JP2002517781A

JP2002517781A - 投影型ディスプレイ

Info

Publication number: JP2002517781A
Application number: JP2000552546A
Authority: JP
Inventors: グラハムジョンウッドゲート，; マリナウラジミロブナカズナ，; ダンカンジェイムスアンダーソン，; ジェイソンスラック，
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2002-06-18
Also published as: EP1082639B1; US6595648B1; WO1999063395A1; EP1082639A1; GB9811782D0; DE69906512D1; DE69906512T2

Abstract

(57)【要約】透過型空間光変調器（１０）と、この変調器をその正面から照射する照射器（１、２０、２１、３０）と、変調器の裏側に配置されたホログラムであって、変調器を介して受光された照射器からの光をイメージングし、変調器を介して反射するホログラム（３２）とを含む、投影型ディスプレイ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は、投影型ディスプレイに関する。このようなディスプレイは、複数の
観察者に対して、液晶デバイス等の従来の直視空間光変調器からの拡大されたイ
メージを表示する、小型で変換可能なプロジェクタの形態であり得る。このタイ
プのディスプレイは、携帯型オフィス機器、デスクトップ型オフィス機器、テレ
ビ装置、およびディスプレイ表示において使用される。

【０００２】（背景技術）ＵＳ５６２９８０６は、プライベートな表示（ｐｒｉｖａｔｅｖｉｅ
ｗｉｎｇ）を提供し、小さな直視イメージ源から比較的大きなイメージを表示す
る、ディスプレイシステムを開示している。このシステムは、陰極線管、エレク
トロルミネセントディスプレイ、または直視液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のイ
メージ源、焦点合わせを行うオプティックス（光学要素）、集光オプティックス
、および折り畳みオプティックスを含む。集光オプティックスは、リトロ反射体
およびビームスプリッタを含む。

【０００３】ＵＳ５４１８５８４は、仮想イメージを表示する、リトロ反射アレイプ
ロジェクションスクリーンを開示している。スクリーンは、大型のコリメーティ
ングエレメントと、投影されたイメージを外部射出瞳へと反射する、小型のリト
ロ反射エレメントのアレイとを含む。リトロ反射エレメントは、回折エレメント
を介して光を反射する、裏側ミラーを有する回折型のエレメントである。このシ
ステムはまた、プライベートな表示を提供する。

【０００４】図１は、透明画（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）に固定されたイメージ用の、公
知のタイプの反射型オーバーヘッドプロジェクタを示す。集光オプティック１を
含む投影光源が、反射型フレネルレンズ３上に配置された透明画２を照射する。
レンズ３の軸は、集光オプティック１の軸から横方向に離れており、レンズ３が
、集光オプティック１から横方向に離れた投影レンズ４上に照射器をイメージン
グする。折り畳みミラー５が、プロジェクションスクリーン（図示せず）上に光
を導く。

【０００５】ＵＳ５１３２８２３は、反射型ディスプレイ・オーバーヘッドプロジェ
クションパネルとして使用するのに適した、多目的ＬＣＤを開示している。この
ＬＣＤは、高散乱状態と低散乱状態との間で切り換え可能な画素（ピクセル）で
ピクセル化された液晶層を含む。ＬＣＤは、脱着可能コーナーキューブリトロ反
射体の上部に配置される。リトロ反射体を使用して、イメージコントラストが向
上される。

【０００６】ＵＳ５３５３０７５は、直視動作とオーバーヘッドプロジェクション動
作との間で変換可能な構成を開示している。直視動作について、ＬＣＤはバック
ライト上に配置される。プロジェクション動作について、従来の投影型ディスプ
レイにおける透明画の代わりに、ＬＣＤが使用される。

【０００７】ＵＳ５６６８６９５は、本体と蓋が一体に連結され、従来のオーバーヘ
ッドプロジェクタと共に使用し得る、ポータブルコンピュータを開示している。

【０００８】ＵＳ５５９３２２１は、従来型のオーバーヘッドプロジェクタ用の投影
透明画としてのＬＣＤの使用を開示している。

【０００９】ＥｎｇｂｅｒｇＳ．Ｊ．の”Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ｓｃｈａｎｇｅｓｈａｐｅｏｆｒｅｔｒｏ−ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ”，
ＥｕｒｏＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ／Ｊａｎｕａｒｙ，１
９９８，ｐ３７−３８、およびＨａｒｄｉｎＲ．Ｗ．の”Ｄｉｆｆｒａｃ
ｔｉｏｎｂｒｉｎｇｓｓｔｒｅｅｔｓｉｇｎｓｔｏｌｉｆｅ”，Ｐ
ｈｏｔｏｎｉｃｓＳｐｅｃｔｒａ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，１９９７，ｐ
４０は、裏側に反射面を構成したリトロ反射体の前方表面上に光源を形成して、
半ランバート散乱を生成し、許容角度を向上する、回折フレネルゾーンプレート
の形態の、ブロードバンド回折リトロ反射体を開示している。

【００１０】ＵＳ５５１５３５４は、裏側表面上に反射膜を有するブレーズド回折格
子（ｂｌａｚｅｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇ）の形態の、光ピ
ックアップにおける回折リトロ反射体の使用を開示している。

【００１１】ＵＳ５８０１７９３は、脱着可能バックライトを有し、直視モードおよ
び投影モードで使用し得るＬＣＤを開示している。

【００１２】ＧａｌｌａｇｈｅｒＴ．の”Ｓｔａｎｄａｒｄｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ
ｍａｒｋ−ｐｌｅａｓｅ”，ＨｏｌｏｇｒａｐｈｙＮｅｗｓ，ｖｏｌ．
１１，ｎｏ．５，ｐ．４，１９９７は、印刷産業におけるエンボスホ
ログラムの正確な配置を行う際に使用される、ホログラフィックリトロ反射体位
置決めマークの使用を開示している。詳細には、裏側金属反射層を有するエンボ
ス透明プラスチックホログラムが開示されている。

【００１３】ＲａｌｌｉＰ．Ｊ．およびＷｅｎｙｏｎＭ．Ｍ．の”Ｉｍａｇｉｘ（Ｔ
Ｍ）ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｄｉｆｆｕｓｅｒｓｆｏｒｒｅｆｌｅｃｔ
ｉｖｅｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙｓ”，ＳＩＤ９６
は、ＳＴＮバックライト型ディスプレイ装置と共に、フォトポリマーで形成され
たホログラフィック反射体を用いて、このような装置を周囲オーバーヘッド照明
で使用可能にすることを開示している。図２ａは、直視モードでのそのような構
成を示すのに対して、図２ｂは、反射モードでのそのようなシステムを示す。

【００１４】図２ａに示すように、透過モードＬＣＤ１０が、ホログラフィック反射体１１
の上方に配置され、ホログラフィック反射体１１は、バックライト１２の上方に
配置される。バックライトモードにおいて、バックライト１２は、照射され、そ
して、可視の効果を有さないホログラフィック反射体１１およびＬＣＤ１０を介
して、１４に目を図示した観察者に向かって、光１６を導く。

【００１５】図２ｂに示した反射モードにおいて、ＬＣＤ１０は、適切な光源によって照射
されて、それによりホログラフィック反射体１１の、所定の許容角度内で、オー
バーヘッド照明１３を提供する。許容角度内で照射が行われる場合、ホログラフ
ィック反射体１１は反射体として機能し、ＬＣＤ１０を介して、回折された光１
８を観察者の目１４に向かって導く。ホログラフィック反射体１１はまた、拡散
裏側金属反射体１７と関連して機能し得る。

【００１６】図３は、透過モードＬＣＤ１０を用いる従来の投影型ディスプレイを示す。照
射器は、ランプ２０の形態の発光体、およびパラボラミラー２１として示す集光
オプティックスを含む。得られる平行光ビームは、第１のホモジナイザレンズア
レイ２２および第２のホモジナイザレンズアレイ２３を含むホモジナイザに供給
される。ホモジナイザからの光は、偏光ビームスプリッタキューブ・２分の１反
射板ストリップのアレイ２４へ、そして、第１の集光オプティック１および第２
の集光オプティック２５へと送られる。

【００１７】光源からの光がＬＣＤ１０を照射し、表示されるイメージによって変調される
。出力光は、フロントプロジェクションまたはバックプロジェクションスクリー
ン（図示せず）上に拡大されたイメージを投影するプロジェクションレンズ４に
供給される。集光オプティック２１は、ランプ２０からの平行光で、第１のホモ
ジナイザレンズアレイ２２を照射する。アレイ２２は、ランプ２０および集光オ
プティックス２１によって、第２のホモジナイザレンズアレイ２３の各レンズ上
に形成される光源のイメージを生成する。レンズアレイ２３および第１の集光オ
プティック１は、アレイ２２の各レンズのイメージをＬＣＤ１０の面上に生成す
る。偏光リサーキュレーションキューブが、２分の１反射板のアレイ２４と協働
して、ＬＣＤ１０に供給された全ての光が同じ直線偏光の光となるように、偏光
を変換する。ＬＣＤ１０の面上のアレイ２２のイメージは、第１の集光オプティ
ック１によって重ね合わされる。第２の集光オプティック２５は、投影レンズ４
の入射瞳に、光源のイメージを形成する。投影レンズ４は、スクリーン上にＬＣ
Ｄ１０をイメージングする。

【００１８】図４は、テレセントリックイメージングを用いて、集光オプティック２５等の
フィールドレンズの必要性を除去した、公知のタイプの投影型ディスプレイを示
す。図４に示すディスプレイは、液晶層の内部に裏側金属平面反射体を備えた反
射モードＬＣＤ１０を用い、偏光ビームスプリッタであり得る光路変更ビームス
プリッタ２６によって提供される折り曲げ光路を有する。

【００１９】図４に示す照射器は、図３に示した照射器と同じタイプである。集光オプティ
ック１からの光は、ビームスプリッタ２６によってＬＣＤ上に反射される。光は
、表示されるイメージによる変調に基づいてＬＣＤを通過し、ＬＣＤ１０を介し
て、裏側金属反射体により反射される。しかし、ＬＣＤからの出力光は、フィー
ルドレンズ型のシステムよりも大きな広がりを有し、ビームスプリッタ２６を通
過した後、投影レンズ４が、ＬＣＤのサイズよりも大きな入力開口部サイズを有
することを必要とする。

【００２０】ＵＳ５６６３８１６は、添付の図面の図２ａおよび図２ｂに示した構成
と同様の構成を開示している。

【００２１】ＷＯ９５／１２８２６は、周囲光によって照射される反射型液晶ディスプレ
イを開示している。このディスプレイは、回折された光を鏡面反射方向から離れ
るように再び導いてディスプレイ輝度を向上させる、裏側ホログラフィック反射
体を有する。

【００２２】ＵＳ５３８９９８２は、反射モードで３つの液晶デバイスを用いて、三
原色の変調を行う、投影型ディスプレイを開示している。単一の光源が、光スペ
クトルを３つの色に分割し、液晶ディスプレイに向かって光を導くビームスプリ
ッタを照射する。その後、反射された光は、プリズムを介して、投影システムに
送られる。

【００２３】ＵＳ５３２１７８９は、投影タイプの反射型液晶ディスプレイを開示し
ている。ある実施形態において、液晶ディスプレイは、おそらく視差誤差を低減
するために、フロントファイバープレートを有する。光源からの光の入射角度は
、投影オプティックスへの反射角度と等しく、且つ、反対向きである。

【００２４】ＪＰ０９２８１４７７は、直視反射型液晶ディスプレイを開示している
。フロントホログラムは、カラーフィルタリングを実行して、赤色、緑色、およ
び青色の光を、適切な画素へ導く。このディスプレイは、反射裏側ホログラムを
有する。

【００２５】（発明の開示）本発明によると、透過型空間光変調器と、上記変調器をその正面から照射する
照射器とを含み、上記変調器の裏側に配置され、上記変調器を介して受光された
上記照射器からの光をイメージングし、上記変調器を介して反射するホログラム
を特徴とする、投影型ディスプレイが提供される。

【００２６】上記ホログラムは、上記変調器の前に、上記照射器の一部のイメージを形成す
るように構成されてもよい。

【００２７】上記ホログラムは、反射体および収差補正を有するオフアクシスレンズの機能
を実行するように構成されてもよい。

【００２８】上記ホログラムは、体積反射型ホログラムであってもよい。

【００２９】上記ホログラムは、各原色の光を反射し、イメージングする、少なくとも１つ
の連続する領域を含んでもよい。

【００３０】少なくとも３つの領域が連続する層であってもよい。

【００３１】上記照射器は、光源と、第１の位置に光源のイメージを形成する第１の集光オ
プティック（光学要素）とを含んでもよい。

【００３２】上記ホログラムは、上記光源のイメージを、上記第１の位置から離れた第２の
位置に形成するように構成されてもよい。

【００３３】上記第２の位置が、上記第１の位置から横方向に離れていてもよい。

【００３４】上記第１および第２の位置は、上記変調器に対して、横方向にずらされてもよ
い。

【００３５】上記ディスプレイは、上記変調器のイメージをスクリーン上に形成する投影オ
プティックを含んでもよい。

【００３６】上記投影オプティックは、実質的に上記第２の位置に配置された入射瞳を有し
てもよい。

【００３７】上記照射器は視野絞りを含み、上記視野絞りは、上記変調器上に上記視野絞り
をイメージングする第１の集光オプティックおよび第２の集光オプティックと関
連してもよい。

【００３８】上記ホログラムは、上記空間光変調器のピクセル化（ｐｉｘｅｌｌａｔｉｏｎ
）と一致するようにピクセル化されてもよく、したがって、対応するＳＬＭ画素
プライマリの光を反射する。

【００３９】上記ディスプレイは、上記照射器からの光を上記変調器に向かって方向を変え
る光路変更オプティックを含んでもよい。

【００４０】上記光路変更オプティックはハーフミラーを含んでもよい。

【００４１】上記光路変更オプティックは反射表面を含んでもよい。

【００４２】上記反射表面は、上記変調器からの光の方向を変えるように形成されてもよい
。

【００４３】上記第１および第２の位置は、実質的に、上記プリズムのそれぞれの隣接する
表面に配置されてもよい。

【００４４】上記照射器は、上記光源と上記第１の集光オプティックとの間に配置されたホ
モジナイザを含んでもよい。

【００４５】上記照射器は、上記ホモジナイザと上記第１の集光オプティックとの間に配置
された偏光変換オプティックを含んでもよい。

【００４６】上記光源は、少なくとも１つの発光体および集光オプティックを含んでもよい
。

【００４７】上記集光オプティックまたは各集光オプティックは、ミラーを含んでもよい。

【００４８】上記光源は、各原色光発光体を含んでもよい。

【００４９】上記変調器は液晶デバイスを含んでもよい。

【００５０】上記デバイスは、裏側基板と、液晶層と、上記裏側基板と上記液晶層との間に
配置された裏側偏光子とを含み、上記ホログラムが上記液晶層と上記裏側基板と
の間に配置されてもよい。

【００５１】上記液晶層と上記ホログラムとの間にガラス層が配置されてもよい。

【００５２】上記変調器は裏側偏光子を含んでもよい。

【００５３】上記裏側偏光子が第１の偏光子および第２の偏光子を含み、上記ホログラムが
上記第１の偏光子と上記第２の偏光子との間に配置されてもよい。

【００５４】上記ディスプレイは、第１の偏光を有する入射光を上記照射器から上記変調器
へと供給する第３の偏光子と、上記第１の偏光と実質的に直交する第２の偏光を
有する、上記変調器から反射された光を通過させる第４の偏光子とを含んでもよ
い。

【００５５】上記ディスプレイは、上記照射器からの第１の偏光を有する入射光を上記変調
器へと反射し、上記第１の偏光と実質的に直交する上記第２の偏光を有する上記
変調器から反射された光を通過させる偏光ビームスプリッタを含んでもよい。

【００５６】上記変調器は、フロント偏光子および波長板を含んでもよい。

【００５７】上記変調器は複数の画素を含んでもよく、上記複数の画素の各々は、光透過モ
ードと光散乱モードとの間で切り換え可能である。

【００５８】上記ディスプレイは、上記ホログラムを介して上記変調器を照射して、直視表
示モードを提供するバックライトを含んでもよい。

【００５９】したがって、ＬＣＤ等の透過型空間光変調器を利用し、このタイプの公知のデ
ィスプレイの欠点を低減または克服する、投影型ディスプレイを提供することが
できる。ホログラムは、少なくとも部分的に収差を補償するイメージング機能を
実行して、改良されたディスプレイ品質を提供するように、記録され得る。例え
ば、記録中に行う収差の一次補正が、イメージ全体に亘って均一な照射を有する
実質的に均一な反射を提供し得る。また、イメージ全体に亘って視差誤差が実質
的に均一で、照射の均一性が維持されるように、ホログラムを比較的薄くし得る
。

【００６０】また、小型の照射システムを有する比較的大型のＬＣＤパネルを用いる投影シ
ステムを提供することができる。これは、高い解像度を有する比較的大きな画素
サイズを実現でき、したがって、個々の画素の開口比を最大化する、という利点
を有する。したがって、小型の、高効率の投影システムを製造することができる
。高解像度の小型パネルにおいて見られる、非常に小さな画素からの望ましくな
い回折の影響が、最小化される。ホログラフィックフィールドエレメントは、投
影システムの変調伝達関数（ＭＴＦ）が維持されるような、ＬＣＤの平坦なイメ
ージ面を与える。

【００６１】このようなシステムにおける投影レンズは、高い開口数の狭視野角レンズとは
対照的な、低い開口数の広視野角レンズである。このことは、レンズを、小さな
入力アパーチャサイズのレンズとすることができ、ディスプレイにおける迷光の
影響を低減し、表示コントラストを向上する。

【００６２】このような大型パネルディスプレイから、小型の折り畳み型投影システムが製
造できる。従来のシステムは、大型パネルのために嵩の大きなオプティックスを
要求するが、この種類の反射ジオメトリの使用は、システムの嵩を実質的に減少
させる。

【００６３】ホログラムは、システムのエテンデューに適合させる条件の下で記録され得る
。照射器の寸法がシステムのエテンデューを決定し、システムのエテンデューは
また、変調器の面積と、変調器が照射する光の立体角との積に比例する。したが
って、所与の変調器面積により、最適な光スループットについての、所定の照射
開口数が得られる。これはまた、システムの収差を、つまりホログラムの作動距
離を決定する。ホログラムの収差は、ホログラムによって生成される光源のイメ
ージが、ホログラム上の各点において実質的に均一となるように調節され得る。

【００６４】ホログラムは、可視の構造体を実質的に有さなくてもよい。したがって、変調
器の構造で生じるモアレが存在せず、望ましくない可視の縞が生成されない。

【００６５】反射体積ホログラムを用いることにより、ホログラムは、ホログラムの製造に
あたって決定される条件で、またはそれに近い条件で、再生されるのみである。
他の照明構造は、実質的に影響を受けない。したがって、バックライトを用いて
、変調器を修正することなく、直視モードで、ディスプレイを使用し得る。特に
、直視モードを提供するために、ホログラムを除去する必要がない。

【００６６】（発明を実施するための最良の形態）添付の図面を参照しつつ、例示により、本発明をさらに説明する。図中、同じ
参照符号は同じ部分を示す。

【００６７】図５は、図３に示したものと同じタイプの、ランプ２０、集光オプティックス
２１、集光オプティック１、および集光オプティック２５を含む投影型ディスプ
レイを示す。視野絞り３０は、集光オプティック１に関連する。集光オプティッ
ク１は、上記のランプ２０および集光オプティック２１によって形成されるが、
液晶ディスプレイ１０の形態の空間光変調器からずれた光源のイメージ３３を形
成する。イメージ３３は、実質的に、光路変更プリズム（ｔｕｒｎｉｎｇｐｒ
ｉｓｍ）３１の第１の表面に形成される。

【００６８】光路変更プリズム３１は、光源からの光をＬＣＤ１０に向かって反射する。集
光オプティック２５は、ＬＣＤが光でいっぱいにならないように、視野絞り３０
をＬＣＤ１０上にイメージングする。

【００６９】ホログラム３２は、ＬＣＤ１０の裏側表面上に配置される。光は、ＬＣＤ１０
の各画素を介して導かれ、且つ、ホログラム３２によって同じ画素を介して反射
される。光は、ホログラム３２上の各点によって反射されて、入射瞳またはプロ
ジェクションレンズ４のアパーチャに、光源の第２の反射されたイメージ３４を
形成する。イメージ３４は、第１の表面に隣接する、実質的に光路変更プリズム
３１の第２の表面に形成される。第２の表面は、ＬＣＤ１０からの光を、最終イ
メージ３５を形成する投影レンズ４に、例えば、フロント投影システムまたはバ
ック投影システムのスクリーン上に、反射する。

【００７０】ホログラム３２は、収差補正を有する、組み合わせミラーおよびオフアクシス
レンズとして機能するように記録される。ホログラム３２は平坦な構造を有し、
ＬＣＤ１０の裏側表面に対して屈折率整合し得、それにより、フレネル反射損失
が低減される。

【００７１】イメージ３３および３４は、ＬＣＤ１０に対して横方向に位置がずれている。
したがって、例えば、ＬＣＤ１０の正面表面または内部構造からの鏡面反射が、
ディスプレイの光路内にとどまらない。このような光路からの鏡面反射がないこ
とにより、ディスプレイのコントラスト比が向上する。

【００７２】ホログラムは、それがどのように照射されるかに関わらず、可視の構造を実質
的に有さない。したがって、ＬＣＤ１０の、画素構造等の構造で生じるモアレが
存在せず、したがって、最終イメージ３５内に縞は観察されない。

【００７３】図６は、デュアルモード型である点で、図５に示したディスプレイとは異なる
ディスプレイを示す。特に、図６のディスプレイは、ホログラム３２の下にバッ
クライト１２が設けられている。

【００７４】投影表示モードで動作する場合、バックライト１２は、スイッチオフされ得、
図６のディスプレイは、図５のディスプレイと同じ様態で動作する。直視モード
で動作する場合、ランプ２０が消され、バックライト１２が照射される。表示を
向上するために必要または望ましい場合、取り付けたホログラム３２およびバッ
クライト１２を有するＬＣＤ１０は、投影システムから除去され得る。バックラ
イト１２は、通常の様態でＬＣＤ１０を照射して、従来の直視表示を提供する。
ホログラム３２は、実質的なランバート光源として機能する、バックライト１２
によって照射された場合に実質的な影響が起こらないような様態で記録される。
したがって、直視のために、ホログラム３２を除去する必要はない。同様に、バ
ックライト１２の存在は、投影モードでの動作に影響を及ぼさない。

【００７５】図７は、図５に示したディスプレイの反射部をより詳細に示す。これまでに説
明したように、集光オプティック１は、実質的に光路変更プリズム３１に、光源
のイメージ３３を形成する。プリズム３１は、光をＬＣＤ１０に向かって反射し
、集光オプティック２５が視野絞り３０のイメージをＬＣＤ１０に形成する。５
〜３０マイクロメートルのオーダーの厚さを有するホログラム３２は、ＬＣＤ１
０の各画素を通る光が、反射して同じ画素を通り、光源の反射されたイメージ３
４がプリズム３１の第２の表面と投影レンズ４の入射瞳とに形成されるような、
反射およびオフアクシスレンズイメージング機能を実行する。

【００７６】イメージ３３および３４は、互いに横方向にずれており、且つ、ＬＣＤ１０に
対して横方向にずれている。つまり、イメージ３３および３４の位置は、ＬＣＤ
１０の真上にはない。光漏れを防止するために、プリズム３１は、光源からの光
が、（プリズム３１によって方向を変えられ、ホログラム３２から反射され、そ
して再びプリズム３１によって光路変更されることなく）投影レンズ４に直接送
られることを防止する必要がある。しかし、光のスループットを最大化するため
に、イメージ３３とイメージ３４との間隔は最小化される必要がある。

【００７７】図８は、図５および図６に示したディスプレイにおいて使用され得る、代替の
タイプの反射部を示す。この部分は、光路変更プリズム３１がハーフミラー３６
と置き換えられ、ホログラム３２が、集光オプティック１によって形成されたイ
メージ３３と同じ場所に反射されたイメージ３４を形成するように構成されてい
る点で、図７に示したものとは異なる。ハーフミラー３６は、光源からの光をＬ
ＣＤ１０上に反射し、ＬＣＤ１０を通ったホログラム３２からの反射光が、ハー
フミラー３６を透過して、投影レンズ４に到達する。

【００７８】入射光および反射光の光路は同じであり、ＬＣＤ１０の液晶層からホログラム
３２までの間隔が限られているために、視差による光の損失は最小になる。しか
し、実質的な光の損失は、ハーフミラー３６において起こる。したがって、図８
に示す反射部を用いるディスプレイは、通常、図７に示す反射部を用いるディス
プレイと比較して、輝度が低減されている。

【００７９】図９に示す反射部は、さらなる集光オプティック３８が設けられている点で、
図８に示したものとは異なる。また、ＬＣＤ１０は偏光子を含まない。その代わ
り、集光オプティック２５および３８からの入射光がミラー３６によって反射さ
れ、偏光子を通って、ＬＣＤ１０に入射するように、偏光子８０および８１が設
けられる。ＬＣＤ１０およびホログラム３２からの反射光は、偏光子８１を通っ
て投影レンズ４に至る。偏光子８０および８１は、直線偏光子であり、それらの
偏光方向は、互いに直交し得る。

【００８０】図１０に示す反射部は、ミラー３６ならびに偏光子８０および８１が偏光ビー
ムスプリッタ８２と置き換えられている点で、図９に示したものとは異なる。ま
た、光源のイメージは、偏光ビームスプリッタ８２の内部反射表面において一致
する。

【００８１】図９および図１０のＬＣＤ１０内に偏光子が存在しないということは、ＬＣＤ
１０が反射モードでのみ動作し得るということを意味する。図９における偏光子
８０または図１０における偏光ビームスプリッタ８２は、正確な光入力偏光をＬ
ＣＤ１０に向けるのに対して、直交偏光子８１または偏光ビームスプリッタ８２
は、ＬＣＤ１０の出力偏光を分析する。

【００８２】図１０に示す反射部において、入力スポットと出力スポットとが横方向にずら
される必要はない。したがって、ホログラム３２は、より機能が少なく、視差損
失がさらに低減され得る。

【００８３】図９および図１０に示した交差偏光子と協働する反射ＬＣＤは、例えば、図８
に示した反射部において使用されるように、単一の入力偏光子を有するＬＣＤよ
りも高いコントラスト性能が可能である。さらなる４分の１波長板を追加して、
鏡面反射による不要な影響をさらに低減し得る。

【００８４】図９および図１０に示すタイプのディスプレイを「軸上で」動作して、偏光ビ
ームスプリッタ８２、ＬＣＤ１０、および投影レンズ４の要件を低減することが
可能であり得る。システム内で生成される鏡面反射は、入力偏光と同様の偏光を
有するのに対して、表示に使用される光は、直交出力偏光の状態である。したが
って、投影レンズ４に達する出力光は、ＬＣＤ１０の切り換えられた画素からの
光のみであるが、鏡面反射から得られる光は、偏光子８１および偏光ビームスプ
リッタ８２によって著しく減衰される。したがって、ディスプレイのイメージ性
能が向上され得る。さらに、投影レンズ４は、より低い視界角で動作することが
要求される。

【００８５】光が偏光ビームスプリッタ８２に入射する角度の範囲は、ディスプレイ表面に
亘って性能のばらつきが存在するような範囲であってもよい。したがって、ビー
ムスプリッタ８２は、広角度性能型である必要があり得る。

【００８６】図１１に示す反射部は、光路変更オプティックが設けられず、光源からの光が
反射なしでＬＣＤ１０に導かれ、反射光が投影レンズ４に反射なしで送られる点
で、図７および図８に示したものとは異なる。このような構成は、光路変更オプ
ティックを用いずに済むが、イメージ３３とイメージ３４との間の最小間隔は、
図７に示した部分についてよりも大きく、ディスプレイのエレメント間に、充分
な物理的間隔が提供される。イメージ３３とイメージ３４との間の間隔が増大し
た結果、視差損失が増大し、したがって、イメージ輝度が減少し、且つ、イメー
ジクロストークが増大する。

【００８７】図１２は、図８に示した反射部と同様であるが、完全に銀コーティングが施さ
れたミラー３６が、光源からの光をＬＣＤ１０上に反射し、イメージ３３および
３４が横方向に離され、それにより、反射光が直接投影レンズ４に反射されるこ
となく達する反射部を示す。イメージ３３とイメージ３４との最小間隔は、図１
１における場合と比較して低減され得るが、依然、図７の場合よりも大きい。

【００８８】図１３は、ホログラム３２の構造を概略的に示す。これは、体積反射型であり
得る。３７等の縞のアライメントを、ホログラム３２の３点に示し、製造の間に
記録されたアライメントを、光が投影レンズ４の入射瞳に向かって再び導かれる
ように示す。

【００８９】ホログラムは、光源のイメージ３３を、瞳の位置の、第２のずれたイメージ３
４にイメージングする、平面オフアクシス反射フィールドレンズの特性を有する
。ホログラムはまた、収差についての一次補正の特性を有し、瞳の各部分および
ＬＣＤ１０の各部分において均一な反射が得られる。ホログラムは比較的薄く、
例えば、５〜１００マイクロメートルのオーダーであり、ＬＣＤ１０全体に亘っ
て視差誤差は均一であり、視差損失による照射の均一性は維持される。

【００９０】ホログラムは、システムのエテンデューに適合させる条件の下で、記録され、
加工され得る。ホログラムの収差は、光源の反射されたイメージがホログラム上
の各点で均一となるように調節される。

【００９１】ホログラムは、実質的に可視の構造を有さないので、ＬＣＤ１０の構造体と接
触することによって、ＬＣＤ全体に亘って望ましくないモワレ縞を生成すること
がない。また、ホログラムは、反射体積ホログラムであり、製造時、特定の条件
下でのみ再生し得る。他の照明構造は、実質的に影響を受けず、それにより、バ
ックライト１２が照射され、図６に示すディスプレイが直視モードで動作する場
合にホログラムが不可視となる。

【００９２】図１４に示すディスプレイは、図３に示したように、照射器がホモジナイザレ
ンズアレイ２２、２３と２分の１偏光板を備えた偏光ビームスプリッタキューブ
２４とを有する点で、図５に示すディスプレイとは異なる。このような構成は、
ＬＣＤ１０の照射の均一性を向上させ、より多くの光を、ランプ２０から、ＬＣ
Ｄ１０の入力偏光子の透過方向に位置合わせされた偏光子へと方向を変えること
により、光の利用効率が向上される。

【００９３】図１４のディスプレイは、図９および図１０に示したのと同じタイプの集光オ
プティック３８をさらに含む。集光オプティック２１は、第１のホモジナイザレ
ンズアレイ２２を効率的に照射する。第１のホモジナイザレンズアレイ２２は、
第２のホモジナイザレンズアレイ２３のレンズの各々に、光源２０のイメージを
生成する。第２のレンズアレイ２３は、集光オプティック１と共に、集光オプテ
ィック２５の面に、アレイ２２の矩形レンズアパーチャの重複するイメージを生
成する。

【００９４】例えば、１．５ｍｍのメタルハライドアークランプが、５０ｍｍ２ｓｒのエテ
ンデューを有し、９０％のランプ出力を提供する。従来の小型投影システムにお
いて、対角が１インチ等の小さなパネルが使用される。これは、（システムのエ
テンデューを２倍にする偏光リサーキュレーションオプティックスが使用される
と仮定して）約ｆ＃２．０レンズの最大停止設定を要求する。このようなレンズ
は、また、高解像度および高拡大率を有することを要求される。このシステムに
おいて、５インチのパネルは、同じ光学的スループットを有するように、ｆ＃１
０で照射されることが要求される。例えば、これは、光源から１００ｍｍの位置
において、１０ｍｍのアパーチャであり得る。この場合、イメージングは、テレ
セントリック型ではなく、ケーラー型である。レンズ入力アパーチャは、パネル
サイズよりも小さい。したがって、投影レンズは、高アパーチャローアングルテ
レセントリックレンズでなく、低アパーチャ広角度ケーラーレンズである。

【００９５】小さなアパーチャレンズを使用することは、従来の小型パネル投影レンズと比
較して、投影レンズが、システム内の迷光の収集の影響を比較的受けないことを
意味する。したがって、システムのコントラストが向上する。

【００９６】第２の集光オプティック２５は、第１の集光オプティック１の縮小されたイメ
ージ３３を、光路変更プリズム３１の表面によって形成される第１の光路変更ミ
ラー上に生成する。第３の集光オプティック３８は、第２の集光オプティック２
５のイメージをＬＣＤ１０に生成して、ＬＣＤ１０と同じ形状の均一な照射を提
供する。

【００９７】図１４のディスプレイの残りの部分の動作は、図５を参照して上で説明した通
りである。

【００９８】比較のために、図１５および図１６は、ホログラム３２を従来のオフアクシス
レンズ３９およびミラー４０と置き換えた場合に起こる問題を示す。レンズ３９
は、ミラー４０の反射表面とＬＣＤ１０との間の距離が実質的に増大するように
、ホログラム３２よりも実質的に厚い必要がある。この結果、視差誤差が実質的
に増大する。レンズ３９の著しいサグが、ＬＣＤ１０の表面上での視差誤差のば
らつきを引き起こす。さらに、ガラス−空気表面の存在が、システム内での反射
損失を増大させる。

【００９９】レンズ３９は著しくオフアクシスした状態で動作するので、実質的なオフアク
シス収差が存在する。この結果、ＬＣＤ１０全体に亘って異なる点で、光源のイ
メージ３４のばらつきが発生する。この結果、効率のばらつきが起こり、それに
より、視差誤差が劣化し、照射の均一性が減少する。さらに、直視モードでの動
作のために、ミラー４０を除去する必要がある。

【０１００】図１６は、ミラー４０における反射の前の、オフアクシス動作、および光源の
仮想イメージ４１の形成を示す。

【０１０１】図５〜図１２および図１４に示すディスプレイは、ＬＣＤ１０の裏側表面に配
置されたホログラム３２を有する。したがって、ホログラム３２は、介在する構
造体によって、ＬＣＤ１０の液晶層から離され、その最も厚いエレメントは、下
部または裏基板である。この結果、ホログラムに対する入力光路および出力光路
について、液晶層の実効間隔による一定の視差誤差が生じる。

【０１０２】図１７は、ホログラム３２がデバイスの内部に提供される、ＬＣＤ１０の構造
を示す。ＬＣＤ１０は、外部表面上に外部偏光子４３を担持した上部基板４２を
含む。下部または裏基板４４は、その内部表面上にホログラム３２が形成されて
おり、その上に内部偏光子または裏偏光子４５が設けられる。これらの基板構成
体は、液晶層４６を含む間隙によって分離されている。配向層および電極構成体
等の、構造体の他の部分は、明瞭さのために図示しない。これまでに説明した単
一偏光子モードの動作は、内部偏光子の必要性を除去する。

【０１０３】ＬＣＤ１０の内部にホログラム３２を提供することにより、液晶層４６とホロ
グラム３２との間隔は、大幅に低減される。したがって、この構成は、実質的に
低減された視差誤差を提供する。

【０１０４】図１８は、基板４４によって担持された層の構成をより詳細に示す。このよう
にホログラム３２は、１つの層として基板４４上に配置され、約１６０℃未満の
温度に耐えることができる。ホログラム３２は、約１５０℃〜１８０℃の温度に
耐え得る接着物４７でコーティングされる。内部偏光子４５は、接着物４７上に
形成され、同様の加工温度に耐えることができる。別の接着物層４８が偏光子４
５上に形成され、この層４８は、同様の加工温度に耐えることができる。

【０１０５】デュアルモードデバイスでは、直視モードでカラーイメージを提供するために
、カラーフィルタが要求される。カラーフィルタは、要求された色の残存吸収に
より、投影された表示輝度を低減する傾向にあるので、高輝度のプロジェクショ
ンシステムが要求される場合には望ましくない。したがって、シングルモードデ
バイスでは、カラーフィルタが除去され得る。

【０１０６】液晶デバイスについて、残りの層は従来の方法で形成される。したがって、ブ
ラックマスク４９は、例えば冷蒸着によって、接着物４８上に形成される。カラ
ーフィルタ５０は、ブラックマスク４９上に形成され、約２００℃未満の温度に
耐えることができる。インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）電極５１は、カラーフィル
タ５０上に形成され、約１５０℃〜２００℃未満の加工温度に耐えることができ
る。最終的に、配向層５２が、約１６０℃の加工温度でＩＴＯ電極上に形成され
る。

【０１０７】図１７に示す構成を製造可能にするために、偏光子４５およびホログラム３２
は、後続の加工温度を耐え抜く必要がある。

【０１０８】正確に機能するために、ＬＣＤ１０の液晶層４６は、その性能に影響を及ぼす
、隣接する層からの汚染物を受けてはならない。偏光子４５およびホログラム３
２の内部配列のために、このような汚染物が生じ得る場合、図１９に示す構成が
使用され得る。これは、ブラックマスク４９が薄いガラス層５３によって接着物
４８から分離されている点で図１８に示す構成と異なる。

【０１０９】通常のＬＣＤの基板は、例えば図１８に示すように、０．５〜１．１ｍｍのオ
ーダーの厚さを有する。図１９に示すように、その上部にブラックマスク４９、
電極５１、および配向層５２が形成される、薄いガラス層５３を提供することが
できる。この場合、ガラス層５３は０．２ｍｍ未満の厚さを有し得る。例えば、
大画面プラズマアドレス型液晶ディスプレイには、通常、０．０５ｍｍのガラス
が使用される。基板４４の厚さは、例えば、１．１ｍｍの構造体の厚さを維持す
るように、適切に低減される。

【０１１０】ＬＣＤ１０が、細長い形状の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の画素を含
む場合、細長い画素の配向が、イメージ３３および３４のオフセットに対して平
行になるのが好ましい。このような構成は、図２０ａおよび図２０ｂに示され、
視差誤差によって起こる輝度の損失を最小化する。

【０１１１】各カラー画素を含む、３つのサブピクセル（ＲＧＢ）からなる３サブピクセル
セットに加えて、４つのサブピクセル（ＲＧＢＹ）からなる４サブピクセルセッ
トを使用し得る。ここで、Ｙ（ルミナンス）画素は、図２１ａ、図２１ｂ、図２
１ｃ、および図２１ｄに示すルミナンス値を示す。このように、色域を犠牲にし
て、全体的な表示輝度が向上され得る。このような技術を使用し得るが、本発明
の実施形態で、Ｙ画素は、白色または部分的にＲ＋Ｇ＋Ｂの反射体を用いること
によって設けられ得ることは周知である。Ｙ画素が、色域を十分に低下させる程
の完全な反射率を有さないのがしばしば望ましく、４０％等の不完全な反射率が
望ましい。エレメントの全体的な反射率は、図２１ｃに示す画素プロセッサによ
って反射体に関連する画素を変更することにより制御される。得られた効果は、
図２１ｄに示す輝度利得である。ルミナンス画素は、それに入射する光の割合を
反映し、Ｒ＋Ｇ＋Ｂデータ入力の割合を示す。小さな利得が、Ｙチャネルに入力
され、表示輝度が増大する。このような画素は、カラーホログラムをパターニン
グすることにより、Ｙ画素において、Ｒ、Ｇ、およびＢの割合が重複して記録さ
れるように形成され得る。例えば、投影輝度の約４０％への上昇は、この技術を
用いて達成され得る。

【０１１２】図２２は、図５に示したタイプのディスプレイを、折り返し型光学システムと
共に使用することを示す。投影レンズ４からの光は、第１の光路変更ミラー５４
に導かれ、第１の光路変更ミラー５４が、第２の光路変更ミラー５５に光を反射
する。ミラー５５によって反射された光は、投影レンズ４によって、プロジェク
ションスクリーン５６上にイメージングされる。したがって、図２２に破線で示
す折り返さない構成と比較して、より小型の投影型ディスプレイ構成を提供でき
る。

【０１１３】図６は、デュアルモードディスプレイを示すが、図面に示す他の実施形態のい
ずれもデュアルモード型であり得、図６に示す様態でバックライトを配置するこ
とのみを必要とする。このようなデュアルモードシステムの欠点は、直視モード
と投影モードとの間で輝度が変動する点にある。特に投影モードにおいて、光は
、カラーフィルタ５０ならびに偏光子４３、４５等の、ＬＣＤ１０内の光吸収構
造体を２回通過する。しかし、直視モードにおいて、光はＬＣＤ１０のこのよう
なエレメントを１回だけ通過する。

【０１１４】図２３は、このような、偏光子による光の吸収を低減する技術を示す。「出力
」偏光子４３は、ＰｏｌａｒｏｉｄＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから販売されてい
るＨＮ３５型であり、偏光子４３は３５％の効率を有する。「入力」偏光子４５
は、２つの偏光子５７および５８と置き換えられ、ＨＮ４２型の各々は、４２％
の効率を有する。ホログラム３２が、偏光子５７と偏光子５８との間に配置され
る。

【０１１５】直視モードで、バックライト１２からの光は、偏光子５７、ホログラム３２、
偏光子５８、および偏光子４３を通過する。ディスプレイの透過性能は、従来の
構成と比べて、実質的な影響を受けず、２５％の最大透過を達成する。

【０１１６】投影モードで、光源からの光は、ホログラム３２によって反射される前に、偏
光子４３および偏光子５８を通過する。その後、反射光は、偏光子５７を通過せ
ずに、偏光子５８および偏光子４３を通過する。このモードでは、ＬＣＤの反射
性能が最適化され、１７％の最大透過が達成され得る。

【０１１７】裏側偏光子４５の場合と同様、投影モードでは、光はカラーフィルタ５０を２
回通過する。例えば薄膜トランジスタ型の、従来のＬＣＤにおいて使用される吸
収性カラーフィルタは、著しい吸収特性を有し、２回通過した後の光の最終的な
強度が、実質的に低減される。このような光の損失を低減するために、特に、デ
ィスプレイが直視モードでの使用を意図していない投影モードのみのタイプであ
る実施形態について、カラーフィルタ５０の色域が低減されて、光が２回通過す
ることにより、標準的なカラーフィルタを１回通過する場合と実質的に同じ吸収
特性を受け得る。このことは、例えば、ＬＣＤ１０内のカラーフィルタ５０の濃
度または層厚を２分の１にすることにより達成され得る。したがって、ディスプ
レイの輝度は、色域に影響を及ぼすことなく向上され得る。

【０１１８】逆戻りモードでディスプレイを使用しないさらなる実施形態において、図２４
に示すように、２偏光子ディスプレイが、単偏光子ディスプレイと置き換えられ
得る。この場合、ディスプレイは、入力偏光子および波長板８３を含む。液晶層
は、黒表示状態と白表示状態との間で出力偏光を調節し得るように、適切なねじ
れおよび複屈折を有する。ホログラム３２は、ホログラム３２上に到達した入射
光の偏光を実質的に低下せず、それにより有用な表示コントラストが得られ得る
。

【０１１９】より高い表示コントラストについて、これまでに説明したように、交差偏光モ
ードの動作が使用され得る。

【０１２０】図２５は、いずれかの実施形態において使用する、３つの異なるタイプのホロ
グラムを示す。ホログラフィック反射体３２ａは、連続する、すなわち、非ピク
セル化された３つの層を含む。各層は、ＳＬＭ１０の各カラーフィルタの各原色
を中心としたスペクトル帯域内の光を反射し、そのバンドの外側の光を透過する
。したがって、青色層Ｂは、ＳＬＭ１０の青色画素を介して青色の光を反射し、
緑色の光および赤色の光を透過する。緑色層Ｇは、緑色画素を介して緑色の光を
反射し、赤色の光を透過する。透過された赤色の光は、ＳＬＭ１０の赤色画素を
介して赤色層Ｒによって反射される。このような構成は、ホログラフィック反射
体３２ａとＳＬＭ１０との間の正確な位置決めを必要としない。

【０１２１】ホログラフィック反射体３２ｂは、ＳＬＭ１０のピクセル化（ｐｉｘｅｌｌａ
ｔｉｏｎ）と一致するようにピクセル化される。ホログラムは、関連する吸収カ
ラーフィルタを有しても有さなくてもよいＳＬＭ１０の赤色、緑色、および青色
の画素とそれぞれ位置合わせされた赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの反射領域を有する単層の
形態である。したがって、ホログラフィック反射体３２ｂは、ＳＬＭ１０のピク
セル化に適合するような十分な公差で製造される必要があり、ディスプレイを組
み立てる間にＳＬＭ１０との位置決めを行う必要がある。このような構成は、投
影モードのみで動作するデバイスのために、さらなるカラーフィルタを含む必要
性を除く。ホログラムは、色識別型のデバイスであるので、除去し得るカラーフ
ィルタの機能を実行し、プロジェクタの輝度を向上する。ホログラムは、１層以
上の層を有する形態であり得る。

【０１２２】ホログラフィック反射体３２ｃは、部分的に重なったカラーミラーを有する、
ピクセル化された３層構造を含む。したがって、製造公差および位置決め公差は
、ホログラフィック反射体３２ｂを用いる構成と比べて緩和され得る。

【０１２３】図２６は、５９に模式的に示した赤色、緑色、および青色の発光ダイオード（
ＬＥＤ）のアレイを有する多色照射器の使用を示す。赤色、緑色、および青色の
ＬＥＤの横方向の位置の例を、５９ａおよび５９ｂに示す。ホログラムは、３つ
の色の反射されたビームの方向をディスプレイの投影部６０に適合させることに
より、カラーコンバイナの機能を追加的に実行する。

【０１２４】観察者がＬＣＤ１０に関連するコンピュータ等のデバイスとインタラクション
できるように、ＬＣＤ１０をタッチスクリーンの一部として形成することは公知
であるが、投影モードにおいて、このような構成は容易に使用できない。図２７
は、投影モードで、同様のタイプのインタラクションを可能にする、別の構成を
示す。このディスプレイは、例えばスリット６２の形態の開口部の背後に配置さ
れた位置感応検出器（ＰＳＤ）６１を含む。ＰＳＤ６１は、公知のタイプであり
、光感応面上の照射の中心の位置を示す出力信号を提供する。コンピュータ等の
関連デバイスによって位置情報を使用できるように、ＰＳＤ６１の出力はディス
プレイに接続される。

【０１２５】プロジェクションスクリーン５６と協働するポインタ６３が提供される。ポイ
ンタ６３は、一方の端部に、観察者によって選択された位置でスクリーン５６に
触れるための発光ダイオード（ＬＥＤ）６４を有する。例えば、この位置は、デ
ィスプレイによって表示されるカーソルの所望の位置に対応し得る。ＬＥＤは、
赤外線発光型であり得、ＰＳＤ６１は、この赤外線に反応する。

【０１２６】使用に際して、観察者は、表示されたイメージに関して、プロジェクションス
クリーン５６上の所望の位置に、ポインタ６３のＬＥＤ６４を置く。スリット６
２は、イメージングオプティックとして働き、ＬＥＤ６４から、スクリーン５６
上のＬＥＤ６４の位置を示すＰＳＤ６１の位置へと赤外線を透過する。その後、
ＰＳＤ６１からの位置情報が処理され、プロセッシングのために、および／また
はディスプレイによって表示されるイメージを制御するために使用され得る。

【０１２７】図２８は、ホログラム３２を形成する方法を示す。レーザ７１は、望遠鏡系７
２にビームを供給する。望遠鏡系７２は、レーザビームを伸張するための空間フ
ィルタおよびレンズ配列体を含む。系７２からの出力ビームは、例えばハーフミ
ラーの形態のビームスプリッタ７３によって分割される。反射されたビームはミ
ラー７４に導かれ、透過されたビームはレンズ７８を介してミラー７５に導かれ
る。

【０１２８】ミラー７４および７５は、イメージ３３とイメージ３４とが互いに重なり合っ
た実施形態について、反射されたビームの軸が平行且つ一致するような角度に設
定される。イメージ３３とイメージ３４とが相対的にずらされた実施形態におい
て、ミラー７４および７５によって反射されたビームの軸は、（ＬＣＤのサイズ
、投影オプティックス、ならびに入射瞳および射出瞳の横方向の位置ずれによっ
て規定される）１．９°等の小さなオフセット角で交差する。

【０１２９】ミラー７４によって反射されたビームは、例えば、材料の層７６のホログラム
を記録する面から、３００ｍｍの位置に焦点を有する、レンズ７７によって処理
される。層７６は平面層であり、ミラー７５の表面に対して平行方向について、
小さな角度だけ回転される。例えば、オフセット角は９．６°に等しくてもよい
。ミラー７５はビームを反射し、その後、ディスプレイの投影光源を模倣する必
要のあるレンズ７８によって処理される。この機能は、例えば、層７６の、レン
ズ７７と同じ側の、例えば３００ｍｍの位置に焦点を有するレンズ７８によって
実行される。

【０１３０】上で述べた特定の角度および距離は、対角が５インチのスクリーンサイズおよ
びストライプ状に配列されたカラー画素を有するＬＣＤと共に使用するホログラ
ムを記録するのに適している。このように記録されたホログラムは、イメージ３
３とイメージ３４との間に１０ｍｍのオフセットを提供する。ディスプレイの光
源は、ＬＣＤから約３００ｍｍの適切な光学的距離に配置される。

【０１３１】図２８の右側は、記録ジオメトリを示す模式図である。

【０１３２】完全可視スペクトルを反射するホログラム３２を形成するために、三原色ＲＧ
Ｂカラーレーザ線を使用して、個々のホログラフィック反射体を次々と記録し得
る。このような反射体を記録する適切なレーザ線は：青色ミラー：アルゴン４５７ｎｍまたはＨｅ−Ｃｄ４４１ｎｍ；緑色ミラー：アルゴン５１５ｎｍまたは５３２ｎｍ；赤色ミラー：クリプトン６４７ｎｍまたはＨｅ−Ｎｅ６３３ｎｍ。

【０１３３】層７６に適した材料およびホログラム３２を形成する加工技術は以下の文献に
開示されている：Ｗ．Ｇａｍｂｏｇｉ、Ｋ．Ｓｔｅｉｊｎらの”ＨＯＥＩｍａｇｉｎｇｉｎ
ＤｕＰｏｎｔＨｏｌｏｇｒａｐｈｉｃＰｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｓ．”，
Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，ｖｏｌ．２１５２，１９９４；Ｓ．ＺａｇｅｒおよびＡ．Ｍ．Ｗｅｂｅｒの”Ｄｉｓｐｌａｙｈｏｌｏｇｒ
ａｍｓｉｎＤｕＰｏｎｔＯｍｎｉＤｅｘｆｉｌｍｓ．”，Ｐｒｏｃ．
ＳＰＩＥ，ｖｏｌ．１４６１，ｐ．５８−６７，１９９１；Ｄ．Ｔｉｐｔｏｎ、Ｍ．Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ、およびＳ．Ｓｔｉｖｅｎｓｏｎ
の”ＩｍｐｒｏｖｅｄＰｒｏｃｅｓｓｏｆＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＨｏｌ
ｏｇｒａｐｈｙｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄＨｅａｔＰｒｏｃｅｓｓ
ｉｎｇ．”，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，ｖｏｌ．２１７６，１９９４；Ｔ．Ｋｏｂｕｔａの”Ｃｏｎｔｒｏｌｏｆｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｏｆＬｉｐｐｍａｎｎｈｏｌｏｇｒａｍｓｒｅ
ｃｏｒｄｅｄｉｎＤｉｃｈｒｏｍａｔｅｄｇｅｌａｔｉｎｅ．”，Ａｐ
ｐｌ．Ｏｐｔ．ｖｏｌ．２８，ｐ１８４５−１８４９，１９８９；な
らびに、Ｈ．Ｉ．Ｂｊｅｌｋｈａｇｅｎの”Ｓｉｌｖｅｒ−ＨａｌｉｄｅＲｅｃｏｒ
ｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＨｏｌｏｇｒａｐｈｙａｎｄＴｈ
ｅｉｒＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．”，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，ｖ
ｏｌ．６６．ＩＳＢＮ３−５４０−５６５７６−０，１９９３。

【０１３４】図２９ａおよび図２９ｂに示すディスプレイは、例えば、図４に示したのと同
様のタイプの照射システムを有する、図１２に示したのと同様のタイプの反射部
を用いる。ディスプレイの動作状態を図２９ａに示す。しかし、より簡単な携帯
型の構成を提供するために、ディスプレイは、図２９ｂに示す状態へと小型化さ
れるかまたは折り畳まれ得る。したがって、搬送のために体積が小さく、高いル
ーメン出力を有する、携帯型投影システムを提供することができる。その動作状
態において、ディスプレイは、例えば２リットルの光学的体積を有する、比較的
大型のディスプレイであり得る。その携帯状態において、ホログラム３２の使用
により、この体積は、例えば１リットル未満に低減し得る。

【０１３５】また、トランスフレクティブな光学的構成において、このタイプのディスプレ
イを提供することができる。トランスフレクティブディスプレイは公知であり、
反射（直視）モードおよび透過（直視）モードの両方を有する。

【０１３６】図３０は、図２９ａおよび図２９ｂに示したタイプのディスプレイであるが、
均一化光学構成がホモジナイザロッド８５と置き換えられたディスプレイを示す
。ロッド８５は、集光オプティック２１からの照明光を受光し、これの光を集光
オプティック２５に供給する。

【０１３７】いかなる補正も行われない場合、８６に示すＬＣＤ表面は、８７に示す照射を
受光する。しかし、ロッド８５の少なくとも一方の端部をテーパ処理して、８８
に示す出力断面を提供することにより、８９に示すような、より均一な照射が可
能である。

【０１３８】図３１ａおよび図３１ｂは、図３０に示したタイプのディスプレイであるが、
ＬＣＤ１０が透明モードおよび散乱モードを有するタイプであるディスプレイを
示す。図３１ａに示すように、ＬＣＤ１０が透過モードである場合、光学的性能
は図３０に示した光学的性能と同様である。ホログラム３２から反射された光は
、投影レンズ４へ導かれる。散乱モードを図３１ａに示す。このモードでは、Ｌ
ＣＤ１０に照射された光は全方向に散乱し、ごくわずかの光が投影レンズ４へ導
かれる。したがって、高いコントラスト性能を達成することが可能である。また
、散乱モードを有するＬＣＤ１０は独立に偏光するので、偏光変換オプティック
スは不要であり、システムのエテンデューが維持される。

【０１３９】図３２は、これまでに説明したディスプレイと共に使用する通常のランプ２０
のスペクトル性能を９０に示す。カラーフィルタリングを提供するホログラム３
２を用いた場合の、ホログラムの赤色、緑色、および青色の反射素子の性能を、
それぞれ９１、９２、および９３に示す。したがって、ホログラムの反射スペク
トルは、ランプの出力スペクトルの形状が重なり、ディスプレイの出力輝度が最
大になるように調節され得る。

【０１４０】（産業上の利用可能性）上記の本発明によると、ＬＣＤ等の透過型空間光変調器を利用し、このタイプ
の公知のディスプレイの欠点を低減または克服する、投影型ディスプレイを提供
することができる。ホログラムは、少なくとも部分的に収差を補償するイメージ
ング機能を実行して、改良されたディスプレイ品質を提供するように、記録され
得る。例えば、記録中に行う収差の一次補正が、イメージ全体に亘って均一な照
射を有する実質的に均一な反射を提供し得る。また、イメージ上の視差誤差が実
質的に均一で、照射の均一性が維持されるように、ホログラムを比較的薄くし得
る。

【０１４１】また、小型の照射システムを有する比較的大型のＬＣＤパネルを用いる投影シ
ステムを提供することができる。これは、高い解像度を有する比較的大きな画素
サイズを実現でき、したがって、個々の画素の開口率を最大化する、という利点
を有する。したがって、小型の、高効率の投影システムを製造することができる
。高解像度の小型パネルにおいて見られる、非常に小さな画素からの望ましくな
い回折の影響が、最小化される。ホログラフィックフィールドエレメントは、投
影システムの変調伝達関数（ＭＴＦ）が維持されるような、ＬＣＤの平坦なイメ
ージ面を与える。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、公知の投影型ディスプレイを示す図である。

【図２ａ】図２ａは、バックライトモードの、公知のディスプレイを示す図である。

【図２ｂ】図２ｂは、反射モードの、公知のディスプレイを示す図である。

【図３】図３は、公知の投影型ディスプレイを示す図である。

【図４】図４は、公知の投影型ディスプレイを示す図である。

【図５】図５は、本発明の第１の実施形態を構成する投影型ディスプレイを示す図であ
る。

【図６】図６は、本発明の第２の実施形態を構成するデュアルモードディスプレイを示
す図である。

【図７】図５および図６のディスプレイの反射部をより詳細に示す図である。

【図８】図８は、第１の代替タイプの反射部をより詳細に示す図である。

【図９】図９は、第２の代替タイプの反射部をより詳細に示す図である。

【図１０】図１０は、第３の代替タイプの反射部をより詳細に示す図である。

【図１１】図１１は、第４の代替タイプの反射部をより詳細に示す図である。

【図１２】図１２は、第５の代替タイプの反射部をより詳細に示す図である。

【図１３】図１３は、図５および図６のディスプレイのホログラムの詳細な構造を示す模
式図である。

【図１４】図１４は、本発明の第３の実施形態を構成する投影型ディスプレイを示す図で
ある。

【図１５】図１５は、ホログラムをミラーおよびレンズと置き換えた場合に起こる問題を
示す図である。

【図１６】図１６は、ホログラムをミラーおよびレンズと置き換えた場合に起こる問題を
示す図である。

【図１７】図１７は、いずれかの実施形態の変調器として使用され得る第１のタイプのＬ
ＣＤを示す図である。

【図１８】図１８は、図１７のＬＣＤを製造する第１の方法を示す図である。

【図１９】図１９は、図１７のＬＣＤを製造する第２の方法を示す図である。

【図２０ａ】図２０ａは、いずれかの実施形態の変調器のカラーフィルタ構成を示す図であ
る。

【図２０ｂ】図２０ｂは、いずれかの実施形態の変調器のカラーフィルタ構成を示す図であ
る。

【図２１ａ】図２１ａは、ＲＧＢおよびＲＧＢＹサブピクセルセットの使用を示す図である
。

【図２１ｂ】図２１ｂは、ＲＧＢおよびＲＧＢＹサブピクセルセットの使用を示す図である
。

【図２１ｃ】図２１ｃは、ＲＧＢおよびＲＧＢＹサブピクセルセットの使用を示す図である
。

【図２１ｄ】図２１ｄは、ＲＧＢおよびＲＧＢＹサブピクセルセットの使用を示す図である
。

【図２２】図２２は、折り畳み型光学システムを有する、図５に示したタイプのディスプ
レイを示す図である。

【図２３】図２３は、いずれかの実施形態において、変調器として使用され得る第２のタ
イプのＬＣＤを示す図である。

【図２４】図２４は、第６の代替タイプの反射部をより詳細に示す図である。

【図２５】図２５は、いずれかの実施形態において使用され得る３つタイプのホログラム
を示す図である。

【図２６】図２６は、いずれかの実施形態における分散型カラー光源の使用を示す図であ
る。

【図２７】図２７は、タッチスクリーンと同様の機能を提供するように構成された、図５
に示すタイプのディスプレイを示す図である。

【図２８】図２８は、いずれかの実施形態において使用される、ホログラムを記録する方
法を示す図である。

【図２９ａ】図２９ａは、本発明の第４の実施形態を構成する折り畳み可能ディスプレイを
示す。

【図２９ｂ】図２９ｂは、本発明の第４の実施形態を構成する折り畳み可能ディスプレイを
示す。

【図３０】図３０は、異なるタイプのホモジナイザを用いる、図２９ａおよび図２９ｂに
示したタイプのディスプレイを示す。

【図３１ａ】図３１ａは、散乱型のＬＣＤを用いる、図２９ａおよび図２９ｂに示したタイ
プのディスプレイを示す。

【図３１ｂ】図３１ｂは、散乱型のＬＣＤを用いる、図２９ａおよび図２９ｂに示したタイ
プのディスプレイを示す。

【図３２】図３２は、ランプおよびホログラフィックカラーフィルタエレメントのスペク
トル性能を、波長に対して任意の単位で示したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アンダーソン，ダンカンジェイムスイギリス国オーエックス14 １ディーダブリューアビンドン，ボストックロード 34 (72)発明者スラック，ジェイソンイギリス国オーエックス４２ワイジーオックスフォード，コウリー，テンプルクロイスターズ５Ｆターム(参考） 2H088 EA15 EA48 HA20 HA21 HA22 HA23 HA24 HA28 MA04 MA06 2H091 FA10Z FA15Z FA19Z FA21Z FA26X FA41Z LA15 LA17 LA18 MA07 5C058 AA06 AB06 BA05 BA08 BA23 EA02 EA13 EA14 EA26 EA27 EA42 EA51 5C060 BA08 BB13 BC01 DA00 GA01 GB06 GD04 HC00 HC12 HC19 HD00 JA11 JB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透過型空間光変調器と、該変調器をその正面から照射する照
射器と、該変調器の裏側に配置され、該変調器を介して受光された該照射器から
の光をイメージングし、該変調器を介して反射する反射ホログラムとを含む、投
影型ディスプレイ。
【請求項２】前記変調器の前に、前記照射器の一部のイメージを形成する
ように、前記反射ホログラムが構成された、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】反射体および収差補正を有するオフアクシスレンズの機能を
実行するように、前記反射ホログラムが構成された、請求項１に記載のディスプ
レイ。
【請求項４】前記透過型空間光変調器のピクセル化と一致するようにピク
セル化された反射体の機能を実行するように、前記反射ホログラムが構成された
、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項５】前記反射ホログラムが体積反射型ホログラムである、請求項
１に記載のディスプレイ。
【請求項６】前記反射ホログラムは、各原色の光を反射し、イメージング
する、少なくとも３つの領域を含む、請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項７】前記３つの領域の少なくとも１つが連続する層である、請求
項６に記載のディスプレイ。
【請求項８】赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、およびルミナンス（Ｙ）に
それぞれ対応する、４サブピクセル（ＲＧＢＹ）セットをさらに含む、請求項１
に記載のディスプレイ。
【請求項９】前記照射器は、光源と、該光源のイメージを第１の位置に形
成する第１の集光オプティック（光学要素）とを含む、請求項１に記載のディス
プレイ。
【請求項１０】前記光源のイメージを、前記第１の位置から離れた第２の
位置に形成するように、前記反射ホログラムが構成された、請求項９に記載のデ
ィスプレイ。
【請求項１１】前記第２の位置が、前記第１の位置から横方向に離れてい
る、請求項１０に記載のディスプレイ。
【請求項１２】前記第１および第２の位置は、前記変調器に対して、横方
向にずらされている、請求項１０に記載のディスプレイ。
【請求項１３】前記変調器のイメージをスクリーン上に形成する投影オプ
ティックをさらに含む、請求項１０に記載のディスプレイ。
【請求項１４】前記投影オプティックは、実質的に前記第２の位置に配置
された入射瞳を有する、請求項１３に記載のディスプレイ。
【請求項１５】前記照射器は視野絞りを含み、該視野絞りは、前記変調器
上に該視野絞りをイメージングする第１の集光オプティックおよび第２の集光オ
プティックと関連する、請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項１６】前記照射器からの光を前記変調器に向かって方向を変える
光路変更オプティックをさらに含む、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項１７】前記光路変更オプティックはハーフミラーを含む、請求項
１６に記載のディスプレイ。
【請求項１８】前記光路変更オプティックは反射プリズムを含む、請求項
１６に記載のディスプレイ。
【請求項１９】前記プリズムは、前記変調器からの光の方向を変えるよう
に構成された、請求項１８に記載のディスプレイ。
【請求項２０】前記照射器からの光を前記変調器に向かって方向を変える
光路変更オプティックをさらに含み、該照射器が、光源と、該光源のイメージを第１の位置に形成する第１の集光オ
プティックとを含み、該光源のイメージを、該第１の位置から離れた第２の位置に形成するように、
前記反射ホログラムが構成され、該光路変更オプティックは、該変調器からの光の方向を変えるように構成され
た反射プリズムを含み、該第１および第２の位置は、実質的に、該反射プリズムのそれぞれの隣接する
表面に配置される、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項２１】前記照射器は、前記光源と前記第１の集光オプティックと
の間に配置されたホモジナイザを含む、請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項２２】前記照射器は、前記ホモジナイザと前記第１の集光オプテ
ィックとの間に配置された偏光変換オプティックを含む、請求項２１に記載のデ
ィスプレイ。
【請求項２３】前記光源は、少なくとも１つの発光体および集光オプティ
ックを含む、請求項９に記載のディスプレイ。
【請求項２４】前記集光オプティックはミラーを含む、請求項２３に記載
のディスプレイ。
【請求項２５】前記光源は、各原色光発光体を含む、請求項２３に記載の
ディスプレイ。
【請求項２６】前記変調器は液晶デバイスを含む、請求項１に記載のディ
スプレイ。
【請求項２７】前記液晶デバイスが、裏側基板と、液晶層と、該裏側基板
と該液晶層との間に配置された裏側偏光子とを含み、前記反射ホログラムが該液
晶層と該裏側基板との間に配置された、請求項２６に記載のディスプレイ。
【請求項２８】前記液晶層と前記反射ホログラムとの間にガラス層が配置
された、請求項２７に記載のディスプレイ。
【請求項２９】前記変調器は裏側偏光子を含む、請求項１に記載のディス
プレイ。
【請求項３０】前記裏側偏光子が第１の偏光子および第２の偏光子を含み
、前記反射ホログラムが該第１の偏光子と該第２の偏光子との間に配置された、
請求項２９に記載のディスプレイ。
【請求項３１】第１の偏光を有する入射光を前記照射器から前記変調器へ
と供給する第３の偏光子と、該第１の偏光と実質的に直交する第２の偏光を有す
る、該変調器から反射された光を通過させる第４の偏光子とを含む、請求項１に
記載のディスプレイ。
【請求項３２】前記照射器からの第１の偏光を有する入射光を前記変調器
へと反射し、該第１の偏光と実質的に直交する第２の偏光を有する該変調器から
反射された光を通過させる偏光ビームスプリッタをさらに含む、請求項１に記載
のディスプレイ。
【請求項３３】前記変調器は、フロント偏光子および波長板を含む、請求
項１に記載のディスプレイ。
【請求項３４】前記変調器は複数の画素を含み、該複数の画素の各々は、
光透過モードと光散乱モードとの間で切り換え可能である、請求項１に記載のデ
ィスプレイ。
【請求項３５】前記反射ホログラムを介して前記変調器を照射して、直視
表示モードを提供するバックライトをさらに含む、請求項１に記載のディスプレ
イ。