JP2003270419A - Diffractive optical element and image display device - Google Patents

Diffractive optical element and image display device

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JP2003270419A
JP2003270419A JP2002075142A JP2002075142A JP2003270419A JP 2003270419 A JP2003270419 A JP 2003270419A JP 2002075142 A JP2002075142 A JP 2002075142A JP 2002075142 A JP2002075142 A JP 2002075142A JP 2003270419 A JP2003270419 A JP 2003270419A
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JP
Japan
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optical element
light
diffractive optical
polarization
refractive index
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Application number
JP2002075142A
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Japanese (ja)
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Hiroshi Takegawa
洋 武川
Takuji Yoshida
卓司 吉田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To optimize a polarization split characteristic even in a state where an element temperature becomes high relative to room temperature such as temperature inside a projector by using a material having the temperature dependency of comparatively high refractive index as a component like a liquid crystal material. <P>SOLUTION: In a diffracted optical element composed of a structure in which a first region and second region 6 and 7 each having different temperature dependency in the refractive index with each other are arranged alternatively, the element temperature at which diffraction efficiency for incident light in a specific polarization direction becomes minimal is set within the limits of 25 to 70 degrees C. <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、特定の偏光方位の
入射光を選択的に回折させる回折光学素子及びこの回折
光学素子を用いて構成された画像表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diffractive optical element that selectively diffracts incident light having a specific polarization direction, and an image display device configured using this diffractive optical element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、液晶材料などを用いて構成され、
特定の偏光方位の入射光を選択的に回折させる偏光選択
性の回折光学素子が提案されている。また、このような
回折光学素子を用いた画像表示装置が提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a liquid crystal material or the like is used,
A polarization-selective diffractive optical element that selectively diffracts incident light in a specific polarization direction has been proposed. Further, an image display device using such a diffractive optical element has been proposed.

【0003】液晶材料などは、屈折率の温度依存性が比
較的大きい。そのため、この液晶材料を構成物として用
いた偏光選択性の回折光学素子、たとえば、ホログラフ
ィツク高分子分散液晶(以下、「H−PDLC」とい
う。)素子の回折効率の特性は、その素子温度に大きく
影響を受ける。これは、液晶の見かけの屈折率が、温度
変化による液晶分子のミクロの振動強度の変化のために
変動することが主要な原因である。
Liquid crystal materials and the like have a relatively large temperature dependence of the refractive index. Therefore, the diffraction efficiency characteristic of a polarization-selective diffractive optical element using this liquid crystal material as a constituent, for example, a holographic polymer dispersed liquid crystal (hereinafter, referred to as "H-PDLC") element, depends on the element temperature. Greatly affected. This is mainly because the apparent refractive index of the liquid crystal fluctuates due to a change in microvibration intensity of liquid crystal molecules due to a temperature change.

【0004】以下、簡単なモデルを参照して本現象を説
明する。図28に示すように、「H−PDLC」偏光選
択性の回折光学素子は、液晶分子の構成比率が高い第1
の領域101と高分子材料の構成比率の高い第2の領域
102とが順次配列されて構成されている。
This phenomenon will be described below with reference to a simple model. As shown in FIG. 28, the “H-PDLC” polarization-selective diffractive optical element includes a first liquid crystal molecule having a high composition ratio.
Area 101 and a second area 102 having a high composition ratio of the polymer material are sequentially arranged.

【0005】ここでは、説明を簡潔にするために、第1
の領域101は、全て正の光学異方性を有する液晶材料
よりなり、液晶の光学軸方向が第1及び第2の領域10
1,102の境界面に垂直に配向しているものとする。
また、第2の領域102は、全て等方性の高分子よりな
っているものとする。そして、室温(摂氏20度)にお
いて、第1及び第2の領域101,102の境界面に対
し平行な方向の偏光方位に対する屈折率が、第1及び第
2領域101,102で互いに等しいと仮定する(図2
8中に示すような紙面に平行で「H−PDLC」偏光選
択性素子に対して斜めに入射する入射光においては、S
偏光光がこの偏光方位に相当する)。
Here, in order to simplify the explanation, the first
Region 101 is made of a liquid crystal material having a positive optical anisotropy, and the optical axis directions of the liquid crystal are the first and second regions 10.
It is assumed that the orientation is perpendicular to the boundary surface of 1,102.
Further, the second region 102 is assumed to be made of an isotropic polymer. Then, at room temperature (20 degrees Celsius), it is assumed that the refractive indices for the polarization azimuths in the direction parallel to the boundary surface between the first and second regions 101 and 102 are equal in the first and second regions 101 and 102. Yes (Fig. 2
In the incident light which is parallel to the paper surface and obliquely enters the “H-PDLC” polarization selective element as shown in FIG.
Polarized light corresponds to this polarization direction).

【0006】つまり、液晶材料の常光線屈折率と高分子
材料の屈折率とが室温にて一致しているとする。この場
合、温度上昇に伴い、液晶分子振動が増大し、第1の領
域101の屈折率のうち、液晶分子の光学軸(第1及び
第2の領域101,102の境界面に対して直交する方
向)に沿う偏光に対するものは減少し、これに直交する
方向(第1及び第2の領域101,102の境界面に対
し平行な方向)に沿う偏光に対するものは増加する。一
方、高分子より構成される第2の領域102について
は、この温度上昇に対する屈折率変化は、第1の領域1
01に比べると、図29に示すように、わずかである。
この図29においては、第1及び第2の領域101,1
02の屈折率及びこれら屈折率の差に相当する回折効率
の温度依存性の一例を、第1及び第2の領域101,1
02の境界面に対し直交する偏光方位(図29中のP偏
光)及び平行な偏光方位(図29中のS偏光)の入射光
についてそれぞれ示している。
That is, it is assumed that the ordinary refractive index of the liquid crystal material and the refractive index of the polymer material are the same at room temperature. In this case, as the temperature rises, the vibration of the liquid crystal molecules increases, and among the refractive indexes of the first region 101, the optical axis of the liquid crystal molecules (perpendicular to the boundary surface between the first and second regions 101 and 102). The polarized light along the direction (direction) is decreased, and the polarized light along the direction (direction parallel to the boundary surface between the first and second regions 101 and 102) orthogonal thereto is increased. On the other hand, in the second region 102 made of a polymer, the change in the refractive index with respect to this temperature increase is
Compared to 01, it is very small as shown in FIG.
In FIG. 29, the first and second regions 101, 1
An example of the temperature dependence of the diffraction efficiency corresponding to the refractive index of No. 02 and the difference between these refractive indexes is shown in the first and second regions 101, 1
The incident light has a polarization azimuth (P polarization in FIG. 29) and a parallel polarization azimuth (S polarization in FIG. 29) orthogonal to the 02 boundary surface.

【0007】このような温度依存性により、特に、この
「H−PDLC」素子を偏光方位による回折の有無を利
用した偏光分離素子として用いる場合には、回折効率が
低くなるように設定した偏光方位に対する回折効率は、
屈折率変調度の微少な変化により大きな変化率を示す。
そのため、偏光分離特性、すなわち、回折効率が大きく
なるよう設定した偏光方位に対する回折効率とこれに直
交し回折効率が小さくなるよう設定した偏光方位に対す
る回折効率の比は、素子温度の上昇に伴って急激に劣化
することになる。
Due to such temperature dependence, especially when this "H-PDLC" element is used as a polarization separation element utilizing the presence or absence of diffraction by the polarization direction, the polarization direction set so that the diffraction efficiency becomes low. The diffraction efficiency for
A large change rate is exhibited due to a slight change in the refractive index modulation degree.
Therefore, the polarization separation characteristic, that is, the ratio of the diffraction efficiency to the polarization azimuth set to increase the diffraction efficiency and the diffraction efficiency to the polarization azimuth set to be orthogonal to the polarization azimuth to decrease the diffraction efficiency It will deteriorate rapidly.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、画像表示装
置であるいわゆる液晶プロジェクタの機内温度は、一般
的に、外界周辺温度に対して摂氏15度から30度程度
上昇することが知られている。
By the way, it is known that the temperature inside a so-called liquid crystal projector, which is an image display device, generally rises about 15 to 30 degrees Celsius with respect to the ambient temperature.

【0009】したがって、「H−PDLC」偏光選択性
素子のような、回折効率が温度依存性をもつデバイス、
特に、最低回折効率を与える偏光方位に対する回折効率
が温度依存性をもつデバイスをプロジェクタ機内で用い
る場合には、室温における特性を最適化しても、例え
ば、上述の偏光分離素子の場合において室温におけるS
偏光回折効率を最小化しても、実使用時には、良好な偏
光分離特性が得られないことになる。
Therefore, a device in which the diffraction efficiency is temperature dependent, such as the "H-PDLC" polarization selective element,
In particular, when a device in which the diffraction efficiency with respect to the polarization azimuth giving the lowest diffraction efficiency has temperature dependence is used in the projector, even if the characteristics at room temperature are optimized, for example, in the case of the above-mentioned polarization separation element, S
Even if the polarization diffraction efficiency is minimized, good polarization separation characteristics cannot be obtained in actual use.

【0010】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提
案されるものであって、液晶材料のように、屈折率の温
度依存性が比較的大きい材料を構成要素として用いる偏
光選択性屈折率変調型の回折光学素子において、画像表
示装置(プロジェクタ装置)内など室温に比べて素子温
度が高くなる状況においても、偏光分離特性を最適化し
ようとするものである。
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-mentioned circumstances, and a polarization selective refractive index using a material such as a liquid crystal material whose refractive index has a relatively large temperature dependence as a constituent element. In the modulation type diffractive optical element, the polarization splitting characteristics are optimized even in a situation where the element temperature is higher than room temperature such as in an image display apparatus (projector apparatus).

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係る回折光学素子は、屈折率異方性及び屈
折率の温度依存性がそれぞれ互いに異なる第1の領域と
第2の領域とが交互に配列された構造を有し、入射光を
回折させる偏光選択性屈折率変調型の回折光学素子であ
って、特定の偏光方位の入射光に対する回折効率が極小
値をとる素子温度が、摂氏25度以上摂氏70度以下の
範囲内であることを特長とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the diffractive optical element according to the present invention has a first region and a second region in which the refractive index anisotropy and the temperature dependence of the refractive index are different from each other. A polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element that has a structure in which regions are alternately arranged and diffracts incident light, and the diffraction efficiency for incident light of a specific polarization direction has a minimum value. Is in the range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less.

【0012】この回折光学素子においては、素子温度が
摂氏25度以上摂氏70度以下の範囲内において、特定
の偏光方位の入射光に対する回折効率が極小値をとるの
で、画像表示装置などに用いた場合において、使用温度
範囲の全域に亘って特定の偏光方位の入射光に対する回
折効率が低く抑えられ、良好な光学特性を維持すること
ができる。
In this diffractive optical element, the diffraction efficiency with respect to the incident light of a specific polarization direction has a minimum value in the element temperature range of 25 ° C. or higher and 70 ° C. or lower. In this case, the diffraction efficiency for incident light of a specific polarization direction can be suppressed low over the entire operating temperature range, and good optical characteristics can be maintained.

【0013】また、本発明に係る回折光学素子は、屈折
率異方性及び屈折率の温度依存性がそれぞれ互いに異な
る第1の領域と第2の領域とが交互に配列された構造を
有し、入射光を回折させる偏光選択性屈折率変調型の回
折光学素子であって、素子温度が摂氏25度以上摂氏7
0度以下の範囲内において、特定の偏光方位の入射光に
対する回折効率が1%以下であることを特長とするもの
である。
The diffractive optical element according to the present invention has a structure in which first regions and second regions having different refractive index anisotropy and temperature dependence of the refractive index are alternately arranged. , A polarization selective refractive index modulation type diffractive optical element for diffracting incident light, the element temperature of which is 25 degrees Celsius or more and 7 degrees Celsius.
It is characterized in that the diffraction efficiency for incident light of a specific polarization direction is 1% or less within a range of 0 degree or less.

【0014】この回折光学素子においては、素子温度が
摂氏25度以上摂氏70度以下の範囲内において、特定
の偏光方位の入射光に対する回折効率が1%以下である
ので、画像表示装置などに用いた場合において、使用温
度範囲の全域に亘って特定の偏光方位の入射光に対する
回折効率が低く抑えられ、良好な光学特性を維持するこ
とができる。
This diffractive optical element has a diffraction efficiency of 1% or less for incident light of a specific polarization direction when the element temperature is in the range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less. In such a case, the diffraction efficiency with respect to the incident light of a specific polarization direction can be suppressed low over the entire operating temperature range, and good optical characteristics can be maintained.

【0015】また、本発明に係る画像表示装置は、照明
光を放射する光源と、屈折率異方性及び屈折率の温度依
存性がそれぞれ互いに異なる第1の領域と第2の領域と
が交互に配列された構造を有し入射光を回折させる偏光
選択性屈折率変調型の回折光学素子と、光源より放射さ
れた照明光を回折光学素子に入射させる照明光学系と、
回折光学素子により回折された照明光、または、回折光
学素子を透過した照明光の偏光状態を変調する反射型空
間光変調素子と、反射型空間光変調素子及び回折光学素
子を経た照明光を実像または虚像に結像する結像光学系
とを備えている。
Further, in the image display device according to the present invention, the light source that emits the illumination light and the first region and the second region where the refractive index anisotropy and the temperature dependence of the refractive index are different from each other are alternately arranged. A polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element that has a structure arranged in diffracting incident light, and an illumination optical system that causes illumination light emitted from a light source to enter the diffractive optical element,
Illumination light diffracted by the diffractive optical element or a reflective spatial light modulator that modulates the polarization state of the illumination light transmitted through the diffractive optical element, and the illumination light that has passed through the reflective spatial light modulator and the diffractive optical element are real images Alternatively, it has an image forming optical system for forming a virtual image.

【0016】そして、本発明は、この画像表示装置にお
いて、回折光学素子は、特定の偏光方位の入射光に対す
る回折効率が極小値をとる素子温度が、摂氏25度以上
摂氏70度以下の範囲内であり、結像光学系は、この回
折光学素子の透過光、または、回折光をスクリーン上ま
たは観察者の瞳に投射することを特徴とするものであ
る。
Further, according to the present invention, in this image display device, the diffractive optical element has an element temperature at which the diffraction efficiency with respect to incident light of a specific polarization direction has a minimum value within a range of 25 ° C. to 70 ° C. The imaging optical system is characterized by projecting the transmitted light or the diffracted light of the diffractive optical element on the screen or on the observer's pupil.

【0017】この画像表示装置においては、回折光学素
子の素子温度が摂氏25度以上摂氏70度以下の範囲内
において、この回折格子に対する特定の偏光方位の入射
光の回折効率が極小値をとるので、使用温度範囲の全域
に亘って特定の偏光方位の入射光に対する回折効率が低
く抑えられ、良好な光学特性を維持することができる。
In this image display device, when the element temperature of the diffractive optical element is within the range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less, the diffraction efficiency of the incident light of a specific polarization direction with respect to this diffraction grating has a minimum value. The diffraction efficiency for incident light of a specific polarization direction can be suppressed low over the entire operating temperature range, and good optical characteristics can be maintained.

【0018】また、本発明は、上述の画像表示装置にお
いて、回折光学素子は、素子温度が摂氏25度以上摂氏
70度以下の範囲内において、特定の偏光方位の入射光
に対する回折効率が1%以下であり、結像光学系は、回
折光学素子の透過光、または、回折光をスクリーン上に
投射することを特徴とするものである。
According to the present invention, in the above-mentioned image display device, the diffractive optical element has a diffraction efficiency of 1% with respect to the incident light of a specific polarization azimuth within an element temperature range of 25 ° C. or higher and 70 ° C. or lower. The image forming optical system is characterized in that the transmitted light of the diffractive optical element or the diffracted light is projected on the screen.

【0019】この画像表示装置においては、回折光学素
子の素子温度が摂氏25度以上摂氏70度以下の範囲内
において、この回折格子に対する特定の偏光方位の入射
光の回折効率が1%以下であるので、使用温度範囲の全
域に亘って特定の偏光方位の入射光に対する回折効率が
低く抑えられ、良好な光学特性を維持することができ
る。
In this image display device, when the element temperature of the diffractive optical element is in the range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less, the diffraction efficiency of incident light of a specific polarization direction with respect to this diffraction grating is 1% or less. Therefore, the diffraction efficiency with respect to the incident light of a specific polarization direction can be suppressed low over the entire operating temperature range, and good optical characteristics can be maintained.

【0020】さらに、本発明に係る画像表示装置は、照
明光を放射する光源と、屈折率異方性及び屈折率の温度
依存性がそれぞれ互いに異なる第1の領域と第2の領域
とが交互に配列された構造を有し入射光を回折させる偏
光選択性屈折率変調型の回折光学素子と、照明光を互い
に異なる複数の波長帯域成分に分離する色分離手段と、
互いに異なる複数の波長帯域成分に分離された照明光を
上記回折光学素子に入射させる照明光学系と、回折光学
素子により回折された照明光、または、回折光学素子を
透過した照明光のうちの互いに異なる複数の波長帯域成
分の偏光状態をそれぞれ変調する複数の反射型空間光変
調素子と、複数の反射型空間光変調素子によりそれぞれ
変調された互いに異なる波長帯域の照明光を合成する色
合成手段と、この色合成手段を経た照明光を実像または
虚像に結像する結像光学系とを備えている。
Further, in the image display device according to the present invention, the light source that emits the illumination light and the first region and the second region in which the refractive index anisotropy and the temperature dependence of the refractive index are different from each other are alternately arranged. A polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element having a structure arranged in diffracting incident light, and color separation means for separating illumination light into a plurality of wavelength band components different from each other,
An illumination optical system that makes illumination light separated into a plurality of wavelength band components different from each other enter the diffractive optical element, illumination light diffracted by the diffractive optical element, or illumination light transmitted through the diffractive optical element. A plurality of reflective spatial light modulators that respectively modulate polarization states of different wavelength band components, and a color combiner that combines illumination lights of different wavelength bands that are respectively modulated by the plurality of reflective spatial light modulators , And an image forming optical system for forming the illumination light that has passed through the color combining means into a real image or a virtual image.

【0021】そして、本発明は、この画像表示装置にお
いて、回折光学素子は、特定の偏光方位の入射光に対す
る回折効率が極小値をとる素子温度が、摂氏25度以上
摂氏70度以下の範囲内であり、結像光学系は、回折光
学素子を透過、または、回折光学素子にて回折して色合
成手段を経た照明光をスクリーン上または観察者の瞳に
投射することを特徴とするものである。
Further, according to the present invention, in this image display device, the diffractive optical element is such that the element temperature at which the diffraction efficiency with respect to the incident light of a specific polarization direction has a minimum value is within the range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less. The imaging optical system is characterized in that the illumination light transmitted through the diffractive optical element or diffracted by the diffractive optical element and passed through the color combining means is projected on the screen or the pupil of the observer. is there.

【0022】この画像表示装置においては、回折光学素
子の素子温度が摂氏25度以上摂氏70度以下の範囲内
において、この回折格子に対する特定の偏光方位の入射
光の回折効率が極小値をとるので、使用温度範囲の全域
に亘って特定の偏光方位の入射光に対する回折効率が低
く抑えられ、良好な光学特性を維持しつつ、カラー画像
の表示を行うことができる。
In this image display device, when the element temperature of the diffractive optical element is within the range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less, the diffraction efficiency of the incident light of a specific polarization direction with respect to this diffraction grating has a minimum value. In addition, the diffraction efficiency with respect to the incident light of a specific polarization direction can be suppressed to be low over the entire operating temperature range, and a color image can be displayed while maintaining good optical characteristics.

【0023】また、本発明は、上述の画像表示装置にお
いて、回折光学素子は、素子温度が摂氏25度以上摂氏
70度以下の範囲内において、特定の偏光方位の入射光
に対する回折効率が1%以下であり、結像光学系は、回
折光学素子を透過、または、回折光学素子にて回折して
色合成手段を経た照明光をスクリーン上または観察者の
瞳に投射することを特徴とするものである。
According to the present invention, in the above-described image display device, the diffractive optical element has a diffraction efficiency of 1% with respect to incident light having a specific polarization direction within a range of an element temperature of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less. Below, the imaging optical system is characterized in that the illumination light transmitted through the diffractive optical element or diffracted by the diffractive optical element and passed through the color combining means is projected onto the screen or the pupil of the observer. Is.

【0024】この画像表示装置においては、回折光学素
子の素子温度が摂氏25度以上摂氏70度以下の範囲内
において、この回折格子に対する特定の偏光方位の入射
光の回折効率が1%以下であるので、使用温度範囲の全
域に亘って特定の偏光方位の入射光に対する回折効率が
低く抑えられ、良好な光学特性を維持しつつ、カラー画
像の表示を行うことができる。
In this image display device, when the element temperature of the diffractive optical element is in the range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less, the diffraction efficiency of the incident light of a specific polarization direction with respect to this diffraction grating is 1% or less. Therefore, the diffraction efficiency with respect to the incident light of a specific polarization direction can be suppressed to be low over the entire operating temperature range, and a color image can be displayed while maintaining good optical characteristics.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】〔回折光学素子の実施の形態〕本発明に係
る偏光選択性屈折率変調型の回折光学素子として、高分
子分散液晶(以下、「PDLC」という。)を材料とし
た液晶パネルにホログラフィックな手段により干渉縞を
生成して構成した偏光選択性「ホログラフィックPDL
C」(以下、「H−PDLC」という。)光学素子を例
に説明する。この偏光選択性「H−PDLC」回折光学
素子は、図1に示すように、以下のような製造プロセス
によって製造される。
[Embodiment of Diffractive Optical Element] As a polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element according to the present invention, a liquid crystal panel made of polymer dispersed liquid crystal (hereinafter referred to as “PDLC”) is used as a material. Polarization-selective "holographic PDL" constructed by generating interference fringes by graphic means
A C ”(hereinafter referred to as“ H-PDLC ”) optical element will be described as an example. This polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element is manufactured by the following manufacturing process, as shown in FIG.

【0027】すなわち、まず、光重合を起こす前の高分
子材料(以下、「プレポリマ」という。)、ネマチック
液晶、開始剤、色素などが混合された「PDLC」をガ
ラス基板1,2間に充填する。このとき、ネマチック液
晶の重量割合は、全体の40%程度とする。また、この
「PDLC」の層厚、すなわち、ガラス基板1,2間の
間隔(セルギャップ)は、2μm乃至15μmの範囲
で、完成されるべき偏光選択性「H−PDLC」回折光
学素子の仕様にあわせて最適値を選ぶことができる。
That is, first, "PDLC" in which a polymer material (hereinafter referred to as "prepolymer") before photopolymerization, a nematic liquid crystal, an initiator, a dye and the like are mixed is filled between the glass substrates 1 and 2. To do. At this time, the weight ratio of the nematic liquid crystal is about 40% of the whole. The layer thickness of the “PDLC”, that is, the distance (cell gap) between the glass substrates 1 and 2 is in the range of 2 μm to 15 μm, and the specifications of the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element to be completed. The optimum value can be selected according to.

【0028】この偏光選択性「H−PDLC」回折光学
素子において、「プレポリマ」は、多官能基モノマ、2
官能基モノマ、単官能基モノマから構成され、それぞれ
のモノマの作用はその材料により異なる。一般的には、
単官能基モノマは、他の材料との親和性を良くするため
用いられ、バインダーモノマと呼ばれることもある。2
官能基以上の多官能基モノマは、重合性が良好なため、
ポリマを形成する上での骨格として機能する。この「プ
レポリマ」の組成比は、多官能基モノマと2官能基モノ
マを合わせて40wt%乃至60wt%、単官能基モノ
マを5wt%乃至20wt%、液晶を30wt%乃至5
0wt%、光重合開始剤と増感色素を数wt%以下とす
る。
In this polarization-selective "H-PDLC" diffractive optical element, the "prepolymer" is a polyfunctional monomer, or 2
It is composed of a functional group monomer and a monofunctional group monomer, and the action of each monomer differs depending on its material. In general,
Monofunctional monomers are used to improve the affinity with other materials and are sometimes called binder monomers. Two
Since a polyfunctional monomer having a functional group or more has good polymerizability,
It functions as a skeleton for forming polymers. The composition ratio of this "prepolymer" is 40 wt% to 60 wt% for the polyfunctional monomer and the bifunctional monomer, 5 wt% to 20 wt% for the monofunctional group monomer, and 30 wt% to 5 wt% for the liquid crystal.
0 wt%, and the photopolymerization initiator and sensitizing dye are set to several wt% or less.

【0029】一般的に、このような重合性モノマは、エ
チレン性不飽和結合を有する光重合可能な化合物であっ
て、1分子中に、少なくともエチレン性不飽和二重結合
を1個有し、光重合及び光架橋可能なモノマ、オリゴ
マ、プレポリマ及びこれらの混合物である。
Generally, such a polymerizable monomer is a photopolymerizable compound having an ethylenically unsaturated bond, and has at least one ethylenically unsaturated double bond in one molecule, Photopolymerizable and photocrosslinkable monomers, oligomers, prepolymers and mixtures thereof.

【0030】これらの例としては、不飽和カルボン酸及
びその塩、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化
合物とのエステル、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミ
ン化合物とのアミド等が挙げられる。
Examples of these include unsaturated carboxylic acids and salts thereof, esters of unsaturated carboxylic acids with aliphatic polyhydric alcohol compounds, and amides of unsaturated carboxylic acids with aliphatic polyhydric amine compounds. .

【0031】本発明において使用されている多くの重合
性モノマは、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール
化合物とのエステルである。本発明では、多官能基モノ
マとして、トリメチロールプロパントリアクリレート
(TMPTA)、ペンタエリストールトリアクリレート
(PETA)、ジペンタエリスリトールヒドロキシペン
タアクリレート(DPHPA)、ジペンタエリスリトー
ルヘキサアクリレート(DPHA)などを使用すること
ができる。2官能基モノマとしては、ヒドロキシピバリ
ン酸ネオペンチルグリコールジアクリレートの付加化合
物を用いる。ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコ
ールジアクリレートの付加化合物は、ヒドロキシピバリ
ン酸ネオペンチルグリコールジアクリレートの単体に、
例えば、以下の付加物により変性された化合物である。
Many of the polymerizable monomers used in the present invention are esters of unsaturated carboxylic acids with aliphatic polyhydric alcohol compounds. In the present invention, trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), pentaerythritol triacrylate (PETA), dipentaerythritol hydroxypentaacrylate (DPHPA), dipentaerythritol hexaacrylate (DPHA), etc. are used as the polyfunctional monomer. be able to. An addition compound of hydroxypivalic acid neopentyl glycol diacrylate is used as the bifunctional monomer. The addition compound of hydroxypivalic acid neopentyl glycol diacrylate is a simple substance of hydroxypivalic acid neopentyl glycol diacrylate.
For example, compounds modified with the following adducts.

【0032】ε−カプロラクトン付加物(−(OC
10CO)−) エチレンオキシド付加物(−(OC−) プロピレンオキシド付加物(−(OC−) これらの付加化合物は、ヒドロキシピバリン酸ネオペン
チルグリコールジアクリレート単体の性質を失うことな
く、低皮膚刺激性、耐候性、柔軟性及び低収縮性などの
性質改善がなされている。
Ε-caprolactone adduct (-(OC 5 H
10 CO) m −) Ethylene oxide adduct (− (OC 2 H 4 ) m −) Propylene oxide adduct (− (OC 3 H 6 ) m −) These addition compounds are hydroxypivalic acid neopentyl glycol diacrylate simple substance. The properties such as low skin irritation, weather resistance, softness and low shrinkage are improved without losing the properties described above.

【0033】なお、光重合性モノマの組み合わせについ
ては、材料の屈析率、物質拡散に関係する粘度、硬化速
度を考慮した上で選ばなければいけない。
The combination of the photopolymerizable monomers must be selected in consideration of the diffractive rate of the material, the viscosity related to substance diffusion, and the curing rate.

【0034】液晶としては、シアノビフェニル系液晶、
ハロゲン系液晶、トラン系液晶、シアノエステル系液晶
など、一般に用いられている液晶を用いることができる
が、本発明において使用される液晶材料は、屈折率の異
方性Δnが、0.15以上あることが望ましい。これ
は、本発明においては、位相変調型のホログラムを使用
しているため、Δnが直接回折効率に大きく影響するか
らである。また、本発明においては、特に屈折率異方性
の大きいシアノビフェニル系の液晶を用いることによ
り、偏光選択性のよいホログラム光学素子を作製するこ
とが可能となる。
As the liquid crystal, a cyanobiphenyl liquid crystal,
Commonly used liquid crystals such as halogen-based liquid crystals, tolan-based liquid crystals, and cyanoester-based liquid crystals can be used, but the liquid crystal material used in the present invention has a refractive index anisotropy Δn of 0.15 or more. Is desirable. This is because, in the present invention, since the phase modulation hologram is used, Δn directly affects the diffraction efficiency. Further, in the present invention, by using a cyanobiphenyl liquid crystal having a large refractive index anisotropy, it becomes possible to manufacture a hologram optical element having a good polarization selectivity.

【0035】光重合開始剤は、紫外線(UV光)に対し
て感度を特ち、モノマの光重合開始剤として機能するも
のである。光重合開始剤としては、一般的にチオキサン
トン系、ベンゾフェノン系、ジケトン系、アセトフェノ
ン系のものを使用することができる。
The photopolymerization initiator is sensitive to ultraviolet rays (UV light) and functions as a photopolymerization initiator for monomers. As the photopolymerization initiator, generally, thioxanthone type, benzophenone type, diketone type, and acetophenone type can be used.

【0036】増感色素としては、キサンテン系、クマリ
ン系、ローダミン系、カルボシアニン系などのものを使
用することができる。増感色素は、UV(紫外線)光で
しか励起されない重合開始剤を、可視光において励起さ
せる機能がある。すなわち、増感色素は、可視光レーザ
による光重合過程を経ていることにより、可視光を吸収
し、そのエネルギーを光重合開始剤に伝達する機能を有
している。この機能から、増感色素の許容エネルギーレ
ベル及び光重合開始剤の許容エネルギーレベルには、厳
密な整合性が必要となり、使用する光重合開始剤と増感
色素との組み合わせは重要である。
As the sensitizing dye, those of xanthene type, coumarin type, rhodamine type, carbocyanine type and the like can be used. The sensitizing dye has a function of exciting, in visible light, a polymerization initiator that is excited only by UV (ultraviolet) light. That is, the sensitizing dye has a function of absorbing visible light and transmitting the energy thereof to the photopolymerization initiator by undergoing a photopolymerization process by a visible light laser. From this function, strict consistency is required for the permissible energy level of the sensitizing dye and the permissible energy level of the photopolymerization initiator, and the combination of the photopolymerization initiator and the sensitizing dye to be used is important.

【0037】本発明においては、緑色レーザに対して
は、光重合開始剤にN−フェニルグリシン(下記、〔化
1〕)及び増感色素に口ーズベンガル(下記、〔化
2〕)の組み合わせをメインに用いた。また、青色のレ
ーザに対しては、光重合開始剤にTAZ−101(下
記、〔化3〕)及び増感色素にBC(下記、〔化4〕)
の組み合わせ、もしくは、N−フェニルグリシンとBC
の組合わせを用いた。
In the present invention, for a green laser, a combination of N-phenylglycine (below, [Chemical formula 1]) as a photopolymerization initiator and mouth benzengal (below [Chemical formula 2]) as a sensitizing dye is used. Used for main. For blue laser, TAZ-101 (below, [Chemical Formula 3]) as a photopolymerization initiator and BC (below, [Chemical Formula 4]) as a sensitizing dye.
Or a combination of N-phenylglycine and BC
Was used.

【0038】[0038]

【化1】 [Chemical 1]

【0039】[0039]

【化2】 [Chemical 2]

【0040】[0040]

【化3】 [Chemical 3]

【0041】[0041]

【化4】 [Chemical 4]

【0042】ここで、光学ガラス基板1,2上に、それ
ぞれ応力緩衝層の形成を行う。これら応力緩衝層は、光
学ガラス基板1,2と「H−PDLC」材料との間に形
成され、「H−PDLC」材料の光重合に伴う収縮応力
の緩和を実現し、また、「H−PDLC」材料のガラス
基板1,2の界面からの剥がれを防止するとともに、
「H−PDLC」材料の熱及び光による劣化を防ぐ。
Here, the stress buffer layers are formed on the optical glass substrates 1 and 2, respectively. These stress buffer layers are formed between the optical glass substrates 1 and 2 and the “H-PDLC” material to realize the relaxation of the contraction stress due to the photopolymerization of the “H-PDLC” material, and also the “H-PDLC” material. While preventing the PDLC "material from peeling from the interface between the glass substrates 1 and 2,
Prevents degradation of "H-PDLC" material by heat and light.

【0043】この応力緩衝層は、ポリイミド等、有機膜
の材料からなるものを用いることができる。作製方法と
しては、ポリイミドを適当な希釈溶媒で薄め、スピンコ
ート法によって塗布を行い、所定の温度で焼成すること
によって、ポリイミド膜を形成する。この応力緩衝層の
厚さは、10nm乃至50nmとした。
As the stress buffer layer, one made of an organic film material such as polyimide can be used. As a manufacturing method, a polyimide film is formed by diluting polyimide with an appropriate diluting solvent, applying it by a spin coating method, and baking it at a predetermined temperature. The thickness of this stress buffer layer was 10 nm to 50 nm.

【0044】次に、「PDLC」パネル3に干渉縞を記
録するために、図示しないレーザー光源からの物体光4
及び参照光5を、「PDLC」パネル3に照射し、干渉
による光の強弱Bを発生させる。すると、干渉縞の明る
いところ、すなわち、光子のエネルギーが大きい場所で
は、光子のエネルギーにより、「PDLC」中のプレポ
リマが光重合を起こしてポリマ化する。このため、プレ
ポリマが周辺部から次々に供給され、結果的に、ポリマ
化したプレポリマが密な領域と疎な領域とに分かれる。
プレポリマが疎となった領域では、ネマチック液晶の濃
度が高くなる。このようにして、「PDLC」パネル3
内において、第1の領域である高分子領域6及び第2の
領域である液晶領域7の2つの領域が形成される。これ
ら高分子領域6及び液晶領域7の2つの領域は、物体光
4及び参照光5によって形成された干渉縞に沿って、順
次配列された状態に形成される。
Next, in order to record interference fringes on the "PDLC" panel 3, an object beam 4 from a laser light source (not shown) is recorded.
And the reference light 5 is applied to the “PDLC” panel 3 to generate light intensity B due to interference. Then, in a bright place of the interference fringes, that is, in a place where the energy of the photon is large, the energy of the photon causes the prepolymer in "PDLC" to undergo photopolymerization to become a polymer. Therefore, the prepolymer is supplied one after another from the peripheral portion, and as a result, the polymerized prepolymer is divided into a dense region and a sparse region.
In the region where the prepolymer is sparse, the concentration of nematic liquid crystal is high. In this way, the "PDLC" panel 3
Inside, two regions, that is, a polymer region 6 which is a first region and a liquid crystal region 7 which is a second region are formed. The two regions of the polymer region 6 and the liquid crystal region 7 are sequentially arranged along the interference fringes formed by the object light 4 and the reference light 5.

【0045】この実施の形態においては、物体光4と参
照光5とが「PDLC」パネル3に対して同じ側の面か
ら照射されているため、製造される偏光選択性「H−P
DLC」回折光学素子は、透過型の素子となる。物体光
4と参照光5とを「PDLC」パネル3に対して互いに
異なる側の面から照射すれば、反射型の偏光選択性「H
−PDLC」回折光学素子を製造することができる。
In this embodiment, since the object light 4 and the reference light 5 are radiated from the surface on the same side with respect to the “PDLC” panel 3, the polarization selectivity “HP” to be manufactured is obtained.
The "DLC" diffractive optical element is a transmissive element. If the object light 4 and the reference light 5 are applied to the “PDLC” panel 3 from different surfaces, the reflection type polarization selectivity “H” can be obtained.
-PDLC "diffractive optical elements can be manufactured.

【0046】このようにして形成された偏光選択性「H
−PDLC」回折光学素子において、高分子領域6は、
屈折率に関して等方的である。高分子領域6の屈折率
は、例えば、1.5となされている。それに対して、液
晶領域7は、屈折率に関して異方性を特つ。液晶は、一
般に屈折率楕円体を用いて記述される。屈折率楕円体の
短軸側の屈折率を常光線屈折率nlo、長軸側の屈折率
を異常光線屈折率nleとして表現している。液晶領域
7においては、液晶の分子の長軸方向が、高分子領域6
との境界面に対して垂直になるように配向している場合
と、液晶の分子の長軸方向が、高分子領域6との境界面
に対して平行に配向している場合を考えることができ
る。どちらの場合においても、液晶領域7では、屈折率
が入射偏光方位依存性を有している。
The polarization selectivity "H
In the “-PDLC” diffractive optical element, the polymer region 6 is
Isotropic with respect to refractive index. The polymer region 6 has a refractive index of 1.5, for example. On the other hand, the liquid crystal region 7 is anisotropic with respect to the refractive index. Liquid crystals are generally described using an index ellipsoid. The refractive index on the minor axis side of the refractive index ellipsoid is expressed as the ordinary ray refractive index nlo, and the refractive index on the major axis side is expressed as the extraordinary ray refractive index nle. In the liquid crystal region 7, the major axis direction of the liquid crystal molecules is the polymer region 6
It is possible to consider a case where the liquid crystal molecules are aligned so as to be perpendicular to the boundary surface with and a case where the long axis direction of the liquid crystal molecules is parallel to the boundary surface with the polymer region 6. it can. In either case, the refractive index of the liquid crystal region 7 depends on the incident polarization direction.

【0047】(A)液晶分子の長軸方向がポリマ領域と
の境界面に対して垂直な場合 この場合に、「H−PDLC」パネル3に入射する光線
を考える。入射光は、P偏光成分の光とS偏光線分の光
に分けることができる。ここで、常光線となるS偏光成
分について考える。S偏光光に対する液晶領域7の屈折
率は、常光線屈折率nloであり、高分子領域6におけ
る屈折率は、等方性の屈折率nlpである。そして、こ
の液晶領域7の常光線屈折率nloを高分子領域6の屈
折率nlpにほぼ等しくすれば(例えば、屈折率差を
0.01未満とすれば)、入射光のS偏光成分に対する
屈折率変調が極めて小さくなり、S偏光成分は、回折を
起こさない。
(A) When the major axis direction of the liquid crystal molecules is perpendicular to the boundary surface with the polymer region In this case, let us consider the light rays incident on the “H-PDLC” panel 3. Incident light can be divided into P-polarized component light and S-polarized line segment light. Here, the S-polarized component that becomes an ordinary ray will be considered. The refractive index of the liquid crystal region 7 for S-polarized light is the ordinary ray refractive index nlo, and the refractive index of the polymer region 6 is the isotropic refractive index nlp. Then, if the ordinary refractive index nlo of the liquid crystal region 7 is made substantially equal to the refractive index nlp of the polymer region 6 (for example, if the refractive index difference is less than 0.01), the refraction of the incident light with respect to the S-polarized component will be performed. The rate modulation becomes extremely small, and the S-polarized component does not cause diffraction.

【0048】一方、液晶は、常光線屈折率nloと異常
光線屈折率nleとの差が、0.1から0.2程度あ
る。そのため、入射方向が同じ光線であっても、P偏光
成分にとっては、液晶領域7と高分子領域6において屈
折率差があり、回折する。すなわち、この場合、「H−
PDLC」は、位相変調ホログラムとして機能する。こ
れが偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子の動作原
理である。
On the other hand, in the liquid crystal, the difference between the ordinary ray refractive index nlo and the extraordinary ray refractive index nle is about 0.1 to 0.2. Therefore, even if the light beams have the same incident direction, the P-polarized component has a difference in refractive index between the liquid crystal region 7 and the polymer region 6, and is diffracted. That is, in this case, "H-
PDLC "functions as a phase modulation hologram. This is the operating principle of the polarization selective "H-PDLC" diffractive optical element.

【0049】(B)液晶分子の長軸方向がポリマ領域と
の境界面に対して平行な場合 この場合は、液晶分子の長軸方向が高分子領域6との境
界面に対して垂直な場合と比較し、液晶の配向方向が9
0°異なる。すると、P偏光成分に対する液晶領域の屈
折率nloと高分子領域6の屈折率nlpがほぼ等しく
なり、回折効率が0に近づく。一方、S偏光について
は、液晶領域7と高分子領域6とで屈折率に差が生じ、
回折が生じる。
(B) When the long axis direction of the liquid crystal molecules is parallel to the boundary surface with the polymer region In this case, the long axis direction of the liquid crystal molecules is perpendicular to the boundary surface with the polymer region 6. Compared with, the alignment direction of the liquid crystal is 9
0 ° different. Then, the refractive index nlo of the liquid crystal region and the refractive index nlp of the polymer region 6 with respect to the P-polarized component become substantially equal, and the diffraction efficiency approaches zero. On the other hand, for S-polarized light, a difference in refractive index occurs between the liquid crystal region 7 and the polymer region 6,
Diffraction occurs.

【0050】液晶分子を配向させる技術としては、ポリ
イミドなどの配向膜を2枚のガラス基板1,2上にスピ
ンコートなどの手法により塗布し、加熱、焼成を行い、
ローラなどを用いて一定方向にラビング処理を行い、配
向させる方法が一般的に使用されている。また、ガラス
基板1,2上に透明電極を形成し「H−PDLC」セル
に電界を印加することによる配向方法もある。その他に
も、「H−PDLC」セルの外部から非常に大きい外部
電界や外部磁界をかけることによって液晶の配向を行う
方法がある。本発明では、高分子材料及び液晶の選択と
配合比の最適化を行うことにより、特別な配向処理を行
うことなく、液晶分子を干渉縞に対して垂直な方向に配
列させることができる。
As a technique for orienting liquid crystal molecules, an orientation film such as polyimide is applied onto two glass substrates 1 and 2 by a method such as spin coating, followed by heating and baking,
A method of performing rubbing treatment in a certain direction by using a roller or the like and orienting is generally used. There is also an alignment method in which transparent electrodes are formed on the glass substrates 1 and 2 and an electric field is applied to the “H-PDLC” cell. In addition, there is a method of aligning the liquid crystal by applying a very large external electric field or magnetic field from the outside of the “H-PDLC” cell. In the present invention, by selecting the polymer material and the liquid crystal and optimizing the compounding ratio, the liquid crystal molecules can be aligned in the direction perpendicular to the interference fringes without performing special alignment treatment.

【0051】次に、この偏光選択性「H−PDLC」回
折光学素子における高分子領域6及び液晶領域7の屈折
率の温度依存性について説明する。
Next, the temperature dependence of the refractive index of the polymer region 6 and the liquid crystal region 7 in this polarization selective "H-PDLC" diffractive optical element will be described.

【0052】説明を簡単にするために、ここでは、高分
子領域6は、ほぼ完全に屈折率等方性を有していると仮
定する。高分子領域6及び液晶領域7がなす干渉縞に平
行な偏光成分(図28におけるS偏光光)と、干渉縞に
垂直な偏光成分(図28におけるP偏光光)とに対する
高分子領域6及び液晶領域7の屈折率の温度依存性は、
図2に示すように、液晶領域7の屈折率に比較して、高
分子領域6の屈折率が温度上昇により極わずかしか変化
しないという特性となっている。
For the sake of simplicity, it is assumed here that the polymer region 6 has a refractive index isotropic property almost completely. The polymer region 6 and the liquid crystal for the polarization component (S-polarized light in FIG. 28) parallel to the interference fringes formed by the polymer region 6 and the liquid crystal region 7 and the polarization component (P-polarized light in FIG. 28) perpendicular to the interference fringe. The temperature dependence of the refractive index of the region 7 is
As shown in FIG. 2, as compared with the refractive index of the liquid crystal region 7, the polymer region 6 has a characteristic that the refractive index changes very little due to the temperature rise.

【0053】これは、高分子領域6においては、存在す
る液晶分子が少なく、ほぼ無秩序に配列しており、屈折
率の温度依存性は主に高分子材料の屈折率の温度依存性
によるものであるためである。
This is because in the polymer region 6, there are few liquid crystal molecules present and they are arranged in a substantially disordered manner, and the temperature dependence of the refractive index is mainly due to the temperature dependence of the refractive index of the polymer material. Because there is.

【0054】一方、液晶領域7の屈折率は、温度上昇と
ともに比較的大きく変化し、P偏光光に対しては温度上
昇とともに減少し、S偏光光に対しては温度上昇ととも
に増加する。これは、前述のように、液晶領域7におい
て多く存在する液晶分子は、例えば、干渉縞の壁(高分
子領域6と液晶領域7の境界面)に光学軸方向を垂直と
して配向しており、温度上昇に伴って、図3に示すよう
に、この液晶分子のオーダパラメータ(秩序度)が低下
するので、P偏光光からみた見かけの屈折率が減少し、
S偏光光からみた見かけの屈折率が増加するためであ
る。なお、例えば、液晶領域7をなす液晶材料として使
用されるシアノビフェニル系液晶(4−シアノ−4´−
ペンチルビフェニル)のような等方性液体の場合、屈折
率の温度依存性は、nloよりも若干高い値を示す。
On the other hand, the refractive index of the liquid crystal region 7 changes relatively greatly as the temperature rises, decreases with the temperature rise for P-polarized light, and increases with the temperature rise for S-polarized light. This is because, as described above, many liquid crystal molecules existing in the liquid crystal region 7 are aligned with the optical axis direction perpendicular to the walls of the interference fringes (the boundary surface between the polymer region 6 and the liquid crystal region 7), As shown in FIG. 3, as the temperature rises, the order parameter (order) of the liquid crystal molecules decreases, so that the apparent refractive index seen from the P-polarized light decreases,
This is because the apparent refractive index seen from the S-polarized light increases. In addition, for example, a cyanobiphenyl liquid crystal (4-cyano-4′-) used as a liquid crystal material forming the liquid crystal region 7 is used.
In the case of an isotropic liquid such as pentyl biphenyl), the temperature dependence of the refractive index shows a value slightly higher than nlo.

【0055】そして、本発明に係る偏光選択性「H−P
DLC」回折光学素子は、S偏光光に対する回折効率
が、素子温度が素子の使用温度範囲内であるときに極小
値をとることを特徴とするものである。回折効率が極小
値をとるときとは、高分子領域6及び液晶領域7の屈折
率が互いに等しいときに対応する。
Then, the polarization selectivity "HP" according to the present invention is obtained.
The DLC "diffractive optical element is characterized in that the diffraction efficiency for S-polarized light takes a minimum value when the element temperature is within the operating temperature range of the element. The case where the diffraction efficiency has a minimum value corresponds to the case where the polymer region 6 and the liquid crystal region 7 have the same refractive index.

【0056】この実施の形態においては、素子使用温度
を、25°C乃至70°Cとしている。したがって、例
えば、図2中の右上のグラフに示すように、素子の使用
温度範囲内、より望ましくは、素子使用温度である25
°C乃至70°Cの中央値45°C近辺において、S偏
光光に対する高分子領域6及び液晶領域7の屈折率が等
しくなればよい。このとき、S偏光回折効率は、図2中
の右下のグラフに示すように、0になる。
In this embodiment, the element operating temperature is 25 ° C. to 70 ° C. Therefore, for example, as shown in the upper right graph in FIG. 2, within the operating temperature range of the element, more preferably, the element operating temperature is 25.
It suffices that the polymer region 6 and the liquid crystal region 7 have the same refractive index with respect to the S-polarized light in the vicinity of the median value of 45 ° C between ° C and 70 ° C. At this time, the S-polarized diffraction efficiency becomes 0, as shown in the lower right graph in FIG.

【0057】または、図4に示すように、高分子領域6
及び液晶領域7の屈折率が完全には等しくならないまで
も、S偏光光に対する高分子領域6及び液晶領域7の屈
折率の差が、素子の使用温度範囲内、より望ましくは、
図2中の上側のグラフに示すように、素子使用温度であ
る25°C乃至70°Cの中央値45°C近辺におい
て、極小値をとればよい。このとき、S偏光回折効率
は、図2中の下側のグラフに示すように、極小値をと
る。このS偏光回折効率の極小値は、1%以下となるよ
うにするとよい。
Alternatively, as shown in FIG. 4, the polymer region 6
Even if the refractive indices of the liquid crystal region 7 and the liquid crystal region 7 are not completely equal to each other, the difference between the refractive indices of the polymer region 6 and the liquid crystal region 7 with respect to S-polarized light is within the operating temperature range of the device, and more preferably,
As shown in the upper graph in FIG. 2, the minimum value may be taken in the vicinity of the median value of 45 ° C., which is the device operating temperature of 25 ° C. to 70 ° C. At this time, the S-polarized light diffraction efficiency has a minimum value as shown in the lower graph in FIG. The minimum value of this S-polarized light diffraction efficiency is preferably 1% or less.

【0058】そして、この偏光選択性「H−PDLC」
回折光学素子においては、S偏光光に対する回折効率
は、素子の使用温度範囲である25°C乃至70°Cの
範囲内において、常に1%以下であることが望ましい。
Then, this polarization selectivity "H-PDLC"
In the diffractive optical element, it is desirable that the diffraction efficiency with respect to the S-polarized light is always 1% or less within the operating temperature range of the element, which is 25 ° C to 70 ° C.

【0059】なお、素子使用温度としては、この回折光
学素子を用いて後述するような画像表示装置を構成した
場合において、室温23°Cにおいて実測した結果で
は、空間光変調素子である液晶パネル付近において、室
温より17.3°C上昇して40.3°C、光源となる
ランプ付近において、室温より27.4°C上昇して5
0.4°Cであった。
As for the element use temperature, when an image display device to be described later is constructed by using this diffractive optical element, the actual measurement result at room temperature of 23 ° C. shows that it is near the liquid crystal panel which is the spatial light modulator. At room temperature, increased by 17.3 ° C from room temperature to 40.3 ° C, and in the vicinity of the lamp as a light source, increased from room temperature by 27.4 ° C to 50.3 ° C.
It was 0.4 ° C.

【0060】また、液晶領域7のS偏光光に対する屈折
率変化の温度依存性を実測した結果においては、図5に
示すように、室温を20°Cとして、素子温度が室温よ
り60°C上昇した80°において、屈折率は0.00
3の変化、素子温度が室温より80°C上昇した100
°において、屈折率は0.008の変化を示した。この
変化を高分子領域6のS偏光光に対する屈折率変化と比
較すると、図6に示すように、素子温度が室温より60
°C上昇した80°において、屈折率の変化量は、8倍
乃至9倍に達していることがわかる。
As a result of actually measuring the temperature dependence of the refractive index change of the liquid crystal region 7 with respect to the S-polarized light, as shown in FIG. 5, when the room temperature is 20 ° C., the element temperature rises by 60 ° C. from the room temperature. At 80 °, the refractive index is 0.00
3 change, element temperature increased by 80 ° C from room temperature 100
At °, the refractive index showed a change of 0.008. When this change is compared with the change in the refractive index of the polymer region 6 with respect to S-polarized light, as shown in FIG.
It can be seen that at 80 ° increased by ° C, the amount of change in the refractive index reaches 8 to 9 times.

【0061】このような特徴を有する偏光選択性「H−
PDLC」回折光学素子を実現するためには、例えば、
使用する高分子材料の重合後の屈折率、または、屈折率
の温度依存性を調整する、液晶と高分子の相分離度を調
整する、液晶分子の常光線屈折率や異常光線屈折率を調
整する、あるいは、液晶ドロップレットと高分子間の相
互作用力を調整するなどの方法がある。
The polarization selectivity "H-
In order to realize a “PDLC” diffractive optical element, for example,
Adjusting the refractive index after polymerization of the polymer material used, or the temperature dependence of the refractive index, adjusting the degree of phase separation between liquid crystal and polymer, adjusting the ordinary ray refractive index and extraordinary ray refractive index of liquid crystal molecules Alternatively, there is a method of adjusting the interaction force between the liquid crystal droplets and the polymer.

【0062】上述の実施の形態においては、液晶領域7
に存在する正の光学異方性を有する液晶分子が、光学軸
を干渉縞に対して垂直として配向されている場合を中心
として説明しているが、本発明は、液晶分子が光学軸を
干渉縞に平行として配向されている場合についても、あ
るいは、液晶分子が負の光学異方性を有する場合につて
いも、適用可能である。
In the above-described embodiment, the liquid crystal region 7
The liquid crystal molecule having positive optical anisotropy present in 1 is mainly described in the case where the liquid crystal molecule is aligned with the optical axis perpendicular to the interference fringes. However, in the present invention, the liquid crystal molecule interferes with the optical axis. It is applicable also when aligned parallel to the stripes or when the liquid crystal molecules have negative optical anisotropy.

【0063】さらに、本発明は、必ずしも上述のような
液晶材料及び高分子材料を含む構成でなくとも、屈折率
異方性及び屈折率の温度依存性が異なる2つの領域が交
互に配列された構造の屈折率変調型回折光学素子であれ
ば、適用可能である。
Further, according to the present invention, two regions having different refractive index anisotropy and temperature dependence of the refractive index are alternately arranged even if the liquid crystal material and the polymer material are not necessarily contained. Any refractive index modulation type diffractive optical element having a structure can be applied.

【0064】〔回折光学素子の実施例1〕以下、本発明
に係る回折光学素子について、具体的な実施例を示す。
なお、「H−PDLC」材料の混合物は、可視光の中で
重合反応を始めないように、暗室中で材料の混合を行な
った。
[Example 1 of Diffractive Optical Element] Specific examples of the diffractive optical element according to the present invention will be described below.
The mixture of the “H-PDLC” materials was mixed in a dark room so that the polymerization reaction would not start in visible light.

【0065】チッソ(株)社製、シアノビフェニル系液
晶「SY1018XX」(商品名)を約40wt%、光
重合性3官能基モノマとして、束亜合成(株)社製「ア
ロニックスM−309」(商品名)(化学名:トリメチ
ロールプロパントリアクリレート)(下記〔化5〕)を
約22wt%、光重合性2官能基モノマとして、日本化
薬(株)社製「KAYARAD HX−220」(商品
名)(化学名:ε−カプロラクトン変性ヒドロキシピバ
リン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート)(下記
〔化6〕)を約22wt%、光重合性単官能基モノマと
して日本化薬(株)社製「KAYARAD R−128
H」(商品名)(化学名:2−ヒドロキシ−3−フェノ
キシプロピルアクリレート)(下記〔化7〕)を約16
wt%、光重合開始剤としてN−フェニルグリシン(上
記〔化1〕)を約0.5wt%、増感色素としてローズ
ベンガル(上記〔化2〕)を約0.5wt%を秤量し、
混合を行なった。
About 40 wt% of cyanobiphenyl liquid crystal "SY1018XX" (trade name) manufactured by Chisso Co., Ltd., a photopolymerizable trifunctional monomer, "Aronix M-309" manufactured by Tsukasa Co., Ltd. ( About 22 wt% (trade name) (chemical name: trimethylolpropane triacrylate) (the following [Chemical formula 5]), as a photopolymerizable bifunctional monomer, "KAYARAD HX-220" manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. (Chemical name: ε-caprolactone-modified hydroxypivalic acid neopentyl glycol diacrylate) (the following [Chemical formula 6]) about 22 wt%, as a photopolymerizable monofunctional group monomer manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., "KAYARAD R" -128
H ”(trade name) (chemical name: 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate) (the following [Chemical formula 7]) about 16
About 0.5 wt% of N-phenylglycine (Chemical formula 1) as a photopolymerization initiator and about 0.5 wt% of Rose Bengal (Chemical formula 2) as a sensitizing dye are weighed,
Mixing was performed.

【0066】[0066]

【化5】 [Chemical 5]

【0067】[0067]

【化6】 [Chemical 6]

【0068】[0068]

【化7】 [Chemical 7]

【0069】これらの混合には、撹絆機及び超音波を用
いて行なった。この混合物を、約5μmのギャップをも
って対向させたガラス基板の間に充填した。ギャップの
維持には、ガラス、または、プラスチックからなるスペ
ーサビーズを用いた。ガラス基板上には、応力緩衝層と
して、ポリイミド膜を膜厚30nmにて形成した。
The mixing was carried out by using a stirrer and ultrasonic waves. This mixture was filled between glass substrates facing each other with a gap of about 5 μm. Spacer beads made of glass or plastic were used to maintain the gap. A polyimide film having a thickness of 30 nm was formed as a stress buffer layer on the glass substrate.

【0070】そして、波長532nmのSHGレーザを
用いて、ガラス基板の同じ面方向から、2光束ホログラ
フィック露光を行ない、干渉縞の形成を行なった。ホロ
グラフィック露光は、振動による揺らぎを防ぐために、
レーザの強度を強くして、できるだけ短時間で露光を行
った。
Then, using a SHG laser having a wavelength of 532 nm, two-beam holographic exposure was performed from the same surface direction of the glass substrate to form interference fringes. Holographic exposure is used to prevent fluctuations due to vibration.
The laser intensity was increased and the exposure was performed in the shortest possible time.

【0071】レーザ露光を行なったサンプルには、高圧
水銀灯を光源として紫外線を照射し、高分子の未重合部
分を硬化させた。以上の工程により、セル内部で屈折率
が周期的に変化する「H−PDLC」を得た。
The laser-exposed sample was irradiated with ultraviolet rays using a high pressure mercury lamp as a light source to cure the unpolymerized portion of the polymer. Through the above steps, “H-PDLC” in which the refractive index changes periodically inside the cell was obtained.

【0072】光重合性2官能基モノマは、「HX−22
0」の代わりに、日本化薬(株)社製「KAYARAD
MANDA」(商品名)(化学名:ヒドロキシピバリ
ン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート)(下記
〔化8〕)を用いてもよい。
The photopolymerizable bifunctional group monomer is "HX-22".
0 ”instead of“ KAYARAD ”manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.
MANDA "(trade name) (chemical name: neopentyl glycol diacrylate hydroxypivalate) (Chemical formula 8 below) may be used.

【0073】[0073]

【化8】 [Chemical 8]

【0074】次に、波長633nmのHe−Neレーザ
を用いて回折効率の測定を行なった。回折効率は、回折
光の強度が最も高い角度で測定を行ない、回折効率の値
は、次式によって計算した。 〔回折効率〕=(〔回折光の強度Id〕/〔入射光の強度
Ii〕)×100(%) 測定結果は、P偏光の回折効率が約80%、S偏光の回
折効率が0.2%であった。偏光分離度は、P偏光回折
効率とS偏光の回折効率の比であるから、400以上と
なっていることがわかる。
Next, the diffraction efficiency was measured using a He-Ne laser having a wavelength of 633 nm. The diffraction efficiency was measured at the angle at which the intensity of the diffracted light was the highest, and the value of the diffraction efficiency was calculated by the following formula. [Diffraction efficiency] = ([Intensity of diffracted light Id] / [Intensity of incident light]
Ii]) × 100 (%) As a result of measurement, the diffraction efficiency of P-polarized light was about 80%, and the diffraction efficiency of S-polarized light was 0.2%. The degree of polarization separation is 400 or more because it is the ratio of the diffraction efficiency of P-polarized light to the diffraction efficiency of S-polarized light.

【0075】さらに、ポリイミドを塗布してラビングを
行なったガラス基板に、混合した材料を充填して「H−
PDLC」を作成することにより、液晶の配向を制御す
ることができ、偏光分離度を高めることができた。
Further, a glass substrate coated with polyimide and rubbed was filled with the mixed material, and then "H-
By making “PDLC”, it was possible to control the alignment of the liquid crystal and increase the degree of polarization separation.

【0076】〔実施例2〕次に、チッソ(株)社製「シ
アノビフェニル系液晶SY1018XX」(商品名)を
約40wt%、光重合性3官能基モノマとして、東亜合
成株式会社アロニックス「M−309」(商品名)(化
学名:トリメチロールプロパントリアクリレート)を約
25wt%、光重合性2官能基モノマとして、日本化薬
(株)社製「KAYARAD HX−220」(商品
名)(化学名:ε−カプロラクトン変性ヒドロキシピバ
リン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート)を約2
5wt%、光重合性単官能基モノマとして「N−ビニル
−ピロリジノン」(下記〔化9〕)を約10wt%、光
重合開始剤としてN−フェニルグリシンを約0.5wt
%、増感色素としてローズベンガルを約0.5wt%を
秤量し、混合を行なった。
[Example 2] Next, about 40 wt% of "Cyanobiphenyl liquid crystal SY1018XX" (trade name) manufactured by Chisso Corp. was used as a photopolymerizable trifunctional monomer, and Toagosei Co., Ltd. Aronix "M- 309 "(trade name) (chemical name: trimethylolpropane triacrylate) is about 25 wt% as a photopolymerizable bifunctional monomer," KAYARAD HX-220 "(trade name) manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. Name: ε-caprolactone modified hydroxypivalic acid neopentyl glycol diacrylate) about 2
5 wt%, about 10 wt% of “N-vinyl-pyrrolidinone” (Chemical Formula 9 below) as a photopolymerizable monofunctional monomer, and about 0.5 wt of N-phenylglycine as a photopolymerization initiator.
%, Rose bengal as a sensitizing dye was weighed in an amount of about 0.5 wt%, and mixed.

【0077】[0077]

【化9】 [Chemical 9]

【0078】これらの混合には、撹絆機及び超音波を用
いて行なった。この混合物を、約5μmのギャップをも
って対向させたガラス基板の間に充填した。ギャップの
維持には、ガラス、または、プラスチックからなるスペ
ーサビーズを用いた。ガラス基板上には、応力緩衝層と
して、ポリイミド膜を膜厚30nmにて形成した。
The mixing of these was carried out using a stirrer and ultrasonic waves. This mixture was filled between glass substrates facing each other with a gap of about 5 μm. Spacer beads made of glass or plastic were used to maintain the gap. A polyimide film having a thickness of 30 nm was formed as a stress buffer layer on the glass substrate.

【0079】そして、波長532nmのSHGレーザを
用いて、ガラス基板の同じ面方向から、2光束ホログラ
フィック露光を行ない、干渉縞の形成を行なった。ホロ
グラフィック露光は、振動による揺らぎを防ぐために、
レーザの強度を強くして、できるだけ短時間で露光を行
った。
Then, using a SHG laser having a wavelength of 532 nm, two-beam holographic exposure was performed from the same surface direction of the glass substrate to form interference fringes. Holographic exposure is used to prevent fluctuations due to vibration.
The laser intensity was increased and the exposure was performed in the shortest possible time.

【0080】レーザ露光を行なったサンプルには、高圧
水銀灯を光源として紫外線を照射し、高分子の未重合部
分を硬化させた。以上の工程により、セル内部で屈折率
が周期的に変化する「H−PDLC」を得た。
The laser-exposed sample was irradiated with ultraviolet rays from a high pressure mercury lamp as a light source to cure the unpolymerized portion of the polymer. Through the above steps, “H-PDLC” in which the refractive index changes periodically inside the cell was obtained.

【0081】光重合性2官能基モノマは、「HX−22
0」の代わりに、日本化薬(株)社製「KAYARAD
MANDA」(商品名)(化学名:ヒドロキシピバリ
ン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート)(上記
〔化8〕)を用いてもよい。
The photopolymerizable bifunctional monomer is "HX-22".
0 ”instead of“ KAYARAD ”manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.
MANDA ”(trade name) (chemical name: neopentyl glycol diacrylate hydroxypivalate) (the above [Chemical formula 8]) may be used.

【0082】光重合開始材及び増感色素の組み合わせ
は、ローズベンガル及びN−フェニルグリシンの組み合
わせに限らず、露光を行なう波長に適した材料の組み合
わせを使用することができる。例えば、波長457nm
のSHGレーザ光を露光に使用する場合には、光重合開
始剤としては、N−フェニルグリシン、または、みどり
化学(株)社製「TAZ−101」(商品名)(化学
名:2,4,6トリス(トリクロロメチル)−S−トリ
アジン(上記〔化3〕)、増感色素としては、みどり化
学(株)社製「BC」(商品名)(化学名:3,3´−
カルボニル−ビス(7−ジエチルアミノクマリン(上記
〔化4〕))の組み合わせを使用した。
The combination of the photopolymerization initiator and the sensitizing dye is not limited to the combination of rose bengal and N-phenylglycine, and a combination of materials suitable for the wavelength for exposure can be used. For example, wavelength 457nm
In the case of using SHG laser light for exposure, as the photopolymerization initiator, N-phenylglycine or "TAZ-101" (trade name) manufactured by Midori Kagaku Co., Ltd. (chemical name: 2,4) , 6 tris (trichloromethyl) -S-triazine (the above [Chemical Formula 3]), and as the sensitizing dye, "BC" (trade name) manufactured by Midori Kagaku Co., Ltd. (chemical name: 3,3'-
A combination of carbonyl-bis (7-diethylaminocoumarin (Formula 4 above)) was used.

【0083】次に、波長633nmのHe−Neレーザ
を用いて回折効率の測定を行なった。回折効率は、回折
光の強度が最も高い角度で測定を行ない、回折効率の値
は、次式によって計算した。 〔回折効率〕=(〔回折光の強度Id〕/〔入射光の強度
Ii〕)×100(%) 測定結果は、P偏光の回折効率が約70%、S偏光の回
折効率が0.3%であった。偏光分離度は、P偏光回折
効率とS偏光の回折効率の比であるから、200以上と
なっていることがわかる。
Next, the diffraction efficiency was measured using a He-Ne laser having a wavelength of 633 nm. The diffraction efficiency was measured at the angle at which the intensity of the diffracted light was the highest, and the value of the diffraction efficiency was calculated by the following formula. [Diffraction efficiency] = ([Intensity of diffracted light Id] / [Intensity of incident light]
Ii]) × 100 (%) As a result of measurement, the diffraction efficiency of P-polarized light was about 70%, and the diffraction efficiency of S-polarized light was 0.3%. The degree of polarization separation is a ratio of the diffraction efficiency of P-polarized light to the diffraction efficiency of S-polarized light, and it can be seen that it is 200 or more.

【0084】さらに、ポリイミドを塗布してラビングを
行なったガラス基板に、混合した材料を充填して「H−
PDLC」を作成することにより、液晶の配向を制御す
ることができ、偏光分離度を高めることができた。
Furthermore, the mixed material is filled in a glass substrate which is coated with polyimide and rubbed, and then "H-
By making “PDLC”, it was possible to control the alignment of the liquid crystal and increase the degree of polarization separation.

【0085】〔画像表示装置の実施の形態(第1乃至第
3の実施の形態)〕以下、上述の偏光選択性「H−PD
LC」回折光学素子及び反射型画像表示素子を有して構
成される画像表示装置の第1の実施の形態について、図
7を参照して説明する。この画像表示装置においては、
上述した「H−PDLC」パネル3に、反射型空間光変
調素子となる反射型FLC液晶パネル10が、界面11
において光学的に密着されて配設されている。
[Embodiment of Image Display Device (First to Third Embodiments)] Hereinafter, the polarization selectivity “H-PD” will be described.
A first embodiment of an image display device including an "LC" diffractive optical element and a reflective image display element will be described with reference to FIG. In this image display device,
On the “H-PDLC” panel 3 described above, a reflective FLC liquid crystal panel 10 serving as a reflective spatial light modulator is provided with an interface 11.
In the optical contact.

【0086】この画像表示装置において、空間光変調素
子は、この空間光変調素子において反射される光を変調
する反射型空間光変調素子であって、入射光の偏光状態
を変調する偏光変調型空間光変調素子であり、例えば、
入射直線偏光の偏光方向を回転して反射するものであ
る。
In this image display device, the spatial light modulator is a reflective spatial light modulator that modulates the light reflected by the spatial light modulator, and is a polarization-modulated space that modulates the polarization state of the incident light. A light modulator, for example,
The polarization direction of the incident linearly polarized light is rotated and reflected.

【0087】反射型FLC液晶パネル10は、一対のガ
ラス基板12,15間にFLC層(液晶層)13が封入
されて構成されている。この実施の形態における「H−
PDLC」パネル3は、図7に示すように、入射角0°
の物体光4と、入射角θin-airの参照光5によって製造
されたものである。このときの干渉縞の傾き角θintを
求める。
The reflective FLC liquid crystal panel 10 is constructed by enclosing a FLC layer (liquid crystal layer) 13 between a pair of glass substrates 12 and 15. In this embodiment, "H-
PDLC ”panel 3 has an incident angle of 0 °, as shown in FIG.
The object light 4 and the reference light 5 having the incident angle θ in-air. The tilt angle θint of the interference fringes at this time is obtained.

【0088】いま、仮定としてガラス基板1の屈折率を
ngla、「PDLC」の平均屈折率も簡単のために同じ
くnglaとすると、以下の式が成立する。
Assuming now that the refractive index of the glass substrate 1 is ngla and the average refractive index of "PDLC" is also ngla for simplification, the following formula is established.

【0089】 ngla・sin(θin-med)=sin(θin-air) (∵θin-med :媒質中での入射角) この式において、ngla=1.5、θin-air=60°と
すると、θin-med=35.3°となる。これより、干渉
縞の傾き角θintは、以下の式より、 θint=θin-med/2=17.7° となる。
Ngla · sin (θin-med) = sin (θin-air) (∵θin-med: incident angle in medium) In this equation, ngla = 1.5 and θin-air = 60 ° θin-med = 35.3 °. From this, the inclination angle θint of the interference fringe becomes θint = θin-med / 2 = 17.7 ° from the following formula.

【0090】次に、この画像表示装置の動作原理を説明
する。まず、P偏光成分とS偏光成分両方を含む再生光
5が入射角θin-airで「H−PDLC」パネル3のガラ
ス基板1より入射する。ガラス基板1で屈折された入射
光は、続いてホログラム層9に、入射角θin-medにて入
射する。
Next, the operation principle of this image display device will be described. First, the reproduction light 5 including both the P-polarized light component and the S-polarized light component is incident from the glass substrate 1 of the “H-PDLC” panel 3 at the incident angle θ in-air. The incident light refracted by the glass substrate 1 subsequently enters the hologram layer 9 at an incident angle θin-med.

【0091】このとき、このホログラム層9において
は、P偏光成分は、回折されて、反射型FLC液晶パネ
ル10に対して略々垂直に入射光51として入射する。
そして、このP偏光成分は、アルミ反射面14で反射さ
れ、FLC層13を往復することにより変調され、ホロ
グラム層9に再入射する。このとき、P偏光成分は、ホ
ログラム層9において再び回折されて射出光53として
再生光5の逆方向に戻り、S偏光成分は、ホログラム層
9にて回折されることなく、射出光52として「H−P
DLC」パネル3から垂直に射出する。
At this time, in this hologram layer 9, the P-polarized component is diffracted and enters as incident light 51 substantially perpendicularly to the reflective FLC liquid crystal panel 10.
Then, the P-polarized component is reflected by the aluminum reflecting surface 14, is modulated by reciprocating through the FLC layer 13, and is re-incident on the hologram layer 9. At this time, the P-polarized component is diffracted again in the hologram layer 9 and returns to the opposite direction of the reproduction light 5 as the emitted light 53, and the S-polarized component is not diffracted in the hologram layer 9 and is emitted as the emitted light 52. HP
Eject vertically from DLC "panel 3.

【0092】一方、再生光5のS偏光成分は、「H−P
DLC」パネル3のホログラム層9にて回折されること
なく、そのままθin-medの入射角にて反射型FLC液晶
パネル10に入射する。このとき、S偏光成分は、反射
型FLC液晶パネル10のFLC層13を通過すること
により偏光状態の変調を受けるが、アルミ反射面14で
反射された反射光54は、ホログラム層9が厚いホログ
ラムであるため回折条件に合致せず、S偏光成分はもち
ろんP偏光成分もほとんど回折されることなく「H−P
DLC」パネル3を透過していく。たとえFLC層13
での変調により生じたP偏光成分の一部がホログラム層
9で回折されたとしても、反射光54の射出方向を射出
光52との射出方向に対して十分に異なった方向として
おくか、または、射出光52の光路中に射出光52が主
に有する偏光成分を選択的に透過させる偏光板を設置す
ることにより、これら反射光54と射出光52とを分離
することができる。
On the other hand, the S-polarized component of the reproduction light 5 is "HP
The light enters the reflective FLC liquid crystal panel 10 at the incident angle of θin-med without being diffracted by the hologram layer 9 of the “DLC” panel 3. At this time, the S-polarized component is modulated in polarization state by passing through the FLC layer 13 of the reflective FLC liquid crystal panel 10, but the reflected light 54 reflected by the aluminum reflecting surface 14 is a hologram in which the hologram layer 9 is thick. Therefore, the diffraction condition is not met, and the S-polarized component as well as the P-polarized component is hardly diffracted.
DLC ”panel 3 is transmitted. Even if the FLC layer 13
Even if a part of the P-polarized light component generated by the modulation in 1 is diffracted by the hologram layer 9, the emission direction of the reflected light 54 is set sufficiently different from the emission direction of the emission light 52, or The reflected light 54 and the emitted light 52 can be separated by providing a polarizing plate in the optical path of the emitted light 52 that selectively transmits the polarized component of the emitted light 52.

【0093】すなわち、この画像表示装置においては、
偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子は、照明光学
系により、照明光受光面の法線に対して30°以上90
°未満の入射角で照明光が入射され、照明光のP偏光成
分もしくはS偏光成分を回折させて反射型空間光変調素
子に向けて出射するとともに、この反射型空間光変調素
子により位相変調されて再入射する照明光のうち、1回
目の入射において回折される偏光成分の偏光方向に直交
する偏光方向である偏光成分に対する回折効率が10%
以下であることにより、この偏光成分を70%以上透過
させるものである。
That is, in this image display device,
The polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element is 30 ° or more 90 ° with respect to the normal line of the illumination light receiving surface by the illumination optical system.
Illumination light enters at an incident angle of less than °, diffracts the P-polarized component or the S-polarized component of the illumination light, and emits it toward the reflective spatial light modulator, and is phase-modulated by the reflective spatial light modulator. Of the illuminating light that is re-incident, the diffraction efficiency with respect to the polarization component that is the polarization direction orthogonal to the polarization direction of the polarization component that is diffracted at the first incidence is 10%.
By being below, 70% or more of this polarized component is transmitted.

【0094】ここで、「厚いホログラム」について説明
する。「厚いホログラム」の定義は、次に示すQ値が1
0以上であることとする(参考図書:辻内順平著「ホロ
グラフィー」(裳華房))。Q値は、以下の式により定
義される。
Here, the "thick hologram" will be described. The definition of "thick hologram" is that the following Q value is 1
It should be 0 or more (reference book: Junpei Tsujiuchi, "Holography" (Shikabo)). The Q value is defined by the following formula.

【0095】Q=2πλt/(nΛ) (∵λ:再生波長) (∵t:ホログラム層の厚さ) (∵n:ホログラム層の平均屈折率) (∵Λ:干渉縞のピッチ) そして、干渉縞のピッチΛは、以下のようにして決ま
る。
Q = 2πλt / (nΛ 2 ) (∵λ: reproduction wavelength) (∵t: thickness of hologram layer) (∵n: average refractive index of hologram layer) (∵Λ: pitch of interference fringes) The pitch Λ of the interference fringes is determined as follows.

【0096】 Λ=λc/|2sin{(θs−θr)/2}| (∵λc:製造波長) (∵θs:物体光の入射角) (∵θr:参照光の入射角) 仮に、λc=0.55μm、θs=60°、θr=0
°、λ=0.55μm、t=5μm、n=1.5とする
と、干渉縞のピッチΛ=0.55μm、Q=38.1と
なり、厚いホログラムの定義にあてはまる。
Λ = λc / | 2sin {(θs−θr) / 2} | (∵λc: manufacturing wavelength) (∵θs: incident angle of object light) (∵θr: incident angle of reference light) If λc = 0.55 μm, θs = 60 °, θr = 0
If λ, λ = 0.55 μm, t = 5 μm, and n = 1.5, the pitch of interference fringes becomes Λ = 0.55 μm and Q = 38.1, which applies to the definition of a thick hologram.

【0097】厚いホログラムは、回折効率が高いが、製
造のときの使用波長、物体光、参照光の入射角などの構
成から、再生光の条件がはずれると回折効率が急激に低
下するという特徴をもつ。つまり、ある再生波長におい
て、回折効率のピークを与える入射角から再生光の入射
角が大きくはずれると、回折効果を現さないということ
になる。そのため、前述のように反射光54は、たとえ
P偏光成分であっても、ホログラム層9にて回折されに
くくなる。
The thick hologram has a high diffraction efficiency, but the diffraction efficiency sharply decreases when the reproduction light conditions are deviated from the configuration such as the wavelength used during manufacturing, the object light and the incident angle of the reference light. Hold. That is, when the incident angle of the reproducing light is largely deviated from the incident angle giving the peak of the diffraction efficiency at a certain reproducing wavelength, the diffraction effect is not exhibited. Therefore, as described above, the reflected light 54 is less likely to be diffracted by the hologram layer 9, even if it is the P-polarized component.

【0098】本発明における偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子は、高い回折効率を目的として干渉縞
のピッチΛを小さくするために、ベンド角|θs−θr
|を30°以上に設定することを特徴としている。ただ
し、ベンド角が大きすぎる(例えば、80°以上であ
る)と、回折効果を発生する波長帯域及び入射角度範囲
が小さくなり、光利用効率が低下してしまう。
The polarization selectivity "H-PDL" in the present invention
The “C” diffractive optical element has a bend angle | θs−θr in order to reduce the pitch Λ of the interference fringes for the purpose of high diffraction efficiency.
The feature is that | is set to 30 ° or more. However, if the bend angle is too large (for example, 80 ° or more), the wavelength band in which the diffraction effect is generated and the incident angle range are reduced, and the light utilization efficiency is reduced.

【0099】実際の画像表示においては、画素ごとに反
射型FLC液晶パネル10のFLC層13が制御され反
射光の偏光状態が変調されるため、主にS偏光成分を有
する射出光52により画像表示が可能となる。
In the actual image display, since the FLC layer 13 of the reflective FLC liquid crystal panel 10 is controlled and the polarization state of the reflected light is modulated for each pixel, the image display is mainly performed by the emitted light 52 having the S polarization component. Is possible.

【0100】ここで、「H−PDLC」パネル3への再
生光入射角θin-airとホログラム層9への入射角θin-m
edについて考える。両者の関係は、上述したように、 ngla・sin(θin-med)=sin(θin-air) となっている。ここで、両者の変化率を見てみると、例
えば、ngla=1.5として、θin-airが55°から6
5°まで10°変化するとき、θin-medは、33.1°
から37.2°と4.1°の変化にとどまる。θin-air
が65°から75°まで10°変わる場合には、θin-m
edは、37.2°から40.1°と2.9°の変化とな
る。これは、sin関数の変化率の大きいところを、ある
倍率(この場合、nglaの逆数)をかけることにより変
化率の小さいところに移動することに他ならない。そし
て、このことは、「H−PDLC」パネル3の回折効率
の再生光入射角依存性による均一性の劣化及び回折効率
の低下を低減することができることを意味している。
Here, the reproduction light incident angle θin-air on the “H-PDLC” panel 3 and the incident angle θin-m on the hologram layer 9 are.
Think about ed. The relationship between the two is, as described above, ngla · sin (θin-med) = sin (θin-air). Here, looking at the change rates of both, for example, when ngla = 1.5, θin-air is from 55 ° to 6 °
When changing 10 ° up to 5 °, θin-med is 33.1 °
To only 37.2 ° and 4.1 °. θin-air
Θin-m when changes from 65 ° to 75 ° by 10 °
ed changes from 37.2 ° to 40.1 ° and 2.9 °. This is nothing but moving to a place where the rate of change of the sin function is large by multiplying it by a certain magnification (in this case, the reciprocal of ngla). This means that it is possible to reduce the deterioration of the uniformity and the decrease of the diffraction efficiency due to the dependence of the diffraction efficiency of the “H-PDLC” panel 3 on the incident angle of the reproduction light.

【0101】また、このθin-medのθin-airに対する変
化率は、nglaが大きい程小さくできる。例えば、ngla
=1.73の場合、θin-airが55°から65°まで変
化するとき、θin-medは、28.3°から31.6°と
3.3°の変化にとどまる。ただし、「H−PDLC」
パネル3への再生光入射角θin-airが、あまりに大きく
(例えば、75°以上と)なると、S偏光光のみなら
ず、P偏光光の表面反射率も大きくなっていき、これを
反射防止膜などで小さく抑えることが難しくなってく
る。
The rate of change of θin-med with respect to θin-air can be made smaller as ngla is larger. For example, ngla
= 1.73, when θin-air changes from 55 ° to 65 °, θin-med remains a change of 28.3 ° to 31.6 ° and 3.3 °. However, "H-PDLC"
When the reproduction light incident angle θin-air on the panel 3 becomes too large (for example, 75 ° or more), not only the S-polarized light but also the P-polarized light has a large surface reflectance. It becomes difficult to keep it small.

【0102】そこで、「H−PDLC」パネル3への再
生光入射角θin-airが75°を越えるような場合には、
図8(第2の実施の形態)に示すように、カッブリング
プリズム19を用いることが有効となる。ただし、この
場合には、「H−PDLC」パネル3への再生光入射角
θin-airと、ホログラム層9への再生光入射角θin-med
とが等しくなり、ホログラム層9自体が比較的広い許容
入射角度範囲を持たない場合には、光利用効率が低下し
てしまう。
Therefore, in the case where the reproduction light incident angle θin-air on the “H-PDLC” panel 3 exceeds 75 °,
As shown in FIG. 8 (second embodiment), it is effective to use the cubbling prism 19. However, in this case, the reproduction light incident angle θin-air on the “H-PDLC” panel 3 and the reproduction light incident angle θin-med on the hologram layer 9 are used.
Are equal to each other, and when the hologram layer 9 itself does not have a relatively wide allowable incident angle range, the light use efficiency is reduced.

【0103】この反射型画像表示素子は、カップリング
プリズム19を用いると仮定した場合に、回折光を略々
垂直に反射型空間光変調素子に入射させるときに、ベン
ド角が30°以上となる偏光選択性「H−PDLC」回
折光学素子への入射角、すなわち、30°を最低入射角
として規定している。
In this reflective image display element, assuming that the coupling prism 19 is used, the bend angle becomes 30 ° or more when the diffracted light is made to enter the reflective spatial light modulator substantially vertically. The minimum incident angle is defined as the incident angle to the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element, that is, 30 °.

【0104】高帯域の再生光に対して高い回折効率を維
持するためには、図9(第3の実施の形態)に示すよう
に、複数の偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3
R、3G、3Bを積層し、反射型空間光変調素子10を
照明する照明光の波長帯域を複数に分け、それぞれの帯
域を1つの偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子で
回折させるようにする。
In order to maintain a high diffraction efficiency for the reproduction light in the high band, as shown in FIG. 9 (third embodiment), a plurality of polarization selective “H-PDLC” diffractive optical elements 3 are used.
R, 3G, and 3B are laminated to divide the wavelength band of the illumination light for illuminating the reflective spatial light modulator 10 into a plurality of wavelength bands, and each band is diffracted by one polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element. To

【0105】この実施の形態の場合には、3層構造とな
っているが、これ以上でも、または、2層構成でもよ
い。また、入射角度範囲の大きい再生光に対して高い回
折効率を維持するためには、入射角度の受容範囲の異な
る複数の偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子を積
層し、それぞれの入射角度範囲を1つの偏光選択性ホロ
グラム光学素予により主に回折させるようにすればよ
い。
In the case of this embodiment, a three-layer structure is used, but more layers or a two-layer structure may be used. Further, in order to maintain a high diffraction efficiency for reproduction light having a large incident angle range, a plurality of polarization selective “H-PDLC” diffractive optical elements having different acceptance ranges of the incident angle are stacked, and the respective incident angles are different. The range may be mainly diffracted by one polarization selective hologram optical element.

【0106】〔投射型画像表示装置に関する実施の形態
(第4の実施の形態)〕上述したような偏光選択性「H
−PDLC」回折光学素子及び反射型空間光変調素子を
備えた投射型の画像表示装置の実施の形態について説明
する。
[Embodiment of Projection-Type Image Display Device (Fourth Embodiment)] The polarization selectivity “H
An embodiment of a projection-type image display device including a -PDLC "diffractive optical element and a reflective spatial light modulator will be described.

【0107】本発明に係る画像表示装置の第4の実施の
形態として、図10に示すように、反射型空間光変調素
子として反射型FLCパネルを用いて、カラー投射型画
像表示装置を構成することができる。この画像表示装置
においては、照明光源20より放射される照明光は、光
束断面形状の補正、強度の均一化、発散角制御などの機
能を有する照明光学系21に入射する。照明光学系21
は、図示しない偏光変換手段を有しており、この実施の
形態の場合、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
3への入射光がP偏光光となるように、照明光のS偏光
成分の偏光方位を90°回転させることによりP偏光光
に変換して、光利用効率を向上させている。照明光学系
21を通過した照明光は、カラーホイール22を通過
し、補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子2
3へ入射する。カラーホイール22は、照明光源20よ
り放射される白色光を、赤色光、緑色光、青色光のスペ
クトル成分に時分割するもので、これにより、単板の反
射型FLCパネル10を用いて、いわゆる「フィールド
シーケンシャルカラー手法」により、カラー表示が可能
となる。
As a fourth embodiment of the image display device according to the present invention, as shown in FIG. 10, a color projection type image display device is constituted by using a reflection type FLC panel as a reflection type spatial light modulator. be able to. In this image display device, the illumination light emitted from the illumination light source 20 is incident on the illumination optical system 21 having the functions of correcting the cross-sectional shape of the light flux, making the intensity uniform, and controlling the divergence angle. Illumination optical system 21
Has a polarization conversion means (not shown), and in the case of this embodiment, S-polarized illumination light is used so that the incident light on the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 becomes P-polarized light. By rotating the polarization direction of the component by 90 °, it is converted into P-polarized light, and the light utilization efficiency is improved. The illumination light that has passed through the illumination optical system 21 passes through the color wheel 22 and is used for correction polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 2.
Incident on 3. The color wheel 22 time-divides white light radiated from the illumination light source 20 into spectral components of red light, green light, and blue light. This allows the so-called single-plate reflective FLC panel 10 to be used. The "field sequential color method" enables color display.

【0108】補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光
学素子23へ入射した照明光は、ここで、P偏光成分の
みが回折されて射出角約60°で射出される。S偏光成
分は、回折されることなく、補正用偏光選択性「H−P
DLC」回折光学素子23を直進して透過する。補正用
偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子23において
回折されるP偏光成分を主とする照明光は、続いて、偏
光選択性「H−PDLC」回折光学素子3に入射する。
The illumination light that has entered the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 is diffracted only in the P-polarized component, and exits at an exit angle of about 60 °. The S-polarized component is not diffracted, and the polarization selectivity for correction “HP
DLC ”diffractive optical element 23 goes straight through. The illumination light mainly composed of the P-polarized component diffracted by the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 subsequently enters the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3.

【0109】ここで、補正用偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子23と偏光選択性「H−PDLC」回
折光学素子3とは、同一の構成のものを用いており、し
かも互いに平行に配置されている。そのため、偏光選択
性「H−PDLC」回折光学素子3への照明光の入射角
は、補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子2
3からの照明光の射出角に等しい。
Here, the polarization selectivity for correction "H-PDL"
The “C” diffractive optical element 23 and the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 have the same structure and are arranged in parallel with each other. Therefore, the incident angle of the illumination light on the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 depends on the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 2.
Equal to the exit angle of the illumination light from 3.

【0110】これは、以下のような2つの主要なメリッ
トをもたらす。第1に、波長による回折角のばらつきを
相殺できるという点であり、第2に、波長による回折効
率の入射角度依存性の差異を補正するという点である。
This brings about two main advantages as follows. First, it is possible to cancel the variation in the diffraction angle due to the wavelength, and secondly, to correct the difference in the incident angle dependence of the diffraction efficiency depending on the wavelength.

【0111】第1のメリットについて説明する。ホログ
ラムの干渉縞における入射角θcと回折角θiとは、次
に示す等式により関係づけられる。
The first advantage will be described. The incident angle θc and the diffraction angle θi in the interference fringes of the hologram are related by the following equation.

【0112】(sin{θs}−sin{θr})/λ=(sin
{θi}−sin{θc})/λc (∵θs:ホログラム製造時の物体光入射角) (∵θr:ホログラム製造時の参照光入射角) (∵λ :ホログラム製造波長) (∵λc:再生波長) すなわち、ある特定の干渉縞を有するホログラムの回折
角は、入射光線の波長に依存することになる。そして、
干渉縞ピッチΛが小さいほどその変化率は大きい。な
お、干渉縞ピッチΛは、下記の式に示す関係を有する。
(Sin {θs} -sin {θr}) / λ = (sin
{Θi} -sin {θc}) / λc (∵θs: incident angle of object light during hologram production) (∵θr: incident angle of reference light during hologram production) (∵λ: hologram production wavelength) (∵λc: reproduction Wavelength) That is, the diffraction angle of the hologram having a certain specific interference fringe depends on the wavelength of the incident light beam. And
The smaller the interference fringe pitch Λ, the greater the rate of change. The interference fringe pitch Λ has the relationship shown in the following formula.

【0113】Λ=λ/|sin{θs}−sin{θr}| 例えば、θs=0°、θr=60°、λ=550nm、
θc=60°とすると、λcが450nmから650n
mまで変化すると、回折角θiは、9°から−9°まで
変化する。これは、波長により反射型空間光変調素子へ
の照明光入射角が異なることを意味する。
Λ = λ / | sin {θs} -sin {θr} | For example, θs = 0 °, θr = 60 °, λ = 550 nm,
When θc = 60 °, λc is 450 nm to 650 n
When changed to m, the diffraction angle θi changes from 9 ° to −9 °. This means that the angle of incidence of illumination light on the reflective spatial light modulator differs depending on the wavelength.

【0114】投射型画像表示装置のような実像結像系の
場合、このような照明光入射角の変化による主要な問題
の1つに、光利用効率の低下があげられる。つまり、反
射型空間光変調素子への照明光が拡散してしまい、投射
光学系の集光率が低下してしまうという現象が起こる。
また、虚像表示装置の場合には、観察者の瞳移動に伴い
表示画像の色味が変化してしまうという問題につなが
る。これらの問題は、偏光選択性「H−PDLC」回折
光学素子3の回折許容スペクトル幅を小さくして、波長
帯域別に複数の偏光選択性「H−PDLC」回折光学素
子3を用意することで抑制することが可能である。
In the case of a real image forming system such as a projection type image display device, one of the main problems caused by such a change in the illumination light incident angle is a decrease in light utilization efficiency. That is, the illumination light to the reflective spatial light modulator is diffused, and the light collection rate of the projection optical system decreases.
Further, in the case of the virtual image display device, this leads to a problem that the tint of the display image changes as the observer's pupil moves. These problems are suppressed by reducing the diffraction allowable spectrum width of the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 and preparing a plurality of polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical elements 3 for each wavelength band. It is possible to

【0115】ただし、照明光を波長帯域別に限りなく小
さく分割することは現実的ではなく、したがって、完全
に回折角の波長依存性をなくすことは難しい。そこで、
2つの同等の性能を有する偏光選択性「H−PDLC」
回折光学素子3,23を用いてこれを補正することとし
たものである。
However, it is not practical to divide the illumination light into wavelength bands infinitely small, and it is therefore difficult to completely eliminate the wavelength dependence of the diffraction angle. Therefore,
Polarization-selective "H-PDLC" with two equivalent performances
The diffractive optical elements 3 and 23 are used to correct this.

【0116】偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
3により回折されて反射型空間光変調素子10に入射し
たS偏光の照明光は、この反射型空間光変調素子10に
より位相が変調され、再び偏光選択性「H−PDLC」
回折光学素子3を透過し、S偏光光のみを選択的に透過
する偏光板24を通して、投射光学系25に入射する。
この投射光学系25により、反射型FLCパネル10上
に表示される光学像がスクリーン26上に拡大投影され
る。
The S-polarized illumination light that is diffracted by the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 and enters the reflective spatial light modulator 10 is modulated in phase by the reflective spatial light modulator 10. Polarization selectivity "H-PDLC" again
The light enters the projection optical system 25 through the polarizing plate 24 that transmits the diffractive optical element 3 and selectively transmits only the S-polarized light.
By this projection optical system 25, the optical image displayed on the reflective FLC panel 10 is enlarged and projected on the screen 26.

【0117】一方、P偏光成分のうち偏光選択性「H−
PDLC」回折光学素子3にて回折されない残りの往路
の照明光は、そのまま偏光選択性「H−PDLC」回折
光学素子3を透過し、反射型空間光変調素子10のアル
ミ反射面14にて正反射され、再び図10中左方向に射
出される。この照明光は、迷光となり、表示画像のコン
トラスト劣化を招く恐れがあるため、光吸収手段27に
てそのエネルギーが吸収されるようにする。
On the other hand, the polarization selectivity "H-
The remaining outward illumination light that is not diffracted by the “PDLC” diffractive optical element 3 is transmitted through the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 as it is, and is reflected by the aluminum reflection surface 14 of the reflective spatial light modulator 10 to be positive. It is reflected and emitted again in the left direction in FIG. This illuminating light becomes stray light and may cause deterioration of the contrast of the display image. Therefore, the energy is absorbed by the light absorbing means 27.

【0118】補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光
学素子23による入射角の補正について、図11を参照
して説明する。上述の式より、補正用偏光選択性「H−
PDLC」回折光学素子23における回折光の射出角θ
i-1は、下記の式で表される。
The correction of the incident angle by the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 will be described with reference to FIG. From the above equation, the correction polarization selectivity “H−
Emission angle θ of diffracted light in the “PDLC” diffractive optical element 23
i-1 is represented by the following formula.

【0119】sin(θi-1)=λc/λ(sin{θs}−s
in{θr})+sin(θc) ここで、θs=θc=0°とすると、 sin(θi-1)=−λc/λsin(θr) ・・・・式(1) すなわち、再生波長λcが長いほど、θi-1は大きくな
る。いま、再生波長L(例えば赤色),M(例えば緑
色),S(例えば青色)が、L>M>Sの関係を満たす
とき、それぞれの回折射出角θi-1L,θi-1M,θi-1S
は、以下の関係を満たす。
Sin (θi-1) = λc / λ (sin {θs} -s
in {θr}) + sin (θc) Here, if θs = θc = 0 °, sin (θi-1) = − λc / λsin (θr) ... Formula (1) That is, the reproduction wavelength λc is long. The greater θi-1 becomes. Now, when the reproduction wavelengths L (for example, red), M (for example, green), and S (for example, blue) satisfy the relationship of L>M> S, the respective diffraction emission angles θi-1L, θi-1M, and θi-1S.
Satisfies the following relationship.

【0120】θi-1L>θi-1M>θi-1S 次に、これを補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光
学素子23と平行に配置された偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子3に適応すると、入射角は、θi-1と
なるためその射出角θi-2は、下記の式を満たす。
[Theta] i-1L> [theta] i-1M> [theta] i-1S Next, the polarization selectivity "H-PDLC" for correction is set in parallel with the polarization selectivity "H-PDL".
When applied to the “C” diffractive optical element 3, the incident angle is θi−1, and therefore the exit angle θi-2 satisfies the following formula.

【0121】 (sin{θs}−sin{θr})/λ =(sin{θi-2}−sin{θi-1})/λc ・・・・式(2) これら式(1)及び式(2)より、θi-2=θs=0°
となり、再生波長にかかわらず、反射型空間光変調素子
10への照明光入射角を、常に0°とすることが可能と
なる。
(Sin {θs} -sin {θr}) / λ = (sin {θi-2} -sin {θi-1}) / λc Equation (2) These equations (1) and ( From 2), θi-2 = θs = 0 °
Therefore, the incident angle of the illumination light on the reflective spatial light modulator 10 can be always 0 ° regardless of the reproduction wavelength.

【0122】次に、上述した第2のメリットについて説
明する。図12、図13及び図13に、製造波長532
nm、物体光入射角0°、参照光入射角60°、平均屈
折率1.52、ホログラム厚5μmの、偏光選択性「H
−PDLC」回折光学素子の回折効率の入射角度依存性
を示す。図12は、再生波長が450nm、図13は、
再生波長が550nm、図14は、再生波長が650n
mの場合である。
Next, the second merit described above will be described. The manufacturing wavelength 532 is shown in FIGS. 12, 13 and 13.
nm, object light incident angle 0 °, reference light incident angle 60 °, average refractive index 1.52, hologram thickness 5 μm, polarization selectivity “H
-PDLC shows the incident angle dependence of the diffraction efficiency of a diffractive optical element. 12 shows a reproduction wavelength of 450 nm, and FIG. 13 shows
The reproduction wavelength is 550 nm, and the reproduction wavelength is 650 n in FIG.
This is the case of m.

【0123】これらの回折効率の入射角度依存性と再生
波長との関係より、回折効率のピークを与える入射角が
波長によって異なり、長波長側は入射角度が大きい方が
回折効率が高く、短波長側は入射角度が小さい方が回折
効率が高くなっていることがわかる。そして、補正用偏
光選択性「H−PDLC」回折光学素子23を用いるこ
とにより、長波長側の照明光の偏光選択性ホログラム3
ヘの入射角は大きく、短波長側は小さくなっている。こ
のことから、補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光
学素子23を用いることにより、広い波長帯域において
高い回折効率が得られ、高い光利用効率を維持すること
が可能となる。
From the relationship between the incident angle dependence of the diffraction efficiency and the reproduction wavelength, the incident angle giving the peak of the diffraction efficiency differs depending on the wavelength. On the long wavelength side, the larger the incident angle, the higher the diffraction efficiency and the shorter wavelength. On the side, it can be seen that the smaller the incident angle, the higher the diffraction efficiency. Then, by using the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23, the polarization-selective hologram 3 of the illumination light on the long wavelength side is obtained.
The incident angle on F is large, and the short wavelength side is small. Therefore, by using the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23, high diffraction efficiency can be obtained in a wide wavelength band and high light utilization efficiency can be maintained.

【0124】以上のように、偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子3と補正用偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子23とを組み合わせることにより、広
い波長帯域の照明光においても、高い効率で反射型空間
光変調素子10を同一入射角にて照明することが可能と
なる。
As described above, the polarization selectivity "H-PDL" is
C "diffractive optical element 3 and correction polarization selectivity" H-PDL "
By combining with the “C” diffractive optical element 23, it becomes possible to illuminate the reflective spatial light modulation element 10 at the same incident angle with high efficiency even with illumination light in a wide wavelength band.

【0125】ただし、この実施の形態においては、反射
型空間光変調素子10に対する主光線の入射角を0°で
はなくθob1に設定している。これは前述のように、厚
い透過型ホログラムの回折効率は、ベント角がある程度
大きくないと高い屈折率が確保できないため、そのベン
ド角を大きく設定するためである。そのため、このθob
1は、入射面内で偏光選択性ホログラム素子3のベント
角を大きくする方向に設定される。このとき、このθob
1を大きくとりすぎると、反射型空間光変調素子10の
コントラストの劣化、投射光学系25の大型化、表示画
像の収差の増大などの問題が発生するため、通常は30
°以内にするのが望ましい。
However, in this embodiment, the incident angle of the principal ray on the reflective spatial light modulator 10 is set to θob1 instead of 0 °. This is because, as described above, the diffraction efficiency of the thick transmission hologram is set to a large bend angle because a high refractive index cannot be secured unless the vent angle is large to some extent. Therefore, this θob
1 is set in a direction in which the bent angle of the polarization-selective hologram element 3 is increased in the plane of incidence. At this time, this θob
If 1 is set too large, problems such as deterioration of the contrast of the reflective spatial light modulator 10, enlargement of the projection optical system 25, and increase in aberration of the display image occur.
It is desirable to be within °.

【0126】ただし、投射光学系25を偏心光学系と
し、反射型空間光変調素子10からの斜め射出光を有効
に利用することにより、表示画像中心を投射光学系25
の光軸からずらしながらも、投射光学系25の有効系を
小さくすることも可能である。
However, by using the projection optical system 25 as a decentered optical system and effectively utilizing the obliquely emitted light from the reflective spatial light modulator 10, the center of the display image is projected onto the projection optical system 25.
It is possible to make the effective system of the projection optical system 25 small while shifting it from the optical axis of.

【0127】また、反対に、偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子の屈折率変調度が十分大きい場合(例
えば、0.05以上)には、ベンド角50°程度でも十
分な回折効率が確保できるため、許容波長帯域、許容入
射角度を広げるため、θob1をベンド角を小さくする方
向に設定する方が有利となる。この場合も、上述した理
由から、θob1の絶対値はあまり大きくすることはでき
ず、10°程度が望ましい。
On the contrary, the polarization selectivity "H-PDL"
When the refractive index modulation degree of the “C” diffractive optical element is sufficiently large (for example, 0.05 or more), sufficient diffraction efficiency can be ensured even at a bend angle of about 50 °, so that the allowable wavelength band and the allowable incident angle are widened. , Θob1 is more advantageous in the direction of decreasing the bend angle. Also in this case, the absolute value of θob1 cannot be increased so much because of the reason described above, and it is preferably about 10 °.

【0128】ベンド角大(θob1=10°)の場合と、
ベンド角小(θob1=−10°)の場合について、回折
効率の再生波長及び入射角依存性を、図15及び図16
に示す。これら図15及び図16より、ベンド角小(θ
obl=−10°)の場合、再生波長及び入射角度による
回折効率劣化が低減されていることがわかる。
When the bend angle is large (θob1 = 10 °),
FIGS. 15 and 16 show the dependence of the diffraction efficiency on the reproduction wavelength and the incident angle in the case where the bend angle is small (θob1 = −10 °).
Shown in. From these FIGS. 15 and 16, a small bend angle (θ
It can be seen that when obl = -10 °), the deterioration of the diffraction efficiency due to the reproduction wavelength and the incident angle is reduced.

【0129】〔画像表示装置の第5の実施の形態〕本発
明に係る画像表示装置の第5の実施の形態として、反射
型空間光変調素子として反射型TN液晶パネルを用いた
カラー投射型画像表示装置について、図17を参照して
説明する。
[Fifth Embodiment of Image Display Device] As a fifth embodiment of the image display device according to the present invention, a color projection type image using a reflection type TN liquid crystal panel as a reflection type spatial light modulator. The display device will be described with reference to FIG.

【0130】この画像表示装置においては、照明光源2
0より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系2
1に入射する。この照明光学系21は、図示しない偏光
変換手段を有しており、この実施の形態の場合、偏光選
択性「H−PDLC」回折光学素子3への入射光がP偏
光光となるように、S偏光成分の照明光の偏光方位を9
0°回転させることによりP偏光光に変換し、光利用効
率を向上させている。
In this image display device, the illumination light source 2
The illumination light emitted from the illumination optical system 2 has the functions of correcting the cross-sectional shape of the light flux, making the intensity uniform, and controlling the divergence angle.
Incident on 1. This illumination optical system 21 has a polarization conversion means (not shown), and in the case of this embodiment, the incident light to the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 is P-polarized light, The polarization direction of the illumination light of the S polarization component is set to 9
By rotating it by 0 °, it is converted into P-polarized light and the light utilization efficiency is improved.

【0131】照明光学系21を通過した照明光は、P偏
光光を選択的に透過させる偏光板28を通過し、青色
用、緑色用、赤色用ダイクロイックミラー29,30,
31へ入射する。これらダイクロイックミラー29,3
0,31は、それらの反射面と照明光の進行方向とのな
す角θb,θg,θrが、θb<θg<θrという関係
を有して配置されている。これにより、これらダイクロ
イックミラー29,30,31は、前述の第4の実施の
形態において示した補正用偏光選択性「H−PDLC」
回折光学素子23と同様の役割を果たす。
The illumination light that has passed through the illumination optical system 21 passes through the polarizing plate 28 that selectively transmits the P-polarized light, and the blue, green, and red dichroic mirrors 29, 30,
It is incident on 31. These dichroic mirrors 29, 3
Nos. 0 and 31 are arranged such that the angles θb, θg, and θr formed by their reflecting surfaces and the traveling direction of the illumination light have a relationship of θb <θg <θr. As a result, the dichroic mirrors 29, 30 and 31 have the correction polarization selectivity “H-PDLC” shown in the above-described fourth embodiment.
It plays the same role as the diffractive optical element 23.

【0132】つまり、偏光選択性「H−PDLC」回折
光学素子3への赤色光の入射角度が最も大きく、以下、
緑色光、青色光の順となる。偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子3に入射した各色光は、それぞれ各色
光用に設けられた3層のホログラム層9r、9g、9b
により、反射型空間光変調素子の対応する色のアルミ画
素電極14r、14g、14bに集光される。TN液晶
層13を往復した照明光は、位相変調され、そのS偏光
成分は偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3にて
回折されることなく透過し、S偏光成分を選択的に透過
させる偏光板24を経て、投射光学系25に入射する。
投射光学系25に入射した画像光束は、スクリーン26
上に投射される。
That is, the incident angle of the red light on the polarization selective "H-PDLC" diffractive optical element 3 is the largest, and
The order is green light and blue light. Polarization selectivity "H-PDL
Each of the color lights incident on the “C” diffractive optical element 3 has three hologram layers 9r, 9g, and 9b provided for the respective color lights.
Thus, the light is focused on the aluminum pixel electrodes 14r, 14g, and 14b of the corresponding color of the reflective spatial light modulator. The illumination light that travels back and forth through the TN liquid crystal layer 13 is phase-modulated, and its S-polarized component is transmitted without being diffracted by the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3, and the S-polarized component is selectively transmitted. The light enters the projection optical system 25 via the polarizing plate 24.
The image light flux incident on the projection optical system 25 is reflected by the screen 26.
Projected on.

【0133】〔画像表示装置の第6の実施の形態〕本発
明に係る画像表示装置の第6の実施の形態として、図1
8に示すように、反射型空間光変調素子として3つの反
射型反強誘電性液晶パネル10r,10g,10bを用
いたカラー投射型画像表示装置について説明する。
[Sixth Embodiment of Image Display Device] As a sixth embodiment of the image display device according to the present invention, FIG.
As shown in FIG. 8, a color projection type image display device using three reflection type antiferroelectric liquid crystal panels 10r, 10g and 10b as reflection type spatial light modulators will be described.

【0134】この画像表示装置においては、照明光源2
0より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系2
1に入射する。この照明光学系21は、図示しない偏光
変換手段を有しており、この実施の形態の場合、偏光選
択性「H−PDLC」回折光学素子3への入射光がP偏
光光となるように、照明光のS偏光成分の偏光方位を9
0°回転させることによりP偏光光に変換し、光利用効
率を向上させる。
In this image display device, the illumination light source 2
The illumination light emitted from the illumination optical system 2 has the functions of correcting the cross-sectional shape of the light flux, making the intensity uniform, and controlling the divergence angle.
Incident on 1. This illumination optical system 21 has a polarization conversion means (not shown), and in the case of this embodiment, the incident light to the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 is P-polarized light, Set the polarization direction of the S-polarized component of the illumination light to 9
By rotating it by 0 °, it is converted into P-polarized light and the light utilization efficiency is improved.

【0135】照明光学系21を通過した照明光は、補正
用偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子23へ入射
し、ここで、P偏光成分のみが回折され射出角約60°
で射出される。S偏光光は、回折されることなく補正用
偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子23を直進し
て透過する。
The illumination light that has passed through the illumination optical system 21 enters the correction polarization-selective "H-PDLC" diffractive optical element 23, where only the P-polarized component is diffracted and the exit angle is about 60 °.
Is injected with. The S-polarized light travels straight through the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 without being diffracted.

【0136】補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光
学素子23にて回折されたP偏光成分である照明光は、
このP偏光成分を選択的に透過させる偏光板28を透過
し、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3に入射
する。このとき、補正用偏光選択性「H−PDLC」回
折光学素子23と偏光選択性「H−PDLC」回折光学
素子3とは、同一の構造のものを用いており、しかも互
いに平行に配置されているため、この偏光選択性「H−
PDLC」回折光学素子3への照明光の入射角は、補正
用偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子23からの
照明光の射出角に等しくなっている。
The illumination light which is the P-polarized component diffracted by the correcting polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 is
The light is transmitted through the polarizing plate 28 that selectively transmits the P-polarized component, and is incident on the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3. At this time, the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 and the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 have the same structure and are arranged parallel to each other. Therefore, the polarization selectivity "H-
The incident angle of the illumination light on the “PDLC” diffractive optical element 3 is equal to the exit angle of the illumination light from the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23.

【0137】偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
3に入射する主にP偏光成分からなる照明光は、偏光選
択性「H−PDLC」回折光学素子3より略々垂直に射
出する方向に回折され、クロスダイクロイックプリズム
32に入射し、このクロスダイクロイックプリズム32
により、赤色光、緑色光、青色光にそれぞれ分光され
る。
The illuminating light mainly incident on the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 and mainly composed of P-polarized light components is emitted in a direction substantially perpendicular to the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3. The light is diffracted and enters the cross dichroic prism 32, and this cross dichroic prism 32
Is split into red light, green light, and blue light.

【0138】分光された各色光は、対応する反射型空間
光変調素子10r、10g、10bに入射し、ここで各
色光ごとに、また、画素ごとに変調されて反射される。
変調された各色光は、再びクロスダイクロイックプリズ
ム32に入射し、再合成された後、再び偏光選択性「H
−PDLC」回折光学素子3へ入射する。このとき、S
偏光成分は、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
3において回折されずに透過し、さらに、S偏光成分を
選択的に透過させる偏光板24を透過して、投射光学系
25に入射する。そして、この投射光学系25により、
スクリーン26上に表示画像が結像される。
The separated color lights are incident on the corresponding reflection type spatial light modulators 10r, 10g and 10b, where they are modulated and reflected for each color light and for each pixel.
The modulated color lights again enter the cross dichroic prism 32, are re-combined, and are again polarized-selective "H".
-PDLC "incident on the diffractive optical element 3. At this time, S
The polarization component passes through the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 without being diffracted, further passes through the polarizing plate 24 that selectively transmits the S-polarization component, and enters the projection optical system 25. . Then, with this projection optical system 25,
A display image is formed on the screen 26.

【0139】〔画像表示装置の第7の実施の形態〕本発
明に係る画像表示装置の第7の実施の形態として、図1
9に示すように、反射型空間光変調素子として2つの反
射型FLCパネルを用いたカラー投射型画像表示装置に
ついて説明する。
[Seventh Embodiment of Image Display Device] As a seventh embodiment of the image display device according to the present invention, FIG.
As shown in FIG. 9, a color projection type image display device using two reflective FLC panels as reflective spatial light modulators will be described.

【0140】この画像表示装置においては、照明光源2
0より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系2
1に入射する。この照明光学系21は、図示しない偏光
変換手段を有しており、この実施の形態の場合、偏光選
択性「H−PDLC」回折光学素子3への入射光がP偏
光光となるように、照明光のS偏光成分の偏光方位を9
0°回転させることによりP偏光光に変換し、光利用効
率を向上させる。
In this image display device, the illumination light source 2
The illumination light emitted from the illumination optical system 2 has the functions of correcting the cross-sectional shape of the light flux, making the intensity uniform, and controlling the divergence angle.
Incident on 1. This illumination optical system 21 has a polarization conversion means (not shown), and in the case of this embodiment, the incident light to the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 is P-polarized light, Set the polarization direction of the S-polarized component of the illumination light to 9
By rotating it by 0 °, it is converted into P-polarized light and the light utilization efficiency is improved.

【0141】照明光学系21を通過した照明光は、この
P偏光成分を選択的に透過する偏光板28を透過した
後、カラーシャッタ22に入射する。このカラーシャッ
タ22は、照明光源20より放射され直線偏光となされ
た白色光のうちの特定の波長帯域の偏光方位を90°回
転させる機能を有している。したがって、カラーシャッ
タ22を透過した照明光を偏光検波することにより、部
分スペクトル成分に時分割することができる。このよう
な時分割により、単板の反射型FLCパネル10によっ
て「フィールドシーケンシャルカラー手法」によりカラ
ー表示が可能となる(参考論文:「Gray D.Sharp and
Kristina M.Johnson,High Brightness Saturated Col
or Shutter Technology,SID Symposium,Vo1.27,p41
1(1996)」)。
The illumination light that has passed through the illumination optical system 21 enters the color shutter 22 after passing through the polarizing plate 28 that selectively transmits the P-polarized component. The color shutter 22 has a function of rotating the polarization azimuth of a specific wavelength band of the linearly polarized white light emitted from the illumination light source 20 by 90 °. Therefore, the illumination light transmitted through the color shutter 22 can be time-divided into partial spectral components by polarization detection. Such time division enables color display by the "field sequential color method" by the single-plate reflective FLC panel 10 (reference paper: "Gray D. Sharp and
Kristina M. Johnson, High Brightness Saturated Col
or Shutter Technology, SID Symposium, Vo1.27, p41
1 (1996) ").

【0142】この実施の形態においては、このカラーシ
ャッタ22を、赤色光及び青色光(マゼンタ)、赤色光
及び緑色光(黄色)の2つのスペクトルを時分割で透過
させるように制御する。すなわち、照明光源20より入
射する緑色光と青色光の偏光方向を交互に90°回転さ
せる。カラーシャッタ22を透過した照明光は、補正用
偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子23へ入射
し、ここで、P偏光成分のみが回折されて射出角約60
°で射出される。このとき、先程のカラーシャッタ22
にてS偏光光となされた緑色光、または、青色光は、回
折されることなく交互に補正用偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子23を直進して透過する。
In this embodiment, the color shutter 22 is controlled so that two spectra of red light and blue light (magenta) and red light and green light (yellow) are transmitted in a time division manner. That is, the polarization directions of the green light and the blue light incident from the illumination light source 20 are alternately rotated by 90 °. The illumination light transmitted through the color shutter 22 is incident on the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23, where only the P-polarized component is diffracted and the exit angle is about 60.
Injected at °. At this time, the color shutter 22
The green light or the blue light made into the S-polarized light is alternately corrected without being diffracted.
It goes straight through the “C” diffractive optical element 23 and is transmitted.

【0143】補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光
学素子23において回折された主にP偏光成分からなる
照明光は、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3
に入射する。このとき、補正用偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子23と偏光選択性「H−PDLC」回
折光学素子3とは、同一の構成を有しており、しかも互
いに平行に配置されているため、偏光選択性「H−PD
LC」回折光学素子3への照明光の入射角は、補正用偏
光選択性「H−PDLC」回折光学素子23からの照明
光の射出角に等しくなっている。
The illumination light mainly composed of the P-polarized light component diffracted by the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 is used as the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3.
Incident on. At this time, the polarization selectivity for correction "H-PDL
Since the “C” diffractive optical element 23 and the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 have the same configuration and are arranged in parallel to each other, the polarization selective “H-PD”
The angle of incidence of the illumination light on the “LC” diffractive optical element 3 is equal to the angle of exit of the illumination light from the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23.

【0144】偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
3に入射する照明光のP偏光成分は、偏光選択性「H−
PDLC」回折光学素子3より略々垂直に射出するよう
に回折されて、ダイクロイックプリズム34に入射す
る。ダイクロイックプリズム34に入射した照明光は、
赤色光のみが進行方向を90°偏向され、残りの、主に
緑色光、青色光の波長帯域の照明光は透過する。分光さ
れた2つの色光は、対応する反射型空間光変調素子10
r,10gbに入射し、これら反射型空間光変調素子1
0r,10gbにおいて、各色光ごとに、また、画素ご
とに変調されて反射される。
Polarization Selectivity “H-PDLC” The P-polarized component of the illumination light incident on the diffractive optical element 3 has a polarization selectivity “H-PDLC”.
The light is diffracted by the “PDLC” diffractive optical element 3 so as to be emitted almost vertically, and then enters the dichroic prism 34. The illumination light incident on the dichroic prism 34 is
Only the red light is deflected by 90 ° in the traveling direction, and the remaining illumination light mainly in the wavelength bands of green light and blue light is transmitted. The two separated color lights are reflected by the corresponding reflective spatial light modulator 10
These reflection type spatial light modulators 1 are made incident on r and 10 gb.
At 0r and 10gb, each color light and each pixel are modulated and reflected.

【0145】ただし、緑色光、青色光については、「フ
ィールドシーケンシャルカラー手法」により、時分割で
表示される。緑色光、青色光について時分割表示とし、
赤色光について時分割表示としないのは、通常のランプ
光源を用いた場合には、眼の視感度を考慮して白バラン
スをとると、赤色光が最も出力が不足するためである。
However, the green light and the blue light are displayed in a time division manner by the "field sequential color method". Time-division display for green light and blue light,
The reason why red light is not displayed in a time-division manner is that when a normal lamp light source is used, the red light has the shortest output when the white balance is taken in consideration of the visual sensitivity of the eye.

【0146】変調された各色光は、再びダイクロイック
プリズム34に入射して再合成され、再度偏光選択性
「H−PDLC」回折光学素子3へ入射する。このと
き、S偏光成分は回折されずに透過し、さらに、S偏光
成分を選択的に透過させる偏光板24を経て投射光学系
25に入射する。そして、この投射光学系25により、
スクリーン26上に表示画像が結像される。
The modulated color lights again enter the dichroic prism 34, are recombined, and enter the polarization selective "H-PDLC" diffractive optical element 3 again. At this time, the S-polarized component is transmitted without being diffracted, and further enters the projection optical system 25 via the polarizing plate 24 which selectively transmits the S-polarized component. Then, with this projection optical system 25,
A display image is formed on the screen 26.

【0147】また、図20に示すように、補正用偏光選
択性「H−PDLC」回折光学素子23と偏光選択性
「H−PDLC」回折光学素子3との間を硝子プレート
20によって充填し、補正用偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子23及び偏光選択性「H−PDLC」
回折光学素子3のホログラム層の実効的ベンド角を大き
くすることにより、回折効率を向上させることができ
る。
Further, as shown in FIG. 20, the space between the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 and the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 is filled with a glass plate 20, Polarization Selectivity for Correction "H-PDL
C "diffractive optical element 23 and polarization selectivity" H-PDLC "
The diffraction efficiency can be improved by increasing the effective bend angle of the hologram layer of the diffractive optical element 3.

【0148】ただし、このとき、補正用偏光選択性「H
−PDLC」回折光学素子23及び偏光選択性「H−P
DLC」回折光学素子3において回折効果が生ずる波長
帯域、入射角度範囲は減少する。なお、補正用偏光選択
性「H−PDLC」回折光学素子23と硝子プレート2
0との間、及び、偏光選択性「H−PDLC」回折光学
素子3と硝子プレート20との間は、それぞれ光学的に
密着させる必要がある。
However, at this time, the polarization selectivity for correction "H
-PDLC "diffractive optical element 23 and polarization selectivity" HP "
The wavelength band and the incident angle range in which the diffraction effect occurs in the DLC ”diffractive optical element 3 are reduced. The correction polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 and the glass plate 2
0 and between the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 and the glass plate 20 need to be optically in close contact with each other.

【0149】〔画像表示装置の第8の実施の形態〕本発
明に係る画像表示装置の第8の実施の形態として、図2
1に示すように、反射型空間光変調素子として3つの反
射型TN垂直配向液晶パネル10r,10g,10bを
用いたカラー投射型画像表示装置について説明する。
[Eighth Embodiment of Image Display Device] As an eighth embodiment of the image display device according to the present invention, FIG.
As shown in FIG. 1, a color projection type image display device using three reflection type TN vertical alignment liquid crystal panels 10r, 10g and 10b as reflection type spatial light modulation elements will be described.

【0150】この画像表示装置においては、照明光源2
0より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系2
1に入射する。この照明光学系21は、図示しない偏光
変換手段を有しており、この実施の形態の場合、偏光選
択性「H−PDLC」回折光学素子3への入射光がP偏
光光となるように、照明光のS偏光成分の偏光方位を9
0°回転させることによりP偏光光に変換し、光利用効
率を向上させる。
In this image display device, the illumination light source 2
The illumination light emitted from the illumination optical system 2 has the functions of correcting the cross-sectional shape of the light flux, making the intensity uniform, and controlling the divergence angle.
Incident on 1. This illumination optical system 21 has a polarization conversion means (not shown), and in the case of this embodiment, the incident light to the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 is P-polarized light, Set the polarization direction of the S-polarized component of the illumination light to 9
By rotating it by 0 °, it is converted into P-polarized light and the light utilization efficiency is improved.

【0151】照明光学系21を通過した照明光は、補正
用偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子23へ入射
し、ここで、P偏光成分のみが回折及び反射され、偏光
選択性「H−PDLC」回折光学素子3に入射する。照
明光のS偏光成分は、補正用偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子23において回折されることなく、直
進してこの補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光学
素子23を透過する。
The illumination light that has passed through the illumination optical system 21 is incident on the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23, where only the P-polarized component is diffracted and reflected, and the polarization selectivity “H -PDLC "incident on the diffractive optical element 3. The S-polarized light component of the illuminating light has a polarization selectivity “H-PDL
Without being diffracted by the “C” diffractive optical element 23, it goes straight and passes through the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23.

【0152】ここで、補正用偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子23は、反射型偏光選択性「H−PD
LC」回折光学素子となっている。反射型の場合、透過
型に比べて回折波長帯域の許容値が小さいため、照明光
源20にはなるべくスペクトルに急峻なピーク値をもつ
ものを用いるか、または、ホログラムを複数の波長帯域
ごとに作成し、これを積層して補正用偏光選択性「H−
PDLC」回折光学素子23とすることが効果的であ
る。
Here, the correction polarization selectivity "H-PDL" is used.
The “C” diffractive optical element 23 is a reflective polarization selective “H-PD
It is an "LC" diffractive optical element. In the case of the reflective type, the allowable value of the diffraction wavelength band is smaller than that of the transmissive type, so that the illumination light source 20 should have a spectrum with a steep peak value, or a hologram should be created for each of a plurality of wavelength bands. Then, by stacking these, the polarization selectivity for correction "H-
The PDLC ”diffractive optical element 23 is effective.

【0153】偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
3に入射する主にP偏光成分からなる照明光は、偏光選
択性「H−PDLC」回折光学素子3より略々垂直に射
出するよう回折され、ダイクロイックプリズムブロック
35に入射する。このダイクロイックプリズムブロック
35は、3つのダイクロイックプリズムからなり、2つ
の境界面35b,35gを有している。ダイクロイック
プリズムブロック35に入射した照明光は、まず、一方
の境界面35bに入射し、青色光のみを反射され、この
境界面35bを透過した青色を除く光が、他方の境界面
35gに入射する。そして、他方の境界面35gにおい
て緑色光のみが反射されることにより、照明光は、R
(赤色)、G(緑色)、B(青色)の各色に分光され
る。
The illumination light mainly incident on the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 and mainly composed of the P-polarized component is diffracted so as to be emitted substantially vertically from the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3. Then, the light enters the dichroic prism block 35. The dichroic prism block 35 is composed of three dichroic prisms and has two boundary surfaces 35b and 35g. The illumination light that has entered the dichroic prism block 35 first enters one boundary surface 35b, reflects only blue light, and the light excluding blue that has passed through this boundary surface 35b enters the other boundary surface 35g. . Then, only the green light is reflected on the other boundary surface 35g, so that the illumination light becomes R
It is split into each color of (red), G (green), and B (blue).

【0154】このように分光された各色光は、対応する
反射型空間光変調素子10r、10g、10bに入射
し、これら反射型空間光変調素子10r、10g、10
bにより、各色光ごとに、また、画素ごとに変調されて
反射される。変調された各色光は、再びクロスダイクロ
イックプリズムブロック35に入射し再合成され、再度
偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3へ入射す
る。このとき、S偏光成分は回折されずに透過し、さら
に、S偏光成分を選択的に透過する偏光板24を経て投
射光学系25に入射する。そして、この投射光学系25
により、スクリーン26上に表示画像が結像される。
The respective color lights thus separated are incident on the corresponding reflection type spatial light modulation elements 10r, 10g and 10b, and the reflection type spatial light modulation elements 10r, 10g and 10b.
By b, it is modulated and reflected for each color light and for each pixel. The modulated color lights again enter the cross dichroic prism block 35, are recombined, and enter the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 again. At this time, the S-polarized component is transmitted without being diffracted, and further enters the projection optical system 25 via the polarizing plate 24 which selectively transmits the S-polarized component. Then, this projection optical system 25
Thus, a display image is formed on the screen 26.

【0155】〔画像表示装置の第9の実施の形態〕本発
明に係る画像表示装置の第9の実施の形態として、図2
2に示すように、反射型空間光変調素子として2つの反
射型FLCパネルを用いたカラー投射型画像表示装置に
ついて説明する。
[Ninth Embodiment of Image Display Device] As a ninth embodiment of the image display device according to the present invention, FIG.
As shown in FIG. 2, a color projection type image display device using two reflective FLC panels as reflective spatial light modulators will be described.

【0156】この画像表示装置においては、照明光源2
0より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系2
1に入射する。この照明光学系21は、図示しない偏光
変換手段を有しており、この実施の形態の場合、偏光選
択性「H−PDLC」回折光学素子3への入射光がS偏
光光となるように、照明光のP偏光成分の偏光方位を9
0°回転させることによりS偏光光に変換し、光利用効
率を向上させる。
In this image display device, the illumination light source 2
The illumination light emitted from the illumination optical system 2 has the functions of correcting the cross-sectional shape of the light flux, making the intensity uniform, and controlling the divergence angle.
Incident on 1. The illumination optical system 21 has a polarization conversion means (not shown), and in the case of this embodiment, the incident light to the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 is S polarized light, Set the polarization direction of the P-polarized component of the illumination light to 9
By rotating it by 0 °, it is converted into S-polarized light and the light utilization efficiency is improved.

【0157】照明光学系21を通過した照明光は、S偏
光成分を選択的に透過させる偏光板28を透過し、カラ
ーシャッタ22に入射する。カラーシャッタ22は、照
明光源20より放射される白色光を、その部分スペクト
ル成分に時分割するもので、これにより単板の反射型F
LCパネル10で「フィールドシーケンシャルカラー手
法」によりカラー表示が可能となる(参考論文:「Gray
D.Sharp and Kristina M.Johnson,High Brightness
Saturated Color Shutter Technology,SID Symposiu
m,Vo1.27,p411(1996)」)。
The illumination light that has passed through the illumination optical system 21 passes through the polarizing plate 28 that selectively transmits the S-polarized component and enters the color shutter 22. The color shutter 22 time-divides the white light emitted from the illumination light source 20 into its partial spectral components.
Color display is possible on the LC panel 10 by the “field sequential color method” (reference paper: “Gray
D. Sharp and Kristina M. Johnson, High Brightness
Saturated Color Shutter Technology, SID Symposiu
m, Vo1.27, p411 (1996) ”).

【0158】この実施の形態においては、このカラーシ
ャッタ22を、赤色光及び青色光(マゼンタ)と、赤色
光及び緑色光(黄色)との2つのスペクトルを時分割で
透過させるよう制御する。つまり、入射する緑色光成分
と青色光成分の偏光方向を交互に90°回転させてP偏
光光とする。カラーシャッタ22を射出した照明光は、
補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子23へ
入射し、ここで、S偏光成分のみが回折され射出角約7
0°で射出される。このとき、先程のカラーシャッタ2
2にてP偏光光となされた緑色光、または、青色光は、
補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子23に
おいて回折されることなく直進し、交互に補正用偏光選
択性「H−PDLC」回折光学素子23を透過する。
In this embodiment, the color shutter 22 is controlled so that two spectra of red light and blue light (magenta) and red light and green light (yellow) are transmitted in a time division manner. That is, the polarization directions of the incident green light component and blue light component are alternately rotated by 90 ° to form P-polarized light. The illumination light emitted from the color shutter 22 is
The light enters the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23, where only the S-polarized component is diffracted and the exit angle is about 7.
Ejected at 0 °. At this time, the color shutter 2
The green light or blue light made into P-polarized light in 2 is
It goes straight without being diffracted by the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23, and alternately passes through the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23.

【0159】補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光
学素子23にて回折された主にS偏光成分からなる照明
光は、この補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光学
素子23に光学的に密着接合された第1のカップリング
プリズム37に入射する。補正用偏光選択性「H−PD
LC」回折光学素子23から射出した照明光は、第1の
カップリングプリズム37と補正用偏光選択性「H−P
DLC」回折光学素子23のガラス基板36とが略々等
しい屈折率を有するガラス材にて作製されているため、
これらの接合界面で屈折を生じず、角度を変えることな
く第1のカップリングプリズム37に入射する。
The illumination light mainly composed of the S polarization component diffracted by the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 is optically guided to the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23. It is incident on the first coupling prism 37 that is closely adhered. Polarization Selectivity for Correction "H-PD
The illumination light emitted from the “LC” diffractive optical element 23 is transmitted through the first coupling prism 37 and the correction polarization selectivity “HP”.
Since the glass substrate 36 of the “DLC” diffractive optical element 23 is made of a glass material having substantially the same refractive index,
Refraction does not occur at these junction interfaces, and the light enters the first coupling prism 37 without changing the angle.

【0160】第1のカップリングプリズム37に入射し
た照明光は、この第1のカップリングプリズム37の光
学面38より略々垂直に射出する。そして、この照明光
は、カラーセレクト33に入射する。このカラーセレク
ト33は、入射直線偏光方位をその波長帯域に応じて9
0°回転させるものである(参考論文:「Gray D.Shar
p andJ.R.Birge,Retarder Stack Technology for Co
lor Manipulation,SID Symposium,Vo1.30,p1072(19
99)」)。
The illumination light incident on the first coupling prism 37 is emitted from the optical surface 38 of the first coupling prism 37 substantially vertically. Then, this illumination light enters the color select 33. This color select 33 changes the incident linear polarization azimuth to 9 depending on the wavelength band.
It is rotated by 0 ° (reference paper: "Gray D. Shar
p and J. R. Birge, Retarder Stack Technology for Co
lor Manipulation, SID Symposium, Vo1.30, p1072 (19
99) ").

【0161】この実施の形態においては、赤色光は、入
射偏光方位(S偏光光)が保存され、青色光及び緑色光
の偏光方位は、90°回転されてP偏光光となされる。
カラーセレクト33を射出した照明光は、偏光選択性
「H−PDLC」回折光学素子3に光学的に密着接合さ
れた第2のカップリングプリズム19に光学面39より
入射する。この光学面39は、第1のカップリングプリ
ズム37の光学面38と略平行になされている。したが
って、入射照明光は、第2のカップリングプリズム19
の光学面39においてほとんど屈折することなく直進
し、そのまま偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
3に入射する。
In this embodiment, the incident polarization azimuth (S-polarized light) of the red light is preserved, and the polarization azimuths of the blue light and the green light are rotated by 90 ° to be P-polarized light.
The illumination light emitted from the color select 33 enters from the optical surface 39 to the second coupling prism 19 which is optically closely bonded to the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3. The optical surface 39 is substantially parallel to the optical surface 38 of the first coupling prism 37. Therefore, the incident illumination light is transmitted through the second coupling prism 19
The light travels straight on the optical surface 39 with almost no refraction and directly enters the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3.

【0162】この偏光選択性「H−PDLC」回折光学
素子3において、S偏光光である赤色光は、回折される
ことなく第3のカップリングプリズム40を透過し、赤
色光用反射型空間光変調素子10rに入射する。一方、
P偏光光である青色光及び緑色光は、回折されて約70
°進行方向を偏向されて第3のカッブリングプリズム4
0を通して青緑色光用反射型空間光変調素子10gbに
入射する。
In this polarization-selective "H-PDLC" diffractive optical element 3, the red light which is S-polarized light is transmitted through the third coupling prism 40 without being diffracted and is reflected spatial light for red light. It is incident on the modulation element 10r. on the other hand,
Blue light and green light that are P-polarized light are diffracted to about 70
° The third cup ring prism 4 is deflected in the traveling direction.
The light enters the reflective spatial light modulator for blue-green light 10gb through 0.

【0163】このとき、青色光及び緑色光は、カラーシ
ャッタ22により時分割で交互に送られてくるため、青
緑色光用反射型空間光変調素子10gbはこれに同期し
て制御される。緑色光、青色光について時分割表示と
し、赤色光について時分割表示としないのは、通常のラ
ンプ光源を用いた場合には、眼の視感度を考慮して白バ
ランスをとると、赤色光が最も出力が不足するためであ
る。
At this time, since the blue light and the green light are alternately sent by the color shutter 22 in a time division manner, the reflective spatial light modulator for blue-green light 10gb is controlled in synchronization therewith. The reason why green light and blue light are time-divisional display and red light is not time-divisional display is that when a normal lamp light source is used, red light is emitted when white balance is taken in consideration of the visual sensitivity of the eye. This is because the output is the most insufficient.

【0164】それぞれの反射型空間光変調素子10b、
10gbにて変調された照明光は、偏光選択性「H−P
DLC」回折光学素子3に再入射する。このとき、青緑
色光用反射型空間光変調素子10gbからの反射光のう
ちのS偏光成分は、回折されることなく偏光選択性「H
−PDLC」回折光学素子3より略垂直に射出する。ま
た、赤色光用反射型空間光変調素子10rからの反射光
のうちのP偏光成分は、回折されて偏光選択性「H−P
DLC」回折光学素子3より同じく略垂直に射出する。
Each reflection type spatial light modulator 10b,
The illumination light modulated at 10 gb has polarization selectivity "HP
It re-enters the DLC ”diffractive optical element 3. At this time, the S-polarized component of the reflected light from the reflection type spatial light modulator for blue-green light 10gb is not diffracted and the polarization selectivity "H".
-PDLC "Emits from the diffractive optical element 3 substantially vertically. In addition, the P-polarized component of the reflected light from the reflective spatial light modulator for red light 10r is diffracted and the polarization selectivity "HP" is obtained.
DLC ”diffractive optical element 3 also emits substantially vertically.

【0165】これら2つの反射光は、第2のカッブリン
グプリズム19を透過し、この第2のカップリングプリ
ズム19の光学面に接合されたカラーセレクト33bに
入射する。このカラーセレクト33bにおいて、青緑色
光は、入射偏光方位(S偏光光)が保存され、赤色光の
偏光方位は、90°回転されS偏光光となされる。
These two reflected lights pass through the second coupling prism 19 and enter the color select 33b joined to the optical surface of the second coupling prism 19. In this color select 33b, the incident polarization azimuth (S-polarized light) of the blue-green light is preserved, and the polarization azimuth of the red light is rotated by 90 ° to be S-polarized light.

【0166】これらの照明光は、S偏光光を選択的に透
過させる偏光板24を経て、投射光学系25に入射す
る。そして、投射光学系25により、スクリーン26上
に表示画像が結像される。
These illumination lights enter the projection optical system 25 through the polarizing plate 24 which selectively transmits the S-polarized light. Then, the display image is formed on the screen 26 by the projection optical system 25.

【0167】一方、青緑色光用反射型空間光変調素子1
0gbからの反射光のうちのP偏光成分は、偏光選択性
「H−PDLC」回折光学素子3において回折されて透
過し、往路の照明光路を逆行する。また、赤色光用反射
型空間光変調素子10rからの反射光のうちのS偏光成
分は、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3にて
回折されることなく同じく往路の照明光路を逆行する。
On the other hand, a reflection type spatial light modulator for blue-green light 1
The P-polarized component of the reflected light from 0 gb is diffracted and transmitted by the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3, and travels backward in the forward illumination optical path. In addition, the S-polarized component of the reflected light from the reflective spatial light modulator for red light 10r is not diffracted by the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 and also reverses the illumination optical path of the forward path. To do.

【0168】また、この実施の形態は、図23に示すよ
うに、補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
23、第1のカップリングプリズム37、カラーセレク
ト33、第2のカップリングプリズム19、偏光選択性
「H−PDLC」回折光学素子3、第3のカップリング
プリズム40及びカラーセレクト33bを光学的に接合
させて構成してもよい。
Also, in this embodiment, as shown in FIG. 23, the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23, the first coupling prism 37, the color select 33, and the second coupling are used. The prism 19, the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3, the third coupling prism 40, and the color select 33b may be optically joined.

【0169】〔画像表示装置の第10の実施の形態〕本
発明に係る画像表示装置の第10の実施の形態として、
図24に示すように、反射型空間光変調素子として反射
型FLCパネルを用いたカラー投射型画像表示装置につ
いて説明する。
[Tenth Embodiment of Image Display Device] As a tenth embodiment of the image display device according to the present invention,
As shown in FIG. 24, a color projection type image display device using a reflective FLC panel as a reflective spatial light modulator will be described.

【0170】この画像表示装置においては、照明光源2
0より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系2
1に入射する。この照明光学系21は、図示しない偏光
変換手段を有しており、この実施の形態の場合、偏光選
択性「H−PDLC」回折光学素子3への入射光がP偏
光光となるように、照明光のS偏光成分の偏光方位を9
0°回転させることによりP偏光光に変換し、光利用効
率を向上させる。
In this image display device, the illumination light source 2
The illumination light emitted from the illumination optical system 2 has the functions of correcting the cross-sectional shape of the light flux, making the intensity uniform, and controlling the divergence angle.
Incident on 1. This illumination optical system 21 has a polarization conversion means (not shown), and in the case of this embodiment, the incident light to the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 is P-polarized light, Set the polarization direction of the S-polarized component of the illumination light to 9
By rotating it by 0 °, it is converted into P-polarized light and the light utilization efficiency is improved.

【0171】照明光学系21を通過した照明光は、カラ
ーホイール22を通過し、補正用偏光選択性「H−PD
LC」回折光学素子23へ入射する。カラーホイール2
2は、照明光源20より放射される白色光を、赤色光、
緑色光、青色光のスペクトル成分に時分割するもので、
この時分割により、単板の反射型FLCパネル10で
「フィールドシーケンシャルカラー手法」によりカラー
表示が可能となる。
The illumination light that has passed through the illumination optical system 21 passes through the color wheel 22 and undergoes correction polarization selectivity "H-PD".
It is incident on the “LC” diffractive optical element 23. Color wheel 2
2 represents white light emitted from the illumination light source 20, red light,
It is time-divided into green and blue light spectral components.
This time division enables color display by the "field sequential color method" on the single-plate reflective FLC panel 10.

【0172】補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光
学素子23へ入射角60°で入射した照明光は、ここ
で、P偏光成分のみが回折され、射出角約0°で射出さ
れる。S偏光成分は、補正用偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子23で回折されることなく、直進して
補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子23を
透過する。
The illumination light incident on the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 at an incident angle of 60 ° is diffracted only at the P-polarized component, and is emitted at an emission angle of about 0 °. The S-polarized component is a polarization-selective “H-PDL” for correction.
Without being diffracted by the “C” diffractive optical element 23, it goes straight and passes through the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23.

【0173】補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光
学素子23で回折された主にP偏光成分からなる照明光
は、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3に入射
する。補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
23と偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3と
は、同一の構成のものであり、かつ、これら補正用偏光
選択性「H−PDLC」回折光学素子23及び偏光選択
性「H−PDLC」回折光学素子3に対する照明光の入
射角が略々同一になるように配置されている。ただし、
照明光(入射側)からみた場合、両者の回折方向(ベン
ド角)は逆方向となっている。このような配置により、
前述のように、波長による回折角のばらつきを相殺でき
ること、波長による回折効率の入射角度依存性の差異を
補正できることという2つのメリットが得られる。
The illumination light mainly composed of the P-polarized light component diffracted by the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 enters the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3. The polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 for correction and the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 have the same configuration, and the polarization-selective “H-PDLC” for correction is correct. The diffractive optical element 23 and the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 are arranged so that the incident angles of the illumination light are substantially the same. However,
When viewed from the illumination light (incident side), the diffraction directions (bend angles) of both are opposite. With this arrangement,
As described above, there are two merits that the variation of the diffraction angle due to the wavelength can be canceled and the difference of the incident angle dependency of the diffraction efficiency depending on the wavelength can be corrected.

【0174】なお、この補正用偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子23と偏光選択性「H−PDLC」回
折光学素子3との間は、図24において波線で示すよう
に、カップリングプリズム19にて充填してもよい。た
だし、この場合には、ベンド角が異なるため、補正用偏
光選択性「H−PDLC」回折光学素子23と偏光選択
性「H−PDLC」回折光学素子3とは、同一のホログ
ラム素子であってはならない。
The correction polarization selectivity "H-PDL" is used.
The space between the “C” diffractive optical element 23 and the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 may be filled with a coupling prism 19, as indicated by the broken line in FIG. However, in this case, since the bend angle is different, the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 and the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 are the same hologram element. Don't

【0175】ここで、補正用偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子23への入射角を偏光選択性「H−P
DLC」回折光学素子3への入射角と同様に約60°と
するのは、第1の実施の形態において説明したように、
補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子23の
回折効率の入射角度依存性を低減させるためである。
Here, the correction polarization selectivity "H-PDL" is used.
The incident angle on the “C” diffractive optical element 23 is determined by the polarization selectivity “HP
The angle of incidence to the DLC ”diffractive optical element 3 is about 60 °, as described in the first embodiment.
This is to reduce the incident angle dependence of the diffraction efficiency of the correction polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 23.

【0176】偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
3により回折されたP偏光光は、この偏光選択性「H−
PDLC」回折光学素子3より射出角0°で射出し、反
射型空間光変調素子10に入射する。反射型空間光変調
素子10は、図24中矢印aで示す長手方向が照明光入
射角方向と一致するように配置される。これは、補正用
偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子23への回折
方向の入射照明光の有効幅を小さくする必要があるため
で、この有効幅の減少量をできるだけ少なくして光利用
効率を高くするためである。
Polarization Selectivity “H-PDLC” The P-polarized light diffracted by the diffractive optical element 3 has the polarization selectivity “H-PDLC”.
The light is emitted from the “PDLC” diffractive optical element 3 at an emission angle of 0 ° and enters the reflective spatial light modulation element 10. The reflective spatial light modulator 10 is arranged so that the longitudinal direction indicated by the arrow a in FIG. 24 matches the illumination light incident angle direction. This is because it is necessary to reduce the effective width of the incident illumination light in the diffraction direction to the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23. This is to increase efficiency.

【0177】また、同様の理由から、照明光源20の発
光部20aの長手方向は、図24において紙面に垂直な
方向となされている。これは、前述のラグランジュ−ヘ
ルムホルツの不変量より、発光部が小さい方が光束径を
絞ったときに拡散角が大きくなりにくいためで、本発明
に係る画像表示装置のように、照明光を空間光変調素子
に対して斜めに入射させる場合には、その入射方向に一
致する方向に発光部の長さを短くすることが光利用効率
を上げるために有効となるためである。
Further, for the same reason, the longitudinal direction of the light emitting portion 20a of the illumination light source 20 is set to the direction perpendicular to the paper surface in FIG. This is because the smaller the light emitting unit is, the smaller the diffusion angle is when the light beam diameter is narrowed, and thus the larger the diffusion angle is, the larger the invariant of the Lagrange-Helmholtz described above. This is because when the light is obliquely incident on the light modulation element, it is effective to shorten the length of the light emitting portion in the direction that coincides with the incident direction in order to improve the light utilization efficiency.

【0178】反射型空間光変調素子10により位相が変
調されて反射されたS偏光光は、偏光選択性「H−PD
LC」回折光学素子3を透過し、S偏光光のみを選択的
に透過する偏光板24を透過して投射光学系25に入射
する。この投射光学系25により、反射型FLCパネル
10上に表示される光学像がスクリーン26上に表示画
像として拡大投影される。
The S-polarized light whose phase is modulated and reflected by the reflective spatial light modulator 10 is reflected by the polarization selectivity "H-PD".
The light is transmitted through the “LC” diffractive optical element 3 and the polarizing plate 24 that selectively transmits only the S-polarized light, and then enters the projection optical system 25. By this projection optical system 25, the optical image displayed on the reflective FLC panel 10 is enlarged and projected as a display image on the screen 26.

【0179】一方、P偏光成分のうち偏光選択性「H−
PDLC」回折光学素子3にて回折されない往路の残り
の照明光は、そのまま偏光選択性「H−PDLC」回折
光学素子3を透過し、反射型空間光変調素子10のアル
ミ反射面14にて正反射され、再び図24中のCの方向
に射出される。この照明光は、迷光となり、表示画像の
コントラスト劣化を招く恐れがあるため、光吸収手段2
7によりそのエネルギーを吸収される。
On the other hand, the polarization selectivity "H-
The remaining illumination light on the outward path that is not diffracted by the “PDLC” diffractive optical element 3 passes through the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 as it is, and is positively reflected by the aluminum reflection surface 14 of the reflective spatial light modulation element 10. It is reflected and emitted again in the direction of C in FIG. This illumination light becomes stray light, which may cause deterioration of the contrast of the display image.
The energy is absorbed by 7.

【0180】〔画像表示装置の第11の実施の形態〕本
発明に係る画像表示装置の第11の実施の形態として、
図25に示すように、反射型空間光変調素子として反射
型FLCパネルを用いたカラー投射型画像表示装置につ
いて説明する。
[Eleventh Embodiment of Image Display Device] As an eleventh embodiment of the image display device according to the present invention,
As shown in FIG. 25, a color projection type image display device using a reflective FLC panel as a reflective spatial light modulator will be described.

【0181】この画像表示装置においては、照明光源2
0より放射される照明光は、光束断面形状の補正、強度
の均一化、発散角制御などの機能を有する照明光学系2
1に入射する。この照明光学系21は、図示しない偏光
変換手段を有しており、この実施の形態の場合、偏光選
択性「H−PDLC」回折光学素子3への入射光がP偏
光光となるように、照明光のS偏光成分の偏光方位を9
0°回転させることによりP偏光光に変換し、光利用効
率を向上させる。
In this image display device, the illumination light source 2
The illumination light emitted from the illumination optical system 2 has the functions of correcting the cross-sectional shape of the light flux, making the intensity uniform, and controlling the divergence angle.
Incident on 1. This illumination optical system 21 has a polarization conversion means (not shown), and in the case of this embodiment, the incident light to the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 is P-polarized light, Set the polarization direction of the S-polarized component of the illumination light to 9
By rotating it by 0 °, it is converted into P-polarized light and the light utilization efficiency is improved.

【0182】照明光学系21を通過した照明光は、カラ
ーホイール22を通過し、補正用偏光選択性「H−PD
LC」回折光学素子23へ入射する。カラーホイール2
2は、照明光源20より放射される白色光を、赤色光、
緑色光、青色光のスペクトル成分に時分割するもので、
この時分割により、単板の反射型FLCパネル10によ
る「フィールドシーケンシャルカラー手法」によりカラ
ー表示が可能となる。
The illumination light that has passed through the illumination optical system 21 passes through the color wheel 22 and is subjected to correction polarization selectivity "H-PD".
It is incident on the “LC” diffractive optical element 23. Color wheel 2
2 represents white light emitted from the illumination light source 20, red light,
It is time-divided into green and blue light spectral components.
This time division enables color display by the "field sequential color method" using the single-plate reflective FLC panel 10.

【0183】補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光
学素子23に対し入射角θin23で入射した照明光は、こ
こで、P偏光成分のみが回折され、射出角θout23で射
出される。S偏光成分は、補正用偏光選択性「H−PD
LC」回折光学素子23によって回折されることなく、
この補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子2
3を透過して直進する。
The illumination light that has entered the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 at the incident angle θin23 is diffracted only at the P-polarized component, and is emitted at the exit angle θout23. The S-polarized component is a polarization selective “H-PD
Without being diffracted by the “LC” diffractive optical element 23,
This correction polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 2
Go straight through 3

【0184】補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光
学素子23にて回折される主にP偏光成分からなる照明
光は、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3に、
入射角θin3にて入射する。このとき、補正用偏光選択
性「H−PDLC」回折光学素子23と偏光選択性「H
−PDLC」回折光学素子3とは、同一の構造を有し、
しかも、補正用偏光選択性「H−PDLC」回折光学素
子23への入射角θin23、射出角θout23は、偏光選択
性「H−PDLC」回折光学素子3への入射角θin3、
射出角θout3とそれぞれ等しくなされている。ただし、
照明光からみた場合、両者の回折方向(ベンド角)は逆
方向となっている。これより、前述のように、波長によ
る回折角のばらつきを相殺できること、波長による回折
効率の入射角度依存性の差異を補正できることという2
つのメリツトが得られる。
The illumination light mainly composed of the P-polarized light component diffracted by the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 is transmitted to the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3.
It is incident at an incident angle θin3. At this time, the correction polarization selectivity “H-PDLC” diffractive optical element 23 and the polarization selectivity “H” are used.
-PDLC "diffractive optical element 3 has the same structure as
Moreover, the incident angle θin23 and the exit angle θout23 to the correction polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 23 are the same as the incident angle θin3 to the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3.
It is made equal to the emission angle θout3. However,
When viewed from the illumination light, the diffraction directions (bend angles) of both are opposite. Therefore, as described above, it is possible to cancel the variation in the diffraction angle depending on the wavelength and to correct the difference in the incident angle dependence of the diffraction efficiency depending on the wavelength.
You get two merits.

【0185】また、この実施の形態の場合、偏光選択性
「H−PDLC」回折光学素子3と反射型空間光変調素
子10とは、図25に示すように、θholoの開き角を有
して配置される。すなわち、偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子3、補正用偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子23の回折効率の波長及び入射角依存
性を低減させるためには、ベンド角を少なくすることが
有効であるが、このとき、 (i)入射角を小さくする。 (ii)射出角をベンド角が小さくなる方向に大きくと
る。 という2つの方法が考えられる。(i)の「入射角を小
さくする」という手法の場合、前述のように、ホログラ
ム層への入射角度のばらつきが大きくなり好ましくな
い。そこで、(ii)の「射出角をベンド角が小さくなる
方向に大きくとる」という手法をもちいることが有効と
なる。
In the case of this embodiment, the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 and the reflective spatial light modulator 10 have an opening angle of θholo as shown in FIG. Will be placed. That is, the polarization selectivity "H-PDL
C "diffractive optical element 3, correction polarization selectivity" H-PDL "
In order to reduce the dependency of the diffraction efficiency of the “C” diffractive optical element 23 on the wavelength and the incident angle, it is effective to reduce the bend angle. At this time, (i) the incident angle is reduced. (Ii) Increase the emission angle in the direction of decreasing the bend angle. There are two possible methods. In the case of the method (i) of "increasing the incident angle", the variation of the incident angle to the hologram layer becomes large as described above, which is not preferable. Therefore, it is effective to use the method (ii) of "increasing the exit angle in the direction of decreasing the bend angle".

【0186】この実施の形態の場合、偏光選択性「H−
PDLC」回折光学素子3、補正用偏光選択性「H−P
DLC」回折光学素子23からの射出角θout3、θout2
3を5°乃至20°程度とし、ベンド角を低減させてい
る。このように、入射照明光、偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子3及び補正用偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子23の相対関係を規定した場合におい
て、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3からの
射出回折光を反射型空間光変調素子10に対して垂直に
入射させようとすると、図25に示すように、偏光選択
性「H−PDLC」回折光学素子3と反射型空間光変調
素子10とは、θholo(=θout3)の開き角をとって配
置される必要がある。
In the case of this embodiment, the polarization selectivity "H-
PDLC "diffractive optical element 3, polarization selection for correction" HP "
DLC ”Diffractive optical element 23 exit angles θout3, θout2
3 is set to about 5 ° to 20 ° to reduce the bend angle. In this way, incident illumination light and polarization selectivity "H-PDL
"C" diffractive optical element 3 and correction polarization selectivity "H-PDL"
When the relative relationship of the “C” diffractive optical element 23 is defined, it is attempted to make the diffracted light emitted from the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 enter perpendicularly to the reflective spatial light modulator 10. As shown in FIG. 25, the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 and the reflective spatial light modulator 10 need to be arranged with an opening angle of θholo (= θout3).

【0187】このようにして、偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子3により回折されたP偏光光は、反射
型空間光変調素子10に対して略々垂直に入射する。反
射型空間光変調素子10は、図25中矢印aで示す長手
方向が、照明光入射角方向と一致するように配置されて
いる。これは、補正用偏光選択性「H−PDLC」回折
光学素子23への回折方向の入射照明光の有効幅を小さ
くする必要があるためで、この有効幅の減少量をできる
だけ少なくして光利用効率を高くするためである。
In this way, the polarization selectivity "H-PDL" is
The P-polarized light diffracted by the “C” diffractive optical element 3 is incident on the reflective spatial light modulator 10 substantially vertically. The reflective spatial light modulator 10 is arranged so that the longitudinal direction indicated by the arrow a in FIG. 25 coincides with the illumination light incident angle direction. This is because it is necessary to reduce the effective width of the incident illumination light in the diffraction direction to the correction polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 23. This is to increase efficiency.

【0188】また、同様の理由から、照明光源20の発
光部20aの長手方向は、図25において紙面に垂直な
方向となされている。これは、前述のラグランジュ−ヘ
ルムホルツの不変量より、発光部が小さい方が光束径を
絞ったときに拡散角が大きくなりにくいためで、本発明
に係る画像表示装置のように、照明光を空間光変調素子
に対して斜めに入射させる場合には、その入射方向に一
致する方向に発光部の長さを短くすることが光利用効率
を上げるために有効となるためである。
For the same reason, the longitudinal direction of the light emitting portion 20a of the illumination light source 20 is set to the direction perpendicular to the paper surface in FIG. This is because the smaller the light emitting unit is, the smaller the diffusion angle is when the light beam diameter is narrowed, and thus the larger the diffusion angle is, the larger the invariant of the Lagrange-Helmholtz described above. This is because when the light is obliquely incident on the light modulation element, it is effective to shorten the length of the light emitting portion in the direction that coincides with the incident direction in order to improve the light utilization efficiency.

【0189】反射型空間光変調素子10により位相が変
調されて反射されたS偏光光は、偏光選択性「H−PD
LC」回折光学素子3を透過し、S偏光光のみを選択的
に透過する偏光板24を透過して投射光学系25に入射
する。ここで、偏光板24は、偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子3を透過したことにより発生する非点
収差を補正するために、偏光選択性「H−PDLC」回
折光学素子3の反射型空間光変調素子10に対する傾き
角θholoと反対方向に同じ絶対値の傾き角θpolをもっ
て配置される。この偏光板24の傾きにより、変調され
た照明光における非点収差をキャンセルすることができ
る。そして、投射光学系25に入射した照明光により、
反射型空間光変調素子10上に表示される光学像がスク
リーン26上に表示画像として拡大投影される。
The S-polarized light whose phase is modulated by the reflective spatial light modulator 10 and reflected is the polarization selectivity "H-PD".
The light is transmitted through the “LC” diffractive optical element 3 and the polarizing plate 24 that selectively transmits only the S-polarized light, and then enters the projection optical system 25. Here, the polarizing plate 24 has a polarization selectivity of “H-PDL”.
In order to correct the astigmatism generated by passing through the “C” diffractive optical element 3, the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 is directed in the direction opposite to the tilt angle θholo with respect to the reflective spatial light modulator 10. They are arranged with the same absolute value of inclination angle θpol. Due to the inclination of the polarizing plate 24, it is possible to cancel astigmatism in the modulated illumination light. Then, by the illumination light incident on the projection optical system 25,
The optical image displayed on the reflective spatial light modulator 10 is enlarged and projected as a display image on the screen 26.

【0190】〔虚像表示装置に関する実施の形態(第1
2の実施の形態)〕本発明に係る画像表示装置の第12
の実施の形態として、図26に示すように、反射型空間
光変調素子として反射型FLCパネルを用い虚像結像光
学系を用いた画像表示装置について説明する。
[Embodiment of Virtual Image Display Device (First
Second Embodiment)] The twelfth embodiment of the image display device according to the present invention
As an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 26, an image display device using a virtual image forming optical system using a reflective FLC panel as a reflective spatial light modulator will be described.

【0191】この画像表示装置においては、赤色光、緑
色光、青色光の3色を順次独立に発光するレンズ付き発
光ダイオード光源41より放射される照明光は、P偏光
成分を選択的に透過させる偏光板42を透過して、偏光
選択性「H−PDLC」回折光学素子3に入射する。こ
の入射光は、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
3において回折され、略々垂直に反射型FLCパネル1
0に入射する。
In this image display device, the illumination light emitted from the light emitting diode light source 41 with a lens that sequentially emits three colors of red light, green light and blue light independently and selectively transmits the P polarization component. The light passes through the polarization plate 42 and enters the polarization selective “H-PDLC” diffractive optical element 3. This incident light is diffracted by the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 and reflected almost vertically to the reflective FLC panel 1.
It is incident on 0.

【0192】反射型FLCパネル10にて位相を変調さ
れた照明光は、反射型FLCパネル10のアルミ反射面
14において反射され、再び偏光選択性「H−PDL
C」回折光学素子3に入射する。このとき、P偏光成分
は、再び偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3に
よって回折されて発光ダイオード光源41の方向に向か
うが、S偏光成分は、偏光選択性「H−PDLC」回折
光学素子3によって回折されることなく、そのまま透過
する。偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3を透
過したS偏光光は、S偏光成分を選択的に透過させる偏
光板43にて検波されたのち、虚像観察光学系を構成す
る自由曲面プリズム44に、自由曲面屈折面45より入
射する。
The illumination light whose phase is modulated by the reflection type FLC panel 10 is reflected by the aluminum reflection surface 14 of the reflection type FLC panel 10, and again the polarization selectivity "H-PDL" is obtained.
It is incident on the “C” diffractive optical element 3. At this time, the P-polarized component is again diffracted by the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 toward the light-emitting diode light source 41, while the S-polarized component is polarized-selective “H-PDLC” diffractive optics. The light is transmitted as it is without being diffracted by the element 3. The S-polarized light transmitted through the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 is detected by the polarizing plate 43 that selectively transmits the S-polarized component, and then the free-form surface prism 44 constituting the virtual image observation optical system. Is incident on the free curved surface 45.

【0193】自由曲面プリズム44内に入射した光は、
第1の光学面46において全反射され、次いで、第2の
自由曲面反射面47にて反射されたのち、第1の光学面
46を透過して、観察者の観察領域48に導かれる。こ
のとき、観察領域48を大きくするには、発光ダイオー
ド光源41と偏光板42との間に拡散板を配置するか、
または、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3に
おいて、この偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
3に入射するP偏光成分に対して回折時に拡散作用を起
こす干渉縞を予め記録しておいてもよい。
The light incident on the free-form surface prism 44 is
The light is totally reflected by the first optical surface 46, then reflected by the second free-form curved reflecting surface 47, then transmitted through the first optical surface 46, and guided to the observation region 48 of the observer. At this time, in order to enlarge the observation area 48, a diffusion plate is arranged between the light emitting diode light source 41 and the polarizing plate 42, or
Alternatively, in the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3, interference fringes that cause a diffusing action at the time of diffraction with respect to the P-polarized component incident on the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 are recorded in advance. You may keep it.

【0194】〔虚像表示装置に関する実施の形態(第1
3の実施の形態)〕次に、本発明に係る画像表示装置の
第13の実施の形態として、図27に示すように、反射
型空間光変調素子として2つの反射型FLCパネルを用
い虚像結像光学系を用いた画像表示装置について説明す
る。
[Embodiment of Virtual Image Display Device (First
Third Embodiment)] Next, as a thirteenth embodiment of the image display device according to the present invention, as shown in FIG. 27, two reflection FLC panels are used as reflection spatial light modulators to form a virtual image. An image display device using the image optical system will be described.

【0195】この画像表示装置においては、赤色光、緑
色光、青色光の3色を順次独立に発光するレンズ付き発
光ダイオード光源41より放射された照明光は、P偏光
光となる偏光成分を選択的に透過する偏光板42を経
て、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3へ入射
する。この実施の形態においては、偏光選択性「H−P
DLC」回折光学素子3は反射型となっている。この偏
光選択性「H−PDLC」回折光学素子3に入射された
照明光は、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3
において回折され反射されて略々垂直に反射型FLCパ
ネル10に入射する。
In this image display device, the illumination light emitted from the light-emitting diode light source 41 with a lens that sequentially emits three colors of red light, green light, and blue light independently, selects a polarization component that becomes P-polarized light. The light is incident on the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 via the polarizing plate 42 that is transparent to light. In this embodiment, the polarization selectivity "HP
The DLC ”diffractive optical element 3 is of the reflective type. The illumination light incident on the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 is polarized by the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3.
The light is diffracted and reflected at and enters the reflective FLC panel 10 substantially vertically.

【0196】反射型FLCパネル10において位相を変
調された照明光は、反射型FLCパネル10のアルミ反
射面14において反射され、再び偏光選択性「H−PD
LC」回折光学素子3に入射する。このとき、照明光の
P偏光成分は、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素
子3において再び回折され反射されて発光ダイオード光
源42の方向に向かう。S偏光成分は、偏光選択性「H
−PDLC」回折光学素子3により回折されることな
く、そのまま偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
3を透過する。
The illumination light whose phase is modulated in the reflection type FLC panel 10 is reflected by the aluminum reflection surface 14 of the reflection type FLC panel 10, and again the polarization selectivity "H-PD" is obtained.
It is incident on the “LC” diffractive optical element 3. At this time, the P-polarized light component of the illumination light is again diffracted and reflected by the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 and travels toward the light-emitting diode light source 42. The S-polarized component has a polarization selectivity of "H
The light passes through the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 as it is without being diffracted by the “PDLC” diffractive optical element 3.

【0197】このように偏光選択性「H−PDLC」回
折光学素子3を透過したS偏光光は、S偏光成分を選択
的に透過させる偏光板43にて検波されたのち、虚像観
察光学系を構成する自由曲面プリズム44に、自由曲面
屈折面45より入射する。
The S-polarized light transmitted through the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 in this way is detected by the polarizing plate 43 that selectively transmits the S-polarized component, and then the virtual image observation optical system is used. The light enters the constituent free-form surface prism 44 from the free-form surface refracting surface 45.

【0198】自由曲面プリズム44内に入射した光は、
第1の光学面46において全反射され、次いで、第2の
自由曲面反射面47にて反射されたのち、第1の光学面
46を透過して、観察者の観察領域48に導かれる。こ
のとき、観察領域48を大きくするには、発光ダイオー
ド光源41と偏光板42との間に拡散板を配置するか、
または、偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子3に
おいて、この偏光選択性「H−PDLC」回折光学素子
3に入射するP偏光成分に対して回折時に拡散作用を起
こす干渉縞を予め記録しておいてもよい。
The light incident on the free-form surface prism 44 is
The light is totally reflected by the first optical surface 46, then reflected by the second free-form curved reflecting surface 47, then transmitted through the first optical surface 46, and guided to the observation region 48 of the observer. At this time, in order to enlarge the observation area 48, a diffusion plate is arranged between the light emitting diode light source 41 and the polarizing plate 42, or
Alternatively, in the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3, interference fringes that cause a diffusing action at the time of diffraction with respect to the P-polarized component incident on the polarization-selective “H-PDLC” diffractive optical element 3 are recorded in advance. You may keep it.

【0199】[0199]

【発明の効果】上述のように、本発明に係る回折光学素
子においては、素子温度がこの回折光学素子の使用温度
範囲(例えば、摂氏25°Cから摂氏70°C)内であ
るときに、屈折率異方性及び屈折率の温度依存性が互い
に異なる第1の領域と第2の領域の特定の入射偏光方位
に対する屈折率差が極小値をとることにより、高い偏光
分離特性をもつ偏光選択性屈折率変調型の回折光学素子
として構成することができる。
As described above, in the diffractive optical element according to the present invention, when the element temperature is within the operating temperature range of the diffractive optical element (for example, 25 ° C. to 70 ° C.), Polarization selection with high polarization splitting characteristics by minimizing the difference in refractive index between the first region and the second region, which have different refractive index anisotropy and temperature dependence of refractive index, with respect to a specific incident polarization direction. It can be configured as a diffractive optical element of a refractive index modulation type.

【0200】したがって、本発明により、特に、液晶材
料の如き、屈折率の温度依存性が比較的大きい材料を構
成要素として用いた偏光選択性屈折率変調型の回折光学
素子において、例えば、画像表示装置(プロジェクタ装
置)内など、通常室温に比べて素子温度が高くなる状況
での使用においても、偏光分離特性や非回折偏光光の回
折効率をそれぞれ最適化、最小化することができる。
Therefore, according to the present invention, in particular, in a polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element using a material such as a liquid crystal material whose refractive index has a relatively large temperature dependence as a constituent element, for example, an image display. Even when used in a device (projector device) where the element temperature is usually higher than room temperature, the polarization separation characteristics and the diffraction efficiency of non-diffracted polarized light can be optimized and minimized, respectively.

【0201】すなわち、本発明は、液晶材料のように、
屈折率の温度依存性が比較的大きい材料を構成要素とし
て用いる偏光選択性屈折率変調型の回折光学素子におい
て、画像表示装置(プロジェクタ装置)内など室温に比
べて素子温度が高くなる状況においても、偏光分離特性
を最適化することができるものである。そして、本発明
は、このような回折光学素子を用いて構成された画像表
示装置を提供することができるものである。
That is, according to the present invention, like a liquid crystal material,
In a polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element using a material whose refractive index has a relatively large temperature dependence as a constituent element, even in a situation where the element temperature is higher than room temperature such as in an image display device (projector device). The polarization splitting characteristics can be optimized. Then, the present invention can provide an image display device configured by using such a diffractive optical element.

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

【図1】本発明に係る回折光学素子の製造工程を示す縦
断面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a manufacturing process of a diffractive optical element according to the present invention.

【図2】上記回折光学素子におけるP偏光光及びS偏光
光の各領域における屈折率の温度依存性及び回折効率の
温度依存性を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing temperature dependence of refractive index and temperature dependence of diffraction efficiency in each region of P-polarized light and S-polarized light in the diffractive optical element.

【図3】上記回折光学素子における温度変化による液晶
分子の見かけの屈折率の変化を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing changes in the apparent refractive index of liquid crystal molecules due to temperature changes in the diffractive optical element.

【図4】上記回折光学素子におけるS偏光光の各領域に
おける屈折率の温度依存性及び回折効率の温度依存性を
示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing temperature dependence of refractive index and temperature dependence of diffraction efficiency in each region of S-polarized light in the diffractive optical element.

【図5】上記回折光学素子における液晶領域のS偏光光
に対する屈折率変化の温度依存性の実測値を示すグラフ
である。
FIG. 5 is a graph showing an actually measured value of temperature dependence of a refractive index change with respect to S-polarized light in a liquid crystal region in the diffractive optical element.

【図6】上記回折光学素子における液晶領域及び高分子
領域のS偏光光に対する屈折率変化の温度依存性の実測
値を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing measured values of temperature dependence of refractive index changes in the liquid crystal region and the polymer region of the diffractive optical element with respect to S-polarized light.

【図7】本発明に係る画像表示装置の第1の実施の形態
の構成を示す縦断面図である。
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of the first embodiment of the image display device according to the present invention.

【図8】本発明に係る画像表示装置の第2の実施の形態
の構成を示す縦断面図である。
FIG. 8 is a vertical sectional view showing the configuration of the second embodiment of the image display device according to the present invention.

【図9】本発明に係る画像表示装置の第3の実施の形態
の構成を示す縦断面図である。
FIG. 9 is a vertical cross-sectional view showing a configuration of a third embodiment of an image display device according to the present invention.

【図10】本発明に係る画像表示装置の第4の実施の形
態の構成を示す縦断面図である。
FIG. 10 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of a fourth embodiment of the image display device according to the present invention.

【図11】本発明に係る画像表示装置の第4の実施の形
態における要部の構成を示す縦断面図である。
FIG. 11 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of the main parts of a fourth embodiment of an image display device according to the present invention.

【図12】上記回折光学素子における青色光の回折効率
の入射角度依存性を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the incident angle dependence of the diffraction efficiency of blue light in the diffractive optical element.

【図13】上記回折光学素子における緑色光の回折効率
の入射角度依存性を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the incident angle dependence of the diffraction efficiency of green light in the diffractive optical element.

【図14】上記回折光学素子における赤色光の回折効率
の入射角度依存性を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing incident angle dependence of diffraction efficiency of red light in the diffractive optical element.

【図15】上記回折光学素子における緑色光の回折効率
の入射角度依存性及び再生波長依存性(ベンド角大(θ
ob1=10°)の場合)を示すグラフである。
FIG. 15 is an incident angle dependency and a reproduction wavelength dependency of a diffraction efficiency of green light in the diffractive optical element (large bend angle (θ
(ob1 = 10 °)).

【図16】上記回折光学素子における緑色光の回折効率
の入射角度依存性及び再生波長依存性(ベンド角小(θ
ob1=−10°)の場合)を示すグラフである。
FIG. 16 shows the incident angle dependence and the reproduction wavelength dependence of the diffraction efficiency of green light in the diffractive optical element (small bend angle (θ
(ob1 = -10 °))).

【図17】本発明に係る画像表示装置の第5の実施の形
態の構成を示す縦断面図である。
FIG. 17 is a vertical sectional view showing the configuration of the fifth embodiment of the image display device according to the present invention.

【図18】本発明に係る画像表示装置の第6の実施の形
態の構成を示す縦断面図である。
FIG. 18 is a vertical sectional view showing a configuration of a sixth embodiment of the image display device according to the present invention.

【図19】本発明に係る画像表示装置の第7の実施の形
態の構成を示す縦断面図である。
FIG. 19 is a vertical sectional view showing a configuration of a seventh embodiment of an image display device according to the present invention.

【図20】本発明に係る画像表示装置の第7の実施の形
態であってカップリングプリズムを追加した構成を示す
縦断面図である。
FIG. 20 is a vertical cross-sectional view showing a seventh embodiment of the image display device according to the present invention, in which a coupling prism is added.

【図21】本発明に係る画像表示装置の第8の実施の形
態の構成を示す縦断面図である。
FIG. 21 is a vertical sectional view showing the configuration of the eighth embodiment of the image display device according to the present invention.

【図22】本発明に係る画像表示装置の第9の実施の形
態の構成を示す縦断面図である。
FIG. 22 is a vertical sectional view showing a configuration of a ninth embodiment of the image display device according to the present invention.

【図23】本発明に係る画像表示装置の第9の実施の形
態であってカップリングプリズムを追加した構成を示す
縦断面図である。
FIG. 23 is a vertical sectional view showing a ninth embodiment of the image display device according to the present invention, in which a coupling prism is added.

【図24】本発明に係る画像表示装置の第10の実施の
形態の構成を示す縦断面図である。
FIG. 24 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of the tenth embodiment of the image display device according to the present invention.

【図25】本発明に係る画像表示装置の第11の実施の
形態の構成を示す縦断面図である。
FIG. 25 is a vertical sectional view showing a configuration of an eleventh embodiment of an image display device according to the present invention.

【図26】本発明に係る画像表示装置の第12の実施の
形態の構成を示す縦断面図である。
FIG. 26 is a vertical sectional view showing the configuration of the twelfth embodiment of the image display device according to the present invention.

【図27】本発明に係る画像表示装置の第13の実施の
形態の構成を示す縦断面図である。
FIG. 27 is a vertical sectional view showing the configuration of the thirteenth embodiment of the image display device according to the present invention.

【図28】回折光学素子の基本構造を示す縦断面図であ
る。
FIG. 28 is a vertical sectional view showing a basic structure of a diffractive optical element.

【図29】従来の回折光学素子におけるP偏光光及びS
偏光光の各領域における屈折率の温度依存性及び回折効
率の温度依存性を示すグラフである。
FIG. 29 shows P-polarized light and S in a conventional diffractive optical element.
It is a graph which shows the temperature dependence of the refractive index in each area | region of polarized light, and the temperature dependence of diffraction efficiency.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2 ガラス基板、3 「H−PDLC」パネル、4
参照光、5 物体光、6 高分子領域、7 液晶領
域、10 反射型FLC液晶パネル
1, 2 glass substrate, 3 "H-PDLC" panel, 4
Reference light, 5 object light, 6 polymer region, 7 liquid crystal region, 10 reflective FLC liquid crystal panel

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 1/1335 520 G02F 1/1335 520 1/13357 1/13357 // G03F 7/004 521 G03F 7/004 521 Fターム(参考) 2H025 AB14 BC14 BC32 BC42 BH05 2H049 AA25 AA34 AA43 AA50 AA60 BA05 BA45 BB03 BC22 2H088 EA33 EA48 FA21 HA01 HA02 HA03 HA13 HA18 HA21 HA28 JA05 KA06 MA02 MA06 MA20 2H091 FA05X FA07X FA08X FA14Y FA19X FA31X FA37X FA41X FA45X FB02 FB11 FC01 FC10 FC22 FC23 GA01 GA02 GA03 GA06 GA08 HA07 HA12 KA01 LA15 LA17 2H099 AA12 BA09 CA17 DA03 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G02F 1/1335 520 G02F 1/1335 520 1/13357 1/13357 // G03F 7/004 521 G03F 7/004 521 F-term (reference) 2H025 AB14 BC14 BC32 BC42 BH05 2H049 AA25 AA34 AA43 AA50 AA60 BA05 BA45 BB03 BC22 2H088 EA33 EA48 FA21 HA01 HA02 HA03 HA13 HA18 HA21 HA28 JA05 KA06 MA02 MA06 MA20 2H091 FA05X FA07X FA08X FA14Y FA19X FA31X FA37X FA41X FA45X FB02 FB11 FC01 FC10 FC22 FC23 GA01 GA02 GA03 GA06 GA08 HA07 HA12 KA01 LA15 LA17 2H099 AA12 BA09 CA17 DA03

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 屈折率異方性及び屈折率の温度依存性が
それぞれ互いに異なる第1の領域と第2の領域とが交互
に配列された構造を有し、入射光を回折させる偏光選択
性屈折率変調型の回折光学素子であって、 特定の偏光方位の入射光に対する回折効率が極小値をと
る素子温度が、摂氏25度以上摂氏70度以下の範囲内
であることを特徴とする回折光学素子。
1. A polarization selectivity for diffracting incident light, which has a structure in which first regions and second regions having different refractive index anisotropy and temperature dependence of refractive index are arranged alternately. A refractive index modulation type diffractive optical element, characterized in that the element temperature at which the diffraction efficiency with respect to incident light of a specific polarization direction has a minimum value is within the range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less. Optical element.
【請求項2】 上記極小値は、1%以下であることを特
徴とする請求項1記載の回折光学素子。
2. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the minimum value is 1% or less.
【請求項3】 上記入射光の特定の偏光方位は、上記第
1及び第2の領域の境界に平行な方位であることを特徴
とする請求項1記載の回折光学素子。
3. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the specific polarization azimuth of the incident light is an azimuth parallel to a boundary between the first and second regions.
【請求項4】 上記第1及び第2の領域の少なくとも一
方は、液晶材料を含む領域であることを特徴とする請求
項1記載の回折光学素子。
4. The diffractive optical element according to claim 1, wherein at least one of the first and second regions is a region containing a liquid crystal material.
【請求項5】 上記特定の偏光方位の入射光に対する上
記第1の領域の屈折率は、該入射光に対する上記第2の
領域の屈折率に対し、素子温度が摂氏25度において小
であって、摂氏70度において大であり、 上記特定の偏光方位に直交する方向の偏光方位の入射光
に対する上記第1の領域の屈折率は、該入射光に対する
上記第2の領域の屈折率に対し、素子温度が摂氏25度
以上摂氏70度以下の範囲において大であることを特徴
とする請求項1記載の回折光学素子。
5. The refractive index of the first region with respect to incident light of the specific polarization direction is smaller than the refractive index of the second region with respect to the incident light at an element temperature of 25 degrees Celsius. , Is large at 70 degrees Celsius, and the refractive index of the first region with respect to the incident light in the polarization direction orthogonal to the specific polarization direction is relative to the refractive index of the second region with respect to the incident light, 2. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the element temperature is large in the range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less.
【請求項6】 上記第1及び第2の領域は、少なくとも
高分子材料及び液晶材料を含んで構成され、上記第1の
領域は、上記第2の領域よりも液晶材料の含有率が高
く、かつ、高分子材料の含有率が低くなされて構成され
ていることを特徴とする請求項1記載の回折光学素子。
6. The first and second regions are configured to include at least a polymer material and a liquid crystal material, and the first region has a higher liquid crystal material content than the second region. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the content of the polymer material is low.
【請求項7】 光重合性多官能基モノマ、光重合性2官
能基モノマ、光重合性単官能基モノマ及び液晶の混合物
を一対の光学基板間に所定の厚みの層に形成し、この層
に対してホログラフィック露光をすることにより形成さ
れた偏光選択性屈折率変調型の回折光学素子であって、 上記光重合性2官能基モノマは、ヒドロキシピバリン酸
ネオペンチルグリコールジアクリレート、または、その
付加化合物であることを特徴とする請求項1記載の回折
光学素子。
7. A mixture of a photopolymerizable polyfunctional monomer, a photopolymerizable difunctional monomer, a photopolymerizable monofunctional monomer and a liquid crystal is formed in a layer having a predetermined thickness between a pair of optical substrates, and this layer is formed. Is a polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element formed by holographic exposure with respect to, wherein the photopolymerizable bifunctional group monomer is hydroxypivalic acid neopentyl glycol diacrylate, or The diffractive optical element according to claim 1, which is an addition compound.
【請求項8】 光重合性2官能基モノマに、ε−カプロ
ラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコ
ールジアクリレートを含むことを特徴とする請求項7記
載の回折光学素子。
8. The diffractive optical element according to claim 7, wherein the photopolymerizable bifunctional monomer contains ε-caprolactone-modified neopentyl glycol diacrylate hydroxypivalate.
【請求項9】 光重合性単官能基モノマに、2−ヒドロ
キシ−3−フェノキシプロピルアクリレートを用いたこ
とを特徴とする請求項7記載の回折光学素子。
9. The diffractive optical element according to claim 7, wherein 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate is used as the photopolymerizable monofunctional group monomer.
【請求項10】 光重合性単官能基モノマに、N−ビニ
ル−ピロリジノンを用いたことを特徴とする請求項7記
載の回折光学素子。
10. The diffractive optical element according to claim 7, wherein N-vinyl-pyrrolidinone is used as the photopolymerizable monofunctional group monomer.
【請求項11】 光重合性多官能基モノマに、トリメチ
ロールプロパントリアクリレートを用いたことを特徴と
する請求項7記載の回折光学素子。
11. The diffractive optical element according to claim 7, wherein trimethylolpropane triacrylate is used as the photopolymerizable polyfunctional monomer.
【請求項12】 屈折率異方性及び屈折率の温度依存性
がそれぞれ互いに異なる第1の領域と第2の領域とが交
互に配列された構造を有し、入射光を回折させる偏光選
択性屈折率変調型の回折光学素子であって、 素子温度が摂氏25度以上摂氏70度以下の範囲内にお
いて、特定の偏光方位の入射光に対する回折効率が1%
以下であることを特徴とする回折光学素子。
12. A polarization selectivity for diffracting incident light, which has a structure in which first regions and second regions having different refractive index anisotropy and temperature dependence of refractive index are arranged alternately. A refractive index modulation type diffractive optical element having a diffraction efficiency of 1% with respect to incident light of a specific polarization direction when the element temperature is in the range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less.
A diffractive optical element characterized by the following.
【請求項13】 上記入射光の特定の偏光方位は、上記
第1及び第2の領域の境界に平行な方位であることを特
徴とする請求項12記載の回折光学素子。
13. The diffractive optical element according to claim 12, wherein the specific polarization azimuth of the incident light is an azimuth parallel to the boundary between the first and second regions.
【請求項14】 上記第1及び第2の領域の少なくとも
一方は、液晶材料を含む領域であることを特徴とする請
求項12記載の回折光学素子。
14. The diffractive optical element according to claim 12, wherein at least one of the first and second regions is a region containing a liquid crystal material.
【請求項15】 上記特定の偏光方位の入射光に対する
上記第1の領域の屈折率は、該入射光に対する上記第2
の領域の屈折率に対し、素子温度が摂氏25度において
小であって、摂氏70度において大であり、 上記特定の偏光方位に直交する方向の偏光方位の入射光
に対する上記第1の領域の屈折率は、該入射光に対する
上記第2の領域の屈折率に対し、素子温度が摂氏25度
以上摂氏70度以下の範囲において大であることを特徴
とする請求項12記載の回折光学素子。
15. The refractive index of the first region with respect to incident light of the specific polarization azimuth is the second refractive index with respect to the incident light.
The element temperature is small at 25 degrees Celsius and large at 70 degrees Celsius with respect to the refractive index of the area, and the first area of the first area with respect to the incident light in the polarization direction orthogonal to the specific polarization direction is 13. The diffractive optical element according to claim 12, wherein the refractive index is large with respect to the refractive index of the second region with respect to the incident light in a range where the element temperature is 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less.
【請求項16】 上記第1及び第2の領域は、少なくと
も高分子材料及び液晶材料を含んで構成され、上記第1
の領域は、上記第2の領域よりも液晶材料の含有率が高
く、かつ、高分子材料の含有率が低くなされて構成され
ていることを特徴とする請求項12記載の回折光学素
子。
16. The first and second regions are configured to include at least a polymer material and a liquid crystal material, and the first and second regions are provided.
13. The diffractive optical element according to claim 12, wherein the region is configured so that the content of the liquid crystal material is higher and the content of the polymer material is lower than that of the second region.
【請求項17】 光重合性多官能基モノマ、光重合性2
官能基モノマ、光重合性単官能基モノマ及び液晶の混合
物を一対の光学基板間に所定の厚みの層に形成し、この
層に対してホログラフィック露光をすることにより形成
された偏光選択性屈折率変調型の回折光学素子であっ
て、 上記光重合性2官能基モノマは、ヒドロキシピバリン酸
ネオペンチルグリコールジアクリレート、または、その
付加化合物であることを特徴とする請求項12記載の回
折光学素子。
17. A photopolymerizable polyfunctional monomer, a photopolymerizable 2
Polarization-selective refraction formed by forming a mixture of a functional group monomer, a photopolymerizable monofunctional group monomer, and a liquid crystal in a layer having a predetermined thickness between a pair of optical substrates and subjecting this layer to holographic exposure. 13. A diffractive optical element of the rate modulation type, wherein the photopolymerizable bifunctional group monomer is hydroxypivalic acid neopentyl glycol diacrylate or an addition compound thereof. .
【請求項18】 光重合性2官能基モノマに、ε−カプ
ロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリ
コールジアクリレートを含むことを特徴とする請求項1
7記載の回折光学素子。
18. The photopolymerizable difunctional monomer contains ε-caprolactone-modified neopentyl glycol diacrylate hydroxypivalate.
7. The diffractive optical element according to 7.
【請求項19】 光重合性単官能基モノマに、2−ヒド
ロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレートを用いた
ことを特徴とする請求項17記載の回折光学素子。
19. The diffractive optical element according to claim 17, wherein 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate is used as the photopolymerizable monofunctional group monomer.
【請求項20】 光重合性単官能基モノマに、N−ビニ
ル−ピロリジノンを用いたことを特徴とする請求項17
記載の回折光学素子。
20. The N-vinyl-pyrrolidinone is used as the photopolymerizable monofunctional group monomer.
The diffractive optical element described.
【請求項21】 光重合性多官能基モノマに、トリメチ
ロールプロパントリアクリレートを用いたことを特徴と
する請求項17記載の回折光学素子。
21. The diffractive optical element according to claim 17, wherein trimethylolpropane triacrylate is used as the photopolymerizable polyfunctional monomer.
【請求項22】 照明光を放射する光源と、 屈折率異方性及び屈折率の温度依存性がそれぞれ互いに
異なる第1の領域と第2の領域とが交互に配列された構
造を有し入射光を回折させる偏光選択性屈折率変調型の
回折光学素子と、 上記光源より放射された照明光を上記回折光学素子に入
射させる照明光学系と、 上記回折光学素子により回折された照明光の偏光状態を
変調する反射型空間光変調素子と、 上記反射型空間光変調素子及び上記回折光学素子を経た
照明光を実像または虚像に結像する結像光学系とを備
え、 上記回折光学素子は、特定の偏光方位の入射光に対する
回折効率が極小値をとる素子温度が、摂氏25度以上摂
氏70度以下の範囲内であり、 上記結像光学系は、上記回折光学素子の透過光をスクリ
ーン上または観察者の瞳に投射することを特徴とする画
像表示装置。
22. A light source that emits illumination light, and a structure in which first regions and second regions having different refractive index anisotropy and temperature dependence of the refractive index are alternately arranged are incident. A polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element that diffracts light, an illumination optical system that causes the illumination light emitted from the light source to enter the diffractive optical element, and a polarization of the illumination light diffracted by the diffractive optical element. A reflective spatial light modulator that modulates a state, and an imaging optical system that forms an illumination light that has passed through the reflective spatial light modulator and the diffractive optical element into a real image or a virtual image, and the diffractive optical element, The element temperature at which the diffraction efficiency with respect to the incident light of a specific polarization direction has a minimum value is in the range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less, and the imaging optical system transmits the transmitted light of the diffraction optical element on the screen. Or in the observer's eyes An image display device characterized by projection.
【請求項23】 照明光を放射する光源と、 屈折率異方性及び屈折率の温度依存性がそれぞれ互いに
異なる第1の領域と第2の領域とが交互に配列された構
造を有し入射光を回折させる偏光選択性屈折率変調型の
回折光学素子と、 上記照明光を互いに異なる複数の波長帯域成分に分離す
る色分離手段と、 互いに異なる複数の波長帯域成分に分離された照明光を
上記回折光学素子に入射させる照明光学系と、 上記回折光学素子により回折された照明光のうちの互い
に異なる複数の波長帯域成分の偏光状態をそれぞれ変調
する複数の反射型空間光変調素子と、 上記複数の反射型空間光変調素子によりそれぞれ変調さ
れた互いに異なる波長帯域の照明光を合成する色合成手
段と、 上記色合成手段を経た照明光を実像または虚像に結像す
る結像光学系とを備え、 上記回折光学素子は、特定の偏光方位の入射光に対する
回折効率が極小値をとる素子温度が、摂氏25度以上摂
氏70度以下の範囲内であり、 上記結像光学系は、上記回折光学素子を透過して上記色
合成手段を経た照明光をスクリーン上または観察者の瞳
に投射することを特徴とする画像表示装置。
23. A light source for emitting illumination light, and a structure in which first regions and second regions having different refractive index anisotropy and temperature dependence of refractive index are arranged alternately are incident. A polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element that diffracts light, a color separation unit that separates the illumination light into a plurality of different wavelength band components, and an illumination light that is separated into a plurality of different wavelength band components An illumination optical system that enters the diffractive optical element, a plurality of reflective spatial light modulators that respectively modulate polarization states of a plurality of different wavelength band components of the illumination light diffracted by the diffractive optical element, Color synthesizing means for synthesizing illumination light of different wavelength bands respectively modulated by a plurality of reflective spatial light modulators, and imaging optics for forming illumination light passing through the color synthesizing means into a real image or a virtual image. In the diffractive optical element, the element temperature at which the diffraction efficiency for incident light of a specific polarization direction has a minimum value is within a range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less, and the imaging optical system includes An image display device, characterized in that the illumination light transmitted through the diffractive optical element and passed through the color combining means is projected on a screen or an observer's pupil.
【請求項24】 照明光を放射する光源と、 屈折率異方性及び屈折率の温度依存性がそれぞれ互いに
異なる第1の領域と第2の領域とが交互に配列された構
造を有し入射光を回折させる偏光選択性屈折率変調型の
回折光学素子と、 上記光源より放射された照明光を上記回折光学素子に入
射させる照明光学系と、 上記回折光学素子により回折された照明光の偏光状態を
変調する反射型空間光変調素子と、 上記反射型空間光変調素子及び上記回折光学素子を経た
照明光を実像または虚像に結像する結像光学系とを備
え、 上記回折光学素子は、素子温度が摂氏25度以上摂氏7
0度以下の範囲内において、特定の偏光方位の入射光に
対する回折効率が1%以下であり、 上記結像光学系は、上記回折光学素子の透過光をスクリ
ーン上または観察者の瞳に投射することを特徴とする画
像表示装置。
24. A light source for emitting illumination light, and a structure in which first regions and second regions having different refractive index anisotropy and temperature dependence of refractive index are arranged alternately are incident. A polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element that diffracts light, an illumination optical system that causes the illumination light emitted from the light source to enter the diffractive optical element, and a polarization of the illumination light diffracted by the diffractive optical element. A reflective spatial light modulator that modulates a state, and an imaging optical system that forms an illumination light that has passed through the reflective spatial light modulator and the diffractive optical element into a real image or a virtual image, and the diffractive optical element, Element temperature is 25 degrees Celsius or more 7 degrees Celsius
Within the range of 0 degrees or less, the diffraction efficiency with respect to the incident light of a specific polarization azimuth is 1% or less, and the imaging optical system projects the transmitted light of the diffractive optical element onto the screen or the observer's pupil. An image display device characterized by the above.
【請求項25】 照明光を放射する光源と、 屈折率異方性及び屈折率の温度依存性がそれぞれ互いに
異なる第1の領域と第2の領域とが交互に配列された構
造を有し入射光を回折させる偏光選択性屈折率変調型の
回折光学素子と、 上記照明光を互いに異なる複数の波長帯域成分に分離す
る色分離手段と、 互いに異なる複数の波長帯域成分に分離された照明光を
上記回折光学素子に入射させる照明光学系と、 上記回折光学素子により回折された照明光のうちの互い
に異なる複数の波長帯域成分の偏光状態をそれぞれ変調
する複数の反射型空間光変調素子と、 上記複数の反射型空間光変調素子によりそれぞれ変調さ
れた互いに異なる波長帯域の照明光を合成する色合成手
段と、 上記色合成手段を経た照明光を実像または虚像に結像す
る結像光学系とを備え、 上記回折光学素子は、素子温度が摂氏25度以上摂氏7
0度以下の範囲内において、特定の偏光方位の入射光に
対する回折効率が1%以下であり、 上記結像光学系は、上記回折光学素子を透過して上記色
合成手段を経た照明光をスクリーン上または観察者の瞳
に投射することを特徴とする画像表示装置。
25. A light source for emitting illumination light, and a structure in which first regions and second regions having different refractive index anisotropy and temperature dependence of refractive index are arranged alternately are incident. A polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element that diffracts light, a color separation unit that separates the illumination light into a plurality of different wavelength band components, and an illumination light that is separated into a plurality of different wavelength band components An illumination optical system that enters the diffractive optical element, a plurality of reflective spatial light modulators that respectively modulate polarization states of a plurality of different wavelength band components of the illumination light diffracted by the diffractive optical element, Color synthesizing means for synthesizing illumination light of different wavelength bands respectively modulated by a plurality of reflective spatial light modulators, and imaging optics for forming illumination light passing through the color synthesizing means into a real image or a virtual image. The diffractive optical element has an element temperature of 25 degrees Celsius or more and 7 degrees Celsius or more.
Within the range of 0 degrees or less, the diffraction efficiency with respect to the incident light of a specific polarization azimuth is 1% or less, and the imaging optical system screens the illumination light that has passed through the diffractive optical element and passed through the color combining means. An image display device, characterized in that the image is projected onto an upper part or an observer's pupil.
【請求項26】 照明光を放射する光源と、 屈折率異方性及び屈折率の温度依存性がそれぞれ互いに
異なる第1の領域と第2の領域とが交互に配列された構
造を有し入射光を回折させる偏光選択性屈折率変調型の
回折光学素子と、 上記光源より放射された照明光を上記回折光学素子に入
射させる照明光学系と、 上記回折光学素子を透過した照明光の偏光状態を変調す
る反射型空間光変調素子と、 上記反射型空間光変調素子及び上記回折光学素子を経た
照明光を実像または虚像に結像する結像光学系とを備
え、 上記回折光学素子は、特定の偏光方位の入射光に対する
回折効率が極小値をとる素子温度が、摂氏25度以上摂
氏70度以下の範囲内であり、 上記結像光学系は、上記回折光学素子の回折光をスクリ
ーン上または観察者の瞳に投射することを特徴とする画
像表示装置。
26. A light source that emits illumination light, and a structure in which first regions and second regions having different refractive index anisotropy and temperature dependence of the refractive index are alternately arranged are incident. A polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element that diffracts light, an illumination optical system that causes the illumination light emitted from the light source to enter the diffractive optical element, and a polarization state of the illumination light that has passed through the diffractive optical element. A reflective spatial light modulating element, and an imaging optical system that forms an illumination light that has passed through the reflective spatial light modulating element and the diffractive optical element into a real image or a virtual image, and the diffractive optical element is The element temperature at which the diffraction efficiency with respect to the incident light having the polarization azimuth has a minimum value is in the range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less, and the imaging optical system causes the diffracted light of the diffractive optical element on the screen or Project on the observer's eyes An image display device characterized by the above.
【請求項27】 照明光を放射する光源と、 屈折率異方性及び屈折率の温度依存性がそれぞれ互いに
異なる第1の領域と第2の領域とが交互に配列された構
造を有し入射光を回折させる偏光選択性屈折率変調型の
回折光学素子と、 上記照明光を互いに異なる複数の波長帯域成分に分離す
る色分離手段と、 互いに異なる複数の波長帯域成分に分離された照明光を
上記回折光学素子に入射させる照明光学系と、 上記回折光学素子を透過した照明光のうちの互いに異な
る複数の波長帯域成分の偏光状態をそれぞれ変調する複
数の反射型空間光変調素子と、 上記複数の反射型空間光変調素子によりそれぞれ変調さ
れた互いに異なる波長帯域の照明光を合成する色合成手
段と、 上記色合成手段を経た照明光を実像または虚像に結像す
る結像光学系とを備え、 上記回折光学素子は、特定の偏光方位の入射光に対する
回折効率が極小値をとる素子温度が、摂氏25度以上摂
氏70度以下の範囲内であり、 上記結像光学系は、上記回折光学素子にて回折して上記
色合成手段を経た照明光をスクリーン上または観察者の
瞳に投射することを特徴とする画像表示装置。
27. A light source for emitting illumination light, and a structure in which first regions and second regions having different refractive index anisotropy and temperature dependence of refractive index are alternately arranged and incident. A polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element that diffracts light, a color separation unit that separates the illumination light into a plurality of different wavelength band components, and an illumination light that is separated into a plurality of different wavelength band components An illumination optical system that is incident on the diffractive optical element, a plurality of reflective spatial light modulators that respectively modulate polarization states of a plurality of different wavelength band components of the illumination light that has passed through the diffractive optical element, and the plurality of A color synthesizing means for synthesizing the illumination light of different wavelength bands respectively modulated by the reflection type spatial light modulating element, and an image forming optical system for forming the illumination light passing through the color synthesizing means into a real image or a virtual image. In the diffractive optical element, the element temperature at which the diffraction efficiency with respect to incident light of a specific polarization direction has a minimum value is within a range of 25 degrees Celsius or more and 70 degrees Celsius or less, and the imaging optical system includes the diffraction optical element. An image display device characterized in that illumination light diffracted by an optical element and passed through the color combining means is projected on a screen or an observer's pupil.
【請求項28】 照明光を放射する光源と、 屈折率異方性及び屈折率の温度依存性がそれぞれ互いに
異なる第1の領域と第2の領域とが交互に配列された構
造を有し入射光を回折させる偏光選択性屈折率変調型の
回折光学素子と、 上記光源より放射された照明光を上記回折光学素子に入
射させる照明光学系と、 上記回折光学素子を透過した照明光の偏光状態を変調す
る反射型空間光変調素子と、 上記反射型空間光変調素子及び上記回折光学素子を経た
照明光を実像または虚像に結像する結像光学系とを備
え、 上記回折光学素子は、素子温度が摂氏25度以上摂氏7
0度以下の範囲内において、特定の偏光方位の入射光に
対する回折効率が1%以下であり、 上記結像光学系は、上記回折光学素子の回折光をスクリ
ーン上または観察者の瞳に投射することを特徴とする画
像表示装置。
28. A light source that emits illumination light and a structure in which first regions and second regions having different refractive index anisotropy and temperature dependence of refractive index are alternately arranged are incident. A polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element that diffracts light, an illumination optical system that causes the illumination light emitted from the light source to enter the diffractive optical element, and a polarization state of the illumination light that has passed through the diffractive optical element. A reflective spatial light modulating element, and an imaging optical system for forming illumination light that has passed through the reflective spatial light modulating element and the diffractive optical element into a real image or a virtual image, and the diffractive optical element is an element. Temperature is over 25 degrees Celsius 7 degrees Celsius
Within the range of 0 degrees or less, the diffraction efficiency with respect to the incident light of a specific polarization azimuth is 1% or less, and the imaging optical system projects the diffracted light of the diffractive optical element on the screen or the observer's pupil. An image display device characterized by the above.
【請求項29】 照明光を放射する光源と、 屈折率異方性及び屈折率の温度依存性がそれぞれ互いに
異なる第1の領域と第2の領域とが交互に配列された構
造を有し入射光を回折させる偏光選択性屈折率変調型の
回折光学素子と、 上記照明光を互いに異なる複数の波長帯域成分に分離す
る色分離手段と、 互いに異なる複数の波長帯域成分に分離された照明光を
上記回折光学素子に入射させる照明光学系と、 上記回折光学素子を透過した照明光のうちの互いに異な
る複数の波長帯域成分の偏光状態をそれぞれ変調する複
数の反射型空間光変調素子と、 上記複数の反射型空間光変調素子によりそれぞれ変調さ
れた互いに異なる波長帯域の照明光を合成する色合成手
段と、 上記色合成手段を経た照明光を実像または虚像に結像す
る結像光学系とを備え、 上記回折光学素子は、素子温度が摂氏25度以上摂氏7
0度以下の範囲内において、特定の偏光方位の入射光に
対する回折効率が1%以下であり、 上記結像光学系は、上記回折光学素子にて回折して上記
色合成手段を経た照明光をスクリーン上または観察者の
瞳に投射することを特徴とする画像表示装置。
29. A light source that emits illumination light, and a structure in which a first region and a second region having different refractive index anisotropy and temperature dependence of the refractive index are alternately arranged are incident. A polarization-selective refractive index modulation type diffractive optical element that diffracts light, a color separation unit that separates the illumination light into a plurality of different wavelength band components, and an illumination light that is separated into a plurality of different wavelength band components An illumination optical system that is incident on the diffractive optical element, a plurality of reflective spatial light modulators that respectively modulate polarization states of a plurality of different wavelength band components of the illumination light that has passed through the diffractive optical element, and the plurality of A color synthesizing means for synthesizing the illumination light of different wavelength bands respectively modulated by the reflection type spatial light modulating element, and an image forming optical system for forming the illumination light passing through the color synthesizing means into a real image or a virtual image. The diffractive optical element has an element temperature of 25 degrees Celsius or more and 7 degrees Celsius.
Within the range of 0 degrees or less, the diffraction efficiency with respect to the incident light of a specific polarization direction is 1% or less, and the imaging optical system diffracts the illumination light diffracted by the diffractive optical element and passed through the color combining means. An image display device characterized by projecting on a screen or an observer's pupil.
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