(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折波長選択性を有する体積透過型ホログラムからなる赤・緑・青のそれぞれの色を透過回折するホログラム・セルを縦横に配列してなるホログラム・パネルと、
赤・緑・青のそれぞれの色を透過回折し、上記ホログラム・セルと等しい空間周波数の干渉縞を有する３枚の全面ホログラムが積層されてなる第２のホログラム・パネルとが対向配置された構成であることを特徴とするホログラフィック・カラーフィルター。
【請求項２】
カラーフィルターと液晶パネルとによって構成されたフルカラー画像を、投影レンズによってスクリーン上に投影する液晶ビデオプロジェクターにおいて、
カラーフィルターとして請求項１記載のホログラフィック・カラーフィルターを用い、液晶パネルと並設した前記カラーフィルターの正面から白色光が照射される構成であることを特徴とする液晶ビデオプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラムを用いたカラーフィルターに係り、特にホログラムを用いて照明光の利用効率向上を図ったカラーフィルターを用いた液晶ビデオプロジェクターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、カラーフィルターを用いた液晶ビデオプロジェクターが用いられているが、図１にその構成例の概要を示す。
電球などの光源（図示せず）から発した照明光（白色光）１が、集光レンズ２を通ってカラーフィルター３（赤・緑・青の各色のセルがマトリクス状に配置され、各セルの周囲は遮光部となるブラック・マトリクスが占めている）を照明し、カラーフィルター３と液晶パネル４を通過した光（フルカラー画像）は、投影レンズ５によってスクリーン（図示せず）上に投影されて、カラーフィルター３と液晶パネル４で構成されたフルカラー画像がスクリーン上に結像され、観察される。
【０００３】
液晶ビデオプロジェクターにおいては、投影表示のための照明光は不可欠なものである。しかしながら、既存のカラーフィルターを用いた液晶ビデオプロジェクターの背後から白色光をそのまま照射しただけでは、その利用効率は非常に低い。その原因として、主に下記に示す理由が挙げられる。
【０００４】
既存のカラーフィルターでは、
▲１▼ブラック・マトリクスが占める面積が広く、そこに当たった光は無駄になる。
▲２▼各カラーフィルターでの吸収による損失が伴う。
【０００５】
液晶ビデオプロジェクターの改良に係る、本出願人による提案として、特開平５−２３２３１９号公報が公知である。
上記提案は、カラーフィルターの各色セル自体をホログラムによって構成するものであり、赤・緑・青のそれぞれの色に対応させた微小なドットのホログラムからなるホログラムパネル（カラーフィルター）を有し、前記ホログラムパネルからの各色に対応したそれぞれの回折光が集光するように、透光部を設けたスリットを配置して、前記スリットを通過した光を、スクリーン上に赤・緑・青のドットとして結像させる液晶ビデオプロジェクターである。
【０００６】
上記提案では、ホログラムパネルを通過した各色成分の光を、対応する色成分の液晶パネルの液晶セルに対して精度良く入射させることについては一切考慮されていない。
ホログラフィック・カラーフィルターと液晶パネルとによって構成されたフルカラー画像を、投影レンズによってスクリーン上に投影する液晶ビデオプロジェクターに係る提案として、さらに、本出願人による特願平７−２６０００７号がある。
【０００７】
上記提案では、カラーフィルターの各色セルは、回折波長選択性を有する体積透過型ホログラムによって構成されているが、プロジェクターの白色光源によりカラーフィルターに対して斜め方向から照明しなければならない。（図２参照）
【０００８】
すなわち、上記ホログラムの作製（撮影）工程において、赤・緑・青の３種類のマスターホログラムから再生される各色の回折光（物体光）と各色のレーザー光（参照光）とを乾板にホログラム記録し、ホログラフィック・カラーフィルターとする。
図３（ａ）  はマスターホログラムの撮影光学系を示す説明図であり、図３（ｂ）  はホログラフィック・カラーフィルターの撮影光学系を示す説明図である。
【０００９】
上記カラーフィルターを照射する際には、ホログラム撮影時の参照光と共役な方向から白色光（バックライト）を照射することになるため、図２に示すような斜め方向から照明する光学系となる。
【００１０】
上記提案では、カラーフィルターに対して斜め方向から白色光（バックライト）を照射するため、縦方向と横方向で異なった広がりを持つ照明を行なう必要があり、照明光学系が複雑になると共にスペースをとることになる。
また、ホログラムの波長分散の作用では、短い波長の光は小さい角度で回折され、長い波長の光は大きい角度で回折されるので、それを考慮したプロジェクターとするには、大型で収差が少なくＦ値の小さい投影レンズを用いることが必要となる。しかし、上記レンズは作製が困難な上に高価である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、
ホログラムを通過した赤・緑・青の各色成分の光を、対応する色成分の（液晶パネルの）液晶セルに対して精度良く入射させるために、セル毎に透過回折する色（波長）の決まったホログラム・セルを、液晶セルと１：１で対応させることのできる構成のカラーフィルターを用い、
照明光学系が複雑になったりスペースをとることなく、上記カラーフィルターの正面から白色光（バックライト）を照明し、
カラーフィルターと液晶パネルとによって構成されたフルカラー画像（投影光）を、適正な方向に入射させることにより、スクリーンに結像される投影光量が高く明るいフルカラー画像が観察できるような液晶ビデオプロジェクター（およびそれに好適なカラーフィルター）を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によるホログラフィック・カラーフィルターは、
回折波長選択性を有する体積透過型ホログラムからなる赤・緑・青のそれぞれの色を透過回折するホログラム・セルを縦横に配列してなるホログラム・パネルと、
赤・緑・青のそれぞれの色を透過回折し、上記ホログラム・セルと等しい空間周波数の干渉縞を有する３枚の全面ホログラムが積層されてなる第２のホログラム・パネルとが対向配置された構成であることを特徴とする。
なお、対向配置のさせ方としては、密着させた積層合体でも、ある程度離間させた配置であっても良い。
【００１３】
本発明による液晶ビデオプロジェクターは、
カラーフィルターと液晶パネルとによって構成されたフルカラー画像を、投影レンズによってスクリーン上に投影する液晶ビデオプロジェクターにおいて、
カラーフィルターとして上記カラーフィルターを用い、液晶パネルと並設した前記カラーフィルターの正面から白色光が照射される構成であることを特徴とする。
【００１４】
図４は、上記プロジェクターにおけるカラーフィルター部の構成の概要を示す説明図である。
第２のホログラム・パネル１０に対して、図示しない白色光源からの白色光（バックライト）１が正面から入射し、
第２のホログラム・パネル１０で透過回折する光７が、ホログラム・パネル（カラーフィルター）９に斜めから入射し、ホログラム・パネル（カラーフィルター）９で透過回折する光８（当然、ホログラム・セルに応じて、赤・緑・青のそれぞれの色を有する）が、図示しない液晶パネルに入射することになる。
【００１５】
【作用】
以下に、本発明による作用を列挙する。
（１）赤・緑・青のそれぞれの色を透過回折する、回折波長選択性を有する透過型ホログラムからなるホログラム・セルにより構成されるカラーフィルターを用いているため、ホログラム・セルの空間周波数の中心波長では１００％近い回折効率を得ることができ、各セルにおける色純度が高くなる。
【００１６】
（２）ホログラム・セルの空間周波数を制御することにより、赤・緑・青の各色における任意の中心波長を選択することができると共に、ホログラムの厚さを調整することによって、波長帯域（バンド幅）をも調整することができる。
【００１７】
（３）ホログラムからの回折方向は、同一波長の光を照射した場合、照射角度と干渉縞の空間周波数とによって一義的に決まるが、ホログラム・パネル（カラーフィルター）と第２のホログラム・パネルの干渉縞の空間周波数が等しいので、第２のホログラム・パネル１０に入射する光１と第２のホログラム・パネル１０からの回折光７とがなす角度は、ホログラム・パネル（カラーフィルター）９に入射する光７とホログラム・パネル（カラーフィルター）９からの回折光８とがなす角度に等しくなる。つまり、ホログラム・パネル（カラーフィルター）９からの回折光８は、第２のホログラム・パネル１０に入射する光１と同じ方向に出ることになる。この点は、本発明に独自な作用である。（図４参照）
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する．
図５は、本発明によるホログラフィック・カラーフィルターを適用した液晶ビデオプロジェクターの主要部を示す概要図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
本発明の液晶ビデオプロジェクターは、図１における集光レンズ２を省略し、カラーフィルター３に代えて、ホログラム・パネル９，１０を備えた構成である。（以後、ホログラム・パネル９，１０を合わせて、ホログラフィック・カラーフィルターと称する）
【００１９】
ホログラム・パネル９は、図６に示すような構成であり、赤・緑・青のそれぞれの色を透過回折するホログラム・セル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂをマトリクス配列してなる。
【００２０】
ホログラム・セル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂとしては、特定の波長だけを透過回折し、他の波長は透過回折しない（吸収または反射する）タイプの体積透過型のものが好ましく、それぞれ赤・緑・青に対応した波長の光のみを透過回折するように、図７のような波長選択性を持っている。
【００２１】
第２のホログラム・パネル１０は、図８に示すような構成であり、赤・緑・青のそれぞれの色を透過回折する３枚の全面ホログラム１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが積層合体されてなる。
【００２２】
ホログラム１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、ホログラム・パネル９のホログラム・セル９Ｒ，９Ｇ，９Ｂと干渉縞の空間周波数が等しく、図７と等しい波長選択性を持っている。
【００２３】
次に、図９を用いて、本発明の液晶ビデオプロジェクターの光学特性を（一例として、赤色成分の光について）詳細に説明する。
【００２４】
図示しない電球などの白色光源から発した照明光（白色バックライト）は、液晶パネルと並設したホログラフィック・カラーフィルターのホログラム・パネル１０に、正面から入射する。
赤色の光を透過回折するホログラム１０Ｒにより、照明光のうち赤色の波長帯域の光は、斜め方向に透過回折される。赤色以外の波長帯域の光は、ホログラム１０Ｒに達する前に、青色の波長帯域の光，緑色の波長帯域の光は、それぞれホログラム１０Ｂ，１０Ｇにより同様に斜め方向に透過回折される。（図示せず）
【００２５】
透過回折された赤色の光は、ホログラム・パネル９を斜めから照明する。このうち、赤色の光を透過回折するホログラム・セル９Ｒに入射した光のみが透過回折される。赤色以外の光を透過回折するホログラム・セル９Ｂ，９Ｇに入射した光は、回折されずに斜めに透過することになる。
【００２６】
この際、９Ｒと１０Ｒの干渉縞の空間周波数が等しいので、波長分散の影響が打ち消されて、回折光は全てのセル９Ｒから同様に正面に出射する。
【００２７】
ホログラフィック・カラーフィルターから正面に出射した赤色回折光は、液晶パネル４の赤成分の液晶セル（ドット）４Ｒに入射・通過した後、投影レンズ（図示せず）に入射・通過し、スクリーン（図示せず）上に結像される。
一方、ホログラム・セル９Ｂ，９Ｇから斜めに透過した赤色光は、投影レンズには入射されないため、スクリーン上に結像されることはない。
【００２８】
同様に、青色，緑色成分の光も、それぞれの色の回折光がホログラム・パネル９のセル９Ｂ，９Ｇから正面に出射し、スクリーン上に結像されることになる。
こうして、ホログラフィック・カラーフィルターと液晶パネルとによって構成されたフルカラー画像がスクリーン上に投影される。
【００２９】
ホログラフィック・カラーフィルターの作製手順は、上記の特願平７−２６０００７号と同様であり、説明は省略する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の液晶ビデオプロジェクターによれば、照明光学系が複雑になったりスペースをとることなく、カラーフィルターの正面から白色光（バックライト）を照明することができる。
また、カラーフィルターと液晶パネルとによって構成されたフルカラー画像を適正な方向に入射させることが可能に設計されているため、スクリーンに結像される投影光量が高く明るいフルカラー画像が観察できるような液晶ビデオプロジェクターが提供される。
さらに、本発明のカラーフィルターによれば、既存のカラーフィルターのように、赤・緑・青のそれぞれの色セルが重なり合うことなくマトリクス配列される必要はなく、それぞれの色のホログラム・セルが重なり合っていても、回折波長選択性により問題はない。そのため、ホログラム・セルを大きくしても良く、ブラック・マトリクスは不要であり、加えて、各色の中心波長では１００％近い回折効率を示すため、照明光の利用効率が格段に高くなる。
【００３１】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の、カラーフィルターを用いた液晶ビデオプロジェクターの主要部を示す概要図。
【図２】従来のホログラフィック・カラーフィルターにおける照明光学系を示す説明図。
【図３】ホログラフィック・カラーフィルターの作製方法を示す説明図。
【図４】本発明による液晶ビデオプロジェクターにおけるカラーフィルター部の構成の概要を示す説明図。
【図５】本発明によるホログラフィック・カラーフィルターを適用した液晶ビデオプロジェクターの主要部の概要を示す説明図。
【図６】ホログラム・パネルの構成を示す説明図。
【図７】ホログラム・パネルの光学特性を示す説明図。
【図８】第２のホログラム・パネルの構成を示す説明図。
【図９】本発明の液晶ビデオプロジェクターの光学特性を示す説明図。
【符号の説明】
１…照明光（白色光）
２…レンズ
３…カラーフィルター
４…液晶パネル
５…投影レンズ
６…ホログラム・パネル
７…第２のホログラム・パネルからの回折光
８…第１のホログラム・パネルからの回折光
９…第１のホログラム・パネル（カラーフィルター）
１０…第２のホログラム・パネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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