JP3410579B2 - Projection type color image display - Google Patents

Projection type color image display

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JP3410579B2
JP3410579B2 JP10443695A JP10443695A JP3410579B2 JP 3410579 B2 JP3410579 B2 JP 3410579B2 JP 10443695 A JP10443695 A JP 10443695A JP 10443695 A JP10443695 A JP 10443695A JP 3410579 B2 JP3410579 B2 JP 3410579B2
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liquid crystal
crystal display
hologram
display device
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、モザイク状のカラーフ
ィルターを用いないで一枚の液晶表示素子によりカラー
表示を行う単板式の投影型カラー画像表示装置に関し、
特にコンパクトな投影型カラー液晶テレビジョンシステ
ムや情報表示システムに適用される投影型カラー画像表
示装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection type color image display device of a single plate type for performing color display by one liquid crystal display element without using a mosaic color filter,
In particular, the present invention relates to a projection type color image display device applied to a compact projection type color liquid crystal television system or information display system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の投影型表示装置について説明す
る。投影型表示装置に使用される液晶表示素子は、それ
自体は発光しないので別に光源を設ける必要があるが、
投影型ブラウン管表示装置に用いられるブラウン管と比
較すると、色再現範囲が広いこと、小型・軽量であるた
め持ち運びしやすいこと、コンバージェンス調整が不要
であることなどの非常に優れた特徴を持っているため、
今後の発展が期待される。上述したような液晶表示素子
を用いた投影型カラー画像表示方式には、三原色に応じ
て液晶表示素子を3枚用いる3板式と、1枚のみを用い
る単板式がある。前者の3板式の投影型カラー画像表示
装置は、白色光を赤・緑・青の3原色それぞれの色光に
分割する光学系と、その色光を制御して画像を形成する
液晶表示素子をそれぞれ独立に設け、各色の画像を光学
的に重畳してフルカラー表示を行う構成をなっている。
この3板式の構成では、白色光源から放射される光を有
効に利用できるが、光学系が繁雑で部品点数が多くなっ
てしまい、コスト及び小型化の点では後述の単板式に比
べて一般的に不利である。
2. Description of the Related Art A conventional projection display device will be described. Since the liquid crystal display element used in the projection display device does not emit light by itself, it is necessary to provide a separate light source.
Compared with cathode ray tubes used for projection type cathode ray tube display devices, they have excellent features such as wide color reproduction range, small size and light weight, easy to carry, and no need for convergence adjustment. ,
Future development is expected. The projection type color image display system using the liquid crystal display device as described above includes a three-plate system using three liquid crystal display devices according to three primary colors and a single plate system using only one liquid crystal display device. The former three-plate type projection color image display device has an optical system that divides white light into color lights of three primary colors of red, green, and blue, and a liquid crystal display element that controls the color lights to form an image. The image of each color is optically overlapped to perform full-color display.
With this three-plate type structure, the light emitted from the white light source can be effectively used, but the optical system is complicated and the number of parts is large, and in terms of cost and downsizing, it is more common than the single plate type described later. Is disadvantageous to

【0003】後者の単板式の投影型カラー画像表示装置
は、3原色カラーフィルターがモザイク状またはストラ
イプ状等のパターンに形成された液晶表示素子を投影光
学系によって投影するもので、例えば特開昭59−23
0383号に開示されている。単板式は液晶表示素子の
使用は1枚のみであり、かつ光学系も3板式に比べて単
純な光学系で構成することができ、低コスト、小型の投
影型システムに適している。しかし、カラーフィルター
を用いるため、入射光の約1/3しか利用できず、他の
光はカラーフィルターによって吸収または反射される。
つまり、カラーフィルターを用いる単板式での画面の明
るさは、等しい光源を用いた3板式と比較して約1/3
に低下してしまう。
The latter single-plate type projection color image display apparatus projects a liquid crystal display element having three primary color filters formed in a mosaic or stripe pattern by a projection optical system. 59-23
No. 0383. The single-plate type uses only one liquid crystal display element, and the optical system can be configured with a simple optical system as compared with the three-plate type, and is suitable for a low-cost and small projection type system. However, since a color filter is used, only about 1/3 of the incident light can be used, and other light is absorbed or reflected by the color filter.
In other words, the brightness of the screen in the single plate type using color filters is about 1/3 of that in the three plate type using the same light source.
Will fall to.

【0004】光源を明るくすることは明るさの低下に対
する1つの解決法であるが、民生用として使用する場
合、消費電力の大きな光源を用いることは好ましくな
い。また、吸収タイプのカラーフィルターを用いる場
合、カラーフィルターに吸収された光のエネルギーは熱
に変わるため、いたずらに光源を明るくすると、液晶表
示素子の温度上昇を引き起こすだけでなく、カラーフィ
ルターの退色が加速される。したがって、与えられた光
束を如何に有効に利用するかが投影型カラー画像表示装
置の利用価値を向上させる上で重要な課題である。
Brightening the light source is one solution to the decrease in brightness, but when it is used for consumer use, it is not preferable to use a light source with large power consumption. In addition, when an absorption type color filter is used, the energy of the light absorbed by the color filter changes to heat. Therefore, brightening the light source unnecessarily causes not only the temperature rise of the liquid crystal display element but also the fading of the color filter. Be accelerated. Therefore, how to effectively use the given luminous flux is an important issue for improving the utility value of the projection type color image display device.

【0005】そこで、このような単板式の投影型カラー
画像表示装置の欠点を解決すべく、複数のダイクロイッ
クミラーを扇形に配置して光利用率向上を図ったカラー
画像表示装置が提案されている(特開平4−60538
号)。
Therefore, in order to solve the drawbacks of such a single plate type projection color image display device, a color image display device has been proposed in which a plurality of dichroic mirrors are arranged in a fan shape to improve the light utilization rate. (JP-A-4-60538
issue).

【0006】図7は、特開平4−60538号で示され
る単板式投影型カラー画像表示装置の概略構成図であ
る。球面鏡2を有する白色光源1からの光は、コンデン
サーレンズ3でほぼ平行光とされ、その白色光束を3種
のダイクロイックミラー13R、13G、13Bが受け
る。ダイクロイックミラー13R、13G、13Bは、
それぞれ異なる角度で扇状にこの順に光軸上に配置され
ている。また、ダイクロイックミラー13R、13G、
13Bは、それぞれ赤、緑、青の各波長帯の光を選択的
に反射し、他は透過する特性を有しており、周知の多層
薄膜コーティング技術により形成されている。以下R、
G、Bはそれぞれ赤、緑、青の各色を表す。
FIG. 7 is a schematic diagram of a single-panel projection type color image display device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-60538. Light from the white light source 1 having the spherical mirror 2 is converted into substantially parallel light by the condenser lens 3, and the white light flux is received by the three types of dichroic mirrors 13R, 13G, and 13B. The dichroic mirrors 13R, 13G, 13B are
They are arranged in a fan shape at different angles in this order on the optical axis. In addition, the dichroic mirrors 13R, 13G,
13B has a property of selectively reflecting light in each wavelength band of red, green, and blue, and transmitting the other, and is formed by a well-known multilayer thin film coating technique. Below R,
G and B respectively represent red, green and blue colors.

【0007】ダイクロイックミラー13R、13G、1
3Bによって作られたR、G、Bの光束は、液晶表示素
子7の光源側に貼り合わせて配置されているマイクロレ
ンズアレイ6に入射する。液晶表示素子7はそれぞれ対
応する色信号が独立して印加されている表示電極で駆動
される液晶部位を有し、その液晶部位は画素開口部とな
っている。一方のマイクロレンズアレイ6は、上記画素
開口部へ光束を色毎に分配して照射し、かつそれぞれの
画素開口部に収束させるように構成されている。尚、マ
イクロレンズアレイ6のマイクロレンズの周期は液晶表
示素子7のR、G、B3画素分の周期に対応している。
液晶表示素子7を経た光束は、フィールドレンズ8およ
び投影レンズ9により投影スクリーン10上に投影され
る。
Dichroic mirrors 13R, 13G, 1
The R, G, and B light fluxes created by 3B are incident on the microlens array 6 that is arranged by being attached to the light source side of the liquid crystal display element 7. The liquid crystal display element 7 has a liquid crystal portion driven by display electrodes to which corresponding color signals are independently applied, and the liquid crystal portion is a pixel opening. One of the microlens arrays 6 is configured to distribute and irradiate the light flux to the pixel opening for each color, and to converge the light flux on each pixel opening. The cycle of the microlens of the microlens array 6 corresponds to the cycle of R, G, and B pixels of the liquid crystal display element 7.
The light flux that has passed through the liquid crystal display element 7 is projected onto the projection screen 10 by the field lens 8 and the projection lens 9.

【0008】また、他の方式として、色の分離と画素開
口部への収束を同時に行うホログラム素子を直視用の液
晶表示素子に適用し、照明光の利用効率を高める方式が
提案されている(特開平6−222361号)。図8は
特開平6−222361号における一実施例の構成図で
ある。この構成において、液晶表示素子15の光入射側
にホログラム素子14が設けられている。このホログラ
ム素子14は入射した光の全ての波長域について回折を
起こすタイプのホログラムである。ホログラム素子14
に白色光を入射させると白色光に含まれる光成分の波長
の大小に応じて異なる角度に回折する。また、ホログラ
ム素子14は、液晶表示素子15のR、G、B3画素分
の周期で光を収束する働きを持っており、この働きによ
って液晶表示素子15の各色毎の画素開口部に所定の色
の光を収束させる。
As another method, a method has been proposed in which a hologram element that simultaneously performs color separation and convergence to a pixel opening is applied to a direct-view liquid crystal display element to improve the utilization efficiency of illumination light ( JP-A-6-222361). FIG. 8 is a block diagram of an embodiment in JP-A-6-222361. In this configuration, the hologram element 14 is provided on the light incident side of the liquid crystal display element 15. The hologram element 14 is a type of hologram that causes diffraction in all wavelength regions of incident light. Hologram element 14
When white light is incident on, the light is diffracted at different angles depending on the size of the wavelength of the light component contained in the white light. Further, the hologram element 14 has a function of converging light in a cycle of R, G, and B pixels of the liquid crystal display element 15, and by this function, a predetermined color is provided in the pixel opening portion of each color of the liquid crystal display element 15. Converge the light of.

【0009】上述した特開平6−222361号におけ
る他の実施例では、R、G、Bの3画素分の周期を持つ
マイクロレンズアレイで入射光を集光し、その後方に設
置したホログラム素子で波長の大小に応じて異なる角度
に光を回折し、液晶表示素子のR、G、Bの各画素開口
部に光を振り分けている。尚、特開平6−222361
号における液晶表示素子15にはカラーフィルター16
が設けられている。以上のことは、特開平6−2819
32号にも同時に開示されている。
In another embodiment of the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 6-222361, an incident light is condensed by a microlens array having a period of 3 pixels of R, G and B, and a hologram element installed behind it. Light is diffracted at different angles depending on the size of the wavelength, and the light is distributed to the R, G, and B pixel apertures of the liquid crystal display element. Incidentally, JP-A-6-222361
Color filter 16 in the liquid crystal display element 15 in FIG.
Is provided. The above is what has been described in JP-A-6-2819.
No. 32 is also disclosed.

【0010】更に、特開平6−222361号における
他の実施例では、波長の大小に応じて異なる角度に回折
するホログラム素子と、光を収束する働きを持つホログ
ラム素子と分離したものが開示されている。
Further, in another embodiment of Japanese Patent Laid-Open No. 6-222361, a hologram element which diffracts at different angles depending on the size of the wavelength and a hologram element which functions to converge light are disclosed. There is.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の特開
平4−60538号における単板式の投影型カラー画像
表示装置では、吸収型のカラーフィルターを用いないの
で光の利用効率が向上するが、以下のような問題があっ
た。
By the way, in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 4-60538, the single plate type projection color image display device does not use the absorption type color filter, but the light utilization efficiency is improved. There was such a problem.

【0012】図7において、所定の波長域成分のみ順次
反射するダイクロイックミラー13R、13G、13B
によって白色光束は各色の光束に分離されるが、そのた
めに光束の進路を60゜〜90゜と大きく曲げる配置を
とるため、光学系が占めるスペースが大きくなってい
る。また、ダイクロイックミラー13R、13G、13
Bは光路に対して斜めに配置するので、光路に垂直に置
いた場合と比較してダイクロイックミラー13R、13
G、13Bの表面積を大きくする必要があり、このため
光学部品のコストが上昇する。
In FIG. 7, dichroic mirrors 13R, 13G and 13B which sequentially reflect only predetermined wavelength band components.
Due to this, the white light flux is separated into light fluxes of each color, but for that reason, since the path of the light flux is bent so as to be greatly bent by 60 ° to 90 °, the space occupied by the optical system becomes large. In addition, the dichroic mirrors 13R, 13G, 13
Since B is disposed obliquely with respect to the optical path, dichroic mirrors 13R and 13R are provided as compared with the case where they are placed vertically in the optical path.
It is necessary to increase the surface area of G and 13B, which increases the cost of the optical component.

【0013】また、ダイクロイックミラー13R、13
G、13Bによって分割された各色の光束は液晶表示素
子7にそれぞれ異なる角度で入射するが、このとき同時
に各色の光束が液晶表示素子7上でほぼ同一に重なるよ
うに、ダイクロイックミラー13R、13G、13Bを
設定する必要がある。これは、液晶表示素子7の面内で
R、G、Bの光の混合比が変化しホワイトバランスが崩
れないようにするためである。
The dichroic mirrors 13R and 13R
The light fluxes of the respective colors divided by G and 13B are incident on the liquid crystal display element 7 at different angles. At this time, at the same time, the dichroic mirrors 13R, 13G, so that the light fluxes of the respective colors overlap on the liquid crystal display element 7 in substantially the same manner. It is necessary to set 13B. This is to prevent the white balance from being lost due to a change in the mixing ratio of R, G, and B light within the plane of the liquid crystal display element 7.

【0014】この特開平4−60538号における単板
式の投影型カラー画像表示装置では、液晶表示素子から
の光束の出射角が色毎に異なっており、全体の光の広が
りかたが相当大きくなっている。図9(a)は、各色毎
の光の出射角を示す。
In the projection type color image display device of the single plate type disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-60538, the emission angle of the light flux from the liquid crystal display element is different for each color, and the spread of the entire light is considerably large. ing. FIG. 9A shows the emission angle of light for each color.

【0015】ところで、液晶表示素子からの全ての出射
光束をスクリーンに投影するためには図9(b)の大径
円で示す大口径の(F値の小さい)投影レンズを用いな
ければならない。しかし、投影レンズはF値を小さくす
るほど作製が難しくなり、コスト上昇の要因となる。コ
ストダウンの為に必要とされるF値より大きなF値、つ
まり図9(b)の小径円で示す小口径の投影レンズを用
いると投影レンズの瞳位置でR光およびB光のケラレ
(図9(b)の斜線部)が発生し、この2つの色光のス
クリーン到達光束が減少する。また、液晶プロジェクタ
ーによく用いられる光源のうち、例えばメタルハライド
ランプ、ハロゲンランプ等はスペクトル分布が一様では
なく、メタルハライドランプは赤域に輝線スペクトルが
ないため赤が弱く、ハロゲンランプは青域に輝線スペク
トルがないため青が弱いスペクトル分布となっている。
このため、小口径の投影レンズ、および上記ランプを用
いると、元々少ない色光が、更に投影レンズの瞳位置で
ケラレるため、ホワイトバランスが大きく緑側にシフト
してしまう。つまり、特開平4−60538号における
単板式の投影型カラー画像表示装置で、スペクトルが一
様でない光源を使い、コストダウンの為に必要なF値よ
り大きなF値の投影レンズを用いると、投影レンズの瞳
位置でのケラレのためホワイトバランスが悪化してしま
うという欠点を有している。
By the way, in order to project all the luminous fluxes emitted from the liquid crystal display element on the screen, it is necessary to use a large-diameter (small F value) projection lens shown by a large-diameter circle in FIG. 9B. However, the smaller the F value, the more difficult it is to manufacture the projection lens, which causes a cost increase. When an F-number larger than the F-number required for cost reduction, that is, a small-diameter projection lens indicated by a small-diameter circle in FIG. 9B is used, vignetting of the R and B lights at the pupil position of the projection lens (Fig. 9 (b), the light flux reaching the screen of these two color lights decreases. Of the light sources often used in liquid crystal projectors, for example, metal halide lamps, halogen lamps, etc. have non-uniform spectral distribution.Metal halide lamps do not have a bright line in the red region, so red is weak, and halogen lamps have a bright line in the blue region. Since there is no spectrum, blue has a weak spectrum distribution.
For this reason, when a small-diameter projection lens and the above-mentioned lamp are used, originally a small amount of colored light is further vignetted at the pupil position of the projection lens, and the white balance is largely shifted to the green side. In other words, in the projection type color image display device of the single plate type disclosed in JP-A-4-60538, when a light source having a non-uniform spectrum is used and a projection lens having an F value larger than that required for cost reduction is used, It has a drawback that the white balance is deteriorated due to vignetting at the pupil position of the lens.

【0016】次に、上述の特開平6−222361号及
び特開平6−281932号における従来の問題点を説
明する。これら特開平6−222361号等でも、光の
利用効率は向上するが、以下のような問題があった。
Next, conventional problems in the above-mentioned JP-A-6-222361 and JP-A-6-281932 will be described. These Japanese Patent Laid-Open No. 6-222361 and the like also improve the light utilization efficiency, but have the following problems.

【0017】(1)ホログラム素子14は、上述したよ
うに光を収束する働きを持つことにより周期構造を必要
とする。従って、液晶表示素子15の画素に対して正確
に位置合わせをする必要がある。しかし、白色光を収束
するマイクロレンズアレイと比較して、ホログラム素子
14は色分離の機能を余分に持っているため、この機能
が位置合わせ作業の際に妨げとなって正確な位置合わせ
が困難である。特に、マイクロレンズアレイ、ホログラ
ム素子および液晶表示素子の位置合わせについては、そ
れぞれが周期構造を持つため、非常に困難である。
(1) The hologram element 14 needs a periodic structure because it has a function of converging light as described above. Therefore, it is necessary to accurately align the pixels of the liquid crystal display element 15. However, as compared with the microlens array that converges white light, the hologram element 14 has an additional function of color separation, and this function hinders the positioning work, and accurate positioning is difficult. Is. In particular, it is very difficult to align the microlens array, the hologram element, and the liquid crystal display element because each has a periodic structure.

【0018】(2)ホログラム素子は一度原盤となるも
のが作製されれば後はそれを複製して量産できるという
メリットがある。しかし、マイクロレンズと同等の集光
状態を再現するためには、前記ホログラム素子14では
液晶表示素子の画素に対応した集光させる働きを持たせ
なければならないため、複数回に分けて露光する必要が
あり、その結果、工程が繁雑になり大本の原盤ホログラ
ム素子を作るのが難しい。
(2) The hologram element has an advantage that once a master is produced, it can be duplicated and mass-produced thereafter. However, in order to reproduce a condensed state equivalent to that of a microlens, the hologram element 14 must have a function of condensing light corresponding to the pixels of the liquid crystal display element, and therefore it is necessary to perform exposure in multiple times. As a result, the process becomes complicated and it is difficult to make a large master hologram element.

【0019】(3)マイクロレンズアレイで光を収束
し、マイクロレンズアレイの後方にホログラム素子で色
分離を行う場合は、ホログラム素子に入射する時点で光
の入射角分布が生じており、回折角がわずかずつ異なっ
てくる。そのため画素開口部における集光スポットが大
きくなってしまい、それを補正するためにはホログラム
素子の干渉縞にマイクロレンズアレイの形状に即した周
期性を持たせる必要がある。このようなホログラム素子
に周期性を持たせることによる不利な点は、上記(1)
で述べたとおりである。
(3) When the light is converged by the microlens array and the color is separated by the hologram element behind the microlens array, the incident angle distribution of the light is generated at the time of entering the hologram element, and the diffraction angle Is slightly different. Therefore, the condensed spot in the pixel opening becomes large, and in order to correct it, it is necessary to give the interference fringes of the hologram element periodicity according to the shape of the microlens array. Disadvantages of giving periodicity to such a hologram element are the above (1)
As described in.

【0020】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、軽量小型化を図ることが
でき、また低コスト化が可能な投影型カラー画像表示装
置を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and provides a projection type color image display device which can be reduced in weight and size and can be manufactured at low cost. With the goal.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明の投影型カラー画
像表示装置は、光源と、該光源からの光束を複数の色の
光束に分割し、各々異なる方向に回折する、波長選択性
を有する光学素子と、該ホログラム素子からの該複数の
色の光束を収束させるマイクロレンズアレイと、該マイ
クロレンズアレイにて収束された該複数の色の光束が対
応する画素に入射される液晶表示素子と、該液晶表示素
子により変調された該複数の色の光束を受け、該液晶表
示素子に表示された画像を投影する光学手段と、を具備
し、該液晶表示素子に入射する3原色の色光のうち、該
光源の発光スペクトルが最も弱い色光を該液晶表示素子
の表示面法線に近い角度で入射させるように該光学素子
の回折波長域および回折角度を選んでおり、そのことに
より上記目的が達成される。
A projection type color image display device of the present invention has a wavelength selectivity, which divides a light source and a light beam from the light source into light beams of a plurality of colors and diffracts them in different directions. An optical element, a microlens array for converging the light fluxes of the plurality of colors from the hologram element, and a liquid crystal display element on which the light fluxes of the plurality of colors converged by the microlens array are incident on corresponding pixels. Optical means for receiving the light fluxes of the plurality of colors modulated by the liquid crystal display element and projecting an image displayed on the liquid crystal display element.
Out of the three primary color lights incident on the liquid crystal display element,
The liquid crystal display device emits color light whose emission spectrum of the light source is the weakest.
The optical element so that the light is incident at an angle close to the normal to the display surface of
The diffraction wavelength range and the diffraction angle are selected to achieve the above object.

【0022】前記光学素子としては、回折する光束の波
長域および回折角の異なるホログラム素子を2つ以上積
層して用いてもよく、また、2つ以上の波長域の光束に
対して各々異なる回折角を有する多重ホログラム素子で
構成してもよい。
As the optical element, two or more hologram elements having different wavelength ranges and diffracted angles of diffracted light beams may be laminated and used, and the light beams of two or more wavelength ranges may have different wavelengths. It may be configured by a multiple hologram element having a bending angle.

【0023】[0023]

【0024】[0024]

【作用】請求項1から3の構成によれば、従来のように
光源からの白色光束を反射させて光路を曲げずに済み、
色分割手段である光学素子を光路にほぼ垂直に配置する
ので、光学素子をマイクロレンズアレイと液晶表示素子
に重ね合わせることが可能になる。したがって、従来よ
りも装置の光路長を短くでき、これにより投影型カラー
画像表示装置の軽量小型化とコストダウンを図ることが
できる。さらに、発光スペクトルの弱い色光は液晶表示
素子の表示面法線に近い角度で入射し、また、出射する
のでコストダウンのために小口径(高F値)の投影レン
ズを用いても、投影レンズの瞳位置でのケラレがなくな
り、良好なホワイトバランスが維持できる。
According to the constitutions of claims 1 to 3, it is not necessary to reflect the white light flux from the light source and bend the optical path as in the conventional case.
Since the optical element that is the color dividing means is arranged substantially perpendicular to the optical path, it becomes possible to superimpose the optical element on the microlens array and the liquid crystal display element. Therefore, the optical path length of the device can be shortened as compared with the conventional device, whereby the projection type color image display device can be reduced in weight and size and the cost can be reduced. In addition, color light with a weak emission spectrum is displayed on the liquid crystal display.
Incidents and exits at an angle close to the normal to the display surface of the device
Since it is a projection lens with a small diameter (high F value) for cost reduction
Even if you use the lens, there is no vignetting at the pupil position of the projection lens.
Therefore, good white balance can be maintained.

【0025】また、請求項2では、前記光学素子が波長
選択性のあるホログラム素子を重ねて構成する。このホ
ログラム素子は原盤を作製した後に複製を作ることによ
り安価に量産できるので、従来のようにダイクロイック
ミラーを使用したときよりもコストダウン可能である。
また、ホログラム素子をマイクロレンズ前方に配置する
ことによりホログラム素子自体については周期構造を持
たなくてもよい。従って、マイクロレンズアレイ程の精
密な位置合わせを必要としない。また、それ故に、ホロ
グラム素子の製造も容易である。
In the second aspect, the optical element is formed by stacking hologram elements having wavelength selectivity. Since this hologram element can be mass-produced at low cost by making a replica after making a master, the cost can be reduced as compared with the case where a dichroic mirror is used as in the conventional case.
Further, by disposing the hologram element in front of the microlens, the hologram element itself may not have a periodic structure. Therefore, it does not require as precise alignment as the microlens array. Further, therefore, the hologram element can be easily manufactured.

【0026】また、請求項3では、色分割手段の光学素
子を1枚の多重ホログラム素子で構成するため部品点数
が少なくなりコストダウンの効果がさらに増す。
Further, in the third aspect, since the optical element of the color dividing means is composed of one multiplex hologram element, the number of parts is reduced and the effect of cost reduction is further enhanced.

【0027】[0027]

【0028】前記ホログラム素子の構成要素としては、
図5に示すようにホログラム記録用基板上にできる2光
束の干渉縞を記録することにより作製したホログラム素
子を使用できる。ここで前記2光束の角度設定は、「レ
ーザーと画像」龍岡静夫著(共立出版)p.77−81
に記述してあるように、使用する波長域の光がブラッグ
の回折条件を満たすような干渉縞が発生するように指定
すればよい。
As the constituent elements of the hologram element,
As shown in FIG. 5, a hologram element produced by recording interference fringes of two light fluxes formed on a hologram recording substrate can be used. Here, the angle setting of the two light beams is described in “Laser and Image” by Shizuo Tatsuoka (Kyoritsu Shuppan) p. 77-81
As described above, it may be specified so that the light in the wavelength range to be used causes interference fringes that satisfy the Bragg diffraction condition.

【0029】[0029]

【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【0030】(実施例1)図1は、本発明にかかる投影
型カラー液晶表示装置の全体を示す模式図である。本実
施例のカラー画像表示装置は、球面鏡2を備えた白色光
源1と、コンデンサーレンズ3と、GおよびBのそれぞ
れに対してのみ回折効果を及ぼすホログラム素子4およ
び5と、マイクロレンズアレイ6を備えた液晶表示素子
7と、フィールドレンズ8および投影レンズ9からなる
投影光学系と、投影スクリーン10とを有する。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic view showing an entire projection type color liquid crystal display device according to the present invention. The color image display device of this embodiment includes a white light source 1 having a spherical mirror 2, a condenser lens 3, hologram elements 4 and 5 that exert a diffraction effect only on G and B, and a microlens array 6. The liquid crystal display element 7 is provided, a projection optical system including a field lens 8 and a projection lens 9, and a projection screen 10.

【0031】上記白色光源1として、本実施例では消費
電力が150W、アーク長が5mmのメタルハライドラ
ンプを用いているが、ハロゲンランプやキセノンランプ
等を使用してもかまわない。白色光源1の背面には球面
鏡2が配置され、前面には口径が80mmφ、焦点距離
fcが60mmのコンデンサーレンズ3が配置されてい
る。
As the white light source 1, a metal halide lamp having a power consumption of 150 W and an arc length of 5 mm is used in this embodiment, but a halogen lamp, a xenon lamp or the like may be used. A spherical mirror 2 is arranged on the back surface of the white light source 1, and a condenser lens 3 having a diameter of 80 mmφ and a focal length fc of 60 mm is arranged on the front surface.

【0032】球面鏡2の中心は白色光源1の発光部の中
心と一致するように配置され、また白色光源1の発光部
の中心はコンデンサーレンズ3の焦点と一致するように
配置されている。コンデンサーレンズ3を出射した光束
はほぼ平行光となっている。白色光源1から平行光束を
得る手段としては、上記コンデンサーレンズを用いる方
式に限らず、回転放物面鏡を用いる方法や、回転楕円面
鏡とインテグレーターを併用する方法などが適宜選択さ
れる。
The center of the spherical mirror 2 is arranged so as to coincide with the center of the light emitting portion of the white light source 1, and the center of the light emitting portion of the white light source 1 is arranged so as to coincide with the focal point of the condenser lens 3. The light flux emitted from the condenser lens 3 is substantially parallel light. The means for obtaining the parallel light flux from the white light source 1 is not limited to the method using the condenser lens described above, but a method using a rotating parabolic mirror, a method using a spheroidal mirror and an integrator in combination is appropriately selected.

【0033】尚、液晶表示素子7の温度上昇を低減する
ためには、カラー画像表示には無用な紫外線(UV)お
よび赤外線(IR)をカットするためのUV−IRカッ
トフィルタ(図1では省略している)を、図1中のコン
デンサーレンズ3と液晶表示素子7の間に挿入するとよ
い。
In order to reduce the temperature rise of the liquid crystal display element 7, a UV-IR cut filter (omitted in FIG. 1) for cutting ultraviolet rays (UV) and infrared rays (IR) which are unnecessary for color image display. 1) is inserted between the condenser lens 3 and the liquid crystal display element 7 in FIG.

【0034】図2は、本実施例で用いられる液晶表示素
子7の近傍部分を模式的に示す断面図である。但し、図
2では液晶表示素子7の構成要素である偏光板、配向膜
等は簡略化のため省略してある。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing the vicinity of the liquid crystal display element 7 used in this embodiment. However, in FIG. 2, a polarizing plate, an alignment film and the like, which are components of the liquid crystal display element 7, are omitted for simplification.

【0035】液晶表示素子7には光の入射側、即ちコン
デンサーレンズ3の側の面に、液晶表示素子7から遠い
順にホログラム素子4、ホログラム素子5、およびマイ
クロレンズアレイ6が積み重なって貼り合わされてい
る。コンデンサーレンズ3を通過して略平行光となった
白色光束は、ホログラム素子4、5にほぼ垂直に入射す
る。ホログラム素子4はGの光束に対してのみ回折効果
を及ぼす構成となっており、ホログラム素子5はBの光
束に対してのみ回折効果を及ぼす構成となっている。回
折を受けないRの光束はホログラム素子4および5をそ
のまま通過する。上記ホログラム素子4、5でのG、B
の回折角を適宜選択することで、入射した白色光束のう
ちGおよびBの光束を、紙面内においてRの光束に対し
て対称となるようにθずつ異なる角度で出射させる。
The hologram element 4, the hologram element 5, and the microlens array 6 are stacked and attached to the liquid crystal display element 7 on the light incident side, that is, the surface of the condenser lens 3 side in the order of increasing distance from the liquid crystal display element 7. There is. The white light flux that has passed through the condenser lens 3 and becomes substantially parallel light enters the hologram elements 4 and 5 substantially vertically. The hologram element 4 is configured to exert a diffraction effect only on the G light flux, and the hologram element 5 is configured to exert a diffraction effect only on the B light flux. The R light flux that is not diffracted passes through the hologram elements 4 and 5 as it is. G and B in the hologram elements 4 and 5
By appropriately selecting the diffraction angle of, the G and B luminous fluxes of the incident white luminous flux are emitted at different angles by θ so as to be symmetric with respect to the R luminous flux within the plane of the drawing.

【0036】この相対的な角度θは、後述する液晶表示
素子7の画素配列ピッチをPとし、マイクロレンズアレ
イ6の焦点距離をfμとすると、下記(1)式のように
なる。
This relative angle θ is given by the following equation (1), where P is the pixel arrangement pitch of the liquid crystal display element 7 described later and f is the focal length of the microlens array 6.

【0037】 θ=tan-1(P/fμ) … (1) 本実施例では、図5に示すように、ホログラム記録用感
光材料として、例えばデュポン(株)製オムニデックス
352を用い、これを塗布した透明基板に対して、アル
ゴンレーザ(波長514.5nm)にて2つの平行光束
を両者間の角度を調整して照射し、このとき生じた干渉
縞を記録することにより、G用のホログラム素子4及び
B用のホログラム素子5を作製した。なお、ホログラム
記録用光源としては、上記の他にHe−Neレーザ、K
rレーザ等を用いることができる。
Θ = tan −1 (P / fμ) (1) In this embodiment, as a hologram recording photosensitive material, for example, Omnidex 352 manufactured by DuPont Co., Ltd. is used as shown in FIG. The coated transparent substrate is irradiated with two parallel light beams by an argon laser (wavelength 514.5 nm) with the angle between them being adjusted, and the interference fringes generated at this time are recorded, whereby a hologram for G is produced. Element 4 and hologram element 5 for B were prepared. As the hologram recording light source, in addition to the above, a He-Ne laser, K
An r laser or the like can be used.

【0038】図4は、図1においてホログラム素子4、
5のみを抜き出して光の進行経路を示したものである。
本発明では、ホログラム素子4、5の後方に設置された
マイクロレンズアレイ6により液晶表示素子7の画素に
対応する光を収束させるため、ホログラム素子4、5の
回折条件はそれぞれ面内において一定で周期性は不要で
あり、干渉縞の記録もそれぞれ1回で終了する。また、
本実施例のホログラム素子4、5は、従来例で用いたも
のとは波長選択性を有するホログラムである点が異なっ
ている。
FIG. 4 shows the hologram element 4 in FIG.
Only the number 5 is extracted to show the light traveling path.
In the present invention, since the light corresponding to the pixels of the liquid crystal display element 7 is converged by the microlens array 6 installed behind the hologram elements 4 and 5, the diffraction conditions of the hologram elements 4 and 5 are constant in the plane. The periodicity is unnecessary, and the recording of interference fringes is completed once. Also,
The hologram elements 4 and 5 of this embodiment are different from those used in the conventional example in that they are holograms having wavelength selectivity.

【0039】ホログラム素子4および5の働きにより
R、G、Bの各光束は、ホログラム素子4、5の出射側
に存在するマイクロレンズアレイ6にそれぞれ異なる角
度で入射する。図1では、Rの光束はマイクロレンズア
レイ6に垂直に入射する。
Due to the action of the hologram elements 4 and 5, the respective light fluxes of R, G and B enter the microlens array 6 existing on the exit side of the hologram elements 4 and 5 at different angles. In FIG. 1, the R light flux enters the microlens array 6 vertically.

【0040】マイクロレンズアレイ6は液晶表示素子7
のR、G、Bに対応する3画素に対して1つのマイクロ
レンズが対応するように配置されており、その焦点距離
fμは720μm(ガラス基板中では対向基板厚の1.
1mmに相当)とし、液晶表示素子7に光学接着材を用
いて貼りつけた。
The microlens array 6 is a liquid crystal display element 7
One microlens is arranged so as to correspond to the three pixels corresponding to R, G, and B, and the focal length fμ thereof is 720 μm (in the glass substrate, the counter substrate thickness of 1.
1 mm) and attached to the liquid crystal display element 7 with an optical adhesive.

【0041】液晶表示素子7は、図3に示すようなデル
タ配列でマトリックス状に配置された矩形状の画素12
が、該画素12をスイッチングする半導体薄膜トランジ
スタを介してダイナミック表示駆動されるツイステッド
・ネマティックモード(TN)のアクティブマトリクス
型液晶表示素子を用いた。また、画素ピッチは縦横とも
100μm、画素開口部の大きさは縦50μm×横70
μm、画素数は縦480×横640とした。
The liquid crystal display element 7 has rectangular pixels 12 arranged in a matrix in a delta arrangement as shown in FIG.
However, a twisted nematic mode (TN) active matrix type liquid crystal display element which is driven for dynamic display through a semiconductor thin film transistor that switches the pixel 12 is used. The pixel pitch is 100 μm in both length and width, and the size of the pixel opening is 50 μm in length × 70 in width.
μm, and the number of pixels was 480 (vertical) × 640 (horizontal).

【0042】従って、マイクロレンズアレイ6の焦点距
離fμが720μm、液晶表示素子7の画素ピッチPが
100μmであるため、本実施例では上記(1)式に基
づき、ホログラム素子の、R光に対する回折角度θは、
θ=tan-1(100/720)≒8゜となる。よっ
て、液晶表示素子7にはRの光束が垂直入射し、G、B
の2光束はそれぞれ±θの角度で入射することになる。
これによって、マイクロレンズアレイ6による各色の集
光スポットは、液晶表示素子7の対応する画素に入射す
ることになる。
Therefore, since the focal length fμ of the microlens array 6 is 720 μm and the pixel pitch P of the liquid crystal display element 7 is 100 μm, in the present embodiment, the hologram element is diffracted with respect to the R light based on the above equation (1). The angle θ is
θ = tan −1 (100/720) ≈8 °. Therefore, the light flux of R is vertically incident on the liquid crystal display element 7, and G, B
The two light fluxes of 1 are incident at an angle of ± θ.
As a result, the condensed spots of each color by the microlens array 6 are incident on the corresponding pixels of the liquid crystal display element 7.

【0043】液晶表示素子7は入力された画像信号を基
にした駆動信号により入射された光を変調する。この変
調を受けて液晶表示素子7を通過した光は、フィールド
レンズ8で効率よく投影レンズ9に導かれ、投影レンズ
9は投影スクリーン10上に液晶表示素子7で作られる
カラー画像を拡大投影する。
The liquid crystal display element 7 modulates the incident light by the drive signal based on the input image signal. The light that has undergone this modulation and has passed through the liquid crystal display element 7 is efficiently guided to the projection lens 9 by the field lens 8, and the projection lens 9 magnifies and projects the color image made by the liquid crystal display element 7 on the projection screen 10. .

【0044】液晶表示素子7の入射側表面にマイクロレ
ンズアレイ6を貼りつける際は、従来と同様に画素とマ
イクロレンズとの正確な位置調整をする必要があるが、
本発明のホログラム素子については、周期構造を持たな
いので正確な位置調整を必要としない。このことは、後
述の実施例2でも同様である。
When the microlens array 6 is attached to the incident side surface of the liquid crystal display element 7, it is necessary to precisely adjust the positions of the pixels and the microlenses as in the conventional case.
Since the hologram element of the present invention does not have a periodic structure, accurate position adjustment is not required. This also applies to Example 2 described later.

【0045】また、ホログラム素子4、5をマイクロレ
ンズアレイ6および液晶表示素子7に対してごく近距離
に配置することで、R、G、Bの各光束の液晶表示素子
7上での照度分布のズレは殆ど無視できる。本実施例で
はホログラム素子4、5をマイクロレンズアレイ6に貼
りつけ、照度分布のズレを最小にして投影画像のホワイ
トバランスを高めている。このことは実施例2でも同様
である。
By arranging the hologram elements 4 and 5 at a very short distance to the microlens array 6 and the liquid crystal display element 7, the illuminance distribution of the R, G, and B light fluxes on the liquid crystal display element 7 is obtained. The deviation can be almost ignored. In this embodiment, the hologram elements 4 and 5 are attached to the microlens array 6 to minimize the deviation of the illuminance distribution and enhance the white balance of the projected image. This also applies to the second embodiment.

【0046】本実施例では光源1にメタルハライドラン
プを用いたので発光スペクトルのうち、R成分が最も弱
いが、Rの光束を中心に配したので、コストダウンのた
めの投影レンズ9の口径を小さくしてもケラレは生じに
くく、ホワイトバランスの悪化が起こりにくい。これ
は、例えば、光源1にBの光量の少ないハロゲンランプ
を使った場合、ホログラム素子4、5はB以外のR、G
を回折させるものを使用すればよく、その場合はR、
G、Bの各光束が液晶表示素子7の対応する色の画素に
集光されるようにマイクロレンズアレイ6の各マイクロ
レンズと画素の配置は適宜変更される。光源の発光スペ
クトルが均一で、かつ投影レンズ9の口径が大きく、十
分にケラレを無視できる場合は、ホログラム素子4、5
で回折させる色は、図2の例に限らず、自由に選ぶこと
ができる。
In this embodiment, since the metal halide lamp is used as the light source 1, the R component is the weakest in the emission spectrum, but since the light flux of R is arranged at the center, the diameter of the projection lens 9 is reduced for cost reduction. Even if vignetting does not occur, white balance is unlikely to deteriorate. This is because, for example, when a halogen lamp with a small amount of B light is used as the light source 1, the hologram elements 4 and 5 are R and G other than B.
It suffices to use one that diffracts, in which case R,
The arrangement of each microlens and pixel of the microlens array 6 is appropriately changed so that each light flux of G and B is condensed on the pixel of the corresponding color of the liquid crystal display element 7. When the emission spectrum of the light source is uniform, the aperture of the projection lens 9 is large, and vignetting can be sufficiently ignored, the hologram elements 4, 5
The color diffracted by is not limited to the example of FIG. 2 and can be freely selected.

【0047】上述したマイクロレンズアレイ6の製造方
法としては、イオン交換法{Appl.Opt.Vo
l.21,p.1052(1984),又はElect
ron.Lett.Vol.17,p.452(198
1)}を利用できる。更には、膨潤法(鈴木他、“プラ
スチックマイクロレンズの新しい作製法”第24回微小
光学研究会)、熱ダレ法{Zoran D.Popov
ic et al.“Technique for m
onolithic fabricationof m
icrolenz arrays”,Appl.Op
t.Vol.27,p.1281(1988)}、蒸着
法(特開昭55−135808号)、熱転写法(特開昭
61−64158号)、機械加工法、または特開平3−
248125号に示されている方法等が利用できる。
As a method of manufacturing the above-mentioned microlens array 6, an ion exchange method {Appl. Opt. Vo
l. 21, p. 1052 (1984), or Elect
ron. Lett. Vol. 17, p. 452 (198
1)} can be used. Furthermore, the swelling method (Suzuki et al., “New Manufacturing Method for Plastic Microlenses, 24th Micro Optical Research Group”), thermal sag method {Zoran D. et al. Popov
ic et al. "Technique for m
onolitic fabrication of m
icrolenz arrays ”, Appl. Op.
t. Vol. 27, p. 1281 (1988)}, vapor deposition method (JP-A-55-135808), thermal transfer method (JP-A-61-64158), machining method, or JP-A-3-
The method shown in No. 248125 can be used.

【0048】本発明ではマイクロレンズアレイ6の一面
に液晶表示素子7を貼りつけ、さらにもう一方の面には
ホログラム素子4、5を貼りつけるので、マイクロレン
ズアレイ6の光学面は両側とも平面の方が機械的強度の
点で好ましい。
In the present invention, since the liquid crystal display element 7 is attached to one surface of the microlens array 6 and the hologram elements 4 and 5 are attached to the other surface, the optical surfaces of the microlens array 6 are flat on both sides. It is more preferable in terms of mechanical strength.

【0049】そこで、本実施例では、平板ガラスの内部
に屈折率分布型マイクロレンズを作り込むイオン交換法
で作製したマイクロレンズアレイを用いた。但し、本発
明に用いるマイクロレンズアレイは、その製法をイオン
交換法に限定するものではない。例えば、熱ダレ法等
の、平板基板に物理的形状のマイクロレンズを作り込む
製法による場合でも、レンズ形状の凹凸が生じる側の面
にレベリング層やカバーガラス等を設けて平坦化する工
程を追加することで、その集光機能および貼り合せ後の
機械的強度を損なうことなく作製することが可能であ
る。このことは、実施例2でも同様である。
Therefore, in this embodiment, a microlens array manufactured by an ion exchange method in which a gradient index microlens is formed in a flat glass is used. However, the manufacturing method of the microlens array used in the present invention is not limited to the ion exchange method. For example, even in the case of a manufacturing method in which a microlens having a physical shape is formed on a flat substrate such as a thermal sag method, a step of providing a leveling layer, a cover glass, or the like on the surface on which the lens-shaped irregularities are formed and flattening is added. By doing so, it is possible to manufacture without impairing the light condensing function and the mechanical strength after bonding. This also applies to the second embodiment.

【0050】(実施例2)図6は、本実施例の投影型カ
ラー画像表示装置ホログラム素子として用いる多重ホロ
グラム素子の近傍を示す図である。
(Embodiment 2) FIG. 6 is a view showing the vicinity of a multiplex hologram element used as a hologram element for a projection type color image display device of this embodiment.

【0051】本実施例2の投影型カラー画像表示装置の
基本構成は、実施例1とほぼ同様であり、ホログラム素
子4、5を重ねて用いる代わりに、一枚のホログラムに
2つの干渉縞を重ねて記録した多重ホログラム素子11
を用いたものである。
The basic structure of the projection type color image display device of the second embodiment is almost the same as that of the first embodiment. Instead of using the hologram elements 4 and 5 in superposition, two interference fringes are formed on one hologram. Multiplex hologram element 11 recorded in an overlapping manner
Is used.

【0052】多重ホログラム素子11に対する干渉縞の
書き込み方法は、基本的には実施例1で用いたホログラ
ム素子と同じであるが、1枚のホログラムに対して、複
数の干渉縞を書き込む必要がある。具体的には以下のよ
うにすることができる。例えば実施例1のようにG、B
に対応する2つの干渉縞を書き込む場合、まず一方の光
(G、Bのどちらでもよい)に対応する干渉縞を書き込
んだ後、他方の光の干渉縞を書き込む。この場合、それ
ぞれの干渉縞に対する露光量は1度しか記録しない場合
の半分にする必要がある。
The method of writing the interference fringes on the multiplex hologram element 11 is basically the same as the hologram element used in the first embodiment, but it is necessary to write a plurality of interference fringes on one hologram. . Specifically, the following can be done. For example, G and B as in the first embodiment
When writing two interference fringes corresponding to the above, first, the interference fringe corresponding to one light (either G or B may be written), and then the interference fringe of the other light is written. In this case, the exposure amount for each interference fringe needs to be half that in the case of recording only once.

【0053】上記作製法をもとに、実施例1と同じ感光
材料及びレーザを用い、G、Bに対応する2つの干渉縞
を書き込んだ多重ホログラム11を作製したところ、実
施例1のホログラム素子4、5を積層した場合と同等の
効果が得られた。
Based on the above manufacturing method, the same photosensitive material and laser as in Example 1 were used to prepare a multiple hologram 11 in which two interference fringes corresponding to G and B were written. As a result, the hologram element of Example 1 was produced. The same effect as when 4 and 5 were laminated was obtained.

【0054】なお、上述した実施例1、2ではホログラ
ム素子を感光材料を用いて光の干渉縞を屈折率の差とし
て書き込む方法にて作製したが、ホログラム素子の作製
法としてはその他に、UV硬化樹脂や透明プラスチック
等を用い、ブレーズド格子やグレーティングで作製する
方法などを採用することができる。
In the first and second embodiments described above, the hologram element is manufactured by the method of writing the interference fringes of light as a difference in the refractive index using the photosensitive material. A method of using a blazed grating or a grating using a cured resin or transparent plastic can be adopted.

【0055】また、上述した実施例1、2では、1つの
波長に対して選択性のあるホログラム素子2枚または多
重ホログラム素子1枚を用いる構成としたが、本発明は
これに限らない。たとえば、その他にも、波長選択性が
あり、白色光で再生ができるものであれば、いかなるも
のでも使用することができる。この場合には、1つのホ
ログラム素子で2以上の光束の出射角を調整することが
可能である。
Further, in the first and second embodiments described above, two hologram elements or one multiplex hologram element having selectivity for one wavelength are used, but the present invention is not limited to this. For example, any other material having wavelength selectivity and capable of reproducing white light can be used. In this case, one hologram element can adjust the emission angles of two or more light beams.

【0056】また、本発明にあっては、色純度を向上さ
せるために、R、G、Bの3色に対応する3枚のホログ
ラム素子、あるいは1枚の多重ホログラム素子を用いて
もよい。
Further, in the present invention, in order to improve color purity, three hologram elements corresponding to three colors of R, G and B, or one multiple hologram element may be used.

【0057】また、本発明にあっては、色純度低下の要
因であるR、G、B以外の不要な光を画素に入射させな
いホログラム素子、例えば回折により光を反射させる特
性を持つホログラム素子を追加した構成としてもよい。
Further, according to the present invention, there is provided a hologram element which does not allow unnecessary light other than R, G and B, which is a factor of color purity deterioration, to enter a pixel, for example, a hologram element having a characteristic of reflecting light by diffraction. The added configuration may be adopted.

【0058】また、上述した実施例で用いたホログラム
素子4、5および11は、前述した方法で一旦記録作製
した後は、公知の複製技術により同等の回折効果を持つ
光学素子を量産でき、安価に作ることができる。このた
め、従来のダイクロイックミラーを色分離の手段として
用いた場合よりも低コスト化が図れる。また、色分離か
ら液晶表示素子までの光路長を最短にでき、投影型カラ
ー画像表示装置全体のサイズを小さくすることが可能で
ある。
Further, the hologram elements 4, 5 and 11 used in the above-described embodiment can be mass-produced with the optical element having the same diffraction effect by the known duplication technique after the recording and production by the above-described method once. Can be made into Therefore, the cost can be reduced as compared with the case where the conventional dichroic mirror is used as the color separation means. Further, the optical path length from the color separation to the liquid crystal display element can be minimized, and the size of the entire projection type color image display device can be reduced.

【0059】更には、実施例1、2において液晶表示素
子7のフィールドレンズ8の側に、R、G、Bの各色の
光束の主光線が互いに平行となるよう回折させる、波長
選択性のあるホログラム素子を重ねて配置してもよい。
これにより投影レンズ9の入射瞳での集光位置が色によ
ってばらつくのを防止して、一カ所に重複させることが
できる。その結果、投影レンズの直径を小さくでき、ま
たコストの低廉化を図ることができる。この目的に用い
るホログラム素子としては、本発明のホログラム素子
4、5および11と同じものを使用することが可能であ
る。図10(a)はその場合の液晶表示素子7付近の構
成と光の進行状況を表す図であり、図10(b)は同じ
く、投影型画像表示装置全体の概略構成図である。ホロ
グラム素子に実施例1のごとくG、Bの光を回折させる
ものを選んだ場合、液晶表示素子7のフィールドレンズ
8側に設けるホログラム素子16、17もG、Bの光を
回折させるものを使用し、光束の進行方向をRの光と同
様にする。
Further, in Examples 1 and 2, the field lens 8 side of the liquid crystal display element 7 is diffracted so that the principal rays of the R, G, and B light fluxes are parallel to each other, and there is wavelength selectivity. The hologram elements may be arranged so as to overlap each other.
As a result, it is possible to prevent the condensing position of the projection lens 9 at the entrance pupil from varying depending on the color, and to make it overlap in one place. As a result, the diameter of the projection lens can be reduced, and the cost can be reduced. As the hologram element used for this purpose, the same hologram elements as the hologram elements 4, 5 and 11 of the present invention can be used. FIG. 10A is a diagram showing the configuration and the progress of light in the vicinity of the liquid crystal display element 7 in that case, and FIG. 10B is also a schematic configuration diagram of the entire projection type image display device. When a hologram element that diffracts G and B light is selected as in the first embodiment, the hologram elements 16 and 17 provided on the field lens 8 side of the liquid crystal display element 7 also use those that diffract G and B light. Then, the traveling direction of the light flux is made the same as that of the R light.

【0060】(実施例3)本発明の別の実施例を、図1
1に基づいて説明する。
(Embodiment 3) Another embodiment of the present invention is shown in FIG.
It will be described based on 1.

【0061】本実施例3における実施例1および2との
大きな違いは、白色光源1、反射鏡2、コンデンサレン
ズ3等で作られた略平行な白色光束を液晶表示素子7、
フィールドレンズ8、投影レンズ9からなる光軸とは斜
めに入射させる点である。ホログラム素子18、19、
20はそれぞれR、G、Bの光を、Rは液晶表示素子の
表示面法線方向に入射するように、GとBはRの光束を
中心にそれぞれθずつ異なる角度で入射するように回折
させる波長選択性を持つ。ホログラム素子18、19、
20で回折された光束はそれ以降は、実施例1と同様の
状態になっており、同様の経路を辿って投影スクリーン
10に投影されるので、それ以降の説明は省略する。
尚、実施例1に対する実施例2の変更に倣って、ホログ
ラム素子18、19、20を一つの多重ホログラム素子
に置き換えてもよい。
The major difference between the third embodiment and the first and second embodiments is that a substantially parallel white light flux made up of the white light source 1, the reflecting mirror 2, the condenser lens 3, etc.
The optical axis composed of the field lens 8 and the projection lens 9 is a point at which the light is incident obliquely. Hologram elements 18, 19,
Reference numeral 20 diffracts R, G, and B lights so that R is incident in the direction normal to the display surface of the liquid crystal display element, and G and B are incident at different angles by θ with respect to the R luminous flux. Has wavelength selectivity. Hologram elements 18, 19,
The light beam diffracted by 20 is in the same state as that in the first embodiment after that, and is projected on the projection screen 10 following the same path, so that the description thereafter is omitted.
Note that the hologram elements 18, 19 and 20 may be replaced with a single multiplex hologram element in accordance with the modification of the second embodiment with respect to the first embodiment.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項1から3
に記載の投影型カラー画像表示装置は、光源から液晶表
示素子までの光路長を短くすることが可能になり、これ
により軽量小型化を図れ、低コストの装置を提供できる
とともに、投影画像のホワイトバランスを保持したま
ま、投影レンズにおけるコストダウンを図ることができ
る。
As described above, according to claims 1 to 3 of the present invention.
In the projection type color image display device described in (1), the optical path length from the light source to the liquid crystal display element can be shortened, and thereby the weight and size can be reduced, and a low cost device can be provided.
Also, keep the white balance of the projected image.
In addition, the cost of the projection lens can be reduced.
It

【0063】請求項2に記載の構成では量産可能なホロ
グラム素子を用いることで光学部品のコストダウンを図
ることができる。請求項3に記載の構成ではホログラム
素子が1つで済むため、部品点数を減少させ得、更なる
コストダウンを図ることが可能である。
In the structure according to the second aspect, the cost of the optical component can be reduced by using the hologram element which can be mass-produced. In the structure described in claim 3, since only one hologram element is required, the number of parts can be reduced and further cost reduction can be achieved.

【0064】[0064]

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

【図1】本発明の実施例1に係る投影型カラー画像表示
装置を概略的に示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a projection type color image display device according to a first embodiment of the invention.

【図2】図1に示す投影型カラー画像表示装置に備わっ
た液晶表示素子の要部詳細図(断面図)である。
FIG. 2 is a detailed view (cross-sectional view) of a liquid crystal display element included in the projection type color image display device shown in FIG.

【図3】図1に示す投影型カラー画像表示装置に備わっ
たマイクロレンズアレイと液晶表示素子の画素配列とを
模式的に示す正面図である。
FIG. 3 is a front view schematically showing a microlens array and a pixel array of a liquid crystal display element provided in the projection type color image display device shown in FIG.

【図4】本発明の実施例1に用いるホログラム素子の近
傍を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the vicinity of a hologram element used in Example 1 of the present invention.

【図5】図4のホログラム素子の作製方法の説明図であ
る。
5 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the hologram element of FIG.

【図6】本発明の実施例2に用いる多重ホログラム素子
の近傍を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the vicinity of a multiplex hologram element used in Example 2 of the present invention.

【図7】従来の投影型カラー画像表示装置を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a conventional projection type color image display device.

【図8】従来の画像表示装置を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional image display device.

【図9】(a)は従来例(特開平4−60536号)に
おける液晶表示素子通過後の光束の進み方を示し、
(b)は投影レンズ瞳位置におけるケラレを示す図であ
る。
FIG. 9 (a) shows how a light beam travels after passing through a liquid crystal display element in a conventional example (Japanese Patent Laid-Open No. 4-60536),
FIG. 6B is a diagram showing vignetting at the projection lens pupil position.

【図10】(a)は本発明の他の実施例における液晶表
示素子の要部詳細図(断面図)を示し、(b)はその液
晶表示素子を用いた投影型カラー画像表示装置を概略的
に示す構成図である。
10A is a detailed view (cross-sectional view) of a main part of a liquid crystal display element according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a schematic view of a projection type color image display device using the liquid crystal display element. FIG.

【図11】(a)は本発明の実施例3におけるホログラ
ム素子近傍を示し、(b)はそのホログラム素子を用い
た投影型カラー画像表示装置を概略的に示す構成図であ
る。
11A is a diagram showing the vicinity of a hologram element in Example 3 of the present invention, and FIG. 11B is a schematic diagram showing a projection type color image display device using the hologram element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 白色光源 2 球面鏡 3 コンデンサーレンズ 4、5 ホログラム素子 6 マイクロレンズアレイ 7 液晶表示素子 8 フィールドレンズ 9 投影レンズ 10 投影スクリーン 11 多重ホログラム素子 12 画素 13R、13G、13B ダイクロイックミラー 14 波長選択性のないホログラム素子 15 液晶表示素子 1 white light source 2 spherical mirror 3 condenser lens 4, 5 hologram element 6 Micro lens array 7 Liquid crystal display element 8 field lens 9 Projection lens 10 Projection screen 11 Multiple hologram element 12 pixels 13R, 13G, 13B Dichroic mirror 14 Hologram element without wavelength selectivity 15 Liquid crystal display device

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G02B 5/32 G02B 5/32 G02F 1/13 505 G02F 1/13 505 1/13357 H04N 9/31 C H04N 9/31 G02F 1/1335 530 (56)参考文献 特開 平7−98454(JP,A) 特開 平6−222361(JP,A) 特開 平4−60538(JP,A) 特開 平5−34817(JP,A) 特開 平8−114780(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03B 21/00 - 21/30 Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI G02B 5/32 G02B 5/32 G02F 1/13 505 G02F 1/13 505 1/13357 H04N 9/31 C H04N 9/31 G02F 1/1335 530 (56) References JP-A-7-98454 (JP, A) JP-A-6-222361 (JP, A) JP-A-4-60538 (JP, A) JP-A-5-34817 (JP, A) Kaihei 8-114780 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G03B 21 / 00-21 / 30

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光源と、 該光源からの光束を複数の色の光束に分割し、各々異な
る方向に回折する、波長選択性を有する光学素子と、 該ホログラム素子からの該複数の色の光束を収束させる
マイクロレンズアレイと、 該マイクロレンズアレイにて収束された該複数の色の光
束が対応する画素に入射される液晶表示素子と、 該液晶表示素子により変調された該複数の色の光束を受
け、該液晶表示素子に表示された画像を投影する光学手
段と、 を具備し、 該液晶表示素子に入射する3原色の色光のうち、該光源
の発光スペクトルが最も弱い色光を該液晶表示素子の表
示面法線に近い角度で入射させるように該光学素子の回
折波長域および回折角度を選んでいる 投影型カラー画像
表示装置。
1. A light source, an optical element having wavelength selectivity for dividing a light beam from the light source into light beams of a plurality of colors and diffracting the light beams in different directions, and a light beam of the plurality of colors from the hologram element. Array for converging light, a liquid crystal display element on which the light fluxes of the plurality of colors converged by the microlens array enter the corresponding pixels, and light fluxes of the plurality of colors modulated by the liquid crystal display element receiving, comprising optical means for projecting an image displayed on the liquid crystal display element, a, of the three primary color light incident on the liquid crystal display device, the light source
The color light with the weakest emission spectrum of is displayed on the liquid crystal display device.
The optical element is rotated so that it is incident at an angle close to the surface normal.
Projection-type color image display device with selected folding wavelength range and diffraction angle .
【請求項2】 前記光学素子が、回折する光束の波長域
および回折角の異なるホログラム素子を2以上積層して
構成されている請求項1に記載の投影型カラー画像表示
装置。
2. The projection type color image display device according to claim 1, wherein the optical element is formed by laminating two or more hologram elements having different wavelength regions and different diffraction angles of a diffracted light beam.
【請求項3】 前記光学素子が、2以上の光束の波長域
に対して各々異なる回折角を有する多重ホログラム素子
からなる請求項1に記載の投影型カラー画像表示装置。
3. The projection type color image display device according to claim 1, wherein the optical element comprises a multiple hologram element having different diffraction angles for wavelength regions of two or more light beams.
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