JP2810241B2 - ホログラムを用いた投射型表示装置 - Google Patents
ホログラムを用いた投射型表示装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はホログラムを用いた投射
型表示装置に関する。
型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の投射型表示装置としては、図７に
示すように、光源７０２が発する白色光の出射先に偏光
ビームスプリッタ７０３が配置され、さらに該偏光ビー
ムスプリッタ７０３による光の反射方向は、光を、赤、
緑、青の各色光に分離して、各色光別に光像を形成する
反射型の第１ないし第３の液晶パネル７０１Ｒ，７０１
Ｇ，７０１Ｂに照射させるとともに、第１ないし第３の
各液晶パネル７０１Ｒ，７０１Ｇ，７０１Ｂから出射し
た各色光像を合成する、４５°直角プリズムの貼り合わ
せ面に形成された第１、第２のダイクロイックミラー７
０４，７０５が順に並置されており、それら第１、第２
のダイクロイックミラー７０４，７０５で合成された合
成像を、投射レンズ７０６を通して不図示のスクリーン
へ拡大投射する構成のものが知られている（例えば特開
昭６１−１３８８５号公報に記載のもの）。
示すように、光源７０２が発する白色光の出射先に偏光
ビームスプリッタ７０３が配置され、さらに該偏光ビー
ムスプリッタ７０３による光の反射方向は、光を、赤、
緑、青の各色光に分離して、各色光別に光像を形成する
反射型の第１ないし第３の液晶パネル７０１Ｒ，７０１
Ｇ，７０１Ｂに照射させるとともに、第１ないし第３の
各液晶パネル７０１Ｒ，７０１Ｇ，７０１Ｂから出射し
た各色光像を合成する、４５°直角プリズムの貼り合わ
せ面に形成された第１、第２のダイクロイックミラー７
０４，７０５が順に並置されており、それら第１、第２
のダイクロイックミラー７０４，７０５で合成された合
成像を、投射レンズ７０６を通して不図示のスクリーン
へ拡大投射する構成のものが知られている（例えば特開
昭６１−１３８８５号公報に記載のもの）。
【０００３】前述の反射型の第１ないし第３の液晶パネ
ル７０１Ｒ，７０１Ｇ，７０１Ｂとしては、複屈折制御
(Electrically Controlled Birefringence:ECB) タイプ
のものが用いられており、これは各色用の画像信号に応
じた印加電圧によって入射光（本実施例ではＳ偏光光）
の偏光面を９０°回転させる特性を有している。
ル７０１Ｒ，７０１Ｇ，７０１Ｂとしては、複屈折制御
(Electrically Controlled Birefringence:ECB) タイプ
のものが用いられており、これは各色用の画像信号に応
じた印加電圧によって入射光（本実施例ではＳ偏光光）
の偏光面を９０°回転させる特性を有している。
【０００４】上述のような構成の液晶式の投射型表示装
置では、光源７０２から発せられた白色光のうち、Ｓ偏
光光のみが偏光ビームスプリッタ７０３で反射され、そ
のＳ偏光光を第１および第２のダイクロイックミラー７
０４，７０５で赤色、緑色、青色の各色光に分離して各
色光に対応する第１ないし第３の液晶パネル７０１Ｒ，
７０１Ｇ，７０１Ｂに照射させる。そして、第１ないし
第３の各液晶パネル７０１Ｒ，７０１Ｇ，７０１Ｂから
反射する各色光は、各画素および画像信号に応じて、偏
光面が回転されたＰ偏光成分を有したもの、あるいは、
偏光面の回転を受けないＳ偏光成分となっており、それ
らの各色光は、再び第１および第２のダイクロイックミ
ラー７０４，７０５で合成されたのち、偏光ビームスプ
リッタ７０３へ向かう。この偏光ビームスプリッタ７０
３では、各色光において、Ｐ偏光成分は透過して投射レ
ンズ７０６を通して、不図示のスクリーンへ投射され、
Ｓ偏光成分については、この偏光ビームスプリッタ７０
３で反射されて光源７０２の方向へ戻る。
置では、光源７０２から発せられた白色光のうち、Ｓ偏
光光のみが偏光ビームスプリッタ７０３で反射され、そ
のＳ偏光光を第１および第２のダイクロイックミラー７
０４，７０５で赤色、緑色、青色の各色光に分離して各
色光に対応する第１ないし第３の液晶パネル７０１Ｒ，
７０１Ｇ，７０１Ｂに照射させる。そして、第１ないし
第３の各液晶パネル７０１Ｒ，７０１Ｇ，７０１Ｂから
反射する各色光は、各画素および画像信号に応じて、偏
光面が回転されたＰ偏光成分を有したもの、あるいは、
偏光面の回転を受けないＳ偏光成分となっており、それ
らの各色光は、再び第１および第２のダイクロイックミ
ラー７０４，７０５で合成されたのち、偏光ビームスプ
リッタ７０３へ向かう。この偏光ビームスプリッタ７０
３では、各色光において、Ｐ偏光成分は透過して投射レ
ンズ７０６を通して、不図示のスクリーンへ投射され、
Ｓ偏光成分については、この偏光ビームスプリッタ７０
３で反射されて光源７０２の方向へ戻る。
【０００５】したがって、偏光ビームスプリッタ７０３
は第１ないし第３の各液晶パネル７０１Ｒ，７０１Ｇ，
７０１Ｂに対して偏光子と検光子の両方の役割りをして
おり、第１ないし第３の各液晶パネル７０１Ｒ，７０１
Ｇ，７０１Ｂには偏光板が不要となり、全体構成を簡単
にしていた。
は第１ないし第３の各液晶パネル７０１Ｒ，７０１Ｇ，
７０１Ｂに対して偏光子と検光子の両方の役割りをして
おり、第１ないし第３の各液晶パネル７０１Ｒ，７０１
Ｇ，７０１Ｂには偏光板が不要となり、全体構成を簡単
にしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の投射型表示装置には下記のような問題点がある。 （１）光の色分離および合成を行なう第１、第２のダイ
クロイックミラーに入射する光束は、各色画像を形成す
る第１ないし第３の各液晶パネルによる反射前後、すな
わち前記第１、第２のダイクロイックミラーによる色分
離の際と色合成の際とで、偏光方向が変化している。前
記第１、第２のダイクロイックミラーのように４５°直
角プリズムの貼り合わせ面に形成された光学多層膜のダ
イクロイックミラーは、例えば青色波長域の光を例にす
ると、図８に示すように、Ｐ偏光成分に比較してＳ偏光
成分の反射帯域幅が広くなっており、偏光成分によって
反射特性が異なる。したがって、前述の図７に示した液
晶式の投射型表示装置のように、各色に対応する液晶パ
ネルへの入射光がＳ偏光光の場合、該液晶パネルからの
反射光がＰ偏光光となるため、前記各液晶パネルから反
射した各色画像光の一部が失なわれてしまう。 （２）各液晶パネルと投射レンズとの距離が長く、投射
距離を短縮するためには短焦点距離の、極端なレトロフ
ォーカスタイプの投射レンズが必要となるが、そのよう
な仕様を満たす投射レンズの実現は困難となる。
来の投射型表示装置には下記のような問題点がある。 （１）光の色分離および合成を行なう第１、第２のダイ
クロイックミラーに入射する光束は、各色画像を形成す
る第１ないし第３の各液晶パネルによる反射前後、すな
わち前記第１、第２のダイクロイックミラーによる色分
離の際と色合成の際とで、偏光方向が変化している。前
記第１、第２のダイクロイックミラーのように４５°直
角プリズムの貼り合わせ面に形成された光学多層膜のダ
イクロイックミラーは、例えば青色波長域の光を例にす
ると、図８に示すように、Ｐ偏光成分に比較してＳ偏光
成分の反射帯域幅が広くなっており、偏光成分によって
反射特性が異なる。したがって、前述の図７に示した液
晶式の投射型表示装置のように、各色に対応する液晶パ
ネルへの入射光がＳ偏光光の場合、該液晶パネルからの
反射光がＰ偏光光となるため、前記各液晶パネルから反
射した各色画像光の一部が失なわれてしまう。 （２）各液晶パネルと投射レンズとの距離が長く、投射
距離を短縮するためには短焦点距離の、極端なレトロフ
ォーカスタイプの投射レンズが必要となるが、そのよう
な仕様を満たす投射レンズの実現は困難となる。
【０００７】本発明は、上記従来の技術が有する問題点
に鑑みてなされたもので、光の利用効率が高く、鮮明な
画像を得ることを可能にする投射型表示装置を提供する
ことを目的とする。
に鑑みてなされたもので、光の利用効率が高く、鮮明な
画像を得ることを可能にする投射型表示装置を提供する
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のホログラムを用
いた投射型表示装置は、所定の方向に偏光した入射光を
所定の方向に偏光した赤・緑・青の各色光に分離すると
ともに分離された各色光が、各色光毎に偏光方向を変調
して画像を形成する反射型液晶デバイスにそれぞれ入射
されたときの各反射型液晶デバイスからの反射画像光を
合成する色分離／合成手段を備え、該画像合成手段で合
成した合成画像光を投射レンズを通して投射する投射型
表示装置において、前記色分離／合成手段としてホログ
ラムが用いられていることを特徴とする。
いた投射型表示装置は、所定の方向に偏光した入射光を
所定の方向に偏光した赤・緑・青の各色光に分離すると
ともに分離された各色光が、各色光毎に偏光方向を変調
して画像を形成する反射型液晶デバイスにそれぞれ入射
されたときの各反射型液晶デバイスからの反射画像光を
合成する色分離／合成手段を備え、該画像合成手段で合
成した合成画像光を投射レンズを通して投射する投射型
表示装置において、前記色分離／合成手段としてホログ
ラムが用いられていることを特徴とする。
【０００９】この場合、ホログラムを体積位相ホログラ
ムやリップマンホログラムとしてもよく、また、ホログ
ラムが、４つの４５°直角プリズムをそれらの９０°の
頂点を中心にして貼り合わせたクロスダイクロイックプ
リズムと同一の構造を有するものとしてもよい。
ムやリップマンホログラムとしてもよく、また、ホログ
ラムが、４つの４５°直角プリズムをそれらの９０°の
頂点を中心にして貼り合わせたクロスダイクロイックプ
リズムと同一の構造を有するものとしてもよい。
【００１０】
【作用】ここで、本発明に用いるホログラムの原理と、
その作用について述べる。
その作用について述べる。
【００１１】図９は、Kogelnikの結合波理論(Bell Sys
t.Tech.J.vol 48(1969)P.2909-2947)を用いて反射型ホ
ログラムのピーク波長での回折効率ηをホログラムの屈
折率変調度のΔｎの関数として求めた結果である。ピー
ク波長での回折効率は屈折率変調度Δｎを大きくすると
１００％へ次第に漸近していく。このときのホログラム
の帯域幅の変化について模式的に示したものが図１０で
ある。屈折率変調度Δｎを大きくしていくと、回折効率
が１００％に達し、その後は、回折効率は１００％のま
まで帯域幅が広くなっていく。この帯域幅は、入射光の
偏光方向（Ｐ偏光、Ｓ偏光）にはあまり影響を受けない
という特性がある。
t.Tech.J.vol 48(1969)P.2909-2947)を用いて反射型ホ
ログラムのピーク波長での回折効率ηをホログラムの屈
折率変調度のΔｎの関数として求めた結果である。ピー
ク波長での回折効率は屈折率変調度Δｎを大きくすると
１００％へ次第に漸近していく。このときのホログラム
の帯域幅の変化について模式的に示したものが図１０で
ある。屈折率変調度Δｎを大きくしていくと、回折効率
が１００％に達し、その後は、回折効率は１００％のま
まで帯域幅が広くなっていく。この帯域幅は、入射光の
偏光方向（Ｐ偏光、Ｓ偏光）にはあまり影響を受けない
という特性がある。
【００１２】この結果、本発明による投射型表示装置で
は、色分離および合成を行なうホログラムに入射する光
束に対して、色分離の際と色合成の際とで偏光方向が変
化しても反射回折帯幅が略一致しているため、各色光画
像を形成する液晶パネルからの反射光の一部が失われて
しまうことはない。
は、色分離および合成を行なうホログラムに入射する光
束に対して、色分離の際と色合成の際とで偏光方向が変
化しても反射回折帯幅が略一致しているため、各色光画
像を形成する液晶パネルからの反射光の一部が失われて
しまうことはない。
【００１３】また、４つの４５°直角プリズムを貼り合
わせてクロスダイクロイックプリズムと同一の構造にす
ることにより、反射型液晶デバイスと投射レンズとの距
離（バックフォーカス長）を短くすることができる。
わせてクロスダイクロイックプリズムと同一の構造にす
ることにより、反射型液晶デバイスと投射レンズとの距
離（バックフォーカス長）を短くすることができる。
【００１４】さらに、ホログラムはレーザからの干渉縞
パターンを記録するため、大面積の素子が作製可能であ
り、一光束露光法を用いれば、大量生産にも適してお
り、ダイクロイック多層膜の様に真空蒸着等で作製する
素子に比べて、非常に生産性が優れている。
パターンを記録するため、大面積の素子が作製可能であ
り、一光束露光法を用いれば、大量生産にも適してお
り、ダイクロイック多層膜の様に真空蒸着等で作製する
素子に比べて、非常に生産性が優れている。
【００１５】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１６】図１（ａ），（ｂ）はそれぞれ本実施例の
投射型表示装置を示す平面図および側面図である。
投射型表示装置を示す平面図および側面図である。
【００１７】この投射型表示装置は、反射ミラー１０
１、光源１０２、熱線カットフィルタ１０３、コンデン
サレンズ１０４からなる光源部１００と、３つの側面に
それぞれ赤、緑、青用の反射型液晶ライトバルブ１０５
Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂが接着されているクロスダイク
ロイックプリズムと同一の構造を有するホログラムプリ
ズム（以下、クロスホログラムプリズムと呼ぶ）１０６
と、前記光源部１００から出射される光束を下方直角に
反射させる反射ミラー１０７と、該反射ミラー１０７で
反射された光束のＳ偏光成分を直角に反射させて前記ク
ロスホログラムプリズム１０６へ導き、該光束のＰ偏光
成分を透過させる偏光ビームスプリッタ１０８と、前記
偏光ビームスプリッタ１０８の反クロスホログラムプリ
ズム側に設けられている投射レンズ１０９とを有する。
１、光源１０２、熱線カットフィルタ１０３、コンデン
サレンズ１０４からなる光源部１００と、３つの側面に
それぞれ赤、緑、青用の反射型液晶ライトバルブ１０５
Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂが接着されているクロスダイク
ロイックプリズムと同一の構造を有するホログラムプリ
ズム（以下、クロスホログラムプリズムと呼ぶ）１０６
と、前記光源部１００から出射される光束を下方直角に
反射させる反射ミラー１０７と、該反射ミラー１０７で
反射された光束のＳ偏光成分を直角に反射させて前記ク
ロスホログラムプリズム１０６へ導き、該光束のＰ偏光
成分を透過させる偏光ビームスプリッタ１０８と、前記
偏光ビームスプリッタ１０８の反クロスホログラムプリ
ズム側に設けられている投射レンズ１０９とを有する。
【００１８】前記クロスホログラムプリズム１０６は色
分離／合成手段とされるもので、第１ないし第４の４つ
の４５°直角プリズム１０６Ｅ、１０６Ｆ、１０６Ｇ、
１０６Ｈを、各９０°の頂点を中心にして接合したもの
であり、各貼り合わせ面には、第１ないし第４の４つの
ホログラム１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄが
図１（ａ）に示すように形成されている。また、このク
ロスホログラムプリズム１０６は、第１の４５°直角プ
リズム１０６Ｅの斜辺に対応する面が前記偏光ビームス
プリッタ１０８で反射した光束の入射面となっており、
他の第２ないし第４の３つの４５°直角プリズム１０６
Ｆ、１０６Ｇ、１０６Ｈの各斜辺に対応する面にそれぞ
れ、第１、第２および第３の反射型液晶ライトバルブ１
０５Ｇ、１０５Ｒ、１０５Ｂが取付けられている。
分離／合成手段とされるもので、第１ないし第４の４つ
の４５°直角プリズム１０６Ｅ、１０６Ｆ、１０６Ｇ、
１０６Ｈを、各９０°の頂点を中心にして接合したもの
であり、各貼り合わせ面には、第１ないし第４の４つの
ホログラム１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄが
図１（ａ）に示すように形成されている。また、このク
ロスホログラムプリズム１０６は、第１の４５°直角プ
リズム１０６Ｅの斜辺に対応する面が前記偏光ビームス
プリッタ１０８で反射した光束の入射面となっており、
他の第２ないし第４の３つの４５°直角プリズム１０６
Ｆ、１０６Ｇ、１０６Ｈの各斜辺に対応する面にそれぞ
れ、第１、第２および第３の反射型液晶ライトバルブ１
０５Ｇ、１０５Ｒ、１０５Ｂが取付けられている。
【００１９】前記第１および第４のホログラム１０６
Ａ、１０６Ｄは、青色光反射の特性を有し、前記クロス
ホログラムプリズム１０６に入射した光束のうち青色光
成分を反射して前記第３の反射型液晶ライトバルブ１０
５Ｂへ入射させる。
Ａ、１０６Ｄは、青色光反射の特性を有し、前記クロス
ホログラムプリズム１０６に入射した光束のうち青色光
成分を反射して前記第３の反射型液晶ライトバルブ１０
５Ｂへ入射させる。
【００２０】前記第２および第３のホログラム１０６
Ｂ、１０６Ｃは、緑色光反射の特性を有し、前記クロス
ホログラムプリズム１０６に入射した光束のうち緑色光
成分を反射して前記第１の反射型液晶ライトバルブ１０
５Ｇへ入射させる。
Ｂ、１０６Ｃは、緑色光反射の特性を有し、前記クロス
ホログラムプリズム１０６に入射した光束のうち緑色光
成分を反射して前記第１の反射型液晶ライトバルブ１０
５Ｇへ入射させる。
【００２１】光源部１００から出射される白色平行光束
は反射ミラー１０７で全反射し、偏光ビームスプリッタ
１０８に入射する。偏光ビームスプリッタ１０８の作用
面に対して平行な偏光をもつ光束（Ｓ偏光光）は該作用
面で反射され、クロスホログラムプリズム１０６に入射
する。他方、偏光ビームスプリッタ１０８の作用面に非
平行な偏光成分（Ｐ偏光光）は該作用面を透過し、画像
光としては作用しない。したがって、このとき偏光ビー
ムスプリッタ１０８は偏光子として動作していることに
なる。画像光として用いられる、偏光ビームスプリッタ
１０８の作用面に平行な偏光成分はクロスホログラムプ
リズム１０６の作用面から見るとＰ偏光光となる。
は反射ミラー１０７で全反射し、偏光ビームスプリッタ
１０８に入射する。偏光ビームスプリッタ１０８の作用
面に対して平行な偏光をもつ光束（Ｓ偏光光）は該作用
面で反射され、クロスホログラムプリズム１０６に入射
する。他方、偏光ビームスプリッタ１０８の作用面に非
平行な偏光成分（Ｐ偏光光）は該作用面を透過し、画像
光としては作用しない。したがって、このとき偏光ビー
ムスプリッタ１０８は偏光子として動作していることに
なる。画像光として用いられる、偏光ビームスプリッタ
１０８の作用面に平行な偏光成分はクロスホログラムプ
リズム１０６の作用面から見るとＰ偏光光となる。
【００２２】該Ｐ偏光光束は、前述のように偏光依存性
のない第１ないし第４のホログラム１０６Ａ、１０６
Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄが形成されたクロスホログラム
プリズム１０６により赤，緑，青の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂ
に分離され、それれぞれ赤，緑，青用の第１ないし第３
の反射型液晶ライトバルブ１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５
Ｂに入射される。第１ないし第３の反射型液晶ライトバ
ルブ１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂに用いられている液
晶は、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringenc
e ）型または４５°ＴＮ（４５°Twisted Nematic ）型
のものであり、各色の画像信号に応じて印加される電圧
によって入射光の偏光面を回転させる性質をもつ。した
がって、第１ないし第３の各反射型液晶ライトバルブ１
０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂへの入射光は、Ｐ偏光成分
の直線偏光光束であるが、その反射光は前記画像信号の
各画素の信号に応じてＳ偏光成分をもった光束となる。
のない第１ないし第４のホログラム１０６Ａ、１０６
Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄが形成されたクロスホログラム
プリズム１０６により赤，緑，青の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂ
に分離され、それれぞれ赤，緑，青用の第１ないし第３
の反射型液晶ライトバルブ１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５
Ｂに入射される。第１ないし第３の反射型液晶ライトバ
ルブ１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂに用いられている液
晶は、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringenc
e ）型または４５°ＴＮ（４５°Twisted Nematic ）型
のものであり、各色の画像信号に応じて印加される電圧
によって入射光の偏光面を回転させる性質をもつ。した
がって、第１ないし第３の各反射型液晶ライトバルブ１
０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂへの入射光は、Ｐ偏光成分
の直線偏光光束であるが、その反射光は前記画像信号の
各画素の信号に応じてＳ偏光成分をもった光束となる。
【００２３】第１ないし第３の各反射型液晶ライトバル
ブ１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂから反射した反射光は
クロスホログラムプリズム１０６によって合成された
後、偏光ビームスプリッタ１０８に戻される。クロスホ
ログラムプリズム１０６は前述したように偏光依存性が
ないので、Ｐ偏光として各色の第１ないし第３の反射型
液晶ライトバルブ１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂに入射
した光束のうち、Ｓ偏光に変換された成分も損失なく偏
光ビームスプリッタ１０８に戻される。
ブ１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂから反射した反射光は
クロスホログラムプリズム１０６によって合成された
後、偏光ビームスプリッタ１０８に戻される。クロスホ
ログラムプリズム１０６は前述したように偏光依存性が
ないので、Ｐ偏光として各色の第１ないし第３の反射型
液晶ライトバルブ１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂに入射
した光束のうち、Ｓ偏光に変換された成分も損失なく偏
光ビームスプリッタ１０８に戻される。
【００２４】このとき、偏光ビームスプリッタ１０８は
検光子として動作し、前記合成された反射光のＳ偏光成
分（偏光ビームスプリッタ１０８の作用面に対するＰ偏
光成分）はそのまま透過し、投射レンズ１０９を介して
映像光として不図示のスクリーンに投射される。一方、
前記合成された反射光のＰ偏光成分（偏光ビームスプリ
ッタ１０８の作用面に対するＳ偏光成分）は、直角上方
に反射され光源部１００に戻る。
検光子として動作し、前記合成された反射光のＳ偏光成
分（偏光ビームスプリッタ１０８の作用面に対するＰ偏
光成分）はそのまま透過し、投射レンズ１０９を介して
映像光として不図示のスクリーンに投射される。一方、
前記合成された反射光のＰ偏光成分（偏光ビームスプリ
ッタ１０８の作用面に対するＳ偏光成分）は、直角上方
に反射され光源部１００に戻る。
【００２５】本実施例のように、光束の色分離および色
合成を行なうホログラムをクロスホログラムプリズムで
構成することによりバックフォーカス長を短かくするこ
とができる。
合成を行なうホログラムをクロスホログラムプリズムで
構成することによりバックフォーカス長を短かくするこ
とができる。
【００２６】本実施例では、クロスホログラムプリズム
を用いた場合について説明を行なったが、従来の投射型
表示装置と同様の構成も可能で、この場合は、バックフ
ォーカス長を短かくすることはできないけれども、各反
射型液晶ライトバルブからの反射光量の損失がないとい
う効果は同じである。
を用いた場合について説明を行なったが、従来の投射型
表示装置と同様の構成も可能で、この場合は、バックフ
ォーカス長を短かくすることはできないけれども、各反
射型液晶ライトバルブからの反射光量の損失がないとい
う効果は同じである。
【００２７】また、本実施例で示した投射型表示装置に
おいて、そのクロスホログラムプリズムを９０°立てて
配置し、偏光ビームスプリッタ１０８の作用面に対する
直線偏光（Ｐ偏光光あるいはＳ偏光光）が前記クロスホ
ログラムプリズム１０６の、第１ないし第４のホログラ
ム１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄに対しても
同方向の偏光光となるように構成した場合には、合成さ
れた反射光のＰ偏光成分が映像光となるが、クロスホロ
グラムプリズム１０６においては、該Ｐ偏光成分も損失
なく偏光ビームスプリッタ１０８に戻されるために、本
実施例の場合と同様な効果を得ることができる。
おいて、そのクロスホログラムプリズムを９０°立てて
配置し、偏光ビームスプリッタ１０８の作用面に対する
直線偏光（Ｐ偏光光あるいはＳ偏光光）が前記クロスホ
ログラムプリズム１０６の、第１ないし第４のホログラ
ム１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄに対しても
同方向の偏光光となるように構成した場合には、合成さ
れた反射光のＰ偏光成分が映像光となるが、クロスホロ
グラムプリズム１０６においては、該Ｐ偏光成分も損失
なく偏光ビームスプリッタ１０８に戻されるために、本
実施例の場合と同様な効果を得ることができる。
【００２８】次に、本実施例に用いるホログラムの作製
方法およびその特性について説明を行なう。
方法およびその特性について説明を行なう。
【００２９】図２は、本実施例に用いるホログラムの作
製方法を模式的に表わしたものである。
製方法を模式的に表わしたものである。
【００３０】Ａr レーザ等のレーザ（不図示）からの光
はハーフミラー（不図示）によって２光束に分けられ、
コリメータレンズ（不図示）で平行なレーザ光束２０
１，２０２にされる。
はハーフミラー（不図示）によって２光束に分けられ、
コリメータレンズ（不図示）で平行なレーザ光束２０
１，２０２にされる。
【００３１】該レーザ光束２０１，２０２はガラスやプ
ラスチック等の透明な基板２０３上に塗布または保持さ
れたホログラム感光材料２０４へ該ホログラム感光材料
２０４の両側から同じ入射角度θr で入射し、干渉縞を
形成する。この様な干渉縞パターンを露光されたホログ
ラム感光材料２０４は適当な現像等の処理プロセスを経
て、ホログラムとなる。
ラスチック等の透明な基板２０３上に塗布または保持さ
れたホログラム感光材料２０４へ該ホログラム感光材料
２０４の両側から同じ入射角度θr で入射し、干渉縞を
形成する。この様な干渉縞パターンを露光されたホログ
ラム感光材料２０４は適当な現像等の処理プロセスを経
て、ホログラムとなる。
【００３２】この場合使用されるホログラム感光材料２
０４としては、重クロム酸ゼラチン、フォトポリマー等
様々なものが使用可能であるが、図１０で示した様に、
屈折率変調度Δｎを大きくすることができる材料でなけ
ればならない。
０４としては、重クロム酸ゼラチン、フォトポリマー等
様々なものが使用可能であるが、図１０で示した様に、
屈折率変調度Δｎを大きくすることができる材料でなけ
ればならない。
【００３３】記録光となるレーザ光束２０１，２０２の
入射角度θr は、ホログラム感光材料２０４の屈折率ｎ
1 、ホログラムの平均屈折率ｎ2 、が等しく、現像処理
等によってホログラムの膜厚変化がない場合には、以下
の式で簡単に求めることができる。
入射角度θr は、ホログラム感光材料２０４の屈折率ｎ
1 、ホログラムの平均屈折率ｎ2 、が等しく、現像処理
等によってホログラムの膜厚変化がない場合には、以下
の式で簡単に求めることができる。
【００３４】ＣＯＳθ'r＝λr ／λp ＣＯＳθ'in ここで、λr は記録光波長、λp は色分離・合成の主波
長（ホログラムの回拆中心波長）、θ'rはホログラム感
光材料２０４中での記録光入射角、θ' in は光源部５０
から射出されホログラムに入射する光束のホログラム内
での入射角である。また、上記計算式を若干変更するこ
とにより、ホログラム感光材料２０４の屈折率ｎ1トホ
ログラムの平均屈折率ｎ2が等しくない場合や現像処理
によりホログラムの膜厚が変化する場合にも同様の計算
が行えるが、ここでは省略する。
長（ホログラムの回拆中心波長）、θ'rはホログラム感
光材料２０４中での記録光入射角、θ' in は光源部５０
から射出されホログラムに入射する光束のホログラム内
での入射角である。また、上記計算式を若干変更するこ
とにより、ホログラム感光材料２０４の屈折率ｎ1トホ
ログラムの平均屈折率ｎ2が等しくない場合や現像処理
によりホログラムの膜厚が変化する場合にも同様の計算
が行えるが、ここでは省略する。
【００３５】本実施例において、ｎ1 ＝ｎ2 ＝１．５の
ホログラム感光材料２０４を用いて、記録光波長λr ＝
５１４．５nmとした場合の緑色光反射のホログラムで
は、中心波長λp ＝λB ＝５３７nm、θin＝４５°（空
気中）であるから、θ'in ＝２８．１３°（ホログラム
内）、したがって、θ' r＝３２．３３°（ホログラム感
光材料２０４中）であり、空気中でθr ＝５３．３４°
の角度で各レーザ光束２０１，２０２を入射させれば良
い。同様に、青色光反射のホログラムも記録光の入射角
は求めることができる。さらに、他の発振波長のレーザ
光で記録する場合でも同様である。
ホログラム感光材料２０４を用いて、記録光波長λr ＝
５１４．５nmとした場合の緑色光反射のホログラムで
は、中心波長λp ＝λB ＝５３７nm、θin＝４５°（空
気中）であるから、θ'in ＝２８．１３°（ホログラム
内）、したがって、θ' r＝３２．３３°（ホログラム感
光材料２０４中）であり、空気中でθr ＝５３．３４°
の角度で各レーザ光束２０１，２０２を入射させれば良
い。同様に、青色光反射のホログラムも記録光の入射角
は求めることができる。さらに、他の発振波長のレーザ
光で記録する場合でも同様である。
【００３６】図３は１光束露光法によるホログラムの作
製方法を示す図であり、図２に示した２光束露光法の２
光束のうち、どちらか一方の光束として反射ミラー３０
２によって反射された光束を用いる方法である。
製方法を示す図であり、図２に示した２光束露光法の２
光束のうち、どちらか一方の光束として反射ミラー３０
２によって反射された光束を用いる方法である。
【００３７】Ａr レーザ等のレーザからのレーザ光束
は、コリメータレンズ等でレーザ光束３０３に変換され
基板２０３側から入射角θr で入射する。入射したレー
ザ光束３０３は、ホログラム感光材料２０４、インデッ
クスマッチング液３０１を透過し、反射ミラー３０２で
反射されて光束３０６となって再びホログラム感光材料
２０４へ入射する。このとき、ホログラム感光材料２０
４面と反射ミラー面３０２を平行に保てば、反射角もθ
r であるから図２と同様の干渉縞パターンを得ることが
できる。
は、コリメータレンズ等でレーザ光束３０３に変換され
基板２０３側から入射角θr で入射する。入射したレー
ザ光束３０３は、ホログラム感光材料２０４、インデッ
クスマッチング液３０１を透過し、反射ミラー３０２で
反射されて光束３０６となって再びホログラム感光材料
２０４へ入射する。このとき、ホログラム感光材料２０
４面と反射ミラー面３０２を平行に保てば、反射角もθ
r であるから図２と同様の干渉縞パターンを得ることが
できる。
【００３８】この方法において、インデックスマッチン
グ液は必らずしも必要ではないが、ホログラム感光材料
２０４とほぼ同一の屈折率である液体等を用いることに
より、不要な干渉縞パターンがホログラム感光材料２０
４中に記録されるのを防止することができる。
グ液は必らずしも必要ではないが、ホログラム感光材料
２０４とほぼ同一の屈折率である液体等を用いることに
より、不要な干渉縞パターンがホログラム感光材料２０
４中に記録されるのを防止することができる。
【００３９】また、基板２０３とホログラム感光材料２
０４の位置関係は図３とは逆、つまり基板２０３の面が
反射ミラー３０２に向いていても良く、このときのイン
デックスマッチング液の屈折率は、基板２０３の屈折率
に近いものが選ばれる。
０４の位置関係は図３とは逆、つまり基板２０３の面が
反射ミラー３０２に向いていても良く、このときのイン
デックスマッチング液の屈折率は、基板２０３の屈折率
に近いものが選ばれる。
【００４０】さらに、この方法において、レーザ光束３
０３をシート状の光束にしてホログラム感光材料２０４
上でこの光束を走査させたり、ホログラム感光材料２０
４をレーザ光束３０３に対し、例えば矢印３０５の方向
へ相対的に移動させたりすることも可能であり、フィル
ム状のホログラム感光材料を用いた場合には大量生産が
実現できる。
０３をシート状の光束にしてホログラム感光材料２０４
上でこの光束を走査させたり、ホログラム感光材料２０
４をレーザ光束３０３に対し、例えば矢印３０５の方向
へ相対的に移動させたりすることも可能であり、フィル
ム状のホログラム感光材料を用いた場合には大量生産が
実現できる。
【００４１】図４は、図３とは異なる１光束露光方法を
示す図である。この方法では、ホログラム感光材料２０
４の屈折率が高いものであり、記録光束の入射角θr が
臨界角を超えてしまい、空気中での入射角θr が存在し
ない場合等に用いられる。
示す図である。この方法では、ホログラム感光材料２０
４の屈折率が高いものであり、記録光束の入射角θr が
臨界角を超えてしまい、空気中での入射角θr が存在し
ない場合等に用いられる。
【００４２】例えば、前述の緑色光反射のホログラムの
記録光入射角θrは、ｎ1 ＝１．５の場合はθr ＝５
３．３４°であったが、いま、ｎ1 ＝ｎ2 ＝１．７のホ
ログラム感光材料を用いるとすればθ' r＝４１．７９°
（ｎ＝１．７のホログラム感光材料中）となり、空気中
での記録光入射角θr は存在しないことになる。しか
し、図４において、プリズム４０１の頂角θp 、プリズ
ム４０１の屈折率ｎp 、プリズム４０１への光束２０７
の入射角θrpを適宜調節してやれば良い。例えば、ｎp
＝１．７、θp ＝４１．７９°、θrp＝０°であればｎ
1 ＝１．７のホログラム感光材料に緑色光反射の特性を
持たせることができる。
記録光入射角θrは、ｎ1 ＝１．５の場合はθr ＝５
３．３４°であったが、いま、ｎ1 ＝ｎ2 ＝１．７のホ
ログラム感光材料を用いるとすればθ' r＝４１．７９°
（ｎ＝１．７のホログラム感光材料中）となり、空気中
での記録光入射角θr は存在しないことになる。しか
し、図４において、プリズム４０１の頂角θp 、プリズ
ム４０１の屈折率ｎp 、プリズム４０１への光束２０７
の入射角θrpを適宜調節してやれば良い。例えば、ｎp
＝１．７、θp ＝４１．７９°、θrp＝０°であればｎ
1 ＝１．７のホログラム感光材料に緑色光反射の特性を
持たせることができる。
【００４３】さらに、この方法を用いれば、赤色光反射
のホログラムも作製可能であり、例えば、λp ＝λR ＝
６１３nm、θin＝４５°、ｎ1 ＝ｎ2 ＝１．５、λr ＝
５１４．５nmとすると、前述の式によればθ'r＝４２．
２５°となり、屈折率１．５のホログラム感光材料に感
光材料中での入射角がθ'r＝４２．２５°となるように
記録光を入射させれば良い。
のホログラムも作製可能であり、例えば、λp ＝λR ＝
６１３nm、θin＝４５°、ｎ1 ＝ｎ2 ＝１．５、λr ＝
５１４．５nmとすると、前述の式によればθ'r＝４２．
２５°となり、屈折率１．５のホログラム感光材料に感
光材料中での入射角がθ'r＝４２．２５°となるように
記録光を入射させれば良い。
【００４４】図１に示した本発明の投射型表示装置で
は、青色光と緑色光反射のホログラムを用いているが、
上記方法によれば、赤色光反射のホログラムで同様の装
置を構成することができる。
は、青色光と緑色光反射のホログラムを用いているが、
上記方法によれば、赤色光反射のホログラムで同様の装
置を構成することができる。
【００４５】図５は、本発明の投射型表示装置に用いた
青色光反射ホログラムと緑色光反射ホログラムの波長選
択特性（通常の光学素子の分光反射率特性に相当する）
を示す図であり、曲線ａが青色光反射ホログラム、曲線
ｂが緑色光反射ホログラムの特性である。図より明らか
ではあるが、各ホログラムの中心波長と帯域幅は以下の
通りである。 λG ＝５４０nm、ΔλG ＝ ８０nm λB ＝４５０nm、ΔλB ＝１００nm このときの、ホログラムのパラメータとしては、ともに
ホログラムの膜厚は約８μｍ、ホログラム感光材料の屈
折率ｎ1とホログラムの平均屈折率ｎ2は等しく、ｎ1 ＝
ｎ2 ＝１．５であり、屈折率変調度Δｎは、青色反射ホ
ログラムのとき ΔｎB ＝０．２８ 緑色反射ホログラムのとき ΔｎG ＝０．１９ であった。なお、上記屈折率変調度Δｎは前述した kog
elnik の結合波理論を用いて、実測値から逆算した値を
示した。
青色光反射ホログラムと緑色光反射ホログラムの波長選
択特性（通常の光学素子の分光反射率特性に相当する）
を示す図であり、曲線ａが青色光反射ホログラム、曲線
ｂが緑色光反射ホログラムの特性である。図より明らか
ではあるが、各ホログラムの中心波長と帯域幅は以下の
通りである。 λG ＝５４０nm、ΔλG ＝ ８０nm λB ＝４５０nm、ΔλB ＝１００nm このときの、ホログラムのパラメータとしては、ともに
ホログラムの膜厚は約８μｍ、ホログラム感光材料の屈
折率ｎ1とホログラムの平均屈折率ｎ2は等しく、ｎ1 ＝
ｎ2 ＝１．５であり、屈折率変調度Δｎは、青色反射ホ
ログラムのとき ΔｎB ＝０．２８ 緑色反射ホログラムのとき ΔｎG ＝０．１９ であった。なお、上記屈折率変調度Δｎは前述した kog
elnik の結合波理論を用いて、実測値から逆算した値を
示した。
【００４６】さらに、このときのホログラムの回拆効率
（反射率）は、ほぼ１００％であり、Ｐ偏光とＳ偏光と
の差は数％以内であった。また、回拆効率が０％となる
波長（カットオフ波長）はＰ偏光、Ｓ偏光とも大差がな
かった。この様なホログラムを用いて図１に示す投射型
表示装置を構成したため、光源１０２からの白色光のう
ち、赤色成分光としては波長５８０nm以上で熱線カット
フィルタ１０３のカットオフ波長λcut 以下の光束が第
２の反射型ライトバルブ１０５Ｒへ入射することにな
る。通常の装置では熱線カットフィルタ１０３のカット
オフ波長は７００nm程度であるが、本装置ではこのカッ
トオフ波長を６５０nm程度に設定し、赤色成分光として
不要な近赤外域の光をカットして第２の反射型ライトバ
ルブ１０５Ｒへ入射させている。
（反射率）は、ほぼ１００％であり、Ｐ偏光とＳ偏光と
の差は数％以内であった。また、回拆効率が０％となる
波長（カットオフ波長）はＰ偏光、Ｓ偏光とも大差がな
かった。この様なホログラムを用いて図１に示す投射型
表示装置を構成したため、光源１０２からの白色光のう
ち、赤色成分光としては波長５８０nm以上で熱線カット
フィルタ１０３のカットオフ波長λcut 以下の光束が第
２の反射型ライトバルブ１０５Ｒへ入射することにな
る。通常の装置では熱線カットフィルタ１０３のカット
オフ波長は７００nm程度であるが、本装置ではこのカッ
トオフ波長を６５０nm程度に設定し、赤色成分光として
不要な近赤外域の光をカットして第２の反射型ライトバ
ルブ１０５Ｒへ入射させている。
【００４７】なお、当然のことながら、熱線カットフィ
ルタ１０３のカットオフ波長は通常と同様に７００nm程
度にして、反射型ライトバルブ１０５Ｒと前記ホログラ
ムとの光路中に６５０nm程度のカットオフ波長を有する
赤色フィルターを別途設けることも可能である。
ルタ１０３のカットオフ波長は通常と同様に７００nm程
度にして、反射型ライトバルブ１０５Ｒと前記ホログラ
ムとの光路中に６５０nm程度のカットオフ波長を有する
赤色フィルターを別途設けることも可能である。
【００４８】次に、これらホログラムの入射角特性につ
いて説明を行なう。
いて説明を行なう。
【００４９】図６は、ホログラムへの入射角に対する波
長のシフトを示したものであり、緑色光反射ホログラム
の長波長側のカットオフ波長について示す。パラメータ
としては、ホログラムの平均屈折率を選び、ｎ＝１．５
とｎ＝１．７の場合を示した。図より明らかな様に、本
発明の投射型表示装置に用いるホログラムは、屈折率の
高い方が入射角特性に優れ、屈折率１．７の場合は±５
°の入射角変化に対して、約±１０nmの波長変動であ
る。
長のシフトを示したものであり、緑色光反射ホログラム
の長波長側のカットオフ波長について示す。パラメータ
としては、ホログラムの平均屈折率を選び、ｎ＝１．５
とｎ＝１．７の場合を示した。図より明らかな様に、本
発明の投射型表示装置に用いるホログラムは、屈折率の
高い方が入射角特性に優れ、屈折率１．７の場合は±５
°の入射角変化に対して、約±１０nmの波長変動であ
る。
【００５０】しかし、屈折率１．５のホログラム材料を
用いたとしても、±５°の入射角変化では約±１４nmの
波長変動であり、これらの値はＰ偏光、Ｓ偏光に依存し
ない。
用いたとしても、±５°の入射角変化では約±１４nmの
波長変動であり、これらの値はＰ偏光、Ｓ偏光に依存し
ない。
【００５１】この点からも、投射型表示装置にホログラ
ムを用いて本発明の構成とすることの利点がある。
ムを用いて本発明の構成とすることの利点がある。
【００５２】なお、本発明に用いる体積位相ホログラム
は、ある波長領域（帯域と称す）に高い回折効率を示す
特性を有するものであり、特にその特性の良好なリップ
マンホログラムが最適である。
は、ある波長領域（帯域と称す）に高い回折効率を示す
特性を有するものであり、特にその特性の良好なリップ
マンホログラムが最適である。
【００５３】
【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記すような効果を奏する。請求項１に記載の
ものにおいては、偏光依存性の少ないホログラムを用い
て色分離および色合成が行なわれるので、画像光の損失
が少なくなり、他の液晶デバイスへの光の再入射による
フレア、ゴーストの発生およびコントラストの低下が防
止された鮮明な投射画像のものとすることができる。
で、以下に記すような効果を奏する。請求項１に記載の
ものにおいては、偏光依存性の少ないホログラムを用い
て色分離および色合成が行なわれるので、画像光の損失
が少なくなり、他の液晶デバイスへの光の再入射による
フレア、ゴーストの発生およびコントラストの低下が防
止された鮮明な投射画像のものとすることができる。
【００５４】また、ホログラムの作製は、レーザからの
干渉縞パターンを記録することにより行われるので、大
面積の素子が作製可能であり、特に、１光束露光法を用
いて、フィルム状のホログラム感光材料に記録すれば大
量生産にも適している。さらに、ホログラムはダイクロ
イック多層膜に比べて、光束の入射角変化に強く、その
結果として色分離および色合成の際での色ニジミや色ズ
レが少ないものとなるという効果がある。
干渉縞パターンを記録することにより行われるので、大
面積の素子が作製可能であり、特に、１光束露光法を用
いて、フィルム状のホログラム感光材料に記録すれば大
量生産にも適している。さらに、ホログラムはダイクロ
イック多層膜に比べて、光束の入射角変化に強く、その
結果として色分離および色合成の際での色ニジミや色ズ
レが少ないものとなるという効果がある。
【００５５】請求項２および請求項３に記載のものにお
いては、特定波長に対する回折効率が高いものであるた
め、上記各効果を一層向上したものとすることができる
効果がある。
いては、特定波長に対する回折効率が高いものであるた
め、上記各効果を一層向上したものとすることができる
効果がある。
【００５６】請求項４に記載のものにおいては、ホログ
ラムを貼り合わせてクロスホログラムプリズムを形成さ
せて色分離および色合成を行なうことにより、各液晶デ
バイスと投射レンズとの間の距離が短縮され、該投射レ
ンズの設計自由度が増すとともに表示装置のコンパクト
化を可能にすることができる効果がある。
ラムを貼り合わせてクロスホログラムプリズムを形成さ
せて色分離および色合成を行なうことにより、各液晶デ
バイスと投射レンズとの間の距離が短縮され、該投射レ
ンズの設計自由度が増すとともに表示装置のコンパクト
化を可能にすることができる効果がある。
【図１】（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明の実施例の
構成を示す平面図および側面図である。
構成を示す平面図および側面図である。
【図２】本発明に用いるホログラムの第１の作製方法を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図３】本発明に用いるホログラムの第２の作製方法を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図４】本発明に用いるホログラムの第３の作製方法を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図５】本発明に用いるホログラムの波長選択性（分光
反射率に相当する）を示す図である。
反射率に相当する）を示す図である。
【図６】光束の入射角変化に対する緑色光反射ホログラ
ムの長波長側のカットオフ波長の変化を示す図である。
ムの長波長側のカットオフ波長の変化を示す図である。
【図７】従来の投射型表示装置の一例を示す平面図であ
る。
る。
【図８】図７に示した従来の投射型表示装置で用いたダ
イクロイックミラーの反射特性の一例を示す図である。
イクロイックミラーの反射特性の一例を示す図である。
【図９】反射型体積位相ホログラムの屈折率変調度Δｎ
に対する回拆効率の特性を示す図である。
に対する回拆効率の特性を示す図である。
【図１０】反射型体積位相ホログラムの屈折率変調度Δ
ｎに対する波長選択性の変化を示す図である。
ｎに対する波長選択性の変化を示す図である。
１００ 光源部 １０１，１０７ 反射ミラー １０２ 光源 １０３ 熱線カットフィルタ １０４ コンデンサレンズ １０５ 反射型液晶ライトバルブ １０６ クロスホログラムプリズム １０８ 偏光ビームスプリッタ １０９ 投射レンズ ２０１，２０２，３０３ レーザ光束 ２０４ ホログラム感光材料 ２０３ 基板 ３０１ インデックスマッチング液 ３０２ 反射ミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 5/32 G03B 21/00
Claims (4)
- 【請求項１】 所定の方向に偏光した入射光を所定の方
向に偏光した赤・緑・青の各色光に分離するとともに分
離された各色光が、各色光毎に偏光方向を変調して画像
を形成する反射型液晶デバイスにそれぞれ入射されたと
きの各反射型液晶デバイスからの反射画像光を合成する
色分離／合成手段を備え、該画像合成手段で合成した合
成画像光を投射レンズを通して投射する投射型表示装置
において、 前記色分離／合成手段としてホログラムが用いられてい
ることを特徴とする投射型表示装置。 - 【請求項２】 ホログラムが体積位相ホログラムである
ことを特徴とする請求項１記載のホログラムを用いた投
射型表示装置。 - 【請求項３】 ホログラムがリップマンホログラムであ
ることを特徴とする請求項１記載のホログラムを用いた
投射型表示装置。 - 【請求項４】 体積位相ホログラムが、４つの４５°直
角プリズムをそれらの９０°の頂点を中心にして貼り合
わせたクロスダイクロイックプリズムと同一の構造を有
していることを特徴とする請求項１に記載のホログラム
を用いた投射型表示装置。
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