(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ反射光学素子を備え、前記反射光学素子において最初に反射が行われ次に前記反射の際とは異なる入射角度で透過が行われる光路を有し、前記反射光学素子での反射により入射光の波長分布の波長幅が狭められ、前記反射光学素子での透過により入射光の波長分布のうちの一部の波長領域がカットされることを特徴とするバンドパスフィルタ。
【請求項２】
ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ反射光学素子を備え、前記反射光学素子において最初に透過が行われ次に前記透過の際とは異なる入射角度で反射が行われる光路を有し、前記反射光学素子での透過により入射光の波長分布の波長幅が狭められ、前記反射光学素子での反射により入射光の波長分布のうちの一部の波長領域がカットされることを特徴とするバンドパスフィルタ。
【請求項３】
波長及び入射角度に応じて入射光の反射及び透過を行う反射光学素子を備え、前記反射光学素子に対する入射光を、第１の入射角度で少なくとも１回反射させ、前記第１の入射角度とは異なる第２の入射角度で少なくとも１回透過させるように光路が構成されており、前記反射光学素子での反射により入射光の波長分布の波長幅が狭められ、前記反射光学素子での透過により入射光の波長分布のうちの一部の波長領域がカットされることを特徴とするバンドパスフィルタ。
【請求項４】
波長及び入射角度に応じて入射光の反射及び透過を行う反射光学素子を備え、前記反射光学素子に対する入射光を、第１の入射角度で少なくとも１回反射させ、前記第１の入射角度とは異なる第２の入射角度で少なくとも１回透過させるように光路が構成されており、前記反射光学素子での反射，透過のうち、一方により入射光の波長分布のうちの長波長側の波長領域がカットされ、他方により入射光の波長分布のうちの短波長側の波長領域がカットされることを特徴とするバンドパスフィルタ。
【請求項５】
さらに、前記反射光学素子での反射，透過のうちの一方が行われた後の光を反射させるミラーを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項６】
ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ第１，第２の反射光学素子を備え、最初に前記第１の反射光学素子において入射光の透過が行われ、次に前記第２の反射光学素子において入射光の反射が行われるように光路が構成されており、前記第１の反射光学素子での透過により入射光の波長分布の波長幅が狭められ、前記第２の反射光学素子での反射により入射光の波長分布のうちの一部の波長領域がカットされることを特徴とするバンドパスフィルタ。
【請求項７】
ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ第１，第２の反射光学素子を備え、最初に前記第１の反射光学素子において入射光の反射が行われ、次に前記第２の反射光学素子において入射光の透過が行われるように光路が構成されており、前記第１の反射光学素子での反射により入射光の波長分布の波長幅が狭められ、前記第２の反射光学素子での透過により入射光の波長分布のうちの一部の波長領域がカットされることを特徴とするバンドパスフィルタ。
【請求項８】
前記第２の反射光学素子での反射の後に、前記第１の反射光学素子での透過の際とは異なる入射角度で、前記第１の反射光学素子において入射光の反射が行われるように光路が構成されており、前記第１の反射光学素子での反射により入射光の波長分布のうちの一部の波長領域がカットされることを特徴とする請求項６記載のバンドパスフィルタ。
【請求項９】
前記第１の反射光学素子での反射の前に、前記第２の反射光学素子において入射光の反射が行われるように光路が構成されており、前記第２の反射光学素子での反射により入射光の波長分布の波長幅が狭められることを特徴とする請求項７記載のバンドパスフィルタ。
【請求項１０】
前記第１の反射光学素子での反射の後に、前記第２の反射光学素子での反射の際とは異なる入射角度で、前記第２の反射光学素子において入射光の透過が行われるように光路が構成されており、前記第２の反射光学素子での透過により入射光の波長分布の波長幅が狭められることを特徴とする請求項８記載のバンドパスフィルタ。
【請求項１１】
前記第１の反射光学素子と前記第２の反射光学素子とが、同じ入射角度に対して反射主波長の異なる反射角度選択特性を有し、かつ、互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項１２】
前記第１の反射光学素子と前記第２の反射光学素子とが、同じ反射角度選択特性を有し、かつ、互いに非平行に配置されていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項１３】
前記反射光学素子が、体積位相ホログラフィック光学素子，多層フィルム又は多層フィルタであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のバンドパスフィルタ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のバンドパスフィルタを光路中に有することを特徴とする照明光学系。
【請求項１５】
表示面に映像を表示する映像表示素子と、その映像を拡大投影する接眼光学系と、を有する映像表示装置であって、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のバンドパスフィルタが光路中に配置されていることを特徴とする映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバンドパスフィルタ及び映像表示装置に関するものであり、更に詳しくは、表示素子(例えばＬＣＤ：Liquid Crystal Display)の２次元映像を接眼光学系で観察者眼に投影表示する映像表示装置(例えばＨＭＤ：Head Mounted Display)、それに用いるバンドパスフィルタや照明光学系等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
映像表示装置において必要な波長分布の光は、バンドパスフィルタを用いることにより得られる。しかし、シャープな波長分布を確保しながらバンドパスフィルタの軽量・コンパクト化を図ることは困難である。光学素子のコンパクト化を図るために、ホログラフィック光学素子(ＨＯＥ：Holographic Optical Element)の角度選択性を利用した光学構成が、米国特許第3,940,203号，米国特許第4,830,464号，米国特許第4,874,214号等の各明細書や特開2000-28925号公報で提案されている。それらが提案している光学構成では、対向配置された２枚の光学素子で透過と反射を繰り返す、いわゆるパンケーキ型構造を採用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例はいずれも、光路の折り曲げにより光学素子の薄型化を図りながら、接眼光学系のパワーにＨＯＥの回折作用を利用している。このため、反射や透過の際に光の波長分布が変化することはなく、コンパクトではあってもバンドパスフィルタの効果は得られない。また、映像表示装置に必要な照明やビーム整形にも用いることができない。
【０００４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、シャープな波長分布が得られる軽量・コンパクトなバンドパスフィルタと、それを用いて高品位な映像表示を行うことが可能な映像表示装置を提供することにある。また他の目的は、コンパクトな照明光学系及びビーム整形光学系を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明のバンドパスフィルタは、ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ反射光学素子を備え、前記反射光学素子において最初に反射が行われ次に前記反射の際とは異なる入射角度で透過が行われる光路を有し、前記反射光学素子での反射により入射光の波長分布の波長幅が狭められ、前記反射光学素子での透過により入射光の波長分布のうちの一部の波長領域がカットされることを特徴とする。
第２の発明のバンドパスフィルタは、ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ反射光学素子を備え、前記反射光学素子において最初に透過が行われ次に前記透過の際とは異なる入射角度で反射が行われる光路を有し、前記反射光学素子での透過により入射光の波長分布の波長幅が狭められ、前記反射光学素子での反射により入射光の波長分布のうちの一部の波長領域がカットされることを特徴とする。
【０００６】
第３の発明のバンドパスフィルタは、波長及び入射角度に応じて入射光の反射及び透過を行う反射光学素子を備え、前記反射光学素子に対する入射光を、第１の入射角度で少なくとも１回反射させ、前記第１の入射角度とは異なる第２の入射角度で少なくとも１回透過させるように光路が構成されており、前記反射光学素子での反射により入射光の波長分布の波長幅が狭められ、前記反射光学素子での透過により入射光の波長分布のうちの一部の波長領域がカットされることを特徴とする。
第４の発明のバンドパスフィルタは、波長及び入射角度に応じて入射光の反射及び透過を行う反射光学素子を備え、前記反射光学素子に対する入射光を、第１の入射角度で少なくとも１回反射させ、前記第１の入射角度とは異なる第２の入射角度で少なくとも１回透過させるように光路が構成されており、前記反射光学素子での反射，透過のうち、一方により入射光の波長分布のうちの長波長側の波長領域がカットされ、他方により入射光の波長分布のうちの短波長側の波長領域がカットされることを特徴とする。
【０００７】
第５の発明のバンドパスフィルタは、上記第１〜第４のいずれか１つの発明の構成において、さらに、前記反射光学素子での反射，透過のうちの一方が行われた後の光を反射させるミラーを有することを特徴とする。
【０００８】
第６の発明のバンドパスフィルタは、ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ第１，第２の反射光学素子を備え、最初に前記第１の反射光学素子において入射光の透過が行われ、次に前記第２の反射光学素子において入射光の反射が行われるように光路が構成されており、前記第１の反射光学素子での透過により入射光の波長分布の波長幅が狭められ、前記第２の反射光学素子での反射により入射光の波長分布のうちの一部の波長領域がカットされることを特徴とする。
第７の発明のバンドパスフィルタは、ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ第１，第２の反射光学素子を備え、最初に前記第１の反射光学素子において入射光の反射が行われ、次に前記第２の反射光学素子において入射光の透過が行われるように光路が構成されており、前記第１の反射光学素子での反射により入射光の波長分布の波長幅が狭められ、前記第２の反射光学素子での透過により入射光の波長分布のうちの一部の波長領域がカットされることを特徴とする。
【０００９】
第８の発明のバンドパスフィルタは、上記第６の発明の構成において、前記第２の反射光学素子での反射の後に、前記第１の反射光学素子での透過の際とは異なる入射角度で、前記第１の反射光学素子において入射光の反射が行われるように光路が構成されており、前記第１の反射光学素子での反射により入射光の波長分布のうちの一部の波長領域がカットされることを特徴とする。
第９の発明のバンドパスフィルタは、上記第７の発明の構成において、前記第１の反射光学素子での反射の前に、前記第２の反射光学素子において入射光の反射が行われるように光路が構成されており、前記第２の反射光学素子での反射により入射光の波長分布の波長幅が狭められることを特徴とする。
【００１０】
第１０の発明のバンドパスフィルタは、上記第８の発明の構成において、前記第１の反射光学素子での反射の後に、前記第２の反射光学素子での反射の際とは異なる入射角度で、前記第２の反射光学素子において入射光の透過が行われるように光路が構成されており、前記第２の反射光学素子での透過により入射光の波長分布の波長幅が狭められることを特徴とする。
【００１１】
第１１の発明のバンドパスフィルタは、上記第６〜第１０のいずれか１つの発明の構成において、前記第１の反射光学素子と前記第２の反射光学素子とが、同じ入射角度に対して反射主波長の異なる反射角度選択特性を有し、かつ、互いに平行に配置されていることを特徴とする。
第１２の発明のバンドパスフィルタは、上記第６〜第１０のいずれか１つの発明の構成において、前記第１の反射光学素子と前記第２の反射光学素子とが、同じ反射角度選択特性を有し、かつ、互いに非平行に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
第１３の発明のバンドパスフィルタは、上記第１〜第１２のいずれか１つの発明の構成において、前記反射光学素子が、体積位相ホログラフィック光学素子，多層フィルム又は多層フィルタであることを特徴とする。
【００１３】
第１４の発明の照明光学系は、上記第１〜第１３のいずれか１つの発明に係るバンドパスフィルタを光路中に有することを特徴とする。
第１５の発明の映像表示装置は、表示面に映像を表示する映像表示素子と、その映像を拡大投影する接眼光学系と、を有する映像表示装置であって、上記第１〜第１３のいずれか１つの発明に係るバンドパスフィルタが光路中に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施したバンドパスフィルタ，映像表示装置等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００１５】
《バンドパスフィルタの実施の形態(図１〜図７)…反射光学素子：１枚，波長制限：透過時又は反射時》
図１に、第１の実施の形態の光学構成及び光路を示す。第１の実施の形態は、平板状の反射光学素子(D)と、それに対して略平行に対向するように配置されたミラー(M)と、を備えたバンドパスフィルタである。反射光学素子(D)は、ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持っており、その角度選択性により光の入射角度に応じた反射・透過が共に可能になっている。
【００１６】
反射光学素子(D)としては、体積位相型・反射型のホログラフィック光学素子(ＨＯＥ：Holographic Optical Element)が用いられる。その材料としては、ドライプロセスでの製造が可能なフォトポリマーが望ましいが、銀塩材料，重クロム酸ゼラチン等でもよい。また、反射光学素子(D)は上記ＨＯＥやその他の回折光学素子に限らず、例えば多層膜や多層フィルム(米国特許第6,157,490号等参照。)等でもよい。一方、ミラー(M)は光の反射を波長分布に影響を与えることなく行う通常のミラーである。反射光学素子(D)とミラー(M)とは所定間隔をあけて対向配置されているが、反射光学素子(D)への光(L0)の入射が妨げられなければ、反射光学素子(D)とミラー(M)とを貼り合わせて用いてもよい。反射光学素子(D)とミラー(M)との貼り合わせにより、バンドパスフィルタを更に薄型化することが可能である。
【００１７】
図１に示すバンドパスフィルタでは、光源(例えばＬＥＤ：Light Emitting Diode)からの入射光(L0)が反射光学素子(D)に対して斜めに入射し、そこでの回折作用により略垂直に反射され、その反射光(L1)がミラー(M)で反射され、その反射光(L2)が反射光学素子(D)を略垂直に透過して、透過光(L3)として射出するように光路が設定されている。反射光学素子(D)では反射と透過がそれぞれ１回ずつ行われ、その際に入射光(L0)と反射光(L2)とが互いに異なった入射角度で反射光学素子(D)に入射する。反射光学素子(D)は、ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持っているので、反射光学素子(D)での反射により得られた反射光(L1,L2)の波長分布に対し、その長波長側又は短波長側の波長領域を反射光学素子(D)での透過によりカットすることが可能である。その一例を図２に示す。
【００１８】
図２のグラフは、長波長側の波長制限を行う前と後の光の波長分布を示している(横軸：波長，縦軸：光強度)。図２(Ａ)に示すように、まず入射光(L0)の波長分布が反射光学素子(D)での反射により波長幅の狭いもの(L1,L2)となる。次に、反射光(L2)の波長分布のうち長波長側の一部の波長領域(E：破線右側の斜線部分)が、反射光学素子(D)での透過によりカットされて、波長幅は更に狭くなる。その結果、図２(Ｂ)に示すように波長幅の狭いシャープな波長分布(L3)が得られる。
【００１９】
上記のように、特定の波長に対して角度選択性を有する反射光学素子(D)で、少なくとも１回の反射と少なくとも１回の透過を互いに異なる入射角度で行う構成とすることにより、バンドパスフィルタの薄型化が可能になるとともに、入射光(L0)の波長分布を任意に変化させる波長制限が可能となる。その際、少なくとも１回の反射又は透過によって得られた波長分布に対し、その長波長側又は短波長側の波長領域をカットする透過又は反射を少なくとも１回行うことにより、入射光(L0)の波長分布を波長幅の狭いもの(L3)に変化させることができる。したがって、反射光学素子(D)に対する入射角の適切な制御により、バンドパスフィルタの軽量・コンパクト化が可能であり、しかもシャープな波長分布を容易に得ることが可能である。この観点から言えば、反射光学素子(D)での光に対する作用は反射，透過の順に限らず、透過，反射の順であっても構わない。そのように構成された第２〜第５の実施の形態を以下に説明する。
【００２０】
図３，図４に、第２，第３の実施の形態の光学構成及び光路をそれぞれ示す。第２の実施の形態(図３)は、平板状の反射光学素子(D)と、それに対して傾斜するように配置されたハーフミラー(HM)と、を備えたバンドパスフィルタであり、第３の実施の形態(図４)は、球面状の反射光学素子(D)と、それに対して傾斜するように配置されたハーフミラー(HM)と、を備えたバンドパスフィルタである。反射光学素子(D)を構成する光学面は、第１，第２の実施の形態のように平面であってもよく、第３の実施の形態のように曲面であってもよい。反射光学素子(D)に曲面を用いることにより、光学パワーを容易に持たせることが可能である。ただし、反射光学素子(D)をＨＯＥで構成する場合には、その光学面が平面であっても光学パワーを持たせることは可能である。図５の断面図に、第１〜第３の実施の形態に用いられる、ＨＯＥから成る反射光学素子(D)の一例を示す。図５中、d1はＡＲコート(Anti Reflection coating)、d2はガラス基板、d3はＨＯＥ層、d4はバリア層である。
【００２１】
図３，図４に示すバンドパスフィルタでは、入射光(L0)が反射光学素子(D)を透過し、その透過光(L1)がハーフミラー(HM)で反射され、その反射光(L2)が反射光学素子(D)での回折作用により反射され、その反射光(L3)がハーフミラー(HM)を透過して、透過光(L4)として射出するように光路が設定されている。第１の実施の形態と同様、反射光学素子(D)では反射と透過がそれぞれ１回ずつ行われ、その際に入射光(L0)と反射光(L2)とが互いに異なった入射角度で反射光学素子(D)に入射する。反射光学素子(D)は、ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持っているので、反射光学素子(D)での透過により得られた光(L1,L2)の波長分布に対し、その長波長側又は短波長側の波長領域を反射光学素子(D)での反射によりカットすることが可能である。
【００２２】
反射光学素子(D)での光に対する作用を透過，反射の順で行う構成では、光量選択性を有するハーフミラー(HM)のような選択反射ミラーを、反射光学素子(D)と組み合わせて用いることが容易である。選択反射ミラーとしては、ハーフミラー(HM)以外に、ＰＢＳ(Polarizing Beam Splitter)，シート状ビームスプリッター(例えば住友スリーエム(株)製の商品名：ＤＢＥＦ)，ワイヤーグリッド，コレステリック液晶等が挙げられる。ハーフミラー(HM)以外の選択反射ミラーを備えた第４，第５の実施の形態の光学構成及び光路を図６，図７にそれぞれ示す。
【００２３】
第４の実施の形態(図６)は、平板状の反射光学素子(D)と、それに対して略平行に対向するように配置された１／４波長板(W)及びシート状ビームスプリッター(P1)の貼り合わせ構造体と、を備えたバンドパスフィルタであり、第５の実施の形態(図７)は、平板状の反射光学素子(D)と、それに対して略平行に対向するように配置された１／４波長板(W)及びコレステリック液晶(P2)の貼り合わせ構造体と、を備えたバンドパスフィルタである。シート状ビームスプリッター(P1)やコレステリック液晶(P2)等の偏光光学素子は、偏光選択性(つまり特定の直線偏光のみを反射し他は透過させる特性)を有する反射部材であり、ＰＢＳやワイヤーグリッドも同様である。
【００２４】
図６，図７に示すバンドパスフィルタでは、例えば、表示素子(ＬＣＤ等)からの円偏光が入射光(L0)として反射光学素子(D)を透過し、その透過光(L1)が１／４波長板(W)を透過することにより直線偏光(例えばＳ偏光)となり、偏光光学素子(P1,P2)で反射された後、１／４波長板(W)を再び透過することにより円偏光の反射光(L2)となる。その反射光(L2)は反射光学素子(D)での回折作用により反射され、その反射光(L3)が１／４波長板(W)を透過することにより直線偏光(例えばＰ偏光)となる。そして、偏光光学素子(P1,P2)を透過して、透過光(L4)として射出する。このように偏光光学素子(P1,P2)を用いて反射光学素子(D)に偏光を入射させる構成にすれば、ゴースト光等の余分な光をカットすることができる。
【００２５】
《バンドパスフィルタの実施の形態(図８〜図１４)…反射光学素子：２枚又は３枚，波長制限：透過時》
図８に、第６の実施の形態の光学構成及び光路を示す。第６の実施の形態は、２枚の平板状の第１，第２反射光学素子(D1,D2)が略平行に対向するように配置されたバンドパスフィルタである。第１，第２反射光学素子(D1,D2)はいずれも、前記反射光学素子(D)と同様、ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持っており、その特定の波長に対する角度選択性により光の入射角度に応じた反射・透過が共に可能になっている(ＨＯＥ，多層膜，多層フィルム等)。ただし、第１，第２反射光学素子(D1,D2)の反射角度選択領域は、互いに異なっている。その角度選択性の違いにより第１，第２反射光学素子(D1,D2)の略平行配置が可能となり、バンドパスフィルタの更なる薄型化を可能にする。なお光路を変更することにより、反射角度選択領域が同一の第１，第２反射光学素子(D1,D2)を用いることも可能である。
【００２６】
図８に示すバンドパスフィルタでは、光源(例えばＬＥＤ)からの入射光(L0)が第１反射光学素子(D1)に対して斜めに透過し、その透過光(L1)が第２反射光学素子(D2)で斜めに反射され、その反射光(L2)が第１反射光学素子(D1)で反射され、その反射光(L3)が第２反射光学素子(D2)を略垂直に透過して、透過光(L4)として射出するように光路が設定されている。第１，第２反射光学素子(D1,D2)では、共に反射と透過がそれぞれ１回ずつ行われる。その際、入射光(L0)と反射光(L2)とが互いに異なった入射角度で第１反射光学素子(D1)に入射し、透過光(L1)と反射光(L3)とが互いに異なった入射角度で第２反射光学素子(D2)に入射する。第２反射光学素子(D2)は、ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持っているので、第１反射光学素子(D1)での透過と第１，第２反射光学素子(D1,D2)での反射により得られた反射光(L3)の波長分布に対し、その長波長側又は短波長側の波長領域を第２反射光学素子(D2)での透過によりカットすることが可能である。その一例を図９に示す。
【００２７】
図９のグラフは、長波長側の波長制限を行う前と後の光の波長分布を示している(横軸：波長，縦軸：光強度)。図９(Ａ)に示すように、反射光(L3)の波長分布のうち長波長側の一部の波長領域(E：破線右側の斜線部分)が、第２反射光学素子(D2)での透過によりカットされて波長幅が狭くなる。その結果、図９(Ｂ)に示すように波長幅の狭いシャープな波長分布(L4)が得られる。２枚の反射光学素子(D1,D2)を用いているため、波長幅のより一層狭いバンドパス効果を得ることができる。
【００２８】
上記のように、第１反射光学素子(D1)での透過及び反射並びに第２反射光学素子(D2)での反射を行うことにより、入射光(L0)の波長分布を波長幅の狭いもの(L3)とし、更にその反射光(L3)の波長を制限する透過を第２反射光学素子(D2)で行うことにより、入射光(L0)の波長分布を任意に変化させることができる。つまり第６の実施の形態は、前記第１の実施の形態(図１)におけるミラー(M)の代わりに第１反射光学素子(D1)を用いることにより、波長制限の自由度を増やしたものと言える。したがって、バンドパスフィルタを薄型化するために第１，第２反射光学素子(D1,D2)において少なくとも１回の透過と少なくとも１回の反射を行う構成にすれば、その透過及び反射後の光の波長を制限するための別の透過を行うことによって、入射光(L0)の波長分布を任意に変化させることが可能となる。
【００２９】
その際、少なくとも１回の反射又は透過によって得られた波長分布に対し、その長波長側又は短波長側の波長領域をカットする透過を少なくとも１回行うことにより、入射光(L0)の波長分布を波長幅の狭いもの(L4)に変化させることができる。したがって、第１，第２反射光学素子(D1,D2)に対する入射角の適切な制御により、バンドパスフィルタの軽量・コンパクト化が可能であり、しかもシャープな波長分布を容易に得ることが可能である。この観点から言えば、各反射光学素子(D1,D2)の配置，光路，枚数等は上記第６の実施の形態(図８)の場合に限らない。そのような構成を有する第７〜第１１の実施の形態を以下に説明する。
【００３０】
図１０〜図１４に、第７〜第１１の実施の形態の光学構成及び光路をそれぞれ示す。第７の実施の形態(図１０)では、第６の実施の形態(図８)において第１，第２反射光学素子(D1,D2)の光に対する作用及び光路を入れ替えた構成になっている。したがって、入射光(L0)は第１反射光学素子(D1)に対して略垂直に入射し、透過光(L4)は第２光学素子(D2)に対して斜めに射出する。第８，第９の実施の形態(図１１，図１２)では、第１，第２反射光学素子(D1,D2)が非平行に対向配置されている。このように互いに傾斜した配置をとることにより、同一の角度選択性を有する反射光学素子(D1,D2)であっても、別の波長領域の光を反射又は透過させることが可能となる。したがって、反射又は透過させる光の波長領域が異なるバンドパスフィルタを容易に作製することができる。また互いに傾斜した配置をとることにより、反射光学素子(D1,D2)を構成するＨＯＥの回折効率を良くすることができるというメリットもある。ただし、第１，第２反射光学素子(D1,D2)をＨＯＥで構成する場合には、平行な対向配置でも傾けたときの効果を容易に持たせることが可能である。
【００３１】
第１０の実施の形態(図１３)は、第１〜第３反射光学素子(D1,D2,D3)の３枚で構成されたバンドパスフィルタである。このように反射光学素子(D1,…)を３枚以上組み合わせることにより、より大きなバンドパス効果を得ることができる。また、光学パワーを持たせる等の複数の機能を付加することも可能である。第９，第１０の実施の形態(図１２，図１３)では、第１，第２反射光学素子(D1,D2)や第３反射光学素子(D3)での反射を計４回行う構成になっており、さらに第１０の実施の形態(図１３)では、第１〜第３反射光学素子(D1〜D3)での透過を計５回行う構成になっている。このように反射光学素子(D1,…)での反射・透過を３回以上行う構成にすることにより、反射光学素子(D1,…)に対する入射角度を徐々に変化させて段階的に波長カットを行うことが可能となる。したがって、よりシャープな波長分布を得ることができる。
【００３２】
第１１の実施の形態(図１４)は、第８，第９の実施の形態(図１１，図１２)と同様に第１，第２反射光学素子(D1,D2)が非平行に対向配置された構成になっているが、第１反射光学素子(D1)では１回の反射のみが行われ、第２反射光学素子(D2)では１回の透過のみが行われる。入射光(L0)は第１反射光学素子(D1)で反射され、その反射光(L1)が第２反射光学素子(D2)を透過することにより波長が制限される。その結果、入射光(L0)の波長分布は波長幅の狭いもの(L2)に変化して、シャープな波長分布が得られる。
【００３３】
《バンドパスフィルタの実施の形態(図１５〜図１８)…反射光学素子：２枚，波長制限：反射時》
図１５に、第１２の実施の形態の光学構成及び光路を示す。第１２の実施の形態の特徴は、第１反射光学素子(D1)で光を反射する際に波長制限を行う点にあり、それ以外は第６の実施の形態(図８)と同様の構成になっている。第１反射光学素子(D1)は、ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持っているので、第１反射光学素子(D1)での透過と第２反射光学素子(D2)での反射により得られた反射光(L2)の波長分布に対し、その長波長側又は短波長側の波長領域を第１反射光学素子(D1)での反射によりカットすることが可能である。その一例を図１６に示す。
【００３４】
図１６のグラフは、短波長側の波長制限を行う前と後の光の波長分布を示している(横軸：波長，縦軸：光強度)。図１６(Ａ)に示すように、第１反射光学素子(D1)で反射される光の波長分布(L3')は、反射光(L2)の波長分布の長波長側にあるため、反射光(L2)の波長分布のうち短波長側の一部の波長領域が、第１反射光学素子(D1)での反射によりカットされて波長幅が狭くなる。その結果、図１６(Ｂ)に示すように波長幅の狭いシャープな波長分布(L3,L4)が得られる。なお第２反射光学素子(D2)は、垂直に入射してくる反射光(L3)の波長分布をすべて透過させる角度選択性を有するため、反射光(L3)と透過光(L4)とで波長分布は同じである。
【００３５】
上記のように、第１反射光学素子(D1)での透過及び第２反射光学素子(D2)での反射を行うことにより、入射光(L0)の波長分布を波長幅の狭いもの(L2)とし、更にその反射光(L2)の波長を制限する反射を第１反射光学素子(D1)で行うことにより、入射光(L0)の波長分布を任意に変化させることができる。つまり第１２の実施の形態は、前記第２〜第５の実施の形態(図３，図４，図６，図７)における選択反射ミラー{例えばハーフミラー(HM)}の代わりに第２反射光学素子(D2)を用いることにより、波長制限の自由度を増やしたものと言える。したがって、バンドパスフィルタを薄型化するために第１，第２反射光学素子(D1,D2)において少なくとも１回の透過と少なくとも１回の反射を行う構成にすれば、その透過及び反射後の光の波長を制限するための別の反射を行うことによって、入射光(L0)の波長分布を任意に変化させることが可能となる。
【００３６】
その際、少なくとも１回の反射又は透過によって得られた波長分布に対し、その長波長側又は短波長側の波長領域をカットする反射を少なくとも１回行うことにより、入射光(L0)の波長分布を波長幅の狭いもの(L3,L4)に変化させることができる。したがって、第１，第２反射光学素子(D1,D2)に対する入射角の適切な制御により、バンドパスフィルタの軽量・コンパクト化が可能であり、しかもシャープな波長分布を容易に得ることが可能である。この観点から言えば、各反射光学素子(D1,D2)の配置等は上記第１２の実施の形態(図１５)の場合に限らない。そのような構成を有する第１３，第１４の実施の形態を以下に説明する。
【００３７】
図１７，図１８に、第１３，第１４の実施の形態の光学構成及び光路をそれぞれ示す。いずれも第１，第２反射光学素子(D1,D2)が非平行に対向配置された構成になっている。第１３の実施の形態(図１７)では、第１反射光学素子(D1)で透過と反射が１回ずつ行われ、第２反射光学素子(D2)で１回の反射のみが行われる。入射光(L0)は第１反射光学素子(D1)を透過し、その透過光(L1)が第２反射光学素子(D2)で反射される。そして、第１反射光学素子(D1)での透過時とは異なる角度で入射した反射光(L2)が、第１反射光学素子(D1)で反射されることにより波長制限される。その結果、入射光(L0)の波長分布は波長幅の狭いもの(L3)に変化して、シャープな波長分布が得られる。第１４の実施の形態(図１８)では、第１，第２反射光学素子(D1,D2)でそれぞれ１回の反射のみが行われる。入射光(L0)は第１反射光学素子(D1)で反射され、その反射光(L1)が第２反射光学素子(D2)で反射されることにより波長制限される。その結果、入射光(L0)の波長分布は波長幅の狭いもの(L2)に変化して、シャープな波長分布が得られる。
【００３８】
《バンドパスフィルタの実施の形態(図１９〜図２２)…反射光学素子：２枚，波長制限：反射時及び透過時》
図１９に、第１５の実施の形態の光学構成及び光路を示す。第１５の実施の形態の特徴は、第１反射光学素子(D1)で光が反射する際と第２反射光学素子(D2)を光が透過する際とに波長制限を行う点にあり、それ以外は第６，第１２の実施の形態(図８，図１５)と同様の構成になっている。第１，第２反射光学素子(D1,D2)は、前述したように特定の波長に対する角度選択性を有しているため、反射光(L2)の波長分布に対し、その長波長側又は短波長側の波長領域を第１反射光学素子(D1)での反射によりカットすることが可能であり、反射光(L3)の波長分布に対し、その長波長側又は短波長側の波長領域を第２反射光学素子(D2)での透過によりカットすることが可能である。その一例を図２０に示す。
【００３９】
図２０のグラフは、波長分布の両側(長波長側と短波長側)で波長制限を行う前と後の光の波長分布を示している(横軸：波長，縦軸：光強度)。図２０(Ａ)に示すように、第１反射光学素子(D1)で反射される光の波長分布(L3')は、反射光(L2)の波長分布の長波長側にあるため、反射光(L2)の波長分布のうち短波長側の一部の波長領域が、第１反射光学素子(D1)での反射によりカットされて波長幅が狭くなる。そして、反射光(L3)の波長分布のうち長波長側の一部の波長領域(E：破線右側の斜線部分)が、第２反射光学素子(D2)での透過によりカットされて波長幅が狭くなる。その結果、図２０(Ｂ)に示すように波長分布の両側がカットされた、波長幅の狭いシャープな波長分布(L4)が得られる。
【００４０】
上記のように、第１反射光学素子(D1)での透過及び第２反射光学素子(D2)での反射を行うことにより、入射光(L0)の波長分布を波長幅の狭いもの(L2)とし、更にその反射光(L2)の波長を制限する反射及び透過を第１，第２反射光学素子(D1,D2)で行うことにより、入射光(L0)の波長分布を任意に変化させることができる。つまり第１５の実施の形態は、前記第６，第１２の実施の形態(図８，図１５)の両方の特徴点を有することにより、波長制限の回数を増やしたものと言える。したがって、バンドパスフィルタを薄型化するために第１，第２反射光学素子(D1,D2)において少なくとも１回の透過と少なくとも１回の反射を行う構成にすれば、その透過及び反射後の光の波長を制限するための別の反射及び透過を行うことによって、入射光(L0)の波長分布を任意に変化させることが可能となる。
【００４１】
その際、少なくとも１回の反射又は透過によって得られた波長分布に対し、その長波長側及び短波長側の波長領域をカットする反射を少なくとも１回行うことにより、入射光(L0)の波長分布を波長幅の狭いもの(L4)に変化させることができる。したがって、第１，第２反射光学素子(D1,D2)に対する入射角の適切な制御により、バンドパスフィルタの軽量・コンパクト化が可能であり、しかもシャープな波長分布を容易に得ることが可能である。この観点から言えば、上記第１５の実施の形態(図１９)に波長制限機能を更に付加することも可能である。そのような構成を有する第１６の実施の形態を以下に説明する。
【００４２】
図２１に、第１６の実施の形態の光学構成及び光路を示す。第１６の実施の形態の特徴は、第１反射光学素子(D1)で光が反射する際と第２反射光学素子(D2)を光が透過する際とに波長制限を行うことに加え、更に第１反射光学素子(D1)を光が透過する際にも波長制限を行う点にある。それ以外は第１５の実施の形態(図１９)と同様の構成になっている。第１反射光学素子(D1)は、ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持っているので、入射光(L0)の波長分布に対し、その長波長側又は短波長側の波長領域を第１反射光学素子(D1)での透過によりカットすることが可能である。その一例を図２２に示す。
【００４３】
図２２のグラフは、波長分布の両側(長波長側と短波長側)で波長制限を行う前と後の光の波長分布を示している(横軸：波長，縦軸：光強度)。図２２(Ａ)に示すように、入射光(L0)の波長分布のうち短波長側の一部の波長領域(E1：破線左側の斜線部分)が、第１反射光学素子(D1)での透過によりカットされて波長幅が狭くなる。第１反射光学素子(D1)で反射される光の波長分布(L3')は、第２反射光学素子(D2)で反射される光(L2')の波長分布の長波長側にあるため、反射光(L2)の波長分布のうち短波長側の一部の波長領域が、第１反射光学素子(D1)での反射によりカットされて波長幅が狭くなる。そして、反射光(L3)の波長分布のうち長波長側の一部の波長領域(E2：破線右側の斜線部分)が、第２反射光学素子(D2)での透過によりカットされて波長幅が狭くなる。その結果、図２２(Ｂ)に示すように波長分布の両側がカットされた、波長幅の更に狭いシャープな波長分布(L4)が得られる。
【００４４】
上記第１６の実施の形態のように、反射や透過を複数回繰り返すことにより波長制限回数を増やせば、波長分布の半値幅が狭い光線が得られる。なお、第１反射光学素子(D1)での反射により制限される波長と、第２反射光学素子(D2)での反射により制限される波長と、は同一であってもよい。つまり、反射光(L2)と反射光(L3)とは、同一波長幅の波長分布であってもよい。したがって、第１反射光学素子(D1)での反射時に波長を制限する代わりに、第２反射光学素子(D2)での反射時に波長を制限してもよい。
【００４５】
《バンドパスフィルタの実施の形態(図２３，図２４)…反射光学素子：２枚，波長制限：多波長透過時》
図２３に、第１７の実施の形態の光学構成及び光路を示す。第１７の実施の形態の特徴は、第２反射光学素子(D2)を光が透過する際に３つの波長を制限する点にあり、それ以外は第６の実施の形態(図８)と同様の構成になっている。つまり、第１，第２反射光学素子(D1,D2)が３つの異なる回折中心波長{例えば３原色に対応したＲ(赤)・Ｇ(緑)・Ｂ(青)}を有する回折光学素子(ＨＯＥ)であって、反射光(L3)の波長分布に対し、回折中心波長に対応したそれぞれの長波長側の波長領域をカットする透過が、第２反射光学素子(D2)で行われる構成になっている。図２４に、その波長分布の変化を示す。
【００４６】
図２４のグラフは、３つの波長について長波長側の波長制限を行う前と後の光の波長分布を示している(横軸：波長，縦軸：光強度)。図２４(Ａ)に示すように、反射光(L3)の波長分布のうち長波長側の一部の波長領域(E：破線右側の斜線部分)が、第２反射光学素子(D2)での透過によりカットされて波長幅が狭くなる。その結果、図２４(Ｂ)に示すように各回折中心波長に対応した波長領域について、波長幅の狭いシャープな波長分布(L4)が得られる。
【００４７】
第１，第２反射光学素子(D1,D2)は、それぞれが１枚の素子から成るもの(例えば多重露光により作製されたＨＯＥ)でもよく、各波長を制限する素子の２枚以上の重ね合わせや貼り合わせから成るものでもよい。本実施の形態のように多波長対応の構成では、多重露光の方が作製容易ではあるが、複数枚の重ね合わせや貼り合わせで構成すれば高い効率の回折効果を得ることができる。また、第１２，第１５，第１６の実施の形態(図１５，図１９，図２１)のように、波長制限を反射の際や反射及び透過の際に行う構成としてもよい。
【００４８】
上記のように、第１，第２反射光学素子(D1,D2)が２つ以上の異なる回折中心波長を有する回折光学素子(ＨＯＥ等)であって、少なくとも１回の反射又は透過によって得られた波長分布に対し、回折中心波長に対応したそれぞれの長波長側又は短波長側の波長領域をカットする透過又は反射を少なくとも１回行う構成とすることにより、回折中心波長に対応した各波長領域について入射光(L0)の波長分布を波長幅の狭いもの(L4)に変化させることができる。例えばＬＥＤ光源のＲＧＢに対応した波長の光線をそれぞれ狭波長化することが可能であり、薄型で安価なカラー対応(ＲＧＢ)のバンドパスフィルタを得ることができる。なお、作製容易なＨＯＥで第１，第２反射光学素子(D1,D2)を構成すれば、各波長の制限を効率良く行うことができる。
【００４９】
《バンドパスフィルタの実施の形態(図２５，図２６)…反射光学素子：２枚(光学パワー)，波長制限：透過時》
図２５に、第１８の実施の形態の光学構成及び光路を示す。第１８の実施の形態の特徴は、第２反射光学素子(D2)が正の光学パワーを有する点にあり、それ以外は第６の実施の形態(図８)と同様の構成になっている。このバンドパスフィルタでは、光源(例えばＬＥＤ)から発散した入射光(L0)が第１反射光学素子(D1)を透過し、その透過光(L1)が第２反射光学素子(D2)の正の光学パワーにより略垂直に反射され、その反射光(L2)が第１反射光学素子(D1)で略垂直に反射される。その反射光(L3)が第２反射光学素子(D2)を略垂直に透過する際に波長制限されて、平行光の透過光(L4)として射出する。図２６に、その波長分布の変化を示す。
【００５０】
図２６のグラフは、波長制限を行う前と後の光の波長分布を示している(横軸：波長，縦軸：光強度)。図２６(Ａ)に示すように、透過光(L1)の波長分布のうちの一部の波長領域が、第２反射光学素子(D2)での透過によりカットされて波長幅が狭くなる。その結果、図２６(Ｂ)に示すように波長幅の狭いシャープな波長分布(L4)が得られる。
【００５１】
ここでは、第２反射光学素子(D2)に正の光学パワーを持たせているが、第１反射光学素子(D1)に光学パワーを持たせてもよく、また、第１，第２反射光学素子(D1,D2)共に正・負いずれかの光学パワーを持たせてもよい。第１，第２反射光学素子(D1,D2)のうちの少なくとも一方に正又は負の光学パワーを持たせることにより、バンドパスフィルタにレンズ機能(例えばコンデンサレンズ機能)を付加することができ、多機能なバンドパスフィルタとすることができる。
【００５２】
《照明光学系の実施の形態(図２７，図２８)…反射光学素子：２枚(レンズ機能)》
図２７，図２８に、第１９，第２０の実施の形態の光学構成及び光路をそれぞれ示す。第１９の実施の形態の特徴は第２反射光学素子(D2)が正の光学パワーを有する点にあり、第２０の実施の形態の特徴は第１反射光学素子(D1)が負の光学パワーを有する点にある。そして第１９，第２０の実施の形態の照明光学系では、入射光(L0)が第１反射光学素子(D1)を透過し、その透過光(L1)が第２反射光学素子(D2)で反射され、その反射光(L2)が第１反射光学素子(D1)で反射された後、反射光(L3)が第２反射光学素子(D2)を透過して透過光(L4)が射出するように光路が設定されており、回折光学素子から成る第１，第２反射光学素子(D1,D2)の光学パワーにより、全体として正レンズ(コンデンサレンズ等)，負レンズとして機能する。これらの基本構成は、前記第１８の実施の形態(図２５)と同様である。
【００５３】
上記のように、第１，第２反射光学素子(D1,D2)のうちの少なくとも一方を回折光学素子で構成し、光の反射又は透過の際に回折作用により光を曲げるレンズ構成にすれば、軽量・小型で簡便な照明光学系を容易に得ることができる。なお、第１８の実施の形態(図２５)と同様、波長制限機能をレンズ機能と共に有する構成としてもよい。また、２枚の反射光学素子(D1,D2)の光学特性は異なることが望ましいが、同一であっても構わない。反射光学素子(D1,D2)の光学面は平面に限らず曲面であってもよく、反射光学素子(D1,D2)を傾斜配置したり枚数を３枚以上に増やしたりしてもよく、偏光を用いる構成としてもよい。また第１，第２反射光学素子(D1,D2)は、それぞれが１枚の素子から成るもの(例えば多重露光により作製されたＨＯＥ)でもよく、２枚以上の重ね合わせや貼り合わせから成るものでもよい。反射光学素子(D1,D2)として、２つ以上の異なる回折中心波長を有する回折光学素子を用いることにより、例えばＬＥＤ光源のＲＧＢに対応した波長の光線をそれぞれ曲げるレンズ構成にしてもよい。
【００５４】
《照明光学系の実施の形態(図２９〜図３１)…反射光学素子：２枚(色合わせ機能)》
図２９〜図３１に、第２１〜第２３の実施の形態の光学構成及び光路をそれぞれ示す。第２１の実施の形態の特徴は、第２反射光学素子(D2)がＲＧＢの色合わせ機能を有する点にあり、第２２の実施の形態の特徴は、第１，第２反射光学素子(D1,D2)がＲＧＢの色合わせ機能を有する点にある。また、第２３の実施の形態の特徴は、楔プリズム(PR)の両面に貼り付けられた第１，第２反射光学素子(D1,D2)がＲＧＢの色合わせ機能を有する点にある。
【００５５】
第２１〜第２３の実施の形態の照明光学系では、ＲＧＢの入射光(L0)が第１反射光学素子(D1)を透過し、その透過光(L1)が第２反射光学素子(D2)で反射され、その反射光(L2)が第１反射光学素子(D1)で反射された後、反射光(L3)が第２反射光学素子(D2)を透過して透過光(L4)が射出するように光路が設定されており、回折光学素子から成る第１，第２反射光学素子(D1,D2)の回折作用によりＲＧＢの色合わせを行う。この色合わせ機能により、ＲＧＢの各照明光源の虚像位置がおおよそ一致するように光を曲げて色合わせを行うことができる。また、楔プリズム(PR)の両面に貼られた第１，第２反射光学素子(D1,D2)で色合わせを行う第２３の実施の形態によれば、楔プリズム(PR)の色分散作用により光線のズレを直すことができるため、色合わせがより一層容易になる。
【００５６】
上記のように、第１，第２反射光学素子(D1,D2)のうちの少なくとも一方を回折光学素子で構成し、光の反射又は透過の際に回折作用により光を曲げる色合わせ構成にすれば、軽量・小型で簡便な照明光学系を容易に得ることができる。なお、前記波長制限機能を色合わせ機能と共に有する構成としてもよい。また、２枚の反射光学素子(D1,D2)の光学特性は異なることが望ましいが、同一であっても構わない。反射光学素子(D1,D2)の光学面は平面に限らず曲面であってもよく、反射光学素子(D1,D2)を傾斜配置したり枚数を３枚以上に増やしたりしてもよく、偏光を用いる構成としてもよい。また第１，第２反射光学素子(D1,D2)は、それぞれが１枚の素子から成るもの(例えば多重露光により作製されたＨＯＥ)でもよく、２枚以上の重ね合わせや貼り合わせから成るものでもよい。反射光学素子(D1,D2)として、２つ以上の異なる回折中心波長を有する回折光学素子を用いることにより、例えばＬＥＤ光源のＲＧＢに対応した波長の光線をそれぞれ曲げる色合わせ構成にしてもよい。
【００５７】
《照明光学系の実施の形態(図３２)…反射光学素子：２枚(レンズ機能と色合わせ機能)》
図３２に、第２４の実施の形態の光学構成及び光路を示す。第２４の実施の形態の特徴は、第１９の実施の形態(図２７)のレンズ機能と第２２の実施の形態(図３０)の色合わせ機能とを共に有する点にある。この組み合わせは本実施の形態の構成に限らず、レンズ機能に関しては第２０の実施の形態(図２８)との組み合わせでもよく、色あわせ機能に関しては第２１，第２３の実施の形態(図２９，図３１)との組み合わせでもよい。
【００５８】
《ビーム整形光学系の実施の形態(図３３〜図３５)…反射光学素子：２枚》
図３３，図３４に、第２５の実施の形態のｘ方向(短軸方向)，ｙ方向(長軸方向)の光学断面構成及び光路をそれぞれ示し、図３５(Ａ),(Ｂ)に整形前後のビーム形状(PN1,PN2)をそれぞれ示す。第２５の実施の形態の特徴は、ｘ方向とｙ方向とで異なった光学パワーを有する点にある。つまり、この実施の形態のビーム整形光学系は、ｘ方向とｙ方向とで異なる光学パワーを有するアナモルフィック光学系であり、その負の光学パワーによりビーム径をｘ方向に伸ばすとともに、正の光学パワーによりビーム径をｙ方向に縮める。したがって、図３５(Ａ)に示すようにレーザ光源(s，半導体レーザ等)から射出した楕円状ビーム(PN1)は、図３５(Ｂ)に示すように円形ビーム(PN2)に整形される。
【００５９】
第２５の実施の形態のビーム整形光学系では、入射光(L0)が第１反射光学素子(D1)を透過し、その透過光(L1)が第２反射光学素子(D2)で反射され、その反射光(L2)が第１反射光学素子(D1)で反射された後、反射光(L3)が第２反射光学素子(D2)を透過して透過光(L4)が射出するように光路が設定されており、回折光学素子から成る反射光学素子(D1,D2)で光を反射させる際に回折作用によりビーム断面形状を変化させる。このように、第１，第２反射光学素子(D1,D2)のうちの少なくとも一方を回折光学素子で構成し、光の反射又は透過の際に回折作用によりビーム断面形状を変化させる構成にすれば、軽量・小型で簡便なビーム整形光学系を容易に得ることができる。なお、第１，第２反射光学素子(D1,D2)は、それぞれが１枚の素子から成るもの(例えば多重露光により作製されたＨＯＥ)でもよく、２枚以上の重ね合わせや貼り合わせから成るもの(つまりｘ方向とｙ方向でアナモルフィックな光学パワーになるように配置されたもの)でもよい。
【００６０】
《映像表示装置の実施の形態(図３６〜図４０)》
図３６〜図４０に、第２６〜第３０の実施の形態の光学構成及び光路をそれぞれ示す。図３６〜図４０において、1はＬＥＤ、2は照明用のコンデンサレンズ、3は透過型のＬＣＤ、4はホログラフィック拡大光学素子、5は観察者眼、6はプリズムであり、BPは前述した第１〜第１８の実施の形態に相当するバンドパスフィルタ(BP)である。ＬＥＤ(1)はＬＣＤ(3)の表示面(3s)を照明するための照明光を発する照明光源であり、コンデンサレンズ(2)はＬＥＤ(1)からの光を平行光にするコリメータレンズである。またＬＣＤ(3)は、表示面(3s)に２次元映像を表示する透過型の空間変調素子である。このＬＣＤ(3)は非発光型の表示素子であるため、その２次元映像はＬＥＤ(1)からの照明光で表示面(3s)が照明されることにより視覚可能となり、ホログラフィック拡大光学素子(4)が接眼光学系として２次元映像を観察者眼(5)に拡大投影する。
【００６１】
第２６〜第３０の実施の形態のそれぞれの特徴は、光路中のバンドパスフィルタ(BP)の配置にある。第２６の実施の形態(図３６)では、コンデンサレンズ(2)とＬＣＤ(3)との間にバンドパスフィルタ(BP)が配置されている。第２７の実施の形態(図３７)では、ＬＥＤ(1)とＬＣＤ(3)との間にバンドパスフィルタ(BP)が配置されている。第２７の実施の形態(図３７)に用いられているバンドパスフィルタ(BP)はコンデンサレンズ機能を有するものであり、前述の第１９の実施の形態の照明光学系(図２７)に相当する。したがって、コンデンサレンズ(2)は不要である。第２８の実施の形態(図３８)では、ＬＥＤ(1)とコンデンサレンズ(2)との間にバンドパスフィルタ(BP)が配置されており、第２９の実施の形態(図３９)では、ＬＣＤ(3)とプリズム(6)及びホログラフィック拡大光学素子(4)との間にバンドパスフィルタ(BP)が配置されている。第３０の実施の形態(図４０)では、ＬＣＤ(3)とホログラフィック拡大光学素子(4)との間のプリズム(6)にバンドパスフィルタ(BP)が配置されており、第１反射光学系(D1)で２回反射と１回透過が行われ、第２反射光学素子(D2)で１回反射と１回透過が行われる。そして、そのいずれかの反射・透過の際に波長制限が行われることにより、バンドパス効果が得られる。
【００６２】
第２６〜第３０の実施の形態のようにバンドパスフィルタ(BP)を用いることにより、波長幅の狭いシャープな波長分布が得られるため、軽量・小型の安価で簡素な構成でありながら高品位な映像表示を行うことが可能である。また、バンドパスフィルタ(BP)を用いることにより、ホログラフィック拡大光学素子(4)による回折光の色収差を適度に低減することも可能である。
【００６３】
図４１に、本発明のバンドパスフィルタ(BP)を眼鏡型の映像表示装置に用いた例を示す。図４１において、4はホログラフィック拡大光学素子、6はプリズムであり、7はケーブル、8は連結部、8R,8Lは鼻当て部、9R,9Lはレンズ、10は表示部、11R,11Lはテンプル部、14は筐体である。右目用のレンズ(9R)の一部にはプリズム(6)が埋め込まれており、プリズム(6)の上部には映像を表示する表示部(10)が取り付けられている。表示部(10)には電源供給部及び信号供給用のケーブル(7)が接続されている。表示部(10)は筐体(14)に覆われており、筐体(14)によりプリズム(6)が挟まれている。前述したＬＥＤ(1)，コンデンサレンズ(2)，ＬＣＤ(3)等は、筐体(14)内に設けられている。このような構成にすることにより、軽量で小型の映像表示装置を構成することができる。
【００６４】
なお、上述した第１〜第３０の実施の形態には、以下の構成を有する発明(j1〜j22)が含まれている。
(j1)  ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ反射光学素子で構成され、その反射光学素子で少なくとも１回の反射と少なくとも１回の透過がなされる光路を有することを特徴とするバンドパスフィルタ。この構成により、１つの反射光学素子で反射と透過が行われるので、容易に波長幅の狭いバンドパス効果が得られる。
(j2)  ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ２枚以上の反射光学素子で構成され、その反射光学素子のうち少なくとも１枚で、少なくとも１回の反射がなされ、かつ、別の１枚で反射又は透過がなされる光路を有することを特徴とするバンドパスフィルタ。この構成により、２つ以上の反射光学素子で反射と透過が行われるので、波長幅の更に狭いバンドパス効果が得られる。
(j3)  ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ２枚以上の反射光学素子で構成され、その反射光学素子のうち少なくとも１枚で、少なくとも１回の反射と少なくとも１回の透過がなされ、かつ、別の１枚で反射又は透過がなされる光路を有することを特徴とするバンドパスフィルタ。この構成により、２つ以上の反射光学素子で反射と透過が行われるので、波長幅の更に狭いバンドパス効果が得られる。また１つの反射光学素子を光が反射及び透過するので、バンドパスフィルタの軽量・小型化が可能である。
(j4)  ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ２枚以上の反射光学素子で構成され、その反射光学素子のうち少なくとも２枚で、１回の反射と１回の透過がなされる光路を有することを特徴とするバンドパスフィルタ。この構成により、２つの反射光学素子で反射と透過が行われるので、薄型でありながら波長幅の狭いバンドパス効果が得られる。
【００６５】
(j5)  反射光学素子で反射する光の波長を透過する際にカットして狭くすることを特徴とする上記(j1)〜(j4)のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタ。この構成により、簡便で軽量・小型の反射光学素子でありながら、波長幅の狭いバンドパスフィルタ効果が容易に得られる。
(j6)  １枚の反射光学素子で反射する光の波長を、別の１枚を反射する際にカットして狭くすることを特徴とする上記(j2)〜(j4)のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタ。この構成により、簡便で軽量・小型の反射光学素子でありながら、波長幅の狭いバンドパスフィルタ効果が容易に得られる。
(j7)  １枚の反射光学素子で反射する光の波長を、別の１枚を反射する際と透過する際にカットして狭くすることを特徴とする上記(j2)〜(j4)のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタ。この構成により、１枚の反射光学素子が反射と透過での２回カットに用いられるため、波長幅の更に狭いバンドパスフィルタ効果が得られる。
(j8)  入射光線の波長を１枚の反射光学素子で反射する際と透過する際にカットし、更に別の１枚を反射する際と透過する際にカットして狭くすることを特徴とする上記(j2)〜(j4)のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタ。この構成により、２枚の反射光学素子が反射と透過での２回カットに用いられるため、波長幅の更に狭いバンドパスフィルタ効果が得られ、しかも薄型化が可能である。
【００６６】
(j9)  反射光学素子が体積位相型ＨＯＥ，多層膜又は多層フィルタであることを特徴とする上記(j1)〜(j8)のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタ。この構成により、軽量・小型・薄型・安価にバンドパスフィルタを作製することが可能である。
(j10)  体積位相型ＨＯＥが、２つ以上の異なる回折中心波長を有しており、２つ以上の波長を制限することを特徴とする上記(j9)記載のバンドパスフィルタ。この構成により、薄型のバンドパスフィルタを容易に作製することが可能であり、しかもカラー対応を安価に行うことができる。
(j11)  反射光学素子が正又は負の光学パワー(例えばコンデンサパワー)を有することを特徴とする上記(j1)〜(j10)のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタ。この構成により、波長制限機能，コンデンサレンズ機能等の複数の機能をあわせ持つ高機能化が可能である。
【００６７】
(j12)  ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ反射光学素子と、それと同一又は別の反射光学素子を、複数枚、略対向して配置し、それぞれの反射光学素子で少なくとも１回の反射と少なくとも１回の透過により光を曲げる回折光学素子を用いることを特徴とする照明光学装置。この構成により、簡便で軽量・小型の反射光学素子でありながら、光を曲げる効果(コンデンサレンズ効果，色合わせ効果)が容易に得られる。
(j13)  回折光学素子が正又は負のレンズ機能を有することを特徴とする上記(j12)記載の照明光学装置。この構成により、軽量・小型・薄型・安価・簡便な反射光学素子で容易にレンズ機能が得られる。
(j14)  回折光学素子で複数の照明光源の虚像位置がおおよそ一致するように色合わせすることを特徴とする上記(j12)又は(j13)記載の照明光学装置。この構成により、軽量・小型・薄型・安価・簡便な反射光学素子で色合わせ機能が容易に得られ、カラー対応が可能である。
(j15)  回折光学素子がバンドパスフィルタ機能を兼ねることを特徴とする上記(j12)〜(j14)のいずれか１つに記載の照明光学装置。この構成により、波長制限機能，コンデンサレンズ機能，色合わせ機能等の複数の機能をあわせ持つ高機能化が可能である。
【００６８】
(j16)  ある領域の波長に対して一定の反射角度選択領域を持つ反射光学素子を、複数枚、略対向して配置し、それぞれの反射光学素子で少なくとも１回の反射と少なくとも１回の透過により、光のビームの断面形状を整形することを特徴とする回折光学系。この構成により、簡便で軽量・小型の反射光学素子でありながら、光源光のビーム径を容易に整形することができる。
(j17)  ２枚の反射光学素子から成り、それぞれの反射光学素子がアナモルフィックな光学パワーを有することを特徴とする上記(j16)記載の回折光学系。この構成により、軽量・小型化とともに、ｘ方向とｙ方向とで非対称な光学パワーにより光を曲げてビーム整形することができる。
【００６９】
(j18)  反射光学素子が体積位相型ＨＯＥであることを特徴とする上記(j12)〜(j15)のいずれか１つに記載の照明光学装置、又は反射光学素子が体積位相型ＨＯＥであることを特徴とする上記(j16)又は(j17)記載の回折光学系。この構成により、軽量・小型・薄型・安価に照明光学装置又は回折光学系を作製することが可能である。
(j19)  上記(j1)〜(j11)のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタを用いたことを特徴とする映像表示装置。この構成により、映像表示装置の小型化が可能である。
(j20)  上記(j12)〜(j15)のいずれか１つに記載の照明光学装置を用いたことを特徴とする映像表示装置。この構成により、映像表示装置の小型化が可能である。
(j21)  上記(j1)〜(j11)のいずれか１つに記載のバンドパスフィルタ又は上記(j12)〜(j15)のいずれか１つに記載の照明光学装置を用いたことを特徴とする映像表示装置。この構成により、映像表示装置の小型化が可能である。
(j22)  ＨＯＥを含む拡大光学系を備えたことを特徴とする上記(j19)〜(j21)のいずれか１つに記載の映像表示装置。この構成により、ＨＯＥによる回折光の色収差を適度に低減することが可能である。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のバンドパスフィルタによれば、シャープな波長分布が得られるとともに、その軽量・コンパクト化が可能である。本発明の照明光学系によれば、回折作用で光を曲げる構成になっているため、コンパクトな構成でありながらコンデンサレンズ機能や色合わせ機能を得ることができる。また本発明のビーム整形光学系によれば、回折作用によりビーム断面形状を変化させる構成になっているため、コンパクトな構成でありながら優れたビーム整形機能が得られる。そして、本発明に係るバンドパスフィルタや照明光学系を用いることにより、安価で簡素な構成でありながら高品位な映像表示を行うことが可能な軽量・小型の映像表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図２】第１の実施の形態における波長制限前後の光の波長分布を示すグラフ。
【図３】第２の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図４】第３の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図５】第１〜第３の実施の形態に用いられる反射光学素子の一例を示す断面図。
【図６】第４の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図７】第５の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図８】第６の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図９】第６の実施の形態における波長制限前後の光の波長分布を示すグラフ。
【図１０】第７の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図１１】第８の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図１２】第９の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図１３】第１０の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図１４】第１１の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図１５】第１２の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図１６】第１２の実施の形態における波長制限前後の光の波長分布を示すグラフ。
【図１７】第１３の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図１８】第１４の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図１９】第１５の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図２０】第１５の実施の形態における波長制限前後の光の波長分布を示すグラフ。
【図２１】第１６の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図２２】第１６の実施の形態における波長制限前後の光の波長分布を示すグラフ。
【図２３】第１７の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図２４】第１７の実施の形態における波長制限前後の光の波長分布を示すグラフ。
【図２５】第１８の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図２６】第１８の実施の形態における波長制限前後の光の波長分布を示すグラフ。
【図２７】第１９の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図２８】第２０の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図２９】第２１の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図３０】第２２の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図３１】第２３の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図３２】第２４の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図３３】第２５の実施の形態のｘ方向の概略断面構成を示す光学構成図。
【図３４】第２５の実施の形態のｙ方向の概略断面構成を示す光学構成図。
【図３５】第２５の実施の形態における整形前後のビーム形状を説明するための模式図。
【図３６】第２６の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図３７】第２７の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図３８】第２８の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図３９】第２９の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図４０】第３０の実施の形態の概略構成を示す光学構成図。
【図４１】本発明に係る実施の形態を眼鏡タイプの映像表示装置に応用したときの外観概略構成を示す斜視図。
【符号の説明】
D  …反射光学素子(回折光学素子)
D1  …第１反射光学素子(回折光学素子)
D2  …第２反射光学素子(回折光学素子)
D3  …第３反射光学素子(回折光学素子)
1  …ＬＥＤ
2  …コンデンサレンズ
3  …ＬＣＤ(映像表示素子)
3s  …表示面
4  …ホログラフィック拡大光学素子(接眼光学系)
5  …観察者眼
6  …プリズム
BP  …バンドパスフィルタ(照明光学系)
【図１】
0004039045.tif 000002
【図２】
0004039045.tif 000003
【図３】
0004039045.tif 000004
【図４】
0004039045.tif 000005
【図５】
0004039045.tif 000006
【図６】
0004039045.tif 000007
【図７】
0004039045.tif 000008
【図８】
0004039045.tif 000009
【図９】
0004039045.tif 000010
【図１０】
0004039045.tif 000011
【図１１】
0004039045.tif 000012
【図１２】
0004039045.tif 000013
【図１３】
0004039045.tif 000014
【図１４】
0004039045.tif 000015
【図１５】
0004039045.tif 000016
【図１６】
0004039045.tif 000017
【図１７】
0004039045.tif 000018
【図１８】
0004039045.tif 000019
【図１９】
0004039045.tif 000020
【図２０】
0004039045.tif 000021
【図２１】
0004039045.tif 000022
【図２２】
0004039045.tif 000023
【図２３】
0004039045.tif 000024
【図２４】
0004039045.tif 000025
【図２５】
0004039045.tif 000026
【図２６】
0004039045.tif 000027
【図２７】
0004039045.tif 000028
【図２８】
0004039045.tif 000029
【図２９】
0004039045.tif 000030
【図３０】
0004039045.tif 000031
【図３１】
0004039045.tif 000032
【図３２】
0004039045.tif 000033
【図３３】
0004039045.tif 000034
【図３４】
0004039045.tif 000035
【図３５】
0004039045.tif 000036
【図３６】
0004039045.tif 000037
【図３７】
0004039045.tif 000038
【図３８】
0004039045.tif 000039
【図３９】
0004039045.tif 000040
【図４０】
0004039045.tif 000041
【図４１】
0004039045.tif 000042