WO1999024852A1 - Hologram element polarization separating device, polarization illuminating device, and image display - Google Patents

Hologram element polarization separating device, polarization illuminating device, and image display Download PDF

Info

Publication number
WO1999024852A1
WO1999024852A1 PCT/JP1998/004701 JP9804701W WO9924852A1 WO 1999024852 A1 WO1999024852 A1 WO 1999024852A1 JP 9804701 W JP9804701 W JP 9804701W WO 9924852 A1 WO9924852 A1 WO 9924852A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
image display
diffractive optical
polarization
display device
Prior art date
Application number
PCT/JP1998/004701
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Akifumi Ogiwara
Yasunori Kuratomi
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. filed Critical Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority to KR1020007004027A priority Critical patent/KR20010031135A/en
Publication of WO1999024852A1 publication Critical patent/WO1999024852A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/32Holograms used as optical elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0056Means for improving the coupling-out of light from the light guide for producing polarisation effects, e.g. by a surface with polarizing properties or by an additional polarizing elements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/72Modifying the appearance of television pictures by optical filters or diffusing screens
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/74Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor

Definitions

  • the present invention relates to an image display device that displays a bright, high-quality screen, and a hologram element used for the image display device.
  • the present invention also relates to a polarization separation element for separating an incident light beam into different polarization components, and a projection type image display device configured by using the same, which projects and displays an image.
  • a monitor for displaying images a display device for personal digital assistants, a head-up display for in-vehicle use or personal use, and an image display device used for road traffic signs or information display, and for illumination light Lighting equipment.
  • FIG. 1 shows a configuration example of a conventional general image display device using a liquid crystal panel as image display means.
  • the output light 3 from the lamp 2 is reflected by the reflector 14, and the output light beam 5 is condensed and propagated by the condensing optical system (not shown), and the dichroic light is separated for color separation.
  • the liquid crystal panel 1 is separated into the three primary colors of red, green and blue by the loudspeaker mirrors 12 and 13 and passes through the total reflection mirror 14 and the capacitor lens 15. 6-0 that accounted not enter the 1 8
  • the liquid crystal panels 16 to 18 etc. are mainly classified into a transmission type and a reflection type, and both are incident through a polarizing plate or a polarizing beam splitter (hereinafter abbreviated as PBS).
  • PBS polarizing beam splitter
  • the liquid crystal panels 16 to 18 are generally active matrices in which thin-film transistors (hereinafter abbreviated as TFTs) are arranged in each pixel as switching elements for driving each pixel.
  • TFTs thin-film transistors
  • the TFT method is the mainstream, and the TFT is generally formed of polycrystalline polysilicon.
  • FIG. 2 shows a configuration example of another conventional general image display device. After the output light from the lamp 22 is reflected by the reflector 23, an integration consisting of the first fly-eye lens 24 and the second fly-eye lens 25 is performed. Propagated by the turning back mirror 29, and the dike for color separation The three primary colors of red, green, and blue are separated by the mouth mirrors 30 and 31 and are incident on the image display elements 35 to 37.
  • the image display elements 33 to 35 are broadly classified into a transmission type in which the incident light flux is modulated while transmitting the image display element and a reflection type in which the incident light flux is modulated while being reflected and outputted.
  • the modulation method is roughly classified into a polarization type that changes the polarization state of the incident light beam and a dispersion type that modulates by scattering the incident light beam.
  • Lamps with high luminous efficiency, small luminous volume, high brightness, and high color rendering properties are required for lamps 2, such as metal halide lamps, xenon lamps, and ultra-light lamps.
  • lamps 2 such as metal halide lamps, xenon lamps, and ultra-light lamps.
  • High-pressure mercury lamps are used.
  • the reflector 3 etc. a parabolic mirror, an ellipsoidal mirror, a spherical mirror, etc. are used because the reflected luminous flux is easily used effectively. It is often located at the focal point or first focal point or center of the reflector.
  • the image formed by the respective lenses of the second fly-eye lens 45 on the image display element 47 has a large luminance distribution output from the reflector 43.
  • the output light beam is divided by each lens of the first fly-eye lens 44, and the result is obtained by superimposing them on the image display element 47.
  • the polarization type liquid crystal panel The image display device used has a drawback that only the polarized light component in a specific direction can be effectively used in the output light of the lamp. There was a problem that a large light source had to be used. A polarization conversion element has been developed to solve this problem. It effectively converts to a polarization component having a plane of orthogonal polarization.
  • FIG. 3 shows a configuration diagram of a general polarization conversion element 38.
  • Non-polarized light (randomly polarized light beam) 62 is polarized by the polarization separating means 60 so that the polarization components are orthogonal to each other, that is, P-polarized light (parallel to the paper surface which is transmitted without being reflected by the polarization separating means).
  • a light beam reflected by the polarization separation means and having a polarization direction perpendicular to the paper surface is separated into 64, and only the S-polarized light 64 is reflected by the reflection means 60 (in general, the polarization separation means 60). It is based on the principle that the light is reflected by the same type of film) and converted into P-polarized light 41 by the polarization plane rotation means 61.
  • the aperture ratio is about 56% in an image display device in which 102.times.768 pixels are formed on a 1.3-inch diagonal panel.
  • the same number of pixels are formed on a 0.9-inch diagonal image display element, it is at most about 40%. If the number of pixels is further increased to increase the resolution, or if the number of pixels is the same and the size of the image display device is reduced, the aperture ratio is significantly reduced, and as a result, The projection efficiency will decrease.
  • a single-panel image display device using one image display element has been developed.
  • the single-panel type requires fewer image display elements than the three-panel type and simplifies the configuration of the optical system, thus realizing low cost, which is important for practical use of image display devices. I can do it.
  • effects such as reduction of the weight of the set and elimination of the need for a color comparator can be expected.
  • the color compensating means that the output of the corresponding pixel of each image display element is aligned on a screen. Increase and adjustment This is costly due to the time required.
  • the single-panel type has a disadvantage that the projection efficiency is lower than that of the three-panel type.
  • the light intensity is reduced to 1/3 in principle and the image becomes dark. This is because while the three-panel system can use the three primary colors separated by color with little absorption, the color filter transmits only the luminous flux in the specific wavelength band, and This is because light in the wavelength band is absorbed or reflected and does not enter the pixel.
  • Reference Example Hei 6 — 2223 61
  • Each of the above reference examples includes a color separation unit that separates white light into three primary colors, and an optical path conversion unit that causes the separated luminous flux to enter each corresponding pixel.
  • the color separation means is a dike aperture mirror (hereinafter, referred to as a different type) which is arranged at different angles with respect to the optical axis as disclosed in Reference Examples 1, 2, and 3.
  • a tilt angle mirror abbreviated as a dichroic mirror
  • micro-lens arrays Reference Example 1
  • hologram lens arrays Reference Example 2
  • Cylindrical lenses (Reference Example 3), etc.
  • the polarization separation means is used.
  • the luminous flux must be focused only on
  • the component that is incident on the reflection means 60 ′ provided with the polarization plane rotation means 61 adjacent thereto instead of the polarization separation means 60 is effective. It is not used for and loss occurs.
  • the transmittance of P-polarized light 63 is about 96
  • the efficiency of conversion to the P-polarized light 63 by the polarization plane rotating means 61 is about 91%, which is extremely high.
  • the efficiency of converting the unpolarized light 62 into the P-polarized light 63 is about 94%.
  • this efficiency can be defined as polarization utilization efficiency.
  • the polarization utilization efficiency is reduced to less than about 80%, and the light emitter length is reduced to about 3 millimeters.
  • the reason for using the lamps of the above is that the love drops to about 60%, and the polarization utilization efficiency without the polarization conversion element is 50%, which is not much different from the above lamp. This is due to the size of the luminous body.
  • the size of the illuminant greatly affects the performance of the integrator and the polarization conversion efficiency of the polarization conversion element, but this is a problem when displaying a higher-luminance image. Is an important issue. For example, if the size is about 100 to 200 bits, the size of the luminous body is about 2 millimeters at most, and as described above, it functions as an integral element and a function of the polarization conversion element. However, if a higher output lamp is used, the illuminant becomes larger as the lamp output increases. Therefore, in an image display device using a low output lamp of about 100 to 200 Watts, a high projection efficiency of 6 lumens / watt is possible, but this is not possible. When the above high output lamps are used, only about 3 lumen / unit can be realized at most.
  • the luminous flux incident on the image display element ie, the micro lens, is not necessarily a substantially parallel luminous flux.
  • each lens constituting the first fly-eye lens has to focus an incoming light beam on each lens of the corresponding second fly-eye lens.
  • each lens of the second fly-eye lens must form an image of each lens of the first fly-eye lens on the image display device.
  • the magnification at that time is 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, it is determined by L2 / L1.
  • the above problem is a problem that arises because a lens whose optical behavior is described by so-called geometric optics is used.
  • the invention of the present application solves the above-mentioned problem by a diffractive optical element based on wave optics which is not restricted by such geometrical optics. Many examples are disclosed. However, these are completely different from the technical idea of the diffractive optical element of the present invention and the image display device using the same.
  • Conventional Example 4 discloses a reference in which light incident on a hologram head is superimposed on a photosensitive material. .
  • Conventional Example 4 when two-beam interference exposure is performed, the crossing angle of the beams is changed while changing the angle. The aim is to achieve precise alignment, and there is no disclosure of improving illuminance uniformity by superimposing beams.
  • two types of apertures are provided for light incident on the hologram head, and the purpose is to obtain an interference image between them. It does not superimpose all light incident on the entire surface.
  • a laser beam has been formed by causing two coherent light beams to interfere with each other, and the laser beam has been recorded on gelatin bichromate or a photopolymer, and the wavefront of the recorded light beam has been recorded.
  • the development of holographic devices that can reproduce holograms is active.
  • the optical switch will be described.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-173131 which is a conventional example 1
  • a mixture of a polymer material that is cured by the wavelength of a light beam that forms an interference image and a liquid crystal that is not cured at the wavelength of the light beam is disclosed.
  • An object is illuminated with an interference image, and a region composed of a cured polymer material and a region composed of an uncured liquid crystal are formed by so-called light-induced phase separation, and the uncured liquid crystal is controlled by an applied voltage.
  • an optical switch for controlling the diffraction / straight traveling of an incident light beam is disclosed.
  • Example 2 A number of similar examples have been disclosed, including, for example, Applied Physics Letters, Vol. 64, No. 9, pp. 741-10776, In 1991 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 2), it was disclosed as a holographic element capable of controlling diffraction efficiency.
  • a mixture of a photo-curable resin and a liquid crystal is illuminated with lattice-like light (wavelength is a wavelength that cures the photo-curable resin), and each light is induced by a photo-induced phase separation phenomenon.
  • a microcell structure surrounding the pixels is formed.
  • the liquid crystal molecules are aligned in the liquid crystal region in an axially symmetrical shape stabilized by the photo-curing reaction by the self-alignment force, thereby realizing a wide viewing angle and a high contrast.
  • Integre overnight means that minute lenses are two-dimensionally arranged as disclosed in, for example, JP-A-3-111806 and JP-A-5-346557. It is composed of two types of fly's eye lenses.
  • Fig. 7 shows a specific example of the configuration of the integration.
  • the projection efficiency can be improved.
  • the light beam 5 reflected by the reflector 4 is substantially circular, but the image display means 7 is, for example, a 4: 3 rectangular shape. Therefore, when illuminating the image display means 7 in a circular shape, only the area ratio of the rectangle inscribed in the circle was effectively used. This is called a rectangular conversion efficiency.
  • the rectangular conversion efficiency was about 61%.
  • the opening shape of the lens used for the first fly-eye lens 49 during the integration is shown in FIG. : By arranging as 3, it is possible to increase to about 80%. Next, the polarization conversion element will be described.
  • FIG. 8 shows a configuration diagram of a general polarization conversion element 58.
  • Non-polarized light (randomly polarized light flux) 62 is polarized by the polarization separation element 60 so that the polarization components are orthogonal to each other, that is, P-polarized light (parallel to the paper surface that is transmitted without being reflected by the polarization separation element).
  • a light beam having a polarization direction 63 3 and an S-polarized light beam (a light beam having a polarization direction that is reflected by the polarization splitting means and having a polarization direction perpendicular to the paper surface) 64, and only the S-polarized light 64 is reflected by the reflecting means 60.
  • a film of the same type as the polarization separation means 60 is used, and is converted into P-polarized light 6 3 ′ by the polarization plane rotation element 61.
  • Light sources such as fluorescent lamps and metal halide lamps
  • the light emitted from is composed of a P-wave 92 having a polarization direction parallel to the paper surface and an S-wave having a polarization direction perpendicular to the paper surface.
  • This light beam enters the polarizer 904, where a specific polarized component is absorbed and the remaining components are transmitted.
  • the polarizer 904 is configured to absorb the S-wave component and transmit the P-wave.
  • the light transmitted through the polarizer 904 is incident on the liquid crystal element 905.
  • the liquid crystal element 905 a diagonal nematic liquid crystal in which the directions of liquid crystal molecules are twisted by 90 ° between the entrance surface and the exit surface will be described as an example.
  • the liquid crystal element 905 is provided with a patterned transparent electrode, so that an electric field can be applied to each pixel.
  • the liquid crystal molecules are untwisted and the liquid crystal molecules stand isotropically with respect to the incident surface (home port). (Pic). Therefore, the P-wave incident on this pixel passes through the liquid crystal element without being modulated and maintaining its polarization state.
  • the polarization direction of light passing through the liquid crystal can be set to an intermediate state between the P-wave and S-wave states. Is also possible.
  • An optical information processing device that records and reads information stored in an optical storage medium such as an optical disk or a magneto-optical disk mainly uses a semiconductor laser as a light source and emits light from the semiconductor laser. Lens to focus the incoming light onto the optical storage medium, and a hologram element as a diffractive optical element to guide the laser light reflected on the optical storage medium to the light receiving element. You.
  • the light emitted from the laser passes through the hologram element as the diffractive optical element twice, on the outward path and the return path. If the light is diffracted strongly after passing through the hologram element on the outward path, the amount of light condensed on the surface of the optical disk will decrease, and sufficient light intensity will be obtained on the disk. This may hinder accurate detection of signal information. For this reason, a hologram element is usually required to have a function of different diffraction efficiencies between the forward path and the return path.
  • a semiconductor laser as a light source has polarization characteristics, selectivity of diffraction efficiency depending on a polarization direction is often used.
  • the light emitted from the semiconductor laser is transmitted without any diffraction effect in the direction of polarization of the light emitted from the semiconductor laser, and thereafter, is ⁇ wavelength in the optical path with the disk.
  • a phase plate such as a plate is arranged, and the direction of polarization is set to rotate 90 ° compared to the initial direction when it is reflected by the disk and passes through the hologram again.
  • the hologram element generates a diffraction function, and the light passing through the hologram element is guided to a light receiving element that detects information signals and the like.
  • All of the hologram elements disclosed in the above Conventional Examples 1 to 6 are optically substantially isotropic photocurable polymer materials that do not always have refractive index anisotropy; It is formed by a mixture with a liquid crystal material (hereinafter abbreviated as non-polymerizable liquid crystal) that does not cure at a wavelength that cures a photocurable polymer material, and forms a fine region. You. Therefore, for example, in Conventional Example 1, even if a voltage is applied to the area of only the non-polymerizable liquid crystal so as not to cause diffraction, for example, a hologram is obstructed with respect to the obliquely incident light flux. There was a disadvantage s that it would act as a system. This situation will be described with reference to FIGS.
  • Fig. 3 (a) for the light beam 3 'obliquely incident, a mode in which a voltage is applied to align the liquid crystal molecules vertically so that the incident light beam travels straight.
  • region 2 refractive index anisotropy occurs. In other words, it acts as an isotropic medium with a refractive index of no for ordinary rays (in this case, S-polarized light) and travels straight, but for extraordinary rays (in this case, P-polarized light), the region 2
  • the refractive index becomes ne (S), and the incident light is diffracted as a hologram. Therefore, for example, when it was used as an optical switch, there was a disadvantage that complete control could not be achieved except for normal incidence.
  • the formation was performed using an essentially homogeneous liquid crystal material, and no disclosure was made regarding the use of a mixture with a non-polymerizable liquid crystal.
  • the refractive index anisotropy between different regions is equal, but is not switchable and is essentially different from the present invention.
  • the light wave incident on the polarization separation element generates a phase distribution corresponding to the sawtooth shape, and functions as a phase type diffraction grating. Furthermore, the refractive index difference when passing through the liquid crystal layer differs depending on the polarization direction. For this reason, the phase distribution differs depending on the polarization direction of the incident light wave, so that the ordinary light and the extraordinary light, that is, the directions diffracted by the P wave and the s wave are emitted in different directions. .
  • the present invention has been made for the purpose of solving the above problems.
  • a group of inventions for achieving this object is configured as follows.
  • FIG. 15 is a configuration diagram of another image display device configured in the first embodiment.
  • FIG. 30 is a configuration diagram of another image display device configured in one embodiment.
  • FIG. 32 is a plan view of the diffractive optical element.
  • FIG. 41 is a diagram showing a function of a hologram element configured in one embodiment for obliquely incident light beams and a refractive index of each region.
  • FIG. 42 (a) is a diagram showing the configuration of a holographic element, the arrangement of liquid crystal molecules, and the refractive index of each region according to another embodiment.
  • FIG. 43 is a configuration diagram of the polarization beam splitter configured in one embodiment.
  • FIG. 44 is a plan view showing the alignment state of the liquid crystal in one process of the polarization beam splitter configured in one embodiment.
  • FIG. 48 is a sectional view showing an example of the internal configuration of the diffractive optical element.
  • FIG. 49 (a) shows an example of the angle and wavelength dependence of the diffractive optical element.
  • FIG. 63 is a configuration diagram of an embodiment of a reflection type image display device using a back light using a diffractive optical element.
  • FIG. 75 (a) is a diagram showing the configuration of a conventional optical switch and the refractive index of each region.
  • the image display device 101 is, as shown in FIG. 5, an illumination optical unit 104 composed of a lamp 102 and a reflector 103, and a diffractive optical element.
  • the hologram element 105, the image display element 106, and the projection lens 107 are provided.
  • the image display element 106 controls a micro color filter in which an area for transmitting red, green, or blue light is formed for each pixel, and the amount of light transmitted for each pixel.
  • a liquid crystal panel is provided, and the light transmitted through each pixel is subjected to luminance modulation, and the luminance-modulated light flux R is incident on the projection lens 107.
  • the projection lens 107 enlarges and projects the incident light beam on a screen (not shown).
  • the second configuration directly generates the ideal luminous flux ⁇ itself without using a reflector or a simulated illuminant as in the second configuration of the real luminous flux generating means 110. Things.
  • the shape and position of the simulated luminous body 122 are set in the same manner as the luminous area in the lamp 102 of the image display device 101.
  • the lamp 102 when the lamp 102 is a metal halide lamp as described above, it has a columnar shape, and its major axis substantially coincides with the optical axis of the reflector 122. It is arranged so that it does.
  • the lamp 102 is a xenon lamp
  • the lamp 102 is substantially spherical, and is disposed so as to be positioned on the optical axis of the central force s reflector 121.
  • the simulated luminous body 122 is made of a material having light reflectivity, and reflects the laser light U incident from the opening 12 la of the reflector 121.
  • the stripes are recorded on a hologram material to produce a master hologram, and the master hologram is irradiated with the same light beam as the above-mentioned predetermined light beam to reproduce the actual light beam S. It was done.
  • a master hologram it is possible to expose the holographic element 105 to a single exposure as in the case of performing the multiple exposure by the first configuration or the second configuration. It can be manufactured by As the material of the master hologram, various materials as described for the hologram material 113 of the hologram element 105 can be used.
  • the first configuration of the ideal luminous flux generating means 111 uses a simulated luminous body and a reflector similarly to the first configuration of the real luminous flux generating means 110, but the simulated luminous As described above, a small body that simulates a point light source is used as a body, and a reflector that is used in an actual image display device 101 is used as a reflector. Regardless of the shape and accuracy of O3, a different point is that a reflector having a shape and accuracy that can obtain a desired ideal light beam is used. That is, when a parallel light beam is obtained as an ideal light beam, a parabolic mirror may be used and the simulated illuminant may be arranged at the focal point of the paraboloid.
  • a reflector 144 of an ellipsoidal mirror may be used.
  • the reflected light from the reflector 144 can be condensed near the other focal point.
  • the hologram element 105 produced by generating a luminous flux converging toward a predetermined point by the ideal luminous flux generating means 111 is used.
  • the light is separated into light beams of three primary colors, is incident on the reflection type liquid crystal display elements 177 to 179, and is subjected to luminance modulation.
  • the projection lens 107 expands and projects the image on a screen (not shown).
  • three PBSs may be used.
  • the peripheral light intensity ratio (the ratio of the brightness of the center of the screen to the brightness of the peripheral portion when displaying with an all-white signal) can be as high as 70% or more, which is the same as before.
  • the image display device 191 includes an illumination optical unit 104 composed of a lamp 102 and a reflector 103, and an embodiment A 117.
  • An integral unit 1884 similar to the above, an image display device 192 which is a reflective deflecting device, and a projection lens 107 are provided.
  • a hologram element 1 5 is provided between the first fly-eye lens 182 of the integration lens 1884 and the second fly-eye lens 183, the integration is performed.
  • a lens 193 that converts the light beam outputted from the integration-evening 184 into a parallel luminous flux.
  • this image display device has a structure in which the second fly-eye lens constituting the integration lens 1884 is connected to the liquid crystal display element 106.
  • a polarization conversion element 202 and a condenser lens 203 are provided.
  • the image display element 106 for example, a transmissive liquid crystal panel is used, and as a lamp 102, an ultrahigh-pressure mercury lamp of 100 W and a reflector 103 are used. A parabolic mirror is used.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-234420 and Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-20010 dispose a polarization conversion element 202 on the lamp 102 side of the first fly-eye lens 102.
  • a similar effect can be obtained when the polarization conversion element disclosed in FIG.
  • a liquid crystal panel having the same size and a large number of pixels, for example, a pixel of 128 ⁇ 10 24 pixels or more (eg, 1920 ⁇ 1080 pixels) is used.
  • the projection efficiency was almost unchanged.
  • a polarization conversion element having a polarization separation unit and a polarization plane rotation unit in the illumination optical system, it is possible to realize an extremely high projection efficiency of 12 lumens / unit.
  • the hologram elements 2 16 to 2 18 as described above can be manufactured in the same manner as the hologram element 105 of the embodiment A-11.
  • the green luminous flux of the yellow luminous flux reflected by the dichroic mirror 244 is reflected by the green hologram element 217 and becomes a parallel luminous flux. After the conversion, the light enters the green image display element 220 and is subjected to luminance modulation.
  • the green luminous flux transmitted without being reflected by the hologram element 211 is reflected by the dichroic mirror 245, and is again returned to the hologram element 211 for green. After passing through 7, the light enters the image display element 220 again.
  • a liquid crystal panel having the same size and a large number of pixels for example, a liquid crystal panel of 1,280 ⁇ 1,024 pixels or more (eg, 1,920 ⁇ 1,080 pixels) can be used.
  • the projection efficiency was almost unchanged.
  • a polarization conversion element having a polarization separation unit and a polarization plane rotation unit in the illumination optical system it is possible to achieve an extremely high projection efficiency of 12 lumens / watt. became.
  • the configuration in which the reflection mirror is provided on the back surface side of the hologram element is described in the embodiment A2-1 or the embodiment A2-2.
  • the present invention may be applied to the following image display devices, etc., and the projection efficiency can be further improved.
  • the hologram elements 216 to 218 as described above, even if the F value is increased to 5, about 4.3 lm / The projection efficiency of watts can be achieved, and the F value is large (the incident angle with respect to PBS is small), so that the contrast can be improved to 800: 1.
  • the light beam of the blue component is reflected by the hologram element for blue 284 and converted into a parallel light beam, and then enters the image display element 288 .
  • the blue luminous flux transmitted without being reflected by the hologram element 2884 is reflected by the dichroic mirror 2811 for reflecting the blue luminous flux, and is again returned to the hologram for blue. After passing through the element 284, the light enters the image display element 288.
  • the lamp 102 for example, an ultrahigh-pressure mercury lamp having a rated output of 120 Watts is used.
  • the lamps described above it is also possible to use various types as described in the embodiment A1-1.
  • the light emitting region of the lamp 102 is small.
  • the relative effects of the present invention can be obtained.
  • a lamp having a light emitting body as large as several millimeters, such as a lamp or a high-output metal halide lamp.
  • the diffractive optical element 301 may be provided between the lamp 102 and the die-cloth mirror 317 as described above. It may be provided between the 317 and the like and the image display element 314 and the like.
  • this image display device is different from the image display device of Embodiment A3-1 (FIG. 26) in that the diffractive optical element 301 is replaced with the diffractive optical element 301.
  • the optical axis of the lamp (103) and the lamp 103 and the reflector 102 are aligned with the hologram element 361 and the projection laser.
  • the difference is that the optical axis (the optical axis of the projection optical system) such as lens 107 is configured to form a predetermined angle, and other configurations and operations are the same.
  • the shape of the diffraction region 361a does not necessarily have to be a shape corresponding to the image display element 303. It is not necessary that they have the same size or shape. That is, the size, shape, and number of the diffraction regions 361a are not particularly limited, and the luminous flux output from each diffraction region 36la is reflected on the image display region of the image display element 3663. If they are almost superimposed, the effect of reducing the amount of light can be obtained.
  • the holographic element 361 can be manufactured by recording a calculated draft in a photo register by electron beam lithography or the like. The case of manufacturing by exposure of an interference draft such as a polymer will be described.
  • a holographic element degrades two coherent light beams (a reference beam and an object beam), and records the generated interference image by exposing a recording material such as a photopolymer. It is produced by
  • a reference light a light flux substantially equal to the output light flux from the reflector may be used.
  • parallel light may be incident at an angle parallel to the optical axis of the actual illumination optical system.
  • the object light the light enters from the area where each diffraction area 36 la is to be formed to the entire display area of the image display element 303 and is superimposed on the image display element 303. A light beam having such a light path is used.
  • the transmitted light M passes through the opening 375 a provided in the mirror 374 and the mask 375 corresponding to the region 371 a of the hologram material 371.
  • the light enters the region 371a of the hologram material 371 as reference light.
  • the above-mentioned predetermined angle of incidence refers to the optical axis of the reflector 103 (the rotation axis of the paraboloid of revolution) and the normal of the hologram element 361, in the image display device actually configured. The angle is the same as the angle between the two.
  • the exposure of the hologram material 37 1 may be performed for each region 3 71 a by using a mask 3 75 as in the method described above.
  • a mask 382 as shown in 34, it is possible to simultaneously expose a plurality of regions 371a.
  • the mask 382 has openings 382a corresponding to the respective lenses 381a of the lens array 381, and the respective areas 371a of the hologram material 371, respectively.
  • the regions of the hologram material 371, on which the object light is incident via the respective lenses 38 la, are formed such that they do not substantially overlap with each other and that there are no gaps. I have.
  • the reference light is used as the reference light.
  • a light beam equivalent to the light beam converged on the second focal point in the actual illumination optical system may be used.
  • Such a light beam can be easily obtained by arranging a lens having a predetermined refractive power in the optical path of the transmitted light M on the optical axis of the reflex.
  • the reference light and the object light may be generated to form the respective diffraction regions 361a.
  • the diffracting area 391a is located on the path where the output light beam from the lamp 102 is converged to the second focal point by the reflection mirror 3553 composed of an ellipsoidal mirror.
  • the formed hologram element 391 may be arranged.
  • the diffracted light beam from each diffraction area 391a of the hologram element 391 is incident on the image display element 303 via the auxiliary lens 302 (can be omitted).
  • the output luminous flux of the image display element 303 is enlarged and projected on a screen (not shown) by the projection lens 357.
  • a white output light beam of a lamp 102 is condensed by a reflector 103 and is condensed by a mirror 104. After being reflected, it is incident on a dichroic prism 415 for color separation, and is split into light beams of three primary colors.
  • the luminous flux separated into each color is incident on a reflective hologram element 4 16 to 4 18 in which a plurality of diffraction regions similar to those in Embodiment A 316 are formed, and is diffracted in each diffraction region.
  • the luminous flux is superimposed on the transmission type image display elements 422 to 424 via the mirrors 419 to 421 to be luminance-modulated, and the dike opening prism is performed.
  • the image After being synthesized by 4 25, the image is enlarged and projected on a screen (not shown) by a projection lens 107. Also in the image display device as described above, the manufacturing cost can be reduced and the projection efficiency can be improved.
  • a relay type diffractive optical element as shown in Embodiment A3-1 may be used.
  • the brightness of the projected image is changed in the same manner as in Embodiment A3-2 (FIG. 28), except that the polarization direction is changed by the polarization conversion element 444. An image with high uniformity is displayed.
  • the diffractive optical element 301 having the function as an integral element and the polarization conversion element 444 it is possible to realize a higher projection efficiency. it can.
  • the hologram element 39 9 causes the reflected light flux from the reflector 103 to be the same as when an ideal point light source and a desired reflex camera are used. Is converted into a parallel light beam or a convergent light beam, so that a high projection efficiency can be obtained, a high projection efficiency can be obtained, and each of the components formed in the diffractive optical element 301 can be obtained. Since the luminous flux output from the diffraction region is superimposed on the image display element 3114-316, it is possible to reduce the unevenness in the light amount at the center and the periphery of the display image.
  • the hologram element 39 9 may be a transmissive element similar to that of the embodiment A1-1 or the like, while a diffractive optical element 301 is a reflective element. May be used.
  • a holographic element which is a polarization selective diffraction optical element having a different diffraction effect according to the polarization direction of incident light will be described.
  • this hologram element has two galvanized elements each having a conductive transparent electrode (hereinafter referred to as “IT 0”) 501 formed thereon.
  • IT 0 conductive transparent electrode
  • a region 503 containing an ultraviolet-curable liquid crystal (hereinafter, referred to as a “UV-curable liquid crystal”) molecule 503 a and a non-polymerizable liquid crystal molecule 504 a are disposed between the substrate 502 and the substrate. Region 504 is formed.
  • the UV-curable liquid crystal is a photocurable liquid crystal having a refractive index anisotropy, which is cured by a light beam having a specific wavelength.
  • a non-polymerizable liquid crystal is a liquid crystal material that does not cure with respect to a light beam having a wavelength that cures the UV-curable liquid crystal.
  • the hologram element configured as described above functions as a hologram element for P-polarized light (extraordinary ray) by applying a voltage between ITO 50 and incident.
  • the light beam is diffracted in a direction according to the pitch between the region 503 and the region 504 and the film thickness. That is, only the P-polarized light is selectively diffracted, and the S-polarized light (ordinary ray) goes straight (Fig. 10 (b)).
  • the selective diffraction of only the P-polarized light is the same even when the light beam enters the hologram element from an oblique direction. On the other hand, when no voltage is applied, both the P and S polarized lights go straight (Fig. 10 (a)).
  • the difference between the hologram element of the present invention and the conventional hologram element will be described.
  • the above operation principle is basically the same as that of the conventional example 1, but the conventional example 1 merely uses a photocurable polymer material for the region 503, and has a refractive index anisotropy. Is not disclosed at all.
  • the photocurable liquid crystal has a refractive index anisotropy, and ne and no after curing are the same as the non-polymerizable liquid crystal in the region 504. This is a characteristic, and therefore, the incident angle characteristics can be improved. For example, consider a vertically incident light beam (see Fig. 2 (a)).
  • a conductive transparent electrode (for example, I T0: not shown) is formed on a pair of glass substrates 25.
  • the hologram elements 511 and 512 were manufactured according to the following parameters.
  • FIG. 19 shows the calculation results of the theoretical diffraction efficiency of the hologram element 52 1 in “Bell System Technology” (H. Kogelnik, (Bell Syst. Tech. J., 48, 1969, pp. 290-9 — 294 7) This is shown based on the analysis of)).
  • the diffraction efficiency is the ratio of the amount of light diffracted in the primary direction to the total amount of incident light.
  • Table 1 summarizes various parameters of the diffractive optical element.
  • FIG. 18 shows a case where the optical axis of the optical medium 522 constituting the hologram element 521 is tilted by 90 ° between adjacent layers, and the refractive index difference is the largest. It is also possible to set the refractive index difference to an intermediate value between N e and N o by setting the angle arbitrarily. It is also possible to adjust the diffraction efficiency by selecting a refractive index distribution using this.
  • each layer having a different periodic structure, angle, etc. is formed according to each center wavelength, and these layers are laminated.
  • the hologram element 52 1 is configured as described above, or these structures are superimposed and recorded in the hologram element 52 1, so that the influence of chromatic dispersion or angle dependence is reduced. Such a configuration is also possible.
  • the direction of polarization of the irradiating Ar laser is set to be different, for example, by 90 ° between the first exposure step and the second exposure step, and exposure is performed.
  • a polymer film such as an alignment film
  • the main chain (or side chain) of the randomly oriented polymer is oriented in the polarization direction.
  • Molecules mainly absorb light to cause a photoreaction, and the film exhibits optical anisotropy.
  • the photoreaction process photoisomerization, photopolymerization, photodecomposition
  • the photoreaction process can be controlled by the polarization direction of the irradiated light and the angle formed by the polymer.
  • the initial alignment state of the liquid crystal can be set and the movement of the liquid crystal molecules in the first and second exposure steps can be controlled. It is also possible to perform
  • the diffraction efficiency of the device fabricated as described above was measured using a He-Ne laser while changing the incident polarization direction.
  • the transmittance for ordinary light was around 98%. Yes, it had a high transmittance.
  • the diffraction efficiency in the primary direction for extraordinary rays was about 90%, and good results were obtained. Therefore, it was confirmed that the diffractive optical element manufactured here had high polarization separation characteristics and diffraction efficiency.
  • Optical media having refractive index anisotropy include, in addition to liquid crystal, O and Bed acid Lithium, KD 2 P 0 4, - ? B a B 2 0 4, this enables even der using uniaxial crystal having a PLZT of which electro-optic effect or the like is, also, KT i PO Similar effects can be obtained by using media having various refractive index anisotropies including biaxial optical crystals such as 4 .
  • the S-polarized light which is an ordinary ray with respect to the hologram element 532, is emitted from the element as described in each of Embodiments B. It is not affected by the refractive index distribution of the periodic structure, and exhibits the same characteristics as when passing through a medium having an isotropic and uniform refractive index. Soy sauce In addition, the S-polarized light passes through the hologram element 532 as it is, is reflected by the total reflection mirror 531, passes through the hologram element 532 again, and exits. That is, the traveling direction of the S-polarized light is bent 90 ° by the total reflection mirror 531, and the S-polarized light is emitted.
  • the substantially parallel light from the reflector 534 is incident on the polarization separation element 530 via the first lens group 542 constituting the integrator 541. ing.
  • the luminous flux incident on the polarization splitter 530 is split so that the traveling directions of the S-polarized light and the P-polarized light are slightly different as described in Embodiment B2-2, and the polarization splitter is The light exits from 5300.
  • the S-polarized light passes through the hologram element 551, as it is, is reflected by the total reflection mirror 531 through the phase difference plate 552, and passes through the phase plate 552 again.
  • the polarization direction changes by 90 ° with respect to the incident light, and the light 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 5334, which is formed inside the hologram element 551.
  • the hologram element 551 transmits the incident light without reflecting it so that the condition is deviated from the Bragg diffraction condition for the periodic structure. That is, as described in FIG. 19 (a), the angle dependence of the diffraction efficiency is described.
  • the efficiency becomes almost zero, and the diffraction effect is reduced.
  • the light is transmitted without being generated, and the above-described predetermined angle can be set according to the forming 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 passes through the hologram element 551 without being diffracted. You can do it. It should be noted that the light is diffracted and almost coincides with the propagation direction of the P-polarized light directly diffracted by the hologram element 551. It is also possible to make it happen.
  • the light use efficiency of the polarized light illuminating device was determined in the same manner as in Embodiment B3-1, the light illuminating device was compared with the case where the hologram element 55 1 and the phase difference plate 5 52 were not used. It was possible to obtain a light use efficiency of about 2 to 1.5 times.
  • polarization conversion can be performed only by a simple laminated structure of the hologram element, the phase difference plate 552, and the total reflection mirror 531. Therefore, it can be easily combined with an optical system such as an integrator and can be used for a wide range of optical system devices.
  • a device equipped with a mirror that turns back in advance such as a color image display device that performs color separation and color synthesis with, for example, two dichroic prisms
  • a mirror provided with a hologram element instead of the mirror so that the light use efficiency can be improved without increasing the number of parts. I can do it.
  • the polarization as shown in FIG. 24 is obtained by using the same two hologram elements 56 1 and 56 2 as shown in the embodiment B 1 or the embodiment B 21.
  • a polarized light illumination device including the conversion element 560 was constructed.
  • the luminous flux containing the P-polarized light and the S-polarized light from the lamp 533 enters the hologram element 561 via the reflector 534, and the S-polarized light is It is transmitted as almost parallel light.
  • the P-polarized light is prayed by the hologram element 562 so that the propagation direction changes by approximately 90 ° according to the principle described in the embodiment B1 and the like.
  • the advantage of using the hologram elements 561 and 562 as described above is that it is possible to arbitrarily set the separation angle when performing polarization separation.
  • the polarization beam splitter when the polarization beam splitter is combined with the total reflection mirror to perform polarization separation, in order to bend the propagation direction by 90 °, the reflection surface must be incident on the incident light. It must be tilted by 45 ° (corresponding to ⁇ in Fig. 24). Therefore, in the depth direction, a magnitude force s corresponding to the size and inclination of the reflection surface is required, and the constraint in the thickness direction becomes large in an apparatus using the polarization illuminating apparatus.
  • a hologram element similar to that shown in the above-described Embodiment B1 or Embodiment B21-11 is used, and an output from an integer having a first lens group and a second lens group is used.
  • An example of a polarization conversion element that aligns the polarization direction of the light to be performed will be described.
  • FIG. 13 An example in which a projection type image display device configured using the polarization beam splitter 510 of the embodiment B2-1 (FIG. 13) will be described.
  • the hologram element constituting the polarization splitting element 5110 the one shown in the embodiment B1 or the embodiment B2-1 (FIGS. 10 and 18, etc.) is applied. be able to.
  • the operation is performed in a state where a predetermined voltage is applied between IT0.
  • the polarization separation element 5 10 used in the present invention includes the first hologram element 5 11 1 and the second hologram element 5 12 It transmits P-polarized light straight through (at an output angle of 0 °) and transmits S-polarized light at an output angle of approximately 17 °.
  • the same one as that described in the embodiment B4-2 is used.
  • the lamp 704a of the light source 704 is, for example, a fluorescent lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, an LED, a FED, a laser beam, an inorganic or organic EL element. Etc. can be used.
  • the light emitted from the lamp 704a is emitted as substantially parallel light by the reflector 704b.
  • This light source light includes P-polarized light and S-polarized light.
  • the s-polarized light acts as an extraordinary light component, so that the hologram elements 720 and 703
  • the light is modulated by the refractive index distribution of the periodic structure formed therein, and is emitted with its traveling direction bent upward in FIG.
  • the P-polarized light acts as an ordinary light component on the hologram elements 720 and 703
  • the refractive index distribution composed of the periodic structure of the hologram elements 720 and 703 is obtained. It behaves in the same way as when passing through a medium with an isotropic and uniform refractive index, without being affected by the light. For this reason, the P-polarized light passes through the hologram elements 720 and 703 as it is.
  • the refractive index distribution type hologram elements 720 and 703 composed of the optical medium having the refractive index anisotropy are configured by combining the liquid crystal element 701. Therefore, the light that is incident on the OFF pixels is not blocked (absorbed) but emitted out of the observer's field of view, thereby displaying the image. Thus, an image display device with good visibility can be manufactured. However, unlike the case where a polarizing plate is used, heat generation due to light absorption does not occur.
  • an image display device of a combined type using external light and an internal light source configured using the same hologram elements 720 and 703 as in Embodiment B5-1. Will be described.
  • the hologram elements 720 and 703 are the same as those shown in the embodiment B5-1, but the hologram element 720 is the same as that in the embodiment B5-1. Compared to B 5 — 1, it is rotated 90 ° in the same plane. Therefore, the hologram element 72 does not exhibit a diffractive effect on the S-polarized light, but has a diffractive effect on the P-polarized light. That is, the hologram elements 72 and 703 are configured such that the polarization direction dependence on the P-polarized light and the S-polarized light is reversed. The same function can also be provided by performing the alignment process in the hologram element shown in FIG.
  • the liquid crystal element 700 is the same as that used in Embodiment B5-1.
  • the mirror 711 is formed by vapor deposition of aluminum in the same manner as in Embodiment B5-3.
  • the light source 704 was a fluorescent lamp and was used as a white light source.
  • the P-polarized light that has entered the liquid crystal element 701 is modulated by each pixel of the liquid crystal element, and the polarization direction changes. Accordingly, the traveling direction due to the action of the hologram element 703 changes. As a result, the observer can visually recognize the image information corresponding to the input image signal.
  • the light including the P-polarized light and the S-polarized light emitted from the light source 704 is diffracted upward by the hologram element 720 in the figure. Therefore, the S-polarized light does not enter the color filter 721, but only the P-polarized light enters the color filter 721.
  • the applied electric field is controlled independently and passed through the hologram element 703.
  • the observer receives light of the selected color out of the light of each wavelength of R, G, and B. Therefore, the display of a color image as a combination of the light of the selected color arrives. Will be possible.
  • the diffraction angle is set to be large so that even light of a short wavelength having a small diffraction angle is out of the viewing range of the observer. Just set it. In other words, any light of each wavelength that has passed through the pixel corresponding to OFF is diffracted by the hologram element 703 out of the observer's field of view, and is not recognized as light intensity, causing problems such as color mixing. Does not occur.
  • a liquid crystal sample is manufactured in the same manner as in the case of manufacturing the hologram element shown in FIG. 18 in Embodiment B2-1. This is set in an optical system using an Ar laser.
  • a second exposure step of irradiating the liquid crystal sample with uniform light is performed in the same manner as in Embodiment B 2-1 to produce a holographic element on which interference fringes are superimposed. I can do it.
  • the hologram element fabricated as described above is used in place of the hologram elements 720 and 703 in FIG. 34, and a single video signal is input to the liquid crystal element 701, and Observed from the observer's position, the hologram element is optimized for any of the R, G, and B wavelengths, so there is no problem such as color bleeding or color mixing. We were able to recognize various images. 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.
  • the hologram element 70 of the image display apparatus according to the embodiment B55. Exposure was performed using light of each wavelength of R (0.65 m), G (0.55 / m), or B (0.45 m) as 2, 703, respectively. A stack of three hologram elements manufactured in this way may be used.
  • the hologram element as described above is used in place of the hologram elements 720 and 703 in FIG. 34, and a color video signal is input to the liquid crystal element 701, and the observer's Observed from the position, the diffractive optics of each layer independently affected the R, G, and B wavelengths, and the wavelength dispersion was reduced. As a result, clear images could be recognized without problems such as color bleeding and color mixing. Furthermore, even if the observation position was moved back and forth by about 30 cm, there was no effect such as deterioration of image quality.
  • the image display device according to the embodiment B51-11 can be applied to an image display / illumination device.
  • an example of a device that can display road traffic information in a tunnel and perform illumination without a tunnel will be described.
  • the image display device 731 is installed on the wall surface 732 of the tunnel.
  • This image display device 731 for example, has a configuration similar to that of the image display device described in Embodiment B51-11, and the emission direction of the diffracted light in the hologram element travels in the tunnel. It is installed so as to face the traveling direction of the vehicle 733. That is, in the embodiment B5-1, an example in which the display image is viewed from almost the normal direction (front) of the display screen has been described. However, when the display operation is performed, the diffracted light is simultaneously displayed. As a result, an image in which the brightness is inverted from the image viewed from the front is displayed.
  • the diffracted light is used to reduce the normal to the display screen.
  • the direction in which the diffracted light is emitted that is, the direction in which the displayed image is viewed by the diffracted light
  • this display device can be applied to various devices that require a display image to be viewed obliquely.
  • light transmitted through the hologram element is emitted in the normal direction of the display screen.
  • the experiment was conducted with the image display device 731 placed in a laboratory that imitated the structure in the tunnel as shown in Fig. 35. Image that could be displayed. Also, the light emitted to the front of the image display device 731 is It was also confirmed that it also plays a role as illumination light.
  • Such an image display / illumination device can be applied not only to the inside of the tunnel but also to traffic information display and lighting on a normal highway or an expressway, with priority given to other specific directions. Needless to say, the present invention can be applied to a method of displaying image information.
  • the P-polarized light passes through the diffractive optical elements 741 and 742 as it is and enters the liquid crystal element 701.
  • the S-polarized light is diffracted almost horizontally at an angle of about 90 °, and the hologram elements 743, 7 are arranged at the sides. 4 It is incident on 4.
  • the light incident on the hologram elements 743, 744 is diffracted by the hologram elements 743, 744 at an angle of about 90 °.
  • the light diffracted by the hologram elements 743 and 744 has its polarization plane rotated by 90 ° by the phase difference plates 745 and 746, and is converted into P-polarized light by the liquid crystal element. It is almost perpendicular to 70 1.
  • the irradiation area of the light source 704 can be enlarged, the light from the light source 704 having a small area can be enlarged to display an image by enlarging the irradiation area. It is also effective in reducing power consumption.
  • the light passing through the liquid crystal element 701 enters another holographic element 703 whose polarization direction is modulated in accordance with a signal applied to the pixel.
  • Embodiment An image display device configured using the hologram element shown in B 1 will be described.
  • a reflective mirror 823 is provided on the back of the hologram element 820 so that the light transmitted through the hologram element 820 can be further reflected.
  • the hologram element 820 of the present invention when a voltage is applied, the hologram element 820 of the present invention is substantially It becomes an isotropic medium, and the incident light beam 824 passes through the hologram element 820, and the light beam scattered by the reflection mirror 823 provided on the back surface of the light beam 8 It is incident on 9.
  • the output luminous flux of the liquid crystal panel 819 is almost one by the dot provided on the reflection mirror 823 in the same manner as when illuminated by the conventional backlight. Is spread in a similar manner.
  • the liquid crystal molecules are aligned in an axially symmetrical manner stabilized by the photo-curing reaction by the self-alignment force in the liquid crystal region, and a wide viewing angle and a high contrast are obtained. realizable.
  • the photocurable liquid crystal is cured in the same orientation as that of the non-polymerizable liquid crystal when displaying black, and the optical curing of the photocurable liquid crystal is performed.
  • the microcell portion becomes conspicuous in black display and the decrease in contrast is suppressed. As a result, it was possible to display an extremely uniform image.
  • FIG. 18 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a volume hologram element.
  • the inside of this element has a periodic layer structure that is inclined from the surface on which light enters to the thickness direction.
  • the optical media having anisotropy in refractive index are arranged between adjacent layers such that the inclination of the optical axis is parallel to the surface of the volume hologram element 52 1.
  • the other is arranged perpendicular to the surface.
  • the refractive index of each layer is No.
  • the ordinary ray incident on the medium is not affected by diffraction, and is transmitted as it is as shown in FIG. Will be done.
  • the extraordinary ray changes its optical path according to the layer structure formed inside the element.
  • Bragg diffraction condition This is what is called the Bragg diffraction condition.
  • Such a condition results in a three-dimensional configuration compared to a conventional two-dimensional diffractive optical element, and is blazed (in one direction). (Light converges).
  • the diffraction efficiency is adjusted by selecting a refractive index distribution using this, and the intensity and pattern of the detected light can be arbitrarily determined for the photodetector 102. It is also possible to set to.
  • the outgoing light with a wavelength of around 36 O nm from the Ar laser 911 is passed through a mechanical shutter 912 that can be opened and closed, and the diameter is 30 mm to 5 O mm by the beam extender 913. Can be spread to a degree beam.
  • the beam is split in two directions by beam splitter 915, and it corresponds to the structure of interference fringes formed on volume hologram element 521 by mirror 906. Irradiation at an angle.
  • One of the beams split by the beam splitter 915 has a shutter 405 disposed therein.
  • Two transparent conductive electrodes having, for example, IT 0 formed on a glass substrate were prepared. After cleaning these substrates to remove dust, an alignment film made of a polymer, for example, polyimide is applied by a spin coating method or the like, and heat treatment is performed. The alignment film. Formed on a plate.
  • a polymer for example, polyimide
  • a rubbing process is performed in a specific direction using a roller or the like, a seal is printed around one substrate, and beads having a diameter of about 5 m to 20 m are dispersed on the other substrate.
  • the two substrates were bonded together so that the rubbing directions were paired with each other to form an empty cell.
  • the liquid crystal is hardened by irradiation with light in the ultraviolet region around 360 nm, and the direction of the liquid crystal molecules is fixed. It has the characteristics to be generalized.
  • the injection was performed at room temperature in an air atmosphere, but the injection may be performed at a high temperature of about 40 ° (about 60 ° C or in a vacuum atmosphere.
  • the liquid crystal sample was completed by sealing the vicinity of the air hole with a sealant, and the liquid crystal sample prepared as described above was fabricated into a volume hologram element 521 in the optical system shown in Fig. 42.
  • the shutters 912 and 405 With the shutters 912 and 405 first opened, adjust so that interference fringes of about lzm pitch are formed at the sample position. At this time, the focusing angle of the two light beams by the mirror 906 is about 15 ° to 45 °, and the irradiation intensity of the Ar laser is about 50 mW to 100 mW. Next, the process of forming interference fringes on a liquid crystal sample using a laser will be described. The liquid crystal sample is set while the shutter 405 is open, and the shutter 912 is opened for a predetermined time, here about 1 minute, and then closed.
  • an AC electric field of about 5 (V // m) is applied between the ITO electrodes as transparent conductive electrodes formed inside the two glass substrates of the liquid crystal sample. Due to the application of the electric field, uncured liquid crystal molecules in a region belonging to a dark portion of the interference fringes are tilted in a direction perpendicular to the glass substrate. Since the tilt angle at this time is proportional to the applied electric field, a desired tilt angle, that is, a refractive index difference can be obtained by adjusting the magnitude of the electric field.
  • the shutter 405 With the voltage applied as described above, the shutter 405 is closed, and the entire surface of the volume hologram element 52 1 is irradiated with light having a uniform intensity distribution without forming interference fringes for about 5 minutes. Then, the entire area including the liquid crystal in the uncured dark area is completely cured.
  • a magnetic field is applied to the volume hologram sample 5 21 shown in FIG. 42 in order to change the alignment direction of the liquid crystal molecules in the region belonging to the dark stripe from the initial position.
  • Settings were made. Specifically, a magnetic field was formed around the liquid crystal sample by a superconducting magnet. Since liquid crystals have dielectric anisotropy, the molecular axis of liquid crystal molecules can be changed by applying a magnetic field as well as an electric field. By the application of the magnetic field as described above, the liquid crystal molecules in the dark area are changed in a direction perpendicular to the glass substrate. Then, in this state, the shutter 405 is closed in the same manner as in Embodiment B8-2, and uniform light irradiation is performed on the liquid crystal sample to cure the entire panel. went.
  • Embodiment B 8 — 4 The diffraction efficiency with respect to the polarization direction of the volume hologram element manufactured by the above-described process was measured by the same method as that of Embodiment B8-2. As a result, it has a diffraction efficiency of 90% or more, and it is possible to appropriately control the direction of liquid crystal molecules even by a method by applying a magnetic field. found. (Embodiment B 8 — 4)
  • Embodiment B From the step of applying an alignment film to a glass substrate, a prototype of a liquid crystal sample was manufactured in the same manner as in Embodiment B8-3.
  • Embodiment B polyvinyl cinnamate (PVCi) was used as the alignment film, and the roller rubbing step was omitted.
  • This sample was set in the optical system shown in Fig. 42. This time, in this system, a polarizer is provided immediately after the beam expander 913, and only the linear polarization component of the laser beam is used.
  • the interference fringe pattern consists only of the linearly polarized light component of the laser light.
  • a polymer film is irradiated with linearly polarized light as a light source, molecules whose main chain (or side chain) is oriented in the polarization direction from randomly oriented polymers mainly absorb light. A photoreaction occurs, and the film exhibits optical anisotropy.
  • the photoreaction process photoisomerization, photopolymerization, photodecomposition
  • the photoreaction process can be controlled by the polarization direction of the irradiated light and the angle formed by the polymer.
  • Embodiment B 8-2 Using a process similar to that of Embodiment B 8-2, a liquid crystal sample was prototyped. This time, a mask was applied to half the area of the sample, and the optical system shown in Fig. 42 was set up. Then, the first and second steps were performed in the same manner as in Embodiment B8-2 to produce a volume hologram in a maskless region.
  • the beam angle of the two light beams was changed by about 5 ° by changing the angle of the mirror 9 16 shown in FIG.
  • the mask portion of the previous sample was removed, and the first and second steps were repeated on this portion to produce a volume hologram.
  • the volume holographic device 521 manufactured as described above light was diffracted in two different directions with respect to the irradiation of the extraordinary ray on the entire surface of the device.
  • a liquid crystal sample was manufactured in the same manner as in Embodiment B8-2. This was introduced into the optical system shown in Fig. 42, and the first step was performed to expose an area belonging to the bright part of the interference fringes.
  • the angle of the mirror 916 is changed by about 5 ° to form interference fringes of different periods, and in this state, the first step is repeated to expose the light area. went.
  • the shutter 405 is closed, and a second step of irradiating the uniform hologram element 521 with uniform light is performed to perform the volume hologram.
  • the device was fabricated.
  • the volume hologram element 521 manufactured as described above was evaluated. Using an extraordinary ray, the angle of the laser for measuring the diffraction efficiency was set to a direction corresponding to two exposures of the fringe, and each was measured at a different angle. The diffraction efficiency was about 75% to 80% in each case. Although the diffraction efficiency is somewhat reduced by forming interference fringes in a superimposed manner, it can be considered that this can be improved by adjusting the thickness of the liquid crystal sample to a large extent. On the other hand, it has a transmittance of about 98% with respect to ordinary rays as in Embodiment B8-2. As described above, it was possible to fabricate the volume hologram element 521 by superimposing interference fringes. This is considered to be effective in an optical information processing device that performs optical reading and recording using a plurality of lasers having different wavelengths.
  • Embodiment B the configuration of the diffractive optical element used in the optical information processing device using the optical medium having the refractive index anisotropy and the manufacturing method thereof have been described.
  • Optical media having refractive index anisotropy include lithium niobate and K
  • a uniaxial crystal having an electro-optical effect such as D2P04,? —BaB204, PLZT, or a biaxial crystal such as KTP04.
  • a medium having a refractive index anisotropy including an optical crystal and the like it is possible to exhibit more effects.
  • the present invention it is possible to convert an output light beam of a large lamp of an illuminant into an output light beam of a small illuminant. It can be dramatically improved. Furthermore, the loss of the light-collecting efficiency or the polarization-conversion efficiency of the integrator and the polarization conversion element caused by the aberration of the light-converging optical system caused by the size of the light-emitting body. It is possible to display a uniform, bright (high projection efficiency) image.
  • a hologram element capable of switching incident light to diffraction / straight traveling, and having extremely small diffraction of an extraordinary ray obliquely incident upon straight traveling is provided. can do. Also the book By using the hologram element of the present invention, an inexpensive and highly efficient polarization separation function can be realized, and a highly efficient image display can be configured using the function.
  • a switchable direct-view image display device can be configured.
  • the present invention can be used and useful in the field of such an image display device and the like.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

An image display serving to the maximum the function of effectively increasing the numerical aperture of a microlens array formed on an image displaying element and displaying a highly uniform, bright image with a high projection efficiency, characterized in that hologram elements (12-14) fabricated by allowing the object light which is a generally parallel beam to interfere with the reference light which has a wave front approximately equivalent to that of the output light beam from illuminating means for collecting and propagating a first light beam emitted from light emitting means, the object light is a generally parallel object beam is used, so that the image display is provided with means for illuminating the hologram elements, and image display displaying elements (6-8) for displaying an image by modulating the output light beams from the hologram elements, and that the image displaying element has microlens corresponding to the respective pixels, and each microlens has a function of focusing the incident beam almost onto an opening portion of a pixel.

Description

明 細 書 ホロ グラ ム素子、 偏光分離素子、 偏光照明装置および画像表示装  Description Holographic element, polarized light separating element, polarized illumination device and image display device
技 術 分 野 本発明は、 明る く 、 高品位な画面を表示する 画像表示装置及び該 画像表示装置に用いるホロ グラ ム素子に関する ものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an image display device that displays a bright, high-quality screen, and a hologram element used for the image display device.
また、 入射光束を異なる偏光成分に分離する偏光分離素子及びそ れを用いて構成され、 画像を投写 して表示する投写型画像表示装置 に関する ものである。  The present invention also relates to a polarization separation element for separating an incident light beam into different polarization components, and a projection type image display device configured by using the same, which projects and displays an image.
また、 偏光分離素子を用いて偏光方向が揃っ た均一な照明光を得 る偏光照明装置及び偏光照明装置から 出射された偏光光をライ トバ ルブによ り 変調 して映像を拡大表示する投写型表示装置に関する も のである。  In addition, a polarization illuminator that uses a polarization splitter to obtain uniform illumination light with a uniform polarization direction, and a projection type that modulates the polarized light emitted from the polarization illuminator with a light valve to enlarge and display an image It relates to a display device.
また、 画像表示用のモニター、 携帯情報端末用の表示装置、 車載 用または個人ユース用のへ ッ ドア ッ プディ ス プレイ 、 及び道路交通 標識または情報表示等に使用される画像表示装置および照明光用の 照明装置に関する ものである。  In addition, a monitor for displaying images, a display device for personal digital assistants, a head-up display for in-vehicle use or personal use, and an image display device used for road traffic signs or information display, and for illumination light Lighting equipment.
また、 レーザ光を用いて光ディ ス クゃ光磁気ディ ス ク等の光記億 媒体に記録される情報の記録や読み出 し等を行う ための光へッ ドゃ 光ピ ッ ク ァ ッ プ等を含む光情報処理装置及びそれに使用される回折 光学素子に関する ものである。 背 景 技 術 らの光を画像表示素子によって輝度変調 し、 ス ク リ ーン上に拡大投 写する投射型画像表示装置の開発が進め られている (例えば、 ォ一 プラスィ一、 1 9 9 3 年 8 月号、 5 8項— 1 0 1 項) 。 In addition, an optical head for recording and reading information recorded on an optical storage medium such as an optical disk or a magneto-optical disk using a laser beam, and an optical pickup. The present invention relates to an optical information processing device including a pump and the like and a diffractive optical element used therein. Background technology Projection-type image display devices that modulate the brightness of these lights with image display elements and enlarge and project them on a screen are being developed (for example, O-Plus, August, 1993) No. 58-101).
図 1 に従来の一般的な画像表示装置であ り 、 画像表示手段と して 液晶パネルを用いた構成例を示す。 ラ ンプ 2 か らの出力光 3 を リ フ レ ク タ一 4 で反射 し、 出力光束 5 を集光光学系 (図示せず) によ り 集光、 伝搬 し、 色分離のためのダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ一 1 2、 1 3 に よ り 赤色、 緑色、 青色の 3 原色に分離 し、 全反射 ミ ラ一 1 4、 コ ン デンサ一レ ンズ 1 5 を介 して液晶パネル 1 6 〜 1 8 に入射せ しめ る 0 FIG. 1 shows a configuration example of a conventional general image display device using a liquid crystal panel as image display means. The output light 3 from the lamp 2 is reflected by the reflector 14, and the output light beam 5 is condensed and propagated by the condensing optical system (not shown), and the dichroic light is separated for color separation. The liquid crystal panel 1 is separated into the three primary colors of red, green and blue by the loudspeaker mirrors 12 and 13 and passes through the total reflection mirror 14 and the capacitor lens 15. 6-0 that accounted not enter the 1 8
液晶パネル 1 6 〜 1 8 によ り 変調された出力光は、 色合成のため のダイ ク ロイ ツ ク プリ ズム (図示せず) も し く は、 ダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ一 1 9 、 2 0 及び全反射 ミ ラ一 1 4 によ り 合成され、 投射レ ン ズ 9 によ り スク リ ーン (図示せず) 上に拡大投射される。  The output light modulated by the liquid crystal panels 16 to 18 is supplied to a dichroic prism (not shown) for color synthesis or a dichroic mirror 19 , 20 and the total reflection mirror 14, and are enlarged and projected on a screen (not shown) by the projection lens 9.
上記液晶パネル 1 6 〜 1 8 等は、 主に透過型、 反射型に区別され るが、 いずれも偏光板も し く は偏光ビームス プリ ッ タ (以下 P B S と略記する) を介 して入射される特定の直線偏光光を、 液晶材料に よ り 変調する こ と によ り 画像を表示する。  The liquid crystal panels 16 to 18 etc. are mainly classified into a transmission type and a reflection type, and both are incident through a polarizing plate or a polarizing beam splitter (hereinafter abbreviated as PBS). An image is displayed by modulating a specific linearly polarized light by a liquid crystal material.
また液晶パネル 1 6 〜 1 8 は一般的には各画素を駆動するための スイ ッチング素子と して薄膜 ト ラ ンジスタ (以下 T F T と略記す る) を各画素に配置 したァクテ ィ ブマ ト リ ッ クス方式が主流であ り 、 T F Tは多結晶ポ リ シ リ コ ンで形成されるのが一般的である。 また、 他の従来の一般的な画像表示装置の構成例を図 2 に示す。 ラ ンプ 2 2 からの出力光を リ フ レ ク タ一 2 3 で反射後、 第 1 の蠅の 目 レ ンズ 2 4、 第 2 の蠅の 目 レ ンズ 2 5 か ら なるイ ンテグレ一夕、 折 り 返 し ミ ラ一 2 9 によ って伝搬 し、 さ ら に色分離のためのダイ ク 口 イ ツ ク ミ ラー 3 0 、 3 1 によ り 赤色、 緑色、 青色の 3 原色に分離 し、 画像表示素子 3 5 ~ 3 7 に入射せ しめる。 The liquid crystal panels 16 to 18 are generally active matrices in which thin-film transistors (hereinafter abbreviated as TFTs) are arranged in each pixel as switching elements for driving each pixel. The TFT method is the mainstream, and the TFT is generally formed of polycrystalline polysilicon. FIG. 2 shows a configuration example of another conventional general image display device. After the output light from the lamp 22 is reflected by the reflector 23, an integration consisting of the first fly-eye lens 24 and the second fly-eye lens 25 is performed. Propagated by the turning back mirror 29, and the dike for color separation The three primary colors of red, green, and blue are separated by the mouth mirrors 30 and 31 and are incident on the image display elements 35 to 37.
画像表示素子 3 3 〜 3 5 は、 入射光束が画像表示素子を透過する 間に変調する透過型と、 入射光束を反射後出力する間に変調する反 射型に大別される。 さ ら に変調の方式と して入射光束の偏光状態を 変化せ しめる偏光型と、 入射光束を散乱する こ と によ り 変調する散 乱型に大別される。  The image display elements 33 to 35 are broadly classified into a transmission type in which the incident light flux is modulated while transmitting the image display element and a reflection type in which the incident light flux is modulated while being reflected and outputted. In addition, the modulation method is roughly classified into a polarization type that changes the polarization state of the incident light beam and a dispersion type that modulates by scattering the incident light beam.
偏光型の画像表示素子においては、 透過型及び反射型のいずれも 偏光板も し く は偏光ビームス プリ ツ 夕 (以下 P B S と略記する) を 介 して入射される特定の直線偏光光を、 例えば液晶材料によ り 変調 する こ と によ り 画像を表示する。 散乱型の画像表示素子において は、 透過型及び反射型のいずれも入射光束を散乱せ しめる こ とで黒 を表示 し、 入射光束を散乱せずに出力する こ とで 白 を表示する。 図 1 、 2 では画像表示素子を 3枚用いた構成 (以下、 三板式と略 記する) であるが、 後述する よ う に 1 枚の画像表示素子でカラ一画 像を表示する方式 (以下、 単板式と略記する ) もある。 ラ ンプ 2 等と しては、 発光効率が高 く 、 発光体の体積が小さ く 高 輝度で、 演色性の高いラ ンプが求め られてお り 、 メ タルハライ ド ラ ンプ、 キセノ ンラ ンプ、 超高圧水銀ラ ンプな どが用い られている。 リ フ レ ク タ 3 等と しては、 反射後の光束を有効に活用 しやすいこ とか ら、 放物面鏡、 楕円面鏡、 球面鏡な どが用い られてお り 、 発光 体がそれ ら反射鏡の焦点も し く は第一焦点も し く は中心に配置され る場合が多い。  In a polarization type image display device, a specific linearly polarized light incident through a polarizing plate or a polarizing beam splitter (hereinafter abbreviated as PBS) is used for both a transmission type and a reflection type. An image is displayed by modulating with a liquid crystal material. In the scattering type image display device, both the transmission type and the reflection type display black by scattering the incident light beam, and display white by outputting the incident light beam without scattering. 1 and 2 show a configuration using three image display elements (hereinafter abbreviated as a three-panel type). However, as described later, a method of displaying a single image with one image display element (hereinafter referred to as a three-panel type) , Abbreviated as veneer type). Lamps with high luminous efficiency, small luminous volume, high brightness, and high color rendering properties are required for lamps 2, such as metal halide lamps, xenon lamps, and ultra-light lamps. High-pressure mercury lamps are used. As the reflector 3 etc., a parabolic mirror, an ellipsoidal mirror, a spherical mirror, etc. are used because the reflected luminous flux is easily used effectively. It is often located at the focal point or first focal point or center of the reflector.
近年の画像表示装置においては、 全白信号を表示 した際の、 In recent image display devices, when displaying an all-white signal,
( 1 ) 投写画像の中央部の明る さ と周辺部の明る さ を均一にす る、 (1) Make the brightness of the central part and the peripheral part of the projected image uniform. ,
( 2 ) 投写される全光束 (ルーメ ン) をラ ンプの消費電力 (ヮ ッ ト ) で除した値と して定義される投写効率 (ル一メ ン /ワ ッ ト ) を 向上する、  (2) Improve the projection efficiency (lumen / watt) defined as the value obtained by dividing the total luminous flux (lumen) projected by the lamp power consumption (bit).
こ とが開発の主な課題であ り 、 ( 1 ) についてはイ ンテグレ一夕の 導入によ り 、 ( 2 ) についてはイ ンテグレ一夕 と発光体の小さな高 輝度ラ ンプとの組み合わせによって、 又は画像表示手段と して液晶 パネルのよ う な偏光表示手段を用いる画像表示装置にあっては、 さ らに偏光変換素子を組み合わせる こ とによって、 解決が試み られて レヽる。 また、 マイ ク ロ レ ンズを液晶パネルに形成する こ とによる投 写効率の改善も多数検討されている。 This is the main task of the development, (1) by the introduction of Integrate, and (2) by the combination of Integre and the small high-intensity lamp of the luminous body. Alternatively, in an image display device using a polarization display device such as a liquid crystal panel as an image display device, a solution is attempted by further combining a polarization conversion element. Many studies have also been made on improving the projection efficiency by forming a micro lens on a liquid crystal panel.
次に、 イ ンテグレ一タ について説明する。 イ ンテグレ一夕 とは、 例えば特開平 3 — 1 1 1 8 0 6 号公報、 特閧平 5 — 3 4 6 5 5 7 号 公報に開示されている よ う に、 微小 レ ンズを 2 次元に配置 して構成 される蠅の 目 レ ンズを 2 種類組み合わせて構成される。 イ ンテグレ 一夕の具体的構成例を図 4 に示す。 これは、 光源か らの出力光束を 複数の領域に分割 し、 それ ら を被照明体物上にて重畳する こ と によ り 、 照明光の均一性を向上せ しめる ものである。  Next, the integrator will be described. Integral is defined as a two-dimensional micro lens as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-111806 and Japanese Patent Application No. 5-3465957. It is configured by combining two types of fly's eye lenses that are arranged and configured. Figure 4 shows a specific example of the configuration of the integration. This is to improve the uniformity of the illuminating light by dividing the output luminous flux from the light source into a plurality of regions and superimposing them on the illuminated object.
ラ ンプ 4 2 の出力光束は リ フ レ ク タ 4 3 で反射後、 第 1 の蠅の目 レ ンズ 4 4へ入射する。 リ フ レ ク タ 4 3及び第 1 の蠅の 目 レ ンズ 4 4 によ って、 ラ ンプ 4 2 の発光体の像は、 第 1 の蠅の 目 レ ンズ 4 4 の各レ ンズに対応する第 2 の蠅の目 レ ンズ 4 5 の各レ ンズ上に結像 する。 第 2 の蠅の 目 レ ンズ 4 5 の各レ ンズは第 1 の蠅の 目 レ ンズ 4 4 を構成する各レ ンズの像を画像表示素子 4 7 上に結像する よ う な 構成となっている。 尚、 必要に応 じて、 第 2 の蠅の 目 レ ンズと画像 表示素子の間に リ レー レ ンズ、 補助レ ンズが配置されるが、 イ ンテ グレ一タ と しての基本的機能は変わ らない。 The output light beam of the lamp 42 is reflected by the reflector 43 and then enters the first fly-eye lens 44. With the reflector 43 and the first fly-eye lens 44, the image of the illuminator of the lamp 42 corresponds to each lens of the first fly-eye lens 44. The second fly's eye to be formed forms an image on each of the lenses 4 and 5. Each lens of the second fly-eye lens 45 is configured such that an image of each lens constituting the first fly-eye lens 44 is formed on the image display element 47. ing. If necessary, a relay lens and an auxiliary lens are arranged between the second fly's eye lens and the image display device. The basic function as a grainer does not change.
上記構成に よ り 、 第 2 の蠅の 目 レ ンズ 4 5 の各 レ ンズが画像表示 素子 4 7 上に結像する像は、 リ フ レ ク タ 4 3 から出力される輝度分 布の大きな出力光束を第 1 の蠅の 目 レ ンズ 4 4 の各レ ンズによ り 分 割 し、 それら を画像表示素子 4 7 上に重ね合わせた結果となる。 こ のよ う な原理によ り投写画像における画像中央部に対する周辺部の 明る さを 7 0 %以上に高 く する こ とが可能となっている。  According to the above configuration, the image formed by the respective lenses of the second fly-eye lens 45 on the image display element 47 has a large luminance distribution output from the reflector 43. The output light beam is divided by each lens of the first fly-eye lens 44, and the result is obtained by superimposing them on the image display element 47. With this principle, it is possible to increase the brightness of the peripheral part of the projected image relative to the central part of the image to 70% or more.
また、 イ ンテグレ一夕の導入によ り 、 画像表示装置の投写効率も 向上せ しめる こ とができる。 一般に リ フ レ ク タ 4 3 によ り反射され た光束は略円形である力 s、 画像表示素子 3 7 は、 例えば 4 : 3 の長 方形 (あるいは 1 6 : 9 の矩形) である。 それゆえ画像表示素子 4 7 を円形に照明する場合には円に内接する長方形の面積比 しか有効 に活用されなかった。 これを矩形変換効率と呼び、 4 : 3 の長方形 を外形とする (アスペク ト比の) 画像表示素子 4 7 を用いる場合に は、 矩形変換効率は、 約 6 1 %であっ た。 Also, with the introduction of the integration, the projection efficiency of the image display device can be improved. Generally, the light flux reflected by the reflector 43 is a force s that is substantially circular, and the image display element 37 is, for example, a 4: 3 rectangle (or a 16: 9 rectangle). Therefore, when illuminating the image display element 47 in a circular shape, only the area ratio of the rectangle inscribed in the circle was effectively used. This is called rectangle conversion efficiency, and when an image display element 47 (of an aspect ratio) having a 4: 3 rectangle as its outer shape is used, the rectangle conversion efficiency was about 61%.
しか しながら、 イ ンテグレー夕の第 1 の蠅の目 レ ンズ 4 4 に用レ、 る レ ンズの開口形状を特開平 5 — 3 4 6 5 5 7 号公報の図 2 に開示 されてレヽる よ う に 4 : 3 と して配置する こ と によ り 、 約 8 0 %に向 上する こ とが可能となっている。  However, the opening shape of the lens used for the first fly-eye lens 44 of the integration is disclosed in FIG. 2 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-346557. Thus, by arranging as 4: 3, it is possible to improve to about 80%.
く しか しながら特開平 5 — 3 4 6 5 5 7 の図 2 に開示されている よ う に、 ィ ンテグレ一夕の第 1 の蠅の 目 レ ンズ 4 に用いる レ ンズの閧 口形状を例えば 4 : 3 と して画像表示素子の形状と相似形にする こ とに加えて、 円形の照明領域の中に第 1 の蠅の目 レ ンズの各レ ンズ を密に形成する こ とによって、 矩形変換効率を約 8 0 %に向上する こ とが可能とな っている。 However, as disclosed in FIG. 2 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-346557, the shape of the lens used for the first fly-eye lens 4 of the integret can be changed, for example. In addition to making the shape of the image display element similar to 4: 3, by densely forming each lens of the first fly-eye lens in a circular illumination area, The rectangle conversion efficiency can be improved to about 80%.
次に偏光変換素子について説明する。 前述の偏光型液晶パネルを 用いた画像表示装置においては、 ラ ン プの出力光のなかで、 特定方 向の偏光成分 しか有効に活用できない という 欠点があ り 、 投写効率 が低 く 、 明るい画像を得る ためには出力の大きな光源を用いなけれ ばな らない という課題があった。 偏光変換素子はこ う した課題を解 決する こ とを 目的と して開発され、 偏光板で吸収、 も し く は P B S で反射され液晶パネルに入射されない偏光成分を、 該偏光成分に対 し概ね直交する偏波面を持つ偏光成分に有効に変換する ものであ る。 Next, the polarization conversion element will be described. The polarization type liquid crystal panel The image display device used has a drawback that only the polarized light component in a specific direction can be effectively used in the output light of the lamp. There was a problem that a large light source had to be used. A polarization conversion element has been developed to solve this problem. It effectively converts to a polarization component having a plane of orthogonal polarization.
偏光変換素子は、 例えば特開平 5 — 1 0 7 5 0 5 号公報、 特開平 6 — 2 0 2 0 9 4 号公報、 特閧平 7 — 2 9 4 9 0 6 号公報、 特開平 8 — 2 3 4 2 0 5 号公報、 特閧平 9 一 1 0 5 9 3 6 号公報等に多数 開示されているが、 基本的には、 偏光分離手段と、 偏波面回転手段 の組み合わせからなる。  The polarization conversion element is disclosed in, for example, JP-A-5-107505, JP-A-6-22094, JP-A-7-294096, and JP-A-8-208. Although many are disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 234245 and Japanese Patent Application Publication No. Hei 9-110593, they basically consist of a combination of a polarization splitting means and a polarization plane rotating means.
図 3 に一般的な偏光変換素子 3 8 の構成図を示す。 無偏光光 (ラ ンダムな偏光の光束) 6 2 を偏光分離手段 6 0 によ り 互いに直交す る偏光成分、 すなわち P偏光光 (偏光分離手段によ り 反射されずに 透過する紙面に平行な偏光方向を有する光束) 6 3 ' 、 S偏光光 FIG. 3 shows a configuration diagram of a general polarization conversion element 38. Non-polarized light (randomly polarized light beam) 62 is polarized by the polarization separating means 60 so that the polarization components are orthogonal to each other, that is, P-polarized light (parallel to the paper surface which is transmitted without being reflected by the polarization separating means). Light flux with polarization direction) 6 3 ', S-polarized light
(偏光分離手段によ り 反射され、 紙面に垂直な偏光方向を有する光 束) 6 4 に分離 し、 S偏光光 6 4 のみを反射手段 6 0 (—般的に偏 光分離手段 6 0 と同種の膜を用いる) によ り 反射 し、 偏波面回転手 段 6 1 によ り P偏光光 4 1 , に変換する原理に基づいている。 (A light beam reflected by the polarization separation means and having a polarization direction perpendicular to the paper surface) is separated into 64, and only the S-polarized light 64 is reflected by the reflection means 60 (in general, the polarization separation means 60). It is based on the principle that the light is reflected by the same type of film) and converted into P-polarized light 41 by the polarization plane rotation means 61.
近年では、 レ ンズア レイ 6 6 との組み合わせで構成される場合が 多 く 、 前記五つの参考例も レ ンズア レイ との組み合わせによ り使用 する こ とがで きるが、  In recent years, in many cases, a combination with a lens array 66 is used, and the above five reference examples can also be used in combination with a lens array.
次にマイ ク ロ レ ンズを形成 した液晶パネルについて説明する。 通 常の画像表示素子では、 各画素毎に画素を駆動する T F T を形成 し てお り 、 そのために画素の中で T F T を形成 している部分は光を透 過する こ とができない。 すなわち各画素の面積に対する実際に光が 透過する こ とができる面積の比 (開口率) が小さい とい う欠点があ る。 Next, a liquid crystal panel formed with a micro lens will be described. In a normal image display device, a TFT for driving each pixel is formed for each pixel. Therefore, the portion of the pixel where the TFT is formed cannot transmit light. That is, there is a disadvantage that the ratio of the area through which light can actually pass to the area of each pixel (aperture ratio) is small.
これは高解像度な画像表示素子において一層顕著とな り 、 対角 1 . 3 イ ンチのノ ネルに 1 0 2 4 x 7 6 8 画素を形成 した画像表示 素子においては開口率は約 5 6 %程度であ り 、 対角 0 . 9 イ ンチの 画像表示素子に同数の画素を形成した場合には高々 4 0 %程度とな る。 さ ら に画素数を増や して解像度を上げた り 、 または画素数は同 一であって も画像表示素子を小型に しょ う とする と開口率は著 し く 低下 し、 結果と して投写効率が低下 して しま う 。  This is even more pronounced in high-resolution image display devices, where the aperture ratio is about 56% in an image display device in which 102.times.768 pixels are formed on a 1.3-inch diagonal panel. When the same number of pixels are formed on a 0.9-inch diagonal image display element, it is at most about 40%. If the number of pixels is further increased to increase the resolution, or if the number of pixels is the same and the size of the image display device is reduced, the aperture ratio is significantly reduced, and as a result, The projection efficiency will decrease.
そこで、 例えば特開平 1一 2 8 1 4 2 6 号公報、 特開平 3 — 1 4 0 9 2 0 号公報、 特開平 4一 2 5 1 2 2 1 号公報な ど多数の参考例 に開示されている よ う に、 入射側のガラス基板にマイ ク ロ レ ンズを 形成 し、 かつ各画素に一つのマイ ク ロ レ ンズを対応せ しめ、 開口部 (各画素の中で光が透過する こ とができる部分) にのみ入射光を集 束せ しめ、 実効的な開口率を改善する こ とが考え られている。  Therefore, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication Nos. Hei 11-21826, Hei 3-14092, and Hei 4-251221 disclose in many reference examples. As shown in the figure, a micro lens is formed on the glass substrate on the entrance side, and one micro lens is assigned to each pixel. It is considered that the incident light is focused only on the area where the light can be reflected, and the effective aperture ratio is improved.
また一枚の画像表示素子を用いた単板式の画像表示装置も開発さ れている。 単板式は三板式に比べて画像表示素子が少な く てすみ、 光学系の構成が簡略となる こ とから、 画像表示装置を実用化する上 で重要 となる低コス ト化を実現する こ とがで きる。 さ ら に、 セ ッ ト の軽量化及びカラ一コ ンパ'一ゼンス を不要とできるな どの効果が期 待で きる。  Also, a single-panel image display device using one image display element has been developed. The single-panel type requires fewer image display elements than the three-panel type and simplifies the configuration of the optical system, thus realizing low cost, which is important for practical use of image display devices. I can do it. In addition, effects such as reduction of the weight of the set and elimination of the need for a color comparator can be expected.
カラ一コ ンパ'一ゼンス とは、 例えば三板式において、 各画像表示 素子の対応する画素の出力をス ク リ ーン上で位置合わせする こ とで あ り 、 位置合わせのための機構部品点数の増加、 及び調整に多大の 時間を要する こ と等による コス ト ア ッ プの要因となっている。 For example, in a three-panel system, the color compensating means that the output of the corresponding pixel of each image display element is aligned on a screen. Increase and adjustment This is costly due to the time required.
その一方で、 単板式は三板式に比べて投写効率が劣る という 欠点 がある。 例えば、 カラーフ ィ ルタ一を内部に設けた場合には、 原理 的に光の強度は 1 / 3 になって しまい画像が暗 く なる という 欠点が あった。 これは、 三板式では色分離された 3 原色がほとんど吸収さ れる こ とな く 利用する こ とができるのに対 し、 カラ一フ ィ ルタ一が 特定波長帯域の光束のみ透過 し、 他の波長帯域の光を吸収も し く は 反射 して しまい画素に入力 しないからである。  On the other hand, the single-panel type has a disadvantage that the projection efficiency is lower than that of the three-panel type. For example, when a color filter is provided inside, the light intensity is reduced to 1/3 in principle and the image becomes dark. This is because while the three-panel system can use the three primary colors separated by color with little absorption, the color filter transmits only the luminous flux in the specific wavelength band, and This is because light in the wavelength band is absorbed or reflected and does not enter the pixel.
そこで、 例えば 「日経エ レ ク ト ロニクス」 1 9 9 5 年 1 月 3 0 日 号 1 6 9 頁 1 7 3 頁 (以下、 参考例 1 と略記する) 、 特開平 8 — 2 9 2 5 0 6 号公報 (以下、 参考例 2 と略記する) 、 特開平 9 一 1 0 5 8 9 9 号公報の図 1 4 (以下、 参考例 3 と略記する) 、 「日経ェ レ ク ト ロニクス」 1 9 9 6 年 1 0 月 2 1 日号 1 8 頁 1 9 頁図 4 ( a ) (以下、 参考例 4 と略記する) 、 特開平 6 — 2 2 2 3 6 1 号 公報 (以下、 参考例 5 と略記する) 等に多数開示されている よ う に、 白色光を 3 原色に分離後、 対応する画素に各原色を入射せ しめ る こ とで投写効率を改善する こ とが提案されている。  Therefore, for example, “Nikkei Electronics”, January 30, 1995, page 169, page 173 (hereinafter abbreviated as Reference Example 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. H08-29250 No. 6 (hereinafter abbreviated as Reference Example 2), FIG. 14 of Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-110589 (hereinafter abbreviated as Reference Example 3), “Nikkei Electronics” 1 FIG. 4 (a) (hereinafter abbreviated as Reference Example 4), page 18, page 19, October 21, 1996, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 6 — 2223 61 (hereinafter referred to as Reference Example) It has been proposed to improve the projection efficiency by separating white light into three primary colors and then injecting each primary color into the corresponding pixel, as disclosed in a number of such methods. I have.
上記参考例は、 いずれも 白色光を 3 原色に分離する色分離手段 と、 分離 した後の光束を対応する各画素に入射せ しめる光路変換手 段から なる。 色分離手段と しては、 参考例 1 、 2 、 3 に開示されて いる よ う に、 光軸に対 して互いに異なる角度で配置されたダイ ク 口 ィ ヅ ク ミ ラ一 (以下、 異傾斜角ダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラーと略記する) を用いる場合が多 く 、 光路変換手段と してマイ ク ロ レ ンズア レイ (参考例 1 ) 、 ホロ グラ ム レ ンズア レイ (参考例 2 ) 、 シ リ ン ド リ カルレ ンズ (参考例 3 ) な どを用いている。  Each of the above reference examples includes a color separation unit that separates white light into three primary colors, and an optical path conversion unit that causes the separated luminous flux to enter each corresponding pixel. As disclosed in Reference Examples 1, 2, and 3, the color separation means is a dike aperture mirror (hereinafter, referred to as a different type) which is arranged at different angles with respect to the optical axis as disclosed in Reference Examples 1, 2, and 3. In many cases, a tilt angle mirror (abbreviated as a dichroic mirror) is used, and micro-lens arrays (Reference Example 1) and hologram lens arrays (Reference Example 2) are used as optical path conversion means. , Cylindrical lenses (Reference Example 3), etc.
また、 例えば参考例 4 、 5 に開示されている よ う にホロ グラ ム素 子な どの回折光学素子を用いて、 色分離手段と光路変換手段を兼用 する場合がある。 Also, for example, as disclosed in Reference Examples 4 and 5, hologram elements In some cases, a diffractive optical element such as a photomask is used as both a color separation unit and an optical path conversion unit.
しか しなが ら、 上記のよ う な従来の画像表示装置では、 以下のよ う な問題点があっ た。  However, the conventional image display device as described above has the following problems.
イ ンテグレ一夕、 及び偏光変換素子の機能を有効に活用するため には、 発光体の小さな高輝度ラ ンプを使用する必要があった。 以下 にその理由を簡潔に記す。 イ ンテグレ一夕 にあっては、 第 1 の蠅 の目 レ ンズを構成する各レ ンズ (以下、 第 1 レ ンズ群と略記する) が、 第 2 の蠅の 目 レ ンズの対応する各レ ンズ (以下、 第 2 レ ンズ群 と略記する ) に発光体の実像を形成するが、 この と き、 第 2 レ ンズ 群の開口よ り も大きな像を結像 した場合には、 有効に画像表示手段 に伝搬されない光束が生 じて しまい、 投射効率の損失となって しま う。 それゆえ発光体が小さいほど上述の伝搬ロ スが小さ く なるた め、 イ ンテグレ一夕 を有効に機能せ しめる こ とがで きる。  In order to utilize the functions of the integration device and the polarization conversion element effectively, it was necessary to use a high-intensity lamp with a small luminous body. The reasons are briefly described below. In the night of the integration, each lens constituting the first fly-eye lens (hereinafter, abbreviated as the first lens group) is replaced with each corresponding lens of the second fly-eye lens. A real image of the illuminant is formed on a lens (hereinafter abbreviated as a second lens group). At this time, if an image larger than the aperture of the second lens group is formed, an effective image is formed. A luminous flux that is not transmitted to the display means is generated, resulting in a loss of projection efficiency. Therefore, the smaller the light emitter is, the smaller the above-mentioned propagation loss becomes, so that it is possible to make the integration function effectively.
以上の現象は、 画像表示手段と して偏光表示手段を用いない場 合、 例えばポ リ マー分散型液晶パネルや、 米国特許第 5 0 9 6 2 7 9 号明細書に開示されている光偏向型の画像表示手段を用いている 場合にも 同様である。  The above phenomena occur when the polarization display means is not used as the image display means, for example, in a polymer dispersion type liquid crystal panel or the light deflection disclosed in US Pat. No. 5,096,279. The same applies to the case where a type of image display means is used.
また、 偏光変換素子にあっては、 例えばイ ンテグレ一夕 との組み 合わせによ り構成する場合 (実用的にはほとんどの例) では、 上述 のィ ンテグレー夕の場合と同様に、 偏光分離手段にのみ光束を集光 せねばな らない。 例えば図 1 4 に示 した偏光分離素子 5 8 にあつ て、 偏光分離手段 6 0 ではな く 、 それに隣接する偏波面回転手段 6 1 を設けた反射手段 6 0 ' に光が入射 した成分は有効に利用されず 損失となる。  Further, in the case of a polarization conversion element, for example, in the case where it is configured by a combination with the integration (in most practical cases), as in the case of the integration described above, the polarization separation means is used. The luminous flux must be focused only on For example, in the polarization separation element 58 shown in FIG. 14, the component that is incident on the reflection means 60 ′ provided with the polarization plane rotation means 61 adjacent thereto instead of the polarization separation means 60 is effective. It is not used for and loss occurs.
これは第 1 の蠅の目 レ ンズのラ ンプ側に偏光変換素子を配置 し、 偏光分離後の照射角を偏光成分によって異な ら しめる場合のも 同様 で、 この場合には、 第 2 の蠅の 目 レ ンズの前も し く は後に設置され る偏波面回転手段に特定の偏光成分のみを入射せねばな らない。 従 つて偏光変換素子の効率を向上せ しめ、 ひいては投射効率を向上す るために、 発光体の小さなラ ンプが必要とされているのである。 例えば、 偏光変換素子単体を レーザ光のよ う な平行光で照射 し、 その効率を調べる と、 例えば図 1 4 に示 した素子の場合では、 P偏 光光 6 3 の透過率は約 9 6 %、 また、 S偏光光 6 4 が偏光分離素子 5 8 に入社後、 偏波面回転手段 6 1 によ り P偏光光 6 3 へ変換され る効率は約 9 1 % と極めて高い性能を有 し、 無偏光光 6 2 が P偏光 光 6 3 へ変換される効率は、 約 9 4 %になる。 偏光表示手段を用い る画像表示装置にあっては、 こ の効率を偏光利用効率と定義する こ とができ る。 しか しながら実際に発光体の長さが約 1 . 4 5 ミ リ と小さいラ ンプを用いた場合でも偏光利用効率は約 8 0 %未満に低 下 し、 発光体の長さが約 3 ミ リ のラ ンプを用いたが愛には 6 0 %程 度に低下 し、 偏光変換素子がない場合の偏光利用効率 5 0 % と大差 な く なって しま う のは、 上述のラ ン プの発光体の大き さに起因 して いるのである。 This is achieved by placing a polarization converter on the lamp side of the first fly-eye lens, The same applies to the case where the irradiation angle after the polarization separation is made different depending on the polarization component. Only the components must be incident. Therefore, in order to improve the efficiency of the polarization conversion element and, consequently, the projection efficiency, a small lamp of the luminous body is required. For example, when the polarization conversion element alone is irradiated with parallel light such as laser light and its efficiency is examined, for example, in the case of the element shown in Fig. 14, the transmittance of P-polarized light 63 is about 96 After the S-polarized light 64 enters the polarization separation element 58, the efficiency of conversion to the P-polarized light 63 by the polarization plane rotating means 61 is about 91%, which is extremely high. However, the efficiency of converting the unpolarized light 62 into the P-polarized light 63 is about 94%. In an image display device using a polarization display means, this efficiency can be defined as polarization utilization efficiency. However, even when a lamp with a light emitter length of as small as about 1.45 millimeters is used, the polarization utilization efficiency is reduced to less than about 80%, and the light emitter length is reduced to about 3 millimeters. The reason for using the lamps of the above is that the love drops to about 60%, and the polarization utilization efficiency without the polarization conversion element is 50%, which is not much different from the above lamp. This is due to the size of the luminous body.
更に、 上記理由 とは別に、 ラ ンプからの出力光を有効に集光する ための リ フ レ ク タ一との組み合わせにおいて も発光体の小さな光源 は必要である。 例えば、 リ フ レ ク タ一と して放物面鏡を用いる場合 を考え る。 こ の放物面鏡は、 放物線を光軸と一致する回転軸によ り 回転せ しめて形成される凹面を反射面と して有する。 一般的には光 軸上の放物線の焦点近傍に発光体は設置される。 なぜな ら、 放物線 の焦点よ り 発散 した光束は放物面で反射後平行光線となるか らであ る。 しか しながら実際のラ ンプの発光体は点ではな く 有限な大きさを 持っている ため、 収束光や発散光が生 じて損失となっ て しま う。 こ う した理由から も発光体の小さなラ ンプが不可欠であっ た。 つあ り 発光体が極めて小さ く 、 ほぼ点光源とみなせる ラ ン プを用いれば、 前述のイ ンテグレ一夕、 偏光変換素子の本来有する機能を活か して 極めて高い投射効率を実現で き る と考え られる。 Further, apart from the above reasons, a light source with a small luminous body is necessary even in combination with a reflector for effectively condensing the output light from the lamp. For example, consider the case where a parabolic mirror is used as a reflector. This parabolic mirror has a concave surface formed by rotating a parabola with a rotation axis coinciding with the optical axis as a reflection surface. Generally, a luminous body is installed near the focus of a parabola on the optical axis. The reason is that the luminous flux diverging from the focus of the parabola becomes a parallel ray after reflection on the paraboloid. However, since the luminous body of the actual lamp has a finite size, not a point, convergent light and divergent light are generated, resulting in loss. For these reasons, a small light emitter was essential. In other words, if a light emitter is extremely small and a lamp that can be regarded as a point light source is used, it will be possible to achieve extremely high projection efficiency by taking advantage of the inherent functions of the polarization conversion element in the integration described above. Conceivable.
上述の よ う に発光体の大き さ によ り ィ ンテグレー夕の性能及び偏 光変換素子の偏光変換効率は大き く 影響を受けるが、 こ の こ とはよ り 高輝度な画像を表示する際に重要な問題となる。 例えば、 1 0 0 〜 2 0 0 ヮ ッ ト程度であれば、 発光体の大き さは高々 2 ミ リ 程度で あ り 、 上述のよ う にイ ンテグレ一夕、 及び偏光変換素子の機能と し てある程度満足で きるが、 それ以上の高出カラ ンプを用いた場合に は、 発光体がラ ンプ出力の増加と と も に大き く なつて しま う 。 それゆえ、 1 0 0 〜 2 0 0 ヮ ッ 卜程度の低出力ラ ン プを用いた画 像表示装置では、 6 ル一メ ン /ワ ッ ト とい う高い投射効率も可能で あるが、 それ以上の高出カラ ンプを用いる場合には高々 3 ルーメ ン /ヮ ッ ト 程度 しか実現で きていない。  As described above, the size of the illuminant greatly affects the performance of the integrator and the polarization conversion efficiency of the polarization conversion element, but this is a problem when displaying a higher-luminance image. Is an important issue. For example, if the size is about 100 to 200 bits, the size of the luminous body is about 2 millimeters at most, and as described above, it functions as an integral element and a function of the polarization conversion element. However, if a higher output lamp is used, the illuminant becomes larger as the lamp output increases. Therefore, in an image display device using a low output lamp of about 100 to 200 Watts, a high projection efficiency of 6 lumens / watt is possible, but this is not possible. When the above high output lamps are used, only about 3 lumen / unit can be realized at most.
つ ま り 1 0 0 ヮ ッ 卜 の ラ ン プを用レ、て 6 ルーメ ン /ヮ ッ ト の計 6 0 0 ル一メ ンの光出力を有する画像表示装置は実現で きて も、 例え ば 2 0 0 ヮ ッ ト のラ ンプを用いて 1 2 0 0 ル一メ ンの光出力を有す る画像表示装置の実現は困難であっ た。 以上のよ う に高出力ラ ンプ を用いて投射光束を大き く しょ う とする と投射効率が著 し く 低下 し ていた。  In other words, even if an image display device having a total output of 600 lumens / monitor of 6 lumens / bit using a 100-port lamp can be realized, for example, For example, it has been difficult to realize an image display device having a light output of 1200 lumens using a 200-bit lamp. As described above, when trying to increase the projected luminous flux using a high-power lamp, the projection efficiency was significantly reduced.
ィ ンテグレ一タ と偏光変換素子の組み合わせにおいては、 発光体 の小さな高輝度ラ ンプの開発によって、 近年では高い投写効率を実 現する こ とが可能となって きた。 しか しなが ら、 イ ンテグレー夕 と マイ ク ロ レ ンズを形成 した画像表示素子を組み合わせた場合、 また はイ ンテグレー夕 と偏光変換素子に加えてマイ ク ロ レ ンズを形成 し た画像表示素子を組み合わせた場合に、 実効的な画像表示素子の開 口率を向上 しょ う と して も大きな効果が得 られない とい う課題があ つ た。 以下にその理由を簡潔に記す。 In the combination of an integrator and a polarization conversion element, the development of a high-intensity lamp with a small illuminant has recently made it possible to achieve high projection efficiency. However, the integration evening An effective image is obtained when an image display element that forms a micro lens is combined, or when an image display element that forms a micro lens is combined with an integration element and a polarization conversion element. There was a problem that even if an attempt was made to improve the aperture ratio of the display element, a significant effect could not be obtained. The reason is briefly described below.
そも そ も、 マイ ク ロ レ ンズによ る実効的開口率向上の効果を大き く するためには、 マイ ク ロ レ ンズへの入射光束は光軸に対 して略平 行である こ とが好ま しい。 なぜな らマイ ク 口 レ ンズの光軸に対 して 斜めに入射する光束は、 画素の開口部以外の部分に入射 して しま う ためである。  In the first place, in order to increase the effect of improving the effective aperture ratio by the micro lens, the light beam incident on the micro lens must be substantially parallel to the optical axis. Is preferred. This is because a light beam that enters obliquely with respect to the optical axis of the microphone aperture lens enters other parts of the pixel than the aperture.
発光体の小さな高輝度ラ ン プの光束を放物面鏡によ って集光する こ と によ り 略平行に近い光束を得る こ とがで きるが、 実際の照明光 学系では、 前述のイ ンテグレー夕、 ま たは偏光変換素子を用いる こ とが不可欠であるため、 必ず しも画像表示素子すなわちマイ ク ロ レ ンズに入射する光束は略平行な光束とは限ら ないのである。  By converging a light beam of a high-luminance lamp with a small luminous body by a parabolic mirror, a light beam that is almost parallel can be obtained, but in actual illumination optics, Since it is essential to use the above-mentioned integration or polarization conversion element, the luminous flux incident on the image display element, ie, the micro lens, is not necessarily a substantially parallel luminous flux.
それゆえ、 理想的には実効的な開口率をほぼ 1 0 0 %にで き るは ずである にもかかわ らず、 前述の例ではマイ ク ロ レ ンズを導入 して も高々 1 . 2 倍の閲ロ率の向上 しか見込めず、 対角 1 . 3 イ ンチの 画像表示素子では実効的な開口率が 6 7 %、 対角 0 . 9 イ ンチの画 像表示素子では 5 5 %程度であ り 、 半分近 く 光束を損失 していた。 同様の現象は、 参考例 1 、 2 、 3 の単板式画像表示装置に見られ る よ う に、 光路変換手段と してマイ ク ロ レ ンズを用いる場合にも発 生する。 すなわち、 異傾斜角ダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラーによ って画像表 示素子に入射する 3 原色の入射角を互いに異な ら しめ、 一つのマイ ク ロ レ ンズによ って各原色の画像信号を表示する画素に異なる角度 で光束を入射せ しめる場合に、 入射光束が平行光束でないために、 混色及び効率の低下が見られている。 Therefore, in spite of the fact that the effective aperture ratio can be ideally set to almost 100%, even if the micro lens is introduced in the above example, it is at most 1.2. Only an improvement of the reading ratio can be expected, and the effective aperture ratio is about 67% for a 1.3-inch diagonal image display device and about 55% for a 0.9-inch diagonal image display device. However, almost half of the light was lost. Similar phenomena also occur when a micro lens is used as the optical path changing means, as seen in the single-panel image display devices of Reference Examples 1, 2, and 3. That is, the angles of incidence of the three primary colors incident on the image display device are made different from each other by the dichroic mirrors with different inclination angles, and the image of each primary color is made different by one micro lens. When the light flux is incident on the pixel displaying the signal at a different angle, since the incident light flux is not a parallel light flux, Color mixing and reduced efficiency have been observed.
例えば、 参考例 1 に開示されている例では、 本来例えば緑色の信 号を表示する画素に斜めから赤色、 も し く は青色の光束が入射 し、 本来の色と異なる色調の画像が表示された り 、 または画素の開口部 に有効に光束が入射せず、 効率が低い とい う 問題があった。  For example, in the example disclosed in Reference Example 1, red or blue light flux is obliquely incident on a pixel that originally displays a green signal, for example, and an image with a color tone different from the original color is displayed. In addition, the luminous flux did not efficiently enter the aperture of the pixel, or the efficiency was low.
上述のよ う に、 投写効率が高 く 、 明る さの均一性の高い画像表示 が可能な画像表示装置を構成するためには、 イ ンテグレ一夕、 偏光 変換素子、 マイ ク ロ レ ンズの機能を有効に活用せねばな ら ない。 中でもィ ンテグレ一タは、 画像の明る さの均一性を確保するだけ ではな く 、 偏光変換を行う ために不可欠な光学要素であるが、 レ ン ズを 2 次元に配置 し、 しかも 2 つの蠅の 目 レ ンズを組み合わせねば な らず高価なもの となってお り 、 コス ト ア ッ プを招いていた。 すな わち、 ィ ンテグレ一夕 を複製するための金型の作製及び硝材などが 高価であ り 、 投写レ ンズと と も に光学系の大半のコス 卜 を占めてい た。  As described above, in order to configure an image display device capable of displaying images with high projection efficiency and high brightness uniformity, the functions of the integration, the polarization conversion element, and the micro lens are required. Must be used effectively. Among them, the integrator is an essential optical element not only for ensuring the uniformity of the brightness of the image but also for performing the polarization conversion, but the lens is arranged two-dimensionally and has two flywheels. It had to be combined with a special eye lens, making it expensive and inviting cost up. In other words, the production of a mold and a glass material for duplicating the integret were expensive, and together with the projection lens occupied most of the cost of the optical system.
また、 その機能を実現するためには特定の距離が必要で、 コ ンパ ク ト な光学系を構成する こ とが不可能であっ た。 すなわち従来のィ ンテグレータでは、 第 1 の蠅の目 レ ンズを構成する各レ ンズは、 入 射する光束を対応する第 2 の蠅の 目 レ ンズの各レ ンズに集光せねば な らない。 また、 同時に第 2 の蠅の 目 レ ンズの各レ ンズは、 第 1 の 蠅の 目 レ ンズの各レ ン ズの像を画像表示素子上に結像せねばな らな い。 その際の倍率は、 第 1 の蠅の 目 レ ンズと第 2 の蠅の目 レ ンズ間 の距離 L 1 、 及び第 2 の蠅の 目 レ ンズと画像表示素子との距離 L 2 の比、 すなわち L 2 / L 1 に よ り 決定される。 一方矩形変換効率を 高める ためには、 第 1 の蠅の 目 レ ンズを小さ く し、 反射鏡からの略 円形の出力光束内に密に配置すればよいが、 その結果、 コス ト ア ツ プになる こ と に加えて倍率を高 く せねばな ら ず L 2 が大き く な り コ ンパク ト な構成ができなかっ た。 また、 1 枚の蠅の 目 レ ンズでイ ン テグレ一タ を構成する こ と もできなかっ た。 In addition, a specific distance was required to realize the function, and it was impossible to construct a compact optical system. In other words, in the conventional integrator, each lens constituting the first fly-eye lens has to focus an incoming light beam on each lens of the corresponding second fly-eye lens. . At the same time, each lens of the second fly-eye lens must form an image of each lens of the first fly-eye lens on the image display device. The magnification at that time is 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, it is determined by L2 / L1. On the other hand, in order to increase the rectangular conversion efficiency, the first fly's eye lens may be made smaller and densely arranged in a substantially circular output light beam from the reflector, but as a result, cost In addition to this, the magnification had to be increased, and L2 became large, so that a compact configuration could not be achieved. Also, it was not possible to construct an integrator with a single fly-eye lens.
以上詳細に述べたよ う に、 本発明は、 画像の明る さの均一性を高 く したま ま、 かつ高い光利用効率を実現する ための回折光学素子、 及びそれを用いた画像表示装置を提供する も のである。  As described in detail above, the present invention provides a diffractive optical element for realizing high light use efficiency while maintaining uniformity of image brightness, and an image display device using the same. It does.
また、 以上の課題は、 その光学的挙動がいわゆる幾何光学で記述 される レ ンズを用いているために生 じる問題であった。 本願発明 は、 こ う した幾何光学の制約を受けない波動光学に基づ く 回折光学 素子によって、 上述の課題を解決する ものであるが、 これまでにも 回折光学素子を画像表示装置に用いた例は多数開示されている。 し か しながら これ らは、 本願発明の回折光学素子並びにそれを用いた 画像表示装置 と技術的思想を全 く 別にする も のである。  In addition, the above problem is a problem that arises because a lens whose optical behavior is described by so-called geometric optics is used. The invention of the present application solves the above-mentioned problem by a diffractive optical element based on wave optics which is not restricted by such geometrical optics. Many examples are disclosed. However, these are completely different from the technical idea of the diffractive optical element of the present invention and the image display device using the same.
例えば、 特開平 6 — 2 2 2 3 6 1 号公報、 特閧平 9 — 7 3 0 1 4 号公報 (以下、 従来例 1 ) では、 白色ノ ヅ ク ライ ト光をホロ グラ ム によ り 各色成分ごと に収束せ しめる こ とによ って、 光利用効率を改 善する手法が開示されている。 また、 例えば特開平 8 — 2 2 0 6 5 6 号公報 (以下、 従来例 2 ) では、 液晶パネルの出力側にホ ロ グラ ム素子を設けて、 液晶パネルの出力光束の主光線を光軸に対 して平 行 とする例が開示されている。  For example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei 6-222,361 and Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 9-73014 (hereinafter referred to as Conventional Example 1), white non-white light is hologram-programmed. A method for improving light use efficiency by converging each color component is disclosed. Also, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-220656 (hereinafter referred to as Conventional Example 2), a hologram element is provided on the output side of a liquid crystal panel so that a principal ray of an output light beam of the liquid crystal panel is focused on an optical axis. An example is disclosed in which this is done in parallel.
しか しながら、 従来例 1 に開示されたホロ グラ ムは、 微小領域に 分離され、 各微小領域は集光性を有するが、 これは単に対応する画 素に所望の光の光束を集光せ しめる機能であ り 、 いわば波長選択性 を有する マイ ク ロ レ ンズア レイ と して機能する にすぎず、 本願発明 の回折光学素子の特徴である、 照明光の明る さの均一性 (換言すれ ば投写画像の明る さの均一性) を保ちつつ、 投写効率 (光利用効 率) を向上せ しめる機能を一切有 していないも のであ り 、 本願発明 の回折光学素子とは、 その技術的な思想を全 く 別にする ものであ る。 However, the hologram disclosed in Conventional Example 1 is divided into minute regions, and each minute region has a light-collecting property. However, this merely focuses the luminous flux of the desired light on the corresponding pixel. It functions only as a micro-lens array having wavelength selectivity, and is a feature of the diffractive optical element of the present invention. The projection efficiency (light utilization efficiency) while maintaining the uniformity of the brightness of the projected image However, the diffractive optical element of the present invention is completely different from the technical concept of the present invention.
また、 従来例 2 におけるホロ グラ ムは、 液晶表示素子の出力側 (投写レ ンズ側) に配置され、 その機能は各色ごとに異なる角度で 出力される液晶表示素子の出力光束をおのおの平行化する こ とによ り 、 投写レ ンズに対する仕様の負担を軽減する ものである。 従つ て、 従来例 2 におけるホロ グラ ムは、 液晶パネルに入射する照明光 の均一性を高 く する本願発明の回折光学素子とは、 その技術的思想 を全 く 別にする ものである。  In addition, the hologram in Conventional Example 2 is arranged on the output side (projection lens side) of the liquid crystal display element, and its function is to parallelize the output luminous flux of the liquid crystal display element output at a different angle for each color. This reduces the burden on the projection lens of specifications. Therefore, the hologram in Conventional Example 2 is completely different from the diffractive optical element of the present invention, which enhances the uniformity of illumination light incident on the liquid crystal panel, in its technical idea.
また、 半導体の製造分野で使用 される露光装置においては、 例え ば、 特開平 1 0 — 7 0 0 7 0 号公報 (以下、 従来例 3 ) に開示され ている よ う に、 光源か らの出力光束を回折光学素子によ り 分離する 手法が開示されている。 従来例 3 にあっては、 分離後の出力光束を 再度オプテ ィ カルイ ンテグレ一夕 に入射 し、 レ ンズ系によ り 被照明 物体に重畳せ しめてお り 、 単に光源からの出力光束を分離 している にすぎない。 すなわち、 5 重極照明を用いた投影光学系において、 回路パターンの方向性を考慮 して投影解像力を向上せ しめる ために 用い られている にすぎず、 照明光の照度の均一性は、 微小レ ンズを 2 次元に配置 した レ ンズア レ イ によ り 2 次光源を形成 し、 2 次光源 像をコ ンデンサ一レ ンズで照明物体上に重畳する こ とで確保 してい る。  Further, in an exposure apparatus used in the semiconductor manufacturing field, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-70070 (hereinafter, Conventional Example 3), a light source from a light source is used. A method for separating an output light beam by a diffractive optical element is disclosed. In Conventional Example 3, the output light beam after separation is again incident on the optical integral, and is superimposed on the object to be illuminated by the lens system, so that the output light beam from the light source is simply separated. It is just that. In other words, in a projection optical system using quintuple illumination, it is only used to improve the projection resolution in consideration of the directionality of the circuit pattern, and the uniformity of the illuminance of the illumination light is very small. A secondary light source is formed by a lens array in which lenses are arranged two-dimensionally, and the secondary light source image is secured by superimposing it on a lighting object with a capacitor lens.
また、 特開昭 6 3 — 2 6 7 9 0 0 号公報 (以下、 従来例 4 ) で は、 ホ ロ グラムへ ッ ド に入射 した光が感光材料上で重畳される引例 を開示 している。 しか しながら、 従来例 4 では、 二光束干渉露光を 行う場合に、 互いの ビームの交わる角度を変化させなが らなおかつ 精密な位置あわせを実現する こ と を 目的 と してお り 、 ビームを重畳 させる こ とによ り 照度の均一性を向上せ しめる こ とについては何 ら 開示 していない。 さ ら にホロ グラ ムへッ ド に入射する光に対 して、 2 種類の開口を設け、 これらの干渉稿を得る こ と を 目的と してお り 、 本願発明のよ う に回折光学素子全面に入射する光をすベて重畳 せ しめる ものではない。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-269700 (hereinafter referred to as Conventional Example 4) discloses a reference in which light incident on a hologram head is superimposed on a photosensitive material. . However, in Conventional Example 4, when two-beam interference exposure is performed, the crossing angle of the beams is changed while changing the angle. The aim is to achieve precise alignment, and there is no disclosure of improving illuminance uniformity by superimposing beams. Further, two types of apertures are provided for light incident on the hologram head, and the purpose is to obtain an interference image between them. It does not superimpose all light incident on the entire surface.
以上述べたよ う に、 回折光学素子を画像表示装置に適用 している 従来例 1 、 2 にあっては単なる波長選択性と集光性を有するホロ グ ラム、 あるいは、 液晶表示素子の出力光束の角度を変え るホロ グラ ム素子が開示されている にすぎない。 また、 回折光学素子によ り 入 射光を分離する従来例 3 、 4 では、 分離する こ とで投影解像力を向 上せ しめる手法、 あるいは位置あわせを改善する手法が開示されて いる にすぎない。 このよ う に、 本願発明の特徴である、 回折光学素 子をイ ンテグレ一夕 と して用いる こ とで、 画像表示素子に対する照 度を均一化せ しめる とい う技術的思想は、 従来例には何 ら開示され ていない新規なものである。  As described above, in the conventional examples 1 and 2 in which the diffractive optical element is applied to the image display device, a hologram having a simple wavelength selectivity and a light condensing property, or a hologram having an output light flux of a liquid crystal display element is used. It merely discloses a holographic element that changes the angle. Further, in the conventional examples 3 and 4 in which incident light is separated by a diffractive optical element, only a method of improving the projection resolution by separating the light or a method of improving the alignment is disclosed. As described above, the technical idea of using the diffractive optical element as an integral feature to make the illuminance on the image display element uniform, which is a feature of the present invention, is different from the conventional example. Is a new one that has not been disclosed.
次に、 ま ず、 従来のホ ロ グラ ム素子について説明する。  Next, a conventional hologram element will be described.
近年、 可干渉な二光束を干渉せ しめる こ とで干涉稿を形成 し、 該 干涉稿を重ク ロ ム酸ゼラチンやフ ォ ト ポ リ マ—な どに記録せ しめ、 記録 した光束の波面を再生可能なホロ グラ ム素子の開発が盛んであ る。  In recent years, a laser beam has been formed by causing two coherent light beams to interfere with each other, and the laser beam has been recorded on gelatin bichromate or a photopolymer, and the wavefront of the recorded light beam has been recorded. The development of holographic devices that can reproduce holograms is active.
ホ ロ グラ ム素子の応用分野と しては、 例えば参考文献、 久保田敏 弘著、 「ホロ グラ フ ィ 入門」 に記載されている よ う に干渉計測、 ホ ロ グラ フ ィ ッ ク光学素子、 パターン認識な どの光情報処理、 ホロ グ ラ フ ィ ッ クディ ス プレ イ な どがある。  Examples of application fields of holographic elements include interference measurement, holographic optical elements, as described in References, Toshihiro Kubota, “Introduction to Holography”. There are optical information processing such as pattern recognition, and holographic display.
ホロ グラ ム素子を画像表示の分野に応用する場合には、 単に 3 次 元画像を表示する だけではな く 、 種々の応用が考え られている。 以下では、 ( 1 ) 光スィ ッチ、 ( 2 ) 直視タ イ プの液晶パネルに 用い られている例について説明する。 When a holographic element is applied to the field of image display, it is simply a third order. In addition to displaying the original image, various applications are being considered. In the following, examples of (1) an optical switch and (2) a direct-view type liquid crystal panel are described.
それではま ず光スィ ッチについて説明する。 例えば、 従来例 1 の 特開平 5 — 1 7 3 1 9 6 号公報では、 干渉稿を形成せ しめる光束の 波長によ り 硬化する高分子材料と該光束の波長で非硬化な液晶の混 合物に干渉稿を照明 し、 いわゆる光誘起相分離によって、 硬化され た高分子材料からなる領域と、 非硬化な液晶からなる領域を形成 し、 該非硬化な液晶を印加電圧によ り 制御する こ とで、 入射光束の 回折/直進を制御する光スィ ツチが開示されている。  First, the optical switch will be described. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-173131, which is a conventional example 1, a mixture of a polymer material that is cured by the wavelength of a light beam that forms an interference image and a liquid crystal that is not cured at the wavelength of the light beam is disclosed. An object is illuminated with an interference image, and a region composed of a cured polymer material and a region composed of an uncured liquid crystal are formed by so-called light-induced phase separation, and the uncured liquid crystal is controlled by an applied voltage. Thus, an optical switch for controlling the diffraction / straight traveling of an incident light beam is disclosed.
同様の例はこれまでにも多数開示されてお り 、 例えばアプライ ド . フ ィ ジ ッ ク ス . レ タ ー、 第 6 4 巻、 第 9 号、 1 0 7 4 ~ 1 0 7 6頁、 1 9 9 4年 (以下、 従来例 2 と略記する) では、 回折効率を 制御できるホロ グラ ム素子と して開示されている。  A number of similar examples have been disclosed, including, for example, Applied Physics Letters, Vol. 64, No. 9, pp. 741-10776, In 1991 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 2), it was disclosed as a holographic element capable of controlling diffraction efficiency.
こ の例にあっては、 従来例 1 と同様に、 特定の波長によ り 硬化す る高分子材料と、 こ の特定の波長では硬化 しない液晶材料との混合 物に該波長の二光束干渉稿を照明 し、 干渉稿の光強度の強い部分に 高分子材料を、 干渉稿の光強度の弱い部分に該液晶材料が各々多 く 含まれる領域を形成する こ とで作製される。  In this example, as in Conventional Example 1, a two-flux interference of a mixture of a polymer material that cures at a specific wavelength and a liquid crystal material that does not cure at this specific wavelength is applied. It is fabricated by illuminating the manuscript and forming a polymer material in the high-intensity part of the interference manuscript and a region containing a large amount of the liquid crystal material in the low-intensity part of the interference manuscript.
また、 スイ ッチング可能ではないが、 二光束干渉露光による光誘 起相分離を用いて形成されるホロ グラ ム素子と して、 特願平 8 — 1 6 2 6 4 7 号 (以下、 従来例 3 と略記する ) 、 特開平 9 — 3 2 4 2 5 9 号公報 (特願平 8 — 1 4 2 5 3 3 号以下従来例 4 と略記する) をは じめ と して多数の例が開示されている。  Although it is not switchable, it is a holographic element formed using light-induced phase separation by two-beam interference exposure, as disclosed in Japanese Patent Application No. 8-166628 (hereinafter referred to as a conventional example). 3), and a number of examples, including Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-32 2459 (Japanese Patent Application No. 8-144253 / hereinafter abbreviated as Conventional Example 4). It has been disclosed.
このよ う な光誘起相分離現象を用いて作製されるホロ グラ ム素子 は、 二光束干渉露光だけではな く 、 例えば液晶討論会 ' 9 7 予稿集 8 6 頁〜 8 7 頁 (以下、 従来例 5 と略記する ) に開示されている よ う に、 紫外線硬化樹脂と液晶材料の混合物を適当な割合で混合 した 後、 導電性透明電極を形成したガラス基板を用いて構成 したセルに 該混合物を注入後、 グレ一テ ィ ングパターンのフ ォ ト マス ク を介 し て紫外線を照射 して作製される場合もある。 Holographic devices fabricated using such a light-induced phase separation phenomenon are not limited to two-beam interference exposure. As disclosed on pages 86 to 87 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 5), a mixture of an ultraviolet-curable resin and a liquid crystal material was mixed at an appropriate ratio, and then a conductive transparent electrode was formed. In some cases, the mixture is injected into a cell formed using a glass substrate, and then irradiated with ultraviolet rays through a photomask having a grating pattern.
以上の各例は、 光誘起相分離を用いて屈折率の異なる領域を形成 しているが、 こ の技術は、 例えばシ ャープ技報、 第 6 3 号、 1 4頁 〜 1 7 頁、 1 9 9 5 年 1 2 月 (以下、 従来例 6 と略記する) に開示 されている よ う に、 液晶パネルの視野角を広 く するためのマイ ク 口 セル構造を作製するためにも用い られている公知技術である。  In each of the above examples, regions having different refractive indices are formed using light-induced phase separation, and this technique is described in, for example, Sharp Technical Report, No. 63, pp. 14--17, 1 As disclosed in December, 1995 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 6), it is also used to fabricate a micro-open cell structure for widening the viewing angle of a liquid crystal panel. It is a known technique.
こ の例にあっては、 光硬化性樹脂と液晶の混合物に、 格子状の光 (波長は該光硬化性樹脂を硬化せ しめる波長) を照明 し、 光誘起相 分離現象によ り 、 各画素を囲むマイ ク ロセル構造を形成 している。 それによ り 液晶領域内で液晶分子が、 自己配向力によ り 光硬化反応 で安定化せ しめた軸対称状に配向され、 広い視野角 と高いコ ン ト ラ ス ト を実現 している。  In this example, a mixture of a photo-curable resin and a liquid crystal is illuminated with lattice-like light (wavelength is a wavelength that cures the photo-curable resin), and each light is induced by a photo-induced phase separation phenomenon. A microcell structure surrounding the pixels is formed. As a result, the liquid crystal molecules are aligned in the liquid crystal region in an axially symmetrical shape stabilized by the photo-curing reaction by the self-alignment force, thereby realizing a wide viewing angle and a high contrast.
それでは次に、 直視タ イ プの液晶バネル 1 9 のノ ッ ク ラ イ トュニ ッ ト に応用 している例について、 図 1 を参照 しなが ら説明する。 直 視タ イ プの液晶パネルは透過型、 反射型に分け られる が、 以下で は、 透過型を例に説明する。 例えば、 特開平 9 一 1 7 8 9 4 9 号公 報 (以下、 従来例 7 と略記する) に開示されている よ う に、 図 1 の 画像表示装置は、 光源である冷陰極管 (以下、 C C F T と略記す る) 2 3 か らの光を導光体 2 1 の端面から入射 し、 導光体 2 1 の裏 面側に形成 したホロ グラ ム素子 3 0 及び反射 ミ ラ一 2 3 によって透 過型の液晶パネル 1 9 側へ出力せ しめる もので、 ホロ グラ ム素子 3 0 は反射型のホ ロ グラ ムである。 上記構成によ り 、 部品点数の削減、 軽量化、 コス ト の削減を図る と同時に、 明る さの均一性及び効率が高 く 、 かつ指向性を有するバ ヅ ク ライ ト ユニ ッ ト と して用いる こ とがで きる。 この機能はホロ グ ラ ム素子 3 0 を微小ホロ グラ ムの集合体とする こ とで実現されてい る。 すなわち、 モザイ ク状の微小ホロ グラ ムは、 互いに異なる入射 波長、 及び入射角に対 して最大回折効率を示すよ う に作製されてい る。 Next, an example in which the present invention is applied to a knock-right unit of a direct-view type liquid crystal panel 19 will be described with reference to FIG. The direct-view type liquid crystal panel can be classified into a transmissive type and a reflective type. For example, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 9-197949 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 7), the image display device of FIG. 1 includes a cold-cathode tube (hereinafter referred to as a light source). , CCFT) Light from 23 enters from the end face of the light guide 21, and the hologram element 30 and the reflection mirror 23 formed on the back side of the light guide 21 are formed. The hologram element 30 is a reflection-type hologram. With the above configuration, the number of parts, weight, and cost are reduced, and at the same time, the backlight unit has high uniformity of brightness, high efficiency, and directivity. Can be used. This function is realized by making the hologram element 30 an aggregate of minute holograms. That is, the mosaic-shaped micro hologram is manufactured so as to exhibit the maximum diffraction efficiency at different incident wavelengths and incident angles.
また、 同様の構成において、 例えば特開平 9 — 1 2 7 8 9 4 号公 報 (以下、 従来例 8 と略記する) に開示されている よ う に、 該反射 型のホロ グラ ムの面積密度を、 光源か ら離れる に従って高 く する こ と によって、 よ り 一層の明る さの均一性が実現される例が開示され ている。  In a similar configuration, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-127894 (hereinafter abbreviated to Conventional Example 8), the area density of the reflective hologram is reduced. There is disclosed an example in which the higher the distance from the light source, the higher the brightness uniformity is realized.
このほかにも、 例えば、 プロ シ一ディ ングス ' ォブ ' イ ンタ一ナ シ ョナル ' ディ スプレイ ' ワーク シ ョ ッ プス , 9 7 、 4 1 1 ページ 〜 4 1 4ページ (以下、 従来例 9 と略記する ) 、 または特開平 9 — 1 3 8 3 9 6 号公報 (以下、 従来例 1 0 と略記する) に開示されて いる よ う に、 反射型液晶パネルの反射板と して用い られ、 入射光束 を液晶基板に概ね垂直な方向に選択的に、 かつ特定の立体角内に概 ね反射 (回折) せ しめ、 視野角は狭いものの明るい画像表示を行う 応用が考え られている。 こ のホロ グラ ム素子は、 いわゆる反射型の 体積ホロ グラ ムである。  In addition to this, for example, processing 'obb', 'international' 'display' 'workshops', 97, 411 pages to 414 (hereinafter referred to as Conventional Example 9) ) Or as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-138396 (hereinafter abbreviated to Conventional Example 10) as a reflection plate of a reflection type liquid crystal panel. An application is considered that selectively reflects an incident light beam in a direction substantially perpendicular to the liquid crystal substrate and substantially within a specific solid angle (diffraction), and displays a bright image with a narrow viewing angle. This hologram element is a so-called reflective volume hologram.
尚、 従来例 7 〜従来例 1 0 では、 材料と しては一般的なフ ォ ト ポ リ マ一を用いてお り 、 常に上述の反射を行う ホロ グラ ム素子であ る。  In the conventional examples 7 to 10, the general photopolymer is used as the material, and the hologram element always performs the above-described reflection.
次に画像表示装置について説明する。  Next, the image display device will be described.
近年、 従来の直視型テ レ ビでは大型化が困難である こ とか ら、 高 輝度ラ ンプからの照明光束を変調する画像表示手段の出力画像を拡 大投写する投写型画像表示装置の開発が進め られている (例えば、 ォ一プラスィ 一、 1 9 9 3 年 8 月号、 5 8 頁一 1 0 1 頁) 。 In recent years, it has been difficult to increase the size of conventional direct-view TVs. Projection image display devices that enlarge and project the output image of the image display means that modulates the illuminating luminous flux from the luminance lamp are being developed (see, for example, O-Plus, August, 1993, 58 Page 1 101).
図 6 7 は従来の一般的な投写型画像表示装置の構成を示すもので あ り 、 画像表示手段と して液晶パネルを用いた構成例を示す。 ラ ン プ 2 か らの出力光 3 を リ フ レ ク タ一 4 で反射 し、 出力光束 5 を集光 光学系 (不図示) によ り 集光、 伝搬 し、 色分離のためのダイ ク ロ イ ッ ク ミ ラ一 1 2 、 1 3 によ り 赤色、 緑色、 青色の 3 原色に分離し、 全反射 ミ ラ一 1 4、 コ ンデンサ一レ ンズ 1 5 を介 して液晶パネル 1 6 〜 : L 8 に入射せ しめる。 液晶パネル 1 6 ~ 1 8 によ り 変調された 出力光は、 色合成のためのダイ ク ロイ ツ ク プ リ ズム (不図示) も し く は、 ダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラー 1 9 、 2 0 及び全反射 ミ ラ一 1 4 によ り 合成され、 投写レ ンズ 9 によ り ス ク リ ーン (不図示) 上に拡大投 写される。  FIG. 67 shows a configuration of a conventional general projection type image display device, and shows a configuration example using a liquid crystal panel as image display means. The output light 3 from the lamp 2 is reflected by the reflector 14, and the output light beam 5 is condensed and propagated by the condensing optical system (not shown), and the dichroic light is used for color separation. The liquid crystal panel is separated into the three primary colors of red, green and blue by the low-power mirrors 12 and 13, and the liquid crystal panel 16 passes through the total reflection mirror 14 and the capacitor lens 15. ~: Inject into L8. The output light modulated by the liquid crystal panels 16 to 18 is supplied to a dichroic prism (not shown) for color synthesis or a dichroic mirror 19, The image is synthesized by 20 and the total reflection mirror 14, and enlarged and projected on a screen (not shown) by the projection lens 9.
液晶パネル 1 6 〜 1 8 は、 主に透過型、 反射型に区別されるが、 いずれも偏光板も し く は偏光ビームスプリ ッ タ (以下 P B S と略記 する) を介 して入射される特定の直線偏光光を、 液晶材料によ り 変 調する こ と によ り 画像を表示する。  The liquid crystal panels 16 to 18 are mainly classified into transmissive and reflective types, but in both cases, the incident light is input through a polarizing plate or a polarizing beam splitter (hereinafter abbreviated as PBS). An image is displayed by modulating the linearly polarized light of this with a liquid crystal material.
また液晶パネル 1 6 〜 1 8 は一般的には各画素を駆動するための スイ ッチング素子と して薄膜 ト ラ ンジス タ (以下 T F T と略記す る) を各画素に配置 したァクテ ィ ブマ ト リ ッ クス方式が主流であ り 、 T F Tは多結晶ポ リ シ リ コ ンで形成されるのが一般的である。 ラ ンプ 2 と しては、 発光効率が高 く 、 発光体の体積が小さ く 高輝 度で、 演色性の高いラ ンプが求め られてお り 、 メ タルハライ ド ラ ン プ、 キセ ノ ンラ ンプ、 超高圧水銀ラ ンプな どが用い られている。  The liquid crystal panels 16 to 18 are generally active mats in which thin-film transistors (hereinafter abbreviated as TFTs) are arranged in each pixel as switching elements for driving each pixel. The liquid crystal method is the mainstream, and the TFT is generally formed of polycrystalline silicon. Lamp 2 is required to have a high luminous efficiency, a small luminous body volume, a high luminosity, and a high color rendering property, such as a metal halide lamp, a xenon lamp, Ultra-high pressure mercury lamps are used.
リ フ レ ク タ 4 と しては、 反射後の光束 5 を有効に活用 しやすいこ とから、 放物面鏡、 楕円面鏡、 球面鏡等が用い られてお り 、 発光体 がそれら反射鏡の焦点も し く は第一焦点も し く は中心に配置される 場合が多い。 現在の主流は放物面鏡を用い、 その焦点近傍にラ ンプ の発光体を設置 し、 略平行な光束を得る方式である。 As the reflector 4, it is easy to make effective use of the reflected light beam 5. For this reason, parabolic mirrors, elliptical mirrors, spherical mirrors, and the like are used, and the luminous body is often arranged at the focal point or first focal point or the center of the reflecting mirror. Currently, the mainstream is to use a parabolic mirror and install a light emitter near the focal point to obtain a substantially parallel light flux.
近年の投写型画像表示装置においては、 全白信号を表示 した際 の、  In recent projection-type image display devices, when displaying an all-white signal,
( 1 ) 投写画像の中央部の明る さ と周辺部の明る さを均一にす る、  (1) Equalize the brightness of the central part and the peripheral part of the projected image.
( 2 ) 投写される全光束 (ルーメ ン) をラ ンプの消費電力 (ヮ ッ ト ) で除 した値と して定義される投写効率 (ル一メ ン /ワ ッ ト ) を 向上する、  (2) Improve the projection efficiency (lumen / watt) defined as the value obtained by dividing the total luminous flux (lumen) projected by the lamp power consumption (bit).
こ とが開発の主な課題であ り 、 ( 1 ) についてはイ ンテグレ一タ の導入によ り 、 ( 2 ) についてはイ ンテグレー夕 と発光体の小さな 高輝度ラ ンプとを組み合わせる こ と に加えて、 さ ら に偏光変換素子 を組み合わせる こ とによる解決が試み られている。  This is the main task of the development. For (1), the introduction of an integrator, and for (2), the integration of an integrator and a high-intensity lamp with a small luminous body. In addition, a solution by combining a polarization conversion element is being attempted.
それではまずィ ンテグレ一夕 について説明する。 ィ ンテグレ一夕 とは、 例えば特開平 3 — 1 1 1 8 0 6 号公報、 特開平 5 — 3 4 6 5 5 7 号公報に開示されている よ う に、 微小 レ ンズを 2 次元に配置 し て構成される蠅の 目 レ ンズを 2種類組み合わせて構成される。 ィ ン テグレ一夕の具体的構成例を図 7 に示す。 リ フ レ ク タ 4及び第 1 の 蠅の 目 レ ンズ 4 9 によって、 ラ ンプ 2 の発光体の像は、 第 1 の蠅の 目 レ ンズ 4 9 の各レ ンズに対応する第 2 の蠅の 目 レ ンズ 5 0 の各レ ンズ上に結像される。 第 2 の蠅の 目 レ ンズ 5 0 の各 レ ンズは第 1 の 蠅の 目 レ ンズ 4 9 の像を画像表示手段 7 上に結像する よ う な構成と なっている。  First, let's talk about the integration. Integre overnight means that minute lenses are two-dimensionally arranged as disclosed in, for example, JP-A-3-111806 and JP-A-5-346557. It is composed of two types of fly's eye lenses. Fig. 7 shows a specific example of the configuration of the integration. By means of the reflector 4 and the first fly-eye lens 49, the image of the illuminator of the lamp 2 is converted into a second fly corresponding to each lens of the first fly-eye lens 49. Eyes are imaged on each of the 50 lenses. Each of the lenses of the second fly-eye lens 50 is configured to form an image of the first fly-eye lens 49 on the image display means 7.
上記構成に よ り 、 第 2 の蠅の 目 レ ンズ 5 0 の各レ ンズが画像表示 手段 7 上に結像する像は、 リ フ レ ク タ 4 から 出力される輝度分布の 大きな出力光を第 1 の蠅の 目 レ ンズ 4 9 の各レ ンズによ り 細か く 分 割 し、 それら を画像表示手段 7 上に重ね合わせた結果となる。 こ の よ う な原理によ り投写画像における画像中央部に対する周辺部の明 る さ を 7 0 %以上に高 く する こ とが可能とな っている。 With the above configuration, each lens of the second fly-eye lens 50 is displayed as an image. The image formed on the means 7 is obtained by finely dividing the output light having a large luminance distribution outputted from the reflector 4 by each lens of the first fly-eye lens 49. The result is superimposed on the image display means 7. With this principle, it is possible to increase the brightness of the peripheral part relative to the central part of the projected image to 70% or more.
また、 イ ンテグレ一夕の導入によ り 、 投写効率も 向上せ しめる こ とがで き る。 一般に リ フ レ ク タ 4 によ り 反射された光束 5 は略円形 であるが、 画像表示手段 7 は例えば 4 : 3 の長方形である。 それゆ え画像表示手段 7 を円形に照明する場合には円に内接する長方形の 面積比 しか有効に活用されなかっ た。 これを矩形変換効率と呼び、 4 : 3 の長方形を外形とする画像表示手段 7 を用いる場合には、 矩 形変換効率は、 約 6 1 %であった。 しか しながらイ ンテグレ一夕の 第 1 の蠅の 目 レ ンズ 4 9 に用いる レ ンズの開口形状を特開平 5 — 3 4 6 5 5 7 号公報の図 2 に開示されている よ う に 4 : 3 と して配置 する こ と によ り 、 約 8 0 %に向上する こ とが可能とな っている。 次に、 偏光変換素子について説明する。 前述の液晶パネルのよ う な偏光表示手段を用いた投写型画像表示装置においては、 ラ ンプの 出力光の中で、 特定方向の偏光成分 しか有効に活用で きない とい う 欠点があ り 、 投写効率が低 く 、 明るい画像を得る ためには出力の大 きな光源を用いなければな らない等の課題があっ た。 偏光変換素子 はこ う した課題を解決する こ とを 目的と して開発され、 偏光板で吸 収される偏光成分も し く は P B S で液晶パネルに入射されない偏光 成分を、 該偏光成分に対 し概ね直交する偏波面を持つ偏光成分に有 効に変換する ものである。  Also, with the introduction of the integration, the projection efficiency can be improved. Generally, the light beam 5 reflected by the reflector 4 is substantially circular, but the image display means 7 is, for example, a 4: 3 rectangular shape. Therefore, when illuminating the image display means 7 in a circular shape, only the area ratio of the rectangle inscribed in the circle was effectively used. This is called a rectangular conversion efficiency. When the image display means 7 having a 4: 3 rectangle as the outer shape is used, the rectangular conversion efficiency was about 61%. However, the opening shape of the lens used for the first fly-eye lens 49 during the integration is shown in FIG. : By arranging as 3, it is possible to increase to about 80%. Next, the polarization conversion element will be described. The projection type image display device using the polarization display means such as the liquid crystal panel described above has a drawback that only the polarization component in a specific direction can be effectively used in the output light of the lamp. There were problems such as low projection efficiency and the need to use a light source with a large output to obtain a bright image. A polarization conversion element has been developed to solve this problem, and a polarization component absorbed by a polarizing plate or a polarization component that is not incident on a liquid crystal panel by PBS is applied to the polarization component. It effectively converts the light into a polarized light component having a generally orthogonal polarization plane.
偏光変換素子は例えば、 特開平 5 — 1 0 7 5 0 5 号公報、 特開平 6 — 2 0 2 9 4 号公報、 特開平 7 — 2 9 4 9 0 6 号公報、 特開平 8 一 2 3 4 2 0 5 号公報、 特開平 9 — 1 0 5 9 3 6 号公報等多数開示 されているが、 基本的には、 偏光分離素子と、 偏波面回転素子の組 み合わせからなる。 Examples of the polarization conversion element include, for example, JP-A-5-107505, JP-A-6-22094, JP-A-7-294946, JP-A-8 Although many are disclosed, such as Japanese Patent Application Publication No. 24324/1995 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-105593, they basically consist of a combination of a polarization separation element and a polarization plane rotation element. .
図 8 に一般的な偏光変換素子 5 8 の構成図を示す。 無偏光光 (ラ ンダムな偏光の光束) 6 2 を偏光分離素子 6 0 によ り 互いに直交す る偏光成分、 すなわち P偏光光 (偏光分離素子に よ り 反射されずに 透過する紙面に平行な偏光方向を有する光束) 6 3 、 S偏光光 (偏 光分離手段によ り反射され、 紙面に垂直な偏光方向を有する光束) 6 4 に分離 し、 S偏光光 6 4 のみを反射手段 6 0 ' (—般的に偏光 分離手段 6 0 と同種の膜を用いる ) によ り 反射 し、 偏波面回転素子 6 1 によ り P偏光光 6 3 ' に変換する原理に基づいている。  FIG. 8 shows a configuration diagram of a general polarization conversion element 58. Non-polarized light (randomly polarized light flux) 62 is polarized by the polarization separation element 60 so that the polarization components are orthogonal to each other, that is, P-polarized light (parallel to the paper surface that is transmitted without being reflected by the polarization separation element). A light beam having a polarization direction 63 3, and an S-polarized light beam (a light beam having a polarization direction that is reflected by the polarization splitting means and having a polarization direction perpendicular to the paper surface) 64, and only the S-polarized light 64 is reflected by the reflecting means 60. (In general, a film of the same type as the polarization separation means 60 is used), and is converted into P-polarized light 6 3 ′ by the polarization plane rotation element 61.
近年では、 レ ンズア レイ 6 6 との組み合わせで構成される場合が 多 く 、 前記五つの公開公報に記載の内容も レ ンズア レイ 6 6 との組 み合わせによ り 使用する こ とができるが、 偏光分離素子の設置位置 によ り 若干構成が異なる。  In recent years, it is often composed of a combination with a lens array 66, and the contents described in the above five publications can also be used in combination with the lens array 66. The configuration differs slightly depending on the installation position of the polarization separation element.
一つの方式は、 偏光変換素子 5 8 に入射する光束の幅を レ ンズァ レ イ 6 6 によ り 略半分と し、 偏光分離素子 6 0 にのみ光束を入射 し て偏光分離、 偏波面回転を行う 方式である (図 9 参照) 。 この場 合、 該レ ンズア レイ 6 6 をイ ンテグレー夕 を構成する蠅の目 レ ンズ とする こ と によ り 、 前述のよ う に投写画像の明る さの均一性を同時 に確保する構成とする こ とが多い。 すなわち、 前記レ ンズア レイ を ィ ンテグレ一夕 の第 2 の蠅の 目 レ ンズと した構成が考え られてい る。  In one method, the width of the light beam incident on the polarization conversion element 58 is reduced to approximately 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 Figure 9). In this case, by using the lens array 66 as the fly's eye lens constituting the integration, the uniformity of the brightness of the projected image is simultaneously secured as described above. Often do. That is, a configuration is considered in which the lens array is used as a second fly's eye lens of the integer.
一方、 特開平 6 — 2 0 2 0 9 4 号公報、 特開平 8 — 2 3 4 2 0 5 号公報に開示されている よ う に、 第 1 の蠅の目 レ ンズのラ ンプ側に 偏光分離素子を設置 し、 偏光分離後の光束の出射角を偏光成分に応 じて数度変える こ とによ り 、 第 2 の蠅の 目 レ ンズ上で結像する位置 を偏光成分毎に変え、 一方の偏光成分のみ偏波面の回転を行う 方式 も考案されている。 この方式の応用 と して、 第 1 の蠅の 目 レ ンズと 第 2 の蠅の 目 レ ンズの間に偏光分離素子を設置する構成も考え られ ている。 On the other hand, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 6-22094 and Hei 8-234205, polarized light is placed on the lamp side of the first fly-eye lens. A separation element is installed, and the exit angle of the light beam after polarization separation is adjusted according to the polarization component. A method has been devised in which the position of image formation on the second fly's eye lens is changed for each polarization component by changing the polarization by several degrees, and only one of the polarization components rotates the plane of polarization. As an application of this method, a configuration in which a polarization separation element is provided between the first fly-eye lens and the second fly-eye lens has been considered.
従来の偏光変換素子では、 偏光分離素子と しては誘電体層を複数 積層 してなる誘電体多層膜を用いている場合がほとんどである。 偏 光分離素子と して偏光選択性を有するホロ グラ ム素子は従来から知 られている力;、 該ホロ グラ ム素子をィ ンテグレー夕 と組み合わせて 偏光変換素子を構成 し、 投写型画像表示装置の照明光学系に適用 し た例は開示されていない。  In most cases, a conventional polarization conversion element uses a dielectric multilayer film formed by laminating a plurality of dielectric layers as a polarization separation element. A hologram element having polarization selectivity as a polarization splitting element is a conventionally known force; a hologram element is combined with an integer to constitute a polarization conversion element, and a projection type image display device is provided. There is no disclosure of an example applied to an illumination optical system.
特開平 8 — 2 3 4 1 4 3 号公報、 米国特許第 5 1 6 1 0 3 9 号に 開示されている偏光選択性を有するホロ グラ ム素子では、 液晶ポ リ マ一、 あるいは非線形な光吸収効果を有するポ リ シラ ンポ リ マ一材 料を用いる こ とによ り 偏光選択性を有する も のであ り 、 各々の偏光 に対 してはいわゆる体積ホロ グラ ム と しての機能を有する。  In the hologram element having polarization selectivity disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-23414, U.S. Pat. No. 5,161,039, a liquid crystal polymer or a nonlinear light is used. The use of a polysilane polymer material having an absorption effect has a polarization selectivity, and for each polarized light, it functions as a so-called volume hologram. Have.
また、 プロ ジェク タ一の使用において、 室内をあま り 暗 く しな く て も認識でき る明るい投写画像への要求が高いため、 液晶ラ イ ト ノ ルブの光利用効率を向上させる こ とが重要である。 照明領域の均一 性を高める光学系 と して、 特開平 3 — 1 1 1 8 0 号公報または特開 平 5 — 3 4 6 5 5 7 号公報等には 2枚の レ ンズ板を用いたイ ンテグ レ一夕光学系が開示されている。  In addition, when using a projector, there is a high demand for a bright projection image that can be recognized even if the room is not too dark, so it is possible to improve the light use efficiency of the liquid crystal light knob. is important. Two lens plates were used as an optical system for improving the uniformity of the illuminated area in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Heisei 3-111 and Hei-5-346557. An integral optical system is disclosed.
これは原理的には露光機に使用されている もの と 同 じで、 光源か らの平行光束を複数の矩形レ ンズによ って分割 し、 各矩形レ ンズの 像を各矩形レ ンズに 1 対 1 で対応する リ レー レ ンズで液晶ラ イ トノ、' ルブに重畳結像させる ものである。 また、 特開平 6 — 2 0 2 0 9 4号公報にはイ ンテグレ一タ照明法 に偏光変換法を組み合わせた照明光学系が提案されている。 この概 略図を図 4 に示す。 光源 1 1 0 1 か らの出射光は液晶を用いた偏光 分離素子に入射 し、 P波 1 1 0 6 と 3波 1 1 0 7 に分離される。 こ れらの光はイ ンテグレ一タ を構成する第 1 レ ンズ群 1 1 0 3 と第 2 レ ンズ群 1 1 0 4 によ り 、 第 2 レ ンズ 1 1 0 4 の後方に配置された 位相板 1 1 0 5 の異なった位置にそれそれ結像される。 位相板 1 1 0 5 は第 2 レ ンズ群を形成する 1 つの レ ンズの概ね半分の面積に 1 Z 2 波長板が周期的に形成されている。 This is in principle the same as that used in an exposure machine.A parallel light beam from a light source is divided by a plurality of rectangular lenses, and the image of each rectangular lens is divided into each rectangular lens. One-to-one corresponding relay lenses are used to superimpose and form images on liquid crystal lights and lubes. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-202904 proposes an illumination optical system in which a polarization conversion method is combined with an integral illumination method. Figure 4 shows a schematic diagram of this. The light emitted from the light source 1101 enters a polarization splitting device using liquid crystal, and is separated into a P wave 1106 and three waves 111. These lights were arranged behind the second lens 1104 by the first lens group 1103 and the second lens group 1104, which constitute an integral unit. Different images are formed at different positions of the phase plate 1 105. In the phase plate 1105, a 1Z2 wave plate is periodically formed in approximately half the area of one lens forming the second lens group.
このため、 例えば、 この 1 / 2 波長板の位置に結像 した P波 1 1 0 6 は偏光方向が 9 0 ° 回転 して S波となって出射する。 S波 1 1 0 7 は 1 / 2 波長板が形成されていない領域に結像され、 そのま ま 透過する。 つま り 、 位相板 1 1 0 5 を出射 した後の光波は偏光方向 が概ね等 し く なる。  For this reason, for example, the P-wave 1106 imaged at the position of the half-wave plate is emitted as an S-wave with the polarization direction rotated 90 °. The S-wave 107 is imaged in a region where the half-wave plate is not formed, and is transmitted as it is. In other words, the light waves emitted from the phase plate 1105 have substantially equal polarization directions.
特開平 7 — 2 9 4 9 0 6 号公報には、 レ ンズ板とプ リ ズムを組み 合わせた偏光変換素子が報告されている。 この概略を図 5 に示す。 これは、 ア レイ状の レ ンズが形成された レ ンズ板 1 2 0 1 に入射 し た光波は光束が絞られて、 プリ ズム 1 2 0 2 に入射する。 こ こで S 波 1 2 0 4 はそのま ま通過 し、 P波 1 2 0 5 はプリ ズムで反射され て隣のプ リ ズムに入射 し、 再び反射され 9 0 ° 角度を変化する。 そ して、 光路中に置かれた 1 / 2 波長板を通過 して偏光方向を 9 0 ° 回転 して S波と して出射する。 以上のよ う に レ ンズ板 1 2 0 1 と プリ ズム 1 2 0 2 との組み合わせによって これを出射 した光波は 偏光方向が揃っ た光束となる。  Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-294006 discloses a polarization conversion element in which a lens plate and a prism are combined. Figure 5 shows the outline. This is because the light wave that has entered the lens plate 1201 on which the array-like lens has been formed has its luminous flux narrowed and enters the prism 122. Here, the S-wave 122 4 passes through as it is, and the P-wave 125 5 is reflected by the prism, enters the next prism, is reflected again, and changes its 90 ° angle. Then, it passes through a half-wave plate placed in the optical path, rotates the polarization direction by 90 °, and emits it as an S-wave. As described above, the light wave emitted from the combination of the lens plate 1201 and the prism 122 becomes a light beam with a uniform polarization direction.
こ こで、 液晶素子の画像表示原理について図 9 を用いて説明す る。 例えば蛍光ラ ンプやメ タルハライ ド ラ ンプのよ う な光源 9 0 1 から出射される光は、 紙面に平行な偏光方向を有する P波 9 0 2 と 紙面に垂直な偏光方向を有する S波から構成されている。 この光束 は偏光子 9 0 4 に入射 し、 特定の偏波成分が吸収され残 り の成分が 透過する。 偏光子 9 0 4 では S波の成分が吸収され、 P波が透過す る構成となっている。 偏光子 9 0 4 を透過 した光は液晶素子 9 0 5 に入射する こ とになる。 Here, the image display principle of the liquid crystal element will be described with reference to FIG. Light sources such as fluorescent lamps and metal halide lamps The light emitted from is composed of a P-wave 92 having a polarization direction parallel to the paper surface and an S-wave having a polarization direction perpendicular to the paper surface. This light beam enters the polarizer 904, where a specific polarized component is absorbed and the remaining components are transmitted. The polarizer 904 is configured to absorb the S-wave component and transmit the P-wave. The light transmitted through the polarizer 904 is incident on the liquid crystal element 905.
こ こでは、 液晶素子 9 0 5 と して、 入射面と出射面とで液晶分子 の方向が 9 0 ° ね じれて構成されている ヅイ ス ト ネマテ ィ ッ ク液晶 を例に説明する。 この液晶素子 9 0 5 にはパターニングされた透明 電極が形成されてお り 各画画素毎に電界の印加が可能である。 液晶 を完全にスィ ツチングできるだけの電界が印加されている画素 ( 0 N ) は、 液晶分子のね じれが解け、 入射面に対 して液晶分子が等方 的に立った状態 (ホメ オ ト 口 ピ ッ ク) になっている。 このため、 こ の画素に入射 した P波は変調を受ける こ とな く その偏光状態を維持 した ま ま液晶素子を通過する。  Here, as the liquid crystal element 905, a diagonal nematic liquid crystal in which the directions of liquid crystal molecules are twisted by 90 ° between the entrance surface and the exit surface will be described as an example. The liquid crystal element 905 is provided with a patterned transparent electrode, so that an electric field can be applied to each pixel. In the pixel (0N) to which the electric field is applied to switch the liquid crystal completely, the liquid crystal molecules are untwisted and the liquid crystal molecules stand isotropically with respect to the incident surface (home port). (Pic). Therefore, the P-wave incident on this pixel passes through the liquid crystal element without being modulated and maintaining its polarization state.
次に電界が印加されていない画素 ( O F F ) では液晶分子は入射 面か ら 出射面までの厚さ方向において 9 0 ° 液晶分子の角度がね じ れた状態と なっている。 このため、 この画素に入射 した P波成分は 入射面から出射面までを通過する間に液晶のね じれに起因する ツイ ス ト ネマテ ィ ッ ク効果によ り その偏波面を 9 0 ° 回転させる。 従つ て、 O F F画素を通過 した後、 先の光は S波となって出射する こ と になる。  Next, in the pixel (OFF) to which no electric field is applied, the angle of the liquid crystal molecules is twisted by 90 ° in the thickness direction from the entrance surface to the exit surface. Therefore, the P-wave component incident on this pixel rotates its polarization plane by 90 ° due to the twist nematic effect caused by twisting of the liquid crystal while passing from the entrance plane to the exit plane. . Therefore, after passing through the OFF pixel, the preceding light is emitted as an S wave.
液晶素子を通過 した後、 通過位置に対応 した画素の電界の有無に よ り 光の偏光方向が異なる こ とになる。 次に、 これらの光は偏光子 9 0 6 に入射する。 こ こで偏光子 9 0 6 は先の偏光子 9 0 4 に対 し、 偏波成分を通過する軸方向が 9 0 ° 傾けて設定されている。 つ ま り 、 偏光子 9 0 4 と 9 0 6 はク ロスニコルに配置されている。 こ のため、 液晶素子を通過 した光の内 P波は偏光子 9 0 6 で吸収さ れ、 S波は偏光子 9 0 6 を通過する こ とにな る。 After passing through the liquid crystal element, the polarization direction of light differs depending on the presence or absence of an 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 at an angle of 90 ° with respect to the previous polarizer 904 so that the axis passing through the polarization component is inclined by 90 °. One In addition, polarizers 904 and 906 are arranged in crossed Nicols. For this reason, of the light that has passed through the liquid crystal element, the P-wave is absorbed by the polarizer 906, and the S-wave passes through the polarizer 906.
以上のよ う に液晶素子の各画素を通過 した光は、 画素に印加され る電界に応 じて偏光方向が変調され、 この結果と して偏光子 9 0 6 を通過する光の強度が異なる こ とになる。 観察者 9 0 7 には、 こ の 偏光子 9 0 6 を通過する光の通過量が異なる こ と になる ため、 各画 素に対応する明暗のパターン と しての画像が認識される こ とにな る。  As described above, the light passing through each pixel of the liquid crystal element has its polarization direction modulated according to the electric field applied to the pixel, and as a result, the intensity of the light passing through the polarizer 906 differs. It will be. Since the amount of light passing through the polarizer 906 is different for the observer 907, the image as a bright and dark pattern corresponding to each pixel is recognized. become.
また、 各画素に印加する電界量を制御する こ とで液晶を通過する 光の偏光方向を先の P波と S 波の状態の中間状態に設定する こ と力 s で きるため中間調の表示も可能となる。  In addition, by controlling the amount of electric field applied to each pixel, the polarization direction of light passing through the liquid crystal can be set to an intermediate state between the P-wave and S-wave states. Is also possible.
次に、 光情報処理装置について説明する。  Next, the optical information processing apparatus will be described.
光ディ ス クゃ光磁気ディ ス ク等の光記憶媒体に記憶される情報の 記録や読み出 しを行う 光情報処理装置は、 主に光源と しての半導体 レーザ、 こ の半導体レーザから出射する光を光記憶媒体上に収束す る ための レ ンズ、 光記憶媒体上で反射された レーザ光を受光素子に 導 く ための回折光学素子と してのホロ グラ ム素子等か ら構成され る。  An optical information processing device that records and reads information stored in an optical storage medium such as an optical disk or a magneto-optical disk mainly uses a semiconductor laser as a light source and emits light from the semiconductor laser. Lens to focus the incoming light onto the optical storage medium, and a hologram element as a diffractive optical element to guide the laser light reflected on the optical storage medium to the light receiving element. You.
一端、 半導体レーザか ら放射された光はこ のホロ グラ ム素子を透 過 し、 結像レ ンズによ り 光記憶媒体と しての光ディ ス クの表面に集 光される。 光ディ ス クの表面で記録情報に応 じた強度で反射 して広 がる光は、 再度 レ ンズによ り 収束され一部は半導体レーザに戻 り 、 一部は例えば 2 つの領域に分割されたホロ グラ ム素子によ り 2 方向 に分割され、 い く つかの領域に分割された受光素子に結像されて、 ナイ フエ ッ ジ法のよ う な手法を用いて焦点ずれ、 ト ラ ッ キングず れ、 及び情報信号の検出等が行われる。 At one end, light emitted from the semiconductor laser passes through this holographic element and is focused by the imaging lens onto the surface of an optical disk as an optical storage medium. The light that is reflected at the surface of the optical disc and spreads at an intensity corresponding to the recorded information is converged by the lens again, partly returns to the semiconductor laser, and partly split into, for example, two regions. The hologram element is divided in two directions by the holographic element, and the image is formed on the light-receiving element divided into several areas. The image is defocused and trough using a technique such as the knife edge method. Without packing , And the detection of information signals.
以上のよ う に レーザからの出射光は往路と復路の 2 回、 回折光学 素子と してのホロ グラ ム素子を通過する こ と になる。 往路において ホロ グラ ム素子を通過後、 光が強 く 回折されて しま う と光ディ ス ク の表面に集光される光量が低下 して しまい、 ディ ス ク上で充分な光 強度が得 られず信号情報の正確な検出に支障を来たすこ とにもな り かねない。 このため通常、 ホロ グラ ム素子には往路と復路で回折効 率が異なる機能が要求される。  As described above, the light emitted from the laser passes through the hologram element as the diffractive optical element twice, on the outward path and the return path. If the light is diffracted strongly after passing through the hologram element on the outward path, the amount of light condensed on the surface of the optical disk will decrease, and sufficient light intensity will be obtained on the disk. This may hinder accurate detection of signal information. For this reason, a hologram element is usually required to have a function of different diffraction efficiencies between the forward path and the return path.
光源である半導体レーザが偏光特性を有する こ と もあって偏光方 向によ る 回折効率の選択性が用い られる こ とが多い。 具体的には、 半導体レーザから放射された光の偏光方向に対 しては回折作用を生 じる こ とな く そのま ま透過 し、 この後ディ ス ク との光路中に 1 / 4 波長板の よ う な位相板を配置 し、 ディ ス ク に よ り 反射され再度ホロ グラ ムを通過する と きに偏光方向が初期に比べ 9 0 ° 回転する よ う に設定する。 この時、 ホロ グラ ム素子は回折機能を生 じ、 これを通 過 した光は情報信号等の検出を行う 受光素子へと導かれる。  Since a semiconductor laser as a light source has polarization characteristics, selectivity of diffraction efficiency depending on a polarization direction is often used. Specifically, the light emitted from the semiconductor laser is transmitted without any diffraction effect in the direction of polarization of the light emitted from the semiconductor laser, and thereafter, is 波長 wavelength in the optical path with the disk. A phase plate such as a plate is arranged, and the direction of polarization is set to rotate 90 ° compared to the initial direction when it is reflected by the disk and passes through the hologram again. At this time, the hologram element generates a diffraction function, and the light passing through the hologram element is guided to a light receiving element that detects information signals and the like.
このよ う な偏光選択性を有する ホロ グラ ムは、 屈折率異方性を有 する光学媒体を用いて作製される。 例えば、 ニオブ酸 リ チウムのよ う な屈折率異方性を有する光学媒体の表面の所定の領域にフ ォ ト リ ソグラ フ ィ ゃホロ グラ フ ィ ッ ク露光等によ り マス ク を形成 し、 表面 の露出された領域に安息香酸等を用いてィ オ ン交換を行う 。 する と、 特定の偏光方向に対 しては屈折率分布が生 じず、 一様な物体と して取 り 扱う こ とがで き る。  The hologram having such polarization selectivity is manufactured using an optical medium having refractive index anisotropy. For example, a mask is formed on a predetermined region of the surface of an optical medium having a refractive index anisotropy such as lithium niobate by photolithography or holographic exposure. Then, ion exchange is performed on the exposed area of the surface using benzoic acid or the like. Then, no refractive index distribution is generated for a specific polarization direction, and the object can be treated as a uniform object.
しか しなが ら、 先の偏光方向に対 して直交する偏光方向の光に対 してはマス ク に よ り 形成 した領域に対応 した屈折率分布を生 じ、 こ のパターンに対応 した回折現象を生 じる こ と になる。 このよ う な特 性を有する ホロ グラ ム素子を用いて光情報処理装置は構成されてい る。 However, for light in the polarization direction orthogonal to the previous polarization direction, a refractive index distribution corresponding to the area formed by the mask is generated, and diffraction corresponding to this pattern is performed. A phenomenon will occur. Such features An optical information processing device is configured using a holographic element having a characteristic.
以上の従来例 1 〜従来例 6 に開示された全てのホロ グラ ム素子 は、 常に屈折率異方性を有 していない光学的に略等方的な光硬化型 の高分子材料と、 該光硬化型の高分子材料を硬化せ しめる波長では 硬化 しない液晶材料 (以下、 非重合性液晶と略記する) との混合物 によ って形成され、 それらが細かい領域を形成 してなる ものであ る。 それゆえ、 例えば従来例 1 にあっては、 非重合性液晶のみの領 域に電圧を印加 して回折をさせぬよ う に して も、 例えば斜めに入射 した光束に対 してはホロ グラ ム と して作用 して しま う という 欠点力 s あった。 この様子を図 2 および図 3 を用いて説明する。  All of the hologram elements disclosed in the above Conventional Examples 1 to 6 are optically substantially isotropic photocurable polymer materials that do not always have refractive index anisotropy; It is formed by a mixture with a liquid crystal material (hereinafter abbreviated as non-polymerizable liquid crystal) that does not cure at a wavelength that cures a photocurable polymer material, and forms a fine region. You. Therefore, for example, in Conventional Example 1, even if a voltage is applied to the area of only the non-polymerizable liquid crystal so as not to cause diffraction, for example, a hologram is obstructed with respect to the obliquely incident light flux. There was a disadvantage s that it would act as a system. This situation will be described with reference to FIGS.
従来のホロ グラ ム素子は、 図 2 ( a ) に示 したよ う に光学的に略 等方な光硬化型高分子材料からなる領域 1 (屈折率を n 1とする) と、 非重合性液晶からなる領域 2 (液晶分子は図示 したよ う な屈折 率異方性を有 し、 常光線、 異常光線に対する屈折率を各々 n o、 n e とする) によ り形成されている。  As shown in Fig. 2 (a), the conventional holographic element has a region 1 (with a refractive index of n1) made of a photocurable polymer material that is optically isotropic and a non-polymerizable material. It is formed by a liquid crystal region 2 (liquid crystal molecules have the refractive index anisotropy as shown in the figure, and the refractive indices for ordinary and extraordinary rays are no and ne, respectively).
こ こで n 1と n oはほぼ等 しい材料を選んでいる。 電圧を透明導電 性電極 1 (以下 I T 0 と略記する) に印加 し、 領域 2 の液晶分子を スィ ツチングさせる と、 液晶分子はガラス基板 2 に対 して略垂直に 配列する。  Here, n 1 and n o select almost equal materials. When a voltage is applied to the transparent conductive electrode 1 (hereinafter abbreviated as I T0) and the liquid crystal molecules in the region 2 are switched, the liquid crystal molecules are arranged substantially perpendicular to the glass substrate 2.
この場合、 垂直に入射 した光束 3 に対 しては、 P偏光光 (紙面に 平行な偏光成分) 、 S偏光光 (紙面に垂直な偏光成分) に対 して光 学的に等方 (領域 1 、 2 共に屈折率がほぼ n 0 ) となる ため、 光束 3 は回折されず直進する。  In this case, the vertically incident light flux 3 is optically isotropic (area) to the P-polarized light (polarized light component parallel to the paper) and the S-polarized light (polarized light perpendicular to the paper). Since the refractive index of both 1 and 2 is almost n 0), the light beam 3 goes straight without being diffracted.
領域 2 に電圧を印加 しない場合には、 図 2 ( b ) に示 したよ う に 液晶分子がガラス基板 2 に略平行に配列 し、 領域 2 に屈折率異方性 が生 じる。 When no voltage is applied to region 2, as shown in Fig. 2 (b), the liquid crystal molecules are arranged almost parallel to glass substrate 2, and region 2 has a refractive index anisotropy. Occurs.
その結果、 例えば P偏光光に対 しては屈折率が n e、 n 1と交互に 変化する ホログラム素子と して作用するのに対 して、 S 偏光光に対 しては全ての領域がほぼ屈折率 n oの等方媒体と して作用する。 そ れゆえ入射光束 3 の中で P偏光光 4 は回折され、 S偏光光 5 は直進 する。  As a result, for example, the refractive index for P-polarized light acts as a hologram element that alternates between ne and n1, whereas for the S-polarized light, all regions are almost Acts as an isotropic medium with a refractive index of no. Therefore, the P-polarized light 4 is diffracted in the incident light beam 3 and the S-polarized light 5 goes straight.
しか しながら図 3 ( a ) に示 したよう に斜めに入射する光束 3 ' に対 しては、 電圧を印加 して液晶分子を垂直に配列させ入射光束を 直進せ しめるモー ドであって も、 領域 2 には屈折率異方性が生 じて しま う。 すなわち、 常光線 (この場合 S偏光光) に対 しては屈折率 n oの等方媒体と して作用するので直進させるが、 異常光線 ( こ の 場合 P偏光光) に対 しては領域 2 の屈折率が n e ( S ) とな り 、 ホ ログラ ム と して入射光を回折 して しま う のである。 それゆえ、 例え ば光スィ ツチと して用いよ う とする と、 垂直入射以外では完全な制 御がで きない とい う 欠点があっ た。  However, as shown in Fig. 3 (a), for the light beam 3 'obliquely incident, a mode in which a voltage is applied to align the liquid crystal molecules vertically so that the incident light beam travels straight. In region 2, refractive index anisotropy occurs. In other words, it acts as an isotropic medium with a refractive index of no for ordinary rays (in this case, S-polarized light) and travels straight, but for extraordinary rays (in this case, P-polarized light), the region 2 The refractive index becomes ne (S), and the incident light is diffracted as a hologram. Therefore, for example, when it was used as an optical switch, there was a disadvantage that complete control could not be achieved except for normal incidence.
実際には、 本来屈折率異方性を持たない光硬化型高分子材料を用 いて領域 1 を形成 して も、 狭ギヤ ッ プのガラス間に形成する と応力 等によ り 僅かではあるが屈折率異方性を発現する。 しか しその差は 小さいものであ り 本質的には上述の現象が現れる。  Actually, even if the region 1 is formed by using a photocurable polymer material which does not originally have refractive index anisotropy, if formed between the glasses of a narrow gap, it may be slight due to stress and the like. Expresses refractive index anisotropy. However, the difference is small and essentially the above phenomenon appears.
その僅かな屈折率異方性が問題になる場合もある。 例えば、 従来 例 6 の場合にあっては、 黒を表示する際に格子の部分が不連続な領 域とな り 、 高コ ン ト ラス ト な画像を表示する際に特に 目立ち、 均一 性を損な う という 欠点があっ た。  The slight refractive index anisotropy may be a problem. For example, in the case of Conventional Example 6, when displaying black, the grid portion becomes a discontinuous area, and when displaying a high-contrast image, it is particularly conspicuous and uniformity is reduced. The disadvantage was that it was lost.
以上詳細に述べた諸問題は、 光学的に略等方な光硬化型の高分子 材料と、 液晶材料の混合物を材料と して、 相分離を発現させた系に おいては常に発生する問題である。 一方、 光硬化型の液晶と して近年特に注目 されている紫外線硬化 型液晶と、 数種類の非重合性液晶の混合物を用いて液晶高分子複合 系の位相差フ ィ ルムを作製する例が報告されている (例えば ' 9 7 液晶討論会予稿集 1 6 8 ページ〜 1 6 9 ページ、 1 9 9 7 年) 。 し か しながら上記例では、 U V光を単純に全面にかつ均一に照射 し、 全面を一様に硬化せ しめているのみであ り 、 二光束干涉露光による 光誘起相分離による干渉稿の形成、 及び後述のよ う に本発明の構成 によって期待される斜めの入射光に対 して も 回折が生 じない効果に ついては何 ら言及 していない。 The problems described in detail above always arise in systems that exhibit a phase separation by using a mixture of an optically isotropic optically curable polymer material and a liquid crystal material. It is. On the other hand, there has been reported an example of producing a liquid crystal polymer composite retardation film using a mixture of an ultraviolet curable liquid crystal, which has recently attracted particular attention as a photocurable liquid crystal, and several types of non-polymerizable liquid crystals. (Eg, '97 LCD Symposium Proceedings, pp. 168-169, pp. 1997). However, in the above example, the entire surface is simply and uniformly irradiated with UV light, and the entire surface is hardened uniformly. Also, as described later, there is no mention of the effect that diffraction does not occur even for oblique incident light expected by the configuration of the present invention.
また、 例えば特開平 9 一 2 8 1 3 3 0 号公報、 特開平 9 一 2 8 8 2 0 6 号公報では、 光硬化型液晶をス ト ラ イ プ状の I T O を形成し たセルに注入 し、 電圧を印加する こ とで液晶分子の配向を部分的に 異な ら しめた状態で光硬化を行う こ とで回折素子を形成 している。  Also, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 9-218130 and Heisei 9-288206, a photocurable liquid crystal is injected into a cell in which strip-shaped ITO is formed. Then, by applying a voltage, photo-curing is performed in a state where the orientation of the liquid crystal molecules is partially changed to form a diffraction element.
しか しながら上記の例では、 本質的に均質な液晶材料を用いて形 成 してお り 、 非重合性液晶との混合物を用いる こ とに関 して何 ら開 示 してお ら ず、 異なる領域間の屈折率異方性は等 しいが、 スィ ッチ ング可能ではな く 本質的に本発明 とは異なる ものである。  However, in the above example, the formation was performed using an essentially homogeneous liquid crystal material, and no disclosure was made regarding the use of a mixture with a non-polymerizable liquid crystal. The refractive index anisotropy between different regions is equal, but is not switchable and is essentially different from the present invention.
また、 従来例 7 〜従来例 1 0 で開示されている直視型の液晶パネ ルに応用 している例では、 ホロ グラム素子は常に前述の機能を実現 する もので、 必要に応 じてホロ グラ ム素子の機能を変える例は一切 開示されていない。  In addition, in the example applied to the direct-view type liquid crystal panel disclosed in Conventional Examples 7 to 10, the holographic element always realizes the above-described functions, and the holographic element is used as needed. No example of changing the function of the system element is disclosed.
ま た、 従来の画像表示装置において、 誘電体多層膜を用いて偏光 分離手段を形成する場合には薄膜誘電体層を複数層積層するため、 作製に時間がかか り コス ト が高い とい う欠点があっ た。  Also, in a conventional image display device, when a polarization splitting means is formed using a dielectric multilayer film, a plurality of thin-film dielectric layers are laminated, so that it takes a long time to manufacture and is costly. There were drawbacks.
さ ら に複数のプリ ズムを張 り 合わせて形成され、 接合面に誘電体 多層膜を形成 してなる特開平 7 _ 2 9 4 9 0 6 号公報、 特開平 9 一 1 0 5 9 3 6 号公報に開示された偏光分離素子においては、 作製の 困難さ、 コ ス ト の高さ、 接着剤の耐熱性等に問題があっ た。 In addition, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-294946 and 7-91 are formed by laminating a plurality of prisms and forming a dielectric multilayer film on a bonding surface. The polarized light separating element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-59336 has problems in difficulty in manufacturing, high cost, heat resistance of the adhesive, and the like.
特開平 5 — 1 0 7 5 0 5 号公報、 特開平 8 — 2 3 4 2 0 5 号公報 においては厚い平行平板も し く は直角プリ ズムを用いてお り 、 コ ン パク ト な構成が困難であった。 また、 特開平 6 — 2 0 2 9 4号公報 にあっては鋸歯状の形状の作製が困難であっ た。 以上の よ う に誘電 体多層膜を用いた偏光分離素子はコス ト が高 く 、 作製が困難である とい う欠点力 sあっ た。 In Japanese Unexamined Patent Application Publication Nos. H05-107505 and H08-234250, a thick parallel plate or a right-angle prism is used, and a compact structure is required. It was difficult. In addition, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-22094, it was difficult to form a saw-tooth shape. The polarization separating element using the dielectric multilayer film cormorants good above costs are rather high, making had gutter cormorants disadvantage force s is difficult.
また、 特開平 8 — 2 3 4 1 4 3 号公報、 米国特許第 5 1 6 1 0 3 9 号に開示されている偏光選択性を有するホ ロ グラ ム素子を用いた 偏光分離素子は、 前述の よ う に投写型画像表示装置における照明光 学系 と して、 ィ ンテグレータ と組み合わせた偏光変換素子と しての 応用例は何 ら開示されていない。 仮に従来のホロ グラ ム素子を偏光 分離素子と して偏光変換素子に組み入れ、 投写型画像表示装置に適 用 しょ う と しても以下の理由によ り 高い効率を実現する こ とが困難 であっ た。  Further, a polarization splitting element using a hologram element having a polarization selectivity disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-234143 and US Pat. No. 5,161,039 is described above. As described above, no application example as a polarization conversion element combined with an integrator as an illumination optical system in a projection type image display device is disclosed. Even if a conventional hologram element is incorporated into a polarization conversion element as a polarization separation element and applied to a projection-type image display device, it is difficult to achieve high efficiency for the following reasons. there were.
例えばイ ンテグレ一夕 の第 1 の蠅の 目 レ ンズの前に偏光分離素子 を設ける場合を考える。 偏光分離素子に入射するのは、 概ね略平行 な光束である。 これらの光束は当然ながら無偏光光である。 こ の場 合、 偏光分離後偏光分離素子から出力され、 互いに偏光方向が直交 する二つの偏光光束の出射角の差は高々数度が好ま しい。 これは第 1 の蠅の 目 レ ンズの各微小レ ンズに対応する第 2 の蠅の 目 レ ンズの 各微小 レ ンズ上にラ ンプの発光体の像を二つ結像せ しめるからであ る。 こ の角度差が大きすぎる と第 2 の蠅の目 レ ンズの各 レ ンズの径 を大き く せねばな らな く なる。  For example, consider a case in which a polarization splitting element is provided in front of the first fly's eye lens in the whole night. The light incident on the polarization separation element is a substantially parallel light flux. These light beams are, of course, unpolarized light. In this case, it is preferable that the difference between the emission angles of the two polarized light beams output from the polarization separation element after the polarization separation and whose polarization directions are orthogonal to each other is at most several degrees. This is because two images of the illuminator of the lamp are formed on each minute lens of the second fly-eye lens corresponding to each minute lens of the first fly-eye lens. You. If this angle difference is too large, the diameter of each lens of the second fly-eye lens must be increased.
すなわち、 偏光分離素子と しては、 略平行光束を異なる偏光成分 に分離後、 各々を数度の角度差で出力せねばな らい。 こ のこ とはホ ロ グラ ム素子を作製する際の参照光と物体光の入射角度差を高々数 度と小さ く せねばな ら ないこ とを意味する。 しか しながら、 一般に 体積ホ ロ グラ ムの効率を使用に耐え う る まで十分高 く するために は、 参照光と物体光の入射角度の差は少な く と も 2 0 度以上は必要 と され、 それ以下の角度差では体積ホロ グラ ム と しての効率が低 く なる。 それゆえ従来のホロ グラ ム素子を偏光分離素子と して用い て、 第 1 のタ イ プの偏光変換素子は構成で きなかった。 That is, as a polarization splitting element, a substantially parallel light beam is After separation, each must be output with an angle difference of several degrees. This means that the difference between the incident angles of the reference light and the object light when fabricating the hologram element must be as small as several degrees at most. However, in order to increase the efficiency of the volume hologram sufficiently to be usable, the difference between the incident angles of the reference beam and the object beam is generally required to be at least 20 degrees or more. If the angle difference is smaller than that, the efficiency as a volume hologram decreases. Therefore, the first type of polarization conversion element could not be configured using a conventional hologram element as a polarization separation element.
また、 回折素子と しては、 例えば特開平 5 — 1 7 3 1 9 6 号公報 に開示されている よ う に、 通常のネマテ ィ ッ ク液晶を用いた例、 あ るいはジ ャパニーズ、 ジャーナル、 ォブ、 アプラ イ ド、 フ ィ ジ ッ ク ス、 第 3 6卷、 1 9 9 7 年、 5 8 9 — 5 9 0 頁に開示されている よ う に U V硬化型液晶を用いた例、 あるいはケ ミ カル、 マテ リ アル 1 9 9 3 年、 第 5 卷、 1 5 3 3 — 1 5 3 8項に開示されてレ、る よ う に ポ リ マ一分散液晶を用いた例も知 られているが、 上記公開公報に記 載のものは単に偏光分離機能を有する こ とを開示 しているのみであ り 、 偏光変換素子と しての応用については何 ら開示 していない。 以上のよ う に、 従来の誘電体多層膜に よ り 形成された偏光分離素 子を用いて、 ィ ンテグレ一夕 と組み合わせた偏光変換素子を構成 し、 投写型画像表示装置に適用 した場合には、 ( 1 ) コス ト が高 い、 ( 2 ) 作製が困難、 ( 3 ) コ ンパク ト な構成が困難等の問題点 があっ た。  Examples of the diffractive element include an example using a normal nematic liquid crystal as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-173196, a Japanese patent, and a journal. Examples of using UV-curable liquid crystal as disclosed in US Pat. Or, as disclosed in Chemical, Material, 1993, Vol. 5, pp. 1533–1538, using the polymer monodispersed liquid crystal. Although it is known, the one disclosed in the above publication discloses only that it has a polarization separation function, but does not disclose any application as a polarization conversion element. As described above, when a polarization conversion element combined with INTEGRA is configured using a polarization separation element formed by a conventional dielectric multilayer film and applied to a projection-type image display device, However, there were problems such as (1) high cost, (2) difficulty in fabrication, and (3) difficulty in compact construction.
またホロ グラ ム素子には一般に、 ( 1 ) 入射角 と出力角の差を大 き く せねば効率が低い という こ とから、 ( 2 ) イ ンテグレ一夕 と組 み合わせ、 投写型画像表示装置の偏光分離素子と して使用する こ と が困難であっ た。 さ ら に、 従来の回折素子にあっては、 In general, a hologram element is used in combination with (2) Integrate, because (1) the efficiency is low unless the difference between the incident angle and the output angle is increased. It was difficult to use as a polarization separation element. Furthermore, in the conventional diffraction element,
1 ) 単に偏光分離機能を有する こ と を開示されている にすぎず、 1) It merely discloses that it has a polarization separation function,
2 ) ィ ンテグレ一夕 との組み合わせについて何 ら開示されてお ら ず、 投写型画像表示装置に適用できないものである。 2) It does not disclose any combination with Integre Ichigo and cannot be applied to a projection type image display device.
また、 液晶を用いた偏光分離素子では、 ノ コギ リ 状の溝を有する プリ ズム基板とガラス基板との間隙に液晶を挾んだ構成である。 液 晶は屈折率異方性を示すため、 常光、 異常光 といっ た偏光方向によ り屈折率差が異なる。  In addition, a polarization separation element using liquid crystal has a configuration in which liquid crystal is sandwiched between a glass substrate and a prism substrate having a saw-shaped groove. Since liquid crystals exhibit refractive index anisotropy, the difference in the refractive index differs depending on the polarization direction, such as ordinary light and extraordinary light.
先の偏光分離素子に入射 した光波はノ コ ギ リ状の形状に対応 した 位相分布を生 じ、 位相型の回折格子と して機能する こ と になる。 更 に、 偏光方向によ り 液晶層を通過する と きの屈折率差が異なる。 こ のため、 入射 した光波の偏光方向によ って、 位相分布が異なるため に常光と異常光、 つま り P波と s 波によ り 回折される方向が異なつ て出射する こ とになる。  The light wave incident on the polarization separation element generates a phase distribution corresponding to the sawtooth shape, and functions as a phase type diffraction grating. Furthermore, the refractive index difference when passing through the liquid crystal layer differs depending on the polarization direction. For this reason, the phase distribution differs depending on the polarization direction of the incident light wave, so that the ordinary light and the extraordinary light, that is, the directions diffracted by the P wave and the s wave are emitted in different directions. .
第 2 レ ンズア レイ状で P波と S波を分離するため、 分離可能な程 度の回折角が必要となる。 このため、 偏光分離素子のノ コ ギ リ 状の ピッチを数十〃 m程度に小さ く する必要がある。 この と き、 ノ コ ギ リ 状の傾きを均一に厳密に設計する必要がある。 これは、 ノ コ ギ リ 形状の傾きが回折素子のブレーズ角に相当するため、 この形状及び 均一性が回折波の効率に影響する。 つま り 、 ノ コ ギ リ 状の溝が設計 よ り もずれて しま う と回折波が分散して しまい偏光分離素子による 分離度が低下 して しま う とい う課題が生 じる。  In order to separate the P and S waves in the second lens array, a diffraction angle that is separable is required. For this reason, it is necessary to reduce the sawtooth pitch of the polarization separation element to about several tens of meters. At this time, it is necessary to uniformly and strictly design the sawtooth inclination. This is because the inclination of the sawtooth shape corresponds to the blaze angle of the diffraction element, and this shape and uniformity affect the efficiency of the diffracted wave. In other words, if the sawtooth-shaped groove deviates from the design, the problem arises that the diffracted wave is dispersed and the degree of separation by the polarization separation element is reduced.
ノ コ ギ リ 状の溝の間隙の幅を大き く すれば、 ノ コ ギ リ形状のピッ チを大き く でき加工が容易になる。 この場合、 分離角 を元の場合と 同程度維持使用 と すれば、 液晶のセルギャ ッ プを厚 く する必要があ る。 しか しなが ら、 厚いセルギャ ッ プに液晶を均一に配向させる こ とは難 し く 白濁等の現象が生 じ、 偏光分離素子の透過度を減少させ 光利用効率が低下する とい う 問題が新たに生 じる。 Increasing the width of the sawtooth-shaped groove can increase the sawtooth-shaped pitch and facilitate machining. In this case, if the separation angle is maintained at the same level as in the original case, the liquid crystal cell gap needs to be thickened. However, it is necessary to align the liquid crystal uniformly in a thick cell gap. It is difficult to achieve this, and phenomena such as white turbidity occur, causing a new problem that the transmittance of the polarization separation element is reduced and the light use efficiency is reduced.
プ リ ズムを用いた偏光分離素子では、 一端レ ンズ板によ り 光束を 絞 り 1 列置きにプリ ズムア レイ に入射する。 そ して、 プリ ズムは偏 光ビームス プ リ ツ 夕の機能を有するため、 例えば S波を透過 し P波 は直角に反射され、 更に隣のプリ ズムで直角に反射され光の伝搬方 向が先の S 波と等 し く なる。 こ の後光路中に置かれた 1 / 2 波長板 によって 9 0 ° 偏光方向が回転され P波となって出射する。  In a polarization splitting element using a prism, the light beam is converged by a lens plate at one end, and is incident on the prism array every other row. Since the prism has the function of a polarizing beam splitter, for example, an S wave is transmitted and a P wave is reflected at a right angle, and further reflected at an adjacent prism at a right angle, and the light propagation direction is changed. It is equal to the preceding S wave. Thereafter, the polarization direction is rotated 90 ° by a half-wave plate placed in the optical path, and the light is emitted as a P-wave.
以上のよ う な作用が各プリ ズム毎に行われるため、 レ ンズ板に入 射 した光波は光束の幅を大き く 変える こ とな く 、 偏光方向が揃っ た 光束を得る こ とがで き る。 プリ ズムは誘電体多層膜と屈折率マ ッチ ングを と る ための液体または固体で回 り を満た したキューブ形状で 構成される。 偏光分離度を高める ためには誘電体多層膜を何重にも 成膜する必要があ り 、 製造コス ト は高価になる。 また、 分離膜は光 の伝搬方向を 9 0 ° 曲げる ため 4 5 ° に配置 している。 このため、 1 つのプ リ ズムを構成する分離膜の大き さ によ って厚さ方向の分離 素子の大き さが固定され、 素子を薄 く 小型にで きない とい う課題が 生 じる。  Since the above-described operation is performed for each prism, the light wave incident on the lens plate can obtain a light beam having a uniform polarization direction without largely changing the width of the light beam. You. The prism is composed of a dielectric multilayer film and a liquid- or solid-filled cube for refractive index matching. In order to increase the degree of polarization separation, it is necessary to form a multi-layer dielectric multilayer film, which increases the manufacturing cost. The separation film is arranged at 45 ° to bend the light propagation direction by 90 °. For this reason, the size of the separation element in the thickness direction is fixed by the size of the separation film constituting one prism, and a problem arises in that the element cannot be made thin and small.
本発明は、 前記従来技術の課題を解決 し、 偏光選択制に優れ回折 効率の高い回折光学素子を偏光分離素子と して利用 した光利用効率 の高い偏光照明装置を提供する こ と及びこ の偏光照明装置と投写光 学系を組み合わせ明るい投写映像を形成する こ とがで き る投写型表 示装置を実現する こ とを 目的とする。  The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and provides a polarized light illuminating device having high light use efficiency using a diffractive optical element having excellent polarization selectivity and high diffraction efficiency as a polarization splitting element. An object of the present invention is to realize a projection display device capable of forming a bright projection image by combining a polarized light illumination device and a projection optical system.
また、 近年、 力一ナビゲ一シ ヨ ン用のモニターや個人で ビデオや 画像情報の視聴の 目的のための持ち運び可能なディ ス プレイ の用途 が増加 しているが、 これらは、 ヘッ ドア ッ プデ ィ ス プ レ イ や、 モノ、 ィル ツールと呼ばれる携帯電話を始めとする携帯情報端末用の低消 費電力タ イ プのディ ス プレイ と して位置づけ られている。 このよ う なディ スプレイ に対 して要求される共通の条件と しては小型、 軽 量、 薄型、 低消費電力が上げられる。 また、 ヘッ ドア ッ プディ スプ レイ においては、 表示画面と外界との切 り 換えを行う 必要性もあ り 、 画面が透明、 つま り 、 シースル一画面である こ とが望ま しい。 現在、 以上のよ う な要求に適 しているディ スプレイ と しては液晶 素子を用いたものが考え られる。 液晶ディ ス プレイ は従来の C R T のよ う なディ スプレイ に比べ、 奥行き面積が少な く 薄型化を実現す る こ とがで きる。 また、 画素サイ ズの小型化、 大容量化や T F T素 子の導入等によ り 高精細化も進み、 画質的に も ますます向上 して き ている。 In recent years, the use of monitors for power navigation and portable displays for personal viewing of video and image information has been increasing. Display, objects, It is positioned as a low power consumption type display for mobile information terminals such as mobile phones, which is called a tool. Common requirements for such displays include small size, light weight, thin shape, and low power consumption. In addition, in the case of a head-up display, there is a need to switch between the display screen and the outside world. At present, a display using a liquid crystal element can be considered as a display suitable for the above requirements. Liquid crystal displays have a smaller depth area and can be made thinner than displays like conventional CRTs. In addition, higher resolution has been achieved by reducing the pixel size, increasing the capacity, and introducing TFT devices, and the image quality has been further improved.
しか しながら、 通常、 液晶素子を用いたディ スプレ イ の画像表示 原理は液晶素子に印加する電界の大きさ によ り 入射する光の偏光方 向を変調する。 そ して、 液晶素子の前後にク ロスニコルに配置 した 偏光子を組み合わせる こ とで、 入射光の偏光状態によ る偏光子の透 過度の差を利用 して明暗等の画像情報を表示する ものである。  However, the image display principle of a display using a liquid crystal element usually modulates the polarization direction of incident light according to the magnitude of an electric field applied to the liquid crystal element. By combining polarizers arranged in a cross nicol before and after the liquid crystal element, image information such as light and dark can be displayed using the difference in transmission of the polarizer depending on the polarization state of incident light. It is.
こ のよ う な方式では、 偏光子は吸収タ イ プである ため光の透過度 はあま り 高 く ない。 更に、 偏光子をク ロスニコルに組み合わせて構 成 しているため、 この偏光子の組み合わせのみの状態では光の透過 度はほとんどな く 黒の状態である。 従って、 画像表示 と併せて、 前 記液晶^ネルを通 して外界の情報を得る こ とは困難であ り 、 シ一スル —タ イ プのへッ ドア ッ プディ スプレイ と しての利用はで きない とい う 問題がある。  In such a method, the light transmittance is not so high because the polarizer is an absorption type. Furthermore, since the polarizers are combined in crossed Nicols, the light transmittance is almost black in the state of only the combination of the polarizers. Therefore, it is difficult to obtain external information through the liquid crystal panel, together with image display, and it is not possible to use this type of head-up display. There is a problem that cannot be done.
また、 偏光子は光の吸収によ り 特定の偏波成分のみを透過させる 構成である ため、 偏光子によ り 吸収された光は内部で熱に変換され る。 入射する光量が増加する と、 偏光子内部での発熱の影響が無視 できな く な り 、 偏光子の光変調作用の機能の低下や素子の劣化とい つた問題が生 じて く る。 In addition, since the polarizer is configured to transmit only a specific polarization component by absorbing light, the light absorbed by the polarizer is internally converted into heat. You. When the amount of incident light increases, the effect of heat generation inside the polarizer cannot be ignored, and problems such as a decrease in the light modulation function of the polarizer and deterioration of the element occur.
液晶ディ ス プレイ は C R Tのよ う な 自発光タ イ プのデバイ スでは ないため、 画像表示用に専用の光源を必要とする。 液晶ディ ス プレ ィ の消費電力の内、 この光源用に使用される電力の割合が全体の半 分程度を占め低消費電力化に対する壁となっている。 このため、 専 用の照明用の光源を用いる こ とな く 画像を表示する方式が検討され ている。 このための方式と して、 自然光や室内の照明光のよ う な外 部光を光源と して利用 して液晶素子と反射板を組み合わせた反射型 の画像表示装置がある。 こ の構成によれば専用の光源を必要と しな いため、 低消費電力化が可能となる。  Liquid crystal displays are not self-luminous devices like CRTs, so they require a dedicated light source for image display. Of the power consumption of the liquid crystal display, the ratio of the power used for this light source accounts for about half of the total, which is a barrier to reducing power consumption. For this reason, a method of displaying an image without using a dedicated light source for illumination is being studied. As a method for this, there is a reflection type image display device in which a liquid crystal element and a reflection plate are combined by using external light such as natural light or indoor illumination light as a light source. According to this configuration, since a dedicated light source is not required, power consumption can be reduced.
上記の方式では照明光と して用いる外部光の状態によ り 画像の表 示状態が変化する こ とになる。 例えば、 夜間室内の照明光が暗い場 合や照明光が使用で きないよ う な場所での画像情報の視聴は困難と なる。 このため、 内部の光源と してのバ ッ ク ライ ト と外部光とを使 用する場所や環境条件等にあわせて切 り 換え を行い、 低消費電力化 と画像情報の視聴の利便性とを兼ね備えたよ う な構成が望ま しい。 しか しながら、 外部光を利用するためには液晶素子の全面に 1 枚 の偏光子を置いた反射型の構成を と るのが適 してお り 、 内部の光源 を利用する ためには液晶素子の前後にク ロスニコルに偏光子を配置 した透過型の構成にするのが適 している。 こ の両方式を同時に満足 させるためには、 偏光子を 2 枚用いた構成を と る こ とが考え られる が、 吸収型の偏光子を用いた場合は透過度が低 く 、 外部光による反 射型での画像表示においては画面の輝度が著 し く 低下 し画質が劣化 する。 従って、 内部光源と外部光との併用での使用は困難である と いう課題がある。 In the above method, the display state of an image changes depending on the state of external light used as illumination light. For example, it is difficult to view image information in a room where nighttime lighting is dark or where lighting cannot be used. For this reason, switching is performed in accordance with the location where the backlight as an internal light source and external light are used, environmental conditions, etc. to reduce power consumption and improve the convenience of viewing image information It is desirable to have a configuration that combines However, in order to utilize external light, it is appropriate to adopt a reflective configuration in which a single polarizer is placed on the entire surface of the liquid crystal element. It is suitable to use a transmissive structure in which polarizers are arranged in crossed Nicols before and after the element. In order to satisfy both of these methods simultaneously, it is conceivable to adopt a configuration using two polarizers. In projection image display, the brightness of the screen is significantly reduced, and the image quality is degraded. Therefore, it is difficult to use the internal light source and external light together. There is a problem.
本発明は、 前記従来技術の課題を解決 し、 偏光選択制に優れ回折 効率の高い回折光学素子を液晶素子と組み合わせて画像表示装置を 構成 し、 シースル一型の表示が可能であ り 、 また内部光源であるバ ッ ク ライ ト と外部光との併用ができ る低消費電力型の画像表示装置 を提供する こ とを 目的とする。 更に、 回折光学素子を屈折率分布に 変調を持たせた透過型と して用いる こ とで、 光の利用効率を高め、 画像表示と同時に照明光用の照明装置と しての多目的な応用を 目指 すものである。  The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, configures an image display device by combining a diffractive optical element having excellent polarization selectivity and a high diffraction efficiency with a liquid crystal element, and is capable of performing a see-through type display. It is an object of the present invention to provide a low power consumption type image display device that can use a backlight, which is an internal light source, and external light in combination. Furthermore, by using the diffractive optical element as a transmissive type having a modulation in the refractive index distribution, the light use efficiency is improved, and at the same time as image display, versatile application as an illumination device for illumination light is realized. It is the aim.
一方、 イ オン交換等によ り 作製された偏光選択性を有するホロ グ ラ ム素子を用いて光記憶媒体からの信号検出を行う場合、 ホロ グラ ム素子の回折効率によ り 信号検出は大き く 影響される。 具体的に は、 光ディ ス ク等によ り反射され、 位相板によ り 偏光方向が初期と 直交する よ う に変化されてホロ グラ ム素子への入射する。  On the other hand, when a signal is detected from an optical storage medium using a polarization-selective hologram element manufactured by ion exchange or the like, the signal detection is large due to the diffraction efficiency of the hologram element. Affected. Specifically, the light is reflected by an optical disk or the like, is changed by a phase plate so that the polarization direction is orthogonal to the initial direction, and is incident on the hologram element.
この時に、 ホロ グラ ム素子の回折効率が低い と受光素子へ到達す る光の強度が弱 く ノ イ ズが増加 し、 正確な信号検出が困難となる。 更に、 回折されず透過 した成分は光源である半導体レーザに照射さ れる ため、 半導体レーザへの戻 り 光量の増加によ る レーザ発振の不 安定性が起こ り 、 光源自体でのノ イ ズの発生等の課題が新たに生 じ て く る。  At this time, if the diffraction efficiency of the hologram element is low, the intensity of light reaching the light receiving element is weak and the noise increases, making it difficult to detect an accurate signal. Furthermore, since the component transmitted without being diffracted is irradiated to the semiconductor laser, which is the light source, instability of laser oscillation occurs due to an increase in the amount of light returning to the semiconductor laser, and noise in the light source itself is reduced. New issues such as occurrence will arise.
この課題を解決する ためには、 ホロ グラ ム素子の偏光選択性及び 回折効率を向上させる こ とが必要である。 現在偏光選択性を有する ホロ グラ ム素子と して利用できる形態と しては 2 次元の回折光学素 子のタ イ プのものがある。 これは、 矩形の格子形状に対応する よ う な屈折率分布を持たせ、 入射する光の波長に対 して隣合う格子毎に 0 と 7Γの位相差を生 じさせる。 これを通過する光は、 この矩形格子 の間隔に対応する特定方向に強められる結果と して回折を生 じる。 このよ う な矩形格子か らなるホロ グラ ム素子では、 2 次元のバイ ナ リ からなる形状のため回折波は左右対称に生 じる。 このため、 回 折強度が最も大きい 1 次の方向に集光される理想的な回折効率でさ え、 4 0 %程度に制限される という課題がある。 また、 格子形状が 設計値からずれた場合、 0 次光強度を始め 1 次光強度以外の高次に 回折される強度割合が增加する。 従って、 必要と される 1 次光強度 が低下するばか り でな く 高次に回折された光が半導体レーザへの戻 り光と して作用 し、 前述したよ う な レーザ発振に対 しノ イ ズを生 じ させる原因 となる とレヽぅ 問題も生 じて く る。 In order to solve this problem, it is necessary to improve the polarization selectivity and diffraction efficiency of the hologram element. Currently, there is a two-dimensional diffractive optical element type that can be used as a hologram element having polarization selectivity. This has a refractive index distribution that corresponds to the rectangular lattice shape, and generates a phase difference of 0 and 7 ° for each adjacent lattice with respect to the wavelength of the incident light. The light passing through this is a rectangular grid Diffraction occurs as a result of being strengthened in a specific direction corresponding to the distance between the two. In such a hologram element consisting of a rectangular grating, the diffraction wave is generated symmetrically because of the shape consisting of a two-dimensional binary. For this reason, there is a problem that even an ideal diffraction efficiency in which light is condensed in the primary direction having the highest diffraction intensity is limited to about 40%. Also, when the lattice shape deviates from the design value, the intensity ratio of diffracted to higher orders other than the first-order light intensity including the 0-order light intensity increases. Therefore, not only does the required first-order light intensity decrease, but the higher-order diffracted light acts as return light to the semiconductor laser, and the laser oscillation as described above is not affected. When it causes noise, it raises a problem of radiation.
本発明は、 前記従来技術の課題を解決 し、 偏光選択性に優れ回折 効率の高い光情報処理装置に使用される回折光学素子及びこの素子 の信頼性の高い製造方法を提供する こ と を 目的とする。 発 明 の 開 示  An object of the present invention is to provide a diffractive optical element used in an optical information processing device having excellent polarization selectivity and high diffraction efficiency, and a highly reliable manufacturing method of the element, which solves the above-mentioned problems of the prior art. And Disclosure of the invention
本発明は、 上記課題を解決する こ と を 目的と してなされた もので ある。 こ の目的を達成するための一群の発明は、 次のよ う に構成さ れている。  The present invention has been made for the purpose of solving the above problems. A group of inventions for achieving this object is configured as follows.
材料の組成の異なる複数の領域を有 し、  It has multiple regions with different material compositions,
前記複数の領域は、 少な く と も特定の波長によ り 硬化 しかつ屈折 率異方性を有する光硬化型液晶からなる第 1 の領域と、  The plurality of regions are a first region made of a photocurable liquid crystal that is cured at least by a specific wavelength and has a refractive index anisotropy;
該波長によって非硬化な液晶 (以下、 非重合性液晶と略記する) から なる第 2 の領域か ら形成され、  Formed from a second region of non-cured liquid crystal (hereinafter abbreviated as non-polymerizable liquid crystal) by the wavelength,
前記光硬化型液晶の硬化後の常光線に対する屈折率及び異常光線 に対する屈折率が前記非重合性液晶の常光線に対する屈折率及び異 常光線に対する屈折率と各々略等 しいこ と を特徴とするホロ グラ ム 素子。 The photocurable liquid crystal has a cured refractive index for ordinary light and a refractive index for extraordinary light after curing that are substantially equal to the refractive index for ordinary light and the refractive index for extraordinary light of the non-polymerizable liquid crystal, respectively. Hologram element.
少な く と も、 入射光束に対 して偏光異方性を有 し、  At least, it has polarization anisotropy with respect to the incident light beam,
概ね第 1 の偏光成分のみ選択的に回折せ しめる平板状の第 1 及び 第 2 のホロ グラム素子からな り 、  It consists of first and second holographic elements in the form of flat plates that selectively diffract only the first polarized light component.
前記第 1 のホロ グラ ム素子に入射する入射光束と光軸のなす角 Θ 0 と、  An angle Θ 0 between an optical axis and an incident light beam incident on the first hologram element;
前記入射光束が前記第 1 のホロ グラ ム素子によ り 回折された第 1 の出力光束が光軸となす角度 S 1 と、  An angle S 1 formed by the first output light beam, which is obtained by diffracting the incident light beam by the first hologram element, with the optical axis,
前記第 1 の出力光束が前記第 2 のホロ グラ ム素子に入射後回折さ れて出力される第 2 の光束が光軸となす角度 0 2 が下式の  The angle O 2 formed by the second light flux, which is diffracted after the first output light flux is incident on the second hologram element and is output, is expressed by the following equation.
1 ^ 1 - 0 2 I > 2 0  1 ^ 1-0 2 I> 20
I Θ 0 - Θ 2 I < 1 5  I Θ 0-Θ 2 I <1 5
を満足する こ とを特徴とする偏光分離素子。  A polarization splitting element characterized by satisfying the following.
光源と屈折率異方性を有する回折光学素子 とこれに隣接 して配置 された全反射 ミ ラーとを少な く と も具備 し、  A light source, a diffractive optical element having refractive index anisotropy, and a total reflection mirror disposed adjacent to the light source, and
前記光源からの出射光の 1 方向の偏波成分 ( P波も し く は S波) は、 前記回折光学素子を透過 し前記反射 ミ ラ一によ り 反射され、 再 び前記回折光学素子を通過 して出射 し、  A polarized light component (P wave or S wave) in one direction of the light emitted from the light source passes through the diffractive optical element, is reflected by the reflection mirror, and passes through the diffractive optical element again. Exits through
前記出射光に対 し概ね直交する成分 ( S 波も し く は P波) は前記 回折光学素子の回折作用によ り 伝搬方向を変化 して出射する時、 前 記回折光学素子からの回折波と前記全反射 ミ ラーからの反射波との 伝搬方向が概ね同 じであって相対的な出射角度が異なる よ う に前記 回折光学素子の所定波面が形成されている こ と を特徴とする偏光照 明装置。  A component (S-wave or P-wave) that is substantially orthogonal to the outgoing light changes its propagation direction due to the diffractive action of the diffractive optical element and emits the diffracted wave from the diffractive optical element. A predetermined wavefront of the diffractive optical element is formed such that the propagation directions of the reflected wave from the mirror and the total reflection mirror are substantially the same and the relative emission angles are different. Lighting device.
光源と  Light source and
画素を形成すべ く パターニングされた透明導電性電極を具備 した 対向する 2 枚の透明絶縁性基板で挟まれた液晶層を有する液晶素子 と Equipped with patterned transparent conductive electrodes to form pixels A liquid crystal element having a liquid crystal layer sandwiched between two opposing transparent insulating substrates; and
液晶素子の両側に配置された回折光学素子と  Diffractive optical elements arranged on both sides of the liquid crystal element
を少な く と も含んで構成され、  Is configured to include at least
光源か らの出射光は一方の回折光学素子に入射 し回折され、 前記回折光学素子への入射光量の概ね 1 / 2 が液晶素子に入射 し、  Outgoing light from the light source is incident on one diffractive optical element and diffracted, and approximately 1/2 of the amount of light incident on the diffractive optical element is incident on the liquid crystal element.
前記液晶素子の各画素毎に変調され、  Modulated for each pixel of the liquid crystal element,
前記変調度に応 じて他方の回折光学素子を通過後の光の伝搬方向 が異なる作用によ り 画像表示を行う こ とを特徴とする 画像表示装 置。  An image display device, wherein an image is displayed by an action in which the propagation direction of light after passing through the other diffractive optical element differs according to the modulation degree.
偏光を放射する レーザ、 前記レーザから 出射する レーザ光を光記 憶媒体上に収束するための光学レ ンズ、 前記光記憶媒体によって反 射される レーザ光の偏光方向を出射時の光の偏光方向に対 して概ね 直角方向に回転させる ための位相板、 前記反射光の光路中に配置さ れ所定波面を生成する回折光学素子、 及び前記回折光学素子で回折 される光を検出する ための受光素子を少な く とも構成要素とする光 情報処理装置に使用される回折光学素子であって、 前記回折光学素 子が屈折率異方性を有する光学媒体を用いて形成されてお り 、 且つ 前記光記憶媒体によって反射され、 前記回折光学素子を透過後の レ —ザ光の全光量に対 し 1 次の方向に回折される光量の割合が概ね 1 / 2 以上 となる よ う に所定波面が形成されている こ と を特徴とする 回折光学素子。  A laser emitting polarized light, an optical lens for converging a laser beam emitted from the laser on an optical storage medium, and a polarization direction of the laser beam reflected by the optical storage medium when emitted. A phase plate for rotating in a direction substantially perpendicular to the optical axis, a diffractive optical element arranged in an optical path of the reflected light to generate a predetermined wavefront, and a light receiving element for detecting light diffracted by the diffractive optical element What is claimed is: 1. A diffractive optical element used in an optical information processing device having at least an element as a constituent element, wherein the diffractive optical element is formed using an optical medium having a refractive index anisotropy. The predetermined wavefront is so determined that the ratio of the amount of light diffracted in the primary direction to the total amount of laser light after being reflected by the optical storage medium and transmitted through the diffractive optical element is approximately 1/2 or more. Is formed And a diffractive optical element.
互いにほぼ平行に配置され、 それそれ互いにほぼ等 しい所定の偏 光成分を選択的に回折させる平板状の第 1 および第 2 のホロ グラ ム 素子を備え、 上記第 1 のホロ グラ ム素子に入射 し、 上記第 1 および上記第 2 の ホロ グラ ム素子によ り 回折されて上記第 2 のホロ グラ ム素子から出 射する回折光束と、 A first and a second hologram element, which are arranged substantially in parallel with each other and selectively diffract a predetermined polarization component substantially equal to each other, A diffracted light beam that is incident on the first hologram element, diffracted by the first and second hologram elements, and emitted from the second hologram element;
上記第 1 のホロ グラ ム素子に入射 し、 上記第 1 および上記第 2 の ホロ グラ ム素子を透過 して上記第 2 のホロ グラ ム素子か ら出射する 透過光束とのなす角度が 0 ° を越え、 かつ、 1 5 ° 未満である と と もに、  The angle formed by the transmitted light flux incident on the first hologram element, transmitted through the first and second hologram elements, and emitted from the second hologram element is 0 °. Exceeds and is less than 15 °,
上記第 1 のホログラ ム素子に入射し、 上記第 1 および第 2 のホロ グラ ム素子によ り 回折される光束における、 それそれのホロ グラ ム 素子に入射する光束とそれぞれのホロ グラム素子によ り 回折された 光束とのなす角度が、 それぞれ 2 0 ° を越える こ とを特徴とする偏 光分離素子。  In the light flux incident on the first hologram element and diffracted by the first and second hologram elements, the light flux incident on each hologram element and the hologram element by the respective hologram element A polarization splitting element, wherein the angle formed by the diffracted light beam exceeds 20 °.
印加される電圧に応 じて、 入射 した光の偏光方向を変調する液晶 素子と、  A liquid crystal element that modulates the polarization direction of the incident light according to the applied voltage;
上記液晶素子の両面側にそれぞれ配置され、 所定の偏光成分を選 択的に回折させる一方、 上記所定の偏光成分と偏光方向が直交する 偏光成分を透過させる第 1 および第 2 の 1 対の回折光学素子とを備 えた こ とを特徴とする画像表示装置。  A pair of first and second diffractions respectively disposed on both sides of the liquid crystal element for selectively diffracting a predetermined polarization component and transmitting a polarization component having a polarization direction orthogonal to the predetermined polarization component. An image display device comprising an optical element.
物体光と参照光を干渉せ しめて作成されるホロ グラ ム素子であつ て、 前記物体光が略平行な光束 (以下、 物体光束と略記する) であ り 、 前記参照光が発光手段から発せ られる第 1 の光束を集光及び伝 搬せ しめる照明手段からの出力光束と略等価な波面を有する光束 A hologram element created by interfering an object light and a reference light, wherein the object light is a substantially parallel light flux (hereinafter, simply referred to as an object light flux), and the reference light is emitted from a light emitting unit. A luminous flux having a wavefront substantially equivalent to the luminous flux output from the illumination means for condensing and transmitting the first luminous flux
(以下、 参照光束と略記する) である こ とを特徴とする ホロ グラ ム 素子。 (Hereinafter, abbreviated as a reference light beam).
少な く と も、 画像表示手段と、 前記画像表示手段を照明する照明 手段を備え、 前記画像表示手段は、 該画像表示手段に入射する前記 照明手段からの照明光を変調 し出力する こ とで画像を表示 し、 前記 照明手段は、 少な く と も発光手段と、 前記発光手段の出力光束を集 光する第 1 の集光手段と、 前記第 1 の集光手段の出力光束の波面を 変換する第 1 の波面変換手段からな り 、 前記第 1 の波面変換手段 は、 前記第 1 の集光手段の出力光束の波面と略等価な第 1 の光束 と、 第 2 の光束を干涉せ しめて形成した第 1 のホロ グラ ム素子であ る こ とを特徴とする画像表示装置。 At least an image display means, and an illumination means for illuminating the image display means, wherein the image display means is incident on the image display means. An image is displayed by modulating and outputting the illumination light from the illumination means.The illumination means includes at least a light emission means, a first light collection means for collecting an output light flux of the light emission means, A first wavefront converting means for converting a wavefront of an output light beam of the first condensing means, wherein the first wavefront converting means is substantially equivalent to a wavefront of an output light beam of the first condensing means. An image display device comprising a first hologram element formed by drying a first light beam and a second light beam.
複数の微小領域からなる回折光学素子であって、 前記微小領域の 出力光束は、 前記回折光学素子の法線方向 と所定の角度で交わる平 面上で概ね互いに重な り あ う 光束である こ と を特徴とする回折光学 素子。 図 面 の 簡 単 な 説 明  A diffractive optical element comprising a plurality of minute regions, wherein the output light flux of the minute region is a light beam that generally overlaps on a plane that intersects at a predetermined angle with a normal direction of the diffractive optical element. A diffractive optical element characterized by: Brief explanation of drawings
図 1 は従来の投写型画像表示装置の構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional projection type image display device.
図 2 は従来の画像表示装置の構成図 Figure 2 shows the configuration of a conventional image display device.
図 3 は従来の投写型画像表示装置に用いるィ ンテグレ一夕 を示す構 成図である。 FIG. 3 is a configuration diagram showing an integration used in a conventional projection type image display device.
図 4 は従来の投写型画像表示装置に用いるイ ンテグレ一夕 を示す構 成図である。 FIG. 4 is a configuration diagram showing an integral view used in a conventional projection type image display device.
図 5 は実施の形態 1 で構成 した画像表示装置の構成図である。 図 6 は画像表示装置に用いるホロ グラ ム素子を作製する ための光束 の照明方法を示す図である。 FIG. 5 is a configuration diagram of the image display device configured in the first embodiment. FIG. 6 is a diagram illustrating a method of illuminating a light beam for manufacturing a hologram element used for an image display device.
図 7 は画像表示装置に用いるホロ グラ ム素子を作製する ための光束 の照明方法を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a method of illuminating a light beam for producing a hologram element used for an image display device.
図 8 は画像表示装置に用いるホロ グラ ム素子を作製する ための光束 の照明方法を示す図である。 図 9 は画像表示装置に用いるホロ グラム素子を作製するための入射 光束を発生させる原理図である。 FIG. 8 is a diagram showing a method of illuminating a light beam for manufacturing a hologram element used for an image display device. FIG. 9 is a principle diagram for generating an incident light beam for producing a hologram element used for an image display device.
図 1 0 は画像表示装置に用いるホロ グラ ム素子を作製するための入 射光束を発生させる原理図である。 FIG. 10 is a principle diagram for generating an incident light beam for producing a hologram element used for an image display device.
図 1 1 は実施の形態 1 で構成した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 11 is a configuration diagram of another image display device configured in the first embodiment.
図 1 2 は実施の形態 1 で構成した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 12 is a configuration diagram of another image display device configured in the first embodiment.
図 1 3 は実施の形態 1 で構成 した画像表示装置の構成図である。 図 1 4 は実施の形態 1 で構成 した他の画像表示装置の構成図であ る 0 FIG. 13 is a configuration diagram of the image display device configured in the first embodiment. Figure 1 4 is Ru diagram der of another image display apparatus constituted in the first embodiment 0
図 1 5 は実施の形態 1 で構成 した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 15 is a configuration diagram of another image display device configured in the first embodiment.
図 1 6 は実施の形態 1 で構成 した他の画像表示装置の構成図であ る 0 Figure 1 6 is Ru diagram der of another image display apparatus constituted in the first embodiment 0
図 1 7 は実施の形態 2 で構成した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 17 is a configuration diagram of another image display device configured in the second embodiment.
図 1 8 は実施の形態 3 で構成 した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 18 is a configuration diagram of another image display device configured in the third embodiment.
図 1 9 は同他の画像表示装置に用いる偏光変換素子を示す図であ る。 FIG. 19 is a diagram showing a polarization conversion element used in another image display device.
図 2 0 は実施の形態 1 の画像表示装置の構成図である。 FIG. 20 is a configuration diagram of the image display device according to the first embodiment.
図 2 1 はホロ グラ ム素子を作製するための光学系の構成図である。 図 2 2 は実施の形態 2 の画像表示装置の構成図である。 FIG. 21 is a configuration diagram of an optical system for producing a hologram element. FIG. 22 is a configuration diagram of the image display device according to the second embodiment.
図 2 3 は実施の形態 3 の画像表示装置の構成図である。 FIG. 23 is a configuration diagram of the image display device according to the third embodiment.
図 2 4 は実施の形態 4 の画像表示装置の構成図である。 図 2 5 は実施の形態 5 の画像表示装置の構成図である。 FIG. 24 is a configuration diagram of the image display device according to the fourth embodiment. FIG. 25 is a configuration diagram of the image display device according to the fifth embodiment.
図 2 6 は一実施の形態で構成 した画像表示装置の構成図である。 図 2 7 は回折光学素子の平面図である。 FIG. 26 is a configuration diagram of the image display device configured in one embodiment. FIG. 27 is a plan view of the diffractive optical element.
図 2 8 は一実施の形態で構成 した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 28 is a configuration diagram of another image display device configured in one embodiment.
図 2 9 は一実施の形態で構成 した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 29 is a configuration diagram of another image display device configured in one embodiment.
図 3 0 は一実施の形態で構成 した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 30 is a configuration diagram of another image display device configured in one embodiment.
図 3 1 は一実施の形態で構成 した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 31 is a configuration diagram of another image display device configured in one embodiment.
図 3 2 は回折光学素子の平面図である。 FIG. 32 is a plan view of the diffractive optical element.
図 3 3 はホロ グラ ム素子の作製方法の説明図である。 FIG. 33 is an explanatory view of a method for manufacturing a hologram element.
図 3 4 はホロ グラム素子の他の作製方法の説明図である。 FIG. 34 is an explanatory view of another method of manufacturing a hologram element.
図 3 5 は一実施の形態で構成 した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 35 is a configuration diagram of another image display device configured in one embodiment.
図 3 6 は一実施の形態で構成 した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 36 is a configuration diagram of another image display device configured in one embodiment.
図 3 7 は一実施の形態で構成 した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 37 is a configuration diagram of another image display device configured in one embodiment.
図 3 8 は一実施の形態で構成 した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 38 is a configuration diagram of another image display device configured in one embodiment.
図 3 9 は一実施の形態で構成した他の画像表示装置の構成図であ る。 FIG. 39 is a configuration diagram of another image display device configured in one embodiment.
図 4 0 ( a ) は一実施の形態で構成したホロ グラ ム素子の構成及び 液晶分子の配列、 及び各領域の屈折率を示す図である。 図 4 0 ( b ) は一実施の形態で構成 したホロ グラ ム素子の構成及び 液晶分子の配列、 及び各領域の屈折率を示す図である。 FIG. 40 (a) is a diagram showing the configuration of a holographic element, the arrangement of liquid crystal molecules, and the refractive index of each region according to an embodiment. FIG. 40 (b) is a diagram showing the configuration of the holographic element, the arrangement of liquid crystal molecules, and the refractive index of each region according to the embodiment.
図 4 1 は一実施の形態で構成 したホログラ ム素子の斜めに入射する 光束に対する機能及び各領域の屈折率を示す図である。 FIG. 41 is a diagram showing a function of a hologram element configured in one embodiment for obliquely incident light beams and a refractive index of each region.
図 4 2 ( a ) は他の実施の形態で構成 したホロ グラ ム素子の構成及 び液晶分子の配列、 及び各領域の屈折率を示す図である。 FIG. 42 (a) is a diagram showing the configuration of a holographic element, the arrangement of liquid crystal molecules, and the refractive index of each region according to another embodiment.
図 4 2 ( b ) は他の実施の形態で構成 したホロ グラ ム素子の構成及 び液晶分子の配列、 及び各領域の屈折率を示す図である。 FIG. 42 (b) is a diagram showing the configuration of a holographic element, the arrangement of liquid crystal molecules, and the refractive index of each region according to another embodiment.
図 4 3 は一実施の形態で構成 した偏光分離素子の構成図である。 図 4 4 は一実施の形態で構成 した偏光分離素子の一プロセスにおけ る液晶の配向状態を表 した平面図である。 FIG. 43 is a configuration diagram of the polarization beam splitter configured in one embodiment. FIG. 44 is a plan view showing the alignment state of the liquid crystal in one process of the polarization beam splitter configured in one embodiment.
図 4 5 は一実施の形態で構成 した偏光分離素子の一プロセスにおけ る液晶の配向状態及び、 入力される干渉稿の強度分布を表 した模式 図である。 FIG. 45 is a schematic diagram showing the alignment state of the liquid crystal and the intensity distribution of the input interference image in one process of the polarization beam splitting device configured in one embodiment.
図 4 6 は一実施の形態で構成 した偏光分離素子における液晶の配向 状態を表 した模式図である。 FIG. 46 is a schematic diagram showing the alignment state of the liquid crystal in the polarization beam splitter configured in one embodiment.
図 4 7 は一実施の形態で構成 した偏光分離素子の効率を表 した図で ある。 FIG. 47 is a diagram illustrating the efficiency of the polarization beam splitter configured in one embodiment.
図 4 8 は回折光学素子の内部構成の一例を示す断面図である。 図 4 9 ( a ) は回折光学素子の角度及び波長依存性の一例を示す図 である。 FIG. 48 is a sectional view showing an example of the internal configuration of the diffractive optical element. FIG. 49 (a) shows an example of the angle and wavelength dependence of the diffractive optical element.
図 4 9 ( b ) 回折光学素子の角度及び波長依存性の一例を示す図で ある。 図 5 0 は回折光学素子を用いた偏光照明装置の一実施の形態の構成 図である。 図 5 1 は回折光学素子を用いた偏光照明装置の一実施の形態の構成 図である。 図 5 2 は回折光学素子を用いた偏光照明装置の一実施の形態の構成 図である。 FIG. 49 (b) is a diagram showing an example of the angle and wavelength dependence of the diffractive optical element. FIG. 50 is a configuration diagram of an embodiment of a polarized light illumination device using a diffractive optical element. FIG. 51 is a configuration diagram of an embodiment of a polarized light illumination device using a diffractive optical element. FIG. 52 is a configuration diagram of an embodiment of a polarized light illumination device using a diffractive optical element.
図 5 3 は回折光学素子を用いた偏光照明装置の一実施の形態の構成 図である。 FIG. 53 is a configuration diagram of an embodiment of a polarized light illumination device using a diffractive optical element.
図 5 4 は回折光学素子を用いた偏光照明装置の一実施の形態の構成 図である。 FIG. 54 is a configuration diagram of an embodiment of a polarized light illumination device using a diffractive optical element.
図 5 5 は回折光学素子を用いた投写型表示装置の一実施の形態の構 成図である。 FIG. 55 is a configuration diagram of an embodiment of a projection display device using a diffractive optical element.
図 5 6 は回折光学素子を用いた偏光照明装置の一実施の形態の構成 図である。 FIG. 56 is a configuration diagram of an embodiment of a polarized light illumination device using a diffractive optical element.
図 5 7 はホロ グラ ム素子を用いた画像表示装置の構成図である。 図 5 8 ( a ) は透過型のカラ一表示タ イ プの投写型表示装置の一実 施の形態を示す構成図である。 FIG. 57 is a configuration diagram of an image display device using a hologram element. FIG. 58 (a) is a configuration diagram showing an embodiment of a projection type display device of a transmission type, one display type.
図 5 8 ( b ) は透過型のカラ一表示タ イ プの投写型表示装置の一実 施の形態を示す構成図である。 FIG. 58 (b) is a configuration diagram showing an embodiment of a transmissive color display type projection display device.
図 5 9 ( a ) は反射型のカラ一表示タ イ プの投写型表示装置の一実 施の形態を示す構成図である。 FIG. 59 (a) is a configuration diagram showing an embodiment of a projection type display device of a reflection type, one display type.
図 5 9 ( b ) は透過型のカラー表示タ イ プの投写型表示装置の一実 施の形態を示す構成図である。 FIG. 59 (b) is a configuration diagram showing an embodiment of a projection type display device of a transmission type color display type.
図 6 0 は回折光学素子を用いた画像表示装置の一実施例の形態の構 成図である。 FIG. 60 is a configuration diagram of an embodiment of an image display device using a diffractive optical element.
図 6 1 は回折光学素子を用いた画像表示装置の他の実施の形態の構 成図である。 図 6 2 は回折光学素子を用いた反射型の画像表示装置の一実施例の 形態の構成図である。 FIG. 61 is a configuration diagram of another embodiment of an image display device using a diffractive optical element. FIG. 62 is a configuration diagram of an embodiment of a reflection type image display device using a diffractive optical element.
図 6 3 は回折光学素子を用いたバ ッ ク ラ イ ト併用の反射型の画像表 示装置の一実施の形態の構成図である。 FIG. 63 is a configuration diagram of an embodiment of a reflection type image display device using a back light using a diffractive optical element.
図 6 4 は回折光学素子を用いた画像表示装置の一実施の形態の構成 図である。 FIG. 64 is a configuration diagram of an embodiment of an image display device using a diffractive optical element.
図 6 5 は回折光学素子を用いた画像表示装置及び照明装置と しての 一実施の形態の構成図である。 FIG. 65 is a configuration diagram of an embodiment as an image display device and a lighting device using a diffractive optical element.
図 6 6 は回折光学素子を用いた画像表示装置の一実施の形態の構成 図である。 FIG. 66 is a configuration diagram of an embodiment of an image display device using a diffractive optical element.
図 6 7 は回折光学素子を用いた小型画像表示装置の一実施の形態の 構成図である。 FIG. 67 is a configuration diagram of one embodiment of a small-sized image display device using a diffractive optical element.
図 6 8 ( a ) はホロ グラ ム素子を用いた他の構成の画像表示装置の 構成図である。 FIG. 68 (a) is a configuration diagram of an image display device having another configuration using a hologram element.
図 6 8 ( b ) はホロ グラ ム素子を用いた他の構成の画像表示装置の 構成図である。 FIG. 68 (b) is a configuration diagram of an image display device having another configuration using a hologram element.
図 6 9 ( a ) 他の実施の形態の画像表示装置に用い られるホロ グラ ム素子の構成図である。 FIG. 69 (a) is a configuration diagram of a hologram element used in an image display device according to another embodiment.
図 6 9 ( b ) 他の実施の形態の画像表示装置に用い られるホロ グラ ム素子の構成図である。 FIG. 69 (b) is a configuration diagram of a hologram element used in an image display device according to another embodiment.
図 7 0 は回折光学素子を用いた光情報処理装置の一実施の形態の構 成図である。 FIG. 70 is a configuration diagram of an embodiment of an optical information processing apparatus using a diffractive optical element.
図 7 1 ( a ) は一軸性の光学媒体の屈折率楕円体に基づ く 屈折率変 調の一例を示す図である。 FIG. 71 (a) is a diagram showing an example of refractive index modulation based on a refractive index ellipsoid of a uniaxial optical medium.
図 7 1 ( b ) は一軸性の光学媒体の屈折率楕円体に基づ く 屈折率変 調の一例を示す図である。 図 7 2 は回折光学素子の製造方法の一実施の形態で構成 した光学系 を示す図である。 FIG. 71 (b) is a diagram showing an example of refractive index modulation based on a refractive index ellipsoid of a uniaxial optical medium. FIG. 72 is a diagram illustrating an optical system configured according to an embodiment of a method for manufacturing a diffractive optical element.
図 7 3 は回折光学素子の製造方法の一実施の形態で構成 した光学系 を示す図である。 FIG. 73 is a diagram illustrating an optical system configured according to an embodiment of a method for manufacturing a diffractive optical element.
図 7 4 は従来の直視型の液晶表示装置の構成図である。 FIG. 74 is a configuration diagram of a conventional direct-view type liquid crystal display device.
図 7 5 ( a ) は従来の光スィ ッチの構成及び各領域の屈折率を示す 図である。 FIG. 75 (a) is a diagram showing the configuration of a conventional optical switch and the refractive index of each region.
図 7 5 ( b ) は従来の光スィ ッチの構成及び各領域の屈折率を示す 図である。 FIG. 75 (b) is a diagram showing the configuration of a conventional optical switch and the refractive index of each region.
図 7 6 ( a ) は斜めの入射光に対する従来の光スィ ッチの機能及び 各領域の屈折率を示す図である。 FIG. 76 (a) shows the function of a conventional optical switch for oblique incident light and the refractive index of each region.
図 7 6 ( b ) は斜めに入射する光束の屈折率異方性を表す屈折率楕 円体の構成図である。 FIG. 76 (b) is a configuration diagram of a refractive index ellipsoid showing the refractive index anisotropy of a light beam obliquely incident.
図 7 7 は従来の偏光証明装置の構成図である。 Fig. 77 is a configuration diagram of a conventional polarization certifying device.
図 7 8 は従来の他の偏光証明装置の構成図である。 図 7 9 は従来例の液晶表示装置の構成図である。 発明を実施するための最良の形態 FIG. 78 is a configuration diagram of another conventional polarization certifying device. FIG. 79 is a configuration diagram of a conventional liquid crystal display device. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
実施例に基づいて本発明の内容を具体的に説明する。  The contents of the present invention will be specifically described based on examples.
(実施の形態 A 1 - 1 )  (Embodiment A1-1)
マイ ク ロ カラ一フ ィ ルタ を備えた 1 枚の画像表示素子を用いてフ ルカラー画像を表示する、 いわゆる単板方式の画像表示装置の例を 説明する。  An example of a so-called single-panel type image display device that displays a full-color image using a single image display element provided with a micro color filter will be described.
画像表示装置 1 0 1 は、 図 5 に示すよ う に、 ラ ンプ 1 0 2 と リ フ レ ク タ 1 0 3 とか ら成る照明光学部 1 0 4 と、 回折光学素子である ホロ グラ ム素子 1 0 5 と、 画像表示素子 1 0 6 と、 投射レ ンズ 1 0 7 とが設け られて構成されている。 The image display device 101 is, as shown in FIG. 5, an illumination optical unit 104 composed of a lamp 102 and a reflector 103, and a diffractive optical element. The hologram element 105, the image display element 106, and the projection lens 107 are provided.
上記ラ ンプ 1 0 2 と しては、 例えば定格出力が 4 0 0 ヮ ッ ト のメ タルハラ ィ ド ラ ンプが用い られる。 このラ ン プ 1 0 2 の発光領域の 形状はほぼ円筒状で、 光軸方向の発光領域 (アーク ) の長さは約 4 ミ リ である。 なお、 ラ ンプ 1 0 2 と しては、 メ タルハラ イ ド ラ ンプ に限らず、 ノヽロゲンラ ンプや、 キセノ ンラ ンプ、 超高圧水銀ラ ンプ 等を使用する こ と もで きる。  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 this 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 not limited to the metal halide lamp, but may be a nitrogen lamp, a xenon lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, or the like.
上記 リ フ レ ク タ 1 0 3 は、 反射面が放物面をなすよ う に形成さ れ、 ラ ンプ 1 0 2 は、 発光領域の中心軸が放物面の光軸にほぼ一致 し、 上記放物面の焦点と発光領域の中心とがほぼ一致する よ う に配 置されている。 ただ し、 ラ ンプ 1 0 2 は理想的な点光源ではな く 、 発光領域がある程度の大き さ を有 している ため、 反射光束 P は厳密 に平行に進む光束ではない。  The reflector 103 is formed such that the reflection surface forms a paraboloid, and the lamp 102 has the center axis of the light emitting region substantially coincident with the optical axis of the paraboloid. It is arranged such that the focus of the paraboloid and the center of the light emitting area substantially coincide with each other. However, since the lamp 102 is not an ideal point light source and the light emitting region has a certain size, the reflected light beam P is not a light beam traveling strictly in parallel.
ホロ グラ ム素子 1 0 5 は、 上記のよ う な反射光束 P をほぼ正確に 平行な平行光束 (平面波) Q に変換 して画像表示素子 1 0 6 に入射 させる よ う になつている。 すなわち、 反射光束 P が参照光と して入 射される こ と によ り 、 平行光束 Qが物体光と して再生出力される。 上記ホロ グラ ム素子 1 0 5 は、 例えば赤、 緑、 および青の波長の 3 種類の レーザ光を用いて多重露光 して形成されるが、 詳細について は後述する。  The hologram element 105 converts the above-mentioned reflected light beam P into a parallel light beam (plane wave) Q almost parallel to be incident on the image display element 106. That is, when the reflected light beam P is incident as reference light, the parallel light beam Q is reproduced and output as 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, and the details will be described later.
画像表示素子 1 0 6 は、 各画素ごと に赤、 緑、 または青の光を透 過させる領域が形成されたマイ ク ロ カラ一フ ィ ルタ と、 各画素ごと に透過する光の光量を制御する液晶パネルと を備え、 各画素ごとに 透過する光を輝度変調 して、 輝度変調された光束 R を投射レ ンズ 1 0 7 に入射させる よ う にな っている。 投射レ ンズ 1 0 7 は、 入射 した光束を図示 しないス ク リ ーンに拡 大投射する よ う になっている。 The image display element 106 controls a micro color filter in which an area for transmitting red, green, or blue light is formed for each pixel, and the amount of light transmitted for each pixel. A liquid crystal panel is provided, and the light transmitted through each pixel is subjected to luminance modulation, and the luminance-modulated light flux R is incident on the projection lens 107. The projection lens 107 enlarges and projects the incident light beam on a screen (not shown).
上記のよ う に、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 によ って、 リ フ レ ク タ 1 0 3 からの反射光束 P が平行光束 Qに変換される こ とによ り 、 ラ ンプ 1 0 2 が高出力で発光領域が大きい場合でも、 理想的な点光源を用 いた場合と同様の光束が得られる。 それゆえ、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 を用いない場合に比べて、 1 . 2 倍の投射効率、 すなわち 1 . 2 倍明るい投射画像を得る こ とができる。  As described above, the hologram element 105 converts the reflected light beam P from the reflector 103 into a parallel light beam Q, thereby causing a ramp 102 Even when the light source has a high output and a large light emitting area, the same luminous flux as when an ideal point light source is used can be obtained. Therefore, it is possible to obtain a projection image 1.2 times brighter, that is, a projection image 1.2 times brighter than the case where the hologram element 105 is not used.
次に、 上記ホロ グラ ム素子 1 0 5 、 およびその作製方法について 詳細に説明する。  Next, the hologram element 105 and its manufacturing method will be described in detail.
このホロ グラ ム素子 1 0 5 は、 上記反射光束 P とほぼ等価な波面 を有する参照光と しての光束 (以下 「実光束」 という。 ) 、 および 上記平行光束 Q とほぼ等価な波面を有する物体光と しての光束 (以 下 「理想光束」 という 。 ) とを例えばフ ォ ト ポ リ マー等のホロ グラ ム材料に照射 して 2 光束干渉縞を形成する こ とによ り 作製される。 これによ り 、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 は、 リ フ レ ク タ 1 0 3 からの反 射光束 P を参照光と して入射させる こ と によ り 、 物体光と して上記 のよ う にほぼ正確に平行な平行光束 Q を出射させる こ とがで き る。 こ こで、 光束と波面について簡単に説明する。 一般に光は正弦的 に振動する波動と して下記 (数 1 ) で記述する こ とができる。  The hologram element 105 has a light flux as a reference light (hereinafter, referred to as “real light flux”) having a wavefront substantially equivalent to the reflected light flux P, and a wavefront substantially equivalent to the parallel light flux Q. It is manufactured by irradiating a hologram material such as a photopolymer with a light beam (hereinafter, referred to as an “ideal light beam”) as object light to form two-beam interference fringes. You. As a result, the hologram element 105 receives the reflected light beam P from the reflector 103 as reference light, thereby obtaining the object light as described above. As described above, it is possible to emit the parallel light flux Q almost in parallel. Here, the light beam and the wavefront will be briefly described. Generally, light can be described as the following (Equation 1) as a wave oscillating sinusoidally.
【数 1 】  [Equation 1]
u - A exp i ( ω t — k · r ) 但 し、 Aは複素振幅、 i は虚数単位、 ωは角速度、 t は時刻、 k は波動ベク ト ル、 r は空間の座標を決める位置ベク ト ルである。 こ の波動べク ト ル と垂直な面を一般に波面 と呼ぶ。 光束とは複数の光波 (波動と しての光) が集ま ったも のであ り 、 等方性の媒質中では波動べク ト ルが光波の進行方向を意味する こ と から、 「光束の波面」 を 「複数の光波の波面の集合体」 と定義す る。 u-A exp i (ωt — kr) where A is the complex amplitude, i is the imaginary unit, ω is the angular velocity, t is the time, k is the wave vector, and r is the position vector that determines the coordinates of the space. It is toll. The plane perpendicular to this wave vector is generally called the wavefront. A light beam is a collection of a plurality of light waves (light as waves). In an isotropic medium, a wave vector means the traveling direction of a light wave. The wavefront of a wave is defined as an aggregate of wavefronts of multiple light waves.
また、 例えば 「反射光束 P または平行光束 Q (実光束または理想 光束) とほほ等価な波面」 とは、 「反射光束 P または平行光束 Qに 含まれるあ らゆる光波の波面とおおよそ等 しい波面の集合体」 と定 義する。  For example, “a wavefront approximately equivalent to a reflected light beam P or a parallel light beam Q (real light beam or ideal light beam)” is a set of wavefronts that are approximately equal to the wavefronts of all light waves included in the reflected light beam P or the parallel light beam Q. The body is defined.
また、 例えば 「反射光束 P または平行光束 Q とほぼ等価な波面を 有する光束」 とは、 「反射光束 P または平行光束 Qに含まれるあ ら ゆる光波の波面とおおよそ等 しい波面を有する光波の集合体である 光束」 と定義する。  Also, for example, "a light beam having a wavefront substantially equivalent to the reflected light beam P or the parallel light beam Q" is a set of light waves having a wavefront approximately equal to the wavefront of any light wave included in the reflected light beam P or the parallel light beam Q. The light flux that is the body. "
ホロ グラ ム素子 1 0 5 は、 図 6 に示すよ う に、 それそれ、 実光束 発生手段 1 1 0 または理想光束発生手段 1 1 1 から出力される可干 渉な実光束 S と理想光束 T と をハーフ ミ ラ一 1 1 2 を介 してホ ログ ラ ム材料 1 1 3 に同一方向から照射 し、 干渉縞を生 じさせる こ とに よ り 、 透過型のホロ グラ ム素子と して形成される。 また、 図 7 に示 すよ う に、 ハーフ ミ ラ ーを 1 1 2 介さずに、 実光束 S と理想光束 T と を直接ホロ グラ ム材料 1 1 3 に照射する よ う に して も よい。 さ ら に、 図 8 に示すよ う に、 ホロ グラ ム材料 1 1 3 の両面側から実光束 S と理想光束 T と を照射する こ とによ り 、 リ ッ プマ ン型のホロ グラ ム素子と して形成する よ う に して も よい。 なお、 図 6 〜図 8 におい ては、 便宜上、 実光束発生手段 1 1 0 が、 ラ ンプ 1 0 2 と リ フ レ ク 夕 1 0 3 と を有 し、 理想光束発生手段 1 1 1 が、 点光源 1 1 1 a と リ フ レ ク タ 1 1 l b とを有する よ う に描いているが、 これは、 実光 束発生手段 1 1 0 力;、 前記ラ ンプ 1 0 2 から リ フ レ ク タ 1 0 3 を介 して出力される反射光束 P とほぼ等価な波面を有する実光束を出力 する一方、 理想光束発生手段 1 1 1 が、 前記ほぼ正確に平行な平行 光束 Q とほぼ等価な波面を有する理想光束を出力する よ う に構成さ れている こ とを示すものである。 As shown in FIG. 6, the hologram element 105 has a coherent real beam S and an ideal beam T output from the real beam generating means 110 or the ideal beam generating means 111 as shown in FIG. And irradiate the hologram material 113 through the half mirror 111 from the same direction to generate interference fringes, thereby forming a transmissive hologram element. It is formed. Further, as shown in FIG. 7, the real beam S and the ideal beam T may be directly applied to the hologram material 113 without passing through the half mirror 111. . Further, as shown in FIG. 8, by irradiating the real light flux S and the ideal light flux T from both sides of the hologram material 113, a rip-man type hologram element is obtained. It may be formed as follows. In FIGS. 6 to 8, for convenience, the actual light beam generating means 110 has a lamp 102 and a reflex 110 3, and the ideal light beam generating means 111 has Although it is depicted as having a point light source 111 a and a reflector 111 lb, this is because the actual light beam generating means 110 is provided; Via Kuta 103 While outputting an actual light beam having a wavefront substantially equivalent to the reflected light beam P output as a result, the ideal light beam generating means 111 generates an ideal light beam having a wavefront substantially equivalent to the almost exactly parallel light beam Q. It indicates that it is configured to output.
上記ホロ グラ ム材料 1 1 3 と しては、 例えば塩乳剤 (漂白タ イ プ) や、 鉄を ドーピング したニオブ酸 リ チウムな どのフ ォ ト リ フ ラ クテ ィ ブ結晶、 重ク ロ ム酸ゼラチン、 フ ォ ト ポ リ マ等の一般的なホ ロ グラ ム材料、 干渉縞を凹凸の変化と して記録する フ ォ ト レ ジス ト (これらは 2 光束干渉ではな く 計算な どに基づいて作製する場合、 電子ビーム描画、 イ オ ン ビームエッチング、 エンボス法等で形成さ れる 。 ) 、 フ ォ ト サ一モ ブラ ステ ィ ッ ク 、 U Vキュ ア ラ ブル液晶、 液晶ポ リ マーと フ ォ ト レ ジス 卜 の混合物等を用レヽる こ と もで きる。 上記実光束発生手段 1 1 0 および理想光束発生手段 1 1 1 は、 具 体的には、 例えばそれそれ以下のよ う な 3 つの構成のものを用いる こ とがで き る。 まず、 各構成の概要について説明する。  Examples of the hologram material 113 include salt emulsion (bleaching type), photorefractive crystals such as iron-doped lithium niobate, and bichromic acid. General holographic materials such as gelatin and photopolymers, and photoregisters that record interference fringes as changes in unevenness (these are based on calculations, not two-beam interference) In the case of fabrication by electron beam, it is formed by electron beam drawing, ion beam etching, embossing method, etc.), photo-stable blast, UV-curable liquid crystal, liquid crystal polymer and film. It is also possible to use a mixture of photo resists. As the actual light beam generating means 110 and the ideal light beam generating means 111, concretely, for example, the following three structures can be used. First, the outline of each configuration will be described.
実光束発生手段 1 1 0 の第 1 の構成は、 画像表示装置 1 0 1 のラ ンプ 1 0 2 における発光領域と 同様の形状を有 し、 可干渉な光束を 発する模擬発光体を用い、 こ の模擬発光体からの光束を画像表示装 置 1 0 1 の リ フ レ ク タ 1 0 3 と同様の リ フ レ ク タで反射させて実光 束 S とする よ う に した ものである。  The first configuration of the actual luminous flux generating means 110 uses a simulated luminous body having the same shape as the luminous area of the lamp 102 of the image display device 101 and emitting a coherent luminous flux. The luminous flux from the simulated luminous body is reflected by the same reflector as the reflector 103 of the image display device 101 so as to become the actual luminous flux S.
第 2 の構成は、 リ フ レ ク タや模擬発光体な どを用いる こ と な く 、 上記第 1 の構成における リ フ レ ク タ 1 0 3 か ら反射される実光束 S とほぼ等価な発散角等の光束を直接生 じさせる よ う に した ものであ る。  The second configuration is substantially equivalent to the actual light flux S reflected from the reflector 103 in the first configuration, without using a reflector or a simulated illuminant. The luminous flux such as the divergence angle is directly generated.
第 3 の構成は、 上記第 1 の構成、 または第 2 の構成によ り 生 じた 実光束 S (物体光) と、 所定の光束 (参照光) と を干渉させてマス ターホロ グラ ムを作製 し、 こ のマスタ一ホロ グラ ムに上記所定の光 束と同 じ光束 (参照光) を照射 して、 実光束 S (物体光) を再生す る よ う に したものである。 In the third configuration, a real light flux S (object light) generated by the first configuration or the second configuration and a predetermined light flux (reference light) are caused to interfere with each other to generate a mass. A terhologram is produced, and the master hologram is irradiated with the same light beam (reference light) as the above-mentioned predetermined light beam to reproduce the actual light beam S (object light). is there.
また、 理想光束発生手段 1 1 1 の第 1 の構成は、 実光束発生手段 1 1 0 の第 1 の構成と同様に模擬発光体と リ フ レ ク 夕 を用いる もの である。 ただ し、 模擬発光体と して、 理想的なラ ン プの発光領域の 形状、 すなわち点光源を模 した、 サイ ズの小さいものを用いる と と もに、 リ フ レ ク タ と して、 精度の高いものを用いる こ とが好ま し い o  The first configuration of the ideal luminous flux generating means 1 1 1 1 uses a simulated luminous body and a reflex as well as the first configuration of the real luminous flux generating means 1 1 1. However, as the simulated illuminant, the shape of the light-emitting region of the ideal lamp, that is, a small size simulating a point light source, is used, and as the reflector, It is preferable to use one with high accuracy o
第 2 の構成は、 実光束発生手段 1 1 0 の第 2 の構成と 同様に リ フ レ ク タや模擬発光体などを用いる こ とな く 、 理想光束 τ そのものを 直接発生させる よ う に したものである。  The second configuration directly generates the ideal luminous flux τ itself without using a reflector or a simulated illuminant as in the second configuration of the real luminous flux generating means 110. Things.
第 3 の構成は、 やは り 実光束発生手段 1 1 0 の第 3 の構成と同様 に、 上記第 1 の構成、 または第 2 の構成によ り 生 じた理想光束 T (物体光) と、 所定の光束 (参照光) と を干渉させて作製 したマス ターホロ グラ ムを用いる ものである。  The third configuration is similar to the third configuration of the actual luminous flux generating means 110, and is similar to the ideal luminous flux T (object light) generated by the above-described first configuration or the second configuration. A master hologram produced by interfering a predetermined light beam (reference light) with a master hologram is used.
以下、 上記実光束発生手段 1 1 0 および理想光束発生手段 1 1 1 の各具体的な構成について、 詳細に説明する。  Hereinafter, specific configurations of the actual light beam generating means 110 and the ideal light beam generating means 111 will be described in detail.
実光束発生手段 1 1 0 の第 1 の構成は、 図 9 に示すよ う に、 リ フ レ ク タ 1 2 1 の内部に模擬発光体 1 2 2 が細い針状の支持部材 (不 図示) に支持されて配置されたものである。 上記リ フ レ ク タ 1 2 1 は、 画像表示装置 1 0 1 の リ フ レ ク タ 1 0 3 と同様の形状のものが 用い られる。 こ こで、 リ フ レ ク タ 1 0 3 , 1 2 1 の形状は、 ホロ グ ラ ム素子 1 0 5 か ら どのよ う な光束を出力させるかに係 らず設定す る こ とがで き る。 すなわち、 画像表示装置 1 0 1 において実際にホ ロ グラ ム素子 1 0 5 から出力される光束は、 理想光束 T と等価なも の となるので、 例えば リ フ レ ク タ 1 0 3 , 1 2 1 に楕円面鏡を用い て、 ホロ グラム素子 1 0 5 から点光源と放物面鏡とか ら得 られるの と等価な平行光束を出力させる よ う に した り 、 リ フ レ ク タ 1 0 3 , 1 2 1 に放物面鏡を用いて、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 か ら楕円面鏡や 球面鏡から得られるの と等価な収束光束を出力させる よ う に した り する こ と もできる。 As shown in FIG. 9, the first configuration of the actual luminous flux generating means 110 is such that, as shown in FIG. It is supported and arranged. As the reflector 121, a reflector having the same shape as the reflector 103 of the image display device 101 is used. Here, the shape of the reflectors 103 and 121 can be set irrespective of what kind of light flux is output from the hologram element 105. Wear. That is, in the image display device 101, the light beam actually output from the hologram element 105 is equivalent to the ideal light beam T. For example, by using elliptical mirrors for the reflectors 103 and 121, a parallel luminous flux equivalent to that obtained from a point light source and a parabolic mirror from the hologram element 105 is obtained. Output, or using parabolic mirrors for the reflectors 103 and 121, which is equivalent to that obtained from an ellipsoidal mirror or a spherical mirror from the hologram element 105. It is also possible to output a highly convergent light beam.
また、 上記模擬発光体 1 2 2 の形状および位置は、 画像表示装置 1 0 1 のラ ンプ 1 0 2 における発光領域と同様に設定されている。 具体的には、 例えばラ ンプ 1 0 2 が前記のよ う にメ タルハライ ド ラ ンプである場合には、 円柱状で、 その長軸が リ フ レ ク タ 1 2 1 の光 軸にほぼ一致する よ う に配置される。 また、 ラ ンプ 1 0 2 がキセ ノ ンラ ンプである場合には、 ほぼ球状で、 その中心力 s リ フ レ ク タ 1 2 1 の光軸上に位置する よ う に配置される。 ま た、 模擬発光体 1 2 2 は、 光の反射性を有する材料から成 り 、 リ フ レ ク タ 1 2 1 の開口部 1 2 l aか ら入射 した レ一ザ光 Uを リ フ レ ク タ 1 2 1 内で散乱させ て、 実光束 S を生 じる よ う になつている。 すなわち、 ラ ンプ 1 0 2 の発光領域と同様の形状で可干渉な光束を発する発光体を形成する こ とは困難であるが、 上記のよ う に模擬発光体 1 2 2 を用いる こ と によ り 、 容易に同様の光束を発生させて実光束 S を得る こ とができ る。 模擬発光体 1 2 2 の具体的な材料と しては、 アル ミ ニウムゃス テン レス等の金属材料を用いた り 、 ガラスやセラ ミ ッ ク、 または樹 脂材料等の表面に光の反射性を有する金属薄膜等を形成 したものを 用いた り する こ とがで きる。 また、 模擬発光体 1 2 2 の表面は、 機 械的または化学的な加工な どによ って若干の散乱性を持たせる こ と が好ま しい。 さ ら に、 模擬発光体 1 2 2 の表面に、 ラ ンプ 1 0 2 の 発光管 (石英等から成る球状な どのケ一シ ング) と等価な石英ゃガ ラスなどの被覆を施 して も よい。 The shape and position of the simulated luminous body 122 are set in the same manner as the luminous area in the lamp 102 of the image display device 101. Specifically, for example, when the lamp 102 is a metal halide lamp as described above, it has a columnar shape, and its major axis substantially coincides with the optical axis of the reflector 122. It is arranged so that it does. When the lamp 102 is a xenon lamp, the lamp 102 is substantially spherical, and is disposed so as to be positioned on the optical axis of the central force s reflector 121. The simulated luminous body 122 is made of a material having light reflectivity, and reflects the laser light U incident from the opening 12 la of the reflector 121. The light is scattered in the light source 122 to generate a real light flux S. That is, it is difficult to form a luminous body that emits coherent light flux in the same shape as the luminous region of the lamp 102, but it is difficult to use the simulated luminous body 122 as described above. Accordingly, the actual light flux S can be easily obtained by generating the same light flux. As a specific material of the simulated luminous body 122, a metal material such as aluminum or stainless steel is used, or light is reflected on the surface of glass, ceramic, resin material, or the like. It is possible to use a metal thin film or the like having a property. Further, it is preferable that the surface of the simulated luminous body 122 has some scattering properties by mechanical or chemical processing. In addition, on the surface of the simulated luminous body 122, a quartz glass equivalent to a luminous tube of lamp 102 (a spherical casing made of quartz or the like) is used. A coating such as a lath may be applied.
なお、 レーザ光 Uを模擬発光体 1 2 2 の全表面にわたって照射す るためには、 レーザ光 Uを走査 した り 、 リ フ レ ク タ 1 2 1 における 複数の開口部 1 2 1 aか ら 同時に、 または順次照射 した り する よ う にすればよい。 また、 順次照射する場合には、 ホロ グラ ム材料 1 1 3 を多重露光する よ う にすればよい。 さ ら に、 ラ ンプ 1 0 2 におけ る発光領域の内部から発せ られる光束について も、 正確に波面変換 を行い得る よ う にするためには、 上記模擬発光体 1 2 2 よ り も小さ な外形を有するい く つかの模擬発光体を用いて、 ホロ グラ ム材料 1 1 3 を多重露光する よ う にすればよい。 これによ り 、 一層波面変換 効率を向上させる こ とができる。 また、 模擬発光体 1 2 2 で散乱さ れた光束のう ち、 リ フ レ ク タ 1 2 1 で反射されずに直接ホロ グラ ム 材料 1 1 3 に至る光束も生 じるが、 これによ り 、 画像表示装置 1 0 1 の使用時においてラ ンプ 1 0 2 から直接照射される よ う な光束も 有効に利用する こ とができる ホロ グラ ム素子 1 0 5 を形成する こ と ができる。 すなわち、 ラ ンプ 1 0 2 から直接照射される光束は、 発 散角が大きいために、 従来の画像表示装置ではほとんど画像表示素 子 1 0 6 を介 して投射レ ンズ 1 0 7 に至 らず、 有効に利用する こ と ができなかったが、 本発明によれば、 そのよ う な光束も有効に利用 され、 一層投射効率を高 く する こ とができる。 また、 レーザ光 U は、 可視光領域のいずれかの波長のものを用いて も よいが、 3原色 に対応する波長のものを順次用いてホロ グラ ム材料 1 1 3 を多重露 光すれば、 よ り 高い効率で波面変換を行い得る よ う にする こ とがで ぎる。  In order to irradiate the entire surface of the simulated luminous body 122 with the laser light U, the laser light U is scanned or the laser light U is irradiated from a plurality of openings 122 a in the reflector 122. Irradiation may be performed simultaneously or sequentially. Further, in the case of sequentially irradiating, the hologram material 113 may be subjected to multiple exposure. Further, in order to accurately perform the wavefront conversion on the light beam emitted from the inside of the light emitting region in the lamp 102, the light beam is smaller than the simulated light emitter 122. The hologram material 113 may be subjected to multiple exposure using several simulated luminous bodies having an outer shape. Thereby, the wavefront conversion efficiency can be further improved. In addition, among the light beams scattered by the simulated light emitter 122, light beams directly reaching the hologram material 113 without being reflected by the reflector 121 are also generated. Accordingly, it is possible to form the hologram element 105 which can effectively use the light beam directly emitted from the lamp 102 when the image display device 101 is used. . That is, since the luminous flux directly irradiated from the lamp 102 has a large divergence angle, the conventional image display device almost reaches the projection lens 107 via the image display element 106. However, according to the present invention, such a light beam is also effectively used, and the projection efficiency can be further increased. The laser beam U may be of any wavelength in the visible light region, but if the hologram material 113 is multiple-exposed by sequentially using wavelengths corresponding to the three primary colors, It is possible to perform wavefront conversion with higher efficiency.
実光束発生手段 1 1 0 の第 2 の構成は、 例えば リ フ レ ク タ 1 0 3 が図 1 0 に示すよ う な、 下記 (数 2 ) で示さ れる放物線を Z (光 軸) 軸回 り に回転させた放物面鏡である場合、 例えば同図の A点を 通 り 、 光束 S 1 〜 S 2の範囲の角度で発散する光束を実光束 S とす る よ う に したものである。 The second configuration of the actual luminous flux generating means 110 is such that, for example, a reflector 103 is formed by changing a parabola represented by the following (Equation 2) as shown in FIG. Axle) In the case of a parabolic mirror rotated about an axis, for example, let the luminous flux diverging at an angle in the range of S1 to S2 through point A in the same figure be the actual luminous flux S It is the one that was adopted.
【数 2 】  [Equation 2]
z = x 2 / 2 p + p / 2 ただ し、 pは正の定数である。 z = x 2/2 p + p / 2 is just, p is a positive constant.
すなわち、 ラ ンプ 1 0 2の発光領域がメ タルハライ ドラ ンプのよ う に円筒状であって放物面の焦点 F ( p , 0 ) を中心と して点 C ( p + Δ z , 0 ) と点 D ( p - Δ z , 0 ) との間に位置する場合、 焦点 Fから放物面上の点 Aに向けて発せ られた光束は、 点 Aから z 軸に平行な方向 ( S O ) に進み、 点 C、 Dか ら発せ られた光束は、 S 0 と角度 Δ 5 1 または Δ 0 2 をなす方向に進む。 そこで、 例えば X軸を含み z 軸に垂直な平面上に平面状の模擬発光面 1 3 1 を配置 する とする と、 こ の模擬発光面 1 3 1 の表面側から照射された レ一 ザ光の反射光、 または裏面側から照射された レーザ光の透過光が、 上記 S 0、 S l 、 S 2 などの方向に進むよ う に、 模擬発光面 1 3 1 の表面形状を形成する こ とによ り 、 実光束 S を得る こ とができる。 よ り 具体的には、 例えばシー ト状の樹脂材料や、 金属材料、 プラス チ ッ ク材料、 また、 これらの表面にフ ォ ト レ ジス ト層を形成したも のなどに、 電子ビーム露光や、 エンボス加工、 イ オン ビームエッチ ングな どによ って鋸刃状、 階段状などの凹凸を形成する こ とによ り 、 上記のよ う な模擬発光面 1 3 1 を構成する こ とがで き、 こ の模 擬発光面 1 3 1 に レーザ光を照射 して反射ま たは透過させて得 られ る実光束 Sでホロ グラ ム材料 1 1 3 を露光する こ とによ り 、 ホロ グ ラ ム素子 1 0 5 を形成する こ とがで きる。 実光束発生手段 1 1 0 の第 3 の構成は、 前述の よ う に、 上記第 1 の構成、 または第 2 の構成によ り 生 じた実光束 S と、 所定の光束と の 2 光束干渉縞をホロ グラ ム材料に記録してマスタ一ホロ グラ ムを 作製 し、 こ のマスタ一ホロ グラ ムに上記所定の光束と同 じ光束を照 射 して、 実光束 S を再生する よ う に したものである。 このよ う なマ スターホ ロ グラム を用いる こ と によ り 、 第 1 の構成または第 2 の構 成によ って多重露光を行う場合と 同様のホロ グラ ム素子 1 0 5 を 1 回の露光で作製する こ とができる。 なお、 マスターホ ロ グラ ムの材 料と しては、 前記ホロ グラ ム素子 1 0 5 のホ ロ グラ ム材料 1 1 3 に ついて説明 したよ う な種々のものを用いる こ とがで きる。 That is, the light emitting region of the lamp 102 is cylindrical like a metal halide lamp, and the point C (p + Δz, 0) is centered on the focal point F (p, 0) of the paraboloid. When located between the point D and the point D (p-Δ z, 0), the luminous flux emitted from the focal point F toward the point A on the paraboloid is parallel to the z-axis from the point A (SO). The light beams emitted from points C and D travel in a direction that forms an angle Δ51 or Δ02 with S0. Therefore, for example, if the planar simulated light emitting surface 13 1 is arranged on a plane perpendicular to the z axis including the X axis, the laser light emitted from the surface side of the simulated light emitting surface 13 1 The surface shape of the simulated light emitting surface 13 1 is formed so that the reflected light of the laser light or the transmitted light of the laser light emitted from the back surface travels in the directions of S 0, S l, S 2, etc. Thus, the actual light flux S can be obtained. More specifically, for example, an electron beam exposure or a sheet-like resin material, a metal material, a plastic material, or a photoresist layer formed on the surface thereof is used. By forming irregularities such as a saw blade shape or a step shape by embossing, ion beam etching, or the like, it is possible to form the above-described simulated light emitting surface 13 1. The hologram material 113 is exposed to the actual light flux S obtained by irradiating the simulated light emitting surface 131 with a laser beam and reflecting or transmitting the hologram material. Gram element 105 can be formed. As described above, the third configuration of the actual light beam generating means 110 is, as described above, a two-beam interference between the real light beam S generated by the first configuration or the second configuration and a predetermined light beam. The stripes are recorded on a hologram material to produce a master hologram, and the master hologram is irradiated with the same light beam as the above-mentioned predetermined light beam to reproduce the actual light beam S. It was done. By using such a master hologram, it is possible to expose the holographic element 105 to a single exposure as in the case of performing the multiple exposure by the first configuration or the second configuration. It can be manufactured by As the material of the master hologram, various materials as described for the hologram material 113 of the hologram element 105 can be used.
また、 理想光束発生手段 1 1 1 の第 1 の構成は、 上記実光束発生 手段 1 1 0 の第 1 の構成と 同様に模擬発光体と リ フ レ ク タ を用いる ものであるが、 模擬発光体と して前述のよ う に点光源を摸 したサイ ズの小さいものを用いる点、 および リ フ レ ク タ と して、 実際の画像 表示装置 1 0 1 で用い られる リ フ レ ク タ 1 0 3 の形状や精度に係 ら ず、 所望の理想光束が得 られる形状および精度の リ フ レ ク タ を用い る点が異なる。 すなわち、 理想光束と して平行光束を得る場合に は、 放物面鏡を用い、 模擬発光体を放物面の焦点に配置すればよ い。 また、 所定の 1 点に集光する光束を得る場合には、 楕円面鏡を 用い、 模擬発光体を一方の焦点に配置 した り 、 球面鏡を用いて模擬 発光体を球面の中心に配置 した り すればよい。  The first configuration of the ideal luminous flux generating means 111 uses a simulated luminous body and a reflector similarly to the first configuration of the real luminous flux generating means 110, but the simulated luminous As described above, a small body that simulates a point light source is used as a body, and a reflector that is used in an actual image display device 101 is used as a reflector. Regardless of the shape and accuracy of O3, a different point is that a reflector having a shape and accuracy that can obtain a desired ideal light beam is used. That is, when a parallel light beam is obtained as an ideal light beam, a parabolic mirror may be used and the simulated illuminant may be arranged at the focal point of the paraboloid. In order to obtain a light beam condensed at a predetermined point, an elliptical mirror is used to arrange the simulated illuminant at one focal point, or a spherical mirror is used to arrange the simulated illuminant at the center of the spherical surface. do it.
理想光束発生手段 1 1 1 の第 2 の構成は、 前述のよ う に リ フ レ ク 夕や模擬発光体な どを用いる こ とな く 、 理想光束 Tそのものを直接 発生させる よ う に したもので、 例えばレーザ光を屈折光学系によ り 拡大する な ど して、 ほぼ平面波と した平行光束や、 収束光束、 発散 光束な どを生 じさせる よ う に したものである。 理想光束発生手段 1 1 1 の第 3 の構成は、 上記第 1 の構成、 また は第 2 の構成によ り 生 じた理想光束 T と、 所定の光束との 2 光束干 涉縞をホロ グラ ム材料に記録してマスタ一ホ ロ グラ ムを作製 し、 こ のマスターホロ グラ ムに上記所定の光束と同 じ光束を照射 して、 理 想光束 T を再生する よ う に したものである。 The second configuration of the ideal luminous flux generating means 1 1 1 is to directly generate the ideal luminous flux T itself without using a reflex or a simulated illuminant as described above. For example, a laser beam is expanded by a refraction optical system to generate a parallel light beam, a convergent light beam, a divergent light beam, and the like, which are almost plane waves. The third configuration of the ideal luminous flux generating means 1 1 1 is a hologram that combines two luminous flux stripes of the ideal luminous flux T generated by the first configuration or the second configuration and a predetermined luminous flux. A master hologram is recorded on a master material, and the master hologram is irradiated with the same light beam as the above-mentioned predetermined light beam to reproduce the ideal light beam T. .
(実施の形態 A 1 — 2 )  (Embodiment A 1-2)
画像表示装置の他の例を説明する。 なお、 以下の説明において は、 前記実施の形態 A 1 - 1 と同様の機能を有する構成要素につい ては同一の符号を付 して詳細な説明を省略する。  Another example of the image display device will be described. In the following description, components having the same functions as those of Embodiment A1-1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
ホ ロ グラ ム素子 1 0 5 は、 上記のよ う に平行光束 Q を出力する も のに限らず、 図 1 1 に示すよ う に、 投射レ ンズ 1 0 7 の入射瞳に結 像される収束光束 Q 1 を出力する よ う に して も よい。 このよ う なホ ロ グラ ム素子 1 0 5 は、 理想光束発生手段 1 1 1 によって、 所定の 1 点に向けて収束する光束を生 じさせる こ と によ り 作製する こ とが で き る。  The hologram element 105 is not limited to the one that outputs the parallel light flux Q as described above, and is imaged on the entrance pupil of the projection lens 107 as shown in FIG. 11. The convergent light beam Q1 may be output. Such a hologram element 105 can be manufactured by generating a light beam converging toward a predetermined point by the ideal light beam generating means 111. .
上記のよ う な収束光束 Q 1 を出力するホロ グラ ム素子 1 0 5 を用 いる こ とによ り 、 さ ら に投射効率が向上 し、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 を用いない場合に比べて、 1 . 5倍明るい投射画像を表示させる こ とがで きる。  By using the hologram element 105 that outputs the convergent light beam Q1 as described above, the projection efficiency is further improved, and compared with the case where the hologram element 105 is not used. Therefore, a 1.5 times brighter projected image can be displayed.
(実施の形態 A 1 — 3 )  (Embodiment A 1 — 3)
上記のよ う な放物面鏡の リ フ レ ク タ 1 0 3 に代えて、 図 1 2 に示 すよ う に、 球面鏡の リ フ レ ク タ 1 4 1 と集光レ ンズ 1 4 2 とを用い る よ う に して も よい。 この場合のホロ グラ ム素子 1 0 5 は、 実光束 発生手段 1 1 0 によって、 集光レ ンズ 1 4 2 から出力される光束と 同様の光束を生 じさせる と と も に、 理想光束発生手段 1 1 1 によつ て平行光束を生 じさせる こ とによ り 、 作製する こ とができ、 実施の 形態 A l — 1 と同様の平行光束 Q 2 を出力させる こ とができる。 な お、 実施の形態 A 1 — 2 と同様に、 理想光束発生手段 1 1 1 によつ て、 所定の 1 点に向けて収束する光束を生 じさせてホロ グラ ム素子 1 0 5 を作製 し、 投射レ ンズ 1 0 7の入射瞳に結像される収束光束 が出力される よ う に して も よい。 Instead of the parabolic mirror reflector 103 as described above, a spherical mirror reflector 141 and a focusing lens 144 are used as shown in Fig. 12. And may be used. In this case, the hologram element 105 generates the same light beam as the light beam output from the converging lens 142 by the real light beam generation means 110, and the ideal light beam generation means. By producing a parallel light beam by 1 1 1, it is possible to produce A parallel light beam Q 2 similar to that of form A l — 1 can be output. As in Embodiment A1-2, the hologram element 105 is manufactured by generating a light beam converging toward a predetermined point by the ideal light beam generating means 111. Alternatively, a convergent light beam focused on the entrance pupil of the projection lens 107 may be output.
(実施の形態 A 1 — 4 )  (Embodiment A 1 — 4)
さ ら に、 図 1 3 に示すよ う に、 楕円面鏡の リ フ レ ク タ 1 4 3 を用 いる よ う に して も よい。 この場合には、 ラ ンプ 1 0 2 を楕円面の一 方の焦点付近に配置する こ と によ り 、 リ フ レ ク タ 1 4 3からの反射 光は他方の焦点付近に集光する光束となる。 ただ し、 ラ ンプ 1 0 2 の発光領域がある程度の大き さ を有するために、 リ フ レ ク タ 1 4 3 からの反射光は、 正確には他方の焦点に集光 しないが、 このよ う な 光束であって も、 理想光束発生手段 1 1 1 に よ り 所定の 1 点に向け て収束する光束を生 じさせて作製されたホロ グラ ム素子 1 0 5 を用 いる こ とによ り 、 実施の形態 A 1 — 2 と同様に投射レ ンズ 1 0 7の 入射瞳に結像される収束光束 Q 3 を得る こ とがで きる。 なお、 上記 のよ う に楕円面鏡の リ フ レ タ 夕 1 4 3 を用いる場合での、 理想光束 発生手段 1 1 1 によって平行光束を生 じさせて作製されたホロ ダラ ム素子を用いて、 実施の形態 A 1 一 1 と同様の平行光束を出力させ る よ う に して も よい。  Further, as shown in FIG. 13, a reflector 144 of an ellipsoidal mirror may be used. In this case, by arranging the lamp 102 near one focal point of the elliptical surface, the reflected light from the reflector 144 can be condensed near the other focal point. Becomes However, since the light emitting area of the lamp 102 has a certain size, the reflected light from the reflector 144 does not accurately converge on the other focal point. Even if the luminous flux is high, the hologram element 105 produced by generating a luminous flux converging toward a predetermined point by the ideal luminous flux generating means 111 is used. As in the case of Embodiment A1-2, it is possible to obtain a convergent light flux Q3 formed on the entrance pupil of the projection lens 107. In addition, in the case of using the ellipsoidal mirror reflector 144 as described above, the ideal beam generating means 111 generates a parallel light beam using a holo- dram element. However, a parallel light beam similar to that in the embodiment A11 may be output.
(実施の形態 A 1 — 5 )  (Embodiment A 1 — 5)
光源光を赤、 緑、 青の 3原色の光に色分解 し、 それそれの色の光 に対応 した 3枚の透過型の画像表示素子を用いて フルカラ一画像を 表示する、 いわゆる 3板方式の画像表示装置の例を説明する。  The so-called three-panel system, in which light from the light source is separated into light of the three primary colors of red, green, and blue, and a full color image is displayed using three transmissive image display elements corresponding to the light of each color An example of the image display device will be described.
画像表示装置 1 5 1 には、 図 1 4 に示すよ う に、 実施の形態 A 1 — 1 と同様にラ ンプ 1 0 2 と リ フ レ ク タ 1 0 3 とか ら成る照明光学 部 1 0 4 と、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 とが設け られ、 ホロ グラ ム素子 1 0 5か ら平行光束 Qが出力される よ う になっている。 この平行光 束 Qは、 ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラ一 1 5 2 , 1 5 3 によって赤、 緑、 青 の 3原色の光束に分離され、 全反射 ミ ラ一 1 5 4、 およびコ ンデン サレ ンズ 1 5 5 を介 して、 赤、 緑、 青の画素に対応する液晶パネル 1 5 6〜 1 5 8 に入射 して輝度変調された後、 全反射 ミ ラ一 1 5 9、 およびダイ ク 口イ ツ ク ミ ラー 1 6 0 , 1 6 1 によ り 構成される 色合成系によって合成され、 投射レ ンズ 1 0 7 によって図示 しない スク リ ーンに拡大投射される よ う になっている。 As shown in FIG. 14, the image display device 15 1 includes an illumination optical system including a lamp 102 and a reflector 103 as in the embodiment A 1-1. A section 104 and a hologram element 105 are provided, and a parallel light beam Q is output from the hologram element 105. The parallel light beam Q is separated into three primary color light beams of red, green and blue by the dichroic mirrors 152 and 153, and the total reflection mirror 154 and the condenser After entering the LCD panels 156 to 158 corresponding to the red, green, and blue pixels via the lens 155, and performing luminance modulation, the total reflection mirror 159 and the dice It is synthesized by a color synthesizing system composed of mouth mirrors 160 and 161, and is enlarged and projected on a screen (not shown) by a projection lens 107. .
上記のよ う な 3板方式の画像表示装置 1 5 1 においては、 単板方 式に比べて光路長が長 く なる。 このため、 従来の画像表示装置にお いては、 光束の発散による ロ スが大き く な り がちであるが、 上記の よ う にホ ロ グラ ム素子 1 0 5 を用いる こ とに よってほほ完全な平行 光束 Qが得 られるため、 明るい投射画像を表示させる こ とができ る o  In the three-panel image display device 151 as described above, the optical path length is longer than in the single-panel system. For this reason, in the conventional image display device, the loss due to the divergence of the light beam tends to increase, but almost completeness is obtained by using the hologram element 105 as described above. Obtains a bright projected image because a high parallel light flux Q is obtained.o
(実施の形態 A 1 — 6 )  (Embodiment A 1 — 6)
反射型の画像表示素子を用いた 3板方式の画像表示装置の例を説 明する。  An example of a three-plate type image display device using a reflection type image display element will be described.
画像表示装置 1 7 1 には、 図 1 5 に示すよ う に、 実施の形態 A 1 一 1 と同様にラ ンプ 1 0 2 と リ フ レ ク タ 1 0 3 とか ら成る照明光学 部 1 0 4 と、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 とが設け られ、 ホロ グラ ム素子 1 0 5か ら平行光束 Qが出力される よ う にな っている。 こ の平行光 束 Qは、 全反射 ミ ラ一 1 7 2 を介して P B S (偏光ビ一ムスプリ ッ 夕) 1 7 3 に入射 し、 ラ ンダムな偏光の光束がほぼ直線偏光の光束 に変換される よ う になっている。 ほぼ直線偏光に変換された光束 は、 レ ンズ 1 7 4を介 してダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ一 1 7 5 , 1 7 6 に よって 3 原色の光束に分離され、 反射型液晶表示素子 1 7 7〜 1 7 9 に入射 して輝度変調された後、 上記ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラ一 1 Ί 5 , 1 7 6 によ って合成され、 投射レ ンズ 1 0 7 によって図示 しな いス ク リ ーンに拡大投射される よ う になっている。 なお、 P B S を 3 個用いる よ う に して も よい。 As shown in FIG. 15, the image display device 17 1 includes an illumination optical unit 10 composed of a lamp 10 2 and a reflector 10 3, as in the embodiment A 11. 4 and a hologram element 105 are provided so that the parallel luminous flux Q is output from the hologram element 105. The parallel light beam Q enters the PBS (polarized beam splitter) 173 via the total reflection mirror 172, and the random polarized light beam is converted into an almost linearly polarized light beam. It has become so. The luminous flux converted to almost linearly polarized light passes through a lens 174 to a dichroic mirror 175, 176. Therefore, the light is separated into light beams of three primary colors, is incident on the reflection type liquid crystal display elements 177 to 179, and is subjected to luminance modulation. The projection lens 107 expands and projects the image on a screen (not shown). Incidentally, three PBSs may be used.
上記のよ う な反射型の 3 板方式の画像表示装置 1 7 1 において も、 やは り 単板方式に比べて光路長が長 く なるが、 従来の画像表示 装置では投射効率が例えば 1 ル一メ ン /ヮ ヅ 卜 と低いのに対 して、 上記ホロ グラ ム素子 1 0 5 を用いた画像表示装置 1 7 1 では、 1 . 8 ルーメ ン /ヮ ッ ト と高い投射効率を得る こ とがで きる。  In the reflection type three-panel type image display device 171 as described above, the optical path length is longer than that of the single-panel type, but the projection efficiency of the conventional image display device is, for example, 1 unit. On the other hand, while the image display device 171 using the hologram element 105 has a high projection efficiency of 1.8 lumens / unit, it is possible to obtain a high projection efficiency of 1.8 lumens / unit. I can do it.
(実施の形態 A 1 — 7 )  (Embodiment A 1 — 7)
ホロ グラ ム素子と と も に、 さ ら にィ ンテグレ一夕が設け られた画 像表示装置の例を説明する。  An example of an image display device provided with a hologram element and an integral view will be described.
画像表示装置 1 8 1 には、 図 1 6 に示すよ う に、 実施の形態 A 1 一 1 と同様にホ ロ グラ ム素子 1 0 5 が設け られる と と も に、 ホロ グ ラ ム素子 1 0 5 と画像表示素子 1 0 6 との間に、 第 1 の蠅の 目 レ ン ズ 1 8 2 および第 2 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 3 か ら成る イ ンテグレ一タ 1 8 4 が設け られている。  As shown in FIG. 16, the image display device 18 1 is provided with a hologram element 105 in the same manner as in the embodiment A 11 and the hologram element 1 is provided. Between the pixel 5 and the image display element 106, there is provided an integrator 184 comprising a first fly-eye lens 182 and a second fly-eye lens 183. Have been.
上記第 1 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 2 および第 2 の蠅の目 レ ンズ 1 8 3 は、 それぞれ微小な レ ンズ群が形成されている。 すなわち、 第 1 の 蠅の目 レ ンズ 1 8 2 の各微小 レ ンズは、 それそれ第 2 の蠅の 目 レ ン ズ 1 8 3 における対応する微小レ ンズ上に発光領域 (発光体) の像 を結像させる よ う になつている。 また、 第 2 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 3 の各微小レ ンズは、 それぞれ第 1 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 2 の各微小レ ンズの像を画像表示素子 1 0 6 上の全面に重ね合わせて結像させる よ う になつている。 これによ り 、 照明光学部 1 0 4 か ら 出力される 光束が複数に分割され、 それぞれ画像表示素子 1 0 6 上で重ね合わ される こ と によ り 、 表示画像における 中央部と周辺部となどでの光 量むらの低減が図られる。 The first fly's eye lens 182 and the second fly's eye lens 183 each have a small lens group. That is, each minute lens of the first fly-eye lens 1882 is an image of the light-emitting area (light-emitting body) on the corresponding minute lens of the second fly-eye lens 1883. The image is formed. Also, each minute lens of the second fly-eye lens 183 is provided with an image of each minute lens of the first fly-eye lens 182 on the entire surface of the image display element 106. The images are superimposed to form an image. As a result, the light is output from the illumination optical unit 104. By dividing the light beam into a plurality of light beams and superimposing them on the image display element 106, unevenness in the amount of light at the center and the periphery of the display image can be reduced.
また、 ホロ グラム素子 1 0 5 は、 実光束発生手段 1 1 0 によ って 照明光学部 1 0 4 か ら出力される反射光束 P とほぼ等価な波面を有 する光束を生 じさせる と と も に、 理想光束発生手段 1 1 1 によ って 平行光束を生 じさせる こ とによ り 作製されている。  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 generation means 110. In particular, it is produced by generating a parallel light beam by the ideal light beam generating means 111.
こ こで、 実際に作製されるホロ グラ ム素子 1 0 5 には、 色収差や 倍率収差が発生する こ とがある と と も に、 ホ ロ グラ ム素子 1 0 5 か ら出力される平行光束 Qは、 完全に理想的な平行光束である とは限 らず、 必ず しも変換効率は 1 0 0 %ではない。 すなわち、 照明光学 部 1 0 4 から出力される反射光束 P の大部分は理想的な平行光束に 変換されるが、 一部の光束は、 そのま ま平行光束 Q中に含まれた り する こ とがある。 そこで、 上記のよ う にホロ グラ ム素子 1 0 5 を有 しない従来の画像表示装置に用い られる もの と同様のィ ンテグレ一 タ 1 8 4等 と組み合わせる こ とによって、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 に よ り 平行光束に変換されなかった光束なども有効に利用される よ う にな り 、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 の収差や波面変換ロス を補償する こ とができる。  Here, the hologram element 105 actually manufactured may have chromatic aberration and magnification aberration, and the parallel light beam output from the hologram element 105 may be generated. Q is not always a perfectly ideal collimated beam, and the conversion efficiency is not always 100%. That is, most of the reflected light beam P output from the illumination optical unit 104 is converted into an ideal parallel light beam, but a part of the light beam is directly included in the parallel light beam Q. There is. Therefore, as described above, the hologram element 105 is combined with an integrator 184 similar to that used in a conventional image display device having no hologram element 105. As a result, a light beam that has not been converted into a parallel light beam can be effectively used, and the aberration of the hologram element 105 and the wavefront conversion loss can be compensated.
それゆえ、 ホロ グラム素子 1 0 5 を設ける こ とな く 、 イ ンテグレ —夕 1 8 4 だけを設けた従来の画像表示装置場合に比べて、 1 . 4 倍の高い投射効率を得る こ とがで きる。 また、 周辺光量比 (全白信 号によ る表示を した場合の画面中央部の明る さ と周辺部分の明る さ との比) は、 従来と同等の 7 0 %以上の高い値を得る こ とができ る o  Therefore, without providing the hologram element 105, it is possible to obtain a projection efficiency 1.4 times higher than in the case of the conventional image display apparatus provided with only the integrator 184. it can. Also, the peripheral light intensity ratio (the ratio of the brightness of the center of the screen to the brightness of the peripheral portion when displaying with an all-white signal) can be as high as 70% or more, which is the same as before. O
(実施の形態 A 1 — 8 ) 画像表示素子と して、 例えば米国特許第 5 0 9 6 2 7 9 号に開示 されている よ う な反射型偏向素子が用い られる例を説明する。 (Embodiment A 1 — 8) An example in which a reflective deflecting element as disclosed in US Pat. No. 5,096,279, for example, is used as an image display element will be described.
画像表示装置 1 9 1 には、 図 1 7 に示すよ う に、 ラ ンプ 1 0 2 と リ フ レ タ 夕 1 0 3 とか ら成る照明光学部 1 0 4 と、 実施の形態 A 1 一 7 と同様のイ ンテグレ一タ 1 8 4 と、 反射型偏向素子である画像 表示素子 1 9 2 と、 投射レ ンズ 1 0 7 とが設け られている。 また、 イ ンテグレー夕 1 8 4 の第 1 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 2 と第 2 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 3 との間にホロ グラ ム素子 1 ◦ 5 が設け られる一方、 ィ ンテグレー夕 1 8 4 と画像表示素子 1 9 2 との間には、 イ ンテグレ —夕 1 8 4 か ら出力される光束を平行光束にする レ ンズ 1 9 3 が設 けられている。  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, and an embodiment A 117. An integral unit 1884 similar to the above, an image display device 192 which is a reflective deflecting device, and a projection lens 107 are provided. In addition, while a hologram element 1 5 is provided between the first fly-eye lens 182 of the integration lens 1884 and the second fly-eye lens 183, the integration is performed. Between the evening 184 and the image display element 192, there is provided a lens 193 that converts the light beam outputted from the integration-evening 184 into a parallel luminous flux.
上記ラ ンプ 1 0 2 と しては、 4 0 0 ワ ッ ト のメ タルノ、ラ イ ド ラ ン プが用い られ、 リ フ レ ク タ 1 0 3 には放物面鏡が用い られている。 ラ ンプ 1 0 2 の発光領域の形状はほぼ円筒状で、 光軸方向の発光領 域 (アーク ) の長さは約 4 ミ リ である。 こ のラ ンプ 1 0 2 は、 発光 領域が リ フ レ ク タ 1 0 3 の焦点付近に位置 し、 発光領域の中心軸が リ フ レ ク タ 1 0 3 の光軸にほぼ一致する よ う に配置されている。 ホロ グラ ム素子 1 0 5 は、 実光束発生手段 1 1 0 によ って照明光 学部 1 0 4 から出力され、 第 1 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 2 を介 した光束 とほぼ等価な波面を有する光束を生 じさせる と と も に、 理想光束発 生手段 1 1 1 によって平行光束が第 1 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 2 を介 し た光束、 またはこれと等価な光束を生 じさせる こ とによ り 作製され ている。  As the lamp 102, a 400-watt metalno or Ride lamp is used, and a parabolic mirror is used for the reflector 103. . The shape of the light emitting area of the lamp 102 is almost cylindrical, and the length of the light emitting area (arc) in the optical axis direction is about 4 mm. This lamp 102 is 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 almost coincides with the optical axis of the reflector 103. Are located in The hologram element 105 is output from the illumination optics section 104 by the actual light beam generating means 110, and has a wavefront substantially equivalent to the light beam passing through the first fly-eye lens 1802. In addition to generating a light beam having the following formula, the ideal light beam generating means 111 converts the parallel light beam into a light beam passing through the first fly-eye lens 182 or a light beam equivalent thereto. It is made by making it work.
レ ンズ 1 9 3 は、 第 2 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 3 の各微小 レ ンズによ つて レ ンズ 1 9 3 の入射面に重ね合わされた光束を平行光束に して 画像表示素子 1 9 2 に入射させる よ う になつている。 画像表示素子 1 9 2 は、 画素ごとに入射光の反射角を変化させ、 投射レ ンズ 1 0 7 に入射する光量を変化させる こ とに よ り 表示を行 う よ う になってレヽる。 The lens 193 converts the light beam superimposed on the incident surface of the lens 193 by each minute lens of the second fly-eye lens 183 into a parallel light beam. 2 The image display element 192 performs display by changing the reflection angle of incident light for each pixel and changing the amount of light incident on the projection lens 107.
上記のよ う に構成される こ とによ り 、 第 1 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 2 から出力された光束が、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 によって、 正確に第 2 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 3 の各微小レ ンズ (有効領域) に入射する光 束に変換される。 すなわち、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 が設け られてい ない場合には、 ラ ンプ 1 0 2 の発光領域がある程度の大きさ を有 し ている こ とに起因 して、 第 2 の蠅の目 レ ンズ 1 8 3 の各微小レ ンズ に入射 しない光束が生 じがちであるのに対 し、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 が設け られている こ とによ り 、 正確な平行光束 (平面波) が第 1 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 2 を介 した場合とほほ等価な波面を有する光束 に変換され、 確実に第 2 の蠅の目 レ ンズ 1 8 3 の各微小 レ ンズに入 射する。 すなわち、 ラ ンプ 1 0 2 から発せ られるほとんど全ての光 束を第 2 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 3 の有効領域に入射させる こ とがで き、 光量ロス を低減 して光利用効率を向上させる こ とができる。 具 体的には、 例えば画像表示素子と してマイ ク 口 カラ一フ ィ ルタ を有 しないモ ノ ク ローム画像の表示用のものを用いる場合、 従来の構成 では投射効率が 4ルーメ ン /ヮ ッ ト であったのに対 し、 上記のよ う にホロ グラ ム素子 1 ◦ 5 を用いる場合には 8 ル一メ ンノヮ ッ トの投 射効率を得る こ とがで き る。  With the above-described configuration, the luminous flux output from the first fly-eye lens 1822 can be accurately converted by the holographic element 105 into the second fly-eye lens. Is converted into a light beam incident on each minute lens (effective area) of lens 18 3. That is, when the hologram element 105 is not provided, the second fly's eye level is caused by the fact that the light emitting area of the lamp 102 has a certain size. In contrast to the fact that a luminous flux that does not enter each minute lens of the lens 183 tends to be generated, the provision of the hologram element 105 allows an accurate parallel luminous flux (plane wave) to be produced. The light is converted into a light beam having a wavefront almost equivalent to that through the first fly's eye lens 182, and surely enters each minute lens of the second fly's eye lens 183. In other words, almost all the light beams emitted from the lamp 102 can be made incident on the effective area of the second fly-eye lens 183, thereby reducing the light amount loss and improving the light use efficiency. It can be done. Specifically, for example, when an image display element for displaying a monochromic image having no microphone opening color filter is used, the projection efficiency is 4 lumen / ヮ in the conventional configuration. On the other hand, when the hologram element 1 ◦ 5 is used as described above, a projection efficiency of 8 lumens can be obtained.
(実施の形態 A 1 — 8 )  (Embodiment A 1 — 8)
前記実施の形態 A 1 - 7 の構成に、 さ ら に偏光変換素子 2 0 2 力' 設け られた画像表示装置の例を説明する。  An example of an image display device in which the configuration of Embodiment A 1-7 is further provided with a polarization conversion element 202 will be described.
この画像表示装置には、 図 1 8 に示すよ う に、 イ ンテグレー夕 1 8 4 を構成する第 2 の蠅の 目 レ ンズと液晶表示素子 1 0 6 との間 に、 偏光変換素子 2 0 2 と集光 レ ンズ 2 0 3 とが設け られている。 なお、 画像表示素子 1 0 6 と しては例えば透過型液晶パネルが用い られ、 ラ ンプ 1 0 2 と して 1 0 0 Wの超高圧水銀ラ ンプ、 リ フ レク 夕 1 0 3 と して放物面鏡が用い られている。 As shown in FIG. 18, this image display device has a structure in which the second fly-eye lens constituting the integration lens 1884 is connected to the liquid crystal display element 106. In addition, a polarization conversion element 202 and a condenser lens 203 are provided. As the image display element 106, for example, a transmissive liquid crystal panel is used, and as a lamp 102, an ultrahigh-pressure mercury lamp of 100 W and a reflector 103 are used. A parabolic mirror is used.
上記偏光変換素子 2 0 2 は、 例えば図 1 9 に示すよ う に、 1 対の 三角柱状プリ ズムが接合された複数の角柱体 2 0 4 がさ らに平板状 に接合される と と もに、 1 つおきの角柱体 2 0 4 ごと に偏波面回転 手段 2 0 5 が設けられて構成されている。 上記 3 角柱状プリ ズムの 接合面には偏光分離膜 2 0 6 が形成されている。 この偏光分離膜 2 0 6 は、 例えば誘電体の多層膜によ り 構成され、 入射 した無偏光光 の例えば P偏光光 (偏光方向が同図の紙面に平行な偏光) を透過さ せ、 S偏光光 (偏光方向が同図の紙面に垂直な偏光) を反射させる よ う になつている。 また、 偏波面回転手段 2 0 5 は、 入射 した光束 の偏波面をほぼ 9 0 ° 回転させる機能を有 し、 一般的には位相差が 入射波長のほぼ半分の光学的異方性を有する光学材料で構成され る。  For example, as shown in FIG. 19, the polarization conversion element 202 has a plurality of prisms 204 to which a pair of triangular prisms are joined, and is further joined in a flat plate shape. In addition, a polarization plane rotating means 205 is provided for every other prism 204. A polarization splitting film 206 is formed on the junction surface of the triangular prism. The polarized light separating film 206 is composed of, for example, a dielectric multilayer film, and transmits incident non-polarized light, for example, P-polarized light (polarized light whose polarization direction is parallel to the plane of the drawing). It is designed to reflect polarized light (polarized light whose polarization direction is perpendicular to the paper in the figure). The polarization plane rotating means 205 has a function of rotating the plane of polarization of the incident light beam by about 90 °, and generally has an optical anisotropy whose phase difference is about half of the incident wavelength. It is composed of materials.
上記偏光変換素子 2 0 2 は、 偏波面回転手段 2 0 5 が設け られて いない角柱体 2 0 4 がそれぞれイ ンテグレータ 1 8 4 の第 2 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 3 を構成する各レ ンズに対応する よ う に配置され、 第 1 の蠅の 目 レ ンズ 4 9 によ り 各第 2 の蠅の 目 レ ンズに集光された光 束が上記第 2 の蠅の 目 レ ンズに対応 した角柱体 2 0 4 に入射する よ う になつている。 上記角柱体 2 0 4 に入射 した光束は、 P偏光光だ けが偏光分離膜 2 0 6 を透過 して出射される一方、 S偏光光は偏光 分離膜 2 0 6 によって反射され、 隣接する角柱体 2 0 4 の偏光分離 膜 2 0 6 で反射後、 偏波面回転手段 2 0 5 によ り P偏光光に変換さ れて出力される よ う になっている。 すなわち、 偏光変換素子 2 0 2 からは、 ラ ンプ 1 0 2 からの無偏光光が P偏光光に揃え られた光束 が出射される。 In the polarization conversion element 202, the prisms 204, which are not provided with the polarization plane rotating means 205, are each a lens constituting a second fly's eye lens 183 of the integrator 184. The beams converged by the first fly's eye lens 49 by the first fly's eye lens 49 correspond to the second fly's eye lens. The light is incident on the corresponding prism 204. In the light beam incident on the prism 204, only the P-polarized light passes through the polarization separation film 206 and exits, while the S-polarized light is reflected by the polarization separation film 206 and the adjacent prism After being reflected by the polarization splitting film 204 of 204, it is converted into P-polarized light by the polarization plane rotating means 205 and output. That is, the polarization conversion element 2 0 2 From this, a light beam in which the unpolarized light from the lamp 102 is aligned with the P-polarized light is emitted.
こ こで、 第 1 の蠅の 目 レ ンズ 1 8 2 は、 入射 した光束を第 2 の蠅 の目 レ ンズ 1 8 3 を介 して上記偏波面回転手段 2 0 5 が設け られて いない角柱体 2 0 4 に集光させる必要があるが、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 が設け られている こ とによ り 、 ラ ンプ 1 0 2 の発光領域が大き いな どの場合でも、 第 1 の蠅の目 レ ンズ 1 8 2 によ り 確実に上記の よ う に集光させる こ とができるため、 偏光変換素子 2 0 2 による投 射効率向上効果を一層大き く して明るい画像を表示させる こ とがで ぎる。  Here, the first fly-eye lens 182 is a prism that is not provided with the above-mentioned polarization plane rotation means 205 through the second fly-eye lens 183 via the second fly-eye lens 183. Although it is necessary to condense the light onto the body 204, the provision of the hologram element 105 allows the first fly even when the light emitting area of the lamp 102 is large. Since the focusing lens can reliably collect light as described above, the effect of improving the projection efficiency by the polarization conversion element 202 can be further enhanced to display a bright image. It's out.
すなわち、 従来の画像表示装置では、 例えばラ ンプ 1 0 2 と して 出力が 1 0 0 ヮ ヅ 卜で発光領域が 1 . 4 5 ミ リ の球状とかな り 小さ いものを用いても、 偏光変換素子 2 0 2 を設けない場合に比べて 1 . 5倍程度に明る く なる程度に過ぎず、 発光領域が数 ミ リ と大き いよ う な高出力ラ ンプを用いる場合には偏光変換素子 2 0 2 の有無 によ る投射効率の増大程度はさ ら に小さ く な り 、 せいぜい 1 . 2倍 程度明る く なる程度であった。 これに対 して、 上記のよ う にホロ グ ラ ム素子 1 0 5 が設け られている こ とによ り 、 前記の よ う にホロ グ ラ ム素子 1 0 5 を通過 した光束の波面がほぼ平面波となるため、 大 部分の光束を第 2 の蠅の目 レ ンズ 1 8 3 を介 して所定の角柱体 2 0 4 だけに入射させる こ とができるので、 偏光変換素子 2 0 2 が設け られていない場合に比べて、 例えば 1 . 8倍明る く する こ とが可能 となった。 しかも、 発光領域が大きい例えば 4 0 0 ワ ッ ト のメ タル ノヽライ ド ラ ンプや 2 キロ ヮ ッ ト のキセ ノ ンラ ンプな どを用いて も、 ホロ グラ ム素子 1 0 5 か ら 出力される光束の波面は点光源を用いた 場合の光束の波面とほぼ等 しいため、 偏光変換素子 2 0 2 を設ける こ とによる投射効率の大幅な向上効果を得る こ とがで きる。 具体的 には、 上記キセ ノ ンラ ンプを用いた場合でも投射効率を 5 ル一メ ン /ヮ ッ ト と高 く する こ とが可能とな り 、 1 万ルーメ ンの高光出力の 画像表示装置を構成する こ とができた。 In other words, in a conventional image display device, for example, even if a lamp having a light output area of 100 mm and a light emitting area of 1.45 mm is used as the lamp 102, the polarization is small. When a high-power lamp with a light-emitting area as large as several millimeters is used, the polarization conversion element 2 becomes only about 1.5 times brighter than the case without the conversion element 202. The degree of increase in the projection efficiency depending on the presence or absence of O 2 was further reduced, and was at most about 1.2 times brighter. On the other hand, since the hologram element 105 is provided as described above, the wavefront of the light beam passing through the hologram element 105 as described above is changed. Since the light is almost a plane wave, most of the luminous flux can be made to enter only the predetermined prism 204 through the second fly-eye lens 183. For example, it is possible to make it 1.8 times brighter than the case where it is not provided. In addition, even when a large emission area such as a 400-watt metal node lamp or a 2-kilobyte xenon lamp is used, the output from the hologram element 105 can be obtained. Since the wavefront of the luminous flux is almost equal to the wavefront of the luminous flux when a point light source is used, a polarization conversion element 202 is provided. As a result, the effect of greatly improving the projection efficiency can be obtained. Specifically, even when the above-described xenon lamp is used, the projection efficiency can be increased to 5 lumens / unit, and an image display device with a high light output of 10,000 lumens can be obtained. Could be constructed.
同様の効果は、 種々の偏光変換素子を用いた り 、 他の位置に偏光 変換素子を配置 した り した場合でも得る こ とができる。 例えば偏光 変換素子 2 0 2 を第 1 の蠅の目 レ ンズ 1 0 2 のラ ンプ 1 0 2側に配 置する特開平 8 — 2 3 4 2 0 5 号公報や、 特開平 6 — 2 0 2 0 9 4 号公報の図 4 ( B ) 等に開示された偏光変換素子を用いる場合にも 同様の効果を得る こ とがで きる。  The same effect can be obtained by using various polarization conversion elements or disposing the polarization conversion elements at other positions. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-234420 and Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-20010 dispose a polarization conversion element 202 on the lamp 102 side of the first fly-eye lens 102. A similar effect can be obtained when the polarization conversion element disclosed in FIG.
(実施の形態 A 2 — 1 )  (Embodiment A 2 — 1)
イ ンテグレー夕から出力される光束を平行光束に変換する反射型 のホロ グラ ム素子が設け られた画像表示装置の例を説明する。  An example of an image display device provided with a reflective hologram element that converts a light beam output from an integrated device into a parallel light beam will be described.
画像表示装置 2 1 1 には、 図 2 0 に示すよ う に、 実施の形態 A 1 一 1 等と同様にラ ンプ 1 0 2 、 および リ フ レ ク タ 1 0 3 から成る照 明光学部 1 0 4 と、 第 1 の蠅の 目 レ ンズ 2 1 2 、 第 2 の蠅の 目 レ ン ズ 2 1 3 、 および折 り 返 し ミ ラー 2 1 4 から成る イ ンテグレ一タ 2 1 5 とが設け られている。 上記イ ンテグレー夕 2 1 5 は、 実施の形 態 A 1 — 7 のイ ンテグレ一夕 1 8 4 と同様の機能を有 し、 投写画像 の明る さの均一性が確保される よ う になっている。 イ ンテグレー夕 2 1 5 から出力された光束は、 ダイ ク ロ イ ヅ ク ミ ラ一 1 5 2, 1 5 3 によ って 3 原色の光束に分離され、 後に詳述する反射型のホロ グ ラム素子 2 1 6 ~ 2 1 8 を介 して、 赤、 緑、 青の画素に対応する液 晶パネル 2 1 9 - 2 2 1 に入射 して輝度変調された後、 ダイ ク ロ イ ッ ク ミ ラー 1 6 0 , 1 6 1 によ り 色合成され、 投射レ ンズ 1 0 7 に よって図示 しないス ク リ ーンに拡大投射される よ う になっている。 上記画像表示素子 2 1 9 〜 2 2 1 は、 各画素に対応 して微小な レ ンズが形成されたマイ ク ロ レ ンズと、 各画素ごと に透過する光の光 量を制御する液晶パネルとを備え、 マイ ク ロ レ ンズに入射 した光を 液晶パネルの有効領域に集光させる よ う になつている。 As shown in FIG. 20, the image display device 211 includes an illumination optical unit 1 composed of a lamp 102 and a reflector 103 similarly to the embodiment A 11 and the like. 0 4 and an integer 2 15 consisting of a first fly-eye lens 2 12, a second fly-eye lens 2 13, and a folded mirror 2 14 It is provided. The above-mentioned integration 215 has the same function as the integration 184 of embodiment A1-7, and the uniformity of the brightness of the projected image is ensured. I have. The luminous flux output from the integration device 215 is separated into three primary color luminous fluxes by dichroic mirrors 152, 153, and a reflection-type hologram described in detail later. After entering the LCD panel 2 19-2 21 corresponding to the red, green, and blue pixels via the ram elements 2 16 to 2 18 and being subjected to luminance modulation, the die cycle The colors are synthesized by mirrors 160 and 161 and enlarged and projected on a screen (not shown) by a projection lens 107. The image display elements 219 to 221 include a micro lens in which a minute lens is formed corresponding to each pixel, and a liquid crystal panel that controls the amount of light transmitted through each pixel. The light incident on the micro lens is focused on the effective area of the liquid crystal panel.
ホロ グラ ム素子 2 1 6 〜 2 1 8 は、 イ ンテグレ一タ 2 1 5 からダ ィ ク ロイ ツ ク ミ ラー 1 5 2 , 1 5 3 を介 して入射 した光束を平行光 束に変換 し、 画像表示素子 2 1 9 〜 2 2 1 に出力する よ う になって いる。 それゆえ、 マイ ク ロ レ ンズに入射 した光束は確実に液晶パネ ルの有効領域に集光され、 上記入射したほとんど全ての光が利用さ れるので、 実質的な開口率を大幅に増大させて投射効率および投写 画像の明る さの均一性を向上させる こ とがで きる。  The hologram elements 2 16 to 2 18 convert the light beam incident from the integrator 2 15 through the dichroic mirrors 15 2 and 15 3 into a parallel light beam. And output to the image display elements 219 to 221. Therefore, the luminous flux incident on the micro lens is surely condensed on the effective area of the liquid crystal panel, and almost all of the incident light is used, thereby substantially increasing the substantial aperture ratio. Projection efficiency and brightness uniformity of the projected image can be improved.
具体的には、 例えば対角寸法が 1 . 3 イ ンチで 1 0 2 4 x 7 6 8 の画素が形成された開口率が約 5 6 %の液晶パネルと、 1 0 0 Wの 超高圧水銀ラ ンプとを用いた場合、 マイ ク ロ レ ンズもホロ グラ ム素 子 2 1 6 〜 2 1 8 も用いない場合の投射効率は 5 ルーメ ン /ヮ ッ ト であ り 、 マイ ク ロ レ ンズだけを用いた場合の投射効率は 6 ル一メ ン /ヮ ッ ト であっ たのに対 し、 上記のよ う にさ ら にホロ グラ ム素子 2 1 6 〜 2 1 8 を設ける こ とによ り 、 8 ルーメ ン /ヮ ッ ト と高い投射 効率を得る こ とができた。 これは、 実質的な開口率が 5 6 %から約 9 0 %に向上 したこ とに相当する。 また、 同 じ大きさで画素数の多 い液晶パネル、 例えば 1 2 8 0 X 1 0 2 4 画素、 またはそれ以上の 画素 (例えば 1 9 2 0 x 1 0 8 0 画素) のものを用いて も、 投写効 率はほとんど変わ らなかっ た。 さ ら に、 照明光学系に偏光分離手段 と偏波面回転手段とを有する偏光変換素子を設ける こ と によって、 1 2 ルーメ ン /ヮ ッ ト という極めて高い投写効率を実現する こ とが 可能となった。 上記のよ う なホログラ ム素子 2 1 6〜 2 1 8 は、 前記実施の形態 A 1一 1 のホロ グラ ム素子 1 0 5 と同様に して作製する こ とができ る。 すなわち、 参照光と しての、 実際の画像表示装置 2 1 1 におい てホロ グラ ム素子 2 1 6〜 2 1 8 に入射する光束と等価な波面を有 する光束と、 物体光と しての、 画像表示素子 2 1 9〜 2 2 1 に入射 させよ う とする平行光束と等価な波面を有する光束との 2 光束干涉 縞を、 フ ォ ト ポ リ マ一等のホロ グラ ム材料に記録する こ とによ り作 製される。 Specifically, for example, a liquid crystal panel with a diagonal dimension of 1.3 inches and a pixel of 1024 x 768 with an aperture ratio of about 56%, and an ultrahigh-pressure mercury of 100 W When the lamp is used, the projection efficiency is 5 lumen / unit when neither the micro lens nor the hologram element 2 16 to 2 18 is used, and the micro lens is used. In contrast to the projection efficiency of 6 lumens / unit when only the hologram element was used, the hologram elements 2 16 to 2 18 were additionally provided as described above. As a result, a high projection efficiency of 8 lumens / unit was obtained. This corresponds to an increase in the effective aperture ratio from 56% to about 90%. In addition, a liquid crystal panel having the same size and a large number of pixels, for example, a pixel of 128 × 10 24 pixels or more (eg, 1920 × 1080 pixels) is used. However, the projection efficiency was almost unchanged. Furthermore, by providing a polarization conversion element having a polarization separation unit and a polarization plane rotation unit in the illumination optical system, it is possible to realize an extremely high projection efficiency of 12 lumens / unit. Was. The hologram elements 2 16 to 2 18 as described above can be manufactured in the same manner as the hologram element 105 of the embodiment A-11. That is, a light beam having a wavefront equivalent to the light beam incident on the hologram elements 2 16 to 2 18 in the actual image display device 211 as the reference light, and a light beam as the object light The two light beam fringes, a parallel light beam to be incident on the image display elements 219 to 221 and a light beam having an equivalent wavefront, are recorded on a hologram material such as a photopolymer. It is made by doing.
具体的には、 例えば緑色用のホロ グラム素子 2 1 7 を作製する場 合、 図 2 1 に示すよ う に、 イ ンテグレ一タ 2 1 5 、 ダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ一 1 5 2, 1 5 3 、 およびホロ グラム材料 2 1 7 ' を実際の画 像表示装置 2 1 1 と同様の光路が形成される よ う に配置 し、 レーザ 2 3 1 か ら 出力される レーザ光を ビーム ビームイ クスノ ンダ 2 3 2 によ って ビーム幅を広げた後、 ビームスプリ ッ タ 2 3 3 によって 2 つの光束 V , Wに分離 し、 光束 Vを折 り 返 し ミ ラ一 2 3 4 を介 して イ ンテグレータ 2 1 5 に入射させる一方、 光束 Wを直接ホロ グラ ム 材料 2 1 7 ' に入射させる。 こ こで、 レ一ザ光の波長は、 実際の画 像表示装置 2 1 1 でホロ グラ ム素子に入射する各 3原色の波長帯域 に含まれる もの (この場合は緑色) である こ とが望ま し く 、 この場 合には、 ホロ グラ ム素子の回折効率に対する波長分散の影響を最小 限に抑え、 ホロ グラ ム素子の回折効率を高 く する こ とができる。 こ れによ り 、 実際にホロ グラ ム素子 2 1 7 が配置される位置で入射さ れる光束の波面と等価な波面を有する光束と平面波との 2 光束干渉 縞が形成され、 画像表示装置 2 1 1 のダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ一 1 5 3 による色分離後の光束が入射 した と きに、 平行光束に変換 して画像 表示素子 2 2 0 に出力するホロ グラ ム素子 2 1 7 が得 られる。 なお、 実際の画像表示装置に集光レ ンズや リ レーレ ンズ、 偏向変 換素子などが設け られる場合には、 これらの要素も光束 Vの光路中 に配置すればよい。 Specifically, for example, when fabricating a hologram element 2 17 for green, as shown in FIG. 21, an integrator 2 15 and a die mirror mirror 1 2 5 , 153 and the hologram material 217 ′ are arranged so that an optical path similar to that of the actual image display device 211 is formed, and the laser light output from the laser 231 is used as a beam. After the beam width is widened by the beam ex- cember 23, the beam is split into two light beams V and W by the beam splitter 23, and the light beam V is turned back through the mirror 23 4 Then, the light beam W is directly incident on the hologram material 2 17 ′ while being incident on the integrator 215. Here, the wavelength of the laser light is that included in the wavelength band of each of the three primary colors incident on the hologram element in the actual image display device 211 (in this case, green). Desirably, in this case, the effect of chromatic dispersion on the diffraction efficiency of the hologram element can be minimized, and the diffraction efficiency of the hologram element can be increased. As a result, two light beam interference fringes of a light beam and a plane wave having a wavefront equivalent to the wavefront of the light beam incident at the position where the hologram element 2 17 is actually arranged are formed, and the image display device 2 When the luminous flux after color separation by the dichroic mirror 15 of 1 11 enters, it is converted into a parallel luminous flux and output to the image display element 2 20 holographic element 2 17 Is obtained. When an actual image display device is provided with a condenser lens, a relay lens, a deflection conversion element, and the like, these elements may be arranged in the optical path of the light beam V.
また、 上記のほか、 前記実施の形態 A 1 — 1 で説明 したよ う な 種々の構成によってホロ グラ ム素子 2 1 6 - 2 1 8 を作製する こ と がで きる。  Further, in addition to the above, the hologram element 2 16-2 18 can be manufactured by various configurations as described in the embodiment A1-1.
以上述べたよ う に、 本発明の画像表示装置は、 色分離後の照明光 束を本発明に係るホロ グラ ム素子 2 1 6 - 2 1 8 を介 して画像表示 素子に入力せ しめる こ とによ って、 投写効率を改善する こ とに特徴 を有する もので、  As described above, the image display device of the present invention allows an illumination light beam after color separation to be input to the image display device via the holographic device 2 16-2 18 according to the present invention. Therefore, it is characterized by improving the projection efficiency.
画像表示素子の光変調材料の種類、 光変調方式、 及び駆動素子を 形成する材料、 駆動方式のいずれを問わず図 1 に示 した構成の画像 表示装置と同様の効果を得る こ とができる。  The same effects as those of the image display device having the configuration shown in FIG. 1 can be obtained irrespective of the type of light modulation material of the image display element, the light modulation method, the material for forming the drive element, and the drive method.
また、 光学系の構成も上記構成に限定される ものではな く 、 本発 明の趣旨に則 り様々な変形が可能である。  Also, the configuration of the optical system is not limited to the above configuration, and various modifications are possible in accordance with the gist of the present invention.
(実施の形態 A 2 - 2 )  (Embodiment A2-2)
輝度変調された各色の光束の合成にダイ ク ロ イ ッ ク プリ ズムが用 い られる例を説明する。  An example in which the dichroic prism is used to synthesize the luminance-modulated luminous flux of each color will be described.
この画像表示装置 2 3 1 は、 図 2 2 に示すよ う に、 実施の形態 A 2 — 1 の画像表示装置 2 1 1 に比べて、 ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラー 1 6 0 , 1 6 1 に代えてダイ ク ロ イ ツ ク プリ ズム 2 3 5 が設けられてい る点、 および折 り返 し ミ ラ一 2 3 2 〜 2 3 4 によ り 光路が異なる よ う に構成されている点が異なる。  As shown in FIG. 22, this image display device 2 31 is different from the image display device 2 1 1 of the embodiment A 2-1 in that the die-cloth mirrors 160, 16 1 In which a dichroic prism 235 is provided in place of a mirror, and that the optical path is configured to be different depending on the folded mirrors 232-234. Are different.
すなわち、 ラ ンプ 1 0 2 から イ ンテグレ一タ 2 1 5 を介 してダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ一 1 5 2 に 白色の光束が入射する と、 入射光束のう ち、 赤色成分の光束は反射され、 緑色、 青色の光束は透過する。 赤 色光束は折 り 返 し ミ ラ一 2 3 3 , 2 3 4 を介 して、 反射型のホロ グ ラ ム素子 2 1 6 へ入射 し、 略平行光束に変換された後、 表示画像の 赤色成分を表示する画像表示素子 (液晶パネル) 2 1 9 に入射 して 輝度変調される。 また、 前記ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラ一 1 5 2 を透過 し た緑色光束および青色光束は、 折 り返 し ミ ラ一 2 3 2 を介 してダイ ク ロイ ツ ク ミ ラー 1 5 3 に入射 し、 緑色光束が反射され、 青色光束 のみ透過する。 上記緑色光束、 および青色光束は、 それそれ反射型 のホロ グラ ム素子 2 1 7 , 2 1 8 によって反射される際に、 略平行 な光束に変換され、 表示画像の各色成分を表示する画像表示素子 (液晶パネル) 2 2 0 , 2 2 1 に入射 して輝度変調される。 輝度変 調された各色の光束は、 ダイ ク ロ イ ヅ ク プリ ズム 2 3 5 によって色 合成され、 投射レ ンズ 1 0 7 によって図示 しないス ク リ ーンに拡大 投射される。 That is, when a white light beam enters the dichroic mirror 152 from the lamp 102 via the integrator 21, the red light component of the incident light beam is emitted. Is reflected, and the green and blue light beams are transmitted. Red The color luminous flux enters the reflection type hologram element 216 via the mirrors 233 and 234, and is converted into a substantially parallel luminous flux. The light enters the image display element (liquid crystal panel) 219 that displays the components, and the luminance is modulated. Further, the green light beam and the blue light beam transmitted through the dichroic mirror 1502 are returned to the dichroic mirror 1553 via the turning mirror 2332. The incident light reflects the green light and transmits only the blue light. The green light beam and the blue light beam are converted into substantially parallel light beams when they are reflected by the reflective hologram elements 211 and 218, respectively, and the image display for displaying each color component of the display image is performed. Light enters the element (liquid crystal panel) 220 and 221 and is modulated in luminance. The luminous flux of each color whose luminance has been modulated is synthesized by the dichroic prism 235, and enlarged and projected by a projection lens 107 on a screen (not shown).
上記のよ う な画像表示装置 2 3 1 において も、 実施の形態 A 2 — 1 と同様に、 ラ ンプ 1 0 2 からの出力光束が、 イ ンテグレータ 2 1 5 等を介 して伝搬される平行ではない光束が、 ホログラ ム素子 2 1 6 〜 2 1 8 によ って略平行な光束に変換された後、 画像表示素子 2 1 9 ~ 2 2 1 に入射 し、 マイ ク ロ レ ンズによ って液晶ノ ネルにおけ る各画素の開口部にのみ光を入射させる こ とが可能となるため、 実 効的な開口率を極めて高 く する こ とが可能となる。  In the image display device 231 as described above, similarly to the embodiment A2-1, the output light beam from the lamp 102 is transmitted in parallel through the integrator 215 and the like. Is converted into a substantially parallel light beam by the hologram elements 211 to 218, then enters the image display elements 219 to 221 and is transmitted by the micro lens. As a result, light can be made to enter only the aperture of each pixel in the liquid crystal panel, so that the effective aperture ratio can be extremely increased.
具体的には、 例えば対角寸法が 0 · 9 イ ンチで 1 0 2 4 X 7 6 8 の画素が形成された開口率が約 4 0 %の液晶パネルと、 1 0 0 Wの 超高圧水銀ラ ンプとを用いた場合、 マイ ク ロ レ ンズもホロ グラ ム素 子 2 1 6 〜 2 1 8 も用いない場合の投射効率は 3 . 6 ル一メ ン /ヮ ッ ト であ り 、 マイ ク ロ レ ンズだけを用いた場合の投射効率は 4 . 3 ル一メ ン /ヮ ッ ト であったのに対 し、 上記のよ う にさ ら にホログラ ム素子 2 1 6〜 2 1 8 を設ける こ と によ り 、 8 ル一メ ン /ヮ ッ ト と 高い投射効率を得る こ とができた。 これは、 実質的な開口率が 4 0 %か ら約 9 0 %に向上 したこ とに相当する。 また、 同 じ大きさで 画素数の多い液晶パネル、 例えば 1 2 8 0 X 1 0 2 4 画素、 または それ以上の画素 (例えば 1 9 2 0 x 1 0 8 0 画素) のものを用いて も、 投写効率はほとんど変わ らなかった。 さ らに、 照明光学系に偏 光分離手段と偏波面回転手段とを有する偏光変換素子を設ける こ と によって、 1 2 ル一メ ン /ワ ッ ト という極めて高い投写効率を実現 する こ とが可能となった。 Specifically, for example, a liquid crystal panel with a diagonal size of 0.9 inches and a pixel of 1024 x 768 with an aperture ratio of about 40%, and an ultrahigh-pressure mercury of 100 W When the lamp is used, the projection efficiency when neither the micro lens nor the hologram element 2 16 to 2 18 is used is 3.6 lumens / unit. The projection efficiency was 4.3 lumens / unit when only the chrome lens was used, whereas the holographic efficiency was increased as described above. By providing the hologram elements 216 to 218, a high projection efficiency of 8 lumens / unit could be obtained. This corresponds to an increase in the effective aperture ratio from 40% to about 90%. In addition, a liquid crystal panel having the same size and a large number of pixels, for example, a pixel of 128 × 10 24 pixels or more (for example, 1920 × 1080 pixels) can be used. However, the projection efficiency was almost unchanged. Furthermore, by providing a polarization conversion element having a polarization separation unit and a polarization plane rotation unit in the illumination optical system, it is possible to achieve an extremely high projection efficiency of 12 lumens / watt. It has become possible.
(実施の形態 A 2 — 3 )  (Embodiment A 2 — 3)
反射型のホロ グラ ム素子によって反射されずに透過 した光束も有 効に利用 し得る画像表示装置の例を説明する。  An example of an image display device that can effectively use a light beam transmitted without being reflected by a reflective hologram element will be described.
画像表示装置 2 4 1 は、 図 2 3 に示すよ う に、 実施の形態 A 2 — 2 の画像表示装置 2 3 1 に比べて、 主と して、 ホロ グラ ム素子 2 1 6〜 2 1 8 の裏面側に全反射 ミ ラ一 2 4 2 , 2 4 3 またはダイ ク 口 ィ ッ ク ミ ラ一 2 4 5 が設け られている点が異なる。  As shown in FIG. 23, the image display device 241 is mainly different from the image display device 231 of the embodiment A 2-2 mainly in the hologram elements 2 16 to 21. The difference is that a total reflection mirror 2424, 243 or a dike-open mirror 2445 is provided on the back side of Fig. 8.
すなわち、 ラ ンプ 1 0 2 からイ ンテグレ一タ 2 1 5 を介 してダイ ク ロ イ ッ ク ミ ラー 2 4 4 に 白色の光束が入射する と、 入射光束のう ち、 青色成分の光束は透過 し、 他の波長帯域の光束 (赤色成分およ び緑色成分すなわち黄色の光束) は反射される。  That is, when a white light beam enters the dichroic mirror 2444 from the lamp 102 via the integrator 215, the blue light component of the incident light beam is Light that passes through and is reflected in other wavelength bands (red and green components, ie, yellow light).
青色光束は主に青色用ホロ グラ ム素子 2 1 8 によ り 反射される と と も に平行光束に変換された後、 青色用の画像表示素子 (液晶パネ ル) 2 2 1 に入射 して輝度変調される。 また、 ホロ グラ ム素子 2 1 8 によっ て反射されずに透過 した青色光束は、 全反射 ミ ラー 2 4 3 によって反射され、 再度青色用のホロ グラム素子 2 1 8 を透過 し て、 やは り 画像表示素子 2 2 1 に入射する。 すなわちホロ グラ ム素 子 2 1 8を透過した光束も有効に利用される。 The blue luminous flux is mainly reflected by the hologram element for blue 218 and converted into a parallel luminous flux, and then enters the image display element (liquid crystal panel) 221 for blue. The luminance is modulated. Further, the blue light beam transmitted without being reflected by the hologram element 2 18 is reflected by the total reflection mirror 2 43, passes through the hologram element 2 18 for blue again, and Incident on the image display element 22 1. That is, hologram element The luminous flux transmitted through the element 2 18 is also used effectively.
また、 ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラ一 2 4 4で反射された黄色光束のう ち の緑色光束は、 緑色用のホロ グラ ム素子 2 1 7 によ り 反射される と と も に平行光束に変換された後、 緑色用の画像表示素子 2 2 0 に入 射して輝度変調される。 また、 ホロ グラム素子 2 1 7 によ って反射 されずに透過 した緑色光束は、 ダイ ク ロイ ッ ク ミ ラ一 2 4 5によつ て反射され、 再度緑色用のホロ グラ ム素子 2 1 7 を透過 して、 やは り 画像表示素子 2 2 0 に入射する。  The green luminous flux of the yellow luminous flux reflected by the dichroic mirror 244 is reflected by the green hologram element 217 and becomes a parallel luminous flux. After the conversion, the light enters the green image display element 220 and is subjected to luminance modulation. The green luminous flux transmitted without being reflected by the hologram element 211 is reflected by the dichroic mirror 245, and is again returned to the hologram element 211 for green. After passing through 7, the light enters the image display element 220 again.
さ らに、 ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラー 2 4 5 を透過 した赤色光束は、 光 路長補償用の リ レーレ ンズ 2 4 6 , 2 4 8および全反射 ミ ラ一 2 4 7 を介 して赤色用のホロ グラ ム素子 2 1 6 に入射 し、 主に反射され る と と も に平行光束に変換された後、 赤色用の画像表示素子 2 1 9 に入射 して輝度変調される。 また、 ホロ グラ ム素子 2 1 6 によって 反射されずに透過 した赤色光束は、 全反射 ミ ラー 2 4 2 によって反 射され、 再度赤色用のホロ グラム素子 2 1 6 を透過 して、 やは り 画 像表示素子 2 1 9に入射する。  Further, the red luminous flux transmitted through the dichroic mirror 245 passes through relay lenses 246 and 248 for optical path length compensation and a total reflection mirror 247. The light enters the red hologram element 2 16, is mainly reflected, is converted into a parallel light beam, and then enters the red image display element 2 19 to be modulated in luminance. The red luminous flux transmitted through the hologram element 2 16 without being reflected by the hologram element 2 16 is reflected by the total reflection mirror 2 42, passes through the hologram element 2 16 for red light again, and then returns. The light enters the image display element 2 19.
上記輝度変調された各色の光束は、 ダイ ク ロイ ツ ク プリ ズム 2 3 5 によって色合成され、 投射レ ンズ 1 0 7 によって図示 しないスク リ ーンに拡大投射される。  The luminance-modulated light fluxes of the respective colors are synthesized by a dichroic prism 235 and enlarged and projected by a projection lens 107 onto a screen (not shown).
上記のよ う に、 ホロ グラ ム素子 2 1 6〜 2 1 8の裏面側に全反射 ミ ラ一 2 4 2 , 2 4 3 またはダイ ク ロイ ツ ク ミ ラー 2 4 5が設け ら れる こ とによ り 、 各ホロ グラ ム素子 2 1 6〜 2 1 8 によ って平行光 束と して反射されずに各ホロ グラ ム素子 2 1 6〜 2 1 8 を透過 した 光束も、 大部分の光束を画像表示素子 2 1 9 - 2 2 1 に入射させる こ とができる。 このよ う な光束は、 平行光束には変換されないが、 画像の投射に利用されるので、 単にホロ グラ ム素子 2 1 6〜 2 1 8 だけを用いる場合に比べて一層高い投射効率を得る こ とができる。 具体的には、 例えば対角寸法が 0 . 9 イ ンチで 1 0 2 4 X 7 6 8 の画素が形成された開口率が約 4 0 %の液晶パネルと、 1 0 0 Wの 超高圧水銀ラ ンプとを用いた場合、 マイ ク ロ レ ンズもホロ グラ ム素 子 2 1 6 〜 2 1 8 も用いない場合の投射効率は 3 . 6 ル一メ ン /ヮ ッ ト であ り 、 マイ ク ロ レ ンズだけを用いた場合の投射効率は 4 . 3 ル一メ ン /ヮ ッ 卜 であっ たのに対 し、 上記のよ う にさ ら にホロ グラ ム素子 2 1 6 〜 2 1 8 を設ける こ とによ り 、 1 0 ル一メ ン /ヮ ッ ト と高い投射効率を得る こ とができた。 これは、 実質的な開口率が 4 0 %から約 9 0 %に向上 した こ とに相当する。 また、 同 じ大きさで 画素数の多い液晶パネル、 例えば 1 2 8 0 X 1 0 2 4 画素、 または それ以上の画素 (例えば 1 9 2 0 x 1 0 8 0 画素) のものを用いて も、 投写効率はほとんど変わ ら なかっ た。 さ ら に、 照明光学系に偏 光分離手段と偏波面回転手段とを有する偏光変換素子を設ける こ と によって、 1 2 ルーメ ン /ワ ッ ト という極めて高い投写効率を実現 する こ とが可能となっ た。 As described above, the total reflection mirrors 242, 243 or the die-cloth mirror 245 are provided on the back side of the hologram elements 216 to 218. Therefore, most of the light flux transmitted through each of the hologram elements 2 16 to 2 18 without being reflected as a parallel light flux by each of the hologram elements 2 16 to 2 18 This light beam can be made incident on the image display element 2 19-2 21. Such a light beam is not converted into a parallel light beam, but is used for projecting an image. It is possible to obtain higher projection efficiency as compared with the case of using only. Specifically, for example, a liquid crystal panel with a diagonal dimension of 0.9 inches and a pixel of 1024 x 768 with an aperture ratio of about 40%, and an ultrahigh-pressure mercury of 100 W When the lamp is used, the projection efficiency when neither the micro lens nor the hologram element 2 16 to 2 18 is used is 3.6 lumens / unit. The projection efficiency when only the chrome lens was used was 4.3 lumens / unit, but as described above, the hologram element 2 16 to 21 By providing 8, a high projection efficiency of 10 lumens / unit could be obtained. This corresponds to an increase in the effective aperture ratio from 40% to about 90%. In addition, a liquid crystal panel having the same size and a large number of pixels, for example, a liquid crystal panel of 1,280 × 1,024 pixels or more (eg, 1,920 × 1,080 pixels) can be used. However, the projection efficiency was almost unchanged. In addition, by providing a polarization conversion element having a polarization separation unit and a polarization plane rotation unit in the illumination optical system, it is possible to achieve an extremely high projection efficiency of 12 lumens / watt. became.
なお、 ホロ グラ ム素子 2 1 7 の裏面側に設ける ミ ラ一と しては、 赤色光束を透過させる必要があるので、 上記のよ う に緑色反射、 か つ赤色透過型のダイ ク ロイ ッ ク ミ ラ一を用いる必要があるのに対 し、 ホロ グラ ム素子 2 1 6 , 2 1 8 の裏面側に設ける ミ ラ一と して は、 上記のよ う に全反射 ミ ラ一 (通常はアル ミ ニウム薄膜をガラス 基板上に成膜 し、 場合によ っては増反射コー ト を施したもの) を用 いても よい し、 赤色光束または青色光束を反射するダイ ク ロイ ッ ク ミ ラ一を用いて も よい。  As a mirror provided on the back side of the hologram element 2 17, it is necessary to transmit a red luminous flux. Therefore, as described above, a green reflective and red transmissive die-cloth is used. In contrast to the necessity of using a mirror, the mirror provided on the back side of the hologram elements 2 16 and 218 is, as described above, a total reflection mirror (usually a mirror). A thin aluminum film formed on a glass substrate and, in some cases, a reflection-enhancing coating) may be used. Alternatively, a dichroic mirror that reflects a red light beam or a blue light beam may be used. You may use a la.
また、 上記のよ う にホロ グラ ム素子の裏面側に反射 ミ ラ一を設け る構成は、 前記実施の形態 A 2 — 1 や実施の形態 A 2 — 2 、 また、 以下の画像表示装置な どに適用 して も よ く 、 やは り 、 投射効率をさ らに高 く する こ とができる。 Further, as described above, the configuration in which the reflection mirror is provided on the back surface side of the hologram element is described in the embodiment A2-1 or the embodiment A2-2. The present invention may be applied to the following image display devices, etc., and the projection efficiency can be further improved.
(実施の形態 A 2 — 4 )  (Embodiment A 2 — 4)
画像表示素子と して、 反射型で偏光変調型の液晶表示パネルを用 いる と と も に、 白色光束の色分離にもダイ ク ロ イ ツ ク プリ ズムを用 いた画像表示装置の例を説明する。  Describes an example of an image display device that uses a reflection-type and polarization-modulation-type liquid crystal display panel as an image display element and also uses a dichroic prism for color separation of white light flux. I do.
本実施の形態 Aの画像表示装置 2 5 9 では、 図 2 4 に示すよ う に、 実施の形態 A 2 — 1 ~ 2 — 3 で説明 した画像表示装置と同様 に、 ラ ンプ 1 0 2 からの出力光束を リ フ レ ク タ 1 0 3 で反射 し、 反 射後の出力光束を第 1 の蠅の 目 レ ンズ 2 1 2 および第 2 の蠅の目 レ ンズ 2 1 3 を介 して画像表示素子 2 6 0 〜 2 6 2 へ伝搬させる よ う になっている。  As shown in FIG. 24, in the image display device 255 of the present embodiment A, as shown in FIG. 24, similar to the image display device described in the embodiment A 2-1 to 2-3, the lamps 10 2 The output light beam of the first lens is reflected by the reflector 103, and the reflected light beam is reflected by the first fly-eye lens 212 and the second fly-eye lens 212. The light is transmitted to the image display elements 260-262.
第 2 の蠅の 目 レ ンズ 2 1 3 と画像表示素子 2 6 0 〜 2 6 2 の間に は、 色分離のためのダイ ク ロイ ツ ク プリ ズム 2 6 3 、 ホロ グラ ム素 子 2 6 4 〜 2 6 6 および P B S (偏光ビ一ムスプリ ヅ タ ) 2 6 7 ~ 2 6 9 が設け られている。 すなわち、 ラ ンプ 1 0 2 か らの 白色の出 力光束は、 ダイ ク ロイ ツ ク ブリ ズム 2 6 3 によ って、 赤、 緑、 青の 3原色の光束に色分離され、 色分離された各光束は、 対応するホ ロ グラ ム素子 2 6 4 〜 2 6 6 によって所望の光束に変換され、 P B S 2 6 7 - 2 6 9 によって所定の偏波面を有する直線偏光光が反射型 の画像表示素子 2 6 0 〜 2 6 2 へ入射 して、 偏光方向が変調される よ う になっている。  Between the second fly-eye lens 2 13 and the image display device 260 to 262, there is a die-cloth prism 263 for color separation and a hologram element 26. 4 to 266 and PBS (polarized beam splitter) 2667 to 269 are provided. That is, the white output luminous flux from the lamp 102 is color-separated into three primary luminous fluxes of red, green and blue by the Die-Croix Bliss Bism 263, and is color-separated. The respective luminous fluxes are converted into desired luminous fluxes by the corresponding hologram elements 264 to 266, and the PBS 267-269 converts linearly polarized light having a predetermined polarization plane into a reflection type image. The light is incident on the display elements 260 to 262 and the polarization direction is modulated.
画像表示素子 2 6 0 〜 2 6 2 で偏光方向が変調された各原色の光 束は、 再度 P B S 2 6 7 〜 2 6 9 を介 して可視化され、 投写レ ンズ 1 0 7 によ り ス ク リ ーン (不図示) 上に拡大投写される。  The luminous flux of each primary color, the polarization direction of which has been modulated by the image display elements 260 to 262, is visualized again via PBS 267 to 269, and is projected by the projection lens 107. The image is enlarged and projected on a screen (not shown).
上記ホロ グラ ム素子 2 6 4 〜 2 6 6 は、 実施の形態 A 2 — 1 と同 様に、 基本的に参照光束と物体光束との 2 光束干渉稿を例えばフ ォ ト ポ リ マ一等の一般的なホロ グラ ム材料に記録して作製する こ とが でき る。 こ こ で、 ホロ グラ ム素子 2 6 4 ~ 2 6 6 は、 入射光束が変 換されて出力される光束が実施の形態 A 2 — 1 〜 2 — 3 と同様に略 平行光束になる よ う に して も よい し、 または P B S の偏光分離特性 が大幅に低下 しない程度の入射角の小さな収束光束になる よう に し ても よい。 これによつて、 以下に示す理由に よ り 、 装置の小型化を 図 り つつ、 高投写効率と高コ ン ト ラス ト の両立を実現する こ とがで ぎる。 The hologram elements 2664 to 2666 are the same as those of the embodiment A2-1. In this way, basically, a two-beam interference draft of a reference light beam and an object light beam can be recorded on a general holographic material such as a photopolymer, for example. Here, the hologram elements 26 4 to 26 6 are such that the output light beam obtained by converting the incident light beam is substantially parallel light beam as in the case of Embodiment A 2-1 to 2-3. Alternatively, a convergent light beam having a small incident angle such that the polarization separation characteristics of PBS is not significantly reduced may be used. This makes it possible to achieve both high projection efficiency and high contrast while reducing the size of the device for the following reasons.
一般に、 ラ ン プ、 リ フ レ ク タ、 集光レ ンズ、 リ レー レ ンズ、 イ ン テグレータ、 偏光変換素子等によって構成される照明光学系の F値 と、 投写レ ンズの F値とは概ね一致する よ う に設定されるが、 こ の F値が小さいほど投写効率が高 く なる一方、 液晶パネルおよび P B S に入射する光束の最大? 入射角が大き く なる。 こ こで、 P B S は、 一般にガラス基板に誘電体多層膜を形成 して、 入射光が P偏光 光と S偏光光とに分離される よ う に構成されるが、 その偏光分離特 性は入射光の入射角に依存 し、 設計時の基準入射角からずれる に従 つて偏光分離特性が低下する。 それゆえ、 上記のよ う に反射型の液 晶パネルを用いた画像表示装置では、 上記 F値が小さい とコ ン ト ラ ス ト の低下を招きがちになる。 そこで、 コ ン ト ラス ト を改善するた めに、 照明光学系の リ レ一レ ンズによって上記入射角が小さ く なる よ う にする場合には、 いわゆる幾何光学における輝度不変の原理に よ って、 照明面積が大き く なるため、 画面サイ ズの大きな液晶パネ ル等を用いる必要があ り 、 装置の大型化を招 く こ と になる。 これに 対 して、 本実施の形態 Aのよ う にホロ グラ ム素子を用いる こ とによ つて、 P B S の偏光分離特性が大幅に低下 しないよ う に入射角が小 さ く なる よ う に して も、 照明面積が小さ く なる よ う にする こ とがで きる。 それゆえ、 画面サイ ズの小さな液晶パネルを用いて装置の小 型化を図 り つつ、 投写効率が高 く 、 かつコ ン ト ラ ス ト の低下 しない 画像表示装置を構成する こ とができる。 In general, the F value of an illumination optical system composed of a lamp, a reflector, a condenser lens, a relay lens, an integrator, a polarization conversion element, etc., and the F value of a projection lens The values are set so that they almost match, but the smaller the F value, the higher the projection efficiency. Incident angle increases. Here, PBS is generally formed such that a dielectric multilayer film is formed on a glass substrate so that incident light is separated into P-polarized light and S-polarized light. Dependent on the incident angle of light, the polarization splitting characteristics are degraded as it deviates from the reference incident angle at the time of design. Therefore, in the image display device using the reflective liquid crystal panel as described above, when the F value is small, the contrast tends to be lowered. Therefore, in order to improve the contrast, when the above-mentioned incident angle is reduced by the relay lens of the illumination optical system, the principle of so-called luminance invariance in so-called geometrical optics is used. As a result, the illumination area becomes large, and it is necessary to use a liquid crystal panel or the like having a large screen size, which leads to an increase in the size of the device. On the other hand, by using a holographic element as in Embodiment A, the incident angle is reduced so that the polarization separation characteristics of PBS are not significantly reduced. Even if the size is reduced, the lighting area can be reduced. Therefore, while miniaturizing the device using a liquid crystal panel having a small screen size, it is possible to configure an image display device that has high projection efficiency and does not reduce contrast.
具体的には、 例えば対角寸法が 0 . 9 イ ンチで 1 0 2 4 x 7 6 8 の画素が形成された開口率が約 7 5 %の液晶パネルと、 1 0 0 Wの 超高圧水銀ラ ンプとを用いた場合、 ホ ロ グラ ム素子 2 6 4 〜 2 6 6 を用いない画像表示装置では、 コ ン ト ラス ト を確保する ために投射 レ ンズ 1 0 7 および照明光学系の F値を 4 とする と、 投射効率は約 2 ル一メ ン /ワ ッ トで、 コ ン ト ラス ト は 2 0 0 : 1 であ り 、 F値を 3 にする と、 4 ル一メ ン /ワ ッ ト と明る く で きる力5、 コ ン ト ラス ト は 1 0 0 : 1 に低下 した。 これに対 し、 上記のよ う にホロ グラ ム素 子 2 1 6 〜 2 1 8 を設ける こ とによ り 、 F値を 5 と大き く して も約 4 . .3 ル一メ ン /ワ ッ ト の投写効率を実現で き、 かつ F値が大きい ( P B S に対する入射角が小さい) ためコ ン ト ラス ト を 8 0 0 : 1 に向上させる こ とができた。 Specifically, for example, a liquid crystal panel with a diagonal dimension of 0.9 inch and a pixel of 1024 x 768 with an aperture ratio of about 75%, and an ultrahigh-pressure mercury of 100 W When a lamp is used, in an image display device that does not use the hologram elements 2664 to 2666, the projection lens 107 and the F of the illumination optical system are used to secure the contrast. If the value is 4, the projection efficiency is about 2 lumens / watt, the contrast is 200: 1, and if the F value is 3, the projection efficiency is 4 lumens / watt. / watt and bright and wear with a force 5, the co-down truss door 1 0 0: was reduced to 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, about 4.3 lm / The projection efficiency of watts can be achieved, and the F value is large (the incident angle with respect to PBS is small), so that the contrast can be improved to 800: 1.
なお、 上記画像表示素子 2 6 0 〜 2 6 2 と しては、 液晶パネルに 限ら ず、 入射 した直線偏光光をその偏光方向を変調後反射 して出力 する偏光変調型で反射型の画像表示素子であればよ く 、 光変調材料 や、 光変調の方式、 画素の駆動方式な どに制約はない。  The image display elements 260 to 262 are not limited to liquid crystal panels, but are polarization-modulated, reflective image displays that reflect and output incident linearly polarized light after modulating its polarization direction. As long as it is an element, there are no restrictions on the light modulation material, light modulation method, pixel driving method, and the like.
また、 本実施の形態 Aで構成 した画像表示装置は、 P B S を 3 個 使用する 3 P B S 方式であるが、 P B S を 1 個使用する 1 P B S 方 式も構成で きる。  Further, the image display device configured in Embodiment A is a 3PBS system using three PBSs, but a 1PBS system using one PBS can also be configured.
また、 投写画像のコ ン ト ラス ト を向上させるために P B S と本発 明のホロ グラ ム素子との間に前置偏光子 ( P P B S ) を設置 して も よい。 (実施の形態 A 2 — 5 ) Further, a pre-polarizer (PPBS) may be provided between the PBS and the holographic element of the present invention in order to improve the contrast of the projected image. (Embodiment A 2 — 5)
光軸に対 して互いに異なる角度で配置されたダイ ク ロ イ ッ ク ミ ラ —と、 マイ ク ロ レ ンズア レイ 等が形成された画像表示素子とを有す る単板方式の画像表示装置の例を説明する。  Single-panel image display device having a dichroic mirror arranged at different angles with respect to the optical axis and an image display element formed with a micro lens array or the like Will be described.
この画像表示装置 2 8 0 には、 図 2 5 に示すよ う に、 2枚のダイ ク ロイ ツ ク ミ ラー 2 8 1 , 2 8 2 と、 1 枚の全反射 ミ ラ一 2 8 3 と、 各ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラー 2 8 1 , 2 8 2 または全反射 ミ ラ一 2 8 3 の表面側に設け られたホロ グラ ム素子 2 8 4 〜 2 8 6 とを有す る色分離手段 2 8 7 、 および入射 した光束の光路を入射角に応 じて 異な らせる光路変換手と液晶パネルとを有する画像表示素子 2 8 8 が設け られている。 この画像表示装置 2 8 0 の基本的な構成および 動作は、 「日経エレ ク ト ロ ニクス」 1 9 9 5 年 1 月 3 0 日号 1 6 9 頁 1 7 3 頁や、 特開平 8 — 2 9 2 5 0 6 号公報、 または特開平 9 一 1 0 5 8 9 9号公報の図 1 4等に記載されている もの と同様で、 上 記ホロ グラ ム素子 2 8 5 〜 2 8 7 を備えている点が異なる。  As shown in FIG. 25, this image display device 280 has two dichroic mirrors 281, 282 and one total reflection mirror 283. , A color separation having a hologram element 284 to 286 provided on the surface side of each die-cloth mirror 281, 282 or a total reflection mirror 283- Means 287, and an image display element 288 having a liquid crystal panel and an optical path changing means for changing the optical path of the incident light beam according to the incident angle are provided. The basic configuration and operation of this image display device 280 are described in “Nikkei Electronics”, January 30, 1995, page 169, page 173, and JP-A-8-2 The hologram elements 285 to 287 described above are similar to those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-25006 or FIG. 14 of Japanese Patent Application Laid-Open No. It is different in that it has.
すなわち、 ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラ一 2 8 1 , 2 8 2 および全反射 ミ ラー 2 8 3 は、 それぞれ光軸に対 して互いに異なる角度で配置され て、 ラ ンプ 1 0 2 からの白色の出力光束が赤、 緑、 青の 3原色の光 束に色分離され、 色分離された各光束は、 互いに異なる入射角で画 像表示素子 2 8 8 の光路変換手段に入射する よ う になっている。 た だ し、 この画像表示装置 2 8 0 では、 ホロ グラ ム素子 2 8 4 ~ 2 8 6 を透過 した光束だけが上記のよ う にダイ ク ロイ ッ ク ミ ラ一 2 8 1 等によ って反射される よ う になっている力5、 この点に関 しては後述 する。 また、 光路変換手段と しては、 例えばマイ ク ロ レ ンズアレイ や、 ホロ グラ ム レ ンズアレイ 、 シ リ ン ド リ カルレ ンズ等が用い ら れ、 入射 した光束をその入射角に応 じて、 それそれ液晶パネルにお ける互いに異なる色に対応 した画素に入射させる よ う になつてい る。 That is, the dichroic mirrors 281, 282 and the total reflection mirror 2832 are arranged at different angles with respect to the optical axis, respectively, so that the white light from the lamp 102 is emitted. The output luminous flux is separated into three primary luminous fluxes of red, green, and blue. Has become. However, in this image display device 280, only the light flux transmitted through the hologram elements 284 to 286 depends on the die-cloth mirror 281, etc. as described above. power has become cormorants'll be reflected Te 5, and related to this point will be described later. As an 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 is changed according to the incident angle. To the LCD panel Incident on pixels corresponding to different colors.
上記のよ う な構成によ り 、 ラ ンプ 1 0 2 か ら リ フ レ ク タ 1 0 4 お よびイ ンテグレー夕 2 1 5 を介して色分離手段 2 8 7 に 白色の光束 が入射する と、 入射光束のう ち、 青色成分の光束は、 青色用のホロ グラ ム素子 2 8 4 によ り 反射される と と も に平行光束に変換された 後、 画像表示素子 2 8 8 に入射する。 ホロ グラ ム素子 2 8 4 によつ て反射されずに透過 した青色光束は、 青色光束反射用のダイ ク ロイ ヅ ク ミ s ラー 2 8 1 によ って反射され、 再度青色用のホロ グラ ム素 子 2 8 4 を透過 して、 やは り 画像表示素子 2 8 8 に入射する。  With the above-described configuration, when a white light beam enters the color separation unit 2887 from the lamp 102 via the reflector 104 and the integration unit 21 Of the incident light beams, the light beam of the blue component is reflected by the hologram element for blue 284 and converted into a parallel light beam, and then enters the image display element 288 . The blue luminous flux transmitted without being reflected by the hologram element 2884 is reflected by the dichroic mirror 2811 for reflecting the blue luminous flux, and is again returned to the hologram for blue. After passing through the element 284, the light enters the image display element 288.
同様に、 緑色成分の光束は、 青色用のホロ グラ ム素子 2 8 4およ び青色光束反射用のダイ ク ロイ ッ ク ミ ラ一 2 8 1 を透過 した後、 緑 色用のホロ グラ ム素子 2 8 5 によ り 反射される と と も に平行光束に 変換されて画像表示素子 2 8 8 に入射 し、 ホ ログラ ム素子 2 8 5 を 透過 した緑色光束は、 緑色光束反射用のダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラー 2 8 2 によ って反射され、 やは り 画像表示素子 2 8 8 に入射する。  Similarly, the luminous flux of the green component passes through the hologram element 284 for blue and the dichroic mirror 281 for reflecting blue luminous flux, and then passes through the hologram for green. The green luminous flux reflected by the element 285 and converted into a parallel luminous flux and incident on the image display element 288 and transmitted through the hologram element 285 is converted into a green luminous flux reflecting die. The light is reflected by the credit mirror 282 and then enters the image display element 288 again.
また、 赤色成分の光束も、 青色用および緑色用のホロ グラム素子 2 8 4 , 2 8 5 と、 青色光束反射用および緑色光束反射用のダイ ク 口イ ツ ク ミ ラー 2 8 1 , 2 8 2 を透過 した後、 赤色用のホログラム 素子 2 8 6 によ り反射される と と も に平行光束に変換されて画像表 示素子 2 8 8 に入射 し、 ホロ グラ ム素子 2 8 6 を透過 した赤色光束 は、 全反射 ミ ラー 2 8 3 によって反射され、 やは り 画像表示素子 2 8 8 に入射する。  Also, the luminous flux of the red component is holographic elements 284, 285 for blue and green, and a dich-mouth mirror 281, 28 for reflecting blue luminous flux and green luminous flux. After being transmitted through the hologram element 288, the light is reflected by the hologram element 286 for red and converted into a parallel light flux, enters the image display element 288, and transmits through the hologram element 286. The red light beam thus reflected is reflected by the total reflection mirror 283, and then enters the image display element 288.
画像表示素子 2 8 8 の光路変換手段に入射 した各色の光束は、 そ れそれの入射角に応 じて、 液晶パネルにおける互いに異なる色に対 応 した画素に入射 して輝度変調され、 投射レ ンズ 1 0 7 によって図 示 しないス ク リ ーンに拡大投射される。 こ こ で、 ホロ グラ ム素子 2 8 4 〜 2 8 6 によって反射された各色の光束は、 上記のよ う に平行 光束に変換されているため、 それそれ液晶パネルにおける各色に対 応 した画素の有効領域に確実に集光される。 それゆえ、 実効的な開 口率を極めて高 く する こ とがで き る と と も に、 各原色の光束の一部 が、 他の原色に対応する画素に入射する こ と による、 いわゆる ク ロ ス ト ーク を最小限に抑制する こ とが可能となる。 したがって、 光学系の構成が簡略で、 低コス ト である とい う単板式の特徴を活か しつつ、 混色のない鮮明な画像を表示させる こ とがで き、 しかも、 投射効率および投写画像の明る さの均一性を向上させる こ とがで き る。 The luminous flux of each color incident on the optical path changing means of the image display element 288 is incident on pixels corresponding to different colors on the liquid crystal panel in accordance with the respective incident angles, and is subjected to luminance modulation. Figure by 1 Enlarged projection on screen not shown. Here, since the luminous flux of each color reflected by the hologram elements 2884 to 2886 is converted into a parallel luminous flux as described above, each pixel of the liquid crystal panel corresponds to each color. Light is surely focused on the effective area. Therefore, the effective aperture ratio can be extremely increased, and a so-called black spot due to a part of the luminous flux of each primary color being incident on a pixel corresponding to another primary color. Loss can be minimized. Therefore, it is possible to display a clear image with no color mixture while taking advantage of the features of a single-panel system that has a simple optical system configuration and low cost, and at the same time, achieves projection efficiency and brightness of the projected image. The uniformity of the height can be improved.
具体的には、 例えば対角寸法が 1 . 3 イ ンチで 6 4 0 X 4 8 0 X 3 の画素が形成された開口率が約 4 0 %の液晶パネル 2 8 8 と、 1 0 0 Wの超高圧水銀ラ ンプと を用いた場合、 ホロ グラ ム素子 2 8 4 〜 2 8 6 を用いない場合の投射効率は高々 1 . 5 ル一メ ン /ワ ッ ト であったのに対 し、 上記のよ う にホロ グラ ム素子 2 8 4 〜 2 8 6 を 設ける こ と によ り 、 単板式であ り ながら、 4 ル一メ ン Zワ ッ ト と高 い投射効率を得る こ とがで きた。 また、 さ ら に、 照明光学系に偏光 分離手段と偏波面回転手段と を有する偏光変換素子を設ける こ とに よって、 8 ル一メ ン /ワ ッ ト という極めて高い投写効率を実現する こ とが可能となった。  Specifically, for example, a liquid crystal panel 288 having a diagonal dimension of 1.3 inches and a pixel of 640 × 480 × 3 having an aperture ratio of about 40%, and 100 W When the ultra-high pressure mercury lamp and the holographic element 284 to 286 were not used, the projection efficiency was at most 1.5 lumens / watt. By providing the hologram elements 2884 to 2886 as described above, it is possible to obtain a high projection efficiency of 4 Lumens Z watts in spite of being a single plate type. Came out. Further, by providing a polarization conversion element having a polarization separating means and a polarization plane rotating means in the illumination optical system, an extremely high projection efficiency of 8 lumens / watt can be realized. Became possible.
(実施の形態 A 3 一 1 )  (Embodiment A3-11-1)
第 1 の蠅の 目 レ ンズと第 2 の蠅の 目 レ ンズを有するイ ンテグレ一 夕 に代えて、 回折光学素子が設け られた画像表示装置の例を説明す る  An example of an image display device provided with a diffractive optical element instead of an integral lens having a first fly-eye lens and a second fly-eye lens will be described.
こ の画像表示装置は、 図 2 6 に示すよ う に、 ラ ンプ 1 0 2 、 リ フ レ ク タ 1 0 3 、 回折光学素子 3 0 1 、 非球面の補助レ ンズ 3 0 2 、 画像表示素子 3 0 3 、 および投射レ ンズ 1 0 7 が設け られて構成さ れている。 すなわち、 上記ラ ンプ 1 0 2 から発せ られた光束は、 リ フ レ ク タ 1 0 3 で反射されて回折光学素子 3 0 1 に入射 し、 後述す る回折光学素子 3 0 1 の回折領域 3 0 1 a ご と に回折 した光束が補 助レ ンズ 3 0 2 を介 して画像表示素子 3 0 3 の画像表示領域上に重 畳されて輝度変調され、 投射レ ンズ 1 0 7 によって図示 しないス ク リ ーンに拡大投射される よ う になっている。 As shown in FIG. 26, this image display device has a lamp 102 and a lift. It is provided with a reflector 103, a diffractive optical element 301, an aspherical auxiliary lens 302, an image display element 303, and a projection lens 107. That is, the light beam emitted from the lamp 102 is reflected by the reflector 103 and is incident on the diffractive optical element 301, and the diffraction area of the diffractive optical element 301 described later is changed. The light beam diffracted for each 0a is superimposed on the image display area of the image display element 303 via the auxiliary lens 302, and the intensity is modulated, and is not shown by the projection lens 107. It is intended to be enlarged and projected on the screen.
ラ ンプ 1 0 2 と しては、 例えば定格出力が 1 2 0 ヮ ッ ト の超高圧 水銀ラ ンプが用い られる。 なお、 上記のラ ンプに限ら ず、 実施の形 態 A 1 — 1 で説明 したよ う な種々の ものを用レヽる こ と もできる。 こ こで、 ラ ンプ 1 0 2 の発光領域は小さい方がよ り 好ま しいが、 発光 領域が比較的大きい場合でも、 本発明の相対的な効果は得られるの で、 例えば高出力キセ ノ ンラ ンプや、 高出力メ タルハラ イ ド ラ ンプ のよ う に発光体が数 ミ リ程度と大きいラ ンプを用いて も よい。  As the lamp 102, for example, an ultrahigh-pressure mercury lamp having a rated output of 120 Watts is used. In addition, not limited to the lamps described above, it is also possible to use various types as described in the embodiment A1-1. Here, it is more preferable that the light emitting region of the lamp 102 is small. However, even when the light emitting region is relatively large, the relative effects of the present invention can be obtained. It is also possible to use a lamp having a light emitting body as large as several millimeters, such as a lamp or a high-output metal halide lamp.
リ フ レ ク タ 1 0 3 と しては、 例えば放物面鏡が用い られるが、 楕 円面鏡や球面鏡な どを用いて も よい。 ラ ンプ 1 0 2 が設け られる位 置は、 放物面鏡の場合には、 その焦点近傍にラ ンプ 1 0 2 の発光領 域が位置する よ う に設定する こ とが好ま し く 、 楕円面鏡の場合には 第 1 焦点近傍に、 球面鏡の場合には球の中心近傍に位置する よ う に 設定する こ とが好ま しい。  As the reflector 103, for example, a parabolic mirror is used, but an elliptical mirror or a spherical mirror may be used. In the case of a parabolic mirror, the position where the lamp 102 is provided is preferably set such that the light-emitting area of the lamp 102 is located near the focal point of the parabolic mirror. In the case of a surface mirror, it is preferable to set it so that it is located near the first focal point, and in the case of a spherical mirror, it is located near the center of the sphere.
補助レ ンズ 3 0 2 は、 画像表示素子 3 0 3 への入射光束のテ レセ ン ト リ ッ ク性を確保 し、 投写レ ンズの設計上の負担を小さ く するた め、 すなわち F値等の制約を緩和する ために設け られる もので、 投 写レ ンズの F値に設計上の余裕があれば必ず しも設けな く て も よ い o 回折光学素子 3 0 1 は、 図 2 7 に示すよ う に、 光軸方向から見た と きの外形が、 リ フ レ ク タ 1 0 3 から入射する光束の断面形状に対 応 した円形で、 その内部領域は、 画像表示素子 3 0 3 の画像表示領 域と相似な矩形形状の複数の回折領域 3 0 1 a…に区分けされてい る。 こ の回折領域 3 0 l aは、 それそれ、 前記のよ う に入射 した光 束を回折させて、 画像表示素子 3 0 3 の画像表示領域のほぼ全面に わたって入射させる よ う になつている。 すなわち、 各回折領域 3 0 1 aから出力された光束が画像表示素子 3 0 3 上で重畳される こ と によ り 、 表示画像における中央部と周辺部と な どでの光量む らの低 減が図 られる。 The auxiliary lens 302 ensures the telecentricity of the luminous flux incident on the image display element 303 and reduces the design load of the projection lens, that is, the F-number, etc. This is provided to alleviate the constraints of the projection lens.If the F-number of the projection lens has a design margin, it is not necessary to provide it. As shown in FIG. 27, the outer shape of the diffractive optical element 301 when viewed from the optical axis direction has a circular shape corresponding to the cross-sectional shape of the light beam incident from the reflector 103. The internal region is divided into a plurality of rectangular diffraction regions 310 a ... similar to the image display region of the image display element 303. Each of the diffraction regions 30 la diffracts the light beam incident thereon as described above, and makes the light beam enter over almost the entire image display region of the image display element 303. . In other words, the luminous flux output from each diffraction area 301a is superimposed on the image display element 303, so that the light quantity unevenness at the center and the periphery in the display image is reduced. It will be reduced.
なお、 各回折領域 3 0 1 a の形状は、 必ず しも画像表示素子 3 0 3 と相似な矩形形状でな く て も よ く 、 また互いに同一の大きさや形 状でな く て も よい。 また、 回折領域 3 0 1 a の大きさや数は、 図 2 6 および図 2 7 においては便宜上模式的に描かれているが、 特に限 定される も のではない。 すなわち、 各回折領域 3 0 1 aから出力さ れた光束が、 画像表示素子 3 0 3 の画像表示領域上で概ね重畳され る よ う になっていれば、 光量む ら低減の効果が得 られる。 ただ し、 一般に、 回折領域 3 0 1 aの数を多 く する方が、 投射画像の明る さ の均一性を よ り 向上させる こ とがで き、 また、 矩形変換効率 (矩形 開口率) を高 く して投射効率を高 く し、 よ り 明るい画像を表示させ る こ とがで き る。 また、 微小領域 3 0 1 aの形状が画像表示素子 3 0 1 の形状と相似形である方が、 各回折領域 3 0 1 aからの出力光 束を画像表示素子 3 0 3 上に重畳させる よ う に作製する こ とが比較 的容易になる。 また、 矩形の回折領域 3 0 1 aの周辺部の領域 3 0 l b に も それそれ回折作用を生 じさせる よ う に して、 画像表示素子 3 0 3 上の一部の領域に光束を重畳させる よ う に して も よい。 この 場合には、 実質的な矩形変換効率を 1 0 0 %にする こ とができ、 よ り 明るい画像を表示させる こ とが可能となる。 The shape of each diffraction region 301a does not necessarily have to be a rectangular shape similar to the image display element 303, and may not be the same size or shape as each other. Further, the size and number of the diffraction region 301a are schematically illustrated for convenience in FIGS. 26 and 27, but are not particularly limited. That is, if the luminous flux output from each diffraction region 301 a is almost superimposed on the image display region of the image display element 303, the effect of reducing the light amount unevenness can be obtained. . However, in general, increasing the number of diffraction regions 301a can further improve the uniformity of the brightness of the projected image, and can improve the rectangular conversion efficiency (rectangular aperture ratio). By increasing the value, the projection efficiency can be increased, and a brighter image can be displayed. In addition, when the shape of the minute area 301 a is similar to the shape of the image display element 301, the output light flux from each diffraction area 301 a is superimposed on the image display element 303. This makes it relatively easy to fabricate. In addition, a luminous flux is superimposed on a partial area on the image display element 303 so as to cause a diffraction action in the area 30 lb around the rectangular diffraction area 301 a. You may let them do so. this In this case, the substantial rectangle conversion efficiency can be made 100%, and a brighter image can be displayed.
また、 各回折領域 3 0 1 a ごと に、 画像表示素子 3 0 3 における 回折光学素子からの出力光束が入射する領域を若干ずら すよ う に し て、 投写画像の明る さの均一性を一層向上させる よ う に して も よ い o  The uniformity of the brightness of the projected image is further improved by slightly shifting the area of the image display element 303 where the output light beam from the diffractive optical element enters for each diffraction area 301a. You can improve it o
回折光学素子 3 0 1 の具体的な回折構造と しては、 例えば断面形 状が鋸刃状に形成された表面レ リ ーフ型の回折格子を適用する こ と がで きる。 また、 鋸歯形状に限らず、 鋸歯形状を階段状で近似 した マルチ レベルの回折格子な どと して も よい。 上記鋸刃形状等は、 光 学上の計算な どによ り 决定する こ とがで きる。  As a specific diffractive structure of the diffractive optical element 301, for example, a surface relief type diffraction grating having a saw-tooth cross-sectional shape can be applied. The shape is not limited to the sawtooth shape, and may be a multi-level diffraction grating in which the sawtooth shape is approximated in a stepwise manner. The shape of the saw blade and the like can be determined by optical calculations and the like.
上記のよ う な回折光学素子 3 0 1 は、 例えば電子ビーム描画法を 用いた一般的な半導体プロセス等によ り 作製可能であ り 、 また大量 生産が容易なこ とから、 従来の蠅の 目 レ ンズを用いたィ ンテグレー 夕 と比べてその製造コス ト を容易に 1 / 1 0 以下程度にする こ とが で きる。 それゆえ、 投写レ ンズ 1 0 7 と と も に光学系要素の大半の 製造コス ト を占める イ ンテグレー夕が安価になる こ と に よ り 、 画像 表示装置全体の製造コ ス ト を例えば従来の 6 割程度にまで抑える こ とが容易にできる。  The diffractive optical element 301 as described above can be manufactured by, for example, a general semiconductor process using an electron beam lithography method, and is easy to mass-produce. The manufacturing cost can be easily reduced to about 1/10 or less compared to the lens-based integration. Therefore, the integration cost, which occupies the majority of the manufacturing cost of the optical system elements together with the projection lens 107, is reduced, and the manufacturing cost of the entire image display device is reduced, for example, by the conventional method. It can be easily reduced to about 60%.
また、 回折光学素子 3 0 1 は、 以下の実施の形態 Aで説明する よ う な 2 光束干渉縞によるホロ グラ ム素子を形成する こ とによって作 製 して も よい。  Further, the diffractive optical element 301 may be manufactured by forming a holographic element using two-beam interference fringes as described in Embodiment A below.
画像表示素子 1 0 9 と しては、 例えば透過型液晶パネルなど、 透 過型の種々のものを用いる こ とがで き る。 こ こで、 例えば特開平 1 - 2 8 1 4 2 6 号公報や、 特開平 3 — 1 4 0 9 2 0 号公報、 特開平 4 - 2 5 1 2 2 1 号公報等に多数開示されている よ う に、 各画素に 対応 したマイ ク ロ レ ンズを備え、 画像表示素子への入射光束を画素 の開口部 (有効領域) 近傍に収束させる こ と によ って実効的な開口 率の増加を図ったものを用いて も よい。 例えば装置の小型化を図る な どのために リ フ レ ク タ 1 0 3 の開口形状を小さ く 設定 した場合で も高い投射効率 (光利用効率) 得る こ とがで き る。 すなわち、 従来 の蠅の 目 レ ンズを用いたイ ンテグレ—夕では、 第 1 の蠅の目 レ ンズ の各単体レ ンズと、 第 2 の蠅の目 レ ンズの各単体レ ンズとが対応す る よ う に設け られる。 と こ ろが、 リ フ レ ク タ の開口形状が小さい と、 リ フ レ ク タから出力される光束の平行光からのズレが大き く な り がちであ り 光束の平行度が低下 しがちであ り この場合、 蠅の 目 レ ンズの各単体レ ンズ間でク ロ ス ト ークが生 じやす く なる。 それゆ え、 第 1 レ ンズア レ イ の像が画像表示素子よ り もかな り 大き く な り 、 画像表示素子を有効に照明で きなかった。 As the image display element 109, various transmissive devices such as a transmissive liquid crystal panel can be used. Here, for example, a large number of disclosures have been made in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 1-28124 / 26, 3-140920 / 1992, and 4-251221. Each pixel has It is equipped with a compatible micro lens and converges the light beam incident on the image display element near the pixel aperture (effective area) to increase the effective aperture ratio. Is also good. For example, a high projection efficiency (light use efficiency) can be obtained even when the opening shape of the reflector 103 is set small to reduce the size of the device. That is, in the evening using the conventional fly-eye lens, each single lens of the first fly-eye lens corresponds to each single lens of the second fly-eye lens. It is provided so that However, if the aperture shape of the reflector is small, the deviation of the light beam output from the reflector from the parallel light tends to increase, and the parallelism of the light beam tends to decrease. In this case, a crosstalk is likely to occur between each single lens of the fly-eye lens. As a result, the image of the first lens array became considerably larger than the image display device, and the image display device could not be illuminated effectively.
これに対 して、 上記のよ う に回折光学素子 3 0 1 を用いた場合に は、 回折光学素子 3 0 1 の各回折領域 3 0 1 a によ る回折光束が直 接液晶表示素子に入射する ため、 2 つの蠅の 目 レ ンズを用いる場合 のよ う な ク ロス ト ークが生 じる こ とはな く 、 したがっ て、 リ フ レ タ 夕か ら 出力される光束の平行光からのズレが大き く な って も光束の 平行度が多少低下 して も画像表示素子 3 0 3 における照明領域が若 干ずれる ずれた り広がった り する程度にすぎず、 マイ ク ロ レ ンズに よ る実質的な開口率の増大効果は適切に得られるので、 高い投射効 率が得 られる。 また、 リ フ レ ク タから出力される光束の平行度が低 い光源、 すなわち、 発光領域が比較的大きいラ ン プを用いる場合に は、 理想的な平行光束が出力される と した場合に画像表示素子が照 明される領域を画像表示領域よ り も小さ く 設定 し、 出力光束が平行 光束でないこ と によるずれ等によって画像表示素子の全体が照明さ れる よ う に して も よい。 On the other hand, when the diffractive optical element 301 is used as described above, the diffracted light beam by each diffraction region 301a of the diffractive optical element 301 is directly applied to the liquid crystal display element. The incident light does not cause a crosstalk as in the case of using two fly-eye lenses, and therefore, the parallel light of the light beam output from the refret evening Even if the deviation from the image becomes large, even if the parallelism of the luminous flux is slightly reduced, the illuminated area on the image display element 303 is only slightly displaced or widened. Since the substantial effect of increasing the aperture ratio due to the above is appropriately obtained, a high projection efficiency can be obtained. In addition, when a light source with low parallelism of the light beam output from the reflector, that is, a lamp with a relatively large light emitting area is used, it is assumed that an ideal parallel light beam is output. The area where the image display element is illuminated is set smaller than the image display area, and the entire image display element is illuminated due to a shift due to the output light beam not being a parallel light beam. You may be allowed to do so.
上記のよ う に、 蠅の 目 レ ンズを有するィ ンテグレ一夕 に代えて回 折光学素子を用いる こ とによ り 、 表示画像における 中央部と周辺部 となどでの光量む ら を確実に低減で きる と と も に、 投射効率を向上 させる こ とができる。 投射効率に関 しては、 例えば従来の画像表示 装置では投写効率が高々 5 ル一メ ン /ヮ ッ ト 程度であるのに対 し て、 上記画像表示装置では 7 . 5 ル一メ ン /ワ ッ ト と高い効率を得 る こ とがで きた。  As described above, by using a diffraction optical element instead of an integral lens having a fly-eye lens, it is possible to surely prevent unevenness in the amount of light at the center and the periphery of the displayed image. The projection efficiency can be improved as well as being reduced. Regarding the projection efficiency, for example, the conventional image display device has a projection efficiency of at most about 5 lumens / unit, whereas the image display device described above has a projection efficiency of 7.5 lumens / unit. It is possible to obtain watts and high efficiency.
また、 表示画像の明る さの低下を招 く こ とな く リ フ レ ク タの開口 形状を小さ く する こ とができるので、 画像表示装置の小型化を容易 に図る こ と もで きる。 具体的には、 例えば従来の通常の リ フ レ ク タ の開口径が 1 0 0 m m程度であるのに対 して 5 0 m m程度にする こ とがで き、 光軸方向の寸法も従来の約 1 / 2 程度にする こ とができ る。 さ ら に、 投写レ ンズの F値を小さ く し、 回折光学素子と画像表 示素子との距離を短 く して、 よ り 一層小型化を図る こ と も容易にで ぎ る。  Further, since the opening shape of the reflector can be reduced without lowering the brightness of the display image, the size of the image display device can be easily reduced. Specifically, for example, the opening diameter of a conventional ordinary reflector is about 100 mm, but it can be reduced to about 50 mm, and the dimension in the optical axis direction is also conventional. It can be reduced to about 1/2 of the above. Further, it is easy to further reduce the size by reducing the F value of the projection lens and shortening the distance between the diffractive optical element and the image display element.
(実施の形態 A 3 — 2 )  (Embodiment A 3 — 2)
実施の形態 A 3 — 1 と同様の回折光学素子を用いた画像表示装置 であって、 光源光を赤、 緑、 青の 3 原色の光に色分解 し、 それそれ の色の光に対応 した 3 枚の透過型の画像表示素子を用いてフ ルカラ —画像を表示する、 いわゆる 3板方式の画像表示装置の例を説明す る。  Embodiment A An image display apparatus using a diffractive optical element similar to that of Embodiment 1, wherein the light from the light source is separated into light of three primary colors of red, green, and blue, and the light corresponding to each of these colors is corresponded. An example of a so-called three-plate image display device that displays a full-color image using three transmissive image display elements will be described.
本実施の形態 Aにおける画像表示装置は、 図 2 8 に示すよ う に、 ラ ン プ 1 0 2 の出力光束を、 リ フ レ ク タ 1 0 3 で反射後、 回折光学 素子 3 0 1 を介 して画像表示素子 3 1 4 - 3 1 6 の照明光束とする よ う になつている。 回折光学素子 3 0 1 は実施の形態 A 3 — 1 と同 様のものである。 すなわち、 複数の回折領域が形成され、 各回折領 域の出力光束が、 それそれダイ ク ロイ ツ ク ミ ラ一 3 1 7 , 3 1 8 に よ り 3 原色に分離された後、 各色の画像を表示する画像表示素子 3 1 4 ~ 3 1 6 上で重畳される よ う になっている。 As shown in FIG. 28, the image display device according to Embodiment A reflects the diffracted optical element 301 after reflecting the output light beam of the lamp 102 with the reflector 103 as shown in FIG. The illumination light flux of the image display element 3 14-3 16 is provided through the light source. Diffractive optical element 301 is the same as in Embodiment A3-1. It is like. In other words, a plurality of diffraction regions are formed, and the output light flux of each diffraction region is separated into three primary colors by dichroic mirrors 317 and 318, respectively. Are superimposed on the image display elements 314 to 316 for displaying the image.
よ り 詳 し く は、 回折光学素子 3 0 1 から出力された 白色光束の中 で、 ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラ一 3 1 7 によ り 青色成分の光束のみが透過 し、 他の波長成分は反射される。 青色成分の光束は反射 ミ ラー 3 1 9 を介 して青色画像表示用の画像表示素子 3 1 4へ入射する。 ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラ一 3 1 7 の反射光の中で、 緑色成分はダイ ク ロイ ツ ク ミ ラ一 3 1 8 によ り 反射されて緑色用の画像表示素子 3 1 5 へ入 射する。 赤色成分は、 リ レ ーレ ンズ 3 2 0 , 3 2 1 、 及び反射 ミ ラ 一 3 2 2 , 3 2 3 を介 して赤色表示用の画像表示素子 3 1 6 に入射 する。 各画像表示素子 3 1 4 〜 3 1 6 に入射 した各色の光束は、 輝 度変調された後、 色合成のためのダイ ク ロイ ッ ク プリ ズム 3 2 4 に よ り 合成され、 投写レ ンズ 1 0 7 によ り ス ク リ ーン (不図示) 上に 拡大投影される。  More specifically, in the white light flux output from the diffractive optical element 301, only the blue light flux is transmitted by the dichroic mirror 317, and other wavelength components are transmitted. Is reflected. The luminous flux of the blue component enters the image display element 314 for displaying a blue image via the reflection mirror 319. The green component of the reflected light from the die-cloth mirror 3 17 is reflected by the die-cloth mirror 3 18 and enters the image display element 3 15 for green. I do. The red component enters the image display element 316 for red display via the relay lenses 32 0 and 32 1 and the reflection mirrors 32 22 and 32 3. The luminous flux of each color incident on each of the image display elements 314 to 316 is modulated in brightness and then synthesized by the dichroic prism 324 for color synthesis to form a projection lens. It is enlarged and projected on a screen (not shown) by 107.
なお、 図 2 9 に示すよ う に、 ダイ ク ロ イ ツ ク プリ ズム を用いず、 ダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ一 3 3 9 , 3 4 0 によって色合成する よ う に し て も よい。 すなわち、 ラ ンプ 1 0 2 の出力光束を リ フ レ ク タ 1 0 3 で集光後、 実施の形態 A 3 — 1 と同様の回折光学素子 3 0 1 で各回 折領域ごとに回折させて分離 し、 各回折領域の出力光束をダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ一 3 3 3 , 3 3 4 および反射 ミ ラ一 3 3 5 を介 して画像 表示素子 3 1 4 〜 3 1 6 上で重畳 して輝度変調 し、 画像表示素子 3 1 4 〜 3 1 6 の出力光束をダイ ク ロイ ツ ク ミ ラー 3 3 9 , 3 4 0 お よび反射 ミ ラ一 3 4 1 からな る色合成系によ り 合成して、 投写レ ン ズ 1 0 7 によ り ス ク リ ーン (不図示) 上に拡大投写する こ とによ り 同様に フルカラ一画像が表示される。 As shown in FIG. 29, the color composition may be performed by using the dichroic mirrors 339 and 340 without using the dichroic prism. . That is, the output light beam of the lamp 102 is condensed by the reflector 103 and then diffracted by the diffraction optical element 301 similar to that of the embodiment A3-1 to be separated for each diffraction area. The output luminous flux of each diffraction area is superimposed on the image display elements 314 to 316 via the dichroic mirrors 33 and 33 and the reflecting mirror 33 And modulates the brightness of the light, and converts the output luminous fluxes of the image display elements 314 to 316 into a color synthesis system consisting of dichroic mirrors 339 and 340 and a reflection mirror 341. By combining them, the projection lens 107 enlarges and projects them on a screen (not shown). Similarly, a full color image is displayed.
本実施の形態 Aにおける画像表示装置でも、 実施の形態 A 3 - 1 と同様に、 従来の高価な 1 対の蠅の 目 レ ンズに代えて、 安価な回折 光学素子を用いてィ ンテグレー夕 を構成する こ と によ り 、 製造コス ト の増大を大幅に抑制で き る と と もに、 投射効率を向上させ、 さ ら に、 リ フ レ ク タの外径寸法を小さ く する こ とができ、 画像表示装置 の薄型化、 軽量化を図る こ とができる。  In the image display device according to the embodiment A, similarly to the embodiment A3-1, an inte- grated lens is formed by using an inexpensive diffractive optical element instead of the conventional expensive pair of fly-eye lenses. With this configuration, it is possible to significantly suppress the increase in manufacturing cost, improve the projection efficiency, and reduce the outer diameter of the reflector. This makes it possible to reduce the thickness and weight of the image display device.
なお、 回折光学素子 3 0 1 は、 上記のよ う にラ ンプ 1 0 2 とダイ ク ロイ ツ ク ミ ラー 3 1 7 等との間に設けて も よいが、 ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラ一 3 1 7 等と画像表示素子 3 1 4等との間に設ける よ う に し て も よい。  The diffractive optical element 301 may be provided between the lamp 102 and the die-cloth mirror 317 as described above. It may be provided between the 317 and the like and the image display element 314 and the like.
また、 リ フ レ ク タ と して、 以下の実施の形態 A 3 — 3 のよ う な楕 円面鏡を用いた り 、 球面鏡を用いた り 、 また、 回折光学素子と し て、 実施の形態 A 3 — 4 のよ う なホロ グラ ム素子を用いた り して も よい。  As a reflector, an elliptical mirror as in the following Embodiment A3-3, a spherical mirror, or a diffractive optical element may be used. A hologram element such as the form A3-4 may be used.
(実施の形態 A 3 一 3 )  (Embodiment A3-1-3)
リ フ レ ク タ に楕円面鏡を用いた画像表示装置の例を説明する。 この画像表示装置は、 図 3 0 に示すよ う に、 実施の形態 A 3 — 1 の画像表示装置 (図 2 6 ) と比べて、 放物面鏡である リ フ レ ク タ 1 0 3 に代えて楕円面鏡である リ フ レ ク タ 3 5 3 が設け られている点 と、 回折光学素子 3 0 1 および投射レ ンズ 1 0 7 に代えて、 リ フ レ ク タ 3 5 3 からの反射光束が収束光束である こ とに対応 した回折光 学素子 3 5 1 および投射レ ンズ 3 5 7 が設け られている点が異な り 、 その他の構成および作用は同様である。 すなわち、 楕円面鏡で ある リ フ レ ク タ 3 5 3 の第 1 焦点にラ ンプ 1 0 2 の発光領域が配置 される場合、 リ フ レ ク タ 3 5 3 からの反射光束は概ね第 2 焦点に集 光される。 回折光学素子 3 5 1 は、 上記反射光束の経路上に設置さ れるため、 回折光学素子 3 5 1 の上記反射光束が入射する領域、 す なわち回折光束が出射する領域の直径は、 リ フ レ ク タ 3 5 3 の外径 (開口径) よ り も小さ く なる。 それゆえ、 回折光学素子 3 5 1 の外 径を小さ く する こ とがで き る と と も に、 画像表示素子 3 0 3 に入射 する回折光束の最大入射角を小さ く する こ とができるので、 投射レ ンズ 3 5 7 と して、 F値が大き く 製造コス ト の安価なものを用いる こ とができる。 An example of an image display device using an ellipsoidal mirror as a reflector will be described. As shown in FIG. 30, this image display device is different from the image display device of Embodiment A3-1 (FIG. 26) in that the reflector 103 is a parabolic mirror. The point that a reflector 353, which is an ellipsoidal mirror, is provided instead, and that the diffractive optical element 301 and the projection lens 107 are replaced by the reflector 353, The difference is that a diffractive optical element 351 and a projection lens 357 corresponding to the fact that the reflected light beam is a convergent light beam are provided, and other configurations and operations are the same. That is, when the light-emitting area of the lamp 102 is disposed at the first focal point of the reflector 3553, which is an ellipsoidal mirror, the reflected light flux from the reflector 3553 is almost equal to the second light. Focus on focus Be lighted. Since the diffractive optical element 351 is installed on the path of the reflected light beam, the diameter of the area of the diffractive optical element 351 where the reflected light beam enters, that is, the area where the diffracted light beam exits, is It is smaller than the outer diameter (opening diameter) of the receiver 35 3. Therefore, it is possible to reduce the outer diameter of the diffractive optical element 351, and to reduce the maximum incident angle of the diffracted light beam entering the image display element 303. Therefore, as the projection lens 357, a lens having a large F value and a low manufacturing cost can be used.
なお、 回折光学素子 3 5 1 に複数の回折領域が形成され、 各回折 領域の出力光束が画像表示素子上で重畳される よ う に構成されてい る点や作製方法も実施の形態 A 3 — 1 と 同様である。  It should be noted that a plurality of diffraction areas are formed in the diffractive optical element 351, and that the output light flux of each diffraction area is configured to be superimposed on the image display element, and the manufacturing method is also different from that of Embodiment A3 Same as 1.
また、 投射効率を向上させ得る効果、 特に画像表示素子と してマ ィ ク 口 レ ンズを備えた ものを用いる場合の実効的な開口率の向上に よる投射効率を向上させ得る効果などについては、 前記実施の形態 A 3 — 1 と同様である。  In addition, the effect of improving the projection efficiency, particularly the effect of improving the projection efficiency by improving the effective aperture ratio when using an image display element having a magic aperture lens, is described. This is the same as Embodiment A3-1.
また、 ラ ンプ 1 0 2 の発光領域が比較的大きい場合には、 リ フ レ ク タ 3 5 3 からの反射光束は 1 点に集光せず、 第 2 焦点の前後に集 光される成分が多 く な り 、 画像表示素子 3 0 3 上で重畳される光源 の像にズレ (例えば回折像) を生 じる。 そこで、 反射光束の集光度 が悪い場合には、 このズレ を当初から見込んで、 各回折領域におけ る回折光束が画像表示素子 3 0 3 を照明する面積が小さ く なる よ う に設定、 第 2 焦点へ集光する光束からずれた光束に よ り それ以外の 部分が照明される よ う に して も よい。  When the light emitting area of the lamp 102 is relatively large, the reflected light flux from the reflector 353 is not condensed at one point, but is a component collected before and after the second focal point. This causes a shift (for example, a diffraction image) in the image of the light source superimposed on the image display element 303. Therefore, when the degree of convergence of the reflected light beam is low, the deviation is anticipated from the beginning, and the setting is made so that the area of the diffracted light beam in each diffraction region that illuminates the image display element 303 becomes small. 2 Other portions may be illuminated with a light beam that is deviated from the light beam focused on the focal point.
(実施の形態 A 3 — 4 )  (Embodiment A 3 — 4)
回折光学素子と して、 2 光束干渉露光や C G H (Computer Gener ated Hologram) によ って作製されるホロ グラ ム素子を用いた画像 表示装置の例を説明する。 Image using a holographic element produced by two-beam interference exposure or CGH (Computer Generated Hologram) as a diffractive optical element An example of a display device will be described.
こ の画像表示装置は、 図 3 1 に示すよ う に、 実施の形態 A 3 — 1 の画像表示装置 (図 2 6 ) と比べて、 回折光学素子 3 0 1 に代え て、 回折光学素子 3 6 1 が設け られている点と、 ラ ンプ 1 0 3 およ びリ フ レ タ 夕 1 0 2 の光軸 (照明光学系の光軸) が、 ホロ グラ ム素 子 3 6 1 および投射レ ンズ 1 0 7 等の光軸 (投射光学系の光軸) と 所定の角度をなすよ う に構成されている点とが異な り 、 その他の構 成および作用は同様である。  As shown in FIG. 31, this image display device is different from the image display device of Embodiment A3-1 (FIG. 26) in that the diffractive optical element 301 is replaced with the diffractive optical element 301. The optical axis of the lamp (103) and the lamp 103 and the reflector 102 (the optical axis of the illumination optical system) are aligned with the hologram element 361 and the projection laser. The difference is that the optical axis (the optical axis of the projection optical system) such as lens 107 is configured to form a predetermined angle, and other configurations and operations are the same.
上記ホロ グラ ム素子 3 6 1 は、 位相型の体積ホログラ ム と し、 リ フ レ ク タ 1 0 3 か らの反射光束が例えば 3 0 ° の入射角で入射する よ う に設定されている。 これは高次回折光をな く して透過型ホ ロ グ ラ ムの回折効率を高 く するためである。 また、 ホロ グラ ム素子 3 6 1 をその法線方向か ら見た と きの外形は、 図 3 2 に示すよ う に X軸 方向に長軸を有する楕円形に形成されている。 これは、 一般にそ う である よ う に、 リ フ レ ク タ 1 0 3 か らの出力光束は円形であるた め、 照明光学系の光軸と投写光学系の光軸とが平行でない場合に は、 ホロ グラ ム素子 3 6 1 に投影される 円形像が同図に示すよ う な 楕円形となるからである。  The hologram element 36 1 is a phase-type volume hologram, and is set so that the reflected light beam from the reflector 103 is incident at an incident angle of, for example, 30 °. . This is to eliminate the high-order diffracted light and increase the diffraction efficiency of the transmission hologram. The external shape of the hologram element 361 when viewed from its normal direction is formed as an ellipse having a major axis in the X-axis direction as shown in FIG. This is because, as is generally the case, since the output light beam from the reflector 103 is circular, the optical axis of the illumination optical system is not parallel to the optical axis of the projection optical system. This is because the circular image projected on the hologram element 361 has an elliptical shape as shown in FIG.
ホロ グラ ム素子 3 6 1 の内部領域には、 実施の形態 A 3 - 1 のホ ロ グラ ム素子 3 0 1 と同様に、 複数の矩形の回折領域 3 6 1 a…が 形成されている。 こ の矩形の各回折領域 3 6 l aの形状は、 画像表 示素子 3 0 3 の画像表示領域を、 ホロ グラ ム素子 3 6 1 の外形にお ける長軸 : 短軸比だけ縦方向に引き伸ば した形状と相似になる よ う に形成されている。 図 3 2 においては、 画像表示素子 3 0 3 が 1 6 (水平方向) : 9 (垂直方向) のアスペク ト 比を有するいわゆるノヽ イ ビジ ョ ン ( H D T V ) 画像を表示する よ う になっている場合の例 を表 している。 Like the hologram element 301 of the embodiment A3-1, a plurality of rectangular diffraction areas 361a are formed in the internal area of the hologram element 361. The shape of each rectangular diffraction area 36 la draws the image display area of the image display element 303 in the vertical direction by the ratio of the long axis to the short axis in the outer shape of the hologram element 36 1. It is formed to be similar to the elongated shape. In FIG. 32, the image display element 303 displays a so-called noise-vision (HDTV) image having an aspect ratio of 16 (horizontal direction): 9 (vertical direction). Example of case Is represented.
なお、 実施の形態 A 3 — 1 で説明 したの と 同様に、 上記回折領域 3 6 1 aの形状は、 必ず しも画像表示素子 3 0 3 に対応 した形状で な く て も よ く 、 また互いに同一の大き さや形状でな く て も よい。 す なわち、 回折領域 3 6 1 aの大きさや形状、 また、 数は、 特に限定 されず、 各回折領域 3 6 l aから出力された光束が、 画像表示素子 3 6 3 の画像表示領域上で概ね重畳される よ う になっていれば、 光 量む ら低減の効果が得 られる。  Note that, as described in Embodiment A3-1, the shape of the diffraction region 361a does not necessarily have to be a shape corresponding to the image display element 303. It is not necessary that they have the same size or shape. That is, the size, shape, and number of the diffraction regions 361a are not particularly limited, and the luminous flux output from each diffraction region 36la is reflected on the image display region of the image display element 3663. If they are almost superimposed, the effect of reducing the amount of light can be obtained.
なお、 本実施の形態 Aのよ う に照明光学系の光軸と投射光学系の 光軸とが平行でない場合でも、 当然ながら表面レ リ ーフ型の回折光 学素子を用いる こ と もで きる。  Note that, even when 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 of course be used. Wear.
次に、 上記ホロ グラ ム素子 3 6 1 の作製方法について説明する。 ホロ グラ ム素子 3 6 1 は、 電子ビーム描画などによ り 、 計算され た干涉稿をフ ォ ト レ ジス 卜 に記録して作製する こ となども可能であ るが、 こ こではフ ォ ト ポ リ マーなどの干渉稿の露光によって作製す る場合について説明する。  Next, a method for manufacturing the hologram element 361 will be described. The holographic element 361 can be manufactured by recording a calculated draft in a photo register by electron beam lithography or the like. The case of manufacturing by exposure of an interference draft such as a polymer will be described.
一般にホ ロ グラ ム素子は可干渉な 2 光束 (参照光と物体光) を干 涉させ、 発生 した干渉稿を、 フ ォ ト ポ リ マーな どの記録材料の露光 によ って記録する こ とによ り 作製される。 参照光と しては、 リ フ レ ク タか らの出力光束と略等 しい光束を用いればよい。 例えば上記の よ う に リ フ レ ク タ 1 0 3 に放物面鏡を用いる場合には、 実際の照明 光学系における光軸と平行な角度で平行光を入射すればよい。 ま た、 物体光と しては、 各回折領域 3 6 l a を形成しょ う とする領域 か ら画像表示素子 3 0 3 の表示領域全面にわたって入射 し、 画像表 示素子 3 0 3 上で重畳される よ う な光路の光束が用い られる。 以下、 図 3 3 に基づいて具体的に説明する。 図 3 3 は、 ホロ グラ ム材料 3 7 1 の回折領域が形成されるべき 1 つの領域 3 7 1 a に干 涉稿を記録する場合の干渉露光系の配置図である。 In general, a holographic element degrades two coherent light beams (a reference beam and an object beam), and records the generated interference image by exposing a recording material such as a photopolymer. It is produced by As the reference light, a light flux substantially equal to the output light flux from the reflector may be used. For example, when a parabolic mirror is used for the reflector 103 as described above, parallel light may be incident at an angle parallel to the optical axis of the actual illumination optical system. Also, as the object light, the light enters from the area where each diffraction area 36 la is to be formed to the entire display area of the image display element 303 and is superimposed on the image display element 303. A light beam having such a light path is used. Hereinafter, a specific description will be given based on FIGS. Figure 33 shows the hologram FIG. 7 is a layout diagram of an interference exposure system when recording a draft in one region 371a where a diffraction region of a film material 371 is to be formed.
ホロ グラ ム素子 3 6 1 を作製するためのホロ グラ ム材料 3 7 1 と しては、 前記実施の形態 A 1 一 1 で示 したよ う な種々のものを用い る こ とができる。  As the hologram material 37 1 for manufacturing the hologram element 36 1, various materials as described in Embodiment A 11 can be used.
レーザ 3 7 2 から出力された平行光束 Lは、 ハーフ ミ ラ一 3 7 3 によ り 透過光 Mと反射光 N とに 2 分される よ う になっている。  The parallel light beam L output from the laser 372 is split into a transmitted light M and a reflected light N by a half mirror 373.
透過光 Mは、 ミ ラ一 3 7 4、 およびマス ク 3 7 5 における、 ホロ グラ ム材料 3 7 1 の領域 3 7 1 a に対応 して設け られた開口部 3 7 5 a を介 して、 所定の入射角でホロ グラ ム材料 3 7 1 の領域 3 7 1 a に参照光と して入射する。 上記所定の入射角 とは、 実際に構成す る画像表示装置における リ フ レ ク タ 1 0 3 の光軸 (回転放物面鏡の 回転軸) とホロ グラ ム素子 3 6 1 の法線とがなす角度と等 しい角度 である。  The transmitted light M passes through the opening 375 a provided in the mirror 374 and the mask 375 corresponding to the region 371 a of the hologram material 371. At a predetermined incident angle, the light enters the region 371a of the hologram material 371 as reference light. The above-mentioned predetermined angle of incidence refers to the optical axis of the reflector 103 (the rotation axis of the paraboloid of revolution) and the normal of the hologram element 361, in the image display device actually configured. The angle is the same as the angle between the two.
一方、 反射光 Nは、 集光レ ンズ 3 7 6 によって、 マス ク 3 7 5 の 開口部 3 7 5 a を通過後に補助レ ンズ 3 7 2 を介 して画像表示素子 3 7 3 の表示領域と概ね同一な領域を照明する光束に変換され、 ホ ロ グラ ム材料 3 7 1 の領域 3 7 1 a に物体光 と して入射する。  On the other hand, the reflected light N is condensed by the condensing lens 376, passes through the opening 375a of the mask 375, and then passes through the auxiliary lens 372 to the display area of the image display element 373. Is converted into a luminous flux that illuminates substantially the same area as above, and enters the area 371a of the hologram material 371 as object light.
上記のよ う に してホロ グラ ム材料 3 7 1 に入射 した 2 つの光束に よって形成される干渉稿をホロ グラ ム材料 3 7 1 に記録する こ とに よ り 、 1 つの回折領域が形成され、 これを各回折領域ごとに順次繰 り 返すこ と によ って、 前記のよ う なホロ グラ ム素子 3 6 1 が作製さ れる。  As described above, by recording an interference image formed by two light beams incident on the hologram material 371 into the hologram material 371, one diffraction region is formed. This is sequentially repeated for each diffraction region, thereby producing the holographic element 3651 as described above.
ホロ グラ ム素子 3 6 1 を作製する別の方法について説明する。 この方法では、 参照光については上記の場合と同様であるが、 物 体光を生成するために、 図 3 4 に示すよ う に レ ンズア レイ 3 8 1 が 用い られる。 この レ ンズア レイ 3 8 1 には、 それぞれホロ グラ ム材 料 3 7 1 の回折領域が形成されるべき各領域 3 7 1 a に対応 した レ ンズ 3 8 1 aが形成されている。 各レ ンズ 3 8 1 aは、 それそれ、 上記ホロ グラ ム材料 3 7 1 の各領域 3 7 1 a に対する前記の方法の 集光レ ンズ 3 7 6 と同様な作用をする よ う になっている。 Another method for fabricating the hologram element 36 1 will be described. In this method, the reference light is the same as the above case, but the lens array 381, as shown in Fig. 34, is used to generate the object light. Used. In this lens array 381, a lens 381a corresponding to each region 371a in which the diffraction region of the hologram material 371 is to be formed is formed. Each lens 3811a acts like a focusing lens 3776 in the above-described manner for each area 371a of the hologram material 371, respectively. I have.
こ こで、 ホロ グラム材料 3 7 1 の露光は、 前記の方法のよ う にマ スク 3 7 5 を用いるなど して各領域 3 7 1 a ごとにする よ う に して も よいが、 図 3 4 に示すよ う なマスク 3 8 2 を用いる こ とによ り 複 数の領域 3 7 1 a に対 して同時に露光を行う こ とができ る。 上記マ ス ク 3 8 2 には、 それぞれレ ンズア レイ 3 8 1 の各レ ンズ 3 8 1 a、 およびホログラ ム材料 3 7 1 の各領域 3 7 1 a に対応 した開口 部 3 8 2 a が形成され、 ホロ グラ ム材料 3 7 1 における、 各レ ンズ 3 8 l a を介 した物体光の入射する領域が、 概ね、 それそれ互いに 重な らず、 かつ隙間があかないよ う に形成されている。  Here, the exposure of the hologram material 37 1 may be performed for each region 3 71 a by using a mask 3 75 as in the method described above. By using a mask 382 as shown in 34, it is possible to simultaneously expose a plurality of regions 371a. The mask 382 has openings 382a corresponding to the respective lenses 381a of the lens array 381, and the respective areas 371a of the hologram material 371, respectively. The regions of the hologram material 371, on which the object light is incident via the respective lenses 38 la, are formed such that they do not substantially overlap with each other and that there are no gaps. I have.
なお、 以下に説明する実施の形態 A 3 — 5 のよ う に リ フ レ ク タ と して放物面鏡ではな く 楕円面鏡を用いる画像表示装置の場合には、 参照光と して、 平行な光束ではな く 、 実際の照明光学系において第 2 焦点に集光する光束と等価な光束を用いればよい。 このよ う な光 束は、 リ フ レ ク 夕の光軸上上記透過光 Mの光路中に所定の屈折パヮ —を有する レ ンズを配置する こ とによって容易に得る こ とができ る。  In the case of an image display device that uses an ellipsoidal mirror instead of a parabolic mirror as in Embodiment A3-5 described below, the reference light is used as the reference light. Instead of a parallel light beam, a light beam equivalent to the light beam converged on the second focal point in the actual illumination optical system may be used. Such a light beam can be easily obtained by arranging a lens having a predetermined refractive power in the optical path of the transmitted light M on the optical axis of the reflex.
また、 前記実施の形態 A 1 - 1 で説明 した よ う な種々の方法によ り 、 参照光や物体光を生成 して各回折領域 3 6 1 a を形成する よ う に して も よい。  In addition, by using various methods as described in the embodiment A1-1, the reference light and the object light may be generated to form the respective diffraction regions 361a.
(実施の形態 A 3 — 5 )  (Embodiment A 3 — 5)
図 3 5 に示すよ う に、 回折光学素子と して、 ホロ グラ ム素子 3 9 1 を用いる と と もに、 リ フ レ クタ に楕円面鏡 3 5 3 を用いる よ う に しても よい。 As shown in Fig. 35, the hologram element 39 was used as the diffractive optical element. In addition to using 1, an ellipsoidal mirror 353 may be used as a reflector.
すなわち、 ラ ンプ 1 0 2 からの出力光束が楕円面鏡からなる リ フ レ ク 夕 3 5 3 によ り その第 2 焦点へと集光される経路上に、 回折領 域 3 9 1 aが形成されたホロ グラ ム素子 3 9 1 を配置すればよい。 これによ り 、 ホロ グラム素子 3 9 1 の各回折領域 3 9 1 aからの回 折光束は、 補助レ ンズ 3 0 2 (省略可能) を介 して画像表示素子 3 0 3 へと入射する。 画像表示素子 3 0 3 の出力光束は投写レ ンズ 3 5 7 によ り スク リ ーン (不図示) 上へ拡大投写される。  That is, the diffracting area 391a is located on the path where the output light beam from the lamp 102 is converged to the second focal point by the reflection mirror 3553 composed of an ellipsoidal mirror. The formed hologram element 391 may be arranged. As a result, the diffracted light beam from each diffraction area 391a of the hologram element 391 is incident on the image display element 303 via the auxiliary lens 302 (can be omitted). . The output luminous flux of the image display element 303 is enlarged and projected on a screen (not shown) by the projection lens 357.
上記ホロ グラ ム素子 3 9 1 は、 前記実施の形態 A 3 — 4 で説明 し たよ う に、 参照光と して、 上記 リ フ レ ク タ 3 5 3 からの第 2 焦点に 集光する反射光束と等価な光束を参照光と して用いる こ とによ り作 製する こ とがで きる。  As described in the embodiment A3-4, the hologram element 391 serves as a reference beam and reflects the light to be focused on the second focal point from the reflector 353 as described above. It can be manufactured by using a light beam equivalent to the light beam as the reference light.
上記のよ う な画像表示装置において も、 実施の形態 A 3 — 3 の画 像表示装置 と同様に、 ホロ グラ ム素子 3 9 1 を第 2 焦点に近づけて 配置 し小さ く でき る よ う にする こ とで、 画像表示素子 3 0 3 へ入射 する照明光束の最大入射角度が小さ く なる こ とによ る製造コ ス ト の 低減や、 画像表示素子 3 0 3 のマイ ク ロ レ ンズのゲイ ンの増大など による投射効率の向上効果が得られる。  Also in the image display device as described above, similarly to the image display device of Embodiment A3-3, the hologram element 391 can be arranged close to the second focal point to be small. As a result, the manufacturing cost can be reduced by reducing the maximum incident angle of the illumination light beam entering the image display element 303, and the micro lens of the image display element 303 can be reduced. The effect of improving the projection efficiency by increasing the gain can be obtained.
(実施の形態 A 3 — 6 )  (Embodiment A3-6)
図 3 6 に示すよ う に、 反射型のホロ グラ ム素子 4 0 1 を用いる よ う に して も よい。  As shown in FIG. 36, a reflective hologram element 401 may be used.
この反射型のホロ グラ ム素子 4 0 1 と しては、 例えば、 いわゆる 体積ホロ グラ ムが用い られる。 このホロ グラ ム素子 4 0 1 は、 その 法線が照明光学系の光軸および投射光学系の光軸と例えば 4 5 ° の 角度をなすよ う に配置されるが、 回折領域 4 0 1 aが形成され、 各 回折領域 4 0 1 aから出力される回折光が画像表示素子 3 0 3 上で 重畳される よ う になっている。 このよ う なホ ロ グラ ム素子 4 0 1 も、 前記実施の形態 A 1 ― 1 や実施の形態 A 3 — 3 で説明 したよ う な方法によって作製する こ とができる。 また、 リ フ レ ク タ と して、 実施の形態 A 3 — 5 と同様に楕円面鏡を用いた り 球面鏡を用いるな ど して も よい。 For example, a so-called volume hologram is used as the reflective hologram element 401. The hologram element 401 is arranged so that its normal 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. Are formed, each The diffracted light output from the diffraction area 401 a is superimposed on the image display element 303. Such a hologram element 401 can also be manufactured by the method described in the embodiment A1-1 or the embodiment A3-3. As a reflector, an ellipsoidal mirror or a spherical mirror may be used as in Embodiment A3-5.
(実施の形態 A 3 — 7 )  (Embodiment A 3 — 7)
回折光学素子と してホロ グラ ム素子を用いる と と も に、 色分離お よび色合成にダイ ク ロ イ ッ ク プリ ズムを用い、 画像表示素子と して 透過型の表示素子を用いて フ ルカラー画像を表示する 3 板方式の画 像表示装置の例を説明する。  A holographic element is used as the diffractive optical element, a dichroic prism is used for color separation and color synthesis, and a transmissive display element is used as the image display element. An example of a three-plate image display device for displaying a full-color image will be described.
こ の画像表示装置は、 図 3 7 に示すよ う に、 ラ ンプ 1 0 2 の 白色 出力光束が、 リ フ レ ク タ 1 0 3 によ り 集光され、 ミ ラ一 4 1 4 によ り反射された後、 色分離のためのダイ ク ロイ ツ ク プリ ズム 4 1 5 に 入射 し、 3 原色の光束に分離される よ う にな っている。 各色に分離 された光束は、 実施の形態 A 3 一 6 と 同様の複数の回折領域が形成 された反射型のホロ グラ ム素子 4 1 6 〜 4 1 8 に入射 し、 各回折領 域で回折された光束が、 ミ ラ一 4 1 9 〜 4 2 1 を介 して透過型の画 像表示素子 4 2 2 〜 4 2 4上で重畳されて輝度変調され、 ダイ ク 口 ィ ヅ ク プリ ズム 4 2 5 によ って合成された後、 投射レ ンズ 1 0 7 に よって図示 しないスク リ ーンに拡大投射される よ う になっている。 上記のよ う な画像表示装置において も、 製造コ ス ト の低減や、 投 射効率の向上効果が得 られる。  In this image display device, as shown in FIG. 37, a white output light beam of a lamp 102 is condensed by a reflector 103 and is condensed by a mirror 104. After being reflected, it is incident on a dichroic prism 415 for color separation, and is split into light beams of three primary colors. The luminous flux separated into each color is incident on a reflective hologram element 4 16 to 4 18 in which a plurality of diffraction regions similar to those in Embodiment A 316 are formed, and is diffracted in each diffraction region. The luminous flux is superimposed on the transmission type image display elements 422 to 424 via the mirrors 419 to 421 to be luminance-modulated, and the dike opening prism is performed. After being synthesized by 4 25, the image is enlarged and projected on a screen (not shown) by a projection lens 107. Also in the image display device as described above, the manufacturing cost can be reduced and the projection efficiency can be improved.
なお、 各ホ ロ グラ ム素子 4 1 6 〜 4 1 8 は、 その回折効率の波長 分散の ピークが、 入射する光束の波長帯域の中に含まれる よ う にす る こ とでよ り 一層高い効率を実現する こ とがで き る。 具体的には、 ホロ グラ ム作成時の レーザ光と して、 それぞれ入射する光束の波長 のものを用いるなどすればよい。 Each of the hologram elements 4 16 to 4 18 has a higher peak because the wavelength dispersion peak of the diffraction efficiency is included in the wavelength band of the incident light flux. Efficiency can be achieved. In particular, As a laser beam at the time of making a hologram, a laser beam having a wavelength of each incident light beam may be used.
また、 リ フ レ ク タ と しては、 放物面鏡に限 らず、 楕円面鏡や、 球 面鏡な どを用いて も よい。  Further, the reflector is not limited to a parabolic mirror, but may be an ellipsoidal mirror, a spherical mirror, or the like.
また、 ホロ グラ ム素子に代えて、 実施の形態 A 3 — 1 で示 したよ • う な レ リ ーフ型の回折光学素子を用いて も よい。  Further, instead of the hologram element, a relay type diffractive optical element as shown in Embodiment A3-1 may be used.
(実施の形態 A 3 — 8 )  (Embodiment A3-8)
画像表示素子と して反射型の表示素子を用いている点が前記実施 の形態 A 3 - 7 と異なる画像表示装置の例を説明する。  An example of an image display device different from Embodiment A3-7 in that a reflective display device is used as the image display device will be described.
この画像表示装置は、 図 3 8 に示すよ う に、 ラ ンプ 1 0 2 の 白色 出力光束が、 リ フ レ ク タ 1 0 3 によ り 集光され、 ミ ラ一 4 1 4 によ り 反射された後、 色分離のためのダイ ク ロイ ツ ク プリ ズム 4 1 5 に 入射 し、 3 原色の光束に分離される よ う になっている。 各色に分離 された光束は、 実施の形態 A 3 一 6 と同様の複数の回折領域が形成 された反射型のホロ グラ ム素子 4 1 6 - 4 1 8 に入射 し、 各回折領 域で回折された光束が、 P B S 4 3 1 〜 4 3 3 を介 して反射型の画 像表示素子 4 3 4 〜 4 3 6 上で重畳されて輝度変調され、 再度 P B S 4 3 1 - 4 3 3 を介 してダイ ク ロ イ ツ ク プ リ ズム 4 2 5 によ り 合 成された後、 投射レ ンズ 1 0 7 によ って図示 しないス ク リ ーンに拡 大投射される よ う になっている。  In this image display device, as shown in FIG. 38, the white output light beam of the lamp 102 is condensed by the reflector 103, and is condensed by the mirror 104. After being reflected, it is incident on a dichroic prism 415 for color separation, and is split into light beams of three primary colors. The light beam separated into each color is incident on a reflective holographic element 4 16-4 18 in which a plurality of diffraction regions similar to those in Embodiment A36 are formed, and is diffracted by each diffraction region. The luminous flux is superimposed on the reflection type image display elements 434 to 436 via PBSs 431 to 433 and is subjected to luminance modulation. After being synthesized by the dichroic prism 425 through the projection lens 107, the projection lens 107 expands the image onto a screen (not shown). Has become.
上記のよ う な反射型の画像表示素子 4 3 4 〜 4 3 6 と しては、 偏 光型の画像表示素子であって、 電気書き込み型または光書き込み型 の反射型液晶パネルな どを用いる こ とができ る。  As the reflection type image display elements 434 to 436 described above, polarization type image display elements such as an electric writing type or an optical writing type reflection type liquid crystal panel are used. be able to.
このよ う に構成された場合でも、 製造コス ト の低減や、 投射効率 の向上等の効果は同様である。  Even in the case of such a configuration, the effects of reducing the manufacturing cost and improving the projection efficiency are the same.
(実施の形態 A 3 — 9 ) 実施の形態 A 3 — 2 (図 2 8 ) の構成に、 さ ら に偏光変換素子が 設け られた画像表示装置の例を説明する。 (Embodiment A 3 — 9) An example of an image display device in which the configuration of Embodiment A3-2 (FIG. 28) is further provided with a polarization conversion element will be described.
こ の画像表示装置は、 図 3 9 に示すよ う に、 ラ ンプ 1 0 2 からの 出力光束が、 例えば放物面鏡の リ フ レ ク タ 1 0 3 によ り 略平行な反 射光束と して出力され、 同図の紙面に垂直な方向に長手方向をそろ えて配置された偏光変換素子 4 4 4 のシ リ ン ド リ カル レ ンズア レイ 4 4 1 によ り ス リ ッ ト状に集光されて シ リ ン ド リ カルレ ンズ 4 4 1 の焦点近傍で細長いス リ ッ ト状に結像する よ う になっている。 偏光 分離素子 4 4 2 および偏波面回転手段 4 4 3 は、 上記焦点近傍に配 置され、 リ フ レ ク タ 1 0 3 からの反射光束の偏光方向が特定の方向 に揃え られた光束が出力される よ う になっている。 その出力光路の 経路上に、 複数の回折領域が形成された回折光学素子 3 0 1 が設け られている。 その他の構成は実施の形態 A 3 — 2 (図 2 8 ) と同様 である。  In this image display apparatus, as shown in FIG. 39, the output light beam from the lamp 102 is substantially parallel reflected light beam by a parabolic mirror reflector 103, for example. And a slit-like shape by a cylindrical lens array 44 1 of the polarization conversion elements 4 44 arranged longitudinally in the direction perpendicular to the paper of FIG. The light is condensed to form an elongated slit near the focal point of the cylindrical lens. The polarization separating element 442 and the polarization plane rotating means 4443 are arranged near the focal point and output a light beam in which the polarization direction of the reflected light beam from the reflector 103 is aligned in a specific direction. It is supposed to be done. A diffractive optical element 301 having a plurality of diffraction regions is provided on the path of the output optical path. Other configurations are the same as those in Embodiment A3-2 (FIG. 28).
この画像表示装置では、 上記偏光変換素子 4 4 4 によ って偏光方 向が変換される点を除き、 実施の形態 A 3 — 2 (図 2 8 ) と同様に して、 投写画像の明る さの均一性が高い画像が表示される。  In this image display device, the brightness of the projected image is changed in the same manner as in Embodiment A3-2 (FIG. 28), except that the polarization direction is changed by the polarization conversion element 444. An image with high uniformity is displayed.
上記のよ う にィ ンテグレー夕 と しての機能を有する 回折光学素子 3 0 1 と偏光変換素子 4 4 4 とを組み合わせる こ とによ り 、 よ り一 層高い投写効率を実現する こ とができる。  As described above, by combining the diffractive optical element 301 having the function as an integral element and the polarization conversion element 444, it is possible to realize a higher projection efficiency. it can.
なお、 実施の形態 A 3 — 2 (図 2 9 ) のよ う にダイ ク ロイ ツ ク ミ ラ一によ って色合成する構成に偏光変換素子を組み合わせて も、 同 様の効果が得 られる。  The same effect can be obtained by combining a polarization conversion element with a configuration in which color is combined by a dichroic mirror as in Embodiment A3-2 (FIG. 29). .
(実施の形態 A 3 — 1 0 )  (Embodiment A 3 — 10)
この実施の形態 Aの画像表示装置は、 図 4 0 に示すよ う に、 前記 実施の形態 A 3 — 2 で示 したの と同様の回折光学素子 3 0 1 を備え た画像表示装置に、 さ ら に、 前記実施の形態 A 1 - 1 等で説明 した ホロ グラム素子 1 0 5 と同様の機能を有する反射型のホロ グラ ム素 子 3 9 9 と、 が設け られて構成されている。 その他の構成は、 実施 の形態 A 3 — 2 と同様である。 これによ り 、 ラ ンプ 1 0 2 の発光領 域がある程度の大き さを有 している場合や、 リ フ レ ク タ 1 0 3 と し て放物面鏡や楕円面鏡、 球面鏡な どの何れを用いた場合でも、 ホロ グラ ム素子 3 9 9 によって、 リ フ レ ク タ 1 0 3 からの反射光束が理 想的な点光源と所望の リ フ レ ク 夕 とを用いた場合と同様の平行光束 や収束光束に変換されるので、 高い投射効率を得る こ とができ、 高 い投射効率を得る こ とができ る と と も に、 回折光学素子 3 0 1 に形 成された各回折領域か ら出力された光束が画像表示素子 3 1 4 - 3 1 6 上で重畳されるので、 表示画像における 中央部と周辺部となど での光量む ら を低減する こ とができ る。 As shown in FIG. 40, the image display device of the embodiment A includes the same diffractive optical element 301 as that shown in the embodiment A3-2. The image display device further includes a reflective hologram element 399 having the same function as the hologram element 105 described in Embodiment A1-1 and the like. It is configured. Other configurations are the same as those in Embodiment A3-2. As a result, when the light emitting area of the lamp 102 has a certain size, or when the reflector 103 is a parabolic mirror, an elliptical mirror, a spherical mirror, or the like, In either case, the hologram element 39 9 causes the reflected light flux from the reflector 103 to be the same as when an ideal point light source and a desired reflex camera are used. Is converted into a parallel light beam or a convergent light beam, so that a high projection efficiency can be obtained, a high projection efficiency can be obtained, and each of the components formed in the diffractive optical element 301 can be obtained. Since the luminous flux output from the diffraction region is superimposed on the image display element 3114-316, it is possible to reduce the unevenness in the light amount at the center and the periphery of the display image.
なお、 ホロ グラ ム素子 3 9 9 と しては、 実施の形態 A 1 - 1 等と 同様の透過型のものを用いた り して も よい一方、 回折光学素子 3 0 1 と して反射型のものを用いた り して も よい。  The hologram element 39 9 may be a transmissive element similar to that of the embodiment A1-1 or the like, while a diffractive optical element 301 is a reflective element. May be used.
また、 液晶表示素子 と して も、 図 1 5 や図 2 4 で示 したよ う な構 成な どを用いて反射型のものを使用する よ う に して も よい。  Further, as the liquid crystal display element, a reflection type liquid crystal display element having a configuration as shown in FIGS. 15 and 24 may be used.
また、 さ ら に、 実施の形態 A 1 0 8 で説明 した偏光変換素子など を設けて、 一層投射効率を高 く できる よ う に して も よい。  Further, the polarization conversion element or the like described in Embodiment A108 may be provided so that the projection efficiency can be further increased.
なお、 上記の各例では画像表示素子と して液晶パネルを用いてい るが、 この液晶パネルは、 例えば特開平 1 一 2 8 1 4 2 6 号公報、 特開平 3 — 1 4 0 9 2 0 号公報、 特閧平 4 一 2 5 1 2 2 1 号公報等 に多数開示されている よ う に、 各画素に 1 つのマイ ク ロ レ ンズを配 置 し、 入射光束を画素の開口部近傍に収束せ しめる こ とで実効的閧 口率を増加せ しめる機能を有する画像表示素子であればよ く 、 光変 調材料、 光変調の方式、 及び画素の駆動方式に制約はない。 In each of the above examples, a liquid crystal panel is used as an image display element. This liquid crystal panel is, for example, disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. As disclosed in a number of publications such as Japanese Patent Publication No. Hei 4 (1995) -212, a single micro lens is disposed for each pixel, and the incident light flux is reduced to the vicinity of the opening of the pixel. Any image display device that has a function of increasing the effective aperture ratio by converging light to the target can be used. There are no restrictions on the preparation method, light modulation method, and pixel driving method.
すなわち、 ヅイ ス ト ネマテ ィ ッ ク液晶 (以下 T N液晶と略記す る) をは じめ と して、 垂直配向液晶 (以下 V A液晶と略記する) 等 の種々の液晶材料、 または電気光学効果を有する光学結晶などの光 学的異方性を有 している光学材料を用いた偏光型画像表示素子を用 いる こ と もで きる。 また、 偏光型画像表示素子だけではな く 、 高分 子分散型液晶 (以下、 P D L C と略記する) を用いて入射光束を散 乱する こ とで画像を表示する散乱型画像表示素子を用いる こ と もで ぎる。  That is, various liquid crystal materials such as vertical nematic liquid crystal (hereinafter abbreviated as TN liquid crystal) and various liquid crystal materials such as vertical alignment liquid crystal (hereinafter abbreviated as VA liquid crystal), or electro-optical effect. It is also possible to use a polarization type image display element using an optical material having optical anisotropy such as an optical crystal having the following. In addition to a polarization type image display device, a scattering type image display device that displays an image by dispersing an incident light beam using a polymer dispersed liquid crystal (hereinafter abbreviated as PDLC) may be used. It is possible.
また、 例えば特願平 7 — 2 8 4 7 5 9 号公報に開示されている よ う な回折型の画像表示素子を用いる こ と もで き る。  Further, for example, a diffraction type image display device as disclosed in Japanese Patent Application No. 7-284759 can be used.
さ ら に素子の駆動と しては、 T F Tだけではな く 薄膜ダイ オー ド (以下、 T F D と略記する) を用いた画像表示素子を用いる こ とが できる。 また、 T F T、 T F D等の駆動素子を形成する材料と し て、 高温多結晶シ リ コ ン (以下、 高温 P— S i と略記する) 、 低温 多結晶シ リ コ ン (以下、 低温 p— S i と略記する) 、 アモルフ ァ ス シ リ コ ン (以下、 a— S i と略記する) を用いた画像表示素子を用 レヽる こ と も で き る。  Further, as the driving of the element, not only the TFT but also an image display element using a thin film diode (hereinafter abbreviated as TFD) can be used. High-temperature polycrystalline silicon (hereinafter abbreviated as high-temperature P-Si) and low-temperature polycrystalline silicon (hereinafter, low-temperature p-Si) are used as materials for forming driving elements such as TFTs and TFDs. An image display element using amorphous silicon (hereinafter abbreviated as a-Si) can also be used.
また、 透過型液晶パネルは、 例えば特開平 1 — 2 8 1 4 2 6 、 特 開平 3 — 1 4 0 9 2 0 、 特開平 4 一 2 5 1 2 2 1 等に多数開示され ている よ う に、 各画素に 1 つのマイ ク ロ レ ンズを配置 し、 入射光束 を画素の開口部近傍に収束せ しめる こ とで実効的開口率を増加せ し める機能を有する ものを用いて も よ く 、 また、 光変調材料、 光変調 の方式、 及び画素の駆動方式に制約はない。  Also, a large number of transmissive liquid crystal panels are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 1-284124, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 3-14092, Japanese Patent Laid-Open Hei 4-251221, and the like. Alternatively, one micro lens may be arranged for each pixel, and a function that increases the effective aperture ratio by converging the incident light flux near the pixel opening may be used. In addition, there are no restrictions on the light modulation material, light modulation method, and pixel driving method.
すなわち、 ヅイ ス ト ネマテ ィ ッ ク液晶 (以下 T N液晶と略記す る) をは じめ と して、 垂直配向液晶 (以下 V A液晶と略記する) 等 の種々の液晶材料、 あるいは電気光学効果を有する光学結晶な どの 光学的異方性を有 している光学材料を用いた偏光型画像表示素子を 用いる こ と もできる。 In other words, such as vertical nematic liquid crystal (hereinafter abbreviated as TN liquid crystal), vertically aligned liquid crystal (hereinafter abbreviated as VA liquid crystal), etc. It is also possible to use a polarization type image display device using an optical material having optical anisotropy such as various liquid crystal materials or an optical crystal having an electro-optical effect.
また、 偏光型画像表示素子だけではな く 、 高分子分散型液晶 (以 下、 P D L C と略記する) を用いて入射光束を散乱する こ とで画像 を表示する散乱型画像表示素子を用いる こ と もできる。  In addition to the polarization type image display device, a scattering type image display device which displays an image by scattering an incident light beam using a polymer dispersed liquid crystal (hereinafter abbreviated as PDLC) is used. Can also.
また、 例えば特願平 7 — 2 8 4 7 5 9 に開示されている よ う な回 折型の画像表示素子や、 いわゆる D M D素子と呼ばれる光偏向型の 画像表示素子なども用いる こ とができる。  Further, for example, a diffraction type image display device as disclosed in Japanese Patent Application No. 7-284759 or a light deflection type image display device called a so-called DMD device can be used. .
また、 各画素に駆動素子を形成するアクテ ィ ブマ ト リ ッ ク ス方式 (以下、 A M方式と略記する) 、 単純な行列電極で直接素子を駆動 する単純 (パ ッ シブ) マ ト リ ッ クス方式 (以下、 P M方式と略記す る) のいずれの駆動方式の画像表示素子も用いる こ とがで きる。 また、 ラ ンプと して、 メ タルハライ ドラ ンプ、 ノ、ロゲンラ ンプ、 キセ ノ ンラ ンプ、 超高圧水銀ラ ンプ等を使用する こ とができる。 発 光体は小さい方がよ り 好ま しいが、 本発明においては、 特に発光体 が小さ く なければな らないわけではな く 、 例えば高出力キセノ ンラ ンプや、 高出力メ タルハラ イ ド ラ ンプのよ う に発光体が数 ミ リ と大 きいラ ンプを用いて もかまわない。  In addition, an active matrix method (hereinafter abbreviated as AM method) in which a driving element is formed in each pixel, and a simple (passive) matrix in which elements are directly driven by simple matrix electrodes. An image display element of any of the driving methods of the matrix method (hereinafter abbreviated as PM method) can be used. In addition, as the lamp, a metal halide lamp, a metal lamp, a logen lamp, a xenon lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, or the like can be used. Although it is preferable that the light emitter is smaller, the present invention does not necessarily require that the light emitter be smaller, for example, a high-power xenon lamp or a high-power metal halide lamp. As shown in the figure, a lamp with a large number of luminous bodies of several millimeters is acceptable.
本発明における集光手段に相当する リ フ レ クタ と しては、 放物面 鏡、 楕円面鏡、 球面鏡を用いる こ とが好ま しい。 その際放物面鏡の 場合には焦点近傍に、 楕円面鏡の場合には第 1 焦点近傍に、 球面鏡 の場合には球の中心近傍にラ ンプ 2 の発光体を設置する こ とが好ま しい。  It is preferable to use a parabolic mirror, an ellipsoidal mirror, or a spherical mirror as a reflector corresponding to the light collecting means in the present invention. At that time, it is preferable to install the illuminant of lamp 2 near the focal point in the case of a parabolic mirror, near the first focal point in the case of an ellipsoidal mirror, or near the center of a sphere in the case of a spherical mirror. New
また、 色合成系にダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ一 1 5 、 1 6 を用いたが、 ダイ ク ロ イ ッ ク プリ ズムを用いて色合成系を構成 して も良い。 ま た、 色合成系を用いずに、 3 枚の液晶パネルからの出力光束を、 各々対応する 3 本の投写レ ンズを用いて投写 し、 ス ク リ ーン上で合 成 して も良い。 また、 色分解系にダイ ク ロイ ツ ク プリ ズムを用いる こ と も可能である。 In addition, although the dichroic mirrors 15 and 16 are used for the color synthesizing system, the color synthesizing system may be configured using a dichroic prism. Ma Instead of using the color synthesizing system, the output luminous fluxes from the three liquid crystal panels may be projected using the corresponding three projection lenses and synthesized on a screen. It is also possible to use dichroic prism for the color separation system.
また、 画像表示素子が液晶パネルのよ う に偏光型の場合には、 本 発明の照明光学系において、 偏光分離手段と、 偏波面回転手段から なる偏光変換素子を付加する こ とによって、 よ り 一層の投写効率の 改善も可能となる。 偏光変換素子と しては例えば、 特開平 5 — 1 0 7 5 0 5 号公報、 特開平 6 — 2 0 2 0 9 4号公報、 特開平 7 — 2 9 4 9 0 6 号公報、 特開平 8 — 2 3 4 2 0 5 号公報、 特開平 9 — 1 0 5 9 3 6 号公報等に開示されている よ う に、 偏光分離手段と、 偏波 面回転手段の組み合わせか ら構成されるあ ら ゆる偏光変換素子を用 いる こ とができる。 いずれの偏光変換素子を用いた場合にあって も、 基本的な光学系の構成及び後述のホロ グラ ム素子の作製方法は 変わ ら ない。  Further, when the image display element is of a polarization type like a liquid crystal panel, the illumination optical system of the present invention is further improved by adding a polarization conversion element comprising a polarization separation means and a polarization plane rotation means. It is possible to further improve the projection efficiency. Examples of the polarization conversion element include, for example, JP-A-5-107505, JP-A-6-220904, JP-A-7-294096, As disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 8-2,324,05 and Japanese Unexamined Patent Application, First Publication No. Hei 9-105,936, it is composed of a combination of a polarization splitting means and a polarization plane rotating means. Any polarization conversion element can be used. Regardless of which polarization conversion element is used, the basic configuration of the optical system and the method of manufacturing a holographic element described below do not change.
また、 各実施の形態 Aで示 した種々の構成を組み合わせる よ う に して も よい。  Further, various configurations shown in each embodiment A may be combined.
尚、 本発明のホロ グラ ム素子及び該ホロ グラ ム素子を用いた画像 表示装置は、 本発明の主旨に則 り 、 種々の変形が可能であ り 、 実施 の形態 Aで構成 した実施例に限定される ものではない。  The hologram element and the image display device using the hologram element according to the present invention can be variously modified in accordance with the gist of the present invention. It is not limited.
(実施の形態 B 1 )  (Embodiment B 1)
入射する光の偏光方向に応 じて回折効果が異なる偏光選択性の回 折光学素子であるホロ グラ ム素子の例について説明する。  An example of a holographic element which is a polarization selective diffraction optical element having a different diffraction effect according to the polarization direction of incident light will be described.
このホロ グラ ム素子は、 図 1 0 に示すよ う に、 それそれ導電性透 明電極 (以下 「 I T 0」 という 。 ) 5 0 1 が形成された 2枚のガラ ス基板 5 0 2 の間に、 例えば紫外線硬化型液晶 (以下 「 U Vキュア ラ ブル液晶」 という。 ) 分子 5 0 3 a を含む領域 5 0 3 と、 例えば 非重合性液晶分子 5 0 4 a を含む領域 5 0 4 とが形成されて構成さ れている。 上記 U Vキュアラ ブル液晶は、 特定の波長を有する光束 によ り硬化 した、 屈折率異方性を有する光硬化型液晶である。 一 方、 非重合性液晶は、 上記 U Vキュアラ ブル液晶を硬化させる波長 の光束に対 して硬化 しない液晶材料である。 As shown in FIG. 10, this hologram element has two galvanized elements each having a conductive transparent electrode (hereinafter referred to as “IT 0”) 501 formed thereon. For example, a region 503 containing an ultraviolet-curable liquid crystal (hereinafter, referred to as a “UV-curable liquid crystal”) molecule 503 a and a non-polymerizable liquid crystal molecule 504 a are disposed between the substrate 502 and the substrate. Region 504 is formed. The UV-curable liquid crystal is a photocurable liquid crystal having a refractive index anisotropy, which is cured by a light beam having a specific wavelength. On the other hand, a non-polymerizable liquid crystal is a liquid crystal material that does not cure with respect to a light beam having a wavelength that cures the UV-curable liquid crystal.
こ こで、 「光学的異方性」 に関する表現についてついて説明す る。 一般的な液晶材料や、 一軸性の光学結晶に見られる よ う に、 屈 折率異方性を有する光学材料においては、 常光線に対する屈折率と 異常光線に対する屈折率を定義する こ とがで きる。 常光線とは、 光 線の入射角に屈折率が依存 しない偏光光であ り 、 異常光線とは入射 角によ り屈折率が異な る偏光光のこ とである。 異常光線に対する、 その入射角に応 じた屈折率は、 図 3 ( b ) に示すいわゆる屈折率楕 円体 (参考文献 : 例えばェ藤、 上原著、 「基礎光学」 、 現代工学社 刊、 2 0 2 ページ) によ り 求める こ とができる。 そこで、 「各領域 の入射光束に対する光学的異方性」 を、 特に注記しない場合には簡 潔に 「各領域の光学的異方性」 と略記し、 その意味は、 「各領域に おける入射光束に対する常光、 および異常光に対する屈折率の異方 性 j である とする。 また、 「領域 5 0 3 と領域 5 0 4 の光学的異方 性が略等 しい」 とは 「入射する常光線に対する屈折率および異常光 線に対する屈折率が、 それそれ、 双方の領域で互いに略等 しい」 こ とを意味する もの とする。 同様に、 「領域 5 0 3 と領域 5 0 4 の光 学的異方性が異なる」 とは、 「入射する常光線に対する屈折率は双 方の領域で略等 しいが、 異常光線に対する屈折率は双方の領域で異 なる」 こ と を意味する もの とする。 また、 「光学的異方性」 と 「屈 折率異方性」 とは同 じ意味で用いる。 Here, the expression regarding “optical anisotropy” will be described. In general liquid crystal materials and optical materials having refractive index anisotropy as seen in uniaxial optical crystals, it is possible to define the refractive index for ordinary rays and the refractive index for extraordinary rays. Wear. The ordinary ray is a polarized light whose refractive index does not depend on the incident angle of the light ray, and the extraordinary ray is a polarized light having a different refractive index depending on the incident angle. The refractive index of an extraordinary ray corresponding to the angle of incidence is the so-called refractive index ellipsoid shown in Fig. 3 (b) (references: e.g. (Page 2). Therefore, "optical anisotropy of each region with respect to the incident light beam" is abbreviated to "optical anisotropy of each region" unless otherwise specified. It is assumed that the anisotropy j of the ordinary index for the light beam and the refractive index for the extraordinary ray j. And the refractive index for extraordinary rays are substantially equal to each other in both regions. " Similarly, "different optical anisotropy between region 503 and region 504" means "the refractive index for incident ordinary light is almost equal in both regions, but the refractive index for extraordinary light is Are different in both areas. " In addition, "optical anisotropy" "Fold index anisotropy" is used in the same meaning.
上記ホロ グラム素子は、 I T 0 5 0 1 間に電圧が印加されていな い状態では、 図 1 0 ( a ) に示すよ う に、 領域 5 0 3および領域 5 0 4共に液晶分子 5 0 3 a , 5 0 4 aが略同一の方向 (ガラス基板 5 0 2 に略平行な方向) に配向 し、 領域 5 0 3 (硬化後) と領域 5 0 4の光学的異方性が互いにほほ等 しいよ う になつている。 すなわ ち、 領域 5 0 3 と領域 5 0 4 とで常光線に対する屈折率がほぼ等 し く (その値を noとする) 、 また、 異常光線に対する屈折率もほぼ 等 しい (その値を neとする) 。 一方、 I T O 5 0 1 間に所定の電 圧が印加される と、 図 1 0 ( b ) に示すよ う に、 領域 5 0 4の液晶 分子 5 0 4 aだけが電気力線の方向に配向 (スイ ッチング) し、 領 域 5 0 3 と領域 5 0 4 とで光学的異方性が互いに異なる よ う になつ ている。  In the above hologram element, when no voltage is applied between IT 0501, as shown in FIG. 10 (a), both the region 503 and the region 504 have liquid crystal molecules 503. a and 504a are oriented in substantially the same direction (direction substantially parallel to the glass substrate 502), and the optical anisotropy of the region 503 (after curing) and the region 504 are almost equal to each other. It's getting better. That is, the refractive indices for the ordinary ray in the region 503 and the region 504 are almost equal (the value is no), and the refractive index for the extraordinary ray is almost equal (the value is ne). And). On the other hand, when a predetermined voltage is applied between the ITO 504, only the liquid crystal molecules 504a in the region 504 are oriented in the direction of the electric force lines, as shown in FIG. 10 (b). (Switching), so that the region 503 and the region 504 have different optical anisotropy from each other.
上記のよ う に構成されたホログラ ム素子は、 P偏光光 (異常光 線) に対 しては、 I T O 5 0間への電圧の印加によ り ホログラ ム素 子と して機能 し、 入射光束を領域 5 0 3 と領域 5 0 4の ピッチ、 お よび膜厚に応 じた方向に回折させる。 すなわち、 P偏光光だけが選 択的に回折 し、 S偏光光 (常光線) は直進する (図 1 0 ( b ) ) 。 このよ う に P偏光光だけの選択的な回折は、 光束が斜め方向からホ ロ グラ ム素子に入射 した場合でも同様である。 一方電圧が印加され ない状態では P , S偏光光共に直進する (図 1 0 ( a ) ) 。 また、 このホロ グラ ム素子では、 電圧が印加されていない と きには、 斜め 方向から入射 した場合であって も、 P , S偏光光共に確実に直進さ せる こ とがで きる。 すなわち、 図 1 1 に示すよ う に、 斜め方向から 光束が入射 した場合、 常光線に対する屈折率が領域 5 0 3 , 5 0 4 共に n 0で等 しいだけでな く 、 異常光線に対する屈折率も、 領域 5 0 3 , 5 0 4共に n e ( S ) で等 し く なるので、 常光線のみな らず 異常光線も回折せずに直進させる こ とができ る。 The hologram element configured as described above functions as a hologram element for P-polarized light (extraordinary ray) by applying a voltage between ITO 50 and incident. The light beam is diffracted in a direction according to the pitch between the region 503 and the region 504 and the film thickness. That is, only the P-polarized light is selectively diffracted, and the S-polarized light (ordinary ray) goes straight (Fig. 10 (b)). The selective diffraction of only the P-polarized light is the same even when the light beam enters the hologram element from an oblique direction. On the other hand, when no voltage is applied, both the P and S polarized lights go straight (Fig. 10 (a)). In addition, in this hologram element, when no voltage is applied, even when the light enters from an oblique direction, both the P and S polarized lights can be surely made to go straight. That is, as shown in FIG. 11, when a light beam is incident from an oblique direction, the refractive index for ordinary light is not only equal to n0 in the regions 503 and 504, but also for the extraordinary light. Well, area 5 Both 0 3 and 504 are equal in ne (S), so that not only ordinary rays but also extraordinary rays can travel straight without diffracting.
このよ う に、 上記ホロ グラ ム素子によれば、 斜め方向か ら入射 し た光束に対 しても、 確実に、 常光線、 異常光線と も に直進させた り 、 異常光線のみを選択的に回折させた り する こ とがで き る。  As described above, according to the hologram element described above, it is ensured that an ordinary ray and an extraordinary ray can be made to go straight, and that only an extraordinary ray can be selectively applied to an obliquely incident luminous flux. It can be diffracted to a point.
次に、 上記のよ う なホログラム素子の作製方法について説明す る。 このホ ロ グラム素子は、 例えば 2 光束の干渉稿を照射する こ と によ り 、 いわゆる光誘起相分離によって形成する こ とがで きる。  Next, a method for manufacturing the hologram element as described above will be described. This holographic element can be formed by so-called light-induced phase separation, for example, by irradiating an interference image of two light beams.
( 1 ) まず、 I T 0 5 0 1 を形成した 2枚のガラス基板 5 0 2 に 配向膜 (不図示) を塗布 し、 配向処理を行う 。  (1) First, an alignment film (not shown) is applied to two glass substrates 502 on which IT 0501 has been formed, and an alignment process is performed.
( 2 ) 例えば所定の直径の ビーズ (不図示) を分散させる こ とで セルギャ ッ プを確保 し、 2 枚のガラス基板 5 0 2 を貼 り 合わせる ( ビーズ分散に代えて、 酸化シ リ コ ンゃフ ォ ト ポ リ マーな どから成 る所定の高さの柱を形成 して も良い。 ) 。  (2) A cell gap is secured by dispersing beads (not shown) having a predetermined diameter, for example, and two glass substrates 502 are bonded together (instead of dispersing beads, silicon oxide is used). (4) A column having a predetermined height made of a photopolymer may be formed.)
( 3 ) 例えば非重合性液晶と U Vキュ アラ ブル液晶を例えば 1 : (3) For example, non-polymerizable liquid crystal and UV-curable liquid crystal
1 の重量比で混合 した液晶材料を注入 し封止する。 A liquid crystal material mixed at a weight ratio of 1 is injected and sealed.
( 4 ) 2 光束干渉露光によ り 、 所望の ピ ッチの干渉稿を照射 し て、 光が強 く 照射された部分の U Vキュアラ ブル液晶を硬化させ、 光誘起相分離現象によって、 混合液晶中の大部分の U Vキュアラ ブ ル液晶分子が硬化部に集ま り 、 良好な領域分離が行われる。  (4) Two-beam interference exposure irradiates an interference image of a desired pitch, cures the UV-curable liquid crystal in the area where the light was strongly irradiated, and causes the mixed liquid crystal by the light-induced phase separation phenomenon. Most of the UV-curable liquid crystal molecules in the center are gathered in the cured portion, and good region separation is performed.
こ こで、 上記 ( 4 ) のプロセスにおいて、 I T 〇 5 0 1 間に電圧 を印加 した状態に して、 液晶分子を例えばガラス基板 5 0 1 に略垂 直に配向させた状態で 2 光束干渉露光を行えば、 図 1 2 に示すよ う に、 電圧印加時には、 各光学的異方性がほぼ等 し く なつて入射光束 における P偏光光、 S偏光光共に直進する一方、 電圧無印加時に は、 各領域の光学的異方性が異なる よ う にな り 、 P偏光光だけが回 折 し、 S偏光光が直進する逆モ一 ドのホロ グラ ム素子を作製する こ とができる。 Here, in the above process (4), two light flux interferences are caused in a state in which a voltage is applied between IT 〇 501 and the liquid crystal molecules are oriented substantially vertically on a glass substrate 501, for example. When the exposure is performed, as shown in Fig. 12, when a voltage is applied, the optical anisotropy becomes almost equal, and both the P-polarized light and the S-polarized light in the incident light beam go straight. In this case, the optical anisotropy of each region becomes different, and only the P-polarized light is By folding, a hologram element in the reverse mode in which the S-polarized light travels straight can be manufactured.
なお、 素子の駆動方法と しては、 一般に交流電圧を印加する こ と が好ま しいが、 非重合性液晶と して、 例えば強誘電性液晶を用いる 場合には、 そのメ モ リ 一性を活か してパルス状の電圧を印加する な ど しても良い。  In general, it is preferable to apply an AC voltage as a driving method of the element. However, when a non-polymerizable liquid crystal, for example, a ferroelectric liquid crystal is used, its memory uniformity is reduced. A pulsed voltage may be applied taking advantage of this.
こ こで、 本発明のホ ロ グラ ム素子と従来のホロ グラ ム素子との違 いについて述べる。 上記動作原理は例えば、 従来例 1 と基本的には 同様であるが、 従来例 1 においては領域 5 0 3 に単に光硬化型高分 子材料を用いている にすぎず、 屈折率異方性に関 してはなん ら開示 していない。 それに対 して本発明のホロ グラ ム素子は、 光硬化型液 晶が屈折率異方性を有 し、 かつその硬化後の n e、 n oが領域 5 0 4 の非重合性液晶と同一である こ とが特徴であ り 、 それゆえ入射角特 性を改善する こ とがで きる。 例えば、 垂直に入射する光束について 考える (図 2 ( a ) ) 参照) 。  Here, the difference between the hologram element of the present invention and the conventional hologram element will be described. For example, the above operation principle is basically the same as that of the conventional example 1, but the conventional example 1 merely uses a photocurable polymer material for the region 503, and has a refractive index anisotropy. Is not disclosed at all. In contrast, in the hologram element of the present invention, the photocurable liquid crystal has a refractive index anisotropy, and ne and no after curing are the same as the non-polymerizable liquid crystal in the region 504. This is a characteristic, and therefore, the incident angle characteristics can be improved. For example, consider a vertically incident light beam (see Fig. 2 (a)).
従来例 1 では、 光硬化型高分子材料からなる領域 5 0 3 は、 屈折 率異方性を有 していないため常に屈折率は液晶の n 0と略等 しい値 n 1である。 従来例 1 では液晶分子を制御 して図 8 ( a ) に示 した よ う な構成とする こ とで、 入射光束 3 を回折せずに直進できる。  In Conventional Example 1, the region 503 made of a photocurable polymer material does not have a refractive index anisotropy, so that the refractive index is always a value n1 which is substantially equal to n0 of the liquid crystal. In the first conventional example, by controlling the liquid crystal molecules and adopting a configuration as shown in FIG. 8A, the incident light beam 3 can travel straight without diffracting.
しか しながら、 図 9 ( a ) に示 したよ う に、 斜めに入射 した光束 3 , については、 常光線 (この場合は S偏光光 5 ) は直進できる が、 異常光線 (この場合は P偏光光 4 ) は、 領域 5 0 3 が屈折率 n 0のま まなのに対 して、 領域 5 0 4 の屈折率は 11 6 ( 5 ) となるため 回折 して して しま う のである。 図 9 ( b ) に示 したよ う に、 異常光 線に対する屈折率は、 屈折率楕円体に よ り 求める こ とができる。 上記現象は、 例えば、 従来例 2 〜従来例 6 等に開示されている よ う に、 硬化する高分子材料が本質的に屈折率異方性を有 していない 従来の素子すべてに共通する課題であっ た。 However, as shown in Fig. 9 (a), for the light beam 3, which is obliquely incident, the ordinary ray (in this case, S-polarized light 5) can go straight, but the extraordinary ray (in this case, P-polarized light) The light 4) is diffracted because the refractive index of the region 504 is 116 (5), while the refractive index of the region 503 is n0. As shown in Fig. 9 (b), the refractive index for an extraordinary ray can be obtained from a refractive index ellipsoid. The above phenomenon is disclosed in, for example, Conventional Examples 2 to 6. As described above, this is a problem common to all conventional devices in which the polymer material to be cured does not essentially have refractive index anisotropy.
尚、 従来例 6 はホロ グラ ム素子ではないが、 光硬化型高分子材料 と非重合性液晶との屈折率に関 しては何 ら記載されてお らず、 この 場合は高分子材料が狭ギヤ ッ プのセル内に形成された場合に生ずる 僅かな屈折率異方性が問題となる。  Although Conventional Example 6 is not a holographic element, it does not disclose the refractive index between the photocurable polymer material and the non-polymerizable liquid crystal. In this case, the polymer material is not used. The problem is the slight refractive index anisotropy that occurs when formed in a narrow-gap cell.
(実施の形態 B 2 一 1 )  (Embodiment B 2 1 1)
ホロ グラ ム素子を用いて構成された偏光分離素子の例を説明す る。 この偏光分離素子は、 入射 した光束を例えば S, P偏光光に分 離 し、 両者をわずかに異な る出射角で出射させる もので、 例えば偏 光方向のそろ っ た光束を得る ための偏光変換素子な どに用レ、 られ る。  An example of a polarization splitting element configured using a hologram element will be described. This polarization separation element separates an incident light beam into, for example, S- and P-polarized light, and emits both light beams at slightly different emission angles. For example, a polarization converter for obtaining a light beam with a uniform polarization direction Used for devices.
この偏光分離素子 5 1 0 は、 図 1 3 に示すよ う に、 第 1 のホロ グ ラ ム素子 5 1 1 と第 2 のホロ グラ ム素子 5 1 2 とが貼 り 合わされて 構成されている。 第 1 のホ ロ グラ ム素子 5 1 1 の法線方向 (図中 Z 軸方向) に略平行な光束 αが入射する と、 例えば S偏光成分 (同図 に示す X軸に平行な偏波面を有する偏光成分) は回折されて、 例え ば 4 5 ° の出射角 (基板法線すなわち Ζ軸を基準と し、 Ζ軸と入射 光線の進行方向 とのなす角) で出射 し、 第 2 のホロ グラ ム素子 5 1 2 に 4 5 ° の入射角で入射する よ う になっている。 一方、 Ρ偏光成 分 ( Υ軸に平行な偏波面を有する偏光成分) は、 そのま ま第 1 のホ ロ グラ ム素子 5 1 1 を透過する よ う になっている。  As shown in FIG. 13, the polarization separation element 510 is configured by laminating a first hologram element 511 and a second hologram element 512. . When a light flux α substantially parallel to the normal direction of the first holographic element 5 11 (the Z-axis direction in the figure) is incident, for example, the S-polarized component (polarization plane parallel to the X-axis shown in the figure) The polarized light component is diffracted and emitted at an emission angle of, for example, 45 ° (the angle between the 法 axis and the direction of propagation of the incident light with respect to the substrate normal, that is, the Ζ axis). The light is incident on the program element 512 at an incident angle of 45 °. On the other hand, the Ρ-polarized light component (a polarized light component having a plane of polarization parallel to the Υ-axis) is transmitted through the first hologram element 511 as it is.
上記 4 5 ° の入射角で第 2 のホロ グラ ム素子 5 1 2 に入射 した S 偏光光は、 その第 2 のホ ロ グラ ム素子 5 1 2 によ り 回折されて、 例 えば一 7 ° の出射角で出射される一方、 Ρ偏光光は、 第 1 のホロ グ ラ ム素子 5 1 1 と同様に Ζ軸に平行に透過する よ う になっている。 すなわち、 この偏光分離素子 5 1 0 では、 P偏光光と S 偏光光を 7 ° の進行方向の差で分離 して出力する こ とが可能となる。 The S-polarized light that has entered the second hologram element 512 at an incident angle of 45 ° is diffracted by the second hologram element 512, for example, 17 °. While the 、 -polarized light is transmitted parallel to the Ζ-axis in the same manner as in the first hologram element 511. That is, the polarization beam splitter 510 can separate and output the P-polarized light and the S-polarized light with a difference in the traveling direction of 7 °.
上記各ホ ロ グラ ム素子 5 1 1 , 5 1 2 と しては、 例えば前記実施 の形態 B 1 のホロ グラ ム素子を用いる こ とがで き、 この場合には、 各ホロ グラ ム素子の I T Oに所定の電圧を印加する こ とによ り 、 上 記のよ う な動作をさせる こ とがで きる。 また、 電圧を印加する こ と な く 、 それそれ上記のよ う な回折を させるホ ロ グラ ム素子を用いて も よい。 そのよ う なホロ グラム素子は、 例えば以下のよ う に して作 製で きる。  As the hologram elements 5 11 and 5 12, for example, the hologram elements of Embodiment B1 can be used. In this case, the hologram elements of the respective hologram elements can be used. By applying a predetermined voltage to ITO, the above operation can be performed. In addition, a hologram element that performs the above-described diffraction without applying a voltage may be used. Such a hologram element can be manufactured, for example, as follows.
( 1 ) 1 対のガラス基板 2 5 上に導電性透明電極 (例えば I T 0 : 不図示) を成膜する。  (1) A conductive transparent electrode (for example, I T0: not shown) is formed on a pair of glass substrates 25.
( 2 ) 各導電性透明電極上に配向膜 (不図示) を塗布 しラ ビング処 理を行う 。  (2) An alignment film (not shown) is applied on each conductive transparent electrode, and a rubbing process is performed.
( 3 ) 導電性透明電極上に所望の径の球状のビーズ (不図示) を分 散させる。  (3) Disperse spherical beads (not shown) having a desired diameter on the conductive transparent electrode.
( 4 ) ガラス基板 5 1 3 の周辺部にシ一ル材 (不図示) を塗布す る。  (4) Apply a sealing material (not shown) to the periphery of the glass substrate 5 13.
( 5 ) ガラス基板 5 1 3 , 5 1 4 を貼 り 合わせ、 加熱処理によ り シ —ル材を硬化させる。  (5) Laminate the glass substrates 5 13 and 5 14 and cure the seal material by heat treatment.
( 6 ) 注入口 (不図示) か らホロ グラ ム材料と して例えば U V硬化 型液晶 5 1 5 を注入する。  (6) For example, UV curable liquid crystal 515 is injected as a hologram material from an inlet (not shown).
( 7 ) U V レーザ一光を用いた 2 光束干渉光学系によ り U V硬化型 液晶 5 1 5 を露光 し、 後述する所定の干渉稿を形成する。  (7) The UV-curable liquid crystal 515 is exposed by a two-beam interference optical system using one UV laser beam to form a predetermined interference document described later.
( 8 ) 導電性透明電極間に所定の電圧を印加 しなが ら再度 U V光を 照射する。  (8) Irradiate UV light again while applying a predetermined voltage between the conductive transparent electrodes.
なお、 こ よ う なセルの作製方法光学の分野において公知の技術で あ り 、 また、 2 光束干渉光学系も、 コ ヒーレ ン ト な レーザ光を 2 分 割 し、 所定の角度で照射する こ と によ り所定の方向およびピ ッチの 干渉稿を形成する公知技術である。 It should be noted that such a cell is manufactured by a technique known in the field of optics. There is also a two-beam interference optical system that divides a coherent laser beam into two and irradiates the laser beam at a predetermined angle to form an interference image in a predetermined direction and pitch. Technology.
次に、 上記作製方法によ り 偏光選択性を有するホロ グラ ム素子が 形成される原理について説明する。 U V硬化型液晶は U V光、 例え ば 3 6 0 ナノ メー ト ル付近の波長の光を照射する こ とに よ り 硬化す る液晶である。 この液晶の分子 5 1 5 aは、 上記 ( 2 ) のラ ビング 処理によって、 ( 6 ) の注入後 ( 7 ) の U V露光前の状態では、 図 1 4 に模式的に示すよ う に、 概ねラ ビング した方向に配向 してい る。  Next, the principle of forming a holographic element having polarization selectivity by the above manufacturing method will be described. UV-curable liquid crystals are liquid crystals that cure when irradiated with UV light, for example, light having a wavelength near 360 nanometers. Due to the rubbing treatment of the above (2), the molecules 515a of the liquid crystal are generally in a state after the injection of the (6) and before the UV exposure after the (7), as schematically shown in FIG. It is oriented in the rubbing direction.
この状態で、 後述のよ う に 2 光束干渉光学系によ って形成された 干渉稿を U V硬化型液晶 5 1 5 に照射する と、 U V硬化型液晶 5 1 5 は干渉稿の光強度に応 じて硬化する。 具体的には、 例えば図 1 5 に模式的に示すよ う に、 同図の Y軸方向に光強度分布を有する干渉 稿を形成する と、 強度の強い部分の液晶分子 5 1 5 b のみが硬化す る。  In this state, as described later, when an interference draft formed by the two-beam interference optical system is irradiated on the UV-curable liquid crystal 515, the UV-curable liquid crystal 515 reduces the light intensity of the interference draft. It cures accordingly. Specifically, for example, as schematically shown in FIG. 15, when an interference fringe having a light intensity distribution in the Y-axis direction in FIG. 15 is formed, only the liquid crystal molecules 515 b in the strong portion are formed. Hardens.
その後、 導電性透明電極間に電圧を印加する と、 図 1 6 に示すよ う に、 千涉稿の光強度の弱かった部分の液晶分子 5 1 5 aだけが電 気力線の方向に配向 (スイ ッチング) する。 この状態で再度 U V光 を全面に照射する と、 電圧の印加を停止 して も、 図 1 6 に示 したよ う に液晶分子の配列状態が保たれたホロ グラ ム素子となる。 すなわ ち干渉稿の微小な ピ ッチで液晶のスイ ッチング している領域とスィ ツチング していない領域が形成される。 そこで、 液晶分子は光学的 には一軸性の屈折率異方性を有 している ため、 図 1 6 の例では X軸 方向に振動する偏光成分に対 しては位相型回折素子と して作用する のに対 して、 Y軸方向に振動する偏光成分に対 しては等方的な素子 と して回折せずに出力する という偏光異方性を有する回折素子と し て機能する。 After that, when a voltage is applied between the conductive transparent electrodes, as shown in Fig. 16, only the liquid crystal molecules 515a of the part where the light intensity was weak in the 1000 manuscripts were aligned in the direction of the electric force lines ( Switching). When the entire surface is irradiated with UV light again in this state, the hologram element maintains the alignment state of the liquid crystal molecules as shown in Fig. 16 even when the application of the voltage is stopped. In other words, the switching area and the non-switching area of the liquid crystal are formed by minute pitches in the interference draft. Therefore, since the liquid crystal molecules have optically uniaxial refractive index anisotropy, in the example of FIG. 16, the polarization component oscillating in the X-axis direction is a phase-type diffraction element. In contrast to the element that acts, the element is isotropic with respect to the polarization component oscillating in the Y-axis direction. Thus, it functions as a diffraction element having polarization anisotropy that outputs without diffraction.
本実施の形態 B においては、 具体的には以下のパラ メ 一夕 によ り 各ホ ロ グラ ム素子 5 1 1 , 5 1 2 を作製 した。  In the present embodiment B, specifically, the hologram elements 511 and 512 were manufactured according to the following parameters.
第 1 のホロ グラ ム素子の干渉稿の傾角 : 2 2 . 5 °  The tilt angle of the interference hologram of the first hologram element: 22.5 °
第 1 のホロ グラ ム素子の干渉稿の ピッチ : 0 . 7 5 7 〃 m 第 1 のホロ グラム素子の厚さ : 9 〃 m  Pitch of interference draft of first hologram element: 0.757 〃m Thickness of first hologram element: 9 〃m
第 2 のホロ グラム素子の干渉稿の傾角 : 1 9 °  The tilt angle of the interference hologram of the second hologram element: 19 °
第 2 のホロ グラ ム素子の干渉稿のピッチ : 0 . 6 5 1 〃 m 第 2 のホロ グラ ム素子の厚さ : 9 m  Pitch of interference draft of second hologram element: 0.651 0m Thickness of second hologram element: 9 m
液晶の平均の屈折率 : 1 · 5 9 3  Average refractive index of liquid crystal: 1 · 5 9 3
屈折率変化 : 0 . 0 8 3 上記のよ う に して作製された偏光分離素子 5 1 0 の S偏光光に対 する回折効率を図 1 7 に示す。 横軸は第 1 のホロ グラ ム素子 5 1 1 への入射角度である。 図のよ う に ± 2 ° の範囲で 9 0 %以上の高い 偏光分離特性を実現する こ とができた。  Refractive index change: 0.083 FIG. 17 shows the diffraction efficiency for S-polarized light of the polarization separation element 510 manufactured as described above. The horizontal axis is the angle of incidence on the first hologram element 5 1 1. As shown in the figure, high polarization separation characteristics of 90% or more were achieved in the range of ± 2 °.
なお、 液晶材料と して、 磁場で配向可能な U V硬化型液晶を用い た場合には、 ガラス基板 5 1 3, 5 1 4 の表面に導電性透明電極を 形成する必要が無 く 、 また上記 ( 8 ) のプロセスにおいて電界を作 用させる代わ り に磁界を作用させればよい。  When a UV-curable liquid crystal that can be oriented by a magnetic field is used as the liquid crystal material, it is not necessary to form a conductive transparent electrode on the surfaces of the glass substrates 5 13 and 5 14. In the process of (8), a magnetic field may be applied instead of applying an electric field.
このほかに もホロ グラ ム材料 2 7 と して特定の波長領域に対 して 感度を有する フ ォ ト ポ リ マーと液晶ポ リ マー との混合物を用いて、 光誘起相分離によ り ホロ グラ ム素子を作製 して も よい。  In addition, using a mixture of a photopolymer and a liquid crystal polymer having sensitivity to a specific wavelength region as the hologram material 27, the hologram material is formed by photoinduced phase separation. A program element may be manufactured.
また、 本実施の形態 B においては、 ガラス基板 5 1 3 , 5 1 4 の 法線と して定義される光軸と入射光束が概ね一致 していたが、 必ず しも一致 している必要はない。 Further, in Embodiment B, the optical axis defined as the normal to the glass substrates 5 13 and 5 14 and the incident light flux approximately coincide with each other, but the They do not need to match.
上記のよ う な偏光分離素子に用いるホロ グラ ム素子と しては、 例 えば図 1 8 に示すよ う なものを用いる こ と もできる。 こ のホ ロ グラ ム素子 5 2 1 は、 例えば液晶などの屈折率異方性を有する光学媒体 5 2 2 を用いて形成されてお り 、 厚さが 1 O m程度と厚いため、 屈折率分布が厚さ方向にも周期的に分布 している。 このため、 偏光 方向によ り 回折作用が異な り 、 また回折作用 と しては 1 方向に高い 回折効率を示す特性を有する。  As the hologram element used for the above-mentioned polarization splitting element, for example, the one shown in FIG. 18 can be used. This hologram element 52 1 is formed using an optical medium 52 2 having a refractive index anisotropy such as a liquid crystal, and has a thickness of about 1 Om. The distribution is periodically distributed also in the thickness direction. For this reason, the diffracting action differs depending on the polarization direction, and the diffracting action has a characteristic of exhibiting high diffraction efficiency in one direction.
以下、 このホログラ ム素子 5 2 1 について詳述する。  Hereinafter, the hologram element 5 21 will be described in detail.
こ の素子内部は光の入射する表面から、 厚さ方向に対 して傾斜し た層が周期的に形成された層構造を有 している。 互いに隣合う層で は、 一方は屈折率異方性を有する光学媒体 5 2 2 の光軸の傾きがホ ロ グラ ム素子 5 2 1 の表面に平行 となる よ う に配列 してお り 、 他方 は表面に対 して垂直方向に配列 している。  The inside of this element has a layered structure in which a layer inclined in the thickness direction is periodically formed from the surface on which light is incident. The layers adjacent to each other are arranged such that the tilt of the optical axis of the optical medium 52 2 having refractive index anisotropy is parallel to the surface of the hologram element 52 1. The other is arranged perpendicular to the surface.
上記屈折率異方性を有する光学媒体 5 2 2 に光が入射する と、 そ の光の偏光方向が光学媒体 5 2 2 の光軸と平行な場合は異常光線と なる ため、 屈折率と しては N e の値を示す。 また、 偏光方向が光学 媒体 5 2 2 の光軸と垂直である場合は常光線とな り 、 N o の屈折率 を示すこ とになる。 こ こで、 N e 〉 N o である。  When light is incident on the optical medium 52 2 having the above-mentioned refractive index anisotropy, if the polarization direction of the light is parallel to the optical axis of the optical medium 52 2, the light becomes an extraordinary ray, so that the refractive index is determined. The value of Ne. When the polarization direction is perpendicular to the optical axis of the optical medium 522, it is an ordinary ray and shows a refractive index of No. Here, Ne> No.
次に、 図 1 8 に示すホロ グラ ム素子 5 2 1 において、 紙面に対 し て垂直方向に偏光方向を有する光を常光線と し、 紙面と平行方向に 偏光方向を有する光を異常光線と して、 これ らの光がホ ロ グラ ム素 子 5 2 1 に入射 した と きの振る舞いについて説明する。  Next, in the hologram element 521 shown in FIG. 18, light having a polarization direction perpendicular to the paper surface is regarded as an ordinary ray, and light having a polarization direction parallel to the paper surface is regarded as an extraordinary ray. Then, the behavior when these lights enter the hologram element 52 1 will be described.
まず、 常光線が入射 した場合、 その偏光方向は、 各層を構成する 何れの光学媒体 5 2 2 の光軸に対 して も垂直 となる。 このため、 各 層間での光軸の向きに関係な く 、 各層での屈折率は N o となる。 つ ま り 、 屈折率が N o の一様な媒体が存在するの と等 しいため、 これ に入射する常光線は回折の作用を受けず、 同図に示すよ う に、 その ま ま透過する こ とになる。 First, when an ordinary ray is incident, its polarization direction is perpendicular to the optical axis of any of the optical media 522 constituting each layer. For this reason, the refractive index of each layer is N o irrespective of the direction of the optical axis between the layers. One In addition, since it is equivalent to the existence of a uniform medium having a refractive index of No, ordinary rays incident on the medium are not affected by diffraction, and are transmitted as they are, as shown in the figure. And
一方、 異常光線が入射 した場合には、 屈折率異方性を有する光学 媒体 5 2 2 の光軸が入射面と平行に配列 している層においては、 入 射光の偏光方向が光軸と平行となる。 こ のため、 N e の屈折率を有 する層を通過する場合に相当する。 また、 ホロ グラ ム素子 5 2 1 の 入射面に対 し光学媒体 5 2 2 の光軸が垂直方向である層に対 して は、 偏光方向が光軸と垂直の場合に相当するので、 こ の層は N o の 屈折率を有する もの と作用する。 そこで、 異常光線に対 しては、 ホ ロ グラ ム素子 5 2 1 は、 その入射光の進行方向である厚さ方向にお いて、 屈折率が周期的に異なる複数の層を通過する こ と になる。 こ の結果、 入射光線はこの層の傾斜角度 と周期の ピ ッチに対応する特 定の方向に光が集光される、 いわゆる ブラ ッ グの回折作用を受ける こ と になる。 それゆえ、 同図に示すよ う に、 異常光線はホロ グラ ム 素子 5 2 1 を通過後、 素子の内部に形成された層構造に対応 して光 路を変化する こ とになる。  On the other hand, when an extraordinary ray is incident, the polarization direction of the incident light is parallel to the optical axis in the layer where the optical axis of the optical medium 522 having the refractive index anisotropy is arranged parallel to the incident surface. Becomes This corresponds to the case where the light passes through a layer having a refractive index of Ne. Also, for a layer in which the optical axis of the optical medium 52 2 is perpendicular to the incident surface of the hologram element 52 1, this corresponds to the case where the polarization direction is perpendicular to the optical axis. Layer acts with a refractive index of N o. Therefore, for an extraordinary ray, the hologram element 521 passes through a plurality of layers having different refractive indexes periodically in the thickness direction which is the traveling direction of the incident light. become. As a result, the incident light beam is subjected to the so-called Bragg diffraction effect, in which the light is condensed in a specific direction corresponding to the tilt angle and period pitch of this layer. Therefore, as shown in the figure, the extraordinary ray changes its optical path after passing through the hologram element 521, corresponding to the layer structure formed inside the element.
すなわち、 上記のよ う に厚さ方向に周期構造を有する よ う に構成 する こ とで、 ブラ ッ グの回折条件が適用 される こ とになる。 これ は、 ある波長を有する光が周期構造を形成する各層に入射 した場 合、 各層で散乱された光はその波長と入射角度および層間のピ ッチ に対応する特定方向に散乱成分が強め合う現象を生 じる。 これが、 ブラ ッ グの回折条件と呼ばれる も のであ り 、 このよ う な条件は従来 の 2 次元的な回折光学素子に対 し、 3 次元的な構成とな り 、 ブレー ズ化 ( 1 つの方向に光を収束する) の作用を有する こ と になる。  In other words, by having a structure having a periodic structure in the thickness direction as described above, the Bragg diffraction condition is applied. This is because when light having a certain wavelength is incident on each layer forming the periodic structure, the light scattered in each layer strengthens the scattering component in a specific direction corresponding to the wavelength, the incident angle, and the pitch between the layers. A phenomenon occurs. This is called the Bragg diffraction condition, and such a condition results in a three-dimensional configuration compared to the conventional two-dimensional diffractive optical element, and the brazing (one direction) Converges light).
したがって、 従来の回折光学素子に比べて、 回折効率を飛躍的に 向上させる こ とができ、 理論的には 1 0 0 %の効率が可能である。 実際上も、 中途での損失等を考慮に入れて も 9 0 %以上の効率が期 待できる。 これに対 し、 バイ ナ リ から なる 2次元の回折光学素子で は、 回折波は 0次を含み左右対称に高次まで回折される こ とになる ため、 1 次の方向への回折効率は最高で も 4 0 %程度とな り 、 素子 を通過する全光量に対する割合と しては低い値となる。 Therefore, compared with the conventional diffractive optical element, the diffraction efficiency is dramatically improved. Can be improved, and theoretically 100% efficiency is possible. In practice, 90% or more efficiency can be expected even when taking into account losses in the middle. On the other hand, in a two-dimensional diffractive optical element consisting of a binary, the diffracted wave is diffracted symmetrically to the higher order, including the 0th order, so that the diffraction efficiency in the first order is lower. The maximum is about 40%, which is a low value as a percentage of the total amount of light passing through the element.
図 1 9 にホロ グラ ム素子 5 2 1 の理論的な回折効率の計算結果を 「ベル システム テ ク ノ ロ ジ ジ エイ 」 ( H . K o g e l n i k、 ( B e l l S y s t . T e c h . J . , 4 8 , 1 9 6 9 , p p . 2 9 0 9 — 2 9 4 7 ) ) の解析に基づいて示す。 回折効 率は全入射光量に対する 1 次の方向に回折された光量の割合であ る。 回折光学素子の各種パラ メータ を ま とめて表 1 に示す。  FIG. 19 shows the calculation results of the theoretical diffraction efficiency of the hologram element 52 1 in “Bell System Technology” (H. Kogelnik, (Bell Syst. Tech. J., 48, 1969, pp. 290-9 — 294 7) This is shown based on the analysis of)). The diffraction efficiency is the ratio of the amount of light diffracted in the primary direction to the total amount of incident light. Table 1 summarizes various parameters of the diffractive optical element.
【表 1 】 図 1 9 において、 ( a ) はブラ ッ グ角から入射角度がずれた場合 の回折効率の変化、 すなわち回折効率の入射角度依存性であ り 、 ( b ) は入射波長が設計値からずれた場合の変化、 すなわち回折効 率の入射波長依存性を示 したものである。  [Table 1] In Fig. 19, (a) shows the change in diffraction efficiency when the incident angle deviates from the Bragg angle, that is, the dependence of the diffraction efficiency on the incident angle, and (b) shows the design of the incident wavelength. It shows the change when the value deviates from the value, that is, the dependence of the diffraction efficiency on the incident wavelength.
図 1 9 ( a ) の角度依存性についてはホロ グラ ム素子 5 2 1 に入 射する光束が平行光からずれた場合 (入射角が所定の角度か らずれ た場合) の効率に相当 し、 また図 1 9 ( b ) の入射波長依存性につ いては白色光源による照明時の効率等の検討に対応する も のであ る。 同図に示すよ う に、 各種パラ メ ータ を適当に設定する こ とで理 論的な回折効率が 1 、 つま り 1 0 0 %近 く の高い回折効率を得る こ とが期待で き る。 また、 同図によれば、 波長に関 しては ± 1 0 O n m付近まで特性がフ ラ ッ ト であ り 、 白色光に対 して も高い効率が期 待できる。 The angle dependence in Fig. 19 (a) corresponds to the efficiency when the luminous flux incident on the holographic element 52 1 deviates from the parallel light (when the incident angle deviates from a predetermined angle). The dependence on the incident wavelength in Fig. 19 (b) corresponds to the study of the efficiency when illuminating with a white light source. As shown in the figure, by setting various parameters appropriately, it is expected that a theoretical diffraction efficiency of 1, that is, a high diffraction efficiency near 100% can be obtained. You. According to the figure, the characteristic is flat up to about ± 10 O nm with respect to wavelength, and high efficiency is expected even for white light. I can wait.
なお、 図 1 8 では、 ホログラム素子 5 2 1 を構成する光学媒体 5 2 2 の光軸が、 隣 り 合う層間で 9 0 ° 傾斜して屈折率差が最も大き い場合を示 したが、 こ の角度を任意に設定する こ とで屈折率差を N e から N o の中間値に設定する こ と も可能である。 また、 これを利 用 した屈折率分布を選択する こ と によ り 回折効率を調整する こ と も 可能である。  Note that FIG. 18 shows a case where the optical axis of the optical medium 522 constituting the hologram element 521 is tilted by 90 ° between adjacent layers, and the refractive index difference is the largest. It is also possible to set the refractive index difference to an intermediate value between N e and N o by setting the angle arbitrarily. It is also possible to adjust the diffraction efficiency by selecting a refractive index distribution using this.
また、 ホロ グラ ム素子 5 2 1 の領域をい く つかに分割 し、 それそ れ回折する方向をずらすよ う な構成も可能である。  It is also possible to divide the area of the hologram element 521 into several parts and shift the direction of diffraction in each part.
さ ら に、 白色光を構成する R : 赤 ( 0 . 6 5 〃 m ) 、 G : 緑 In addition, R: red (0.65 μm), G: green, which constitute white light
( 0 . 5 5 m ) 、 8 : 青 ( 0 . 4 5 〃 m ) 程度の各中心波長のそ れそれに応 じて異なっ た周期構造、 角度等を有する層を形成 し、 こ れら を積層 してホロ グラ ム素子 5 2 1 を構成 した り 、 または、 これ らの構造を重畳 してホロ グラム素子 5 2 1 内に記録する こ とによ り 、 波長分散または角度依存性の影響を緩和する よ う な構成も可能 である。 (0.55 m), 8: Blue (0.45 m), each layer having a different periodic structure, angle, etc. is formed according to each center wavelength, and these layers are laminated. The hologram element 52 1 is configured as described above, or these structures are superimposed and recorded in the hologram element 52 1, so that the influence of chromatic dispersion or angle dependence is reduced. Such a configuration is also possible.
次に、 ホロ グラ ム素子 5 2 1 の作製方法について説明する。 まず、 1 対のそれぞれのガラ ス基板上に透明導電性電極と して、 例えば I T 0 を形成する。  Next, a method for manufacturing the hologram element 521 will be described. First, for example, I T0 is formed as a transparent conductive electrode on each of a pair of glass substrates.
次に、 これらの基板を洗浄 して、 付着 しているダス ト を除去 した 後、 高分子からなる配向膜、 例えばポ リ イ ミ ド をス ピンコー ト法等 によ り 塗布 し、 加熱処理を行う など して配向膜を基板上に形成す る。  Next, these substrates are washed to remove dust adhering thereto, and then an alignment film made of a polymer, for example, a polyimide is applied by a spin coating method or the like, and heat treatment is performed. Then, an alignment film is formed on the substrate.
こ の後、 上記配向膜に、 ローラ等によ り 特定方向のラ ビング処理 を施してから、 一方の基板の周辺にシールの印刷を行い、 他方の基 板に直径 5 〃 m ~ 2 0 〃 m程度の ビーズを分散させる。 こ の 2枚の 基板をラ ビ ング方向が互いに対になる よ う に貼 り 合わせて、 空のセ ルを構成する。 Thereafter, the alignment film is subjected to a rubbing treatment in a specific direction using a roller or the like, and then a seal is printed around one of the substrates, and the other substrate has a diameter of 5 μm to 20 μm. Disperse about m beads. These two Laminate the substrates so that the rubbing directions are paired with each other to form an empty cell.
上記空セルに、 屈折率異方性を有する光学媒体 5 2 2 と して、 例 えば正の誘電異方性を有する液晶を注入する。 なお、 負の誘電異方 性を有する液晶を使用する こ と も可能である。 上記液晶は、 よ り詳 し く は、 例えば光重合性液晶モ ノ マーまたは光架橋可能液晶ポ リ マ 一等が含まれた もので、 3 6 0 n m前後の紫外領域の波長の光照射 によ り 液晶が硬化 し液晶分子の方向が固定化される特性を有 したも のを用いる。 上記注入は室温で大気雰囲気の中で行う こ と もできる が、 4 0 °C〜 6 0 °C程度の高温、 また、 真空中で注入するな ど して も よい。  For example, a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is injected into the empty cell as an optical medium 522 having a refractive index anisotropy. It is also possible to use a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy. More specifically, the above-mentioned liquid crystal contains, for example, a photopolymerizable liquid crystal monomer or a photo-crosslinkable liquid crystal polymer, and is irradiated with light having a wavelength in the ultraviolet region of about 360 nm. A material that has the property of hardening the liquid crystal and fixing the direction of the liquid crystal molecules is used. The above implantation can be performed at room temperature in an air atmosphere, but may be performed at a high temperature of about 40 ° C. to 60 ° C. or in a vacuum.
液晶を注入後のセルに対 し注入口および脱気口付近を封止剤によ り 封止する と、 液晶サンプルが完成する。  The liquid crystal sample is completed by sealing the vicinity of the injection port and the deaeration port with a sealant in the cell after the liquid crystal is injected.
上記のよ う に して作製 した液晶サンプルに対 して、 干渉縞の露光 を行う。  The liquid crystal sample prepared as described above is exposed to interference fringes.
まず、 露光時間を調節するためのシ ャ ツ 夕 を閉 じて光照射が無い 状態で、 光学系の作製位置 (露光装置の所定の位置) に上記液晶サ ンプルを配置 し、 シ ャ ツ 夕 を所定の時間、 例えば 1 分間程度開放 し た後閉 じる こ とによ り 、 第 1 の露光工程と しての干渉縞によ る露光 を行う。  First, the shutter for adjusting the exposure time is closed and the liquid crystal sample is arranged at a position where the optical system is manufactured (predetermined position of the exposure apparatus) in a state where there is no light irradiation, and the shutter is set. The shutter is opened for a predetermined time, for example, about 1 minute, and then closed, thereby performing exposure using interference fringes as a first exposure step.
上記干渉縞を形成するための光源と しては、 例えば、 照射強度が 5 0 m W〜 1 0 0 m W程度の A Γ (アルゴン) レーザから出力され る、 波長が 3 6 0 n m前後の レーザ光を用いる こ とができる。 こ の レーザ光を ビームエキスパ ンダ等によ って例えば直径 3 0 m m〜 5 0 m m程度の ビームに広げた後、 ビ一ムスプ リ ヅ タ等によ り 2 方向 に分割 し、 ミ ラ一等を組み合わせて設定 した光路を介 して干渉縞を 形成 し、 液晶サンプルに照射する。 こ の干渉縞は、 上記 ミ ラー等を 調整する こ とによ り 、 液晶サンプルが配置された位置で例えば 1 mピ ッチ程度になる よ う にする。 As a light source for forming the interference fringes, for example, an A 、 (argon) laser having an irradiation intensity of about 50 mW to 100 mW, a wavelength of about 360 nm is used. Laser light can be used. This laser light is spread into a beam having a diameter of, for example, about 30 mm to 50 mm by a beam expander or the like, and then split in two directions by a beam splitter or the like, and the laser beam is split into two directions. Interference fringes through the optical path set by combining Form and irradiate the liquid crystal sample. The interference fringes are adjusted, for example, to about 1 m pitch at the position where the liquid crystal sample is arranged by adjusting the mirror and the like.
上記露光によ り 、 液晶サンプルには レーザの 2 光束の干渉によ り 形成された干渉縞における光強度が高い明部に属する領域の液晶が 硬化 し、 液晶分子が配向膜によ って初期に配向された方向に分子軸 が固定化される。 すなわち、 例えば前記のよ う に正の誘電異方性を 有する液晶を用いる場合、 初期には液晶分子は一様にガラス基板に 平行な方向に配向 してお り 、 干渉縞の明部の領域では、 こ の状態が 保存される こ とになる。 一方、 干渉縞の暗部の領域では光強度が明 部に比べ低いため、 こ の第 1 の露光工程では液晶分子はほとんど硬 化 しない。  By the above exposure, the liquid crystal in the liquid crystal sample is hardened by the liquid crystal in the region belonging to the bright area where the light intensity is high in the interference fringes formed by the interference of two laser beams, and the liquid crystal molecules are initially formed by the alignment film. The molecular axis is fixed in the direction of the orientation. That is, for example, when a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is used as described above, initially, the liquid crystal molecules are uniformly oriented in a direction parallel to the glass substrate, and the light fringe region of the interference fringe is formed. Now, this state will be saved. On the other hand, since the light intensity is lower in the dark area of the interference fringes than in the bright area, the liquid crystal molecules hardly harden in the first exposure step.
次に、 第 2 の露光工程と して、 まず、 液晶サンプルの 2 枚のガラ ス基板の内側に形成された透明導電性電極と しての I T 0電極間に 5 ( V / m ) 程度の交流電界を印加する。 こ の電界印加によ り 前 記干渉縞の暗部だった領域の未硬化の液晶分子はガラ ス基板に対 し て垂直に立つ方向に傾斜する。 こ の時の傾斜の角度は、 印加する電 界に比例するため電界の大き さ を調整する こ とで所望の傾斜角度、 つま り 屈折率差を与える こ とがで きる。  Next, as a second exposure step, first, about 5 (V / m) was applied between the IT0 electrodes as transparent conductive electrodes formed inside the two glass substrates of the liquid crystal sample. Apply an AC electric field. Due to the application of the electric field, the uncured liquid crystal molecules in the dark areas of the interference fringes are tilted in a direction perpendicular to the glass substrate. Since the angle of inclination at this time is proportional to the applied electric field, a desired inclination angle, that is, a difference in refractive index can be given by adjusting the magnitude of the electric field.
上記のよ う に電圧を印加 した状態で、 例えばビ一ムスプリ ツ 夕 に よ り 分割された レーザ光のう ちの一方を遮る こ とによ り 、 干渉縞が 形成されない一様な強度分布の光を液晶サ ン プルの全面に例えば 5 分間程度照射 し、 前記未硬化の暗部だっ た領域全体を完全に硬化さ せる。  In the state where the voltage is applied as described above, for example, by blocking one of the laser beams split by beam splitting, a light having a uniform intensity distribution in which no interference fringes are formed. Is irradiated on the entire surface of the liquid crystal sample for, for example, about 5 minutes to completely cure the entire uncured dark area.
以上の よ う な第 1 の露光工程と第 2 の露光工程を行う こ とで、 図 1 8 で示 したよ う な構造を有するホロ グラ ム素子 5 2 1 が作製され る。 By performing the first exposure step and the second exposure step as described above, a hologram element 52 1 having a structure as shown in FIG. 18 is manufactured. You.
また、 こ こ では I T Oのよ う な透明電極を形成 したガラス基板を 用いてセルを作製 し、 第 2 の露光行程で電界を印加する こ とによ り 液晶分子の方向を初期位置か ら変化させた場合について説明 した。 他の方法と して透明電極を用いず、 磁界の印加に よ り液晶分子の方 向を変化させて第 2 の露光工程を行い、 ホロ グラ ム素子 5 2 1 を作 製する こ と も可能である。  In this case, a cell was fabricated using a glass substrate on which a transparent electrode such as ITO was formed, and the direction of liquid crystal molecules was changed from the initial position by applying an electric field in the second exposure step. We explained the case where we made it. As another method, it is possible to produce a hologram element 521 by performing a second exposure step by changing the direction of liquid crystal molecules by applying a magnetic field without using a transparent electrode. It is.
さ ら に、 照射する A r レーザの偏光方向を第 1 の露光工程と第 2 の露光工程において例えば 9 0 ° 異なる よう に設定し露光する方法 も考え られる。 配向膜等の高分子膜に対 し光源と して直線偏光を照 射 した場合、 ラ ンダムに配向 している高分子の中からその主鎖 (あ るいは側鎖) を偏光方向に向けている分子が主に光を吸収 し光反応 を起こ し、 その膜に光学異方性が発現する。 高分子材料等におい て、 その高分子の光反応過程 (光異性化、 光重合、 光分解) が照射 される光の偏光方向 とその高分子のなす角度によ って制御できる。  Further, a method is also conceivable in which the direction of polarization of the irradiating Ar laser is set to be different, for example, by 90 ° between the first exposure step and the second exposure step, and exposure is performed. When a polymer film such as an alignment film is irradiated with linearly polarized light as a light source, the main chain (or side chain) of the randomly oriented polymer is oriented in the polarization direction. Molecules mainly absorb light to cause a photoreaction, and the film exhibits optical anisotropy. In a polymer material, the photoreaction process (photoisomerization, photopolymerization, photodecomposition) of the polymer can be controlled by the polarization direction of the irradiated light and the angle formed by the polymer.
したがって、 こ こ で干渉縞を構成する紫外領域の光の偏光方向を 制御する こ とによ り 、 液晶の初期の配向状態の設定および第 1 と第 2 の露光工程での液晶分子の移動等を行う こ と も可能である。  Therefore, by controlling the polarization direction of the light in the ultraviolet region constituting the interference fringes, the initial alignment state of the liquid crystal can be set and the movement of the liquid crystal molecules in the first and second exposure steps can be controlled. It is also possible to perform
上記のよ う に して作製 した素子の回折効率を、 H e - N e レーザ を用い、 入射する偏光方向を変化させて測定 した と こ ろ、 常光線に 対する透過率は 9 8 %前後であ り 、 高い透過率を有 していた。 ま た、 異常光線に対する 1 次の方向への回折効率も 9 0 %程度であ り 良好な結果が得 られた。 したがって、 こ こ で作製 した回折光学素子 は高い偏光分離特性および回折効率を有 している こ とが確認され た。  The diffraction efficiency of the device fabricated as described above was measured using a He-Ne laser while changing the incident polarization direction.The transmittance for ordinary light was around 98%. Yes, it had a high transmittance. In addition, the diffraction efficiency in the primary direction for extraordinary rays was about 90%, and good results were obtained. Therefore, it was confirmed that the diffractive optical element manufactured here had high polarization separation characteristics and diffraction efficiency.
なお、 屈折率異方性を有する光学媒体と しては、 液晶の他に、 二 ォブ酸 リ チウムや、 K D 2 P 0 4 、 ?— B a B 2 0 4 、 P L Z Tな どの電気光学効果等を有する一軸性の結晶を用いる こ と も可能であ り 、 また、 K T i P O 4 な どの 2軸性の光学結晶等も含めて種々の 屈折率異方性を有する媒体を用いる こ と によ り 、 同様の効果を得る こ と も可能である。 Optical media having refractive index anisotropy include, in addition to liquid crystal, O and Bed acid Lithium, KD 2 P 0 4, - ? B a B 2 0 4, this enables even der using uniaxial crystal having a PLZT of which electro-optic effect or the like is, also, KT i PO Similar effects can be obtained by using media having various refractive index anisotropies including biaxial optical crystals such as 4 .
(実施の形態 B 2 — 2 )  (Embodiment B 2 — 2)
ホロ グラ ム素子を用いて構成された偏光分離素子の他の例を説明 する。  Another example of the polarization splitting element configured using the hologram element will be described.
こ の偏光分離素子 5 3 0は、 図 2 0 に示すよ う に、 全反射 ミ ラ一 5 3 1 の表面に、 前記実施の形態 B 1 または実施の形態 B 2 — 1 で 示 したの と同様のホロ グラ ム素子 5 3 2が設け られている。 こ こ で、 実施の形態 B 1 のホロ グラ ム素子が用い られる場合には、 I T 0間に所定の電圧が印加された状態で用い られる。  As shown in FIG. 20, this polarization separation element 530 is provided on the surface of the total reflection mirror 531, as shown in the embodiment B1 or the embodiment B2-1. A similar hologram element 532 is provided. Here, when the hologram element of Embodiment B1 is used, the hologram element is used in a state where a predetermined voltage is applied between IT0.
上記全反射 ミ ラ一 5 3 1 およびホロ グラ ム素子 5 3 2 は、 光源の ラ ンプ 5 3 3からの光を反射する リ フ レ ク タ 5 3 4の光軸に対 し て、 法線が 4 5 ° の角度をなすよ う に配置されている。  The total reflection mirror 531 and the hologram element 532 are normal to the optical axis of the reflector 5334 that reflects the light from the lamp 533 of the light source. Are arranged at an angle of 45 °.
上記このホロ グラム素子 5 3 2は、 同図の紙面に垂直な方向に偏 光方向を有する光 ( S偏光光とする) が常光線とな り 、 紙面に平行 な方向に偏光方向を有する光 ( P偏光光とする) が異常光線となる よ う に配置されている。 また、 こ のホロ グラ ム素子 5 3 2は、 4 In the hologram element 532 described above, light having a polarization direction in a direction perpendicular to the plane of the drawing (referred to as S-polarized light) becomes an ordinary ray and light having a polarization direction in a direction parallel to the plane of the drawing. (Referred to as P-polarized light) are arranged so as to be extraordinary rays. Also, this hologram element 5 32
5 ° の入射角で入射 した異常光線を 4 5 ° よ り もわずかに大きい出 射角になる よ う に回折させて出射させる よ う に設定されている。 An extraordinary ray incident at an incident angle of 5 ° is set to be diffracted and emitted so as to have an emission angle slightly larger than 45 °.
このよ う に構成されている こ とによ り 、 ホ ロ グラ ム素子 5 3 2 に 対 して常光線である S偏光光は、 前記各実施の形態 Bで説明 したよ う に、 素子の周期構造から なる屈折率分布の影響を受けず、 等方的 な均一な屈折率の媒体を通過する時と同様の特性を示す。 それゆ え、 S偏光光はホロ グラ ム素子 5 3 2 をその ま ま透過 して全反射 ミ ラ一 5 3 1 で反射され、 再びホロ グラ ム素子 5 3 2 を透過 して出射 する。 すなわち、 S偏光光は全反射 ミ ラ一 5 3 1 によって進行方向 が 9 0 ° 曲げられて出射する。 With such a configuration, the S-polarized light, which is an ordinary ray with respect to the hologram element 532, is emitted from the element as described in each of Embodiments B. It is not affected by the refractive index distribution of the periodic structure, and exhibits the same characteristics as when passing through a medium having an isotropic and uniform refractive index. Soy sauce In addition, the S-polarized light passes through the hologram element 532 as it is, is reflected by the total reflection mirror 531, passes through the hologram element 532 again, and exits. That is, the traveling direction of the S-polarized light is bent 90 ° by the total reflection mirror 531, and the S-polarized light is emitted.
一方、 ホロ グラム素子 5 3 2 に対 して異常光線である P偏光光 は、 ホロ グラ ム素子 5 3 2 内に形成された周期構造の屈折率分布に よ り 変調されて回折 し、 上記のよ う に 4 5 ° よ り もわずかに大きい 出射角で出射する。  On the other hand, the P-polarized light, which is an extraordinary ray with respect to the hologram element 532, is modulated by the refractive index distribution of the periodic structure formed in the hologram element 532, and is diffracted. Thus, the light exits at an exit angle slightly larger than 45 °.
したがって、 ラ ンプ 5 3 3 から リ フ レ ク タ 5 3 4 を介 して出射さ れた光を、 こ の偏光分離素子 5 3 0 によ って、 S偏光光と P偏光光 とで進行方向がわずかに異なる出射光に分離する こ とがで き る。 (実施の形態 B 3 一 1 )  Therefore, the light emitted from the lamp 533 via the reflector 534 travels as S-polarized light and P-polarized light by the polarization separation element 530. It can be separated into outgoing light beams with slightly different directions. (Embodiment B3-11-1)
前記実施の形態 B 2 一 2 の偏光分離素子を用いて構成された偏光 変換素子の例を説明する。 こ の偏光変換素子は、 光源からの偏光方 向がラ ンダムな光を所定の方向の偏光光に揃えて出力する もので、 例えば偏光型の液晶表示素子な どの偏光照明装置等に用い られる。 図 2 1 は偏光変換素子 5 4 0 を含む偏光照明装置の構成を示す説 明図である。  An example of a polarization conversion element configured by using the polarization beam splitter of Embodiment B22 will be described. This polarization conversion element is for outputting light with a random polarization direction from a light source to polarized light of a predetermined direction, and is used, for example, in a polarization illuminating device such as a polarization type liquid crystal display element. FIG. 21 is an explanatory diagram showing a configuration of a polarized light illuminating device including a polarization conversion element 540.
ラ ンプ 5 3 3 と しては、 蛍光ラ ンプや、 キセ ノ ンラ ンプ、 メ タル ハライ ド ラ ンプ、 水銀ラ ンプ、 L E D 、 F E D , レーザ光、 無機ま たは有機 E L素子等が用い られる。 ラ ンプ 5 3 3 からの光は、 リ フ レ ク タ 5 3 4 によ り 略平行光となって出射する。 こ の略平行光は偏 光分離素子 5 3 0 に入射 し、 実施の形態 B 2 — 2 で説明 した よ う に S偏光光と P偏光光とで進行方向がわずかに異なる よ う に分離され て、 偏光分離素子 5 3 0 か ら出射する。  As the lamp 533, a fluorescent lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, an LED, a FED, a laser beam, an inorganic or organic EL element, or the like is used. The light from the lamp 533 is emitted by the reflector 534 as substantially parallel light. The substantially parallel light enters the polarization beam splitter 530, and is separated so that the traveling directions of the S-polarized light and the P-polarized light are slightly different as described in the embodiment B2-2. Then, the light is emitted from the polarization separation element 530.
偏光分離素子 5 3 0 から出射 した S偏光光および P偏光光は、 そ れそれ、 イ ンテグレ一タ 5 4 1 を構成する第 1 レ ンズ群 (第 1 の蠅 の目 レ ンズ) 5 4 2 の各レ ンズ 5 4 2 a に入射 し、 それそれの入射 角に応 じて、 各レ ンズと 5 4 2 a対をなす第 2 レ ンズ群 (第 2 の蠅 の目 レ ンズ) 5 4 3 の各レ ンズ 5 4 3 a における互いに異なる所定 の領域に集光される。 The S-polarized light and P-polarized light emitted from the polarization separation element 530 are First, the first lens group (the first fly-eye lens) 542 of the integral lens 541, which is incident on each of the lenses 5442a of the first lens group, corresponds to the incident angle of each lens. Then, a second lens group (second fly-eye lens) that forms a pair with each lens is connected to a predetermined area different from each other in each of the lenses of the 543 lens. You.
上記 S偏光光および P偏光光が集光される所定の領域は、 例えば 各レ ンズ 5 4 3 a を概ね 2 分する領域に設定される と と もに、 P偏 光光が集光される領域における各レ ンズ 5 4 3 aの裏面側 (光の進 行方向側) には、 1 / 2 波長板である位相差板 5 4 4 が周期的に設 け られている。 そこで、 第 2 レ ンズ群 5 4 3 に入射 した S偏光光 は、 そのま ま S偏光光と して出射する一方、 P偏光光は、 位相差板 5 4 4 を介 して偏光方向が 9 0 ° 回転され、 S偏光光に変換されて 出射する。 すなわち、 何れの偏光光も S偏光光に揃え られて出射す る。  The predetermined region in which the S-polarized light and the P-polarized light are collected is set to, for example, a region that roughly divides each lens 543a, and the P-polarized light is collected. A retardation plate 544, which is a half-wave plate, is periodically provided on the rear surface side (in the light traveling direction) of each lens 543a in the region. Therefore, the S-polarized light that has entered the second lens group 543 exits as it is as S-polarized light, while the P-polarized light has a polarization direction of 9 through the phase plate 544. Rotated by 0 °, converted into S-polarized light and emitted. That is, any polarized light is emitted while being aligned with S-polarized light.
この S 偏光光は、 フ ィ ール ド レ ンズ 5 4 5 および集光 レ ンズ 5 4 This s-polarized light is divided into a field lens 54 5 and a focusing lens 54
6 を介 して概ね平行な光束と して画像表示素子 (ラ イ ト バルブ) 56 through the image display element (light valve) as a substantially parallel light beam.
4 7 に入射 し、 画像表示に用い られる。 It is incident on 47 and used for image display.
上記のよ う なホロ グラ ム素子 5 3 2 と位相差板 5 4 4 とを用いた 場合と用いない場合とで、 画像表示素子 5 4 7 に入射する光量を比 較 した と こ ろ、 ホロ グラ ム素子 5 3 2 と位相差板 5 4 4 によ り偏光 変換を行っ た場合は光利用効率が 1 . 2 〜 1 . 6倍程度向上 し、 上 記ホロ グラ ム素子 5 3 2 を用いた偏光変換素子 5 4 0 の機能が優れ ている こ とが確かめ られた。  Comparing the amount of light incident on the image display element 547 with and without using the hologram element 532 and the phase difference plate 5444 as described above, When polarization conversion is performed by the program element 532 and the phase difference plate 544, the light use efficiency is improved by about 1.2 to 1.6 times, and the above-described hologram element 532 is used. It was confirmed that the function of the polarization conversion element 540 was excellent.
(実施の形態 B 3 - 2 )  (Embodiment B 3-2)
前記実施の形態 B 3 — 1 で説明 した偏光分離素子が、 イ ンテグレ The polarization beam splitting element described in the embodiment B3-1 is used as an integral element.
—夕 を構成する第 1 レ ンズ群と第 2 レ ンズ群との間の光路中に設け られて偏光方向を揃える偏光変換素子の例を説明する。 なお、 本実 施の形態 B等において、 前記実施の形態 B 3 一 1 等と同様の機能を 有する構成要素については、 適宜同一の符号を付 して詳細な説明を 省略する。 —Provided in the light path between the first and second lenses that make up the evening An example of a polarization conversion element that aligns the polarization directions by being applied will be described. In the embodiment B and the like, components having the same functions as those in the embodiment B31 and the like are denoted by the same reference numerals as appropriate, and detailed description is omitted.
図 2 2 は偏光変換素子 5 4 5 を含む偏光照明装置の構成を示す説 明図である。  FIG. 22 is an explanatory diagram showing the configuration of the polarized light illuminating device including the polarization conversion element 545.
リ フ レ ク タ 5 3 4からの略平行光は、 イ ンテグレ一タ 5 4 1 を構 成する第 1 レ ンズ群 5 4 2 を介 して偏光分離素子 5 3 0 に入射する よう になつている。 偏光分離素子 5 3 0 に入射 した光束は、 実施の 形態 B 2 — 2 で説明 したよ う に S偏光光と P偏光光とで進行方向が わずかに異なる よ う に分離されて、 偏光分離素子 5 3 0 から出射す る。  The substantially parallel light from the reflector 534 is incident on the polarization separation element 530 via the first lens group 542 constituting the integrator 541. ing. The luminous flux incident on the polarization splitter 530 is split so that the traveling directions of the S-polarized light and the P-polarized light are slightly different as described in Embodiment B2-2, and the polarization splitter is The light exits from 5300.
偏光分離素子 5 3 0 から出射 した S偏光光および P偏光光は、 そ れそれ、 イ ンテグレ一夕 5 4 1 を構成する第 2 レ ンズ群 (第 2 の蠅 の目 レ ンズ) 5 4 3 の各レ ンズ 5 4 3 a における、 裏面側に位相差 板 5 4 4 が設け られている領域または設け られていない領域に集光 される。 そこで、 前記実施の形態 B 3 — 1 と 同様に、 S偏光光はそ のま ま S偏光光と して出射する一方、 P偏光光は、 位相差板 5 4 4 を介 して偏光方向が 9 0 ° 回転され、 S偏光光に変換されて出射す る。 すなわち、 何れの偏光光も S偏光光に揃え られて出射する。 このよ う に構成された偏光変換素子 5 4 5 によって も、 実施の形 態 B 3 - 1 と同様に光利用効率を向上させる こ とがで き る。  The S-polarized light and the P-polarized light emitted from the polarization splitter 530 are respectively the second lens group (second fly's eye lens) 543 that composes the integration 541. In each of the lenses 543a, the light is focused on a region where the retardation plate 544 is provided on the back surface side or a region where the retardation plate 544 is not provided. Thus, as in Embodiment B3-1, the S-polarized light is emitted as it is as the S-polarized light, while the P-polarized light is polarized through the retardation plate 544. The light is rotated 90 °, converted into S-polarized light, and emitted. That is, any polarized light is emitted while being aligned with S-polarized light. Even with the polarization conversion element 545 configured as described above, the light use efficiency can be improved as in the embodiment B3-1.
(実施の形態 B 3 — 3 )  (Embodiment B 3 — 3)
前記実施の形態 B 1 または実施の形態 B 2 - 1 で示 したの と同様 のホロ グラ ム素子が用い られた、 他の偏光変換素子の例を説明す る。 図 2 3 は偏光変換素子 5 5 0 を含む偏光照明装置の構成を示す説 明図である。 こ の偏光照明装置の偏光変換素子 5 5 0 は、 前記実 施の形態 B 1 または実施の形態 B 2 - 1 で示 したの と同様のホロ グ ラム素子 5 5 1 と全反射 ミ ラ一 5 3 1 との間に、 1 / 4 波長板であ る位相差板 5 5 1 が設け られて構成されている。 An example of another polarization conversion element using the same hologram element as that described in Embodiment B1 or Embodiment B2-1 will be described. FIG. 23 is an explanatory diagram showing a configuration of a polarized light illuminating device including a polarization conversion element 550. The polarization conversion element 550 of this polarization illuminating device is composed of a hologram element 551 and a total reflection mirror similar to those described in the embodiment B1 or the embodiment B2-1. A phase difference plate 551, which is a 波長 wavelength plate, is provided between the phase difference plate 31 and the phase difference plate 31.
ラ ンプ 5 3 3 からの P偏光光と S偏光光と を含む光波はホロ グラ ム素子 5 5 1 に入射 し、 P偏光光は、 実施の形態 B 1 等で説明 した よ う に回折光学素子の屈折率分布等に応 じて回折され、 同図の一点 鎖線で示 した方向に進路を曲げられて出射する。  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 by the diffractive optical element as described in Embodiment B1 and the like. The light is diffracted according to the refractive index distribution and the like, and the light is emitted with its course bent in the direction shown by the one-dot chain line in FIG.
一方、 S偏光光は、 ホロ グラ ム素子 5 5 1 をそのま ま透過 し、 位 相差板 5 5 2 を介 して全反射 ミ ラー 5 3 1 で反射され、 再び位相板 5 5 2 を通過する過程で偏光方向が入射時に対 して 9 0 ° 変化 し、 ホロ グラ ム素子 5 5 1 に P偏光光と して入射する こ と にな る。 こ の と きの入射方向は全反射 ミ ラ一 5 3 1 と リ フ レ ク タ 5 3 4 との配置 によ り 定ま るが、 これがホロ グラ ム素子 5 5 1 の内部に形成された 周期構造に対する ブラ ッ グの回折条件から ずれた条件となる よ う に して、 ホロ グラ ム素子 5 5 1 が入射 した光を反射せずに透過させる よ う になつている。 すなわち、 前記図 1 9 ( a ) で回折効率の角度 依存性について説明 したよ う に、 ホロ グラ ム素子への入射角が所定 の角度からある程度ずれる と効率がほとんど 0 とな り 、 回折作用は 生 じず透過するだけ となる場合があ り 、 上記所定の角度は回折光学 素子の形成条件によ り 設定する こ とが可能である。 そこで、 全反射 ミ ラ一 5 3 1 によって反射され、 位相差板 5 5 2 によ って P偏光光 に変換された光束が、 回折されずにホロ グラ ム素子 5 5 1 をそのま ま透過する よ う にする こ とがで きる。 なお、 回折させて、 前記ホロ グラ ム素子 5 5 1 で直接回折された P偏光光の伝搬方向 と概ね一致 させる よ う にする こ と も可能である。 On the other hand, the S-polarized light passes through the hologram element 551, as it is, is reflected by the total reflection mirror 531 through the phase difference plate 552, and passes through the phase plate 552 again. In the process, the polarization direction changes by 90 ° with respect to the incident light, and the light 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 5334, which is formed inside the hologram element 551. The hologram element 551 transmits the incident light without reflecting it so that the condition is deviated from the Bragg diffraction condition for the periodic structure. That is, as described in FIG. 19 (a), the angle dependence of the diffraction efficiency is described. When the angle of incidence on the hologram element deviates from the predetermined angle to some extent, the efficiency becomes almost zero, and the diffraction effect is reduced. In some cases, only the light is transmitted without being generated, and the above-described predetermined angle can be set according to the forming 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 passes through the hologram element 551 without being diffracted. You can do it. It should be noted that the light is diffracted and almost coincides with the propagation direction of the P-polarized light directly diffracted by the hologram element 551. It is also possible to make it happen.
上記のよ う に、 ラ ンプ 5 3 3 からの光波はホロ グラ ム素子 5 5 1 によって P偏光光が回折され、 ホロ グラ ム素子 5 5 1 を透過 した S 偏光光は全反射 ミ ラ一 5 3 1 と位相差板 5 5 2 によ り P偏光光に変 換された後ホロ グラ ム素子 5 5 1 を透過 して出射する こ とによ り 、 偏光方向が揃っ た略平行光束を得る こ とがで き る。  As described above, the lightwave from the lamp 533 is diffracted into P-polarized light by the hologram element 551, and the S-polarized light transmitted through the hologram element 551 is totally reflected by the mirror. After being converted into P-polarized light by 31 and the phase difference plate 552, the light is transmitted through the hologram element 551 and emitted to obtain a substantially parallel light beam with the same polarization direction. be able to.
上記偏光照明装置について、 実施の形態 B 3 — 1 と同様に して光 利用効率を求めた と こ ろ、 ホロ グラ ム素子 5 5 1 と位相差板 5 5 2 とを用いない場合に比べ 1 . 2 〜 1 . 5 倍程度の光利用効率を得る こ とがで きた。  When the light use efficiency of the polarized light illuminating device was determined in the same manner as in Embodiment B3-1, the light illuminating device was compared with the case where the hologram element 55 1 and the phase difference plate 5 52 were not used. It was possible to obtain a light use efficiency of about 2 to 1.5 times.
また、 上記のよ う な構成によれば、 ホロ グラ ム素子と位相差板 5 5 2 と全反射 ミ ラー 5 3 1 との簡易な積層構造だけで偏光変換を行 わせる こ とがで きるので、 ィ ンテグレ一タ等の光学系との組み合わ せなども容易であ り 、 幅広い光学系装置に使用可能である。 特に、 例えば 2 つのダイ ク ロイ ッ ク プ リ ズムを備えて色分離および色合成 を行う カ ラー画像表示装置な どのよ う にあ ら か じめ折 り 返 し ミ ラ一 を備えている装置に適用する場合には、 その ミ ラーに代えてホロ グ ラ ム素子を備えた ミ ラーを用いるだけでよいので、 部品点数の増加 などを招 く こ とな く 光利用効率を向上させる こ とがで き る。  Further, according to the above-described configuration, polarization conversion can be performed only by a simple laminated structure of the hologram element, the phase difference plate 552, and the total reflection mirror 531. Therefore, it can be easily combined with an optical system such as an integrator and can be used for a wide range of optical system devices. In particular, a device equipped with a mirror that turns back in advance, such as a color image display device that performs color separation and color synthesis with, for example, two dichroic prisms In the case of application to a mirror, it is only necessary to use a mirror provided with a hologram element instead of the mirror, so that the light use efficiency can be improved without increasing the number of parts. I can do it.
(実施の形態 B 3 — 4 )  (Embodiment B 3 — 4)
前記実施の形態 B 1 または実施の形態 B 2 - 1 で示 したの と同様 のホロ グラ ム素子が用い られた、 さ ら に他の偏光変換素子の例を説 明する。  An example of another polarization conversion element using the same hologram element as that described in the embodiment B1 or the embodiment B2-1 will be described.
前記実施の形態 B 1 ま たは実施の形態 B 2 一 1 で示 したの と同様 の 2枚のホロ グラ ム素子 5 6 1 , 5 6 2 を用いて、 図 2 4 に示すよ う な偏光変換素子 5 6 0 を含む偏光照明装置を構成 した。 ラ ンプ 5 3 3 か らの P偏光光と S偏光光と を含む光束は リ フ レ ク タ 5 3 4 を介 してホロ グラ ム素子 5 6 1 に入射 し、 S 偏光光は、 そ のま ま略平行光と して透過する。 また、 P偏光光は、 ホロ グラ ム素 子 5 6 2 によ り 、 実施の形態 B 1 等で述べた原理によ り 、 伝搬方向 が概ね 9 0 ° 変化する よ う に回祈される。 The polarization as shown in FIG. 24 is obtained by using the same two hologram elements 56 1 and 56 2 as shown in the embodiment B 1 or the embodiment B 21. A polarized light illumination device including the conversion element 560 was constructed. The luminous flux containing the P-polarized light and the S-polarized light from the lamp 533 enters the hologram element 561 via the reflector 534, and the S-polarized light is It is transmitted as almost parallel light. The P-polarized light is prayed by the hologram element 562 so that the propagation direction changes by approximately 90 ° according to the principle described in the embodiment B1 and the like.
こ の光波はさ ら にホロ グラ ム素子 5 6 2 に入射 し、 こ こ で同様に 回折され伝搬方向が、 初期の リ フ レ ク タ 5 3 4 から反射された光束 の方向 と概ね等 し く なる よ う に出射する。 こ の後、 1 / 2 波長板で ある位相差板 5 6 3 を透過 し、 偏光方向が 9 0 ° 回転されて S偏光 光波と して出射する。 すなわち、 ラ ンプ 5 3 3 から発せ られてホロ グラ ム素子 5 6 1 で回折された光波は、 回折光学素子 5 6 2 と位相 差板 5 6 3 と によ って、 ホロ グラ ム素子 5 6 1 を透過 した光波と偏 光方向が揃った略平行光束と して出射する。  This light wave further enters the hologram element 562, and is similarly diffracted here, and the propagation direction is almost equal to the direction of the light beam reflected from the initial reflector 534. It is emitted so that it becomes dark. Thereafter, the light passes through a phase difference plate 563 which is a half-wave plate, is rotated by 90 °, and is emitted as an S-polarized light wave. That is, the light wave emitted from the lamp 533 and diffracted by the hologram element 561 is converted by the diffractive optical element 562 and the phase difference plate 563 into a hologram element 563. It is emitted as a substantially parallel light beam whose polarization direction is aligned with the light wave transmitted through 1.
上記のよ う な偏光照明装置のホロ グラ ム素子 5 6 2 での光波の再 利用率を測定 した と こ ろ、 ホロ グラ ム素子 5 6 2 からの光束と して は、 ホロ グラ ム素子 5 6 1 からの光束に対 し強度割合が概ね 9 0 % 程度の S 偏光光に変換された光束が得 られた。  When the light wave recycling rate at the hologram element 562 of the above-described polarized light device was measured, the light flux from the hologram element 562 was the hologram element 5 62. A luminous flux converted to S-polarized light with an intensity ratio of about 90% of the luminous flux from 61 was obtained.
上記の よ う にホロ グラ ム素子 5 6 1 , 5 6 2 を用レヽる こ との利点 は、 偏光分離を行う場合の分離角を任意に設定する こ とが可能とい う こ とである。 すなわち、 通常のよ う に、 偏光ビ一ムスプリ ヅ 夕 と全反射 ミ ラーと を組み合わせて偏光分離を行わせよ う と した場 合、 伝搬方向を 9 0 ° 曲げる ためには反射面を入射光に対 して 4 5 ° 傾ける必要がある (図 2 4 における Θ に相当) 。 したがって、 奥行き方向にはその反射面の大き さ と傾きに相当する分の大きさ力 s 必要と され、 その偏光照明装置を用いる装置において厚さ方向での 制約条件が大き く なる。 一方、 上記のよ う にホロ グラ ム素子を用いた場合は、 内部に形成 される屈折率分布によ り 偏光分離角を任意に設定する こ とが可能で ある ため、 回折光学素子を入射光に対 して垂直な平面に対 し、 4 5 。 以下に傾けて配置する こ とが可能とな り 、 図 2 4 における S を 4 5 ° 以下の小さな角度で設定する こ とがで き る と と も に、 ホロ グ ラ ム素子を互いに平行に対に並べる こ とで偏光変換光学系を構成す る こ とができるため、 奥行き方向の大きさ を大幅に減少させる こ と がで きる。 このため、 薄型での構成が可能とな り 、 偏光変換された 偏光光が入射されるイ ンテグレー夕などの照明光学系 との組み合わ せにおいて、 コ ンパク ト なシステ ム (照明装置や画像表示装置な ど) を実現する こ とができる。 The advantage of using the hologram elements 561 and 562 as described above is that it is possible to arbitrarily set the separation angle when performing polarization separation. In other words, as usual, when the polarization beam splitter is combined with the total reflection mirror to perform polarization separation, in order to bend the propagation direction by 90 °, the reflection surface must be incident on the incident light. It must be tilted by 45 ° (corresponding to Θ in Fig. 24). Therefore, in the depth direction, a magnitude force s corresponding to the size and inclination of the reflection surface is required, and the constraint in the thickness direction becomes large in an apparatus using the polarization illuminating apparatus. On the other hand, when the hologram element is used as described above, the polarization separation angle can be set arbitrarily by the refractive index distribution formed inside, so that the diffractive optical element is used to make the diffractive optical element incident light. 45 for a plane perpendicular to the plane. It is possible to set S in Fig. 24 at a small angle of 45 ° or less, and to make the hologram elements parallel to each other. By arranging them in pairs, a polarization conversion optical system can be configured, so that the size in the depth direction can be significantly reduced. This makes it possible to use a thin system, and when combined with an illumination optical system, such as an integrated optical system, into which polarized light that has been subjected to polarization conversion is incident, a compact system (such as an illumination device or an image display device) can be used. Etc.) can be realized.
(実施の形態 B 3 - 5 )  (Embodiment B 3-5)
前記実施の形態 B 1 または実施の形態 B 2 一 1 で示 したの と同様 のホロ グラ ム素子が用い られ、 第 1 レ ンズ群と第 2 レ ンズ群とを有 する ィ ンテグレ一夕から出力される光の偏光方向を揃える偏光変換 素子の例を説明する。  A hologram element similar to that shown in the above-described Embodiment B1 or Embodiment B21-11 is used, and an output from an integer having a first lens group and a second lens group is used. An example of a polarization conversion element that aligns the polarization direction of the light to be performed will be described.
前記実施の形態 B 1 または実施の形態 B 2 — 1 で示 したの と同様 のホ ロ グラ ム素子 5 7 1 , 5 7 2 を対に して、 図 2 5 に示すよ う に 複数組配置 し、 偏光変換素子 5 7 0 を含む偏光照明装置を構成 し た。 なお、 同図では、 画像表示素子 5 7 7 や投射レ ンズ 5 7 8等を 組み合わせて投射型画像表示装置を構成 した例を示す。  As shown in FIG. 25, a plurality of sets are arranged as pairs of the hologram elements 57 1 and 57 2 similar to those shown in the embodiment B 1 or the embodiment B 2-1. Thus, a polarization illuminating device including the polarization conversion element 570 was constructed. Note that FIG. 1 shows an example in which a projection type image display device is configured by combining an image display element 577, a projection lens 578, and the like.
ィ ンテグレ一タ における図示 しない第 1 レ ンズ群から伝達された P偏光光と S偏光光を含んだ光波は、 第 2 レ ンズ群 5 7 1 に入射 し 光束を絞 られて、 第 2 レ ンズ群 5 7 1 の各レ ンズ 5 7 1 a に対応す るホ ロ グラ ム素子 5 7 2 に入射する。 こ こで S偏光光はそのま ま透 過 し、 P偏光光は回折され隣のホロ グラ ム素子 5 7 2 に入射する。 そ して、 こ こでさ ら に回折されて、 先の S偏光光と概ね等 しい方向 に伝搬する し、 1 / 2 波長板である位相差板 5 7 4 によ って偏光方 向が 9 0 ° 回転され、 S偏光光に変換されて出射する。 The light wave including the P-polarized light and the S-polarized light transmitted from the first lens group (not shown) in the integrator is incident on the second lens group 571 and the light beam is narrowed down. The light enters the hologram element 572 corresponding to each lens 571a of the group 571. Here, the S-polarized light is transmitted as it is, and the P-polarized light is diffracted and enters the adjacent hologram element 572. Then, the light is further diffracted and propagates in a direction substantially equal to that of the above-mentioned S-polarized light, and the polarization direction is changed by a retardation plate 574 which is a half-wave plate. The light is rotated 90 °, converted into S-polarized light, and emitted.
これらの過程が複数に配置された各ホロ グラ ム素子 5 7 2 , 5 7 3 と位相差板 5 7 4 の組ごと に行われ、 第 2 レ ンズ群 5 7 1 を通過 した光波は、 偏光方向が揃え られて出射される。 また、 イ ンテグレ —夕 と組み合わせて光束を絞って用いるため、 光源からの光束の幅 も大き く 変化する こ とな く 偏光変換を行う こ とが可能となる。  These processes are performed for each set of a plurality of holographic elements 572, 573 and a retardation plate 574, which are arranged in a plurality, and the light wave passing through the second lens group 571 is polarized. The light is emitted in the same direction. In addition, since the luminous flux is narrowed and used in combination with the integration, it is possible to perform polarization conversion without greatly changing the width of the luminous flux from the light source.
上記のよ う に して偏光方向が揃え られた光束は、 フ ィ ール ド レ ン ズ 5 7 5 と集光レ ンズ 5 7 6 とによ り 平行光束と して偏光型の液晶 表示素子等の画像表示素子 5 7 8 に入射 し、 各画素毎に輝度変調さ れた後、 投写レ ンズ 5 7 9 によってス ク リ ーン 5 7 9 上に拡大投写 される。  The luminous flux whose polarization direction has been aligned as described above is converted into a parallel luminous flux by the field lens 575 and the condensing lens 576, and the polarization type liquid crystal display element is used. After being incident on an image display element 5778 such as the like, and subjected to luminance modulation for each pixel, the image is enlarged and projected on a screen 5779 by a projection lens 579.
上記のよ う な偏光変換素子 5 7 0 によって偏光変換を行っ た場合 と行わない場合について、 ス ク リ ーン上での輝度を比較 した と こ ろ、 偏光変換を行った場合は 3 0 %程度輝度が増大 してお り 、 明る い画像を得る こ とがで きた。  The brightness on the screen was compared between the case where the polarization conversion was performed by the polarization conversion element 570 as described above and the case where the polarization conversion was not performed, and 30% when the polarization conversion was performed. Brightness has increased, and a bright image has been obtained.
(実施の形態 B 3 — 6 )  (Embodiment B 3 — 6)
前記実施の形態 B 1 または実施の形態 B 2 一 1 で示 したのと同様 のホロ グラム素子が用い られた、 さ ら に他の偏光変換素子の例を説 明する。  An example of another polarization conversion element using the same hologram element as that described in the embodiment B1 or the embodiment B21 will be described.
図 2 6 に示すよ う に、 前記実施の形態 B 3 — 4 と同様の 1 対の偏 光変換素子 5 6 0 を リ フ レ ク タ 5 3 4 の光軸に対 して対象になる よ う に設けて、 偏光変換素子 5 9 0 を構成する よ う に して も よい。 こ のよ う に構成する こ と によ り 、 リ フ レ ク タ 5 3 4 が偏光照明装置の 例えば幅方向中央に配置される ため、 両側に均等な空間が形成され るので、 この偏光照明装置が適用される装置における他の構成要素 等の配置が容易になる。 As shown in FIG. 26, a pair of polarization conversion elements 560 similar to the embodiment B3-4 is targeted for the optical axis of the reflector 534. And the polarization conversion element 590 may be configured. With such a configuration, since the reflector 534 is arranged at, for example, the center in the width direction of the polarized light illuminating device, a uniform space is formed on both sides. This facilitates the arrangement of other components and the like in the device to which the polarized light illumination device is applied.
(実施の形態 B 4 — 1 )  (Embodiment B 4 — 1)
前記実施の形態 B 2 — 1 (図 1 3 ) の偏光分離素子 5 1 0 を用い て構成された投射型画像表示装置を構成 した例を説明する。 上記偏 光分離素子 5 1 0 を構成するホロ グラ ム素子 と しては、 実施の形態 B 1 や実施の形態 B 2 — 1 (図 1 0 、 1 8 等) で示 したものなどを 適用する こ とができる。 こ こで、 実施の形態 B 1 のホロ グラ ム素子 が用い られる場合には、 I T 0間に所定の電圧が印加された状態で 用レヽ られる。  An example in which a projection type image display device configured using the polarization beam splitter 510 of the embodiment B2-1 (FIG. 13) will be described. As the hologram element constituting the polarization splitting element 5110, the one shown in the embodiment B1 or the embodiment B2-1 (FIGS. 10 and 18, etc.) is applied. be able to. Here, when the hologram element of Embodiment B1 is used, the operation is performed in a state where a predetermined voltage is applied between IT0.
投写型画像表示装置 6 0 0 は、 図 2 7 に示すよ う に、 ラ ンプ 5 3 3 、 リ フ レ ク タ 5 3 4 、 偏光分離素子 5 1 0 、 およびイ ンテグレ一 夕か ら構成される偏光照明装置 6 0 1 を備え、 ラ ンプ 5 3 3 からの 出力光束を リ フ レ ク タ 5 3 3 で反射 し、 反射後の出力光束 /? を偏光 分離素子 5 1 0 、 イ ンテグレ一タ 5 1 を介 して、 例えば透過型液 晶パネル等の画像表示素子 5 4 7 に入射させ、 輝度変調された光束 を、 投写レ ンズ 6 0 2 によ り ス ク リ ーン (不図示) 上に拡大投写す る こ とで画像を表示する よ う になっている。  As shown in FIG. 27, the projection-type image display device 600 is composed of a lamp 533, a reflector 534, a polarization separation element 510, and an integrated circuit. A polarizing illuminator 6001 is provided, and the output light beam from the lamp 533 is reflected by the reflector 533, and the reflected output light beam /? Is reflected by the polarization separation element 510 and the integration device. For example, the light is incident on an image display element 547 such as a transmissive liquid crystal panel through the projector 51, and the luminous flux whose luminance has been modulated is screened by a projection lens 602 (not shown). ) The image is displayed by enlarging and projecting it.
次に、 この投写型画像表示装置 6 0 0 に用いる偏光分離素子 5 1 0 およびイ ンテグレー夕 について説明する。 本発明で用いる偏光分 離素子 5 1 0 は、 実施の形態 B 2 — 1 で説明 したよ う に、 第 1 のホ ロ グラ ム素子 5 1 1 、 および第 2 のホロ グラ ム素子 5 1 2 からな り 、 P偏光光を直進させて (出力角 0 ° で) 透過させる一方、 S 偏 光光を略一 7 ° の出力角で出力する ものである。  Next, a description will be given of the polarization separation element 510 and the integration element used in the projection type image display device 600. As described in Embodiment B 2-1, the polarization separation element 5 10 used in the present invention includes the first hologram element 5 11 1 and the second hologram element 5 12 It transmits P-polarized light straight through (at an output angle of 0 °) and transmits S-polarized light at an output angle of approximately 17 °.
また、 第 1 レ ンズ群 (第 1 の蠅の 目 レ ンズ) 5 4 2 を構成する各 第 1 微小 レ ンズは、 それぞれ第 2 レ ンズ群 (第 2 の蠅の 目 レ ンズ) 5 4 3 を構成する各第 2 レ ンズにラ ンプの像を結像させる。 その 際、 P偏光光ァ と、 S偏光光(5 と を異なる位置に結像する。 例えば S偏光光(5 が結像する部分には、 偏波面回転手段と しての 1 / 2 波 長板 ( え / 2 板) である位相差板 5 4 4 が設け られ、 こ の位相差板 5 4 4 を透過 した S偏光光(5 は略 P偏光光に変換されて出力され る。 なお、 P偏光光ァ と、 S偏光光 5 とのう ちの何れの偏光成分に 対して偏波面を回転させるかは、 画像表示素子 5 4 7 が備える偏光 板の偏光方向によって决定される。 Also, the first minute lenses constituting the first lens group (first fly-eye lens) 542 are respectively the second lens group (second fly-eye lens). An image of the lamp is formed on each of the second lenses composing 5 4 3. At this time, the P-polarized light and the S-polarized light (5 are imaged at different positions. For example, in the portion where the S-polarized light (5) is imaged, the half-wavelength as the polarization plane rotating means is provided. A retardation plate 544, which is a plate (e / 2 plate), is provided, and S-polarized light (5 is substantially converted into P-polarized light and transmitted through the retardation plate 544) is output. Which polarization component of the P-polarized light and the S-polarized light 5 to rotate the polarization plane is determined by the polarization direction of the polarizing plate included in the image display element 547.
上記第 2 レ ンズ群 5 4 3 は、 第 1 レ ンズ群 5 4 2 を構成する各微 小レ ンズの像を画像表示素子 5 4 7 における表示画像領域のほぼ全 面にわたって結像させる こ とによ り 、 表示画像の明る さの均一性が 確保される。  The second lens group 543 forms an image of each of the minute lenses constituting the first lens group 542 over almost the entire display image area of the image display element 547. Thereby, the uniformity of the brightness of the displayed image is ensured.
上記のよ う な偏光照明装置 6 0 1 を構成する こ とによ り 、 ラ ンプ 5 3 3 から出力される無偏光光を効率よ く P偏光光に変換する こ と がで き、 高い投写効率を実現する こ とが可能となる。 また、 上記の よ う な偏光分離素子 5 1 0 は、 作製が容易であ り 安価に構成する こ とがで き る。 また、 偏光分離素子 5 1 0 は光軸方向の寸法が小さい ので、 コ ンパク ト で、 かつ高い分離効率を有する偏光分離素子を容 易に構成する こ とがで きる。 また、 上記のよ う な偏光分離素子を用 いる こ とによ り 、 高い光利用効率の投写型画像表示装置を容易に実 現する こ とができる。  By configuring the polarized light illuminator 601 as described above, it is possible to efficiently convert non-polarized light output from the lamp 533 into P-polarized light, and achieve high projection. Efficiency can be realized. Further, the polarization separation element 510 as described above can be easily manufactured and can be configured at low cost. Further, since the polarization separation element 510 has a small dimension in the optical axis direction, it is possible to easily configure a compact polarization separation element having high separation efficiency. In addition, by using the above-described polarization splitting element, a projection-type image display device having high light use efficiency can be easily realized.
なお、 ラ ンプ 5 3 3 および リ フ レ ク タ 5 3 4 の配置を異な らせれ ば、 実施の形態 B 3 — 1 〜 3 — 3 (図 2 1 〜 2 3 ) に示 したよ う な 偏光変換素子 5 3 0 等を用いる こ と もでき る。  If the positions of the lamps 53 3 and the reflectors 53 4 are changed, the polarization as shown in the embodiment B 3 — 1 to 3 — 3 (FIGS. 21 to 23) can be obtained. A conversion element 530 or the like can also be used.
また、 上記ラ ンプ 5 3 3 と しては、 メ タルハラ ィ ド ラ ンプや、 ノヽ ロ ゲンラ ンプ、 キセノ ンラ ンプ、 超高圧水銀ラ ンプ等を使用する こ とができ るが、 発光領域の大きさが小さいものを用いる こ とが好ま しい。 In addition, as the lamp 533, a metal halide lamp, a nitrogen lamp, a xenon lamp, an ultrahigh-pressure mercury lamp, or the like may be used. However, it is preferable to use a light emitting region having a small size.
(実施の形態 B 4 — 2 )  (Embodiment B 4 — 2)
透過型の 3 つの画像表示素子と、 色分解系および色合成系の光学 要素を備え、 カラ一画像を表示 し得るいわゆる 3 板方式の投射型の 画像表示装置の例を説明する。  An example of a so-called three-panel projection image display device that includes three transmissive image display elements and optical elements for color separation and color synthesis and that can display a single color image will be described.
こ の画像表示装置は、 図 2 8 ( a ) に示す色分解系要素 6 1 0 の 下方に、 図 2 8 ( b ) に示す色合成系要素 6 2 0 が設け られて構成 されている。  This image display device is provided with a color synthesis system element 620 shown in FIG. 28 (b) below the color separation system element 610 shown in FIG. 28 (a).
上記色分解系要素 6 1 0 は、 前記実施の形態 B 4 — 1 で示 したの と同様の偏光変換素子を含む偏光照明装置 6 0 1 と、 ダイ ク ロ イ ツ ク プリ ズム 6 1 1 と、 全反射 ミ ラ一 6 1 2 〜 6 1 4 と を備えて構成 され、 偏光照明装置 6 0 1 か ら出力された光を R (赤) 、 G (緑) 、 B (青) の各波長の光に分解する よ う になっている。 一 方、 色合成系要素 6 2 0 は、 全反射 ミ ラ一 6 2 1 〜 6 2 3 と、 画像 表示素子 6 2 4 〜 6 2 6 と、 ダイ ク ロ イ ツ ク プリ ズム 6 2 5 と、 投 射レ ンズ 6 2 8 と を備えて構成され、 色分解系要素 6 1 0 から導か れた各波長の光が画像表示素子 6 2 4〜 6 2 6 を通過 した後、 色合 成が行われ、 投射レ ンズ 6 2 8 によってスク リ ーン 6 2 9 に画像を 投射する よ う になっている。  The color separation element 6110 is composed of a polarization illuminating device 611 including a polarization conversion element similar to that described in the embodiment B4-1, and a dichroic prism 611. , And total reflection mirrors 612 to 614, and the light output from the polarized light illuminator 601 is converted to each wavelength of R (red), G (green), and B (blue). It breaks down into light. On the other hand, the color synthesizing elements 62 0 are total reflection mirrors 62 1 to 62 3, image display elements 62 4 to 62 6, and a dichroic prism 62 5. , And a projection lens 628, and color synthesis is performed after light of each wavelength guided from the color separation element 610 passes through the image display elements 624 to 626. The image is projected on the screen 629 by the projection lens 628.
この画像表示装置では、 ラ ンプ 5 3 3 から リ フ レ ク タ 5 3 4 を介 して出力されたほぼ平行光束が、 前記実施の形態 B 4 — 1 で説明 し たの と同様に、 偏光分離素子 5 1 0 およびイ ンテグレ一夕 5 4 1 に よって偏光方向が揃え られる と と も に光束の面内での均一性が保た れる よ う にされた後、 ダイ ク ロ イ ツ ク プリ ズム 6 1 1 に入射する。 こ のダイ ク ロ イ ツ ク プリ ズム 6 1 1 は、 各帯域の波長のフ ィ ル夕が 内部に形成された構成となっていて、 偏光照明装置 6 0 1 からの 白 色光は前記波長フ ィ ルタ ーに対応 して、 色の三原色である R、 G、 Bの各波長に対応 した光に分解され、 それそれ同図中に矢印で示 し た方向に出射する。 こ こ で、 上記ダイ ク ロイ ツ ク プリ ズム 6 1 1 は、 これは 2 枚構成のダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラーが用い られる場合と同 様の機能を有するが、 プリ ズム構成のために、 広い空間を使用する こ とな く 色の分解が可能であるため、 コ ンパク ト な表示装置を構成 する こ とができる よ う になる。 In this image display device, the substantially parallel light beam output from the lamp 533 via the reflector 534 is polarized similarly to the embodiment B4-1 described above. After the polarization direction is aligned by the separation element 510 and the integration circuit 541 and the uniformity of the luminous flux in the plane is maintained, the die Into the mechanism 6 1 1. This dichroic prism 611 is a filter of wavelengths in each band. The white light from the polarized light illuminator 601 corresponds to the wavelength filter, and the light corresponding to each of the three primary colors R, G, and B corresponds to the wavelength filter. The light is emitted in the directions indicated by arrows in the figure. Here, the dichroic prism 611 has the same function as the case where a two-piece dichroic mirror is used. In addition, since color separation can be performed without using a large space, a compact display device can be configured.
上記ダイ ク ロイ ツ ク プリ ズム 6 1 1 から出射 した各色の光は、 全 反射 ミ ラ一 6 1 2 〜 6 2 4 によ り反射されて、 下方側の色合成系要 素 6 2 0 に導かれる。 色分解系要素 6 1 0 か ら色合成形容素 6 2 0 に導かれた各色の光は、 全反射 ミ ラ一 6 2 1 - 6 2 3 を介によ り 進 行方向が概ね 9 0 ° 変化 して反射され、 各色の光に対応する透過型 の画像表示素子 6 2 4 〜 6 2 6 によって輝度変調された後、 ダイ ク ロイ ヅ ク プリ ズム 6 2 7 に入射する。 このダイ ク ロイ ツ ク プリ ズム 6 2 7 は、 前記ダイ ク ロ イ ツ ク プリ ズム 6 1 1 と逆の機能を有 し、 それそれ R、 G、 Bの各色の光に分かれて入射 した光の色合成を行 う もので、 合成された光をは、 投射レ ンズ 6 2 8 の方向に向けて出 射する。 ダイ ク ロイ ツ ク プ リ ズム 6 2 7 から 出射 した光は、 投写レ ンズ 6 2 8 によって、 スク リ ーン 6 2 9 上に投射され、 拡大された 画像と して表示される。  The light of each color emitted from the dichroic prism 611 is reflected by the total reflection mirrors 612 to 624, and is reflected by the lower color synthesis element 620. Be guided. The light of each color guided from the color separation system element 6 10 to the color combining adjective 6 20 has a traveling direction of approximately 90 ° through the total reflection mirror 6 2 1-6 2 3 The light is changed and reflected, and after being subjected to luminance modulation by the transmission type image display elements 624 to 626 corresponding to the light of each color, the light is incident on the dichroic prism 627. The dichroic prism 627 has a function opposite to that of the dichroic prism 611, and the light incident on the dichroic prism split into R, G, and B light, respectively. The synthesized light is emitted in the direction of the projection lens 628. The light emitted from the dichroic prism 627 is projected by a projection lens 628 onto a screen 629 and displayed as an enlarged image.
上記のよ う に リ フ レ ク タ 5 3 4 から 出力された光束の偏光方向を 揃え る偏光変換素子が設け られる こ とによ り 、 光利用効率を向上さ せて、 明るい画像を表示 し得る画像表示装置を構成する こ とができ る o  By providing a polarization conversion element for aligning the polarization direction of the light beam output from the reflector 534 as described above, the light use efficiency is improved, and a bright image is displayed. O Image display device that can be configured o
なお、 上記のよ う にカラ一画像を表示する画像表示装置等に偏光 変換素子等を適用する場合には、 ホロ グラ ム素子の作製にあたつ て、 赤、 緑、 および青の光による光の干渉縞で多重露光 した り 、 そ れそれの色の光の回折に対 して最適化 したホ ロ グラ ム素子を積層 し た り した構造のものを用いる よ う に して も よい。 As described above, an image display device that displays a blank image is polarized. When a conversion element or the like is applied, a holographic element can be manufactured by performing multiple exposures using light interference fringes of red, green, and blue light, or diffracting light of each color. On the other hand, a structure in which hologram elements optimized for each other are laminated may be used.
また、 上記偏光分離素子 5 1 0 および位相差板 5 4 4 に代えて、 前記実施の形態 B 3 — 4 〜 3 — 6 (図 2 4 〜 2 6 ) に示 したよ う な 偏光変換素子 5 6 0 等を用いる よ う に して も、 同様に高い光利用効 率を得る こ とができる。  Also, instead of the polarization splitting element 510 and the phase difference plate 544, a polarization conversion element 5 as shown in Embodiment B 3 — 4 to 3 — 6 (FIGS. 24 to 26). Even when 60 or the like is used, a high light use efficiency can be obtained similarly.
また、 上記のよ う な偏光変換素子 5 5 0 等は、 イ ンテグレ一タ 5 4 1 とダイ ク ロイ ツ ク プリ ズム 6 1 1 との間に配置 して も、 同様の 効果を得る こ とがで き る。 また、 偏光変換素子 5 5 0 等をダイ ク 口 イ ツ ク プ リ ズム 6 1 1 と画像表示素子 6 2 4 〜 6 2 6 との間、 すな わち色分離された後の各色の光に対応させた 3 つの偏光変換素子 (およびイ ンテグレー夕 ) を設ける よ う に して も よい。 この場合に は、 各色の光に対応させて個別に偏光変換素子を設けるので、 ホロ グラ ム素子と して、 それぞれの色の波長に合わせて波長分散の影響 を低減させ得る よ う に最適化 したもの、 すなわち各波長に対応 した 周期構造が形成されたもの ? 》 などを用いる こ とがで き、 一層光利 用効率を向上させる こ とがで きる。 また、 同様にイ ンテグレ一タ も ダイ ク ロ イ ヅ ク プリ ズム 6 1 1 よ り も後に設ける よ う に して も よ い o  The same effect can be obtained even if the above-described polarization conversion element 550 and the like are arranged between the integrator 541 and the dichroic prism 611. I can do it. In addition, the polarization conversion element 550 or the like is irradiated between the dike mouth prism 611 and the image display elements 624 to 626, that is, the light of each color after color separation. It is also possible to provide three polarization conversion elements (and an integer) corresponding to the above. In this case, a polarization conversion element is provided separately for each color light, so it is optimized as a hologram element so that the influence of chromatic dispersion can be reduced according to the wavelength of each color. , That is, a periodic structure corresponding to each wavelength is formed? >> can be used, and the light use efficiency can be further improved. Similarly, the integrator may be provided after the dike prism 611.
また、 ラ ンプ 5 3 3 および リ フ レ ク タ 5 3 4 の配置を異な らせれ ば、 実施の形態 B 3 — 1 〜 3 — 3 (図 2 1 〜 2 3 ) に示 したよ う な 偏光変換素子 5 4 0 等を用いる こ と もできる。  If the positions of the lamps 53 3 and the reflectors 53 4 are changed, the polarization as shown in the embodiment B 3 — 1 to 3 — 3 (FIGS. 21 to 23) can be obtained. A conversion element 540 or the like can be used.
また、 図 2 8 と同 じ配置で リ フ レ ク タ を設ける場合であって も、 偏光変換素子をダイ ク ロイ ッ ク プリ ズム 6 1 1 と画像表示素子 6 2 4 〜 6 2 6 との間、 すなわち色分離された後の各色の光に対応させ た 3 つの偏光変換素子 (およびイ ンテグレ一夕 ) を設ける場合に は、 上記のよ う な偏光変換素子を適用する こ とができ、 この場合に は、 各色の光を色分解系要素 6 1 0 から色合成形容素 6 2 0 に導 く ための全反射 ミ ラー 6 1 2 等を偏光変換素子の全反射 ミ ラ一 5 3 1 と して兼用する こ とがで き る。 しかも、 前記のよ う に、 ホロ グラ ム 素子と してそれそれの色の波長に合わせた も のな どを用いる こ と も できる。 In addition, even when a reflector is provided in the same arrangement as in FIG. 28, the polarization conversion element is replaced by the dichroic prism 61 and the image display element 62. In the case where three polarization conversion elements (and integers) corresponding to light of each color after color separation are provided between 4 and 626, a polarization conversion element as described above is used. In this case, a total reflection mirror 612 for guiding light of each color from the color separation system element 610 to the color combining element 620 is used as the whole of the polarization conversion element. It can also be used as a reflection mirror 5 3 1. In addition, as described above, a hologram element that is adapted to the wavelength of each color can be used.
なお、 実際に色分離 した後の各経路中に偏光変換素子を設けた場 合にカラ一合成された画像のス ク リ ーン上での明る さは、 偏光変換 素子を用いない場合に比べて、 3 0 %程度増加させる こ とができ た。 これは、 上記のよ う な透過型も、 後述する反射型も概ね同様で あっ た。 このよ う に、 回折光学素子を用いた偏光変換はカラ一表示 に対 して も有効である。  Note that when a polarization conversion element is provided in each path after color separation, the brightness on the screen of an image that is completely combined is higher than when no polarization conversion element is used. As a result, it was possible to increase by about 30%. This was substantially the same for the transmission type as described above and the reflection type described later. As described above, the polarization conversion using the diffractive optical element is also effective for the color display.
また、 図 2 3 で示す構成において位相板の入射角度に よる偏光特 性の依存性を補正するため、 面内での位相板の厚さ を変化する とい つた手段を用いる こ と も可能である。  In the configuration shown in FIG. 23, it is also possible to use a means for changing the thickness of the phase plate in the plane in order to correct the polarization characteristics depending on the incident angle of the phase plate. .
(実施の形態 B 4 — 3 )  (Embodiment B 4 — 3)
前記実施の形態 B 4 - 2 と類似 した構成で、 反射型の画像表示素 子を用いてカラー画像を表示 し得る 3 板方式の投射型の画像表示装 置の例を説明する。  An example of a three-panel projection-type image display device capable of displaying a color image by using a reflection-type image display device with a configuration similar to that of Embodiment B4-2 will be described.
この画像表示装置は、 図 2 9 ( a ) に示す色分解系要素 6 1 0 の 下方に、 図 2 9 ( b ) に示す色合成系要素 6 3 0 が設け られて構成 されている。  This image display device is provided with a color composition system element 630 shown in FIG. 29 (b) below the color separation system element 610 shown in FIG. 29 (a).
上記色分解系要素 6 1 0 は、 前記実施の形態 B 4 — 2 で示 したの と同 じものが用い られている。 一方、 色合成系要素 6 3 0 は、 実施 の形態 B 4 — 2 と比べて、 As the color separation element 6 10, the same one as that described in the embodiment B4-2 is used. On the other hand, the color composition element 6 Form B 4 — Compared to 2,
全反射 ミ ラ一 6 2 1 〜 6 2 3 に代えて偏光ビ一ムス プリ ッ タ 6 3 1 〜 6 3 3 が設け られている点と、 透過型の画像表示素子 6 2 4 - 6 2 6 に代えて、 反射型の画像表示素子 6 3 4 - 6 3 6 が設け られて いる点が異なる。 The point that polarizing beam splitters 631 to 633 are provided instead of the total reflection mirror 621, and the transmission type image display element 62-4-626 Instead, a reflective image display element 634-636 is provided.
上記偏光ビームス プリ ッ 夕 6 3 1 〜 6 3 3 は、 所定の偏光方向の 光だけを反射する よ う になっているが、 実際に色分解系要素 6 1 0 から導かれる光は、 偏光変換素子によって偏光方向が揃え られた光 なので、 概ね全ての光が反射されて画像表示素子 6 3 4 - 6 3 6 に 入射する。 画像表示素子 6 3 4 〜 6 3 6 に入射 した光は各色の表示 画像に応 じて偏光方向が変調されて反射され、 再度偏光ビームスプ リ ッ タ 6 3 1 〜 6 3 3 に入射 し、 所定の偏光方向の光だけが透過す る こ と によ り 、 上記偏光方向の変調が輝度変調に変換されて可視化 される。 その後、 実施の形態 B 4 — 2 と同様にダイ ク ロイ ヅ ク ミ ラ — 6 3 7 で色合成が行われ、 投射レ ンズ 6 2 8 によ ってス ク リ ーン 6 2 9 に画像が投射される。  The polarizing beam splitters 631 to 633 reflect only light in a predetermined polarization direction, but the light actually guided from the color separation element 610 is subjected to polarization conversion. Since the light is polarized in the same direction by the elements, almost all of the light is reflected and is incident on the image display element 634-636. The light incident on the image display elements 634 to 6336 is reflected after being modulated in the direction of polarization according to the display image of each color, and re-enters the polarization beam splitters 631 to 633, where a predetermined light is emitted. Since only the light in the polarization direction is transmitted, the modulation in the polarization direction is converted into luminance modulation and visualized. After that, the color is synthesized by the die shadow mirror 637 in the same manner as in the embodiment B4-2, and the image is formed on the screen 629 by the projection lens 628. Is projected.
上記のよ う な反射型の画像表示素子において も、 やは り リ フ レ ク 夕 5 3 4 か ら出力された光束の偏光方向を揃える偏光変換素子が設 け られる こ とによ り 、 光利用効率を向上させて、 明るい画像を表示 し得る画像表示装置を構成する こ とができる。  Even in the reflection type image display device as described above, the polarization conversion device for aligning the polarization direction of the light beam output from the reflection device 534 is provided. An image display device capable of displaying a bright image with improved utilization efficiency can be configured.
また、 こ の画像表示装置において も、 前記実施の形態 B 4 — 2 で 説明 したよ う な種々の変形が同様に可能である。  Also, in this image display device, various modifications as described in the embodiment B4-2 are similarly possible.
(実施の形態 B 5 - 1 )  (Embodiment B5-1)
ホロ グラ ム素子を備えた画像表示装置の例を説明する。  An example of an image display device including a hologram element will be described.
画像表示装置は、 図 3 0 に示すよ う に、 液晶素子 7 0 1 の両面に 回折光学素子であるホロ グラ ム素子 7 0 2 , 7 0 3 が設け られ、 こ れらの背面側に、 ラ ンプ 7 0 4 a と リ フ レ ク タ 7 0 4 b と を有する 光源 7 0 4が設け られて構成されている。 As shown in FIG. 30, the image display device is provided with holographic elements 720 and 703, which are diffractive optical elements, on both sides of a liquid crystal element 701. On the back side thereof, a light source 704 having a lamp 704a and a reflector 704b is provided.
こ こ で、 以下の説明において、 図面の紙面に平行な方向に偏光方 向を有する光を P偏光光、 紙面に垂直な方向に偏光方向を有する光 を S偏光光 とする。  Here, in the following description, light having a polarization direction in a direction parallel to the plane of the drawing is referred to as P-polarized light, and light having a polarization direction in a direction perpendicular to the plane of the drawing is referred to as S-polarized light.
上記光源 7 0 4のラ ンプ 7 0 4 a と しては、 例えば蛍光ラ ンプ や、 キセ ノ ンラ ンプ、 メ タルハライ ド ラ ンプ、 水銀ラ ンプ、 L E D、 F E D , レーザ光、 無機または有機 E L素子等が利用で きる。 ラ ンプ 7 0 4 aから発せ られた光は、 リ フ レ ク タ 7 0 4 bによ り 略 平行光 と して出射する よ う になっている。 こ の光源光は、 P偏光光 と S偏光光とが含まれている。  The lamp 704a of the light source 704 is, for example, a fluorescent lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, an LED, a FED, a laser beam, an inorganic or organic EL element. Etc. can be used. The light emitted from the lamp 704a is emitted as substantially parallel light by the reflector 704b. This light source light includes P-polarized light and S-polarized light.
上記液晶素子 7 0 1 と しては、 例えば光の入射面側 と出射面側と で液晶分子の方向が 9 0 ° ね じれて構成されている ッイ ス ト ネマテ イ ツ ク液晶が用い られる。 こ の液晶素子 7 0 1 には、 所定のパター ンで形成された透明電極 (不図示) が設け られてお り 、 各画素毎 に、 液晶に電圧を印加する こ とができる よ う になっている。 そこ で、 液晶に所定の十分な電圧 (液晶を完全にスイ ッチ ングで き るだ けの電圧) が印加されている画素 ( O N ) では、 液晶分子のね じれ が解け、 光の入射面に対 して液晶分子が等方的に立った状態 (ホメ オ ト 口 ピ ッ ク) になる。 このため、 その画素に P偏光光が入射する と、 偏光方向が変調を受ける こ とな く 、 その偏光状態を維持 したま ま液晶素子 7 0 1 を通過する。 一方、 液晶に電圧が印加されていな い画素 ( O F F ) では、 液晶分子は入射面か ら出射面までの厚さ方 向において液晶分子の向きが 9 0 ° がね じれた状態となっている。 そこで、 その画素に P偏光光が入射する と、 その P偏光光は液晶素 子 7 0 1 を入射面から出射面までを通過する間に液晶のね じれに起 因する ッイ ス ト ネマテ ィ ッ ク効果によ り その偏波面を 9 0 ° 回転さ せる。 したがって、 O F F画素を通過 した後、 S 偏光光となって出 射する こ と になる。 As the liquid crystal element 701, for example, a twisted nematic liquid crystal in which directions of liquid crystal molecules are twisted by 90 ° on a light incident surface side and a light incident surface side 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. ing. At a pixel (ON) where a predetermined sufficient voltage (a voltage that can completely switch the liquid crystal) is applied to the liquid crystal, the twist of the liquid crystal molecules is released and the light incident surface is released. The liquid crystal molecules are in a state of isotropic standing (home-opening pick). For this reason, when P-polarized light enters the pixel, the polarization direction is not modulated and passes through the liquid crystal element 70 1 while maintaining its polarization state. On the other hand, in the pixel where no voltage is applied to the liquid crystal (OFF), the liquid crystal molecules are twisted by 90 ° in the thickness direction from the entrance surface to the exit surface. . Therefore, when the P-polarized light enters the pixel, the P-polarized light is twisted by the liquid crystal while passing through the liquid crystal element 701 from the entrance surface to the exit surface. Due to the twist nematic effect, the plane of polarization is rotated 90 °. Therefore, after passing through the OFF pixel, the light is emitted as S-polarized light.
また、 上記ホロ グラ ム素子 7 0 2, 7 0 3 と しては、 例えば前記 実施の形態 B 1 または実施の形態 B 2 — 1 で示 したの と同様のホロ グラ ム素子が用い られる。 こ こで、 実施の形態 B 1 のホロ グラ ム素 子が用い られる場合には、 I T 0間に所定の電圧が印加された状態 で用い られる。 このホロ グラ ム素子 7 0 2, 7 0 3 は、 前記のよ う に偏光方向によって回折作用が異な り 、 また回折特性と しては、 所 定の 1 方向に高い回折効率を示す特性を有 している。  Further, as the hologram elements 72 and 703, for example, the same hologram elements as those described in the embodiment B1 or the embodiment B2-1 are used. Here, when the hologram element of Embodiment B1 is used, the hologram element is used in a state where a predetermined voltage is applied between IT0. As described above, the holographic elements 720 and 703 have different diffraction effects depending on the polarization direction, and have a property of exhibiting a high diffraction efficiency in one predetermined direction. are doing.
具体的には、 例えばホロ グラ ム素子 7 0 2 , 7 0 3 に入射 した光 の う ち、 S偏光光は異常光成分と して働 く ため、 ホロ グラ ム素子 7 0 2, 7 0 3 内に形成された周期構造の屈折率分布によ り 変調さ れ、 図 3 0 における上方に進行方向が曲げられて出射する。 一方、 P偏光光は、 ホログラ ム素子 7 0 2, 7 0 3 に対 して常光成分と し て作用する ため、 ホロ グラ ム素子 7 0 2 , 7 0 3 の周期構造からな る屈折率分布の影響を受けず、 等方的な均一な屈折率の媒体を通過 する場合と同様の挙動を示す。 このため、 P偏光光はホ ロ グラ ム素 子 7 0 2, 7 0 3 をそのま ま通過する こ とになる。  Specifically, for example, among the light incident on the hologram elements 720 and 703, the s-polarized light acts as an extraordinary light component, so that the hologram elements 720 and 703 The light is modulated by the refractive index distribution of the periodic structure formed therein, and is emitted with its traveling direction bent upward in FIG. On the other hand, since the P-polarized light acts as an ordinary light component on the hologram elements 720 and 703, the refractive index distribution composed of the periodic structure of the hologram elements 720 and 703 is obtained. It behaves in the same way as when passing through a medium with an isotropic and uniform refractive index, without being affected by the light. For this reason, the P-polarized light passes through the hologram elements 720 and 703 as it is.
そこで、 光源 7 0 4 からの P偏光光と S偏光光と を含む光がホロ グラ ム素子 7 0 2 に入射する と、 S偏光光は、 上記のよ う に回折さ れて液晶素子 7 0 1 にはほとんど入射せず、 P偏光光だけがホロ グ ラ ム素子 7 0 2 を透過 して液晶素子 7 0 1 に入射する。 液晶素子 7 0 1 に入射 した P偏光光は、 上記のよ う に、 O N画素では P偏光光 のま ま出射する 一方、 O F F画素では S偏光光に変換されて出射す る。 すなわち、 液晶素子 7 0 1 から出射する光は、 その通過位置の 画素の O N、 O F F に応 じて異なる偏光光になる。 Therefore, when light including P-polarized light and S-polarized light from the light source 704 enters the hologram element 72, the S-polarized light is diffracted as described above, and The light is hardly incident on 1, and only the P-polarized light passes through the hologram element 702 and is incident on the liquid crystal element 701. As described above, the P-polarized light that has entered the liquid crystal element 701, as described above, is emitted as P-polarized light at the ON pixel, while being converted to S-polarized light at the OFF pixel and emitted. That is, the light emitted from the liquid crystal element 70 1 The polarized light changes depending on the ON / OFF status of the pixel.
上記液晶素子 7 0 1 から出射 した光がホロ グラ ム素子 7 0 3 に入 射する と、 ホロ グラ ム素子 7 0 2 と同様に、 S偏光光は回折され、 P偏光光だけがそのま ま直進する。 すなわち、 液晶素子 7 0 1 の各 画素を通過 した光は、 画素の O N、 O F F に応 じてホロ グラム素子 7 0 3 から 出射する方向が異なる こ とになる。 それゆえ、 画像表示 装置を表示面のほぼ法線方向から視認する観察者からは、 0 F F画 素を通過 した光はホロ グラ ム素子 7 0 3 の回折作用によ り 視野域の 外側に出射するので視認されない一方、 0 N画素を通過 した光は、 ホロ グラ ム素子 7 0 3 をそのま ま直進 して観察者の視野領域内に入 り 、 明ノ1?ターン と して視認される。 When the light emitted from the liquid crystal element 701 enters the hologram element 703, as in the hologram element 702, the S-polarized light is diffracted, and only the P-polarized light remains unchanged. Go straight. That is, the direction in which the light that has passed through each pixel of the liquid crystal element 701 exits from the hologram element 703 differs depending on whether the pixel is ON or OFF. Therefore, from an observer who views the image display device from almost the normal direction of the display surface, the light that has passed through the 0FF pixel is emitted to the outside of the field of view by the diffraction action of the holographic element 703. While passing through the 0N pixel, the light goes straight through the hologram element 703 and enters the observer's field of view, where it is visually recognized as a 1- turn light. .
次に、 実際に作製 した画像表示装置の例について説明する。 こ の画像表示装置では、 光源 7 0 4 と しては、 蛍光ラ ン プにグ リ —ンのフ ィ ルタ を通したものを用い、 0 . 5 5 m程度の波長の光 を出射する よ う に した。 液晶素子 7 0 1 と しては、 3 イ ンチ程度の V G A ( 6 4 0 x 4 8 0 ) の分解能を有する ものを使用 した。 これ に画像信号を入力 し、 表示画面のほぼ法線方向 (正面) か ら観察 し た と こ ろ、 液晶素子 7 0 1 に入力される画像信号に応 じた画像を正 し く 視認する こ とがで きた。 コ ン ト ラ ス ト は 1 0 : 1 程度であつ た。 また、 ホロ グラム素子 7 0 3 を通過 した S偏光光が回折する方 向 (図 3 0 における上方) に観察位置を移動させた と こ ろ、 先の画 像に対 し明暗が反転 した画像が視認された。 以上のよ う に屈折率異 方性を有する光学媒体か ら構成された屈折率分布型のホロ グラ ム素 子 7 0 2 , 7 0 3 を液晶素子 7 0 1 を組み合わせて構成する こ とに よ り 、 O F F画素に対応 して入射 した光を遮断 (吸収) する こ とな く 、 観察者の視野領域外に出射させる こ と によ って、 画像の表示を 行う こ とができ、 視認性のよい画像表示装置を作製で きる。 しか も、 偏光板を用いる場合のよ う に光の吸収に よ る発熱が生 じる こ と はない。 Next, an example of an actually manufactured image display device will be described. In this image display device, the light source 704 uses a fluorescent lamp that passes through a green filter, and emits light having a wavelength of about 0.55 m. I was afraid. As the liquid crystal element 701, a liquid crystal element having a resolution of about 3 inches of VGA (640 × 480) was used. When an image signal is input to this and observed from almost the normal direction (front) of the display screen, an image corresponding to the image signal input to the liquid crystal element 701 can be correctly viewed. And came out. The contrast was about 10: 1. When the observation position was moved in the direction in which the S-polarized light having passed through the hologram element 703 was diffracted (upward in FIG. 30), an image in which the brightness was inverted from the previous image was obtained. Was seen. As described above, the refractive index distribution type hologram elements 720 and 703 composed of the optical medium having the refractive index anisotropy are configured by combining the liquid crystal element 701. Therefore, the light that is incident on the OFF pixels is not blocked (absorbed) but emitted out of the observer's field of view, thereby displaying the image. Thus, an image display device with good visibility can be manufactured. However, unlike the case where a polarizing plate is used, heat generation due to light absorption does not occur.
なお、 各画素に印加する電圧を制御する こ と によ り 、 その電圧に 応 じて液晶を通過する光の偏光方向を上記 P偏光光と S偏光光との 中間の状態、 つま り 楕円偏光のよ う に設定する こ とがで きる。 この と き、 ホロ グラ ム素子 7 0 3 に入射する光は各画素の印加電圧に応 じて直進する成分と回折される成分と に分割されるため、 中間調の 表示も可能となる。  By controlling the voltage applied to each pixel, the polarization direction of the light passing through the liquid crystal according to the voltage is changed to an intermediate state between the P-polarized light and the S-polarized light, that is, elliptically polarized light. It can be set as follows. At this time, the light incident on the hologram element 703 is divided into a component that goes straight and a component that is diffracted according to the voltage applied to each pixel, so that a halftone display is also possible.
また、 上記の例では、 液晶素子 7 0 1 と して、 ヅイ ス ト ネマテ ィ ッ ク タ イ プのものについて説明を行っ たが、 入射光に対 してその偏 光方向を変調する作用を有する ものであれば、 いずれのタイ ブのも のでも よい。 また、 9 0 ° 以上のね じれの角度を有するスーパ一ヅ イ ステ ツ ドネマテ ィ ッ ク ( S T N ) 液晶も 同様に利用可能である。 また、 液晶分子がその厚さ方向に対 して一様にホモジニァス配向 し てお り 、 電界の印加に対 してホメ ォ ト 口 ピ ッ ク配向になる ものや、 または、 ホメ ォ ト ロ ピ ッ ク配向からホモジニァス配向へと変化する ものな どのよ う な V A ( V e r t i c a l A l i g n e ) モー ド の液晶を使用 して も同様の効果を得る こ とができる。  Further, in the above example, the liquid crystal element 70 1 has been described as a diagonal nematic type, but the action of modulating the polarization direction of incident light is described. Any type may be used as long as it has Further, a super-state-stated nematic (STN) liquid crystal having a twist angle of 90 ° or more can also be used. In addition, the liquid crystal molecules are homogeneously aligned in the thickness direction, and have a home-port pick-up alignment when an electric field is applied, or a homeotropic alignment. A similar effect can be obtained by using a liquid crystal in a VA (Vertical Aligne) mode such as one that changes from a liquid crystal alignment to a homogeneous alignment.
さ ら に、 電界の極性によ り液晶分子の配列の方向が異なる強誘電 性液晶や反強誘電液晶等の利用 も可能である。  Furthermore, it is also possible to use a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal in which the direction of arrangement of liquid crystal molecules differs depending on the polarity of the electric field.
上記のよ う な液晶素子 7 0 1 は、 通常、 液晶ディ ス プレイ と して 用い られている液晶パネルと同様のものである。 従って、 液晶素子 に使用されている前後面の偏光板を本発明のホロ グラ ム素子 7 0 2 , 7 0 3 と置き換えるだけで上記の よ う な画像表示装置を構成で き、 他の照明系や駆動系等はそのま まの状態で適用する こ とができ るため非常に汎用性に優れている。 The liquid crystal element 701 as described above is similar to a liquid crystal panel that is usually used as a liquid crystal display. Therefore, the image display device as described above can be configured simply by replacing the front and rear polarizers used in the liquid crystal element with the hologram elements 720 and 703 of the present invention. And drive systems can be applied as they are. Therefore, it is very versatile.
(実施の形態 B 5 — 2 )  (Embodiment B 5 — 2)
前記実施の形態 B 5 — 1 と 同様のホ ロ グラ ム素子 7 0 2, 7 0 3 を用いて、 図 3 1 に示すよ う な画像表示装置を構成 した。 すなわ ち、 光源 7 0 4 の配置をホロ グラ ム素子 7 0 2 の下側付近に配置 し、 斜め側方から光を照射するいわゆるサイ ド ラ イ 卜 の構成と し た。 なお、 光源 7 0 4 は実施の形態 B 5 — 1 と同様に蛍光ラ ンプに グリ ーンのフ ィ ルタ を設けたものを用いた。 他の構成については実 施の形態 B 5 - 1 と同様のもの と した。  An image display device as shown in FIG. 31 was configured using the same hologram elements 720 and 703 as those in Embodiment B5-1. In other words, the light source 704 is arranged near the lower side of the holographic element 702, so that a so-called side light for irradiating light from an oblique side is adopted. As the light source 704, a light source provided with a green filter on a fluorescent lamp as in Embodiment B5-1 was used. Other configurations are the same as those in the embodiment B5-1.
こ の画像表示装置では、 光源 7 0 4 から出射 した光の う ち、 P偏 光光はホロ グラ ム素子 7 0 2 をそのま ま透過 し、 液晶素子 7 0 1 に は入射 しない。 また、 S偏光光はホロ グラ ム素子 7 0 2 で表示画面 に対 して概ね 9 0 ° に曲げられて液晶素子 7 0 1 に入射する。 液晶 素子 7 0 1 を通過する光は画素の印加信号に対応 して偏光方向が変 調されも う 1 つのホロ グラ ム素子 7 0 3 に入射する。 こ こで、 S偏 光光は同図における上方に回折されて観察者の視域外へと出射され る。 P偏光光はホログラ ム素子 7 0 3 をそのま ま通過 し、 観察者に よって視認される こ と になる。 観察者の位置からホロ グラ ム素子 7 0 3 方向表示画面の法線方向か ら を観察 した場合、 入力される画像 信号に応 じた画像が正 し く 視認された。 また、 観察者付近の位置か らホロ グラ ム素子 7 0 2, 7 0 3 を通 して外界の風景を観察する こ と も可能であった。 以上のよ う に、 上記のよ う に構成 した画像表示 装置は、 画像表示と外界の風景とを同時に ま たは切 り 換えて視認す る こ とが可能であ り 、 いわゆる シ一スルータ イ プのディ スプレイ と して利用可能である。  In this image display device, of the light emitted from the light source 704, the P-polarized light passes through the hologram element 702 as it is and does not enter the liquid crystal element 701. Also, the S-polarized light is bent by the hologram element 72 2 at an angle of about 90 ° with respect to the display screen, and enters the liquid crystal element 70 1. Light passing through the liquid crystal element 701 enters another holographic element 703 whose polarization direction is modulated in accordance with a signal applied to the pixel. Here, the S-polarized light is diffracted upward in the same figure and emitted out of the viewing range of the observer. The P-polarized light passes through the hologram element 703 as it is, and is visually recognized by an observer. When the hologram element was observed from the observer's position from the normal direction of the holographic element 703-direction display screen, an image corresponding to the input image signal was correctly viewed. It was also possible to observe the external scenery from the position near the observer through the holographic elements 72,703. As described above, the image display device configured as described above can switch the image display and the external scenery at the same time or to visually recognize the scene. It can be used as a display on the screen.
(実施の形態 B 5 — 3 ) 前記実施の形態 B 5 — 1 と同様の 1 枚のホ ロ グラ ム素子 7 0 2 を 用いて、 図 3 2 で示すよ う な画像表示装置を構成 した。 すなわち、 画像表示装置の内部に光源を持たず、 自然光や室内光のよ う な外部 光を利用 して画像を表示する構成と した。 また、 液晶素子 7 0 1 は 実施の形態 B 1 と同様のものを使用 した。 (Embodiment B5-3) An image display device as shown in FIG. 32 was constructed using one hologram element 702 similar to that of the embodiment B5-1. That is, the image display device has no light source inside, and is configured to display an image using external light such as natural light or indoor light. Further, the same liquid crystal element 700 as that of Embodiment B1 was used.
以下に、 この画像表示装置の表示原理について説明する。  The display principle of the image display device will be described below.
まず、 P偏光光および S偏光光を含んだ外部光 7 1 0 がホロ グラ ム素子 7 0 2 に入射する と、 P偏光光成分はホロ グラ ム素子 7 0 2 で変調される こ とな く そのま ま透過 し、 液晶素子 7 0 1 にはほとん ど入射 しない。 一方、 S偏光光はホ ロ グラ ム素子 7 0 2 で回折され て、 概ね全ての光が液晶素子 7 0 1 に入射する。 液晶素子 7 0 1 に 入射 した光は、 各画素の領域を通過 し、 ミ ラ一 7 1 1 によ り 反射さ れる。 この ミ ラ一 7 1 1 は金属から構成されたものや誘電体多層膜 から構成された もの等が利用で きる。 実際に制作 したものには、 ガ ラス基板にアル ミ ニウムを蒸着 した ものを用いた。  First, when external light 710 including P-polarized light and S-polarized light enters the hologram element 702, the P-polarized light component is not modulated by the hologram element 702. It is transmitted as it is and hardly enters the liquid crystal element 701. On the other hand, the S-polarized light is diffracted by the hologram element 70 2, and almost all light enters the liquid crystal element 70 1. The light that has entered the liquid crystal element 71 1 passes through the area of each pixel and is reflected by the mirror 71 1. The mirror 711 can be made of a metal or a dielectric multilayer film. For the actual production, a glass substrate with aluminum evaporated was used.
ミ ラ一 7 1 1 によ り 反射された光は再び液晶素子 7 0 1 の各画素 の領域を通過 し、 各画素に印加された電圧に応 じて偏光方向が変調 されて、 ホロ グラ ム素子 7 0 2 に入射する。 ホロ グラ ム素子 7 0 2 に入射 した S偏光光は、 同図における上方に回折され、 観察者の視 野域の外に出射される。 また、 P偏光光はホロ グラ ム素子 7 0 2 を そのま ま透過する ため観察者によ って視認される こ と にな り 、 液晶 素子の各画素に印加された信号電圧に応 じて画像が視認される。 実際に作製 した上記のよ う な ミ ラーを用いた反射型の画像表示装 置を室内光の照明のもので観察 した と こ ろ、 明暗のパターンから な る画像が視認された。 コ ン ト ラス ト は 1 0 : 1 程度であった。 室内 光である 白色光源を用いた力 色の滲み等によ る画質の劣化はほと んどなかっ た。 これは、 復路においてホロ グラ ム素子 7 0 3 で回折 される S 偏光光は波長によ り 回折方向が異なる こ と になるが、 回折 角を観察者の視域に比べて大き く 設定すれば、 認識領域外とな り 、 波長によ る 回折角の影響はほとんど問題とな らないため と考え られ る。 The light reflected by the mirror 711 passes through the area of each pixel of the liquid crystal element 701 again, and the polarization direction is modulated according to the voltage applied to each pixel, and the hologram The light enters the element 70 2. The S-polarized light that has entered the hologram element 702 is diffracted upward in the same figure and is emitted out of the observer's field of view. In addition, the P-polarized light passes through the hologram element 702 as it is, so that it can be visually recognized by an observer. In response to the signal voltage applied to each pixel of the liquid crystal element, The image is viewed. When the reflection-type image display device using the above-mentioned mirror, which was actually manufactured, was observed with room light illumination, an image composed of light and dark patterns was visually recognized. The contrast was about 10: 1. Degradation of image quality due to color bleeding, etc. using a white light source that is indoor light There wasn't much. This is because the S-polarized light diffracted by the hologram element 703 on the return path has a different diffraction direction depending on the wavelength, but if the diffraction angle is set to be larger than the viewing area of the observer, However, it is considered that the influence of the diffraction angle depending on the wavelength is hardly a problem because it is outside the recognition area.
したがって、 上記のよ う に構成 した外部光を用いる反射型の画像 表示装置において明瞭に画像を認識する こ とが可能であ り 、 しかも 内部のバ ッ ク ラ イ ト を必要と しないため、 低消費電力化および小型 ィ匕に適 している。  Therefore, it is possible to clearly recognize an image in the reflection-type image display device using external light configured as described above, and furthermore, since the internal backlight is not required, the image is low. Suitable for power consumption and small size dani.
(実施の形態 B 5 — 4 )  (Embodiment B 5 — 4)
図 3 3 に示すよ う に、 実施の形態 B 5 — 1 と同様のホロ グラ ム素 子 7 0 2 , 7 0 3 を用いて構成 した外部光および内部光源の併用タ ィ プの画像表示装置について説明する。  As shown in FIG. 33, an image display device of a combined type using external light and an internal light source configured using the same hologram elements 720 and 703 as in Embodiment B5-1. Will be described.
こ の画像表示装置では、 ホロ グラ ム素子 7 0 2, 7 0 3 は、 実施 の形態 B 5 — 1 で示 した ものと同 じものであるが、 ホロ グラム素子 7 0 2 は、 実施の形態 B 5 — 1 と比べて、 同一平面内で 9 0 ° 回転 させた状態に配置されている。 それゆえ、 ホ ロ グラ ム素子 7 0 2 は、 S偏光光に対 しては回折作用を示さず、 P偏光光に対 して回折 作用を有する。 すなわち、 ホロ グラ ム素子 7 0 2 , 7 0 3 は、 P偏 光光と S 偏光光とに対する偏光方向の依存性が逆となる よ う に構成 されている。 なお、 同様の機能は、 図 1 8 に示すホロ グラ ム素子に おいて、 初期の液晶のホモジニァスの配向方向が 9 0 ° 異なる よ う に配向処理する こ とによつて も、 持たせる こ とができ る。 すなわ ち、 液晶分子の配列方向を入射光に対 して どのよ う に設定するかに よ って、 何れの偏光光に対 して回折作用を持たせるかを決定する こ とがで き る。 液晶素子 7 0 1 は実施の形態 B 5 — 1 で使用 したもの と同 じであ る。 また、 ミ ラ一 7 1 1 は実施の形態 B 5 — 3 と 同様のアル ミ ニゥ ムの蒸着によって形成されたものである。 ま た、 光源 7 0 4 は蛍光 ラ ンプであ り 、 白色光源と して用いた。 In this image display device, the hologram elements 720 and 703 are the same as those shown in the embodiment B5-1, but the hologram element 720 is the same as that in the embodiment B5-1. Compared to B 5 — 1, it is rotated 90 ° in the same plane. Therefore, the hologram element 72 does not exhibit a diffractive effect on the S-polarized light, but has a diffractive effect on the P-polarized light. That is, the hologram elements 72 and 703 are configured such that the polarization direction dependence on the P-polarized light and the S-polarized light is reversed. The same function can also be provided by performing the alignment process in the hologram element shown in FIG. 18 so that the initial alignment direction of the homogenous liquid crystal differs by 90 °. Can be done. In other words, it is possible to determine which polarized light has a diffractive effect depending on how the alignment direction of the liquid crystal molecules is set with respect to the incident light. You. The liquid crystal element 700 is the same as that used in Embodiment B5-1. The mirror 711 is formed by vapor deposition of aluminum in the same manner as in Embodiment B5-3. The light source 704 was a fluorescent lamp and was used as a white light source.
こ こで、 図 3 3 において、 実線の矢印は、 外部光の伝搬を示 し、 一点鎖線の矢印は、 光源 7 0 4 からの光の伝搬を示す。  Here, in FIG. 33, solid arrows indicate propagation of external light, and dashed-dotted arrows indicate propagation of light from the light source 704.
以下、 まず光源 7 0 4 からの光による表示動作について説明す る。 サイ ド ラ イ ト と してホログラ ム素子 7 0 2 の斜め側方に配置さ れた光源 7 0 4 からの P偏光光および S偏光光を含んだ光は、 ホロ グラ ム素子 7 0 2 によ り S偏光光が回折作用 を受けずにそのま ま透 過 し、 P偏光光は回折によ り 概ね 9 0 ° 表示画面に対 して概ね 9 0 ° の方向に曲げられて液晶素子 7 0 1 に入射する。  Hereinafter, a display operation using light from the light source 704 will be described first. Light including P-polarized light and S-polarized light from a light source 704 arranged diagonally to the side of the hologram element 720 as a side light is supplied to the hologram element 720. As a result, the S-polarized light is transmitted without being affected by diffraction, and the P-polarized light is bent by diffraction into a direction of approximately 90 ° with respect to the display screen, and the liquid crystal element 7 is bent. It is incident on 0 1.
液晶素子 7 0 1 に入射 した P偏光光は液晶素子の各画素で変調を 受け、 偏光方向が変化 しこれに伴いホ ロ グラ ム素子 7 0 3 の作用に よる進行方向が異なる。 その結果と して、 観察者は入力された画像 信号に対応 した画像情報を視認する こ とがで きる。  The P-polarized light that has entered the liquid crystal element 701 is modulated by each pixel of the liquid crystal element, and the polarization direction changes. Accordingly, the traveling direction due to the action of the hologram element 703 changes. As a result, the observer can visually recognize the image information corresponding to the input image signal.
次に外部光 7 1 0 による表示動作について説明する。 外部光 7 1 0 の う ち、 P偏光光はホ ロ グラ ム素子 7 0 3 で変調を受けずそのま ま透過 し、 液晶素子 7 0 1 には入射 しない。 S偏光光については回 折光学素子の回折作用によ り 進行方向が曲げ られ、 液晶素子 7 0 1 に概ね入射する。 液晶素子 7 0 1 の各画素を通過 した S偏光光はホ ロ グラ ム素子 7 0 2 に対 しては回折作用を受けないため、 そのま ま 透過 し ミ ラー 7 1 1 によって反射される。 そ して再びホロ グラ ム素 子 7 0 2 を通過 した後、 液晶素子 7 0 1 の各画素に入射 し、 画素毎 に偏光方向が変調されてホ ロ グラ ム素子 7 0 3 に入射する。 O N画 素を通過 した S偏光光はホロ グラ ム素子 7 0 3 で回折され観察者の 視域外へ と出射される。 ま た、 O F F 画素を通過 した P偏光光はホ ロ グラ ム素子 7 0 3 をそのま ま通過 し観察者に明パターン と して認 δίί d れる。 Next, a display operation using the external light 7 10 will be described. Of the external light 710, the P-polarized light is transmitted without being modulated by the hologram element 703, and does not enter the liquid crystal element 701. The traveling direction of the S-polarized light is bent by the diffraction action of the diffraction optical element, and is substantially incident on the liquid crystal element 701. The S-polarized light that has passed through each pixel of the liquid crystal element 701 is not affected by the diffraction effect on the hologram element 702, so it is transmitted as it is and reflected by the mirror 711. After passing through the hologram element 702 again, the light is incident on each pixel of the liquid crystal element 701, and the polarization direction is modulated for each pixel to be incident on the hologram element 703. The S-polarized light passing through the ON pixel is diffracted by the hologram element 703 and It is emitted out of the viewing zone. In addition, the P-polarized light that has passed through the OFF pixel passes through the hologram element 703 as it is, and is recognized as a bright pattern by the observer.
こ こ で、 光源 7 0 4 からの光と外部光とでは液晶素子の 0 N、 0 F F に対応する明暗のパターンが反転する こ とになる。 これに対 し ては、 光源の選択と対応させて映像信号のパター ンの反転を行う こ とで対処で きる。  Here, the light and dark patterns corresponding to 0N and 0FF of the liquid crystal element are inverted between the light from the light source 704 and the external light. This can be dealt with by inverting the pattern of the video signal in accordance with the selection of the light source.
また、 厳密には光源 7 0 4 からの光は液晶素子に対 して 1 回の透 過だけなのに対 し、 外部光 7 1 0 は ミ ラ一によ り 反射されて往路と 復路の 2 回液晶素子を通過する。 こ のため、 液晶素子 7 0 1 での変 調割合が異なる こ と になる。 これについては、 あ らか じめ 1 回通過 と 2 回通過の変調度を見積も る こ とができるので、 光源の選択に応 じて映像信号を補正する こ とで対処可能である。  Strictly speaking, the light from the light source 704 passes through the liquid crystal element only once, whereas the external light 710 is reflected by the mirror and travels twice on the outward and return paths. Pass through the liquid crystal element. For this reason, the modulation ratio in the liquid crystal element 701 is different. This can be dealt with by correcting the video signal according to the selection of the light source, because the modulation degree of the single pass and the double pass can be estimated in advance.
上記のよ う に、 ホロ グラ ム素子 7 0 2 , 7 0 3 の偏光依存性を異 なる よ う に設定する こ とで、 透過モー ド と反射モー ドの両立を図る こ とがで き る。  As described above, by setting the polarization dependences of the hologram elements 720 and 703 differently, it is possible to achieve both the transmission mode and the reflection mode. .
実際に作製 した画像表示装置を観察 した結果、 暗い部屋では光源 7 0 4 を用いる こ とによ って明瞭に画像を視認する こ とがで き、 明 るい照明光の元では光源 7 0 4 を点灯する こ とな く 画像の認識を行 う こ とがで きた。 このよ う に、 こ の画像表示装置を用いれば、 暗い 場所や明る い照明光の元な ど環境に応 じて光源を選択する こ とが可 能である。 したがって、 消費電力の効率化と多種の環境下での画像 の視認性を向上させる こ とが可能である。  As a result of observing the actually manufactured image display device, it is possible to clearly see the image by using the light source 704 in a dark room, and to use the light source 704 under bright illumination light. It was possible to perform image recognition without turning on. Thus, by using this image display device, it is possible to select a light source according to the environment such as a dark place or a source of bright illumination light. Therefore, it is possible to improve power consumption efficiency and improve the visibility of images under various environments.
さ ら に、 画像表示装置が使用される環境での照明光の明る さ を検 出 し、 自動的に光源を選択または光源の強度を設定する よ う な使い 方も可能であ り 、 これによ り 、 表示能力を一層向上させる こ とが可 能である。 In addition, it is possible to detect the brightness of the illumination light in an environment where the image display device is used, and to automatically select a light source or set the intensity of the light source. The display capability can be further improved. Noh.
(実施の形態 B 5 — 5 )  (Embodiment B5-5)
図 3 4 に、 実施の形態 B 5 - 1 と同様のホ ロ グラ ム素子 7 0 2 , 7 0 3 に、 カラ一フ ィ ル夕 7 2 1 を組み合わせて構成 した画像表示 装置を示す。 光源 7 0 4 と しては蛍光ラ ンプをフ ィ ルタ を通すこ と な く 白色光と して用いた。 また、 液晶素子 7 2 0 は、 実施の形態 B 5 — 1 の液晶素子 7 2 0 と同様の構造を有 しているが、 3倍の画素 密度を有 し、 カラーフ ィ ルタ 7 2 1 における赤 ( R ) 、 緑 ( G ) 、 青 ( B ) の領域に対応 した 3 つの画素が組になって、 液晶素子 7 2 0 と同等の画素密度でカラ一画像を表示 し得る よ う になつている。 また、 カラ一フ ィ ルタ 7 2 1 は、 液晶素子 7 2 0 の各画素に対応 する領域ごと に、 それぞれ R、 G、 Bの何れかの波長の光を選択的 に透過させ、 他の波長の光を吸収する よ う になっている。  FIG. 34 shows an image display device configured by combining hologram elements 72 2 and 73 3 similar to those of Embodiment B5-1 with a color filter 7221. As a light source 704, a fluorescent lamp was used as white light without passing through a filter. The liquid crystal element 720 has the same structure as the liquid crystal element 720 of Embodiment B5-1, but has three times the pixel density and the red color of the color filter 72 1. The three pixels corresponding to the (R), green (G), and blue (B) regions are grouped to display a single image at the same pixel density as the liquid crystal element 720. I have. The color filter 72 1 selectively transmits light of any one of the R, G, and B wavelengths in each region corresponding to each pixel of the liquid crystal element 720, and transmits light of another wavelength. It is designed to absorb light.
こ の画像表示装置では、 光源 7 0 4 から 出射 した P偏光光と S偏 光光を含む光は、 ホロ グラ ム素子 7 0 2 において S偏光光が同図に おける上方に回折される。 それゆえ S偏光光はカラーフ ィ ルタ 7 2 1 に入射する こ とはな く 、 P偏光光のみがカ ラ一フ ィ ルタ 7 2 1 に 入射する。  In this image display device, the light including the P-polarized light and the S-polarized light emitted from the light source 704 is diffracted upward by the hologram element 720 in the figure. Therefore, the S-polarized light does not enter the color filter 721, but only the P-polarized light enters the color filter 721.
カラーフ ィ ルタ 7 2 1 を通過 した、 R、 G、 B の各波長に対応す る光は、 液晶素子 7 2 0 の各画素に入射する。 そ して、 各画素の 0 N、 O F F に対応 して偏光方向が変調される。 この結果、 O N画素 を通過 した光はホロ グラ ム素子 7 0 3 をそのま ま通過 し観察者に到 達する。 また、 O F F画素を通過 した光はホ ロ グラ ム素子 7 0 3 で 同図における上方に回折される ため、 観察者の視野域外とな り 、 観 察者に と っては光強度と して認識されない暗パターン となる。 図 3 4 では簡単化のため R、 G、 B に対応する各画素がすべて 0 N と O F Fの場合を示 してあるが、 それぞれの波長の光が入射する 各画素に対 し、 印加する電界を独立に制御 しホロ グラ ム素子 7 0 3 を通過させる こ とによ り 、 観察者には R、 G、 B のそれそれの波長 の光のう ち、 選択された色の光が到達する こ とになる ため、 それそ れの組み合わせと してのカラ一画像の表示が可能になる。 Light corresponding to each of the R, G, and B wavelengths that has passed through the color filter 721 enters each pixel of the liquid crystal element 720. Then, the polarization direction is modulated according to 0 N, 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 observer. In addition, the light that has passed through the OFF pixel is diffracted upward by the hologram element 703 in the same figure, so that the light falls outside the field of view of the observer, and as a light intensity for the observer. The dark pattern is not recognized. In Fig. 34, all pixels corresponding to R, G, and B are 0 for simplicity. The case of N and OFF is shown. For each pixel where light of each wavelength is incident, the applied electric field is controlled independently and passed through the hologram element 703. The observer receives light of the selected color out of the light of each wavelength of R, G, and B. Therefore, the display of a color image as a combination of the light of the selected color arrives. Will be possible.
こ こで、 各波長に対するホロ グラ ム素子 7 0 3 の波長分散の影響 については、 回折角を大き く 設定し、 回折角の小さい短波長の光で も観察者の視域外である よ う に設定すればよい。 つま り 、 O F F に 対応する画素を通過 した各波長の光はいずれもホロ グラ ム素子 7 0 3 で観察者の視域外へと回折されるため光強度と して認識されず、 混色等の問題は生 じない。  Here, regarding the influence of the chromatic dispersion of the hologram element 703 on each wavelength, the diffraction angle is set to be large so that even light of a short wavelength having a small diffraction angle is out of the viewing range of the observer. Just set it. In other words, any light of each wavelength that has passed through the pixel corresponding to OFF is diffracted by the hologram element 703 out of the observer's field of view, and is not recognized as light intensity, causing problems such as color mixing. Does not occur.
また、 O N画素を通過 した光は、 通常、 ホ ロ グラ ム素子 7 0 3 で 回折作用を受けない。 しか しながら、 ホロ グラ ム素子 7 0 3 を形成 する液晶材料が波長分散を持つ場合は波長によって 厶 n = N e 一 N ο が異なる こ とがあ り 、 素子内が等方的な媒質とみなせな く なる。 この場合は、 透過 した各波長の光において角度差を生 じる こ とにな り 、 観察者に と っては色の滲み等と して視認される こ と になる。 し か し、 透過の場合であ り 、 観察者のホ ロ グラ ム素子 7 0 3 か らの距 離があま り 離れていなければ、 大きな画質的な劣化は生 じない。 実際に作製 した画像表示装置に R、 G、 B のカラ一画像信号を入 力 し、 ホロ グラ ム素子 7 0 3 から 3 0 c m程度離れて観察 した とこ ろ、 混色や色の滲み等はほとんどな く 明瞭なカラ一画像を観察する こ とが可能であった。  In addition, light that has passed through the ON pixels is not normally subjected to diffraction by the hologram element 703. However, when the liquid crystal material forming the hologram element 703 has wavelength dispersion, the value of n = Ne-1Nο may vary depending on the wavelength, and the inside of the element becomes an isotropic medium. It cannot be considered. In this case, an angle difference is generated in the transmitted light of each wavelength, and the light is visually recognized by an observer as color bleeding or the like. However, in the case of transmission, if the distance from the hologram element 703 of the observer is not far away, no significant deterioration in image quality occurs. When 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, almost no color mixing or color bleeding was observed. It was possible to observe clear images without any color.
また、 こ こでのカラ一フ ィ ルタの組み合わせは図 3 4 の構成にお いてのみ使用される ものではな く 、 図 3 2 の反射タ イ プ、 図 3 3 の 透過と反射の兼用タイ プ、 また、 これ らの変更された構成において も適用で き る こ とは言う までもない。 The combination of color filters used here is not only used in the configuration shown in Fig. 34, but is used for the reflection type shown in Fig. 32 and the transmission / reflection type shown in Fig. 33. And in these modified configurations Needless to say, this is also applicable.
(実施の形態 B 5 — 6 )  (Embodiment B5-6)
前記実施の形態 B 5 一 5 の画像表示装置のホ ロ グラ ム素子 7 0 2 , 7 0 3 と して、 R ( 0 . 6 5 〃 m ) 、 G ( 0 . 5 5 〃 m ) 、 お よび B ( 0 . 4 5 〃 m ) の各波長の光によ り 多重露光を行って作製 した ものを用いて も よい。 以下、 そのよ う なホロ グラ ム素子の作製 プロセスについて説明する。  The hologram elements 720 and 703 of the image display device according to the embodiment B55 are R (0.65 μm), G (0.55 μm), and so on. And B (0.45 μm) may be used after being subjected to multiple exposure with light of each wavelength. Hereinafter, a manufacturing process of such a hologram element will be described.
まず、 実施の形態 B 2 — 1 における図 1 8 のホロ グラ ム素子を作 製する場合と同様に して液晶サンプルを作製する。 これを A r レ一 ザを用いる光学系装置にセ ッテ ィ ング し、 まず第 1 の露光工程と し て、 G ( 0 . 5 5 m ) の波長に対応する干渉縞によ り 露光を行 う 。 次に、 ミ ラー (反射 ミ ラ一) の角度を変化させ、 前記の第 1 の 露光行程を繰 り 返 し、 R ( 0 . 6 5 m ) の波長に対応する露光を 行う。 さ ら に、 B ( 0 . 4 5 m ) に対応する干渉縞を同様に して 形成して露光を行う 。 その後、 実施の形態 B 2 - 1 と同様に して均 一な光を液晶サンプルに照射する第 2 の露光行程を行う こ とで、 干 渉縞が重畳されたホロ グラ ム素子を作製する こ とがで き る。  First, a liquid crystal sample is manufactured in the same manner as in the case of manufacturing the hologram element shown in FIG. 18 in Embodiment B2-1. This is set in an optical system using an Ar laser. First, as the first exposure step, exposure is performed using interference fringes corresponding to the wavelength of G (0.55 m). Go. Next, the angle of the mirror (reflection mirror) is changed, and the first exposure process is repeated to perform exposure corresponding to the wavelength of R (0.65 m). Further, an interference fringe corresponding to B (0.45 m) is similarly formed and exposed. Thereafter, a second exposure step of irradiating the liquid crystal sample with uniform light is performed in the same manner as in Embodiment B 2-1 to produce a holographic element on which interference fringes are superimposed. I can do it.
上記のよ う に して作製 したホロ グラ ム素子を図 3 4 のホロ グラ ム 素子 7 0 2 , 7 0 3 に代えて用い、 液晶素子 7 0 1 にカラ一の映像 信号を入力 して、 観察者の位置から観察 した と こ ろ、 ホロ グラ ム素 子が R、 G、 B の何れの波長に対 して も最適化されているため、 色 の滲みや混色等の問題も な く 明瞭な画像を認識する こ とができた。 さ ら に、 観察位置を前後に 3 0 c m程度移動させて も画質の劣化等 の影響は生 じなかっ た。  The hologram element fabricated as described above is used in place of the hologram elements 720 and 703 in FIG. 34, and a single video signal is input to the liquid crystal element 701, and Observed from the observer's position, the hologram element is optimized for any of the R, G, and B wavelengths, so there is no problem such as color bleeding or color mixing. We were able to recognize various images. 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.
(実施の形態 B 5 — 7 )  (Embodiment B5-7)
前記実施の形態 B 5 一 5 の画像表示装置のホ ロ グラ ム素子 7 0 2, 7 0 3 と して、 それぞれ R ( 0 . 6 5 〃 m ) 、 G ( 0 . 5 5 / m ) 、 または B ( 0 . 4 5 m ) の各波長の光によ り 露光を行って 作製 した 3 枚のホロ グラ ム素子が積層された ものを用いても よい。 上記のよ う なホロ グラ ム素子を図 3 4 のホ ロ グラ ム素子 7 0 2 , 7 0 3 に代えて用い、 液晶素子 7 0 1 にカラ ーの映像信号を入力 し て、 観察者の位置から観察 した と こ ろ、 R、 G、 B の各波長に対 し、 それそれの層の回折光学素子によ り 独立に回折作用が行われ、 波長分散が緩和された。 この結果、 色の滲みや混色等の問題もな く 明瞭な画像を認識する こ とができた。 さ ら に、 観察位置を前後に 3 0 c m程度移動させて も画質の劣化等の影響は生 じなかっ た。 The hologram element 70 of the image display apparatus according to the embodiment B55. Exposure was performed using light of each wavelength of R (0.65 m), G (0.55 / m), or B (0.45 m) as 2, 703, respectively. A stack of three hologram elements manufactured in this way may be used. The hologram element as described above is used in place of the hologram elements 720 and 703 in FIG. 34, and a color video signal is input to the liquid crystal element 701, and the observer's Observed from the position, the diffractive optics of each layer independently affected the R, G, and B wavelengths, and the wavelength dispersion was reduced. As a result, clear images could be recognized without problems such as color bleeding and color mixing. Furthermore, even if the observation position was moved back and forth by about 30 cm, there was no effect such as deterioration of image quality.
(実施の形態 B 5 — 8 )  (Embodiment B5-8)
前記実施の形態 B 5 一 1 等の画像表示装置は、 画像表示兼用照明 装置に適用する こ と もできる。 以下、 ト ンネル内で道路交通情報の 表示を行う と と も に、 ト ンネルないの照明を行う こ とができる装置 の例を説明する。  The image display device according to the embodiment B51-11 can be applied to an image display / illumination device. Hereinafter, an example of a device that can display road traffic information in a tunnel and perform illumination without a tunnel will be described.
図 3 5 に示すよ う に、 画像表示装置 7 3 1 は、 ト ン ネルの壁面 7 3 2 に設置されている。 この画像表示装置 7 3 1 は、 例えば実施の 形態 B 5 一 1 で説明 した画像表示装置と 同様の構成を有 し、 ホロ グ ラ ム素子における回折光の出射方向が、 ト ンネル内を走行する車両 7 3 3 の進行方向に対向する よ う に設置されている。 すなわち、 実 施の形態 B 5 — 1 においては、 表示画面のほぼ法線方向 (正面) か ら表示画像を視認する例を説明 したが、 表示動作が行われている際 には、 同時に回折光によ って正面から視認される画像とは明暗が反 転 した画像が表示されている。 そこで、 画像表示装置に入力される 画像データ と して、 あ らか じめ明暗を反転 した画像データ を入力す る こ と に よ り 、 回折光によ って、 表示画面の法線に対 して傾いた方 向か ら視認する こ とので き る画像を表示させる こ とがで きる。 こ こ で、 回折光の出射方向、 すなわち回折光による表示画像の視 認方向は、 ホロ グラ ム素子の周期構造の傾きやピ ッチに よって設定 する こ とができ る。 それゆえ、 表示画像を斜め方向か ら視認必要が ある よ う な種々の装置にこ の表示装置を適用する こ とがで きる。 また、 回折光によって画像の表示を行う場合、 逆に表示画面の法 線方向には、 ホロ グラ ム素子を透過 した光が出射する。 こ の出射光 によ る画像は斜め方向からは視認で きないが、 夜間や ト ンネル内等 での回 り が暗い環境下では照明光と しての役割を果たすこ とになる ため照明装置と しての利用が可能である。 すなわち、 、 画像表示装 置と照明装置の両機能を併せもつ装置を構成する こ とができる。 こ のよ う に画像表示装置と照明装置の機能を持たせる こ とができ るの は、 通常の偏光子を用いた液晶ディ スブレイ では画像表示に用い ら れない光は偏光子で吸収され、 照明に用いる こ とがで きないのに対 し、 上記のよ う にホロ グラ ム素子を用いた表示装置は、 透過光と回 折光とが原理的に等分に出射するからである。 As shown in FIG. 35, the image display device 731 is installed on the wall surface 732 of the tunnel. This image display device 731, for example, has a configuration similar to that of the image display device described in Embodiment B51-11, and the emission direction of the diffracted light in the hologram element travels in the tunnel. It is installed so as to face the traveling direction of the vehicle 733. That is, in the embodiment B5-1, an example in which the display image is viewed from almost the normal direction (front) of the display screen has been described. However, when the display operation is performed, the diffracted light is simultaneously displayed. As a result, an image in which the brightness is inverted from the image viewed from the front is displayed. Therefore, by inputting image data in which the brightness is inverted beforehand as the image data to be input to the image display device, the diffracted light is used to reduce the normal to the display screen. Those who lean An image that can be viewed from the opposite side can be displayed. Here, the direction in which the diffracted light is emitted, that is, the direction in which the displayed image is viewed 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 that require a display image to be viewed obliquely. On the other hand, when an image is displayed by diffracted light, light transmitted through the hologram element is emitted in the normal direction of the display screen. Although the image formed by this emitted light cannot be seen from an oblique direction, it plays a role as illumination light in dark environments such as at night or in a tunnel. It can be used as That is, a device having both functions of an image display device and a lighting device can be configured. In this way, the functions of the image display device and the illumination device can be provided because light that is not used for image display in a liquid crystal display using a normal polarizer is absorbed by the polarizer. This is because a display device using a hologram element as described above emits transmitted light and diffraction light equally in principle, while it cannot be used for illumination.
本発明における ホロ グラ ム素子 7 0 2 , 7 0 3 によ り 光を分割す る構成での画像表示装置の特徴である。  This is a feature of the image display device having a configuration in which light is split by the hologram elements 72 and 703 in the present invention.
なお、 複数の画像表示装置 7 3 1 を壁面 7 3 2 に配置すれば、 車 両の進行位置に応 じて観察者に画像情報が段階的に認識される よ う な使い方も可能であ り 、 交通情報によ り 注意を喚起 した り 、 認識を 容易に行わせる よ う な場合に有効である。  By arranging a plurality of image display devices 731 on the wall 732, it is possible to use the system so that the observer can recognize the image information step by step according to the traveling position of the vehicle. This is effective when it is necessary to call attention by traffic information or to facilitate recognition.
実際に、 図 3 5 のよ う な ト ンネル内での構造を模倣 した実験室に おいて画像表示装置 7 3 1 を配置 して実験を行っ た と こ ろ、 観察者 の位置の移動と共に視認し得る画像を表示させる こ とができた。 ま た、 画像表示装置 7 3 1 の前面へ出射された光は暗い実験室内での 照明光と しての役割をも併せて果たすこ と も確認された。 Actually, the experiment was conducted with the image display device 731 placed in a laboratory that imitated the structure in the tunnel as shown in Fig. 35. Image that could be displayed. Also, the light emitted to the front of the image display device 731 is It was also confirmed that it also plays a role as illumination light.
このよ う な画像表示兼用照明装置は、 ト ン ネル内に限らず、 通常 の幹線道路や、 高速道路での交通情報表示用および照明用に も適用 可能であ り 、 その他の特定方向に優先的に画像情報を表示する使い 方に対 して適用され得る こ とは言う までも ない。  Such an image display / illumination device can be applied not only to the inside of the tunnel but also to traffic information display and lighting on a normal highway or an expressway, with priority given to other specific directions. Needless to say, the present invention can be applied to a method of displaying image information.
(実施の形態 B 5 — 9 )  (Embodiment B5-9)
前記実施の形態 B 5一 1 と同様のホロ グラ ム素子を用いて構成さ れた偏光変換素子を有する画像表示装置の例を説明する。  An example of an image display device having a polarization conversion element configured using the same hologram element as that of Embodiment B 511 will be described.
こ の画像表示装置には、 実施の形態 B 5一 1 のホログラム素子 7 0 2 に代えて、 同一平面上に配置されたホロ グラ ム素子 7 4 1〜 7 4 4 が設け られている。 また、 ホロ グラ ム素子 7 4 3, 7 4 4 と液 晶素子 7 0 1 との間には、 位相差板 ( 人 / 2 板) 7 4 5 , 7 4 6 が 設け られている。 光源 7 0 4 は、 実施の形態 B 5 — 1 と 同様に蛍光 ラ ンプにグ リ ーンのフ ィ ルタ を通 したものを用いた。 他の構成につ いては実施の形態 B 5 — 1 と同様である。  This image display device is provided with hologram elements 741 to 744 arranged on the same plane instead of hologram element 720 of embodiment B51-11. Further, between the hologram elements 743, 744 and the liquid crystal element 701, phase difference plates (human / 2 plates) 745, 746 are provided. As the light source 704, a light source obtained by passing a green filter through a fluorescent lamp as in Embodiment B5-1 was used. Other configurations are the same as those in Embodiment B5-1.
こ の画像表示装置では、 光源 7 0 4 から 出射 した光の う ち、 P偏 光光は回折光学素子 7 4 1 , 7 4 2 をそのま ま透過 して液晶素子 7 0 1 に入射する。 また、 S偏光光は、 ホ ロ グラ ム素子 7 4 1 , 7 4 2 概ね 9 0 ° の角度でほほ横方向に回折され、 それぞれ側方に配置 されたホ ロ グラ ム素子 7 4 3, 7 4 4 に入射する。 ホロ グラ ム素子 7 4 3 , 7 4 4 に入射 した光は、 ホロ グラ ム素子 7 4 3 , 7 4 4 で さ ら に概ね 9 0 ° の角度で回折される。 ホロ グラ ム素子 7 4 3, 7 4 4 で回折された光は、 位相差板 7 4 5 , 7 4 6 によ って偏波面が 9 0 ° 回転させ られ、 P偏光光と して液晶素子 7 0 1 に概ね垂直に 入射する。  In this image display device, of the light emitted from the light source 704, the P-polarized light passes through the diffractive optical elements 741 and 742 as it is and enters the liquid crystal element 701. The S-polarized light is diffracted almost horizontally at an angle of about 90 °, and the hologram elements 743, 7 are arranged at the sides. 4 It is incident on 4. The light incident on the hologram elements 743, 744 is diffracted by the hologram elements 743, 744 at an angle of about 90 °. The light diffracted by the hologram elements 743 and 744 has its polarization plane rotated by 90 ° by the phase difference plates 745 and 746, and is converted into P-polarized light by the liquid crystal element. It is almost perpendicular to 70 1.
すなわち、 ホ ロ グラ ム素子 7 4 1 - 7 4 4 および位相差板 7 4 5 , 7 4 6 によって偏光変換素子が構成され、 光源 7 0 4 からの光 は偏波面が揃った光波 (この場合は P偏光光) と して液晶素子 7 0 1 に入射する こ と になる。 それゆえ、 光利用効率が高 く な り (理論 的に約 2 倍) 、 明るい画像を表示する こ とができ る。 That is, the hologram element 7 41-7 4 4 and the phase difference plate 7 4 5, 746 constitutes a polarization conversion element, and the light from the light source 704 enters the liquid crystal element 701 as a light wave with a uniform polarization plane (in this case, P-polarized light). . Therefore, the light utilization efficiency is increased (theoretically about twice), and a bright image can be displayed.
また、 光源 7 0 4 の照射領域を広げる こ と にもな り 、 小さい面積 の光源 7 0 4 からの光を照射領域を拡大 して画像表示を行わせる こ とも可能であ り 、 システムの小型化、 低消費電力化において も有効 である。  In addition, since the irradiation area of the light source 704 can be enlarged, the light from the light source 704 having a small area can be enlarged to display an image by enlarging the irradiation area. It is also effective in reducing power consumption.
液晶素子 7 0 1 を通過する光は画素の印加信号に対応 して偏光方 向が変調されも う 1 つのホロ グラ ム素子 7 0 3 に入射する。  The light passing through the liquid crystal element 701 enters another holographic element 703 whose polarization direction is modulated in accordance with a signal applied to the pixel.
こ こで、 S偏光光は紙面上方に回折され観察者の視域外へと出射 される。  Here, the S-polarized light is diffracted upward in the plane of the paper and emitted out of the viewing range of the observer.
P偏光光はホロ グラ ム素子 7 0 3 をそのま ま通過 し、 観察者によ つて認識される こ とになる。  The P-polarized light passes through the hologram element 703 as it is, and is recognized by an observer.
観察者の位置から ホロ グラ ム素子 7 0 3 方向を観察 した場合、 印 加された入力信号に対応する画像が正 し く 認識された。  When observing the holographic element 703 in the direction from the observer's position, the image corresponding to the input signal applied was correctly recognized.
以上のよ う に、 こ こで構成 した画像表示装置は、 光源からの光波 の概ね全てを画像表示に有効に利用で き、 照明領域も拡大する こ と が可能である。  As described above, the image display device configured here can effectively use almost all of the light waves from the light source for image display, and can enlarge the illumination area.
(実施の形態 B 5 — 1 0 )  (Embodiment B 5 — 10)
前記実施の形態 B 5 一 1 と同様のホロ グラ ム素子を用いて構成さ れた偏光変換素子を有する小型画像表示装置の他の例を説明する。 図 3 7 に本発明の実施の形態 Bで構成 した小型表示装置の概略を 示す。 光源 7 0 4 からの光波はホロ グラ ム素子 7 5 1 に横方向から 入射 し、 P偏光光はこの回折光学素子によ り 概ね 9 0 ° 回折され液 晶素子 7 0 1 へと入射する。 また、 S偏光光はホロ グラ ム素子 7 5 1 を通過 し、 も う 1 つのホ ロ グラ ム素子 7 5 2 に入射する。 回折光学素子 7 5 2 は S偏光光に 対 し屈折率分布を生 じる よ う に形成され、 ホロ グラ ム素子 7 5 2 に 入射 した S 偏光光は、 概ね 9 0 ° 回折されて出射する。 この後、 久 / 2板 7 5 3 を通過 し、 偏波面が 9 0 ° 回転させ られ P偏光光と し て液晶素子 7 0 1 に入射する。 Another example of a small-sized image display device having a polarization conversion element constituted by using the same hologram element as that of Embodiment B51-11 will be described. FIG. 37 schematically shows a small-sized display device according to Embodiment B of the present invention. The light wave from the light source 704 enters the hologram element 751 from the lateral direction, and the P-polarized light is diffracted by about 90 ° by the diffractive optical element and enters the liquid crystal element 701. The S-polarized light passes through the hologram element 751, and enters the other hologram element 752. The diffractive optical element 752 is formed so as to generate a refractive index distribution with respect to the S-polarized light, and the S-polarized light incident on the holographic element 752 is diffracted by approximately 90 ° and emitted. . Thereafter, the light passes through the half plate 753, the polarization plane is rotated by 90 °, and enters the liquid crystal element 701 as P-polarized light.
従って、 実施の形態 B 5 - 1 0 と 同様に光源 7 0 4 か らの光量の 概ね全てを液晶素子の表示に利用する こ とができる。 また、 横方向 から光を入射する構成のため、 シースル一型の機能や実施の形態 B 5 — 4 で構成 したよ う な外部光源と内部光源の併用夕 イ ブも可能で ある。  Therefore, almost all of the light amount from the light source 704 can be used for the display of the liquid crystal element as in the embodiment B5-10. Further, since light is incident from the lateral direction, it is possible to use a seesle-type function or to use an external light source and an internal light source in combination as in Embodiment B5-4.
実際に作製 した画像表示装置では、 光源 7 0 4 と して蛍光ラ ンプ にグ リ ーンのフ ィ ルタ を通 したものを用い、 0 . 5 5 !11程度の波 長の光を出射する よ う に した。 液晶素子と しては 0 . 9 イ ンチ程度 の V G A ( 6 4 0 x 4 8 0 ) の分解能を有する小型の液晶ハ°ネルを使 用 した。 これに画像信号を入力する と、 液晶素子 7 0 1 を通過する 光は画素の印加信号に対応 して偏光方向が変調されも う 1 つのホロ グラ ム素子 7 0 3 に入射する。  In the image display device actually manufactured, the light source 704 used was a fluorescent lamp that passed through a green filter. Light with a wavelength of about 11 was emitted. As the liquid crystal element, a small liquid crystal panel having a resolution of about 0.9 inch VGA (640 × 480) was used. When an image signal is input to this, light passing through the liquid crystal element 701 enters another holographic element 703 whose polarization direction is modulated in accordance with a signal applied to the pixel.
こ こで、 S偏光光は紙面上方に回折され観察者の視域外へと出射 される。 P偏光光はホロ グラ ム素子 7 0 3 をそのま ま通過 し、 観察 者によって認識される こ と になる。  Here, the S-polarized light is diffracted upward in the plane of the paper and emitted out of the viewing range of the observer. The P-polarized light passes through the hologram element 703 as it is, and is recognized by the observer.
さ ら に今回は拡大光学系 7 5 4 をホロ グラ ム素子 7 0 3 の光出射 側に用いた。 こ こ では拡大光学系と して平面型のフ レ ネルレ ンズを 用いた。 拡大光学系と しては凸 レ ンズや屈折率の面内変化を用いた 液晶レ ンズの使用 も可能である。 薄型の レ ン ズによ り 拡大光学系を 構成すれば小型のシステム を構成で き好ま しい。 観察者の位置からホロ グラ ム素子 7 0 3 方向を観察 した場合、 印 加された入力信号に対応する画像が正 し く 認識された。 また、 今回 0 . 9 イ ンチの小型の液晶パネルを用いている にも関わ ら ず、 拡大 光学系 7 5 4 の作用によ り 観察者にはホロ グラム素子 7 0 3 からの 距離によ り 表示像が拡大されて明瞭に認識する こ とが可能であつ た。 Furthermore, this time, the magnifying optical system 754 was used on the light emission side of the holographic element 703. Here, a planar Fresnel lens was used as the magnifying optical system. As a magnifying optical system, a convex lens or a liquid crystal lens using an in-plane change in refractive index can be used. If a magnifying optical system is constructed with a thin lens, a small system can be constructed. When the direction of the holographic element 703 was observed from the observer's position, the image corresponding to the input signal applied was correctly recognized. Also, despite the use of a small 0.9-inch liquid crystal panel this time, the effect of the magnifying optical system 754 gives the observer a distance from the hologram element 703. The displayed image was enlarged and could be clearly recognized.
図 3 7 に示すよ う な構成はシステム全体の小型化が可能であ り 、 携帯情報端末用のマイ ク ロディ スプレイ と して使用可能な非常に小 型の画像表示装置と しての利用が期待される。  The configuration shown in Fig. 37 allows the whole system to be miniaturized, and can be used as a very small image display device that can be used as a micro display for a portable information terminal. Be expected.
(実施の形態 B 6 )  (Embodiment B6)
前記実施の形態 ] B 1 で示 したホロ グラ ム素子を用いて構成される 画像表示装置について説明する。  Embodiment] An image display device configured using the hologram element shown in B 1 will be described.
画像表示装置の構成図を図 3 8 ( a ) に示す。 こ の画像表示装置 においては、 透過型液晶パネル 8 1 9 のノ ッ ク ライ ト ュニ ッ ト に本 発明に係るホロ グラ ム素子 8 2 0 を用いている。  Figure 38 (a) shows the configuration of the image display device. In this image display device, the hologram element 820 according to the present invention is used for the knock light unit of the transmission type liquid crystal panel 819.
光源 8 2 3 からの光束 8 2 4 は導光体 8 2 1 の端面か ら入射 し、 導光体 8 2 1 を伝搬 しつつ裏面に設置された本発明のホロ グラ ム素 子 8 2 0 によって液晶パネル 8 1 9 の基板の略法線方向に回折され る。 液晶パネル 8 1 9 に入射 した光束 8 2 2 は変調され画像を表示 する。  The luminous flux 82 4 from the light source 82 3 enters from the end face of the light guide 82 1, propagates through the light guide 82 1, and the hologram element 82 0 of the present invention installed on the back surface Thus, the light is diffracted in a direction substantially normal to the substrate of the liquid crystal panel 8 19. The luminous flux 822 incident on the liquid crystal panel 819 is modulated to display an image.
尚、 ホ ロ グラ ム素子 8 2 0 の裏面には反射 ミ ラ一 8 2 3 を設け、 ホ ロ グラ ム素子 8 2 0 を透過 した光を さ ら に反射で き る構成となつ てお り 、 例えばこ の反射 ミ ラ一 8 2 3 に光を散乱せ しめる ド ヅ ト (不図示、 従来例 7 の他多数開示されている公知技術) を形成する こ とが好ま しい。  A reflective mirror 823 is provided on the back of the hologram element 820 so that the light transmitted through the hologram element 820 can be further reflected. For example, it is preferable to form a dot (not shown, a large number of well-known technologies other than the conventional example 7) that scatters light on the reflection mirrors 823.
液晶パネル 8 1 9 と しては、 透過型であればよ く 、 その駆動方 法、 液晶材料を問わずあ らゆる種類の液晶パネルを用いる こ とがで きる。 尚、 外光の明る さに応 じて透過型 と して も用いる反射型の液 晶パネルであっても良い。 It is sufficient that the liquid crystal panel 8 19 is a transmissive type, and its driving method is Any type of liquid crystal panel can be used regardless of the method and liquid crystal material. It should be noted that a reflection type liquid crystal panel which is also used as a transmission type according to the brightness of external light may be used.
光源 8 2 3 と しては、 例えば C C F T を用いる こ とができ、 従来 例 8 をは じめ と して多数開示されている よ う に反射鏡 8 2 5 を設け て も良い。 導光体 8 2 1 と しては主にァク リ ルな どの樹脂材料を用 いる こ とがで き、 例えば従来例 7 、 特閧平 9 一 5 7 4 3 号公報等に 多数開示されている よ う に、 楔型の形状と する こ と も可能である。 ホロ グラ ム素子 8 2 0 の基本的な機能は、 ホロ グラ ム素子に入射 した無偏光な光束 8 2 4 の中で特定の偏光成分を、 液晶パネル 8 1 9 の略法線方向に、 かつ特定の立体角内に選択的に回折せ しめる も ので、 電圧の有無によ り ホロ グラ ム素子と して機能 した り 、 単なる 等方的な媒体と して機能する。  As the light source 823, for example, CCFFT can be used, and a reflecting mirror 825 may be provided as disclosed in a large number of examples including the conventional example 8. A resin material such as acryl can be mainly used as the light guide 821, and many such materials are disclosed in, for example, a conventional example 7 and Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-57443. As shown, a wedge-shaped configuration is also possible. The basic function of the hologram element 820 is that a specific polarization component in the non-polarized light beam 824 that has entered the hologram element is approximately in the normal direction of the liquid crystal panel 819, and Since it is diffracted selectively within a specific solid angle, it can function as a hologram element or as a mere isotropic medium depending on the presence or absence of a voltage.
すなわち図 3 9 ( a ) 、 ( b ) に示 したよ う に、 例えば電圧無印 加時にホロ グラ ム素子と して機能 し、 電圧印加時に等方媒体と して 機能せ しめる こ とがで き る。 ホロ グラ ム素子と して機能せ しめる場 合には、 本発明に係るホロ グラ ム素子 8 2 0 は、 無偏光な入射光束 8 2 4 の中で特定の偏光成分のみを液晶パネルの略法線方向に、 か つ特定の立体角内に選択的に回折する。  That is, as shown in Figs. 39 (a) and (b), for example, it can function as a hologram element when no voltage is applied, and can function as an isotropic medium when voltage is applied. You. When functioning as a hologram element, the hologram element 820 according to the present invention uses only a specific polarization component in the non-polarized incident light beam 824 in a simplified form of a liquid crystal panel. Selectively diffracts linearly and within a specific solid angle.
その際、 液晶パネルが偏光型、 すなわち特定の偏光光のみを変調 する方式であって、 光入射側に偏光板 (不図示) を設けている場合 には、 該偏光板の偏光方向 (偏光子が透過する偏光光の電界べク ト ルの振動方向) と、 ホロ グラ ム素子が選択的に回折する偏光光の偏 光方向 (電界べク ト ルの振動方向) を概ね一致させる こ とで、 初め て高い効率を実現でき る。  At this time, if the liquid crystal panel is of a polarization type, that is, a method of modulating only a specific polarized light, and a polarizing plate (not shown) is provided on the light incident side, the polarization direction of the polarizing plate (polarizer) The direction of oscillation of the electric field vector of the polarized light transmitted by the hologram element and the direction of polarization of the polarized light that is selectively diffracted by the hologram element (the oscillation direction of the electric field vector) are made to substantially match. For the first time, high efficiency can be realized.
一方、 電圧を印加する こ とで本発明のホ ロ グラ ム素子 8 2 0 は略 等方的媒質とな り 、 入射光束 8 2 4 はホロ グラ ム素子 8 2 0 を透過 し、 その裏面に設け られた反射 ミ ラ一 8 2 3 によ り 散乱された光束 が液晶パネル 8 1 9 に入射する。 この場合における液晶パネル 8 1 9 の出力光束は、 従来のバッ ク ラ イ ト によ り 照明された場合と同様 に反射 ミ ラ一 8 2 3 に設け られた ド ッ ト によ ってほぼ一様に拡散さ れる。 On the other hand, when a voltage is applied, the hologram element 820 of the present invention is substantially It becomes an isotropic medium, and the incident light beam 824 passes through the hologram element 820, and the light beam scattered by the reflection mirror 823 provided on the back surface of the light beam 8 It is incident on 9. In this case, the output luminous flux of the liquid crystal panel 819 is almost one by the dot provided on the reflection mirror 823 in the same manner as when illuminated by the conventional backlight. Is spread in a similar manner.
このよ う に、 本発明のホロ グラ ム素子 8 2 0 を用いた画像表示装 置にあっては、 電圧を印加 しない場合には照明光を略法線方向の狭 い立体角内に回折せ しめるため、 液晶パネル 8 1 9 を正面から観察 する際の輝度を極めて高 く する こ とができ、 さ ら に電圧印加によ つ て、 正面か ら観察する際の輝度は落ち るが広い視野角を確保する こ とができる。  As described above, in the image display device using the hologram element 82 of the present invention, when no voltage is applied, the illumination light is diffracted into a narrow solid angle substantially in the normal direction. As a result, the brightness when observing the liquid crystal panel 8 19 from the front can be made extremely high, and the brightness when observing from the front decreases by applying voltage, but the wide field of view Corners can be secured.
本発明のよ う にホロ グラ ム素子を液晶パネルのノ ッ ク ライ トュニ ッ ト に用い、 かつ回折光に指向性を持たせて、 正面か ら見る場合 (液晶パネルの法線方向から眺める場合) の輝度を高 く する例は、 例えば従来例 7 〜従来例 1 0 等多数開示されているが、 上記例にあ つてはホロ グラ ム素子は入射光を常に回折する という 単一の機能を 有するのみであ り 、 本発明のホロ グラ ム素子 8 2 0 のよ う に視野角 を切 り 替え られる ものではない。  When the hologram element is used for a knock light unit of a liquid crystal panel as in the present invention, and the diffracted light has directivity and is viewed from the front (when viewed from the normal direction of the liquid crystal panel). Many examples of increasing the brightness of (1), such as Conventional Example 7 to Conventional Example 10, have been disclosed. However, in the above example, the hologram element has a single function of always diffracting incident light. It does not have the ability to switch the viewing angle as in the hologram element 82 of the present invention.
また、 従来例 1 、 従来例 2 では、 スイ ッチング可能なホロ グラム 素子の開示がなされているが、 液晶パネルのバッ ク ライ ト と しての 具体的利用については何 ら開示されてはいない。 前述のよ う に、 液 晶パネルの偏光板の偏光方向 と、 ホロ グラ ム素子によ り 選択的に回 折される光の偏光方向を一致させる こ とで、 初めて高い効率を実現 で き るのである。  Further, in Conventional Examples 1 and 2, a holographic element that can be switched is disclosed, but no specific use as a backlight of a liquid crystal panel is disclosed. As mentioned above, high efficiency can be realized for the first time by matching the polarization direction of the polarizing plate of the liquid crystal panel with the polarization direction of the light selectively diffracted by the hologram element. It is.
本発明の画像表示装置が有する 画像の明る さ、 視野角を切 り 替え る こ とがで きる機能は、 例えば据え置き型、 ノ ー ト型を問わずパ一 ソナルコ ンピュータや携帯型情報端末のディ ス プレイ と して用いる 場合に極めて貴重な機能である。 Switching between the brightness and the viewing angle of the image possessed by the image display device of the present invention This function is extremely valuable when used as a display for personal computers or portable information terminals, regardless of whether they are stationary or laptop.
すなわち、 個人で画像を見る場合には、 視野角 (画像を視認する こ とがで きる範囲と等価な意味) がむやみに広い必要はな く 、 作業 時な どの像観察時に必要なある限られた範囲で十分である。 本発明 によれば正面か ら画像を観察する作業者の方向に概ね画像を出力す る こ とになるので、 ラ ンプの消費電力を小さ く する こ とができる。 それに対 して、 多人数で画像を観察する場合には、 逆に視野角は 広い方が望ま しい。 それゆえ本発明のよ う に個人で画像を観察する 場合と、 多人数で像を観察する場合とで視野角を変え られる機能が 重要 となる。 但 し、 厳密には視野角が変え られるのではな く 、 本発 明のホロ グラ ム素子 8 2 0 は、 ある特定の狭い立体角内に反射され る光束の量を、 印加電圧によ って制御できる こ と を意味する。 次に、 本実施の形態 B で用いるホロ グラ ム素子の作製方法につい て説明する。  In other words, when viewing an image on an individual basis, the viewing angle (meaning equivalent to the range in which the image can be viewed) does not need to be unnecessarily wide; Is sufficient. According to the present invention, an image is output almost in the direction of the operator observing the image from the front, so that the power consumption of the lamp can be reduced. On the other hand, when observing images with a large number of people, a wider viewing angle is desirable. Therefore, the function of changing the viewing angle between the case of observing an image by an individual as in the present invention and the case of observing the image by a large number of people is important. However, strictly, the viewing angle cannot be changed. Instead, the holographic element 82 of the present invention determines the amount of light reflected within a specific narrow solid angle by the applied voltage. Means that it can be controlled. Next, a method for manufacturing a hologram element used in Embodiment B will be described.
本実施の形態 Bで用いるホ ロ グラ ム素子 8 2 0 は、 実施の形態 B 1 および 4 — 1 で説明 したよ う に、 I T O 5 0 1 を形成 した 2枚の ガラス基板 5 0 2 で作製されたセルに光硬化型液晶と して例えば U Vキュアラ ブル液晶と非重合性液晶の混合物を注入 し、 2 光束干渉 稿を照明する こ とで作製でき る。  The hologram element 820 used in the present embodiment B is manufactured from the two glass substrates 502 on which the ITO 501 is formed as described in the embodiments B1 and 4-1. The cell can be fabricated by injecting, for example, a mixture of a UV-curable liquid crystal and a non-polymerizable liquid crystal as a photo-curable liquid crystal, and illuminating a two-beam interference image.
但 し、 参照光を光束が入射する角度で、 物体光を基板に略垂直に 入射せ しめる こ とが特徴である。 また、 その際電圧を印加 した状態 で 2 光束干渉露光を行う こ と によ り 、 例えば図 3 9 に示 したよ う な 所望の干渉稿が形成され、 干渉稿の強度の強い部分に U Vキュアラ ブル液晶が、 強度の弱い部分に非重合性液晶が分離され本発明のホ ロ グラム素子 8 2 0 が作製される。 However, the feature is that the object light is made to enter the substrate substantially perpendicularly at the angle at which the light flux enters the reference light. In addition, by performing two-beam interference exposure with a voltage applied at this time, a desired interference script as shown in FIG. 39, for example, is formed, and a UV cure is applied to a portion where the interference script has a high intensity. The non-polymerizable liquid crystal is separated into the weak liquid crystal and the weak portion, and the liquid crystal of the present invention is used. A program element 820 is manufactured.
実際に作製する場合には、 物体光、 参照光 と も に平面波である必 要はな く 、 例えば物体光と して特定の立体角内に広がる光束を、 参 照光と して導光体 2 1 を伝搬しホロ グラ ム素子に入射する光束とほ ぼ等 しい角度範囲から入射する光束を用いる こ とが好ま しい。  In actual production, the object light and the reference light do not need to be plane waves, and for example, a luminous flux that spreads within a specific solid angle as the object light is used as the reference light. It is preferable to use a light beam that propagates 1 and enters the hologram element from an angle range almost equal to that of the light beam.
また、 上記構成において、 例えば本発明に係るホロ グラ ム素子 8 2 0 の 1 1> 0 5 0 1 をパターニング しておき、 領域毎に印加電圧を 異な ら しめて屈折率異方性を局所的に制御する こ と もで きる。 それ によ って局所的にホロ グラ ム素子 8 2 0 の効率の最適化を図る こ と も可能である。 また例えば、 従来例 7 に開示されている よ う にホロ グラ ム素子を微小なモザィ ク状に配列 し、 入射光波長および入射角 に対 して最大効率を示すよ う に個々の微小ホロ グラ ム素子を最適化 して も よい。 Further, in the above configuration, for example, 11 > 0501 of the holographic element 8200 according to the present invention is patterned, and the applied voltage is varied for each region to locally adjust the refractive index anisotropy. You can also control it. This makes it possible to locally optimize the efficiency of the hologram element 820. Further, for example, as disclosed in Conventional Example 7, holographic elements are arranged in a minute mosaic shape, and individual holographic elements are arranged so as to exhibit maximum efficiency with respect to the incident light wavelength and the incident angle. The system element may be optimized.
また、 図 3 8 ( b ) に示 したよ う に本発明に係るホ ロ グラ ム素子 8 2 0 と、 反射 ミ ラ一 8 2 3 の間に 义 / 4板 2 7 を設け、 かつ反射 ミ ラ一 8 2 3 をホロ グラ ム素子 8 2 0 と平行ではな く 、 例えば約 5 ° 傾けて配置する こ とによ り 、 本発明に係るホ ロ グラ ム素子 8 2 0 に例えば電圧を印加せず、 異常光線を選択的に回折せ しめるモー ドにおいて、 該ホロ グラ ム素子 8 2 0 を透過する常光線 8 2 8 を異 常光線に変換 して再度ホロ グラ ム素子 8 2 0 に入射せ しめる こ とが でき る。  Further, as shown in FIG. 38 (b), a 义 plate 27 is provided between the hologram element 820 according to the present invention and the reflection mirror 823, and the reflection mirror is provided. For example, by arranging the grid 823 not parallel to the hologram element 820 but at an angle of about 5 °, for example, a voltage is applied to the hologram element 820 according to the present invention. In the mode in which the extraordinary ray is selectively diffracted, the ordinary ray 828 that passes through the hologram element 82 0 is converted into an extraordinary ray and is incident on the hologram element 820 again. I can do it.
その際、 反射 ミ ラ一 8 2 3 を傾けて設置 しているので、 該ホロ グ ラ ム素子 8 2 0 の角度依存性によって反射 ミ ラ一 8 2 3 からの反射 光束 8 2 9 はホロ グラ ム素子 8 2 0 を透過 し、 ホ ロ グラ ム素子 8 2 0 に よ り 反射された光束 8 2 2 と同一の偏光光 (この場合は P偏光 光) と して液晶パネル 8 1 9 に入射する こ とができ、 光利用効率を 高 く する こ とができる。 At this time, since the reflecting mirror 823 is installed at an angle, the reflected light flux 829 from the reflecting mirror 823 is holographically dependent on the angular dependence of the hologram element 820. The light beam transmitted through the optical element 820 and reflected by the hologram element 820 is incident on the liquid crystal panel 819 as the same polarized light (in this case, P-polarized light) as the light beam 822. Light efficiency Can be higher.
以上述べたよ う に、 本実施の形態 Bで構成 した画像表示装置は、 本発明に係る ホロ グラム素子 8 2 0 への印加電圧を調節する こ と に よ り 、 光束が特定の立体角内に出力される量を制御する こ とができ る。 それによ り 、 必要に応 じて視野角は狭いが明るい画像表示と、 若干暗 く なるが広い視野角を選択する こ とが可能となる。  As described above, the image display device according to Embodiment B adjusts the voltage applied to the hologram element 820 according to the present invention so that the luminous flux is within a specific solid angle. The amount of output can be controlled. As a result, it is possible to select a bright image display with a narrow viewing angle but a wide viewing angle, which is slightly darker, as necessary.
本実施の形態 Bで構成 した画像表示装置は、 据え置き型、 ノ ー ト 型のパーソナルコ ン ピュータのディ スプレイ と してだけではな く 、 携帯型情報端末、 携帯型通信機器の表示用ディ スプレイ 、 車載用の へッ ドア ッ プディ ス プレイ と して用いる こ とが可能である。  The image display device configured in Embodiment B is not only a display for a stationary or notebook personal computer, but also a display for a portable information terminal or a portable communication device. However, it can be used as an in-vehicle head-up display.
(実施の形態 B 7 )  (Embodiment B7)
本発明の実施の形態 B 7 と して構成された本発明に係る画像表示 装置について説明する。 本実施の形態 B の画像表示装置は、 いわゆ る従来か らある直視型の液晶パネルであるが、 液晶材料と して光硬 化型液晶 と非重合性液晶の混合物に画素ピッチと同等の格子状の光 (波長は該光硬化性液晶を硬化せ しめる波長) を照明 し、 光誘起相 分離現象によ り 、 各画素を囲むマイ ク ロセル構造を形成している。 ただ し、 光硬化型の液晶の硬化後における n e、 n oは各々非重合 性液晶の n e、 n 0と略等 しい構成となっている。  An image display device according to the present invention configured as Embodiment B7 of the present invention will be described. The image display device of the embodiment B is a so-called conventional direct-view type liquid crystal panel. As a liquid crystal material, a mixture of a photocurable liquid crystal and a non-polymerizable liquid crystal is used. A lattice-like light (wavelength is a wavelength for curing the photocurable liquid crystal) is illuminated, and a microcell structure surrounding each pixel is formed by a photoinduced phase separation phenomenon. However, ne and no of the photocurable liquid crystal after curing are substantially equal to ne and n0 of the non-polymerizable liquid crystal, respectively.
上記マイ ク ロセル構成によ り 液晶領域内で液晶分子が、 自己配向 力によ り 、 光硬化反応で安定化せ しめた軸対称状に配向され、 広い 視野角および高コ ン ト ラス ト を実現で きる。  With the above microcell configuration, the liquid crystal molecules are aligned in an axially symmetrical manner stabilized by the photo-curing reaction by the self-alignment force in the liquid crystal region, and a wide viewing angle and a high contrast are obtained. realizable.
次に従来例 と本実施の形態 B に係る画像表示装置との違いについ て述べる。 上記マイ ク ロセルによる視野角改善および高コ ン ト ラス ト が実現で きる効果は、 例えば従来例 6 に開示されているが、 従来 例 6 では、 単に光硬化性樹脂と液晶の混合物に、 格子状の光 (波長 は該光硬化性樹脂を硬化せ しめる波長) を照明 し、 光誘起相分離現 象によ り 、 各画素を囲むマイ ク ロセル構造を形成 しているだけで、 光硬化性樹脂の屈折率異方性に関 しては何 ら記載 していない。 一般に光硬化樹脂は僅かではあるが複屈折を有 し、 若干の屈折率 異方性を発現する。 それゆえ、 黒を表示する際に垂直入射の光束に 対してはコ ン ト ラス 卜 がよいが、 斜めに入射する光束に対 しては格 子の部分が不連続な領域と して 目立ち、 均一性が悪い という欠点が めった。 Next, the difference between the conventional example and the image display device according to Embodiment B will be described. The effect that the microcell can achieve the improvement of the viewing angle and the high contrast is disclosed in, for example, Conventional Example 6, but in Conventional Example 6, the mixture of the photocurable resin and the liquid crystal is simply added to the grid. Light (wavelength Is the wavelength at which the photocurable resin is cured), and only the microcell structure surrounding each pixel is formed by the photo-induced phase separation phenomenon. No anisotropy is described. In general, a photocurable resin has a slight but birefringent property and exhibits a slight refractive index anisotropy. Therefore, when displaying black, the contrast is good for the vertically incident light beam, but for the obliquely incident light beam, the lattice part is conspicuous as a discontinuous region. The disadvantage was poor uniformity.
しか しながら本実施の形態 Bの画像表示装置では、 黒を表示する 際の非重合性液晶の配向 と同一の配向状態で光硬化型液晶を硬化せ しめ、 かつ該光硬化型液晶の光学的異方性を非重合性液晶の光学的 異方性と略等 し く する ため、 黒表示の際にマイ ク ロ セルの部分が目 立った り 、 コ ン ト ラス ト の低下を抑制する こ とがで き、 極めて均一 な画像を表示する こ とがで きた。  However, in the image display device of Embodiment B, the photocurable liquid crystal is cured in the same orientation as that of the non-polymerizable liquid crystal when displaying black, and the optical curing of the photocurable liquid crystal is performed. In order to make the anisotropy almost equal to the optical anisotropy of the non-polymerizable liquid crystal, the microcell portion becomes conspicuous in black display and the decrease in contrast is suppressed. As a result, it was possible to display an extremely uniform image.
(実施の形態 B 8 — 1 )  (Embodiment B 8 — 1)
図 4 0 に本発明の実施の形態 B 8 - 1 で構成 した、 前記実施の形 態 B 2 - 1 で示 した体積ホロ グラ ム素子を用いた光情報処理装置の 概略を示す。 偏光を放射する半導体レーザ 9 0 1 よ り 放射する光 は、 体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 をそのま ま通過 し、 結像レ ンズ 9 0 4 によ り 1 / 4波長板 9 0 5 を介して光記憶媒体 9 0 6 上に集光さ れる。 この場合、 体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 を通過する レーザ光は 回折を受ける こ とはな く 半導体レーザ 9 0 1 からの出射光は、 ほぼ 全て光記憶媒体 9 0 6 上に集光される。  FIG. 40 shows an outline of an optical information processing apparatus using the volume hologram element shown in the embodiment B2-1, which is configured in the embodiment B8-1 of the present invention. Light emitted from the semiconductor laser 901, which emits polarized light, passes through the volume hologram element 521, as it is, and passes through the 1/4 wavelength plate 905 by the imaging lens 90.4. Through the optical storage medium 906 In this case, the laser light passing through the volume hologram element 5 21 is not diffracted, and almost all the light emitted from the semiconductor laser 90 1 is focused on the optical storage medium 9 06 .
次に、 光記憶媒体 9 0 6 で反射された光は、 再度 1 Z 4 波長板 9 0 5 を通過 し結像レ ンズ 9 0 4 によ り 収束される。 こ の時、 反射光 は前記 1 / 4波長板を 2 回通過する こ と になるため、 その偏光方向 は、 半導体レーザ 9 0 1 から出射された と きに対 し、 9 0 ° 偏光方 向が回転する。 従って、 今回は反射光は体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 に形成されている所定波面に応 じて回折作用を受け、 光検出器 9 0 2上に収束される こ とになる。 Next, the light reflected by the optical storage medium 906 passes through the 1Z4 wavelength plate 905 again, and is converged by the imaging lens 904. At this time, the reflected light passes through the quarter-wave plate twice, so that its polarization direction When the light is emitted from the semiconductor laser 901, the polarization direction rotates 90 °. Therefore, in this case, the reflected light is diffracted according to the predetermined wavefront formed on the volume hologram element 521, and is converged on the photodetector 902.
こ こで光検出器 9 0 2上の分割された領域毎に光信号が検出さ れ、 焦点ずれ、 ト ラ ッ キングずれ、 及び前記光記憶媒体に記録され た情報の信号の検出が行われる。 この時、 光検出器 9 0 2 に導かれ る光量は、 体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 の往路での偏光分離による光 利用効率及び復路での回折効率でほぼ決定される。  Here, an optical signal is detected for each of the divided areas on the photodetector 902, and a focus shift, a tracking shift, and a signal of information recorded on the optical storage medium are detected. . At this time, the amount of light guided to the photodetector 902 is substantially determined by the light use efficiency of the volume hologram element 521 by the polarization separation on the forward path and the diffraction efficiency on the return path.
本発明の体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 の原理及び構造を図 4 1及び 図 4 2 に示す。 図 4 1 は一軸性の光学結晶の屈折率楕円体を示 して いる。 図 4 1 ( a ) は光軸が Y方向にある場合の屈折率楕円体を示 すものである。 この時、 Y— Z平面に偏光方向が存在する光に対 し ては異常光線とな り N eの屈折率を示す。 また、 X— Z平面に偏光 方向が存在する光に対 しては常光線とな り 、 N oの屈折率を示す。 図 4 1 ( b ) は一軸性の光学結晶の光軸が Y方向か ら 9 0 ° 傾い た場合の屈折率楕円体を示 している。 この場合、 Y— Z平面に偏光 方向が存在する光に対 しては N oの屈折率を示 し、 X— Z平面に偏 光方向が存在する光に対 して も N oの屈折率を示すこ と になる。 又、 光軸が ( a ) と ( b ) の中間状態では Y— Z平面に偏光方向 が存在する光に対して、 光軸の傾斜の状態に対応 して N e と N o ( N e 〉 N o ) の屈折率の中間値を と る こ と になる。 一方、 X— Z 平面に偏光方向が存在する光に対 しては、 光軸の傾き に関わ らず常 に N oの屈折率を示す。  The principle and structure of the volume hologram element 52 1 of the present invention are shown in FIG. 41 and FIG. Figure 41 shows a refractive index ellipsoid of a uniaxial optical crystal. Figure 41 (a) shows the refractive index ellipsoid when the optical axis is in the Y direction. At this time, the light whose polarization direction exists in the YZ plane becomes an extraordinary ray and has a refractive index of Ne. In addition, light having a polarization direction in the XZ plane is an ordinary ray and has a refractive index of No. FIG. 41 (b) shows a refractive index ellipsoid when the optical axis of the uniaxial optical crystal is tilted 90 ° 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. Will be shown. In the state where the optical axis is between (a) and (b), for light whose polarization direction exists in the Y-Z plane, Ne and N o (N e) correspond to the state of inclination of the optical axis. The intermediate value of the refractive index of N o) is taken. On the other hand, for light whose polarization direction exists in the XZ plane, the refractive index always shows No, regardless of the tilt of the optical axis.
以上のよ う に屈折率異方性を有する光学媒体に対 しては、 入射す る偏光方向に対 し、 N eから N oの範囲の屈折率分布を有する場合 と光軸の傾き に関わ らず N o だけの屈折率分布を示す場合が存在す る。 As described above, an optical medium having refractive index anisotropy has a refractive index distribution ranging from Ne to No with respect to the incident polarization direction. In some cases, a refractive index distribution of only N o is shown regardless of the tilt of the optical axis.
図 1 8 は体積ホロ グラ ム素子の断面構成を示す図である。 この素 子内部は、 光の入射する表面か ら、 厚さ方向に対 し傾斜 した周期的 な層構造を有 している。 そ して、 隣合う層間では屈折率異方性を有 する光学媒体の光軸の傾きが、 1 つは体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 の 表面に平行 となる よ う に配列 してお り 、 も う 1 つは表面に対 して垂 直方向に配列 している。  FIG. 18 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a volume hologram element. The inside of this element has a periodic layer structure that is inclined from the surface on which light enters to the thickness direction. The optical media having anisotropy in refractive index are arranged between adjacent layers such that the inclination of the optical axis is parallel to the surface of the volume hologram element 52 1. The other is arranged perpendicular to the surface.
こ こで、 この体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 に図 1 8 の紙面に対 して 垂直方向に偏光方向を有する光を常光線、 紙面と平行方向に偏光方 向を有する光を異常光線と して、 これらの光が体積ホ ロ グラ ム素子 5 2 1 に入射 した と きの振る舞いについて考え る。  Here, the volume hologram element 52 1 is configured such that light having a polarization direction perpendicular to the plane of FIG. 18 is an ordinary ray and light having a polarization direction parallel to the plane of FIG. 18 is an extraordinary ray. Then, the behavior when these lights enter the volume hologram element 521 will be considered.
まず、 常光線が入射 した場合、 図 4 1 の X — Z 平面に偏光方向を 有する光が入射 した場合と同様の取り 扱い となるため、 各層を構成 する光学媒体の光軸の向きに関わ ら ず、 各層での屈折率は N o とな る。 つま り 、 屈折率が N o の一様な媒体が存在するの と等 しいた め、 これに入射する常光線は回折の作用を受けず、 図 1 8 に図示 し たよ う にそのま ま透過する こ とになる。  First, when ordinary light is incident, it is treated in the same way as when light having a polarization direction is incident on the X-Z plane in Fig. 41, so it is not related to the direction of the optical axis of the optical medium constituting each layer. Therefore, the refractive index of each layer is No. In other words, since it is equivalent to the existence of a uniform medium having a refractive index of N 0, the ordinary ray incident on the medium is not affected by diffraction, and is transmitted as it is as shown in FIG. Will be done.
次に異常光線が入射する場合について考え る。 屈折率異方性を有 する光学媒体の光軸が入射面と平行に配列 している層においては、 入射光の偏光方向が光軸と平行となる。 これは、 図 4 1 の Y — Z 平 面に偏光方向を有する光が ( a ) の Y方向に光軸が存在する光学媒 体に入射する場合に相当 し、 N e の屈折率を有する層を通過する こ とになる。  Next, consider the case where an extraordinary ray is incident. In a layer in which the optical axis of the optical medium having the refractive index anisotropy is arranged parallel to the incident surface, the polarization direction of the incident light is parallel to the optical axis. This corresponds to the case where light having a polarization direction on the Y-Z plane in Fig. 41 is incident on an optical medium having an optical axis in the Y direction in (a), and a layer having a refractive index of Ne. Will pass through.
また、 体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 の入射面に対 し光学媒体の光軸 が垂直方向である層に対 しては、 図 4 1 の ( b ) に対 して Y — Z 平 面に偏光方向を有する光が入射する場合に相当する ので、 こ の層は N o の屈折率を有する もの と して取 り 扱われる。 In addition, for a layer in which the optical axis of the optical medium is perpendicular to the incident surface of the volume hologram element 521, the Y-Z plane is shown in (b) of Fig. 41. This layer is treated as having a refractive index of N o, since this corresponds to the case where light having a polarization direction is incident on the surface.
従って、 異常光線に対 しては体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 は、 その 入射光の進行方向である厚さ方向において屈折率が周期的に異なる 複数の層を通過する こ と になる。 この結果、 入射光線はこの層の傾 斜角度と周期のピ ッチに対応する特定の方向に光が集光される、 い わゆる ブラ ッ グの回折作用を受ける こ と になる。  Therefore, for the extraordinary ray, the volume hologram element 521 passes through a plurality of layers having different refractive indexes periodically in the thickness direction which is the traveling direction of the incident light. As a result, the incident light beam is subjected to a so-called Bragg diffraction effect in which light is condensed in a specific direction corresponding to the tilt angle and period pitch of this layer.
図 1 8 に示 したよ う に、 異常光線は体積ホ ロ グラ ム素子 5 2 1 を 通過後、 素子の内部に形成された層構造に対応 して光路を変化する こ とになる。  As shown in FIG. 18, after passing through the volume hologram element 521, the extraordinary ray changes its optical path according to the layer structure formed inside the element.
以上の よ う に図 4 0 の光情報処理装置の構成における体積ホロ グ ラ ム素子 5 2 1 に対 し、 半導体レーザ 9 0 1 から出射する光の偏光 方向を図 1 8 で示す常光線に対応する よ う に設定する。 この時、 半 導体レーザ 9 0 1 からの出射光は体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 によつ て、 変調を受ける こ とな く 結像レ ンズ 9 0 4 によ り 1 / 4 波長板を 介 して光記憶媒体 9 0 6 に集光される。  As described above, the polarization direction of light emitted from the semiconductor laser 901 is changed to the ordinary ray shown in FIG. 18 with respect to the volume hologram element 5 21 in the configuration of the optical information processing apparatus shown in FIG. Set to correspond. At this time, the light emitted from the semiconductor laser 901 is not modulated by the volume hologram element 521 and the 1 wavelength plate is formed by the imaging lens 904 without being modulated. Through the optical storage medium 906.
こ こで反射された光は、 再度 1 / 4波長板を通過 し、 結像レ ンズ 9 0 4 を経て体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 に入射する。 こ の時、 偏光 方向が往路に対 して 9 0 ° 回転 しているため、 図 1 8 で示す異常光 線の場合に相当する。 従って、 体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 の内部に 形成された層構造に相当する周期的な屈折率分布に対応 して特定方 向、 この場合では光検出器 9 0 2 上に集光される こ と になる。 図 1 8 で示すよ う な厚さ方向に周期構造を有する よ う に構成する こ とで、 ブラ ッ グの回折条件が適用される こ と になる。 これは、 あ る波長を有する光が周期構造を形成する各層に入射 した場合、 各層 で散乱された光はその波長と入射角度及び層間の ピ ッチに対応する 特定方向に散乱成分が強め合う現象を生 じる。 The light reflected here again passes through the quarter-wave plate, passes through the imaging lens 904, and enters the volume hologram element 521. At this time, since the polarization direction is rotated 90 ° with respect to the outward path, it corresponds to the case of the extraordinary ray shown in FIG. Therefore, the light is condensed on a specific direction, in this case, on the photodetector 902, corresponding to the periodic refractive index distribution corresponding to the layer structure formed inside the volume hologram element 521. It will be. By constructing a structure having a periodic structure in the thickness direction as shown in FIG. 18, the Bragg diffraction condition is applied. This is because when light having a certain wavelength enters each layer forming the periodic structure, the light scattered in each layer corresponds to the wavelength, the incident angle, and the pitch between the layers. A phenomenon occurs in which scattered components intensify in a specific direction.
これが、 ブラ ッ グの回折条件と呼ばれる ものであ り 、 このよ う な 条件は従来の 2 次元的な回折光学素子に対 し、 3 次元的な構成とな り 、 ブレーズ化 ( 1 つの方向に光を収束する) の作用を有する こ と になる。  This is what is called the Bragg diffraction condition. Such a condition results in a three-dimensional configuration compared to a conventional two-dimensional diffractive optical element, and is blazed (in one direction). (Light converges).
従って、 従来の回折光学素子に対 し、 回折効率を飛躍的に向上す る こ とができ理論的には 1 0 0 %の効率が可能である。 実際、 中途 での損失等を考慮に入れて も 9 0 %以上の効率が期待で きる。 これ に対 し、 前述 したよ う なバイ ナ リ か らなる回折光学素子で図 4 0 に 示すよ う なホロ グラ ム素子を構成する と、 回折波は 0 次を含み左右 対称に高次まで回折される こ とになる。 この結果、 1 次の方向への 回折効率は最高でも 4 0 %程度と素子を通過する全光量に対する割 合と しては 1 / 2 以下の低い値となる。  Therefore, the diffraction efficiency can be remarkably improved as compared with the conventional diffractive optical element, and an efficiency of 100% can be theoretically achieved. In fact, an efficiency of 90% or more can be expected even when taking into account losses in the middle. On the other hand, if a hologram element as shown in Fig. 40 is constructed with a diffractive optical element consisting of the binary as described above, the diffracted wave will be symmetrical to the higher order, including the 0th order It will be diffracted. As a result, the diffraction efficiency in the first-order direction is at most about 40%, which is a low value of less than 1/2 of the total amount of light passing through the element.
本発明における体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 を用いて光情報処理装 置を構成すれば、 光記憶媒体 9 0 6 からの反射光を光検出器 9 0 2 にほぼ全て集光する こ とがで き るため、 光強度の低下による S / N 比の低下といっ た問題を生 じる こ とはない。 更に、 体積ホロ グラ ム 素子 5 2 1 の回折効率が高いため、 半導体レーザへの戻 り 光量もほ とんどない。 従って、 半導体レーザ 9 0 1 への光強度の帰還による 光源である レーザの発振の不安定性といった問題も生 じな く なる。 図 1 8 では体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 を構成する光学媒体の光軸 が隣 り 合う層間で 9 0 ° 傾斜 した屈折率差の最も大きい場合を示 し たが、 こ の角度を任意に設定する こ とで屈折率差を N e から N o の 中間値に設定する こ と も可能である。  If an optical information processing device is configured using the volume hologram element 52 1 in the present invention, it is possible to condense almost all the reflected light from the optical storage medium 906 on the photodetector 902. Therefore, there is no problem such as a decrease in S / N ratio due to a decrease in light intensity. Further, since the diffraction efficiency of the volume hologram element 521 is high, the amount of light returning to the semiconductor laser is almost nil. Therefore, the problem of instability of the oscillation of the laser which is the light source due to the feedback of the light intensity to the semiconductor laser 901 does not occur. Fig. 18 shows the case where the optical axis of the optical medium constituting the volume holographic element 5 21 has the largest difference in the refractive index at 90 ° between adjacent layers, but this angle can be set arbitrarily. By setting, it is also possible to set the refractive index difference to an intermediate value between Ne and No.
また、 これを利用 した屈折率分布を選択する こ と によ り 回折効率 を調整 し、 光検出器 9 0 2 に対 して検出光強度及びパターンを任意 に設定する こ と も可能である。 In addition, the diffraction efficiency is adjusted by selecting a refractive index distribution using this, and the intensity and pattern of the detected light can be arbitrarily determined for the photodetector 102. It is also possible to set to.
又、 体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 の領域をい く つかに分割 し、 それ それ回折する方向をず ら して光検出器 9 0 2 の異なった領域に光信 号を受光させ、 焦点ずれ、 ト ラ ッキングずれといっ た各種の情報の 検出を効率的に行う よ う な構成も可能である。  In addition, the area of the volume hologram element 52 1 is divided into several parts, and the directions of diffraction are shifted, and the light signals are received in different areas of the photodetector 90 2, thereby defocusing, A configuration is also possible to efficiently detect various types of information such as tracking deviation.
さ ら に、 半導体レーザ 9 0 1 を複数個異なった波長で使用 し、 光 情報の書き込みだけでな く 、 記録も 同時に行う よ う な構成の場合、 それそれの光波長に合わせて異なった周期構造、 角度等を有する層 構造を体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 内に重畳 して記録する こ と も可能 である。  Furthermore, in the case where a plurality of semiconductor lasers 901 are used at different wavelengths and not only writing of optical information but also recording are performed at the same time, different periods are set according to the respective optical wavelengths. It is also possible to superimpose and record a layer structure having a structure, an angle, and the like in the volume hologram element 52 1.
(実施の形態 B 8 — 2 )  (Embodiment B 8 — 2)
本発明における光情報処理装置に使用する 回折光学素子の製造方 法を図 4 2 を用いて説明する。  The method of manufacturing the diffractive optical element used in the optical information processing device according to the present invention will be described with reference to FIG.
A r レーザ 9 1 1 からの 3 6 O n m前後の波長の出射光は、 開閉 式のメ カニカルシャ ツ 夕 9 1 2 を介 して ビームエキスノ ンダ 9 1 3 によって直径 3 0 m m ~ 5 O m m程度のビームに広げられる。 そ し て ビ一ムス プ リ ッ 夕 9 1 5 によ り 2 方向に分割され、 ミ ラ一 9 0 6 によ り 体積ホ ロ グラ ム素子 5 2 1 上に形成する干渉縞の構造に対応 する角度で照射される。 また ビームスプリ ツ 夕 9 1 5 で分割された う ちの一方の光束にはシ ャ ツ 夕 4 0 5 が配置されている。  The outgoing light with a wavelength of around 36 O nm from the Ar laser 911 is passed through a mechanical shutter 912 that can be opened and closed, and the diameter is 30 mm to 5 O mm by the beam extender 913. Can be spread to a degree beam. The beam is split in two directions by beam splitter 915, and it corresponds to the structure of interference fringes formed on volume hologram element 521 by mirror 906. Irradiation at an angle. One of the beams split by the beam splitter 915 has a shutter 405 disposed therein.
次に、 体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 のセルの作製プロセスについて 説明する。  Next, a manufacturing process of the cell of the volume hologram element 52 1 will be described.
ガラス基板上に透明導電性電極と して、 例えば I T 0 を形成した ものを 2枚用意 した。 そ して、 これらの基板をダス ト を除去するた めに洗浄 した後、 高分子か らなる配向膜、 例えばポ リ イ ミ ドをス ピ ンコー ト法等によ り 塗布 し、 加熱処理を行う こ とな どで配向膜を基 板上に形成する。 Two transparent conductive electrodes having, for example, IT 0 formed on a glass substrate were prepared. After cleaning these substrates to remove dust, an alignment film made of a polymer, for example, polyimide is applied by a spin coating method or the like, and heat treatment is performed. The alignment film. Formed on a plate.
この後、 ローラ等によ り 特定方向にラ ビング処理を施し、 一方の 基板の周辺にシールの印刷を行い、 も う 一方の基板に直径 5 m ~ 2 0 m程度のビーズを分散させる。 この 2 枚の基板をラ ビング方 向が互いに対になる よ う に張 り合わせ空のセルを構成 した。  Thereafter, a rubbing process is performed in a specific direction using a roller or the like, a seal is printed around one substrate, and beads having a diameter of about 5 m to 20 m are dispersed on the other substrate. The two substrates were bonded together so that the rubbing directions were paired with each other to form an empty cell.
屈折率異方性を有する光学媒体と しては液晶を用い、 こ こで作製 した空セルに対 し注入を行った。 今回使用 した液晶は正の誘電異方 性を有する ものであるが、 負の誘電異方性を有する ものを使用する こ と も可能である。  Liquid crystal was used as the optical medium having the refractive index anisotropy, and injection was performed into the empty cell fabricated here. The liquid crystal used here has a positive dielectric anisotropy, but it is also possible to use a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy.
光重合性液晶モノ マ一または光架橋可能液晶ポ リ マー等が含まれ てお り 、 3 6 0 n m前後の紫外領域の波長の光照射によ り 液晶は硬 化 し液晶分子の方向が固定化される特性を有 している。 注入は室温 で大気雰囲気の中で行ったが、 高温 4 0 ° ( 〜 6 0 °C程度、 また真空 雰囲気での注入を行って も よい。 液晶を注入後のセルに対 し注入口 及び脱気口付近を封止剤によ り 密閉 し、 液晶サンプルは完成した。 以上のよ う に して作製 した液晶サンプルを図 4 2 で示す光学系の 中の体積ホロ グラム素子 5 2 1 の作製位置にセ ッテ ィ ング した。 初 めにシ ャ ツ タ 9 1 2及び 4 0 5 を開いた状態で、 サンプル位置に は、 l z mピ ッチ程度の干渉縞が形成される よ う に調整 した。 この 時の ミ ラー 9 0 6 による 2 光束の集光角度は 1 5 ° 〜 4 5 ° 程度で あ り 、 A r レーザの照射強度は 5 0 m W ~ l O O m W程度である。 次に液晶サンプルに対 して レーザによ り 干渉縞を形成する プロセ ス について説明する。 まず、 シャ ツ 夕 9 1 2 を閉 じ、 シャ ツ 夕 4 0 5 を開いた状態で液晶サンプルをセ ッテ ィ ングする。 そ して、 シャ ッ タ 9 1 2 を所定の時間、 こ こでは 1 分間程度開放 した後閉 じる。 これが第一の工程であ り 、 この過程によ り 液晶サンプルにはレ一 ザの 2 光束の干渉によ り 形成されている干渉縞の強度の高い明部に 属する領域の液晶の硬化が行われ、 液晶分子が初期に配向された方 向に分子軸が固定化される。 こ こでは、 正の誘電異方性を有する液 晶を用いているため、 初期にはガラス基板に平行な方向に液晶分子 は一様に配向 してお り 、 この状態が保存される こ とになる。 一方、 干渉縞の暗部に属する領域では光強度が明部に比べ低いため、 この 第一の工程では液晶分子の硬化はほとんど促進されない。 Contains a photopolymerizable liquid crystal monomer or a photo-crosslinkable liquid crystal polymer.The liquid crystal is hardened by irradiation with light in the ultraviolet region around 360 nm, and the direction of the liquid crystal molecules is fixed. It has the characteristics to be generalized. The injection was performed at room temperature in an air atmosphere, but the injection may be performed at a high temperature of about 40 ° (about 60 ° C or in a vacuum atmosphere. The liquid crystal sample was completed by sealing the vicinity of the air hole with a sealant, and the liquid crystal sample prepared as described above was fabricated into a volume hologram element 521 in the optical system shown in Fig. 42. With the shutters 912 and 405 first opened, adjust so that interference fringes of about lzm pitch are formed at the sample position. At this time, the focusing angle of the two light beams by the mirror 906 is about 15 ° to 45 °, and the irradiation intensity of the Ar laser is about 50 mW to 100 mW. Next, the process of forming interference fringes on a liquid crystal sample using a laser will be described. The liquid crystal sample is set while the shutter 405 is open, and the shutter 912 is opened for a predetermined time, here about 1 minute, and then closed. This is the first step, and by this step, the liquid crystal sample is The liquid crystal is cured in the area belonging to the bright area where the intensity of the interference fringes formed by the interference of the two light beams is hardened, and the molecular axis is fixed in the direction in which the liquid crystal molecules were initially aligned. . Here, since a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is used, initially, the liquid crystal molecules are uniformly oriented in a direction parallel to the glass substrate, and this state is preserved. become. On the other hand, in the region belonging to the dark portion of the interference fringes, the light intensity is lower than that in the bright portion, and therefore, hardening of the liquid crystal molecules is hardly promoted in the first step.
次に、 第二の工程と して液晶サンプルの 2 枚のガラス基板の内側 に形成された透明導電性電極と しての I T O電極間に 5 ( V / / m ) 程度の交流電界を印加する。 この電界印加によ り 干渉縞の暗部 に属する領域の未硬化の液晶分子はガラス基板に対 して垂直に立つ 方向に傾斜する。 この時の傾斜の角度は、 印加する電界に比例する ため電界の大き さ を調整する こ とで所望の傾斜角度、 つま り 屈折率 差を与える こ とができ る。  Next, as a second step, an AC electric field of about 5 (V // m) is applied between the ITO electrodes as transparent conductive electrodes formed inside the two glass substrates of the liquid crystal sample. . Due to the application of the electric field, uncured liquid crystal molecules in a region belonging to a dark portion of the interference fringes are tilted in a direction perpendicular to the glass substrate. Since the tilt angle at this time is proportional to the applied electric field, a desired tilt angle, that is, a refractive index difference can be obtained by adjusting the magnitude of the electric field.
前記のよ う に電圧を印加 した状態でシャ ツ タ 4 0 5 を閉 じ、 干渉 縞を形成 しない一様な強度分布の光を体積ホ ロ グラ ム素子 5 2 1 の 全面に 5 分間程度照射 し、 未硬化の暗部の領域の液晶含んだ全体を 完全に硬化させる。  With the voltage applied as described above, the shutter 405 is closed, and the entire surface of the volume hologram element 52 1 is irradiated with light having a uniform intensity distribution without forming interference fringes for about 5 minutes. Then, the entire area including the liquid crystal in the uncured dark area is completely cured.
以上のよ う な第一と第二の工程を行う こ とで、 図 1 8 で示 したよ う な構造を有する体積ホロ グラム素子 5 2 1 を作製 した。 この素子 の回折効率を H e 一 N e レーザを用い入射する偏光方向を変化させ て測定 した。 常光線に対する透過率は 9 8 %前後であ り 、 高い透過 率を有 していた。 また、 異常光線に対する 1 次の方向への回折効率 は 9 0 %程度であ り 良好な結果が得 られた。 従って、 こ こで作製 し た体積ホロ グラ ム素子は高い偏光分離特性及び回折効率を有 してお り 情報処理装置に使用される回折光学素子と して有望である こ とが 判明 した。 By performing the first and second steps as described above, a volume hologram element 52 1 having a structure as shown in FIG. 18 was produced. The diffraction efficiency of this device was measured using a He-Ne laser while changing the incident polarization direction. The transmittance to ordinary light was around 98%, indicating a high transmittance. The diffraction efficiency in the primary direction for extraordinary rays was about 90%, and good results were obtained. Therefore, the volume hologram element fabricated here has high polarization separation characteristics and diffraction efficiency, and is promising as a diffractive optical element used in an information processing device. found.
(実施の形態 B 8 — 3 )  (Embodiment B 8 — 3)
対向する 2 枚のガラス基板を用い、 これに対 し配向膜形成か ら実 施の形態 B 8一 2 と同様のプロセス を行い、 液晶サンプルを試作 し た。 このサンプルを図 4 2 に示す光学システムにセ ッテ ィ ング し、 第一の工程と して干渉縞の明部の露光を行っ た。  Using two glass substrates facing each other, a process similar to that of Embodiment B82-12 was performed from the formation of the alignment film, and a liquid crystal sample was prototyped. This sample was set in the optical system shown in Fig. 42, and as a first step, the light portion of the interference fringes was exposed.
次に、 第二の工程と して暗部の縞に属する領域の液晶分子の配向 方向を初期位置から変化させるため、 図 4 2 で示す体積ホロ グラ ム サンプル 5 2 1 に対 し磁界を印加するための設定を行っ た。 具体的 には超伝導マグネ ッ ト によ り 液晶サンプル周 り に磁場を形成 した。 液晶は誘電異方性を有するため、 電界と同様磁界の印加によって も液晶分子の分子軸を変化させる こ とが可能である。 前記のよ う な 磁場の印加によ り暗部の領域の液晶分子をガラス基板に対 し垂直に 立つ方向に変化させる。 そ して、 こ の状態で、 実施の形態 B 8 — 2 と同様にシ ャ ツ夕 4 0 5 を閉 じ、 均一な光照射を液晶サ ン プルに行 う こ とでパネル全体の硬化を行っ た。  Next, as a second step, a magnetic field is applied to the volume hologram sample 5 21 shown in FIG. 42 in order to change the alignment direction of the liquid crystal molecules in the region belonging to the dark stripe from the initial position. Settings were made. Specifically, a magnetic field was formed around the liquid crystal sample by a superconducting magnet. Since liquid crystals have dielectric anisotropy, the molecular axis of liquid crystal molecules can be changed by applying a magnetic field as well as an electric field. By the application of the magnetic field as described above, the liquid crystal molecules in the dark area are changed in a direction perpendicular to the glass substrate. Then, in this state, the shutter 405 is closed in the same manner as in Embodiment B8-2, and uniform light irradiation is performed on the liquid crystal sample to cure the entire panel. went.
磁界印加を用いた場合、 液晶サンプルは透明導電性電極と しての I T O等の形成が不要となるため、 こ のプロセスが省略され構成が 簡単でよ り 安価な作製が可能である。 更に、 ガラス、 I T 0界面で の屈折率差による反射光の影響が除去される ため、 透過率が高 く な り 回折光学素子と しての機能も向上する こ と になる。  When a magnetic field is applied, the liquid crystal sample does not require the formation of ITO or the like as a transparent conductive electrode, so this process is omitted, the configuration is simple, and the production can be performed at lower cost. Furthermore, since the influence of the reflected light due to the difference in the refractive index at the interface between glass and ITO is eliminated, the transmittance increases, and the function as a diffractive optical element is improved.
以上のよ う なプロセスで作製 した体積ホロ グラ ム素子の偏光方向 に対する回折効率を実施の形態 B 8 - 2 と同様の手法で測定 した。 この結果、 回折効率と しては 9 0 %以上の性能を有 してお り 、 磁界 印加に よ る方法によ っ て も液晶分子方向の制御を適切に行う こ とが でき る こ とが判明 した。 (実施の形態 B 8 — 4 ) The diffraction efficiency with respect to the polarization direction of the volume hologram element manufactured by the above-described process was measured by the same method as that of Embodiment B8-2. As a result, it has a diffraction efficiency of 90% or more, and it is possible to appropriately control the direction of liquid crystal molecules even by a method by applying a magnetic field. found. (Embodiment B 8 — 4)
ガラス基板に配向膜を塗布する工程から実施の形態 B 8 - 3 と同 様に液晶サンプルの試作を行った。 本実施の形態 B では、 配向膜と してポ リ ビニルシンナメー ト ( P V C i ) を用い、 また ローラ ラ ビ ングの工程を省略した。 このサンプルを図 4 2 における光学システ ムにセ ッテ ィ ングした。 今回、 このシステムにおいて ビームエキス パンダ 9 1 3 の直後に偏光子を設け、 レーザ光の直線偏光成分のみ を用いる構成と した。  From the step of applying an alignment film to a glass substrate, a prototype of a liquid crystal sample was manufactured in the same manner as in Embodiment B8-3. In Embodiment B, polyvinyl cinnamate (PVCi) was used as the alignment film, and the roller rubbing step was omitted. This sample was set in the optical system shown in Fig. 42. This time, in this system, a polarizer is provided immediately after the beam expander 913, and only the linear polarization component of the laser beam is used.
まず、 第一の工程と して干渉縞の明部に属する領域の露光を実施 の形態 B 8 — 2 と同様に して行った。 この時、 干渉縞パターンはレ 一ザ光の直線偏光成分のみから成 り 立っている。 高分子膜に光源と して直線偏光を照射 した場合、 ラ ンダムに配向 している高分子の中 からその主鎖 (又は側鎖) を偏光方向に向けている分子が主に光を 吸収 し光反応を起こ し、 その膜に光学異方性が発現する。 高分子材 料等において、 その高分子の光反応過程 (光異性化、 光重合、 光分 解) が照射される光の偏光方向とその高分子のなす角度によって制 御で きる。  First, as a first step, exposure of a region belonging to the bright portion of the interference fringes was performed in the same manner as in Embodiment B8-2. At this time, the interference fringe pattern consists only of the linearly polarized light component of the laser light. When a polymer film is irradiated with linearly polarized light as a light source, molecules whose main chain (or side chain) is oriented in the polarization direction from randomly oriented polymers mainly absorb light. A photoreaction occurs, and the film exhibits optical anisotropy. In a polymer material, the photoreaction process (photoisomerization, photopolymerization, photodecomposition) of the polymer can be controlled by the polarization direction of the irradiated light and the angle formed by the polymer.
従って、 こ こで干渉縞を構成する紫外領域の光の偏光方向を制御 する こ とによ り 、 液晶の分子の配向方向がガラス基板に対 し平行方 向 となる よ う な設定を行った。  Therefore, by controlling the polarization direction of the light in the ultraviolet region that forms the interference fringes, the settings were made so that the orientation direction of the liquid crystal molecules was parallel to the glass substrate. .
次に第二の工程では、 前記の偏光子の直後に 1 / 2 波長板を置 き、 レーザ光の偏光方向を 9 0 ° 回転させた。 そ して、 シャ ツ タ 4 0 5 を閉 じ、 第一の工程における偏光方向と直交する方向に偏光方 向を有する均一な光を液晶サンプルに照射 した。 暗部に属する領域 では明部に対 し、 偏光方向が 9 0 0 回転 した光が照射されるため、 液晶分子の配向方向が第一の工程の位置から変化 して固定化され る。 Next, in the second step, a half-wave plate was placed immediately after the polarizer, and the polarization direction of the laser beam was rotated 90 °. Then, the shutter 405 was closed, and the liquid crystal sample was irradiated with uniform light having a polarization direction perpendicular to the polarization direction in the first step. Against the bright portion in the region belonging to the dark space, since the light polarization direction is 9 0 0 rotation is irradiated, the alignment direction of liquid crystal molecules is immobilized to change from the position of the first step You.
以上のプロセス によって干渉縞の明部と暗部に対応する層に液晶 分子の方向が異なる周期構造を形成する こ とが可能になる。 こ の場 合、 光照射によって液晶分子の配向を行う ため、 干渉縞の露光と併 せて行う こ とが可能とな り 作製プロセスを簡略化で きる。 更に、 口 —ラ によ る ラ ビング法に対 し、 非接触で行う こ とがで き、 ダス ト等 の混入を防止 し、 信頼性の高い製造プロセス技術を確立でき、 大量 生産な どにも安定 して対応可能となる。  The above process makes it possible to form a periodic structure in which the directions of liquid crystal molecules are different in the layers corresponding to the bright and dark portions of the interference fringes. In this case, since the liquid crystal molecules are aligned by irradiating light, it can be performed together with exposure of interference fringes, and the manufacturing process can be simplified. In addition, the rubbing method using a mouth can be carried out in a non-contact manner, preventing dust and the like from being mixed, establishing a highly reliable manufacturing process technology, and enabling mass production. Will be able to respond stably.
こ こ で作製 した体積ホロ グラム素子 5 2 1 の回折効率を実施の形 態 B 8 — 2 、 3 と同様の方法で評価 した。 こ の結果、 回折効率と し ては 7 0 %程度であ り 、 若干回折効率が低下する も のの 5 0 %以上 の効率が得 られてお り 、 三次元的な周期構造が形成された回折光学 素子が作製されたこ とが明 らかとなっ た。  The diffraction efficiency of the volume hologram element 521 manufactured here was evaluated in the same manner as in Embodiments B8-2 and B3. As a result, the diffraction efficiency was about 70%, and although the diffraction efficiency was slightly reduced, an efficiency of 50% or more was obtained, and a three-dimensional periodic structure was formed. It became clear that a diffractive optical element was manufactured.
また、 配向膜と しての P V C i を塗布 した後、 セルを組み立てる 以前に特定の偏光方向を有する紫外領域の波長の光照射を行う過程 を、 液晶分子の配向性の改良のために導入 しても よい。  In order to improve the orientation of liquid crystal molecules, a process of irradiating light with a wavelength in the ultraviolet region having a specific polarization direction after applying PVC i as an alignment film and before assembling the cell was introduced. You may.
(実施の形態 B 8 — 5 )  (Embodiment B 8 — 5)
実施の形態 B 8 - 2 と同様なプロ セ スを用い、 液晶サ ン プルの試 作を行った。 今回はサン プルの半分の領域にマス ク を し、 図 4 2 に 示す光学システムにセ ッテ ィ ング した。 そ して、 実施の形態 B 8 — 2 と同様に第一と第二の工程を行ってマス ク のない領域に体積ホロ グラムを作製 した。  Using a process similar to that of Embodiment B 8-2, a liquid crystal sample was prototyped. This time, a mask was applied to half the area of the sample, and the optical system shown in Fig. 42 was set up. Then, the first and second steps were performed in the same manner as in Embodiment B8-2 to produce a volume hologram in a maskless region.
次に、 図 4 2 に示す ミ ラ一 9 1 6 の角度を変化させる こ とで、 2 光束の ビーム角度を 5 ° 程度変化 した。 そ して、 先のサンプルのマ ス ク部分を取 り 除き、 こ の部分に対 して第一と第二の工程を繰り 返 し行い、 体積ホロ グラ ムを作製 した。 以上のよ う に して作製 した体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 を評価 した 結果、 素子の全面への異常光線の照射に対 し異なっ た 2 つの角度方 向に光が回折された。 Next, the beam angle of the two light beams was changed by about 5 ° by changing the angle of the mirror 9 16 shown in FIG. Then, the mask portion of the previous sample was removed, and the first and second steps were repeated on this portion to produce a volume hologram. As a result of evaluation of the volume holographic device 521 manufactured as described above, light was diffracted in two different directions with respect to the irradiation of the extraordinary ray on the entire surface of the device.
また、 こ の時のそれぞれの回折効率は 9 0 %程度であ り 、 複数の 領域に異なっ た層構造を良好に作製で きる こ とが判明 した。 これを 図 4 0 の構成に適用すれば、 体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 によ り 2 方 向に分割されるため、 光検出器 9 0 2 上の異なっ た領域で信号検出 が 1 度に行われ、 焦点ずれ、 ト ラ ッ キ ングずれ等の信号検出を効率 よ く 行う こ とができる。  At this time, the respective diffraction efficiencies were about 90%, and it was found that different layer structures could be favorably produced in a plurality of regions. If this is applied to the configuration shown in FIG. 40, since it is divided in two directions by the volume hologram element 521, signal detection can be performed at once in different regions on the photodetector 902. This makes it possible to efficiently detect signals such as defocus and tracking deviation.
(実施の形態 B 8 — 6 )  (Embodiment B8-6)
実施の形態 B 8 - 2 と同様に して液晶サ ン プルを作製 した。 これ を図 4 2 に示す光学システム に導入 し第一の工程を行う こ とで、 干 渉縞の明部に属する領域の露光を行っ た。 こ こで、 ミ ラ一 9 1 6 の 角度を 5 ° 程度変化させ、 異なる周期の干渉縞を形成 し、 こ の状態 で前記の第一の工程を繰 り返 し明部の領域の露光を行った。  A liquid crystal sample was manufactured in the same manner as in Embodiment B8-2. This was introduced into the optical system shown in Fig. 42, and the first step was performed to expose an area belonging to the bright part of the interference fringes. Here, the angle of the mirror 916 is changed by about 5 ° to form interference fringes of different periods, and in this state, the first step is repeated to expose the light area. went.
次に実施の形態 B 8 — 2 と同様にシ ャ ツ 夕 4 0 5 を閉 じ、 均一な 光を体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 に照射する第二の工程を行う こ とで 体積ホロ グラ ム素子を作製 した。  Next, similarly to the embodiment B8-2, the shutter 405 is closed, and a second step of irradiating the uniform hologram element 521 with uniform light is performed to perform the volume hologram. The device was fabricated.
以上のよ う に して作製 した体積ホ ロ グラ ム素子 5 2 1 の評価を行 つた。 異常光線を用い、 回折効率測定用の レーザの角度を 2 回の干 涉縞の露光に対応する方向に設定 して、 異なる角度でそれそれ測定 した。 回折効率と してはそれそれ 2 つの場合で 7 5 %〜 8 0 %程度 であった。 干渉縞を重畳 して形成する こ とで多少回折効率が単独の 場合に比べ減少 しているが、 これは液晶サンプルの厚さ を厚 く 調整 する こ と等でも改良は可能と考え られる。 一方、 常光線に対して は、 実施の形態 B 8 — 2 と同様 9 8 %程度の透過率を有 していた。 以上のよ う に体積ホロ グラ ム素子 5 2 1 を干渉縞を重畳 して作製 する こ とが可能であっ た。 これは異なった波長を もつ複数の レーザ を用いて光読み出 し、 記録を行う光情報処理装置において有効であ る と考え られる。 The volume hologram element 521 manufactured as described above was evaluated. Using an extraordinary ray, the angle of the laser for measuring the diffraction efficiency was set to a direction corresponding to two exposures of the fringe, and each was measured at a different angle. The diffraction efficiency was about 75% to 80% in each case. Although the diffraction efficiency is somewhat reduced by forming interference fringes in a superimposed manner, it can be considered that this can be improved by adjusting the thickness of the liquid crystal sample to a large extent. On the other hand, it has a transmittance of about 98% with respect to ordinary rays as in Embodiment B8-2. As described above, it was possible to fabricate the volume hologram element 521 by superimposing interference fringes. This is considered to be effective in an optical information processing device that performs optical reading and recording using a plurality of lasers having different wavelengths.
以上のよ う に本実施の形態 Bでは、 屈折率異方性を有する光学媒 体によ り 光情報処理装置に使用される回折光学素子の構成及びその 製造方法について説明 した。  As described above, in Embodiment B, the configuration of the diffractive optical element used in the optical information processing device using the optical medium having the refractive index anisotropy and the manufacturing method thereof have been described.
屈折率異方性を有する光学媒体と しては、 ニオブ酸 リ チウム、 K Optical media having refractive index anisotropy include lithium niobate and K
D 2 P 0 4、 ? — B a B 2 0 4、 P L Z T等の電気光学効果等を有する 一軸性の結晶を用いる こ と も可能であ り 、 ま た、 K T P 0 4等の二 軸性の光学結晶等も含め屈折率異方性を有する媒体を用いる こ とに よ り効果を発揮する こ と も可能である。 It is also possible to use a uniaxial crystal having an electro-optical effect such as D2P04,? —BaB204, PLZT, or a biaxial crystal such as KTP04. By using a medium having a refractive index anisotropy including an optical crystal and the like, it is possible to exhibit more effects.
尚、 記録専用または読み出 し専用の装置と して も用いる こ とがで きる こ とは言う までもない。 産業上の利用可能性  Needless to say, it can be used as a recording-only or read-only device. Industrial applicability
以上に説明 したよ う に、 本発明によれば、 発光体の大きなラ ンプ の出力光束を小さな発光体か らの出力光束に変換する こ とがで きる ので、 照明光学系の集光効率を飛躍的に向上させる こ とがで きる。 さ ら に、 発光体の大き さ に起因する集光光学系の収差の影響によ り 発生 していたィ ンテグレ一タ及び偏光変換素子の集光効率、 も し く は偏光変換効率のロ ス を最小限に抑える こ とが可能とな り 、 均一 で、 明るい (投射効率の高い) 画像を表示で きる。  As described above, according to the present invention, it is possible to convert an output light beam of a large lamp of an illuminant into an output light beam of a small illuminant. It can be dramatically improved. Furthermore, the loss of the light-collecting efficiency or the polarization-conversion efficiency of the integrator and the polarization conversion element caused by the aberration of the light-converging optical system caused by the size of the light-emitting body. It is possible to display a uniform, bright (high projection efficiency) image.
また、 以上のよ う に本発明によれば、 入射光を回折/直進の切 り 替え可能で、 かつ直進せ しめる際に斜めに入射する異常光線の回折 が極めて小さいホ ロ グラ ム素子を提供する こ とがで き る。 また、 本 発明のホ ロ グラ ム素子を用いて、 安価で、 高効率な偏光分離機能を 実現し、 それを用いて効率の高い画像表示を構成する こ とができ る。 Further, as described above, according to the present invention, a hologram element capable of switching incident light to diffraction / straight traveling, and having extremely small diffraction of an extraordinary ray obliquely incident upon straight traveling is provided. can do. Also the book By using the hologram element of the present invention, an inexpensive and highly efficient polarization separation function can be realized, and a highly efficient image display can be configured using the function.
さ ら に、 本発明のホロ グラ ム素子を用いて、 視野角は狭いが明る い画像表示 と、 正面からの明る さは暗 く なる が視野角の広い画像表 示を必要に応 じて随時切 り 替え可能な直視型の画像表示装置を構成 する こ とができる。  Further, by using the hologram element of the present invention, it is possible to display a bright image with a narrow viewing angle and a bright image with a small viewing angle but a wide viewing angle as needed. A switchable direct-view image display device can be configured.
したがって、 本発明は、 そのよ う な画像表示装置等の分野におい て利用で き、 有用である。  Therefore, the present invention can be used and useful in the field of such an image display device and the like.
褒 1 屈折率差 平均屈折率 格子ピッチ 回折格子厚さ ブラッグ角Reward 1 Refractive index difference Average refractive index Grating pitch Diffraction grating thickness Bragg angle
Δη(Νθ-Νο) Ne-No/2 (μ-m) ( m) (Aim) (° ) Δη (Νθ-Νο) Ne-No / 2 (μ-m) (m) (Aim) (°)
71 1 0.083
Figure imgf000171_0001
1.323 10 0.55 12 2 0.145 1.591 1.323 10 0.55 12
71 1 0.083
Figure imgf000171_0001
1.323 10 0.55 12 2 0.145 1.591 1.323 10 0.55 12

Claims

請 求 の 範 囲 ( 1 ) 材料の組成の異なる複数の領域を有 し、 Scope of Claim (1) Having multiple regions with different material compositions,
前記複数の領域は、 少な く と も特定の波長によ り 硬化 しかつ屈折 率異方性を有する光硬化型液晶か らなる第 1 の領域と、  The plurality of regions are a first region made of a photocurable liquid crystal that is cured by at least a specific wavelength and has a refractive index anisotropy;
該波長によって非硬化な液晶 (以下、 非重合性液晶 と略記する) からなる第 2 の領域から形成され、  A second region composed of a non-curable liquid crystal (hereinafter abbreviated as non-polymerizable liquid crystal) according to the wavelength,
前記光硬化型液晶の硬化後の常光線に対する屈折率及び異常光線 に対する屈折率が前記非重合性液晶の常光線に対する屈折率及び異 常光線に対する屈折率と各々略等 しいこ とを特徴とする ホロ グラ ム 素子。  The photocurable liquid crystal after curing has a refractive index for ordinary light and an extraordinary ray which are substantially equal to the refractive index for ordinary light and the extraordinary ray of the non-polymerizable liquid crystal, respectively. Holographic element.
( 2 ) 前記非重合性液晶に対する印加電圧によ り 、 非重合性液晶の スィ ツチング状態を制御する こ とで入射する異常光線に対する第 2 の領域の屈折率を制御する こ とを特徴とする請求項 1 に記載のホロ グラ ム素子。 (2) The switching state of the non-polymerizable liquid crystal is controlled by the voltage applied to the non-polymerizable liquid crystal, thereby controlling the refractive index of the second region with respect to the incident extraordinary ray. The hologram element according to claim 1.
( 3 ) 前記光硬化型液晶と前記非重合性液晶を略均一に混合せ しめ てなる混合液晶を、 特定の間隔を設けて配置された 2 枚の平行平板 状のガラス基板間に注入 し、 前記光硬化型液晶を硬化せ しめる波長 の レーザ光で前記注入された混合液晶を干渉露光せ しめる こ とによ つて、 前記複数の領域を形成する こ とを特徴とする請求項 1 に記載 のホログラ ム素子の製造方法。 (3) A mixed liquid crystal obtained by substantially uniformly mixing the photocurable liquid crystal and the non-polymerizable liquid crystal is injected between two parallel plate-shaped glass substrates arranged at a specific interval, 2. The plurality of regions are formed by subjecting the injected mixed liquid crystal to interference exposure with a laser beam having a wavelength that cures the photocurable liquid crystal. 3. Manufacturing method of hologram element.
( 4 ) 少な く と も請求項 1 または 2 記載のホロ グラ ム素子と 前記ホロ グラ ム素子を照明する照明手段と、 前記ホロ グラ ム素子の出力光束を変調する こ とで画像を表示する 画像表示手段とを具備する こ とを特徴とする画像表示装置。 (4) At least the hologram element according to claim 1 or 2, and illumination means for illuminating the hologram element, An image display device comprising: an image display means for displaying an image by modulating an output light beam of the hologram element.
( 5 ) 前記ホロ グラ ム素子は、 無偏光である入射光束の中から特定 の偏光成分の射出角のみを選択的に変化せ しめる こ と を特徴とする 請求項 4 に記載の画像表示装置。 (5) The image display device according to claim 4, wherein the hologram element selectively changes only an emission angle of a specific polarized light component from an unpolarized incident light beam.
( 6 ) 前記ホログラ ム素子は前記照明手段からの入射光の中で特定 の偏光成分 (以下、 第 1 の偏光成分と略記する) を前記画像表示手 段の略法線方向に回折せ しめる機能を有 し、 前記ホロ グラ ム素子は 前記第 2 の領域に対する印加電圧を制御する こ と によ り 前記機能を 制御する こ と を特徴と する請求項 4 に記載の画像表示装置。 (6) The hologram element has a function of diffracting a specific polarization component (hereinafter abbreviated as a first polarization component) in the incident light from the illuminating means in a substantially normal direction of the image display means. 5. The image display device according to claim 4, wherein the hologram element controls the function by controlling a voltage applied to the second region. 6.
( 7 ) 前記画像表示手段が、 特定の偏光成分 (以下、 第 2 の偏光成 分と略記する) のみ変調する機能を有 してお り 、 かつ前記ホロ グラ ム素子によって選択的に回折される前記第 1 の偏光成分と前記第 2 の偏光成分の電界べク ト ルの振動する方向が略等 しいこ と を特徴と する請求項 4 に記載の画像表示装置。 ( 8 ) 前記ホロ グラ ム素子の裏面に 人 / 4波長板と反射 ミ ラ一を備 えてお り 、 前記反射 ミ ラーの設置角度は前記ホロ グラ ム素子に対 し て少な く と も 5 ° 以上である こ と を特徴とする請求項 4 に記載の画 像表示装置。 ( 9 ) 少な く と も各画素毎に硬化された光硬化型液晶で囲まれたマ イ ク ロ セル構造を有 し、 かつ前記マイ ク ロセル内に非重合性液晶を具備 し、 (7) The image display means has a function of modulating only a specific polarization component (hereinafter, abbreviated as a second polarization component), and is selectively diffracted by the hologram element. 5. The image display device according to claim 4, wherein the directions of oscillation of the electric field vectors of the first polarization component and the second polarization component are substantially equal. (8) A human / 4-wave plate and a reflection mirror are provided on the back of the hologram element, and the installation angle of the reflection mirror is at least 5 ° with respect to the hologram element. The image display device according to claim 4, wherein: (9) At least a microcell structure surrounded by a photo-curable liquid crystal cured for each pixel, And a non-polymerizable liquid crystal in the microcell,
かつ前記光硬化型液晶の硬化後の常光線に対する屈折率及び異常 光線に対する屈折率が前記非重合性液晶の常光線に対する屈折率及 び異常光線に対する屈折率と各々略等 しいこ と を特徴と する画像表 示装置。  In addition, the refractive index of the photocurable liquid crystal for the ordinary light after curing and the refractive index for the extraordinary light are almost equal to the refractive index of the non-polymerizable liquid crystal for the ordinary light and the refractive index for the extraordinary light, respectively. Image display device.
( 1 0 ) 少な く と も、 入射光束に対 して偏光異方性を有 し、 概ね第 1 の偏光成分のみ選択的に回折せ しめる平板状の第 1 及び 第 2 のホロ グラ ム素子からな り 、 (10) At least a first and a second holographic element having a plate-like shape having polarization anisotropy with respect to an incident light beam and capable of selectively diffracting only the first polarization component. ,
前記第 1 のホロ グラム素子に入射する入射光束と光軸のなす角 Θ 0 と、  An angle Θ 0 between the incident light beam incident on the first hologram element and the optical axis,
前記入射光束が前記第 1 のホロ グラ ム素子によ り 回折された第 1 の出力光束が光軸となす角度 S 1 と、  An angle S 1 formed by the first output light beam, which is obtained by diffracting the incident light beam by the first hologram element, with the optical axis,
前記第 1 の出力光束が前記第 2 のホロ グラ ム素子に入射後回折さ れて出力される第 2 の光束が光軸となす角度 S 2 が下式の  The angle S 2 formed by the second light flux, which is diffracted after the first output light flux is incident on the second hologram element and is output, is defined by the following equation.
I θ 1 - 0 2 I > 2 0  I θ 1-0 2 I> 20
I 0 0 - Θ 2 I < 1 5  I 0 0-Θ 2 I <1 5
を満足する こ と を特徴とする偏光分離素子。 ( 1 1 ) 前記偏光分離素子は、 ガラス基板に よ り ホロ グラ ム材料を 狭持 して構成されてなる こ と を特徴とする請求項 1 記載の偏光分離 素子。  A polarization splitting element characterized by satisfying the following. (11) The polarization beam splitter according to claim 1, wherein the polarization beam splitter is formed by holding a hologram material by a glass substrate.
( 1 2 ) 前記ホロ グラ ム材料は、 U V硬化型液晶である こ とを特徴 とする請求項 1 記載の偏光分離素子。 ( 1 3 ) 前記ホロ グラ ム材料が、 特定領域の波長に対 して感度を有 する フ ォ ト ポ リ マーと液晶ポ リ マーとの混合物である こ とを特徴と する請求項 1 記載の偏光分離素子。 ( 1 4 ) 少な く と も、 偏光型画像表示手段と、 前記偏光型画像表示 手段を照明する照明手段を備えた投写型画像表示装置であって、 前記偏光型画像表示手段は、 該偏光型画像表示手段に入射する前 記照明手段からの照明光の中で特定の偏光成分を変調 し出力する こ とで画像を表示 し、 (12) The polarization separation element according to claim 1, wherein the hologram material is a UV-curable liquid crystal. (13) The hologram material according to claim 1, wherein the hologram material is a mixture of a photopolymer and a liquid crystal polymer having sensitivity to a wavelength in a specific region. Polarization separation element. (14) A projection-type image display device including at least a polarization-type image display unit and an illumination unit that illuminates the polarization-type image display unit, wherein the polarization-type image display unit includes the polarization-type image display unit. An image is displayed by modulating and outputting a specific polarization component in the illumination light from the illumination means incident on the image display means,
前記照明手段は、 少な く と も発光手段と、 前記発光手段の出力光 束を集光する第 1 の集光手段と、 前記偏光分離素子と、 複数の微小 レ ンズを 2 次元にア レイ状に配置 してなる第 1 及び第 2 の蠅の 目 レ ンズから構成されるィ ンテグレー夕 を具備 してお り 、  The illuminating means includes at least a light emitting means, a first light condensing means for condensing an output light beam of the light emitting means, the polarization separation element, and a plurality of minute lenses arranged in a two-dimensional array. And an integer consisting of first and second fly's eye lenses arranged at
前記偏光分離素子は第 1 の蠅の 目 レ ンズと第 1 の集光手段の間に 配置され、 入射光束の中で第 1 の偏光成分を回折せ しめ前記第 2 の 光束と して出力 し、 第 1 の偏光成分と直交する偏光方向を有する第 2 の偏光成分を概ね回折せずに第 3 の光束と して出力 し、  The polarization splitting element is disposed between the first fly-eye lens and the first focusing means, diffracts the first polarized light component of the incident light flux, and outputs the diffracted light as the second light flux. A second polarization component having a polarization direction orthogonal to the first polarization component is output as a third light flux without being substantially diffracted;
前記第 1 の蠅の目 レ ンズを構成する第 1 の微小 レ ンズ群の各レ ン ズは第 2 の蠅の目 レ ンズを構成する第 2 の微小レ ンズ群の中で対応 する微小レ ンズに発光手段の像を結像せ しめ、  Each lens of the first minute lens group forming the first fly-eye lens is a corresponding minute lens in the second minute lens group forming the second fly-eye lens. Focus the image of the light emitting means
かつ前記第 2 の光束も し く は第 3 の光束が結像する位置に偏光方 向を略 9 0 ° 回転せ しめる偏波面回転手段を具備する こ とを特徴と する投写型画像表示装置。 ( 1 5 ) 互いにほぼ平行に配置され、 それぞれ互いにほぼ等 しい所 定の偏光成分を選択的に回折させる平板状の第 1 および第 2 のホロ グラ ム素子を備え、 And a polarization plane rotating means for rotating the polarization direction by about 90 ° at a position where the second light beam or the third light beam forms an image. (15) First and second flat holograms that are arranged substantially parallel to each other and selectively diffract a predetermined polarization component that is approximately equal to each other. With a programming element
上記第 1 のホロ グラム素子に入射 し、 上記第 1 および上記第 2 の ホロ グラ ム素子によ り 回折されて上記第 2 のホロ グラ ム素子から出 射する回折光束と、  A diffracted light beam that is incident on the first hologram element, diffracted by the first and second hologram elements, and emitted from the second hologram element;
上記第 1 のホロ グラ ム素子に入射 し、 上記第 1 および上記第 2 の ホロ グラ ム素子を透過 して上記第 2 のホロ グラ ム素子から出射する 透過光束とのなす角度が 0 ° を越え、 かつ、 1 5 ° 未満である と と もに、  The angle formed by the transmitted luminous flux that enters the first hologram element, passes through the first and second hologram elements, and exits from the second hologram element exceeds 0 °. , And less than 15 °,
上記第 1 のホロ グラ ム素子に入射 し、 上記第 1 および第 2 のホロ グラ ム素子によ り 回折される光束における、 それそれのホロ グラ ム 素子に入射する光束とそれそれのホ ロ グラ ム素子によ り 回折された 光束とのなす角度が、 それそれ 2 0 ° を越え る こ と を特徴とする偏 光分離素子。 ( 1 6 ) 請求項 1 の偏光分離素子であって、  In the light beam incident on the first hologram element and diffracted by the first and second hologram elements, the light flux incident on each hologram element and the hologram thereof A polarization splitting element, wherein the angle formed by the light beam diffracted by the optical element exceeds 20 °. (16) The polarization separation element according to claim 1, wherein
上記第 1 および第 2 のホロ グラ ム素子は、 1 対のガラ ス基板間に ホロ グラ ム材料が配置されて構成されている こ と を特徴とする偏光 分離素子。 ( 1 7 ) 請求項 2 の偏光分離素子であって、  The first and second hologram elements are characterized in that a hologram material is arranged between a pair of glass substrates. (17) The polarization separation element according to claim 2, wherein
上記ホロ グラ ム材料は、 紫外線硬化型液晶が硬化 してなる こ とを 特徴とする偏光分離素子。  A polarized light separating element, wherein the hologram material is obtained by curing an ultraviolet curable liquid crystal.
( 1 8 ) 請求項 2 の偏光分離素子であって、 (18) The polarization separation element according to claim 2,
上記ホロ グラ ム材料は、 所定領域の波長の光の照射に対 して硬化 性を有する フ ォ ト ポ リ マー と液晶ポ リ マーとの混合物が硬化 してな る こ とを特徴とする偏光分離素子。 The hologram material is obtained by curing a mixture of a photopolymer and a liquid crystal polymer having curability in response to irradiation of light having a predetermined wavelength. A polarization splitting element characterized in that:
( 1 9 ) 発光手段と (19) Light emitting means and
入射した光束における互いに異なる方向の偏光成分の光路を異な らせる偏光分離素子と、  A polarization splitting element for differentiating the optical paths of polarization components in different directions in the incident light beam;
上記偏光分離手段か ら 出射する上記回折光束、 および透過光束を それぞれ互いに異なる第 1 および第 2 の位置に集光させる集光手段 と、  Condensing means for condensing the diffracted light flux and transmitted light flux emitted from the polarization splitting means at first and second positions different from each other,
上記第 1 および第 2 の位置の何れか一方に、 入射 した偏光成分の 偏光方向を回転させる偏波面回転手段とを備えた画像表示装置であ つて、  An image display device comprising: a polarization plane rotating means for rotating a polarization direction of an incident polarization component at one of the first and second positions;
上記偏光分離手段は、  The polarization separation means,
互いにほぼ平行に配置され、 それぞれ互いにほぼ等 しい所定の偏 光成分を選択的に回折させる平板状の第 1 および第 2 のホロ グラ ム 素子を備え、  A first hologram element having a plate shape, which is arranged substantially parallel to each other, and selectively diffracts predetermined polarization components substantially equal to each other,
上記第 1 のホロ グラ ム素子に入射 し、 上記第 1 および上記第 2 の ホロ グラ ム素子によ り 回折されて上記第 2 のホロ グラ ム素子から出 射する回折光束と、  A diffracted light beam that is incident on the first hologram element, diffracted by the first and second hologram elements, and emitted from the second hologram element;
上記第 1 のホロ グラ ム素子に入射 し、 上記第 1 および上記第 2 の ホログラ ム素子を透過 して上記第 2 のホロ グラム素子か ら出射する 透過光束とのなす角度が 0 ° を越え、 かつ、 1 5 ° 未満である と と もに、  The angle formed by the light beam incident on the first hologram element, transmitted through the first and second hologram elements, and emitted from the second hologram element exceeds 0 °, And less than 15 °,
上記第 1 のホログラ ム素子に入射 し、 上記第 1 および第 2 のホロ グラ ム素子によ り 回折される光束における、 それぞれのホロ グラ ム 素子に入射する光束とそれそれのホロ グラ ム素子によ り 回折された 光束とのなす角度が、 それそれ 2 0 ° を越える ものである こ とを特 徴とする偏光分離素子。 In the light beam incident on the first hologram element and diffracted by the first and second hologram elements, the light flux incident on each hologram element and the hologram element thereof The angle formed by the more diffracted light beams is more than 20 °. Polarized light separation element.
( 2 0 ) 請求項 5 の画像表示装置であって、 さ ら に、  (20) The image display device according to claim 5, further comprising:
それぞれ複数の微小レ ンズが配列されて成る第 1 および第 2 の蠅 の目 レ ンズを有する と と も に上記第 1 の蠅の 目 レ ンズを構成する各 微小レ ンズが上記第 2 の蠅の目 レ ンズを構成する微小レ ンズにおけ る対応する微小レ ンズに上記発光手段の像を結像させるイ ンテグレ 一夕 を備え、  Each of the lenses has a first and a second fly-eye lens in which a plurality of minute lenses are arranged, and each of the minute lenses constituting the first fly-eye lens is a second fly-eye lens. An integrated lens for forming an image of the light emitting means on a corresponding minute lens of the minute lens constituting the eye lens;
上記集光手段は、 上記ィ ンテグレ一夕の第 1 の蠅の目 レ ンズであ る こ とを特徴とする画像表示装置。  The image display device, wherein the light condensing means is a first fly-eye lens of the integral.
( 2 1 ) 請求項 5 の画像表示装置であ っ て、  (21) The image display device according to claim 5, wherein
上記回折光束と上記透過光束とは互いに偏光方向が直交する光束 であって、  The diffracted light beam and the transmitted light beam are light beams whose polarization directions are orthogonal to each other,
上記偏波面回転手段は、 入射 した光束の偏光方向をほぼ 9 0 ° 回 転させる こ と を特徴とする画像表示装置。  The image display device, wherein the polarization plane rotating means rotates the polarization direction of the incident light beam by about 90 °.
( 2 2 ) 光源と屈折率異方性を有する回折光学素子と これに隣接 し て配置された全反射 ミ ラーとを少な く と も具備 し、 (22) At least a light source, a diffractive optical element having refractive index anisotropy, and a total reflection mirror arranged adjacent to the light source,
前記光源か らの出射光の 1 方向の偏波成分 ( P波も し く は S波) は、 前記回折光学素子を透過 し前記反射 ミ ラーによ り 反射され、 再 び前記回折光学素子を通過 して出射 し、  A polarized light component (P wave or S wave) in one direction of the light emitted from the light source passes through the diffractive optical element, is reflected by the reflection mirror, and passes through the diffractive optical element again. Exits through
前記出射光に対 し概ね直交する成分 ( S波も し く は P 波) は前記 回折光学素子の回折作用によ り 伝搬方向を変化 して出射する時、 前 記回折光学素子からの回折波と前記全反射 ミ ラーからの反射波との 伝搬方向が概ね同 じであって相対的な出射角度が異なる よ う に前記 回折光学素子の所定波面が形成されている こ とを特徴とする偏光照 明装置。 ( 2 3 ) 光源と A component (S-wave or P-wave) that is substantially orthogonal to the outgoing light changes its propagation direction due to the diffractive action of the diffractive optical element and emits the diffracted wave from the diffractive optical element. And a predetermined wavefront of the diffractive optical element is formed such that the propagation directions of the reflected wave from the mirror and the total reflection mirror are substantially the same and the relative emission angles are different. Lighting device. (2 3) Light source and
屈折率異方性を有する 回折光学素子と  Diffractive optical element with refractive index anisotropy
これに隣接 して配置された全反射 ミ ラーと  A total reflection mirror placed next to this
前記全反射 ミ ラ一からの反射光の偏光方向を出射時の光の偏光方 向に対して概ね直角方向に回転させる ため、 回折光学素子への光路 中に配置された位相板を少な く と も具備 し、  In order to rotate the polarization direction of the reflected light from the total reflection mirror in a direction substantially perpendicular to the polarization direction of the emitted light, it is necessary to reduce the number of phase plates arranged in the optical path to the diffractive optical element. Also have
前記光源からの出射光の 1 方向の偏波成分 ( P波も し く は S波) は、 前記回折光学素子を透過 し前記反射 ミ ラ一によ り 反射され、 前 記位相板及び前記回折光学素子を通過 して出射 し、  The one-way polarization component (P wave or S wave) of the light emitted from the light source passes through the diffractive optical element and is reflected by the reflection mirror, and the phase plate and the diffraction plate Exits through the optical element,
前記出射光に対 し概ね直交する成分 ( S波も し く は P波) は前記 回折光学素子の回折作用によ り 伝搬方向を変化 して出射する時、 前 記回折光学素子からの回折波と前記全反射 ミ ラ一か らの反射波との 伝搬方向が概ね等 し く 略平行光束となる よ う に前記回折光学素子の 所定波面が形成されている こ と を特徴とする偏光照明装置。  A component (S-wave or P-wave) that is substantially orthogonal to the outgoing light changes its propagation direction due to the diffractive action of the diffractive optical element and emits the diffracted wave from the diffractive optical element. A polarized wave illuminating device, wherein a predetermined wavefront of the diffractive optical element is formed such that propagation directions of the reflected wave from the mirror and the total reflection mirror are substantially equal and substantially parallel light flux. .
( 2 4 ) 前記回折光学素子からの回折波と前記全反射 ミ ラ一によ り 反射されて出射 した光波との偏光方向が概ね等 しいこ と を特徴とす る請求項 2 記載の偏光照明装置。 (24) The polarized light illumination according to claim 2, wherein the polarization directions of the diffracted wave from the diffractive optical element and the light wave reflected and emitted by the total reflection mirror are substantially equal. apparatus.
( 2 5 ) 前記回折光学素子は前記全反射 ミ ラ一によ り 反射され、 位 相板を通過 した光波を概ね透過する こ と を特徴とする請求項 2 記載 の偏光照明装置。 ( 2 6 ) 光源と (25) The polarized light illuminating device according to claim 2, wherein the diffractive optical element is reflected by the total internal reflection mirror and substantially transmits the light wave transmitted through the phase plate. (26) Light source and
屈折率異方性を有する 1 組の回折光学素子 と 入射する光波の偏光方向を概ね直角方向に回転させる ための位相 板を少な く と も構成要素と し、 A set of diffractive optical elements having refractive index anisotropy and At least a phase plate for rotating the polarization direction of the incident light wave in a substantially right-angle direction is included as a component,
前記光源か らの出射光は一方の回折光学素子に入射 し、 偏波成分 ( P波も し く は s 波) 毎に透過または回折され、 回折波は他方の回折光学素子に入射 してさ ら に回折されて出射 し、  The light emitted from the light source enters one diffractive optical element, and is transmitted or diffracted for each polarization component (P wave or s wave), and the diffracted wave enters the other diffractive optical element. Are diffracted and emitted,
1 組の回折光学素子の透過波または回折波のいずれか一方の光路 中に位相板が配置された構成において、  In a configuration in which a phase plate is arranged in one of the optical paths of the transmitted wave and the diffracted wave of a set of diffractive optical elements,
1 組の回折光学素子によ り 透過または回折された後の光束が略平 行光束となる よ う に 1 組の回折光学素子が配置されている こ とを特 徴とする偏光照明装置。  A polarized light illuminating device characterized in that one set of diffractive optical elements is arranged so that a light flux transmitted or diffracted by one set of diffractive optical elements becomes a substantially parallel light flux.
( 2 7 ) 前記 1 組の回折光学素子の光波の入射面が互いに概ね平行 であ り 且つ前記光源からの出射光の光軸に垂直な面に対 し、 前記 1 組の回折光学素子の傾き角が 4 5 ° 以下である こ と を特徴とする請 求項 5 記載の偏光照明装置。 (27) The inclination of the set of diffractive optical elements with respect to a plane in which the light wave incident surfaces of the set of diffractive optical elements are substantially parallel to each other and perpendicular to the optical axis of the light emitted from the light source. The polarized illumination device according to claim 5, wherein the angle is 45 ° or less.
( 2 8 ) 前記 1 組の回折光学素子か ら出射さ れた略平行光束の偏光 方向が概ね等 しいこ とを特徴とする請求項 5 記載の偏光照明装置。 (28) The polarized light illuminating device according to claim 5, wherein the polarization directions of the substantially parallel light beams emitted from the pair of diffractive optical elements are substantially equal.
( 2 9 ) 光源からの出射光を偏波成分 ( P波も し く は S 波) 毎に透 過または回折する回折光学素子と (29) A diffractive optical element that transmits or diffracts outgoing light from the light source for each polarization component (P wave or S wave)
前記回折波を さ ら に回折する も う 1 つの回折光学素子の組と、 前記 1 組の回折光学素子の透過波または回折波のいずれか一方の 光路中に配置された位相板とが 1 つの構成単位である時、  Another set of diffractive optical elements that further diffracts the diffracted wave, and a phase plate disposed in one of the optical paths of the transmitted wave or the diffracted wave of the one set of diffractive optical elements are one. When it is a constituent unit,
前記 1 組の回折光学素子と位相板か らなる構成単位が複数隣接 し て並んで配置されている こ と を特徴とする偏光照明装置。 A plurality of structural units each including the pair of diffractive optical elements and the phase plate are adjacent to each other. A polarized lighting device characterized by being arranged side by side.
( 3 0 ) 前記複数の構成単位から出射された光束が略平行光束であ つて且つ偏光方向が概ね揃っている こ とを特徴とする請求項 8 記載 の偏光照明装置。 (30) The polarized light illuminating device according to claim 9, wherein the light beams emitted from the plurality of constituent units are substantially parallel light beams and have substantially the same polarization direction.
( 3 1 ) 前記位相板は入射する光波の偏光方向を概ね直角方向に回 転させる機能を有する こ とを特徴とする請求項 8 記載の偏光照明装 置。 (31) The polarized light illuminating device according to claim 8, wherein the phase plate has a function of rotating a polarization direction of an incident light wave in a substantially right-angle direction.
( 3 2 ) 前記複数の構成単位を形成する前記 1 組の回折光学素子の 光波の入射面が互いに概ね平行であ り 且つ (32) The light wave incident surfaces of the pair of diffractive optical elements forming the plurality of constituent units are substantially parallel to each other, and
前記光源からの出射光の光軸に垂直な面に対 し前記 1 組の回折光 学素子の傾き角が 4 5 ° 以下である こ とを特徴とする請求項 8 記載 の偏光照明装置。  9. The polarization illuminating device according to claim 8, wherein an inclination angle of the set of diffractive optical elements with respect to a plane perpendicular to an optical axis of light emitted from the light source is 45 ° or less.
( 3 3 ) 前記回折光学素子は屈折率異方性を有する光学媒体を用い て周期構造が形成されてお り 、 (33) The diffractive optical element has a periodic structure formed using an optical medium having refractive index anisotropy,
入射光の 1 方向の偏波成分 ( P波も し く は S 波) に対 し前記周期 構造に対応 した屈折率分布を生 じ、  A refractive index distribution corresponding to the periodic structure is generated for one-way polarization component (P wave or S wave) of the incident light,
この屈折率差によ り 光の回折を生 じ且つ  This refractive index difference causes light diffraction and
前記入射光に対し概ね直交する成分 ( S 波も し く は P波) に対 し ては優先的に直進する機能を有 している こ と を特徴とする請求項 1 、 2 、 5 、 8 のいずれかに記載の偏光照明装置。  9. The device according to claim 1, wherein said component has a function of proceeding straight ahead with priority to a component (S wave or P wave) substantially orthogonal to said incident light. The polarized light illuminating device according to any one of the above.
( 3 4 ) 前記回折光学素子の周期構造が屈折率異方性を有する光学 媒体の光軸の傾斜によ り形成されている こ と を特徴と する請求項 1 2 記載の偏光照明装置。 (34) An optical element wherein the periodic structure of the diffractive optical element has a refractive index anisotropy. 13. The polarized light illuminating device according to claim 12, wherein the polarized light illuminating device is formed by inclination of an optical axis of a medium.
( 3 5 ) 前記回折光学素子が一様に配列された液晶を含んで構成さ れ、 且つ (35) The diffractive optical element is configured to include liquid crystals arranged uniformly, and
光重合性モノ マ一または光架橋可能液晶ポ リ マーが添加され、 紫外領域の光照射に対 し、 液晶の分子軸の方向が固定化される こ とを特徴とする請求項 1 2 記載の偏光照明装置。 ( 3 6 ) 前記回折光学素子は異なっ た複数の周期構造が重畳 して形 成された構造を含むこ とを特徴とする請求項 1 、 2 、 5 、 8 のいず れかに記載の偏光照明装置。  13. The method according to claim 12, wherein a photopolymerizable monomer or a photo-crosslinkable liquid crystal polymer is added, and the direction of the molecular axis of the liquid crystal is fixed in response to light irradiation in the ultraviolet region. Polarized lighting device. (36) The polarized light according to any one of claims 1, 2, 5, and 8, wherein the diffractive optical element includes a structure formed by overlapping a plurality of different periodic structures. Lighting equipment.
( 3 7 ) 前記回折光学素子は複数の異なっ た周期構造の回折光学素 子の積層構造を含むこ とを特徴とする請求項 1 、 2 、 5 、 8 のいず れかに記載の偏光照明装置。 (37) The polarized light illumination according to any one of claims 1, 2, 5, and 8, wherein the diffractive optical element includes a stacked structure of a plurality of diffractive optical elements having different periodic structures. apparatus.
( 3 8 ) 請求項 1 、 2 、 5 、 8 のいずれかに記載の偏光照明装置に 複数の レ ンズを配置 して構成される第 1 レ ンズア レイ と前記第 1 レ ンズア レイ と対をなす第 2 レ ンズア レ イ と ラ イ トバルブと前記ライ トバルブ上の光学像を拡大投写する投写光学系とを少な く と も組み 合わせて構成 したこ と を特徴とする投写型表示装置。 (38) A first lens array configured by arranging a plurality of lenses on the polarized light illuminating device according to any one of claims 1, 2, 5, and 8, and a pair with the first lens array. A projection display device, comprising at least a combination of a second lens array, a light valve, and a projection optical system for enlarging and projecting an optical image on the light valve.
( 3 9 ) 光源からの光束を概ね R (赤) 、 G (緑) 、 B (青) に対 応する波長が異なる 3 つの光束に色分解 し、 (39) The light beam from the light source is color-separated into three light beams having different wavelengths corresponding to R (red), G (green), and B (blue).
前記波長が異なる光束に対 して異なっ た形成波面を有する回折光 学素子を用いて請求項 1 、 2 、 5 、 8 のいずれかに記載の偏光照明 装置を構成し、 Diffracted light having different forming wavefronts for the light beams having different wavelengths A polarization illuminating device according to any one of claims 1, 2, 5, and 8 is configured using the optical element,
これに複数の レ ンズを配置 して構成される第 1 レ ンズア レイ と 前記第 1 レ ンズア レイ と対をなす第 2 レ ンズア レイ と  A first lens array configured by arranging a plurality of lenses thereon, a second lens array paired with the first lens array, and
ライ トノ ルブと  Light knob and
前記ライ ト バルブ上の光学像を拡大投写する投写光学系とを少な く と も組み合わせて構成したこ とを特徴とする投写型表示装置。  A projection display device, comprising at least a combination of a projection optical system for enlarging and projecting the optical image on the light valve.
( 4 0 ) 光源と (40) Light source and
画素を形成すべ く パターニ ングされた透明導電性電極を具備 した 対向する 2 枚の透明絶縁性基板で挟まれた液晶層を有する液晶素子 と  A liquid crystal element having a liquid crystal layer sandwiched between two opposing transparent insulating substrates having transparent conductive electrodes patterned to form pixels;
液晶素子の両側に配置された回折光学素子と  Diffractive optical elements arranged on both sides of the liquid crystal element
を少な く と も含んで構成され、  Is configured to include at least
光源からの出射光は一方の回折光学素子に入射 し回折され、 前記回折光学素子への入射光量の概ね 1 / 2 が液晶素子に入射 し、  The light emitted from the light source enters one diffractive optical element and is diffracted, and approximately 1/2 of the amount of light incident on the diffractive optical element enters the liquid crystal element,
前記液晶素子の各画素毎に変調され、  Modulated for each pixel of the liquid crystal element,
前記変調度に応 じて他方の回折光学素子を通過後の光の伝搬方向 が異なる作用によ り 画像表示を行う こ とを特徴とする画像表示装  An image display device for displaying an image by an operation in which a propagation direction of light after passing through the other diffractive optical element varies according to the modulation degree.
( 1 ) 画素を形成すべ く パ夕一ニ ングされた透明導電性電極を具 備 した対向する 2枚の透明絶縁性基板で挟まれた液晶層を有する液 晶素子と (1) A liquid crystal element having a liquid crystal layer sandwiched between two opposing transparent insulating substrates equipped with transparent conductive electrodes that are patterned to form pixels
液晶素子の片側に配置された ミ ラー及び回折光学素子とを少な く と も含んで構成され、 Fewer mirrors and diffractive optical elements arranged on one side of the liquid crystal element Is configured to include
外部光による前記回折光学素子への入射光が回折され、 前記液晶素子を通過 し、 前記 ミ ラーによ り 反射され再び液晶素子 を通過する こ とで液晶素子の各画素毎に変調され、  Light incident on the diffractive optical element due to external light is diffracted, passes through the liquid crystal element, is reflected by the mirror, passes through the liquid crystal element again, and is modulated for each pixel of the liquid crystal element.
前記変調度に応 じて前記回折光学素子を出射後の光の伝搬方向が 異なる作用によ り 画像表示を行う こ と を特徴と する画像表示装置。  An image display device, wherein an image is displayed by an action in which the propagation direction of light after exiting the diffractive optical element varies according to the degree of modulation.
( 4 2 ) 光源と (4 2) Light source
画素を形成すべ く パターニングされた透明導電性電極を具備 した 対向する 2 枚の透明絶縁性基板で挟まれた液晶層を有する液晶素子 と  A liquid crystal element having a liquid crystal layer sandwiched between two opposing transparent insulating substrates each having a patterned transparent conductive electrode to form a pixel; and
液晶素子の片側に配置された ミ ラーと  The mirror arranged on one side of the liquid crystal element
液晶素子の両側に配置された回折光学素子と  Diffractive optical elements arranged on both sides of the liquid crystal element
を少な く と も含んで構成され、  Is configured to include at least
光源からの出射光は一方の回折光学素子に入射 し回折され、 前記回折光学素子への入射光量の概ね 1 / 2 が液晶素子に入射 し、 前記液晶素子の各画素毎に変調され、  Light emitted from the light source is incident on one diffractive optical element and diffracted, and approximately 1/2 of the amount of light incident on the diffractive optical element is incident on the liquid crystal element, and is modulated for each pixel of the liquid crystal element.
前記変調度に応 じて他方の回折光学素子を通過後の光の伝搬方向 が異なる作用によ り 画像表示が行われ、 また、  An image is displayed by an action in which the propagation direction of light after passing through the other diffractive optical element varies depending on the modulation degree.
外部光による前記回折光学素子への入射光が回折され、 前記液晶素子を通過 し、 前記ミ ラーによ り 反射され再び液晶素子 を通過する こ とで液晶素子の各画素毎に変調され、  Light incident on the diffractive optical element due to external light is diffracted, passes through the liquid crystal element, is reflected by the mirror, passes through the liquid crystal element again, and is modulated for each pixel of the liquid crystal element.
前記変調度に応 じて前記回折光学素子を出射後の光の伝搬方向が 異なる作用によ り 画像表示が行われる構成において、  In a configuration in which image display is performed by an action in which a propagation direction of light after exiting the diffractive optical element varies depending on the modulation degree,
内部に配置された前記光源と外部光と を選択的に切 り 換えて画像 表示を行う こ と を特徴とする画像表示装置。 ( 4 3 ) 前記回折光学素子は屈折率異方性を有する光学媒体を用い て周期構造が形成されてお り 、 入射光の 1 方向の偏波成分 ( P波も し く は S 波) に対し前記周期構造に対応 した屈折率分布を生 じ、 こ の屈折率差によ り 光の回折を生 じ且つ前記入射光に対 し概ね直交す る成分 ( S波も し く は P波) に対 しては優先的に直進する機能を有 している こ とを特徴とする請求項 1 〜 3 のいずれかに記載の画像表 示装置。 ( 4 4 ) 前記回折光学素子の一方は入射光の偏波成分の P波を回折 し、 S波を優先的に直進する機能を有 し、 前記回折光学素子の他方 は S波を回折 し、 P波を優先的に直進する機能を有する こ とを特徴 とする請求項 3 ~ 4 のいずれかに記載の画像表示装置。 ( 4 5 ) 前記回折光学素子の周期構造が屈折率異方性を有する光学 媒体の光軸の傾斜によ り形成されている こ と を特徴とする請求項 4 に記載の画像表示装置。 An image display device, wherein an image is displayed by selectively switching between the light source disposed inside and external light. (43) The diffractive optical element has a periodic structure formed by using an optical medium having a refractive index anisotropy, and converts the incident light into a polarized component in one direction (P wave or S wave). On the other hand, a refractive index distribution corresponding to the periodic structure is generated, and a component that generates light diffraction due to the difference in the refractive index and is substantially orthogonal to the incident light (S wave or P wave) The image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the image display device has a function of preferentially going straight ahead. (44) One of the diffractive optical elements has a function of diffracting the P wave of the polarization component of the incident light and preferentially traveling the S wave, and the other of the diffractive optical elements diffracts the S wave, The image display device according to any one of claims 3 to 4, wherein the image display device has a function of preferentially traveling a P wave straight. (45) The image display device according to claim 4, wherein the periodic structure of the diffractive optical element is formed by inclination of an optical axis of an optical medium having refractive index anisotropy.
( 4 6 ) 前記回折光学素子が一様に配列された液晶を含んで構成さ れ、 且つ光重合性モ ノ マ一または光架橋可能液晶ポ リ マーが添加さ れ、 紫外領域の光照射に対 し、 液晶の分子軸の方向が固定化される こ と を特徴とする請求項 4 に記載の画像表示装置。 (46) The diffractive optical element is configured to include liquid crystals arranged uniformly, and a photo-polymerizable monomer or a photo-crosslinkable liquid crystal polymer is added to the diffractive optical element to irradiate light in an ultraviolet region. The image display device according to claim 4, wherein the direction of the molecular axis of the liquid crystal is fixed.
( 4 7 ) 前記液晶層に形成された各画素に印加する電界を制御する こ とで、 各画素への入射光の変調が行われる こ と を特徴とする請求 項 1 〜 3 のいずれかに記載の画像表示装置。 ( 4 8 ) 前記回折光学素子は異なっ た複数の周期構造が重畳 して形 成された構造を含むこ とを特徴とする請求項 1 ~ 3 のいずれかに記 載の画像表示装置。 (47) The method according to any one of claims 1 to 3, wherein an electric field applied to each pixel formed in the liquid crystal layer is controlled to modulate light incident on each pixel. The image display device as described in the above. (48) The image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the diffractive optical element includes a structure formed by overlapping a plurality of different periodic structures.
( 4 9 ) 前記回折光学素子は複数の異なった周期構造の回折光学素 子の積層構造を含むこ とを特徴とする請求項 1 〜 3 のいずれかに記 載の画像表示装置。 ( 5 0 ) 請求項 1 〜 3 のいずれかに記載の画像表示装置において前 記液晶素子の片側に赤 ( R ) 、 緑 ( G ) 、 青 ( B ) からなる カラ一 フ ィ ル夕 を組み合わせて構成 した こ と を特徴とする画像表示装置。 ( 5 1 ) 請求項 1 、 3 、 1 0 のいずれかに記載の画像表示装置にお いて、 前記回折格子からの出射光を概ね 2 つの方向に分割 し、 一方 を画像表示用に他方を照明光用 と して用いる構成と したこ とを特徴 とする画像表示装置及び照明装置。 (49) The image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the diffractive optical element includes a stacked structure of a plurality of diffractive optical elements having different periodic structures. (50) The image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein a color filter composed of red (R), green (G), and blue (B) is combined on one side of the liquid crystal element. An image display device characterized by comprising: (51) In the image display device according to any one of Claims 1, 3, and 10, the light emitted from the diffraction grating is divided into approximately two directions, and one is illuminated with the other for image display. An image display device and a lighting device, which are configured to be used for light.
( 5 2 ) 光源と画素を形成すべ く /、°タ-ニンク"された透明導電性電極を 具備 した対向する 2枚の透明絶縁性基板で挟まれた液晶層を有する 液晶素子と液晶素子の一方の側に屈折率異方性を有する回折光学素 子と入射する光波の偏光方向を概ね直角方向に回転させるための位 相板と を有 し、 更に液晶素子の他方の側に配置された屈折率異方性 を有する回折光学素子と を少な く と も含んで構成され、 前記光源か らの出射光は前記回折光学素子と位相板に よ り 概ね等 しい偏波成分 ( P波も し く は S 波) に変換され液晶素子に入射 し、 前記液晶素子 の各画素毎に変調され、 前記変調度に応 じて他方の回折光学素子を 通過後の光の伝搬方向が異なる作用によ り 画像表示を行う こ と を特 徴とする画像表示装置。 (52) A liquid crystal element having a liquid crystal layer sandwiched between two opposing transparent insulating substrates each having a transparent conductive electrode which is provided with a "tanned" transparent conductive electrode and a liquid crystal element to form a light source and a pixel. One side has a diffractive optical element having refractive index anisotropy and a phase plate for rotating the polarization direction of the incident light wave in a substantially perpendicular direction, and is disposed on the other side of the liquid crystal element. At least a diffractive optical element having a refractive index anisotropy, and the emitted light from the light source is a polarization component (P wave or P wave) which is substantially equal to the diffractive optical element and the phase plate. Or S wave), is incident on the liquid crystal element, is modulated for each pixel of the liquid crystal element, and switches the other diffractive optical element according to the degree of modulation. An image display device characterized in that an image is displayed by an action in which the propagation directions of light after passing therethrough are different.
( 5 3 ) 請求項 1 , 2 , 3 , 1 1 , 1 2 , 1 3 のいずれかに記載の 画像表示装置に前記画像表示装置か らの光学像を拡大表示する拡大 光学系を少な く と も組み合わせて小型画像表示装置を構成 したこ と を特徴とする小型画像表示装置。 (53) The image display device according to any one of claims 1, 2, 3, 11, 12, and 13 has at least a magnifying optical system for enlarging and displaying an optical image from the image display device. A small-sized image display device characterized by comprising a small-sized image display device in combination with the above.
( 5 4 ) 印加される電圧に応 じて、 入射 した光の偏光方向を変調す る液晶素子と、 (54) a liquid crystal element that modulates the polarization direction of the incident light according to the applied voltage;
上記液晶素子の両面側にそれぞれ配置され、 所定の偏光成分を選 択的に回折させる一方、 上記所定の偏光成分と偏光方向が直交する 偏光成分を透過させる第 1 および第 2 の 1 対の回折光学素子と を備 えたこ とを特徴とする画像表示装置。  A pair of first and second diffractions respectively disposed on both sides of the liquid crystal element for selectively diffracting a predetermined polarization component and transmitting a polarization component having a polarization direction orthogonal to the predetermined polarization component. An image display device comprising: an optical element;
( 5 5 ) 請求項 1 の画像表示装置であって、  (55) The image display device according to claim 1, wherein
上記第 1 の回折光学素子は、 外方側から入射する光束のう ち、 透 過 した偏光成分または回折 した偏光成分のう ちの何れか一方を上記 液晶素子に入射させる一方、  The first diffractive optical element causes any one of a transmitted polarized light component and a diffracted polarized light component of the light flux incident from the outside to enter the liquid crystal element,
上記第 2 の回折光学素子は、 上記液晶素子から出射 した光束にお ける上記第 2 の回折光学素子を透過する偏光成分と上記回折光学素 子によって回折される偏光成分と を、 互いに異なる方向に出射させ る よ う に構成されている こ とを特徴とする画像表示装置。  The second diffractive optical element transmits a polarized light component transmitted through the second diffractive optical element and a polarized light component diffracted by the diffractive optical element in a light beam emitted from the liquid crystal element in directions different from each other. An image display device characterized by being configured to emit light.
( 5 6 ) 請求項 2 の画像表示装置であって、  (56) The image display device according to claim 2, wherein
さ ら に、 光源を備え、  And a light source,
上記第 1 の回折光学素子は、 上記光源から の光束における上記回 折光学素子を透過 した偏光成分を上記液晶素子に入射させる よ う に 構成されている こ とを特徴とする画像表示装置。 The first diffractive optical element is configured so that the light beam from the light source emits the light. An image display device, wherein a polarization component transmitted through a folding optical element is incident on the liquid crystal element.
( 5 7 ) 請求項 2 の画像表示装置であって、  (57) The image display device according to claim 2, wherein
さ らに、 上記第 1 の回折光学素子の法線方向に配置された光源を 備え、  A light source disposed in a normal direction of the first diffractive optical element;
上記第 1 の回折光学素子は、 上記光源か らの光束における上記回 折光学素子を透過 した偏光成分を上記液晶素子に入射させる よ う に 構成されている こ とを特徴とする画像表示装置。  The image display device, wherein the first diffractive optical element is configured to make a polarized light component of a light beam from the light source transmitted through the diffraction optical element incident on the liquid crystal element.
( 5 8 ) 請求項 2 の画像表示装置であって、  (58) The image display device according to claim 2, wherein
さ ら に、 上記第 1 の回折光学素子の法線方向から傾いた方向に配 置された光源を備え、  A light source disposed in a direction inclined from a normal direction of the first diffractive optical element;
上記第 1 の回折光学素子は、 上記光源からの光束における上記第 1 の回折光学素子によ り 回折された偏光成分を上記液晶素子に入射 させる よ う に構成されている こ とを特徴とする画像表示装置。 ( 5 9 ) 請求項 2 の画像表示装置であって、 さ ら に、  The first diffractive optical element is characterized in that a polarized light component of the light beam from the light source diffracted by the first diffractive optical element is incident on the liquid crystal element. Image display device. (59) The image display device according to claim 2, further comprising:
上記第 1 の回折光学素子の外方側に所定の間隔を空けて設けられ た反射手段と、  Reflection means provided at a predetermined interval on the outer side of the first diffractive optical element;
上記第 1 の回折光学素子と上記反射手段との間隔を介 して、 上記 回折光学素子の法線から傾いた方向か ら上記回折光学手段に光束を 入射させる光源とを備え、  A light source for causing a light beam to enter the diffractive optical means from a direction inclined from a normal line of the diffractive optical element via a distance between the first diffractive optical element and the reflecting means;
上記第 1 の回折光学素子は、 上記光源か ら入射する光束における 上記第 1 の回折光学素子によ り 回折された偏光成分、 および上記反 射手段から入射する上記第 1 の回折光学素子を透過する偏光成分を 上記液晶素子に入射させる よ う に構成されている こ と を特徴とする 画像表示装置。  The first diffractive optical element transmits a polarized light component diffracted by the first diffractive optical element in a light beam incident from the light source and transmits through the first diffractive optical element incident from the reflecting means. An image display device, characterized in that a polarized light component to be incident is incident on the liquid crystal element.
( 6 0 ) 印加される電圧に応 じて、 入射 した光の偏光方向を変調す る液晶素子と、 (60) Modulates the polarization direction of the incident light according to the applied voltage Liquid crystal element,
上記液晶素子の一方面側に配置され、 所定の偏光成分を選択的に 回折させる一方、 上記所定の偏光成分と偏光方向が直交する偏光成 分を透過させる回折光学素子と、  A diffractive optical element disposed on one side of the liquid crystal element for selectively diffracting a predetermined polarization component and transmitting a polarization component having a polarization direction orthogonal to the predetermined polarization component;
上記液晶素子の他方面側に配置された反射手段とを備えたこ とを 備えたこ と を特徴とする画像表示装置。  An image display device, comprising: a reflection unit disposed on the other surface side of the liquid crystal element.
( 6 1 ) 請求項 1 ない し請求項 7 の画像表示装置であって、 前記回折光学素子は屈折率異方性を有する光学媒体を用いて周期 構造が形成されてお り 、 入射光における P波および S 波の う ちの何 れか一方の偏波成分に対 し前記周期構造に対応 した屈折率差を生 じ、 上記屈折率差によ り 光の回折を生 じ且つ前記入射光に対 し概ね 直交する成分に対 しては優先的に直進する機能を有 している こ とを 特徴とする画像表示装置。  (61) The image display device according to any one of claims 1 to 7, wherein the diffractive optical element has a periodic structure formed using an optical medium having a refractive index anisotropy. A difference in the refractive index corresponding to the periodic structure is generated for one of the polarization components of the wave and the S-wave. An image display device characterized in that it has a function of preferentially proceeding straight ahead for generally orthogonal components.
( 6 2 ) 請求項 1 ない し請求項 7 の画像表示装置であって、 前記回折光学素子の一方は入射光の偏波成分の P波を回折 し、 S 波を優先的に直進する機能を有 し、 前記回折光学素子の他方は S波 を回折 し、 P波を優先的に直進する機能を有する こ と を特徴とする 画像表示装置。  (62) The image display device according to any one of claims 1 to 7, wherein one of the diffractive optical elements has a function of diffracting a P wave of a polarization component of incident light and preferentially traveling an S wave. An image display device, characterized in that the other of the diffractive optical elements has a function of diffracting an S-wave and preferentially traveling a P-wave straight.
( 6 3 ) 請求項 8 の画像表示装置であって、  (63) The image display device according to claim 8, wherein
前記回折光学素子の周期構造が屈折率異方性を有する光学媒体の 光軸の傾斜によ り 形成されている こ とを特徴とする画像表示装置。 ( 6 4 ) 請求項 8 の画像表示装置であって、  An image display device, wherein the periodic structure of the diffractive optical element is formed by inclination of an optical axis of an optical medium having refractive index anisotropy. (64) The image display device according to claim 8, wherein
前記回折光学素子が一様に配列された液晶を含んで構成され、 且 つ光重合性モ ノ マーま たは光架橋可能液晶ポ リ マーが添加され、 紫 外領域の光照射に対 し、 液晶の分子軸の方向が固定化される こ と を 特徴とする画像表示装置。 ( 6 5 ) 請求項 1 ない し請求項 7 の画像表示装置であって、 前記回折光学素子は異なっ た複数の周期構造が重畳 して形成され た構造を含むこ とを特徴とする画像表示装置。 The diffractive optical element is configured to include liquid crystals arranged uniformly, and a photo-polymerizable monomer or a photo-crosslinkable liquid crystal polymer is added to the diffractive optical element. An image display device, characterized in that the direction of the molecular axis of the liquid crystal is fixed. (65) The image display device according to any one of claims 1 to 7, wherein the diffractive optical element includes a structure formed by overlapping a plurality of different periodic structures. .
( 6 6 ) 請求項 1 ない し請求項 7 の画像表示装置であって、 前記回折光学素子は複数の異なっ た周期構造の回折光学素子の積 層構造を含むこ とを特徴とする画像表示装置。  (66) The image display device according to any one of claims 1 to 7, wherein the diffractive optical element includes a laminated structure of a plurality of diffractive optical elements having different periodic structures. .
( 6 7 ) 請求項 1 ない し請求項 7 の画像表示装置であって、 さ らに、 前記液晶素子の何れか一方側に赤、 緑、 および青の領域 が形成されたカラ一フ ィ ル夕 を備えたたこ と を特徴とする画像表示 装置。  (67) The image display device according to claim 1 or claim 7, further comprising a color filter in which red, green, and blue regions are formed on one side of the liquid crystal element. An image display device characterized by having an evening.
( 6 8 ) 請求項 1 ない し請求項 7 の画像表示装置であっ て、 さ ら に、  (68) The image display device according to claim 1 or claim 7, further comprising:
表示画像を拡大表示する拡大光学手段を備えた こ と を特徴とする 画像表示装置。  An image display device comprising an enlargement optical unit for enlarging and displaying a display image.
( 6 9 ) 光源と画素を形成すべ く パターニングされた透明導電性電 極を具備 した対向する 2枚の透明絶縁性基板で挟まれた液晶層を有 する液晶素子と液晶素子の一方の側に屈折率異方性を有する回折光 学素子と入射する光波の偏光方向を概ね直角方向に回転させる ため の位相板と を有 し、 更に液晶素子の他方の側に配置された屈折率異 方性を有する回折光学素子と を少な く と も含んで構成され、 前記光 源からの出射光は前記回折光学素子と位相板によ り 概ね等 しい偏波 成分 ( P波も し く は S波) に変換され液晶素子に入射 し、 前記液晶 素子の各画素毎に変調され、 前記変調度に応 じて他方の回折光学素 子を通過後の光の伝搬方向が異なる作用によ り 画像表示を行う こ と を特徴とする画像表示装置。 ( 7 0 ) 偏光を放射する レーザ、 前記レーザか ら 出射する レーザ光 を光記憶媒体上に収束するための光学レ ンズ、 前記光記憶媒体によ つて反射される レーザ光の偏光方向を出射時の光の偏光方向に対 し て概ね直角方向に回転させる ための位相板、 前記反射光の光路中に 配置され所定波面を生成する回折光学素子、 及び前記回折光学素子 で回折される光を検出するための受光素子を少な く と も構成要素と する光情報処理装置に使用 される回折光学素子であって、 前記回折 光学素子が屈折率異方性を有する光学媒体を用いて形成されてお り 、 且つ前記光記億媒体によって反射され、 前記回折光学素子を透 過後の レーザ光の全光量に対 し 1 次の方向に回折される光量の割合 が概ね 1 / 2 以上となる よ う に所定波面が形成されている こ と を特 徴とする回折光学素子。 (69) A liquid crystal element having a liquid crystal layer sandwiched between two opposing transparent insulating substrates each having a transparent conductive electrode patterned to form a light source and a pixel, and one side of the liquid crystal element. It has a diffractive optical element having refractive index anisotropy and a phase plate for rotating the polarization direction of the incident light wave in a substantially perpendicular direction, and further has a refractive index anisotropy disposed on the other side of the liquid crystal element. And a diffracting optical element having at least a polarization component (P-wave or S-wave), wherein the light emitted from the light source is substantially equal to the polarization component by the diffractive optical element and the phase plate. The light is then incident on the liquid crystal element, is modulated for each pixel of the liquid crystal element, and the image display is performed by the effect that the propagation direction of the light after passing through the other diffractive optical element differs according to the degree of modulation. An image display device characterized by performing the following. (70) a laser emitting polarized light, an optical lens for converging a laser beam emitted from the laser on an optical storage medium, and a laser beam reflected by the optical storage medium in a direction of polarization. A phase plate for rotating the light in a direction substantially perpendicular to the polarization direction of the light, a diffractive optical element arranged in the optical path of the reflected light to generate a predetermined wavefront, and detecting light diffracted by the diffractive optical element A diffractive optical element used in an optical information processing device having at least a light receiving element for performing the operation, wherein the diffractive optical element is formed using an optical medium having a refractive index anisotropy. And the ratio of the amount of light that is reflected by the optical recording medium and diffracted in the primary direction to the total amount of laser light after passing through the diffractive optical element is approximately 1/2 or more. A predetermined wavefront is formed Diffractive optical element to feature a call that.
( 7 1 ) 厚さ方向に周期的構造を有 し入射光の 1 方向の偏波成分に 対 し前記周期構造に対応 した屈折率分布を生 じ、 こ の屈折率差によ り 光の回折を生ぜ しめ、 且つ前記入射光の偏波成分に対 し直交する 成分に対 しては優先的に直進させる機能を有する こ と を特徴とする 請求項 1 記載の回折光学素子。 ( 7 2 ) 厚さ方向に周期的構造を有 し、 前記周期的構造が屈折率異 方性を有する光学媒体の光軸の傾斜によ り形成されている こ とを特 徴と する請求項 2 記載の回折光学素子。 (71) Having a periodic structure in the thickness direction, a refractive index distribution corresponding to the periodic structure is generated for the polarized light component in one direction of the incident light, and light is diffracted by this refractive index difference. 2. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the diffractive optical element has a function of causing the light to travel straight ahead preferentially with respect to a component orthogonal to the polarization component of the incident light. (72) A periodic structure in a thickness direction, wherein the periodic structure is formed by inclination of an optical axis of an optical medium having a refractive index anisotropy. 2. The diffractive optical element according to 2.
( 7 3 ) 一様に配列された液晶を含んで構成され、 且つ光重合性液 晶モ ノ マ一または光架橋可能液晶ポ リ マーが添加され、 紫外領域の 光照射に対 し、 液晶の分子軸の方向が固定化される こ と を特徴とす る請求項 2 記載の回折光学素子。 (73) A photopolymerizable liquid crystal monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer, which is composed of uniformly arranged liquid crystals, is added, and the liquid crystal is exposed to light in the ultraviolet region. Characterized in that the direction of the molecular axis is fixed The diffractive optical element according to claim 2, wherein
( 7 4 ) 前記回折光学素子に入射する レーザの放射光の偏光方向が 屈折率異方性を有する光学媒体の光軸と概ね平行または垂直である こ とを特徴とする請求項 1 記載の回折光学素子。 (74) The diffraction according to claim 1, wherein the polarization direction of the laser light incident on the diffractive optical element is substantially parallel or perpendicular to the optical axis of the optical medium having the refractive index anisotropy. Optical element.
( 7 5 ) 対向する 2枚の透明導電性電極を具備 した透明絶縁性基板 で挟まれた領域に屈折率異方性を有する光学媒体が封入され、 前記 透明導電性電極上には高分子からなる配向処理が施された薄膜が形 成された構造を有する回折光学素子の製造方法であって、 紫外の波 長域の 2 分割された光を前記回折光学素子上において干渉させ、 周 期的な強度分布に対応する明部と暗部からなる干渉縞を生ぜ しめ、 干渉縞の明部に属する領域の光学媒体の光軸を初期配向された方向 に固定化する第一の工程と、 前記透明導電性電極間に電界を印加 し、 前記干渉縞の暗部に属する領域の光学媒体の光軸を初期配向さ れた方向から移動させた状態で、 前記回折光学素子の全面に均一な 紫外領域の光照射を行う こ とで光軸方向を固定化する第二の工程を 含むこ とを特徴とする回折光学素子の製造方法。 ( 7 6 ) 前記回折光学素子に印加される電界は、 正極と負極が交互 に生 じる交流電界からなる こ とを特徴とする請求項 6 記載の回折光 学素子の製造方法。 (75) An optical medium having a refractive index anisotropy is sealed in a region sandwiched between the transparent insulating substrates having two opposing transparent conductive electrodes, and a polymer is formed on the transparent conductive electrodes. A method for manufacturing a diffractive optical element having a structure in which a thin film having been subjected to an orientation treatment is formed, the method comprising: causing light split into two in an ultraviolet wavelength region to interfere on the diffractive optical element; A first step of generating an interference fringe composed of a bright portion and a dark portion corresponding to an intense intensity distribution, and fixing the optical axis of the optical medium in a region belonging to the bright portion of the interference fringe in the direction of the initial orientation; An electric field is applied between the conductive electrodes, and the optical axis of the optical medium in a region belonging to the dark portion of the interference fringes is moved from the direction in which the optical alignment was initially aligned. The second step of fixing the optical axis direction by performing light irradiation Method for manufacturing a diffractive optical element characterized and whatever child. (76) The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 6, wherein the electric field applied to the diffractive optical element comprises an alternating electric field in which a positive electrode and a negative electrode are alternately generated.
( 7 7 ) 対向する 2枚の透明絶縁性基板で挟まれた領域に屈折率異 方性を有する光学媒体が封入され、 前記透明絶縁性基板上には高分 子か らなる配向処理が施された薄膜が形成された構造を有する回折 光学素子の製造方法であって、 (77) An optical medium having a refractive index anisotropy is sealed in a region sandwiched between two opposing transparent insulating substrates, and an alignment process comprising a polymer is performed on the transparent insulating substrate. Diffraction having a structure with formed thin film A method for manufacturing an optical element, comprising:
紫外の波長域の 2 分割された光を前記回折光学素子上において干 渉させ、 周期的な強度分布に対応する明部と暗部から なる干渉縞を 生ぜ しめ、 干渉縞の明部に属する領域の光学媒体の光軸を初期配向 された方向に固定化する第一の工程と、 前記透明絶縁性基板間に磁 界を印加 し、 前記干渉縞の暗部に属する領域の光学媒体の光軸を初 期配向された方向から移動させた状態で、 前記回折光学素子の全面 に均一な紫外領域の光照射を行う こ とで光軸方向を固定化する第二 の工程を含むこ とを特徴とする回折光学素子の製造方法。  The light split into two in the ultraviolet wavelength range is caused to interfere on the diffractive optical element to generate an interference fringe composed of a bright part and a dark part corresponding to a periodic intensity distribution, and to generate an interference fringe in an area belonging to the bright part of the interference fringe. A first step of fixing an optical axis of the optical medium in a direction in which the optical medium is initially oriented; and applying a magnetic field between the transparent insulating substrates to initially set an optical axis of the optical medium in a region belonging to a dark portion of the interference fringes. A second step of fixing the direction of the optical axis by irradiating the entire surface of the diffractive optical element with light in a uniform ultraviolet region while moving the diffracted optical element from the initially oriented direction. A method for manufacturing a diffractive optical element.
( 7 8 ) 対向する 2枚の透明絶縁性基板で挟まれた領域に屈折率異 方性を有する光学媒体が封入され、 透明絶縁性基板上には高分子か らなる薄膜が形成された構造を有する回折光学素子の製造方法であ つて、 (78) A structure in which an optical medium having refractive index anisotropy is sealed in a region sandwiched between two opposing transparent insulating substrates, and a thin film made of a polymer is formed on the transparent insulating substrate. A method for manufacturing a diffractive optical element having
1 方向の偏波成分を有する紫外の波長域の 2 分割された光を前記 回折光学素子上において干渉させ、 周期的な強度分布に対応する明 部と暗部からなる干渉縞を生ぜ しめ、 干渉縞の明部に属する領域の 光学媒体の光軸を前記偏波成分の偏光方向に依存する一様な方向に 配列 し固定化する第一の工程と、 前記回折光学素子の全面に前記偏 波成分に対 して概ね直交する方向に偏光方向を有する均一な紫外領 域の光照射を行う こ とで、 前記光学媒体の光軸方向を初期位置から 移動 し固定化する第二の工程を含むこ とを特徴とする回折光学素子 の製造方法。  The two-divided light in the ultraviolet wavelength region having a polarized component in one direction is caused to interfere on the diffractive optical element, and an interference fringe consisting of a bright portion and a dark portion corresponding to a periodic intensity distribution is generated. A first step of arranging and fixing the optical axis of the optical medium in a region belonging to the bright portion of the optical element in a uniform direction depending on the polarization direction of the polarization component, and the polarization component on the entire surface of the diffractive optical element A second step of moving and fixing the optical axis direction of the optical medium from an initial position by irradiating light in a uniform ultraviolet region having a polarization direction in a direction substantially perpendicular to the optical medium. A method for manufacturing a diffractive optical element, comprising:
( 7 9 ) 前記屈折率異方性を有する光学媒体が一様に配列された液 晶を含んで構成され、 且つ光重合性液晶モ ノ マ一または光架橋可能 液晶ポ リ マーが添加されている こ と を特徴とする請求項 6 、 (79) The optical medium having the refractive index anisotropy is composed of liquid crystals arranged uniformly, and is capable of photopolymerizable liquid crystal monomer or photocrosslinking. 7. A liquid crystal polymer is added,
8 、 9 のいずれかに記載の回折光学素子の製造方法。 10. The method for producing a diffractive optical element according to any one of 8 and 9.
( 8 0 ) 前記回折光学素子に照射される干渉縞は H e — C d レーザ または A r レ一ザからなる可干涉性の高い光源であって、 3 0 0 η mか ら 4 0 O n mの範囲の波長領域である こ とを特徴とする請求項 6 、 8、 9 のいずれかに記載の回折光学素子の製造方法。 (80) The interference fringe applied to the diffractive optical element is a highly dry light source composed of a He—Cd laser or an Ar laser, and is from 300 nm to 40 O nm. 10. The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 6, wherein the wavelength range is within the range described above.
( 8 1 ) 前記回折光学素子への光照射によ る周期構造の形成が前記 回折光学素子表面の分割された領域毎に複数回行われる こ と を特徴 とする請求項 6 、 8、 9 のいずれかに記載の回折光学素子の製造方 法。 (81) The method according to any one of claims 6, 8, and 9, wherein the formation of the periodic structure by irradiating the diffractive optical element with light is performed a plurality of times for each divided region on the surface of the diffractive optical element. A method for producing the diffractive optical element according to any one of the above.
( 8 2 ) 前記回折光学素子への光照射を複数回行う こ と によ り 、 回 折光学素子内に異なった周期構造が重畳 して形成される こ とを特徴 とする請求項 6 、 8 、 9 のいずれかに記載の回折光学素子の製造方 法。 (82) By irradiating light to the diffractive optical element a plurality of times, different periodic structures are formed in the diffractive optical element so as to overlap with each other. 10. The method for producing a diffractive optical element according to any one of claims 9 and 9.
( 8 3 ) 少な く と も、 画像表示手段と、 前記画像表示手段を照明 する照明手段を備え、 前記画像表示手段は、 該画像表示手段に入射 する前記照明手段からの照明光を変調 し出力する こ とで画像を表示 し、 前記照明手段は、 少な く と も発光手段と、 前記発光手段の出力 光束を集光する第 1 の集光手段と、 前記第 1 の集光手段の出力光束 の波面を変換する第 1 の波面変換手段からな り 、 前記第 1 の波面変 換手段は、 前記第 1 の集光手段の出力光束の波面と略等価な第 1 の 光束と、 第 2 の光束を干渉せ しめて形成 した第 1 のホロ グラ ム素子 である こ と を特徴とする画像表示装置。 ( 8 4 ) 前記照明手段は、 前記発光手段の出力光束を集光する第 1 の集光手段と、 前記第 1 の集光手段の出力光束を伝搬する第 2 の 集光手段と、 前記第 2 の集光手段か らの出力光束の波面を変換する 第 2 の波面変換手段を具備 し、 前記第 2 の波面変換手段は、 前記第 2 の集光手段の出力光束の波面と略等価な第 1 の光束と、 第 3 の光 束を干渉せ しめて形成 した第 2 のホロ グラ ム素子である こ とを特徴 とする請求項 1 記載の画像表示装置。 (83) At least an image display means, and an illumination means for illuminating the image display means, wherein the image display means modulates and outputs illumination light from the illumination means incident on the image display means. The illumination means includes at least a light emitting means, a first light condensing means for condensing an output light flux of the light emitting means, and an output light flux of the first light condensing means. First wavefront converting means for converting the wavefront of the first light beam, wherein the first wavefront converting means comprises a first light beam substantially equivalent to the wavefront of the output light beam from the first light condensing means, and a second lightfront. An image display device, which is a first holographic element formed by interfering a light beam. (84) the lighting means, a first condensing means for condensing an output light flux of the light emitting means, a second condensing means for propagating an output light flux of the first condensing means, A second wavefront converting means for converting a wavefront of an output light beam from the second condensing means, wherein the second wavefront converting means is substantially equivalent to a wavefront of the output light beam of the second condensing means. 2. The image display device according to claim 1, wherein the image display device is a second hologram element formed by interfering a first light beam and a third light beam.
( 8 5 ) 前記照明手段が、 複数の レ ンズを 2 次元にア レイ状に配 置 して成る第 1 及び第 2 の蠅の 目 レ ンズから構成されるイ ンテグレ —タ を具備する こ とを特徴とする請求項 1 または 2 記載の画像表示 装置。  (85) The illuminating means has an integrator composed of first and second fly-eye lenses in which a plurality of lenses are arranged in a two-dimensional array. The image display device according to claim 1 or 2, wherein:
( 8 6 ) 前記画像表示手段が、 偏光表示手段であ り 、 該偏光表示 手段は、 入射する前記照明手段からの照明光の中で、 概ね特定の方 向に偏向 した偏光光を分離 し、 該偏光光を変調する こ とで画像を表 示する こ とを特徴とする請求項 1 ~ 3 のいずれかに記載の画像表示 装置。  (86) The image display means is a polarized light display means, and the polarized light display means separates the polarized light, which is deflected in a substantially specific direction, from the incident illumination light from the illumination means, The image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein an image is displayed by modulating the polarized light.
( 8 7 ) 前記照明手段が、 ラ ンダム偏光光を概ね特定方向の偏光 光に変換する偏光変換手段を具備する こ とを特徴とする請求項 1 ~ 4のいずれかに記載の画像表示装置。  (87) The image display device according to any one of claims 1 to 4, wherein the illuminating means includes a polarization converting means for converting the randomly polarized light into polarized light having a substantially specific direction.
( 8 8 ) 前記第 2 の集光手段の最終出力手段が、 前記第 1 の蠅の 目 レ ンズである こ とを特徴とする請求項 2 ~ 5 のいずれかに記載の 画像表示装置。  (88) The image display device according to any one of claims 2 to 5, wherein the final output means of the second light focusing means is the first fly's eye lens.
( 8 9 ) 前記第 2 も し く は第 3 の光束は、 前記発光手段の発光体 よ り 体積の小さな微小発光体か らの出力光束又は該出力光束を反射 鏡にて反射せ しめた光束、 も し く は該出力光束又は該光束を第 3 の 集光手段によ り 伝搬せ しめた光束の波面と略等価である こ とを特徴 とする請求項 1 〜 6 のいずれかに記載の画像表示装置。 (89) The second or third luminous flux is an output luminous flux from a small luminous body having a smaller volume than the luminous body of the luminous means, or a luminous flux obtained by reflecting the output luminous flux with a reflecting mirror. Or being substantially equivalent to the wavefront of the output light beam or the light beam transmitted by the third focusing means. The image display device according to any one of claims 1 to 6, wherein
( 9 0 ) 前記第 2 の光束も し く は前記第 3 の光束は、 略平面波も し く は該略平面波を第 3 の集光手段によ り 伝搬せ しめた光束の波面 と略等価な波面を有する光束である こ とを特徴とする請求項 1 〜 7 のいずれかに記載の画像表示装置。  (90) The second light beam or the third light beam is substantially equivalent to a substantially plane wave or a wavefront of a light beam obtained by propagating the substantially plane wave by the third focusing means. The image display device according to claim 1, wherein the image display device is a light beam having a wavefront.
( 9 1 ) 前記第 2 の集光手段の最終出力手段が前記第 1 の蠅の目 レ ンズであ り 、 前記第 3 の集光手段の最終出力手段が第 3 の蠅の 目 レ ンズであ り 、 前記第 3 の蠅の目 レ ンズと前記第 2 の蠅の目 レ ンズ がー対でイ ンテグレ一夕 を構成する こ とを特徴とする請求項 2 ~ 8 のいずれかに記載の画像表示装置。  (91) The final output means of the second light focusing means is the first fly-eye lens, and the final output means of the third light focusing means is the third fly-eye lens. The method according to any one of claims 2 to 8, wherein the third fly-eye lens and the second fly-eye lens form an integral set of pairs. Image display device.
( 9 2 ) 前記反射鏡が、 回転放物面鏡も し く は回転楕円面鏡も し く は球面鏡である こ とを特徴とする請求項 1 〜 9 のいずれかに記載 の画像表示装置。  (92) The image display device according to any one of claims 1 to 9, wherein the reflecting mirror is a paraboloid of revolution, a spheroidal mirror, or a spherical mirror.
( 9 3 ) 前記偏光変換素子は、 少な く と も偏光分離手段と偏波面 回転手段を具備 してな り 、 かつ、 前記偏光分離手段によ り 分離され た互いに概ね直交する偏波面の一方の偏波面を、 前記偏波面回転手 段が略 9 0 ° 回転せ しめる構成である こ とを特徴とする請求項 1 〜 1 0 のいずれかに記載の画像表示装置。  (93) The polarization conversion element includes at least a polarization separation unit and a polarization plane rotation unit, and one of the polarization planes substantially orthogonal to each other separated by the polarization separation unit. The image display device according to any one of claims 1 to 10, wherein the polarization plane rotation means is configured to rotate the polarization plane by approximately 90 °.
( 9 4 ) 前記ホロ グラ ム素子は、 参照光束発生手段よ り 発生され た参照光束及び物体光束発生手段よ り 発生された物体光束の 2光束 を干渉せ しめて形成される干渉縞をホロ グラ ム材料に記録せ しめる こ と によ り 作製され、 2 分された レーザー光の一方を前記参照光束 発生手段に入射せ しめる こ とによ り 前記参照光束を発生させ、 該 2 分された レーザー光の他の一方を前記物体抗争発生手段に入射せ し めて前記物体光束を発生させる こ とを特徴とするホ ロ グラム素子の 製造方法。 ( 9 5 ) 前記参照光束発生手段が、 反射鏡、 及び所定の位置に静 置された微小形状の第 1 の反射体を少な く と も備え、 前記 2 分され た レーザ一光の一方を反射鏡に設けた 1 つも し く は複数の透過孔ょ り 入射せ しめて前記第 1 の反射体を照明 し、 前記第 1 の反射体か ら の反射も し く は散乱光束、 及び該反射も し く は散乱光束を反射鏡に て再度反射せ しめた光束のいずれかも し く は両者を前記参照光束と する こ とを特徴とする請求項 1 2 記載のホロ グラ ム素子の製造方法。 (94) The hologram element is a hologram element that forms an interference fringe formed by interfering two light beams, a reference light beam generated by the reference light beam generation means and an object light beam generated by the object light beam generation means. The reference light beam is generated by making one of the two laser beams produced by recording on a material and incident on the reference light beam generating means, and the laser light beam is divided into two. A hologram element, the other being incident on the object conflict generating means to generate the object light beam. (95) The reference light beam generating means further comprises at least a reflecting mirror and a small-sized first reflector that is stationary at a predetermined position, and reflects one of the two divided laser beams. The first reflector is illuminated by being incident on one or a plurality of transmission holes provided in a mirror, and the reflected or scattered light flux from the first reflector and the reflected light are illuminated. 13. The method for manufacturing a holographic element according to claim 12, wherein either the scattered light beam reflected by the reflecting mirror or both light beams are used as the reference light beam.
( 9 6 ) 前記物体光束発生手段が、 反射鏡、 及び所定の位置に静 置された第 2 の反射体を少な く と も備え、 前記レーザ一光を反射鏡 に設けた 1 つも し く は複数の透過孔ょ り 入射せ しめて前記第 2 の反 射体を照明 し、 前記第 2 の反射体か らの反射も し く は散乱光束、 及 び該反射も し く は散乱光束を反射鏡にて再度反射せ しめた光束のい ずれかも し く は両者を前記物体光束とする こ とを特徴とするホロ グ ラム素子の製造方法であって、 前記第 2 の反射体の形状が、 前記画 像表示装置に用いる前記発光手段の発光体の形状と略等 しいこ と を 特徴とする請求項 1 2 記載のホロ グラ ム素子の製造方法。  (96) The object light beam generating means is provided with at least a reflecting mirror and a second reflecting body which is settled at a predetermined position, and one or more of the object light beam generating means provided on the reflecting mirror. The second reflector is illuminated by being incident on a plurality of transmission holes, and the reflected or scattered light flux from the second reflector and the reflected or scattered light flux are reflected by a reflector. A method of manufacturing a hologram element, wherein either one of the light fluxes reflected again in step (b) or both are used as the object light flux, wherein the shape of the second reflector is 13. The method according to claim 12, wherein the shape of the luminous body of the luminous means used in the image display device is substantially the same.
( 9 7 ) 前記第 2 の反射体の大き さ を複数回にわた って小さ く 、 も し く は大き く する こ とで複数回にわたって異なる物体光束を発生 せ しめ、 複数の該物体光束と前記参照光束を干涉せ しめ前記ホロ グ ラム材料に多重記録せ しめる こ とを特徴とする請求項 1 2 〜 1 4 の いずれかに記載のホロ グラム素子の製造方法。  (97) By increasing or decreasing the size of the second reflector a plurality of times, a different object light beam is generated a plurality of times, and a plurality of the object light beams are generated. The method according to any one of claims 12 to 14, wherein the reference light beam is dried and the hologram material is multiplex-recorded.
( 9 8 ) 前記物体光束発生手段が、 入射レーザ一光束を特定の立 体角内に出力する発散光束発生手段である こ とを特徴とする請求項 1 2 または 1 3 記載のホロ グラ ム素子の製造方法。  (98) The hologram element according to claim 12 or 13, wherein the object light beam generating means is a divergent light beam generating means for outputting one incident laser light beam within a specific angle of erection. Manufacturing method.
( 9 9 ) 前記発散光束発生手段の出力光束が、 前記画像表示装置 においてホロ グラ ム素子に入射される光束と略等 しいこ とを特徴と する請求項 1 2、 1 3、 1 6 のいずれかに記載のホロ グラ ム素子の 製造方法。 (99) The output light beam of the divergent light beam generation means is substantially equal to the light beam incident on the hologram element in the image display device. The method for manufacturing a hologram element according to any one of claims 12, 13, and 16.
( 1 0 0 ) 前記発散光束発生手段、 及び前記物体光束発生手段の いずれか一方も し く は両者が、 1 つも し く は複数の集光 レ ンズ、 及 びィ ンテグレ一夕のいずれか一方も し く は両者を含むこ とを特徴と する請求項 1 2〜 1 7のいずれかに記載のホ ロ グラ ム素子の製造方 法。  (100) Either one or both of the divergent light beam generating means and the object light beam generating means, or one or more of a plurality of converging lenses and an integral lens 18. The method for manufacturing a hologram element according to claim 12, wherein the method includes both of them.
( 1 0 1 ) 前記参照光束発生手段、 及び前記物体光束発生手段の いずれか一方も し く は両者が、 前記参照光束も し く は前記物体光束 を記録せ しめたホロ グラ ムである こ と を特徴とする請求項 1 2〜 1 8のいずれかに記載のホロ グラム素子の製造方法。  (101) Either one or both of the reference light beam generating means and the object light beam generating means is a hologram in which the reference light beam or the object light beam is recorded. The method for producing a holographic element according to any one of claims 12 to 18, characterized in that:
( 1 0 2 ) 異なる波長の複数の レーザ一光を用いて、 前記参照光 束及び前記物体光束を発生せ しめ、 異なる波長によ り 形成 した複数 の 2光束干渉縞を前記ホロ グラ ム材料に多重記録する こ とを特徴と する請求項 1 2〜 1 9のいずれかに記載のホ ロ グラ ム素子の製造方 法。  (102) The reference beam and the object beam are generated using a plurality of laser beams having different wavelengths, and a plurality of two-beam interference fringes formed at different wavelengths are applied to the hologram material. The method for producing a hologram element according to any one of claims 12 to 19, wherein multiplex recording is performed.
( 1 0 3 ) (1 0 3)
物体光と参照光を干渉せ しめて作成されるホログラ ム素子であつ て、 前記物体光が略平行な光束 (以下、 物体光束と略記する) であ り 、 前記参照光が発光手段から発せ られる第 1 の光束を集光及び伝 搬せ しめる照明手段か ら の出力光束 と略等価な波面を有する光束 (以下、 参照光束と略記する) である こ とを特徴とする ホロ グラ ム 素子。 ( 1 0 4 ) A hologram element formed by interfering an object light and a reference light, wherein the object light is a substantially parallel light flux (hereinafter, simply referred to as an object light flux), and the reference light is emitted from a light emitting unit. A hologram element characterized in that the hologram element is a light beam having a wavefront substantially equivalent to an output light beam from an illuminating means for condensing and transmitting the light beam (hereinafter, abbreviated as a reference light beam). (1 0 4)
前記照明手段は、 少な く と も前記第 1 の光束を集光する集光手段 と、 前記集光手段によ り 集光された第 2 の光束を伝搬せ しめる複数 の レ ンズを 2 次元にア レイ状に配置 してなる第 1 の蠅の 目 レ ンズ及 び第 2 の蠅の 目 レ ンズを組み合わせたィ ンテグレー夕 を具備 してい る こ とを特徴とする請求項 1 記載のホロ グラ ム素子。  The illuminating means includes a condensing means for condensing at least the first light flux, and a plurality of lenses for transmitting the second light flux condensed by the condensing means in two dimensions. 2. The hologram according to claim 1, further comprising an integrated lens that combines a first fly-eye lens and a second fly-eye lens arranged in an array. Element.
( 1 0 5 ) (1 0 5)
前記照明手段は、 入射光束を偏波面が互いに直交する成分に分離 する偏光分離手段と、 分離された偏光成分のいずれか一方の偏光成 分の偏波面を略 9 0 度回転せ しめる偏波面回転手段を具備する こ と を特徴とする請求項 1 または 2 記載のホロ グラ ム素子。  The illuminating means includes: polarization separating means for separating an incident light beam into components whose polarization planes are orthogonal to each other; and a polarization plane rotation for rotating the polarization plane of one of the separated polarization components by approximately 90 degrees. The hologram element according to claim 1 or 2, further comprising a means.
( 1 0 6 ) (1 0 6)
前記ホログラム素子は、 干渉稿を作成後、 裏面に反射 ミ ラーを設 置 している こ とを特長とする請求項 1 〜 3 のいずれかに記載のホロ グラ ム素子。  The hologram element according to any one of claims 1 to 3, wherein the hologram element is provided with a reflection mirror on a back surface after creating an interference draft.
( 1 0 7 ) (1 0 7)
前記反射 ミ ラーは、 特定の波長帯域の光束を選択的に反射せ しめ る こ と を特長とする請求項 1 〜 4 のいずれかに記載のホロ グラ ム素 子。  The hologram element according to any one of claims 1 to 4, wherein the reflection mirror selectively reflects a light beam in a specific wavelength band.
( 1 0 8 ) (1 0 8)
少な く と も、 前記ホロ グラ ム素子と、 前記ホロ グラ ム素子を照明 する前記照明手段と、 前記ホロ グラ ム素子の出力光束を変調する こ とで画像を表示する画像表示手段とを具備 してな り 、 前記画像表示 手段は各画素に対応するマイ ク ロ レ ンズを具備 し、 前記マイ ク ロ レ ンズは、 入射 した光束を概ね画素の開口部分に収束せ しめる機能を 有する こ とを特徴とする画像表示装置。 At least the hologram element, the illuminating means for illuminating the hologram element, and a light source for modulating an output light beam of the hologram element. And an image display means for displaying an image with the image display means. The image display means includes a micro lens corresponding to each pixel. An image display device having a function of converging light into an opening portion of the image display device.
( 1 0 9 ) (1 0 9)
前記照明手段は、 白色入射光束を固有の波長帯域を有する 3原色 に分離する色分離手段を具備 し、 前記 3 原色の中の特定の原色の波 長帯域に含まれる波長を有する前記物体光束及び参照光束で作成さ れた前記ホロ グラ ム素子の出力光束が、 対応する原色の画像信号を 表示する前記画像表示手段の入射光束である こ と を特徴とする請求 項 6 記載の画像表示装置。  The illuminating means includes color separation means for separating a white incident light beam into three primary colors having a unique wavelength band, and the object light beam having a wavelength included in a wavelength band of a specific primary color among the three primary colors. The image display device according to claim 6, wherein the output light beam of the hologram element created by the reference light beam is an incident light beam of the image display means for displaying an image signal of a corresponding primary color.
( 1 1 0 ) (1 1 0)
前記色分離手段は、 特定の波長帯域の 3 原色を選択的に反射せ し めるダイ ク ロイ ッ ク ミ ラ一であ り 、 かつ各ダイ ク ロ イ ッ ク ミ ラ一の 光入射側に、 対応する ダイ ク ロ イ ッ ク ミ ラ一が選択的に反射せ しめ る波長帯域に含まれる波長の物体光束及び参照光束によ って形成さ れた前記ホロ グラ ム素子を配置 してなる こ と を特長とする請求項 6 または 7 記載の画像表示装置。  The color separation means is a dichroic mirror that selectively reflects three primary colors of a specific wavelength band, and is provided on a light incident side of each dichroic mirror. The hologram element formed by the object light beam and the reference light beam having a wavelength included in the wavelength band that the corresponding dichroic mirror selectively reflects. The image display device according to claim 6, wherein the image display device is characterized in that:
( 1 1 1 ) (1 1 1)
少な く と も、 前記ホログラ ム素子と、 前記ホロ グラ ム素子を照明 する前記照明手段と、 前記ホロ グラ ム素子の出力光束を変調する こ とで画像を表示する画像表示手段とを具備 してな り 、 前記画像表示 手段は、 3 原色の中か ら対応する原色の画像信号のみを表示する 3 つの画素を一組とする画素構造を有 し、 かつ一組の画素構造に対応 する光路変換手段を具備 している こ とを特長とする画像表示装置。 At least the hologram element, the illumination means for illuminating the hologram element, and an image display means for displaying an image by modulating an output light flux of the hologram element. That is, the image display means displays only an image signal of a corresponding primary color from among the three primary colors. An image display device characterized by having a pixel structure in which one pixel is a set, and having an optical path changing means corresponding to the one pixel structure.
( 1 1 2 ) (1 1 2)
前記照明手段は、 少な く と も色分離手段を具備 し、 前記色分離手 段は、 特定の波長帯域の 3 原色を選択的に反射せ しめるダイ ク ロ イ ッ ク ミ ラ一であ り 、 かつ、 各ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラ一の光入射側に、 対応するダイ ク ロイ ッ ク ミ ラーが選択的に反射せ しめる波長帯域に 含まれる波長の物体光束及び参照光束によって形成された前記ホロ グラ ム素子を配置 してな り 、 かつ前記照明光学系の光軸に対する各 ダイ ク ロ イ ヅ ク ミ ラ一の傾角を各々異な ら しめる こ とで 3原色毎に 前記画像表示手段に入射する角度を異な ら しめ、 画像表示手段に形 成された前記光路変換手段は、 前記ホロ グラ ム素子及び前記ダイ ク ロイ ッ ク ミ ラ一によって異なる方向か ら入射される各原色を、 対応 する原色の画像信号のみを表示する各画素の開口部に概ね集束せ し める機能を有する こ と を特長とする請求項 9 に記載の画像表示装置。  The illuminating means includes at least a color separating means, and the color separating means is a dichroic mirror for selectively reflecting three primary colors of a specific wavelength band, In addition, on the light incident side of each dichroic mirror, the corresponding dichroic mirror is formed by the object light flux and the reference light flux having a wavelength included in the wavelength band that is selectively reflected. A hologram element is arranged, and the inclination angle of each dichroic mirror with respect to the optical axis of the illumination optical system is made different so that the light enters the image display means for each of the three primary colors. The optical path changing means formed in the image display means, corresponding to the primary colors incident from different directions by the hologram element and the die-cloth mirror, respectively. Only primary color image signal The image display apparatus according to claim 9, featuring that you have a Shi was generally focused on the opening of each pixel to be displayed Mel functions.
( 1 1 3 ) (1 1 3)
前記光路変換手段は、 マイ ク ロ レ ンズア レイ 、 回折光学素子、 シ リ ン ド リ カルレ ンズのいずれかである こ と を特徴とする請求項 9 ま たは 1 0 記載の画像表示装置。  10. The image display device according to claim 9, wherein the optical path changing means is any one of a micro lens array, a diffractive optical element, and a cylindrical lens.
( 1 1 4 ) (1 1 4)
複数の微小領域からなる回折光学素子であって、 前記微小領域の 出力光束は、 前記回折光学素子の法線方向 と所定の角度で交わる平 面上で概ね互いに重な り あ う光束である こ と を特徴とする 回折光学 素子。 A diffractive optical element comprising a plurality of minute regions, wherein an output light beam of the minute region has a plane crossing a normal direction of the diffractive optical element at a predetermined angle. A diffractive optical element characterized in that the light beams substantially overlap each other on a plane.
( 1 1 5 ) (1 1 5)
前記回折光学素子は、 物体光と参照光を干渉せ しめて作成される 複数の微小領域からなるホロ グラ ムであって、 前記複数の微小領域 の物体光は、 前記ホロ グラ ムの法線方向 と所定の角度で交わる平面 上で概ね互いに重な り あ う光束である こ とを特徴とする請求項 1 に 記載の回折光学素子。  The diffractive optical element is a hologram composed of a plurality of minute regions created by interfering the object light and the reference light, and the object light of the plurality of minute regions is a normal direction of the hologram and 2. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the light beams substantially overlap each other on a plane intersecting at a predetermined angle.
( 1 1 6 ) (1 1 6)
前記各微小領域の物体光が前記平面上で互いに概ね重な り あう形 状は、 矩形である こ とを特徴とする請求項 1 、 2 に記載の回折光学 素子。  3. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the shape in which the object light beams of the respective minute regions substantially overlap each other on the plane is a rectangle. 4.
( 1 1 7 ) (1 1 7)
前記参照光は、 前記ホ ロ グラ ムに所定の角度で入射する略平行光 束である こ とを特徴とする請求項 1、 2、 3 に記載の回折光学素子。  4. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the reference light is a substantially parallel light beam incident on the hologram at a predetermined angle.
( 1 1 8 ) (1 1 8)
前記参照光は、 前記ホロ グラ ムに対 して、 所定の角度で交わる光 軸上の一点に概ね収束される収束光である こ とを特徴とする請求項 1、 2、 3 に記載の回折光学素子。  4. The diffraction device according to claim 1, wherein the reference light is convergent light that is substantially converged at one point on an optical axis that intersects the hologram at a predetermined angle. 5. Optical element.
( 1 1 9 ) (1 1 9)
少な く と も、 前記回折光学素子と、 前記回折光学素子を照明する 照明手段と、 前記回折光学素子の出力光束を変調する こ とで画像を 表示する画像表示手段とを具備 してな り 、 前記回折光学素子の出力 光束は、 前記画像表示手段上で互いに概ね重な り 合い、 かつ前記出 力光束が互いに概ね重な り合っ た形状が、 前記画像表示手段の画像 表示領域と略等 しい大きさの矩形である こ と を特徴とする画像表示 装置。 At least the diffractive optical element, and illuminating the diffractive optical element Illuminating means, and image display means for displaying an image by modulating the output light flux of the diffractive optical element, wherein the output light fluxes of the diffractive optical element substantially overlap each other on the image display means. An image display device, wherein the shape of the output light fluxes that overlap each other is a rectangle having a size substantially equal to the image display area of the image display means.
( 1 2 0 ) (1 2 0)
前記画像表示手段は各画素に対応するマイ ク ロ レ ンズを具備 して お り 、 前記マイ ク ロ レ ンズは、 入射 した光束を概ね画素の開口部分 に収束せ しめる機能を有する こ と を特徴とする請求項 6 に記載の画 像表示装置。  The image display means includes a micro lens corresponding to each pixel, and the micro lens has a function of converging an incident light beam to an aperture portion of the pixel. The image display device according to claim 6, wherein:
( 1 2 1 ) (1 2 1)
前記回折光学素子の法線と、 前記照明手段の光軸が平行ではな く 、 かつ前記照明手段からの出力光束が前記回折光学素子を照明する領 域が略楕円形状であって、 前記楕円形状の長軸方向と、 前記画像表 示手段の画像表示領域の長手方向が概ね一致する こ とを特徴とする 請求項 6 、 7 に記載の画像表示装置。  The normal line of the diffractive optical element is not parallel to the optical axis of the illuminating means, and the area where the output light beam from the illuminating means illuminates the diffractive optical element is substantially elliptical, 8. The image display device according to claim 6, wherein a major axis direction substantially coincides with a longitudinal direction of an image display area of the image display means.
( 1 2 2 ) (1 2 2)
前記照明手段が、 無偏光な光束の偏光方向を、 特定方向にそろえ る機能を有する偏光分離手段及び偏波面回転手段を有する こ とを特 徴とする請求項 6 、 7 、 8 に記載の画像表示装置。  9. The image according to claim 6, wherein the illuminating means includes a polarization separating means and a polarization plane rotating means having a function of aligning a polarization direction of a non-polarized light beam in a specific direction. Display device.
PCT/JP1998/004701 1997-10-16 1998-10-16 Hologram element polarization separating device, polarization illuminating device, and image display WO1999024852A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020007004027A KR20010031135A (en) 1997-10-16 1998-10-16 Hologram element polarization separating device, polarization illuminating device, and image display

Applications Claiming Priority (18)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28333297 1997-10-16
JP9/283330 1997-10-16
JP9/283332 1997-10-16
JP28333097 1997-10-16
JP31934097 1997-11-20
JP9/319340 1997-11-20
JP9/327769 1997-11-28
JP32776997 1997-11-28
JP33535297 1997-12-05
JP9/335352 1997-12-05
JP9/359583 1997-12-26
JP35958397 1997-12-26
JP10/10215 1998-01-22
JP1019598 1998-01-22
JP10/10195 1998-01-22
JP1021598 1998-01-22
JP5466698 1998-03-06
JP10/54666 1998-03-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999024852A1 true WO1999024852A1 (en) 1999-05-20

Family

ID=27576607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP1998/004701 WO1999024852A1 (en) 1997-10-16 1998-10-16 Hologram element polarization separating device, polarization illuminating device, and image display

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20010031135A (en)
WO (1) WO1999024852A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003038485A1 (en) * 2001-10-31 2003-05-08 Sony Corporation Transmission type laminated hologram optical element and image display device comprising this optical element
WO2004053575A1 (en) * 2002-12-06 2004-06-24 Nikon Corporation Holographic optical device, camera finder indication, and camera
US7915952B2 (en) 2007-07-04 2011-03-29 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor integrated circuit
US8174952B2 (en) 2005-11-21 2012-05-08 Ricoh Company, Ltd. Light source unit, optical detector unit, optical pickup device, and optical disk device

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100442820B1 (en) 2001-05-04 2004-08-02 삼성전자주식회사 Extreme angle hologram recording method and Hologram replay apparatus using holographic reflector and Method for replay of the same and Flat display element apparatus using holographic reflector
JP2007299993A (en) * 2006-05-01 2007-11-15 Canon Inc Aligner
KR100782797B1 (en) * 2007-01-02 2007-12-05 삼성전기주식회사 Backlight unit
KR101173744B1 (en) 2010-04-05 2012-08-13 엘지이노텍 주식회사 Polarization conversion apparatus

Citations (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61246940A (en) * 1985-03-20 1986-11-04 Fujitsu Ltd Light pickup
JPS62212940A (en) * 1986-03-12 1987-09-18 Fujitsu Ltd Optical pickup
JPH01281426A (en) * 1988-05-07 1989-11-13 Seiko Epson Corp Liquid crystal light valve and projector having liquid crystal light valve
JPH02183125A (en) * 1989-01-10 1990-07-17 Seiko Epson Corp Polarized light detector and optical head
JPH03111806A (en) * 1989-04-28 1991-05-13 Philips Gloeilampenfab:Nv Optical illumination system and projector with the same
JPH03140920A (en) * 1989-10-26 1991-06-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Projection type display device and liquid crystal display device used for this projection type display device
JPH03225636A (en) * 1990-01-31 1991-10-04 Nec Corp Optical head device
JPH04230733A (en) * 1990-04-03 1992-08-19 Thomson Csf Apparatus for projecting image
JPH04251221A (en) * 1991-01-09 1992-09-07 Mitsubishi Electric Corp Liquid crystal display device and projection type display device using this device
JPH04298837A (en) * 1991-03-28 1992-10-22 Nec Corp Polarizing beam splitter and magneto-optical head device
JPH04303822A (en) * 1991-04-01 1992-10-27 Yazaki Corp Backlight for transmission type display element
US5161039A (en) * 1989-07-12 1992-11-03 Board Of Trustees, Leland Stanford Jr. University Birefringent structures formed by photo-exposure of polymer films and method for fabrication thereof
JPH04367836A (en) * 1991-06-17 1992-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Liquid crystal light valve lighting optical system and liquid crystal projection television using the same
JPH05109111A (en) * 1991-08-22 1993-04-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Optical head device
JPH05107505A (en) * 1991-04-09 1993-04-30 Canon Inc Planar polarizing element, polarized light conversion unit with same element, and image projection device with same unit
JPH05150202A (en) * 1991-12-02 1993-06-18 Sharp Corp Optical transmission device for parallel transmission
JPH05173196A (en) * 1991-12-24 1993-07-13 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical switch and its manufacture and optical controller using the switch
JPH05181403A (en) * 1991-04-27 1993-07-23 Asahi Glass Co Ltd Volumetric hologram optical film and production thereof and liquid crystal optical element formed by using the same
JPH05203894A (en) * 1992-01-27 1993-08-13 Fujitsu General Ltd Display device using light valve
JPH05241103A (en) * 1992-02-21 1993-09-21 Nec Corp Projection type liquid crystal display device
JPH05346557A (en) * 1992-03-31 1993-12-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Lighting optical device and projection type display device using the same
JPH06103632A (en) * 1992-09-21 1994-04-15 Sharp Corp Optical pickup device
JPH06202094A (en) * 1992-12-28 1994-07-22 Seiko Epson Corp Projection type display device
JPH06222361A (en) * 1993-01-28 1994-08-12 Dainippon Printing Co Ltd Liquid crystal display device using hologram
JPH06281815A (en) * 1993-03-25 1994-10-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical element and its manufacture
JPH0713475A (en) * 1993-06-29 1995-01-17 Nippondenso Co Ltd Production of hologram
JPH07114031A (en) * 1993-10-19 1995-05-02 Sharp Corp Supertwisted nematic liquid crystal display element and its production
JPH07234316A (en) * 1994-02-24 1995-09-05 Dainippon Printing Co Ltd Holographic polarization beam splitter
JPH07294906A (en) * 1994-04-28 1995-11-10 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Picture display device
JPH0876077A (en) * 1994-09-06 1996-03-22 Toshiba Corp Electric field control diffraction grating and liquid crystal element
JPH08220656A (en) * 1995-02-10 1996-08-30 Sharp Corp Projection type color image display device
JPH08234205A (en) * 1994-12-28 1996-09-13 Seiko Epson Corp Polarization illumination device and projection type display device
JPH08234143A (en) * 1994-12-29 1996-09-13 Sharp Corp Illumination system and display device
JPH08271892A (en) * 1995-03-28 1996-10-18 Nitto Denko Corp Polarized light forming method, device therefor and liquid crystal display device
JPH08292506A (en) * 1995-04-20 1996-11-05 Victor Co Of Japan Ltd Color separation optical system
JPH0973014A (en) * 1995-07-06 1997-03-18 Dainippon Printing Co Ltd Hologram color filter and its production
JPH09101414A (en) * 1995-10-06 1997-04-15 Toppan Printing Co Ltd Liquid crystal video projector using holographic color filter
JPH09105936A (en) * 1995-10-13 1997-04-22 Sony Corp Optical block and light source for display device
JPH09105899A (en) * 1995-10-13 1997-04-22 Denso Corp Projection type display device
JPH09146064A (en) * 1995-11-20 1997-06-06 Minolta Co Ltd Liquid crystal projector
JPH09146066A (en) * 1995-11-24 1997-06-06 Sharp Corp Projection type image display device
JPH09146092A (en) * 1995-11-22 1997-06-06 Hitachi Ltd Illumination device and liquid crystal display device using the same
JPH09171157A (en) * 1995-10-20 1997-06-30 Satoru Nakayama Illumination device
JPH09185057A (en) * 1996-01-06 1997-07-15 Canon Inc Polarization lighting system and liquid crystal display device using the system
JPH09189809A (en) * 1995-11-08 1997-07-22 Victor Co Of Japan Ltd Color filter and color image display device
JPH09203897A (en) * 1996-01-25 1997-08-05 Dainippon Printing Co Ltd Liquid crystal display device
EP0788006A2 (en) * 1996-02-01 1997-08-06 Texas Instruments Incorporated Improvements in or relating to spatial light modulators
JPH09281330A (en) * 1996-04-11 1997-10-31 Asahi Glass Co Ltd Liquid crystal diffraction grating, its production and optical head device formed by using the same
JPH09288206A (en) * 1996-04-23 1997-11-04 Teijin Ltd Production of diffraction optical element
JPH09288844A (en) * 1996-04-22 1997-11-04 Asahi Glass Co Ltd Optical head device and manufacture thereof
JPH09324259A (en) * 1996-06-05 1997-12-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Formation of thin film artificial lattice and thin film forming device
JPH1010306A (en) * 1996-06-24 1998-01-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Artificial lattice and formation of artificial lattice

Patent Citations (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61246940A (en) * 1985-03-20 1986-11-04 Fujitsu Ltd Light pickup
JPS62212940A (en) * 1986-03-12 1987-09-18 Fujitsu Ltd Optical pickup
JPH01281426A (en) * 1988-05-07 1989-11-13 Seiko Epson Corp Liquid crystal light valve and projector having liquid crystal light valve
JPH02183125A (en) * 1989-01-10 1990-07-17 Seiko Epson Corp Polarized light detector and optical head
JPH03111806A (en) * 1989-04-28 1991-05-13 Philips Gloeilampenfab:Nv Optical illumination system and projector with the same
US5161039A (en) * 1989-07-12 1992-11-03 Board Of Trustees, Leland Stanford Jr. University Birefringent structures formed by photo-exposure of polymer films and method for fabrication thereof
JPH03140920A (en) * 1989-10-26 1991-06-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Projection type display device and liquid crystal display device used for this projection type display device
JPH03225636A (en) * 1990-01-31 1991-10-04 Nec Corp Optical head device
JPH04230733A (en) * 1990-04-03 1992-08-19 Thomson Csf Apparatus for projecting image
JPH04251221A (en) * 1991-01-09 1992-09-07 Mitsubishi Electric Corp Liquid crystal display device and projection type display device using this device
JPH04298837A (en) * 1991-03-28 1992-10-22 Nec Corp Polarizing beam splitter and magneto-optical head device
JPH04303822A (en) * 1991-04-01 1992-10-27 Yazaki Corp Backlight for transmission type display element
JPH05107505A (en) * 1991-04-09 1993-04-30 Canon Inc Planar polarizing element, polarized light conversion unit with same element, and image projection device with same unit
JPH05181403A (en) * 1991-04-27 1993-07-23 Asahi Glass Co Ltd Volumetric hologram optical film and production thereof and liquid crystal optical element formed by using the same
JPH04367836A (en) * 1991-06-17 1992-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Liquid crystal light valve lighting optical system and liquid crystal projection television using the same
JPH05109111A (en) * 1991-08-22 1993-04-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Optical head device
JPH05150202A (en) * 1991-12-02 1993-06-18 Sharp Corp Optical transmission device for parallel transmission
JPH05173196A (en) * 1991-12-24 1993-07-13 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical switch and its manufacture and optical controller using the switch
JPH05203894A (en) * 1992-01-27 1993-08-13 Fujitsu General Ltd Display device using light valve
JPH05241103A (en) * 1992-02-21 1993-09-21 Nec Corp Projection type liquid crystal display device
JPH05346557A (en) * 1992-03-31 1993-12-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Lighting optical device and projection type display device using the same
JPH06103632A (en) * 1992-09-21 1994-04-15 Sharp Corp Optical pickup device
JPH06202094A (en) * 1992-12-28 1994-07-22 Seiko Epson Corp Projection type display device
JPH06222361A (en) * 1993-01-28 1994-08-12 Dainippon Printing Co Ltd Liquid crystal display device using hologram
JPH06281815A (en) * 1993-03-25 1994-10-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical element and its manufacture
JPH0713475A (en) * 1993-06-29 1995-01-17 Nippondenso Co Ltd Production of hologram
JPH07114031A (en) * 1993-10-19 1995-05-02 Sharp Corp Supertwisted nematic liquid crystal display element and its production
JPH07234316A (en) * 1994-02-24 1995-09-05 Dainippon Printing Co Ltd Holographic polarization beam splitter
JPH07294906A (en) * 1994-04-28 1995-11-10 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Picture display device
JPH0876077A (en) * 1994-09-06 1996-03-22 Toshiba Corp Electric field control diffraction grating and liquid crystal element
JPH08234205A (en) * 1994-12-28 1996-09-13 Seiko Epson Corp Polarization illumination device and projection type display device
JPH08234143A (en) * 1994-12-29 1996-09-13 Sharp Corp Illumination system and display device
JPH08220656A (en) * 1995-02-10 1996-08-30 Sharp Corp Projection type color image display device
JPH08271892A (en) * 1995-03-28 1996-10-18 Nitto Denko Corp Polarized light forming method, device therefor and liquid crystal display device
JPH08292506A (en) * 1995-04-20 1996-11-05 Victor Co Of Japan Ltd Color separation optical system
JPH0973014A (en) * 1995-07-06 1997-03-18 Dainippon Printing Co Ltd Hologram color filter and its production
JPH09101414A (en) * 1995-10-06 1997-04-15 Toppan Printing Co Ltd Liquid crystal video projector using holographic color filter
JPH09105936A (en) * 1995-10-13 1997-04-22 Sony Corp Optical block and light source for display device
JPH09105899A (en) * 1995-10-13 1997-04-22 Denso Corp Projection type display device
JPH09171157A (en) * 1995-10-20 1997-06-30 Satoru Nakayama Illumination device
JPH09189809A (en) * 1995-11-08 1997-07-22 Victor Co Of Japan Ltd Color filter and color image display device
JPH09146064A (en) * 1995-11-20 1997-06-06 Minolta Co Ltd Liquid crystal projector
JPH09146092A (en) * 1995-11-22 1997-06-06 Hitachi Ltd Illumination device and liquid crystal display device using the same
JPH09146066A (en) * 1995-11-24 1997-06-06 Sharp Corp Projection type image display device
JPH09185057A (en) * 1996-01-06 1997-07-15 Canon Inc Polarization lighting system and liquid crystal display device using the system
JPH09203897A (en) * 1996-01-25 1997-08-05 Dainippon Printing Co Ltd Liquid crystal display device
EP0788006A2 (en) * 1996-02-01 1997-08-06 Texas Instruments Incorporated Improvements in or relating to spatial light modulators
JPH09281330A (en) * 1996-04-11 1997-10-31 Asahi Glass Co Ltd Liquid crystal diffraction grating, its production and optical head device formed by using the same
JPH09288844A (en) * 1996-04-22 1997-11-04 Asahi Glass Co Ltd Optical head device and manufacture thereof
JPH09288206A (en) * 1996-04-23 1997-11-04 Teijin Ltd Production of diffraction optical element
JPH09324259A (en) * 1996-06-05 1997-12-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Formation of thin film artificial lattice and thin film forming device
JPH1010306A (en) * 1996-06-24 1998-01-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Artificial lattice and formation of artificial lattice

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003038485A1 (en) * 2001-10-31 2003-05-08 Sony Corporation Transmission type laminated hologram optical element and image display device comprising this optical element
US7139109B2 (en) 2001-10-31 2006-11-21 Sony Corporation Transmission type laminated hologram optical element and image display device comprising this optical element
WO2004053575A1 (en) * 2002-12-06 2004-06-24 Nikon Corporation Holographic optical device, camera finder indication, and camera
US7426343B2 (en) 2002-12-06 2008-09-16 Nikon Corporation Holographic optical device, camera finder indication, and camera
US8174952B2 (en) 2005-11-21 2012-05-08 Ricoh Company, Ltd. Light source unit, optical detector unit, optical pickup device, and optical disk device
US7915952B2 (en) 2007-07-04 2011-03-29 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor integrated circuit

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010031135A (en) 2001-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6816290B2 (en) Image display element, and image display device
TW293882B (en)
US7139109B2 (en) Transmission type laminated hologram optical element and image display device comprising this optical element
JPH11271536A (en) Image display device, polarizated-light illumination device, polarized light separating element, diffraction optical element, hologram element, and manufacture of diffraction optical element and hologram element
JP2003270419A (en) Diffractive optical element and image display device
US7963657B2 (en) Projection display device
WO2000033122A1 (en) Polarized light illuminator, image display, portable information terminal, head-up display, method for producing diffraction optical device, method for producing polarized light illuminator, and method for producing image display
JP2002023107A (en) Picture display element and picture display device
WO1999024852A1 (en) Hologram element polarization separating device, polarization illuminating device, and image display
JP5428822B2 (en) Lighting device and projector
CN110794644B (en) Optical device and method for manufacturing the same
JP3711785B2 (en) Projection display device and illumination device used therefor
JP5725138B2 (en) Lighting device and projector
JPH11316362A (en) Picture display device, diffractive optical element, holographic element, and manufacturing method of holographic element
JP2005070632A (en) Spatial optical modulator, and projector
JP2002221621A (en) Polarization selective hologram optical element, image display element and image display device
JP4729792B2 (en) Image display element
JP2000165898A (en) Polarization lighting device and its manufacture
JP2005181607A (en) Spatial light modulator and projector
JP3022455B2 (en) Color image display
JP5880011B2 (en) projector
JP2006309174A (en) Projection image display device and method of manufacturing polarizing diffraction grating
JP3952765B2 (en) Image display device
JPH09160011A (en) Projection type picture display device
JP4608292B2 (en) Optical path shift optical system, pixel shift projection optical system, and pixel shift projection apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): KR US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE FR GB

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020007004027

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09529614

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase
WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1020007004027

Country of ref document: KR

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 1020007004027

Country of ref document: KR