
するものとし、複数の反射型空間光変調素子によりそれ
ぞれ変調された互いに異なる波長帯域の照明光を合成す
る色合成手段を設け、投射光学系を、色合成手段を経た
照明光をスクリーン上に投射するものとしたものであ
る。そして、この画像表示装置は、投射光学系が、偏光
選択性ホログラム光学素子を透過して色合成手段を経た
照明光をスクリーン上に投射することを特徴とするもの
である。

【００８４】さらに、本発明に係る画像表示装置は、上
述の画像表示装置において、照明光の互いに異なる第１
及び第２の波長帯域成分の偏光状態を互いに直交する直
線偏光成分として分離させる波長帯域別偏光分離手段を
設け、照明光学系を、第１及び第２の波長帯域成分に分
離された照明光を偏光選択性ホログラム光学素子に入射
させるものとし、第１及び第２の反射型空間光変調素子
を設けてこれらを偏光選択性ホログラム光学素子により
回折された照明光の第１及び第２の波長帯域成分の偏光
状態を対応して変調するものとし、投射光学系を、各反
射型空間光変調素子を経た照明光をスクリーン上に投射
するものとしたものである。そして、この画像表示装置
は、投射光学系が、第１の反射型空間光変調素子及び偏
光選択性ホログラム光学素子を経た第１の波長帯域成分
の照明光と、第２の反射型空間光変調素子及び偏光選択
性ホログラム光学素子を経た第２の波長帯域成分の照明
光とを、スクリーン上に投射することを特徴とするもの
である。

【００８５】そして、本発明に係る画像表示装置は、上
述の画像表示装置において、投射光学系に代えて、反射
型空間光変調素子を経た照明光を観察者の瞳に導く虚像
観察光学系を設け、この虚像観察光学系は、偏光選択性
ホログラム光学素子の透過光を観察者の瞳に導くものと
したことを特徴とするものである。

【００８６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。

【００８７】〔１〕偏光選択性ホログラム光学素子を用
いた反射型画像表示素子 本発明に係る画像表示素子として、高分子分散液晶（以
下、「ＰＤＬＣ」という。）を材料とした液晶パネルを
偏光選択性ホログラム光学素子として有している実施の
形態について説明する。

【００８８】初めに、図１に示すように、「ＰＤＬＣ」
を使った偏光選択性ホログラム光学素子について、構造
及び製造プロセスについて説明する。なお、製造プロセ
ス中は、素子の温度を６０°Ｃ程度に保っておくことが
重要である。

【００８９】まず、光重合を起こす前の高分子（以下、
プレポリマーという。）、ＴＮ液晶、開始剤、色素など
が混合された「ＰＤＬＣ」をガラス基板１、２間に挟み
込む。このとき、ＴＮ液晶の重量割合は、全体の３０％
程度とする。また、この「ＰＤＬＣ」の層厚（以下、セ
ルギャップという。）は、２μｍ乃至１５μｍの範囲
で、偏光選択性ホログラム光学素子の仕様にあわせて最
適値を選ぶ。

【００９０】次に、「ＰＤＬＣ」パネル３に干渉縞を記
録するために、図示しないレーザ光源からの物体光４及
び参照光５を「ＰＤＬＣ」パネル３に照射し、干渉によ
る光の強弱Ｂを発生させる。このとき、干渉縞の明るい
ところ、すなわち、光子のエネルギーが大きい場所で
は、そのエネルギーにより、「ＰＤＬＣ」中のプレポリ
マーが光重合を起こしポリマー化する。このため、プレ
ポリマーが周辺部から次々に供給され、結果的にポリマ
ー化したプレポリマーが密な領域と疎な領域とに分かれ
る。プレポリマーが疎な領域では、ＴＮ液晶の濃度が高
くなり、こうして、高分子領域６と液晶領域７の２つの
領域が形成される。

【００９１】本実施の形態の場合、物体光４と参照光５
とが「ＰＤＬＣ」パネル３に対して同じ面側から照射さ
れているため、これによって製造される偏光選択性ホロ
グラム光学素子は透過型となるが、物体光４と参照光５
とを「ＰＤＬＣ」パネル３に対して互いに異なる面側か
ら照射すれば、反射型の偏光選択性ホログラム光学素子
を製造することができる。

【００９２】ところで、前述のようにして製造された
「ＰＤＬＣ」パネル３の高分子領域６は、屈折率に関し
て等方的で（屈折率等方性を有し）、その値は、例え
ば、１．５となされている。一方、「ＰＤＬＣ」パネル
３の液晶領域７においては、ＴＮ液晶分子が、長軸を高
分子領域６との境界面に対して略々垂直にして並んでい
る。このため、液晶領域７は、屈折率異方性を有し、屈
折率が入射光方位依存性を有しており、この場合、常光
線となるのは、「ＰＤＬＣ」パネル３の光線入射面８に
入射する再生光５を考えた場合、Ｓ偏光成分である。

【００９３】そして、この液晶領域７の常光線屈折率ｎ
loを高分子領域６の屈折率ｎｐに略々等しく（例えば、
屈折率差が０．０１未満と）すれば、入射Ｓ偏光成分に
対する屈折率の変調は極めて小さく、回折現象はほとん
ど生じない。一般に、ＴＮ液晶の常光線屈折率ｎloと異
常光線屈折率ｎleとの差Δｎは、０．１乃至０．２程度
であるため、入射方向が等しい再生光５の場合でも、そ
のＰ偏光成分については、高分子領域６と液晶領域７と
の間に屈折率差が生じていることとなり、この「ＰＤＬ
Ｃ」パネル３は、位相変調型ホログラムとして機能し回
折効果を示す。

【００９４】これが、「ＰＤＬＣ」パネルを用いた偏光
選択性ホログラム光学素子（以下、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パ
ネルという）の動作原理である。

【００９５】本実施の形態におけるホログラム光学素子
は、「coupled-wavetheory」により導かれる偏光依存性
を利用したものであり、本質的に偏光選択性ホログラム
光学素子ではない。そのため、実効的には、Ｓ偏光回折
効率とＰ偏光回折効率との差は３０％乃至５０％程度と
考えられる。例えば、Ｓ偏光回折効率が７０％、Ｐ偏光
回折効率が３０％と仮定すると、光利用効率は、表面反
射や吸収による損失を無視した場合でも、４９％（＝７
０％×７０％）となる。参考に、入射角４２°、干渉縞
傾角１２０°の透過型ホログラムの場合の回折効率の偏
光依存性を示したものを図３０に示す（参考論文：
「M．G，Moharam and T.K.Gayload: Rigourous coupled
-wave analysis of planar grating diffraction，J.0p
t.Soc．Am．71，811-818（1977）」）。これより、＋１
次のＳ偏光回折効率とＰ偏光回折効率との差（図３０中
のＨ（Ｐ偏光に相当）とＥ（Ｓ偏光に相当）との差）
は、ｄ／Λ（ｄ：ホログラムの厚さ、Λ：干渉縞のピッ
チ）が５．０のときで、約２０％となっている。

【００９６】〔２〕画像表示素子の実施の形態（第１乃
至第３の実施の形態） 次に、前述の「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルを用いた本発明に
係る反射型画像表示素子の第１の実施の形態について、
図２を参照して説明する。この画像表示装置において
は、図１で説明した「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３に、反射
型空間光変調素子となる反射型ＦＬＣ液晶パネル１０
が、界面１１において光学的に密着されて配設されてい
る。

【００９７】本発明に係る画像表示素子において、空間
光変調素子は、この空間光変調素子において反射される
光を変調する反射型空間光変調素子であって、入射光の
偏光状態を変調する偏光変調型空間光変調素子であり、
例えば、入射直線偏光の偏光方向を回転して反射するも
のである。

【００９８】反射型ＦＬＣ液晶パネル１０の構造、動作
原理は、図２３において上述した内容と同一である。本
実施の形態の「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３は、図２に示す
ように、入射角０°の物体光４と、入射角θin-airの参
照光５によって製造されている。このときの干渉縞の傾
き角θintを求める。

【００９９】いま、仮定としてガラス基板１の屈折率を
ｎgla、「ＰＤＬＣ」の平均屈折率も簡単のために同じ
くｎ glaとすると、下式が成立する。

【０１００】 ｎ gla Sin（θin-med）＝Sin（θin-air） （∵θin-med ：媒質中での入射角） この式において、ｎ gla＝１．５、θin-air＝６０°と
すると、θin-med＝３５．３°となる。これより、干渉
縞の傾き角θintは、 θint＝θin-med／２＝１７．７° となる。

【０１０１】次に、この画像表示装置の動作原理を説明
する。まず、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分両方を含む再生光
５が入射角θin-airで「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３のガラ
ス基板１より入射する。ガラス基板１で屈折された入射
光は、続いてホログラム層９に、入射角θin-medにて入
射する。

【０１０２】このとき、この構成のホログラム層９にお
いては、前述したように、Ｐ偏光成分は、回折されて、
反射型ＦＬＣ液晶パネル１０に対して略々垂直に入射光
５１として入射する。そして、このＰ偏光成分は、アル
ミ反射面１４で反射され、ＦＬＣ層１３を往復すること
により変調され、ホログラム層９に再入射する。このと
き、Ｐ偏光成分は、ホログラム層９において再び回折さ
れて射出光５３として再生光５の逆方向に戻り、Ｓ偏光
成分は、ホログラム層９にて回折されることなく、射出
光５２として「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３から垂直に射出
する。

【０１０３】一方、再生光５のＳ偏光成分は、「Ｈ−Ｐ
ＤＬＣ」パネル３のホログラム層９にて回折されること
なく、そのままθin-medの入射角にて反射型ＦＬＣ液晶
パネル１０に入射する。このとき、Ｓ偏光成分は、反射
型ＦＬＣ液晶パネル１０のＦＬＣ層１３を通過すること
により偏光状態の変調を受けるが、アルミ反射面１４で
反射された反射光５４は、ホログラム層９が厚いホログ
ラムであるため回折条件に合致せず、Ｓ偏光成分はもち
ろんＰ偏光成分もほとんど回折されることなく「Ｈ−Ｐ
ＤＬＣ」パネル３を透過していく。たとえＦＬＣ層１３
での変調により生じたＰ偏光成分の一部がホログラム層
９で回折されたとしても、反射光５４の射出方向を射出
光５２との射出方向に対して十分に異なった方向として
おくか、または、射出光５２の光路中に射出光５２が主
に有する偏光成分を選択的に透過させる偏光板を設置す
ることにより、これら反射光５４と射出光５２とを分離
することができる。

【０１０４】すなわち、本発明に係る画像表示装置にお
いては、偏光選択性ホログラム光学素子は、照明光学系
により、照明光受光面の法線に対して３０°以上９０°
未満の入射角で照明光が入射され、照明光のＰ偏光成分
もしくはＳ偏光成分を回折させて反射型空間光変調素子
に向けて出射するとともに、この反射型空間光変調素子
により位相変調されて再入射する照明光のうち、１回目
の入射において回折される偏光成分の偏光方向に直交す
る偏光方向である偏光成分に対する回折効率が１０％以
下であることにより、この偏光成分を７０％以上透過さ
せるものである。

【０１０５】ここで、「厚いホログラム」について説明
する。「厚いホログラム」の定義は、次に示すＱ値が１
０以上であることとする（参考図書：辻内順平著「ホロ
グラフィー」（裳華房））。Ｑ値は、以下の式により定
義される。

【０１０６】Ｑ＝２πλｔ／（ｎΛ^２） （∵λ：再生波長） （∵ｔ：ホログラム層の厚さ） （∵ｎ：ホログラム層の平均屈折率） （∵Λ：干渉縞のピッチ） そして、干渉縞のピッチΛは、以下のようにして決ま
る。

【０１０７】 Λ＝λｃ／｜２Sin｛（θｓ−θｒ）／２｝｜ （∵λｃ：製造波長） （∵θｓ：物体光の入射角） （∵θｒ：参照光の入射角） 仮に、λｃ＝０．５５μｍ、θｓ＝６０°、θｒ＝０
°、λ＝０．５５μｍ、ｔ＝５μｍ、ｎ＝１．５とする
と、干渉縞のピッチΛ＝０．５５μｍ、Ｑ＝３８．１と
なり、厚いホログラムの定義にあてはまる。

【０１０８】厚いホログラムは、回折効率が高いが、製
造のときの使用波長、物体光、参照光の入射角などの構
成から、再生光の条件がはずれると回折効率が急激に低
下するという特徴をもつ。つまり、ある再生波長におい
て、回折効率のピークを与える入射角から再生光の入射
角が大きくはずれると、回折効果を現さないということ
になる。そのため、前述のように反射光５４は、たとえ
Ｐ偏光成分であっても、ホログラム層９にて回折されに
くくなる。

【０１０９】本発明における偏光選択性ホログラム光学
素子は、高い回折効率を目的として干渉縞のピッチΛを
小さくするために、ベンド角｜θｓ−θｒ｜を３０°以
上に設定することを特徴としている。ただし、ベンド角
が大きすぎる（例えば、８０°以上である）と、回折効
果を発生する波長帯域及び入射角度範囲が小さくなり、
光利用効率が低下してしまう。

【０１１０】実際の画像表示においては、図２３にて上
述したように、画素ごとに反射型ＦＬＣ液晶パネル１０
のＦＬＣ層１３が制御され反射光の偏光状態が変調され
るため、主にＳ偏光成分を有する射出光５２により画像
表示が可能となる。

【０１１１】ここで、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３への再
生光入射角θin-airとホログラム層９への入射角θin-m
edについて考える。両者の関係は、上述したように、 ｎgla・Sin（θin-med）＝Sin（θin-air） となっている。ここで、両者の変化率を見てみると、例
えば、ｎgla＝１．５として、θin-airが５５°から６
５°まで１０°変化するとき、θin-medは、３３．１°
から３７．２°と４．１°の変化にとどまる。θin-air
が６５°から７５°まで１０°変わる場合には、θin-m
edは、３７．２°から４０．１°と２．９°の変化とな
る。これは、Sin関数の変化率の大きいところを、ある
倍率（この場合、ｎglaの逆数）をかけることにより変
化率の小さいところに移動することに他ならない。そし
て、このことは、前述のように、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネ
ル３の回折効率の再生光入射角依存性による均一性の劣
化及び回折効率の低下を低減することができることを意
味している。

【０１１２】また、このθin-medのθin-airに対する変
化率は、ｎglaが大きい程小さくできる。例えば、ｎgla
＝１．７３の場合、θin-airが５５°から６５°まで変
化するとき、θin-medは、２８．３°から３１．６°と
３．３°の変化にとどまる。ただし、「Ｈ−ＰＤＬＣ」
パネル３への再生光入射角θin-airが、あまりに大きく
（例えば、７５°以上と）なると、上述の図３３のよう
に、Ｓ偏光光のみならず、Ｐ偏光光の表面反射率も大き
くなっていき、これを反射防止膜などで小さく抑えるこ
とが難しくなってくる。

【０１１３】そこで、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３への再
生光入射角θin-airが７５°を越えるような場合には、
図３（第２の実施の形態）に示すように、カッブリング
プリズム２０を用いることが有効となる。ただし、この
場合には、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３への再生光入射角
θin-airと、ホログラム層９への再生光入射角θin-med
とが等しくなり、ホログラム層９自体が比較的広い許容
入射角度範囲を持たない場合には、光利用効率が低下し
てしまう。

【０１１４】本発明に係る反射型画像表示素子は、この
カップリングプリズム２０を用いると仮定した場合に、
回折光を略々垂直に反射型空間光変調素子に入射させる
ときに、ベンド角が３０°以上となる偏光選択性ホログ
ラム光学素子への入射角、すなわち、３０°を最低入射
角として規定している。

【０１１５】高帯域の再生光に対して高い回折効率を維
持するためには、図４（第３の実施の形態）に示すよう
に、複数の偏光選択性ホログラム光学素子３Ｒ、３Ｇ、
３Ｂを積層し、反射型空間光変調素子１０を照明する照
明光の波長帯域を複数に分け、それぞれの帯域を１つの
偏光選択性ホログラム光学素子で回折させるようにす
る。

【０１１６】本実施の形態の場合には、３層構造となっ
ているが、これ以上でも、または、２層構成でもよい。
また、入射角度範囲の大きい再生光に対して高い回折効
率を維持するためには、入射角度の受容範囲の異なる複
数の偏光選択性ホログラム光学素子を積層し、それぞれ
の入射角度範囲を１つの偏光選択性ホログラム光学素予
により主に回折させるようにすればよい。

【０１１７】〔３〕投射型画像表示装置に関する実施の
形態（第４の実施の形態） 上述したような偏光選択性ホログラム光学素子及び反射
型空間光変調素子を備えた投射型画像表示装置について
の実施の形態について説明する。

【０１１８】本発明の第４の実施の形態として、図５に
示すように、反射型空間光変調素子として反射型ＦＬＣ
パネルを用いて、カラー投射型画像表示装置を構成する
ことができる。この画像表示装置においては、照明光源
２０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強
度の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系
２１に入射する。照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、照明光のＳ偏光成分の偏光方位を９０°回転させる
ことによりＰ偏光光に変換して、光利用効率を向上させ
ている。照明光学系２１を通過した照明光は、カラーホ
イール２２を通過し、補正用偏光選択性ホログラム光学
素子２３へ入射する。カラーホイール２２は、照明光源
２０より放射される白色光を、赤色光、緑色光、青色光
のスペクトル成分に時分割するもので、これにより、単
板の反射型ＦＬＣパネル１０を用いて、いわゆる「フィ
ールドシーケンシャルカラー手法」により、カラー表示
が可能となる。

【０１１９】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
へ入射した照明光は、ここで、Ｐ偏光成分のみが回折さ
れて射出角約６０°で射出される。Ｓ偏光成分は、回折
されることなく、補正用偏光選択性ホログラム光学素子
２３を直進して透過する。補正用偏光選択性ホログラム
光学素子２３において回折されるＰ偏光成分を主とする
照明光は、続いて、偏光選択性ホログラム光学素子３に
入射する。

【０１２０】ここで、補正用偏光選択性ホログラム光学
素子２３と偏光選択性ホログラム光学素子３とは、同一
の構成のものを用いており、しかも互いに平行に配置さ
れている。そのため、偏光選択性ホログラム光学素子３
への照明光の入射角は、補正用偏光選択性ホログラム光
学素子２３からの照明光の射出角に等しい。

【０１２１】これは、以下のような２つの主要なメリッ
トをもたらす。第１に、波長による回折角のばらつきを
相殺できるという点であり、第２に、波長による回折効
率の入射角度依存性の差異を補正するという点である。

【０１２２】第１のメリットについて説明する。ホログ
ラムの干渉縞における入射角θｃと回折角θiとは、次
に示す等式により関係づけられる。

【０１２３】（Sin｛θs｝−Sin｛θｒ｝）／λ＝（Sin
｛θi｝−Sin｛θc｝）／λc （∵θs：ホログラム製造時の物体光入射角） （∵θｒ：ホログラム製造時の参照光入射角） （∵λ ：ホログラム製造波長） （∵λｃ：再生波長） すなわち、ある特定の干渉縞を有するホログラムの回折
角は、入射光線の波長に依存することになる。そして、
干渉縞ピッチΛが小さいほどその変化率は大きい。な
お、干渉縞ピッチΛは、下記の式に示す関係を有する。

【０１２４】Λ＝λ／｜Sin｛θｓ｝−Sin｛θｒ｝｜ 例えば、θｓ＝０°、θｒ＝６０°、λ＝５５０ｎｍ、
θｃ＝６０°とすると、λｃが４５０ｎｍから６５０ｎ
ｍまで変化すると、回折角θiは、９°から−９°まで
変化する。これは、波長により反射型空間光変調素子へ
の照明光入射角が異なることを意味する。

【０１２５】投射型画像表示装置のような実像結像系の
場合、このような照明光入射角の変化による主要な問題
の１つに、光利用効率の低下があげられる。つまり、反
射型空間光変調素子への照明光が拡散してしまい、投射
光学系の集光率が低下してしまうという現象が起こる。
また、虚像表示装置の場合には、観察者の瞳移動に伴い
表示画像の色味が変化してしまうという問題につなが
る。これらの問題は、偏光選択性ホログラム光学素子３
の回折許容スペクトル幅を小さくして、波長帯域別に複
数の偏光選択性ホログラム光学素子３を用意することで
抑制することが可能である。

【０１２６】ただし、照明光を波長帯域別に限りなく小
さく分割することは現実的ではなく、したがって、完全
に回折角の波長依存性をなくすことは難しい。そこで、
２つの同等の性能を有する偏光選択性ホログラム光学素
子３，２３を用いてこれを補正することとしたものであ
る。

【０１２７】偏光選択性ホログラム光学素子３により回
折されて反射型空間光変調素子１０に入射したＳ偏光の
照明光は、この反射型空間光変調素子１０により位相が
変調され、再び偏光選択性ホログラム光学素子３を透過
し、Ｓ偏光光のみを選択的に透過する偏光板２４を通し
て、投射光学系２５に入射する。この投射光学系２５に
より、反射型ＦＬＣパネル１０上に表示される光学像が
スクリーン２６上に拡大投影される。

【０１２８】一方、Ｐ偏光成分のうち偏光選択性ホログ
ラム光学素子３にて回折されない残りの往路の照明光
は、そのまま偏光選択性ホログラム光学素子３を透過
し、反射型空間光変調素子１０のアルミ反射面１４にて
正反射され、再び図５中のＣの方向に射出される。この
照明光は、迷光となり、表示画像のコントラスト劣化を
招く恐れがあるため、光吸収手段２７にてそのエネルギ
ーが吸収される。

【０１２９】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
による入射角の補正について、図６を参照して説明す
る。上述の式より、補正用偏光選択性ホログラム光学素
子２３における回折光の射出角θi-1は、下記の式で表
される。

【０１３０】Sin（θi-1）＝λｃ／λ（Sin｛θｓ｝−S
in｛θｒ｝）＋Sin（θｃ） ここで、θｓ＝θｃ＝０°とすると、 Sin（θi-1）＝−λｃ／λSin（θｒ） ・・・・式（１） すなわち、再生波長λｃが長いほど、θi-1は大きくな
る。いま、再生波長Ｌ（例えば赤色），Ｍ（例えば緑
色），Ｓ（例えば青色）が、Ｌ＞Ｍ＞Ｓの関係を満たす
とき、それぞれの回折射出角θi-1L，θi-1M，θi-1S
は、以下の関係を満たす。 θi-1L＞θi-1M＞θi-1S 次に、これを補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
と平行に配置された偏光選択性ホログラム光学素子３に
適応すると、入射角は、θi-1となるためその射出角θi
-2は、下記の式を満たす。 （Sin｛θｓ｝−Sin｛θｒ｝）／λ ＝（Sin｛θi-2｝−Sin｛θi-1｝）／λｃ ・・・・式（２） 式（１）、式（２）より、θi-2＝θｓ＝０°となり、
再生波長にかかわらず、反射型空間光変調素子１０への
照明光入射角を、常に０°とすることが可能となる。

【０１３１】次に、上述した第２のメリットについて説
明する。図７、図８及び図９に、製造波長５３２ｎｍ、
物体光入射角０°、参照光入射角６０°、平均屈折率
１．５２、ホログラム厚５μｍの、偏光選択性ホログラ
ム光学素子の回折効率の入射角度依存性を示す。図７
は、再生波長が４５０ｎｍ、図８は、再生波長が５５０
ｎｍ、図９は、再生波長が６５０ｎｍの場合である。

【０１３２】これらの回折効率の入射角度依存性と再生
波長との関係より、回折効率のピークを与える入射角が
波長によって異なり、長波長側は入射角度が大きい方が
回折効率が高く、短波長側は入射角度が小さい方が回折
効率が高くなっていることがわかる。そして、図６から
もわかるように、補正用偏光選択性ホログラム光学素子
２３を用いることにより、長波長側の照明光の偏光選択
性ホログラム３ヘの入射角は大きく、短波長側は小さく
なっている。このことから、補正用偏光選択性ホログラ
ム光学素子２３を用いることにより、広い波長帯域にお
いて高い回折効率が得られ、高い光利用効率を維持する
ことが可能となる。

【０１３３】以上のように、偏光選択性ホログラム光学
素子３と補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３とを
組み合わせることにより、広い波長帯域の照明光におい
ても、高い効率で反射型空間光変調素子１０を同一入射
角にて照明することが可能となる。

【０１３４】ただし、本実施の形態においては、反射型
空間光変調素子１０に対する主光線の入射角を０°では
なくθob1に設定している。これは前述のように、厚い
透過型ホログラムの回折効率は、ベント角がある程度大
きくないと高い屈折率が確保できないため、そのベンド
角を大きく設定するためである。そのため、このθob1
は、入射面内で偏光選択性ホログラム素子３のベント角
を大きくする方向に設定される。このとき、このθob1
を大きくとりすぎると、反射型空間光変調素子１０のコ
ントラストの劣化、投射光学系２５の大型化、表示画像
の収差の増大などの問題が発生するため、通常は３０°
以内にするのが望ましい。

【０１３５】ただし、投射光学系２５を偏心光学系と
し、反射型空間光変調素子１０からの斜め射出光を有効
に利用することにより、表示画像中心を投射光学系２５
の光軸からずらしながらも、投射光学系２５の有効系を
小さくすることも可能である。

【０１３６】また、反対に、偏光選択性ホログラム光学
素子の屈折率変調度が十分大きい場合（例えば、０．０
５以上）には、ベンド角５０°程度でも十分な回折効率
が確保できるため、許容波長帯域、許容入射角度を広げ
るため、θob1をベンド角を小さくする方向に設定する
方が有利となる。この場合も、上述した理由から、θob
1の絶対値はあまり大きくすることはできず、１０°程
度が望ましい。

【０１３７】ベンド角大（θob1＝１０°）の場合と、
ベンド角小（θob1＝−１０°）の場合について、回折
効率の再生波長及び入射角依存性を、図１０及び図１１
に示す。これら図１０及び図１１より、ベンド角小（θ
obl＝−１０°）の場合、再生波長及び入射角度による
回折効率劣化が低減されていることがわかる。

【０１３８】〔４〕画像表示装置の第５の実施の形態 本発明の第５の実施の形態として、反射型空間光変調素
子として反射型ＴＮ液晶パネルを用いたカラー投射型画
像表示装置について、図１２を参照して説明する。

【０１３９】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、Ｓ偏光成分の照明光の偏光方位を９０°回転させる
ことによりＰ偏光光に変換し、光利用効率を向上させて
いる。

【０１４０】照明光学系２１を通過した照明光は、Ｐ偏
光光を選択的に透過させる偏光板２８を通過し、青色
用、緑色用、赤色用ダイクロイックミラー２９，３０，
３１へ入射する。これらダイクロイックミラー２９，３
０，３１は、それらの反射面と照明光の進行方向とのな
す角θｂ，θｇ，θｒが、θｂ＜θｇ＜θｒという関係
を有して配置されている。これにより、これらダイクロ
イックミラー２９，３０，３１は、前述の第４の実施の
形態において図５により示した補正用偏光選択性ホログ
ラム光学素子２３と同様の役割を果たす。

【０１４１】つまり、偏光選択性ホログラム光学素子３
への赤色光の入射角度が最も大きく、以下、緑色光、青
色光の順となる。偏光選択性ホログラム光学素子３に入
射した各色光は、それぞれ各色光用に設けられた３層の
ホログラム層９ｒ、９ｇ、９ｂにより、反射型空間光変
調素子の対応する色のアルミ画素電極１４ｒ、１４ｇ、
１４ｂに集光される。ＴＮ液晶層１３を往復した照明光
は、位相変調され、そのＳ偏光成分は偏光選択性ホログ
ラム光学素子３にて回折されることなく透過し、Ｓ偏光
成分を選択的に透過させる偏光板２４を経て、投射光学
系２５に入射する。投射光学系２５に入射した画像光束
は、スクリーン２６上に投射される。

【０１４２】〔５〕画像表示装置の第６の実施の形態 本発明の第６の実施の形態として、図１３に示すよう
に、反射型空間光変調素子として３つの反射型反強誘電
性液晶パネル１０ｒ，１０ｇ，１０ｂを用いたカラー投
射型画像表示装置について説明する。

【０１４３】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、照明光のＳ偏光成分の偏光方位を９０°回転するこ
とによりＰ偏光光に変換し光利用効率を向上させる。

【０１４４】照明光学系２１を通過した照明光は、補正
用偏光選択性ホログラム光学素子２３へ入射し、ここ
で、Ｐ偏光成分のみが回折され射出角約６０°で射出さ
れる。Ｓ偏光光は、回折されることなく補正用偏光選択
性ホログラム光学素子２３を直進して透過する。

【０１４５】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
にて回折されたＰ偏光成分である照明光は、このＰ偏光
成分を選択的に透過させる偏光板２８を透過し、偏光選
択性ホログラム光学素子３に入射する。このとき、補正
用偏光選択性ホログラム光学素子２３と偏光選択性ホロ
グラム光学素子３とは、同一の構造のものを用いてお
り、しかも互いに平行に配置されているため、この偏光
選択性ホログラム光学素子３への照明光の入射角は、補
正用偏光選択性ホログラム光学素子２３からの照明光の
射出角に等しくなっている。

【０１４６】偏光選択性ホログラム光学素子３に入射す
る主にＰ偏光成分からなる照明光は、偏光選択性ホログ
ラム光学素子３より略々垂直に射出する方向に回折さ
れ、クロスダイクロイックプリズム３２に入射し、この
クロスダイクロイックプリズム３２により、赤色光、緑
色光、青色光にそれぞれ分光される。

【０１４７】分光された各色光は、対応する反射型空間
光変調素子１０ｒ、１０ｇ、１０ｂに入射し、ここで各
色光ごとに、また、画素ごとに変調されて反射される。
変調された各色光は、再びクロスダイクロイックプリズ
ム３２に入射し、再合成された後、再び偏光選択性ホロ
グラム光学素子３へ入射する。このとき、Ｓ偏光成分
は、偏光選択性ホログラム光学素子３において回折され
ずに透過し、さらに、Ｓ偏光成分を選択的に透過させる
偏光板２４を透過して、投射光学系２５に入射する。そ
して、この投射光学系２５により、スクリーン２６上に
表示画像が結像される。

【０１４８】〔６〕画像表示装置の第７の実施の形態 本発明の第７の実施の形態として、図１４に示すよう
に、反射型空間光変調素子として２つの反射型ＦＬＣパ
ネルを用いたカラー投射型画像表示装置について説明す
る。

【０１４９】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、照明光のＳ偏光成分の偏光方位を９０°回転するこ
とによりＰ偏光光に変換し光利用効率を向上させる。

【０１５０】照明光学系２１を通過した照明光は、この
Ｐ偏光成分を選択的に透過する偏光板２８を透過した
後、カラーシャッタ２２に入射する。このカラーシャッ
タ２２は、照明光源２０より放射され直線偏光となされ
た白色光のうちの特定の波長帯域の偏光方位を９０°回
転させる機能を有している。したがって、カラーシャッ
タ２２を透過した照明光を偏光検波することにより、部
分スペクトル成分に時分割することができる。このよう
な時分割により、単板の反射型ＦＬＣパネル１０によっ
て「フィールドシーケンシャルカラー手法」によりカラ
ー表示が可能となる（参考論文：「Gray D．Sharp and
Kristina M．Johnson，High Brightness Saturated Col
or Shutter Technology，SID Symposium，Vo1．27，p41
1(1996)」）。

【０１５１】本実施の形態においては、このカラーシャ
ッタ２２を、赤色光及び青色光（マゼンタ）、赤色光及
び緑色光（黄色）の２つのスペクトルを時分割で透過さ
せるように制御する。すなわち、照明光源２０より入射
する緑色光と青色光の偏光方向を交互に９０°回転させ
る。カラーシャッタ２２を透過した照明光は、補正用偏
光選択性ホログラム光学素子２３へ入射し、ここで、Ｐ
偏光成分のみが回折されて射出角約６０°で射出され
る。このとき、先程のカラーシャッタ２２にてＳ偏光光
となされた緑色光、または、青色光は、回折されること
なく交互に補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３を
直進して透過する。

【０１５２】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
において回折された主にＰ偏光成分からなる照明光は、
偏光選択性ホログラム光学素子３に入射する。このと
き、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３と偏光選
択性ホログラム光学素子３とは、同一の構成を有してお
り、しかも互いに平行に配置されているため、偏光選択
性ホログラム光学素子３への照明光の入射角は、補正用
偏光選択性ホログラム光学素子２３からの照明光の射出
角に等しくなっている。

【０１５３】偏光選択性ホログラム光学素子３に入射す
る照明光のＰ偏光成分は、偏光選択性ホログラム光学素
子３より略々垂直に射出するように回折されて、ダイク
ロイックプリズム３４に入射する。ダイクロイックプリ
ズム３４に入射した照明光は、赤色光のみが進行方向を
９０°偏向され、残りの、主に緑色光、青色光の波長帯
域の照明光は透過する。分光された２つの色光は、対応
する反射型空間光変調素子１０ｒ，１０ｇｂに入射し、
これら反射型空間光変調素子１０ｒ，１０ｇｂにおい
て、各色光ごとに、また、画素ごとに変調されて反射さ
れる。

【０１５４】ただし、緑色光、青色光については、「フ
ィールドシーケンシャルカラー手法」により、時分割で
表示される。緑色光、青色光について時分割表示とし、
赤色光について時分割表示としないのは、通常のランプ
光源を用いた場合には、眼の視感度を考慮して白バラン
スをとると、赤色光が最も出力が不足するためである。

【０１５５】変調された各色光は、再びダイクロイック
プリズム３４に入射して再合成され、再度偏光選択性ホ
ログラム光学素子３へ入射する。このとき、Ｓ偏光成分
は回折されずに透過し、さらに、Ｓ偏光成分を選択的に
透過させる偏光板２４を経て投射光学系２５に入射す
る。そして、この投射光学系２５により、スクリーン２
６上に表示画像が結像される。

【０１５６】また、図１５に示すように、補正用偏光選
択性ホログラム光学素子２３と偏光選択性ホログラム光
学素子３との間を硝子プレート２０によって充填し、補
正用偏光選択性ホログラム光学素子２３及び偏光選択性
ホログラム光学素子３のホログラム層の実効的ベンド角
を大きくすることにより、回折効率を向上させることが
できる。

【０１５７】ただし、このとき、補正用偏光選択性ホロ
グラム光学素子２３及び偏光選択性ホログラム光学素子
３において回折効果が生ずる波長帯域、入射角度範囲は
減少する。なお、補正用偏光選択性ホログラム光学素子
２３と硝子プレート２０との間、及び、偏光選択性ホロ
グラム光学素子３と硝子プレート２０との間は、それぞ
れ光学的に密着させる必要がある。

【０１５８】〔７〕画像表示装置の第８の実施の形態 本発明の第８の実施の形態として、図１６に示すよう
に、反射型空間光変調素子として３つの反射型ＴＮ垂直
配向液晶パネル１０ｒ，１０ｇ，１０ｂを用いたカラー
投射型画像表示装置について説明する。

【０１５９】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、照明光のＳ偏光成分の偏光方位を９０°回転するこ
とによりＰ偏光光に変換し光利用効率を向上させる。

【０１６０】照明光学系２１を通過した照明光は、補正
用偏光選択性ホログラム光学素子２３へ入射し、ここ
で、Ｐ偏光成分のみが回折及び反射され、偏光選択性ホ
ログラム光学素子３に入射する。照明光のＳ偏光成分
は、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３において
回折されることなく、直進してこの補正用偏光選択性ホ
ログラム光学素子２３を透過する。

【０１６１】ここで、補正用偏光選択性ホログラム光学
素子２３は、反射型偏光選択性ホログラム光学素子とな
っている。反射型の場合、透過型に比べて回折波長帯域
の許容値が小さいため、照明光源２０にはなるべくスペ
クトルに急峻なピーク値をもつものを用いるか、また
は、ホログラムを複数の波長帯域ごとに作成し、これを
積層して補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３とす
ることが効果的である。

【０１６２】偏光選択性ホログラム光学素子３に入射す
る主にＰ偏光成分からなる照明光は、偏光選択性ホログ
ラム光学素子３より略々垂直に射出するよう回折され、
ダイクロイックプリズムブロック３５に入射する。この
ダイクロイックプリズムブロック３５は、３つのダイク
ロイックプリズムからなり、２つの境界面３５ｂ，３５
ｇを有している。ダイクロイックプリズムブロック３５
に入射した照明光は、まず、一方の境界面３５ｂに入射
し、青色光のみを反射され、この境界面３５ｂを透過し
た青色を除く光が、他方の境界面３５ｇに入射する。そ
して、他方の境界面３５ｇにおいて緑色光のみが反射さ
れることにより、照明光は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、
Ｂ（青色）の各色に分光される。

【０１６３】このように分光された各色光は、対応する
反射型空間光変調素子１０ｒ、１０ｇ、１０ｂに入射
し、これら反射型空間光変調素子１０ｒ、１０ｇ、１０
ｂにより、各色光ごとに、また、画素ごとに変調されて
反射される。変調された各色光は、再びクロスダイクロ
イックプリズムブロック３５に入射し再合成され、再度
偏光選択性ホログラム光学素子３へ入射する。このと
き、Ｓ偏光成分は回折されずに透過し、さらに、Ｓ偏光
成分を選択的に透過する偏光板２４を経て投射光学系２
５に入射する。そして、この投射光学系２５により、ス
クリーン２６上に表示画像が結像される。

【０１６４】〔８〕画像表示装置の第９の実施の形態 本発明の第９の実施の形態として、図１７に示すよう
に、反射型空間光変調素子として２つの反射型ＦＬＣパ
ネルを用いたカラー投射型画像表示装置について説明す
る。

【０１６５】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＳ偏光光となるよう
に、照明光のＰ偏光成分の偏光方位を９０°回転するこ
とによりＳ偏光光に変換し光利用効率を向上させる。

【０１６６】照明光学系２１を通過した照明光は、Ｓ偏
光成分を選択的に透過させる偏光板２８を透過し、カラ
ーシャッタ２２に入射する。カラーシャッタ２２は、照
明光源２０より放射される白色光を、その部分スペクト
ル成分に時分割するもので、これにより単板の反射型Ｆ
ＬＣパネル１０で「フィールドシーケンシャルカラー手
法」によりカラー表示が可能となる（参考論文：「Gray
D．Sharp and Kristina M．Johnson，High Brightness
Saturated Color Shutter Technology，SID Symposiu
m，Vo1．27，p411(1996)」）。

【０１６７】本実施の形態においては、このカラーシャ
ッタ２２を、赤色光及び青色光（マゼンタ）と、赤色光
及び緑色光（黄色）との２つのスペクトルを時分割で透
過させるよう制御する。つまり、入射する緑色光成分と
青色光成分の偏光方向を交互に９０°回転させてＰ偏光
光とする。カラーシャッタ２２を射出した照明光は、補
正用偏光選択性ホログラム光学素子２３へ入射し、ここ
で、Ｓ偏光成分のみが回折され射出角約７０°で射出さ
れる。このとき、先程のカラーシャッタ２２にてＰ偏光
光となされた緑色光、または、青色光は、補正用偏光選
択性ホログラム光学素子２３において回折されることな
く直進し、交互に補正用偏光選択性ホログラム光学素子
２３を透過する。

【０１６８】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
にて回折された主にＳ偏光成分からなる照明光は、この
補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３に光学的に密
着接合された第１のカップリングプリズム３７に入射す
る。補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３から射出
した照明光は、第１のカップリングプリズム３７と補正
用偏光選択性ホログラム光学素子２３のガラス基板３６
とが略々等しい屈折率を有するガラス材にて作製されて
いるため、これらの接合界面で屈折を生じず、角度を変
えることなく第１のカップリングプリズム３７に入射す
る。

【０１６９】第１のカップリングプリズム３７に入射し
た照明光は、この第１のカップリングプリズム３７の光
学面３８より略々垂直に射出する。そして、この照明光
は、カラーセレクト３３に入射する。このカラーセレク
ト３３は、入射直線偏光方位をその波長帯域に応じて９
０°回転させるものである（参考論文：「Gray D．Shar
p andJ．R．Birge，Retarder Stack Technology for Co
lor Manipulation，SID Symposium，Vo1．30，p1072(19
99)」）。

【０１７０】本実施の形態においては、赤色光は、入射
偏光方位（Ｓ偏光光）が保存され、青色光及び緑色光の
偏光方位は、９０°回転されてＰ偏光光となされる。カ
ラーセレクト３３を射出した照明光は、偏光選択性ホロ
グラム光学素子３に光学的に密着接合された第２のカッ
プリングプリズム２０に光学面３９より入射する。この
光学面３９は、第１のカップリングプリズム３７の光学
面３８と略平行になされている。したがって、入射照明
光は、第２のカップリングプリズム２０の光学面３９に
おいてほとんど屈折することなく直進し、そのまま偏光
選択性ホログラム光学素子３に入射する。

【０１７１】この偏光選択性ホログラム光学素子３にお
いて、Ｓ偏光光である赤色光は、回折されることなく第
３のカップリングプリズム４０を透過し、赤色光用反射
型空間光変調素子１０rに入射する。一方、Ｐ偏光光で
ある青色光及び緑色光は、回折されて約７０°進行方向
を偏向されて第３のカッブリングプリズム４０を通して
青緑色光用反射型空間光変調素子１０ｇｂに入射する。

【０１７２】このとき、青色光及び緑色光は、カラーシ
ャッタ２２により時分割で交互に送られてくるため、青
緑色光用反射型空間光変調素子１０ｇｂはこれに同期し
て制御される。緑色光、青色光について時分割表示と
し、赤色光について時分割表示としないのは、通常のラ
ンプ光源を用いた場合には、眼の視感度を考慮して白バ
ランスをとると、赤色光が最も出力が不足するためであ
る。

【０１７３】それぞれの反射型空間光変調素子１０ｂ、
１０ｇｂにて変調された照明光は、偏光選択性ホログラ
ム光学素子３に再入射する。このとき、青緑色光用反射
型空間光変調素子１０ｇｂからの反射光のうちのＳ偏光
成分は、回折されることなく偏光選択性ホログラム光学
素子３より略垂直に射出する。また、赤色光用反射型空
間光変調素子１０ｒからの反射光のうちのＰ偏光成分
は、回折されて偏光選択性ホログラム光学素子３より同
じく略垂直に射出する。

【０１７４】これら２つの反射光は、第２のカッブリン
グプリズム２０を透過し、この第２のカップリングプリ
ズム２０の光学面に接合されたカラーセレクト３３ｂに
入射する。このカラーセレクト３３ｂにおいて、青緑色
光は、入射偏光方位（Ｓ偏光光）が保存され、赤色光の
偏光方位は、９０°回転されＳ偏光光となされる。

【０１７５】これらの照明光は、Ｓ偏光光を選択的に透
過させる偏光板２４を経て、投射光学系２５に入射す
る。そして、投射光学系２５により、スクリーン２６上
に表示画像が結像される。

【０１７６】一方、青緑色光用反射型空間光変調素子１
０ｇｂからの反射光のうちのＰ偏光成分は、偏光選択性
ホログラム光学素子３において回折されて透過し、往路
の照明光路を逆行する。また、赤色光用反射型空間光変
調素子１０ｒからの反射光のうちのＳ偏光成分は、偏光
選択性ホログラム光学素子３にて回折されることなく同
じく往路の照明光路を逆行する。

【０１７７】また、本実施の形態は、図１８に示すよう
に、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３、第１の
カップリングプリズム３７、カラーセレクト３３、第２
のカップリングプリズム２０、偏光選択性ホログラム光
学素子３、第３のカップリングプリズム４０及びカラー
セレクト３３ｂを光学的に接合させて構成してもよい。

【０１７８】

〔９〕画像表示装置の第１０の実施の形態 本発明の第１０の実施の形態として、図１９に示すよう
に、反射型空間光変調素子として反射型ＦＬＣパネルを
用いたカラー投射型画像表示装置について説明する。

【０１７９】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、照明光のＳ偏光成分の偏光方位を９０°回転するこ
とによりＰ偏光光に変換し光利用効率を向上させる。

【０１８０】照明光学系２１を通過した照明光は、カラ
ーホイール２２を通過し、補正用偏光選択性ホログラム
光学素子２３へ入射する。カラーホイール２２は、照明
光源２０より放射される白色光を、赤色光、緑色光、青
色光のスペクトル成分に時分割するもので、この時分割
により、単板の反射型ＦＬＣパネル１０で「フィールド
シーケンシャルカラー手法」によりカラー表示が可能と
なる。

【０１８１】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
へ入射角６０°で入射した照明光は、ここで、Ｐ偏光成
分のみが回折され、射出角約０°で射出される。Ｓ偏光
成分は、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３で回
折されることなく、直進して補正用偏光選択性ホログラ
ム光学素子２３を透過する。

【０１８２】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
で回折された主にＰ偏光成分からなる照明光は、偏光選
択性ホログラム光学素子３に入射する。補正用偏光選択
性ホログラム光学素子２３と偏光選択性ホログラム光学
素子３とは、同一の構成のものであり、かつ、これら補
正用偏光選択性ホログラム光学素子２３及び偏光選択性
ホログラム光学素子３に対する照明光の入射角が略々同
一になるように配置されている。ただし、照明光（入射
側）からみた場合、両者の回折方向（ベンド角）は逆方
向となっている。このような配置により、前述のよう
に、波長による回折角のばらつきを相殺できること、波
長による回折効率の入射角度依存性の差異を補正できる
ことという２つのメリットが得られる。

【０１８３】なお、この補正用偏光選択性ホログラム光
学素子２３と偏光選択性ホログラム光学素子３との間
は、図１９において波線で示すように、カップリングプ
リズム２０にて充填してもよい。ただし、この場合に
は、ベンド角が異なるため、補正用偏光選択性ホログラ
ム光学素子２３と偏光選択性ホログラム光学素子３と
は、同一のホログラム素子であってはならない。

【０１８４】ここで、補正用偏光選択性ホログラム光学
素子２３への入射角を偏光選択性ホログラム光学素子３
への入射角と同様に約６０°とするのは、第１の実施の
形態において説明したように、補正用偏光選択性ホログ
ラム光学素子２３の回折効率の入射角度依存性を低減さ
せるためである。

【０１８５】偏光選択性ホログラム光学素子３により回
折されたＰ偏光光は、この偏光選択性ホログラム光学素
子３より射出角０°で射出し、反射型空間光変調素子１
０に入射する。反射型空間光変調素子１０は、図１９中
矢印ａで示す長手方向が照明光入射角方向と一致するよ
うに配置される。これは、補正用偏光選択性ホログラム
光学素子２３への回折方向の入射照明光の有効幅を小さ
くする必要があるためで、この有効幅の減少量をできる
だけ少なくして光利用効率を高くするためである。

【０１８６】また、同様の理由から、照明光源２０の発
光部２０aの長手方向は、図１９において紙面に垂直な
方向となされている。これは、前述のラグランジュ−ヘ
ルムホルツの不変量より、発光部が小さい方が光束径を
絞ったときに拡散角が大きくなりにくいためで、本発明
に係る画像表示装置のように、照明光を空間光変調素子
に対して斜めに入射させる場合には、その入射方向に一
致する方向に発光部の長さを短くすることが光利用効率
を上げるために有効となるためである。

【０１８７】反射型空間光変調素子１０により位相が変
調されて反射されたＳ偏光光は、偏光選択性ホログラム
光学素子３を透過し、Ｓ偏光光のみを選択的に透過する
偏光板２４を透過して投射光学系２５に入射する。この
投射光学系２５により、反射型ＦＬＣパネル１０上に表
示される光学像がスクリーン２６上に表示画像として拡
大投影される。

【０１８８】一方、Ｐ偏光成分のうち偏光選択性ホログ
ラム光学素子３にて回折されない往路の残りの照明光
は、そのまま偏光選択性ホログラム光学素子３を透過
し、反射型空間光変調素子１０のアルミ反射面１４にて
正反射され、再び図１９中のＣの方向に射出される。こ
の照明光は、迷光となり、表示画像のコントラスト劣化
を招く恐れがあるため、光吸収手段２７によりそのエネ
ルギーを吸収される。

【０１８９】〔１０〕画像表示装置の第１１の実施の形
態 本発明の第１１の実施の形態として、図２０に示すよう
に、反射型空間光変調素子として反射型ＦＬＣパネルを
用いたカラー投射型画像表示装置について説明する。

【０１９０】この画像表示装置においては、照明光源２
０より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系２
１に入射する。本照明光学系２１は、図示しない偏光変
換手段を有しており、本実施の形態の場合、偏光選択性
ホログラム光学素子３への入射光がＰ偏光光となるよう
に、照明光のＳ偏光成分の偏光方位を９０°回転するこ
とによりＰ偏光光に変換し光利用効率を向上させる。

【０１９１】照明光学系２１を通過した照明光は、カラ
ーホイール２２を通過し、補正用偏光選択性ホログラム
光学素子２３へ入射する。カラーホイール２２は、照明
光源２０より放射される白色光を、赤色光、緑色光、青
色光のスペクトル成分に時分割するもので、この時分割
により、単板の反射型ＦＬＣパネル１０による「フィー
ルドシーケンシャルカラー手法」によりカラー表示が可
能となる。

【０１９２】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
に対し入射角θin23で入射した照明光は、ここで、Ｐ偏
光成分のみが回折され、射出角θout23で射出される。
Ｓ偏光成分は、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２
３によって回折されることなく、この補正用偏光選択性
ホログラム光学素子２３を透過して直進する。

【０１９３】補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３
にて回折される主にＰ偏光成分からなる照明光は、偏光
選択性ホログラム光学素子３に、入射角θin3にて入射
する。このとき、補正用偏光選択性ホログラム光学素子
２３と偏光選択性ホログラム光学素子３とは、同一の構
造を有し、しかも、補正用偏光選択性ホログラム光学素
子２３への入射角θin23、射出角θout23は、偏光選択
性ホログラム光学素子３への入射角θin3、射出角θout
3とそれぞれ等しくなされている。ただし、照明光から
みた場合、両者の回折方向（ベンド角）は逆方向となっ
ている。これより、前述のように、波長による回折角の
ばらつきを相殺できること、波長による回折効率の入射
角度依存性の差異を補正できることという２つのメリツ
トが得られる。

【０１９４】また、本実施の形態の場合、偏光選択性ホ
ログラム光学素子３と反射型空間光変調素子１０とは図
２０に示すように、θholoの開き角を有して配置され
る。すなわち、偏光選択性ホログラム光学素子３、補正
用偏光選択性ホログラム光学素子２３の回折効率の波長
及び入射角依存性を低減させるためには、ベンド角を少
なくすることが有効であるが、このとき、 （i）入射角を小さくする。 （ii）射出角をベンド角が小さくなる方向に大きくと
る。 という２つの方法が考えられる。（i）の「入射角を小
さくする」という手法の場合、前述のように、ホログラ
ム層への入射角度のばらつきが大きくなり好ましくな
い。そこで、（ii）の「射出角をベンド角が小さくなる
方向に大きくとる」という手法をもちいることが有効と
なる。

【０１９５】本実施の形態の場合、偏光選択性ホログラ
ム光学素子３、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２
３からの射出角θout3、θout23を５°乃至２０°程度
とし、ベンド角を低減させている。このように、入射照
明光、偏光選択性ホログラム光学素子３及び補正用偏光
選択性ホログラム光学素子２３の相対関係を規定した場
合において、偏光選択性ホログラム光学素子３からの射
出回折光を反射型空間光変調素子１０に対して垂直に入
射させようとすると、図２０に示すように、偏光選択性
ホログラム光学素子３と反射型空間光変調素子１０と
は、θholo（=θout3）の開き角をとって配置される必
要がある。

【０１９６】このようにして、偏光選択性ホログラム光
学素子３により回折されたＰ偏光光は、反射型空間光変
調素子１０に対して略々垂直に入射する。反射型空間光
変調素子１０は、図２０中矢印ａで示す長手方向が、照
明光入射角方向と一致するように配置されている。これ
は、補正用偏光選択性ホログラム光学素子２３への回折
方向の入射照明光の有効幅を小さくする必要があるため
で、この有効幅の減少量をできるだけ少なくして光利用
効率を高くするためである。

【０１９７】また、同様の理由から、照明光源２０の発
光部２０aの長手方向は、図１９において紙面に垂直な
方向となされている。これは、前述のラグランジュ−ヘ
ルムホルツの不変量より、発光部が小さい方が光束径を
絞ったときに拡散角が大きくなりにくいためで、本発明
に係る画像表示装置のように、照明光を空間光変調素子
に対して斜めに入射させる場合には、その入射方向に一
致する方向に発光部の長さを短くすることが光利用効率
を上げるために有効となるためである。

【０１９８】反射型空間光変調素子１０により位相が変
調されて反射されたＳ偏光光は、偏光選択性ホログラム
光学素子３を透過し、Ｓ偏光光のみを選択的に透過する
偏光板２４を透過して投射光学系２５に入射する。ここ
で、偏光板２４は、偏光選択性ホログラム光学素子３を
透過したことにより発生する非点収差を補正するため
に、偏光選択性ホログラム光学素子３の反射型空間光変
調素子１０に対する傾き角θholoと反対方向に同じ絶対
値の傾き角θpolをもって配置される。この偏光板２４
の傾きにより、変調された照明光における非点収差をキ
ャンセルすることができる。そして、投射光学系２５に
入射した照明光により、反射型空間光変調素子１０上に
表示される光学像がスクリーン２６上に表示画像として
拡大投影される。

【０１９９】〔１１〕虚像表示装置に関する実施の形態
（第１２の実施の形態） 本発明の第１２の実施の形態として、図２１に示すよう
に、反射型空間光変調素子として反射型ＦＬＣパネルを
用い虚像結像光学系を用いた画像表示装置について説明
する。

【０２００】この画像表示装置においては、赤色光、緑
色光、青色光の３色を順次独立に発光するレンズ付き発
光ダイオード光源４１より放射される照明光は、Ｐ偏光
成分を選択的に透過させる偏光板４２を透過して、偏光
選択性ホログラム光学素子３に入射する。この入射光
は、偏光選択性ホログラム光学素子３において回折さ
れ、略々垂直に反射型ＦＬＣパネル１０に入射する。

【０２０１】反射型ＦＬＣパネル１０にて位相を変調さ
れた照明光は、反射型ＦＬＣパネル１０のアルミ反射面
１４において反射され、再び偏光選択性ホログラム光学
素子３に入射する。このとき、Ｐ偏光成分は、再び偏光
選択性ホログラム光学素子３によって回折されて発光ダ
イオード光源４１の方向に向かうが、Ｓ偏光成分は、偏
光選択性ホログラム光学素子３によって回折されること
なく、そのまま透過する。偏光選択性ホログラム光学素
子３を透過したＳ偏光光は、Ｓ偏光成分を選択的に透過
させる偏光板４３にて検波されたのち、虚像観察光学系
を構成する自由曲面プリズム４４に、自由曲面屈折面４
５より入射する。

【０２０２】自由曲面プリズム４４内に入射した光は、
第１の光学面４６において全反射され、次いで、第２の
自由曲面反射面４７にて反射されたのち、第１の光学面
４６を透過して、観察者の観察領域４８に導かれる。こ
のとき、観察領域４８を大きくするには、発光ダイオー
ド光源４１と偏光板４２との間に拡散板を配置するか、
または、偏光選択性ホログラム光学素子３において、こ
の偏光選択性ホログラム光学素子３に入射するＰ偏光成
分に対して回折時に拡散作用を起こす干渉縞を予め記録
しておいてもよい。

【０２０３】次に、本発明の第１３の実施の形態とし
て、図２２に示すように、反射型空間光変調素子として
２つの反射型ＦＬＣパネルを用い虚像結像光学系を用い
た画像表示装置について説明する。

【０２０４】この画像表示装置においては、赤色光、緑
色光、青色光の３色を順次独立に発光するレンズ付き発
光ダイオード光源４１より放射された照明光は、Ｐ偏光
光となる偏光成分を選択的に透過する偏光板４２を経
て、偏光選択性ホログラム光学素子３へ入射する。本実
施の形態においては、偏光選択性ホログラム光学素子３
は反射型となっている。この偏光選択性ホログラム光学
素子３に入射された照明光は、偏光選択性ホログラム光
学素子３において回折され反射されて略々垂直に反射型
ＦＬＣパネル１０に入射する。

【０２０５】反射型ＦＬＣパネル１０において位相を変
調された照明光は、反射型ＦＬＣパネル１０のアルミ反
射面１４において反射され、再び偏光選択性ホログラム
光学素子３に入射する。このとき、照明光のＰ偏光成分
は、偏光選択性ホログラム光学素子３において再び回折
され反射されて発光ダイオード光源４２の方向に向か
う。Ｓ偏光成分は、偏光選択性ホログラム光学素子３に
より回折されることなく、そのまま偏光選択性ホログラ
ム光学素子３を透過する。

【０２０６】このように偏光選択性ホログラム光学素子
３を透過したＳ偏光光は、Ｓ偏光成分を選択的に透過さ
せる偏光板４３にて検波されたのち、虚像観察光学系を
構成する自由曲面プリズム４４に、自由曲面屈折面４５
より入射する。

【０２０７】自由曲面プリズム４４内に入射した光は、
第１の光学面４６において全反射され、次いで、第２の
自由曲面反射面４７にて反射されたのち、第１の光学面
４６を透過して、観察者の観察領域４８に導かれる。こ
のとき、観察領域４８を大きくするには、発光ダイオー
ド光源４１と偏光板４２との間に拡散板を配置するか、
または、偏光選択性ホログラム光学素子３において、こ
の偏光選択性ホログラム光学素子３に入射するＰ偏光成
分に対して回折時に拡散作用を起こす干渉縞を予め記録
しておいてもよい。

【０２０８】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る画像表示素
子を用いた画像表示装置においては、反射型空間光変調
素子の照明手段として、必ずしも偏光ビームスプリッタ
を使用する必要がないため、装置重量の軽量化、装置サ
イズの小型化、表示画像のコントラストの改善及び製造
コストの低廉化が可能となる。

【０２０９】また、この画像表示素子においては、従来
のホログラムカラーフィルタと異なり、屈折率の入射偏
光方位依存性が互いに異なる２つの領域を順次積層した
構造を有する偏光選択性ホログラム光学素子を用いるこ
とにより、Ｐ偏光光とＳ偏光光の回折効率の差を充分に
大きくすることができ、光利用効率及び表示画像のコン
トラストの改善が可能である。

【０２１０】さらに、従来のホログラムカラーフィルタ
と異なり、屈折率の入射偏光方位依存性が互いに異なる
２つの領域を順次積層した構造を有する偏光選択性ホロ
グラム光学素子を用いることにより、Ｐ偏光光の回折効
率をＳ偏光光のそれに比べて高くすることができ、ホロ
グラム光学素子に対してＰ偏光光を入射させることがで
きる。これにより、カップリングプリズムを用いなくと
も、ホログラム光学素子のガラス基板における表面反射
を抑えることができ、光利用効率及び表示画像のコント
ラストの改善が可能である。

【０２１１】そして、この画像表示装置においては、２
つの偏光選択性ホログラム光学素子を、反射型空間光変
調素子の照明のために用いることにより、偏光選択性ホ
ログラム光学素子における回折角の波長依存性を互いに
相殺して均一照明が得られる他、各波長帯域ごとに、入
射角による回折効率減少を補正して光利用効率を改善す
ることができる。

【０２１２】さらに、この画像表示装置においては、偏
光選択性ホログラム光学素子を反射型として使用するこ
とが可能となること、各色光ごとに用意される複数の反
射型空間光変調素子を用いた画像表示装置に適応するこ
とができること、「フィールドシーケンシャルカラー方
式」の画像表示装置として構成することができることな
どの効果が得られる。

【０２１３】そして、この画像表示装置においては、反
射型空間光変調素子と偏光選択性ホログラム光学素子と
の画素単位のアライメントが不要なために製造コストの
低廉化が可能であり、また、高い光利用効率が維持され
ながら、表示画像のコントラスが高く、しかも、薄型
化、軽量化、虚像観察光学系を用いて構成することが可
能である。

【０２１４】すなわち、本発明は、照明光の光利用効率
が高く、装置の小型化、低コスト化が可能であり、ま
た、表示画像の均一性、高コントラスト性が実現された
画像表示素子及び画像表示装置を提供することができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像表示素子の構成を示す縦断面
図である。

【図２】本発明に係る画像表示装置の第１の実施の形態
の構成を示す縦断面図である。

【図３】本発明に係る画像表示装置の第２の実施の形態
の構成を示す縦断面図である。

【図４】本発明に係る画像表示装置の第３の実施の形態
の構成を示す縦断面図である。

【図５】本発明に係る画像表示装置の第４の実施の形態
の構成を示す側面図である。

【図６】上記画像表示装置における補正用偏光選択性ホ
ログラム光学素子による入射角の補正の原理を示す側面
図である。

【図７】上記画像表示装置における再生波長４５０ｎｍ
における回折効率の入射角度依存性を示すグラフであ
る。

【図８】上記画像表示装置における再生波長５５０ｎｍ
における回折効率の入射角度依存性を示すグラフであ
る。

【図９】上記画像表示装置における再生波長６５０ｎｍ
における回折効率の入射角度依存性を示すグラフであ
る。

【図１０】ベンド角大（θob1＝１０°）の場合の回折
効率の再生波長及び入射角依存性を示すグラフである。

【図１１】ベンド角小（θob1＝−１０°）の場合の回
折効率の再生波長及び入射角依存性を示すグラフであ
る。

【図１２】本発明に係る画像表示装置の第５の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１３】本発明に係る画像表示装置の第６の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１４】本発明に係る画像表示装置の第７の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１５】本発明に係る画像表示装置の第７の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１６】本発明に係る画像表示装置の第８の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１７】本発明に係る画像表示装置の第９の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１８】本発明に係る画像表示装置の第９の実施の形
態の構成を示す側面図である。

【図１９】本発明に係る画像表示装置の第１０の実施の
形態の構成を示す側面図である。

【図２０】本発明に係る画像表示装置の第１１の実施の
形態の構成を示す側面図である。

【図２１】本発明に係る画像表示装置の第１２の実施の
形態の構成を示す側面図である。

【図２２】本発明に係る画像表示装置の第１３の実施の
形態の構成を示す側面図である。

【図２３】従来の画像表示素子（ＦＬＣ）の構成を示す
断面図である。

【図２４】反射型空間光変調素子に対応した偏光ビーム
スプリッタを用いた従来の画像表示装置の構成を示す側
面図である。

【図２５】ホログラムレンズを用いた従来の画像表示装
置の構成を示す断面図である。

【図２６】反射型ホログラムの回折効率を示すグラフで
ある。

【図２７】光スイッチとしてのホログラム光学素子の応
用例を示す断面図である。

【図２８】ホログラム光学素子の画像表示装置用反射板
としての応用例を示す断面図である。

【図２９】ホログラム光学素子の投射型画像表示装置用
偏光変換器への応用例を示す断面図である。

【図３０】ホログラムの厚さと回折効率との関係を示す
グラフである。

【図３１】厚さ６μｍのホログラムにおける回折効率の
入射角度依存性を示すグラフである。

【図３２】厚さ１８μｍのホログラムにおける回折効率
の入射角度依存性を示すグラフである。

【図３３】ガラスの表面反射率と入射角度との関係を示
すグラフである。

【図３４】従来のホログラムカラーフィルタにおけるホ
ログラムレンズからの主光線の射出角許容値を示す断面
図である。

【図３５】偏光ビームスプリッタを用いた従来の画像表
示装置の構成を示す側面図である。

【図３６】虚像観察光学系を用いた従来の画像表示装置
の構成を示す側面図である。

【図３７】虚像観察光学系を用いた従来の画像表示装置
の構成の他の例を示す側面図である。

【符号の説明】 ３ 「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル（偏光選択性ホログラム光
学素子）、１０ 反射型ＦＬＣ液晶パネル、２０ 照明
光源、２５ 投射光学系、４４ 自由曲面プリズム

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１７】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１８】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２２】

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０２Ｆ 1/1335 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５Ｃ０５８ ５１０ ５１０ ５Ｇ４３５ ５２０ ５２０ Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ 33/12 33/12 Ｇ０９Ｆ 9/00 ３２４ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３２４ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｂ Ｆターム(参考） 2H048 BA01 BA64 BB02 BB08 BB42 2H049 CA05 CA08 CA15 CA17 CA22 2H088 EA12 EA47 EA48 GA02 HA11 HA18 HA21 HA28 KA06 KA17 MA02 MA16 2H091 FA05Z FA07X FA14Y FA19X FB02 FD06 LA11 LA17 MA07 2H099 AA11 AA12 BA09 CA17 5C058 AA06 BA08 BA35 5G435 AA02 AA18 BB12 BB17 DD14 GG01 GG02 GG03 GG04 GG12 GG14 GG28 LL15

Claims (97)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屈折率の入射偏光方位依存性が互いに異
   なる２つの領域を順次積層した構造を有し、照明光を回
   折させる偏光選択性ホログラム光学素子と、 上記偏光選択性ホログラム光学素子により回折された照
   明光の偏光状態を変調する反射型空間光変調素子とを備
   え、 上記偏光選択性ホログラム光学素子は、照明光受光面の
   法線に対して３０°以上９０°未満の入射角で照明光が
   入射され、該照明光のＰ偏光成分もしくはＳ偏光成分を
   回折させて上記反射型空間光変調素子に向けて出射する
   とともに、この反射型空間光変調素子により位相変調さ
   れて再入射する照明光のうち、１回目の入射において回
   折される偏光成分の偏光方向に直交する偏光方向である
   偏光成分に対する回折効率が１０％以下であることによ
   り、この偏光成分を７０％以上透過させることを特徴と
   する画像表示素子。
2. 【請求項２】 偏光選択性ホログラム光学素子の２つの
   領域の一方は、屈折率異方性を有し、他方は屈折率等方
   性を有することを特徴とする請求項１記載の画像表示素
   子。
3. 【請求項３】 回折効率が１％以下であることを特徴と
   する請求項１記載の画像表示素子。
4. 【請求項４】 偏光選択性ホログラム光学素子は、Ｐ偏
   光光である照明光を入射されることを特徴とする請求項
   １記載の画像表示素子。
5. 【請求項５】 偏光選択性ホログラム光学素子は、ホロ
   グラム面に対する光線の入射角と回折射出角の差である
   ベンド角が、３０°以上となっていることを特徴とする
   請求項１記載の画像表示素子。
6. 【請求項６】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回折
   させた出射光を、入射面内において、照明光受光面の法
   線に対してベンド角が大きくなる方向に射出することを
   特徴とする請求項１記載の画像表示素子。
7. 【請求項７】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回折
   効率の波長依存性の互いに異なる複数のホログラム層に
   より構成されていることを特徴とする請求項１記載の画
   像表示素子。
8. 【請求項８】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回折
   効率の再生光入射角依存性の互いに異なる複数のホログ
   ラム層により構成されていることを特徴とする請求項１
   記載の画像表示素子。
9. 【請求項９】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回折
   効率の波長依存性の互いに異なる複数のホログラムが１
   つのホログラム層に多重されて構成されていることを特
   徴とする請求項１記載の画像表示素子。
10. 【請求項１０】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の再生光入射角依存性の互いに異なる複数のホロ
    グラムが１つのホログラム層に多重されて構成されてい
    ることを特徴とする請求項１記載の画像表示素子。
11. 【請求項１１】 偏光選択性ホログラム光学素子は、液
    晶材料を有して構成されていることを特徴とする請求項
    １記載の画像表示素子。
12. 【請求項１２】 偏光選択性ホログラム光学素子と反射
    型空間光変調素子とは、光学的に密着されて一体的に構
    成されていることを特徴とする請求項１記載の画像表示
    素子。
13. 【請求項１３】 反射型空間光変調素子は、複数の色画
    素を有し、 偏光選択性ホログラム光学素子は、入射照明光を各波長
    帯域ごとに分光し反射型空間光変調素子のそれぞれ対応
    する色画素に集光するレンズ作用を有することを特徴と
    する請求項１記載の画像表示素子。
14. 【請求項１４】 照明光を放射する光源と、 屈折率の入射偏光方位依存性が互いに異なる２つの領域
    を順次積層した構造を有し入射光を回折させる偏光選択
    性ホログラム光学素子と、 上記光源より放射された照明光を上記偏光選択性ホログ
    ラム光学素子に入射させる照明光学系と、 上記偏光選択性ホログラム光学素子により回折された照
    明光の偏光状態を変調する反射型空間光変調素子と、 上記反射型空間光変調素子及び上記偏光選択性ホログラ
    ム光学素子を経た照明光をスクリーン上に投射する投射
    光学系とを備え、 上記偏光選択性ホログラム光学素子は、上記照明光学系
    により、照明光受光面の法線に対して３０°以上９０°
    未満の入射角で照明光が入射され、該照明光のＰ偏光成
    分もしくはＳ偏光成分を回折させて上記反射型空間光変
    調素子に向けて出射するとともに、この反射型空間光変
    調素子により位相変調されて再入射する照明光のうち、
    １回目の入射において回折される偏光成分の偏光方向に
    直交する偏光方向である偏光成分に対する回折効率が１
    ０％以下であることにより、この偏光成分を７０％以上
    透過させ、 上記投射光学系は、上記偏光選択性ホログラム光学素子
    の透過光をスクリーン上に投射することを特徴とする画
    像表示装置。
15. 【請求項１５】 偏光選択性ホログラム光学素子の２つ
    の領域の一方は、屈折率異方性を有し、他方は屈折率等
    方性を有することを特徴とする請求項１４記載の画像表
    示装置。
16. 【請求項１６】 回折効率が１％以下であることを特徴
    とする請求項１４記載の画像表示装置。
17. 【請求項１７】 光源の発光部は、長方形形状をしてお
    り、短辺方向が、偏光選択性ホログラム光学素子への照
    明光の入射方向に一致していることを特徴とする請求項
    １４記載の画像表示装置。
18. 【請求項１８】 照明光学系は、照明光のうち、偏光選
    択性ホログラム光学素子の回折効率が最大となる偏光方
    位と直交する偏光方位を有する成分について、偏光方位
    を９０°回転させる偏光変換手段を備えていることを特
    徴とする請求項１４記載の画像表示装置。
19. 【請求項１９】 照明光学系は、照明光のうち、偏光選
    択性ホログラム光学素子の回折効率が最大となる偏光方
    位を有する成分を選択的に透過させる偏光選択手段を備
    えていることを特徴とする請求項１４記載の画像表示装
    置。
20. 【請求項２０】 光源、または、照明光学系は、照明光
    の全波長帯域のなかの複数の特定波長帯域のみを時間的
    に順次透過させる時間順次波長帯域切り替え手段を備え
    ていることを特徴とする請求項１４記載の画像表示装
    置。
21. 【請求項２１】 照明光学系は、偏光選択性ホログラム
    光学素子と反対符号のベンド角を有する補正用偏光選択
    性ホログラム光学素子を備えていることを特徴とする請
    求項１４記載の画像表示装置。
22. 【請求項２２】 補正用偏光選択性ホログラム光学素子
    は、偏光選択性ホログラム光学素子と同一素子であるこ
    とを特徴とする請求項２１記載の画像表示装置。
23. 【請求項２３】 偏光選択性ホログラム光学素子に光学
    的に密着し、少なくとも照明光が略垂直に入射する第１
    の光学面と該反射型空間光変調素子による反射光が略垂
    直に射出する第２の光学面とを有するカップリングプリ
    ズムを備え、 上記偏光選択性ホログラム光学素子は、照明光を、照明
    光受光面の法線に対して６０°以上９０°未満の入射角
    で入射されることを特徴とする請求項１４記載の画像表
    示装置。
24. 【請求項２４】 カップリングプリズムは、反射型空間
    光変調素子による照明光の正反射光が略垂直に入射する
    光吸収層が設けられた第３の光学面を有していることを
    特徴とする請求項２３記載の画像表示装置。
25. 【請求項２５】 投射光学系は、反射型空間光変調素子
    による変調光のうちの偏光選択性ホログラム光学素子に
    おいて透過する偏光方位の成分を選択的に透過させる偏
    光選択手段を備えていることを特徴とする請求項１４記
    載の画像表示装置。
26. 【請求項２６】 偏光選択性ホログラム光学素子は、Ｐ
    偏光光である照明光を入射されることを特徴とする請求
    項１４記載の画像表示装置。
27. 【請求項２７】 偏光選択性ホログラム光学素子のベン
    ド角が３０°以上となっていることを特徴とする請求項
    １４記載の画像表示装置。
28. 【請求項２８】 偏光選択性ホログラム光学素子のホロ
    グラム面と反射型空間光変調素子の反射面とは、光学的
    に平行ではない位置関係となっていることを特徴とする
    請求項１４記載の画像表示装置。
29. 【請求項２９】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の波長依存性の互いに異なる複数のホログラム層
    により構成されていることを特徴とする請求項１４記載
    の画像表示装置。
30. 【請求項３０】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の再生光入射角依存性の互いに異なる複数のホロ
    グラム層により構成されていることを特徴とする請求項
    １４記載の画像表示装置。
31. 【請求項３１】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の波長依存性の互いに異なる複数のホログラムが
    １つのホログラム層に多重されて構成されていることを
    特徴とする請求項１４記載の画像表示装置。
32. 【請求項３２】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の再生光入射角依存性の互いに異なる複数のホロ
    グラムが１つのホログラム層に多重されて構成されてい
    ることを特徴とする請求項１４記載の画像表示装置。
33. 【請求項３３】 偏光選択性ホログラム光学素子は、液
    晶材料を有することを特徴とする請求項１４記載の画像
    表示装置。
34. 【請求項３４】 偏光選択性ホログラム光学素子と反射
    型空間光変調素子とは、光学的に密着されて一体的に構
    成されていることを特徴とする請求項１４記載の画像表
    示装置。
35. 【請求項３５】 反射型空間光変調素子は、長方形形状
    をしており、長辺方向が、偏光選択性ホログラム光学素
    子への照明光の入射方向に一致していることを特徴とす
    る請求項１４記載の画像表示装置。
36. 【請求項３６】 反射型空間光変調素子は、複数の色画
    素を有し、 偏光選択性ホログラム光学素子は、入射照明光を各波長
    帯域ごとに分光し反射型空間光変調素子のそれぞれ対応
    する色画素に集光するレンズ作用を有することを特徴と
    する請求項１４記載の画像表示装置。
37. 【請求項３７】 照明光を放射する光源と、 屈折率の入射偏光方位依存性が互いに異なる２つの領域
    を順次積層した構造を有し入射光を回折させる偏光選択
    性ホログラム光学素子と、 上記照明光を互いに異なる複数の波長帯域成分に分離す
    る色分離手段と、 互いに異なる複数の波長帯域成分に分離された照明光を
    上記偏光選択性ホログラム光学素子に入射させる照明光
    学系と、 上記偏光選択性ホログラム光学素子により回折された照
    明光のうちの互いに異なる複数の波長帯域成分の偏光状
    態をそれぞれ変調する複数の反射型空間光変調素子と、 上記複数の反射型空間光変調素子によりそれぞれ変調さ
    れた互いに異なる波長帯域の照明光を合成する色合成手
    段と、 上記色合成手段を経た照明光をスクリーン上に投射する
    投射光学系とを備え、 上記偏光選択性ホログラム光学素子は、上記照明光学系
    により、照明光受光面の法線に対して３０°以上９０°
    未満の入射角で照明光が入射され、該照明光のＰ偏光成
    分もしくはＳ偏光成分を回折させて上記反射型空間光変
    調素子に向けて出射するとともに、この反射型空間光変
    調素子により位相変調されて再入射する照明光のうち、
    １回目の入射において回折される偏光成分の偏光方向に
    直交する偏光方向である偏光成分に対する回折効率が１
    ０％以下であることにより、この偏光成分を７０％以上
    透過させ、 上記投射光学系は、上記偏光選択性ホログラム光学素子
    を透過して上記色合成手段を経た照明光をスクリーン上
    に投射することを特徴とする画像表示装置。
38. 【請求項３８】 偏光選択性ホログラム光学素子の２つ
    の領域の一方は、屈折率異方性を有し、他方は屈折率等
    方性を有することを特徴とする請求項３７記載の画像表
    示装置。
39. 【請求項３９】 回折効率が１％以下であることを特徴
    とする請求項３７記載の画像表示装置。
40. 【請求項４０】 光源の発光部は、長方形形状をしてお
    り、短辺方向が、偏光選択性ホログラム光学素子への照
    明光の入射方向に一致していることを特徴とする請求項
    ３７記載の画像表示装置。
41. 【請求項４１】 色分離手段と色合成手段とは、１つの
    クロスダイクロイツクプリズムを共用することを特徴と
    する請求項３７記載の画像表示装置。
42. 【請求項４２】 照明光学系は、照明光のうち、偏光選
    択性ホログラム光学素子の回折効率が最大となる偏光方
    位と直交する偏光方位を有する成分について、偏光方位
    を９０°回転させる偏光変換手段を備えていることを特
    徴とする請求項３７記載の画像表示装置。
43. 【請求項４３】 照明光学系は、照明光のうち、偏光選
    択性ホログラム光学素子の回折効率が最大となる偏光方
    位を有する成分を選択的に透過させる偏光選択手段を備
    えていることを特徴とする請求項３７記載の画像表示装
    置。
44. 【請求項４４】 光源、または、照明光学系は、照明光
    の全波長帯域のなかの複数の特定波長帯域のみを時間的
    に順次透過させる時間順次波長帯域切り替え手段を備え
    ていることを特徴とする請求項３７記載の画像表示装
    置。
45. 【請求項４５】 照明光学系は、偏光選択性ホログラム
    光学素子と反対符号のベンド角を有する補正用偏光選択
    性ホログラム光学素子を備えていることを特徴とする請
    求項３７記載の画像表示装置。
46. 【請求項４６】 補正用偏光選択性ホログラム光学素子
    は、偏光選択性ホログラム光学素子と同一素子であるこ
    とを特徴とする請求項４５記載の画像表示装置。
47. 【請求項４７】 偏光選択性ホログラム光学素子に光学
    的に密着し、少なくとも照明光が略垂直に入射する第１
    の光学面と該反射型空間光変調素子による反射光が略垂
    直に射出する第２の光学面とを有するカップリングプリ
    ズムを備え、 上記偏光選択性ホログラム光学素子は、照明光を、照明
    光受光面の法線に対して６０°以上９０°未満の入射角
    で入射されることを特徴とする請求項３７記載の画像表
    示装置。
48. 【請求項４８】 カップリングプリズムは、反射型空間
    光変調素子による照明光の正反射光が略垂直に入射する
    光吸収層が設けられた第３の光学面を有していることを
    特徴とする請求項４７記載の画像表示装置。
49. 【請求項４９】 投射光学系は、反射型空間光変調素子
    による変調光のうちの偏光選択性ホログラム光学素子に
    おいて透過する偏光方位の成分を選択的に透過させる偏
    光選択手段を備えていることを特徴とする請求項３７記
    載の画像表示装置。
50. 【請求項５０】 偏光選択性ホログラム光学素子は、Ｐ
    偏光光である照明光を入射されることを特徴とする請求
    項３７記載の画像表示装置。
51. 【請求項５１】 偏光選択性ホログラム光学素子のベン
    ド角が３０°以上となっていることを特徴とする請求項
    ３７記載の画像表示装置。
52. 【請求項５２】 偏光選択性ホログラム光学素子のホロ
    グラム面と反射型空間光変調素子の反射面とは、光学的
    に平行ではない位置関係となっていることを特徴とする
    請求項３７記載の画像表示装置。
53. 【請求項５３】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の波長依存性の互いに異なる複数のホログラム層
    により構成されていることを特徴とする請求項３７記載
    の画像表示装置。
54. 【請求項５４】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の再生光入射角依存性の互いに異なる複数のホロ
    グラム層により構成されていることを特徴とする請求項
    ３７記載の画像表示装置。
55. 【請求項５５】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の波長依存性の互いに異なる複数のホログラムが
    １つのホログラム層に多重されて構成されていることを
    特徴とする請求項３７記載の画像表示装置。
56. 【請求項５６】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の再生光入射角依存性の互いに異なる複数のホロ
    グラムが１つのホログラム層に多重されて構成されてい
    ることを特徴とする請求項３７記載の画像表示装置。
57. 【請求項５７】 偏光選択性ホログラム光学素子は、液
    晶材料を有することを特徴とする請求項３７記載の画像
    表示装置。
58. 【請求項５８】 反射型空間光変調素子は、長方形形状
    をしており、長辺方向が、偏光選択性ホログラム光学素
    子への照明光の入射方向に一致していることを特徴とす
    る請求項３７記載の画像表示装置。
59. 【請求項５９】 照明光を放射する光源と、 屈折率の入射偏光方位依存性が互いに異なる２つの領域
    を順次積層した構造を有し入射光を回折させる偏光選択
    性ホログラム光学素子と、 上記照明光の互いに異なる第１及び第２の波長帯域成分
    の偏光状態を互いに直交する直線偏光成分として分離さ
    せる波長帯域別偏光分離手段と、 第１及び第２の波長帯域成分に分離された照明光を上記
    偏光選択性ホログラム光学素子に入射させる照明光学系
    と、 偏光選択性ホログラム光学素子により回折された照明光
    の第１の波長帯域成分の偏光状態を変調する第１の反射
    型空間光変調素子と、 偏光選択性ホログラム光学素子を透過した照明光の第２
    の波長帯域成分の偏光状態を変調する第２の反射型空間
    光変調素子と、 上記各反射型空間光変調素子を経た照明光をスクリーン
    上に投射する投射光学系とを備え、 上記偏光選択性ホログラム光学素子は、上記照明光学系
    により、照明光受光面の法線に対して３０°以上９０°
    未満の入射角で照明光が入射され、Ｐ偏光成分もしくは
    Ｓ偏光成分である上記第１の波長帯域成分を回折させて
    上記第１の反射型空間光変調素子に向けて出射するとと
    もに、該第１の反射型空間光変調素子により位相変調さ
    れて再入射する照明光のうち該第１の波長帯域成分の１
    回目の入射において回折される偏光成分の偏光方向に直
    交する偏光方向である偏光成分に対する回折効率が１０
    ％以下であることにより、この偏光成分の７０％以上を
    透過させ、上記第２の波長帯域成分を７０％以上透過さ
    せて上記第２の反射型空間光変調素子に向けて出射する
    とともに、該第２の反射型空間光変調素子により位相変
    調されて再入射する照明光のうち該第２の波長帯域成分
    の１回目の入射において透過する偏光成分の偏光方向に
    直交する偏光方向である偏光成分を回折させ、 上記投射光学系は、第１の反射型空間光変調素子及び上
    記偏光選択性ホログラム光学素子を経た第１の波長帯域
    成分の照明光と、第２の反射型空間光変調素子及び上記
    偏光選択性ホログラム光学素子を経た第２の波長帯域成
    分の照明光とを、スクリーン上に投射することを特徴と
    する画像表示装置。
60. 【請求項６０】 偏光選択性ホログラム光学素子の２つ
    の領域の一方は、屈折率異方性を有し、他方は屈折率等
    方性を有することを特徴とする請求項５９記載の画像表
    示装置。
61. 【請求項６１】 回折効率が１％以下であることを特徴
    とする請求項５９記載の画像表示装置。
62. 【請求項６２】 光源の発光部は、長方形形状をしてお
    り、短辺方向が、偏光選択性ホログラム光学素子への照
    明光の入射方向に一致していることを特徴とする請求項
    ５９記載の画像表示装置。
63. 【請求項６３】 照明光学系は、照明光のうちの互いに
    直交する偏光成分のいずれか一方について、偏光方位を
    ９０°回転させる偏光変換手段を備えていることを特徴
    とする請求項５９記載の画像表示装置。
64. 【請求項６４】 光源、または、照明光学系は、照明光
    の全波長帯域のなかの複数の特定波長帯域のみを時間的
    に順次透過させる時間順次波長帯域切り替え手段を備え
    ていることを特徴とする請求項５９記載の画像表示装
    置。
65. 【請求項６５】 照明光学系は、偏光選択性ホログラム
    光学素子と反対符号のベンド角を有する補正用偏光選択
    性ホログラム光学素子を備えていることを特徴とする請
    求項５９記載の画像表示装置。
66. 【請求項６６】 補正用偏光選択性ホログラム光学素子
    は、偏光選択性ホログラム光学素子と同一素子であるこ
    とを特徴とする請求項６５記載の画像表示装置。
67. 【請求項６７】 偏光選択性ホログラム光学素子に光学
    的に密着し、少なくとも照明光が略垂直に入射する第１
    の光学面と該反射型空間光変調素子による反射光が略垂
    直に射出する第２の光学面とを有するカップリングプリ
    ズムを備え、 上記偏光選択性ホログラム光学素子は、照明光を、照明
    光受光面の法線に対して６０°以上９０°未満の入射角
    で入射されることを特徴とする請求項５９記載の画像表
    示装置。
68. 【請求項６８】 カップリングプリズムは、反射型空間
    光変調素子による照明光の正反射光が略垂直に入射する
    光吸収層が設けられた第３の光学面を有していることを
    特徴とする請求項６７記載の画像表示装置。
69. 【請求項６９】 投射光学系は、反射型空間光変調素子
    による変調光のうちの偏光選択性ホログラム光学素子に
    おいて透過する偏光方位の成分を選択的に透過させる偏
    光選択手段を備えていることを特徴とする請求項５９記
    載の画像表示装置。
70. 【請求項７０】 偏光選択性ホログラム光学素子は、ホ
    ログラム面に対する光線の入射角と回折射出角の差であ
    るベンド角が、３０°以上となっていることを特徴とす
    る請求項５９記載の画像表示装置。
71. 【請求項７１】 偏光選択性ホログラム光学素子のホロ
    グラム面と反射型空間光変調素子の反射面とは、光学的
    に平行ではない位置関係となっていることを特徴とする
    請求項５９記載の画像表示装置。
72. 【請求項７２】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の波長依存性の互いに異なる複数のホログラム層
    により構成されていることを特徴とする請求項５９記載
    の画像表示装置。
73. 【請求項７３】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の再生光入射角依存性の互いに異なる複数のホロ
    グラム層により構成されていることを特徴とする請求項
    ５９記載の画像表示装置。
74. 【請求項７４】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の波長依存性の互いに異なる複数のホログラムが
    １つのホログラム層に多重されて構成されていることを
    特徴とする請求項５９記載の画像表示装置。
75. 【請求項７５】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の再生光入射角依存性の互いに異なる複数のホロ
    グラムが１つのホログラム層に多重されて構成されてい
    ることを特徴とする請求項５９記載の画像表示装置。
76. 【請求項７６】 偏光選択性ホログラム光学素子は、液
    晶材料を有して構成されていることを特徴とする請求項
    ５９記載の画像表示装置。
77. 【請求項７７】 反射型空間光変調素子は、長方形形状
    をしており、長辺方向が、偏光選択性ホログラム光学素
    子への照明光の入射方向に一致していることを特徴とす
    る請求項５９記載の画像表示装置。
78. 【請求項７８】 照明光を放射する光源と、 屈折率の入射偏光方位依存性が互いに異なる２つの領域
    を順次積層した構造を有し入射光を回折させる偏光選択
    性ホログラム光学素子と、 上記照明光を上記偏光選択性ホログラム光学素子に入射
    させる照明光学系と、 上記偏光選択性ホログラム光学素子により回折された照
    明光の偏光状態を変調する反射型空間光変調素子と、 上記反射型空間光変調素子を経た照明光を観察者の瞳に
    導く虚像観察光学系とを備え、 上記偏光選択性ホログラム光学素子は、上記照明光学系
    により、照明光受光面の法線に対して３０°以上９０°
    未満の入射角で照明光が入射され、該照明光のＰ偏光成
    分もしくはＳ偏光成分を回折させて上記反射型空間光変
    調素子に向けて出射するとともに、この反射型空間光変
    調素子により位相変調されて再入射する照明光のうち、
    １回目の入射において回折される偏光成分の偏光方向に
    直交する偏光方向である偏光成分に対する回折効率が１
    ０％以下であることにより、この偏光成分を７０％以上
    透過させ、 上記虚像観察光学系は、上記偏光選択性ホログラム光学
    素子の透過光を観察者の瞳に導くことを特徴とする画像
    表示装置。
79. 【請求項７９】 偏光選択性ホログラム光学素子の２つ
    の領域の一方は、屈折率異方性を有し、他方は屈折率等
    方性を有することを特徴とする請求項７８記載の画像表
    示装置。
80. 【請求項８０】 回折効率が１％以下であることを特徴
    とする請求項７８記載の画像表示装置。
81. 【請求項８１】 光源の発光部は、長方形形状をしてお
    り、短辺方向が、偏光選択性ホログラム光学素子への照
    明光の入射方向に一致していることを特徴とする請求項
    ７８記載の画像表示装置。
82. 【請求項８２】 照明光学系は、照明光のうち、偏光選
    択性ホログラム光学素子の回折効率が最大となる偏光方
    位の成分について、偏光方位を９０°回転させる偏光変
    換手段を備えていることを特徴とする請求項７８記載の
    画像表示装置。
83. 【請求項８３】 光源、または、照明光学系は、照明光
    の全波長帯域のなかの複数の特定波長帯域のみを時間的
    に順次透過させる時間順次波長帯域切り替え手段を備え
    ていることを特徴とする請求項７８記載の画像表示装
    置。
84. 【請求項８４】 照明光学系は、偏光選択性ホログラム
    光学素子と反対符号のベンド角を有する補正用偏光選択
    性ホログラム光学素子を備えていることを特徴とする請
    求項７８記載の画像表示装置。
85. 【請求項８５】 補正用偏光選択性ホログラム光学素子
    は、偏光選択性ホログラム光学素子と同一素子であるこ
    とを特徴とする請求項８４記載の画像表示装置。
86. 【請求項８６】 偏光選択性ホログラム光学素子に光学
    的に密着し、少なくとも照明光が略垂直に入射する第１
    の光学面と該反射型空間光変調素子による反射光が略垂
    直に射出する第２の光学面とを有するカップリングプリ
    ズムを備え、 上記偏光選択性ホログラム光学素子は、照明光を、照明
    光受光面の法線に対して６０°以上９０°未満の入射角
    で入射されることを特徴とする請求項７８記載の画像表
    示装置。
87. 【請求項８７】 カップリングプリズムは、反射型空間
    光変調素子による照明光の正反射光が略垂直に入射する
    光吸収層が設けられた第３の光学面を有していることを
    特徴とする請求項８６記載の画像表示装置。
88. 【請求項８８】 虚像観察光学系は、反射型空間光変調
    素子による変調光のうちの偏光選択性ホログラム光学素
    子において透過する偏光方位の成分を選択的に透過させ
    る偏光選択手段を備えていることを特徴とする請求項７
    ８記載の画像表示装置。
89. 【請求項８９】 偏光選択性ホログラム光学素子は、Ｐ
    偏光光である照明光を入射されることを特徴とする請求
    項７８記載の画像表示装置。
90. 【請求項９０】 偏光選択性ホログラム光学素子は、ホ
    ログラム面に対する光線の入射角と回折射出角の差であ
    るベンド角が、３０°以上となっていることを特徴とす
    る請求項７８記載の画像表示装置。
91. 【請求項９１】 偏光選択性ホログラム光学素子のホロ
    グラム面と反射型空間光変調素子の反射面とは、光学的
    に平行ではない位置関係となっていることを特徴とする
    請求項７８記載の画像表示装置。
92. 【請求項９２】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の波長依存性の互いに異なる複数のホログラム層
    により構成されていることを特徴とする請求項７８記載
    の画像表示装置。
93. 【請求項９３】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の再生光入射角依存性の互いに異なる複数のホロ
    グラム層により構成されていることを特徴とする請求項
    ７８記載の画像表示装置。
94. 【請求項９４】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の波長依存性の互いに異なる複数のホログラムが
    １つのホログラム層に多重されて構成されていることを
    特徴とする請求項７８記載の画像表示装置。
95. 【請求項９５】 偏光選択性ホログラム光学素子は、回
    折効率の再生光入射角依存性の互いに異なる複数のホロ
    グラムが１つのホログラム層に多重されて構成されてい
    ることを特徴とする請求項７８記載の画像表示装置。
96. 【請求項９６】 偏光選択性ホログラム光学素子は、液
    晶材料を有して構成されていることを特徴とする請求項
    ７８記載の画像表示装置。
97. 【請求項９７】 反射型空間光変調素子は、長方形形状
    をしており、長辺方向が、偏光選択性ホログラム光学素
    子への照明光の入射方向に一致していることを特徴とす
    る請求項７８記載の画像表示装置。