KR20010031135A - Hologram element polarization separating device, polarization illuminating device, and image display - Google Patents

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KR20010031135A
KR20010031135A KR1020007004027A KR20007004027A KR20010031135A KR 20010031135 A KR20010031135 A KR 20010031135A KR 1020007004027 A KR1020007004027 A KR 1020007004027A KR 20007004027 A KR20007004027 A KR 20007004027A KR 20010031135 A KR20010031135 A KR 20010031135A
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쿠라토미야스노리
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모리시타 요이찌
마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

화상표시소자에 형성된 마이크로 렌즈어레이의 개구율을 실효적으로 높게 하는 기능을 최대한으로 발휘하고, 균일성이 높을 뿐만 아니라, 투사효율이 높은 밝은 화상표시장치를 구성하기 위해, 물체광과 참조광을 간섭시켜 작성되고, 또 상기 물체광이 거의 평행한 물체광속이고, 상기 참조광이 발광수단에서 발광되는 제1 광속을 집광, 전파시키는 조명수단에서의 출력광속과 거의 등가인 파면을 가지는 참조광속인 홀로그램소자(12 ∼ 14)를 사용하고, 홀로그램소자를 조명하는 수단과, 홀로그램소자의 출력광속을 변조하는 것으로 화상을 표시하는 화상표시소자(6 ∼ 8)를 구비하고, 상기 화상표시소자는 각 화소에 대응하는 마이크로 렌즈를 구비하고, 마이크로 렌즈는 입사한 광속을 대개 화소의 개구부분에 수속시키는 기능을 가지는 것을 특징으로 한다.In order to effectively exhibit the function of effectively increasing the aperture ratio of the microlens array formed in the image display element, and to construct a bright image display device having high uniformity and high projection efficiency, the object light and the reference light are interfered. A hologram element which is a reference light beam which is created and whose object light is a substantially parallel object light beam, and the reference light has a wavefront which is substantially equivalent to the output light flux of the lighting means for condensing and propagating the first light beam emitted from the light emitting means. Means for illuminating the hologram element, and image display elements 6 to 8 for displaying an image by modulating the output luminous flux of the hologram element, wherein the image display element corresponds to each pixel. And a microlens having a function of converging the incident light flux into the openings of the pixels. do.

Description

홀로그램소자, 편광분리소자, 편광조명장치 및 화상표시장치{HOLOGRAM ELEMENT POLARIZATION SEPARATING DEVICE, POLARIZATION ILLUMINATING DEVICE, AND IMAGE DISPLAY}HOLOGRAM ELEMENT POLARIZATION SEPARATING DEVICE, POLARIZATION ILLUMINATING DEVICE, AND IMAGE DISPLAY}

광을 화상표시소자에 의해 휘도 변조하고, 스크린 상에 확대 투사하는 투사형 화상표시장치의 개발이 진행되고 있다(예를 들면, 오프라스이, 1993년 8월호, 58페이지 - 101페이지).The development of a projection type image display apparatus which luminance-modulates light by an image display element and enlarges and projects it on a screen (for example, Oprasui, August 1993, pages 58-101).

도 1은 종래의 일반적인 화상표시장치이고, 화상표시 수단으로서 액정패널을 사용한 구성예를 나타낸다. 램프(2)에서의 출력광(3)을 리플렉터(reflector)(4)로 반사하고, 출력광속(5)을 집광 광학계(도시하지 않음)에 의해 집광, 전파하고, 색분리를 위한 다이크로익 미러(dichroic mirror)(12, 13)에 의해 적색, 녹색, 청색의 3원색으로 분리하고, 전반사미러(14), 콘덴서 렌즈(15)를 통하여 액정패널(16 ~ 18)로 입사시킨다.Fig. 1 is a conventional general image display apparatus, and shows a structural example using a liquid crystal panel as image display means. Reflects the output light 3 from the lamp 2 to the reflector 4, condenses and propagates the output light beam 5 by a condensing optical system (not shown), and dichroic for color separation. The dichroic mirrors 12 and 13 are separated into three primary colors of red, green, and blue, and are incident on the liquid crystal panels 16 to 18 through the total reflection mirror 14 and the condenser lens 15.

액정패널(16 ~ 18)에 의해 변조된 출력광은 색합성을 위한 다이크로익 프리즘(도시하지 않음) 혹은 다이크로익 미러(19, 20) 및 전반사미러(14)에 의해 합성되고, 투사렌즈에 의해 스크린(도시하지 않음) 상에 확대 투사된다.The output light modulated by the liquid crystal panels 16 to 18 is synthesized by a dichroic prism (not shown) or dichroic mirrors 19 and 20 and a total reflection mirror 14 for color synthesis. Is projected on a screen (not shown).

상기 액정패널(16 ~ 18) 등은 주로 투과형, 반사형으로 구별되지만, 어느쪽도 편광판 혹은 편광 빔 스플리터(splitter)(이하 PBS라 칭함)를 통해 입사되는 특정의 직선편광 광을 액정재료에 의해 변조하는 것에 의해 화상을 표시한다.Although the liquid crystal panels 16 to 18 are mainly classified into a transmissive type and a reflective type, the liquid crystal material receives specific linearly polarized light incident through a polarizing plate or a polarizing beam splitter (hereinafter referred to as PBS) by a liquid crystal material. The image is displayed by modulating.

또, 액정패널(16 ~ 18)은 일반적으로는 각 화소를 구동하기 위한 스위칭소자로서 박막트랜지스터(이하 TFT라 칭함)를 각 화소에 배치한 액티브매트릭스 방식이 주류이고, TFT는 다결정 폴리실리콘으로 형성되는 것이 일반적이다.In general, the liquid crystal panels 16-18 are switching elements for driving each pixel, and an active matrix system in which thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) are disposed in each pixel is mainly used, and TFTs are formed of polycrystalline polysilicon. It is common to be.

또, 다른 종래의 일반적인 화상표시장치의 구성예를 도 2에 나타낸다. 램프(22)에서의 출력광을 리플렉터(23)로 반사 후, 제 1의 파리눈(蠅目) 렌즈(24), 제 2의 파리눈 렌즈(25)로 이루어지는 인터그레이터(integrator), 접는미러(29)에 의해 전파하고, 또한 색분리를 위한 다이크로익 미러(30, 31)에 의해 적색, 녹색, 청색의 3원색으로 분리하고, 화상표시소자(35 ~ 37)에 입사시킨다.Moreover, the structural example of another conventional general image display apparatus is shown in FIG. After reflecting the output light from the lamp 22 to the reflector 23, an integrator consisting of the first fly's eye lens 24 and the second fly's eye lens 25, the folding mirror Propagation is carried out by (29), and separated into three primary colors of red, green, and blue by dichroic mirrors 30 and 31 for color separation, and incident on the image display elements 35 to 37.

화상표시소자(33 ~ 35)는 입사광속이 화상표시소자를 투과하는 사이에 변조하는 투과형과, 입사광속을 반사 후 출력하는 사이에 변조하는 반사형으로 크게 구별된다. 또한, 변조의 방식으로서 입사광속의 편광상태를 변화시키는 편광형과, 입사광속을 산란하는 것에 의해 변조하는 산란형으로 크게 구별된다.The image display elements 33 to 35 are largely classified into a transmission type that modulates the incident light flux through the image display element and a reflection type that modulates the incident light flux after reflection and output. Moreover, as a modulation method, it is largely divided into the polarization type which changes the polarization state of an incident light beam, and the scattering type which modulates by scattering an incident light beam.

편광형이 화상표시소자에 있어서는, 투과형 및 반사형의 어느쪽도 편광판 혹은 편광 빔 스플리터(이하 PBS라 칭함)를 통해서 입사되는 특정의 직선 편광광을 예를 들면 액정재료에 의해 변조하는 것에 의해 화상을 표시한다. 산란형의 화상표시소자에 있어서는 투과형 및 반사형의 어느쪽도 입사광속을 산란시키는 것으로 검은색을 표시하고, 입사광속을 산란시키지 않고 출력하는 것으로 흰색을 표시한다.In the image display element of the polarization type, both the transmissive type and the reflective type use an image by modulating specific linearly polarized light incident through a polarizing plate or a polarizing beam splitter (hereinafter referred to as PBS) with, for example, a liquid crystal material. Is displayed. In the scattering type image display device, both the transmission type and the reflection type display black by scattering the incident light beam, and white by displaying the light without scattering the incident light beam.

도 1, 2에서는 화상표시소자를 3장 사용한 구성(이하, 3판식이라 칭함)이지만, 후술하는 바와 같이 1장의 화상표시소자로 컬러화상을 표시하는 방식(이하, 단판식이라 칭함)도 있다.In Figs. 1 and 2, a configuration using three image display elements (hereinafter referred to as a three-plate type) is used, but there is also a method of displaying color images with one image display element (hereinafter referred to as a single plate type) as described later.

램프(2) 등으로서는 발광효율이 높고, 발광체의 체적이 작고, 고휘도로, 연색성(演色性)이 높은 램프가 얻어지고 있고, 메탈 할라이드 램프(metal halide lamp), 크세논 램프(xenon lamp), 초고압 수은램프 등이 사용되고 있다.As the lamp 2 or the like, a lamp having high luminous efficiency, a small volume of the light emitting body, high brightness and high color rendering property is obtained, and a metal halide lamp, xenon lamp, and ultrahigh pressure Mercury lamps are used.

리플렉터(3) 등으로서는 반사 후의 광속을 유효하게 활용하기 쉽기 때문에 방물면경(放物面鏡), 타원면경, 구면경 등이 사용되고 있고, 발광체가 그들 반사경의 초점 혹은 제 1 초점 혹은 중심에 배치되는 경우가 많다.As the reflector 3 or the like, it is easy to effectively use the light beam after reflection, and thus, a spectacle mirror, an ellipsoid mirror, a spherical mirror, or the like is used, and the light emitting body is disposed at the focal point or the first focal point or center of the reflector. There are many.

최근의 화상표시장치에 있어서는 전백(全白)신호를 표시할 때의,In a recent image display apparatus, when displaying a full white signal,

(1) 투사화상의 중앙부의 밝기와 주변부의 밝기를 균일하게 한다,(1) Make the brightness of the center of the projection image and the brightness of the periphery uniform.

(2) 투사되는 전광속(루멘(lumen))을 램프의 소비전력(와트(watt))으로 제거한 값으로서 정의되는 투사효율(루멘/와트)를 향상한다,(2) Improve the projection efficiency (lumen / watt) defined as the value obtained by removing the total luminous flux (lumen) projected by the power consumption (watt) of the lamp.

는 것이 개발의 주된 과제이며, (1)에 대해서는 인터그레이터(integrator)의 도입에 의해, (2)에 대해서는 인터그레이터와 발광체가 작은 고휘도 램프와의 조립에 의해, 또는 화상표시 수단으로서 액정패널과 같은 편광표시 수단을 사용하는 화상표시장치에 있어서는, 더 편광변환소자를 조립시키는 것에 의해 해결을 시도해 볼수 있다. 또한, 마이크로 렌즈를 액정패널에 형성하는 것에 의한 투사효율의 개선도 다수 검토되고 있다.(1) by introducing an integrator, (2) by integrating the integrator with a high-brightness lamp with a small light emitter or as an image display means. In the image display apparatus using the same polarization display means, a solution can be tried by assembling the polarization conversion element. In addition, the improvement of the projection efficiency by forming a microlens in a liquid crystal panel is also examined a lot.

다음에, 인터그레이터에 대해서 설명한다. 인터그레이터란, 예를 들면 일본특허공개 평 3-111806호 공보, 일본특허공개 평 5-346557호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 미소 렌즈를 2차원으로 배치하여 구성되는 파리눈 렌즈를 2종류 조립하여 구성된다. 인터그레이터의 구체적 구성예를 도 4에 나타낸다. 이것은 광원으로부터의 출력광속을 복수의 영역으로 분할하고, 이들을 피조명체물 상에서 적층하는 것에 의해, 조명광과의 균일성을 향상시키는 것이다.Next, the integrator will be described. As an integrator, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-111806 and Japanese Patent Laid-Open No. 5-346557, for example, two types of fly-eye lenses formed by arranging microlenses in two dimensions are assembled. It is configured by. 4 shows a specific configuration example of the integrator. This divides the output light flux from the light source into a plurality of regions, and stacks them on the object to be illuminated to improve uniformity with the illumination light.

램프(42)의 출력광속은 리플렉터(43)로 반사 후, 제 1의 파리눈 렌즈(44)로 입사한다. 리플렉터(43) 및 제 1의 파리눈 렌즈(44)에 의해, 램프(42)의 발광체의 상(像)은 제 1의 파리눈 렌즈(44)의 각 렌즈에 대응하는 제 2의 파리눈 렌즈(45)의 각 렌즈 상에 결상한다. 제 2의 파리눈 렌즈(45)의 각 렌즈는 제 1의 파리눈 렌즈(44)를 구성하는 각 렌즈의 상을 화상표시소자(47) 상에 결상하는 구성으로 되어 있다. 또한, 필요에 따라서, 제 2의 파리눈 렌즈와 화상표시소자의 사이에 릴레이 렌즈, 보조 렌즈가 배치되지만, 인터그레이터로서의 기본적 기능은 변하지 않는다.The output light beam of the lamp 42 is reflected by the reflector 43 and then enters the first fly's eye lens 44. By means of the reflector 43 and the first fly's eye lens 44, the image of the luminous body of the lamp 42 is the second fly's eye lens corresponding to each lens of the first fly's eye lens 44. It forms on each lens of 45. FIG. Each lens of the second fly's eye lens 45 is configured to form an image of each lens constituting the first fly's eye lens 44 on the image display element 47. In addition, although a relay lens and an auxiliary lens are disposed between the second fly's eye lens and the image display element as necessary, the basic function as an integrator does not change.

상기 구성에 의해, 제 2의 파리눈 렌즈(45)의 각 렌즈가 화상표시소자(47) 상에 결상하는 상은 리플렉터(43)에서 출력되는 휘도분포의 큰 출력광속을 제 1의 파리눈 렌즈(44)의 각 렌즈에 의해 분할하고, 그들을 화상표시소자(47) 상에 중합한 결과가 된다. 이와 같은 원리에 의해 투사화상에서의 화상중앙부에 대한 주변부의 밝기를 70% 이상으로 높게 하는 것이 가능하게 되어 있다.According to the above configuration, an image in which each lens of the second fly's-eye lens 45 forms an image on the image display element 47 has a large output light flux of the luminance distribution output from the reflector 43. It is a result of dividing | segmenting by each lens of 44, and superposing | polymerizing on the image display element 47. By this principle, it is possible to increase the brightness of the peripheral portion with respect to the image center portion in the projected image to 70% or more.

또, 인터그레이터의 도입에 의해 화상표시장치의 투사효율도 향상시킬 수 있다. 일반적으로 리플렉터(43)에 의해 반사된 광속은 거의 원형이지만, 화상표시소자(37)는 예를 들면 4 : 3 의 장방형(혹은 16 : 9 의 사각형)이다. 그러므로 화상표시소자(47)를 원형으로 조명하는 경우에는 원에 내접하는 장방형의 면적비밖에 유효하게 활용되지 않았다. 이것을 사각형 변환효율이라 부르고, 4 : 3 의 장방형을 외형으로 하는(애스팩트(aspect)비의) 화상표시소자(47)를 사용하는 경우에는 사각형 변환효율은 약 61% 이었다.In addition, the introduction of the integrator can also improve the projection efficiency of the image display apparatus. In general, although the light beam reflected by the reflector 43 is almost circular, the image display element 37 is, for example, a rectangle of 4: 3 (or a rectangle of 16: 9). Therefore, when illuminating the image display element 47 circularly, only the rectangular area ratio inscribed in the circle was effectively utilized. This is called a square conversion efficiency, and the square conversion efficiency was about 61% when using the image display element 47 whose aspect ratio was 4: 3 (outside aspect ratio).

그러나, 인터그레이터의 제 1의 파리눈 렌즈(44)에 사용하는 렌즈의 개구형상을 일본특허공개 평 5-346557호 공보의 도 2에 개시되어 있는 바와 같이 4 : 3 으로서 배치하는 것에 의해, 약 80%로 향상하는 것이 가능하게 되어 있다.However, by arranging the aperture shape of the lens used for the first fly's eye lens 44 of the integrator as 4: 3, as disclosed in Fig. 2 of Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 5-346557, It is possible to improve to 80%.

그러하지만, 일본특허공개 평 5-346557의 도 2에 개시되어 있는 바와 같이, 인터그레이터의 제 1의 파리눈 렌즈(4)에 사용하는 렌즈의 개구형상을 예를 들면 4 : 3으로서 화상표시소자의 형상과 유사형으로 하는 것에 더불어, 원형의 조명영역 중에 제 1의 파리눈 렌즈의 각 렌즈를 밀접하게 형성하는 것에 의해, 사각형 변환효율을 약 80%로 향상하는 것이 가능하게 되어 있다.However, as shown in FIG. 2 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-346557, the aperture shape of the lens used for the first fly's eye lens 4 of the integrator is 4: 3, for example, as an image display element. In addition to making the shape similar to the shape of, the lens of the first fly's eye lens is closely formed in the circular illumination area, it is possible to improve the square conversion efficiency to about 80%.

다음에, 편광변환소자에 대해서 설명한다. 상술의 편광형 액정패널을 사용한 화상표시장치에 있어서는 램프의 출력광 중에서, 특정방향의 편광성분밖에 유효하게 활용 할 수 없다는 결점이 있으며, 투사효율이 낮고, 밝은 화상을 얻기 위해서는 출력이 큰 광원을 사용하지 않으면 안된다는 과제가 있다. 편광변환소자는 이러한 과제를 해결하는 것을 목적으로서 개발되고, 편광판으로 흡수, 혹은 PBS로 반사되어 액정패널에 입사되지 않는 편광성분을 상기 편광성분에 대해서 거의 직교하는 편파면을 가지는 편광성분으로 유효하게 변환하는 것이다.Next, the polarization conversion element will be described. In the image display apparatus using the above-mentioned polarizing liquid crystal panel, there is a drawback that only the polarization component in a specific direction can be effectively utilized among the output light of the lamp. In order to obtain a bright image with low projection efficiency, a light source having a large output is used. The problem is that it must be used. A polarization converting element has been developed for the purpose of solving such a problem, and the polarization component which is absorbed by the polarizer or reflected by PBS and is not incident on the liquid crystal panel is effectively used as a polarization component having a polarization plane which is substantially orthogonal to the polarization component. To convert.

편광변환소자는 예를 들면 일본특허공개 평 5-107505호 공보, 일본특허공개 평 6-202094호 공보, 일본특허공개 평 7-294906호 공보, 일본특허공개 평 8-234205호 공보, 일본특허공개 평 9-105936호 공보 등에 다수 개시되어 있지만, 기본적으로는 편광분리 수단과, 편파면 회전수단의 조합으로 된다.Examples of polarization conversion devices include Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-107505, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-202094, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-294906, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-234205, and Japanese Patent Publication Although many are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-105936 and the like, basically, a combination of polarization separation means and polarization plane rotating means is employed.

도 3에 일반적인 편광변환소자(38)의 구성도를 나타낸다. 무편광광(랜덤한 편광의 광속)(62)을 편광분리 수단(60)에 의해 서로 직교하는 편광성분, 즉 P편광광(편광분리 수단에 의해 반사되지 않고 투과하는 지면에 평행한 편광방향을 가지는 광속)(63`), S편광광(편광분리 수단에 의해 반사되어 지면에 수직인 편광방향을 가지는 광속)(64)으로 분리하고, S편광광(64)만을 반사수단(60)(일반적으로 편광분리 수단(60)과 동종의 막을 사용한다)에 의해 반사하고, 편파면 회전수단(61)에 의해 P편광광(41`)으로 변환하는 원리에 의거하고 있다.3 shows a configuration diagram of a general polarization conversion element 38. The polarized light component (random polarized light beam) 62 has polarization components orthogonal to each other by the polarization separation means 60, that is, P polarization light (polarized light polarization separation means) having a polarization direction parallel to the ground that is transmitted without being reflected by the polarization separation means. Light beam) 63`, and the S polarized light (the light beam reflected by the polarized light separating means and having a polarization direction perpendicular to the ground) 64, and only the S polarized light 64 is the reflecting means 60 (generally It is based on the principle of reflecting by the polarization splitting means 60 and using the same kind of film) and converting it into P-polarized light 41 'by the polarization plane rotating means 61.

최근에는 렌즈어레이(66)와의 조합으로 구성되는 경우가 많고, 상기 5개의 참고예도 렌즈어레이와의 조합에 의해 사용하는 것이 가능하지만,In recent years, the lens array 66 is often composed of a combination, and the above five reference examples can also be used in combination with the lens array.

다음에, 마이크로 렌즈를 형성한 액정패널에 대해서 설명한다. 통상의 화상표시소자에서는 각 화소마다에 화소를 구동하는 TFT를 형성하고 있고, 그 때문에 화소 중에서 TFT를 형성하고 있는 부분은 광을 투과할 수 없다. 즉 각 화소의 면적에 대한 실제로 광이 투과할 수 있는 면적비(개구율)가 작다는 결점이 있다.Next, a liquid crystal panel in which microlenses are formed will be described. In a typical image display element, a TFT for driving a pixel is formed for each pixel, and therefore, a portion of the pixel that forms the TFT cannot transmit light. That is, there is a drawback that the area ratio (opening ratio) that light can actually transmit to the area of each pixel is small.

이것은 고해상도인 화상표시소자에서 한층 현저하게 되고, 대각 1.3인치의 패널로 1024 ×768 화소를 형성한 화상표시소자에서는 개구율은 약 56% 정도이고, 대각 0.9 인치의 화상표시소자에 동수의 화소를 형성한 경우에는 고작 40% 정도로 된다. 또 화소수를 증가하여 해상도를 높이거나, 또는 화소수는 동일하더라도 화상표시소자를 소형으로 하려고 하면 개구율은 현저하게 저하하고, 결과로서 투사효율이 저하하여 버린다.This is more remarkable in a high resolution image display device. In an image display device in which 1024 x 768 pixels are formed in a diagonal 1.3 inch panel, the aperture ratio is about 56%, and the same number of pixels are formed in a 0.9 inch diagonal image display device. In one case it is only about 40%. If the resolution is increased by increasing the number of pixels, or the image display element is made small even if the number of pixels is the same, the aperture ratio is markedly lowered, and as a result, the projection efficiency is lowered.

그런데, 예를 들면 일본특허공개 평 1-281426호 공보, 일본특허공개 평 3-140920호 공보, 일본특허공개 평 4-251221호 공보 등 다수의 참고예에 개시되어 있는 바와 같이, 입사측의 유리(class)기판에 마이크로 렌즈를 형성하고, 또한 각 화소에 하나의 마이크로 렌즈를 대응시켜, 개구부(각 화소 중에서 광이 투과할 수 있는 부분)에만 입사광을 집속시켜, 실효적인 개구율을 개선하는 것이 생각되어 진다.By the way, for example, as disclosed in many reference examples such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-281426, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-140920, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-251221, the glass on the incidence side It is thought to improve the effective aperture ratio by forming a microlens on a (class) substrate, and condensing incident light only to an opening (a portion through which light can pass) in each pixel. It is done.

또, 한장의 화상표시소자를 사용한 단판식의 화상표시장치도 개발되어 있다. 단판식은 삼판식에 비하여 화상표시소자가 적어도 되고, 광학계의 구성이 간략하게 되는 것에 의해, 화상표시장치를 실용화하기 위해 중요한 저코스트화를 실현할 수 있다. 또한, 셋트의 경량화 및 컬러 컨버전스(convergence)를 불필요하게 할 수 있는 등의 효과를 기대할 수 있다.Moreover, a single plate type image display apparatus using a single image display element has also been developed. Since the single plate type has fewer image display elements than the three plate type, and the structure of the optical system is simplified, it is possible to realize a low cost for the practical use of the image display device. In addition, it is possible to expect such effects as weight reduction of the set and unnecessary color convergence.

컬러 컨버전스란, 예를 들면 삼판식에서 각 화상표시소자의 대응하는 화소의 출력을 스크린 상에서 위치 맞춤하는 것이며, 위치 맞춤을 위한 기구부품 점수(點數)의 증가 및 조정에 많은 시간을 필요로 하는 것 등에 의한 코스트 업의 요인으로 되어 있다.Color convergence means, for example, in the three-plate type, that the output of the corresponding pixel of each image display element is positioned on the screen, and that a large amount of time is required for the increase and adjustment of the score of the mechanical component for the alignment. It is a factor of the cost up by the back.

그 한편으로, 단판식은 삼판식에 비하여 투사효율이 떨어진다는 결점이 있다. 예를 들면, 컬러필터를 내부에 설치한 경우에는 원리적으로 광의 강도는 1/3로 되어 버려 화상이 어둡게 된다는 결점이 있었다. 이것은 삼판식에서는 색분리된 3원색이 거의 흡수되는 일 없이 사용할 수 있다는 것에 비해 컬러필터가 특정 파장대역의 광속만 투과하고, 다른 파장대역의 광을 흡수 혹은 반사하여 버리는 화소에 입력하지 않기 때문이다.On the other hand, the single plate type has a drawback that the projection efficiency is lower than that of the three plate type. For example, in the case where the color filter is provided inside, there is a drawback that, in principle, the light intensity becomes 1/3, resulting in a dark image. This is because the three-plate type can be used without almost absorbing the three primary colors, and the color filter transmits only the light flux of a specific wavelength band and does not input to a pixel that absorbs or reflects light of another wavelength band. .

그런데, 예를 들면 「닛케이 일렉트로닉」 1995년 1월 30일호 169페이지 173페이지(이하, 참고예 1이라고 칭함), 일본특허공개 평 8-292506호 공보(이하, 참고예 2라고 칭함), 일본특허공개 평 9-105899호 공보의 도 14(이하, 참고예 3이라고 칭함), 「닛케이 일렉트로닉」 1996년 10월 21일호 18페이지 19페이지 도 4의 (a)(이하, 참고예 4라고 칭함), 일본특허공개 평 6-222361호 공보(이하, 참고예 5라고 칭함) 등에 다수 개시되어 있는 바와 같이, 백색광을 3원색으로 분리 후, 대응하는 화소에 각 원색을 입사시키는 것으로 투사효율을 개선하는 것이 제안되어 있다.By the way, for example, Nikkei Electronics, January 30, 1995, page 169, page 173 (hereinafter referred to as Reference Example 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-292506 (hereinafter referred to as Reference Example 2), and Japanese Patent Figure 14 (hereinafter referred to as Reference Example 3) of Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-105899, Nikkei Electronics, October 21, 1996, page 18, page 19 (a) of Figure 4 (hereinafter referred to as Reference Example 4), As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-222361 (hereinafter referred to as Reference Example 5) and the like, it is possible to improve the projection efficiency by separating white light into three primary colors and then injecting each of the primary colors into corresponding pixels. It is proposed.

상기 참고예는 어느쪽도 백색광을 3원색으로 분리하는 색분리 수단과, 분리한 후의 광속을 대응하는 각 화소에 입사시키는 광로변환 수단으로 이루어진다. 색분리 수단으로서는 참고예 1, 2, 3에 개시되어 있는 바와 같이, 광축에 대해서 서로 다른 각도로 배치된 다이크로익 미러(이하, 이경사각 다이크로익 미러라고 칭함)를 사용하는 경우가 많고, 광로변환 수단으로서 마이크로 렌즈 어레이(참고예 1), 홀로그램 렌즈 어레이(참고예 2), 실린드리컬(cylindrical) 렌즈(참고예 3) 등을 사용하고 있다.Both of the above reference examples consist of color separation means for separating white light into three primary colors, and optical path changing means for injecting the light beam after separation into corresponding pixels. As the color separation means, dichroic mirrors (hereinafter referred to as bi-diagonal dichroic mirrors) arranged at different angles with respect to the optical axis are often used as disclosed in Reference Examples 1, 2, and 3, As the optical path changing means, a micro lens array (reference example 1), a hologram lens array (reference example 2), a cylindrical lens (reference example 3), and the like are used.

또, 예를 들면 참고예 4, 5에 개시되어 있는 바와 같이 홀로그램소자 등의 회절 광학소자를 사용하여 색분리 수단과 광로변환 수단을 병용하는 경우가 있다.For example, as disclosed in Reference Examples 4 and 5, color separation means and optical path changing means may be used in combination using diffractive optical elements such as hologram elements.

그러나, 상기와 같은 종래의 화상표시장치에서는, 이하와 같은 문제점이 있었다.However, the above conventional image display apparatus has the following problems.

인터그레이터 및 편광변환소자의 기능을 유효하게 활용하기 위해서는 발광체의 작은 고휘도 램프를 사용할 필요가 있었다. 이하, 그 이유를 간략하게 설명한다. 인터그레이터에 있어서는, 제 1의 파리눈 렌즈를 구성하는 각 렌즈(이하, 제 1 렌즈군이라고 칭함)가 제 2의 파리눈 렌즈에 대응하는 각 렌즈(이하, 제 2 렌즈군이라고 칭함)에 발광체의 실상을 형성하지만, 이때, 제 2 렌즈군의 개구보다도 큰 상을 결상한 경우에는 유효하게 화상표시 수단에 전파되지 않는 광속이 생겨 버리고, 투사효율의 손실로 되어 버린다. 그러므로, 발광체가 작을수록 상술의 전파로스(loss)가 작게 되기 때문에, 인터그레이터를 유효하게 기능시킬 수 있다.In order to effectively utilize the functions of the integrator and the polarization conversion element, it was necessary to use a small high brightness lamp of the luminous body. The reason for this is briefly described below. In the integrator, each of the lenses constituting the first fly's eye lens (hereinafter referred to as the first lens group) is a light emitter in each lens (hereinafter referred to as a second lens group) corresponding to the second fly's eye lens. In this case, when an image larger than the opening of the second lens group is formed, a luminous flux that does not effectively propagate to the image display means is generated, resulting in a loss of projection efficiency. Therefore, the smaller the light emitter is, the smaller the above-mentioned loss is, so that the integrator can be effectively functioned.

이상의 현상은 화상표시 수단으로서 편광표시 수단을 사용하지 않는 경우, 예를 들면 폴리머 분산형 액정패널이나 미국특허 제 5096279 호 명세서에 개시되어 있는 광편향형의 화상표시 수단을 사용하고 있는 경우에도 동일하다.The above phenomenon is the same even when the polarization display means is not used as the image display means, for example, when the polymer dispersed liquid crystal panel or the light deflecting image display means disclosed in US Patent No. 5096279 is used. .

또, 편광변환소자에 있어서는, 예를 들면 인터그레이터와의 조합에 의해 구성하는 경우(실용적으로는 대부분의 예)에서는 상술의 인터그레이터의 경우와 같이, 편광분리 수단에만 광속을 집광하지 않으면 않된다. 예를 들면 도 14에 나타낸 편광분리 소자(58)에 있어서, 편광분리 수단(60)이 아니고, 그것에 인접하는 편파면 회전수단(61)을 설치한 반사수단(60`)에 광이 입사한 성분은 유효하게 사용되지 않고 손실로 된다.In addition, in the polarization conversion element, for example, in the case of being configured by a combination with an integrator (practically most examples), the light beam must be focused only on the polarization separating means as in the case of the integrator described above. . For example, in the polarization splitting element 58 shown in FIG. 14, the light is incident on the reflecting means 60 ′ provided with the polarization splitting means 61 and not the polarization splitting means 60. Is not effectively used and is lost.

이것은 제 1의 파리눈 렌즈의 램프측에 편광변환소자를 배치하고, 편광분리 후의 조사각을 편광성분에 의해 다르게 하는 경우에도 동일하고, 이 경우에는 제 2의 파리눈 렌즈의 전(前) 혹은 후(後)에 설치되는 편광면 회전수단에 특정의 편광성분만을 입사시키지 않으면 안된다. 따라서 편광변환소자의 효율을 향상시키고, 나아가서는 투사효율을 향상하기 위해서, 발광체가 작은 램프가 필요하게 되어 있다는 것이다.The same applies to the case where the polarization conversion element is arranged on the lamp side of the first fly's eye lens and the irradiation angle after polarization separation is changed by the polarization component, in this case before or after the second fly's eye lens. Only a specific polarization component must be incident on the polarization plane rotating means provided later. Therefore, in order to improve the efficiency of the polarization conversion element and further improve the projection efficiency, a lamp having a small light emitting body is required.

예를 들면 편광변환소자 단체(單體)를 레이저 광과 같은 평행광으로 조사하고, 그 효율을 조사하면, 예를 들면 도 14에 나타낸 소자의 경우에서는 P편광광(63)의 투과율은 약 96%, 또, S편광광(64)이 편광분리소자(58)에 입사 후, 편파면 회전수단(61)에 의해 P편광광(63)으로 변환되는 효율은 약 91%로 극히 높은 성능을 가지고, 무편광광(62)이 P편광광(63)으로 변환되는 효율은 약 94%로 된다. 편광표시 수단을 사용하는 화상표시장치에 있어서는 이 효율을 편광이용 효율로 정의 할 수 있다. 그러나, 실제로 발광체의 길이가 약 1.45밀리로 작은 램프를 사용한 경우라도 편광이용 효율은 약 80% 미만으로 저하하고, 발광체의 길이가 약 3밀리의 램프를 이용하였지만, 좋게는 60% 정도로 저하하고, 편광변환소자가 없는 경우의 편광이용 효율 50%로 큰 차가 없어져 버리는 것은 상술의 램프의 발광체의 크기에 기인하고 있는 것이다.For example, when a single polarization conversion element is irradiated with parallel light such as laser light and the efficiency thereof is irradiated, for example, in the case of the element shown in Fig. 14, the transmittance of the P-polarized light 63 is about 96 % And the efficiency at which the S-polarized light 64 is incident on the polarization splitting device 58 and then converted into the P-polarized light 63 by the polarization plane rotating means 61 is about 91%, which has extremely high performance. The efficiency at which the unpolarized light 62 is converted to the P polarized light 63 is about 94%. In the image display apparatus using the polarization display means, this efficiency can be defined as the polarization utilization efficiency. However, even when a lamp having a small length of light emitter is actually about 1.45 millimeters, the polarization utilization efficiency is lowered to less than about 80%, and a lamp having a length of light emitter is about 3 millimeters, but preferably about 60%, The large difference in the polarization utilization efficiency of 50% in the absence of the polarization conversion element is due to the size of the light emitting body of the lamp described above.

또한, 상기 이유와는 별도로, 램프로부터의 출력광을 유효하게 집광하기 위한 리플렉터와의 조합에서도 발광체가 작은 광원이 필요하다. 예를 들면, 리플렉터로서는 방물면경을 사용하는 경우를 생각한다. 이 방물면경은 방물선을 광축과 일치하는 회전축에 의해 회전시켜서 형성되는 오목(凹)면을 반사면으로 하여 가진다. 일반적으로는 광축 상의 방물선의 초점 근방에 발광체는 설치된다. 왜냐하면, 방물선의 초점보다 발산한 광속은 방물면에서 반사 후 평행광선으로 되기 때문이다.In addition to the above reason, a light source with a small light emitter is required even in combination with a reflector for effectively collecting the output light from the lamp. For example, the case where a mirror mirror is used as a reflector is considered. This parabolic mirror has a concave surface formed by rotating a parabolic wire by a rotation axis coinciding with the optical axis as a reflection surface. In general, the light emitter is provided near the focal point of the object line on the optical axis. This is because the light beam emanating from the focal point of the radiation line becomes parallel rays after reflection on the surface.

그러나 실제의 램프의 발광체는 점이 아니라 유한한 크기를 가지고 있기 때문에, 수속광(收束光)이나, 발산광이 생겨서 손실로 되어 버린다. 이와 같은 이유에서도 발광체가 작은 램프가 필요 불가결이었다. 결국, 발광체가 극히 작고, 거의 점 광원으로 간주되는 램프를 사용하면, 상술의 인터그레이터, 편광변환소자가 본래 가지는 기능을 활용하여 극히 높은 투사효율을 실현할 수 있다고 생각된다.However, since the actual light emitter of the lamp has a finite size rather than a dot, condensed light and divergent light are generated, resulting in loss. Even for this reason, a small lamp having a light emitter was indispensable. As a result, it is considered that by using a lamp whose light emitter is extremely small and regarded as a point light source, extremely high projection efficiency can be realized by utilizing the inherent functions of the integrator and polarization conversion element described above.

상술한 바와 같이 발광체의 크기에 보다 인터그레이터의 성능 및 편광변환소자의 편광변환효율은 큰 영향을 받지만, 이것은 보다 고휘도인 화상을 표시할 때에 중요한 문제가 된다. 예를 들면 100 ~ 200 와트 정도이면, 발광체의 크기는 고작 2밀리 정도이며, 상술과 같이 인터그레이터 및 편광변환소자의 기능으로서 어느 정도 만족하지만, 그것 이상의 고출력 램프를 사용한 경우에는 발광체가 램프 출력의 증가와 함께 크게 되어 버린다.As described above, the performance of the integrator and the polarization conversion efficiency of the polarization conversion element are much more affected by the size of the light emitter, but this becomes an important problem when displaying a higher brightness image. For example, if the light is about 100 to 200 watts, the size of the light emitting body is only about 2 millimeters, and it is somewhat satisfactory as a function of the integrator and the polarization conversion element as described above. It becomes big with increase.

그러므로, 100 ~ 200 와트 정도의 저출력 램프를 사용한 화상표시장치에서는 6 루멘/와트 라는 높은 투사효율도 가능하지만, 그것 이상의 고출력 램프를 사용하는 경우에는 고작 3 루멘/와트 정도밖에 실현할 수 없다.Therefore, a high projection efficiency of 6 lumens / watt is possible in an image display apparatus using a low power lamp of about 100 to 200 watts, but only a high 3 lumens / watt can be realized when a high power lamp of more than that is used.

결국 100 와트의 램프를 사용하여 6 루멘/와트의 합계 600 루멘의 광 출력을 가지는 화상표시장치는 실현할 수 있어도, 예를 들면 200 와트의 램프를 사용하여 1200 루멘의 광출력을 가지는 화상표시장치의 실현은 곤란하였다. 이상과 같이 고출력 램프를 사용하여 투사광속을 크게 하려고 하면 투사효율이 현저하게 저하하고 있었다.In the end, an image display device having a light output of 600 lumens in total of 6 lumens / watt using a 100 watt lamp may be realized. For example, an image display device having a light output of 1200 lumens using a 200 watt lamp may be realized. Realization was difficult. As mentioned above, the projection efficiency was remarkably lowered when the projection light flux was increased by using a high output lamp.

인터그레이터와 편광변환소자의 조합에서는 발광체가 작은 고휘도 램프의 개발에 의해 최근에는 높은 투사효율을 실현하는 것이 가능하게 되었다. 그러나, 인터그레이터와 마이크로 렌즈를 형성한 화상표시소자를 조합한 경우, 또는 인터그레이터와 편광변환소자에 부가하여 마이크로 렌즈를 형성한 화상표시소자를 조합시킨 경우에, 실효적인 화상표시조자의 개구율을 향상하려고 해도 큰 효과를 얻을 수 없다는 과제가 있었다. 이하에 그 이유를 간략하게 설명한다.In the combination of the integrator and the polarization conversion element, the development of a high brightness lamp with a small light emitter has made it possible to realize high projection efficiency in recent years. However, when the integrator and the image display element in which the microlens is formed are combined, or the image display element in which the microlens is formed in addition to the integrator and the polarization converting element are combined, the aperture ratio of the effective image display assistant is reduced. There was a problem that even if you try to improve, you can not get great effect. The reason is briefly described below.

애초, 마이크로 렌즈에 의한 실효적 개구율 향상의 효과를 크게하기 위해서는 마이크로 렌즈로의 입사광속은 광축에 대해서 거의 평행인 것이 바람직하다. 왜나하면 마이크로 렌즈의 광축에 대해서 비스듬하게 입사하는 광속은 화소의 개구부 이외의 부분에 입사하여 버리기 때문이다.Initially, in order to increase the effect of the effective aperture ratio improvement by the microlenses, it is preferable that the incident light beam into the microlenses is substantially parallel to the optical axis. This is because the luminous flux obliquely incident on the optical axis of the microlens is incident on portions other than the opening of the pixel.

발광체가 작은 고휘도 램프의 광속을 방물면경으로 집광하는 것에 의해 거의 평행에 가까운 광속을 얻을 수 있지만, 실제의 조명 광학계에서는 상술의 인터그레이터, 또는 편광변환소자를 사용하는 것이 필요 불가결하기 때문에 반드시 화상표시소자 즉 마이크로 렌즈로 입사하는 광속은 거의 평행한 광속이라고는 할 수 없는 것이다.Although the luminous body condenses the luminous flux of a small high-brightness lamp with a plane mirror, an almost luminous flux can be obtained. However, in the actual illumination optical system, it is necessary to use the integrator or polarization conversion element described above. The luminous flux incident on the device, i.e., the microlens, is not nearly parallel luminous flux.

그러므로, 이상적으로는 실효적인 개구율을 거의 100%로 할 수 있음에도 불구하고, 상술의 예에서는 마이크로 렌즈를 도입하여도 고작 1.2배의 개구율의 향상 밖에 기대할 수 없고, 대각 1.3인치의 화상표시소자에서는 실효적인 개구율이 67%, 대각 0.9인치의 화상표시소자에서는 55% 정도이며, 절반 가까이 광속을 손실하고 있었다.Therefore, although ideally, the effective aperture ratio can be almost 100%, in the above example, even when the microlenses are introduced, only an improvement of the aperture ratio of 1.2 times can be expected, and it is effective in a diagonal 1.3 inch image display element. A typical aperture ratio of 67% and a diagonal 0.9-inch image display device are about 55%, and nearly half of the luminous flux is lost.

동일의 현상은 참고예 1, 2, 3의 단판식 화상표시장치에 보여지는 바와 같이 광로변환 수단으로서 마이크로 렌즈를 사용하는 경우에도 발생한다. 즉, 이경사각 다이크로익 미러에 의해 화상표시소자로 입사하는 3원색의 입사각을 서로 다르게 하고, 하나의 마이크로 렌즈에 의해 각 원색의 화상신호를 표시하는 화소에 다른 각도로 광속을 입사시키는 경우에, 입사광속이 평행광속이 아니기 때문에 혼색 및 효율의 저하가 보여지고 있다.The same phenomenon also occurs when a microlens is used as the optical path changing means as shown in the single-plate image display apparatuses of Reference Examples 1, 2 and 3. That is, when the incidence angles of the three primary colors incident on the image display element are different from each other by the two-diagonal dichroic mirror, and the light beam is incident on the pixels displaying the image signals of the primary colors by one microlens at different angles. Since the incident light beam is not a parallel light beam, color mixing and a decrease in efficiency have been observed.

예를 들면, 참고예 1에 개시되어 있는 예에서는 본래 예를 들면 녹색의 신호를 표시하는 화소에 비스듬하게 적색 혹은 청색의 광속이 입사하고, 본래의 색과 다른 색조의 화상이 표시되거나, 또는 화소의 개구부에 유효하게 광속이 입사하지 않고, 효율이 낮다는 문제가 있었다.For example, in the example disclosed in Reference Example 1, a light beam of red or blue is obliquely incident on a pixel displaying a green signal, for example, and an image of a color tone different from the original color is displayed, or the pixel is displayed. There was a problem that the light beam did not enter the opening effectively, and the efficiency was low.

상술과 같이 투사효율이 높고, 밝기의 균일성이 높은 화상표시가 가능한 화상표시장치를 구성하기 위해서는 인터그레이터, 편광변환소자, 마이크로 렌즈의 기능을 유효하게 활용하지 않으면 안된다.As described above, in order to form an image display apparatus capable of displaying images with high projection efficiency and high uniformity of brightness, the functions of an integrator, a polarization conversion element, and a microlens must be effectively utilized.

그중에서도 인터그레이터는 화상의 밝기의 균일성을 확보할 뿐만아니라 편광변환을 행하기 위해서 필요 불가결한 광학요소이지만, 렌즈를 2차원으로 배치하고, 더욱이 2개의 파리눈 렌즈를 조합하지 않으면 안되며, 고가의 것으로 되어 있고, 코스트 업을 초래하고 있었다. 즉, 인터그레이터를 복제하기 위한 금형의 제작 및 초재(硝材) 등이 고가이며, 투사렌즈와 함께 광학계의 대부분의 코스트를 점유하고 있다.Among them, the integrator is an indispensable optical element to ensure the uniformity of the brightness of the image and to perform the polarization conversion, but it is necessary to arrange the lenses in two dimensions and to combine two fly-eye lenses. It was said and caused cost up. In other words, the manufacture of molds for replicating the integrator, the base material, and the like are expensive, and they occupy most of the cost of the optical system together with the projection lens.

또, 그 기능을 실현하기 위해서는 특정의 거리가 필요하며, 컴팩트한 광학계를 구성하는 것이 불가능 하였다. 즉 종래의 인터그레이터에서는 제 1의 파리눈 렌즈를 구성하는 각 렌즈는 입사하는 광속을 대응하는 제 2의 파리눈 렌즈의 각 렌즈에 집광하지 않으면 안된다. 또, 동시에 제 2의 파리눈 렌즈의 각 렌즈는 제 1의 파리눈 렌즈의 각 렌즈의 상을 화상표시소자 상에 결상하지 않으면 안된다. 그 때의 배율은 제 1의 파리눈 렌즈와 제 2의 파리눈 렌즈 사이의 거리(L1) 및 제 2의 파리눈 렌즈와 화상표시소자와의 거리(L2)의 비, 즉 L2/L1에 의해 결정된다. 한편 사각형 변환효율을 높이기 위해서는 제 1의 파리눈 렌즈를 작게 하고, 반사경으로부터의 거의 원형의 출력광속 내에 밀접하게 배치하면 좋지만, 그 결과 코스트 업이 되는 것에 더하여 배율을 높게하지 않으면 안되고 L2가 크게 되어 컴팩트한 구성을 할 수 없었다. 또, 1장의 파리눈 렌즈에서 인터그레이터를 구성하는 것도 할 수 없었다.In addition, in order to realize the function, a specific distance is required, and it is impossible to construct a compact optical system. That is, in the conventional integrator, each lens constituting the first fly's eye lens must focus the incident light flux on each lens of the corresponding second fly's eye lens. At the same time, each lens of the second fly's eye lens must form an image of each lens of the first fly's eye lens on the image display element. The magnification at that time is determined by the ratio of the distance L1 between the first fly's eye lens and the second fly's eye lens and the distance L2 between the second fly's eye lens and the image display element, that is, L2 / L1. Is determined. On the other hand, in order to increase the square conversion efficiency, the first fly's eye lens may be made small and disposed closely within the almost circular output light beam from the reflector, but as a result, the magnification must be increased in addition to the cost up, and L2 becomes large. It could not be compact. Moreover, the integrator could not be comprised by one fly-eye lens.

이상 상세하게 서술한 바와 같이, 본 발명은 화상의 밝기의 균일성을 높게한 채로, 또한 높은 광이용 효율을 실현하기 위한 회절광학소자 및 그것을 사용한 화상표시장치를 제공하는 것이다.As described in detail above, the present invention provides a diffractive optical element and an image display apparatus using the same for achieving high light utilization efficiency while maintaining high uniformity of image brightness.

또, 이상의 과제는 그 광학적 거동이 이른바 기하광학으로 기술되는 렌즈를 사용하고 있기 때문에 생기는 문제였다. 본원 발명은 이러한 기하광학의 제약을 받지않는 파동광학에 의거하는 회절광학소자에 의해 상술의 과제를 해결하는 것이지만, 지금까지도 회절광학소자를 화상표시장치에 사용한 예는 다수 개시되어 있다. 그러나, 이들은 본원 발명의 회절광학소자 및 그것을 사용한 화상표시장치와 기술적 사상을 완전히 별개로 하는 것이다.Moreover, the above subject was a problem which arises because the optical behavior uses the lens described so-called geometric optics. The present invention solves the above-mentioned problems by diffractive optical elements based on wave optics, which are not limited by such geometric optics. However, many examples of the use of diffractive optical elements in image display apparatuses have been disclosed. However, these are completely distinct from the technical idea of the diffraction optical element of the present invention and the image display apparatus using the same.

예를 들면, 일본특허공개 평 6-222361호 공보, 일본특허공개 평 9-73014호 공보(이하, 종래예 1)에서는 백색 백라이트 광을 홀로그램에 의해 각 색성분마다 수속(收束)시키는 것에 의해, 광이용 효율을 개선하는 방법이 개시되어 있다. 또, 예를 들면 일본특허공개 평 8-220656호 공보(이하, 종래예 2)에서는 액정패널의 출력측에 홀로그램소자를 설치하여 액정패널의 출력광속의 주 광선을 광축에 대해서 평행하게 하는 예가 표시되어 있다.For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-222361 and Japanese Patent Laid-Open No. 9-73014 (hereinafter, Conventional Example 1), white backlight light is condensed for each color component by hologram, A method of improving light utilization efficiency is disclosed. For example, Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 8-220656 (hereinafter, Conventional Example 2) shows an example in which a hologram element is provided on the output side of the liquid crystal panel so that the main rays of the output light flux of the liquid crystal panel are parallel to the optical axis. have.

그러나, 종래예 1에 개시된 홀로그램은 미소영역으로 분리되며, 각 미소영역은 집광성을 가지지만, 이것은 단순히 대응하는 화소에 소망의 광의 광속을 집광시키는 기능이며, 말하자면, 파장선택성을 가지는 마이크로 렌즈어레이로서 기능하는 데에 지나지 않고, 본원 발명의 회절광학소자의 특징인 조명광의 밝기의 균일성(다시말하면, 투사화상의 밝기의 균일성)을 유지하면서, 투사효율(광이용 효율)을 향상시키는 기능을 일절 가지고 있지 않는 것이며, 본원 발명의 회절광학소자와는, 그 기술적인 사상을 완전히 별개로 하는 것이다.However, the hologram disclosed in the prior art example 1 is divided into micro-regions, and each micro-region has a light concentrating property, but this is simply a function of condensing a luminous flux of desired light onto a corresponding pixel, that is, a micro lens array having wavelength selectivity. Function to improve the projection efficiency (light utilization efficiency) while maintaining the uniformity of the brightness of the illumination light (that is, the uniformity of the brightness of the projection image), which is only a function of the diffraction optical element of the present invention. Does not have any, and the technical idea is completely separate from the diffraction optical element of the present invention.

또, 종래예 2에서의 홀로그램은 액정표시소자의 출력측(투사렌즈측)에 배치되며, 그 기능은 각 색마다 다른 각도에서 출력되는 액정표시소자의 출력광속을 각각 평행화하는 것에 의해, 투사렌즈에 대한 사양의 부담을 경감하는 것이다. 따라서, 종래예 2에서의 홀로그램은 액정패널에 입사하는 조명광의 균일성을 높게 하는 본원 발명의 회절광학소자와는, 그 기술적 사상을 완전히 별개로 하는 것이다.Further, the hologram in the conventional example 2 is arranged on the output side (projection lens side) of the liquid crystal display element, and its function is to project the projection lens by parallelizing the output light flux of the liquid crystal display element output at different angles for each color. To reduce the burden on the specification. Therefore, the hologram in the conventional example 2 completely separates the technical idea from the diffraction optical element of the present invention, which makes the uniformity of illumination light incident on the liquid crystal panel high.

또, 반도체의 제조분야에서 사용되는 노광장치에서는, 예를 들면, 일본특허공개 평 10-70070호 공보(이하, 종래예 3)에 개시되어 있는 바와 같이, 광원으로부터의 출력광속을 회절광학소자에 의해 분리하는 방법이 개시되어 있다. 종래예 3에 있어서는 분리 후의 출력광속을 다시 옵티컬(optical)인터그레이터로 입사하고, 렌즈계에 의해 피조명물체에 중첩시켜 두고, 단순히 광원으로부터의 출력광속을 분리하고 있는 것에 지나지 않는다. 즉, 5중극 조명을 사용한 투영광학계에서, 회로패턴의 방향성을 고려하여 투영해상력을 향상시키기 위해서 사용하고 있는 것에 지나지 않고, 조명광의 조도의 균일성은 미소렌즈를 2차원으로 배치한 렌즈 어레이에 의해 2차 광원을 형성하고, 2차 광원상을 컨덴서 렌즈로 조명물체 상에 중첩하는 것으로 확보하고 있다.In the exposure apparatus used in the field of semiconductor manufacturing, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-70070 (hereinafter, referred to as Example 3), the output light flux from the light source is applied to the diffraction optical element. The separation method is disclosed. In the conventional example 3, the output light beam after the separation is again incident on the optical integrator, superimposed on the object to be illuminated by the lens system, and is merely to separate the output light beam from the light source. In other words, in the projection optical system using the five-pole illumination, only the polarization of the illumination light is used to improve the projection resolution in consideration of the directionality of the circuit pattern. A secondary light source is formed, and the secondary light source image is secured by superimposing on a lighting object with a capacitor lens.

또, 일본특허공개 소 63-267900호 공보(이하, 종래예 4)에서는 홀로그램 헤드에 입사한 광이 감광재료 상에서 중첩되는 인예를 개시하고 있다. 그러나, 종래예 4에서는 이광속 간섭노광을 행하는 경우에, 서로 빔이 교차하는 각도를 변화시키면서 또한 정밀한 위치 맞춤을 실현하는 것을 목적으로 하고, 빔을 중첩시키는 것에 의해 조도의 균일성을 향상시키는 것에 대해서는 어떠한 것도 개시하고 있지 않다. 또한 홀로그램 헤드에 입사하는 광에 대해서, 2종류의 개구를 설치하고, 이들의 간섭고(干涉稿)를 얻는 것을 목적으로 하고 있고, 본원 발명과 같이 회절광학소자 전면에 입사하는 광을 전부 중첩시키는 것은 아니다.In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 63-267900 (hereinafter, Conventional Example 4) discloses an example in which light incident on a hologram head overlaps on a photosensitive material. However, in the conventional example 4, when two-beam interference exposure is performed, it is aimed at realizing precise positioning while changing the angle at which the beams cross each other, and improving the uniformity of illuminance by superimposing the beams. Nothing is disclosed. In addition, two types of openings are provided for the light incident on the hologram head, and an interference height thereof is obtained. The light incident on the entire surface of the diffraction optical element is superposed as in the present invention. It is not.

이상 서술한 바와 같이, 회절광학소자를 화상표시장치에 적용하고 있는 종래예 1, 2에 있어서는 단순히 파장선택성과 집광성을 가지는 홀로그램 혹은 액정표시소자의 출력광속의 각도를 변화시키는 홀로그램소자가 개시되어 있는 것에 지나지 않는다. 또, 회절광학소자에 의해 입사광을 분리하는 종래예 3, 4에서는 분리하는 것으로 투영해상력을 향상시키는 방법 혹은 위치 맞춤을 개선하는 방법이 개시되어 있는 데에 지나지 않는다. 이와 같이 본원 발명의 특징인 회절광학소자를 인터그레이터로서 사용하는 것으로 화상표시소자에 대한 조도를 균일화시킨다는 기술적 사상은 종래예에는 어떠한 것도 개시되어 있지 않은 신규한 것이다.As described above, in the conventional examples 1 and 2 in which the diffraction optical element is applied to an image display device, a hologram element which simply changes the angle of the output light flux of the hologram or liquid crystal display element having wavelength selectivity and light condensation is disclosed. It is nothing but being. Further, in the conventional examples 3 and 4 in which incident light is separated by a diffractive optical element, separation is merely a method of improving the projection resolution or improving the alignment. As described above, the technical idea that the diffraction optical element, which is a feature of the present invention, as an integrator is used to uniformize the illuminance of the image display element is novel.

다음에, 먼저, 종래의 홀로그램소자에 대해서 설명한다.Next, first, a conventional hologram element will be described.

최근, 가간섭인 이광속을 간섭시키는 것으로 간섭고를 형성하고, 상기 간섭고를 중 크롬산 젤라틴이나 포토 폴리머 등에 기록시켜 기록한 광속의 파면을 재생가능한 홀로그램소자의 개발이 활발해지고 있다.In recent years, the development of the hologram element which reproduces the wave front of the light beam which forms an interference height by interference | interfering the bi-beams which are interfering, and records the interference height in heavy chromic acid gelatin, a photopolymer, etc. has become active.

홀로그램소자의 응용분야로서는, 예를 들면 참고문헌, 쿠보다 사토히로이저, 「홀로그래피 입문」에 기재되어 있는 바와 같이 간섭계측, 홀로그래픽 광학소자, 패턴인식 등의 광정보처리, 홀로그래픽 디스플레이 등이 있다.Examples of applications of hologram elements include interference measurement, holographic optical elements, optical information processing such as pattern recognition, holographic displays, and the like, as described in References, Kuboda Satohizer, Introduction to Holography. have.

홀로그램소자를 화상표시의 분야에 응용하는 경우에는 단순히 3차원 화상을 표시할 뿐만아니라 여러가지의 응용이 생각되어 진다.When the hologram element is applied to the field of image display, not only a three-dimensional image is displayed but also various applications are conceivable.

이하에서는, (1) 광스위치, (2) 직시타입의 액정패널에 사용되고 있는 예에 대해서 설명한다.Hereinafter, the example used for (1) optical switch and (2) direct view type liquid crystal panel is demonstrated.

그러면, 먼저 광스위치에 대해서 설명한다. 예를 들면, 종래예 1의 일본특허공개 평 5-173196호 공보에서는 간섭고를 형성시키는 광속의 파장에 의해 경화하는 고분자재료와 상기 광속의 파장에서 비경화인 액정의 혼합물에 간섭고를 조명하고, 이른바 광유기상(光誘起相) 분리에 의해 경화된 고분자재료로 이루어지는 영역과, 비경화인 액정으로 이루어지는 영역을 형성하고, 상기 비경화인 액정을 인가전압에 의해 제어하는 것으로 입사광속의 회절/직진을 제어하는 광스위치가 개시되어 있다.First, the optical switch will be described. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-173196 of Conventional Example 1 illuminates an interference height on a mixture of a polymer material cured by a wavelength of a light beam forming an interference height and a liquid crystal that is not cured at the wavelength of the light beam, so-called mineral oil. Optical switch which controls the diffraction / straightening of the incident light beam by forming the area | region which consists of a polymeric material hardened by gas phase separation, and the area | region which consists of an uncured liquid crystal, and controls the said uncured liquid crystal by an applied voltage. Is disclosed.

같은 예는 지금까지도 다수 개시되어 있고, 예를 들면 업라이트·피직스·레터, 제64권, 제9호, 1074 ~ 1076페이지, 1994년(이하, 종래예 2라고 칭함)에서는 회절효율을 제어할 수 있는 홀로그램소자로서 개시되어 있다.Many of the same examples have been disclosed so far, and for example, in Upright Physics Letters, Vol. 64, No. 9, pages 1074 to 1076, 1994 (hereinafter referred to as Conventional Example 2), the diffraction efficiency can be controlled. It is disclosed as a hologram element.

이 예에 있어서는, 종래예 1과 같이 특정의 파장에 의해 경화하는 고분자재료와, 이 특정의 파장에서는 경화하지 않는 액정재료와의 혼합물에 상기 파장의 이광속 간섭고를 조명하고, 간섭고의 광강도가 센 부분에 고분자재료를, 간섭고의 광강도가 약한 부분에 상기 액정재료가 각각 많이 포함되는 영역을 형성하는 것으로 제작된다.In this example, the two-beam interference height of the wavelength is illuminated on a mixture of a polymer material that is cured at a specific wavelength and a liquid crystal material that is not cured at this particular wavelength as in the conventional example 1, and the light intensity of the interference height is It is produced by forming a polymer material in a thin portion and a region containing a large amount of the liquid crystal material in a portion where the light intensity of the interference height is weak.

또, 스위칭 가능하지 않지만, 이광속 간섭노광에 의한 광유기상 분리를 사용하여 형성되는 홀로그램소자로서, 일본특허출원 평 8-162647호(이하, 종래예 3이라 칭함), 일본특허공개 평 9-324259호 공보(일본특허출원 평 8-142533호 이하 종래예 4라고 칭함)를 시작으로 다수의 예가 개시되어 있다.Moreover, although it is not switchable, it is a hologram element formed using optical-organic phase separation by two-beam interference exposure, Unexamined-Japanese-Patent No. 8-162647 (henceforth a prior art example 3), Unexamined-Japanese-Patent No. 9-324259. A large number of examples are disclosed starting from Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-142533.

이와 같은 과유기상 분리현상을 사용하여 제작되는 홀로그램소자는 이광속 간섭노광 뿐만 아니라, 예를 들면 액정토론회 `97 예고집 86페이지 ~ 87페이지(이하 종래예 5라고 칭함)에 개시되어 있는 바와 같이, 자외선 경화수지와 액정재료의 혼합물을 적당한 비율로 혼합한 후, 도전성 투명전극을 형성한 유리기판을 사용하여 구성한 셀에 상기 혼합물을 주입한 후, 그레이팅(grating)패턴의 포토마스크를 통해 자외선을 조사하여 제작되는 경우도 있다.The hologram element fabricated using such a superorganic phase separation phenomenon, as well as two-beam interference exposure, is disclosed, for example, in the liquid crystal discussion '97 Preview pages 86 to 87 (hereinafter referred to as conventional example 5), After mixing the mixture of the ultraviolet curable resin and the liquid crystal material in an appropriate ratio, and injecting the mixture into a cell composed of a glass substrate on which a conductive transparent electrode was formed, irradiated with ultraviolet rays through a grating pattern photomask May be produced.

이상의 각예는, 광유기상 분리를 사용하여 굴절율이 다른 영역을 형성하고 있지만, 이 기술은 예를 들면 잡(job)기보, 제63호, 14페이지 ~ 17페이지, 1995년 12월(이하, 종래예 6이라 칭함)에 개시되어 있는 바와 같이, 액정패널의 시야각을 넓게 하기 위한 마이크로 셀구조를 제작하기 위해서도 사용되고 있는 공지기술이다.Although each of the above examples uses mineral organic phase separation to form regions having different refractive indices, this technique is described, for example, in Job Journal, No. 63, pages 14 to 17, December 1995 (hereinafter, referred to as a conventional example). As disclosed in 6), it is a known technique that is also used to produce a micro cell structure for widening the viewing angle of a liquid crystal panel.

이 예에 있어서는, 광경화성수지와 액정의 혼합물에 격자상의 광(파장은 상기 광경화성수지를 경화시키는 파장)을 조명하고, 광유기상 분리현상에 의해, 각 화소를 둘러쌓는 마이크로 셀구조를 형성하고 있다. 그것에 의해 액정영역 내에서 액정분자가 자기배향력에 의해 광경화반응에서 안정화시킨 축대칭상으로 배향되며, 넓은 시야각과 높은 콘트라스트(contrast)를 실현하고 있다.In this example, a mixture of the photocurable resin and the liquid crystal is illuminated with lattice light (wavelength is the wavelength for curing the photocurable resin), and a photoorganic phase separation phenomenon forms a micro cell structure surrounding each pixel. have. As a result, the liquid crystal molecules in the liquid crystal region are aligned in the axisymmetric phase stabilized in the photocuring reaction by the self-orientation force, thereby realizing a wide viewing angle and high contrast.

그러면 다음에, 직시(直視)타입의 액정패널(19)의 백라이트 유닛에 응용하고 있는 예에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 직시타입의 액정패널은 투과형, 반사형으로 나누어지지만, 이하에서는 투과형을 예로 설명한다. 예를 들면 일본특허공개 평 9-178949호 공보(이하, 종래예 7이라 칭함)에 개시되어 있는 바와 같이, 도 1의 화상표시장치는 광원인 냉음극관(이하, CCFT라 칭함)(23)으로부터의 광을 도광체(21)의 단면에서 입사하고, 도광체(21)의 이면측에 형성한 홀로그램소자(30) 및 반사미러(23)에 의해 투과형의 액정패널(19)측으로 출력시키는 것으로, 홀로그램소자(30)는 반사형의 홀로그램이다.Next, the example applied to the backlight unit of the direct-view type liquid crystal panel 19 is demonstrated, referring FIG. Although the liquid crystal panel of the direct view type is divided into a transmissive type and a reflective type, the transmissive type will be described as an example. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-178949 (hereinafter referred to as Conventional Example 7), the image display device of FIG. 1 is constructed from a cold cathode tube 23 (hereinafter referred to as CCFT) 23 which is a light source. Light is incident on the end face of the light guide 21 and is outputted to the transmissive liquid crystal panel 19 by the hologram element 30 and the reflection mirror 23 formed on the rear surface side of the light guide 21. The hologram element 30 is a reflection hologram.

상기 구성에 의해, 부품점수의 삭감, 경량화, 코스트의 삭감을 도모함과 동시에, 밝기의 균일성 및 효율이 높고, 또한 지향성을 가지는 백라이트 유닛으로서 사용할 수 있다. 이 기능은 홀로그램소자(30)를 미소 홀로그램의 집합체로 하는 것으로 실현되고 있다. 즉, 모자이크상의 미소 홀로그램은 서로 다른 입사파장 및 입사각에 대해서 최대 회절효율을 나타내도록 제작되어 있다.According to the above configuration, the number of parts can be reduced, the weight is reduced, and the cost can be reduced, and the uniformity and efficiency of brightness are high, and the backlight unit can be used as a directivity. This function is realized by using the hologram element 30 as an aggregate of micro holograms. That is, the mosaic micro hologram is manufactured to show the maximum diffraction efficiency for different incident wavelengths and incident angles.

또, 같은 구성에서, 예를 들면 일본특허공개 평 9-127894호 공보(이하, 종래예 8이라 칭함)에 개시되어 있는 바와 같이, 상기 반사형의 홀로그램의 면적밀도를 광원에서 멀어짐에 따라 높게 하는 것에 의해, 보다 한층 밝기의 균일성이 실현되는 예가 개시되어 있다.In the same configuration, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-127894 (hereinafter referred to as Conventional Example 8), the area density of the reflective hologram is increased as the distance from the light source increases. By doing so, an example in which the uniformity of brightness is further realized is disclosed.

이외에도, 예를 들면 프로시딩스·오브·인터내셔날·디스플레이·웝크숍 `97, 411페이지 ~ 414페이지(이하, 종래예 9라고 칭함), 또는 일본특허공개 평 9-138396 호 공보(이하, 종래예 10이라고 칭함)에 개시되어 있는 바와 같이, 반사형 액정패널의 반사판으로서 사용되고, 입사광속을 액정기판에 거의 수직방향으로 선택적으로, 또는 특정의 입체각 내로 거의 반사(회절)시켜, 시야각은 좁으면서 밝은 화상표시를 행하는 응용이 생각되어 진다. 이 홀로그램소자는 이른바 반사형의 체적 홀로그램이다.In addition, for example, Procedures of International Display Shank `97, pages 411 to 414 (hereinafter, referred to as conventional example 9) or Japanese Patent Application Laid-open No. 9-138396 (hereinafter, referred to as conventional example 10). And a reflection image of the reflection type liquid crystal panel, the incident light beam is selectively reflected (diffraction) substantially in a direction perpendicular to the liquid crystal substrate or into a specific solid angle so that the viewing angle is narrow and bright. Application of displaying is conceivable. This hologram element is a so-called reflective volume hologram.

또한, 종래예 7 ~ 종래예 10에서는 재료로서는 일반적인 포토폴리머를 사용하고 있고, 항상 상술의 반사를 행하는 홀로그램소자이다.In addition, in Example 7-10, the general photopolymer is used as a material, and it is a hologram element which always reflects the above-mentioned.

다음에, 화상표시장치에 대해서 설명한다.Next, the image display apparatus will be described.

최근, 종래의 직시형 텔레비젼에서는 대형화가 곤란하므로, 고휘도 램프로부터의 조명광속을 변조하는 화상표시 수단의 출력화상을 확대 투사하는 투사형 화상표시장치의 개발이 진행되고 있다(예를 들면, 오프라스이, 1993년 8월호, 58페이지 ~ 101페이지).In recent years, since it is difficult to enlarge the size of a conventional direct-view television, the development of the projection type image display apparatus which enlarges and projects the output image of the image display means which modulates the illumination light beam from a high-brightness lamp is progressing (for example, Opras, August 1993, pages 58-101).

도 67은 종래의 일반적인 투사형 화상표시장치의 구성을 나타내는 것이며, 화상표시 수단으로서 액정패널을 사용한 구성예를 나타낸다. 램프(2)로부터의 출력광(3)을 리플렉터(4)로 반사하고, 출력광속(5)을 집광 광학계(도시하지 않음)에 의해 집광, 전파하고, 색분리를 위한 다이크로익 미러(12, 13)에 의해 적색, 녹색, 청색의 3원색으로 분리하고, 전반사미러(14), 콘덴서 렌즈(15)를 통하여 액정패널(16 ~ 18)에 입사시킨다. 액정패널(16 ~ 18)에 의해 변조된 출력광은 색합성을 위한 다이크로익 프리즘(도시하지 않음) 혹은 다이크로익 미러(19, 20) 및 전반사미러(14)에 의해 합성되며, 투사렌즈(9)에 의해 스크린(도시하지 않음) 상에 확대 투사된다.Fig. 67 shows the structure of a conventional general projection type image display apparatus, and shows an example of the structure using a liquid crystal panel as the image display means. The output light 3 from the lamp 2 is reflected by the reflector 4, the output light beam 5 is collected and propagated by a condensing optical system (not shown), and the dichroic mirror 12 for color separation is carried out. , 13) to separate the three primary colors of red, green, and blue and enter the liquid crystal panels 16 to 18 through the total reflection mirror 14 and the condenser lens 15. The output light modulated by the liquid crystal panels 16 to 18 is synthesized by a dichroic prism (not shown) or dichroic mirrors 19 and 20 and a total reflection mirror 14 for color synthesis. (9) is magnified and projected on a screen (not shown).

액정패널(16 ~ 18)은 주로 투과형, 반사형으로 구별되지만, 어느쪽도 편광판 혹은 편광 빔 스플리터(이하 PBS라고 칭함)를 통하여 입사되는 특정의 직선편광 광을 액정재료로 변조하는 것에 의해 화상을 표시한다.The liquid crystal panels 16 to 18 are mainly classified into a transmissive type and a reflective type, but neither of them forms an image by modulating specific linearly polarized light incident through a polarizing plate or a polarizing beam splitter (hereinafter referred to as PBS) with a liquid crystal material. Display.

또 액정패널(16 ~ 18)은 일반적으로는 각 화소를 구동하기 위한 스위칭소자로서 박막트랜지스터(이하 TFT라고 칭함)를 각 화소에 배치한 액티브 매트릭스방식이 주류이며, TFT는 다결정 폴리실리콘으로 형성되는 것이 일반적이다.In general, the liquid crystal panels 16-18 are switching elements for driving each pixel, and an active matrix method in which thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) are disposed in each pixel is mainly used, and TFTs are formed of polycrystalline polysilicon. Is common.

램프(2)로서는 발광효율이 높고, 발광체의 체적이 작고 고휘도에서 연색성이 높은 램프가 구해지고 있고, 메탈 할라이드 램프, 크세논 램프, 초고압 수은램프 등이 사용되고 있다.As the lamp 2, a lamp having high luminous efficiency, a small volume of light emitting material and high color rendering property is obtained, and a metal halide lamp, xenon lamp, ultrahigh pressure mercury lamp, and the like are used.

리플렉터(4)로서는 반사 후의 광속(5)을 유효하게 활용하기 쉬우므로 방물면경, 타원면경, 구면경 등이 사용되고 있고, 발광체가 이들 반사경의 초점 혹은 제 1 초점 혹은 중심에 배치되는 경우가 많다. 현재의 주류는 방물면경을 사용하고, 그 초점 근방에 램프의 발광체를 설치하여, 거의 평행한 광속을 얻는 방식이다.As the reflector 4, it is easy to effectively utilize the light beam 5 after reflection, and thus, a spectacle mirror, an ellipsoid mirror, a spherical mirror, or the like is used, and the light emitter is often disposed at the focal point or the first focal point or center of the reflector. The current mainstream uses a mirror mirror, and installs a lamp emitter near its focal point to obtain a substantially parallel luminous flux.

최근의 투사형 화상표시장치에서는 전백신호를 표시했을 때의,In recent projection image display devices, when the full-back signal is displayed,

(1) 투사화상의 중앙부의 밝기와 주변부의 밝기를 균일하게 한다,(1) Make the brightness of the center of the projection image and the brightness of the periphery uniform.

(2) 투사되는 전광속(루멘)을 램프의 소비전력(와트)으로 제거한 값으로서 정의되는 투사효율(루멘/와트)을 향상한다,(2) Improve the projection efficiency (lumen / watt) defined as the value obtained by removing the total luminous flux (lumen) projected by the power consumption (watt) of the lamp.

는 것이 개발의 주된 과제이며, (1)에 대해서는 인터그레이터의 도입에 의해, (2)에 대해서는 인터그레이터와 발광체가 작은 고휘도 램프를 조합하는 것에 더하여, 또 편광변환소자를 조합하는 것에 의한 해결이 시도되고 있다.The main problem of development is the introduction of the integrator in (1), the combination of the high brightness lamp with the integrator and the small light emitter in (2), and the solution by combining the polarization conversion elements. It is being tried.

그러면, 먼저 인터그레이터에 대해서 설명한다. 인터그레이터란, 예를 들면 일본특허공개 평 3-111806호 공보, 일본공개특허 평 5-346557호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 미소 렌즈를 2차원으로 배치하여 구성되는 파리눈 렌즈를 2종류 조합하여 구성된다. 인터그레이터의 구체적 구성예를 도 7에 나타낸다. 리플렉터(4) 및 제 1의 파리눈 렌즈(49)에 의해 램프(2)의 발광체의 상은 제 1의 파리눈 렌즈(49)의 각 렌즈에 대응하는 제 2의 파리눈 렌즈(50)의 각 렌즈 상에 결상된다. 제 2의 파리눈 렌즈(50)의 각 렌즈는 제 1의 파리눈 렌즈(49)의 상을 화상표시 수단(7) 상에 결상하는 구성으로 되어 있다.First, the integrator will be described. An integrator is a combination of two types of fly-eye lenses composed of two-dimensionally arranged microlenses, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-111806 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-346557. It is configured by. 7 shows a specific configuration example of the integrator. The image of the luminous body of the lamp 2 is reflected by the reflector 4 and the first fly's eye lens 49 to form an angle of the second fly's eye lens 50 corresponding to each lens of the first fly's eye lens 49. The image is formed on the lens. Each lens of the second fly's eye lens 50 is configured to form an image of the first fly's eye lens 49 on the image display means 7.

상기 구성에 의해, 제 2의 파리눈 렌즈(50)의 각 렌즈가 화상표시 수단(7) 상에 결상하는 상은 리플렉터(4)에서 출력되는 휘도분포가 큰 출력광을 제 1의 파리눈 렌즈(49)의 각 렌즈에 의해 미세하게 분할되고, 그들을 화상표시 수단(7) 상에 중합시킨 결과가 된다. 이와 같은 원리에 의해 투사화상에서의 화상 중앙부에 대한 주변부의 밝기를 70% 이상으로 높게 하는 것이 가능하게 되어 있다.According to the above configuration, an image in which each lens of the second fly's-eye lens 50 forms an image on the image display means 7 generates output light having a large luminance distribution output from the reflector 4. Each lens of 49) is finely divided, and the result is that they are polymerized on the image display means 7. By this principle, it is possible to increase the brightness of the peripheral portion with respect to the image center portion in the projected image to 70% or more.

또, 인터그레이터의 도입에 의해, 투사효율도 향상시킬 수 있다. 일반적으로 리플렉터(4)에 의해 반사된 광속(5)은 거의 원형이지만, 화상표시 수단(7)은 예를 들면 4 : 3의 장방형이다. 그러므로 화상표시 수단(7)을 원형으로 조명하는 경우에는 원에 내접하는 장방형의 면적비밖에 유효하게 활용되지 않았다. 이것을 사각형 변환효율이라 부르고, 4 : 3 의 장방형을 외형으로 하는 화상표시 수단(7)을 사용하는 경우에는 사각형 변환효율은 약 61% 이었다. 그러나 인터그레이터의 제 1의 파리눈 렌즈(49)에 사용하는 렌즈의 개구형상을 일본특허공개 평 5-346557호 공보의 도 2에 개시되어 있는 바와 같이 4 : 3으로 하여 배치하는 것에 의해, 약 80% 로 향상하는 것이 가능하게 되어 있다.In addition, by introducing an integrator, the projection efficiency can also be improved. Generally, the light beam 5 reflected by the reflector 4 is almost circular, but the image display means 7 is a rectangle of 4: 3, for example. Therefore, when illuminating the image display means 7 circularly, only the rectangular area ratio inscribed to the circle was effectively utilized. This is called rectangular conversion efficiency, and when the image display means 7 which has a 4: 3 rectangular shape as an outline is used, rectangular conversion efficiency was about 61%. However, by arranging the aperture shape of the lens used for the first fly's eye lens 49 of the integrator as 4: 3, as shown in Fig. 2 of Japanese Patent Laid-Open No. 5-346557, It is possible to improve to 80%.

다음에, 편광변환소자에 대해서 설명한다. 상술의 액정패널과 같은 편광표시 수단을 사용한 투사형 화상표시장치에서는 램프의 출력광 중에서, 특정방향의 편광성분 밖에 유효하게 활용할 수 없다는 결점이 있으며, 투사효율이 낮고, 밝은 화상을 얻기 위해서는 출력의 큰 광원을 사용하지 않으면 안되는 등의 과제가 있었다. 편광변환소자는 이러한 과제를 해결하는 것을 목적으로서 개발되며, 편광판에서 흡수된 편광성분 혹은 PBS에서 액정패널로 입사되지 않은 편광성분을 상기 편광성분에 대해 거의 직교하는 편파면을 가지는 편광성분으로 유효하게 변환하는 것이다.Next, the polarization conversion element will be described. In the projection type image display apparatus using the polarization display means such as the liquid crystal panel described above, there is a drawback that only the polarization component in the specific direction can be effectively utilized among the output light of the lamp, and the projection efficiency is low. There existed a problem that a light source must be used. The polarization conversion element is developed to solve such a problem, and the polarization component absorbed from the polarizing plate or the polarization component not incident on the liquid crystal panel in the PBS can be effectively used as a polarization component having a polarization plane which is substantially orthogonal to the polarization component. To convert.

편광변환소자는 예를 들면, 일본특허공개 평 5-107505호 공보, 일본특허공개 6-20294호 공보, 일본특허공개 평 7-294906호 공보, 일본특허공개 평 8-234205호 공보, 일본특허공개 평 9-105936호 공보 등 다수 개시되어 있지만, 기본적으로는 편광분리소자와 편광면 회전소자의 조합으로 이루진다.Examples of polarization conversion devices include Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-107505, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-20294, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-294906, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-234205, and Japanese Patent Publication Although many publications, such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-105936, are disclosed, it basically consists of a combination of a polarization separating element and a polarization plane rotating element.

도 8에 일반적인 편광변환소자(58)의 구성도를 나타낸다. 무편광 광(光)(랜덤한 편광의 광속)(62)을 편광분리소자(60)에 의해 서로 직교하는 편광성분, 즉 P편광 광(편광분리소자에 의해 반사되지 않고 투과하는 지면에 평행한 편광방향을 가지는 광속)(63), S편광 광(光)(편광분리 수단에 의해 반사되며, 지면에 수직인 편광방향을 가지는 광속)(64)으로 분리하고, S편광 광(64)만을 반사수단(60`)(일반적으로 편광분리 수단(60)과 동종의 막을 사용한다)에 의해 반사하고, 편파면 회전소자(61)에 의해 P편광 광(光)(63`)으로 변환하는 원리에 의거하고 있다.8 shows the configuration of a general polarization conversion element 58. Polarized light (randomly polarized light beam) 62 is orthogonal to each other by the polarization splitting element 60, that is, P polarized light (not polarized by the polarization splitting element and is parallel to the ground to be transmitted) Light beam having a polarization direction) 63 and S polarized light (reflected by polarized light separating means and having a polarization direction perpendicular to the ground) 64, and reflecting only the S polarized light 64 In the principle of reflecting by means 60` (generally the same film as polarization separating means 60) and converting it into P-polarized light 63` by the polarization plane rotating element 61 It is based.

최근에는, 렌즈어레이(66)와의 조합으로 구성되는 경우가 많고, 상기 5개의 공개 공보에 기재의 내용도 렌즈어레이(66)와의 조합에 의해 사용할 수 있지만, 편광분리소자의 설치위치에 의해 약간 구성이 다르다.In recent years, it is often composed of a combination with the lens array 66, and the contents of the above five publications can also be used by combining with the lens array 66, but slightly configured by the installation position of the polarization splitting element. This is different.

하나의 방식은, 편광변환소자(58)에 입사하는 광속의 폭을 렌즈어레이(66)에 의해 약 절반으로 하고, 편광분리소자(60)에만 광속을 입사하여 편광분리, 편파면 회전을 행하는 방식이다(도 9 참조). 이 경우, 상기 렌즈어레이(66)를 인터그레이터를 구성하는 파리눈 렌즈로 하는 것에 의해, 상술과 같이 투사화상의 밝기의 균일성을 동시에 확보하는 구성으로 하는 것이 많다. 즉, 상기 렌즈어레이를 인터그레이터의 제 2의 파리눈 렌즈로 한 구성이 생각되어 진다.In one method, the width of the light beam incident on the polarization conversion element 58 is about half by the lens array 66, and the light beam is incident only on the polarization separation element 60 to perform polarization separation and polarization plane rotation. (See FIG. 9). In this case, the lens array 66 is a fly-eye lens constituting the integrator, so that the uniformity of the brightness of the projected image can be secured at the same time as described above. That is, a configuration in which the lens array is used as the second fly's eye lens of the integrator is considered.

한편, 일본특허공개 평 6-202094호 공보, 일본특허공개 평 8-234205호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 제 1의 파리눈 렌즈의 램프측에 편광분리소자를 설치하고, 편광분리 후의 광속의 출사각을 편광성분에 따라 여러번 바꾸는 것에 의해, 제 2의 파리눈 렌즈 상에서 결상하는 위치를 편광성분마다 바꾸고, 한쪽의 편광성분만 편파면의 회전을 행하는 방식도 고안되어 있다. 이 방식의 응용으로서 제 1의 파리눈 렌즈와 제 2의 파리눈 렌즈의 사이에 편광분리소자를 설치하는 구성도 생각되어 진다.On the other hand, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-202094 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-234205, a polarization splitting element is provided on the lamp side of the first fly's eye lens, and the By changing the exit angle several times in accordance with the polarization component, a method of changing the position formed on the second fly's eye lens for each polarization component and rotating only the polarization component of one polarization component is also devised. As an application of this system, it is also conceivable to provide a polarization splitting element between the first fly's eye lens and the second fly's eye lens.

종래의 편광변환소자에서는 편광분리소자로서는 유전체층을 복수 적층하여 이루어지는 유전체 다층막을 사용하고 있는 경우가 거의 대부분이다. 편광분리소자로서 편광 선택성을 가지는 홀로그램소자는 종래부터 알려져 있지만, 상기 홀로그램소자를 인터그레이터와 조합하여 편광변환소자를 구성하고, 투사형 화상표시장치의 조명광학계에 적용한 예는 개시되어 있지 않다.In a conventional polarization converting element, a dielectric multilayer film formed by stacking a plurality of dielectric layers is almost used as a polarization separating element. A hologram element having polarization selectivity as a polarization splitting element is known in the art, but an example in which the hologram element is combined with an integrator to form a polarization converting element and applied to an illumination optical system of a projection image display device is not disclosed.

일본특허공개 평 8-234143호 공보, 미국특허 제 5161039호에 개시되어 있는 편광 선택성을 가지는 홀로그램소자에서는 액정폴리머, 혹은 비선형인 광 흡수효과를 가지는 폴리실란 폴리머 재료를 사용하는 것에 의해 편광 선택성을 가지는 것이며, 각각의 편광에 대해서는 이른바 체적 홀로그램으로서의 기능을 가지고 있다.In the hologram device having polarization selectivity disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 8-234143 and U.S. Patent No. 5161039, a polarization selectivity is obtained by using a liquid crystalline polymer or a polysilane polymer material having a nonlinear light absorption effect. Each polarized light has a function as a so-called volume hologram.

또, 프로젝터(projector)의 사용에 있어서, 실내를 그다지 어둡게 하지 않아도 인식할 수 있는 밝은 투사화상으로의 요구가 높기 때문에, 액정 라이트밸브의 광이용 효율을 향상시키는 것이 중요하다. 조명영역의 균일성을 높이는 광학계로서, 일본특허공개 평 3-11180호 공보 또는 일본특허공개 평 5-346557호 공보 등에는 2장의 렌즈판을 사용한 인터그레이터 광학계가 개시되어 있다.Moreover, in the use of a projector, it is important to improve the light utilization efficiency of the liquid crystal light valve because there is a high demand for a bright projection image that can be recognized without darkening the room. As an optical system for increasing the uniformity of the illumination area, Japanese Patent Laid-Open No. 3-11180, Japanese Patent Laid-Open No. 5-346557, and the like disclose an integrator optical system using two lens plates.

이것은 원리적으로는 노광기에 사용되고 있는 것과 같은 것으로, 광원으로부터의 평행광속을 복수의 사각형 렌즈에 의해 분할하고, 각 사각형 렌즈의 상을 각 사각형 렌즈에 1 대 1로 대응하는 릴레이 렌즈로 액정 라이트밸브에 중첩 결상시키는 것이다.In principle, this is the same as that used in an exposure machine. The parallel light beam from the light source is divided by a plurality of rectangular lenses, and the image of each rectangular lens is a relay lens corresponding to each rectangular lens in a one-to-one manner. It is to overlap the image.

또, 일본특허공개 평 6-202094호 공보에는 인터그레이터 조명법에 편광변환법을 조합시킨 조명광학계가 제안되어 있다. 이 개략도를 도 4에 나타낸다. 광원(1101)으로부터의 출사광은 액정을 사용한 편광분리소자에 입사하고, P파(1106)와 S파(1107)로 분리된다. 이들의 광은 인터그레이터를 구성하는 제 1 렌즈군(1103)과 제 2 렌즈군(1104)에 의해, 제 2 렌즈(1104)의 후방에 배치된 위상판(1105)의 다른 위치에 각각 결상된다. 위상판(1105)은 제 2 렌즈군을 형성하는 하나의 렌즈의 대개 절반의 면적에 1/2 파장판이 주기적으로 형성되어 있다.In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 6-202094 proposes an illumination optical system in which the integrator illumination method is combined with the polarization conversion method. This schematic is shown in FIG. The light emitted from the light source 1101 enters the polarization splitting element using liquid crystal, and is separated into a P wave 1106 and an S wave 1107. These lights are imaged at different positions of the phase plate 1105 arranged behind the second lens 1104 by the first lens group 1103 and the second lens group 1104 constituting the integrator. . In the phase plate 1105, a half wave plate is periodically formed in an area of almost half of one lens forming the second lens group.

이 때문에, 예를 들면 이 1/2 파장판의 위치에 결상한 P파(1106)는 편광방향이 90°회전하여 S파로 되어 출사한다. S파(1107)는 1/2 파장판이 형성되어 있지 않은 영역에 결상되어, 그대로 투과한다. 결국, 위상판(1105)을 출사한 후의 광파는 편광방향이 대개 같게 된다.For this reason, for example, the P wave 1106 imaged at the position of this half wave plate, and it rotates by 90 degrees, turns out as S wave. The S wave 1107 is formed in a region where the half-wave plate is not formed and is transmitted as it is. As a result, the light waves after exiting the phase plate 1105 generally have the same polarization direction.

일본특허공개 평 7-294906호 공보에는 렌즈판과 프리즘을 조합시킨 편광변환소자가 보고되어 있다. 이 개략을 도 5에 나타낸다. 이것은 어레이상의 렌즈가 형성된 렌즈판(1201)에 입사한 광파는 광속이 묶여져, 프리즘(1202)에 입사한다. 여기서 S파(1204)는 그대로 통과하고, P파(1205)는 프리즘에서 반사되어 근처의 프리즘에 입사하고, 다시 반사되어 90°각도를 변화한다.Japanese Patent Laid-Open No. 7-294906 reports a polarization conversion element in which a lens plate and a prism are combined. This outline is shown in FIG. The light waves incident on the lens plate 1201 in which the lenses on the array are formed are bundled by the light beam and enter the prism 1202. Here, the S wave 1204 passes as it is, and the P wave 1205 is reflected by the prism and enters a nearby prism, and is reflected again to change the 90 ° angle.

그리고, 광로중에 놓여진 1/2 파장판을 통과하여 편광방향을 90°회전하여 S파로서 출사한다. 이상과 같이 렌즈판(1201)과 프리즘(1202)과의 조합에 의해 이것을 출사한 광파는 편광방향이 일치한 광속으로 된다.Then, the polarization direction is rotated 90 degrees through the 1/2 wave plate placed in the optical path and emitted as S wave. As described above, the light waves emitted by the combination of the lens plate 1201 and the prism 1202 become light beams having the same polarization direction.

여기서, 액정소자의 화상표시원리에 대해서 도 9를 사용하여 설명한다. 예를 들면 형광램프나 메탈 할라이드 램프와 같은 광원(901)으로부터 출사되는 광은 지면에 평행한 편광방향을 가지는 P파(902)와 지면에 수직인 편광방향을 가지는 S파로 구성되어 있다. 이 광속은 편광자(904)로 입사하고, 특정의 편파성분이 흡수되며 남은 성분이 투과한다. 편광자(904)에서는 S파의 성분이 흡수되며, P파가 투과하는 구성으로 되어 있다. 편광자(904)를 투과한 광은 액정소자(905)에 입사하는 것이 된다.Here, the image display principle of the liquid crystal element will be described with reference to FIG. For example, light emitted from a light source 901 such as a fluorescent lamp or a metal halide lamp is composed of a P wave 902 having a polarization direction parallel to the ground and an S wave having a polarization direction perpendicular to the ground. This light beam is incident on the polarizer 904, and a specific polarization component is absorbed and the remaining component is transmitted. In the polarizer 904, a component of S wave is absorbed and P wave is transmitted. Light transmitted through the polarizer 904 is incident on the liquid crystal element 905.

여기서는, 액정소자(905)로서 입사면과 출사면에서 액정분자의 방향이 90°뒤틀려 구성되어 있는 트위스트 네마틱(twist nematic)액정을 예로 설명한다. 이 액정소자(905)에는 패터닝된 투명전극이 형성되어 있고 각 화소마다 전계의 인가가 가능하다. 액정을 완전하게 스위칭만 할 수 있는 전계가 인가되어 있는 화소(ON)는 액정분자의 뒤틀림이 풀어지고, 입사면에 대해서 액정분자가 등방적(等方的)으로 서있는 상태(호메오트로픽)로 되어 있다. 이 때문에, 이 화소에 입사한 P파는 변조를 받는 일 없이 그 편광상태를 유지한채 액정소자를 통과한다.Here, as a liquid crystal element 905, a twist nematic liquid crystal in which the directions of liquid crystal molecules are twisted by 90 degrees at the entrance and exit surfaces will be described as an example. A patterned transparent electrode is formed in the liquid crystal element 905 and an electric field can be applied to each pixel. In the pixel (ON) to which an electric field capable of completely switching the liquid crystal is applied, the liquid crystal molecules are distorted and the liquid crystal molecules are isotropically standing with respect to the incident surface (homeotropic). It is. For this reason, the P wave incident on this pixel passes through the liquid crystal element while maintaining its polarization state without being modulated.

다음에, 전계가 인가되어 있지 않은 화소(OFF)에서는 액정분자는 입사면에서 출사면까지의 두께방향에서 90°액정분자의 각도가 뒤틀린 상태로 되어 있다. 이 때문에, 이 화소에 입사한 P파 성분은 입사면에서 출사면까지를 통과하는 사이에 액정의 뒤틀림에 기인하는 트위스트 네마틱효과에 의해 그 편파면을 90°회전시킨다. 따라서, OFF화소를 통과한 후, 먼저의 광은 S파로 되어 출사하는 것이 된다.Next, in the pixel OFF to which the electric field is not applied, the liquid crystal molecules are in a state where the angle of the 90 ° liquid crystal molecules is distorted in the thickness direction from the incident surface to the exit surface. For this reason, the P wave component incident on this pixel rotates the polarization plane by 90 degrees by the twisted nematic effect resulting from the distortion of the liquid crystal between the entrance face and the exit face. Therefore, after passing through the OFF pixel, the first light is emitted as an S wave.

액정소자를 통과한 후, 통과위치에 대응한 화소의 전계의 유무에 의해 광의 편광방향이 다르게 된다. 다음에, 이들의 광은 편광자(906)로 입사한다. 여기서 편광자(906)는 먼저의 편광자(904)에 대해, 편파성분을 통과하는 축방향이 90° 기울어져 설정되어 있다. 결국, 편광자(904, 906)는 크로스니콜로 배치되어 있다. 이 때문에, 액정소자를 통과한 광내의 P파는 편광자(906)에서 흡수되며, S파는 편광자(906)를 통과하게 된다.After passing through the liquid crystal element, the polarization direction of the light varies depending on the presence or absence of the electric field of the pixel corresponding to the passing position. Next, these lights are incident on the polarizer 906. Here, the polarizer 906 is set to be inclined by 90 ° with respect to the first polarizer 904 through the polarization component. As a result, the polarizers 904 and 906 are arranged in cross nicol. For this reason, the P wave in the light passing through the liquid crystal element is absorbed by the polarizer 906, and the S wave passes through the polarizer 906.

이상과 같이 액정소자의 각 화소를 통과한 광은 화소에 인가되는 전계에 따라서 편광방향이 변조되며, 이 결과로서 편광자(906)를 통과하는 광의 강도가 다르게 된다. 관찰자(907)는 이 편광자(906)을 통과하는 광의 통과량이 다르게 되기 때문에, 각 화소에 대응하는 명암의 패턴으로서의 화상이 인식되게 된다.As described above, the light passing through each pixel of the liquid crystal device is modulated according to the electric field applied to the pixel, and as a result, the intensity of light passing through the polarizer 906 is different. Since the observer 907 has a different amount of light passing through the polarizer 906, an image as a pattern of light and dark corresponding to each pixel is recognized.

또, 각 화소에 인가하는 전계량을 제어하는 것으로 액정을 통과하는 광의 편광방향을 먼저의 P파와 S파 상태의 중간상태로 설정할 수 있기 때문에 중간조의 표시도 가능하게 된다.In addition, since the polarization direction of the light passing through the liquid crystal can be set to an intermediate state between the first P wave and the S wave state by controlling the electric field amount applied to each pixel, halftone display is also possible.

다음에, 광정보처리장치에 대해서 설명한다.Next, the optical information processing apparatus will be described.

광 디스크나 광자기 디스크 등의 광기억 매체에 기억되는 정보의 기록이나 판독을 행하는 광정보처리장치는 주로 광원으로서 반도체 레이저, 이 반도체 레이저로부터 출사하는 광을 광기억 매체 상에 수속하기 위한 렌즈, 광기억 매체 상에서 반사된 레이저 광을 수광소자로 이끌기 위한 회절 광학소자로서의 홀로그램소자 등으로 구성된다.An optical information processing apparatus for recording or reading information stored in an optical storage medium such as an optical disk or a magneto-optical disk is mainly a semiconductor laser as a light source, a lens for converging light emitted from the semiconductor laser onto the optical storage medium, And a hologram element as a diffractive optical element for guiding the laser light reflected on the optical storage medium to the light receiving element.

일단, 반도체 레이저에서 방사된 광은 이 홀로그램소자를 투과하고, 결상렌즈에 의해 광기억 매체로서의 광 디스크의 표면에 집광된다. 광 디스크의 표면에서 기록정보에 따른 강도로 반사하여 퍼지는 광은, 다시 렌즈에 의해 수속되며 일부는 반도체 레이저로 되돌아가고, 일부는 예를 들면 2개의 영역으로 분할된 홀로그램소자에 의해 2방향으로 분할되며, 여러개의 영역에 분할된 수광소자로 결상되어 나이프 에지법과 같은 방법을 사용하여 초점 어긋남, 트래킹 어긋남 및 정보신호의 검출 등이 행해진다.First, the light emitted from the semiconductor laser passes through the hologram element and is focused on the surface of the optical disk as the optical storage medium by the imaging lens. The light reflected and spread from the surface of the optical disk to the intensity according to the recording information is converged by the lens again, partly returned to the semiconductor laser, and partly divided into two directions by, for example, a hologram element divided into two areas. The image is divided into light-receiving elements divided into several areas, and focus shift, tracking shift, and detection of an information signal are performed using a method such as the knife edge method.

이상과 같이 레이저로부터의 출사광은 왕로(往路)와 복로(復路)의 2회, 회절 광학소자로서의 홀로그램소자를 통과하게 된다. 왕로에서 홀로그램소자를 통과한 후, 광이 강하게 회절되어 버리면 광 디스크의 표면에 집광되는 광량이 저하하여 버리고, 디스크 상에서 충분한 광 강도가 얻어지지 않고 신호정보의 정확한 검출에 지장을 초래하는 일도 될수 있다. 이 때문에 통상, 홀로그램소자에는 왕로와 복로에서 회절효율이 다른 기능이 요구된다.As described above, the emitted light from the laser passes through the hologram element serving as the diffractive optical element twice, in the forward and return directions. If the light is strongly diffracted after passing through the hologram element in the path, the amount of light focused on the surface of the optical disk may be reduced, and sufficient light intensity may not be obtained on the disk, which may interfere with accurate detection of signal information. . For this reason, the hologram element generally requires a function that differs in diffraction efficiency between the return path and the return path.

광원인 반도체 레이저가 편광특성을 가지는 것도 있고 편광방향에 의한 회절효율의 선택성이 사용되는 일이 많다. 구체적으로는, 반도체 레이저에서 방사된 광의 편광방향에 대해서는 회절작용을 발생하는 일 없이 그대로 투과하고, 이후 디스크와의 광로(光路) 중에 1/4 파장판과 같은 위상판을 배치하고, 디스크에 의해 반사되어 다시 홀로그램을 통과할 때에 편광방향이 초기에 비해 90°회전하도록 설정한다. 이때, 홀로그램소자는 회절기능을 생기게 하고, 이것을 통과한 광은 정보신호 등의 검출을 행하는 수광소자로 유도된다.Some semiconductor lasers as light sources have polarization characteristics, and selectivity of diffraction efficiency in the polarization direction is often used. Specifically, the polarization direction of the light emitted from the semiconductor laser is transmitted as it is without diffraction, and then a phase plate such as a quarter wave plate is disposed in the optical path with the disk, and the disk is disposed by the disk. When the reflection is passed through the hologram again, the polarization direction is set to rotate by 90 ° relative to the initial stage. At this time, the hologram element produces a diffraction function, and the light passing through the hologram element is guided to a light receiving element that detects an information signal or the like.

이와 같은 편광 선택성을 가지는 홀로그램은 굴절율 이방성을 가지는 광학모체를 사용하여 제작된다. 예를 들면 니오브산 리튬과 같은 굴절율 이방성을 가지는 광학매체의 표면의 소정의 영역에 포토리소그래피나 홀로그래픽 노광 등에 의해 마스크를 형성하고, 표면의 노출된 영역에 안식향산(安息香酸) 등을 사용하여 이온교환을 행한다. 그러면, 특정의 편광방향에 대해서는 굴절율 분포가 발생하지 않고, 똑같은 물체로서 취급할 수 있다.The hologram having such polarization selectivity is produced using an optical matrix having refractive index anisotropy. For example, a mask is formed on a predetermined area of the surface of an optical medium having refractive index anisotropy, such as lithium niobate, by photolithography, holographic exposure, or the like, and ion is used on the exposed area of the surface by using benzoic acid or the like. Exchange it. Then, the refractive index distribution does not occur with respect to a specific polarization direction, and can be handled as the same object.

그러나, 앞선 편광방향에 대해서 지교하는 편광방향의 광에 대해서는 마스크에 의해 형성한 굴절율 분포를 생기게 하고, 이 패턴에 대응한 회절현상을 생기게 한다. 이와 같은 특성을 가지는 홀로그램소자를 사용하여 광정보처리장치는 구성되어 있다.However, for the light in the polarization direction orthogonal to the preceding polarization direction, a refractive index distribution formed by the mask is produced, and a diffraction phenomenon corresponding to this pattern is produced. An optical information processing apparatus is constructed using a hologram element having such characteristics.

이상의 종래예 1 ~ 종래예 6에 개시된 전체의 홀로그램소자는 항상 굴절율 이방성을 가지고 있지 않은 광학적으로 거의 등방적인 광경화형의 고분자재료와, 상기 광경화형의 고분자재료를 경화시키는 파장에서는 경화하지 않는 액정재료(이하, 비중합성액정이라 칭함)와의 혼합물에 의해 형성되며, 그들이 세밀한 영역을 형성하여 이루어지는 것이다. 그러므로, 예를 들면 종래예 1에 있어서는, 비중합성액정만의 영역에 전압을 인가하여 회절을 시키도록 하여도, 예를 들면 비스듬하게 입사한 광속에 대해서는 홀로그램으로서 작용하여 버린다는 결점이 있었다. 이와 같은 형태를 도 2 및 도 3을 사용하여 설명한다.The whole hologram element disclosed in the above-described conventional examples 1 to 6 is an optically almost isotropic photocurable polymer material which does not always have refractive index anisotropy, and a liquid crystal material which does not cure at a wavelength for curing the photocurable polymer material. It is formed by a mixture with the following (hereinafter referred to as non-polymerizable liquid crystal), and they are formed by forming fine regions. Therefore, for example, in the conventional example 1, even if a voltage is applied to a region of only the non-polymerizable liquid crystal to diffract, there is a drawback that, for example, the obliquely incident light beam acts as a hologram. This form is explained using FIG. 2 and FIG.

종래의 홀로그램소자는 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이 광학적으로 거의 등방한 광경화형 고분자재료로 이루어지는 영역(1)(굴절용을 n1로 한다)과, 비중합성액정으로 이루어지는 영역(2)(액정분자는 도시한 굴절율 이방성을 가지고, 상광선(常光線), 이상광선에 대한 굴절율을 각각 no, ne로 한다)에 의해 형성되어 있다.The conventional hologram device has a region 1 made of a photocurable polymer material optically nearly isotropic (refractive use is n1) and a region 2 made of a non-polymerizable liquid crystal as shown in Fig. 2A ( The liquid crystal molecules have the refractive index anisotropy shown and are formed by the refractive indices with respect to the normal light and the abnormal light, respectively, no and ne.

여기서 n1과 no는 거의 동일한 재료를 선택하고 있다. 전압을 투명도전성 전극(1)(이하 ITO라 칭함)에 인가하고, 영역(2)의 액정분자를 스위칭시키면, 액정분자는 유리기판(2)에 대해서 거의 수직으로 배열한다.N1 and no select substantially the same material here. When a voltage is applied to the transparent conductive electrode 1 (hereinafter referred to as ITO) and the liquid crystal molecules in the region 2 are switched, the liquid crystal molecules are arranged almost perpendicular to the glass substrate 2.

이 경우, 수직에 입사한 광속(3)에 대해서는 P편광 광(지면에 평행한 편광성분), S편광 광(지면에 수직인 편광성분)에 대해서 광학적으로 등방(영역 1, 2 함께 굴절율이 거의 no)으로 되기 때문에, 광속(3)은 회절되지 않고 직진한다.In this case, with respect to the light beam 3 incident perpendicularly, the refractive index is almost optically isotropic (regions 1 and 2 together) with respect to P-polarized light (polarization component parallel to the ground) and S-polarized light (polarization component perpendicular to the ground). no), the light beam 3 goes straight without diffraction.

영역(2)에 전압을 인가하지 않는 경우에는, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 액정분자가 유리기판(2)에 거의 평행하게 배열하고, 영역(2)에 굴절율 이방성이 발생한다.When no voltage is applied to the region 2, as shown in FIG. 2B, liquid crystal molecules are arranged almost parallel to the glass substrate 2, and refractive index anisotropy occurs in the region 2.

그 결과, 예를 들면 P편광 광에 대해서는 굴절율이 ne, n1로 교대로 변화하는 홀로그램소자로서 작용하는 것에 비해서, S편광 광에 대해서는 전체의 영역이 거의 굴절율 no의 등방모체로서 작용한다. 그러므로 입사광속(3) 중에서 P편광 광(4)은 회절되고, S편광 광(5)은 직진한다.As a result, for example, for the P-polarized light, the entire region acts almost as an isotropic parent of the refractive index no, whereas the P-polarized light acts as a hologram element that alternately changes to ne and n1. Therefore, in the incident light beam 3, the P-polarized light 4 is diffracted and the S-polarized light 5 is straight ahead.

그러나, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이 비스듬하게 입사하는 광속(3`)에 대해서는 전압을 인가하여 액정분자를 수직으로 배열시켜 입사광속을 직진시키는 모드에 있어서도, 영역(2)에서는 굴절율 이방성이 발생해 버린다. 즉, 상광선(이 경우 S편광 광)에 대해서는 굴절율 no의 등방모체로서 작용하므로 직진시키지만, 이상광선(이 경우 P편광 광)에 대해서는 영역(2)의 굴절율이 ne(θ)로 되어, 홀로그램으로서 입사광을 회절하여 버리기 때문이다. 그러므로, 예를 들면 광스위치로서 사용하려고 하면, 수직입사 이외에서는 완전한 제어를 할 수 없다는 결점이 있었다.However, as shown in Fig. 3A, the refractive index anisotropy is also applied in the region 2 even in a mode in which the liquid crystal molecules are vertically arranged by applying a voltage to the incident light beam 3` and the incident light beam is straight. This happens. In other words, the normal light (in this case, S-polarized light) acts as an isotropic parent with a refractive index of no. This is because the incident light is diffracted. Therefore, for example, when trying to use it as an optical switch, there is a drawback that complete control cannot be performed except for vertical incidence.

실제로는, 본래 굴절율 이방성을 가지지 않는 광경화형 고분자재료를 사용하여 영역(1)을 형성해도, 좁은 갭(gap)의 유리사이에 형성하면 응력 등에 의해 약간이기는 하지만 굴절율 이방성을 발현한다. 그러나, 그 차는 작은 것이며 본질적으로는 상술의 현상이 나타난다.In fact, even if the region 1 is formed using a photocurable polymer material which does not have refractive index anisotropy in nature, it forms refractive index anisotropy even though it is formed between the glass of a narrow gap although it is slightly caused by stress or the like. However, the difference is small and essentially the above phenomenon occurs.

그 약간의 굴절율 이방성이 문제가 되는 경우도 있다. 예를 들면, 종래예 6의 경우에 있어서는 흑(黑)을 표시할 때에 격자의 부분이 불연속인 영역으로 되며, 고(高)콘트라스트인 화상을 표시할 때에 특히 눈에 띄고, 균일성을 상실한다는 결점이 있었다.The slight refractive index anisotropy may be a problem. For example, in the case of the conventional example 6, when the black is displayed, a portion of the lattice becomes a discontinuous region, and is particularly noticeable when displaying a high contrast image, and loses uniformity. There was a flaw.

이상 상세하게 서술한 여러가지 문제는, 광학적으로 거의 등방인 광경화형의 고분자재료와, 액정재료의 혼합물을 재료로 하여 상분리를 발현시킨 계(系)에서는 항상 발생하는 문제이다.Various problems described in detail above are problems that always occur in a system in which phase separation is expressed by using a mixture of an optically almost isotropic photocurable polymer material and a liquid crystal material as a material.

한편, 광경화형의 액정으로서 최근 특히 주목되고 있는 자외선 경화형액정과, 수 종류의 비중합성액정의 혼합물을 사용하여 액정 고분자 복합계의 위상차 필름을 제작하는 예가 보고되어 있다(예를 들면 `97 액정토론회 예고집 168 페이지 ~ 169 페이지, 1997년). 그러나 상기 예에서는 UV광을 단순하게 전면에 또는 균일하게 조사하고, 전면을 고르게 경화시키고 있는 것 일뿐이며, 이광속 간섭노광에 의한 광유기상 분리에 의한 간섭고의 형성 및 후술하는 바와 같이 본 발명의 구성에 의해 기대되는 비스듬한 입사광에 대해서도 회절이 생기지 않는 효과에 대해서는 어떠한 언급도 하고 있지 않다.On the other hand, an example of producing a retardation film of a liquid crystal polymer composite using a mixture of an ultraviolet curable liquid crystal and several kinds of non-polymerizable liquid crystals, which has recently been particularly noticed as a photocurable liquid crystal, has been reported (for example, the `97 liquid crystal discussion Preview page 168-169, 1997). However, in the above example, the UV light is simply irradiated to the entire surface or uniformly, and the entire surface is evenly cured, and the interference height is formed by the separation of the photoorganic phase by two-beam interference exposure, and as will be described later. No mention is made of the effect that diffraction does not occur even with oblique incident light expected by the configuration.

또, 예를 들면 일본특허공개 평 9-281330호 공보, 일본특허공개 평 9-288206호 공보에서는 광경화형 액정을 스트라이프상의 ITO를 형성한 셀에 주입하고, 전압을 인가함으로써 액정분자의 배향을 부분적으로 다르게 한 상태에서 광경화를 행하는 것으로 회절소자를 형성하고 있다.For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-281330 and Japanese Patent Application Laid-open No. 9-288206 disclose that a photocurable liquid crystal is injected into a cell in which a stripe-shaped ITO is formed and a voltage is applied to partially align the orientation of liquid crystal molecules. By photocuring in a different state, the diffraction element is formed.

그러나 상기의 예에서는 본질적으로 균질한 액정재료를 사용하여 형성하고 있고, 비중합성 액정과의 혼합물을 사용하는 것에 관해서 어떠한 것도 개시하고 있지 않고, 다른 영역 사이의 굴절율 이방성은 동일하지만, 스위칭이 가능하지 않고 본질적으로 본 발명과는 다른 것이다.However, the above examples are formed using an essentially homogeneous liquid crystal material, and nothing is disclosed regarding the use of a mixture with a nonpolymerizable liquid crystal, and the refractive index anisotropy between the different regions is the same, but switching is not possible. And essentially different from the present invention.

또, 종래예 7 ~ 종래예 10에서 개시되어 있는 직시형의 액정패널에 응용하고 있는 예에서는, 홀로그램소자는 항상 상술의 기능을 실현하는 것으로 필요에 따라 홀로그램소자의 기능을 변화시키는 예는 일절 개시되어 있지 않다.In the example applied to the direct-view liquid crystal panel disclosed in the prior art examples 7 to 10, the hologram element always realizes the above-described function, and the example in which the function of the hologram element is changed as necessary is disclosed at all. It is not.

또, 종래의 화상표시장치에서, 유전체 다층막을 사용하여 편광분리 수단을 형성하는 경우에는 박막 유전체층을 복수층 적층하기 때문에 제작에 시간이 걸리고 코스트가 높다는 결점이 있었다.In addition, in the conventional image display apparatus, in the case of forming the polarization separation means using the dielectric multilayer film, there is a drawback in that it takes time to manufacture and high cost since multiple thin film dielectric layers are laminated.

또한 복수의 프리즘을 대립시켜 형성되며, 접합면에 유전체 다층막을 형성하여 이루어지는 일본특허공개 평 7-294906호 공보, 일본특허공개 평 9-105936호 공보에 개시된 편광분리소자에서는 제작의 곤란함, 코스트의 높음, 접착제의 내열성 등에 문제가 있었다.In addition, the polarization splitting device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-294906 and Japanese Patent Application Laid-open No. 9-105936 formed by opposing a plurality of prisms and forming a dielectric multilayer film on a bonding surface has difficulty in manufacturing and cost. There was a problem such as high, heat resistance of the adhesive.

일본특허공개 평 5-107505호 공보, 일본특허공개 평 8-234205호 공보에서는 두꺼운 평행 평판 또는 직각 프리즘을 사용하고 있고, 컴팩트한 구성이 곤란하였다. 또, 일본특허공개 평 6-20294호 공보에 있어서는 톱니 모양의 형상의 제작이 곤란하였다. 이상과 같이 유전체 다층막을 사용한 편광분리소자는 코스트가 높고, 제작이 곤란하다는 결점이 있었다.In Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-107505 and Japanese Patent Laid-Open No. 8-234205, thick parallel plates or right angle prisms are used, and a compact structure is difficult. Moreover, in Unexamined-Japanese-Patent No. 6-20294, preparation of the sawtooth shape was difficult. As described above, the polarization splitting device using the dielectric multilayer film has the disadvantage of high cost and difficulty in fabrication.

또, 일본특허공개 평 8-234143호 공보, 미국특허 제 5161039호에 개시되어 있는 편광 선택성을 가지는 홀로그램소자를 사용한 편광분리소자는 전술한 바와 같이 투사형 화상표시장치에서의 조명광학계로서, 인터그레이터와 조합된 편광변환소자로서의 응용예는 어떠한 것도 개시되어 있지 않다. 반면, 종래의 홀로그램소자를 편광분리소자로서 편광변환소자에 조립하여 투사형 화상표시장치에 적용하려고 해도 이하의 이유에 의해 높은 효율을 실현하는 것이 곤란하였다.In addition, the polarization splitting device using the hologram element having polarization selectivity disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 8-234143 and U.S. Patent No. 5161039 is an illumination optical system in a projection image display device as described above. No application is disclosed as a combined polarization conversion element. On the other hand, even when a conventional hologram element is assembled to a polarization converting element as a polarization splitting element and applied to a projection type image display device, it is difficult to realize high efficiency for the following reasons.

예를 들면 인터그레이터의 제 1의 파리눈 렌즈의 앞에 편광분리소자를 설치하는 경우를 생각한다. 편광분리소자에 입사하는 것은 대개 거의 평행한 광속이다. 이들의 광속은 당연히 무편광 광이다. 이 경우, 편광분리 후 편광분리소자로부터 출력되어 서로 편광방향이 직교하는 2개의 편광광속의 출사각의 차는 고작 수회가 바람직하다. 이것은 제 1의 파리눈 렌즈의 각 미소렌즈에 대응하는 제 2의 파리눈 렌즈의 각 미소렌즈 상에 램프의 발광체의 상을 2개 결상시키기 때문이다. 이 각도 차가 너무 크면 제 2의 파리눈 렌즈의 각 렌즈의 지름을 크게하지 않으면 안되게 된다.For example, consider a case where a polarization splitting element is provided in front of the first fly's eye lens of the integrator. Incident on the polarization splitting device is usually a substantially parallel luminous flux. These beams are naturally unpolarized light. In this case, the difference between the exit angles of the two polarized light beams outputted from the polarized light separation element after polarization separation and mutually perpendicular to each other is preferably only a few times. This is because two images of the luminous body of the lamp are imaged on each microlens of the second fly's eye lens corresponding to each microlens of the first fly's eye lens. If the angle difference is too large, the diameter of each lens of the second fly's eye lens must be increased.

즉, 편광분리소자로서는 거의 평행광속을 다른 편광성분으로 분리 후, 각각을 수회의 각도 차로 출력하지 않으면 안된다. 이것은 홀로그램소자를 제작할 때의 참조광과 물체광의 입사각도 차를 고작 수회로 작게하지 않으면 안된다는 것을 의미한다. 그러나, 일반적으로 체적 홀로그램의 효율을 사용에 견딜 수 있을 때까지 충분히 높게 하기 위해서는 참조광과 물체광의 입사각도의 차는 적어도 20회 이상은 필요하게 되며, 그 이하의 각도 차에서는 체적 홀로그램으로서의 효율이 낮게 된다. 그러므로 종래의 홀로그램소자를 편광분리소자로서 사용하여 제 1의 타입의 편광변환소자는 구성할 수 없었다.That is, as a polarization splitting device, after substantially parallel light beams are separated into different polarization components, each must be output at several angle differences. This means that the difference in incidence angles between the reference light and the object light when manufacturing the hologram element must be reduced to only a few. In general, however, in order to make the efficiency of the volume hologram high enough to withstand the use, the difference between the incident angle of the reference light and the object light is required at least 20 times, and the efficiency of the volume hologram becomes low at the angle difference smaller than that. . Therefore, the polarization conversion element of the first type could not be constructed by using the conventional hologram element as the polarization separation element.

또, 회절소자로서는 예를 들면 일본특허공개 평 5-173196호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 통상의 네마틱액정을 사용한 예, 혹은 재패니즈 저널 오브 압라이드 피직스, 제36권, 1997년, 589 ~ 590 페이지에 개시되어 있는 바와 같이 UV경화형 액정을 사용한 예, 혹은 케미컬 머터리얼 1993년 제5권 1533 ~ 1538 페이지에 개시되어 있는 바와 같이 폴리머 분산액정을 사용한 예도 알려져 있지만, 상기 공개공보에 기재된 것은 단순히 편광분리 기능을 가지는 것을 개시하고 있을 뿐이며, 편광변환소자로서의 응용에 대해서는 어떠한 것도 개시되어 있지 않다.As the diffraction element, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-173196, an example using a normal nematic liquid crystal, or Japanese Journal of Abide Physics, Vol. 36, 1997, 589- Examples of using UV-curable liquid crystals as disclosed on page 590 or polymer dispersed liquid crystals as disclosed in Chemical Materials, vol. 5, pp. 1533 to 1538, 1993, are also known. It merely discloses having a polarization separation function, and nothing is disclosed about the application as a polarization conversion element.

이상과 같이 종래의 유전체 다층막에 의해 형성된 편광분리소자를 사용하여, 인터그레이터와 조합된 편광변환소자를 구성하고, 투사형 화상표시장치에 적용한 경우에는 (1) 코스트가 높고, (2) 제작이 곤란, (3) 컴팩트한 구성이 곤란 등의 문제점이 있었다.As described above, when a polarization converting element combined with an integrator is formed by using a polarization separating element formed of a conventional dielectric multilayer film, and applied to a projection type image display device, (1) cost is high, and (2) fabrication is difficult. (3) There were problems such as difficulty in compact construction.

또 홀로그램소자에는 일반적으로, (1) 입사각과 출력각의 차를 크게 하지 않으면 효율이 낮아진다는 것으로부터, (2) 인터그레이터와 조합, 투사형 화상표시장치의 편광분리소자로서 사용하는 것이 곤란하였다.In addition, in the hologram element, (1) efficiency is lowered unless the difference between the incident angle and the output angle is increased. (2) It was difficult to use as a polarization separation element of the projection type image display apparatus in combination with the integrator.

또한, 종래의 회절소자에 있어서는,In the conventional diffraction element,

(1) 단순하게 편광분리 기능을 가지는 것을 개시하고 있는 것에 지나지 않고,(1) It merely discloses having a polarization separation function,

(2) 인터그레이터와의 조합에 대해서 어떠한 것도 개시되어 있지 않고, 투사형 화상표시장치에 적용할 수 없는 것이다.(2) Nothing is disclosed about the combination with the integrator and cannot be applied to the projection image display apparatus.

또, 액정을 사용한 편광분리소자에서는 톱니모양의 홈을 가지는 프리즘기판과 유리기판과의 간격에 액정을 끼운 구성이다. 액정은 굴절율 이방성을 나타내기 위해 상광, 이상광이라 한 편광방향에 의해 굴절율 차가 다르다.In addition, in the polarization splitting device using the liquid crystal, the liquid crystal is sandwiched between the prism substrate having the sawtooth groove and the glass substrate. In order to show refractive index anisotropy, a liquid crystal differs in refractive index difference by polarization directions, such as normal light and anomaly light.

앞선 편광분리소자에 입사한 광파는 톱니모양의 형상에 대응한 위상분포를 발생시키고, 위상형의 회절격자로서 기능하게 된다. 또한, 편광방향에 의해 액정층을 통과할 때의 굴절율 차가 다르다. 이 때문에, 입사한 광원의 편광방향에 의해 위상분포가 다르기 때문에 상광과 이상광, 결국 P파와 S파에 의해 회절되는 방향이 다르게 출사하게 된다.The light waves incident on the foregoing polarization splitting element generate a phase distribution corresponding to the sawtooth shape and function as a phase diffraction grating. Moreover, the refractive index difference at the time of passing through a liquid crystal layer by a polarization direction differs. For this reason, since the phase distribution differs depending on the polarization direction of the incident light source, the direction diffracted by the normal light and the abnormal light, and eventually the P wave and the S wave, is emitted differently.

제 2 렌즈 어레이 모양에서 P파와 S파를 분리하기 위해, 분리 가능한 정도의 회절각이 필요하게 된다. 이 때문에, 편광분리소자의 톱니모양의 피치를 수십 ㎛ 정도로 작게할 필요가 있다. 이때, 톱니모양의 기울기를 균일하고 엄밀하게 설계할 필요가 있다. 이것은 톱니 형상의 기울기가 회절소자의 프레이즈(phrase)각에 상당하기 때문에, 이 형상 및 균일성이 회절파의 효율에 영향을 미친다. 결국, 톱니모양의 홈이 설계보다도 어긋나 버리면 회절파가 분산하여 버리고 편광분리소자에 의한 분리도가 저하하여 버린다는 과제가 발생한다.In order to separate the P wave and the S wave in the shape of the second lens array, a diffraction angle of a separable degree is required. For this reason, it is necessary to reduce the tooth pitch of the polarization splitting element to about several tens of micrometers. At this time, it is necessary to design the inclination of the sawtooth uniformly and strictly. This is because the inclination of the sawtooth is equivalent to the phrase angle of the diffraction element, and therefore the shape and uniformity affect the efficiency of the diffraction wave. As a result, when the sawtooth groove is out of alignment with the design, the problem arises that the diffraction wave is dispersed and the degree of separation by the polarization splitting element is lowered.

톱니모양의 홈의 간격의 폭을 크게 하면, 톱니 형상의 피치를 크게 할 수 있고 가공이 용이하게 된다. 이 경우, 분리각을 원래의 경우와 같은 정도 유지 사용하면, 액정의 셀 갭을 두껍게 할 필요가 있다. 그러나, 두꺼운 셀 갭에 액정을 균일하게배향시키는 것은 어렵고 백탁(白濁) 등의 현상이 발생하고, 편광분리소자의 투과도를 감소시켜 광이용 효율이 저하한다는 문제가 새롭게 발생한다.Increasing the width of the gap between the sawtooth grooves can increase the pitch of the sawtooth and facilitate the processing. In this case, when the separation angle is maintained at the same level as in the original case, it is necessary to thicken the cell gap of the liquid crystal. However, it is difficult to uniformly align the liquid crystal in a thick cell gap, causing a phenomenon such as cloudiness, and reducing the transmittance of the polarization splitting device.

프리즘을 사용한 편광분리소자에서는 일단 렌즈판에 의해 광속을 묶어 1열 걸러 프리즘 어레이에 입사한다. 그리고, 프리즘은 편광 빔 스플리터의 기능을 가지기 때문에, 예를 들면 S파를 투과하고 P파는 직각으로 반사하며, 또한 인접하는 프리즘에서 직각으로 반사되어 광의 전파방향이 앞선 S파와 같게 된다. 이후, 광로 중에 놓여진 1/2 파장판에 의해 90°편광방향이 회전되며 P파로 되어 출사한다.In a polarization splitting device using a prism, the light beam is bundled by a lens plate and is incident on the prism array every other row. Since the prism has the function of a polarizing beam splitter, for example, it transmits S waves and reflects P waves at right angles, and is reflected at right angles from adjacent prisms so that the propagation direction of light becomes the same as the preceding S waves. Subsequently, the 90 ° polarization direction is rotated by the 1/2 wave plate placed in the optical path and is emitted as a P wave.

이상과 같은 작용이 각 프리즘마다 행해지기 때문에, 렌즈판에 입사한 광파는 광속의 폭을 크게 바꾸는 일 없이 편광방향이 일치한 광속을 얻을 수 있다. 프리즘은 유전체 다층막과 굴절율 매칭을 취하기 위한 액체 또는 고체로 주변을 채운 큐브형상으로 구성된다. 편광분리도를 높이기 위해서는 유전체 다층막을 여러겹으로 성막할 필요가 있으며, 제조 코스트는 고가가 된다. 또, 분리막은 광의 전파방향을 90°구부리기 위해 45°로 배치하고 있다. 이 때문에, 하나의 프리즘을 구성하는 분리막의 크기에 따라 두께방향의 분리소자의 크기가 고정되며, 소자를 얇고 소형으로 할 수 없다는 과제가 발생한다.Since the above operation is performed for each prism, the light wave incident on the lens plate can obtain the light beam having the same polarization direction without significantly changing the width of the light beam. The prism is composed of a cube shape filled with a liquid or solid to obtain refractive index matching with the dielectric multilayer. In order to increase the degree of polarization separation, multiple layers of dielectric multilayer film need to be formed, and manufacturing cost becomes expensive. In addition, the separator is arranged at 45 degrees to bend the propagation direction of light by 90 degrees. For this reason, the size of the separation element in the thickness direction is fixed according to the size of the separation membrane constituting one prism, and a problem arises that the element cannot be made thin and small.

본 발명은 상기 종래기술의 과제를 해결하고, 편광선택제에 우수하고 회절효율이 높은 회절광학소자를 편광분리소자로서 사용한 광이용 효율이 높은 편광조명장치를 제공하는 것 및 이 편광조명장치와 투사광학게를 조합하여 밝은 투사영상을 형성할 수 있는 투사형표시장치를 실현하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the problems of the prior art, and provides a light utilization efficiency polarization lighting apparatus using a diffraction optical element excellent in polarization selector and having high diffraction efficiency as a polarization separation device, and the polarization lighting apparatus and projection optics It is an object of the present invention to realize a projection display device capable of forming a bright projection image by combining crabs.

또, 최근 카내비게이션용의 모니터나 개인으로 비디오나 화상정보의 시청을 목적으로 하기 위한 들고다니기 가능한 디스플레이의 용도가 증가하고 있지만, 이들은 헤드 업 디스플레이나 모바일 툴이라 불려지는 휴대전화를 시작으로 하는 휴대정보 단말용의 저소비전력 타입의 디스플레이로서 위치 정해지고 있다. 이와 같은 디스플레이에 대해서 요구되는 공통의 조건으로서는 소형, 경량, 박형, 저소비전력을 들 수 있다. 또, 헤드 업 디스플레이에서는 표시화면과 외계와의 전환을 행할 필요성도 있고, 화면이 투명, 즉, 씨쓰루(see-through) 화면인 것이 바람직하다.In addition, although the use of portable displays for the purpose of viewing video and image information on monitors for car navigation and personal use is increasing, they are mobile phones, including head-up displays and mobile phones called mobile tools. It is positioned as a low power consumption type display for information terminals. Common conditions required for such a display include small size, light weight, thin shape, and low power consumption. In the head-up display, it is also necessary to switch between the display screen and the outside world, and it is preferable that the screen is transparent, that is, a see-through screen.

현재, 이상과 같은 요구에 적합한 디스플레이로서는 액정소자를 사용한 것을 생각할 수 있다. 액정 디스플레이는 종래의 CRT와 같은 디스플레이에 비해, 안길이 면적이 적고 박형화를 실현할 수 있다. 또, 화소 사이즈의 소형화, 대용량화나 TFT소자의 도입 등에 의해 고정세화도 진행하고, 화질적으로도 점점 향상해가고 있다.At present, a display using a liquid crystal element can be considered as a display suitable for the above requirements. The liquid crystal display has a smaller depth area and a thinner thickness than a conventional display such as a CRT. In addition, high definition has been progressed by the reduction in pixel size, the increase in capacity, the introduction of TFT elements, and the like, and the picture quality has been gradually improved.

그러나 통상, 액정소자를 사용한 디스플레이의 화상표시 원리는 액정소자에 인가하는 전계의 크기에 의해 입사하는 광의 편광방향을 변조한다. 그리고, 액정소자의 전후에 크로스니콜로 배치한 편광자를 조합함으로써, 입사광의 편광상태에 의한 편광자의 투과도의 차를 사용하여 명암 등의 화상정보를 표시하는 것이다.Generally, however, the image display principle of a display using a liquid crystal element modulates the polarization direction of incident light by the magnitude of an electric field applied to the liquid crystal element. By combining the polarizers arranged in cross nicol before and after the liquid crystal element, image information such as light and dark is displayed by using the difference in the transmittance of the polarizer due to the polarization state of the incident light.

이와 같은 방식에서는 편광자는 흡수타입이기 때문에 광의 투과도는 그다지 높지 않다. 또한, 편광자를 크로스니콜로 조합하여 구성하고 있기 때문에, 이 편광자의 조합만의 상태에서는 광의 투과도는 거의 없고 흑의 상태이다. 따라서, 화상표시와 병행하여, 상기 액정패널을 통해서 외계의 정보를 얻는 것은 곤란하며, 씨쓰루 타입의 헤드 업 디스플레이로서의 사용은 할 수 없다는 문제가 있다.In this manner, the light transmittance is not so high because the polarizer is an absorption type. In addition, since the polarizer is formed by combining with cross nicol, in the state only of this polarizer combination, there is little light transmittance and it is a black state. Therefore, in parallel with image display, it is difficult to obtain external information through the liquid crystal panel, and there is a problem that it cannot be used as a see-through type head-up display.

또, 편광자는 광의 흡수에 의해 특정의 편파성분만을 투과시키는 구성이기 때문에, 편광자에 의해 흡수된 광은 내부에서 열로 변환된다. 입사하는 광량이 증가하면, 편광자 내부에서의 발열의 영향이 무시할 수 없게 되고, 편광자의 광변조작용의 기능의 저하나 소자의 열화란 문제가 발생한다.Moreover, since a polarizer is a structure which transmits only a specific polarization component by absorption of light, the light absorbed by a polarizer is converted into heat inside. When the amount of incident light increases, the influence of heat generation inside the polarizer cannot be ignored, and the problem of deterioration of the function of the light modulation function of the polarizer and element deterioration occurs.

액정 디스플레이는 CRT와 같은 자발광 타입의 디바이스에서는 없기 때문에, 화상표시용에 전용의 광원을 필요로 한다. 액정 디스플레이의 소비전력 중, 그 광원용에 사용되는 전력의 비율이 전체의 절반 정도를 차지하며 저소비전력화에 대한 장애가 되고 있다. 이 때문에, 전용의 조명용의 광원을 사용하는 일 없이 화상을 표시하는 방식이 검토되고 있다. 이것을 위한 방식으로서, 자연광이나 실내의 조명광과 같은 외부광을 광원으로서 사용하고 액정소자와 반사판을 조합한 반사형의 화상표시장치가 있다. 이 구성에 의하면 전용의 광원을 필요로 하지 않기 때문에 저소비전력화가 가능하게 된다.Since a liquid crystal display does not exist in a self-luminous type device such as a CRT, a dedicated light source is required for image display. Of the power consumption of the liquid crystal display, the ratio of power used for the light source accounts for about half of the total, which is an obstacle to lower power consumption. For this reason, the method of displaying an image, without using the exclusive illumination light source is examined. As a method for this, there is a reflection type image display apparatus in which external light such as natural light or indoor illumination light is used as a light source, and a liquid crystal element and a reflecting plate are combined. According to this configuration, since a dedicated light source is not required, low power consumption can be achieved.

상기의 방식에서는 조명광으로서 사용하는 외부광의 상태에 의해 화상의 표시상태가 변화하게 된다. 예를 들면, 야간 실내의 조명광이 어두운 경우나 조명광을 사용할 수 없는 장소에서 화상정보의 시청은 곤란하게 된다. 이 때문에, 내부의 광원으로서의 백라이트와 외부광을 사용하는 장소나 환경조건 등에 맞추어 전환을 행하며, 저소비전력화와 화상정보의 시청의 편리성을 겸비한 구성이 바람직하다.In the above manner, the display state of the image is changed by the state of external light used as illumination light. For example, viewing of image information becomes difficult when the illumination light in the night room is dark or in a place where the illumination light cannot be used. For this reason, it is desirable to switch between the backlight as an internal light source and the place where the external light is used, environmental conditions, and the like, and to have a low power consumption and convenient viewing of image information.

그러나, 외부광을 사용하기 위해서는 액정소자의 전면에 1장의 편광자를 둔 반사형의 구성을 취하는 것이 적합하고, 내부의 광원을 사용하기 위해서는 액정소자의 전후에 크로스니콜로 편광자를 배치한 투과형의 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이 양방식을 동시에 만족시키기 위해서는 편광자를 2장 사용한 구성을 취하는 것을 생각할 수 있지만, 흡수형의 편광자를 사용한 경우는 투과도가 낮고, 외부광에 의한 반사형에서의 화상표시에 있어서는 화면의 휘도가 현저하게 저하하고 화질이 열화한다. 따라서, 내부광원과 외부광과의 병용의 사용은 곤란하다는 문제가 있다.However, in order to use external light, it is suitable to take a reflection type structure having one polarizer on the front side of the liquid crystal element, and to use an internal light source, a transmissive type structure in which cross polarizers are arranged before and after the liquid crystal element. It is desirable to. In order to satisfy both methods simultaneously, it is conceivable to have a configuration using two polarizers. However, when an absorbing polarizer is used, the transmittance is low, and the brightness of the screen is remarkable in the image display in the reflection type by external light. Deterioration and image quality deteriorate. Therefore, there exists a problem that use of combined use with an internal light source and external light is difficult.

본 발명은 상기 종래기술의 과제를 해결하고, 편광선택제에 우수하며 회절효율이 높은 회절광학소자를 액정소자와 조합하여 화상표시장치를 구성하고, 씨쓰루형의 표시가 가능하며, 또 내부광원인 백라이트와 외부광과의 병용이 가능한 저소비전력형의 화상표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 회절광학소자를 굴절율 분포에 변조를 가지게 한 투과형으로서 사용함으로써, 광의 이용효율을 높이고, 화상표시와 동시에 조명광용의 도명장치로서의 다목적인 응용을 목표로 하는 것이다.The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, constitutes an image display device by combining a diffraction optical element excellent in polarization selector and high diffraction efficiency with a liquid crystal element, and enables a see-through display and is an internal light source. An object of the present invention is to provide a low power consumption image display device that can be used together with a backlight and external light. In addition, by using the diffractive optical element as a transmission type having modulation of the refractive index distribution, it is aimed at increasing the utilization efficiency of the light and for multi-purpose application as a lighting device for illuminating light simultaneously with image display.

한편, 이온교환 등에 의해 제작된 편광 선택성을 가지는 홀로그램소자를 사용하여 광기억매체로부터의 신호검출을 행하는 경우, 홀로그램소자의 회절효율에 의해 신호검출은 크게 영향을 받는다. 구체적으로는 광 디스크 등에 의해 반사되며, 위상판에 의해 편광방향이 초기와 직교하도록 변화되어 홀로그램소자로 입사한다.On the other hand, when the signal detection from the optical storage medium is carried out using a hologram element having polarization selectivity produced by ion exchange or the like, the signal detection is greatly influenced by the diffraction efficiency of the hologram element. Specifically, it is reflected by an optical disk or the like, and the polarization direction is changed to be orthogonal to the initial state by the phase plate, and is incident on the hologram element.

이때, 홀로그램소자의 회절효율이 낮으면 수광소자에 도달하는 광의 강도가 약하여 노이즈가 증가하고, 정확한 신호검출이 곤란하게 된다. 또한, 회절되지 않고 투과한 성분은 광원인 반도체 레이저에 조사되기 때문에, 반도체 레이저로 되돌아가는 광량의 증가에 의한 레이저발진의 불안정성이 발생하고, 광원 자체에서의 노이즈의 발생 등의 과제가 새롭게 발생해간다.At this time, when the diffraction efficiency of the hologram element is low, the intensity of light reaching the light receiving element is weak, so that the noise increases and accurate signal detection becomes difficult. In addition, since the components transmitted without diffraction are irradiated to the semiconductor laser as a light source, instability of laser oscillation occurs due to an increase in the amount of light returned to the semiconductor laser, and problems such as generation of noise in the light source itself are newly generated. Goes.

이 과제를 해결하기 위해서는, 홀로그램소자의 편광 선택성 및 회절효율을 향상시킬 필요가 있다. 현재 편광 선택성을 가지는 홀로그램소자로서 사용할 수 있는 형태로서는 2차원의 회절광학소자의 타입의 것이 있다. 이것은, 사각형의 격자형상에 대응하는 굴절율분표를 가지며, 입사하는 광의 파장에 대해서 인접한 격자마다 0과 π의 위상차를 발생시킨다. 이것을 통과하는 광은, 이 단형격자의 간격에 대응하는 특정방향으로 강하게 되는 결과로서 회절을 발생한다.In order to solve this problem, it is necessary to improve the polarization selectivity and diffraction efficiency of the hologram element. As a form which can be used as a hologram element currently having polarization selectivity, there exists a type of the two-dimensional diffraction optical element. This has a refractive index table corresponding to the rectangular lattice shape and generates a phase difference of 0 and π for each adjacent lattice with respect to the wavelength of incident light. The light passing through this generates diffraction as a result of being stronger in a specific direction corresponding to the spacing of the short lattice.

이와 같은 단형격자로 이루어지는 홀로그램소자에서는 2차원의 바이너리로 이루어지는 형상을 위해 회절파는 좌우대칭으로 발생한다. 이 때문에, 회절강도가 가장 큰 1차의 방향으로 집광되는 이상적인 회절효율조차, 40%정도로 제한된다는 문제가 있다. 또, 격자형상이 설계치에서 어긋난 경우, 0차 광강도를 시작으로 1차 광강도 이외의 고차(高次)로 회절되는 강도 비율이 증가한다. 따라서, 필요로 되는 1차 광강도가 저하하는 것만 아니고 고차로 회전된 광이 반도체 레이저로 되돌아가는 광으로서 작용하고, 상술한 바와 같은 레이저발진에 대해 노이즈를 발생시키는 원인이 된다는 문제도 발생한다.In the hologram element made of such a short lattice, diffraction waves are generated bilaterally and symmetrically for a shape consisting of two-dimensional binary. For this reason, there is a problem that even the ideal diffraction efficiency focused in the primary direction with the largest diffraction intensity is limited to about 40%. In addition, when the lattice shape deviates from the design value, the intensity ratio diffracted to a higher order other than the primary light intensity, starting with the zeroth order light intensity, increases. Therefore, not only the required primary light intensity is lowered but also the problem that high-rotated light acts as the light returning to the semiconductor laser causes noise to be generated for the laser oscillation as described above.

본 발명은 상기 종래기술의 과제를 해결하고, 편광 선택성에 우수하며 회절효율이 높은 광정보처리장치에 사용되는 회절광학소자 및 그 소자의 신뢰성이 높은 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide a diffractive optical element used in an optical information processing apparatus excellent in polarization selectivity and high in diffraction efficiency, and a highly reliable manufacturing method thereof.

(발명의 개시)(Initiation of invention)

본 발명은 상기 과제를 해결하는 것을 목적으로서 이루어진 것이다. 이 목적을 달성하기 위한 일군의 발명은 다음과 같이 구성되어 있다.This invention is made | formed in order to solve the said subject. A group of inventions for achieving this object is comprised as follows.

재료의 조성이 다른 복수의 영역을 가지고,Has a plurality of regions with different composition of materials,

상기 복수의 영역은 적어도 특정의 파장에 의해 경화하고 또 굴절율 이방성을 가지는 광경화형 액정으로 이루어지는 제 1의 영역과,The plurality of regions are formed of a photocurable liquid crystal having a refractive index anisotropy and cured at least by a specific wavelength;

상기 파장에 의해 비경화인 액정(이하, 비중합성액정이라 칭함)으로 이루어지는 제 2의 영역으로 형성되며,By the said wavelength, it forms in the 2nd area | region which consists of non-hardened liquid crystal (henceforth nonpolymerizable liquid crystal),

상기 광경화형 액정의 경화 후의 상광선에 대한 굴절율 및 이상광선에 대하는 굴절율이 상기 비중합성액정의 상광선에 대한 굴절율 및 이상광선에 대한 굴절율과 각각 거의 동일한 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.The refractive index with respect to the normal light and the abnormal light after hardening of the said photocurable liquid crystal is substantially the same as the refractive index with respect to the normal light and the refractive index with respect to the abnormal light of the said nonpolymerizable liquid crystal, respectively.

적어도, 입사광속에 대해서 편광 이방성을 가지고,At least, it has polarization anisotropy with respect to the incident light beam,

대개 제 1의 편광성분만 선택적으로 회절시키는 평판모양의 제 1 및 제 2의 홀로그램소자로 이루어지며,Usually composed of first and second hologram elements in the shape of plates that selectively diffract only the first polarization component,

상기 제 1의 홀로그램소자에 입사하는 입사광속과 광축이 이루는 각(θ0)과,An angle θ0 formed between the incident light beam and the optical axis incident on the first hologram element,

상기 입사광속이 상기 제 1의 홀로그램소자에 의해 회절된 제 1의 출력광속이 광축을 이루는 각도(θ1)와,An angle θ1 at which the incident light beam forms the optical axis of the first output light beam diffracted by the first hologram element,

상기 제 1의 출력광속이 상기 제 2의 홀로그램소자에 입사 후 회절되어 출력되는 제 2의 광속이 광축과 이루는 각도(θ2)가 이하의 식The angle θ2 of the second light flux diffracted after the first output light beam enters the second hologram element and is output is expressed by the following equation

| θ1 - θ2 | 〉 20| θ1-θ2 | 〉 20

| θ0 - θ2 | 〈 15| θ0-θ2 | 〈15

을 만족하는 것을 특징으로 하는 편광분리소자.Polarization separator, characterized in that to satisfy.

광원과 굴절율 이방성을 가지는 회절광학소자와 그것에 인접하여 배치된 전반사미러를 적어도 구비하고,At least a diffractive optical element having a light source and refractive anisotropy and a total reflection mirror disposed adjacent thereto,

상기 광원으로부터의 출사광의 한방향의 편파성분(P파 또는 S파)은 상기 회절광학소자를 투과하고 상기 반사미러에 의해 반사되며, 다시 상기 회절광학소자를 통과하여 출사하고,The polarization component (P wave or S wave) in one direction of the light emitted from the light source passes through the diffraction optical element and is reflected by the reflecting mirror, and then passes through the diffraction optical element and exits.

상기 출사광에 대해 대개 직교하는 성분(S파 또는 P파)은 상기 회절광학소자의 회절작용에 의해 전파방향을 변화하여 출사할 때, 상기 회절광학소자로부터의 회절파와 상기 전반사미러로부터의 반사파와의 전파방향이 대개 동일하며 상대적인 출사각도가 다르도록 상기 회절광학소자의 소정 파면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 편광조명장치.When the component (S wave or P wave) orthogonal to the emitted light is emitted by changing the propagation direction by the diffraction action of the diffractive optical element, the diffracted wave from the diffractive optical element and the reflected wave from the total reflection mirror And a predetermined wavefront of the diffractive optical element is formed such that the propagation directions of are substantially the same and the relative emission angles are different.

광원과,With a light source,

화소를 형성하기 위해 패터닝된 투명도전성 전극을 구비한 대향하는 2장의 투명절연성 기판으로 끼워진 액정층을 가지는 액정소자와,A liquid crystal element having a liquid crystal layer sandwiched by two opposing transparent insulating substrates having a transparent conductive electrode patterned to form a pixel;

액정소자의 양측에 배치된 회절광학소자와,Diffraction optical elements arranged on both sides of the liquid crystal element,

를 적어도 포함하여 구성되며,It is configured to include at least,

광원으로부터의 출사광은 한쪽의 회절광학소자에 입사하여 회절되며,The light emitted from the light source is incident on one diffractive optical element and diffracted

상기 회절광학소자로의 입사광량의 대개 1/2이 액정소자에 입사하고,About 1/2 of the amount of incident light to the diffractive optical element is incident on the liquid crystal element,

상기 액정소자의 각 화소마다 변조되며,Modulated for each pixel of the liquid crystal device,

상기 변조도에 따라 다른쪽의 회절광학소자를 통과 후의 광의 전파방향이 다른 작용에 의해 화상표시를 행하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.An image display apparatus according to the modulation degree, wherein image display is performed by an operation in which the propagation direction of light after passing through the other diffractive optical element is different.

편광을 방사하는 레이저, 상기 레이저에서 출사하는 레이저광을 광기억매체 상에 수속하기 위항 광학 렌즈, 상기 광기억매체에 의해 반사되는 레이저광의 편광방향을 출사시의 광의 편광방향에 대해서 대개 직각방향으로 회전시키기 위한 위상판, 상기 반사광의 광로 중에 배치되어 소정 파면을 생성하는 회절광학소자 및 상기 회절광학소자에서 회절되는 광을 검출하기 위한 수광소자를 적어도 구성요소로 하는 광정보처리장치에 사용되는 회절광학소자에 있어서, 상기 회절광학소자가 굴절율 이방성을 가지는 광학매체를 사용하여 형성되어 있고, 또한 상기 광기억매체에 의해 반사되며, 상기 회절광학소자를 투과 후의 레이저광의 전광량에 대해 1차의 방향으로 회절되는 광량의 비율이 대개 1/2 이상이 되도록 소정 파면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회절광학소자.The polarization direction of the laser emitting radiation, the optical lens for converging the laser light emitted from the laser onto the optical storage medium, and the polarization direction of the laser light reflected by the optical storage medium in a direction perpendicular to the polarization direction of the light at the time of emission. Diffraction used in an optical information processing apparatus having at least a component comprising a phase plate for rotating, a diffraction optical element disposed in an optical path of the reflected light to generate a predetermined wavefront, and a light receiving element for detecting light diffracted by the diffraction optical element In the optical element, the diffractive optical element is formed by using an optical medium having refractive index anisotropy, and is reflected by the optical memory medium, and has a primary direction with respect to the total light amount of the laser light after passing through the diffractive optical element. Characterized in that a predetermined wavefront is formed so that the ratio of the amount of light diffracted by Diffraction optical element.

서로 거의 평행하게 배치되며, 각각 서로에 거의 같은 소정의 편광성분을 선택적으로 회절시키는 평판상의 제 1 및 제 2의 홀로그램소자를 구비하고,A first and second hologram elements on a plate disposed substantially parallel to each other and selectively diffracting a predetermined polarization component that are substantially equal to each other,

상기 제 1의 홀로그램소자에 입사하고, 상기 제 1 및 상기 제 2의 홀로그램소자에 의해 회절되어 상기 제 2의 홀로그램소자에서 출사하는 회절광속과,A diffracted light beam incident on the first hologram element, diffracted by the first and second hologram elements, and exiting the second hologram element;

상기 제 1의 홀로그램소자에 입사하고, 상기 제 1 및 상기 제 2의 홀로그램소자를 투과하여 상기 제 2의 홀로그램소자에서 출사하는 투과광속이 이루는 각도가 0°를 초과하며, 또 15°미만임과 동시에,The angle formed by the transmitted light beam incident on the first hologram element, transmitted through the first and second hologram elements and exiting the second hologram element is greater than 0 ° and less than 15 °. ,

상기 제 1의 홀로그램소자에 입사하고, 상기 제 1 및 제 2의 홀로그램소자에 의해 회절되는 광속에서 각각의 홀로그램소자에 입사하는 광속과 각각의 홀로그램소자에 의해 회절된 광속이 이루는 각도가 각각 20°를 초과하는 것을 특징으로 하는 편광분리소자.The angle between the light flux incident on the first hologram element and the light flux incident on each hologram element at the light flux diffracted by the first and second hologram elements and the light flux diffracted by each hologram element are each 20 °. Polarization splitter, characterized in that exceeding.

인가되는 전압에 따라서, 입사한 광의 편광방향을 변조하는 액정소자와,A liquid crystal element for modulating the polarization direction of incident light in accordance with an applied voltage;

상기 액정소자의 양면측에 각각 배치되며, 소정의 편광성분을 선택적으로 회절시키는 한편, 상기 소정의 편광성분과 편광방향이 직교하는 편광성분을 투과시키는 제 1 및 제 2의 한쌍의 회절광학소자를 구비한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.First and second pairs of diffractive optical elements disposed on both sides of the liquid crystal element and selectively diffracting a predetermined polarization component, and transmitting a polarization component orthogonal to the predetermined polarization component and the polarization direction. An image display device comprising:

물체광과 참조광을 간섭시켜서 작성되는 홀로그램소자에 있어서, 상기 물체광이 거의 평행한 광속(이하, 물체광속이라고 칭함)이며, 상기 참조광이 발광수단으로부터 발광되는 제 1의 광속을 집광 및 전파시키는 조명수단으로부터의 출력광속과 거의 등가인 파면을 가지는 광속(이하, 참조광속이라 칭함)인 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.A hologram element produced by interfering an object light and a reference light, wherein the object light is an almost parallel luminous flux (hereinafter referred to as an object luminous flux), wherein the reference light condenses and propagates a first luminous flux emitted from the light emitting means. A hologram element characterized in that it is a luminous flux (hereinafter referred to as a reference luminous flux) having a wavefront substantially equivalent to the output luminous flux from the means.

적어도, 화상표시수단과, 상기 화상표시 수단을 조명하는 조명수단을 구비하고, 상기 화상표시 수단은 상기 화상표시 수단에 입사하는 상기 조명수단으로부터의 조명광을 변조하여 출력함으로써 화상을 표시하고, 상기 조명수단은 적어도 발광수단과, 상기 발광수단의 출력광속을 집광하는 제 1의 집광수단과, 상기 제 1의 집광수단의 출력광속의 파면을 변환하는 제 1의 파면변환 수단으로 이루어지며, 상기 제 1의 파면변환 수단은 상기 제 1의 집광수단의 출력광속의 파면과 거의 등가인 제 1의 광속과, 제 2의 광속을 간섭시켜서 형성한 제 1의 홀로그램소자인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.At least an image display means and illumination means for illuminating the image display means, wherein the image display means displays an image by modulating and outputs illumination light from the illumination means incident on the image display means, and the illumination The means comprises at least light emitting means, first condensing means for condensing the output light flux of the light emitting means, and first wavefront converting means for converting the wavefront of the output light flux of the first condensing means. And the wavefront converting means is a first hologram element formed by interfering a first luminous flux and a second luminous flux substantially equivalent to a wavefront of the output luminous flux of said first condensing means.

복수의 미소영역으로 이루어지는 회절광학소자에 있어서, 상기 미소영역의 출력광속은 상기 회절광학소자의 법선방향과 소정의 각도로 교차하는 평면 상에서 대개 서로 중첩하는 광속인 것을 특징으로 하는 회절광학소자.A diffractive optical element comprising a plurality of micro-regions, wherein the output light flux of the micro-regions is a light beam which generally overlaps each other on a plane intersecting at a predetermined angle with a normal direction of the diffractive optical element.

본 발명은 밝고, 고품위인 화면을 표시하는 화상표시장치 및 상기 화상표시장치에 사용되는 홀로그램소자에 관한 것이다.The present invention relates to an image display apparatus for displaying a bright and high quality screen and a hologram element used in the image display apparatus.

또, 입사광속을 다른 편광성분으로 분리하는 편광분리소자 및 그것을 사용하여 구성하고, 화상을 투여하여 표시하는 투사형 화상표시장치에 관한 것이다.The present invention also relates to a polarization splitting element that separates an incident light beam into another polarization component, and a projection type image display device configured by using the same and administering and displaying an image.

또, 편광분리소자를 사용하여 편광방향이 일치한 균일한 조명광을 얻는 편광조명장치 및 편광조명장치에서 출사된 편광광을 라이트밸브(light valve)에 의해 변조하여 화상을 확대 표시하는 투사형 표시장치에 관한 것이다.In addition, a polarization illumination device that obtains uniform illumination light having the same polarization direction by using a polarization splitting device, and a projection display device that enlarges and displays an image by modulating the polarization light emitted from the polarization illumination device by a light valve. It is about.

또, 화상표시용의 모니터, 휴대정보 단말용의 표시장치, 차재용(車載用) 또는 개인 사용용의 헤드업 디스플레이, 및 도로 교통표식 또는 정보표시 등에 사용되는 화상표시장치 및 조명광용의 조명장치에 관한 것이다.In addition, the monitor for image display, the display device for the portable information terminal, the head-up display for vehicle use or personal use, and the image display device used for road traffic sign or information display, and the illumination device for illumination light, etc. It is about.

또, 레이저광을 사용하여 광 디스크나 광자기 디스크 등의 광 기억매체에 기록되는 정보의 기록이나 판독 등을 행하기 위한 광 헤드나 광 픽업 등을 포함하는 광 정보처리장치 및 그것에 사용되는 회절 광학소자에 관한 것이다.Further, an optical information processing apparatus including an optical head, an optical pickup, or the like for recording or reading information recorded on an optical storage medium such as an optical disk or a magneto-optical disk using a laser light, and diffraction optics used therein It relates to an element.

도 1은 종래의 투사형 화상표시장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional projection image display apparatus.

도 2는 종래의 화상표시장치의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a conventional image display apparatus.

도 3은 종래의 투사형 화상표시장치에 사용하는 인터그레이터를 나타내는 구성도이다.3 is a configuration diagram showing an integrator used in a conventional projection type image display apparatus.

도 4는 종래의 투사형 화상표시장치에 사용하는 인터그레이터를 나타내는 구성도이다.4 is a configuration diagram showing an integrator used in a conventional projection type image display apparatus.

도 5는 실시형태 1에서 구성한 화상표시장치의 구성도이다.5 is a configuration diagram of the image display device configured in the first embodiment.

도 6은 화상표시장치에 사용하는 홀로그램소자를 제작하기 위한 광속의 조명방법을 나타내는 도면이다.Fig. 6 is a diagram showing a method of illuminating a light beam for producing a hologram element for use in an image display apparatus.

도 7은 화상표시장치에 사용하는 홀로그램소자를 제작하기 위한 광속의 조명방법을 나타내는 도면이다.7 is a diagram showing a method of illuminating a light beam for producing a hologram element used in an image display apparatus.

도 8은 화상표시장치에 사용하는 홀로그램소자를 제작하기 위한 광속의 조명방법을 나타내는 도면이다.8 is a diagram showing a method of illuminating a light beam for producing a hologram element used in an image display apparatus.

도 9는 화상표시장치에 사용하는 홀로그램소자를 제작하기 위한 입사광속을 발생시키는 원리도이다.9 is a principle diagram for generating an incident light beam for manufacturing a hologram element used in an image display apparatus.

도 10은 화상표시장치에 사용하는 홀로그램소자를 제작하기 위한 입사광속을 발생시키는 원리도이다.Fig. 10 is a principle diagram for generating an incident light beam for manufacturing a hologram element for use in an image display device.

도 11은 실시형태 1에서 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.11 is a configuration diagram of another image display device constructed in the first embodiment.

도 12는 실시형태 1에서 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.12 is a configuration diagram of another image display device constructed in the first embodiment.

도 13은 실시형태 1에서 구성한 화상표시장치의 구성도이다.Fig. 13 is a configuration diagram of the image display device constructed in the first embodiment.

도 14는 실시형태 1에서 구성한 다른 화상표시장치의 구성이다.14 is a configuration of another image display device constructed in the first embodiment.

도 15는 실시형태 1에서 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.FIG. 15 is a configuration diagram of another image display device constructed in the first embodiment. FIG.

도 16은 실시형태 1에서 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.16 is a configuration diagram of another image display device constructed in the first embodiment.

도 17은 실시형태 2에서 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.17 is a configuration diagram of another image display device constructed in the second embodiment.

도 18은 실시형태 3에서 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.18 is a configuration diagram of another image display device constructed in the third embodiment.

도 19는 동일하게 다른 화상표시장치에 사용하는 편광변환소자를 나타내는 도면이다.19 is a diagram showing a polarization conversion element used for another image display device in the same manner.

도 20은 실시형태 1의 화상표시장치의 구성도이다.20 is a configuration diagram of the image display device of Embodiment 1. FIG.

도 21은 홀로그램소자를 제작하기 위한 광학계의 구성도이다.21 is a configuration diagram of an optical system for manufacturing a hologram element.

도 22는 실시형태 2의 화상표시장치의 구성도이다.Fig. 22 is a configuration diagram of the image display device of the second embodiment.

도 23은 실시형태 3의 화상표시장치의 구성도이다.23 is a configuration diagram of an image display device of a third embodiment.

도 24는 실시형태 4의 화상표시장치의 구성도이다.24 is a configuration diagram of an image display device of a fourth embodiment.

도 25는 실시형태 5의 화상표시장치의 구성도이다.25 is a configuration diagram of an image display device of a fifth embodiment.

도 26은 일실시형태로 구성한 화상표시장치의 구성도이다.Fig. 26 is a configuration diagram of the image display device constructed in one embodiment.

도 27은 회절광학소자의 평면도이다.27 is a plan view of a diffractive optical element.

도 28은 일실시형태로 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.Fig. 28 is a configuration diagram of another image display device constructed in one embodiment.

도 29는 일실시형태로 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.29 is a configuration diagram of another image display device constructed in one embodiment.

도 30은 일실시형태로 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.30 is a configuration diagram of another image display device constructed in one embodiment.

도 31은 일실시형태로 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.31 is a configuration diagram of another image display device constructed in one embodiment.

도 32는 회절광학소자의 평면도이다.32 is a plan view of a diffractive optical element.

도 33은 홀로그램소자의 제작방법의 설명도이다.33 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the hologram element.

도 34는 홀로그램소자의 다른 제작방법의 설명도이다.34 is an explanatory diagram of another method for manufacturing the hologram element.

도 35는 일실시형태로 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.35 is a configuration diagram of another image display device constructed in one embodiment.

도 36은 일실시형태로 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.36 is a configuration diagram of another image display device constructed in one embodiment.

도 37은 일실시형태로 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.37 is a configuration diagram of another image display device constructed in one embodiment.

도 38은 일실시형태로 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.38 is a diagram illustrating the configuration of another image display device constructed in one embodiment.

도 39는 일실시형태로 구성한 다른 화상표시장치의 구성도이다.39 is a configuration diagram of another image display device constructed in one embodiment.

도 40의 (a)는 일실시형태로 구성한 홀로그램소자의 구성 및 액정분자의 배열 및 각 영역의 굴절율을 나타내는 도면이다.40A is a diagram showing the configuration of the hologram element constructed in one embodiment, the arrangement of liquid crystal molecules, and the refractive index of each region.

도 40의 (b)는 일실시형태로 구성한 홀로그램소자의 구성 및 액정분자의 배열 및 각 영역의 굴절율을 나타내는 도면이다.FIG. 40B is a diagram showing the configuration of the hologram element constructed in one embodiment, the arrangement of liquid crystal molecules, and the refractive index of each region.

도 41은 일실시형태로 구성한 홀로그램소자의 비스듬하게 입사하는 광속에 대한 기능 및 각 영역의 굴절율을 나타내는 도면이다.FIG. 41 is a diagram showing the function of the hologram element constructed in one embodiment with respect to the obliquely incident light flux and the refractive index of each region. FIG.

도 42의 (a)는 다른 실시형태로 구성한 홀로그램소자의 구성 및 액정분자의 배열 및 각 영역의 굴절율을 나타내는 도면이다.FIG. 42A is a diagram showing a configuration of a hologram element constructed in another embodiment, an arrangement of liquid crystal molecules, and a refractive index of each region.

도 42의 (b)는 다른 실시형태로 구성한 홀로그램소자의 구성 및 액정분자의 배열 및 각 영역의 굴절율을 나타내는 도면이다.FIG. 42B is a diagram showing the configuration of a hologram element constructed in another embodiment, the arrangement of liquid crystal molecules, and the refractive index of each region.

도 43은 일실시형태로 구성한 편광분리소자의 구성도이다.43 is a configuration diagram of a polarization splitter configured in one embodiment.

도 44는 일실시형태로 구성한 편광분리소자의 하나의 프로세스에서 액정의 배향상태를 표시한 평면도이다.FIG. 44 is a plan view showing the alignment state of liquid crystal in one process of polarization splitting element constructed in one embodiment. FIG.

도 45는 일실시형태로 구성한 편광분리소자의 하나의 프로세스에서 액정의 배향상태 및 입력되는 간섭고의 강도분포를 나타낸 모식도이다.Fig. 45 is a schematic diagram showing the intensity distribution of the alignment state of the liquid crystal and the input interference height in one process of the polarization splitting device constructed in one embodiment.

도 46은 일실시형태로 구성한 편광분리소자에서 액정의 배향상태를 표시한 모식도이다.FIG. 46 is a schematic diagram showing an alignment state of liquid crystals in the polarization splitting device configured in one embodiment. FIG.

도 47은 일실형태로 구성한 편광분리소자의 효율을 표시한 도면이다.Fig. 47 is a view showing the efficiency of the polarization splitting element constructed in a single room.

도 48은 회절광학소자의 내부구성의 일예를 나타내는 단면도이다.48 is a cross-sectional view showing an example of an internal configuration of a diffractive optical element.

도 49의 (a)는 회절광학소자의 각도 및 파장의존성의 일예를 나타내는 도면이다.FIG. 49A shows an example of angle and wavelength dependence of a diffractive optical element.

도 49의 (b)는 회절광학소자의 각도 및 파장의존성의 일예를 나타내는 도면이다.FIG. 49B is a diagram showing an example of angle and wavelength dependency of the diffractive optical element.

도 50은 회절광학소자를 사용한 편광조명장치의 일실시형태의 구성도이다.50 is a configuration diagram of an embodiment of a polarization lighting apparatus using a diffractive optical element.

도 51은 회절광학소자를 사용한 편광조명장치의 일실시형태의 구성도이다.Fig. 51 is a configuration diagram of an embodiment of a polarization lighting apparatus using a diffractive optical element.

도 52는 회절광학소자를 사용한 편광조명장치의 일실시형태의 구성도이다.52 is a configuration diagram of an embodiment of a polarization lighting apparatus using a diffractive optical element.

도 53은 회절광학소자를 사용한 편광조명장치의 일실시형태의 구성도이다.53 is a configuration diagram of an embodiment of a polarization lighting apparatus using a diffractive optical element.

도 54는 회절광학소자를 사용한 편광조명장치의 일실시형태의 구성도이다.54 is a configuration diagram of an embodiment of a polarization lighting apparatus using a diffractive optical element.

도 55는 회절광학소자를 사용한 투사형 표시장치의 일실시형태의 구성도이다.55 is a configuration diagram of an embodiment of a projection display device using a diffractive optical element.

도 56은 회절광학소자를 사용한 편광조명장치의 일실시형태의 구성도이다.56 is a configuration diagram of an embodiment of a polarization lighting apparatus using a diffractive optical element.

도 57은 홀로그램소자를 사용한 화상표시장치의 구성도이다.Fig. 57 is a configuration diagram of the image display device using the hologram element.

도 58의 (a)는 투과형의 컬러 표시타입의 투사형 표시장치의 일실시형태를 나타내는 구성도이다.Fig. 58A is a block diagram showing one embodiment of the transmissive color display type projection display device.

도 58의 (b)는 투과형의 컬러 표시타입의 투사형 표시장치의 일실시형태를 나타내는 구성도이다.58B is a configuration diagram showing an embodiment of the transmissive color display type projection display device.

도 59의 (a)는 반사형의 컬러 표시타입의 투사형 표시장치의 일실시형태를 나타내는 구성도이다.FIG. 59A is a block diagram showing an embodiment of a reflective display device of a color display type. FIG.

도 59의 (b)는 는 투과형의 컬러 표시타입의 투사형 표시장치의 일실시형태를 나타내는 구성도이다.Fig. 59 (b) is a block diagram showing an embodiment of the transmissive color display type projection display device.

도 60은 회절광학소자를 사용한 화상표시장치의 일실시형태의 구성도이다.60 is a configuration diagram of an embodiment of an image display apparatus using a diffractive optical element.

도 61은 회절광학소자를 사용한 화상표시장치의 다른 실시형태의 구성도이다.Fig. 61 is a configuration diagram of another embodiment of the image display device using the diffractive optical element.

도 62는 회절광학소자를 사용한 반사형의 화상표시장치의 일실시예의 형태의 구성도이다.Fig. 62 is a configuration diagram of an embodiment of a reflection type image display apparatus using the diffractive optical element.

도 63은 회절광학소자를 사용한 백라이트 병용의 반사형의 화상표시장치의 일실시형태의 구성도이다.Fig. 63 is a configuration diagram of an embodiment of a reflection type image display apparatus for a backlight combination using a diffraction optical element.

도 64는 회절광학소자를 사용한 화상표시장치의 일실시형태의 구성도이다.64 is a configuration diagram of an embodiment of an image display apparatus using a diffractive optical element.

도 65는 회절광학소자를 사용한 화상표시장치 및 조명장치로서의 일실시형태의 구성도이다.Fig. 65 is a configuration diagram of one embodiment as an image display device and an illumination device using diffractive optical elements.

도 66은 회절광학소자를 사용한 화상표시장치의 일실시형태의 구성도이다.66 is a configuration diagram of an embodiment of an image display apparatus using a diffractive optical element.

도 67은 회절광학소자를 사용한 소형 화상표시장치의 일실시형태의 구성도이다.67 is a configuration diagram of an embodiment of a compact image display device using the diffractive optical element.

도 68의 (a)는 홀로그램소자를 사용한 다른 구성의 화상표시장치의 구성도이다.FIG. 68A is a block diagram of an image display apparatus having another configuration using a hologram element.

도 68의 (b)는 홀로그램소자를 사용한 다른 구성의 화상표시장치의 구성도이다.FIG. 68B is a diagram showing the configuration of an image display device having another configuration using a hologram element.

도 69의 (a)는 다른 실시형태의 화상표시장치에 사용되는 홀로그램소자의 구성도이다.69 (a) is a block diagram of a hologram element used in the image display device of another embodiment.

도 69의 (b)는 다른 실시형태의 화상표시장치에 사용되는 홀로그램소자의 구성도이다.69B is a configuration diagram of a hologram element used in the image display device of another embodiment.

도 70은 회절광학소자를 사용한 광정보처리장치의 일실시형태의 구성도이다.70 is a configuration diagram of an embodiment of an optical information processing apparatus using the diffractive optical element.

도 71의 (a)는 일축성의 광학매체의 굴절율 타원체에 의거하는 굴절율 변조의 일예를 나타내는 도면이다.FIG. 71A is a diagram showing an example of refractive index modulation based on the refractive index ellipsoid of the uniaxial optical medium.

도 71의 (b)는 일축성의 광학매체의 굴절율 타원체에 의거하는 굴절율 변조의 일예를 나타내는 도면이다.FIG. 71B is a diagram showing an example of refractive index modulation based on the refractive index ellipsoid of the uniaxial optical medium.

도 72는 회절광학소자의 제조방법의 일실시형태에서 구성한 광학계를 나타내는 도면이다.Fig. 72 is a view showing the optical system constructed in one embodiment of the method for manufacturing a diffractive optical element.

도 73은 회절광학소자의 제조방법의 일실시형태로 구성한 광학계를 나타내는 도면이다.Fig. 73 is a diagram showing an optical system constructed as one embodiment of the method for manufacturing a diffractive optical element.

도 74는 종래의 직시형의 액정표시장치의 구성도이다.Fig. 74 is a configuration diagram of a conventional direct view type liquid crystal display device.

도 75의 (a)는 종래의 광 스위치의 구성 및 각 영역의 굴절율을 나타내는 도면이다.FIG. 75A shows the structure of a conventional optical switch and the refractive index of each region. FIG.

도 75의 (b)는 종래의 광 스위치의 구성 및 각 영역의 굴절율을 나타내는 도면이다.FIG. 75B is a diagram showing the configuration of a conventional optical switch and the refractive index of each region. FIG.

도 76의 (a)는 비스듬한 입사광에 대한 종래의 광 스위치의 기능 및 각 영역의 굴절율을 나타내는 도면이다.Fig. 76 (a) is a diagram showing the function of a conventional optical switch and the refractive index of each region with respect to oblique incident light.

도 76의 (b)는 비스듬하게 입사하는 광속의 굴절율 이방성을 나타내는 굴절율 타원체의 구성도이다.FIG. 76B is a configuration diagram of an index ellipsoid that exhibits refractive index anisotropy of an obliquely incident light beam. FIG.

도 77은 종래의 편광증명장치의 구성도이다.77 is a block diagram of a conventional polarization authentication device.

도 78은 종래의 다른 편광증명장치의 구성도이다.78 is a configuration diagram of another conventional polarization authentication device.

도 79는 종래예의 액정표시장치의 구성도이다.79 is a configuration diagram of a liquid crystal display device of a conventional example.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)(The best mode for carrying out the invention)

실시예에 의거하여 본 발명의 내용을 구체적으로 설명한다.Based on the Example, the content of this invention is demonstrated concretely.

(실시형태 A1 - 1)(Embodiment A1-1)

마이크로 컬러필터를 구비한 한장의 화상표시소자를 사용하여 풀(full)컬러화상을 표시하는 이른바 단판방식의 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of a so-called single-plate type image display apparatus that displays a full color image using a single image display element equipped with a micro color filter will be described.

화상표시장치(101)은 도 5에 나타내는 바와 같이, 램프(102)와 리플렉터(103)로 이루어지는 조명광학부(104)와, 회절광학소자인 홀로그램소자(105)와 화상표시소자(106)와 투사렌즈(107)가 설치되어 구성되어 있다.As shown in Fig. 5, the image display apparatus 101 includes an illumination optical unit 104 composed of a lamp 102 and a reflector 103, a hologram element 105 and an image display element 106, which are diffractive optical elements, and projection. The lens 107 is provided and comprised.

상기 램프(102)로서는, 예를 들면 정격출력이 400와트의 메탈 할라이드 램프가 사용된다. 이 램프(102)의 발광영역의 형상은 거의 원통모양이고, 광축방향의 발광영역(아크)의 길이는 약 4밀리 이다. 또한, 램프(102)로서는 메탈 할라이드 램프에 한정하지 않고, 할로겐 램프나 크세논 램프, 초고압 수은램프 등을 사용할 수도 있다.As the lamp 102, for example, a metal halide lamp having a rated output of 400 watts is used. The shape of the light emitting region of the lamp 102 is almost cylindrical, and the length of the light emitting region (arc) in the optical axis direction is about 4 millimeters. The lamp 102 is not limited to a metal halide lamp but may be a halogen lamp, a xenon lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, or the like.

상기 리플렉터(103)는 반사면이 방물면을 이루도록 형성되며, 램프(102)는 발광영역의 중심축이 방물면의 광축에 거의 일치하고, 상기 방물면의 초점과 발광영역의 중심이 거의 일치하도록 배치되어 있다. 단, 램프(102)는 이상적인 점광원이 아니라, 발광영역이 어느 정도의 크기를 가지고 있기 때문에, 반사광속(P)은 엄밀하게 평행하게 진행하는 광속은 아니다.The reflector 103 is formed such that the reflecting surface forms an object surface, and the lamp 102 has a central axis of the light emitting area substantially coinciding with the optical axis of the object surface, and the focal point of the object surface and the center of the light emitting area are substantially coincident. It is arranged. However, since the lamp 102 is not an ideal point light source, and the light emitting area has a certain size, the reflected light beam P is not a light beam that proceeds strictly in parallel.

홀로그램소자(105)는 상기와 같은 반사광속(P)을 거의 정확하게 평행한 평행광속(평면파)(Q)으로 변환하여 화상표시소자(106)에 입사시키도록 되어 있다. 즉 반사광속(P)이 참조광으로서 입사되는 것에 의해 평행광속(Q)이 물체광으로서 재생 출력된다. 상기 홀로그램소자(105)는 예를 들면 적, 녹 및 청의 파장의 3종류의 레이저광을 사용하여 다중노광하여 형성되지만, 상세에 관하여는 후술한다.The hologram element 105 is configured to convert the reflected light beam P as described above into a parallel light beam (plane wave) Q which is almost exactly parallel and enter the image display device 106. In other words, when the reflected light beam P is incident as the reference light, the parallel light beam Q is reproduced and output as the object light. The hologram element 105 is formed by multiple exposure using, for example, three types of laser light of red, green, and blue wavelengths, but details thereof will be described later.

화상표시소자(106)는 각 화소마다 적, 녹 또는 청의 광을 투과시키는 영역이 형성된 마이크로 컬러필터와, 각 화소마다 투과하는 광의 광량을 제어하는 액정패널을 구비하고, 각 화소마다 투과하는 광을 휘도 변조하여, 휘도 변조된 광속(R)을 투사렌즈(107)에 입사시키도록 되어 있다.The image display element 106 includes a micro color filter in which a region for transmitting red, green, or blue light is formed for each pixel, and a liquid crystal panel for controlling the amount of light transmitted for each pixel. Luminance modulation is performed so that the luminance modulated light beam R is incident on the projection lens 107.

투사렌즈(107)는 입사한 광속을 도시하지 않은 스크린에 확대 투사하도록 되어 있다.The projection lens 107 is configured to enlarge and project the incident light beam onto a screen (not shown).

상기와 같이, 홀로그램소자(105)에 의해, 리플렉터(103)로부터의 반사광속(P)이 평행광속(Q)으로 변환되는 것에 의해, 램프(102)가 고출력이고 발광영역이 큰 경우라도, 이상적인 점광원을 사용한 경우와 동일한 광속을 얻을 수 있다. 그러므로, 홀로그램소자(105)를 사용하지 않는 경우에 비하여, 1.2배의 투사효율, 즉 1.2배 밝은 투사화상을 얻을 수 있다.As described above, the hologram element 105 converts the reflected light beam P from the reflector 103 into the parallel light beam Q, which is ideal even when the lamp 102 has a high output and a large light emitting area. The same luminous flux as in the case of using a point light source can be obtained. Therefore, as compared with the case where no hologram element 105 is not used, a projection image 1.2 times brighter, i.e., 1.2 times brighter, can be obtained.

다음에, 상기 홀로그램소자(105) 및 그 제작방법에 대해서 상세하게 설명한다.Next, the hologram element 105 and its manufacturing method are explained in full detail.

이 홀로그램소자(105)는 상기 반사광속(P)과 거의 등가인 파면을 가지는 참조광으로서의 광속(이하 「실광속」이라 함) 및 상기 평행광속(Q)과 거의 등가인 파면을 가지는 물체광으로서의 광속(이하 「이상광속」이라 함)을 예를 들면 포토폴리머 등의 홀로그램재료에 조사하여 2광속 간섭고를 형성하는 것에 의해 제작된다. 이것에 의해, 홀로그램소자(105)는 리플렉터(103)로부터의 반사광속(P)을 참조광으로서 입사시키는 것에 의해, 물체광으로서 상기와 같이 거의 정확하게 평행한 평행광속(Q)을 출사시킬 수 있다.The hologram element 105 has a light beam as a reference light having a wavefront substantially equivalent to the reflected light beam P (hereinafter referred to as a "real light beam") and a light beam as an object light having a wavefront substantially equivalent to the parallel light beam Q. (Hereinafter referred to as "ideal light beam") is produced by irradiating hologram material such as a photopolymer to form a two-beam interference beam. As a result, the hologram element 105 can emit the parallel light beam Q which is almost exactly parallel as described above as the object light by injecting the reflected light beam P from the reflector 103 as the reference light.

여기서, 광속과 파면에 대해서 간단하게 설명한다. 일반적으로 광은 정현적으로 진동하는 파동으로서 하기(수 1)에서 기술할 수 있다.Here, the light beam and wavefront will be described briefly. In general, light can be described below (Equation 1) as a sinusoidally oscillating wave.

(수 1)(Wed 1)

u = Aexpi(ωt - k ·r)u = Aexpi (ωt-kr)

단, A는 복수진폭, i는 허수단위, ω는 각속도, t는 시각, k는 진동벡터, r은 공간의 좌표를 결정하는 위치벡터이다.Where A is a plural amplitude, i is an imaginary unit, ω is an angular velocity, t is time, k is a vibration vector, and r is a position vector that determines coordinates in space.

이 진동벡터와 수직인 면을 일반적으로 파면이라 부른다.The plane perpendicular to this vibration vector is generally called the wavefront.

광속이란 복수의 광파(光波)(파동으로서의 광)가 집중한 것이며, 등방성의 매질 중에서는 파동벡터가 광파의 진행방향을 의미하므로, 「광속의 파면」을 「복수의 광파의 파면의 집합체」로 정의한다.The luminous flux is a concentration of a plurality of light waves (light as waves), and in an isotropic medium, the wave vector means the traveling direction of the light wave, so the wave front of the light beam is referred to as a "package of wave fronts of a plurality of light waves". define.

또, 예를 들면 「반사광속(P) 또는 평행광속(Q)(실광속 또는 이상광속)과 거의 등가인 파면」이란, 「반사광속(P) 또는 평행광속(Q)에 포함되는 이른바 광파의 파면과 대강 같은 파면을 가지는 광파의 집합체」로 정의한다.In addition, for example, "a wavefront substantially equivalent to the reflected light beam P or parallel light beam Q (real light beam or an abnormal light beam)" means the so-called light wave included in the reflected light beam P or parallel light beam Q. Waveguide and a collection of light waves having roughly the same wavefront ".

또, 예를 들면 「반사광속(P) 또는 평행광속(Q)와 거의 등가인 파면을 가지는 광속」이란, 「반사광속(P) 또는 평행광속(Q)에 포함되는 이른바 광파의 파면과 거의 같은 파면을 가지는 광파의 집합체인 광속」으로 정의한다.For example, the "light beam having a wavefront substantially equivalent to the reflected light beam P or the parallel light beam Q" is almost the same as the wavefront of the so-called light wave included in the reflected light beam P or the parallel light beam Q. Luminous flux, which is an aggregate of light waves having a wavefront.

홀로그램소자(105)는 도 6에 나타내는 바와 같이, 각각 실광속 발생수단(110) 또는 이상광속 발생수단(111)에서 출력되는 가간섭인 실광속(S)와 이상광속(T)을 하프미러(112)를 통하여 홀로그램재료(113)에 동일방향에서 조사하고, 간섭고를 발생시키는 것에 의해 투과형의 홀로그램소자로서 형성된다. 또, 도 7에 나타내는 바와 같이, 하프미러(112)를 통하지 않고, 실광속(S)과 이상광속(T)을 직접 홀로그램재료(113)에 조사하도록 해도 좋다. 또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 홀로그램재료(113)의 양면측에서 실광속(S)과 이상광속(T)을 조사하는 것에 의해 릿프만형의 홀로그램소자로서 형성하도록 해도 좋다. 또한 도 6 ~ 도 8에서는 편의상 실광속 발생수단(110)이 램프(102)와 리플렉터(103)을 가지고, 이상광속 발생수단(111)이 점광원(111a)과 리플렉터(111b)를 가지도록 그려져 있지만, 이것은 실광속 발생수단(110)이 상기 램프(102)에서 리플렉터(103)을 통하여 출력되는 반사광속(P)과 거의 등가인 파면을 가지는 실광속을 출력하는 한편, 이상광속 발생수단(111)이 상기 거의 정확하게 평행한 평행광속(Q)과 거의 등가인 파면을 가지는 이상광속을 출력하도록 구성되어 있는 것을 나타내는 것이다.As shown in FIG. 6, the hologram element 105 is a half mirror (S) and an ideal light beam T, which are interferences output from the real light beam generating means 110 or the abnormal light beam generating means 111, respectively. The hologram material 113 is irradiated in the same direction through 112, and an interference height is generated to form a hologram element of transmission type. As shown in FIG. 7, the real light beam S and the abnormal light beam T may be directly irradiated to the hologram material 113 without passing through the half mirror 112. In addition, as shown in FIG. 8, the real light flux S and the abnormal light beam T may be irradiated from both sides of the hologram material 113 to be formed as a Luffman type hologram element. 6 to 8, the real luminous flux generating means 110 has a lamp 102 and a reflector 103 for convenience, and the abnormal luminous flux generating means 111 is drawn to have a point light source 111a and a reflector 111b. However, this means that the actual luminous flux generating means 110 outputs a real luminous flux having a wavefront substantially equivalent to the reflected luminous flux P output from the lamp 102 through the reflector 103, while the abnormal luminous flux generating means 111 ) Is configured to output an abnormal light beam having a wavefront which is almost equivalent to the parallel light beam Q which is almost exactly parallel.

상기 홀로그램재료(113)로서는 예를 들면 염유제(표백타입)이나, 철을 도핑한 니오브산 리튬 등의 포토리프렉티브(photorefractive)결정, 중크롬산젤라틴, 포토폴리머의 일반적인 홀로그램재료, 간섭고를 요철(凹凸)의 변화로서 기록하는 포토레지스트(이것은 2광속간섭이 아니라 계산등에 의거하여 제작하는 경우, 전자빔 묘화, 이온빔에칭, 엠보싱(embossing)법 등으로 형성된다), 포토사모플라스틱, UV튜어러블(curable)액정, 액정폴리머와 포토레지스트의 혼합물 등을 사용할 수도 있다.As the hologram material 113, for example, a photorefractive crystal such as a salt oil (bleaching type) or iron-doped lithium niobate, gelatin dichromate, a general hologram material of a photopolymer, and an interference height are uneven ( I) Photoresist recording as a change in change (this is formed by electron beam writing, ion beam etching, embossing, etc., if produced by calculation, etc., not by two-beam interference), photolithographic plastic, UV flexible A liquid crystal, a mixture of a liquid crystal polymer and a photoresist may be used.

상기 실광속 발생수단(110) 및 이상광속 발생수단(111)은, 구체적으로는 예를 들면 각각 이하와 같은 3개의 구성의 것을 사용할 수 있다. 먼저, 각 구성의 개요에 대해서 설명한다.Specifically, for example, the real light beam generating means 110 and the abnormal light beam generating means 111 may be ones having the following three configurations, respectively. First, the outline | summary of each structure is demonstrated.

실광속 발생수단(110)의 제 1의 구성은, 화상표시장치(101)의 램프(102)에서의 발광영역과 같은 형상을 가지고, 가간섭 광속을 발생하는 모의 발광체를 사용하여, 이 모의발광체로부터의 광속을 화상표시장치(101)의 리플렉터(103)와 같은 리플렉터로 반사시키는 실광속(S)으로 하도록 한 것이다.The first configuration of the real light beam generating means 110 has the same shape as the light emitting area in the lamp 102 of the image display apparatus 101, and simulates the light emitting body using a simulated light emitting body that generates coherent light flux. The luminous flux from the luminous flux is reflected as a real luminous flux S that reflects the luminous flux from the reflector 103 of the image display apparatus 101.

제 2의 구성은 리플렉터나 모의발광체 등을 사용하는 일 없이, 상기 제 1의 구성에서의 리플렉터(103)에서 반사되는 실광속(S)과 거의 등가인 발산각 등의 광속을 직접 발생시키도록 한 것이다.The second constitution allows direct generation of light beams such as divergence angles substantially equivalent to the actual luminous flux S reflected by the reflector 103 in the first constitution without using a reflector, a simulated light emitter, or the like. will be.

제 3의 구성은 상기 제 1의 구성, 또는 제 2의 구성에 의해 발생한 실광속(S)(물체광)과, 소정의 광속(참조광)을 간섭시켜서 마스터-홀로그램을 제작하고, 이 마스터-홀로그램에 상기 소정의 광속과 같은 광속(참조광)을 조사하고, 실광속(S)(물체광)을 재생하도록 한 것이다.In the third configuration, a master hologram is produced by interfering a real light beam S (object light) generated by the first or second configuration with a predetermined light beam (reference light). The light beam (reference light), which is the same as the predetermined light beam, is irradiated to reproduce the real light beam S (object light).

또, 이상광속 발생수단(111)의 제 1의 구성은 실광속 발생수단(110)의 제 1의 구성과 같은 모의발광체와 리플렉터를 사용하는 것이다. 단, 모의발광체로서, 이상적인 램프의 발광영역의 형상, 즉 점광원을 모방한 사이즈가 작은 것을 사용함과 동시에, 리플렉터로서, 정밀도가 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다.The first configuration of the abnormal luminous flux generating means 111 is to use the same simulated light emitter and reflector as the first configuration of the real luminous flux generating means 110. However, it is preferable to use a small light emitting area of an ideal lamp, i.e., a size that emulates a point light source, as a simulated light emitter and a high precision reflector.

제 2의 구성은 실광속 발생수단(110)의 제 2의 구성과 같이 리플렉터나 모의발광체 등을 사용하는 일 없이, 이상광속(T) 그것을 직접 발생시키도록 한 것이다.The second configuration is to generate the abnormal light beam T directly without using a reflector, a simulated light emitter, or the like as the second configuration of the real light beam generating means 110.

제 3의 구성은 역시 실광속 발생수단(110)의 제 3의 구성과 같이, 상기 제 1의 구성 또는 제 2의 구성에 의해 발생한 이상광속(T)(물체광)과, 소정의 광속(참조광)을 간섭시켜서 제작한 마스터-홀로그램을 사용한 것이다.The third configuration is the same as the third configuration of the actual luminous flux generating means 110, the abnormal luminous flux T (object light) generated by the first or second configuration, and the predetermined luminous flux (reference light). ) Is a master-hologram produced by interfering with).

이하, 상기 실광속 발생수단(110) 및 이상광속 발생수단(111)의 각 구체적인 구성에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, each specific configuration of the actual luminous flux generating means 110 and the abnormal luminous flux generating means 111 will be described in detail.

실광속 발생수단(110)의 제 1의 구성은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 리플렉터(121)의 내부에 모의발광체(122)가 미세한 침모양의 지지부재(도시하지 않음)에 지지되어 배치된 것이다. 상기 리플렉터(121)는 화상표시장치(101)의 리플렉터(103)과 같은 형상의 것이 사용된다. 여기서, 리플렉터(103, 121)의 형상은 홀로그램소자(105)로부터 어떠한 광속을 출력시키는가에 관계없이 설정할 수 있다. 즉, 화상표시장치(101)에서 실제로 홀로그램소자(105)에서 출력되는 광속은 이상광속(T)과 등가인 것이 되기 때문에, 예를 들면 리플렉터(103, 121)에 타원면경을 사용하여, 홀로그램소자(105)에서 점광원과 방물면경으로부터 얻어지는 것과 등가인 평행광속을 출력시키도록 하거나, 리플렉터(103, 121)에 방물면경을 사용하여 홀로그램소자(105)에서 타원면경이나 구면경에서 얻어지는 것과 등가인 수속광속을 출력시키도록 하는 것도 가능하다.In the first configuration of the actual light beam generating means 110, as shown in FIG. 9, the simulated light emitting body 122 is supported by a fine needle-shaped support member (not shown) and disposed inside the reflector 121. will be. The reflector 121 has the same shape as that of the reflector 103 of the image display apparatus 101. Here, the shapes of the reflectors 103 and 121 can be set regardless of which luminous flux is output from the hologram element 105. That is, since the luminous flux actually output from the hologram element 105 in the image display apparatus 101 becomes equivalent to the abnormal luminous flux T, for example, an ellipsoidal mirror is used for the reflectors 103 and 121, and the hologram element is used. A procedure equivalent to that obtained from an ellipsoidal or spherical mirror in the hologram element 105 by outputting a parallel light beam equivalent to that obtained from a point light source and a parabolic mirror at 105, or by using a parabolic mirror at the reflectors 103 and 121 It is also possible to output the luminous flux.

또, 상기 모의발광체(122)의 형상 및 위치는, 화상표시장치(101)의 램프(102)에서의 발광영역과 같이 설정되어 있다. 구체적으로는 예를 들면 램프(102)가 상기와 같이 메탈 할라이드 램프인 경우에는 원주형이고, 그 장축이 리플렉터(121)의 광축에 거의 일치하도록 배치된다. 또, 램프(102)가 크세논 램프인 경우에는 거의 구모양이고, 그 중심이 리플렉터(121)의 광축 상에 위치하도록 배치된다. 또, 모의발광체(122)는 광의 반사성을 가지는 재료로 이루어지며, 리플렉터(121)의 개구부(121a)에서 입사한 레이저광(U)을 리플렉터(121) 내에서 산란시켜서, 실광속(S)을 발생시키도록 되어 있다. 즉, 램프(102)의 발광영역과 같은 형상으로 가간섭 광속을 발생하는 발광체를 형성하는 것은 곤란하지만, 상기와 같이 모의발광체(122)를 사용하는 것에 의해, 용이하게 같은 광속을 발생시켜서 실광속(S)을 얻을 수 있다. 모의발광체(122)의 구체적인 재료로서는 알루미늄이나 스테인레스 등의 금속재료를 사용하거나, 유리나 세라믹, 또는 수지재료 등의 표면에 광의 반사성을 가지는 금속박막 등을 형성한 것을 사용할 수 있다. 또, 모의발광체(122)의 표면은 기계적 또는 화학적인 가공 등에 의해 약간의 산란성을 가지게 하는 것이 바람직하다. 또한, 모의발광체(122)의 표면에 램프(102)의 발광관(석영 등으로 이루어지는 구모양 등의 케이싱(casing))과 등가인 석영이나 유리 등의 피복을 시행해도 좋다.The shape and position of the simulated light emitting body 122 are set in the same manner as the light emitting area in the lamp 102 of the image display apparatus 101. Specifically, for example, when the lamp 102 is a metal halide lamp as described above, the lamp 102 is columnar, and the long axis thereof is arranged to substantially coincide with the optical axis of the reflector 121. In addition, when the lamp 102 is a xenon lamp, it is substantially spherical shape, and the center is arrange | positioned so that it may be located on the optical axis of the reflector 121. As shown in FIG. In addition, the simulated light emitter 122 is made of a material having light reflectivity, and scatters the laser light U incident from the opening 121a of the reflector 121 in the reflector 121, thereby realizing the actual light flux S. It is supposed to generate. That is, although it is difficult to form the light-emitting body which generate | occur | produces coherent light beam in the same shape as the light emitting area of the lamp 102, by using the simulated light-emitting body 122 as mentioned above, it is easy to generate | occur | produce the same light beam and to make a real light flux. (S) can be obtained. As a specific material of the simulated light emitter 122, a metal material such as aluminum or stainless may be used, or a metal thin film or the like having light reflectivity may be used on the surface of glass, ceramic, or a resin material. In addition, it is preferable that the surface of the simulated light emitting body 122 has some scattering property by mechanical or chemical processing or the like. Further, the surface of the simulated light emitting body 122 may be coated with quartz, glass, or the like equivalent to a light emitting tube (casing such as a sphere made of quartz or the like) of the lamp 102.

또한, 레이저광(U)을 모의발광체(122)의 전표면에 걸쳐 조사하기 위해서는 레이저광(U)을 조사하거나, 리플렉터(121)에서의 복수의 개구부(121a)에서 동시에, 또는 순차 조사하도록 하면 된다. 또, 순차 조사하는 경우에는 홀로그램재료(113)를 다중노광하도록 하면 된다. 또한, 램프(102)에서의 발광영역의 내부에서 발광시키는 광속에 대해서도, 정확하게 파면 변환을 행할 수 있도록 하기 위해서는 상기 모의발광체(122)보다도 작은 외형을 가지는 여러개의 모의발광체를 사용하여, 홀로그램재료(113)를 다중노광하도록 하면 된다. 이것에 의해, 한층 파면 변환효율을 향상시킬 수 있다. 또, 모의발광체(122)에서 산란된 광속 중, 리플렉터(121)에서 반사되지 않고 직접 홀로그램재료(113)에 도달하는 광속도 발생하지만, 이것에 의해 화상표시장치(101)의 사용시 램프(102)에서 직접 조사되는 광속도 유효하게 사용할 수 있는 홀로그램소자(105)를 형성할 수 있다. 즉, 램프(102)에서 직접 조사되는 광속은 발산각이 크기 때문에 종래의 화상표시장치에서는 거의 화상표시소자(106)를 통해서 투사렌즈(107)에 도달하지 않아, 유효하게 사용할 수 없었지만, 본 발명에 의하면, 그와 같은 광속도 유효하게 사용되어, 한층 투사효율을 높게 할 수 있다. 또, 레이저광(U)은 가시광영역의 어느쪽의 파장의 것을 사용하여도 좋지만, 3원색에 대응하는 파장의 것을 순차 사용하여 홀로그램재료(113)를 다중노광하면, 보다 높은 효율로 파면 변환을 행할 수 있도록 할 수 있다.In addition, in order to irradiate the laser beam U over the entire surface of the simulated light emitting body 122, the laser light U is irradiated, or simultaneously or sequentially irradiated from the plurality of openings 121a in the reflector 121. do. In the case of sequentially irradiating, the hologram material 113 may be subjected to multiple exposure. Also, in order to accurately perform wavefront conversion on the luminous flux emitted inside the light emitting area of the lamp 102, a plurality of simulated light emitters having a smaller appearance than that of the simulated light emitter 122 are used. 113 may be subjected to multiple exposure. As a result, the wavefront conversion efficiency can be improved. Also, among the luminous fluxes scattered by the simulated light emitter 122, the luminous flux that directly reaches the hologram material 113 without being reflected by the reflector 121 is generated, but this causes the lamp 102 to use when the image display apparatus 101 is used. It is possible to form the hologram element 105 which can be used effectively the light speed irradiated directly. That is, since the luminous flux irradiated directly from the lamp 102 has a large divergence angle, in the conventional image display apparatus, the projection lens 107 is hardly reached through the image display element 106, and thus it cannot be effectively used. According to this method, such an optical speed can be effectively used to further increase the projection efficiency. The laser light U may use any wavelength in the visible light region. However, when the hologram material 113 is subjected to multiple exposures sequentially using wavelengths corresponding to three primary colors, wavefront conversion is performed with higher efficiency. I can do it.

실광속 발생수단(110)의 제 2의 구성은, 예를 들면 리플렉터(103)가 도 10에 나타내는 바와 같은, 하기 (수2)에서 표시되는 방물선을 Z(광축)축주위에 회전시킨 방물면경인 경우, 예를 들면 동도의 A점을 지나, 광속(S1 ~ S2)의 범위의 각도에서 발산하는 광속을 실광속(S)으로 하도록 한 것이다.The second configuration of the actual light beam generating means 110 is a room in which the reflector 103 is rotated around the Z (optical axis) axis as shown in Fig. 10, for example, as shown in Fig. 10. In the case of a water mirror, for example, the luminous flux emanating at an angle in the range of luminous fluxes S1 to S2 after passing the A point of the same degree is set to be the true luminous flux S.

(수 2)(Wed 2)

z = x2/ 2p + p/2z = x 2 / 2p + p / 2

단, p는 정의 정수이다.Provided that p is a positive integer.

즉, 램프(102)의 발광영역이 메탈 할라이드 램프와 같이 원통모양으로서 방물면의 초점 F(p, 0)를 중심으로 하여 점 C (p + Δz, 0)과 점 D (p - Δz, 0)과의 사이에 위치하는 경우, 초점 F에서 방물면 상의 점 A를 향해 발광시킨 광속은 점 A에서 z축에 평행한 방향(S0)으로 진행하고, 점 C, D에서 발광시킨 광속은 S0와 각도 Δθ1 또는 Δθ2를 이루는 방향으로 진행한다. 거기서, 예를 들면 x축을 포함하고 z축에 수직인 평면 상에 평면모양의 모의발광면(131)을 배치하면, 이 모의발광면(131)의 표면측에서 조사된 레이저광의 반사광, 또는 이면측에서 조사된 레이저광의 투과광이, 상기 S0, S1, S2 등의 방향으로 진행하도록, 모의발광면(131)의 표면형상을 형성하는 것에 의해, 실광속(S)을 얻을 수 있다. 보다 구체적으로는 예를 들면 시트모양의 수지재료나 금속재료, 플라스틱재료, 또 이들의 표면에 포토레지스트층을 형성한 것 등에 전자빔 노광이나 엠보싱 가공, 이온빔에칭 등에 의해 톱날모양, 계단모양 등의 요철을 형성하는 것에 의해, 상기와 같은 모의발광면(131)을 구성할 수 있고, 이 모의발광면(131)에 레이저광을 조사하여 반사 또는 투과시켜 얻어지는 실광속(S)으로 홀로그램재료(113)를 노광하는 것에 의해, 홀로그램소자(105)을 형성할 수 있다.That is, the light emitting area of the lamp 102 is a cylindrical shape like a metal halide lamp, and has a point C (p + Δz, 0) and a point D (p-Δz, 0) centering on the focal point F (p, 0) of the object surface. ), The luminous flux emitted from the focal point F toward the point A on the object plane proceeds in a direction S0 parallel to the z-axis at the point A, and the luminous flux emitted from the points C and D is S0 and It progresses in the direction which makes the angle (DELTA) (theta) 1 or (DELTA) (theta) 2. For example, when the planar simulated light emitting surface 131 is disposed on a plane including the x axis and perpendicular to the z axis, the reflected light of the laser light irradiated from the surface side of the simulated light emitting surface 131 or the back side The actual light beam S can be obtained by forming the surface shape of the simulated light emitting surface 131 so that the transmitted light of the laser beam irradiated in the above progresses in the directions S0, S1, S2 and the like. More specifically, for example, unevenness such as saw blade shape or step shape by electron beam exposure, embossing, ion beam etching, etc., for example, a sheet-shaped resin material, a metal material, a plastic material, or a photoresist layer formed on the surface thereof. The above-described simulated light emitting surface 131 can be formed, and the hologram material 113 is formed at a real light flux S obtained by reflecting or transmitting the laser light to the simulated light emitting surface 131. The hologram element 105 can be formed by exposing.

실광속 발생수단(110)의 제 3의 구성은, 상술과 같이, 상기 제 1의 구성, 또는 제 2의 구성에 의해 발생한 실광속(S)과, 소정의 광속과의 2광속 간섭고를 홀로그램재료에 기록하여 마스터-홀로그램을 제작하고, 이 마스터-홀로그램에 상기 소정의 광속과 동일한 광속을 조사하여, 실광속(S)을 재생하도록 한 것이다. 이와 같은 마스터-홀로그램을 사용하는 것에 의해, 제 1의 구성 또는 제 2의 구성에 의해 다중노광을 행하는 경우와 동일한 홀로그램소자(105)를 1회의 노광으로 제작할 수 있다. 또한, 마스터-홀로그램의 재료로서는 상기 홀로그램소자(105)의 홀로그램재료(113)에 대해서 설명한 바와 같은 여러가지의 것을 사용할 수 있다.As for the 3rd structure of the real light beam generating means 110, as mentioned above, the 2nd light beam interference height of the real light beam S generated by the said 1st structure or the 2nd structure, and the predetermined light beam is a hologram material. The master-hologram was produced by recording on the same, and the master-hologram was irradiated with the same luminous flux as the predetermined luminous flux to reproduce the real luminous flux S. FIG. By using such a master-hologram, the same hologram element 105 as in the case of performing multi-exposure with a 1st structure or a 2nd structure can be manufactured by one exposure. In addition, as the material of the master-hologram, various ones as described for the hologram material 113 of the hologram element 105 can be used.

또, 이상광속 발생수단(111)의 제 1의 구성은, 상기 실광속 발생수단(111)의 제 1의 구성과 같이 모의발광체와 리플렉터를 사용하는 것이지만, 모의발광체로서 상술과 같이 점광원을 모방한 사이즈가 작은 것을 사용하는 점 및 리플렉터로서, 실제의 화상표시장치(101)에서 사용되는 리플렉터(103)의 형상이나 정밀도에 관계없이, 소망의 이상광속이 얻어지는 형상 및 정밀도의 리플렉터를 사용하는 점이 다르다. 즉, 이상광속으로서 평행광속을 얻는 경우에는 방물면경을 사용하고, 모의발광체를 방물면의 초점에 배치하면 된다. 또, 소정의 1점에 집광하는 광속을 얻는 경우에는 타원면경을 사용하고, 모의발광체를 한쪽의 초점에 배치하거나. 구면경을 사용하여 모의발광체를 구면의 중심으로 배치하면 된다.In addition, although the 1st structure of the abnormal light beam generating means 111 uses the simulated light emitting body and a reflector like the 1st structure of the said real light beam generating means 111, it simulates a point light source as mentioned above as a simulated light emitting body. As a point of using one having a smaller size and a reflector, regardless of the shape and precision of the reflector 103 used in the actual image display apparatus 101, the point of using the reflector of the shape and precision at which a desired abnormal light beam is obtained is obtained. different. That is, when obtaining a parallel light beam as an ideal light beam, a parabolic mirror may be used and the simulated light emitting body may be arranged at the focal point of the water surface. In addition, when obtaining the luminous flux which condenses at a predetermined | prescribed point, an ellipsoidal mirror is used and a simulated light emitting body is arrange | positioned at one focal point. The spherical mirror can be used to place the simulated light emitter into the center of the sphere.

이상광속 발생수단(111)의 제 2의 구성은, 상술과 같이 리플렉터나 모의발광체 등을 사용하는 일 없이, 이상광속(T) 그것을 직접 발생시키도록 한 것으로, 예를 들면 레이저광을 굴절광학계에 의해 확대하는 등 하여, 거의 평면파로 한 평행광속이나 수속광속, 발산광속 등을 발생시키도록 한 것이다.The second configuration of the abnormal light beam generating means 111 is to cause the abnormal light beam T to be generated directly without using a reflector, a simulated light emitter, or the like as described above. This is to enlarge, for example, to generate a parallel light beam, a converged light beam, a divergent light beam, and the like which are substantially planar waves.

이상광속 발생수단(111)의 제 3 구성은, 상기 제 1의 구성, 또는 제 2의 구성에 의해 발생한 이상광속(T)과, 소정의 광속과의 2광속 간섭고를 홀로그램재료에 기록하여 마스터-홀로그램을 제작하고, 이 마스터-홀로그램에 상기 소정의 광속과 같은 광속을 조사하여, 이상광속(T)을 재생하도록 한 것이다.The third configuration of the abnormal luminous flux generating means 111 records the two-beam interference height between the abnormal luminous flux T generated by the first or second configuration and the predetermined luminous flux on the hologram material, thereby master-writing The hologram was fabricated, and the master-hologram was irradiated with the same light beam as the predetermined light beam so as to reproduce the abnormal light beam T.

(실시형태 A1 - 2)(Embodiment A1-2)

화상표시장치의 다른 예를 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는 상기 실시형태 A1 - 1과 같은 기능을 가지는 구성요소에 대해서는 동일의 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.Another example of the image display apparatus will be described. In addition, in the following description, about the component which has the same function as the said Embodiment A1-1, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

홀로그램소자(105)는 상기와 같이 평행광속(Q)을 출력하는 것에 한정하지 않고, 도 11에 나타내는 바와 같이 투사렌즈(107)의 입사동공에 결상되는 수속광속(Q1)을 출력하도록 해도 좋다. 이와 같은 홀로그램소자(105)는 이상광속 발생수단(111)에 의해, 소정의 1점을 향해 수속하는 광속을 발생시키는 것에 의해 제작할 수 있다.The hologram element 105 is not limited to outputting the parallel luminous flux Q as described above, but may output the convergent luminous flux Q1 formed in the incident pupil of the projection lens 107 as shown in FIG. Such a hologram element 105 can be produced by generating the luminous flux converged toward a predetermined point by the abnormal luminous flux generating means 111.

상기와 같은 수속광속(Q1)을 출력하는 홀로그램소자(105)를 사용하는 것에 의해, 더욱 투사효율이 향상하고, 홀로그램소자(105)를 사용하지 않는 경우에 비하여 1.5배 밝은 투사화상을 표시시킬 수 있다.By using the hologram element 105 which outputs the converging luminous flux Q1 as described above, the projection efficiency is further improved, and a projection image 1.5 times brighter than when the hologram element 105 is not used can be displayed. have.

(실시형태 A1 - 3)(Embodiment A1-3)

상기와 같은 방물면경의 리플렉터(103)를 대신하여, 도 12에 나타내는 바와 같이, 구면경의 리플렉터(141)와 집광렌즈(142)를 사용하도록 해도 좋다. 이 경우 홀로그램소자(105)는 실광속 발생수단(110)에 의해, 집광렌즈(142)에서 출력되는 광속과 같은 광속을 발생시킴과 동시에, 이상광속 발생수단(111)에 의해 평행광속을 발생시키는 것에 의해, 제작할 수 있고, 실시형태 A1 - 1과 같은 평행광속(Q2)을 출력시킬 수 있다. 또한, 실시형태 A1 - 2와 같이, 이상광속 발생수단(111)에 의해, 소정의 1점을 향해 수속하는 광속을 발생시켜서 홀로그램소자(105)를 제작하고, 투사렌즈(107)의 입사동공에 결상되는 수속광속이 출력되도록 해도 좋다.As shown in FIG. 12, you may use the spherical reflector 141 and the condensing lens 142 instead of the reflector 103 of the objective mirror as mentioned above. In this case, the hologram element 105 generates the same luminous flux as the luminous flux output from the condensing lens 142 by the real luminous flux generating means 110 and simultaneously generates parallel luminous flux by the abnormal luminous flux generating means 111. It can manufacture by this and can output the parallel light beam Q2 similar to Embodiment A1-1. In addition, as in the embodiment A1-2, the abnormal light beam generating means 111 generates the light beam converging toward a predetermined point to produce the hologram element 105, and to enter the incident pupil of the projection lens 107. The converging luminous flux to be formed may be output.

(실시형태 A1 - 4)(Embodiment A1-4)

또한, 도 13에 나타내는 바와 같이 타원면경의 리플렉터(143)을 사용하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 램프(102)를 타원면의 한쪽의 초점부근에 배치하는 것에 의해, 리플렉터(143)로부터의 반사광은 다른쪽의 초점부근에 집광하는 광속으로 된다. 단, 램프(102)의 발광영역이 어느 정도의 크기를 가지기 때문에, 리플렉터(143)로부터의 반사광은 정확하게는 다른쪽의 초점으로 집광하지 않지만, 이와 같은 광속이더라도, 이상광속 발생수단(111)에 의해 소정의 1점을 향해 수속하는 광속을 발생시켜 제작된 홀로그램소자(105)를 사용하는 것에 의해, 실시형태 A1 - 2와 같이 투사렌즈(107)의 입사동공에 결상되는 수속광속(Q3)을 얻을 수 있다. 또한, 상기와 같이 타원면경의 리플렉터(143)를 사용하는 경우에서의 이상광속 발생수단(111)에 의해 평행광속을 발생시켜서 제작된 홀로그램소자를 사용하여 실시형태 A1 - 1과 같은 평행광속을 출력시키도록 해도 좋다.In addition, as shown in FIG. 13, you may use the reflector 143 of an ellipsoidal mirror. In this case, by arranging the lamp 102 near one focal point of the ellipsoid, the reflected light from the reflector 143 becomes the luminous flux condensing near the other focal point. However, since the light emitting area of the lamp 102 has a certain size, the reflected light from the reflector 143 is not condensed to the other focal point exactly, but even with such a luminous flux, the abnormal luminous flux generating means 111 By using the hologram element 105 produced by generating a light beam converging toward a predetermined point by one, the convergent light beam Q3 formed in the incident pupil of the projection lens 107 as in Embodiment A1-2 is used. You can get it. In addition, the parallel light flux as in Embodiment A1-1 is outputted using the hologram element manufactured by generating the parallel light beam by the abnormal light beam generating means 111 in the case of using the reflector 143 of an ellipsoidal mirror as mentioned above. You may do so.

(실시형태 A1 - 5)(Embodiment A1-5)

광원 광을 적, 녹, 청의 3원색의 광으로 색 분리하고, 각각의 색의 광에 대응한 3장의 투과형의 화상표시소자를 사용하여 풀컬러화상을 표시하는, 이른바 3판방식의 화상표시장치의 예를 설명한다.The so-called three-plate type image display apparatus which separates light source light into three primary colors of red, green, and blue, and displays full color images using three transmissive image display elements corresponding to the light of each color. An example will be described.

화상표시장치(115)에는 도 14에 나타내는 바와 같이, 실시형태 A1 - 1과 같이 램프(102)와 리플렉터(103)로 이루어지는 조명광학부(104)와, 홀로그램소자(105)가 설치되고, 홀로그램소자(105)에서 평행광속(Q)이 출력되도록 되어 있다. 이 평행광속(Q)은 다이크로익 밀러(152, 153)에 의해 적, 녹, 청의 3원색의 광속으로 분리되고, 전반사미러(154) 및 콘덴서렌즈(155)를 통하여, 적, 녹, 청의 화소에 대응하는 액정패널(156 ~ 158)에 입사하여 휘도 변조된 후, 전반사미러(159) 및 다이크로익 미러(160, 161)에 의해 구성되는 색 합성계에 의해 합성되며, 투사렌즈(107)에 의해 도시하지 않는 스크린에 확대 투사되도록 되어 있다.As shown in FIG. 14, the image display apparatus 115 is provided with the illumination optical part 104 which consists of the lamp 102 and the reflector 103, and the hologram element 105 like the embodiment A1-1. At 105, parallel light beam Q is output. The parallel beams Q are separated into three primary colors of red, green, and blue by the dichroic mirrors 152 and 153, and are red, green, and blue through the total reflection mirror 154 and the condenser lens 155. The luminance is modulated by entering the liquid crystal panels 156 to 158 corresponding to the pixels, and then synthesized by a color combining system constituted by the total reflection mirror 159 and the dichroic mirrors 160 and 161, and the projection lens 107. It is designed to enlarge and project on a screen not shown.

상기와 같은 3판방식의 화상표시장치(151)에서는 단판방식에 비하여 광로길이가 길게 된다. 이 때문에 종래의 화상표시장치에서는 광속의 발산에 의한 로스(loss)가 크게 되는 것이지, 상기와 같이 홀로그램소자(105)를 사용하는 것에 의해 거의 완전한 평행광속(Q)이 얻어지기 때문에, 밝은 투사화상을 표시시킬 수 있다.In the three-plate type image display apparatus 151 as described above, the optical path length is longer than that of the single-plate type. For this reason, in the conventional image display apparatus, the loss due to the divergence of the luminous flux is increased, but since the almost complete parallel luminous flux Q is obtained by using the hologram element 105 as described above, a bright projection image is obtained. Can be displayed.

(실시형태 A1 - 6)(Embodiment A1-6)

반사형의 화상표시소자를 사용한 3판방식의 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of a three-plate type image display apparatus using a reflective image display element will be described.

화상표시장치(171)에는 도 15에 나타내는 바와 같이, 실시형태 A1 - 1과 같이 램프(102)와 리플렉터(103)로 이루어지는 조명광학부(104)와, 홀로그램소자(105)가 설치되어, 홀로그램소자(105)에서 평행광속(Q)이 출력되도록 되어 있다. 이 평행광속(Q)은 전반사미러(172)를 통하여 PBS(편광빔 스플리터)(173)에 입사하고, 랜덤한 편광의 광속이 거의 직선편광의 광속으로 변환되도록 되어 있다. 거의 직선편광에 변환된 광속은 렌즈(174)를 통하여 다이크로익 미러(175, 176)에 의해서 3원색의 광속으로 분리되며, 반사형 액정표시소자(177 ~ 179)에 입사하여 휘도 변조된 후, 상기 다이크로익 미러(175, 176)에 의해서 합성되며, 투사렌즈(107)에 의해 도시하지 않은 스크린에 확대 투사되도록 되어 있다. 또한 PBS를 3개 사용하도록 해도 좋다.As shown in Fig. 15, the image display device 171 is provided with an illumination optical unit 104 composed of a lamp 102 and a reflector 103, and a hologram element 105, as in the embodiment A1-1. At 105, parallel light beam Q is output. This parallel light beam Q is incident on PBS (polarization beam splitter) 173 through the total reflection mirror 172, and the light beam of randomly polarized light is converted into the light beam of almost linearly polarized light. The luminous flux converted into almost linearly polarized light is separated into luminous fluxes of three primary colors by the dichroic mirrors 175 and 176 through the lens 174, and is incident on the reflective liquid crystal display elements 177 to 179 to be modulated luminance. And synthesized by the dichroic mirrors 175 and 176, and are projected by the projection lens 107 on a screen not shown. Alternatively, three PBSs may be used.

상기와 같은 반사형의 3판방식의 화상표시장치(171)에서도 역시 단판방식에 비하여 광로길이가 길게 되지만, 종래의 화상표시장치에서는 투사효율이 예를 들면 1 루멘/와트로 낮은 것에 비해서, 상기 홀로그램소자(105)를 사용한 화상표시장치(171)에서는 1.8 루멘/와트로 높은 투사 효율을 얻을 수 있다.In the reflective three-plate type image display device 171 as described above, the optical path length is also longer than that of the single plate method. However, in the conventional image display device, the projection efficiency is lower than, for example, 1 lumen / watt. In the image display apparatus 171 using the hologram element 105, high projection efficiency can be obtained at 1.8 lumens / watt.

(실시형태 A1 - 7)(Embodiment A1-7)

홀로그램소자와 함께, 인터그레이터가 더 설치된 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of an image display apparatus further provided with an integrator together with a hologram element will be described.

화상표시장치(181)에는 도 16에 나타내는 바와 같이, 실시형태 A1 - 1과 같이 홀로그램소자(105)가 설치됨과 동시에, 홀로그램소자(105)와 화상표시소자(106)과의 사이에, 제 1의 파리눈 렌즈(182)및 제 2의 파리눈 렌즈(183)로 이루어지는 인터그레이터(184)가 설치되어 있다.As shown in Fig. 16, the image display device 181 is provided with a hologram element 105 as in the embodiment A1-1, and is provided between the hologram element 105 and the image display element 106. The integrator 184 which consists of the fly's eye lens 182 and the 2nd fly's eye lens 183 is provided.

상기 제 1의 파리눈 렌즈(182) 및 제 2의 파리눈 렌즈(183)는 각각 미소한 렌즈군이 형성되어 있다. 즉, 제 1의 파리눈 렌즈(182)의 각 미소렌즈는 각각 제 2의 파리눈 렌즈(183)에서의 대응하는 미소렌즈 상에 발광영역(발광체)의 상을 결상시키도록 되어 있다. 또, 제 2의 파리눈 렌즈(183)의 각 미소렌즈는 각각 제 1의 파리눈 렌즈(182)의 각 미소렌즈의 상을 화상표시소자(106) 상의 전면에 중합시켜 결상시키도록 되어 있다. 이것에 의해, 조명광학부(104)에서 출력되는 광속이 복수로 분할되며, 각각 화상표시소자(106) 상에서 중합되는 것에 의해, 표시화상에서의 중앙부와 주변부 등에서의 광량얼룩의 저감을 도모할 수 있다.The first fly's eye lens 182 and the second fly's eye lens 183 are each formed with a small lens group. That is, each microlens of the first fly's eye lens 182 forms an image of a light emitting region (light emitting body) on a corresponding microlens of the second fly's eye lens 183, respectively. In addition, each microlens of the second fly's eye lens 183 is formed by polymerizing an image of each microlens of the first fly's eye lens 182 onto the entire surface of the image display element 106. As a result, a plurality of luminous fluxes output from the illumination optical unit 104 are divided, and polymerized on the image display element 106, respectively, to reduce light quantity stains at the center and periphery of the display image. .

또, 홀로그램소자(105)는 실광속 발생수단(110)에 의해 조명광학부(104)에서 출력되는 반사광속(P)과 거의 등가인 파면을 가지는 광속을 발생시킴과 동시에, 이상광속 발생수단(111)에 의해 평행광속을 발생시키는 것에 의해 제작되어 있다.The hologram element 105 generates a light beam having a wavefront substantially equivalent to the reflected light beam P output from the illumination optical unit 104 by the real light beam generating means 110, and at the same time, the abnormal light beam generating means 111. It is produced by generating parallel light beam by

여기서, 실제로 제작되는 홀로그램소자(105)에는 색 수차(收差)나 배율 수차가 발생하는 것이 있음과 동시에, 홀로그램소자(105)에서 출력되는 평행광속(Q)은 완전하게 이상적인 평행광속이라고는 한정하지 않고, 반드시 변환효율은 100%가 아니다. 즉, 조명광학부(104)에서 출력되는 반사광속(P)의 대부분은 이상적인 평행광속으로 변환되지만, 일부의 광속은 그대로 평행광속(Q)중에 포함되거나 하는 것이 있다. 그래서, 상기와 같이 홀로그램소자(105)를 가지지 않는 종래의 화상표시장치에 사용되는 것과 같은 인터그레이터(184) 등과 조합하는 것에 의해, 홀로그램소자(105)에 의해 평행광속으로 변환되지 않은 광속 등도 유효하게 사용되도록 되며, 홀로그램소자(105)의 수차나 파면 변환 로스를 보상할 수 있다.Here, the chromatic aberration and magnification aberration may occur in the hologram element 105 actually produced, and the parallel luminous flux Q output from the hologram element 105 is limited to a perfectly ideal parallel luminous flux. Not necessarily, the conversion efficiency is not 100%. That is, most of the reflected light beam P output from the illumination optical unit 104 is converted into the ideal parallel light beam, but some of the light beams are included in the parallel light beam Q as they are. Therefore, by combining with the integrator 184 or the like as used in a conventional image display apparatus that does not have the hologram element 105 as described above, the luminous flux or the like which is not converted into the parallel light flux by the hologram element 105 is also effective. The aberration and wavefront conversion loss of the hologram element 105 can be compensated for.

그러므로, 홀로그램소자(105)를 설치하는 일 없이, 인터그레이터(184)만을 설치한 종래의 화상표시장치 경우에 비해서, 1.4배 높은 투사효율을 얻을 수 있다. 또, 주변광량비(전백신호에 의한 표시를 한 경우의 화면중앙부의 밝기와 주변부분의 밝기와의 비)는 종래와 동등의 70% 이상의 높은 값을 얻을 수 있다.Therefore, as compared with the conventional image display apparatus in which only the integrator 184 is provided without providing the hologram element 105, a projection efficiency of 1.4 times higher can be obtained. In addition, the ambient light quantity ratio (ratio between the brightness of the center portion of the screen and the brightness of the peripheral portion in the case of displaying by the back signal) can be obtained at a high value of 70% or more equivalent to that of the prior art.

(실시형태 A1 - 8)(Embodiment A1-8)

화상표시소자로서, 예를 들면 미국특허 제 5096279호에 개시되어 있는 바와 같은 반사형 편향소자가 사용되는 예를 설명한다.As an image display element, an example in which a reflective deflection element as disclosed in, for example, US Patent No. 5096279 is used will be described.

화상표시장치(191)에는 도 17에 나타내는 바와 같이, 램프(102)와 리플렉터(103)로 이루어지는 조명광학부(104)와, 실시형태 A1 - 7과 같은 인터그레이터(184)와, 반사형 편향소자인 화상표시소자(192)와, 투사렌즈(107)가 설치되어 있다. 또, 인터그레이터(184)의 제 1의 파리눈 렌즈(182)와 제 2의 파리눈 렌즈(183)와의 사이에 홀로그램소자(105)가 설치되는 한편, 인터그레이터(184)와 화상표시소자(192)와의 사이에는 인터그레이터(184)에서 출력되는 광속을 평행광속으로 하는 렌즈(193)가 설치되어 있다.As shown in FIG. 17, the image display device 191 includes an illumination optical unit 104 composed of a lamp 102 and a reflector 103, an integrator 184 like Embodiments A1-7, and a reflective deflection element. An image display element 192 and a projection lens 107 are provided. The hologram element 105 is provided between the first fly's eye lens 182 and the second fly's eye lens 183 of the integrator 184, while the integrator 184 and the image display device ( Between the 192, a lens 193 is provided in which the luminous flux output from the integrator 184 is a parallel luminous flux.

상기 램프(102)로서는 400와트의 메탈 할라이드 램프가 사용되며, 리플렉터(103)에는 방물면경이 사용되고 있다. 램프(102)의 발광영역의 형상은 거의 원통모양이고, 광축방향의 발광영역(아크)의 길이는 약 4미리이다. 이 램프(102)는 발광영역이 리플렉터(103)의 초점부근에 위치하고, 발광영역의 중심축이 리플렉터(103)의 광축에 거의 일치하도록 배치되어 있다.As the lamp 102, a 400-watt metal halide lamp is used, and a reflecting mirror is used for the reflector 103. The shape of the light emitting region of the lamp 102 is almost cylindrical, and the length of the light emitting region (arc) in the optical axis direction is about 4 mm. The lamp 102 is arranged such that the light emitting area is located near the focal point of the reflector 103 and the central axis of the light emitting area is substantially coincident with the optical axis of the reflector 103.

홀로그램소자(105)는 실광속 발생수단(110)에 의해 조명광학부(104)에서 출력되며, 제 1의 파리눈 렌즈(182)를 통과한 광속과 거의 등가인 파면을 가지는 광속을 발생시킴과 동시에, 이상광속 발생수단(111)에 의해서 평행광속이 제 1의 파리눈 렌즈(182)을 통과한 광속, 또는 이것과 등가인 광속을 발생시키는 것에 의해 제작되어 있다.The hologram element 105 is output from the illumination optical unit 104 by the real light beam generating means 110, and generates a light beam having a wavefront that is substantially equivalent to the light beam passing through the first fly's eye lens 182. The abnormal light beam generating means 111 produces the light beam passing through the first fly's eye lens 182 or the light beam equivalent to this.

렌즈(193)는 제 2의 파리눈 렌즈(183)의 각 미소렌즈에 의해서 렌즈(193)의 입사면에 중합된 광속을 평행광속으로 하여 화상표시소자(192)에 입사시키도록 되어 있다.The lens 193 is made to enter the image display element 192 by making the light beam polymerized by the microlenses of the second fly's-eye lens 183 into the incident light beam of the lens 193 as a parallel light beam.

화상표시소자(192)는 화소마다 입사광의 반사각을 변화시켜, 투사렌즈(107)에 입사하는 광량을 변화시키는 것에 의해 표시를 행하도록 되어 있다.The image display element 192 is configured to display by changing the reflection angle of incident light for each pixel and changing the amount of light incident on the projection lens 107.

상기와 같이 구성되는 것에 의해, 제 1의 파리눈 렌즈(182)에서 출력된 광속이 홀로그램소자(105)에 의해서, 정확하게 제 2의 파리눈 렌즈(183)의 각 미소렌즈(유효영역)에 입사하는 광속으로 변환된다. 즉, 홀로그램소자(105)가 설치되어 있지 않은 경우에는 램프(102)의 발광영역이 어느 정도의 크기를 가지고 있는 것에 기인하여, 제 2의 파리눈 렌즈(183)의 각 미소렌즈에 입사하지 않는 광속이 발생하기 쉬운 것에 비하여, 홀로그램소자(105)가 설치되어 있는 것에 의해, 정확한 평행광속(평면파)이 제 1의 파리눈 렌즈(182)를 통과한 경우와 거의 등가인 파면을 가지는 광속으로 변환되어 확실하게 제 2의 파리눈 렌즈(183)의 각 미소렌즈에 입사한다. 즉, 램프(102)에서 발광되는 거의 전부의 광속을 제 2의 파리눈 렌즈(183)의 유효영역에 입사시킬 수 있고, 광량 로스를 저감하여 광이용 효율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 화상표시소자로서 마이트로 컬러필터를 가지지 않는 모노크롬화상의 표시용의 것을 사용하는 경우, 종래의 구성에서는 투사효율이 4 루멘/와트 이었던 것에 비하여, 상기와 같이 홀로그램소자(105)를 사용하는 경우에는 8 루멘/와트의 투사효율을 얻을 수 있다.With the above configuration, the luminous flux output from the first fly's eye lens 182 is incident on the microlenses (effective area) of the second fly's eye lens 183 accurately by the hologram element 105. Is converted to the speed of light. That is, when the hologram element 105 is not provided, the light emitting area of the lamp 102 has a certain size, so that it does not enter each microlens of the second fly's eye lens 183. Compared to the case where a light beam is likely to be generated, the hologram element 105 is provided, so that the correct parallel light beam (plane wave) is converted into a light beam having a wavefront that is almost equivalent to that of passing through the first fly's eye lens 182. And reliably enters each of the microlenses of the second fly's eye lens 183. That is, almost all luminous flux emitted from the lamp 102 can be incident on the effective area of the second fly's eye lens 183, and light loss can be reduced to improve light utilization efficiency. Specifically, for example, when an image display element is used for displaying a monochrome image without a color filter as a mite, the hologram element (as described above) is used in comparison with the conventional configuration in which the projection efficiency was 4 lumens / watt. 105), a projection efficiency of 8 lumens / watt can be obtained.

(실시형태 A1 - 9)(Embodiment A1-9)

상기 실시형태 A1 - 7의 구성에 편광변환소자(202)가 더 설치된 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of an image display apparatus in which the polarization conversion element 202 is further provided in the configuration of the above-described embodiments A1-7 will be described.

이 화상표시장치에는 도 18에 나타내는 바와 같이, 인터그레이터(184)를 구성하는 제 2의 파리눈 렌즈와 액정표시소자(106)와의 사이에 편광변환소자(202)와 집광렌즈(203)가 설치되어 있다. 또한, 화상표시소자(106)로서는 예를 들면 투과형 액정패널이 사용되며, 램프(102)로서 100W의 초고압 수은램프, 리플렉터(103)로서 방물면경이 사용되어 있다.As shown in FIG. 18, the image display apparatus includes a polarization conversion element 202 and a condenser lens 203 disposed between the second fly's eye lens constituting the integrator 184 and the liquid crystal display element 106. It is. As the image display element 106, for example, a transmissive liquid crystal panel is used, and as the lamp 102, a 100 W ultra-high pressure mercury lamp and a reflector 103 are used.

상기 편광변환소자(202)는 예를 들면 도 19에 나타내는 바와 같이, 한쌍의 3각주모양 프리즘이 접합된 복수의 각주체(204)가 평면판에 더 접합되어 있음과 동시에, 1개 걸러 각주체(204)마다 편파면 회전수단(205)이 설치되어 구성되어 있다. 상기 3각주모양 프리즘의 접합면에는 편광분리막(206)이 형성되어 있다. 이 편광분리막(206)은, 예를 들면 유전체의 다층막에 의해 구성되며, 입사한 무편광 광 P편광 광(편광방향이 동 도면의 지면에 평행한 편광)을 투과시켜, S편광 광(편광방향이 동 도면의 지면에 수직인 편광)을 반사시키도록 되어 있다. 또, 편파면 회전수단(205)은 입사한 광속의 편광면을 거의 90°회전시키는 기능을 가지고, 일반적으로는 위상차가 입사파장의 거의 절반의 광학적 이방성을 가지는 광학재료로 구성된다.For example, as shown in FIG. 19, the polarization conversion element 202 further includes a plurality of prismatic bodies 204 to which a pair of triangular prisms are bonded to the flat plate, and a plurality of prismatic bodies. The polarization surface rotating means 205 is provided for every 204. The polarization separator 206 is formed on the bonding surface of the triangular prism. The polarization splitting film 206 is made of, for example, a multilayered film of a dielectric material, and transmits incident unpolarized light P polarized light (polarized light whose polarization direction is parallel to the surface of the drawing) and S polarized light (polarized light direction). Polarized light perpendicular to the surface of the drawing. In addition, the polarization plane rotating means 205 has a function of rotating the polarization plane of the incident light beam by approximately 90 °, and is generally made of an optical material having a phase difference of almost half of the incident wavelength.

상기 편광변환소자(202)는 편파면 회전수단(205)이 설치되어 있지 않은 각주체(204)가 각각 인터그레이터(184)의 제 2의 파리눈 렌즈(183)을 구성하는 각 렌즈에 대응하도록 배치되며, 제 1의 파리눈 렌즈(49)에 의해 각 제 2의 파리눈 렌즈에 집광된 광속이 상기 제 2의 파리눈 렌즈에 대응한 각주체(204)에 입사하도록 되어 있다. 상기 각주체(204)에 입사한 광속은 P편광 광만이 편광분리막(206)을 투과하여 출사되는 한편, S편광 광은 편광분리막(206)에 의해서 반사되며, 인접하는 각주체(204)의 편광분리막(206)에서 반사 후, 편파면 회전수단(205)에 의해 P편광 광으로 변환되어 출력되도록 되어 있다. 즉, 편광변환소자(202)에서는 램프(102)로부터의 무편광 광이 P편광 광에 일치된 광속이 출사된다.The polarization conversion element 202 is such that the main body 204 without the polarization plane rotating means 205 corresponds to each lens constituting the second fly's eye lens 183 of the integrator 184. It arrange | positioned, and the light beam condensed by each 2nd fly-eye lens by the 1st fly-eye lens 49 is made to inject into the main body 204 corresponding to the said 2nd fly-eye lens. The light beam incident on the main body 204 is emitted by passing only the P-polarized light through the polarization separation film 206, while the S-polarized light is reflected by the polarization separation film 206, and the polarization of the adjacent main body 204 After the reflection in the separation membrane 206, the polarization plane rotating means 205 is converted to P-polarized light and output. That is, in the polarization conversion element 202, the luminous flux in which the unpolarized light from the lamp 102 matches the P-polarized light is emitted.

여기서, 제 1의 파리눈 렌즈(182)는 입사한 광속을 제 2의 파리눈 렌즈(183)를 통하여 상기 편파면 회전수단(205)이 설치되어 있지 않은 각주체(204)에 집광시킬 필요가 있지만, 홀로그램소자(105)가 설치되어 있는 것에 의해, 램프(102)의 발광영역이 큰 등의 경우에도, 제 1의 파리눈 렌즈(182)에 의해 확실하게 상기와 같이 집광시킬 수 있기 때문에, 편광변환소자(202)에 의한 투사효율 향상효과를 한층 크게 하여 밝은 화상을 표시시킬 수 있다.Here, the first fly's eye lens 182 needs to focus the incident light beam on the main body 204 where the polarization plane rotating means 205 is not provided through the second fly's eye lens 183. However, since the hologram element 105 is provided, even when the light emitting area of the lamp 102 is large, the first fly-eye lens 182 can reliably condense as described above. The effect of improving the projection efficiency by the polarization conversion element 202 can be further increased to display a bright image.

즉, 종래의 화상표시장치에서는, 예를 들면 램프(102)로서 출력이 100와트이고 발광영역이 1.45미리의 구모양으로 상당히 작은 것을 사용하여도, 편광변환소자(202)를 설치하지 않는 경우에 비해서 1.5배 정도로 밝게 되는 정도에 지나지 않고, 발광영역이 수 미리로 큰 고출력 램프를 사용하는 경우에는 편광변환소자(202)의 유무에 의한 투사효율의 증대 정도는 더 작게되며, 고작 1.2배 정도 밝게 되는 정도였다. 이것에 비해서, 상기와 같이 홀로그램소자(105)가 설치되어 있는 것에 의해, 상기와 같이 홀로그램소자(105)를 통과한 광속의 파면이 거의 평면파로 되기 때문에, 대부분의 광속을 제 2의 파리눈 렌즈(183)를 통하여 소정의 각주체(204)만으로 입사시킬 수 있기 때문에, 편광변환소자(202)가 설치되어 있지 않은 경우에 비해서, 예를 들면 1.8배 밝게 하는 것이 가능하게 되었다. 그러나, 발광영역이 큰, 예를 들면 400와트의 메탈 할라이드 램프나 2킬로와트의 크세논 램프 등을 사용하여도, 폴로그램소자(105)에서 출력되는 광속의 파면은 점광원을 사용한 경우의 광속의 파면과 거의 같기 때문에 편광변환소자(202)를 설치하는 것에 의한 투사효율의 대폭적인 향상효과를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 상기 크세논 램프를 사용한 경우에도 투사효율을 5 루멘/와트로 높게 하는 것이 가능하게 되며, 1만 루멘의 고광출력의 화상표시장치를 구성할 수 있다.That is, in the conventional image display apparatus, even when the output of 100 watts and the light emitting area is considerably small in the shape of 1.45 mm is used as the lamp 102, for example, the polarization conversion element 202 is not provided. Compared with the light emitting area, which is only about 1.5 times brighter, and a high output lamp having a large light emitting area is used in advance, the increase in the projection efficiency due to the presence or absence of the polarization conversion element 202 is smaller, and only about 1.2 times brighter. It was enough. On the other hand, since the hologram element 105 is provided as mentioned above, since the wave front of the light beam which passed through the hologram element 105 becomes a substantially planar wave as mentioned above, most of the luminous flux is a 2nd fly-eye lens. Since the incident light can be incident on only the predetermined square body 204 through 183, for example, it is possible to make it 1.8 times brighter than when the polarization conversion element 202 is not provided. However, even when a large light emitting area is used, for example, a 400-watt metal halide lamp, a 2-kilowatt xenon lamp, or the like, the wavefront of the light beam output from the pologram element 105 is the wavefront of the light beam when a point light source is used. Since it is almost the same as the above, a large improvement in the projection efficiency can be obtained by providing the polarization conversion element 202. Specifically, even when the xenon lamp is used, the projection efficiency can be increased to 5 lumens / watt, and an image display apparatus having a high light output of 10,000 lumens can be constructed.

동일한 효과는 여러가지의 편광변환소자를 사용하거나, 다른 위치에 편광변환소자를 배치하거나 한 경우에도 얻을 수 있다. 예를 들면 편광변환소자(202)를 제 1의 파리눈 렌즈(102)의 램프(102)측에 배치하는 일본특허공개 평 8-234205호 공보나, 일본특허공개 평 6-202094호 공보의 도 4의 (B)등에 개시된 편광변환소자를 사용한 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.The same effect can be obtained when various polarization conversion elements are used or when the polarization conversion elements are arranged at different positions. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-234205 or Japanese Patent Laid-Open No. 6-202094 in which the polarization conversion element 202 is disposed on the lamp 102 side of the first fly-eye lens 102. The same effect can be obtained also when using the polarization conversion element disclosed in 4 (B) etc.

(실시형태 A2 - 1)(Embodiment A2-1)

인터그레이터에서 출력되는 광속을 평행광속으로 변환하는 반사형의 홀로그램소자가 설치된 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of an image display apparatus provided with a reflective hologram element for converting a light flux output from an integrator into a parallel light flux will be described.

화상표시장치(211)에는 도 20에 나타내는 바와 같이, 실시형태 A1 - 1 등과 같이 램프(102) 및 리플렉터(103)로 이루어지는 조명광학부(104)와, 제 1의 파리눈 렌즈(212), 제 2의 파리눈 렌즈(213) 및 접는미러(214)로 이루어지는 인터그레이터(215)가 설치되어 있다. 상기 인터그레이터(215)는 실시형태 A1 - 7의 인터그레이터(184)와 같은 기능을 가지고, 투사화상의 밝기의 균일성이 확보되도록 되어 있다. 인터그레이터(215)에서 출력된 광속은 다이크로익 미러(152, 153)에 의해 3원색의 광속으로 분리되며, 후에 상술하는 반사형의 홀로그램소자(216 ~ 218)을 통하여 적, 녹, 청의 화소에 대응하는 액정패널(219 ~ 221)에 입사하여 휘도 변조된 후, 다이크로익 미러(160 , 161)에 의해 색 합성되며, 투사렌즈(107)에 의해서 도시하지 않는 스크린에 확대 투사되도록 되어 있다.As shown in FIG. 20, the image display device 211 includes an illumination optical unit 104 made of a lamp 102 and a reflector 103, a first fly's eye lens 212, and a first lens, as in the embodiment A1-1 and the like. An integrator 215 composed of two fly-eye lenses 213 and a folding mirror 214 is provided. The integrator 215 has the same function as the integrator 184 of Embodiments A1-7, and ensures uniformity in brightness of the projected image. The luminous flux output from the integrator 215 is divided into luminous fluxes of three primary colors by the dichroic mirrors 152 and 153, and the red, green, and blue pixels are described later through the reflective hologram elements 216 to 218. After being incident on the liquid crystal panels 219 to 221 corresponding to the light source, the luminance is modulated, the color is synthesized by the dichroic mirrors 160 and 161, and the projection lens 107 enlarges the projection onto a screen (not shown). .

상기 화상표시소자(219 ~ 221)는 각 화소에 대응하여 미소한 렌즈가 형성된 마이크로 렌즈와, 각 화소마다 투과하는 광의 광량을 제어하는 액정패널을 구비하고, 마이크로 렌즈에 입사한 광을 액정패널의 유효영역에 집광시키도록 되어 있다.The image display elements 219 to 221 include a microlens having a microlens corresponding to each pixel, and a liquid crystal panel for controlling the amount of light transmitted through each pixel. The light is focused on the effective area.

홀로그램소자(216 ~ 218)는 인터그레이터(215)에서 다이크로익 미러(152, 153)를 통하여 입사한 광속을 평행광속으로 변환하고, 화상표시소자(219 ~ 221)에 출력하도록 되어 있다. 그러므로, 마이크로 렌즈에 입사한 광속은 확실하게 액정패널의 유효영역에 집광되며, 상기 입사한 거의 전체의 광이 사용되기 때문에 실질적인 개구율을 대폭으로 증대시켜서 투사효율 및 투사화상의 밝기의 균일성을 향상시킬 수 있다.The hologram elements 216 to 218 convert the luminous flux incident from the integrator 215 through the dichroic mirrors 152 and 153 into parallel luminous fluxes and output them to the image display elements 219 to 221. Therefore, the luminous flux incident on the microlens is surely condensed in the effective area of the liquid crystal panel, and since almost all of the incident light is used, the substantial aperture ratio is greatly increased to improve the projection efficiency and uniformity of the brightness of the projection image. You can.

구체적으로는, 예를 들면 대각치수가 1.3인치에서 1024 ×768의 화소가 형성된 개구율이 약 56%의 액정패널과, 100W의 초공압수은 램프를 사용한 경우, 마이크로 렌즈도 홀로그램소자(216 ~ 218)도 사용하지 않는 경우의 투사효율은 5 루멘/와트이고, 마이크로 렌즈만을 사용한 경우의 투사효율은 6 루멘/와트인 것에 비하여, 상기와 같이 홀로그램소자(216 ~ 218)를 더 설치하는 것에 의해, 8 루멘/와트로 높은 투사율을 얻을 수 있다. 이것은 실질적인 개구율이 56%에서 약 90%로 향상한 것에 상당한다. 또, 동일한 크기에서 화소수가 많은 액정패널, 예를 들면 1280 × 1024 화소, 또는 그 이상의 화소(예를 들면 1920 ×1080 화소)의 것을 사용하여도, 투사효율은 거의 변하지 않았다. 또한, 조명광학계에 편광분리 수단과 편파면 회전수단을 가지는 편광변환소자를 설치하는 것에 의해, 12 루멘/와트라는 극히 높은 투사효율을 실현하는 것이 가능하게 되었다.Specifically, for example, when a liquid crystal panel having an aperture ratio of about 56% having a pixel dimension of 1024 x 768 formed at a diagonal dimension of 1.3 inches and a super-pneumatic mercury lamp of 100 W is used, the microlenses and the hologram elements 216 to 218 are also used. The projection efficiency when not in use is 5 lumens / watt, and the projection efficiency when only a microlens is used is 6 lumens / watt, but by providing the hologram elements 216 to 218 as described above, 8 lumens is provided. High throw ratios can be achieved with / watts. This corresponds to an improvement in the actual aperture ratio from 56% to about 90%. Also, even when a liquid crystal panel having a large number of pixels at the same size, for example, 1280x1024 pixels or more pixels (for example, 1920x1080 pixels) was used, the projection efficiency hardly changed. In addition, by providing a polarization converting element having polarization separation means and polarization plane rotating means in the illumination optical system, it is possible to realize an extremely high projection efficiency of 12 lumens / watt.

상기와 같은 홀로그램소자(216 ~ 218)는 상기 실시형태 A1 - 1의 홀로그램소자(105)와 동일하게 하여 제작할 수 있다. 즉, 참조광으로서의 실제의 화상표시장치(211)에서 홀로그램소자(216 ~ 218)에 입사하는 광속과 등가인 파면을 가지는 광속과, 물체광으로서의 화상표시소자(219 ~ 221)에 입사시키도록 하는 평행광속과 등가인 파면을 가지는 광속과의 2광속 간섭고를 포토폴리머 등의 홀로그램재료에 기록하는 것에 의해 제작된다.The above-described hologram elements 216 to 218 can be produced in the same manner as the hologram elements 105 of the above embodiments A1-1. That is, in the actual image display apparatus 211 as the reference light, a light beam having a wavefront equivalent to the light beam incident on the hologram elements 216 to 218, and parallel to cause the image display elements 219 to 221 as the object light to enter. It is produced by recording a two-beam interference height with a light flux having a wavefront equivalent to the light flux on a hologram material such as a photopolymer.

구체적으로는, 예를 들면 녹색용의 홀로그램소자(217)를 제작하는 경우, 도 21에 나타내는 바와 같이 인터그레이터(215), 다이크로익 미러(152, 153) 및 홀로그램재료(127`)를 실제의 화상표시장치(211)와 동일한 광로가 형성되도록 배치하고, 레이저(231)에서 출력되는 레이저광을 빔 빔익스팬더(232)에 의해 빔폭을 확대한 후, 빔 스플리터(233)에 의해 2개의 광속(V, W)으로 분리하고, 광속(V)을 접는미러(234)를 통하여 인터그레이터(215)로 입사시키는 한편, 광속(W)을 직접 홀로그램재료(217`)에 입사시킨다. 여기서, 레이저광의 파장은 실제의 화상표시장치(211)에서 홀로그램에 입사하는 각 3원색의 파장대역에 포함되는 것(이 경우는 녹색)인 것이 바람직하고, 이 경우에는 홀로그램소자의 회절효율에 대한 파장분산의 영향을 최소한으로 억제하고, 홀로그램소자의 회절효율을 높일 수 있다. 이것에 의해 , 실제로 홀로그램소자(217)가 배치되는 위치에서 입사되는 광속의 파면과 등가인 파면을 가지는 광속과 평면파와의 2광속 간섭고가 형성되며, 화상표시장치(211)의 다이크로익 미러(153)에 의한 색분리 후의 광속이 입사했을 때에 평행광속으로 변환하여 화상표시소자(220)로 출력하는 홀로그램소자(217)가 얻어진다.Specifically, for example, when manufacturing the hologram element 217 for green, as shown in FIG. 21, the integrator 215, the dichroic mirrors 152 and 153, and the hologram material 127 'are actually made. The same optical path as that of the image display device 211 is formed, and the beam light output from the laser 231 is enlarged by the beam beam expander 232, and then the two beams are beamed by the beam splitter 233. The light beam V is incident on the integrator 215 through the folding mirror 234 while the light beam V is incident on the hologram material 217 '. Here, the wavelength of the laser light is preferably included in the wavelength band of each of the three primary colors incident on the hologram in the actual image display device 211 (in this case, green), and in this case, the diffraction efficiency of the hologram element The influence of wavelength dispersion can be minimized, and the diffraction efficiency of the hologram element can be increased. As a result, a two-beam interference height is formed between the light beam having a wavefront equivalent to the wavefront of the light beam incident at the position where the hologram element 217 is disposed and the plane wave, and the dichroic mirror of the image display device 211 ( When the light beam after color separation by 153 enters, the hologram element 217 which is converted into parallel light beam and outputs to the image display element 220 is obtained.

또한, 실제의 화상표시장치에 집광렌즈나 릴레이 렌즈, 편향변환소자 등이 설치되는 경우에는 이들의 요소도 광속(V)의 광로 중에 배치하면 좋다.In the case where a condensing lens, a relay lens, a deflection converting element, or the like is provided in an actual image display device, these elements may also be disposed in the optical path of the light beam V. FIG.

또, 상기 이외에, 상기 실시형태 A1 - 1에서 설명한 바와 같은 여러가지의 구성에 의해 홀로그램소자(216 ~ 218)를 제작할 수 있다.In addition to the above, the hologram elements 216 to 218 can be manufactured by various configurations as described in the above embodiments A1-1.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 화상표시장치는 색분리 후의 조명광속을 본 발명에 관한 홀로그램소자(216 ~ 218)을 통하여 화상표시소자에 입사시키는 것에 의해, 투사효율을 개선하는 것에 특징을 가지는 것으로,As described above, the image display apparatus of the present invention is characterized by improving the projection efficiency by injecting the illumination light beam after color separation into the image display element through the hologram elements 216 to 218 according to the present invention. In that,

화상표시소자의 광변조재료의 종류, 광변조방식 및 구동소자를 형성하는 재료, 구동방식의 어느쪽이든 관계없이 도 1에 나타낸 구성의 화상표시장치와 같은 효과를 얻을 수 있다.Regardless of the kind of the optical modulation material of the image display element, the optical modulation method, the material for forming the driving element, and the driving method, the same effect as the image display device having the configuration shown in FIG. 1 can be obtained.

또, 광학계의 구성도 상기 구성에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지에 따르는 여러가지 변형이 가능하다.In addition, the structure of an optical system is not limited to the said structure, Various deformation | transformation according to the meaning of this invention is possible.

(실시형태 A2 - 2)(Embodiment A2-2)

휘도 변조된 각 색의 광속의 합성에 다이크로익 프리즘이 사용되는 예를 설명한다.An example in which a dichroic prism is used for synthesizing a luminous flux of each luminance-modulated color will be described.

이 화상표시장치(231)는 도 22에 나타내는 바와 같이, 실시형태 A2 - 1의 화상표시장치(211)에 비해서, 다이크로익 미러(160, 161)에 대신하여 다이크로익 프리즘(235)을 설치되어 있는 점 및 접는미러(232 ~ 234)에 의해 광로가 다르도록 구성되어 있는 점이 다르다.As shown in Fig. 22, the image display device 231 replaces the dichroic prism 235 in place of the dichroic mirrors 160 and 161 as compared to the image display device 211 of the embodiment A2-1. The installed points and the folding mirrors 232 to 234 differ in that the light paths are configured to be different.

즉, 램프(102)에서 인터그레이터(215)를 통하여 다이크로익 미러(152)에 백색의 광속이 입사하면, 입사광속 중, 적색성분의 광속은 반사되며, 녹색, 청색의 광속은 투과한다. 적색광속은 접는미러(233, 234)를 통하여, 반사형의 홀로그램소자(216)로 입사하고, 거의 평행광속으로 변환된 후, 표시화상의 적색성분을 표시하는 화상표시조자(액정패널)(219)에 입사하여 휘도 변조된다. 또, 상기 다이크로익 미러(152)를 투과한 녹색광속 및 청색광속은, 접는미러(232)를 통하여 다이크로익 미러(153)에 입사하고, 녹색광속이 반사되어 청색광속만 투과한다. 상기 녹색광속 및 청색광속은 각각 반사형의 홀로그램소자(217, 218)에 의해서 반사될 때, 거의 평행한 광속으로 변환되어 표시화상의 각 색성분을 표시하는 화상표시소자(액정패널)(220, 221)에 입사하여 휘조 변조된다. 휘조변조된 각 색의 광속은 다이크로익 프리즘(235)에 의해서 색 합성되며, 투사렌즈(107)에 의해서 도시하지 않은 스크린으로 확대 투사된다.That is, when the white light beam is incident on the dichroic mirror 152 through the integrator 215 in the lamp 102, the light flux of the red component is reflected among the incident light fluxes, and the green and blue light fluxes are transmitted. The red light beam enters the reflective hologram element 216 through the folding mirrors 233 and 234, is converted into a substantially parallel light beam, and then displays a red component of the display image (liquid crystal panel) 219. ) And is luminance modulated. The green and blue light beams passing through the dichroic mirror 152 enter the dichroic mirror 153 through the folding mirror 232, and the green light beams are reflected to transmit only the blue light beams. When the green light beam and the blue light beam are reflected by the reflective hologram elements 217 and 218, respectively, the image display elements (liquid crystal panels) 220 and 221 are converted into light beams that are substantially parallel to display respective color components of the display image. Is incident on and is modulated. The luminous flux of each of the modulated colors is synthesized by the dichroic prism 235, and is projected by the projection lens 107 to the screen not shown.

상기와 같은 화상표시장치(231)에서도, 실시형태 A2 - 1과 같이, 램프(102)에서의 출력광속이 인터그레이터(215) 등을 통하여 전파되는 평행하지 않은 광속이 홀로그램소자(216 ~ 218)에 의해서 거의 평행한 광속으로 변환된 후, 화상표시소자(219 ~ 221)에 입사하고, 마이크로 렌즈에 의해서 액정패널에서의 각 화소의 개구부에만 광을 입사시키는 것이 가능하게 되기 때문에 실효적인 개구율을 극히 높게 하는 것이 가능하게 된다.Also in the image display apparatus 231 as described above, as in the embodiment A2-1, the non-parallel luminous flux through which the output luminous flux from the lamp 102 propagates through the integrator 215 or the like is used as the hologram elements 216 to 218. Is converted into a substantially parallel luminous flux, and then enters the image display elements 219 to 221, and the microlens makes it possible to inject light only into the opening of each pixel in the liquid crystal panel. It becomes possible to make high.

구체적으로는, 예를 들면 대각치수가 0.9인치에서 1024 × 768의 화소가 형성된 개구율이 약 40%의 액정패널과, 100W의 초고압 수은램프를 사용한 경우, 마이크로 렌즈도 홀로그램소자(216 ~ 218)도 사용하지 않는 경우의 투사효율은 3.6 루멘/와트이며, 마이크로 렌즈만을 사용한 경우의 투사효율은 4.3 루멘/와트 이었던 것에 비해, 상기와 같이 홀로그램소자(216 ~ 218)를 더 설치하는 것에 의해, 8 루멘/와트로 높은 투사효율을 얻을 수 있다. 이것은 실질적인 개구율이 40%에서 약 90%로 향상한 것에 상당한다. 또, 같은 크기로 화소수가 많은 액정패널, 예를 들면 1280 × 1024 화소, 또는 그 이상의 화소(예를 들면 1920 × 1080 화소)의 것을 사용하여도, 투사효율은 거의 변하지 않았다. 또한, 조명광학계에 편광분리 수단과 편파면 회전수단을 가지는 편광변환소자를 설치하는 것에 의해, 12 루멘/와트 라는 극히 높은 투사효율을 실현하는 것이 가능하게 되었다.Specifically, for example, when a liquid crystal panel having an aperture ratio of about 40% having a pixel of 1024 x 768 formed at a diagonal dimension of 0.9 inch and a high-pressure mercury lamp of 100 W is used, the microlenses and the hologram elements 216 to 218 are used. The projection efficiency when not in use is 3.6 lumens / watt, and the projection efficiency when using only a microlens is 4.3 lumens / watt, compared with that of the hologram elements 216 to 218 as described above. High wattage efficiency can be achieved with / watts. This corresponds to a substantial increase in aperture ratio from 40% to about 90%. In addition, even when a liquid crystal panel having a large number of pixels of the same size, for example, 1280x1024 pixels or more pixels (for example, 1920x1080 pixels) was used, the projection efficiency hardly changed. In addition, by providing a polarization converting element having a polarization separating means and a polarization plane rotating means in the illumination optical system, it is possible to realize an extremely high projection efficiency of 12 lumens / watt.

(실시형태 A 2 - 3)(Embodiment A 2-3)

반사형의 홀로그램소자에 의해 반사되지 않고 투과한 광속도 유효하게 사용할 수 있는 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of an image display apparatus which can effectively use the light speed transmitted without being reflected by the reflective hologram element will be described.

화상표시장치(241)는 도 23에 나타내는 바와 같이, 실시형태 A2 - 2의 화상표시장치(231)에 비해서, 주로, 홀로그램소자(216 ~ 218)의 이면측에 전반사미러(242, 243) 또는 다이크로익 미러(245)가 설치되어 있는 점이 다르다.As shown in FIG. 23, the image display device 241 is mainly a total reflection mirror 242 or 243 on the rear surface side of the hologram elements 216 to 218, as compared with the image display device 231 of the embodiment A2-2. The dichroic mirror 245 is provided in a different point.

즉, 램프(102)에서 인터그레이터(215)를 통하여 다이크로익 미러(244)에 백색의 광속이 입사하면, 입사광속 중 청색성분의 광속은 투과하고, 다른 파장대역의 광속(적색성분 및 녹색성분 즉 황색의 광속)은 반사된다.That is, when the white light beam is incident on the dichroic mirror 244 through the integrator 215 in the lamp 102, the light flux of the blue component of the incident light flux is transmitted, and the light flux of the other wavelength band (red component and green color) is transmitted. Component, i.e. yellow light flux) is reflected.

청색광속은 주로 청색용 홀로그램소자(218)에 의해 반사됨과 동시에 평행광속으로 변환된 후, 청색용의 화상표시소자(액정패널)(221)에 입사하여 휘도 변조된다. 또, 홀로그램소자(218)에 의해 반사되지 않고 투과한 청색광속은 전반사미러(243)에 의해서 반사되며, 다시 청색용의 홀로그램소자(218)를 투과하여, 역시 화상표시소자(221)에 입사한다. 즉 홀로그램소자(218)를 투과한 광속도 유효하게 사용된다.The blue light beam is mainly reflected by the blue hologram element 218 and converted into a parallel light beam, and then enters the blue image display element (liquid crystal panel) 221 and is luminance-modulated. The blue light beam transmitted without being reflected by the hologram element 218 is reflected by the total reflection mirror 243, and again passes through the hologram element 218 for blue and enters the image display element 221 again. That is, the speed of light transmitted through the hologram element 218 is effectively used.

또, 다이크로익 미러(244)에서 반사된 황색광속 중의 녹색광속은 녹색용의 홀로그램소자(217)에 의해 반사됨과 동시에 평행광속으로 변환된 후, 녹색용의 화상표시소자(220)에 입사하여 휘도 변조된다. 또, 홀로그램소자(217)에 의해서 반사되지 않고 투과한 녹색광속은 다이크로익 미러(245)에 의해서 반사되며, 다시 녹색용의 홀로그램소자(217)을 투과하여, 역시 화상표시소자(220)에 입사한다.In addition, the green light beam of the yellow light beam reflected by the dichroic mirror 244 is reflected by the hologram element 217 for green and simultaneously converted into the parallel light beam, and then enters the image display device 220 for green light. The luminance is modulated. In addition, the green light beam transmitted without being reflected by the hologram element 217 is reflected by the dichroic mirror 245, and again passes through the hologram element 217 for green, and is also transmitted to the image display element 220. Enter.

또한, 다이크로익 미러(245)를 투과한 적색광속은 광로길이 보상용의 릴레이 렌즈(246, 248) 및 전반사미러(247)를 통하여 적색용의 홀로그램소자(216)에 입사하고, 주로 반사됨과 동시에 평행광속으로 변환된 후, 적색용의 화상표시소자(219)에 입사하여 휘도 변조된다. 또, 홀로그램소자(216)에 의해서 반사되지 않고 투과한 적색광속은 전반사미러(242)에 의해서 반사되며, 다시 적색용의 홀로그램소자(216)를 투과하여, 역시 화상표시소자(219)에 입사한다.In addition, the red light beam passing through the dichroic mirror 245 enters the red hologram element 216 through the relay lenses 246 and 248 and the total reflection mirror 247 for optical path length compensation, and is mainly reflected. At the same time, after being converted into parallel light beams, the light is incident on the red image display element 219 and modulated with luminance. In addition, the red light beam transmitted without being reflected by the hologram element 216 is reflected by the total reflection mirror 242, and again passes through the hologram element 216 for red and enters the image display element 219 again. .

상기 휘도 변조된 각 색의 광속은 다이크로익 프리즘(235)에 의해서 색합성되며, 투사렌즈(107)에 의해서 도시하지 않은 스크린에 확대 투사된다.The luminous flux of each of the luminance-modulated colors is synthesized by the dichroic prism 235 and is projected by the projection lens 107 on a screen not shown.

상기와 같이, 홀로그램소자(216 ~ 218)의 이면측에 전반사미러(242, 243) 또는 다이크로익 미러(245)가 설치되는 것에 의해, 각 홀로그램소자(216 ~ 218)에 의해서 평행광속으로서 반사되지 않고 각 홀로그램소자(216 ~ 218)를 투과한 광속도, 대부분의 광속을 화상표시소자(219 ~ 221)에 입사시킬 수 있다. 이와 같은 광속은 평행광속으로는 변환되지 않지만, 화상의 투사에 사용되기 때문에, 단순히 홀로그램소자(216 ~ 218)만을 사용하는 경우에 비해 한층 높은 투사효율을 얻을 수 있다.As described above, the total reflection mirrors 242 and 243 or the dichroic mirror 245 are provided on the rear surface side of the hologram elements 216 to 218, thereby reflecting them as parallel light beams by the hologram elements 216 to 218. Instead of this, the light speed and most of the light beams transmitted through the hologram elements 216 to 218 can be incident on the image display elements 219 to 221. Such a luminous flux is not converted into a parallel luminous flux, but is used for projecting an image, so that a higher projection efficiency can be obtained than when only the hologram elements 216 to 218 are used.

구체적으로는, 예를 들면 대각치수가 0.9인치에서 1024 × 768의 화소가 형성된 개구율이 약 40%의 액정패널과 100W의 초고압 수은램프를 사용한 경우, 마이크로 렌즈도 홀로그램소자(216 ~ 218)도 사용하지 않는 경우의 투사효율은 3.6 루멘/와트이고, 마이크로 렌즈만을 사용한 경우의 투사효율은 4.3 루멘/와트 이었던 것에 비해, 상기와 같이 홀로그램소자(216 ~ 218)를 더 설치하는 것에 의해, 10 루멘/와트로 높은 투사효율을 얻을 수 있다. 이것은 실질적인 개구율이 40%에서 약 90%로 향상한 것에 상당한다. 또, 같은 크기로 화소수가 많은 액정패널, 예를 들면 1280 ×1024 화소, 또는 그 이상의 화소(예를 들면 1920 ×1080 화소)의 것을 사용하여도, 투사효율은 거의 변하지 않았다. 또한, 조명광학계에 편광분리 수단과 편파면 회전수단을 가지는 편광변환소자를 설치하는 것에 의해, 12 루멘/와트 라는 극히 높은 투사효율을 실현하는 것이 가능하게 된다.Specifically, for example, in the case of using a liquid crystal panel having an aperture ratio of about 40% having a pixel of 1024 x 768 at a diagonal dimension of 0.9 inches and a 100W ultra-high pressure mercury lamp, microlenses and hologram elements 216 to 218 are also used. If not, the projection efficiency is 3.6 lumens / watt, and the projection efficiency when only the microlenses are used is 4.3 lumens / watt, whereas by installing the hologram elements 216 to 218 as described above, 10 lumens / watt is used. High wattage efficiency can be achieved with watts. This corresponds to a substantial increase in aperture ratio from 40% to about 90%. In addition, even when using a liquid crystal panel having a large number of pixels of the same size, for example, 1280x1024 pixels or more pixels (for example, 1920x1080 pixels), the projection efficiency hardly changed. Further, by providing a polarization converting element having polarization separation means and polarization plane rotating means in the illumination optical system, it is possible to realize an extremely high projection efficiency of 12 lumens / watt.

또한, 홀로그램소자(217)의 이면측에 설치되는 미러로서는, 적색광속을 투과시킬 필요가 있기 때문에, 상기와 같이 녹색반사 또한 적색투과형의 다이크로익 미러를 사용할 필요가 있는 것에 비해, 홀로그램소자(216, 218)의 이면측에 설치하는 미러로서는, 상기와 같이 전반사미러(통상은 알루미늄박막을 유리기판 상에 성막하고, 경우에 따라서 증반사 코팅을 시행한 것)를 사용하여도 좋고, 적색광속 또는 청색광속을 반사하는 다이크로익 미러를 사용하여도 좋다.As the mirror provided on the rear side of the hologram element 217, it is necessary to transmit the red light beam, and thus, as described above, the green reflection and the red-transmissive dichroic mirror need to be used. As the mirror provided on the back surface side of 216 and 218, a total reflection mirror (usually formed by forming an aluminum thin film on a glass substrate and optionally applying an antireflection coating) may be used, and a red light beam may be used. Alternatively, a dichroic mirror that reflects a blue light beam may be used.

또, 상기와 같이 홀로그램소자의 이면측에 반사미러를 설치하는 구성은 상기 실시형태 A2 - 1이나 실시형태 A2 - 2 또 이하의 화상표시장치 등에 적용하여도 좋고, 역시, 투사효율을 더 높일 수 있다.In addition, the configuration in which the reflecting mirror is provided on the rear side of the hologram element as described above may be applied to the above-described embodiment A2-1 or embodiment A2-2 or the following image display device, and furthermore, the projection efficiency can be further increased. have.

(실시형태 A2 - 4)(Embodiment A2-4)

화상표시소자로서, 반사형으로 편광변조형의 액정표시패널을 사용함과 동시에 백색광속의 색분리에도 다이크로익 프리즘을 사용한 화상표시장치의 예를 설명한다.As an image display element, an example of an image display apparatus using a dichroic prism for color separation of a white light beam while using a polarization modulation type liquid crystal display panel as a reflection type will be described.

본 실시형태 A의 화상표시장치(259)에서는 도 24에 나타내는 바와 같이, 실시형태 A2 - 1 ~ 2 - 3에서 설명한 화상표시장치와 같이 램프(102)에서의 출력광속을 리플렉터(103)로 반사하고, 반사 후의 출력광속을 제 1의 파리눈 렌즈(212) 및 제 2의 파리눈 렌즈(213)를 통하여 화상표시소자(260 ~ 262)로 전파시키도록 되어 있다.In the image display device 259 of the present embodiment A, as shown in FIG. 24, the output light flux from the lamp 102 is reflected by the reflector 103 as in the image display devices described in Embodiments A2-1-2-3. The output light beam after reflection is propagated to the image display elements 260 to 262 through the first fly's eye lens 212 and the second fly's eye lens 213.

제 2의 파리눈 렌즈(213)와 화상표시소자(260 ~ 262)의 사이에는 색분리를 위한 다이크로익 프리즘(263), 홀로그램소자(264 ~ 266) 및 PBS(편광빔 스플리터)(267 ~ 269)가 설치되어 있다. 즉, 램프(102)에서의 백색의 출력광속은 다이크로익 프리즘(263)에 의해서, 적, 녹, 청의 3원색의 광속으로 색분리되며, 색분리된 각 광속은 대응하는 홀로그램소자(264 ~ 266)에 의해서 소망의 광속으로 변환되고, PBS(267 ~ 296)에 의해 소정의 편파면을 가지는 직선 편광 광이 반사형의 화상표시소자(260 ~ 262)로 입사하여, 편광방향이 변조되도록 되어 있다.Between the second fly's eye lens 213 and the image display elements 260 to 262, a dichroic prism 263 for color separation, hologram elements 264 to 266, and a PBS (polarizing beam splitter) 267 to 269) are installed. That is, the white output light flux in the lamp 102 is color-separated by the dichroic prism 263 into luminous fluxes of three primary colors of red, green, and blue, and each of the color-separated luminous fluxes corresponds to the corresponding hologram elements 264 ˜. 266) is converted into a desired luminous flux, and linearly polarized light having a predetermined polarization plane is incident on the reflective image display elements 260 to 262 by the PBSs 267 to 296 so that the polarization direction is modulated. have.

화상표시소자(260 ~ 262)에서 편광방향이 변조된 각 원색의 광속은 다시 PBS(267 ~ 269)를 통하여 가시화되며, 투사렌즈(107)에 의해 스크린(도시하지 않음) 상에 확대 투사된다.The luminous flux of each primary color whose polarization direction is modulated in the image display elements 260 to 262 is visualized again through the PBSs 267 to 269, and is projected on the screen (not shown) by the projection lens 107.

상기 홀로그램소자(264 ~ 266)는 실시형태 A2 - 1과 동일하게 기본적으로 참조광속과 물체광속과의 2광속 간섭고를 예를 들면 포토폴리머 등의 일반적인 홀로그램재료에 기록하여 제작할 수 있다. 여기서, 홀로그램소자(264 ~ 266)는 입사광속이 변환되어 출력되는 광속이 실시형태 A2 - 1 ~ 2 - 3과 같이 거의 평행광속이 되도록 하여도 좋고, 또는 PBS의 편광분리 특성이 대폭 저하하지 않는 정도의 입사각이 작은 수속광속으로 되도록 하여도 좋다. 이것에 의해, 이하에 나타내는 이유에 의해, 장치의 소형화를 도모하면서, 고투사효율과 고콘트라스트의 양립(兩立)을 실현할 수 있다.The hologram elements 264 to 266 can be produced by basically recording the two-beam interference height between the reference beam and the object beam in general hologram materials such as a photopolymer, as in the embodiments A2-1. Here, the hologram elements 264 to 266 may be made so that the luminous flux converted and outputted by the incident luminous flux becomes almost parallel luminous flux as in Embodiments A2-1 to 2-3, or the polarization separation characteristic of the PBS does not significantly decrease. The incidence angle of the precision may be a small convergent light flux. As a result, both of high projection efficiency and high contrast can be realized while minimizing the apparatus for the reasons described below.

일반적으로, 램프, 리플렉터, 집광렌즈, 릴레이렌즈, 인터그레이터, 편광변환소자 등에 의해서 구성되는 조명광학계의 F 값과, 투사렌즈의 F 값과는 대개 일치하도록 설정되지만, 이 F 값이 작을 수록 투사효율이 높게 되는 한편, 액정패널 및 PBS에 입사하는 광속의 최대 입사각이 크게 된다. 여기서, PBS는 일반적으로 유리기판에 유전체 다층막을 형성하여, 입사광이 P편광 광과 S편광 광으로 분리되도록 구성되지만, 그 편광분리 특성은 입사광의 입사각에 의존하고, 설계 시의 기준 입사각에서 어긋남에 따라 편광분리 특성이 저하한다. 그러므로, 상기와 같이 반사형의 액정패널을 사용한 화상표시장치에서는 상기 F 값이 작으면 콘트라스트의 저하를 가져오기 쉽다. 그래서, 콘트라스트를 개선하기 위해, 조명광학계의 릴레이 렌즈에 의해서 상기 입사각이 작게 되도록 하는 경우에는, 이른바 기하광학에서의 휘도 불변의 원리에 의해서 조명면적이 크게 되기 때문에, 화면 사이즈가 큰 액정패널 등을 사용할 필요가 있으며, 장치의 대형화를 초래하는 것이 된다. 이것에 비해서, 본 실시형태 A와 같이 홀로그램소자를 사용하는 것에 의해, PBS의 편광분리 특성이 대폭 저하하지 않도록 입사각이 작게 되도록 하여도, 조명면적이 작게 되도록 할 수 있다. 그러므로, 화면 사이즈가 작은 액정패널을 사용하여 장치의 소형화를 도모하면서, 투사효율이 높고, 또 콘트라스트가 저하하지 않는 화상표시장치를 구성할 수 있다.In general, the F value of the illumination optical system composed of a lamp, a reflector, a condenser lens, a relay lens, an integrator, a polarization conversion element, and the like is generally set to coincide with the F value of the projection lens. While the efficiency is high, the maximum incident angle of the light beam incident on the liquid crystal panel and the PBS becomes large. Here, PBS is generally configured to form a dielectric multilayer film on a glass substrate so that incident light is separated into P-polarized light and S-polarized light, but its polarization separation characteristic depends on the incident angle of incident light, and shifts from the reference incident angle at design time. Accordingly, the polarization separation characteristic is lowered. Therefore, in the image display apparatus using the reflective liquid crystal panel as described above, when the F value is small, the contrast is likely to be lowered. Therefore, in order to improve the contrast, when the incidence angle is reduced by the relay lens of the illumination optical system, the illumination area becomes large due to the principle of luminance invariance in so-called geometric optics. It is necessary to use it, resulting in the enlargement of an apparatus. On the other hand, by using a hologram element as in the present embodiment A, the illumination area can be made small even if the incident angle is made small so that the polarization separation characteristic of the PBS does not significantly decrease. Therefore, an image display apparatus can be configured in which the projection efficiency is high and the contrast is not reduced while the apparatus is miniaturized by using a liquid crystal panel having a small screen size.

구체적으로는, 예를 들면 대각치수가 0.9인치에서 1024 ×768의 화소가 형성된 개구율이 약 75%의 액정패널과, 100W의 초고압 수은램프를 사용한 경우, 홀로그램소자(264 ~ 266)를 사용하지 않은 화상표시장치에서는 콘트라스트를 확보하기 위해서 투사렌즈(107) 및 조명광학계의 F 값을 4로 하면, 투사효율은 약 2 루멘/와트로콘트라스트는 200 : 1 이며, F 값을 3으로 하면, 4 루멘/와트로 밝게 할 수 있지만, 콘트라스트는 100 : 1 로 저하했다. 이것에 비해, 상기와 같이 홀로그램소자(216 ~ 218)를 설치하는 것에 의해, F 값을 5로 크게 하여도 약 4.3 루멘/와트의 투사효율을 실현할 수 있고, 또한 F 값이 크기(PBS에 대한 입사각이 작다)때문에 콘트라스트를 800 : 1 로 향상시킬 수 있다.Specifically, for example, when a liquid crystal panel having an aperture ratio of about 75% having a pixel of 1024 x 768 formed at a diagonal dimension of 0.9 inches and an ultra-high pressure mercury lamp of 100 W is used, the hologram elements 264 to 266 are not used. In the image display apparatus, when the F value of the projection lens 107 and the illumination optical system is 4 in order to secure the contrast, the projection efficiency is about 2 lumens / wattrocontrast is 200: 1 and when the F value is 3, 4 lumens It was possible to brighten with / watts, but the contrast was reduced to 100: 1. On the other hand, by providing the hologram elements 216 to 218 as described above, even if the F value is increased to 5, the projection efficiency of about 4.3 lumens / watt can be realized, and the F value is larger than the PBS. The incidence angle is small), and the contrast can be improved to 800: 1.

또한, 상기 화상표시소자(260 ~ 262)로서는 액정패널에 한정하지 않고, 입사한 직선 편광 광을 그 편광방향을 변조 후 반사하여 출력하는 편광 변조형으로 반사형의 화상표시소자이면 좋고, 광변조재료나 광변조의 방식, 화소의 구동방식 등에 제약은 없다.The image display elements 260 to 262 are not limited to a liquid crystal panel but may be a reflection type image display element that is a polarization modulation type that reflects and outputs incident linearly polarized light after modulating its polarization direction. There are no restrictions on materials, light modulation, pixel driving, and the like.

또, 본 실시형태 A에서 구성한 화상표시장치는 PBS를 3개 사용하는 3PBS 방식이지만, PBS를 1개 사용하는 1PBS 방식도 구성할 수 있다.The image display device constructed in this embodiment A is a 3PBS system using three PBSs, but a 1PBS system using one PBS can also be configured.

또, 투사화상의 콘트라스트를 향상시키기 위해서 PBS와 본 발명의 홀로그램소자와의 사이에 전치 편광자(PPBS)를 설치하여도 좋다.In order to improve the contrast of the projected image, a prepolarizer (PPBS) may be provided between the PBS and the hologram element of the present invention.

(실시형태 A2 - 5)(Embodiment A2-5)

광축에 대하여 서로 다른 각도로 배치된 다이크로익 미러와, 마이크로 렌즈 어레이 등이 형성된 화상표시소자를 가지는 단판방식의 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of a single-plate type image display apparatus having a dichroic mirror disposed at different angles with respect to an optical axis and an image display element having a micro lens array or the like will be described.

이 화상표시장치(280)에는 도 25에 나타내는 바와 같이, 2장의 다이크로익 미러(281, 212)와 1장의 전반사미러(283)와 각 다이크로익 미러(281, 282) 또는 전반사미러(283)의 표면측에 설치된 홀로그램소자(284 ~ 286)를 가지는 색분리 수단(287) 및 입사한 광속의 광로를 입사각에 따라 다르게 하는 광로변환수와 액정패널을 가지는 화상표시소자(288)가 설치되어 있다. 이 화상표시장치(280)의 기본적인 구성 및 동작은 「닛케이 일렉트로닉」1995년 1월 30일호 169페이지 173페이지나 일본특허공개 평 8-292506호 공보, 또는 일본특허공개 평 9-105899호 공보의 도 14 등에 기재되어 있는 것과 동일하고, 상기 홀로그램소자(285 ~ 287)를 구비하고 있는 점이 다르다.As shown in Fig. 25, the image display apparatus 280 includes two dichroic mirrors 281 and 212, one total reflection mirror 283, each dichroic mirror 281 and 282, or a total reflection mirror 283. Color separation means 287 having hologram elements 284 to 286 provided on the surface side of the < RTI ID = 0.0 >), < / RTI > and an image display element 288 having an optical path conversion number and a liquid crystal panel for varying the optical path of the incident light beam according to the incident angle. have. The basic structure and operation of this image display device 280 are described in the Nikkei Electronics, January 30, 1995, page 169, page 173, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-292506, or Japanese Patent Application Laid-open No. 9-105899. It is the same as described in 14, etc., and differs in that the said hologram elements 285-287 are provided.

즉, 다이크로익 미러(281, 282) 및 전반사미러(283)는 각각 광축에 대해서 서로 다른 각도로 배치되어, 램프(102)에서의 백색의 출력광속이 적, 녹, 청의 3원색의 광속으로 색분리 되고, 색분리된 각 광속은 서로 다른 입사각에서 화상표시소자(288)의 광로변환 수단에 입사하도록 되어 있다. 단, 이 화상표시장치(280)에서는 홀로그램소자(284 ~ 286)를 투과한 광속만이 상기와 같이 다이크로익 미러(281) 등에 의해서 반사되도록 되어 있지만, 이 점에 관해서는 후술한다. 또, 광로변환 수단으로서는, 예를 들면 마이크로 렌즈 어레이나, 홀로그램 렌즈 어레이, 실린드리칼(cylindrical)렌즈 등이 사용되며, 입사된 광속을 그 입사각에 따라서, 각각 액정패널에서 서로 다른 색에 대응한 화소에 입사시키도록 되어 있다.That is, the dichroic mirrors 281 and 282 and the total reflection mirrors 283 are disposed at different angles with respect to the optical axis, respectively, so that the output light flux of the white light at the lamp 102 is the light flux of three primary colors of red, green, and blue. Each of the color-separated and color-separated light beams is made to enter the optical path changing means of the image display element 288 at different incident angles. In this image display device 280, only the light beams passing through the hologram elements 284 to 286 are reflected by the dichroic mirror 281 or the like as described above, but this will be described later. As the optical path changing means, for example, a micro lens array, a hologram lens array, a cylindrical lens, or the like is used, and the incident light flux corresponds to different colors in the liquid crystal panel according to the incident angle. It is made to enter into a pixel.

상기와 같은 구성에 의해, 램프(102)에서 리플렉터(104) 및 인터그레이터(215)를 통하여 색분리 수단(287)으로 백색의 광속이 입사하면, 입사광속 중 청색성분의 광속은, 청색용의 홀로그램소자(284)에 의해 반사됨과 동시에 평행광속으로 변환된 후, 화상표시소자(288)에 입사한다. 홀로그램소자(284)에 의해서 반사되지 않고 투과한 청색광속은 청색광속 반사용의 다이크로익 미러(281)에 의해서 반사되며, 다시 청색용의 홀로그램소자(284)를 투과하여, 역시 화상표시소자(288)에 입사한다.With the above configuration, when a white light beam is incident from the lamp 102 to the color separation means 287 through the reflector 104 and the integrator 215, the light flux of the blue component of the incident light flux is for blue. After being reflected by the hologram element 284 and converted into a parallel light beam, it is incident on the image display element 288. The blue light beam transmitted without being reflected by the hologram element 284 is reflected by the dichroic mirror 281 for reflecting the blue light beam, and again passes through the blue hologram element 284 and is also an image display element 288. ).

마찬가지로, 녹색성분의 광속은 청색용의 홀로그램소자(284) 및 청색광속 반사용의 다이크로익 미러(281)를 투과한 후, 녹색용의 홀로그램소자(285)에 의해 반사됨과 동시에 평행광속으로 변환되어 화상표시소자(288)에 입사하고, 홀로그램소자(285)를 투과한 녹색광속은 녹색광속 반사용의 다이크로익 미러(282)에 의해서 반사되며, 역시 화상표시소자(288)에 입사한다.Similarly, the luminous flux of the green component passes through the hologram element 284 for blue and the dichroic mirror 281 for reflecting the blue beam, and is then reflected by the hologram element 285 for green and converted into parallel luminous flux. And the green light beam passing through the hologram element 285 is reflected by the dichroic mirror 282 for reflecting the green light beam and also enters the image display element 288.

또, 적색성분의 광속도, 청색용 및 녹색용의 홀로그램소자(284, 285)와, 청색광속 반사용 및 녹색광속 반사용의 다이크로익 미러(281, 282)를 투과한 후, 적색용의 홀로그램소자(286)에 의해 반사됨과 동시에 평행광속으로 변환되어 화상표시소자(288)에 입사하고, 홀로그램소자(286)를 투과한 적색광속은 전반사미러(283)에 의해서 반사되며, 역시 화상표시소자(288)에 입사한다.The hologram for red after passing through the hologram elements 284 and 285 for the luminous flux of the red component, blue and green, and the dichroic mirrors 281 and 282 for reflecting the blue beam and reflecting the green beam. The red light beam reflected by the element 286 and converted into parallel light beams and incident on the image display element 288 and transmitted through the hologram element 286 is reflected by the total reflection mirror 283, which is also an image display element ( 288).

화상표시소자(288)의 광로변환 수단에 입사한 각 색의 광속은 각각의 입사각에 따라, 액정패널에서 서로 다른 색에 대응한 화소에 입사하여 휘조 변조되며, 투사렌즈(107)에 의해서 도시하지 않은 스크린에 확대 투사된다. 여기서, 홀로그램소자(284 ~ 286)에 의해서 반사된 각 색의 광속은, 상기와 같이 평행광속으로 변환되어 있기 때문에, 각각 액정패널에서의 각 색에 대응한 화소의 유효영역에 확실하게 집광된다. 그러므로, 실효적인 개구율을 극히 높일 수 있음과 동시에, 각 원색의 광속의 일부가, 다른 원색으로 대응하는 화소에 입사하는 것에 의한, 이른바 크로스토크(cross talk)를 최소한으로 제어하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 광학계의 구성이 간략하고, 저코스트라는 단판식의 특징을 활용하면서, 혼색이 없는 선명한 화상을 표시시킬 수 있고, 더욱이 투사효율 및 투사화상의 밝기의 균일성을 향상시킬 수 있다.The luminous flux of each color incident on the optical path converting means of the image display element 288 is incidentally modulated by incident light on the pixels corresponding to the different colors in the liquid crystal panel according to each incident angle, and is not shown by the projection lens 107. Not projected on the screen magnified. Here, since the luminous flux of each color reflected by the hologram elements 284-286 is converted into the parallel luminous flux as mentioned above, it concentrates to the effective area | region of the pixel corresponding to each color in a liquid crystal panel, respectively reliably. Therefore, the effective aperture ratio can be extremely increased, and at the same time, it becomes possible to control so-called cross talk to a minimum when a part of the luminous flux of each primary color enters a pixel corresponding to another primary color. Therefore, the structure of the optical system is simple, and it is possible to display a clear image without mixing color while utilizing the feature of the single plate type of low cost, and further improve the uniformity of the projection efficiency and the brightness of the projection image.

구체적으로는, 예를 들면 대각치수가 1.3인치에서 640 ×480 ×3의 화소가 형성된 개구율이 약 40%의 액정패널(288)과, 100W의 초고압 수은램프를 사용한 경우, 홀로그램소자(284 ~ 286)를 사용하지 않는 경우의 투사효율은 고작 1.5 루멘/와트 이었던 것에 비해, 상기와 같이 홀로그램소자(284 ~ 286)를 설치하는 것에 의해 단판식이면서 4 루멘/와트로 높은 투사효율을 얻을 수 있다. 또, 조명광학계에 편광분리 수단과 편파면 회전수단을 가지는 편광변환소자를 설치하는 것에 의해 8 루멘/와트 라는 극히 높은 투사효율을 실현하는 것이 가능하게 되었다.Specifically, for example, when a liquid crystal panel 288 having an aperture ratio of about 40% having a pixel of 640 x 480 x 3 formed at a diagonal dimension of 1.3 inches and a high-pressure mercury lamp of 100 W are used, hologram elements 284 to 286 are used. The projection efficiency in the case of not using) is only 1.5 lumens / watt, whereas by installing the hologram elements 284 to 286 as described above, a high projection efficiency can be obtained at a single plate type and 4 lumens / watt. Further, by providing a polarization converting element having polarization separation means and polarization plane rotating means in the illumination optical system, it is possible to realize an extremely high projection efficiency of 8 lumens / watt.

(실시형태 A3 - 1)(Embodiment A3-1)

제 1의 파리눈 렌즈와 제 2의 파리눈 렌즈를 가지는 인터그레이터를 대신하여, 회절광학소자가 설치된 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of an image display apparatus provided with a diffraction optical element will be described instead of an integrator having a first fly's eye lens and a second fly's eye lens.

이 화상표시장치는 도 26에 나타내는 바와 같이, 램프(102), 리플렉터(103), 회절광학소자(301), 비구면의 보조렌즈(302), 화상표시소자(303) 및 투사렌즈(107)가 설치되어 구성되어 있다. 즉, 상기 램프(102)에서 발광시킨 광속은 리플렉터(103)로 반사되어 회절광학소자(301)에 입사하고, 후술하는 회절광학소자(301)의 회절영역(301a)마다 회절한 광속이 보조렌즈(302)를 통하여 화상표시소자(303)의 화상표시영역 상에 중첩되어 휘도 변조되어, 투사렌즈(107)에 의해서 도시하지 않은 스크린에 확대 투사되도록 되어 있다.As shown in Fig. 26, the image display apparatus includes a lamp 102, a reflector 103, a diffractive optical element 301, an aspherical auxiliary lens 302, an image display element 303, and a projection lens 107. Installed and configured. That is, the luminous flux emitted from the lamp 102 is reflected by the reflector 103 and is incident on the diffraction optical element 301. The luminous flux diffracted for each diffraction region 301a of the diffraction optical element 301 described later is an auxiliary lens. The brightness is modulated by superimposing on the image display area of the image display element 303 through 302, and is projected by the projection lens 107 to be enlarged on a screen (not shown).

램프(102)로서는, 예를 들면 정격출력이 120와트의 초고압 수은램프가 사용된다. 또한, 상기의 램프에 한정하지 않고, 실시형태 A1 - 1에서 설명한 바와 같은 여러가지의 것을 사용할 수도 있다. 여기서, 램프(102)의 발광영역은 작은 쪽이 보다 바람직하지만, 발광영역이 비교적 큰 경우라도, 본 발명의 상대적인 효과는 얻을 수 있기 때문에, 예를 들면 고출력 크세논 램프나 고출력 메탈 할라이드 램프와 같이 발광체가 수 미리 정도로 큰 램프를 사용해도 좋다.As the lamp 102, for example, an ultra-high pressure mercury lamp having a rated output of 120 watts is used. In addition, various things as described in Embodiment A1-1 can be used, without being limited to said lamp. Here, although the light emitting area of the lamp 102 is more preferable, even if the light emitting area is relatively large, since the relative effect of the present invention can be obtained, for example, a light emitter such as a high output xenon lamp or a high output metal halide lamp You can also use a lamp that is large enough in advance.

리플렉터(103)로서는, 예를 들면 방물면경이 사용되지만, 타원면경이나 구면경 등을 사용하여도 좋다. 램프(102)가 설치되는 위치는 방물면경의 경우에는 그 초점근방에 램프(102)의 발광영역이 위치하도록 설정하는 것이 바람직하고, 타원면경의 경우에는 제 1 초점근방에, 구면경의 경우에는 구의 중심근방에 위치하도록 설정하는 것이 바람직하다.As the reflector 103, for example, a cotton mirror is used, but an ellipsoidal mirror, a spherical mirror, or the like may be used. The position where the lamp 102 is installed is preferably set so that the light emitting area of the lamp 102 is located near the focal point in the case of a parabolic mirror, and in the case of an ellipsoid mirror, in the vicinity of the first focal point, and in the case of a spherical mirror It is preferable to set so that it may be located in the vicinity.

보조렌즈(302)는 화상표시소자(303)로의 입사광속의 텔레센트릭(telecentric)성을 확보하고, 투사렌즈의 설계 상의 부담을 작게 하기 위해, 즉 F 값 등의 제약을 완화하기 위해서 설치되는 것으로, 투사렌즈의 F 값에 설계 상의 여유가 있으면 반드시 설치하지 않아도 좋다.The auxiliary lens 302 is provided to secure the telecentricity of the incident light beam to the image display element 303 and to reduce the design burden of the projection lens, that is, to alleviate the constraints such as the F value. However, it is not necessary to install it if there is a design margin in the F value of the projection lens.

회절광학소자(301)은 도 27에 나타내는 바와 같이, 광축방향에서 보았을 때의 외형이 리플렉터(103)에서 입사하는 광속의 단면형상에 대응한 원형이고, 그 내부영역은 화상표시소자(303)의 화상표시영역과 유사한 사각형형상의 복수의 회절영역(301a …)으로 구분되어져 있다. 이 회절영역(301a)은 각각 상기와 같이 입사한 광속을 회절시켜서, 화상표시소자(303)의 화상표시영역의 거의 전면에 걸쳐 입사시키도록 되어 있다. 즉, 각 회절영역(301a)에서 출력된 광속이 화상표시소자(303) 상에서 중첩되는 것에 의해, 표시화상에서의 중앙부와 주변부 등에서의 광량얼룩의 저감이 도모된다.As shown in Fig. 27, the diffraction optical element 301 has a circular shape corresponding to the cross-sectional shape of the light beam incident on the reflector 103 when viewed from the optical axis direction, and an inner region of the diffraction optical element 303 It is divided into a plurality of square diffraction areas 301a ... similar to the image display area. Each of the diffraction regions 301a diffracts the incident light beams as described above, so that the diffraction regions 301a are incident on the entire surface of the image display region of the image display element 303. That is, the luminous flux output from each diffraction area 301a is superimposed on the image display element 303, so that light spot staining at the center and periphery of the display image can be reduced.

또한, 각 회절영역(301a)의 형상은 반드시 화상표시소자(303)과 유사한 사각형형상이 아니라도 좋고, 또 서로 동일한 크기나 형상이 아니라도 좋다. 또, 회절영역(301a)의 크기나 수는 도 26 및 도 27에서는 편의상 모식적으로 그려져 있지만, 특히 한정되는 것은 아니다. 즉, 각 회절영역(301a)에서 출력된 광속이 화상표시소자(303)의 화상표시영역 상에서 대개 중첩되도록 되어 있으면, 광량얼룩 저감의 효과가 얻어진다. 단, 일반적으로 회절영역(301a)의 수를 많게 하는 쪽이 투사화상의 밝기의 균일성을 보다 향상시킬 수 있고, 또, 사각형 변환효율(사각형 개구율)을 높게 하여 투사효율을 높게하고, 보다 밝은 화상을 표시시킬 수 있다. 또, 미소영역(301a)의 형상이 화상표시소자(301)의 형상과 유사형인 쪽이 각 회절영역(301a)에서의 출력광속을 화상표시소자(303) 상에 중첩시키도록 제작하는 것이 비교적 용이하게 된다. 또, 사각형의 회절영역(301a)의 주변부의 영역(301b)에도 각각 회절작용을 발생시키도록 하여 화상표시소자(303) 상의 일부의 영역에 광속을 중첩시키도록 해도 좋다. 이 경우에는, 실질적인 단형 변환효율을 100%로 할 수 있고, 보다 밝은 화상을 표시시키는 것이 가능하게 된다.In addition, the shape of each diffraction area | region 301a may not necessarily be rectangular shape similar to the image display element 303, and may not be the same size or shape mutually. In addition, although the magnitude | size and number of the diffraction area | region 301a are typically shown in FIG. 26 and FIG. 27 for convenience, it is not specifically limited. That is, when the luminous flux output from each diffraction area 301a is largely superimposed on the image display area of the image display element 303, the effect of light quantity stain reduction is obtained. However, in general, the larger the number of diffraction regions 301a can improve the uniformity of the brightness of the projected image, and also increase the square conversion efficiency (square opening ratio) to increase the projection efficiency and make it brighter. An image can be displayed. In addition, it is relatively easy for the microregion 301a to have a shape similar to that of the image display element 301 so that the output light flux in each diffraction region 301a is superimposed on the image display element 303. Done. The light beams may be superimposed on a part of the area on the image display element 303 by generating a diffraction action in the area 301b at the periphery of the rectangular diffraction area 301a. In this case, the substantially short conversion efficiency can be 100%, and it becomes possible to display a brighter image.

또, 각 회절영역(301a)마다 화상표시소자(303)에서의 회절광학소자에서의 출력광속이 입사하는 영역을 약간 어긋나도록 하여 투사화상의 밝기의 균일성을 한층 향상시키도록 해도 좋다.In addition, the uniformity of the brightness of the projected image may be further improved by slightly shifting the region where the output light flux from the diffraction optical element in the image display element 303 is incident for each diffraction region 301a.

회절광학소자(301)의 구체적인 회절구조로서는, 예를 들면 단면형상이 톱날모양으로 형성된 표면 릴리프(relief)형의 회절격자를 적용할 수 있다. 또 톱니형상에 한정하지 않고, 톱니형상을 계단모양에 근사한 멀티레벨의 회절격자 등으로 하여도 좋다. 상기 톱날형상 등은 광학상의 계산 등에 의해 결정할 수 있다.As a specific diffraction structure of the diffractive optical element 301, for example, a surface relief diffraction grating having a cross-sectional shape in the shape of a saw blade can be used. In addition, the tooth shape may be a multilevel diffraction grating or the like approximating a step shape. The saw blade shape and the like can be determined by calculation of an optical image or the like.

상기와 같은 회절광학소자(301)은, 예를 들면 전자빔 묘화법을 사용한 일반적인 반도체 프로세스 등에 의해 제작 가능하고, 또 대량생산이 용이하므로, 종래의 파리눈 렌즈를 사용한 인터그레이터와 비교하여 그 제조코스트를 용이하게 1/10 이하 정도로 할 수 있다. 그러므로, 투사렌즈(107)과 함께 광학계 요소의 대부분의 제조 코스트를 점유하는 인터그레이터가 염가로 되는 것에 의해, 화상표시장치 전체의 제조 코스트를 예를 들면 종래의 6할 정도까지 억제하는 것을 용이하게 할 수 있다.The diffraction optical element 301 as described above can be manufactured by, for example, a general semiconductor process using an electron beam drawing method, and is easy to mass-produce. Therefore, the diffraction optical element 301 can be manufactured in comparison with an integrator using a conventional fly's eye lens. Can be easily made to about 1/10 or less. Therefore, the integrator which occupies most of the manufacturing cost of the optical element together with the projection lens 107 becomes inexpensive, so that it is easy to suppress the manufacturing cost of the entire image display apparatus to, for example, about 60% of the conventional one. can do.

또, 회절광학소자(301)는 이하의 실시형태 A에서 설명하는 바와 같은 2광속 간섭고에 의한 홀로그램소자를 형성하는 것에 의해서 제작하여도 좋다.In addition, the diffraction optical element 301 may be manufactured by forming a hologram element with a two-beam interference height as described in Embodiment A below.

화상표시소자(109)로서는, 예를 들면 투과형 액정패널 등, 투과형의 여러가지의 것을 사용할 수 있다. 여기서, 예를 들면 일본특허공개 평 1-281426호 공보나, 일본특허공개 평 3-140920호 공보, 일본특허공개 평 4-251221호 공보 등에 다수 개시되어 있는 바와 같이, 각 화소에 대응한 마이크로 렌즈를 구비하고, 화상표시소자로의 입사광속을 화소의 개구부(유효영역) 근방에 수속시키는 것에 의해 실효적인 개구율의 증가를 도모한 것을 사용하여도 좋다. 예를 들면 장치의 소형화를 도모하는 등을 위해 리플렉터(103)의 개구형상을 작게 설정한 경우라도 높은 투사효율(광이용 효율)을 얻을 수 있다. 즉, 종래의 파리눈 렌즈를 사용한 인터그레이터에서는 제 1의 파리눈 렌즈의 각 단체 렌즈와 제 2의 파리눈 렌즈의 각 단체 렌즈가 대응하도록 설정된다. 그러나, 리플렉터의 개구형상이 작으면, 리플렉터에서 출력되는 광속의 평행광으로부터의 어긋남이 크게 되기 쉬우며 이 경우, 파리눈 렌즈의 각 단체 렌즈 사이에서 크로스토크가 발생하기 쉽게 된다. 그러므로, 제 1 렌즈 어레이의 상이 화상표시소자보다도 상당히 크게 되며, 화상표시소자를 유효하게 조명할 수 없었다.As the image display element 109, various types of transmissive type, such as a transmissive liquid crystal panel, can be used. Here, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-281426, Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 3-140920, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-251221, and the like, a microlens corresponding to each pixel is disclosed. May be used to achieve an effective increase in aperture ratio by converging the incident light beam to the image display element near the opening (effective region) of the pixel. For example, a high projection efficiency (light utilization efficiency) can be obtained even when the aperture shape of the reflector 103 is set small so as to reduce the size of the device. That is, in the integrator using the conventional fly-eye lens, each single lens of the first fly-eye lens and each single lens of the second fly-eye lens are set to correspond. However, when the opening shape of the reflector is small, the deviation from the parallel light of the light beam output from the reflector tends to be large, and in this case, crosstalk tends to occur between the individual lenses of the fly's eye lens. Therefore, the image of the first lens array becomes considerably larger than the image display element, and the image display element cannot be effectively illuminated.

이것에 비해서, 상기와 같이 회절광학소자(301)를 사용한 경우에는 회절광학소자(301)의 각 회절영역(301a)에 의한 회절광속이 직접 액정표시소자에 입사하기 때문에, 2개의 파리눈 렌즈를 사용하는 경우와 같은 크로스토크가 발생하는 일 없고, 따라서, 리플렉터에서 출력되는 광속의 평행광으로부터의 어긋남이 크게 되어도 광속의 평행도가 다소 저하하여도 화상표시소자(303)에서의 조명영역이 약간 어긋나는 어긋나거나 넓어지는 정도에 지나지 않고, 마이크로 렌즈에 의한 실질적인 개구율의 증대효과는 적절하게 얻어지므로, 높은 투사효율이 얻어진다. 또, 리플렉터에서 출력되는 광속의 평행도가 낮은 광원, 즉, 발광영역이 비교적 큰 램프를 사용하는 경우에는 이상적인 평행광속이 출력되도록 한 경우에 화상표시소자가 조명되는 영역을 화상표시영역보다도 작게 설정하고, 출력광속이 평행광속이 아닌 것에 의한 어긋남 등에 의해서 화상표시소자의 전체가 조명되도록 하여도 좋다.On the other hand, in the case where the diffraction optical element 301 is used as described above, since the diffraction light beams by the diffraction regions 301a of the diffraction optical element 301 are directly incident on the liquid crystal display element, two fly-eye lenses are used. Crosstalk does not occur as in the case of use, and therefore, even if the deviation from the parallel light of the light beam output from the reflector becomes large, the illumination area of the image display element 303 slightly shifts even if the parallelism of the light beam decreases slightly. It is only the degree which is shift | deviated or widened, and since the effect of actually increasing the aperture ratio by a micro lens is obtained suitably, high projection efficiency is obtained. In the case of using a light source having a low parallelism of the light flux output from the reflector, that is, a lamp having a relatively large light emitting area, the area where the image display element is illuminated is set smaller than the image display area when the ideal parallel light flux is output. The whole of the image display element may be illuminated by the deviation due to the output light flux being not parallel light flux.

상기와 같이, 파리눈 렌즈를 가지는 인터그레이터를 대신하여 회절광학소자를 사용하는 것에 의해, 표시화상에서의 중앙부와 주변부 등으로의 광량얼룩을 확실하게 저감할 수 있음과 동시에, 투사효율을 향상시킬 수 있다. 투사효율에 관하여는, 예를 들면 종래의 화상표시 장치에서는 투사효율이 고작 5 루멘/와트 정도인 것에 비하여, 상기 화상표시장치에서는 7.5 루멘/와트로 높은 효율을 얻을 수 있다.As described above, by using the diffractive optical element in place of the integrator having the fly's eye lens, light spot staining on the center part and the peripheral part or the like in the display image can be reliably reduced, and the projection efficiency can be improved. Can be. Regarding the projection efficiency, for example, in the conventional image display apparatus, the projection efficiency is only about 5 lumens / watt, whereas in the image display apparatus, it is possible to obtain high efficiency at 7.5 lumens / watt.

또, 표시화상의 밝기의 저하를 초래하는 일 없이 리플렉터의 개구형상을 작게할 수 있기 때문에, 화상표시장치의 소형화를 용이하게 도모할 수도 있다. 구체적으로는, 예를 들면 종래의 통상의 리플렉터의 개구지름이 100㎜ 정도인 것에 비해서 50㎜ 정도로 할 수 있고, 광축방향의 치수도 종래의 약 1/2 정도로 할 수 있다. 또한, 투사렌즈의 F 값을 작게하고, 회절광학소자와 화상표시소자와의 거리를 짧게하여 보다 한층 소형화를 도모하는 것도 용이하게 할 수 있다.In addition, since the opening shape of the reflector can be reduced without causing a decrease in the brightness of the display image, it is possible to easily downsize the image display apparatus. Specifically, the opening diameter of the conventional reflector can be about 50 mm, for example, and the optical axis direction can also be about 1/2 of the conventional size. In addition, the F value of the projection lens can be reduced, and the distance between the diffractive optical element and the image display element can be shortened to further reduce the size.

(실시형태 A3 - 2)(Embodiment A3-2)

실시형태 A3 - 1과 같은 회절광학소자를 사용한 화상표시장치에 있어서, 광원 광을 적, 녹, 청의 3원색의 광으로 색분리하고, 각각의 색의 광에 대응한 3장의 투과형의 화상표시소자를 사용하여 풀컬러 화상을 표시하는 이른바 3판방식의 화상표시장치의 예를 설명한다.In the image display apparatus using the diffraction optical element as in Embodiment A3-1, the light source light is separated into three primary colors of red, green, and blue, and three transmissive image display elements corresponding to the light of each color are provided. An example of a so-called three-panel image display apparatus for displaying a full color image using the following will be described.

본 실시형태 A에서의 화상표시장치는 도 28에 나타내는 바와 같이, 램프(102)의 출력광속을 리플렉터(103)로 반사 후, 회절광학소자(301)를 통하여 화상표시소자(314 ~ 316)의 조명광속으로 하도록 되어 있다. 회절광학소자(301)는 실시형태 A3 - 1과 같은 것이다. 즉, 복수의 회절영역이 형성되고, 각 회절영역의 출력광속이 각각 다이크로익 미러(317, 318)에 의해 3원색으로 분리된 후, 각 색의 화상을 표시하는 화상표시소자(314 ~ 316) 상에서 중첩되도록 되어 있다.In the image display device of the present embodiment A, as shown in FIG. 28, after reflecting the output light flux of the lamp 102 to the reflector 103, the image display devices 314 to 316 of the image display device 301 are reflected through the diffraction optical element 301. It is supposed to be an illumination beam. The diffractive optical element 301 is the same as the embodiment A3-1. That is, a plurality of diffraction regions are formed, and the output light fluxes of the diffraction regions are separated into three primary colors by the dichroic mirrors 317 and 318, respectively, and then image display elements 314 to 316 which display images of each color. ) So that they overlap.

보다 자세하게는, 회절광학소자(301)에서 출력된 백색광속 중에서, 다이크로익 미러(317)에 의해 청색성분의 광속만이 투과하고, 다른 파장성분은 반사된다. 청색성분의 광속은 반사미러(319)를 통하여 청색화상표시용의 화상표시소자(314)로 입사한다. 다이크로익 미러(317)의 반사광 중에서, 녹색성분은 다이크로익 미러(318)에 의해 반사되어 녹색용의 화상표시소자(315)로 입사한다. 적색성분은 릴레이 렌즈(320, 321) 및 반사미러(322, 323)를 통하여 적색표시용의 화상표시소자(316)에 입사한다. 각 화상표시소자(314 ~ 316)에 입사한 각 색의 광속은 휘도 변조된 후, 색합성을 위한 다이크로익 프리즘(324)에 의해 합성되며 , 투사렌즈(107)에 의해 스크린(도시하지 않음) 상에 확대 투영된다.More specifically, of the white light flux output from the diffraction optical element 301, only the blue light flux is transmitted by the dichroic mirror 317, and the other wavelength components are reflected. The light flux of the blue component is incident on the image display element 314 for displaying a blue image through the reflection mirror 319. Of the reflected light of the dichroic mirror 317, the green component is reflected by the dichroic mirror 318 and enters the image display element 315 for green. The red component enters the image display element 316 for red display through the relay lenses 320 and 321 and the reflection mirrors 322 and 323. The luminous flux of each color incident on each of the image display elements 314 to 316 is luminance-modulated and then synthesized by a dichroic prism 324 for color synthesis, and a screen (not shown) by the projection lens 107. Is enlarged and projected on.

또한, 도 29에 나타내는 바와 같이, 다이크로익 프리즘을 사용하지 않고, 다이크로익 미러(339, 340)에 의해서 색합성하도록 하여도 된다. 즉, 램프(102)의 출력광속을 리플렉터(103)에서 집광 후, 실시형태 A3 - 1과 같은 회절광학소자(301)에서 각 회절영역마다 회절시켜서 분리하고, 각 회절영역의 출력광속을 다이크로익 미러(333, 334) 및 반사미러(335)를 통하여 화상표시소자(314 ~ 316) 상에서 중첩하여 휘도 변조하고, 화상표시소자(314 ~ 316)의 출력광속을 다이크로익 미러(339, 340) 및 반사미러(341)로 이루어지는 색합성계에 의해 합성하여, 투사렌즈(107)에 의해 스크린(도시하지 않음) 상에 확대 투사하는 것에 의해 동일하게 풀컬러 화상이 표시된다.In addition, as shown in FIG. 29, you may make it synthesize | combine with the dichroic mirrors 339 and 340, without using a dichroic prism. That is, after collecting the output light flux of the lamp 102 by the reflector 103, the diffraction optical element 301 as in Embodiment A3-1 is diffracted and separated for each diffraction region, and the output light flux of each diffraction region is dichroic. The brightness is modulated by overlapping on the image display elements 314 to 316 through the blade mirrors 333 and 334 and the reflection mirror 335, and output light beams of the image display elements 314 to 316 are dichroic mirrors 339 and 340. ) And a full color image are similarly displayed by magnified projection on a screen (not shown) by the projection lens 107.

본 실시형태 A에서의 화상표시장치라도, 실시형태 A3 - 1과 동일하게, 종래의 고가인 한쌍의 파리눈 렌즈를 대신하여, 염가인 회절광학소자를 사용하여 인터그레이터를 구성하는 것에 의해, 제조 코스트의 증대를 대폭 억제할 수 있음과 동시에 투사효율을 향상시키고, 리플렉터의 외경치수를 더 작게 할 수 있으며, 화상표시장치의 박형화, 경량화를 도모할 수 있다.Even in the image display apparatus of the present embodiment A, in the same manner as the embodiment A3-1, the integrator is constructed by using an inexpensive diffractive optical element in place of a pair of conventional expensive pair of fly-eye lenses to produce the integrator. The increase in cost can be significantly suppressed, the projection efficiency can be improved, the outer diameter of the reflector can be made smaller, and the image display device can be made thinner and lighter.

또한, 회절광학소자(301)는 상기와 같이 램프(102)와 다이크로익 미러(317) 등과의 사이에 설치해도 좋지만, 다이크로익 미러(317) 등과 화상표시소자(314) 등과의 사이에 설치하도록 해도 좋다.The diffraction optical element 301 may be provided between the lamp 102 and the dichroic mirror 317 or the like as described above, but the dichroic mirror 317 or the like between the image display element 314 and the like. You may install it.

또, 리플렉터로서, 이하의 실시형태 A3 - 3과 같은 타원면경을 사용하거나, 구면경을 사용하거나, 또 회절광학소자로서 실시형태 A3 - 4와 같은 홀로그램소자를 사용해도 좋다.As the reflector, an ellipsoidal mirror as in the following embodiments A3-3, a spherical mirror may be used, or a hologram element as in the embodiments A3-4 may be used as the diffractive optical element.

(실시형태 A3 - 3)(Embodiment A3-3)

리플렉터에 타원면경을 사용한 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of an image display apparatus using an ellipsoidal mirror for the reflector will be described.

이 화상표시장치는 도 30에 나타내는 바와 같이, 실시형태 A3 - 1의 화상표시장치(도 26)와 비교하여, 방물면경인 리플렉터(103)를 대신하여 타원면경인 리플렉터(353)가 설치되어 있는 점과, 회절광학소자(301) 및 투사렌즈(107)를 대신하여, 리플렉터(353)으로부터의 반사광속이 수속광속인 것에 대응한 회절광학소자(351) 및 투사렌즈(357)가 설치되어 있는 점이 다르고, 그이외의 구성 및 작용은 동일하다. 즉, 타원면경인 리플렉터(353)의 제 1초점에 램프(102)의 발광영역이 배치되는 경우, 리플렉터(353)로부터의 반사광속은 대개 제 2초점에 집광된다. 회절광학소자(351)는 상기 반사광속의 경로 상에 설치되기 때문에, 회절광학소자(351)의 상기 반사광속이 입사하는 영역, 즉, 회절광속이 출사하는 영역의 직경은, 리플렉터(353)의 외경(개구지름)보다도 작게 된다. 그러므로, 회절광학소자(351)의 외경을 작게 할 수 있음과 동시에, 화상표시소자(303)에 입사하는 회절광속의 최대 입사각을 작게 할 수 있기 때문에, 투사렌즈(357)로서, F 값이 크고 제조 코스트가 염가인 것을 사용할 수 있다.As shown in FIG. 30, this image display device is provided with an ellipsoidal mirror reflector 353 in place of the reflector 103, which is a water mirror, as compared with the image display device (FIG. 26) of Embodiment A3-1. And the diffraction optical element 351 and the projection lens 357 corresponding to the reflected light flux from the reflector 353 are provided instead of the diffraction optical element 301 and the projection lens 107. The other configurations and functions are the same. That is, when the light emitting region of the lamp 102 is arranged at the first focus of the reflector 353, which is an ellipsoidal mirror, the reflected light beam from the reflector 353 is usually focused at the second focus. Since the diffraction optical element 351 is provided on the path of the reflected light beam, the diameter of the region where the reflected light beam of the diffraction optical element 351 enters, that is, the region where the diffraction light beam exits, is determined by the outer diameter of the reflector 353. Smaller than the aperture diameter). Therefore, since the outer diameter of the diffraction optical element 351 can be made small, and the maximum incident angle of the diffraction light beam incident on the image display element 303 can be made small, the F value of the projection lens 357 is large. The manufacturing cost can be used cheaply.

또한, 회절광학소자(351)에 복수의 회절영역이 형성되며, 각 회절영역의 출력광속이 화상표시소자 상에서 중첩되도록 구성되어 있는 점이나 제작방법도 실시형태 A3 - 1과 같다.Further, a plurality of diffraction regions are formed in the diffraction optical element 351, and the point or the manufacturing method of the output light fluxes of each diffraction region overlapping on the image display element is also the same as in the embodiment A3-1.

또, 투사효율을 향상시켜 얻을 수 있는 효과, 특히 화상표시소자로서 마이크로 렌즈를 구비한 것을 사용하는 경우의 실효적인 개구율의 향상에 의한 투사효율을 향상시켜 얻을 수 있는 효과 등에 대해서는 상기 실시형태 A3 - 1과 같다.Also, the effects obtained by improving the projection efficiency, in particular, the effects obtained by improving the projection efficiency due to the improvement of the effective aperture ratio when using a micro lens as the image display element, can be obtained. Same as 1.

또, 램프(102)의 발광영역이 비교적 큰 경우에는, 리플렉터(353)로부터의 반사광속은 1점에 집광하지 않고, 제 2 초점의 전후에 집광되는 성분이 많게 되며, 화상표시소자(303) 상에서 중첩되는 광원의 상에 어긋남(예를 들면 회절상)을 발생한다. 그래서, 반사광속의 집광도가 나쁜 경우에는, 이 어긋남을 당초부터 내다보고, 각 회절영역에서의 회절광속이 화상표시소자(303)를 조명하는 면적이 작게 되도록 설정, 제 2 초점으로 집광하는 광속으로부터 어긋난 광속에 의해 그 이외의 부분이 조명되도록 하여도 좋다.In addition, when the light emitting area of the lamp 102 is relatively large, the reflected light beam from the reflector 353 does not focus at one point, but many components are collected before and after the second focus, and on the image display element 303 A deviation (for example, diffraction image) occurs in the image of the overlapping light source. Therefore, when the condensation degree of the reflected light beam is bad, this shift is looked at from the beginning, and the diffraction light flux in each diffraction area is set so that the area illuminating the image display element 303 becomes small, and from the light beam condensed at the second focus. Other parts may be illuminated by the displaced luminous flux.

(실시형태 A3 - 4)(Embodiment A3-4)

회절광학소자로서, 2광속 간섭노광이나 CGH(Computer Generated Hologram)에 의해서 제작되는 홀로그램소자를 사용한 화상표시장치의 예를 설명한다.As an diffractive optical element, an example of an image display apparatus using a hologram element produced by two-beam interference exposure or CGH (Computer Generated Hologram) will be described.

이 화상표시장치는 도 31에 나타내는 바와 같이, 실시형태 A3 - 1의 화상표시장치(도 26)와 비교하여, 회절광학소자(301)를 대신하여 회절광학소자(361)가 설치되어 있는 점과, 램프(103) 및 리플렉터(102)의 광축(조명광학계의 광축)이 홀로그램소자(361) 및 투사렌즈(107) 등의 광축(투사광학계의 광축)과 소정의 각도를 이루도록 구성되어 있는 점이 다르고, 그 이외의 구성 및 작용은 같다.As shown in FIG. 31, this image display apparatus is provided with a diffraction optical element 361 in place of the diffraction optical element 301 as compared with the image display apparatus (FIG. 26) of Embodiment A3-1. The point where the optical axis of the lamp 103 and the reflector 102 (the optical axis of the illumination optical system) is configured to have a predetermined angle with the optical axis (the optical axis of the projection optical system) such as the hologram element 361 and the projection lens 107 The other structure and operation are the same.

상기 홀로그램소자(361)는, 위상형의 체적 홀로그램으로 하고, 리플렉터(103)로부터의 반사광속이 예를 들면 30°의 입사각으로 입사하도록 설정되어 있다. 이것은 고차 회절광을 없애고 투과형 홀로그램의 회절효율을 높게 하기 위해서이다. 또, 홀로그램소자(361)를 그 법선방향에서 보았을 때의 외형은, 도 32에 나타내는 바와 같이 x축방향으로 장축을 가지는 타원형으로 형성되어 있다. 이것은 일반적으로 그러하듯이 리플렉터(103)로부터의 출력광속은 원형이기 때문에, 조명광학계의 광축과 투사광학계의 광축이 평행이 아닌 경우에는 홀로그램소자(361)에 투영되는 원형상이 동 도면에 나타내는 바와 같은 타원형으로 되기 때문이다.The hologram element 361 is set to be a phase hologram and set so that the reflected light beam from the reflector 103 is incident at an incident angle of 30 degrees, for example. This is to eliminate high order diffracted light and to increase the diffraction efficiency of the transmission hologram. Moreover, the external shape when the hologram element 361 is seen from the normal direction is formed in the ellipse which has a long axis in an x-axis direction as shown in FIG. This is because, as is generally the case, the output light flux from the reflector 103 is circular, and when the optical axis of the illumination optical system and the optical axis of the projection optical system are not parallel, the circular image projected on the hologram element 361 is shown in the figure. Because it is the same oval.

홀로그램소자(361)의 내부영역에는 실시형태 A3 - 1의 홀로그램소자(301)와 같이, 복수의 사각형의 회절영역(361a…)이 형성되어 있다. 이 사각형의 각 회절영역(361a)의 형상은 화상표시소자(303)의 화상표시영역을 홀로그램소자(361)의 외형에서의 장축 : 단축비만 종방향으로 확대한 형상과 유사하게 되도록 형성되어 있다. 도 32에서는 화상표시소자(303)가 16(수평방향) : 9(수직방향)의 애스팩트비를 가지는 이른바 하이비젼(HDTV)화상을 표시하도록 되어 있는 경우의 예를 나타내고 있다.In the inner region of the hologram element 361, as in the hologram element 301 of Embodiment A3-1, a plurality of rectangular diffraction regions 361a are formed. The shape of each of the rectangular diffraction regions 361a is formed such that the image display area of the image display element 303 is similar to the shape in which the long axis: shortening ratio in the external shape of the hologram element 361 is enlarged in the longitudinal direction. FIG. 32 shows an example in which the image display element 303 is configured to display a so-called high-vision (HDTV) image having an aspect ratio of 16 (horizontal direction): 9 (vertical direction).

또한, 실시형태 A3 - 1에서 설명한 것과 같이, 상기 회절영역(361a)의 형상은 반드시 화상표시소자(303)에 대응한 형상이 아니라도 좋고, 또 서로 동일의 크기나 형상이 아니라도 좋다. 즉, 회절영역(361a)의 크기나 형상, 또 수는 특히 한정되지 않고, 각 회절영역(361a)에서 출력된 광속이 화상표시소자(363)의 화상표시영역 상에서 대개 중첩되도록 되어 있으면, 광량얼룩 저감의 효과가 얻어진다.In addition, as described in Embodiment A3-1, the shape of the diffraction region 361a may not necessarily be a shape corresponding to the image display element 303, and may not be the same size or shape as each other. That is, the size, shape, and number of the diffraction areas 361a are not particularly limited, and the light quantity staining is generally provided when the luminous flux output from each diffraction area 361a is superimposed on the image display area of the image display element 363. The effect of reduction is obtained.

또한, 본 실시형태 A와 같이 조명광학계의 광축과 투사광학계의 광축이 평행하지 않은 경우라도, 당연히 표면 릴리프형의 회절광학소자를 사용할 수도 있다.In addition, even in the case where the optical axis of the illumination optical system and the optical axis of the projection optical system are not parallel as in Embodiment A, a surface relief type diffractive optical element can also be used.

다음에, 상기 홀로그램소자(361)의 제작방법에 대해서 설명한다.Next, a manufacturing method of the hologram element 361 will be described.

홀로그램소자(361)는 전자빔 묘화 등에 의해, 계산된 간섭고를 포토레지스트에 기록하여 제작하는 것 등도 가능하지만, 여기서는 포토폴리머 등의 간섭고의 노광에 의해 제작하는 경우에 대해서 설명한다.The hologram element 361 can also be produced by recording the calculated interference height in a photoresist by electron beam writing or the like. However, the case where the hologram element 361 is produced by exposure to an interference height such as a photopolymer will be described.

일반적으로 홀로그램소자는 가간섭인 2광속(참조광과 물체광)을 간섭시켜, 발생한 간섭고를 포토폴리머 등의 기록재료의 노광에 의해서 기록함으로써 제작된다. 참조광으로서는 리플렉터로부터의 출력광속과 거의 같은 광속을 사용하면 좋다. 예를 들면 상기와 같이 리플렉터(103)에 방물면경을 사용하는 경우에는 실제의 조명광학계에서의 광축과 평행한 각도로 평행광을 입사하면 좋다. 또, 물체광으로서는 각 회절영역(361a)을 형성하고자 하는 영역에서 화상표시소자(303)의 표시영역 전면에 걸쳐 입사하고, 화상표시소자(303) 상에서 중첩되는 광로의 광속이 사용된다.Generally, a hologram element is produced by interfering two interfering beams (reference light and object light), and recording the generated interference height by exposure of a recording material such as a photopolymer. As the reference light, a light beam almost the same as the output light beam from the reflector may be used. For example, when using a spectacle mirror for the reflector 103 as described above, the parallel light may be incident at an angle parallel to the optical axis of the actual illumination optical system. As the object light, a light beam of an optical path incident on the entire display area of the image display element 303 in the region where each diffraction region 361a is to be formed and overlapping on the image display element 303 is used.

이하, 도 33에 의거하여 구체적으로 설명한다. 도 33은 홀로그램재료(371)의 회절영역이 형성되기 위해 하나의 영역(317a)에 간섭고를 기록하는 경우의 간섭노광계의 배치도이다.Hereinafter, it demonstrates concretely based on FIG. FIG. 33 is a layout view of an interference exposure system in the case where an interference height is recorded in one region 317a to form a diffraction region of the hologram material 371.

홀로그램소자(361)를 제작하기 위한 홀로그램재료(371)로서는 상기 실시형태 A1 - 1에서 나타내는 바와 같은 여러가지의 것을 사용할 수 있다.As the hologram material 371 for manufacturing the hologram element 361, various things as shown in the said embodiment A1-1 can be used.

레이저(372)에서 출력된 평행광속(L)은 하프미러(373)에 의해 투과광(M)과 반사광(N)으로 2분 되도록 되어 있다.The parallel light beam L output from the laser 372 is made to be two minutes into the transmitted light M and the reflected light N by the half mirror 373.

투과광(M)은 미러(374) 및 마스크(375)에서의 홀로그램재료(371)의 영역(371a)에 대응하여 설치된 개구부(375a)를 통하여, 소정의 입사각으로 홀로그램재료(371)의 영역(371a)에 참조광으로서 입사한다. 상기 소정의 입사각이란, 실제로 구성하는 화상표시장치에서의 리플렉터(103)의 광축(회전 방물면경의 회전축)과 홀로그램소자(361)의 법선이 이루는 각도와 같은 각도이다.The transmitted light M is a region 371a of the hologram material 371 at a predetermined angle of incidence through an opening 375a provided corresponding to the region 371a of the hologram material 371 in the mirror 374 and the mask 375. ) Is incident as reference light. The predetermined angle of incidence is an angle equal to the angle formed between the optical axis of the reflector 103 (rotation axis of the rotating spectacle mirror) and the normal of the hologram element 361 in the image display device actually configured.

한편, 반사광(N)은 집광렌즈(376)에 의해서, 마스크(375)의 개구부(375a)를 통과 후에 보조렌즈(372)를 통하여 화상표시소자(373)의 표시영역과 대개 동일한 영역을 조명하는 광속으로 변환되어 홀로그램재료(371)의 영역(371a)에 물체광으로서 입사한다.On the other hand, the reflected light N illuminates the same area as the display area of the image display element 373 through the auxiliary lens 372 after passing through the opening 375a of the mask 375 by the condensing lens 376. The light beam is converted into a light beam and incident on the area 371a of the hologram material 371 as object light.

상기와 같이 하여 홀로그램재료(371)에 입사한 2개의 광속에 의해서 형성되는 간섭고를 홀로그램재료(371)에 기록하는 것에 의해, 하나의 회절영역이 형성되며, 이것을 각 회절영역마다 순차 반복하는 것에 의해 상기와 같은 홀로그램소자(361)가 제작된다.By recording the interference height formed by the two light beams incident on the hologram material 371 as described above to the hologram material 371, one diffraction area is formed, and this is sequentially repeated for each diffraction area. The hologram element 361 as described above is manufactured.

홀로그램소자(361)를 제작하는 다른 방법에 대해서 설명한다.Another method of manufacturing the hologram element 361 will be described.

이 방법에서는 참조광에 대해서는 상기의 경우와 동일하지만, 물체광을 생성하기 위해, 도 34에 나타내는 바와 같이 렌즈 어레이(381)가 사용된다. 이 렌즈 어레이(381)에는 각각 홀로그램재료(371)의 회절영역이 형성되기 위해 각 영역(371a)에 대응한 렌즈(381a)가 형성되어 있다. 각 렌즈(381a)는 각각 상기 홀로그램재료(371)의 각 영역(371a)에 대한 상기의 방법의 집광렌즈(376)와 같은 작용을 하도록 되어 있다.In this method, the reference light is the same as in the above case, but the lens array 381 is used to generate the object light as shown in FIG. In this lens array 381, a lens 381a corresponding to each region 371a is formed so that a diffraction region of the hologram material 371 is formed. Each lens 381a is adapted to act in the same way as the condenser lens 376 of the above method for each area 371a of the hologram material 371.

여기서, 홀로그램재료(371)의 노광은 상기의 방법과 같이 마스크(375)를 사용하는 등 하여 각 영역(371a)마다 하도록 하여도 좋지만, 도 34에 나타내는 바와 같은 마스크(382)를 사용하는 것에 의해 복수의 영역(371a)에 대해서 동시에 노광을 행할 수 있다. 상기 마스크(382)에는 각각 렌즈 어레이(381)의 각 렌즈(381a) 및 홀로그램재료(371)의 각 영역(371a)에 대응한 개구부(382a)가 형성되며, 홀로그램재료(371)에서의 각 렌즈(381a)를 통과한 물체광이 입사하는 영역이 대개, 각각 서로 중복되지 않고, 또한 간격이 열려지지 않도록 형성되어 있다.Here, the hologram material 371 may be exposed to each area 371a by using the mask 375 in the same manner as described above, but by using the mask 382 as shown in FIG. 34. A plurality of areas 371a can be exposed at the same time. Each mask 381a of the lens array 381 and an opening 382a corresponding to each area 371a of the hologram material 371 are formed in the mask 382, and each lens of the hologram material 371 is formed. The areas where the object light passing through 381a is incident are usually formed so as not to overlap with each other, and the gaps do not open.

또한, 이하에 설명하는 실시형태 A3 - 5와 같이 리플렉터로서 방물면경이 아니라 타원면경을 사용하는 화상표시장치의 경우에는 참조광으로서, 평행한 광속이 아니라, 실제의 조명광학계에서 제 2초점에 집광하는 광속과 등가인 광속을 사용하면 좋다. 이와 같은 광속은 리플렉터의 광축 상 상기 투과광(M)의 광로 중에 소정의 굴절파워를 가지는 렌즈를 배치하는 것에 의해서 용이하게 얻을 수 있다.In addition, in the case of an image display apparatus using an ellipsoidal mirror as a reflector as an reflector as in the embodiment A3-5 described below, the reference light is focused as the reference light, instead of parallel luminous flux, at the second focusing point in the actual illumination optical system. A luminous flux equivalent to the luminous flux may be used. Such luminous flux can be easily obtained by arranging a lens having a predetermined refractive power in the optical path of the transmitted light M on the reflector's optical axis.

또, 상기 실시형태 A1 - 1에서 설명한 바와 같은 여러가지의 방법에 의해, 참조광이나 물체광을 생성하여 각 회절영역(361a)을 형성하도록 하여도 좋다.In addition, the diffraction regions 361a may be formed by generating the reference light or the object light by various methods as described in the above embodiments A1-1.

(실시형태 A3 - 5)(Embodiment A3-5)

도 35에 나타내는 바와 같이, 회절광학소자로서 홀로그램소자(391)를 사용함과 동시에, 리플렉터에 타원면경(353)을 사용하도록 하여도 된다.As shown in FIG. 35, the hologram element 391 may be used as the diffractive optical element, and the ellipsoidal mirror 353 may be used for the reflector.

즉, 램프(102)로부터의 출력광속이 타원면경으로 이루어지는 리플렉터(353)에 의해 그 제 2 초점으로 집광되는 경로 상에, 회절영역(391a)이 형성된 홀로그램소자(391)를 배치하면 좋다. 이것에 의해, 홀로그램소자(391)의 각 회절영역(391a)으로부터의 회절광속은 보조렌즈(302)(생략가능)를 통하여 화상표시소자(303)로 입사한다. 화상표시소자(303)의 출력광속은 투사렌즈(357)에 의해 스크린(도시하지 않음) 상으로 확대 투사된다.That is, the hologram element 391 in which the diffraction region 391a is formed may be disposed on the path where the output light flux from the lamp 102 is collected at the second focal point by the reflector 353 composed of an ellipsoidal mirror. As a result, the diffracted light beams from the diffraction regions 391a of the hologram element 391 enter the image display element 303 through the auxiliary lens 302 (can be omitted). The output light flux of the image display element 303 is projected on the screen (not shown) by the projection lens 357.

상기 홀로그램소자(391)는 상기 실시형태 A3 -4에서 설명한 바와 같이, 참조광으로서 상기 리플렉터(353)으로부터 제 2 초점에 집광하는 반사광속과 등가인 광속을 참조광으로서 사용하는 것에 의해 제작할 수 있다.The hologram element 391 can be manufactured by using, as the reference light, a light beam equivalent to the reflected light beam focused at the second focus from the reflector 353 as the reference light, as described in the above-described embodiment A3-4.

상기와 같은 화상표시장체에서도, 실시형태 A3 - 3의 화상표시장치와 같이 홀로그램소자(391)를 제 2 초점에 가까이 하여 배치하고 작게 할 수 있도록 하는 것으로, 화상표시소자(303)로 입사하는 조명광속의 최대 입사각도가 작게 되는 것에 의한 제조 코스트의 저감이나, 화상표시소자(303)의 마이크로 렌즈의 게인의 증대 등에 의한 투사효율의 향상효과가 얻어진다.In the image display device as described above, the illumination incident on the image display element 303 is made such that the hologram element 391 can be arranged close to the second focal point and made small, similar to the image display apparatus of Embodiments A3-3. The effect of improving the projection efficiency by reducing the manufacturing cost by increasing the maximum incident angle of the light beam, increasing the gain of the microlens of the image display element 303, and the like is obtained.

(실시형태 A3 - 6)(Embodiment A3-6)

도 36에 나타내는 바와 같이, 반사형의 홀로그램소자(401)를 사용하도록 하여도 좋다.As shown in FIG. 36, the reflective hologram element 401 may be used.

이 반사형의 홀로그램소자(401)로서는, 예를 들면 이른바 체적 홀로그램이 사용된다. 이 홀로그램소자(401)는 그 법선이 조명광학계의 광축 및 투사광학계의 광축과 예를 들면 45°의 각도를 이루도록 배치되지만, 회절영역(401a)이 형성되어 각 회절영역(401a)에서 출력되는 회절광이 화상표시소자(303) 상에서 중첩되도록 되어 있다. 이와 같은 홀로그램소자(401)도 상기 실시형태 A1 - 1이나 실시형태 A3 - 3에서 설명한 바와 같은 방법에 의해 제작할 수 있다. 또, 리플렉터로서, 실시형태 A3 - 5와 같이 타원면경을 사용하거나 구면경을 사용하는 등으로 하여도 좋다.As the reflective hologram element 401, for example, a so-called volume hologram is used. The hologram element 401 is arranged such that its normal line forms an angle of, for example, 45 ° with the optical axis of the illumination optical system and the optical axis of the projection optical system, but the diffraction region 401a is formed to be output from each diffraction region 401a. Light is superimposed on the image display element 303. Such a hologram element 401 can also be produced by the method described in the embodiments A1-1 and A3-3. As the reflector, an ellipsoidal mirror or spherical mirror may be used as in the embodiment A3-5.

(실시형태 A3 - 7)(Embodiment A3-7)

회절광학소자로서 홀로그램소자를 사용함과 동시에, 색분리 및 색합성에 다이크로익 프리즘을 사용하고, 화상표시소자로서 투과형의 표시소자를 사용하여 풀컬러 화상을 표시하는 3판방식의 화상표시장치의 예를 설명한다.A three-plate type image display apparatus for displaying a full color image using a hologram element as a diffraction optical element, a dichroic prism for color separation and color synthesis, and a transmission type display element as an image display element. Explain the example.

이 화상표시장치는 도 37에 나타내는 바와 같이, 램프(102)의 백색출력광속이 리플렉터(103)에 의해 집광되며, 미러(414)에 의해 반사된 후, 색분리를 위한 다이크로익 프리즘(415)에 입사하여, 3원색의 광속으로 분리되도록 되어 있다. 각색으로 분리된 광속은 실시형태 A3 - 6과 같은 복수의 회절영역이 형성된 반사형의 홀로그램소자(416 ~ 418)에 입사하고, 각 회절영역에서 회절된 광속이 미러(419 ~ 421)를 통하여 투과형의 화상표시소자(422 ~ 424) 상에서 중첩되어 휘도 변조되며, 다이크로익 프리즘(425)에 의해서 합성된 후, 투사렌즈(107)에 의해 도시하지 않은 스크린에 확대 투사되도록 되어 있다.37, the dichroic prism 415 for color separation after the white output light beam of the lamp 102 is condensed by the reflector 103, reflected by the mirror 414, as shown in FIG. ), And separated into three primary colors of light flux. The light beams separated into various colors are incident on the reflective hologram elements 416 to 418 having a plurality of diffraction zones as in Embodiments A3-6, and the light beams diffracted in each diffraction zone are transmitted through the mirrors 419 to 421. They are superimposed on the image display elements 422 to 424 and are synthesized by the dichroic prism 425, and then enlarged and projected onto a screen (not shown) by the projection lens 107.

상기와 같은 화상표시장치에서도 제조 코스트의 저감이나 투사효율의 향상효과가 얻어진다.Also in the above image display apparatus, the effect of reducing the manufacturing cost and improving the projection efficiency is obtained.

또한, 각 홀로그램소자(416 ~ 418)는 그 회절효율의 파장분산의 피크가 입사하는 광속의 파장대역 중에 포함되도록 하는 것에 의해 한층 높은 효율을 실현할 수 있다. 구체적으로는 홀로그램 작성시의 레이저광으로서, 각각 입사하는 광속의 파장의 것을 사용하는 등으로 하면 된다.In addition, each of the hologram elements 416 to 418 can realize higher efficiency by allowing the peak of the wavelength dispersion of the diffraction efficiency to be included in the wavelength band of the incident light beam. Specifically, what is necessary is just to use the thing of the wavelength of the light beam which injects, respectively, as a laser beam at the time of hologram preparation.

또, 리플렉터로서는 방물면경에 한정하지 않고, 타원면경이나 구면경 등을 사용하여도 좋다.As the reflector, an ellipsoidal mirror, a spherical mirror, or the like may be used as well as the mirror surface mirror.

또, 홀로그램소자를 대신하여, 실시형태 A3 - 1에서 나타낸 릴리프형의 회절광학소자를 사용하여도 좋다.Instead of the hologram element, the relief type diffractive optical element shown in Embodiment A3-1 may be used.

(실시형태 A3 - 8)(Embodiment A3-8)

화상표시소자로서 반사형의 표시소자를 사용하고 있는 점이 상기 실시형태 A3 - 7과 다른 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of an image display apparatus different from the above-described embodiments A3-7 is described in that a reflective display element is used as the image display element.

이 화상표시장치는 도 38에 나타내는 바와 같이, 램프(102)의 백색출력 광속이 리플렉터(103)에 의해 집광되며, 미러(414)에 의해 반사된 후, 색분리를 위한 다이크로익 프리즘(415)에 입사하고, 3원색의 광속으로 분리되도록 되어 있다. 각 색으로 분리된 광속은 실시형태 A3 - 6과 같은 복수의 회절영역이 형성된 반사형의 홀로그램소자(416 ~ 418)에 입사하고, 각 회절영역에서 회절된 광속이 PBS(431 ~ 433)를 통하여 반사형의 화상표시소자(434 ~ 436) 상에서 중첩되어 휘도 변조되며, 다시 PBS(431 ~ 433)를 통하여 다이크로익 플리즘(425)에 의해 합성된 후, 투사렌즈(107)에 의해서 도시하지 않은 스크린에 확대 투사되도록 되어 있다.38, the dichroic prism 415 for color separation after the white output light beam of the lamp 102 is collected by the reflector 103, reflected by the mirror 414, as shown in FIG. ), And separated into light beams of three primary colors. The light beams separated by each color are incident on the reflective hologram elements 416 to 418 in which a plurality of diffraction regions are formed as in Embodiment A3-6, and the light beams diffracted in each diffraction region are transmitted through the PBSs 431 to 433. Overlaid on the reflective image display elements 434 to 436 and luminance-modulated, and then synthesized by the dichroic prism 425 through the PBSs 431 to 433, and not illustrated by the projection lens 107. To be projected on a screen that is not

상기와 같은 반사형의 화상표시소자(434 ~ 436)로서는 편광형의 화상표시소자에 있어서, 전기 기록형 또는 광 기록형의 반사형 액정패널 등을 사용할 수 있다.As the above-mentioned reflective image display elements 434 to 436, an electric recording type or an optical recording type liquid crystal panel or the like can be used in the polarization type image display element.

이와 같이 구성된 경우라도, 제조 코스트의 저감이나, 투사효율의 향상 등의 효과는 같다.Even in this case, effects such as reduction in manufacturing cost and improvement in projection efficiency are the same.

(실시형태 A3 - 9)(Embodiment A3-9)

실시형태 A3 - 2(도 28)의 구성에 편광변환소자가 더 설치된 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of an image display apparatus further provided with a polarization conversion element in the configuration of Embodiments A3-2 (FIG. 28) will be described.

이 화상표시장치는 도 39에 나타내는 바와 같이, 램프(102)로부터의 출력광속이 예를 들면 방물면경의 리플렉터(103)에 의해 거의 평행한 반사광속으로서 출력되며, 동 도면의 지면에 수직인 방향으로 장변방향을 일치시켜 배치된 편광변환소자(444)의 실린드리칼 렌즈 어레이(441)에 의해 스플리터모양으로 집광되어 실린드리칼 렌즈(441)의 초점근방에서 가늘고 긴 스플리터모양으로 결상하도록 되어 있다. 편광분리소자(442) 및 편파면 회전수단(443)은 상기 초점근방에 배치되며, 리플렉터(103)로부터의 반사광속의 편광방향이 특정의 방향에 일치된 광속이 출력되도록 되어 있다. 그 출력광로의 경로 상에, 복수의 회절영역이 형성된 회절광학소자(301)가 설치되어 있다. 그 외의 구성은 실시형태 A3 - 2(도 28)과 같다.As shown in Fig. 39, the image display apparatus outputs the output light flux from the lamp 102 as a reflection beam that is substantially parallel by the reflector 103 of the mirror, for example, and is perpendicular to the surface of the drawing. The optical lens array 441 of the polarization conversion element 444 arranged in the long side direction is condensed in a splitter shape to form an elongated splitter shape near the focal point of the cylindrical lens 441. . The polarization splitting element 442 and the polarization plane rotating means 443 are arranged near the focal point, and the luminous flux whose polarization direction of the reflected luminous flux from the reflector 103 matches the specific direction is outputted. On the path of the output optical path, a diffraction optical element 301 is formed in which a plurality of diffraction regions are formed. Other configurations are the same as those of Embodiment A3-2 (FIG. 28).

이 화상표시장치에서는 상기 편광변환소자(444)에 의해서 편광방향이 변환되는 점을 제외하고, 실시형태 A3 - 2(도 28)과 동일하게 하여 투사화상의 밝기의 균일성이 높은 화상이 표시된다.In this image display apparatus, an image with high uniformity in brightness of the projected image is displayed in the same manner as in Embodiment A3-2 (Fig. 28) except that the polarization direction is changed by the polarization converting element 444. .

상기와 같이 인터그레이터로서의 기능을 가지는 회절광학소자(301)와 편광변환소자(444)를 조합하는 것에 의해, 보다 한층 높은 투사효율을 실현할 수 있다.By combining the diffraction optical element 301 and the polarization conversion element 444 having the function as an integrator as described above, a higher projection efficiency can be realized.

또한, 실시형태 A3 - 2(도 29)와 같이 다이크로익 미러에 의해서 색합성하는 구성에 편광변환소자를 조합하여도 동일한 효과가 얻어진다.In addition, the same effect can be obtained even if the polarization conversion element is combined with the structure synthesize | combined with a dichroic mirror like Embodiment A3-2 (FIG. 29).

(실시형태 A3 - 10)(Embodiment A3-10)

이 실시형태 A의 화상표시장치는 도 40에 나타내는 바와 같이, 상기 실시형태 A3 - 2에서 나타낸 것과 같은 회절광학소자(301)를 구비한 화상표시장치에 상기 실시형태 A1 - 1 등에서 설명한 홀로그램소자(105)와 같은 기능을 가지는 반사형의 홀로그램소자(399)가 더 설치되어 구성되어 있다. 그 외의 구성은 실시형태 A3 - 2와 같다. 이것에 의해, 램프(102)의 발광영역이 어느 정도의 크기를 가지고 있는 경우나 리플렉터(103)로서 방물면경이나 타원면경, 구면경 등의 어느 것을 사용한 경우라도, 홀로그램소자(399)에 의해서, 리플렉터(103)로부터의 반사광속이 이상적인 점광원과 소망의 리플렉터를 사용한 경우와 같은 평행광속이나 수속광속으로 변환되기 때문에, 높은 투사효율을 얻을 수 있고, 높은 투사효율을 얻을 수 있음과 동시에, 회절광학소자(301)에 형성된 각 회절영역에서 출력된 광속이 화상표시소자(314 ~ 316) 상에서 중첩되기 때문에 표시화상에서의 중앙부와 주변부 등에서의 광량얼룩을 저감할 수 있다.As shown in Fig. 40, the image display device of this embodiment A has the hologram element described in the above embodiments A1-1 and the like in the image display device having the diffraction optical element 301 as shown in the above embodiments A3-2. A reflective hologram element 399 having the same function as 105 is further provided. The rest of the configuration is the same as in Embodiment A3-2. As a result, even when the light emitting area of the lamp 102 has a certain size, or when any of a mirror mirror, an ellipsoid mirror, a spherical mirror, or the like is used as the reflector 103, the reflector is used by the hologram element 399. Since the reflected light beam from 103 is converted into parallel light beam or convergent light beam as in the case of using an ideal point light source and a desired reflector, high projection efficiency can be obtained, high projection efficiency can be obtained, and a diffraction optical element Since the luminous flux output from each diffraction region formed at 301 overlaps on the image display elements 314 to 316, light spot staining at the center and periphery of the display image can be reduced.

또한, 홀로그램소자(399)로서는 실시형태 A1 - 1 등과 같은 투과형의 것을 사용하거나 해도 좋은 한편, 회절광학소자(301)로서 반사형의 것을 사용하거나 해도 좋다.As the hologram element 399, a transmission type such as the embodiment A1-1 or the like may be used, or a reflection type may be used as the diffraction optical element 301.

또, 액정표시소자로서도, 도 15나 도 24에 나타낸 바와 같은 구성 등을 사용하여 반사형의 것을 사용하도록 해도 좋다.In addition, as the liquid crystal display element, a reflective one may be used using the configuration and the like as shown in Fig. 15 and Fig. 24.

또, 실시형태 A의 108에서 설명한 편광변환소자 등을 더 설치하여 한층 투사효율을 높게 할 수 있도록 해도 좋다.Further, the polarization conversion element or the like described in 108 of the embodiment A may be further provided so as to further increase the projection efficiency.

또한, 상기의 각 예에서는 화상표시소자로서 액정패널을 사용하고 있지만, 이 액정패널은 예를 들면 일본특허공개 평 1-281426호 공보, 일본특허공개 평 3-140920호 공보, 일본특허공개 평 4-251221호 공보 등에 다수 개시되어 있는 바와 같이, 각 화소에 하나의 마이크로 렌즈를 배치하고, 입사광속을 화소의 개구부 근방에 수속시키는 것으로 실효적 개구율을 증가시키는 기능을 가지는 화상표시소자이면 좋고, 광변조재료, 광변조의 방식 및 화소의 구동방식에 제약은 없다.In each of the above examples, a liquid crystal panel is used as an image display element, but the liquid crystal panel is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-open No. H 1-281426, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-140920, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 4 As disclosed in many publications No. 251221 and the like, an image display element having a function of increasing an effective aperture ratio by arranging one microlens in each pixel and converging the incident light beam near the opening of the pixel may be used. There is no restriction on the modulation material, the light modulation method, and the pixel driving method.

즉, 트위스트 네마틱액정(이하 TN액정이라 칭함)을 시작으로, 수직배향액정(이하 VA액정이라 칭함) 등의 여러가지의 액정재료 또는 전기광학효과를 가지는 광학결정 등의 광학적 이방성을 가지고 있는 광학재료를 사용한 편광형 화상표시소자를 사용할 수도 있다. 또, 편광형 화상표시소자 뿐만 아니라, 고분자 분산형액정(이하, PDLC로 칭함)를 사용하여 입사광속을 산란하는 것으로 화상을 표시하는 산란형 화상표시소자를 사용할 수도 있다.That is, optical materials having optical anisotropy, such as various liquid crystal materials such as vertically aligned liquid crystals (hereinafter referred to as VA liquid crystals) or optical crystals having electro-optical effects, including twisted nematic liquid crystals (hereinafter referred to as TN liquid crystals). It is also possible to use a polarization type image display element. In addition to the polarization type image display element, a scattering image display element which displays an image by scattering the incident light beam using a polymer dispersed liquid crystal (hereinafter referred to as PDLC) may be used.

또, 예를 들면 일본특호출원 평 7-284759호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 회절형의 화상표시소자를 사용할 수도 있다.Further, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 7-284759, a diffractive image display element can also be used.

또한, 소자의 구동으로서는 TFT 뿐만 아니라 박막 다이오드(이하, TFD라 칭함)를 사용한 화상표시소자를 사용할 수 있다. 또, TFT, TFD 등의 구동소자를 형성하는 재료로서, 고온 다결정실리콘(이하, 고온 p - Si라고 칭함), 저온 다결정실리콘(이하, 저온 p - Si라고 칭함), 아모르퍼스실리콘(이하, a - Si라고 칭함)을 사용한 화상표시소자를 사용할 수도 있다.As the driving of the element, an image display element using not only TFT but also a thin film diode (hereinafter referred to as TFD) can be used. Further, as a material for forming driving elements such as TFT and TFD, high temperature polycrystalline silicon (hereinafter referred to as high temperature p-Si), low temperature polycrystalline silicon (hereinafter referred to as low temperature p-Si) and amorphous silicon (hereinafter, a Image display elements using " Si "

또, 투과형 액정패널은 예를 들면 일본특허공개 평 1-281426, 일본특허공개 평 3-140920, 일본특허공개 평 4-251221 등에 다수 개시되어 있는 바와 같이, 각 화소에 하나의 마이크로 렌즈를 배치하고, 입사광속을 화소의 개구부 근방에 수속시키는 것으로 실효적 개구율을 증가시키는 기능을 가지는 것을 사용하여도 좋고, 또, 광변조재료, 광변조의 방식 및 화소의 구동방식에 제약은 없다.In the transmissive liquid crystal panel, for example, as disclosed in many Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 1-281426, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-140920, etc. By converging the incident light flux in the vicinity of the opening of the pixel, one having a function of increasing the effective aperture ratio may be used, and there is no restriction on the light modulation material, the light modulation method, and the pixel driving method.

즉, 트위스트 네마틱액정(이하, TN액정이라 칭함)을 시작으로, 수직배향액정(이하, VA액정이라 칭함) 등의 여러가지의 액정재료 혹은 전기광학효과를 가지는 광학결정 등의 광학적 이방성을 가지고 있는 광학재료를 사용한 편광형 화상표시소자를 사용할 수도 있다.In other words, starting with a twisted nematic liquid crystal (hereinafter referred to as TN liquid crystal), various liquid crystal materials such as a vertically aligned liquid crystal (hereinafter referred to as VA liquid crystal), or optical crystals having an optical effect such as an electro-optic effect. A polarization type image display element using an optical material can also be used.

또, 편광형 화상표시소자 뿐만 아니라, 고분자 분산형액정(이하, PDLC라 칭함)을 사용하여 입사광속을 산란하는 것으로 화상을 표시하는 산란형 화상표시소자를 사용할 수도 있다.In addition to the polarization type image display element, a scattering image display element which displays an image by scattering the incident light beam using a polymer dispersed liquid crystal (hereinafter referred to as PDLC) may be used.

또, 예를 들면 특원평 7-284759에 개시되어 있는 바와 같은 회절형의 화상표시소자나 이른바 DMD소자라 불리는 광편향형의 화상표시소자 등도 사용할 수 있다.Further, for example, a diffraction type image display element as disclosed in Japanese Patent Application No. 7-284759, or an optical deflection type image display element called a DMD element can be used.

또, 각 화소에 구동소자를 형성하는 액티브매트릭스방식(이하, AM방식이라 칭함), 단순한 행렬전극에서 직접소자를 구동하는 단순(패시브(passive))매트릭스방식(이하, PM방식이라 칭함)의 어느쪽의 구동방식의 화상표시소자도 사용할 수 있다.In addition, any of an active matrix method (hereinafter referred to as an AM method) for forming a drive element in each pixel, and a simple (passive) matrix method (hereinafter referred to as a PM method) for driving a device directly from a simple matrix electrode. The image display element of the driving method can also be used.

또, 램프로서 메탈 할라이드 램프, 할로겐 램프, 크세논 램프, 초고압 수은램프 등을 사용할 수 있다. 발광체는 작은쪽이 보다 바람직하지만, 본 발명에서는 특히 발광체가 작게하지 않으면 안될 이유는 없고, 예를 들면 고출력 크세논 램프나 고출력 메탈 할라이드 램프와 같이 발광체가 수 미리로 큰 램프를 사용하여도 관계없다.As the lamp, a metal halide lamp, a halogen lamp, a xenon lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, or the like can be used. Although the light emitting body is more preferable, in the present invention, there is no reason why the light emitting body must be particularly small. For example, a lamp having a large light emitting body such as a high output xenon lamp or a high output metal halide lamp may be used in advance.

본 발명에서의 집광수단에 상당하는 리플렉터로서는 방물면경, 타원면경, 구면경을 사용하는 것이 바람직하다. 그때의 방물면경의 경우에는 초점 근방에, 타원면경의 경우에는 제 1 초점 근방에, 구면경의 경우에는 구 중심근방에 램프(2)의 발광체를 설치하는 것이 바람직하다.As a reflector corresponding to the condensing means in the present invention, it is preferable to use an object mirror, an ellipsoidal mirror, or a spherical mirror. In this case, it is preferable to provide a light emitter of the lamp 2 in the vicinity of the focus, in the case of an ellipsoid mirror, in the vicinity of the first focal point, and in the case of a spherical mirror, in the vicinity of the center of the sphere.

또, 색합성계에 다이크로익 미러(15, 16)를 사용하였지만, 다이크로익 프리즘을 사용하여 색합성계를 구성하여도 좋다. 또, 색합성계를 사용하지 않고 3장의 액정패널로부터의 출력광속을 각각 대응하는 3개의 투사렌즈를 사용하여 투사하고, 스크린 상에서 합성하여도 좋다. 또, 색분리계에 다이크로익 프리즘을 사용하는 것도 가능하다.In addition, although the dichroic mirrors 15 and 16 were used for a color synthesis system, you may comprise a color synthesis system using a dichroic prism. In addition, the output light beams from three liquid crystal panels may be projected using three projection lenses, respectively, without using a color synthesis system, and synthesized on a screen. It is also possible to use a dichroic prism for the color separation system.

또, 화상표시소자가 액정패널과 같이 편광형인 경우에는 본 발명의 조명광학계에서, 편광분리 수단과, 편파면 회전수단으로 이루어지는 편광변환소자를 부가하는 것에 의해, 보다 한층의 투사효율의 개선도 가능하게 된다. 편광변환소자로서는 예를 들면 일본특허공개 평 5-107505호 공보, 일본특허공개 평 6-202094호 공보, 일본특허공개 평 7-294906호 공보, 일본특허공개 평 8-234205호 공보, 일본특허공개 평 9-105936호 공보 등에 개시되어 있는 바와 같이, 편광분리 수단과 편파면 회전수단의 조합으로 구성되는 이른바 편광변환소자를 사용할 수 있다. 어느쪽의 편광변환소자를 사용한 경우에 있어서도, 기본적인 광학계의 구성 및 후술의 홀로그램소자의 제작방법은 변하지 않는다.In addition, when the image display element is a polarization type like a liquid crystal panel, in the illumination optical system of the present invention, the projection efficiency can be further improved by adding a polarization conversion element composed of polarization separation means and polarization plane rotating means. Done. As a polarization conversion device, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-107505, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-202094, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-294906, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-234205, and Japanese Patent Publication As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-105936 or the like, a so-called polarization conversion element composed of a combination of polarization separation means and polarization plane rotating means can be used. Even when either polarization conversion element is used, the configuration of the basic optical system and the manufacturing method of the hologram element described later do not change.

또, 각 실시형태 A에서 나타낸 여러가지의 구성을 조합하도록 하여도 좋다.Moreover, you may make it combine the various structures shown in each Embodiment A. FIG.

또한, 본 발명의 홀로그램소자 및 상기 홀로그램소자를 사용한 화상표시장치는 본 발명의 주지에 입각하여, 여러가지의 변형이 가능하며, 실시형태 A에서 구성한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Incidentally, the hologram element of the present invention and the image display apparatus using the hologram element can be modified in various ways based on the well-known aspect of the present invention and are not limited to the embodiment configured in Embodiment A.

(실시형태 B1)Embodiment B1

입사하는 광의 편광방향에 따라 회절효과가 다른 편광 선택성의 회절광학소자인 홀로그램의 예에 대해서 설명한다.An example of a hologram which is a diffraction optical element of polarization selectivity with different diffraction effects depending on the polarization direction of incident light will be described.

이 홀로그램소자는 도 10에 나타내는 바와 같이, 각각 도전성 투명전극(이하, 「ITO」라 함)(501)이 형성된 2장의 유리기판(502)의 사이에, 예를 들면 자외선 경화형액정(이하, 「UV큐어러블액정」이라함)분자(503a)를 포함하는 영역(503)과, 예를 들면 비중합성액정분자(504a)를 포함하는 영역(504)이 형성되어 구성되어 있다. 상기 UV큐어러블액정은 특정의 파장을 가지는 광속에 의해 경화한 굴절율 이방성을 가지는 광경화형 액정이다. 한편, 비중합성액정은 상기 UV큐어러블액정을 경화시키는 파장의 광속에 대해서 경화하지 않는 액정재료이다.As shown in Fig. 10, the hologram element is, for example, an ultraviolet curable liquid crystal (hereinafter referred to as "between" two glass substrates 502 on which conductive transparent electrodes (hereinafter referred to as "ITO") are formed. UV cureable liquid crystal ”) and a region 503 including the molecule 503a and, for example, a region 504 including the non-polymerizable liquid crystal molecule 504a. The UV-curable liquid crystal is a photocurable liquid crystal having refractive index anisotropy cured by a light beam having a specific wavelength. On the other hand, a nonpolymerizable liquid crystal is a liquid crystal material which does not harden | cure with respect to the light flux of the wavelength which hardens the said UV curable liquid crystal.

여기서 「광학적 이방성」에 관한 표현에 대해서 설명한다. 일반적인 액정재료나 일축성의 광학결정에 보여지는 바와 같이, 굴절율 이방성을 가지는 광학재료에서는 상광선에 대한 굴절율과 이상광선에 대한 굴절율을 정의할 수 있다. 상광선이란, 광선의 입사각에 굴절율이 의존하지 않는 편광 광이며, 이상광선이란 입사각에 의해 굴절율이 다른 편광 광이다. 이상광선에 대한, 그 입사각에 따른 굴절율은 도 3의 (b)에 나타내는 이른바 굴절율 타원체(참조문헌 : 예를 들면 쿠도우, 우에하라 저, 「기초광학」, 현대공학사간, 202페이지)에 의해 구할 수 있다. 그런데 「각 영역의 입사광속에 대한 광학적 이방성」을 특히 주기(注記)하지 않은 경우에는 간결하게 「각 영역의 광학적 이방성」으로 약기(略記)하고, 그 의미는 「각 영역에서의 입사광속에 대한 상광 및 이상광에 대한 굴절율의 이방성」인 것으로 한다. 또, 「영역(503)과 영역(504)의 광학적 이방성이 거의 같다」라는 것은, 「입사하는 상광선에 대한 굴절율 및 이상광선에 대한 굴절율이 각각 쌍방의 영역에서 서로 거의 같다」라는 것을 의미하는 것으로 한다. 마찬가지로 「영역(503)과 영역(504)의 광학적 이방성이 다르다」라는 것은, 「입사하는 상광선에 대한 굴절율은 쌍방의 영역에서 거의 같지만, 이상광선에 대한 굴절율은 쌍방의 영역에서 다르다」라는 것을 의미하는 것으로 한다. 또, 「광학적 이방성」과 「굴절율 이방성」이라는 것은 동일한 의미로 사용한다.Here, the expression regarding "optical anisotropy" is demonstrated. As shown in general liquid crystal materials or uniaxial optical crystals, in the optical material having refractive index anisotropy, the refractive index with respect to the normal light and the refractive index with respect to the abnormal light can be defined. The normal light is polarized light in which the refractive index does not depend on the incident angle of the light beam, and the abnormal light is polarized light in which the refractive index differs depending on the incident angle. The refractive index according to the incident angle with respect to the abnormal light is obtained by the so-called refractive index ellipsoid (see, for example, Kudou, Uehara, `` Basic Optics '', Modern Engineers, p. 202) shown in FIG. Can be. By the way, when the optical anisotropy with respect to the incident luminous flux in each region is not particularly periodic, it is abbreviated simply as "optical anisotropy in each region", and the meaning is the "image light with respect to the incident luminous flux in each region." Anisotropy of refractive index with respect to abnormal light ”. In addition, "the optical anisotropy of the area | region 503 and the area | region 504 is almost the same" means that the refractive index with respect to the incident light beam and the refractive index with respect to the abnormal light beam are almost the same in both areas, respectively. " Shall be. Similarly, "the optical anisotropy of the regions 503 and 504 is different" means that "the refractive indices of incident light rays are almost the same in both regions, but the refractive indices of the abnormal rays are different in both regions". I mean it. In addition, the term "optical anisotropy" and "index anisotropy" are used by the same meaning.

상기 홀로그램소자는 ITO(501) 사이에 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서는 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 영역(503) 및 영역(504)과 함께 액정분자(503a, 504a)가 거의 동일한 방향(유리기판(502)에 거의 평행한 방향)으로 배향하고, 영역(503)(경화후)과 영역(504)의 광학적 이방성이 서로 거의 같도록 되어 있다. 즉, 영역(503)과 영역(504)에서 상광선에 대한 굴절율이 거의 같고(그 값을 no라 함), 또, 이상광선에 대한 굴절율도 거의 같다(그 값을 ne라 함). 한편, ITO(501) 사이에 소정의 전압이 인가되면, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 영역(504)의 액정분자(504a)만이 전기력선의 방향으로 배향(스위칭)하고, 영역(503)과 영역(504)에서 광학적 이방성이 서로 다르게 되어 있다.As shown in FIG. 10 (a), when the hologram element has no voltage applied between the ITOs 501, the liquid crystal molecules 503a and 504a are substantially the same as the regions 503 and 504. Orientation in the direction (direction substantially parallel to the glass substrate 502) and the optical anisotropy of the area | region 503 (after hardening) and the area | region 504 are made to be substantially the same. That is, in the regions 503 and 504, the refractive index with respect to the normal light is almost the same (the value is no), and the refractive index with respect to the abnormal light is also almost the same (the value is ne). On the other hand, when a predetermined voltage is applied between the ITOs 501, as shown in FIG. 10B, only the liquid crystal molecules 504a of the region 504 are oriented (switched) in the direction of the electric field line, and the region 503 ) And region 504 have different optical anisotropy.

상기와 같이 구성된 홀로그램소자는 P편광 광(이상광선)에 대해서는 ITO(501) 사이로의 전압의 인가에 의해 홀로그램소자로서 기능하고, 입사광속을 영역(503)과 영역(504)의 피치 및 막두께에 따른 방향으로 회절시킨다. 즉, P편광 광만이 선택적으로 회절하고, S편광 광(상광선)은 직진한다(도 10의 (b)). 이와 같이 P편광 광만의 선택적인 회절은 광속이 비스듬한 방향에서 홀로그램소자에 입사한 경우라도 동일하다. 한편 전압이 인가되지 않는 상태에서는 P, S 편광 광 모두 직진한다(도 10의 (a)). 또, 이 홀로그램소자에서는 전압이 인가되지 않을 때에는 비스듬한 방향에서 입사한 경우에 있어서도, P, S 편광 광 모두 확실하게 직진시킬 수 있다. 즉, 도 11에 나타내는 바와 같이, 비스듬한 방향에서 광속이 입사한 경우, 상광선에 대한 굴절율이 영역(503, 504) 모두 no로 같을 뿐만 아니라, 이상광선에 대한 굴절율도 영역(503, 504) 모두 ne(θ)로 같게 되기 때문에, 상광선 뿐만 아니라 이상광선도 회절하지 않고 직진시킬 수 있다.The hologram element constructed as described above functions as a hologram element with respect to P-polarized light (ideal light) by applying a voltage between the ITOs 501, and the incident light beams have the pitch and the film thickness of the regions 503 and 504. Diffraction in the direction according to. That is, only P-polarized light is diffracted selectively, and S-polarized light (normal light) goes straight (FIG. 10B). Thus, the selective diffraction of only the P-polarized light is the same even when the light beam is incident on the hologram element in an oblique direction. On the other hand, in a state where no voltage is applied, both P and S polarized light go straight (FIG. 10A). In this hologram element, even when no voltage is applied, both P and S polarized light can reliably go straight even when incident in an oblique direction. That is, as shown in FIG. 11, when the light beam is incident in an oblique direction, not only the refractive index with respect to the normal light is equal to no in the regions 503, 504, but also the refractive index for the abnormal light is also in the regions 503, 504. Since it becomes equal to ne (θ), not only normal light but also abnormal light can be straightened without diffraction.

이와 같이, 상기 홀로그램소자에 의하면 비스듬한 방향에서 입사한 광속에 대해서도, 확실하게 상광선, 이상광선 모두 직진시키거나, 이상광선만을 선택적으로 회절시키거나 할 수 있다.In this manner, according to the hologram element, both the normal light beam and the abnormal light beam can be reliably straightened, or only the abnormal light beam can be selectively diffracted even with respect to the light beam incident in the oblique direction.

다음에, 상기와 같은 홀로그램소자의 제작방법에 대해서 설명한다. 이 홀로그램소자는 예를 들면 2광속의 간섭고를 조사함으로써, 이른바 광유기상 분리에 의해서 형성할 수 있다.Next, the manufacturing method of the above-mentioned hologram element is demonstrated. This hologram element can be formed by so-called mineral organic phase separation by, for example, irradiating an interference height of two light beams.

(1) 먼저, ITO(501)를 형성한 2장의 유리기판(502)에 배향막(도시하지 않음)을 도포하고, 배향처리를 행한다.(1) First, an alignment film (not shown) is applied to two glass substrates 502 on which the ITO 501 is formed, and an alignment treatment is performed.

(2) 예를 들면 소정의 직경의 비즈(beads)(도시하지 않음)를 분산시키는 것으로 셀갭을 확보하고, 2장의 유리기판(502)을 맞붙인다(비즈분산을 대신하여, 산화실리콘이나 포토폴리머 등으로 이루어지는 소정의 높이의 기둥을 형성해도 좋다.).(2) For example, by dispersing beads (not shown) having a predetermined diameter, a cell gap is secured and two glass substrates 502 are bonded together (silicon oxide or photopolymer instead of bead dispersion). You may form the pillar of predetermined height etc.).

(3) 예를 들면 비중합성액정과 UV큐어러블액정을 예를 들면 1 : 1의 중량비로 혼합한 액정재료를 주입하여 밀봉한다.(3) For example, a liquid crystal material obtained by mixing a non-polymerizable liquid crystal and a UV cureable liquid crystal in a weight ratio of 1: 1 is injected and sealed.

(4) 2광속 간섭노광에 의해, 소망 피치의 간섭고를 조사하여, 광이 강하게 조사된 부분의 UV큐어러블액정을 경화시켜 광유기상 분리현상에 의해서 혼합액정 중의 대부분의 UV큐어러블 액정분자가 경화부로 모여, 양호한 영역분리가 행하여 진다.(4) Two-beam interference exposure irradiates the interference pitch of the desired pitch to cure the UV-curable liquid crystals of the strongly irradiated portion and harden most of the UV-curable liquid crystal molecules in the mixed liquid crystal by the mineral organic phase separation phenomenon. Gathered negatively, good area separation is performed.

여기서, 상기 (4)의 프로세스에서, ITO(501) 사이에 전압을 인가한 상태로 하여, 액정분자를 예를 들면 유리기판(501)에 거의 수직으로 배향된 액정에서 2광속 간섭노광을 행하면, 도 12에 나타내는 바와 같이, 전압 인가시에는 각 광학적 이방성이 거의 같게 되어 입사광속에서의 P편광 광, S편광 광 모두 직진하는 한편, 전압 무인가시에는 각 영역의 광학적 이방성이 다르게 되며, P편광 광만이 회절하고, S편광 광이 직진하는 역 모드의 홀로그램소자를 제작할 수 있다.Here, in the process of (4), when the voltage is applied between the ITOs 501, the two-beam interference exposure is performed on the liquid crystal molecules, for example, in a liquid crystal oriented almost perpendicular to the glass substrate 501. As shown in Fig. 12, when the voltage is applied, the optical anisotropy becomes almost the same, so that both the P-polarized light and the S-polarized light at the incident light beam go straight, while when the voltage is not applied, the optical anisotropy of each area is different, and only the P-polarized light The inverted mode hologram element in which this diffraction and S-polarized light go straight can be manufactured.

또한, 소자의 구동방법으로서는 일반적으로 교류전압을 인가하는 것이 바람직하지만, 비중합성액정으로서 예를 들면 강유전성 액정을 사용하는 경우에는 그 메모리성을 활용하여 펄스모양의 전압을 인가하는 등으로 하여도 좋다.In addition, as an element driving method, it is generally preferable to apply an AC voltage. However, when a ferroelectric liquid crystal is used as the non-polymerizable liquid crystal, for example, a pulse-like voltage may be applied by utilizing the memory property. .

여기서, 본 발명의 홀로그램소자와 종래의 홀로그램소자와의 다른점에 대해서 서술한다. 상기 동작원리는, 예를 들면 종래예 1과 기본적으로는 동일하지만, 종래예 1에서는 영역(503)에 단순히 광경화형 고분자재료를 사용하고 있는 것에 지나지 않고, 굴절율 이방성에 관해서는 어떠한 개시도 하고 있지 않다. 그것에 비해서 본 발명의 홀로그램소자는 광경화형 액정이 굴절율 이방성을 가지며, 또한 그 경화 후의 ne, no가 영역(504)의 비중합성액정과 동일한 것이 특징이며, 그러므로 입사각 특성을 개선할 수 있다. 예를 들면, 수직으로 입사하는 광속에 대해서 생각한다(도 2의 (a) 참조).Here, the difference between the hologram element of the present invention and the conventional hologram element will be described. For example, the operation principle is basically the same as that of the conventional example 1, but the conventional example 1 merely uses a photocurable polymer material in the region 503, and does not disclose any refractive index anisotropy. not. On the other hand, the hologram element of the present invention is characterized in that the photocurable liquid crystal has refractive index anisotropy, and ne and no after the curing are the same as the nonpolymerizable liquid crystal in the region 504, and therefore the incident angle characteristic can be improved. For example, consider a light beam that is incident vertically (see FIG. 2 (a)).

종래예 1에서는 광경화형 고분자재료로 이루어지는 영역(503)은 굴절율 이방성을 가지고 있지 않기 때문에 항상 굴절율은 액정의 no와 거의 같은 값 n1이다. 종래예 1에서는 액정분자를 제어하여 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같은 구성으로 하는 것으로 입사광속(3)을 회절시키지 않고 직진할 수 있다.In the conventional example 1, since the region 503 made of the photocurable polymer material does not have refractive index anisotropy, the refractive index is always the value n1 which is almost equal to the no of the liquid crystal. In Conventional Example 1, the liquid crystal molecules are controlled to have a configuration as shown in Fig. 8A, so that the incident light beam 3 can go straight without diffraction.

그러나, 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 비스듬하게 입사한 광속(3`)에 대해서는 상광선(이 경우는 S편광 광(5))은 직진할 수 있지만, 이상광선(이 경우는 P편광 광(4))은 영역(503)이 굴절율 no 그대로 인 것에 반해, 영역(504)의 굴절율은 ne(θ)로 되기 때문에 회절하여 버리기 때문이다. 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 이상광선에 대한 굴절율은 굴절율 타원체에 의해 구할 수 있다.However, as shown to Fig.9 (a), although the normal light beam (S polarization light 5 in this case) can go straight with respect to the oblique light beam 3 ', in this case, the abnormal light beam (P in this case) This is because the polarized light 4 is diffracted because the refractive index of the region 504 becomes ne (θ), while the region 503 remains the refractive index no. As shown in Fig. 9B, the refractive index with respect to the abnormal light can be determined by the refractive index ellipsoid.

상기 현상은, 예를 들면 종래예 2 ~ 종래예 6 등에 개시되어 있는 바와 같이, 경화하는 고분자재료가 본질적으로 굴절율 이방성을 가지고 있지 않은 종래의 소자 전체에 공통하는 과제이었다.The said phenomenon was a subject common to all the conventional elements in which the polymeric material to harden does not have refractive index anisotropy essentially, as disclosed, for example in Conventional Example 2-Conventional Example 6, etc.

또한, 종래예 6은 홀로그램소자는 아니지만, 광경화형 고분자재료와 비중합성액정과의 굴절율에 관해서는 어떠한 기재도 되어 있지 않고, 이 경우는 고분자재료가 좁은 갭의 셀 내에 형성된 경우에 발생하는 약간의 굴절율 이방성이 문제가 된다.In addition, although the conventional example 6 is not a hologram element, there is no description regarding the refractive index between a photocurable polymer material and a nonpolymerizable liquid crystal, and in this case, a slight occurrence occurs when the polymer material is formed in a narrow gap cell. Refractive index anisotropy becomes a problem.

(실시형태 B2 - 1)(Embodiment B2-1)

홀로그램소자를 사용하여 구성된 편광분리소자의 예를 설명한다. 이 편광분리소자는 입사한 광속을 예를 들면 S, P편광 광으로 분리하고, 양자를 약간 다른 출사각으로 출사시키는 것으로, 예를 들면 편광방향에 일치한 광속을 얻기 위한 편광변환소자 등이 사용된다.An example of a polarization splitting element constructed using a hologram element will be described. This polarization splitting device separates the incident light beam into S, P polarized light and emits them at slightly different emission angles. For example, a polarization converting device or the like is used to obtain a light beam matching the polarization direction. do.

이 편광분리소자(501)는 도 13에 나타내는 바와 같이, 제 1의 홀로그램소자(511)와 제 2의 홀로그램소자(512)가 맞붙여져 구성되어 있다. 제 1의 홀로그램소자(511)의 법선방향(도면 중 Z축방향)에 거의 평행한 광속()이 입사하면, 예를 들면 S편광 성분(동 도면에 나타내는 X축에 평행한 편파면을 가지는 편광성분)은 회절되어, 예를 들면 45°의 출사각(기판법선 즉 Z축을 기준으로 하고, Z축과 입사광선의 진행방향이 이루는 각)으로 출사하고, 제 2의 홀로그램소자(512)에 45°의 입사각으로 입사하도록 되어 있다. 한편, P편광 성분(Y축에 평행한 편파면을 가지는 편광성분)은 그대로 제 1의 홀로그램소자(511)를 투과하도록 되어 있다.As shown in Fig. 13, the polarization splitting element 501 is configured by joining the first hologram element 511 and the second hologram element 512 together. Luminous flux substantially parallel to the normal direction (Z-axis direction in the drawing) of the first hologram element 511 ( ) Is incident, for example, the S-polarized component (polarization component having a polarization plane parallel to the X-axis shown in the figure) is diffracted, for example, with an emission angle of 45 ° (substrate normal, i.e., Z-axis, An angle formed by the Z-axis and the advancing direction of the incident light), and is incident on the second hologram element 512 at an incident angle of 45 °. On the other hand, the P polarization component (polarization component having a polarization plane parallel to the Y axis) is allowed to pass through the first hologram element 511 as it is.

상기 45°의 입사각으로 제 2의 홀로그램소자(512)에 입사한 S편광 광은 그 제 2의 홀로그램소자(512)에 의해 회절되어, 예를 들면 -7°의 출사각으로 출사되는 한편, P편광 광은 제 1의 홀로그램소자(511)와 같이 Z축에 평행하게 투과하도록 되어 있다. 즉, 이 편광분리소자(510)에서는 P편광 광과 S편광 광을 7°의 진행방향의 차로 분리하여 출력하는 것이 가능하게 된다.The S-polarized light incident on the second hologram element 512 at the incident angle of 45 ° is diffracted by the second hologram element 512 and is emitted at an exit angle of, for example, -7 °, while P The polarized light is transmitted in parallel with the Z axis like the first hologram element 511. That is, in this polarization splitting element 510, it is possible to separate and output the P-polarized light and the S-polarized light with a difference in the traveling direction of 7 °.

상기 각 홀로그램소자(511, 512)로서는, 예를 들면 상기 실시형태 B1의 홀로그램소자를 사용할 수 있고, 이 경우에는 각 홀로그램소자의 ITO에 소정의 전압을 인가함으로써, 상기와 같은 동작을 시킬 수 있다. 또, 전압을 인가하는 일 없이, 각각 상기와 같은 회절을 시키는 홀로그램소자를 사용하여도 좋다. 그와 같은 홀로그램소자는, 예를 들면 이하와 같이 하여 제작할 수 있다.As the hologram elements 511 and 512, for example, the hologram elements of the above embodiment B1 can be used. In this case, the above operation can be performed by applying a predetermined voltage to the ITO of each hologram element. . In addition, you may use the hologram element which makes the above-mentioned diffraction, respectively, without applying a voltage. Such a hologram element can be produced as follows, for example.

(1) 한쌍의 유리기판(25) 상에 도전성 투명전극(예를 들면 ITO : 도시하지 않음)을 성막한다.(1) A conductive transparent electrode (for example, ITO: not shown) is formed on a pair of glass substrates 25.

(2) 각 도전성 투명전극 상에 배향막(도시하지 않음)을 도포하고 러빙(rubbing)처리를 행한다.(2) An orientation film (not shown) is applied onto each conductive transparent electrode and subjected to a rubbing treatment.

(3) 도전성 투명전극 상에 소망의 지름의 구모양의 비즈(도시하지 않음)를 분산시킨다.(3) Sphere beads (not shown) having a desired diameter are dispersed on the conductive transparent electrode.

(4) 유리기판(513)의 주변부에 실(seal)재(도시하지 않음)를 도포한다.(4) A seal material (not shown) is applied to the periphery of the glass substrate 513.

(5) 유리기판(513, 514)을 맞붙여 가열처리에 의해 실재를 경화시킨다.(5) The glass substrates 513 and 514 are bonded together to harden the material by heat treatment.

(6) 주입구(도시하지 않음)에서 홀로그램재료로서 예를 들면 UV경화형 액정(515)을 주입한다.(6) In the injection port (not shown), for example, UV curable liquid crystal 515 is injected as a hologram material.

(7) UV레이저광을 사용한 2광속 간섭광학계에 의해 UV경화형 액정(515)을 노광하고, 후술하는 소정의 간섭고를 형성한다.(7) The UV-curable liquid crystal 515 is exposed by a two-beam interference optical system using UV laser light to form a predetermined interference height described later.

(8) 도전성 투명전극 사이에 소정의 전압을 인가하면서 다시 UV광을 조사한다.(8) UV light is again irradiated while applying a predetermined voltage between the conductive transparent electrodes.

또한, 이와 같은 셀의 제작방법은 광학의 분야에서 공지의 기술이며, 또 2광속간섭광학계도, 코히어런트(coherent)한 레이저광을 2분할하고, 소정의 각도로 조사함으로써 소정의 방향 및 피치의 간섭고를 형성하는 공지기술이다.In addition, the manufacturing method of such a cell is a well-known technique in the field of optics, and a two-beam interferometric optical system also divides a coherent laser beam into two, and irradiates at a predetermined angle to a predetermined direction and pitch. It is a known technique for forming an interference height of.

다음에, 상기 제작방법에 의해 편광 선택성을 가지는 홀로그램소자가 형성되는 원리에 대해서 설명한다. UV경화형액정은 UV광, 예를 들면 360나노미터 부근의 파장의 광을 조사함으로써 경화하는 액정이다. 이 액정의 분자(515a)는 상기 (2)의 러빙처리에 의해 (6)의 주입 후 (7)의 UV노광 전의 상태에서는 도 14에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 대개 러빙한 방향으로 배향하고 있다.Next, the principle in which the hologram element having polarization selectivity is formed by the above production method will be described. UV-curable liquid crystals are liquid crystals that are cured by irradiating UV light, for example, light having a wavelength around 360 nanometers. The molecules 515a of this liquid crystal are usually oriented in the rubbing direction as schematically shown in FIG. 14 in the state before the UV exposure of (7) after the injection of (6) by the rubbing treatment of (2). .

이 상태에서, 후술과 같이 2광속 간섭광학계에 의해 형성된 간섭고를 UV경화형 액정(515)에 조사하면, UV경화형 액정(515)은 간섭고의 광 강도(强度)에 따라 경화한다. 구체적으로는, 예를 들면 도 15에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 동 도면의 Y축방향으로 광 강도분포를 가지는 간섭고를 형성하면, 강도가 강한 부분의 액정분자(515b)만이 경화한다.In this state, when the interference height formed by the two-beam interference optical system is irradiated to the UV-curable liquid crystal 515 as described below, the UV-curable liquid crystal 515 cures according to the light intensity of the interference height. Specifically, for example, as shown schematically in FIG. 15, when an interference height having a light intensity distribution is formed in the Y-axis direction of the same figure, only the liquid crystal molecules 515b of the strongest portion are cured.

그 후, 도전성 투명전극 사이에 전압을 인가하면, 도 16에 나타내는 바와 같이, 간섭고의 광 강도가 약한 부분의 액정분자(515a)만이 전기력선의 방향으로 배향(스위칭)한다. 이 상태에서 다시 UV광을 전면에 조사하면, 전압의 인가를 정지하여도, 도 16에 나타내는 바와 같이 액정분자의 배열상태가 유지된 홀로그램소자가 된다. 즉, 간섭고의 미소한 피치로 액정이 스위칭하고 있는 영역과 스위칭하고 있지 않은 영역이 형성된다. 그래서, 액정분자는 광학적으로는 일축성의 굴절율 이방성을 가지고 있기 때문에, 도 16의 예에서는 X축방향으로 진동하는 편광성분에 대해서는 위상형 회절소자로서 작용하는 것에 반해, Y축방향으로 진동하는 편광성분에 대해서는 등방적인 소자로서 회절하지 않고 출력한다는 편광 이방성을 가지는 회절소자로서 기능한다.Subsequently, when a voltage is applied between the conductive transparent electrodes, as shown in Fig. 16, only the liquid crystal molecules 515a in the portion where the light intensity of the interference height is weak are oriented (switched) in the direction of the electric line of force. When the UV light is irradiated to the whole surface in this state again, even if voltage application is stopped, it becomes a hologram element in which the arrangement state of the liquid crystal molecules was maintained as shown in FIG. That is, the area | region which the liquid crystal switches and the area | region which is not switching are formed by the small pitch of interference height. Therefore, since the liquid crystal molecules optically have uniaxial refractive index anisotropy, in the example of FIG. 16, the polarization component oscillating in the Y-axis direction, whereas the polarization component oscillating in the X-axis direction, acts as a phase diffraction element. The component functions as a diffractive element having polarization anisotropy that is output as an isotropic element without diffraction.

본 실시형태 B에서는 구체적으로는 이하의 파라미터에 의해 각 홀로그램소자(511, 512)를 제작한다.In Embodiment B, specifically, the hologram elements 511 and 512 are manufactured with the following parameters.

제 1의 홀로그램소자의 간섭고의 기울기각 : 22.5°Tilt angle of interference height of the first hologram element: 22.5 °

제 1의 홀로그램소자의 간섭고의 피치 : 0.757㎛Pitch of the interference height of the first hologram element: 0.757 µm

제 1의 홀로그램소자의 두께 : 9㎛Thickness of the first hologram element: 9 μm

제 2의 홀로그램소자의 간섭고의 기울기각 : 19°Tilt angle of the interference height of the second hologram element: 19 °

제 2의 홀로그램소자의 간섭고의 피치 : 0.651㎛Pitch of the interference height of the second hologram element: 0.651 µm

제 2의 홀로그램소자의 두께 : 9㎛Thickness of the second hologram element: 9 μm

액정의 평균의 굴절율 : 1.593Average refractive index of the liquid crystal: 1.593

굴절율 변화 : 0.083Refractive Index Change: 0.083

상기와 같이 하여 제작된 편광분리소자(510)의 S편광 광에 대한 회절효율을 도 17에 나타낸다. 횡축은 제 1의 홀로그램소자(511)로의 입사각도이다. 도면과 같이 ±2°의 범위에서 90°이상의 높은 편광분리 특성을 실현할 수 있다.17 shows the diffraction efficiency of the S-polarized light of the polarization splitting element 510 manufactured as described above. The horizontal axis is the angle of incidence of the first hologram element 511. As shown in the drawing, high polarization separation characteristics of 90 ° or more in a range of ± 2 ° can be realized.

또한, 액정재료로서, 자장에서 배향 가능한 UV경화형 액정을 사용한 경우에는 유리기판(513, 514)의 표면에 도전성 투명전극을 형성할 필요가 없고, 또, 상기 (8)의 프로세스에서 전계를 작용시키는 대신에 자계를 작용시키면 된다.In addition, in the case of using a UV-curable liquid crystal which can be oriented in a magnetic field as the liquid crystal material, it is not necessary to form a conductive transparent electrode on the surfaces of the glass substrates 513 and 514. Instead, a magnetic field can be applied.

이 외에도 홀로그램재료(27)로서 특정의 파장영역에 대한 감도를 가지는 포토폴리머와 액정폴리머와의 혼합물을 사용하여, 광유기상분리에 의해 홀로그램소자를 제작하여도 좋다.In addition, as the hologram material 27, a mixture of a photopolymer having a sensitivity to a specific wavelength region and a liquid crystal polymer may be used to fabricate the hologram element by optical organic phase separation.

또, 본 실시형태 B에서는 유리기판(513, 514)의 법선으로서 정의되는 광축과 입사광속이 대개 일치하고 있지만, 반드시 일치할 필요는 없다.In this embodiment B, although the optical axis defined as the normal of the glass substrates 513 and 514 and the incident light beam generally coincide, they do not necessarily need to coincide.

상기와 같은 편광분리소자에 사용하는 홀로그램소자로서는, 예를 들면 도 18에 나타내는 바와 같은 것을 사용할 수도 있다. 이 홀로그램소자(512)는, 예를 들면 액정 등의 굴절율 이방성을 가지는 광학매체(522)를 사용하여 형성되어 있고, 두께가 10㎛ 정도로 두껍기 때문에, 굴절율 분포가 두께방향으로도 주기적으로 분포하고 있다. 이 때문에 편광방향에 의해 회절작용이 다르며, 또 회절작용으로서는 1방향으로 높은 회절효율을 나타내는 특성을 가진다.As the hologram element used for the above-mentioned polarization splitting element, what is shown, for example in FIG. 18 can also be used. The hologram element 512 is formed using an optical medium 522 having refractive index anisotropy such as, for example, liquid crystal, and because the thickness is about 10 µm, the refractive index distribution is also periodically distributed in the thickness direction. . For this reason, the diffraction effect varies depending on the polarization direction, and the diffraction effect has a characteristic of showing high diffraction efficiency in one direction.

이하, 이 홀로그램소자(521)에 대해서 상술한다.Hereinafter, the hologram element 521 will be described in detail.

이 소자내부는 광이 입사하는 표면에서 두께방향에 대해 경사진 층이 주기적으로 형성된 층 구조를 가지고 있다. 서로 인접하는 층에서는 한쪽은 굴절율 이방성을 가지는 광학매체(522)의 광축의 기울기가 홀로그램소자(521)의 표면에 평행하게 되도록 배열하고 있고, 다른쪽은 표면에 대해서 수직방향으로 배열하고 있다.The device has a layer structure in which a layer inclined with respect to the thickness direction is periodically formed on the surface where light is incident. In the layers adjacent to each other, one side is arranged such that the inclination of the optical axis of the optical medium 522 having refractive index anisotropy is parallel to the surface of the hologram element 521, and the other side is arranged perpendicular to the surface.

상기 굴절율 이방성을 가지는 광학매체(522)에 광이 입사하면, 그 광의 편광방향이 광학매체(522)의 광축과 평행한 경우는 이상광선이 되기 때문에, 굴절율로서는 Ne의 값을 나타낸다. 또, 편광방향이 광학매체(522)의 광축과 수직인 경우는 상광선으로 되며, No의 굴절율을 나타내게 된다. 여기서, Ne 〉 No이다.When light enters the optical medium 522 having the refractive index anisotropy, when the polarization direction of the light is parallel to the optical axis of the optical medium 522, the light becomes abnormal light. Therefore, the refractive index represents Ne. In addition, when the polarization direction is perpendicular to the optical axis of the optical medium 522, the light becomes normal light and exhibits a refractive index of No. Where Ne> No.

다음에, 도 18에 나타내는 홀로그램소자(512)에서, 지면에 대해서 수직방향으로 편광방향을 가지는 광을 상광선으로 하고, 지면과 평행방향으로 편광방향을 가지는 광을 이상광원으로 하며, 이들의 광이 홀로그램소자(521)에 입사했을 때의 동작에 대해서 설명한다.Next, in the hologram element 512 shown in FIG. 18, the light which has a polarization direction perpendicular to the ground is made into the normal light, the light which has a polarization direction parallel to the ground is made into the ideal light source, and these light The operation at the time of entering the hologram element 521 will be described.

먼저, 상광선이 입사한 경우, 그 편광방향은 각 층을 구성하는 어떠한 광학매체(522)의 광축에 대해서도 수직으로 된다. 이 때문에, 각 층간에서의 광축의 방향에 관계없이, 각 층에서의 굴절율은 No가 된다. 결국, 굴절율이 No의 고른 매체가 존재하는 것과 같기 때문에, 이것에 입사하는 상광선은 회절의 작용을 받지 않고, 동 도면에 나타내는 바와 같이, 그대로 투과하게 된다.First, when an image ray enters, the polarization direction becomes perpendicular to the optical axis of any optical medium 522 constituting each layer. For this reason, the refractive index in each layer becomes No regardless of the direction of the optical axis between each layer. As a result, since an even medium having a refractive index of No exists, the image light incident on the light is transmitted as it is, without being affected by diffraction.

한편, 이상광선이 입사한 경우에는 굴절율 이방성을 가지는 광학매체(522)의 광축이 입사면과 평행하게 배열하고 있는 층에서는 입사광의 편광방향이 광축과 평행하게 된다. 이 때문에, Ne의 굴절율을 가지는 층을 통과하는 경우에 상당한다. 또, 홀로그램소자(521)의 입사면에 대해 광학매체의 광축이 수직방향인 층에 대해서는 편광방향이 광축과 수직인 경우에 상당하기 때문에, 이 층은 No의 굴절율을 가지는 것으로 작용한다. 그래서, 이상광선에 대해서는 홀로그램소자(521)는 그 입사광의 진행방향인 두께방향에서 굴절율이 주기적으로 다른 복수의 층을 통과하게 된다. 이 결과, 입사광선은 이 층의 경사각도와 주기의 피치에 대응하는 특정의 방향으로 광이 집광되는, 이른바 블랙의 회절작용을 받게 된다. 그러므로, 동 도면에 나타내는 바와 같이, 이상광선은 홀로그램소자(521)를 통과 후, 소자의 내부에 형성된 층 구조에 대해서 광로를 변화하게 된다.On the other hand, when the abnormal light is incident, in the layer in which the optical axes of the optical medium 522 having refractive index anisotropy are arranged in parallel with the incident surface, the polarization direction of the incident light becomes parallel to the optical axis. For this reason, it corresponds to the case where it passes through the layer which has the refractive index of Ne. Further, since the polarization direction is perpendicular to the optical axis for the layer in which the optical axis of the optical medium is perpendicular to the incidence plane of the hologram element 521, this layer acts as having a refractive index of No. Thus, the hologram element 521 passes through a plurality of layers having different refractive indices periodically in the thickness direction, which is the traveling direction of the incident light, with respect to the abnormal light beam. As a result, the incident light is subjected to the so-called black diffraction, in which light is focused in a specific direction corresponding to the inclination angle of the layer and the pitch of the period. Therefore, as shown in the figure, the abnormal light passes through the hologram element 521 and changes the optical path with respect to the layer structure formed inside the element.

즉, 상기와 같이 두께방향으로 주기구조를 가지도록 구성하는 것으로, 블랙의 회절조건이 적용되게 된다. 이것은 어떤 파장을 가지는 광이 주기구조를 형성하는 각 층에 입사한 경우, 각 층에서 산란된 광은 그 파장과 입사각도 및 층 간의 피치에 대응하는 특정방향으로 산란성분이 서로 강해지는 현상을 발생한다. 이것이 블랙의 회절조건이라 불리는 것이며, 이와 같은 조건이 종례의 2차원적인 회절광학소자에 대해 3차원적인 구성으로 되며, 프레이즈화(하나의 방향으로 광을 수속한다)의 작용을 가지게 된다.In other words, the black diffraction condition is applied to the structure having a periodic structure in the thickness direction as described above. This is because when light having a certain wavelength enters each layer forming a periodic structure, the light scattered in each layer causes the scattering components to become strong in a specific direction corresponding to the wavelength, the incident angle, and the pitch between the layers. do. This is called the black diffraction condition, and this condition has a three-dimensional configuration for a conventional two-dimensional diffractive optical element, and has a function of framing (converging light in one direction).

따라서, 종래의 회절광학소자에 비해서, 회절효과를 비약적으로 향상시킬 수 있고, 논리적으로는 100%의 효율이 가능하다. 실제상으로도 도중에서의 손실 등을 고려하더라도 90% 이상의 효율을 기대할 수 있다. 이것에 비하여 바이너리로 이루어지는 2차원의 회절광학소자에서는 회절파는 0차를 포함하고 좌우대칭으로 고차까지 회절되는 것으로 되기 때문에, 1차의 방향으로의 회절효율은 최고라도 40% 정도로 되며, 소자를 통과하는 전광량에 대한 비율로서는 낮은 값이 된다.Therefore, compared with the conventional diffractive optical element, the diffraction effect can be remarkably improved, and the efficiency of 100% is logically possible. In fact, even if we consider loss on the way, we can expect more than 90% efficiency. On the other hand, in the binary two-dimensional diffraction optical element, since the diffraction wave includes the 0th order and is diffracted to the higher order in right and left symmetry, the diffraction efficiency in the first direction is about 40% at maximum, and passes through the device. As a ratio with respect to the total light quantity, it becomes a low value.

도 19에 홀로그램소자(521)의 논리적인 회절효율의 계산결과를 「벨 시스템 테크놀러지 제이」(H.Kogelnik,(Bell Syst. Tech. J., 48 , 1969, pp.2909 - 2947))의 해석에 의거하여 나타낸다. 회절효율은 전입사광량에 대한 1차의 방향으로 회절된 광량의 비율이다. 회절광학소자의 각종 파라미터를 정리하여 표 1에 나타낸다.Fig. 19 analyzes the calculation result of the logical diffraction efficiency of the hologram element 521 as "Bell system technology J" (H. Kogelnik, (Bell Syst. Tech. J., 48, 1969, pp. 2909-2947)). It shows based on. The diffraction efficiency is the ratio of the amount of light diffracted in the first direction with respect to the total incident light amount. Table 1 shows various parameters of the diffractive optical element.

도 19에서 (a)는 블랙각에서 입사각도가 어긋난 경우의 회절효율의 변화, 즉 회절효율의 입사각도 의존성이며, (b)는 입사파장이 설계치로부터 어긋난 경우의 변화, 즉 회절효율의 입사파장 의존성을 나타낸 것이다.In Fig. 19, (a) is the change in diffraction efficiency when the incident angle is shifted from the black angle, that is, the angle of incidence of the diffraction efficiency, and (b) is the change in case the incident wavelength is shifted from the design value, that is, the incident wavelength of the diffraction efficiency. It shows the dependencies.

도 19의 (a)의 각도 의존성에 대해서는 홀로그램소자(521)에 입사하는 광속이 평행광으로부터 어긋난 경우(입사각이 소정의 각도로부터 어긋난 경우)의 효율에 상당하고, 또 도 19의 (b)의 입사파장 의존성에 대해서는 백색광원에 의한 조명시의 효율 등의 검토에 대응하는 것이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 각종 파라미터를 적당하게 설정하는 것으로 이론적인 회절효율이 1, 결국 100% 가까이의 높은 회절효율을 얻는 것을 기대할 수 있다. 또 동 도면에 의하면, 파장에 관해서는 ±100㎚ 부근까지 특성이 플랫(flat)이며, 백색광에 대해서도 높은 효율을 기대할 수 있다.The angle dependency of FIG. 19A corresponds to the efficiency in the case where the luminous flux incident on the hologram element 521 is shifted from the parallel light (the incidence angle is shifted from a predetermined angle), and also in FIG. 19B. Incident wavelength dependence corresponds to examination of the efficiency etc. at the time of illumination by a white light source. As shown in the figure, by setting various parameters appropriately, it is expected that a theoretical diffraction efficiency of 1, and eventually high diffraction efficiency of near 100% can be obtained. According to the same figure, the wavelength is flat to around ± 100 nm in terms of wavelength, and high efficiency can be expected for white light.

또한, 도 18에서는 홀로그램소자(521)를 구성하는 광학매체(522)의 광축이 인접하는 층 사이에서 90°로 경사지게 하여 굴절율 차가 가장 큰 경우를 나타냈지만, 이 각도를 임의로 설정하는 것으로 굴절율 차를 Ne에서 No의 중간 값으로 설정하는 것도 가능하다. 또, 그것을 사용한 굴절율 분포를 선택함으로서 회절효율을 조정하는 것도 가능하다.In Fig. 18, the optical axis of the optical medium 522 constituting the hologram element 521 is inclined at an angle of 90 DEG between adjacent layers to show the case where the refractive index difference is the largest. It is also possible to set from Ne to an intermediate value of No. It is also possible to adjust the diffraction efficiency by selecting the refractive index distribution using the same.

또, 홀로그램소자(521)의 영역을 몇개로 분할하여 각각 회절하는 방향을 어긋나게 하는 구성도 가능하다.It is also possible to divide the area of the hologram element 521 into several and shift the diffraction directions.

또한, 백색광을 구성하는 R : 적(0.65㎛), G : 녹(0.55㎛), B : 청(0.45㎛) 정도의 각 중심파장의 각각에 대응하여 다른 주기구조, 각도 등을 가지는 층을 형성하고, 이들을 적층하여 홀로그램소자(521)를 구성하거나 또는 이들의 구조를 중첩하여 홀로그램소자(521) 내에 기록함으로써, 파장분산 또는 각도 의존성의 영향을 완화하는 구성도 가능하다.In addition, a layer having a different periodic structure, angle, etc. is formed corresponding to each of the central wavelengths of R: red (0.65 μm), G: green (0.55 μm), and B: blue (0.45 μm) constituting white light. By laminating these to form the hologram element 521 or by superimposing these structures on the hologram element 521, a configuration that mitigates the influence of wavelength dispersion or angle dependency can also be possible.

다음에, 홀로그램소자(521)의 제작방법에 대해서 설명한다.Next, the manufacturing method of the hologram element 521 is demonstrated.

먼저, 한쌍의 각각의 유리기판 상에 투명도전성 전극으로서 예를 들면 ITO를 형성한다.First, for example, ITO is formed as a transparent conductive electrode on each pair of glass substrates.

다음에, 이들 기판을 세정하여 부착하고 있는 더스트(dust)를 제거한 후, 고분자로 이루어지는 배향막, 예를 들면 폴리이미드를 스핀코트법 등에 의해 도포하고, 가열처리를 행하는 등으로 하여 배향막을 기판 상에 형성한다.Next, after removing the dust adhering to these substrates, an alignment film made of a polymer, for example, polyimide, is applied by spin coating or the like, and subjected to heat treatment. Form.

이 후, 상기 배향막에 롤러 등에 의해 특정방향의 러빙처리를 시행한 후, 한쪽의 기판의 주변에 실의 인쇄를 행하며, 다른쪽의 기판에 직경 5㎛ ~ 20㎛ 정도의 비즈를 분산시킨다. 이 2장의 기판을 러빙방향이 서로 쌍이 되도록 맞붙여서, 빈 셀을 구성한다.Thereafter, after the rubbing treatment in a specific direction is applied to the alignment film by a roller or the like, the yarn is printed around one substrate, and beads of about 5 µm to 20 µm in diameter are dispersed on the other substrate. The two substrates are bonded together so that their rubbing directions are paired with each other to form an empty cell.

상기 빈 셀에 굴절율 이방성을 가지는 광학매체(522)로서, 예를 들면 양의 유전이방성을 가지는 액정을 주입한다. 또한, 음의 유전이방성을 가지는 액정을 사용하는 것도 가능하다. 상기 액정은 보다 상세하게는 예를 들면, 광중합성 액정모노머 또는 광가교가능 액정폴리머 등이 포함된 것으로, 360㎚ 전후의 자외영역의 파장의 광조사에 의해 액정이 경화하고 액정분자의 방향이 고정화되는 특성을 가진 것을 사용한다. 상기 주입은 실온에서 대기 분위기 중에서 행할 수도 있지만, 40℃ ~ 60℃ 정도의 고온 또, 진공중에서 주입하는 등으로 하여도 좋다.As the optical medium 522 having refractive index anisotropy, the liquid crystal having positive dielectric anisotropy is injected into the empty cell. It is also possible to use liquid crystals having negative dielectric anisotropy. More specifically, the liquid crystal includes, for example, a photopolymerizable liquid crystal monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer, and the liquid crystal is cured by light irradiation of a wavelength in the ultraviolet region around 360 nm and the direction of the liquid crystal molecules is immobilized. Use the one that has the characteristic. Although the said injection may be performed in air | atmosphere at room temperature, you may make it inject | pour in high temperature, about 40 degreeC-about 60 degreeC, and vacuum.

액정을 주입 후의 셀에 대해 주입구 및 탈기구(脫氣口) 부근을 밀봉제에 의해 밀봉하면, 액정샘플이 완성된다.The liquid crystal sample is completed by sealing the injection port and the vicinity of the degassing part with the sealing agent with respect to the cell after inject | pouring a liquid crystal.

상기와 같이 하여 제작한 액정샘플에 대해서 간섭고의 노광을 행한다.The interference height is exposed to the liquid crystal sample prepared as described above.

먼저, 노광시간을 조절하기 위한 셔터를 닫아 광조사가 없는 상태에서 광학계의 제작위치(노광장치의 소정의 위치)에 상기 액정샘플을 배치하고, 셔터를 소정의 시간, 예를 들면 1분간 정도 개방한 후, 닫는 것에 의해 제 1의 노광 공정으로서의 간섭고에 의한 노광을 행한다.First, close the shutter for adjusting the exposure time and arrange the liquid crystal sample at a manufacturing position (predetermined position of the exposure apparatus) of the optical system in the absence of light irradiation, and open the shutter for a predetermined time, for example, for about one minute. After that, the exposure is performed by the interference height as the first exposure step by closing.

상기 간섭고를 형성하기 위한 광원으로서는 예를 들면, 조사강도가 50㎽ ~ 100㎽ 정도의 Ar(아르곤)레이저로부터 출력되는 파장이 360㎚ 전후의 레이저광을 사용할 수 있다. 이 레이저광을 빔 익스팬더 등에 의해서 예를 들면 30㎜ ~ 50㎜ 정도의 빔으로 확대한 후, 빔 스플리터 등에 의해 2방향으로 분할하며, 미러 등을 조합하여 설정한 광로를 통하여 간섭고를 형성하고, 액정샘플에 조사한다. 이 간섭고는 상기 미러 등을 조정함으로서, 액정샘플이 배치된 위치에서 예를 들면 1㎛ 피치 정도로 되도록 한다.As the light source for forming the interference height, for example, laser light having a wavelength of about 360 nm output from an Ar (argon) laser having an irradiation intensity of about 50 Hz to about 100 Hz can be used. The laser beam is expanded into a beam of, for example, 30 mm to 50 mm by a beam expander or the like, divided into two directions by a beam splitter or the like, and an interference height is formed through an optical path set by combining mirrors and the like, and the liquid crystal Investigate the sample. This interference height is adjusted to, for example, about 1 [mu] m pitch at the position where the liquid crystal sample is arranged by adjusting the mirror or the like.

상기 노광에 의해 액정샘플에는 레이저의 2광속의 간섭에 의해 형성된 간섭고에서의 광강도가 높은 부분에 속하는 영역의 액정이 경화하고, 액정분자가 배향막에 의해서 초기에 배향된 방향으로 분자축이 고정화된다. 즉, 예를 들면 상기와 같이 양의 유전이방성을 가지는 액정을 사용하는 경우, 초기에는 액정분자는 고르게 유리기판에 평행한 방향으로 배향하고 있고, 간섭고가 명부(明部)의 영역에서는 이 상태가 보존되게 된다. 한편, 간섭고가 암부(暗部)의 영역에서는 광강도가 명부에 비해 낮기 때문에, 이 제 1의 노광공정에서는 액정분자는 거의 경화하지 않는다.Upon exposure, the liquid crystal in the region belonging to the portion of the high light intensity in the interference height formed by the interference of the two light beams of the laser is cured, and the molecular axis is fixed in the direction in which the liquid crystal molecules are initially oriented by the alignment film. do. That is, for example, in the case of using a liquid crystal having positive dielectric anisotropy as described above, the liquid crystal molecules are initially evenly aligned in a direction parallel to the glass substrate. Will be preserved. On the other hand, in the region where the interference height is dark, the light intensity is lower than that of the light, so that the liquid crystal molecules hardly harden in this first exposure step.

다음에 제 2의 노광공정으로서, 먼저 액정샘플 2장의 유리기판의 내측에 형성된 투명도전성 전극으로서의 ITO 전극간에 5(V/㎛) 정도의 교류전계를 인가한다. 이 전계인가에 의해 상기 간섭고의 암부였던 영역의 미경화의 액정분자는 유리기판에 대해서 수직으로 서있는 방향으로 경사진다. 이 때의 경사의 각도는 인가하는 전계에 비례하기 때문에 전계의 크기를 조정하는 것으로 소망의 경사각도, 결국 굴절율 차를 부여할 수 있다.Next, as a second exposure step, an alternating electric field of about 5 (V / µm) is first applied between ITO electrodes serving as transparent conductive electrodes formed inside the two glass substrates of the liquid crystal sample. By applying this electric field, the uncured liquid crystal molecules in the region which was the dark part of the interference height are inclined in the direction standing perpendicular to the glass substrate. Since the angle of inclination at this time is proportional to the electric field to be applied, it is possible to give a desired angle of inclination, and thus a difference in refractive index, by adjusting the magnitude of the electric field.

상기와 같이 전압을 인가한 상태에서, 예를 들면 빔 스플리터에 의해 분할된 레이저광 중의 한쪽을 차단함으로서, 간섭고가 형성되지 않는 고른 강도분포의 광을 액정샘플의 전면에 예를 들면 5분간 정도 조사하고, 상기 미경화의 암부였던 영역 전체를 완전하게 경화시킨다.In the state where the voltage is applied as described above, by blocking one of the laser beams split by a beam splitter, for example, the front of the liquid crystal sample is irradiated with light of an even intensity distribution in which no interference height is formed, for example, for about 5 minutes. And the whole area | region which was the said unhardened dark part is hardened completely.

이상과 같은 제 1의 노광공정과 제 2의 노광공정을 행하는 것으로 도 18에 나타낸 바와 같은 구조를 가지는 홀로그램소자(521)가 제작된다.The hologram element 521 having a structure as shown in Fig. 18 is produced by performing the first exposure step and the second exposure step as described above.

또, 여기에서는 ITO와 같은 투명전극을 형성한 유리기판을 사용하여 셀을 제작하고, 제 2의 노광공정에서 전계를 인가함으로서 액정분자의 방향을 초기 위치에서 변화시킨 경우에 대해서 설명한다. 다른 방법으로서 투명전극을 사용하지 않고, 자계의 인가에 의해 액정분자의 방향을 변화시켜 제 2의노광공정을 행하고, 홀로그램소자(521)를 제작하는 것도 가능하다.In this case, a cell is fabricated using a glass substrate on which a transparent electrode such as ITO is formed, and the direction of the liquid crystal molecules is changed at an initial position by applying an electric field in the second exposure step. As another method, the hologram element 521 can be fabricated by performing a second exposure step by changing the direction of the liquid crystal molecules by applying a magnetic field without using a transparent electrode.

또한, 조사하는 Ar레이저의 편광방향을 제 1의 노광공정과 제 2의 노광공정에서 예를 들면 90° 다르도록 설정하여 노광하는 방법도 고려된다. 배향막 등의 고분자막에 대해 광원으로서 직선편광을 조사한 경우, 랜덤하게 배향하고 있는 고분자 중에서 그 주쇄(主鎖)(혹은 측쇄(側鎖))를 편광방향을 향하고 있는 분자가 주로 광을 흡수하고 광반응을 일으키며, 그 막에 광학이방성이 발현한다. 고분자재료 등에서 그 고분자의 광반응 과정(광이성화, 광중합, 광분해)이 조사되는 광의 편광방향과 그 고분자가 이루는 각도에 의해서 제어할 수 있다.Moreover, the method of exposing by setting the polarization direction of the Ar laser beam to irradiate so that it may differ, for example by 90 degrees in a 1st exposure process and a 2nd exposure process is also considered. When linearly polarized light is irradiated on a polymer film such as an alignment film as a light source, molecules whose main chain (or side chain) is directed in the polarization direction mainly absorb the light and photoreaction among randomly oriented polymers. And optical anisotropy is expressed on the film. In the polymer material, the photoreaction process (photoisomerization, photopolymerization, photolysis) of the polymer can be controlled by the polarization direction of the irradiated light and the angle formed by the polymer.

따라서, 여기서 간섭고를 구성하는 자외영역의 광의 편광방향을 제어함으로서, 액정의 초기의 배향상태의 설정 및 제 1과 제 2의 노광공정에서의 액정분자의 이동 등을 행하는 것도 가능하다.Therefore, by controlling the polarization direction of the light of the ultraviolet region constituting the interference height, it is also possible to set the initial alignment state of the liquid crystal and to move the liquid crystal molecules in the first and second exposure steps.

상기와 같이 하여 제작한 소자의 회절요율을 He - Ne 레이저를 사용하여 입사하는 편광방향을 변화시켜서 측정한 바, 상광선에 대한 투과율은 98% 전후이며, 높은 투과율을 가지고 있다. 또, 이상광선에 대한 1차의 방향으로의 회절효율도 90% 정도이며 양호한 결과과 얻어진다. 따라서, 여기서 제작한 회절광학소자는 높은 편광분리 특성 및 회절효율을 가지고 있는 것이 확인되었다.The diffraction rate of the device fabricated as described above was measured by using a He-Ne laser to change the incident polarization direction. As a result, the transmittance to the normal light is around 98%, and has a high transmittance. Moreover, the diffraction efficiency in the primary direction with respect to the abnormal light beam is also about 90%, and a good result is obtained. Therefore, it was confirmed that the diffraction optical element manufactured here has high polarization separation characteristics and diffraction efficiency.

또한, 굴절율 이방성을 가지는 광학매체로서는 액정 이외에 니오브산 리튬이나, KD2PO4, β- BaB2O4, PLZT 등의 전기광학효과 등을 가지는 일축성의 결정을 사용하는 것도 가능하며, 또, KTiPO4등의 2축성의 광학결정 등도 포함하여 여러가지의 굴절율 이방성을 가지는 매체를 사용함으로서, 같은 효과를 얻는 것도 가능하다.In addition, as an optical medium having refractive anisotropy, it is also possible to use uniaxial crystals having electro-optic effects such as lithium niobate, KD 2 PO 4 , β-BaB 2 O 4 , and PLZT in addition to liquid crystals. Similar effects can be obtained by using a medium having various refractive index anisotropies, including biaxial optical crystals such as KTiPO 4 and the like.

(실시형태 B2 - 2)(Embodiment B2-2)

홀로그램소자를 사용하여 구성된 편광분리소자의 다른 예를 설명한다.Another example of a polarization splitting element constructed using a hologram element will be described.

이 편광분리소자(503)는 도 20에 나타내는 바와 같이, 전반사미러(531)의 표면에, 상기 실시형태 B1 또는 실시형태 B2 - 1에서 나타낸 것과 같은 홀로그램소자(532)가 설치되어 있다. 여기서, 실시형태 B1의 홀로그램소자가 사용되는 경우에는 ITO 사이에 소정의 전압이 인가된 상태에서 사용된다.As shown in Fig. 20, the polarization splitting element 503 is provided with a hologram element 532 as shown in the above-described embodiment B1 or B2-1 on the surface of the total reflection mirror 531. Here, when the hologram element of Embodiment B1 is used, it is used in the state in which the predetermined voltage was applied between ITO.

상기 전반사미러(531) 및 홀로그램소자(532)는 광원의 램프(533)으로부터의 광을 반사하는 리플렉터(634)의 광축에 대해서 법선이 45°의 각도를 이루도록 배치되어 있다.The total reflection mirror 531 and the hologram element 532 are arranged such that a normal line forms an angle of 45 ° with respect to an optical axis of the reflector 634 that reflects light from the lamp 533 of the light source.

상기 이 홀로그램소자(532)는, 동 도면의 지면에 수직인 방향으로 편광방향을 가지는 광(S편광 광이라 함)이 상광선으로 되며, 지면에 평행한 방향으로 편광방향을 가지는 광(P편광 광이라 함)이 이상광선이 되도록 배치되어 있다. 또, 이 홀로그램소자(532)는 45°의 입사각으로 입사한 이상광선을 45° 보다도 약간 큰 출사각이 되도록 회절시켜서 출사시키도록 설정되어 있다.In this hologram element 532, light having a polarization direction (called S polarization light) in a direction perpendicular to the surface of the drawing becomes an ordinary light beam, and light having a polarization direction in a direction parallel to the ground (P polarization light). Light) is arranged to be an abnormal light beam. In addition, the hologram element 532 is set to diffract the extraneous light incident at the incident angle of 45 degrees so as to be diffracted so as to have an emission angle slightly larger than 45 degrees.

이와 같이 구성되어 있는 것에 의해, 홀로그램소자(532)에 대해서 상광선인 S편광 광은 상기 각 실시형태 B에서 설명한 바와 같이, 소자의 주기구조로 이루어지는 굴절율 분포의 영향을 받지 않고, 등방적인 균일한 굴절율의 매체를 통과할 때와 같은 특성을 나타낸다. 그러므로, S편광 광은 홀로그램소자(532)를 그대로 투과하여 전반사미러(531)에서 반사되며, 다시 홀로그램소자(532)를 투과하여 출사한다. 즉, S편광 광은 전반사미러(531)에 의해서 진행방향이 90°구부러져 출사한다.With this configuration, the S-polarized light, which is an ordinary light beam with respect to the hologram element 532, is isotropically uniform without being affected by the refractive index distribution formed of the periodic structure of the element, as described in the above-described respective embodiments B. It exhibits the same characteristics as when passing through a medium of refractive index. Therefore, the S-polarized light is transmitted through the hologram element 532 as it is, reflected by the total reflection mirror 531, and again transmitted through the hologram element 532 and exits. In other words, the S-polarized light is bent by 90 ° by the total reflection mirror 531 and is emitted.

한편, 홀로그램소자(532)에 대해서 이상광선인 P편광 광은 홀로그램소자(532) 내에 형성된 주기구조의 굴절율 분포에 의해 변조되어 회절하고, 상기와 같이 45°보다도 약간 큰 출사각으로 출사한다.On the other hand, the P-polarized light that is the abnormal light with respect to the hologram element 532 is modulated and diffracted by the refractive index distribution of the periodic structure formed in the hologram element 532 and is emitted at an emission angle slightly larger than 45 ° as described above.

따라서, 램프(533)에서 리플렉터(534)를 통하여 출사된 광을 이 편광분리소자(530)에 의해 S편광 광과 P편광 광으로 진행방향이 약간 다른 출사광으로 분리할 수 있다.Therefore, the light emitted from the lamp 533 through the reflector 534 can be separated into the outgoing light having a slightly different propagation direction into the S-polarized light and the P-polarized light by the polarization splitting element 530.

(실시형태 B3 - 1)(Embodiment B3-1)

상기 실시형태 B2 - 2의 편광분리소자를 사용하여 구성된 편광변환소자의 예를 설명한다. 이 편광변환소자는 광원으로부터의 편광방향이 랜덤한 광을 소정 방향의 편광 광에 일치시켜 출력하는 것으로, 예를 들면 편광형의 액정표시소자 등의 편광 조명장치 등에 사용된다.An example of a polarization conversion element constructed using the polarization separation element of the above embodiment B2-2 will be described. The polarization conversion element outputs light in which the polarization direction from the light source is random in accordance with the polarization light in a predetermined direction, and is used for, for example, a polarization illuminator such as a polarization type liquid crystal display element.

도 21은 편광변환소자(540)을 포함하는 편광 조명장치의 구성을 나타내는 설명도이다.21 is an explanatory diagram showing a configuration of a polarization illuminating device including a polarization converting element 540.

램프(533)으로서는 형광램프나 크세논 램프, 메탈 할라이드 램프, 수은 램프, LED, FED, 레이저광, 무기(無機) 또는 유기 EL 소자 등이 사용된다. 램프(533)로부터의 광은 리플렉터(534)에 의해 거의 평행광으로 되어 출사한다. 이 거의 평행광은 편광분리소자(530)에 입사하고, 실시형태 B2 - 2에서 설명한 바와 같이 S편광 광과 P편광 광으로 진행방향이 약간 다르게 분리되어, 편광분리소자(530)에서 출사한다.As the lamp 533, a fluorescent lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, an LED, a FED, a laser light, an inorganic or an organic EL element, or the like is used. The light from the lamp 533 is made into substantially parallel light by the reflector 534 and exits. This substantially parallel light is incident on the polarization splitting element 530, and as described in the embodiment B2-2, the advancing direction is slightly different from the S polarized light and the P polarized light and exits from the polarization splitting element 530.

편광분리소자(530)에서 출사한 S편광 광 및 P편광 광은 각각 인터그레이터(541)를 구성하는 제 1 렌즈군(제 1의 파리눈 렌즈)(542)의 각 렌즈(542a)에 입사하고, 각각의 입사각에 따라서 각 렌즈와(542a) 쌍을 이루는 제 2 렌즈군(제 2의 파리눈 렌즈)(543)의 각 렌즈(543a)에서의 서로 다른 소정의 영역에 집광된다.S-polarized light and P-polarized light emitted from the polarization splitting element 530 enter the respective lenses 542a of the first lens group (the first fly-eye lens) 542 constituting the integrator 541, respectively. And condensed in different predetermined areas in each lens 543a of the second lens group (second fly's eye lens) 543 which is paired with each lens 542a according to each incident angle.

상기 S편광 광 및 P편광 광이 집광되는 소정의 영역은, 예를 들면 각 렌즈(543a)를 대개 2분하는 영역으로 설정됨과 동시에, P편광 광이 집광되는 영역에서의 각 렌즈(543a)의 이면측(광의 진행방향측)에는 1/2 파장판인 위상차판(544)이 주기적으로 설치되어 있다. 그래서, 제 2 렌즈군(543)에 입사한 S편광 광은 그대로 S편광 광으로서 출사하는 한편, P편광 광은 위상차판(544)을 통해서 편광방향이 90°회전되어, S편광 광으로 변환되어 출사한다. 즉, 어떠한 편광 광도 S편광 광에 일치되어 출사한다.The predetermined region where the S-polarized light and the P-polarized light are collected is set to, for example, a region that divides each lens 543a into two parts, and at the same time, each of the lenses 543a in the region where the P-polarized light is focused. On the back side (light traveling direction side), a retardation plate 544, which is a half wave plate, is periodically provided. Thus, the S-polarized light incident on the second lens group 543 is emitted as S-polarized light as it is, while the P-polarized light is rotated by 90 ° through the phase difference plate 544, and converted into S-polarized light. Exit. That is, any polarized light is emitted in accordance with the S-polarized light.

이 S편광 광은 필드렌즈(545) 및 집광렌즈(546)를 통하여 대개 평행한 광속으로서 화상표시소자(라이트 밸브)(547)에 입사하고, 화상표시에 사용된다.This S-polarized light is incident on the image display element (light valve) 547 as a generally luminous flux through the field lens 545 and the condenser lens 546, and is used for image display.

상기와 같은 홀로그램소자(532)와 위상차판(544)을 사용한 경우와 사용하지 않은 경우에서, 화상표시소자(547)에 입사하는 광량을 비교한 바, 홀로그램소자(532)와 위상차판(544)에 의해 편광변환을 행한 경우는 광이용 효율이 1.2 ~ 1.6배 정도 향상하고, 상기 홀로그램소자(532)를 사용한 편광변환소자(540)의 기능이 우수한 것이 확인되었다.When the hologram element 532 and the phase difference plate 544 are used as described above or not, the amount of light incident on the image display element 547 is compared. As a result, the hologram element 532 and the phase difference plate 544 are compared. In the case of performing polarization conversion, it was confirmed that the light utilization efficiency was improved by 1.2 to 1.6 times, and the function of the polarization conversion element 540 using the hologram element 532 was excellent.

(실시형태 B3 - 2)(Embodiment B3-2)

상기 실시형태 B3 - 1에서 설명한 편광분리소자가 인터그레이터를 구성하는 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군과의 사이의 광로 중에 설치되어 편광방향을 일치시키는 편광변환소자의 예를 설명한다. 또한, 본 실시형태 B 등에서, 상기 실시형태 B3 - 1 등과 같은 기능을 가지는 구성요소에 대해서는 적당한 동일한 부호를 붙여 상세한 설명을 생략한다.An example of the polarization converting element in which the polarization splitting element described in the above embodiment B3-1 is provided in the optical path between the first lens group and the second lens group constituting the integrator to match the polarization direction is described. In addition, in Embodiment B etc., the same code | symbol is attached | subjected about the component which has a function similar to the said Embodiment B3-1, etc., and detailed description is abbreviate | omitted.

도 22는 편광변환소자(545)를 포함하는 편광조명장치의 구성을 나타내는 설명도이다.FIG. 22 is an explanatory diagram showing a configuration of a polarization lighting apparatus including a polarization converting element 545.

리플렉터(534)로부터의 평행광은 인터그레이터(541)를 구성하는 제 1 렌즈군(542)을 통하여 편광분리소자(530)에 입사하도록 되어 있다. 편광분리소자(530)에 입사한 광속은 실시형태 B2 - 2에서 설명한 바와 같이 S편광 광과 P편광 광에서 진행방향이 약간 다르게 분리되어 편광분리소자(530)로부터 출사한다.Parallel light from the reflector 534 is made to enter the polarization splitting element 530 through the first lens group 542 constituting the integrator 541. The light beams incident on the polarization splitting element 530 are emitted from the polarization splitting element 530 after being slightly different in the advancing direction from the S polarized light and the P polarized light as described in Embodiment B2-2.

편광분리소자(530)에서 출사한 S편광 광 및 P편광 광은 각각 인터그레이터(541)를 구성하는 제 2 렌즈군(제 2의 파리눈 렌즈)(543)의 각 렌즈(543a)에서의 이면측에 위상차판(544)이 설치되어 있는 영역 또는 설치되어 있지 않은 영역에 집광된다. 그래서, 상기 실시형태 B3 - 1과 같이, S편광 광은 그대로 S편광 광으로서 출사하는 한편, P편광 광은 위상차판(544)을 통하여 편광방향이 90°회전되어, S편광 광으로 변환되어 출사한다. 즉, 어떠한 편광 광도 S편광 광에 일치되어 출사한다.The S-polarized light and the P-polarized light emitted from the polarization splitting element 530 are the back surface of each lens 543a of the second lens group (second fly's eye lens) 543 constituting the integrator 541, respectively. The light is condensed in the region where the retardation plate 544 is provided or in the region where the phase difference plate 544 is not provided. Thus, as in the above embodiment B3-1, the S-polarized light is emitted as S-polarized light as it is, while the P-polarized light is rotated by 90 ° through the phase difference plate 544, and is converted into S-polarized light and emitted. do. That is, any polarized light is emitted in accordance with the S-polarized light.

이와 같이 구성된 편광변환소자(545)에 의해서도 실시형태 B3 - 1과 같이 광이용 효율을 향상시킬 수 있다.The polarization conversion element 545 configured as described above can also improve light utilization efficiency as in the embodiment B3-1.

(실시형태 B3 - 3)(Embodiment B3-3)

상기 실시형태 B1 또는 실시형태 B2 - 1에서 나타낸 것과 같은 홀로그램소자가 사용된 다른 편광변환소자의 예를 설명한다.An example of another polarization conversion element in which a hologram element as shown in the above embodiment B1 or embodiment B2-1 is used will be described.

도 23은 편광변환소자(550)를 포함하는 편광조명장치의 구성을 나타내는 설명도이다. 이 편광조명장치의 편광변환소자(550)는 상기 실시형태 B1 또는 실시형태 B2 - 1에서 나타낸 것과 같은 홀로그램소자(551)와 전반사미러(531)와의 사이에서 1/4 파장판인 위상차판(551)이 설치되어 구성되어 있다.FIG. 23 is an explanatory diagram showing a configuration of a polarization lighting apparatus including a polarization converting element 550. The polarization converting element 550 of this polarization illumination device is a phase difference plate 551 which is a quarter wave plate between the hologram element 551 and the total reflection mirror 531 as shown in the above embodiment B1 or embodiment B2-1. ) Is installed and configured.

램프(533)로부터의 P편광 광과 S편광 광을 포함하는 광파는 홀로그램소자(551)에 입사하고, P편광 광은 실시형태 B1 등에서 설명한 바와 같이 회절광학소자의 굴절율 분포 등에 따라 회절되며, 동 도면의 일점쇄선으로 나타낸 방향으로 진로를 구부려 출사한다.The light wave including the P-polarized light and the S-polarized light from the lamp 533 is incident on the hologram element 551, and the P-polarized light is diffracted in accordance with the refractive index distribution of the diffractive optical element or the like as described in Embodiment B1 and the like. The path is exited by bending in the direction indicated by the dashed-dotted line in the figure.

한편, S편광 광은 홀로그램소자(551)를 그대로 투과하고, 위상차판(552)을 통하여 전반사미러(531)로 반사되며, 다시 위상판(552)을 통과하는 과정에서 편광방향이 입사 시에 비해서 90°변화하고, 홀로그램소자(551)에 P편광 광으로서 입사하게 된다. 이때의 입사방향은 전반사미러(531)과 리플렉터(534)와의 배치에 의해 결정되지만, 이것이 홀로그램소자(551)의 내부에 형성된 주기구조에 대한 블랙의 회절조건에서 어긋난 조건으로 되도록 하여, 홀로그램소자(551)가 입사한 광을 반사하지 않고 투과시키도록 되어 있다. 즉, 상기 도 19의 (a)에서 회절효율의 각도 의존성에 대해서 설명한 바와 같이, 홀로그램소자로의 입사각이 소정의 각도에서 어느 정도 어긋나면 효율이 거의 0이 되며, 회절작용은 발생하지 않고 투과만 되는 경우가 있으며, 상기 소정의 각도는 회절광학소자의 형성조건에 의해 설정하는 것이 가능하다. 그래서, 전반사미러(531)에 의해서 반사되며, 위상차판(552)에 의해 P편광 광에 변환된 광속이 회절되지 않고 홀로그램소자(551)를 그대로 투과하도록 할 수 있다. 또한, 회절시켜 상기 홀로그램소자(551)에서 직접 회절된 P편광 광의 전파방향과 대개 일치시키도록 하는 것도 가능하다.On the other hand, the S-polarized light is transmitted through the hologram element 551 as it is, reflected by the total reflection mirror 531 through the phase difference plate 552, the polarization direction in the process of passing through the phase plate 552 again compared to when the incident It changes by 90 degrees and enters the hologram element 551 as P-polarized light. The direction of incidence at this time is determined by the arrangement of the total reflection mirror 531 and the reflector 534, but this is a condition that is shifted from the diffraction conditions of the black with respect to the periodic structure formed inside the hologram element 551, so that the hologram element ( 551 transmits the incident light without reflecting it. That is, as described with respect to the angle dependence of the diffraction efficiency in FIG. 19A, when the incident angle to the hologram element is shifted to some extent from the predetermined angle, the efficiency becomes almost zero, and the diffraction does not occur, but only transmission. In some cases, the predetermined angle can be set according to the formation conditions of the diffractive optical element. Therefore, the light beam reflected by the total reflection mirror 531 and converted into P-polarized light by the phase difference plate 552 can be transmitted through the hologram element 551 without diffraction. It is also possible to diffract and generally coincide with the propagation direction of the P-polarized light directly diffracted by the hologram element 551.

상기와 같이, 램프(533)로부터의 광파는 홀로그램소자(551)에 의해서 P편광 광이 회절되며, 홀로그램소자(551)를 투과한 S편광 광은 전바사미러(531)과 위상차판(552)에 의해 P편광 광으로 변환된 후 홀로그램소자(551)를 투과하여 출사하는 것에 의해, 편광방향이 일치한 거의 평행광속을 얻을 수 있다.As described above, the P-polarized light is diffracted by the hologram element 551 by the light wave from the lamp 533, and the S-polarized light transmitted through the hologram element 551 is the front mirror 531 and the retardation plate 552. By converting the light into P-polarized light, the light is transmitted through the hologram element 551 and emitted, whereby a substantially parallel light beam having the same polarization direction can be obtained.

상기 편광조명장치에 대해서, 실시형태 B3 - 1과 동일하게 하여 광이용 효율을 구한 바, 홀로그램소자(551)와 위상차판(552)을 사용하지 않은 경우에 비해 1.2 ~ 1.5 배 정도의 광이용 효율을 얻을 수 있다.The light utilization efficiency of the polarizing light device was determined in the same manner as in the embodiment B3-1, and the light utilization efficiency was about 1.2 to 1.5 times as compared with the case where the hologram element 551 and the retarder 552 were not used. Can be obtained.

또, 상기와 같은 구성에 의하면, 홀로그램소자와 위상차판(552)과 전반사미러(531)과의 간단한 적층 구조만으로 편광변환을 행하게 할 수 있기 때문에, 인터그레이터 등의 광학계와의 조합 등도 용이하며, 폭 넓은 광학계장치에 사용 가능하다. 특히, 예를 들면 2개의 다이크로익 프리즘을 구비하여 색분리 및 색합성을 행하는 컬러화상 표시장치 등과 같이 미리 접는미러를 구비하고 있는 장치에 적용하는 경우에는 그 미러를 대신하여 홀로그램소자를 구비한 미러를 사용하는 것만으로 좋기 때문에 부품점수의 증가 등을 초래하는 일 없이 광이용 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the above structure, since the polarization conversion can be performed only by a simple laminated structure of the hologram element, the retardation plate 552 and the total reflection mirror 531, the combination with an optical system such as an integrator is also easy, It can be used in a wide range of optical systems. In particular, when applied to a device having a pre-folded mirror, such as a color image display device having two dichroic prisms for color separation and color synthesis, the hologram element is provided in place of the mirror. Since only a mirror is used, the light utilization efficiency can be improved without causing an increase in the number of parts.

(실시형태 B3 - 4)(Embodiment B3-4)

상기 실시형태 B1 또는 실시형태 B2 - 1에서 나타낸 것과 같은 홀로그램소자가 사용된 또다른 편광변환소자의 예를 설명한다.An example of another polarization conversion element in which a hologram element as shown in the above embodiment B1 or embodiment B2-1 is used will be described.

상기 실시형태 B1 또는 실시형태 B2 - 1에서 나타낸 것과 같은 2장의 홀로그램소자(561, 562)를 사용하여, 도 24에 나타내는 바와 같은 편광변환소자(560)을 포함하는 편광조명장치를 구성했다.Using two hologram elements 561 and 562 as shown in the above embodiment B1 or embodiment B2-1, a polarization illumination device including the polarization conversion element 560 as shown in FIG. 24 was constructed.

램프(533)로부터의 P편광 광과 S편광 광을 포함하는 광속은 리플렉터(534)를 통하여 홀로그램소자(561)에 입사하고, S편광 광은 그대로 거의 평행광으로서 투과한다. 또, P편광 광은 홀로그램소자(562)에 의해 실시형태 B1 등에서 서술한 원리에 의해, 전파방향이 대개 90°변화하도록 회절된다.The light beam including the P-polarized light and the S-polarized light from the lamp 533 enters the hologram element 561 through the reflector 534, and the S-polarized light is transmitted as almost parallel light as it is. In addition, the P-polarized light is diffracted by the hologram element 562 so that the propagation direction is generally changed by 90 degrees according to the principle described in Embodiment B1 and the like.

이 광파는 또 홀로그램소자(562)에 입사하고, 여기서 동일하게 회절되어 전파방향이 초기의 리플렉터(534)에서 반사된 광속의 방향과 대개 같게 되도록 출사한다. 이후, 1/2 파장판인 위상차판(563)을 투과하고, 편광방향이 90°회절되어 S편광 광으로서 출사한다. 즉, 램프(533)에서 발사되어 홀로그램소자(563)에서 회절된 광파는 회절광확소자(562)와 위상차판(563)에 의해, 홀로그램소자(561)를 투과한 광파와 편광방향이 일치된 거의 평행광속으로서 출사한다.This light wave also enters the hologram element 562, where it is diffracted equally and exits so that the propagation direction is generally the same as the direction of the light beam reflected by the initial reflector 534. Thereafter, the light is transmitted through a retardation plate 563 which is a 1/2 wavelength plate, and the polarization direction is diffracted by 90 degrees to emit as S-polarized light. In other words, the light waves emitted from the lamp 533 and diffracted by the hologram element 563 are made by the diffraction light diffusing element 562 and the retardation plate 563 so that the light waves transmitted through the hologram element 561 coincide with the polarization direction. It emits as a parallel beam.

상기와 같은 편광조명장치의 홀로그램소자(562)에서의 광파의 재이용율을 측정한 바, 홀로그램소자(562)로부터의 광속으로서는 홀로그램소자(561)로부터의 광속에 대해 강도비율이 대개 90% 정도의 S편광 광으로 변환된 광속이 얻어진다.The reuse rate of the light waves in the hologram element 562 of the polarization lighting device as described above was measured. As the light beam from the hologram element 562, the intensity ratio of the light beam from the hologram element 561 is approximately 90%. The light beam converted into S-polarized light is obtained.

상기와 같이 홀로그램소자(561, 562)를 사용하는 것의 이점은 편광분리를 행하는 경우의 분리각을 임의로 설정하는 것이 가능하다는 것이다. 즉, 통상과 같이 편광 빔 스플릭터와 전반사미러를 조합하여 편광분리를 행하도록 한 경우, 전파방향을 90°구부리기 위해서는 반사면을 입사광에 대해서 45°기울일 필요가 있다(도 24에서의 θ에 상당). 따라서, 안쪽방향에는 그 반사면의 크기와 기울기에 상당하는 분의 크기가 필요하게 되며, 그 편광조명장치를 사용하는 장치에서 두께방향으로의 제약조건이 크게 된다.An advantage of using the hologram elements 561 and 562 as described above is that the separation angle in the case of performing polarization separation can be arbitrarily set. That is, in the case where polarization separation is performed by combining the polarizing beam splitter and the total reflection mirror as usual, in order to bend the propagation direction by 90 °, it is necessary to tilt the reflecting surface at 45 ° to the incident light (equivalent to θ in FIG. 24). ). Therefore, the size corresponding to the size and inclination of the reflecting surface is required in the inner direction, and the constraints in the thickness direction in the apparatus using the polarization illuminating device become large.

한편, 상기와 같이 홀로그램소자를 사용한 경우는 내부에 형성되는 굴절율 분포에 의해 편광분리각을 임의로 설정하는 것이 가능하기 때문에, 회절광학소자를 입사광에 대해서 수직인 평면에 대해, 45°이하로 기울여 배치하는 것이 가능하며, 도 24에서의 θ를 45°이하의 작은 각도에서 설정할 수 있음과 동시에, 홀로그램소자를 서로 평행하게 쌍으로 나열하는 것으로 편광변환광학계를 구성할 수 있기 때문에, 안쪽방향의 크기를 큰 폭으로 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 박형에서의 구성이 가능하게 되며, 편광변환된 편광 광이 입사되는 인터그레이터 등의 조명광학계와의 조합에서 컴팩트한 시스템(조명장치나 화상표시장치 등)을 실현할 수 있다.On the other hand, when the hologram element is used as described above, since the polarization separation angle can be arbitrarily set by the refractive index distribution formed therein, the diffractive optical element is inclined at 45 degrees or less with respect to the plane perpendicular to the incident light. 24 can be set at a small angle of 45 degrees or less, and the polarization conversion optical system can be configured by arranging the hologram elements in parallel in parallel to each other. Can be greatly reduced. For this reason, a thin structure can be attained and a compact system (lighting device, image display device, etc.) can be realized by combination with an illumination optical system such as an integrator in which polarized light with polarized light is incident.

(실시형태 B3 - 5)(Embodiment B3-5)

상기 실시형태 B1 또는 실시형태 B2 - 1에서 나타낸 것과 같은 홀로그램소자가 사용되며, 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군을 가지는 인터그레이터에서 출력되는 광의 편광방향을 일치시키는 편광변환소자의 예를 설명한다.An example of a polarization conversion element in which the hologram element as shown in the above embodiment B1 or embodiment B2-1 is used and coincides the polarization direction of the light output from the integrator having the first lens group and the second lens group will be described. .

상기 실시형태 B1 또는 실시형태 B2 - 1에서 나타낸 것과 같은 홀로그램소자(571, 572)를 쌍으로 하여, 도 25에 나타내는 바와 같이 복수조 배치하고 편광변환소자(570)를 포함하는 편광 조명장치를 구성했다. 또, 동 도면에서는 화상표시소자(577)나 투사렌즈(578) 등을 조합하여 투사형 화상표시장치를 구성한 예를 나타낸다.A pair of hologram elements 571 and 572 as shown in the above embodiment B1 or embodiment B2-1 are paired, and as shown in FIG. 25, a plurality of sets are arranged and a polarization illuminating device including a polarization converting element 570 is constituted. did. In addition, the same figure shows an example in which the projection type image display apparatus is constructed by combining the image display element 577, the projection lens 578, and the like.

인터그레이터에서의 도시하지 않은 제 1 렌즈군에서 전달된 P편광 광과 S편광 광을 포함한 광파는 제 2 렌즈군(571)에 입사하고 광속을 묶고, 제 2 렌즈군(571)의 각 렌즈(571a)에 대응하는 홀로그램소자(572)에 입사한다. 여기서 S편광 광은 그대로 투과하고, P편광 광은 회절되어 인접 홀로그램소자(572)에 입사한다.The light waves including the P-polarized light and the S-polarized light transmitted from the first lens group (not shown) in the integrator are incident on the second lens group 571 to bind the light beams, and each lens of the second lens group 571 ( It enters into the hologram element 572 corresponding to 571a. Here, the S-polarized light is transmitted as it is, and the P-polarized light is diffracted to enter the adjacent hologram element 572.

그리고, 여기서 더 회절되어, 앞선 S편광 광과 대개 같은 방향으로 전파하고, 1/2 파장판인 위상차판(574)에 의해 편광방향이 90°회전되어 S편광 광으로 변환되어 출사한다.Further, it is further diffracted here, propagates in the same direction as the previous S-polarized light, and the polarization direction is rotated 90 degrees by the phase difference plate 574, which is a half-wave plate, and converted into S-polarized light and emitted.

이들의 과정이 복수로 배치된 각 홀로그램소자(572, 573)와 위상차판(574)의 조(組)마다 행하여져, 제 2 렌즈군(571)을 통과한 광파는 편광방향이 일치되어 출사된다. 또, 인터그레이터와 조합하여 광속을 묶어 사용하기 때문에 광원으로부터의 광속의 폭도 크게 변화하는 일 없이 편광변환을 행하는 것이 가능하게 된다.These processes are performed for each of the groups of the hologram elements 572 and 573 and the retardation plate 574 arranged in plurality, and the light waves passing through the second lens group 571 are emitted with the same polarization direction. In addition, since the luminous flux is bundled in combination with the integrator, the polarization conversion can be performed without changing the width of the luminous flux from the light source significantly.

상기와 같이 하여 편광방향이 일치된 광속은 필드렌즈(575)와 집광렌즈(576)에 의해 평행광속으로서 편광형의 액정표시소자 등의 화상표시소자(578)에 입사하고, 각 화소마다 휘도 변조된 후, 투사렌즈(579)에 의해서 스크린(579) 상에 확대 투사된다.The light beams having the same polarization directions as described above are incident on the image display elements 578 such as polarized liquid crystal display elements as parallel light beams by the field lens 575 and the condenser lens 576, and luminance modulation is performed for each pixel. After that, the projection lens 579 is used to project the enlarged image on the screen 579.

상기와 같은 편광변환소자(570)에 의해서 편광변환을 행한 경우와 행하지 않은 경우에 대해서, 스크린 상에서의 휘도를 비교한 바, 편광변환을 행한 경우에는 30% 정도 휘도가 증대하고 있고, 밝은 화상을 얻을 수 있다.When the polarization conversion was performed with or without the polarization conversion element 570 as described above, the luminance on the screen was compared, and when the polarization conversion was performed, the brightness was increased by about 30%, resulting in a bright image. You can get it.

(실시형태 B3 - 6)(Embodiment B3-6)

상기 실시형태 B1 또는 실시형태 B2 - 1에서 나타낸 것과 같은 홀로그램소자가 사용된 또다른 편광변환소자의 예를 설명한다.An example of another polarization conversion element in which a hologram element as shown in the above embodiment B1 or embodiment B2-1 is used will be described.

도 26에 나타내는 바와 같이, 상기 실시형태 B3 - 4와 같은 한쌍의 편광변환소자(560)를 리플렉터(534)의 광축에 대해서 대상이 되도록 설치하여, 편광변환소자(590)를 구성하도록 하여도 좋다. 이와 같이 구성함으로서, 리플렉터(534)가 편광조명장치의 예를 들면 폭 방향 중앙에 배치되기 때문에, 양측에 균등한 공간이 형성되는 것으로, 이 편광조명장치가 적용되는 장치에서의 다른 구성요소 등의 배치가 용이하다.As shown in FIG. 26, a pair of polarization conversion elements 560 similar to the above-described embodiments B3-4 may be provided so as to be an object with respect to the optical axis of the reflector 534, so that the polarization conversion elements 590 may be configured. . By configuring in this way, since the reflector 534 is arrange | positioned in the width direction center of a polarizing lighting device, for example, an equal space is formed in both sides, and the other components in the apparatus to which this polarizing lighting device is applied, etc. Easy to deploy

(실시형태 B4 - 1)(Embodiment B4-1)

상기 실시형태 B2 - 1(도 13)의 편광분리소자(510)를 사용하여 구성된 투사형 화상표시장치를 구성한 예를 설명한다. 상기 편광분리소자(510)를 구성하는 홀로그램소자로서는 실시형태 B1나 실시형태 B2 - 1(도 10, 18 등)에서 나타낸 것 등을 적용할 수 있다. 여기서, 실시형태 B1의 홀로그램소자가 사용되는 경우에는 ITO 간에 소정의 전압이 인가된 상태로 사용된다.An example in which the projection image display device constructed by using the polarization splitting element 510 of Embodiment B2-1 (Fig. 13) is constructed. As the hologram element constituting the polarization splitting element 510, those shown in Embodiment B1 or Embodiment B2-1 (Figs. 10, 18 and the like) can be used. Here, when the hologram element of Embodiment B1 is used, it is used with the predetermined voltage applied between ITO.

투사형 화상표시장치(600)는 도 27에 나타내는 바와 같이, 램프(533), 리플렉터(534), 편광분리소자(510) 및 인터그레이터로 구성되는 편광조명장치(601)를 구비하여 램프(533)로부터의 출력광속을 리플렉터(533)로 반사하고, 반사 후의 출력광속(β)을 편광분리소자(510), 인터그레이터(541)를 통하여, 예를 들면 투과형 액정패널 등의 화상표시소자(547)에 입사시켜, 휘도 변조된 광속을 투사렌즈(602)에 의해 스크린(도시하지 않음) 상에 확대 투사하는 것으로 화상을 표시하도록 되어 있다.As shown in FIG. 27, the projection image display device 600 includes a lamp 533, a reflector 534, a polarization illumination device 601 composed of a polarization splitting element 510, and an integrator, and a lamp 533. The output light beam from the light is reflected by the reflector 533, and the reflected output light beam β is reflected through the polarization separation element 510 and the integrator 541, for example, an image display element 547 such as a transmissive liquid crystal panel. The image is displayed by enlarging and projecting the luminance modulated light flux on the screen (not shown) by the projection lens 602.

다음에, 이 투사형 화상표시장치(600)에 사용하는 편광분리소자(510) 및 인터그레이터에 대해서 설명한다. 본 발명에서 사용하는 편광분리소자(510)는 실시형태 B2 - 1에서 설명한 바와 같이, 제 1의 홀로그램소자(511) 및 제 2의 홀로그램소자(512)로 이루어지며, P편광 광을 직진시켜서(출력각 0°로) 투과시키는 한편, S편광 광을 거의 -7°의 출력각으로 출력하는 것이다.Next, the polarization separating element 510 and the integrator used in this projection image display apparatus 600 will be described. The polarization splitting element 510 used in the present invention is composed of the first hologram element 511 and the second hologram element 512, as described in Embodiment B2-1, and the P polarized light is driven straight ( While outputting the S-polarized light at an output angle of approximately -7 degrees.

또, 제 1 렌즈군(제 1의 파리눈 렌즈)(542)을 구성하는 각 제 1 미소렌즈는 각각 제 2 렌즈군(제 2의 파리눈 렌즈)(543)을 구성하는 각 제 2렌즈에 램프의 상을 결상시킨다. 그때, P편광 광와 S편광 광 δ을 다른 위치에 결상한다. 예를 들면 S편광 광 δ이 결상하는 부분에는 편파면 회전수단으로서의 1/2 파장판(λ/2판)인 위상차판(544)이 설치되어, 이 위상차판(544)을 투과한 S편광 광 δ은 거의 S편광 광으로 변환되어서 출력된다. 또한 P편광 광와, S편광 광 δ 중의 어떠한 편광성분에 대해서 편파면을 회전시킬지는 화상표시소자(547)가 구비하는 편광판의 편광방향에 의해서 결정된다.In addition, each of the first microlenses constituting the first lens group (first fly's eye lens) 542 is respectively applied to each second lens constituting the second lens group (second fly's eye lens) 543. Open the image of the lamp. P polarized light And S-polarized light δ are imaged at different positions. For example, a phase difference plate 544 which is a half wave plate (λ / 2 plate) as a polarization plane rotating means is provided at a portion where the S polarized light δ forms an image, and the S polarized light transmitted through the phase difference plate 544. ? is almost converted to S-polarized light and output. P polarized light The polarization direction of the polarizing plate included in the image display element 547 determines whether the polarization plane is rotated with respect to any polarization component in the S-polarized light δ.

상기 제 2 렌즈군(543)은 제 1 렌즈군(542)을 구성하는 각 미소렌즈의 상을 화상표시소자(547)에서의 표시화상영역의 거의 전면에 걸쳐 결상시킴으로써, 표시화상의 밝기의 균일성이 확보된다.The second lens group 543 forms an image of each of the microlenses constituting the first lens group 542 over almost the entire surface of the display image area in the image display element 547, so that the brightness of the display image is uniform. Castle is secured.

상기와 같은 편광조명장치(601)를 구성함으로써, 램프(533)에서 출력되는 무편광 광을 효율 좋게 P편광 광으로 변환할 수 있고, 높은 투사효율을 실현하는 것이 가능하게 된다. 또, 상기와 같은 편광분리소자(510)는 제작이 용이하며 염가로 구성할 수 있다. 또, 편광분리소자(510)은 광축방향의 치수가 작기 때문에 컴팩트하고, 또한 높은 분리효율을 가지는 편광분리소자를 용이하게 구성할 수 있다. 또, 상기와 같은 편광분리소자를 사용함으로써, 높은 광이용 효율의 투사형 화상표시장치를 용이하게 실현할 수 있다.By constructing the polarization lighting device 601 as described above, unpolarized light output from the lamp 533 can be efficiently converted into P-polarized light, and high projection efficiency can be realized. In addition, the polarization splitting device 510 as described above is easy to manufacture and can be configured at low cost. In addition, since the polarization splitting element 510 has a small dimension in the optical axis direction, it is possible to easily configure a polarization splitting element having a compact and high separation efficiency. Further, by using the polarization splitting element as described above, it is possible to easily realize the projection type image display apparatus having high light utilization efficiency.

또한, 램프(533) 및 리플렉터(534)의 배치를 다르게 하면, 실시형태 B3 - 1 ~ 3 - 3(도 21 ~ 23)에 나타낸 바와 같은 편광변환소자(530) 등을 사용할 수도 있다.In addition, if the arrangement of the lamp 533 and the reflector 534 is different, the polarization conversion element 530 or the like as shown in Embodiments B3-1 to 3-3 (FIGS. 21 to 23) may be used.

또, 상기 램프(533)으로서는 메탈 할라이드 램프나 할로겐 램프, 크세논 램프, 초고압 수은램프 등을 사용할 수 있지만, 발광영역의 크기가 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다.As the lamp 533, a metal halide lamp, a halogen lamp, a xenon lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, or the like can be used. However, it is preferable to use one having a small light emitting area.

(실시형태 B4 - 2)(Embodiment B4-2)

투과형의 3개의 화상표시소자와 색분리계 및 색합성계의 광학요소를 구비하고, 컬러화상을 표시할 수 있는 이른바 3판방식의 투사형의 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of a so-called three-plate projection image display apparatus including three transmissive image display elements and optical elements of a color separation system and a color synthesis system and capable of displaying color images will be described.

이 화상표시장치는 도 28의 (a)에 나타내는 색분해계 요소(610)의 하방에, 도 28의 (b)에 나타내는 색합성계 요소(620)가 설치되어 구성되어 있다.This image display apparatus is provided with a color synthesis system element 620 shown in FIG. 28B below the color separation system element 610 shown in FIG.

상기 색분해계 요소(610)는 상기 실시형태 B4 - 1에서 나타낸 것과 같은 편광변환소자를 포함하는 편광조명장치(610)와 다이크로익 프리즘(611)과 전반사미러(612 ~ 614)를 구비하여 구성되며, 편광조명장치(610)에서 출력된 광을 R(적), G(녹), B(청)의 각 파장의 광으로 분해하도록 되어 있다. 한편, 색합성계 요소(620)는 전반사미러(621 ~ 623)와, 화상표시소자(624 ~ 626)와 다이크로익 프리즘(625)과, 투사렌즈(628)를 구비하여 구성되며, 색분해계 요소(610)에서 유도된 각 파장의 광이 화상표시소자(624 ~ 626)를 통과한 후, 색합성이 행하여지며, 투사렌즈(628)에 의해서 스크린(629)에 화상을 투사하도록 되어 있다.The color splitter element 610 comprises a polarization illumination device 610 comprising a polarization conversion element as shown in embodiment B4-1, a dichroic prism 611 and a total reflection mirror 612 to 614. The light output from the polarization illumination device 610 is decomposed into light of each wavelength of R (red), G (green), and B (blue). On the other hand, the color synthesizing element 620 is composed of a total reflection mirror (621 ~ 623), an image display element (624 ~ 626), a dichroic prism (625), and a projection lens 628, the color resolution element After the light of each wavelength induced at 610 passes through the image display elements 624 to 626, color synthesis is performed, and the projection lens 628 projects the image on the screen 629.

이 화상표시장치에서는 램프(533)에서 리플렉터(534)를 통하여 출력된 거의 평행한 광속이, 상기 실시형태 B4 - 1에서 설명한 것과 같이, 편광분리소자(510) 및 인터그레이터(541)에 의해서 편광방향이 일치되도록 함과 동시에, 광속의 면내에서의 균일성이 유지되도록 된 후, 다이크로익 프리즘(611)에 입사한다. 이 다이크로익 프리즘(611)은 각 대역의 파장의 필터가 내부에 형성된 구성으로 되어 있고, 편광조명장치(601)로부터의 백색광은 상기 파장 필터에 대응하여, 색의 3원색인 R, G, B의 각 파장에 대응한 광으로 분해되며, 각각 동 도면 중에 화살표로 나타낸 방향으로 출사한다. 여기서, 상기 다이크로익 프리즘(611)은 이것은 2장 구성의 다이크로익 미러가 사용되는 경우와 같은 기능을 가지지만, 프리즘 구성을 위해서, 넓은 공간을 사용하는 일 없이 색의 분해가 가능하기 때문에, 컴팩트한 표시장치를 구성할 수 있도록 된다.In this image display apparatus, the substantially parallel luminous flux output from the lamp 533 through the reflector 534 is polarized by the polarization splitting element 510 and the integrator 541 as described in Embodiment B4-1. At the same time, the uniformity in the plane of the light beam is maintained, and then incident on the dichroic prism 611. The dichroic prism 611 has a configuration in which filters of wavelengths of respective bands are formed therein, and the white light from the polarization illuminator 601 corresponds to the wavelength filter, and R, G, The light is decomposed into light corresponding to each wavelength of B, and the light is emitted in the direction indicated by the arrow in the figure. Here, the dichroic prism 611 has the same function as when the two-layer dichroic mirror is used, but for the prism configuration, since the color can be resolved without using a large space. Therefore, a compact display device can be configured.

상기 다이크로익 프리즘(611)에서 출사한 각 색의 광은 전반사미러(612 ~ 624)에 의해 반사되어, 하방측의 색합성계 요소(620)에 유도된다. 색분해계 요소(610)에서 색합성형 요소(620)에 유도된 각 색의 광은 전반사미러(612 ~ 623)를 통해 진행방향이 대개 90°변화하여 반사되며, 각 색의 광에 대응하는 투과형의 화상표시 소자(624 ~ 626)에 의해서 휘도 변조된 후, 다이크로익 프리즘(627)에 입사한다. 이 다이크로익 프리즘(627)은 상기 다이크로익 프리즘(611)과 역의 기능을 가지며, 각각 R, G, B의 각 색의 광으로 나누어져 입사한 광의 색합성을 행하는 것으로, 합성된 광은 투사레즈(628)의 방향으로 향하여 출사한다. 다이크로익 프리즘(627)에서 출사한 광은 투사렌즈(628)에 의해서 스트린(629) 상에 투사되며, 확대된 화상으로서 표시된다.The light of each color emitted from the dichroic prism 611 is reflected by the total reflection mirrors 612 to 624 and guided to the color synthesis system element 620 on the lower side. The light of each color guided to the color composition element 620 in the color separation element 610 is reflected by a 90 ° change in the traveling direction through the total reflection mirrors 612 to 623, and is a transmission type corresponding to the light of each color. Luminance is modulated by the image display elements 624 to 626, and then enters the dichroic prism 627. This dichroic prism 627 has a function opposite to that of the dichroic prism 611, and is divided into light of R, G, and B colors, respectively, and performs color synthesis of the incident light. Exits toward the direction of the projection legs 628. Light emitted from the dichroic prism 627 is projected onto the screen 629 by the projection lens 628, and is displayed as an enlarged image.

상기와 같이 리플렉터(534)에서 출력된 광속의 편광방향을 일치시키는 편광변환소자가 설치됨으로서, 광이용 효율을 향상시켜, 밝은 화상을 표시할 수 있는 화상표시장치를 구성할 수 있다.As described above, by providing a polarization conversion element that matches the polarization direction of the light beam output from the reflector 534, an image display apparatus capable of improving light utilization efficiency and displaying a bright image can be configured.

또한, 상기와 같이 컬러화상을 표시하는 화상표시장치 등에 편광변환소자 등을 적용하는 경우에는 홀로그램소자의 제작에 있어서, 적, 녹 및 청의 광에 의한 광의 간섭고에서 다중노광하거나, 각각의 색의 광의 회절에 대해서 최적화 한 홀로그램소자를 적층하거나 한 구조의 것을 사용하도록 하여도 좋다.In addition, in the case of applying a polarization conversion element or the like to an image display device for displaying a color image as described above, in the production of the hologram element, multiple exposure is performed at the interference height of light by red, green, and blue light, A hologram element optimized for diffraction of light may be laminated or one having a structure may be used.

또, 상기 편광분리소자(510) 및 위상차판(544)을 대신하여, 상기 실시형태 B3 - 4 ~ 3 - 6(도 24 ~ 26)에 나타낸 바와 같은 편광변환소자(560) 등을 사용하도록 하여도 동일하게 높은 광이용 효율을 얻을 수 있다.Instead of the polarization splitting element 510 and the retardation plate 544, a polarization converting element 560 or the like as shown in the embodiments B3-4 to 3-6 (Figs. 24 to 26) is used. Similarly, high light utilization efficiency can be obtained.

또, 상기와 같은 편광변환소자(550) 등은 인터그레이터(541)와 다이트로익 프리즘(611)과의 사이에 배치하여도, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 편광변환소자(550) 등을 다이크로익 프리즘(611)과 화상표시소자(624 ~ 626)와의 사이, 즉, 색분리 된 후 각 색의 광에 대응시킨 3개의 편광변환소자(및 인터그레이터)를 설치하도록 하여도 좋다. 이 경우에는 각 색의 광에 대응시켜 개별적으로 편광변환소자를 설치하기 때문에, 홀로그램소자로서 각각의 색의 파장에 맞추어 파장분산의 영향을 저감시킬 수 있도록 최적화 한 것, 즉, 각 파장에 대응한 주기구조가 형성된 것 등을 사용할 수 있고, 한층 광이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또, 동일하게 인터그레이터도 다이크로익 프리즘(611) 보다도 후에 설치하도록 하여도 좋다.In addition, the same effect can be obtained even if the above-mentioned polarization conversion element 550 is arrange | positioned between the integrator 541 and the dichroic prism 611. As shown in FIG. In addition, three polarization conversion elements (and inter) between the dichroic prism 611 and the image display elements 624 to 626, that is, the color separation and corresponding to the light of each color, are connected between the polarization conversion element 550 and the like. Greater) may be provided. In this case, since the polarization conversion elements are separately provided in correspondence with the light of each color, the hologram element is optimized to reduce the influence of wavelength dispersion according to the wavelength of each color, that is, corresponding to each wavelength. The periodic structure is formed, etc. can be used, and the light utilization efficiency can be further improved. Similarly, the integrator may be provided after the dichroic prism 611.

또, 램프(533) 및 리플렉터(534)의 배치를 다르게 하면, 실시형태 B3 - 1 ~ 3 - 3(도 21 ~ 23)에 나타낸 바와 같은 편광변환소자(540) 등을 사용할 수도 있다.In addition, if the arrangement of the lamp 533 and the reflector 534 is different, the polarization conversion element 540 or the like as shown in Embodiments B3-1 to 3-3 (FIGS. 21 to 23) can be used.

또, 도 28과 같은 배치로 리플렉터를 설치하는 경우에 있어서도, 편광변환소자를 다이크로익 프리즘(611)과 화상표시소자(624 ~ 626)와의 사이, 즉, 색분리된 후 각 색의 광에 대응시킨 3개의 편광변환소자(및 인터그레이터)를 설치하는 경우에는 상기와 같은 편광변환소자를 적용할 수 있고, 이 경우에는 각 색의 광을 색분해계 요소(610)에서 색합성형용소(620)에 유도하기 위한 전반사미러(612) 등을 편광변환소자의 전반사미러(531)로서 병용할 수 있다. 더욱이, 상기와 같이 홀로그램소자로서 각각의 색의 파장에 맞춘 것 등을 사용할 수도 있다.Also in the case where the reflectors are provided in the arrangement as shown in Fig. 28, the polarization conversion element is placed between the dichroic prism 611 and the image display elements 624 to 626, i.e., after color separation. In the case where three corresponding polarization conversion elements (and integrators) are provided, the above polarization conversion elements can be applied. A total reflection mirror 612 or the like for guiding) can be used as the total reflection mirror 531 of the polarization conversion element. Further, as described above, ones adapted to the wavelength of each color may be used as the hologram element.

또한, 실제로 색분리한 후의 각 경로 중에 편광변환소자를 설치한 경우에 컬러합성된 화상의 스크린 상에서의 밝기와, 편광변환소자를 사용하지 않은 경우에 비해서, 30% 정도 증가시킬 수 있었다. 이것은 상기와 같은 투과형도 후술하는 반사형도 대개 동일하였다. 이와 같이, 회절광학소자를 사용한 편광변환은 컬러표시에 대해서도 유효하다.In addition, when a polarization conversion element was installed in each path after color separation, the brightness on the screen of the color-synthesized image and the polarization conversion element were increased by about 30% compared with the case where no polarization conversion element was used. The same was true for the transmission type described above and the reflection type described later. Thus, polarization conversion using the diffractive optical element is effective also for color display.

또, 도 23에 나타내는 구성에서 위상판의 입사각도에 의한 편광특성의 의존성을 보정하기 위해 면내에서의 위상판의 두께를 변화한다는 수단을 사용하는 것도 가능하다.In addition, in the structure shown in FIG. 23, it is also possible to use the means to change the thickness of the phase plate in surface in order to correct | depend the dependency of the polarization characteristic by the incident angle of a phase plate.

(실시형태 B4 - 3)(Embodiment B4-3)

상기 실시형태 B4 - 2와 유사한 구성으로 반사형의 화상표시소자를 사용하여 컬러화상을 표시할 수 있는 3판방식의 투사형의 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of a three-plate projection type image display apparatus capable of displaying color images using a reflective image display element in a configuration similar to the above embodiments B4-2 will be described.

이 화상표시장치는 도 29의 (a)에 나타내는 색분해계 요소(610)의 하방에 도 29의 (b)에 나타내는 색합성계 요소(630)는 설치되어 구성되어 있다.In this image display apparatus, the color synthesizing element 630 shown in Fig. 29B is provided below the color separation element 610 shown in Fig. 29A.

상기 색분해 요소(610)은 상기 실시형태 B4 - 2에서 나타낸 것과 같은 것이 사용되어 있다. 한편, 색합성계 요소(630)는 실시형태 B4 - 2와 비해서, 전반사미러(621 ~ 623)를 대신하여 편광빔 스플리터(631 ~ 633)가 설치되어 있는 점과, 투과형의 화상표시소자(624 ~ 626)를 대신하여 반사형의 화상표시소자(634 ~ 636)가 설치되어 있는 점이 다르다.The color separation element 610 is the same as that shown in Embodiment B4-2 above. On the other hand, the color synthesizing element 630 has polarizing beam splitters 631 to 633 provided in place of the total reflection mirrors 621 to 623, and the transmissive image display elements 624 to 620, compared to the embodiments B4-2. The reflection type image display elements 634 to 636 are provided in place of 626.

상기 편광빔 스플리터(631 ~ 633)는 소정의 편광방향의 광만을 반사하도록 되어 있지만, 실제로 색분해계 요소(610)에서 유도되는 광은 편광변환소자에 의해서 편광방향이 일치된 광이므로, 대개 전체의 광이 반사되어서 화상표시소자(634 ~ 636)에 입사한다. 화상표시소자(634 ~ 636)에 입사한 광은 각 색의 표시화상에 따라 편광방향이 변조되어서 반사되며, 다시 편광빔 스플리터(631 ~ 633)에 입사하고, 소정의 편광방향의 광만이 투과함으로서, 상기 편광방향의 변조가 휘도 변조로 변환되어서 가시화 된다. 그후, 실시형태 B4 - 2와 동일하게 다이크로익 미러(637)로 색합성이 행하여지며, 투사렌즈(628)에 의해서 스크린(629)에 화상이 투사된다.The polarization beam splitters 631 to 633 are configured to reflect only light in a predetermined polarization direction, but in fact, the light guided by the color splitter element 610 is light whose polarization direction is matched by the polarization conversion element. Light is reflected to enter the image display elements 634 to 636. The light incident on the image display elements 634 to 636 is modulated and reflected by the polarization direction according to the display image of each color, and then enters the polarization beam splitters 631 to 633, so that only light in a predetermined polarization direction is transmitted. The modulation in the polarization direction is converted into luminance modulation and made visible. Thereafter, color synthesis is performed by the dichroic mirror 637 in the same manner as in the embodiment B4-2, and the image is projected onto the screen 629 by the projection lens 628.

상기와 같은 반사형의 화상표시소자에서도, 역시 리플렉터(534)에서 출력된 광속의 편광방향을 일치시키는 편광변환소자가 설치됨으로써, 광이용 효율을 향상시켜 밝은 화상을 표시할 수 있는 화상표시장치를 구성할 수 있다.In the reflective image display device as described above, a polarization converting element that matches the polarization direction of the light beam output from the reflector 534 is also provided, whereby an image display device capable of displaying a bright image by improving light utilization efficiency is provided. Can be configured.

또, 이 화상표시장치에서도 상기 실시형태 B4 - 2에서 설명한 바와 같은 여러가지의 변형이 동일하게 가능하다.Also in this image display apparatus, various modifications as described in the above embodiments B4-2 are equally possible.

(실시형태 B5 - 1)(Embodiment B5-1)

홀로그램소자를 구비한 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of an image display apparatus provided with a hologram element will be described.

화상표시장치는 도 30에 나타내는 바와 같이, 액정소자(701)의 화면에 회절광학소자인 홀로그램소자(702, 703)가 설치되며, 이들의 배면측에 램프(704a)와 리플렉터(704b)를 가지는 광원(704)이 설치되어 구성되어 있다.In the image display apparatus, as shown in FIG. 30, hologram elements 702 and 703, which are diffractive optical elements, are provided on the screen of the liquid crystal element 701, and have lamps 704a and reflectors 704b on their back sides. The light source 704 is provided and comprised.

여기서, 이하의 설명에서 도면의 지면에 평행한 방향으로 편광방향을 가지는 광을 P편광 광, 지면에 수직인 방향으로 편광방향을 가지는 광을 S편광 광으로 한다.Here, in the following description, light having a polarization direction in a direction parallel to the ground of the drawing is referred to as P-polarized light and light having a polarization direction in a direction perpendicular to the ground is referred to as S-polarized light.

상기 광원(704)의 램프(704a)로서는, 예를 들면 형광램프나 크세논 램프, 메탈 할라이드 램프, 수은 램프, LED, FED, 레이저광, 무기 또는 유기 EL 소자 등을 사용할 수 있다. 램프(704a)에서 발광되는 광은 리플렉터(704b)에 의해 거의 평행광으로서 출사하도록 되어 있다. 이 광원광은 P편광 광과 S편광 광이 포함되어 있다.As the lamp 704a of the light source 704, for example, a fluorescent lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, an LED, a FED, a laser light, an inorganic or organic EL element, or the like can be used. Light emitted from the lamp 704a is emitted by the reflector 704b as almost parallel light. This light source light contains P-polarized light and S-polarized light.

상기 액정소자(701)로서는, 예를 들면 광의 입사면측과 출사면측에서 액정분자의 방향이 90°휘어져 구성되어 있는 트위스트네마틱 액정이 사용된다. 이 액정소자(701)에는 소정의 패턴으로 형성된 투명전극(도시하지 않음)이 설치되어 있고, 각 화소마다 액정에 전압을 인가할 수 있도록 되어 있다. 그런데, 액정에 소정의 충분한 전압(액정을 완전하게 스위칭할 수 있는 만큼의 전압)이 인가되어 있는 화소(ON)에서는 액정분자의 휘어짐이 풀어지고, 광의 입사면에 대해서 액정분자가 등방적으로 서있는 상태(호메오트로픽)가 된다. 이 때문에, 그 화소에 P편광 광이 입사하면, 편광방향이 변조를 받는 일 없이, 그 편광상태를 유지한 채 액정소자(701)를 통과한다. 한편, 액정에 전압이 인가되어 있지 않은 화소(OFF)에서는 액정분자는 입사면에서 출사면까지의 두께방향에 있어서 액정분자의 방향이 90°가 휘어진 상태로 되어 있다. 그런데, 그 화소에 P편광 광이 입사하면, 그 P편광 광은 액정소자(701)를 입사면에서 출사면까지를 통과하는 사이에 액정의 휘어짐에 기인하는 트위스트 네마틱효과에 의해 그 편파면을 90°회전시킨다. 따라서, OFF 화소를 통과한 후, S편광 광으로 되어 출사하게 된다.As the liquid crystal element 701, for example, a twisted nematic liquid crystal in which the direction of liquid crystal molecules is bent at 90 degrees on the incident surface side and the emission surface side of light is used. The liquid crystal element 701 is provided with a transparent electrode (not shown) formed in a predetermined pattern, so that a voltage can be applied to the liquid crystal for each pixel. By the way, in the pixel ON to which a predetermined sufficient voltage (a voltage sufficient to completely switch the liquid crystal) is applied to the liquid crystal, the liquid crystal molecules are distorted, and the liquid crystal molecules are isotropically standing with respect to the incident surface of light. It becomes a state (homeotropic). For this reason, when P-polarized light enters the pixel, the polarization direction passes through the liquid crystal element 701 while maintaining the polarization state without being modulated. On the other hand, in the pixel OFF where no voltage is applied to the liquid crystal, the liquid crystal molecules are in a state where the liquid crystal molecules are bent at 90 degrees in the thickness direction from the incident surface to the exit surface. By the way, when P-polarized light enters the pixel, the P-polarized light passes through the liquid crystal element 701 from the incident surface to the exit surface, thereby causing the polarized surface to be canceled by the twisted nematic effect caused by the liquid crystal's warpage. Rotate 90 °. Therefore, after passing through the OFF pixel, the light is emitted as S-polarized light.

또, 상기 홀로그램소자(702, 703)로서는, 예를 들면 상기 실시형태 B1 또는 실시형태 B2 - 1에서 나타낸 것과 같은 홀로그램소자가 사용된다. 여기서, 실시형태 B1의 홀로그램소자가 사용되는 경우에는 ITO 사이에 소정의 전압이 인가된 상태로 사용된다. 이 홀로그램소자(702, 703)는 상기와 같이 편광방향에 의해 회절작용이 다르며, 또 회절특성으로서는 소정의 1방향에 높은 회절효율을 나타내는 특성을 가지고 있다.As the hologram elements 702 and 703, for example, the hologram elements as shown in the above embodiment B1 or embodiment B2-1 are used. Here, when the hologram element of Embodiment B1 is used, it is used with the predetermined voltage applied between ITO. The hologram elements 702 and 703 have different diffraction effects depending on the polarization direction as described above, and have diffraction characteristics exhibiting high diffraction efficiency in one predetermined direction.

구체적으로는, 예를 들면 홀로그램소자(702, 703)에 입사한 광 중 S편광 광은 이상광 성분으로서 움직이기 때문에 홀로그램소자(702, 703) 내에 형성된 주기구조의 굴절율 분포에 의해 변조되며, 도 30에서의 상방으로 진행방향이 구부러져 출사한다. 한편, P편광 광은 홀로그램소자(702, 703)에 대해서 상광 성분으로서 작용하기 때문에 홀로그램소자(702, 703)의 주기구조로 이루어지는 굴절율 분포의 영향을 받지 않고, 등방적인 균일한 굴절율의 매체를 통과하는 경우와 같은 거동을 나타낸다. 이 때문에, P편광 광은 홀로그램소자(702, 703)를 그대로 통과하게 된다.Specifically, for example, since the S-polarized light of the light incident on the hologram elements 702 and 703 moves as an abnormal light component, it is modulated by the refractive index distribution of the periodic structure formed in the hologram elements 702 and 703. The upward direction at 30 is bent to exit. On the other hand, since the P-polarized light acts as an image light component with respect to the hologram elements 702 and 703, it is not affected by the refractive index distribution formed by the periodic structure of the hologram elements 702 and 703, and passes through an isotropic uniform refractive index medium. The same behavior as in the above case is shown. For this reason, the P-polarized light passes through the hologram elements 702 and 703 as it is.

그런데, 광원(704)로부터의 P편광 광과 S편광 광을 포함하는 광이 홀로그램소자(702)에 입사하면, S편광 광은 상기와 같이 회절되어 액정소자(701)에는 거의 입사하지 않고, P편광 광만이 홀로그램소자(702)를 투과하여 액정소자(701)에 입사한다. 액정소자(701)에 입사한 P편광 광은 상기와 같이 ON 화소에서는 P편광 광인 채로 출사하는 한편, OFF 화소에서는 S편광 광으로 변환되어서 출사한다. 즉, 액정소자(701)에서 출사하는 광은 그 통과위치의 화소의 ON, OFF에 따라 다른 편광 광으로 된다.By the way, when light including P-polarized light and S-polarized light from the light source 704 enters the hologram element 702, the S-polarized light is diffracted as described above and hardly enters the liquid crystal element 701, and P Only polarized light passes through the hologram element 702 and enters the liquid crystal element 701. P-polarized light incident on the liquid crystal element 701 is emitted as P-polarized light in the ON pixel as described above, while converted into S-polarized light in the OFF pixel and emitted. That is, the light emitted from the liquid crystal element 701 becomes different polarized light depending on the ON and OFF of the pixel at the passing position.

상기 액정소자(701)에서 출사한 광이 홀로그램소자(703)에 입사하면, 홀로그램소자(702)와 같이, S편광 광은 회절되어 P편광 광만이 그대로 직진한다. 즉, 액정소자(701)의 각 화소를 통과한 광은 화소의 ON, OFF에 따라 홀로그램소자(703)에서 출사하는 방향이 다르게 된다. 그러므로, 화상표시장치를 표시면의 거의 법선방향에서 시인(視認)하는 관찰자로부터는 OFF 화소를 통과한 광은 홀로그램소자(703)의 회절작용에 의해 시야영역의 외측으로 출사하기 때문에 시인되지 않는 한편, ON 화소를 통과한 광은 홀로그램소자(703)를 그대로 직진하여 관찰자의 시야영역 내에 들어가고, 명패턴으로서 시인된다.When the light emitted from the liquid crystal element 701 enters the hologram element 703, like the hologram element 702, the S-polarized light is diffracted so that only the P-polarized light goes straight. That is, the light passing through each pixel of the liquid crystal element 701 is different from the direction emitted from the hologram element 703 according to the ON and OFF of the pixel. Therefore, from the observer who visually sees the image display device in a direction almost normal to the display surface, the light passing through the OFF pixel is not viewed because it is emitted out of the viewing area by the diffraction action of the hologram element 703. The light passing through the ON pixel passes straight through the hologram element 703 and enters the viewing area of the viewer, and is recognized as a light pattern.

다음에, 실제로 제작한 화상표시장치의 예에 대해서 설명한다.Next, an example of the actually produced image display apparatus will be described.

이 화상표시장치에서는 광원(704)로서는, 형광램프에 그린의 필터를 통과한 것을 사용하며, 0.55㎛ 정도의 파장의 광을 출사하도록 했다. 액정소자(701)로서는 3인치 정도의 VGA(640 × 480)의 분해능을 가지는 것을 사용했다. 이것에 화상신호를 입력하고, 표시화면의 거의 법선방향(정면)으로부터 관찰한 바, 액정소자(701)에 입사되는 화상신호에 따른 화상을 바르게 시인 할 수 있었다. 콘트라스트는 10 : 1 정도 이었다. 또, 홀로그램소자(703)를 통과한 S편광 광이 회절하는 방향(도 30에서의 상방)으로 관찰위치를 이동시킨바, 앞선 화상에 대해 명암이 반전한 화상이 시인된다. 이상과 같이 굴절율 이방성을 가지는 광학매체로 구성된 굴절율 분포형의 홀로그램소자(702, 703)를 액정소자(701)를 조합하여 구성함으로서, OFF 화소에 대응하여 입사한 광을 차단(흡수)하는 일 없이, 관찰자의 시야영역 밖으로 출사시키는 것에 의해, 화상의 표시를 행할 수 있고, 시인성이 좋은 화상표시장치를 제작할 수 있다. 더욱이, 편광판을 사용하는 경우와 같이 광의 흡수에 의한 발열이 발생하는 일은 없다.In this image display apparatus, as the light source 704, one which passed a green filter to a fluorescent lamp is used to emit light having a wavelength of about 0.55 mu m. As the liquid crystal element 701, one having a resolution of VGA (640 x 480) of about 3 inches was used. When an image signal was input to this and observed from almost the normal direction (front face) of the display screen, the image according to the image signal incident on the liquid crystal element 701 was correctly recognized. The contrast was about 10: 1. In addition, when the observation position is shifted in the direction in which the S-polarized light passing through the hologram element 703 is diffracted (above in FIG. 30), the image whose contrast is reversed with respect to the preceding image is recognized. The hologram elements 702 and 703 of the refractive index distribution type composed of an optical medium having refractive anisotropy as described above are formed by combining the liquid crystal element 701, without blocking (absorbing) the light incident to the OFF pixel. By emitting the light outside the viewing area of the observer, an image can be displayed and an image display device having good visibility can be manufactured. Furthermore, as in the case of using a polarizing plate, heat generation due to absorption of light does not occur.

또한, 각 화소에 인가하는 전압을 제어함으로써, 그 전압에 따라 액정을 통과하는 광의 편광방향을 상기 P편광 광과 S편광 광과의 중간의 상태, 즉 타원편광과 같이 설정할 수 있다. 이때, 홀로그램소자(703)에 입사하는 광은 각 화소의 인가전압에 따라 직진하는 성분과 회절되는 성분으로 분할되기 때문에 중간조의 표시도 가능하게 된다.Further, by controlling the voltage applied to each pixel, the polarization direction of the light passing through the liquid crystal can be set in the same state as that of the P-polarized light and the S-polarized light, that is, the elliptical polarized light, in accordance with the voltage. At this time, the light incident on the hologram element 703 is divided into a component that is straight and a component that is diffracted according to the voltage applied to each pixel, so that halftone display is also possible.

또, 상기의 예에서는 액정소자(701)로서 트위스트네마틱 타입의 것에 대해서 설명을 행하였지만, 입사광에 대해서 그 편광방향을 변조하는 작용을 가지는 것이면, 어떠한 타입의 것이라도 된다. 또, 90°이상의 휘어짐의 각도를 가지는 슈퍼트위스트네마틱(STN)액정도 동일하게 사용 가능하다. 또, 액정분자가 그 두께방향에 대해서 고르게 호머지니어스(homogeneous) 배향하고 있고, 전계의 인가에 대해서 호모트로픽(homotropic) 배향으로 되는 것이나 또는 호모트로픽 배향으로부터 호모지니어스 배향으로 변화하는 것 등과 같은 VA(Verticla Aligne)모드의 액정을 사용하여도 같은 효과를 얻을 수 있다.In the above example, the liquid crystal element 701 has been described with a twisted nematic type, but may be of any type as long as it has an action of modulating the polarization direction with respect to incident light. In addition, a super twisted nematic (STN) liquid having a bending angle of 90 degrees or more can be used in the same manner. Further, VA (such as homogeneous orientation of the liquid crystal molecules in the thickness direction thereof and homogeneous alignment with respect to the application of an electric field, or change from homotropic orientation to homogeneous orientation) can be obtained. The same effect can be obtained by using a liquid crystal of Verticla Aligne) mode.

또한, 전계의 극성에 의해 액정분자의 배열의 방향이 다른 강유전성 액정이나 반 강유전 액정 등의 사용도 가능하다.In addition, it is also possible to use ferroelectric liquid crystals and antiferroelectric liquid crystals in which the alignment of liquid crystal molecules differs depending on the polarity of the electric field.

상기와 같은 액정소자(701)는 통상, 액정디스플레이로서 사용되고 있는 액정패널과 같은 것이다. 따라서, 액정소자에 사용되고 있는 전후면의 편광판을 본 발명의 홀로그램소자(702, 703)와 치환하는 것만으로 상기와 같은 화상표시장치를 구성할 수 있고, 다른 조명계나 구동계 등은 그대로의 상태로 적용할 수 있기 때문에 매우 범용성이 우수하다.The liquid crystal element 701 as described above is usually the same as the liquid crystal panel used as the liquid crystal display. Therefore, the above-described image display apparatus can be configured only by replacing the front and rear polarizing plates used in the liquid crystal element with the hologram elements 702 and 703 of the present invention, and other illumination systems, driving systems, and the like are applied as they are. It is very versatile because it can be done.

(실시 형태 B5-2)(Example B5-2)

상기 실시 형태 B5-1과 동일한 홀로그램소자(702), (703)을 사용하여 도 31에 나타낸 화상표시장치를 구성하였다. 즉, 광원(704)의 배치를 홀로그램소자(702)의 하측 부근에 배치하고, 비스듬한 측방으로부터 광을 조사하고 소위 사이드라이트의 구성으로 하였다. 즉, 광원(704)을 실시 형태 B5-1과 동일하게 형광램프에 그린의 필터를 설치한 것을 사용하였다. 다른 구성에 관해서는 실시 형태 B5-1과 동일하게 하였다.The image display device shown in Fig. 31 was constructed using the same hologram elements 702 and 703 as in the above embodiment B5-1. That is, the arrangement of the light source 704 was arranged near the lower side of the hologram element 702, and irradiated with light from an oblique side to form a so-called side light. That is, the light source 704 used the thing which provided the green filter to the fluorescent lamp similarly to Embodiment B5-1. About other structure, it carried out similarly to Embodiment B5-1.

이 화상표시장치에서는 광원(704)로부터 출사한 광중, P편광광은 홀로그램소자(702)를 그대로 투과하고, 액정소자(701)에는 입사하지 않는다. 또한, S편광광은 홀로그램소자(702)에서 표시화면에 대하여 대개 90°로 구부러져 액정소자(701)에 입사한다. 액정소자(701)를 통과하는 광은 화소의 인가신호에 대응하여 편광방향이 변조되어도 1개의 홀로그램소자(703)에 입사한다. 여기서, S편광광은 동도면에서의 상방으로 회절되어 관찰자의 가시영역 밖으로 출사된다. P편광광은 홀로그램소자(703)를 그대로 통과하여, 관찰자에 의해 시인(視認)되게 된다. 관찰자의 위치로부터 홀로그램소자(703) 방향 표시화면의 법선방향을 관찰한 경우, 입력된 화상신호에 대응한 화상이 확실히 시인되었다. 또한, 관찰자 부근의 위치로부터 홀로그램소자(702, 703)를 통하여 외계의 풍경을 관찰하는 것도 가능하였다. 이상과 같이 상기와 같이 구성한 화상표시장치는 화상표시와 외계의 풍경을 동시에 또는 전환하여 시인하는 것이 가능하고, 소위 씨스루타입(see-through type)의 디스플레이로서 사용 가능하다.In this image display apparatus, the P-polarized light of the light emitted from the light source 704 passes through the hologram element 702 as it is, and does not enter the liquid crystal element 701. In addition, the S-polarized light is bent at 90 ° with respect to the display screen in the hologram element 702 to enter the liquid crystal element 701. Light passing through the liquid crystal element 701 is incident on one hologram element 703 even when the polarization direction is modulated in response to an application signal of the pixel. Here, the S-polarized light is diffracted upward in the same plane and emitted outside the visible region of the observer. The P-polarized light passes through the hologram element 703 as it is, and is viewed by an observer. When the normal direction of the hologram element 703 orientation display screen was observed from the observer's position, the image corresponding to the input image signal was surely recognized. In addition, it was also possible to observe the external landscape through the hologram elements 702 and 703 from the position near the observer. As described above, the image display device configured as described above can be visually recognized by switching the image display and the external scene simultaneously, or can be used as a so-called see-through type display.

(실시 형태 B5-3)(Embodiment B5-3)

상기 실시 형태 B5-1과 같이 1개의 홀로그램소자(702)를 사용하여 도 32에서 나타난 화상표시장치를 구성하였다. 즉, 화상표시장치의 내부에 광원을 갖지 않고, 자연광이나 실내광과 같은 외부광을 사용하여 화상을 표시하는 구성으로 하였다. 또한, 액정소자(701)은 실시 형태 B1과 동일한 것을 사용하였다.As in the embodiment B5-1, one hologram element 702 was used to constitute the image display device shown in FIG. That is, it is set as the structure which displays an image using external light, such as natural light or room light, without having a light source inside an image display apparatus. In addition, the liquid crystal element 701 used the same thing as Embodiment B1.

이하에, 이 화상표시장치의 표시원리에 관하여 설명한다.The display principle of this image display apparatus will be described below.

우선, P편광광 및 S편광광을 포함한 외부광(701)이 홀로그램소자(702)에 입사하면, P편광광 성분은 홀로그램소자(702)에서 변조되는 일 없이 그대로 투과하고, 액정소자(701)에는 거의 입사하지 않는다. 한편, S편광광은 홀로그램소자(702)에서 회절되어, 대개 전체의 광이 액정소자(701)에 입사한다. 액정소자(701)에 입사한 광은 각 화소의 영역을 통과하고, 미러(711)에 의해 반사된다. 이 미러(711)는 금속으로 구성된 것이나 유전체 다층막으로 구성된 것 등을 사용할 수 있다. 실체로 제작한 것으로는 그라스기판에 알루미늄을 증착한 것을 사용하였다.First, when external light 701 including P-polarized light and S-polarized light enters the hologram element 702, the P-polarized light component is transmitted as it is without being modulated by the hologram element 702, and the liquid crystal element 701 Hardly incident on. On the other hand, the S-polarized light is diffracted by the hologram element 702, so that generally the entire light is incident on the liquid crystal element 701. Light incident on the liquid crystal element 701 passes through the region of each pixel and is reflected by the mirror 711. The mirror 711 can be made of a metal, a dielectric multilayer, or the like. As the material produced, aluminum was deposited on a glass substrate.

미러(711)에 의해 반사된 광은 다시 액정소자(701)의 각 화소의 영역을 통과하고, 각 화소에 인가된 전압에 대응하여 편광방향이 변조되어, 홀로그램소자(702)에 입사한다. 홀로그램소자(702)에 입사한 S편광광은 동도면에서의 상방으로 회절되고, 관찰자의 시야영역의 밖으로 출사된다. 또한, P편광광은 홀로그램소자(702)를 그대로 투과하기 때문에 관찰자에 의해 시인되는 것으로 되고, 액정소자의 각 화소에 인가된 신호전압에 대응하여 화상이 시인된다.The light reflected by the mirror 711 again passes through the region of each pixel of the liquid crystal element 701, and the polarization direction is modulated in response to the voltage applied to each pixel, and is incident on the hologram element 702. The S-polarized light incident on the hologram element 702 is diffracted upward in the same plane and is emitted out of the viewer's field of view. In addition, since the P-polarized light passes through the hologram element 702 as it is, the viewer is visually recognized, and the image is visually recognized corresponding to the signal voltage applied to each pixel of the liquid crystal element.

실제로 제조한 상기와 같은 미러를 사용한 반사형의 화상표시장치를 실내광의 조명으로 관찰한 바, 명암의 패턴으로 이루어진 화상이 시인되었다. 콘트라스트는 10:1 정도였다. 실내광인 백색광원을 사용하였지만, 색의 번짐 등에 의한 화질의 열화는 거의 없었다. 이들은 복로에 있어서 홀로그램소자(703)에서 회절되는 S편광광은 파장에 의해 회절방향이 다르게 되지만, 회절각을 관찰자의 가시영역에 비하여 크게 설정하면, 인식영역 밖으로 되어, 파장에 의한 회절각의 영향은 거의 문제로 되지 않기 때문이라고 생각된다.When the reflective image display device using the mirror as manufactured above was observed by the illumination of the room light, an image having a pattern of contrast was recognized. Contrast was about 10: 1. Although a white light source which is room light was used, there was almost no deterioration in image quality due to color bleeding. These S polarized light diffracted by the hologram element 703 in the return path differ in the diffraction direction depending on the wavelength. However, if the diffraction angle is set larger than that of the observer's visible region, the polarized light is out of the recognition region, and the influence of the diffraction angle due to the wavelength is affected. Is thought to be almost a problem.

따라서, 상기와 같이 구성한 외부광을 사용하는 반사형의 화상표시장치에 있어서 명료하게 화상을 인식하는 것이 가능하고, 게다가 내부의 백라이트를 필요로 하지 않으므로 저소비전력화 및 소형화에 적합하다.Therefore, in the reflection type image display apparatus using the external light configured as described above, it is possible to clearly recognize the image, and furthermore, it is suitable for low power consumption and miniaturization since no internal backlight is required.

(실시 형태 B5-4)(Embodiment B5-4)

도 33에 나타낸 바와 같이, 실시 형태 B5-1과 같은 홀로그램소자(702), (703)를 사용하여 구성한 외부광 및 내부광원의 병용타입의 화상표시장치에 관해서 설명한다.As shown in Fig. 33, an image display apparatus of a combined type of external light and internal light source constructed using the hologram elements 702 and 703 as in the embodiment B5-1 will be described.

이 화상표시장치에서는 홀로그램소자(702, 703)는 실시 형태 B5-1에서 나타난 것과 동일한 것이지만, 홀로그램소자(702)는 실시 형태 B5-1에 비하여 동일 평면내에서 90°회전된 상태로 배치되어 있다. 그러므로, 홀로그램소자(702)는 S편광광에 대하여는 회절작용을 나타내지 않고, P편광광에 대하여 회절작용을 갖는다. 즉, 홀로그램소자(702, 703)는 P편광광과 S편광광에 대한 편광방향의 의존성이 역으로 되도록 구성되어 있다. 즉, 동일한 기능은 도 18에 나타낸 홀로그램소자에 있어서, 초기의 액정의 호모지니어스(homogeneous)의 배향방향이 90°다르게 되도록 배향처리하는 것에 의해서도 갖게 할 수 있다. 즉, 액정분자의 배열방향을 입사광에 대하여 어떻게 설정하는가에 의해 어느 편광광에 대하여 회절작용을 갖게 하는가를 결정할 수 있다.In this image display apparatus, the hologram elements 702 and 703 are the same as those shown in the embodiment B5-1, but the hologram elements 702 are arranged in a state rotated 90 degrees in the same plane as in the embodiment B5-1. . Therefore, the hologram element 702 exhibits no diffraction effect on the S-polarized light but has a diffraction effect on the P-polarized light. That is, the hologram elements 702 and 703 are configured so that the dependence of the polarization direction on the P-polarized light and the S-polarized light is reversed. That is, the same function can be provided also by performing the alignment process such that the homogeneous alignment direction of the initial liquid crystal is 90 degrees in the hologram element shown in FIG. That is, it is possible to determine which polarized light has a diffraction effect by how the alignment direction of the liquid crystal molecules is set for the incident light.

액정소자(701)는 실시 형태 B5-1에서 사용한 것과 같다. 또한, 미러(711)는 실시 형태 B5-3과 동일한 알루미늄의 증착에 의해 형성된 것이다. 또한, 광원(704)는 형광램프이고, 백색광원으로서 사용하였다.The liquid crystal element 701 is the same as that used in Embodiment B5-1. In addition, the mirror 711 is formed by vapor deposition of the same aluminum as Embodiment B5-3. The light source 704 is a fluorescent lamp and was used as a white light source.

여기서, 도 33에 있어서 실선의 화살표는 외부광의 전파를 나타내고, 일점쇄선의 화살표는 광원(704)로부터의 광의 전파를 나타낸다.Here, in FIG. 33, the solid arrow indicates the propagation of external light, and the dashed line arrow indicates the propagation of light from the light source 704.

이하, 우선 광원(704)로부터의 광에 의한 표시작용에 관해서 설명한다. 사이드라이트로서 홀로그램소자(702)의 비스듬한 측방에 배치된 광원(704)로부터의 P편광광 및 S편광광을 포함한 광은 홀로그램소자(702)에 의한 S편광광이 회절작용을 받지 않고 그대로 투과하고, P편광광은 회절에 의해 대개 90°표시화면에 대하여 대개 90°의 방향으로 구부러져 액정소자(701)에 입사한다.First, the display operation by the light from the light source 704 will be described. The light including P-polarized light and S-polarized light from the light source 704 disposed on the oblique side of the hologram element 702 as a side light is transmitted through the S-polarized light by the hologram element 702 without being subjected to diffraction. The P-polarized light is generally bent in the direction of 90 ° with respect to the 90 ° display screen by diffraction and enters the liquid crystal element 701.

액정소자(701)에 입사한 P편광광은 액정소자의 각 화소에서 변조를 받고, 편광방향이 변화하며 이들에 따른 홀로그램소자(703)의 작용에 의해 진행방향이 달라진다. 그 결과로서, 관찰자는 입력된 화상신호에 대응한 화상정보를 시인할 수 있다.The P-polarized light incident on the liquid crystal element 701 is modulated in each pixel of the liquid crystal element, the polarization direction is changed, and the traveling direction is changed by the action of the hologram element 703. As a result, the observer can visually recognize the image information corresponding to the input image signal.

다음에 외부광(701)에 의한 표시작용에 관해서 설명한다. 외부광(701)중 P편광광은 홀로그램소자(703)에서 변조를 받지 않고 그대로 투과하고, 액정소자(701)에는 입사하지 않는다. S편광광에 관해서는 회절광학소자의 회절작용에 의해 진행방향이 구부러지게 되어, 액정소자(701)에 대개 입사한다. 액정소자(701)의 각 화소를 통과한 S편광광은 홀로그램소자(702)에 대하여는 회절작용을 받지 않으므로, 그대로 투과하여 미러(711)에 의해 반사된다. 그리고 다시 홀로그램소자(702)를 통과한 후, 액정소자(701)의 각 화소에 입사하고, 화소마다 편광방향이 변조되어 홀로그램소자(703)에 입사한다. ON 화소를 통과한 S편광광은 홀로그램소자(703)에서 회절되어 관찰자의 가시영역 밖으로 출사된다. 또한, OFF 화소를 통과한 P편광광은 홀로그램소자(703)를 그대로 통과하여 관찰자에 밝은 패턴으로서 인식된다.Next, the display operation by the external light 701 will be described. The P-polarized light of the external light 701 passes through the hologram element 703 without being modulated and does not enter the liquid crystal element 701. As for the S-polarized light, the traveling direction is bent by the diffraction action of the diffractive optical element, and usually enters the liquid crystal element 701. Since the S-polarized light passing through each pixel of the liquid crystal element 701 is not diffracted with respect to the hologram element 702, it is transmitted as it is and reflected by the mirror 711. After passing through the hologram element 702 again, it is incident on each pixel of the liquid crystal element 701, and the polarization direction is modulated for each pixel to enter the hologram element 703. The S-polarized light passing through the ON pixel is diffracted by the hologram element 703 and exits out of the viewer's visible region. In addition, the P-polarized light passing through the OFF pixel passes through the hologram element 703 as it is and is recognized as a bright pattern to the viewer.

여기서, 광원(704)로부터의 광과 외부광에서는 액정소자의 ON, OFF에 대응하는 명암의 패턴이 반전하는 것으로 된다. 이것에 대하여는 광원의 선택과 대응시켜 영상신호의 패턴의 반전을 행하는 것으로 대처할 수 있다.Here, in the light from the light source 704 and the external light, the light and dark patterns corresponding to ON and OFF of the liquid crystal element are reversed. This can be dealt with by inverting the pattern of the video signal in correspondence with the selection of the light source.

또한, 엄밀하게는 광원(704)로부터의 광은 액정소자에 대하여 1회의 투과뿐인 것에 비해, 외부광(701)은 미러에 의해 반사되어 왕로와 복로의 2회 액정소자를 통과한다. 이 때문에, 액정소자(701)에서의 변조비율이 다르게 되는 것이다. 이것에 관해서는 미리 1회 통과와 2회 통과의 변조도를 견적내는 것이 가능하므로, 광원의 선택에 따라 영상신호를 보정하는 것으로 대처 가능하다.In addition, strictly speaking, light from the light source 704 is only transmitted once to the liquid crystal element, whereas the external light 701 is reflected by the mirror and passes through the two liquid crystal elements of the return path and the return path. For this reason, the modulation ratio in the liquid crystal element 701 is different. In this regard, since the modulation degree of one pass and two passes can be estimated in advance, it is possible to cope by correcting the video signal in accordance with the selection of the light source.

상기와 같이, 홀로그램소자(702), (703)의 편광의존성을 다르게 되도록 설정하는 것으로, 투과모드와 반사모드의 양립을 도모할 수 있다.As described above, by setting the polarization dependencies of the hologram elements 702 and 703 to be different, both the transmission mode and the reflection mode can be achieved.

실제로 제작한 화상표시장치를 관찰한 결과, 어두운 방에서는 광원(704)을 사용하는 것에 의해 명료하게 화상을 시인할 수 있고, 밝은 조명광의 본래에서는 광원(704)을 점등하지 않은 화상의 인식을 행할 수 있었다. 이와 같이 이 화상표시장치를 사용하면, 어두운 장소나 밝은 조명광의 본래 등 환경에 따라서 광원을 선택하는 것이 가능하다. 따라서, 소비전력의 효율화와 다종(多種)의 환경하에서 화상의 시인성을 향상시키는 것이 가능하다.As a result of observing the actually produced image display apparatus, in a dark room, the image can be visually recognized by using the light source 704, and the original image of the bright illumination light can recognize the image which does not light up the light source 704. Could. By using this image display device in this way, it is possible to select a light source in accordance with an environment such as a dark place or the original of bright illumination light. Therefore, it is possible to improve the efficiency of power consumption and to improve the visibility of images under various environments.

따라서, 화상표시장치가 사용된 환경에서 조명광의 밝기를 검출하고, 자동적으로 광원을 선택 또는 광원의 강도를 설정하도록 한 사용방법도 가능하고, 이것에 의해 표시능력을 한층 향상시키는 것이 가능하다.Therefore, the use method which detects the brightness of illumination light in the environment where an image display apparatus is used, and selects a light source automatically or sets the intensity of a light source is also possible, and it is possible to further improve display capability by this.

(실시 형태 B5-5)(Embodiment B5-5)

도 34에 실시 형태 B5-1과 동일한 홀로그램소자(702, 703)에 컬러필터(721)를 조합하여 구성한 화상표시장치를 나타낸다. 광원(704)로서는 형광램프를 필터를 통하지 않는 백색광원으로 사용하였다. 또한, 액정소자(702)는 실시 형태 B5-1의 액정소자(720)과 동일한 구조를 갖고 있지만, 3배의 화소밀도를 갖고, 컬러필터(721)에서 적(R), 녹(G), 청(B)의 영역에 대응한 3개의 화소가 조(組)로 되어, 액정소자(720)와 동등의 화소밀도에서 컬러화상을 표시할 수 있도록 되어 있다.FIG. 34 shows an image display apparatus constructed by combining the color filters 721 with the same hologram elements 702 and 703 as in the embodiment B5-1. As the light source 704, a fluorescent lamp was used as a white light source through the filter. In addition, the liquid crystal element 702 has the same structure as the liquid crystal element 720 of the embodiment B5-1, but has a pixel density of three times, and red (R), green (G), Three pixels corresponding to the areas of blue (B) become a set so that color images can be displayed at the same pixel density as that of the liquid crystal element 720.

또한, 컬러필터(721)는 액정소자(720)의 각 화소에 대응하는 영역마다 각각 R, G, B의 어느 것의 파장의 광을 선택적으로 투과시키고, 다른 파장의 광을 흡수하도록 되어 있다.In addition, the color filter 721 selectively transmits light having a wavelength of any one of R, G, and B, and absorbs light having a different wavelength, for each region corresponding to each pixel of the liquid crystal element 720.

이 화상표시장치에서는 광원(704)로부터 출사한 P편광광과 S편광광을 포함하는 광은 홀로그램소자(702)에 있어서 S편광광이 동도면에서 상방으로 회절된다. 그러므로 S편광광은 컬러필터(72)에 입사하는 것은 아니고, P편광광만이 컬러필터(721)에 입사한다.In this image display apparatus, the light including P-polarized light and S-polarized light emitted from the light source 704 is diffracted upward by the hologram element 702 in the same plane. Therefore, the S-polarized light does not enter the color filter 72, but only the P-polarized light enters the color filter 721.

컬러필터(721)를 통과한 R, G, B의 각 파장에 대응하는 광은 액정소자(720)의 각 화소에 입사한다. 그리고, 각 화소의 ON, OFF에 대응하여 편광방향이 변조된다. 이 결과, ON 화소를 통과한 광은 홀로그램소자(703)를 그대로 통과하여 관찰자에 도달한다. 또한, OFF화소를 통과한 광은 홀로그램소자(703)에서 동 도면에서 상방으로 회절되므로 관찰자의 시야영역 밖으로 되고, 관찰자로서는 광강도로서 인식되지 않는 암(暗) 패턴으로 된다.Light corresponding to each wavelength of R, G, and B passing through the color filter 721 is incident on each pixel of the liquid crystal element 720. The polarization direction is modulated in correspondence with ON and OFF of each pixel. As a result, the light passing through the ON pixel passes through the hologram element 703 as it is and reaches the viewer. Further, the light passing through the OFF pixel is diffracted upward in the figure by the hologram element 703, so that it is out of the viewing area of the observer and becomes a dark pattern which is not recognized as the light intensity by the observer.

도 34에서는 간단화 하기 위하여 R, G, B에 대응하는 각 화소가 모두 ON과 OFF의 경우를 나타내고 있지만. 각각의 파장의 광이 입사하는 각 화소에 대하여 인가하는 전계를 독립적으로 제어하고 홀로그램소자(703)를 통과시키는 것에 의해 관찰자에는 R, G, B의 각각의 파장의 광중 선택된 색의 광이 도달하는 것으로 되기 때문에, 각각의 조합으로서 컬러화상의 표시가 가능해진다.In Fig. 34, for the sake of simplicity, the case where each pixel corresponding to R, G, and B is ON and OFF is shown. By controlling the electric field applied to each pixel to which light of each wavelength is incident and passing the hologram element 703, the viewer reaches the light of the selected color among the light of each wavelength of R, G, and B. Therefore, the display of the color image is possible as each combination.

여기서, 각 파장에 대한 홀로그램소자(703)의 파장분산의 영향에 관해서는 회절각을 크게 설정하고, 회절각이 작은 단파장의 광에서도 관찰자의 시야영역 밖이도록 설정하면 좋다. 결국, OFF에 대응하는 화소를 통과한 각 파장의 광은 어느 것이라도 홀로그램소자(703)에서 관찰자의 시야영역 밖으로 회절되기 때문에 광강도로서 인식되지 않고, 혼색 등의 문제는 생기지 않는다.Here, the influence of the wavelength dispersion of the hologram element 703 on each wavelength may be set so that the diffraction angle is set to be large and set so as to be outside the viewing area of the observer even in short wavelength light having a small diffraction angle. As a result, any of the light of each wavelength passing through the pixel corresponding to OFF is diffracted out of the observer's field of view by the hologram element 703, so it is not recognized as the light intensity, and problems such as color mixing do not occur.

또한, ON화소를 통과한 광은 통상 홀로그램소자(703)에서 회절작용을 받지 않는다. 그러나, 홀로그램소자(703)를 형성하는 액정재료가 파장분산을 갖는 경우는 파장에 의해서 △n=Ne-No가 다르게 되는 것이 있어, 소자내가 등방적인 매질로 보지 않게 된다. 이 경우는 투과한 각 파장의 광에 있어서 각도차를 발생하는 것으로 되고, 관찰자로서는 색의 번짐 등으로 시인되는 것으로 된다. 그러나, 투과의 경우에서 관찰자의 홀로그램소자(703)으로부터의 거리가 약간 떨어져 있지 않으면 큰 화질적인 열화는 생기지 않는다.In addition, light passing through the ON pixel is not subjected to diffraction in the hologram element 703. However, when the liquid crystal material forming the hologram element 703 has wavelength dispersion, Δn = Ne-No may be different depending on the wavelength, so that the inside of the element is not regarded as an isotropic medium. In this case, an angular difference is generated in the light of each wavelength transmitted, and the observer is visually recognized by color bleeding or the like. However, in the case of transmission, if the distance from the observer's hologram element 703 is not slightly apart, no significant image quality deterioration occurs.

실제로 제작한 화상표시장치에 R, G, B의 컬러 화상신호를 입력하고, 홀로그램소자(703)로부터 30cm정도 떨어져 관찰한 바, 혼색이나 색의 번짐 등은 거의 없고 명료한 컬러화상을 관찰하는 것이 가능하였다.When the color image signals of R, G, and B were input to the actually manufactured image display device, and observed about 30 cm away from the hologram element 703, it was almost impossible to observe clear color images with little mixing or color bleeding. It was possible.

또한, 여기서의 컬러필터의 조합은 도 34의 구성에서만 사용되는 것은 아니고, 도 32의 반사타입, 도 33의 투과와 반사의 겸용타입, 또는 이들의 변경된 구성에서도 적용할 수 있는 것은 물론이다.Note that the combination of the color filters herein is not only used in the configuration of FIG. 34 but can also be applied to the reflection type of FIG. 32, the combined type of transmission and reflection of FIG. 33, or modified configurations thereof.

(실시 형태 B5-6)(Embodiment B5-6)

상기 실시 형태 B5-5의 화상표시장치의 홀로그램소자(702), (703)으로서 R(0.65㎛), G(0.55㎛) 및 B(0.45㎛)의 각 파장의 광에 의해 다중 노광을 행하여 제작한 것을 사용하여도 좋다. 이하, 그와 같은 홀로그램소자의 제작프로세스에 관해서 설명한다.The hologram elements 702 and 703 of the image display device of the above embodiment B5-5 are manufactured by carrying out multiple exposure with light having respective wavelengths of R (0.65 m), G (0.55 m) and B (0.45 m). You may use one. Hereinafter, a manufacturing process of such a hologram element will be described.

우선, 실시 형태 B2-1에 있어서 도 18의 홀로그램소자를 제작하는 경우와 동일하게 하여 액정샘플을 제조한다. 이것을 Ar레이저를 사용하는 광학계장치에 세팅하고, 우선 제1의 노광공정으로 하여 G(0.55㎛)의 파장에 대응하는 간섭고에 의해 노광을 행한다. 다음에, 미러(반사미러)의 각도를 변화시켜, 상기의 제1의 노광행정을 반복하고, R(0.65㎛)의 파장에 대응하는 노광을 행한다. 또한, B(0.65㎛)에 대응하는 간섭고를 동일하게 해서 형성하여 노광을 행한다. 그 후, 실시 형태 B2-1과 동일하게 하여 균일한 광을 액정샘플에 조사하는 제 2의 노광행정을 행하는 것으로, 간섭고가 중첩된 홀로그램소자를 제조할 수 있다.First, in Embodiment B2-1, a liquid crystal sample is produced in the same manner as in the case of manufacturing the hologram element in FIG. This is set in an optical system device using an Ar laser, and exposure is first performed by an interference height corresponding to a wavelength of G (0.55 mu m) as a first exposure step. Next, the angle of the mirror (reflecting mirror) is changed, the above first exposure stroke is repeated, and exposure corresponding to the wavelength of R (0.65 µm) is performed. Moreover, the interference height corresponding to B (0.65 micrometer) is formed in the same manner, and exposure is performed. Thereafter, in the same manner as in the embodiment B2-1, a second exposure stroke for irradiating the liquid crystal sample with uniform light can be performed to produce a hologram element in which the interference height is superimposed.

상기와 같이 하여 제조한 홀로그램소자를 도 34의 홀로그램소자(702), (703) 대신에 사용하고, 액정소자(701)에 컬러의 영상신호를 입력하여 관찰자의 위치에서 관찰한 바, 홀로그램소자가 R, G, B의 어느 파장에 대해서도 최적화되어 있으므로, 색의 번짐이나 혼색 등의 문제도 없는 명료한 화상을 인식할 수 있었다. 또한, 관찰위치를 전후로 30cm 정도 이동시켜도 화질의 열화 등의 영향은 생기지 않았다.The hologram element manufactured as described above was used in place of the hologram elements 702 and 703 of FIG. 34, and the color image signal was input to the liquid crystal element 701 and observed from the observer's position. Since it is optimized for any of the wavelengths of R, G, and B, a clear image can be recognized without problems such as color bleeding and mixed color. In addition, even if the observation position was moved back and forth by about 30 cm, the effect of deterioration of image quality did not occur.

(실시 형태 B5-7)(Embodiment B5-7)

상기 실시 형태 B5-5의 화상표시장치의 홀로그램소자(702), (703)로서 각각 R(0.65㎛), G(0.55㎛), 또는 B(0.45㎛)의 각 파장의 광에 의한 노광을 행하여 제작한 3장의 홀로그램소자가 적층된 것을 사용하여도 좋다.The hologram elements 702 and 703 of the image display device of the above embodiment B5-5 are exposed to light of each wavelength of R (0.65 m), G (0.55 m) or B (0.45 m). You may use what laminated | stacked the produced three hologram elements.

상기와 같은 홀로그램소자를 도 34의 홀로그램소자(702), (703) 대신에 사용하고, 액정소자(701)에 컬러의 영상신호를 입력하여 관찰자의 위치에서 관찰한 바, R, G, B의 각 파장에 대하여 각각의 층의 회절광학소자에 의해 독립적으로 회절작용이 행해지고, 파장분산이 완화되었다. 이 결과, 삭의 번짐이나 혼색 등의 문제도 없는 명료한 화상을 인식할 수 있었다. 또한, 관찰위치를 전후로 30cm정도 이동시켜도 화질의 열화 등의 영향은 생기지 않았다.Instead of the hologram elements 702 and 703 of FIG. 34, the above-described hologram elements are used, and color image signals are inputted to the liquid crystal element 701 and observed from the observer's position. For each wavelength, diffraction was independently performed by diffraction optical elements in each layer, and wavelength dispersion was relaxed. As a result, it was possible to recognize a clear image without problems such as smearing and mixing of the lines. In addition, even if the observation position was moved back and forth by about 30 cm, there was no effect such as deterioration of image quality.

(실시 형태 B5-8)(Embodiment B5-8)

상기 실시 형태 B5-1 등의 화상표시장치는 화상표시겸용 조명장치에 적용하는 것도 가능하다. 이하, 터널(tunnel) 내에서 도로교통정보의 표시를 행함과 동시에, 터널내의 조명을 행할 수 있는 장치의 예를 설명한다.The image display device such as the above embodiment B5-1 can also be applied to an image display / use lighting device. Hereinafter, an example of a device capable of displaying road traffic information in a tunnel and illuminating the tunnel will be described.

도 35에 나타낸 바와 같이, 화상표시장치(731)는 터널의 벽면(732)에 설치되어 있다. 이 화상표시장치(731)는 예컨대, 실시 형태 B5-1에서 설명한 화상표시장치와 동일한 구성을 갖고, 홀로그램소자에 있어서 회절광의 출사방향이 터널내를 주행하는 차량(733)의 진행방향에 대향하도록 하여 설치되어 있다. 즉, 실시 형태 B5-1에 있어서는, 표시화면의 법선방향(정면)으로부터 표시화상을 시인하는 예를 설명하였지만, 표시동작이 행해지고 있는 예에는 동시에 회절광에 의하여 정면으로부터 시인되는 화상과는 명암이 반전한 화상이 표시되어 있다. 그런데, 화상표시장치에 입력되는 화상데이터로서 미리 명암을 번전한 화상데이터를 입력하는 것에 의해 회절광에 의해서 표시화면의 법선에 대하여 기울어진 방향으로부터 시인할 수 있는 화상을 표시시킬 수 있다.As shown in Fig. 35, the image display device 731 is provided on the wall surface 732 of the tunnel. This image display device 731 has the same configuration as the image display device described in the embodiment B5-1, for example, so that the emission direction of the diffracted light in the hologram element faces the traveling direction of the vehicle 733 traveling in the tunnel. It is installed. That is, in the embodiment B5-1, an example of viewing the display image from the normal direction (front) of the display screen has been described. However, in the example in which the display operation is performed, the contrast is different from the image visually recognized from the front by the diffracted light. The reversed image is displayed. By the way, by inputting image data whose intensity has been transmitted in advance as image data input to the image display apparatus, it is possible to display an image that can be visually recognized from the direction inclined with respect to the normal of the display screen by diffracted light.

여기서, 회절광의 출사방향, 즉 회절광에 의한 표시화상의 시인방향은 홀로그램소자의 주기구조의 기울기나 피치에 의해 설정할 수 있다. 그러므로, 표시화상을 경사진 방향으로부터 시인할 필요가 있는 여러가지의 장치에 이 표시장치를 적용할 수 있다.Here, the emission direction of the diffracted light, that is, the viewing direction of the display image by the diffracted light, can be set by the inclination or pitch of the periodic structure of the hologram element. Therefore, this display device can be applied to various devices for which the display image needs to be viewed from the inclined direction.

또한, 회절광에 의하여 화상의 표시를 행하는 경우, 역으로 표시화면의 법선방향에는 홀로그램소자를 투과한 광이 출사한다. 이 출사광에 의한 화상은 경사진 방향으로부터는 시인할 수 없지만. 야간이나 터널내 등에서 주위가 어두운 환경하에서는 조명광으로서의 역할을 다하는 것으로 되기 때문에 조명장치로서의 사용이 가능하다. 즉, 화상표시장치와 조명장치의 양 기능을 병합한 장치를 구성할 수 있다. 이와 같이 화상표시장치와 조명장치의 기능을 갖는 것이 가능해지는 것은 통상의 편광자를 사용한 액정디스플레이에서는 화상표시에 사용되지 않은 광은 편광자에서 흡수되고, 조명에 사용할 수 없는 것에 비해 상기와 같이 홀로그램소자를 사용한 표시장치는 투과광과 회절광이 원리적으로 등분으로 출사하기 때문이다.In addition, when displaying an image by diffracted light, the light which permeate | transmitted the hologram element exits to the normal direction of a display screen on the contrary. The image by this outgoing light cannot be recognized from the inclined direction. It is possible to use it as an illuminating device because it serves as an illuminating light in a dark environment at night or in a tunnel. That is, a device in which both functions of the image display device and the lighting device are combined can be configured. Thus, it becomes possible to have the functions of an image display device and an illumination device. In a liquid crystal display using a conventional polarizer, light not used for image display is absorbed by the polarizer, and the hologram element is used as described above. This is because the display device used emits equally the transmitted light and the diffracted light in principle.

본 발명에 있어서 홀로그램소자(702), (703)에 의해 광을 분할하는 구성에서 화상표시장치의 특징이다.In the present invention, the hologram elements 702 and 703 divide the light into a feature of the image display apparatus.

즉, 복수의 화상표시장치(731)을 벽면(732)에 배치하면, 차량의 진행위치에 따라서 관찰자에게 화상정보가 단계적으로 인식되도록 한 사용방법도 가능하고, 교통정보에 의해 주의를 환기하거나 인식을 용이하게 행하도록 한 경우에 유효하다.That is, when the plurality of image display devices 731 are disposed on the wall surface 732, a method of enabling the viewer to recognize the image information step by step according to the traveling position of the vehicle is also possible. It is effective when it is made to perform easily.

실제로, 도 35와 같은 터널내에서의 구조를 모방한 실험실에 화상표시장치(731)를 배치하여 실험을 행한 바, 관찰자의 위치 이동과 함께 시인하여 얻은 화상을 표시시킬 수 있었다. 또한, 화상표시장치(731)의 전면으로 출사된 광은 어두운 실험실 내에서의 조명광으로서의 역할을 병용하여 달성하는 것도 확인되었다.In fact, when the image display device 731 was placed in a laboratory that mimics the structure in the tunnel as shown in FIG. Moreover, it was also confirmed that the light radiate | emitted to the front surface of the image display apparatus 731 is achieved by using together with the role as illumination light in a dark laboratory.

이와 같은 화상표시겸용 조명장치는 터널내에 한정되지 않고, 통상의 간선도로나 고속도로에서의 교통정보표시용 및 조명용에도 적용 가능하고, 그외 다른 특정방향으로 우선적으로 화상정보를 표시하는 사용방법에 대하여 적용될 수 있는 것은 말할 필요도 없다.Such an image display and lighting device is not limited to a tunnel, and can be applied to traffic information display and lighting on a normal trunk road or a highway, and is applicable to a usage method of preferentially displaying image information in other specific directions. Needless to say.

(실시 형태 B5-9)(Embodiment B5-9)

상기 실시 형태 B5-1과 동일한 홀로그램소자를 사용하여 구성된 편광변환소자를 갖는 화상표시장치의 예를 설명한다.An example of an image display apparatus having a polarization conversion element constructed by using the same hologram element as in the above embodiment B5-1 will be described.

이 화상표시장치에는 실시 형태 B5-1의 홀로그램소자(702) 대신에 동일 평면상에 배치된 홀로그램소자(741)∼(744)가 설치되어 있다. 또한, 홀로그램소자(743, 744)와 액정소자(701)와의 사이에는 위상차판(λ/2판)(745, 746)이 설치되어 있다. 광원(704)은 실시 형태 B5-1과 같이 형광램프에 그린의 필터를 통한 것을 사용하였다. 다른 구성에 관해서는 실시 형태 B5-1과 동일하다.This image display apparatus is provided with hologram elements 741 to 744 arranged on the same plane instead of the hologram elements 702 of Embodiment B5-1. In addition, retardation plates (λ / 2 plates) 745 and 746 are provided between the hologram elements 743 and 744 and the liquid crystal element 701. The light source 704 used the thing which passed the green filter to the fluorescent lamp like Example B5-1. About other structure, it is the same as that of Embodiment B5-1.

이 화상표시장치에서는 광원(704)로부터 출사한 광중 P편광광은 회절광학소자(741, 742)를 그대로 투과하여 액정소자(701)에 입사한다. 또한, S편광광은 홀로그램소자(741, 742) 대개 90°의 각도에서 거의 횡방향으로 회절되고, 각각 측방향으로 배치된 홀로그램소자(743, 742)에 입사한다. 홀로그램소자(743, 744)에 입사한 광은 홀로그램소자(743, 744)로 되어 대개 90°의 각도로 회절된다. 홀로그램소자(743, 744)에서 회절된 광은 위상차판(745, 746)에 의해 편파면이 90° 회전되어, P편광광으로서 액정소자(701)에 대개 수직으로 입사한다.In this image display apparatus, the P-polarized light of the light emitted from the light source 704 passes through the diffractive optical elements 741 and 742 as it is and enters the liquid crystal element 701. In addition, the S-polarized light is usually diffracted almost transversely at an angle of 90 ° to the hologram elements 741 and 742 and enters the hologram elements 743 and 742 arranged laterally, respectively. Light incident on the hologram elements 743 and 744 becomes hologram elements 743 and 744 and is usually diffracted at an angle of 90 degrees. The light diffracted by the hologram elements 743 and 744 is rotated by 90 degrees by the retardation plates 745 and 746, and is generally incident perpendicularly to the liquid crystal element 701 as P polarized light.

즉, 홀로그램소자(741)∼(744) 및 위상차판(745, 746)에 의해 편광변환소자가 구성되고, 광원(704)로부터의 광은 편파면이 일치한 광파(이 경우는 P편광광)로서 액정소자(701)에 입사하는 것으로 된다. 그러므로, 광이용 효율이 높아지게 되고(이론적으로 약 2배), 밝은 화상을 표시할 수 있다.That is, the polarization conversion elements are constituted by the hologram elements 741 to 744 and the retardation plates 745 and 746, and the light from the light source 704 is a light wave whose polarization plane coincides (in this case, P polarized light). In this case, the liquid crystal element 701 is incident on the liquid crystal element 701. Therefore, the light utilization efficiency becomes high (in theory, about twice), and a bright image can be displayed.

또한, 광원(704)의 조사영역을 넓히는 것으로도 되고, 작은 면적의 광원(704)으로부터의 광을 조사영역을 확대하여 화상표시를 행해지는 것도 가능해지고, 시스템의 소형화, 저소비전력화에 있어서도 유효하다.It is also possible to widen the irradiation area of the light source 704, to enlarge the irradiation area of the light from the light source 704 having a small area, and to perform image display, which is also effective in miniaturization and low power consumption of the system. .

액정소자(701)를 통과하는 광은 화소의 인가신호에 대응하여 편광방향이 변조되고 또 1개의 홀로그램소자(703)에 입사한다.The light passing through the liquid crystal element 701 is modulated in the polarization direction in response to the application signal of the pixel and is incident on one hologram element 703.

여기서, S편광광은 지면상방으로 회절되어 관찰자의 시야영역 밖으로 출사된다.In this case, the S-polarized light is diffracted above the paper surface and is emitted out of the viewer's field of view.

P편광광은 홀로그램소자(703)를 그대로 통과하고, 관찰자에 의해 인식되는 것으로 된다.The P-polarized light passes through the hologram element 703 as it is and is recognized by the viewer.

관찰자의 위치로부터 홀로그램소자(703) 방향을 관찰한 경우, 인가된 입력신호에 대응하는 화상이 확실히 인식되었다.When the direction of the hologram element 703 was observed from the observer's position, the image corresponding to the applied input signal was certainly recognized.

이상과 같이, 여기서 구성한 화상표시장치는 광원으로부터의 광파의 대개 모두를 화상표시에 유효하게 사용할 수 있고, 조명영역도 확대하는 것이 가능하다.As described above, the image display apparatus configured here can effectively use all of the light waves from the light source for image display, and can also enlarge the illumination area.

(실시 형태 B5-10)(Example B5-10)

상기 실시 형태 B5-1과 동일한 홀로그램소자를 사용하여 구성된 편광변환소자를 갖는 소형 화상표시장치의 다른 예를 설명한다.Another example of a small image display device having a polarization conversion element constructed using the same hologram element as in the above-described embodiment B5-1 will be described.

도 37에 본 발명의 실시 형태 B에서 구성한 소형표시장치의 개략을 나타낸다. 광원(704)로부터의 광파는 홀로그램소자(751)에 횡방향으로부터 입사하고, P편광광은 이 회절광학소자에 의해 대개 90°회절되어 액정소자(701)로 입사한다.37 shows an outline of a small display device constructed in Embodiment B of the present invention. Light waves from the light source 704 are incident on the hologram element 751 from the lateral direction, and P-polarized light is usually diffracted by 90 degrees by this diffraction optical element and enters the liquid crystal element 701.

또한, S편광광은 홀로그램소자(751)을 통과하고, 또 1개의 홀로그램소자(752)에 입사한다. 회절광학소자(752)는 S편광광에 대하여 굴절율 분포를 생기도록 형성되고, 홀로그램소자(752)에 입사한 S편광광은 대개 90°회절되어 출사한다. 이후, λ/2장(753)을 통과하여, 편파면이 90° 회전되어 P편광광으로서 액정소자(701)에 입사한다.The S-polarized light passes through the hologram element 751 and enters one hologram element 752. The diffractive optical element 752 is formed to have a refractive index distribution with respect to the S-polarized light, and the S-polarized light incident on the hologram element 752 is usually diffracted by 90 degrees and exits. Thereafter, the polarization plane is rotated 90 degrees through the? / 2 field 753 to enter the liquid crystal element 701 as P-polarized light.

따라서, 실시 형태 B5-10과 동일하게 광원(704)로부터의 광량의 대개 전부를 액정소자의 표시로 사용하는 것이 가능하다. 또한, 횡방향으로부터 광을 입사하는 구성을 위해 씨스루형의 기능이나 실시 형태 B5-4에서 구성한 바와 같은 외부광원과 내부광원의 병용타입도 가능하다.Therefore, as in the embodiment B5-10, almost all of the light amount from the light source 704 can be used for display of the liquid crystal element. In addition, a combination of an external light source and an internal light source, as configured in the embodiment B5-4, or a see-through function for the configuration of inciding light from the lateral direction is also possible.

실제로 제작한 화상표시장치에서는 광원(704)로서 형광램프에 그린의 필터를 통한 것을 사용하고, 0.55㎛정도의 파장의 광을 출사도록 하였다. 액정소자로서는 0.9인치 정도의 VGA(640×480)의 분해능을 갖는 소형의 액정패널을 사용하였다. 이것에 화상신호를 입력하면 액정소자(701)를 통과하는 광은 화소의 인가신호에 대응하여 편광방향이 변조되고 또 1개의 홀로그램소자(703)에 입사한다.In the actually manufactured image display apparatus, as a light source 704, a fluorescent lamp was used to pass through a green filter, and light having a wavelength of about 0.55 mu m was emitted. As the liquid crystal element, a small liquid crystal panel having a resolution of VGA (640 x 480) of about 0.9 inches was used. When an image signal is input thereto, the light passing through the liquid crystal element 701 is modulated in the polarization direction in response to the application signal of the pixel and is incident on one hologram element 703.

여기서, S편광광은 지면상방으로 회절되어 관찰자의 시야영역 밖으로 출사된다. P편광광은 홀로그램소자(703)를 그대로 통과하고, 관찰자에 의해 인식되는 것으로 된다.In this case, the S-polarized light is diffracted above the paper surface and is emitted out of the viewer's field of view. The P-polarized light passes through the hologram element 703 as it is and is recognized by the viewer.

또, 이번은 확대광학계(754)를 홀로그램소자(703)의 광출사측에 사용하였다. 여기서는 확대광학계로서 평면형의 프레넬렌즈(Fresnel lens)를 사용하였다. 확대광학계로서는 볼록렌즈나 굴절율의 면내변화를 사용한 액정렌즈의 사용도 가능하다. 박형의 렌즈로 확대광학계를 구성하면 소형의 시스템을 구성하는 것이 바람직하다.This time, the magnification optical system 754 was used for the light output side of the hologram element 703. Here, a planar Fresnel lens was used as the magnification optical system. As the magnification optical system, it is also possible to use a convex lens or a liquid crystal lens using an in-plane change in refractive index. When the magnification optical system is composed of a thin lens, it is desirable to form a compact system.

관찰자의 위치로부터 홀로그램소자(703)방향을 관찰한 경우, 인가된 입력신호에 대응하는 화상이 확실히 인식되었다. 또한, 이번에 0.9인치의 소형의 액정패널을 사용하고 있는 것에도 관계없이, 확대광학계(754)의 작용에 의해 관찰자에게는 홀로그램소자(703)로부터의 거리에 의해 표시상이 확대되어 명료하게 인식하는 것이 가능하였다.When the direction of the hologram element 703 was observed from the observer's position, the image corresponding to the applied input signal was certainly recognized. In addition, regardless of whether a 0.9-inch small liquid crystal panel is used at this time, the magnified optical system 754 allows the observer to enlarge the display image by the distance from the hologram element 703 so that the viewer can recognize it clearly. It was.

도 37에 나타낸 구성은 시스템 전체의 소형화가 가능하고, 휴대정보단말용의 마이크로 디스플레이로서 사용 가능한 매우 소형의 화상표시장치로서의 사용이 기대된다.The configuration shown in FIG. 37 can be miniaturized in the whole system, and is expected to be used as a very small image display device that can be used as a micro display for a portable information terminal.

(실시 형태 B6)(Embodiment B6)

상기 실시 형태 B1에서 나타난 홀로그램소자를 사용하여 구성되는 화상표시장치에 관해서 설명한다.An image display apparatus constructed using the hologram element shown in the above embodiment B1 will be described.

화상표시장치의 구성도를 도 38의 (a)에 나타낸다. 이 화상표시장치에 있어서는 투과형 액정패널(819)의 백라이트 유닛에 본 발명에 관한 홀로그램소자(820)를 사용하고 있다.38A is a block diagram of the image display device. In this image display apparatus, the hologram element 820 according to the present invention is used for the backlight unit of the transmissive liquid crystal panel 819.

광원(823)으로부터의 광속(824)은 도광체(821)의 단면으로부터 입사하고, 도광체(821)를 전파하면서 이면에 설치된 본 발명의 홀로그램소자(820)에 의해 액정패널(819)의 기판의 거의 법선방향으로 회절된다. 액정패널(819)에 입사한 광속(822)는 변조되어 화상을 표시한다.The light beam 824 from the light source 823 is incident from the cross section of the light guide 821, and is a substrate of the liquid crystal panel 819 by the hologram element 820 of the present invention provided on the rear surface while propagating the light guide 821. Is diffracted almost in the normal direction. The light beam 822 incident on the liquid crystal panel 819 is modulated to display an image.

또한, 홀로그램소자(820)의 이면에는 반사미러(823)를 설치하고, 홀로그램소자(82)를 투과한 광을 또 반사할 수 있는 구성으로 되어 있고, 예컨대, 이 반사미러(823)에 광을 산란시키지 않는 도트(도시하지 않고, 종래예 7 이외에 다수 개시되어 있는 공지기술)를 형성하는 것이 바람직하다.In addition, a reflective mirror 823 is provided on the rear surface of the hologram element 820 to reflect light that has passed through the hologram element 82. For example, light is reflected on the reflective mirror 823. It is preferable to form the dot which does not scatter (the well-known technique which is disclosed in many numbers other than the prior art example 7) not scattering.

액정패널(819)로서는 투과형이면 좋고, 그 구동방법, 액정재료를 불문하고 모든 종류의 액정패널을 사용할 수 있다. 또한, 외광의 밝기에 따라서 투과형으로서도 사용하는 반사형의 액정패널이어도 좋다.The liquid crystal panel 819 may be a transmissive type, and any type of liquid crystal panel can be used regardless of its driving method and liquid crystal material. Moreover, the reflective liquid crystal panel used also as a transmissive type may be sufficient according to the brightness of external light.

광원(823)으로서는 예컨대, CCFT를 사용할 수 있고, 종래예 8을 시작으로서 다수 개시되어 있는 바와 같이 반사경(825)을 설치하여도 좋다. 도광체(821)로서는 주로 아크릴 등의 수지재료를 사용할 수 있고, 예컨대 종래예 7, 특개평 제 9-5743호 공보 등에 다수 개시되어 있는 바와 같이 쐐기형의 형상으로 하는 것도 가능하다.As the light source 823, for example, a CCFT can be used, and a reflecting mirror 825 may be provided as described in large number starting with the conventional example 8. As the light guide 821, a resin material such as acryl can be mainly used. For example, as disclosed in many of the prior arts, such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-5743 and the like, it is also possible to have a wedge shape.

홀로그램소자(820)의 기본적인 기능은 홀로그램소자에 입사한 무편광인 광속(824) 중에서 특정의 편광성분을 액정패널(819)의 거의 법선방향으로 또 특정의 입체각내에 선택적으로 회절시키는 것이므로, 전압의 유무에 의한 홀로그램소자로서의 기능으로 하거나, 단순한 등방적인 매체로서 기능한다.Since the basic function of the hologram element 820 is to diffract a specific polarization component among the unpolarized light beam 824 incident on the hologram element in a substantially normal direction of the liquid crystal panel 819 and within a specific solid angle, It functions as a hologram element with or without it, or as a simple isotropic medium.

즉 도 39의 (a), (b)에 나타낸 바와 같이, 예컨대 전압 무인가시에 홀로그램소자로서 기능하고, 전압 인가시에 등방매체로서 기능시키는 것이 가능하다. 홀로그램소자로서 기능시키는 경우에는 본 발명에 관한 홀로그램소자(820)는 무편광인 입사광속(824)중에서 특정의 편광성분만을 액정패널의 거의 법선방향으로 특정의 입체각내에 선택적으로 회절한다.That is, as shown in Figs. 39A and 39B, for example, it is possible to function as a hologram element when no voltage is applied and to function as an isotropic medium when voltage is applied. In the case of functioning as a hologram element, the hologram element 820 according to the present invention selectively diffracts only a specific polarization component in a near normal direction of the liquid crystal panel within a specific solid angle in the non-polarized incident light beam 824.

그 때, 액정패널이 편광형, 즉 특정의 편광광만을 변조하는 방식에서, 광입사측에 편광판(도시하지 않음)을 설치하고 있는 경우에는 상기 편광판의 편광방향(편광자가 투과하는 편광광의 전계 벡터의 진동방향)과 홀로그램소자가 선택적으로 회절하는 편광광의 편광방향(전계벡터의 진동방향)을 대개 일치시키는 것으로 비로소 높은 효율을 실현할 수 있다.In this case, in the case where the liquid crystal panel modulates only polarized light, i.e. specific polarized light, when a polarizing plate (not shown) is provided on the light incidence side, the polarization direction of the polarizing plate (electric field vector of polarized light transmitted by the polarizer) High efficiency can be realized only by generally matching the polarization direction (the vibration direction of the electric field vector) of the polarized light selectively diffracted by the hologram element.

한편, 전압을 인가하는 것에서 본 발명의 홀로그램소자(820)는 거의 등방적 매질로 되고, 입사광속(824)은 홀로그램소자(820)를 투과하고, 그 이면에 설치된 반사미러(823)에 의해 산란된 광속이 액정패널(819)에 입사한다. 이 경우에 있어서 액정패널(819)의 출력광속은 종래의 백라이트에 의해 조명된 경우와 동일하게 반사미러(823)에 설치된 도트에 의해 거의 고르게 확산된다.On the other hand, in applying a voltage, the hologram element 820 of the present invention becomes almost an isotropic medium, and the incident light beam 824 penetrates the hologram element 820, and is scattered by the reflection mirror 823 provided on the back side thereof. The luminous flux enters the liquid crystal panel 819. In this case, the output light flux of the liquid crystal panel 819 diffuses almost evenly by the dots provided in the reflecting mirror 823 as in the case of being illuminated by a conventional backlight.

이와 같이, 본 발명의 홀로그램소자(820)를 사용한 화상표시장치에 있어서는 전압을 인가하지 않은 경우에는 조명광을 거의 법선방향의 좁은 입체각내로 회절시키기 위해, 액정패널(819)을 정면으로부터 관찰할 때의 휘도를 매우 높게 할 수 있고, 따라서 전압인가에 의해 정면으로부터 관찰할 때의 휘도는 떨어짐이 넓은 시야각을 확보할 수 있다.As described above, in the image display apparatus using the hologram element 820 of the present invention, when a voltage is not applied, the liquid crystal panel 819 is viewed from the front in order to diffract the illumination light into a narrow solid angle in a substantially normal direction. The luminance can be made very high, and therefore, the luminance at the time of observing from the front by voltage application can secure a wide viewing angle.

본 발명과 같이 홀로그램소자를 액정패널의 백라이트 유닛으로 사용하고, 또한 회절광에 지향성을 갖게 하여, 정면으로부터 보는 경우(액정패널의 법선방향으로부터 바라볼 경우)의 휘도를 높게 하는 예는 예컨대, 종래예 7∼종래예 10 등 다수 개시되어 있지만. 상기 예에 있어서는 홀로그램소자는 입사광을 항상 회절한다는 단일의 기능을 가질 뿐이며, 본 발명의 홀로그램소자(820)와 같이 시야각을 전환시키는 것은 아니다.An example in which a hologram element is used as a backlight unit of a liquid crystal panel as in the present invention and the directivity of diffracted light is made to increase the luminance when viewed from the front (viewed from the normal direction of the liquid crystal panel) is, for example, conventionally. Although many examples 7-10 conventional examples are disclosed. In the above example, the hologram element only has a single function of diffracting incident light at all times, and does not change the viewing angle like the hologram element 820 of the present invention.

또한, 종래예 1, 종래예 2에서는 스위칭 가능한 홀로그램소자의 개시가 이루어져 있지만. 액정패널의 백라이트로서의 구체적 사용에 관해서는 어느 것도 개시되어 있지 않다. 전술한 바와 같이, 액정패널의 편광판의 편광방향과 홀로그램소자에 의해 선택적으로 회절되는 광의 편광방향을 일치시키는 것으로 처음에 높은 효율을 실현 할 수 있는 것이다.Incidentally, in Example 1 and Example 2, a switchable hologram element is disclosed. None is disclosed regarding the specific use of the liquid crystal panel as a backlight. As described above, by matching the polarization direction of the polarizing plate of the liquid crystal panel and the polarization direction of light selectively diffracted by the hologram element, high efficiency can be realized at first.

본 발명의 화상표시장치가 갖는 화상의 밝기, 시야각을 전환할 수 있는 기능은 예컨대, 거치형, 노트형을 불문하고 퍼스널 컴퓨터나 휴대형 정보단말의 디스플레이로서 사용하는 경우에 매우 귀중한 기능이다.The function of switching the brightness and the viewing angle of an image of the image display device of the present invention is a very valuable function when used as a display of a personal computer or a portable information terminal, for example, regardless of mounting type or notebook type.

즉, 개인이 화상을 보는 경우에는 시야각(화상을 시인할 수 있는 범위와 등가인 의미)이 지나치게 넓을 필요는 없고, 작업시 등의 상관찰시에 필요한 정도로 한정된 범위에서 충분하다. 본 발명에 의하면 정면으로부터 화상을 관찰하는 작업자의 방향으로 대개 화상을 출력하는 것이 되므로 램프의 소비전력을 작게 할 수 있다.That is, when an individual views an image, the viewing angle (meaning that is equivalent to the range in which the image can be visually recognized) does not need to be too wide, but is sufficient in a limited range to the extent necessary for correlation observation at work or the like. According to the present invention, since the image is usually output in the direction of the operator who observes the image from the front, the power consumption of the lamp can be reduced.

그것에 비하여 다수인이 화상을 관찰하는 경우에는 역으로 시야각은 넓은 쪽이 바람직하다. 그러므로 본 발명과 같이 개인이 화상을 관찰하는 경우와 다수인이 상을 관찰하는 경우에서 시야각을 변화시키는 기능이 중요하게 된다. 단, 엄밀하게는 시야각이 변화하게 되는 것은 아니고, 본 발명의 홀로그램소자(820)는 어떤 특정의 좁은 입체각내에 반사되는 광속의 양을 인가전압에 의해 제어할 수 있는 것을 의미한다.On the contrary, when many people observe an image, a wider viewing angle is preferable. Therefore, as in the present invention, the function of changing the viewing angle becomes important in the case where an individual observes an image and when a plurality of people observe an image. However, the viewing angle does not change strictly, and the hologram element 820 of the present invention means that the amount of luminous flux reflected within a certain narrow solid angle can be controlled by an applied voltage.

다음에, 본 실시 형태 B에서 사용한 홀로그램소자의 제조방법에 관해서 설명한다.Next, the manufacturing method of the hologram element used in Embodiment B is demonstrated.

본 실시 형태 B에서 사용하는 홀로그램소자(820)는 실시 형태 B1 및 4-1에서 설명한 바와 같이, ITO(501)를 형성한 2장의 그라스기판(502)에서 제작된 셀에 광경화형 액정으로서 예컨대, UV큐어러블액정과 비중합성 액정의 혼합물을 주입하고, 2광속 간섭고를 조명하는 것으로 제작할 수 있다.As described in the embodiments B1 and 4-1, the hologram element 820 used in this embodiment B is a photocurable liquid crystal in a cell fabricated from two glass substrates 502 on which an ITO 501 is formed. It can produce by inject | pouring the mixture of a UV-curable liquid crystal and a nonpolymerizable liquid crystal, and illuminating a 2-beam interference height.

단, 참조광을 광속이 입사하는 각도에서 물체광을 기판에 거의 수직으로 입사시키는 것이 특징이다. 또한, 그 때 전압을 인가한 상태에서 2광속 간섭노광을 행하는 것에 의해, 예컨대 도 39에 나타낸 바와 같은 소망의 간섭고가 형성되고, 간섭고의 강도의 강한 부분에 UV큐어러블액정이, 강도의 약한 부분에 비중합성 액정이 분리되어 본 발명의 홀로그램소자(820)가 제작된다.However, it is characterized in that the object light is incident almost perpendicularly to the substrate at the angle at which the light beam is incident on the reference light. At this time, by performing two-beam interference exposure in the state where a voltage is applied, a desired interference height is formed, for example, as shown in FIG. 39, and the UV-curable liquid crystal has a weak strength in the strong portion of the interference height. The nonpolymerizable liquid crystal is separated in the part, and the hologram element 820 of the present invention is manufactured.

실제로 제작하는 경우에는 물체광, 참조광 모두 평면파일 필요는 없고, 예컨대 물체광으로서 특정의 입체각내에 확대되는 광속을, 참조광으로서 도광체(21)를 전파하는 홀로그램소자에 입사하는 광속과 거의 동일한 각도범위로부터 입사하는 광속을 사용하는 것이 바람직하다.In actual production, both the object light and the reference light need not be planar piles. For example, the light beams are enlarged within a specific solid angle as object light, and the angle range is substantially the same as the light beam incident on the hologram element propagating through the light guide 21 as reference light. It is preferable to use the light beam incident from the.

또한, 상기 구성에 있어서, 예컨대 본 발명에 관한 홀로그램소자(820)의 ITO(501)를 패터닝하여 두고, 영역마다에 인가전압을 다르게 하여 굴절율 이방성을 국소적으로 제어하는 것도 가능하다. 그것에 의해 국소적으로 홀로그램소자(820)의 효율의 최적화를 도모하는 것도 가능하다. 또한, 예컨대 종래예 7에 개시되어 있는 바와 같이 홀로그램소자를 미소한 모자이크상으로 배열하고, 입사광 파장 및 입사각에 대하여 최대효율을 나타내도록 개개의 미소 홀로그램소자를 최적화하여도 좋다.In the above structure, for example, the ITO 501 of the hologram element 820 according to the present invention can be patterned, and the refractive index anisotropy can be locally controlled by varying the applied voltage for each region. Thereby, it is also possible to optimize the efficiency of the hologram element 820 locally. Further, as disclosed in, for example, the prior art example 7, the hologram elements may be arranged in a small mosaic shape, and the individual micro hologram elements may be optimized to show maximum efficiency with respect to the incident light wavelength and the incident angle.

또한, 도 38의 (b)에 나타난 바와 같이 본 발명에 관한 홀로그램소자(820)와 반사미러(823)의 사이에 λ/4판(27)을 설치하고, 또한 반사미러(823)를 홀로그램소자(820)와 평행하지는 않고, 예컨대, 약 5°경사져 배치하는 것에 의해 본 발명에 관한 홀로그램소자(820)에 예컨대 전압을 인가하지 않고, 이상광선을 선택적으로 회절시키는 모드에 있어서 상기 홀로그램소자(820)를 투과하는 상광선(828)을 이상광선으로 변환하여 다시 홀로그램소자(820)에 입사시킬 수 있다.38 (b), the λ / 4 plate 27 is provided between the hologram element 820 and the reflecting mirror 823 according to the present invention, and the reflecting mirror 823 is provided with the hologram element. The hologram element 820 is not in parallel with, for example, in a mode of selectively diffracting abnormal light without applying a voltage, for example, to the hologram element 820 according to the present invention by tilting it at about 5 °. The image beam 828 passing through) may be converted into an abnormal beam and incident on the hologram element 820 again.

그 때, 반사미러(823)를 기울여 설치하고 있으므로, 상기 홀로그램소자(820)의 각도의존성에 따라 반사미러(823)로부터의 반사광속(829)은 홀로그램소자(820)를 투과하고, 홀로그램소자(820)에 의해 반사된 광속(822)과 동일의 편광광(이 경우는 P편광광)으로서 액정패널(819)에 입사할 수 있고, 광이용 효율을 높게 할 수 있다.At this time, since the reflective mirror 823 is inclined, the reflected light beam 829 from the reflective mirror 823 is transmitted through the hologram element 820 according to the angle dependency of the hologram element 820. 820 can enter the liquid crystal panel 819 as the same polarized light (P polarized light in this case) as the light beam 822 reflected by the light beam 822, and the light utilization efficiency can be increased.

이상 서술한 바와 같이, 본 실시 형태 B에서 구성한 화상표시장치는 본 발명에 관한 홀로그램소자(820)로의 인가전압을 조절하는 것에 의해 광속이 특정의 입체각내로 출력되는 양을 제어할 수 있다. 그것에 의해 필요에 따라서 시야각은 좁지만 밝은 화상표시와, 약간 어둡지만 넓은 시야각을 선택하는 것이 가능하게 된다.As described above, the image display device configured in the present embodiment B can control the amount of light beams output within a specific solid angle by adjusting the applied voltage to the hologram element 820 according to the present invention. This makes it possible to select a narrow but bright image display and a slightly dark but wide viewing angle as necessary.

실시예의 형태 B에서 구성한 화상표시장치는 거치형, 노트형의 퍼스널컴퓨터의 디스플레이뿐만 아니라, 휴대형 정보단말, 휴대형 통신기기의 표시용 디스플레이, 차량탑재용의 헤드업디스플레이(head up display)로서 사용하는 것이 가능하다.The image display device configured in Embodiment B of the embodiment is not only used for a display of a stationary or notebook type personal computer, but also used as a portable information terminal, a display for displaying a portable communication device, and a head up display for a vehicle. It is possible.

(실시 형태 B7)(Embodiment B7)

본 발명의 실시 형태 B7로서 구성된 본 발명에 관한 화상표시장치에 관해서 설명한다. 본 실시 형태 B의 화상표시장치는, 소위 종래부터 있는 직시형의 액정패널이지만. 액정재료로서 광경화형 액정과 비중합성 액정의 혼합물에 화소피치와 동등의 격자상의 광(파장은 상기 광경화성 액정을 경화시키는 파장)을 조명하고, 광유기상분리 현상에 의해 각 화소를 둘러싸는 마이크로셀 구조를 형성하고 있다.An image display apparatus according to the present invention configured as Embodiment B7 of the present invention will be described. The image display device of the present embodiment B is a so-called direct-view liquid crystal panel conventionally. A microcell that surrounds each pixel by a photoorganic phase separation phenomenon by illuminating a mixture of a photocurable liquid crystal and a nonpolymerizable liquid crystal as a liquid crystal material with a lattice-like light (wavelength is the wavelength for curing the photocurable liquid crystal). It forms a structure.

다만, 광경화형의 액정의 경화후에 있어서 ne, no는 각각 비중합성 액정의 ne, no와 거의 같은 구성으로 되어 있다.However, after hardening of a photocurable liquid crystal, ne and no have the structure substantially the same as ne and no of a nonpolymerizable liquid crystal, respectively.

상기 마이크로셀 구성에 의해 액정영역 내에서 액정분자가 자기배향력에 의해 광경화반응으로 안정화한 축대칭상으로 배향되고, 넓은 시야각 및 높은 콘트라스트를 실현할 수 있다.With the microcell configuration, the liquid crystal molecules are aligned in the axisymmetric phase stabilized by the photocuring reaction by the self-orientation force in the liquid crystal region, thereby realizing a wide viewing angle and high contrast.

다음에 종래예와 본 실시 형태 B에 관한 화상표시장치와의 다른점에 관해서 서술한다. 상기 마이크로셀에 의한 시야각 개선 및 높은 콘트라스트를 실현할 수 있는 효과는, 예컨대 종래예 6에 개시되어 있지만. 종래예 6에서는 단순하게 광경화성 수지와 액정의 혼합물에 격자상의 광(파장은 상기 광경화성 수지를 경화시키는 파장)을 조명하고, 광유기상분리현상에 의해 각 화소를 둘러싸는 마이크로셀 구조를 형성하고 있을 뿐이고, 광경화성수지의 굴절율이방성에 관하여는 어느것도 기재되어 있지 않다.Next, a difference between the conventional example and the image display device according to the present embodiment B will be described. Although the effect which can realize the viewing angle improvement and high contrast by the said microcell is disclosed by the prior art example 6, for example. In the conventional example 6, the light of lattice shape (wavelength is the wavelength for curing the photocurable resin) is simply illuminated on the mixture of the photocurable resin and the liquid crystal, and a microcell structure surrounding each pixel is formed by the photoorganic phase separation phenomenon. Nothing is described about the refractive index anisotropy of the photocurable resin.

일반적으로 광경화수지는 약간이지만 복굴절을 갖고, 약간의 굴절율이방성을 발현한다. 그러므로, 흑을 표시할 때 수직입사의 광속에 대하여는 콘트라스트가 좋지만, 비스듬하게 입사하는 광속에 대하여는 격자의 부분이 불연속한 영역으로서 눈에 띄고, 균일성이 악화한다는 결점이 있었다.Generally, the photocurable resin is slightly but has birefringence and exhibits slight refractive index anisotropy. Therefore, the contrast is good with respect to the luminous flux of vertical incidence when displaying black, but there is a drawback that the portion of the grating is noticeable as a discontinuous region for the luminous flux that is obliquely incident, and the uniformity deteriorates.

그러나, 본 실시 형태 B의 화상표시장치에서는 흑을 표시할 때의 비중합성 액정의 배향과 동일한 배향상태에서 광경화형 액정을 경화시키고, 또 상기 광경화형 액정의 광학적 이방성을 비중합성 액정의 광학적 이방성과 거의 같게 하기 위해, 흑표시의 때에 마이크로셀의 부분이 눈에 띄고, 콘트라스트의 저하를 억제할 수 있으며, 매우 균일한 화상을 표시할 수 있었다.However, in the image display apparatus of this embodiment B, the photocurable liquid crystal is cured in the same alignment state as that of the nonpolymerizable liquid crystal when displaying black, and the optical anisotropy of the photocurable liquid crystal is the optical anisotropy of the nonpolymerizable liquid crystal. In order to make it almost the same, the part of a microcell was outstanding at the time of black display, the fall of contrast was suppressed, and the very uniform image was able to be displayed.

(실시 형태 B8-1)(Embodiment B8-1)

도 40에 본 발명의 실시 형태 B8-1로 구성하였고, 상기 실시 형태 B2-1에 나타난 체적홀로그램소자를 사용한 광정보처리장치의 개략을 나타낸다. 편광을 방사하는 반도체 레이저(901)에 의해 방사하는 광은 체적홀로그램소자(521)를 그대로 통과하고, 결상렌즈(904)에 의해 1/4파장판(905)을 통하여 광기억매체(906)상에 집광된다. 이 경우, 체적홀로그램소자(521)를 통과하는 레이저광은 회절을 받는 것은 아니고 반도체 레이저(901)로부터의 출사광은 거의 모두 광기억매체(906)상에 집광된다.40 shows the outline of the optical information processing apparatus using the volume hologram element shown in Embodiment B8-1 of the present invention and shown in Embodiment B2-1. Light emitted by the semiconductor laser 901 that emits polarized light passes through the volume hologram element 521 as it is, and is imaged on the optical storage medium 906 through the quarter wave plate 905 by the imaging lens 904. Is condensed on. In this case, the laser light passing through the volume hologram element 521 is not diffracted and almost all of the light emitted from the semiconductor laser 901 is condensed on the optical memory medium 906.

다음에, 광기억매체(906)에서 반사된 광은 다시 1/4파장판(905)을 통과하여 결상렌즈(904)에 의해 수속된다. 이때, 반사광은 상기 1/4파장판을 2회 통과하는 것으로 되기 때문에, 그 편광방향은 반도체 레이저(901)로부터 출사된 때에 비하여 90°편광방향이 회전한다. 따라서 이번은 반사광은 체적홀로그램(521)에 형성되어 있는 소정의 파면에 따라서 회절작용을 받고, 광검출기(902)상에 수속되는 것으로 된다.Next, the light reflected by the optical storage medium 906 passes through the quarter-wave plate 905 again and is converged by the imaging lens 904. At this time, since the reflected light passes through the quarter-wave plate twice, the polarization direction is rotated by 90 ° as compared to when it is emitted from the semiconductor laser 901. Therefore, the reflected light is subjected to diffraction in accordance with a predetermined wavefront formed on the volume hologram 521 and converged on the photodetector 902.

여기서 광검출기(902)상의 분할된 영역마다에 광신호가 검출되고, 초점 어긋남, 트랙킹어긋남 및 상기 광기억매체이 기록된 정보의 신호의 검출이 행해진다. 이때, 광검출기(902)로 유도된 광량은 체적홀로그램(521)의 왕로에서 편광분리에 의한 광이용 효율 및 복로에서의 회절효율로 거의 결정된다.Here, an optical signal is detected for each divided area on the photodetector 902, and a focus shift, tracking shift, and detection of a signal of information on which the optical storage medium is recorded are performed. At this time, the amount of light guided to the photodetector 902 is almost determined by the light utilization efficiency by polarization separation in the path of the volume hologram 521 and the diffraction efficiency in the return path.

본 발명의 체적홀로그램(521)의 원리 및 구조를 도 41 및 도 42에 나타낸다. 도 41은 일축성의 광학결정의 굴절율 타원체를 나타내고 있다. 도 41의 (a)는 광축이 Y방향에 있는 경우의 굴절율 타원체를 나타낸 것이다. 이때, Y-Z 평면에 편광방향이 존재하는 광에 대해서는 이상광선으로 되어 Ne의 굴절율을 나타낸다. 또한, X-Z평면에 편광방향이 존재하는 광에 대해서는 상광선으로 되어, No의 굴절율을 나타낸다.41 and 42 show the principle and structure of the volume hologram 521 of the present invention. Fig. 41 shows the index ellipsoid of the uniaxial optical crystal. FIG. 41A shows the index ellipsoid when the optical axis is in the Y direction. At this time, the light having the polarization direction in the Y-Z plane becomes an extraordinary ray and exhibits a refractive index of Ne. Moreover, about the light which a polarization direction exists in an X-Z plane, it becomes an ordinary light and shows the refractive index of No.

도 41의 (b)는 일축성의 광학결정의 광축이 Y방향으로부터 90°기울어진 경우의 굴절율 타원체를 나타내고 있다. 이 경우, Y-Z평면에 편광방향이 존재하는 광에 대해서는 No의 굴절율을 나타내고, X-Z평면에 편광방향이 존재하는 광에 대해서도 No의 굴절율을 나타내게 된다.FIG. 41B shows the index ellipsoid when the optical axis of the uniaxial optical crystal is tilted 90 degrees from the Y direction. In this case, a refractive index of No is shown for light having a polarization direction in the Y-Z plane, and a refractive index of No is shown for light having a polarization direction in the X-Z plane.

또한, 광축이 (a)와 (b)의 중간상태에서는 Y-Z평면에 편광방향이 존재하는 광에 대해서, 광축의 경사 상태에 대응하여 Ne와 No(Ne〉No)의 굴절율의 중간값을 갖게 된다. 한편, X-Z평면에 편광방향이 존재하는 광에 대해서는 광축의 기울기에 상관없이 항상 No의 굴절율을 나타낸다.In addition, when the optical axis is in the intermediate state between (a) and (b), the light having the polarization direction in the YZ plane has a median value of the refractive indices of Ne and No (Ne> No) corresponding to the inclined state of the optical axis. . On the other hand, for light having a polarization direction in the X-Z plane, a refractive index of No is always shown regardless of the inclination of the optical axis.

이상과 같이 굴절율이방성을 갖는 광학매체에 대해서는 입사하는 편광방향에 대하여 Ne로부터 No의 범위의 굴절율 분포를 갖는 경우와 광축의 기울기에 상관없이 No만의 굴절율 분포를 나타내는 경우가 존재한다.As described above, an optical medium having refractive anisotropy exists in the case of having a refractive index distribution in the range of Ne to No with respect to the incident polarization direction and indices of a refractive index only of No regardless of the inclination of the optical axis.

도 18은 체적홀로그램소자의 단면구성을 나타낸 도면이다. 이 소자 내부는 광이 입사하는 표면으로부터 두께 방향에 대하여 경사진 주기적인 층 구조를 갖고 있다. 그리고, 인접하는 층간에서는 굴절율이방성을 갖는 광학매체의 광축의 기울기가 1개는 체적홀로그램소자(521)의 표면에 평행하게 되도록 배열하고 있고, 또 1개는 표면에 대하여 수직방향으로 배열하고 있다.18 is a diagram showing a cross-sectional structure of a volume hologram element. The inside of this element has a periodic layer structure inclined with respect to the thickness direction from the surface into which light injects. In the adjacent layers, the inclination of the optical axis of the optical medium having refractive index anisotropy is arranged so as to be parallel to the surface of the volume hologram element 521, and the other is arranged in the direction perpendicular to the surface.

여기서, 이 체적홀로그램소자(521)에 도 18의 지면에 대하여 수직방향에 편광방향을 갖는 광을 상광선, 지면과 평행방향으로 편광방향을 갖는 광을 이상광선으로 하여, 이들의 광이 체적홀로그램(521)에 입사한 때의 동작에 관해서 고려한다.Here, the volume hologram element 521 has light having a polarization direction in a direction perpendicular to the surface of FIG. 18 as an ordinary light and light having a polarization direction in a direction parallel to the ground as an ideal light, and these lights are volume holograms. Consider an operation when entering 521.

우선, 상광선이 입사한 경우, 도 41의 X-Z평면에 편광방향을 갖는 광이 입사한 경우와 동일하게 취급하게 되므로, 각 층을 구성하는 광학매체의 광축의 방향에 상관없이, 각 층에서의 굴절율은 No으로 된다. 결국, 굴절율이 No의 고른 매체가 존재하는 것과 같았으므로, 이것에 입사하는 상광선은 회절의 작용을 받지 않고, 도 18에 나타낸 바와 같이 그대로 투과하는 것으로 된다.First, when an image ray is incident, it is treated in the same manner as when light having a polarization direction enters the XZ plane of FIG. 41, so that regardless of the direction of the optical axis of the optical medium constituting each layer, The refractive index is No. As a result, since an even medium having a refractive index of No is present, the image light incident on the light is transmitted as it is as shown in FIG. 18 without being affected by diffraction.

다음에, 이상광선이 입사하는 경우에 관해서 고려한다. 굴절율이방성을 갖는 광학매체의 광축이 입사면과 평행하게 배열하고 있는 층에 있어서는 입사광의 편광방향이 광축과 평행하게 된다. 이것은 도 41의 Y-Z평면에 편광방향을 갖는 광이 (a)의 Y 방향에 광축이 존재하는 광학매체에 입사하는 경우에 상당하고, Ne의 굴절율을 갖는 층을 통과하는 것으로 된다.Next, the case where abnormal light enters is considered. In the layer in which the optical axis of the optical medium having refractive index anisotropy is arranged in parallel with the incident surface, the polarization direction of the incident light becomes parallel to the optical axis. This corresponds to the case where light having a polarization direction in the Y-Z plane of FIG. 41 enters an optical medium having an optical axis in the Y direction of (a), and passes through a layer having a refractive index of Ne.

또한, 체적홀로그램(521)의 입사면에 대하여 광학매체의 광축이 수직방향인 층에 대해서는 도 41의 (b)에 대하여 Y-Z평면에 편광방향을 갖는 광이 입사하는 경우에 상당하므로, 이 층은 No의 굴절율을 갖는 것으로 하여 취급된다.Also, for the layer in which the optical axis of the optical medium is perpendicular to the incidence plane of the volume hologram 521, it corresponds to the case where light having a polarization direction is incident on the YZ plane with respect to FIG. 41 (b). It is handled as having a refractive index of No.

따라서, 이상광선에 대해서는 체적홀로그램(521)는 그 입사광의 진행방향인 두께 방향에 있어서의 굴절율이 주기적으로 다른 복수의 층을 통과하는 것으로 된다. 이 결과, 입사광선은 이 층의 경사각도와 주기의 피치에 대응하는 특정의 방향에 광이 집광되고, 소위 블랙(black)의 회절작용을 받는 것으로 된다.Therefore, for the abnormal light beam, the volume hologram 521 passes through a plurality of layers whose refractive indices in the thickness direction, which is the traveling direction of the incident light, are periodically different. As a result, the incident light is condensed in a specific direction corresponding to the inclination angle of the layer and the pitch of the period and subjected to a so-called black diffraction effect.

도 18에 나타낸 바와 같이, 이상광선은 체적홀로그램(521)을 통과 후, 소자의 내부에 형성된 층 구조에 대응하여 광로를 변화하는 것으로 된다.As shown in FIG. 18, the abnormal light passes through the volume hologram 521 and changes the optical path corresponding to the layer structure formed inside the element.

이상과 같이 도 40의 광정보처리장치의 구성에 있어서 체적홀로그램(521)에 대하여 반도체 레이저(901)로부터 출사하는 광의 편광방향을 도 18에서 나타낸 상광선에 대응하도록 설정한다. 이때, 반도체레이저(901)로부터의 출사광은 체적홀로그램(521)에 의해 변조를 받는 것이 아니고 결상렌즈(904)에 의해 1/4파장판을 통하여 광기억매체(906)에 집광된다.As described above, in the configuration of the optical information processing apparatus of FIG. 40, the polarization direction of the light emitted from the semiconductor laser 901 with respect to the volume hologram 521 is set to correspond to the image light ray shown in FIG. At this time, the light emitted from the semiconductor laser 901 is not modulated by the volume hologram 521 and is focused on the optical storage medium 906 by the imaging lens 904 through the quarter wave plate.

여기서 반사된 광은 다시 1/4파장판을 통과하고, 결상렌즈(904)를 통하여 체적홀로그램(521)에 입사한다. 이때, 편광방향이 왕로에 대하여 90°회전하고 있으므로, 도 18에서 나타낸 이상광선의 경우에 상당하다. 따라서, 체적홀로그램(521)의 내부에 형성된 층 구조에 상당하는 주기적인 굴절율 분포에 대응하여 특정방향, 이 경우에서는 광검출기(902)상에 집광되는 것으로 된다.The reflected light passes through the quarter-wave plate again and enters the volume hologram 521 through the imaging lens 904. At this time, since the polarization direction is rotated by 90 ° with respect to the path, this corresponds to the case of the abnormal light beam shown in FIG. Therefore, it is condensed on a specific direction, in this case, the photodetector 902, corresponding to the periodic refractive index distribution corresponding to the layer structure formed inside the volume hologram 521.

도 18에서 나타난 바와 같은 두께방향으로 주기구조를 갖도록 구성하는 것으로, 블랙의 회절조건이 적용되는 것으로 된다. 이것은 어떤 파장을 갖는 광이 주기구조를 형성하는 각 층에 입사한 경우, 각 층에서 산란된 광은 그 파장과 입사각도 및 층간의 피치에 대응하는 특정방향으로 산란성분이 서로 강하게 되는 현상을 발생한다.It is configured to have a periodic structure in the thickness direction as shown in Figure 18, the black diffraction condition is to be applied. This is because when light having a certain wavelength enters each layer forming a periodic structure, the light scattered in each layer causes the scattering components to become strong in a specific direction corresponding to the wavelength, the incident angle, and the pitch between the layers. do.

이들이 블랙의 회절조건이라 칭하는 것이고, 이와 같은 조건은 종래의 2차원적인 회절광학소자에 대하여, 3차원적인 구성으로 되고, 블레이즈(blaze)화(1개의 방향으로 광을 수속한다)의 작용을 갖는 것으로 된다.These are referred to as black diffraction conditions, and such conditions have a three-dimensional configuration with respect to a conventional two-dimensional diffractive optical element, and have a function of blazing (converging light in one direction). It becomes.

따라서, 종래의 회절광학소자에 대하여, 회절효율을 비약적으로 향상할 수 있고, 이론적으로는 100%의 효율이 가능하다. 실제, 중도에서의 손실 등을 고려해도 90% 이상의 효율을 기대할 수 있다. 이것에 비하여, 전술한 바와 같은 바이너리로 이루어진 회절광학소자로 도 40에 나타낸 홀로그램소자를 구성하면, 회절파는 0차를 포함하는 좌우대칭으로 고차까지 회절되는 것으로 된다. 이 결과, 1차의 방향으로의 회절효율은 최고에서도 40% 정도로 소자를 통과하는 전광량에 대한 비율로서는 1/2 이상의 낮은 값으로 된다.Therefore, the diffraction efficiency can be remarkably improved with respect to the conventional diffraction optical element, and theoretically, the efficiency of 100% is possible. In fact, even when considering the loss in the middle, the efficiency can be expected to 90% or more. On the other hand, when the hologram element shown in Fig. 40 is constituted by the diffraction optical element made of the binary as described above, the diffraction wave is diffracted up to the high order in left and right symmetry including the 0th order. As a result, the diffraction efficiency in the primary direction is at a value of 1/2 or more as a ratio with respect to the total amount of light passing through the element at a maximum of about 40%.

본 발명에 있어서 체적홀로그램(521)를 사용하여 광정보처리장치를 구성하면, 광기억매체(906)로부터의 반사광을 광검출기(902)로 거의 모두 집광할 수 있기 때문에, 광강도의 저하에 의한 S/N비의 저하라는 문제를 생기게 하는 것은 아니다. 또한, 체적홀로그램(521)의 회절효율이 높기 때문에, 반도체레이저로 되돌아오는 광량도 거의 없다. 따라서, 반도체레이저(901)로의 광강도의 귀환에 의한 광원인 레이저의 발진의 불안정성이란 문제도 생기지 않게 된다.In the present invention, when the optical information processing apparatus is configured using the volume hologram 521, almost all of the reflected light from the optical storage medium 906 can be collected by the photodetector 902, resulting in a decrease in the light intensity. It does not cause a problem of lowering the S / N ratio. In addition, since the diffraction efficiency of the volume hologram 521 is high, there is almost no light amount returned to the semiconductor laser. Therefore, there is no problem of instability of oscillation of the laser which is a light source due to the return of the light intensity to the semiconductor laser 901.

도 18에서는 체적홀로그램(521)를 구성하는 광학매체의 광축이 인접하는 층간에서 90°경사진 굴절율차가 가장 큰 경우를 나타냈지만, 이 각도를 임의로 설정하는 것으로 굴절율차를 Ne로부터 No의 중간값으로 설정하는 것도 가능하다.In FIG. 18, the difference in refractive index inclined by 90 ° between the adjacent optical layers of the optical medium constituting the volume hologram 521 is the largest. However, by setting this angle arbitrarily, the refractive index difference is set from Ne to No. It is also possible to set.

또한, 이것을 사용한 굴절율 분포를 선택하는 것에 의해 회절효율을 조정하고, 광검출기(902)에 대하여 검출 광강도 및 패턴을 임의로 설정하는 것도 가능하다.It is also possible to adjust the diffraction efficiency by selecting the refractive index distribution using this, and to set the detection light intensity and pattern arbitrarily with respect to the photodetector 902.

또한, 체적홀로그램(521)의 영역을 몇개로 분할하고, 각각 회절하는 방향을 어긋나게 하여 광검출기(902)의 다른 영역에 광신호를 수광시키고, 초점 어긋남, 트랙킹어긋남이란 각종 정보의 검출을 효율적으로 행하도록 한 구성도 가능하다.Further, the area of the volume hologram 521 is divided into several parts, and the diffraction directions are shifted, respectively, so that an optical signal is received in another area of the photodetector 902, and the detection of various kinds of information such as focus shift and tracking shift can be efficiently performed. It is also possible to make the configuration.

또, 반도체레이저(901)를 복수개 다른 파장에서 사용하고, 광정보의 기록뿐만 아니라, 기록도 동시에 행하도록 한 구성의 경우, 각각의 광파장에 맞추어 다른 주기구조, 각도 등을 갖는 층 구조를 체적홀로그램(521)내에 중첩하여 기록하는 것도 가능하다.In the case where the semiconductor laser 901 is used at a plurality of different wavelengths, and not only the optical information recording but also the recording is performed simultaneously, the volume hologram has a layer structure having different periodic structures, angles, and the like in accordance with the respective optical wavelengths. It is also possible to superimpose and record in 521.

(실시 형태 B8-2)(Embodiment B8-2)

본 발명에 있어서 광정보처리장치에 사용하는 회절광학소자의 제조방법을 도 42를 사용하여 설명한다.In the present invention, a method of manufacturing a diffractive optical element for use in an optical information processing apparatus will be described with reference to FIG.

Ar레이저(911)로부터의 360nm전후의 파장의 출사광은 개폐식의 미캐니컬 셔터(912)를 통하여 빔 익스팬더(913)에 의해 직경 30nm∼50nm정도의 빔으로 확대된다. 그리고 빔 스플리터(915)에 의해 2방향으로 분할되고, 미러(906)에 의해 체적홀로그램(521)상에 형성하는 간섭고의 구조에 대응하는 각도로 조사된다. 또한, 빔스플릿터(915)에서 분할된 동안 한쪽의 광속에는 셔터(405)가 배치되어 있다.The outgoing light having a wavelength of about 360 nm from the Ar laser 911 is expanded to a beam having a diameter of about 30 nm to 50 nm by the beam expander 913 through an open / closed mechanical shutter 912. The beam splitter 915 is divided in two directions and irradiated at an angle corresponding to the structure of the interference height formed on the volume hologram 521 by the mirror 906. In addition, the shutter 405 is disposed in one beam of light while being split in the beam splitter 915.

다음에, 체적홀로그램(521)의 셀의 제작프로세스에 관해서 설명한다.Next, the manufacturing process of the cell of the volume hologram 521 will be described.

그라스기판상에 투명도전성 전극으로서, 예컨대 ITO를 형성한 것을 2장 준비하였다. 그리고, 이들의 기판을 먼지를 제거하기 위하여 세정한 후, 고분자로 이루어진 배향막, 예컨대 폴리이미드를 스핀코트법 등에 의해 도포하고, 가열처리를 행하는 것 등으로 배향막을 기판상에 형성한다.Two transparent conductive electrodes, for example, on which ITO was formed were prepared on a glass substrate. Then, these substrates are washed to remove dust, and then an alignment film made of a polymer, such as polyimide, is applied by spin coating or the like, followed by heat treatment to form an alignment film on the substrate.

이 후, 로울러 등에 의해 특정방향에 러빙처리를 실시하고, 한쪽 기판의 주변에 실의 인쇄를 행하고, 또 한쪽의 기판에 직경 5㎛∼20㎛정도의 비즈를 분산시킨다. 이 2장의 기판을 러빙방향이 서로 쌍이 되도록 맞선 빈 셀을 구성하였다.Thereafter, rubbing treatment is performed in a specific direction by a roller or the like, the yarn is printed around one substrate, and beads having a diameter of about 5 µm to 20 µm are dispersed on one substrate. These two substrates were configured such that the empty cells in which the rubbing directions were paired with each other.

굴절율이방성을 갖는 광학매체로서는 액정을 사용하고, 여기서 제작한 빈셀에 대해 주입을 행하였다. 이번에 사용한 액정은 양의 유전이방성을 갖는 것이지만. 음의 유전이방성을 갖는 것을 사용하는 것도 가능하다.As an optical medium having refractive index anisotropy, a liquid crystal was used, and injection was performed on the empty cell produced here. The liquid crystal used this time has positive dielectric anisotropy. It is also possible to use those with negative dielectric anisotropy.

광중합성 액정모노머 또는 광가교가능 액정폴리머 등이 포함되어 있고, 360nm 전후의 자외영역의 파장의 광조사에 의해 액정은 경화하여, 액정분자의 방향이 고정화되는 특성을 갖고 있다. 주입은 실온에서 대기분위기 중에서 행하였지만, 고온 40℃∼60℃정도, 또는 진공분위기에서 주입을 행하여도 좋다. 액정을 주입후의 셀에 대해 주입구 및 탈기구 부근을 밀봉제로 밀폐하고, 액정샘플을 완성하였다.A photopolymerizable liquid crystal monomer, a photocrosslinkable liquid crystal polymer, and the like are included, and the liquid crystal is cured by light irradiation of a wavelength in the ultraviolet region around 360 nm, and the liquid crystal molecules have a characteristic of immobilizing. The injection was carried out in an air atmosphere at room temperature, but the injection may be performed at a high temperature of about 40 ° C to 60 ° C or in a vacuum atmosphere. The cell after the injection of liquid crystal was sealed in the vicinity of the injection port and the deaerator with a sealant to complete the liquid crystal sample.

이상과 같이 하여 제작한 액정샘플을 도 42에서 나타낸 광학계 중의 체적홀로그램(521)의 제작위치에 세팅하였다. 미리 셔터(912) 및 (405)를 연 상태에서 샘플위치에는 1㎛피치 정도의 감섭호가 형성되도록 조정하였다. 이때 미러(906)에 의한 광속의 집광각도는 15°∼45°정도이고, Ar레이저의 조사강도는 50mW∼100mW정도이다.The liquid crystal sample produced as above was set at the manufacturing position of the volume hologram 521 in the optical system shown in FIG. The shutters 912 and 405 were opened in advance and adjusted to form a superficial arc having a pitch of about 1 μm at the sample position. At this time, the condensing angle of the luminous flux by the mirror 906 is about 15 ° to 45 °, and the irradiation intensity of the Ar laser is about 50mW to 100mW.

다음에, 액정샘플에 대하여 레이저에 의한 간섭고를 형성하는 프로세스에 관해서 설명한다. 우선, 셔터(912)를 닫고, 셔터(405)를 연 상태에서 액정샘플을 세팅한다. 그리고, 셔터(912)를 소정의 시간, 여기서는 1분 정도 개방한 후 닫는다.Next, the process of forming the interference height with a laser with respect to a liquid crystal sample is demonstrated. First, the shutter 912 is closed and the liquid crystal sample is set with the shutter 405 open. Then, the shutter 912 is opened for a predetermined time, here about one minute, and then closed.

이것이 제1의 공정이고, 이 과정에 의해 액정샘플에는 레이저의 2광속의 간섭에 의해 형성되어 있는 간섭고의 강도가 높은 명부에 속하는 영역의 액정의 경화가 행해지고, 액정분자가 초기에 배향된 방향으로 분자축이 고정화된다. 여기에서 양의 유전이방성을 갖는 액정을 사용하고 있기 때문에, 초기에는 그라스기판에 평행한 방향으로 액정분자는 고르게 배향하고 있고, 이 상태가 보존되는 것으로 된다. 한편, 간섭고의 암부에 속하는 영역에서는 광강도가 명부에 비하여 낮으므로, 이 제1의 공정에서는 액정분자의 경화는 거의 촉진되지 않는다.This is the first step, by which the liquid crystal sample is cured in the region of the region belonging to the high intensity of the interference height formed by the interference of the two light beams of the laser, and the liquid crystal molecules are initially aligned. The molecular axis is fixed. Since a liquid crystal having positive dielectric anisotropy is used here, initially, liquid crystal molecules are evenly oriented in a direction parallel to the glass substrate, and this state is preserved. On the other hand, in the region belonging to the dark portion of the interference height, since the light intensity is lower than that of the light, hardening of the liquid crystal molecules is hardly promoted in this first step.

다음에, 제2의 공정으로서 액정샘플 2장의 그라스기판의 내측에 형성된 투명도전성 전극으로서의 ITO전극 사이에 5(V/㎛)정도의 교류전계를 인가한다. 이 전계인가에 의한해 간섭고의 암부에 속하는 영역의 미경화의 액정분자는 유리기판에 대하여 수직으로 서 있는 방향으로 경사진다. 이때의 경사 각도는 인가하는 전계에 비례하므로 전계의 크기를 조정하는 것으로 소망의 경사각도, 또 굴절율차를 부여할 수 있다.Next, as a second step, an alternating electric field of about 5 (V / μm) is applied between the ITO electrode serving as the transparent conductive electrode formed inside the glass substrate of the two liquid crystal samples. By applying this electric field, the uncured liquid crystal molecules in the region belonging to the dark portion of the interference height are inclined in the direction standing perpendicular to the glass substrate. Since the inclination angle at this time is proportional to the electric field to be applied, the desired inclination angle and refractive index difference can be given by adjusting the magnitude of the electric field.

상기와 같이 전압을 인가한 상태에서 셔터(405)를 닫고, 간섭고를 형성하지 않은 고른 강도분포의 광을 체적홀로그램(521)의 전면에 5분간 정도 조사하고, 미경화의 암부 영역의 액정을 포함한 전체를 완전하게 경화시킨다.Close the shutter 405 while applying the voltage as described above, irradiate the entire surface of the volume hologram 521 with light of an even intensity distribution without forming an interference height for about 5 minutes, and include liquid crystal in the uncured dark region. Harden the whole completely.

이상과 같은 제 1과 제 2의 공정을 행하는 것으로, 도 18에서 나타난 바와 같은 구조를 갖는 체적홀로그램(521)를 제작하였다. 이 소자의 회절효율을 He-Ne레이저를 사용하여 입사하는 편광방향을 변화시켜 측정하였다. 상광선에 대한 투과율은 98%전후이고, 높은 투과율을 갖고 있었다. 또한, 이상광선에 대한 1차의 방향으로의 회절효율은 90%정도인 양호한 결과가 얻어졌다. 따라서, 여기서 제작한 체적홀로그램소자는 높은 편광분리특성 및 회절효율을 갖고 있고 정보처리장치에 사용되는 회절광학소자로서 유망한 것으로 판명하였다.By performing the above-mentioned first and second steps, a volume hologram 521 having a structure as shown in FIG. 18 was produced. The diffraction efficiency of this device was measured by changing the incident polarization direction using a He-Ne laser. The transmittance to normal light was around 98%, and had a high transmittance. In addition, good results were obtained in which the diffraction efficiency in the primary direction with respect to the abnormal light beam was about 90%. Therefore, the volume hologram device manufactured here has high polarization separation characteristics and diffraction efficiency, and proves to be promising as a diffraction optical element used in an information processing apparatus.

(실시 형태 B8-3)(Embodiment B8-3)

대향하는 2장의 그라스기판을 사용하고, 이것에 대한 배향막 형성으로부터 실시 형태 B8-2와 동일의 프로세스를 행하고, 액정샘플을 시험제작하였다. 이 샘플을 도 42에 나타낸 광학시스템에 세팅하고, 제 1의 공정으로서 간섭고의 명부의 노광을 행하였다.Using two opposite glass substrates, the same process as in Embodiment B8-2 was carried out from forming an alignment film thereon, and a liquid crystal sample was tested. This sample was set in the optical system shown in FIG. 42, and the exposure of the interference height was exposed as a 1st process.

다음에, 제 2의 공정으로서 암부의 호(縞)에 속하는 영역의 액정분자의 배열방향을 초기위치로부터 변화시키기 위하여, 도 42에서 나타낸 체적홀로그램샘플(521)에 대해 자계를 인가하기 위한 설정을 행하였다. 구체적으로는 초전도 마그넷에 의해 액정샘플 주변에 자장을 형성하였다.Next, as a second step, a setting for applying a magnetic field to the volume hologram sample 521 shown in Fig. 42 is made in order to change the arrangement direction of the liquid crystal molecules in the region belonging to the arc of the dark portion from the initial position. It was done. Specifically, a magnetic field was formed around the liquid crystal sample by the superconducting magnet.

액정은 유전이방성을 갖고 있으므로, 전계와 동일한 자계의 인가에 의해서도 액정분자의 분자축을 변화시키는 것이 가능하다. 상기와 같은 자장의 인가에 의해 암부 영역의 액정분자를 그라스기판에 대하여 수직으로 세운 방향으로 변화시킨다. 그리고, 이 상태에서 실시 형태 B8-2와 동일하게 셔터(405)를 닫고, 균일한 광조사를 액정샘플에 행하는 것으로 패널 전체의 경화를 행하였다.Since the liquid crystal has dielectric anisotropy, it is possible to change the molecular axis of the liquid crystal molecules by applying the same magnetic field as the electric field. By applying the magnetic field as described above, the liquid crystal molecules in the dark region are changed in the direction perpendicular to the glass substrate. In this state, the shutter 405 was closed in the same manner as in the embodiment B8-2, and the entire panel was cured by performing uniform light irradiation on the liquid crystal sample.

자계인가를 사용한 경우, 액정샘플은 투명전도성 전극으로서의 ITO 등의 형성이 불필요하게 되므로, 이 프로세스가 생략된 구성이 간단하고 보다 염가의 제작이 가능하다. 또한, 유리, ITO계면에서의 굴절율차에 의한 반사광의 영향이 제거되므로, 투과율이 높게 되어 회절광학소자로서의 기능도 향상하는 것으로 된다.When magnetic field application is used, the liquid crystal sample is not required to form ITO or the like as a transparent conductive electrode, so that the configuration in which this process is omitted is simpler and more inexpensive production is possible. Moreover, since the influence of the reflected light by the refractive index difference in glass and an ITO interface is eliminated, a transmittance becomes high and it also improves the function as a diffraction optical element.

이상과 같은 프로세스에서 제작한 체적홀로그램소자의 편광방향에 대한 회절효율을 실제의 형태 B8-2와 동일한 수법으로 측정하였다. 이 결과, 회절효율로서는 90% 이상의 성능을 갖고 있고, 자계인가에 의한 방법에 의해서도 액정분자방향의 제어를 적절하게 행하는 것이 가능하다고 판명하였다.The diffraction efficiency with respect to the polarization direction of the volume hologram element produced in the above process was measured by the same method as the actual form B8-2. As a result, it was found that the diffraction efficiency had a performance of 90% or more, and it was possible to appropriately control the liquid crystal molecular direction even by a method by applying a magnetic field.

(실시 형태 B8-4)(Embodiment B8-4)

유리기판상에 배향막을 도포하는 공정으로부터 실시 형태 B8-3과 동일하게 액정샘플의 시험제작을 행하였다. 본 실시 형태 B에서는 배향막으로서 폴리비닐신나메이트(PVCi)를 사용하고, 또한 롤러러빙의 공정을 생략하였다. 이 샘플을 도 42에 있어서 광학시스템에 세팅하였다. 이번에, 이 시스템에 있어서 빔 익스팬더(913)의 직후에 편광자를 설치하고, 레이저광의 직선편광 성분만을 사용하는 구성으로 하였다.From the step of applying the alignment film on the glass substrate, a liquid crystal sample was produced in the same manner as in the embodiment B8-3. In Embodiment B, polyvinyl cinnamate (PVCi) was used as an oriented film, and the process of roller rubbing was abbreviate | omitted. This sample was set in the optical system in FIG. In this system, a polarizer is provided immediately after the beam expander 913, and only the linearly polarized light component of the laser beam is used.

우선, 제1의 공정으로서 간섭고의 명부에 속하는 영역의 노광을 실시의 형태 B8-2와 동일하게 하여 행하였다. 이때, 간섭고 패턴은 레이저광의 직선편광 성분만으로 이루어져 있다. 고분자막에 광원으로서 직선편광을 조사한 경우, 랜덤하게 배향하고 있는 고분자 중에서부터 그 주쇄(또는 측쇄)를 편광방향으로 향하여 있는 분자가 주로 광을 흡수하고 광반응을 일으키며, 그 막에 광학이방성이 발현한다. 고분자재료 등에 있어서 그 고분자의 광반응과정(광이성화, 광중합, 광분해)가 조사되는 광의 편광방향과 그 고분자가 이루는 각도에 의해 제어할 수 있다.First, as a 1st process, exposure of the area | region belonging to the list of interference heights was performed similarly to Embodiment B8-2. At this time, the interference height pattern consists only of the linearly polarized light component of the laser light. When linearly polarized light is irradiated onto a polymer film as a light source, molecules whose main chains (or side chains) are directed in the polarization direction from among randomly oriented polymers mainly absorb light and cause photoreaction, and optical anisotropy is expressed on the film. . In the polymer material or the like, the photoreaction process (photoisomerization, photopolymerization, photolysis) of the polymer can be controlled by the polarization direction of the irradiated light and the angle formed by the polymer.

따라서, 여기서 간섭고를 구성하는 자외영역의 광의 편광방향을 제어하는 것에 의해 액정 분자의 배향방향이 그라스기판에 대하여 평행방향으로 되도록 한 설정을 행하였다.Therefore, setting was made such that the alignment direction of the liquid crystal molecules became parallel to the glass substrate by controlling the polarization direction of the light of the ultraviolet region constituting the interference height.

다음에, 제 2의 공정에서는 상기의 편광자의 직후에 1/2파장판을 놓고, 레이저광의 편광방향을 90°회전시켰다. 그리고, 셔터(405)를 닫고, 제1의 공정에 있어서 편광방향과 직교하는 방향으로 편광방향을 갖는 균일한 광을 액정샘플에 조사하였다. 암부에 속하는 영역에서는 명부에 대하여, 편광방향이 90°회전한 광이 조사되므로, 액정분자의 배향방향이 제1의 공정의 위치로부터 변화하여 고정화된다.Next, in the second process, a half-wave plate was placed immediately after the polarizer, and the polarization direction of the laser light was rotated by 90 degrees. Then, the shutter 405 was closed, and uniform light having the polarization direction in the direction orthogonal to the polarization direction was irradiated to the liquid crystal sample in the first step. In the region belonging to the dark portion, since the light of which the polarization direction is rotated by 90 ° is irradiated with respect to the light beam, the alignment direction of the liquid crystal molecules changes from the position of the first step and is fixed.

이상의 프로세스에 의하여 간섭고의 명부와 암부에 대응하는 층에 액정분자의 방향이 다른 주기구조를 형성하는 것이 가능해진다. 이 경우, 광조사에 의해 액정분자의 배향을 행하기 위하여 간섭고의 노광을 겸하여 행하는 것이 가능해지고, 제작프로세스를 간략화할 수 있다. 또한, 롤러에 의한 러빙법에 대하여, 비접촉에서 행할 수 있으며, 먼지 등의 혼입을 방지하고, 신뢰성이 높은 제조프로세스기술을 확립할 수 있고, 대량생산 등에도 안정하게 대응 가능하게 된다.Through the above process, it is possible to form a periodic structure in which the direction of the liquid crystal molecules differs in the layer corresponding to the crest of the interference height and the dark portion. In this case, in order to align the liquid crystal molecules by light irradiation, it is possible to perform both the exposure of the interference height and the production process can be simplified. In addition, the rubbing method with a roller can be performed in a non-contact manner, to prevent the mixing of dust and the like, to establish a highly reliable manufacturing process technology, and to stably cope with mass production.

여기서 제작한 체적홀로그램(521)의 회절효율을 실시 형태 B8-2, 3과 동일한 방법으로 평가하였다. 이 결과, 회절효율로서는 70%정도이고, 약간 회절효율이 저하하는 것의 50% 이상의 효율이 얻어지고, 3차원적인 주기구조가 형성된 회절광학소자가 제작된 것이 분명하게 되었다.The diffraction efficiency of the volume hologram 521 produced here was evaluated in the same manner as in Embodiments B8-2 and 3. As a result, the diffraction efficiency is about 70%, and the efficiency of 50% or more of slightly decreasing diffraction efficiency is obtained, and it is evident that a diffraction optical element having a three-dimensional periodic structure is produced.

또한, 배향막으로서의 PVCi를 도포한 후, 셀을 조립하기 이전에 특정의 편광방향을 갖는 자외영역의 파장의 광조사를 행하는 과정을, 액정분자의 배향성의 개선을 위해서 도입하여도 좋다.In addition, after coating PVCi as an oriented film, before assembling a cell, the process of performing light irradiation of the wavelength of the ultraviolet region which has a specific polarization direction may be introduced for the improvement of the orientation of a liquid crystal molecule.

(실시 형태 B8-5)(Embodiment B8-5)

실시 형태 B8-2와 동일한 프로세스를 사용하고, 액정샘플의 시험제작을 행하였다. 이번은 샘플의 반분의 영역에 마스크를 하고, 도 42에 나타난 광학시스템에 세팅하였다. 그리고, 실시 형태 B8-2와 동일하게 제1과 제2의 공정을 행하여 마스크가 없는 영역에 체적홀로그램을 제작하였다.Using the same process as in the embodiment B8-2, a test liquid crystal sample was produced. This time, the mask was masked in half of the sample and set in the optical system shown in FIG. Then, in the same manner as in the embodiment B8-2, the first and second steps were performed to produce volume holograms in the region without a mask.

다음에, 도 42에 나타낸 미러(916)의 각도를 변화시키는 것으로, 2광속의 빔 각도를 5°정도 변화하였다. 그리고, 먼저의 샘플의 마스크부분을 제거하고, 이 부분에 대하여 제1과 제 2의 공정을 반복하여 행하고, 체적홀로그램을 제작하였다.Next, by changing the angle of the mirror 916 shown in FIG. 42, the beam angle of two light beams changed about 5 degrees. Then, the mask portion of the first sample was removed, and the first and second steps were repeated for this portion to produce a volume hologram.

이상과 같이 하여 제작한 체적홀로그램소자(521)를 평가한 결과, 소자의 전면으로의 이상광선의 조사에 대하여 다른 2개의 각도방향으로 광이 회절되었다.As a result of evaluating the volume hologram element 521 produced as described above, light was diffracted in two different angular directions with respect to irradiation of abnormal light to the front surface of the element.

또한, 이때의 각각의 회절효율은 90%정도이고, 복수의 영역이 다른 층 구조를 양호하게 제작할 수 있는 것이 판명되었다. 이것을 도 40의 구성에 적용하면, 체적홀로그램소자(521)에 의해 2방향으로 분할되므로, 광검출기(902)상의 다른 영역에서 신호검출이 한번에 행해지고, 초점 어긋남, 트랙킹 어긋남 등의 신호검출을 효율 좋게 행할 수 있다.Moreover, each diffraction efficiency at this time is about 90%, and it turned out that the layer structure from which several area | region differed favorably can be manufactured. Applying this to the configuration of FIG. 40, since it is divided into two directions by the volume hologram element 521, signal detection is performed at once in different areas on the photodetector 902, and signal detection such as focus shift and tracking shift can be efficiently performed. I can do it.

(실시 형태 B8-6)(Example B8-6)

실시 형태 B8-6과 동일하게 하여 액정샘플을 제작하였다. 이것을 도 42에 나타낸 광학시스템에 도입하여 제1의 공정을 행하는 것으로, 간섭고의 명부에 속하는 영역의 노광을 행하였다. 여기서, 미러(916)의 각도를 5°정도 변화시키고, 다른 주기의 간섭고를 형성하며, 이 상태에서 상기의 제1의 공정을 반복하여 명부의 영역의 노광을 행하였다.A liquid crystal sample was produced in the same manner as in the embodiment B8-6. This was introduced into the optical system shown in Fig. 42 and the first step was performed to expose the area belonging to the crest of the interference height. Here, the angle of the mirror 916 was changed by about 5 degrees, and the interference height of another period was formed, and the said 1st process was repeated in this state, and exposure of the area | region of the root was performed.

다음에 실시 형태 B8-2와 동일하게 셔터(405)를 닫고, 균일한 광을 체적홀로그램소자(521)에 조사하는 제2의 공정을 행하는 것으로, 체적홀로그램소자를 제작하였다.Next, similarly to Embodiment B8-2, the shutter 405 was closed and the volume hologram element was produced by performing the 2nd process which irradiates the volume hologram element 521 with uniform light.

이상과 같이 하여 제작한 체적홀로그램소자(521)의 평가를 행하였다. 이상광선을 사용하고, 회절효율 측정용의 레이저의 각도를 2회의 간섭고의 노광에 대응하는 방향으로 설정하여, 다른 각도에서 각각 측정하였다. 회절효율로서는 각각 2개의 경우에서 75%∼80%정도였다. 간섭고를 중첩하여 형성하는 것으로 다소 회절효율이 단독의 경우에 비하여 감소하고 있지만, 이것은 액정샘플의 두께를 두껍게 조정하는 것 등에서도 개량은 가능하다고 생각된다. 한편, 상광선에 대하여는 실시 형태 B8-2와 동일한 98% 정도의 투과율을 갖고 있었다.The volume hologram element 521 produced as described above was evaluated. Using the abnormal light beam, the angle of the laser for diffraction efficiency measurement was set in the direction corresponding to the exposure of two interference heights, and each was measured at a different angle. The diffraction efficiency was about 75% to 80% in two cases, respectively. Although the diffraction efficiency is somewhat reduced compared to the case of forming the interference height by overlapping, it is considered that the improvement is possible even by adjusting the thickness of the liquid crystal sample thickly. On the other hand, about normal light, it had the transmittance | permeability of about 98% similar to Embodiment B8-2.

이상과 같이 체적홀로그램소자(521)를 간섭고를 중첩하여 제작하는 것이 가능하였다. 이것은 다른 파장을 갖는 복수의 레이저를 사용하여 광판독, 기록을 행하는 광정보처리장치에 있어서 유효하다고 생각된다.As described above, the volume hologram element 521 can be manufactured by overlapping the interference height. This is considered to be effective in an optical information processing apparatus for performing optical reading and recording using a plurality of lasers having different wavelengths.

이상과 같이 본 실시 형태 B에서는 굴절율이방성을 갖는 광학매체에 의해 광정보처리장치에 사용되는 회절광학소자의 구성 및 그 제조방법에 관해서 설명하였다.As described above, in Embodiment B, the configuration of the diffractive optical element used in the optical information processing apparatus by the optical medium having refractive index anisotropy and the manufacturing method thereof have been described.

굴절율이방성을 갖는 광학매체로서는 니오븀(niobiom)산리튬, KD2PO4,β-BaB2O4, PLZT 등의 전기광학효과 등을 갖는 일축성의 결정을 사용하는 것도 가능하고, 또한 KTiPO4등의 2축성의 광학결정 등도 포함하는 굴절율이방성을 갖는 매체를 사용하는 것에 의해 효과를 발휘하는 것도 가능하다.As the optical medium having a refractive index anisotropy is also possible to use niobium (niobiom) lithium, KD 2 PO 4, determination of the uniaxial having such an electro-optical effect, such as β-BaB2O4, PLZT, and further KTiPO 4 such as biaxial the It is also possible to exert the effect by using a medium having refractive index anisotropy including optical crystals and the like.

또한, 기록전용 또는 판독전용의 장치로서도 사용하는 것이 가능한 것은 말할 것도 없다.It goes without saying that it can also be used as a write-only or read-only device.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 발광체가 큰 램프의 출력광속을 작은 발광체로부터의 출력광속으로 변환하는 것이 가능하므로, 조명광학계의 집광효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to convert the output light flux of the lamp with a large light emitter into the output light flux from a small light emitter, and thus the light condensing efficiency of the illumination optical system can be improved remarkably.

또, 발광체의 크기에 기인하는 집광광학계의 수차의 영향에 의해 발생하고 있던 인터그레이터 및 편광변환소자의 집광효율 또는 편광변환효율의 로스를 최소한으로 억제하는 것이 가능해지고, 균일하고 밝은(투사효율이 높은) 화상을 표시할 수 있다.In addition, it is possible to minimize the loss of the light collection efficiency or the polarization conversion efficiency of the integrator and the polarization conversion element caused by the influence of the condensing optical system aberration due to the size of the light emitting body, and to achieve uniform and bright (projection efficiency High) image can be displayed.

또한, 이상과 같이 본 발명에 의하면, 입사광을 회절/직진의 전환 가능하고, 또한 직진하는 경우에 비스듬하게 입사하는 이상광선의 회절이 매우 작은 홀로그램소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 홀로그램소자를 사용하여, 염가로 고효율의 편광분리기능을 실현하고, 그것을 사용하여 효율이 높은 화상표시를 구성할 수 있다.In addition, according to the present invention as described above, it is possible to provide a hologram element capable of switching the incident light to diffraction / straightness and having a very small diffraction of the extraneous light incident at an oblique angle when going straight. In addition, by using the hologram element of the present invention, it is possible to realize a high-efficiency polarization separation function at low cost, and to use it to constitute highly efficient image display.

또, 본 발명의 홀로그램소자를 사용하여 시야각은 좁지만 밝은 화상표시와, 정면으로부터의 밝기는 어둡지만 시야각이 넓은 화상표시를 필요에 따라 수시로 전환가능한 직시형의 화상표시장치를 구성할 수 있다.In addition, by using the hologram element of the present invention, a direct view type image display device that can be switched from time to time can be configured as necessary to display an image display having a narrow viewing angle but having a bright viewing angle and an image having a large viewing angle having a low brightness from the front.

따라서, 본 발명은 그와 같은 화상표시장치 등의 분야에서 사용할 수 있고, 유효하다.Therefore, the present invention can be used in such fields as an image display device and is effective.

(표 1)Table 1

굴절율차Δn(Ne-No)Refractive Index Difference Δn (Ne-No) 평균굴절율Ne-No/2Average refractive index Ne-No / 2 격자 피치(㎛)Lattice Pitch (μm) 회절격자두께(㎛)Diffraction grating thickness (㎛) 입사파장(㎛)Incident wavelength (㎛) 블랙각(°)Black angle (°) η1η1 0.0830.083 1.5931.593 1.3231.323 1010 0.550.55 1212 η2η2 0.1450.145 1.5911.591 1.3231.323 1010 0.550.55 1212

Claims (122)

재료의 조성이 다른 복수의 영역을 가지고,Has a plurality of regions with different composition of materials, 상기 복수의 영역은, 적어도 특정의 파장에 의해 경화함은 물론 굴절율 이방성을 가지는 광경화형 액정으로 이루어지는 제1 영역과,The plurality of regions include at least a first region composed of a photocurable liquid crystal having a refractive index anisotropy as well as curing at a specific wavelength; 상기 파장에 의해 비경화인 액정(이하, 비중합성액정이라고 약칭함)으로 이루어지는 제 2 영역으로 형성되고,By the said wavelength, it forms in the 2nd area | region which consists of non-hardened liquid crystal (it abbreviates as non-polymerizable liquid crystal hereafter), 상기 광경화형 액정의 경화후의 상광선(常光線)에 대한 굴절율 및 이상광선(異常光線)에 대한 굴절율이 상기 비중합성 액정의 상광선에 대한 굴절율 및 이상광선에 대한 굴절율과 각각 대략 동일한 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.The refractive index with respect to the normal light beam and the abnormal light beam after hardening of the said photocurable liquid crystal is substantially the same as the refractive index with respect to the normal light beam and the abnormal light beam of the said non-polymerizable liquid crystal, respectively. Hologram element. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비중합성 액정에 대한 인가전압에 의해, 비중합성 액정의 스위칭상태를 제어하는 것으로 입사하는 이상광선에 대한 제2 영역의 굴절율을 제어하는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.And controlling the refractive index of the second region with respect to the incident light beam by controlling the switching state of the non-polymerizable liquid crystal by the voltage applied to the non-polymerizable liquid crystal. 제 1 항의 홀로그램소자의 제조방법 있어서,In the method of manufacturing the hologram element of claim 1, 상기 광경화형 액정과 상기 비중합성 액정을 대략 균일하게 혼합시켜 이루어지는 혼합액정을, 특정한 간격을 마련하여 배치한 2장의 평행평판상의 유리기판사이에 주입하고, 상기 광경화형 액정을 경화시키는 파장의 레이저광으로 상기 주입된 혼합액정을 간섭노광시키는 것에 의해, 상기 복수의 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자의 제조방법.A laser beam having a wavelength at which a mixed liquid crystal formed by mixing the photocurable liquid crystal and the nonpolymerizable liquid crystal is substantially uniformly injected between two parallel flat glass substrates arranged at a specific interval and curing the photocurable liquid crystal. And a plurality of regions are formed by interfering the injected mixed liquid crystal with each other. 적어도 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 홀로그램 소자와,At least the hologram element according to claim 1 or 2, 상기 홀로그램 소자를 조명하는 조명수단과,Illumination means for illuminating the hologram element, 상기 홀로그램 소자의 출력광속을 변조하는 것으로 화상을 표시하는 화상표시수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And image display means for displaying an image by modulating the output luminous flux of said hologram element. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 홀로그램 소자는 무편광인 입사광속 중에서 특정한 편광성분의 사출각만을 선택적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the hologram element selectively changes only an exit angle of a specific polarization component among unpolarized incident light beams. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 홀로그램 소자는 상기 조명수단에서의 입사광 중에서 특정한 편광성분(이하, 제1 편광성분이라고 약칭함)을 상기 화상표시수단의 대략 법선방향으로 회절시키는 기능을 가지고, 상기 홀로그램 소자는 상기 제2 영역에 대한 인가전압을 제어함으로써 상기 기능을 제어하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The hologram element has a function of diffracting a specific polarization component (hereinafter, abbreviated as first polarization component) of the incident light from the illumination means in a substantially normal direction of the image display means, and the hologram element is applied to the second region. And controlling the function by controlling the applied voltage. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 화상표시수단이, 특정한 편광성분(이하, 제2 편광성분으로 약기함)만 변조하는 기능을 가지고 있고, 또 상기 홀로그램 소자에 의해 선택적으로 회절되는 상기 제1 편광성분과 상기 제2 편광성분의 전계벡터의 진동하는 방향이 거의 동일한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The image display means has a function of modulating only a specific polarization component (hereinafter abbreviated as a second polarization component), and further comprising the first polarization component and the second polarization component selectively diffracted by the hologram element. An image display apparatus, wherein the direction of oscillation of the electric field vector is substantially the same. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 홀로그램 소자의 뒷면에 λ/4파장판과 반사미러를 구비하고 있고, 상기 반사미러의 설치각도는 상기 홀로그램 소자에 대해 적어도 5°이상인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And a λ / 4 wave plate and a reflecting mirror on a rear surface of the hologram element, wherein an installation angle of the reflecting mirror is at least 5 ° with respect to the hologram element. 적어도 각 화소마다 경화된 광경화형 액정으로 둘러싸인 마이크로셀 구조를 가지고,At least each pixel has a microcell structure surrounded by a cured photocurable liquid crystal, 또 상기 마이크로셀 내에 비중합성 액정을 구비하며,And a non-polymerizable liquid crystal in the microcell, 또 상기 광경화형 액정의 경화후의 상광선에 대한 굴절율 및 이상광선에 대한 굴절율이 상기 비중합성 액정의 상광선에 대한 굴절율 및 이상광선에 대한 굴절율과 각각 대략 동일한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the refractive index with respect to the normal light after curing of the photocurable liquid crystal and the refractive index with respect to the abnormal light are substantially the same as the refractive index with respect to the normal light and the refractive index with respect to the abnormal light of the non-polymerizable liquid crystal, respectively. 적어도, 입사광속에 대하여 편광이방성을 가지고,At least, it has polarization anisotropy with respect to the incident light beam, 대개 제1 편광성분만 선택적으로 회절시키는 평판상의 제1 및 제2 홀로그램 소자로 이루어지며,Usually consists of first and second holographic elements on the plate that selectively diffract only the first polarization component, 상기 제1 홀로그램 소자에 입사하는 입사광속과 광축을 이루는 각 θ0과,An angle θ0 constituting an optical axis and an incident light beam incident on the first hologram element, 상기 입사광속이 상기 제1 홀로그램 소자에 의해 회절된 제1 출력광속이 광축과 이루는 각도 θ1과,An angle θ1 of which the first output light beam diffracted by the first hologram element is incident to the optical axis; 상기 제1 출력광속이 상기 제2 홀로그램 소자에 입사후 회절되어 출력되는 제2 광속이 광축과 이루는 각도 θ2가 아래 식The angle θ2 of the second light flux diffracted after the first output light beam is incident on the second hologram element and formed by the optical axis is expressed by the following equation. θ1 - θ2〉 20 θ1-θ2 〉 20 θ0 - θ2〈 15 θ0-θ2 〈15 을 만족하는 것을 특징으로 하는 편광분리소자.Polarization separator, characterized in that to satisfy. 제 1 항의 편광분리소자에 있어서,In the polarization splitting device of claim 1, 상기 편광분리소자는, 유리기판에 의해 홀로그램 재료를 협지하여 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광분리소자.The polarization splitting device is a polarization splitting device comprising a holographic material sandwiched by a glass substrate. 제 1 항의 편광분리소자에 있어서,In the polarization splitting device of claim 1, 상기 홀로그램 재료는 UV경화형 액정인 것을 특징으로 하는 편광분리소자.And the hologram material is a UV curable liquid crystal. 제 1 항의 편광분리소자에 있어서,In the polarization splitting device of claim 1, 상기 홀로그램 재료가 특정영역의 파장에 대하여 감도를 가지는 포토폴리머와 액정 폴리머와의 혼합물인 것을 특징으로 하는 편광분리소자.And the hologram material is a mixture of a photopolymer having a sensitivity to a wavelength of a specific region and a liquid crystal polymer. 적어도, 편광형 화상표시수단과, 상기 편광형 화상표시수단을 조명하는 조명수단을 구비한 투사형 화상표시장치로서,A projection type image display apparatus comprising at least polarized image display means and illumination means for illuminating the polarized image display means, 상기 편광형 화상표시수단은, 이 편광형 화상표시수단에 입사하는 상기 조명수단으로부터의 조명광 중에서 특정한 편광성분을 변조하여 출력하는 것으로 화상을 표시하고,The polarization type image display means displays an image by modulating and outputting a specific polarization component among the illumination light from the illumination means incident on the polarization type image display means, 상기 조명수단은, 적어도 발광수단과, 상기 발광수단의 출력광속을 집광하는 제1 집광수단과, 상기 편광분리소자와, 복수의 미소렌즈를 2차원 어레이모양으로 배치하여 이루어지는 제1 및 제2 파리눈 렌즈로 구성되는 인터그레이터를 구비하고 있으며,The illuminating means includes at least a light emitting means, a first condensing means for condensing the output light flux of the light emitting means, the polarization splitting element, and a plurality of microlenses in a two-dimensional array. It has an integrator composed of an eye lens, 상기 편광분리소자는 제1 파리눈렌즈와 제1 집광수단의 사이에 배치되고, 입사광속 중에서 제1 편광성분을 회절시켜 상기 제2 광속으로서 출력하고, 제1 편광성분과 직교하는 편광방향을 가지는 제2 편광성분을 거의 회절시키지 않고 제3 광속으로서 출력하며,The polarization splitting element is disposed between the first fly's eye lens and the first condensing means, diffracts a first polarized component among the incident light beams, outputs the second polarized light beam, and has a polarization direction orthogonal to the first polarized light component. Output as a third luminous flux with almost no diffraction of the second polarization component, 상기 제1 파리눈 렌즈를 구성하는 제1 미소렌즈군의 각 렌즈는 제2 파리눈렌즈를 구성하는 제2 미소렌즈군 중에서 대응하는 미소렌즈에 발광수단의 상을 결상시키고,Each lens of the first microlens group constituting the first fly's eye lens forms an image of the light emitting unit on a corresponding microlens of the second microlens group constituting the second fly's eye lens, 또, 상기 제2 광속 또는 제3 광속이 결상하는 위치에 편광방향을 거의 90°회전시키는 편파면 회전수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.And a polarization plane rotating means for rotating the polarization direction by approximately 90 ° at a position where the second light beam or the third light beam forms an image. 서로 거의 평행하게 배치되고, 각각 서로 거의 동일한 소정의 편광성분을 선택적으로 회절시키는 평판상의 제1 및 제2 홀로그램 소자를 구비하며,A first and second holographic elements on a plate disposed substantially parallel to each other and selectively diffracting predetermined polarization components that are substantially the same as each other, 상기 제1 홀로그램 소자에 입사하고, 상기 제1 및 상기 제2 홀로그램 소자에 의해 회절되어 상기 제2 홀로그램 소자로부터 출사하는 회절광속과,A diffracted light beam incident on the first hologram element, diffracted by the first and second hologram elements and exiting from the second hologram element, 상기 제1 홀로그램 소자에 입사하고, 상기 제1 및 상기 제2 홀로그램 소자를 투과하여 상기 제2 홀로그램 소자로부터 출사하는 투과광속과의 이루는 각도가 0°를 초과하고, 또 15°미만으로 되어 있음과 동시에,An angle between the first and second hologram elements, transmitted through the first and second hologram elements and transmitted from the second hologram element, is greater than 0 ° and less than 15 °; and At the same time, 상기 제1 홀로그램 소자에 입사하고, 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자에 의해 회절되는 광속에서의 각각의 홀로그램 소자에 입사하는 광속과 각각의 홀로그램 소자에 의해 회절된 광속과의 이루는 각도가 각각 20°를 초과하는 것을 특징으로 하는 편광분리소자.The angle between the light flux incident on the first hologram element and the light flux incident on each hologram element at the light flux diffracted by the first and second hologram elements and the light flux diffracted by each hologram element are each 20 °. Polarization splitter, characterized in that exceeding. 제 1 항의 편광분리소자에 있어서,In the polarization splitting device of claim 1, 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자는 한쌍의 유리기판 사이에 홀로그램 재료가 배치되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 편광분리소자.And said first and second hologram elements comprise a hologram material disposed between a pair of glass substrates. 제 2 항의 편광분리소자에 있어서,In the polarization splitting device of claim 2, 상기 홀로그램 재료는 자외선 경화형 액정이 경화하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광분리소자.The hologram material is a polarization splitting device, characterized in that the ultraviolet curable liquid crystal is made by curing. 제 2 항의 편광분리소자에 있어서,In the polarization splitting device of claim 2, 상기 홀로그램 재료는 소정 영역의 파장의 광의 조사에 대해 경화성을 가지는 포토폴리머와 액정폴리머와의 혼합물이 경화하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광분리소자.The hologram material is a polarization splitting device, characterized in that the mixture of the photopolymer and the liquid crystal polymer having a curability to the irradiation of light of a wavelength of a predetermined region is cured. 발광수단과,Light emitting means, 입사한 광속에서 서로 다른 방향의 편광성분의 광로를 다르게 하는 편광분리소자와,A polarization splitting element for varying optical paths of polarization components in different directions at the incident light flux, 상기 편광분리수단으로부터 출사하는 상기 회절광속 및 투과광속을 각각 서로 다른 제1 및 제2 위치에 집광시키는 집광수단과,Condensing means for condensing the diffracted light beam and the transmitted light beam emitted from the polarization splitting means at different first and second positions, respectively; 상기 제1 및 제2 위치의 어느 한쪽에 입사한 편광성분의 편광방향을 회전시키는 편파면 회전수단을 구비한 화상표시장치로서,An image display apparatus comprising polarization plane rotating means for rotating a polarization direction of a polarization component incident on either of the first and second positions, 상기 편광분리수단은,The polarization separation means, 서로 거의 평행하게 배치되고, 각각 서로 거의 동일한 소정의 편광성분을 선택적으로 회절시키는 평판상의 제1 및 제2 홀로그램 소자를 구비하며,A first and second holographic elements on a plate disposed substantially parallel to each other and selectively diffracting predetermined polarization components that are substantially the same as each other, 상기 제1 홀로그램 소자에 입사하고, 상기 제1 및 상기 제2 홀로그램 소자에 의해 회절되어 상기 제2 홀로그램 소자로부터 출사하는 회절광속과,A diffracted light beam incident on the first hologram element, diffracted by the first and second hologram elements and exiting from the second hologram element, 상기 제1 홀로그램 소자에 입사하고, 상기 제1 및 상기 제2 홀로그램 소자를 투과하여 상기 제2 홀로그램 소자로부터 출사하는 투과광속과 이루는 각도가 0°를 초과하고, 또 15°미만으로 되어 있임과 동시에,The angle between the first and second hologram elements, transmitted through the first and second hologram elements and transmitted from the second hologram element, is greater than 0 degrees and less than 15 degrees. , 상기 제1 홀로그램 소자에 입사하고, 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자에 의해 회절되는 광속에서 각각의 홀로그램 소자에 입사하는 광속과 각각의 홀로그램 소자에 의해 회절된 광속과 이루는 각도가 각각 20°를 초과하는 것인 것을 특징으로 하는 편광분리소자.An angle between the light flux incident on the first hologram element and the light flux incident on each hologram element at the light flux diffracted by the first and second hologram elements and the light flux diffracted by each hologram element are each greater than 20 °. Polarizing separation element, characterized in that. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 각각 복수의 미소렌즈가 배열되어 이루어지는 제1 및 제2 파리눈 렌즈를 가짐과 동시에 상기 제1 파리눈렌즈를 구성하는 각 미소렌즈가 상기 제2 파리눈렌즈를 구성하는 미소렌즈에서의 대응하는 미소렌즈에 상기 발광수단의 상을 결상시키는 인터그레이터를 구비하고,Each microlens constituting the first fly's eye lens has a first and a second fly's eye lens in which a plurality of microlenses are arranged, respectively, and a corresponding smile in the microlens making up the second fly's eye lens. An integrator for forming an image of the light emitting means in a lens; 상기 집광수단은 상기 인터그레이터의 제1 파리눈렌즈인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And said condensing means is a first fly's eye lens of said integrator. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 회절광속과 상기 투과광속과는 서로 편광방향이 직교하는 광속이고,The diffraction light beam and the transmitted light beam are light beams whose polarization directions are perpendicular to each other, 상기 편파면 회전수단은 입사한 광속의 편광방향을 거의 90°회전시키는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And said polarization plane rotating means rotates the polarization direction of the incident light beam by approximately 90 degrees. 광원과 굴절율이방성을 가지는 회절광학소자와 이것에 인접하여 배치된 전반사미러를 적어도 구비하고,At least a diffractive optical element having a light source and refractive anisotropy and a total reflection mirror disposed adjacent thereto, 상기 광원으로부터의 출사광의 1방향의 편파성분(P파 또는 S파)은, 상기 회절광학소자를 투과하여 상기 반사미러에 의해 반사되며, 다시 상기 회절광학소자를 통과하여 출사하고,The polarization component (P wave or S wave) in one direction of the light emitted from the light source passes through the diffraction optical element, is reflected by the reflection mirror, and passes through the diffraction optical element again and exits. 상기 출사광에 대하여 대개 직교하는 성분(S파 또는 P파)은 상기 회절광학소자의 회절작용에 의해 전파방향을 변화하여 출사할 때, 상기 회절광학소자로부터의 회절파와 상기 전반사미러로부터의 반사파와의 전파방향이 대개 동일하고 상대적인 출사각도가 다르게 되도록 상기 회절광학소자의 소정 파면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 편광조명장치.A component (S wave or P wave) orthogonal to the outgoing light is emitted by changing the propagation direction by the diffraction action of the diffractive optical element, and the diffracted wave from the diffractive optical element and the reflected wave from the total reflection mirror And a predetermined wavefront of the diffractive optical element is formed such that the propagation direction of is substantially the same and the relative emission angle is different. 광원과,With a light source, 굴절율이방성을 가지는 회절광학소자와,A diffraction optical element having refractive index anisotropy, 이것에 인접하여 배치된 전반사미러와,A total reflection mirror disposed adjacent to this, 상기 전반사미러로부터의 반사광의 편광방향을 출사시의 광의 편광방향에 대하여 대개 직각방향으로 회전시키기 위해, 회절광학소자로의 광로중에 배치된 위상판을 적어도 구비하고,At least a phase plate disposed in the optical path to the diffractive optical element in order to rotate the polarization direction of the reflected light from the total reflection mirror in a direction perpendicular to the polarization direction of the light at the time of exiting, 상기 광원으로부터의 출사광의 1방향의 편파성분(P파 또는 S파)은 상기 회절광학소자를 투과하고 상기 반사미러에 의해 반사되며, 상기 위상판 및 상기 회절광학소자를 통과하여 출사하고,A polarization component (P wave or S wave) in one direction of the light emitted from the light source passes through the diffractive optical element and is reflected by the reflecting mirror, and passes through the phase plate and the diffractive optical element and exits. 상기 출사광에 대하여 대개 직교하는 성분(S파 또는 P파)은 상기 회절광학소자의 회절작용에 의해 전파방향을 변화하여 출사할 때, 상기 회절광학소자로부터의 회절파와 상기 전반사미러로부터의 반사파와의 전파방향이 대개 동일하고 대략 평행광속이 되도록 상기 회절광학소자의 소정파면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 편광조명장치.A component (S wave or P wave) orthogonal to the outgoing light is emitted by changing the propagation direction by the diffraction action of the diffractive optical element, and the diffracted wave from the diffractive optical element and the reflected wave from the total reflection mirror And a predetermined wave surface of the diffractive optical element is formed so that the propagation directions of are substantially the same and become substantially parallel luminous fluxes. 제 2 항의 편광 조명장치에 있어서,In the polarizing illumination device of claim 2, 상기 회절광학소자로부터의 회절파와 상기 전반사미러에 의해 반사되어 출사한 광파와의 편광방향이 대개 동일한 것을 특징으로 하는 편광조명장치.And a polarization direction between the diffraction wave from the diffraction optical element and the light wave reflected by the total reflection mirror and emitted. 제 2 항의 편광 조명장치에 있어서,In the polarizing illumination device of claim 2, 상기 회절광학소자는 상기 전반사미러에 의해 반사되고, 위상판을 통과한 광파를 대개 투과하는 것을 특징으로 하는 편광조명장치.And said diffractive optical element is reflected by said total reflection mirror and generally transmits an optical wave passing through a phase plate. 광원과,With a light source, 굴절율이방성을 가지는 1조(組)의 회절광학소자와,A set of diffractive optical elements having refractive index anisotropy, 입사하는 광파의 편광방향을 대개 직각방향으로 회전시키기 위한 위상판을 적어도 구성요소로 하고,At least a phase plate for rotating the polarization direction of the incident light wave in a right angle direction is at least a component, 상기 광원으로부터의 출사광은 한쪽의 회절광학소자에 입사하며,The light emitted from the light source is incident on one diffractive optical element, 편파성분(P파 또는 S파)마다 투과 또는 회절되고,Transmitted or diffracted for each polarization component (P wave or S wave), 회절파는 다른쪽의 회절광학소자에 입사하고 다시 회절되어 출사하며,The diffraction wave is incident on the other diffraction optical element and diffracted again and exits, 1조의 회절광학소자의 투과파 또는 회절파중 어느 한쪽의 광로중에 위상판이 배치된 구성에서,In a configuration in which a phase plate is disposed in one of the optical paths of either the transmission wave or the diffraction wave of one set of diffraction optical elements, 1조의 회절광학소자에 의해 투과 또는 회절된 후의 광속이 대략 평행 광속으로 되도록 1조의 회절광학소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광조명장치.A set of diffractive optical elements is arranged so that a set of diffractive optical elements is arranged so that the light flux after being transmitted or diffracted by a set of diffractive optical elements becomes a substantially parallel light flux. 제 5 항의 편광 조명장치에 있어서,In the polarizing illumination device of claim 5, 상기 1조의 회절광학소자의 광파의 입사면이 서로 대개 평행하고 또 상기 광원으로부터의 출사광의 광축에 수직인 면에 대하여, 상기 1조의 회절광학소자의 경사각이 45°이하인 것을 특징으로 하는 편광조명장치.The inclination angle of the pair of diffractive optical elements is 45 ° or less with respect to a plane in which the incidence surfaces of the light waves of the pair of diffractive optical elements are substantially parallel to each other and perpendicular to the optical axis of the emitted light from the light source. . 제 5 항의 편광 조명장치에 있어서,In the polarizing illumination device of claim 5, 상기 1조의 회절광학소자로부터 출사된 대략 평행광속의 편광방향이 대개 동일한 것을 특징으로 하는 편광조명장치.And a polarization direction of substantially parallel light beams emitted from the pair of diffractive optical elements is generally the same. 광원으로부터의 출사광을 편파성분(P파 또는 S파)마다 투과 또는 회절하는 회절광학소자와,A diffraction optical element for transmitting or diffracting the light emitted from the light source for each polarization component (P wave or S wave), 상기 회절파를 더 회절하는 또 하나의 회절광학소자의 조와,Another set of diffractive optical elements for diffraction of the diffraction wave, 상기 1조의 회절광학소자의 투과파 또는 회절파중 어느 한쪽의 광로 중에 배치된 위상판이 하나의 구성단위일 때,When the phase plate disposed in one of the optical paths of either the transmission wave or the diffraction wave of the set of diffraction optical elements is one structural unit, 상기 1조의 회절광학소자와 위상판으로 이루어지는 구성단위가 복수 인접하여 나란하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광조명장치.And a plurality of structural units comprising the pair of diffractive optical elements and a phase plate are arranged side by side adjacent to each other. 제 8 항의 편광 조명장치에 있어서,In the polarizing illumination device of claim 8, 상기 복수의 구성단위에서 출사된 광속이 대략 평행광속이고 또 편광방향이 대개 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 편광조명장치.And a light beam emitted from the plurality of constituent units are substantially parallel light beams, and the polarization directions generally coincide. 제 8 항의 편광 조명장치에 있어서,In the polarizing illumination device of claim 8, 상기 위상판은 입사하는 광파의 편광방향을 대개 직각방향으로 회전시키는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 편광조명장치.And the phase plate has a function of rotating the polarization direction of the incident light wave in a generally perpendicular direction. 제 8 항의 편광 조명장치에 있어서,In the polarizing illumination device of claim 8, 상기 복수의 구성단위를 형성하는 상기 1조의 회절광학소자의 광파의 입사면이 서로 대개 평행하고 또Incident surfaces of the light waves of the set of diffractive optical elements forming the plurality of structural units are usually parallel to each other and 상기 광원으로부터의 출사광의 광축에 수직인 면에 대하여 상기 1조의 회절광학소자의 경사각이 45°이하인 것을 특징으로 하는 편광조명장치.And an inclination angle of the set of diffractive optical elements with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the light emitted from the light source is 45 ° or less. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항, 제 8 항 중 어느 한 항의 편광 조명장치에 있어서,The polarizing illumination device according to any one of claims 1, 2, 5, and 8, 상기 회절광학소자는 굴절율이방성을 가지는 광학매체를 사용하여 주기구조가 형성되어 있고,The diffractive optical element has a periodic structure formed using an optical medium having refractive index anisotropy, 입사광의 1방향의 편파성분(P파 또는 S파)에 대하여 상기 주기구조에 대응한 굴절율 분포를 발생하며,A refractive index distribution corresponding to the periodic structure is generated for the polarization component (P wave or S wave) in one direction of the incident light, 이 굴절율차에 의해 광의 회절을 발생하고 또This difference in refractive index causes diffraction of light 상기 입사광에 대하여 대개 직교하는 성분(S파 또는 P파)에 대하여는 우선적으로 직진하는 기능을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 편광조명장치.And a component (S wave or P wave) that is generally orthogonal to the incident light, and has a function of preferentially going straight. 제 12 항의 편광 조명장치에 있어서,In the polarizing illumination device of claim 12, 상기 회절광학소자의 주기구조가 굴절율 이방성을 가지는 광학매체의 광축의 경사에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 편광조명장치.And the periodic structure of the diffractive optical element is formed by the inclination of the optical axis of the optical medium having refractive index anisotropy. 제 12 항의 편광 조명장치에 있어서,In the polarizing illumination device of claim 12, 상기 회절광학소자가 동일하게 배열된 액정을 포함하여 구성되고, 또The diffractive optical elements comprise liquid crystals arranged in the same manner, and 광중합성 모노머 또는 광가교가능 액정폴리머가 첨가되며,A photopolymerizable monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer is added, 자외영역의 광조사에 대하여 액정의 분자축의 방향이 고정화되는 것을 특징으로 하는 편광조명장치.A polarization illumination device, characterized in that the direction of the molecular axis of the liquid crystal is fixed to light irradiation in the ultraviolet region. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항, 제 8 항 중 어느 한 항의 편광 조명장치에 있어서,The polarizing illumination device according to any one of claims 1, 2, 5, and 8, 상기 회절광학소자는 다른 복수의 주기구조를 중첩하여 형성된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광조명장치.The diffractive optical element includes a structure formed by overlapping a plurality of different periodic structures. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항, 제 8 항 중 어느 한 항의 편광 조명장치에 있어서,The polarizing illumination device according to any one of claims 1, 2, 5, and 8, 상기 회절광학소자는 복수의 다른 주기구조의 회절광학소자의 적층구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광조명장치.And said diffractive optical element comprises a stacked structure of diffractive optical elements having a plurality of different periodic structures. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항, 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 편광 조명장치에 복수의 렌즈를 배치하여 구성되는 제 1 렌즈어레이와 상기 제 1 렌즈어레이와 쌍을 이룬 제 2 렌즈어레이와 라이트밸브와 상기 라이트밸브상의 광학상을 확대 투사하는 투사광학계를 적어도 조합하여 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.The first lens array and the second lens paired with the said 1st lens array comprised by arrange | positioning a some lens in the polarization illuminating device in any one of Claims 1, 2, 5, and 8. And at least a combination of an array, a light valve, and a projection optical system that enlarges and projects an optical image on the light valve. 광원으로부터의 광속을 대개 R(적), G(녹), B(청)에 대응하는 파장이 다른 3개의 광속에 색분해하고,The luminous flux from the light source is usually color-separated into three luminous fluxes of different wavelengths corresponding to R (red), G (green), and B (blue), 상기 파장이 다른 광속에 대하여 다른 형성파면을 가지는 회절광학소자를 사용하여 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항, 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 편광조명장치를 구성하고,The polarization illumination device according to any one of claims 1, 2, 5, and 8 is formed by using a diffraction optical element having different formation wavefronts for light beams having different wavelengths. 이것에 복수의 렌즈를 배치하여 구성되는 제 1 렌즈어레이와,A first lens array configured by arranging a plurality of lenses therein; 상기 제 1 렌즈어레이와 쌍을 이루는 제 2 렌즈어레이와,A second lens array paired with the first lens array; 라이트밸브와,With light valve, 상기 라이트밸브상의 광학상을 확대 투사하는 투사광학계를 적어도 조합하여 구성한 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.And a projection optical system which enlarges and projects the optical image on the light valve. 광원과,With a light source, 화소를 형성해야 할 패터닝된 투명도전성 전극을 구비한 대향하는 2장의 투명절연성 기판에 끼워진 액정층을 가지는 액정소자와,A liquid crystal element having a liquid crystal layer sandwiched between two opposing transparent insulating substrates having patterned transparent conductive electrodes on which pixels are to be formed; 액정소자의 양측에 배치된 회절광학소자와,Diffraction optical elements arranged on both sides of the liquid crystal element, 를 적어도 포함하여 구성되고,It is configured to include at least, 광원으로부터의 출사광은 한쪽의 회절광학소자에 입사하여 회절되고,The light emitted from the light source is incident on one diffraction optical element and diffracted 상기 회절광학소자로의 입상광량의 대개 1/2이 액정소자에 입사하고,Almost half of the amount of granular light to the diffractive optical element is incident on the liquid crystal element, 상기 액정소자의 각 화소마다 변조되고,Modulated for each pixel of the liquid crystal element, 상기 변조도에 따라서 다른쪽의 회절광학소자를 통과 후의 광의 전파방향이 다른 작용에 의해 화상표시를 행하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.An image display apparatus according to the modulation degree, wherein image display is performed by an operation in which the propagation direction of light after passing through the other diffractive optical element is different. 화소를 형성해야 할 패터닝된 투명도전성 전극을 구비한 대향하는 2장의 투명절연성 기판에 끼워진 액정층을 가지는 액정소자와,A liquid crystal element having a liquid crystal layer sandwiched between two opposing transparent insulating substrates having patterned transparent conductive electrodes on which pixels are to be formed; 액정소자의 한쪽에 배치된 미러 및 회절광학소자를 적어도 포함하여 구성되고,At least a mirror and a diffraction optical element disposed on one side of the liquid crystal element, 외부광에 의한 상기 회절광학소자로의 입사광이 회절되고,Incident light to the diffractive optical element by external light is diffracted, 상기 액정소자를 통과하여, 상기 미러에 의해 반사되고 다시 액정소자를 통과하는 것으로 액정소자의 각 화소마다 변조되고,Passing through the liquid crystal element, reflected by the mirror, and passed through the liquid crystal element again and modulated for each pixel of the liquid crystal element, 상기 변조도에 따라서 상기 회절광학소자를 출사 후의 광의 전파방향이 다른 작용에 의해 화상표시를 행하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.An image display apparatus according to the modulation degree, wherein image display is performed by an operation in which the propagation direction of light after exiting the diffractive optical element is different. 광원과,With a light source, 화소를 형성해야 할 패터닝된 투명도전성 전극을 구비한 대향하는 2장의 투명절연성 기판에 끼워진 액정층을 가지는 액정소자와,A liquid crystal element having a liquid crystal layer sandwiched between two opposing transparent insulating substrates having patterned transparent conductive electrodes on which pixels are to be formed; 액정소자의 한쪽에 배치된 미러와,A mirror disposed on one side of the liquid crystal element, 액정소자의 양측에 배치된 회절광학소자와,Diffraction optical elements arranged on both sides of the liquid crystal element, 를 적어도 포함하여 구성되고,It is configured to include at least, 광원으로부터의 출사광은 한쪽의 회절광학소자에 입사하여 회절되며,The light emitted from the light source is incident on one diffractive optical element and diffracted 상기 회절광학소자로의 입사광량의 대개 1/2이 액정소자에 입사하고, 상기 액정소자의 각 화소마다 변조되고,Almost half of the amount of incident light to the diffractive optical element is incident on the liquid crystal element, and is modulated for each pixel of the liquid crystal element, 상기 변조도에 따라서 다른쪽의 회절광학소자를 통과 후의 광의 전파방향이 다른 작용에 의해 화상표시가 행해지고, 또한,Image display is performed by an operation in which the propagation direction of light after passing through the other diffractive optical element differs in accordance with the modulation degree. 외부광에 의한 상기 회절광학소자로의 입사광이 회절되고,Incident light to the diffractive optical element by external light is diffracted, 상기 액정소자를 통과하고, 상기 미러에 의해 반사되고 다시 액정소자를 통과하는 것으로 액정소자의 각 화소마다 변조되고,Passing through the liquid crystal element, being reflected by the mirror and passing through the liquid crystal element again, is modulated for each pixel of the liquid crystal element, 상기 변조도에 따라서 상기 회절광학소자를 출사 후의 광의 전파방향이 다른 작용에 의해 화상표시가 행해지는 구성에서,In a configuration in which image display is performed by an operation in which the propagation direction of light after exiting the diffractive optical element is changed according to the modulation degree, 내부에 배치된 상기 광원과 외부광을 선택적으로 전환하여 화상표시를 행하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And an image display by selectively switching the light source and the external light arranged inside. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus according to any one of claims 1 to 3, 상기 회절광학소자는 굴절율이방성을 가지는 광학매체를 사용하여 주기구조가 형성되어 있고, 입사광의 1방향의 편파성분(P파 또는 S파)에 대하여 상기 주기구조에 대응한 굴절율 분포를 발생하고, 이 굴절율차에 의해 광의 회절을 발생시키고 또 상기 입사광에 대하여 대개 직교하는 성분(S파 또는 P파)에 대해서는 우선적으로 직진하는 기능을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The diffractive optical element has a periodic structure formed using an optical medium having refractive index anisotropy, and generates a refractive index distribution corresponding to the periodic structure with respect to the polarization component (P wave or S wave) in one direction of the incident light. An image display apparatus characterized by generating a diffraction of light due to a difference in refractive index, and preferentially going straight with respect to a component (S wave or P wave) which is usually orthogonal to the incident light. 제 3 항 또는 제 4 항의 화상표시장치에 있어서,The image display apparatus according to claim 3 or 4, 상기 회절광학소자의 한쪽은 입사광의 편파성분의 P파를 회절하고, S파를 우선적으로 직진하는 기능을 가지고, 상기 회절광학소자의 다른쪽은 S파를 회절하며, P파를 우선적으로 직진하는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.One of the diffractive optical elements has a function to diffract P waves of the polarization component of the incident light and to go straight ahead of the S waves, and the other side of the diffractive optical elements diffracts the S waves and preferentially straightens the P waves. An image display apparatus having a function. 제 4 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 4, 상기 회절광학소자의 주기구조가 굴절율 이방성을 가지는 광학매체의 광축의 경사에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the periodic structure of the diffractive optical element is formed by the inclination of the optical axis of the optical medium having refractive index anisotropy. 제 4 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 4, 상기 회절광학소자가 동일하게 배열된 액정을 포함하여 구성되고, 또 광중합성 모노머 또는 광가교가능 액정폴리머가 첨가되며, 자외영역의 광조사에 대하여 액정의 분자축의 방향이 고정화되는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The diffractive optical element is configured to include liquid crystals arranged in the same manner, and a photopolymerizable monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer is added, and the direction of the molecular axis of the liquid crystal is fixed to light irradiation in an ultraviolet region. Image display device. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus according to any one of claims 1 to 3, 상기 액정층에 형성된 각 화소에 인가하는 전계를 제어하는 것으로서, 각 화소로의 입사광의 변조가 행해지는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And controlling the electric field applied to each pixel formed in the liquid crystal layer, wherein the incident light to each pixel is modulated. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus according to any one of claims 1 to 3, 상기 회절광학소자는 다른 복수의 주기구조를 중첩하여 형성된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the diffractive optical element includes a structure formed by superimposing a plurality of different periodic structures. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus according to any one of claims 1 to 3, 상기 회절광학소자는 복수의 다른 주기구조의 회절광학소자의 적층구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the diffractive optical element comprises a stacked structure of diffractive optical elements having a plurality of different periodic structures. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 화상표시장치에 있어서, 상기 액정소자의 한쪽에 적(R), 녹(G), 청(B)으로 이루어지는 컬러필터를 조합하여 구성된 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The image display apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a color filter composed of red (R), green (G), and blue (B) is formed on one side of the liquid crystal element. An image display device. 제 1 항, 제 3 항, 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 화상표시장치에 있어서, 상기 회절격자로부터의 출사광을 대개 2개의 방향으로 분할하고, 한쪽을 화상표시용으로 다른쪽을 조명광용으로서 사용하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 화상표시장치 및 조명장치.11. The image display apparatus according to any one of claims 1, 3, and 10, wherein the light emitted from the diffraction grating is usually divided in two directions, and one is for image display and the other is for illumination light. An image display apparatus and a lighting apparatus, characterized in that the configuration is used as. 광원과, 화소를 형성해야 할 패터닝된 투명도전성 전극을 구비한 대향하는 2장의 투명절연성 기판에 끼워진 액정층을 가지는 액정소자와, 액정소자의 한쪽의 측에 굴절율 이방성을 가지는 회절광학소자와 입사하는 광파의 편광방향을 대개 직각방향으로 회전시키기 위한 위상판을 가지고, 또 액정소자의 다른쪽의 측에 배치된 굴절율 이방성을 가지는 회절광학소자를 적어도 포함하여 구성되며, 상기 광원에서의 출사광은 상기 회절광학소자와 위상판에 의해 대개 동일한 편파성분(P파 또는 S파)으로 변환되어 액정소자에 입사하고, 상기 액정소자의 각 화소마다 변조되며, 상기 변조도에 따라서 다른쪽의 회절광학소자를 통과 후의 광의 전파방향이 다른 작용에 의해 화상표시를 행하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.A liquid crystal element having a light source and a liquid crystal layer sandwiched by two opposing transparent insulating substrates having patterned transparent conductive electrodes on which pixels should be formed, and diffractive optical elements having refractive index anisotropy on one side of the liquid crystal element And a diffractive optical element having a phase plate for rotating the polarization direction of the light wave in a generally perpendicular direction and having refractive index anisotropy disposed on the other side of the liquid crystal element, wherein the light emitted from the light source is It is usually converted into the same polarization component (P wave or S wave) by the diffraction optical element and the phase plate, is incident on the liquid crystal element, modulated for each pixel of the liquid crystal element, and passes through the other diffraction optical element according to the modulation degree. An image display apparatus characterized by performing image display by an action in which the propagation direction of subsequent light is different. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 화상표시장치에 상기 화상표시장치에서의 광학상을 확대 표시하는 확대광학계를 적어도 조합하여 소형 화상표시장치를 구성한 것을 특징으로 하는 소형화상표시장치.The image display apparatus according to any one of claims 1, 2, 3, 11, 12, and 13, at least a magnified optical system for enlarging and displaying an optical image of the image display apparatus. And a small image display device. 인가되는 전압에 따라서, 입사된 광의 편광방향을 변조하는 액정소자와,A liquid crystal element which modulates a polarization direction of incident light according to an applied voltage; 상기 액정소자의 양면측에 각각 배치되고, 소정의 편광성분을 선택적으로 회절시키는 한편, 상기 소정의 편광성분과 편광방향이 직교하는 편광성분을 투과시키는 제1 및 제2의 한쌍의 회절광학소자를 구비한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.First and second pairs of diffractive optical elements disposed on both sides of the liquid crystal element and selectively diffracting a predetermined polarization component and transmitting a polarization component orthogonal to the predetermined polarization component and the polarization direction. An image display device comprising: 제 1 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 1, 상기 제1 회절광학소자는 외방측으로부터 입사하는 광속 중, 투과한 편광성분 또는 회절한 편광성분 중의 어느 한쪽을 상기 액정소자에 입사시키는 한편,The first diffraction optical element injects either the transmitted polarization component or the diffracted polarization component into the liquid crystal element among the light beams incident from the outer side, 상기 제2 회절광학소자는 상기 액정소자로부터 출사된 광속에서의 상기 제2 회절광학소자를 투과하는 편광성분과 상기 회절광학소자에 의해 회절되는 편광성분을 서로 다른 방향으로 출사시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The second diffractive optical element is configured to emit a polarization component transmitted through the second diffraction optical element at a light beam emitted from the liquid crystal element and a polarization component diffracted by the diffraction optical element in different directions. An image display apparatus. 제 2 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 2, 광원을 더 구비하고,Further provided with a light source, 상기 제1 회절광학소자는, 상기 광원으로부터의 광속에서의 상기 회절광학소자를 투과한 편광성분을 상기 액정소자에 입사시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the first diffractive optical element is configured to cause a polarization component transmitted through the diffractive optical element at a light beam from the light source to be incident on the liquid crystal element. 제 2 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 2, 상기 제1 회절광학소자의 법선방향으로 배치된 광원을 더 구비하고,And a light source disposed in the normal direction of the first diffractive optical element, 상기 제1 회절광학소자는, 상기 광원으로부터의 광속에서의 상기 회절광학소자를 투과한 편광성분을 상기 액정소자에 입사시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the first diffractive optical element is configured to cause a polarization component transmitted through the diffractive optical element at a light beam from the light source to be incident on the liquid crystal element. 제 2 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 2, 상기 제1 회절광학소자의 법선방향으로부터 경사진 방향으로 배치된 광원을 더 구비하고,And a light source disposed in a direction inclined from a normal direction of the first diffraction optical element, 상기 제1 회절광학소자는 상기 광원으로부터의 광속에서의 상기 제1 회절광학소자에 의해 회절된 편광성분을 상기 액정소자에 입사시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the first diffractive optical element is configured to cause the polarization component diffracted by the first diffractive optical element at the light beam from the light source to be incident on the liquid crystal element. 제 2 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 2, 상기 제1 회절광학소자의 외방측에 소정의 간격을 비워 설치된 반사수단과,Reflecting means provided at an outer side of the first diffractive optical element at a predetermined interval; 상기 제1 회절광학소자와 상기 반사수단과의 간격을 통해, 상기 회절광학소자의 법선으로부터 경사진 방향에서 상기 회절광학수단에 광속을 입사시키는 광원을 더 구비하고,And a light source for injecting a light beam into the diffraction optical means in a direction inclined from a normal line of the diffraction optical element through a distance between the first diffraction optical element and the reflecting means, 상기 제1 회절광학소자는, 상기 광원으로부터 입사하는 광속에서의 상기 제1 회절광학소자에 의해 회절된 편광성분 및 상기 반사수단으로부터 입사하는 상기 제1 회절광학소자를 투과하는 편광성분을 상기 액정소자에 입사시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The first diffractive optical element may include a polarization component diffracted by the first diffraction optical element at a light beam incident from the light source and a polarization component transmitted through the first diffraction optical element incident from the reflecting means. And an image display device, the image display device being configured to enter the light source. 인가되는 전압에 따라서, 입사된 광의 편광방향을 변조하는 액정소자와,A liquid crystal element which modulates a polarization direction of incident light according to an applied voltage; 상기 액정소자의 한쪽면측에 배치되고, 소정의 편광성분을 선택적으로 회절시키는 한편, 상기 소정의 편광성분과 편광방향이 직교하는 편광성분을 투과시키는 회절광학소자와,A diffraction optical element disposed on one side of the liquid crystal element and selectively diffracting a predetermined polarization component, and transmitting a polarization component having a predetermined polarization component and a polarization direction orthogonal to each other; 상기 액정소자의 다른쪽면측에 배치된 반사수단을 구비한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And reflecting means arranged on the other side of the liquid crystal element. 제 1 항 내지 제 7 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 1, 상기 회절광학소자는 굴절율 이방성을 가지는 광학매체를 사용하여 주기구조가 형성되어 있고, 입사광에서의 P파 및 S파 중의 어느 한쪽의 편광성분에 대하여 상기 주기구조에 대응한 굴절율차를 발생하며, 상기 굴절율차에 의해 광의 회절을 발생하고 또 상기 입사광에 대하여 대개 직교하는 성분에 대해서는 우선적으로 직진하는 기능을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The diffractive optical element has a periodic structure formed using an optical medium having refractive anisotropy, and generates a refractive index difference corresponding to the periodic structure with respect to any polarization component of P wave and S wave in incident light. An image display apparatus having a function of generating diffraction of light due to a difference in refractive index and preferentially going straight to components that are generally orthogonal to the incident light. 제 1 항 내지 제 7 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 1, 상기 회절광학소자의 한쪽은 입사광의 편파성분의 P파를 회절하고, S파를 우선적으로 직진하는 기능을 가지고, 상기 회절광학소자의 다른쪽은 S파를 회절하고, P파를 우선적으로 직진하는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.One of the diffractive optical elements has a function to diffract P waves of the polarization component of the incident light and to go straight ahead of the S waves, and the other of the diffractive optical elements diffracts the S waves and preferentially straightens the P waves. An image display apparatus having a function. 제 8 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 8, 상기 회절광학소자의 주기구조가 굴절율 이방성을 가지는 광학매체의 광축의 경사에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the periodic structure of the diffractive optical element is formed by the inclination of the optical axis of the optical medium having refractive index anisotropy. 제 8 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 8, 상기 회절광학소자가 동일하게 배열된 액정을 포함하여 구성되고, 또 광중합성 모노머 또는 광가교가능 액정폴리머가 첨가되고, 자외영역의 광조사에 대하여 액정의 분자축의 방향이 고정화되는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The diffractive optical element is configured to include liquid crystals arranged in the same manner, and further, a photopolymerizable monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer is added, and the direction of the molecular axis of the liquid crystal is fixed to light irradiation in an ultraviolet region. Image display device. 제 1 항 내지 제 7 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 1, 상기 회절광학소자는 다른 복수의 주기구조를 중첩하여 형성된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the diffractive optical element includes a structure formed by superimposing a plurality of different periodic structures. 제 1 항 내지 제 7 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 1, 상기 회절광학소자는 복수의 다른 주기구조의 회절광학소자의 적층구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the diffractive optical element comprises a stacked structure of diffractive optical elements having a plurality of different periodic structures. 제 1 항 내지 제 7 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 1, 상기 액정소자의 어느 한쪽측에 적, 녹, 및 청의 영역이 형성된 컬러필터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And a color filter in which red, green, and blue regions are formed on either side of the liquid crystal element. 제 1 항 내지 제 7 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 1, 표시화상을 확대 표시하는 확대 광학수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And magnification optical means for enlarging and displaying the display image. 광원과, 화소를 형성해야 할 패터닝된 투명도전성 전극을 구비한 대향하는 2장의 투명절연성 기판에 끼워진 액정층을 가지는 액정소자와, 액정소자의 한쪽의 측에 굴절율 이방성을 가지는 회절광학소자와 입사하는 광파의 편광방향을 대개 직각방향으로 회전시키기 위한 위상판을 가지고, 또 액정소자의 다른쪽의 측에 배치된 굴절율 이방성을 가지는 회절광학소자를 적어도 포함하여 구성되며, 상기 광원으로부터의 출사광은 상기 회절광학소자와 위상판에 의해 대개 동일한 편파성분(P파 또는 S파)으로 변환되어 액정소자에 입사하고, 상기 액정소자의 각 화소마다 변조되며, 상기 변조도에 따라서 다른쪽의 회절광학소자를 통과 후의 광의 전파방향이 다른 작용에 의해 화상표시를 행하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.A liquid crystal element having a light source and a liquid crystal layer sandwiched by two opposing transparent insulating substrates having patterned transparent conductive electrodes on which pixels should be formed, and diffractive optical elements having refractive index anisotropy on one side of the liquid crystal element And a diffractive optical element having a phase plate for rotating the polarization direction of the light wave in a generally perpendicular direction and having refractive index anisotropy disposed on the other side of the liquid crystal element, wherein the light emitted from the light source is It is usually converted into the same polarization component (P wave or S wave) by the diffraction optical element and the phase plate, is incident on the liquid crystal element, modulated for each pixel of the liquid crystal element, and passes through the other diffraction optical element according to the modulation degree. An image display apparatus characterized by performing image display by an action in which the propagation direction of subsequent light is different. 광원을 방사하는 레이저, 상기 레이저에서 출사하는 레이저광을 광기억매체상에 수속(收束)하기 위한 광학렌즈, 상기 광기억매체에 의해 반사되는 레이저광의 편광방향을 출사시의 광의 편광방향에 대하여 대개 직각방향으로 회전시키기 위한 위상판, 상기 반사광의 광로중에 배치되고 소정 파면을 생성하는 회절광학소자 및 상기 회절광학소자로 회절되는 광을 검출하기 위한 수광소자를 적어도 구성요소로 하는 광정보처리장치에 사용되는 회절광학소자로서, 상기 회절광학소자가 굴절율 이방성을 가지는 광학매체를 사용하여 형성되어 있고, 또 상기 광기억매체에 의해 반사되며, 상기 회절광학소자를 투과 후의 레이저광의 전광량에 대하여 1차 방향으로 회절되는 광량의 비율이 대개 1/2이상으로 되도록 소정파면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회절광학소자.The polarization direction of the laser emitting the light source, the optical lens for converging the laser light emitted from the laser onto the optical storage medium, and the polarization direction of the laser light reflected by the optical storage medium with respect to the polarization direction of the light at the time of emission. Usually an optical information processing device comprising at least a component comprising: a phase plate for rotating in a perpendicular direction, a diffractive optical element disposed in an optical path of the reflected light and generating a predetermined wavefront, and a light receiving element for detecting light diffracted by the diffractive optical element A diffractive optical element for use in which the diffractive optical element is formed using an optical medium having refractive index anisotropy, and is reflected by the optical memory medium, and 1 to the total amount of laser light after passing through the diffractive optical element. Characterized in that a predetermined wave surface is formed such that the ratio of the amount of light diffracted in the direction is usually 1/2 or more. Diffraction optical element. 제 1 항의 회절광학소자에 있어서,In the diffractive optical element of claim 1, 두께 방향으로 주기적 구조를 가지고 입사광의 1방향의 편파성분에 대하여 상기 주기구조에 대응한 굴절율 분포를 발생하고, 이 굴절율차에 의해 광의 회절을 생성하며, 또 상기 입사광의 편파성분에 대해 직교하는 성분에 대하여는 우선적으로 직진시키는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 회절광학소자.A component having a periodic structure in the thickness direction and generating a refractive index distribution corresponding to the periodic structure with respect to the polarization component in one direction of the incident light, generating diffraction of the light by the difference in refractive index, and orthogonal to the polarization component of the incident light A diffractive optical element having a function of preferentially going straight ahead. 제 2 항의 회절광학소자에 있어서,In the diffractive optical element of claim 2, 두께 방향으로 주기적 구조를 가지고, 상기 주기적 구조가 굴절율 이방성을 가지는 광학매체의 광축의 경사에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회절광학소자.A diffractive optical element having a periodic structure in a thickness direction, wherein said periodic structure is formed by the inclination of an optical axis of an optical medium having refractive index anisotropy. 제 2 항의 회절광학소자에 있어서,In the diffractive optical element of claim 2, 동일하게 배열된 액정을 포함하여 구성되고, 또 광중합성 액정모노머 또는 광가교가능 액정폴리머가 첨가되며, 자외영역의 광조사에 대하여 액정의 분자축의 방향이 고정화되는 것을 특징으로 하는 회절광학소자.And a photopolymerizable liquid crystal monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer, wherein the direction of the molecular axis of the liquid crystal is fixed to light irradiation in the ultraviolet region. 제 1 항의 회절광학소자에 있어서,In the diffractive optical element of claim 1, 상기 회절광학소자에 입사하는 레이저의 방사광의 편광방향이 굴절율 이방성을 가지는 광학매체의 광축과 대개 평행 또는 수직인 것을 특징으로 하는 회절광학소자.And a polarization direction of the emitted light of the laser incident on the diffractive optical element is generally parallel or perpendicular to the optical axis of the optical medium having refractive index anisotropy. 대향하는 2장의 투명도전성 전극을 구비한 투명절연성 기판에 끼워진 영역에 굴절율 이방성을 가지는 광학매체가 봉입되고, 상기 투명도전성 전극상에는 고분자로 이루어지는 배향처리가 실시된 박막이 형성된 구조를 가지는 회절광학소자의 제조방법으로서, 자외 파장역의 2분할된 광을 상기 회절광학소자상에서 간섭시키고, 주기적인 강도분포에 대응하는 명부와 암부로 이루어지는 간섭고를 생성하고, 간섭고의 명부에 속하는 영역의 광학매체의 광축을 초기 배향된 방향으로 고정화하는 제1 공정과, 상기 투명도전성 전극 사이에 전계를 인가하고, 상기 간섭고의 암부에 속하는 영역의 광학매체의 광축을 초기 배향된 방향으로부터 이동시킨 상태에서, 상기 회절광학소자의 전면에 균일한 자외영역의 광조사를 행하는 것으로 광축방향을 고정화하는 제2 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 회절광학소자의 제조방법.A diffractive optical element having a structure in which an optical medium having refractive index anisotropy is enclosed in a region sandwiched by a transparent insulating substrate having two opposing transparent conductive electrodes, and a thin film subjected to an alignment treatment made of a polymer is formed on the transparent conductive electrode. A manufacturing method comprising: interfering two-divided light in an ultraviolet wavelength range on the diffractive optical element, generating an interference height consisting of a dark portion corresponding to a periodic intensity distribution and a dark portion, and an optical axis of an optical medium in a region belonging to the dark wavelength region. And diffraction in a state in which an electric field is applied between the transparent conductive electrodes and the optical axis of the optical medium in a region belonging to the dark portion of the interference height is moved from the initial oriented direction. The optical axis direction is fixed by irradiating light to a uniform ultraviolet region on the front surface of the optical element. The manufacturing method of the diffractive optical element characterized by including a 2nd process. 제 6 항의 회절광학소자의 제조방법에 있어서,In the method of manufacturing a diffraction optical element of claim 6, 상기 회절광학소자에 인가되는 전계는, 양극과 음극이 서로 번갈아 생기는 교류전계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회절광학소자의 제조방법.The electric field applied to the diffractive optical element is a manufacturing method of a diffractive optical element, characterized in that the alternating electric field is generated alternately of the anode and the cathode. 대향하는 2장의 투명절연성 기판에 끼워진 영역에 굴절율 이방성을 가지는 광학매체가 봉입되고, 상기 투명절연성 기판상에는 고분자로 이루어지는 배향처리가 실시된 박막이 형성된 구조를 가지는 회절광학소자의 제조방법으로서,A method for manufacturing a diffractive optical element having a structure in which an optical medium having refractive index anisotropy is enclosed in two opposing transparent insulating substrates, and a thin film subjected to an alignment treatment made of a polymer is formed on the transparent insulating substrate. 자외 파장역의 2분할된 광을 상기 회절광학소자상에서 간섭시키고, 주기적인 강도분포에 대응하는 명부와 암부로 이루어지는 간섭고를 생성하며, 간섭고의 명부에 속하는 영역의 광학매체의 광축을 초기 배향된 방향으로 고정화하는 제1 공정과, 상기 투명절연성 기판사이에 자계를 인가하고, 상기 간섭고의 암부에 속하는 영역의 광학매체의 광축을 초기 배향된 방향으로부터 이동시킨 상태에서 상기 회절광학소자의 전면에 균일한 자외영역의 광조사를 행하는 것으로 광축방향을 고정화하는 제2 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 회절광학소자의 제조방법.Interfering two-divided light in the ultraviolet wavelength range on the diffractive optical element, generating an interference height composed of a dark portion and a dark field corresponding to a periodic intensity distribution, and initially aligning the optical axis of the optical medium in the region belonging to the dark wavelength region. And a magnetic field applied between the first step of fixing in the direction and the transparent insulating substrate, and moving the optical axis of the optical medium in the region belonging to the dark portion of the interference height from the initially oriented direction to the front surface of the diffractive optical element. A method of manufacturing a diffractive optical element, comprising a second step of fixing an optical axis direction by performing light irradiation of a uniform ultraviolet region. 대향하는 2장의 투명절연성 기판에 끼워진 영역에 굴절율 이방성을 가지는 광학매체가 봉입되고, 투명절연성 기판 상에는 고분자로 이루어지는 박막이 형성된 구조를 가지는 회절광학소자의 제조방법으로서,A method for manufacturing a diffractive optical element having a structure in which an optical medium having refractive index anisotropy is enclosed in two opposing transparent insulating substrates, and a thin film made of a polymer is formed on the transparent insulating substrate. 1방향의 편파성분을 가지는 자외 파장역의 2분할된 광을 상기 회절광학소자 상에서 간섭시키고, 주기적인 강도 분포에 대응하는 명부와 암부로 이루어지는 간섭고를 생성하며, 간섭고의 명부에 속하는 영역의 광학매체의 광축을 상기 편파성분의 편광방향에 의존하는 동일한 방향으로 배열하여 고정화하는 제1 공정과, 상기 회절광학소자의 전면에 상기 편파성분에 대하여 대개 직교하는 방향으로 편광방향을 가지는 균일한 자외영역의 광조사를 행하는 것으로, 상기 광학매체의 광축방향을 초기 위치에서 이동하여 고정화하는 제2 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 회절광학소자의 제조방법.Interfering two-divided light of the ultraviolet wavelength region having a polarization component in one direction on the diffractive optical element, generating an interference height composed of a light and dark corresponding to a periodic intensity distribution, and optical of an area belonging to the light and light A first step of arranging and fixing an optical axis of the medium in the same direction depending on the polarization direction of the polarization component, and a uniform ultraviolet region having a polarization direction in a direction generally orthogonal to the polarization component on the front surface of the diffractive optical element And a second step of immobilizing the optical medium by moving the optical axis in an initial position and fixing the light. 제 6 항, 제 8 항, 제 9 항 중 어느 한 항 기재의 회절광학소자의 제조방법에 있어서,The manufacturing method of the diffraction optical element of any one of Claims 6, 8, and 9, 상기 굴절율 이방성을 가지는 광학매체가 동일하게 배열된 액정을 포함하여 구성되고, 또한 광중합성 액정모노머 또는 광가교가능 액정 폴리머가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 회절광학소자의 제조방법.And a photopolymerizable liquid crystal monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer, wherein the optical medium having the refractive anisotropy is arranged in the same manner and a photopolymerizable liquid crystal monomer is added thereto. 제 6 항, 제 8 항, 제 9 항 중 어느 한 항 기재의 회절광학소자의 제조방법에 있어서,The manufacturing method of the diffraction optical element of any one of Claims 6, 8, and 9, 상기 회절광학소자에 조사되는 간섭고는 He-Cd레이저 또는 Ar레이저로 이루어지는 간섭성이 높은 광원으로서, 300nm에서 400nm범위의 파장영역인 것을 특징으로 하는 회절광학소자의 제조방법.The interference height irradiated to the diffractive optical element is a highly coherent light source consisting of a He-Cd laser or an Ar laser, and has a wavelength range of 300 nm to 400 nm. 제 6 항, 제 8 항, 제 9 항 중 어느 한 항 기재의 회절광학소자의 제조방법에 있어서,The manufacturing method of the diffraction optical element of any one of Claims 6, 8, and 9, 상기 회절광학소자로의 광조사에 의한 주기구조의 형성이 상기 회절광학소자 표면의 분할된 영역마다 복수회 행해지는 것을 특징으로 하는 회절광학소자의 제조방법.A method of manufacturing a diffractive optical element, characterized in that the formation of a periodic structure by light irradiation to the diffractive optical element is performed a plurality of times for each divided area of the surface of the diffractive optical element. 제 6 항, 제 8 항, 제 9 항 중 어느 한 항 기재의 회절광학소자의 제조방법에 있어서,The manufacturing method of the diffraction optical element of any one of Claims 6, 8, and 9, 상기 회절광학소자로의 광조사를 복수회 행함으로써, 회절광학소자 내에 다른 주기구조를 중첩하여 형성되는 것을 특징으로 하는 회절광학소자의 제조방법.A method of manufacturing a diffractive optical element, characterized in that the light is irradiated to the diffractive optical element a plurality of times so that another periodic structure is superposed in the diffractive optical element. 적어도 화상표시수단과, 상기 화상표시수단을 조명하는 조명수단을 구비하고, 상기 화상표시수단은 그 화상표시수단에 입사하는 상기 조명수단에서의 조명광을 변조하여 출력하는 것으로 화상을 표시하고, 상기 조명수단은, 적어도 발광수단과, 상기 발광수단의 출력광속을 집광하는 제 1 집광수단과, 상기 제 1 집광수단의 출력광속의 파면을 변환하는 제 1 파면 변환수단으로 이루어지고, 상기 제1 파면변환수단은, 상기 제1 집광수단의 출력광속의 파면과 거의 등가인 제1 광속과, 제2 광속을 간섭하여 형성한 제1 홀로그램소자인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.At least an image display means and illumination means for illuminating the image display means, wherein the image display means displays an image by modulating and outputs illumination light from the illumination means incident on the image display means, and the illumination The means comprises at least light emitting means, first condensing means for condensing the output light flux of the light emitting means, and first wavefront converting means for converting the wavefront of the output light flux of the first condensing means, and the first wavefront conversion means. And the means is a first hologram element formed by interfering a first luminous flux that is substantially equivalent to a wavefront of an output luminous flux of said first condensing means and a second luminous flux. 제 1 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 1, 상기 조명수단은, 상기 발광수단의 출력광속을 집광하는 제 1 집광수단과, 상기 제 1 집광수단의 출력광속을 전파하는 제 2 집광수단과, 상기 제 2 집광수단에서의 출력광속의 파면을 변환하는 제 2 파면 변환수단을 구비하고, 상기 제 2 파면변환수단은, 상기 제 2 집광수단의 출력광속의 파면과 거의 등가인 제 1 광속과, 제3 광속을 간섭하게 하여 형성한 제 2 홀로그램소자인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The illuminating means converts the first condensing means for condensing the output light flux of the light emitting means, the second condensing means for propagating the output light flux of the first condensing means, and the wavefront of the output light flux in the second condensing means. And a second wavefront converting means, wherein the second wavefront converting means comprises a first light beam substantially equivalent to a wavefront of the output light beam of the second condensing means, and a second hologram element formed by interfering with a third light beam. And an image display device. 제 1 항 또는 제 2 항의 화상표시장치에 있어서,The image display apparatus according to claim 1 or 2, 상기 조명수단이, 복수의 렌즈를 2차원 어레이상으로 배열하여 이루어지는 제1 및 제2 파리눈렌즈로 구성되는 인터그레이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And said illuminating means comprises an integrator comprising first and second fly-eye lenses formed by arranging a plurality of lenses in a two-dimensional array. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus according to any one of claims 1 to 3, 상기 화상표시수단이, 편광표시수단이고, 그 편광표시수단은 입사하는 상기 조명수단에서의 조명광의 중에서, 대개 특정한 방향으로 편향된 편광광을 분리하고, 그 편광광을 변조하는 것으로 화상을 표시하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The image display means is a polarization display means, and the polarization display means is for displaying an image by separating polarized light deflected in a specific direction, and modulating the polarized light, usually out of the illumination light from the incident illumination means. An image display apparatus. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus according to any one of claims 1 to 4, 상기 조명수단이, 랜덤 편광광을 대개 특정방향의 편광광으로 변환하는 편광변환수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And said illuminating means comprises polarization converting means for converting randomly polarized light into polarized light in a specific direction. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 화상표시장치에 있어서,The image display apparatus according to any one of claims 2 to 5, 상기 제2 집광수단의 최종 출력수단이 상기 제1 파리눈렌즈인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the final output means of the second light collecting means is the first fly's eye lens. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 화상표시장치에 있어서,The image display device according to any one of claims 1 to 6, 상기 제2 또는 제3의 광속은 상기 발광수단의 발광체보다 체적이 작은 미소발광체에서의 출력광속 또는 이 출력광속을 반사경에서 반사시킨 광속, 또는 그 출력광속 또는 그 광속을 제3 집광수단에 의해 전파시킨 광속의 파면과 거의 등가인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The second or third luminous flux propagates through the third luminous means the output luminous flux of the micro-luminescent body having a volume smaller than that of the luminous means of the luminous means or the luminous flux reflected by the reflector, or the luminous flux or the luminous flux thereof by the third condensing means. And an image display device substantially equivalent to the wavefront of the made luminous flux. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 화상표시장치에 있어서,The image display apparatus according to any one of claims 1 to 7, 상기 제2 광속 또는 상기 제3 광속은 대략 평면파 또는 그 대략 평면파를 제3 집광수단에 의해 전파시킨 광속의 파면과 거의 등가인 파면을 가지는 광속인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the second luminous flux or the third luminous flux is a luminous flux having a substantially flat wave or a wavefront substantially equivalent to the wavefront of the luminous flux propagated by the third condensing means. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 화상표시장치에 있어서,The image display apparatus according to any one of claims 2 to 8, 상기 제2 집광수단의 최종 출력수단이 상기 제1 파리눈렌즈이고, 상기 제3 집광수단의 최종 출력수단이 제3 파리눈렌즈이며, 상기 제3 파리눈렌즈와 상기 제2 파리눈렌즈가 한쌍으로 인테그레이터를 구성하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The final output means of the second light collecting means is the first fly's eye lens, the final output means of the third light collecting means is a third fly's eye lens, and the third fly's eye lens and the second fly's eye lens are paired. And an integrator. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 화상표시장치에 있어서,The image display apparatus according to any one of claims 1 to 9, 상기 반사경이 회전 방물면경 또는 회전 타원면경 또는 구면경인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the reflecting mirror is a rotating object mirror, an ellipsoid mirror or a spherical mirror. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 화상표시장치에 있어서,The image display apparatus according to any one of claims 1 to 10, 상기 편광변환소자는, 적어도 편광분리수단과 편파면 회전수단을 구비하고 있고, 또, 상기 편광분리수단에 의해 분리된 서로 대개 직교하는 편파면의 한쪽의 편파면을, 상기 편파면 회전수단이 약 90°회전시키는 구성인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The polarization converting element includes at least polarization separation means and polarization plane rotating means, and further comprises a polarization plane on one side of the polarization planes which are generally orthogonal to each other separated by the polarization separation means, and the polarization plane rotation means is weak. An image display apparatus, characterized in that the configuration to rotate 90 °. 상기 홀로그램 소자는 참조광속 발생수단에서 발생된 참조광속 및 물체광속 발생수단에서 발생된 물체광속의 2광속을 간섭시켜 형성되는 간섭고를 홀로그램재료에 기억시키는 것에 의해 제작되고, 2분된 레이저광의 한쪽을 상기 참조광속발생수단에 입사시킴으로써 상기 참조광속을 발생시키며, 그 2분된 레이저광의 다른 한쪽을 상기 물체항쟁 발생수단에 입사시켜 상기 물체광속을 발생시키는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자의 제조방법.The hologram element is manufactured by storing, in a hologram material, an interference height formed by interfering two beams of a reference light beam generated by the reference light beam generating means and an object light beam generated by the object light beam generating means, and storing one side of the two-segmented laser light. The reference beam is generated by incidence into a reference beam generating means, and the other side of the divided laser light is incident on the object collision generating means to generate the object beam. 제 12 항의 홀로그램소자의 제조방법에 있어서,In the method of manufacturing the hologram element of claim 12, 상기 참조광속 발생수단이, 반사경 및 소정의 위치에 정치된 미소형상의 제1 반사체를 적어도 구비하고, 상기 2분된 레이저광의 한쪽을 반사경에 설치된 하나 또는 복수의 투과구멍에 입사시켜 상기 제 1 반사체를 조명하고, 상기 제 1 반사체에서의 반사 또는 산란광속 및 그 반사 또는 산란광속을 반사경에서 다시 반사시킨 광속 중 어느 하나 또는 양자를 상기 참조광속으로 하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 소자의 제조방법.The reference beam generating means includes at least a reflector and at least a small first reflector settled at a predetermined position, and enters one of the two-divided laser beams into one or a plurality of transmission holes provided in the reflector. And illuminating and using either or both of the reflected or scattered light beams at the first reflector and the light beams that reflects the reflected or scattered light beams again at the reflector as the reference light beams. 제 12 항의 화상표시장치에 있어서,In the image display apparatus of claim 12, 상기 물체광속 발생수단이 반사경 및 소정의 위치에 정치된 제 2 반사체를 적어도 구비하고, 상기 레이저광을 반사경에 설치된 하나 또는 복수의 투과구멍에 입사시켜 상기 제 2 반사체를 조명하며, 상기 제 2 반사체에서의 반사 또는 산란광속, 및 그 반사 또는 산란광속을 반사경에서 다시 반사시킨 광속 중 어느 하나 또는 양자를 상기 물체광속으로 하는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자의 제조방법으로서, 상기 제 2 반사체의 형상이 상기 화상표시장치에 사용되는 상기 발광수단의 발광체의 형상과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 홀로그램 소자의 제조방법.The object light beam generating means includes at least a reflector and a second reflector that is held at a predetermined position, and the laser beam is incident on one or a plurality of transmission holes provided in the reflector to illuminate the second reflector, and the second reflector A method of manufacturing a hologram element, characterized in that any one or both of the reflected or scattered light beam at and the light beam reflected back from the reflector or scattered light beam at the reflecting mirror are the object light beams. A method of manufacturing a hologram element, characterized in that it is substantially the same as the shape of the light emitting body of the light emitting means used in the image display apparatus. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 홀로그램소자의 제조방법에 있어서,In the method of manufacturing the hologram element of any one of claims 12 to 14, 상기 제2 반사체의 크기를 복수회에 걸쳐 작게 또는 크게 하는 것으로 복수회에 걸쳐 다른 물체광속을 발생시키고, 복수의 그 물체광속과 상기 참조광속을 간섭시켜 상기 홀로그램 재료에 다중 기록시키는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자의 제조방법.The size of the second reflector is reduced or enlarged for a plurality of times to generate different object beams over a plurality of times, and the plurality of object beams and the reference beams are interfered with to multi-record on the hologram material. Method of manufacturing hologram element. 제 12 항 또는 제 13 항의 홀로그램소자의 제조방법에 있어서,In the method of manufacturing the hologram element of claim 12, 상기 물체광속 발생수단이 입사 레이저광속을 특정한 입체각내에 출력하는 발산광속 발생수단인 것을 특징으로 하는 홀로그램소자의 제조방법.And said object beam generating means is a diverging beam generating means for outputting an incident laser beam within a specific solid angle. 제 12 항, 제 13 항, 제 16 항 중 어느 한 항의 홀로그램소자의 제조방법에 있어서,In the method of manufacturing the hologram element of any one of claims 12, 13, 16, 상기 발산광속 발생수단의 출력광속이 상기 화상표시장치에서 홀로그램 소자에 입사되는 광속과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 홀로그램소자의 제조방법.And the output luminous flux of said divergent luminous flux generating means is substantially the same as the luminous flux incident on the holographic element in said image display apparatus. 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항의 홀로그램소자의 제조방법에 있어서,In the method for manufacturing the hologram element of any one of claims 12 to 17, 상기 발산광속 발생수단 및 상기 물체광속 발생수단의 어느 한쪽 또는 양자가 하나 또는 복수의 집광렌즈, 및 인터그레이터중 어느 한쪽 또는 양자를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자의 제조방법.And either or both of the divergent luminous flux generating means and the object luminous flux generating means comprise one or a plurality of condensing lenses, and either or both of the integrators. 제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 홀로그램소자의 제조방법에 있어서,In the method of manufacturing the hologram element of any one of claims 12 to 18, 상기 참조광속 발생수단 및 상기 물체광속 발생수단의 어느 한쪽 또는 양자가 상기 참조광속 또는 상기 물체광속을 기록시킨 홀로그램인 것을 특징으로 하는 홀로그램소자의 제조방법.Wherein either or both of the reference beam generating means and the object beam generating means are holograms in which the reference beam or the object beam is recorded. 제 12 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 홀로그램소자의 제조방법에 있어서,In the method of manufacturing the hologram element of any one of claims 12 to 19, 다른 파장의 복수의 레이저광을 사용하여, 상기 참조광속 및 상기 물체광속을 발생시키고, 다른 파장에 의해 형성한 복수의 2광속 간섭고를 상기 홀로그램재료에 다중 기록하는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자의 제조방법.The reference beam and the object beam are generated using a plurality of laser beams of different wavelengths, and a plurality of two-beam interference heights formed by different wavelengths are recorded in the hologram material in a multi-layer manufacturing method. . 물체광과 참조광을 간섭시켜 작성되는 홀로그램 소자로서, 상기 물체광이 거의 평행한 광속(이하, 물체광속이라 약칭함)이고, 상기 참조광이 발광수단에서 발광되는 제 1 광속을 집광 및 전파시키는 조명수단에서의 출력광속과 거의 등가인 파면을 가지는 광속(이하, 참조광속이라 약칭함)인 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.A hologram element created by interfering an object light and a reference light, wherein the object light is a substantially parallel light beam (hereinafter, abbreviated as object light beam), and lighting means for condensing and propagating a first light beam emitted from the light emitting means. A hologram element characterized in that it is a luminous flux having a wavefront almost equivalent to the output luminous flux in (hereinafter, referred to as a reference luminous flux). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 조명수단은, 적어도 상기 제1 광속을 집광하는 집광수단과, 상기 집광수단에 의해 집광된 제2 광속을 전파시키는 복수의 렌즈를 2차원으로 어레이상으로 배치하여 이루어지는 제1 파리눈렌즈 및 제2 파리눈렌즈를 조합시킨 인터그레이터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.The illuminating means comprises: a first fly-eye lens comprising at least two light condensing means for condensing the first light beam and a plurality of lenses for propagating a second light beam condensed by the condensing means in a two-dimensional array; A hologram element comprising an integrator incorporating two fly-eye lenses. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 조명수단은, 입사광속을 편파면이 서로 직교하는 성분으로 분리하는 편광분리수단과, 분리된 편광성분 중 어느 한쪽의 편광성분의 편파면을 거의 90도 회전시키는 편파면 회전수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.The illuminating means includes polarization splitting means for separating the incident light beam into components in which the polarization planes are orthogonal to each other, and polarization plane rotating means for rotating the polarization plane of one of the separated polarization components by almost 90 degrees. Hologram element characterized in that. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 홀로그램 소자는 간섭고를 작성후, 이면에 반사미러를 설치하고 있는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.The hologram element is a hologram element, characterized in that the reflection mirror is provided on the back side after the interference height is created. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 반사미러는 특정한 파장대역의 광속을 선택적으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 홀로그램소자.The reflection mirror is a hologram element, characterized in that for selectively reflecting the light flux of a specific wavelength band. 적어도, 상기 홀로그램 소자와, 상기 홀로그램 소자를 조명하는 상기 조명수단과, 상기 홀로그램 소자의 출력광속을 변조하는 것으로 화상을 표시하는 화상표시수단을 구비하고 있고, 상기 화상표시수단은 각 화소에 대응하는 마이크로 렌즈를 구비하며, 상기 마이크로 렌즈는 입사한 광속을 대개 화소의 개구부분에 수속시키는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.At least the hologram element, the illuminating means for illuminating the hologram element, and image display means for displaying an image by modulating the output light flux of the hologram element, wherein the image display means corresponds to each pixel. And a microlens, the microlens having a function of converging the incident luminous flux into an opening portion of the pixel. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 조명수단은, 백색 입사광속을 고유의 파장대역을 가지는 3원색으로 분리하는 색분리수단을 구비하고, 상기 3원색 중의 특정한 원색의 파장대역에 포함되는 파장을 가지는 상기 물체광속 및 참조광속으로 작성된 상기 홀로그램 소자의 출력광속이 대응하는 원색의 화상신호를 표시하는 상기 화상표시수단의 입사광속인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The illuminating means includes color separation means for separating the white incident light beam into three primary colors having inherent wavelength bands, and is made of the object light beam and the reference light beam having a wavelength included in a wavelength band of a specific primary color among the three primary colors. And the output light beam of said hologram element is an incident light beam of said image display means for displaying an image signal of a corresponding primary color. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 색분리수단은, 특정한 파장대역의 3원색을 선택적으로 반사시키는 다이크로익미러(dichroic mirror)이고, 또 각 다이크로익미러의 광입사측에 대응하는 다이크로익미러가 선택적으로 반사시키는 파장대역에 포함되는 파장의 물체광속 및 참조광속에 의해 형성된 상기 홀로그램 소자를 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The color separation means is a dichroic mirror that selectively reflects three primary colors of a specific wavelength band, and a wavelength that the dichroic mirror corresponding to the light incidence side of each dichroic mirror selectively reflects. And the hologram element formed by an object light beam and a reference light beam having a wavelength included in a band. 적어도, 상기 홀로그램 소자와, 상기 홀로그램 소자를 조명하는 상기 조명수단과, 상기 홀로그램 소자의 출력광속을 변조하는 것으로 화상을 표시하는 화상표시수단을 구비하고 있고, 상기 화상표시수단은, 3원색 중에서 대응하는 원색의 화상신호만을 표시하는 3개의 화소를 1조(組)로 하는 화소구조를 가지고, 또 1조의 화소구조에 대응하는 광로변환수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.At least the hologram element, the illuminating means for illuminating the hologram element, and image display means for displaying an image by modulating the output luminous flux of the hologram element, wherein the image display means corresponds in three primary colors; An image display device comprising: a pixel structure comprising three pixels for displaying only image signals of primary colors; and an optical path converting means corresponding to one pixel structure. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 조명수단은, 적어도 색분리수단을 구비하고, 상기 색분리수단은 특정한 파장대역의 3원색을 선택적으로 반사시키는 다이크로익 미러이며, 또, 각 다이크로익 미러의 광입사측에, 대응하는 다이크로익 미러가 선택적으로 반사시키는 파장대역에 포함되는 파장의 물체광속 및 참조광속에 의해 형성된 상기 홀로그램 소자를 배치하여 이루어지고, 또 상기 조명광학계의 광축에 대한 각 다이크로익 미러의 경사각을 각각 다르게 하는 것으로 3원색마다 상기 화상표시수단에 입사하는 각도를 다르게 하며, 화상표시수단에 형성된 상기 광로변환수단은 상기 홀로그램 소자 및 상기 다이크로익 미러에 의해 다른 방향에서 입사되는 각 원색을 대응하는 원색의 화상신호만을 표시하는 각 화소의 객구부에 대개 집속시키는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The illumination means includes at least color separation means, and the color separation means is a dichroic mirror for selectively reflecting three primary colors of a specific wavelength band, and corresponding to the light incidence side of each dichroic mirror. The hologram element formed by the object light beam and the reference light beam of the wavelength included in the wavelength band selectively reflected by the dichroic mirror is disposed, and the inclination angle of each dichroic mirror with respect to the optical axis of the illumination optical system is respectively set. By varying the angle of incidence to the image display means every three primary colors, the optical path converting means formed on the image display means corresponds to the primary colors corresponding to the primary colors incident in different directions by the hologram element and the dichroic mirror. Characterized in that it has a function of focusing on the target part of each pixel that displays only the image signal of An image display device. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,The method according to claim 9 or 10, 상기 광로변환수단은, 마이크로렌즈 어레이, 회절광학소자, 실린드리컬렌즈중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And the optical path changing means is any one of a microlens array, a diffractive optical element and a cylindrical lens. 복수의 미소영역으로 이루어지는 회절광학소자로서, 상기 미소영역의 출력광속은 상기 회절광학소자의 법선방향과 소정의 각도로 교차하는 평면상에서 대개 서로 겹치는 광속인 것을 특징으로 하는 회절광학소자.A diffractive optical element comprising a plurality of micro-regions, wherein the output light flux of the micro-regions is a light beam which overlaps each other generally on a plane crossing the normal direction of the diffraction optical element at a predetermined angle. 제 1 항의 회절광학소자에 있어서,In the diffractive optical element of claim 1, 상기 회절광학소자는, 물체광과 참조광을 간섭시켜 작성되는 복수의 미소영역으로 이루어지는 홀로그램이고, 상기 복수의 미소영역의 물체광은, 상기 홀로그램의 법선방향과 소정의 각도로 교차하는 평면상에서 대개 서로 중합하는 광속인것을 특징으로 하는 회절광학소자.The diffraction optical element is a hologram composed of a plurality of minute regions created by interfering an object light and a reference light, and the object light of the plurality of minute regions is generally mutually on a plane crossing the normal direction of the hologram at a predetermined angle. A diffractive optical element, characterized in that a light beam to polymerize. 제 1 항 또는 제 2 항의 회절광학소자에 있어서,The diffractive optical element of claim 1 or 2, 상기 각 미소영역의 물체광이 상기 평면상에서 서로 대개 중합하는 형상은 사각형인 것을 특징으로 하는 회절광학소자.Diffraction optical element, characterized in that the shape in which the object light of each of the micro-regions usually polymerize with each other on the plane. 제 1 항 내지 제 3 항의 회절광학소자에 있어서,In the diffractive optical element of claim 1, 상기 참조광은 상기 홀로그램에 소정의 각도로 입사하는 거의 평행광속인 것을 특징으로 하는 회절광학소자.And the reference light is a substantially parallel light beam incident on the hologram at a predetermined angle. 제 1 항 내지 제 3 항의 회절광학소자에 있어서,In the diffractive optical element of claim 1, 상기 참조광은, 상기 홀로그램에 대하여 소정의 각도로 교차하는 광축상의 일점에 대개 수속되는 수속광인 것을 특징으로 하는 회절광학소자.And the reference light is a converging light that is generally converged to one point on an optical axis intersecting at a predetermined angle with respect to the hologram. 적어도, 상기 회절광학소자와, 상기 회절광학소자를 조명하는 조명수단과, 상기 회절광학소자의 출력광속을 변조하는 것으로 화상을 표시하는 화상표시수단을 구비하여 이루어지고, 상기 회절광학소자의 출력광속은 상기 화상표시수단상에서 서로 대개 중합하며, 또 상기 출력광속이 서로 대개 중합된 형상이 상기 화상표시수단의 화상표시수단과 거의 동일한 크기의 사각형인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.At least a diffraction optical element, illumination means for illuminating the diffraction optical element, and image display means for displaying an image by modulating the output light flux of the diffraction optical element, and the output light flux of the diffraction optical element Is a quadrangle which is usually polymerized with each other on the image display means, and the shape in which the output light fluxes are usually polymerized with each other is substantially the same size as the image display means of the image display means. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 화상표시수단은 각 화소에 대응하는 마이크로 렌즈를 구비하고 있고, 상기 마이크로 렌즈는 입사한 광속을 대개 화소의 개구부분에 수속시키는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And said image display means comprises a microlens corresponding to each pixel, and said microlens has a function of converging the incident luminous flux into an opening portion of the pixel. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 회절광학소자의 법선과, 상기 조명수단의 광축이 평행이 아니고, 또 상기 조명수단에서의 출력광속이 상기 회절광학소자를 조명하는 영역이 거의 타원형상이고, 상기 타원형상의 장축방향과, 상기 화상표시수단의 화상표시영역의 장변방향이 대개 일치하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.The normal line of the diffractive optical element and the optical axis of the illuminating means are not parallel, and the area where the output light flux from the illuminating means illuminates the diffractive optical element is almost elliptical shape, the major axis direction of the elliptical shape, and the image display. The long side direction of the image display area of the means is generally coincident. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 6 to 8, 상기 조명수단이, 무편광인 광속의 편광방향을, 특정방향에 일치하는 기능을 가지는 편광분리수단 및 편파면 회전수단을 가지는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.And said illuminating means has polarization separation means and polarization plane rotating means having a function of matching the polarization direction of the light beam that is unpolarized to a specific direction.
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