JP2002090538A

JP2002090538A - 偏光分離素子及び画像表示装置

Info

Publication number: JP2002090538A
Application number: JP2000282684A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takegawa; 洋武川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-09-18
Filing date: 2000-09-18
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】高出力光から偏光度の高い直線偏光を検波す
ることができ、反射型空間光変調素子とともに用いて画
像表示ができるとともに、この反射型空間光変調素子に
対する照明光学系にも用いることができるものを提供す
る。【解決手段】互いに直交する偏光成分ごとに回折効率
が異なる偏光選択性ホログラム３と、この偏光選択性ホ
ログラム３を経た回折光及び非回折光が入射されるプリ
ズム１３とを備える。プリズム１３では、非回折光は、
少なくとも１回以上内部全反射されて射出され、回折光
は、内部反射されることなく射出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、任意の光線より特
定の偏光方位のみを有する直線偏光光を選択分離する偏
光分離素子、及び、空間光変調素子を用いた画像表示装
置、特に反射型空間光変調素子を用いた投射型画像表示
装置及び虚像表示装置として構成される画像表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、以下に述べるように、種々の偏光
分離素子及びこれら偏光分離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）偏光板最も低コストな直線偏光選択分離素子としては、ポリカ
ーボネートやポリビニルアルコール製フィルムを１方向
に伸ばした１軸延伸フィルムからなる偏光板が一般的で
ある。この偏光板に光束を入射させると、一定の方向の
直線偏光のみが、偏光板を透過する。

【０００４】（２）偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢ
Ｓという）大きなパワーを有する光を長時間に亘って偏光分離する
ことが可能な光学素子としては、ＰＢＳが知られてい
る。このＰＢＳは、偏光分離手段として誘電体多層膜を
積層した構造を採っているため、ほとんどエネルギー吸
収がなく、大パワーの光束を入射させても性能劣化や破
損が生じにくい。

【０００５】また、このＰＢＳを反射型空間光変調素子
を用いた投射型画像表示装置に用いた例を図１３を用い
て説明する。ここでは、一般的な反射型空間光変調素子
（この例の場合、反射型ＴＮ液晶パネル）を用いた投射
型画像表示装置の構成と動作原理を説明する。

【０００６】ランプ光源２４１より射出された光束は、
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１０２に入射する。この照明光
学系１０２は、図示しないＰ−Ｓ偏光変換器を有してい
る。このＰ−Ｓ偏光変換器は、無偏光状態の光束を、Ｐ
偏光、または、Ｓ偏光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ものである。この例の場
合、照明光学系１０２を通過した光束は、主に紙面に垂
直な方向に電気ベクトルが振動する偏光状態、つまり、
赤色光反射のダイクロイックミラー１０３の反射面に対
してＳ偏光となっている。

【０００７】照明光学系１０２を射出した光束は、赤色
光反射のダイクロイックミラー１０３により、赤色光の
み進行方向を９０°曲げられ、続いてこの光束は、ミラ
ー１０４で反射され、赤色光用偏光ビームスプリッタ
（以下、赤色光用ＰＢＳという）１１３に入射する。こ
の赤色光用ＰＢＳ１１３に入射した光束は、この赤色光
用ＰＢＳ１１３の誘電体膜１１３ａにより、Ｓ偏向成分
のみが反射され、入射偏光として、赤色光用反射型ＴＮ
液晶パネル１１４に入射する。入射偏光は、赤色光用反
射型ＴＮ液晶パネル１１４において、入力信号に応じて
偏光変調をなされる。

【０００８】赤色光用反射型ＴＮ液晶パネル１１４に
て、偏光状態が変調されて反射した光束は、再び赤色光
用ＰＢＳ１１３の誘電体膜１１３ａに入射し、ここでＰ
偏光のみが透過するよう検波されることによって、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１０９に入射
する。

【０００９】一方、赤色光を反射するダイクロイックミ
ラー１０３を透過した光束は、続いて配置された緑色光
反射のダイクロイックミラー１１０に入射する。この緑
色光反射のダイクロイックミラー１１０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。

【００１０】分離された緑色光、青色光は、それぞれ前
述の赤色光の場合と同じように、ＰＢＳ１１５，１１７
において、誘電体膜１１５ａ，１１７ａによってＳ偏光
成分のみが反射され、緑色光用反射型ＴＮ液晶パネル１
１６、青色光用反射型ＴＮ液晶パネル１１８にそれぞれ
入射する。緑色光用反射型ＴＮ液晶パネル１１６及び青
色光用反射型ＴＮ液晶パネル１１８において偏光状態が
変調されて反射した光束は、再びＰＢＳ１１５，１１７
の誘電体膜１１５ａ、１１７ａに入射し、ここでＰ偏光
のみが透過するよう検波され、偏光変調が輝度変調に変
換される。

【００１１】そして、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１０９に入射する。
表示画像に応じて各色光用反射型ＴＮ液晶パネル１１
４，１１６，１１８にてそれぞれ変調された赤色、緑
色、青色の３つの光束は、クロスダイクロイックプリズ
ム１０９において合成され、続いて、投射光学系１１１
に入射し、スクリーン１１２上に結像される。

【００１２】（３）ホログラムを用いた偏光分離素子上述のような偏光分離素子とは別に、例えば、特開平１
１−２７１５３３号公報には、図１４に示すように、ホ
ログラムを利用した偏光分離素子が記載されている。こ
の偏光分離素子の偏光依存性ホログラム２０１は、入射
光Ｉのうち、主にＰ偏光光またはＳ偏光光のどちらか一
方を回折させて回折光Ｅ２とし、他方は回折せずに透過
させて透過光Ｅ１とする。これら２つの偏光光である回
折光Ｅ１及び透過光Ｅ２は、偏光依存性ホログラム２０
１に光学的に密着接合された硝子基板２０２に入射す
る。この硝子基板２０２においては、偏光依存性ホログ
ラム２０１において回折された回折光Ｅ２は、硝子基板
２０２と空気との界面にて全反射条件を満たす入射角度
にて入射するため、硝子基板２０２内で全反射し、この
硝子基板２０２を透過することはできない。一方、偏光
依存性ホログラム２０１において回折されずに直進した
透過光Ｅ１は、硝子基板２０２をそのまま透過する。以
上が、Ｐ偏光光とＳ偏光光とを分離する原理である。こ
の偏光分離素子の場合、一方の偏光成分の光の吸収がな
いために耐久性にも優れており、また、ＰＢＳのように
誘電体多層膜を用いていないため、小型軽量であり、ま
た、低コストで製造することができる。

【００１３】（４）ホログラム偏光分離素子を用いた画
像表示装置偏光選択性ホログラムを利用した偏光分離素子を画像表
示装置に応用した例としては、図１５に示すように、特
開平１１−２７１５３号公報に記載されている構成の画
像表示装置が提案されている。この画像表示装置は、自
然光、あるいは、室内光を利用することにより、低消費
電力化及び小型化を達成することができる反射型液晶表
示装置の例である。

【００１４】すなわち、この画像表示装置において、Ｐ
偏光及びＳ偏光を含む外光Ｌがホログラム素子３０２に
入射すると、この外光ＬのＰ偏光成分は回折されずに直
進し、Ｓ偏光成分は回折されて、このＳ偏光成分が液晶
素子３０１にたいして略々垂直に入射する。液晶素子３
０１に入射した光は、各画素の領域を通過しミラー３０
３により反射される。ミラー３０３に反射された光は、
再び液晶素子３０１の各画素領域を通過し、各画素に印
可された電圧に応じて偏光方向を変調されて、ホログラ
ム素子３０２に入射する。ホログラム素子３０２に再入
射したＳ偏光光は、再び回折され外光Ｌの入射方向に戻
されるため、観察者の視野に入らない。一方、ホログラ
ム素子３０２に再入射したＰ偏光光は、回折されること
なくホログラム素子３０２を透過して、観察者によって
認識される。

【００１５】（５）空間光変調子（反射型ＦＬＣ空間光
変調子）空間光変調素子（Spatial Light Modulator：ＳＬＭ）
は、映像信号が入力され、その映像信号における画像デ
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。空間光変調素子には、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
素子により反射される光を変調する反射型とがある。

【００１６】反射型空間光変調素子としては、液晶、デ
ジタルマイクロミラー等を使用して構成されたものが提
案されている。特に、液晶を使用するものは、液晶型空
間光変調素子と称される。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）モード型のツィ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ィ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（以
下、ＦＬＣという）動作モードを使用するＦＬＣ型の液
晶がある。

【００１７】ここで説明する反射型空間光変調素子は、
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させて
反射する。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。これらのうち、反射型ＦＬＣ空
間光変調子を例に挙げて、その構造と動作原理を説明す
る。

【００１８】図１６を参照して、ＦＬＣを用いた反射型
空間光変調素子の構造及び動作原理を説明する。ＦＬＣ
反射型空間光変調素子４００は、一対の電極部とその間
に挿入された液晶材料４０５とを含んで構成されてい
る。上側の電極部は、ガラス基板４０１Ａとその内側
（下側）の透明電極４０２Ａとその内側（下側）の配向
膜４０３Ａとを含み、下側の電極部は、シリコン基板４
０１Ｂとその内側（上側）のアルミ電極４０２Ｂとその
内側（上側）の配向膜４０３Ｂとを含む。アルミ電極４
０２Ｂは、反射膜としても機能する。上側の電極部のガ
ラス基板４０１Ａの外側（上側）には、偏光子４０４が
配置されている。

【００１９】図１６中の（Ａ）は、透明電極４０２Ａ及
びアルミ電極４０２Ｂ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１６中の（Ｂ）は、透明
電極４０２Ａ及びアルミ電極４０２Ｂに第２の方向の電
圧が印加された第２の電圧方向状態を示す。図１６中の
（Ｃ）に示すように、第１の電圧方向状態では、液晶材
料４０５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、液晶材料４０５は、入射
偏光に対して複屈折効果を示す。

【００２０】図１６中の（Ａ）の第１の電圧方向状態で
は、液晶材料４０５は複屈折効果を示さないから、偏光
子４０４から入射した偏光４０７Ａは、液晶材料４０５
を透過し、偏光状態を変えることなく、アルミ電極（反
射膜）４０２Ｂに到達する。アルミ電極（反射膜）４０
２Ｂにおいて反射された偏光４０７Ｂは、再び液晶材料
４０５を透過し、偏光状態を変えることなく、偏光子４
０４に到達する。すなわち、入射光の偏波状態と同一の
偏光状態の光が偏光子４０４に戻る。したがって、偏光
子４０４より出射光４０７Ｂが得られる。

【００２１】そして、上述した反射型ＦＬＣ空間光変調
素子においては、図１６中の（Ｂ）に示す第２の電圧方
向状態では、偏光子４０４を介して入射した偏光４０７
Ａは、液晶材料４０５を透過することによって複屈折効
果を受け、直線偏光であったものが円偏光に変化する。
円偏光はアルミ電極（反射膜）４０２Ｂにより反射さ
れ、それによって円偏光４０７Ｂの回転方向は反対方向
となる。回転方向が反対となった円偏光４０７Ｂは、再
び液晶材料４０５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。この直線偏光は、偏光子４０４
の偏光方向と直交しており、したがって、偏光子４０４
を通過しない。

【００２２】他の反射型空間光変調素子も、液晶材料、
動作モードの違いはあるものの、基本構造はこれに略々
等しい構造である。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上述したような偏光分
離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。

【００２４】（１）偏光板上述した偏光板においては、透過軸に一致した偏光成分
の光を透過させる一方、これに直交する偏光成分の光は
ほぼ吸収するため、大きなパワーを有する光を長時間当
て続けると、光エネルギーの吸収により温度上昇を起こ
る。この温度上昇により、偏光板の偏光度、透過率とい
った性能が劣化するという問題がある。

【００２５】このことは、特に、高出力ランプを光源と
して使用する投射型画像表示装置の照明光学系や空間光
変調素子に用いる場合には注意を要する。

【００２６】（２）ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）上述したＰＢＳを画像表示装置に用いる場合において
は、ＰＢＳは通常はガラス製であるため、画像表示装置
の重量が大きくなるという問題がある。また、ＰＢＳの
作成には、複屈折及び熱歪みの少ない良質なガラス材を
用い、また、Ｐ偏光及びＳ偏光の分離のために誘電体多
層膜を用いるため、高価であるという問題もある。

【００２７】また、上述した画像表示装置の場合におい
ては、誘電体多層謨による偏光分離機能の性能の限界に
より、偏光分離特性の入射波長依存性及び入射角度依存
性が大きく、高コントラスト、高均一性、高色再現性を
実現することが難しいという問題がある。

【００２８】（３）ホログラムを用いた偏光分離素子上述した図１４に示すホログラムを用いた偏光分離素子
においては、ホログラム２０１が、屈折率の互いに異な
る２つの等方性材料領域が積層された構造を持つ通常の
位相変調型ホログラムであるため、Ｐ偏光及びＳ偏光そ
れぞれに対する回折効率の差を大きくとれないという問
題がある。原理的には、コゲルニック（Kogelnik）の結
合波理論により、ある条件において、どちらかの偏光の
み１００％回折し他方の回折効率を０％とすることは可
能であるが、この理論は近似理論であって、現実には、
回折効率の差を７０％以上とすることは困難である。ま
た、回折するよう意図した偏光光の回折効率を７０％以
上としながら、回折させないよう意図した偏光光の回折
効率を５％以下とすることは現実的ではないため、回折
しない偏光光を全反射させずに取り出して用いる上述し
た偏光分離素子のような場合、その偏光度を高くするこ
とはできない。

【００２９】さらに、上述した偏光分離素子は、通常の
偏光板の代替としての利用のみが考慮されており、上述
したＰＢＳのように、反射型画像表示装置とともに用い
る場合のような光線の往路とともに復路も利用するよう
な応用例については考慮されていない。また、この偏光
分離素子をそのままＰＢＳのように応用すると、反射型
画像表示素子によって偏光方向を変換された戻り光（通
常の白表示状態）が再びホログラムを通過する際に、該
ホログラム１にて回折されてしまうため、良好な画像表
示が行えないという問題がある。

【００３０】（４）ホログラム偏光分離素子を用いた画
像表示装置そして、上述した図１５に示すホログラム偏光分離素子
は、反射型空間光変調素子の照明手段に応用することは
できない。これは、以下のような理由による。

【００３１】すなわち、反射型空間光変調素子を用いた
投射型画像表示装置においては、反射型空間光変調素子
から射出された光線を検波した直後のコントラストは、
少なくとも１００：１、通常は３００：１以上が要求さ
れる。ところで、この液晶素子の照明方式の場合、液晶
素子３０１に対して入射する光の所望の偏光成分のみで
はなく、これに直交する偏光成分も斜め方向から入射す
る。この斜め方向から入射する光は、液晶素子３０１を
透過後、ミラー３０３にて正反射され、ミラー３０３の
表面粗度が非常に高い場合には、観察者の視野にはいる
ことはほとんどない。このため、液晶素子３０１内にお
ける斜め入射光の散乱光の影響を除けば、コントラスト
の大幅な劣化を回避することができる可能性はある。と
ころが、反射型空間光変調素子の場合には、画像表示素
子が液晶素子とミラーというような分離した構造をとっ
ておらず、液晶層の直後に画素電極を兼ねたセグメンテ
ーションされたアルミパッドを反射板として備えた構造
を有している。このため、たとえ斜め方向から入射した
光線においても、回折、散乱の影響により、多くの光が
反射型空間光変調素子に対して垂直方向に反射してしま
う。この光は、通常、反射型空間光変調素子の白表示の
偏光方向と一致しているため、検波手段により遮断され
ることがなく、後段の投射光学系に入射し、表示画像の
コントラストを著しく劣化させる要因となり得る。

【００３２】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、大きなエネルギーを有する光
（高出力光）から偏光度の高い直線偏光を検波すること
ができ、また、反射型空間光変調素子とともに用いて画
像表示装置を構成できるとともに、この反射型空間光変
調素子に対する照明光学系にも用いることができる偏光
分離素子を提供し、また、この偏光分離素子を用いて構
成された画像表示装置を提供しようとするものである。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係る偏光分離素子は、入射光に含まれる互
いに偏光方向が直交する２つの偏光成分ごとに、回折効
率が異なる偏光選択性ホログラムと、この偏光選択性ホ
ログラムを経た回折光及び非回折光が入射されるプリズ
ムとを備えている。そして、プリズムに入射された非回
折光は、該プリズム内において、少なくとも１回以上内
部全反射された後に、このプリズムの射出面より射出さ
れ、プリズムに入射された上記回折光は、該プリズム内
において内部反射されることなく、このプリズムから射
出される。

【００３４】また、本発明に係る偏光分離素子において
は、偏光選択性ホログラムにおいて、入射光が、３０°
以上の入射角を有して入射されることとし、プリズムに
入射された回折光は、該プリズム内において、少なくと
も１回以上内部全反射された後にこのプリズムの射出面
より射出され、プリズムに入射された非回折光は、該プ
リズム内において内部反射されることなくこのプリズム
から射出されることとしたものである。

【００３５】そして、本発明に係る画像表示装置は、光
源と、本発明に係る偏光分離素子と、光源より放射され
た照明光を偏光分離素子の偏光選択性ホログラムに入射
光として導く照明光学系と、偏光分離素子のプリズムよ
り射出された偏光選択性ホログラムによる回折光の偏光
状態を変調する反射型空間光変調素子と、空間光変調素
子により変調され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構成されているものである。

【００３６】また、本発明に係る画像表示装置は、本発
明に係る偏光分離素子と、プリズムより射出された偏光
選択性ホログラムによる回折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構成され、偏光選択性ホ
ログラムは、入射光のＰ偏光成分、または、Ｓ偏光成分
を、反射型空間光変調素子に向けて回折させるととも
に、反射型空間光変調素子により位相変調されて再入射
する変調光のうち、一回目の入射において回折させられ
た偏光成分の偏光方向に直交する偏光方向の偏光成分に
対する回折効率が１０％以下であって、該偏光成分を７
０％以上透過させることを特徴とするものである。

【００３７】さらに、本発明に係る画像表示装置は、反
射型空間光変調素子により変調された照明光をスクリー
ン上に投射する投射光学系を備えたものである。

【００３８】また、本発明に係る画像表示装置は、反射
型空間光変調素子により変調された照明光を観察者の瞳
に導く虚像観察光学系を備えたものである。

【００３９】

【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。

【００４０】（１）垂直配向ホログラフィックＰＤＬＣ
パネルまず、本発明に係る偏光分離素子、画像表示装置などに
用いる偏光選択性ホログラムとして、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用
いたホログラフィックＰＤＬＣパネルについて、その構
造と製造プロセスを図１を参照して説明する。

【００４１】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）、ネマティック液晶、開始剤、色
素などが混合されたＰＤＬＣ９を一対のガラス基板１，
２間に挟み込む。このとき、ネマティック液晶の重量割
合は、全体の３０％程度とする。また、このＰＤＬＣ９
の層厚（以下、セルギャップという）は、３μｍ乃至１
５μｍ程度の範囲で、偏光選択性ホログラムの仕様にあ
わせて最適値を選ぶ。

【００４２】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ＰＤＬＣ９中のプレポリマーが光
重合を起こしポリマー化する。そのため、プレポリマー
が周辺部から次々に供給され、結果的には、ポリマー化
したプレポリマーが密な領域と疎の領域とに分かれる。

【００４３】プレポリマーが疎の領域は、ネマティック
液晶の濃度が高くなる。こうして、高分子領域６と、液
晶領域７との２つの領域が形成される。この実施の形態
においては、物体光４と参照光５とがＰＤＬＣパネル３
に対して同じ側から照射されているため、製造される偏
光選択性ホログラムは透過型となる。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側から照
射すれば、反射型の偏光選択性ホログラムを製造するこ
とができる。

【００４４】ところで、前述のようにして製造されたＰ
ＤＬＣパネル３の高分子領域６は、屈折率に関し等方的
で、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では、ネマティック液晶
分子が、その長軸を高分子領域６との境界面に対して略
々垂直となして配向している。このため、この液晶領域
７では、屈折率は、入射偏光方位依存性を有している。
この場合において常光線となるのは、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。そして、この液晶領域７の常光線屈折率
ｎloを、高分子領域６の屈折率ｎｐに略々等しく、例え
ば、屈折率差を０．００５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小さく、回折現象はほとん
ど生じない。

【００４５】そして、一般にネマティック液晶の常光線
屈折率ｎloと異常光線屈折率ｎleとの差△ｎは、０．１
乃至０．２程度はあるため、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との間で屈折率差を生じ、ＰＤＬＣ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。

【００４６】これが、「A.0giwara,Y.Kuratomi,T.Karas
awa,A.Kakimoto,and S.Mizuguchi,Proc.SID XXX, 1124
(1999)」などにも記載されているように、ＰＤＬＣパネ
ルを用いた偏光選択性ホログラム（以下、Ｈ−ＰＤＬＣ
パネルという）の動作原理である。

【００４７】（２）水平配向ホログラフィックＰＤＬＣ
パネル上述したホログラフィックＰＤＬＣパネルの他に、液晶
分子の配向方向を制御することによって、ホログラフィ
ックＰＤＬＣパネルの液晶の長軸（光軸方向）がホログ
ラム面内で９０°回転した構造、つまり、液晶分子が液
晶領域と高分子領域との境界面に対して水平に配向して
いる構造を有するホログラフィックＰＤＬＣパネルを製
造し、偏光選択性ホログラムとして用いることもでき
る。

【００４８】以下、このようなホログラフィックＰＤＬ
Ｃパネルの製造方法を、図２及び、図３を参照して説明
する。

【００４９】まず、ポリイミド、酸化ケイ素などを２枚
の硝子基板１，２上にスピンコートなどの手法により塗
布し、加熱処理を行うことによって、配向膜１０，１０
を形成する。次に、これら配向膜１０，１０に対して、
ローラなどを用いて一定方向にラビング処理を行う。そ
の後、一方の硝子基板１の一辺を残した周辺にシール剤
を塗布するとともに、他方の硝子基板２上には、直径４
μｍ乃至１０μｍ程度のビーズスペーサを分散させる。
これらの基板１，２を、配向膜１０，１０同士を対向さ
せて平行に配置し、これら配向膜１０，１０のラビング
方向が平行でかつ向きが反対となる状態で張り合わせる
ことによって、空セルを構成する。

【００５０】そして、この空セルのシール剤の塗布され
ていない一辺から、屈折率異方性材料を含む液状材料
９、例えば、液晶材料、プレポリマー、色素の混合材料
を注入する。このプレポリマーは、光重合性モノマー、
オリゴマー、反応開始剤などにより構成されている。液
状材料中の色素には、この透過型偏光選択性ホログラム
をアルゴンイオンレーザーなどの可視光レーザーを用い
て作製するため、可視光に対して吸収を有する色素、例
えば、ローズベンガルなどを用いる。また、液晶材料と
しては、高分子分散液晶用のツィストネマティック液晶
を用いる。液状材料を注入後、注入口を封止剤にて封止
することにより、露光前パネルが完成する。

【００５１】続いて、露光前パネルにアルゴンイオンレ
ーザーの輝線スペクトル、例えば、波長４８８ｎｍの光
束を使って干渉縞を露光する。このとき、干渉縞を生成
するアルゴンイオンレーザーからの物体光４、参照光５
はともに平行光となっており、したがって、これにより
生成される干渉縞Ｂは直線的なものになる。配向膜１０
のラビング方向が、生成される干渉縞の方向と一致する
ように配置することが液晶分子の光学軸を干渉縞に平行
となすために重要である。

【００５２】干渉縞の露光の最中は、露光前パネルの温
度、より正確には、露光前パネル中の液状材料９の温度
を２０°Ｃ乃至７０°Ｃ程度の範囲で略一定に制御して
おく。さらに、液状材料９に内在する液晶材料に対し、
より強力な配向規制を行うため、露光プロセス中に、外
部電界の印可、外部磁界の印可、または、光照射を行っ
てもよい。

【００５３】干渉縞の光子エネルギーにより、干渉縞の
明部ではモノマーが光重合によりポリマー化する。これ
により、干渉縞の明部は、主に光重合したポリマー層と
して等方性領域６が構成され、暗部では、ポリマー形成
のためにモノマーが消費されるため、結果的に液晶を多
く含んだ異方性領域７が形成される。この過程は、光誘
起相分離と呼ばれている。干渉縞の暗部に集まった液晶
分子は、配向膜１０やその他外的制御手段による配向規
制力により、直線的な干渉縞に光学軸を平行として配向
される。

【００５４】この後、残存モノマーや色素を固定もしく
は破壊するめ、紫外線照射を行う。これは、定着工程と
よばれる。この定着工程をもって、ホログラム素子の製
造工程は完了する。

【００５５】続いて動作原理について図４を参照して説
明する。図４に示すように、Ｐ偏光光１及びＳ偏光光１
２が、入射角θinにて、ホログラム光学素子３に入射す
る。ホログラム光学素子３は、硝子基板１、２、配向膜
１０，１０、ホログラム層９にて構成されている。さら
に、ホログラム層９は、異方性領域７と等方性領域６と
が交互に積層した状態となっている。

【００５６】入射したＰ偏光光１１に対する異方性領域
７の屈折率は、異方性領域７内の液晶分子の光学軸が干
渉縞に対して略平行になっているため、入射角θinに寄
らず、常に異方他領域７の常光線屈折率ｎoとなる。一
方、等方性領域６の屈折率は、常にｎpolyとなる。ここ
で、ｎoとｎpolyとが略々等しくなるように設計するこ
とにより、入射Ｐ偏光光１１に対して回折を生じさせる
ことを無くすことが可能となる。

【００５７】また、入射Ｓ偏光光１２に対する異方性領
域７の屈折率においても、異方性領域７内の液晶分子の
光学軸が干渉縞に対して略々平行になっているため、入
射角θinに依らず、常に異方性領域７の異常光線屈折率
ｎeとなる。一方、等方性領域６の屈折率は常にｎpoly
となる。ここで、ｎoとｎpolyとが等しいとすると、こ
のホログラムの入射Ｓ偏光光１２に対する屈折率変調度
は、常に、以下のように表せる。｜ｎe−ｎo｜

【００５８】（３）本発明に係る偏光分離素子の第１の
実施の形態（非回折光全反射型）本発明に係る偏光分離素子の第１の実施の形態を図５に
示す。この偏光分離素子は、偏光選択性ホログラム３と
全反射プリズム１３とが光学的に密着された構成となっ
ている。

【００５９】この実施の形態においては、偏光選択性ホ
ログラム３として、上述した水平配向ホログラフィック
ＰＤＬＣパネルを用いている。動作は、以下のようであ
る。すなわち、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分を含む入射光
１９が、偏光選択性ホログラム３に入射する。偏光選択
性ホログラム３に入射した入射光１９のうち、図５にお
いて紙面に垂直な偏光方向であるＳ偏光成分は、偏光選
択性ホログラム３において多くが回折され、進行方向を
曲げられる。一方、図５において紙面に平行な偏光方向
であるＰ偏光成分は、偏光選択性ホログラム３において
ほとんど回折されることなく、該偏光選択性ホログラム
３を直進して透過する。

【００６０】これらの回折光１４と非回折光（０次光）
１５は、続いて配置される全反射プリズム１３に第１の
光学面から入射する。そして、回折光１４は、対向する
第２の光学面１６に対する入射角が小さいため、該第２
の光学面１６において全反射プリズム１３から射出する
が、非回折光１５は、全反射プリズム１３の第２の光学
面１６に対する入射角が全反射条件を満たす以上に大き
いため、ここで全反射され、対向する第３の光学面１７
において全反射プリズム１３より射出する。これによ
り、入射光１９から、Ｐ偏光光及びＳ偏光光が分離され
る。なお、回折光１４を吸収するために、全反射プリズ
ム１３の第２の光学面１６に対向させて、光吸収層１８
を設けてもよい。

【００６１】この偏光分離素子に用いられるホログラム
の作成方法を以下に簡単に説明する。すなわち、図６に
示すように、全反射プリズム３に光学的に密着させたＰ
ＤＬＣパネル３に対して、同一レーザー光源から射出し
たレーザー光を２つに分けて、それぞれ物体光１９、参
照光２０として照射する。これら物体光１９及び参照光
２０は、いずれも、偏光選択性ホログラム３に対し、図
６において紙面に垂直な偏光方向であるＳ偏光である。
これにより、前述したように生成される干渉縞にそって
ホログラムが形成される。

【００６２】（４）本発明に係る偏光分離素子の第２の
実施の形態（回折光全反射型）次に、図７に示すように、本発明に係る偏光分離素子の
第２の実施の形態について説明する。

【００６３】偏光選択性ホログラム３と全反射プリズム
１３とが光学的に密着された構成となっている。この実
施の形態においては、偏光選択性ホログラム３として、
上述した水平配向ホログうフィックＰＤＬＣパネルを用
いている。また、回折光の高帯域化及び高受容角化を目
的として、ホログラム層を４層構造としている。これら
４層のホログラム層は、干渉縞、層厚などがそれぞれ異
なっており、回折効率の波長依存性、入射角依存性など
が異なっている。

【００６４】動作は、以下のようである。Ｐ偏光成分及
びＳ偏光成分を含む入射光１９が、偏光選択性ホログラ
ム３に斜め方向から入射する。偏光選択性ホログラム２
に入射した入射光１９のうち、図７において紙面に垂直
な偏光方向であるＳ偏光成分は、偏光選択性ホログラム
３において多くが回折され、進行方向を曲げられる。一
方、図７において紙面に平行な偏光方向であるＰ偏光成
分は、ほとんど回折されることなく偏光選択性ホログラ
ム３を直進して透過する。

【００６５】これら回折光１４と非回折光１５は、続い
て配置された全反射プリズム１３に第１の光学面から入
射する。そして、非回折光（０次光）１５は、対向する
第２の光学面６に対する入射角が小さいため、該第２の
光学面６より射出するが、回折光１４は、全反射プリズ
ム３の第２の光学面６に対する入射角が全反射条件を満
たす以上に大きいため、この第２の光学面６で全反射さ
れ、第３の光学面７より射出する。これにより、入射光
１９からＰ偏光光及びＳ偏光光が分離される。なお、非
回折光５を吸収するために、全反射プリズム１３の第２
の光学面１６に対向させて、光吸収層１８を設けてもよ
い。

【００６６】（５）本発明に係る反射型画像表示装置の
実施の形態本発明による画像表示装置の実施の形態を図８に示す。
偏光選択性ホログラム３が全反射プリズム１３に光学的
に密着されており、この偏光選択性ホログラム３と略平
行に、全反射プリズム１３を挾むようにして、反射型空
間光変調素子２１が配置されている。

【００６７】さらに、この反射型空間光変調素子２１と
全反射プリズム１３との間には、全反射プリズム１３と
等しい頂角を有する補正プリズム２２が、全反射プリズ
ム１３と等しい頂角どうしを錯角関係として配置されて
いる。

【００６８】この画像表示装置の動作を以下に説明す
る。すなわち、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを含む入射光
１９が、偏光選択性ホログラム３に斜めに入射する。こ
の実施の形態においては、この偏光選択性ホログラム３
としては、上述した垂直配向ホログラフィックＰＤＬＣ
パネルを用いている。このため、偏光選択性ホログラム
３に入射したＰ偏光成分は、その多くが回折光１４とな
り、全反射プリズム１３内を反射型空間光変調素子２１
に向かう。一方、偏光選択性ホログラム３に入射したＳ
偏光成分は、その多くが非回折光（０次光）１５とな
り、一部は再び偏光選択性ホログラム３に戻り入射面に
て再び全反射し、最終的には略々すべての光線が、光吸
収面１８にて吸収される。

【００６９】偏光選択性ホログラム３にて回折したＰ偏
光光１４は、光路中に配置される補正プリズム２２を経
て、反射型空間光変調素子２１に略々垂直に入射する。
この実施の形態においては、反射型空間光変調素子２１
として、反射型垂直配向液晶パネルを用いている。反射
型空間光変調素子２１に入射したＰ偏光光は、反射型空
間光変調素子２１の各画素のオン（ＯＮ），オフ（ＯＦ
Ｆ）に応じて、その偏光方向を変えられ、Ｓ偏光光に変
換されるか、または、そのままＰ偏光光として反射され
る。

【００７０】反射型空間光変調素子２１においてＰ偏光
光として反射された光線は、再び補正プリズム２２、全
反射プリズム１３を経て、偏光選択性ホログラム３に入
射する。このように偏光選択性ホログラム３に再入射し
たＰ偏光光は、再び回折され光線入射方向Ａに戻る。一
方、反射型空間光変調素子２１においてＳ偏光光に変換
されて反射された光線は、同様に補正プリズム２２、全
反射プリズム１３を経て、偏光選択性ホログラム３に入
射する。このように偏光選択性ホログラム３に再入射し
たＳ偏光光は、偏光選択性ホログラム３にて回折されな
いため、偏光選択性ホログラム３を直進して透過し、観
察領域２３に到達する。

【００７１】（６）本発明に係る画像表示装置（投射
型）の第１の実施の形態以上に説明した偏光分離素子を用いて、カラー投射型の
画像表示装置を構成した第１の実施の形態を、図９を参
照して説明する。

【００７２】ランプ光源２４より射出された光束は、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２５に入射する。この照明光学系
２５には、無偏光状態の光束を、Ｐ偏光か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Ｐ−Ｓ偏光変換器とよばれる光学ブロックが含まれて
いる。この実施の形態の場合、照明光学系２５を通過し
た光束は、図９において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、続いて入射する偏光分
離素子の偏光選択性ホログラム３に対してＳ偏光となる
よう変換される。

【００７３】照明光学系２５を射出した光束は、偏光選
択性ホログラム３にて、そのＳ偏光成分は回折されるこ
となく直進して全反射プリズム１３に第１の光学面より
入射し、この全反射プリズム１３の第２の光学面（全反
射面）１６にて９０°進行方向が変えられた後、第３の
光学面１７において全反射プリズム１３から射出され
る。偏光選択性ホログラム３は、全反射プリズム１３の
第１の光学面に光学的に密着されている。

【００７４】一方、Ｐ−Ｓ偏光変換器にて変換されずに
残ったＰ偏光光は、偏光選択性ホログラム３にて図９中
の矢印Ａ方向に回折され、第２の光学面（全反射面）１
６において全反射プリズム１３から射出する。このた
め、偏光分離素子から射出される照明光は、そのほとん
どがＳ偏光光となる。この照明光は、コンデンサレンズ
２６を経て、緑、赤色光反射のダイクロイックミラー２
７により、緑色光、赤色光の進行方向が９０°曲げら
れ、続いて、緑色光反射のダイクロイックミラー２８に
て、緑色光のみが反射される。

【００７５】このようにして、照明光は、青（Ｂ）、緑
（Ｇ）、赤（Ｒ）色光それぞれに分離される。青（Ｂ）
色光は、コンデンサレンズ３５、ミラー３６、コンデン
サレンズ３７を経て、透過型液晶空間光変調素子（青色
用）３８に入射する。緑（Ｇ）色光は、コンデンサレン
ズ３９を経て、透過型液晶空間光変調素子（緑色用）４
０に入射する。赤（Ｒ）色光は、コンデンサレンズ２
９、ミラー３０、コンデンサレンズ３１、ミラー３２、
コンデンサレンズ３３を経て、透過型液晶空間光変調素
子（赤色用）３４に入射する。

【００７６】各透過型液晶空間光変調素子３８，４０，
３４を透過した照明光は、クロスダイクロイックプリズ
ム４１において色合成され、投射光学系４２により、図
示しないスクリーン上に投影される。

【００７７】この画像表示装置においては、各透過型液
晶空間光変調素子３８，４０，３４への入射光は、すで
に偏光分離素子にてＳ偏光光に検波されているため、透
過型液晶空間光変調素子３８，４０，３４の入射側の偏
光板での吸収がほとんどないので、大出力の光源を利用
して明るい画像を投射できるようにした場合において
も、高いコントラストの画像と信頼性とを実現すること
ができる。

【００７８】（７）本発明に係る画像表示装置（投射
型）の第２の実施の形態本発明に係る画像表示装置（カラー投射型）の第２の実
施の形態として、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を用いて構成したものを、
図１０を参照して説明する。

【００７９】照明光源２４より放射された照明光は、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２５に入射する。この照明光学系
２５には、偏光変換手段が含まれており、この実施の形
態の場合においては、偏光選択性ホログラム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一部
について偏光方位を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。照明光学
系２５を通過した光束は、ミラー４５を経て、偏光選択
性ホログラム３に入射する。

【００８０】この偏光選択性ホログラム３において、Ｐ
偏光成分は、回折されて進行方向を変えられ、Ｓ偏光光
は、回折されずに直進して透過する。そのため、この偏
光選択性ホログラム３に第１の光学面を光学的に密着さ
せて配設された３角プリズム１３の第２の光学面１６に
おいて、偏光選択性ホログラム３における非回折光（０
次光）であるＳ偏光成分は、全反射され、ダイクロイッ
クプリズム４３に入射することはない。

【００８１】一方、偏光選択性ホログラム３における回
折光であるＰ偏光光は、３角プリズム１３の第２の光学
面１６より射出し、ダイクロイックプリズム４３に入射
する。このダイクロイックプリズム４３においては、照
明光は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）に色分離され、
各色に対応する反射型ＴＮ垂直配向液晶パネル３４，４
０，３８に入射する。

【００８２】各反射型ＴＮ垂直配向液晶パネルにより表
示画像に応じて偏光方向を変調された照明光は、再びダ
イクロイックプリズム４３にて色合成されたのち、３角
プリズム１３を経て、偏光選択性ホログラム３に入射す
る。ここで、Ｐ偏光成分の多くは、回折されて偏光選択
性ホログラム３への照明光の入射方向に戻され、Ｓ偏光
光は、回折されずに直進する。ここで、回折されずに直
進する光のなかには、Ｐ偏光も含まれているため、Ｐ偏
光成分を選択的に透過する、すなわち、Ｓ偏光成分を遮
断する偏光板４４を通すことによって検波する。この光
線は、投射光学系４２により、図示しないスクリーン上
に、空間光変調素子３４，４０，３８の拡大像を結像す
る。

【００８３】（８）本発明に係る画像表示装置（投射
型）の第３の実施の形態本発明に係る画像表示装置（投射型）の第３の実施の形
態として、反射型空間光変調素子として１枚の反射型Ｆ
ＬＣパネルを用いたカラー投射型の画像表示装置を、図
１１を用いて説明する。

【００８４】照明光源２４より放射された照明光は、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２５に入射する。この照明光学系
２５は、図示しない偏光変換手段を備えており、この実
施の形態の場合においては、偏光選択性ホログラム３と
して、上述した水平配向ホログラフィックＰＤＬＣパネ
ルを用いているため、この偏光選択性ホログラム３への
入射光がＳ偏光光となるように、Ｐ偏光成分の照明光の
一部について偏光方位を９０°回転させることによって
Ｓ偏光光に変換し、光利用効率を向上させている。

【００８５】照明光学系２５内には、カラーホイール４
６が設けられている。このカラーホイール４６は、照明
光源２４より放射された白色光を、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
反射型ＦＬＣパネル２１の単板で、フイールドシーケン
シャルカラー手法によるカラー表示が可能となる。

【００８６】照明光は、ミラー４５を経て、偏光選択性
ホログラム３に入射する。この照明光のＳ偏光成分は、
多くが回折されて光の進行方向を変えられ、Ｐ偏光光
は、回折されずに直進して透過する。そのため、この偏
光選択性ホログラム３に第１の光学面を密着させて配設
された３角プリズム１３の第２の光学面１６において、
非回折光（０次光）であるＳ偏光成分は全反射されて第
３の光学面（射出面）より射出され、反射型ＦＬＣパネ
ル２１に入射することはない。

【００８７】一方、偏光選択性ホログラム３における回
折光であるＳ偏光光は、３角プリズム１３の第２の光学
面３２より射出したのち、補正用プリズム２２を経て、
反射型ＦＬＣパネル２１に入射する。この反射型ＦＬＣ
パネル２１において表示画像に応じて偏光方向を変調さ
れた照明光は、再び補正用プリズム２２、３角プリズム
１３を経て、偏光選択性ホログラム３に入射する。ここ
で、Ｓ偏光成分の多くは、回折されて照明光の入射方向
に戻され、Ｐ偏光光は、回折されずに直進して透過す
る。ここで、偏光選択性ホログラム３において回折され
ずに直進する光のなかには、Ｓ偏光も含まれているた
め、Ｓ偏光成分を選択的に透過する、すなわち、Ｐ偏光
成分を遮断する偏光板４４を設けて検波する。この光線
は、投射光学系４２により、スクリーン４７上に空間光
変調素子２１の拡大像を結像する。

【００８８】また、この本実施の形態の場合、偏光選択
性ホログラム３と反射型空間光変調素子２１とは、図１
１に示すように、θの開き角を有して配設されている。
この目的を以下に説明する。

【００８９】偏光選択性ホログラム３の回折効率の波長
依存性及び入射角依存性を低減するためには、ベンド角
を少なくすることが有効である。このとき、入射角を小
さくすることと、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。入射角を小
さくするという手法は、ホログラム層への入射角度のば
らつきが大きくなるため好ましくない。そこで、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
用いるほうが有効である。この実施の形態の場合におい
ては、この角度θの値は、約１０°としている。

【００９０】また、反射型空間光変調素子２１は、長方
形の画面（偏光変調領域）を有しており、その長手方向
ａが照明光の入射角方向と一致するように配設されてい
る。これは、水平配向偏光選択性ホログラム３へ入射す
る照明光が斜め入射することにより、入射照明光の有効
幅が減少してしまうため、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大きくするためである。

【００９１】また、同様の理由から、照明光源２４の発
光部の長手方向は、図１１において紙面に垂直になされ
ている。これは、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、本発明のように空間光変調
素子に対して斜めに照明光を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とること
が、光利用効率を上げるために有効となるためである。

【００９２】さらに、偏光板４４は、偏光選択性ホログ
ラム３、補正用プリズム２２、３角プリズム１３を透過
したことにより非点収差の発生した変調光の収差を補正
するために、これらと反対の傾き角をもって配置されて
いる。これにより、変調光の非点収差をキャンセルする
ことができ、鮮明な画像表示を行うことができる。

【００９３】（９）本発明に係る画像表示装置（虚像
型）の実施の形態本発明に係る画像表示装置（虚像型）の実施の形態とし
て、反射型空間光変調素子として１枚の反射型ＦＬＣパ
ネルを用いたカラー虚像表示装置について、図１２を用
いて説明する。

【００９４】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２４ａより放
射された照明光は、拡散板４８を経て、偏光選択性ホロ
グラム３に入射する。

【００９５】この照明光のうち、Ｓ偏光成分は、偏光選
択性ホログラム３において回折されることなく、この偏
光選択性ホログラム３を透過し、第１の光学面をこの偏
光選択性ホログラム３に光学的に密着させて配設された
全反射プリズム１３に入射する。Ｓ偏光成分は、全反射
プリズム１３の第２の光学面１６にて全反射され、第３
の光学面（射出面）より射出されるため、反射型ＦＬＣ
パネル２１に入射することはない。

【００９６】一方、照明光のＰ偏光成分は、偏光選択性
ホログラム３において回折され、全反射プリズム１３、
補正用プリズム２２を透過して、略々垂直に反射型ＦＬ
Ｃパネル２１に入射する。反射型ＦＬＣパネル２１に入
射したＰ偏光光は、表示画像に応じて各画素ごとに位相
を変調され、反射型ＦＬＣパネル２１のアルミ反射面２
１ａにおいて反射され、再び補正用プリズム２２、全反
射プリズム１３を経て、偏光選択性ホログラム３に再入
射する。このとき、Ｐ偏光成分は再び回折されて発光ダ
イオード光源２４ａの方向に戻るが、Ｓ偏光成分は、回
折されることなく、そのまま透過する。このように透過
したＳ偏光光は、続いて配置されたＳ偏光成分を選択的
に透過する偏光板４４にて検波されたのち、接眼光学系
となる自由曲面プリズム４９に自由曲面屈折面５０より
入射する。なお、自由曲面プリズム４９については、本
件出願人は、すでに、特開平９−２８１４３０号公報に
おいて開示している。自由曲面プリズム４９内に入射し
た光線は、光学面５１において全反射され、さらに、自
由曲面反射面５２において反射されたのち、光学面５１
を透過して、観察者の観察領域２３に導かれる。

【００９７】なお、この画像表示装置において、観察領
域２３を大きくとるために、偏光選択性ホログラム３
に、入射したＰ偏光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。

【００９８】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る偏光分離素
子においては、従来の偏光板などの偏光分離素子に比較
して光エネルギーの吸収がほとんどないことから、大き
なエネルギーを有する光（高出力光）から偏光度の高い
直線偏光を検波することが可能である。また、偏光ビー
ムスプリッタと比較して、透過率や偏光度の偏光分離素
子への入射角度依存性及び波長依存性が小さい偏光分離
素子が実現できる。

【００９９】そして、ホログラムの直後に配置される全
反射プリズムにおいて、回折した偏光光を透過させ、非
回折偏光光を内部全反射させて射出させるように構成
し、さらに、回折した偏光光を光吸収手段により吸収さ
せることにより、この偏光分離素子を用いる光学機器内
における迷光を低減させることができる。

【０１００】また、偏光選択性ホログラム素子として、
光学的等方性領域と光学的異方性領域とを交互に積層し
た構造を有するホログラムを用いることにより、回折受
容角を大きくすることが可能となり、高効率、高偏光分
離特性を有する偏光分離素子を実現することができる。

【０１０１】そして、本発明に係る画像表示装置におい
ては、偏光分離素子において回折された偏光光を反射型
空間光変調素子の照明光として用いるため、照明光の偏
光度を向上させることが可能となり、表示画像のコント
ラストの向上が可能となる。

【０１０２】また、従来の直視用反射型液晶表示装置へ
の応用の場合と異なり、全反射プリズムを偏光選択性ホ
ログラムと反射型空間光変調素子との間に配置すること
により、反射型空間光変調素子の照明手段として用いて
も、不要光を液晶素子に入射させないため、高コントラ
スト化が可能となる。

【０１０３】さらに、偏光選択性ホログラムと反射型空
間光変調素子との間に配置される全反射プリズムと少な
くとも１つの略々等しい頂角を有する補正プリズムを、
全反射プリズムと反射型空間光変調素子との間に配置す
ることにより、反射型空間光変調素子と投射光学系とを
ほぼ共軸関係となすことが可能となる。これは、偏心収
差の発生を抑え、良好な画像表示の実現を可能とする。

【０１０４】すなわち、本発明は、大きなエネルギーを
有する光（高出力光）から偏光度の高い直線偏光を検波
することができ、また、反射型空間光変調素子とともに
用いて画像表示装置を構成できるとともに、この反射型
空間光変調素子に対する照明光学系にも用いることがで
きる偏光分離素子を提供し、また、この偏光分離素子を
用いて構成された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】本発明に係る偏光分離素子を構成する偏光選択
性ホログラムの構成を示す側面図である。

【図２】上記偏光選択性ホログラムの構成の他の例を示
す平面図である。

【図３】上記図２に示した偏光選択性ホログラムの構成
を示す側面図である。

【図４】上記図２に示した偏光選択性ホログラムの動作
原理を示す側面図である。

【図５】本発明に係る偏光分離素子の第１の実施の形態
における構成を示す側面図である。

【図６】上記偏光分離素子の製造方法を説明する側面図
である。

【図７】本発明に係る偏光分離素子の第２の実施の形態
における構成を示す側面図である。

【図８】本発明に係る画像表示装置（反射型）の構成を
示す側面図である。

【図９】本発明に係る画像表示装置（投射型）の第１の
実施の形態の構成を示す側面図である。

【図１０】本発明に係る画像表示装置（投射型）の第２
の実施の形態の構成を示す側面図である。

【図１１】本発明に係る画像表示装置（投射型）の第３
の実施の形態の構成を示す側面図である。

【図１２】本発明に係る画像表示装置（虚像型）の構成
を示す側面図である。

【図１３】従来の画像表示装置（投射型）の構成を示す
側面図である。

【図１４】従来のホログラムを用いた偏光分離素子の構
成を示す側面図である。

【図１５】従来の偏光選択性ホログラムを利用した偏光
分離素子の構成を示す側面図である。

【図１６】ＦＬＣを用いた空間光変調素子の構成及び動
作を示す側面図である。

【符号の説明】

１，２硝子基板、３偏光選択性ホログラム、１３
全反射プリズム、１８光吸収層、２１反射型空間光変
調素子（反射型ＦＬＣパネル）、２２、補正プリズム、
２４照明光源、３４，３８，４０透過型液晶空間光
変調素子、４２投射光学系、４９自由曲面プリズム

───────────────────────────────────────────────────── 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 ５１０Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５１０５Ｃ０５８Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ 21/14 21/14 ＡＧ０３Ｈ 1/04 Ｇ０３Ｈ 1/04 1/24 1/24 1/28 1/28 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 ＢＦターム(参考） 2H049 BA02 BA42 BA43 BA45 BA47 BB03 BB61 BB63 BC22 CA01 CA05 CA09 CA22 CA28 2H088 EA13 EA15 EA16 HA13 HA18 HA23 HA28 JA19 KA05 MA02 MA06 2H091 FA05Z FA07Z FA14Z FA19Z FA21Z FA50Z FB02 HA12 JA02 KA01 LA17 MA07 2H099 AA12 BA09 CA17 DA05 2K008 AA10 BB04 BB05 BB06 BB08 CC03 DD03 DD12 DD13 EE01 EE04 EE07 FF07 FF17 HH02 HH20 5C058 AA18 BA29 BA35 EA01 EA02 EA12 EA13 EA14 EA26 EA42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光に含まれる互いに偏光方向が直交
する２つの偏光成分ごとに、回折効率が異なる偏光選択
性ホログラムと、上記偏光選択性ホログラムを経た回折光及び非回折光が
入射されるプリズムとを備え、上記プリズムに入射された上記非回折光は、該プリズム
内において、少なくとも１回以上内部全反射された後
に、このプリズムの射出面より射出され、上記プリズムに入射された上記回折光は、該プリズム内
において内部反射されることなく、このプリズムから射
出されることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項２】偏光選択性ホログラムは、屈折率が入射
偏光方位依存性を有しない光学等方性領域と、屈折率が
入射偏光方位依存性を有する光学異方性領域とを順次積
層した構造を有していることを特徴とする請求項１記載
の偏光分離素子。
【請求項３】偏光選択性ホログラムは、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２記載の偏
光分離素子。
【請求項４】偏光選択性ホログラムは、屈折率の入射
偏光方位依存性が互いに異なる２つの光学異方性領域を
順次積層した構造を有していることを特徴とする請求項
１記載の偏光分離素子。
【請求項５】偏光選択性ホログラムは、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４記載の偏
光分離素子。
【請求項６】偏光選択性ホログラムヘの入射光の入射
角は、３０°以上９０°未満であることを特徴とする請
求項１記載の偏光分離素子。
【請求項７】偏光選択性ホログラムとプリズムとは、
光学的に接合されていることを特徴とする請求項１記載
の偏光分離素子。
【請求項８】偏光選択性ホログラムは、少なくとも回
折効率の波長依存性、または、回折効率の入射角度依存
性が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記載の偏光分離素子。
【請求項９】偏光選択性ホログラムは、少なくとも回
折効率の波長依存性、または、回折効率の入射角度依存
性が互いに異なる複数のホログラムが１つのホログラム
層に多重構成されていることを特徴とする請求項１記載
の偏光分離素子。
【請求項１０】入射光に含まれる互いに直交する２つ
の偏光成分ごとに、回折効率が異なる偏光選択性ホログ
ラムと、上記偏光選択性ホログラムを経た回折光及び非回折光が
入射されるプリズムとを備え、上記偏光選択性ホログラムにおいては、上記入射光が、
３０°以上の入射角を有して入射され、上記プリズムに入射された上記回折光は、該プリズム内
において、少なくとも１回以上内部全反射された後に、
このプリズムの射出面より射出され、上記プリズムに入射された上記非回折光は、該プリズム
内において内部反射されることなく、このプリズムから
射出されることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項１１】偏光選択性ホログラムは、屈折率が入
射偏光方位依存性を有しない光学等方性領域と、屈折率
が入射偏光方位依存性を有する光学異方性領域とを順次
積層した構造を有していることを特徴とする請求項１０
記載の偏光分離素子。
【請求項１２】偏光選択性ホログラムは、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１１記載
の偏光分離素子。
【請求項１３】偏光選択性ホログラムは、屈折率の入
射偏光方位依存性が互いに異なる２つの光学異方性領域
を順次積層した構造を有していることを特徴とする請求
項１０記載の偏光分離素子。
【請求項１４】偏光選択性ホログラムは、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１３記載
の偏光分離素子。
【請求項１５】偏光選択性ホログラムとプリズムと
は、光学的に接合されていることを特徴とする請求項１
０記載の偏光分離素子。
【請求項１６】偏光選択性ホログラムは、少なくとも
回折効率の波長依存性、または、回折効率の入射角度依
存性が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１０記載の偏光分離素
子。
【請求項１７】偏光選択性ホログラムは、少なくとも
回折効率の波長依存性、または、回折効率の入射角度依
存性が互いに異なる複数のホログラムが１つのホログラ
ム層に多重構成されていることを特徴とする請求項１０
記載の偏光分離素子。
【請求項１８】入射光に含まれる互いに偏光方向が直
交する２つの偏光成分ごとに回折効率が異なる偏光選択
性ホログラムと、上記偏光選択性ホログラムを経た回折光及び非回折光が
入射され入射された回折光及び非回折光のうちのいずれ
か一方を少なくとも１回以上内部全反射させて射出面よ
り射出させる第１のプリズムと、上記第１のプリズムより射出された上記偏光選択性ホロ
グラムによる回折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、偏光選択性ホログラムは、入射光のＰ偏光成分、また
は、Ｓ偏光成分を、反射型空間光変調素子に向けて回折
させるとともに、反射型空間光変調素子により位相変調
されて再入射する変調光のうち、一回目の入射において
回折させられた偏光成分の偏光方向に直交する偏光方向
の偏光成分に対する回折効率が１０％以下であって、該
偏光成分を７０％以上透過させることを特徴とする画像
表示装置。
【請求項１９】偏光選択性ホログラムは、屈折率の入
射偏光方位依存性を有しない光学等方性領域と、屈折率
の入射偏光方位依存性を有する光学異方性領域とを順次
積層した構造を有していることを特徴とする請求項１８
記載の画像表示装置。
【請求項２０】偏光選択性ホログラムは、液晶材料を
有することを特徴とする請求項１９記載の画像表示装
置。
【請求項２１】偏光選択性ホログラムは、屈折率の入
射偏光方位依存性が互いに異なる２つの光学異方性領域
が順次積層された構造を有していることを特徴とする請
求項１８記載の画像表示装置。
【請求項２２】偏光選択性ホログラムは、液晶材料を
有することを特徴とする請求項２１記載の画像表示装
置。
【請求項２３】偏光選択性ホログラムにおいては、入
射光が、３０°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１８記載の画像表示装置。
【請求項２４】第２のプリズムを備え、上記第２のプリズムは、少なくとも１箇所の頂角が第１
のプリズムの頂角の一に略々等しく、偏光選択性ホログ
ラムによる回折光の該第１のプリズムにおける入射面
と、この回折光が第１のプリズムを経てこの第２のプリ
ズムに入射しさらにこの第２のプリズムから射出すると
きの射出面とが、略々平行となされて配置されているこ
とを特徴とする請求項１８記載の画像表示装置。
【請求項２５】偏光選択性ホログラムと第１のプリズ
ムとは、光学的に接合されていることを特徴とする請求
項１８記載の画像表示装置。
【請求項２６】偏光選択性ホログラムは、少なくとも
回折効率の波長依存性、または、回折効率の入射角度依
存性が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１８記載の画像表示装
置。
【請求項２７】偏光選択性ホログラムは、少なくとも
回折効率の波長依存性、または、回折効率の入射角度依
存性が互いに異なる複数のホログラムが１つのホログラ
ム層に多重構成されていることを特徴とする請求項１８
記載の画像表示装置。
【請求項２８】照明光を放射する光源と、入射光に含まれる互いに偏光方向が直交する２つの偏光
成分ごとに回折効率の異なる偏光選択性ホログラムと、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
ラムに入射光として導く照明光学系と、上記偏光選択性ホログラムを経た回折光及び非回折光が
入射され、入射された非回折光を少なくとも１回内部全
反射させて射出面より射出させるプリズムと、上記プリズムより射出された上記偏光選択性ホログラム
における回折光または非回折光の偏光状態を変調する空
間光変調素子と、上記空間光変調素子により変調され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たことを特徴とする
画像表示装置。
【請求項２９】偏光選択性ホログラムは、屈折率の入
射偏光方位依存性を有しない光学等方領域と屈折率の入
射偏光方位依存性を有する光学異方性領域とを順次積層
した構造を有することを特徴とする請求項２８記載の画
像表示装置。
【請求項３０】偏光選択性ホログラムは、液晶材料を
有することを特徴とする請求項２９記載の画像表示装
置。
【請求項３１】偏光選択性ホログラムは、屈折率の入
射偏光方位依存性が互いに異なる２つの光学異方性領域
を順次積層した構造を有することを特徴とする請求項２
８記載の画像表示装置。
【請求項３２】偏光選択性ホログラムは、液晶材料を
有することを特徴とする請求項３１記載の画像表示装
置。
【請求項３３】偏光選択性ホログラムとプリズムと
は、光学的に接合されていることを特徴とする請求項２
８記載の画像表示装置。
【請求項３４】偏光選択性ホログラムは、少なくとも
回折効率の波長依存性、または、回折効率の入射角度依
存性が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２８記載の画像表示装
置。
【請求項３５】偏光選択性ホログラムは、少なくとも
回折効率の波長依存性、または、回折効率の入射角度依
存性が互いに異なる複数のポログラムが１つのホログラ
ム層に多重構成されていることを特徴とする請求項２８
記載の画像表示装置。
【請求項３６】光源は、長方形の発光部を有してお
り、この発光部の短辺方向を、偏光選択性ホログラムに
おける照明光の入射方向に光学的に一致させていること
を特徴とする請求項２８記載の画像表示装麗。
【請求項３７】照明光学系は、偏光選択性ホログラム
における回折効率が最大となる偏光方位に直交する偏光
方位を有する照明光の偏光方位を９０°回転させる偏光
変換手段を有していることを特徴とする請求項２８記載
の画像表示装置。
【請求項３８】照明光学系は、偏光選択性ホログラム
における回折効率が最大となる偏光方位を有する照明光
を選択的に透過させる偏光選択手段を有していることを
特徴とする請求項２８記載の画像表示装置。
【請求項３９】光源、または、照明光学系は、照明光
の全波長帯域のうち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有し
ていることを特徴とする請求項２８記載の画匿表示装
置。
【請求項４０】反射型空間光変調素子は、長方形の変
調領域を有しており、この変調領域の長辺方向を照明光
入射方向に光学的に一致させていることを特徴とする請
求項２８記載の画像表示装置。
【請求項４１】照明光を放射する光源と、入射光に含まれる互いに偏光方向が直交する２つの偏光
成分ごとに、回折効率が異なる偏光選択性ホログラム
と、上記照明光を上記偏光選択性ホログラムに入射光として
導く照明光学系と、上記偏光選択性ホログラムを経た回折光及び非回折光が
入射され入射された回折光及び非回折光のうちのいずれ
か一方を少なくとも１回以上内部全反射させて射出面よ
り射出させる第１のプリズムと、上記第１のプリズムより射出された上記偏光選択性ホロ
グラムによる回折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により変調された照明光をス
クリーン上に投射する投射光学系とを備え、上記照明光学系は、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の照明光受光面の法線に対して
３０°以上９０°未満の入射角にて入射させ、上記偏光選択性ホログラムは、入射された照明光のＰ偏
光成分、または、Ｓ偏光成分を、反射型空間光変調素子
に向けて回折させるとともに、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変調光のうち、一回目の
入射において回折させられた偏光成分の偏光方向に直交
する偏光方向の偏光成分に対する回折効率が１０％以下
であって、該偏光成分を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からの透
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。
【請求項４２】偏光選択性ホログラムは、屈折率の入
射偏光方位依存性を有しない光学等方性領域と、屈折率
の入射偏光方位依存性を有する光学異方他領域とが、順
次積層した構造を有していることを特徴とする請求項４
１記載の画像表示装置。
【請求項４３】偏光選択性ホログラムは、液晶材料を
有することを特徴とする請求項４２記載の画像表示装
置。
【請求項４４】偏光選択性ホログラムは、屈折率の入
射偏光方位依存性が互いに異なる２つの光学異方性領域
が順次積層された構造を有していることを特徴とする請
求項４１記載の画像表示装置。
【請求項４５】偏光選択性ホログラムは、液晶材料を
有することを特徴とする請求項４４記載の画像表示装
置。
【請求項４６】第２のプリズムを備え、上記第２のプリズムは、少なくとも１箇所の頂角が第１
のプリズムの頂角の一に略々等しく、偏光選択性ホログ
ラムによる回折光の該第１のプリズムにおける入射面
と、この回折光が第１のプリズムを経てこの第２のプリ
ズムに入射しさらにこの第２のプリズムから射出すると
きの射出面とが、略々平行となされて配置されているこ
とを特徴とする請求項４１記載の画像表示装置。
【請求項４７】偏光選択性ホログラムと第１のプリズ
ムとは、光学的に接合されていることを特徴とする請求
項４１記載の画像表示装置。
【請求項４８】偏光選択性ホログラムは、少なくとも
回折効率の波長依存性、または、回折効率の入射角度依
存性が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４１記載の画像表示装
置。
【請求項４９】偏光選択性ホログラムは、少なくとも
回折効率の波長依存性、または、回折効率の入射角度依
存性が互いに異なる複数のホログラムが１つのホログラ
ム層に多重構成されていることを特徴とする請求項４１
記載の画像表示装置。
【請求項５０】光源は、長方形の発光部を有してお
り、この発光部の短辺方向を、偏光選択性ホログラムに
おける照明光の入射方向に光学的に一致させていること
を特徴とする請求項４１記載の画像表示装置。
【請求項５１】照明光学系は、偏光選択性ホログラム
における回折効率が最大となる偏光方位に直交する偏光
方位を有する照明光の偏光方位を９０°回転させる偏光
変換手段を有していることを特徴とする請求項４１記載
の画像表示装置。
【請求項５２】照明光学系は、偏光選択性ホログラム
における回折効率が最大となる偏光方位を有する照明光
を選択的に透過させる偏光選択手段を有していることを
特徴とする請求項４１記載の画像表示装置。
【請求項５３】光源、または、照明光学系は、照明光
の全波長帯域のうち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有し
ていることを特徴とする請求項４１記載の画像表示装
置。
【請求項５４】照明光学系は、偏光選択性ホログラム
に対して反対符号のベンド角を有する補正用偏光選択性
ホログラムを備えていることを特徴とする請求項４１記
載の画像表示装置。
【請求項５５】補正用偏光選択性ホログラムは、偏光
選択性ホログラムと同一の素子であることを特徴とする
請求項５４記載の画像表示装置。
【請求項５６】偏光選択性ホログラムの照明光入射面
に光学的に密着されて配設され、少なくとも照明光が略
々垂直に入射する第１の光学面と、反射型空間光変調素
子による反射光が略々垂直に射出する第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においては、照明光が、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４１記載の画像表
示装置。
【請求項５７】カップリングプリズムは、照明光の反
射型空間光変調素子による正反射光が略々垂直に入射さ
れ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５６記載の画像表示装置。
【請求項５８】投射光学系は、偏光選択性ホログラム
において透過される偏光方位を有する反射型空間光変調
素子による変調光を選択的に透過させる偏光選択手段を
有することを特徴とする請求項４１記載の画像表示装
置。
【請求項５９】偏光選択性ホログラムのホログラム面
と反射型空間光変調素子の反射面とが、光学的平行関係
から逸脱して配置されていることを特徴とする請求項４
１記載の画像表示装置。
【請求項６０】反射型空間光変調素子は、長方形の変
調領域を有しており、この変調領域の長辺方向を照明光
入射方向に光学的に一致させていることを特徴とする請
求項４１記載の画像表示装置。
【請求項６１】照明光を放射する光源と、入射光に含まれる互いに偏光方向が直交する２つの偏光
成分ごとに、回折効率が異なる偏光選択性ホログラム
と、上記照明光を上記偏光選択性ホログラムに入射光として
導く照明光学系と、上記偏光選択性ホログラムを経た回折光及び非回折光が
入射され入射された回折光及び非回折光のうちのいずれ
か一方を少なくとも１回以上内部全反射させて射出面よ
り射出させる第１のプリズムと、上記第１のプリズムより射出された上記偏光選択性ホロ
グラムによる回折光の偏光状態を変調する反射型空間光
変調素子と、反射型空間光変調素子により変調された照明光を観察者
の瞳に導く虚像観察光学系とを備え、上記照明光学系は、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の照明光受光面の法線に対して
３０°以上９０°未満の入射角にて入射させ、上記偏光選択性ホログラムは、入射された照明光のＰ偏
光成分、または、Ｓ偏光成分を、反射型空間光変調素子
に向けて回折させるとともに、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変調光のうち、一回目の
入射において回折させられた偏光成分の偏光方向に直交
する偏光方向の偏光成分に対する回折効率が１０％以下
であって、該偏光成分を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から
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。
【請求項６２】偏光選択性ホログラムは、屈折率の入
射偏光方位依存性を有しない光学等方性領域と、屈折率
の入射偏光方位依存性を有する光学異方性領域とが順次
積層された構造を有していることを特徴とする請求項６
１記載の画像表示装置。
【請求項６３】偏光選択性ホログラムは、液晶材料を
有していることを特徴とする請求項６２記載の画像表示
装置。
【請求項６４】偏光選択性ホログラムは、屈折率の入
射偏光方位依存性が互いに異なる２つの光学異方性領域
が順次積層された構造を有していることを特徴とする請
求項６１記載の画像表示装置。
【請求項６５】偏光選択性ホログラムは、液晶材料を
有していることを特徴とする請求項６４記載の画像表示
装置。
【請求項６６】第２のプリズムを備え、上記第２のプリズムは、少なくとも１箇所の頂角が第１
のプリズムの頂角の一に略々等しく、偏光選択性ホログ
ラムによる回折光の該第１のプリズムにおける入射面
と、この回折光が第１のプリズムを経てこの第２のプリ
ズムに入射しさらにこの第２のプリズムから射出すると
きの射出面とが、略々平行となされて配置されているこ
とを特徴とする請求項６１記載の画像表示装置。
【請求項６７】偏光選択性ホログラムと第１のプリズ
ムとは、光学的に接合されていることを特徴とする請求
項６１記載の画像表示装置。
【請求項６８】偏光選択性ホログラムは、少なくとも
回折効率の波長依存性、または、回折効率の入射角度依
存性が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６１記載の画像表示装
置。
【請求項６９】偏光選択性ホログラムは、少なくとも
回折効率の波長依存性、または、回折効率の入射角度依
存性が互いに異なる複数のホログラムが１つのホログラ
ム層に多重構成されていることを特徴とする請求項６１
記載の画像表示装置。
【請求項７０】光源は、長方形の発光部を有してお
り、この発光部の短辺方向を、偏光選択性ホログラムに
おける照明光の入射方向に光学的に一致させていること
を特徴とする請求項６１記載の画像表示装置。
【請求項７１】照明光学系は、偏光選択性ホログラム
における回折効率が最大となる偏光方位に直交する偏光
方位を有する照明光の偏光方位を９０°回転させる偏光
変換手段を有していることを特徴とする請求項６１記載
の画像表示装置。
【請求項７２】照明光学系は、偏光選択性ホログラム
における回折効率が最大となる偏光方位を有する照明光
を選択的に透過させる偏光選択手段を有していることを
特徴とする請求項６１記載の画像表示装置。
【請求項７３】光源、または、照明光学系は、照明光
の全波長帯域のうち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有し
ていることを特徴とする請求項６１記載の画像表示装
置。
【請求項７４】照明光学系は、偏光選択性ホログラム
に対して反対符号のベンド角を有する補正用偏光選択性
ホログラムを備えていることを特徴とする請求項６１記
載の画像表示装置。
【請求項７５】補正用偏光選択性ホログラムは、偏光
選択性ホログラムと同一の素子であることを特徴とする
請求項６１記載の画像表示装置。
【請求項７６】偏光選択性ホログラムの照明光入射面
に光学的に密着されて配設され、少なくとも照明光が略
々垂直に入射する第１の光学面と、反射型空間光変調素
子による反射光が略々垂直に射出する第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においては、照明光が、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６１記載の画像表
示装置。
【請求項７７】カップリングプリズムは、照明光の反
射型空間光変調素子による正反射光が略々垂直に入射さ
れ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７６記載の画像表示装置。
【請求項７８】虚像観察光学系は、偏光選択性ホログ
ラムにおいて透過される偏光方位を有する反射型空間光
変調素子による変調光を選択的に透過させる偏光選択手
段を有することを特徴とする請求項６１記載の画像表示
装置。
【請求項７９】偏光選択性ホログラムのホログラム面
と反射型空間光変調素子の反射面とが、光学的平行関係
から逸脱して配置されていることを特徴とする請求項６
１記載の画像表示装置。
【請求項８０】反射型空間光変調素子は、長方形の変
調領域を有しており、この変調領域の長辺方向を照明光
入射方向に光学的に一致させていることを特徴とする請
求項６１記載の画像表示装置。