JP2003215318A - Optical element for illumination, its manufacturing method, and video display device - Google Patents

Optical element for illumination, its manufacturing method, and video display device

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JP2003215318A
JP2003215318A JP2002015405A JP2002015405A JP2003215318A JP 2003215318 A JP2003215318 A JP 2003215318A JP 2002015405 A JP2002015405 A JP 2002015405A JP 2002015405 A JP2002015405 A JP 2002015405A JP 2003215318 A JP2003215318 A JP 2003215318A
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JP
Japan
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light
diffraction grating
optical element
illumination
image display
Prior art date
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Application number
JP2002015405A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeto Omori
滋人 大森
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Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Corp filed Critical Japan Science and Technology Corp
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve characteristics of a transparent plate-like optical element for illumination which is arranged with one of two surfaces facing each other turned to an illumination object as an exit surface and diffracts light made incident from the end by a diffraction grating disposed along the exit surface to emit the light from the exit surface. <P>SOLUTION: The period of the diffraction grating and differences in height between protrusions and recesses are made equal to or shorter than the center wavelength in the wavelength range of the light made incident from the end part, and wall surface being surfaces between the protrusions and recesses of the diffraction grating are made approximately parallel with adjacent those and are tilted to the surface of the entire diffraction grating. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、板状の照明用光学
素子およびこれを照明光学系として用いる映像表示装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plate-shaped illumination optical element and an image display device using the same as an illumination optical system.

【0002】[0002]

【従来の技術】携帯電話、ノート型パーソナルコンピュ
ータ、PDA電子手帳等の携帯情報端末装置では、少な
い電力消費で映像を提供するために、照明光を反射しつ
つ変調する反射型の表示器と、照明光を供給する光源
と、表示器の前面に配置され、光源からの照明光を表示
器に導く板状の光学素子より成る映像表示装置が採用さ
れている。環境が明るいときには環境光を照明光として
利用し、環境が暗いときに光源より照明光を供給するこ
とで、映像提供のための電力消費を抑えることができ
る。
2. Description of the Related Art In a portable information terminal device such as a mobile phone, a notebook personal computer, a PDA electronic notebook, etc., in order to provide an image with low power consumption, a reflective display device that reflects and modulates illumination light, 2. Description of the Related Art An image display device is used that includes a light source that supplies illumination light and a plate-shaped optical element that is arranged in front of a display and guides the illumination light from the light source to the display. By using the ambient light as the illumination light when the environment is bright and supplying the illumination light from the light source when the environment is dark, it is possible to suppress the power consumption for providing the image.

【0003】このような映像表示装置の照明用光学素子
は、表示器から遠い側の表面を梨地面またはプリズムア
レイとされており、環境光を透過させて表示器に導く一
方、端部から入射する光源からの照明光を梨地面または
プリズムアレイによって反射して表示器に導く。また、
表示器により反射され変調された光を透過させて観察者
の眼に導く。
The illumination optical element of such an image display device has a surface on the side far from the display as a satin-finished surface or a prism array, and transmits ambient light to guide it to the display, while it is incident from the end. The illumination light from the light source is reflected by the matte surface or the prism array and guided to the display. Also,
The light reflected and modulated by the display is transmitted and guided to the observer's eye.

【0004】ところが、光学素子の表面を梨地面とする
と、表示器からの光が光学素子を透過する際に散乱する
ため、観察者に提供する映像に、ボケ、コントラストの
低下、輝度のむら等が生じる。
However, if the surface of the optical element is a satin-finished surface, the light from the display is scattered when passing through the optical element, so that the image provided to the observer has blurring, a decrease in contrast, and uneven brightness. Occurs.

【0005】光学素子の表面をプリズムアレイとする
と、光の散乱はないものの、プリズムパターンが視認さ
れたり、プリズムパターンと表示器上の映像との関係
で、提供する映像にモアレ縞が生じたりする。また、プ
リズムアレイで反射されて表示器に向かう光の一部が、
表示器側の表面で反射されて観察者の眼に達し、フレア
となってコントラストを低下させる。これを避けるため
には、表示器側の表面に反射防止処理をする必要があ
る。しかも、プリズムアレイは外部(観察者側)に露出
するから、傷や汚れを防止するために、保護板等を設け
る必要もある。
When the surface of the optical element is a prism array, light is not scattered, but the prism pattern is visually recognized, or moire fringes are generated in the image provided due to the relationship between the prism pattern and the image on the display. . In addition, part of the light that is reflected by the prism array and goes to the display,
The light is reflected by the surface of the display side and reaches the eyes of the observer, causing flare and lowering the contrast. In order to avoid this, it is necessary to perform antireflection treatment on the surface on the display side. Moreover, since the prism array is exposed to the outside (observer side), it is necessary to provide a protective plate or the like to prevent scratches and dirt.

【0006】特願2000−376169では、光の波
長(650nm)以下の周期を有するブレーズ形状の回
折格子を表面に設けた板状の照明用光学素子が提案され
ている。この光学素子では、ボケおよびモアレ縞の問題
がほとんど解消される。また、回折格子を設けた表面を
表示器側にして配置することも可能であり、回折格子の
保護のための部材は必ずしも必要でなく、薄型化にも適
する。
[0006] Japanese Patent Application No. 2000-376169 proposes a plate-shaped illumination optical element having a blazed diffraction grating having a period of light wavelength (650 nm) or less on its surface. With this optical element, the problems of blurring and moire fringes are almost eliminated. It is also possible to dispose the surface on which the diffraction grating is provided on the side of the display, and a member for protecting the diffraction grating is not always necessary and is suitable for thinning.

【0007】上述の各照明用光学素子は、照明光を透過
させつつ変調する透過型の表示器に、照明光であるバッ
クライトを導くためにも利用することができる。近年で
は、板状の照明用光学素子の両面それぞれに透過型の表
示器を配置して、表裏両側から映像を観察し得るように
した映像表示装置も提案されている。回折格子を有する
照明用光学素子は、このような透過型の表示器を用いる
表示装置にも好適であると期待される。
Each of the above-mentioned illumination optical elements can also be used to guide a backlight, which is illumination light, to a transmissive display that modulates while transmitting illumination light. In recent years, there has been proposed an image display device in which transmissive display devices are arranged on both sides of a plate-shaped illumination optical element so that images can be observed from both front and back sides. An illumination optical element having a diffraction grating is expected to be suitable for a display device using such a transmissive display.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、一般に回折格
子は非常に微細な構造であり、特に、特願2000−3
76169にて提案されている光学素子の回折格子の形
状は、断面が直角三角形で複雑なため、精密に形成する
ことが難しい。形状を精密に形成できないと、回折効
率、回折角等の回折条件が設計どおりでなくなり、輝度
が低下したり、輝度むらが生じたりする。また、反射型
の表示器の照明光学系として用いる場合は、回折格子に
よって回折されて映像表示器からの光と同じ方向に向か
う光源からの光が多くなり、提供する映像のコントラス
トが低下する。
However, the diffraction grating generally has a very fine structure, and in particular, Japanese Patent Application No. 2000-3
The shape of the diffraction grating of the optical element proposed in 76169 has a right-angled triangular cross section and is complicated, so that it is difficult to form it precisely. If the shape cannot be precisely formed, the diffraction conditions such as the diffraction efficiency and the diffraction angle will not be as designed, and the brightness will be reduced or the brightness will be uneven. Further, when it is used as an illumination optical system of a reflection type display, the light from the light source that is diffracted by the diffraction grating and travels in the same direction as the light from the image display increases, and the contrast of the image provided decreases.

【0009】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、回折格子を有する板状の照明用の光学素子
であって、格子形状を設計どおりに作製することが容易
で光学特性に優れたものを提供することを目的とする。
また、そのような光学素子を備えることにより質の高い
映像を提供することが可能な映像表示装置を実現するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and is a plate-like optical element for illumination having a diffraction grating, and it is easy to manufacture the grating shape as designed and the optical characteristics. The purpose is to provide excellent products.
Another object of the present invention is to realize an image display device capable of providing a high quality image by including such an optical element.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、対向する2つの表面のうちの一方を出
射面として照明対象物に向けて配置される透明で板状の
照明用の光学素子であって、出射面に沿う回折格子を有
し、光を端部から入射させ、その光が内部を進行する間
に回折格子によって回折して、出射面から出射させるも
のにおいて、回折格子の周期および凸部と凹部との高低
差が端部から入射させる光の波長範囲の中央の波長以下
であり、回折格子の凸部と凹部の間の面である壁面が、
隣り合うもの同士略平行で、回折格子全体としての面に
対して傾斜している構成とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, one of two facing surfaces is arranged as a light emitting surface and is directed toward an object to be illuminated. Which has a diffraction grating along the exit surface, allows light to enter from the end, diffracts it by the diffraction grating while the light travels inside, and emits it from the exit surface. The period of the grating and the height difference between the convex portion and the concave portion is equal to or less than the central wavelength of the wavelength range of the light incident from the end portion, and the wall surface that is the surface between the convex portion and the concave portion of the diffraction grating,
Adjacent ones are substantially parallel to each other and are inclined with respect to the surface of the entire diffraction grating.

【0011】この光学素子は、端部から入射する光を照
明に用いるだけでなく、出射面に対向する表面から入射
する光を照明に用いることができる。また、照明対象物
によって反射された光を出射面に対向する表面から出射
させることもできる。回折格子は、周期および高低差が
回折対象の光のうち短波長側のものに近いため、回折対
象の光全体に対して所望の回折条件を設定することが可
能であり、しかも、隣り合う壁面が略平行なため、形状
の精密さを確保し易く、設計した回折条件を良好に発現
することができる。したがって、特性に優れ、作製も容
易な光学素子となる。
This optical element can use not only the light incident from the end portion for illumination but also the light incident from the surface facing the emission surface. Further, the light reflected by the illumination target can be emitted from the surface facing the emission surface. Since the period and height difference of the diffraction grating are close to those on the short wavelength side of the light to be diffracted, it is possible to set the desired diffraction conditions for the entire light to be diffracted, and also the adjacent wall surfaces. Are substantially parallel to each other, the precision of the shape can be easily ensured, and the designed diffraction condition can be well expressed. Therefore, the optical element has excellent characteristics and is easy to manufacture.

【0012】また、壁面を回折格子全体としての面に対
して傾斜させたことにより、回折格子により反射されま
たは回折格子を透過して照明対象物からの光と同じ方向
に向かう光の量を、ごく僅かに抑えることが可能であ
る。これにより、出射面に対向する表面側から照明対象
物を観察するときのコントラストの低下が大きく軽減さ
れる。
Further, since the wall surface is inclined with respect to the surface of the entire diffraction grating, the amount of light reflected by the diffraction grating or transmitted through the diffraction grating and traveling in the same direction as the light from the illumination target is It is possible to suppress it very slightly. As a result, the reduction in contrast when observing the illumination target from the surface side facing the emission surface is greatly reduced.

【0013】回折格子は光学素子の表面に設けることが
可能である。出射面に回折格子を設ける場合は、透過光
を出射させることになり、出射面に対向する表面に回折
格子を設ける場合は、反射光を出射面から出射させるこ
とになる。
The diffraction grating can be provided on the surface of the optical element. When a diffraction grating is provided on the emission surface, transmitted light is emitted, and when a diffraction grating is provided on the surface facing the emission surface, reflected light is emitted from the emission surface.

【0014】また、屈折率の異なる2つの部材を接合し
て光学素子とし、回折格子が2つの部材の界面に設けら
れている構成とすることもできる。この場合、屈折率の
大きい方の部材を端部からの光の進路とすると、回折条
件の設定が容易である。この構成では、回折格子は保護
された状態となるから、保護のための部材は不要であ
る。
It is also possible to join two members having different refractive indexes to form an optical element and to provide a diffraction grating at the interface between the two members. In this case, if the member having the larger refractive index is used as the path of the light from the end, the diffraction condition can be set easily. In this configuration, since the diffraction grating is in a protected state, a member for protection is unnecessary.

【0015】回折格子全体としての面に対する回折格子
の壁面の傾斜角は5゜以上とするのが好ましい。ここ
で、傾斜角とは回折格子全体としての面の法線と壁面と
の成す角をいう。このようにすると、照明対象物からの
光と同じ方向に進む光の量をごく僅かに抑えることが容
易になる。
The inclination angle of the wall surface of the diffraction grating with respect to the surface of the diffraction grating as a whole is preferably 5 ° or more. Here, the tilt angle means the angle formed by the normal line of the surface of the entire diffraction grating and the wall surface. By doing so, it becomes easy to suppress the amount of light traveling in the same direction as the light from the illumination target to a very small amount.

【0016】回折格子が光の進路に対して出射面側に位
置する構成では、回折格子の壁面が出射面に対向する表
面から遠い部位ほど光を入射させる端部から離れる方向
に傾斜している設定とするとよい。また、回折格子が光
の進路に対して出射面に対向する表面側に位置する構成
では、回折格子の壁面が出射面から遠い部位ほど光を入
射させる端部に近づく方向に傾斜している設定とすると
よい。このようにすると、照明対象物からの光と同じ方
向に進む光の量を、確実にごく僅かに抑えることができ
る。
In the structure in which the diffraction grating is located on the exit surface side with respect to the path of the light, the wall surface of the diffraction grating is inclined in the direction away from the end portion through which the light is incident, the farther from the surface facing the exit surface. Good to set. Further, in the configuration in which the diffraction grating is located on the surface side facing the emission surface with respect to the path of the light, the wall surface of the diffraction grating is inclined so that the portion farther from the emission surface is closer to the end portion through which light is incident. It is good to In this way, the amount of light traveling in the same direction as the light from the illumination target can be reliably suppressed to a very small amount.

【0017】屈折率の異なる2つの部材の界面に回折格
子を設ける場合、2つの部材のうち出射面から遠い方が
出射面に近い方よりも大きな屈折率を有する構成では、
回折格子の壁面が出射面に近い部位ほど光を入射させる
端部から離れる方向に傾斜している設定とするとよい。
また、2つの部材のうち出射面に近い方が出射面から遠
い方よりも大きな屈折率を有する構成では、回折格子の
壁面が出射面から遠い部位ほど光を入射させる端部に近
づく方向に傾斜している設定とするとよい。このように
することで、屈折率の大きい方の部材を光の進路とする
ときに、照明対象物からの光と同じ方向に進む光の量
を、確実にごく僅かに抑えることができる。
In the case where a diffraction grating is provided at the interface between two members having different refractive indices, in the structure in which the one of the two members farther from the emission surface has a larger refractive index than the one closer to the emission surface,
It is advisable to set the wall surface of the diffraction grating to be inclined in a direction away from the end portion through which light is incident, as it approaches the exit surface.
Further, in the configuration in which one of the two members closer to the emission surface has a larger refractive index than that farther from the emission surface, the wall surface of the diffraction grating is inclined in a direction closer to the end portion through which light is incident, as far as it is from the emission surface. It is good to set it. By doing so, when the member having the larger refractive index is used as the path of light, the amount of light traveling in the same direction as the light from the illumination target can be surely suppressed to a very small amount.

【0018】上記の光学素子の作製に際しては、全体と
して平面で、壁面が全体の平面に対して略垂直な格子形
状を作製し、その格子形状に全体の平面に沿う方向の力
を加えて凸部を変形させることによって、回折格子の形
状を形成するとよい。全体としての平面に対して壁面が
垂直な格子形状の作製は容易であり、力を加えて凸部を
変形させることも容易であるから、極めて簡便な作製方
法となる。ここで、回折格子の形状は、光学素子とする
材料自体に形成することもできるし、加工が容易な他の
材料に形成しておいて、光学素子とする材料に転写する
こともできる。
In manufacturing the above-mentioned optical element, a lattice shape having a plane as a whole and a wall surface substantially perpendicular to the plane is produced, and a convex force is applied to the lattice shape by applying a force in the direction along the entire plane. The shape of the diffraction grating may be formed by deforming the portion. Since it is easy to manufacture a lattice shape in which the wall surface is perpendicular to the plane as a whole, and it is easy to deform the convex portion by applying a force, the manufacturing method is extremely simple. Here, the shape of the diffraction grating can be formed on the material itself to be the optical element, or can be formed on another material that can be easily processed and then transferred to the material to be the optical element.

【0019】エッチングによって、または二光束干渉法
によって回折格子の形状を直接形成してもよい。この場
合、回折格子全体としての平面に対して斜めの方向から
エッチング処理を行い、または、2光束の成す角の2等
分線が回折格子全体としての平面に対して傾斜する状態
で光束照射の処理を行うことになる。ここでも、光学素
子とする材料自体を処理することができるし、他の材料
を処理して形成した形状を光学素子とする材料に転写す
ることもできる。
The shape of the diffraction grating may be directly formed by etching or by two-beam interference method. In this case, the etching process is performed from a direction oblique to the plane of the entire diffraction grating, or the bisector of the angle formed by the two beams is inclined with respect to the plane of the entire diffraction grating. Will be processed. Also here, the material itself to be the optical element can be processed, or the shape formed by processing other material can be transferred to the material to be the optical element.

【0020】回折格子と相補的な形状の金型を用いる成
形によって回折格子を作製するとよい。このようにする
と、光学素子の特性のばらつきを抑えることができ、量
産も容易になる。回折格子と金型の分離に際しては、金
型を回折格子の壁面に対して平行な方向に移動させるこ
とで、凸部の破損を避けることができる。金型の作製に
おいても、その材料を直接加工することと、他の材料に
形成した形状を転写することの、いずれをも採用するこ
とができる。
The diffraction grating may be manufactured by molding using a mold having a shape complementary to the diffraction grating. In this way, it is possible to suppress variations in the characteristics of the optical element and facilitate mass production. When separating the diffraction grating and the mold, by moving the mold in a direction parallel to the wall surface of the diffraction grating, it is possible to avoid damage to the convex portion. In the production of the mold, either of directly processing the material or transferring the shape formed on another material can be adopted.

【0021】上記目的を達成するために、本発明ではま
た、照明光を変調して映像を表す光とする映像表示器
と、照明光を発する光源と、光源が発した照明光を映像
表示器に導く照明光学系とを備える映像表示装置におい
て、照明光学系として、上記のいずれかの光学素子を備
えるものとする。光学素子の回折格子が設定どおりの回
折条件をほぼ発現し得るから、質の高い映像を提供する
ことが可能になる。しかも、光学素子の回折格子を出射
面に設け、出射面が映像表示器に近接する配置とするこ
とで、回折格子を保護するための部材が不要となり、薄
型の映像表示装置とすることができる。2つの部材の界
面に回折格子を設けた光学素子を備える場合も、回折格
子を保護するための部材は不要であり、同様に、薄型の
映像表示装置となる。
In order to achieve the above object, the present invention also provides an image display device that modulates illumination light into light that represents an image, a light source that emits the illumination light, and the illumination light that the light source emits. In an image display device including an illumination optical system that guides to, the illumination optical system includes any one of the above optical elements. Since the diffraction grating of the optical element can almost express the set diffraction condition, it is possible to provide a high quality image. Moreover, by providing the diffraction grating of the optical element on the emission surface and disposing the emission surface close to the image display device, a member for protecting the diffraction grating is unnecessary, and a thin image display device can be obtained. . Even when an optical element provided with a diffraction grating at the interface between two members is provided, a member for protecting the diffraction grating is not necessary, and similarly, a thin image display device can be obtained.

【0022】ここで、映像表示器は照明光を反射しつつ
変調して映像を表す光とする反射型とすることができ
る。光学素子の回折格子が、微細な構造であるという一
般的な特徴に加えて、回折格子により反射されまたは回
折格子を透過して映像表示器からの光と同じ方向に進む
光の量をごく僅かに抑えることができるという特徴を有
するため、提供する映像にボケやモアレ縞が発生するの
を防止することができるだけでなく、コントラストの低
下も良好に抑えることができる。
Here, the image display device may be of a reflection type in which the illumination light is reflected and modulated to be light representing an image. In addition to the general feature that the diffraction grating of the optical element is a fine structure, the amount of light reflected by the diffraction grating or transmitted through the diffraction grating and traveling in the same direction as the light from the image display is very small. Since it is possible to suppress the occurrence of blurring and moire fringes in the image to be provided, it is possible to suppress the deterioration of contrast satisfactorily.

【0023】映像表示器は照明光を透過させつつ変調し
て映像を表す光とする透過型とすることもできる。この
場合、光学素子の出射面に対向する表面が外部に露出す
る形態とすることで、外部からの光を照明光として利用
することも可能である。
The image display device may be of a transmissive type, which modulates the illumination light while transmitting it to obtain light representing an image. In this case, when the surface of the optical element facing the emission surface is exposed to the outside, light from the outside can be used as illumination light.

【0024】本発明ではまた、対向する2つの表面の双
方を出射面として2つの照明対象物に向けて配置される
透明で板状の照明用の光学素子であって、出射面に沿う
回折格子を有し、光を端部から入射させ、その光が内部
を進行する間に回折格子によって回折して、出射面から
出射させるものにおいて、回折格子の周期および凸部と
凹部との高低差が端部から入射させる光の波長範囲の中
央の波長以下であり、回折格子の凸部と凹部の間の面で
ある壁面が、隣り合うもの同士略平行な構成とする。
According to the present invention, there is also provided a transparent plate-shaped optical element for illumination, which is arranged toward two illumination objects with both of the two surfaces facing each other as an emission surface, and a diffraction grating along the emission surface. In the case where the light is incident from the end, is diffracted by the diffraction grating while the light travels inside, and is emitted from the emission surface, the period of the diffraction grating and the height difference between the convex portion and the concave portion are The wall surface that is equal to or less than the central wavelength of the wavelength range of the light incident from the end and is a surface between the convex portion and the concave portion of the diffraction grating is configured so that adjacent ones are substantially parallel to each other.

【0025】この光学素子の回折格子は、2つの反射光
と1つの透過光を生じさせて、反射光の一方と透過光が
2つの出射面から出射し、反射光の他方が光学素子の内
部を進行するようにする。回折格子は、周期および高低
差が回折対象の光のうち短波長側のものに近いため、回
折対象の光全体に対して所望の回折条件を設定すること
が可能であり、しかも、隣り合う壁面が略平行なため、
形状の精密さを確保し易く、設定した回折条件を良好に
発現することができる。したがって、特性に優れ、作製
も容易な光学素子となる。回折格子は光学素子の表面に
設けることが可能である。
The diffraction grating of this optical element produces two reflected lights and one transmitted light, one of the reflected light and the transmitted light is emitted from the two emission surfaces, and the other of the reflected light is inside the optical element. To make progress. Since the period and height difference of the diffraction grating are close to those on the short wavelength side of the light to be diffracted, it is possible to set the desired diffraction conditions for the entire light to be diffracted, and also the adjacent wall surfaces. Are almost parallel,
The precision of the shape can be easily ensured, and the set diffraction condition can be well expressed. Therefore, the optical element has excellent characteristics and is easy to manufacture. The diffraction grating can be provided on the surface of the optical element.

【0026】屈折率の異なる2つの部材を接合して光学
素子とし、回折格子が2つの部材の界面に設けられてい
る構成とすることもできる。この場合、屈折率の大きい
方の部材を端部からの光の進路とすると、回折条件の設
定が容易である。この構成では、回折格子は保護された
状態となるから、保護のための部材は不要である。
It is also possible to join two members having different refractive indexes to form an optical element and to provide a diffraction grating at the interface between the two members. In this case, if the member having the larger refractive index is used as the path of the light from the end, the diffraction condition can be set easily. In this configuration, since the diffraction grating is in a protected state, a member for protection is unnecessary.

【0027】本発明ではさらに、照明光を透過させつつ
変調して映像を表す光とする透過型の2つの映像表示器
と、照明光を発する光源と、光源が発した照明光を2つ
の映像表示器に導く照明光学系とを備える映像表示装置
において、照明光学系として、上記のいずれかの光学素
子を備えるものとする。光学素子の回折格子が設定どお
りの回折条件をほぼ発現し得るから、質の高い映像を提
供することが可能になる。しかも、回折格子を光学素子
の表面すなわち出射面に設けた場合でも、出射面が映像
表示器に近接する配置とすることで、回折格子を保護す
るための部材が不要となり、薄型の映像表示装置とする
ことができる。2つの部材の界面に回折格子を設けた光
学素子を備える場合も、回折格子を保護するための部材
は不要であり、同様に、薄型の映像表示装置となる。
Further, according to the present invention, two transmissive image display devices that transmit illumination light and modulate it into light for displaying an image, a light source that emits the illumination light, and two images of the illumination light emitted by the light source. In an image display device including an illumination optical system that leads to a display, any one of the above optical elements is provided as the illumination optical system. Since the diffraction grating of the optical element can almost express the set diffraction condition, it is possible to provide a high quality image. Moreover, even when the diffraction grating is provided on the surface of the optical element, that is, the emission surface, by disposing the emission surface close to the image display, a member for protecting the diffraction grating is not required, and a thin image display device is provided. Can be Even when an optical element provided with a diffraction grating at the interface between two members is provided, a member for protecting the diffraction grating is not necessary, and similarly, a thin image display device can be obtained.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明の照明用光学素子お
よび映像表示装置の実施形態について図面を参照しなが
ら説明する。第1の実施形態の映像表示装置1の光学構
成の概略を図1に模式的に示す。映像表示装置1は、与
えられる照明光を反射しつつ変調して映像を表す光とす
る反射型の映像表示器10、映像表示器10に与える照
明光を供給する光源部20、および、映像表示器10に
対向して配置され光源部20からの照明光を映像表示器
10に導く透明で板状の照明用の光学素子30より成
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of an optical element for illumination and an image display device of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the optical configuration of the image display device 1 of the first embodiment. The image display device 1 includes a reflection-type image display device 10 that reflects and modulates illumination light that is applied to light that represents an image, a light source unit 20 that supplies illumination light to the image display device 10, and an image display. The transparent plate-shaped optical element 30 for illumination that guides the illumination light from the light source unit 20 to the image display device 10 is disposed so as to face the device 10.

【0029】明るい環境で映像表示装置1を使用する場
合、外部からの光L0が光学素子30を透過して映像表
示器10を照明する照明光となる。したがって、環境が
明るいときには光源部20から照明光を供給する必要は
ない。
When the image display device 1 is used in a bright environment, the light L0 from the outside becomes an illumination light which passes through the optical element 30 and illuminates the image display 10. Therefore, when the environment is bright, it is not necessary to supply the illumination light from the light source unit 20.

【0030】映像表示器10は反射型の液晶表示器であ
り、偏光板、液晶層、反射板等を有するが、ここでは簡
略化して表している。光源部20は、発光素子21とリ
フレクタ22より成り、発光素子21が発する光をリフ
レクタ22によって反射して略平行光とする。
The image display device 10 is a reflection type liquid crystal display device and has a polarizing plate, a liquid crystal layer, a reflection plate and the like, but it is shown here in a simplified manner. The light source unit 20 includes a light emitting element 21 and a reflector 22, and the light emitted from the light emitting element 21 is reflected by the reflector 22 to be substantially parallel light.

【0031】光学素子30は映像表示器10に対して平
行に配置されている。光学素子30の映像表示器10に
近い表面31と映像表示器10から遠い表面32は、端
部を除いて、互いに平行である。光学素子30の端面3
3は、表面31、32に対して傾斜しており、光源部2
0はこの端面33に向けて配置されている。
The optical element 30 is arranged parallel to the image display 10. The surface 31 of the optical element 30 close to the image display 10 and the surface 32 far from the image display 10 are parallel to each other except at the ends. End face 3 of optical element 30
3 is inclined with respect to the surfaces 31 and 32, and the light source unit 2
0 is arranged toward this end face 33.

【0032】光学素子30は、材質の異なる透明で板状
の2つの部材30a、30bを接合して構成されてい
る。第1の部材30aと第2の部材30bの屈折率は相
違し、映像表示器10から遠い第1の部材30aの方が
屈折率が大きい。第1の部材30aと第2の部材30b
の界面34には回折格子35が設けられている。
The optical element 30 is formed by joining two transparent and plate-like members 30a and 30b made of different materials. The first member 30a and the second member 30b have different refractive indices, and the first member 30a farther from the image display 10 has a higher refractive index. First member 30a and second member 30b
A diffraction grating 35 is provided on the interface 34.

【0033】光源部20からの光は端面33より第1の
部材30aに入射して、界面34での反射と表面32で
の全反射を繰り返しながら、第1の部材30a内を進行
する。回折格子35は回折によって透過光と反射光を生
じさせる。回折格子35は、反射光の反射角度が入射角
度と等しくなるように設定されており、また、表面31
に対する透過光の入射角度が小さくなるように設定され
ている。回折格子35の透過光は、出射面となる表面3
1を透過して映像表示器10を照明し、反射光は第1の
部材30a内をさらに進行する。この繰り返しによって
映像表示器10の全体が照明される。
The light from the light source section 20 enters the first member 30a from the end face 33 and travels in the first member 30a while repeating reflection at the interface 34 and total reflection at the surface 32. The diffraction grating 35 produces transmitted light and reflected light by diffraction. The diffraction grating 35 is set so that the reflection angle of the reflected light becomes equal to the incident angle, and the surface 31
The incident angle of the transmitted light with respect to is set to be small. The transmitted light of the diffraction grating 35 is the surface 3 that becomes the emission surface.
1, the image display 10 is illuminated, and the reflected light further travels in the first member 30a. By repeating this, the entire image display 10 is illuminated.

【0034】映像表示器10に入射した照明光は反射さ
れて映像を表す映像光とされた後、表面31から光学素
子30に入射し、第2の部材30b、第1の部材30a
を透過して表面32から出射し、観察者の眼Eに達す
る。これにより、観察者に映像が提供される。映像表示
器10への照明光の入射角度は0゜ではなく、映像光は
照明光とは別な光路を通る。したがって、回折格子35
を透過した照明光の回折格子35に対する角度と、映像
光の回折格子35に対する角度には差が生じ、映像光は
回折格子35で回折されることなくこれを透過する。回
折格子35については後に詳述する。
The illumination light that has entered the image display 10 is reflected to form image light that represents an image, and then enters the optical element 30 from the surface 31, and the second member 30b and the first member 30a.
Through the surface 32 and reaches the eye E of the observer. This provides the viewer with an image. The incident angle of the illumination light on the image display 10 is not 0 °, and the image light passes through an optical path different from that of the illumination light. Therefore, the diffraction grating 35
There is a difference between the angle of the illumination light that has passed through and the diffraction grating 35 and the angle of the image light with respect to the diffraction grating 35, and the image light passes through the diffraction grating 35 without being diffracted. The diffraction grating 35 will be described in detail later.

【0035】第2の実施形態の映像表示装置2の光学構
成の概略を図2に模式的に示す。映像表示装置2は、照
明用の光学素子30が単一の部材30aで構成され、回
折格子35が出射面31に設けられている点で、映像表
示装置1と相違する。他の構成および映像提供の原理は
映像表示装置1と同様であり、重複する説明は省略す
る。出射面31が映像表示器10に接触する配置、また
は両者の離間距離が小さい配置とすることで、回折格子
35を保護するための部材は不要である。
FIG. 2 schematically shows the optical configuration of the image display device 2 of the second embodiment. The image display device 2 is different from the image display device 1 in that the illumination optical element 30 is composed of a single member 30a, and the diffraction grating 35 is provided on the emission surface 31. The other configurations and the principle of providing an image are the same as those of the image display apparatus 1, and the duplicate description will be omitted. A member for protecting the diffraction grating 35 is not required by disposing the emitting surface 31 in contact with the image display device 10 or by disposing the separation distance between them small.

【0036】映像表示装置1、2の回折格子35の構造
を拡大して図3に模式的に示す。回折格子35は、周期
Λおよび凸部と凹部の高低差hを、光源部20からの光
L1の波長範囲の中央の波長λ以下に設定されている。
また、凸部と凹部の間の面(高低差をもたらす主たる
面)である壁面35aが全て平行で、かつ、回折格子3
5全体としての平面に対して傾斜するように(法線に対
して0°以外の角αを成すように)設定されている。周
期および高低差を回折対象の光の中央の波長以下にする
ことにより、回折対象の光のうち、波長の長いものだけ
でなく、波長の短いものに対しても所望の回折条件を設
定することが可能である。また、壁面35aを全て平行
とすることにより、形状の精密さの確保(設計どおりの
形状の実現)が容易になる。
The structure of the diffraction grating 35 of the image display devices 1 and 2 is enlarged and schematically shown in FIG. In the diffraction grating 35, the period Λ and the height difference h between the convex portion and the concave portion are set to be equal to or less than the central wavelength λ of the wavelength range of the light L1 from the light source unit 20.
In addition, the wall surfaces 35a, which are the surfaces between the convex portions and the concave portions (main surfaces that bring about height differences) are all parallel, and the diffraction grating 3
5 is set to be inclined with respect to the plane as a whole (to form an angle α other than 0 ° with respect to the normal line). By setting the period and height difference to be equal to or less than the central wavelength of the light to be diffracted, the desired diffraction condition can be set not only for the light with a long wavelength but also for the light with a short wavelength. Is possible. Further, by making all the wall surfaces 35a parallel to each other, it becomes easy to secure the precision of the shape (realization of the shape as designed).

【0037】一般に、回折を利用して反射型の映像表示
器を照明する場合、不要な回折光による映像のコントラ
ストの低下が問題となる。この原理を図4を参照して説
明する。周期Λの回折格子に波長λの光L1が入射する
場合、入射角度θ1(反時計回りを正とする)と透過光
L2の回折角度θ2には、式(1)の関係が成り立つ。
ここで、n1は入射側の媒質の屈折率、n2は出射側
(透過先)の媒質の屈折率、mは回折次数である。 n2・sinθ2=n1・sinθ1+m・λ/Λ … 式(1)
In general, when illuminating a reflection type image display device by using diffraction, there is a problem that the contrast of the image is lowered due to unnecessary diffracted light. This principle will be described with reference to FIG. When the light L1 having the wavelength λ is incident on the diffraction grating having the period Λ, the relationship of the expression (1) is established between the incident angle θ1 (the counterclockwise direction is positive) and the diffraction angle θ2 of the transmitted light L2.
Here, n1 is the refractive index of the medium on the incident side, n2 is the refractive index of the medium on the outgoing side (transmission destination), and m is the diffraction order. n2 · sin θ2 = n1 · sin θ1 + m · λ / Λ Equation (1)

【0038】映像表示装置1、2のように、入射側の媒
質の方が出射側(透過先)の媒質よりも屈折率が大き
く、光学素子30を映像表示器10に平行に配置する場
合、回折次数mが−1の透過光L2を照明に利用するこ
とになり、したがって、観察者に向かう映像光L3の出
射角度をθ3で表すと式(2)の関係が成り立つ。 sinθ3=λ/Λ−n1・sinθ1 … 式(2)
When the medium on the incident side has a larger refractive index than the medium on the emission side (transmission destination) like the image display devices 1 and 2, and the optical element 30 is arranged in parallel to the image display device 10, The transmitted light L2 having the diffraction order m of -1 is used for illumination. Therefore, when the emission angle of the image light L3 toward the observer is represented by θ3, the relationship of the expression (2) is established. sin θ3 = λ / Λ−n1 · sin θ1 Equation (2)

【0039】一方、入射側への回折によって、部材30
a内を進行する反射光L4と共に不要な反射光L5が発
生し、この不要な反射光L5の回折角度をθ5で表す
と、式(3)の関係が成り立つ。 sinθ5=λ/Λ−n1・sinθ1 … 式(3) つまり、不要な反射光L5は映像光L3と同一方向に進
むことになり、観察される映像にコントラストの低下を
もたらす原因となる。
On the other hand, due to the diffraction on the incident side, the member 30
Unwanted reflected light L5 is generated together with the reflected light L4 traveling in a, and the relationship of the expression (3) is established when the diffraction angle of this unnecessary reflected light L5 is represented by θ5. sin θ5 = λ / Λ−n1 · sin θ1 (3) That is, the unnecessary reflected light L5 travels in the same direction as the image light L3, which causes a reduction in contrast in the observed image.

【0040】映像表示器10上の映像のコントラストを
C、映像表示器10の反射率をR、透過光L2の回折効
率(光L1に対する光L2の強度比)をηt、不要な反
射光L5の回折効率(光L1に対する光L5の強度比)
をηrで表すと、観察される映像のコントラストCobsは
式(4)で表される。 Cobs =(R・ηt+ηr)/(R/C・ηt+ηr) =(R+ηr/ηt)/(R/C+ηr/ηt) … 式(4)
The contrast of the image on the image display 10 is C, the reflectance of the image display 10 is R, the diffraction efficiency of the transmitted light L2 (the intensity ratio of the light L2 to the light L1) is ηt, and the unnecessary reflected light L5 is Diffraction efficiency (intensity ratio of light L5 to light L1)
Is represented by ηr, the contrast Cobs of the observed image is represented by Expression (4). Cobs = (R.eta.t + .eta.r) / (R / C.eta.t + .eta.r) = (R + .eta.r / .eta.t) / (R / C + .eta.r / .eta.t) Equation (4)

【0041】映像表示器10上の映像のコントラストC
を30、映像表示器10の反射率Rを0.3とした場合
の、回折効率の比ηr/ηtと観察される映像のコントラ
ストCobsとの関係を図5に示す。一般に、観察に適す
るコントラストは10以上であるから、回折効率比ηr
/ηtは0.02以下であることが必要である。
The contrast C of the image on the image display 10
5 is 30 and the reflectance R of the image display 10 is 0.3, the relationship between the diffraction efficiency ratio ηr / ηt and the observed image contrast Cobs is shown in FIG. Generally, since the contrast suitable for observation is 10 or more, the diffraction efficiency ratio ηr
/ Ηt needs to be 0.02 or less.

【0042】壁面35aが全て平行で、かつ傾斜してい
る回折格子35における回折効率の計算結果を表1に示
す。表1における符号Λ、λ、h、n1、n2、α、θ
1、ηr、ηtは既に説明したとおりであり、aは入射側
の部材30aの凸部の幅、ηr0は正反射される回折光
(図4の反射光L4)の回折効率である。回折格子の形
状の欄における「傾斜A」は図3に示した形状、つま
り、凸部の上面と凹部の下面が回折格子全体としての平
面に平行な構造を指し、「傾斜B」は図6に示す形状、
つまり、凹部の下面が回折格子全体としての平面に平行
で、凸部の上面が壁面35aに垂直な構造を指す。な
お、ここでは、出射側(透過先)の媒質を空気としてお
り(n2=1)、出射面31に回折格子35が設けられ
ている映像表示装置2の回折格子35に相当する。
Table 1 shows the calculation results of the diffraction efficiency in the diffraction grating 35 in which the wall surfaces 35a are all parallel and inclined. Codes Λ, λ, h, n1, n2, α, θ in Table 1
1, ηr and ηt are as described above, a is the width of the convex portion of the incident side member 30a, and ηr0 is the diffraction efficiency of the diffracted light that is specularly reflected (reflected light L4 in FIG. 4). The "tilt A" in the column of the shape of the diffraction grating refers to the shape shown in FIG. 3, that is, the structure in which the upper surface of the convex portion and the lower surface of the concave portion are parallel to the plane of the entire diffraction grating, and the "tilt B" is shown in FIG. Shape shown in
That is, the lower surface of the concave portion is parallel to the plane of the entire diffraction grating, and the upper surface of the convex portion is perpendicular to the wall surface 35a. In this case, the medium on the emission side (transmission destination) is air (n2 = 1), and this corresponds to the diffraction grating 35 of the image display device 2 in which the diffraction grating 35 is provided on the emission surface 31.

【0043】 <表1> 形状 Λ/λ h/Λ a/Λ n1 n2 α θ1 ηr ηt ηr0 ηr/ηt 傾斜A 0.66 1 0.5 1.5 1 45# 60# 0.0028 0.4980 0.4993 0.0055 傾斜A 0.7475 1 0.5 1.5 1 27# 50# 0.0024 0.9869 0.0107 0.0025 傾斜B 0.76 1.25 0.5 1.5 1 11# 50# 0.0043 0.5282 0.4673 0.0081フ゛レース゛ 0.71 1 - 1.5 1 - 55# 0.0006 0.3667 0.6328 0.0016 矩形 0.7475 1 0.5 1.5 1 0# 50# 0.1665 0.2164 0.6170 0.7695[0043] <Table 1> Shape Λ / λ h / Λ a / Λ n1 n2 α θ1 ηr ηt ηr0 ηr / ηt Tilt A 0.66 1 0.5 1.5 1 45 # 60 # 0.0028 0.4980 0.4993 0.0055 Inclination A 0.7475 1 0.5 1.5 1 27 # 50 # 0.0024 0.9869 0.0107 0.0025 Inclination B 0.76 1.25 0.5 1.5 1 11 # 50 # 0.0043 0.5282 0.4673 0.0081 Brace   0.71 1-1.5 1-55 # 0.0006 0.3667 0.6328 0.0016 Rectangle 0.7475 1 0.5 1.5 1 0 # 50 # 0.1665 0.2164 0.6170 0.7695

【0044】表1には比較のために他の形状の計算結果
も掲げており、「ブレーズ」は図7に示した形状、つま
り、断面が直角三角形(隣り合う壁面の一方が回折格子
全体の平面に対して傾斜し、他方が垂直)のブレーズ型
の構造を指し、「矩形」は図8に示した形状、つまり、
壁面が平行で回折格子全体としての平面に対して垂直な
構造を指す。
Table 1 also shows the calculation results of other shapes for comparison. The "blaze" is the shape shown in FIG. 7, that is, the cross section is a right triangle (one of the adjacent wall surfaces corresponds to the entire diffraction grating). Blanze type structure that is inclined with respect to the plane and the other is vertical, and the “rectangle” is the shape shown in FIG.
A structure in which the walls are parallel and perpendicular to the plane of the entire diffraction grating.

【0045】表1より、透過光を照明に利用する回折格
子であって、回折格子全体の平面に対して傾斜した壁面
を有し、光の進路から遠い部位が光の進路に近い部位よ
りも光を入射させる端面33から離れる方向に壁面が傾
斜している形状は、透過光L2の回折効率ηtが高く照
明に適していること、および、回折効率比ηr/ηtが小
さく、コントラストの高い映像を提供するのに適してい
ることが判る。ただし、図7に示したブレーズ型の形状
は、実際の形成に際して精度を確保することが難しく、
計算どおりの回折効率比ηr/ηtは達成し難い。これに
対し、隣り合う壁面が平行な図3および図6の形状は、
精度高く形成することが可能であり、計算結果に近い回
折効率比ηr/ηtを実現することができる。第1、第2
の実施形態の映像表示装置1、2では、図3に示す「傾
斜A」の形状としているが、図6に示す「傾斜B」の形
状としてもよい。
Table 1 shows that the diffraction grating uses transmitted light for illumination, has a wall surface inclined with respect to the plane of the entire diffraction grating, and a portion far from the light path is closer to a portion closer to the light path. The shape in which the wall surface is inclined in the direction away from the end surface 33 on which light is incident has a high diffraction efficiency ηt of the transmitted light L2 and is suitable for illumination, and a low diffraction efficiency ratio ηr / ηt, and a high-contrast image. It turns out that it is suitable to provide. However, with the blazed shape shown in FIG. 7, it is difficult to ensure accuracy in the actual formation,
It is difficult to achieve the calculated diffraction efficiency ratio ηr / ηt. On the other hand, the shapes of FIGS. 3 and 6 in which the adjacent wall surfaces are parallel are
It can be formed with high accuracy, and a diffraction efficiency ratio ηr / ηt close to the calculation result can be realized. First, second
The image display devices 1 and 2 of the embodiment have the “inclined A” shape shown in FIG. 3, but may have the “inclined B” shape shown in FIG. 6.

【0046】第3の実施形態の映像表示装置3の光学構
成の概略を図9に模式的に示す。この映像表示装置3
は、照明用の光学素子30を単一の部材30aで構成
し、回折格子35を映像表示器10から遠い表面32に
設けるとともに、回折格子35の壁面を出射面31から
遠い部位ほど光を入射させる端面33に近づく方向に傾
斜させたものである。映像表示装置3では、回折格子3
5によって回折角の異なる2つの反射光を生じさせ、一
方を出射面31より出射させ、他方を光学素子30内を
進行する光とする。
FIG. 9 schematically shows the optical configuration of the image display device 3 of the third embodiment. This video display device 3
The illumination optical element 30 is composed of a single member 30a, the diffraction grating 35 is provided on the surface 32 farther from the image display 10, and light is incident on the wall surface of the diffraction grating 35 farther from the emission surface 31. The end surface 33 is inclined in a direction toward the end surface 33. In the image display device 3, the diffraction grating 3
Two reflected lights having different diffraction angles are generated by 5, and one of them is emitted from the emission surface 31 and the other is a light that travels in the optical element 30.

【0047】この構成における回折効率の計算結果を表
2に示す。回折格子の形状は図3に示す「傾斜A」であ
るが、光は図3とは逆の方向から(図3の右方から)、
回折格子35に入射することになる。この場合、反射光
の回折効率ηrが高く、これを照明に用いることが適切
であること、および、回折効率比ηt/ηr(ηr/ηtの
逆数)が小さく、コントラストの高い映像を提供するの
に適していることが判る。
Table 2 shows the calculation result of the diffraction efficiency in this configuration. The shape of the diffraction grating is “tilt A” shown in FIG. 3, but the light is from the direction opposite to that of FIG. 3 (from the right side of FIG. 3),
It is incident on the diffraction grating 35. In this case, the diffraction efficiency ηr of the reflected light is high, it is appropriate to use this for illumination, and the diffraction efficiency ratio ηt / ηr (the reciprocal of ηr / ηt) is small, so that an image with high contrast can be provided. It turns out that it is suitable for.

【0048】 <表2> 形状 Λ/λ h/Λ a/Λ n1 n2 α θ1 ηr ηt ηr0 ηt/ηr 傾斜A 0.7475 0.5 0.5 1.5 1 45# -50# 0.4913 0.0048 0.5039 0.0097[0048] <Table 2> Shape Λ / λ h / Λ a / Λ n1 n2 α θ1 ηr ηt ηr0 ηt / ηr Tilt A 0.7475 0.5 0.5 1.5 1 45 # -50 # 0.4913 0.0048 0.5039 0.0097

【0049】第4の実施形態の映像表示装置4の光学構
成の概略を図10に模式的に示す。映像表示装置4は、
第1の実施形態の映像表示装置1のように、光学素子3
0を2つの部材30a、30bで構成し、その界面34
に回折格子35を設けるとともに、第3の実施形態の映
像表示装置3のように、回折格子35の反射光を出射面
31から出射させるようにしたものである。屈折率が大
きい方の第1の部材30aが映像表示器10側に配置さ
れており、端面33から入射した光は第1の部材30a
内を進行するようにする。回折格子35の壁面の傾斜の
方向は映像表示装置3と同様である。
FIG. 10 schematically shows the optical configuration of the image display device 4 of the fourth embodiment. The image display device 4 is
Like the image display device 1 of the first embodiment, the optical element 3
0 is composed of two members 30a and 30b, and its interface 34
In addition to providing the diffraction grating 35, the reflected light of the diffraction grating 35 is emitted from the emission surface 31 as in the image display device 3 of the third embodiment. The first member 30a having the larger refractive index is arranged on the image display 10 side, and the light incident from the end face 33 receives the first member 30a.
Try to proceed inside. The direction of inclination of the wall surface of the diffraction grating 35 is the same as that of the image display device 3.

【0050】提供する映像には、コントラストが高いだ
けでなく、全体にわたって明るさが一様であることが求
められ、カラー映像を提供する場合は、色合いも一様で
あることが求められる。端面33より光を入射させて内
部を進行する間に光を少しずつ出射させる光学素子30
では、内部を進行する光の量が次第に減少していくか
ら、映像表示器10の全体を一様に照明するためには、
端面33からの距離に応じて回折効率を変化させる必要
がある。この点について、図11を参照して説明する。
The image to be provided is required to have not only high contrast but also uniform brightness over the whole, and in the case of providing a color image, it is also required to have uniform color tone. An optical element 30 that allows light to enter from the end face 33 and gradually emits light while traveling inside.
Then, since the amount of light traveling inside gradually decreases, in order to uniformly illuminate the entire image display device 10,
It is necessary to change the diffraction efficiency according to the distance from the end face 33. This point will be described with reference to FIG.

【0051】図11において、Ikは回折格子35にk
回目に入射する直前の光の量を表し、Tkは回折格子3
5へのk回目の入射で光学素子30から出射する光の量
を表す。ここで、式(5)の関係が成り立つ。 Ik-1=Ik+Tk-1 … 式(5)
In FIG. 11, Ik is given to the diffraction grating 35 by k.
It represents the amount of light immediately before entering the second time, and Tk is the diffraction grating 3
5 represents the amount of light emitted from the optical element 30 upon the k-th incident on 5. Here, the relationship of Expression (5) is established. Ik-1 = Ik + Tk-1 (5)

【0052】端面33より入射する光の量(I1)を1
とし、回折格子35へのn回目の入射後も光学素子30
内を進行する光の量Inを、k=1からk=n−1まで
の総和により求めると、式(6)となる。 In=1−(n−1)T1 … 式(6)
The amount of light (I1) incident from the end face 33 is 1
Then, even after the nth incidence on the diffraction grating 35, the optical element 30
The amount In of the light traveling inside is obtained by the total sum from k = 1 to k = n−1, and the formula (6) is obtained. In = 1- (n-1) T1 Equation (6)

【0053】出射光の量が一定であるためには、T1=
Tk(k=1…n)が成り立つ必要があり、照明比Tn
/Inは式(7)となる。 Tn/In=T1/{1−(n−1)T1} … 式(7)
To keep the amount of emitted light constant, T1 =
Tk (k = 1 ... n) must be established, and the illumination ratio Tn
/ In becomes equation (7). Tn / In = T1 / {1- (n-1) T1} Equation (7)

【0054】照明比は、式(8)に示すように、回折効
率ηと回折格子の面積の割合Sの積であるから、回折効
率ηまたは面積の割合Sを回折格子上の位置に応じて調
整することで、映像表示器10全体を一様に照明できる
ことになる。 Tn/In=η・S … 式(8) 映像表示装置1〜4の光学素子30では、回折格子35
の壁面35aが平行であるため、回折格子35上の位置
に応じて回折効率ηおよび面積割合Sを設定し実現する
ことは容易である。
Since the illumination ratio is the product of the diffraction efficiency η and the area ratio S of the diffraction grating, as shown in equation (8), the diffraction efficiency η or the area ratio S depends on the position on the diffraction grating. By adjusting, the whole image display 10 can be illuminated uniformly. Tn / In = η · S (8) In the optical element 30 of the image display devices 1 to 4, the diffraction grating 35 is used.
Since the wall surfaces 35a of the above are parallel, it is easy to set and realize the diffraction efficiency η and the area ratio S according to the position on the diffraction grating 35.

【0055】回折格子35にn回目に入射する光の位置
xと入射回数nには、光の進路である部材30aの厚さ
をtとすると、式(9)の関係が成り立つ。ここで、θ
1は前述のように入射角度である。 n=1+x/(2・t・tanθ1) … 式(9)
When the thickness of the member 30a, which is the path of the light, is t, the relationship of the equation (9) is established between the position x of the light incident on the diffraction grating 35 for the nth time and the number n of times of incidence. Where θ
1 is the incident angle as described above. n = 1 + x / (2 · t · tan θ1) Equation (9)

【0056】したがって、式(7)は式(10)とな
る。 Tn/In=T1/{1−x・T1/(2・t・tanθ1)} … 式(10)
Therefore, the equation (7) becomes the equation (10). Tn / In = T1 / {1-x · T1 / (2 · t · tan θ1)} Equation (10)

【0057】式(10)は、一様な照明を行うための照
明比が光を入射させる端面33側からの距離に反比例
し、その変化の度合いが入射角度θ1によって一意的に
定まることを意味する。これより、所定の入射角度θ1
において一様な照明を行い得るように照明比を設定する
と、その入射角度θ1以外の入射角度で回折格子に入射
する光については、一様な照明をできないことが判る。
入射角度がθ1よりも小さい場合は、端面33に近いほ
ど明るくなり、逆に、入射角度がθ1より大きい場合
は、端面33から離れるほど明るくなる。
Equation (10) means that the illumination ratio for performing uniform illumination is inversely proportional to the distance from the end face 33 side on which light is incident, and the degree of change is uniquely determined by the incident angle θ1. To do. From this, the predetermined incident angle θ1
It is understood that, when the illumination ratio is set so that uniform illumination can be performed in, the light that is incident on the diffraction grating at an incident angle other than the incident angle θ1 cannot be uniformly illuminated.
When the incident angle is smaller than θ1, the brightness becomes closer to the end face 33, and conversely, when the incident angle is larger than θ1, the brightness becomes brighter as the distance from the end face 33 increases.

【0058】回折格子35の照明比の分布と、回折格子
35に対する光の入射角度のばらつきのバランスがとれ
ている場合は、明るさ、色合い共に一様になる。しか
し、光の波長に応じて入射角度に偏りがある場合は、あ
る波長の光について一様な照明ができても、他の波長の
光については一様な照明ができないことになる。例え
ば、青色光の入射角度が赤色光の入射角度よりも小さい
場合、端面33に近い側は赤色光が少ないためにシアン
色に、端面33から遠い側は青色光が少ないために黄色
に色づいて、一様な色合いとならない。したがって、明
るさと色合いの双方を一様にするためには、照明に用い
る光の波長域全体にわたって、回折格子35への入射角
度を同じにする必要がある。
When the distribution of the illumination ratio of the diffraction grating 35 and the variation of the incident angle of light with respect to the diffraction grating 35 are balanced, both the brightness and the hue are uniform. However, when the incident angle is biased according to the wavelength of light, even if the light of a certain wavelength can be uniformly illuminated, the light of another wavelength cannot be uniformly illuminated. For example, when the incident angle of blue light is smaller than the incident angle of red light, the side closer to the end face 33 is colored in cyan because there is less red light, and the side far from the end face 33 is colored in yellow because there is less blue light. , Not a uniform shade. Therefore, in order to make both brightness and hue uniform, it is necessary to make the incident angle to the diffraction grating 35 the same over the entire wavelength range of the light used for illumination.

【0059】2つの部材30a、30bの界面34に設
けられ透過光を出射させる第1の実施形態の映像表示装
置1の回折格子35の設定の1例を表3に示し、その設
定における波長wlと透過光の回折効率ηtとの関係、
および波長wlと回折効率比ηr/ηtとの関係を、それ
ぞれ図12および図13に示す。なお、図12、図13
においては、波長wlを端面33から入射させる光の中
心波長λを1として相対値で表している。図12より、
広い波長範囲(wl/λ=0.775〜1.18)にわ
たって回折効率が高く、広い波長範囲での照明が可能で
あることが判り、図13より、その波長範囲での回折効
率比ηr/ηtが小さく、その波長範囲全体にわたって良
好なコントラストが得られることが判る。
Table 3 shows an example of setting of the diffraction grating 35 of the image display device 1 of the first embodiment which is provided at the interface 34 between the two members 30a and 30b and emits the transmitted light. And the diffraction efficiency ηt of transmitted light,
The relationship between the wavelength wl and the diffraction efficiency ratio ηr / ηt is shown in FIGS. 12 and 13, respectively. 12 and 13
In the above, the center wavelength λ of the light having the wavelength wl incident from the end face 33 is set to 1 and expressed as a relative value. From Figure 12,
It can be seen that the diffraction efficiency is high over a wide wavelength range (wl / λ = 0.775 to 1.18) and illumination in a wide wavelength range is possible, and from FIG. 13, the diffraction efficiency ratio ηr / It can be seen that ηt is small and good contrast is obtained over the entire wavelength range.

【0060】<表3> 形状 Λ/λ h/Λ a/Λ n1 n2 α θ1 傾斜A 0.6725 0.5 0.5 1.5 1.3 45# 65#<Table 3> Shape Λ / λ h / Λ a / Λ n1 n2 α θ1 Inclination A 0.6725 0.5 0.5 1.5 1.3 45 # 65 #

【0061】2つの部材30a、30bの界面34に設
けられ反射光を出射させる第4の実施形態の映像表示装
置4の回折格子35における、波長wlと反射光の回折
効率ηrとの関係、および波長wlと回折効率比ηt/η
rとの関係の例を、それぞれ図14および図15に示
す。ここで、回折格子35の設定は、光の進行方向が逆
で入射角度θ1が−65°であることを除き、表3のと
おりである。この場合も、図14より、広い波長範囲で
の照明が可能であることが判り、図15より、その波長
範囲全体にわたって良好なコントラストが得られること
が判る。
The relationship between the wavelength wl and the diffraction efficiency ηr of the reflected light in the diffraction grating 35 of the image display device 4 of the fourth embodiment which is provided at the interface 34 between the two members 30a and 30b and emits the reflected light, and Wavelength wl and diffraction efficiency ratio ηt / η
Examples of the relationship with r are shown in FIGS. 14 and 15, respectively. Here, the setting of the diffraction grating 35 is as shown in Table 3 except that the traveling direction of light is opposite and the incident angle θ1 is −65 °. Also in this case, it can be seen from FIG. 14 that it is possible to illuminate in a wide wavelength range, and from FIG. 15, it can be seen that good contrast can be obtained over the entire wavelength range.

【0062】図12および図13あるいは図14および
図15のような広い波長範囲の光を照明に用いる場合、
波長によって透過光の回折効率ηtや反射光の回折効率
ηrが変動すると、提供する映像の色合いも少し変動す
ることになる。しかし、入射角度θ1を波長に応じて補
正することによって、色合いの変動を抑えることができ
る。
When light of a wide wavelength range as shown in FIGS. 12 and 13 or FIGS. 14 and 15 is used for illumination,
When the diffraction efficiency ηt of the transmitted light or the diffraction efficiency ηr of the reflected light changes depending on the wavelength, the hue of the provided image also slightly changes. However, by correcting the incident angle θ1 according to the wavelength, it is possible to suppress the variation in hue.

【0063】映像表示装置1の回折格子35を表3のよ
うに設定し、さらに入射角度θ1を補正する場合の例を
表4に示す。これは中心波長λと他の2つの波長の入射
角度θ1をそれぞれ違えたものである。このようにする
と、入射角度θ1を同じにする場合に比べて色合いの変
動は半分程度に抑えられ、略一様な色合いの映像を提供
することができる。
Table 4 shows an example in which the diffraction grating 35 of the image display device 1 is set as shown in Table 3 and the incident angle θ1 is further corrected. This is because the incident angles θ1 of the central wavelength λ and the other two wavelengths are different. By doing so, the variation of the hue is suppressed to about half as compared with the case where the incident angles θ1 are the same, and an image with a substantially uniform hue can be provided.

【0064】<表4> wl/λ θ1 ηr ηt ηr0 ηr/ηt 0.82 67.5# 0.0032 0.1333 0.8623 0.0241 1 65# 0.0004 0.1122 0.8873 0.0037 1.18 62.5# 0.0007 0.0932 0.9061 0.0071<Table 4> wl / λ θ1 ηr ηt ηr0 ηr / ηt 0.82 67.5 # 0.0032 0.1333 0.8623 0.0241 1 65 # 0.0004 0.1122 0.8873 0.0037 1.18 62.5 # 0.0007 0.0932 0.9061 0.0071

【0065】映像表示器10として用いる液晶表示器の
構成例を図16に模式的に示す。この液晶表示器は、照
明用の光学素子30側から順に、偏光板11、位相差板
12、透明基板13、カラーフィルタ14、液晶層1
5、および拡散反射電極16を有する。カラーフィルタ
14として、透過させる光の波長域が微小部位ごとに異
なるものを備えることで、複数の波長域の照明光を一度
に変調してカラー映像を提供することが可能である。
A structural example of a liquid crystal display used as the video display 10 is schematically shown in FIG. This liquid crystal display includes a polarizing plate 11, a retardation plate 12, a transparent substrate 13, a color filter 14, and a liquid crystal layer 1 in order from the side of the optical element 30 for illumination.
5 and the diffuse reflection electrode 16. By providing the color filter 14 in which the wavelength range of light to be transmitted differs for each minute portion, it is possible to modulate the illumination light in a plurality of wavelength ranges at once and provide a color image.

【0066】図16は、2つの部材30a、30bの界
面34に回折格子35を設けた第1の実施形態の映像表
示装置1の光学素子30も液晶表示器と共に表してお
り、出射面31は偏光板11に接している。他の実施形
態の映像表示装置2〜4も、光学素子30の出射面31
が偏光板11に接触する配置とすることで、薄型の構成
とすることができる。
FIG. 16 also shows the optical element 30 of the image display device 1 of the first embodiment in which the diffraction grating 35 is provided at the interface 34 between the two members 30a and 30b together with the liquid crystal display, and the emission surface 31 is It is in contact with the polarizing plate 11. The image display devices 2 to 4 according to the other embodiments also include the exit surface 31 of the optical element 30.
A thin structure can be obtained by arranging so that it contacts the polarizing plate 11.

【0067】上記の光学素子30は、照明光を透過させ
つつ変調して映像を表す光とする透過型の映像表示器を
備える映像表示装置の照明光学系としても用いることが
できる。透過型の映像表示器10を備えた第5、第6の
実施形態の映像表示装置5、6の光学構成の概略をそれ
それ図17、図18に模式的に示す。図17に示す第5
の実施形態の映像表示装置5は、第1の実施形態の映像
表示装置1を修飾して、映像表示器10を反射型の液晶
表示器から透過型の液晶表示器10’に変更したもので
ある。図18に示す第6の実施形態の映像表示装置6
は、第2の実施形態の映像表示装置2を同様に修飾し
て、映像表示器10を反射型の液晶表示器から透過型の
液晶表示器10’に変更したものである。
The above optical element 30 can also be used as an illumination optical system of a video display device provided with a transmissive video display that modulates the illumination light while modulating it into light for displaying an image. The outline of the optical configuration of the image display devices 5 and 6 of the fifth and sixth embodiments provided with the transmissive image display 10 is schematically shown in FIGS. 17 and 18, respectively. Fifth shown in FIG.
The video display device 5 of the embodiment is a modification of the video display device 1 of the first embodiment, and the video display 10 is changed from a reflective liquid crystal display to a transmissive liquid crystal display 10 ′. is there. A video display device 6 of the sixth embodiment shown in FIG.
In the above, the image display device 2 of the second embodiment is modified in the same manner, and the image display device 10 is changed from a reflective liquid crystal display device to a transmissive liquid crystal display device 10 '.

【0068】光学素子30は薄型であるため、透過型の
映像表示器10’を備える映像表示装置5、6もその全
体を薄型とすることができる。なお、図17、図18に
おいては、光学素子30と映像表示器10’とを離間さ
せて表しているが、両者が接触する配置とすることも可
能である。
Since the optical element 30 is thin, the image display devices 5 and 6 having the transmissive image display 10 'can be made thin as a whole. 17 and 18, the optical element 30 and the image display 10 'are shown separated from each other, but it is also possible to arrange them so that they are in contact with each other.

【0069】透過型の映像表示器を照明する従来の板状
の光学素子では、映像表示器から遠い方の表面を、反射
型の映像表示器を照明する従来の光学素子と同様に、梨
地面またはプリズムアレイとしており、その表面からの
光の漏出によって光量損失が生じるのを防止するため
に、その表面に反射板を備えていた。しかし、回折によ
って光を出射させる光学素子30では、映像表示装置1
0’から遠い方の表面32で光を全反射することが可能
であり、反射板を備える必要はない。また、反射板を備
えないことにより、外部の光を表面32から導き入れて
映像表示器10’の照明に利用することも可能になり、
環境が明るいときには照明光を光源部20から供給する
必要がなくなる。
In the conventional plate-shaped optical element for illuminating the transmissive image display, the surface farther from the image display has a matte surface like the conventional optical element for illuminating the reflective image display. Alternatively, a prism array is provided, and a reflecting plate is provided on the surface of the prism array in order to prevent light amount loss due to leakage of light from the surface. However, in the optical element 30 that emits light by diffraction, the image display device 1
It is possible to totally reflect the light on the surface 32 farther from 0 ', and it is not necessary to provide a reflector. Further, by not providing the reflector, it becomes possible to introduce external light from the surface 32 and use it for illuminating the image display 10 ′.
When the environment is bright, it is not necessary to supply the illumination light from the light source unit 20.

【0070】反射光を出射させる第2、第3の実施形態
の映像表示装置3、4の光学素子30も、透過型の映像
表示器10’を備える映像表示装置の照明光学系として
用いることができる。この場合も、透過光をごく僅かに
抑えることが可能であり、映像表示器10’から遠い方
の表面32に反射板を備える必要がない。
The optical elements 30 of the image display devices 3 and 4 of the second and third embodiments that emit reflected light can also be used as an illumination optical system of an image display device having a transmissive image display 10 '. it can. Also in this case, the transmitted light can be suppressed very slightly, and it is not necessary to provide a reflecting plate on the surface 32 far from the image display 10 '.

【0071】なお、上記の各実施形態で示した光学素子
30は、それ自体薄型であり、映像表示装置に限らず、
他の光学装置に利用しても、薄型であるという特徴を生
かすことができる。例えば、顕微鏡のように、光学的焦
点距離が短く、照明対象物との距離を短くせざるを得な
い観察装置の照明光学系として適する。また、スキャナ
のように、微小分割した被写体に対応する多数の撮像光
学系により構成され、被写体と撮影光学系との距離を短
くする必要のある撮影装置において、被写体と撮影光学
系との間に配置する照明光学系として有用である。
The optical element 30 shown in each of the above embodiments is itself thin and is not limited to an image display device.
Even if it is used for other optical devices, the feature of being thin can be utilized. For example, it is suitable as an illuminating optical system of an observing apparatus such as a microscope, which has a short optical focal length and has a short distance from an object to be illuminated. Further, in a photographing device such as a scanner, which is composed of a large number of image pickup optical systems corresponding to minutely divided subjects and in which the distance between the subject and the photographing optical system needs to be shortened, the distance between the subject and the photographing optical system is increased. It is useful as an illumination optical system to be arranged.

【0072】壁面35aが互いに平行で全体としての平
面に傾斜した回折格子35の形状の作製方法について説
明する。この格子形状は、光学素子30を構成する板状
の部材30a、30bの材料そのものに形成することが
できるし、加工が容易な他の材料に形成しておいて、部
材30a、30bの材料の表面に転写することもでき
る。
A method of manufacturing the shape of the diffraction grating 35 in which the wall surfaces 35a are parallel to each other and inclined to the plane as a whole will be described. This lattice shape can be formed on the material itself of the plate-shaped members 30a and 30b that form the optical element 30, or can be formed on another material that can be easily processed and then the material of the members 30a and 30b can be formed. It can also be transferred to the surface.

【0073】例えば、最初に、上記格子形状を有する原
器を作製し、その原器から上記格子形状の反転形状(相
補的な形状)を有する金型を作製し、最後に、金型から
部材30aまたは30bの材料に形状を転写することが
可能である。このようにすると、格子形状が一定の回折
格子35を有する光学素子30を、効率よく量産するこ
とができる。なお、原器からの金型の作製には電鋳等の
一般的な方法を採用することが可能であり、ここでは、
原器の作製および金型から部材30aまたは30bの材
料への形状の転写についてのみ述べる。
For example, first, a prototype having the above-mentioned lattice shape is produced, a die having an inverted shape (complementary shape) of the above-mentioned lattice shape is produced from the prototype, and finally, a member is formed from the die. It is possible to transfer the shape to the material of 30a or 30b. By doing so, it is possible to efficiently mass-produce the optical element 30 having the diffraction grating 35 having a uniform grating shape. It should be noted that it is possible to adopt a general method such as electroforming for manufacturing the mold from the prototype, and here,
Only the production of the prototype and the transfer of the shape from the mold to the material of the member 30a or 30b will be described.

【0074】原器の作製には、原器とする材料の表面
に、壁面が互いに平行で全体としての平面に対して垂直
な格子形状を形成し、これに全体としての平面に沿う方
向の力を加えることにより凸部を変形させて、壁面を傾
斜させる2段階法と、原器とする材料の表面に、互いに
平行で全体としての平面に対して傾斜した格子形状を直
接形成する1段階法がある。
In order to manufacture the prototype, a lattice shape in which the wall surfaces are parallel to each other and perpendicular to the plane as a whole is formed on the surface of the material as the prototype, and a force in the direction along the plane as a whole is applied to this. The two-step method in which the convex portion is deformed to incline the wall surface by adding the method and the one-step method in which the lattice shape parallel to each other and inclined with respect to the entire plane is directly formed on the surface of the material to be the prototype There is.

【0075】2段階法の第1工程を、図19に模式的に
示す。原器とする基板41の上面にレジスト42を設
け、これを電子線描画機43、ステッパ44、または二
光束干渉機45で処理して微細なラインアンドスペース
のパターンを形成し、必要に応じてエッチングにより凸
部の高さを調整する。
The first step of the two-step method is schematically shown in FIG. A resist 42 is provided on the upper surface of a substrate 41 serving as a prototype, and the resist 42 is processed by an electron beam drawing machine 43, a stepper 44, or a two-beam interferometer 45 to form a fine line-and-space pattern. The height of the convex portion is adjusted by etching.

【0076】2段階法の第2工程では、基板41に加え
る力として、重力、遠心力、摩擦力等を利用する。重力
を利用する場合は、加熱や薬剤塗布によって凸部を軟化
させておき、図20に示すように基板41を鉛直方向に
暫時保つ。図20において、点線は凸部の初期の形状、
実線は重力によって変形した後の形状を表す。その後、
冷却や薬剤乾燥によって凸部を硬化させ、変形後の形状
を固定する。
In the second step of the two-step method, gravity, centrifugal force, frictional force, etc. are used as the force applied to the substrate 41. When gravity is used, the convex portions are softened by heating or applying chemicals, and the substrate 41 is temporarily held in the vertical direction as shown in FIG. In FIG. 20, the dotted line is the initial shape of the convex portion,
The solid line represents the shape after being deformed by gravity. afterwards,
The convex portion is hardened by cooling or drying the chemical, and the deformed shape is fixed.

【0077】遠心力を利用する場合は、図21に示すよ
うに凸部を軟化させた基板41を円盤46に取り付け、
円盤46を回転させる。回転速度によって遠心力を調整
し、壁面の傾斜角度を細かく制御することができる。摩
擦力を利用する場合は、図22に示すように、凸部を軟
化させた基板41の傍らにノズル47を配置し、ノズル
47より基板41に対して平行に近い方向から気体また
は液体を凸部に吹き付ける。あるいは、図23に示すよ
うに、軟化させた凸部を布棒48で一方向に擦る。いず
れの場合も、力の方向の下流側(矢印の方向)に凸部は
傾斜し、格子形状全体としての平面に対して壁面が傾斜
する。
When utilizing the centrifugal force, the substrate 41 having the convex portion softened is attached to the disk 46 as shown in FIG.
The disc 46 is rotated. The centrifugal force can be adjusted by the rotation speed, and the inclination angle of the wall surface can be finely controlled. In the case of utilizing the frictional force, as shown in FIG. 22, a nozzle 47 is arranged beside the substrate 41 whose convex portion is softened, and a gas or a liquid is projected from the nozzle 47 in a direction parallel to the substrate 41. Spray on the department. Alternatively, as shown in FIG. 23, the softened convex portion is rubbed with the cloth rod 48 in one direction. In either case, the convex portion inclines toward the downstream side (direction of the arrow) in the direction of the force, and the wall surface inclines with respect to the plane of the entire lattice shape.

【0078】1段階法は、ドライエッチングあるいは二
光束干渉法によって行うことができる。エッチングで格
子形状を形成する様子を図24に模式的に示す。基板4
1上に、微細なラインアンドスペースのパターンを有す
るマスク49を設け、矢印で示すように基板41に対し
て斜めの方向からエッチングイオンを導く。二光束干渉
法を採用する場合は、図25に示すように、基板41上
にレジスト42を設け、2光束が成す角の2等分線が基
板41に対して傾斜するように2光束を照射する。2光
束が成す角の2等分線と基板41の法線の成す角αが、
壁面の傾斜角となる。レジスト42をパターニングした
後、必要に応じてエッチングを行って凸部の高さを調整
する。
The one-step method can be performed by dry etching or two-beam interference method. FIG. 24 schematically shows how the lattice shape is formed by etching. Board 4
A mask 49 having a fine line-and-space pattern is provided on the substrate 1, and etching ions are guided from a direction oblique to the substrate 41 as indicated by an arrow. When adopting the two-beam interference method, as shown in FIG. 25, a resist 42 is provided on the substrate 41, and the two beams are irradiated so that the bisector of the angle formed by the two beams is inclined with respect to the substrate 41. To do. The angle α formed by the bisector of the angle formed by the two light fluxes and the normal line of the substrate 41 is
It becomes the inclination angle of the wall surface. After patterning the resist 42, etching is performed as necessary to adjust the height of the convex portion.

【0079】原器から作製した金型を用いて部材30a
または30bを成形する様子を図26に示す。金型とし
ては、原器から作製し所望の格子形状の反転形状を有す
る移動金型51と、平板状の固定金型52を用いる。成
形後、金型51、52と部材30aまたは30bを分離
する際には、部材30aまたは30bの凸部が破損する
のを避けるために、壁面35aと平行な方向に金型51
を移動させる。なお、金型51をこの方向に確実に移動
させるために、部材30aまたは30bの縁となる金型
51の部位に、壁面35aと平行なガイド面51aを形
成しておくことが望ましい。
The member 30a is manufactured by using a mold made from a prototype.
Alternatively, FIG. 26 shows how 30b is molded. As the mold, a moving mold 51 manufactured from a prototype and having a desired inverted lattice shape and a flat plate-shaped fixed mold 52 are used. After the molding, when separating the molds 51 and 52 from the member 30a or 30b, in order to avoid the damage of the convex portion of the member 30a or 30b, the mold 51 is parallel to the wall surface 35a.
To move. In order to reliably move the mold 51 in this direction, it is desirable to form a guide surface 51a parallel to the wall surface 35a at the part of the mold 51 that is the edge of the member 30a or 30b.

【0080】回折格子35を2つの部材30a、30b
の界面34に設ける場合、部材30a、30bの一方を
成形により作製し、その格子形状に他方となる液状の材
料を流し込んで光学素子30を作製する。成形により作
製するのは、部材30aと30bのいずれであってもか
まわない。
The diffraction grating 35 has two members 30a and 30b.
When it is provided on the interface 34, one of the members 30a and 30b is formed by molding, and the liquid material to be the other is poured into the lattice shape to form the optical element 30. It does not matter which of the members 30a and 30b is manufactured by molding.

【0081】なお、厚い感光材料や感光性樹脂材料に2
光束光による干渉縞を記録して作製する体積型ホログラ
ムは、周期が回折対象の光の波長以下で互いに平行な層
構造によって屈折率変化をもたせることが可能であり、
本発明が目的とする光学特性を有するようにすることが
できる。しかし、材料中の屈折率の変化の幅が0.05
程度以下と狭いため、材料の厚さを大きくする必要があ
り、成形での作製は困難である。
It should be noted that thick photosensitive materials and photosensitive resin materials are
A volume hologram produced by recording interference fringes caused by light flux light can have a change in refractive index due to a layered structure in which the period is equal to or less than the wavelength of light to be diffracted and is parallel to each other.
The present invention can be made to have the desired optical characteristics. However, the range of change in the refractive index in the material is 0.05
Since it is as narrow as or less than that, it is necessary to increase the thickness of the material and it is difficult to manufacture it by molding.

【0082】第7の実施形態の映像表示装置7の光学構
成の概略を図27に模式的に示す。映像表示装置7は、
透過型の2つの映像表示器10’、映像表示器10’に
与える照明光を供給する光源部20、および、2つの映
像表示器10’の間に配置され光源部20からの照明光
を2つの映像表示器10’に導く透明で板状の照明用の
光学素子30’より成る。
FIG. 27 schematically shows the optical configuration of the image display device 7 of the seventh embodiment. The image display device 7 is
Two transmissive image display devices 10 ′, a light source unit 20 for supplying illumination light to the image display device 10 ′, and two illumination light beams from the light source unit 20 arranged between the two image display devices 10 ′. It is composed of a transparent and plate-like optical element 30 'for illumination which leads to one image display 10'.

【0083】映像表示装置7における照明用の光学素子
30’は、壁面が互いに略平行で全体としての平面に略
垂直な形状の回折格子35’を有する。この回折格子3
5’は図8に示した形状に近い形状を有するものであ
り、この光学素子30’は、前掲の表1の「矩形」の欄
に示したように、この格子形状では透過光の回折効率η
tと反射光の回折効率ηrに大きな差が生じないことを利
用したものでる。
The illumination optical element 30 'in the image display device 7 has a diffraction grating 35' whose wall surfaces are substantially parallel to each other and substantially perpendicular to the plane as a whole. This diffraction grating 3
5'has a shape close to that shown in FIG. 8, and this optical element 30 'has a diffraction efficiency of transmitted light in this lattice shape as shown in the "rectangle" column of Table 1 above. η
This is based on the fact that there is no significant difference between the diffraction efficiency ηr of t and the reflected light.

【0084】光学素子30’は板状の3つの部材30
a、30b、30cを接合して成り、回折格子35’
は、中央に位置する第1の部材30aと第2の部材30
bとの界面34に設けられている。第2、第3の部材3
0b、30cの屈折率は等しく、第1の部材30aの屈
折率よりも小さい。光学素子30’は光源部20からの
光を端面33から第1の部材30aに入射させて、第1
の部材30a内を進行させ、その間に回折格子35’で
の回折によって、一方の出射面31から出射する透過光
と、他方の出射面32から出射する反射光を生じさせ
る。
The optical element 30 'comprises three plate-shaped members 30.
a, 30b, 30c are joined together to form a diffraction grating 35 '.
Is the first member 30a and the second member 30 located at the center.
It is provided at the interface 34 with b. Second and third members 3
The refractive indices of 0b and 30c are equal to each other and smaller than the refractive index of the first member 30a. The optical element 30 ′ allows the light from the light source unit 20 to enter the first member 30 a from the end face 33, and
While traveling through the member 30a, the transmitted light emitted from one emission surface 31 and the reflected light emitted from the other emission surface 32 are generated by diffraction in the diffraction grating 35 '.

【0085】表面を梨地面またはプリズムアレイとした
従来の照明用の光学素子でも、2つの表面を梨地面また
はプリズムアレイとすることで、2つの映像表示器を同
等の明るさ照明することは可能である。しかし、映像表
示器全体を一様な明るさで照明し得るように梨地面やプ
リズムアレイの透過率を制御することは難しい。
Even in the conventional optical element for illumination having a satin-finished surface or a prism array, it is possible to illuminate two image displays with the same brightness by using two surfaces as a satin-finished surface or a prism array. Is. However, it is difficult to control the transmissivity of the satin surface or the prism array so that the entire image display can be illuminated with uniform brightness.

【0086】これに対し、回折格子35’では、回折効
率ηt、ηrまたは面積割合Sの設定によって、透過率を
部位ごとに制御することは容易である。また、壁面を回
折格子35’の全体としての平面に対して厳密に垂直と
せず、1方向に僅かに傾斜させることで、透過光と反射
光の回折効率ηt、ηrを略等しくして、2つの映像表示
器10’を同じ明るさで照明することも可能である。こ
のための壁面の傾斜角は5°以下でよい。さらに、第1
の部材30aと第2の部材30bとの界面のみに回折格
子35’を設ければよく、第1の部材30aと第3の部
材30cの界面にまで回折格子を設ける必要がないた
め、生産性にも優れている。
On the other hand, in the diffraction grating 35 ', it is easy to control the transmittance for each site by setting the diffraction efficiency ηt, ηr or the area ratio S. Further, the wall surfaces are not strictly perpendicular to the plane of the diffraction grating 35 'as a whole, but are tilted slightly in one direction so that the diffraction efficiencies ηt and ηr of the transmitted light and the reflected light are substantially equal to each other. It is also possible to illuminate the two video displays 10 'with the same brightness. For this purpose, the inclination angle of the wall surface may be 5 ° or less. Furthermore, the first
The diffraction grating 35 ′ may be provided only on the interface between the member 30 a and the second member 30 b, and it is not necessary to provide the diffraction grating even on the interface between the first member 30 a and the third member 30 c. Is also excellent.

【0087】回折格子35’の設定例を表5に示し、こ
の設定例における波長wlと透過光および反射光の回折
効率ηt、ηrの関係を図28に示す。なお、ここでは、
壁面の傾斜角αを0゜としているため、回折効率ηt、
ηrに少し差があるが、上述のように、壁面を僅かに傾
斜させることで、回折効率ηt、ηrの差をほとんどなく
すこともできる。
A setting example of the diffraction grating 35 'is shown in Table 5, and the relationship between the wavelength wl and the diffraction efficiencies ηt and ηr of transmitted light and reflected light in this setting example is shown in FIG. In addition, here
Since the inclination angle α of the wall surface is 0 °, the diffraction efficiency ηt,
Although there is a slight difference in ηr, the difference between the diffraction efficiencies ηt and ηr can be almost eliminated by slightly inclining the wall surface as described above.

【0088】<表5> 形状 Λ/λ h/Λ a/Λ n1 n2 α θ1 矩形 0.6725 0.5 0.5 1.5 1.3 0# 65#<Table 5> Shape Λ / λ h / Λ a / Λ n1 n2 α θ1 Rectangle 0.6725 0.5 0.5 1.5 1.3 0 # 65 #

【0089】回折格子の断面が略対称であれば、例え
ば、断面が正弦波状や二等辺三角形状であっても、設計
上は、回折格子35’と同様、透過光と反射光の回折効
率を同等にすることが可能である。しかし、そのような
複雑な断面形状の回折格子は、実際には設計どおりに作
製することが難しい。これに対し、壁面が略平行な回折
格子35’はほぼ設計どおりに作製することが容易であ
り、設定した回折条件を良好に発現することが可能であ
る。
If the cross section of the diffraction grating is substantially symmetrical, for example, even if the cross section has a sine wave shape or an isosceles triangular shape, the diffraction efficiency of transmitted light and reflected light is designed in the same manner as the diffraction grating 35 '. It is possible to make them equal. However, it is actually difficult to manufacture a diffraction grating having such a complicated cross-sectional shape as designed. On the other hand, the diffraction grating 35 ′ whose wall surfaces are substantially parallel can be easily manufactured almost as designed, and the set diffraction condition can be well expressed.

【0090】[0090]

【発明の効果】対向する2つの表面のうちの一方を出射
面として照明対象物に向けて配置される透明で板状の照
明用の光学素子であって、出射面に沿う回折格子を有
し、光を端部から入射させ、その光が内部を進行する間
に回折格子によって回折して、出射面から出射させるも
のにおいて、本発明のように、回折格子の周期および凸
部と凹部との高低差が端部から入射させる光の波長範囲
の中央の波長以下であり、回折格子の凸部と凹部の間の
面である壁面が、隣り合うもの同士略平行で、回折格子
全体としての面に対して傾斜している構成とすると、照
明に用いる光の波長範囲全体に対して所望の回折条件を
設定することが可能で、しかも、設定された回折条件を
良好に発現し得る回折格子を有することになるため、特
性に優れた光学素子となる。また、作製も容易である。
A transparent, plate-like optical element for illumination which is arranged toward an object to be illuminated with one of two facing surfaces as an emission surface, and which has a diffraction grating along the emission surface. , The light is made incident from the end portion, is diffracted by the diffraction grating while the light is traveling inside, and is emitted from the emission surface. The height difference is equal to or less than the central wavelength of the wavelength range of the light incident from the end, and the wall surface that is the surface between the convex portion and the concave portion of the diffraction grating is substantially parallel to each other and the surface of the diffraction grating as a whole. With the configuration that is inclined with respect to, it is possible to set a desired diffraction condition for the entire wavelength range of the light used for illumination, and furthermore, a diffraction grating that can well express the set diffraction condition. Optical element with excellent characteristics because it has It made. Moreover, it is easy to manufacture.

【0091】特に、回折格子の壁面が回折格子全体とし
ての面に対して傾斜していることにより、回折格子によ
り反射されまたは回折格子を透過して照明対象物からの
光と同じ方向に向かう光の量を、ごく僅かに抑えること
が可能であり、出射面に対向する表面側から照明対象物
を観察するときのコントラストの低下が良好に抑えられ
る。
In particular, since the wall surface of the diffraction grating is inclined with respect to the surface of the entire diffraction grating, the light reflected by the diffraction grating or transmitted through the diffraction grating and traveling in the same direction as the light from the illumination target object. Can be suppressed to a very small amount, and a decrease in contrast when observing the illumination target from the surface side facing the emission surface can be suppressed well.

【0092】屈折率の異なる2つの部材を接合して光学
素子とし、回折格子が2つの部材の界面に設けられてい
る構成とすると、回折格子が保護された状態となるか
ら、その保護のための部材を別途備える必要がない。
If two members having different refractive indexes are joined to form an optical element and the diffraction grating is provided at the interface between the two members, the diffraction grating will be in a protected state. It is not necessary to separately provide the member.

【0093】回折格子全体としての面に対する回折格子
の壁面の傾斜角を5゜以上とすると、回折格子により反
射されまたは回折格子を透過して照明対象物からの光と
同じ方向に向かう光の量を、ごく僅かに抑えることが容
易になる。
When the inclination angle of the wall surface of the diffraction grating with respect to the surface of the entire diffraction grating is 5 ° or more, the amount of light reflected by the diffraction grating or transmitted through the diffraction grating and traveling in the same direction as the light from the illumination target. It becomes easy to suppress the value to a very small degree.

【0094】回折格子が光の進路に対して出射面側に位
置する構成で、回折格子の壁面が出射面に対向する表面
から遠い部位ほど光を入射させる端部から離れる方向に
傾斜している設定とし、また、回折格子が光の進路に対
して出射面に対向する表面側に位置する構成で、回折格
子の壁面が出射面から遠い部位ほど光を入射させる端部
に近づく方向に傾斜している設定とすると、回折格子に
より反射されまたは回折格子を透過して照明対象物から
の光と同じ方向に向かう光の量を、確実にごく僅かに抑
えることができる。
The diffraction grating is located on the emission surface side with respect to the path of light, and the wall surface of the diffraction grating is inclined in a direction away from the end portion through which light is incident on the portion farther from the surface facing the emission surface. In addition, the diffraction grating is located on the surface side facing the exit surface with respect to the path of the light, and the wall surface of the diffraction grating is inclined in a direction closer to the end where light is incident, as far as it is from the exit surface. With such a setting, the amount of light reflected by the diffraction grating or transmitted through the diffraction grating and traveling in the same direction as the light from the illumination target can be reliably suppressed to an extremely small amount.

【0095】屈折率の異なる2つの部材の界面に回折格
子を設ける場合に、2つの部材のうち出射面から遠い方
が出射面に近い方よりも大きな屈折率を有する構成で、
回折格子の壁面が出射面に近い部位ほど光を入射させる
端部から離れる方向に傾斜している設定とし、また、2
つの部材のうち出射面に近い方が出射面から遠い方より
も大きな屈折率を有する構成で、回折格子の壁面が出射
面から遠い部位ほど光を入射させる端部に近づく方向に
傾斜している設定としても、同様である。
When a diffraction grating is provided at the interface between two members having different refractive indices, the one of the two members farther from the emission surface has a larger refractive index than the one closer to the emission surface,
The closer the wall surface of the diffraction grating is to the exit surface, the more inclined it is in the direction away from the end where light is incident.
Of the two members, the one closer to the emission surface has a larger refractive index than the one farther from the emission surface, and the wall surface of the diffraction grating is inclined in the direction closer to the end where light is incident, as far away from the emission surface as possible. The same applies to the setting.

【0096】全体として平面で、壁面が全体の平面に対
して略垂直な格子形状を作製し、その格子形状に全体の
平面に沿う方向の力を加えて凸部を変形させることによ
って、回折格子の形状を形成する上記の光学素子の作製
方法は、極めて簡便である。
A diffraction grating is produced by forming a lattice shape in which the entire surface is a plane surface and the wall surface is substantially perpendicular to the entire plane surface and applying a force in a direction along the entire plane surface to deform the convex portion. The method for producing the optical element described above for forming the shape is extremely simple.

【0097】エッチングによって、あるいは2光束干渉
法によって回折格子の形状を直接形成する方法も簡便で
ある。
The method of directly forming the shape of the diffraction grating by etching or the two-beam interference method is also simple.

【0098】回折格子と相補的な形状の金型を用いる成
形によって回折格子を作製するようにすると、光学素子
の特性のばらつきを抑えることができ、量産も容易であ
る。
If the diffraction grating is manufactured by molding using a metal mold having a shape complementary to the diffraction grating, variations in the characteristics of the optical element can be suppressed, and mass production is easy.

【0099】照明光を変調して映像を表す光とする映像
表示器と、照明光を発する光源と、光源が発した照明光
を映像表示器に導く照明光学系とを備える映像表示装置
において、照明光学系として、上記の光学素子を備える
ようにすると、光学素子の回折格子が設定どおりの回折
条件をほぼ発現し得るから、質の高い映像を提供するこ
とが可能である。しかも、光学素子の回折格子を出射面
に設け、出射面が映像表示器に近接する配置すること
で、薄型の映像表示装置とすることができる。2つの部
材の界面に回折格子を設けた光学素子を備える場合も、
薄型の映像表示装置となる。
In an image display device provided with an image display device for modulating illumination light into light representing an image, a light source for emitting the illumination light, and an illumination optical system for guiding the illumination light emitted by the light source to the image display, When the above-mentioned optical element is provided as the illumination optical system, the diffraction grating of the optical element can almost express the diffraction condition as set, so that it is possible to provide a high quality image. Moreover, by providing the diffraction grating of the optical element on the emission surface and disposing the emission surface close to the image display device, a thin image display device can be obtained. When an optical element provided with a diffraction grating is provided at the interface between two members,
It becomes a thin image display device.

【0100】特に、映像表示器を照明光を反射しつつ変
調して映像を表す光とする反射型とする場合でも、ボケ
やモアレ縞の発生を防止することができる上、光学素子
の回折格子の特徴によりコントラストの低下を良好に抑
えることができて、質の高い映像を提供し得る装置とな
る。
In particular, even when the image display is of a reflection type that modulates illumination light and modulates it into light representing an image, it is possible to prevent the occurrence of blurring and moire fringes, and to use the diffraction grating of the optical element. Due to the feature (1), it is possible to suppress the deterioration of the contrast satisfactorily and to provide a high quality image.

【0101】対向する2つの表面の双方を出射面として
2つの照明対象物に向けて配置される透明で板状の照明
用の光学素子であって、出射面に沿う回折格子を有し、
光を端部から入射させ、その光が内部を進行する間に回
折格子によって回折して、出射面から出射させるものに
おいて、本発明のように、回折格子の周期および凸部と
凹部との高低差が端部から入射させる光の波長範囲の中
央の波長以下であり、回折格子の凸部と凹部の間の面で
ある壁面が、隣り合うもの同士略平行な構成とすると、
照明に用いる光の波長範囲全体に対して所望の回折条件
を設定することが可能で、しかも、設定された回折条件
を良好に発現し得る回折格子を有することになるため、
特性に優れた光学素子となる。また、作製も容易であ
る。
A transparent plate-like optical element for illumination which is arranged toward two illumination objects with both of the two facing surfaces as emission surfaces, and which has a diffraction grating along the emission surfaces,
As in the present invention, in which light is incident from an end portion, diffracted by the diffraction grating while the light travels inside, and emitted from the emission surface, the period of the diffraction grating and the height of the convex and concave portions are reduced. If the difference is equal to or less than the central wavelength of the wavelength range of light incident from the end, and the wall surface that is the surface between the convex portion and the concave portion of the diffraction grating is configured to be substantially parallel to each other,
It is possible to set a desired diffraction condition for the entire wavelength range of light used for illumination, and further, since it has a diffraction grating that can well express the set diffraction condition,
It becomes an optical element with excellent characteristics. Moreover, it is easy to manufacture.

【0102】屈折率の異なる2つの部材を接合して光学
素子とし、回折格子が2つの部材の界面に設けられてい
る構成とすると、回折格子の保護のための部材を別途備
える必要がない。
When two members having different refractive indexes are joined to form an optical element and the diffraction grating is provided at the interface between the two members, it is not necessary to separately provide a member for protecting the diffraction grating.

【0103】照明光を透過させつつ変調して映像を表す
光とする透過型の2つの映像表示器と、照明光を発する
光源と、光源が発した照明光を2つの映像表示器に導く
照明光学系とを備える映像表示装置において、照明光学
系として、上記の光学素子を備えるようにすると、光学
素子の回折格子が設定どおりの回折条件をほぼ発現し得
るから、質の高い映像を提供することが可能である。回
折格子を光学素子の表面すなわち出射面に設けた場合で
も、出射面が映像表示器に近接する配置とすることで、
回折格子を保護するための部材が不要となり、薄型の映
像表示装置とすることができる。2つの部材の界面に回
折格子を設けた光学素子を備える場合も、薄型の映像表
示装置となる。
Illumination that guides the illumination light emitted from the light source and the light source that emits the illumination light to the two image display devices that transmits the illumination light and modulates the light to represent the image. In the image display device including the optical system, when the above-mentioned optical element is provided as the illumination optical system, the diffraction grating of the optical element can almost express the set diffraction condition, thereby providing a high-quality image. It is possible. Even when the diffraction grating is provided on the surface of the optical element, that is, the exit surface, by disposing the exit surface close to the image display,
A member for protecting the diffraction grating is not needed, and a thin image display device can be obtained. Even when an optical element having a diffraction grating provided at the interface between two members is provided, a thin image display device is obtained.

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

【図1】 第1の実施形態の映像表示装置の光学構成の
概略を模式的に示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an optical configuration of a video display device according to a first embodiment.

【図2】 第2の実施形態の映像表示装置の光学構成の
概略を模式的に示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing an optical configuration of an image display device according to a second embodiment.

【図3】 第1〜第6の実施形態で用いる光学素子の回
折格子の形状を模式的に示す拡大断面図。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view schematically showing the shape of the diffraction grating of the optical element used in the first to sixth embodiments.

【図4】 回折格子を有する照明用の光学素子におい
て、不要な回折光により提供する映像のコントラストが
低下する原理を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a principle of reducing the contrast of an image provided by unnecessary diffracted light in an optical element for illumination having a diffraction grating.

【図5】 第2の実施形態の映像表示装置における光学
素子の回折効率比と観察される映像のコントラストとの
関係の例を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a relationship between a diffraction efficiency ratio of an optical element and a contrast of an observed image in the image display device of the second embodiment.

【図6】 第1〜第6の実施形態で用いる光学素子の回
折格子の他の形状を模式的に示す拡大断面図。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view schematically showing another shape of the diffraction grating of the optical element used in the first to sixth embodiments.

【図7】 ブレーズ型の回折格子の形状を模式的に示す
拡大断面図。
FIG. 7 is an enlarged sectional view schematically showing the shape of a blazed diffraction grating.

【図8】 壁面が格子全体の平面に対して垂直な回折格
子の形状を模式的に示す拡大断面図。
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view schematically showing the shape of a diffraction grating whose wall surface is perpendicular to the plane of the entire grating.

【図9】 第3の実施形態の映像表示装置の光学構成の
概略を模式的に示す断面図。
FIG. 9 is a sectional view schematically showing an optical configuration of an image display device according to a third embodiment.

【図10】 第4の実施形態の映像表示装置の光学構成
の概略を模式的に示す断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an optical configuration of the image display device of the fourth embodiment.

【図11】 照明用の光学素子の各部位からの出射光の
量を説明する図。
FIG. 11 is a diagram illustrating the amount of light emitted from each part of the illumination optical element.

【図12】 第1の実施形態の映像表示装置の光学素子
における光の波長と透過光の回折効率との関係の例を示
す図。
FIG. 12 is a diagram showing an example of the relationship between the wavelength of light and the diffraction efficiency of transmitted light in the optical element of the image display device of the first embodiment.

【図13】 第1の実施形態の映像表示装置の光学素子
における光の波長と回折効率比との関係の例を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the wavelength of light and the diffraction efficiency ratio in the optical element of the image display device of the first embodiment.

【図14】 第4の実施形態の映像表示装置の光学素子
における光の波長と反射光の回折効率との関係の例を示
す図。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the relationship between the wavelength of light and the diffraction efficiency of reflected light in the optical element of the image display device of the fourth embodiment.

【図15】 第4の実施形態の映像表示装置の光学素子
における光の波長と回折効率比との関係の例を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing an example of the relationship between the wavelength of light and the diffraction efficiency ratio in the optical element of the image display device of the fourth embodiment.

【図16】 第1〜第4の実施形態の映像表示装置で映
像表示器として用いる反射型の液晶表示器の構成例を模
式的に示す断面図。
FIG. 16 is a sectional view schematically showing a configuration example of a reflective liquid crystal display used as a video display in the video display devices of the first to fourth embodiments.

【図17】 第5の実施形態の映像表示装置の光学構成
の概略を模式的に示す断面図。
FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing an optical configuration of the image display device of the fifth embodiment.

【図18】 第6の実施形態の映像表示装置の光学構成
の概略を模式的に示す断面図。
FIG. 18 is a sectional view schematically showing the outline of the optical configuration of the image display device of the sixth embodiment.

【図19】 第1〜第6の実施形態で用いる光学素子の
回折格子の形状を2段階で作製する方法の第1工程を模
式的に示す図。
FIG. 19 is a diagram schematically showing a first step of a method for producing the shape of the diffraction grating of the optical element used in the first to sixth embodiments in two steps.

【図20】 第1〜第6の実施形態で用いる光学素子の
回折格子の形状を2段階で作製する方法の第2工程を模
式的に示す図。
FIG. 20 is a diagram schematically showing a second step of the method for producing the shape of the diffraction grating of the optical element used in the first to sixth embodiments in two steps.

【図21】 第1〜第6の実施形態で用いる光学素子の
回折格子の形状を2段階で作製する方法の他の第2工程
を模式的に示す図。
FIG. 21 is a diagram schematically showing another second step of the method for producing the shape of the diffraction grating of the optical element used in the first to sixth embodiments in two steps.

【図22】 第1〜第6の実施形態で用いる光学素子の
回折格子の形状を2段階で作製する方法の他の第2工程
を模式的に示す図。
FIG. 22 is a diagram schematically showing another second step of the method for producing the shape of the diffraction grating of the optical element used in the first to sixth embodiments in two steps.

【図23】 第1〜第6の実施形態で用いる光学素子の
回折格子の形状を2段階で作製する方法の他の第2工程
を模式的に示す図。
FIG. 23 is a diagram schematically showing another second step of the method of producing the shape of the diffraction grating of the optical element used in the first to sixth embodiments in two steps.

【図24】 第1〜第6の実施形態で用いる光学素子の
回折格子の形状を1段階で作製する方法を模式的に示す
図。
FIG. 24 is a diagram schematically showing a method of forming the shape of the diffraction grating of the optical element used in the first to sixth embodiments in one step.

【図25】 第1〜第6の実施形態で用いる光学素子の
回折格子の形状を1段階で作製する他の方法を模式的に
示す図。
FIG. 25 is a diagram schematically showing another method for producing the shape of the diffraction grating of the optical element used in the first to sixth embodiments in one step.

【図26】 第1〜第6の実施形態で用いる光学素子の
回折格子を成形により作製する様子を示す断面図。
FIG. 26 is a cross-sectional view showing how the diffraction grating of the optical element used in the first to sixth embodiments is produced by molding.

【図27】 第7の実施形態の映像表示装置の光学構成
の概略を模式的に示す断面図。
FIG. 27 is a cross-sectional view that schematically shows the outline of the optical configuration of the video display device of the seventh embodiment.

【図28】 第7の実施形態の映像表示装置の光学素子
における光の波長と透過光および反射光の回折効率との
関係の例を示す図。
FIG. 28 is a diagram showing an example of the relationship between the wavelength of light and the diffraction efficiency of transmitted light and reflected light in the optical element of the image display device of the seventh embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2、3、4、5、6、7 映像表示装置 10 反射型映像表示器 10’ 透過型映像表示器 11 偏光板 12 位相差板 13 透明基板 14 カラーフィルタ 15 液晶層 16 拡散反射電極 20 光源部 21 発光素子 22 リフレクタ 30 照明用光学素子 30’ 照明用光学素子 30a 第1の部材 3bb 第2の部材 30c 第3の部材 31 表面 32 表面 33 端面 34 界面 35 回折格子 35’ 回折格子 35a 壁面 41 原器基板 42 レジスト 43 電子線描画機 44 ステッパ 45 二光束干渉機 46 回転円盤 47 ノズル 48 布棒 49 マスク 51 移動金型 51a ガイド面 52 固定金型 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 Video display device 10 Reflective image display 10 'transmissive image display 11 Polarizer 12 Phase plate 13 Transparent substrate 14 color filters 15 Liquid crystal layer 16 Diffuse reflection electrode 20 light source 21 Light emitting element 22 reflector 30 Illumination optical element 30 'illuminating optical element 30a First member 3bb Second member 30c Third member 31 surface 32 surface 33 Edge 34 Interface 35 diffraction grating 35 'diffraction grating 35a wall surface 41 prototype substrate 42 resist 43 electron beam drawing machine 44 stepper 45 two-beam interferometer 46 rotating disk 47 nozzles 48 cloth stick 49 mask 51 moving mold 51a guide surface 52 Fixed mold

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Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対向する2つの表面のうちの一方を出射
面として照明対象物に向けて配置される透明で板状の照
明用の光学素子であって、出射面に沿う回折格子を有
し、光を端部から入射させ、その光が内部を進行する間
に回折格子によって回折して、出射面から出射させるも
のにおいて、 回折格子の周期および凸部と凹部との高低差が端部から
入射させる光の波長範囲の中央の波長以下であり、 回折格子の凸部と凹部の間の面である壁面が、隣り合う
もの同士略平行で、回折格子全体としての面に対して傾
斜していることを特徴とする光学素子。
1. A transparent, plate-like optical element for illumination, which is disposed toward an object to be illuminated with one of two facing surfaces as an emission surface and has a diffraction grating along the emission surface. , The light is made incident from the end, diffracted by the diffraction grating while the light travels inside, and is emitted from the emitting surface. The period of the diffraction grating and the height difference between the convex and the concave are different from the end. The wavelength is equal to or less than the central wavelength of the wavelength range of the incident light, and the wall surface that is the surface between the convex portion and the concave portion of the diffraction grating is substantially parallel to each other and is inclined with respect to the surface of the diffraction grating An optical element characterized by being present.
【請求項2】 屈折率の異なる2つの部材を接合して成
り、回折格子が2つの部材の界面に設けられていること
を特徴とする請求項1に記載の光学素子。
2. The optical element according to claim 1, which is formed by joining two members having different refractive indexes, and a diffraction grating is provided at an interface between the two members.
【請求項3】 回折格子全体としての面に対する回折格
子の壁面の傾斜角が5゜以上であることを特徴とする請
求項1または請求項2に記載の光学素子。
3. The optical element according to claim 1, wherein the angle of inclination of the wall surface of the diffraction grating with respect to the surface of the diffraction grating as a whole is 5 ° or more.
【請求項4】 回折格子が光の進路に対して出射面側に
位置し、 回折格子の壁面が出射面に対向する表面から遠い部位ほ
ど光を入射させる端部から離れる方向に傾斜しているこ
とを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項
に記載の光学素子。
4. The diffraction grating is positioned on the exit surface side with respect to the path of light, and the wall surface of the diffraction grating is inclined in a direction away from the end portion through which light is incident, as far away from the surface facing the exit surface as possible. The optical element according to any one of claims 1 to 3, wherein:
【請求項5】 回折格子が光の進路に対して出射面に対
向する表面側に位置し、 回折格子の壁面が出射面から遠い部位ほど光を入射させ
る端部に近づく方向に傾斜していることを特徴とする請
求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の光学素
子。
5. The diffraction grating is located on the surface side opposite to the emission surface with respect to the path of light, and the wall surface of the diffraction grating is inclined in a direction closer to the end portion through which light is incident, the farther from the emission surface. The optical element according to any one of claims 1 to 3, wherein:
【請求項6】 2つの部材のうち出射面から遠い方が出
射面に近い方よりも大きな屈折率を有し、 回折格子の壁面が出射面に近い部位ほど光を入射させる
端部から離れる方向に傾斜していることを特徴とする請
求項2または請求項3に記載の光学素子。
6. The direction farther from the exit surface of the two members has a larger refractive index than the one closer to the exit surface, and the closer the wall surface of the diffraction grating is to the exit surface, the more distant from the end where light is incident. The optical element according to claim 2 or claim 3, wherein the optical element is inclined.
【請求項7】 2つの部材のうち出射面に近い方が出射
面から遠い方よりも大きな屈折率を有し、 回折格子の壁面が出射面から遠い部位ほど光を入射させ
る端部に近づく方向に傾斜していることを特徴とする請
求項2または請求項3に記載の光学素子。
7. The direction closer to the emission surface of the two members has a larger refractive index than the one farther from the emission surface, and the wall surface of the diffraction grating is closer to the end portion through which light is incident, as far away from the emission surface as possible. The optical element according to claim 2 or claim 3, wherein the optical element is inclined.
【請求項8】 全体として平面で、壁面が全体の平面に
対して略垂直な格子形状を作製し、その格子形状に全体
の平面に沿う方向の力を加えて凸部を変形させることに
よって、回折格子の形状を形成することを特徴とする請
求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の光学素子
の作製方法。
8. A lattice shape having a plane as a whole and a wall surface substantially perpendicular to the plane of the whole is produced, and a force in a direction along the plane of the whole is applied to the lattice shape to deform the convex portion, The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein a shape of a diffraction grating is formed.
【請求項9】 エッチングによって回折格子の形状を直
接形成することを特徴とする請求項1ないし請求項7の
いずれか1項に記載の光学素子の作製方法。
9. The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the shape of the diffraction grating is directly formed by etching.
【請求項10】 二光束干渉法によって回折格子の形状
を直接形成することを特徴とする請求項1ないし請求項
7のいずれか1項に記載の光学素子の作製方法。
10. The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the shape of the diffraction grating is directly formed by a two-beam interference method.
【請求項11】 回折格子と相補的な形状の金型を用い
る成形によって回折格子を作製することを特徴とする請
求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の光学素子
の作製方法。
11. The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the diffraction grating is manufactured by molding using a mold having a shape complementary to the diffraction grating.
【請求項12】 照明光を変調して映像を表す光とする
映像表示器と、照明光を発する光源と、光源が発した照
明光を映像表示器に導く照明光学系とを備える映像表示
装置において、 照明光学系として、請求項1ないし請求項7のいずれか
1項に記載の光学素子を備えることを特徴とする映像表
示装置。
12. An image display device including an image display device that modulates illumination light into light representing an image, a light source that emits the illumination light, and an illumination optical system that guides the illumination light emitted by the light source to the image display device. A video display device comprising the optical element according to any one of claims 1 to 7 as an illumination optical system.
【請求項13】 映像表示器が照明光を反射しつつ変調
して映像を表す光とする反射型であることを特徴とする
請求項12に記載の映像表示装置。
13. The image display device according to claim 12, wherein the image display device is a reflection type device that modulates the illumination light while modulating it to obtain light representing an image.
【請求項14】 映像表示器が照明光を透過させつつ変
調して映像を表す光とする透過型であることを特徴とす
る請求項12に記載の映像表示装置。
14. The video display device according to claim 12, wherein the video display is a transmissive type that modulates while illuminating light is transmitted and is modulated into light representing an image.
【請求項15】 対向する2つの表面の双方を出射面と
して2つの照明対象物に向けて配置される透明で板状の
照明用の光学素子であって、出射面に沿う回折格子を有
し、光を端部から入射させ、その光が内部を進行する間
に回折格子によって回折して、出射面から出射させるも
のにおいて、 回折格子の周期および凸部と凹部との高低差が端部から
入射させる光の波長範囲の中央の波長以下であり、 回折格子の凸部と凹部の間の面である壁面が、隣り合う
もの同士略平行であることを特徴とする光学素子。
15. A transparent, plate-like optical element for illumination, which is arranged toward two illumination objects with both of two facing surfaces as emission surfaces, and which has a diffraction grating along the emission surfaces. , The light is made incident from the end, diffracted by the diffraction grating while the light travels inside, and is emitted from the emitting surface. The period of the diffraction grating and the height difference between the convex and the concave are different from the end. An optical element having a wavelength equal to or less than the central wavelength of the wavelength range of incident light and having a wall surface that is a surface between the convex portion and the concave portion of the diffraction grating being substantially parallel to each other.
【請求項16】 屈折率の異なる2つの部材を接合して
成り、回折格子が2つの部材の界面に設けられているこ
とを特徴とする請求項15に記載の光学素子。
16. The optical element according to claim 15, which is formed by joining two members having different refractive indexes, and a diffraction grating is provided at an interface between the two members.
【請求項17】 照明光を透過させつつ変調して映像を
表す光とする透過型の2つの映像表示器と、照明光を発
する光源と、光源が発した照明光を2つの映像表示器に
導く照明光学系とを備える映像表示装置において、 照明光学系として、請求項15または請求項16に記載
の光学素子を備えることを特徴とする映像表示装置。
17. A transmission-type two image display device that modulates illumination light while transmitting it to generate light representing an image, a light source that emits the illumination light, and the illumination light that the light source emits to two image displays. An image display device provided with an illumination optical system for guiding the image display device, comprising the optical element according to claim 15 or 16 as an illumination optical system.
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