(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光源と、
少なくとも第１乃至第４の４つの光学面を有し、上記照明光源より出射された照明光が第１の光学面から入射される導光プリズムと、
上記導光プリズムの第２の面に対向して配置された第１の透過型体積ホログラム光学素子と、
上記第１の透過型体積ホログラム光学素子を経た光を変調して反射する反射型空間光変調素子と、
上記導光プリズムの第３の面に対向して配置され、上記反射型空間光変調素子を経た変調光を回折させ、または、回折させずに透過させる第２の透過型体積ホログラム光学素子と、
上記第２の透過型体積ホログラム光学素子を透過した透過光を反射して、上記反射型空間光変調素子の表示画像の実像または虚像を結像させる反射型光学素子とを備え、
上記第１乃至第４の光学面は、一体化されており、
上記照明光源より出射した照明光のうち、上記導光プリズムに上記第１の光学面より入射し、上記第２の光学面から出射し、上記第１の透過型体積ホログラム光学素子により回折され、または、回折されずに透過した透過光は、上記反射型空間光変調素子を照明し、上記反射型空間光変調素子により変調されて反射された変調光のうち、上記第１の透過型体積ホログラム光学素子により回折されずに、または、回折されて透過し、上記導光プリズムに上記第２の光学面より入射し、上記導光プリズム内を経て、上記第３の光学面から出射し、上記第２の透過型体積ホログラム光学素子により回折され、または、回折されずに透過した透過光は、上記反射型光学素子に入射し、この反射型光学素子よって反射され、上記第２の透過型体積ホログラム光学素子により回折されずに、または、回折されて透過し、上記導光プリズムに上記第３の光学面より入射し、上記第４の光学面から出射して、上記反射型空間光変調素子による表示画像の実像、または、虚像を結像することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
上記第１及び第２の透過型体積ホログラム光学素子の少なくもいずれか一方は、偏光選択性透過型体積ホログラム光学素子であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
上記第１及び第２の透過型体積ホログラム光学素子の少なくもいずれか一方は、ホログラフィック高分子分散液晶光学素子であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項４】
上記第１及び第２の透過型体積ホログラム光学素子の少なくもいずれか一方は、非周期的干渉縞構造を有することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項５】
上記照明光源から上記第１の透過型体積ホログラム光学素子へ入射される照明光の入射角よりも、この第１の透過型体積ホログラム光学素子から出射される回折光の出射角のほうが大きく、上記照明光源から上記第１の透過型体積ホログラム光学素子へ入射する照明光の断面積よりも、上記反射型空間光変調素子において反射された後上記第１の透過型体積ホログラム光学素子から出射される回折光の断面積の方が小さいことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項６】
上記第１の透過型体積ホログラム光学素子を経て上記第２の透過型体積ホログラム光学素子へ入射される照明光の入射角よりも、この第２の透過型体積ホログラム光学素子から出射される回折光の出射角のほうが大きく、上記第１の透過型体積ホログラム光学素子を経て上記第２の透過型体積ホログラム光学素子へ入射する照明光の断面積よりも、上記反射型光学素子において反射された後上記第２の透過型体積ホログラム光学素子から出射される回折光の断面積の方が小さいことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項７】
上記照明光源と上記第１の透過型体積ホログラム光学素子との間の光路中に、偏光選択手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項８】
上記第１の透過型体積ホログラム光学素子と上記第２の透過型体積ホログラム光学素子との間の光路中に、偏光選択手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項９】
上記第１の透過型体積ホログラム光学素子と上記第２の透過型体積ホログラム光学素子との間の光路中に、１／２波長板を有することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１０】
上記第１の透過型体積ホログラム光学素子と上記第２の透過型体積ホログラム光学素子とは同一の構成を有する素子であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１１】
上記第１の透過型ホログラム光学素子より出射し、上記第２の透過型ホログラム光学素子に至る上記回折光は、上記導光プリズム内で少なくとも１回以上内部反射することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１２】
上記導光プリズムは、上記第１の光学面と上記第３の光学面とが同一平面上にあることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１３】
上記導光プリズムは、上記第１の光学面と上記第４の光学面とが同一平面上にあることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１４】
上記導光プリズムは、上記第２の光学面と上記第３の光学面とが同一平面上にあることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１５】
上記導光プリズムは、上記第２の光学面と上記第４の光学面とが同一平面上にあることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１６】
上記導光プリズムは、上記第１の光学面と上記第４の光学面とが同一平面上にあり、かつ、上記第２の光学面と上記第３の光学面とが同一平面上にあることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１７】
上記導光プリズムは、上記第１の光学面と上記第３の光学面とが同一平面上にあり、かつ、上記第２の光学面と上記第４の光学面とが同一平面上にあることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１８】
上記導光プリズムは、２つの光学面を有する直方体形状を有していることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１９】
上記導光プリズムは、３つの光学面を有する台形柱形状を有していることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項２０】
上記第１及び第２のホログラム光学素子は、Ｓ偏光光回折効率よりもＰ偏光光回折効率のほうが大きいことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項２１】
上記反射型光学素子は、反射型体積ホログラム光学素子であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項２２】
上記反射型光学素子は、凹面反射鏡であって、上記凹面反射鏡の反射面の形状は、１つの対称面を有し、かつ、その面内及び面外において回転対称軸が存在しない形状であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項２３】
上記照明光源は、レーザ光源であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に関し、いわゆる「シースルー機能」を有する眼鏡型の虚像表示装置であって、ビデオカメラのビューファインダ、頭部装着型のディスプレイ、携帯情報端末用のディスプレイ、プロジェクター等に使用して好適な画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１１に示すように、例えば、特開２００１−３１１９０４公報にも記載されているように、反射型空間光変調素子を用いて構成され、虚像を表示するようになされた画像表示装置が提案されている。この画像表示装置は、反射型空間光変調素子１０４を照明するための照明光学系と、この反射型空間光変調素子１０４により表示された画像を導光して結像させるための導光（結像）光学系とを有して構成されている。
【０００３】
この画像表示装置においては、照明光学系を構成する照明プリズム１０２の第１の光学面１０２ａより照明光１０１が入射する。この照明光は、照明プリズム１０２の第２の光学面１０２ｂにて全反射され、この照明プリズム１０２の第３の光学面１０２ｃに接合されたホログラム素子（微細周期構造体）１０３に入射する。照明光は、このホログラム素子１０３により回折されて偏向し、反射型空間光変調素子１０４を照明する。
【０００４】
そして、反射型空間光変調素子１０４により表示画像に応じて変調されて反射された変調光は、再びホログラム素子１０３を経て、第３の光学面１０２ｃより照明プリズム１０２に入射する。このとき、変調光は、ホログラム素子１０３により偏向されることはない。この変調光は、照明プリズム１０２の第２の光学面１０２ｂより、この照明プリズム１０２の外方に出射する。
【０００５】
照明プリズム１０２より出射された変調光は、導光（結像）光学系をなす導光プリズム１０５に、第１の光学面１０５ａより入射する。この変調光は、自由曲面である導光プリズム１０５の第２の光学面１０５ｂの内面において全反射され、自由曲面である第３の光学面１０５ｃに入射する。変調光は、この第３の光学面１０５ｃにおいて反射されて、第２の光学面１０５ｂより、導光プリズム１０５の外方に出射される。この変調光は、第２の光学面１０５ｂで反射され、第３の光学面１０５ｃで反射され、第２の光学面１０５ｂを透過することによって、虚像を結像する。すなわち、導光プリズム１０５から出射された変調光が観察者の瞳１０６に入射されることにより、反射型空間光変調素子１０４の表示画像が拡大されて観察される。
【０００６】
この画像表示装置においては、反射型空間光変調素子１０４と虚像結像を行う導光プリズム１０５との間の物理的距離を大きくとることができるので、眼の直前に反射型空間光変調素子１０４を配置する必要がなく、設計上の自由度が大きいという利点がある。
【０００７】
また、特開２００１−２６４６８２公報に記載されている画像表示装置においては、図１２に示すように、照明光源２０１から出射された照明光は、導光プリズム２０２に一端側部分より入射する。この照明光は、導光プリズム２０２内の反射面２０３で内部反射され、この導光プリズム２０２の一端面である光学面２０４より出射して、反射型空間光変調素子２０５を斜め方向より照明する。この反射型空間光変調素子２０５は、輝度変調を行う画像表示素子となっている。この反射型空間光変調素子２０５により変調されて反射された変調光は、再び光学面２０４より導光プリズム２０２内に入射する。この変調光は、導光プリズム２０２の内部において、互いに平行に対向する２つの反射面２０６，２０７間において複数回反射されて、拡大レンズ面２０８に導かれる。
【０００８】
拡大レンズ面２０８は、導光プリズムの他端側の面であって、反射型ホログラムレンズが形成されている。拡大レンズ面２０８において反射される光は、反射型ホログラムレンズによって、虚像結像を行う。
【０００９】
すなわち、この画像表示装置においては、反射型空間光変調素子２０５から出射された変調光は、導光プリズム２０２に入射した後、対向する２つの反射面２０６，２０７間における複数回の内部反射を経て、反射型ホログラムレンズが形成された拡大レンズ面２０８により虚像結像のパワーを与えられ、導光プリズム２０２より出射して、観察者の瞳１０６に到達する。
【００１０】
この画像表示装置においては、変調光が、導光プリズム２０２内における内部反射を繰り返しながら拡大レンズ面２０８に導かれるようにしているため、図１１に示した画像表示装置に比較して、光学系を薄く構成できるという利点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１に示した画像表示装置においては、以下のような欠点がある。
【００１２】
（１）照明プリズム１０２の第２の光学面１０２ｂにおいて全反射された照明光によって反射型空間光変調素子１０４を照明するようにしているため、この第２の光学面１０２ｂと導光プリズム１０５の第１の光学面１０５ａとの間に空気層が必要となり、これら照明プリズム１０２と導光プリズム１０５とを光学的に密着させることはできない。したがって、部品点数の削減を図ることができない。また、この画像表示装置においては、照明プリズム１０２の役割、すなわち、照明光を反射型空間光変調素子１０４に導くことを導光プリズム１０５に担わせることは不可能である。もしそのようにすると、これら両プリズム間の位置決めが複雑となるとともに、表面反射による光利用効率の低下、表示画像のコントラストの低下などの不具合が招来されることとなる。
【００１３】
（２）照明プリズム１０２の第２の光学面１０２ｂにおいて全反射された照明光によって反射型空間光変調素子１０４を照明するため、反射型空間光変調素子１０４により反射された変調光は、照明プリズム１０２の第３の光学面１０２ｃ及び第２の光学面１０２ｂの少なくともいずれか一方に対して傾斜して入射または出射される。したがって、この画像表示装置においては、収差補正プリズムを用いるか、または、反射型空間光変調素子１０４を虚像表示する光学系として偏心光学系を用いる必要があり、収差補正プリズムなしで共軸接眼光学系を用いるという構成は採れない。補正プリズムを用いることにすると、部品点数の増加、光学系の大きさ、重量の増大が招来される。補正プリズムを用いない場合、偏心光学系を用いることにより、収差特性の向上が困難となり、また、瞳径の減少が招来される。
【００１４】
（３）ホログラム素子１０３が周期的な構造を有しているため、反射型空間光変調素子１０４の領域ごとに、照明光の入射角度を変えることができない。したがって、虚像結像を行う光学系が非テレセントリックで、反射型空間光変調素子１０４の領域ごとに出射角度が異なる場合には、光利用効率の低下が招来されることとなる。
【００１５】
そして、図１２に示した画像表示装置においては、反射型空間光変調素子２０５を経た変調光を、導光プリズム２０２の内部における反射を繰り返して拡大レンズ面２０８に伝達させているため、光学系を薄く構成できる。しかしながら、以下のような欠点を有する。
【００１６】
（１）照明光を反射型空間光変調素子２０５に対して斜め方向より入射させているため、表示画像のコントラストが低い。
【００１７】
（２）照明光を反射型空間光変調素子２０５に対して斜め方向より入射させているため、台形ひずみを補正するため、反射型空間光変調素子２０５と導光プリズム２０２との間に収差補正レンズを設けなければならず、部品点数の増大及び調整工数の増加が招来される。
【００１８】
（３）導光プリズム２０２において、照明光が入射される一端側部分においては、反射面２０３が導光プリズム２０２より突出した形状を採らざるを得ないので、導光プリズム２０２の一端側部分の厚みが厚くなり、結果的に光学系全体の厚さが厚くなってしまう。
【００１９】
（４）変調光が傾斜して入射される拡大レンズ面２０８は、虚像結像のためのパワーを有している。したがって、この光学系は、偏心光学系である。この光学系の偏心量、すなわち、拡大レンズ面２０８への変調光の入射角、もしくは、出射角は、導光プリズム２０２の媒質中で１０度を越えている。このような大きな偏心量をもつ光学系においては、膨大な量の偏心収差が発生し、反射型ホログラムレンズのみでこの収差を補正することは困難である。
【００２０】
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、反射型空間光変調素子を使用する画像表示装置において、光学系の厚さ、重量が最小化され照明光学系の部品点数が削減されて装置全体の寸法、重量が小型化され、光学系の光利用効率が大きくなされるとともに、表示画像のコントラストが向上され、さらに、結像光学系が共軸化された画像表示装置を提供しようとするものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る画像表示装置は、照明光源と、少なくとも第１乃至第４の４つの光学面を有し照明光源より出射された照明光が第１の光学面から入射される導光プリズムと、この導光プリズムの第２の面に対向して配置された第１の透過型体積ホログラム光学素子と、この第１の透過型体積ホログラム光学素子を経た光を変調して反射する反射型空間光変調素子と、導光プリズムの第３の面に対向して配置され反射型空間光変調素子を経た変調光を回折させ、または、回折させずに透過させる第２の透過型体積ホログラム光学素子と、この第２の透過型体積ホログラム光学素子を透過した透過光を反射して反射型空間光変調素子の表示画像の実像または虚像を結像させる反射型光学素子とを備え、第１乃至第４の光学面は、一体化されており、照明光源より出射した照明光のうち導光プリズムに第１の光学面より入射し第２の光学面から出射し第１の透過型体積ホログラム光学素子により回折され、または、回折されずに透過した透過光は、反射型空間光変調素子を照明し、反射型空間光変調素子により変調されて反射された変調光のうち第１の透過型体積ホログラム光学素子により回折されずに、または、回折されて透過し導光プリズムに第２の光学面より入射し導光プリズム内を経て第３の光学面から出射し第２の透過型体積ホログラム光学素子により回折され、または、回折されずに透過した透過光は、反射型光学素子に入射し、この反射型光学素子よって反射され第２の透過型体積ホログラム光学素子により回折されずに、または、回折されて透過し導光プリズムに第３の光学面より入射し第４の光学面から出射して、反射型空間光変調素子による表示画像の実像、または、虚像を結像することを特徴とするものである。
【００３１】
この画像表示装置においては、導光プリズムに入射した照明光の入射方向が反射型空間光変調素子に対して傾斜していても、反射型空間光変調素子は、第１の透過型体積ホログラム光学素子において回折された回折光によって照明されるので、略々垂直に入射する光束によって照明されることができ、また、導光プリズムに入射させる照明光の入射方向を反射型空間光変調素子に対して略々垂直としても、この反射型空間光変調素子により変調されて反射された変調光は、第１の透過型体積ホログラム光学素子において回折され、導光プリズムによって導かれる。したがって、この画像表示装置においては、コントラストの良好な画像を表示することができる。
【００３２】
そして、この画像表示装置においては、導光プリズム内において導かれた変調光が反射型光学素子に対して傾斜して入射しても、この変調光、または、反射型光学素子を経た光が第２の透過型体積ホログラム光学素子において回折されるので、反射型光学素子を経た光は、第４の光学面から略々垂直に出射する。したがって、この画像表示装置においては、結像光学系が共軸化され、反射型光学素子における収差補正が容易であり、収差のない良好な画像を表示することができる。
【００３３】
さらに、この画像表示装置の導光プリズムは、第１の光学面が照明光の透過面と変調光の反射面とを兼ねており、透過型体積ホログラム光学素子及び反射型光学素子からなる結像光学系に対向する第３の光学面及び反射型光学素子を経た光束が出射される第４の光学面までを一体化することができる。したがって、この画像表示装置においては、装置構成の小型化、簡素化が可能となる。
【００３４】
また、本発明に係る画像表示装置は、照明光源と、少なくとも第１乃至第３の３つの光学面と反射型光学素子面を有し照明光源より出射された照明光が第１の光学面から入射される導光プリズムと、この導光プリズムの第２の面に対向して配置され照明光を変調して反射する反射型空間光変調素子とを備え、照明光源より出射した照明光のうち導光プリズムに第１の光学面より入射し第２の光学面から出射した照明光は、反射型空間光変調素子を照明し、この反射型空間光変調素子により変調されて反射された変調光のうち導光プリズムに第２の光学面より入射し導光プリズム内を経て反射型光学素子面に至りこの反射型光学素子面によって反射され、第３の光学面から出射して反射型空間光変調素子による表示画像の実像、または、虚像を結像することを特徴とするものである。
【００３５】
この画像表示装置の導光プリズムにおいては、第１及び第２の光学面より、結像光学系となる反射型光学素子面及びこの反射型光学素子面を経た光束が出射される第４の光学面までを一体化することができる。したがって、この画像表示装置においては、装置構成の小型化、簡素化が可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
〔第１の実施の形態〕
本発明に係る画像表示装置は、図１に示すように、照明光源１０、照明プリズム２０、透過型体積ホログラム光学素子３０、反射型空間光変調素子４０、偏光板５０及び結像光学系となる接眼レンズ６０を有して構成される。この実施の形態においては、透過型体積ホログラム光学素子３０は、所定方向の偏光入射光のみを主に回折させ他の方向の偏光入射光をほとんど回折させない偏光選択性のホログラフィック高分子分散液晶光学素子（「ＨＰＤＬＣ」）を用いている。
【００３８】
照明光源１０は、光源として半導体レーザ１１を有し、この半導体レーザ１１から発せられた光束を合成樹脂製からなる平板状の導光板１２に導くように構成されている。この導光板１２に一側縁部より入射した光束は、この導光板１２内において、光束の照度均一化及び出射角度制御をなされ、この導光板１２の主面部である出射面１３より照明光Ａとして出射する。なお、導光板１２の半導体レーザ１１からの入射面及び出射面１３の他の面には、図示しない反射シートが設けられている。
【００３９】
導光板１２の出射面１３より出射された照明光Ａは、出射面１３に平行に配置された光学フィルム１４を透過することにより、さらに出射角度をコントロールされ、次に、偏光板１５を透過することにより、図１において紙面に平行な方向の偏光光（Ｐ偏光光）となされる。そして、この照明光Ａは、照明プリズム２０の第１の光学面（光束分割面）２１に略々垂直に入射する。
【００４０】
照明プリズム２０は、少なくとも第１、第２及び第３の３つの光学面２１，２２，２３を有する三角柱形状のプリズムである。第１、第２及び第３の光学面２１，２２，２３は、三角柱の外周面となる位置関係となっている。また、第２及び第３の光学面２２，２３は、互いに略々９０°の角度をなしている。
【００４１】
第１の光学面２１から照明プリズム２０内に入射した照明光Ａは、第２の光学面２２から出射されて、透過型体積ホログラム光学素子３０に入射する。この透過型体積ホログラム光学素子３０は、主にＰ偏光光を回折させるように形成されており、照明光Ａのうちのほとんどの成分を反射型空間光変調素子４０に向けて回折させ、回折光として反射型空間光変調素子４０に入射させる。すなわち、照明光Ａは、透過型体積ホログラム光学素子３０により、照明プリズム２０内において第１の光学面２１から第２の光学面２２に向かうときの方向よりも、反射型空間光変調素子４０に対する入射角を小さくなされて（垂直入射に近くなされて）、回折光として反射型空間光変調素子４０に入射する。
【００４２】
反射型空間光変調素子４０は、入射した回折光について、表示画像に応じて、偏光状態を変調して反射させる。この反射型空間光変調素子４０により変調されて反射された変調光Ｂは、再び透過型体積ホログラム光学素子３０に入射する。このとき、変調光Ｂのうち、Ｐ偏光成分の多くは、再び回折されて照明光源１０側に戻り、Ｓ偏光成分は、透過型体積ホログラム光学素子３０において回折されることなく透過して、照明プリズム２０内に入射する。このようにして透過型体積ホログラム光学素子３０を透過して照明プリズム２０に入射した変調光Ｂは、偏光変調が輝度変調に変換されており、この照明プリズム２０の第１の光学面２１において全反射されて、第３の光学面２３より出射される。
【００４３】
第３の光学面２３には、Ｓ偏光光のみを選択的に透過させる偏光板５０が取付られている。すなわち、第３の光学面２３から出射した変調光Ｂは、偏光板５０により検波されて、さらに充分に輝度変調された光束に変換される。この変調光Ｂは、接眼レンズ６０に入射し、この接眼レンズ６０により、観察者の瞳７０に導かれ、表示画像の拡大表示が行われる。
【００４４】
上述のように、この画像表示装置においては、照明光学系として三角柱形状の照明プリズム２０を用いており、反射型空間光変調素子４０によって反射された変調光Ｂをこの照明プリズム２０内で内部反射させた後に出射させているため、結像光学系として、共軸型の接眼レンズ６０を用いることができる。
【００４５】
〔第２の実施の形態〕
そして、本発明に係る画像表示装置は、図２及び図３に示すように、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の各色照明光ごとの照明プリズム２０ｒ，２０ｇ，２０ｂ、各色照明光ごとの透過型体積ホログラム光学素子３０ｒ，３０ｇ，３０ｂ、各色回折光ごとの反射型空間光変調素子４０ｒ，４０ｇ，４０ｂ及び色合成クロスプリズム８０を備えることにより、カラー画像の表示を行う画像表示装置として構成することができる。
【００４６】
この画像表示装置においても、照明プリズム２０ｒ，２０ｇ，２０ｂは、少なくとも第１、第２及び第３の３つの光学面２１，２２，２３を有する三角柱形状のプリズムである。第１、第２及び第３の光学面２１，２２，２３は、三角柱の外周面となる位置関係となっている。また、第２及び第３の光学面２２，２３は、互いに略々９０°の角度をなしている。
【００４７】
また、この画像表示装置においても、透過型体積ホログラム光学素子３０ｒ，３０ｇ，３０ｂとしては、所定方向の偏光入射光のみを主に回折させ他の方向の偏光入射光をほとんど回折させない偏光選択性のホログラフィック高分子分散液晶光学素子（「ＨＰＤＬＣ」）を用いている。
【００４８】
この画像表示装置においては、図示しない照明光源から発せられた照明光がＲ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の各色照明光に色分離されて、それぞれに対応する照明プリズム２０ｒ，２０ｇ，２０ｂの第１の光学面２１ｒ，２１ｇ，２１ｂに略々垂直に入射する。これら照明プリズム２０ｒ，２０ｇ，２０ｂは、それぞれの第３の光学面を、略々立方体形状の色合成クロスプリズム８０の三方の入射面に接合させている。
【００４９】
各照明プリズム２０ｒ，２０ｇ，２０ｂにおいては、上述の第１の実施の形態におけると同様に、第１の光学面２１ｒ，２１ｇ，２１ｂから入射した各色照明光は、透過型体積ホログラム光学素子３０ｒ，３０ｇ，３０ｂに斜め方向から入射する。各透過型体積ホログラム光学素子３０ｒ，３０ｇ，３０ｂは、入射した照明光のうちの主にＰ偏光成分を回折させ、Ｓ偏光成分は回折させない。したがって、各色照明光のＰ偏光成分のみが回折されて、各反射型空間光変調素子４０ｒ，４０ｇ，４０ｂに、略々垂直に入射する。
【００５０】
各反射型空間光変調素子４０ｒ，４０ｇ，４０ｂに入射した回折光は、各反射型空間光変調素子４０ｒ，４０ｇ，４０ｂにおいて、表示画像に応じて、偏光状態を変調されて反射される。各反射型空間光変調素子４０ｒ，４０ｇ，４０ｂにおいて変調されて反射された変調光は、再び、対応する各透過型体積ホログラム光学素子３０ｒ，３０ｇ，３０ｂに入射する。
【００５１】
このとき、各変調光のうち、Ｐ偏光成分の多くは、再び回折されて照明光源側に戻り、Ｓ偏光成分は、各透過型体積ホログラム光学素子３０ｒ，３０ｇ，３０ｂにおいて回折されることなく透過して、各照明プリズム２０ｒ，２０ｇ，２０ｂ内に入射する。このようにして各透過型体積ホログラム光学素子３０ｒ，３０ｇ，３０ｂを透過して各照明プリズム２０ｒ，２０ｇ，２０ｂに入射した変調光は、偏光変調が輝度変調に変換されており、これら照明プリズム２０ｒ，２０ｇ，２０ｂの各第１の光学面２１ｒ，２１ｇ，２１ｂにおいて全反射されて、それぞれの第３の光学面より出射される。
【００５２】
各照明プリズム２０ｒ，２０ｇ，２０ｂの第３の光学面は、それぞれ色合成クロスプリズム８０の入射面に光学的に密着されている。したがって、各照明プリズム２０ｒ，２０ｇ，２０ｂの第３の光学面から出射された変調光は、色合成クロスプリズム８０に三方から入射する。
【００５３】
この色合成クロスプリズム８０においては、各変調光が合成されて、出射面８１より出射される。この色合成クロスプリズム８０の出射面８１の近傍には、Ｓ偏光光のみを選択的に透過させる偏光板５０が配置されている。すなわち、色合成クロスプリズム８０の出射面８１から出射した色合成された変調光は、偏光板５０により検波されて、さらに充分に輝度変調された光束に変換される。この変調光は、結像光学系となる投影レンズ６１に入射し、この投影レンズ６１により、スクリーン７１上に投影されて実像を結像し、表示画像の拡大表示を行う。
【００５４】
上述のように、この画像表示装置においては、照明光学系として三角柱形状の照明プリズム２０ｒ，２０ｇ，２０ｂを用いており、反射型空間光変調素子４０ｒ，４０ｇ，４０ｂによって反射された変調光をこの照明プリズム２０内で内部反射させた後に出射させて色合成しているため、結像光学系として、偏心収差補正用の光学素子を用いることなく、共軸型の投影レンズ６１を用いることができる。
【００５５】
〔第３の実施の形態〕
また、本発明に係る画像表示装置は、図４に示すように、上述の実施の形態と同様に、照明光源１０、照明プリズム２０、透過型体積ホログラム光学素子３０及び反射型空間光変調素子４０を備えるとともに、結像光学系として導光プリズム９０を備えて構成されたものとしてもよい。
【００５６】
この実施の形態においては、透過型体積ホログラム光学素子３０は、所定方向の偏光入射光のみを主に回折させ他の方向の偏光入射光をほとんど回折させない偏光選択性のホログラフィック高分子分散液晶光学素子（「ＨＰＤＬＣ」）を用いている。
【００５７】
照明光源１０は、光源として半導体レーザ１１を有し、この半導体レーザ１１から発せられた光束を合成樹脂製からなる平板状の導光板１２に導くように構成されている。この導光板１２に一側縁部より入射した光束は、この導光板１２内において、光束の照度均一化及び出射角度制御をなされ、この導光板１２の主面部である出射面１３より照明光Ａとして出射する。なお、導光板１２の半導体レーザ１１からの入射面及び出射面１３の他の面には、図示しない反射シートが設けられている。
【００５８】
導光板１２の出射面１３より出射された照明光Ａは、出射面１３に平行に配置された光学フィルム１４を透過することにより、さらに出射角度をコントロールされ、次に、偏光板１５を透過することにより、図４において紙面に垂直な方向の偏光光（Ｓ偏光光）となされる。そして、この照明光Ａは、照明プリズム２０の第１の光学面（光束分割面）２１に略々垂直に入射する。照明プリズム２０は、少なくとも第１、第２及び第３の３つの光学面２１，２２，２３を有するプリズムである。
【００５９】
第１の光学面２１から照明プリズム２０内に入射した照明光Ａは、第２の光学面２２から出射されて、透過型体積ホログラム光学素子３０に入射する。この透過型体積ホログラム光学素子３０は、主にＰ偏光光を回折させるように形成されており、照明光Ａのうちのほとんどの成分を回折させることなく透過させ、透過光として反射型空間光変調素子４０に入射させる。
【００６０】
反射型空間光変調素子４０は、入射した透過光について、表示画像に応じて、偏光状態を変調して反射させる。この反射型空間光変調素子４０により変調されて反射された変調光Ｂは、再び透過型体積ホログラム光学素子３０に入射する。このとき、変調光Ｂのうち、Ｓ偏光成分の多くは、回折されることなく透過型体積ホログラム光学素子３０を透過して、照明プリズム２０に入射して照明光源１０側に戻り、Ｐ偏光成分は、透過型体積ホログラム光学素子３０において回折されて、照明プリズム２０に入射する。
【００６１】
このようにして透過型体積ホログラム光学素子３０において回折されて照明プリズム２０に入射した変調光Ｂは、偏光変調が輝度変調に変換されており、この照明プリズム２０の第１の光学面２１において全反射されて、第３の光学面２３より出射される。
【００６２】
照明プリズム２０の第３の光学面２３には、導光プリズム９０の入射面９１が光学的に密着接合されている。したがって、第３の光学面２３より出射された変調光Ｂは、入射面９１より導光プリズム９０内に入射される。この導光プリズム９０に入射された変調光Ｂは、自由曲面からなる光束分割面９２において内部反射されて、この光束分割面９２に略々対向し自由曲面からなる反射型光学素子面６２に入射する。そして、この変調光Ｂは、反射型光学素子面６２により反射されて、光束分割面９２より導光プリズム９０の外方側に出射され、観察者の瞳７０に入射し、虚像表示を行う。
【００６３】
この画像表示装置において、導光プリズム９０としては、少なくとも１つの光学面が唯一の対称軸を有する自由曲面となっているいわゆる自由曲面プリズムを用いている。変調光Ｂは、この導光プリズム９０における自由曲面を透過し、または、自由曲面により反射されることによって、虚像結像のパワーを与えられる。
【００６４】
〔第４の実施の形態〕
また、本発明に係る画像表示装置は、図５に示すように、上述した画像表示装置と同様に、照明光源１０、照明光学系となる照明プリズム２０、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０、反射型空間光変調素子４０及び導光プリズム９０を備え、さらに、結像光学系として、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１及び反射型光学素子となる反射型体積ホログラムレンズ６３を備えて構成することができる。
【００６５】
照明光源１０は、光源として半導体レーザ１１を有し、この半導体レーザ１１から発せられた光束を合成樹脂製からなる平板状の導光板１２に導くように構成されている。この導光板１２に一側縁部より入射した光束は、この導光板１２内において、光束の照度均一化及び出射角度の制御がなされ、この導光板１２の主面部である出射面１３より照明光Ａとして出射する。なお、導光板１２の半導体レーザ１１からの入射面及び出射面１３の他の面には、図示しない反射シートが設けられている。
【００６６】
導光板１２の出射面１３より出射された照明光Ａは、出射面１３に平行に配置された光学フィルム１４を透過することにより、さらに出射角度をコントロールされ、次に、偏光板１５を透過することにより、図５において紙面に平行な方向の偏光光（反射型空間光変調素子４０に対するＰ偏光光）となされる。そして、この照明光Ａは、照明プリズム２０の第１の光学面（光束分割面）２１に略々垂直に入射する。
【００６７】
直線偏光となされ照明プリズム２０に入射した照明光Ａは、この照明プリズム２０の第２の光学面２２より出射される。そして、照明光Ａは、この第２の光学面２２に接合された第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に、約２５°の入射角をもって入射する。この第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に入射した照明光Ａは、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に対してＰ偏光となっているため、多くの成分が回折されて、反射型空間光変調素子４０に入射する。すなわち、照明光Ａは、透過型体積ホログラム光学素子３０により、照明プリズム２０内において第１の光学面２１から第２の光学面２２に向かうときの方向よりも、反射型空間光変調素子４０に対する入射角を小さくなされて（垂直入射に近くなされて）、回折光として反射型空間光変調素子４０に入射する。
【００６８】
反射型空間光変調素子４０は、入射した回折光について、表示画像に応じて、偏光状態を変調して反射させる。この反射型空間光変調素子４０により変調されて反射された変調光Ｂは、再び透過型体積ホログラム光学素子３０に入射する。このとき、変調光Ｂのうち、Ｐ偏光成分の多くは、再び回折されて照明光源１０側に戻り、Ｓ偏光成分は、透過型体積ホログラム光学素子３０において回折されることなく透過して、照明プリズム２０内に入射する。このようにして透過型体積ホログラム光学素子３０を透過して照明プリズム２０に入射した変調光Ｂは、偏光変調が輝度変調に変換されており、この照明プリズム２０の第１の光学面２１において全反射されて、第３の光学面２３より出射される。
【００６９】
この第３の光学面２３には、Ｓ偏光を選択的に透過させる偏光板が取付けられている。この偏光板によって検波されることにより、反射型空間光変調素子４０において各画素ごとに偏光状態が変調された変調光Ｂが、十分に輝度変調された光束に変換される。
【００７０】
この変調光Ｂは、照明プリズム２０の第３の光学面２３に偏光板を介して光学的に密着接合された導光プリズム９０に斜めに入射する。この導光プリズム９０は、一端面を照明プリズム２０の第３の光学面２３に密着させ、この一端面に対して略々垂直な互いに平行な光学面を有している。導光プリズム９０の一端面よりこの導光プリズム９０内に入射された変調光Ｂは、一端面に略々垂直な各光学面間での内部反射を数回繰り返した後、これら光学面の一方に接合された第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に斜めに入射する。
【００７１】
第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に入射した変調光Ｂは、この第２の透過型体積ホログラム光学素子３１によって回折されて、反射型体積ホログラムレンズ６３に入射する。反射型体積ホログラムレンズ６３は、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に近接してこの第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に平行に配置されている。
【００７２】
反射型体積ホログラムレンズ６３に入射した変調光Ｂは、この反射型体積ホログラムレンズ６３によって虚像結像のための屈折力を与えられて反射され、虚像表示光Ｃとして、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１を透過して、再び導光プリズム９０に入射する。このとき、虚像表示光Ｃは、導光プリズム９０から第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に入射する変調光Ｂとは、異なる入射角にて該第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に入射するため、体積ホログラム光学素子の角度選択性により、回折されずに透過する。
【００７３】
そして、虚像表示光Ｃは、導光プリズム９０の一端面に略々垂直な他方の光学面を介して、導光プリズム９０より出射されて、観察者の瞳７０に到達し、表示画像の虚像表示を行う。
【００７４】
一方、導光プリズム９０の背後側より入射する背景光Ｄは、反射型体積ホログラムレンズ６３、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１及び導光プリズム９０を透過して、観察者の瞳７０に入射する。この状態においては、表示画像と背景とが重なって観察される状態となっているが、背景光Ｄを遮断すれば、表示画像のみが観察される状態となる。
【００７５】
なお、この実施の形態において、反射型体積ホログラムレンズ６３に代えて、反射鏡を用いることとしてもよい。また、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１は、ホログラフィック高分子分散液晶光学素子（「ＨＰＤＬＣ」）としてもよい。
【００７６】
〔第５の実施の形態〕
また、本発明に係る画像表示装置は、図６に示すように、照明光源１０、照明光学系となる照明プリズムが一体化された導光プリズム９０、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０、反射型空間光変調素子４０を備え、さらに、結像光学系として、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１及び反射型光学素子となる自由曲面凹面鏡６４を備えて構成することができる。
【００７７】
照明光源１０は、光源として半導体レーザ１１を有し、この半導体レーザ１１から発せられた光束を合成樹脂製からなる平板状の導光板１２に導くように構成されている。この導光板１２に一側縁部より入射した光束は、この導光板１２内において、光束の照度均一化及び出射角度制御をなされ、この導光板１２の主面部である出射面１３より照明光Ａとして出射する。なお、導光板１２の半導体レーザ１１からの入射面及び出射面１３の他の面には、図示しない反射シートが設けられている。
【００７８】
導光板１２の出射面１３より出射された照明光Ａは、出射面１３に平行に配置された光学フィルム１４を透過することにより、さらに出射角度をコントロールされ、次に、偏光板１５を透過することにより、図６において紙面に垂直な方向の偏光光（反射型空間光変調素子４０に対するＳ偏光光）となされる。そして、この照明光Ａは、導光プリズム９０の第１の光学面９１の一端側部分に略々垂直に入射する。
【００７９】
直線偏光となされ導光プリズム９０に入射した照明光Ａは、この導光プリズム９０の第２の光学面９２の一端側部分より出射される。導光プリズム９０は、直方体形状のプリズムであって、第１の光学面９１と第２の光学面９２とは、互いに平行に対向する光学面である。
【００８０】
そして、照明光Ａは、第２の光学面９２の一端側部分に接合された第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に、略々垂直に入射する。この第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に入射した照明光Ａは、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に対してＳ偏光となっているため、多くの成分が回折されずに透過して、反射型空間光変調素子４０に入射する。すなわち、照明光Ａは、反射型空間光変調素子４０に略々垂直に入射する。
【００８１】
反射型空間光変調素子４０は、入射した回折光について、表示画像に応じて、偏光状態を変調して反射させる。この反射型空間光変調素子４０により変調されて反射された変調光Ｂは、再び透過型体積ホログラム光学素子３０に入射する。このとき、変調光Ｂのうち、Ｓ偏光成分の多くは、回折されずに照明光源１０側に戻り、Ｐ偏光成分は、透過型体積ホログラム光学素子３０において回折され、導光プリズム９０内に斜めに入射する。このようにして透過型体積ホログラム光学素子３０により回折されて導光プリズム９０に入射した変調光（回折光）Ｂは、偏光変調が輝度変調に変換されている。
【００８２】
導光プリズム９０の一端面よりこの導光プリズム９０内に斜めに入射された変調光Ｂは、第１の光学面９１及び第２の光学面９２間ででの内部反射を数回繰り返した後、これら光学面の一方に接合された第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に斜めに入射する。
【００８３】
第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に入射した変調光Ｂは、この第２の透過型体積ホログラム光学素子３１によって回折されて、１／４（四分の一）波長板５１を透過して円偏光光となされて、自由曲面凹面鏡６４に略々垂直に入射する。自由曲面凹面鏡６４は、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に近接してこの第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に平行に配置されている。
【００８４】
自由曲面凹面鏡６４に入射した変調光Ｂは、この自由曲面凹面鏡６４によって虚像結像のための屈折力を与えられて反射され、虚像表示光Ｃとして、１／４波長板５１及び第２の透過型体積ホログラム光学素子３１を透過して、再び導光プリズム９０に入射する。このとき、虚像表示光Ｃは、導光プリズム９０から第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に入射する変調光Ｂとは、異なる入射角にて該第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に入射するとともに、偏光方向も異なるので、体積ホログラム光学素子の角度選択性及び偏光依存性により、回折されずに透過する。
【００８５】
そして、虚像表示光Ｃは、導光プリズム９０の第２の光学面９２を介して、導光プリズム９０より出射されて、観察者の瞳７０に到達し、表示画像の虚像表示を行う。
【００８６】
なお、この実施の形態において、自由曲面凹面鏡６４に代えて、反射型体積ホログラムレンズ６３を用いることとしてもよい。また、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１は、ホログラフィック高分子分散液晶光学素子（「ＨＰＤＬＣ」）としてもよい。さらに、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０をＳ偏光光を主に回折する素子とした場合には、照明光Ａの偏光方向をＰ偏光としてもよい。
【００８７】
〔第６の実施の形態〕
また、本発明に係る画像表示装置は、図７に示すように、照明光源１０、照明光学系となる照明プリズム２０、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０、反射型空間光変調素子４０及び導光プリズム９０を備え、さらに、結像光学系として、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１及び反射型光学素子となる反射型体積ホログラムレンズ６３を備えて構成することができる。
【００８８】
照明光源１０は、光源として半導体レーザ１１を有し、この半導体レーザ１１から発せられた光束を合成樹脂製からなる平板状の導光板１２に導くように構成されている。この導光板１２に一側縁部より入射した光束は、この導光板１２内において、光束の照度均一化及び出射角度制御をなされ、この導光板１２の主面部である出射面１３より照明光Ａとして出射する。なお、導光板１２の半導体レーザ１１からの入射面及び出射面１３の他の面には、図示しない反射シートが設けられている。
【００８９】
導光板１２の出射面１３より出射された照明光Ａは、出射面１３に平行に配置された光学フィルム１４を透過することにより、さらに出射角度をコントロールされ、次に、偏光板１５を透過することにより、図７において紙面に平行な方向の偏光光（反射型空間光変調素子４０に対するＰ偏光光）となされる。そして、この照明光Ａは、照明プリズム２０の第１の光学面（光束分割面）２１に略々垂直に入射する。
【００９０】
直線偏光となされ照明プリズム２０に入射した照明光Ａは、この照明プリズム２０の第２の光学面２２より出射される。そして、照明光Ａは、この第２の光学面２２に接合された第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に、約２５°の入射角をもって入射する。この第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に入射した照明光Ａは、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に対してＰ偏光となっているため、多くの成分が回折されて、反射型空間光変調素子４０に入射する。すなわち、照明光Ａは、透過型体積ホログラム光学素子３０により、照明プリズム２０内において第１の光学面２１から第２の光学面２２に向かうときの方向よりも、反射型空間光変調素子４０に対する入射角を小さくなされて（垂直入射に近くなされて）、回折光として反射型空間光変調素子４０に入射する。
【００９１】
ここで、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０にて回折される照明光Ａの回折角度は、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０の干渉縞ピッチが面内で不均一とされていることにより、反射型空間光変調素子４０上の位置によって異なるようになされている。これは、観察者の瞳７０に入射する反射型空間光変調素子４０上の出射角が、反射型空間光変調素子４０上の場所ごとに異なるためである。すなわち、この実施の形態においては、反射型空間光変調素子４０上の場所ごとに出射角度を変えることにより、光利用効率の向上及び迷光の低減を図っている。
【００９２】
反射型空間光変調素子４０は、入射した回折光について、表示画像に応じて、偏光状態を変調して反射させる。この反射型空間光変調素子４０により変調されて反射された変調光Ｂは、再び透過型体積ホログラム光学素子３０に入射する。このとき、変調光Ｂのうち、Ｐ偏光成分の多くは、再び回折されて照明光源１０側に戻り、Ｓ偏光成分は、透過型体積ホログラム光学素子３０において回折されることなく透過して、照明プリズム２０内に入射する。
【００９３】
このようにして透過型体積ホログラム光学素子３０を透過して照明プリズム２０に入射した変調光Ｂは、偏光変調が輝度変調に変換されており、この照明プリズム２０の第１の光学面２１において全反射されて、第３の光学面２３より出射される。
【００９４】
この第３の光学面２３には、Ｓ偏光を選択的に透過させる偏光板が取付けられている。この偏光板によって検波されることにより、反射型空間光変調素子４０において各画素ごとに偏光状態が変調された変調光Ｂが、十分に輝度変調された光束に変換される。
【００９５】
この変調光Ｂは、照明プリズム２０の第３の光学面２３に偏光板を介して光学的に密着接合された導光プリズム９０に斜めに入射する。この導光プリズム９０は、傾斜した一端面を照明プリズム２０の第３の光学面２３に密着させるとともに、互いに平行な第１及び第２の光学面９１，９２を有している。導光プリズム９０の一端面よりこの導光プリズム９０内に入射された変調光Ｂは、第１及び第２の光学面９１，９２間での内部反射を数回繰り返した後、第１の光学面９１に接合された第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に斜めに入射する。
【００９６】
第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に入射した変調光Ｂは、この第２の透過型体積ホログラム光学素子３１において回折されることなく透過し、この第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に光学的に密着されている反射型体積ホログラムレンズ６３に入射する。
【００９７】
反射型体積ホログラムレンズ６３に入射した変調光Ｂは、この反射型体積ホログラムレンズ６３によって虚像結像のための屈折力を与えられて反射され、虚像表示光Ｃとして、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１において回折されて、再び導光プリズム９０に入射する。このとき、虚像表示光Ｃは、導光プリズム９０から第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に入射する変調光Ｂとは、異なる入射角にて該第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に入射するため、体積ホログラム光学素子の角度選択性により、回折される。
【００９８】
そして、虚像表示光Ｃは、導光プリズム９０の第２の光学面９２を介して、導光プリズム９０より出射されて、観察者の瞳７０に到達し、表示画像の虚像表示を行う。
【００９９】
一方、導光プリズム９０の背後側より入射する背景光Ｄは、Ｓ偏光光を選択的に透過する偏光板５２、反射型体積ホログラムレンズ６３、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１及び導光プリズム９０を透過して、観察者の瞳７０に入射する。この状態においては、表示画像と背景とが重なって観察される状態となっているが、背景光Ｄを遮断すれば、表示画像のみが観察される状態となる。
【０１００】
なお、この実施の形態において、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１は、ホログラフィック高分子分散液晶光学素子（「ＨＰＤＬＣ」）としてもよい。
【０１０１】
〔第７の実施の形態〕
また、本発明に係る画像表示装置は、図８に示すように、照明光源１０、照明光学系となる照明プリズムが一体化された導光プリズム９０、透過型体積ホログラム光学素子３０、反射型空間光変調素子４０を備え、さらに、結像光学系として、導光プリズム９０の一部をなす反射型光学素子面６２を備えて構成することができる。
【０１０２】
照明光源１０は、光源として半導体レーザ１１を有し、この半導体レーザ１１から発せられた光束を合成樹脂製からなる平板状の導光板１２に導くように構成されている。この導光板１２に一側縁部より入射した光束は、この導光板１２内において、光束の照度均一化及び出射角度制御をなされ、この導光板１２の主面部である出射面１３より照明光Ａとして出射する。なお、導光板１２の半導体レーザ１１からの入射面及び出射面１３の他の面には、図示しない反射シートが設けられている。
【０１０３】
導光板１２の出射面１３より出射された照明光Ａは、出射面１３に平行に配置された光学フィルム１４を透過することにより、さらに出射角度をコントロールされ、次に、偏光板１５を透過することにより、図８において紙面に垂直な方向の偏光光（反射型空間光変調素子４０に対するＳ偏光光）となされる。そして、この照明光Ａは、導光プリズム９０の第１の光学面９１の一端側部分に略々垂直に入射する。
【０１０４】
直線偏光となされ導光プリズム９０に入射した照明光Ａは、この導光プリズム９０の第２の光学面９２の一端側部分より出射される。導光プリズム９０は、直方体形状のプリズムであって、第１の光学面９１と第２の光学面９２とは、互いに平行に対向する光学面である。
【０１０５】
そして、照明光Ａは、第２の光学面９２の一端側部分に接合された第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に、略々垂直に入射する。この第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に入射した照明光Ａは、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に対してＳ偏光となっているため、多くの成分が回折されずに透過して、反射型空間光変調素子４０に入射する。すなわち、照明光Ａは、反射型空間光変調素子４０に略々垂直に入射する。
【０１０６】
反射型空間光変調素子４０は、入射した回折光について、表示画像に応じて、偏光状態を変調して反射させる。この反射型空間光変調素子４０により変調されて反射された変調光Ｂは、再び透過型体積ホログラム光学素子３０に入射する。このとき、変調光Ｂのうち、Ｓ偏光成分の多くは、回折されずに照明光源１０側に戻り、Ｐ偏光成分は、透過型体積ホログラム光学素子３０において回折され、導光プリズム９０内に斜めに入射する。このようにして透過型体積ホログラム光学素子３０により回折されて導光プリズム９０に入射した変調光（回折光）Ｂは、偏光変調が輝度変調に変換されている。
【０１０７】
導光プリズム９０の一端面よりこの導光プリズム９０内に斜めに入射された変調光Ｂは、第１の光学面９１及び第２の光学面９２間ででの内部反射を数回繰り返した後、これら光学面の一方の他端側に形成された反射型光学素子面６２に入射する。
【０１０８】
反射型光学素子面６２に入射した変調光Ｂは、この反射型光学素子面６２によって虚像結像のための屈折力を与えられて反射され、虚像表示光Ｃとして、導光プリズム９０の第２の光学面９２の他端側部分を介して、導光プリズム９０より出射されて、観察者の瞳７０に到達し、表示画像の虚像表示を行う。
【０１０９】
なお、この実施の形態において、反射型光学素子面６２に代えて、反射型体積ホログラム光学素子を用いてもよい。また、透過型体積ホログラム光学素子３０は、ホログラフィック高分子分散液晶光学素子（「ＨＰＤＬＣ」）としてもよい。さらに、透過型体積ホログラム光学素子３０をＳ偏光光を主に回折する素子とした場合には、照明光Ａの偏光方向をＰ偏光としてもよい。
【０１１０】
〔第８の実施の形態〕
また、本発明に係る画像表示装置は、図９に示すように、照明光源１０、照明光学系となる照明プリズムが一体化された導光プリズム９０、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０、反射型空間光変調素子４０を備え、さらに、結像光学系として、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１及び反射型光学素子となる反射型体積ホログラムレンズ６３を備えて構成することができる。
【０１１１】
照明光源１０は、光源として半導体レーザ１１を有し、この半導体レーザ１１から発せられた光束を合成樹脂製からなる平板状の導光板１２に導くように構成されている。この導光板１２に一側縁部より入射した光束は、この導光板１２内において、光束の照度均一化及び出射角度制御をなされ、この導光板１２の主面部である出射面１３より照明光Ａとして出射する。なお、導光板１２の半導体レーザ１１からの入射面及び出射面１３の他の面には、図示しない反射シートが設けられている。
【０１１２】
導光板１２の出射面１３より出射された照明光Ａは、出射面１３に平行に配置された光学フィルム１４を透過することにより、さらに出射角度をコントロールされ、次に、偏光板１５を透過することにより、図９において紙面に垂直な方向の偏光光（反射型空間光変調素子４０に対するＳ偏光光）となされる。そして、この照明光Ａは、導光プリズム９０の第２の光学面９２の一端側部分に略々垂直に入射する。
【０１１３】
直線偏光となされ導光プリズム９０に入射した照明光Ａは、この導光プリズム９０の第１の光学面９１の一端側部分より出射される。導光プリズム９０は、直方体形状のプリズムであって、第１の光学面９１と第２の光学面９２とは、互いに平行に対向する光学面である。
【０１１４】
そして、照明光Ａは、第１の光学面９１の一端側部分に接合された第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に、略々垂直に入射する。この第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に入射した照明光Ａは、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に対してＳ偏光となっているため、多くの成分が回折されずに透過して、反射型空間光変調素子４０に入射する。すなわち、照明光Ａは、反射型空間光変調素子４０に略々垂直に入射する。
【０１１５】
反射型空間光変調素子４０は、入射した回折光について、表示画像に応じて、偏光状態を変調して反射させる。この反射型空間光変調素子４０により変調されて反射された変調光Ｂは、再び透過型体積ホログラム光学素子３０に入射する。このとき、変調光Ｂのうち、Ｓ偏光成分の多くは、回折されずに照明光源１０側に戻り、Ｐ偏光成分は、透過型体積ホログラム光学素子３０において回折され、導光プリズム９０内に斜めに入射する。このようにして透過型体積ホログラム光学素子３０により回折されて導光プリズム９０に入射した変調光（回折光）Ｂは、偏光変調が輝度変調に変換されている。
【０１１６】
導光プリズム９０の一端面よりこの導光プリズム９０内に斜めに入射された変調光Ｂは、第１の光学面９１及び第２の光学面９２間ででの内部反射を数回繰り返した後、これら光学面の一方に接合された第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に斜めに入射する。
【０１１７】
第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に入射した変調光Ｂは、この第２の透過型体積ホログラム光学素子３１によって回折されて、１／４（四分の一）波長板５１を透過して円偏光光となされて、反射型体積ホログラムレンズ６３に略々垂直に入射する。
【０１１８】
反射型体積ホログラムレンズ６３に入射した変調光Ｂは、この反射型体積ホログラムレンズ６３によって虚像結像のための屈折力を与えられて反射され、虚像表示光Ｃとして、１／４波長板５１を透過し、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１において回折されずに透過して、再び導光プリズム９０に入射する。このとき、虚像表示光Ｃは、導光プリズム９０から第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に入射する変調光Ｂとは、異なる入射角にて該第２の透過型体積ホログラム光学素子３１に入射し、偏光方向も異なっているため、体積ホログラム光学素子の角度選択性及び偏光選択性により、回折されずに透過する。
【０１１９】
そして、虚像表示光Ｃは、導光プリズム９０の第２の光学面９２を介して、導光プリズム９０より出射されて、観察者の瞳７０に到達し、表示画像の虚像表示を行う。
【０１２０】
一方、導光プリズム９０の背後側より入射する背景光Ｄは、Ｓ偏光光を選択的に透過する偏光板５２、反射型体積ホログラムレンズ６３、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１及び導光プリズム９０を透過して、観察者の瞳７０に入射する。この状態においては、表示画像と背景とが重なって観察される状態となっているが、背景光Ｄを遮断すれば、表示画像のみが観察される状態となる。
【０１２１】
なお、この実施の形態において、第２の透過型体積ホログラム光学素子３１は、ホログラフィック高分子分散液晶光学素子（「ＨＰＤＬＣ」）としてもよい。さらに、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０をＳ偏光光を主に回折する素子とした場合には、照明光Ａの偏光方向をＰ偏光としてもよい。
【０１２２】
〔第９の実施の形態〕
また、本発明に係る画像表示装置は、図１０に示すように、照明光源１０、照明光学系となる照明プリズムが一体化された導光プリズム９０、透過型体積ホログラム光学素子３０、反射型空間光変調素子４０を備え、さらに、結像光学系として、導光プリズム９０の一部をなす反射型光学素子面６２を備えて構成することができる。
【０１２３】
照明光源１０は、光源として半導体レーザ１１を有し、この半導体レーザ１１から発せられた光束を合成樹脂製からなる平板状の導光板１２に導くように構成されている。この導光板１２に一側縁部より入射した光束は、この導光板１２内において、光束の照度均一化及び出射角度制御をなされ、この導光板１２の主面部である出射面１３より照明光Ａとして出射する。なお、導光板１２の半導体レーザ１１からの入射面及び出射面１３の他の面には、図示しない反射シートが設けられている。
【０１２４】
導光板１２の出射面１３より出射された照明光Ａは、出射面１３に平行に配置された光学フィルム１４を透過することにより、さらに出射角度をコントロールされ、次に、偏光板１５を透過することにより、図１０において紙面に垂直な方向の偏光光（反射型空間光変調素子４０に対するＳ偏光光）となされる。そして、この照明光Ａは、導光プリズム９０の第１の光学面９１の一端側部分に略々垂直に入射する。
【０１２５】
直線偏光となされ導光プリズム９０に入射した照明光Ａは、この導光プリズム９０の第２の光学面９２の一端側部分より出射される。導光プリズム９０は、直方体形状のプリズムであって、第１の光学面９１と第２の光学面９２とは、互いに平行に対向する光学面である。
【０１２６】
そして、照明光Ａは、第２の光学面９２の一端側部分に接合された第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に、略々垂直に入射する。この第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に入射した照明光Ａは、第１の透過型体積ホログラム光学素子３０に対してＳ偏光となっているため、多くの成分が回折されずに透過して、反射型空間光変調素子４０に入射する。すなわち、照明光Ａは、反射型空間光変調素子４０に略々垂直に入射する。
【０１２７】
反射型空間光変調素子４０は、入射した回折光について、表示画像に応じて、偏光状態を変調して反射させる。この反射型空間光変調素子４０により変調されて反射された変調光Ｂは、再び透過型体積ホログラム光学素子３０に入射する。このとき、変調光Ｂのうち、Ｓ偏光成分の多くは、回折されずに照明光源１０側に戻り、Ｐ偏光成分は、透過型体積ホログラム光学素子３０において回折され、導光プリズム９０内に斜めに入射する。このようにして透過型体積ホログラム光学素子３０により回折されて導光プリズム９０に入射した変調光（回折光）Ｂは、偏光変調が輝度変調に変換されている。
【０１２８】
導光プリズム９０の一端面よりこの導光プリズム９０内に斜めに入射された変調光Ｂは、第１の光学面９１の他端側に形成された反射型光学素子面６２に入射する。
【０１２９】
反射型光学素子面６２に入射した変調光Ｂは、この反射型光学素子面６２によって虚像結像のための屈折力を与えられて反射され、虚像表示光Ｃとして、導光プリズム９０の第２の光学面９２の他端側部分を介して、導光プリズム９０より出射されて、観察者の瞳７０に到達し、表示画像の虚像表示を行う。
【０１３０】
なお、この実施の形態において、反射型光学素子面６２に代えて、反射型体積ホログラム光学素子を用いてもよい。また、透過型体積ホログラム光学素子３０は、ホログラフィック高分子分散液晶光学素子（「ＨＰＤＬＣ」）としてもよい。さらに、透過型体積ホログラム光学素子３０をＳ偏光光を主に回折する素子とした場合には、照明光Ａの偏光方向をＰ偏光としてもよい。
【０１３１】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る画像表示装置においては、照明プリズム、または、導光プリズムに入射した照明光の入射方向が反射型空間光変調素子に対して傾斜していても、反射型空間光変調素子は、透過型体積ホログラム光学素子において回折された回折光によって照明されるので、略々垂直に入射する光束によって照明されることができる。
【０１３２】
また、この画像表示装置においては、照明プリズム、または、導光プリズムに入射させる照明光の入射方向を反射型空間光変調素子に対して略々垂直としても、この反射型空間光変調素子により変調されて反射された変調光は、透過型体積ホログラム光学素子において回折され、照明プリズムの外方に出射すれ、または、導光プリズムによって導かれる。
【０１３３】
したがって、この画像表示装置においては、コントラストの良好な画像を表示することができる。
【０１３４】
そして、この画像表示装置においては、導光プリズム内において導かれた変調光が反射型光学素子に対して傾斜して入射しても、この変調光、または、反射型光学素子を経た光が透過型体積ホログラム光学素子において回折されるので、反射型光学素子を経た光は、導光プリズムの第４の光学面から略々垂直に出射する。
【０１３５】
したがって、この画像表示装置においては、結像光学系が共軸化され、反射型光学素子における収差補正が容易であり、収差のない良好な画像を表示することができる。
【０１３６】
さらに、この画像表示装置の照明プリズムにおいては、第１の光学面が照明光の透過面と変調光の反射面とを兼ねており、変調光の出射される第３の光学面は、光束を反射する必要がないので、結像光学系に対して光学的に密着させることができる。
【０１３７】
また、この画像表示装置の導光プリズムは、第１の光学面が照明光の透過面と変調光の反射面とを兼ねており、透過型体積ホログラム光学素子及び反射型光学素子からなる結像光学系に対向する第３の光学面及び反射型光学素子を経た光束が出射される第４の光学面までを一体化することができる。
【０１３８】
あるいは、この画像表示装置の導光プリズムにおいては、第１及び第２の光学面より、結像光学系となる反射型光学素子面及びこの反射型光学素子面を経た光束が出射される第４の光学面までを一体化することができる。
【０１３９】
したがって、この画像表示装置においては、装置構成の小型化、簡素化が可能となる。
【０１４０】
すなわち、本発明は、反射型空間光変調素子を使用する画像表示装置において、光学系の厚さ、重量が最小化され照明光学系の部品点数が削減されて装置全体の寸法、重量が小型化され、光学系の光利用効率が大きくなされるとともに、表示画像のコントラストが向上され、さらに、結像光学系が共軸化された画像表示装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像表示装置の第１の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図２】上記画像表示装置の第２の実施の形態における構成を示す平面図である。
【図３】上記画像表示装置の第２の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図４】上記画像表示装置の第３の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図５】上記画像表示装置の第４の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図６】上記画像表示装置の第５の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図７】上記画像表示装置の第６の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図８】上記画像表示装置の第７の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図９】上記画像表示装置の第８の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図１０】上記画像表示装置の第９の実施の形態における構成を示す側面図である。
【図１１】従来の画像表示装置の構成を示す側面図である。
【図１２】従来の画像表示装置の構成の他の例を示す側面図である。
【符号の説明】
１０  照明光源、２０  照明プリズム、３０，３１  透過型体積ホログラム光学素子、４０  反射型空間光変調素子、５０  偏光板、６０  接眼レンズ、６１投影レンズ、６２  反射型光学素子面、６３  、反射型体積ホログラムレンズ、７０  瞳、８０  色合成クロスプリズム、９０  導光プリズム
【図１】
0004029662.tif 000002
【図２】
0004029662.tif 000003
【図３】
0004029662.tif 000004
【図４】
0004029662.tif 000005
【図５】
0004029662.tif 000006
【図６】
0004029662.tif 000007
【図７】
0004029662.tif 000008
【図８】
0004029662.tif 000009
【図９】
0004029662.tif 000010
【図１０】
0004029662.tif 000011
【図１１】
0004029662.tif 000012
【図１２】
0004029662.tif 000013