(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光源と、前記照明光源からの照明光を色毎に分光するホログラムカラーフィルターと、前記ホログラムカラーフィルターで色毎に分光された異なる色の光が別々の画素に入射するように配置された透過型空間変調素子と、前記透過型空間変調素子で変調された表示光を投影する投影光学系とを備えた投影表示装置において、
前記投影光学系として、開口絞りが像側焦点位置に配置されたテレセントリック光学系を用いていることを特徴とするホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置に関し、特に、投影面内の明るさが均一な投影表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特開平６−２２２３６１号等において、液晶表示用バックライト等の利用効率を大幅に向上させるために、ホログラムを利用したカラーフィルターを提案した。
【０００３】
さらに、このようなホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置を投影型に構成して、スクリーン上に明るいカラー映像を表示する液晶投影表示装置も、特開平７−９８４５４号等において提案した。
【０００４】
さらに、１層あるいは３層からなるホログラムカラーフィルターに関しても多くの提案がある。
【０００５】
また、このようなホログラムカラーフィルターを反射型液晶表示装置用に用いて投影表示装置として構成することも多く提案されている（例えば、特許第３，０１１，２２８号、特開平９−１８９８０９号）。
【０００６】
一方、テレセントリック光学系には、物体とレンズ間の距離が変わっても像の大きさが変わらないという利点があり、部品の検査等に用いられる投影機で活用されている。
【０００７】
しかしながら、従来の液晶投影表示装置では、投影レンズとしてこのような必要性がないので、一般に非テレセントリック光学系を用いていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ホログラムカラーフィルターは、１層構成のものであれ３層構成のものであれ、ホログラムの干渉縞の配置は、その原版の作製を容易にするため、一般に単一要素の繰り返しの構成を持つ。つまり、画面の中央と周辺で同じ光学特性を有する。そのため、ホログラムすなわち液晶表示素子からの出射光は面内で同一の角度（典型的には垂直）である必要がある。このような光学系において、従来のプロジェクタで用いられていた非テレセントリック投影レンズを用いた場合、光軸近傍に対し画面周辺からの光束は開口絞りによるケラレのため、光の光量が低下し、面内の輝度の均一性が得られないという問題があった。
【０００９】
本発明は従来技術のこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置の面内の輝度を均一にして明るい均一なカラー映像を表示できるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置は、照明光源と、前記照明光源からの照明光を色毎に分光するホログラムカラーフィルターと、前記ホログラムカラーフィルターで色毎に分光された異なる色の光が別々の画素に入射するように配置された空間変調素子と、前記空間変調素子で変調された表示光を投影する投影光学系とを備えた投影表示装置において、前記投影光学系として、開口絞りが像側焦点位置に配置されたテレセントリック光学系を用いていることを特徴とするものである。
【００１１】
この場合、空間変調素子は、透過型であっても反射型であっても適用可能である。
【００１２】
本発明においては、投影光学系として、開口絞りが像側焦点位置に配置されたテレセントリック光学系を用いているので、投影面内の何れの位置でも同じ輝度の画像を投影表示することができ、面内の輝度の均一性が高く明るい表示が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置の実施例について説明する。以下の説明においては、本出願人が特開平６−２２２３６１号等において提案したホログラムカラーフィルターを前提にしているが、他の原理のホログラムカラーフィルターを用いる場合にも同様に本発明を適用できる。
【００１４】
図１は、透過型液晶表示素子の入射側にホログラムカラーフィルターを配置した場合のホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置の実施例の構成を概略的に示す図である。
【００１５】
この投影表示装置は、空間変調素子としての多数の画素からなり各画素の透過率が独立に制御可能な液晶表示素子２のバックライト４入射側に、透過型の集光性ホログラム要素のアレーからなるホログラムカラーフィルター１が平行に配置されており、ホログラムカラーフィルター１には、光源３からの平行な白色照明光４が所定の斜めの入射角で入射するようになっている。そのため、照明光４はホログラムカラーフィルター１の各ホログラム要素でＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３つの光５に角度分光され、その３つの光５は液晶表示素子２の対応する３つの隣接する画素に入射して各画素で変調される。したがって、液晶表示素子２の色分解された全ての画素にそれぞれ対応する色の照明光５が入射するので、液晶表示素子２に吸収型等のカラーフィルターを設けなくとも、液晶表示素子２を透過した光６はカラー映像を表示する表示光になる。
【００１６】
この表示光６は投影光学系９によってスクリーン１１上に投影され、液晶表示素子２に表示されたカラー映像がスクリーン１１上に拡大結像され、スクリーン１１の反射側（スクリーン１１が反射型の場合）あるいは透過側（スクリーン１１が透過型の場合）で明るいカラー映像が観察可能になる。
【００１７】
ここで、投影光学系９は、本発明に基づき、例えばレンズからなる結像光学素子７とその像側焦点位置に配置された開口絞り８とからなるテレセントリック光学系が用いられている。ホログラムカラーフィルター１は、何れのホログラムカラーフィルターであっても、画面の中央と周辺で同じ光学特性を有するので、液晶表示素子２からの表示光６も、その画面の中央と周辺で同じ配光特性を持つ。したがって、何れの位置から出た表示光６も結像光学素子７で集光されると、光軸近傍の光束１０も周辺近傍の光束１０’も、結像光学素子７の像側焦点面の光軸近傍の略同じ領域を通過するので、その位置に開口絞り８が配置されたテレセントリック光学系を投影光学系９として用いることにより、投影面内の何れの位置でも同じ輝度の画像を投影表示することができる。従来のように、破線で示した位置、すなわち、結像光学素子７の像側焦点面から外れた位置に開口絞り８を配置すると、図示のように、光軸近傍の光束１０に対して画面周辺の光束１０’がこの開口絞り８でケラレることになり、光軸近傍に対し画面周辺の光量が低下し、面内の輝度の均一性が得られないが、本発明においてはこのような問題は起きない。
【００１８】
以上の実施例では、液晶表示素子２として透過型のものを前提にしているが、反射型の場合にも適用できる。その場合には、ホログラムカラーフィルター１は液晶表示素子２の投影光学系９側に配置されるのが一般的である。また、照明光４も液晶表示素子２の投影光学系９側からプリズム等を介して入射される。このように、液晶表示素子２が反射型の場合は、液晶表示素子２と投影光学系９の間に別の光学素子あるいは光学系が配置されるので、フィールドレンズの利用により面内の輝度の均一性を得ることができないので、本発明により投影光学系９としてテレセントリック光学系を用いることは非常に有効である。
【００１９】
また、以上の実施例では、ホログラムカラーフィルター１として、透過型の集光性ホログラム要素のアレーからなるものを考えていたが、均一の回折格子とマイクロレンズの組み合わせからなるもの、回折の波長選択性、角度選択性を持つ体積型ホログラムを３層に配置してなるもの、あるいは、体積型ホログラム１層からなり、回折角の波長選択性が高い特性を用いて拡散白色光中の異なる入射角の異なる色成分を別々の角度に回折して色分光を行うもの等を用いてもよい。
【００２０】
以上、本発明のホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置によると、投影光学系として、開口絞りが像側焦点位置に配置されたテレセントリック光学系を用いているので、投影面内の何れの位置でも同じ輝度の画像を投影表示することができ、面内の輝度の均一性が高く明るい表示が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例のホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１…ホログラムカラーフィルター
２…液晶表示素子
３…光源
４…バックライト（照明光）
５…分光された３つの光
６…表示光
７…結像光学素子
８…開口絞り
９…投影光学系
１０…光軸近傍からの光束
１０’…画面周辺近傍からの光束
１１…スクリーン
【図１】
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