JPH11271536A - 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 - Google Patents
Image display device, polarizated-light illumination device, polarized light separating element, diffraction optical element, hologram element, and manufacture of diffraction optical element and hologram elementInfo
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Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Polarising Elements (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、入射光束の波面を
変換するホログラム素子及び該ホログラム素子を用いて
構成される画像表示装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hologram element for converting a wavefront of an incident light beam, and an image display device using the hologram element.
【0002】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。[0002] The present invention also relates to a polarizing beam splitter for separating an incident light beam into different polarized light components, and a projection type image display device constituted by using the same and projecting and displaying an image.
【0003】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。Further, a polarized light illuminating device for obtaining uniform illuminating light having a uniform polarization direction using a polarized light separating element, and a projection type display for enlarging and displaying an image by modulating polarized light emitted from the polarized illuminating device by a light valve. It concerns the device.
【0004】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ヘッドア
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。Further, a monitor for displaying images, a display device for portable information terminals, a head-up display for in-vehicle use or personal use, an image display device used for road traffic signs or information display, etc. The present invention relates to a lighting device.
【0005】また、レーザ光を用いて光ディスクや光磁
気ディスク等の光記憶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ヘッドや光ピックアップ等を含
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。Also, an optical information processing apparatus including an optical head and an optical pickup for recording and reading information recorded on an optical storage medium such as an optical disk or a magneto-optical disk by using a laser beam, and an optical information processing apparatus used in the apparatus. The present invention relates to a diffractive optical element.
【0006】[0006]
【従来の技術】まず、従来のホログラム素子について説
明する。2. Description of the Related Art First, a conventional hologram element will be described.
【0007】近年、可干渉な二光束を干渉せしめること
で干渉稿を形成し、該干渉稿を重クロム酸ゼラチンやフ
ォトポリマーなどに記録せしめ、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 hologram element has been developed which forms an interference image by causing two coherent light beams to interfere with each other, records the interference image on a dichromated gelatin or a photopolymer, and reproduces the wavefront of the recorded light beam. Is thriving.
【0008】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 hologram elements include interference measurement, holographic optical elements, optical information processing such as pattern recognition, holographic displays, etc., as described in References, Toshihiro Kubota, “Introduction to Holography”. There is.
【0009】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。[0009] When the hologram element is applied to the field of image display, not only a three-dimensional image is displayed but also a hologram element is displayed.
Various applications are being considered.
【0010】以下では、(1)光スイッチ、(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。In the following, examples used for (1) an optical switch and (2) a direct-view type liquid crystal panel will be described.
【0011】それではまず光スイッチについて説明す
る。例えば、従来例1の特開平5−173196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イッチ
が開示されている。First, the optical switch will be described. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-173196 of the first conventional example, the interference script is illuminated with a mixture of a polymer material that cures with the wavelength of the light beam that forms the interference script and a liquid crystal that is uncured at the wavelength of the light beam. By the induced phase separation, a region made of a cured polymer material and a region made of a non-cured liquid crystal are formed, and the non-cured liquid crystal is controlled by an applied voltage, thereby controlling the diffraction / straight traveling of an incident light beam. A switch is disclosed.
【0012】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64
巻、第9号、1074〜1076頁、1994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 before, for example, Applied Physics Letter, No. 64.
Vol. 9, No. 107, pages 1074 to 1076, 1994 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 2) discloses a hologram element capable of controlling diffraction efficiency.
【0013】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 the conventional example 1, 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 illuminated with a two-beam interference document of that wavelength. Then, a polymer material is formed in a portion where the light intensity of the interference draft is high, and a region containing a large amount of the liquid crystal material is formed in a portion where the light intensity of the interference draft is low.
【0014】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8−162647号(以下、
従来例3と略記する)、特開平9ー324259号公報
(特願平8−142533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。A hologram element which is not switchable but is formed by using light-induced phase separation by two-beam interference exposure is disclosed in Japanese Patent Application No. 8-162647 (hereinafter, referred to as Japanese Patent Application No. 8-162647).
Conventional example 3), Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-324259 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 4 in Japanese Patent Application No. 8-142533).
And many other examples are disclosed.
【0015】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’97予稿集86頁〜87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、グレーティングパター
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。The hologram element manufactured by using such a light-induced phase separation phenomenon is not limited to two-beam interference exposure, but may be formed, for example, on pages 86 to 87 of the Liquid Crystal Symposium on Disclosure '97 (hereinafter referred to as Conventional Example 5). As described in US Pat. No. 6,064,045, a mixture of an ultraviolet curable resin and a liquid crystal material is mixed at an appropriate ratio, and then the mixture is injected into a cell formed using a glass substrate on which a conductive transparent electrode is formed. It may be manufactured by irradiating ultraviolet rays through a patterned photomask.
【0016】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63号、14頁〜17頁、1995年
12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ロ
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. This technique is described in, for example, Sharp Technical Report, No. 63, pp. 14-17, December 1995. As disclosed in the Moon (hereinafter abbreviated as Conventional Example 6), this is a known technique that is also used to fabricate a microcell structure for widening the viewing angle of a liquid crystal panel.
【0017】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 for curing the photo-curable resin), and each pixel is caused by a photo-induced phase separation phenomenon. Is formed. As a result, the liquid crystal molecules are aligned in an axially symmetrical shape stabilized by the photo-curing reaction by the self-alignment force in the liquid crystal region, thereby realizing a wide viewing angle and a high contrast.
【0018】それでは次に、直視タイプの液晶パネル1
9のバックライトユ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9−178949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、CCFTと略記する)23からの光を導光体21の
端面から入射し、導光体21の裏面側に形成したホログ
ラム素子30及び反射ミラー23によって透過型の液晶
パネル19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。Next, the direct-view type liquid crystal panel 1 will be described.
About the example applied to 9 backlight units,
This will be described with reference to FIG. The direct-view type liquid crystal panel is classified into a transmission type and a reflection type, and hereinafter, the transmission type will be described as an example. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-178949 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 7), the image display device of FIG. 1 includes a cold cathode tube (hereinafter abbreviated as CCFT) 23 as a light source. From the end face of the light guide 21 and output to the transmissive liquid crystal panel 19 by the hologram element 30 and the reflection mirror 23 formed on the back side of the light guide 21.
Reference numeral 0 denotes a reflection type hologram.
【0019】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ックライトユニット
として用いることができる。この機能はホログラム素子
30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。According to the above configuration, it is possible to reduce the number of parts, reduce the weight, and reduce the cost, and at the same time, it can be used as a backlight unit having high brightness uniformity, high efficiency, and directivity. This function is realized by using the hologram element 30 as 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.
【0020】また、同様の構成において、例えば特開平
9−127894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, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-127894 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 8)
Discloses an example in which the uniformity of brightness is further improved by increasing the area density of the reflection type hologram as the distance from the light source increases.
【0021】このほかにも、例えば、プロシーディング
ス・オブ・インターナショナル・ディスプレイ・ワーク
ショップス’97、411ページ〜414ページ(以
下、従来例9と略記する)、または特開平9−1383
96号公報(以下、従来例10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, for example, Proceedings of International Display Workshops '97, pages 411 to 414 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 9), or JP-A-9-1383.
As disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 96 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 10), it is used as a reflector of a reflection type liquid crystal panel, and selectively transmits an incident light beam in a direction substantially perpendicular to the liquid crystal substrate.
In addition, an application is considered in which light is substantially reflected (diffraction) within a specific solid angle, and a bright image is displayed although the viewing angle is narrow. This hologram element is a so-called reflection type volume hologram.
【0022】尚、従来例7〜従来例10では、材料とし
ては一般的なフォトポリマーを用いており、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, a general photopolymer is used as a material, and the hologram element always performs the above-mentioned reflection.
【0023】次に画像表示装置について説明する。Next, the image display device will be described.
【0024】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、オープラス
イー、1993年8月号、58頁−101頁)。In recent years, since it is difficult to increase the size of the conventional direct-view television, development of a projection-type image display apparatus for enlarging and projecting an output image of an image display means for modulating an illumination light beam from a high-intensity lamp has been advanced. (For example, Oplusei, August 1993, pp. 58-101).
【0025】図67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
リフレクター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
ックミラー12、13により赤色、緑色、青色の3原色
に分離し、全反射ミラー14、コンデンサーレンズ15
を介して液晶パネル16〜18に入射せしめる。液晶パ
ネル16〜18により変調された出力光は、色合成のた
めのダイクロイックプリズム(不図示)もしくは、ダイ
クロイックミラー19、20及び全反射ミラー14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 an image display means. The output light 3 from the lamp 2 is reflected by the reflector 4, and the output light beam 5 is condensed and propagated by a condensing optical system (not shown), and is red, green, and blue by dichroic mirrors 12 and 13 for color separation. Separated into three primary colors, total reflection mirror 14, condenser lens 15
Through the liquid crystal panels 16-18. The output lights modulated by the liquid crystal panels 16 to 18 are combined by a dichroic prism (not shown) for color synthesis or by dichroic mirrors 19 and 20 and a total reflection mirror 14 and are projected by a projection lens 9 to a screen (not shown).
Enlarged projection above.
【0026】液晶パネル16〜18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PBS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 a transmissive type and a reflective type, and each of the liquid crystal panels 16 to 18 converts a specific linearly polarized light incident through a polarizing plate or a polarizing beam splitter (hereinafter abbreviated as PBS). An image is displayed by modulating with a liquid crystal material.
【0027】また液晶パネル16〜18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TFTと略記する)を各画素に配置した
アクティブマトリックス方式が主流であり、TFTは多
結晶ポリシリコンで形成されるのが一般的である。The liquid crystal panels 16 to 18 generally use an active matrix system in which thin film transistors (hereinafter abbreviated as TFTs) are arranged in each pixel as switching elements for driving each pixel. It is generally formed of polysilicon.
【0028】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。As the lamp 2, a lamp having a high luminous efficiency, a small luminous body volume, a high luminance and a high color rendering property is required, and a metal halide lamp, a xenon lamp,
Ultra-high pressure mercury lamps and the like are used.
【0029】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, a parabolic mirror, an ellipsoidal mirror, a spherical mirror, or the like is used because the reflected light beam 5 can be effectively used effectively. Often located at the focal point or center. The current mainstream method is to use a parabolic mirror and install a light emitter of a lamp near the focal point to obtain a substantially parallel light flux.
【0030】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、(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、(2)投写される全
光束(ルーメン)をランプの消費電力(ワット)で除し
た値として定義される投写効率(ルーメン/ワット)を
向上する、ことが開発の主な課題であり、(1)につい
てはインテグレータの導入により、(2)についてはイ
ンテグレータ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。In a recent projection-type image display device, when displaying an all-white signal, (1) the brightness of the central portion and the brightness of the peripheral portion of the projected image are made uniform, and (2) the entire projected image is displayed. Improving the projection efficiency (lumen / watt), which is defined as the value obtained by dividing the luminous flux (lumen) by the power consumption (watt) of the lamp, is a major issue for development. For (1), the introduction of an integrator For (2), a solution is attempted by combining a polarization conversion element in addition to combining an integrator with a high-intensity lamp having a small luminous body.
【0031】それではまずインテグレータについて説明
する。インテグレータとは、例えば特開平3−1118
06号公報、特開平5−346557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
テグレータ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49によって、ランプ2の発光
体の像は、第1の蠅の目レンズ49の各レンズに対応す
る第2の蠅の目レンズ50の各レンズ上に結像される。
第2の蠅の目レンズ50の各レンズは第1の蠅の目レン
ズ49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, the integrator will be described. An integrator is described in, for example,
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-346557 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-346557, two types of fly-eye lenses are formed by arranging micro lenses two-dimensionally. FIG. 7 shows a specific configuration example of the integrator. Reflector 4
And, by the first fly-eye lens 49, the image of the illuminator of the lamp 2 is formed on each lens of the second fly-eye lens 50 corresponding to each lens of the first fly-eye lens 49. You.
Each lens 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.
【0032】上記構成により、第2の蠅の目レンズ50
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49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70%以上に高くすることが可能とな
っている。With the above arrangement, the second fly-eye lens 50
The image formed by each lens on the image display 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, and then dividing them. 7 are superimposed. According to such a principle, it is possible to increase the brightness of the peripheral part with respect to the central part of the projected image to 70% or more.
【0033】また、インテグレータの導入により、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61%であっ
た。しかしながらインテグレータの第1の蠅の目レンズ
49に用いるレンズの開口形状を特開平5−34655
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80%に向上することが可能とな
っている。Further, by introducing an integrator, the projection efficiency can be improved. Generally reflector 4
The light beam 5 reflected by the light source 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 has been effectively used. This is called a rectangle conversion efficiency, and the image display means 7 has a 4: 3 rectangle as its outer shape.
, The rectangular conversion efficiency was about 61%. However, the opening shape of the lens used for the first fly-eye lens 49 of the integrator is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-34655.
The arrangement of 4: 3 as disclosed in FIG. 2 of Japanese Patent Publication No. 7 can improve it to about 80%.
【0034】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PB
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。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, and the projection efficiency is low and the brightness is low. In order to obtain an image, there is a problem that a light source having a large output must be used.
Polarization conversion elements have been developed to solve these problems, and the polarization components or PB absorbed by the polarizing plate are
In S, the polarized light component not incident on the liquid crystal panel is effectively converted into a polarized light component having a plane of polarization substantially orthogonal to the polarized light component.
【0035】偏光変換素子は例えば、特開平5−107
505号公報、特開平6−20294号公報、特開平7
−294906号公報、特開平8−234205号公
報、特開平9−105936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。The polarization conversion element is described, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-107.
505, JP-A-6-20294, JP-A-7-20
Although many publications are disclosed, such as Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 294906, 8-234205, and 9-105936, they basically consist of a combination of a polarization splitting element and a polarization plane rotating element.
【0036】図8に一般的な偏光変換素子58の構成図
を示す。無偏光光(ランダムな偏光の光束)62を偏光
分離素子60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)63、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)64に分離し、S偏光光64のみを反射手段
60’(一般的に偏光分離手段60と同種の膜を用い
る)により反射し、偏波面回転素子61によりP偏光光
63’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 converted into polarization components orthogonal to each other by the polarization separation element 60, that is, P-polarized light (a light flux having a polarization direction parallel to the sheet of paper that is transmitted without being reflected by the polarization separation element) 63, The light is separated into s-polarized light (a light beam reflected by the polarization separation means and having a polarization direction perpendicular to the paper surface) 64, and only the s-polarized light 64 is used as the reflection means 60 '(generally, a film of the same type as the polarization separation means 60 is used. ) And is converted by the polarization plane rotation element 61 into P-polarized light 63 ′.
【0037】近年では、レンズアレイ66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66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, in many cases, the configuration described above is combined with the 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 is slightly different.
【0038】一つの方式は、偏光変換素子58に入射す
る光束の幅をレンズアレイ66により略半分とし、偏光
分離素子60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66をインテグレータ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インテグレータの第2の蠅の目レン
ズとした構成が考えられている。One method is a method in which the width of a light beam incident on the polarization conversion element 58 is made 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 FIG. 9). In this case, in many cases, the lens array 66 is configured as a fly-eye lens forming an integrator, thereby simultaneously ensuring the uniformity of the brightness of the projected image as described above. That is,
A configuration has been considered in which the lens array is used as a second fly-eye lens of the integrator.
【0039】一方、特開平6−202094号公報、特
開平8−234205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 JP-A-6-202094 and JP-A-8-234205,
An image is formed on the second fly-eye lens by installing a polarization splitting element on the lamp side of the first fly-eye lens and changing the exit angle of the light beam after the polarization separation by several degrees according to the polarization component. A method has been devised in which the position is changed for each polarization component, and only one of the polarization components rotates the plane of polarization. As an application of this method, a configuration in which a polarization splitting element is provided between the first fly-eye lens and the second fly-eye lens has been considered.
【0040】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
が、該ホログラム素子をインテグレータと組み合わせて
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 a conventional polarization conversion element, a dielectric multilayer film formed by laminating a plurality of dielectric layers is mostly used as a polarization separation element. A hologram element having polarization selectivity as a polarization splitting element is conventionally known, but an example in which the hologram element is combined with an integrator to form a polarization conversion element and applied to an illumination optical system of a projection type image display device is disclosed. It has not been.
【0041】特開平8−234143号公報、米国特許
第5161039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、液晶ポリマー、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ー材料を用いる
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. Hei 8-234143 and US Pat. No. 5,161,039, polarization selection is performed by using a liquid crystal polymer or a polysilane polymer material having a nonlinear light absorption effect. It has a function as a so-called volume hologram for each polarized light.
【0042】また、プロジェクターの使用において、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、液晶ライトバ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3−11180号公報または特開
平5−346557号公報等には2枚のレンズ板を用い
たインテグレータ光学系が開示されている。In using a projector, there is a high demand for a bright projected image that can be recognized even if the room is not too dark. Therefore, it is important to improve the light use efficiency of the liquid crystal light valve. As an optical system for improving the uniformity of the illumination area, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 3-11180 and Hei 5-346557 disclose an integrator optical system using two lens plates.
【0043】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バルブに重畳
結像させるものである。This is basically the same as that used in the exposure machine. The parallel light beam from the light source is divided by a plurality of rectangular lenses, and the image of each rectangular lens is applied to each rectangular lens.
This is to superimpose an image on a liquid crystal light valve by a relay lens corresponding to one to one.
【0044】また、特開平6−202094号公報には
インテグレー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1101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1106とS波1107に分離される。こ
れらの光はインテグレータを構成する第1レンズ群11
03と第2レンズ群1104により、第2レンズ110
4の後方に配置された位相板1105の異なった位置に
それぞれ結像される。位相板1105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1/2波長板
が周期的に形成されている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-202094 proposes an illumination optical system in which a polarization conversion method is combined with an integrator illumination method. This schematic is shown in FIG. Light emitted from the light source 1101 enters a polarization splitting element using liquid crystal, and is split into a P-wave 1106 and an S-wave 1107. These lights are transmitted to the first lens group 11 constituting the integrator.
03 and the second lens group 1104, the second lens 110
4 are imaged at different positions of the phase plate 1105 arranged behind. In the phase plate 1105, a half-wave plate is periodically formed in approximately half the area of one lens forming the second lens group.
【0045】このため、例えば、この1/2波長板の位
置に結像したP波1106は偏光方向が90°回転して
S波となって出射する。S波1107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1105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 by 90 °. The S wave 1107 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 the same polarization direction.
【0046】特開平7−294906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1201に入射した光波は光
束が絞られて、プリズム1202に入射する。ここでS
波1204はそのまま通過し、P波1205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90
°角度を変化する。JP-A-7-294906 reports a polarization conversion element in which a lens plate and a prism are combined. This is shown schematically in FIG. This is because a light beam incident on a lens plate 1201 having an array of lenses formed thereon is focused on a light beam and is incident on a prism 1202. Where S
The wave 1204 passes through as it is, and the P wave 1205 is reflected by the prism, enters the adjacent prism, is reflected again, and
° Change the angle.
【0047】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90°回転してS波として出射す
る。以上のようにレンズ板1201とプリズム1202
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。Then, the light passes through a half-wave plate placed in the optical path and is rotated as 90 degrees by the polarization direction and emitted as an S-wave. As described above, the lens plate 1201 and the prism 1202
The light wave emitted from the light beam becomes a light beam having a uniform polarization direction.
【0048】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901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902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904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904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904
を透過した光は液晶素子905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. For example, light emitted from a light source 901 such as a fluorescent lamp or a metal halide lamp is composed of a P-wave 902 having a polarization direction parallel to the 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 polarization component is absorbed and the remaining components are transmitted. The polarizer 904 is configured to absorb an S-wave component and transmit a P-wave. Polarizer 904
Is transmitted to the liquid crystal element 905.
【0049】ここでは、液晶素子905として、入射面
と出射面とで液晶分子の方向が90°ねじれて構成され
ているツイストネマティック液晶を例に説明する。この
液晶素子905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
を完全にスイッチングできるだけの電界が印加されてい
る画素(ON)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(ホメオトロピッ
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 twisted 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. A patterned transparent electrode is formed on the liquid crystal element 905, and an electric field can be applied to each pixel. The pixel (ON) to which an electric field enough to completely switch the liquid crystal is applied is in a state in which the liquid crystal molecule is untwisted and the liquid crystal molecule isotropically stands on the incident surface (homeotropic). Therefore, the P-wave incident on this pixel passes through the liquid crystal element while maintaining its polarization state without being modulated.
【0050】次に電界が印加されていない画素(OF
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90°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90°回転
させる。従って、OFF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, a pixel (OF) to which no electric field is applied
In F), the liquid crystal molecules are in a state where the angle of the liquid crystal molecules is twisted by 90 ° in the thickness direction from the incident surface to the emission surface. For this reason, the P-wave component incident on the pixel rotates its polarization plane by 90 ° due to the twist nematic effect caused by the twist of the liquid crystal while passing from the entrance plane to the exit plane. Therefore, after passing through the OFF pixel, the previous light is S
It will be emitted as waves.
【0051】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906に入射する。こ
こで偏光子906は先の偏光子904に対し、偏波成分
を通過する軸方向が90°傾けて設定されている。つま
り、偏光子904と906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906で吸収され、S波は偏光子906を通過するこ
とになる。After passing through the liquid crystal element, the polarization direction of the light differs depending on the presence or absence of the electric field of the pixel corresponding to the passing position. Next, these lights are incident on the polarizer 906. Here, the polarizer 906 is set so that the axis direction passing the polarization component is inclined by 90 ° with respect to the polarizer 904 described above. That is, the polarizers 904 and 906 are arranged in crossed Nicols. Therefore, 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.
【0052】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906を通過する光の強度が
異なることになる。観察者907には、この偏光子90
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. . The observer 907 gives the polarizer 90
Since the amount of light passing through 6 differs, an image as a light and dark pattern corresponding to each pixel is recognized.
【0053】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ができるため中間調の表
示も可能となる。Also, 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. It becomes possible.
【0054】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.
【0055】光ディスクや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 apparatus for recording and reading information stored in an optical storage medium such as an optical disk or a magneto-optical disk mainly includes a semiconductor laser as a light source and a light emitted from the semiconductor laser on an optical storage medium. And a hologram element as a diffractive optical element for guiding the laser light reflected on the optical storage medium to the light receiving element.
【0056】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 the hologram element and is focused on the surface of an optical disk as an optical storage medium by an imaging lens. The light that is reflected and spreads at the intensity according to the recorded information on the surface of the optical disk,
Once again converged by the lens, part returns to the semiconductor laser,
A part is divided in two directions by, for example, a hologram element divided into two regions, an image is formed on a light receiving element divided into several regions, and defocusing and tracking are performed using a technique such as a knife edge method. The detection of the displacement, the information signal, and the like are performed.
【0057】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 strongly diffracted 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 not be obtained on the disk, hindering accurate detection of signal information. May come. For this reason, usually, the hologram element is required to have a function in which the diffraction efficiency is different between the forward path and the return path.
【0058】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90°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 a polarization characteristic, selectivity of diffraction efficiency depending on a polarization direction is often used. More specifically, the light emitted from the semiconductor laser is transmitted as it is without diffracting the light in the direction of polarization, and thereafter, a quarter of the way in the optical path with the disk.
A phase plate such as a wave plate is arranged so that the direction of polarization is rotated by 90 ° compared to the initial stage when reflected by the disk and passed through the hologram again. At this time, the hologram element has a diffraction function, and the light passing through the hologram element is guided to a light receiving element for detecting an information signal or the like.
【0059】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
ィや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イオン交換を
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。A hologram having such a polarization selectivity is produced using an optical medium having a refractive index anisotropy. For example, a mask is formed by photolithography or holographic exposure on a predetermined region of the surface of an optical medium having a refractive index anisotropy such as lithium niobate, and benzoic acid or the like is used on an exposed region of the surface. Perform ion exchange. Then, a refractive index distribution does not occur for a specific polarization direction, and the object can be handled as a uniform object.
【0060】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 above polarization direction, a refractive index distribution corresponding to the region formed by the mask is generated, and a diffraction phenomenon corresponding to this pattern is generated. An optical information processing apparatus is configured using a hologram element having such characteristics.
【0061】[0061]
【発明が解決しようとする課題】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
点があった。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-mentioned conventional examples 1 to 6 are optically substantially isotropic light-curing type elements which do not always have refractive index anisotropy. And a liquid crystal material that does not cure at a wavelength that cures the photocurable polymer material (hereinafter abbreviated as non-polymerizable liquid crystal), which forms a fine region. Things. Therefore, for example, in the conventional example 1, even if a voltage is applied to the region of only the non-polymerizable liquid crystal so as not to cause diffraction, for example, a light beam obliquely incident acts as a hologram. There was a disadvantage. This situation will be described with reference to FIGS.
【0062】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n1 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no 、n
e とする)により形成されている。As shown in FIG. 2 (a), a conventional hologram element comprises a region 1 (having a refractive index of n1) made of a photocurable polymer material which is optically substantially isotropic, and a non-polymerizable liquid crystal. Region 2 (the liquid crystal molecules have refractive index anisotropy as shown in the figure, and the refractive indices for the ordinary ray and the extraordinary ray are no and n, respectively).
e).
【0063】ここでn1 とno 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ITOと略記す
る)に印加し、領域2の液晶分子をスイッチングさせる
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, n1 and no are selected to be substantially equal. When a voltage is applied to the transparent conductive electrode 1 (hereinafter abbreviated as ITO) and the liquid crystal molecules in the region 2 are switched, the liquid crystal molecules are arranged substantially perpendicular to the glass substrate 2.
【0064】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no )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). 1,
Since both have a refractive index of approximately no), the light beam 3 goes straight without being diffracted.
【0065】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 the region 2, FIG.
As shown in (b), the liquid crystal molecules are arranged substantially parallel to the glass substrate 2, and the region 2 has a refractive index anisotropy.
【0066】その結果、例えばP偏光光に対しては屈折
率がne 、n1 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no 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 P-polarized light acts as a hologram element whose refractive index alternately changes to ne and n1, whereas for the S-polarized light, all regions have almost the same refractive index no. Acts as an isotropic medium. Therefore, the P-polarized light 4 is diffracted in the incident light beam 3, and the S-polarized light 5 goes straight.
【0067】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
no 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
ne (θ)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、例えば光スイッチとして用
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), even in the mode in which the voltage is applied to the light beam 3 'obliquely incident and the liquid crystal molecules are vertically aligned to make the incident light beam travel straight, 2 has a refractive index anisotropy. That is, it acts as an isotropic medium having a refractive index of no with respect to an ordinary ray (in this case, S-polarized light), so that it travels straight. (Θ), and the incident light is diffracted as a hologram. Therefore, for example, when it is used as an optical switch, there is a disadvantage that complete control cannot be performed except for vertical incidence.
【0068】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、狭ギャ
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 using a photocurable polymer material which does not originally have a refractive index anisotropy, if it is formed between glasses having a narrow gap, the refractive index is slightly reduced due to stress or the like. Develop anisotropy. However, the difference is small and the above-mentioned phenomenon appears essentially.
【0069】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 cause a problem. For example, in the case of Conventional Example 6, when displaying black, the grid portion becomes a discontinuous region, which is particularly conspicuous when displaying a high-contrast image, and has the disadvantage of impairing uniformity.
【0070】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。The problems described in detail above are problems that always occur in a system in which a mixture of an optically isotropic photocurable polymer material and a liquid crystal material is used as a material to exhibit phase separation. is there.
【0071】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’97液晶討論会
予稿集168ページ〜169ページ、1997年)。し
かしながら上記例では、UV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、
二光束干渉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。On the other hand, there has been reported an example in which a liquid crystal polymer composite retardation film is produced 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 Liquid Crystal Symposium Proceedings, pp. 168-169, 1997). However, in the above example, the entire surface is simply and uniformly irradiated with UV light, and only the entire surface is uniformly cured.
No mention is made of the formation of interference fringes due to light-induced phase separation by two-beam interference exposure, and the effect that the configuration of the present invention does not produce diffraction even for oblique incident light, as will be described later.
【0072】また、例えば特開平9−281330号公
報、特開平9−288206号公報では、光硬化型液晶
をストライプ状のITO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。In Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-281330 and 9-288206, for example, a photocurable liquid crystal is injected into a cell in which a stripe-shaped ITO is formed, and a voltage is applied to align the liquid crystal molecules. The light-curing is performed in a state where is partially different to form a diffraction element.
【0073】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、スイッチング可能で
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 liquid crystal material is formed using an essentially homogeneous liquid crystal material, and there is no disclosure regarding the use of a mixture with a non-polymerizable liquid crystal. Sex is equal, but not switchable and essentially different from the present invention.
【0074】また、従来例7〜従来例10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 the case where the present invention is applied to a direct-view type liquid crystal panel disclosed in Conventional Examples 7 to 10, the hologram element always realizes the above-described functions. No example of changing the function is disclosed.
【0075】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。Further, in the conventional image display device, when the polarization splitting means is formed by using a dielectric multilayer film, since a plurality of thin film dielectric layers are laminated, it takes a long time to manufacture and has a disadvantage that the cost is high. there were.
【0076】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−
294906号公報、特開平9−105936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。Further, a plurality of prisms are laminated to each other, and a dielectric multilayer film is formed on a joint surface.
The polarizing beam splitters disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 294906 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-105936 have problems such as difficulty in manufacturing, high cost, and heat resistance of the adhesive.
【0077】特開平5−107505号公報、特開平8
−234205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6−20294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があった。JP-A-5-107505, JP-A-8-107505
In JP-A-234205, a thick parallel flat plate or a rectangular prism is used, and it is difficult to make a compact configuration. Further, in JP-A-6-20294, it is difficult to manufacture a saw-tooth shape. As described above, the polarization separation element using the dielectric multilayer film has a disadvantage that the cost is high and the production is difficult.
【0078】また、特開平8−234143号公報、米
国特許第5161039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、イ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よ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。The polarization splitting element using a hologram element having polarization selectivity disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-234143 and US Pat. No. 5,161,039 employs an illumination optical system in a projection type image display apparatus as described above. As a system, no application example as a polarization conversion element combined with an integrator is disclosed. Assuming that the conventional hologram element is incorporated in the polarization conversion element as a polarization separation element,
Even if it is applied to a projection type image display device, it is difficult to realize high efficiency for the following reasons.
【0079】例えばインテグレータの第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 where a polarization splitting element is provided in front of the first fly-eye lens of the integrator. What enters the polarization separation element is a substantially parallel light beam. These light beams are, of course, unpolarized light. In this case, the difference between the emission angles of the two polarized light beams output from the polarized light separating element after the polarized light separation and whose polarization directions are orthogonal to each other is preferably at most several degrees. This is because two images of the illuminator of the lamp are formed on each micro lens of the second fly-eye lens corresponding to each micro lens of the first fly-eye lens. If this angle difference is too large, the diameter of each lens of the second fly-eye lens must be increased.
【0080】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20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 the polarization splitting element, it is necessary to separate substantially parallel light beams into different polarization components and then output each of them with an angle difference of several degrees. This means that the difference between the incident angles of the reference light and the object light at the time of manufacturing the hologram element must be as small as several degrees at most. However, in general, in order to increase the efficiency of the volume hologram sufficiently high enough to be usable, the difference between the incident angles of the reference beam and the object beam is required to be at least 20 degrees or more. Efficiency is reduced. Therefore, the first type of polarization conversion element cannot be formed by using the conventional hologram element as the polarization separation element.
【0081】また、回折素子としては、例えば特開平5
−173196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、オブ、アプライド、フィジックス、第36
巻、1997年、589−590頁に開示されているよ
うにUV硬化型液晶を用いた例、あるいはケミカル、マ
テリアル1993年、第5巻、1533−1538項に
開示されているようにポリマー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。As a diffraction element, for example, Japanese Patent Application Laid-Open
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 173196, examples using a normal nematic liquid crystal, or Japanese,
Journal, Ob, Applied, Physics, No. 36
Vol. 1997, pages 589-590 using UV curable liquid crystals, or as disclosed in Chemical, Materials 1993, Vol. 5, pp. 1533-1538. Is also known, but the one disclosed in the above publication only discloses that it has a polarization separation function, and does not disclose any application as a polarization conversion element.
【0082】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、インテグレータと組
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。As described above, when a polarization conversion element combined with an integrator is formed using a polarization separation element formed of a conventional dielectric multilayer film and applied to a projection type image display device, (1) And (3) there are problems such as high cost, (2) difficulty in manufacturing, and (3) difficulty in compact configuration.
【0083】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)インテグレータと組み合わせ、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。In general, the hologram element is used as a polarization splitting element of a projection type image display device in combination with (2) an integrator because (1) efficiency is low unless a difference between an incident angle and an output angle is increased. It was difficult.
【0084】さらに、従来の回折素子にあっては、 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、 2)インテグレータ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。Further, in the conventional diffractive element, 1) it merely discloses that it has a polarization splitting function, and 2) it does not disclose any combination with an integrator. It is not applicable to the device.
【0085】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
隙に液晶を挟んだ構成である。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。Further, a polarization splitting element using liquid crystal has a configuration in which liquid crystal is sandwiched between a glass substrate and a prism substrate having sawtooth grooves. Since liquid crystals exhibit refractive index anisotropy, the difference in the refractive index differs depending on the polarization direction, such as ordinary light or extraordinary light.
【0086】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
向が異なって出射することになる。The light wave incident on the polarization splitting element generates a phase distribution corresponding to the sawtooth shape, and functions as a phase type diffraction grating. Further, the refractive index difference when passing through the liquid crystal layer differs depending on the polarization direction. For this reason, since the phase distribution differs depending on the polarization direction of the incident light wave, the ordinary light and the extraordinary light, that is, the directions diffracted by the P wave and the S wave are emitted differently.
【0087】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μm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 wave and the S wave in the second lens array, a diffraction angle that can be separated is required. For this reason, it is necessary to reduce the sawtooth pitch of the polarization separation element to about several tens of μm. 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. That is,
If the sawtooth-shaped groove deviates from the design, a problem arises in that the diffracted wave is dispersed and the degree of separation by the polarization separation element is reduced.
【0088】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。If the width of the gap between the sawtooth-shaped grooves is increased, the pitch of the sawtooth-shaped groove can be increased and the processing can be facilitated. In this case, if the separation angle is maintained and used to the same extent as the original case, it is necessary to increase the cell gap of the liquid crystal. However, it is difficult to uniformly align the liquid crystal in a thick cell gap, and a phenomenon such as white turbidity occurs, which causes a new problem that the transmittance of the polarization separation element is reduced and the light use efficiency is reduced.
【0089】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ッタの
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90°偏光方向が回転されP波とな
って出射する。In a polarization beam splitting element using a prism, a light beam is incident on a prism array at every other stop by a lens plate. Since the prism has the function of a polarizing beam splitter, for example, the S wave is transmitted and the P wave is reflected at a right angle, and further reflected at a right angle by an adjacent prism, so that the light propagates in the same direction as the preceding S wave. After this, one placed in the optical path
The polarization direction is rotated by 90 ° by a / 2 wavelength plate, and the light is emitted as a P wave.
【0090】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90°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, it is possible to obtain a light beam having a uniform polarization direction from the light wave incident on the lens plate without largely changing the width of the light beam. The prism has a cube shape filled with liquid or solid for refractive index matching with the dielectric multilayer film. 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. Also, since the separation film bends the light propagation direction by 90 °,
It is arranged at 5 °. 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 there is a problem that the element cannot be made thin and small.
【0091】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,
To provide a polarization illuminator with high light use efficiency using a diffraction optical element having excellent polarization selection and high diffraction efficiency as a polarization splitting element, and to form a bright projection image by combining this polarization illuminator with a projection optical system. It is an object of the present invention to realize a projection display device that can perform the above-described operations.
【0092】また、近年、カーナビゲーション用のモニ
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、モバイルツール
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、シースルー画面であることが望ましい。In recent years, the use of monitors for car navigation and portable displays for personal viewing of video and image information has been increasing. It is positioned as a low power consumption type display for portable information terminals such as mobile phones. Common conditions required for such a display include small size, light weight, thin shape, and low power consumption. In the head-up display, there is also a need to switch between the display screen and the outside world, and it is desirable that the screen is transparent, that is, a see-through screen.
【0093】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CRT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TFT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。At present, a display using a liquid crystal element is considered as a display suitable for the above requirements.
A liquid crystal display has a smaller depth area and can be made thinner than a conventional display such as a CRT. In addition, higher definition has been achieved by downsizing the pixel size, increasing the capacity, introducing TFT elements, etc., and the image quality has been further improved.
【0094】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, in general, the principle of image display of a display using a liquid crystal element modulates the polarization direction of incident light depending on the magnitude of an electric field applied to the liquid crystal element. By combining polarizers arranged in crossed Nicols before and after the liquid crystal element, image information such as light and dark is displayed by utilizing the difference in the transmittance of the polarizer depending on the polarization state of incident light.
【0095】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
記液晶パネルを通して外界の情報を得ることは困難であ
り、シースルータイプのヘ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 of the absorption type. Furthermore, since the polarizers are combined in crossed Nicols, the light transmittance is almost nil in the state of only the combination of the polarizers, and the state is black. Therefore, it is difficult to obtain external information through the liquid crystal panel together with the image display, and there is a problem that it cannot be used as a see-through type head-up display.
【0096】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
った問題が生じてくる。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. When the amount of incident light increases, the influence 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.
【0097】液晶ディスプレイはCRT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。液晶ディスプレイの消費電力の内、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。Since the liquid crystal display is not a self-luminous type device such as a CRT, a dedicated light source is required for displaying images. Of the power consumption of the liquid crystal display, the ratio of the power used for the light source accounts for about half of the whole, which is a barrier to lowering the power consumption. For this reason, a method of displaying an image without using a dedicated light source for illumination has been 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 using external light such as natural light or indoor illumination light as a light source. According to this configuration, a dedicated light source is not required,
Low power consumption can be achieved.
【0098】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。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 illumination is dark or where illumination light cannot be used. For this reason, it is desirable to adopt a configuration that switches between a backlight as an internal light source and external light in accordance with a place where the external light is used, environmental conditions, and the like, and has both low power consumption and convenience in viewing image information. .
【0099】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。However, in order to use external light, it is suitable to adopt a reflection type configuration in which one polarizer is placed on the entire surface of the liquid crystal element. It is suitable to adopt a transmissive configuration in which polarizers are arranged in crossed Nicols before and after. In order to satisfy both of these methods simultaneously, it is conceivable to adopt a configuration using two polarizers. However, when an absorption type polarizer is used, the transmittance is low, and the reflection type image by external light is used. In display, the brightness of the screen is significantly reduced and the image quality is degraded. Therefore, there is a problem that it is difficult to use the internal light source and the external light in combination.
【0100】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、シースルー型
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 has solved the above-mentioned problems of the prior art,
An image display device is constructed by combining a diffractive optical element with excellent polarization selectivity and high diffraction efficiency with a liquid crystal element, enabling see-through display, and a low-light that can be used in combination with an internal light source backlight and external light. It is an object to provide a power consumption type image display device. Furthermore, by using a diffractive optical element as a transmission type having a modulation in the refractive index distribution,
The aim is to increase the efficiency of light utilization and achieve versatile application as an illumination device for illumination light simultaneously with image display.
【0101】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 detecting a signal from an optical storage medium using a hologram element having polarization selectivity manufactured by ion exchange or the like, the signal detection is greatly affected by the diffraction efficiency of the hologram element. 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.
【0102】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 noise increases, making it difficult to detect a signal accurately. 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. Come up.
【0103】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π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。To solve this problem, it is necessary to improve the polarization selectivity and diffraction efficiency of the hologram element. At present, as a form that can be used as a hologram element having polarization selectivity, there is a two-dimensional diffractive optical element type. This has a refractive index distribution corresponding to a rectangular lattice shape, and causes a phase difference of 0 and π for each adjacent lattice with respect to the wavelength of incident light. Light passing therethrough is diffracted as a result of being intensified in a specific direction corresponding to the spacing of the rectangular grating.
【0104】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、40%
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増加する。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
となるという問題も生じてくる。In such a hologram element composed of a rectangular lattice, a diffracted wave is generated symmetrically due to a two-dimensional binary shape. Therefore, the diffraction intensity 1
Even with ideal diffraction efficiency focused in the next direction, 40%
There is a problem that it is limited to the extent. Further, when the grating shape deviates from the design value, the intensity ratio of the diffracted light to higher orders other than the first-order light intensity including the zero-order light intensity increases. Therefore, not only is the required primary light intensity reduced, but the higher-order diffracted light acts as return light to the semiconductor laser, causing noise to the laser oscillation as described above. Problems arise.
【0105】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。The present invention has solved the above-mentioned problems of the prior art,
It is an object of the present invention to provide a diffractive optical element used for an optical information processing device having excellent polarization selectivity and high diffraction efficiency, and a highly reliable manufacturing method of the element.
【0106】[0106]
【課題を解決するための手段】本発明は、材料の組成の
異なる複数の領域を有し、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、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、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。According to the present invention, there is provided a photocurable liquid crystal having a plurality of regions having different compositions of materials, wherein the plurality of regions are cured by at least a specific wavelength and have a refractive index anisotropy. And a second region composed of a non-curable liquid crystal (hereinafter abbreviated as a non-polymerizable liquid crystal) according to the wavelength, and a refractive index of the photo-curable liquid crystal to ordinary light after curing. And the refractive index for the extraordinary ray is substantially equal to the refractive index for the ordinary ray and the extraordinary ray of the non-polymerizable liquid crystal.
【0107】本発明は、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、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θ0と、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θ1と、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θ2が下式の|θ1−θ2|>20|θ0−
θ2|<15を満足することを特徴とする。The present invention comprises at least plate-shaped first and second hologram elements having polarization anisotropy with respect to an incident light beam and selectively diffracting substantially only a first polarization component. An angle θ0 formed between the incident light beam incident on the first hologram element and the optical axis, an angle θ1 formed between the incident light beam and a first output light beam diffracted by the first hologram element and the optical axis; The angle θ2 formed by the output light beam after being incident on the second hologram element and diffracted and output as the second light beam with the optical axis is | θ1−θ2 |> 20 | θ0−
θ2 | <15 is satisfied.
【0108】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、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、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、15°未満であ
るとともに、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20°を越えることを特徴とする。The first and second hologram elements are disposed substantially parallel to each other and selectively diffract predetermined polarization components substantially equal to each other.
And the diffracted light beam diffracted by the first and second hologram elements and emitted from the second hologram element, and the diffracted light flux incident on the first hologram element, The angle between the transmitted luminous flux transmitted from the second hologram element and the transmitted light flux emitted from the second hologram element is greater than 0 ° and less than 15 °, and is incident on the first hologram element. In the light beam diffracted by the first and second hologram elements, the angle formed by the light beam incident on each hologram element and the light beam diffracted by each hologram element exceeds 20 °.
【0109】[0109]
【発明の実施の形態】(実施の形態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。(Embodiment 1) An example of a hologram element which is a polarization-selective diffractive optical element having a different diffraction effect depending on the polarization direction of incident light will be described.
【0110】このホログラム素子は、図10に示すよう
に、それぞれ導電性透明電極(以下「ITO」とい
う。)501が形成された2枚のガラス基板502の間
に、例えば紫外線硬化型液晶(以下「UVキュアラブル
液晶」という。)分子503aを含む領域503と、例
えば非重合性液晶分子504aを含む領域504とが形
成されて構成されている。上記UV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UV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 is provided between two glass substrates 502 on each of which a conductive transparent electrode (hereinafter, referred to as “ITO”) 501 is formed. A region 503 including molecules 503a and a region 504 including, for example, non-polymerizable liquid crystal molecules 504a are 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.
【0111】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
工藤、上原著、「基礎光学」、現代工学社刊、202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」であるとする。ま
た、「領域503と領域504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、それぞれ、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
03と領域504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 relating to “optical anisotropy” will be described. In general liquid crystal materials and optical materials having refractive index anisotropy as seen in uniaxial optical crystals, the refractive index for ordinary light and the refractive index for extraordinary light can be defined. The ordinary ray is polarized light whose refractive index does not depend on the incident angle of the ray, and the extraordinary ray is polarized light having a different refractive index depending on the incident angle.
The refractive index of the extraordinary ray according to its incident angle is shown in FIG.
The refractive index can be determined by a so-called refractive index ellipsoid shown in (b) (Reference: for example, Kudo and Uehara, “Basic Optics”, published by Hyundai Kogakusha, page 202). Therefore, "optical anisotropy of each region with respect to the incident light beam" is simply abbreviated as "optical anisotropy of each region" unless otherwise specified, and the meaning is "with respect to the incident light beam of each region. Anisotropy of the refractive index for ordinary light and extraordinary light. " Further, "the optical anisotropy of the region 503 and the region 504 is substantially equal" means that "the refractive index for the incident ordinary ray and the refractive index for the extraordinary ray are substantially equal to each other in both areas". Shall be. Similarly, “area 5
The expression "03 differs from the optical anisotropy of the region 504" means that "the refractive index for the incident ordinary ray is substantially equal in both regions, but the refractive index for the extraordinary ray is different in both regions". And The terms "optical anisotropy" and "refractive index anisotropy" are used in the same meaning.
【0112】上記ホログラム素子は、ITO501間に
電圧が印加されていない状態では、図10(a)に示す
ように、領域503および領域504共に液晶分子50
3a,504aが略同一の方向(ガラス基板502に略
平行な方向)に配向し、領域503(硬化後)と領域5
04の光学的異方性が互いにほぼ等しいようになってい
る。すなわち、領域503と領域504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n
e とする)。一方、ITO501間に所定の電圧が印加
されると、図10(b)に示すように、領域504の液
晶分子504aだけが電気力線の方向に配向(スイッチ
ング)し、領域503と領域504とで光学的異方性が
互いに異なるようになっている。In the state where no voltage is applied between the ITO 501, the hologram element has the liquid crystal molecules 50 in both the region 503 and the region 504 as shown in FIG.
3a and 504a are oriented in substantially the same direction (direction substantially parallel to the glass substrate 502), and the region 503 (after curing) and the region 5
04 have almost the same optical anisotropy. That is, the refractive indices for the ordinary ray are almost equal between the area 503 and the area 504 (the value is no), and the refractive indices for the extraordinary ray are almost equal (the value is n).
e). On the other hand, when a predetermined voltage is applied between the ITOs 501, as shown in FIG. 10B, only the liquid crystal molecules 504a in the region 504 are aligned (switched) in the direction of the lines of electric force, and the regions 503 and 504 are connected to each other. Have different optical anisotropy from each other.
【0113】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、ITO50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503と領域504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10
(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10(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11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503,504共にno で等しいだけ
でなく、異常光線に対する屈折率も、領域503,50
4共にne (θ)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 light) by applying a voltage between the ITOs 50, and changes the incident light flux to the pitch between the regions 503 and 504. And diffracted in a direction corresponding to 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)). Thus, the selective diffraction of only P-polarized light is
The same applies to the case where 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. 10A). Further, in the 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 made to travel straight. That is, as shown in FIG. 11, when a light beam enters from an oblique direction, the refractive index for the ordinary ray is not equal to no in both the regions 503 and 504, and the refractive index for the extraordinary ray is also in the regions 503 and 50.
4 are equal in ne (θ), so that not only ordinary rays but also extraordinary rays can be made to travel straight without diffraction.
【0114】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 above-mentioned hologram element, it is ensured that the ordinary light beam and the extraordinary ray can be made to go straight or the extraordinary ray alone can be selectively diffracted even with respect to the light beam incident from an oblique direction. Can be.
【0115】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 of manufacturing the hologram element as described above will be described. This hologram element can be formed by so-called light-induced phase separation, for example, by irradiating an interference draft of two light beams.
【0116】(1)まず、ITO501を形成した2枚
のガラス基板502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 ITO 501 has been formed, and an alignment process is performed.
【0117】(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502を貼り合わせる(ビーズ分散に代え
て、酸化シリコンや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) For example, beads of a predetermined diameter (not shown) are dispersed to secure a cell gap, and two glass substrates 502 are bonded together (instead of dispersing beads, use is made of silicon oxide or photopolymer). A column having a predetermined height may be formed.)
【0118】(3)例えば非重合性液晶とUVキュアラ
ブル液晶を例えば1:1の重量比で混合した液晶材料を
注入し封止する。(3) For example, a liquid crystal material in which a non-polymerizable liquid crystal and a UV-curable liquid crystal are mixed at a weight ratio of, for example, 1: 1 is injected and sealed.
【0119】(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UV
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UV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) By irradiating the interference draft with a desired pitch by two-beam interference exposure, the UV of the part where the light is strongly irradiated is irradiated.
The cured liquid crystal is cured, and most of the UV cured liquid crystal molecules in the mixed liquid crystal are gathered in the cured portion due to the photo-induced phase separation phenomenon, and good region separation is performed.
【0120】ここで、上記(4)のプロセスにおいて、
ITO501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501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12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って入射光束
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ー
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),
If a two-beam interference exposure is performed with a voltage applied between the ITOs 501 and the liquid crystal molecules are oriented substantially perpendicular to the glass substrate 501, for example, as shown in FIG. The anisotropy is almost equal and both the P-polarized light and the S-polarized light in the incident light beam go straight, but when no voltage is applied, the optical anisotropy of each region becomes different, and only the P-polarized light is diffracted, A reverse mode hologram element in which polarized light travels straight can be manufactured.
【0121】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
ー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。As a method of driving the element, it is generally preferable to apply an AC voltage. However, when a non-polymerizable liquid crystal, for example, a ferroelectric liquid crystal is used, a pulse-like voltage is utilized by taking advantage of its memory property. May be applied.
【0122】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503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
ne 、no が領域504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. However, in the conventional example 1, only the photocurable polymer material is used for the region 503, and the refractive index anisotropy is not changed. Not disclosed. On the other hand, the hologram element of the present invention
It is characterized in that the photocurable liquid crystal has a refractive index anisotropy and the ne and no after curing are the same as the non-polymerizable liquid crystal in the region 504, and therefore, it is possible to improve the incident angle characteristics. it can. For example, consider a vertically incident light beam (see FIG. 2A).
【0123】従来例1では、光硬化型高分子材料からな
る領域503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no と略等しい値n1 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 the conventional example 1, since the region 503 made of the photocurable polymer material does not have the refractive index anisotropy, the refractive index is always the value n1 substantially equal to the no of the liquid crystal. Conventional example 1
By controlling the liquid crystal molecules in the configuration shown in FIG. 8A, the incident light beam 3 can travel straight without being diffracted.
【0124】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503が屈折率no のままな
のに対して、領域504の屈折率はne (θ)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。However, as shown in FIG. 9 (a), for the light beam 3 'obliquely incident, the ordinary ray (in this case, the S-polarized light 5) can go straight, but the extraordinary ray (in this case, the P-polarized light). The light 4) is diffracted because the refractive index of the region 503 remains ne (θ) while the refractive index of the region 503 remains no. As shown in FIG. 9B, the refractive index for an extraordinary ray can be obtained from a refractive index ellipsoid.
【0125】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。The above phenomenon is caused by, for example, Conventional Example 2 to Conventional Example 6
And the like, there is a problem common to all conventional devices in which the polymer material to be cured does not have essentially the refractive index anisotropy.
【0126】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
狭ギャ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 the conventional example 6 is not a hologram element, it does not disclose any refractive index between the photocurable polymer material and the non-polymerizable liquid crystal. In this case, the polymer material has a narrow gap. The problem is the slight anisotropy of the refractive index that occurs when formed inside.
【0127】(実施の形態2−1)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
子などに用いられる。(Embodiment 2-1) An example of a polarization splitting element constituted by 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 them at slightly different emission angles.
For example, it is used for a polarization conversion element for obtaining a light beam having a uniform polarization direction.
【0128】この偏光分離素子510は、図13に示す
ように、第1のホログラム素子511と第2のホログラ
ム素子512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511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45゜の出射角(基板法線すなわちZ軸を
基準とし、Z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512に45°の入射角で
入射するようになっている。一方、P偏光成分(Y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511を透過するようになっている。As shown in FIG. 13, the polarization separation element 510 is formed by bonding a first hologram element 511 and a second hologram element 512 together. First
When a light flux α substantially parallel to the normal direction (Z-axis direction in the figure) of the hologram element 511 is incident, for example, an S-polarized component (a polarized component having a plane of polarization parallel to the X-axis shown in the figure) is diffracted. For example, the light is emitted at an emission angle of 45 ° (an angle between the Z axis and the traveling direction of the incident light with respect to the substrate normal, that is, the Z axis), and is incident on the second hologram element 512 at an incident angle of 45 °. It has become. On the other hand, a P-polarized light component (a polarized light component having a plane of polarization parallel to the Y-axis) is transmitted through the first hologram element 511 as it is.
【0129】上記45゜の入射角で第2のホログラム素
子512に入射したS偏光光は、その第2のホログラム
素子512により回折されて、例えば−7゜の出射角で
出射される一方、P偏光光は、第1のホログラム素子5
11と同様にZ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510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 the incident angle of 45 ° is diffracted by the second hologram element 512 and is emitted at an emission angle of, for example, -7 °, while P The polarized light is applied to the first hologram element 5
As in the case of 11, the light is transmitted parallel to the Z axis.
That is, in the polarization separation element 510, the P-polarized light
The polarized light can be separated and output at a difference of 7 ° in the traveling direction.
【0130】上記各ホログラム素子511,512とし
ては、例えば前記実施の形態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IT
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、それぞ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 511 and 512, for example, the hologram elements of the first embodiment can be used.
The above operation can be performed by applying a predetermined voltage to O. Also, 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.
【0131】(1)1対のガラス基板25上に導電性透
明電極(例えばITO:不図示)を成膜する。(1) A conductive transparent electrode (for example, ITO: not shown) is formed on a pair of glass substrates 25.
【0132】(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.
【0133】(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.
【0134】(4)ガラス基板513の周辺部にシール
材(不図示)を塗布する。(4) A sealing material (not shown) is applied to the periphery of the glass substrate 513.
【0135】(5)ガラス基板513,514を貼り合
わせ、加熱処理によりシール材を硬化させる。(5) The glass substrates 513 and 514 are bonded together, and the sealing material is cured by heat treatment.
【0136】(6)注入口(不図示)からホログラム材
料として例えばUV硬化型液晶515を注入する。(6) For example, a UV curable liquid crystal 515 is injected as a hologram material from an injection port (not shown).
【0137】(7)UVレーザー光を用いた2光束干渉
光学系によりUV硬化型液晶515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 to light by a two-beam interference optical system using a UV laser beam to form a predetermined interference image described later.
【0138】(8)導電性透明電極間に所定の電圧を印
加しながら再度UV光を照射する。(8) UV light is again irradiated while applying a predetermined voltage between the conductive transparent electrodes.
【0139】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。A method for manufacturing such a cell is a well-known technique in the field of optics. The two-beam interference optical system also divides a coherent laser beam into two parts and irradiates the coherent laser light at a predetermined angle to irradiate the laser beam at a predetermined angle. This is a known technique for forming a direction and pitch interference draft.
【0140】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。UV硬化型液晶はUV光、例えば360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515aは、上記(2)のラビン
グ処理によって、(6)の注入後(7)のUV露光前の
状態では、図14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 hologram element having polarization selectivity by the above-described manufacturing method will be described. The UV-curable liquid crystal is a liquid crystal that is cured by irradiating UV light, for example, light having a wavelength near 360 nanometers. Due to the rubbing treatment of the above (2), in the state before the UV exposure after the injection of the (6) and (7), the molecules 515a of the liquid crystal are oriented in a direction substantially rubbed as schematically shown in FIG. ing.
【0141】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UV硬化型液晶515に
照射すると、UV硬化型液晶515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15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515bの
みが硬化する。In this state, when the interference light formed by the two-beam interference optical system is irradiated on the UV-curable liquid crystal 515 as described later, the UV-curable liquid crystal 515 is cured according to the light intensity of the interference light. Specifically, for example, as shown schematically 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 hardened.
【0142】その後、導電性透明電極間に電圧を印加す
ると、図16に示すように、干渉稿の光強度の弱かった
部分の液晶分子515a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UV光を全面に
照射すると、電圧の印加を停止しても、図16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イッ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16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。Thereafter, when a voltage is applied between the conductive transparent electrodes, as shown in FIG. 16, only the liquid crystal molecules 515a in the portion of the interference image where the light intensity is weak are oriented (switched) in the direction of the lines of electric force. 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. That is, a region where the liquid crystal is switched and a region where the liquid crystal is not switched are formed at a minute pitch of the interference draft. Therefore, since the liquid crystal molecules have optically uniaxial refractive index anisotropy, in the example of FIG. 16, the liquid crystal molecules act as a phase type diffraction element with respect to the polarized light component oscillating in the X-axis direction. On the other hand, it functions as a diffractive element having polarization anisotropy that outputs a polarized component vibrating in the Y-axis direction without diffracting as an isotropic element.
【0143】本実施の形態においては、具体的には以下
のパラメータにより各ホログラム素子511,512を
作製した。In the present embodiment, specifically, each hologram element 511, 512 was manufactured with the following parameters.
【0144】 第1のホログラム素子の干渉稿の傾角:22.5゜ 第1のホログラム素子の干渉稿のピッチ:0.757μ
m 第1のホログラム素子の厚さ:9μm 第2のホログラム素子の干渉稿の傾角:19゜ 第2のホログラム素子の干渉稿のピッチ:0.651μ
m 第2のホログラム素子の厚さ:9μm 液晶の平均の屈折率:1.593 屈折率変化:0.083 上記のようにして作製された偏光分離素子510のS偏
光光に対する回折効率を図17に示す。横軸は第1のホ
ログラム素子511への入射角度である。図のように±
2゜の範囲で90%以上の高い偏光分離特性を実現する
ことができた。The tilt angle of the interference draft of the first hologram element: 22.5 ° The pitch of the interference draft of the first hologram element: 0.757 μ
m Thickness of first hologram element: 9 μm Inclination angle of interference draft of second hologram element: 19 ° Pitch of interference draft of second hologram element: 0.651 μ
m Thickness of the second hologram element: 9 μm Average refractive index of liquid crystal: 1.593 Change in refractive index: 0.083 The diffraction efficiency of the polarization separation element 510 manufactured as described above with respect to S-polarized light is shown in FIG. Shown in The horizontal axis is the angle of incidence on the first hologram element 511. ± as shown
High polarization separation characteristics of 90% or more could be realized in the range of 2 °.
【0145】なお、液晶材料として、磁場で配向可能な
UV硬化型液晶を用いた場合には、ガラス基板513,
514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, the glass substrate 513,
There is no need to form a conductive transparent electrode on the surface of 514,
In the process (8), a magnetic field may be applied instead of applying an electric field.
【0146】このほかにもホログラム材料27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。Alternatively, a hologram element may be manufactured by photo-induced phase separation using a mixture of a photopolymer and a liquid crystal polymer having sensitivity to a specific wavelength region as the hologram material 27.
【0147】また、本実施の形態においては、ガラス基
板513,514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。In the present embodiment, the optical axis defined as the normal to the glass substrates 513 and 514 almost coincides with the incident light beam. However, it is not always necessary that they coincide.
【0148】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18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521は、例え
ば液晶などの屈折率異方性を有する光学媒体522を用
いて形成されており、厚さが10μm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. The hologram element 521 is formed using an optical medium 522 having a refractive index anisotropy such as a liquid crystal and has a thickness of about 10 μm.
The refractive index distribution is periodically distributed also in the thickness direction. For this reason, the diffractive action differs depending on the polarization direction, and the diffractive action has a characteristic of exhibiting high diffraction efficiency in one direction.
【0149】以下、このホログラム素子521について
詳述する。Hereinafter, the hologram element 521 will be described in detail.
【0150】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522の光軸の傾きがホログラム素
子521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 the element has a layer structure in which a layer inclined with respect to the thickness direction is periodically formed from the surface on which light enters. In the layers adjacent to each other, one is arranged so that the inclination of the optical axis of the optical medium 522 having the refractive index anisotropy is parallel to the surface of the hologram element 521, and the other is arranged in the direction perpendicular to the surface. doing.
【0151】上記屈折率異方性を有する光学媒体522
に光が入射すると、その光の偏光方向が光学媒体522
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Neの値を示す。また、偏光方向が光学媒体522
の光軸と垂直である場合は常光線となり、Noの屈折率
を示すことになる。ここで、Ne>Noである。Optical medium 522 having the above-mentioned refractive index anisotropy
Is incident on the optical medium 522, the polarization direction of the light is
When the light beam is parallel to the optical axis, the beam becomes an extraordinary ray, and the refractive index indicates the value of Ne. Further, the polarization direction is changed to the optical medium 522.
When the light is perpendicular to the optical axis, the ray becomes an ordinary ray, and shows a refractive index of No. Here, Ne> No.
【0152】次に、図18に示すホログラム素子521
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521に
入射したときの振る舞いについて説明する。Next, the hologram element 521 shown in FIG.
The behavior when these lights are incident on the hologram element 521 with light having a polarization direction perpendicular to the paper as an ordinary ray and light having a polarization direction parallel to the paper as an extraordinary ray will be described. .
【0153】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522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Noとなる。つまり、屈折
率がNo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 optical medium 522 constituting each layer. For this reason, the refractive index of each layer is No, regardless of the direction of the optical axis between the layers. That is, since a medium having a uniform refractive index is equal to that of a medium having no refractive index, an ordinary ray incident on the medium is not affected by diffraction, and is transmitted as it is, as shown in FIG.
【0154】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522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、Ne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521の
入射面に対し光学媒体522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No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521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521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, in the layer where the optical axis of the optical medium 522 having the refractive index anisotropy is arranged parallel to the incident surface, the polarization direction of the incident light is aligned with the optical axis. Be parallel. 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 522 is perpendicular to the incident surface of the hologram element 521, this layer corresponds to the case where the polarization direction is perpendicular to the optical axis, and this layer has a refractive index of No. Works with things. Therefore, for an extraordinary ray, the hologram element 521
In the thickness direction, which is the traveling direction of the incident light, the light passes through a plurality of layers having different refractive indexes periodically. As a result, the incident light beam is subjected to a so-called Bragg diffraction effect in which the light is condensed in a specific direction corresponding to the inclination angle of the layer and the pitch of the period. Therefore, as shown in the figure, after passing through the hologram element 521, the extraordinary ray changes the optical path corresponding to the layer structure formed inside the element.
【0155】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。That is, by 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 enters each layer forming the periodic structure, the light scattered in each layer causes a phenomenon in which the scattered component strengthens in a specific direction corresponding to the wavelength and the incident angle and the pitch between the layers. . This is called Bragg's diffraction condition, and such a condition is three times larger than that of a conventional two-dimensional diffractive optical element.
It has a dimensional configuration and has the effect of blazing (focusing light in one direction).
【0156】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100%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90%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40%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, the diffraction efficiency can be greatly improved as compared with the conventional diffractive optical element, and theoretically, an efficiency of 100% is possible. In practice, an efficiency of 90% or more can be expected even when taking into account the loss on the way. On the other hand, in a binary two-dimensional diffractive optical element, the diffracted wave is diffracted to the higher order symmetrically, including the 0th order, so that the diffraction efficiency in the primary order is at most about 40%. Which is a low value as a percentage of the total amount of light passing through the element.
【0157】図19にホログラム素子521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
ジェイ」(H.Kogelnik、(Bell Sys
t.Tech. J.,48,1969,pp.290
9−2947))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 result of the theoretical diffraction efficiency of the hologram element 521 by "Bell System Technology".
Jay "(H. Kogelnik, (Bell Sys
t. Tech. J. , 48,1969, pp. 290
9-2947)). 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】 [Table 1]
【0158】図19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。In FIG. 19, (a) shows the change in the 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 case where the incident wavelength deviates from the design value. , Ie, the dependence of the diffraction efficiency on the incident wavelength.
【0159】図19(a)の角度依存性についてはホロ
グラム素子521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19(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100%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±100nm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. 19A corresponds to the efficiency when the light beam incident on the hologram element 521 deviates from the parallel light (when the incident angle deviates from a predetermined angle). The incident wavelength dependency of b) corresponds to the study of the efficiency at the time of illumination by a white light source. As shown in the figure, it is expected that a theoretical diffraction efficiency of 1, that is, a high diffraction efficiency of nearly 100% can be obtained by appropriately setting various parameters. According to the figure, the characteristic is flat with respect to the wavelength around ± 100 nm, and high efficiency can be expected for white light.
【0160】なお、図18では、ホログラム素子521
を構成する光学媒体522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NeからNo
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。In FIG. 18, the hologram element 521
The optical axis of the optical medium 522 constituting
Although the case where the refractive index difference is the largest by tilting by 0 ° is shown, the refractive index difference can be changed from Ne to No by setting this angle arbitrarily.
Can also be set to an intermediate value. Further, it is also possible to adjust the diffraction efficiency by selecting a refractive index distribution using this.
【0161】また、ホログラム素子521の領域をいく
つかに分割し、それぞ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 directions of diffraction respectively.
【0162】さらに、白色光を構成するR:赤(0.6
5μm)、G:緑(0.55μm)、B:青(0.45
μm)程度の各中心波長のそれぞ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521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521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。Further, R: red (0.6
G: green (0.55 μm), B: blue (0.45 μm)
μm), a layer having a different periodic structure, an angle, and the like is formed according to each of the center wavelengths, and these layers are laminated to form a hologram element 521, or a hologram element is formed by superposing these structures. By recording information in the area 521, a configuration in which the influence of chromatic dispersion or angle dependence is reduced is also possible.
【0163】次に、ホログラム素子521の作製方法に
ついて説明する。Next, a method of manufacturing the hologram element 521 will be described.
【0164】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ITOを形成する。First, for example, ITO is formed as a transparent conductive electrode on each of a pair of glass substrates.
【0165】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 adhering dust, and then an alignment film made of a polymer, for example, a polyimide is applied by a spin coating method or the like, and the alignment is performed by performing a heat treatment or the like. A film is formed on a substrate.
【0166】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5μm〜20
μm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 substrate, and the other substrate is coated with a diameter of 5 μm to 20 μm.
Disperse beads of about μm. The two substrates are bonded together so that the rubbing directions are paired with each other to form an empty cell.
【0167】上記空セルに、屈折率異方性を有する光学
媒体522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
ー等が含まれたもので、360nm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、40℃〜60℃程
度の高温、また、真空中で注入するなどしてもよい。As the optical medium 522 having the refractive index anisotropy, for example, a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is injected into the empty cell. Note that a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy can be used. More specifically, the liquid crystal contains, for example, a photopolymerizable liquid crystal monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer. The liquid crystal is cured by irradiation with light having a wavelength in the ultraviolet region of about 360 nm, and the direction of the liquid crystal molecules is fixed. Use the one with the characteristics specified. The above-described 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.
【0168】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 degassing port of the cell after injecting the liquid crystal with a sealant.
【0169】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 produced as described above is exposed to interference fringes.
【0170】まず、露光時間を調節するためのシャッタ
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
ッタを所定の時間、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, with the shutter for adjusting the exposure time closed and without light irradiation, the liquid crystal sample is placed at the optical system fabrication position (the predetermined position of the exposure apparatus), and the shutter is operated for a predetermined time. For example, by opening for about one minute and then closing, exposure using interference fringes is performed as a first exposure step.
【0171】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50mW〜100mW程度のA
r(アルゴン)レーザから出力される、波長が360n
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30mm〜
50mm程度のビームに広げた後、ビームスプリッタ等
により2方向に分割し、ミラー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1μm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 light having an irradiation intensity of about 50 mW to 100 mW is used.
360n wavelength output from r (argon) laser
m or so. The laser light is emitted by a beam expander or the like, for example, with a diameter of 30 mm to
After expanding the beam into a beam of about 50 mm, the beam is split in two directions by a beam splitter or the like, interference fringes are formed through an optical path set by combining a mirror or the like, and the liquid crystal sample is irradiated. The interference fringes are adjusted to, for example, about 1 μm pitch at the position where the liquid crystal sample is arranged by adjusting the mirror and the like.
【0172】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-mentioned exposure, the liquid crystal in the liquid crystal sample was hardened in the region of the bright portion where the light intensity was high in the interference fringes formed by the interference of two laser beams, and the liquid crystal molecules were initially aligned by the alignment film. The molecular axis is fixed in the direction. That is, for example, when using a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy as described above, initially the liquid crystal molecules are uniformly oriented in a direction parallel to the glass substrate, and in the bright region of the interference fringes, 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 this first exposure step.
【0173】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ITO電極間に5(V/μm)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, an AC electric field of about 5 (V / μm) was applied between ITO electrodes as transparent conductive electrodes formed inside the two glass substrates of the liquid crystal sample. Apply. Due to the application of the electric field, the uncured liquid crystal molecules in the dark portions of the interference fringes are tilted in a direction perpendicular to the glass substrate. The angle of inclination at this time is
Since the magnitude of the electric field is adjusted because it is proportional to the applied electric field, a desired inclination angle, that is, a difference in refractive index can be provided.
【0174】上記のように電圧を印加した状態で、例え
ばビームスプリッタ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, one of the laser beams split by the beam splitter is blocked, so that light having a uniform intensity distribution without interference fringes is formed on the entire surface of the liquid crystal sample. For example, irradiation is performed for about 5 minutes to completely cure the entire uncured dark area.
【0175】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18で示したような構造を有する
ホログラム素子521が作製される。The hologram element 521 having the structure shown in FIG. 18 is manufactured by performing the first exposure step and the second exposure step as described above.
【0176】また、ここではITO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
521を作製することも可能である。In this case, a cell is manufactured using a glass substrate on which a transparent electrode such as ITO is formed, and the direction of liquid crystal molecules is changed from an initial position by applying an electric field in the second exposure step. Was explained. As another method, the hologram element 521 can be manufactured by performing the second exposure step by changing the direction of liquid crystal molecules by applying a magnetic field without using a transparent electrode.
【0177】さらに、照射するAr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90°
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, the polarization direction of the irradiated Ar laser is set to, for example, 90 ° in the first exposure step and the second exposure step.
A method of setting and exposing differently is also conceivable. When a polymer film such as an alignment film is irradiated with linearly polarized light as a light source, molecules whose main chains (or side chains) are oriented mainly in the direction of polarization from randomly oriented polymers mainly emit light. Absorption causes a photoreaction, and the film exhibits optical anisotropy. In a polymer material or the like, 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.
【0178】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 do.
【0179】上記のようにして作製した素子の回折効率
を、He−Ne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98%
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90%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。When 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 98%.
It was before and after, and had high transmittance. Further, the diffraction efficiency in the primary direction with respect to the extraordinary ray 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.
【0180】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、ニオブ酸リチウムや、KD2 P
O4 、β−BaB2 O4 、PLZT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、KTiPO4 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。As the optical medium having the refractive index anisotropy, in addition to the liquid crystal, lithium niobate, KD 2 P
It is also possible to use a uniaxial crystal having an electro-optical effect such as O 4 , β-BaB 2 O 4 , PLZT, etc., and various refraction including a biaxial optical crystal such as KTiPO 4. The same effect can be obtained by using a medium having a rate anisotropy.
【0181】(実施の形態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。(Embodiment 2-2) Another example of the polarization beam splitting element formed by using the hologram element will be described.
【0182】この偏光分離素子530は、図20に示す
ように、全反射ミラー531の表面に、前記実施の形態
1または実施の形態2−1で示したのと同様のホログラ
ム素子532が設けられている。ここで、実施の形態1
のホログラム素子が用いられる場合には、ITO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, in this polarization separation element 530, a hologram element 532 similar to that shown in the first or second embodiment is provided on the surface of a total reflection mirror 531. ing. Here, Embodiment 1
Is used in a state where a predetermined voltage is applied between ITO.
【0183】上記全反射ミラー531およびホログラム
素子532は、光源のランプ533からの光を反射する
リフレクタ534の光軸に対して、法線が45°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 arranged such that the normal line forms an angle of 45 ° with the optical axis of the reflector 534 that reflects the light from the lamp 533 of the light source.
【0184】上記このホログラム素子532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532は、45
°の入射角で入射した異常光線を45°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。In the hologram element 532, light having a polarization direction in a direction perpendicular to the plane of the drawing (S-polarized light) becomes an ordinary ray, and light having a polarization direction in a direction parallel to the plane of the drawing (P-polarized light). (Hereinafter referred to as light) is arranged as an extraordinary ray. The hologram element 532 has 45
The extraordinary ray incident at an incident angle of ° is set to be diffracted and emitted so as to have an exit angle slightly larger than 45 °.
【0185】このように構成されていることにより、ホ
ログラム素子532に対して常光線であるS偏光光は、
前記各実施の形態で説明したように、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532をそのまま透過して全
反射ミラー531で反射され、再びホログラム素子53
2を透過して出射する。すなわち、S偏光光は全反射ミ
ラー531によって進行方向が90°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,
As described in each of the above-described embodiments, the characteristics are the same as those when passing through a medium having an isotropic and uniform refractive index without being affected by the refractive index distribution composed of the periodic structure of the element. therefore,
The S-polarized light passes through the hologram element 532 as it is, is reflected by the total reflection mirror 531, and is again
2 and exit. That is, the traveling direction of the S-polarized light is bent by 90 ° by the total reflection mirror 531 and emitted.
【0186】一方、ホログラム素子532に対して異常
光線であるP偏光光は、ホログラム素子532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45°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 that 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 diffracted.
As described above, light is emitted at an emission angle slightly larger than 45 °.
【0187】したがって、ランプ533からリフレクタ
534を介して出射された光を、この偏光分離素子53
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。Therefore, the light emitted from the lamp 533 via the reflector 534 is
With 0, it is possible to separate out the emitted light whose traveling direction is slightly different between the S-polarized light and the P-polarized light.
【0188】(実施の形態3−1)前記実施の形態2−
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。(Embodiment 3-1) Embodiment 2
An example of a polarization conversion element configured using two polarization separation elements will be described. This polarization conversion element outputs light having a random polarization direction from a light source to polarized light in a predetermined direction, and is used, for example, in a polarized light illumination device such as a polarization type liquid crystal display device.
【0189】図21は偏光変換素子540を含む偏光照
明装置の構成を示す説明図である。FIG. 21 is an explanatory view showing the structure of a polarized light illuminating device including a polarization conversion element 540.
【0190】ランプ533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
ED、FED、レーザ光、無機または有機EL素子等が
用いられる。ランプ533からの光は、リフレクタ53
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530に入射し、実施の形態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530から出射す
る。As the lamp 533, a fluorescent lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, an L
An ED, an FED, a laser beam, an inorganic or organic EL element, or the like is used. The light from the lamp 533 is reflected by the reflector 53
The light 4 is converted into substantially parallel light and emitted. This substantially parallel light enters the polarization separation element 530 and is separated so that the traveling directions are slightly different between the S polarization light and the P polarization light as described in Embodiment 2-2. Emit.
【0191】偏光分離素子530から出射したS偏光光
およびP偏光光は、それぞれ、インテグレータ541を
構成する第1レンズ群(第1の蠅の目レンズ)542の
各レンズ542aに入射し、それぞれの入射角に応じ
て、各レンズと542a対をなす第2レンズ群(第2の
蠅の目レンズ)543の各レンズ543a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 the P-polarized light emitted from the polarization splitting element 530 enter the respective lenses 542a of the first lens group (first fly-eye lens) 542 constituting the integrator 541, and In accordance with the angle of incidence, light is condensed on predetermined regions different from each other in each lens 543a of a second lens group (second fly-eye lens) 543 forming a pair with each lens 542a.
【0192】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543a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543a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544が周期的に設
けられている。そこで、第2レンズ群543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544を介して偏光方向が90°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 where the S-polarized light and the P-polarized light are converged is set to, for example, a region that roughly divides each lens 543a into two, and each of the lenses 543a in the region where the P-polarized light is condensed. Back side (light traveling direction side)
Is provided with a phase difference plate 544 that is a half-wave plate periodically. Therefore, the S-polarized light incident on the second lens group 543 is emitted as it is as S-polarized light,
The polarization direction of the polarized light is rotated by 90 ° via the phase difference plate 544, and the polarized light is converted into S-polarized light and emitted. That is, any polarized light is emitted while being aligned with the S-polarized light.
【0193】このS偏光光は、フィールドレンズ545
および集光レンズ546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)547に入射し、画像表
示に用いられる。The S-polarized light is supplied to the field lens 545
The light enters the image display element (light valve) 547 as a substantially parallel light beam via the condenser lens 546 and is used for image display.
【0194】上記のようなホログラム素子532と位相
差板544とを用いた場合と用いない場合とで、画像表
示素子547に入射する光量を比較したところ、ホログ
ラム素子532と位相差板544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532を用いた偏光変換素子540の
機能が優れていることが確かめられた。When the amount of light incident on the image display element 547 was compared between the case where the hologram element 532 and the phase difference plate 544 were used and the case where the phase difference plate 544 was not used, the polarization was determined by the hologram element 532 and the phase difference plate 544. When the conversion was performed, the light use efficiency was improved by about 1.2 to 1.6 times, and it was confirmed that the function of the polarization conversion element 540 using the hologram element 532 was excellent.
【0195】(実施の形態3−2)前記実施の形態3−
1で説明した偏光分離素子が、インテグレータを構成す
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、本実施の形態等において、前記実施の形態3−1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。(Embodiment 3-2) Embodiment 3
An example of the polarization conversion element that arranges the polarization direction by providing the polarization splitting element described in 1 in the optical path between the first lens group and the second lens group forming the integrator will be described. In the present embodiment and the like, components having the same functions as those in the embodiment 3-1 and the like will be denoted by the same reference numerals as appropriate, and detailed description will be omitted.
【0196】図22は偏光変換素子545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 view showing the structure of a polarized light illuminating device including a polarization conversion element 545.
【0197】リフレクタ534からの略平行光は、イン
テグレータ541を構成する第1レンズ群542を介し
て偏光分離素子530に入射するようになっている。偏
光分離素子530に入射した光束は、実施の形態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530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. The luminous flux incident on the polarization splitting element 530 is described in Embodiment 2-2.
As described above, the light is separated so that the traveling direction is slightly different between the S-polarized light and the P-polarized light, and the light is emitted from the polarization splitter 530.
【0198】偏光分離素子530から出射したS偏光光
およびP偏光光は、それぞれ、インテグレータ541を
構成する第2レンズ群(第2の蠅の目レンズ)543の
各レンズ543aにおける、裏面側に位相差板544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544を介して偏光方向が90°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 S-polarized light and the P-polarized light emitted from the polarization splitting element 530 are located on the back side of each lens 543a of the second lens group (second fly-eye lens) 543 constituting the integrator 541. Light is condensed on a region where the retardation plate 544 is provided or a region where it is not provided. Therefore, similarly to the above-mentioned Embodiment 3-1, while the S-polarized light is emitted as it is as the S-polarized light, the P-polarized light is rotated by 90 ° through the retardation plate 544, and is converted into the S-polarized light. It is converted and emitted. That is, any polarized light is emitted while being aligned with the S-polarized light.
【0199】このように構成された偏光変換素子545
によっても、実施の形態3−1と同様に光利用効率を向
上させることができる。The polarization conversion element 545 thus configured
Accordingly, the light use efficiency can be improved as in the case of the embodiment 3-1.
【0200】(実施の形態3−3)前記実施の形態1ま
たは実施の形態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。(Embodiment 3-3) An example of another polarization conversion element using a hologram element similar to that shown in the embodiment 1 or 2-1 will be described.
【0201】図23は偏光変換素子550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550は、前記実施の形態1または実施の
形態2−1で示したのと同様のホログラム素子551と
全反射ミラー531との間に、1/4波長板である位相
差板551が設けられて構成されている。FIG. 23 is an explanatory view showing the configuration of a polarized light illuminating device including a polarization conversion element 550. The polarization conversion element 550 of this polarization illuminating device is a quarter-wave plate between the hologram element 551 and the total reflection mirror 531 similar to those described in the first or second embodiment. A phase difference plate 551 is provided.
【0202】ランプ533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551に入射し、P偏光光
は、実施の形態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 applied to the refractive index distribution of the diffractive optical element as described in the first embodiment. The light is diffracted accordingly, and the light is emitted with its course bent in the direction indicated by the one-dot chain line in FIG.
【0203】一方、S偏光光は、ホログラム素子551
をそのまま透過し、位相差板552を介して全反射ミラ
ー531で反射され、再び位相板552を通過する過程
で偏光方向が入射時に対して90°変化し、ホログラム
素子551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ー531とリフレクタ53
4との配置により定まるが、これがホログラム素子55
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
551が入射した光を反射せずに透過させるようになっ
ている。すなわち、前記図19(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、全反射ミラー53
1によって反射され、位相差板552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55
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551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 is
Is transmitted as it is, reflected by the total reflection mirror 531 via the phase difference plate 552, and changes its polarization direction by 90 ° in the process of passing through the phase plate 552 again, and is incident on the hologram element 551 as P-polarized light. Will do. At this time, the incident direction is the total reflection mirror 531 and the reflector 53
4, which is determined by the hologram element 55.
The hologram element 551 transmits the incident light without reflecting it so that the condition is deviated from Bragg's diffraction condition for the periodic structure formed inside 1. That is, as described with respect to the angle dependence of the diffraction efficiency in FIG. 19A, when the angle of incidence on the hologram element deviates to a certain degree from the predetermined angle, the efficiency becomes almost zero, and the diffraction effect does not occur and only the light is transmitted. In some cases, the predetermined angle can be set according to the conditions for forming the diffractive optical element. Therefore, the total reflection mirror 53
1 and converted into P-polarized light by the phase difference plate 552, the hologram element 55 is not diffracted.
1 can be transmitted as it is. In addition,
The light may be diffracted so as to substantially match the propagation direction of the P-polarized light directly diffracted by the hologram element 551.
【0204】上記のように、ランプ533からの光波は
ホログラム素子551によってP偏光光が回折され、ホ
ログラム素子551を透過したS偏光光は全反射ミラー
531と位相差板552によりP偏光光に変換された後
ホログラム素子551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 P-polarized light of the light wave from the lamp 533 is diffracted by the hologram element 551, and the S-polarized light transmitted through the hologram element 551 is converted to P-polarized light by the total reflection mirror 531 and the phase plate 552. After the light is transmitted through the hologram element 551 and emitted,
A substantially parallel light beam having a uniform polarization direction can be obtained.
【0205】上記偏光照明装置について、実施の形態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551と位相差板552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。Embodiment 3 of the above-mentioned polarized light illumination device
When the light use efficiency was obtained in the same manner as in -1, the light use efficiency could be obtained about 1.2 to 1.5 times as compared with the case where the hologram element 551 and the phase difference plate 552 were not used.
【0206】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552と全反射ミラー531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、インテグレー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ー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 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. Are easy to use, and can be used in a wide range of optical devices. Especially,
For example, when the present invention is applied to a device having a folding mirror in advance, such as a color image display device having two dichroic prisms and performing color separation and color synthesis, a mirror having a hologram element is used instead of the mirror. Since it is only necessary to use the light source, the light use efficiency can be improved without increasing the number of parts.
【0207】(実施の形態3−4)前記実施の形態1ま
たは実施の形態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。(Embodiment 3-4) An example of still another polarization conversion element using the same hologram element as that shown in the embodiment 1 or 2-1 will be described.
【0208】前記実施の形態1または実施の形態2−1
で示したのと同様の2枚のホログラム素子561,56
2を用いて、図24に示すような偏光変換素子560を
含む偏光照明装置を構成した。Embodiment 1 or Embodiment 2-1
Two hologram elements 561 and 56 similar to those shown in FIG.
2 was used to construct a polarization illuminating device including a polarization conversion element 560 as shown in FIG.
【0209】ランプ533からのP偏光光とS偏光光と
を含む光束はリフレクタ534を介してホログラム素子
561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562に
より、実施の形態1等で述べた原理により、伝搬方向が
概ね90°変化するように回折される。The light beam including 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 transmitted as it is as substantially parallel light. Further, the P-polarized light is diffracted by the hologram element 562 so that the propagation direction changes by approximately 90 ° according to the principle described in the first embodiment and the like.
【0210】この光波はさらにホログラム素子562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534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563を透過し、偏光方向が90°回転されてS偏光
光波として出射する。すなわち、ランプ533から発せ
られてホログラム素子561で回折された光波は、回折
光学素子562と位相差板563とによって、ホログラ
ム素子561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。The light wave further enters the hologram element 562, and is similarly diffracted and emitted so that the propagation direction is substantially equal to the direction of the light beam reflected from the initial reflector 534. Thereafter, the light passes through the phase difference plate 563 which is a half-wave plate, and is emitted as an S-polarized light wave after the polarization direction is rotated by 90 °. That is, the light wave emitted from the lamp 533 and diffracted by the hologram element 561 is emitted by the diffractive optical element 562 and the phase difference plate 563 as a substantially parallel light beam having the same polarization direction as the light wave transmitted through the hologram element 561.
【0211】上記のような偏光照明装置のホログラム素
子562での光波の再利用率を測定したところ、ホログ
ラム素子562からの光束としては、ホログラム素子5
61からの光束に対し強度割合が概ね90%程度のS偏
光光に変換された光束が得られた。When the reuse ratio of the light wave in the hologram element 562 of the polarized light illumination device as described above was measured, the light flux from the hologram element 562 was converted to the hologram element 5.
A light beam converted into S-polarized light having an intensity ratio of about 90% with respect to the light beam from 61 was obtained.
【0212】上記のようにホログラム素子561,56
2を用いることの利点は、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、偏光ビームスプリッタと全反射ミラ
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90°曲げるためには反射面を入射光に対し
て45°傾ける必要がある(図24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が必要とされ、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。As described above, hologram elements 561 and 56
The advantage of using 2 is that it is possible to arbitrarily set the separation angle when performing polarization separation. That is, as usual, when polarization separation is performed by combining a polarization beam splitter and a total reflection mirror,
In order to bend the propagation direction by 90 °, it is necessary to incline the reflection surface by 45 ° with respect to the incident light (corresponding to θ in FIG. 24). Therefore, in the depth direction, a size corresponding to the size and inclination of the reflection surface is required, and in the device using the polarized light illumination device, the constraint in the thickness direction is increased.
【0213】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、45°以下に傾
けて配置することが可能となり、図24におけるθ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タ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。On the other hand, when the hologram element is used as described above, the polarization separation angle can be arbitrarily set by the refractive index distribution formed inside, so that the diffractive optical element is not affected by the incident light. 24 can be arranged at an angle of 45 ° or less with respect to a vertical plane, and θ in FIG.
The angle can be set at a small angle of 5 ° or less, and the polarization conversion optical system can be configured by arranging the hologram elements in parallel to each other, so that the size in the depth direction can be significantly reduced. . For this reason,
A thin configuration is possible, and a compact system (illumination device, image display device, or the like) can be realized in combination with an illumination optical system such as an integrator to which the polarization-converted polarized light is incident.
【0214】(実施の形態3−5)前記実施の形態1ま
たは実施の形態2−1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
インテグレータ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。(Embodiment 3-5) A hologram element similar to that shown in Embodiment 1 or Embodiment 2-1 is used, and an integrator having a first lens group and a second lens group is used. An example of a polarization conversion element for aligning the polarization direction of output light will be described.
【0215】前記実施の形態1または実施の形態2−1
で示したのと同様のホログラム素子571,572を対
にして、図25に示すように複数組配置し、偏光変換素
子570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577や投射レンズ578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。Embodiment 1 or Embodiment 2-1
As shown in FIG. 25, a plurality of pairs of hologram elements 571 and 572 similar to those shown in FIG. 25 are arranged, and a polarization illumination device including a polarization conversion element 570 is configured. Note that FIG. 3 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.
【0216】インテグレー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571に入射し光束を絞られて、第2
レンズ群571の各レンズ571aに対応するホログラ
ム素子572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572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574によって偏光方向が90°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 enters the second lens group 571, where the light beam is narrowed down.
The light enters the hologram element 572 corresponding to each lens 571a of the lens 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 the S-polarized light, and the polarization direction is rotated by 90 ° by a phase difference plate 574 which is a half-wave plate.
The light is converted into S-polarized light and emitted.
【0217】これらの過程が複数に配置された各ホログ
ラム素子572,573と位相差板574の組ごとに行
われ、第2レンズ群571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、インテグレータと組み
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 steps are performed for each set of a plurality of hologram elements 572 and 573 and a phase difference plate 574, and the light waves that have passed through the second lens group 571 are emitted with their polarization directions aligned. . Further, since the light beam is narrowed down and used in combination with the integrator, it is possible to perform the polarization conversion without largely changing the width of the light beam from the light source.
【0218】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575と集光レンズ576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578に入射し、各画素毎に輝度変調された後、投
写レンズ579によってスクリーン579上に拡大投写
される。The luminous flux whose polarization direction has been aligned as described above is incident as a parallel luminous flux by a field lens 575 and a condenser lens 576 on an image display element 578 such as a polarization type liquid crystal display element. After the luminance modulation, the image is enlarged and projected on a screen 579 by a projection lens 579.
【0219】上記のような偏光変換素子570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30%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。When the brightness on the screen was compared between the case where the polarization conversion was performed by the above-described polarization conversion element 570 and the case where the polarization conversion was not performed, the brightness increased by about 30% when the polarization conversion was performed. And a bright image could be obtained.
【0220】(実施の形態3−6)前記実施の形態1ま
たは実施の形態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。(Embodiment 3-6) Still another example of a polarization conversion element using the same hologram element as that shown in the embodiment 1 or 2-1 will be described.
【0221】図26に示すように、前記実施の形態3−
4と同様の1対の偏光変換素子560をリフレクタ53
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590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534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, the third embodiment
A pair of polarization conversion elements 560 similar to
Alternatively, the polarization conversion element 590 may be provided so as to be symmetric with respect to the four optical axes. With this configuration, since the reflector 534 is disposed at, for example, the center in the width direction of the polarized light illuminating device, a uniform space is formed on both sides, and thus other components in the device to which the polarized light illuminating device is applied. Arrangement becomes easy.
【0222】(実施の形態4−1)前記実施の形態2−
1(図13)の偏光分離素子510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510を構成するホログラム素子としては、実
施の形態1や実施の形態2−1(図10、18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1のホログラム素子が用いられる場合には、ITO
間に所定の電圧が印加された状態で用いられる。(Embodiment 4-1) Embodiment 2
An example in which a projection type image display device configured using the polarization separation element 510 of FIG. 1 (FIG. 13) will be described. As the hologram element included in the polarization separation element 510, the hologram element described in Embodiment 1 or Embodiment 2-1 (FIGS. 10, 18 and the like) can be applied. Here, when the hologram element of Embodiment 1 is used, ITO
It is used while a predetermined voltage is applied between them.
【0223】投写型画像表示装置600は、図27に示
すように、ランプ533、リフレクタ534、偏光分離
素子510、およびインテグレータから構成される偏光
照明装置601を備え、ランプ533からの出力光束を
リフレクタ533で反射し、反射後の出力光束βを偏光
分離素子510、インテグレータ541を介して、例え
ば透過型液晶パネル等の画像表示素子547に入射さ
せ、輝度変調された光束を、投写レンズ602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 includes a polarization illuminating device 601 composed of a lamp 533, a reflector 534, a polarization separation element 510, and an integrator, and outputs a light beam from the lamp 533 to the reflector. 533, the reflected output light flux β is incident on an image display element 547 such as a transmissive liquid crystal panel via a polarization separation element 510 and an integrator 541, and the brightness-modulated light flux is screened by a projection lens 602. An image is displayed by enlarging and projecting the image (not shown).
【0224】次に、この投写型画像表示装置600に用
いる偏光分離素子510およびインテグレータについて
説明する。本発明で用いる偏光分離素子510は、実施
の形態2−1で説明したように、第1のホログラム素子
511、および第2のホログラム素子512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−7゜の出力角で出力するものであ
る。Next, the polarization separating element 510 and the integrator used in the projection type image display device 600 will be described. The polarization splitting element 510 used in the present invention includes the first hologram element 511 and the second hologram element 512 as described in Embodiment 2-1.
The P-polarized light is transmitted straight (at an output angle of 0 °) and transmitted, while the S-polarized light is output at an output angle of approximately −7 °.
【0225】また、第1レンズ群(第1の蠅の目レン
ズ)542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)543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γと、S偏光光δとを異なる位置に結像する。例えば
S偏光光δ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(λ/2板)である位相差板544が設
けられ、この位相差板544を透過したS偏光光δは略
P偏光光に変換されて出力される。なお、P偏光光γ
と、S偏光光δ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547が備える偏光
板の偏光方向によって決定される。Each of the first minute lenses forming the first lens group (first fly-eye lens) 542 is connected to each of the second lens groups 543 forming the second lens group (second fly-eye lens). An image of the lamp is formed on the lens. At this time, the P-polarized light γ and the S-polarized light δ are imaged at different positions. For example, a phase plate 544 that is a half-wave plate (λ / 2 plate) as a polarization plane rotating unit is provided in a portion where the S-polarized light δ forms an image, and the S-polarized light transmitted through the phase plate 544 is provided. The light δ is converted into substantially P-polarized light and output. Note that the P-polarized light γ
And the polarization component of the s-polarized light δ to rotate the plane of polarization is determined by the polarization direction of the polarizing plate provided in the image display element 547.
【0226】上記第2レンズ群543は、第1レンズ群
542を構成する各微小レンズの像を画像表示素子54
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 displays an image of each minute lens constituting the first lens group 542 on the image display element 54.
By forming an image over almost the entire display image area in 7, the uniformity of the brightness of the display image is ensured.
【0227】上記のような偏光照明装置601を構成す
ることにより、ランプ533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510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510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 constructing the polarized light illuminator 601 as described above, it is possible to efficiently convert non-polarized light output from the lamp 533 to P-polarized light, and realize high projection efficiency. . Further, the polarization separation element 510 as described above can be easily manufactured and can be configured at low cost. In addition, since the polarization separation element 510 has a small dimension in the optical axis direction, a compact polarization separation element having high separation efficiency can be easily configured. In addition, by using the above-described polarization separation element, a projection-type image display device with high light use efficiency can be easily realized.
【0228】なお、ランプ533およびリフレクタ53
4の配置を異ならせれば、実施の形態3−1〜3−3
(図21〜23)に示したような偏光変換素子530等
を用いることもできる。The lamp 533 and the reflector 53
Embodiments 3-1 to 3-3 if the arrangement of
It is also possible to use a polarization conversion element 530 as shown in FIGS.
【0229】また、上記ランプ533としては、メタル
ハライドランプや、ハロゲンランプ、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。The lamp 533 may be a metal halide lamp, a halogen lamp, a xenon lamp,
An ultra-high pressure mercury lamp or the like can be used, but it is preferable to use a lamp having a small light emitting region.
【0230】(実施の形態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、カラー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。(Embodiment 4-2) A projection type image display of a so-called three-panel type which has three transmission type image display elements and optical elements of a color separation system and a color synthesis system and can display a color image. An example of the device will be described.
【0231】この画像表示装置は、図28(a)に示す
色分解系要素610の下方に、図28(b)に示す色合
成系要素620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 620 shown in FIG. 28B below the color separation system element 610 shown in FIG.
【0232】上記色分解系要素610は、前記実施の形
態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601と、ダイクロイックプリズム611と、全
反射ミラー612〜614とを備えて構成され、偏光照
明装置601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620は、全反射ミラー621〜62
3と、画像表示素子624〜626と、ダイクロイック
プリズム625と、投射レンズ628とを備えて構成さ
れ、色分解系要素610から導かれた各波長の光が画像
表示素子624〜626を通過した後、色合成が行わ
れ、投射レンズ628によってスクリーン629に画像
を投射するようになっている。The color separation element 610 includes a polarization illuminating device 601 including a polarization conversion element similar to that described in the embodiment 4-1; a dichroic prism 611; and total reflection mirrors 612 to 614. And outputs the light output from the polarization illuminator 601 as R (red), G (green),
The light is decomposed into light of each wavelength of B (blue). On the other hand, the color composition system element 620 includes total reflection mirrors 621 to 62.
3, the image display elements 624 to 626, the dichroic prism 625, and the projection lens 628, and the light of each wavelength guided from the color separation element 610 passes through the image display elements 624 to 626. Then, color synthesis is performed, and an image is projected on the screen 629 by the projection lens 628.
【0233】この画像表示装置では、ランプ533から
リフレクタ534を介して出力されたほぼ平行光束が、
前記実施の形態4−1で説明したのと同様に、偏光分離
素子510およびインテグレータ541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、ダイクロイックプリズム611に入
射する。このダイクロイックプリズム611は、各帯域
の波長のフィルタが内部に形成された構成となってい
て、偏光照明装置601からの白色光は前記波長フィル
タ−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、それぞれ同図中に矢印で示し
た方向に出射する。ここで、上記ダイクロイックプリズ
ム611は、これは2枚構成のダイクロイックミラーが
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
As described in Embodiment 4-1 above, after the polarization directions are aligned by the polarization separation element 510 and the integrator 541 and the uniformity of the light beam in the plane is maintained, the dichroic prism 611 Incident on. The dichroic prism 611 has a configuration in which filters of wavelengths of respective bands are formed inside, and white light from the polarized light illuminating device 601 corresponds to the wavelength filter and has three primary colors of R and G. , B are decomposed into light corresponding to the respective wavelengths, and are emitted in the directions indicated by arrows in FIG. Here, the dichroic prism 611 has the same function as the case where a two-piece dichroic mirror is used, but because of the prism configuration, color separation can be performed without using a large space. Thus, a compact display device can be configured.
【0234】上記ダイクロイックプリズム611から出
射した各色の光は、全反射ミラー612〜624により
反射されて、下方側の色合成系要素620に導かれる。
色分解系要素610から色合成形容素620に導かれた
各色の光は、全反射ミラー621〜623を介により進
行方向が概ね90°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624〜626によって輝度
変調された後、ダイクロイックプリズム627に入射す
る。このダイクロイックプリズム627は、前記ダイク
ロイックプリズム611と逆の機能を有し、それぞれ
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628の方
向に向けて出射する。ダイクロイックプリズム627か
ら出射した光は、投写レンズ628によって、スクリー
ン629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 guided to the lower color combining element 620.
The light of each color guided from the color separation system element 610 to the color combining element 620 is reflected with the traveling direction changed by approximately 90 ° via the total reflection mirrors 621 to 623, and is of a transmission type corresponding to the light of each color. After being subjected to luminance modulation by the image display elements 624 to 626, the light enters the dichroic prism 627. The dichroic prism 627 has a function reverse to that of the dichroic prism 611, and performs color synthesis of light that has been split into R, G, and B light components, respectively. The light is emitted toward the lens 628. The light emitted from the dichroic prism 627 is projected on a screen 629 by a projection lens 628 and displayed as an enlarged image.
【0235】上記のようにリフレクタ534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。By providing the polarization conversion element for aligning the polarization direction of the light beam output from the reflector 534 as described above, it is possible to improve the light use efficiency and configure an image display device capable of displaying a bright image. it can.
【0236】なお、上記のようにカラー画像を表示する
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って、赤、緑、および青の
光による光の干渉縞で多重露光したり、それぞれの色の
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。In the case where a polarization conversion element or the like is applied to an image display device or the like for displaying a color image as described above,
When fabricating a hologram element, a structure is used in which multiple exposures are performed using light interference fringes of red, green, and blue light, and hologram elements optimized for diffraction of each color light are stacked. You may do so.
【0237】また、上記偏光分離素子510および位相
差板544に代えて、前記実施の形態3−4〜3−6
(図24〜26)に示したような偏光変換素子560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。In place of the polarization splitting element 510 and the phase difference plate 544, Embodiments 3-4 to 3-6 are used.
Even when the polarization conversion element 560 or the like as shown in FIGS. 24 to 26 is used, similarly high light use efficiency can be obtained.
【0238】また、上記のような偏光変換素子550等
は、インテグレータ541とダイクロイックプリズム6
11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550等をダイクロイックプリ
ズム611と画像表示素子624〜626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タ)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
にインテグレータもダイクロイックプリズム611より
も後に設けるようにしてもよい。The above-described polarization conversion element 550 and the like include the integrator 541 and the dichroic prism 6.
11 and the same effect can be obtained. Further, the polarization conversion element 550 and the like are provided between the dichroic prism 611 and the image display elements 624 to 626, that is, three polarization conversion elements (and integrators) corresponding to the light of each color after color separation. Is also good. In this case, since the polarization conversion elements are individually provided corresponding to the light of each color, the hologram element is optimized to reduce the influence of chromatic dispersion in accordance with the wavelength of each color, that is, each hologram element, Is a periodic structure corresponding to the wavelength formed? >> etc. can be used,
The light use efficiency can be further improved. Similarly, an integrator may be provided after the dichroic prism 611.
【0239】また、ランプ533およびリフレクタ53
4の配置を異ならせれば、実施の形態3−1〜3−3
(図21〜23)に示したような偏光変換素子540等
を用いることもできる。Further, the lamp 533 and the reflector 53
Embodiments 3-1 to 3-3 if the arrangement of
It is also possible to use a polarization conversion element 540 as shown in FIGS.
【0240】また、図28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611と画像表示素子624〜626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タ)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610から色合
成形容素620に導くための全反射ミラー612等を偏
光変換素子の全反射ミラー531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
それぞ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。Even when the reflectors are provided in the same arrangement as in FIG. 28, the polarization conversion element is provided between the dichroic prism 611 and the image display elements 624 to 626, that is, corresponding to the light of each color after color separation. When the three polarized light conversion elements (and the integrators) are provided, the above-described polarized light conversion elements can be applied.
In this case, a total reflection mirror 612 or the like for guiding each color light from the color separation element 610 to the color combining element 620 can also be used as the total reflection mirror 531 of the polarization conversion element. In addition, as described above, a hologram element that matches the wavelength of each color can be used.
【0241】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ー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、30%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
ラー表示に対しても有効である。When a polarization conversion element is provided in each path after the actual color separation, the brightness of a color-combined image on a screen is 30 times higher than when no polarization conversion element is used. % Could be increased. this is,
The transmission type described above and the reflection type described later were almost the same. Thus, the polarization conversion using the diffractive optical element is also effective for color display.
【0242】また、図23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った手段を用いること
も可能である。In the structure shown in FIG. 23, it is also possible to use means for changing the thickness of the phase plate in the plane in order to correct the dependency of the polarization characteristic on the incident angle of the phase plate.
【0243】(実施の形態4−3)前記実施の形態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。(Embodiment 4-3) Embodiment 4-3
An example of a three-panel projection type image display device that can display a color image using a reflection type image display device with a configuration similar to that of No. 2 will be described.
【0244】この画像表示装置は、図29(a)に示す
色分解系要素610の下方に、図29(b)に示す色合
成系要素630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. 29B below the color separation system element 610 shown in FIG. 29A.
【0245】上記色分解系要素610は、前記実施の形
態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630は、実施の形態4−2と比べ
て、全反射ミラー621〜623に代えて偏光ビームス
プリッタ631〜633が設けられている点と、透過型
の画像表示素子624〜626に代えて、反射型の画像
表示素子634〜636が設けられている点が異なる。As the color separation system element 610, the same one as shown in the embodiment 4-2 is used. On the other hand, the color combining system element 630 is different from the embodiment 4-2 in that the polarizing beam splitters 631 to 633 are provided instead of the total reflection mirrors 621 to 623, and the transmission type image display elements 624 to 624 are provided. The difference is that reflection type image display elements 634 to 636 are provided instead of 626.
【0246】上記偏光ビームスプリッタ631〜633
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610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634〜636に
入射する。画像表示素子634〜636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631〜633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4−2と同様にダイクロイック
ミラー637で色合成が行われ、投射レンズ628によ
ってスクリーン629に画像が投射される。The polarization beam splitters 631 to 633
Is designed to reflect only light having a predetermined polarization direction, but since the light actually guided from the color separation element 610 is light whose polarization direction is aligned by the polarization conversion element, almost all light is reflected. The light is reflected and enters the image display elements 634 to 636. The light incident on the image display elements 634 to 636 is reflected after being modulated in the polarization direction according to the display image of each color, and is incident again on the polarization beam splitters 631 to 633, and only the light in the predetermined polarization direction is transmitted. The modulation of the polarization direction is converted into luminance modulation and visualized. After that, as in Embodiment 4-2, color synthesis is performed by the dichroic mirror 637, and an image is projected on the screen 629 by the projection lens 628.
【0247】上記のような反射型の画像表示素子におい
ても、やはりリフレクタ534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。In the reflection type image display element as described above, the polarization conversion element for aligning the polarization direction of the light beam output from the reflector 534 is also provided.
An image display device capable of displaying a bright image with improved light use efficiency can be configured.
【0248】また、この画像表示装置においても、前記
実施の形態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 4-2 can be similarly made.
【0249】(実施の形態5−1)ホログラム素子を備
えた画像表示装置の例を説明する。(Embodiment 5-1) An example of an image display device provided with a hologram element will be described.
【0250】画像表示装置は、図30に示すように、液
晶素子701の両面に回折光学素子であるホログラム素
子702,703が設けられ、これらの背面側に、ラン
プ704aとリフレクタ704bとを有する光源704
が設けられて構成されている。In the image display apparatus, as shown in FIG. 30, hologram elements 702 and 703 as diffractive optical elements are provided on both sides of a liquid crystal element 701, and a light source having a lamp 704a and a reflector 704b on the back side thereof. 704
Is provided.
【0251】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。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.
【0252】上記光源704のランプ704a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、LED、FED、レーザ光、
無機または有機EL素子等が利用できる。ランプ704
aから発せられた光は、リフレクタ704b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。As the lamp 704a of the light source 704, for example, a fluorescent lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, an LED, an FED, a laser beam,
An inorganic or organic EL element or the like can be used. Lamp 704
The light emitted from a is emitted as substantially parallel light by the reflector 704b. This light source light
P-polarized light and S-polarized light are included.
【0253】上記液晶素子701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90°ねじれ
て構成されているツイストネマティック液晶が用いられ
る。この液晶素子701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
(ON)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(ホメオトロピッ
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701を通過する。一方、液晶に
電圧が印加されていない画素(OFF)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90°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701を入射面から出射面までを通過する間に液晶の
ねじれに起因するツイストネマティック効果によりその
偏波面を90°回転させる。したがって、OFF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 the directions of liquid crystal molecules are twisted by 90 ° between the light incident surface side and the light emitting 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. Therefore, in a pixel (ON) in which a predetermined sufficient voltage (a voltage enough to completely switch the liquid crystal) is applied to the liquid crystal, the liquid crystal molecules are untwisted and the liquid crystal molecules are isotropic with respect to the light incident surface. Standing (homeotropic). Therefore, when the P-polarized light enters the pixel, the P-polarized light passes through the liquid crystal element 701 while maintaining its polarization state without being modulated in the polarization direction. On the other hand, in the pixel (OFF) where no voltage is applied to the liquid crystal, the direction of the liquid crystal molecules is twisted by 90 ° in the thickness direction from the entrance surface to the exit surface. Then, when the P-polarized light enters the pixel, the P-polarized light rotates its polarization plane by 90 ° by the twist nematic effect caused by the twist of the liquid crystal while passing through the liquid crystal element 701 from the incident surface to the emission surface. . Therefore, after passing through the OFF pixel, the light is emitted as S-polarized light.
【0254】また、上記ホログラム素子702,703
としては、例えば前記実施の形態1または実施の形態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1のホログラム素子が用いられる場
合には、ITO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702,703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。The hologram elements 702 and 703
For example, the first embodiment or the second embodiment
A hologram element similar to that shown by -1 is used.
Here, when the hologram element of Embodiment 1 is used, the hologram element is used in a state where a predetermined voltage is applied between ITO. As described above, the hologram elements 702 and 703 have different diffraction effects depending on the polarization direction, and have a property of exhibiting high diffraction efficiency in one predetermined direction.
【0255】具体的には、例えばホログラム素子70
2,703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702,703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30
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702,703に対して常
光成分として作用するため、ホログラム素子702,7
03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702,
703をそのまま通過することになる。Specifically, for example, the hologram element 70
Since the S-polarized light among the light incident on the hologram elements 703 and 703 functions as an extraordinary light component, it is modulated by the refractive index distribution of the periodic structure formed in the hologram elements 702 and 703, and FIG.
The light is emitted with its traveling direction bent upward. on the other hand,
Since the P-polarized light acts on the hologram elements 702 and 703 as an ordinary light component, the hologram elements 702 and 703
It is not affected by the refractive index distribution having the periodic structure of No. 03, and exhibits the same behavior as that when passing through a medium having an isotropic uniform refractive index. For this reason, the P-polarized light is
703 as it is.
【0256】そこで、光源704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702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701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
02を透過して液晶素子701に入射する。液晶素子7
01に入射したP偏光光は、上記のように、ON画素で
はP偏光光のまま出射する一方、OFF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701か
ら出射する光は、その通過位置の画素のON、OFFに
応じて異なる偏光光になる。Then, when light including P-polarized light and S-polarized light from the light source 704 enters the hologram element 702,
The S-polarized light is diffracted as described above and hardly enters the liquid crystal element 701, and only the P-polarized light is
02 and enter the liquid crystal element 701. Liquid crystal element 7
As described above, the P-polarized light incident on 01 is emitted as P-polarized light at the ON pixels, while being converted to S-polarized light at the OFF pixels and emitted. That is, the light emitted from the liquid crystal element 701 becomes different polarized light depending on whether the pixel at the passing position is ON or OFF.
【0257】上記液晶素子701から出射した光がホロ
グラム素子703に入射すると、ホログラム素子702
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701の各画素を通過
した光は、画素のON、OFFに応じてホログラム素子
703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、OFF画素を通過した光はホログラム素
子703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、ON画素を通過した光は、ホログラ
ム素子703をそのまま直進して観察者の視野領域内に
入り、明パ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, the hologram element 702
Similarly to the above, the S-polarized light is diffracted, and only the P-polarized light travels straight. That is, the direction of light that has passed through each pixel of the liquid crystal element 701 exits from the hologram element 703 depending on whether the pixel is ON or OFF. Therefore, from the observer who sees the image display device from almost the normal direction of the display surface, the light that has passed through the OFF pixel is emitted to the outside of the field of view by the diffraction effect of the hologram element 703 and is not visually recognized. Passes through the hologram element 703 as it is, enters the viewing area of the observer, and is visually recognized as a bright pattern.
【0258】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。Next, an example of an actually manufactured image display device will be described.
【0259】この画像表示装置では、光源704として
は、蛍光ランプにグリーンのフィルタを通したものを用
い、0.55μm程度の波長の光を出射するようにし
た。液晶素子701としては、3インチ程度のVGA
(640x480)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701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10:1程度であった。また、ホログラ
ム素子703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702,703を液晶素子7
01を組み合わせて構成することにより、OFF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。In this image display device, the light source 704 used was a fluorescent lamp that had passed through a green filter, and emitted light having a wavelength of about 0.55 μm. As the liquid crystal element 701, a VGA of about 3 inches
The one having a resolution of (640 × 480) was used.
When an image signal was input thereto 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 could be correctly viewed.
The contrast was about 10: 1. The direction in which the S-polarized light that has passed through the hologram element 703 diffracts (FIG.
When the observation position was moved to (upward at 0), an image in which the brightness was reversed from that of the previous image was visually recognized. As described above, the refractive index distribution type hologram elements 702 and 703 composed of the optical medium having the refractive index anisotropy are replaced with the liquid crystal element 7.
01, the image can be displayed by emitting the light corresponding to the OFF pixel to the outside of the observer's visual field without blocking (absorbing) the incident light. A good image display device can be manufactured. In addition, unlike the case where a polarizing plate is used, heat generation due to light absorption does not occur.
【0260】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703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 the intermediate state between the P-polarized light and the S-polarized light, that is, the elliptically polarized light. Can be set to 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.
【0261】また、上記の例では、液晶素子701とし
て、ツ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、いずれのタイプのものでもよ
い。また、90°以上のねじれの角度を有するスーパー
ツイステッドネマティック(STN)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
様にホモジニアス配向しており、電界の印加に対してホ
メオトロピック配向になるものや、または、ホメオトロ
ピック配向からホモジニアス配向へと変化するものなど
のようなVA(Vertical Aligne)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。In the above example, the twisted nematic type liquid crystal element 701 has been described. However, any type of liquid crystal element 701 having a function of modulating the polarization direction of incident light can be used. It may be something. A super twisted 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 become homeotropic upon application of an electric field, or change from homeotropic to homogeneous. The same effect can be obtained by using such a VA (Vertical Align) mode liquid crystal.
【0262】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 alignment direction of liquid crystal molecules differs depending on the polarity of the electric field.
【0263】上記のような液晶素子701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702,703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 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 polarizing plates used in the liquid crystal element with the hologram elements 702 and 703 of the present invention, and the other illumination systems and drive systems are not changed. It is very versatile because it can be applied at
【0264】(実施の形態5−2)前記実施の形態5−
1と同様のホログラム素子702,703を用いて、図
31に示すような画像表示装置を構成した。すなわち、
光源704の配置をホログラム素子702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
トの構成とした。なお、光源704は実施の形態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5−1と同様
のものとした。(Embodiment 5-2) Embodiment 5
An image display device as shown in FIG. 31 was constructed using the same hologram elements 702 and 703 as in FIG. That is,
The light source 704 was arranged near the lower side of the hologram element 702, and a so-called side light configuration was used in which light was emitted from an oblique side. Note that the light source 704 is described in Embodiment 5-1.
In the same manner as described above, a fluorescent lamp provided with a green filter was used. Other configurations are the same as those of the embodiment 5-1.
【0265】この画像表示装置では、光源704から出
射した光のうち、P偏光光はホログラム素子702をそ
のまま透過し、液晶素子701には入射しない。また、
S偏光光はホログラム素子702で表示画面に対して概
ね90°に曲げられて液晶素子701に入射する。液晶
素子701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703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703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
03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702,70
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、いわゆるシースルータイプのデ
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 at approximately 90 ° with respect to the display screen by the hologram element 702 and enters the liquid crystal element 701. The light passing through the liquid crystal element 701 has its polarization direction modulated in accordance with the signal applied to the pixel, and enters another hologram element 703. Here, the S-polarized light is diffracted upward in the 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. Hologram element 7 from observer's position
When observed from the normal direction of the 03-direction display screen, an image corresponding to the input image signal was correctly visually recognized. Also, the hologram elements 702, 70
It was also possible to observe the outside scenery through 3.
As described above, the image display device configured as described above,
It is possible to visually recognize the image display and the external scenery simultaneously or by switching, and it can be used as a so-called see-through type display.
【0266】(実施の形態5−3)前記実施の形態5−
1と同様の1枚のホログラム素子702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701は実施の形態1と同様のものを使用
した。(Embodiment 5-3) Embodiment 5
3 using one hologram element 702 similar to FIG.
An image display device as shown in FIG. That is, the image display device is configured to display an image by using external light such as natural light or indoor light without having a light source inside. Further, the same liquid crystal element 701 as that in Embodiment Mode 1 was used.
【0267】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 this image display device will be described below.
【0268】まず、P偏光光およびS偏光光を含んだ外
部光710がホログラム素子702に入射すると、P偏
光光成分はホログラム素子702で変調されることなく
そのまま透過し、液晶素子701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702で回折され
て、概ね全ての光が液晶素子701に入射する。液晶素
子701に入射した光は、各画素の領域を通過し、ミラ
ー711により反射される。このミラー711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 transmitted without being modulated by the hologram element 702, and is almost completely transmitted to the liquid crystal element 701. Does not enter. On the other hand, the S-polarized light is diffracted by the hologram element 702, and almost all light enters the liquid crystal element 701. Light that has entered the liquid crystal element 701 passes through the area of each pixel and is reflected by the mirror 711. 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.
【0269】ミラー711により反射された光は再び液
晶素子701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702に入射する。ホログラム素子702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702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。The light reflected by the mirror 711 passes through the area of each pixel of the liquid crystal element 701 again, and its polarization direction is modulated according to the voltage applied to each pixel, and then enters the hologram element 702. 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. Further, since the P-polarized light passes through the hologram element 702 as it is, it is visually recognized by an observer, and an image is visually recognized according to the signal voltage applied to each pixel of the liquid crystal element.
【0270】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10:1程度であった。室内光である白
色光源を用いたが、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
03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。Observation of the reflection-type image display device using the above-described mirror actually manufactured with room light illumination revealed an image having a bright and dark pattern.
The contrast was about 10: 1. A white light source, which is room light, was used, but there was almost no deterioration in image quality due to color bleeding or the like. This is because the hologram element 7
The direction of diffraction of the S-polarized light diffracted at 03 differs depending on the wavelength. However, if the diffraction angle is set to be larger than the viewing range of the observer, it will be out of the recognition area, and the influence of the diffraction angle by the wavelength is almost a problem It is thought that it does not become.
【0271】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化に適して
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 further, since an internal backlight is not required, low power consumption and low power consumption can be achieved. Suitable for miniaturization.
【0272】(実施の形態5−4)図33に示すよう
に、実施の形態5−1と同様のホログラム素子702,
703を用いて構成した外部光および内部光源の併用タ
イプの画像表示装置について説明する。(Embodiment 5-4) As shown in FIG. 33, the same hologram element 702,
An image display device of the combination type using the external light and the internal light source configured by using the image display device 703 will be described.
【0273】この画像表示装置では、ホログラム素子7
02,703は、実施の形態5−1で示したものと同じ
ものであるが、ホログラム素子702は、実施の形態5
−1と比べて、同一平面内で90°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702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702,
703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18に示すホログラム素子において、初期の液
晶のホモジニアスの配向方向が90°異なるように配向
処理することによっても、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。In this image display device, the hologram element 7
02 and 703 are the same as those described in the embodiment 5-1.
It is arranged in a state rotated by 90 ° in the same plane as compared with -1. Therefore, the hologram element 702 has
It does not show a diffractive effect on polarized light, but has a diffractive effect on P-polarized light. That is, the hologram element 702,
Reference numeral 703 is configured such that the dependence of the polarization direction on the P-polarized light and the S-polarized light is reversed. The same function can also be provided by performing an alignment process in the hologram element shown in FIG. 18 such that the initial alignment direction of the homogeneous liquid crystal differs by 90 °. That is, it is possible to determine which polarized light has a diffraction effect depending on how the arrangement direction of the liquid crystal molecules is set with respect to the incident light.
【0274】液晶素子701は実施の形態5−1で使用
したものと同じである。また、ミラー711は実施の形
態5−3と同様のアルミニウムの蒸着によって形成され
たものである。また、光源704は蛍光ランプであり、
白色光源として用いた。The liquid crystal element 701 is the same as that used in the embodiment 5-1. The mirror 711 is formed by vapor deposition of aluminum in the same manner as in Embodiment 5-3. The light source 704 is a fluorescent lamp,
Used as a white light source.
【0275】ここで、図33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704か
らの光の伝搬を示す。Here, in FIG. 33, solid arrows indicate
The propagation of external light is shown, and the dashed line arrow shows the propagation of light from the light source 704.
【0276】以下、まず光源704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702の斜め側方に配置された光源704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
02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90°表示画面に対して
概ね90°の方向に曲げられて液晶素子701に入射す
る。[0276] Hereinafter, the display operation using light from the light source 704 will be described first. P light from a light source 704 arranged diagonally on the side of the hologram element 702 as a side light
The light including the polarized light and the S-polarized light is
02, the S-polarized light is transmitted as it is without being subjected to the diffraction effect, and the P-polarized light is bent in a direction of approximately 90 ° with respect to the display screen by diffraction to enter the liquid crystal element 701.
【0277】液晶素子701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703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.
【0278】次に外部光710による表示動作について
説明する。外部光710のうち、P偏光光はホログラム
素子703で変調を受けずそのまま透過し、液晶素子7
01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701
に概ね入射する。液晶素子701の各画素を通過したS
偏光光はホログラム素子702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711によって反射
される。そして再びホログラム素子702を通過した
後、液晶素子701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703に入射する。ON
画素を通過したS偏光光はホログラム素子703で回折
され観察者の視域外へと出射される。また、OFF画素
を通過したP偏光光はホログラム素子703をそのまま
通過し観察者に明パターンとして認識される。Next, the display operation using the external light 710 will be described. Of the external light 710, the P-polarized light is transmitted without being modulated by the hologram element 703,
It does not enter 01. The traveling direction of the S-polarized light is bent by the diffractive action of the diffractive optical element, and
Is almost incident. S passing through each pixel of the liquid crystal element 701
Since the polarized light is not subjected to the diffraction effect on the hologram element 702, 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, the polarization direction is modulated for each pixel, and the light is incident on the hologram element 703. ON
The S-polarized light that has passed through the pixel is diffracted by the hologram element 703 and emitted out of the observer's field of view. 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 an observer.
【0279】ここで、光源704からの光と外部光とで
は液晶素子のON、OFF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 ON and OFF 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 correspondence with the selection of the light source.
【0280】また、厳密には光源704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710
はミラー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701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, while the external light 710
Is reflected by the mirror and passes through the liquid crystal element twice, the forward path and the backward path. Therefore, the modulation ratio in the liquid crystal element 701 is different. This can be dealt with by correcting the video signal in accordance with the selection of the light source since the modulation degree of the single pass and the double pass can be estimated in advance.
【0281】上記のように、ホログラム素子702,7
03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, the hologram elements 702, 7
By setting the polarization dependence of 03 differently, it is possible to achieve both the transmission mode and the reflection mode.
【0282】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704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704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, the image can be clearly recognized by using the light source 704 in a dark room, and the image can be recognized without turning on the light source 704 under bright illumination light. Was able to do. As described above, 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 the efficiency of power consumption and improve the visibility of an image under various environments.
【0283】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。Further, it is possible to detect the brightness of the illuminating light in an environment where the image display device is used, and to automatically select the light source or set the intensity of the light source. Can be further improved.
【0284】(実施の形態5−5)図34に、実施の形
態5−1と同様のホログラム素子702,703に、カ
ラーフィルタ721を組み合わせて構成した画像表示装
置を示す。光源704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72
0は、実施の形態5−1の液晶素子720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721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720と
同等の画素密度でカラー画像を表示し得るようになって
いる。(Embodiment 5-5) FIG. 34 shows an image display apparatus in which hologram elements 702 and 703 similar to those in Embodiment 5-1 are combined with a color filter 721. As a light source 704, a fluorescent lamp was used as white light without passing through a filter. Also, the liquid crystal element 72
0 has the same structure as the liquid crystal element 720 of the embodiment 5-1 but has three times the pixel density, and has the red (R), green (G), and blue (B) in the color filter 721. The three pixels corresponding to the region (a) are grouped to display a color image at the same pixel density as the liquid crystal element 720.
【0285】また、カラーフィルタ721は、液晶素子
720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。The color filter 721 has R, R, and R for each region of the liquid crystal element 720 corresponding to each pixel.
Light of any wavelength of G or B is selectively transmitted, and light of another wavelength is absorbed.
【0286】この画像表示装置では、光源704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
702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721に入射す
ることはなく、P偏光光のみがカラーフィルタ721に
入射する。In this image display device, S-polarized light and P-polarized light and S-polarized light emitted from the light source 704 are diffracted upward in FIG. Therefore, the S-polarized light does not enter the color filter 721, and only the P-polarized light enters the color filter 721.
【0287】カラーフィルタ721を通過した、R、
G、Bの各波長に対応する光は、液晶素子720の各画
素に入射する。そして、各画素のON、OFFに対応し
て偏光方向が変調される。この結果、ON画素を通過し
た光はホログラム素子703をそのまま通過し観察者に
到達する。また、OFF画素を通過した光はホログラム
素子703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。[0287] R, which has passed through the color filter 721,
Light corresponding to each wavelength of G and B enters each pixel of the liquid crystal element 720. Then, the polarization direction is modulated according to ON / OFF of each pixel. As a result, the light passing through the ON pixels passes through the hologram element 703 as it is and reaches the observer. In addition, since the light that has passed through the OFF pixels is diffracted upward by the hologram element 703 in the same figure, the light falls outside the field of view of the observer, and becomes a dark pattern that is not recognized as light intensity by the observer.
【0288】図34では簡単化のためR、G、Bに対応
する各画素がすべてONとOFF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703を通過さ
せることにより、観察者にはR、G、Bのそれぞれの波
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、それぞれの組み合わせとしてのカラー画像の表示
が可能になる。FIG. 34 shows the case where all the pixels corresponding to R, G, and B are ON and OFF for simplicity, but the electric field applied to each pixel to which light of each wavelength is incident is shown. By independently controlling the light to pass through the hologram element 703, the light of the selected color among the light of each wavelength of R, G, and B reaches the observer. A color image can be displayed.
【0289】ここで、各波長に対するホログラム素子7
03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、OFF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70
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, the hologram element 7 for each wavelength
Regarding the influence of the chromatic dispersion of 03, the diffraction angle may be set to be large, and the short-wavelength light having a small diffraction angle may be set to be outside the viewing range of the observer. That is, any light of each wavelength that has passed through the pixel corresponding to OFF is the hologram element 70.
In No. 3, since the light is diffracted out of the viewing range of the observer, the light is not recognized as light intensity, and no problem such as color mixing occurs.
【0290】また、ON画素を通過した光は、通常、ホ
ログラム素子703で回折作用を受けない。しかしなが
ら、ホログラム素子703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Δn=Ne−No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703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。The 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, Δn = Ne−No may vary depending on the wavelength, and the inside of the element cannot be regarded as an isotropic medium.
In this case, an angle difference occurs in the transmitted light of each wavelength, which is visually recognized by an observer as color bleeding or the like. However, in the case of transmission, if the distance of the observer from the hologram element 703 is not too large, a large deterioration in image quality does not occur.
【0291】実際に作製した画像表示装置にR、G、B
のカラー画像信号を入力し、ホログラム素子703から
30cm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ー画像を観察することが可能
であった。[0291] R, G, B
Was input and observed at a distance of about 30 cm from the hologram element 703. As a result, a clear color image could be observed with little color mixing or color bleeding.
【0292】また、ここでのカラーフィルタの組み合わ
せは図34の構成においてのみ使用されるものではな
く、図32の反射タイプ、図33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 the color filters here is not used only in the configuration shown in FIG. 34, but is used in the reflection type shown in FIG. 32, the transmission type and the reflection type shown in FIG. Needless to say, the method can be applied to
【0293】(実施の形態5−6)前記実施の形態5−
5の画像表示装置のホログラム素子702,703とし
て、R(0.65μm)、G(0.55μm)、および
B(0.45μm)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。(Embodiment 5-6) Embodiment 5
The hologram elements 702 and 703 of the image display device of No. 5 were manufactured by performing multiple exposure using light of each wavelength of R (0.65 μm), G (0.55 μm), and B (0.45 μm). You may. Hereinafter, a manufacturing process of such a hologram element will be described.
【0294】まず、実施の形態2−1における図18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Arレー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.
55μm)の波長に対応する干渉縞により露光を行う。
次に、ミラー(反射ミラー)の角度を変化させ、前記の
第1の露光行程を繰り返し、R(0.65μm)の波長
に対応する露光を行う。さらに、B(0.45μm)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 of FIG. 18 in Embodiment 2-1. This is set in an optical system using an Ar laser, and G (0.
Exposure is performed using interference fringes corresponding to a wavelength of 55 μm).
Next, the angle of the mirror (reflection mirror) is changed, and the above-described first exposure process is repeated to perform exposure corresponding to the wavelength of R (0.65 μm). Further, an interference fringe corresponding to B (0.45 μm) is similarly formed and exposed. After that, a second exposure step of irradiating the liquid crystal sample with uniform light in the same manner as in Embodiment 2-1 can produce a hologram element on which interference fringes are superimposed.
【0295】上記のようにして作製したホログラム素子
を図34のホログラム素子702,703に代えて用
い、液晶素子701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、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30cm程度移
動させても画質の劣化等の影響は生じなかった。When the hologram element manufactured as described above is used in place of hologram elements 702 and 703 in FIG. 34, a color video signal is input to liquid crystal element 701 and observed from the position of the observer. Is R,
Because it is optimized for both G and B wavelengths,
A clear image could be recognized without problems such as color bleeding and color mixing. Further, even if the observation position was moved back and forth by about 30 cm, there was no effect such as deterioration of image quality.
【0296】(実施の形態5−7)前記実施の形態5−
5の画像表示装置のホログラム素子702,703とし
て、それぞれR(0.65μm)、G(0.55μ
m)、またはB(0.45μm)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。(Embodiment 5-7) Embodiment 5
The hologram elements 702 and 703 of the image display device of No. 5 were R (0.65 μm) and G (0.55 μm), respectively.
m) or B (0.45 μm) may be used in which three hologram elements produced by performing exposure with light of each wavelength are laminated.
【0297】上記のようなホログラム素子を図34のホ
ログラム素子702,703に代えて用い、液晶素子7
01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、それぞれ
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30cm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 as described above is used in place of hologram elements 702 and 703 in FIG.
When a color video signal is input to the image sensor 01 and observed from the observer's position, the diffractive optical elements of the respective layers independently perform the diffractive action on each of the R, G, and B wavelengths, and the chromatic dispersion is reduced. Eased. As a result, a clear image could be recognized without problems such as color bleeding and color mixing. further,
Even if the observation position was moved back and forth by about 30 cm, there was no influence such as deterioration of image quality.
【0298】(実施の形態5−8)前記実施の形態5−
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。(Embodiment 5-8) Embodiment 5
The image display device such as 1 can also be applied to an image display / illumination device. Hereinafter, an example of a device capable of displaying road traffic information in a tunnel and performing illumination without a tunnel will be described.
【0299】図35に示すように、画像表示装置731
は、トンネルの壁面732に設置されている。この画像
表示装置731は、例えば実施の形態5−1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
33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。As shown in FIG. 35, the image display device 731
Are installed on the wall surface 732 of the tunnel. This image display device 731 has, for example, a configuration similar to that of the image display device described in the embodiment 5-1.
It is installed so as to face the traveling direction of 33. That is, in the embodiment 5-1, the example in which the display image is visually recognized substantially from the normal direction (front) of the display screen has been described. An image whose brightness is reversed is displayed as the image to be visually recognized. Therefore, by inputting image data in which the brightness is reversed in advance as image data to be input to the image display device, an image that can be visually recognized from a direction inclined with respect to the normal of the display screen is displayed by the diffracted light. Can be done.
【0300】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。Here, the direction in which the diffracted light is emitted, that is, the direction in which the displayed image is visually recognized 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.
【0301】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
いた液晶ディスプ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。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 an image formed by the emitted light cannot be viewed from an oblique direction, it plays a role as illumination light in an environment where the surroundings are dark at night or in a tunnel or the like, so that it can be used as an illumination device. That is,
A device having both functions of an image display device and a lighting device can be configured. Thus, the functions of the image display device and the illumination device can be provided because in a liquid crystal display using a normal polarizer, light not used for image display is absorbed by the polarizer and cannot be used for illumination. In contrast, a display device using a hologram element as described above is
This is because the transmitted light and the diffracted light are emitted equally in principle.
【0302】本発明におけるホログラム素子702,7
03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。Hologram elements 702, 7 in the present invention
This is a feature of the image display device having a configuration in which light is split by the light emitting device 03.
【0303】なお、複数の画像表示装置731を壁面7
32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。Note that the plurality of image display devices 731 are
If it is arranged at 32, it is also possible to use the image information to be recognized step by step by the observer according to the traveling position of the vehicle. It is effective in the case.
【0304】実際に、図35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731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731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, when an image display device 731 was placed in an experiment room that imitated a structure in a tunnel as shown in FIG. 35 and an experiment was performed, an image that can be visually recognized as the position of the observer moved was displayed. I was able to. It was also confirmed that the light emitted to the front of the image display device 731 also served as illumination light in a dark laboratory.
【0305】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 a tunnel but also to traffic information display and illumination on a normal arterial road or an expressway, with priority given to other specific directions. It is needless to say that the present invention can be applied to a method of displaying image information on a screen.
【0306】(実施の形態5−9)前記実施の形態5−
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。(Embodiment 5-9) Embodiment 5
An example of an image display device having a polarization conversion element configured using the same hologram element as that of Example 1 will be described.
【0307】この画像表示装置には、実施の形態5−1
のホログラム素子702に代えて、同一平面上に配置さ
れたホログラム素子741〜744が設けられている。
また、ホログラム素子743,744と液晶素子701
との間には、位相差板(λ/2板)745,746が設
けられている。光源704は、実施の形態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5−1と同様であ
る。This image display apparatus is described in Embodiment 5-1.
Are provided instead of the hologram element 702 of FIG.
Also, the hologram elements 743 and 744 and the liquid crystal element 701
Between them, there are provided retardation plates (λ / 2 plates) 745 and 746. As the light source 704, a fluorescent lamp having a green filter passed through was used as in Embodiment 5-1. Other configurations are the same as those of the embodiment 5-1.
【0308】この画像表示装置では、光源704から出
射した光のうち、P偏光光は回折光学素子741,74
2をそのまま透過して液晶素子701に入射する。ま
た、S偏光光は、ホログラム素子741,742概ね9
0°の角度でほぼ横方向に回折され、それぞれ側方に配
置されたホログラム素子743,744に入射する。ホ
ログラム素子743,744に入射した光は、ホログラ
ム素子743,744でさらに概ね90°の角度で回折
される。ホログラム素子743,744で回折された光
は、位相差板745,746によって偏波面が90°回
転させられ、P偏光光として液晶素子701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 is the diffractive optical element 741, 74.
2 is transmitted as it is and enters the liquid crystal element 701. The s-polarized light is approximately 9 hologram elements 741, 742.
The light is diffracted almost horizontally at an angle of 0 °, and enters the hologram elements 743 and 744 arranged on the respective sides. Light incident on hologram elements 743 and 744 is further diffracted by hologram elements 743 and 744 at an angle of approximately 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 incident on the liquid crystal element 701 almost vertically as P-polarized light.
【0309】すなわち、ホログラム素子741〜744
および位相差板745,746によって偏光変換素子が
構成され、光源704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701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 elements 741 to 744
The light from the light source 704 is incident on the liquid crystal element 701 as a light wave having a uniform polarization plane (in this case, P-polarized light). Therefore, the light use efficiency increases (theoretically about twice), and a bright image can be displayed.
【0310】また、光源704の照射領域を広げること
にもなり、小さい面積の光源704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。Also, the irradiation area of the light source 704 can be expanded, and 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 electric power.
【0311】液晶素子701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703に入射する。[0311] The light passing through the liquid crystal element 701 has its polarization direction modulated in accordance with the signal applied to the pixel, and enters another hologram element 703.
【0312】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 on the plane of the paper and emitted out of the viewing range of the observer.
【0313】P偏光光はホログラム素子703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。The P-polarized light passes through the hologram element 703 as it is, and is recognized by the observer.
【0314】観察者の位置からホログラム素子703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 the direction of the hologram element 703 was observed from the observer's position, the image corresponding to the applied input signal was correctly recognized.
【0315】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.
【0316】(実施の形態5−10)前記実施の形態5
−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。(Embodiment 5-10) Embodiment 5
Another example of a small-sized image display device having a polarization conversion element configured using a hologram element similar to -1 will be described.
【0317】図37に本発明の実施の形態で構成した小
型表示装置の概略を示す。光源704からの光波はホロ
グラム素子751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90°回折され液晶素子701
へと入射する。FIG. 37 schematically shows a small display device according to the embodiment 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 approximately 90 ° by the diffractive optical element, and the liquid crystal element 701
Incident on.
【0318】また、S偏光光はホログラム素子751を
通過し、もう1つのホログラム素子752に入射する。
回折光学素子752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752に入射したS
偏光光は、概ね90°回折されて出射する。この後、λ
/2板753を通過し、偏波面が90°回転させられP
偏光光として液晶素子701に入射する。The S-polarized light passes through the hologram element 751 and is incident on another 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.
The polarized light is diffracted by approximately 90 ° and emitted. After this, λ
/ 2 plate 753, the polarization plane is rotated by 90 °, and P
The light enters the liquid crystal element 701 as polarized light.
【0319】従って、実施の形態5−10と同様に光源
704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、シースルー型の機能や実施の形態5−4で構成し
たような外部光源と内部光源の併用タイプも可能であ
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 5-10. Further, since light is incident from the lateral direction, a see-through type function or a combination type of an external light source and an internal light source as described in Embodiment 5-4 is also possible.
【0320】実際に作製した画像表示装置では、光源7
04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、0.55μm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VGA
(640x480)の分解能を有する小型の液晶パネル
を使用した。これに画像信号を入力すると、液晶素子7
01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703に入射す
る。In the actually manufactured image display device, the light source 7
A fluorescent lamp passed through a green filter as 04 was used to emit light having a wavelength of about 0.55 μm. VGA of about 0.9 inch as liquid crystal element
A small liquid crystal panel having a resolution of (640 × 480) was used. When an image signal is input to this, the liquid crystal element 7
The light passing through 01 is incident on another hologram element 703 after its polarization direction is modulated according to the applied signal of the pixel.
【0321】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703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 from the plane of the paper and is 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 an observer.
【0322】さらに今回は拡大光学系754をホログラ
ム素子703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。In this case, the magnifying optical system 754 was used on the light emission side of the hologram 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. It is preferable to form a magnifying optical system with a thin lens because a small system can be formed.
【0323】観察者の位置からホログラム素子703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75
4の作用により観察者にはホログラム素子703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
能であった。When observing the direction of the hologram element 703 from the position of the observer, an image corresponding to the applied input signal was correctly recognized. Also, despite the use of a small 0.9-inch liquid crystal panel this time, the magnifying optical system 75
By the operation of 4, the display image was enlarged by the observer depending on the distance from the hologram element 703, and the observer could clearly recognize the display image.
【0324】図37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 as shown in FIG. 37 can reduce the size of the entire system, and is expected to be used as a very small image display device that can be used as a micro display for a portable information terminal.
【0325】(実施の形態6)前記実施の形態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 6) An image display device using the hologram element described in Embodiment 1 will be described.
【0326】画像表示装置の構成図を図38(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
19のバックライトユニットに本発明に係るホログラム
素子820を用いている。FIG. 38A shows the configuration of the image display device. In this image display device, the transmission type liquid crystal panel 8
The hologram element 820 according to the present invention is used for 19 backlight units.
【0327】光源823からの光束824は導光体82
1の端面から入射し、導光体821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820によって液晶
パネル819の基板の略法線方向に回折される。液晶パ
ネル819に入射した光束822は変調され画像を表示
する。The light flux 824 from the light source 823 is
1 and diffracted in the direction substantially normal to the substrate of the liquid crystal panel 819 by the hologram element 820 of the present invention installed on the back surface while propagating through the light guide 821 while propagating through the light guide 821. The light beam 822 incident on the liquid crystal panel 819 is modulated to display an image.
【0328】尚、ホログラム素子820の裏面には反射
ミラー823を設け、ホログラム素子820を透過した
光をさらに反射できる構成となっており、例えばこの反
射ミラー823に光を散乱せしめるドット(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 reflection mirror 823 is provided on the back surface of the hologram element 820 so that light transmitted through the hologram element 820 can be further reflected. For example, dots (not shown, It is preferable to form a large number of known techniques other than the conventional example 7).
【0329】液晶パネル819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。The liquid crystal panel 819 may be of a transmission type, and any type of liquid crystal panel can be used regardless of the driving method and liquid crystal material. Note that a reflective liquid crystal panel that is also used as a transmissive type according to the brightness of external light may be used.
【0330】光源823としては、例えばCCFT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825を設けても良い。導光体82
1としては主にア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、特開平9−5743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。As the light source 823, for example, CCFT can be used, and a reflecting mirror 825 may be provided as disclosed in many examples including the conventional example 8. Light guide 82
As 1, a resin material such as acrylic can be mainly used, and for example, a wedge-shaped shape can be used as disclosed in, for example, Conventional Example 7 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-5743.
【0331】ホログラム素子820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824の中で特
定の偏光成分を、液晶パネル819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。The basic function of the hologram element 820 is as follows.
In the non-polarized light beam 824 incident on the hologram element, a specific polarization component is selectively diffracted in a substantially normal direction of the liquid crystal panel 819 and within a specific solid angle. Or as a mere isotropic medium.
【0332】すなわち図39(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820は、無偏光な入射光束
824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. When functioning as a hologram element, the hologram element 820 according to the present invention selects only a specific polarization component in the non-polarized incident light beam 824 in a direction substantially normal to the liquid crystal panel and within a specific solid angle. Diffraction occurs.
【0333】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ベクトルの振動方
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(電界ベクトルの振動方向)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 is changed. High efficiency can be realized for the first time by making the polarization direction of the electric field vector of the polarized light transmitted through the polarizer substantially the same as the polarization direction of the polarized light that the hologram element selectively diffracts (the vibration direction of the electric field vector). .
【0334】一方、電圧を印加することで本発明のホロ
グラム素子820は略等方的媒質となり、入射光束82
4はホログラム素子820を透過し、その裏面に設けら
れた反射ミラー823により散乱された光束が液晶パネ
ル819に入射する。この場合における液晶パネル81
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ー823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 becomes a substantially isotropic medium, and the incident light flux 82
4 transmits through the hologram element 820, and the light beam scattered by the reflection mirror 823 provided on the back surface enters the liquid crystal panel 819. The liquid crystal panel 81 in this case
The output light flux of No. 9 is almost uniformly diffused by the dots provided on the reflection mirror 823 in the same manner as when illuminated by a conventional backlight.
【0335】このように、本発明のホログラム素子82
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819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っ
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。Thus, the hologram element 82 of the present invention
In the image display device using 0, when no voltage is applied, the illumination light is diffracted within a narrow solid angle substantially in the normal direction, so that the brightness when the liquid crystal panel 819 is observed from the front is extremely high. Further, by applying a voltage, the luminance when observing from the front is reduced, but a wide viewing angle can be secured.
【0336】本発明のようにホログラム素子を液晶パネ
ルのバックライトユニットに用い、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10等多数開示されているが、上記例にあっ
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
20のように視野角を切り替えられるものではない。The hologram element is used in the backlight unit of the liquid crystal panel as in the present invention, and the directivity is given to the diffracted light so that the luminance when viewed from the front (when viewed from the normal direction of the liquid crystal panel) is increased. Many examples are disclosed, for example, Conventional Example 7 to Conventional Example 10, but in the above example, the hologram element has only a single function of always diffracting incident light. Element 8
The viewing angle cannot be switched as in the case of 20.
【0337】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。In the prior arts 1 and 2, switchable hologram elements are disclosed, but no specific use as a backlight of a liquid crystal panel is disclosed. As described above, high efficiency can be realized only by making the polarization direction of the polarizing plate of the liquid crystal panel coincide with the polarization direction of light selectively diffracted by the hologram element.
【0338】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ー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。The function of the image display device of the present invention, which can switch the brightness and the viewing angle of an image, is extremely valuable when used as a display of a personal computer or a portable information terminal regardless of whether it is a stationary type or a notebook type. Function.
【0339】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。That is, when an image is viewed by an individual, the viewing angle (meaning equivalent to the range in which the image can be viewed)
It is not necessary to be unnecessarily wide, and a limited range necessary for image observation such as work is sufficient. According to the present invention, an image is output substantially in the direction of a worker observing the image from the front, so that the power consumption of the lamp can be reduced.
【0340】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820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。On the other hand, when observing an image with a large number of people, it is desirable that the viewing angle is wide. 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 is not changed, and the hologram element 820 of the present invention means that the amount of light flux reflected within a specific narrow solid angle can be controlled by an applied voltage.
【0341】次に、本実施の形態で用いるホログラム素
子の作製方法について説明する。Next, a method of manufacturing the hologram element used in the present embodiment will be described.
【0342】本実施の形態で用いるホログラム素子82
0は、実施の形態1および4−1で説明したように、I
TO501を形成した2枚のガラス基板502で作製さ
れたセルに光硬化型液晶として例えばUV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 82 used in the present embodiment
0 is equal to I as described in Embodiments 1 and 4-1.
It can be manufactured by injecting, for example, a mixture of a UV-curable liquid crystal and a non-polymerizable liquid crystal as a photo-curable liquid crystal into a cell formed of two glass substrates 502 on which the TO 501 is formed, and illuminating a two-beam interference document.
【0343】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39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UV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820が作製される。However, it is characterized in that the object light is made to enter the substrate almost perpendicularly at the angle at which the light flux enters the reference light.
At this time, by performing two-beam interference exposure in a state where a voltage is applied, a desired interference script as shown in FIG. 39, for example, is formed. The non-polymerizable liquid crystal is separated into the weak portions, and the hologram element 820 of the present invention is manufactured.
【0344】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21
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, both the object light and the reference light do not need to be plane waves. For example, a light beam 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 from the same angle range as the light beam that enters the hologram element after propagating through the hologram element.
【0345】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820のITO501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820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イク状に配列し、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, the ITO 501 of the hologram element 820 according to the present invention may be patterned, and the applied voltage may be varied for each region to locally control the refractive index anisotropy. Thereby, the efficiency of the hologram element 820 can be locally optimized. Further, for example, as disclosed in Conventional Example 7, the hologram elements may be arranged in a small mosaic pattern, and the individual micro hologram elements may be optimized so as to exhibit the maximum efficiency with respect to the wavelength of the incident light and the incident angle. .
【0346】また、図38(b)に示したように本発明
に係るホログラム素子820と、反射ミラー823の間
にλ/4板27を設け、かつ反射ミラー823をホログ
ラム素子820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820
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820を透過す
る常光線828を異常光線に変換して再度ホログラム素
子820に入射せしめることができる。Further, as shown in FIG. 38B, the λ / 4 plate 27 is provided between the hologram element 820 according to the present invention and the reflection mirror 823, and the reflection mirror 823 is not parallel to the hologram element 820. The hologram element 820 according to the present invention can be arranged at an angle of, for example, about 5 °.
For example, in a mode in which an extraordinary ray is selectively diffracted without applying a voltage to the hologram element 820, the ordinary ray 828 transmitted through the hologram element 820 can be converted into an extraordinary ray and made incident on the hologram element 820 again.
【0347】その際、反射ミラー823を傾けて設置し
ているので、該ホログラム素子820の角度依存性によ
って反射ミラー823からの反射光束829はホログラ
ム素子820を透過し、ホログラム素子820により反
射された光束822と同一の偏光光(この場合はP偏光
光)として液晶パネル819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 reflection mirror 823 is installed at an angle, the reflected light flux 829 from the reflection mirror 823 is transmitted through the hologram element 820 and reflected by the hologram element 820 due to the angle dependence of the hologram element 820. The same polarized light as the light beam 822 (in this case, P-polarized light) can be incident on the liquid crystal panel 819, and the light use efficiency can be increased.
【0348】以上述べたように、本実施の形態で構成し
た画像表示装置は、本発明に係るホログラム素子820
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。[0348] As described above, the image display device constructed in this embodiment is a hologram element 820 according to the present invention.
By adjusting the voltage applied to the luminous flux, it is possible to control the amount of luminous flux output within a specific solid angle. This makes it possible to select a bright image display with a narrow viewing angle and a wide viewing angle, which is slightly darker, as required.
【0349】本実施の形態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、車載用のヘッドアップ
ディスプレイとして用いることが可能である。The image display device constructed in this embodiment is
It can be used not only as a display for a stationary or notebook personal computer but also as a display for a portable information terminal, a portable communication device, or a head-up display for a vehicle.
【0350】(実施の形態7)本発明の実施の形態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。(Embodiment 7) An image display device according to the present invention configured as Embodiment 7 of the present invention will be described. The image display device according to the present embodiment is a so-called conventional direct-view type liquid crystal panel. However, as a liquid crystal material, a mixture of a photocurable liquid crystal and a non-polymerizable liquid crystal is provided with lattice-like light (wavelength: A microcell structure surrounding each pixel is formed by irradiating light (wavelength for curing the photocurable liquid crystal) and by photo-induced phase separation phenomenon.
【0351】ただし、光硬化型の液晶の硬化後における
ne 、no は各々非重合性液晶のne 、no と略等しい
構成となっている。However, ne and no after curing of the photocurable liquid crystal are substantially equal to ne and no of the non-polymerizable liquid crystal, respectively.
【0352】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-described microcell structure, liquid crystal molecules are aligned in an axially symmetric state stabilized by a photocuring reaction by a self-alignment force in a liquid crystal region, and a wide viewing angle and high contrast can be realized.
【0353】次に従来例と本実施の形態に係る画像表示
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。Next, the difference between the conventional example and the image display device according to the present embodiment will be described. The effects that the viewing angle improvement and high contrast can be realized by the microcell are as follows.
For example, as disclosed in Conventional Example 6, in Conventional Example 6, a mixture of a photo-curable resin and a liquid crystal is simply illuminated with lattice-like light (wavelength is a wavelength that cures the photo-curable resin), and light-induced Only the microcell structure surrounding each pixel is formed by the phase separation phenomenon, but nothing is described about the refractive index anisotropy of the photocurable resin.
【0354】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ト
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
あった。Generally, the photocurable resin has a slight but birefringent property and exhibits a slight refractive index anisotropy. Therefore, when displaying black, the contrast is good for a vertically incident light beam, but there is a disadvantage that the grating portion stands out as a discontinuous region and the uniformity is poor for an obliquely incident light beam. Was.
【0355】しかしながら本実施の形態の画像表示装置
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 the present embodiment, the photocurable liquid crystal is cured in the same alignment state as that of the non-polymerizable liquid crystal when displaying black, and the optical difference of the photocurable liquid crystal is changed. Since the anisotropy is made almost equal to the optical anisotropy of the non-polymerizable liquid crystal, the microcell part can be conspicuous in black display and the decrease in contrast can be suppressed, and an extremely uniform image can be displayed. Was completed.
【0356】(実施の形態8−1)図40に本発明の実
施の形態8−1で構成した、前記実施の形態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901より放射す
る光は、体積ホログラム素子521をそのまま通過し、
結像レンズ904により1/4波長板905を介して光
記憶媒体906上に集光される。この場合、体積ホログ
ラム素子521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901からの出射光は、ほぼ全て光
記憶媒体906上に集光される。(Embodiment 8-1) FIG. 40 shows an outline of an optical information processing apparatus using the volume hologram element shown in Embodiment 2-1 and configured in Embodiment 8-1 of the present invention. Show. Light emitted from the semiconductor laser 901 that emits polarized light passes through the volume hologram element 521 as it is,
The light is focused on the optical storage medium 906 via the quarter-wave plate 905 by the imaging lens 904. In this case, the laser beam passing through the volume hologram element 521 is not diffracted, and almost all the emitted light from the semiconductor laser 901 is focused on the optical storage medium 906.
【0357】次に、光記憶媒体906で反射された光
は、再度1/4波長板905を通過し結像レンズ904
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901から出射されたときに対し、90°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521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902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 quarter-wave plate 905 again and passes through the imaging lens 904.
Converges. At this time, since the reflected light passes through the quarter-wave plate twice, the polarization direction of the reflected light is rotated by 90 ° with respect to the light emitted from the semiconductor laser 901. Therefore, this time, the reflected light undergoes a diffractive action according to the predetermined wavefront formed on the volume hologram element 521, and is converged on the photodetector 902.
【0358】ここで光検出器902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902に導かれる光量は、体
積ホログラム素子521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。[0358] 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 is 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 due to polarization separation on the outward path and the diffraction efficiency on the return path.
【0359】本発明の体積ホログラム素子521の原理
及び構造を図41及び図42に示す。図41は一軸性の
光学結晶の屈折率楕円体を示している。図41(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Ne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、
Noの屈折率を示す。FIG. 41 and FIG. 42 show the principle and structure of the volume hologram element 521 of the present invention. FIG. 41 shows a refractive index ellipsoid of a uniaxial optical crystal. FIG. 41A shows a refractive index ellipsoid when the optical axis is in the Y direction. At this time, the light whose polarization direction exists on the YZ plane becomes an extraordinary ray and shows the refractive index of Ne. XZ
It becomes an ordinary ray for light whose polarization direction exists in the plane,
No indicates the refractive index.
【0360】図41(b)は一軸性の光学結晶の光軸が
Y方向から90°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No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Noの屈折率を示すことになる。FIG. 41B shows a refractive index ellipsoid when the optical axis of the uniaxial optical crystal is inclined by 90 ° from the Y direction. In this case, the light having the polarization direction in the YZ plane has a No refractive index, and the light having the polarization direction in the XZ plane also has a No refractive index.
【0361】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NeとNo(Ne>No)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
Noの屈折率を示す。In the state where the optical axis is intermediate between (a) and (b), Ne and No (Ne> Ne) corresponding to the state of inclination of the optical axis with respect to light whose polarization direction exists on the YZ plane. No) takes an intermediate value of the refractive index. On the other hand, for light whose polarization direction exists on the XZ plane, the refractive index always indicates No, regardless of the inclination of the optical axis.
【0362】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、NeからNo
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Noだけの屈折率分布を示す場合が存在する。As described above, for the optical medium having the refractive index anisotropy, Ne to No.
There is a case where the refractive index distribution is within the range described above and a case where the refractive index distribution is only No, regardless of the inclination of the optical axis.
【0363】図18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521
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 sectional structure of the volume hologram element. The inside of this element has a periodic layer structure inclined from the surface on which light is incident to the thickness direction. The inclination of the optical axis of the optical medium having the refractive index anisotropy between adjacent layers is one because of the volume hologram element 521.
Are arranged so as to be parallel to the surface, and the other is arranged perpendicular to the surface.
【0364】ここで、この体積ホログラム素子521に
図18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521に入
射したときの振る舞いについて考える。In this volume hologram element 521, light having a polarization direction perpendicular to the plane of FIG. 18 is regarded as an ordinary ray, and light having a polarization direction parallel to the plane of FIG. 18 is regarded as an extraordinary ray. The behavior when the light enters the volume hologram element 521 will be considered.
【0365】まず、常光線が入射した場合、図41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Noとなる。つま
り、屈折率がNo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 an ordinary ray is incident, X in FIG.
Since the same treatment is performed as when light having a polarization direction is incident on the -Z plane, the refractive index of each layer is No, regardless of the direction of the optical axis of the optical medium constituting each layer. That is, since a medium having a uniform refractive index of No is present, the ordinary ray incident on the medium is not affected by diffraction, and FIG.
As shown in FIG.
【0366】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41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、Neの屈折率を有する層を
通過することになる。Next, the case where an extraordinary ray is incident will be considered. 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 in the YZ plane of FIG. 41 is incident on an optical medium having an optical axis in the Y direction of (a), and passes through a layer having a refractive index of Ne. become.
【0367】また、体積ホログラム素子521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41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Noの屈折
率を有するものとして取り扱われる。For a layer where the optical axis of the optical medium is perpendicular to the incident surface of the volume hologram element 521,
Since this corresponds to the case where light having a polarization direction is incident on the YZ plane with respect to FIG. 41B, this layer is treated as having a refractive index of No.
【0368】従って、異常光線に対しては体積ホログラ
ム素子521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, the volume hologram element 521 for an extraordinary ray 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 the light is condensed in a specific direction corresponding to the inclination angle of the layer and the pitch of the period.
【0369】図18に示したように、異常光線は体積ホ
ログラム素子521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 corresponding to the layer structure formed inside the element.
【0370】以上のように図40の光情報処理装置の構
成における体積ホログラム素子521に対し、半導体レ
ーザ901から出射する光の偏光方向を図18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
901からの出射光は体積ホログラム素子521によっ
て、変調を受けることなく結像レンズ904により1/
4波長板を介して光記憶媒体906に集光される。As described above, for the volume hologram element 521 in the configuration of the optical information processing apparatus of FIG. 40, the polarization direction of the light emitted from the semiconductor laser 901 is set so as to correspond to the ordinary ray shown in FIG. At this time, the light emitted from the semiconductor laser 901 is not modulated by the volume hologram element 521, and is not modulated by the imaging lens 904.
The light is focused on the optical storage medium 906 via the four-wavelength plate.
【0371】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904を経て体積ホログラム素子
521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18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521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902上に集光さ
れることになる。The light reflected here again passes through the quarter-wave plate, and enters the volume hologram element 521 via the imaging lens 904. At this time, the polarization direction is 9
The rotation by 0 ° corresponds to the case of the extraordinary ray shown in FIG. Therefore, the light is focused on a specific direction, in this case, on the photodetector 902 in accordance with the periodic refractive index distribution corresponding to the layer structure formed inside the volume hologram element 521.
【0372】図18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。By having 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 causes a phenomenon in which the scattered component strengthens in a specific direction corresponding to the wavelength, the incident angle, and the pitch between the layers. .
【0373】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 Bragg's diffraction condition. Such a condition results in a three-dimensional configuration with respect to a conventional two-dimensional diffractive optical element, and is blazed (light is converged in one direction). ).
【0374】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100%
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90%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40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40%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 dramatically improved as compared with the conventional diffractive optical element, and theoretically 100%
Efficiency is possible. In fact, an efficiency of 90% or more can be expected even when taking into account the loss on the way. On the other hand, if a hologram element as shown in FIG. 40 is constituted by a binary diffractive optical element as described above, the diffracted wave will be diffracted symmetrically to the higher order including the 0th order. As a result, the diffraction efficiency in the primary direction is a maximum of about 40%, which is a low value of 1/2 or less as a percentage of the total amount of light passing through the element.
【0375】本発明における体積ホログラム素子521
を用いて光情報処理装置を構成すれば、光記憶媒体90
6からの反射光を光検出器902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521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901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。The volume hologram element 521 of the present invention
If the optical information processing apparatus is configured by using the optical storage medium 90,
Since almost all of the reflected light from 6 can be collected on the photodetector 902, there is no problem such as a decrease in the S / N ratio due to a decrease in the light intensity. Furthermore, since the diffraction efficiency of the volume hologram element 521 is high, there is almost no return light amount to the semiconductor laser. Therefore, the problem of instability of the oscillation of the laser as the light source due to the feedback of the light intensity to the semiconductor laser 901 does not occur.
【0376】図18では体積ホログラム素子521を構
成する光学媒体の光軸が隣り合う層間で90°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NeからNoの中間値に設
定することも可能である。FIG. 18 shows the case where the optical axis of the optical medium constituting the volume hologram element 521 has the largest difference in the refractive index inclined by 90 ° between the adjacent layers. It is also possible to set the difference to an intermediate value between Ne and No.
【0377】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902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。Further, it is also possible to adjust the diffraction efficiency by selecting a refractive index distribution utilizing this, and arbitrarily set the detected light intensity and pattern for the photodetector 902.
【0378】又、体積ホログラム素子521の領域をい
くつかに分割し、それぞれ回折する方向をずらして光検
出器902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。Also, the area of the volume hologram element 521 is divided into several parts, and light signals are received in different areas of the photodetector 902 by shifting the directions in which they are diffracted, respectively. A configuration in which detection is performed efficiently is also possible.
【0379】さらに、半導体レーザ901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、それぞれの光波長に合
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521内に重畳して記録することも可能
である。Further, 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 periodic structures, angles, etc. are set according to the respective light wavelengths. Can be recorded in the volume hologram element 521 in a superimposed manner.
【0380】(実施の形態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42
を用いて説明する。(Embodiment 8-2) FIG. 42 shows a method of manufacturing a diffractive optical element used in an optical information processing apparatus according to the present invention.
This will be described with reference to FIG.
【0381】Arレーザ911からの360nm前後の
波長の出射光は、開閉式のメカニカルシャッタ912を
介してビームエキスパンダ913によって直径30mm
〜50mm程度のビームに広げられる。そしてビームス
プリッタ915により2方向に分割され、ミラー906
により体積ホログラム素子521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。またビームスプリッ
タ915で分割されたうちの一方の光束にはシャッタ4
05が配置されている。The light emitted from the Ar laser 911 having a wavelength of about 360 nm is passed through a mechanical shutter 912 that can be opened and closed by a beam expander 913 to have a diameter of 30 mm.
The beam can be expanded to about 50 mm. Then, the beam is split in two directions by a beam splitter 915,
Irradiates at an angle corresponding to the structure of the interference fringes formed on the volume hologram element 521. One of the light beams split by the beam splitter 915 has a shutter 4.
05 is arranged.
【0382】次に、体積ホログラム素子521のセルの
作製プロセスについて説明する。Next, a process of manufacturing the cell of the volume hologram element 521 will be described.
【0383】ガラス基板上に透明導電性電極として、例
えばITO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。[0383] Two transparent conductive electrodes formed of, for example, ITO 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 an alignment film is formed on the substrate by performing a heat treatment or the like.
【0384】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5μm〜20μm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 by a roller or the like, a seal is printed around one substrate, and beads having a diameter of about 5 μm to 20 μm are dispersed on the other substrate. The two substrates were bonded together such that the rubbing directions were paired with each other to form an empty cell.
【0385】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。A liquid crystal was used as the optical medium having the refractive index anisotropy, and the empty cell fabricated here was injected.
Although the liquid crystal used this time has a positive dielectric anisotropy, it is also possible to use a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy.
【0386】光重合性液晶モノマーまたは光架橋可能液
晶ポリマー等が含まれており、360nm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40℃〜60℃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。It contains a photopolymerizable liquid crystal monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer, and has a property that the liquid crystal is cured by irradiation with light having a wavelength in the ultraviolet region of about 360 nm, and the direction of the liquid crystal molecules is fixed. I have. Although the implantation was performed at room temperature in an air atmosphere, the implantation may be performed at a high temperature of about 40 ° C. to 60 ° C. or in a vacuum atmosphere. After the liquid crystal was injected, the injection port and the vicinity of the deaeration port were sealed with a sealant in the cell, and a liquid crystal sample was completed.
【0387】以上のようにして作製した液晶サンプルを
図42で示す光学系の中の体積ホログラム素子521の
作製位置にセッティングした。初めにシャッタ912及
び405を開いた状態で、サンプル位置には、1μm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906による2光束の集光角度は15°〜45
°程度であり、Arレーザの照射強度は50mW〜10
0mW程度である。The liquid crystal sample produced as described above was set at the position where the volume hologram element 521 was produced in the optical system shown in FIG. First, with the shutters 912 and 405 opened, adjustment was made so that interference fringes having a pitch of about 1 μm were formed at the sample position. At this time, the converging angle of the two light beams by the mirror 906 is 15 ° to 45 °.
°, and the irradiation intensity of the Ar laser is 50 mW to 10 mW.
It is about 0 mW.
【0388】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
ッタ912を閉じ、シャッタ405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912
を所定の時間、ここでは1分間程度開放した後閉じる。Next, a process of forming interference fringes on a liquid crystal sample by a laser will be described. First, the liquid crystal sample is set with the shutter 912 closed and the shutter 405 opened. Then, the shutter 912
Is opened for a predetermined time, here about 1 minute, and then closed.
【0389】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ーザの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。This is the first step. In this step, the liquid crystal sample is hardened in the liquid crystal sample in the region belonging to the bright portion where the intensity of the interference fringes formed by the interference of the two light beams of the laser is increased. The molecular axis is fixed in the direction in which is initially oriented. Here, since a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is used, the liquid crystal molecules are initially uniformly aligned in a direction parallel to the glass substrate, and this state is preserved. On the other hand, in the region belonging to the dark portion of the interference fringes, the light intensity is lower than that of the bright portion, and therefore, hardening of the liquid crystal molecules is hardly promoted in the first step.
【0390】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ITO電極間に5(V/μm)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 the second step, the liquid crystal sample 2
An AC electric field of about 5 (V / μm) is applied between ITO electrodes as transparent conductive electrodes formed inside the glass substrates. 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 angle of inclination at this time is proportional to the applied electric field, a desired inclination angle, that is, a refractive index difference can be given by adjusting the magnitude of the electric field.
【0391】前記のように電圧を印加した状態でシャッ
タ405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521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 light having a uniform intensity distribution that does not form interference fringes is irradiated onto the entire surface of the volume hologram element 521 for about 5 minutes, and the uncured dark area Is completely cured, including the liquid crystal.
【0392】以上のような第一と第二の工程を行うこと
で、図18で示したような構造を有する体積ホログラム
素子521を作製した。この素子の回折効率をHe−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98%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90%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 521 having a structure as shown in FIG. 18 was manufactured. The diffraction efficiency of this element is set to He-N
The measurement was performed using an e-laser while changing the incident polarization direction. The transmittance for ordinary light was about 98%, indicating a high transmittance. The diffraction efficiency of the extraordinary ray in the primary direction was about 90%, and good results were obtained. Therefore, the volume hologram element manufactured here has high polarization separation characteristics and diffraction efficiency, and it has been proved that it is promising as a diffractive optical element used for an information processing apparatus.
【0393】(実施の形態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8
−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42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。(Embodiment 8-3) Two glass substrates opposed to each other are used.
The same process as in -2 was performed, and a liquid crystal sample was prototyped. This sample was set in the optical system shown in FIG. 42, and the light portion of the interference fringes was exposed as a first step.
【0394】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42で示す体積ホログラムサンプル521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。Next, as a second step, in order to change the orientation direction of the liquid crystal molecules in the region belonging to the stripes of the dark portion from the initial position, setting for applying a magnetic field to the volume hologram sample 521 shown in FIG. 42 is performed. Was. Specifically, a magnetic field was formed around the liquid crystal sample by a superconducting magnet.
【0395】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8−2と
同様にシャッタ405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。Since liquid crystal has 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, as in Embodiment 8-2, the shutter 405 was closed and uniform light irradiation was performed on the liquid crystal sample to cure the entire panel.
【0396】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ITO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、ITO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 need to be formed with ITO or the like as a transparent conductive electrode. Therefore, this process is omitted, the structure is simple, and a less expensive manufacturing is possible. Further, since the influence of the reflected light due to the difference in the refractive index at the interface between the glass and the ITO is removed, the transmittance is increased and the function as the diffractive optical element is also improved.
【0397】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90%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。The diffraction efficiency with respect to the polarization direction of the volume hologram element manufactured by the above-described process is shown in Embodiment 8.
-2 was measured in the same manner. As a result, it has been found that the diffraction efficiency has a performance of 90% or more, and the direction of liquid crystal molecules can be appropriately controlled even by a method by applying a magnetic field.
【0398】(実施の形態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。本実施の形態では、配向膜として
ポリビニルシンナメート(PVCi)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42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913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。(Embodiment 8-4) From the step of applying an alignment film to a glass substrate, a trial production of a liquid crystal sample was performed in the same manner as in Embodiment 8-3. In the present embodiment, polyvinyl cinnamate (PVCi) is used as the alignment film, and the roller rubbing step is omitted. This sample was set in the optical system in FIG. This time, in this system, a polarizer was provided immediately after the beam expander 913, and only the linear polarization component of the laser beam was used.
【0399】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8−2と同様にして行っ
た。この時、干渉縞パターンはレー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 8-2. At this time, the interference fringe pattern consists of only the linearly polarized light component of the laser light. When a polymer film is irradiated with linearly polarized light as a light source, molecules that have their main chains (or side chains) oriented in the direction of polarization among the randomly oriented polymers absorb light mainly and cause photoreaction. This causes the film to exhibit optical anisotropy. In a polymer material or the like, 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.
【0400】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 constituting the interference fringes, the setting was made so that the orientation direction of the liquid crystal molecules was parallel to the glass substrate.
【0401】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90°回
転させた。そして、シャッタ405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90°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 by 90 °. Then, the shutter 405 was closed, and the liquid crystal sample was irradiated with uniform light having a polarization direction in a direction orthogonal to the polarization direction in the first step. In the region belonging to the dark part, the light part is irradiated with light whose polarization direction is rotated by 90 °, so that the alignment direction of the liquid crystal molecules changes from the position in the first step and is fixed.
【0402】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、ロ
ー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 the liquid crystal molecules are different in the layers corresponding to the bright and dark portions of the interference fringes. In this case, since the alignment of the liquid crystal molecules is performed by light irradiation, it can be performed together with the exposure of interference fringes, and the manufacturing process can be simplified. Further, the rubbing method using a roller can be carried out in a non-contact manner, dust and the like can be prevented from being mixed, a highly reliable manufacturing process technology can be established, and mass production can be stably supported.
【0403】ここで作製した体積ホログラム素子521
の回折効率を実施の形態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70%程度であり、
若干回折効率が低下するものの50%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 volume hologram element 521 manufactured here
Were evaluated in the same manner as in Embodiments 8-2 and 3-3. As a result, the diffraction efficiency is about 70%,
Although the diffraction efficiency was slightly lowered, an efficiency of 50% or more was obtained, and it became clear that a diffractive optical element having a three-dimensional periodic structure was produced.
【0404】また、配向膜としてのPVCi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。Further, a process of irradiating light of a wavelength in the ultraviolet region having a specific polarization direction after the application of PVCi as an alignment film and before assembling the cell is introduced to improve the alignment of liquid crystal molecules. You may.
【0405】(実施の形態8−5)実施の形態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42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。(Embodiment 8-5) Using a process similar to that of Embodiment 8-2, a trial production of a liquid crystal sample was performed.
In this case, a mask was applied to a half area of the sample, and the optical system shown in FIG. 42 was set. Then, the first and second steps were performed in the same manner as in Embodiment 8-2 to produce a volume hologram in a region without a mask.
【0406】次に、図42に示すミラー916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。Next, the beam angle of the two light beams was changed by about 5 ° by changing the angle of the mirror 916 shown in FIG. Then, remove the mask part of the previous sample,
The first and second steps were repeated for this portion to produce a volume hologram.
【0407】以上のようにして作製した体積ホログラム
素子521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。As a result of evaluating the volume hologram element 521 manufactured as described above, light was diffracted in two different angular directions with respect to the irradiation of the extraordinary ray on the entire surface of the element.
【0408】また、この時のそれぞれの回折効率は90
%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40の構成に適用す
れば、体積ホログラム素子521により2方向に分割さ
れるため、光検出器902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, each diffraction efficiency is 90
%, Which indicates that different layer structures can be favorably formed 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 is performed at once in different regions on the photodetector 902, and focus shift, tracking shift, etc. Signal detection can be performed efficiently.
【0409】(実施の形態8−6)実施の形態8−2と
同様にして液晶サンプルを作製した。これを図42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、ミラー
916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。(Embodiment 8-6) A liquid crystal sample was manufactured in the same manner as in Embodiment 8-2. This was introduced into the optical system shown in FIG. 42, and the first step was performed to expose a region belonging to the bright portion of the interference fringes. Here, the angle of the mirror 916 was changed by about 5 ° to form interference fringes with different periods, and in this state, the first step was repeated to expose a light area.
【0410】次に実施の形態8−2と同様にシャッタ4
05を閉じ、均一な光を体積ホログラム素子521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, in the same manner as in Embodiment 8-2, the shutter 4
The volume hologram element was manufactured by performing the second step of closing 05 and irradiating the volume hologram element 521 with uniform light.
【0411】以上のようにして作製した体積ホログラム
素子521の評価を行った。異常光線を用い、回折効率
測定用のレーザの角度を2回の干渉縞の露光に対応する
方向に設定して、異なる角度でそれぞれ測定した。回折
効率としてはそれぞれ2つの場合で75%〜80%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8−2と
同様98%程度の透過率を有していた。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 in a direction corresponding to two exposures of the interference fringes, and the measurement was performed at different angles. The diffraction efficiency was about 75% to 80% in two cases. Although the diffraction efficiency is somewhat reduced by forming the interference fringes in a superimposed manner as compared with the case where the interference fringes are formed alone, it is considered that this can be improved by adjusting the thickness of the liquid crystal sample to be large. On the other hand, it had a transmittance of about 98% for ordinary rays, as in Embodiment 8-2.
【0412】以上のように体積ホログラム素子521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。[0412] As described above, the volume hologram element 521 could be manufactured by superimposing interference fringes. This is optical readout using multiple lasers with different wavelengths,
It is considered to be effective in an optical information processing device that performs recording.
【0413】以上のように本実施の形態では、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 the present embodiment, the configuration of the diffractive optical element used in the optical information processing apparatus using the optical medium having the refractive index anisotropy and the method of manufacturing the same have been described.
【0414】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、KD2 PO4 、β−BaB2 O4 、
PLZT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、KTi PO4 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。As an optical medium having a refractive index anisotropy,
Lithium niobate, KD2 PO4, β-BaB2 O4,
It is also possible to use a uniaxial crystal having an electro-optical effect such as PLZT or the like, and to obtain an effect by using a medium having a refractive index anisotropy including a biaxial optical crystal such as KTi PO4. It is also possible to demonstrate.
【0415】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。It is needless to say that the apparatus can be used as a recording-only or read-only apparatus.
【0416】[0416]
【発明の効果】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。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a hologram element in which incident light can be switched between diffraction and straight traveling, and in which diffraction of an extraordinary ray obliquely incident upon straight traveling is extremely small. . In addition, an inexpensive and highly efficient polarization separation function can be realized by using the hologram element of the present invention, and a highly efficient image display can be configured using the function.
【0417】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 switch between a bright image display with a narrow viewing angle but a bright image display and an image display with a low brightness from the front but a wide viewing angle as needed. Can be configured.
【0418】また、画像表示部に光硬化型液晶によるマ
イクロセル構造を有する画素を形成することにより、広
視野角で、高コントラストで、かつ均一な画像表示を実
現することが可能となった。Further, by forming a pixel having a microcell structure of a photo-curable liquid crystal in the image display section, a wide viewing angle, high contrast, and uniform image display can be realized.
【0419】尚、本発明に係る画像表示装置は、発明の
趣旨に基づき種々の変形が可能であり、上記構成に限定
されるものではない。Note that the image display device according to the present invention can be variously modified based on the gist of the invention, and is not limited to the above configuration.
【0420】また、本発明によれば、安価で、かつコン
パクトで高い分離効率を有する偏光分離素子を構成する
ことができる。また、本発明に係る偏光分離素子を用い
て構成される投写型画像表示装置によれば、高い光利用
効率を実現することができる。Further, according to the present invention, an inexpensive, compact, polarization-separating element having high separation efficiency can be constructed. Further, according to the projection type image display device configured using the polarization beam splitter according to the present invention, high light use efficiency can be realized.
【0421】また、本発明は、屈折率異方性を有する光
学媒体を用いて三次元的な層構造を有する回折光学素子
を偏光分離素子として用いた偏光照明装置とこれを利用
した投写型表示装置に関するものである。屈折率異方性
を有する光学媒体を用いることで特定の偏波成分に対し
は透過し、これと直交する偏波成分に対しては回折とい
った偏光方向による選択性を有している。更に、三次元
的な層構造から形成されているため、特定の方向に対し
ての回折効率が極めて高く、理論的には100%の回折
効率を達成することが可能となる。The present invention also relates to a polarized light illuminating apparatus using a diffractive optical element having a three-dimensional layer structure as a polarization splitting element using an optical medium having a refractive index anisotropy, and a projection type display using the same. It concerns the device. By using an optical medium having a refractive index anisotropy, a specific polarization component is transmitted, and a polarization component orthogonal to the specific polarization component has selectivity according to a polarization direction such as diffraction. Furthermore, since it is formed from a three-dimensional layer structure, the diffraction efficiency in a specific direction is extremely high, and it is theoretically possible to achieve 100% diffraction efficiency.
【0422】このように優れた偏光分離及び回折効率特
性を同時に合わせて有している回折光学素子を用いて偏
光照明装置を構成するため、極めて光利用効率の高い照
明装置を提供することができる。また、これを用いて投
写型の表示装置を構成することで、低消費電力で明るい
画像を得ることが可能となる。Since a polarized light illuminating device is formed using a diffractive optical element having such excellent polarization separation and diffraction efficiency characteristics at the same time, an illuminating device having extremely high light use efficiency can be provided. . In addition, by using this to form a projection display device, a bright image can be obtained with low power consumption.
【0423】また、以上のようにディスプレイや照明光
学系への幅広い応用が可能であり、大きな価値を有する
ものである。Further, as described above, it can be widely applied to displays and illumination optical systems, and has great value.
【0424】また、本発明は屈折率異方性を有する光学
媒体を用いて三次元的な層構造を有する回折光学素子と
これを液晶素子と組み合わせて構成した画像表示装置及
び照明装置に関するものである。屈折率異方性を有する
光学媒体を用いることで特定の偏波成分に対しは透過
し、これと直交する偏波成分に対しては回折といった偏
光方向による選択性を有している。更に、三次元的な層
構造から形成されているため特定の方向に対しての回折
効率が極めて高く、理論的には100%の回折効率を達
成することが可能となる。このように優れた偏光分離及
び回折効率特性を同時に合わせて有している回折光学素
子と液晶素子を組み合わせて画像表示装置を構成した。
このため、シースルー型のディスプレイや外部光及び内
部光源との併用タイプのディスプレイ等を実現すること
ができ、高機能化と共に低消費電力化、コンパクト性を
有するものである。また、これらの画像表示装置と拡大
光学系とを組み合わせて構成すれば携帯情報端末用のマ
イクロディスプレイとしての利用も期待できる。更に、
画像表示装置と照明装置との併用も可能である。以上の
ようにディスプレイや照明光学系への幅広い応用が可能
であり、大きな価値を有するものである。The present invention also relates to a diffractive optical element having a three-dimensional layer structure using an optical medium having refractive index anisotropy, and an image display device and an illuminating device constituted by combining this with a liquid crystal element. is there. By using an optical medium having a refractive index anisotropy, a specific polarization component is transmitted, and a polarization component orthogonal to the specific polarization component has selectivity according to a polarization direction such as diffraction. Furthermore, since it is formed from a three-dimensional layer structure, the diffraction efficiency in a specific direction is extremely high, and it is theoretically possible to achieve 100% diffraction efficiency. An image display device was constructed by combining a liquid crystal element and a diffractive optical element having such excellent polarization separation and diffraction efficiency characteristics at the same time.
Therefore, it is possible to realize a see-through display, a display that is used in combination with external light and an internal light source, and the like, which has high functionality, low power consumption, and compactness. If these image display devices are combined with a magnifying optical system, use as a microdisplay for a portable information terminal can be expected. Furthermore,
It is also possible to use an image display device and a lighting device together. As described above, it can be widely applied to displays and illumination optical systems, and has great value.
【0425】さらに、本発明は、屈折率異方性を有する
光学媒体を用いて三次元的な層構造を有する回折光学素
子の構成及びその製造方法に関するもので、屈折率異方
性を有する光学媒体を用いることで特定の偏波成分に対
しは透過し、これと直交する偏波成分に対しては回折と
いった偏光方向による選択性を有している。Further, the present invention relates to a configuration of a diffractive optical element having a three-dimensional layer structure using an optical medium having a refractive index anisotropy and a method of manufacturing the same. By using a medium, a specific polarization component is transmitted, and a polarization component perpendicular to the specific polarization component has selectivity depending on the polarization direction such as diffraction.
【0426】更に、三次元的な層構造から形成されてい
るため特定の方向に対しての回折効率が極めて高く、理
論的には100%の回折効率を達成することが可能とな
る。Further, since it is formed from a three-dimensional layer structure, the diffraction efficiency in a specific direction is extremely high, and it is theoretically possible to achieve a diffraction efficiency of 100%.
【0427】このように、優れた偏光分離及び回折効率
特性を同時に合わせて有しているため、光信号の書き込
み及び記録を行う光情報処理装置を始め、ディスプレイ
等の照明光学系における偏光分離素子等への幅広い応用
が可能であり、大きな価値を有するものである。As described above, the polarization separation element in the illumination optical system such as a display or the like, as well as the optical information processing apparatus for writing and recording an optical signal, because it has excellent polarization separation and diffraction efficiency characteristics at the same time. It can be applied to a wide range of applications, etc., and has great value.
【図1】従来の直視型の液晶表示装置の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional direct-view type liquid crystal display device.
【図2】(a)従来の光スイッチの構成及び各領域の屈
折率を示す図 (b)従来の光スイッチの構成及び各領域の屈折率を示
す図2A is a diagram illustrating a configuration of a conventional optical switch and a refractive index of each region. FIG. 2B is a diagram illustrating a configuration of a conventional optical switch and a refractive index of each region.
【図3】(a)斜めの入射光に対する従来の光スイッチ
の機能及び各領域の屈折率を示す図 (b)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3A is a diagram showing the function of a conventional optical switch with respect to oblique incident light and the refractive index of each region. FIG. 3B is a configuration diagram of a refractive index ellipsoid showing the refractive index anisotropy of a light beam obliquely incident.
【図4】従来の偏光証明装置の構成図FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional polarization certifying device.
【図5】従来の他の偏光証明装置の構成図FIG. 5 is a configuration diagram of another conventional polarization proofing device.
【図6】従来の投写型画像表示装置の構成図FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional projection type image display device.
【図7】従来の投写型画像表示装置に用いるインテグレ
ータを示す構成図FIG. 7 is a configuration diagram showing an integrator used in a conventional projection type image display device.
【図8】従来の投写型画像表示装置に用いる偏光変換素
子を示す構成図FIG. 8 is a configuration diagram showing a polarization conversion element used in a conventional projection image display device.
【図9】従来例の液晶表示装置の構成図FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional liquid crystal display device.
【図10】(a)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 (b)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10A is a diagram showing the configuration of a hologram element configured in one embodiment, the arrangement of liquid crystal molecules, and the refractive index of each region. FIG. 10B is a diagram illustrating the configuration of a hologram element configured in one embodiment and liquid crystal molecules. Diagram showing the arrangement of and the refractive index of each region
【図11】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FIG. 11 is a diagram illustrating functions of a hologram element configured in one embodiment with respect to a light beam obliquely incident thereon and a refractive index of each region.
【図12】(a)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 (b)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12A is a diagram showing the configuration of a hologram element configured in another embodiment, the arrangement of liquid crystal molecules, and the refractive index of each region. FIG. 12B is a diagram illustrating the configuration of a hologram element configured in another embodiment. Diagram showing the arrangement of liquid crystal molecules and the refractive index of each region
【図13】一実施の形態で構成した偏光分離素子の構成
図FIG. 13 is a configuration diagram of a polarization separation element configured in one embodiment.
【図14】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FIG. 14 is a plan view illustrating an alignment state of a liquid crystal in one process of the polarization beam splitter configured in one embodiment.
【図15】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FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an alignment state of a liquid crystal and an intensity distribution of an input interference image in one process of the polarization beam splitter configured in the embodiment.
【図16】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FIG. 16 is a schematic view illustrating an alignment state of liquid crystal in a polarization separation element configured in one embodiment.
【図17】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FIG. 17 is a diagram illustrating the efficiency of the polarization beam splitter configured in one embodiment;
【図18】回折光学素子の内部構成の一例を示す断面図FIG. 18 is a sectional view showing an example of the internal configuration of the diffractive optical element.
【図19】(a)回折光学素子の角度及び波長依存性の
一例を示す図 (b)回折光学素子の角度及び波長依存性の一例を示す
図19A is a diagram illustrating an example of the angle and wavelength dependence of a diffractive optical element. FIG. 19B is a diagram illustrating an example of the angle and wavelength dependence of a diffractive optical element.
【図20】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FIG. 20 is a configuration diagram of an embodiment of a polarized light illumination device using a diffractive optical element.
【図21】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FIG. 21 is a configuration diagram of an embodiment of a polarized light illumination device using a diffractive optical element.
【図22】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FIG. 22 is a configuration diagram of an embodiment of a polarized light illumination device using a diffractive optical element.
【図23】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FIG. 23 is a configuration diagram of an embodiment of a polarized light illumination device using a diffractive optical element.
【図24】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FIG. 24 is a configuration diagram of an embodiment of a polarized light illumination device using a diffractive optical element.
【図25】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FIG. 25 is a configuration diagram of an embodiment of a projection display device using a diffractive optical element.
【図26】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FIG. 26 is a configuration diagram of an embodiment of a polarized light illumination device using a diffractive optical element.
【図27】ホログラム素子を用いた画像表示装置の構成
図FIG. 27 is a configuration diagram of an image display device using a hologram element.
【図28】(a)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 (b)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28A is a configuration diagram illustrating an embodiment of a transmission type color display type projection display device. FIG. 28B is a configuration diagram illustrating an embodiment of a transmission type color display type projection display device.
【図29】(a)反射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 (b)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29A is a configuration diagram illustrating an embodiment of a reflection type color display type projection display device. FIG. 29B is a configuration diagram illustrating an embodiment of a transmission type color display type projection display device.
【図30】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FIG. 30 is a configuration diagram of an embodiment of an image display device using a diffractive optical element.
【図31】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FIG. 31 is a configuration diagram of another embodiment of an image display device using a diffractive optical element.
【図32】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FIG. 32 is a configuration diagram of an embodiment of a reflection type image display device using a diffractive optical element.
【図33】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FIG. 33 is a configuration diagram of an embodiment of a reflection type image display device using a diffractive optical element in combination with a backlight.
【図34】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FIG. 34 is a configuration diagram of an embodiment of an image display device using a diffractive optical element.
【図35】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FIG. 35 is a configuration diagram of an embodiment as an image display device and a lighting device using a diffractive optical element.
【図36】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FIG. 36 is a configuration diagram of an embodiment of an image display device using a diffractive optical element.
【図37】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FIG. 37 is a configuration diagram of an embodiment of a small-sized image display device using a diffractive optical element.
【図38】(a)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 (b)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38A is a configuration diagram of an image display device having another configuration using a hologram element. FIG. 38B is a configuration diagram of an image display device having another configuration using a hologram device.
【図39】(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 (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FIG. 39A is a configuration diagram of a hologram element used in an image display device of another embodiment. FIG. 39B is a configuration diagram of a hologram device used in an image display device of another embodiment.
【図40】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FIG. 40 is a configuration diagram of an embodiment of an optical information processing apparatus using a diffractive optical element.
【図41】(a)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 (b)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41A shows an example of refractive index modulation based on a refractive index ellipsoid of a uniaxial optical medium. FIG. 41B shows an example of refractive index modulation based on a refractive index ellipsoid of a uniaxial optical medium.
【図42】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FIG. 42 is a diagram illustrating an optical system configured according to an embodiment of a method for manufacturing a diffractive optical element.
405 シャッタ 501 ITO 502 ガラス基板 503,504 領域 503a,504a 液晶分子 504 領域 504a 液晶分子 510 偏光分離素子 511,512 ホログラム素子 512 ホログラム素子 513,514 ガラス基板 515 UV硬化型液晶 515a 液晶分子 515b 液晶分子 521 ホログラム素子 522 光学媒体 530 偏光分離素子 531 全反射ミラー 532 ホログラム素子 533 ランプ 534 リフレクタ 540 偏光変換素子 541 インテグレータ 542 レンズ群 542a レンズ 543 レンズ群 543a レンズ 544 位相差板 545 フィールドレンズ 546 集光レンズ 547 画像表示素子 550 偏光変換素子 551 ホログラム素子 552 位相差板 560 偏光変換素子 561,562 ホログラム素子 562 ホログラム素子 563 位相差板 570 偏光変換素子 571 レンズ群 571a レンズ 572,573 ホログラム素子 574 位相差板 575 フィールドレンズ 576 集光レンズ 577 画像表示素子 578 投射レンズ 579 スクリーン 590 偏光変換素子 600 投写型画像表示装置 601 偏光照明装置 602 投写レンズ 610 色分解系要素 611 ダイクロイックプリズム 612〜614 全反射ミラー 620 色合成系要素 621〜623 全反射ミラー 624〜626 画像表示素子 625 ダイクロイックプリズム 627 ダイクロイックプリズム 628 投射レンズ 629 スクリーン 630 色合成系要素 631〜633 偏光ビームスプリッタ 634〜636 画像表示素子 637 ダイクロイックミラー 701 液晶素子 702,703 ホログラム素子 704 光源 704a ランプ 704b リフレクタ 710 外部光 711 ミラー 720 液晶素子 721 カラーフィルタ 731 画像表示装置 732 壁面 733 車両 741,742 回折光学素子 741〜744 ホログラム素子 745,746 位相差板 751 ホログラム素子 752 回折光学素子 753 板 754 拡大光学系 819 透過型液晶パネル 820 ホログラム素子 821 導光体 822 光束 823 反射ミラー 824 光束 825 反射鏡 828 常光線 829 反射光束 901 半導体レーザ 902 光検出器 904 結像レンズ 905 液晶素子 906 光記憶媒体 907 観察者 911 レーザ 912 シャッタ 913 ビームエキスパンダ 915 ビームスプリッタ 916 ミラー Reference numeral 405 Shutter 501 ITO 502 Glass substrate 503, 504 region 503a, 504a Liquid crystal molecule 504 region 504a Liquid crystal molecule 510 Polarization separation element 511, 512 Hologram element 512 Hologram element 513, 514 Glass substrate 515 UV curable liquid crystal 515a Liquid crystal molecule 515b Liquid crystal molecule 521 Hologram element 522 Optical medium 530 Polarization separation element 531 Total reflection mirror 532 Hologram element 533 Lamp 534 Reflector 540 Polarization conversion element 541 Integrator 542 Lens group 542a Lens 543 Lens group 543a Lens 544 Phase difference plate 545 Field lens 546 Image display Element 550 Polarization conversion element 551 Hologram element 552 Phase difference plate 560 Polarization conversion element 561,562 Hologram element 562 Hologram element 563 Phase difference plate 570 Polarization conversion element 571 Lens group 571a Lens 572,573 Hologram element 574 Phase difference plate 575 Field lens 576 Condensing lens 577 Image display element 578 Projection lens 579 Screen 590 Polarization conversion element 600 Projection type Image display device 601 Polarized illumination device 602 Projection lens 610 Color separation system element 611 Dichroic prism 612-614 Total reflection mirror 620 Color synthesis system element 621-623 Total reflection mirror 624-626 Image display element 625 Dichroic prism 627 Dichroic prism 628 Projection lens 629 Screen 630 Color composition system element 631-633 Polarizing beam splitter 634-636 Image display element 637 Dichroic Mirror 701 liquid crystal element 702, 703 hologram element 704 light source 704a lamp 704b reflector 710 external light 711 mirror 720 liquid crystal element 721 color filter 731 image display device 732 wall 733 vehicle 741,742 diffractive optical element 741 to 744 hologram element 745, 746 phase difference Plate 751 hologram element 752 diffractive optical element 753 plate 754 magnifying optical system 819 transmissive liquid crystal panel 820 hologram element 821 light guide 822 light flux 823 reflecting mirror 824 light flux 825 reflecting mirror 828 ordinary light 829 reflected light flux 901 semiconductor laser 902 photodetector 90 Imaging lens 905 Liquid crystal element 906 Optical storage medium 907 Observer 911 Laser 912 Shutter 913 Beam expander 915 Beam splitter 916 mirror
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成10年12月28日[Submission date] December 28, 1998
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【書類名】 明細書[Document Name] Statement
【発明の名称】 画像表示装置、偏光照明装置、偏光分
離素子、回折光学素子、およびホログラム素子、ならび
に回折光学素子およびホログラム素子の製造方法 [ Title of the Invention] Image display device, polarized light illumination device, polarized light component
Separation element, diffractive optical element, hologram element,
For manufacturing diffractive optical element and hologram element
【特許請求の範囲】[Claims]
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、明るく、高品位な
画面を表示する画像表示装置、ならびに該画像表示装置
等に用いられる回折光学素子およびホログラム素子に関
するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bright, high-quality
Image display device for displaying a screen, and the image display device
Optical element and hologram element used for
Is what you do.
【0002】より詳しくは、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、 More specifically , a polarization separation element that separates an incident light beam into different polarization components, and is configured using the same,
【0003】偏光方向が揃った均一な照明光を得る偏光
照明装置、及びこの偏光照明装置から出射された偏光光
を画像表示素子(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の画像表示装置に関するものであ
る。[0003] A polarized light illuminating device for obtaining uniform illuminating light with a uniform polarization direction , and a projection type image in which polarized light emitted from the polarized illuminating device is modulated by an image display element (light valve) to enlarge and display an image. The present invention relates to a display device .
【0004】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ヘッドア
ップディスプレイ、及び道路交通標識または情報表示等
に使用される反射型や透過型の画像表示装置に関するも
のである。[0004] Further, a monitor for displaying images, a display device for portable information terminals, a head-up display for in-vehicle use or personal use, and a reflective or transmissive image display used for road traffic signs or information display, etc. it relates to a device.
【0005】また、レーザ光を用いて光ディスクや光磁
気ディスク等の光記憶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ヘッドや光ピックアップ等を含
む光情報処理装置に使用される回折光学素子に関するも
のである。[0005] Further, it is used for an optical information processing apparatus including an optical head and an optical pickup 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. It relates to a diffractive optical element.
【0006】[0006]
【従来の技術】まず、以下で示す従来技術の概要につい
て説明する。 (ホログラム素子) 従来の光スイッチ等に用いられる
ホログラム素子について説明する。 (ホログラム素子の応用例) 上記のようなホログラム
素子が直視タイプの液晶パネル等に用いられる例につい
て説明する。 (画像表示装置) 従来の一般的な画像表示装置、特に
光源ランプからの光を液晶パネル等の画像表示素子によ
って輝度変調し、スクリーン上に拡大投射する投射型画
像表示装置について説明する。 (インテグレータ) 主として、投射画像の中央部の明
るさと周辺部の明るさを均一にするために設けられてい
るインテグレータについて説明する。 (偏光変換素子) 投射効率を向上させて明るい画像を
表示させるために設けられている偏光変換素子について
説明する。 (インテグレータおよび偏光変換素子の他の構成) 他
の従来のインテグレータおよび偏光変換素子の構成につ
いて説明する。 (液晶素子の画像表示原理) 従来技術および課題の把
握に資するため、液晶素子を用いた画像表示装置の画像
表示原理について簡単に説明する。 (ホログラム素子を用いた光情報処理装置) 上記のよ
うなホログラム素子が光情報処理装置に用いられる例に
ついて説明する。 以下、詳細に説明する。 (ホログラム素子) まず、従来のホログラム素子につい
て説明する。2. Description of the Related Art First, an outline of the prior art shown below will be described.
Will be explained. (Hologram element) Used for conventional optical switches, etc.
The hologram element will be described. (Application example of hologram element) Hologram as described above
Examples of devices used in direct-view type liquid crystal panels, etc.
Will be explained. (Image display device) Conventional general image display device, especially
The light from the light source lamp is reflected by an image display element such as a liquid crystal panel.
Projection type image that is modulated in brightness and enlarged and projected on the screen
The image display device will be described. (Integrator) Mainly in the center of the projected image
Is provided to equalize the brightness of the surrounding area.
The following describes the integrator. (Polarization conversion element) Improve the projection efficiency to produce bright images
About the polarization conversion element provided for displaying
explain. (Other configurations of the integrator and the polarization conversion element)
Of conventional integrators and polarization conversion elements
Will be described. (Image display principle of liquid crystal element)
Image of image display device using liquid crystal element to help grip
The display principle will be briefly described. (Optical information processing device using hologram element)
Hologram element used in optical information processing equipment
explain about. The details will be described below. (Hologram element) First, a conventional hologram element will be described.
【0007】近年、可干渉な二光束を干渉せしめること
で干渉縞を形成し、該干渉縞を重クロム酸ゼラチンやフ
ォトポリマーなどに記録せしめ、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, the interference fringes formed by allowed to interfere with coherent two beams, allowed recording the interference fringes like dichromated gelatin or a photopolymer, development of wavefront renewable hologram element of the recorded light beam Is thriving.
【0008】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 hologram elements include interference measurement, holographic optical elements, optical information processing such as pattern recognition, holographic displays, etc., as described in References, Toshihiro Kubota, “Introduction to Holography”. There is.
【0009】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。[0009] When the hologram element is applied to the field of image display, not only a three-dimensional image is displayed but also a hologram element is displayed.
Various applications are being considered.
【0010】以下では、(1)光スイッチ、(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。In the following, examples used for (1) an optical switch and (2) a direct-view type liquid crystal panel will be described.
【0011】それではまず光スイッチについて説明す
る。例えば、従来例1の特開平5−173196号公報
では、干渉縞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
渉縞を照明し、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イッチ
が開示されている。First, the optical switch will be described. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-173196 of Conventional Example 1, a mixture of a polymer material that cures at the wavelength of a light beam that forms interference fringes and a liquid crystal that is uncured at the wavelength of the light beam is dried.
By illuminating the interference fringes and forming a region composed of a cured polymer material and a region composed of a non-cured liquid crystal by so-called light-induced phase separation, and controlling the non-cured liquid crystal by an applied voltage, an incident light beam is formed. An optical switch for controlling the diffraction / straight traveling of the optical switch is disclosed.
【0012】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64
巻、第9号、1074〜1076頁、1994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 before, for example, Applied Physics Letter, No. 64.
Vol. 9, No. 107, pages 1074 to 1076, 1994 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 2) discloses a hologram element capable of controlling diffraction efficiency.
【0013】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
渉縞を照明し、干渉縞の光強度の強い部分に高分子材料
を、干渉縞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。[0013] According to this example, similarly to the conventional example 1, a polymer material which is cured by a particular wavelength, interference two light beams of wavelength to the mixture of the liquid crystal material does not cure in this particular wavelength
It is manufactured by illuminating the interference fringes and forming a polymer material in a portion where the light intensity of the interference fringes is high and a region where the liquid crystal material is abundant in a portion where the light intensity of the interference fringes is low.
【0014】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8−162647号(以下、
従来例3と略記する)、特開平9ー324259号公報
(特願平8−142533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。A hologram element which is not switchable but is formed by using light-induced phase separation by two-beam interference exposure is disclosed in Japanese Patent Application No. 8-162647 (hereinafter, referred to as Japanese Patent Application No. 8-162647).
Conventional example 3), Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-324259 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 4 in Japanese Patent Application No. 8-142533).
And many other examples are disclosed.
【0015】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’97予稿集86頁〜87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、グレーティングパター
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。The hologram element manufactured by using such a light-induced phase separation phenomenon is not limited to two-beam interference exposure, but may be formed, for example, on pages 86 to 87 of the Liquid Crystal Symposium on Disclosure '97 (hereinafter referred to as Conventional Example 5). As described in US Pat. No. 6,064,045, a mixture of an ultraviolet curable resin and a liquid crystal material is mixed at an appropriate ratio, and then the mixture is injected into a cell formed using a glass substrate on which a conductive transparent electrode is formed. It may be manufactured by irradiating ultraviolet rays through a patterned photomask.
【0016】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63号、14頁〜17頁、1995年
12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ロ
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. This technique is described in, for example, Sharp Technical Report, No. 63, pp. 14-17, December 1995. As disclosed in the Moon (hereinafter abbreviated as Conventional Example 6), this is a known technique that is also used to fabricate a microcell structure for widening the viewing angle of a liquid crystal panel.
【0017】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 for curing the photo-curable resin), and each pixel is caused by a photo-induced phase separation phenomenon. Is formed. As a result, the liquid crystal molecules are aligned in an axially symmetrical shape stabilized by the photo-curing reaction by the self-alignment force in the liquid crystal region, thereby realizing a wide viewing angle and a high contrast.
【0018】(ホログラム素子の応用例)それでは次
に、直視タイプの液晶パネル71のバックライトユニッ
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9−178949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、CCFTと略記する)
73からの光を導光体72の端面から入射し、導光体7
2の裏面側に形成したホログラム素子75及び反射ミラ
ー74によって透過型の液晶パネル71側へ出力せしめ
るもので、ホログラム素子75は反射型のホログラムで
ある。 (Application Example of Hologram Element) Next, an example of application to a backlight unit of a direct-view type liquid crystal panel 71 will be described with reference to FIG. The direct-view type liquid crystal panel is classified into a transmission type and a reflection type, and hereinafter, the transmission type will be described as an example. For example,
As disclosed in JP-A-9-178949 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 7), the image display device of FIG. 1 includes a cold-cathode tube (hereinafter abbreviated as CCFT) as a light source.
The light from the light guide 73 is incident on the end face of the light guide 72 and the light guide 7
The hologram element 75 and the reflection mirror 74 formed on the rear surface side of the device 2 output the light to the transmission type liquid crystal panel 71 , and the hologram element 75 is a reflection type hologram.
【0019】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ックライトユニット
として用いることができる。この機能はホログラム素子
75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。According to the above configuration, it is possible to reduce the number of parts, reduce the weight, and reduce the cost, and at the same time, it can be used as a backlight unit having high brightness uniformity, high efficiency, and directivity. This function is a hologram element
This is realized by making 75 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.
【0020】また、同様の構成において、例えば特開平
9−127894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, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-127894 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 8)
Discloses an example in which the uniformity of brightness is further improved by increasing the area density of the reflection type hologram as the distance from the light source increases.
【0021】このほかにも、例えば、プロシーディング
ス・オブ・インターナショナル・ディスプレイ・ワーク
ショップス’97、411ページ〜414ページ(以
下、従来例9と略記する)、または特開平9−1383
96号公報(以下、従来例10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, for example, Proceedings of International Display Workshops '97, pages 411 to 414 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 9), or JP-A-9-1383.
As disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 96 (hereinafter abbreviated as Conventional Example 10), it is used as a reflector of a reflection type liquid crystal panel, and selectively transmits an incident light beam in a direction substantially perpendicular to the liquid crystal substrate.
In addition, an application is considered in which light is substantially reflected (diffraction) within a specific solid angle, and a bright image is displayed although the viewing angle is narrow. This hologram element is a so-called reflection type volume hologram.
【0022】尚、従来例7〜従来例10では、材料とし
ては一般的なフォトポリマーを用いており、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, a general photopolymer is used as a material, and the hologram element always performs the above-mentioned reflection.
【0023】(画像表示装置)次に画像表示装置につい
て説明する。 (Image Display Apparatus) Next, the image display apparatus will be described.
【0024】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
する画像表示素子の出力画像を拡大投射する投射型画像
表示装置の開発が進められている(例えば、オープラス
イー、1993年8月号、58頁−101頁)。In recent years, since it is difficult to increase the size of a conventional direct-view television, development of a projection- type image display device for enlarging and projecting an output image of an image display element that modulates an illumination light beam from a high-intensity lamp has been advanced. (For example, Oplusei, August 1993, pp. 58-101).
【0025】図6は従来の一般的な投射型画像表示装置
の構成を示すものであり、画像表示素子として液晶パネ
ルを用いた構成例を示す。ランプ2からの出力光3をリ
フレクター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
クミラー12、13により赤色、緑色、青色の3原色に
分離し、全反射ミラー14、コンデンサーレンズ15を
介して液晶パネル16〜18に入射せしめる。液晶パネ
ル16〜18により変調された出力光は、色合成のため
のダイクロイックプリズム(不図示)もしくは、ダイク
ロイックミラー19、20及び全反射ミラー14により
合成され、投射レンズ9によりスクリーン(不図示)上
に拡大投射される。FIG . 6 shows a configuration of a conventional general projection type image display device, and shows a configuration example using a liquid crystal panel as an image display element . The output light 3 from the lamp 2 is reflected by the reflector 4, and the output light beam 5 is condensed and propagated by a condensing optical system (not shown), and is red, green, and blue by dichroic mirrors 12 and 13 for color separation. The light is separated into three primary colors and is incident on liquid crystal panels 16 to 18 via a total reflection mirror 14 and a condenser lens 15. The output lights modulated by the liquid crystal panels 16 to 18 are combined by a dichroic prism (not shown) for color synthesis or by dichroic mirrors 19 and 20 and a total reflection mirror 14 and are projected on a screen (not shown) by the projection lens 9. It is projected to be enlarged.
【0026】液晶パネル16〜18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PBS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 a transmissive type and a reflective type, and each of the liquid crystal panels 16 to 18 converts a specific linearly polarized light incident through a polarizing plate or a polarizing beam splitter (hereinafter abbreviated as PBS). An image is displayed by modulating with a liquid crystal material.
【0027】また液晶パネル16〜18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TFTと略記する)を各画素に配置した
アクティブマトリックス方式が主流であり、TFTは多
結晶ポリシリコンで形成されるのが一般的である。The liquid crystal panels 16 to 18 generally use an active matrix system in which thin film transistors (hereinafter abbreviated as TFTs) are arranged in each pixel as switching elements for driving each pixel. It is generally formed of polysilicon.
【0028】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。As the lamp 2, a lamp having a high luminous efficiency, a small luminous body volume, a high luminance and a high color rendering property is required, and a metal halide lamp, a xenon lamp,
Ultra-high pressure mercury lamps and the like are used.
【0029】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, a parabolic mirror, an ellipsoidal mirror, a spherical mirror, or the like is used because the reflected light beam 5 can be effectively used effectively. Often located at the focal point or center. The current mainstream method is to use a parabolic mirror and install a light emitter of a lamp near the focal point to obtain a substantially parallel light flux.
【0030】近年の投射型画像表示装置においては、全
白信号を表示した際の、(1)投射画像の中央部の明る
さと周辺部の明るさを均一にする、(2)投射される全
光束(ルーメン)をランプの消費電力(ワット)で除し
た値として定義される投射効率(ルーメン/ワット)を
向上する、ことが開発の主な課題であり、(1)につい
てはインテグレータの導入により、(2)についてはイ
ンテグレータ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。[0030] In recent projection-type image display apparatus, when displaying the full white signal, (1) a uniform brightness of the brightness and the peripheral portion of the central portion of the projected image, the total is projected (2) Improving the projection efficiency (lumen / watt), which is defined as the luminous flux (lumen) divided by the lamp power consumption (watt), is the main task of development. For (1), the introduction of an integrator For (2), a solution is attempted by combining a polarization conversion element in addition to combining an integrator with a high-intensity lamp having a small luminous body.
【0031】(インテグレータ)それではまずインテグ
レータについて説明する。インテグレータとは、例えば
特開平3−111806号公報、特開平5−34655
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。インテグレータの具体的構成例を図7に
示す。リフレクタ44及び第1の蠅の目レンズ49によ
って、ランプ42の発光体の像は、第1の蠅の目レンズ
49の各レンズに対応する第2の蠅の目レンズ50の各
レンズ上に結像される。第2の蠅の目レンズ50の各レ
ンズは第1の蠅の目レンズ49の像を画像表示素子47
上に結像するような構成となっている。 (Integrator) First, the integrator will be described. The integrator is described in, for example, JP-A-3-111806 and JP-A-5-34655.
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-107, two types of fly-eye lenses configured by arranging micro lenses two-dimensionally are configured. FIG. 7 shows a specific configuration example of the integrator. By means of the reflector 44 and the first fly-eye lens 49, an image of the illuminator of the lamp 42 is formed on each lens of the second fly-eye lens 50 corresponding to each lens of the first fly-eye lens 49. Imaged. Each lens of the second fly-eye lens 50 displays the image of the first fly-eye lens 49 on the image display element 47.
It is configured to form an image on the top.
【0032】上記構成により、第2の蠅の目レンズ50
の各レンズが画像表示素子47上に結像する像は、リフ
レクタ44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49の各レンズにより細かく分割し、
それらを画像表示素子47上に重ね合わせた結果とな
る。このような原理により投射画像における画像中央部
に対する周辺部の明るさを70%以上に高くすることが
可能となっている。With the above arrangement, the second fly-eye lens 50
An image formed by each lens on the image display element 47 is obtained by finely dividing the output light having a large luminance distribution output from the reflector 44 by each lens of the first fly-eye lens 49,
The result of superimposing them on the image display element 47 is obtained. According to such a principle, it is possible to increase the brightness of the peripheral part with respect to the central part of the projected image to 70% or more.
【0033】また、インテグレータの導入により、投射
効率も向上せしめることができる。一般にリフレクタ4
4により反射された光束45は略円形であるが、画像表
示素子47は例えば4:3の長方形である。それゆえ画
像表示素子47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
示素子47を用いる場合には、矩形変換効率は、約61
%であった。しかしながらインテグレータの第1の蠅の
目レンズ49に用いるレンズの開口形状を特開平5−3
46557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80%に向上することが
可能となっている。Also, by introducing an integrator, the projection efficiency can be improved. Generally reflector 4
Light beam 45 reflected by 4 is substantially circular, the image table
The indicating element 47 is, for example, a 4: 3 rectangle. Hence the painting
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 an image table with a 4: 3 rectangle as its outer shape
When the indicating element 47 is used, the rectangular conversion efficiency is about 61
%Met. However, the opening shape of the lens used for the first fly-eye lens 49 of the integrator is disclosed in
4: 3,459 as disclosed in FIG.
By arranging as, it is possible to increase to about 80%.
【0034】(偏光変換素子)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
を用いた投射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、投射効率が低く、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PBS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。 (Polarization Conversion Element) 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, and the projection efficiency is low and the brightness is low. In order to obtain an image, there is a problem that a light source having a large output must be used. A polarization conversion element has been developed with the aim of solving these problems. A polarization component that is absorbed by a polarizing plate or a polarization component that is not incident on a liquid crystal panel with PBS is a polarization component that has a polarization plane that is substantially orthogonal to the polarization component. Is effectively converted to
【0035】偏光変換素子は例えば、特開平5−107
505号公報、特開平6−20294号公報、特開平7
−294906号公報、特開平8−234205号公
報、特開平9−105936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。The polarization conversion element is described, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-107.
505, JP-A-6-20294, JP-A-7-20
Although many publications are disclosed, such as Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 294906, 8-234205, and 9-105936, they basically consist of a combination of a polarization splitting element and a polarization plane rotating element.
【0036】図8に一般的な偏光変換素子58の構成図
を示す。無偏光光(ランダムな偏光の光束)62を偏光
分離素子60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)63、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)64に分離し、S偏光光64のみを反射手段
60’(一般的に偏光分離手段60と同種の膜を用い
る)により反射し、偏波面回転素子61によりP偏光光
63’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 converted into polarization components orthogonal to each other by the polarization separation element 60, that is, P-polarized light (a light flux having a polarization direction parallel to the sheet of paper that is transmitted without being reflected by the polarization separation element) 63, The light is separated into s-polarized light (a light beam reflected by the polarization separation means and having a polarization direction perpendicular to the paper surface) 64, and only the s-polarized light 64 is used as the reflection means 60 '(generally, a film of the same type as the polarization separation means 60 is used. ) And is converted by the polarization plane rotation element 61 into P-polarized light 63 ′.
【0037】近年では、レンズアレイ66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66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, in many cases, the configuration described above is combined with the 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 is slightly different.
【0038】一つの方式は、偏光変換素子58に入射す
る光束の幅をレンズアレイ66により略半分とし、偏光
分離素子60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8参照)。この場合、該レンズ
アレイ66をインテグレータを構成する蠅の目レンズと
することにより、前述のように投射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インテグレータの第2の蠅の目レン
ズとした構成が考えられている。One method is a method in which the width of a light beam incident on the polarization conversion element 58 is made 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 FIG. 8 ). In this case, in many cases, the lens array 66 is configured as a fly-eye lens forming an integrator, thereby simultaneously ensuring the uniformity of the brightness of the projected image as described above. That is,
A configuration has been considered in which the lens array is used as a second fly-eye lens of the integrator.
【0039】一方、特開平6−202094号公報、特
開平8−234205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 JP-A-6-202094 and JP-A-8-234205,
An image is formed on the second fly-eye lens by installing a polarization splitting element on the lamp side of the first fly-eye lens and changing the exit angle of the light beam after the polarization separation by several degrees according to the polarization component. A method has been devised in which the position is changed for each polarization component, and only one of the polarization components rotates the plane of polarization. As an application of this method, a configuration in which a polarization splitting element is provided between the first fly-eye lens and the second fly-eye lens has been considered.
【0040】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
が、該ホログラム素子をインテグレータと組み合わせて
偏光変換素子を構成し、投射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 a conventional polarization conversion element, a dielectric multilayer film formed by laminating a plurality of dielectric layers is mostly used as a polarization separation element. A hologram element having polarization selectivity as a polarization splitting element is conventionally known, but an example in which the hologram element is combined with an integrator to form a polarization conversion element and applied to an illumination optical system of a projection type image display device is disclosed. It has not been.
【0041】特開平8−234143号公報、米国特許
第5161039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、液晶ポリマー、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ー材料を用いる
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. Hei 8-234143 and US Pat. No. 5,161,039, polarization selection is performed by using a liquid crystal polymer or a polysilane polymer material having a nonlinear light absorption effect. It has a function as a so-called volume hologram for each polarized light.
【0042】(インテグレータおよび偏光変換素子の他
の構成)また、プロジェクターの使用において、室内を
あまり暗くしなくても認識できる明るい投射画像への要
求が高いため、液晶表示素子(液晶ライトバルブ)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3−11180号公
報または特開平5−346557号公報等には2枚のレ
ンズ板を用いたインテグレータ光学系が開示されてい
る。 (Other than the integrator and the polarization conversion element)
In the use of a projector, there is a high demand for a bright projected image that can be recognized even when the room is not too dark, so it is important to improve the light use efficiency of the liquid crystal display element (liquid crystal light valve). . As an optical system for improving the uniformity of the illumination area, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 3-11180 and Hei 5-346557 disclose an integrator optical system using two lens plates.
【0043】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表示素子に重畳結像
させるものである。This is basically the same as that used in the exposure machine. The parallel light beam from the light source is divided by a plurality of rectangular lenses, and the image of each rectangular lens is applied to each rectangular lens.
This is to superimpose and form an image on a liquid crystal display element by a relay lens corresponding to one.
【0044】また、特開平6−202094号公報には
インテグレー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1101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1106とS波1107に分離される。こ
れらの光はインテグレータを構成する第1レンズ群11
03と第2レンズ群1104により、第2レンズ110
4の後方に配置された位相板1105の異なった位置に
それぞれ結像される。位相板1105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1/2波長板
が周期的に形成されている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-202094 proposes an illumination optical system in which a polarization conversion method is combined with an integrator illumination method. This schematic is shown in FIG. Light emitted from the light source 1101 enters a polarization splitting element using liquid crystal, and is split into a P-wave 1106 and an S-wave 1107. These lights are transmitted to the first lens group 11 constituting the integrator.
03 and the second lens group 1104, the second lens 110
4 are imaged at different positions of the phase plate 1105 arranged behind. In the phase plate 1105, a half-wave plate is periodically formed in approximately half the area of one lens forming the second lens group.
【0045】このため、例えば、この1/2波長板の位
置に結像したP波1106は偏光方向が90°回転して
S波となって出射する。S波1107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1105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 by 90 °. The S wave 1107 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 the same polarization direction.
【0046】特開平7−294906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1201に入射した光波は光
束が絞られて、プリズム1202に入射する。ここでS
波1204はそのまま通過し、P波1205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90
°角度を変化する。JP-A-7-294906 reports a polarization conversion element in which a lens plate and a prism are combined. This is shown schematically in FIG. This is because a light beam incident on a lens plate 1201 having an array of lenses formed thereon is focused on a light beam and is incident on a prism 1202. Where S
The wave 1204 passes through as it is, and the P wave 1205 is reflected by the prism, enters the adjacent prism, is reflected again, and
° Change the angle.
【0047】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90°回転してS波として出射す
る。以上のようにレンズ板1201とプリズム1202
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。Then, the light passes through a half-wave plate placed in the optical path and is rotated as 90 degrees by the polarization direction and emitted as an S-wave. As described above, the lens plate 1201 and the prism 1202
The light wave emitted from the light beam becomes a light beam having a uniform polarization direction.
【0048】(液晶素子の画像表示原理)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
01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902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904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
904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904を透過した光は液晶素子9
05に入射することになる。 (Principle of Image Display of Liquid Crystal Element) Here, the principle of image display of the liquid crystal element will be described with reference to FIG. For example, a light source 9 such as a fluorescent lamp or a metal halide lamp
Light emitted from 01 is composed of a P-wave 902 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 polarization component is absorbed and the remaining components are transmitted. The polarizer 904 is configured to absorb an S-wave component and transmit a P-wave. The light transmitted through the polarizer 904 is applied to the liquid crystal element 9.
05.
【0049】ここでは、液晶素子905として、入射面
と出射面とで液晶分子の方向が90°ねじれて構成され
ているツイストネマティック液晶を例に説明する。この
液晶素子905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
を完全にスイッチングできるだけの電界が印加されてい
る画素(ON)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(ホメオトロピッ
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 twisted 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. A patterned transparent electrode is formed on the liquid crystal element 905, and an electric field can be applied to each pixel. The pixel (ON) to which an electric field enough to completely switch the liquid crystal is applied is in a state in which the liquid crystal molecule is untwisted and the liquid crystal molecule isotropically stands on the incident surface (homeotropic). Therefore, the P-wave incident on this pixel passes through the liquid crystal element while maintaining its polarization state without being modulated.
【0050】次に電界が印加されていない画素(OF
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90°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90°回転
させる。従って、OFF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, a pixel (OF) to which no electric field is applied
In F), the liquid crystal molecules are in a state where the angle of the liquid crystal molecules is twisted by 90 ° in the thickness direction from the incident surface to the emission surface. For this reason, the P-wave component incident on the pixel rotates its polarization plane by 90 ° due to the twist nematic effect caused by the twist of the liquid crystal while passing from the entrance plane to the exit plane. Therefore, after passing through the OFF pixel, the previous light is S
It will be emitted as waves.
【0051】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906に入射する。こ
こで偏光子906は先の偏光子904に対し、偏波成分
を通過する軸方向が90°傾けて設定されている。つま
り、偏光子904と906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906で吸収され、S波は偏光子906を通過するこ
とになる。After passing through the liquid crystal element, the polarization direction of the light differs depending on the presence or absence of the electric field of the pixel corresponding to the passing position. Next, these lights are incident on the polarizer 906. Here, the polarizer 906 is set so that the axis direction passing the polarization component is inclined by 90 ° with respect to the polarizer 904 described above. That is, the polarizers 904 and 906 are arranged in crossed Nicols. Therefore, 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.
【0052】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906を通過する光の強度が
異なることになる。観察者907には、この偏光子90
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. . The observer 907 gives the polarizer 90
Since the amount of light passing through 6 differs, an image as a light and dark pattern corresponding to each pixel is recognized.
【0053】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ができるため中間調の表
示も可能となる。Also, 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. It becomes possible.
【0054】(ホログラム素子を用いた光情報処理装
置)次に、光情報処理装置について説明する。 (Optical Information Processing Apparatus Using Hologram Element )
Location) Next, a description will be given of an optical information processing apparatus.
【0055】光ディスクや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 apparatus for recording and reading information stored in an optical storage medium such as an optical disk or a magneto-optical disk mainly includes a semiconductor laser as a light source and a light emitted from the semiconductor laser on an optical storage medium. And a hologram element as a diffractive optical element for guiding the laser light reflected on the optical storage medium to the light receiving element.
【0056】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 the hologram element and is focused on the surface of an optical disk as an optical storage medium by an imaging lens. The light that is reflected and spreads at the intensity according to the recorded information on the surface of the optical disk,
Once again converged by the lens, part returns to the semiconductor laser,
A part is divided in two directions by, for example, a hologram element divided into two regions, an image is formed on a light receiving element divided into several regions, and defocusing and tracking are performed using a technique such as a knife edge method. The detection of the displacement, the information signal, and the like are performed.
【0057】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 strongly diffracted 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 not be obtained on the disk, hindering accurate detection of signal information. May come. For this reason, usually, the hologram element is required to have a function in which the diffraction efficiency is different between the forward path and the return path.
【0058】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90°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 a polarization characteristic, selectivity of diffraction efficiency depending on a polarization direction is often used. More specifically, the light emitted from the semiconductor laser is transmitted as it is without diffracting the light in the direction of polarization, and thereafter, a quarter of the way in the optical path with the disk.
A phase plate such as a wave plate is arranged so that the direction of polarization is rotated by 90 ° compared to the initial stage when reflected by the disk and passed through the hologram again. At this time, the hologram element has a diffraction function, and the light passing through the hologram element is guided to a light receiving element for detecting an information signal or the like.
【0059】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
ィや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イオン交換を
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。A hologram having such a polarization selectivity is produced using an optical medium having a refractive index anisotropy. For example, a mask is formed by photolithography or holographic exposure on a predetermined region of the surface of an optical medium having a refractive index anisotropy such as lithium niobate, and benzoic acid or the like is used on an exposed region of the surface. Perform ion exchange. Then, a refractive index distribution does not occur for a specific polarization direction, and the object can be handled as a uniform object.
【0060】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 above polarization direction, a refractive index distribution corresponding to the region formed by the mask is generated, and a diffraction phenomenon corresponding to this pattern is generated. An optical information processing apparatus is configured using a hologram element having such characteristics.
【0061】[0061]
【発明が解決しようとする課題】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
点があった。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-mentioned conventional examples 1 to 6 are optically substantially isotropic light-curing type elements which do not always have refractive index anisotropy. And a liquid crystal material that does not cure at a wavelength that cures the photocurable polymer material (hereinafter abbreviated as non-polymerizable liquid crystal), which forms a fine region. Things. Therefore, for example, in the conventional example 1, even if a voltage is applied to the region of only the non-polymerizable liquid crystal so as not to cause diffraction, for example, a light beam obliquely incident acts as a hologram. There was a disadvantage. This situation will be described with reference to FIGS.
【0062】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n1 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no 、n
e とする)により形成されている。As shown in FIG. 2 (a), a conventional hologram element comprises a region 1 (having a refractive index of n1) made of a photocurable polymer material which is optically substantially isotropic, and a non-polymerizable liquid crystal. Region 2 (the liquid crystal molecules have refractive index anisotropy as shown in the figure, and the refractive indices for the ordinary ray and the extraordinary ray are no and n, respectively).
e).
【0063】ここでn1 とno 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ITOと略記す
る)に印加し、領域2の液晶分子をスイッチングさせる
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, n1 and no are selected to be substantially equal. When a voltage is applied to the transparent conductive electrode 1 (hereinafter abbreviated as ITO) and the liquid crystal molecules in the region 2 are switched, the liquid crystal molecules are arranged substantially perpendicular to the glass substrate 2.
【0064】この場合、垂直に入射した光束に対して
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no )となるため、光束は回折され
ず直進する。In this case, the vertically incident light beam is optically isotropic (region 1) with respect to the P-polarized light (polarized light component parallel to the paper) and the S-polarized light (polarized light perpendicular to the paper). ,
2 both have a refractive index of approximately no), so that the light beam goes straight without being diffracted.
【0065】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 the region 2, FIG.
As shown in (b), the liquid crystal molecules are arranged substantially parallel to the glass substrate 2, and the region 2 has a refractive index anisotropy.
【0066】その結果、例えばP偏光光に対しては屈折
率がne 、n1 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no の等方媒体として作用する。それゆえ入
射光束の中でP偏光光は回折され、S偏光光は直進す
る。As a result, for example, the P-polarized light acts as a hologram element whose refractive index alternately changes to ne and n1, whereas for the S-polarized light, all regions have almost the same refractive index no. Acts as an isotropic medium. Therefore enter
P-polarized light is diffracted in the emitted light beam , and S-polarized light travels straight.
【0067】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no
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ne
(θ)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、例えば光スイッチとして用いよ
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. 3A, even in the mode in which the voltage is applied to the obliquely incident light beam to arrange the liquid crystal molecules vertically and make the incident light beam go straight, the region 2 Causes anisotropy of refractive index. That is, the refractive index no for ordinary rays (in this case, S-polarized light)
Although the light beam travels straight because it acts as an isotropic medium, the refractive index of the region 2 is n e for extraordinary rays (in this case, P-polarized light).
(Θ), and the incident light is diffracted as a hologram. Therefore, for example, when it is used as an optical switch, there is a disadvantage that complete control cannot be performed except for vertical incidence.
【0068】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、狭ギャ
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 using a photocurable polymer material which does not originally have a refractive index anisotropy, if it is formed between glasses having a narrow gap, the refractive index is slightly reduced due to stress or the like. Develop anisotropy. However, the difference is small and the above-mentioned phenomenon appears essentially.
【0069】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 cause a problem. For example, in the case of Conventional Example 6, when displaying black, the grid portion becomes a discontinuous region, which is particularly conspicuous when displaying a high-contrast image, and has the disadvantage of impairing uniformity.
【0070】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。The problems described in detail above are problems that always occur in a system in which a mixture of an optically isotropic photocurable polymer material and a liquid crystal material is used as a material to exhibit phase separation. is there.
【0071】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’97液晶討論会
予稿集168ページ〜169ページ、1997年)。し
かしながら上記例では、UV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、
二光束干渉露光による光誘起相分離による干渉縞の形
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。On the other hand, there has been reported an example in which a liquid crystal polymer composite retardation film is produced 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 Liquid Crystal Symposium Proceedings, pp. 168-169, 1997). However, in the above example, the entire surface is simply and uniformly irradiated with UV light, and only the entire surface is uniformly cured.
No mention is made of the formation of interference fringes due to light-induced phase separation by two-beam interference exposure, and the effect of the present invention that diffraction does not occur even for oblique incident light, which is expected from the configuration of the present invention.
【0072】また、例えば特開平9−281330号公
報、特開平9−288206号公報では、光硬化型液晶
をストライプ状のITO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。In Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-281330 and 9-288206, for example, a photocurable liquid crystal is injected into a cell in which a stripe-shaped ITO is formed, and a voltage is applied to align the liquid crystal molecules. The light-curing is performed in a state where is partially different to form a diffraction element.
【0073】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、スイッチング可能で
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 liquid crystal material is formed using an essentially homogeneous liquid crystal material, and there is no disclosure regarding the use of a mixture with a non-polymerizable liquid crystal. Sex is equal, but not switchable and essentially different from the present invention.
【0074】また、従来例7〜従来例10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 the case where the present invention is applied to a direct-view type liquid crystal panel disclosed in Conventional Examples 7 to 10, the hologram element always realizes the above-described functions. No example of changing the function is disclosed.
【0075】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。Further, in the conventional image display device, when the polarization splitting means is formed by using a dielectric multilayer film, since a plurality of thin film dielectric layers are laminated, it takes a long time to manufacture and has a disadvantage that the cost is high. there were.
【0076】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−
294906号公報、特開平9−105936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。Further, a plurality of prisms are laminated to each other, and a dielectric multilayer film is formed on a joint surface.
The polarizing beam splitters disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 294906 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-105936 have problems such as difficulty in manufacturing, high cost, and heat resistance of the adhesive.
【0077】特開平5−107505号公報、特開平8
−234205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6−20294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があった。JP-A-5-107505, JP-A-8-107505
In JP-A-234205, a thick parallel flat plate or a rectangular prism is used, and it is difficult to make a compact configuration. Further, in JP-A-6-20294, it is difficult to manufacture a saw-tooth shape. As described above, the polarization separation element using the dielectric multilayer film has a disadvantage that the cost is high and the production is difficult.
【0078】また、特開平8−234143号公報、米
国特許第5161039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
のように投射型画像表示装置における照明光学系とし
て、イ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、
投射型画像表示装置に適用しよ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。The polarization splitting device using a hologram device having a polarization selectivity disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-234143 and US Pat. No. 5,161,039 employs an illumination optical system in a projection type image display apparatus as described above. As a system, no application example as a polarization conversion element combined with an integrator is disclosed. Assuming that the conventional hologram element is incorporated in the polarization conversion element as a polarization separation element,
Even if it is applied to a projection type image display device, it is difficult to realize high efficiency for the following reasons.
【0079】例えばインテグレータの第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 where a polarization splitting element is provided in front of the first fly-eye lens of the integrator. What enters the polarization separation element is a substantially parallel light beam. These light beams are, of course, unpolarized light. In this case, the difference between the emission angles of the two polarized light beams output from the polarized light separating element after the polarized light separation and whose polarization directions are orthogonal to each other is preferably at most several degrees. This is because two images of the illuminator of the lamp are formed on each micro lens of the second fly-eye lens corresponding to each micro lens of the first fly-eye lens. If this angle difference is too large, the diameter of each lens of the second fly-eye lens must be increased.
【0080】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20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 the polarization splitting element, it is necessary to separate substantially parallel light beams into different polarization components and then output each of them with an angle difference of several degrees. This means that the difference between the incident angles of the reference light and the object light at the time of manufacturing the hologram element must be as small as several degrees at most. However, in general, in order to increase the efficiency of the volume hologram sufficiently high enough to be usable, the difference between the incident angles of the reference beam and the object beam is required to be at least 20 degrees or more. Efficiency is reduced. Therefore, the first type of polarization conversion element cannot be formed by using the conventional hologram element as the polarization separation element.
【0081】また、回折素子としては、例えば特開平5
−173196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、オブ、アプライド、フィジックス、第36
巻、1997年、589−590頁に開示されているよ
うにUV硬化型液晶を用いた例、あるいはケミカル、マ
テリアル1993年、第5巻、1533−1538項に
開示されているようにポリマー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。As a diffraction element, for example, Japanese Patent Application Laid-Open
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 173196, examples using a normal nematic liquid crystal, or Japanese,
Journal, Ob, Applied, Physics, No. 36
Vol. 1997, pages 589-590 using UV curable liquid crystals, or as disclosed in Chemical, Materials 1993, Vol. 5, pp. 1533-1538. Is also known, but the one disclosed in the above publication only discloses that it has a polarization separation function, and does not disclose any application as a polarization conversion element.
【0082】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、インテグレータと組
み合わせた偏光変換素子を構成し、投射型画像表示装置
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。As described above, when a polarization conversion element combined with an integrator is formed using a polarization separation element formed of a conventional dielectric multilayer film and applied to a projection type image display device, (1) And (3) there are problems such as high cost, (2) difficulty in manufacturing, and (3) difficulty in compact configuration.
【0083】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)インテグレータと組み合わせ、投射型画像
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。In general, the hologram element is used as a polarization splitting element of a projection type image display device in combination with (2) an integrator because (1) efficiency is low unless a difference between an incident angle and an output angle is increased. It was difficult.
【0084】さらに、従来の回折素子にあっては、 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、 2)インテグレータとの組み合わせについて何ら開示さ
れておらず、投射型画像表示装置に適用できないもので
ある。Further, in the conventional diffractive element, 1) it merely discloses that it has a polarization splitting function, 2) it does not disclose any combination with an integrator, and a projection type image display is performed. It is not applicable to the device.
【0085】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
隙に液晶を挟んだ構成である。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。Further, a polarization splitting element using liquid crystal has a configuration in which liquid crystal is sandwiched between a glass substrate and a prism substrate having sawtooth grooves. Since liquid crystals exhibit refractive index anisotropy, the difference in the refractive index differs depending on the polarization direction, such as ordinary light or extraordinary light.
【0086】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
向が異なって出射することになる。The light wave incident on the polarization splitting element generates a phase distribution corresponding to the sawtooth shape, and functions as a phase type diffraction grating. Further, the refractive index difference when passing through the liquid crystal layer differs depending on the polarization direction. For this reason, since the phase distribution differs depending on the polarization direction of the incident light wave, the ordinary light and the extraordinary light, that is, the directions diffracted by the P wave and the S wave are emitted differently.
【0087】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μm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 wave and the S wave in the second lens array, a diffraction angle that can be separated is required. For this reason, it is necessary to reduce the sawtooth pitch of the polarization separation element to about several tens of μm. 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. That is,
If the sawtooth-shaped groove deviates from the design, a problem arises in that the diffracted wave is dispersed and the degree of separation by the polarization separation element is reduced.
【0088】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。If the width of the gap between the sawtooth-shaped grooves is increased, the pitch of the sawtooth-shaped groove can be increased and the processing can be facilitated. In this case, if the separation angle is maintained and used to the same extent as the original case, it is necessary to increase the cell gap of the liquid crystal. However, it is difficult to uniformly align the liquid crystal in a thick cell gap, and a phenomenon such as white turbidity occurs, which causes a new problem that the transmittance of the polarization separation element is reduced and the light use efficiency is reduced.
【0089】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ッタの
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90°偏光方向が回転されP波とな
って出射する。In a polarization beam splitting element using a prism, a light beam is incident on a prism array at every other stop by a lens plate. Since the prism has the function of a polarizing beam splitter, for example, the S wave is transmitted and the P wave is reflected at a right angle, and further reflected at a right angle by an adjacent prism, so that the light propagates in the same direction as the preceding S wave. After this, one placed in the optical path
The polarization direction is rotated by 90 ° by a / 2 wavelength plate, and the light is emitted as a P wave.
【0090】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90°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, it is possible to obtain a light beam having a uniform polarization direction from the light wave incident on the lens plate without largely changing the width of the light beam. The prism has a cube shape filled with liquid or solid for refractive index matching with the dielectric multilayer film. 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. Also, since the separation film bends the light propagation direction by 90 °,
It is arranged at 5 °. 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 there is a problem that the element cannot be made thin and small.
【0091】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射光学系を組み
合わせ明るい投射映像を形成することができる投射型画
像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,
To provide a polarization illuminating device with high light use efficiency using a diffraction optical element having excellent polarization selection and high diffraction efficiency as a polarization splitting element, and to form a bright projection image by combining this polarization illuminating device and a projection optical system. Possible projection type drawing
It is an object to realize an image display device.
【0092】また、近年、カーナビゲーション用のモニ
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、モバイルツール
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、シースルー画面であることが望ましい。In recent years, the use of monitors for car navigation and portable displays for personal viewing of video and image information has been increasing. It is positioned as a low power consumption type display for portable information terminals such as mobile phones. Common conditions required for such a display include small size, light weight, thin shape, and low power consumption. In the head-up display, there is also a need to switch between the display screen and the outside world, and it is desirable that the screen is transparent, that is, a see-through screen.
【0093】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CRT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TFT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。At present, a display using a liquid crystal element is considered as a display suitable for the above requirements.
A liquid crystal display has a smaller depth area and can be made thinner than a conventional display such as a CRT. In addition, higher definition has been achieved by downsizing the pixel size, increasing the capacity, introducing TFT elements, etc., and the image quality has been further improved.
【0094】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, in general, the principle of image display of a display using a liquid crystal element modulates the polarization direction of incident light depending on the magnitude of an electric field applied to the liquid crystal element. By combining polarizers arranged in crossed Nicols before and after the liquid crystal element, image information such as light and dark is displayed by utilizing the difference in the transmittance of the polarizer depending on the polarization state of incident light.
【0095】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
記液晶パネルを通して外界の情報を得ることは困難であ
り、シースルータイプのヘ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 of the absorption type. Furthermore, since the polarizers are combined in crossed Nicols, the light transmittance is almost nil in the state of only the combination of the polarizers, and the state is black. Therefore, it is difficult to obtain external information through the liquid crystal panel together with the image display, and there is a problem that it cannot be used as a see-through type head-up display.
【0096】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
った問題が生じてくる。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. When the amount of incident light increases, the influence 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.
【0097】液晶ディスプレイはCRT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。液晶ディスプレイの消費電力の内、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。Since the liquid crystal display is not a self-luminous type device such as a CRT, a dedicated light source is required for displaying images. Of the power consumption of the liquid crystal display, the ratio of the power used for the light source accounts for about half of the whole, which is a barrier to lowering the power consumption. For this reason, a method of displaying an image without using a dedicated light source for illumination has been 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 using external light such as natural light or indoor illumination light as a light source. According to this configuration, a dedicated light source is not required,
Low power consumption can be achieved.
【0098】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。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 illumination is dark or where illumination light cannot be used. For this reason, it is desirable to adopt a configuration that switches between a backlight as an internal light source and external light in accordance with a place where the external light is used, environmental conditions, and the like, and has both low power consumption and convenience in viewing image information. .
【0099】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。However, in order to use external light, it is suitable to adopt a reflection type configuration in which one polarizer is placed on the entire surface of the liquid crystal element. It is suitable to adopt a transmissive configuration in which polarizers are arranged in crossed Nicols before and after. In order to satisfy both of these methods simultaneously, it is conceivable to adopt a configuration using two polarizers. However, when an absorption type polarizer is used, the transmittance is low, and the reflection type image by external light is used. In display, the brightness of the screen is significantly reduced and the image quality is degraded. Therefore, there is a problem that it is difficult to use the internal light source and the external light in combination.
【0100】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、シースルー型
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 has solved the above-mentioned problems of the prior art,
An image display device is constructed by combining a diffractive optical element with excellent polarization selectivity and high diffraction efficiency with a liquid crystal element, enabling see-through display, and a low-light that can be used in combination with an internal light source backlight and external light. It is an object to provide a power consumption type image display device. Furthermore, by using a diffractive optical element as a transmission type having a modulation in the refractive index distribution,
The aim is to increase the efficiency of light utilization and achieve versatile application as an illumination device for illumination light simultaneously with image display.
【0101】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 detecting a signal from an optical storage medium using a hologram element having polarization selectivity manufactured by ion exchange or the like, the signal detection is greatly affected by the diffraction efficiency of the hologram element. 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.
【0102】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 noise increases, making it difficult to detect a signal accurately. 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. Come up.
【0103】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π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。To solve this problem, it is necessary to improve the polarization selectivity and diffraction efficiency of the hologram element. At present, as a form that can be used as a hologram element having polarization selectivity, there is a two-dimensional diffractive optical element type. This has a refractive index distribution corresponding to a rectangular lattice shape, and causes a phase difference of 0 and π for each adjacent lattice with respect to the wavelength of incident light. Light passing therethrough is diffracted as a result of being intensified in a specific direction corresponding to the spacing of the rectangular grating.
【0104】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、40%
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増加する。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
となるという問題も生じてくる。In such a hologram element composed of a rectangular lattice, a diffracted wave is generated symmetrically due to a two-dimensional binary shape. Therefore, the diffraction intensity 1
Even with ideal diffraction efficiency focused in the next direction, 40%
There is a problem that it is limited to the extent. Further, when the grating shape deviates from the design value, the intensity ratio of the diffracted light to higher orders other than the first-order light intensity including the zero-order light intensity increases. Therefore, not only is the required primary light intensity reduced, but the higher-order diffracted light acts as return light to the semiconductor laser, causing noise to the laser oscillation as described above. Problems arise.
【0105】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。The present invention has solved the above-mentioned problems of the prior art,
It is an object of the present invention to provide a diffractive optical element used for an optical information processing device having excellent polarization selectivity and high diffraction efficiency, and a highly reliable manufacturing method of the element.
【0106】[0106]
【課題を解決するための手段】本発明は、材料の組成の
異なる複数の領域を有し、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、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、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。According to the present invention, there is provided a photocurable liquid crystal having a plurality of regions having different compositions of materials, wherein the plurality of regions are cured by at least a specific wavelength and have a refractive index anisotropy. And a second region composed of a non-curable liquid crystal (hereinafter abbreviated as a non-polymerizable liquid crystal) according to the wavelength, and a refractive index of the photo-curable liquid crystal to ordinary light after curing. And the refractive index for the extraordinary ray is substantially equal to the refractive index for the ordinary ray and the extraordinary ray of the non-polymerizable liquid crystal.
【0107】本発明は、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、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θ0と、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θ1と、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θ2が下式の |θ1−θ2|>20 |θ0−θ2|<15 を満足することを特徴とする。The present invention comprises at least plate-shaped first and second hologram elements having polarization anisotropy with respect to an incident light beam and selectively diffracting substantially only a first polarization component. An angle θ0 formed between the incident light beam incident on the first hologram element and the optical axis, an angle θ1 formed between the incident light beam and a first output light beam diffracted by the first hologram element and the optical axis; The angle θ2 formed by the output light beam and diffracted after being incident on the second hologram element and output from the second light beam satisfies the following expression: | θ1−θ2 |> 20 | θ0−θ2 | <15 It is characterized by the following.
【0108】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、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、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、15°未満であ
るとともに、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20°を越えることを特徴とする。The first and second hologram elements are disposed substantially parallel to each other and selectively diffract predetermined polarization components substantially equal to each other.
And the diffracted light beam diffracted by the first and second hologram elements and emitted from the second hologram element, and the diffracted light flux incident on the first hologram element, The angle between the transmitted luminous flux transmitted from the second hologram element and the transmitted light flux emitted from the second hologram element is greater than 0 ° and less than 15 °, and is incident on the first hologram element. In the light beam diffracted by the first and second hologram elements, the angle formed by the light beam incident on each hologram element and the light beam diffracted by each hologram element exceeds 20 °.
【0109】[0109]
【発明の実施の形態】(実施の形態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。(Embodiment 1) An example of a hologram element which is a polarization-selective diffractive optical element having a different diffraction effect depending on the polarization direction of incident light will be described.
【0110】このホログラム素子は、図10に示すよう
に、それぞれ導電性透明電極(以下「ITO」とい
う。)501が形成された2枚のガラス基板502の間
に、例えば紫外線硬化型液晶(以下「UVキュアラブル
液晶」という。)分子503aを含む領域503と、例
えば非重合性液晶分子504aを含む領域504とが形
成されて構成されている。上記UV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UV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 is provided between two glass substrates 502 on each of which a conductive transparent electrode (hereinafter, referred to as “ITO”) 501 is formed. A region 503 including molecules 503a and a region 504 including, for example, non-polymerizable liquid crystal molecules 504a are 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.
【0111】ここで、「光学的異方性」に関する表現に
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:例えば工藤、
上原著、「基礎光学」、現代工学社刊、202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」であるとする。また、
「領域503と領域504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、それぞれ、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503
と領域504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 relating to “optical anisotropy” is
It will be described. In general liquid crystal materials and optical materials having refractive index anisotropy as seen in uniaxial optical crystals, the refractive index for ordinary light and the refractive index for extraordinary light can be defined. The ordinary ray is polarized light whose refractive index does not depend on the incident angle of the ray, and the extraordinary ray is polarized light having a different refractive index depending on the incident angle. The refractive index of the extraordinary ray according to the incident angle is shown in FIG.
So-called refractive index ellipsoids (references: for example, Kudo,
(Uehara, “Basic Optics”, published by Hyundai Kogakusha, p. 202)
Can be obtained by Therefore, "optical anisotropy of each region with respect to the incident light beam" is simply abbreviated as "optical anisotropy of each region" unless otherwise specified, and the meaning is "with respect to the incident light beam of each region. Anisotropy of the refractive index for ordinary light and extraordinary light. " Also,
“The optical anisotropy of the region 503 and the region 504 is substantially equal”
Means that the refractive index for the incident ordinary ray and the refractive index for the extraordinary ray are substantially equal to each other in both regions. Similarly, the “region 503”
"The optical anisotropy of the region 504 differs from that of the region 504" means that "the refractive index for the incident ordinary ray is substantially equal in both regions, but the refractive index for the extraordinary ray is different in both regions." I do. The terms "optical anisotropy" and "refractive index anisotropy" are used in the same meaning.
【0112】上記ホログラム素子は、ITO501間に
電圧が印加されていない状態では、図10(a)に示す
ように、領域503および領域504共に液晶分子50
3a,504aが略同一の方向(ガラス基板502に略
平行な方向)に配向し、領域503(硬化後)と領域5
04の光学的異方性が互いにほぼ等しいようになってい
る。すなわち、領域503と領域504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n
e とする)。一方、ITO501間に所定の電圧が印加
されると、図10(b)に示すように、領域504の液
晶分子504aだけが電気力線の方向に配向(スイッチ
ング)し、領域503と領域504とで光学的異方性が
異なるようになっている。In the state where no voltage is applied between the ITO 501, the hologram element has the liquid crystal molecules 50 in both the region 503 and the region 504 as shown in FIG.
3a and 504a are oriented in substantially the same direction (direction substantially parallel to the glass substrate 502), and the region 503 (after curing) and the region 5
04 have almost the same optical anisotropy. That is, the refractive indices for the ordinary ray are almost equal between the area 503 and the area 504 (the value is no), and the refractive indices for the extraordinary ray are almost equal (the value is n).
e). On the other hand, when a predetermined voltage is applied between the ITOs 501, as shown in FIG. 10B, only the liquid crystal molecules 504a in the region 504 are aligned (switched) in the direction of the lines of electric force, and the regions 503 and 504 Optical anisotropy
It is different .
【0113】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、ITO50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503と領域504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10
(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10(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11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503,504共にno で等しいだけ
でなく、異常光線に対する屈折率も、領域503,50
4共にne (θ)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 light) by applying a voltage between the ITOs 50, and changes the incident light flux to the pitch between the regions 503 and 504. And diffracted in a direction corresponding to 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)). Thus, the selective diffraction of only P-polarized light is
The same applies to the case where 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. 10A). Further, in the 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 made to travel straight. That is, as shown in FIG. 11, when a light beam enters from an oblique direction, the refractive index for the ordinary ray is not equal to no in both the regions 503 and 504, and the refractive index for the extraordinary ray is also in the regions 503 and 50.
4 are equal in ne (θ), so that not only ordinary rays but also extraordinary rays can be made to travel straight without diffraction.
【0114】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 above-mentioned hologram element, it is ensured that the ordinary light beam and the extraordinary ray can be made to go straight or the extraordinary ray alone can be selectively diffracted even with respect to the light beam incident from an oblique direction. Can be.
【0115】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光束の干渉縞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 of manufacturing the hologram element as described above will be described. This hologram element can be formed by so-called light-induced phase separation, for example, by irradiating interference fringes of two light beams.
【0116】(1)まず、ITO501を形成した2枚
のガラス基板502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 ITO 501 has been formed, and an alignment process is performed.
【0117】(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502を貼り合わせる(ビーズ分散に代え
て、酸化シリコンや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) For example, beads of a predetermined diameter (not shown) are dispersed to secure a cell gap, and two glass substrates 502 are bonded together (instead of dispersing beads, use is made of silicon oxide or photopolymer). A column having a predetermined height may be formed.)
【0118】(3)例えば非重合性液晶とUVキュアラ
ブル液晶を例えば1:1の重量比で混合した液晶材料を
注入し封止する。(3) For example, a liquid crystal material in which a non-polymerizable liquid crystal and a UV-curable liquid crystal are mixed at a weight ratio of, for example, 1: 1 is injected and sealed.
【0119】(4)2光束干渉露光により、所望のピッ
チの干渉縞を照射して、光が強く照射された部分のUV
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UV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) Irradiation of interference fringes with a desired pitch by two-beam interference exposure,
The cured liquid crystal is cured, and most of the UV cured liquid crystal molecules in the mixed liquid crystal are gathered in the cured portion due to the photo-induced phase separation phenomenon, and good region separation is performed.
【0120】ここで、上記(4)のプロセスにおいて、
ITO501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501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12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って入射光束
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ー
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),
If a two-beam interference exposure is performed with a voltage applied between the ITOs 501 and the liquid crystal molecules are oriented substantially perpendicular to the glass substrate 501, for example, as shown in FIG. The anisotropy is almost equal and both the P-polarized light and the S-polarized light in the incident light beam go straight, but when no voltage is applied, the optical anisotropy of each region becomes different, and only the P-polarized light is diffracted, A reverse mode hologram element in which polarized light travels straight can be manufactured.
【0121】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
ー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。As a method of driving the element, it is generally preferable to apply an AC voltage. However, when a non-polymerizable liquid crystal, for example, a ferroelectric liquid crystal is used, a pulse-like voltage is utilized by taking advantage of its memory property. May be applied.
【0122】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1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ne
、no が領域504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. However, in the conventional example 1, only the photocurable polymer material is used for the region 1 , and the refractive index anisotropy is not changed. Not disclosed. On the other hand, in the hologram element of the present invention, the photocurable liquid crystal has a refractive index anisotropy, and ne after the curing.
, No is the same as the non-polymerizable liquid crystal in the region 504, and therefore, the incident angle characteristics can be improved. For example, consider a vertically incident light beam (see FIG. 2A).
【0123】従来例1では、光硬化型高分子材料からな
る領域1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no と略等しい値n1 である。従来例1では
液晶分子を制御して図2(a)に示したような構成とす
ることで、入射光束は回折せずに直進できる。In Conventional Example 1, since the region 1 made of a photocurable polymer material does not have a refractive index anisotropy, the refractive index is always a value n1 substantially equal to no of the liquid crystal. In the first conventional example, by controlling the liquid crystal molecules to have a configuration as shown in FIG. 2A , the incident light beam can travel straight without being diffracted.
【0124】しかしながら、図3(a)に示したよう
に、斜めに入射した光束については、常光線(この場合
はS偏光光)は直進できるが、異常光線(この場合はP
偏光光)は、領域1が屈折率n1 のままなのに対して、
領域2の屈折率はne (θ)となるため回折してしてし
まうのである。図3(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。However, as shown in FIG. 3 (a) , for a light beam obliquely incident, an ordinary ray (in this case, S-polarized light ) can travel straight, but an extraordinary ray (in this case, P
(Polarized light ), while the region 1 remains at the refractive index n1 ,
Since the refractive index of the region 2 is ne (θ), it is diffracted. As shown in FIG. 3B , the refractive index for an extraordinary ray can be obtained from a refractive index ellipsoid.
【0125】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。The above phenomenon is caused by, for example, Conventional Example 2 to Conventional Example 6
And the like, there is a problem common to all conventional devices in which the polymer material to be cured does not have essentially the refractive index anisotropy.
【0126】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
狭ギャ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 the conventional example 6 is not a hologram element, it does not disclose any refractive index between the photocurable polymer material and the non-polymerizable liquid crystal. In this case, the polymer material has a narrow gap. The problem is the slight anisotropy of the refractive index that occurs when formed inside.
【0127】(実施の形態2−1)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
子などに用いられる。(Embodiment 2-1) An example of a polarization splitting element constituted by 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 them at slightly different emission angles.
For example, it is used for a polarization conversion element for obtaining a light beam having a uniform polarization direction.
【0128】この偏光分離素子510は、図13に示す
ように、第1のホログラム素子511と第2のホログラ
ム素子512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511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45゜の出射角(基板法線すなわちZ軸を
基準とし、Z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512に45°の入射角で
入射するようになっている。一方、P偏光成分(Y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511を透過するようになっている。As shown in FIG. 13, the polarization separation element 510 is formed by bonding a first hologram element 511 and a second hologram element 512 together. First
When a light flux α substantially parallel to the normal direction (Z-axis direction in the figure) of the hologram element 511 is incident, for example, an S-polarized component (a polarized component having a plane of polarization parallel to the X-axis shown in the figure) is diffracted. For example, the light is emitted at an emission angle of 45 ° (an angle between the Z axis and the traveling direction of the incident light with respect to the substrate normal, that is, the Z axis), and is incident on the second hologram element 512 at an incident angle of 45 °. It has become. On the other hand, a P-polarized light component (a polarized light component having a plane of polarization parallel to the Y-axis) is transmitted through the first hologram element 511 as it is.
【0129】上記45゜の入射角で第2のホログラム素
子512に入射したS偏光光は、その第2のホログラム
素子512により回折されて、例えば−7゜の出射角で
出射される一方、P偏光光は、第1のホログラム素子5
11と同様にZ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510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 the incident angle of 45 ° is diffracted by the second hologram element 512 and is emitted at an emission angle of, for example, -7 °, while P The polarized light is applied to the first hologram element 5
As in the case of 11, the light is transmitted parallel to the Z axis.
That is, in the polarization separation element 510, the P-polarized light
The polarized light can be separated and output at a difference of 7 ° in the traveling direction.
【0130】上記各ホログラム素子511,512とし
ては、例えば前記実施の形態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IT
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、それぞ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 511 and 512, for example, the hologram elements of the first embodiment can be used.
The above operation can be performed by applying a predetermined voltage to O. Also, 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.
【0131】(1)1対のガラス基板513,514上
に導電性透明電極(例えばITO:不図示)を成膜す
る。(1) A conductive transparent electrode (for example, ITO: not shown) is formed on a pair of glass substrates 513 and 514 .
【0132】(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.
【0133】(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.
【0134】(4)ガラス基板513の周辺部にシール
材(不図示)を塗布する。(4) A sealing material (not shown) is applied to the periphery of the glass substrate 513.
【0135】(5)ガラス基板513,514を貼り合
わせ、加熱処理によりシール材を硬化させる。(5) The glass substrates 513 and 514 are bonded together, and the sealing material is cured by heat treatment.
【0136】(6)注入口(不図示)からホログラム材
料として例えばUV硬化型液晶515を注入する。(6) For example, a UV curable liquid crystal 515 is injected as a hologram material from an injection port (not shown).
【0137】(7)UVレーザー光を用いた2光束干渉
光学系によりUV硬化型液晶515を露光し、後述する
所定の干渉縞を形成する。(7) The UV curable liquid crystal 515 is exposed by a two-beam interference optical system using a UV laser beam to form a predetermined interference fringe described later.
【0138】(8)導電性透明電極間に所定の電圧を印
加しながら再度UV光を照射する。(8) UV light is again irradiated while applying a predetermined voltage between the conductive transparent electrodes.
【0139】なお、このようなセルの作製方法は光学の
分野において公知の技術であり、また、2光束干渉光学
系によるホログラムの作製自体も、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縞を形成する公知技術であ
る。Note that such a method of manufacturing a cell is a known technique in the field of optics, and the hologram is itself manufactured by a two-beam interference optical system by dividing a coherent laser beam into two parts and forming the hologram at a predetermined angle. This is a known technique for forming interference fringes in a predetermined direction and pitch by irradiation.
【0140】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。UV硬化型液晶はUV光、例えば360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515aは、上記(2)のラビン
グ処理によって、(6)の注入後(7)のUV露光前の
状態では、図14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 hologram element having polarization selectivity by the above-described manufacturing method will be described. The UV-curable liquid crystal is a liquid crystal that is cured by irradiating UV light, for example, light having a wavelength near 360 nanometers. Due to the rubbing treatment of the above (2), in the state before the UV exposure after the injection of the (6) and (7), the molecules 515a of the liquid crystal are oriented in a direction substantially rubbed as schematically shown in FIG. ing.
【0141】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縞をUV硬化型液晶515に
照射すると、UV硬化型液晶515は干渉縞の光強度に
応じて硬化する。具体的には、例えば図15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
縞を形成すると、強度の強い部分の液晶分子515bの
みが硬化する。In this state, when the UV-curable liquid crystal 515 is irradiated with interference fringes formed by the two-beam interference optical system as described later, the UV-curable liquid crystal 515 is cured according to the light intensity of the interference fringes . Specifically, for example, as schematically shown in FIG. 15, interference having a light intensity distribution in the Y-axis direction in FIG.
When the stripes are formed, only the liquid crystal molecules 515b in the high-strength portion are hardened.
【0142】その後、導電性透明電極間に電圧を印加す
ると、図16に示すように、干渉縞の光強度の弱かった
部分の液晶分子515a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UV光を全面に
照射すると、電圧の印加を停止しても、図16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。すなわち干渉縞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イッ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16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。Thereafter, when a voltage is applied between the conductive transparent electrodes, as shown in FIG. 16, only the liquid crystal molecules 515a in the portion where the light intensity of the interference fringes is low are aligned (switched) in the direction of the electric force lines. 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. That is, a region where the liquid crystal is switched and a region where the liquid crystal is not switched are formed at a minute pitch of the interference fringes . Therefore, since the liquid crystal molecules have optically uniaxial refractive index anisotropy, in the example of FIG. 16, the liquid crystal molecules act as a phase type diffraction element with respect to the polarized light component oscillating in the X-axis direction. On the other hand, it functions as a diffractive element having polarization anisotropy that outputs a polarized component vibrating in the Y-axis direction without diffracting as an isotropic element.
【0143】本実施の形態2−1においては、具体的に
は以下のパラメータにより各ホログラム素子511,5
12を作製した。In the present embodiment 2-1 , specifically, each of hologram elements 511, 5
No. 12 was produced.
【0144】 第1のホログラム素子の干渉縞の傾角:22.5゜ 第1のホログラム素子の干渉縞のピッチ:0.757μ
m 第1のホログラム素子の厚さ:9μm 第2のホログラム素子の干渉縞の傾角:19゜ 第2のホログラム素子の干渉縞のピッチ:0.651μ
m 第2のホログラム素子の厚さ:9μm 液晶の平均の屈折率:1.593 屈折率変化:0.083上記のようにして作製された偏
光分離素子510のS偏光光に対する回折効率を図17
に示す。横軸は第1のホログラム素子511への入射角
度である。図のように±2゜の範囲で90%以上の高い
偏光分離特性を実現することができた。Tilt angle of interference fringes of first hologram element: 22.5 ° Pitch of interference fringes of first hologram element: 0.757 μ
m Thickness of the first hologram element: 9 μm Inclination angle of interference fringes of the second hologram element: 19 ° Pitch of interference fringes of the second hologram element: 0.651 μ
m Thickness of the second hologram element: 9 μm Average refractive index of liquid crystal: 1.593 Change in refractive index: 0.083 FIG. 17 shows the diffraction efficiency for S-polarized light of the polarization separation element 510 manufactured as described above.
Shown in The horizontal axis is the angle of incidence on the first hologram element 511. As shown in the figure, a high polarization separation characteristic of 90% or more was realized in the range of ± 2 °.
【0145】なお、液晶材料として、磁場で配向可能な
UV硬化型液晶を用いた場合には、ガラス基板513,
514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, the glass substrate 513,
There is no need to form a conductive transparent electrode on the surface of 514,
In the process (8), a magnetic field may be applied instead of applying an electric field.
【0146】このほかにもホログラム材料として特定の
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, a hologram element may be manufactured by photo-induced phase separation using a mixture of a photopolymer and a liquid crystal polymer having sensitivity to a specific wavelength region as a hologram material .
【0147】また、本実施の形態2−1においては、ガ
ラス基板513,514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 the present embodiment 2-1 , the optical axis defined as the normal line of the glass substrates 513 and 514 almost coincides with the incident light beam, but it is not always necessary that they coincide.
【0148】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18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521は、例え
ば液晶などの屈折率異方性を有する光学媒体522を用
いて形成されており、厚さが10μm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. The hologram element 521 is formed using an optical medium 522 having a refractive index anisotropy such as a liquid crystal and has a thickness of about 10 μm.
The refractive index distribution is periodically distributed also in the thickness direction. For this reason, the diffractive action differs depending on the polarization direction, and the diffractive action has a characteristic of exhibiting high diffraction efficiency in one direction.
【0149】以下、このホログラム素子521について
詳述する。Hereinafter, the hologram element 521 will be described in detail.
【0150】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522の光軸の傾きがホログラム素
子521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 the element has a layer structure in which a layer inclined with respect to the thickness direction is periodically formed from the surface on which light enters. In the layers adjacent to each other, one is arranged so that the inclination of the optical axis of the optical medium 522 having the refractive index anisotropy is parallel to the surface of the hologram element 521, and the other is arranged in the direction perpendicular to the surface. doing.
【0151】上記屈折率異方性を有する光学媒体522
に光が入射すると、その光の偏光方向が光学媒体522
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Neの値を示す。また、偏光方向が光学媒体522
の光軸と垂直である場合は常光線となり、Noの屈折率
を示すことになる。ここで、Ne>Noである。Optical medium 522 having the above-mentioned refractive index anisotropy
Is incident on the optical medium 522, the polarization direction of the light is
When the light beam is parallel to the optical axis, the beam becomes an extraordinary ray, and the refractive index indicates the value of Ne. Further, the polarization direction is changed to the optical medium 522.
When the light is perpendicular to the optical axis, the ray becomes an ordinary ray, and shows a refractive index of No. Here, Ne> No.
【0152】次に、図18に示すホログラム素子521
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521に
入射したときの振る舞いについて説明する。Next, the hologram element 521 shown in FIG.
The behavior when these lights are incident on the hologram element 521 with light having a polarization direction perpendicular to the paper as an ordinary ray and light having a polarization direction parallel to the paper as an extraordinary ray will be described. .
【0153】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522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Noとなる。つまり、屈折
率がNo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 optical medium 522 constituting each layer. For this reason, the refractive index of each layer is No, regardless of the direction of the optical axis between the layers. That is, since a medium having a uniform refractive index is equal to that of a medium having no refractive index, an ordinary ray incident on the medium is not affected by diffraction, and is transmitted as it is, as shown in FIG.
【0154】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522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、Ne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521の
入射面に対し光学媒体522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No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521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521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, in the layer where the optical axis of the optical medium 522 having the refractive index anisotropy is arranged parallel to the incident surface, the polarization direction of the incident light is aligned with the optical axis. Be parallel. 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 522 is perpendicular to the incident surface of the hologram element 521, this layer corresponds to the case where the polarization direction is perpendicular to the optical axis, and this layer has a refractive index of No. Works with things. Therefore, for an extraordinary ray, the hologram element 521
In the thickness direction, which is the traveling direction of the incident light, the light passes through a plurality of layers having different refractive indexes periodically. As a result, the incident light beam is subjected to a so-called Bragg diffraction effect in which the light is condensed in a specific direction corresponding to the inclination angle of the layer and the pitch of the period. Therefore, as shown in the figure, after passing through the hologram element 521, the extraordinary ray changes the optical path corresponding to the layer structure formed inside the element.
【0155】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。That is, by 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 enters each layer forming the periodic structure, the light scattered in each layer causes a phenomenon in which the scattered component strengthens in a specific direction corresponding to the wavelength and the incident angle and the pitch between the layers. . This is called Bragg's diffraction condition, and such a condition is three times larger than that of a conventional two-dimensional diffractive optical element.
It has a dimensional configuration and has the effect of blazing (focusing light in one direction).
【0156】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100%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90%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40%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, the diffraction efficiency can be greatly improved as compared with the conventional diffractive optical element, and theoretically, an efficiency of 100% is possible. In practice, an efficiency of 90% or more can be expected even when taking into account the loss on the way. On the other hand, in a binary two-dimensional diffractive optical element, the diffracted wave is diffracted to the higher order symmetrically, including the 0th order, so that the diffraction efficiency in the primary order is at most about 40%. Which is a low value as a percentage of the total amount of light passing through the element.
【0157】図19にホログラム素子521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
ジェイ」(H.Kogelnik、(Bell Sys
t.Tech. J.,48,1969,pp.290
9−2947))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 result of the theoretical diffraction efficiency of the hologram element 521 by "Bell System Technology".
Jay "(H. Kogelnik, (Bell Sys
t. Tech. J. , 48,1969, pp. 290
9-2947)). 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】 [Table 1]
【0158】図19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。In FIG. 19, (a) shows the change in the 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 case where the incident wavelength deviates from the design value. , Ie, the dependence of the diffraction efficiency on the incident wavelength.
【0159】図19(a)の角度依存性についてはホロ
グラム素子521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19(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100%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±100nm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. 19A corresponds to the efficiency when the light beam incident on the hologram element 521 deviates from the parallel light (when the incident angle deviates from a predetermined angle). The incident wavelength dependency of b) corresponds to the study of the efficiency at the time of illumination by a white light source. As shown in the figure, it is expected that a theoretical diffraction efficiency of 1, that is, a high diffraction efficiency of nearly 100% can be obtained by appropriately setting various parameters. According to the figure, the characteristic is flat with respect to the wavelength around ± 100 nm, and high efficiency can be expected for white light.
【0160】なお、図18では、ホログラム素子521
を構成する光学媒体522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NeからNo
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。In FIG. 18, the hologram element 521
The optical axis of the optical medium 522 constituting
Although the case where the refractive index difference is the largest by tilting by 0 ° is shown, the refractive index difference can be changed from Ne to No by setting this angle arbitrarily.
Can also be set to an intermediate value. Further, it is also possible to adjust the diffraction efficiency by selecting a refractive index distribution using this.
【0161】また、ホログラム素子521の領域をいく
つかに分割し、それぞ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 directions of diffraction respectively.
【0162】さらに、白色光を構成するR:赤(0.6
5μm)、G:緑(0.55μm)、B:青(0.45
μm)程度の各中心波長のそれぞ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521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521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。Further, R: red (0.6
G: green (0.55 μm), B: blue (0.45 μm)
μm), a layer having a different periodic structure, an angle, and the like is formed according to each of the center wavelengths, and these layers are laminated to form a hologram element 521, or a hologram element is formed by superposing these structures. By recording information in the area 521, a configuration in which the influence of chromatic dispersion or angle dependence is reduced is also possible.
【0163】次に、ホログラム素子521の作製方法に
ついて説明する。Next, a method of manufacturing the hologram element 521 will be described.
【0164】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ITOを形成する。First, for example, ITO is formed as a transparent conductive electrode on each of a pair of glass substrates.
【0165】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 adhering dust, and then an alignment film made of a polymer, for example, a polyimide is applied by a spin coating method or the like, and the alignment is performed by performing a heat treatment or the like. A film is formed on a substrate.
【0166】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5μm〜20
μm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 substrate, and the other substrate is coated with a diameter of 5 μm to 20 μm.
Disperse beads of about μm. The two substrates are bonded together so that the rubbing directions are paired with each other to form an empty cell.
【0167】上記空セルに、屈折率異方性を有する光学
媒体522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
ー等が含まれたもので、360nm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、40℃〜60℃程
度の高温、また、真空中で注入するなどしてもよい。As the optical medium 522 having the refractive index anisotropy, for example, a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is injected into the empty cell. Note that a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy can be used. More specifically, the liquid crystal contains, for example, a photopolymerizable liquid crystal monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer. The liquid crystal is cured by irradiation with light having a wavelength in the ultraviolet region of about 360 nm, and the direction of the liquid crystal molecules is fixed. Use the one with the characteristics specified. The above-described 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.
【0168】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 degassing port of the cell after injecting the liquid crystal with a sealant.
【0169】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 produced as described above is exposed to interference fringes.
【0170】まず、露光時間を調節するためのシャッタ
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
ッタを所定の時間、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, with the shutter for adjusting the exposure time closed and without light irradiation, the liquid crystal sample is placed at the optical system fabrication position (the predetermined position of the exposure apparatus), and the shutter is operated for a predetermined time. For example, by opening for about one minute and then closing, exposure using interference fringes is performed as a first exposure step.
【0171】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50mW〜100mW程度のA
r(アルゴン)レーザから出力される、波長が360n
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30mm〜
50mm程度のビームに広げた後、ビームスプリッタ等
により2方向に分割し、ミラー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1μm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 light having an irradiation intensity of about 50 mW to 100 mW is used.
360n wavelength output from r (argon) laser
m or so. The laser light is emitted by a beam expander or the like, for example, with a diameter of 30 mm to
After expanding the beam into a beam of about 50 mm, the beam is split in two directions by a beam splitter or the like, interference fringes are formed through an optical path set by combining a mirror or the like, and the liquid crystal sample is irradiated. The interference fringes are adjusted to, for example, about 1 μm pitch at the position where the liquid crystal sample is arranged by adjusting the mirror and the like.
【0172】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-mentioned exposure, the liquid crystal in the liquid crystal sample was hardened in the region of the bright portion where the light intensity was high in the interference fringes formed by the interference of two laser beams, and the liquid crystal molecules were initially aligned by the alignment film. The molecular axis is fixed in the direction. That is, for example, when using a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy as described above, initially the liquid crystal molecules are uniformly oriented in a direction parallel to the glass substrate, and in the bright region of the interference fringes, 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 this first exposure step.
【0173】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ITO電極間に5(V/μm)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, an AC electric field of about 5 (V / μm) was applied between ITO electrodes as transparent conductive electrodes formed inside the two glass substrates of the liquid crystal sample. Apply. Due to the application of the electric field, the uncured liquid crystal molecules in the dark portions of the interference fringes are tilted in a direction perpendicular to the glass substrate. The angle of inclination at this time is
Since the magnitude of the electric field is adjusted because it is proportional to the applied electric field, a desired inclination angle, that is, a difference in refractive index can be provided.
【0174】上記のように電圧を印加した状態で、例え
ばビームスプリッタ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, one of the laser beams split by the beam splitter is blocked, so that light having a uniform intensity distribution without interference fringes is formed on the entire surface of the liquid crystal sample. For example, irradiation is performed for about 5 minutes to completely cure the entire uncured dark area.
【0175】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18で示したような構造を有する
ホログラム素子521が作製される。The hologram element 521 having the structure shown in FIG. 18 is manufactured by performing the first exposure step and the second exposure step as described above.
【0176】また、ここではITO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
521を作製することも可能である。In this case, a cell is manufactured using a glass substrate on which a transparent electrode such as ITO is formed, and the direction of liquid crystal molecules is changed from an initial position by applying an electric field in the second exposure step. Was explained. As another method, the hologram element 521 can be manufactured by performing the second exposure step by changing the direction of liquid crystal molecules by applying a magnetic field without using a transparent electrode.
【0177】さらに、照射するAr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90°
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, the polarization direction of the irradiated Ar laser is set to, for example, 90 ° in the first exposure step and the second exposure step.
A method of setting and exposing differently is also conceivable. When a polymer film such as an alignment film is irradiated with linearly polarized light as a light source, molecules whose main chains (or side chains) are oriented mainly in the direction of polarization from randomly oriented polymers mainly emit light. Absorption causes a photoreaction, and the film exhibits optical anisotropy. In a polymer material or the like, 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.
【0178】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 do.
【0179】上記のようにして作製した素子の回折効率
を、He−Ne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98%
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90%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。When 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 98%.
It was before and after, and had high transmittance. Further, the diffraction efficiency in the primary direction with respect to the extraordinary ray 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.
【0180】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、ニオブ酸リチウムや、KD2PO4、
β−BaB2O4、PLZT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、KT
iPO4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。As the optical medium having the refractive index anisotropy, in addition to the liquid crystal, lithium niobate, KD 2 PO 4 ,
It is also possible to use a uniaxial crystal having an electro-optic effect or the like such as β-BaB 2 O 4 or PLZT.
The same effect can be obtained by using a medium having various refractive index anisotropies including a biaxial optical crystal such as iPO 4 .
【0181】(実施の形態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。(Embodiment 2-2) Another example of the polarization beam splitting element formed by using the hologram element will be described.
【0182】この偏光分離素子530は、図20に示す
ように、全反射ミラー531の表面に、前記実施の形態
1または実施の形態2−1で示したのと同様のホログラ
ム素子532が設けられている。ここで、実施の形態1
のホログラム素子が用いられる場合には、ITO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, in this polarization separation element 530, a hologram element 532 similar to that shown in the first or second embodiment is provided on the surface of a total reflection mirror 531. ing. Here, Embodiment 1
Is used in a state where a predetermined voltage is applied between ITO.
【0183】上記全反射ミラー531およびホログラム
素子532は、光源のランプ533からの光を反射する
リフレクタ534の光軸に対して、法線が45°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 arranged such that the normal line forms an angle of 45 ° with the optical axis of the reflector 534 that reflects the light from the lamp 533 of the light source.
【0184】上記のホログラム素子532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532は、45
°の入射角で入射した異常光線を45°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。In the hologram element 532, 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 (P-polarized light). (Hereinafter referred to as light) is arranged as an extraordinary ray. The hologram element 532 has 45
The extraordinary ray incident at an incident angle of ° is set to be diffracted and emitted so as to have an exit angle slightly larger than 45 °.
【0185】このように構成されていることにより、ホ
ログラム素子532に対して常光線であるS偏光光は、
前記各実施の形態1−1等で説明したように、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532をそのまま透
過して全反射ミラー531で反射され、再びホログラム
素子532を透過して出射する。すなわち、S偏光光は
全反射ミラー531によって進行方向が90°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,
As described in each of the embodiments 1-1 and the like, it is not affected by the refractive index distribution composed of the periodic structure of the element, and exhibits the same characteristics as when passing through a medium having an isotropic uniform refractive index. . Therefore, 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 by 90 ° by the total reflection mirror 531 and emitted.
【0186】一方、ホログラム素子532に対して異常
光線であるP偏光光は、ホログラム素子532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45°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 that 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 diffracted.
As described above, light is emitted at an emission angle slightly larger than 45 °.
【0187】したがって、ランプ533からリフレクタ
534を介して出射された光を、この偏光分離素子53
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。Therefore, the light emitted from the lamp 533 via the reflector 534 is
With 0, it is possible to separate out the emitted light whose traveling direction is slightly different between the S-polarized light and the P-polarized light.
【0188】(実施の形態3−1)前記実施の形態2−
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。(Embodiment 3-1) Embodiment 2
An example of a polarization conversion element configured using two polarization separation elements will be described. This polarization conversion element outputs light having a random polarization direction from a light source to polarized light in a predetermined direction, and is used, for example, in a polarized light illumination device such as a polarization type liquid crystal display device.
【0189】図21は偏光変換素子540を含む偏光照
明装置の構成を示す説明図である。FIG. 21 is an explanatory view showing the structure of a polarized light illuminating device including a polarization conversion element 540.
【0190】ランプ533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
ED、FED、レーザ光、無機または有機EL素子等が
用いられる。ランプ533からの光は、リフレクタ53
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530に入射し、実施の形態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530から出射す
る。As the lamp 533, a fluorescent lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, an L
An ED, an FED, a laser beam, an inorganic or organic EL element, or the like is used. The light from the lamp 533 is reflected by the reflector 53
The light 4 is converted into substantially parallel light and emitted. This substantially parallel light enters the polarization separation element 530 and is separated so that the traveling directions are slightly different between the S polarization light and the P polarization light as described in Embodiment 2-2. Emit.
【0191】偏光分離素子530から出射したS偏光光
およびP偏光光は、それぞれ、インテグレータ541を
構成する第1レンズ群(第1の蠅の目レンズ)542の
各レンズ542aに入射し、それぞれの入射角に応じ
て、各レンズ542aと対をなす第2レンズ群(第2の
蠅の目レンズ)543の各レンズ543a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 the P-polarized light emitted from the polarization splitting element 530 enter the respective lenses 542a of the first lens group (first fly-eye lens) 542 constituting the integrator 541, and In accordance with the angle of incidence, light is condensed on predetermined regions different from each other in each lens 543a of the second lens group (second fly-eye lens) 543 paired with each lens 542a .
【0192】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543a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543a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544が周期的に設
けられている。そこで、第2レンズ群543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544を介して偏光方向が90°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 where the S-polarized light and the P-polarized light are converged is set to, for example, a region that roughly divides each lens 543a into two, and each of the lenses 543a in the region where the P-polarized light is condensed. Back side (light traveling direction side)
Is provided with a phase difference plate 544 that is a half-wave plate periodically. Therefore, the S-polarized light incident on the second lens group 543 is emitted as it is as S-polarized light,
The polarization direction of the polarized light is rotated by 90 ° via the phase difference plate 544, and the polarized light is converted into S-polarized light and emitted. That is, any polarized light is emitted while being aligned with the S-polarized light.
【0193】このS偏光光は、集光レンズ545および
フィールドレンズ546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)547に入射し、画像表
示に用いられる。The S-polarized light is condensed by the condenser lens 545 and
The light is incident on the image display element (light valve) 547 as a substantially parallel light beam via the field lens 546, and is used for image display.
【0194】上記のようなホログラム素子532と位相
差板544とを用いた場合と用いない場合とで、画像表
示素子547に入射する光量を比較したところ、ホログ
ラム素子532と位相差板544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532を用いた偏光変換素子540の
機能が優れていることが確かめられた。When the amount of light incident on the image display element 547 was compared between the case where the hologram element 532 and the phase difference plate 544 were used and the case where the phase difference plate 544 was not used, the polarization was determined by the hologram element 532 and the phase difference plate 544. When the conversion was performed, the light use efficiency was improved by about 1.2 to 1.6 times, and it was confirmed that the function of the polarization conversion element 540 using the hologram element 532 was excellent.
【0195】(実施の形態3−2)前記実施の形態3−
1で説明した偏光分離素子が、インテグレータを構成す
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3−2等において、前記実施の形態3
−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。(Embodiment 3-2) Embodiment 3
An example of the polarization conversion element that arranges the polarization direction by providing the polarization splitting element described in 1 in the optical path between the first lens group and the second lens group forming the integrator will be described. In Embodiment 3-2 and the like, Embodiment 3
Constituent elements having the same function as -1 and the like are denoted by the same reference numerals as appropriate, and detailed description is omitted.
【0196】図22は偏光変換素子548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 view showing the configuration of a polarized light illuminating device including a polarization conversion element 548 .
【0197】リフレクタ534からの略平行光は、イン
テグレータ541を構成する第1レンズ群542を介し
て偏光分離素子530に入射するようになっている。偏
光分離素子530に入射した光束は、実施の形態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530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. The luminous flux incident on the polarization splitting element 530 is described in Embodiment 2-2.
As described above, the light is separated so that the traveling direction is slightly different between the S-polarized light and the P-polarized light, and the light is emitted from the polarization splitter 530.
【0198】偏光分離素子530から出射したS偏光光
およびP偏光光は、それぞれ、インテグレータ541を
構成する第2レンズ群(第2の蠅の目レンズ)543の
各レンズ543aにおける、裏面側に位相差板544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544を介して偏光方向が90°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 S-polarized light and the P-polarized light emitted from the polarization splitting element 530 are located on the back side of each lens 543a of the second lens group (second fly-eye lens) 543 constituting the integrator 541. Light is condensed on a region where the retardation plate 544 is provided or a region where it is not provided. Therefore, similarly to the above-mentioned Embodiment 3-1, while the S-polarized light is emitted as it is as the S-polarized light, the P-polarized light is rotated by 90 ° through the retardation plate 544, and is converted into the S-polarized light. It is converted and emitted. That is, any polarized light is emitted while being aligned with the S-polarized light.
【0199】このように構成された偏光変換素子548
によっても、実施の形態3−1と同様に光利用効率を向
上させることができる。The polarization conversion element 548 thus configured
Accordingly, the light use efficiency can be improved as in the case of the embodiment 3-1.
【0200】(実施の形態3−3)前記実施の形態1ま
たは実施の形態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。(Embodiment 3-3) An example of another polarization conversion element using a hologram element similar to that shown in the embodiment 1 or 2-1 will be described.
【0201】図23は偏光変換素子550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550は、前記実施の形態1または実施の
形態2−1で示したのと同様のホログラム素子551と
全反射ミラー531との間に、1/4波長板である位相
差板551が設けられて構成されている。FIG. 23 is an explanatory view showing the configuration of a polarized light illuminating device including a polarization conversion element 550. The polarization conversion element 550 of this polarization illuminating device is a quarter-wave plate between the hologram element 551 and the total reflection mirror 531 similar to those described in the first or second embodiment. A phase difference plate 551 is provided.
【0202】ランプ533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551に入射し、P偏光光
は、実施の形態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 applied to the refractive index distribution of the diffractive optical element as described in the first embodiment. The light is diffracted accordingly, and the light is emitted with its course bent in the direction indicated by the one-dot chain line in FIG.
【0203】一方、S偏光光は、ホログラム素子551
をそのまま透過し、位相差板552を介して全反射ミラ
ー531で反射され、再び位相板552を通過する過程
で偏光方向が入射時に対して90°変化し、ホログラム
素子551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ー531とリフレクタ53
4との配置により定まるが、これがホログラム素子55
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
551が入射した光を反射せずに透過させるようになっ
ている。すなわち、前記図19(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、全反射ミラー53
1によって反射され、位相差板552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55
1をそのまま透過するようにすることができる。 On the other hand, the S-polarized light is
Is transmitted as it is, reflected by the total reflection mirror 531 via the phase difference plate 552, and changes its polarization direction by 90 ° in the process of passing through the phase plate 552 again, and is incident on the hologram element 551 as P-polarized light. Will do. At this time, the incident direction is the total reflection mirror 531 and the reflector 53
4, which is determined by the hologram element 55.
The hologram element 551 transmits the incident light without reflecting it so that the condition is deviated from Bragg's diffraction condition for the periodic structure formed inside 1. That is, as described with respect to the angle dependence of the diffraction efficiency in FIG. 19A, when the angle of incidence on the hologram element deviates to a certain degree from the predetermined angle, the efficiency becomes almost zero, and the diffraction effect does not occur and only the light is transmitted. In some cases, the predetermined angle can be set according to the conditions for forming the diffractive optical element. Therefore, the total reflection mirror 53
1 and converted into P-polarized light by the phase difference plate 552, the hologram element 55 is not diffracted.
1 can be transmitted as it is .
【0204】上記のように、ランプ533からの光波は
ホログラム素子551によってP偏光光が回折され、ホ
ログラム素子551を透過したS偏光光は全反射ミラー
531と位相差板552によりP偏光光に変換された後
ホログラム素子551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 P-polarized light of the light wave from the lamp 533 is diffracted by the hologram element 551, and the S-polarized light transmitted through the hologram element 551 is converted to P-polarized light by the total reflection mirror 531 and the phase plate 552. After the light is transmitted through the hologram element 551 and emitted,
A substantially parallel light beam having a uniform polarization direction can be obtained.
【0205】上記偏光照明装置について、実施の形態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551と位相差板552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。Embodiment 3 of the above-mentioned polarized light illumination device
When the light use efficiency was obtained in the same manner as in -1, the light use efficiency could be obtained about 1.2 to 1.5 times as compared with the case where the hologram element 551 and the phase difference plate 552 were not used.
【0206】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552と全反射ミラー531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、インテグレー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ー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 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. Are easy to use, and can be used in a wide range of optical devices. Especially,
For example, when the present invention is applied to a device having a folding mirror in advance, such as a color image display device having two dichroic prisms and performing color separation and color synthesis, a mirror having a hologram element is used instead of the mirror. Since it is only necessary to use the light source, the light use efficiency can be improved without increasing the number of parts.
【0207】(実施の形態3−4)前記実施の形態1ま
たは実施の形態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。(Embodiment 3-4) An example of still another polarization conversion element using the same hologram element as that shown in the embodiment 1 or 2-1 will be described.
【0208】前記実施の形態1または実施の形態2−1
で示したのと同様の2枚のホログラム素子561,56
2を用いて、図24に示すような偏光変換素子560を
含む偏光照明装置を構成した。Embodiment 1 or Embodiment 2-1
Two hologram elements 561 and 56 similar to those shown in FIG.
2 was used to construct a polarization illuminating device including a polarization conversion element 560 as shown in FIG.
【0209】ランプ533からのP偏光光とS偏光光と
を含む光束はリフレクタ534を介してホログラム素子
561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562に
より、実施の形態1等で述べた原理により、伝搬方向が
概ね90°変化するように回折される。The light beam including 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 transmitted as it is as substantially parallel light. Further, the P-polarized light is diffracted by the hologram element 562 so that the propagation direction changes by approximately 90 ° according to the principle described in the first embodiment and the like.
【0210】この光波はさらにホログラム素子562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534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563を透過し、偏光方向が90°回転されてS偏光
光波として出射する。すなわち、ランプ533から発せ
られてホログラム素子561で回折された光波は、回折
光学素子562と位相差板563とによって、ホログラ
ム素子561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。The light wave further enters the hologram element 562, and is similarly diffracted and emitted so that the propagation direction is substantially equal to the direction of the light beam reflected from the initial reflector 534. Thereafter, the light passes through the phase difference plate 563 which is a half-wave plate, and is emitted as an S-polarized light wave after the polarization direction is rotated by 90 °. That is, the light wave emitted from the lamp 533 and diffracted by the hologram element 561 is emitted by the diffractive optical element 562 and the phase difference plate 563 as a substantially parallel light beam having the same polarization direction as the light wave transmitted through the hologram element 561.
【0211】上記のような偏光照明装置のホログラム素
子562での光波の再利用率を測定したところ、ホログ
ラム素子562からの光束としては、ホログラム素子5
61からの光束に対し強度割合が概ね90%程度のS偏
光光に変換された光束が得られた。When the reuse ratio of the light wave in the hologram element 562 of the polarized light illumination device as described above was measured, the light flux from the hologram element 562 was converted to the hologram element 5.
A light beam converted into S-polarized light having an intensity ratio of about 90% with respect to the light beam from 61 was obtained.
【0212】上記のようにホログラム素子561,56
2を用いることの利点は、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、偏光ビームスプリッタと全反射ミラ
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90°曲げるためには反射面を入射光に対し
て45°傾ける必要がある(図24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が必要とされ、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。As described above, hologram elements 561 and 56
The advantage of using 2 is that it is possible to arbitrarily set the separation angle when performing polarization separation. That is, as usual, when polarization separation is performed by combining a polarization beam splitter and a total reflection mirror,
In order to bend the propagation direction by 90 °, it is necessary to incline the reflection surface by 45 ° with respect to the incident light (corresponding to θ in FIG. 24). Therefore, in the depth direction, a size corresponding to the size and inclination of the reflection surface is required, and in the device using the polarized light illumination device, the constraint in the thickness direction is increased.
【0213】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、45°以下に傾
けて配置することが可能となり、図24におけるθ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タ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。On the other hand, when the hologram element is used as described above, the polarization separation angle can be arbitrarily set by the refractive index distribution formed inside, so that the diffractive optical element is not affected by the incident light. 24 can be arranged at an angle of 45 ° or less with respect to a vertical plane, and θ in FIG.
The angle can be set at a small angle of 5 ° or less, and the polarization conversion optical system can be configured by arranging the hologram elements in parallel to each other, so that the size in the depth direction can be significantly reduced. . For this reason,
A thin configuration is possible, and a compact system (illumination device, image display device, or the like) can be realized in combination with an illumination optical system such as an integrator to which the polarization-converted polarized light is incident.
【0214】(実施の形態3−5)前記実施の形態1ま
たは実施の形態2−1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
インテグレータ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。(Embodiment 3-5) A hologram element similar to that shown in Embodiment 1 or Embodiment 2-1 is used, and an integrator having a first lens group and a second lens group is used. An example of a polarization conversion element for aligning the polarization direction of output light will be described.
【0215】前記実施の形態1または実施の形態2−1
で示したのと同様のホログラム素子572,573を対
にして、図25に示すように複数組配置し、偏光変換素
子570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577や投射レンズ578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。Embodiment 1 or Embodiment 2-1
As shown in FIG. 25, a plurality of pairs of hologram elements 572 and 573 similar to those shown in FIG. 25 were arranged, and a polarization illuminating device including a polarization conversion element 570 was constructed. Note that FIG. 3 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.
【0216】インテグレー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571に入射し光束を絞られて、第2
レンズ群571の各レンズ571aに対応するホログラ
ム素子572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572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し、1/2波長板である位
相差板574によって偏光方向が90°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 enters the second lens group 571, where the light beam is narrowed down.
The light enters the hologram element 572 corresponding to each lens 571a of the lens 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, propagates in a direction substantially equal to that of the S-polarized light, is rotated by 90 ° by a phase difference plate 574, which is a half-wave plate, is converted into S-polarized light, and is emitted. I do.
【0217】これらの過程が複数に配置された各ホログ
ラム素子572,573と位相差板574の組ごとに行
われ、第2レンズ群571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、インテグレータと組み
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 steps are performed for each set of a plurality of hologram elements 572 and 573 and a phase difference plate 574, and the light waves that have passed through the second lens group 571 are emitted with their polarization directions aligned. . Further, since the light beam is narrowed down and used in combination with the integrator, it is possible to perform the polarization conversion without largely changing the width of the light beam from the light source.
【0218】上記のようにして偏光方向が揃えられた光
束は、集光レンズ575とフィールドレンズ576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577に入射し、各画素毎に輝度変調された後、投
射レンズ578によってスクリーン579上に拡大投射
される。The light beam whose polarization direction is aligned as described above is incident as a parallel light beam by a condenser lens 575 and a field lens 576 on an image display element 577 such as a polarization type liquid crystal display element. after being brightness modulation, investment
The image is magnified and projected on the screen 579 by the projection lens 578 .
【0219】上記のような偏光変換素子570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30%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。When the brightness on the screen was compared between the case where the polarization conversion was performed by the above-described polarization conversion element 570 and the case where the polarization conversion was not performed, the brightness increased by about 30% when the polarization conversion was performed. And a bright image could be obtained.
【0220】(実施の形態3−6)前記実施の形態1ま
たは実施の形態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。(Embodiment 3-6) Still another example of a polarization conversion element using the same hologram element as that shown in the embodiment 1 or 2-1 will be described.
【0221】図26に示すように、前記実施の形態3−
4と同様の1対の偏光変換素子560をリフレクタ53
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590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534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, the third embodiment
A pair of polarization conversion elements 560 similar to
Alternatively, the polarization conversion element 590 may be provided so as to be symmetric with respect to the four optical axes. With this configuration, since the reflector 534 is disposed at, for example, the center in the width direction of the polarized light illuminating device, a uniform space is formed on both sides, and thus other components in the device to which the polarized light illuminating device is applied. Arrangement becomes easy.
【0222】(実施の形態4−1)前記実施の形態2−
1(図13)の偏光分離素子510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510を構成するホログラム素子としては、実
施の形態1や実施の形態2−1(図10、18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1のホログラム素子が用いられる場合には、ITO
間に所定の電圧が印加された状態で用いられる。(Embodiment 4-1) Embodiment 2
An example in which a projection type image display device configured using the polarization separation element 510 of FIG. 1 (FIG. 13) will be described. As the hologram element included in the polarization separation element 510, the hologram element described in Embodiment 1 or Embodiment 2-1 (FIGS. 10, 18 and the like) can be applied. Here, when the hologram element of Embodiment 1 is used, ITO
It is used while a predetermined voltage is applied between them.
【0223】投射型画像表示装置600は、図27に示
すように、ランプ533、リフレクタ534、偏光分離
素子510、およびインテグレータから構成される偏光
照明装置601を備え、ランプ533からの出力光束を
リフレクタ533で反射し、反射後の出力光束βを偏光
分離素子510、インテグレータ541を介して、例え
ば透過型液晶パネル等の画像表示素子547に入射さ
せ、輝度変調された光束を、投射レンズ602によりス
クリーン(不図示)上に拡大投射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 includes a polarization illuminating device 601 composed of a lamp 533, a reflector 534, a polarization separation element 510, and an integrator, and outputs a light beam from the lamp 533 to the reflector. 533, the reflected output light flux β is incident on an image display element 547 such as a transmissive liquid crystal panel via a polarization splitter 510 and an integrator 541, and the brightness-modulated light flux is screened by a projection lens 602. (Not shown), an image is displayed by performing enlarged projection .
【0224】次に、この投射型画像表示装置600に用
いる偏光分離素子510およびインテグレータについて
説明する。本発明で用いる偏光分離素子510は、実施
の形態2−1で説明したように、第1のホログラム素子
511、および第2のホログラム素子512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−7゜の出力角で出力するものであ
る。Next, the polarization separating element 510 and the integrator used in the projection type image display device 600 will be described. The polarization splitting element 510 used in the present invention includes the first hologram element 511 and the second hologram element 512 as described in Embodiment 2-1.
The P-polarized light is transmitted straight (at an output angle of 0 °) and transmitted, while the S-polarized light is output at an output angle of approximately −7 °.
【0225】また、第1レンズ群(第1の蠅の目レン
ズ)542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)543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γと、S偏光光δとを異なる位置に結像する。例えば
S偏光光δ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(λ/2板)である位相差板544が設
けられ、この位相差板544を透過したS偏光光δは略
P偏光光に変換されて出力される。なお、P偏光光γ
と、S偏光光δ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547が備える偏光
板の偏光方向によって決定される。Each of the first minute lenses forming the first lens group (first fly-eye lens) 542 is connected to each of the second lens groups 543 forming the second lens group (second fly-eye lens). An image of the lamp is formed on the lens. At this time, the P-polarized light γ and the S-polarized light δ are imaged at different positions. For example, a phase plate 544 that is a half-wave plate (λ / 2 plate) as a polarization plane rotating unit is provided in a portion where the S-polarized light δ forms an image, and the S-polarized light transmitted through the phase plate 544 is provided. The light δ is converted into substantially P-polarized light and output. Note that the P-polarized light γ
And the polarization component of the s-polarized light δ to rotate the plane of polarization is determined by the polarization direction of the polarizing plate provided in the image display element 547.
【0226】上記第2レンズ群543は、第1レンズ群
542を構成する各微小レンズの像を画像表示素子54
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 displays an image of each minute lens constituting the first lens group 542 on the image display element 54.
By forming an image over almost the entire display image area in 7, the uniformity of the brightness of the display image is ensured.
【0227】上記のような偏光照明装置601を構成す
ることにより、ランプ533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、高い投射効率
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510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510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
い光利用効率の投射型画像表示装置を容易に実現するこ
とができる。By constructing the polarized light illuminating device 601 as described above, the unpolarized light output from the lamp 533 can be efficiently converted to P-polarized light, and 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. In addition, since the polarization separation element 510 has a small dimension in the optical axis direction, a compact polarization separation element having high separation efficiency can be easily configured. In addition, by using the above-described polarization separation element, a projection type image display device having high light use efficiency can be easily realized.
【0228】なお、ランプ533およびリフレクタ53
4の配置を異ならせれば、実施の形態3−1〜3−3
(図21〜23)に示したような偏光分離素子530等
を用いることもできる。The lamp 533 and the reflector 53
Embodiments 3-1 to 3-3 if the arrangement of
It is also possible to use a polarization separation element 530 as shown in FIGS.
【0229】また、上記ランプ533としては、メタル
ハライドランプや、ハロゲンランプ、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。The lamp 533 may be a metal halide lamp, a halogen lamp, a xenon lamp,
An ultra-high pressure mercury lamp or the like can be used, but it is preferable to use a lamp having a small light emitting region.
【0230】(実施の形態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、カラー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。(Embodiment 4-2) A projection type image display of a so-called three-panel type which has three transmission type image display elements and optical elements of a color separation system and a color synthesis system and can display a color image. An example of the device will be described.
【0231】この画像表示装置は、図28(a)に示す
色分解系要素610の下方に、図28(b)に示す色合
成系要素620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 620 shown in FIG. 28B below the color separation system element 610 shown in FIG.
【0232】上記色分解系要素610は、前記実施の形
態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601と、ダイクロイックプリズム611と、全
反射ミラー612〜614とを備えて構成され、偏光照
明装置601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620は、全反射ミラー621〜62
3と、画像表示素子624〜626と、ダイクロイック
プリズム627と、投射レンズ628とを備えて構成さ
れ、色分解系要素610から導かれた各波長の光が画像
表示素子624〜626を通過した後、色合成が行わ
れ、投射レンズ628によってスクリーン629に画像
を投射するようになっている。The color separation element 610 includes a polarization illuminating device 601 including a polarization conversion element similar to that described in the embodiment 4-1; a dichroic prism 611; and total reflection mirrors 612 to 614. And outputs the light output from the polarization illuminator 601 as R (red), G (green),
The light is decomposed into light of each wavelength of B (blue). On the other hand, the color composition system element 620 includes total reflection mirrors 621 to 62.
3, the image display elements 624 to 626, the dichroic prism 627, and the projection lens 628, and the light of each wavelength guided from the color separation element 610 passes through the image display elements 624 to 626. Then, color synthesis is performed, and an image is projected on the screen 629 by the projection lens 628.
【0233】この画像表示装置では、ランプ533から
リフレクタ534を介して出力されたほぼ平行光束が、
前記実施の形態4−1で説明したのと同様に、偏光分離
素子510およびインテグレータ541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、ダイクロイックプリズム611に入
射する。このダイクロイックプリズム611は、各帯域
の波長のフィルタが内部に形成された構成となってい
て、偏光照明装置601からの白色光は前記波長フィル
タ−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、それぞれ同図中に矢印で示し
た方向に出射する。ここで、上記ダイクロイックプリズ
ム611は、これは2枚構成のダイクロイックミラーが
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
As described in Embodiment 4-1 above, after the polarization directions are aligned by the polarization separation element 510 and the integrator 541 and the uniformity of the light beam in the plane is maintained, the dichroic prism 611 Incident on. The dichroic prism 611 has a configuration in which filters of wavelengths of respective bands are formed inside, and white light from the polarized light illuminating device 601 corresponds to the wavelength filter and has three primary colors of R and G. , B are decomposed into light corresponding to the respective wavelengths, and are emitted in the directions indicated by arrows in FIG. Here, the dichroic prism 611 has the same function as the case where a two-piece dichroic mirror is used, but because of the prism configuration, color separation can be performed without using a large space. Thus, a compact display device can be configured.
【0234】上記ダイクロイックプリズム611から出
射した各色の光は、全反射ミラー612〜614により
反射されて、下方側の色合成系要素620に導かれる。
色分解系要素610から色合成形要素620に導かれた
各色の光は、全反射ミラー621〜623により進行方
向が概ね90°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624〜626によって輝度変調
された後、ダイクロイックプリズム627に入射する。
このダイクロイックプリズム627は、前記ダイクロイ
ックプリズム611と逆の機能を有し、それぞれ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628の方向に
向けて出射する。ダイクロイックプリズム627から出
射した光は、投射レンズ628によって、スクリーン6
29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 614 and guided to the lower color combining element 620.
The light of each color guided from the color separation element 610 to the color combining element 620 is reflected by the total reflection mirrors 621 to 623 with its traveling direction changed by approximately 90 °, and a transmissive image display corresponding to the light of each color is performed. After being subjected to luminance modulation by the elements 624 to 626, the light enters the dichroic prism 627.
The dichroic prism 627 has a function opposite to that of the dichroic prism 611,
The light is divided into light of each color of G and B, and is subjected to color synthesis of the light incident thereon. The synthesized light is emitted toward the projection lens 628. The light emitted from the dichroic prism 627 is transmitted by the projection lens 628 to the screen 6.
29, and is displayed as an enlarged image.
【0235】上記のようにリフレクタ534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。By providing the polarization conversion element for aligning the polarization direction of the light beam output from the reflector 534 as described above, it is possible to improve the light use efficiency and configure an image display device capable of displaying a bright image. it can.
【0236】なお、上記のようにカラー画像を表示する
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って、赤、緑、および青の
光による光の干渉縞で多重露光したり、それぞれの色の
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。In the case where a polarization conversion element or the like is applied to an image display device or the like for displaying a color image as described above,
When fabricating a hologram element, a structure is used in which multiple exposures are performed using light interference fringes of red, green, and blue light, and hologram elements optimized for diffraction of each color light are stacked. You may do so.
【0237】また、上記偏光分離素子510および位相
差板544に代えて、前記実施の形態3−4〜3−6
(図24〜26)に示したような偏光変換素子560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。In place of the polarization splitting element 510 and the phase difference plate 544, Embodiments 3-4 to 3-6 are used.
Even when the polarization conversion element 560 or the like as shown in FIGS. 24 to 26 is used, similarly high light use efficiency can be obtained.
【0238】また、上記のような偏光変換素子550等
は、インテグレータ541とダイクロイックプリズム6
11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550等をダイクロイックプリ
ズム611と画像表示素子624〜626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タ)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
ンテグレータをダイクロイックプリズム611よりも後
に設けるようにしてもよい。The above-described polarization conversion element 550 and the like include the integrator 541 and the dichroic prism 6.
11 and the same effect can be obtained. Further, the polarization conversion element 550 and the like are provided between the dichroic prism 611 and the image display elements 624 to 626, that is, three polarization conversion elements (and integrators) corresponding to the light of each color after color separation. Is also good. In this case, since the polarization conversion elements are individually provided corresponding to the light of each color, the hologram element is optimized to reduce the influence of chromatic dispersion in accordance with the wavelength of each color, that is, each hologram element, etc. can be used as the periodic structure corresponding to the wavelength is formed, it is possible to improve further the light use efficiency. Further, it may be provided later than the dichroic prism 611 to the integrator as well.
【0239】また、ランプ533およびリフレクタ53
4の配置を異ならせれば、実施の形態3−1〜3−3
(図21〜23)に示したような偏光変換素子540等
を用いることもできる。Further, the lamp 533 and the reflector 53
Embodiments 3-1 to 3-3 if the arrangement of
It is also possible to use a polarization conversion element 540 as shown in FIGS.
【0240】また、図28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611と画像表示素子624〜626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タ)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610から色合
成形要素620に導くための全反射ミラー612等を偏
光変換素子の全反射ミラー531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
それぞ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。Even when the reflectors are provided in the same arrangement as in FIG. 28, the polarization conversion element is provided between the dichroic prism 611 and the image display elements 624 to 626, that is, corresponding to the light of each color after color separation. When the three polarized light conversion elements (and the integrators) are provided, the above-described polarized light conversion elements can be applied.
In this case, a total reflection mirror 612 for guiding the light of each color from the color separation element 610 to the color combining element 620 can also be used as the total reflection mirror 531 of the polarization conversion element. In addition, as described above, a hologram element that matches the wavelength of each color can be used.
【0241】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ー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、30%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
ラー表示に対しても有効である。When a polarization conversion element is provided in each path after the actual color separation, the brightness of a color-combined image on a screen is 30 times higher than when no polarization conversion element is used. % Could be increased. this is,
The transmission type described above and the reflection type described later were almost the same. Thus, the polarization conversion using the diffractive optical element is also effective for color display.
【0242】また、図23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った手段を用いること
も可能である。In the structure shown in FIG. 23, it is also possible to use means for changing the thickness of the phase plate in the plane in order to correct the dependency of the polarization characteristic on the incident angle of the phase plate.
【0243】(実施の形態4−3)前記実施の形態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。(Embodiment 4-3) Embodiment 4-3
An example of a three-panel projection type image display device that can display a color image using a reflection type image display device with a configuration similar to that of No. 2 will be described.
【0244】この画像表示装置は、図29(a)に示す
色分解系要素610の下方に、図29(b)に示す色合
成系要素630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. 29B below the color separation system element 610 shown in FIG. 29A.
【0245】上記色分解系要素610は、前記実施の形
態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630は、実施の形態4−2と比べ
て、全反射ミラー621〜623に代えて偏光ビームス
プリッタ631〜633が設けられている点と、透過型
の画像表示素子624〜626に代えて、反射型の画像
表示素子634〜636が設けられている点が異なる。As the color separation system element 610, the same one as shown in the embodiment 4-2 is used. On the other hand, the color combining system element 630 is different from the embodiment 4-2 in that the polarizing beam splitters 631 to 633 are provided instead of the total reflection mirrors 621 to 623, and the transmission type image display elements 624 to 624 are provided. The difference is that reflection type image display elements 634 to 636 are provided instead of 626.
【0246】上記偏光ビームスプリッタ631〜633
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610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634〜636に
入射する。画像表示素子634〜636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631〜633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4−2と同様にダイクロイック
ミラー637で色合成が行われ、投射レンズ628によ
ってスクリーン629に画像が投射される。The polarization beam splitters 631 to 633
Is designed to reflect only light having a predetermined polarization direction, but since the light actually guided from the color separation element 610 is light whose polarization direction is aligned by the polarization conversion element, almost all light is reflected. The light is reflected and enters the image display elements 634 to 636. The light incident on the image display elements 634 to 636 is reflected after being modulated in the polarization direction according to the display image of each color, and is incident again on the polarization beam splitters 631 to 633, and only the light in the predetermined polarization direction is transmitted. The modulation of the polarization direction is converted into luminance modulation and visualized. After that, as in Embodiment 4-2, color synthesis is performed by the dichroic mirror 637, and an image is projected on the screen 629 by the projection lens 628.
【0247】上記のような反射型の画像表示素子におい
ても、やはりリフレクタ534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。In the reflection type image display element as described above, the polarization conversion element for aligning the polarization direction of the light beam output from the reflector 534 is also provided.
An image display device capable of displaying a bright image with improved light use efficiency can be configured.
【0248】また、この画像表示装置においても、前記
実施の形態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 4-2 can be similarly made.
【0249】(実施の形態5−1)ホログラム素子を備
えた画像表示装置の例を説明する。(Embodiment 5-1) An example of an image display device provided with a hologram element will be described.
【0250】画像表示装置は、図30に示すように、液
晶素子701の両面に回折光学素子であるホログラム素
子702,703が設けられ、これらの背面側に、ラン
プ704aとリフレクタ704bとを有する光源704
が設けられて構成されている。In the image display apparatus, as shown in FIG. 30, hologram elements 702 and 703 as diffractive optical elements are provided on both sides of a liquid crystal element 701, and a light source having a lamp 704a and a reflector 704b on the back side thereof. 704
Is provided.
【0251】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。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.
【0252】上記光源704のランプ704a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、LED、FED、レーザ光、
無機または有機EL素子等が利用できる。ランプ704
aから発せられた光は、リフレクタ704b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。As the lamp 704a of the light source 704, for example, a fluorescent lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, an LED, an FED, a laser beam,
An inorganic or organic EL element or the like can be used. Lamp 704
The light emitted from a is emitted as substantially parallel light by the reflector 704b. This light source light
P-polarized light and S-polarized light are included.
【0253】上記液晶素子701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90°ねじれ
て構成されているツイストネマティック液晶が用いられ
る。この液晶素子701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
(ON)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(ホメオトロピッ
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701を通過する。一方、液晶に
電圧が印加されていない画素(OFF)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90°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701を入射面から出射面までを通過する間に液晶の
ねじれに起因するツイストネマティック効果によりその
偏波面を90°回転させる。したがって、OFF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 the directions of liquid crystal molecules are twisted by 90 ° between the light incident surface side and the light emitting 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. Therefore, in a pixel (ON) in which a predetermined sufficient voltage (a voltage enough to completely switch the liquid crystal) is applied to the liquid crystal, the liquid crystal molecules are untwisted and the liquid crystal molecules are isotropic with respect to the light incident surface. Standing (homeotropic). Therefore, when the P-polarized light enters the pixel, the P-polarized light passes through the liquid crystal element 701 while maintaining its polarization state without being modulated in the polarization direction. On the other hand, in the pixel (OFF) where no voltage is applied to the liquid crystal, the direction of the liquid crystal molecules is twisted by 90 ° in the thickness direction from the entrance surface to the exit surface. Then, when the P-polarized light enters the pixel, the P-polarized light rotates its polarization plane by 90 ° by the twist nematic effect caused by the twist of the liquid crystal while passing through the liquid crystal element 701 from the incident surface to the emission surface. . Therefore, after passing through the OFF pixel, the light is emitted as S-polarized light.
【0254】また、上記ホログラム素子702,703
としては、例えば前記実施の形態1または実施の形態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1のホログラム素子が用いられる場
合には、ITO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702,703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。The hologram elements 702 and 703
For example, the first embodiment or the second embodiment
A hologram element similar to that shown by -1 is used.
Here, when the hologram element of Embodiment 1 is used, the hologram element is used in a state where a predetermined voltage is applied between ITO. As described above, the hologram elements 702 and 703 have different diffraction effects depending on the polarization direction, and have a property of exhibiting high diffraction efficiency in one predetermined direction.
【0255】具体的には、例えばホログラム素子70
2,703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702,703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30
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702,703に対して常
光成分として作用するため、ホログラム素子702,7
03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702,
703をそのまま通過することになる。Specifically, for example, the hologram element 70
Since the S-polarized light among the light incident on the hologram elements 703 and 703 functions as an extraordinary light component, it is modulated by the refractive index distribution of the periodic structure formed in the hologram elements 702 and 703, and FIG.
The light is emitted with its traveling direction bent upward. on the other hand,
Since the P-polarized light acts on the hologram elements 702 and 703 as an ordinary light component, the hologram elements 702 and 703
It is not affected by the refractive index distribution having the periodic structure of No. 03, and exhibits the same behavior as that when passing through a medium having an isotropic uniform refractive index. For this reason, the P-polarized light is
703 as it is.
【0256】そこで、光源704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702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701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
02を透過して液晶素子701に入射する。液晶素子7
01に入射したP偏光光は、上記のように、ON画素で
はP偏光光のまま出射する一方、OFF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701か
ら出射する光は、その通過位置の画素のON、OFFに
応じて異なる偏光光になる。Then, when light including P-polarized light and S-polarized light from the light source 704 enters the hologram element 702,
The S-polarized light is diffracted as described above and hardly enters the liquid crystal element 701, and only the P-polarized light is
02 and enter the liquid crystal element 701. Liquid crystal element 7
As described above, the P-polarized light incident on 01 is emitted as P-polarized light at the ON pixels, while being converted to S-polarized light at the OFF pixels and emitted. That is, the light emitted from the liquid crystal element 701 becomes different polarized light depending on whether the pixel at the passing position is ON or OFF.
【0257】上記液晶素子701から出射した光がホロ
グラム素子703に入射すると、ホログラム素子702
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701の各画素を通過
した光は、画素のON、OFFに応じてホログラム素子
703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、OFF画素を通過した光はホログラム素
子703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、ON画素を通過した光は、ホログラ
ム素子703をそのまま直進して観察者の視野領域内に
入り、明パ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, the hologram element 702
Similarly to the above, the S-polarized light is diffracted, and only the P-polarized light travels straight. That is, the direction of light that has passed through each pixel of the liquid crystal element 701 exits from the hologram element 703 depending on whether the pixel is ON or OFF. Therefore, from the observer who sees the image display device from almost the normal direction of the display surface, the light that has passed through the OFF pixel is emitted to the outside of the field of view by the diffraction effect of the hologram element 703 and is not visually recognized. Passes through the hologram element 703 as it is, enters the viewing area of the observer, and is visually recognized as a bright pattern.
【0258】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。Next, an example of an actually manufactured image display device will be described.
【0259】この画像表示装置では、光源704として
は、蛍光ランプにグリーンのフィルタを通したものを用
い、0.55μm程度の波長の光を出射するようにし
た。液晶素子701としては、3インチ程度のVGA
(640x480)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701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10:1程度であった。また、ホログラ
ム素子703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702,703を液晶素子7
01を組み合わせて構成することにより、OFF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。In this image display device, the light source 704 used was a fluorescent lamp that had passed through a green filter, and emitted light having a wavelength of about 0.55 μm. As the liquid crystal element 701, a VGA of about 3 inches
The one having a resolution of (640 × 480) was used.
When an image signal was input thereto 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 could be correctly viewed.
The contrast was about 10: 1. The direction in which the S-polarized light that has passed through the hologram element 703 diffracts (FIG.
When the observation position was moved to (upward at 0), an image in which the brightness was reversed from that of the previous image was visually recognized. As described above, the refractive index distribution type hologram elements 702 and 703 composed of the optical medium having the refractive index anisotropy are replaced with the liquid crystal element 7.
01, the image can be displayed by emitting the light corresponding to the OFF pixel to the outside of the observer's visual field without blocking (absorbing) the incident light. A good image display device can be manufactured. In addition, unlike the case where a polarizing plate is used, heat generation due to light absorption does not occur.
【0260】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703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 the intermediate state between the P-polarized light and the S-polarized light, that is, the elliptically polarized light. Can be set to 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.
【0261】また、上記の例では、液晶素子701とし
て、ツ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、いずれのタイプのものでもよ
い。また、90°以上のねじれの角度を有するスーパー
ツイステッドネマティック(STN)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
様にホモジニアス配向しており、電界の印加に対してホ
メオトロピック配向になるものや、または、ホメオトロ
ピック配向からホモジニアス配向へと変化するものなど
のようなVA(Vertical Alignmen
t)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。In the above example, the twisted nematic type liquid crystal element 701 has been described. However, any type of liquid crystal element 701 having a function of modulating the polarization direction of incident light can be used. It may be something. A super twisted 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 become homeotropic upon application of an electric field, or change from homeotropic to homogeneous. VA (Vertical Alignment)
The same effect can be obtained by using a liquid crystal of the t ) mode.
【0262】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 alignment direction of liquid crystal molecules differs depending on the polarity of the electric field.
【0263】上記のような液晶素子701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702,703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 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 polarizing plates used in the liquid crystal element with the hologram elements 702 and 703 of the present invention, and the other illumination systems and drive systems are not changed. It is very versatile because it can be applied at
【0264】(実施の形態5−2)前記実施の形態5−
1と同様のホログラム素子702,703を用いて、図
31に示すような画像表示装置を構成した。すなわち、
光源704の配置をホログラム素子702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
トの構成とした。なお、光源704は実施の形態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5−1と同様
のものとした。(Embodiment 5-2) Embodiment 5
An image display device as shown in FIG. 31 was constructed using the same hologram elements 702 and 703 as in FIG. That is,
The light source 704 was arranged near the lower side of the hologram element 702, and a so-called side light configuration was used in which light was emitted from an oblique side. Note that the light source 704 is described in Embodiment 5-1.
In the same manner as described above, a fluorescent lamp provided with a green filter was used. Other configurations are the same as those of the embodiment 5-1.
【0265】この画像表示装置では、光源704から出
射した光のうち、P偏光光はホログラム素子702をそ
のまま透過し、液晶素子701には入射しない。また、
S偏光光はホログラム素子702で表示画面に対して概
ね90°に曲げられて液晶素子701に入射する。液晶
素子701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703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703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
03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702,70
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、いわゆるシースルータイプのデ
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 at approximately 90 ° with respect to the display screen by the hologram element 702 and enters the liquid crystal element 701. The light passing through the liquid crystal element 701 has its polarization direction modulated in accordance with the signal applied to the pixel, and enters another hologram element 703. Here, the S-polarized light is diffracted upward in the 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. Hologram element 7 from observer's position
When observed from the normal direction of the 03-direction display screen, an image corresponding to the input image signal was correctly visually recognized. Also, the hologram elements 702, 70
It was also possible to observe the outside scenery through 3.
As described above, the image display device configured as described above,
It is possible to visually recognize the image display and the external scenery simultaneously or by switching, and it can be used as a so-called see-through type display.
【0266】(実施の形態5−3)前記実施の形態5−
1と同様の1枚のホログラム素子702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701は実施の形態1と同様のものを使用
した。(Embodiment 5-3) Embodiment 5
3 using one hologram element 702 similar to FIG.
An image display device as shown in FIG. That is, the image display device is configured to display an image by using external light such as natural light or indoor light without having a light source inside. Further, the same liquid crystal element 701 as that in Embodiment Mode 1 was used.
【0267】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 this image display device will be described below.
【0268】まず、P偏光光およびS偏光光を含んだ外
部光710がホログラム素子702に入射すると、P偏
光光成分はホログラム素子702で変調されることなく
そのまま透過し、液晶素子701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702で回折され
て、概ね全ての光が液晶素子701に入射する。液晶素
子701に入射した光は、各画素の領域を通過し、ミラ
ー711により反射される。このミラー711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 transmitted without being modulated by the hologram element 702, and is almost completely transmitted to the liquid crystal element 701. Does not enter. On the other hand, the S-polarized light is diffracted by the hologram element 702, and almost all light enters the liquid crystal element 701. Light that has entered the liquid crystal element 701 passes through the area of each pixel and is reflected by the mirror 711. 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.
【0269】ミラー711により反射された光は再び液
晶素子701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702に入射する。ホログラム素子702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702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。The light reflected by the mirror 711 passes through the area of each pixel of the liquid crystal element 701 again, and its polarization direction is modulated according to the voltage applied to each pixel, and then enters the hologram element 702. 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. Further, since the P-polarized light passes through the hologram element 702 as it is, it is visually recognized by an observer, and an image is visually recognized according to the signal voltage applied to each pixel of the liquid crystal element.
【0270】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10:1程度であった。室内光である白
色光源を用いたが、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
03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。Observation of the reflection-type image display device using the above-described mirror actually manufactured with room light illumination revealed an image having a bright and dark pattern.
The contrast was about 10: 1. A white light source, which is room light, was used, but there was almost no deterioration in image quality due to color bleeding or the like. This is because the hologram element 7
The direction of diffraction of the S-polarized light diffracted at 03 differs depending on the wavelength. However, if the diffraction angle is set to be larger than the viewing range of the observer, it will be out of the recognition area, and the influence of the diffraction angle by the wavelength is almost a problem It is thought that it does not become.
【0271】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化に適して
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 further, since an internal backlight is not required, low power consumption and low power consumption can be achieved. Suitable for miniaturization.
【0272】(実施の形態5−4)図33に示すよう
に、実施の形態5−1と同様のホログラム素子702,
703を用いて構成した外部光および内部光源の併用タ
イプの画像表示装置について説明する。(Embodiment 5-4) As shown in FIG. 33, the same hologram element 702,
An image display device of the combination type using the external light and the internal light source configured by using the image display device 703 will be described.
【0273】この画像表示装置では、ホログラム素子7
02,703は、実施の形態5−1で示したものと同じ
ものであるが、ホログラム素子702は、実施の形態5
−1と比べて、同一平面内で90°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702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702,
703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18に示すホログラム素子において、初期の液
晶のホモジニアスの配向方向が90°異なるように配向
処理することによっても、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。In this image display device, the hologram element 7
02 and 703 are the same as those described in the embodiment 5-1.
It is arranged in a state rotated by 90 ° in the same plane as compared with -1. Therefore, the hologram element 702 has
It does not show a diffractive effect on polarized light, but has a diffractive effect on P-polarized light. That is, the hologram element 702,
Reference numeral 703 is configured such that the dependence of the polarization direction on the P-polarized light and the S-polarized light is reversed. The same function can also be provided by performing an alignment process in the hologram element shown in FIG. 18 such that the initial alignment direction of the homogeneous liquid crystal differs by 90 °. That is, it is possible to determine which polarized light has a diffraction effect depending on how the arrangement direction of the liquid crystal molecules is set with respect to the incident light.
【0274】液晶素子701は実施の形態5−1で使用
したものと同じである。また、ミラー711は実施の形
態5−3と同様のアルミニウムの蒸着によって形成され
たものである。また、光源704は蛍光ランプであり、
白色光源として用いた。The liquid crystal element 701 is the same as that used in the embodiment 5-1. The mirror 711 is formed by vapor deposition of aluminum in the same manner as in Embodiment 5-3. The light source 704 is a fluorescent lamp,
Used as a white light source.
【0275】ここで、図33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704か
らの光の伝搬を示す。Here, in FIG. 33, solid arrows indicate
The propagation of external light is shown, and the dashed line arrow shows the propagation of light from the light source 704.
【0276】以下、まず光源704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702の斜め側方に配置された光源704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
02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90°表示画面に対して
概ね90°の方向に曲げられて液晶素子701に入射す
る。[0276] Hereinafter, the display operation using light from the light source 704 will be described first. P light from a light source 704 arranged diagonally on the side of the hologram element 702 as a side light
The light including the polarized light and the S-polarized light is
02, the S-polarized light is transmitted as it is without being subjected to the diffraction effect, and the P-polarized light is bent in a direction of approximately 90 ° with respect to the display screen by diffraction to enter the liquid crystal element 701.
【0277】液晶素子701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703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.
【0278】次に外部光710による表示動作について
説明する。外部光710のうち、P偏光光はホログラム
素子703で変調を受けずそのまま透過し、液晶素子7
01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701
に概ね入射する。液晶素子701の各画素を通過したS
偏光光はホログラム素子702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711によって反射
される。そして再びホログラム素子702を通過した
後、液晶素子701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703に入射する。ON
画素を通過したS偏光光はホログラム素子703で回折
され観察者の視域外へと出射される。また、OFF画素
を通過したP偏光光はホログラム素子703をそのまま
通過し観察者に明パターンとして認識される。Next, the display operation using the external light 710 will be described. Of the external light 710, the P-polarized light is transmitted without being modulated by the hologram element 703,
It does not enter 01. The traveling direction of the S-polarized light is bent by the diffractive action of the diffractive optical element, and
Is almost incident. S passing through each pixel of the liquid crystal element 701
Since the polarized light is not subjected to the diffraction effect on the hologram element 702, 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, the polarization direction is modulated for each pixel, and the light is incident on the hologram element 703. ON
The S-polarized light that has passed through the pixel is diffracted by the hologram element 703 and emitted out of the observer's field of view. 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 an observer.
【0279】ここで、光源704からの光と外部光とで
は液晶素子のON、OFF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 ON and OFF 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 correspondence with the selection of the light source.
【0280】また、厳密には光源704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710
はミラー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701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, while the external light 710
Is reflected by the mirror and passes through the liquid crystal element twice, the forward path and the backward path. Therefore, the modulation ratio in the liquid crystal element 701 is different. This can be dealt with by correcting the video signal in accordance with the selection of the light source since the modulation degree of the single pass and the double pass can be estimated in advance.
【0281】上記のように、ホログラム素子702,7
03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, the hologram elements 702, 7
By setting the polarization dependence of 03 differently, it is possible to achieve both the transmission mode and the reflection mode.
【0282】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704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704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, the image can be clearly recognized by using the light source 704 in a dark room, and the image can be recognized without turning on the light source 704 under bright illumination light. Was able to do. As described above, 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 the efficiency of power consumption and improve the visibility of an image under various environments.
【0283】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。Further, it is possible to detect the brightness of the illuminating light in an environment where the image display device is used, and to automatically select the light source or set the intensity of the light source. Can be further improved.
【0284】(実施の形態5−5)図34に、実施の形
態5−1と同様のホログラム素子702,703に、カ
ラーフィルタ721を組み合わせて構成した画像表示装
置を示す。光源704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72
0は、実施の形態5−1の液晶素子720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721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720と
同等の画素密度でカラー画像を表示し得るようになって
いる。(Embodiment 5-5) FIG. 34 shows an image display apparatus in which hologram elements 702 and 703 similar to those in Embodiment 5-1 are combined with a color filter 721. As a light source 704, a fluorescent lamp was used as white light without passing through a filter. Also, the liquid crystal element 72
0 has the same structure as the liquid crystal element 720 of the embodiment 5-1 but has three times the pixel density, and has the red (R), green (G), and blue (B) in the color filter 721. The three pixels corresponding to the region (a) are grouped to display a color image at the same pixel density as the liquid crystal element 720.
【0285】また、カラーフィルタ721は、液晶素子
720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。The color filter 721 has R, R, and R for each region of the liquid crystal element 720 corresponding to each pixel.
Light of any wavelength of G or B is selectively transmitted, and light of another wavelength is absorbed.
【0286】この画像表示装置では、光源704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
702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721に入射す
ることはなく、P偏光光のみがカラーフィルタ721に
入射する。In this image display device, S-polarized light and P-polarized light and S-polarized light emitted from the light source 704 are diffracted upward in FIG. Therefore, the S-polarized light does not enter the color filter 721, and only the P-polarized light enters the color filter 721.
【0287】カラーフィルタ721を通過した、R、
G、Bの各波長に対応する光は、液晶素子720の各画
素に入射する。そして、各画素のON、OFFに対応し
て偏光方向が変調される。この結果、ON画素を通過し
た光はホログラム素子703をそのまま通過し観察者に
到達する。また、OFF画素を通過した光はホログラム
素子703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。[0287] R, which has passed through the color filter 721,
Light corresponding to each wavelength of G and B enters each pixel of the liquid crystal element 720. Then, the polarization direction is modulated according to ON / OFF of each pixel. As a result, the light passing through the ON pixels passes through the hologram element 703 as it is and reaches the observer. In addition, since the light that has passed through the OFF pixels is diffracted upward by the hologram element 703 in the same figure, the light falls outside the field of view of the observer, and becomes a dark pattern that is not recognized as light intensity by the observer.
【0288】図34では簡単化のためR、G、Bに対応
する各画素がすべてONとOFF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703を通過さ
せることにより、観察者にはR、G、Bのそれぞれの波
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、それぞれの組み合わせとしてのカラー画像の表示
が可能になる。FIG. 34 shows the case where all the pixels corresponding to R, G, and B are ON and OFF for simplicity, but the electric field applied to each pixel to which light of each wavelength is incident is shown. By independently controlling the light to pass through the hologram element 703, the light of the selected color among the light of each wavelength of R, G, and B reaches the observer. A color image can be displayed.
【0289】ここで、各波長に対するホログラム素子7
03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、OFF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70
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, the hologram element 7 for each wavelength
Regarding the influence of the chromatic dispersion of 03, the diffraction angle may be set to be large, and the short-wavelength light having a small diffraction angle may be set to be outside the viewing range of the observer. That is, any light of each wavelength that has passed through the pixel corresponding to OFF is the hologram element 70.
In No. 3, since the light is diffracted out of the viewing range of the observer, the light is not recognized as light intensity, and no problem such as color mixing occurs.
【0290】また、ON画素を通過した光は、通常、ホ
ログラム素子703で回折作用を受けない。しかしなが
ら、ホログラム素子703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Δn=Ne−No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703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。The 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, Δn = Ne−No may vary depending on the wavelength, and the inside of the element cannot be regarded as an isotropic medium.
In this case, an angle difference occurs in the transmitted light of each wavelength, which is visually recognized by an observer as color bleeding or the like. However, in the case of transmission, if the distance of the observer from the hologram element 703 is not too large, a large deterioration in image quality does not occur.
【0291】実際に作製した画像表示装置にR、G、B
のカラー画像信号を入力し、ホログラム素子703から
30cm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ー画像を観察することが可能
であった。[0291] R, G, B
Was input and observed at a distance of about 30 cm from the hologram element 703. As a result, a clear color image could be observed with little color mixing or color bleeding.
【0292】また、ここでのカラーフィルタの組み合わ
せは図34の構成においてのみ使用されるものではな
く、図32の反射タイプ、図33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 the color filters here is not used only in the configuration shown in FIG. 34, but is used in the reflection type shown in FIG. 32, the transmission type and the reflection type shown in FIG. Needless to say, the method can be applied to
【0293】(実施の形態5−6)前記実施の形態5−
5の画像表示装置のホログラム素子702,703とし
て、R(0.65μm)、G(0.55μm)、および
B(0.45μm)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。(Embodiment 5-6) Embodiment 5
The hologram elements 702 and 703 of the image display device of No. 5 were manufactured by performing multiple exposure using light of each wavelength of R (0.65 μm), G (0.55 μm), and B (0.45 μm). You may. Hereinafter, a manufacturing process of such a hologram element will be described.
【0294】まず、実施の形態2−1における図18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Arレー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.
55μm)の波長に対応する干渉縞により露光を行う。
次に、ミラー(反射ミラー)の角度を変化させ、前記の
第1の露光行程を繰り返し、R(0.65μm)の波長
に対応する露光を行う。さらに、B(0.45μm)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 of FIG. 18 in Embodiment 2-1. This is set in an optical system using an Ar laser, and G (0.
Exposure is performed using interference fringes corresponding to a wavelength of 55 μm).
Next, the angle of the mirror (reflection mirror) is changed, and the above-described first exposure process is repeated to perform exposure corresponding to the wavelength of R (0.65 μm). Further, an interference fringe corresponding to B (0.45 μm) is similarly formed and exposed. After that, a second exposure step of irradiating the liquid crystal sample with uniform light in the same manner as in Embodiment 2-1 can produce a hologram element on which interference fringes are superimposed.
【0295】上記のようにして作製したホログラム素子
を図34のホログラム素子702,703に代えて用
い、液晶素子701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、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30cm程度移
動させても画質の劣化等の影響は生じなかった。When the hologram element manufactured as described above is used in place of hologram elements 702 and 703 in FIG. 34, a color video signal is input to liquid crystal element 701 and observed from the position of the observer. Is R,
Because it is optimized for both G and B wavelengths,
A clear image could be recognized without problems such as color bleeding and color mixing. Further, even if the observation position was moved back and forth by about 30 cm, there was no effect such as deterioration of image quality.
【0296】(実施の形態5−7)前記実施の形態5−
5の画像表示装置のホログラム素子702,703とし
て、それぞれR(0.65μm)、G(0.55μ
m)、またはB(0.45μm)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。(Embodiment 5-7) Embodiment 5
The hologram elements 702 and 703 of the image display device of No. 5 were R (0.65 μm) and G (0.55 μm), respectively.
m) or B (0.45 μm) may be used in which three hologram elements produced by performing exposure with light of each wavelength are laminated.
【0297】上記のようなホログラム素子を図34のホ
ログラム素子702,703に代えて用い、液晶素子7
01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、それぞれ
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30cm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 as described above is used in place of hologram elements 702 and 703 in FIG.
When a color video signal is input to the image sensor 01 and observed from the observer's position, the diffractive optical elements of the respective layers independently perform the diffractive action on each of the R, G, and B wavelengths, and the chromatic dispersion is reduced. Eased. As a result, a clear image could be recognized without problems such as color bleeding and color mixing. further,
Even if the observation position was moved back and forth by about 30 cm, there was no influence such as deterioration of image quality.
【0298】(実施の形態5−8)前記実施の形態5−
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、トンネル内の照明を行うことができ
る装置の例を説明する。(Embodiment 5-8) Embodiment 5
The image display device such as 1 can also be applied to an image display / illumination device. Hereinafter, an example of a device that can display road traffic information in a tunnel and illuminate the inside of the tunnel will be described.
【0299】図35に示すように、画像表示装置731
は、トンネルの壁面732に設置されている。この画像
表示装置731は、例えば実施の形態5−1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
33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。As shown in FIG. 35, the image display device 731
Are installed on the wall surface 732 of the tunnel. This image display device 731 has, for example, a configuration similar to that of the image display device described in the embodiment 5-1.
It is installed so as to face the traveling direction of 33. That is, in the embodiment 5-1, the example in which the display image is visually recognized substantially from the normal direction (front) of the display screen has been described. An image whose brightness is reversed is displayed as the image to be visually recognized. Therefore, by inputting image data in which the brightness is reversed in advance as image data to be input to the image display device, an image that can be visually recognized from a direction inclined with respect to the normal of the display screen is displayed by the diffracted light. Can be done.
【0300】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。Here, the direction in which the diffracted light is emitted, that is, the direction in which the displayed image is visually recognized 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.
【0301】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
た液晶ディスプ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。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 an image formed by the emitted light cannot be viewed from an oblique direction, it plays a role as illumination light in an environment where the surroundings are dark at night or in a tunnel or the like, so that it can be used as an illumination device. That is , a device having both functions of the image display device and the illumination device can be configured. Thus, the functions of the image display device and the illumination device can be provided because in a liquid crystal display using a normal polarizer, light not used for image display is absorbed by the polarizer and cannot be used for illumination. In contrast, a display device using a hologram element as described above is
This is because the transmitted light and the diffracted light are emitted equally in principle.
【0302】本発明におけるホログラム素子702,7
03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。Hologram elements 702, 7 in the present invention
This is a feature of the image display device having a configuration in which light is split by the light emitting device 03.
【0303】なお、複数の画像表示装置731を壁面7
32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。Note that the plurality of image display devices 731 are
If it is arranged at 32, it is also possible to use the image information to be recognized step by step by the observer according to the traveling position of the vehicle. It is effective in the case.
【0304】実際に、図35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731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731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, when an image display device 731 was placed in an experiment room that imitated a structure in a tunnel as shown in FIG. 35 and an experiment was performed, an image that can be visually recognized as the position of the observer moved was displayed. I was able to. It was also confirmed that the light emitted to the front of the image display device 731 also served as illumination light in a dark laboratory.
【0305】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 a tunnel but also to traffic information display and illumination on a normal arterial road or an expressway, with priority given to other specific directions. It is needless to say that the present invention can be applied to a method of displaying image information on a screen.
【0306】(実施の形態5−9)前記実施の形態5−
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。(Embodiment 5-9) Embodiment 5
An example of an image display device having a polarization conversion element configured using the same hologram element as that of Example 1 will be described.
【0307】この画像表示装置には、図36に示すよう
に、実施の形態5−1のホログラム素子702に代え
て、同一平面上に配置されたホログラム素子741〜7
44が設けられている。また、ホログラム素子743,
744と液晶素子701との間には、位相差板(λ/2
板)745,746が設けられている。光源704は、
実施の形態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5−1と同様である。This image display device has the structure shown in FIG.
To, in place of the hologram element 702 of the embodiment 5-1, it arranged hologram element on the same plane 741-7
44 are provided. Also, the hologram element 743,
744 and the liquid crystal element 701, a retardation plate (λ / 2
Plates 745, 746 are provided. The light source 704 is
A fluorescent lamp having a green filter passed through was used as in Embodiment 5-1. Other configurations are the same as those of the embodiment 5-1.
【0308】この画像表示装置では、光源704から出
射した光のうち、P偏光光は回折光学素子741,74
2をそのまま透過して液晶素子701に入射する。ま
た、S偏光光は、ホログラム素子741,742により
概ね90°の角度でほぼ横方向に回折され、それぞれ側
方に配置されたホログラム素子743,744に入射す
る。ホログラム素子743,744に入射した光は、ホ
ログラム素子743,744でさらに概ね90°の角度
で回折される。ホログラム素子743,744で回折さ
れた光は、位相差板745,746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701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 is the diffractive optical element 741, 74.
2 is transmitted as it is and enters the liquid crystal element 701. Further, the S-polarized light is diffracted in a substantially horizontal direction at an angle of about 90 ° by the hologram elements 741 and 742, and is incident on the hologram elements 743 and 744 arranged on the respective sides. Light incident on hologram elements 743 and 744 is further diffracted by hologram elements 743 and 744 at an angle of approximately 90 °. The light diffracted by hologram elements 743 and 744 has a polarization plane of 9 by phase difference plates 745 and 746.
The light is rotated by 0 ° and is incident on the liquid crystal element 701 almost vertically as P-polarized light.
【0309】すなわち、ホログラム素子741〜744
および位相差板745,746によって偏光変換素子が
構成され、光源704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701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 elements 741 to 744
The light from the light source 704 is incident on the liquid crystal element 701 as a light wave having a uniform polarization plane (in this case, P-polarized light). Therefore, the light use efficiency increases (theoretically about twice), and a bright image can be displayed.
【0310】また、光源704の照射領域を広げること
にもなり、小さい面積の光源704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。Also, the irradiation area of the light source 704 can be expanded, and 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 electric power.
【0311】液晶素子701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703に入射する。[0311] The light passing through the liquid crystal element 701 has its polarization direction modulated in accordance with the signal applied to the pixel, and enters another hologram element 703.
【0312】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 on the plane of the paper and emitted out of the viewing range of the observer.
【0313】P偏光光はホログラム素子703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。The P-polarized light passes through the hologram element 703 as it is, and is recognized by the observer.
【0314】観察者の位置からホログラム素子703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 the direction of the hologram element 703 was observed from the observer's position, the image corresponding to the applied input signal was correctly recognized.
【0315】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.
【0316】(実施の形態5−10)前記実施の形態5
−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。(Embodiment 5-10) Embodiment 5
Another example of a small-sized image display device having a polarization conversion element configured using a hologram element similar to -1 will be described.
【0317】図37に本発明の実施の形態5−10で構
成した小型表示装置の概略を示す。光源704からの光
波はホログラム素子751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90°回折され液晶素
子701へと入射する。[0317] shows a schematic of a small display device constructed in the form 5-10 of the present invention in FIG. 37. The light wave from the light source 704 is incident on the hologram element 751 from the lateral direction, and the P-polarized light is diffracted by approximately 90 ° by the diffractive optical element and is incident on the liquid crystal element 701.
【0318】また、S偏光光はホログラム素子751を
通過し、もう1つのホログラム素子752に入射する。
回折光学素子752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752に入射したS
偏光光は、概ね90°回折されて出射する。この後、λ
/2板753を通過し、偏波面が90°回転させられP
偏光光として液晶素子701に入射する。The S-polarized light passes through the hologram element 751 and is incident on another 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.
The polarized light is diffracted by approximately 90 ° and emitted. After this, λ
/ 2 plate 753, the polarization plane is rotated by 90 °, and P
The light enters the liquid crystal element 701 as polarized light.
【0319】従って、実施の形態5−10と同様に光源
704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、シースルー型の機能や実施の形態5−4で構成し
たような外部光源と内部光源の併用タイプも可能であ
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 5-10. Further, since light is incident from the lateral direction, a see-through type function or a combination type of an external light source and an internal light source as described in Embodiment 5-4 is also possible.
【0320】実際に作製した画像表示装置では、光源7
04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、0.55μm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VGA
(640x480)の分解能を有する小型の液晶パネル
を使用した。これに画像信号を入力すると、液晶素子7
01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703に入射す
る。In the actually manufactured image display device, the light source 7
A fluorescent lamp passed through a green filter as 04 was used to emit light having a wavelength of about 0.55 μm. VGA of about 0.9 inch as liquid crystal element
A small liquid crystal panel having a resolution of (640 × 480) was used. When an image signal is input to this, the liquid crystal element 7
The light passing through 01 is incident on another hologram element 703 after its polarization direction is modulated according to the applied signal of the pixel.
【0321】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703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 from the plane of the paper and is 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 an observer.
【0322】さらに今回は拡大光学系754をホログラ
ム素子703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。In this case, the magnifying optical system 754 was used on the light emission side of the hologram 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. It is preferable to form a magnifying optical system with a thin lens because a small system can be formed.
【0323】観察者の位置からホログラム素子703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75
4の作用により観察者にはホログラム素子703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
能であった。When observing the direction of the hologram element 703 from the position of the observer, an image corresponding to the applied input signal was correctly recognized. Also, despite the use of a small 0.9-inch liquid crystal panel this time, the magnifying optical system 75
By the operation of 4, the display image was enlarged by the observer depending on the distance from the hologram element 703, and the observer could clearly recognize the display image.
【0324】図37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 as shown in FIG. 37 can reduce the size of the entire system, and is expected to be used as a very small image display device that can be used as a micro display for a portable information terminal.
【0325】(実施の形態6)前記実施の形態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 6) An image display device using the hologram element described in Embodiment 1 will be described.
【0326】画像表示装置の構成図を図38(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
19のバックライトユニットに本発明に係るホログラム
素子820を用いている。FIG. 38A shows the configuration of the image display device. In this image display device, the transmission type liquid crystal panel 8
The hologram element 820 according to the present invention is used for 19 backlight units.
【0327】光源823からの光束824は導光体82
1の端面から入射し、導光体821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820によって液晶
パネル819の基板の略法線方向に回折される。液晶パ
ネル819に入射した光束822は変調され画像を表示
する。The light flux 824 from the light source 823 is
1 and diffracted in the direction substantially normal to the substrate of the liquid crystal panel 819 by the hologram element 820 of the present invention installed on the back surface while propagating through the light guide 821 while propagating through the light guide 821. The light beam 822 incident on the liquid crystal panel 819 is modulated to display an image.
【0328】尚、ホログラム素子820の裏面には反射
ミラー826を設け、ホログラム素子820を透過した
光をさらに反射できる構成となっており、例えばこの反
射ミラー826に光を散乱せしめるドット(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。[0328] Incidentally, a reflection mirror 826 provided on the back surface of the hologram element 820 has a structure capable of further reflecting the light transmitted through the hologram element 820, for example, a dot (not shown allowed to scatter light to the reflecting mirror 826, It is preferable to form a large number of known techniques other than the conventional example 7).
【0329】液晶パネル819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。The liquid crystal panel 819 may be of a transmission type, and any type of liquid crystal panel can be used regardless of the driving method and liquid crystal material. Note that a reflective liquid crystal panel that is also used as a transmissive type according to the brightness of external light may be used.
【0330】光源823としては、例えばCCFT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825を設けても良い。導光体82
1としては主にア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、特開平9−5743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。As the light source 823, for example, CCFT can be used, and a reflecting mirror 825 may be provided as disclosed in many examples including the conventional example 8. Light guide 82
As 1, a resin material such as acrylic can be mainly used, and for example, a wedge-shaped shape can be used as disclosed in, for example, Conventional Example 7 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-5743.
【0331】ホログラム素子820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824の中で特
定の偏光成分を、液晶パネル819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。The basic function of the hologram element 820 is as follows.
In the non-polarized light beam 824 incident on the hologram element, a specific polarization component is selectively diffracted in a substantially normal direction of the liquid crystal panel 819 and within a specific solid angle. Or as a mere isotropic medium.
【0332】すなわち図39(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820は、無偏光な入射光束
824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. When functioning as a hologram element, the hologram element 820 according to the present invention selects only a specific polarization component in the non-polarized incident light beam 824 in a direction substantially normal to the liquid crystal panel and within a specific solid angle. Diffraction occurs.
【0333】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ベクトルの振動方
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(電界ベクトルの振動方向)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 is changed. High efficiency can be realized for the first time by making the polarization direction of the electric field vector of the polarized light transmitted through the polarizer substantially the same as the polarization direction of the polarized light that the hologram element selectively diffracts (the vibration direction of the electric field vector). .
【0334】一方、電圧を印加することで本発明のホロ
グラム素子820は略等方的媒質となり、入射光束82
4はホログラム素子820を透過し、その裏面に設けら
れた反射ミラー826により散乱された光束が液晶パネ
ル819に入射する。この場合における液晶パネル81
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ー826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 becomes a substantially isotropic medium, and the incident light flux 82
4 transmits the hologram element 820, and the light beam scattered by the reflection mirror 826 provided on the back surface enters the liquid crystal panel 819. The liquid crystal panel 81 in this case
The output light flux of No. 9 is almost uniformly diffused by the dots provided on the reflection mirror 826 in the same manner as when illuminated by a conventional backlight.
【0335】このように、本発明のホログラム素子82
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819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っ
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。Thus, the hologram element 82 of the present invention
In the image display device using 0, when no voltage is applied, the illumination light is diffracted within a narrow solid angle substantially in the normal direction, so that the brightness when the liquid crystal panel 819 is observed from the front is extremely high. Further, by applying a voltage, the luminance when observing from the front is reduced, but a wide viewing angle can be secured.
【0336】本発明のようにホログラム素子を液晶パネ
ルのバックライトユニットに用い、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10等多数開示されているが、上記例にあっ
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
20のように視野角を切り替えられるものではない。The hologram element is used in the backlight unit of the liquid crystal panel as in the present invention, and the directivity is given to the diffracted light so that the luminance when viewed from the front (when viewed from the normal direction of the liquid crystal panel) is increased. Many examples are disclosed, for example, Conventional Example 7 to Conventional Example 10, but in the above example, the hologram element has only a single function of always diffracting incident light. Element 8
The viewing angle cannot be switched as in the case of 20.
【0337】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。In the prior arts 1 and 2, switchable hologram elements are disclosed, but no specific use as a backlight of a liquid crystal panel is disclosed. As described above, high efficiency can be realized only by making the polarization direction of the polarizing plate of the liquid crystal panel coincide with the polarization direction of light selectively diffracted by the hologram element.
【0338】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ー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。The function of the image display device of the present invention, which can switch the brightness and the viewing angle of an image, is extremely valuable when used as a display of a personal computer or a portable information terminal regardless of whether it is a stationary type or a notebook type. Function.
【0339】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。That is, when an image is viewed by an individual, the viewing angle (meaning equivalent to the range in which the image can be viewed)
It is not necessary to be unnecessarily wide, and a limited range necessary for image observation such as work is sufficient. According to the present invention, an image is output substantially in the direction of a worker observing the image from the front, so that the power consumption of the lamp can be reduced.
【0340】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820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。On the other hand, when observing an image with a large number of people, it is desirable that the viewing angle is wide. 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 is not changed, and the hologram element 820 of the present invention means that the amount of light flux reflected within a specific narrow solid angle can be controlled by an applied voltage.
【0341】次に、本実施の形態6で用いるホログラム
素子の作製方法について説明する。Next, a method of manufacturing the hologram element used in the sixth embodiment will be described.
【0342】本実施の形態6で用いるホログラム素子8
20は、実施の形態1および4−1で説明したように、
ITO501を形成した2枚のガラス基板502で作製
されたセルに光硬化型液晶として例えばUVキュアラブ
ル液晶と非重合性液晶の混合物を注入し、2光束干渉縞
を照明することで作製できる。Hologram element 8 used in Embodiment 6
As described in Embodiments 1 and 4-1, 20 is
For example, a mixture of a UV-curable liquid crystal and a non-polymerizable liquid crystal is injected as a photo-curable liquid crystal into a cell formed of two glass substrates 502 on which ITO 501 is formed, and is illuminated with two-beam interference fringes. it can.
【0343】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39に示したような所望の干渉
縞が形成され、干渉縞の強度の強い部分にUV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820が作製される。However, it is characterized in that the object light is made to enter the substrate almost perpendicularly at the angle at which the light flux enters the reference light.
At this time, by performing two-beam interference exposure in a state where a voltage is applied, a desired interference as shown in FIG.
The fringes are formed, and the UV-curable liquid crystal is separated from the portions where the intensity of the interference fringes is high, and the non-polymerizable liquid crystal is separated from the portions where the intensity is low, thereby producing the hologram element 820 of the present invention.
【0344】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21
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, both the object light and the reference light do not need to be plane waves. For example, a light beam 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 from the same angle range as the light beam that enters the hologram element after propagating through the hologram element.
【0345】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820のITO501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820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イク状に配列し、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, the ITO 501 of the hologram element 820 according to the present invention may be patterned, and the applied voltage may be varied for each region to locally control the refractive index anisotropy. Thereby, the efficiency of the hologram element 820 can be locally optimized. Further, for example, as disclosed in Conventional Example 7, the hologram elements may be arranged in a small mosaic pattern, and the individual micro hologram elements may be optimized so as to exhibit the maximum efficiency with respect to the wavelength of the incident light and the incident angle. .
【0346】また、図38(b)に示したように本発明
に係るホログラム素子820と、反射ミラー826の間
にλ/4板827を設け、かつ反射ミラー826をホロ
グラム素子820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82
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820を透過
する常光線828を異常光線に変換して再度ホログラム
素子820に入射せしめることができる。Also, as shown in FIG. 38B, a λ / 4 plate 827 is provided between the hologram element 820 according to the present invention and the reflection mirror 826 , and the reflection mirror 826 is not parallel to the hologram element 820. The hologram element 82 according to the present invention can be arranged at an angle of, for example, about 5 °.
In a mode in which an extraordinary ray is selectively diffracted without applying a voltage to 0, for example, the ordinary ray 828 passing through the hologram element 820 can be converted into an extraordinary ray and then incident on the hologram element 820 again.
【0347】その際、反射ミラー826を傾けて設置し
ているので、該ホログラム素子820の角度依存性によ
って反射ミラー826からの反射光束829はホログラ
ム素子820を透過し、ホログラム素子820により反
射された光束822と同一の偏光光(この場合はP偏光
光)として液晶パネル819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 reflection mirror 826 is installed at an angle, the reflected light flux 829 from the reflection mirror 826 is transmitted through the hologram element 820 and reflected by the hologram element 820 due to the angle dependence of the hologram element 820. The same polarized light as the light beam 822 (in this case, P-polarized light) can be incident on the liquid crystal panel 819, and the light use efficiency can be increased.
【0348】以上述べたように、本実施の形態6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82
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。[0348] As described above, the image display apparatus constructed in the sixth embodiment has the hologram element 82 according to the present invention.
By adjusting the applied voltage to zero, it is possible to control the amount of light flux output within a particular solid angle. As a result, a bright image display with a narrow viewing angle but
Although it becomes slightly darker, a wide viewing angle can be selected.
【0349】本実施の形態6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、車載用のヘッドア
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 according to the sixth embodiment can be used not only as a display for a stationary or notebook personal computer but also as a display for a portable information terminal, a portable communication device, or a head-up for a vehicle. It can be used as a display.
【0350】(実施の形態7)本発明の実施の形態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7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。(Embodiment 7) An image display device according to the present invention configured as Embodiment 7 of the present invention will be described. The image display device according to the seventh embodiment 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 mixed with a grid-like light (wavelength) equivalent to the pixel pitch. Illuminates the light-curable liquid crystal) to form a microcell structure surrounding each pixel by a photo-induced phase separation phenomenon.
【0351】ただし、光硬化型の液晶の硬化後における
ne 、no は各々非重合性液晶のne 、no と略等しい
構成となっている。However, ne and no after curing of the photocurable liquid crystal are substantially equal to ne and no of the non-polymerizable liquid crystal, respectively.
【0352】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-described microcell structure, liquid crystal molecules are aligned in an axially symmetric state stabilized by a photocuring reaction by a self-alignment force in a liquid crystal region, and a wide viewing angle and high contrast can be realized.
【0353】次に従来例と本実施の形態7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。Next, the difference between the conventional example and the image display device according to the seventh embodiment will be described. The effect of improving the viewing angle and realizing high contrast by the microcell is disclosed, for example, in Conventional Example 6. However, in Conventional Example 6, lattice-like light (wavelength: The photocurable resin is illuminated with a wavelength) to form a microcell structure surrounding each pixel by a photo-induced phase separation phenomenon, but there is no description about the refractive index anisotropy of the photocurable resin. I haven't.
【0354】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ト
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
あった。Generally, the photocurable resin has a slight but birefringent property and exhibits a slight refractive index anisotropy. Therefore, when displaying black, the contrast is good for a vertically incident light beam, but there is a disadvantage that the grating portion stands out as a discontinuous region and the uniformity is poor for an obliquely incident light beam. Was.
【0355】しかしながら本実施の形態7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 the seventh embodiment, the photo-curable liquid crystal is cured in the same alignment state as that of the non-polymerizable liquid crystal when displaying black, and the optical In order to make the anisotropy substantially equal to the optical anisotropy of the non-polymerizable liquid crystal, the portion of the microcell is conspicuous during black display, and it is possible to suppress a decrease in contrast,
An extremely uniform image could be displayed.
【0356】(実施の形態8−1)図40に本発明の実
施の形態8−1で構成した、前記実施の形態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901より放射す
る光は、体積ホログラム素子521をそのまま通過し、
結像レンズ904により1/4波長板905を介して光
記憶媒体906上に集光される。この場合、体積ホログ
ラム素子521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901からの出射光は、ほぼ全て光
記憶媒体906上に集光される。(Embodiment 8-1) FIG. 40 shows an outline of an optical information processing apparatus using the volume hologram element shown in Embodiment 2-1 and configured in Embodiment 8-1 of the present invention. Show. Light emitted from the semiconductor laser 901 that emits polarized light passes through the volume hologram element 521 as it is,
The light is focused on the optical storage medium 906 via the quarter-wave plate 905 by the imaging lens 904. In this case, the laser beam passing through the volume hologram element 521 is not diffracted, and almost all the emitted light from the semiconductor laser 901 is focused on the optical storage medium 906.
【0357】次に、光記憶媒体906で反射された光
は、再度1/4波長板905を通過し結像レンズ904
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901から出射されたときに対し、90°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521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902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 quarter-wave plate 905 again and passes through the imaging lens 904.
Converges. At this time, since the reflected light passes through the quarter-wave plate twice, the polarization direction of the reflected light is rotated by 90 ° with respect to the light emitted from the semiconductor laser 901. Therefore, this time, the reflected light undergoes a diffractive action according to the predetermined wavefront formed on the volume hologram element 521, and is converged on the photodetector 902.
【0358】ここで光検出器902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902に導かれる光量は、体
積ホログラム素子521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。[0358] 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 is 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 due to polarization separation on the outward path and the diffraction efficiency on the return path.
【0359】本発明の体積ホログラム素子521の原理
及び構造を図41及び図42に示す。図41は一軸性の
光学結晶の屈折率楕円体を示している。図41(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Ne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、
Noの屈折率を示す。FIG. 41 and FIG. 42 show the principle and structure of the volume hologram element 521 of the present invention. FIG. 41 shows a refractive index ellipsoid of a uniaxial optical crystal. FIG. 41A shows a refractive index ellipsoid when the optical axis is in the Y direction. At this time, the light whose polarization direction exists on the YZ plane becomes an extraordinary ray and shows the refractive index of Ne. XZ
It becomes an ordinary ray for light whose polarization direction exists in the plane,
No indicates the refractive index.
【0360】図41(b)は一軸性の光学結晶の光軸が
Y方向から90°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No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Noの屈折率を示すことになる。FIG. 41B shows a refractive index ellipsoid when the optical axis of the uniaxial optical crystal is inclined by 90 ° from the Y direction. In this case, the light having the polarization direction in the YZ plane has a No refractive index, and the light having the polarization direction in the XZ plane also has a No refractive index.
【0361】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NeとNo(Ne>No)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
Noの屈折率を示す。In the state where the optical axis is intermediate between (a) and (b), Ne and No (Ne> Ne) corresponding to the state of inclination of the optical axis with respect to light whose polarization direction exists on the YZ plane. No) takes an intermediate value of the refractive index. On the other hand, for light whose polarization direction exists on the XZ plane, the refractive index always indicates No, regardless of the inclination of the optical axis.
【0362】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、NeからNo
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Noだけの屈折率分布を示す場合が存在する。As described above, for the optical medium having the refractive index anisotropy, Ne to No.
There is a case where the refractive index distribution is within the range described above and a case where the refractive index distribution is only No, regardless of the inclination of the optical axis.
【0363】図18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521
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 sectional structure of the volume hologram element. The inside of this element has a periodic layer structure inclined from the surface on which light is incident to the thickness direction. The inclination of the optical axis of the optical medium having the refractive index anisotropy between adjacent layers is one because of the volume hologram element 521.
Are arranged so as to be parallel to the surface, and the other is arranged perpendicular to the surface.
【0364】ここで、この体積ホログラム素子521に
図18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521に入
射したときの振る舞いについて考える。In this volume hologram element 521, light having a polarization direction perpendicular to the plane of FIG. 18 is regarded as an ordinary ray, and light having a polarization direction parallel to the plane of FIG. 18 is regarded as an extraordinary ray. The behavior when the light enters the volume hologram element 521 will be considered.
【0365】まず、常光線が入射した場合、図41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Noとなる。つま
り、屈折率がNo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 an ordinary ray is incident, X in FIG.
Since the same treatment is performed as when light having a polarization direction is incident on the -Z plane, the refractive index of each layer is No, regardless of the direction of the optical axis of the optical medium constituting each layer. That is, since a medium having a uniform refractive index of No is present, the ordinary ray incident on the medium is not affected by diffraction, and FIG.
As shown in FIG.
【0366】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41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、Neの屈折率を有する層を
通過することになる。Next, the case where an extraordinary ray is incident will be considered. 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 in the YZ plane of FIG. 41 is incident on an optical medium having an optical axis in the Y direction of (a), and passes through a layer having a refractive index of Ne. become.
【0367】また、体積ホログラム素子521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41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Noの屈折
率を有するものとして取り扱われる。For a layer where the optical axis of the optical medium is perpendicular to the incident surface of the volume hologram element 521,
Since this corresponds to the case where light having a polarization direction is incident on the YZ plane with respect to FIG. 41B, this layer is treated as having a refractive index of No.
【0368】従って、異常光線に対しては体積ホログラ
ム素子521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, the volume hologram element 521 for an extraordinary ray 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 the light is condensed in a specific direction corresponding to the inclination angle of the layer and the pitch of the period.
【0369】図18に示したように、異常光線は体積ホ
ログラム素子521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 corresponding to the layer structure formed inside the element.
【0370】以上のように図40の光情報処理装置の構
成における体積ホログラム素子521に対し、半導体レ
ーザ901から出射する光の偏光方向を図18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
901からの出射光は体積ホログラム素子521によっ
て、変調を受けることなく結像レンズ904により1/
4波長板を介して光記憶媒体906に集光される。As described above, for the volume hologram element 521 in the configuration of the optical information processing apparatus of FIG. 40, the polarization direction of the light emitted from the semiconductor laser 901 is set so as to correspond to the ordinary ray shown in FIG. At this time, the light emitted from the semiconductor laser 901 is not modulated by the volume hologram element 521, and is not modulated by the imaging lens 904.
The light is focused on the optical storage medium 906 via the four-wavelength plate.
【0371】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904を経て体積ホログラム素子
521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18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521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902上に集光さ
れることになる。The light reflected here again passes through the quarter-wave plate, and enters the volume hologram element 521 via the imaging lens 904. At this time, the polarization direction is 9
The rotation by 0 ° corresponds to the case of the extraordinary ray shown in FIG. Therefore, the light is focused on a specific direction, in this case, on the photodetector 902 in accordance with the periodic refractive index distribution corresponding to the layer structure formed inside the volume hologram element 521.
【0372】図18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。By having 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 causes a phenomenon in which the scattered component strengthens in a specific direction corresponding to the wavelength, the incident angle, and the pitch between the layers. .
【0373】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 Bragg's diffraction condition. Such a condition results in a three-dimensional configuration with respect to a conventional two-dimensional diffractive optical element, and is blazed (light is converged in one direction). ).
【0374】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100%
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90%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40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40%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 dramatically improved as compared with the conventional diffractive optical element, and theoretically 100%
Efficiency is possible. In fact, an efficiency of 90% or more can be expected even when taking into account the loss on the way. On the other hand, if a hologram element as shown in FIG. 40 is constituted by a binary diffractive optical element as described above, the diffracted wave will be diffracted symmetrically to the higher order including the 0th order. As a result, the diffraction efficiency in the primary direction is a maximum of about 40%, which is a low value of 1/2 or less as a percentage of the total amount of light passing through the element.
【0375】本発明における体積ホログラム素子521
を用いて光情報処理装置を構成すれば、光記憶媒体90
6からの反射光を光検出器902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521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901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。The volume hologram element 521 of the present invention
If the optical information processing apparatus is configured by using the optical storage medium 90,
Since almost all of the reflected light from 6 can be collected on the photodetector 902, there is no problem such as a decrease in the S / N ratio due to a decrease in the light intensity. Furthermore, since the diffraction efficiency of the volume hologram element 521 is high, there is almost no return light amount to the semiconductor laser. Therefore, the problem of instability of the oscillation of the laser as the light source due to the feedback of the light intensity to the semiconductor laser 901 does not occur.
【0376】図18では体積ホログラム素子521を構
成する光学媒体の光軸が隣り合う層間で90°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NeからNoの中間値に設
定することも可能である。FIG. 18 shows the case where the optical axis of the optical medium constituting the volume hologram element 521 has the largest difference in the refractive index inclined by 90 ° between the adjacent layers. It is also possible to set the difference to an intermediate value between Ne and No.
【0377】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902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。Further, it is also possible to adjust the diffraction efficiency by selecting a refractive index distribution utilizing this, and arbitrarily set the detected light intensity and pattern for the photodetector 902.
【0378】又、体積ホログラム素子521の領域をい
くつかに分割し、それぞれ回折する方向をずらして光検
出器902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。Also, the area of the volume hologram element 521 is divided into several parts, and light signals are received in different areas of the photodetector 902 by shifting the directions in which they are diffracted, respectively. A configuration in which detection is performed efficiently is also possible.
【0379】さらに、半導体レーザ901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、それぞれの光波長に合
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521内に重畳して記録することも可能
である。Further, 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 periodic structures, angles, etc. are set according to the respective light wavelengths. Can be recorded in the volume hologram element 521 in a superimposed manner.
【0380】(実施の形態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42
を用いて説明する。(Embodiment 8-2) FIG. 42 shows a method of manufacturing a diffractive optical element used in an optical information processing apparatus according to the present invention.
This will be described with reference to FIG.
【0381】Arレーザ911からの360nm前後の
波長の出射光は、開閉式のメカニカルシャッタ912を
介してビームエキスパンダ913によって直径30mm
〜50mm程度のビームに広げられる。そしてビームス
プリッタ914により2方向に分割され、ミラー906
により体積ホログラム素子521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。またビームスプリッ
タ914で分割されたうちの一方の光束にはシャッタ9
15が配置されている。The light emitted from the Ar laser 911 having a wavelength of about 360 nm is passed through a mechanical shutter 912 that can be opened and closed by a beam expander 913 to have a diameter of 30 mm.
The beam can be expanded to about 50 mm. The beam is split in two directions by a beam splitter 914 ,
Irradiates at an angle corresponding to the structure of the interference fringes formed on the volume hologram element 521. One of the light beams split by the beam splitter 914 has a shutter 9.
15 are arranged.
【0382】次に、体積ホログラム素子521のセルの
作製プロセスについて説明する。Next, a process of manufacturing the cell of the volume hologram element 521 will be described.
【0383】ガラス基板上に透明導電性電極として、例
えばITO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。[0383] Two transparent conductive electrodes formed of, for example, ITO 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 an alignment film is formed on the substrate by performing a heat treatment or the like.
【0384】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5μm〜20μm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 by a roller or the like, a seal is printed around one substrate, and beads having a diameter of about 5 μm to 20 μm are dispersed on the other substrate. The two substrates were bonded together such that the rubbing directions were paired with each other to form an empty cell.
【0385】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。A liquid crystal was used as the optical medium having the refractive index anisotropy, and the empty cell fabricated here was injected.
Although the liquid crystal used this time has a positive dielectric anisotropy, it is also possible to use a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy.
【0386】光重合性液晶モノマーまたは光架橋可能液
晶ポリマー等が含まれており、360nm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40℃〜60℃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。It contains a photopolymerizable liquid crystal monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer, and has a property that the liquid crystal is cured by irradiation with light having a wavelength in the ultraviolet region of about 360 nm, and the direction of the liquid crystal molecules is fixed. I have. Although the implantation was performed at room temperature in an air atmosphere, the implantation may be performed at a high temperature of about 40 ° C. to 60 ° C. or in a vacuum atmosphere. After the liquid crystal was injected, the injection port and the vicinity of the deaeration port were sealed with a sealant in the cell, and a liquid crystal sample was completed.
【0387】以上のようにして作製した液晶サンプルを
図42で示す光学系の中の体積ホログラム素子521の
作製位置にセッティングした。初めにシャッタ912及
び915を開いた状態で、サンプル位置には、1μm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906による2光束の集光角度は15°〜45
°程度であり、Arレーザの照射強度は50mW〜10
0mW程度である。The liquid crystal sample produced as described above was set at the position where the volume hologram element 521 was produced in the optical system shown in FIG. First, with the shutters 912 and 915 opened, the sample position was adjusted so that interference fringes having a pitch of about 1 μm were formed. At this time, the converging angle of the two light beams by the mirror 906 is 15 ° to 45 °.
°, and the irradiation intensity of the Ar laser is 50 mW to 10 mW.
It is about 0 mW.
【0388】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
ッタ912を閉じ、シャッタ915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912
を所定の時間、ここでは1分間程度開放した後閉じる。Next, a process of forming interference fringes on a liquid crystal sample by a laser will be described. First, the liquid crystal sample is set with the shutter 912 closed and the shutter 915 opened. Then, the shutter 912
Is opened for a predetermined time, here about 1 minute, and then closed.
【0389】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ーザの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。This is the first step. In this step, the liquid crystal sample is hardened in the liquid crystal sample in the region belonging to the bright portion where the intensity of the interference fringes formed by the interference of the two light beams of the laser is increased. The molecular axis is fixed in the direction in which is initially oriented. Here, since a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is used, the liquid crystal molecules are initially uniformly aligned in a direction parallel to the glass substrate, and this state is preserved. On the other hand, in the region belonging to the dark portion of the interference fringes, the light intensity is lower than that of the bright portion, and therefore, hardening of the liquid crystal molecules is hardly promoted in the first step.
【0390】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ITO電極間に5(V/μm)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 the second step, the liquid crystal sample 2
An AC electric field of about 5 (V / μm) is applied between ITO electrodes as transparent conductive electrodes formed inside the glass substrates. 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 angle of inclination at this time is proportional to the applied electric field, a desired inclination angle, that is, a refractive index difference can be given by adjusting the magnitude of the electric field.
【0391】前記のように電圧を印加した状態でシャッ
タ915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521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 915 is closed, and the entire surface of the volume hologram element 521 is irradiated with light having a uniform intensity distribution without forming interference fringes for about 5 minutes. Is completely cured, including the liquid crystal.
【0392】以上のような第一と第二の工程を行うこと
で、図18で示したような構造を有する体積ホログラム
素子521を作製した。この素子の回折効率をHe−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98%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90%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 521 having a structure as shown in FIG. 18 was manufactured. The diffraction efficiency of this element is set to He-N
The measurement was performed using an e-laser while changing the incident polarization direction. The transmittance for ordinary light was about 98%, indicating a high transmittance. The diffraction efficiency of the extraordinary ray in the primary direction was about 90%, and good results were obtained. Therefore, the volume hologram element manufactured here has high polarization separation characteristics and diffraction efficiency, and it has been proved that it is promising as a diffractive optical element used for an information processing apparatus.
【0393】(実施の形態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8
−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42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。(Embodiment 8-3) Two glass substrates opposed to each other are used.
The same process as in -2 was performed, and a liquid crystal sample was prototyped. This sample was set in the optical system shown in FIG. 42, and the light portion of the interference fringes was exposed as a first step.
【0394】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42で示す体積ホログラムサンプル521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。Next, as a second step, in order to change the orientation direction of the liquid crystal molecules in the region belonging to the stripes of the dark portion from the initial position, setting for applying a magnetic field to the volume hologram sample 521 shown in FIG. 42 is performed. Was. Specifically, a magnetic field was formed around the liquid crystal sample by a superconducting magnet.
【0395】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8−2と
同様にシャッタ915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。Since liquid crystal has 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, as in Embodiment 8-2, the shutter 915 was closed, and uniform light irradiation was performed on the liquid crystal sample to cure the entire panel.
【0396】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ITO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、ITO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 need to be formed with ITO or the like as a transparent conductive electrode. Therefore, this process is omitted, the structure is simple, and a less expensive manufacturing is possible. Further, since the influence of the reflected light due to the difference in the refractive index at the interface between the glass and the ITO is removed, the transmittance is increased and the function as the diffractive optical element is also improved.
【0397】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90%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。The diffraction efficiency with respect to the polarization direction of the volume hologram element manufactured by the above-described process is shown in Embodiment 8.
-2 was measured in the same manner. As a result, it has been found that the diffraction efficiency has a performance of 90% or more, and the direction of liquid crystal molecules can be appropriately controlled even by a method by applying a magnetic field.
【0398】(実施の形態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8−4では、配向膜
としてポリビニルシンナメート(PVCi)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
42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913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。(Embodiment 8-4) From the step of applying an alignment film to a glass substrate, a trial production of a liquid crystal sample was performed in the same manner as in Embodiment 8-3. In Embodiment 8-4 , polyvinyl cinnamate (PVCi) was used as the alignment film, and the step of roller rubbing was omitted. This sample was set in the optical system in FIG. this time,
In this system, a polarizer is provided immediately after the beam expander 913, and only the linear polarization component of the laser light is used.
【0399】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8−2と同様にして行っ
た。この時、干渉縞パターンはレー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 8-2. At this time, the interference fringe pattern consists of only the linearly polarized light component of the laser light. When a polymer film is irradiated with linearly polarized light as a light source, molecules that have their main chains (or side chains) oriented in the direction of polarization among the randomly oriented polymers absorb light mainly and cause photoreaction. This causes the film to exhibit optical anisotropy. In a polymer material or the like, 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.
【0400】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 constituting the interference fringes, the setting was made so that the orientation direction of the liquid crystal molecules was parallel to the glass substrate.
【0401】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90°回
転させた。そして、シャッタ915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90°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 by 90 °. Then, the shutter 915 was closed, and the liquid crystal sample was irradiated with uniform light having a polarization direction in a direction orthogonal to the polarization direction in the first step. In the region belonging to the dark part, the light part is irradiated with light whose polarization direction is rotated by 90 °, so that the alignment direction of the liquid crystal molecules changes from the position in the first step and is fixed.
【0402】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、ロ
ー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 the liquid crystal molecules are different in the layers corresponding to the bright and dark portions of the interference fringes. In this case, since the alignment of the liquid crystal molecules is performed by light irradiation, it can be performed together with the exposure of interference fringes, and the manufacturing process can be simplified. Further, the rubbing method using a roller can be carried out in a non-contact manner, dust and the like can be prevented from being mixed, a highly reliable manufacturing process technology can be established, and mass production can be stably supported.
【0403】ここで作製した体積ホログラム素子521
の回折効率を実施の形態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70%程度であり、
若干回折効率が低下するものの50%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 volume hologram element 521 manufactured here
Were evaluated in the same manner as in Embodiments 8-2 and 3-3. As a result, the diffraction efficiency is about 70%,
Although the diffraction efficiency was slightly lowered, an efficiency of 50% or more was obtained, and it became clear that a diffractive optical element having a three-dimensional periodic structure was produced.
【0404】また、配向膜としてのPVCi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。Further, a process of irradiating light of a wavelength in the ultraviolet region having a specific polarization direction after the application of PVCi as an alignment film and before assembling the cell is introduced to improve the alignment of liquid crystal molecules. You may.
【0405】(実施の形態8−5)実施の形態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42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。(Embodiment 8-5) Using a process similar to that of Embodiment 8-2, a trial production of a liquid crystal sample was performed.
In this case, a mask was applied to a half area of the sample, and the optical system shown in FIG. 42 was set. Then, the first and second steps were performed in the same manner as in Embodiment 8-2 to produce a volume hologram in a region without a mask.
【0406】次に、図42に示すミラー916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。Next, the beam angle of the two light beams was changed by about 5 ° by changing the angle of the mirror 916 shown in FIG. Then, remove the mask part of the previous sample,
The first and second steps were repeated for this portion to produce a volume hologram.
【0407】以上のようにして作製した体積ホログラム
素子521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。As a result of evaluating the volume hologram element 521 manufactured as described above, light was diffracted in two different angular directions with respect to the irradiation of the extraordinary ray on the entire surface of the element.
【0408】また、この時のそれぞれの回折効率は90
%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40の構成に適用す
れば、体積ホログラム素子521により2方向に分割さ
れるため、光検出器902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, each diffraction efficiency is 90
%, Which indicates that different layer structures can be favorably formed 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 is performed at once in different regions on the photodetector 902, and focus shift, tracking shift, etc. Signal detection can be performed efficiently.
【0409】(実施の形態8−6)実施の形態8−2と
同様にして液晶サンプルを作製した。これを図42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、ミラー
916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。(Embodiment 8-6) A liquid crystal sample was manufactured in the same manner as in Embodiment 8-2. This was introduced into the optical system shown in FIG. 42, and the first step was performed to expose a region belonging to the bright portion of the interference fringes. Here, the angle of the mirror 916 was changed by about 5 ° to form interference fringes with different periods, and in this state, the first step was repeated to expose a light area.
【0410】次に実施の形態8−2と同様にシャッタ9
15を閉じ、均一な光を体積ホログラム素子521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, in the same manner as in Embodiment 8-2, the shutter 9
15 , the volume hologram element was manufactured by performing a second step of irradiating the volume hologram element 521 with uniform light.
【0411】以上のようにして作製した体積ホログラム
素子521の評価を行った。異常光線を用い、回折効率
測定用のレーザの角度を2回の干渉縞の露光に対応する
方向に設定して、異なる角度でそれぞれ測定した。回折
効率としてはそれぞれ2つの場合で75%〜80%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8−2と
同様98%程度の透過率を有していた。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 in a direction corresponding to two exposures of the interference fringes, and the measurement was performed at different angles. The diffraction efficiency was about 75% to 80% in two cases. Although the diffraction efficiency is somewhat reduced by forming the interference fringes in a superimposed manner as compared with the case where the interference fringes are formed alone, it is considered that this can be improved by adjusting the thickness of the liquid crystal sample to be large. On the other hand, it had a transmittance of about 98% for ordinary rays, as in Embodiment 8-2.
【0412】以上のように体積ホログラム素子521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。[0412] As described above, the volume hologram element 521 could be manufactured by superimposing interference fringes. This is optical readout using multiple lasers with different wavelengths,
It is considered to be effective in an optical information processing device that performs recording.
【0413】以上のように本実施の形態8−1〜8−6
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, Embodiments 8-1 to 8-6
In the above, the configuration of the diffractive optical element used in the optical information processing device by using the optical medium having the refractive index anisotropy and the manufacturing method thereof have been described.
【0414】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、KD2PO4、β−BaB2O4、PL
ZT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、KTi PO4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。As an optical medium having a refractive index anisotropy,
Lithium niobate, KD 2 PO 4 , β-BaB 2 O 4 , PL
It is also possible to use a uniaxial crystal having an electro-optical effect such as ZT, and to obtain an effect by using a medium having a refractive index anisotropy including a biaxial optical crystal such as KTi PO 4. It is also possible to demonstrate.
【0415】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。It is needless to say that the apparatus can be used as a recording-only or read-only apparatus.
【0416】[0416]
【発明の効果】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、高効率な偏光分離素子、およ
び偏光照明装置を構成することができ、さらに、これら
を用いて効率の高い、すなわち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。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a hologram element in which incident light can be switched between diffraction and straight traveling, and in which diffraction of an extraordinary ray obliquely incident upon straight traveling is extremely small. . Further, using the hologram element of the present invention, an inexpensive and highly efficient polarization separation element, and
And a polarized lighting device.
It can be configured with high efficiency, i.e. an image display device capable of displaying a bright image with.
【0417】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 switch between a bright image display with a narrow viewing angle but a bright image display and an image display with a low brightness from the front but a wide viewing angle as needed. Can be configured.
【0418】また、画像表示部に光硬化型液晶によるマ
イクロセル構造を有する画素を形成することにより、広
視野角で、高コントラストで、かつ均一な画像表示を実
現することが可能となった。Further, by forming a pixel having a microcell structure of a photo-curable liquid crystal in the image display section, a wide viewing angle, high contrast, and uniform image display can be realized.
【0419】尚、本発明に係る画像表示装置は、発明の
趣旨に基づき種々の変形が可能であり、上記構成に限定
されるものではない。Note that the image display device according to the present invention can be variously modified based on the gist of the invention, and is not limited to the above configuration.
【0420】また、本発明によれば、安価で、かつコン
パクトで高い分離効率を有する偏光分離素子を構成する
ことができる。また、本発明に係る偏光分離素子を用い
て構成される投射型画像表示装置によれば、高い光利用
効率を実現することができる。Further, according to the present invention, an inexpensive, compact, polarization-separating element having high separation efficiency can be constructed. Further, according to the projection type image display device configured using the polarization splitting element according to the present invention, high light use efficiency can be realized.
【0421】また、本発明は、屈折率異方性を有する光
学媒体を用いて三次元的な層構造を有する回折光学素子
を偏光分離素子として用いた偏光照明装置とこれを利用
した投射型画像表示装置に関するものである。屈折率異
方性を有する光学媒体を用いることで特定の偏波成分に
対しは透過し、これと直交する偏波成分に対しては回折
といった偏光方向による選択性を有している。更に、三
次元的な層構造から形成されているため、特定の方向に
対しての回折効率が極めて高く、理論的には100%の
回折効率を達成することが可能となる。Also, the present invention relates to a polarized light illuminating apparatus using a diffractive optical element having a three-dimensional layer structure as a polarization splitting element using an optical medium having refractive index anisotropy, and a projection type image using the same. The present invention relates to a display device. By using an optical medium having a refractive index anisotropy, a specific polarization component is transmitted, and a polarization component orthogonal to the specific polarization component has selectivity according to a polarization direction such as diffraction. Furthermore, since it is formed from a three-dimensional layer structure, the diffraction efficiency in a specific direction is extremely high, and it is theoretically possible to achieve 100% diffraction efficiency.
【0422】このように優れた偏光分離及び回折効率特
性を同時に合わせて有している回折光学素子を用いて偏
光照明装置を構成するため、極めて光利用効率の高い照
明装置を提供することができる。また、これを用いて投
射型の表示装置を構成することで、低消費電力で明るい
画像を得ることが可能となる。Since a polarized light illuminating device is formed using a diffractive optical element having such excellent polarization separation and diffraction efficiency characteristics at the same time, an illuminating device having extremely high light use efficiency can be provided. . In addition, investment by using this
By configuring a projection- type display device, a bright image can be obtained with low power consumption.
【0423】また、以上のようにディスプレイや照明光
学系への幅広い応用が可能であり、大きな価値を有する
ものである。Further, as described above, it can be widely applied to displays and illumination optical systems, and has great value.
【0424】また、本発明は屈折率異方性を有する光学
媒体を用いて三次元的な層構造を有する回折光学素子と
これを液晶素子と組み合わせて構成した画像表示装置及
び照明装置に関するものである。屈折率異方性を有する
光学媒体を用いることで特定の偏波成分に対しは透過
し、これと直交する偏波成分に対しては回折といった偏
光方向による選択性を有している。更に、三次元的な層
構造から形成されているため特定の方向に対しての回折
効率が極めて高く、理論的には100%の回折効率を達
成することが可能となる。このように優れた偏光分離及
び回折効率特性を同時に合わせて有している回折光学素
子と液晶素子を組み合わせて画像表示装置を構成した。
このため、シースルー型のディスプレイや外部光及び内
部光源との併用タイプのディスプレイ等を実現すること
ができ、高機能化と共に低消費電力化、コンパクト性を
有するものである。また、これらの画像表示装置と拡大
光学系とを組み合わせて構成すれば携帯情報端末用のマ
イクロディスプレイとしての利用も期待できる。更に、
画像表示装置と照明装置との併用も可能である。以上の
ようにディスプレイや照明光学系への幅広い応用が可能
であり、大きな価値を有するものである。The present invention also relates to a diffractive optical element having a three-dimensional layer structure using an optical medium having refractive index anisotropy, and an image display device and an illuminating device constituted by combining this with a liquid crystal element. is there. By using an optical medium having a refractive index anisotropy, a specific polarization component is transmitted, and a polarization component orthogonal to the specific polarization component has selectivity according to a polarization direction such as diffraction. Furthermore, since it is formed from a three-dimensional layer structure, the diffraction efficiency in a specific direction is extremely high, and it is theoretically possible to achieve 100% diffraction efficiency. An image display device was constructed by combining a liquid crystal element and a diffractive optical element having such excellent polarization separation and diffraction efficiency characteristics at the same time.
Therefore, it is possible to realize a see-through display, a display that is used in combination with external light and an internal light source, and the like, which has high functionality, low power consumption, and compactness. If these image display devices are combined with a magnifying optical system, use as a microdisplay for a portable information terminal can be expected. Furthermore,
It is also possible to use an image display device and a lighting device together. As described above, it can be widely applied to displays and illumination optical systems, and has great value.
【0425】さらに、本発明は、屈折率異方性を有する
光学媒体を用いて三次元的な層構造を有する回折光学素
子の構成及びその製造方法に関するもので、屈折率異方
性を有する光学媒体を用いることで特定の偏波成分に対
しは透過し、これと直交する偏波成分に対しては回折と
いった偏光方向による選択性を有している。Further, the present invention relates to a configuration of a diffractive optical element having a three-dimensional layer structure using an optical medium having a refractive index anisotropy and a method of manufacturing the same. By using a medium, a specific polarization component is transmitted, and a polarization component perpendicular to the specific polarization component has selectivity depending on the polarization direction such as diffraction.
【0426】更に、三次元的な層構造から形成されてい
るため特定の方向に対しての回折効率が極めて高く、理
論的には100%の回折効率を達成することが可能とな
る。Further, since it is formed from a three-dimensional layer structure, the diffraction efficiency in a specific direction is extremely high, and it is theoretically possible to achieve a diffraction efficiency of 100%.
【0427】このように、優れた偏光分離及び回折効率
特性を同時に合わせて有しているため、光信号の書き込
み及び記録を行う光情報処理装置を始め、ディスプレイ
等の照明光学系における偏光分離素子等への幅広い応用
が可能であり、大きな価値を有するものである。As described above, the polarization separation element in the illumination optical system such as a display or the like, as well as the optical information processing apparatus for writing and recording an optical signal, because it has excellent polarization separation and diffraction efficiency characteristics at the same time. It can be applied to a wide range of applications, etc., and has great value.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】 従来の直視型の液晶表示装置の構成図であFIG. 1 is a configuration diagram of a conventional direct-view type liquid crystal display device.
る。You.
【図2】 従来の光スイッチの構成及び各領域の屈折率FIG. 2 shows the configuration of a conventional optical switch and the refractive index of each region.
を示す図である。FIG.
【図3】 (a)は斜めの入射光に対する従来の光スイFIG. 3A shows a conventional optical switch for oblique incident light.
ッチの機能及び各領域の屈折率を示す図である。(b)FIG. 4 is a diagram showing a function of a switch and a refractive index of each region. (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Is a refractive index ellipse that represents the refractive index anisotropy of the obliquely incident light flux
体の構成図である。It is a block diagram of a body.
【図4】 従来の偏光照明装置の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional polarized light illumination device.
【図5】 従来の他の偏光照明装置の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of another conventional polarized light illumination device.
【図6】 従来の投射型画像表示装置の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional projection image display device.
【図7】 従来の投射型画像表示装置に用いるインテグFIG. 7 shows an integration used in a conventional projection type image display device.
レータを示す構成図である。FIG.
【図8】 従来の投射型画像表示装置に用いる偏光変換FIG. 8 shows polarization conversion used in a conventional projection type image display device.
素子を示す構成図である。It is a block diagram showing an element.
【図9】 従来の液晶表示装置の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional liquid crystal display device.
【図10】 実施の形態1で構成したホログラム素子のFIG. 10 shows a hologram element configured in the first embodiment.
構成及び液晶分子の配列、及び各領域の屈折率を示す図Diagram showing the configuration, arrangement of liquid crystal molecules, and the refractive index of each region
である。It is.
【図11】 実施の形態1で構成したホログラム素子のFIG. 11 shows the hologram element configured in the first embodiment.
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Functions for obliquely incident light flux and refractive index of each area
示す図である。FIG.
【図12】 実施の形態1で構成した他のホログラム素FIG. 12 shows another hologram element configured in the first embodiment.
子の構成及び液晶分子の配列、及び各領域の屈折率を示The composition of the liquid crystal, the arrangement of the liquid crystal molecules, and the refractive index of each region are shown.
す図である。FIG.
【図13】 実施の形態2−1で構成した偏光分離素子FIG. 13 shows a polarization beam splitter configured in Embodiment 2-1.
の構成図である。FIG.
【図14】 実施の形態2−1で用いた回折光学素子のFIG. 14 illustrates a diffraction optical element used in Embodiment 2-1.
製造プロセスにおける液晶の配向状態を表した平面図でThe plan view showing the alignment state of the liquid crystal in the manufacturing process
ある。is there.
【図15】 実施の形態2−1で用いた回折光学素子のFIG. 15 shows a diffraction optical element used in Embodiment 2-1.
製造プロセスにおける液晶の配向状態及び、入力されるThe alignment state of the liquid crystal in the manufacturing process and the input
干渉縞の強度分布を表した模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an intensity distribution of interference fringes.
【図16】 実施の形態2−1で用いた回折光学素子にFIG. 16 shows a diffraction optical element used in Embodiment 2-1.
おける液晶の配向状態を表した模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an alignment state of a liquid crystal in the embodiment.
【図17】 実施の形態2−1で用いた回折光学素子のFIG. 17 shows the diffraction optical element used in Embodiment 2-1.
回折効率を表した図である。It is a figure showing the diffraction efficiency.
【図18】 実施の形態2−1で用いた回折光学素子のFIG. 18 illustrates a diffraction optical element used in Embodiment 2-1.
内部構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of an internal structure.
【図19】 実施の形態2−1で用いた回折光学素子のFIG. 19 shows a diffraction optical element used in Embodiment 2-1.
角度及び波長依存性の一例を示す図である。It is a figure showing an example of angle and wavelength dependence.
【図20】 実施の形態2−2の、回折光学素子を用いFIG. 20 is a diagram illustrating the use of the diffractive optical element according to the embodiment 2-2.
た偏光分離素子の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a polarized light separating element.
【図21】 実施の形態3−1の、回折光学素子を用いFIG. 21 shows an example using the diffractive optical element of Embodiment 3-1.
た偏光照明装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a polarized illumination device.
【図22】 実施の形態3−2の、回折光学素子を用いFIG. 22 is a diagram illustrating the use of the diffractive optical element according to the embodiment 3-2.
た偏光照明装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a polarized illumination device.
【図23】 実施の形態3−3の、回折光学素子を用いFIG. 23 shows the case of using the diffractive optical element of the embodiment 3-3.
た偏光照明装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a polarized illumination device.
【図24】 実施の形態3−4の、回折光学素子を用いFIG. 24 shows the structure using the diffractive optical element according to the embodiment 3-4.
た偏光照明装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a polarized illumination device.
【図25】 実施の形態3−5の、回折光学素子を用いFIG. 25 shows a case where the diffractive optical element according to the embodiment 3-5 is used.
た偏光照明装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a polarized illumination device.
【図26】 実施の形態3−6の、回折光学素子を用いFIG. 26 shows the case using the diffractive optical element according to the embodiment 3-6.
た偏光照明装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a polarized illumination device.
【図27】 実施の形態4−1の、ホログラム素子を用FIG. 27 uses the hologram element of Embodiment 4-1.
いた画像表示装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of the image display device.
【図28】 実施の形態4−2の、透過型のカラー表示FIG. 28 is a transmissive color display of Embodiment 4-2.
タイプの投射型画像表示装置の一実施の形態を示す構成Showing an embodiment of a projection type image display device of the type
図である。FIG.
【図29】 実施の形態4−3の、反射型のカラー表示FIG. 29 is a reflective color display according to Embodiment 4-3.
タイプの投射型画像表示装置の一実施の形態を示す構成Showing an embodiment of a projection type image display device of the type
図である。FIG.
【図30】 実施の形態5−1の、回折光学素子を用いFIG. 30 shows a case where the diffractive optical element of Embodiment 5-1 is used.
た画像表示装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an image display device according to an embodiment.
【図31】 実施の形態5−2の、回折光学素子を用いFIG. 31 shows an example using the diffractive optical element according to the embodiment 5-2.
た画像表示装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an image display device according to an embodiment.
【図32】 実施の形態5−3の、回折光学素子を用いFIG. 32 shows the case using the diffractive optical element according to the embodiment 5-3.
た反射型の画像表示装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a reflection type image display device.
【図33】 実施の形態5−4の、回折光学素子を用いFIG. 33 shows the case using the diffractive optical element according to the embodiment 5-4.
たバックライト併用の反射型の画像表示装置の構成図でConfiguration diagram of a reflective image display device combined with a backlight
ある。is there.
【図34】 実施の形態5−5の、回折光学素子を用いFIG. 34 shows the case using the diffractive optical element of the embodiment 5-5.
た画像表示装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an image display device according to an embodiment.
【図35】 実施の形態5−8の、回折光学素子を用いFIG. 35 shows a case using the diffractive optical element according to the embodiment 5-8.
た画像表示装置及び照明装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of an image display device and a lighting device according to an embodiment.
【図36】 実施の形態5−9の、回折光学素子を用いFIG. 36 shows an example using the diffractive optical element of the embodiment 5-9.
た画像表示装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an image display device according to an embodiment.
【図37】 実施の形態5−10の、回折光学素子を用FIG. 37 shows the case where the diffractive optical element according to the embodiment 5-10 is used.
いた小型画像表示装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a small image display device.
【図38】 実施の形態6の、ホログラム素子を用いたFIG. 38 shows a case where the hologram element of Embodiment 6 is used.
画像表示装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of an image display device.
【図39】 実施の形態6の画像表示装置に用いられるFIG. 39 is used for the image display device according to the sixth embodiment.
ホログラム素子の構成図である。It is a block diagram of a hologram element.
【図40】 実施の形態8−1の、回折光学素子を用いFIG. 40 shows the case of using the diffractive optical element of Embodiment 8-1.
た光情報処理装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an optical information processing apparatus according to an embodiment.
【図41】 一軸性の光学媒体の屈折率楕円体に基づくFIG. 41 is based on a refractive index ellipsoid of a uniaxial optical medium
屈折率変調の一例を示す図である。It is a figure showing an example of refractive index modulation.
【図42】 実施の形態8−2の回折光学素子の製造方FIG. 42 shows a method of manufacturing the diffractive optical element according to Embodiment 8-2.
法の光学系を示す図である。It is a figure showing an optical system of a method.
【符号の説明】501 ITO 502 ガラス基板 503,504 領域 503a,504a 液晶分子 504 領域 504a 液晶分子 510 偏光分離素子 511,512 ホログラム素子 512 ホログラム素子 513,514 ガラス基板 515 UV硬化型液晶 515a 液晶分子 515b 液晶分子 521 ホログラム素子 522 光学媒体 530 偏光分離素子 531 全反射ミラー 532 ホログラム素子 533 ランプ 534 リフレクタ 540 偏光変換素子 541 インテグレータ 542 レンズ群 542a レンズ 543 レンズ群 543a レンズ 544 位相差板 545 集光レンズ 546 フィールドレンズ 547 画像表示素子 550 偏光変換素子 551 ホログラム素子 552 位相差板 560 偏光変換素子 561,562 ホログラム素子 562 ホログラム素子 563 位相差板 570 偏光変換素子 571 レンズ群 571a レンズ 572,573 ホログラム素子 574 位相差板 575 集光レンズ 576 フィールドレンズ 577 画像表示素子 578 投射レンズ 579 スクリーン 590 偏光変換素子 600 投射型画像表示装置 601 偏光照明装置 602 投射レンズ 610 色分解系要素 611 ダイクロイックプリズム 612〜614 全反射ミラー 620 色合成系要素 621〜623 全反射ミラー 624〜626 画像表示素子 627 ダイクロイックプリズム 628 投射レンズ 629 スクリーン 630 色合成系要素 631〜633 偏光ビームスプリッタ 634〜636 画像表示素子 637 ダイクロイックミラー 701 液晶素子 702,703 ホログラム素子 704 光源 704a ランプ 704b リフレクタ 710 外部光 711 ミラー 720 液晶素子 721 カラーフィルタ 731 画像表示装置 732 壁面 733 車両 741,742 回折光学素子 741〜744 ホログラム素子 745,746 位相差板 751 ホログラム素子 752 回折光学素子 753 板 754 拡大光学系 819 透過型液晶パネル 820 ホログラム素子 821 導光体 822 光束 824 光束 825 反射鏡 826 反射ミラー 828 常光線 829 反射光束 901 半導体レーザ 902 光検出器 904 結像レンズ 905 液晶素子 906 光記憶媒体 907 観察者 911 レーザ 912 シャッタ 913 ビームエキスパンダ 914 ビームスプリッタ 916 ミラー DESCRIPTION OF SYMBOLS 501 ITO 502 Glass substrates 503, 504 Regions 503a, 504a Liquid crystal molecules 504 Region 504a Liquid crystal molecules 510 Polarization separation elements 511, 512 Hologram elements 512 Hologram elements 513, 514 Glass substrate 515 UV curable liquid crystal 515a Liquid crystal molecules 515b Liquid crystal molecules 521 Hologram element 522 Optical medium 530 Polarization separation element 531 Total reflection mirror 532 Hologram element 533 Lamp 534 Reflector 540 Polarization conversion element 541 Integrator 542 Lens group 542a Lens 543 Lens group 543a Lens 544 Phase difference plate 545 Condensing lens 546 Field lens 547 image display device 550 the polarization conversion element 551 hologram element 552 retarder 560 the polarization conversion element 561, 562 a hologram element 562 Program element 563 retarder 570 the polarization conversion element 571 lens unit 571a lens 572 and 573 a hologram element 574 retardation plate 575 a condenser lens 576 field lens 577 image display device 578 a projection lens 579 screen 590 the polarization conversion element 600 projection type image display device 601 Polarization illumination device 602 Projection lens 610 Color separation system element 611 Dichroic prism 612-614 Total reflection mirror 620 Color synthesis system element 621-623 Total reflection mirror 624-626 Image display element 627 Dichroic prism 628 Projection lens 629 Screen 630 Color synthesis system Elements 631 to 633 Polarizing beam splitters 634 to 636 Image display element 637 Dichroic mirror 701 Liquid crystal element 702, 703 Hologram element 704 Light source 704a Pump 704b Reflector 710 External light 711 Mirror 720 Liquid crystal element 721 Color filter 731 Image display device 732 Wall 733 Vehicle 741,742 Diffractive optical element 741-744 Hologram element 745,746 Phase difference plate 751 Hologram element 752 Diffractive optical element 754 Plate 754 Enlarge Optical system 819 Transmissive liquid crystal panel 820 Hologram element 821 Light guide 822 Light flux 824 Light flux 825 Reflecting mirror 826 Reflecting mirror 828 Normal ray 829 Reflected light flux 901 Semiconductor laser 902 Photodetector 904 Imaging lens 905 Liquid crystal element 906 Optical storage medium 907 Observation 's 911 laser 912 shutter 913 beam expander 914 beam splitter 916 mirror
【手続補正3】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図2[Correction target item name] Figure 2
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図2】 FIG. 2
【手続補正4】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図3[Correction target item name] Figure 3
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図3】 FIG. 3
【手続補正5】[Procedure amendment 5]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図6[Correction target item name] Fig. 6
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図6】 FIG. 6
【手続補正6】[Procedure amendment 6]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図7[Correction target item name] Fig. 7
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図7】 FIG. 7
【手続補正7】[Procedure amendment 7]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図8[Correction target item name] Fig. 8
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図8】 FIG. 8
【手続補正8】[Procedure amendment 8]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図9[Correction target item name] Fig. 9
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図9】 FIG. 9
【手続補正9】[Procedure amendment 9]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図10[Correction target item name] FIG.
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図10】 FIG. 10
【手続補正10】[Procedure amendment 10]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図21[Correction target item name] FIG.
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図21】 FIG. 21
【手続補正11】[Procedure amendment 11]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図22[Correction target item name] FIG.
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図22】 FIG.
【手続補正12】[Procedure amendment 12]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図25[Correction target item name] Fig. 25
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図25】 FIG. 25
【手続補正13】[Procedure amendment 13]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図26[Correction target item name] FIG. 26
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図26】 FIG. 26
【手続補正14】[Procedure amendment 14]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図28[Correction target item name] FIG. 28
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図28】 FIG. 28
【手続補正15】[Procedure amendment 15]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図29[Correction target item name] FIG. 29
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図29】 FIG. 29
【手続補正16】[Procedure amendment 16]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図31[Correction target item name] FIG.
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図31】 FIG. 31
【手続補正17】[Procedure amendment 17]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図32[Correction target item name] FIG. 32
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図32】 FIG. 32
【手続補正18】[Procedure amendment 18]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図33[Correction target item name] FIG.
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図33】 FIG. 33
【手続補正19】[Procedure amendment 19]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図34[Correction target item name] FIG.
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図34】 FIG. 34
【手続補正20】[Procedure amendment 20]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図36[Correction target item name] Fig. 36
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図36】 FIG. 36
【手続補正21】[Procedure amendment 21]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図38[Correction target item name] FIG.
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図38】 FIG. 38
【手続補正22】[Procedure amendment 22]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図39[Correction target item name] FIG.
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図39】 FIG. 39
【手続補正23】[Procedure amendment 23]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図40[Correction target item name] FIG.
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図40】 FIG. 40
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G09F 19/12 G09F 19/12 L G11B 7/135 G11B 7/135 A (31)優先権主張番号 特願平9−335352 (32)優先日 平9(1997)12月5日 (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平10−10215 (32)優先日 平10(1998)1月22日 (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平10−10195 (32)優先日 平10(1998)1月22日 (33)優先権主張国 日本(JP)──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI G09F 19/12 G09F 19/12 L G11B 7/135 G11B 7/135 A (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 9-335352 ( 32) Priority date Hei 9 (1997) December 5 (33) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 10-10215 (32) Priority date Hei 10 (1998) January 22 Date (33) Priority claim country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 10-10195 (32) Priority date Hei 10 (1998) January 22 (33) Priority claim country Japan (JP)
Claims (82)
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、 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、 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。A first region comprising a photo-curable liquid crystal that is cured by at least a specific wavelength and has a refractive index anisotropy; The wavelength is formed from a second region composed of a non-curable liquid crystal (hereinafter, abbreviated as a non-polymerizable liquid crystal), and the refractive index of the photo-curable liquid crystal to ordinary light and the refractive index to extraordinary light after curing are as described above. A hologram element, wherein a refractive index of a non-polymerizable liquid crystal for an ordinary ray and a refractive index for an extraordinary ray are substantially equal to each other.
り、非重合性液晶のスイッ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 method according to claim 1, wherein a switching state of the non-polymerizable liquid crystal is controlled by a voltage applied to the non-polymerizable liquid crystal to control a refractive index of the second region with respect to an incident extraordinary ray. 2. The hologram element according to claim 1.
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っ
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 liquid crystal mixture 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 method according to claim 1, wherein the plurality of regions are formed by subjecting the injected mixed liquid crystal to interference exposure with a laser beam having a wavelength for curing the photocurable liquid crystal. .
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. A hologram element according to claim 1, further comprising: illuminating means for illuminating the hologram element; and image display means for displaying an image by modulating an output light beam of the hologram element. An image display device characterized by the above-mentioned.
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 exit angle of a specific polarized light component from an unpolarized incident light beam.
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 illumination means in a direction substantially normal to the image display means. The image display device according to claim 4, wherein the hologram element controls the function by controlling a voltage applied to the second region.
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
界ベ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。7. The image display means has a function of modulating only a specific polarized light component (hereinafter, abbreviated as a second polarized light component), and the image display means selectively diffracts the light by the hologram element. The image display device according to claim 4, wherein the directions in which the electric field vectors of the first polarization component and the second polarization component vibrate are substantially equal.
と反射ミラーを備えており、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。8. The hologram element further comprising a λ / 4 wavelength plate and a reflection mirror on the back surface of the hologram element, wherein the angle of the reflection mirror is at least 5 ° with respect to the hologram element. 5. The image display device according to 4.
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、 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。9. A microcell structure surrounded by a photocurable liquid crystal cured at least for each pixel, a non-polymerizable liquid crystal is provided in the microcell, and the photocurable liquid crystal is cured. An image display device, wherein a refractive index for a later ordinary ray and a refractive index for an extraordinary ray are substantially equal to the refractive index of the non-polymerizable liquid crystal for ordinary rays and the refractive index for extraordinary rays, respectively.
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、 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θ0と、 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θ1と、 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θ
2が下式の |θ1−θ2|>20 |θ0−θ2|<15 を満足することを特徴とする偏光分離素子。10. The first and second hologram elements having at least polarization anisotropy with respect to an incident light beam and selectively diffracting substantially only a first polarization component. An angle θ0 between the incident light beam incident on the hologram element and the optical axis; an angle θ1 between the incident light beam and the first output light beam diffracted by the first hologram element with the optical axis; the first output light beam Is incident on the second hologram element and then diffracted and output.
2 satisfies the following expression: | θ1−θ2 |> 20 | θ0−θ2 | <15.
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。11. The polarization beam splitting element according to claim 1, wherein the polarization beam splitting element is constituted by holding a hologram material by a glass substrate.
であることを特徴とする請求項1記載の偏光分離素子。12. The polarization separation element according to claim 1, wherein the hologram material is a UV-curable liquid crystal.
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。13. The polarization splitting device 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.
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、 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イン
テグレータを具備しており、 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、 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、 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90゜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。14. A projection type image display device comprising at least a polarization type image display means and an illuminating means for illuminating said polarization type image display means, wherein said polarization type image display means comprises: An image is displayed by modulating and outputting a specific polarization component in illumination light from the illumination unit incident on the unit, and the illumination unit condenses at least a light emitting unit and an output light flux of the light emitting unit. A first condensing means, the polarization splitting element, and an integrator including first and second fly-eye lenses in which a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged in an array; The polarization splitting element is disposed between the first fly-eye lens and the first focusing means, diffracts a first polarization component in the incident light beam, and outputs the diffracted light as the second light beam. A second polarization direction having a polarization direction orthogonal to the polarization component; Is output as a third light flux without being substantially diffracted, and each lens of the first minute lens group forming the first fly-eye lens is the second lens forming the second fly-eye lens. Polarization plane rotating means for forming an image of the light emitting means on the corresponding minute lens in the group of minute lenses, and rotating the polarization direction by approximately 90 ° at a position where the second light beam or the third light beam is imaged. A projection type image display device comprising:
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、 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、15°未満であるとともに、 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20°を越えることを特徴とする偏光分離素子。15. A plate-like first and second hologram element arranged substantially parallel to each other and selectively diffracting predetermined polarization components substantially equal to each other, and incident on the first hologram element, A diffracted light beam diffracted by the first and second hologram elements and emitted from the second hologram element; and a diffracted light beam incident on the first hologram element and transmitted through the first and second hologram elements. The angle formed by the transmitted light flux emitted from the second hologram element exceeds 0 ° and is less than 15 °, and is incident on the first hologram element, and the first and second hologram elements Angle of the light beam incident on each hologram element and the light beam diffracted by each hologram element in the light beam diffracted by A polarization splitting element characterized by exceeding 20 ° each.
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。16. A polarization splitting device according to claim 1, wherein said first and second hologram elements are formed by disposing a hologram material between a pair of glass substrates. Isolation element.
ることを特徴とする偏光分離素子。17. The polarization separation element according to claim 2, wherein the hologram material is formed by curing an ultraviolet-curable liquid crystal.
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。18. The polarization separation element according to claim 2, wherein the hologram material is obtained by curing a mixture of a photopolymer and a liquid crystal polymer having curability with respect to irradiation of light having a predetermined wavelength. The polarization separation element characterized by the above-mentioned.
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、 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、 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って、 上記偏光分離手段は、 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、 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、 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、15°未満であるとともに、 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20°を越えるものであることを特徴とする偏光
分離素子。19. A polarized light separating element for making optical paths of polarized light components in different directions different from each other in a light beam incident on a light emitting means, and a diffracted light beam and a transmitted light beam which are emitted from the polarized light separating means are respectively different from each other. 2. An image display apparatus comprising: a light condensing means for condensing light at a position 2; and a polarization plane rotating means for rotating the polarization direction of an incident polarization component at one of the first and second positions. The polarization splitting means includes first and second plate-shaped hologram elements arranged substantially parallel to each other and selectively diffracting predetermined polarization components substantially equal to each other, and is incident on the first hologram element. A diffracted light beam diffracted by the first and second hologram elements and emitted from the second hologram element; The angle between the transmitted light beam, the transmitted light beam transmitted through the first and second hologram elements, and emitted from the second hologram element exceeds 0 ° and is less than 15 °; Of the light beam incident on the hologram element and diffracted by the first and second hologram elements, the angle between the light beam incident on each hologram element and the light beam diffracted by each hologram element is 20 °. A polarized light separating element,
に、 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ータを備え、 上記集光手段は、上記インテグレータの第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。20. The image display device according to claim 5, further comprising a first and a second fly-eye lens each having a plurality of microlenses arranged therein, and further comprising: Each of the minute lenses comprises an integrator for forming an image of the light emitting means on the corresponding minute lens of the minute lens constituting the second fly-eye lens, and the light condensing means comprises a first light source of the integrator. An image display device comprising a fly-eye lens.
する光束であって、 上記偏波面回転手段は、入射した光束の偏光方向をほぼ
90°回転させることを特徴とする画像表示装置。21. The image display device according to claim 5, wherein the diffracted light beam and the transmitted light beam are light beams whose polarization directions are orthogonal to each other, and the polarization plane rotating means changes the polarization direction of the incident light beam. An image display device characterized by being rotated by approximately 90 °.
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、 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、 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。22. At least a light source, a diffractive optical element having refractive index anisotropy, and a total reflection mirror disposed adjacent to the light source, and a one-way polarization component (P) of light emitted from the light source is provided. Wave or S wave) passes through the diffractive optical element, is reflected by the reflection mirror, exits again through the diffractive optical element, and is substantially orthogonal to the emitted light (S wave or P wave).
When the wave is emitted while changing its propagation direction by the diffractive action of the diffractive optical element, the propagation directions of the diffracted wave from the diffractive optical element and the reflected wave from the total reflection mirror are substantially the same, and A predetermined wavefront of the diffractive optical element is formed so as to have different emission angles.
子とこれに隣接して配置された全反射ミラーと前記全反
射ミラー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、 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、前記位相板及び前記回折光学素子を通
過して出射し、 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。23. A light source, a diffractive optical element having refractive index anisotropy, a total reflection mirror disposed adjacent to the light source, and a polarization direction of light reflected from the total reflection mirror is changed to a polarization direction of light at the time of emission. In order to rotate in a direction substantially perpendicular to the optical axis, at least a phase plate disposed in the optical path to the diffractive optical element is provided, and a polarization component (P wave or S wave) in one direction of light emitted from the light source is A component that is transmitted through the diffractive optical element, reflected by the reflection mirror, exits through the phase plate and the diffractive optical element, and is substantially orthogonal to the emitted light (S wave or P
When the wave is emitted while changing its propagation direction due to the diffractive action of the diffractive optical element, the directions of propagation of the diffracted wave from the diffractive optical element and the reflected wave from the total reflection mirror are substantially equal to form a substantially parallel light beam. The polarized illuminating device wherein the predetermined wavefront of the diffractive optical element is formed as described above.
反射ミラー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 polarization illuminating apparatus according to claim 2, wherein the directions of polarization of the diffracted wave from the diffractive optical element and the light wave reflected and emitted by the total reflection mirror are substantially equal.
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。25. A polarized light illuminating apparatus according to claim 2, wherein said diffractive optical element substantially transmits a light wave reflected by said total reflection mirror and passing through a phase plate.
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、 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、 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、 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。26. A light source, a pair of diffractive optical elements having refractive index anisotropy, and a phase plate for rotating a polarization direction of an incident light wave in a substantially right angle direction, at least as constituent elements, and light emitted from the light source. Is incident on one diffractive optical element, is transmitted or diffracted for each polarization component (P wave or S wave), and the diffracted wave is incident on the other diffractive optical element, is further diffracted, and exits. In a configuration in which a phase plate is arranged in one of the optical paths of the transmitted wave or the diffracted wave of the optical element, one set is formed so that the light flux transmitted or diffracted by the one set of diffractive optical elements becomes substantially parallel light flux. A polarizing illuminator, wherein the diffractive optical element is arranged.
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45°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. A tilt angle of the set of diffractive optical elements with respect to a plane in which light incident surfaces of the set of diffractive optical elements are substantially parallel to each other and perpendicular to an optical axis of light emitted from the light source. Is less than or equal to 45 °.
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 apparatus 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.
くはS波)毎に透過または回折する回折光学素子と前記
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、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。29. A set of a diffractive optical element for transmitting or diffracting light emitted from a light source for each polarization component (P wave or S wave) and another diffractive optical element for further diffracting the diffracted wave; When the phase plate arranged in the optical path of either the transmitted wave or the diffracted wave of the set of diffractive optical elements is one constituent unit, the constituent unit composed of the set of diffractive optical elements and the phase plate is plural. A polarized light illuminating device, which is arranged side by side adjacently.
が略平行光束であっ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 apparatus according to claim 8, wherein the light beams emitted from the plurality of constituent units are substantially parallel light beams and have substantially the same polarization direction.
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 apparatus according to claim 8, wherein said phase plate has a function of rotating a polarization direction of an incident light wave in a substantially right-angle direction.
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45°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。32. The pair of diffractive optical elements forming the plurality of constituent units, the light wave incident surfaces of which are substantially parallel to each other and the one set of which are perpendicular to the optical axis of light emitted from the light source. 9. The polarization illuminating device according to claim 8, wherein the inclination angle of the diffractive optical element is 45 ° or less.
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、2、5、8のいずれかに記載の偏光照明装置。33. The diffractive optical element, wherein a periodic structure is formed using an optical medium having a refractive index anisotropy, and the periodic structure with respect to a polarized component (P wave or S wave) of incident light in one direction. It has a function of producing a refractive index distribution corresponding to the structure, diffracting light by this refractive index difference, and preferentially going straight to a component (S-wave or P-wave) that is substantially orthogonal to the incident light. The polarized illumination device according to any one of claims 1, 2, 5, and 8, wherein
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12記載の偏光照明装置。34. The polarized light illuminating device according to claim 12, wherein the periodic structure of the diffractive optical element is formed by the inclination of the optical axis of an optical medium having refractive index anisotropy.
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請求項12記載の偏光照明装
置。35. The diffractive optical element is constituted by including liquid crystals arranged uniformly, and a photopolymerizable monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer is added, and the molecular axis of the liquid crystal in response to light irradiation in an ultraviolet region. 13. The polarized light illuminating device according to claim 12, wherein the direction is fixed.
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。36. The polarized light illuminating apparatus according to claim 1, wherein said diffractive optical element includes a structure in which a plurality of different periodic structures are superposed.
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 illuminator according to claim 1, wherein the diffractive optical element has a laminated structure of a plurality of diffractive optical elements having different periodic structures.
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 in the polarized light illuminating device according to claim 1, and a second lens paired with the first lens array.
A projection display apparatus comprising at least a lens array, a light valve, and a projection optical system for enlarging and projecting an optical image on the light valve.
(緑)、B(青)に対応する波長が異なる3つの光束に
色分解し、 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、 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。39. A light flux from a light source is substantially R (red), G
6. A diffractive optical element that separates color into three light beams having different wavelengths corresponding to (green) and B (blue), and that has a different wavefront formed for the light beams having different wavelengths. 8. A polarized light illuminating device according to any one of claims 8 to 8, wherein a first lens array configured by arranging a plurality of lenses, a second lens array paired with the first lens array, a light valve, and the light A projection display device comprising at least a projection optical system for enlarging and projecting an optical image on a bulb.
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
両側に配置された回折光学素子とを少なくとも含んで構
成され、 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、 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。40. A liquid crystal element having a liquid crystal layer sandwiched between two opposing transparent insulating substrates each having a light source and transparent conductive electrodes patterned to form pixels, and disposed on both sides of the liquid crystal element. And at least one diffracted optical element. The emitted light from the light source is incident on one diffractive optical element and diffracted, and approximately の of the amount of light incident on the diffractive optical element is incident on the liquid crystal element. An image display apparatus, wherein an image is displayed by an operation in which light is modulated for each pixel of the element, and the propagation direction of light after passing through the other diffractive optical element varies depending on the degree of modulation.
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、 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、 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。41. 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 pixel, a mirror disposed on one side of the liquid crystal element, and A diffractive optical element, and the incident light to the diffractive optical element by external light is diffracted, passes through the liquid crystal element, is reflected by the mirror, passes through the liquid crystal element again, and thereby each of the liquid crystal elements An image display device, wherein an image is displayed by an operation in which light is modulated for each pixel and a propagation direction of light emitted from the diffractive optical element is different according to the degree of modulation.
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
片側に配置されたミラーと液晶素子の両側に配置された
回折光学素子とを少なくとも含んで構成され、 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、 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、 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、 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、 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。42. A liquid crystal element having a liquid crystal layer sandwiched between two opposing transparent insulating substrates having a light source and transparent conductive electrodes patterned to form pixels, and disposed on one side of the liquid crystal element. It is configured to include at least a mirror and a diffractive optical element disposed on both sides of the liquid crystal element. Light emitted from a light source is incident on one diffractive optical element and diffracted, and is approximately 1/1 of the amount of light incident on the diffractive optical element. 2 enters the liquid crystal element, is modulated for each pixel of the liquid crystal element, and 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 degree of modulation. Light incident on the diffractive optical element by external light is diffracted, passes through the liquid crystal element, is reflected by the mirror, is reflected again through the liquid crystal element, and is modulated for each pixel of the liquid crystal element, according to the modulation degree. hand In a configuration in which an image is displayed by an action in which the propagation direction of light after exiting the diffractive optical element is different, the image is displayed by selectively switching between the light source disposed inside and the external light. Image display device.
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。43. The diffractive optical element has a periodic structure formed by using an optical medium having a refractive index anisotropy, and the periodic structure is such that a polarization component (P-wave or S-wave) of incident light in one direction is generated. It has a function of generating a refractive index distribution corresponding to the structure, diffracting light by this refractive index difference, and preferentially going straight to a component (S wave or P wave) substantially orthogonal to the incident light. The image display device according to claim 1, wherein:
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。44. 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, and the other of the diffractive optical elements diffracts an S wave. And a function for preferentially going straight through the P wave.
The image display device according to any one of claims 1 to 4.
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。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.
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
る請求項4に記載の画像表示装置。46. The diffractive optical element is composed of a liquid crystal arranged uniformly, and a photopolymerizable monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer is added, and the molecular axis of the liquid crystal in response to light irradiation in the ultraviolet region. The image display device according to claim 4, wherein the direction is fixed.
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。47. The method according to claim 1, wherein an electric field applied to each pixel formed in said liquid crystal layer is controlled to modulate light incident on each pixel. Image display device.
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。48. The image display device according to claim 1, wherein said diffractive optical element has a structure in which a plurality of different periodic structures are formed so as to overlap with each other.
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。49. The image display device according to claim 1, wherein said diffractive optical element has a laminated structure of a plurality of diffractive optical elements having different periodic structures.
示装置において前記液晶素子の片側に赤(R)、緑
(G)、青(B)からなるカラーフィルタを組み合わせ
て構成したことを特徴とする画像表示装置。50. The image display device according to claim 1, wherein one side of said liquid crystal element is combined with a color filter comprising red (R), green (G), and blue (B). An image display device characterized by the above-mentioned.
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。51. The image display device according to claim 1, wherein the light emitted from the diffraction grating is divided into approximately two directions, one of which is for image display and the other is for illumination light. An image display device and a lighting device, wherein the image display device is used as
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 light source and a transparent conductive electrode patterned to form a pixel, and one side of the liquid crystal element being refracted. Having a diffractive optical element having a refractive index anisotropy and a phase plate for rotating the polarization direction of the incident light wave in a substantially right-angle direction, and further having a refractive index anisotropy disposed on the other side of the liquid crystal element And at least a diffracting optical element, and the emitted light from the light source is a polarization component (P wave or S wave) substantially equal to the diffractive optical element and the phase plate.
Is converted into a liquid crystal element, and is modulated for each pixel of the liquid crystal element, and an image is displayed by an action in which the propagation direction of light after passing through the other diffractive optical element differs depending on the degree of modulation. Image display device.
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. A small-sized image display comprising at least a combination of the image display device according to claim 1, and an enlargement optical system for enlarging and displaying an optical image from said image display device. A small-sized image display device comprising the device.
偏光方向を変調する液晶素子と、 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。54. A liquid crystal element for modulating the polarization direction of incident light according to an applied voltage, and arranged on both sides of the liquid crystal element to selectively diffract a predetermined polarization component. An image display device comprising: a first and a second pair of diffractive optical elements that transmit a predetermined polarization component and a polarization component having a polarization direction orthogonal to the first polarization component.
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、 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。55. The image display device according to claim 1, wherein the first diffractive optical element is one of a transmitted polarized light component and a diffracted polarized light component of a light beam incident from the outside. Is incident on the liquid crystal element, and the second diffractive optical element has 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. The image display device is configured to emit light in directions different from each other.
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。56. The image display device according to claim 2, further comprising a light source, wherein said first diffractive optical element converts a polarization component of a light beam from said light source transmitted through said diffractive optical element to said liquid crystal element. An image display device, wherein the image display device is configured to be incident on the image display device.
た光源を備え、 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。57. The image display device according to claim 2, further comprising: a light source arranged in a normal direction of said first diffractive optical element, wherein said first diffractive optical element receives light from said light source. An image display device, wherein a polarized component of a light beam transmitted through the diffractive optical element is incident on the liquid crystal element.
方向に配置された光源を備え、 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。58. The image display device according to claim 2, further comprising a light source disposed in a direction inclined from a normal line direction of said first diffractive optical element, wherein said first diffractive optical element comprises: An image display device, wherein a polarized light component diffracted by the first diffractive optical element in a light beam from the light source is incident on the liquid crystal element.
に、 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、 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、 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。59. The image display device according to claim 2, further comprising: reflection means provided at a predetermined interval outside of said first diffractive optical element; and said first diffractive optical element. And a light source for causing a light beam to enter the diffractive optical means from a direction inclined from the normal line of the diffractive optical element via a distance between the first diffractive optical element and the reflecting means. A polarized light component diffracted by the first diffractive optical element and a polarized light component incident from the reflecting means and transmitted through the first diffractive optical element are incident on the liquid crystal element. An image display device characterized by the above-mentioned.
偏光方向を変調する液晶素子と、 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、 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。60. A liquid crystal element for modulating the polarization direction of incident light in accordance with an applied voltage, and disposed on one side of the liquid crystal element to selectively diffract a predetermined polarization component. An image display device comprising: a diffractive optical element that transmits a polarized light component having a polarization direction orthogonal to a predetermined polarized light component; and reflecting means disposed on the other surface side of the liquid crystal element.
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 claim 1, wherein said diffractive optical element has a periodic structure formed by using an optical medium having a refractive index anisotropy, and a P wave in incident light. And a refractive index difference corresponding to the periodic structure is generated for any one of the polarization components of the S-wave and the component that causes diffraction of light due to the refractive index difference and is substantially orthogonal to the incident light. Is an image display device having a function of traveling straight ahead with priority.
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 claim 1, 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, wherein the other of the diffractive optical elements has a function of diffracting an S-wave and preferentially traveling a P-wave straight.
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。63. The image display device according to claim 8, 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. apparatus.
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。64. The image display device according to claim 8, wherein 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. An image display device, wherein a direction of a molecular axis of a liquid crystal is fixed with respect to light irradiation of a region.
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。65. The image display device according to claim 1, wherein said diffractive optical element includes a structure formed by superimposing a plurality of different periodic structures.
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 claim 1, wherein said diffractive optical element includes a laminated structure of a plurality of diffractive optical elements having different periodic structures.
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ーフィルタを備えたたことを
特徴とする画像表示装置。67. The image display device according to claim 1, further comprising a color filter having red, green, and blue regions formed on one side of said liquid crystal element. An image display device characterized by the above-mentioned.
であって、さらに、 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。68. The image display device according to claim 1, further comprising an enlargement optical unit for enlarging and displaying a display image.
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。69. A liquid crystal element having a liquid crystal layer sandwiched between two opposing transparent insulating substrates each having a light source and a transparent conductive electrode patterned to form a pixel, and one side of the liquid crystal element being refracted. Having a diffractive optical element having a refractive index anisotropy and a phase plate for rotating the polarization direction of the incident light wave in a substantially right-angle direction, and further having a refractive index anisotropy disposed on the other side of the liquid crystal element And at least a diffracting optical element, and the emitted light from the light source is a polarization component (P wave or S wave) substantially equal to the diffractive optical element and the phase plate.
Is converted into a liquid crystal element, and is modulated for each pixel of the liquid crystal element, and an image is displayed by an action in which the propagation direction of light after passing through the other diffractive optical element differs depending on the degree of modulation. Image display device.
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。70. A laser emitting polarized light, an optical lens for converging laser light emitted from the laser on an optical storage medium, and a polarization direction of the laser light reflected by the optical storage medium. A phase plate for rotating in a direction substantially perpendicular to the polarization direction, 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 A diffractive optical element used for 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, and The predetermined wavefront is formed so that the ratio of the amount of light reflected 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. Diffractive optical element.
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。71. An incident light having a periodic structure in the thickness direction.
A refractive index distribution corresponding to the periodic structure is generated with respect to the polarization component in the direction, a diffraction of light is caused by the difference in the refractive index, and a priority is given to a component orthogonal to the polarization component of the incident light. 2. The diffractive optical element according to claim 1, wherein the diffractive optical element has a function of causing the light to travel straight.
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。72. The optical recording medium according to claim 2, having a periodic structure in a thickness direction, wherein said periodic structure is formed by inclination of an optical axis of an optical medium having refractive index anisotropy. Diffractive optical element.
れ、且つ光重合性液晶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 is added, wherein the liquid crystal molecules are uniformly arranged, and the direction of the molecular axis of the liquid crystal is fixed with respect to the irradiation of light in the ultraviolet region. The diffractive optical element according to claim 2, wherein the diffractive optical element is formed.
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 apparatus 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.
The diffractive optical element according to the above.
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。75. An optical medium having refractive index anisotropy is sealed in a region sandwiched between transparent insulating substrates provided with two opposing transparent conductive electrodes, and a polymer is provided on the transparent conductive electrodes. A method for producing a diffractive optical element having a structure in which a thin film subjected to an alignment treatment is formed, wherein light having two wavelengths in an ultraviolet wavelength range interferes on the diffractive optical element, and has a periodic intensity. A first step of generating interference fringes consisting of a bright portion and a dark portion corresponding to the distribution, and fixing the optical axis of the optical medium in a region belonging to the bright portion of the interference fringes in the initially oriented direction; and An electric field is applied between the electrodes, and in a state where the optical axis of the optical medium in a region belonging to the dark portion of the interference fringe is moved from the direction in which the optical alignment is initially aligned, light irradiation in a uniform ultraviolet region is performed on the entire surface of the diffractive optical element. Including the second step of fixing the optical axis direction by performing Method for manufacturing a diffractive optical element, characterized in that.
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。76. An electric field applied to the diffractive optical element,
7. The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 6, wherein the positive electrode and the negative electrode are composed of alternating electric fields generated alternately.
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、 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。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 made of a polymer is performed on the transparent insulating substrate. A method for manufacturing a diffractive optical element having a structure in which a thin film is formed, comprising: a light portion corresponding to a periodic intensity distribution, wherein light divided into two in an ultraviolet wavelength range interferes on the diffractive optical element; A first step of generating an interference fringe composed of a dark portion and fixing the optical axis of the optical medium in a region belonging to the bright portion of the interference fringe in a direction in which the optical alignment is initially oriented, and applying a magnetic field between the transparent insulating substrates. ,
With the optical axis of the optical medium in a region belonging to the dark portion of the interference fringes being moved from the direction in which the optical alignment was initially oriented, the optical axis direction is fixed by uniformly irradiating light in the ultraviolet region over the entire surface of the diffractive optical element. A method of manufacturing a diffractive optical element, comprising a second step of forming a diffractive optical element.
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って、 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。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 of manufacturing a diffractive optical element having: a light portion corresponding to a periodic intensity distribution by causing light split into two in an ultraviolet wavelength region having a polarized component in one direction to interfere with the diffractive optical element. A first step of causing an interference fringe consisting of a dark part and arranging and fixing the optical axis of the optical medium in a region belonging to the bright part of the interference fringe in a uniform direction depending on the polarization direction of the polarization component. By irradiating the entire surface of the diffractive optical element with light in a uniform ultraviolet region having a polarization direction in a direction substantially orthogonal to the polarization component, the optical axis direction of the optical medium is moved from an initial position and fixed. Diffractive optics, comprising a second step of forming Device manufacturing method.
様に配列された液晶を含んで構成され、且つ光重合性液
晶モノマー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、8、9のいずれかに記
載の回折光学素子の製造方法。79. An optical medium having a refractive index anisotropy comprising liquid crystals arranged uniformly, and a photopolymerizable liquid crystal monomer or a photocrosslinkable liquid crystal polymer is added. The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 6, wherein:
He−CdレーザまたはArレーザからなる可干渉性の
高い光源であって、300nmから400nm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 coherent light source made of a He-Cd laser or an Ar laser, and has a wavelength range of 300 nm to 400 nm. A method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 6.
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 diffractive optical element according to claim 6, wherein the periodic structure is formed by irradiating light to the diffractive optical element a plurality of times for each divided area of the surface of the diffractive optical element. 3. The method for producing a diffractive optical element according to item 1.
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. The diffractive optical element according to claim 6, 8 or 9, wherein a different periodic structure is formed in the diffractive optical element by performing light irradiation on the diffractive optical element a plurality of times. Or a method for manufacturing a diffractive optical element.
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