JPH05503794A - 照明装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、照明装置及びその表示装置への応用グに関する。

それは、特に光ビームの偏光分割や、集束及びスペクトル分割、並びに歪像作用 によるビームの拡大へ応用出来る。

特に、それは単色を使用した、また３色を使用した液晶スクリーンを使った表示 について、特定の応用がある。

大形のビデオ影像を発生させる為に、映写装置に液晶活性マトリックスを使うの が現在の傾向である。

カラー影像の映写は、３本の電子管又はカラーフィルターを取付けた１本の電子 管のいずれかから行われる。

これらの影像映写技術は、もし陰極線管と比較されるとそれらのコンパクトさが 利点であるが、数パーセントのオーダの低い発光力しか有していないと言う欠点 がある。その主な制限要因は次のようなもである。

一液晶における電気光学効果は、偏光を取り扱うことを必要とし、偏光子の吸収 を加味する必要のある光源によって発光される光の５０％がロスと成る。

一各ピクセルの有効面は、トランジスタや制御電極によって占められるスペース の為に削減される。この要因は、ＨＤＴＶのニーズに対して必要とされる小形の 高解像度セル（ビクセルのスペースく１００μｍ）を使用した装置に対する主な 制限を構成する。

一単一の電子管を使用した映写の解決策は、特に簡単な装置に装備されるという 長所を有している。他方、それらは３色の要素の各々に対して少なくても３の要 因によって明度を失しなったり、カラーフィルターの空間分布によって課せられ る損失を生む。これらフィルターの無視出来ない吸収は、強い光源の使用と両立 出来ないために、１本の電子管を使用した映写装置は、従って現在のところ小形 の影像映写に限定されている。

−ＨＤＴＶの１６／９フオーマツトは、光源のエミツシコンダイアグラムにはう まく適合せず、ビーム歪像機能を有したアーキテクチャを探索することになる。

これが、本発明が非偏光光源によって照明されたホログラフィ−の偏光分割装置 と、該ホログラフィ−の偏光分割装置から偏光ビームを受け且つこのビームが集 束できるようにするホログラフィ−の集束装置とから構成されていることを特徴 する照明装置に係わっている理由である。

そのような照明源は偏光を必要とする液晶装置の表示に適用可能である。

従って本発明は、ホログラフィ−の集束装置によって集束されたビームを受ける 液晶スクリーンから構成されていることを特徴する表示装置にも関連している。

ホログラフィ−の構成要素は、干渉によって得られ、複雑な光学機能がアカデミ ツク社発行（１９８１）Ｌ。

Ｓｏｌｙｍａｒ、Ｄ、Ｊ、Ｃｏｏｋｅ著のボリュームホログラフィ−とボリュー ムグレーチングの書に説明されているような薄膜に設けられ得るようにしている 。

ラフイー要素の特性は、Ｈ，Ｋｏｇｅ　Ｉｎ１ｋ著のベルのシステム技報のＪ、 ４８、Ｐ、２９０９　（１９６９）の書に結合波の数学的形式によって説明され ている。

映写装置に使用されるタイプの白色光源と共に用いられる場合のそれらの重要性 は、次のように要約されよう。

−第８ａ図と第８ｂ図に図示されているように、角Δｅｏ＝７．５°　（空気中 ）とスペクトルΔλ＝４０ｎｍの通過帯域は、約１０μｍ厚（ｄ）で約０．０３ の指数変量を有し、反射モード（ＨＲ形）で作動する又は透過モード（ＨＴ形） で作動する構造で得られる。それらは結果的にアークランプ型の３色光源（Δλ ｉ＝１０ｎｍ；　３０ｍｍ焦点距離のコンデンサーの助【すで規準され且つ角発 散Δθ　＝６°に相当のｆ’／１に開かれた３ｍｍの代表的直径の光源）と両立 する。

−偏光ホログラフィ−の機能は、同じような角とスペクトルの通過帯域特性を有 している。

−「傾斜した」ホログラフィ−の機能（厚さで角度φで傾斜された格子）は、色 分散が制限され得るよ怖；する（δｅλ＝１ｍｒｄ／ｎｍ）。

本発明の様々な目的や特徴は、例で与えられた次の説明でまた添付図でより明白 になるであろう。

−東１図は、本発明の装置の簡略化された具体例；−第２図は、１色モードで作 動する本発明の具体例；−第３図は、３色モードで作動する本発明の具体例；− 第４ａ図から第４Ｃ図は、ホログラフィ−の偏光装置の作動点と特徴； 一第５ａ図から第５Ｃ図は、責、緑、赤の色で作動するダイアグラム： −第６図は、映写出力を改善する第２図と第３図の装置の代替例ニ ー第７図は、本発明に係る装置の別の詳細具体例；−第８ａ図と第８ｂ図は、反 射モード又は透過モードのいずれかで要素が作動するダイアグラムニ ー第９図と第１０図は、本発明のシステムの代替例；−第１１図、第１２図及び 第１３図は、第６図の装置の代替例を各々示している。

デュポンの商標で知られたものやポラロイド感光樹脂（ＤＭＰ−１２８）のよう な感光樹脂材が在り、それらは１０−１に達する先住用に感応する指数変量の反 射モード（Δく１μｍ）で構造物を記録するのに十分な解像度を有し、成る同じ フィルムに幾つかのホログラフィ−機能を重ねられるようにしている。

スペクトルの要素当り３．１０−２の指数変量で十分に光源の３要素の一つに適 合した角度及びスペクトルの通過帯域を他の二つに影響せずに用意出来ることを 既に我々は示した。

Φ 本プロセスの簡便性は別に、重クロム酸塩のゼラチン形の標準材に関連した感光 樹脂材の重要性は、全可視範囲に渡って無差別にそれに感光性を与えることが出 来る点にある。結果的に、これら素材１゛こおけるホログラフィ−機能は、三つ の各作動波長の各々に対して、例えば調整可能なレザーの助けで記録される。

記録と読み取りとの間に波長の変化が無いとホログラフィ−要素の収差をかなり 限定することになる。

従ってそのようなホログラフィ−装置は、一つ又は幾つかの点で幾つかのカラー 要素を集束する偏光照明装置を造る為に使用される。

そのような照明装置は、液晶スクリーンを使用した表示への応用に関して次のよ うに説明される。

第１図は、本発明に係る表示装置の簡略化された具体例を示している。この装置 は、 −極めて単純に白色の偏光されてない規準された光源とすることができる光ビー ムＦｉを発光する光源５と、−光ビームＦｉを受け、ビームＦｉの入射角に対し 所定の方向に沿って偏光ビームを再透過する（第２図では反射される）ように記 録されるホログラフィ−の偏光装置ＨＰｉと、−装置ＨＰｉによって透過された 偏光ビームを受け、少なくても収斂性のビームを透過するように記録されるホロ グラフィ−の集束装置ＨＬｉと、然しこの集束装置ＨＬは必須ではなく、本発明 の装置には存在しない場合もある。

−収斂性のビームを受け、このビームのほぼ焦点に設置された液晶のマトリック ス形状のスクリーンＬＣＤとから構成されている。

その液晶スクリーンＬＣＤは、通常幾つかの影像エレメント（ピクセル）を有し ている。ホログラフィ−の集束装置は、それが受ける偏光ビームに代えて、影像 エレメントが在るだけ多くのビームを透過するように記録されており、これらビ ームの各々は影像エレメントの中心で実買的に集束される。

光源の光ビームＦｉは、ホログラフィ−の偏光装置ＨＰｔの入射面と適切な入射 角を形成しなければならい。同様に、水芸ｆｉＨＰｉによって透過された偏光ビ ームもホログラフィ−の集束装置ＨＬｉと適切な角度を形成しなければならい。

第１図の装置では、ホログラフィ−の集束装置ＨＬｉは、ＨＬｉによって透過さ れた各種のビームがスクリーンＬＣＤの一つのセル上に焦点を結ぶように液晶ス クリーンＬＣＤに平行に設置されている。

光源によって発射されたビームＦｉの方向に関連し且つホログラフィ−の集束装 置ＨＬｉに関連したホログラフィ−の偏光装置ＨＰｉの位置は、ホログラムの記 録条件によって決定される。フィーの偏光装置ＨＰｉの位置は、ホログラムの記 録条件によって決定される。同様に、第１図においてホログラフィ−の装置ＨＰ ｉは、透過モードで作動しているがそれは反射モードでも作動する。同様に、ホ ログラフィ−の装置ＨＬｉは、透過モードで作動しているが反射モードでも作動 する。

ビームＦｉの横断面は、スクリーンＬＣＤのとは異なった形状に成っている。特 に、ビームＦ１の横断面は、円形又は正方形とされるが、スクリーンＬＣＤは長 方形（Ｌ６ｘ９のフォーマド）とすることが出来る。スクリーンの一様な照明を 行う為に、ビームの歪像作用を実施する必要がある。この歪像は、装置ＨＰｔに よって又は装置ＨＬｉによっていずれかで造られるが、これらの装置は軸線から 外れて、即ち反射の法則（デカルトの法則）から外れて容易に作動出来る点を考 慮している。

第２図は、本発明装置の特定の具体例を示している。

この装置は、約４５°の角度のプリズムＰＲ上にホログラフィ−の装置ＨＰｉと ホログラフィ−の集束装置ＨＬｉとを組み合わせている。

スクリーンＬＣＤは、既に述べた角拡散（Δθ＝±２６）（指数ｎの媒体で）を 考慮して光源Ｓの影像の幾何学的範囲をビクセルの有効面に接近した寸法に制限 する為に事実上マトリックスＨＬｉ上に設置されている。

偏光子ＨＰｉは、第４ａ図から第４Ｃ図で説明されたタイプのホログラフィ−の 要素である。それは、立方体の面の一つに直接沈着された感光材フィルムに記録 される。既に説明された装置でのその作動は、要素が記録された波長λ１の光源 の色要素周りに中心を取った入射面（◎の印）に直交し且つ記録角度付近で偏光 された光の反射を許容する。それは、記録条件を考慮して、ブラッグの関係が満 足された状態となっている別の波長λｉ−入射角度ｅ１の対でも作動する。

角Δθ＝５°とスペクトルΔλ＝２０ｎｍの通過帯域は、一般に見受けられるも ので、それに対し次の条件で回折効率が５０％より大きくなっている。

Δｎ＝０．０３５：先の作用に感応する指数変量ｄ＝１２ｍ　：素材の厚さ Δ＝０．２６ｍ　：縞のスペース 要素ＨＬｉは、色彩の要素λｌを電気的作動がλ１を伴ったスクリーンＬＣＤの 一つの影像エレメントＣｉ上に集束するものである。従って、要素ＨＬｉは、重 なり合ったマイクロレンズから成るマトリックスに相当しており、その１００％ の充満レベルはホログラムを重ね合わせる為に原理的に許容されているが、従来 の光学手段によって造ることは不可能である。これらレンズの各々は光軸を外れ て作動し、それは次の二つの長所を有しているニ ー集束装置ＨＰｉ上のプリズムでの４５°の反射によって得られる１６／９に近 いフォーマットに円筒状照明ビームの歪像作用を保ち、 −ＨＴタイプのグレーチングは装置ＨＬｉの支持媒体の表面に関連して傾斜した 層から構成されている為、本装置の色彩分散を制限している。

歪像作用に関して、入射ビームＦｉが装置ｊＨＰｉの平面での入射角度を４５° とは違ったものに形成するものであるとここで条件付けされるべきある。ホログ ラフィ−のグレーチングは、反射条件を満足するように記録されるので、ビーム の歪像作用が反射で得られる。

ここでは、１００μｍのスペースを取ったスクリーンＬＣＤの影像エレメントと 両立するホログラフィ−のマイクロレンズから成るマトリックスについての一興 体例が与えられいる。このマトリックスは、マスクＭｉの助けで感光層に記録さ れ、またマスクＭｉの場所にスクリーンＬＣＤを設置することで再構築される。

然しマスクＭ１は、スクリーンＬＣＤそれ自身又は等価マスク（多分ホログラフ ィ−のマスク）とすることが出来る。これらマイクロレンズの焦点距離は、従っ てスクリーンＬＣＤの逆電極とその支持媒体の厚さによって決められ、一般にｆ ＝１ｍｍである。

マトリックスＨＬｉの基本的なマイクロレンズの特性は、次の様に出来る： ｆ＝１ｍｍ　マイクロレンズの焦点距離φＬ＝０．３ｍｍ：マイクロレンズの直 径ｅ　＝４５６　：ＨＬｉの読取り角（指数ｎ＝１゜５２のプリズムにおいて） ｅ　＝１８０°　：　ＨＬ　ｉ　（Ｄ平均回折角φ＝１１２．５　：ＨＬｉの平 均回折傾斜Δ平均＝０．４５μｍ：ＨＬｉの層の平均スペースΔｎ＝０．０３　 ・光の作用に感応する指数変量ｄ＝７４ｍ　：ＨＬｉの厚さ このレンズは無限遠で作用し、且つその焦点距離と焦点の寸法ΔＸとは回折点Δ Ｘ（ｄｉｆｆ）と読取り波長λの拡大ΔＸ（ｄｉｖ）に至る発散との助けにより 概略算定されるΔＸ＝ΔＸ　（ｄ　ｉ　ｆ　ｆ）＋ΔＸ（ｄｉｖ）この例で、も し常にΔθ＝±２°であると考えると、その時： ΔＸ　（ｄ　ｉ　ｆ　ｆ）　＝４．　５８ｍΔＸ（ｄｉｖ）＝２ｆΔθ＝７２μ ｍ ΔＸ＝７６μｍ これらのタイプのアーキテクチャでは、映写された影像の光出力は各ピクセルの 有効面によって影響されず、他方その透過率は与えられた例に対し４５％より大 きくなっている。

ホログラフィ−の集束装置ＨＬｉにマイクロレンズのマトリックスの記録を行う 為に、例えばマスクが使われる。

このマスクは、スクリーンＬＣＤの電極のマトリックスを造る為に使用されるも のと同じタイプのマスクである。マスクの透明ビクセルのディメンションφＭだ けは記録されるマイクロレンズの発散に適合されなければならない。例では、従 って状況は次の様になる： φＭ＝　２λｆ／φＬ＝４．５μｍ スクリーン（ＬＣＤ）の影像エレメントに対応したマスクの透明な影像エレメン トのロケーションは、スクリーンの作動によってアドレス指定される。

マスクもまた光源の波長λ１で照らされ且つマトリックスＨＬｉを記録する為に 電気的にアドレス指定された液晶スクリーンとすることができる。

既に述べた様に、本発明の具体例はマイクロレンズのマトリックスの形で造られ た集束装置（ＨＬ）を提供するものである。

本発明の装置に集束装置を有しないものも提供される。

第２図の装置は、次のように作動する：光源Ｓは、ホログラフィ−の偏光装置Ｈ Ｐｉを一様に照らしている。ビームＦｉは、プリズムＰＲに入射面に直交して入 る。

一方の偏光要素は実質的に偏向されずに再透過されるが、他方の要素は再反射さ れる。反射されたビームは、スクリーンＬＣＤの各種の影像エレメント上にそれ を集束するホログラフィ−の集束装置ＨＬｉに透過される。更に、スクリーンＬ ＣＤは、図示されていないが影像を表示する手段によって作動される。

以上では、単一波長λｉでの作動（単色を使った作動）を考慮し、装置ＨＬｉは 一波長λｉを集束する為に記録される。

本装置は、更に幾つかの波長、特に例えば青（０，４６μｍ）、緑（０，５５μ ｍ）及び赤（０，６８μｍ）の波長に対応した三つの波長で作動する（３色を使 用した作動）。

第３図は、そのような３色を使用したシステムを図示している。このシステムで は、スクリーンＬＣＤは、各影像エレメントに対し、青に対応して波長を調節す る影像セルＣＢと緑に対応して波長を調節する影像セルｃＲと赤に対応して波長 を調節する影像セルＣＲを有している。第３図では、これらのセルは拡大して示 されているが、共に連結された三つのセルは第２図の単一の影像エレメントに対 し寸法のみが対応している。

ホログラフィ−の集束装置ＨＬは、青に対応した波長の要素を集束する為に記録 されたが、その要素はスクリーンＬＣＤの前調節セル上に装置ＨＰによって再透 過されたビームに含まれている。同様に、それは線要素を緑調節セル上にまた赤 要素を赤貝節セル上に集束しなければならない。

は、第５ａ図から第５ｃ図に与えられている。

ＨＬにそのようなホログラムを記録するためには、液晶スクリーンＬＣＤと同じ ように造られたマスクが使用される。このマスクは、例えば液晶スクリーンとな る。スクリーンＬＣＤの一つの色に対応し且つ一つの影像エレメントに対応した マスクの一つ影像エレメントのロケーションは、マスキングした液晶スクリーン の当該色の色要素の作動によってアドレス指定される。

第６図の装置は、偏光袋ｒｌＨＰによって反射された光が集束装置ＨＬのまたス クリーンＬＣＤの一部（例えば半分）を照らす上記装置の変形例である。

反射されない（入射面に平行な偏光）また偏光装置ＨＰによって透過される光は 、集束装置の他の部分とスクリーンの他の部分を照らす。従って光源からの光は 全て利用される。

スクリーン部分の内の一つを照らす光の偏光を回転させる半波長プレートλ／２ を提供することができる。第６図では、この半波長プレートは、装置ＨＰによっ て透過されたビームの経路に設置されている。次にスクリーンＬＣＤは、その全 面に渡って一様に電気的に作動される。有利なことには、半波長プレートは（色 彩の）導波モードで作動する受動液晶セルとすることができる。この半波長プレ ートは、装置ＨＰによって透過されたビームに代えて反射されたビームの経路に 設置される。好ましくはこの半波長プレートは、更に、例えば引き続いて説明さ れる第９図の場合の如く、ビームに直交するように設置される。

半波長レートを設けないことも可能である。この場合従ってスクリーンの二つの 部分が直交偏光の光ビームによって照らされる。それでスクリーンの二つの部分 を逆転状態で作動させることができる。

第７図は、マトリックスＨＰＬが反射モード（ＨＲタイプ）で作動し且つ同時に 偏光特性を有したホログラムとなっている本発明の装置の具体例を示している。

ホログラフィ−のミラー形の構成要素ＨＰＬと機能ＨＭ２に対向して常に設置さ れているスクリーンＬＣＤが本装置に導入される。第７図の装置は、その面の一 方に全反射モードで作動するプリズムＰＲを使用している。他方の面は、右から 左に連続して偏光マイクロレンズＨＰＬのホログラフィ−のマトリックスとホロ グラフィ−のミラーＨＭ２とスクリーンＬＣＤとから構成されている。木製ｆｆ １ＨＰＬでは、マイクロレンズの記録をしない偏光ホログラフィ−の装置とする ことができる点が注目される。

この装置の作動原理は、反射モードのホログラフィ−構造の狭いスペクトル選択 性特性を活用することに基ずいている。それについては次のように説明される。

規準された照明ビームは、もし必要ならば例えば１６／９フオーマツトに歪像を 発生させるプリズムＰＲの面Ｍによって全反射される。この反射は、ホログラム ＨＭＩによって実行される。そのビームは、Ｅ（Ｍ２に対してブラッグ入射が存 在しまたＨＰＬに対して非ブラッグ入射が存在するような入射で、回折されずに 最初にＨＰＬを横断する。それは次に８Ｍ２によって全反射され、８Ｍ２はＨＰ Ｌに対するブラッグ入射でこのビームを反射するために記録される。次いで、入 射面に直交状に偏光された波のその部分は、スクリーンＬＣＤのピクセル上に集 束されるためにＨＰＬによって効率的に回折される。要素ＨＭは次いで、今度は 非ブラック入射となっているので回折無しで横断される。

プリズムＰＲの面Ｍは、必ずしもホログラフィ−の要素で造られる必要がない点 が注目され、このことは空気−ガラスのジオプターの中間面に金属性又は誘電性 反射又は全反射のいずれかを含み得るものである。

偏光機能がレンズ機能で実現されている構造がここに提供されている。もしこの 要素がホログラフィ−に関するものであれば、第２図と第３図の装置における如 く、それは８Ｍ２に無差別に又はＭ上でもう一度実現される点に注目されよう。

第７図の装置の具体例によって、二つの要素ＨＰＬ、ＨＭ２のスペクトルと角度 の帯域の両立性を論証する目的でこれらの要素を組合わせた非限定例がここに提 供されている。小型白色光源と組み合わせたホログラフィ−の装置の角度とスペ クトルの選択性特性は、ホログラフィ−の要素の色彩発散が克服されるようなも のである。

この種の単一ユニット構造では、ホログラフィ−の特性（角度とスペクトルの選 択性）は、二色性ミラーの使用が回避されるようにしている。

偏光マイクロレンズＨＰＬのマトリックスｆ＝１ｍｍ　θし＝０．３ｍｍ　（μ ｍレンズの焦点距離と開口） θＢ＝６３°　θｄ＝０　λ＝０．５５μｍで（各々読取りと平均回折角度） φ＝３７．５°　Δｎ−０，０２５ｄ、＝１２μｍＡ、ｓ彎＝　０．　２４　μ ｍ ホログラフィ−のミラーＨＭ２ θＢ＝−２７５　θｄ＝６３６　λ＝０．５５μｍで（各々読取りと平均回折角 度） ８＝１６２°　Δｎ＝ｏ、０５　ｄ＝１３μｍΔ＝０．２６μｍ 第９図は、本発明の装置の代替例を示している。この装置は、スクリーンＬＣＤ に対して傾斜して（例えば４５６で）配置され且つスクリーンＬＣＤの半分が照 らされる様にする第一偏光分割装置ＨＰＤＩから構成されている。それは、スク リーンＬＣＤに平行な方向に沿って受ける。それは、所定の波長（例えば赤に相 当した波長）で入射ビームの偏光Ｒ１の一方をスクリーンＬＣＤに向かって反射 する。それは、屈折無しで同じ波長（赤）のビームの他方の偏光Ｒ２と全く他の 波長（特に緑と青に対応したもの）の光とを再透過する。

第二偏光分割装置ＨＰＤ２は、ＨＰＤＩと同じ波長（与えられた例での赤）で作 動し、スクリーンＬＣＤに向かってビームＲ２を反射する。この分割装置は、更 に反射される波長（赤）で作動するホログラフィ−のミラーとすることが出来る 。

スクリーンＬＣＤは、前に説明した様にスクリーンＬＣＤの各種の影像エレメン ト上に光を集束する集束装置ＨＬによってビームＲ１，Ｒ２を受ける。然し、集 束装置ＨＬを設けないことも出来る。スクリーンＬＣＤの出口で、第三分割装置 １ｉＨＰＤ３は成る偏光の光が通過出来る様にするとともに直交偏光の反射（非 透過）光も許容する。

これはスクリーンＬＣＤによって表示される影像の関数として実行される。

更に、二つのビームＲ１，Ｒ２を受けるスクリーンの二つの部分は、逆転状態で 作動され得る。代わりに、これらビームの内の一方の偏光を９０°だけ回転させ るブレトλ／２を提供することが出来る。例えば、第９図に示されている様にプ レートλ／２は策−偏光分割装置ＨＰＤと第二偏光分割装置ＨＰＤ２との間に設 置される。

第９図の装置は、単一の波長で又はより正確には比較的狭い波長帯域で作動する 。他の波長の光は、偏向されずまたビームＧＢに沿って現れる。

他の波長を処理する為に、本発明は第１ｏ図に示された配置に従った第９図のも ののような他の装置を使用することもできる。この第１０図において、二つ他の 装置がビームＧＢの方向に整合されている。その第一装置は、例えば緑に対応し た波長帯域を処理するために設計されている。それは、例えば青の様な第三帯域 に属する波長を有した光を偏向しない。

かくして三つの装置Ｄｉ、Ｄ２．Ｄ３は、三つの異なった波長帯域、即ち赤、緑 及び青に各々対応した帯域を処理する。

三つの装置ＤＩ、Ｄ２．Ｄ３から出て来る三本のビームは、三つの反射されたビ ームＲ、Ｇｓ、ＢＳを同一線に並べる様に処理されており、反射されたビームの 方向に直列に配置されＨＰＧ、ＨＰＢにより重ね合される。これら三本のビーム は、出口光学装置０Ｐへ透過される。

第９図では、入射ビームＦ１は、スクリーンＬＣＤの面に平行になっており、第 ９図と同じ構造の幾つかのユニットを直列に配置する場合に有効である。然し、 入射ビームＲＧＢは、スクリーンＬＣＤの面に直交している。

更に第１０図では、本システムの各種エレメントは、各種ビームの光学経路が等 しくなるように配置されている。三つの処理された波長帯域に対応した液晶スク リーンＬＣＤＲ。

ＬＣＤＧ、ＬＣＤＢは、装置Ｄｉ、Ｄ２．Ｄ３から異なった距離に配置されてい る。

例えば、もしビームＲＧＢ方向に沿った各装置Ｄｉ、Ｄ２゜Ｄ３の寸法がＬに等 しいと仮定すると、スクリーンＬＣＤＲは、装置Ｄ１から距離２Ｌに設置される 。スクリーンＬＣＤＧは、装置Ｄ２から距離りに設置され、またスクリーンＬＣ ＤＢは、実質的に装置Ｄ３に近接して設置される。

このように、第１０図のシステムでは、一方で光源Ｓと液晶スクリーンＬＣＤＲ ，ＬＣＤＧ、ＬＣＤＢとの間にまた他方で液晶スクリーンと映写光学装置との間 に等距離が保持される。

第１０図のシステムの全体寸法は、約３Ｌｘ３Ｌｘｌであり、ＬはビームＢＧＲ 及び１方向でのＤｌのような装置の寸法であり、ディメンションＤ１は第１０の 面に直交している。

第１１図は、光源ＳからスクリーンＬＣＤまでの全ての点で等しい経路が得られ るようにしている第６図のシステムの代替例を示している。この装置は、たとえ 必須でないにしてもスクリーンＬＣＤのそばに設置されたホログラフィ−の集束 装置ＨＬから構成されている。ホログラフィ−の偏光装置Ｅ（Ｐは、スクリーン ＬＣＤに対し且つ装置ＨＬに対して中央の面に配置されている。入射ビームは、 装置ＨＰ上でのその入射角度が４５°となるようになっている。この入射角度を 得る為に立方体ＣＵが一面で装置ＨＰのそばに設置されており、また隣接面ＦＡ で入射ビームを受けるようにしている。入射ビームをほぼ４５°の入射で装置Ｈ Ｐへ再透過させるようにそのビームを偏向させるために記録されたホログラフィ −装置Ｈ１がその面ＦＡと結合されている。入射ビームは好ましくは、面ＦＡと 装置Ｈ１に対し直交している。

幾つかの波長でホログラフィ−装置Ｈ１を作動させること（３色を使った作動） で、波長を狭い帯域、例えば緑に配置した入射ビームは偏向される。他の波長を 有したビームは偏向されない（ビームＦＢ、ＦＲ）。然し、立方体ＣＵは、これ らビームＦＢＳＦＲを他の表示装置ｆＤ−２，ＩＩ）’３に向けて反射する二色 性プレートＬＢＨを育している。

第１１図の具体例では、二色性プレートＬＢＨは（立方体ＣＵにおいて）装置Ｈ １の下流側にあるが、然しそれは装置Ｈ１の上流側でもよい。

第１２図は、これら装置の具体的な配列を示す。この配列において、液晶ス’） 　’Ｊ−ンＬ　ＣＤ　Ｇ　、Ｌ　ＣＤ　Ｂ　、Ｌ　ＣＤ　Ｒハ、映写光学装置ｉ ０Ｐから等しい距離になるように配置されている。

装置Ｄ−２は、青に対応した波長帯域で作動する。それは、青と赤を反射するホ ログラフィ−のミラーとすることが出来るミラーＭＢＲによって装置Ｄ−１に連 結されている。

装置Ｄ”３は、赤に対応した波長帯域で作動する。それは、ミラーＭＲで装置Ｄ Ｉに連結されている。

スクリーンＬＣＤＧ、ＬＣＤＢ、ＬＣＤＲで処理されたビームは、策１０図のシ ステムにおけるように同一線とされる。

もしスクリーンＬＣＤＧ、ＬＣＤＢ、ＬＣＤＲが出力光学装置！ＯＰから等距離 であれば、この具体例は、それらは光源Ｓから等距離になっていない点が注目さ れる。従って、これはビーム発散の為各種の色に明度差をもたらす。ホログラフ ィ−装置に発散及び若しくは収斂機能を与えることでこれを補正することが出来 る。

各種前記具体例の各々のホログラフィ−装置にそのような発散及び若しくは収斂 機能を与えることも出来る。

例えば、第９図において、スクリーンＬＣＤの色々な点は光源Ｓから等距離では ない。もし照明ビームが発散性であれば、スクリーンの照明は一様でない。これ を補正する為に、例えば装置ＨＭ　Ｄに収斂機能が設けられる。

本発明の変形例では、第９図の装置ＨＰＤＩ又はＨＭＤ　（又はＨＰＤ２）のよ うな偏光分割装置に収斂又は発散の機能を導入することが出来る。この収斂又は 発散の機能の目的は、特にスクリーンＬＣＤが二つの部分で照明され且つこれら 二つの部分を照明するビームが異なった経路を辿る為に起り得る照明の不均等性 に対し補償することである。

別の代替例では、スクリーンＬＣＤを照らすビームはスクリーン面に対して直角 であり、この角度は１０°に達することが出来る。これらの条件下では、添付図 面では、各種ビームと各覆装置とは描かれた位置に応じである角度を成している 点に留意されたい。このことで、スクリーンＬＣＤのコントラストは最適化され る。例えば第９図での説明では、ビームＦ１は、その時スクリーン面に平行にな っておらず、角度を成している。

本発明の別の変形例では、本発明の装置の全てのエレメントは、ホログラフィ− の技法によって造られるとは限らない。例えば、二色性分割器と偏光子とは従来 の光学技法によって造られ、ホログラフィ−で造られたエレメントと両立させて いる。

第１３図は、色彩分割が装置Ｄ’ｌ、Ｄ−２，Ｄ−３で行われないがこれら装置 と光源との間で行われるようにしている第１２図の代替例を示している。

図示の如く、緑に対応した波長を装置Ｄ−１に伝える為にそれらを濾波する色彩 分割器ＳＣＧが設けられている。他の波長は、青に対応した波長を装置Ｄ−２に 向かって反射し且つ赤に対応した波長をミラーＳＣＲで装置Ｄ−３に伝える別の 色彩分割器ＳＣＢに向から構成される 装置Ｄ’ｌ、Ｉ）’２．Ｄ−３は、同じように構成されているが、第１１図や第 １２図のものと違って、立方体ＣＵにおける色彩分割プレート（二色性プレート ＬＢＨ）からは構成されていない。装置Ｈ１は、波長に関しての選択が既になさ れているので受けるビームを偏向する為に波長の選択性を有する必要が無い。

装置Ｉ）’１．Ｄ″２．Ｄ”３は、並設されている。出口では、ミラーＨＰＧ、 ＨＰＢ、ＨＰＲは、三つの処理された波長帯域の三つの経路が実質的に等しくな るように方向づけられている。

本発明の映写装置は、次のことを許容している。

−従来構造に関し映写機の発光量のかなりの利得が＝３の係数だけ、カラーフィ ルターが無いことから生じ、二色性機能がホログラフィ−要素で与えられる。

２．２に達する係数だけ、ビクセル上の金集から生じ、（１００μｍスペースを 有したビクセルの場合）スクリーンＬＣＤの透過レベルが克服されるようにする 。

１．３の係数だけ、ホログラフィ−レンズのマトリックスで得られる１００％の 充満レベルから生じる。

−かなりの利得が、広スペクトル帯域の誘電性二色性偏光立方体と比較されるホ ログラフィ−の偏光子の効率にも期待される。

一低コストで且つ主装置から光学的にコピーされる光学構造が造られる。

本発明の表示装置は、従ってホログラフィ−のボリューム構成要素を使用した映 写システムにおける液晶マトリックスＬＣＤの使用に基づいている。これらマト リックスは、同時に次のことを可能にする・ 一映写用発光量がボリュームのホログラフの特性を活かすことで増大されるよう にし、それら特性は１００％の理論限界に迄到達できる高い回折効率と反射及び 透過ビームでの１／１０００に達する偏光レベルとが得られようにしている。

−複雑な光学機能が１００μｍ以下の厚さの薄膜に一体的に組み込まれるように しており、その機能はマトリックスの各々のピクセルで照明源の偏光ＨＰと選択 的集束ＨＬｉの両方及び光源の赤−緑一青の三色要素λｉの各々の色彩分割を行 う。

−ホログラムを複写する為のプロセスを利用して工業生産の必要条件と両立出来 るようにしている。

上記説明は、例として行ったものであり、他の変形例も本発明の技術的範囲を逸 脱せずに考えられよう。特にホログラフィ−装置の配置と処理される光ビームに 対するそれらの傾斜及びこれらホログラフィ−装置の特性とが、説明を図解する 為に示されたにすぎない。本発明は更に液晶スクリーンの表示システムへの応用 について、図面によって示されたその詳細な具体例で説明された。然し、本発明 はとりわけ液晶スクリーンの照明の為に示された例に使用される照明装置に関連 しているが、液晶スクリーンが無かったり、又は他の装置であってもよい。ホロ グラフィ−装置の製造については当技術分野で公知である。

例えば、高い明暗度の読取りビームで作動するホログラムをどの様に永久に記録 するかは、公知である。

Ｃす ■ Δλ　反射　Δλ　透過 要　約 照明装置及び表示装置への応用 本発明は、ホログラフィ−装置（ＨＰｉ）が入射ビームの偏光を分割するように している照明装置に関する。結果として偏光されたビームは、スクリーンの色々 な点でビームを集束するホログラフィ−装置（ＨＬｉ）に伝達される。このスク リーンは、液晶スクリーン（ＬＣＤ）とすることが出来る。

応用：液晶表示装置 第１図 国際調査報告 一＃Ｍ−−Ａ沖にめ−ｍ、ＰＣＴ／ＦＲ９１１００９０４国際調査報告 Ｓ＾　５３９５８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．偏光されていない光源（Ｓ）によって照らされたホログラフィーの偏光分割 装置（ＨＰ）と、該ホログラフィーの偏光分割装置（ＨＰ）から偏光されたビー ムを受け且つこのビームが集束されるようにするホログラフィーの集束装置（Ｈ Ｌ）とから構成されていることを特徴とする照明装置。 ２．偏光されていない光源（Ｓ）によって照らされ且つ第一の偏光方向に沿って 偏光された光を第１経路に沿って送り且つ第一方向に直交する第二偏光方向に偏 光された光を第二経路に沿って反射するホログラフィーの偏光分割装置（ＨＰ） と、それら二つの経路の内の一方に配置され且つ二つの偏光の二本のビームを平 行にするように他方の経路に平行にその光を反射する反射装置とから構成されて いることを特徴とする照明装置。 ３．ホログラフィーの偏光分割装置が、一方の偏光に対して反射モードで且つブ ルースタ角に近い角度で入射する他方の偏光に対する透過モードで作動する二つ のプリズムの間に挿入されたホログラフィーのボリユウムエレメントとなってい ることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。 ４．ホログラフィーの集束装置（ＨＬ）が、光が偏光されたビームの少なくとも 一つの波長に対して集束されるようにすることを特徴とする請求項１又は２に記 載の装置。 ５．ホログラフィーの集束装置（ＨＬ）が、偏光されたビームに含まれた波長に 従って幾つかの集束方向を許容することを特徴とする請求項４に記載の装置。 ６．ホログラフィーの集束装置（ＨＬ）が、ポリウムホログラフィー装置となっ ていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。 ７．ホログラフィーの偏光分割装置（ＨＰ）が、反射モード及び若しくは透過モ ードで作動することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。 ８．ホログラフィーの偏光分割装置（ＨＰ）が、ビームの歪像を発生させるため にホログラフィーの集束装置（ＨＬ）に対してほぼ９０°に設置されていること を特徴とする請求項７に記載の装置。 ９．ホログラフィーの集束装置（ＨＬ）によって素束されたビームを受ける空間 的に光を調整するスクリーン（ＬＣＤ）から構成されていることを特徴とする請 求項１から８のいずれか一項に項記載の照明装置を利用した表示装置。 １０．空間的に光を調整するスクリーンが、液晶スクリーン（ＬＣＤ）であるこ とを特徴とする請求項９に記載の集束装置。 １１．液晶スクリーン（ＬＣＤ）が、ホログラフィーの集束装置（ＨＬ）の焦点 を含んだ面にこの装置（ＨＬ）にほぼ平行に配置されていることを特徴とする請 求項１０に記載の表示装置。 １２．ホログラフィーの偏光装置（ＨＰ）とホログラフィーの素束装置（ＨＬ） とが、プリズム（ＰＲ）によって結合されていることを特徴とする請求項８に記 載の照明装置。 １３．液晶スクリーン（ＬＣＤ）が、各種の色での作動を許容し、ホログラフィ ーの集束装置（ＨＬ）は、異なった方向に沿って各種の色に対応した各種の波長 を集束する為に記録されていることを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。 １４，ホログラフィーの集束装置が、二つの部分；ホログラフィーの偏光分割装 置によって反射される光を受ける第一部分と；ホログラフィーの偏光分割装置に よってそれが反射されるのを許容しないように偏光を受ける第二部分とから構成 されていることを特徴とする請求項９に記載の表示装置。 １５．半波装置が、ホログラフィーの偏光分割装置によって透過された光ビーム の内の一つの経路に設置されていることを特徴とする請求項１４に記載の表示装 置。 １６．液晶スクリーン（ＬＣＤ）が、ホログラフィーの集束装置（ＨＬ）の第一 と第二の部分で各々結合された第一と第二の部分から構成されており、これら二 つの部分は、逆転状態で作動されることを特徴とする請求項１４に記載の表示装 置。 １７．ホログラフィーの偏光分割装置とホログラフィーの集束装置とが、単一の ホログラフィーの処理装置（ＨＰＬ）として造られていることを特徴とする請求 項８に記載の表示装置。 １８．ホログラフィーの処理装置（ＨＰＬ）が、反射モードで作動することを特 徴とする請求項１７に記載の表示装置。 １９．ホログラフィーの反射装置が、適当な角度でビームを伝える為にスクリー ン（ＬＣＤ）とホログラフィーの処理装置（ＨＰＬ）との間に配置されているこ とを特徴とする請求項１８に記載の表示装置。 ２０．−ホログラフィーの集束装置（ＨＬＤ）が、スクリーン（ＬＣＤ）に平行 であり； −ホログラフィーの偏光分割装置（ＨＰＤ１）が、ホログラフィーの集束装置（ ＨＬＤ）に対して約４５°であり、且つスクリーン（ＬＣＤ）の第一半分が入射 ビーム（Ｆ１）の一方の偏光の反射によって照らされることを可能とし、−反射 装置（ＨＭＤ）が、スクリーン（ＬＣＤ）の第二半分がホログラフィーの偏光分 割装置（ＨＰＤ１）によって反射されない入射ビーム（Ｆ１）の他方の反射によ って照らされることを可能にすることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。 ２１．幾つかの装置が入射ビーム（Ｆ１）の方向に直列に設置され、且つ各々が 特定の波長帯域で作動することを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。 ２２．一方で光源から等距離に且つ他方で映写対物レンズ（ＯＰ）から等距離に 配置された幾つかの液晶スクリーン（ＬＣＤＧ，ＬＣＤＧ，ＬＣＤＲ，ＬＣＤＢ ）から構成されていることを特徴とする請求項２１に記載の表示装置。 ２３．ホログラフィー装置の少なくとも一つが、処理されたビームに歪像作用を もたらす手段から構成されていることを特徴とする請求項１、２及び８のいずれ か一項に記載の装置。 ２４．ホログラフィー装置の少なくとも一つが、処理されたビームの収斂又は発 散作用を行う手段から構成されていることを特徴とする請求項１から２３のいず れか一項に記載の装置。 ２５．光源（Ｓ）が、４５°と異なった角度で偏光分割装置（ＨＰｉ）を照らし ており、偏光分割装置に記録されたホログラフィーのグレーチングが、ビームの 歪像作用が行われることを可能にする光源から来る照明ビームの方向と４５％の 角度を作ることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。