JP2001305517A - ホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表示装置 - Google Patents
ホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表示装置Info
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- JP2001305517A JP2001305517A JP2000116488A JP2000116488A JP2001305517A JP 2001305517 A JP2001305517 A JP 2001305517A JP 2000116488 A JP2000116488 A JP 2000116488A JP 2000116488 A JP2000116488 A JP 2000116488A JP 2001305517 A JP2001305517 A JP 2001305517A
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Abstract
ログラムカラーフィルターで再回折されるのを防止しか
つ像歪みの小さい反射型画像表示装置。 【解決手段】 斜めに入射する光33を色分散しかつ集
光する要素ホログラム5’の繰り返しからなるホログラ
ムカラーフィルター5と反射型空間変調素子30との組
み合わせからなる反射型画像表示装置3において、ホロ
グラムカラーフィルター5による回折光の光軸が、ホロ
グラムカラーフィルターの法線から0次透過光に近づく
方向、若しくは、遠ざかる方向に所定角度をなして斜め
になるように構成されている反射型画像表示装置。
Description
フィルターを用いた反射型画像表示装置に関し、特に、
光利用効率を向上させた反射型画像表示装置に関するも
のである。
ーとそれを用いた透過型カラー液晶表示装置に関して多
数の特許出願をしている。また、このホログラムカラー
フィルターを反射型液晶表示装置に適用したものも、特
開平9−281917号(特願平8−95289号)に
おいて提案している。この場合、ホログラムカラーフィ
ルターで分光された回折光を法線に対して角度をなすよ
うにすることも提案している。また、このとき、透過型
液晶表示素子で変調された反射光がホログラムカラーフ
ィルターで再回折されずに直通する0次光を表示に用い
ることも提案されている。
ホログラムカラーフィルターを用いた反射型液晶表示装
置において、ホログラムカラーフィルターで分光された
回折光がホログラムカラーフィルターの法線に対してな
す角度(以下、シフト角と呼ぶ。)が小さすぎると、反
射型液晶表示素子の反射層で反射された反射光がホログ
ラムカラーフィルターで再度回折されて0次光の光量が
減ってしまうという問題があった(以後、このような回
折を再回折と呼ぶ。)。逆に、シフト角が大きすぎる
と、斜めに出射することによる像歪み(台形歪み)が発
生し、これを補正しようとすると光学系に大きな負担が
かかるという問題があった。
みてなされたものであり、その目的は、反射型液晶表示
素子で反射された反射光がホログラムカラーフィルター
で再回折されるのを防止しかつ像歪みの小さい反射型画
像表示装置を提供することである。
明のホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表
示装置は、斜めに入射する光を色分散しかつ集光する要
素ホログラムの繰り返しからなるホログラムカラーフィ
ルターと反射型空間変調素子との組み合わせからなる反
射型画像表示装置において、前記ホログラムカラーフィ
ルターによる回折光の光軸が、前記ホログラムカラーフ
ィルターの法線から0次透過光に近づく方向、若しく
は、遠ざかる方向に所定角度をなして斜めになるように
構成されていることを特徴とするものである。
ラーフィルターからの回折光が反射型空間変調素子によ
り反射された反射光束の80%以上が隣接する要素ホロ
グラムに入射する角度であることが望ましい。
算して10°〜20°の範囲にあることが望ましい。
像が投影光学系により投影されるように構成され、反射
型空間変調素子により反射されホログラムカラーフィル
ターに再入射した光の0次透過光を投影光学系による結
像に利用するように構成することが望ましく、その場
合、反射型空間変調素子により反射されホログラムカラ
ーフィルターに再入射した光の0次透過光以外の回折光
も投影光学系による結像に利用するようにすることが望
ましい。
ルターによる回折光の光軸が、ホログラムカラーフィル
ターの法線から0次透過光に近づく方向、若しくは、遠
ざかる方向に所定角度をなして斜めになるように構成さ
れているので、反射型空間変調素子で変調を受けて反射
された回折光がホログラムカラーフィルターに再入射し
たときにそこで再回折され表示像が明るくなくなるのが
防げ、かつ、表示光が斜めに出射することによる像歪み
を軽減することができる。
フィルターを用いた反射型画像表示装置を実施例に基づ
いて説明する。
よるホログラムカラーフィルターを用いた反射型液晶表
示装置(特開平9−281917号(特願平8−952
89号))を図1を参照にして説明する。
は、空間光変調器を構成する透過型液晶表示素子31と
その背面に配置されたアルミニウム膜のような反射層3
2とからなり、透過型液晶表示素子31は規則的に画素
31’に区切られており、その透過型液晶表示素子31
の表側(観察側)にホログラムカラーフィルター5が離
間して配置される。なお、ホログラムカラーフィルター
5と反射層32の間の距離は、ホログラムカラーフィル
ター5を構成するアレー状の各微小ホログラム5’の集
光距離(焦点距離)に略等しく選ばれる。
は、透過型液晶表示素子31の3つの原色画素R、G、
Bの繰り返し周期、すなわち、透過型液晶表示素子31
の紙面内の方向に隣接する3つの画素31’の組各々に
対応して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状
に配置された微小ホログラム5’からなり、微小ホログ
ラム5’は透過型液晶表示素子31の紙面内の方向に隣
接する3つの画素31’各組に対応して各々1個ずつ配
置されており、各微小ホログラム5’は、ホログラムカ
ラーフィルター5の法線に対して角度θをなして入射す
る照明光33の中の緑色の成分の光34Gを、その微小
ホログラム5’に対応する3つの原色画素R、G、Bの
中心の画素G近傍に集光するようにチャーピングされて
形成されているものである。そして、微小ホログラム
5’は、回折効率の波長依存性が少ない、レリーフ型、
位相型、振幅型等の透過型ホログラムからなり、波長に
応じて異なる回折角で回折するものである。
ラーフィルター5の表面側から入射角θで白色照明光3
3を入射させると、ホログラムカラーフィルター5によ
り波長分散され、各波長に対する集光位置はホログラム
カラーフィルター5面に平行な方向に分散される。その
中の、赤の波長成分34Rは赤を表示する画素Rの位置
の反射層32の表面近傍に、緑の成分34Gは緑を表示
する画素Gの位置の反射層32の表面近傍に、青の成分
34Bは青を表示する画素Bの反射層32の表面近傍に
それぞれ回折集光するように、ホログラムカラーフィル
ター5を構成配置することにより、それぞれの色成分は
各画素31’に分配され、反射層32で反射されて、対
応する画素R、G、Bを裏面側からもう一度透過し、各
々光35R、35G、35Bとなり、これらの光35
R、35G、35Bはさらにホログラムカラーフィルタ
ー5に入射して、今度はホログラムカラーフィルター5
でほとんど回折されずに透過光36R、36G、36B
となり、観察者の眼に入射する。したがって、各色の成
分34R、34G、34Bはそれぞれ赤、緑、青を表示
する画素R、G、Bに入射してそれらの画素の表示状態
に応じた強度変調を受けて観察者の眼に達するので、画
素R、G、Bの変調状態の組み合わせによってカラー画
像表示が可能になる。
光33の利用効率が高いホログラムカラーフィルター5
を用いるので、より明るいカラー画像表示が可能にな
る。
用いた反射型画像表示装置3において、本発明に基づ
き、ホログラムカラーフィルター5で回折される回折光
34R、34G、34Bの反射型液晶表示素子30に対
する角度がいかにあるべきかと、反射型液晶表示素子3
0で反射された光束35全体が隣接する微小ホログラム
5’に対していかにあるべきかとを検討する。
に、照明光33を回折する微小ホログラム5’を微小ホ
ログラム50 ’とし、その微小ホログラム50 ’に隣接
する微小ホログラム5’を微小ホログラム51 ’とし、
ホログラムカラーフィルター5からの回折光の中の緑の
成分34Gの主光線の方向を回折光の光軸とし、その光
軸の回折角(ホログラムカラーフィルター5の法線に対
する光軸のなす角度:シフト角)をαとする。そして、
ホログラムカラーフィルター5と反射型液晶表示素子3
0の間には屈折率nの媒質が満たされているものとす
る。
小ホログラム50 ’で回折され、反射型液晶表示素子3
0の各画素31’で変調された反射光束35と隣接する
微小ホログラム51 ’の関係について検討する。
ては回折効率の波長依存性が少ないものを用いるが、微
小ホログラム5’のホログラム感光材料としては、実際
上、フォトポリマー等の屈折率変調型の厚みのある感光
材料を用いる場合、どうしても回折の波長依存性、角度
依存性が存在する。そのため、回折角に近い入射角で回
折光を戻すと、微小ホログラム5’で再回折してしま
う。そのため、反射光束35の多くの部分が元の微小ホ
ログラム50 ’に戻るように反射型液晶表示素子30で
反射するような配置であると、ホログラムカラーフィル
ター5で回折されずに透過する透過光36R、36G、
36B(以下、0次透過光36とする。)の割合が低下
し、明るい表示が困難になる。実際上、元の微小ホログ
ラム50 ’に戻る反射光束35の光量割合が20%を越
えると、0次透過光36の割合が低下し明るい表示が困
難になる。一方、反射光束35の多くの部分が、隣接す
る微小ホログラム51 ’でなく、その隣あるいはさらに
遠方の微小ホログラム5’へ入射するような配置である
と、ホログラムカラーフィルター5からの回折光の光軸
の回折角αが大きくなり、0次透過光36のホログラム
カラーフィルター5の法線に対する角度α’(この角度
は、回折角αを空気中の角度に換算した角度に等し
い。)も大きくなるため、表示光36がこの反射型画像
表示装置3から大きな角度で斜めに出射することにな
り、像歪みが大きくなりすぎ、これを補正するために光
学系に大きな負担がかかってしまう。
上の光量割合が、隣接する微小ホログラム51 ’に入射
するような配置にすることが、表示の明るさ及び像歪み
の小さい表示像を確保する上で望ましい。
接する微小ホログラム51 ’に入射するために、回折光
の光軸の回折角αがいかにあるべきかを具体例を基に検
討する。ホログラムカラーフィルター5と反射型液晶表
示素子30の間には、通常、屈折率nの媒質で満たされ
たいるので、回折角αを空気中の角度α’に換算して考
える。この換算は、n・sinα=sinα’の関係で
行われる。
31’の繰り返し周期をL、ホログラムカラーフィルタ
ー5と反射型液晶表示素子30の距離をdとし、L=2
0μm、d=97.3μmで、ホログラムカラーフィル
ター5と反射型液晶表示素子30の間の媒質の屈折率n
がn=1.52であり、照明光33と回折光の光軸との
なす角度を空気中の角度に換算したときにその角度を4
0°として、照明光33の入射角θを変化させて、ホロ
グラムカラーフィルター5で再回折されずに透過する0
次透過光36の波長分布と光量を比較した。その結果
を、図3〜図5に示す。これらの図中、点線は透過型液
晶表示素子31での、実線はホログラムカラーフィルタ
ー5へ再入射した透過光(0次光)を表す。
°(α’の符号は、図2の場合に正とし、回折光34G
が微小ホログラム50 ’の図の下側に向かう法線の右側
にくるとき、あるいは、その法線から0次透過光37か
ら遠ざかる方向にくるとき、負とする。)の場合のR、
G、Bの波長分布)、図3(b)は、θ=35°、α’
=−5°の場合のR、G、Bの波長分布、図4(a)
は、θ=40°、α’=0°の場合のR、G、Bの波長
分布、図4(b)は、θ=45°、α’=5°の場合の
R、G、Bの波長分布、図5(a)は、θ=50°、
α’=10°の場合のR、G、Bの波長分布、図5
(b)は、θ=55°、α’=15°の場合のR、G、
Bの波長分布、をそれぞれ示す。
10°以下(図3(a)〜(b)、図4(a)〜
(b)、図5(a))では、ホログラムカラーフィルタ
ー5での再回折による効率の低下が見られるが、回折角
α’が15°(図5(b))ではそれが見られないこと
が分かる。具体例で言うと、回折角α’が5°では、効
率低下大、回折角α’が10°では、効率低下小、回折
角α’が15°では、効率低下なし、である。
が増えるにつれて回折光の反射光35の一部は隣接する
微小ホログラム51 ’に入射するようになる。この割合
は、回折角α’に伴って増加するためである。
n=1.52の場合に、回折角α’=10°〜15°の
範囲における、反射光35の元の微小ホログラム50 ’
に再入射する割合と、隣接する微小ホログラム51 ’及
びその他の微小ホログラム5’に入射する割合とを下記
の表に示す。
空気中での角度に換算した回折角α’は、10°〜20
°の範囲にあることが望ましい。上限の20°より大き
いと、表示光36がこの反射型画像表示装置3から大き
な角度で斜めに出射することになり、像歪みが大きくな
りすぎ、これを補正するために光学系に大きな負担がか
かってしまう。下限の10°より小さいと、ホログラム
カラーフィルター5での再回折割合が高くなってしまう
ため、明るい表示が困難になる。
示装置3は、投影画像表示装置として用いることができ
る。図6はその場合の断面図であり、図1の反射型画像
表示装置3の表面側(ホログラムカラーフィルター5
側)に所定の入射角θで、例えばメタルハライドランプ
15と放物面鏡16の組み合わせからなる照明装置14
からの白色平行照明光33を入射させると、ホログラム
カラーフィルター5で分光され反射型液晶表示素子30
で変調された表示光(0次透過光)36は投影レンズ1
8の開口内に入射して投影されるため、スクリーン19
上に反射型画像表示装置3に表示されたカラー画像が拡
大結像され、明るいカラー投影像を得ることができる。
80%以上を隣接する微小ホログラム51 ’に入射する
ように構成するか、あるいは、回折角α’が10°〜2
0°の範囲になるように構成した場合でも、図2に示す
ように、反射型画像表示装置3の反射型液晶表示素子3
0で反射された光束35がホログラムカラーフィルター
5に再入射するとき、ホログラムカラーフィルター5で
回折されずに透過する0次透過光36だけでなく、ここ
で回折される1次等の回折光36’が存在する。この回
折光36’も反射型液晶表示素子30で変調された光の
一部であるので、画像表示に用いることができる。
ズ18の開口内にこの回折光36’の全部あるいは一部
(図の場合は、一部)も入射するように投影レンズ18
の開口を大きくするか偏心配置することにより、0次透
過光36に加えて1次回折光36’も結像に利用するこ
とができるので、より明るいカラー投影像を得ることが
できる。
ーを用いた反射型画像表示装置をいくつかの実施例に基
づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定さ
れず種々の変形が可能である。また、透過型の空間光変
調器としては透過型液晶表示素子に限定されず種々の空
間光変調器を用いることができる。さらに、反射層とし
てはアルミニウム膜のような反射層に限定されずホログ
ラムによる反射層等を用いてもよい。
のホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表示
装置によると、ホログラムカラーフィルターによる回折
光の光軸が、ホログラムカラーフィルターの法線から0
次透過光に近づく方向、若しくは、遠ざかる方向に所定
角度をなして斜めになるように構成されているので、反
射型空間変調素子で変調を受けて反射された回折光がホ
ログラムカラーフィルターに再入射したときにそこで再
回折され表示像が明るくなくなるのが防げ、かつ、表示
光が斜めに出射することによる像歪みを軽減することが
できる。
反射型画像表示装置の基本構成を示す断面図である。
を用いた反射型画像表示装置を説明するための図であ
る。
てホログラムカラーフィルターで再回折されずに透過す
る0次透過光の波長分布と光量を比較して示す図であ
る。
回折されずに透過する0次透過光の波長分布と光量を比
較して示す図である。
回折されずに透過する0次透過光の波長分布と光量を比
較して示す図である。
置として用いる場合の断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 斜めに入射する光を色分散しかつ集光す
る要素ホログラムの繰り返しからなるホログラムカラー
フィルターと反射型空間変調素子との組み合わせからな
る反射型画像表示装置において、前記ホログラムカラー
フィルターによる回折光の光軸が、前記ホログラムカラ
ーフィルターの法線から0次透過光に近づく方向、若し
くは、遠ざかる方向に所定角度をなして斜めになるよう
に構成されていることを特徴とするホログラムカラーフ
ィルターを用いた反射型画像表示装置。 - 【請求項2】 前記所定角度が、ホログラムカラーフィ
ルターからの回折光が前記反射型空間変調素子により反
射された反射光束の80%以上が隣接する要素ホログラ
ムに入射する角度であることを特徴とする請求項1記載
のホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表示
装置。 - 【請求項3】 前記所定角度が、空気中の角度に換算し
て10°〜20°の範囲にあることを特徴とする請求項
1又は2記載のホログラムカラーフィルターを用いた反
射型画像表示装置。 - 【請求項4】 前記反射型画像表示装置による表示像が
投影光学系により投影されるように構成され、前記反射
型空間変調素子により反射され前記ホログラムカラーフ
ィルターに再入射した光の0次透過光を前記投影光学系
による結像に利用することを特徴とする請求項1から3
の何れか1項記載のホログラムカラーフィルターを用い
た反射型画像表示装置。 - 【請求項5】 前記反射型空間変調素子により反射され
前記ホログラムカラーフィルターに再入射した光の0次
透過光以外の回折光も前記投影光学系による結像に利用
することを特徴とする請求項4記載のホログラムカラー
フィルターを用いた反射型画像表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000116488A JP2001305517A (ja) | 2000-04-18 | 2000-04-18 | ホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000116488A JP2001305517A (ja) | 2000-04-18 | 2000-04-18 | ホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表示装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001305517A true JP2001305517A (ja) | 2001-10-31 |
Family
ID=18627945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000116488A Pending JP2001305517A (ja) | 2000-04-18 | 2000-04-18 | ホログラムカラーフィルターを用いた反射型画像表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001305517A (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09166781A (ja) * | 1995-12-18 | 1997-06-24 | Dainippon Printing Co Ltd | ホログラムカラーフィルターシステム |
JPH09189809A (ja) * | 1995-11-08 | 1997-07-22 | Victor Co Of Japan Ltd | カラーフィルタ及びカラー画像表示装置 |
JPH09281917A (ja) * | 1996-04-17 | 1997-10-31 | Dainippon Printing Co Ltd | ホログラムカラーフィルターを用いた画像表示装置 |
JP2001091748A (ja) * | 1999-09-24 | 2001-04-06 | Dainippon Printing Co Ltd | ホログラムカラーフィルター及びそれを用いた画像表示装置 |
-
2000
- 2000-04-18 JP JP2000116488A patent/JP2001305517A/ja active Pending
Patent Citations (4)
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