JPH09214997A - 投影型画像表示装置 - Google Patents

投影型画像表示装置

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JPH09214997A
JPH09214997A JP8242202A JP24220296A JPH09214997A JP H09214997 A JPH09214997 A JP H09214997A JP 8242202 A JP8242202 A JP 8242202A JP 24220296 A JP24220296 A JP 24220296A JP H09214997 A JPH09214997 A JP H09214997A
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浩 中西
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昌浩 足立
Toshiyuki Makii
俊之 槙井
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伸悦 長島
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岳志 増田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像表示パネルの同じ領域に、垂直走査毎に
Ｒ，Ｇ，Ｂの光を入換えて照射することにより、表示品
位のすぐれた画像を得る。 【解決手段】 ランプと、画像表示パネルと、ランプか
らの光を複数の波長域に分割し異なる方向から同じ領域
にオーバーラップさせて照射する光学手段と、光学手段
によって照射された同じ領域の複数の光を各波長域毎に
画像表示パネルの対応する画素の開口部に集光させる集
光手段と、投影レンズと、色切換え手段とを備え、色切
換え手段により、画像表示パネルの垂直走査毎に光学手
段の分割波長域を相互に入換えて画像表示パネルの画素
に入射される光の波長域を順次切換え、その切換え毎に
各画素に入射する光の色に対応する画像を画像表示パネ
ルに表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、投影型画像表示
装置に関し、さらに詳しくは、カラーフィルタを用いず
に、１枚の液晶表示パネルによりカラー表示を行う投影
型の単板式カラー液晶表示装置に関し、特にコンパクト
な投影型カラー液晶テレビジョンシステムや情報表示シ
ステムに利用される。
【０００２】
【従来の技術】従来の投影型液晶表示装置について説明
する。投影型液晶表示装置は、液晶表示素子それ自体が
発光しないため、別に光源を設ける必要があるが、投影
型ブラウン管表示装置と比較すると、色再現範囲が広
い、小型、軽量、コンバージェンス調整が不用などの非
常に優れた特徴を持っているため、今後の発展が期待さ
れる。
【０００３】液晶表示パネルを用いた投影型カラー表示
方式には、３原色に応じて液晶表示パネルを３枚用いる
３板式と、１枚のみを用いる単板式がある。前者の３板
式は、白色光を赤，緑，青（以下Ｒ，Ｇ，Ｂという）の
３原色それぞれの色光に分割する光学系と、その色光を
制御して画像を形成する液晶表示パネルをそれぞれ独立
に設け、各色の画像を光学的に重畳してフルカラー表示
を行う。この３板式の構成では、白色光源から放射され
る光を有効に利用できるが、光学系が繁雑で部品点数が
多くなってしまい、コスト、および小型化の点では後述
の単板式に比べて一般的に不利である。
【０００４】後者の単板式は、モザイク状、ストライプ
状等の３原色カラーフィルタパターンを備えた液晶表示
パネルを投影光学系によって投影するもので、これにつ
いては、例えば、特開昭５９−２３０３８３号公報に記
載されたものなどが知られている。単板式は、液晶表示
パネルの使用は１枚のみであり、光学系も３板式と比べ
て単純な構成ですみ、低コスト、小型の投影型システム
に適している。しかし、カラーフィルタを用いる単板式
での明るさは、カラーフィルタでの光吸収が発生するた
め、同等の光源を用いた３板式と比較して約１／３に低
下してしまう。また、この方式では液晶表示パネルの
Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する画素が１つのグループとなって表
示を行う必要があるため、解像度に関しても３板式の１
／３に低下してしまう。
【０００５】光源を明るくすることは明るさ低下に対す
る１つの解決法であるが、民生用として使用する場合、
消費電力の大きな光源を用いることは好ましくない。ま
た、吸収タイプのカラーフィルタを用いる場合、カラー
フィルタに吸収された光のエネルギーは熱に変わるた
め、いたずらに光源を明るくすると、液晶表示パネルの
温度上昇を引き起こすだけでなく、カラーフィルタの退
色が加速される。したがって、与えられた光束を如何に
有効に利用するかが投影型画像表示装置の利用価値を向
上させる上で重要な課題である。
【０００６】このような単板式液晶表示装置の明るさを
向上させるため、扇形に配置された例えばダイクロイッ
クミラーのような誘電体ミラーに白色光を入射させ、
Ｒ，Ｇ，Ｂの各光束に分割し、液晶表示パネルの光源側
に配置されているマイクロレンズアレイに異なった角度
で入射させることにより、入射する各光束が入射角に応
じてマイクロレンズを通過する際に、それぞれ対応する
色信号が独立して印加されている表示電極で駆動される
液晶部位へ光束が色毎に分配照射されるように構成する
ことにより、光の利用効率の向上を意図したものが提案
されている（特開平４−６０５３８号公報参照）。
【０００７】また、上記誘電体ミラーの代わりに、光源
からのＲ，Ｇ，Ｂ光に対応する透過型のホログラム素子
を用いて光利用率向上を図ったもの、透過型ホログラム
素子に液晶表示パネルの画素ピッチに対応した周期的構
造を持たせ、誘電体ミラーとマイクロレンズの機能を付
加したものが、それぞれ特開平５−２４９３１８号公
報、特開平６−２２２３６１号公報に記載されている。
【０００８】単板式のもう１つの課題である解像度につ
いては、『カラー液晶ディスプレイ』（小林駿介著 産
業図書 平成２年１２月１４日発行）のＰ１１５〜Ｐ１
２３に、フィールド順次方式を用いることによって１枚
の液晶表示パネルで、３板式と同等の解像度を得る方法
が記載されている。フィールド順次方式は、時分割で次
々に色の切換えを行い、この切換えを目で判別できない
スピードで行うことにより、それぞれの色が加法混色さ
れて見えるという現象（継続加法混色）を利用したもの
で、例えば、図２９に示すような構成をとる。
【０００９】これは、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタによ
り構成した円盤を液晶表示パネルの垂直走査周期に合わ
せて高速回転させ、そのときのカラーフィルタの色に対
応した画像信号を液晶表示パネルに入力するもので、各
色に対する画像の合成像が目には認識される。よって、
上記単板方式と異なり、液晶表示パネルの１つのドット
で時分割にＲ，Ｇ，Ｂの画像を表示するため、解像度は
３板式と同じになる。
【００１０】また、上記フィールド順次方式の別の実施
形態として、光源からの白色光を誘電体ミラーによって
Ｒ，Ｇ，Ｂの光束に分離し、それぞれの光を液晶表示パ
ネルの異なるエリアに入射させ、液晶表示パネルの前方
に配置したキューブ状のプリズムを回転させることによ
り、液晶表示パネルに対するＲ，Ｇ，Ｂの光束の照射位
置を順次切換える方法が『Euro Display'93 』のＰ２４
９〜Ｐ２５２に記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−６０５３８号公報、特開平５−２４９３１８号公
報、特開平６−２２２３６１号公報等に記載してある方
法では、明るさについては改善されるものの、解像度に
ついてはＲ，Ｇ，Ｂのドットのグループ単位で表示を行
うため、３板式の１／３のままである。
【００１２】フィールド順次方式では、解像度は３板式
と同等であるが、明るさについては従来の単板式と同様
の課題を残している。また、『Euro Display'93 』のＰ
２４９〜Ｐ２５２に記載されている方法では、Ｒ，Ｇ，
Ｂの光束の照射位置を重複させないために非常に平行度
のよい照明光を必要とする。したがって、照明光の平行
度の規制によって光の利用効率が低下する。よって、各
方式とも単板式の課題である明るさ、および解像度を両
立させてはいない。
【００１３】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、明るく、高解像度で均一
な表示が得られ、かつ、小型化、低コスト化を図ること
ができる投影型画像表示装置を提供することを目的とす
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明は、光源と、多
数の画素からなり、かつ垂直走査機能を有する画像表示
パネルと、光源からの光を複数の波長域に分割し、それ
らの分割した光を異なる方向から同じ領域にオーバーラ
ップさせて照射する光学手段と、光学手段によって照射
された同じ領域の複数の光を各波長域毎に画像表示パネ
ルの対応する画素の開口部に集光させる集光手段と、画
像表示パネルに表示された画像を投影する投影手段と、
画像表示パネルの垂直走査毎に光学手段の分割波長域を
相互に入換えて画像表示パネルの画素に入射される光の
波長域を順次切換える色切換え手段とを備え、色切換え
手段による切換え毎に各画素に入射する光の色に対応す
る画像を画像表示パネルに表示することを特徴とする投
影型画像表示装置である。
【００１５】この発明によれば、光源からの白色光を複
数の波長域の光束に分光し、それぞれの光束を１枚の画
像表示パネルの対応する画素開口部へ入射させ、各光束
毎に光変調する。また、この時画像表示パネルの垂直走
査周期に同期させてこれらの光束の入射角度を順次切換
えることにより、従来発生していたカラーフィルタでの
光のロスをなくし、明るい画像を実現できるだけでな
く、従来の単板式の３倍の解像度を得ることができる。
【００１６】また、この発明は、光源と、多数の画素か
らなり、かつ垂直走査機能を有する画像表示パネルと、
光源からの光を複数の波長域に分割し、それらの分割し
た光を画像表示パネルの複数の分割領域にそれぞれ照射
する波長選択性を有する光学手段と、画像表示パネルに
表示された画像を投影する投影手段と、画像表示パネル
の垂直走査毎に光学手段の分割波長域を相互に入換えて
画像表示パネルの各分割領域に照射される光の波長域を
順次切換える色切換え手段とを備え、色切換え手段によ
る切換え毎に各分割領域に照射される光の色に対応する
画像を画像表示パネルに表示することを特徴とする投影
型画像表示装置である。
【００１７】この発明によれば、光源からの白色光を波
長選択性のある光学手段により複数の波長域の光束に分
光し、それぞれの光束を１枚の画像表示パネルの表示エ
リアにそれぞれの光束が重ならないように入射させ、各
光束毎に光変調する。また、この時画像表示パネルの垂
直走査周期に同期させてこれらの光束の入射エリアを順
次切換えることにより、従来発生していたカラーフィル
タでの光のロスや、光学手段として波長選択性のないプ
リズムなどを用いた時に発生していた従来の色むらをな
くし、明るい画像を実現できるだけでなく、従来の単板
式の３倍の解像度を得ることができる。
【００１８】また、この発明は、光源と、多数の画素か
らなり、かつ垂直走査機能を有する画像表示パネルと、
光源からの光を複数の波長域に分割し、それらの分割し
た光を異なる方向から同じ領域にオーバーラップさせて
照射する光学手段と、光学手段によって照射された同じ
領域の複数の光を各波長域毎に画像表示パネルの対応す
る画素の開口部に集光させる集光手段と、画像表示パネ
ルにより変調された光を受け、画像表示パネルに表示さ
れた画像を投影する投影手段と、集光手段を画素ピッチ
単位で移動させることにより、画像表示パネルの垂直走
査毎に画像表示パネルの画素に入射される光の波長域を
順次切換える色切換え手段とを備え、色切換え手段によ
る切換え毎に各画素に入射する光の色に対応する画像を
画像表示パネルに表示することを特徴とする投影型画像
表示装置である。
【００１９】この発明によれば、光源からの白色光を複
数の波長域の光束に分光し、それぞれの光束を１枚の画
像表示パネルの対応する画素開口部へ入射させ、各光束
毎に光変調する。この時、画像表示パネルの垂直走査周
期に同期させて、それぞれの光束を画像表示パネルの対
応する画素開口部に入射させる集光手段を画素ピッチ単
位で順次移動させることで、画像表示パネルの画素開口
部に入射する光束が他の波長域の光束と切替わるため、
従来発生していたカラーフィルタでの光のロスをなく
し、明るい画像を実現できるだけでなく、従来の単板式
の３倍の解像度を得ることができる。
【００２０】また、この発明は、光源と、多数の画素か
らなる表示領域を有し、かつ垂直走査機能を有する画像
表示パネルと、光源からの光を複数の波長域の光束に分
割し、それらの複数の波長域の光束を異なる方向から同
じ領域にオーバーラップさせて画像表示パネルの表示領
域に照射する光学手段と、光学手段によって分割された
複数の波長域の光束を各波長域毎に画像表示パネルの対
応する画素の開口部に集光させる集光手段と、画像表示
パネルによって変調された光を受け、画像表示パネルに
表示された画像を投影する投影手段と、画像表示パネル
の垂直走査周期に同期して、前記複数の波長域の光束の
画像表示パネルへの入射角度を切換えることにより、画
像表示パネルの画素に入射する光の波長域を順次切換え
る色切換え手段とを備え、色切換え手段による切換え毎
に各画素に入射する光の色に対応する画像を画像表示パ
ネルに表示することを特徴とする投影型画像表示装置で
ある。
【００２１】この発明によれば、光源からの白色光を光
学手段によって複数の波長域の光束に分割し、それぞれ
の光束を集光手段によって１枚の画像表示パネルの対応
する画素開口部へ入射させ、画像表示パネルによって各
光束毎に光変調する。また、このとき、画像表示パネル
の垂直走査周期に同期させてこれらの光束の画像表示パ
ネルへの入射角度を切換え、画像表示パネルの各画素の
開口部に順次、各波長の光束を入射させることによって
フィールド順次方式を実現する。したがって、従来発生
していたカラーフィルタでの光のロスをなくし、明るい
画像を実現できるだけでなく、従来の単板式の３倍の解
像度を得ることができる。
【００２２】この発明において、光源としては、メタル
ハライドランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等の
従来公知の各種のランプを用いることができる。画像表
示パネルとしては、多数の画素によって画像を表示する
ことが可能で、かつ垂直走査機能を有するものであれ
ば、各種の表示パネルを用いることができるが、透過型
の液晶表示パネルを用いることが望ましい。この液晶表
示パネルとしては、その垂直走査期間以下のレスポンス
を持ったものであれば、ＴＮ（ツイステッド ネマティ
ック）モードの液晶、双安定型ネマティック液晶、強誘
電性液晶などの各種の液晶を用いることができる。
【００２３】光学手段としては、光源からの光を複数の
波長域に分割し、それらの分割した光を異なる方向から
同じ領域にオーバーラップさせて照射できるもの、ある
いはそれらの分割した光を画像表示パネルの複数の分割
領域にそれぞれ照射できるものであればよく、反射型や
透過型のホログラム素子や誘電体ミラーのような波長選
択機能を有する各種の光学素子と、その光学素子から画
像表示パネルに至るまでの光路を変更する、例えば平面
鏡、凹面鏡、凸面鏡等や、凹レンズ、凸レンズ等の光路
変更機能を有する光学系とを組合わせたものを用いるこ
とができる。
【００２４】例えば、光学手段をホログラム素子で構成
する場合には、光の波長域毎に異なる回折角を有するホ
ログラム素子を用いる。この場合には、例えば１枚のホ
ログラム素子で複数の波長域に対応できるものを使用し
てもよいし、各波長域に対応するホログラム素子を貼り
合わせたものを使用してもよく、これにより、白色光を
複数の波長域の光束に分割できるようにする。
【００２５】本発明に用いるホログラム素子としては、
図３０に示すように、ホログラム記録用基板上にできる
２光束の干渉縞を屈折率の差（Δｎ）として記録するこ
とにより作成したホログラム素子を使用することができ
る。ここで、２光束の角度設定は、「レーザと画像」龍
岡静夫著（共立出版）のＰ７７〜Ｐ８１に記述してある
ように、使用する波長域の光がブラッグの回折条件を満
たすように設定すればよい。
【００２６】また、ホログラム素子の回折効率ηは、Ko
gelnikのカップル波理論より導く事ができ、反射型ホロ
グラムでは、 η＝ｔａｎｈ2（πΔｎｄ／λｃｏｓθ） ……（式１） 透過型ホログラムでは、 η＝ｓｉｎ2（πΔｎｄ／λｃｏｓθ） ……（式２） で表される（図３１の（ａ）及び（ｂ）参照）。
【００２７】ここで、ｄはホログラム素子の厚さ、λは
回折光の波長，θは２光束がなす角度である。ホログラ
ム素子の作成は上記式１，２にもとづいて、高い回折効
率が得られる条件に設定する必要がある。特に透過型ホ
ログラムでは、Δｎｄ／λｃｏｓθの変化に合わせて一
定の周期をもって変動するため、設定が少しでもずれる
と回折効率が低下する。よって、回折効率が単調に増加
しΔｎｄ／λｃｏｓθが１を越える範囲で回折効率がほ
ぼ１００％となっている反射型ホログラム素子よりも、
厳密な条件設定が必要である。
【００２８】また、例えば、光学手段を誘電体ミラーで
構成する場合には、複数の波長域の光にそれぞれ対応す
る複数の誘電体ミラーを用いる。この場合、複数の誘電
体ミラーとしては、特定波長域に対応する誘電体ミラー
を重ねたものであってもよいし、特定波長域に対応する
誘電体ミラーを平面的に結合したものであってもよい。
【００２９】集光手段としては、マイクロレンズアレイ
や透過型のホログラム素子などを用いることができる。
投影手段としては、従来公知の光学系を用いることがで
きる。
【００３０】色切換え手段は、画像表示パネルに入射又
は照射される光の波長域を順次切換えることができるも
のであればよい。このためには、色切換え手段は、光学
手段を駆動する駆動装置であってもよいし、集光手段を
駆動する駆動装置であってもよい。あるいは、上述した
光路変更機能を有する光学系を用いる場合には、この光
学系を駆動する駆動装置であってもよい。
【００３１】ここで、光学手段を駆動する駆動装置と
は、例えば、光学手段がホログラム素子から構成されて
いる場合には、ホログラム素子の移動、回転、角度変化
等を行うことで画像表示パネルに入射又は照射される光
の波長域を切換える駆動装置を意味する。あるいは光学
手段が誘電体ミラーから構成されている場合には、誘電
体ミラーの移動、回転、角度変化等を行うことで画像表
示パネルに入射又は照射される光の波長域を切換える駆
動装置を意味する。
【００３２】また、集光手段を駆動する駆動装置とは、
例えば、集光手段がマイクロレンズアレイから構成され
ている場合には、画素ピッチ単位でマイクロレンズアレ
イの移動、回転、角度変化等を行うことで画像表示パネ
ルに入射又は照射される光の波長域を切換える駆動装置
を意味する。あるいは集光手段が透過型のホログラム素
子から構成されている場合には、画素ピッチ単位で透過
型のホログラム素子の移動、回転、角度変化等を行うこ
とで画像表示パネルに入射又は照射される光の波長域を
切換える駆動装置を意味する。
【００３３】また、光路変更機能を有する光学系を駆動
する駆動装置とは、例えば、光学系が平面鏡やレンズか
ら構成されている場合には、これらの平面鏡やレンズの
移動、回転、角度変化等を行うことで画像表示パネルに
入射又は照射される光の波長域を切換える駆動装置を意
味する。上記のような駆動装置としては、各種のマニュ
プレーターやステッピングモータを適用することができ
る。
【００３４】上記において、誘電体ミラーの角度を変化
させる駆動装置を用いる場合には、例えば、白色光を
Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色に分離する場合であれば、図２６、
図２７及び図２８に示すように、駆動装置によって複数
の誘電体ミラーの光源からの光束に対してなす角度を切
換えると、画像表示パネルの画素に入射される光の波長
域がシフトする。すなわち、図２４の（ａ），（ｂ），
（ｃ）の入射角度に応じて図２６、図２７、図２８にそ
れぞれ（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すように波長域がず
れる。このように、誘電体ミラーでは、反射する光の波
長域は光の入射角に依存する傾向がある。したがって、
複数の誘電体ミラーは、それによって反射される光束を
すべて合成した状態で色再現範囲が十分に得られるよう
にそれぞれの反射する波長域を設計する。
【００３５】以上の構成により、画像表示パネルの隣接
する第１，第２，第３の３つの画素に画像表示パネルの
垂直走査周期に合わせて、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ→Ｇ，
Ｂ，Ｒ→Ｂ，Ｒ，Ｇというように、順次Ｒ，Ｇ，Ｂの光
（ここでは、光束をＲ，Ｇ，Ｂの３原色とする）を入射
させると、３周期でフルカラーの画像を表示することが
できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施例に基づい
てこの発明を詳述する。なお、これによってこの発明が
限定されるものではない。
【００３７】実施例１ 図１は本発明の投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。この図において、１は光源、２は球面鏡、３はコン
デンサーレンズ、４及び５は光学手段としての第１ホロ
グラム素子及び第２ホログラム素子、７は集光手段とし
てのマイクロレンズアレイ６を備えた液晶表示パネル、
８はフィールドレンズ、９は投影レンズ、１０はスクリ
ーンである。フィールドレンズ８と投影レンズ９は投影
手段として機能する。
【００３８】本実施例においては、画像表示パネルとし
て液晶表示パネル７を用いている。また、光源１として
は、１５０Ｗ，アーク長５mm，アークの径２．２mmのメ
タルハライドランプを用い、この光源１をアークが図の
紙面に対して水平になるように配置した。光源１として
はこの他にハロゲンランプやキセノンランプを用いる事
ができる。光源１の背面には球面鏡２が配置され、前面
には口径８０mmφ，焦点距離６０mmのコンデンサーレン
ズ３が配置されている。
【００３９】球面鏡２はその中心が光源１の発光部の中
心と一致するように配置され、さらに光源１はその中心
がコンデンサーレンズ３の焦点と一致するように配置さ
れている。このような配置により、光源１から出射され
てコンデンサーレンズ３を通過した光の平行度は、アー
ク長方向（図の紙面に水平な方向）で約２．２°、アー
ク径の方向では約１°である。
【００４０】コンデンサーレンズ３の前方には、光源１
中に含まれるＲ，Ｇ，Ｂの３原色光をそれぞれ異なる方
向に回折する反射型の第１ホログラム素子４と、第１ホ
ログラム素子４からのＲ，Ｇ，Ｂの回折光を受け、これ
らの光をマイクロレンズアレイ６を備えた液晶表示パネ
ル７にそれぞれ異なる角度で入射するように回折する反
射型の第２ホログラム素子５とが配置されている。
【００４１】第１，第２ホログラム素子４，５には、色
切換え手段としてのキャタピラー状の回転機構（駆動装
置）が付いている。そして、液晶表示パネル７で変調さ
れたＲ，Ｇ，Ｂ光は、フィールドレンズ８を通過後、投
影レンズ９によりスクリーン１０に投影される。
【００４２】本実施例では、図２に示すように液晶表示
パネル７の３つの画素に対して１つのマイクロレンズが
対応している。また、液晶表示パネル７は４８０（Ｈ）
×６４０（Ｖ）走査線をインターレース駆動しており、
画素ピッチは１３０μｍ×１３０μｍである。この液晶
表示パネル７に対するＲ，Ｇ，Ｂ光の入射角度は、後述
する液晶表示パネル７の画素ピッチＰ及びマイクロレン
ズの焦点距離ｆから求められる。
【００４３】本実施例では図３に示すように、Ａ，Ｂ，
Ｃ及びＡ’，Ｂ’，Ｃ’の各エリアでＲ，Ｇ，Ｂのそれ
ぞれの光に対して、回折角の異なるリップマンホログラ
ムにて第１，第２ホログラム素子４，５を構成し、液晶
表示パネルの垂直走査周期と同期させて回転機構を回転
させ、Ａ，Ｂ，Ｃ及びＡ’，Ｂ’，Ｃ’のエリアを移動
させることにより、液晶表示パネルに対するＲ，Ｇ，Ｂ
光の入射角度を順次切換える。ここで、Ｒのホログラム
素子は約６００nm以上の可視光、Ｂのホログラム素子は
約５００nm以下の可視光、Ｇのホログラム素子は５００
nm〜５７０nmの可視光をそれぞれ反射するように設定し
た。
【００４４】なお、図３(b)は回転機構に巻き付けたホ
ログラム素子の展開図である。また、本実施例ではＲ，
Ｇ，Ｂ光に対応するホログラム素子３枚を重ねあわせて
使用したが、Ｒ，Ｇ，Ｂ光を多重露光することによっ
て、上記分光特性を持たせた多重ホログラム素子１枚を
用いてもよい。
【００４５】光学系をこのように配置することにより、
Ｒ，Ｇ，Ｂ光はそれぞれ対応する反射型ホログラムによ
って回折された後、液晶表示パネル７に付設されている
マイクロレンズアレイ６に入射し、この時の各色の光束
の入射角度を次に述べるように適切に選ぶと、図４に示
すようにマイクロレンズによって各色に対応する画素に
振り分けられる。この条件とは、Ｒ，Ｇ，Ｂ光のどの２
色についてもそれらの光束のマイクロレンズに対する入
射角の差をθ、マイクロレンズの空気中での焦点距離を
ｆ、対応する色の水平方向の画素間隔をＰとすると、 ｔａｎθ＝Ｐ／ｆ ……（式３） と表すことができる。
【００４６】本実施例では、ホログラム記録材料用とし
てデュポン（株）製オムニデックス６００を用い、アル
ゴンレーザ（波長４８８nm）にて２つの平行光束を両者
間の角度を調節して照射し、この時生じた干渉縞を記録
した。
【００４７】上記ホログラム材料は、「フォトポリマ技
術の新展開」（株）東レリサーチセンター出版のＰ８７
〜Ｐ９０に記述してあるように、モノマ，開始剤，増感
色素を含む高分子記録フィルムであり、以下に示す３つ
の工程により、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応する干渉縞を
ホログラムに記録する事ができる。 (a)レーザー光による露光：２０mJ／cm2（物体光強度と
参照光強度の合計） (b)紫外線照射：１００mJ／cm2 (c)加熱：１２０°（２時間）
【００４８】初期状態では、モノマは記録フィルム内に
均一に分布しているが、レーザ光により露光を行うと、
露光部でモノマが重合しポリマに変わっていくにつれ、
周囲からモノマが移動する。よって、露光部ではモノマ
の密度が高くなり、その他のエリアでは低くなる。この
時ポリマとモノマの屈折率が異なれば、干渉縞に対応し
た屈折率分布が発生する（上記工程(a)）。次に、紫外
線を全面に照射して未反応のモノマの重合を完結させる
（上記工程(b)）。そして最後に加熱することにより屈
折率変調を増強する（上記工程(c)）。
【００４９】なお、ホログラム記録用光源としては、ア
ルゴンレーザの他にＨｅ−Ｎｅレーザ、ＹＡＧレーザ、
Ｋｒレーザなどを用いる事ができる。また、ホログラム
材料としては、上記材料のような光重合型フォトポリマ
の他に、重クロム酸ゼラチンやハロゲン化銀など、体積
ホログラムが作成可能な材料であればいかなる材料でも
使用する事ができる。
【００５０】本発明に用いたホログラム素子は、マイク
ロレンズアレイにより液晶表示パネルの画素に対応する
光を収束させるため、ホログラム素子の面内において画
素ピッチに対応した周期性は不要であり、干渉縞の記録
を一回の記録で行う事ができる。
【００５１】式３より、画素ピッチ１３０μｍ×１３０
μｍの液晶表示パネルに、焦点距離ｆ＝７２０μｍ（ガ
ラス基板中では液晶表示パネルの対向基板厚１．１mmに
相当）のマイクロレンズを用いると、 θ＝ｔａｎ-1（Ｐ／ｆ）＝ｔａｎ-1（１３０／７２０）
≒１０° となる。
【００５２】液晶表示パネル７の駆動においては、ノン
インターレース駆動する場合には、１フレームの期間に
Ｒ，Ｇ，Ｂの３回の垂直走査を行い、インターレース駆
動する場合には、１フレームが２フィールドで構成され
るため、１フィールドの期間にＲ，Ｇ，Ｂの３回の垂直
走査を行い、１フレームの期間には６回の垂直走査を行
う。
【００５３】本実施例に用いた液晶表示パネル７はイン
ターレース駆動しているため、１フィールド（２フィー
ルドで１フレームとなる）に割り当てられた時間Ｔは、
１フレームが１／３０ secであるとすると、 Ｔ＝１／（３０×２）≒１６．６（msec） となる。よって、この時間Ｔ以内にＡ，Ｂ，Ｃ及び
Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のエリアの切換えを行う必要があるた
め、液晶表示パネル７の垂直走査の時間、つまり垂直走
査周期は時間Ｔの１／３の約５．５（msec）となる。こ
れに、画像信号の切換え、色光の切換え時間中は表示を
ブランキングする必要があるので、１msec以下のレスポ
ンスを持った液晶表示パネルを使用することが好まし
い。
【００５４】本実施例ではＴＮ（ツイステッド ネマテ
ィック）モードの液晶表示パネルを使用したが、双安定
型ネマティック液晶、強誘電性液晶など、上記液晶表示
パネルの垂直走査周期以下のレスポンスを持ったもので
あれば如何なるものを用いてもよい。
【００５５】上記条件のもと液晶表示パネルの垂直走査
の３周期のそれぞれに対して第１，第２ホログラム素子
４，５の各領域Ａ，Ｂ，Ｃ及びＡ’，Ｂ’，Ｃ’を対応
させ、図５に示すａｂｃの光を、Ａ，Ｂ，Ｃ及びＡ’，
Ｂ’，Ｃ’を順次移動させることにより切換え（図６参
照）、それぞれの光に対応した画像データを順次光束の
切換えに同期させて液晶表示パネルの各画素に入力した
所、従来のカラーフィルタを用いた単板プロジェクショ
ンと比べ、大幅に光利用率が高く、かつ、３倍の解像度
を備えた単板式液晶プロジェクションを実現できた。
【００５６】なお、本実施例では、第１，第２ホログラ
ム素子４，５を平行に配置したが、図７に示すように
「ハ」の字形に配置しても同様の効果が得られる。ま
た、ホログラム素子２１としては、図８に示すような板
状のホログラム素子を移動させ、Ａ，Ｂ，Ｃ及びＡ’，
Ｂ’，Ｃ’の切換えを行ってもよく、さらには、図９に
示すような透過型ホログラム素子２２など、Ｒ，Ｇ，Ｂ
光の入射角度を液晶表示パネルの垂直走査周期と同期さ
せて順次切換えることができるものであればいかなるも
のを用いてもよく、例えば、ホログラム素子の代わりに
図１０(a)に示すような、誘電体ミラーとしての円盤状
のダイクロイックミラー３１を３枚用い、図１０(b)に
示すように配置することによりＲ，Ｇ，Ｂ光の切換えを
行なってもよい。また、マイクロレンズの代わりに同様
の効果を持たせた透過型ホログラム素子を用いてもよ
い。
【００５７】本実施例では第１，第２ホログラム素子
４，５に対して、照明光を図５に示す角度で入射させた
が、θの値が式３の条件を満たしていればホログラム素
子に対する照明光の入射角はこれに限定されるものでは
ない。
【００５８】実施例２ 図１１は本発明の実施例２における投影型カラー画像表
示装置の模式図である。以下、実施例１と同じ構成要素
には同じ参照番号を付してその説明を省略する。
【００５９】実施例１と同様の照明系（光源１，球面鏡
２，コンデンサーレンズ３とで構成した照明系）を用
い、コンデンサーレンズ３の前方に配置された光学手段
としてのホログラム素子１１で光源１中に含まれるＲ，
Ｇ，Ｂの光をそれぞれ異なる方向に回折し、液晶表示パ
ネル７の異なるエリアにそれぞれの光を入射させる。そ
して、液晶表示パネル７で変調されたＲ，Ｇ，Ｂ光は、
フィールドレンズ８を通過後、投影レンズ９によりスク
リーン１０に投影される（フィールドレンズ８、投影レ
ンズ９及びスクリーン１０は図示していない）。液晶表
示パネル７は４８０（Ｈ）×６４０（Ｖ）走査線をイン
ターレース駆動しており、画素ピッチは１３０μｍ×１
３０μｍである。
【００６０】本実施例では、図３と同様にＡ，Ｂ，Ｃの
各エリアでＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれの光に対して、回折角
の異なるリップマンホログラムにて反射型ホログラムを
構成し、色切換え手段としてのキャタピラー状の回転機
構（駆動装置）により、液晶表示パネル７の垂直走査周
期と同期させてＡ，Ｂ，Ｃのエリアを移動させることに
より、液晶表示パネル７に入射するＲ，Ｇ，Ｂ光の入射
位置を順次切換える。ここで、Ｒのホログラム素子は約
６００nm以上の可視光、Ｂのホログラム素子は約５００
nm以下の可視光、Ｇのホログラム素子は５００nm〜５７
０nmの可視光をそれぞれ反射するように設定した。
【００６１】なお、本実施例ではＲ，Ｇ，Ｂ光に対応す
るホログラム素子３枚を重ねあわせて使用したが、Ｒ，
Ｇ，Ｂ光を多重露光することによって、上記分光特性を
持たせた多重ホログラム素子１枚を用いてもよい。ま
た、ホログラム素子１１は実施例１と同様の方法にて作
成した。本実施例に用いた液晶表示パネルは実施例１と
同様で、その垂直走査周期が１msec以下のレスポンスを
持ったものであることが好ましい。
【００６２】上記条件のもと液晶表示パネルの垂直走査
の３周期のそれぞれに対してホログラム素子１１の各領
域Ａ，Ｂ，Ｃを対応させることで、図１２に示すように
液晶表示パネル７の３つの領域ａ，ｂ，ｃに入射する
Ｒ，Ｇ，Ｂの光を順次切換えた（図６参照）。そして、
この時それぞれの光に対応した画像データを順次光束の
切換えに同期させて液晶表示パネルの各画素に入力した
所、従来のカラーフィルタを用いた単板プロジェクショ
ンと比べ、大幅に光利用率が高く、かつ、３倍の解像度
を備えた単板式液晶プロジェクションを実現できた。
【００６３】本実施例では、液晶表示パネル７を水平方
向に３分割したが、図１３に示すように垂直方向に分割
することもでき、また、それぞれの光の照射エリアを等
面積とする必要もない。
【００６４】なお、ホログラム素子１１としては、図１
４に示すような板状のホログラム素子２３を移動させ、
Ａ，Ｂ，Ｃの切換えを行ってもよく、さらには、図１５
に示すような透過型ホログラム素子２４など、Ｒ，Ｇ，
Ｂ光の入射角度を液晶表示パネルの垂直走査周期と同期
させて順次切換えることができるものであればいかなる
ものを用いてもよく、実施例１の図１０で示したよう
な、誘電体ミラーとしての円盤状のダイクロイックミラ
ー３１を３枚用いてもよい。ただし、この場合、ダイク
ロイックミラーにより分光された光が液晶表示パネルの
異なるエリアに入射するようにダイクロイックミラーの
角度を調節する。
【００６５】実施例３ 図１６は本発明の実施例３における投影型カラー画像表
示装置の模式図である。以下、実施例１と同じ構成要素
には同じ参照番号を付してその説明を省略する。
【００６６】実施例１と同様の照明系（光源１，球面鏡
２，コンデンサーレンズ３とで構成した照明系）を用
い、コンデンサーレンズ３の前方には光学手段としての
反射型の第１ホログラム素子１２と第２ホログラム素子
１３とが配置されている。第１ホログラム素子１２は、
光源１中に含まれるＲ，Ｇ，Ｂの光をそれぞれ異なる方
向に回折する。第２ホログラム素子１３は、第１ホログ
ラム素子１２からのＲ，Ｇ，Ｂの回折光を受け、これら
の光をマイクロレンズアレイ６を備えた液晶表示パネル
７にそれぞれ異なる角度で入射するように回折する。ま
た、集光手段としてのマイクロレンズアレイ６には、マ
イクロレンズを液晶表示パネル７の画素の１ピッチ単位
で移動させる色切換え手段としてのアクチュエーター
（駆動装置）１４が設置されている。このアクチュエー
ター１４としては、モーター，ソレノイド，圧電素子な
どが利用できる。液晶表示パネル７で変調されたＲ，
Ｇ，Ｂ光は、フィールドレンズ８を通過後、投影レンズ
９によりスクリーン１０に投影される。
【００６７】なお、本実施例では液晶表示パネル７の３
つの画素に対して１つのマイクロレンズが対応してお
り、図１７に示すようにマイクロレンズを、液晶表示パ
ネルの垂直走査周期と同期させて図中ａ，ｂ，ｃの位置
に液晶表示パネルの画素の１ピッチ単位で順次移動させ
ることにより、液晶表示パネルの画素開口部に入射する
Ｒ，Ｇ，Ｂ光が順次切替わる。また、液晶表示パネルは
４８０（Ｈ）×６４０（Ｖ）走査線をインターレース駆
動しており、画素ピッチは１３０μｍ×１３０μｍのデ
ルタ配列である。この液晶表示パネル７に対するＲ，
Ｇ，Ｂ光の入射角度は実施例１と同様１０°である。
【００６８】本実施例ではＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれの光に
対応するリップマンホログラムを３枚重ね合わせて第
１，第２ホログラム素子１２，１３をそれぞれ構成し、
Ｒのホログラム素子は約６００nm以上の可視光、Ｂのホ
ログラム素子は約５００nm以下の可視光、Ｇのホログラ
ム素子は５００nm〜５７０nmの可視光をそれぞれ反射す
るように設定した。第１，第２ホログラム素子１２，１
３としてはＲ，Ｇ，Ｂ光を多重露光することによって上
記分光特性を持たせた多重ホログラム素子１枚を用いて
もよい。また、第１，第２ホログラム素子１２，１３は
実施例１と同様の方法にて作成した。本実施例に用いた
液晶表示パネルは実施例１と同様で、その垂直走査周期
が１msec以下のレスポンスを持ったものであることが好
ましい。
【００６９】上記条件のもと液晶表示パネルの垂直走査
の３周期のそれぞれに対してマイクロレンズをａｂｃの
位置に順次移動させることにより、図６に示すように液
晶表示パネル７の画素に対してＲ，Ｇ，Ｂの光を順次時
分割で入射させた。そして、この時それぞれの光に対応
した画像データを順次光束の切換えに同期させて液晶表
示パネルの各画素に入力した所、従来のカラーフィルタ
を用いた単板プロジェクションと比べ、大幅に光利用率
が高く、かつ、３倍の解像度を備えた単板式液晶プロジ
ェクションを実現できた。
【００７０】本実施例では、デルタ配列の液晶表示パネ
ル７に対してマイクロレンズを配置したが、ストライプ
配列の液晶表示パネルに対しても本発明を適用すること
ができる。また、マイクロレンズの代わりに同様の効果
を持たせた透過型ホログラム素子を用いてもよい。さら
には、本実施例では、マイクロレンズを液晶表示パネル
の垂直走査周期に同期させて、水平方向に移動させた
が、図１８に示すａ’，ｂ’，ｃ’方向に移動させても
よい。
【００７１】本実施例では光の分光手段としての第１，
第２ホログラム素子１２，１３に反射型ホログラム素子
を用いたが、透過型のホログラム素子など光を分光でき
るものであればいかなるものを用いてもよく、ホログラ
ム素子１２，１３の他に、図１９に示すような誘電体ミ
ラーとしてのダイクロイックミラー３１を３枚用いても
よい。
【００７２】実施例４ 図２０は本発明における投影型画像表示装置の実施例４
の構成を示す説明図である。この実施例でも投影型カラ
ー画像表示装置を例に挙げて説明する。以下、実施例１
と同じ構成要素には同じ参照番号を用いる。
【００７３】この図において、１は光源、２は球面鏡、
３はコンデンサーレンズ、７は集光手段としてのマイク
ロレンズアレイ６を備えた液晶表示パネル、８はフィー
ルドレンズ、９は投影レンズ、１０はスクリーンであ
る。
【００７４】本実施例では、このように、実施例１と同
様の照明系（光源１，球面鏡２，コンデンサーレンズ３
とで構成した照明系）と、実施例１と同様のマイクロレ
ンズアレイ６を備えた液晶表示パネル７と、実施例１と
同様の投影系（フィールドレンズ８，投影レンズ９，ス
クリーン１０とで構成した投影系）を用いている。４１
はダイクロイックミラーからなる誘電体ミラーである。
この誘電体ミラー４１は角度θ2ずつずらして配置した
Ｒ用，Ｇ用，Ｂ用の３枚の誘電体ミラーから構成されて
いる。４２は平面鏡であり、本実施例においては、光学
手段は３枚の誘電体ミラー４１と平面鏡４２から構成さ
れている。４３は平面鏡４２の角度を変える色切換え手
段としてのステッピングモータ（駆動装置）である。
【００７５】本実施例においては、画像表示パネルとし
て液晶表示パネル７を用いたが、他のタイプの画像表示
パネルを用いることもできる。光源１としては、１５０
Ｗ，アーク長５mm，アークの径２．２mmのメタルハライ
ドランプを用い、光源１のアークが図の紙面に対して水
平になるよう配置した。光源１としては、この他にハロ
ゲンランプやキセノンランプを用いることができる。光
源１の背面には球面鏡２が配置され、前面には口径８０
mmφ、焦点距離６０mmのコンデンサーレンズ３が配置さ
れている。
【００７６】球面鏡２は、その中心が光源１の発光部の
中心と一致するように配置され、さらに光源１はその中
心がコンデンサーレンズ３の焦点と一致するように配置
されている。このような配置により、光源１から出射さ
れてコンデンサーレンズ３を通過した光の平行度は、ア
ーク長方向（図の紙面に水平な方向）で約２．２°、ア
ーク径の方向では約１°である。
【００７７】コンデンサーレンズ３の前方に、光源１か
ら照射されるＲ，Ｇ，Ｂの光束をそれぞれ異なる方向か
ら平面鏡４２に反射する３枚の誘電体ミラー４１が配置
されている。
【００７８】平面鏡４２は、誘電体ミラー４１からの
Ｒ，Ｇ，Ｂの反射光を、マイクロレンズアレイ６を備え
た液晶表示パネル７に照射する。液晶表示パネル７に入
射したＲ，Ｇ，Ｂの光束は変調され、フィールドレンズ
８を通過後、投影レンズ９によりスクリーン１０に投影
される。
【００７９】ここで、Ｒの誘電体ミラーは約６００nm以
上の可視光、Ｂの誘電体ミラーは約５００nm以下の可視
光、Ｇの誘電体ミラーは５００nm〜５７０nmの可視光を
それぞれ反射するように設定した。なお、本実施例では
Ｒ，Ｇ，Ｂ光の分割に、対応する誘電体ミラー４１を３
枚用いたが、同様の働きをする反射型ホログラム素子を
用いてもよい。
【００８０】本実施例では、図２１に示すように、液晶
表示パネル７の３つの画素４４に対して１つのマイクロ
レンズ４５が対応している。また、液晶表示パネル７は
４８０（Ｈ）×６４０（Ｖ）の走査線をインターレース
駆動しており、画素ピッチは１３０μｍ×１３０μｍで
ある。この液晶表示パネル７に設けられたマイクロレン
ズアレイ６に対するＲ，Ｇ，Ｂ光の入射角度は、後述す
るように、液晶表示パネル７の画素ピッチＰ、およびマ
イクロレンズアレイ６の焦点距離ｆから求められる。
【００８１】本実施例では、液晶表示パネル７の垂直走
査周期と同期させて、駆動装置としてのステッピングモ
ータ４３を使って平面鏡４２の誘電体ミラー４１からの
Ｒ，Ｇ，Ｂ光に対する角度を順次切換え、それにより、
液晶表示パネル７に対するＲ，Ｇ，Ｂ光の入射角度を順
次切換えるようにしている。
【００８２】ここでは説明を容易にするため、液晶表示
パネル７の構成要素である偏光板、配向膜、ブラックマ
トリクスなどは省略し、また、主光線のみについて示し
ている。駆動装置としては、ステッピングモータ４３の
かわりに、圧電素子等を使用してもよい。
【００８３】光学系をこのように配置したとき、各色の
光束の入射角度を次に述べるように適切に選ぶと、図２
２に示すように、各色の光束をマイクロレンズアレイ６
によって各色に対応する画素に振り分けることができ
る。この条件とは、Ｒ，Ｇ，Ｂ光のどの２色についても
それらの光束のマイクロレンズアレイ６に対する入射角
の差をθ1、マイクロレンズの空気中での焦点距離を
ｆ、対応する色の水平方向の画素ピッチをＰとすると、 ｔａｎθ1 ＝Ｐ／ｆ ……（式４） と表すことができる。この角度差は３枚の誘電体ミラー
４１のなす角度差によって与える。
【００８４】同様に、平面鏡４２がＲ，Ｇ，Ｂの入射光
束に対してなす角度をθ2ずつ切換えると、各色の光束
の入射する画素を順次切換えることができる。この角度
θ2は３枚の誘電体ミラー４１のなす角度差に等しく、 θ2 ＝θ1 ／２ ……（式５） の条件を満たす。
【００８５】上記条件のもと、画素ピッチ１３０μｍ×
１３０μｍの液晶表示パネルを用い、焦点距離ｆ＝７２
０μｍ（ガラス基板中では液晶表示素子の対向基板厚
１．１mmに相当）のマイクロレンズを用いると、（式
４）、（式５）より、 θ1＝ｔａｎ-1（Ｐ／ｆ）＝ｔａｎ-1（１３０／７２
０）≒１０° θ2＝５° となる。
【００８６】液晶表示パネル７の駆動においては、ノン
インターレース駆動する場合には、１フレームの期間に
Ｒ，Ｇ，Ｂの３回の垂直走査を行い、インターレース駆
動する場合には、１フレームが２フィールドで構成され
るため、１フィールドの期間にＲ，Ｇ，Ｂの３回の垂直
走査を行い、１フレームの期間には６回の垂直走査を行
う。
【００８７】本実施例で用いた液晶表示パネル７は、イ
ンターレース駆動しているため、１フィールドに割り当
てられた時間Ｔは、１フレームが１／３０ secであると
すると、 Ｔ＝１／（３０×２）≒１６．６（msec） となる。よって、この時間Ｔ以内に平面鏡４２の入射光
束に対する角度を３回切換える必要があるため、液晶表
示パネル７の垂直走査の時間、つまり垂直走査周期は時
間Ｔの１／３の約５．５msecとなる。これに、画像信号
の切換え、色光の切換え時間中は表示をブランキングす
る必要があるので、１msec以下のレスポンスを持った液
晶表示パネルを使用することが好ましい。
【００８８】本実施例ではＯＣＢモード液晶表示パネル
を使用したが、双安定型ネマティック液晶、強誘電性液
晶など、上記のレスポンスを持ったものであれば如何な
るものを用いてもよい。
【００８９】上記条件のもと、液晶表示パネル７の垂直
走査の３周期に対して、平面鏡４２のＲ，Ｇ，Ｂ光の入
射光束に対する角度を順次切換えることによって、液晶
表示パネル７の各画素に入射する光束の色を順次切換
え、それぞれの光に対応した画像データを光束の切換え
に同期させて液晶表示パネルの各画素に入力したとこ
ろ、従来のカラーフィルタを用いた単板プロジェクショ
ンと比べ、大幅に光利用率が高く、かつ、３倍の解像度
を備えた単板式液晶プロジェクションを実現できた。
【００９０】実施例５ 図２３は本発明における投影型画像表示装置の実施例５
の構成を示す説明図である。この実施例でも投影型カラ
ー画像表示装置を例に挙げて説明する。以下、実施例１
と同じ構成要素には同じ参照番号を用いる。
【００９１】実施例１と同様の照明系（光源１，球面鏡
２，コンデンサーレンズ３とで構成した照明系）を用
い、コンデンサーレンズ３の前方に、光源１から照射さ
れるＲ，Ｇ，Ｂの光束をそれぞれ異なる方向から液晶表
示パネル７の表示領域でオーバーラップするように反射
する光学手段としての３枚のダイクロイックミラーから
なる誘電体ミラー５１が配置されている。この誘電体ミ
ラー５１は角度θ2ずつずらして配置したＲ用，Ｇ用，
Ｂ用の３枚の誘電体ミラーから構成されている。誘電体
ミラー５１で反射されたＲ，Ｇ，Ｂの光束は、集光手段
としてのマイクロレンズアレイ６を備えた液晶表示パネ
ル７で変調され、フィールドレンズ８を通過後、投影レ
ンズ９によりスクリーン１０に投影される。
【００９２】本実施例では、マイクロレンズアレイ６、
液晶表示パネル７、及び投影系（フィールドレンズ８，
投影レンズ９，スクリーン１０とで構成した投影系）に
は、実施例４と同様のものを用いた。
【００９３】本実施例では、図２４に示すように、液晶
表示パネル７の垂直走査周期と同期させて、３枚の誘電
体ミラー５１の光源１からの白色光に対する角度を順次
切換えることによって、液晶表示パネル７に対するＲ，
Ｇ，Ｂ光の入射角度を順次切換える。誘電体ミラー５１
の角度を切換える色切換え手段としての駆動装置は、実
施例１と同様にステッピングモータ５２を使用した。
【００９４】ここで、３枚の誘電体ミラー５１のなす角
度差によって与えられるＲ，Ｇ，Ｂの光束のマイクロレ
ンズアレイ６に対する入射角θ1を適切に選ぶと、図２
４に示すように、マイクロレンズアレイ６によって各色
に対応する画素に振り分けることができる。また、３枚
の誘電体ミラー５１の光源１からの白色光に対する角度
をθ2ずつ切換えることによって、Ｒ，Ｇ，Ｂの光束の
マイクロレンズアレイ６に対する入射角をそれぞれθ1
だけ変化させることができ、マイクロレンズアレイ６に
よって各光束が振り分けられる画素が切換わる。ここ
で、θ2は３枚の誘電体ミラー５１のなす角度差に相当
する。これらの角度θ1、θ2は実施例４と同様に求めら
れ、式（４）よりθ1＝１０°、式（５）よりθ2＝５°
である。
【００９５】３枚の誘電体ミラー５１の光源１からの白
色光に対する角度の切換えは、回転中心を以下のように
選ぶと、複数の波長域の光束がオーバーラップする領域
は変化しない。
【００９６】図２５を用いてこれを説明する。図２４
（ｂ）の状態において、Ｒ，Ｇ，Ｂの光束が液晶表示パ
ネル７の表示領域をオーバーラップして照射するように
３枚の誘電体ミラー５１を配置する。ここで、３枚の誘
電体ミラー５１の光源１からの白色光に対する角度の切
換えθ2は、３枚の誘電体ミラー５１のなす角度差に等
しいため、３枚の誘電体ミラーの交点を回転中心とすれ
ば、切換えによってＲ，Ｇ，Ｂの光束がオーバーラップ
する領域は変化しない。すなわち、光の蹴られが発生せ
ず、効率よく光を利用することができる。なお、本実施
例では、Ｒ，Ｇ，Ｂ光の分割に、対応する誘電体ミラー
３枚を用いたが、同様の働きをする反射型ホログラム素
子を用いてもよい。
【００９７】本実施例では、誘電体ミラー５１に対する
光束の入射角、および反射角は上記のように、±５°だ
け変化する。このとき、誘電体ミラー５１からの反射光
の波長域は入射角によって約±５nmシフトするので、観
察者には、液晶表示パネル７の１フィールド時間（誘電
体ミラー５１の入射光束に対する角度が３回切換わる時
間）内の平均の色度が観察される。そこで、この色度が
十分な色再現性をもつ範囲でＲ，Ｇ，Ｂに対応する３枚
の誘電体ミラー５１が反射する波長域を設計した。
【００９８】すなわち、図２４の（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）における誘電体ミラー５１が反射する波長域を、
それぞれ図２６、図２７、図２８のように設計し、これ
らの波長域の光が重ね合わされた状態で十分な色再現性
をもつように誘電体ミラーを設計した。本実施例に用い
た液晶表示パネルは実施例４と同様で、その垂直走査周
期が１msec以下のレスポンスを持ったものであることが
好ましい。
【００９９】上記条件のもと、液晶表示パネル７の垂直
走査の３周期に対して、誘電体ミラー５１の光源１から
の白色光に対する角度を順次切換えることによって、液
晶表示パネル７の各画素に入射する光束の色を順次切換
え、それぞれの光に対応した画像データを光束の切換え
に同期させて液晶表示パネルの各画素に入力したとこ
ろ、従来のカラーフィルタを用いた単板プロジェクショ
ンと比べて大幅に光利用率が高く、かつ、３倍の解像度
を備えた単板式液晶表示プロジェクションを実現でき
た。
【０１００】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、光源か
らの白色光を赤，緑，青に分割し、それぞれの光束を液
晶表示パネルの対応する画素に入射させるとともに、各
画素に入射する赤，緑，青の光を時分割で順次切換える
ことにより、コンパクトであるという単板式の利点を生
かしながら、光利用率が高く、かつ、高解像度なカラー
画像を安価に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る投影型カラー画像表示
装置の模式図である。
【図２】実施例１のマイクロレンズの配置図である。
【図３】実施例１のホログラム素子の説明図である。
【図４】実施例１の液晶表示パネルに振り分けられた光
が入射される状態を示す説明図である。
【図５】実施例１の光学系の説明図である。
【図６】実施例１の液晶表示パネルの３つの領域ａ，
ｂ，ｃに入射するＲ，Ｇ，Ｂの光の切換え状態を示す説
明図である。
【図７】ホログラム素子の他の設置方法を示す説明図で
ある。
【図８】ホログラム素子の他の形状を示す説明図であ
る。
【図９】透過型ホログラム素子を示す説明図である。
【図１０】実施例１にダイクロイックミラーを用いた場
合の説明図である。
【図１１】本発明の実施例２に係る投影型カラー画像表
示装置の模式図である。
【図１２】実施例２の液晶表示パネルに入射する各波長
の光の照射エリアを示す説明図である。
【図１３】実施例２の液晶表示パネルに入射する各波長
の光の照射エリアの他の例を示す説明図である。
【図１４】ホログラム素子の他の形状を示す図である。
【図１５】透過型ホログラム素子を示す説明図である。
【図１６】本発明の実施例３に係る投影型カラー画像表
示装置の模式図である。
【図１７】実施例３のマイクロレンズの移動状態を示す
説明図である。
【図１８】実施例３のマイクロレンズの移動状態の他の
例を示すを示す図である。
【図１９】実施例３にダイクロイックミラーを用いた場
合の説明図である。
【図２０】本発明における投影型画像表示装置の実施例
４の構成を示す説明図である。
【図２１】実施例４のマイクロレンズの配置図である。
【図２２】実施例４の液晶表示パネルに振り分けられた
光が入射される状態を示す説明図である。
【図２３】本発明における投影型画像表示装置の実施例
５の構成を示す説明図である。
【図２４】実施例５の液晶表示パネルに振り分けられた
光が入射される状態を示す説明図である。
【図２５】実施例５の誘電体ミラーの光源からの白色光
に対する角度の切換えを示す説明図である。
【図２６】実施例５の誘電体ミラーが反射するＲ光の波
長域を示すグラフである。
【図２７】実施例５の誘電体ミラーが反射するＧ光の波
長域を示すグラフである。
【図２８】実施例５の誘電体ミラーが反射するＢ光の波
長域を示すグラフである。
【図２９】従来のフィールド順次方式の説明図である。
【図３０】２光束干渉によるホログラムの書き込み方法
を示す説明図である。
【図３１】Kogelnikのカップル波理論によるホログラム
素子の回析効率を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 光源 ２ 球面鏡 ３ コンデンサーレンズ ４，１２ 第１ホログラム素子 ５，１３ 第２ホログラム素子 ６ マイクロレンズアレイ ７ 液晶表示パネル ８ フィールドレンズ ９ 投影レンズ １０ スクリーン １１ ホログラム素子 １４ アクチュエーター ２１ 板状のホログラム素子 ２２ 透過型ホログラム素子 ３１ ダイクロイックミラー ４１，５１ 誘電体ミラー ４２ 平面鏡 ４３，５２ ステッピングモータ ４４ 画素 ４５ マイクロレンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長島 伸悦 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 増田 岳志 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源と、 多数の画素からなり、かつ垂直走査機能を有する画像表
    示パネルと、 光源からの光を複数の波長域に分割し、それらの分割し
    た光を異なる方向から同じ領域にオーバーラップさせて
    照射する光学手段と、 光学手段によって照射された同じ領域の複数の光を各波
    長域毎に画像表示パネルの対応する画素の開口部に集光
    させる集光手段と、 画像表示パネルに表示された画像を投影する投影手段
    と、 画像表示パネルの垂直走査毎に光学手段の分割波長域を
    相互に入換えて画像表示パネルの画素に入射される光の
    波長域を順次切換える色切換え手段とを備え、 色切換え手段による切換え毎に各画素に入射する光の色
    に対応する画像を画像表示パネルに表示することを特徴
    とする投影型画像表示装置。
  2. 【請求項２】 前記光学手段が、光の波長域毎に異なる
    回折角を有するホログラム素子からなり、前記色切換え
    手段が、画像表示パネルの垂直走査周期に同期して、そ
    のホログラム素子の光の回折角を順次変化させる駆動装
    置からなることを特徴とする請求項１記載の投影型画像
    表示装置。
  3. 【請求項３】 前記光学手段が、複数の波長域の光にそ
    れぞれ対応する複数の誘電体ミラーからなり、前記色切
    換え手段が、画像表示パネルの垂直走査周期に同期し
    て、その複数の誘電体ミラーが対応する光の波長域を順
    次変化させる駆動装置からなることを特徴とする請求項
    １記載の投影型画像表示装置。
  4. 【請求項４】 前記集光手段がマイクロレンズアレイか
    らなることを特徴とする請求項１記載の投影型画像表示
    装置。
  5. 【請求項５】 前記集光手段が光の波長域毎に異なる回
    折角を有する透過型のホログラム素子からなることを特
    徴とする請求項１記載の投影型画像表示装置。
  6. 【請求項６】 前記画像表示パネルが液晶表示パネルか
    らなり、 前記光学手段が、光源からの光を赤、緑、青の光の３原
    色に分割する第１のホログラム素子と、第１のホログラ
    ム素子によって分割された赤、緑、青の光を異なる方向
    から同じ領域に収束させる第２のホログラム素子からな
    り、 前記集光手段が、第１と第２のホログラム素子によって
    照射された同じ領域の赤、緑、青の光をそれぞれ液晶表
    示パネルの対応する開口部に集光させるマイクロレンズ
    アレイからなり、 前記色切換え手段が、第１のホログラム素子と第２のホ
    ログラム素子とをそれぞれ液晶表示パネルの走査周期に
    同期させて移動させることにより液晶表示パネルの同じ
    画素に入射される赤、緑、青の光を順次切換える駆動装
    置からなることを特徴とする請求項１記載の投影型画像
    表示装置。
  7. 【請求項７】 前記画像表示パネルが液晶表示パネルか
    らなり、 前記光学手段が、光源からの光を赤、緑、青の光の３原
    色に分割し、分割した赤、緑、青の光を異なる方向から
    同じ領域に収束させる３枚のダイクロイックミラーから
    なり、 前記集光手段が、前記３枚のダイクロイックミラーによ
    って照射された同じ領域の赤、緑、青の光をそれぞれ液
    晶表示パネルの対応する開口部に集光させるマイクロレ
    ンズアレイからなり、 前記色切換え手段が、前記３枚のダイクロイックミラー
    を液晶表示パネルの走査周期に同期させてそれぞれ作動
    させることにより液晶表示パネルの同じ画素に入射され
    る赤、緑、青の光を順次切換える駆動装置からなること
    を特徴とする請求項１記載の投影型画像表示装置。
  8. 【請求項８】 光源と、 多数の画素からなり、かつ垂直走査機能を有する画像表
    示パネルと、 光源からの光を複数の波長域に分割し、それらの分割し
    た光を画像表示パネルの複数の分割領域にそれぞれ照射
    する波長選択性を有する光学手段と、 画像表示パネルに表示された画像を投影する投影手段
    と、 画像表示パネルの垂直走査毎に光学手段の分割波長域を
    相互に入換えて画像表示パネルの各分割領域に照射され
    る光の波長域を順次切換える色切換え手段とを備え、 色切換え手段による切換え毎に各分割領域に照射される
    光の色に対応する画像を画像表示パネルに表示すること
    を特徴とする投影型画像表示装置。
  9. 【請求項９】 前記光学手段が、光の波長域毎に異なる
    回折角を有するホログラム素子からなり、前記色切換え
    手段が、画像表示パネルの垂直走査周期に同期して、そ
    のホログラム素子の光の回折角を順次変化させる駆動装
    置からなることを特徴とする請求項８記載の投影型画像
    表示装置。
  10. 【請求項１０】 前記光学手段が、複数の波長域の光に
    それぞれ対応する複数の誘電体ミラーからなり、前記色
    切換え手段が、画像表示パネルの垂直走査周期に同期し
    て、その複数の誘電体ミラーが対応する光の波長域を順
    次変化させる駆動装置からなることを特徴とする請求項
    ８記載の投影型画像表示装置。
  11. 【請求項１１】 前記画像表示パネルが液晶表示パネル
    からなり、 前記光学手段が、光源からの光を赤、緑、青の光の３原
    色に分割し、それらの赤、緑、青の光を液晶表示パネル
    を３分割した分割領域にそれぞれ照射する３色光分離用
    のホログラム素子からなり、 前記色切換え手段が、前記ホログラム素子を液晶表示パ
    ネルの走査周期に同期させて移動させることにより液晶
    表示パネルの同じ分割領域に入射される赤、緑、青の光
    を順次切換える駆動装置からなることを特徴とする請求
    項８記載の投影型画像表示装置。
  12. 【請求項１２】 前記画像表示パネルが液晶表示パネル
    からなり、 前記光学手段が、光源からの光を赤、緑、青の光の３原
    色に分割し、それらの赤、緑、青の光を液晶表示パネル
    を３分割した分割領域にそれぞれ照射する３枚のダイク
    ロイックミラーからなり、 前記色切換え手段が、前記３枚のダイクロイックミラー
    を液晶表示パネルの走査周期に同期させてそれぞれ作動
    させることにより液晶表示パネルの同じ分割領域に入射
    される赤、緑、青の光を順次切換える駆動装置からなる
    ことを特徴とする請求項８記載の投影型画像表示装置。
  13. 【請求項１３】 光源と、 多数の画素からなり、かつ垂直走査機能を有する画像表
    示パネルと、 光源からの光を複数の波長域に分割し、それらの分割し
    た光を異なる方向から同じ領域にオーバーラップさせて
    照射する光学手段と、 光学手段によって照射された同じ領域の複数の光を各波
    長域毎に画像表示パネルの対応する画素の開口部に集光
    させる集光手段と、 画像表示パネルにより変調された光を受け、画像表示パ
    ネルに表示された画像を投影する投影手段と、 集光手段を画素ピッチ単位で移動させることにより、画
    像表示パネルの垂直走査毎に画像表示パネルの画素に入
    射される光の波長域を順次切換える色切換え手段とを備
    え、 色切換え手段による切換え毎に各画素に入射する光の色
    に対応する画像を画像表示パネルに表示することを特徴
    とする投影型画像表示装置。
  14. 【請求項１４】 前記光学手段が光の波長域毎に異なる
    回折角を有するホログラム素子からなることを特徴とす
    る請求項１３記載の投影型画像表示装置。
  15. 【請求項１５】 前記光学手段が複数の波長域の光にそ
    れぞれ対応する複数の誘電体ミラーからなることを特徴
    とする請求項１３記載の投影型画像表示装置。
  16. 【請求項１６】 前記集光手段がマイクロレンズアレイ
    からなり、前記色切換え手段が、そのマイクロレンズア
    レイを画素ピッチ単位で移動させることが可能な駆動装
    置からなることを特徴とする請求項１３記載の投影型画
    像表示装置。
  17. 【請求項１７】 前記集光手段が光の波長域毎に異なる
    回折角を有する透過型のホログラム素子からなり、前記
    色切換え手段が、その透過型のホログラム素子を画素ピ
    ッチ単位で移動させることが可能な駆動装置からなるこ
    とを特徴とする請求項１３記載の投影型画像表示装置。
  18. 【請求項１８】 前記画像表示パネルが液晶表示パネル
    からなり、 前記光学手段が、光源からの光を赤、緑、青の光の３原
    色に分割する第１のホログラム素子と、第１のホログラ
    ム素子によって分割された赤、緑、青の光を異なる方向
    から同じ領域に収束させる第２のホログラム素子からな
    り、 前記集光手段が、第１と第２のホログラム素子によって
    照射された同じ領域の赤、緑、青の光をそれぞれ液晶表
    示パネルの対応する開口部に集光させるマイクロレンズ
    アレイからなり、 前記色切換え手段が、前記マイクロレンズアレイを液晶
    表示パネルの走査周期に同期させて画素ピッチ単位で移
    動させることにより液晶表示パネルの同じ画素に入射さ
    れる赤、緑、青の光を順次切換える駆動装置からなるこ
    とを特徴とする請求項１３記載の投影型画像表示装置。
  19. 【請求項１９】 前記画像表示パネルが液晶表示パネル
    からなり、 前記光学手段が、光源からの光を赤、緑、青の光の３原
    色に分割し、分割した赤、緑、青の光を異なる方向から
    同じ領域に収束させる３枚のダイクロイックミラーから
    なり、 前記集光手段が、前記３枚のダイクロイックミラーによ
    って照射された同じ領域の赤、緑、青の光をそれぞれ液
    晶表示パネルの対応する開口部に集光させるマイクロレ
    ンズアレイからなり、 前記色切換え手段が、前記マイクロレンズアレイを液晶
    表示パネルの走査周期に同期させて画素ピッチ単位で移
    動させることにより液晶表示パネルの同じ画素に入射さ
    れる赤、緑、青の光を順次切換える駆動装置からなるこ
    とを特徴とする請求項１３記載の投影型画像表示装置。
  20. 【請求項２０】 光源と、 多数の画素からなる表示領域を有し、かつ垂直走査機能
    を有する画像表示パネルと、 光源からの光を複数の波長域の光束に分割し、それらの
    複数の波長域の光束を異なる方向から同じ領域にオーバ
    ーラップさせて画像表示パネルの表示領域に照射する光
    学手段と、 光学手段によって分割された複数の波長域の光束を各波
    長域毎に画像表示パネルの対応する画素の開口部に集光
    させる集光手段と、 画像表示パネルによって変調された光を受け、画像表示
    パネルに表示された画像を投影する投影手段と、 画像表示パネルの垂直走査周期に同期して、前記複数の
    波長域の光束の画像表示パネルへの入射角度を切換える
    ことにより、画像表示パネルの画素に入射する光の波長
    域を順次切換える色切換え手段とを備え、 色切換え手段による切換え毎に各画素に入射する光の色
    に対応する画像を画像表示パネルに表示することを特徴
    とする投影型画像表示装置。
  21. 【請求項２１】 前記集光手段がマイクロレンズアレイ
    からなることを特徴とする請求項２０記載の投影型画像
    表示装置。
  22. 【請求項２２】 前記集光手段が光の波長域毎に異なる
    回折角を有する透過型のホログラム素子からなることを
    特徴とする請求項２０記載の投影型画像表示装置。
  23. 【請求項２３】 前記光学手段が、前記複数の波長域の
    光束にそれぞれ対応し、かつ、前記光源からの光束の光
    路上に順次配置された複数の誘電体ミラーと、それらの
    複数の誘電体ミラーからの複数の波長域の光束を画像表
    示パネルに向けて反射させる平面鏡からなり、 前記色切換え手段が、その平面鏡の前記複数の波長域の
    光束に対してなす角度を切換える駆動装置からなること
    を特徴とする請求項２０記載の投影型画像表示装置。
  24. 【請求項２４】 前記光学手段が、前記複数の波長域の
    光束にそれぞれ対応し、かつ、前記光源からの光束の光
    路上に順次配置された複数の誘電体ミラーからなり、 前記色切換え手段が、それらの複数の誘電体ミラーの前
    記光源からの光束に対してなす角度を切換える駆動装置
    からなることを特徴とする請求項２０記載の投影型画像
    表示装置。
  25. 【請求項２５】 前記複数の誘電体ミラーに代えて反射
    型のホログラム素子を用いることを特徴とする請求項２
    ３又は２４記載の投影型画像表示装置。
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