JPH11271684A - Image display device - Google Patents

Image display device

Info

Publication number
JPH11271684A
JPH11271684A JP10076821A JP7682198A JPH11271684A JP H11271684 A JPH11271684 A JP H11271684A JP 10076821 A JP10076821 A JP 10076821A JP 7682198 A JP7682198 A JP 7682198A JP H11271684 A JPH11271684 A JP H11271684A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
array
optical system
polarized light
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10076821A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3646847B2 (en
Inventor
Haruhiko Nagai
治彦 永井
Sadaomi Kanzawa
貞臣 神澤
Isao Nishino
功 西野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP07682198A priority Critical patent/JP3646847B2/en
Publication of JPH11271684A publication Critical patent/JPH11271684A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3646847B2 publication Critical patent/JP3646847B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Holo Graphy (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable polarized light conversion without the need of a microlens array. SOLUTION: Instead of the microlens array, a hologram optical element 50 is used. The light emitted from a light source 40 is converted in its advancing direction by the hologram optical element 50 and is made incident on a polarized light conversion optical system 60. In the polarized light conversion optical system 60, the polarized light conversion is performed by a polarized beam splitter array 62, a reflection mirror array 63 and a λ/2 plate array 64. The light converted to linearly polarized light in the polarized light conversion optical system 60 generates image by an image display optical system 70.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、画像表示装置に
関するものである。特に、ホログラム光学素子を用いて
光を空間的に変調することにより、偏光変換を行う画像
表示装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display device. In particular, the present invention relates to an image display device that performs polarization conversion by spatially modulating light using a hologram optical element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の画像表示装置として、特開平8−
304739号公報に記載された偏光照明装置が存在し
ている。以下、この公報に記載された図面及び記述を引
用して従来の画像表示装置について説明する。図4は、
従来の偏光照明装置の要部を平面的に見た概略構成図で
ある。本例の偏光照明装置1は、システム光軸Lに沿っ
て配置した光源部2、第1のレンズ板3、第2のレンズ
板4から大略構成されている。光源部2から出射された
光は、第1のレンズ板3により第2のレンズ板4内に集
光され、第2のレンズ板4を通過する過程において、ラ
ンダムな偏光光は、偏光方向が揃った1種類の偏光光に
変換され、照明領域5に至るようになっている。
2. Description of the Related Art A conventional image display device is disclosed in
There is a polarized light illumination device described in Japanese Patent No. 304739. Hereinafter, a conventional image display device will be described with reference to the drawings and descriptions described in this publication. FIG.
It is the schematic block diagram which looked at the principal part of the conventional polarized light illuminating apparatus in planar view. The polarized light illuminating device 1 of the present example is roughly constituted by a light source unit 2, a first lens plate 3, and a second lens plate 4 arranged along the system optical axis L. The light emitted from the light source unit 2 is condensed into the second lens plate 4 by the first lens plate 3, and in the process of passing through the second lens plate 4, the randomly polarized light has a polarization direction of The light is converted into one kind of uniform polarized light, and reaches the illumination area 5.

【0003】光源部2は、光源ランプ201と放物面リ
フレクター202から大略構成されている。光源ランプ
201から放射されたランダムな偏光光は、放物面リフ
レクター202によって一方向に反射されて、略平行な
光束となって第1のレンズ板3に入射される。ここで、
放物面リフレクター202に代えて、楕円形リフレクタ
ー、球面リフレクターなども用いることができる。光源
光軸Rは、システム光軸Lに対して一定の角度だけ傾斜
させてある。
The light source section 2 is generally constituted by a light source lamp 201 and a parabolic reflector 202. The randomly polarized light emitted from the light source lamp 201 is reflected in one direction by the parabolic reflector 202, and is incident on the first lens plate 3 as a substantially parallel light flux. here,
Instead of the parabolic reflector 202, an elliptical reflector, a spherical reflector, or the like can be used. The light source optical axis R is inclined by a certain angle with respect to the system optical axis L.

【0004】図5には、第1のレンズ板3の外観を示し
てある。この図に示すように、第1のレンズ板3は、矩
形状の輪郭をした微小な矩形集光レンズ301が縦横に
複数配列した構成である。第1のレンズ板3に入射した
光は、矩形集光レンズ301の集光作用によりシステム
光軸Lと垂直な平面内に矩形集光レンズ301の数と同
数の集光像を形成する。この複数の集光像は、光源ラン
プの投写像に他ならないため、以下では2次光源像と呼
ぶものとする。
FIG. 5 shows the appearance of the first lens plate 3. As shown in this figure, the first lens plate 3 has a configuration in which a plurality of minute rectangular condenser lenses 301 having a rectangular outline are arranged vertically and horizontally. The light incident on the first lens plate 3 forms the same number of condensed images as the number of the rectangular condensing lenses 301 in a plane perpendicular to the system optical axis L by the condensing action of the rectangular condensing lens 301. Since the plurality of condensed images is nothing but a projection image of the light source lamp, it is hereinafter referred to as a secondary light source image.

【0005】次に、再び図4を参照して、本例の第2の
レンズ板4について説明する。第2のレンズ板4は、集
光レンズアレイ410、偏光分離プリズムアレイ42
0、λ/2位相差板430及び出射側レンズ440から
構成される複合積層体であり、第1のレンズ板3による
2次光源像が形成される位置の近傍におけるシステム光
軸Lに対して垂直な平面内に配置されている。この第2
のレンズ板4は、インテグレータ光学系の第2のレンズ
板としての機能、偏光分離素子としての機能及び偏光変
換素子としての機能を併せ持っている。
Next, with reference to FIG. 4 again, the second lens plate 4 of this embodiment will be described. The second lens plate 4 includes a condenser lens array 410 and a polarization separation prism array 42
0, a λ / 2 retardation plate 430 and an emission side lens 440, and is a composite laminate including a second light source image formed by the first lens plate 3 with respect to the system optical axis L near the position. It is located in a vertical plane. This second
The lens plate 4 has a function as a second lens plate of the integrator optical system, a function as a polarization separation element, and a function as a polarization conversion element.

【0006】集光レンズアレイ410は、第1のレンズ
板3とほぼ同様な構成となっている。即ち、第1のレン
ズ板3を構成する矩形集光レンズ301と同数の集光レ
ンズ411を複数配列したものであり、第1のレンズ板
3からの光を集光する作用がある。集光レンズアレイ4
10は、インテグレータ光学系の第2のレンズ板に相当
するものである。
The condensing lens array 410 has substantially the same configuration as the first lens plate 3. That is, a plurality of condensing lenses 411 of the same number as the rectangular condensing lens 301 constituting the first lens plate 3 are arranged, and have an action of condensing light from the first lens plate 3. Condensing lens array 4
Reference numeral 10 corresponds to a second lens plate of the integrator optical system.

【0007】集光レンズアレイ410を構成する集光レ
ンズ411と第1のレンズ板3を構成する矩形集光レン
ズ301とは、全く同一の寸法形状及びレンズ特性を有
する必要はない。光源部2からの光の特性に応じて、各
々最適化されることが望ましい。しかし、偏光分離プリ
ズムアレイ420に入射する光は、その主光線の傾きが
システム光軸Lと平行であることが理想的である。この
点から、集光レンズ411は、第1のレンズ板3を構成
する矩形集光レンズ301と同一のレンズ特性を有する
ものか、或いは、矩形集光レンズ301と相似形の形状
をしている同一レンズ特性を有するものとする場合が多
い。
The condenser lens 411 constituting the condenser lens array 410 and the rectangular condenser lens 301 constituting the first lens plate 3 do not need to have exactly the same dimensions, shape and lens characteristics. It is desirable that each be optimized in accordance with the characteristics of the light from the light source unit 2. However, it is ideal that the light incident on the polarization splitting prism array 420 has a chief ray inclined parallel to the system optical axis L. From this point, the condenser lens 411 has the same lens characteristics as the rectangular condenser lens 301 constituting the first lens plate 3 or has a shape similar to that of the rectangular condenser lens 301. In many cases, they have the same lens characteristics.

【0008】図6には、偏光分離プリズムアレイ420
の外観を示してある。この図に示すように、偏光分離プ
リズムアレイ420は、内部に偏光分離膜を備えた四角
柱状のプリズム合成体からなる偏光ビームスプリッター
421と、同じく内部に反射膜を備えた四角柱状のプリ
ズム合成体からなる反射ミラー422とからなる対を基
本構成単位とし、その対を平面的に複数配列(2次光源
像が形成される平面内に配列される)したものである。
集光レンズアレイ410を構成する集光レンズ411に
対して、1対の基本構成単位が対応するように規則的に
配置されている。また、1つの偏光ビームスプリッター
421の横幅Wpと1つの反射ミラー422の横幅Wm
は等しい。更に、この例では、集光レンズアレイ410
を構成する集光レンズ411の横幅の1/2となるよう
に、Wp及びWmの値は設定されているが、これに限定
されない。
FIG. 6 shows a polarization separating prism array 420.
Is shown. As shown in this figure, a polarized light separating prism array 420 includes a polarizing beam splitter 421 formed of a prismatic prism composite having a polarization separating film inside, and a rectangular prismatic prism composite also having a reflecting film inside. And a reflection mirror 422 composed of a plurality of reflection mirrors 422 as a basic structural unit, and a plurality of the pairs arranged in a plane (arranged in a plane on which a secondary light source image is formed).
A pair of basic constituent units are regularly arranged so as to correspond to the condenser lens 411 constituting the condenser lens array 410. Also, the width Wp of one polarization beam splitter 421 and the width Wm of one reflection mirror 422
Are equal. Further, in this example, the condenser lens array 410
Although the values of Wp and Wm are set so as to be の of the width of the condenser lens 411 constituting the above, the present invention is not limited to this.

【0009】ここで、第1のレンズ板3により形成され
る2次光源像が偏光ビームスプリッター421の部分に
位置するように、偏光分離プリズムアレイ420を含む
第2のレンズ板4が配置されている。そのために、光源
部2は、その光源光軸Rがシステム光軸Lに対して僅か
に角度をなすように配置されている。
Here, the second lens plate 4 including the polarization separation prism array 420 is arranged so that the secondary light source image formed by the first lens plate 3 is located at the portion of the polarization beam splitter 421. I have. For this purpose, the light source unit 2 is arranged such that the light source optical axis R makes a slight angle with respect to the system optical axis L.

【0010】図4及び図6を参照して説明すると、偏光
分離プリズムアレイ420に入射したランダムな偏光光
は、偏光ビームスプリッター421により偏光方向の異
なるP偏光光とS偏光光の2種類の偏光光に分離され
る。P偏光光は、進行方向を変えずに偏光ビームスプリ
ッター421をそのまま通過する。他方、S偏光光は、
偏光ビームスプリッター421の偏光分離膜423で反
射して進行方向を約90度変え、隣接する反射ミラー4
22(対をなす反射ミラー)の反射面424で反射して
進行方向を約90度変え、最終的には、P偏光光とほぼ
平行な角度で偏光分離プリズムアレイ420より出射さ
れる。
Referring to FIGS. 4 and 6, the randomly polarized light incident on the polarization splitting prism array 420 is converted into two types of polarized light, P-polarized light and S-polarized light, having different polarization directions by a polarization beam splitter 421. Separated into light. The P-polarized light passes through the polarization beam splitter 421 without changing the traveling direction. On the other hand, S-polarized light is
The light is reflected by the polarization splitting film 423 of the polarization beam splitter 421 to change the traveling direction by about 90 degrees, and the adjacent reflection mirror 4
The light is reflected by the reflection surface 424 of the reflection mirror 22 (a pair of reflection mirrors), changes the traveling direction by about 90 degrees, and is finally emitted from the polarization separation prism array 420 at an angle substantially parallel to the P-polarized light.

【0011】偏光分離プリズムアレイ420の出射面に
は、λ/2位相差膜431が規則的に配置されたλ/2
位相差板430が設置されている。即ち、偏光分離プリ
ズムアレイ420を構成する偏光ビームスプリッター4
21の出射面部分にのみλ/2位相差膜431が配置さ
れ、反射ミラー422の出射面部分にはλ/2位相差膜
431が配置されていない。従って、偏光ビームスプリ
ッター421から出射されたP偏光光は、λ/2位相差
膜431を通過する際に偏光面の回転作用を受け、S偏
光光へと変換される。他方、反射ミラー422から出射
されたS偏光光は、λ/2位相差膜431を通過しない
ので、偏光面の回転作用は一切受けず、S偏光光のまま
λ/2位相差板430を通過する。以上をまとめると、
偏光分離プリズムアレイ420とλ/2位相差板430
により、ランダムな偏光光は、1種類の偏光光(この場
合は、S偏光光)に変換されたことになる。
On the exit surface of the polarization separating prism array 420, a λ / 2 retardation film 431 is regularly arranged,
A retardation plate 430 is provided. That is, the polarization beam splitter 4 constituting the polarization separation prism array 420
The λ / 2 retardation film 431 is disposed only on the exit surface portion of the optical disk 21, and the λ / 2 retardation film 431 is not disposed on the exit surface portion of the reflection mirror 422. Therefore, the P-polarized light emitted from the polarization beam splitter 421 is converted into S-polarized light by rotating the polarization plane when passing through the λ / 2 retardation film 431. On the other hand, since the S-polarized light emitted from the reflection mirror 422 does not pass through the λ / 2 retardation film 431, it does not receive any rotation of the polarization plane and passes through the λ / 2 retardation plate 430 as S-polarized light. I do. To summarize the above,
Polarization separation prism array 420 and λ / 2 retardation plate 430
Thus, the randomly polarized light is converted into one type of polarized light (in this case, S-polarized light).

【0012】このようにして、S偏光光に揃えられた光
束は、出射側レンズ440により照明領域5へと導か
れ、照明領域5上で重畳結合される。即ち、第1のレン
ズ板3により切り出されたイメージ面は、第2のレンズ
板4により照明領域5上に重畳結像される。これと同時
に、途中の偏光分離プリズムアレイ420によりランダ
ムな偏光光は、偏光方向が異なる2種類の偏光光に空間
的に分離され、λ/2位相差板430を通過する際に1
種類の偏光光に変換されて、殆ど全ての光が照明領域5
へと達する。このため、照明領域5は、殆ど1種類の偏
光光でほぼ均一に照明されることになる。
In this manner, the luminous flux aligned to the S-polarized light is guided to the illumination area 5 by the exit lens 440, and is superposed and coupled on the illumination area 5. That is, the image plane cut out by the first lens plate 3 is superimposed and formed on the illumination area 5 by the second lens plate 4. At the same time, the random polarized light is spatially separated into two types of polarized lights having different polarization directions by the polarized light separating prism array 420 in the middle, and when passing through the λ / 2 retardation plate 430, the random polarized light becomes one.
Is converted into various kinds of polarized light, and almost all the light is
To reach. Therefore, the illumination region 5 is almost uniformly illuminated with one type of polarized light.

【0013】図7には、図4に示した偏光照明装置1が
組み込まれた投写型表示装置の例を示してある。図7に
示すように、本例の投写型表示装置3400の偏光照明
装置1は、ランダムな偏光光を位置方向に出射する光源
部2を備え、この光源部2から放射されたランダムな偏
光光は、第1のレンズ板3によって集光された状態で第
2のレンズ板4の所定の位置に導かれた後、第2のレン
ズ板4の中の偏光分離プリズムアレイ420により2種
類の偏光光に分離される。また、分離された各偏光光の
内、P偏光光についてはλ/2位相差板430によって
S偏光光に変換される。
FIG. 7 shows an example of a projection display device in which the polarized light illumination device 1 shown in FIG. 4 is incorporated. As shown in FIG. 7, the polarization illuminating device 1 of the projection display device 3400 of the present example includes a light source unit 2 that emits randomly polarized light in a position direction, and the random polarized light emitted from the light source unit 2. After being condensed by the first lens plate 3 and guided to a predetermined position on the second lens plate 4, two types of polarized light are polarized by the polarization separation prism array 420 in the second lens plate 4. Separated into light. Further, among the separated polarized lights, the P-polarized light is converted into the S-polarized light by the λ / 2 retardation plate 430.

【0014】この偏光照明装置100から出射された光
束は、まず、青色緑色反射ダイクロイックミラー340
1において、赤色光が透過し、青色光及び緑色光が反射
する。赤色光は、反射ミラー3402で反射され、第1
の液晶ライトバルブ3403に達する。一方、青色光及
び緑色光の内、緑色光は、緑色反射ダイクロイックミラ
ー3404によって反射され、第2の液晶ライトバルブ
3405に達する。
The light beam emitted from the polarized light illuminating device 100 is first reflected by a blue-green reflecting dichroic mirror 340.
At 1, red light is transmitted and blue light and green light are reflected. The red light is reflected by the reflection mirror 3402, and
To the liquid crystal light valve 3403. On the other hand, of the blue light and the green light, the green light is reflected by the green reflecting dichroic mirror 3404 and reaches the second liquid crystal light valve 3405.

【0015】ここで、青色光は、各色光の内で最も長い
光路長を持つので、青色光に対しては入射側レンズ34
06、リレーレンズ3408及び出射側レンズ3410
からなるリレーレンズ系で構成された導光手段3450
を設けてある。即ち、青色光は、緑色反射ダイクロイッ
クミラー3404を透過した後、まず、入射側レンズ3
406及び反射ミラー3407を経て、リレーレンズ3
408に導かれ、このリレーレンズ3408に集束され
た後、反射ミラー3409によって出射側レンズ341
0に導かれ、しかる後に、第3の液晶ライトバルブ34
11に達する。ここで、第1ないし第3の液晶バルブ3
403,3405,3411は、それぞれの色光を変調
し、各色に対応した映像情報を含ませた後に、変調した
色光をダイクロイックプリズム3413(色合成手段)
に入射する。ダイクロイックプリズム3413には、赤
色反射の誘電体多層膜と青色反射の誘電体多層膜とが十
字状に形成されており、それぞれの変調光束を合成す
る。ここで合成された光束は、投写レンズ3414(投
写手段)を通過して、スクリーン3415上に映像を形
成することになる。以上が、特開平8−304739号
公報に示された従来の装置である。
Here, since the blue light has the longest optical path length of each color light, the incident side lens 34 for the blue light.
06, relay lens 3408 and emission side lens 3410
Light guide means 3450 comprising a relay lens system comprising
Is provided. That is, after transmitting the blue light through the green reflecting dichroic mirror 3404, first, the incident side lens 3
406 and the reflection mirror 3407, the relay lens 3
After being guided to 408 and converged by the relay lens 3408, the light exit side lens 341 is reflected by the reflection mirror 3409.
0, and then the third liquid crystal light valve 34
Reach 11. Here, the first to third liquid crystal valves 3
403, 3405, and 3411 modulate the respective color lights and include video information corresponding to each color, and then convert the modulated color lights into a dichroic prism 3413 (color combining unit).
Incident on. In the dichroic prism 3413, a dielectric multilayer film for red reflection and a dielectric multilayer film for blue reflection are formed in a cross shape, and synthesize modulated light beams. The light flux synthesized here passes through the projection lens 3414 (projection unit), and forms an image on the screen 3415. The above is the conventional apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-304739.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】従来の偏光照明装置
は、以上のように構成されていたので、光軸に対して光
線を傾ける必要があった。また、偏光変換を行う際に、
マイクロレンズアレイが必要であり、構造が複雑になる
という欠点があった。
Since the conventional polarized light illuminating device is configured as described above, it is necessary to incline the light beam with respect to the optical axis. Also, when performing polarization conversion,
There is a disadvantage that a microlens array is required and the structure becomes complicated.

【0017】この発明は、以上のような問題点を解決す
るためになされたものであり、光軸に対して光源からの
光線を傾ける必要がなく、マイクロレンズアレイを不要
とした画像表示装置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an image display apparatus which does not need to tilt a light beam from a light source with respect to an optical axis and does not need a microlens array. The purpose is to gain.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】この発明に係る画像表示
装置は、以下の要素を有することを特徴とする。(a)
光を出力する光源、(b)上記光源からの光を入力して
光の進行方向を変更するホログラム光学素子、(c)上
記ホログラム光学素子から出力された光を入力し、偏光
変換を行う偏光変換光学系、(d)上記偏光変換光学系
から出力された光を用いて画像を表示する画像表示光学
系。
An image display device according to the present invention has the following elements. (A)
A light source that outputs light, (b) a hologram optical element that receives light from the light source and changes the traveling direction of the light, and (c) a polarization light that receives light output from the hologram optical element and performs polarization conversion. A conversion optical system, and (d) an image display optical system that displays an image using light output from the polarization conversion optical system.

【0019】上記ホログラム光学素子は、波長λの光を
入力し、波長λの光を周波数fi で変調し、入力した光
の進行方向をλfi と−λfi の方向に変更して出力す
る計算機ホログラムであることを特徴とする。
The hologram optical element receives light having a wavelength λ, modulates the light having a wavelength λ with a frequency f i , changes the traveling direction of the input light to λf i and −λf i , and outputs it. It is a computer generated hologram.

【0020】上記偏光変換光学系は、ホログラム光学素
子からの光を入力して、集光する集光レンズと、集光レ
ンズからの光が集光される位置に配置され、P波とS波
とのいずれかの直線偏光を分離する偏光ビームスプリッ
ターアレイと、偏光ビームスプリッターアレイにより分
離されたP波とS波の一方の直線偏光を反射させる反射
ミラーアレイと、反射ミラーアレイにより反射された光
を他方の直線偏光に変換するλ/2板アレイとを備えた
ことを特徴とする。
The polarization conversion optical system is arranged at a position where light from the hologram optical element is input and condensed, and at a position where light from the condensing lens is condensed. A polarizing beam splitter array that separates any one of the following linearly polarized lights, a reflecting mirror array that reflects one of the P- and S-wave linearly polarized lights separated by the polarizing beam splitter array, and light reflected by the reflecting mirror array. And a λ / 2 plate array for converting the light into the other linearly polarized light.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、この発明
の原理図である。この発明の画像表示装置は、光源40
とホログラム光学素子50と偏光変換光学系60と画像
表示光学系70により構成されている。偏光変換光学系
60は、集光レンズ61と偏光ビームスプリッターアレ
イ62と反射ミラーアレイ63とλ/2板アレイ64に
より構成されている。画像表示光学系70は、出射レン
ズ71と液晶パネル72により構成されている。偏光変
換光学系60の構成は、従来例に示したものと同様であ
るので、ここでは、特に詳細な説明は行わない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a principle diagram of the present invention. The image display device of the present invention includes a light source 40
And a hologram optical element 50, a polarization conversion optical system 60, and an image display optical system 70. The polarization conversion optical system 60 includes a condenser lens 61, a polarization beam splitter array 62, a reflection mirror array 63, and a λ / 2 plate array 64. The image display optical system 70 includes an emission lens 71 and a liquid crystal panel 72. Since the configuration of the polarization conversion optical system 60 is the same as that shown in the conventional example, a detailed description will not be given here.

【0022】次に、ホログラム光学素子50について説
明する。ホログラムの原理説明図を、図2に示す。ホロ
グラムは、元来2つの光の干渉縞(振幅と位相)が記録
された乾板であるが、ここでは、計算されたデジタルパ
ターンを記録した計算機ホログラム(コンピュータジェ
ネレーテッドホログラム)について考える。波長λのレ
ーザ光が周波数fi で変調される位相板に入射される
と、角度λfi ,−λfi の方向に分割される。計算機
ホログラムは、回折光学素子の一種で、入射レーザ光の
波面に対して周期的な光路差を与え、光を伝搬したい方
向に空間変調をかける位相板と考えることができる。重
ね合わせの原理により、同時に多数の周波数f1,f
2,f3,・・・で変調すれば、それぞれの周波数の方
向に分割することが可能となる。ここで、図3に示すよ
うな配置にホログラム光学素子50、集光レンズ61
(焦点距離をFとする)、偏光ビームスプリッターアレ
イ62を配置すれば、偏光ビームスプリッターアレイ6
2上では光軸からFλfi 及び−Fλfi 離れた位置に
集光点をシフトすることができる。
Next, the hologram optical element 50 will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of a hologram. A hologram is originally a dry plate on which interference fringes (amplitude and phase) of two lights are recorded. Here, a computer generated hologram (computer generated hologram) on which a calculated digital pattern is recorded will be considered. When a laser beam having a wavelength λ is incident on a phase plate modulated at a frequency f i , the laser light is split in the directions of angles λf i and −λf i . A computer generated hologram is a kind of diffractive optical element, and can be considered as a phase plate that gives a periodic optical path difference to the wavefront of incident laser light and performs spatial modulation in a direction in which light is to be propagated. Due to the principle of superposition, many frequencies f1, f
., F3,... Can be divided in the direction of each frequency. Here, the hologram optical element 50 and the condenser lens 61 are arranged as shown in FIG.
(The focal length is F), if the polarizing beam splitter array 62 is arranged, the polarizing beam splitter array 6
You can shift the focal point at a position away Efuramudaf i and -Efuramudaf i from the optical axis on the two.

【0023】ホログラム光学素子(HOE:Holog
raphic Optical Element)の設
計では、HOEパターンのフーリエ変換スペクトルが、
像を置きたい位置に対応した周波数において、鋭いピー
クを持つように計算機で設計する。例えば、HOEとし
て、合成石英を直接エッチングして多段階の位相差を付
ける表面レリーフ型の透過型位相ホログラム(キノフォ
ーム)を採用する。HOEパターンは、画素サイズで1
〜2μmの正方形を単位として、256×256〜10
24×1024画素から構成される。実際の計算では、
最初に各画素に対してランダムな位相を与え、そのフー
リエ変換スペクトルが必要な周波数において、高いピー
クを有したときに目標値に近づいていると判断できる誤
差関数(評価関数)を設定し、各画素の位相を順次入れ
替えて誤差関数を最小にするように収束計算を行う。
Hologram optical element (HOE: Holog)
In the design of the Optical Optical Element, the Fourier transform spectrum of the HOE pattern is
A computer is designed to have a sharp peak at a frequency corresponding to a position where an image is to be placed. For example, as the HOE, a surface relief type transmission phase hologram (Kinoform) that directly etches synthetic quartz to provide a multi-stage phase difference is employed. The HOE pattern has a pixel size of 1
256 × 256 to 10 with a square of 〜2 μm as a unit
It is composed of 24 × 1024 pixels. In the actual calculation,
First, a random phase is given to each pixel, and an error function (evaluation function) that can be determined to be close to the target value when the Fourier transform spectrum has a high peak at a required frequency is set. Convergence calculation is performed so as to minimize the error function by sequentially changing the phases of the pixels.

【0024】次に、ホログラムの持つマルチゾーンホモ
ジナイザについて説明する。ホログラムによるホモジナ
イザの特徴は、従来の一般的なプリズムやカライドスコ
ープ方式のホモジナイザが単に1ヶ所に均一な照射領域
を形成しているのに対し、必要な幾つかの領域(ゾー
ン)に対して同時に均質化したビームを照射できること
である。その照射領域は、偏光ビームスプリッターアレ
イ62の配置に合わせることができるし、かつ、任意の
形状とすることができる。例えば、図1に示した例に見
られるように、9つの領域に光が透過する開口部(偏光
ビームスプリッターの配置位置)が存在する場合には、
9つの領域にビームのスポットを分けることができる。
こうすることにより、全領域を照射するのに比べ、開口
部での光の透過率を向上することができる。この特徴を
最も活かす照射方式は、図1に示すような開口部のパタ
ーンに合わせてビーム照射することである。しかも、1
つの開口部に対して分割した1つのビームを照射するだ
けでは集光スポットの強度分布がばらつく恐れがあるた
め、個々の開口部において幾つかのビームを重畳し、強
度分布の均質化を図ることができる。このように、多数
の領域で同時に任意形状で、かつ、均質化された強度分
布のビームを照射する技術をマルチゾーンホモジナイザ
と呼ぶ。
Next, the multi-zone homogenizer of the hologram will be described. The feature of the hologram-based homogenizer is that a conventional general prism or a kaleidoscope-type homogenizer simply forms a uniform irradiation area in one place, whereas a required area (zone) is required. The ability to irradiate a homogenized beam at the same time. The irradiation area can be adjusted to the arrangement of the polarizing beam splitter array 62 and can have any shape. For example, as shown in the example shown in FIG. 1, when there are openings (positions of the polarizing beam splitters) through which light is transmitted in nine regions,
The beam spot can be divided into nine regions.
By doing so, the light transmittance at the opening can be improved as compared with the case where the entire region is irradiated. The irradiation method that makes the most of this feature is to perform beam irradiation in accordance with the pattern of the opening as shown in FIG. And one
Since irradiating one split beam to one aperture may cause variations in the intensity distribution of the focused spot, several beams should be superimposed on each aperture to homogenize the intensity distribution. Can be. Such a technique of simultaneously irradiating a beam having an arbitrary shape and a homogenized intensity distribution in a large number of regions is called a multi-zone homogenizer.

【0025】光源40から出射される光線は、平行光線
である方が望ましい。ホログラム光学素子50は、入射
光の進行方向に対して所定の角度に進行方向を変換する
ものであるから、光源40から入射される光線は、平行
度が高ければ高いほど望ましい。
The light emitted from the light source 40 is preferably a parallel light. The hologram optical element 50 converts the traveling direction of the incident light to a predetermined angle with respect to the traveling direction of the incident light. Therefore, the higher the degree of parallelism of the light beam incident from the light source 40, the more desirable.

【0026】以上のように、この実施の形態では、ホロ
グラムの原理を元に、コンピュータで設計されたホログ
ラム光学素子50を用い、光源40からの平行光線を空
間的に変調し、即ち、光の進行方向を変え、偏光変換光
学系60として用意された偏光ビームスプリッターアレ
イ62に対して光を導くものである。偏光変換光学系6
0により直線偏光に変換された光は、出射レンズ71か
ら液晶パネル72に照射される。出射レンズ71から液
晶パネル72への照射に際しては、出射レンズ71から
の出射光が液晶パネル72において重ね合わされ、輝度
分布の平坦一様化を図ることができる。液晶パネル72
から出射された画像は、従来から公知の構成により出力
される。なお、偏光変換光学系は、図1に示したものに
限らず、他の構成を用いてもよい。
As described above, in this embodiment, a parallel light beam from the light source 40 is spatially modulated using the hologram optical element 50 designed by a computer based on the principle of the hologram, that is, The light is guided to the polarization beam splitter array 62 prepared as the polarization conversion optical system 60 by changing the traveling direction. Polarization conversion optical system 6
The light converted to linearly polarized light by 0 is applied to the liquid crystal panel 72 from the exit lens 71. When the light is emitted from the emission lens 71 to the liquid crystal panel 72, the light emitted from the emission lens 71 is superimposed on the liquid crystal panel 72, and the luminance distribution can be made flat and uniform. LCD panel 72
Is output by a conventionally known configuration. Note that the polarization conversion optical system is not limited to the one shown in FIG. 1, and another configuration may be used.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ホロ
グラムを採用することにより、従来必要であったマイク
ロレンズアレイを不要とすることができ、光学系を簡素
化することができる。
As described above, according to the present invention, by employing a hologram, a microlens array which has been conventionally required can be eliminated, and the optical system can be simplified.

【0028】また、この発明によれば、従来のように、
光線の光軸を傾けることが不要になるので、光学系の配
置や調整が簡単になるという効果がある。
According to the present invention, as in the prior art,
Since it is not necessary to tilt the optical axis of the light beam, there is an effect that the arrangement and adjustment of the optical system are simplified.

【0029】また、この発明によれば、ホログラムを用
いることにより輝度分布の一様化を図ることができる。
Further, according to the present invention, the luminance distribution can be made uniform by using a hologram.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の原理図である。FIG. 1 is a principle diagram of the present invention.

【図2】 この発明のホログラムの原理を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing the principle of the hologram of the present invention.

【図3】 この発明のホログラム投影系の原理を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing the principle of a hologram projection system according to the present invention.

【図4】 従来の偏光照明装置を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a conventional polarized light illumination device.

【図5】 従来のマイクロレンズアレイを示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a conventional microlens array.

【図6】 従来の偏光変換光学系を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a conventional polarization conversion optical system.

【図7】 従来の投写型表示装置を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a conventional projection display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

40 光源、50 ホログラム光学素子、60 偏光変
換光学系、61 集光レンズ、62 偏光ビームスプリ
ッターアレイ、63 反射ミラーアレイ、64λ/2板
アレイ、70 画像表示光学系、71 出射レンズ、7
2 液晶パネル。
Reference Signs List 40 light source, 50 hologram optical element, 60 polarization conversion optical system, 61 condenser lens, 62 polarization beam splitter array, 63 reflection mirror array, 64λ / 2 plate array, 70 image display optical system, 71 emission lens, 7
2 Liquid crystal panel.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 以下の要素を有する画像表示装置 (a)光を出力する光源、(b)上記光源からの光を入
力して光の進行方向を変更するホログラム光学素子、
(c)上記ホログラム光学素子から出力された光を入力
し、偏光変換を行う偏光変換光学系、(d)上記偏光変
換光学系から出力された光を用いて画像を表示する画像
表示光学系。
1. An image display device having the following elements: (a) a light source that outputs light; (b) a hologram optical element that receives light from the light source and changes the traveling direction of the light;
(C) a polarization conversion optical system that receives the light output from the hologram optical element and performs polarization conversion, and (d) an image display optical system that displays an image using the light output from the polarization conversion optical system.
【請求項2】 上記ホログラム光学素子は、波長λの光
を入力し、波長λの光を周波数fi で変調し、入力した
光の進行方向をλfi と−λfi の方向に変更して出力
する計算機ホログラムであることを特徴とする請求項1
記載の画像表示装置。
2. The hologram optical element receives light having a wavelength λ, modulates light having a wavelength λ at a frequency f i , and changes the traveling direction of the input light to λf i and −λf i. 2. A computer generated hologram for output.
The image display device as described in the above.
【請求項3】 上記偏光変換光学系は、 ホログラム光学素子からの光を入力して、集光する集光
レンズと、 集光レンズからの光が集光される位置に配置され、P波
とS波とのいずれかの直線偏光を分離する偏光ビームス
プリッターアレイと、 偏光ビームスプリッターアレイにより分離されたP波と
S波の一方の直線偏光を反射させる反射ミラーアレイ
と、 反射ミラーアレイにより反射された光を他方の直線偏光
に変換するλ/2板アレイとを備えたことを特徴とする
請求項2記載の画像表示装置。
3. A polarization conversion optical system, comprising: a condenser lens for inputting light from a hologram optical element and condensing the light; and a light condensing lens disposed at a position where the light from the condenser lens is condensed. A polarizing beam splitter array that separates any linearly polarized light from the S wave, a reflecting mirror array that reflects one of the P wave and the S wave separated by the polarizing beam splitter array, and a reflecting mirror array that reflects the reflected light. 3. The image display device according to claim 2, further comprising a λ / 2 plate array for converting the reflected light into the other linearly polarized light.
JP07682198A 1998-03-25 1998-03-25 Image display device Expired - Fee Related JP3646847B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP07682198A JP3646847B2 (en) 1998-03-25 1998-03-25 Image display device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP07682198A JP3646847B2 (en) 1998-03-25 1998-03-25 Image display device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11271684A true JPH11271684A (en) 1999-10-08
JP3646847B2 JP3646847B2 (en) 2005-05-11

Family

ID=13616349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP07682198A Expired - Fee Related JP3646847B2 (en) 1998-03-25 1998-03-25 Image display device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3646847B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103472592A (en) * 2013-09-18 2013-12-25 北京航空航天大学 Snapping type high-flux polarization imaging method and polarization imager

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103472592A (en) * 2013-09-18 2013-12-25 北京航空航天大学 Snapping type high-flux polarization imaging method and polarization imager

Also Published As

Publication number Publication date
JP3646847B2 (en) 2005-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5748376A (en) High optical throughput liquid-crystal projection display system
JP2004527804A (en) Digital image projector with directional fixed polarization axis polarization beam splitter
JP3093391B2 (en) Image projector with two polarized beams through matrix screen
JPH11212023A (en) Optical illumination system and projection display device
KR20040073499A (en) Color projection system including rotating holographic color filter elements
JPH11502040A (en) Image display device having two microlens arrays
JP3646847B2 (en) Image display device
JP3647206B2 (en) Optical modulation device and projection device using the same
JP2001324762A (en) Illuminating optical system for single panel type liquid crystal projector
JPH1039258A (en) Single polarized light conversion element, and projection type display device
JP4174931B2 (en) Lighting device and projection display device
JP2001318427A (en) Projector having set of intersected dichroic mirror
JP2004053641A (en) Polarizing illumination optical system and projection display device using same
JP3669051B2 (en) Projection display
JP2002303825A (en) Color separating device, color compositing device, color separating/compositing device and projector
JPH06202063A (en) Polarized light converting element and projection type liquid crystal display device
JPH11316362A (en) Picture display device, diffractive optical element, holographic element, and manufacturing method of holographic element
JPH10161241A (en) Projection type display device and infrared ray reflection element therefor
JP3270388B2 (en) Polarized illumination device and projection display device using the same
JP2000330204A (en) Illuminator and liquid crystal projector
JPH09197340A (en) Color synthesizing optical system and display device using the optical system
KR100312499B1 (en) Liquid Crystal Display Projector
KR100520215B1 (en) Illuminating optical system and projection type display
JP4908684B2 (en) Projection image display device
JP2005106901A (en) Image projection device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050119

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050202

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050202

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees