JP2002221621A - Polarization selective hologram optical element, image display element and image display device - Google Patents

Polarization selective hologram optical element, image display element and image display device

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JP2002221621A
JP2002221621A JP2001019091A JP2001019091A JP2002221621A JP 2002221621 A JP2002221621 A JP 2002221621A JP 2001019091 A JP2001019091 A JP 2001019091A JP 2001019091 A JP2001019091 A JP 2001019091A JP 2002221621 A JP2002221621 A JP 2002221621A
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JP
Japan
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polarization
light
optical element
image display
selective hologram
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JP2001019091A
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Japanese (ja)
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Hiroshi Takegawa
洋 武川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain good polarization separation characteristics not only when the incident angle of an incident beam is small but when the incident angle increases. SOLUTION: The refractive index modulation type polarization selective hologram element has such a structure that optically anisotropic regions 5 and anisotropic regions 6 are alternately deposited. The optical axis of the anisotropic region 6 is aligned almost parallel to the entrance face for the reproducing light and almost parallel to the interface between the isotropic regions 5 and the anisotropic regions 6.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型空間光変調
素子を用いた画像表示装置に適用される偏光選択性ホロ
グラム光学素子、画像表示素子及び当該画像表示装置に
関し、特に投射型画像表示装置及び虚像表示装置におい
て、軽量化、低コスト化、高コントラスト化、高効率化
を可能とすることに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization selective hologram optical element, an image display element and an image display apparatus applied to an image display apparatus using a reflection type spatial light modulator, and more particularly to a projection type image display apparatus. In addition, the present invention relates to enabling weight reduction, cost reduction, high contrast, and high efficiency in a virtual image display device.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art As described below, various image display devices and an image display device constituted by using these image display devices have been proposed.

【0003】〔1〕2つの等方性領域を有して構成され
る透過型偏光選択性ホログラム光学素子 従来、入射光の偏光成分に応じて該入射光を分割する透
過型偏光選択性ホログラム光学素子としては、特開平9
−189809号公報に記載されているカラーフィルタ
技術のように、通常の厚いホログラムにより構成された
ものがある。これは、等方性材料にて構成される厚いホ
ログラムにおける、回折効率の入射偏光依存性を利用し
たもので、理論的には、「coupled-wavetheory」の厳密
解を解くことにより証明される(参考論文:M.G.Moha
ram and T.K.Gayload: Rigourous coupled-wave anal
ysis of planar grationgdiffraction,J.0pt.Soc.A
m.71,811-818(1977)、M.G.Moharam and T.K.Ga
yload: Rigourous coupled-wave analysis of grationg
diffractlon E-mode polarization and lossws,J.0p
t.Soc.Am.73,451-455(1983))。
[1] Transmission-type polarization-selective hologram optical element configured to have two isotropic regions Conventionally, transmission-type polarization-selective hologram optics that divides incident light according to the polarization component of the incident light. As an element, Japanese Patent Application Laid-Open
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 189809/1989, there is a color filter technology formed of a normal thick hologram. This is based on the incident polarization dependence of the diffraction efficiency of a thick hologram composed of isotropic material, and is theoretically proved by solving the exact solution of "coupled-wavetheory" ( Reference: MG Moha
ram and T. K. Gayload: Rigourous coupled-wave anal
ysis of planar grationgdiffraction, J. 0pt. Soc. A
m. 71, 811-818 (1977); G. Moharam and T. K. Ga
yload: Rigourous coupled-wave analysis of grationg
diffractlon E-mode polarization and lossws, J. 0p
t. Soc. Am. 73, 451-455 (1983)).

【0004】例えば、反射型の厚いホログラムの場合、
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の場合には、図12
に示すように、TE(S偏光)とTM(P偏光)との回
折効率には差異が生じ、S偏光は、P偏光に比べて、最
大45%程度回折効率が高くなる。
For example, in the case of a reflective hologram,
Hologram thickness t and pitch of interference fringes in the hologram Λ
When the value t / Λ determined by
As shown in (1), there is a difference in the diffraction efficiency between TE (S-polarized light) and TM (P-polarized light), and the S-polarized light has a maximum diffraction efficiency of about 45% higher than the P-polarized light.

【0005】この現象を利用して、図13に示すよう
に、画像表示素子が提案されている。この画像表示素子
においては、積層状に配設されたホログラムカラーフィ
ルター101r,101g,101bに対してカップリ
ングプリズム102を介して読出し光が斜めに入射する
と、この読出し光のうちのS偏光成分の光が主に回折さ
れ、照明光として液晶層103に略々垂直に入射する。
この照明光は、液晶層103を経て、誘電体ミラー膜1
04により反射される。このように誘電体ミラー膜10
4により反射された照明光のうち、液晶層103におい
て偏光方向が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、
ホログラムカラーフィルター101r,101g,10
1bにおいてほとんど回折作用を受けずに、該ホログラ
ムカラーフィルター101r,101g,101bから
略々垂直に射出する。このように射出した照明光は、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。
An image display device has been proposed utilizing this phenomenon as shown in FIG. In this image display device, when the reading light is obliquely incident on the hologram color filters 101r, 101g, and 101b arranged in a laminated manner via the coupling prism 102, the S-polarized component of the reading light is The light is mainly diffracted and is incident on the liquid crystal layer 103 almost vertically as illumination light.
This illumination light passes through the liquid crystal layer 103 and passes through the dielectric mirror film 1.
04. Thus, the dielectric mirror film 10
Of the illumination light reflected by 4, the light reflected by the liquid crystal layer 103 with the polarization direction modulated by 90 ° (P-polarized component) has a low diffraction effect due to the above-described phenomenon.
Hologram color filters 101r, 101g, 10
At 1b, the light is emitted from the hologram color filters 101r, 101g, 101b almost vertically without undergoing any diffraction action. The illuminating light thus emitted enters a projection lens (not shown), and an image is formed on a screen by the projection lens.

【0006】〔2〕異方性領域と等方性領域にて構成さ
れる透過型偏光選択性ホログラム光学素子 また、近年は、図14に示すように、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(holographically-formed polymer dispersed liq
uid crystals、以下「H−PDLC」という。)の研究
も盛んである(参考論文:A.Ogiwara,Y.Kuratomi,T.Kar
awa,A.Kakimoto and S.Mizuguchi,Proc.SID XXX,1124(1
999))。
[2] Transmission type polarization selective hologram optical element composed of anisotropic region and isotropic region In recent years, as shown in FIG. Holographically-formed polymer dispersed liquid crystal (holographically-formed polymer dispersed liq) that mixes and forms interference fringes by holographic techniques
uid crystals, hereinafter referred to as “H-PDLC”. ) Are also active (Reference papers: A. Ogiwara, Y. Kuratomi, T. Kar)
awa, A.Kakimoto and S.Mizuguchi, Proc.SID XXX, 1124 (1
999)).

【0007】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(199
6))。
[0007] This is a technique derived from the photo-induced phase separation "PDLC" discovered in the mid-1980s (Reference: Crawford GP and Zumer S., in Liquid Crystals i).
n Complex Geometries, Ulor and Francis, London (199
6)).

【0008】以下に、この「H−PDLC」について、
作製手法と動作原理について説明する。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、硝子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.Fontecchio,and G.P.Crawfo
rd,Proc.SID XXX, 958(1999)」)。
[0008] The "H-PDLC" will be described below.
A manufacturing method and an operation principle will be described. First, a material in which liquid crystal molecules, a monomer (prepolymer), a sensitizing dye, a reaction initiator, and the like are mixed is sandwiched between glass plates and sealed. This is exposed to interference fringes formed by laser light. Then, in the bright portion of the interference fringes, the monomer starts photopolymerization and polymerizes. For this reason, in the bright part and the dark part of the interference fringe, a monomer concentration distribution occurs,
Transfer of the monomer from the dark area to the light area occurs. as a result,
A periodic structure is formed by phase separation of a bright portion rich in polymer concentration and a dark portion rich in liquid crystal molecules. In the next step, the liquid crystal molecules are arranged so as to be orthogonal to the polymer phase.
The mechanism of this phenomenon has not yet been elucidated, but various related studies have been conducted (for example,
"CC Bowley, AK Fontecchio, and GP Crawfo
rd, Proc. SID XXX, 958 (1999) ").

【0009】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、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。
After that, ultraviolet irradiation is performed to perform a fixing process. In the hologram optical element prepared as described above, the refractive index of the polymer layer and the ordinary ray refractive index of the liquid crystal layer are almost equal, and the refractive index of the polymer layer and the extraordinary ray refractive index of the liquid crystal layer are different. Functions as a selective hologram optical element.

【0010】〔3〕2つの異方性領域にて構成される透
過型偏光選択性ホログラム光学素子 さらに、特開平11−271536号公報に記載されて
いるように、図15及び図16に示すように、光硬化型
液晶と非重合性液晶とをそれらの液晶の配向方向を制御
して構成することにより、偏光選択性ホログラム素子を
構成する技術がある。等方性材料及び異方性材料を積層
させた上述の積層ホログラムに対するこの技術の主な優
位性は、図15及び図16に示すように、非重合性液晶
の方位を電界の印加によりスイッチングして回折の有無
を制御する際、光硬化型液晶と非重合性液晶との常光線
屈折率、異常光線屈折率をそれぞれ等しく設定すること
により、光線入射角、入射偏光方位にかかわらず、回折
を生じない状態の回折効率を原理的に0に抑えることが
できる点にある。
[3] Transmission type polarization selective hologram optical element composed of two anisotropic regions Further, as described in JP-A-11-271536, as shown in FIGS. There is a technique for configuring a polarization-selective hologram element by configuring a photocurable liquid crystal and a non-polymerizable liquid crystal by controlling the orientation direction of the liquid crystal. The main advantage of this technique over the above-described laminated hologram in which an isotropic material and an anisotropic material are laminated is that, as shown in FIGS. 15 and 16, the orientation of the non-polymerizable liquid crystal is switched by applying an electric field. When controlling the presence or absence of diffraction by setting the ordinary refractive index and the extraordinary refractive index of the photocurable liquid crystal and the non-polymerizable liquid crystal to be equal to each other, diffraction can be performed regardless of the light incident angle and incident polarization direction. The point is that the diffraction efficiency in a state where no diffraction occurs can be suppressed to zero in principle.

【0011】これは、回折を生じない状態において、光
硬化型液晶と非重合性液晶とがその方位を等しくして配
向するため、いかなる方位からの入射光線に対しても屈
折率差を生じないためである。
This is because the photocurable liquid crystal and the non-polymerizable liquid crystal are oriented in the same direction when no diffraction occurs, so that there is no difference in the refractive index with respect to incident light rays from any direction. That's why.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明が、解決しよう
とする課題は以下のようなものである。
The problems to be solved by the present invention are as follows.

【0013】〔1〕図13において示した通常の等方性
材料により構成される厚いホログラム素子においては、
偏光分離特性が低いという問題がある。これは、このホ
ログラム素子においては、異方性材料を用いたホログラ
ム素子と異なり、P、Sどちらの偏光成分にとっても、
屈折率の変調された見かけの干渉縞は常に存在している
ためである。
[1] In a thick hologram element composed of a normal isotropic material shown in FIG.
There is a problem that the polarization separation characteristics are low. This is because, in this hologram element, unlike the hologram element using an anisotropic material, the polarization component of either P or S
This is because an apparent interference fringe having a modulated refractive index always exists.

【0014】この意味で、このホログラム素子は、本質
的には、偏光選択性ホログラム素子ではなく、偏光依存
性ホログラム素子であるといえる。また、通常このよう
なホログラム素子の材料としてはフォトポリマーなどの
光重合性高分子が用いられるが、この材料の場合、屈折
率変調度Δnを0.05以上とすることは難しい。屈折
率変調度は、ホログラムの回折効率を決定する重要なパ
ラメータであり、通常、この値が大きい方が大きな回折
効率を確保しやすい。
In this sense, it can be said that the hologram element is not a polarization-selective hologram element but a polarization-dependent hologram element. Usually, a photopolymerizable polymer such as a photopolymer is used as a material of such a hologram element. However, in the case of this material, it is difficult to set the refractive index modulation Δn to 0.05 or more. The refractive index modulation degree is an important parameter for determining the diffraction efficiency of the hologram. Generally, the larger the value, the easier it is to secure a large diffraction efficiency.

【0015】〔2〕また、図14に示したように、明か
な配向制御手段を有しない「H−PDLC」において
は、以下に挙げる2つの問題がある。
[2] Also, as shown in FIG. 14, the "H-PDLC" having no clear alignment control means has the following two problems.

【0016】まず、1つめの問題点は、液晶配向の秩序
度(order parameter)を大きくすることが困難である
点である。これは、液晶分子がポリマー層に直交するよ
うに配列するという配向のメカニズムが現時点において
解明されていないことが一因で、これ以上の秩序度を得
るためには、例えば、配向膜を用いるなど、メカニズム
の明らかな配向手段を講じることが必要となる。なお、
秩序度が大きいほど、ある偏光方位を有する偏光光の回
折効率が大きくなり、かつ、これと直交する偏光方位を
有する偏光光の回折効率が小さくなるため、PS偏光分
離特性が向上する。
First, the first problem is that it is difficult to increase the order parameter (order parameter) of the liquid crystal alignment. This is partly due to the fact that the mechanism of alignment, in which the liquid crystal molecules are arranged so as to be orthogonal to the polymer layer, has not been elucidated at the present time. To obtain a higher degree of order, for example, use of an alignment film In this case, it is necessary to take an orienting means with a clear mechanism. In addition,
As the degree of order increases, the diffraction efficiency of polarized light having a certain polarization direction increases, and the diffraction efficiency of polarized light having a polarization direction orthogonal to the polarization direction decreases, so that PS polarization separation characteristics are improved.

【0017】2つめの問題点は、図17に示すように、
等方性領域(領域1)と、光学軸がこの偏光選択性ホロ
グラム光学素子の受光面に対し略々平行で等方性領域と
異方性領域との境界面に対し略々垂直に配向された異方
性領域(領域2)とを積層させた「H−PDLC」にお
いては、この偏光選択性ホログラム素子への光線入射角
度が最適な角度からずれると、見かけの屈折率変調度
(Δn)が小さくなり、回折効率が低下するという点で
ある。すなわち、この図17に示す「H−PDLC」に
おいては、光線入射角が大きくなると、回折現象を発生
する偏光(この場合P偏光光)に対する液晶を含んだ屈
折率異方性領域の見かけの屈折率n2は、neから徐々
に小さくなってしまう。一方、屈折率等方性領域の屈折
率n1は不変であるため、屈折率変調度Δn=|n1−
n2|は、小さくなってしまうのである。
The second problem is that, as shown in FIG.
The isotropic region (region 1) and the optical axis are oriented substantially parallel to the light receiving surface of the polarization selective hologram optical element and substantially perpendicular to the boundary surface between the isotropic region and the anisotropic region. In the “H-PDLC” in which the anisotropic region (region 2) is stacked, when the incident angle of light on the polarization selective hologram element deviates from the optimal angle, the apparent refractive index modulation degree (Δn) And the diffraction efficiency decreases. That is, in the "H-PDLC" shown in FIG. 17, when the incident angle of the light beam becomes large, the apparent refraction of the refractive index anisotropic region including the liquid crystal with respect to polarized light (P-polarized light in this case) that causes a diffraction phenomenon. The rate n2 gradually decreases from ne. On the other hand, since the refractive index n1 of the isotropic refractive index region is invariable, the refractive index modulation Δn = | n1-
n2 | becomes small.

【0018】例えば、領域1の屈折率n1=1.5と
し、領域2について、光学軸に直交する方向の屈折率n
o=1.5、光学軸に沿う方向の屈折率ne=1.65
としたとき、液晶層への入射角θmed=40°にて入射
した場合の各領域の屈折率を求めてみると、領域1にお
けるP偏光の屈折率np1は、以下のように示される。
For example, assuming that the refractive index n1 of the region 1 is 1.5, the refractive index n of the region 2 in the direction orthogonal to the optical axis is
o = 1.5, refractive index ne = 1.65 in the direction along the optical axis
When calculating the refractive index of each region when the light enters the liquid crystal layer at an incident angle θmed = 40 °, the refractive index np1 of P-polarized light in the region 1 is shown as follows.

【0019】nP1=no=1.5 また、領域2におけるP偏光の屈折率np2は、以下の
ように示される。
NP1 = no = 1.5 The refractive index np2 of the P-polarized light in the region 2 is shown as follows.

【0020】nP2=(cos2〔50〕/no2+sin2
〔50〕/ne2)=1.583 これらの結果から、これら屈折率の差であるΔnは、
0.083である。
NP2 = (cos2 [50] / no2 + sin2
[50] / ne2) = 1.583 From these results, Δn, which is the difference between these refractive indices, is:
0.083.

【0021】〔3〕図15及び図16に示すように、光
硬化性液晶と非重合性液晶とを積層させ、非重合性液晶
の配向方向を制御可能に構成した偏光選択性ホログラム
光学素子においては、図18に示すように、光学軸がこ
の偏光選択性ホログラム光学素子の受光面に対し略々平
行で等方性領域と異方性領域との境界面に対し略々垂直
に配向された異方性領域(領域1)と、光学軸がこの偏
光選択性ホログラム光学素子の受光面に対し略々垂直に
配向された異方性領域(領域2)とを積層させた「H−
PDLC」においては、光線入射角が大きくなると、回
折現象を発生する偏光(この場合P偏光光)に対する領
域1の見かけの屈折率n1はneから徐々に小さくなっ
てしまう。一方、領域2の見かけの屈折率n2はnoか
ら徐々に大きくなっていくため、屈折率変調度Δn=|
n1−n2|は、図17に示した偏光選択性ホログラム
光学素子に比較して、さらに減少してしまうことにな
る。これは、この偏光選択性ホログラム光学素子への光
線入射角が大きくなった場合には、入射する光線の回折
効率がほとんど確保できていないことを意味する。
[3] As shown in FIGS. 15 and 16, in a polarization-selective hologram optical element in which a photo-curable liquid crystal and a non-polymerizable liquid crystal are laminated and the orientation direction of the non-polymerizable liquid crystal is controllable. As shown in FIG. 18, the optical axis was oriented substantially parallel to the light receiving surface of the polarization selective hologram optical element and oriented substantially perpendicular to the boundary between the isotropic region and the anisotropic region. “H−” is obtained by laminating an anisotropic region (region 1) and an anisotropic region (region 2) whose optical axis is oriented substantially perpendicular to the light receiving surface of the polarization selective hologram optical element.
In the “PDLC”, as the incident angle of light increases, the apparent refractive index n1 of the region 1 with respect to polarized light that causes diffraction (P-polarized light in this case) gradually decreases from ne. On the other hand, since the apparent refractive index n2 of the region 2 gradually increases from no, the refractive index modulation degree Δn = |
n1-n2 | is further reduced as compared with the polarization selective hologram optical element shown in FIG. This means that when the angle of incidence of the light beam on the polarization-selective hologram optical element is increased, the diffraction efficiency of the incident light beam is hardly ensured.

【0022】実際に、図19に示すように、領域1及び
領域2について、光学軸が互いに直交する屈折率楕円体
で示される場合において、光学軸に直交する方向の屈折
率no=1.5、光学軸に沿う方向の屈折率ne=1.
65としたとき、液晶層への入射角θmed=40°にて
入射した場合の各領域の屈折率を求めてみると、領域1
におけるP偏光の屈折率np1は、以下のように示され
る。
Actually, as shown in FIG. 19, when the optical axes of regions 1 and 2 are indicated by refractive index ellipsoids orthogonal to each other, the refractive index no = 1.5 in the direction orthogonal to the optical axis. , The refractive index ne = 1 in the direction along the optical axis.
When the refractive index of each region is calculated when the incident angle θmed on the liquid crystal layer is θmed = 40 °, the region 1
Is represented as follows.

【0023】nP1=(cos2〔40〕/no2+sin2
〔40〕/ne2)=1.557 また、領域2におけるP偏光の屈折率np2は、以下の
ように示される。
NP1 = (cos2 [40] / no2 + sin2
[40] / ne2) = 1.557 The refractive index np2 of the P-polarized light in the region 2 is expressed as follows.

【0024】nP2=(cos2〔50〕/no2+sin2
〔50〕/ne2)=1.583 これらの結果から、これら屈折率の差であるΔnは、わ
ずか0.026であることがわかる。この値は、図17
に示した偏光選択性ホログラム光学素子に比較して、さ
らに小さい値である。
NP2 = (cos2 [50] / no2 + sin2
[50] / ne2) = 1.583 From these results, it can be seen that the difference Δn between these refractive indices is only 0.026. This value is shown in FIG.
This value is smaller than that of the polarization selective hologram optical element shown in FIG.

【0025】なお、偏光選択性ホログラム光学素子をな
す各層の構成としては、図20に示すように、光学軸が
この偏光選択性ホログラム光学素子の受光面に対し略々
平行で等方性領域と異方性領域との境界面に対しても略
々平行に配向された異方性領域(領域1)と、光学軸が
この偏光選択性ホログラム光学素子の受光面に対し略々
垂直に配向された異方性領域(領域2)とを積層させた
構成、図21に示すように、光学軸がこの偏光選択性ホ
ログラム光学素子の受光面に対し略々平行で等方性領域
と異方性領域との境界面に対し略々垂直に配向された異
方性領域(領域1)と、光学軸がこの偏光選択性ホログ
ラム光学素子の受光面に対し略々平行で等方性領域と異
方性領域との境界面に対しても略々平行に配向された異
方性領域(領域2)とを積層させた構成、及び、図22
に示すように、等方性領域(領域1)と、光学軸がこの
偏光選択性ホログラム光学素子の受光面に対し略々垂直
に配向された異方性領域(領域2)とを積層させた構成
が考えられる。
As shown in FIG. 20, each layer constituting the polarization-selective hologram optical element has an optical axis substantially parallel to the light-receiving surface of the polarization-selective hologram optical element and an isotropic region. An anisotropic region (region 1) oriented substantially parallel to the boundary surface with the anisotropic region, and an optical axis oriented substantially perpendicular to the light receiving surface of the polarization selective hologram optical element. A configuration in which an anisotropic region (region 2) is laminated, as shown in FIG. 21, the optical axis is substantially parallel to the light receiving surface of this polarization selective hologram optical element, and the isotropic region and the anisotropic region An anisotropic region (region 1) oriented substantially perpendicular to the boundary surface with the region, and an anisotropic region whose optical axis is substantially parallel to the light receiving surface of the polarization selective hologram optical element and isotropic. Region (region 2) which is oriented substantially parallel to the interface with the anisotropic region. Structure formed by laminating the door, and, FIG. 22
As shown in (1), an isotropic region (region 1) and an anisotropic region (region 2) whose optical axis is oriented substantially perpendicular to the light receiving surface of the polarization selective hologram optical element were laminated. Configurations are possible.

【0026】図20及び図21に示す領域1及び領域2
の2つの領域がともに異方性領域として構成されるもの
においては、P、Sどちらの入射偏光に対しても回折し
てしまうため、偏光選択性が低い。図22に示す等方性
領域と異方性領域とにより構成されるものにおいては、
入射角が小さい場合に屈折率変調度Δnが小さくなると
いう問題がある。
Regions 1 and 2 shown in FIGS. 20 and 21
In the case where both of the two regions are configured as anisotropic regions, the light is diffracted for both P and S incident polarized light, so that the polarization selectivity is low. In the one configured by the isotropic region and the anisotropic region shown in FIG.
When the incident angle is small, there is a problem that the refractive index modulation Δn becomes small.

【0027】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、入射光束の入射角が小さい場合
のみならず、該入射角が大きくなった場合においても、
良好な偏光分離特性が得られるようになされた偏光選択
性ホログラム光学素子を提供し、この偏光選択性ホログ
ラム光学素子を使用し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。
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-mentioned situation, and is not limited to the case where the incident angle of the incident light beam is small, but also the case where the incident angle is large.
An object of the present invention is to provide a polarization selective hologram optical element capable of obtaining good polarization separation characteristics, and to provide an image display device and an image display device using the polarization selective hologram optical element.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係る偏光選択性ホログラム光学素子は、2
枚の光学基板間に屈折率等方性を有する等方性領域と屈
折率異方性を有する異方性領域とが交互に該光学基板の
主面に沿う方向に積層されて構成された透過型の偏光選
択性ホログラム光学素子であって、異方性領域の光学軸
は、この偏光選択性ホログラム光学素子の受光面に対し
略々平行であり、かつ、等方性領域と異方性領域との境
界面に対し略々平行に配向され、この異方性領域の常光
線屈折率と等方性領域の屈折率との差が0.01以下で
あることを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a polarization-selective hologram optical element according to the present invention has the following features.
A transmission structure in which an isotropic region having a refractive index isotropic and an anisotropic region having a refractive index anisotropy are alternately stacked in a direction along a main surface of the optical substrate between two optical substrates. Type polarization selective hologram optical element, wherein the optical axis of the anisotropic region is substantially parallel to the light receiving surface of the polarization selective hologram optical element, and the isotropic region and the anisotropic region , And a difference between the ordinary light refractive index in the anisotropic region and the refractive index in the isotropic region is 0.01 or less.

【0029】また、本発明に係る画像表示素子は、2枚
の光学基板間に屈折率等方性を有する等方性領域と屈折
率異方性を有する異方性領域とが交互に該光学基板の主
面に沿う方向に積層されて構成され入射される照明光を
回折させる透過型の偏光選択性ホログラム光学素子と、
この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して反射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光学素子は、異方性
領域の光学軸が、この偏光選択性ホログラム光学素子の
受光面に対して略々平行であり、かつ、等方性領域と異
方性領域との境界面に対して略々平行に配向されてお
り、照明光がこの偏光選択性ホログラム光学素子の照明
光受光面の法線に対して30°以上90°未満の入射角
を有して入射され、この照明光のS偏光成分を反射型空
間光変調素子に向けて主に回折するとともに、該反射型
空間光変調素子により変調されて再入射した照明光のう
ちP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P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。
In the image display device according to the present invention, an isotropic region having a refractive index isotropic and an anisotropic region having a refractive index anisotropy are alternately provided between two optical substrates. A transmission-type polarization-selective hologram optical element configured to be laminated and diffracted incident illumination light in a direction along the main surface of the substrate,
A reflection-type spatial light modulation element that modulates and reflects the polarization state of the illumination light diffracted by the polarization-selective hologram optical element. The light is oriented substantially parallel to the light receiving surface of the polarization selective hologram optical element and substantially parallel to the boundary between the isotropic region and the anisotropic region. The light is incident on the selective hologram optical element at an incident angle of 30 ° or more and less than 90 ° with respect to the normal of the illumination light receiving surface, and the S-polarized component of the illumination light is mainly directed to the reflection type spatial light modulator. When the illumination light modulated by the reflective spatial light modulator and re-entered has a diffraction efficiency of 10% or less with respect to the P-polarized component, it is possible to transmit 70% or more of the P-polarized component. Features .

【0030】そして、本発明に係る画像表示装置は、照
明光を放射する光源と、2枚の光学基板間に屈折率等方
性を有する等方性領域と屈折率異方性を有する異方性領
域とが交互に該光学基板の主面に沿う方向に積層されて
構成され入射される照明光を回折させる透過型の偏光選
択性ホログラム光学素子と、この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して
反射する反射型空間光変調素子と、照明光を偏光選択性
ホログラム光学素子に導く照明光学系と、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、照明光学系は、光源より放射
された照明光を偏光選択性ホログラム光学素子の照明光
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、偏光選択性ホログラム光学素子は、異方性
領域の光学軸がこの偏光選択性ホログラム光学素子の受
光面に対して略々平行で、かつ、該異方性領域と等方性
領域との境界面に対して略々平行となされて配向されて
おり、照明光のS偏光成分を反射型空間光変調素子に向
けて主に回折させるとともに該反射型空間光変調素子に
より変調されて再入射した照明光のうちのP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P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。
The image display device according to the present invention comprises a light source that emits illumination light, an isotropic region having refractive index isotropic between two optical substrates, and an anisotropic region having refractive index anisotropy. And a transparent polarization selective hologram optical element for diffracting incident illumination light, and a diffractive light diffracted by the polarization selective hologram optical element, wherein the transparent regions are alternately stacked in a direction along the main surface of the optical substrate. A reflective spatial light modulator that modulates and reflects the polarization state of the illuminating light, an illumination optical system that guides the illumination light to a polarization-selective hologram optical element, and a screen that illuminates the illumination light modulated by the reflective spatial light modulator. A projection optical system for projecting the illumination light on the illumination light system. And select polarization In the selective hologram optical element, the optical axis of the anisotropic region is substantially parallel to the light-receiving surface of the polarization-selective hologram optical element, and at the boundary between the anisotropic region and the isotropic region. The illumination light is oriented so as to be substantially parallel to the light, mainly diffracts the S-polarized component of the illumination light toward the reflective spatial light modulator, and is re-incident after being modulated by the reflective spatial light modulator. In this case, the P-polarized light component is transmitted by 70% or more when the diffraction efficiency with respect to the P-polarized light component is 10% or less.

【0031】さらに、本発明に係る画像表示装置は、照
明光を放射する光源と、2枚の光学基板間に屈折率等方
性を有する等方性領域と屈折率異方性を有する異方性領
域とが交互に該光学基板の主面に沿う方向に積層されて
構成され入射される照明光を回折させる透過型の偏光選
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して反射
する反射型空間光変調素子と、照明光を偏光選択性ホロ
グラム光学素子に導く照明光学系と、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、照明光学系は、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、偏光選択性ホログラム光学素子は、異方性領
域の光学軸がこの偏光選択性ホログラム光学素子の受光
面に対して略々平行で、かつ、該異方性領域と上記等方
性領域との境界面に対して略々平行となされて配向され
ており、照明光のS偏光成分を上記反射型空間光変調素
子に向けて主に回折させるとともに、該反射型空間光変
調素子により変調されて再入射した照明光のうちのP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P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。
Further, the image display device according to the present invention comprises a light source for emitting illumination light, an isotropic region having refractive index isotropic between two optical substrates, and an anisotropic region having refractive index anisotropy. And a transmission type polarization-selective hologram optical element for diffracting incident illumination light, and diffracted by the polarization-selective hologram optical element. A reflective spatial light modulator that modulates and reflects the polarization state of the illumination light, an illumination optical system that guides the illumination light to the polarization-selective hologram optical element, and an observer that uses the illumination light modulated by the reflective spatial light modulator. A virtual image observation optical system for guiding to the pupil of the illumination optical system, the illumination optical system, the illumination light emitted from the light source is 30 ° or more and less than 90 ° with respect to the normal to the illumination light receiving surface of the polarization selective hologram optical element. Incident at incident angle, polarization selection The optical axis of the anisotropic region is substantially parallel to the light-receiving surface of the polarization-selective hologram optical element, and at the boundary between the anisotropic region and the isotropic region. It is oriented so as to be substantially parallel to the light, and mainly diffracts the S-polarized light component of the illumination light toward the reflective spatial light modulator, and is re-entered after being modulated by the reflective spatial light modulator. When the diffraction efficiency with respect to the P-polarized light component of the illumination light is 10% or less, 70% or more of the P-polarized light component is transmitted.

【0032】[0032]

【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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0033】〔1〕本発明に係る偏光選択性ホログラム
光学素子の実施の形態 〔1〕−(1)製造方法 始めに、本発明に係る偏光選択性ホログラム光学素子の
製造方法を図1及び図2を参照して説明する。
[1] Embodiment of Polarization Selective Hologram Optical Element According to the Present Invention [1]-(1) Manufacturing Method First, a method of manufacturing a polarization selective hologram optical element according to the present invention will be described with reference to FIGS. This will be described with reference to FIG.

【0034】まず、ポリイミド、酸化ケイ素などからな
る配向膜7を、2枚の硝子基板8、9上に、スピンコー
ト塗布、蒸着などの手法により塗布し加熱処理を行うこ
とによって、形成する。続いて、これら配向膜7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。次に、一方の硝子基板8の一辺部を除く周辺部分
に、シール剤を塗布し、また、他方の硝子基板9の主面
部上には、直径が4μm乃至10μm程度のビーズスペ
ーサを分散させる。
First, an alignment film 7 made of polyimide, silicon oxide, or the like is formed on two glass substrates 8 and 9 by a method such as spin coating or vapor deposition, and then heat-treated. Subsequently, a rubbing process is performed on these alignment films 7 in a certain direction using a roller or the like. Next, a sealant is applied to a peripheral portion of one glass substrate 8 except for one side, and a bead spacer having a diameter of about 4 μm to 10 μm is dispersed on the main surface of the other glass substrate 9.

【0035】そして、これらの硝子基板8,9を、ラビ
ング方向が平行でかつ向きが反対となるような配置で、
かつ、各硝子基板8,9の配向膜7が互いに対向される
向きとして、張合わせることにより、空セルをつくる。
The glass substrates 8 and 9 are arranged in such a manner that the rubbing directions are parallel and the directions are opposite.
At the same time, empty cells are created by laminating the alignment films 7 of the glass substrates 8 and 9 so that they face each other.

【0036】そして、この空セルのシール剤の塗布され
ていない一辺部から、屈折率異方性材料を含む液状材料
4、例えば、液晶材料、プレポリマー、色素の混合材料
等を注入する。プレポリマーは、光重合性モノマー(光
重合性高分子材料)、熱重合性モノマー(熱重合性高分
子材料)、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、この偏光選択性ホログ
ラム光学素子をアルゴンイオンレーザーなどの可視光レ
ーザを用いて作製するために、可視光に対して吸収を有
する、たと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ネマティック液晶
を用いる。
Then, a liquid material 4 containing a refractive index anisotropic material, for example, a liquid crystal material, a prepolymer, a mixed material of a dye or the like is injected from one side of the empty cell where the sealant is not applied. The prepolymer is composed of a photopolymerizable monomer (photopolymerizable polymer material), a thermopolymerizable monomer (thermopolymerizable polymer material), an oligomer, a reaction initiator, and the like. As the dye in the liquid material, for example, rose bengal or the like that absorbs visible light is used in order to manufacture this polarization selective hologram optical element using a visible light laser such as an argon ion laser. As a liquid crystal material, a nematic liquid crystal for a polymer dispersed liquid crystal is used.

【0037】液状材料を空セルに注入した後には、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。
After the liquid material has been injected into the empty cells, the injection port is sealed with a sealant to complete the pre-exposure panel.

【0038】続いて、露光前パネルに、アルゴンイオン
レーザの輝線スペクトル、たとえば488nmを使った
干渉縞3を露光する。このとき、干渉縞を生成するアル
ゴンイオンレーザからの物体光1及び参照光2はともに
平行光束であり、したがって、これらにより生成される
干渉縞3は、直線的なものとなる。なお、図2において
は、干渉縞の明暗の状態を折れ線で示している。
Subsequently, the pre-exposure panel is exposed to an interference fringe 3 using an emission spectrum of an argon ion laser, for example, 488 nm. At this time, both the object light 1 and the reference light 2 from the argon ion laser that generate the interference fringes are parallel light beams, and therefore, the interference fringes 3 generated by these are linear. In FIG. 2, the light and dark states of the interference fringes are indicated by broken lines.

【0039】この露光においては、配向膜7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
することが重要である。これは、液晶分子の光学軸を干
渉縞に対して平行とするためである。また、干渉縞を露
光している最中は、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の温度を、20°C乃至
70°C程度の範囲で略々一定に制御しておく。さら
に、液状材料4に内在する液晶材料に対して、より強力
な配向規制を行うためには、露光中に、外部電界の印
可、外部磁界の印可、または、光照射を行うこととして
もよい。
In this exposure, it is important to dispose the alignment film 7 so that the rubbing direction of the alignment film 7 coincides with the direction of the generated interference fringes. This is to make the optical axis of the liquid crystal molecules parallel to the interference fringes. Also, during the exposure of the interference fringes, the temperature of the pre-exposure panel, more precisely, the temperature of the liquid material in the pre-exposure panel is kept substantially constant in the range of about 20 ° C. to 70 ° C. Control it. Further, in order to more strongly control the alignment of the liquid crystal material contained in the liquid material 4, an external electric field, an external magnetic field, or light may be applied during exposure.

【0040】この露光工程においては、干渉縞の明部で
は、干渉縞の光子エネルギーにより、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5が構成される。一方、干渉
縞の暗部では、明部における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、液晶を多く含んだ層
6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、配向膜や、
その他外的制御手段による配向規制力により、光学軸を
直線的な干渉縞に平行として配向される。
In this exposure step, in the bright portion of the interference fringe, the monomer is polymerized by photopolymerization due to the photon energy of the interference fringe. Thus, the bright part of the interference fringes
The polymer layer 5 mainly formed by photopolymerization is constituted. On the other hand, in the dark part of the interference fringes, the monomer is consumed for forming the polymer in the bright part, and as a result, the layer 6 containing a large amount of liquid crystal is formed. This process is called light-induced phase separation. Liquid crystal molecules gathered in the dark part of the interference fringes
In addition, the alignment control force by the external control means causes the optical axis to be oriented parallel to the linear interference fringes.

【0041】この露光工程の後、残存モノマーや色素を
固定、もしくは、破壊するために、紫外線の照射を行
う。これは、定着工程とよばれる。この定着工程をもっ
て、偏光選択性ホログラム素子の製造工程は完了する。
After this exposure step, ultraviolet rays are irradiated to fix or destroy the remaining monomers and dyes. This is called a fixing step. With this fixing step, the step of manufacturing the polarization selective hologram element is completed.

【0042】〔1〕−(2)動作原理 以下、上述の製造方法により作製した透過型の偏光選択
性ホログラム光学素子の動作原理について、図3を参照
して説明する。この偏光選択性ホログラム光学素子は、
上述のように、硝子基板8,9、配向膜7,7、ホログ
ラム層4にて構成されている。さらに、ホログラム層4
は、異方性領域6と等方性領域5とが交互に硝子基板
8,9の主面部に沿う方向に積層した状態となってい
る。
[1]-(2) Operation Principle Hereinafter, the operation principle of the transmission type polarization selective hologram optical element manufactured by the above-described manufacturing method will be described with reference to FIG. This polarization selective hologram optical element,
As described above, it is composed of the glass substrates 8 and 9, the alignment films 7 and 7, and the hologram layer 4. Further, the hologram layer 4
Is a state in which anisotropic regions 6 and isotropic regions 5 are alternately stacked in a direction along the main surfaces of the glass substrates 8 and 9.

【0043】この偏光選択性ホログラム光学素子に対し
て、図3に示すように、P偏光光1およびS偏光光2が
入射角θinて入射した場合を考える。この入射角θin
は、入射光と回折光とがともに存在する面内における角
度である。
It is assumed that the P-polarized light 1 and the S-polarized light 2 enter the polarization selective hologram optical element at an incident angle θin as shown in FIG. This incident angle θin
Is an angle in a plane where both incident light and diffracted light exist.

【0044】入射したP偏光光1に対する異方性領域6
の屈折率は、異方性領域6内の液晶分子の光学軸が、こ
の偏光選択性ホログラム光学素子の受光面に対し略々平
行、かつ、等方性領域5と異方性領域6の境界面に対し
略々平行(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6の常光線屈
折率noとなる。一方、等方性領域5の屈折率は常にn
Polyとなる。ここで、noとnPolとが等しい(no=
nPoly)、または、noとnPolとの差が0.01以下
であるように設計することにより、入射するP偏光光1
に対する回折を無くすことが可能となる。
Anisotropic region 6 for incident P-polarized light 1
The optical axis of the liquid crystal molecules in the anisotropic region 6 is substantially parallel to the light receiving surface of the polarization selective hologram optical element, and the boundary between the isotropic region 5 and the anisotropic region 6 Since it is substantially parallel to the surface (substantially parallel to the interference fringes), the ordinary ray refractive index no of the anisotropic region 6 is always obtained regardless of the incident angle θin. On the other hand, the refractive index of the isotropic region 5 is always n
Poly. Here, no and nPol are equal (no =
nPoly), or by designing the difference between no and nPol to be 0.01 or less, the incident P-polarized light 1
Can be eliminated.

【0045】また、入射したS偏光光2に対する異方性
領域6の屈折率については、異方性領域6内の液晶分子
の光学軸が、この偏光選択性ホログラム光学素子の受光
面に対し略々平行、かつ、等方性領域5と異方性領域6
の境界面に対し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6の異常光線屈折率neと
なる。一方、等方性領域5の屈折率は常にnpolyとな
る。ここで、neとnPolとが等しい(ne=nPoly、
通常、これは、ne<noとなる負の屈折率楕円体を有
する液晶材料を用いることによりはじめて可能とな
る。)、または、noとnPolとの差が0.01以下で
あるように設計することにより、入射するS偏光光2に
対する回折を無くすことが可能となる。
Regarding the refractive index of the anisotropic region 6 with respect to the incident S-polarized light 2, the optical axis of the liquid crystal molecules in the anisotropic region 6 is substantially equal to the light receiving surface of the polarization selective hologram optical element. Parallel and isotropic region 5 and anisotropic region 6
Of the incident angle θin
, The extraordinary ray refractive index ne of the anisotropic region 6 is always obtained. On the other hand, the refractive index of the isotropic region 5 is always npoly. Here, ne and nPol are equal (ne = nPoly,
Normally, this is only possible by using a liquid crystal material with a negative index ellipsoid where ne <no. ) Or by designing the difference between no and nPol to be 0.01 or less, it is possible to eliminate diffraction for the incident S-polarized light 2.

【0046】ここで、上述のように、noとnPolとが
等しいとすると、入射するS偏光光2に対するこの偏光
選択性ホログラム光学素子の屈折率変調度Δnは、常
に、以下に示す値となる。
As described above, assuming that no and nPol are equal, the refractive index modulation Δn of the polarization-selective hologram optical element with respect to the incident S-polarized light 2 always takes the following value. .

【0047】Δn=|ne−no| また、neとnPolとが等しいとすると、入射するP偏
光光1に対するこの偏光選択性ホログラム光学素子の屈
折率変調度Δnは、常に、以下に示す値となる。
Δn = | ne−no | If ne and nPol are equal, the refractive index modulation Δn of the polarization selective hologram optical element with respect to the incident P-polarized light 1 is always the following value. Become.

【0048】Δn=|ne−no| 本発明に係る偏光選択性ホログラム光学素子において
は、図4に示すように、等方性領域5(領域1)のS偏
光光に対する屈折率をnS1とし、これを、例えば、n
oに等しい1.5とし、異方性領域6(領域2)のS偏
光光に対する屈折率をnS2とし、これを、例えば、n
eに等しい1.65としたとき、S偏光に対する屈折率
変調度Δnは、以下のように、入射角θinに依らず、常
に、0.15となる。
Δn = | ne-no | In the polarization-selective hologram optical element according to the present invention, as shown in FIG. 4, the refractive index of the isotropic region 5 (region 1) for S-polarized light is nS1, This is, for example, n
is set to 1.5, which is equal to o, and the refractive index of the anisotropic region 6 (region 2) with respect to the S-polarized light is set to nS2.
When it is set to 1.65 which is equal to e, the refractive index modulation degree Δn for the S-polarized light is always 0.15 regardless of the incident angle θin as follows.

【0049】nS1=no=1.5 nS2=ne=1.65 Δn=|1.65−1.5|=0.15 ただし、前述のように、光誘起相分離により、完全に液
晶相と高分子相とに分離することはなく、また、液晶相
に含まれる液晶のオーダパラメータも1ではないため、
この理想化したΔnの値(0.15)を実現すること
は、極めて困難である。
NS1 = no = 1.5 nS2 = ne = 1.65 Δn = | 1.65-1.5 | = 0.15 However, as described above, the liquid crystal phase is completely separated by the photo-induced phase separation. Since there is no separation into the polymer phase and the order parameter of the liquid crystal contained in the liquid crystal phase is not 1,
It is extremely difficult to realize the idealized value of Δn (0.15).

【0050】〔2〕本発明に係る画像表示素子の実施の
形態 本発明に係る反射型の画像表示素子は、図5に示すよう
に、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
して用いて構成することができる。
[2] Embodiment of Image Display Device According to the Present Invention As shown in FIG. 5, a reflective image display device according to the present invention uses a polymer-dispersed liquid crystal (hereinafter referred to as “PDLC”) as a material. The liquid crystal panel described above can be used as a polarization selective hologram optical element.

【0051】なお、この偏光選択性ホログラム光学素子
の製造方法および動作原理は、上述した本発明に係る偏
光選択性ホログラム光学素子の実施の形態にて説明した
ものと同様である。この画像表示素子においては、上述
した本発明に係る偏光選択性ホログラム光学素子の種々
のものをすべて使用することができる。
The manufacturing method and operation principle of the polarization selective hologram optical element are the same as those described in the above-described embodiment of the polarization selective hologram optical element according to the present invention. In this image display device, all of the above-mentioned various polarization selective hologram optical devices according to the present invention can be used.

【0052】この画像表示素子は、偏光選択性ホログラ
ム光学素子10に、反射型空間光変調素子である反射型
TN液晶パネル11が、界面12において光学的に密着
されて構成されている。
This image display device is configured such that a reflection type TN liquid crystal panel 11 which is a reflection type spatial light modulation device is optically adhered to an interface 12 with a polarization selective hologram optical element 10.

【0053】この実施の形態における偏光選択性ホログ
ラム光学素子10の等方性領域5と異方性領域6との積
層構造は、図5に示すように、入射角0°で入射する物
体光13及び入射角θin−airで入射する参照光14の
照射による干渉縞によって製造されている。
As shown in FIG. 5, the laminated structure of the isotropic region 5 and the anisotropic region 6 of the polarization selective hologram optical element 10 in this embodiment has the object light 13 incident at an incident angle of 0 °. And interference fringes caused by irradiation of the reference light 14 incident at an incident angle θin-air.

【0054】ここで、この偏光選択性ホログラム光学素
子10における干渉縞の傾き角θintを求める。仮定と
して、硝子基板8の屈折率をngla、「PDLC」(液
晶層)4の平均屈折率を、簡単のために、同じくngla
とすると、以下の関係が成立する。
Here, the tilt angle θint of the interference fringes in the polarization selective hologram optical element 10 is obtained. Assuming that the refractive index of the glass substrate 8 is ngla and the average refractive index of the "PDLC" (liquid crystal layer) 4 is ngla for simplicity.
Then, the following relationship is established.

【0055】 ngla・sin〔θin−med〕=sin〔θin−air〕 ただし、θin−medは、媒質中での入射角である。この
式より、nglaが1.5であり、θin−airが60°であ
るとすると、θin−medは、35.3°となる。これよ
り、干渉縞の傾き角θintは、以下のように求められ
る。
Ngla · sin [θin-med] = sin [θin-air] where θin-med is the angle of incidence in the medium. From this equation, assuming that ngla is 1.5 and θin-air is 60 °, θin-med is 35.3 °. Thus, the tilt angle θint of the interference fringes is obtained as follows.

【0056】θint=θin−med/2=17.7° 次に、この画像表示素子の動作原理について説明する。
ここで、P偏光成分とS偏光成分の両方を含む再生光1
4が、入射角θin−airで偏光選択性ホログラム光学素
子10の硝子基板8より入射した場合を考える。
Θint = θin−med / 2 = 17.7 ° Next, the operation principle of the image display device will be described.
Here, the reproduction light 1 including both the P-polarized component and the S-polarized component
4 is incident from the glass substrate 8 of the polarization selective hologram optical element 10 at an incident angle θin-air.

【0057】ここで、再生光は、硝子基板8の入射面に
おいて屈折され、続いて、ホログラム層4に入射角θin
−medにて入射する。このとき、前述したように、この
偏光選択性ホログラム光学素子10においてはS偏光光
が回折されて、反射型TN液晶パネル11に対して略々
垂直な入射光15として入射する。
Here, the reproduction light is refracted on the incident surface of the glass substrate 8 and subsequently incident on the hologram layer 4 at an incident angle θin.
Inject at -med. At this time, as described above, the S-polarized light is diffracted in the polarization-selective hologram optical element 10 and is incident on the reflective TN liquid crystal panel 11 as incident light 15 which is substantially perpendicular.

【0058】この反射型TN液晶パネル11は、一対の
硝子基板16,17間にTN液晶層18を挟んだ構造と
なっている。TN液晶層18の一方側の面と硝子基板1
7との境界面は、アルミ反射面19となっている。この
反射型TN液晶パネル11においては、入射光15は、
偏光選択性ホログラム光学素子10側の硝子基板16及
びTN液晶層18を透過し、アルミ反射面19で反射さ
れ、再びTN液晶層18を透過することにより変調され
て、偏光選択性ホログラム光学素子10のホログラム層
4に再入射する。
The reflective TN liquid crystal panel 11 has a structure in which a TN liquid crystal layer 18 is interposed between a pair of glass substrates 16 and 17. One surface of the TN liquid crystal layer 18 and the glass substrate 1
The boundary surface with 7 is an aluminum reflection surface 19. In the reflective TN liquid crystal panel 11, the incident light 15
The light passes through the glass substrate 16 and the TN liquid crystal layer 18 on the side of the polarization selective hologram optical element 10, is reflected by the aluminum reflection surface 19, and is modulated by transmitting again through the TN liquid crystal layer 18. Again on the hologram layer 4.

【0059】このようにして偏光選択性ホログラム光学
素子10のホログラム層4に再入射した反射型TN液晶
パネル11による反射光は、S偏光成分が、再びホログ
ラム層4において回折され射出光20として再生光14
の入射光路を逆方向に戻り、P偏光成分が、ホログラム
層4にて回折されることなく、射出光21として偏光選
択性ホログラム光学素子10から垂直に射出する。
The reflected light from the reflection type TN liquid crystal panel 11 re-entering the hologram layer 4 of the polarization selective hologram optical element 10 in this manner is reproduced as the emitted light 20 because the S-polarized component is diffracted again in the hologram layer 4. Light 14
The P-polarized component returns perpendicularly from the polarization-selective hologram optical element 10 as the emission light 21 without being diffracted by the hologram layer 4.

【0060】一方、再生光14のP偏光成分は、偏光選
択性ホログラム光学素子10のホログラム層4にて回折
されることなく、そのまま、入射角θin−medにて反射
型TN液晶パネル11に入射する。このP偏光成分は、
反射型TN液晶パネル11のTN液晶層18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1
9で反射された反射光22は、偏光選択性ホログラム光
学素子10のホログラム層4が厚いホログラムであるた
め回折条件に合致せず、P偏光成分はもちろんS偏光成
分も、偏光選択性ホログラム光学素子10のホログラム
層4にてほとんど回折されることなく、この偏光選択性
ホログラム光学素子10を透過する。
On the other hand, the P-polarized light component of the reproduction light 14 is not diffracted by the hologram layer 4 of the polarization-selective hologram optical element 10 and is incident on the reflection type TN liquid crystal panel 11 at an incident angle θin-med. I do. This P-polarized component is
Although the polarization state is modulated by passing through the TN liquid crystal layer 18 of the reflective TN liquid crystal panel 11, the aluminum reflective surface 1
The reflected light 22 reflected by 9 does not match the diffraction condition because the hologram layer 4 of the polarization selective hologram optical element 10 is a thick hologram, and not only the P polarization component but also the S polarization component The light passes through the polarization-selective hologram optical element 10 without being diffracted by the hologram layer 4.

【0061】なお、再生光14のP偏光成分のうちの反
射型TN液晶パネル11にて変調されたS偏光成分の一
部が偏光選択性ホログラム光学素子10のホログラム層
4において回折されたとしても、この回折光の射出方向
を、偏光選択性ホログラム光学素子10から略々垂直に
射出される射出光21(再生光14のS偏光成分のうち
の反射型TN液晶パネル11にて変調されたP偏光成
分)の射出方向と十分に異なる方向としておくか、ある
いは、該射出光21の光路中に、該射出光21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、これら回折光及び射出光21を良好に分離す
ることができる。
Even if a part of the S-polarized light component modulated by the reflective TN liquid crystal panel 11 of the P-polarized light component of the reproduction light 14 is diffracted by the hologram layer 4 of the polarization selective hologram optical element 10, The direction of emission of the diffracted light is changed to the emission light 21 (the P light modulated by the reflective TN liquid crystal panel 11 of the S-polarized light component of the reproduction light 14) which is emitted substantially perpendicularly from the polarization selective hologram optical element 10. By setting the direction sufficiently different from the emission direction of the (polarized light component), or by installing a polarizing plate in the optical path of the emitted light 21 for selectively transmitting the polarized light component mainly included in the emitted light 21, These diffracted light and emitted light 21 can be separated well.

【0062】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としては、一般的には、次に
示すQ値が10以上のものとすることが多い。なお、こ
のQ値について詳述している参考図書としては、辻内順
平著、「ホログラフイー」(裳華房)などがある。
Here, a thick hologram will be described. In general, a thick hologram is often defined as having a Q value of 10 or more as follows. Reference books detailing the Q value include “Holographie” (Shokabo) by Junpei Tsujiuchi.

【0063】Q=2πλt/(nΛΛ) ここで、λは、再生波長、tは、ホログラム層の厚さ、
n、ホログラム層の平均屈折率、Λは、干渉縞のピッチ
である。また、干渉縞のピッチΛは、以下のように示さ
れる。
Q = 2πλt / (nΛΛ) where λ is the reproduction wavelength, t is the thickness of the hologram layer,
n, the average refractive index of the hologram layer, Λ is the pitch of interference fringes. The pitch 干 渉 of the interference fringes is shown as follows.

【0064】 Λ=λc/|2sin〔(θs−θr)/2〕| ここで、λcは、製造波長、θsは、物体光の入射角、
θrは、参照光の入射角である。
Λ = λc / | 2 sin [(θs−θr) / 2] | where λc is the production wavelength, θs is the incident angle of the object light,
θr is the incident angle of the reference light.

【0065】これらの式から、例えば、λcを0.55
μm、θsを60°、θrを0°、λを0.55μm、
tを5μm、nを1.5とすると、干渉縞のピッチΛ
は、0.55μm、Qは、38.1となり、厚いホログ
ラムの定義にあてはまる。
From these equations, for example, λc is set to 0.55
μm, θs is 60 °, θr is 0 °, λ is 0.55 μm,
If t is 5 μm and n is 1.5, the pitch of the interference fringes Λ
Is 0.55 μm and Q is 38.1, which corresponds to the definition of a thick hologram.

【0066】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、物体光及び参照光の入射角などの
条件から、再生光の条件が外れると、回折効率が急激に
低下するという特性を有している。すなわち、ある再生
波長において、回折効率がピークとなる入射角から再生
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、再生光14
のP偏光成分の反射型TN液晶パネル11のアルミ反射
面19による反射された反射光22は、たとえ該反射型
TN液晶パネル11において変調されてS偏光成分を有
していても、偏光選択性ホログラム光学素子10のホロ
グラム層4において回折されにくいのである。
A thick hologram has a high diffraction efficiency, but the diffraction efficiency drops sharply when the conditions of the reproduction light deviate from the conditions such as the wavelength used during manufacture and the incident angles of the object light and the reference light. have. That is, at a certain reproducing wavelength, if the incident angle of the reproducing light deviates greatly from the incident angle at which the diffraction efficiency becomes a peak, the diffraction effect is not exhibited. Therefore, as described above, the reproduction light 14
The reflected light 22 of the P-polarized component reflected by the aluminum reflective surface 19 of the reflective TN liquid crystal panel 11 has a polarization selectivity even if it is modulated by the reflective TN liquid crystal panel 11 to have an S-polarized component. The hologram layer 4 of the hologram optical element 10 is hardly diffracted.

【0067】また、本発明に係る偏光選択性ホログラム
光学素子10においては、高い回折効率を得ることを目
的として、干渉縞のピッチΛを小さくすべく、ベンド角
|θs−θr|を30°以上に設定している。ただし、
ベント角が、例えば、80°以上というように、大きす
ぎると、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。
In the polarization-selective hologram optical element 10 according to the present invention, in order to obtain high diffraction efficiency, the bend angle | θs−θr | Is set to However,
If the vent angle is too large, for example, 80 ° or more, the wavelength band in which the diffraction effect occurs and the incident angle range are reduced, and the light use efficiency is reduced.

【0068】ここで、偏光選択性ホログラム光学素子1
0への再生光入射角θin−airと、この偏光選択性ホロ
グラム光学素子10のホログラム層4への入射角θin−
medについて考える。両者の関係は、上述のように、以
下に示す関係となっている。
Here, the polarization selective hologram optical element 1
0 and the incident angle θin−air of the polarization selective hologram optical element 10 to the hologram layer 4.
Think about med. As described above, the relationship between the two is as follows.

【0069】 ngla・sin〔θin−med〕=sin〔θin−air〕 ここで、両者の変化率に着目すると、例えば、硝子基板
8の屈折率nglaを1.5として、再生光入射角θin−a
irが55°から65°まで10°変わるとき、ホログラ
ム層4への入射角θin−medは、33.1°から37.
2°と、4.1°の変化にとどまる。再生光入射角θin
−airが65°から75°まで10°変わる場合には、
ホログラム層4への入射角θin−medは、37.2°か
ら40.1°と、2.9°の変化となる。これは、サイ
ン関数の変化率の大きいところを、ある倍率(この場合
には硝子基板8の屈折率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。このことは、上述のように、偏光選択性ホログラム
光学素子10の回折効率の再生光入射角に依存した均一
性の劣化及び回折効率の低下が低減されることを意味し
ている。
Ngla · sin [θin-med] = sin [θin-air] Here, paying attention to the rate of change of both, for example, assuming that the refractive index ngla of the glass substrate 8 is 1.5, the reproduced light incident angle θin− a
When ir changes by 10 ° from 55 ° to 65 °, the angle of incidence θin-med on the hologram layer 4 changes from 33.1 ° to 37.
The change is only 2 ° and 4.1 °. Reproduction light incident angle θin
If -air changes 10 ° from 65 ° to 75 °,
The incident angle θin-med to the hologram layer 4 changes from 37.2 ° to 40.1 °, which is a change of 2.9 °. This is nothing but moving the place where the change rate of the sine function is large to a place where the change rate is small by applying a certain magnification (in this case, the reciprocal of the refractive index ngla of the glass substrate 8). This means that the deterioration of the uniformity and the decrease of the diffraction efficiency of the polarization selective hologram optical element 10 depending on the incident angle of the reproduction light are reduced as described above.

【0070】また、このような、ホログラム層4への入
射角θin−medの再生光入射角θin−airに対する変化率
は、硝子基板8の屈折率nglaが大きい程小さくなる。
例えば、硝子基板8の屈折率nglaが1.73である場
合、再生光入射角θin−airが55°から65°まで変
化するとき、ホログラム層4への入射角θin−medは、
28.3°から31.6°と、3.3°の変化にとどま
る。
The change rate of the incident angle θin-med to the hologram layer 4 with respect to the reproduction light incident angle θin-air becomes smaller as the refractive index ngla of the glass substrate 8 becomes larger.
For example, when the refractive index ngla of the glass substrate 8 is 1.73, when the incident angle θin-air of the reproduction light changes from 55 ° to 65 °, the incident angle θin-med to the hologram layer 4 becomes:
From 28.3 ° to 31.6 °, the change is only 3.3 °.

【0071】ただし、偏光選択性ホログラム光学素子1
0への再生光入射角θin−airが、例えば、たとえば、
75°以上というように、あまりに大きくなると、硝子
基板基板88の入射面における表面反射率が大きくな
り、これを反射防止膜などによっても小さく抑えること
が難しくなる。
However, the polarization selective hologram optical element 1
The reproduction light incident angle θin-air to 0 is, for example,
If the angle is too large, such as 75 ° or more, the surface reflectance on the incident surface of the glass substrate 88 will increase, and it will be difficult to suppress it with an antireflection film or the like.

【0072】そこで、偏光選択性ホログラム光学素子1
0への再生光入射角θin−airが75°を越えるような
場合には、図6に示すように、カップリングプリズム2
3を用いることが有効である。このカップリングプリズ
ム23は、再生光入射側の基板8と同一の材料により形
成され、偏光選択性ホログラム光学素子10の再生光1
4の入射面上に、この入射面に接合されて配設される。
このカップリングプリズム23は、偏光選択性ホログラ
ム光学素子10の再生光14の入射面に対して傾斜した
再生光入射面を有している。
Therefore, the polarization selective hologram optical element 1
In the case where the incident angle θin-air of the reproduction light to zero exceeds 75 °, as shown in FIG.
It is effective to use 3. The coupling prism 23 is formed of the same material as the substrate 8 on the side where the reproduction light is incident.
4 and is arranged on the incident surface 4 so as to be joined to the incident surface.
The coupling prism 23 has a reproduction light incident surface that is inclined with respect to the incident surface of the reproduction light 14 of the polarization selective hologram optical element 10.

【0073】このようにカップリングプリズム23を用
いた場合においては、偏光選択性ホログラム光学素子1
0への再生光入射角θin−airは、ホログラム層4への
再生光入射角θin−medに等しくなる。そのため、ホロ
グラム層4自体が、再生光の入射角度について、十分に
広い許容範囲を持たない場合には、光利用効率が低下し
てしまう。
When the coupling prism 23 is used as described above, the polarization selective hologram optical element 1
The incident angle θin-air of the reproduction light to 0 becomes equal to the incident angle θin-med of the reproduction light to the hologram layer 4. For this reason, if the hologram layer 4 itself does not have a sufficiently wide allowable range of the incident angle of the reproduction light, the light use efficiency is reduced.

【0074】そこで、本発明に係る反射型の画像表示素
子においては、カップリングプリズム23を用いる場合
には、偏光選択性ホログラム光学素子10のホログラム
層4における回折光を略々垂直に反射型空間光変調素子
11に入射させるという条件においてベンド角が30°
以上となる偏光選択性ホログラム光学素子10への入射
角、つまり30°を、該偏光選択性ホログラム光学素子
10への最低入射角と規定している。
Therefore, in the reflection type image display device according to the present invention, when the coupling prism 23 is used, the diffracted light in the hologram layer 4 of the polarization selective hologram optical element 10 is substantially vertically reflected by the reflection type space. The bend angle is 30 ° under the condition that the light enters the light modulation element 11.
The angle of incidence on the polarization-selective hologram optical element 10, that is, 30 °, is defined as the minimum angle of incidence on the polarization-selective hologram optical element 10.

【0075】また、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7に示すように、複数の偏光
選択性ホログラム光学素子10r、10g、10bを積
層させることにより、再生光14の波長帯域を複数に分
け、それぞれの帯域について対応する1つの偏光選択性
ホログラム光学素子において回折させて、各波長帯域に
ついて、反射型空間光変調素子11に略々垂直に入射し
て照明する照明光とする。
In order to maintain high diffraction efficiency with respect to high-band reproduction light, as shown in FIG. 7, a plurality of polarization-selective hologram optical elements 10r, 10g, and 10b are laminated to reproduce light. The wavelength band of the light 14 is divided into a plurality of parts, each band is diffracted by one corresponding polarization selective hologram optical element, and each wavelength band is incident on the reflection-type spatial light modulator 11 substantially perpendicularly for illumination. Illumination light.

【0076】ここに示した実施の形態においては、偏光
選択性ホログラム光学素子が3層となっているが、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
子を4層以上としてもよく、また、2層としてもよい。
In the embodiment shown here, the polarization selective hologram optical element has three layers. However, in this image display element, the polarization selective hologram optical element may have four or more layers. And two layers.

【0077】また、再生光14の入射角度範囲が大きい
場合にも、高い回折効率を維持するためには、再生光の
入射角度の受容範囲が異なる複数の偏光選択性ホログラ
ム光学素子を積層させ、各偏光選択性ホログラム光学素
子において、それぞれに対応した入射角度範囲の再生光
について回折させるようにするとよい。
In order to maintain a high diffraction efficiency even when the incident angle range of the reproduction light 14 is large, a plurality of polarization selective hologram optical elements having different acceptance ranges of the incident angle of the reproduction light are laminated. In each polarization-selective hologram optical element, it is preferable to diffract the reproduction light in the incident angle range corresponding to each.

【0078】さらに、回折波長帯域及び再生光入射角度
の受容範囲の両方が互いに異なる偏光選択性ホログラム
光学素子を積層させ、または、多重露光により重畳させ
ることにより、対象とする波長帯域が広く、かつ、再生
光入射角度の受容角度が広い画像表示素子を実現するこ
とができる。
Furthermore, by laminating polarization selective hologram optical elements having different diffraction wavelength bands and different acceptance ranges of incident angles of reproduction light, or by superimposing them by multiple exposure, the target wavelength band is wide, and Thus, it is possible to realize an image display device having a wide acceptance angle of a reproduction light incident angle.

【0079】〔3〕本発明に係る画像表示装置(投射
型)の実施の形態 そして、本発明に係る画像表示装置においては、上述し
た本発明に係る画像表示素子の種々のものをすべて使用
することができる。本発明に係る画像表示装置として
は、図8に示すように、反射型空間光変調素子として3
枚の反射型TN垂直配向液晶パネルを有するカラー投射
型の画像表示装置として構成することができる。
[3] Embodiment of Image Display Apparatus (Projection Type) According to the Present Invention In the image display apparatus according to the present invention, all of the various image display elements according to the present invention described above are used. be able to. As shown in FIG. 8, the image display device according to the present invention has a reflective spatial light
It can be configured as a color projection type image display device having two reflective TN vertical alignment liquid crystal panels.

【0080】この画像表示装置においては、照明光源2
4より放射された照明光は、照明光学系25に入射す
る。この照明光学系25は、照明光の光束断面形状の補
正、強度の均一化及び発散角制御などの機能を有してい
る。また、この照明光学系25は、偏光変換手段26を
有しており、後述する偏光選択性ホログラム光学素子へ
の入射光が、例えば、S偏光光となるように、照明光の
うちのP偏光成分の偏光方位を90°回転させることに
よりS偏光光に変換して、光利用効率を向上させてい
る。
In this image display device, the illumination light source 2
The illumination light emitted from 4 enters the illumination optical system 25. The illumination optical system 25 has functions such as correction of the cross-sectional shape of the light flux of the illumination light, uniformization of the intensity, and control of the divergence angle. Further, the illumination optical system 25 has a polarization conversion means 26, and the P-polarized light of the illumination light so that the incident light to the polarization selective hologram optical element described later becomes, for example, S-polarized light. The component is converted into S-polarized light by rotating the polarization direction of the component by 90 °, thereby improving the light use efficiency.

【0081】照明光学系25を通過した光束は、S偏光
光を選択的に透過させる偏光板27を経て、ミラー28
において光路を曲げられて、偏光選択性ホログラム光学
素子10に入射する。この偏光選択性ホログラム光学素
子10は、互いに対象とする再生光の波長帯域及び再生
光の入射角度の受容範囲の異なる5つのホログラム層に
より構成されている。この偏光選択性ホログラム光学素
子10において、再生光のうちのS偏光成分光は、この
偏光選択性ホログラム光学素子10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ブロッ
ク29に入射する。
The light beam that has passed through the illumination optical system 25 passes through a polarizing plate 27 that selectively transmits S-polarized light, and then passes through a mirror 28.
The optical path is bent at and the light enters the polarization selective hologram optical element 10. The polarization-selective hologram optical element 10 is composed of five hologram layers having different target light wavelength bands and target light incident angle acceptance ranges. In the polarization-selective hologram optical element 10, the S-polarized light component of the reproduction light is diffracted from the polarization-selective hologram optical element 10 so as to be emitted substantially vertically, and enters the dichroic prism block 29.

【0082】このダイクロイックプリズムブロック29
においては、入射した再生光のS偏光成分光は、青色成
分光が青色光反射薄膜29bにより反射され、また、緑
色成分光が緑色光反射薄膜29gにより反射されること
により、R(赤色)G(緑色)B(青色)の各色に分光
される。
This dichroic prism block 29
In the S-polarized light of the incident reproduction light, the blue component light is reflected by the blue light reflective thin film 29b, and the green component light is reflected by the green light reflective thin film 29g, so that R (red) G (Green) It is separated into each color of B (blue).

【0083】ダイクロイックプリズムブロック29にお
いて分光された各色成分光は、各色に対応する反射型空
間光変調素子11r,11g,11bに対してそれぞれ
略々垂直に入射し、これら反射型空間光変調素子11
r,11g,11bにおいて各色成分光ごとに、また、
画素ごとに、偏光状態を変調されて反射される。
The respective color component lights separated in the dichroic prism block 29 are incident on the reflection type spatial light modulation elements 11r, 11g and 11b corresponding to each color substantially perpendicularly, respectively.
r, 11g, 11b, for each color component light,
The polarization state is modulated and reflected for each pixel.

【0084】各反射型空間光変調素子11r,11g,
11bにおいて変調された各色成分光は、再びクロスダ
イクロイックプリズムブロック29に入射し再合成さ
れ、偏光選択性ホログラム光学素子10へ入射する。こ
のとき、P偏光成分光は回折されずに透過し、S偏光成
分光は回折されて照明光学系25側に戻る。偏光選択性
ホログラム光学素子10において回折されずに透過した
P偏光成分光は、P偏光光を選択的に透過させる偏光板
30を経て、投射光学系31に入射する。この投射光学
系31は、入射された光束を図示しないスクリーン上に
画像として結像させる。スクリーン上に結像される画像
は、各反射型空間光変調素子11r,11g,11bに
おける画素ごとの変調によって形成された画像である。
Each of the reflective spatial light modulators 11r, 11g,
Each color component light modulated in 11b again enters the cross dichroic prism block 29, is recombined, and enters the polarization selective hologram optical element 10. At this time, the P-polarized component light is transmitted without being diffracted, and the S-polarized component light is diffracted and returns to the illumination optical system 25 side. The P-polarized component light transmitted through the polarization-selective hologram optical element 10 without being diffracted is incident on the projection optical system 31 via the polarizing plate 30 that selectively transmits the P-polarized light. The projection optical system 31 forms an incident light beam as an image on a screen (not shown). The image formed on the screen is an image formed by modulating each pixel in each of the reflective spatial light modulators 11r, 11g, and 11b.

【0085】照明光学系25は、照明光源24より放射
された照明光を、ミラー28を介して、偏光選択性ホロ
グラム光学素子10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る。そして、偏
光選択性ホログラム光学素子10は、上述の構成を有す
ることにより、照明光のS偏光成分を反射型空間光変調
素子11r,11g,11bに向けて回折させるととも
に、該反射型空間光変調素子11r,11g,11bに
より変調されて再入射した照明光のうちのP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P
偏光成分を70%以上透過させる。これは、以下に述べ
る各実施の形態においても同様である。
The illumination optical system 25 converts the illumination light radiated from the illumination light source 24 to a normal to the illumination light receiving surface of the polarization selective hologram optical element 30 through a mirror 28.
The light is incident at an incident angle of at least 90 ° and less than 90 °. The polarization-selective hologram optical element 10 having the above-described configuration diffracts the S-polarized light component of the illumination light toward the reflection-type spatial light modulators 11r, 11g, and 11b. Since the diffraction efficiency with respect to the P-polarized component of the illumination light modulated by the elements 11r, 11g, and 11b and re-entered is 10% or less, this P
Transmits 70% or more of the polarized light component. This is the same in the embodiments described below.

【0086】なお、照明光学系25は、偏光選択性ホロ
グラム光学素子10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とし
てもよい。これは、以下に述べる各実施の形態において
も同様である。
The illumination optical system 25 may include a polarization-selective hologram optical element for correction having a bend angle opposite to that of the polarization-selective hologram optical element 10. This is the same in the embodiments described below.

【0087】また、本発明に係る画像表示装置は、図9
に示すように、透過型液晶空間光変調素子を使用して構
成することもできる。この画像表示装置においては、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26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光学
素子10に対してS偏光となるよう変換される。
Further, the image display device according to the present invention has the configuration shown in FIG.
As shown in (1), it is also possible to use a transmissive liquid crystal spatial light modulator. In this image display device, a light beam emitted from a lamp light source 24 enters an illumination optical system 25 having functions such as correction of a light beam cross-sectional shape, uniform intensity, and divergence angle control. The illumination optical system 25 includes a PS polarization converter 26 having a function of aligning a non-polarized light beam with either P-polarized light or S-polarized light with an efficiency of 50% or more. In the case of this embodiment, the light beam that has passed through the illumination optical system 25 has a polarization state in which the electric vector oscillates in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 9, that is, a polarization selective hologram optical element of a polarization splitting element that subsequently enters. 10 is converted to S-polarized light.

【0088】照明光学系25を射出した光束は、偏光選
択性ホログラム光学素子10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40に第1の
光学面より入射し、この全反射プリズム40の第2の光
学面(全反射面)41にて90°進行方向が変えられた
後、第3の光学面42において全反射プリズム40から
射出される。偏光選択性ホログラム光学素子10は、全
反射プリズム40の第1の光学面に光学的に密着されて
いる。
The luminous flux emitted from the illumination optical system 25 travels straight without being diffracted by the polarization selective hologram optical element 10 and enters the total reflection prism 40 from the first optical surface. After the traveling direction is changed by 90 ° on the second optical surface (total reflection surface) 41 of the total reflection prism 40, the light is emitted from the total reflection prism 40 on the third optical surface 42. The polarization selective hologram optical element 10 is optically attached to the first optical surface of the total reflection prism 40.

【0089】P−S偏光変換器26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光学素子10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)41において全反射プリズム40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43を経て、緑、赤色光反射のダイクロイックミ
ラー44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4
5にて、緑色光のみが反射される。
The P-polarized light remaining without being converted by the PS polarization converter 26 is diffracted by the polarization selective hologram optical element 10 in the direction of arrow A in FIG. The light exits from the total reflection prism 40 at the (reflection surface) 41.
Therefore, most of the illumination light emitted from the polarization splitting element is S-polarized light. The traveling direction of the green light and the red light is turned by 90 ° by the green and red light reflecting dichroic mirrors 44 through the condenser lens 43, and then the green light reflecting dichroic mirror 4 is turned on.
At 5, only the green light is reflected.

【0090】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52、ミラー53、コンデン
サレンズ54を経て、透過型液晶空間光変調素子(青色
用)55に入射する。緑(G)色光は、コンデンサレン
ズ56を経て、透過型液晶空間光変調素子(緑色用)5
7に入射する。赤(R)色光は、コンデンサレンズ4
6、ミラー47、コンデンサレンズ48、ミラー49、
コンデンサレンズ50を経て、透過型液晶空間光変調素
子(赤色用)51に入射する。
In this way, the illumination light is separated into blue (B), green (G), and red (R) light. Blue (B)
The color light passes through a condenser lens 52, a mirror 53, and a condenser lens 54, and enters a transmissive liquid crystal spatial light modulator (for blue) 55. The green (G) light passes through a condenser lens 56 and passes through a transmissive liquid crystal spatial light modulator (for green) 5.
7 is incident. The red (R) light is transmitted through the condenser lens 4
6, mirror 47, condenser lens 48, mirror 49,
After passing through a condenser lens 50, the light enters a transmissive liquid crystal spatial light modulator (for red) 51.

【0091】各透過型液晶空間光変調素子55,57,
51を透過した照明光は、クロスダイクロイックプリズ
ム58において色合成され、投射光学系31により、図
示しないスクリーン上に投影される。
Each of the transmissive liquid crystal spatial light modulators 55, 57,
The illumination light transmitted through 51 is subjected to color synthesis in a cross dichroic prism 58 and projected on a screen (not shown) by the projection optical system 31.

【0092】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55,57,51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55,57,51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。
In this image display device, the incident light on each of the transmission type liquid crystal spatial light modulators 55, 57 and 51 has already been detected as S-polarized light by the polarization splitter, so that the transmission type liquid crystal spatial light modulator is used. Since there is almost no absorption by the polarizers on the incident side of the modulation elements 55, 57, and 51, even when a bright image can be projected using a high-output light source, a high-contrast image and reliability can be obtained. Can be realized.

【0093】さらに、本発明に係る画像表示装置は、図
10に示すように、反射型空間光変調素子として1枚の
反射型FLCパネル11を用いてカラー投射型の画像表
示装置として構成することもできる。
Further, as shown in FIG. 10, the image display device according to the present invention is configured as a color projection type image display device using one reflective FLC panel 11 as a reflective spatial light modulator. Can also.

【0094】この画像表示装置においては、照明光源2
4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2
5に入射する。この照明光学系25は、図示しない偏光
変換手段を備えている。また、照明光学系25内には、
時間順次波長帯域切り替え手段となるカラーホイール5
9が設けられている。このカラーホイール59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11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。
In this image display device, the illumination light source 2
The illumination light emitted from 4 has an illumination optical system 2 having functions such as correction of a light beam cross-sectional shape, uniform intensity, and divergence angle control.
5 is incident. The illumination optical system 25 includes a polarization conversion unit (not shown). In the illumination optical system 25,
Color wheel 5 serving as time-sequential wavelength band switching means
9 are provided. The color wheel 59 time-divides the white light emitted from the illumination light source 24 into red, green, and blue light spectral components. Thus, the color wheel 59 is a single plate of the reflection-type FLC panel 11 and has a field sequential color. Color display by the method becomes possible.

【0095】照明光は、ミラー28を経て、偏光選択性
ホログラム光学素子10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光学素子10に第1の光
学面を密着させて配設された3角プリズム40の第2の
光学面41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11に入射することはない。
The illumination light enters the polarization selective hologram optical element 10 via the mirror 28. Most of the S-polarized component of this illumination light is diffracted and the traveling direction of the light can be changed.
P-polarized light travels straight without being diffracted. Therefore, on the second optical surface 41 of the triangular prism 40 provided with the first optical surface in close contact with the polarization-selective hologram optical element 10, the S-polarized light component that is undiffracted light (zero-order light) Are totally reflected and emitted from the third optical surface (exit surface), and do not enter the reflective FLC panel 11.

【0096】一方、偏光選択性ホログラム光学素子10
における回折光であるS偏光光は、3角プリズム40の
第2の光学面41より射出したのち、補正用プリズム6
0を経て、反射型FLCパネル11に入射する。この反
射型FLCパネル11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60、3
角プリズム40を経て、偏光選択性ホログラム光学素子
10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
光学素子10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61
を設けて検波する。この偏光板61を透過した光線は、
投射光学系31により、スクリーン52上に反射型FL
Cパネル11の拡大像を結像する。
On the other hand, the polarization selective hologram optical element 10
Is emitted from the second optical surface 41 of the triangular prism 40, and then the S-polarized light,
After passing through 0, the light enters the reflective FLC panel 11. The illumination light whose polarization direction has been modulated in accordance with the display image in the reflection type FLC panel 11 is again transmitted to the correction prisms 60 and 3.
The light enters the polarization-selective hologram optical element 10 through the prism 40. Here, most of the S-polarized light component is diffracted and returned to the incident direction of the illumination light, and the P-polarized light passes straight without being diffracted. Here, since the S-polarized light is also included in the light that travels straight without being diffracted in the polarization-selective hologram optical element 10, the polarizing plate selectively transmits the S-polarized component, that is, blocks the P-polarized component. 61
And detect. The light transmitted through the polarizing plate 61 is
The projection optical system 31 causes the reflection type FL on the screen 52.
An enlarged image of the C panel 11 is formed.

【0097】なお、反射型空間光変調素子11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光学素子1
0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。
The reflection type spatial light modulation element 11 has a rectangular screen (polarization modulation area), and is disposed such that its longitudinal direction a coincides with the direction of the incident angle of the illumination light. This is a horizontal alignment polarization selective hologram optical element 1
This is because the effective width of the incident illumination light is reduced due to the oblique incidence of the illumination light incident on 0, and the amount of reduction in the effective width is reduced as much as possible to increase the light use efficiency.

【0098】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10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。
Further, for the same reason, the longitudinal direction of the light emitting portion of the illumination light source 24 is perpendicular to the plane of FIG. This is because the smaller the light emitting portion is, the smaller the light beam diameter is, the harder the diffusion angle becomes when compared with the Lagrangian-Helmholtz invariant, so that the illumination light is obliquely applied to the spatial light modulator as in the present invention. This is because, when the light is made incident, it is effective to shorten the length of the light emitting portion in a direction corresponding to the incident direction in order to increase the light use efficiency.

【0099】さらに、偏光板61は、偏光選択性ホログ
ラム光学素子10、補正用プリズム60、3角プリズム
40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。
Further, the polarizing plate 61 is used to correct the aberration of the modulated light having astigmatism caused by passing through the polarization selective hologram optical element 10, the correcting prism 60, and the triangular prism 40. They are arranged with opposite inclination angles. Thereby, astigmatism of the modulated light can be canceled, and a clear image display can be performed.

【0100】〔4〕本発明に係る画像表示装置(虚像
型)の実施の形態 また、本発明に係る画像表示装置は、図11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3
2を用いるとともに、虚像結像光学系を用いて構成する
ことができる。
[4] Embodiment of Image Display Apparatus (Virtual Image Type) According to the Present Invention As shown in FIG. 11, the image display apparatus according to the present invention employs a reflective FLC panel as a reflective spatial light modulator as shown in FIG. 3
2 and a virtual image forming optical system.

【0101】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33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34を透過して、偏光
選択性ホログラム光学素子10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10において回折さ
れ、略々垂直に反射型FLCパネル32に入射する。
In this image display apparatus, the illumination light emitted from the light emitting diode light source with lens 33 that sequentially emits three colors of red light, green light and blue light selectively transmits a P-polarized component. The light passes through the polarizing plate 34 and enters the polarization selective hologram optical element 10. This incident light is diffracted by the polarization selective hologram optical element 10 and is incident on the reflective FLC panel 32 substantially vertically.

【0102】反射型FLCパネル32にて位相を変調さ
れた照明光は、反射型FLCパネル32のアルミ反射面
19において反射され、再び偏光選択性ホログラム光学
素子10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10によって回折されて発
光ダイオード光源33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10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10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35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36に、自由曲
面屈折面37より入射する。
The illumination light whose phase has been modulated by the reflection type FLC panel 32 is reflected by the aluminum reflection surface 19 of the reflection type FLC panel 32 and again enters the polarization selective hologram optical element 10. At this time, the P-polarized light component is diffracted again by the polarization-selective hologram optical element 10 and travels toward the light-emitting diode light source 33, but the S-polarized light component is not diffracted by the polarization-selective hologram optical element 10 and remains as it is. To Penetrate. The S-polarized light transmitted through the polarization-selective hologram optical element 10 is detected by a polarizing plate 35 that selectively transmits the S-polarized component, and then is subjected to free-form surface refraction by a free-form surface prism 36 constituting a virtual image observation optical system. The light enters from the surface 37.

【0103】自由曲面プリズム36内に入射した光は、
第1の光学面38において全反射され、次いで、第2の
自由曲面反射面39にて反射されたのち、第1の光学面
38を透過して、観察者の観察領域40に導かれる。こ
のとき、観察領域40を大きくするには、発光ダイオー
ド光源33と偏光板34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10において、
この偏光選択性ホログラム光学素子10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。
The light incident on the free-form surface prism 36 is
After being totally reflected on the first optical surface 38 and then reflected on the second free-form surface reflecting surface 39, the light is transmitted through the first optical surface 38 and guided to the observation region 40 of the observer. At this time, in order to enlarge the observation region 40, a diffusion plate is disposed between the light emitting diode light source 33 and the polarizing plate 34,
Alternatively, in the polarization selective hologram optical element 10,
Interference fringes that cause a diffusion effect on the P-polarized light component incident on the polarization-selective hologram optical element 10 during diffraction may be recorded in advance.

【0104】[0104]

【発明の効果】上述のように、本発明に係る偏光選択性
ホログラム光学素子は、光学的な等方性領域と異方性領
域とが交互に積層された構造を有する屈折率変調型の偏
光選択性ホログラム素子であって、従来の屈折率の異な
る等方性領域が交互に積層された構造の屈折率変調型偏
光選択性ホログラム素子に比較して、偏光分離性能が向
上されている。
As described above, the polarization selective hologram optical element according to the present invention has a refractive index modulation type polarization structure having a structure in which optically isotropic regions and anisotropic regions are alternately laminated. This is a selective hologram element, which has improved polarization separation performance as compared with a conventional refractive index modulation type polarization selective hologram element having a structure in which isotropic regions having different refractive indexes are alternately stacked.

【0105】また、本発明に係る偏光選択性ホログラム
光学素子においては、異方性領域の光学軸が再生光の入
射面に対し略々平行で、かつ、等方性領域と異方性領域
との境界面に対し略々平行に配向されていることによ
り、従来の異方性領域が交互に積層された構造の屈折率
変調型偏光選択性ホログラム素子及び積極的な配向規制
手段を有しない等方性領域と異方性領域とが交互に積層
された構造の屈折率変調型偏光選択性ホログラム素子に
比較して、再生光の入射角に依存した回折効率の低下が
抑制されている。
In the polarization-selective hologram optical element according to the present invention, the optical axis of the anisotropic region is substantially parallel to the plane of incidence of the reconstructed light, and the isotropic region and the anisotropic region Are oriented substantially parallel to the boundary surface, so that there is no conventional refractive index modulation type polarization selective hologram element having a structure in which anisotropic regions are alternately stacked, and no active alignment control means. Compared with a refractive index modulation type polarization selective hologram element having a structure in which an isotropic region and an anisotropic region are alternately stacked, a decrease in diffraction efficiency depending on the incident angle of the reproduction light is suppressed.

【0106】また、本発明に係る偏光選択性ホログラム
光学素子においては、異方性領域に存在する異方性物質
として液晶材料を用い、該液晶材料の配向を制御するこ
とにより、偏光選択性ホログラム光学素子における偏光
分離特性及び回折効率が改善されている。
In the polarization-selective hologram optical element according to the present invention, a liquid-crystal material is used as the anisotropic substance existing in the anisotropic region, and the orientation of the liquid-crystal material is controlled to thereby provide a polarization-selective hologram. The polarization separation characteristics and the diffraction efficiency of the optical element are improved.

【0107】さらに、本発明に係る偏光選択性ホログラ
ム光学素子においては、液晶材料として光硬化型液晶を
用い、これを配向規制した状態で硬化させることによ
り、信頼性を向上させることができる。
Further, in the polarization selective hologram optical element according to the present invention, the reliability can be improved by using a photocurable liquid crystal as a liquid crystal material and curing the liquid crystal in a state where the alignment is regulated.

【0108】そして、本発明に係る画像表示素子及び画
像表示装置は、上述の本発明に係る画像表示素子を用い
て構成されていることにより、反射型空間光変調素子の
照明手段として偏光ビームスプリッタを使用する必要が
ないので、小型、軽量に構成でき、また、光利用効率、
表示画像のコントラスト及び製造コストなどの問題が改
善されている。
The image display device and the image display device according to the present invention are configured by using the above-described image display device according to the present invention, so that the polarizing beam splitter can be used as an illuminating means for the reflective spatial light modulator. Because it is not necessary to use, it can be configured to be small and lightweight,
Problems such as contrast of a displayed image and manufacturing cost are improved.

【0109】すなわち、本発明は、入射光束の入射角が
小さい場合のみならず、該入射角が大きくなった場合に
おいても、良好な偏光分離特性が得られるようになされ
た偏光選択性ホログラム光学素子を提供することができ
るものである。
That is, the present invention provides a polarization-selective hologram optical element capable of obtaining good polarization separation characteristics not only when the incident angle of the incident light beam is small but also when the incident angle is large. Can be provided.

【0110】また、本発明は、上述の本発明に係る偏光
選択性ホログラム光学素子を使用することにより、小
型、軽量に構成でき、かつ、光利用効率が高く、表示画
像のコントラストが高く、信頼性も高く、製造コストが
抑えら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。
Further, according to the present invention, by using the above-described polarization-selective hologram optical element according to the present invention, it is possible to realize a small and lightweight structure, high light use efficiency, high display image contrast and high reliability. It is possible to provide an image display device and an image display device which have high performance and whose manufacturing cost is suppressed.

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

【図1】本発明に係る偏光選択性ホログラム光学素子の
構成を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a polarization selective hologram optical element according to the present invention.

【図2】上記偏光選択性ホログラム光学素子の構成を示
す縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of the polarization selective hologram optical element.

【図3】上記偏光選択性ホログラム光学素子の動作原理
を示す縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an operation principle of the polarization selective hologram optical element.

【図4】上記偏光選択性ホログラム光学素子において再
生光の入射角が変化した場合の特性を示す側面図であ
る。
FIG. 4 is a side view showing characteristics of the polarization-selective hologram optical element when the incident angle of the reproduction light changes.

【図5】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。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a configuration of an image display device according to the present invention.

【図6】上記画像表示素子においてカップリングプリズ
ムを設けた構成を示す縦断面図である。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a configuration in which a coupling prism is provided in the image display element.

【図7】上記画像表示素子において偏光選択性ホログラ
ム光学素子を多層とした構成を示す縦断面図である。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a configuration in which a polarization-selective hologram optical element is formed as a multilayer in the image display element.

【図8】本発明に係る画像表示装置であってダイクロイ
ックプリズム、反射型空間変調素子(三板)及び投射光
学系を有するものの構成を示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing the configuration of an image display device according to the present invention, which has a dichroic prism, a reflective spatial light modulator (three plates), and a projection optical system.

【図9】上記画像表示装置であってダイクロイックミラ
ー、透過型空間変調素子(三板)及び投射光学系を有す
るものの構成を示す平面図である。
FIG. 9 is a plan view showing a configuration of the image display device having a dichroic mirror, a transmission type spatial modulation element (three plates), and a projection optical system.

【図10】上記画像表示装置であって反射型空間変調素
子(単板)及び投射光学系を有するものの構成を示す平
面図である。
FIG. 10 is a plan view showing a configuration of the image display device having a reflective spatial light modulator (single plate) and a projection optical system.

【図11】上記画像表示装置であって反射型空間変調素
子(単板)及び虚像光学系を有するものの構成を示す側
面図である。
FIG. 11 is a side view showing a configuration of the image display device having a reflective spatial light modulator (single plate) and a virtual image optical system.

【図12】反射型ホログラムにおけるホログラムの厚さ
t及びホログラム内の干渉縞のピッチΛと回折効率の変
化との関係を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing a relationship between a change in diffraction efficiency and a thickness t of the hologram and a pitch 干 渉 of interference fringes in the hologram in the reflection hologram.

【図13】従来の画像表示素子の構成を示す縦断面図で
ある。
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional image display element.

【図14】従来の偏光選択性ホログラム光学素子の製造
方法を説明する縦断面図である。
FIG. 14 is a longitudinal sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional polarization-selective hologram optical element.

【図15】従来の偏光選択性ホログラム光学素子であっ
て電圧の印加によって液晶の配向方向が制御されるもの
の構成を示す縦断面図である。
FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional polarization-selective hologram optical element in which the alignment direction of liquid crystal is controlled by applying a voltage.

【図16】従来の偏光選択性ホログラム光学素子であっ
て電圧を印加して液晶の配向方向が制御した状態を示す
縦断面図である。
FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing a conventional polarization-selective hologram optical element in which a voltage is applied to control the orientation direction of liquid crystal.

【図17】従来の偏光選択性ホログラム光学素子であっ
て等方性領域及び異方性領域を有し異方性領域の光学軸
方向が等方性領域と異方性領域との境界面に垂直となっ
ているものの構成を示す縦断面図である。
FIG. 17 shows a conventional polarization-selective hologram optical element having an isotropic region and an anisotropic region, wherein the optical axis direction of the anisotropic region is at the boundary between the isotropic region and the anisotropic region. It is a longitudinal section showing the composition of what is perpendicular.

【図18】従来の偏光選択性ホログラム光学素子であっ
て2つの異方性領域を有し各異方性領域における光学軸
方向が各異方性領域間の境界面に垂直な方向及び再生光
入射面に垂直な方向となっているものの構成を示す縦断
面図である。
FIG. 18 shows a conventional polarization-selective hologram optical element having two anisotropic regions, in which the optical axis direction in each anisotropic region is perpendicular to the boundary between the anisotropic regions, and reproduction light. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of what becomes a direction perpendicular | vertical to an incidence surface.

【図19】上記図18に示した従来の偏光選択性ホログ
ラム光学素子の構成を示す縦断面図である。
FIG. 19 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the conventional polarization selective hologram optical element shown in FIG.

【図20】従来の偏光選択性ホログラム光学素子であっ
て2つの異方性領域を有し各異方性領域における光学軸
方向が各異方性領域間の境界面及び再生光入射面に平行
な方向及び再生光入射面に垂直な方向となっているもの
の構成を示す縦断面図である。
FIG. 20 is a conventional polarization-selective hologram optical element having two anisotropic regions, wherein the optical axis direction in each anisotropic region is parallel to the boundary surface between the anisotropic regions and the reproduction light incident surface. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of a direction perpendicular to the reproduction light incidence surface and a direction perpendicular to the reproduction light incidence surface.

【図21】従来の偏光選択性ホログラム光学素子であっ
て2つの異方性領域を有し各異方性領域における光学軸
方向が各異方性領域間の境界面及び再生光入射面に平行
な方向及び各異方性領域間の境界面に垂直な方向となっ
ているものの構成を示す縦断面図である。
FIG. 21 is a conventional polarization-selective hologram optical element having two anisotropic regions, wherein the optical axis direction in each anisotropic region is parallel to the boundary between the anisotropic regions and the reproduction light incident surface. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a direction perpendicular to a boundary surface between anisotropic regions and a direction perpendicular to each other.

【図22】従来の偏光選択性ホログラム光学素子であっ
て等方性領域及び異方性領域を有し異方性領域の光学軸
方向が再生光入射面に垂直となっているものの構成を示
す縦断面図である。
FIG. 22 shows a configuration of a conventional polarization-selective hologram optical element having an isotropic region and an anisotropic region, wherein the optical axis direction of the anisotropic region is perpendicular to the reproduction light incident surface. It is a longitudinal cross-sectional view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 物体光、2 参照光、3 干渉縞、4 液晶層、5
等方性領域、6 異方性領域、7 配向膜、8,9
硝子基板、10 偏光選択性ホログラム光学素子、11
反射型TN液晶パネル
1 object light, 2 reference light, 3 interference fringes, 4 liquid crystal layer, 5
Isotropic region, 6 Anisotropic region, 7 Alignment film, 8, 9
Glass substrate, 10 polarization selective hologram optical element, 11
Reflective TN liquid crystal panel

Claims (94)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2枚の光学基板間に、屈折率等方性を有
する等方性領域と屈折率異方性を有する異方性領域とが
交互に、該光学基板の主面に沿う方向に積層されて構成
された透過型の偏光選択性ホログラム光学素子であっ
て、 上記異方性領域の光学軸は、この偏光選択性ホログラム
光学素子の受光面に対し略々平行であり、かつ、前記等
方性領域と前記異方性領域との境界面に対し略々平行に
配向され、 前記異方性領域の常光線屈折率と前記等方性領域の屈折
率との差が0.01以下であることを特徴とする偏光選
択性ホログラム光学素子。
1. A direction along a main surface of an optical substrate, wherein an isotropic region having a refractive index isotropic and an anisotropic region having a refractive index anisotropy are alternately provided between two optical substrates. A transmission-type polarization-selective hologram optical element configured to be laminated on the optical axis, wherein the optical axis of the anisotropic region is substantially parallel to the light-receiving surface of the polarization-selective hologram optical element, and It is oriented substantially parallel to the interface between the isotropic region and the anisotropic region, and the difference between the ordinary light refractive index of the anisotropic region and the refractive index of the isotropic region is 0.01. A polarization-selective hologram optical element, characterized in that:
【請求項2】 等方性領域は、主に光重合性高分子材料
または熱重合性高分子材料により構成されていることを
特徴とする請求項1記載の偏光選択性ホログラム光学素
子。
2. The polarization-selective hologram optical element according to claim 1, wherein the isotropic region is mainly composed of a photopolymerizable polymer material or a thermopolymerizable polymer material.
【請求項3】 異方性領域は、液晶材料を含むことを特
徴とする請求項1記載の偏光選択性ホログラム光学素
子。
3. The polarization selective hologram optical element according to claim 1, wherein the anisotropic region contains a liquid crystal material.
【請求項4】 液晶材料は、配向規制手段により配向制
御されていることを特徴とする請求項3記載の偏光選択
性ホログラム光学素子。
4. The polarization-selective hologram optical element according to claim 3, wherein the liquid crystal material has its alignment controlled by an alignment control means.
【請求項5】 液晶材料の配向制御手段は、光学基板に
設けられた配向膜、または、この偏光選択性ホログラム
光学素子に印可される電界もしくは磁界、あるいは、こ
の偏光選択性ホログラム光学素子に照射される光線のう
ちのいずれか、または、これらの組み合わせであること
を特徴とする請求項4記載の偏光選択性ホログラム光学
素子。
5. The liquid crystal material alignment control means irradiates an alignment film provided on an optical substrate, an electric or magnetic field applied to the polarization selective hologram optical element, or irradiates the polarization selective hologram optical element. 5. The polarization-selective hologram optical element according to claim 4, wherein the selected one of the light beams or a combination thereof is used.
【請求項6】 液晶材料は、光硬化性液晶であって、未
硬化の状態において配向規制手段により配向制御され、
該光硬化性液晶を硬化させる波長の光線を照射されたこ
とにより硬化していることを特徴とする請求項3記載の
偏光選択性ホログラム光学素子。
6. The liquid crystal material is a photo-curable liquid crystal, and in an uncured state, its alignment is controlled by an alignment control means.
4. The polarization-selective hologram optical element according to claim 3, wherein the liquid crystal is cured by being irradiated with a light beam having a wavelength for curing the photocurable liquid crystal.
【請求項7】 液晶材料の配向制御手段は、光学基板に
設けられた配向膜、または、この偏光選択性ホログラム
光学素子に印可される電界もしくは磁界、あるいは、こ
の偏光選択性ホログラム光学素子に照射される光線のう
ちのいずれか、または、これらの組み合わせであること
を特徴とする請求項6記載の偏光選択性ホログラム光学
素子。
7. The liquid crystal material alignment control means irradiates the alignment film provided on the optical substrate, the electric field or magnetic field applied to the polarization selective hologram optical element, or the polarization selective hologram optical element. 7. The polarization-selective hologram optical element according to claim 6, wherein the light beam is one of the light beams to be emitted or a combination thereof.
【請求項8】 2枚の光学基板は、透明電極を有し、こ
れら透明電極への印可電圧により発生する電界により、
異方性物質の光学軸方位を可変制御することを特徴とす
る請求項1記載の偏光選択性ホログラム光学素子。
8. The two optical substrates have transparent electrodes, and an electric field generated by a voltage applied to these transparent electrodes causes
2. The polarization selective hologram optical element according to claim 1, wherein the optical axis direction of the anisotropic substance is variably controlled.
【請求項9】 2枚の光学基板間に屈折率等方性を有す
る等方性領域と屈折率異方性を有する異方性領域とが交
互に該光学基板の主面に沿う方向に積層されて構成さ
れ、入射される照明光を回折させる透過型の偏光選択性
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して反射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、上記異方性領域
の光学軸が、この偏光選択性ホログラム光学素子の受光
面に対して略々平行であり、かつ、等方性領域と異方性
領域との境界面に対して略々平行に配向されており、上
記照明光がこの偏光選択性ホログラム光学素子の照明光
受光面の法線に対して30°以上90°未満の入射角を
有して入射され、この照明光のS偏光成分を上記反射型
空間光変調素子に向けて主に回折するとともに、該反射
型空間光変調素子により変調されて再入射した照明光の
うちP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P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。
9. An optically isotropic region having a refractive index isotropic property and an anisotropic region having a refractive index anisotropy are alternately stacked between two optical substrates in a direction along a main surface of the optical substrate. A transmission-type polarization-selective hologram optical element configured to diffract incident illumination light; and a reflection-type spatial light that modulates and reflects the polarization state of the illumination light diffracted by the polarization-selection hologram optical element. A polarization element, wherein the polarization-selective hologram optical element has an optical axis of the anisotropic region substantially parallel to a light-receiving surface of the polarization-selective hologram optical element, and an isotropic region. And the alignment light is oriented substantially parallel to the boundary surface between the anisotropic region and the illumination light is at least 30 ° and less than 90 ° with respect to the normal to the illumination light receiving surface of the polarization selective hologram optical element. The illumination light is incident at an incident angle, and the S-polarized light The diffracted light is mainly diffracted toward the reflective spatial light modulator, and the diffraction efficiency for the P-polarized light component of the illumination light modulated by the reflective spatial light modulator and re-entered is 10% or less. And an image display device transmitting 70% or more of the P-polarized light component.
【請求項10】 等方性領域は、主に光重合性高分子材
料または熱重合性高分子材料により構成されていること
を特徴とする請求項9記載の画像表示素子。
10. The image display device according to claim 9, wherein the isotropic region is mainly composed of a photopolymerizable polymer material or a thermopolymerizable polymer material.
【請求項11】 異方性領域は、液晶材料を含むことを
特徴とする請求項9記載の画像表示素子。
11. The image display device according to claim 9, wherein the anisotropic region contains a liquid crystal material.
【請求項12】 液晶材料は、配向規制手段により配向
制御されていることを特徴とする請求項11記載の画像
表示素子。
12. The image display device according to claim 11, wherein the alignment of the liquid crystal material is controlled by an alignment control unit.
【請求項13】 液晶材料の配向制御手段は、光学基板
に設けられた配向膜、または、この偏光選択性ホログラ
ム光学素子に印可される電界もしくは磁界、あるいは、
この偏光選択性ホログラム光学素子に照射される光線の
うちのいずれか、または、これらの組み合わせであるこ
とを特徴とする請求項12記載の画像表示素子。
13. An alignment control means for a liquid crystal material, comprising: an alignment film provided on an optical substrate; or an electric or magnetic field applied to the polarization selective hologram optical element;
13. The image display device according to claim 12, wherein any one of the light beams irradiated to the polarization selective hologram optical element or a combination thereof is used.
【請求項14】 液晶材料は、光硬化性液晶であって、
未硬化の状態において配向規制手段により配向制御さ
れ、該光硬化性液晶を硬化させる波長の光線を照射され
たことにより硬化していることを特徴とする請求項11
記載の画像表示素子。
14. The liquid crystal material is a photocurable liquid crystal,
The alignment is controlled by an alignment regulating means in an uncured state, and the liquid crystal is cured by being irradiated with a light beam having a wavelength for curing the photocurable liquid crystal.
The image display device as described in the above.
【請求項15】 液晶材料の配向制御手段は、光学基板
に設けられた配向膜、または、この偏光選択性ホログラ
ム光学素子に印可される電界もしくは磁界、あるいは、
この偏光選択性ホログラム光学素子に照射される光線の
うちのいずれか、または、これらの組み合わせであるこ
とを特徴とする請求項14記載の画像表示素子。
15. An alignment control means for a liquid crystal material, comprising: an alignment film provided on an optical substrate; or an electric or magnetic field applied to the polarization selective hologram optical element;
15. The image display device according to claim 14, wherein the light beam is one of the light beams applied to the polarization selective hologram optical element or a combination thereof.
【請求項16】 2枚の光学基板は、透明電極を有し、
これら透明電極への印可電圧により発生する電界によ
り、異方性物質の光学軸方位を可変制御することを特徴
とする請求項9記載の画像表示素子。
16. The two optical substrates have transparent electrodes,
10. The image display device according to claim 9, wherein the azimuth of the optical axis of the anisotropic substance is variably controlled by an electric field generated by a voltage applied to the transparent electrode.
【請求項17】 偏光選択性ホログラム光学素子のホロ
グラム面に対する照明光の入射角と回折光の射出角との
差であるベンド角が30°以上であることを特徴とする
請求項9記載の画像表示素子。
17. The image according to claim 9, wherein a bend angle, which is a difference between an incident angle of illumination light and an exit angle of diffracted light with respect to a hologram surface of the polarization selective hologram optical element, is 30 ° or more. Display element.
【請求項18】 偏光選択性ホログラム光学素子におけ
る回折光は、この偏光選択性ホログラム光学素子の照明
光入射面の法線に対して傾いて射出することを特徴とす
る請求項9記載の画像表示素子。
18. The image display according to claim 9, wherein the diffracted light from the polarization-selective hologram optical element is emitted while being inclined with respect to the normal to the illumination light incident surface of the polarization-selective hologram optical element. element.
【請求項19】 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9記載の
画像表示素子。
19. The image display device according to claim 9, wherein the polarization-selective hologram optical element is constituted by a plurality of hologram layers having different wavelength dependences of diffraction efficiency.
【請求項20】 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
9記載の画像表示素子。
20. The image display device according to claim 9, wherein the polarization-selective hologram optical element is constituted by a plurality of hologram layers having different diffraction light incident angle dependences of diffraction efficiency.
【請求項21】 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9記載の画像表示素子。
21. The image display device according to claim 9, wherein the polarization-selective hologram optical element has a plurality of holograms having different diffraction efficiency wavelength dependences multiplexed in one hologram layer.
【請求項22】 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9記載の画像表示素子。
22. The image according to claim 9, wherein the polarization-selective hologram optical element comprises a plurality of holograms having different diffraction efficiencies depending on a reconstructed light incident angle, which are multiplexed on one hologram layer. Display element.
【請求項23】 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9記載の画像表示
素子。
23. The image display device according to claim 9, wherein the polarization selective hologram optical device and the reflection type spatial light modulation device are optically adhered and integrally formed.
【請求項24】 照明光を放射する光源と、 2枚の光学基板間に屈折率等方性を有する等方性領域と
屈折率異方性を有する異方性領域とが交互に該光学基板
の主面に沿う方向に積層されて構成され、入射される照
明光を回折させる透過型の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して反射する反射型空間光変調素
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導く
照明光学系と、 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光学素子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光学素子は、上記異方性領域
の光学軸がこの偏光選択性ホログラム光学素子の受光面
に対して略々平行で、かつ、該異方性領域と上記等方性
領域との境界面に対して略々平行となされて配向されて
おり、上記照明光のS偏光成分を上記反射型空間光変調
素子に向けて主に回折させるとともに、該反射型空間光
変調素子により変調されて再入射した照明光のうちのP
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P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。
24. A light source for emitting illumination light, and an isotropic region having a refractive index isotropic property and an anisotropic region having a refractive index anisotropy between two optical substrates are alternately arranged on the optical substrate. A transmission-type polarization-selective hologram optical element configured to be laminated in a direction along a main surface of the optical element and diffracting incident illumination light; and a polarization state of the illumination light diffracted by the polarization-selective hologram optical element is modulated. A reflective spatial light modulator that reflects the reflected light, an illumination optical system that guides the illumination light to the polarization-selective hologram optical element, and a projection that projects the illumination light modulated by the reflective spatial light modulator on a screen An illumination system, wherein the illumination optical system emits illumination light emitted from the light source at an incident angle of 30 ° or more and less than 90 ° with respect to a normal to an illumination light receiving surface of the polarization selective hologram optical element. Incident, polarized above The selective hologram optical element has an optical axis of the anisotropic region substantially parallel to a light receiving surface of the polarization selective hologram optical element and a boundary between the anisotropic region and the isotropic region. It is oriented so as to be substantially parallel to the surface, and mainly diffracts the S-polarized component of the illumination light toward the reflective spatial light modulator, and is modulated by the reflective spatial light modulator. P of the re-entered illumination light
An image display device characterized by transmitting 70% or more of the P-polarized light component when the diffraction efficiency for the polarized light component is 10% or less.
【請求項25】 等方性領域は、主に光重合性高分子材
料または熱重合性高分子材料により構成されていること
を特徴とする請求項24記載の画像表示装置。
25. The image display device according to claim 24, wherein the isotropic region is mainly made of a photopolymerizable polymer material or a thermopolymerizable polymer material.
【請求項26】 異方性領域は、液晶材料を含むことを
特徴とする請求項24記載の画像表示装置。
26. The image display device according to claim 24, wherein the anisotropic region contains a liquid crystal material.
【請求項27】 液晶材料は、配向規制手段により配向
制御されていることを特徴とする請求項26記載の画像
表示装置。
27. The image display device according to claim 26, wherein the alignment of the liquid crystal material is controlled by alignment control means.
【請求項28】 液晶材料の配向制御手段は、光学基板
に設けられた配向膜、または、この偏光選択性ホログラ
ム光学素子に印可される電界もしくは磁界、あるいは、
この偏光選択性ホログラム光学素子に照射される光線の
うちのいずれか、または、これらの組み合わせであるこ
とを特徴とする請求項27記載の画像表示装置。
28. An alignment control means for a liquid crystal material, comprising: an alignment film provided on an optical substrate; or an electric or magnetic field applied to the polarization-selective hologram optical element;
28. The image display device according to claim 27, wherein any one of the light beams applied to the polarization selective hologram optical element or a combination thereof is used.
【請求項29】 液晶材料は、光硬化性液晶であって、
未硬化の状態において配向規制手段により配向制御さ
れ、該光硬化性液晶を硬化させる波長の光線を照射され
たことにより硬化していることを特徴とする請求項26
記載の画像表示装置。
29. The liquid crystal material is a photocurable liquid crystal,
27. An uncured state in which alignment is controlled by an alignment regulating means, and the liquid crystal is cured by being irradiated with a light beam having a wavelength for curing the photocurable liquid crystal.
The image display device as described in the above.
【請求項30】 液晶材料の配向制御手段は、光学基板
に設けられた配向膜、または、この偏光選択性ホログラ
ム光学素子に印可される電界もしくは磁界、あるいは、
この偏光選択性ホログラム光学素子に照射される光線の
うちのいずれか、または、これらの組み合わせであるこ
とを特徴とする請求項29記載の画像表示装置。
30. An alignment control means for a liquid crystal material, comprising: an alignment film provided on an optical substrate; or an electric or magnetic field applied to the polarization selective hologram optical element;
30. The image display device according to claim 29, wherein any one of the light beams applied to the polarization selective hologram optical element or a combination thereof is used.
【請求項31】 2枚の光学基板は、透明電極を有し、
これら透明電極への印可電圧により発生する電界によ
り、異方性物質の光学軸方位を可変制御することを特徴
とする請求項24記載の画像表示装置。
31. Two optical substrates each having a transparent electrode,
25. The image display device according to claim 24, wherein the optical axis direction of the anisotropic substance is variably controlled by an electric field generated by a voltage applied to the transparent electrode.
【請求項32】 光源は、長方形形状の発光部を有して
おり、この発光部の短辺方向を偏光選択性ホログラム光
学素子への照明光の入射方向に一致させていることを特
徴とする請求項24記載の画像表示装置。
32. The light source has a rectangular light-emitting portion, and the short side direction of the light-emitting portion is made to coincide with the incident direction of illumination light to the polarization-selective hologram optical element. The image display device according to claim 24.
【請求項33】 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24記載の画像表示装置。
33. A polarization conversion means for rotating a polarization direction by 90 ° of a component of the illumination light having a polarization direction orthogonal to the polarization direction at which the diffraction efficiency of the polarization selective hologram optical element is maximized. The image display device according to claim 24, further comprising:
【請求項34】 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24記載の画像表示装
置。
34. The illumination optical system further comprises a polarization selection unit for selectively transmitting a component having a polarization orientation that maximizes the diffraction efficiency of the polarization-selective hologram optical element in the illumination light. The image display device according to claim 24, wherein:
【請求項35】 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24記載の画像表示装
置。
35. A light source or an illumination optical system comprising time sequential wavelength band switching means for transmitting only a plurality of specific wavelength bands out of the entire wavelength band of the illumination light in time sequence. The image display device according to claim 24, wherein:
【請求項36】 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24記載の画像表示装置。
36. The image display apparatus according to claim 24, wherein the illumination optical system includes a correction polarization selective hologram optical element having a bend angle of the opposite sign to the polarization selective hologram optical element.
【請求項37】 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24記載の画像表示装置。
37. The image display device according to claim 24, wherein the polarization selective hologram optical element for correction is the same element as the polarization selective hologram optical element.
【請求項38】 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々垂直に入射する第
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
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24記載の画像表
示装置。
38. A first optical surface which is optically adhered to a polarization selective hologram optical element and at least illumination light is incident substantially perpendicularly, and light reflected by the reflection type spatial light modulation element is emitted substantially perpendicularly. And a coupling prism having a second optical surface. The polarization-selective hologram optical element receives illumination light at an incident angle of 60 ° or more and less than 90 ° with respect to a normal to the illumination light receiving surface. The image display device according to claim 24, wherein:
【請求項39】 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々垂直に入射す
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38記載の画像表示装置。
39. The coupling prism has a third optical surface provided with a light absorbing layer on which specular reflection light of illumination light from the reflection type spatial light modulation element is incident substantially perpendicularly. The image display device according to claim 38, wherein:
【請求項40】 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24記
載の画像表示装置。
40. A projection optical system, comprising: a polarization selecting means for selectively transmitting a component of a polarization azimuth transmitted through the polarization-selective hologram optical element, of the light modulated by the reflection-type spatial light modulation element. The image display device according to claim 24, wherein:
【請求項41】 偏光選択性ホログラム光学素子のホロ
グラム面に対する照明光の入射角と回折光の射出角との
差であるベンド角が30°以上であることを特徴とする
請求項24記載の画像表示装置。
41. The image according to claim 24, wherein a bend angle, which is a difference between an incident angle of the illumination light and an exit angle of the diffracted light with respect to the hologram surface of the polarization selective hologram optical element, is 30 ° or more. Display device.
【請求項42】 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が、光学的
に傾斜した位置関係となっていることを特徴とする請求
項24記載の画像表示装置。
42. The image display according to claim 24, wherein the hologram surface of the polarization-selective hologram optical element and the reflection surface of the reflective spatial light modulator have an optically inclined positional relationship. apparatus.
【請求項43】 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24記載
の画像表示装置。
43. The image display device according to claim 24, wherein the polarization-selective hologram optical element is constituted by a plurality of hologram layers having different wavelength dependences of diffraction efficiency.
【請求項44】 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
24記載の画像表示装置。
44. The image display device according to claim 24, wherein the polarization-selective hologram optical element is constituted by a plurality of hologram layers having different diffraction light dependences on the incident angle of the reproduction light.
【請求項45】 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24記載の画像表示装置。
45. The image display device according to claim 24, wherein the polarization-selective hologram optical element is configured such that a plurality of holograms having different wavelength dependences of diffraction efficiency are multiplexed on one hologram layer.
【請求項46】 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24記載の画像表示装置。
46. The image according to claim 24, wherein in the polarization selective hologram optical element, a plurality of holograms having different diffraction light dependences of the diffraction efficiency on the incident angle of the reproduction light are multiplexed in one hologram layer. Display device.
【請求項47】 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24記載の画像表
示装置。
47. The image display device according to claim 24, wherein the polarization-selective hologram optical element and the reflection-type spatial light modulation element are optically adhered and integrally formed.
【請求項48】 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24記載の画像表示装置。
48. The reflection-type spatial light modulation element has a rectangular shape, and a long side direction thereof coincides with an incident direction of illumination light to the polarization-selective hologram optical element. 25. The image display device according to 24.
【請求項49】 照明光を放射する光源と、 2枚の光学基板間に屈折率等方性を有する等方性領域と
屈折率異方性を有する異方性領域とが交互に該光学基板
の主面に沿う方向に積層されて構成され、入射される照
明光を回折させる透過型の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して透過させる透過型空間光変調
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導く
照明光学系と、 上記透過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光学素子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光学素子は、上記異方性領域
の光学軸がこの偏光選択性ホログラム光学素子の受光面
に対して略々平行で、かつ、該異方性領域と上記等方性
領域との境界面に対して略々平行となされて配向されて
おり、上記照明光のS偏光成分を上記透過型空間光変調
素子に向けて主に回折させることを特徴とする画像表示
装置。
49. A light source that emits illumination light, and an isotropic region having a refractive index isotropic property and an anisotropic region having a refractive index anisotropy are alternately provided between two optical substrates. A transmission-type polarization-selective hologram optical element configured to be laminated in a direction along a main surface of the optical element and diffracting incident illumination light; and a polarization state of the illumination light diffracted by the polarization-selective hologram optical element is modulated. Transmissive spatial light modulator for transmitting the illumination light to the polarization selective hologram optical element, and projection for projecting the illumination light modulated by the transmissive spatial light modulator onto a screen An illumination system, wherein the illumination optical system emits illumination light emitted from the light source at an incident angle of 30 ° or more and less than 90 ° with respect to a normal to an illumination light receiving surface of the polarization selective hologram optical element. Incident In the selective hologram optical element, an optical axis of the anisotropic region is substantially parallel to a light receiving surface of the polarization selective hologram optical element, and a boundary between the anisotropic region and the isotropic region. An image display device, which is oriented so as to be substantially parallel to a surface, and mainly diffracts an S-polarized component of the illumination light toward the transmission-type spatial light modulator.
【請求項50】 等方性領域は、主に光重合性高分子材
料または熱重合性高分子材料により構成されていること
を特徴とする請求項49記載の画像表示装置。
50. The image display device according to claim 49, wherein the isotropic region is mainly composed of a photopolymerizable polymer material or a thermopolymerizable polymer material.
【請求項51】 異方性領域は、液晶材料を含むことを
特徴とする請求項49記載の画像表示装置。
51. The image display device according to claim 49, wherein the anisotropic region contains a liquid crystal material.
【請求項52】 液晶材料は、配向規制手段により配向
制御されていることを特徴とする請求項51記載の画像
表示装置。
52. The image display device according to claim 51, wherein the alignment of the liquid crystal material is controlled by alignment control means.
【請求項53】 液晶材料の配向制御手段は、光学基板
に設けられた配向膜、または、この偏光選択性ホログラ
ム光学素子に印可される電界もしくは磁界、あるいは、
この偏光選択性ホログラム光学素子に照射される光線の
うちのいずれか、または、これらの組み合わせであるこ
とを特徴とする請求項52記載の画像表示装置。
53. An alignment control means for a liquid crystal material, comprising: an alignment film provided on an optical substrate, an electric field or a magnetic field applied to the polarization selective hologram optical element, or
53. The image display device according to claim 52, wherein any one of the light beams applied to the polarization selective hologram optical element or a combination thereof is used.
【請求項54】 液晶材料は、光硬化性液晶であって、
未硬化の状態において配向規制手段により配向制御さ
れ、該光硬化性液晶を硬化させる波長の光線を照射され
たことにより硬化していることを特徴とする請求項51
記載の画像表示装置。
54. The liquid crystal material is a photocurable liquid crystal,
52. The liquid crystal composition is cured by being irradiated with a light beam having a wavelength for curing the photocurable liquid crystal, the orientation of which is controlled by the alignment regulating means in an uncured state.
The image display device as described in the above.
【請求項55】 液晶材料の配向制御手段は、光学基板
に設けられた配向膜、または、この偏光選択性ホログラ
ム光学素子に印可される電界もしくは磁界、あるいは、
この偏光選択性ホログラム光学素子に照射される光線の
うちのいずれか、または、これらの組み合わせであるこ
とを特徴とする請求項54記載の画像表示装置。
55. An alignment control means for a liquid crystal material, comprising: an alignment film provided on an optical substrate; or an electric or magnetic field applied to the polarization selective hologram optical element;
55. The image display device according to claim 54, wherein any one of the light beams applied to the polarization selective hologram optical element or a combination thereof is used.
【請求項56】 2枚の光学基板は、透明電極を有し、
これら透明電極への印可電圧により発生する電界によ
り、異方性物質の光学軸方位を可変制御することを特徴
とする請求項49記載の画像表示装置。
56. Two optical substrates each having a transparent electrode,
50. The image display device according to claim 49, wherein the azimuth of the optical axis of the anisotropic substance is variably controlled by an electric field generated by the voltage applied to the transparent electrode.
【請求項57】 光源は、長方形形状の発光部を有して
おり、この発光部の短辺方向を偏光選択性ホログラム光
学素子への照明光の入射方向に一致させていることを特
徴とする請求項49記載の画像表示装置。
57. A light source having a rectangular light-emitting portion, wherein a short side direction of the light-emitting portion is made to coincide with an incident direction of illumination light to the polarization-selective hologram optical element. 50. The image display device according to claim 49.
【請求項58】 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49記載の画像表示装置。
58. An illumination optical system comprising: a polarization conversion means for rotating a polarization direction by 90 ° of a component of the illumination light having a polarization direction orthogonal to the polarization direction at which the diffraction efficiency of the polarization selective hologram optical element is maximized. 50. The image display device according to claim 49, further comprising:
【請求項59】 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49記載の画像表示装
置。
59. The illumination optical system further comprises a polarization selection unit for selectively transmitting a component having a polarization orientation that maximizes the diffraction efficiency of the polarization-selective hologram optical element in the illumination light. 50. The image display device according to claim 49.
【請求項60】 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49記載の画像表示装
置。
60. The light source or the illumination optical system further comprises a time-sequential wavelength band switching means for sequentially transmitting only a plurality of specific wavelength bands in the entire wavelength band of the illumination light sequentially. 50. The image display device according to claim 49.
【請求項61】 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49記載の画像表示装置。
61. The image display device according to claim 49, wherein the illumination optical system includes a correction polarization selective hologram optical element having a bend angle of the opposite sign to that of the polarization selective hologram optical element.
【請求項62】 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49記載の画像表示装置。
62. The image display device according to claim 49, wherein the polarization selective hologram optical element for correction is the same element as the polarization selective hologram optical element.
【請求項63】 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々垂直に入射する第
1の光学面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49記載の画像表
示装置。
63. A coupling prism having an optical surface that is in close contact with the polarization-selective hologram optical element and has a first optical surface on which at least illumination light is incident substantially perpendicularly, 50. The image display device according to claim 49, wherein the illumination light is incident at an incident angle of 60 [deg.] Or more and less than 90 [deg.] With respect to a normal to the illumination light receiving surface.
【請求項64】 偏光選択性ホログラム光学素子のホロ
グラム面に対する照明光の入射角と回折光の射出角との
差であるベンド角が30°以上であることを特徴とする
請求項49記載の画像表示装置。
64. The image according to claim 49, wherein a bend angle, which is a difference between an incident angle of the illumination light and an exit angle of the diffracted light with respect to the hologram surface of the polarization selective hologram optical element, is 30 ° or more. Display device.
【請求項65】 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49記載
の画像表示装置。
65. The image display device according to claim 49, wherein the polarization-selective hologram optical element is constituted by a plurality of hologram layers having different wavelength dependences of diffraction efficiency.
【請求項66】 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
49記載の画像表示装置。
66. The image display apparatus according to claim 49, wherein the polarization-selective hologram optical element is constituted by a plurality of hologram layers having different diffraction light dependences on the incident angle of the reproduction light.
【請求項67】 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49記載の画像表示装置。
67. The image display device according to claim 49, wherein the polarization-selective hologram optical element has a plurality of holograms having different diffraction efficiency wavelength dependences multiplexed in one hologram layer.
【請求項68】 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49記載の画像表示装置。
68. The image according to claim 49, wherein the polarization-selective hologram optical element is configured such that a plurality of holograms having different diffraction efficiency dependences on the incident angle of the reproduction light are multiplexed in one hologram layer. Display device.
【請求項69】 偏光選択性ホログラム光学素子と透過
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49記載の画像表
示装置。
69. The image display device according to claim 49, wherein the polarization-selective hologram optical element and the transmission-type spatial light modulation element are optically adhered and integrally formed.
【請求項70】照明光を放射する光源と、 2枚の光学基板間に屈折率等方性を有する等方性領域と
屈折率異方性を有する異方性領域とが交互に該光学基板
の主面に沿う方向に積層されて構成され、入射される照
明光を回折させる透過型の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して反射する反射型空間光変調素
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導く
照明光学系と、 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光学素子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光学素子は、上記異方性領域
の光学軸がこの偏光選択性ホログラム光学素子の受光面
に対して略々平行で、かつ、該異方性領域と上記等方性
領域との境界面に対して略々平行となされて配向されて
おり、上記照明光のS偏光成分を上記反射型空間光変調
素子に向けて主に回折させるとともに、該反射型空間光
変調素子により変調されて再入射した照明光のうちのP
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P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。
70. A light source for emitting illumination light, and an isotropic region having a refractive index isotropic property and an anisotropic region having a refractive index anisotropy between two optical substrates are alternately provided on the optical substrate. A transmission-type polarization-selective hologram optical element configured to be laminated in a direction along a main surface of the optical element and diffracting incident illumination light; and a polarization state of the illumination light diffracted by the polarization-selective hologram optical element is modulated. A reflective spatial light modulating element that reflects the reflected light, an illumination optical system that guides the illumination light to the polarization-selective hologram optical element, and an illumination light that is modulated by the reflective spatial light modulation element to an observer's pupil A virtual image observation optical system, wherein the illumination optical system converts the illumination light emitted from the light source into an incident angle of 30 ° or more and less than 90 ° with respect to a normal to an illumination light receiving surface of the polarization selective hologram optical element. And select the above polarization The optical axis of the anisotropic region is substantially parallel to the light-receiving surface of the polarization-selective hologram optical element, and a boundary surface between the anisotropic region and the isotropic region. The illumination light is oriented substantially parallel to the light, and mainly diffracts the S-polarized light component of the illumination light toward the reflective spatial light modulator, and is modulated by the reflective spatial light modulator and re- P of incident illumination light
An image display device characterized by transmitting 70% or more of the P-polarized light component when the diffraction efficiency for the polarized light component is 10% or less.
【請求項71】 等方性領域は、主に光重合性高分子材
料または熱重合性高分子材料により構成されていること
を特徴とする請求項70記載の画像表示装置。
71. The image display device according to claim 70, wherein the isotropic region is mainly composed of a photopolymerizable polymer material or a thermopolymerizable polymer material.
【請求項72】 異方性領域は、液晶材料を含むことを
特徴とする請求項70記載の画像表示装置。
72. The image display device according to claim 70, wherein the anisotropic region contains a liquid crystal material.
【請求項73】 液晶材料は、配向規制手段により配向
制御されていることを特徴とする請求項72記載の画像
表示装置。
73. The image display device according to claim 72, wherein the alignment of the liquid crystal material is controlled by an alignment control unit.
【請求項74】 液晶材料の配向制御手段は、光学基板
に設けられた配向膜、または、この偏光選択性ホログラ
ム光学素子に印可される電界もしくは磁界、あるいは、
この偏光選択性ホログラム光学素子に照射される光線の
うちのいずれか、または、これらの組み合わせであるこ
とを特徴とする請求項73記載の画像表示装置。
74. An alignment control means for a liquid crystal material, comprising: an alignment film provided on an optical substrate; or an electric or magnetic field applied to the polarization selective hologram optical element;
74. The image display device according to claim 73, wherein any one of the light beams emitted to the polarization selective hologram optical element or a combination thereof is used.
【請求項75】 液晶材料は、光硬化性液晶であって、
未硬化の状態において配向規制手段により配向制御さ
れ、該光硬化性液晶を硬化させる波長の光線を照射され
たことにより硬化していることを特徴とする請求項72
記載の画像表示装置。
75. The liquid crystal material is a photocurable liquid crystal,
73. The liquid crystal composition is cured by being irradiated with a light beam having a wavelength for curing the photocurable liquid crystal, the orientation of which is controlled by the alignment regulating means in an uncured state.
The image display device as described in the above.
【請求項76】 液晶材料の配向制御手段は、光学基板
に設けられた配向膜、または、この偏光選択性ホログラ
ム光学素子に印可される電界もしくは磁界、あるいは、
この偏光選択性ホログラム光学素子に照射される光線の
うちのいずれか、または、これらの組み合わせであるこ
とを特徴とする請求項75記載の画像表示装置。
76. An alignment control means for a liquid crystal material, comprising: an alignment film provided on an optical substrate; or an electric or magnetic field applied to the polarization-selective hologram optical element;
76. The image display device according to claim 75, wherein any one of the light beams applied to the polarization selective hologram optical element or a combination thereof is used.
【請求項77】 2枚の光学基板は、透明電極を有し、
これら透明電極への印可電圧により発生する電界によ
り、異方性物質の光学軸方位を可変制御することを特徴
とする請求項70記載の画像表示装置。
77. The two optical substrates have transparent electrodes,
71. The image display device according to claim 70, wherein the azimuth of the optical axis of the anisotropic substance is variably controlled by an electric field generated by an applied voltage to the transparent electrode.
【請求項78】 光源は、長方形形状の発光部を有して
おり、この発光部の短辺方向を偏光選択性ホログラム光
学素子への照明光の入射方向に一致させていることを特
徴とする請求項70記載の画像表示装置。
78. The light source has a rectangular light-emitting portion, and the short side direction of the light-emitting portion is made to coincide with the incident direction of illumination light to the polarization-selective hologram optical element. The image display device according to claim 70.
【請求項79】 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70記載の画像表示装置。
79. An illumination optical system comprising: a polarization conversion means for rotating a polarization direction by 90 ° of a component of the illumination light having a polarization direction orthogonal to the polarization direction at which the diffraction efficiency of the polarization selective hologram optical element is maximized. 71. The image display device according to claim 70, further comprising:
【請求項80】 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70記載の画像表示装
置。
80. The illumination optical system includes a polarization selection unit that selectively transmits a component having a polarization orientation that maximizes the diffraction efficiency of the polarization selective hologram optical element in the illumination light. 71. The image display device according to claim 70.
【請求項81】 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70記載の画像表示装
置。
81. The light source or the illumination optical system further comprises a time-sequential wavelength band switching means for temporally sequentially transmitting only a plurality of specific wavelength bands in the entire wavelength band of the illumination light. 71. The image display device according to claim 70.
【請求項82】 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70記載の画像表示装置。
82. The image display apparatus according to claim 70, wherein the illumination optical system includes a polarization-selective hologram optical element for correction having a bend angle opposite to that of the polarization-selective hologram optical element.
【請求項83】 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70記載の画像表示装置。
83. The image display device according to claim 70, wherein the polarization selective hologram optical element for correction is the same element as the polarization selective hologram optical element.
【請求項84】 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々垂直に入射する第
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
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70記載の画像表
示装置。
84. A first optical surface which optically adheres to the polarization selective hologram optical element and at least illumination light is incident substantially perpendicularly, and light reflected by the reflection type spatial light modulator is emitted substantially perpendicularly. And a coupling prism having a second optical surface. The polarization-selective hologram optical element receives illumination light at an incident angle of 60 ° or more and less than 90 ° with respect to a normal to the illumination light receiving surface. 71. The image display device according to claim 70, wherein:
【請求項85】 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々垂直に入射す
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84記載の画像表示装置。
85. The coupling prism has a third optical surface provided with a light absorption layer on which specular reflection light of illumination light from the reflection type spatial light modulation element is incident substantially perpendicularly. The image display device according to claim 84, wherein:
【請求項86】 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70記
載の画像表示装置。
86. A projection optical system, comprising: a polarization selecting means for selectively transmitting a component of a polarization direction transmitted through the polarization-selective hologram optical element, of the light modulated by the reflection-type spatial light modulation element. 71. The image display device according to claim 70, wherein:
【請求項87】 偏光選択性ホログラム光学素子のホロ
グラム面に対する照明光の入射角と回折光の射出角との
差であるベンド角が30°以上であることを特徴とする
請求項70記載の画像表示装置。
87. The image according to claim 70, wherein a bend angle, which is a difference between an incident angle of the illumination light and an exit angle of the diffracted light with respect to the hologram surface of the polarization selective hologram optical element, is 30 ° or more. Display device.
【請求項88】 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が、光学的
に傾斜した位置関係となっていることを特徴とする請求
項70記載の画像表示装置。
88. The image display according to claim 70, wherein the hologram surface of the polarization-selective hologram optical element and the reflection surface of the reflective spatial light modulator have an optically inclined positional relationship. apparatus.
【請求項89】 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70記載
の画像表示装置。
89. The image display apparatus according to claim 70, wherein the polarization-selective hologram optical element is constituted by a plurality of hologram layers having different wavelength dependences of diffraction efficiency.
【請求項90】 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
70記載の画像表示装置。
90. The image display apparatus according to claim 70, wherein the polarization-selective hologram optical element is constituted by a plurality of hologram layers having different diffraction light dependences on the incident angle of the reproduction light.
【請求項91】 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70記載の画像表示装置。
91. The image display device according to claim 70, wherein the polarization-selective hologram optical element has a plurality of holograms having different diffraction efficiency wavelength dependences multiplexed on one hologram layer.
【請求項92】 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70記載の画像表示装置。
92. The image according to claim 70, wherein the polarization-selective hologram optical element has a plurality of holograms having different diffraction efficiencies depending on a reconstructed light incident angle, which are multiplexed in one hologram layer. Display device.
【請求項93】 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70記載の画像表
示装置。
93. The image display device according to claim 70, wherein the polarization-selective hologram optical element and the reflection-type spatial light modulation element are optically adhered and integrally formed.
【請求項94】 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70記載の画像表示装置。
94. The reflection-type spatial light modulator has a rectangular shape, and a long side direction thereof coincides with an incident direction of illumination light to the polarization selective hologram optical element. 70. The image display device according to 70.
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