JPH04232904A - ホログラムを用いた投射型表示装置 - Google Patents
ホログラムを用いた投射型表示装置Info
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- JPH04232904A JPH04232904A JP2415261A JP41526190A JPH04232904A JP H04232904 A JPH04232904 A JP H04232904A JP 2415261 A JP2415261 A JP 2415261A JP 41526190 A JP41526190 A JP 41526190A JP H04232904 A JPH04232904 A JP H04232904A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
- G02B27/149—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using crossed beamsplitting surfaces, e.g. cross-dichroic cubes or X-cubes
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
- G02B27/102—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources
- G02B27/1026—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources for use with reflective spatial light modulators
-
- G—PHYSICS
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- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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- G02B27/1086—Beam splitting or combining systems operating by diffraction only
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- G—PHYSICS
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- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/32—Holograms used as optical elements
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3141—Constructional details thereof
- H04N9/315—Modulator illumination systems
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はホログラムを用いた投射
型表示装置に関する。
型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の投射型表示装置としては、図7に
示すように、光源702が発する白色光の出射先に偏光
ビームスプリッタ703が配置され、さらに該偏光ビー
ムスプリッタ703による光の反射方向は、光を、赤、
緑、青の各色光に分離して、各色光別に光像を形成する
反射型の第1ないし第3の液晶パネル701R,701
G,701Bに照射させるとともに、第1ないし第3の
各液晶パネル701R,701G,701Bから出射し
た各色光像を合成する、45°直角プリズムの貼り合わ
せ面に形成された第1、第2のダイクロイックミラー7
04,705が順に並置されており、それら第1、第2
のダイクロイックミラー704,705で合成された合
成像を、投射レンズ706を通して不図示のスクリーン
へ拡大投射する構成のものが知られている(例えば特開
昭61−13885号公報に記載のもの)。
示すように、光源702が発する白色光の出射先に偏光
ビームスプリッタ703が配置され、さらに該偏光ビー
ムスプリッタ703による光の反射方向は、光を、赤、
緑、青の各色光に分離して、各色光別に光像を形成する
反射型の第1ないし第3の液晶パネル701R,701
G,701Bに照射させるとともに、第1ないし第3の
各液晶パネル701R,701G,701Bから出射し
た各色光像を合成する、45°直角プリズムの貼り合わ
せ面に形成された第1、第2のダイクロイックミラー7
04,705が順に並置されており、それら第1、第2
のダイクロイックミラー704,705で合成された合
成像を、投射レンズ706を通して不図示のスクリーン
へ拡大投射する構成のものが知られている(例えば特開
昭61−13885号公報に記載のもの)。
【0003】前述の反射型の第1ないし第3の液晶パネ
ル701R,701G,701Bとしては、複屈折制御
(Electrically Controlled
Birefringence:ECB) タイプのもの
が用いられており、これは各色用の画像信号に応じた印
加電圧によって入射光(本実施例ではS偏光光)の偏光
面を90°回転させる特性を有している。
ル701R,701G,701Bとしては、複屈折制御
(Electrically Controlled
Birefringence:ECB) タイプのもの
が用いられており、これは各色用の画像信号に応じた印
加電圧によって入射光(本実施例ではS偏光光)の偏光
面を90°回転させる特性を有している。
【0004】上述のような構成の液晶式の投射型表示装
置では、光源702から発せられた白色光のうち、S偏
光光のみが偏光ビームスプリッタ703で反射され、そ
のS偏光光を第1および第2のダイクロイックミラー7
04,705で赤色、緑色、青色の各色光に分離して各
色光に対応する第1ないし第3の液晶パネル701R,
701G,701Bに照射させる。そして、第1ないし
第3の各液晶パネル701R,701G,701Bから
反射する各色光は、各画素および画像信号に応じて、偏
光面が回転されたP偏光成分を有したもの、あるいは、
偏光面の回転を受けないS偏光成分となっており、それ
らの各色光は、再び第1および第2のダイクロイックミ
ラー704,705で合成されたのち、偏光ビームスプ
リッタ703へ向かう。この偏光ビームスプリッタ70
3では、各色光において、P偏光成分は透過して投射レ
ンズ706を通して、不図示のスクリーンへ投射され、
S偏光成分については、この偏光ビームスプリッタ70
3で反射されて光源702の方向へ戻る。
置では、光源702から発せられた白色光のうち、S偏
光光のみが偏光ビームスプリッタ703で反射され、そ
のS偏光光を第1および第2のダイクロイックミラー7
04,705で赤色、緑色、青色の各色光に分離して各
色光に対応する第1ないし第3の液晶パネル701R,
701G,701Bに照射させる。そして、第1ないし
第3の各液晶パネル701R,701G,701Bから
反射する各色光は、各画素および画像信号に応じて、偏
光面が回転されたP偏光成分を有したもの、あるいは、
偏光面の回転を受けないS偏光成分となっており、それ
らの各色光は、再び第1および第2のダイクロイックミ
ラー704,705で合成されたのち、偏光ビームスプ
リッタ703へ向かう。この偏光ビームスプリッタ70
3では、各色光において、P偏光成分は透過して投射レ
ンズ706を通して、不図示のスクリーンへ投射され、
S偏光成分については、この偏光ビームスプリッタ70
3で反射されて光源702の方向へ戻る。
【0005】したがって、偏光ビームスプリッタ703
は第1ないし第3の各液晶パネル701R,701G,
701Bに対して偏光子と検光子の両方の役割りをして
おり、第1ないし第3の各液晶パネル701R,701
G,701Bには偏光板が不要となり、全体構成を簡単
にしていた。
は第1ないし第3の各液晶パネル701R,701G,
701Bに対して偏光子と検光子の両方の役割りをして
おり、第1ないし第3の各液晶パネル701R,701
G,701Bには偏光板が不要となり、全体構成を簡単
にしていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の投射型表示装置には下記のような問題点がある。 (1)光の色分離および合成を行なう第1、第2のダイ
クロイックミラーに入射する光束は、各色画像を形成す
る第1ないし第3の各液晶パネルによる反射前後、すな
わち前記第1、第2のダイクロイックミラーによる色分
離の際と色合成の際とで、偏光方向が変化している。前
記第1、第2のダイクロイックミラーのように45°直
角プリズムの貼り合わせ面に形成された光学多層膜のダ
イクロイックミラーは、例えば青色波長域の光を例にす
ると、図8に示すように、P偏光成分に比較してS偏光
成分の反射帯域幅が広くなっており、偏光成分によって
反射特性が異なる。したがって、前述の図7に示した液
晶式の投射型表示装置のように、各色に対応する液晶パ
ネルへの入射光がS偏光光の場合、該液晶パネルからの
反射光がP偏光光となるため、前記各液晶パネルから反
射した各色画像光の一部が失なわれてしまう。 (2)各液晶パネルと投射レンズとの距離が長く、投射
距離を短縮するためには短焦点距離の、極端なレトロフ
ォーカスタイプの投射レンズが必要となるが、そのよう
な仕様を満たす投射レンズの実現は困難となる。
来の投射型表示装置には下記のような問題点がある。 (1)光の色分離および合成を行なう第1、第2のダイ
クロイックミラーに入射する光束は、各色画像を形成す
る第1ないし第3の各液晶パネルによる反射前後、すな
わち前記第1、第2のダイクロイックミラーによる色分
離の際と色合成の際とで、偏光方向が変化している。前
記第1、第2のダイクロイックミラーのように45°直
角プリズムの貼り合わせ面に形成された光学多層膜のダ
イクロイックミラーは、例えば青色波長域の光を例にす
ると、図8に示すように、P偏光成分に比較してS偏光
成分の反射帯域幅が広くなっており、偏光成分によって
反射特性が異なる。したがって、前述の図7に示した液
晶式の投射型表示装置のように、各色に対応する液晶パ
ネルへの入射光がS偏光光の場合、該液晶パネルからの
反射光がP偏光光となるため、前記各液晶パネルから反
射した各色画像光の一部が失なわれてしまう。 (2)各液晶パネルと投射レンズとの距離が長く、投射
距離を短縮するためには短焦点距離の、極端なレトロフ
ォーカスタイプの投射レンズが必要となるが、そのよう
な仕様を満たす投射レンズの実現は困難となる。
【0007】本発明は、上記従来の技術が有する問題点
に鑑みてなされたもので、光の利用効率が高く、鮮明な
画像を得ることを可能にする投射型表示装置を提供する
ことを目的とする。
に鑑みてなされたもので、光の利用効率が高く、鮮明な
画像を得ることを可能にする投射型表示装置を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のホログラムを用
いた投射型表示装置は、入射光を赤・緑・青の各色光に
分離する色分離とともに分離された各色光が、各色光毎
の画像を形成する反射型液晶デバイスにそれぞれ入射さ
れたときの各反射型液晶デバイスから反射した各画像光
を合成する色分離/合成手段とを備え、該画像光合成手
段で合成した合成画像光を投射レンズを通して投射する
投射型表示装置において、前記色分離/合成手段として
ホログラムが用いられている。
いた投射型表示装置は、入射光を赤・緑・青の各色光に
分離する色分離とともに分離された各色光が、各色光毎
の画像を形成する反射型液晶デバイスにそれぞれ入射さ
れたときの各反射型液晶デバイスから反射した各画像光
を合成する色分離/合成手段とを備え、該画像光合成手
段で合成した合成画像光を投射レンズを通して投射する
投射型表示装置において、前記色分離/合成手段として
ホログラムが用いられている。
【0009】この場合、ホログラムを体積位相ホログラ
ムやリップマンホログラムとしてもよく、また、ホログ
ラムが、4つの45°直角プリズムをそれらの90°の
頂点を中心にして貼り合わせたクロスダイクロイックプ
リズムと同一の構造を有するものとしてもよい。
ムやリップマンホログラムとしてもよく、また、ホログ
ラムが、4つの45°直角プリズムをそれらの90°の
頂点を中心にして貼り合わせたクロスダイクロイックプ
リズムと同一の構造を有するものとしてもよい。
【0010】
【作用】ここで、本発明に用いるホログラムの原理と、
その作用について述べる。
その作用について述べる。
【0011】図9は、Kogelnikの結合波理論(
Bell Syst.Tech.J.vol 48(1
969)P.2909−2947)を用いて反射型ホロ
グラムのピーク波長での回折効率ηをホログラムの屈折
率変調度のΔnの関数として求めた結果である。ピーク
波長での回折効率は屈折率変調度Δnを大きくすると1
00%へ次第に漸近していく。このときのホログラムの
帯域幅の変化について模式的に示したものが図10であ
る。屈折率変調度Δnを大きくしていくと、回折効率が
100%に達し、その後は、回折効率は100%のまま
で帯域幅が広くなっていく。この帯域幅は、入射光の偏
光方向(P偏光、S偏光)にはあまり影響を受けないと
いう特性がある。
Bell Syst.Tech.J.vol 48(1
969)P.2909−2947)を用いて反射型ホロ
グラムのピーク波長での回折効率ηをホログラムの屈折
率変調度のΔnの関数として求めた結果である。ピーク
波長での回折効率は屈折率変調度Δnを大きくすると1
00%へ次第に漸近していく。このときのホログラムの
帯域幅の変化について模式的に示したものが図10であ
る。屈折率変調度Δnを大きくしていくと、回折効率が
100%に達し、その後は、回折効率は100%のまま
で帯域幅が広くなっていく。この帯域幅は、入射光の偏
光方向(P偏光、S偏光)にはあまり影響を受けないと
いう特性がある。
【0012】この結果、本発明による投射型表示装置で
は、色分離および合成を行なうホログラムに入射する光
束に対して、色分離の際と色合成の際とで偏光方向が変
化しても反射回折帯幅が略一致しているため、各色光画
像を形成する液晶パネルからの反射光の一部が失われて
しまうことはない。
は、色分離および合成を行なうホログラムに入射する光
束に対して、色分離の際と色合成の際とで偏光方向が変
化しても反射回折帯幅が略一致しているため、各色光画
像を形成する液晶パネルからの反射光の一部が失われて
しまうことはない。
【0013】また、4つの45°直角プリズムを貼り合
わせてクロスダイクロイックプリズムと同一の構造にす
ることにより、反射型液晶デバイスと投射レンズとの距
離(バックフォーカス長)を短くすることができる。
わせてクロスダイクロイックプリズムと同一の構造にす
ることにより、反射型液晶デバイスと投射レンズとの距
離(バックフォーカス長)を短くすることができる。
【0014】さらに、ホログラムはレーザからの干渉縞
パターンを記録するため、大面積の素子が作製可能であ
り、一光束露光法を用いれば、大量生産にも適しており
、ダイクロイック多層膜の様に真空蒸着等で作製する素
子に比べて、非常に生産性が優れている。
パターンを記録するため、大面積の素子が作製可能であ
り、一光束露光法を用いれば、大量生産にも適しており
、ダイクロイック多層膜の様に真空蒸着等で作製する素
子に比べて、非常に生産性が優れている。
【0015】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【0016】図1(a),(b)はそれぞれ本実施例の
投射型表示装置を示す平面図および側面図である。
投射型表示装置を示す平面図および側面図である。
【0017】この投射型表示装置は、反射ミラー101
、光源102、熱線カットフィルタ103、コンデンサ
レンズ104からなる光源部100と、3つの側面にそ
れぞれ赤、緑、青用の反射型液晶ライトバルブ105R
、105G、105Bが接着されているクロスダイクロ
イックプリズムと同一の構造を有するホログラムプリズ
ム(以下、クロスホログラムプリズムと呼ぶ)106と
、前記光源部100から出射される光束を下方直角に反
射させる反射ミラー107と、該反射ミラー107で反
射された光束のS偏光成分を直角に反射させて前記クロ
スホログラムプリズム106へ導き、該光束のP偏光成
分を透過させる偏光ビームスプリッタ108と、前記偏
光ビームスプリッタ108の反クロスホログラムプリズ
ム側に設けられている投射レンズ109とを有する。
、光源102、熱線カットフィルタ103、コンデンサ
レンズ104からなる光源部100と、3つの側面にそ
れぞれ赤、緑、青用の反射型液晶ライトバルブ105R
、105G、105Bが接着されているクロスダイクロ
イックプリズムと同一の構造を有するホログラムプリズ
ム(以下、クロスホログラムプリズムと呼ぶ)106と
、前記光源部100から出射される光束を下方直角に反
射させる反射ミラー107と、該反射ミラー107で反
射された光束のS偏光成分を直角に反射させて前記クロ
スホログラムプリズム106へ導き、該光束のP偏光成
分を透過させる偏光ビームスプリッタ108と、前記偏
光ビームスプリッタ108の反クロスホログラムプリズ
ム側に設けられている投射レンズ109とを有する。
【0018】前記クロスホログラムプリズム106は色
分離/合成手段とされるもので、第1ないし第4の4つ
の45°直角プリズム106E、106F、106G、
106Hを、各90°の頂点を中心にして接合したもの
であり、各貼り合わせ面には、第1ないし第4の4つの
ホログラム106A、106B、106C、106Dが
図1(a)に示すように形成されている。また、このク
ロスホログラムプリズム106は、第1の45°直角プ
リズム106Eの斜辺に対応する面が前記偏光ビームス
プリッタ108で反射した光束の入射面となっており、
他の第2ないし第4の3つの45°直角プリズム106
F、106G、106Hの各斜辺に対応する面にそれぞ
れ、第1、第2および第3の反射型液晶ライトバルブ1
05G、105R、105Bが取付けられている。
分離/合成手段とされるもので、第1ないし第4の4つ
の45°直角プリズム106E、106F、106G、
106Hを、各90°の頂点を中心にして接合したもの
であり、各貼り合わせ面には、第1ないし第4の4つの
ホログラム106A、106B、106C、106Dが
図1(a)に示すように形成されている。また、このク
ロスホログラムプリズム106は、第1の45°直角プ
リズム106Eの斜辺に対応する面が前記偏光ビームス
プリッタ108で反射した光束の入射面となっており、
他の第2ないし第4の3つの45°直角プリズム106
F、106G、106Hの各斜辺に対応する面にそれぞ
れ、第1、第2および第3の反射型液晶ライトバルブ1
05G、105R、105Bが取付けられている。
【0019】前記第1および第4のホログラム106A
、106Dは、青色光反射の特性を有し、前記クロスホ
ログラムプリズム106に入射した光束のうち青色光成
分を反射して前記第3の反射型液晶ライトバルブ105
Bへ入射させる。
、106Dは、青色光反射の特性を有し、前記クロスホ
ログラムプリズム106に入射した光束のうち青色光成
分を反射して前記第3の反射型液晶ライトバルブ105
Bへ入射させる。
【0020】前記第2および第3のホログラム106B
、106Cは、緑色光反射の特性を有し、前記クロスホ
ログラムプリズム106に入射した光束のうち緑色光成
分を反射して前記第1の反射型液晶ライトバルブ105
Gへ入射させる。
、106Cは、緑色光反射の特性を有し、前記クロスホ
ログラムプリズム106に入射した光束のうち緑色光成
分を反射して前記第1の反射型液晶ライトバルブ105
Gへ入射させる。
【0021】光源部100から出射される白色平行光束
は反射ミラー107で全反射し、偏光ビームスプリッタ
108に入射する。偏光ビームスプリッタ108の作用
面に対して平行な偏光をもつ光束(S偏光光)は該作用
面で反射され、クロスホログラムプリズム106に入射
する。他方、偏光ビームスプリッタ108の作用面に非
平行な偏光成分(P偏光光)は該作用面を透過し、画像
光としては作用しない。したがって、このとき偏光ビー
ムスプリッタ108は偏光子として動作していることに
なる。画像光として用いられる、偏光ビームスプリッタ
108の作用面に平行な偏光成分はクロスホログラムプ
リズム106の作用面から見るとP偏光光となる。
は反射ミラー107で全反射し、偏光ビームスプリッタ
108に入射する。偏光ビームスプリッタ108の作用
面に対して平行な偏光をもつ光束(S偏光光)は該作用
面で反射され、クロスホログラムプリズム106に入射
する。他方、偏光ビームスプリッタ108の作用面に非
平行な偏光成分(P偏光光)は該作用面を透過し、画像
光としては作用しない。したがって、このとき偏光ビー
ムスプリッタ108は偏光子として動作していることに
なる。画像光として用いられる、偏光ビームスプリッタ
108の作用面に平行な偏光成分はクロスホログラムプ
リズム106の作用面から見るとP偏光光となる。
【0022】該P偏光光束は、前述のように偏光依存性
のない第1ないし第4のホログラム106A、106B
、106C、106Dが形成されたクロスホログラムプ
リズム106により赤,緑,青の各色光束R、G、Bに
分離され、それれぞれ赤,緑,青用の第1ないし第3の
反射型液晶ライトバルブ105R、105G、105B
に入射される。第1ないし第3の反射型液晶ライトバル
ブ105R、105G、105Bに用いられている液晶
は、ECB(Electrically Contro
lled Birefringence )型または4
5°TN(45°Twisted Nematic )
型のものであり、各色の画像信号に応じて印加される電
圧によって入射光の偏光面を回転させる性質をもつ。し
たがって、第1ないし第3の各反射型液晶ライトバルブ
105R、105G、105Bへの入射光は、P偏光成
分の直線偏光光束であるが、その反射光は前記画像信号
の各画素の信号に応じてS偏光成分をもった光束となる
。
のない第1ないし第4のホログラム106A、106B
、106C、106Dが形成されたクロスホログラムプ
リズム106により赤,緑,青の各色光束R、G、Bに
分離され、それれぞれ赤,緑,青用の第1ないし第3の
反射型液晶ライトバルブ105R、105G、105B
に入射される。第1ないし第3の反射型液晶ライトバル
ブ105R、105G、105Bに用いられている液晶
は、ECB(Electrically Contro
lled Birefringence )型または4
5°TN(45°Twisted Nematic )
型のものであり、各色の画像信号に応じて印加される電
圧によって入射光の偏光面を回転させる性質をもつ。し
たがって、第1ないし第3の各反射型液晶ライトバルブ
105R、105G、105Bへの入射光は、P偏光成
分の直線偏光光束であるが、その反射光は前記画像信号
の各画素の信号に応じてS偏光成分をもった光束となる
。
【0023】第1ないし第3の各反射型液晶ライトバル
ブ105R、105G、105Bから反射した反射光は
クロスホログラムプリズム106によって合成された後
、偏光ビームスプリッタ108に戻される。クロスホロ
グラムプリズム106は前述したように偏光依存性がな
いので、P偏光として各色の第1ないし第3の反射型液
晶ライトバルブ105R、105G、105Bに入射し
た光束のうち、S偏光に変換された成分も損失なく偏光
ビームスプリッタ108に戻される。
ブ105R、105G、105Bから反射した反射光は
クロスホログラムプリズム106によって合成された後
、偏光ビームスプリッタ108に戻される。クロスホロ
グラムプリズム106は前述したように偏光依存性がな
いので、P偏光として各色の第1ないし第3の反射型液
晶ライトバルブ105R、105G、105Bに入射し
た光束のうち、S偏光に変換された成分も損失なく偏光
ビームスプリッタ108に戻される。
【0024】このとき、偏光ビームスプリッタ108は
検光子として動作し、前記合成された反射光のS偏光成
分(偏光ビームスプリッタ108の作用面に対するP偏
光成分)はそのまま透過し、投射レンズ109を介して
映像光として不図示のスクリーンに投射される。一方、
前記合成された反射光のP偏光成分(偏光ビームスプリ
ッタ108の作用面に対するS偏光成分)は、直角上方
に反射され光源部100に戻る。
検光子として動作し、前記合成された反射光のS偏光成
分(偏光ビームスプリッタ108の作用面に対するP偏
光成分)はそのまま透過し、投射レンズ109を介して
映像光として不図示のスクリーンに投射される。一方、
前記合成された反射光のP偏光成分(偏光ビームスプリ
ッタ108の作用面に対するS偏光成分)は、直角上方
に反射され光源部100に戻る。
【0025】本実施例のように、光束の色分離および色
合成を行なうホログラムをクロスホログラムプリズムで
構成することによりバックフォーカス長を短かくするこ
とができる。
合成を行なうホログラムをクロスホログラムプリズムで
構成することによりバックフォーカス長を短かくするこ
とができる。
【0026】本実施例では、クロスホログラムプリズム
を用いた場合について説明を行なったが、従来の投射型
表示装置と同様の構成も可能で、この場合は、バックフ
ォーカス長を短かくすることはできないけれども、各反
射型液晶ライトバルブからの反射光量の損失がないとい
う効果は同じである。
を用いた場合について説明を行なったが、従来の投射型
表示装置と同様の構成も可能で、この場合は、バックフ
ォーカス長を短かくすることはできないけれども、各反
射型液晶ライトバルブからの反射光量の損失がないとい
う効果は同じである。
【0027】また、本実施例で示した投射型表示装置に
おいて、そのクロスホログラムプリズムを90°立てて
配置し、偏光ビームスプリッタ108の作用面に対する
直線偏光(P偏光光あるいはS偏光光)が前記クロスホ
ログラムプリズム106の、第1ないし第4のホログラ
ム106A、106B、106C、106Dに対しても
同方向の偏光光となるように構成した場合には、合成さ
れた反射光のP偏光成分が映像光となるが、クロスホロ
グラムプリズム106においては、該P偏光成分も損失
なく偏光ビームスプリッタ108に戻されるために、本
実施例の場合と同様な効果を得ることができる。
おいて、そのクロスホログラムプリズムを90°立てて
配置し、偏光ビームスプリッタ108の作用面に対する
直線偏光(P偏光光あるいはS偏光光)が前記クロスホ
ログラムプリズム106の、第1ないし第4のホログラ
ム106A、106B、106C、106Dに対しても
同方向の偏光光となるように構成した場合には、合成さ
れた反射光のP偏光成分が映像光となるが、クロスホロ
グラムプリズム106においては、該P偏光成分も損失
なく偏光ビームスプリッタ108に戻されるために、本
実施例の場合と同様な効果を得ることができる。
【0028】次に、本実施例に用いるホログラムの作製
方法およびその特性について説明を行なう。
方法およびその特性について説明を行なう。
【0029】図2は、本実施例に用いるホログラムの作
製方法を模式的に表わしたものである。
製方法を模式的に表わしたものである。
【0030】Ar レーザ等のレーザ(不図示)からの
光はハーフミラー(不図示)によって2光束に分けられ
、コリメータレンズ(不図示)で平行なレーザ光束20
1,202にされる。
光はハーフミラー(不図示)によって2光束に分けられ
、コリメータレンズ(不図示)で平行なレーザ光束20
1,202にされる。
【0031】該レーザ光束201,202はガラスやプ
ラスチック等の透明な基板203上に塗布または保持さ
れたホログラム感光材料204へ該ホログラム感光材料
204の両側から同じ入射角度θr で入射し、干渉縞
を形成する。この様な干渉縞パターンを露光されたホロ
グラム感光材料204は適当な現像等の処理プロセスを
経て、ホログラムとなる。
ラスチック等の透明な基板203上に塗布または保持さ
れたホログラム感光材料204へ該ホログラム感光材料
204の両側から同じ入射角度θr で入射し、干渉縞
を形成する。この様な干渉縞パターンを露光されたホロ
グラム感光材料204は適当な現像等の処理プロセスを
経て、ホログラムとなる。
【0032】この場合使用されるホログラム感光材料2
04としては、重クロム酸ゼラチン、フォトポリマー等
様々なものが使用可能であるが、図10で示した様に、
屈折率変調度Δnを大きくすることができる材料でなけ
ればならない。
04としては、重クロム酸ゼラチン、フォトポリマー等
様々なものが使用可能であるが、図10で示した様に、
屈折率変調度Δnを大きくすることができる材料でなけ
ればならない。
【0033】記録光となるレーザ光束201,202の
入射角度θr は、ホログラム感光材料204の屈折率
n1 、ホログラムの平均屈折率n2 、が等しく、現
像処理等によってホログラムの膜厚変化がない場合には
、以下の式で簡単に求めることができる。
入射角度θr は、ホログラム感光材料204の屈折率
n1 、ホログラムの平均屈折率n2 、が等しく、現
像処理等によってホログラムの膜厚変化がない場合には
、以下の式で簡単に求めることができる。
【0034】COSθ’r=λr /λp COSθ’
in ここで、λr は記録光波長、λp は色分離・
合成の主波長(ホログラムの回拆中心波長)、θ’rは
ホログラム感光材料204中での記録光入射角、θ’i
n は光源部50から射出されホログラムに入射する光
束のホログラム内での入射角である。また、上記計算式
を若干変更することにより、ホログラム感光材料204
の屈折率n1トホログラムの平均屈折率n2が等しくな
い場合や現像処理によりホログラムの膜厚が変化する場
合にも同様の計算が行えるが、ここでは省略する。
in ここで、λr は記録光波長、λp は色分離・
合成の主波長(ホログラムの回拆中心波長)、θ’rは
ホログラム感光材料204中での記録光入射角、θ’i
n は光源部50から射出されホログラムに入射する光
束のホログラム内での入射角である。また、上記計算式
を若干変更することにより、ホログラム感光材料204
の屈折率n1トホログラムの平均屈折率n2が等しくな
い場合や現像処理によりホログラムの膜厚が変化する場
合にも同様の計算が行えるが、ここでは省略する。
【0035】本実施例において、n1 =n2 =1.
5のホログラム感光材料204を用いて、記録光波長λ
r =514.5nmとした場合の緑色光反射のホログ
ラムでは、中心波長λp =λB =537nm、θi
n=45°(空気中)であるから、θ’in =28.
13°(ホログラム内)、したがって、θ’r=32.
33°(ホログラム感光材料204中)であり、空気中
でθr =53.34°の角度で各レーザ光束201,
202を入射させれば良い。同様に、青色光反射のホロ
グラムも記録光の入射角は求めることができる。さらに
、他の発振波長のレーザ光で記録する場合でも同様であ
る。
5のホログラム感光材料204を用いて、記録光波長λ
r =514.5nmとした場合の緑色光反射のホログ
ラムでは、中心波長λp =λB =537nm、θi
n=45°(空気中)であるから、θ’in =28.
13°(ホログラム内)、したがって、θ’r=32.
33°(ホログラム感光材料204中)であり、空気中
でθr =53.34°の角度で各レーザ光束201,
202を入射させれば良い。同様に、青色光反射のホロ
グラムも記録光の入射角は求めることができる。さらに
、他の発振波長のレーザ光で記録する場合でも同様であ
る。
【0036】図3は1光束露光法によるホログラムの作
製方法を示す図であり、図2に示した2光束露光法の2
光束のうち、どちらか一方の光束として反射ミラー30
2によって反射された光束を用いる方法である。
製方法を示す図であり、図2に示した2光束露光法の2
光束のうち、どちらか一方の光束として反射ミラー30
2によって反射された光束を用いる方法である。
【0037】Ar レーザ等のレーザからのレーザ光束
は、コリメータレンズ等でレーザ光束303に変換され
基板203側から入射角θr で入射する。入射したレ
ーザ光束303は、ホログラム感光材料204、インデ
ックスマッチング液301を透過し、反射ミラー302
で反射されて光束306となって再びホログラム感光材
料204へ入射する。このとき、ホログラム感光材料2
04面と反射ミラー面302を平行に保てば、反射角も
θr であるから図2と同様の干渉縞パターンを得るこ
とができる。
は、コリメータレンズ等でレーザ光束303に変換され
基板203側から入射角θr で入射する。入射したレ
ーザ光束303は、ホログラム感光材料204、インデ
ックスマッチング液301を透過し、反射ミラー302
で反射されて光束306となって再びホログラム感光材
料204へ入射する。このとき、ホログラム感光材料2
04面と反射ミラー面302を平行に保てば、反射角も
θr であるから図2と同様の干渉縞パターンを得るこ
とができる。
【0038】この方法において、インデックスマッチン
グ液は必らずしも必要ではないが、ホログラム感光材料
204とほぼ同一の屈折率である液体等を用いることに
より、不要な干渉縞パターンがホログラム感光材料20
4中に記録されるのを防止することができる。
グ液は必らずしも必要ではないが、ホログラム感光材料
204とほぼ同一の屈折率である液体等を用いることに
より、不要な干渉縞パターンがホログラム感光材料20
4中に記録されるのを防止することができる。
【0039】また、基板203とホログラム感光材料2
04の位置関係は図3とは逆、つまり基板203の面が
反射ミラー302に向いていても良く、このときのイン
デックスマッチング液の屈折率は、基板203の屈折率
に近いものが選ばれる。
04の位置関係は図3とは逆、つまり基板203の面が
反射ミラー302に向いていても良く、このときのイン
デックスマッチング液の屈折率は、基板203の屈折率
に近いものが選ばれる。
【0040】さらに、この方法において、レーザ光束3
03をシート状の光束にしてホログラム感光材料204
上でこの光束を走査させたり、ホログラム感光材料20
4をレーザ光束303に対し、例えば矢印305の方向
へ相対的に移動させたりすることも可能であり、フィル
ム状のホログラム感光材料を用いた場合には大量生産が
実現できる。
03をシート状の光束にしてホログラム感光材料204
上でこの光束を走査させたり、ホログラム感光材料20
4をレーザ光束303に対し、例えば矢印305の方向
へ相対的に移動させたりすることも可能であり、フィル
ム状のホログラム感光材料を用いた場合には大量生産が
実現できる。
【0041】図4は、図3とは異なる1光束露光方法を
示す図である。この方法では、ホログラム感光材料20
4の屈折率が高いものであり、記録光束の入射角θr
が臨界角を超えてしまい、空気中での入射角θr が存
在しない場合等に用いられる。
示す図である。この方法では、ホログラム感光材料20
4の屈折率が高いものであり、記録光束の入射角θr
が臨界角を超えてしまい、空気中での入射角θr が存
在しない場合等に用いられる。
【0042】例えば、前述の緑色光反射のホログラムの
記録光入射角θrは、n1 =1.5の場合はθr =
53.34°であったが、いま、n1 =n2 =1.
7のホログラム感光材料を用いるとすればθ’r=41
.79°(n=1.7のホログラム感光材料中)となり
、空気中での記録光入射角θr は存在しないことにな
る。しかし、図4において、プリズム401の頂角θp
、プリズム401の屈折率np 、プリズム401へ
の光束207の入射角θrpを適宜調節してやれば良い
。例えば、np =1.7、θp =41.79°、θ
rp=0°であればn1 =1.7のホログラム感光材
料に緑色光反射の特性を持たせることができる。
記録光入射角θrは、n1 =1.5の場合はθr =
53.34°であったが、いま、n1 =n2 =1.
7のホログラム感光材料を用いるとすればθ’r=41
.79°(n=1.7のホログラム感光材料中)となり
、空気中での記録光入射角θr は存在しないことにな
る。しかし、図4において、プリズム401の頂角θp
、プリズム401の屈折率np 、プリズム401へ
の光束207の入射角θrpを適宜調節してやれば良い
。例えば、np =1.7、θp =41.79°、θ
rp=0°であればn1 =1.7のホログラム感光材
料に緑色光反射の特性を持たせることができる。
【0043】さらに、この方法を用いれば、赤色光反射
のホログラムも作製可能であり、例えば、λp =λR
=613nm、θin=45°、n1 =n2 =1
.5、λr =514.5nmとすると、前述の式によ
ればθ’r=42.25°となり、屈折率1.5のホロ
グラム感光材料に感光材料中での入射角がθ’r=42
.25°となるように記録光を入射させれば良い。
のホログラムも作製可能であり、例えば、λp =λR
=613nm、θin=45°、n1 =n2 =1
.5、λr =514.5nmとすると、前述の式によ
ればθ’r=42.25°となり、屈折率1.5のホロ
グラム感光材料に感光材料中での入射角がθ’r=42
.25°となるように記録光を入射させれば良い。
【0044】図1に示した本発明の投射型表示装置では
、青色光と緑色光反射のホログラムを用いているが、上
記方法によれば、赤色光反射のホログラムで同様の装置
を構成することができる。
、青色光と緑色光反射のホログラムを用いているが、上
記方法によれば、赤色光反射のホログラムで同様の装置
を構成することができる。
【0045】図5は、本発明の投射型表示装置に用いた
青色光反射ホログラムと緑色光反射ホログラムの波長選
択特性(通常の光学素子の分光反射率特性に相当する)
を示す図であり、曲線aが青色光反射ホログラム、曲線
bが緑色光反射ホログラムの特性である。図より明らか
ではあるが、各ホログラムの中心波長と帯域幅は以下の
通りである。 λG =540nm、ΔλG = 80nmλB =
450nm、ΔλB =100nmこのときの、ホログ
ラムのパラメータとしては、ともにホログラムの膜厚は
約8μm、ホログラム感光材料の屈折率n1とホログラ
ムの平均屈折率n2は等しく、n1 =n2 =1.5
であり、屈折率変調度Δnは、青色反射ホログラムのと
き ΔnB =0.28 緑色反射ホログラムのとき ΔnG =0.19 であった。なお、上記屈折率変調度Δnは前述した k
ogelnik の結合波理論を用いて、実測値から逆
算した値を示した。
青色光反射ホログラムと緑色光反射ホログラムの波長選
択特性(通常の光学素子の分光反射率特性に相当する)
を示す図であり、曲線aが青色光反射ホログラム、曲線
bが緑色光反射ホログラムの特性である。図より明らか
ではあるが、各ホログラムの中心波長と帯域幅は以下の
通りである。 λG =540nm、ΔλG = 80nmλB =
450nm、ΔλB =100nmこのときの、ホログ
ラムのパラメータとしては、ともにホログラムの膜厚は
約8μm、ホログラム感光材料の屈折率n1とホログラ
ムの平均屈折率n2は等しく、n1 =n2 =1.5
であり、屈折率変調度Δnは、青色反射ホログラムのと
き ΔnB =0.28 緑色反射ホログラムのとき ΔnG =0.19 であった。なお、上記屈折率変調度Δnは前述した k
ogelnik の結合波理論を用いて、実測値から逆
算した値を示した。
【0046】さらに、このときのホログラムの回拆効率
(反射率)は、ほぼ100%であり、P偏光とS偏光と
の差は数%以内であった。また、回拆効率が0%となる
波長(カットオフ波長)はP偏光、S偏光とも大差がな
かった。この様なホログラムを用いて図1に示す投射型
表示装置を構成したため、光源102からの白色光のう
ち、赤色成分光としては波長580nm以上で熱線カッ
トフィルタ103のカットオフ波長λcut 以下の光
束が第2の反射型ライトバルブ105Rへ入射すること
になる。通常の装置では熱線カットフィルタ103のカ
ットオフ波長は700nm程度であるが、本装置ではこ
のカットオフ波長を650nm程度に設定し、赤色成分
光として不要な近赤外域の光をカットして第2の反射型
ライトバルブ105Rへ入射させている。
(反射率)は、ほぼ100%であり、P偏光とS偏光と
の差は数%以内であった。また、回拆効率が0%となる
波長(カットオフ波長)はP偏光、S偏光とも大差がな
かった。この様なホログラムを用いて図1に示す投射型
表示装置を構成したため、光源102からの白色光のう
ち、赤色成分光としては波長580nm以上で熱線カッ
トフィルタ103のカットオフ波長λcut 以下の光
束が第2の反射型ライトバルブ105Rへ入射すること
になる。通常の装置では熱線カットフィルタ103のカ
ットオフ波長は700nm程度であるが、本装置ではこ
のカットオフ波長を650nm程度に設定し、赤色成分
光として不要な近赤外域の光をカットして第2の反射型
ライトバルブ105Rへ入射させている。
【0047】なお、当然のことながら、熱線カットフィ
ルタ103のカットオフ波長は通常と同様に700nm
程度にして、反射型ライトバルブ105Rと前記ホログ
ラムとの光路中に650nm程度のカットオフ波長を有
する赤色フィルターを別途設けることも可能である。
ルタ103のカットオフ波長は通常と同様に700nm
程度にして、反射型ライトバルブ105Rと前記ホログ
ラムとの光路中に650nm程度のカットオフ波長を有
する赤色フィルターを別途設けることも可能である。
【0048】次に、これらホログラムの入射角特性につ
いて説明を行なう。
いて説明を行なう。
【0049】図6は、ホログラムへの入射角に対する波
長のシフトを示したものであり、緑色光反射ホログラム
の長波長側のカットオフ波長について示す。パラメータ
としては、ホログラムの平均屈折率を選び、n=1.5
とn=1.7の場合を示した。図より明らかな様に、本
発明の投射型表示装置に用いるホログラムは、屈折率の
高い方が入射角特性に優れ、屈折率1.7の場合は±5
°の入射角変化に対して、約±10nmの波長変動であ
る。
長のシフトを示したものであり、緑色光反射ホログラム
の長波長側のカットオフ波長について示す。パラメータ
としては、ホログラムの平均屈折率を選び、n=1.5
とn=1.7の場合を示した。図より明らかな様に、本
発明の投射型表示装置に用いるホログラムは、屈折率の
高い方が入射角特性に優れ、屈折率1.7の場合は±5
°の入射角変化に対して、約±10nmの波長変動であ
る。
【0050】しかし、屈折率1.5のホログラム材料を
用いたとしても、±5°の入射角変化では約±14nm
の波長変動であり、これらの値はP偏光、S偏光に依存
しない。
用いたとしても、±5°の入射角変化では約±14nm
の波長変動であり、これらの値はP偏光、S偏光に依存
しない。
【0051】この点からも、投射型表示装置にホログラ
ムを用いて本発明の構成とすることの利点がある。
ムを用いて本発明の構成とすることの利点がある。
【0052】なお、本発明に用いる体積位相ホログラム
は、ある波長領域(帯域と称す)に高い回折効率を示す
特性を有するものであり、特にその特性の良好なリップ
マンホログラムが最適である。
は、ある波長領域(帯域と称す)に高い回折効率を示す
特性を有するものであり、特にその特性の良好なリップ
マンホログラムが最適である。
【0053】
【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記すような効果を奏する。請求項1に記載の
ものにおいては、偏光依存性の少ないホログラムを用い
て色分離および色合成が行なわれるので、画像光の損失
が少なくなり、他の液晶デバイスへの光の再入射による
フレア、ゴーストの発生およびコントラストの低下が防
止された鮮明な投射画像のものとすることができる。
で、以下に記すような効果を奏する。請求項1に記載の
ものにおいては、偏光依存性の少ないホログラムを用い
て色分離および色合成が行なわれるので、画像光の損失
が少なくなり、他の液晶デバイスへの光の再入射による
フレア、ゴーストの発生およびコントラストの低下が防
止された鮮明な投射画像のものとすることができる。
【0054】また、ホログラムの作製は、レーザからの
干渉縞パターンを記録することにより行われるので、大
面積の素子が作製可能であり、特に、1光束露光法を用
いて、フィルム状のホログラム感光材料に記録すれば大
量生産にも適している。さらに、ホログラムはダイクロ
イック多層膜に比べて、光束の入射角変化に強く、その
結果として色分離および色合成の際での色ニジミや色ズ
レが少ないものとなるという効果がある。
干渉縞パターンを記録することにより行われるので、大
面積の素子が作製可能であり、特に、1光束露光法を用
いて、フィルム状のホログラム感光材料に記録すれば大
量生産にも適している。さらに、ホログラムはダイクロ
イック多層膜に比べて、光束の入射角変化に強く、その
結果として色分離および色合成の際での色ニジミや色ズ
レが少ないものとなるという効果がある。
【0055】請求項2および請求項3に記載のものにお
いては、特定波長に対する回折効率が高いものであるた
め、上記各効果を一層向上したものとすることができる
効果がある。
いては、特定波長に対する回折効率が高いものであるた
め、上記各効果を一層向上したものとすることができる
効果がある。
【0056】請求項4に記載のものにおいては、ホログ
ラムを貼り合わせてクロスホログラムプリズムを形成さ
せて色分離および色合成を行なうことにより、各液晶デ
バイスと投射レンズとの間の距離が短縮され、該投射レ
ンズの設計自由度が増すとともに表示装置のコンパクト
化を可能にすることができる効果がある。
ラムを貼り合わせてクロスホログラムプリズムを形成さ
せて色分離および色合成を行なうことにより、各液晶デ
バイスと投射レンズとの間の距離が短縮され、該投射レ
ンズの設計自由度が増すとともに表示装置のコンパクト
化を可能にすることができる効果がある。
【図1】(a),(b)は、それぞれ本発明の実施例の
構成を示す平面図および側面図である。
構成を示す平面図および側面図である。
【図2】本発明に用いるホログラムの第1の作製方法を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図3】本発明に用いるホログラムの第2の作製方法を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図4】本発明に用いるホログラムの第3の作製方法を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図5】本発明に用いるホログラムの波長選択性(分光
反射率に相当する)を示す図である。
反射率に相当する)を示す図である。
【図6】光束の入射角変化に対する緑色光反射ホログラ
ムの長波長側のカットオフ波長の変化を示す図である。
ムの長波長側のカットオフ波長の変化を示す図である。
【図7】従来の投射型表示装置の一例を示す平面図であ
る。
る。
【図8】図7に示した従来の投射型表示装置で用いたダ
イクロイックミラーの反射特性の一例を示す図である。
イクロイックミラーの反射特性の一例を示す図である。
【図9】反射型体積位相ホログラムの屈折率変調度Δn
に対する回拆効率の特性を示す図である。
に対する回拆効率の特性を示す図である。
【図10】反射型体積位相ホログラムの屈折率変調度Δ
nに対する波長選択性の変化を示す図である。
nに対する波長選択性の変化を示す図である。
100 光源部
101,107 反射ミラー
102 光源
103 熱線カットフィルタ
104 コンデンサレンズ
105 反射型液晶ライトバルブ106
クロスホログラムプリズム108 偏光ビームス
プリッタ 109 投射レンズ 201,202,303 レーザ光束204
ホログラム感光材料 203 基板 301 インデックスマッチング液302
反射ミラー
クロスホログラムプリズム108 偏光ビームス
プリッタ 109 投射レンズ 201,202,303 レーザ光束204
ホログラム感光材料 203 基板 301 インデックスマッチング液302
反射ミラー
Claims (4)
- 【請求項1】 入射光を赤・緑・青の各色光に分離す
るとともに分離された各色光が、各色光毎の画像を形成
する反射型液晶デバイスにそれぞれ入射されたときの各
反射型液晶デバイスからの反射画像光を合成する色分離
/合成手段とを備え、該画像光合成手段で合成した合成
画像光を投射レンズを通して投射する投射型表示装置に
おいて、前記色分離/合成手段としてホログラムが用い
られていることを特徴とする投射型表示装置。 - 【請求項2】 ホログラムが体積位相ホログラムであ
ることを特徴とする請求項1記載のホログラムを用いた
投射型表示装置。 - 【請求項3】 ホログラムがリップマンホログラムで
あることを特徴とする請求項1記載のホログラムを用い
た投射型表示装置。 - 【請求項4】 体積位相ホログラムが、4つの45°
直角プリズムをそれらの90°の頂点を中心にして貼り
合わせたクロスダイクロイックプリズムと同一の構造を
有していることを特徴とする請求項1に記載のホログラ
ムを用いた投射型表示装置。
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