JPH07140886A

JPH07140886A - 光学素子及び画像表示装置

Info

Publication number: JPH07140886A
Application number: JP5290518A
Authority: JP
Inventors: Yoshinao Taketomi; 義尚武富; Shiro Asakawa; 史朗浅川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-11-19
Filing date: 1993-11-19
Publication date: 1995-06-02

Abstract

(57)【要約】【構成】カラー画像表示用の３色のドットパターンを
光のスポット群として形成するための光学素子であり、
光源３と、透明基板２と、この基板２上に設けられた体
積位相型のホログラム１から構成され、前記ホログラム
１は各色の光を空間的に分離する機能を持つ要素ホログ
ラムが多重記録されたものであり、前記光源に含まれる
各色の光が前記ホログラム１によって空間的に分離さ
れ、モザイク状に配列された３色光スポット群Ｒ、Ｇ、
Ｂを形成する。【効果】ホログラムの外側（空気側）から入射する光
ではホログラムが再生されないので、外見上は透明とな
り、各色のドットパターンはそれぞれが独立して形成さ
れるので、ディスプレイ上に鮮明な３色のドットパター
ンが形成できる。液晶装置との組み合わせにより、コン
トラストの高い直視型画像表示装置が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカラー画像を表示するた
めの光学素子、及び画像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶をポリマー母材に分散させ、
その光散乱を利用した高分子分散型液晶表示装置の開発
が活発化している。

【０００３】図２１は従来の表示装置の構成を示すもの
である。図２１において、３２は高分子液晶分散層、３
３は透明基板、３４、３５は透明電極、３６は照明装
置、３７はカラーフィルタである。

【０００４】以上のように構成された表示装置につい
て、以下その動作について説明する。一般に高分子液晶
分散層は、それをはさんで向かい合う一組の電極間に電
圧を印加する事によって、ポリマー母材に分散された液
晶が、無秩序に配列した状態（散乱状態）から、整然と
配列した状態（透明状態）に移行する。あるいはその逆
のプロセスも可能である。高分子液晶分散層３２は、透
明基板３３の上に画素を構成するパターンとして構成さ
れた一組の透明電極３４、３５の間に置かれ、この電極
間に印加される電圧によってその状態を変える。散乱状
態となった画素（図中斜線部）を照明装置３６の光が照
らすことにより、画像が構成され、さらにカラーフィル
タ３７を通すことによって、カラー画像が得られるもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、透明状態にある画素から照明装置３６の
光が漏れるため、常にコントラストの低い画像しか得ら
れず、直視型の表示装置としての構成が困難であった。

【０００６】また、照明装置３６とカラーフィルタ３７
が高分子液晶分散層３２をはさんだ構成をとっているた
め、この表示装置が保有する他にはない特徴、即ち電圧
印加（または除去）により透明になるという特徴、が十
分に活かされていなかった。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑み、外見上透明
で、かつ表示装置の各画素に赤、緑、青の各色を付与す
るための光学素子を提供する。

【０００８】さらにこの光学素子と高分子分散型液晶表
示装置との組み合わせにより、透明で、カラー表示可能
で、かつ直視型として用いることのできる画像表示装置
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の光学素子は、光源と、透明基板と、この基
板上に設けられた体積位相型のホログラムから構成さ
れ、前記光源を発し前記基板内を伝搬する３色の光を、
前記ホログラムによって空間的に分離して集光し、一つ
の平面上でモザイク上に配列された光スポット群を形成
するという構成を備えたものである。

【００１０】あるいは３色のドットパターンが互いに１
ピッチずつずれた状態で多重記録されたホログラムを、
前記光源を発し前記基板内を伝搬する３色の光で再生す
ることによってモザイク状に配列された３色光スポット
群を形成するという構成を備えたものである。

【００１１】また、本発明の画像表示装置は、上記光学
素子と高分子分散型液晶ディスプレイを組み合わせ、３
色の光スポットにて散乱状態にある画素を照明するとい
う構成を備えたものである。

【００１２】一方、本発明のもう一つの光学素子は、光
源の色を時系列的に交互に切り替える、あるいは３色フ
ィルタを時系列的に交互に切り替えることによって色を
変え、この各色の光を透明基板内を伝搬させ、ホログラ
ムに多重記録された透明基板面を一様に照明する各色の
照明光情報を再生し、時系列的に切り替わる３色の照明
光を形成するという構成を備えたものである。

【００１３】また、本発明のもう一つの画像表示装置
は、上記光学素子と高分子分散型液晶ディスプレイを組
み合わせ、時系列的に切り替わる３色の照明光にて散乱
状態にある画素を照明するという構成を備えたものであ
る。

【００１４】

【作用】本発明の光学素子は上記した構成によって、ホ
ログラムの外側（空気側）から入射する光ではホログラ
ムが再生されないので、外見上は透明に見える。各色の
光スポットはそれぞれが空間的に分離されるので、ディ
スプレイ上にはモザイク状に配列された鮮明な３色の光
スポット群が形成される。または時系列的に切り替わる
一様な３色の照明光が形成される。また、本発明の画像
表示装置は上記した構成によって透明となる。さらに、
不要照明光が観察者の目に入らないため、コントラスト
の高い直視型画像表示装置となる。

【００１５】

【実施例】以下本発明による光学素子の第１の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００１６】図１は本実施例における光学素子の原理
図、図２はホログラムの最小単位領域の機能を示す図、
図３は全体の鳥瞰図である。図１において、１は体積位
相型のホログラム、２は透明基板、３は光源である。

【００１７】以上のように構成された光学素子につい
て、以下図１から図３を用いてその動作を説明する。

【００１８】図１に示すように、ホログラム１は光源３
からの光を、規則的に配列した赤、緑、青の光スポット
群に変換する機能を有する。簡便のため図２、図３を用
いて、赤、緑、青の光スポットをそれぞれ１つずつ形成
するために占有されるホログラムの最小単位領域につい
て記述する。

【００１９】図２に示した体積位相型のホログラム１の
最小単位領域４には３色の光をそれぞれ異なる方向に回
折し、集光するような３つの要素ホログラムが多重記録
されている。ホログラム媒質内部では上記機能を有する
３つのホログラムが媒質内の空間を互いに共有するよう
な形で記録されているが、これを概念的に表現するた
め、同図ではホログラム面上に最小単位領域４の概観を
示した。各色の要素ホログラムによる回折の方向として
は、図２（ａ）に示すような垂直方向や図２（ｂ）に示
すような水平方向が例として上げられるが、これに限定
されるものではない。

【００２０】図３に示すように、ホログラム１にはこの
最小単位領域４が数多く存在し、互いに隣合い、または
重なり合い、その結果再生される光がその集光面上にお
いてモザイク状の３色光スポット群となるように配置さ
れている。

【００２１】各要素ホログラムは記録時に用いられた色
の光、及びその近傍の波長を持つ光によってのみ再生さ
れ、それと異なる色の光によっては再生されない。これ
は体積位相型ホログラムの他にはない特徴である。

【００２２】以下、図４と図５を用いて、ホログラムの
作成工程について説明する。図４において２は透明基
板、５はホログラム記録材料、６はその保護フィルム、
７はレンズレットアレイ、８は記録光、９は参照光であ
る。図５は図４の一部を拡大したものである。

【００２３】透明基板２の上には保護フィルム６との間
にホログラム記録材料５が塗布されている。ここで用い
られるホログラムの記録材料としては、高い回折効率が
得られ、ノイズ光の少ないフォトポリマや重クロム酸ゼ
ラチンなどが適している。ここではフォトポリマを用い
た。

【００２４】まず、たとえば赤色のレーザ光である記録
光８はレンズレットアレイ７により集光される。この様
子は図５（ａ）に拡大図として示されている。尚、同図
では記録光が水平に入射するように描かれているが、こ
れに限定されるものではない。ホログラム記録材料５は
レンズレットアレイ７とその焦平面との間に置かれる。
こうして同色の参照光９との干渉によって生じる光強度
パターンが屈折率分布としてホログラム記録材料５に記
録される。

【００２５】ここで記録されたパターンを参照光９と同
じ光路の再生光光路１０で光を入射して再生を行うと、
レンズレットアレイ７の基本周期ｄと同じ周期を持って
配列する赤色の光スポット群がある一つの平面１１上に
形成される。尚、ここで述べている光スポット群が形成
されるべき平面１１は前記レンズレットアレイの焦平面
に限られるものではない。

【００２６】通常レンズレットアレイの基本周期はカラ
ー画像を構成するドットパターンの周期に比べはるかに
大きい。従って上記の構成によって再生される光スポッ
ト群をカラー画像の形成上十分微細な間隔ｐに配置する
ために、レンズレットアレイ７を一定距離ｐずつずらせ
て、同記録プロセスをさらに繰り返す。このプロセスは
ｄ／ｐ回繰り返される。

【００２７】次にこのプロセスを、緑色のレーザ光を用
いて繰り返す。このとき図５（ｂ）に示すように記録光
８’の入射角度をわずかに傾け、再生されるべき緑色の
光スポットが、先に記録された赤色の光スポットに隣合
うように構成する。またこのときホログラム記録材料５
に形成される緑色の要素ホログラムは先に記録された赤
色の要素ホログラムと全体あるいはその一部が重なり合
うものである。引き続き青色のレーザ光でこのプロセス
を繰り返す。ここでも記録光の入射角度をさらにわずか
に傾け、再生されるべき青色の光スポット群が、先に記
録された赤色と緑色の光スポット群に隣合うように構成
する。要素ホログラムは同様に重なり合う。

【００２８】尚、ここでは赤、緑、青の順序で記録プロ
セスを説明したが、その順序は任意である。ホログラム
記録材料５のダイナミックレンジを均等に各色に配分す
ることで等価なホログラムが多重記録される。

【００２９】こうして形成されたホログラム１は、参照
光９と同じ光路の再生光光路１０で赤、緑、青の３色光
を入射させることによってそれぞれの色で独立に再生さ
れ、互いに異なる角度で回折、及び空間分離され、一つ
の平面上でモザイク上に配列された鮮明な３色の光によ
る光スポット群が形成される。

【００３０】またこうして形成されたホログラムは、例
えば透明基板２の端面から入射し、再生光光路１０で伝
搬する光によってのみ再生され、それ以外の経路を経て
入射する光によっては再生されないため、外見上透明と
なる。

【００３１】以上のように本実施例によれば、体積位相
型のホログラムとして多重記録された、空間分離機能を
有する３色の要素ホログラムを、透明基板内を伝搬する
各色の光（再生光）で再生することによって、モザイク
上に配列した３色の光スポット群を形成する透明な光学
素子が得ることができる。

【００３２】以下本発明による光学素子のもう一つの実
施例について、図面を参照しながら説明する。

【００３３】図６は本発明の実施例における光学素子の
原理図、図７はその鳥瞰図である。図６において、１２
は体積位相型のホログラム、２は透明基板、３は光源で
ある。

【００３４】以上のように構成された光学素子につい
て、以下図６から図９を用いてその動作を説明する。

【００３５】体積位相型のホログラム１２には３つのパ
ターンが多重記録されている。記録される基本パターン
は図８に示すようなドットパターンであり、このパター
ンが赤色、緑色、青色の光で、かつお互いに１ピッチず
つずらせた状態で重ねて記録されている。

【００３６】ホログラムの内部ではこの３つのパターン
が媒質内の空間を互いに共有するような形で記録されて
いる。これを概念的に表現するため、図７にホログラム
面上の重なり合った楕円群として示した。

【００３７】各パターンは記録時に用いられた色の光、
及びその近傍の波長を持つ光によってのみ再生され、そ
れと異なる色の光によっては再生されない。

【００３８】これは体積位相型ホログラムの他にはない
特徴であり、この特徴を活かすことによって、光源３を
発し、透明基板２の中を伝搬する３色の光から、各色の
ドットパターンが独立して再生され、光の３色光スポッ
ト群が結像面上に形成される図９。

【００３９】ここで用いられるホログラムの記録材料と
しては、高い回折効率が得られ、ノイズ光の少ないフォ
トポリマや重クロム酸ゼラチンなどが適している。

【００４０】以下、図１０を用いて、ホログラムの作成
工程について説明する。図１０において２は透明基板、
５はホログラム記録材料、６はその保護フィルム、１３
はガラスブロック、１４はインデックスマッチング液、
１５はパターンマスク、１６は記録光、１７は参照光で
ある。

【００４１】透明基板２の上にはホログラム記録材料５
が塗布されている。ここではフォトポリマを用いた。さ
らに保護用のフィルム６を介してガラスブロック１３が
光学コンタクトされている。保護フィルム６とガラスブ
ロック１３の間にはインデックスマッチング液１４をは
さむのが好ましい。記録されるドットパターンが形成さ
れたパターンマスク１５は透明基板２に近接して固定さ
れ、たとえば、赤色のレーザ光である記録光１６によっ
て照明される。これと同時に参照光１７をガラスブロッ
ク１３の側から入射させ、記録光１６との干渉によって
生じる光強度パターンをホログラム記録材料５に屈折率
分布として記録する。

【００４２】尚、ここで用いられるパターンマスク１５
は、例えば図８に示した基本パターンを、薄い金属板に
穴を開けて形成したもの、またはガラス基板上にコーテ
ィングされた金属膜をフォトリソグラフィの手法でパタ
ーニングしたものである。尚、ドットの形状はここに示
したような楕円に限られることはなく、またその配置も
ここに示した形に限られるものではない。

【００４３】次にパターンマスク１５をドット一つ分だ
けずらして固定し、緑色のレーザ光で同様にパターンの
記録を行う。さらに青色のレーザ光でこのプロセスを繰
り返す。ここでは赤、緑、青の順序で記録プロセスを説
明したが、その順序は任意である。ホログラム記録材料
５のダイナミックレンジを均等に各色に配分することで
等価なホログラムが多重記録される。

【００４４】尚、ここで示した記録方法の他に、一般に
ホログラフィの手法として用いられる多段ステップ法も
勿論可能である。

【００４５】こうして形成されたホログラム１２は、ガ
ラスブロック１３を取り除いた後、今度は透明基板２の
内部に参照光１７と対向する再生光光路１８で赤、緑、
青の３色光を入射させることによってそれぞれの色で独
立に再生され、記録時にパターンマスク１５を設置した
位置に鮮明な３色光ドットパターンが形成される。

【００４６】またこうして形成されたホログラムは、例
えば透明基板２の端面から入射し、再生光光路１８で伝
搬する光によってのみ再生され、それ以外の経路を経て
入射する光によっては再生されないため、外見上透明と
なる。

【００４７】以上のように本実施例によれば、カラー画
像を構成する３色のドットパターンを体積位相型の反射
型ホログラムとして多重記録し、これを透明基板上に配
し、前記基板内を伝搬する各色の光（再生光）で前記ホ
ログラムを再生することによって、３色の光スポット群
を形成する透明な光学素子を得ることができる。

【００４８】以下本発明による光学素子の第３の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００４９】図１１は本実施例における光学素子の原理
図であり、同図において、１９は体積位相型のホログラ
ム、２は透明基板、２０は光源である。

【００５０】以上のように構成された光学素子につい
て、以下図１１から図１３を用いてその動作を説明す
る。

【００５１】光源２０は赤、緑、青の色を切り替えるこ
とができるもの、あるいは白色光源と３色フィルタを組
み合わせたもので、時系列的に色を切り替える機能を有
するものである。

【００５２】体積位相型のホログラム１９には３色の光
をそれぞれある方向に回折するような３つの要素ホログ
ラムが媒質内の空間を互いに共有するような形で多重記
録されている。回折角は各色において同じであっても異
なっていてもよい。

【００５３】各要素ホログラムは記録時に用いられた色
の光、及びその近傍の波長を持つ光によってのみ再生さ
れ、それと異なる色の光によっては再生されない。

【００５４】これは体積位相型ホログラムの他にはない
特徴であり、この特徴を活かすことによって、光源２０
を発し、透明基板２の中を伝搬する各色の光が各要素ホ
ログラムを独立して再生し、この再生された光はそれぞ
れある角度をもって透明基板面から出射し、一様な各色
の照明光となる。

【００５５】以下、図１３を用いて、ホログラムの作成
工程について説明する。（図１３）において２は透明基
板、５はホログラム記録材料、６はその保護フィルム、
２０は記録光、２１は参照光である。

【００５６】透明基板２の上には保護フィルム６との間
にホログラム記録材料５が塗布されている。ここで用い
られるホログラムの記録材料としては、高い回折効率が
得られ、ノイズ光の少ないフォトポリマや重クロム酸ゼ
ラチンなどが適している。ここではフォトポリマを用い
た。

【００５７】まず、たとえば赤色のレーザ光である記録
光２１と同色の参照光２２との干渉によって生じる光強
度パターンが屈折率分布としてホログラム記録材料５に
記録される。ここで参照光２２は平行光、あるいは概略
平行光であり、再生される光は同様の平行光、あるいは
概略平行光となる。

【００５８】引き続きこのプロセスを、緑色のレーザ光
を用いて繰り返す。さらに、青色のレーザ光を用いて繰
り返す。

【００５９】尚、ここでは赤、緑、青の順序で記録プロ
セスを説明したが、その順序は任意である。ホログラム
記録材料５のダイナミックレンジを均等に各色に配分す
ることで等価なホログラムが多重記録される。

【００６０】こうして形成されたホログラム１９は、参
照光２２と同じ再生光光路２３で入射する赤、緑、青の
３色光で独立に再生される。ここで光源の色を切り替え
る、あるいは色フィルタを切り替えるなどの手法によ
り、各色の光を交互に入射させて各要素ホログラムを再
生することで、時系列的に交互に切り替わる一様な３色
の照明光となる。尚、色の切り替えを行わず、３色の光
で各要素ホログラムを同時に再生した場合には白色の照
明光が得られる。

【００６１】こうして形成されたホログラムは、例えば
透明基板２の端面から入射し、再生光光路２３で伝搬す
る光によってのみ再生され、それ以外の経路を経て入射
する光によっては再生されないため、外見上透明とな
る。

【００６２】以上のように本実施例によれば、体積位相
型のホログラムとして多重記録された、空間分離機能を
有する３色の要素ホログラムを、透明基板内を伝搬する
各色の光（再生光）で交互に再生することによって、時
系列的に切り替わる一様な３色の照明光を形成する透明
な光学素子が得ることができる。

【００６３】尚、以上述べてきた３つの実施例におい
て、記録光を透明基板２に入射した後、再生光光路とな
す角度が９０度よりも十分に大きくなるような角度に選
ぶことで図１４、再生光の偏波方向による回折効率の差
が改善され、高い光利用効率が実現できる。同時に、再
生光の波長がある幅を持つために起こる回折光の分散の
影響を低減することができ、ボケの無い鮮明なドットパ
ターンが再生できる。あるいは色にじみのない一様な照
明光が得られる。これは再生光として、単一波長で偏波
方向の揃った、例えばレーザのような光源を用いる場合
には考慮する必要はないが、白色光での再生を行うとき
に重要になる。

【００６４】また、伝搬する再生光が透明基板２の内部
表面で全反射条件を満足するように再生光光路を選ぶこ
とで、表面からの光の漏れは無くなる。さらに図１５に
示すように、再生光を入射させた端面と対向するもう一
つの端面をプリズムのように研磨し、この頂角でホログ
ラムによって回折された残りの再生光が全反射を起こし
て元の光路に戻るようにすると、端面からの光の漏れも
なくすことができる。例えば反射光を透明基板２の面に
平行に光源側に戻したり（図１５（ａ））、頂角を９０
度として反射光を再び元の光路を経て光源側に戻しても
よい（図１５（ｂ））。

【００６５】また、ここでは反射型ホログラムについて
述べたが、透過型ホログラムでも同様の機能を実現でき
る。

【００６６】以下本発明による画像表示装置の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００６７】図１６は本発明の画像表示装置の実施例を
示す構成図であり、前述の実施例による、３色光スポッ
トを形成する光学素子２４と高分子分散型液晶表示装置
２５とを組み合わせた構成となっている。この光学素子
２４をここでは反射型ホログラムを用いて構成した。ま
たこの高分子分散型液晶表示装置２５は液晶層の後方散
乱を用いて画像を表示するものである。前記表示装置２
５は従来例として説明した従来の表示装置図２１から照
明装置３５、及びカラーフィルタ３６を取り除いた以外
は基本的に構成は変わらないものであり、図ではこの表
示装置を簡略化して描いた。但し、ここでは従来例と違
い液晶層の後方散乱により画像を表示しようとするもの
で、液晶の材料、あるいは液晶分散層の構造は若干異な
る可能性がある。また、画面全体を透明にするための工
夫も必要となるが、これらの詳細な記述は本発明の主旨
ではないので省略する。

【００６８】高分子分散型液晶表示装置２５は光学素子
２４により３色光ドットパターンが再生される結像面に
固定される。その固定の方法は全面接着、部分接着、ソ
ルダバンプを用いた接合、あるいは機械的な手法による
固定など、さまざまな手法が適用可能である。いずれ
も、前記表示装置の各画素に３色光ドットパターンが正
確に照射するように規制し、装置全体の透明感を損なわ
ないものであればよい。

【００６９】以下本発明によるもう一つの画像表示装置
の実施例について図面を参照しながら説明する。

【００７０】図１７は本発明の画像表示装置の実施例を
示す構成図であり、前述の実施例による時系列的に色の
切り替わる照明光を形成する光学素子２６と高分子分散
型液晶表示装置２７とを組み合わせた構成となってい
る。この光学素子２６は反射型ホログラムを用いて構成
した。またこの高分子分散型液晶表示装置２７は液晶層
の後方散乱を用いて画像を表示するものである。前記表
示装置２７は従来例として説明した従来の表示装置図２
１から照明装置３５、及びカラーフィルタ３６を取り除
いた以外は基本的に構成は変わらないものであり、図で
はこの表示装置を簡略化して描いた。但し、ここでは従
来例と違い液晶層の後方散乱により画像を表示しようと
するもので、液晶の材料、あるいは液晶分散層の構造は
若干異なる可能性がある。また、画面全体を透明にする
ための工夫も必要となるが、これらの詳細な記述は本発
明の主旨ではないので省略する。

【００７１】高分子分散型液晶表示装置２７を光学素子
２６に近接して固定することにより、時系列的に切り替
わる３色の照明光が供給される。例えばその切り替えを
１８０分の１秒に１回行い、それぞれの色画像に対する
輝度信号を前記表示装置２７に同期させて表示すること
で、目には連続したカラー画像として認識される。

【００７２】前述の実施例では３つの画素で一つのカラ
ー画素を構成していたが、本実施例によれば高分子分散
型液晶表示装置２７の全画素が画像表示に利用できるた
め解像度が向上する。尚、固定の方法は全面接着、部分
接着、ソルダバンプを用いた接合、あるいは機械的な手
法による固定など、さまざまな手法が適用可能である。
いずれも、前記表示装置の各画素に３色の照明光が照射
するように規制し、装置全体の透明感を損なわないもの
であればよい。

【００７３】以上、本発明の画像表示装置として２つの
実施例を説明してきたが、この中で述べてきた本発明に
よる光学素子はいずれも反射型のホログラムにより構成
されたものである。これらを総称して反射型光学素子２
８と呼ぶ。同様に透過型ホログラムにより構成された本
発明による光学素子を総称して透過型光学素子２９と呼
ぶ。

【００７４】また、以上述べてきた高分子分散型液晶表
示装置はいずれもその後方散乱によって画像を表示する
ものである。これらを総称して後方散乱型表示装置３０
と呼ぶ。同様に前方散乱によって画像を表示するものを
総称して前方散乱型表示装置３１と呼ぶ。

【００７５】図１８に示すように、透過型光学素子２９
と後方散乱型表示装置３０と組み合わせることも可能で
ある。以上図１６から図１８に示した例はいずれも液晶
層の後方散乱を利用したものであり、不要光が観察者の
目に入らないためコントラストの高い表示装置が実現で
きる。

【００７６】図１９には透過型光学素子２９と前方散乱
型表示装置３１との組み合わせを、また図２０には反射
型光学素子２８と前方散乱型表示装置３１との組み合わ
せを示したが、このような構成も実現可能である。不要
光の影響によりコントラストが低下するが、用途によっ
ては十分に画像表示装置として使用可能である。

【００７７】

【発明の効果】以上述べてきたような構成により本発明
の光学素子は、ホログラムの外側（空気側）から入射す
る光ではホログラムが再生されないので、外見上は透明
となる。各色のドットパターンはそれぞれが独立して再
生され、ディスプレイ上に鮮明な３色の光スポット群が
形成できる。あるいは時系列的に切り替わる３色の一様
な照明光が得られる。また、上記した構成によって本発
明の画像表示装置は透明となる。さらに、不要照明光が
観察者の目に入らないため、コントラストの高い直視型
画像表示装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における光学素子の原理
の説明図

【図２】（ａ）は同実施例の縦方向に３色を分離するホ
ログラムの最小単位領域の説明図（ｂ）は同実施例の横方向に３色を分離するホログラム
の最小単位領域の説明図

【図３】同実施例における光学素子の鳥瞰図

【図４】同実施例におけるホログラムの記録光学系の概
観図

【図５】（ａ）は同実施例における赤色要素ホログラム
の記録光学系の拡大図（ｂ）は同実施例における緑色要素ホログラムの記録光
学系の拡大図

【図６】本発明の第２の実施例における光学素子の原理
の説明図

【図７】同実施例における光学素子の鳥瞰図

【図８】同実施例におけるホログラムに記録されるドッ
トパターンを示す説明図

【図９】同実施例におけるホログラムにより再生された
３色ドットパターンの配列図

【図１０】同実施例におけるホログラムの記録光学系の
概観図

【図１１】本発明の第３の実施例における光学素子の原
理図

【図１２】（ａ）は同実施例における、色の切り替えが
可能な光源を示す図（ｂ）は同実施例の、３色フィルタにより色の切り替え
を行う光源の構成図

【図１３】同実施例におけるホログラムの記録光学系の
概観図

【図１４】第１〜第３の実施例の光学素子の、ホログラ
ムの好ましい再生方向を示す図

【図１５】（ａ）は同実施例における光学素子において
再生光を基板端面の全反射面で光源側へ戻すための原理
図（ｂ）は同実施例における光学素子において再生光を基
板端面の９０度全反射面で光源側へ戻すための原理図

【図１６】第１及び第２の実施例の反射型光学素子を用
いた画像表示装置の構成図

【図１７】第３の実施例の反射型光学素子を用いた画像
表示装置の構成図

【図１８】第１〜第３の実施例の透過型光学素子用いた
画像表示装置の構成図

【図１９】同実施例の透過型光学素子を用いた画像表示
装置の構成図

【図２０】同実施例の反射型光学素子を用いた画像表示
装置の構成図

【図２１】従来の高分子分散型液晶表示装置の概略図

【符号の説明】

１、１２、１９ホログラム２透明基板３光源４最小単位領域５ホログラム記録材料６保護フィルム７レンズレットアレイ８、１６、２１記録光９、１７、２２参照光１０、１８、２３再生光光路１１平面１３ガラスブロック１４インデックスマッチング液１５パターンマスク２０光源２４第１または第２の実施例の光学素子２５高分子分散型液晶表示装置２６第３の実施例の光学素子２７高分子分散型液晶表示装置２８反射型光学素子２９透過型光学素子３０後方散乱高分子分散型液晶表示装置３１前方散乱高分子分散型液晶表示装置３２高分子液晶分散層３３透明基板３４、３５透明電極３６照明装置３７カラーフィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カラー画像表示に用いられる３色のドット
パターンを光のスポット群として形成するための光学素
子であって、光源と、透明基板と、この基板上に設けら
れた体積位相型のホログラムから構成され、前記ホログ
ラムは各色の光を空間的に分離する機能を持つ要素ホロ
グラムが多重記録されたものであり、前記光源を発し前
記基板内を伝搬する各色の光が前記ホログラムによって
空間的に分離され、モザイク状に配列された３色光スポ
ット群を形成することを特徴とする光学素子。
【請求項２】カラー画像表示に用いられる３色のドット
パターンを光のスポット群として形成するための光学素
子であって、光源と、透明基板と、この基板上に設けら
れた体積位相型のホログラムから構成され、前記ホログ
ラムは各色のドットパターンの像が１ピッチずつずれた
状態で多重記録されたものであり、前記光源を発し前記
基板内を伝搬する各色の光で前記ホログラムを再生する
ことによってモザイク状に配列された３色光スポット群
を形成することを特徴とする光学素子。
【請求項３】カラー画像表示に用いられる３色の照明光
を形成するための光学素子であって、３色の光を交互に
発する光源と、透明基板と、この基板上に設けられた体
積位相型のホログラムから構成され、前記ホログラムは
前記透明基板面を一様に照明する各色の照明光情報を多
重記録したものであり、前記光源の色を時系列的に交互
に切り替えて前記基板内を伝搬させ、各色の光で前記ホ
ログラムを再生することにより３色の照明光を形成する
ことを特徴とする光学素子。
【請求項４】カラー画像表示に用いられる３色の照明光
を形成するための光学素子であって、光源と、３色フィ
ルタと、透明基板と、この基板上に設けられた体積位相
型のホログラムから構成され、前記ホログラムは前記透
明基板面を一様に照明する各色の照明光情報を多重記録
したものであり、前記光源を発し前記基板内を伝搬する
光の色を前記３色フィルタにより選択して時系列的に切
り替え、各色の光で前記ホログラムを再生することによ
って３色の照明光を形成することを特徴とする光学素
子。
【請求項５】透明基板の端面から再生光を入射してホロ
グラムを再生することを特徴とする請求項１〜４の何れ
かに記載の光学素子。
【請求項６】ホログラムの再生像を基板面法線から傾斜
した方向に形成することを特徴とする請求項１〜４の何
れかに記載の光学素子。
【請求項７】再生光が透明基板表面で全反射条件を満た
すことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光学
素子。
【請求項８】再生光に対し、透明基板の端面を２つの全
反射面となるように構成したことを特徴とする請求項１
〜４の何れかに記載の光学素子。
【請求項９】再生光に対し、透明基板の端面をその断面
形状が直角となるような２つの全反射面となるように構
成したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の
光学素子。
【請求項１０】白色光でホログラムを再生することを特
徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光学素子。
【請求項１１】ホログラムが反射型ホログラムであるこ
とを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光学素
子。
【請求項１２】ホログラムが透過型ホログラムであるこ
とを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光学素
子。
【請求項１３】請求項１または請求項２記載の光学素子
と高分子分散型液晶表示装置を近接して配し、前記光学
素子により形成される３色光スポット群が、前記表示装
置の散乱状態にある画素を照明してカラー画像を表示す
ることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１４】請求項３または請求項４記載の光学素子
と高分子分散型液晶表示装置を近接して配し、前記光学
素子により形成される３色の照明光が、前記表示装置の
散乱状態にある画素を時系列的に照明してカラー画像を
表示することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１５】高分子分散型液晶表示装置の後方散乱に
よって画像を表示することを特徴とする請求項１３また
は１４記載の画像表示装置。
【請求項１６】高分子分散型液晶表示装置の前方散乱に
よって画像を表示することを特徴とする請求項１３また
は１４記載の画像表示装置。