JP4293327B2 - Hologram color filter and image display device using the same - Google Patents

Hologram color filter and image display device using the same Download PDF

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JP4293327B2
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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラムカラーフィルター及びそれを用いた画像表示装置に関し、特に、反射型の画像表示装置に適したホログラムカラーフィルターとそのホログラムカラーフィルターと高分子分散型液晶表示素子、デジタルマイクロミラーデバイス型表示素子等の空間光変調器とを組み合わせた反射型の画像表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本出願人は、特願平5−12170号等において、液晶表示用バックライト等の利用効率を大幅に向上させるために、ホログラムを利用したカラーフィルター及びそれを用いた液晶表示装置を提案した。
【0003】
このホログラムカラーフィルターは、偏心したフレネルゾーンプレート状の微小ホログラムアレーからなるものである。
【0004】
以下、簡単にこのような偏心したフレネルゾーンプレート状の微小ホログラムアレーからなるホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置について、図8の断面図を参照にして説明する。同図において、規則的に液晶セル6′(分色画素)に区切られた液晶表示素子6のバックライト3入射側にこのホログラムカラーフィルターを構成するホログラムアレー5が離間して配置される。液晶表示素子6背面には、各液晶セル6′の間に設けられたブラック・マトリックス4が配置される。以上の他、図示しない偏光板が液晶表示素子6の両側に配置される。なお、ブラック・マトリックス4の間には、従来のカラー液晶表示装置と同様に、R、G、Bの分色画素に対応した色の光を通過する吸収型のカラーフィルターを付加的に配置するようにしてもよい。
【0005】
ホログラムアレー5は、R、G、Bの分色画素の繰り返し周期、すなわち、液晶表示素子6の紙面内の方向に隣接する3つの液晶セル6′の組各々に対応して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配置された微小ホログラム5′からなり、微小ホログラム5′は液晶表示素子6の紙面内の方向に隣接する3つの液晶セル6′各組に整列して各々1個ずつ配置されており、各微小ホログラム5′は、ホログラムアレー5の法線に対して角度θをなして入射するバックライト3の中の緑色の成分の光を、その微小ホログラム5′に対応する3つの分色画素R、G、Bの中心の液晶セルG上に集光するように、図6にその干渉縞を模式的に示すようなフレネルゾーンプレート状に形成されているものである。図6において、微小ホログラム5′としては例えば点線で囲んだ領域が用いられる。そして、微小ホログラム5′は、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ない、レリーフ型、位相型、振幅型等の透過型ホログラムからなる。ここで、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ないとは、リップマンホログラムのように、特定の波長だけを回折し、他の波長はほとんど回折しないタイプのものではなく、1つの回折格子で何れの波長も回折するものを意味し、この回折効率の波長依存性が少ない回折格子は、略可視光全域で波長に応じて異なる回折角で回折する。
【0006】
このような構成であるので、ホログラムアレー5の液晶表示素子6と反対側の面からその法線に対して角度θをなして入射する白色のバックライト3を入射させると、波長に依存して微小ホログラム5′による回折角は異なり、各波長に対する集光位置はホログラムアレー5面に略平行な方向に分散される。その中の、赤の波長成分は赤を表示する液晶セルRの位置に、緑の成分は緑を表示する液晶セルGの位置に、青の成分は青を表示する液晶セルBの位置にそれぞれ回折集光するように、ホログラムアレー5を構成配置することにより、それぞれの色成分はブラック・マトリックス4でほとんど減衰されずに各液晶セル6′を通過し、対応する位置の液晶セル6′の状態に応じた色表示を行うことができる。
【0007】
このように、ホログラムアレー5をカラーフィルターとして用いることにより、従来のカラーフィルター用バックライトの各波長成分を無駄なく吸収なく各液晶セル6′へ入射させることができるため、その利用効率を大幅に向上させることができる。
【0008】
本出願人は、また、特願平8−95289号において、上記のようなホログラムカラーフィルターを用いた反射型の画像表示装置を提案した。図9の断面図を参照にしてその反射型の画像表示装置について説明する。
【0009】
この例では、空間光変調器として高分子分散型液晶(PDLC)表示素子31を用いている。同図において、規則的に分色画素31′に区切られたPDLC表示素子31の表側(観察側)にホログラムカラーフィルター5が離間して配置される。PDLC表示素子31背面にはアルミニウム膜のような反射層32が配置されている。PDLC表示素子31の分色画素31′間には不図示のブラック・マトリックス(図8参照)が配置されている。なお、ホログラムカラーフィルター5と反射層32の間の距離は、微小ホログラム5′の集光距離(焦点距離)に略等しく選ばれる。
【0010】
この場合も、ホログラムカラーフィルター5は、PDLC表示素子31のR、G、Bの分色画素の繰り返し周期、すなわち、PDLC表示素子31の紙面内の方向に隣接する3つの分色画素31′の組各々に対応して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配置された微小ホログラム5′からなり、微小ホログラム5′はPDLC表示素子31の紙面内の方向に隣接する3つの分色画素31′各組に対応して各々1個ずつ配置されており、各微小ホログラム5′は、ホログラムカラーフィルター5の法線に対して角度θをなして入射する照明光33の中の緑色の成分の光34Gを、その微小ホログラム5′に対応する3つの分色画素R、G、Bの中心の分色画素G近傍に集光するようにフレネルゾーンプレート状に形成されているものである。
【0011】
このような配置であるので、ホログラムカラーフィルター5の表面側から入射角θで白色照明光33を入射させると、ホログラムカラーフィルター5により波長分散され、各波長に対する集光位置はホログラムカラーフィルター5面に平行な方向に分散される。その中の、赤の波長成分34Rは赤を表示する分色画素Rの位置の反射層32の表面近傍に、緑の成分34Gは緑を表示する分色画素Gの位置の反射層32の表面近傍に、青の成分34Bは青を表示する分色画素Bの反射層32の表面近傍にそれぞれ回折集光するように、ホログラムカラーフィルター5を構成配置することにより、それぞれの色成分はブラック・マトリックスでほとんど減衰されずに各分色画素31′を通過し、反射層32で反射されて、対応する分色画素R、G、Bを裏面側からもう一度透過し、さらにホログラムカラーフィルター5に入射して今度はホログラムカラーフィルター5でほとんど回折されずに透過光35R、35G、35Bとなり、観察者の眼に入射する。したがって、各色の成分34R、34G、34Bはそれぞれ赤、緑、青を表示する画素R、G、Bに入射してそれらの分色画素の表示状態に応じた強度変調を受けて観察者の眼に達するので、分色画素R、G、Bの変調状態の組み合わせによってカラー画像表示が可能になる。
【0012】
ここで、PDLC表示素子31は、電圧のオン、オフによって白濁状態と透明状態を制御することによって表示を行うもので、偏光板が必要でないため、TN液晶表示素子等の通常の液晶表示素子より明るい表示が可能である。その上、カラー画像表示のために照明光33の利用効率が高いホログラムカラーフィルター5を用いるので、より明るいカラー画像表示が可能になる。
【0013】
また、空間光変調器として、PDLC表示素子の代わりにデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を用いいることも提案している。図10は、ホログラムカラーフィルター5の背面側に配置する空間光変調器としてデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)37を用いた例を示す断面図であり、ホログラムカラーフィルター5で分光された赤色回折成分34R、緑色回折成分34G、青色回折成分34Bがそれぞれが集光する位置近傍にDMD37の微小ミラー38が位置するように、DMD37を配置する。このような配置をとると、分色画素RとBの位置が変調を受けているので、反射光35R、35Bは所定の方向に反射し、これに対し分色画素Gは変調されていないので、反射光35Gは反射光35R、35Bと異なる方向に反射する。したがって、例えば反射光35R、35Bの方向から観察することによって、カラー画像が観察でき、明るいカラー画像表示が可能になる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
図9、図10に示したような偏心したフレネルゾーンプレート状の微小ホログラムアレーからなるホログラムカラーフィルターを用いた反射型の画像表示装置の場合、反射層32あるいは微小ミラー38からの反射光がホログラムアレー5に再入射する。このとき、ホログラムアレー5により大部分の光が再回折され、入射方向に戻ってしまう。回折された光束を表示に用いることも可能であるが、出射角が斜めになるので、画像が歪んでしまうという問題がある。
【0015】
また、図9、図10の例のように、ホログラムアレー5で分散された回折光が入射面内である程度斜めになるように設計すれば、ホログラムアレー5に再入射した光は設計入射角度(ブラッグ角)からずれるので、回折されない。しかし、この場合、照明光33の光源自体の発散角に、分散角、さらに、上記の斜めにした分の角度が加えられ、表示光35R、35G、35Bは大きく傾いた方向に出ることになり、画像が歪んでしまう。また、投影表示する場合は、極めて大型の投影レンズを用いる必要がある。
【0016】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、表示光がホログラムアレーにより再回折されず、かつ、略正面から歪みなく画像が観察でき、投影表示する場合に大きな口径の投影レンズを必要としない反射型画像表示装置及びそれに用いるホログラムカラーフィルターを提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のホログラムカラーフィルターは、斜め入射の照明光の入射面方向で集光機能と分光機能を有し、その入射面に垂直な方向では偏向機能を有する同じ特性の微小ホログラムが2次元的にアレー状に配置されてなることを特徴とするものである。
【0018】
この場合、その微小ホログラムは、入射面に垂直な方向では偏向機能に加えて集光機能を有することが望ましい。
【0019】
また、その微小ホログラムは、集光性ホログラムの偏心領域から切り出してなるものとすることができる。
【0020】
また、微小ホログラムの配列周期が、入射面に垂直な方向の隣接微小ホログラム同志が入射面に平行な方向にずれているものとすることができる。
【0021】
また、その微小ホログラムは、入射面に対して傾いた方向にのみ収束性を有するホログラムからなるようにすることもできる。
【0022】
上記目的を達成する本発明のホログラムカラーフィルターを用いた画像表示装置は、照明光源と、その照明光源から斜め入射の照明光の入射面方向で集光機能と分光機能を有し、その入射面に垂直な方向では偏向機能を有する同じ特性の微小ホログラムを2次元的にアレー状に配置してなるホログラムカラーフィルターと、その集光面近傍に配置された反射層と、前記ホログラムカラーフィルターと前記反射層の間に配置された透過型空間光変調器とからなることを特徴とするものである。
【0023】
この場合に、入射面に垂直な方向において、透過型空間光変調器の画素の配列周期がホログラムカラーフィルターの微小ホログラムの配列周期に対して少なくとも半画素分ずれて配列されていることが望ましい。
【0024】
また、その透過型空間光変調器として、電圧の印加、解除によって白濁状態と透明状態を制御する高分子分散型液晶表示素子を用いることができる。
【0025】
本発明のもう1つのホログラムカラーフィルターを用いた画像表示装置は、照明光源と、その照明光源から斜め入射の照明光の入射面方向で集光機能と分光機能を有し、その入射面に垂直な方向では偏向機能を有する同じ特性の微小ホログラムを2次元的にアレー状に配置してなるホログラムカラーフィルターと、その集光面近傍に配置された外部からの信号により各々独立に傾き角が制御可能な微小ミラーの2次元配列体からなるデジタルマイクロミラーデバイス型表示素子とからなることを特徴とするものである。
【0026】
これらの画像表示装置は、反射光を投影光学系によって拡大投影するようにしてもよい。
【0027】
本発明においては、ホログラムカラーフィルターが、斜め入射の照明光の入射面方向で集光機能と分光機能を有し、その入射面に垂直な方向では偏向機能を有する同じ特性の微小ホログラムが2次元的にアレー状に配置されてなるので、そのホログラムカラーフィルターの集光面近傍に配置された反射層によって反射された波長分散により分光された光は、そのホログラムカラーフィルターで再回折せず、略正面方向に進むことになり、これを空間光変調器と組み合わせて反射型画像表示装置を構成すると、略正面から歪みなく画像が観察でき、投影表示する場合に大きな口径の投影レンズを用いなくとも光利用効率の低下を起こさず、明るい像を投影することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下に、まず、本発明のホログラムカラーフィルター及びそれを用いた画像表示装置の原理を説明する。
【0029】
図4に示すように、フレネルゾーンプレート状の集光性ホログラムZPHをY−Z平面に配置し、かつ、その中心軸がZ軸に一致するように配置する。このフレネルゾーンプレート状の集光性ホログラムZPHは、従来と同様に、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ない、レリーフ型、位相型、振幅型等の透過型ホログラムからなる。ここで、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ないとは、リップマンホログラムのように、特定の波長だけを回折し、他の波長はほとんど回折しないタイプのものではなく、1つの回折格子で何れの波長も回折するものを意味し、この回折効率の波長依存性が少ない回折格子は、波長に応じて異なる回折角で回折する。そして、その集光性ホログラムZPHの緑色光に対する焦点距離をfとする。
【0030】
集光性ホログラムZPHに平行に距離fだけ離れて裏面側(−Z側)に平面鏡Mを配置する。この集光性ホログラムZPHのZ軸に対する角度θでX−Z平面に平行な白色照明光Lを入射したときの集光位置に対応する位置近傍であって、−Y軸方向にX軸から1画素分の幅を有し、X軸方向に1画素分の長さを有する集光性ホログラムZPHの微小ホログラム領域51を考える。
【0031】
微小ホログラム領域51に入射した白色照明光Lは、図5(a)に示すように、X−Z平面に平行な面内では、従来のホログラムカラーフィルターと同様に、回折により、赤色回折成分R、緑色回折成分G、青色回折成分Bの光に分光され、それぞれ平面鏡M近傍に集光する。これに対して、図5(b)に示すように、Y−Z平面に平行な面内ではこのような分光は起きず、その微小ホログラム領域51の1辺の真下であるX軸の真下に集光する。
【0032】
平面鏡Mで反射された赤色回折成分R、緑色回折成分G、青色回折成分Bの光は、X軸に対して対称の位置にある領域51’に入射し、集光性ホログラムZPHのこの領域51’の回折作用により、入射照明光Lと反対に方向に再回折されて入射方向に戻ってしまう。その様子を図5(b)に光束L’として示してある。
【0033】
しかしながら、この領域51’に微小ホログラム領域51のホログラムと同じ回折特性の微小ホログラムを配置してあると、その領域51’のホログラムは最早ブラッグの回折条件を満たないので、平面鏡Mで反射された赤色回折成分R、緑色回折成分G、青色回折成分Bの光は、この対称の領域51’で再回折されず直通する。その様子を、図4、図5(b)に光束L”として示してある。
【0034】
したがって、照明光Lの入射面をX−Z面とするとき、X−Z面内で集光機能と分光機能を有し、その入射面に垂直なY−Z面内では偏向機能を有する(集光機能を持つ必要性は必ずしもない。)同じ特性の微小ホログラム51を2次元的にアレー状に配置してホログラムカラーフィルターを構成することにより、そのホログラムカラーフィルターの集光面近傍に配置された反射層によって反射された波長分散により分光された光は、そのホログラムカラーフィルターで再回折せず、略正面方向に進むことになり、これを空間光変調器と組み合わせて反射型画像表示装置を構成すると、略正面から歪みなく画像が観察でき、投影表示する場合に大きな口径の投影レンズを必要としないものが構成できる。
【0035】
なお、このような特性の微小ホログラム51としては、例えば図6の実線で囲んだ領域が用いられる。
【0036】
次に、このような本発明のホログラムカラーフィルター50を用いた反射型の画像表示装置を、図1の説明図を参照にして説明する。図1(a)は略平行な白色照明光33の入射面への射影図、図1(b)はその入射面に垂直な射影図である。この例では、空間光変調器として高分子分散型液晶(PDLC)表示素子31を用いている。同図において、R、G、Bの分色画素1組からなる画素60が規則的に配列されてなるPDLC表示素子31の表側(観察側)に本発明のホログラムカラーフィルター50が離間して配置される。PDLC表示素子31背面にはアルミニウム膜のような反射層32が配置されている。なお、ホログラムカラーフィルター50と反射層32の間の距離は、微小ホログラム51の集光距離(焦点距離)に略等しく選ばれる。
【0037】
ホログラムカラーフィルター50においては、白色照明光33の入射面の方向においては(図1(a))、R、G、Bの分色画素1組からなる画素60の配列ピッチと同じピッチでの微小ホログラム51がアレー状に配置されており、また、その入射面に垂直な方向においては(図1(b))、画素60の配列ピッチと同じピッチでの微小ホログラム51がアレー状に配置されている。
【0038】
そして、白色照明光33の入射面の方向においては(図1(a))、微小ホログラム51は、ホログラムカラーフィルター50の法線に対して角度θをなして入射する白色照明光33の中の緑色の成分の光34Gを、対応する画素60中の分色画素Gの中心近傍に集光するように形成されている。
【0039】
また、入射面に垂直な方向においては(図1(b))、微小ホログラム51で入射面に垂直な方向に偏向された光が画素60の中心近傍に集光して入射するように微小ホログラム51の配列ピッチに対して半ピッチ以上ずれるように画素60が配置される(図4、図5のような微小ホログラム51の切り出しの場合は、半ピッチとなるが、その切り出しをX軸からずらして行う場合は半ピッチより大きくなる。)。
【0040】
このような配置であるので、ホログラムカラーフィルター50の表面側から入射面に沿って入射角θで白色照明光33を入射させると、ホログラムカラーフィルター50により入射面方向に波長分散され、各波長に対する集光位置は微小ホログラム51の中央でなく入射面に沿う一辺あるいはその外側の線の方向に分散される。その中の、赤の波長成分34Rは赤を表示する画素Rの位置の反射層32の表面近傍に、緑の成分34Gは緑を表示する画素Gの位置の反射層32の表面近傍に、青の成分34Bは青を表示する画素Bの反射層32の表面近傍にそれぞれ回折集光するように、微小ホログラム51を構成配置することにより、それぞれの色成分はブラック・マトリックスでほとんど減衰されずに各分色画素R、G、Bを通過し、反射層32で反射されて、対応する分色画素R、G、Bを裏面側からもう一度透過し、今度は同じ微小ホログラム51でなく近傍の微小ホログラム51に入射して今度はホログラムカラーフィルター50で回折されずに透過光35R、35G、35Bとなり、観察者の眼に入射する。したがって、各色の成分34R、34G、34Bはそれぞれ赤、緑、青を表示する分色画素R、G、Bに入射してそれらの分色画素の表示状態に応じた強度変調を受けて観察者の眼に達するので、分色画素R、G、Bの変調状態の組み合わせによってカラー画像表示が可能になる。また、カラー画像表示のために照明光33の利用効率が高いホログラムカラーフィルター5を用いるので、より明るいカラー画像表示が可能になる。
【0041】
しかも、表示光35R、35G、35Bは、入射面の方向においては略正面方向に出射し、入射面に垂直な方向においても(図1(b))、微小ホログラム51の焦点距離をf、画素60のピッチをPとすると、β=tan-1(P/(2f))≒P/(2f)程度の出射角となり、略正面方向に進むことになる。したがって、表示像を略正面方向から観察することができ、歪みなく画像が観察できる。また、この反射型画像表示装置の表示像を投影表示する場合に、表示光35R、35G、35Bが画像表示面から略垂直に出るので、大きな口径の投影レンズを用いなくとも光利用効率の低下を起こさず、明るい像を投影することができる。
【0042】
さらに、図2に示すように、微少ホログラム51とPDLC表示素子31の画素60の配列周期を、入射面に垂直な方向の隣接画素間でずらすようにすることにより(いわゆる「デルタ配置」として一般の液晶表示素子で用いられている。)、反射層32で反射されて隣接する微少ホログラム51に入射する光線35(35R、35G、35B)はさらにブラッグの回折条件から離れるため、再回折される割合はさらに減少する。この結果、光の利用効率をより高めることが可能となる。なお、図2において、(a)は本発明のホログラムカラーフィルター50を用いた反射型の画像表示装置の斜視図、(b)はそのX方向から見た図、(c)はそのY方向から見た図である。
【0043】
なお、図6の実線で囲んだ領域を切り出してなる微少ホログラム51は、図7(a)に模式的に示すように、X方向、Y方向共に集光機能を有するものである。図7(b)にその干渉縞を直線近似してなるホログラムを示すように、斜めに傾いた一方向にのみ集光機能を有するホログラムを微少ホログラム51として用いるようにしてもよい。この場合は、干渉縞が互いに平行な直線で構成することができるので、計算機合成ホログラムにより作成する場合は、計算・作製が容易になると言う利点がある。
【0044】
また、本発明においても、上記のPDLC表示素子31の代わりにデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を用いいることもできる。従来の図10と図1を参照にすれば、その場合の構成は明らかであるので、図示は省く。
【0045】
これら実施例の反射型画像表示装置は投影画像表示装置として用いることができる。図3にPDLC表示素子31を用いた反射型画像表示装置を投影する場合の断面図を示す。例えばメタルハライドランプ15と放物面鏡16の組み合わせからなる照明装置14からの白色の平行な照明光33によって、図1の画像表示装置の斜め前方から照明され、画像表示装置で変調された表示光35は、投影レンズ18に入射し、その投影レンズ18により表示像は拡大されてスクリーン19上に結像され、明るい投影像を得ることができる。
【0046】
以上、本発明のホログラムカラーフィルターとそれを用いた画像表示装置を原理の説明といくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。例えば、PDLC表示素子の代わりにTN型あるいはスーパーツイストネマチック(STN)型の通常の液晶表示素子等を用いることもできる。
【0047】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のホログラムカラーフィルター及びそれを用いた画像表示装置によると、ホログラムカラーフィルターが、斜め入射の照明光の入射面方向で集光機能と分光機能を有し、その入射面に垂直な方向では偏向機能を有する同じ特性の微小ホログラムが2次元的にアレー状に配置されてなるので、そのホログラムカラーフィルターの集光面近傍に配置された反射層によって反射された波長分散により分光された光は、そのホログラムカラーフィルターで再回折せず、略正面方向に進むことになり、これを空間光変調器と組み合わせて反射型画像表示装置を構成すると、略正面から歪みなく画像が観察でき、投影表示する場合に大きな口径の投影レンズを用いなくとも光利用効率の低下を起こさず、明るい像を投影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のホログラムカラーフィルターを用いた1実施例の反射型画像表示装置の説明図である。
【図2】本発明のホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表示装置の変形例を説明するための図である。
【図3】図1の反射型画像表示装置を投影画像表示装置として用いる場合の断面図である。
【図4】本発明のホログラムカラーフィルター原理を説明するための図である。
【図5】図4のX−Z面、Y−Z面への射影図である。
【図6】集光性ホログラムの干渉縞を模式的に示す図である。
【図7】微少ホログラムの変形例の干渉縞を模式的に示す図である。
【図8】従来のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の断面図である。
【図9】従来のホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表示装置の断面図である。
【図10】従来のデジタルマイクロミラーデバイスとホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表示装置の断面図である。
【符号の説明】
ZPH…集光性ホログラム
M…平面鏡
L…白色照明光
R…赤色回折成分(R分色画素)
G…緑色回折成分(G分色画素)
B…青色回折成分(B分色画素)
L’…再回折されて戻る光束
L”…再回折されず直通する光束
14…照明装置
15…メタルハライドランプ
16…放物面鏡
18…投影レンズ
19…スクリーン
31…高分子分散型液晶(PDLC)表示素子
32…反射層
33…白色照明光
34…回折光
34R、34G、34B…回折分光成分
35…表示光
35R、35G、35B…表示光(透過光)
50…ホログラムカラーフィルター(本発明)
51…微小ホログラム(領域)
51’…対称領域
60…画素
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hologram color filter and an image display device using the same, and more particularly to a hologram color filter suitable for a reflective image display device, the hologram color filter, a polymer dispersed liquid crystal display element, and a digital micromirror device type The present invention relates to a reflective image display device combined with a spatial light modulator such as a display element.
[0002]
[Prior art]
In the Japanese Patent Application No. 5-12170, the present applicant has proposed a color filter using a hologram and a liquid crystal display device using the same in order to greatly improve the utilization efficiency of a backlight for liquid crystal display.
[0003]
This hologram color filter is composed of an eccentric Fresnel zone plate-shaped micro hologram array.
[0004]
Hereinafter, a liquid crystal display device using a hologram color filter composed of such an eccentric Fresnel zone plate-shaped micro hologram array will be described with reference to a sectional view of FIG. In the figure, a hologram array 5 constituting this hologram color filter is arranged at a distance from the backlight 3 incident side of a liquid crystal display element 6 regularly divided into liquid crystal cells 6 '(color separation pixels). On the back surface of the liquid crystal display element 6, a black matrix 4 provided between the liquid crystal cells 6 'is disposed. In addition to the above, polarizing plates (not shown) are disposed on both sides of the liquid crystal display element 6. In addition, an absorption color filter that passes light of colors corresponding to R, G, and B color separation pixels is additionally arranged between the black matrix 4 as in the conventional color liquid crystal display device. You may do it.
[0005]
The hologram array 5 corresponds to the repetition period of the color separation pixels of R, G, and B, that is, the repetition pitch corresponding to each set of three liquid crystal cells 6 'adjacent in the direction in the plane of the liquid crystal display element 6. The micro holograms 5 'are arranged in an array at the same pitch. The micro holograms 5' are arranged in groups of three liquid crystal cells 6 'adjacent to each other in the direction of the surface of the liquid crystal display element 6 and arranged one by one. Each of the micro-holograms 5 ′ has three components corresponding to the micro-hologram 5 ′ with the green component light in the backlight 3 incident at an angle θ with respect to the normal line of the hologram array 5. In order to condense on the liquid crystal cell G in the center of the color separation pixels R, G, B, it is formed in a Fresnel zone plate shape as schematically shown in FIG. In FIG. 6, for example, a region surrounded by a dotted line is used as the minute hologram 5 ′. The micro-hologram 5 'is formed of a transmission type hologram such as a relief type, a phase type, and an amplitude type, which has little or no wavelength dependency of diffraction efficiency. Here, the fact that the diffraction efficiency has no or little wavelength dependency means that it is not a type that diffracts only a specific wavelength and hardly diffracts other wavelengths like a Lippmann hologram. The diffraction grating whose diffraction efficiency is less dependent on the wavelength diffracts in substantially the entire visible light range with different diffraction angles depending on the wavelength.
[0006]
Because of such a configuration, when the white backlight 3 incident at an angle θ with respect to the normal line is incident from the surface of the hologram array 5 opposite to the liquid crystal display element 6, it depends on the wavelength. The diffraction angles by the micro-hologram 5 ′ are different, and the condensing position for each wavelength is dispersed in a direction substantially parallel to the surface of the hologram array 5. Among them, the red wavelength component is at the position of the liquid crystal cell R that displays red, the green component is at the position of the liquid crystal cell G that displays green, and the blue component is at the position of the liquid crystal cell B that displays blue. By arranging the hologram array 5 so as to be diffracted and condensed, each color component passes through each liquid crystal cell 6 'with almost no attenuation in the black matrix 4, and the liquid crystal cell 6' at the corresponding position is passed through. Color display according to the state can be performed.
[0007]
As described above, by using the hologram array 5 as a color filter, each wavelength component of the conventional color filter backlight can be incident on each liquid crystal cell 6 'without absorption without any waste. Can be improved.
[0008]
The present applicant has also proposed a reflection type image display apparatus using the hologram color filter as described above in Japanese Patent Application No. 8-95289. The reflection type image display apparatus will be described with reference to the cross-sectional view of FIG.
[0009]
In this example, a polymer dispersed liquid crystal (PDLC) display element 31 is used as a spatial light modulator. In the figure, the hologram color filter 5 is arranged on the front side (observation side) of the PDLC display element 31 regularly divided into color separation pixels 31 ′. A reflective layer 32 such as an aluminum film is disposed on the back surface of the PDLC display element 31. A black matrix (not shown) (see FIG. 8) is arranged between the color separation pixels 31 ′ of the PDLC display element 31. The distance between the hologram color filter 5 and the reflective layer 32 is selected to be approximately equal to the condensing distance (focal length) of the minute hologram 5 ′.
[0010]
Also in this case, the hologram color filter 5 has the repetition period of the R, G, and B color separation pixels of the PDLC display element 31, that is, the three color separation pixels 31 ′ adjacent to each other in the direction in the drawing of the PDLC display element 31. Corresponding to each set, it consists of minute holograms 5 ′ arranged in an array at the same pitch as the repetition pitch, and the minute hologram 5 ′ is adjacent to the direction of the PDLC display element 31 in the plane of the paper, and the three color separation pixels 31. 'One piece is arranged corresponding to each group, and each micro-hologram 5' is a green component in the illumination light 33 incident at an angle θ with respect to the normal line of the hologram color filter 5. It is also formed in a Fresnel zone plate shape so that the light 34G is condensed in the vicinity of the color separation pixel G at the center of the three color separation pixels R, G, B corresponding to the minute hologram 5 '. It is.
[0011]
With this arrangement, when the white illumination light 33 is incident at an incident angle θ from the surface side of the hologram color filter 5, the wavelength is dispersed by the hologram color filter 5, and the condensing position for each wavelength is the surface of the hologram color filter 5. It is distributed in the direction parallel to. Among them, the red wavelength component 34R is in the vicinity of the surface of the reflection layer 32 at the position of the color separation pixel R displaying red, and the green component 34G is the surface of the reflection layer 32 at the position of the color separation pixel G displaying green. By arranging the hologram color filter 5 so that the blue component 34B is diffracted and condensed in the vicinity of the surface of the reflection layer 32 of the color separation pixel B displaying blue, each color component is black, It passes through each color separation pixel 31 ′ with almost no attenuation by the matrix, is reflected by the reflection layer 32, passes through the corresponding color separation pixels R, G, B again from the back side, and further enters the hologram color filter 5. Then, the transmitted light 35R, 35G, and 35B is hardly diffracted by the hologram color filter 5 and is incident on the eyes of the observer. Therefore, the components 34R, 34G, and 34B of the respective colors are incident on the pixels R, G, and B that display red, green, and blue, respectively, and are subjected to intensity modulation according to the display state of these color-separated pixels, and then the eyes of the observer Therefore, it is possible to display a color image by combining the modulation states of the color separation pixels R, G, and B.
[0012]
Here, the PDLC display element 31 performs display by controlling the white turbid state and the transparent state by turning on and off the voltage, and does not require a polarizing plate. Therefore, the PDLC display element 31 is more than a normal liquid crystal display element such as a TN liquid crystal display element. Bright display is possible. In addition, since the hologram color filter 5 with high utilization efficiency of the illumination light 33 is used for color image display, brighter color image display is possible.
[0013]
It has also been proposed to use a digital micromirror device (DMD) instead of the PDLC display element as the spatial light modulator. FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example in which a digital micromirror device (DMD) 37 is used as a spatial light modulator arranged on the back side of the hologram color filter 5, and the red diffraction component 34 </ b> R dispersed by the hologram color filter 5. The DMD 37 is arranged so that the micro mirror 38 of the DMD 37 is positioned near the position where the green diffraction component 34G and the blue diffraction component 34B are condensed. With such an arrangement, since the positions of the color separation pixels R and B are modulated, the reflected lights 35R and 35B are reflected in a predetermined direction, whereas the color separation pixel G is not modulated. The reflected light 35G is reflected in a direction different from the reflected lights 35R and 35B. Therefore, for example, by observing from the direction of the reflected light 35R, 35B, a color image can be observed, and a bright color image can be displayed.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of a reflective image display device using a hologram color filter composed of an eccentric Fresnel zone plate-shaped micro hologram array as shown in FIGS. 9 and 10, the reflected light from the reflective layer 32 or the micro mirror 38 is a hologram. Re-enter the array 5. At this time, most of the light is re-diffracted by the hologram array 5 and returns to the incident direction. Although the diffracted light beam can be used for display, there is a problem that the image is distorted because the emission angle becomes oblique.
[0015]
Further, as in the example of FIGS. 9 and 10, if the diffracted light dispersed by the hologram array 5 is designed to be inclined to some extent within the incident surface, the light re-entering the hologram array 5 can be designed at the designed incident angle ( Since it deviates from the Bragg angle), it is not diffracted. However, in this case, the divergence angle of the light source itself of the illumination light 33 is added to the dispersion angle, and further, the angle corresponding to the above-described inclination, and the display lights 35R, 35G, and 35B are emitted in a greatly inclined direction. The image will be distorted. In addition, when performing projection display, it is necessary to use an extremely large projection lens.
[0016]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to display a projection light that is not re-diffracted by a hologram array and can be observed without distortion almost from the front. To provide a reflective image display device that does not require a projection lens having a large aperture and a hologram color filter used therefor.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The hologram color filter of the present invention that achieves the above object has a condensing function and a spectral function in the incident plane direction of obliquely incident illumination light, and a micro-hologram having the same characteristics that has a deflection function in a direction perpendicular to the incident plane. Are two-dimensionally arranged in an array.
[0018]
In this case, it is desirable that the micro-hologram has a condensing function in addition to a deflection function in a direction perpendicular to the incident surface.
[0019]
Further, the minute hologram can be cut out from the eccentric region of the condensing hologram.
[0020]
Further, the arrangement period of the minute holograms may be such that adjacent minute holograms in a direction perpendicular to the incident surface are shifted in a direction parallel to the incident surface.
[0021]
Further, the minute hologram can be formed of a hologram having convergence only in a direction inclined with respect to the incident surface.
[0022]
An image display device using the hologram color filter of the present invention that achieves the above object has an illumination light source and a condensing function and a spectral function in the direction of the incident surface of illumination light obliquely incident from the illumination light source. In the direction perpendicular to the hologram color filter in which micro-holograms having the same characteristics having a deflection function are two-dimensionally arranged in an array, a reflective layer disposed in the vicinity of the condensing surface, the hologram color filter, And a transmissive spatial light modulator disposed between the reflective layers.
[0023]
In this case, it is desirable that the arrangement period of the pixels of the transmissive spatial light modulator is shifted by at least a half pixel with respect to the arrangement period of the minute holograms of the hologram color filter in the direction perpendicular to the incident surface.
[0024]
Further, as the transmissive spatial light modulator, a polymer dispersion type liquid crystal display element that controls a white turbid state and a transparent state by applying and releasing a voltage can be used.
[0025]
An image display device using another hologram color filter of the present invention has an illumination light source and a condensing function and a spectral function in the direction of the incident surface of illumination light obliquely incident from the illumination light source, and is perpendicular to the incident surface. In each direction, the tilt angle can be controlled independently by a hologram color filter in which micro-holograms with the same characteristics having a deflection function are two-dimensionally arranged in an array and an external signal placed in the vicinity of the condensing surface. It is characterized by comprising a digital micromirror device type display element comprising a two-dimensional array of possible micromirrors.
[0026]
In these image display apparatuses, the reflected light may be enlarged and projected by a projection optical system.
[0027]
In the present invention, the hologram color filter has a condensing function and a spectroscopic function in the direction of the incident surface of the obliquely incident illumination light, and a two-dimensional micro-hologram having the same characteristics having a deflection function in the direction perpendicular to the incident surface. Therefore, the light dispersed by the wavelength dispersion reflected by the reflection layer disposed in the vicinity of the condensing surface of the hologram color filter is not re-diffracted by the hologram color filter, and is substantially omitted. If the reflection type image display device is configured by combining this with a spatial light modulator, an image can be observed almost without distortion from the front, and a projection lens with a large aperture can be used for projection display. A bright image can be projected without causing a decrease in light utilization efficiency.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the principle of the hologram color filter of the present invention and an image display apparatus using the same will be described.
[0029]
As shown in FIG. 4, the Fresnel zone plate-shaped condensing hologram ZPH is arranged on the YZ plane, and the center axis thereof is arranged to coincide with the Z axis. This Fresnel zone plate-shaped condensing hologram ZPH is composed of a relief type, phase type, amplitude type, or other transmission type hologram which has no or little wavelength dependency of diffraction efficiency, as in the prior art. Here, the fact that the diffraction efficiency has no or little wavelength dependency means that it is not a type that diffracts only a specific wavelength and hardly diffracts other wavelengths like a Lippmann hologram. The diffraction grating whose diffraction efficiency has little wavelength dependency diffracts at different diffraction angles depending on the wavelength. The focal length of the condensing hologram ZPH with respect to green light is f.
[0030]
A plane mirror M is arranged on the back surface side (−Z side) at a distance f parallel to the condensing hologram ZPH. Near the position corresponding to the condensing position when the white illumination light L parallel to the XZ plane is incident at an angle θ with respect to the Z axis of the condensing hologram ZPH, and 1 from the X axis in the −Y axis direction. Consider a minute hologram region 51 of a condensing hologram ZPH having a width for pixels and a length for one pixel in the X-axis direction.
[0031]
As shown in FIG. 5A, the white illumination light L incident on the minute hologram region 51 is diffracted by the red diffraction component R in the plane parallel to the XZ plane, as in the conventional hologram color filter. , The green diffraction component G and the blue diffraction component B, and the light is condensed near the plane mirror M. On the other hand, as shown in FIG. 5B, such spectroscopy does not occur in a plane parallel to the YZ plane, and is directly below the X axis, which is directly below one side of the minute hologram region 51. Condensate.
[0032]
The light of the red diffraction component R, the green diffraction component G, and the blue diffraction component B reflected by the plane mirror M is incident on a region 51 ′ that is symmetrical with respect to the X axis, and this region 51 of the condensing hologram ZPH. Due to the diffracting action of ', the light is re-diffracted in the direction opposite to the incident illumination light L and returns to the incident direction. This state is shown as a light beam L ′ in FIG.
[0033]
However, if a micro-hologram having the same diffraction characteristics as the hologram in the micro-hologram region 51 is arranged in the region 51 ′, the hologram in the region 51 ′ no longer satisfies the Bragg diffraction condition and is reflected by the plane mirror M. The light of the red diffraction component R, the green diffraction component G, and the blue diffraction component B passes through the symmetrical region 51 ′ without being re-diffracted. This state is shown as a light beam L ″ in FIGS. 4 and 5B.
[0034]
Therefore, when the incident surface of the illumination light L is an XZ plane, it has a condensing function and a spectral function in the XZ plane, and a deflection function in the YZ plane perpendicular to the incident plane ( It is not always necessary to have a condensing function.) By forming a hologram color filter by arranging two-dimensional array of micro-holograms 51 having the same characteristics, the hologram color filter is arranged in the vicinity of the condensing surface of the hologram color filter. The light dispersed by the wavelength dispersion reflected by the reflecting layer is not re-diffracted by the hologram color filter but travels substantially in the front direction, and this is combined with a spatial light modulator to create a reflective image display device. When configured, an image can be observed almost without distortion from the front, and a projection lens having a large aperture is not required for projection display.
[0035]
For example, a region surrounded by a solid line in FIG. 6 is used as the micro-hologram 51 having such characteristics.
[0036]
Next, a reflection type image display apparatus using the hologram color filter 50 of the present invention will be described with reference to the explanatory view of FIG. FIG. 1A is a projection view of the substantially parallel white illumination light 33 onto the incident surface, and FIG. 1B is a projection view perpendicular to the incident surface. In this example, a polymer dispersed liquid crystal (PDLC) display element 31 is used as a spatial light modulator. In the figure, the hologram color filter 50 of the present invention is arranged on the front side (observation side) of a PDLC display element 31 in which pixels 60 each consisting of a set of R, G, and B color separation pixels are regularly arranged. Is done. A reflective layer 32 such as an aluminum film is disposed on the back surface of the PDLC display element 31. Note that the distance between the hologram color filter 50 and the reflective layer 32 is selected to be approximately equal to the condensing distance (focal length) of the micro hologram 51.
[0037]
In the hologram color filter 50, in the direction of the incident surface of the white illumination light 33 (FIG. 1 (a)), a minute pitch at the same pitch as the arrangement pitch of the pixels 60 composed of one set of R, G, and B color separation pixels. The holograms 51 are arranged in an array, and in the direction perpendicular to the incident surface (FIG. 1B), the minute holograms 51 having the same pitch as the arrangement pitch of the pixels 60 are arranged in an array. Yes.
[0038]
Then, in the direction of the incident surface of the white illumination light 33 (FIG. 1A), the minute hologram 51 is included in the white illumination light 33 incident at an angle θ with respect to the normal line of the hologram color filter 50. The green component light 34 </ b> G is formed so as to be condensed near the center of the color separation pixel G in the corresponding pixel 60.
[0039]
Further, in the direction perpendicular to the incident surface (FIG. 1B), the minute hologram is such that the light deflected by the minute hologram 51 in the direction perpendicular to the incident surface is condensed and incident near the center of the pixel 60. The pixels 60 are arranged so as to be shifted by a half pitch or more with respect to the arrangement pitch of 51 (in the case of cutting out the small hologram 51 as shown in FIGS. 4 and 5, it becomes a half pitch, but the cutting is shifted from the X axis. If this is done, it will be larger than half the pitch.)
[0040]
Due to this arrangement, when the white illumination light 33 is incident at an incident angle θ along the incident surface from the surface side of the hologram color filter 50, the hologram color filter 50 causes wavelength dispersion in the incident surface direction, and The condensing positions are not distributed in the center of the minute hologram 51 but in the direction of one side along the incident surface or the outside line. Among them, the red wavelength component 34R is near the surface of the reflective layer 32 at the position of the pixel R that displays red, and the green component 34G is near the surface of the reflective layer 32 at the position of the pixel G that displays green. By arranging the micro hologram 51 so that the component 34B is diffracted and condensed near the surface of the reflection layer 32 of the pixel B that displays blue, each color component is hardly attenuated by the black matrix. It passes through each color separation pixel R, G, B, is reflected by the reflective layer 32, and passes through the corresponding color separation pixel R, G, B again from the back side. The light is incident on the hologram 51 and is not diffracted by the hologram color filter 50, but becomes transmitted light 35R, 35G, and 35B, and enters the observer's eyes. Therefore, each color component 34R, 34G, 34B is incident on the color separation pixels R, G, B for displaying red, green, and blue, respectively, and is subjected to intensity modulation in accordance with the display state of those color separation pixels. Therefore, it is possible to display a color image by combining the modulation states of the color separation pixels R, G, and B. In addition, since the hologram color filter 5 with high use efficiency of the illumination light 33 is used for color image display, brighter color image display is possible.
[0041]
Moreover, the display lights 35R, 35G, and 35B are emitted substantially in the front direction in the direction of the incident surface, and also in the direction perpendicular to the incident surface (FIG. 1B), the focal length of the minute hologram 51 is f, the pixel When the pitch of 60 is P, the emission angle is approximately β = tan −1 (P / (2f)) ≈P / (2f), and the traveling proceeds substantially in the front direction. Therefore, the display image can be observed from substantially the front direction, and the image can be observed without distortion. Further, when the display image of the reflection type image display apparatus is projected and displayed, the display light 35R, 35G, and 35B is emitted substantially perpendicularly from the image display surface, so that the light use efficiency is reduced without using a projection lens having a large aperture. A bright image can be projected without causing any problems.
[0042]
Further, as shown in FIG. 2, the arrangement period of the micro hologram 51 and the pixel 60 of the PDLC display element 31 is shifted between adjacent pixels in a direction perpendicular to the incident surface (so-called “delta arrangement”). The light rays 35 (35R, 35G, and 35B) that are reflected by the reflective layer 32 and enter the adjacent minute hologram 51 are further diffracted because they are further away from the Bragg diffraction conditions. The rate is further reduced. As a result, the light utilization efficiency can be further increased. 2A is a perspective view of a reflection type image display device using the hologram color filter 50 of the present invention, FIG. 2B is a view seen from the X direction, and FIG. 2C is a view from the Y direction. FIG.
[0043]
Note that the micro-hologram 51 obtained by cutting out the region surrounded by the solid line in FIG. 6 has a condensing function in both the X direction and the Y direction, as schematically shown in FIG. As shown in FIG. 7B, a hologram obtained by linearly approximating the interference fringes may be used as the minute hologram 51 having a condensing function only in one obliquely inclined direction. In this case, since the interference fringes can be constituted by straight lines parallel to each other, there is an advantage that calculation and production are facilitated when the computer-generated hologram is created.
[0044]
Also in the present invention, a digital micromirror device (DMD) can be used in place of the PDLC display element 31 described above. With reference to FIG. 10 and FIG. 1 of the related art, the configuration in that case is clear, and thus illustration is omitted.
[0045]
The reflection type image display apparatus of these embodiments can be used as a projection image display apparatus. FIG. 3 shows a cross-sectional view when a reflective image display device using the PDLC display element 31 is projected. For example, display light that is illuminated obliquely from the front of the image display device of FIG. 1 and modulated by the image display device by white parallel illumination light 33 from the illumination device 14 that is a combination of a metal halide lamp 15 and a parabolic mirror 16. 35 is incident on the projection lens 18, and the display image is enlarged by the projection lens 18 and formed on the screen 19, so that a bright projection image can be obtained.
[0046]
As described above, the hologram color filter of the present invention and the image display device using the same have been described based on the explanation of the principle and some embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments and can be variously modified. is there. For example, a normal liquid crystal display element of a TN type or a super twist nematic (STN) type can be used instead of the PDLC display element.
[0047]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the hologram color filter of the present invention and the image display apparatus using the same, the hologram color filter has a condensing function and a spectroscopic function in the direction of the incident surface of the obliquely incident illumination light. In the direction perpendicular to the incident surface, micro-holograms with the same characteristics having a deflection function are two-dimensionally arranged in an array, so that they are reflected by the reflective layer disposed near the condensing surface of the hologram color filter. The light dispersed by the wavelength dispersion is not re-diffracted by the hologram color filter, but travels substantially in the front direction. When this is combined with the spatial light modulator to constitute a reflective image display device, the light is separated from the front. An image can be observed without distortion, and a bright image can be obtained without causing a decrease in light use efficiency without using a projection lens with a large aperture for projection display. It is possible to shadow.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a reflective image display device of one embodiment using a hologram color filter of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a modification of the reflection type image display apparatus using the hologram color filter of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view when the reflection type image display device of FIG. 1 is used as a projection image display device.
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of a hologram color filter of the present invention.
FIG. 5 is a projection view onto the XZ plane and the YZ plane of FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram schematically showing interference fringes of a condensing hologram.
FIG. 7 is a diagram schematically showing interference fringes of a modification of a minute hologram.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device using a conventional hologram color filter.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a reflective image display device using a conventional hologram color filter.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a reflection type image display apparatus using a conventional digital micromirror device and a hologram color filter.
[Explanation of symbols]
ZPH ... Condensation hologram M ... Plane mirror L ... White illumination light R ... Red diffraction component (R color separation pixel)
G: Green diffraction component (G color separation pixel)
B ... Blue diffraction component (B color separation pixel)
L ′: Re-diffracted light beam L ”... Light beam 14 that is not re-diffracted and passes through directly… Illuminating device 15 ... Metal halide lamp 16 ... Parabolic mirror 18 ... Projection lens 19 ... Screen 31 ... Polymer dispersed liquid crystal (PDLC) Display element 32 ... Reflective layer 33 ... White illumination light 34 ... Diffraction light 34R, 34G, 34B ... Diffraction spectral component 35 ... Display light 35R, 35G, 35B ... Display light (transmitted light)
50. Hologram color filter (present invention)
51 ... Micro hologram (region)
51 '... Symmetrical region 60 ... Pixel

Claims (10)

斜め入射の照明光の入射面方向で集光機能と分光機能を有し、その入射面に垂直な方向では偏向機能を有する同じ特性の微小ホログラムが2次元的にアレー状に配置されてなることを特徴とするホログラムカラーフィルター。  Micro-holograms with the same characteristics that have a condensing function and a spectroscopic function in the direction of the incident surface of obliquely incident illumination light and that have a deflection function in the direction perpendicular to the incident surface are arranged in a two-dimensional array. Hologram color filter characterized by 前記微小ホログラムは、入射面に垂直な方向では偏向機能に加えて集光機能を有することを特徴とする請求項1記載のホログラムカラーフィルター。  2. The hologram color filter according to claim 1, wherein the minute hologram has a condensing function in addition to a deflecting function in a direction perpendicular to the incident surface. 前記微小ホログラムは、集光性ホログラムの偏心領域から切り出してなるものであることを特徴とする請求項1又は2記載のホログラムカラーフィルター。  The hologram color filter according to claim 1 or 2, wherein the micro-hologram is cut out from an eccentric region of a condensing hologram. 前記微小ホログラムの配列周期が、入射面に垂直な方向の隣接微小ホログラム同志が入射面に平行な方向にずれていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項記載のホログラムカラーフィルター。  4. The hologram color filter according to claim 1, wherein adjacent micro-holograms in a direction perpendicular to the incident plane are shifted in a direction parallel to the incident plane in the arrangement period of the micro-holograms. 5. . 前記微小ホログラムは、入射面に対して傾いた方向にのみ収束性を有するホログラムからなることを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載のホログラムカラーフィルター。  5. The hologram color filter according to claim 1, wherein the minute hologram is a hologram having convergence only in a direction inclined with respect to an incident surface. 照明光源と、その照明光源から斜め入射の照明光の入射面方向で集光機能と分光機能を有し、その入射面に垂直な方向では偏向機能を有する同じ特性の微小ホログラムを2次元的にアレー状に配置してなるホログラムカラーフィルターと、その集光面近傍に配置された反射層と、前記ホログラムカラーフィルターと前記反射層の間に配置された透過型空間光変調器とからなることを特徴とするホログラムカラーフィルターを用いた画像表示装置。  An illumination light source and a two-dimensional micro-hologram having the same characteristics that have a condensing function and a spectral function in the direction of the incident surface of illumination light obliquely incident from the illumination light source and a deflection function in the direction perpendicular to the incident surface A hologram color filter arranged in an array, a reflective layer disposed in the vicinity of the condensing surface, and a transmissive spatial light modulator disposed between the hologram color filter and the reflective layer. An image display device using a featured hologram color filter. 前記入射面に垂直な方向において、前記透過型空間光変調器の画素の配列周期が前記ホログラムカラーフィルターの微小ホログラムの配列周期に対して少なくとも半画素分ずれて配列されていることを特徴とする請求項6記載のホログラムカラーフィルターを用いた画像表示装置。  The arrangement period of the pixels of the transmissive spatial light modulator is shifted by at least a half pixel with respect to the arrangement period of the minute holograms of the hologram color filter in a direction perpendicular to the incident surface. An image display device using the hologram color filter according to claim 6. 前記透過型空間光変調器として、電圧の印加、解除によって白濁状態と透明状態を制御する高分子分散型液晶表示素子を用いたことを特徴とする請求項6又は7記載のホログラムカラーフィルターを用いた画像表示装置。  8. The hologram color filter according to claim 6, wherein a polymer dispersed liquid crystal display element that controls a white turbid state and a transparent state by applying and releasing a voltage is used as the transmissive spatial light modulator. Image display device. 照明光源と、その照明光源から斜め入射の照明光の入射面方向で集光機能と分光機能を有し、その入射面に垂直な方向では偏向機能を有する同じ特性の微小ホログラムを2次元的にアレー状に配置してなるホログラムカラーフィルターと、その集光面近傍に配置された外部からの信号により各々独立に傾き角が制御可能な微小ミラーの2次元配列体からなるデジタルマイクロミラーデバイス型表示素子とからなることを特徴とするホログラムカラーフィルターを用いた画像表示装置。  An illumination light source and a two-dimensional micro-hologram having the same characteristics that have a condensing function and a spectral function in the direction of the incident surface of illumination light obliquely incident from the illumination light source and a deflection function in the direction perpendicular to the incident surface Digital micromirror device display consisting of a two-dimensional array of hologram color filters arranged in an array and micromirrors whose tilt angles can be controlled independently by external signals placed in the vicinity of the condensing surface An image display device using a hologram color filter, characterized by comprising an element. 反射光を投影光学系によって拡大投影するようになっていることを特徴とする請求項6から9の何れか1項記載のホログラムカラーフィルターを用いた画像表示装置。  The image display apparatus using the hologram color filter according to claim 6, wherein the reflected light is enlarged and projected by a projection optical system.
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