(57)【要約】【課題】簡易な装置構成によりスクリーンの大画面化及び装置の薄型化を実現し、クリーン上に歪の無い高画質な映像を表示することが可能な背面投影型映像装置を提供する。【解決手段】背面投影型映像装置における光学素子は、カップリングレンズ２３と、シリンドリカルレンズ２４と、フォトディテクタ２５と、反射面２６を有するビームスプリッタ２７と、信号演算処理部２８と、光学素子駆動部２９とを備えてスクリーン５上にレーザ光線の焦点を合わせるようにする。【選択図】図３
2008033041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーンの背面から映像を投影する背面投影型表示装置において、
光線を出射する光源と、
上記光源より出射された光線を略平行光線に変換する光学素子と、
上記光学素子で変換された略平行光線を上記スクリーンに入射させるように走査する走査手段と、
表面に、上記スクリーンに対して略垂直に上記光線が入射されるように当該光線を回折反射する回折光学素子が設けられ、上記走査手段で走査された光線を回折反射して当該光線を上記スクリーンへ入射させる導光板と、
上記スクリーンで反射された光線の一部又は全部を受光し、当該受光した光線に基づいて上記スクリーン上における当該スクリーンに入射された光線の状態を検出する検出手段と、
上記検出手段における検出結果に基づいて上記光学素子の位置を調整する光学素子調整手段と
を備えることを特徴とする背面投影型表示装置。
【請求項２】
上記光源は、光線を直接変調して出射することを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【請求項３】
上記光源より出射された光線を変調する変調素子をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【請求項４】
上記走査手段は、反射面を有し、上記スクリーンの上下左右方向に上記略平行光線を走査するように当該反射面を駆動することを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【請求項５】
上記検出手段は、上記受光した光線に基づいて上記スクリーン上における当該スクリーンに入射された光線の光線束断面の形状を検出し、上記光学素子調整手段は、上記スクリーンに入射される光線の光線束断面の形状が円形になるように上記光学素子の位置を調整することを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【請求項６】
上記スクリーンで反射された光線の一部又は全部を所定の波長帯域成分ごとに分離する波長分離手段と、
上記光源より出射される光線の出力を調整する光源調整手段とをさらに備え、
上記検出手段は、上記波長分離手段によって所定の波長帯域成分ごとに分離された光線をそれぞれ受光して当該受光した光線に基づいて上記スクリーン上における当該スクリーンに入射された光線の光線束断面の形状を検出するとともに当該所定の波長帯域成分ごとに分離された光線の強度を検出し、
上記光学素子調整手段は、上記スクリーンに入射される光線の光線束断面の形状が円形になるように上記光学素子の位置を調整し、
上記光源調整手段は、上記検出手段によって検出された上記所定の波長帯域成分ごとに分離された光線の強度に基づいて上記光源より出射される光線の強度を調整することを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【請求項７】
上記光源より出射される光線の一部又は全部を所定の波長帯域成分ごとに分離する波長分離手段と、
上記波長分離手段によって所定の波長帯域成分ごとに分離された光線をそれぞれ受光して上記光線より出射される光線の強度を検出する出射光線検出手段と、
上記出射光線検出手段によって検出された上記所定の波長帯域成分ごとに分離された光線の強度に基づいて上記光源より出射される光線の強度を調整する光源調整手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【請求項８】
上記回折光学素子は、反射型ホログラフィック光学素子であることを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【請求項９】
上記反射型ホログラフィック光学素子は、異なる波長の光線で多重露光して作製されたホログラム層を有することを特徴とする請求項８記載の背面投影型表示装置。
【請求項１０】
上記反射型ホログラフィック光学素子は、それぞれ異なる波長の光線で露光して作製された複数のホログラム層を有することを特徴とする請求項８記載の背面投影型表示装置。
【請求項１１】
上記導光板の上端部から上記スクリーンまでの距離は、上記導光板の下端部から上記スクリーンまでの距離よりも短いことを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【請求項１２】
上記導光板の形状は、平面であることを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【請求項１３】
上記導光板の形状は、上記スクリーンに対して凹型のトーリック曲面であることを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【請求項１４】
上記導光板の形状は、上記スクリーンに対して凹型の球面であることを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【請求項１５】
上記導光板の形状は、上記スクリーンに対して凹型の自由曲面であることを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【請求項１６】
上記光源は、半導体レーザであることを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【請求項１７】
上記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１記載の背面投影型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光線を走査してスクリーンの背面より映像を投影する背面投影型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、背面投影型映像装置は、液晶テレビジョン装置やプラズマテレビジョン装置に次ぐ映像装置として注目されており、背面投影型プラズマテレビジョン装置に比べて大幅に低価格であることから急速に普及している。
【０００３】
背面投影型映像装置は、従来のＣＲＴ（Cathode Ray Tube）方式からＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のマイクロディスプレイを用いた方式に移行され、液晶テレビジョン装置やプラズマテレビジョン装置のディスプレイに匹敵する程の高画質を実現できるようになった。
【０００４】
この背面投影型映像装置においても、他の映像装置と同様に、スクリーンの大画面化や薄型化に対するニーズが急速に高まってきている。
【０００５】
しかしながら、従来の背面投影型映像装置は、拡大投写光学系が占めるサイズ、特にスクリーンに対して奥行き方向のサイズが大きくなるといった問題があった。
【０００６】
この問題を解決するために、例えば特許文献１には、映像光をスクリーン上に斜めに投影して背面投影型映像装置の奥行き方向のサイズを縮小する技術が提案されている。また、例えば特許文献２には、パネル表示面の画像をスクリーン面上に投影する投影光学系と、この投影光学系からスクリーン面までの光路を折り曲げる平面ミラー系とを備え、平面ミラー系が少なくとも２面の平面反射面を有し、そのうちの１面がスクリーン面に対向するとともに光線を２回反射するように配置されている背面投影表示装置の技術が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１６５０９５号公報
【特許文献２】特開２００１−２３５７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、薄型化を実現するために設計された従来の背面投影型映像装置では、例えば、スクリーンに投影される映像光に歪が生じたり、光学系の複雑化に伴って高温の熱が発生する等、装置の薄型化に伴って多くの問題が生じていた。
【０００９】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、簡易な装置構成によりスクリーンの大画面化及び装置の薄型化を実現する背面投影型映像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明は、スクリーンの背面から映像を投影する背面投影型表示装置において、光線を出射する光源と、上記光源より出射された光線を略平行光線に変換する光学素子と、上記光学素子で変換された略平行光線を上記スクリーンに入射させるように走査する走査手段と、表面に、上記スクリーンに対して略垂直に上記光線が入射されるように当該光線を回折反射する回折光学素子が設けられ、上記走査手段で走査された光線を回折反射して当該光線を上記スクリーンへ入射させる導光板と、上記スクリーンで反射された光線の一部又は全部を受光し、当該受光した光線に基づいて上記スクリーン上における当該スクリーンに入射された光線の状態を検出する検出手段と、上記検出手段における検出結果に基づいて上記光学素子の位置を調整する光学素子調整手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な装置構成により大画面且つ薄型の背面投影型表示装置を実現することができ、また、スクリーン上に歪の無い高画質な映像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１Ａは、本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００の内部構成を示す図である。背面投影型表示装置１００は、光源１と、光学素子２と、走査部３と、スクリーン導光板４と、スクリーン５とを備えて構成される。
【００１４】
スクリーン導光板４は、平面板４１の表面に、スクリーン５に対して略垂直に光線を入射させることが可能な反射型ホログラフィック光学素子４２を設ける。
【００１５】
反射型ホログラフィック光学素子４２は、例えば図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃに示すように、スクリーン導光板４の高さ方向の何れの位置においてもスクリーン５に対して略垂直にレーザ光線を入射させるように、ホログラム層を露光する際、このホログラム層へ入射させる参照光及び物体光の入射角をホログラム層の位置によって変化させる。
【００１６】
これにより、背面投影型表示装置１００では、スクリーン導光板４の高さ方向の何れの位置においてもスクリーン５に対して略垂直にレーザ光線を入射させることができる。なお、反射型ホログラフィック光学素子４２についての詳細は、後述する。
【００１７】
光源１では、半導体レーザを直接変調して変調光であるレーザ光線を得る。光源１は、任意の発散角で変調された半導体レーザのレーザ光線を出射する。光源１において、半導体レーザのレーザ光線における発散角は、水平方向と垂直方向とで異なるため、光線束の断面は楕円形になる。
【００１８】
なお、光源１は、半導体レーザ以外にガスレーザ、固体レーザ、発光ダイオード等でもよい。また、光学素子２は、シリンドリカルレンズ及び凸レンズを備えるとするが、これらに限られるものではなく、例えばプリズムを備えてもよい。
【００１９】
光源１より出射されたレーザ光線は、光線束整形光学素子２１に入射され、光線束の断面が楕円形から円形へと整形される。光線束の断面が整形されたレーザ光線は、光線束変換光学素子２２に入射され、光線束の断面の直径が１ｍｍ以下である略平行光線に変換される。光線束変換光学素子２２より出射された略平行光線は、走査部３によって反射される。
【００２０】
走査部３は、反射鏡３１Ａ、及び、レーザ光線がスクリーン５の上下方向に入射されるように反射鏡３１Ａを走査する走査駆動部３１Ｂと、反射鏡３２Ａ、及び、レーザ光線がスクリーンの左右方向に入射されるように反射鏡３２Ａを走査する走査駆動部３２Ｂとから構成される。なお、走査部３は、反射鏡に替えて、例えばプリズム等を用いてもよい。
【００２１】
スクリーン導光板４は、走査部３によって走査されたレーザ光線を回折反射し、スクリーン５の上下左右方向へとレーザ光線を入射させる。
【００２２】
スクリーン５には、走査部３によるレーザ光線の走査に基づいて映像が表示される。
【００２３】
図２に示すように、背面投影型表示装置１００において、スクリーン導光板４は、例えばガラスである平面板４１の表面に、光線束を任意の方向に回折反射させる回折光学素子として反射型ホログラフィック光学素子４２を設けることにより構成される。本発明を適用した第１の実施形態では、反射型ホログラフィック光学素子４２としてリップマンホログラムを用いる。リップマンホログラムは、体積ホログラムともいい、比較的厚く透明な感光材料に立体的に記録されたホログラムであり、通常、物体光及び参照光を互いに反対方向から入射させることにより作製される。また、リップマンホログラムは、光の波長よりも十分に大きな厚さを有するため、入射光線を回折反射する際、入射光線の波長及び入射角度に対して選択性を有する。
【００２４】
反射型ホログラフィック光学素子４２は、フィルム層４２Ａ，ホログラム層４２Ｂ，フィルム層４２Ｃがこの順に積層形成されて構成される。
【００２５】
走査部３によって走査されたレーザ光線は、反射型ホログラフィック光学素子４２に入射し、特定の波長域の光線束のみがホログラム層４２Ｂによってスクリーン５に対して垂直に入射するように回折反射される。なお、光線束がスクリーン５に入射する角度は垂直でなくてもよく、この場合はスクリーン５に視野角を調整する仕組みを組み込むことにより視野角特性の劣化を防ぐことができる。
【００２６】
反射型ホログラフィック光学素子４２は、数μｍから数十μｍの厚さを有するが、この反射型ホログラフィック光学素子４２への光線束の入射角にはある程度の許容誤差が生じる。
【００２７】
一般的に、ホログラム層の許容誤差Δθは、以下の数式（１）により算出される。
【００２８】
Δθ＝−λ（ｎ２−ｓｉｎ２θ）１／２／（ｔｓｉｎθｃoｓθ）        （１）
ここで、λは入射光束の波長、ｔはホログラム層の厚さ、ｎはホログラム層の中心屈折率、θはホログラム層への入射角である。この数式（１）より、反射型ホログラフィック光学素子の場合、Δθ＝８°となる。
【００２９】
また、波長の許容誤差Δλは、以下の数式（２）により算出される。
【００３０】
Δλ＝λ２／｛ｔ（ｎ±（ｎ２−ｓｉｎ２θ））｝        （２）
反射型ホログラフィック光学素子において、例えばλ＝５５０ｎｍ，ｔ＝１０μｍ，ｎ＝１．５，θ＝１３５°とした場合、この数式（２）によりΔλ＝１１ｎｍとなる。
【００３１】
一般的に、以下の数式（３）に示すパラメータＱが０に近い値である場合には薄いホログラム層、０よりも十分に大きい値である場合には厚いホログラム層とみなされる。
【００３２】
Ｑ＝２πλｔ／（ｎΛ２）        （３）
ここで、λは入射光束の波長、ｔはホログラム層の厚さ、ｎはホログラム層の中心屈折率、Λはホログラム層内に形成される干渉縞の間隔である。このΛは、以下の数式（４）により算出される。
【００３３】
Λ＝λ／（２ｓｉｎ（（θｓ−θｒ）／２））        （４）
ここで、λはホログラム層の製造時におけるホログラム層の波長、θｓ及びθｒはそれぞれホログラム層ｓ，ｒにおける製造時の光線束の入射角である。
【００３４】
このように、比較的厚いホログラム層では、ある程度の許容誤差範囲内の波長及び入射角を有する光線束が選択的に回折され、他の光線束は回折されずに透過される。同一光源から出射した光線束であっても、反射型ホログラフィック光学素子４２に入射する角度は異なり、ホログラム層４２Ｂにより選択的に回折される。
【００３５】
背面投影型表示装置１００において、反射型ホログラフィック光学素子４２は、波長５３２ｎｍのＳＨＧレーザ（second harmonic generation laser）の露光により作製された緑色用ホログラム層を有するものとする。背面投影型表示装置１００において、スクリーン５に表示される映像は、緑色の単色で表示される。
【００３６】
反射型ホログラフィック光学素子４２は、回折波長において選択性を有するため、光源１から出射されるレーザ光線のスペクトルは反射型ホログラフィック光学素子４２の回折波長と一致させることが望ましい。
【００３７】
なお、背面投影型表示装置１００では、他色のレーザの露光により作製されたホログラム層を有する反射型ホログラフィック光学素子と、他色のレーザとを用いることにより、スクリーン５に表示される映像を他色で表示することができる。
【００３８】
このような構成を備える背面投影型表示装置１００では、光源１からスクリーン５までの光学距離はスクリーン５上の位置によって全く異なる。このように光学距離が異なることは、焦点距離が固定されている場合にスクリーン５上の位置によって光線束の断面の径が大きく異なることを意味する。光線束の断面の径の大きさやばらつきが許容範囲内であればよいが、スクリーンの画面サイズや光学系の配置によっては、許容範囲を超えてスポット径が大きくなってしまう。
【００３９】
この問題を解決するために、本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００では、光学素子２に、スクリーン５上の全ての位置でレーザ光線における光線束の断面の形状及び大きさをそれぞれ同一にするための機能を備えるようにする。
【００４０】
実際、背面投影型表示装置１００では、反射型ホログラフィック光学素子４２により反射されたレーザ光線は、スクリーン５に対して略垂直に入射される。大部分のレーザ光線は、スクリーン５を透過することにより、スクリーン５に映像が表示されることになるが、一部のレーザ光線は、スクリーン５の表面で反射される。スクリーン５に略垂直に入射されたレーザ光線の一部は、反射して、いわゆる戻り光として元の光学系を辿って光源１まで到達する。
【００４１】
このような現象に基づいて、背面投影型映像装置１００では、図３に示すように、光学素子２が、カップリングレンズ２３と、シリンドリカルレンズ２４と、フォトディテクタ２５と、反射面２６を有するビームスプリッタ２７と、信号演算処理部２８と、光学素子駆動部２９とを備えてスクリーン５上にレーザ光線の焦点を合わせるようにレーザ光線を調整する。
【００４２】
背面投影型表示装置１００において、光源１より出射されたレーザ光線は、ビームスプリッタ２７を介してカップリングレンズ２３に入射される。カップリングレンズ２３において、レーザ光線は、光線束の断面がスクリーン上で微小な大きさになるように変換される。走査部３及びスクリーン導光ミラー４を介してスクリーン５に入射されたレーザ光線の一部は、戻り光としてスクリーン導光ミラー４及び走査部３を介してカップリングレンズ２３に入射される。その後、レーザ光線は、ビームスプリッタ２７が有する反射面２６で反射分離される。シリンドリカルレンズ２４は、反射面２６で反射分離されたレーザ光線のフォーカス量に基づいてスポット形状及び光量に変化を生じさせる。シリンドリカルレンズ２４より出射されたレーザ光線は、フォトディテクタ２５にて受光される。
【００４３】
フォトディテクタ２５は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すようなフォトディテクタ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄから構成される。フォトディテクタ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄは、反射面２６で反射分離されたレーザ光線を受光し、受光したレーザ光線の光量を検出し、光量検出信号を生成する。
【００４４】
信号演算処理部２８は、フォトディテクタ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄで生成された光量検出信号の信号レベルをＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）の演算処理を行い、スクリーンに入射された光線における光線束の断面の形状を検出する。
【００４５】
スクリーン５に入射されたレーザ光線における光線束の断面の形状は、（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）＞０、すなわちスクリーン５手前で合焦点となる場合は図４（Ａ）に示すように縦に歪んだ形状となり、（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）＝０、すなわちスクリーン５上で合焦点となる場合は図４（Ｂ）に示すように円形となり、（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）＜０、すなわちスクリーン５後方で合焦点となる場合は図４（Ｃ）に示すように横に歪んだ形状となる。ここで、実際に、フォトディテクタ２５により検出されたスクリーン５からの戻り光の光線束の断面である点像の強度分布を図５に示す。この図５において、光路長が５００ｍｍ，１７２５ｍｍ，３０００ｍｍ何れの場合においても、フォトディテクタ２５により検出されたスクリーン５からの戻り光の光線束の断面である点像の形状は、上述のように、スクリーン上で合焦点となる場合のみ円形となった。
【００４６】
本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００では、スクリーン５上で合焦点となるように信号演算処理部２８での演算結果をカップリングレンズ２３に備えられた光学素子駆動部２９にフィードバックし、光学素子駆動部２９に基づいてカップリングレンズ２３が駆動調整されることにより、レーザ光線をスクリーン５上において合焦点にすることが可能となる。
【００４７】
なお、背面投影型表示装置１００は、図６に示すようなシステム構成を備えて上述した動作を行う。背面投影型表示装置１００は、例えば、ビデオプレーヤ、ビデオカメラ、ビデオレコーダ、放送チューナ、インターネット等である映像信号発生装置１０１と接続されることにより、種々の映像信号を入力する。背面投影型表示装置１００は、映像信号発生装置１０１より入力された映像信号の信号処理を行う映像信号処理部１００Ａと、この映像信号に基づいて光源１を駆動する光源駆動部１００Ｂと、走査部３を駆動する走査駆動部１００Ｃと、フォトディテク２５を駆動する戻り光受光部１００Ｄと、フォトディテクタ２５に入射したレーザ光線に基づく電気信号の信号電荷量の演算処理を行う信号演算処理部１００Ｅと、カップリングレンズ２３を駆動する光学素子駆動部１００Ｆとを備える。なお、走査駆動部１００Ｃは、走査駆動部３１Ｂ，３２Ｂに対応する。また、信号演算処理部１００Ｅ及び光学素子駆動部１００Ｆは、それぞれ信号演算処理部２８及び光学素子駆動部２９に対応する。
【００４８】
以上のような構成を備える本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００では、従来の背面投影型表示装置に比べて大幅にスクリーン後方の奥行き距離を短縮することができる。
【００４９】
また、本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００では、光学素子２に上述した機能を設けることにより、スクリーン５上に点像ボケの無い高画質な映像を表示することができる。
【００５０】
また、本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００では、光源１に種々のレーザ又は発光ダイオードを用いるため、大画面のスクリーンにおいても極めて純度の高い色を再現することができる。
【００５１】
また、本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００では、光源１に種々のレーザ又は発光ダイオードを用いることにより、出射される光線の光線束断面においてスポット径の微細化（スポットサイズ＝１画素サイズ）が可能となり、ニュートンの結像関係を用いずにスクリーン５上で１画素として表示されるため、固定画素で表示するプラズマディスプレイや液晶ディスプレイや従来のプロジェクタよりも鮮明な映像を大画面のスクリーン５に表示することができる。
【００５２】
また、本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００は、スクリーン導光板４に反射型ホログラフィック光学素子を用いることにより、スクリーン５に入射される光線束の角度をスクリーン５の何れの位置においても略垂直にし、スクリーン５における視野角特性をスクリーン画面で一様にすることができる。これにより、背面投影型表示装置１００では、スクリーン５の何れの位置においても一様な画質を実現することができる。
【００５３】
本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置１００では、スクリーン５に表示される映像が単色となる。
【００５４】
そこで、本発明を適用した第２の実施形態として、スクリーン５への映像がフルカラーで表示されることが可能な背面投影型表示装置を適用する。
【００５５】
本発明を適用した第２の実施形態における背面投影型表示装置は、図７に示すようなＲＧＢ三色のレーザにより多重露光されたホログラム層４２１Ｂを有する反射型ホログラフィック光学素子４２１を設けたスクリーン導光板４０と、ＲＧＢスペクトルを含むレーザ光線を出射するレーザ光源とを用いることによりスクリーン５への映像のフルカラー表示が可能となる。なお、図２に示すスクリーン導光板４と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５６】
図８は、反射型ホログラフィック光学素子４２１におけるホログラム層４２１Ｂを多重露光するための露光装置１０を示す図である。
【００５７】
露光装置１０において、赤色レーザ（Ｋｒレーザ、波長６４７ｎｍ）光源１１１から出射された赤色レーザは、可変ビームスプリッタ１１４によって分割され、一方はダイクロイックミラー１１５及びミラー１１６により反射されて変調素子１１７を経てホログラム層４２１Ｂの一方の面に参照光として照射される。また、赤色レーザは、ミラー１１８、ダイクロイックミラー１１９及びミラー１２０によって反射されて変調素子１２１及び非球面非回転対称波面発生光学系１２２を経てホログラム層４２１Ｂのもう一方の面に物体光として照射される。
【００５８】
緑色レーザ（ＳＨＧレーザ、波長５３２ｎｍ）光源１１２から出射された緑色レーザは、ミラー１２３により反射され、可変ビームスプリッタ１２４により分割され、一方はダイクロイックミラー１２５及びダイクロイックミラー１１５を透過し、ミラー１１６により反射されて変調素子１１７を経てホログラム層４２１Ｂの一方の面に参照光として照射される。また、緑色レーザは、ミラー１２６により反射され、ダイクロイックミラー１２７及びダイクロイックミラー１１９を透過し、ミラー１２０により反射されて変調素子１２１及び非球面非回転対称波面発生光学系１２２を経てホログラム層４２１Ｂのもう一方の面に物体光として照射される。
【００５９】
青色レーザ（Ａｒレーザ、波長４７７ｎｍ）光源１１３から出射された青色レーザは、可変ビームスプリッタ１２８により分割され、一方はミラー１２９及びダイクロイックミラー１２５により反射され、ダイクロイックミラー１１５を透過し、ミラー１１６より反射されて変調素子１１７を経てホログラム層４２１Ｂの一方の面に参照光として照射される。また、青色レーザは、ダイクロイックミラー１２７により反射され、ダイクロイックミラー１１９を透過し、ミラー１２０により反射されて変調素子１２１及び非球面非回転対称波面発生光学系１２２を経てホログラム層４２１Ｂの他方の面に物体光として照射される。
【００６０】
なお、露光装置１０では、非球面非回転対称波面発生光学系１２２に替えて球面非回転対称波面発生光学系を用いてもよい。
【００６１】
このように、本発明を適用した第２の実施形態における背面投影型表示装置では、スクリーン５への映像がフルカラーで表示されることが可能となる。
【００６２】
しかしながら、本発明を適用した第２の実施形態における背面投影型表示装置では、ホログラム層におけるＲＧＢ三色のレーザそれぞれの回折効率は、ホログラム層を単色露光した場合に比べて低くなる。
【００６３】
そこで、本発明を適用した第３の実施形態として、ホログラム層におけるＲＧＢ三色のレーザそれぞれの回折効率を低下させることなくスクリーン５へ映像がフルカラーで表示されることが可能な背面投影型表示装置を適用する。
【００６４】
本発明を適用した第３の実施形態における背面投影型表示装置では、図９に示すようなＲＧＢ三色のレーザそれぞれの回折効率を維持するためにＲＧＢそれぞれについて専用のホログラム層を有する反射型ホログラフィック光学素子５２をスクリーン導光板に用いることを特徴とする。
【００６５】
図１０は、この反射型ホログラフィック光学素子５２の構成の一例を示す図である。
【００６６】
図１０に示すように、反射型ホログラフィック光学素子５２は、ベースフィルム５２Ａ、緑色用ホログラム層５２Ｂ、バリア層５２Ｃ、青色用ホログラム層５２Ｄ、バリア層５２Ｅ、赤色用ホログラム層５２Ｆ、バリア層５２Ｇ、接着層５２Ｈ、カバーフィルム５２Ｉがこの順に積層形成されることにより構成される。反射型ホログラフィック光学素子５２は、このように、回折効率が比較的小さい赤色用ホログラム層を最も上層に配し、回折効率の比較的大きい緑色用ホログラム層を最も下層に配していることを特徴とする。
【００６７】
反射型ホログラフィック光学素子５２は、カバーフィルム５２Ｉ側から再生光が照射される。
【００６８】
ベースフィルム５２Ａ及びカバーフィルム５２Ｉは、例えばポリエチレンテレフタレートで構成される。また、ベースフィルム５２Ａ及びカバーフィルム５２Ｉは、数十μｍ程度の厚みを有していればよく、本実施の形態では、例えばベースフィルム５２Ａの厚さを５０μｍ、カバーフィルム５２Ｉの厚さを２５μｍとする。なお、カバーフィルム５２Ｉには反射防止層（ＡＲコート）を形成してもよい。
【００６９】
緑色用ホログラム層５２Ｂ、青色用ホログラム層５２Ｄ、及び赤色用ホログラム層５２Ｆは、何れも増感色素、反応開始剤、連鎖移動作用剤、モノマ、高分子バインダ等を含有するフォトポリマから構成される。そして、緑色用ホログラム層５２Ｂ、青色用ホログラム層５２Ｄ、及び赤色用ホログラム層５２Ｆは、数μｍ〜数十μｍ程度の厚みを有していればよく、本実施の形態では、例えば緑色用ホログラム層５２Ｂ、青色用ホログラム層５２Ｄ、及び赤色用ホログラム層５２Ｆはそれぞれ１５μｍとする。
【００７０】
また、緑色用ホログラム層５２Ｂは、約５００〜５５０ｎｍの波長帯域においてのみ十分な感度を有するように増感色素、反応開始剤等が含有され、青色用ホログラム層５２Ｄは、約４００〜４８０ｎｍの波長帯域においてのみ十分な感度を持つように増感色素、反応開始剤等が含有され、赤色用ホログラム層５２Ｆは、約６００〜７００ｎｍの波長帯域においてのみ十分な感度をもつように、増感色素、反応開始剤等が含有されている。
【００７１】
したがって、例えば反射型ホログラフィック光学素子５２を波長４７７ｎｍのＡｒガスレーザで露光した場合には、青色用ホログラム層５２Ｄのみが感光し、緑色用ホログラム層５２Ｂ及び赤色用ホログラム層５２Ｆは感光しない。また、例えば反射型ホログラフィック光学素子５２を波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザの２次高調波で露光した場合には、緑色用ホログラム層５２Ｂのみが感光し、青色用ホログラム層５２Ｄ及び赤色用ホログラム層５２Ｆは感光しない。また、例えば反射型ホログラフィック光学素子５２を波長６４７ｎｍのＫｒガスレーザで露光した場合には、赤色用ホログラム層５２Ｆのみが感光し、緑色用ホログラム層５２Ｂ及び青色用ホログラム層５２Ｄは感光しない。
【００７２】
本発明を適用した第３の実施形態における背面投影型表示装置では、赤色、緑色及び青色の多波長同時露光、多波長順次露光等、何れの露光方法においても、それぞれ緑色用ホログラム層５２Ｂ、青色用ホログラム層５２Ｄ、及び赤色用ホログラム層５２Ｆにそれぞれ緑色、青色及び赤色の干渉縞が記録されるため、１枚のフィルムでありながら高い回折効率を有するカラーホログラムを作製することができる。
【００７３】
また、反射型ホログラフィック光学素子５２では、ホログラム層が緑色用ホログラム層５２Ｂ、青色用ホログラム層５２Ｄ、赤色用ホログラム層５２Ｆの順に積層されているが、これは、視感度が強く回折効率が高い緑色用ホログラム層５２Ｂを再生光の照射方向から最も遠い位置にし、視感度が弱く回折効率が低い赤色用ホログラム層５２Ｆを再生光の照射方向から最も近い位置にするためである。反射型ホログラフィック光学素子５２では、ホログラム層を緑色用ホログラム層５２Ｂ、青色用ホログラム層５２Ｄ、赤色用ホログラム層５２Ｆの順に積層することによって、各色の視感度や回折効率のバランスがとれたカラーホログラムとすることができる。
【００７４】
なお、本発明を適用した第３の実施形態における背面投影型表示装置では、ベースフィルム側から再生光が照射される反射型ホログラフィック光学素子を適用してもよい。
【００７５】
図１１は、ベースフィルム側から再生光が照射される反射型ホログラフィック光学素子５２１の構成の一例を示す図である。
【００７６】
反射型ホログラフィック光学素子５２１は、ベースフィルム５２１Ａ、赤色用ホログラム層５２１Ｂ、バリア層５２１Ｃ、青色用ホログラム層５２１Ｄ、バリア層５２１Ｅ、緑色用ホログラム層５２１Ｆ、バリア層５２１Ｇ、接着層５２１Ｈ、カバーフィルム５２１Ｉがこの順に積層形成されることにより構成される。
【００７７】
反射型ホログラフィック光学素子５２１では、ベースフィルム５２１Ａ上に反射防止層（ＡＲコート）が形成されていることが好ましい。
【００７８】
反射型ホログラフィック光学素子５２，５２１におけるバリア層は、何れもホログラム層間でのフォトポリマ分子の移動を抑制するためのものであり、その厚さは、各色用ホログラム層の厚みよりも薄く、例えば約５μｍとされている。フォトポリマ分子が各色用ホログラム層間で移動した場合、屈折率変調度が低下して高い回折効率が得られない。反射型ホログラフィック光学素子５２，５２１では、各色用ホログラム層間にこのようなバリア層を備えることにより、フォトポリマ分子の移動を抑制し、高い回折効率を得ることができる。
【００７９】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００８０】
例えば、上述した実施の形態において、スクリーン導光板４は、例えばガラスである平面板４１の表面に反射型ホログラフィック光学素子が設けられて構成されるとしたが、スクリーン導光板４は、これに限られるものではなく、図１２（Ａ）に示すように、平面の反射鏡６１の表面に図１２（Ｂ）に示すような透過型のホログラム層６２Ａを有する透過型ホログラフィック光学素子６２が設けられることにより構成されてもよい。透過型ホログラフィック光学素子６２において、ホログラム層６２Ａで回折されたレーザ光線は、反射鏡６１で反射されて再び透過型ホログラフィック光学素子６２に入射し、その後、このホログラフィック光学素子６２を透過してスクリーン５に入射する。
【００８１】
また、例えば、上述した実施の形態では、光源１が半導体レーザを直接変調して出射するようにしたが、別の実施の形態として、無変調の光源から出射されるレーザ光線を変調する変調素子をさらに備えるようにしてもよい。この変調素子は、光源１と光学素子２との間に備えられて光学素子２に変調されたレーザ光線を供給するようにしてもよいし、光学素子２の内部、外部問わず、光路中の何れの位置に配置されるようにしてもよい。
【００８２】
また、例えば、上述した実施の形態とは別の実施の形態として、図１３に示すように、反射鏡６１の表面に、ホログラム層７２Ａを多重露光することにより作製された透過型ホログラフィック光学素子７２を設けて、レーザ光線が複数の波長帯域で回折されるようにしてもよい。ここで、この透過型ホログラフィック光学素子７２は、上述した第２の実施形態で説明した方法と同様の方法によりホログラム層７２Ａを多重露光するものとする。
【００８３】
また、例えば、上述した実施の形態とは別の実施の形態として、図１４に示すように、反射鏡６１の表面に、ＲＧＢ三色のレーザそれぞれの回折効率を維持するためにＲＧＢそれぞれについて専用のホログラム層を有する透過型ホログラフィック光学素子８２を用いてもよい。
【００８４】
また、上述した実施の形態では、スクリーン導光板は、平面の基板又は平面の反射鏡の表面にホログラフィック光学素子を設けることとしたが、ホログラフィック光学素子が設けられる基板又は反射鏡の形状は、平面に限られず、例えば、スクリーン５に対して、凹型のトーリック曲面、凹型の球面、凹型の自由曲面等、何れの形状であってもよい。
【００８５】
また、上述した実施の形態では、光源１及び光学素子２を備えた光路を、例えば図１に示すように、スクリーン５後方の奥行き方向に配置したが、これら光源１及び光学素子２を備えた光路を紙面垂直方向に折り曲げるようにしてもよい。これにより、スクリーン５後方の奥行き距離は、さらに短縮される。
【００８６】
また、上述した実施の形態では、フォトディテクタ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄが反射面２６で反射分離されたレーザ光線を受光し、受光したレーザ光線の光量を検出して光量検出信号を生成し、信号演算処理部２８がフォトディテクタ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄで生成された光量検出信号の信号レベルに基づく演算処理を行い、スクリーンに入射された光線における光線束の断面の形状を検出するようにしたが、これとは別の実施の形態として、例えば、図１５に示すように、スクリーン５からの戻り光であるレーザ光線が反射面２６で反射分離された後、波長分離光学素子２５０によって、例えばＲ光、Ｇ光、Ｂ光といった波長帯域成分ごとの光に分離され、フォトディテクタ２５１，２５２，２５３によってそれぞれの光が受光されるようにしてもよい。この場合、信号演算処理部２８及び光学素子駆動部２９は、上述した実施の形態と同様の処理を行ってカップリングレンズ２３を駆動調整する。これと同時に、光源駆動部２６０は、フォトディテクタ２５１，２５２，２５３によって検出された波長帯域成分ごとの光量に基づいて、光源１より出射程されるレーザ光線の強度を調整する。すなわち、この図１５に示す光線調整機能によれば、スクリーン５からの戻り光から、光源１の波長帯域成分ごとの光量を検出し、光源１より出射されるレーザ光線の強度に対するフィードバック調整を行うことができる。
【００８７】
また、上述した実施の形態とは別の実施の形態として、例えば、図１６に示すように、信号演算処理部２８及び光学素子駆動部２９によって、フォトディテクタ２５によって受光されたスクリーン５からの戻り光に基づくカップリングレンズ２３の駆動調整が行われるとともに、光源１より出射されたレーザ光線の一部が、ビームスプリッタ２７及びレンズ３０を介して波長分離光学素子２５０Ａによって、例えばＲ光、Ｇ光、Ｂ光といった波長帯域成分ごとの光に分離され、フォトディテクタ２５１Ａ，２５２Ａ，２５３Ａによってそれぞれの光が受光された後、光源駆動部２６０Ａにそれぞれの光の光量が供給されるようにしてもよい。この場合、光源１より出射されるレーザ光線の強度に対するフィードバック調整をレーザ光線の出射直後に行うことができる。
【００８８】
なお、光源駆動部２６０及び光源駆動部２６０Ａは、光源駆動部１００Ｂに対応する。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１Ａ】本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置の内部構成を示す図である。
【図１Ｂ】本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置の内部構成を示す図である。
【図１Ｃ】本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置の内部構成を示す図である。
【図２】本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置に備えられたスクリーン導光板の構成を示す図である。
【図３】本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置に備えられた光線調整機能の構成を示す図である。
【図４】本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置に備えられたフォトディテクタ及び信号演算処理部の構成を示す図である。
【図５】フォトディテクタにより検出されたスクリーン上のレーザ光線における光線束の断面である点像の強度分布を示す図である。
【図６】本発明を適用した第１の実施形態における背面投影型表示装置のシステム構成を示す図である。
【図７】本発明を適用した第２の実施形態における背面投影型表示装置に備えられたスクリーン導光板の構成を示す図である。
【図８】反射型ホログラフィック光学素子におけるホログラム層を多重露光するための露光装置を示す図である。
【図９】本発明を適用した第３の実施形態における背面投影型表示装置に備えられたスクリーン導光板の構成を示す図である。
【図１０】反射型ホログラフィック光学素子の構成の一例を示す図である。
【図１１】反射型ホログラフィック光学素子の構成の一例を示す図である。
【図１２】（Ａ）は、本発明を適用した別の実施の形態における背面投影型表示装置に備えられたスクリーン導光板の構成を示す図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のスクリーン導光板に設けられた透過型ホログラフィック光学素子の構成を示す図である。
【図１３】本発明を適用した別の実施の形態における背面投影型表示装置に備えられたスクリーン導光板の構成を示す図である。
【図１４】本発明を適用した別の実施の形態における背面投影型表示装置に備えられたスクリーン導光板の構成を示す図である。
【図１５】本発明を適用した別の実施の形態における背面投影型表示装置に備えられた光源調整機能の構成を示す図である。
【図１６】本発明を適用した別の実施の形態における背面投影型表示装置に備えられた光源調整機能の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  光源、２  光学素子、３  走査部、４  スクリーン導光板、５  スクリーン、２１  光線束整形光学素子、２２  光線束変換光学素子、２３  カップリングレンズ、２４  シリンドリカルレンズ、２５  フォトディテクタ、２６  反射面、２７  ビームスプリッタ、２８  信号演算処理部、２９  光学素子駆動部
【図１Ａ】
2008033041.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
2008033041.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008033041.tif 000009
【図６】
2008033041.tif 000010
【図７】
2008033041.tif 000011
【図８】
2008033041.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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