(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光を赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各波長分布の光に分散し、更に分散した光を観察者に対し少なくとも垂直方向に収束する機能を有する第１の回折格子を複数配置した第１の回折格子アレイと、前記第１の回折格子から出射したＲ，Ｇ，Ｂの各波長分布の光を、波長ごとの分光時の出射角度の違いを補償するように、夫々ほぼ同様な出射角度範囲で回折する機能を有する第２の回折格子からなる第２の回折格子アレイと、前記第１の回折格子アレイから出射したＲ，Ｇ，Ｂの各波長分布の光が前記第２の回折格子に入射する前もしくは後に配設され、前記各波長分布の光の透過強度を変調する空間光変調器とを設けることを特徴とするフルカラー画像表示装置。
【請求項２】
前記第１の回折格子は、観察者に対し水平方向の出射方向分布を決定すべく水平方向に光を収束する機能を有するものからなり、前記第２の回折格子は水平方向に光をそのまま透過するものである請求項１のフルカラー画像表示装置。
【請求項３】
前記第１の回折格子は水平方向に光をそのまま透過するものからなり、前記第２の回折格子は、観察者に対し水平方向の出射方向分布を決定すべく水平方向に光を収束又は発散する機能を有するものである請求項１のフルカラー画像表示装置。
【請求項４】
前記第１の回折格子アレイと前記第２の回折格子アレイとの間でＲ，Ｇ，Ｂの各波長分布の光の収束位置付近に、前記波長分布の光のうちの夫々予め決められた波長成分を透過し、それ以外の波長成分を空間的に遮断する遮光板を設けてなる請求項１乃至請求項３のいずれかのフルカラー画像表示装置。
【請求項５】
Ｒ，Ｇ，Ｂに対応した着色セルを備え、夫々予め決められた波長成分のみを透過する機能を有するカラーフィルタを前記空間光変調器の前もしくは後に配置し、前記Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長分布の光を夫々対応する着色セルに通すようにした請求項１乃至請求項３のいずれかのフルカラー画像表示装置。
【請求項６】
前記第１の回折格子は、連続的に傾きが変化する曲線を基本要素とし、各要素間の間隔を少しずつ変化させながら前記基本要素を垂直方向に沿って並べたものからなり、前記曲線上の各点での傾きは、水平方向の収束，発散の角度範囲から決められ、前記間隔は、垂直方向の収束，発散の角度範囲から決められるものである請求項１，２，４，５のいずれかのフルカラー画像表示装置。
【請求項７】
前記第２の回折格子アレイは、直線を基本要素とする均一な回路格子で覆われているものである請求項１，２，４，５，６のいずれかのフルカラー画像表示装置。
【請求項８】
前記第１の回折格子アレイは、複数種類の第１の回折格子を組み合わせたものを要素グループとしてこれを複数並べたものからなり、前記要素グループ内の各第１の回折格子は、水平方向に互いに隣接した角度範囲に光を回折し、垂直方向には同じ角度範囲に光を回折して水平方向に視差を有する立体像を表示可能にするものである請求項１，２，４，５，６，７のいずれかのフルカラー画像表示装置。
【請求項９】
前記第１の回折格子アレイを構成する第１の回折格子は、水平な直線を基本要素とし、各要素間の間隔が垂直方向に少しずつ変化するものである請求項１，３，４，５のいずれかのフルカラー画像表示装置。
【請求項１０】
前記第２の回折格子アレイを構成する第２の回折格子は、連続的に傾きが変化する曲線を基本要素とし、該基本要素を垂直方向に並べたものからなり、前記曲線上の各点の傾きは水平方向の収束，発散の角度範囲から決められるものである請求項１，３，４，５，９のいずれかのフルカラー画像表示装置。
【請求項１１】
前記第２の回折格子アレイは、複数種類の前記第２の回折格子を組み合わせたものを要素グループとしてこれを複数並べたものからなり、前記要素グループ内の各第２の回折格子は、水平方向に互いに隣接した角度範囲に光を回折し、垂直方向には同じ角度範囲に光を回折して水平方向に視差を有する立体像を表示可能にする請求項１，３，４，５，９，１０のいずれかのフルカラー画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、白色光源からの光を三原色成分に分光する回折格子を用いた表示装置に係り、特に、フルカラー画像を表示する際に、光の利用効率を改善でき、好ましくは立体像の表示も可能なフルカラー画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フルカラー画像を液晶パネルで表示する場合には各画素毎にＲ，Ｇ，Ｂ三原色の色成分が割り当てられる。液晶ディスプレイではバックライトの全面積のうち液晶パネル上に存在する画素の開口面積の分だけ光源光が画素表示に利用されることになる。従って、この開口面積が広いことが望ましい。また、観察者が移動してもカラー画像の明るさや色調が変化しないことが望ましい。然し乍ら、従来技術の場合、特に、ＴＦＴ液晶パネルの場合にはバックライトの全面積のうち１／４程度しか画素開口が存在しない。更に、この１／４の開口面積をＲ，Ｇ，Ｂの３つの画素に分けることが必要になり、１つの色に対しては全面積の１／１２しか入射光が利用されないことになる。ところで、従来のフルカラー画像表示装置では、各画素に対応してＲ，Ｇ，Ｂの着色セルを設けたカラーフィルタを使用していた。然し乍ら、カラーフィルタを介在させると白色光源光が大量に着色セルで吸収されるため、バックライトの利用効率が悪かった。この点を改善するため、予め白色光をＲ，Ｇ，Ｂ成分に分光してカラーフィルタの対応する着色セルに導く回折格子アレイを採用した技術が、例えば特開平６−２２２３６１号公報に開示されている。然し乍ら、回折格子アレイを用いると、Ｒ，Ｇ，Ｂ各成分の出射角度範囲に相異が生じるため、観察者の位置に依存して画像の明度や色調が変化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように液晶ディスプレイの場合には１つの色について使用し得る開口面積は全面積の１／１２程度であり極めて小さい。この開口面積を広げることは一般に難しいため、光の集光性を向上させ光の拡散を防止することが必要になる。また、基本的にカラーフィルタは光源光を吸収するため、利用効率を改善するためにはこれを必要としない構造が望まれる。更に、前記のように観察者の位置により画像の明るさが顕著に変ることは製品価値を低下させるため解決すべき課題となる。
【０００４】
本発明は、以上の問題点を解決するもので、光の利用効率を向上し、明るい画像の観察ができると共に色ずれがなく、観察位置による明るさの変化が少なく、且つ好ましくは両眼視差を利用して立体像の表示が可能になるフルカラー画像表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するために、入射する光を赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各波長分布の光に分散し、更に分散した光を観察者に対し少なくとも垂直方向に収束する機能を有する第１の回折格子を複数配置した第１の回折格子アレイと、前記第１の回折格子から出射したＲ，Ｇ，Ｂの各波長分布の光を、波長ごとの分光時の出射角度の違いを補償するように、夫々ほぼ同様な出射角度範囲で回折する機能を有する第２の回折格子からなる第２の回折格子アレイと、前記第１の回折格子アレイから出射したＲ，Ｇ，Ｂの各波長分布の光が前記第２の回折格子に入射する前もしくは後に配設され、前記各波長分布の光の透過強度を変調する空間光変調器とを設けてなるフルカラー画像表示装置を構成するものである。更に具体的に、前記第１の回折格子は、観察者に対し水平方向の出射方向分布を決定すべく水平方向に光を収束する機能を有するものからなり、前記第２の回折格子は水平方向に光をそのまま透過することを特徴とする。また、前記第１の回折格子は水平方向に光をそのまま透過するものからなり、前記第２の回折格子は、観察者に対し水平方向の出射方向分布を決定すべく水平方向に光を収束又は発散する機能を有することを特徴とする。また、前記第１の回折格子アレイと前記第２の回折格子アレイとの間でＲ，Ｇ，Ｂの各波長分布の光の収束位置付近に、前記波長分布の光のうちの夫々予め決められた波長成分の光を透過し、それ以外の波長成分を空間的に遮断する遮光板を設けることを特徴とする。また、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応した着色セルを備え、夫々予め決められた波長成分のみを透過する機能を有するカラーフィルタを前記空間光変調器の前もしくは後に配置し、前記Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長分布の光を夫々対応する着色セルに通すフルカラー画像表示装置を特徴とする。更に、前記第１の回折格子は、連続的に傾きが変化する曲線を基本要素とし、各要素間の間隔を少しずつ変化させながら前記基本要素を垂直方向に沿って並べたものからなり、前記曲線上の各点での傾きは、水平方向の収束，発散の角度範囲から決められ、前記間隔は、垂直方向の収束，発散の角度範囲から決められることを特徴とする。また、前記第２の回折格子アレイは、直線を基本要素とする均一な回路格子で覆われることを特徴とする。更に、前記第１の回折格子アレイは、複数種類の第１の回折格子を組み合わせたものを要素グループとしてこれを複数並べたものからなり、前記要素グループ内の各第１の回折格子は、水平方向に互いに隣接した角度範囲に光を回折し、垂直方向には同じ角度範囲に光を回折して水平方向に視差を有する立体像を表示可能にするフルカラー画像表示装置を特徴とするものである。また、前記第１の回折格子アレイを構成する第１の回折格子は、水平な直線を基本要素とし、各要素間の間隔が垂直方向に少しずつ変化するものであることを特徴とする。更に、前記第２の回折格子アレイを構成する第２の回折格子は、連続的に傾きが変化する曲線を基本要素とし、該基本要素を垂直方向に並べたものからなり、前記曲線上の各点の傾きは水平方向の収束，発散の角度範囲から決められるものであることを特徴とする。また、前記第２の回折格子アレイは、複数種類の前記第２の回折格子を組み合わせたものを要素グループとしてこれを複数並べたものからなり、前記要素グループ内の各第２の回折格子は、水平方向に互いに隣接した角度範囲に光を回折し、垂直方向には同じ角度範囲に光を回折して水平方向に視差を有する立体像を表示可能にするフルカラー画像表示装置を特徴とするものである。
【０００６】
本発明によれば、前段の第１の回折格子アレイで白色光をＲ，Ｇ，Ｂ各成分に分光し、且つ集光している。集光した各色成分は夫々対応する空間光変調器の画素に導かれる。このため、原理的にカラーフィルタは不要であり、且つ光の利用効率が高い。また、後段の第２の回折格子アレイによりＲ，Ｇ，Ｂ各成分の出射角度範囲を互いに等しくなるように補正しているので、視角依存性がなくなる。更に、垂直方向だけでなく水平方向に対しても出射角度範囲を制御可能とし、好ましくは両眼視差を利用して立体表示を実現している。以上の構成により、光の利用効率が向上し、明るい画像が得られ、立体像の表示が可能になり、観察位置による明るさの変化が少なくなる効果が得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るフルカラー画像表示装置を図面を参照にして詳述する。図１は本発明のフルカラー画像表示装置の基本的な構成を示すものである。図１および図２に示すように、フルカラー画像表示装置は光源５からの白色光等の入射光４をＲ，Ｇ，Ｂ各色の波長分布の光に分散，集光する第１の回折格子１と、各波長分布の光を同様な出射角度範囲で回折する第２の回折格子２と、第２の回折格子２からの光の透過強度を変調してカラー画像を表示する空間光変調器３等から構成される。空間光変調器３は例えばアクティブマトリックス型の液晶パネルからなる。観察者６は観察範囲７内でカラー画像を観察する。なお、第１の回折格子１および第２の回折格子２は複数配置され第１の回折格子アレイ１Ａおよび第２の回折格子アレイ２Ａ（図２）を形成する。
【０００８】
第１の回折格子１は入射光４をＲ，Ｇ，Ｂの各波長分布の光に分散し、更に、互いに分散した光を少なくとも垂直方向に収束する機能を有する。これに対し、第２の回折格子２は、互いに異なる発散角で入射したＲ，Ｇ，Ｂの各波長分布の光を補償的に回折して出射角度範囲を互いに一致させる。このとき一般的に回折格子の回折角度βは入射光の入射角α，波長λおよび格子間隔ｄ（空間周波数の逆数）との関係において次式が成立する。
ｍλ＝ｄ（ｓｉｎα−ｓｉｎβ）
ここでｍは回折次数であり通常は＋１もしくは−１のみを考えればよい。即ち、回折格子の形状をブレーズド型等にすることにより＋１次もしくは−１次の回折光の回折効率を非常に高くすることができる。このため＋１次もしくは−１次の回折光のみを考えればよい。以上の式から垂直方向について考えると第１の回折格子１によって波長ごとに回折角度が変るが、各波長に対して第２の回折格子２の回折角度が一定でも第１の回折格子での分散の角度を補償するように機能できることがわかる。従って、第２の回折格子２においてＲ，Ｇ，Ｂ用の回折格子を共通のものとしてよく、作製が非常に容易になる。
【０００９】
回折光８は前記したように少なくとも垂直方向に収束するが水平方向に対しては図３又は図１１に示す２通りの場合が採用される。図３は水平方向についても回折する場合を示すもので入射光４は第１の回折格子１でＲ，Ｇ，Ｂの各波長分布ともほぼ同じ角度で水平方向に回折する回折光９となる。この場合、図示のように第２の回折格子２では影響を受けずにそのまま透過し空間光変調器３に入射される。これは、第１の回折格子１の空間周波数が垂直方向に高く水平方向に低い場合に容易に実現できる。以上のように、図３の例では第１の回折格子１に水平方向の回折作用を付加して水平方向の観察範囲７を規制している。図１１の場合は、入射光４は水平方向に関してはそのまま第１の回折格子１を通過する透過光１０となる。第２の回折格子２で水平方向に所定の出射角度範囲で広げられて空間光変調器３に入射する。即ち、図３の例とは逆に、図１１の例では第２の回折格子２に水平方向の回折作用を付加している。勿論、場合によってはいずれの回折格子にも水平方向の回折作用を付加しなくてもよい。一般に、ディスプレイでは水平方向の視角範囲に較べて垂直方向の視角範囲を最適に制御することが重要である。即ち、水平方向に広い視角範囲を得たい場合には水平方向に散乱の効果を有するパネルをディスプレイ前面に取り付けるなどの容易な方法がある。
【００１０】
再び図１に戻って第２の回折格子２は第１の回折格子１からのＲ，Ｇ，Ｂの各波長分布の回折光８を垂直方向に関しほぼ同一の出射角度範囲の回折光Ｂ，Ｇ，Ｒとして回折する機能を有するものからなる。
【００１１】
以上のように垂直方向および水平方向に回折された各波長分布ごとの光は観察範囲７内にのみ回折される。これにより観察者６は観察範囲７内においては均一な明るさのカラー画像を観察することができる。
【００１２】
空間光変調器３は第２の回折格子２の前又は後に配設されるもので（図示では第２の回折格子２の後に配置されている）各波長分布の光の透過強度を変調するものであり例えば液晶パネルに相当するものである。
【００１３】
図４は第１の回折格子１と第２の回折格子２との間に遮光板１１を介設した例を示す。遮光板はＲ，Ｇ，Ｂの各波長分布の光の垂直方向における収束位置付近に配置され、前記波長分布の光のうちの夫々予め決められた波長成分を透過し、それ以外の波長成分の光を空間的に遮断するものである。第１の回折格子１からの回折光８の例えばＲとＧとの間には中間色が連続的に介在するため光をＲ，Ｇ，Ｂに分散したとしても他の波長成分が混在して第２の回折格子２側に入射される。遮光板１１は第２の回折格子２に入射する波長成分を空間的に選択することができ、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長成分を最適化することが可能である。従って、必要な光に関する損失はなく、観察される画像の彩度を高くすることができる。図５は遮光板１１の一例を示すものである。遮光板１１はＲ，Ｇ，Ｂに対応して水平方向に長い長方形の３個の開口部１２を有しそれを囲んで遮光部１３が形成される。開口部１２が長孔状に形成されているのは一般的に水平方向と垂直方向の収束位置が異なるためである。なお、遮光板１１を介設することによりカラーフィルタが不要となる。
【００１４】
図６はカラーフィルタ１４を補助的に配置した場合を示す。カラーフィルタ１４はＲ，Ｇ，Ｂに対応した着色セルを備え、夫々予め決められた波長成分のみを透過する機能を有し、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長分布の光を夫々対応する着色セルに通す。この場合には、遮光板１１（図４，図５）を用いた場合と同様にＲ，Ｇ，Ｂの各波長成分を最適化でき、彩度の高い画像を表示することができる。しかし、カラーフィルタ１４はその内部に光を吸収する度合が遮光板１１よりも大きく若干光の利用効率は下る。しかし、遮光板１１に較べて配置に関する位置精度が要求されないので組み込みが容易にできる。なお、図６では空間光変調器３の後側に配置されているが、その前側に配置してもよい。
【００１５】
図７（ａ）は第１の回折格子アレイ１Ａの一例を示す。第１の回折格子アレイ１Ａは図７（ｂ）に示す第１の回折格子１を縦横に多数個配設したものからなる。第１の回折格子１は連続的に傾きが変化する曲線１５を基本要素とし、各要素内の間隔１６を少しずつ変化させたものからなる。曲線１５上の各点での傾きは水平方向の収束，発散の角度範囲から決められる。また、間隔１６は垂直方向の収束，発散の角度範囲から決められる。図示のように、第１の回折格子アレイは同じパターンの第１の回折格子１を並べるだけでよく、作製も容易である。また、第１の回折格子１はほぼ隙間なく表示部全域に並べることができるため入射する光を効率よく使える利点を有する。
【００１６】
図８は第２の回折格子アレイ２Ａの全体構成と、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応した第２の回折格子２（ｂ）のパターンを示す。図示のように、第２の回折格子２は水平な直線を基本要素とし等間隔で配列している。第２の回折格子アレイ２Ａは同形の第２の回折格子２を縦横に並べたものである。図８（ａ）は第２の回折格子２を複数個並べたものから形成されるがパターンが共通のため領域分けは必要でなく一枚ものから形成されてもよく、作製が決めて容易である。この場合には位置合わせの精度を要求されないため作製が容易である。一要素分の３つの回折格子は夫々Ｂ用，Ｇ用，Ｒ用のものからなり、夫々の回折格子の直線間隔は一定である。
【００１７】
図９は第１の回折格子アレイ１Ａの他の例を示す。この第１の回折格子アレイ１Ａは一対の左右対称の回折格子１７，１８を組み合わせてなる要素グループを複数個縦横に配置したものからなる。要素グループの回折格子１７，１８は傾きが徐々に変化する曲線１９からなり、且つ垂直方向の間隔２０は徐々に変化する。この回折格子１７，１８は水平方向に互いに隣接した角度範囲に光を回折し、垂直方向には同じ角度範囲に光を回折し水平方向に視差を有する立体像を表示可能にするものである。前記左側の回折格子１７は正面から左側の決められた角度範囲まで光を広げて回折し、もう一方の右側の回折格子１８は正面から右側の決められた角度範囲まで光を広げて回折する機能を有する。そこで、要素グループの内、回折格子１７に対応する空間光変調器の各画素で３次元物体を左側から見た左画像を表示するようにし、回折格子１８に対応する画素で右側から見た右画像を表示すると本発明の表示装置の正面付近で観察している観察者６の左目に回折格子１７で得られた左画像が観察され、右目に回折格子１８で得られた右画像が夫々独立に観察され両眼視差による立体像が認識できる。
【００１８】
図１０は前記図９における第１の回折格子アレイ１Ａに組み合わされる遮光板２１を示す。回折格子１７，１８に対応し、左右同一形状の一対の遮光板を組み合わせたものからなり、図５と同様に開口部２２と遮光部２３を有する。
【００１９】
図１１乃至図１５に示す実施形態は前記のものと異なり、第１の回折格子１は水平方向の光をそのまま透過させ、第２の回折格子２は観察者に対し、水平方向に光の出射方向分布を決定すべく水平方向に光を回折する機能を有する。この点は先に図１１を参照して説明を行った。なお、この場合も、図４，図６に示した遮光板１１およびカラーフィルタ１４に類するものを使用してもよいが説明を省略する。なお、図１２の遮光板２４がこの場合適用される。遮光板２４は開口部２５，遮光部２６を有するものからなり、開口部２５は図４の遮光板１１の開口部１２に較べて横長に形成される。これは第１の回折格子１が図１１に示すように水平方向の光をそのまま通過光１０として透過させるために広幅に形成する必要があるためである。
【００２０】
図１３は図１１に示した第１の回折格子アレイ１Ａの具体例を示す。第１の回折格子１は水平直線を基本要素とし、水平方向は均一で垂直方向には格子間隔が変化するものからなる。この第１の回折格子アレイ１Ａは以上のパターン構造の第１の回折格子１を縦横に配列したものからなる。同一のパターンの第１の回折格子１を使用できるため作製が容易である。また、ほぼ隙間なく表示部全域に並べることができるため入射する光を効率よく使うことができる。
【００２１】
図１４は図１１に示した第２の回折格子アレイ２Ａの具体例を示す。第２の回折格子２はＲ用回折格子２７，Ｇ用回折格子２８およびＢ用回折格子２９の３つの回折格子を１組としたものからなり、第２の回折格子アレイ２Ａは前記１組の第２の回折格子２を縦横に並べたものからなる。なお、Ｒ用回折格子２７，Ｇ用回折格子２８およびＢ用回折格子２９はすべて同一の形状のものからなる。即ち、Ｒ用回折格子２７は連続的に傾きが変化する曲線３０を基本要素とし、この基本要素を垂直方向に等間隔で並べたものからなる。曲線３０上の各点の傾きは、水平方向の収束，発散の角度範囲から決められるものである。前記したように同一のパターンが使用されるため作製が容易である。以上の本発明の例では同一パターンのものを複数個配列したものからなるが、本発明の表示装置の表示面積が観察可能範囲よりも非常な大きい場合は表示装置の位置に応じて回折格子のパターンを変えた方が光の利用効率などの面で適する場合もある。
【００２２】
図１５は第２の回折格子アレイ２Ａの別の例を示し、立体表示を可能にしている。第２の回折格子２は左右対称の回折格子３１，３２を一つの要素グループとして組み合わせたものを縦横に配列したものからなる。図の左側の回折格子３１は同一パターン形状のＲ用回折格子３３，Ｇ用回折格子３４およびＢ用回折格子３５を縦に並べたものからなり右側の回折格子３２は前記Ｒ用，Ｇ用，Ｂ用回折格子３３，３４，３５と対称なＲ用回折格子３６，Ｇ用回折格子３７およびＢ用回折格子３８を縦に並べたものからなる。各回折格子３３乃至３８は傾きが連続的に変化する曲線３９からなる。曲線３９上の各点の傾きは水平方向の収束，発明の角度範囲から決められる。水平方向に互いに隣接した角度範囲に光を回折するものであり、垂直方向には同じ角度範囲に光を回折する。図１５（ｂ）の要素グループの左側の回折格子３１は正面から左側の決められた角度範囲まで光を広げて回折し、残る右側の回折格子３２は正面から右側の決められた角度範囲まで光を広げて回折する機能を持っている。そこで要素グループの内の回折格子３１に対応する空間光変調器３の各画素で３次元物体を左側から見た左画像を表示するようにし、右側の回折格子３２に対応する空間光変調器３の各画素で右側から見た右画像を表示すると本発明の表示装置の正面付近で観察している観察者６（図２）の左目には左画像が観察され、右目には右画像が夫々独立に観察され、両眼視差による立体像が認識される。
【００２３】
本発明は以上のものに限られるものではなく、以下のようにしてもよい。本実施態様では、第２の回折格子アレイ２Ａの観察者側に空間光変調器３を配置する場合について述べたが、第２の回折格子アレイ２Ａと第１の回折格子アレイ１Ａの間に配置してもよい。また、本実施態様では、第１の回折格子アレイ１Ａと第２の回折格子アレイ２Ａが夫々独立した素子であるように述べたが、１つの透明基材の表裏に夫々の回折格子アレイを形成してもよい。この場合、装置として簡単になるだけでなく、２つの回折格子アレイの相対配置位置が正確にできる。また、本実施態様では、第１の回折格子１からの回折光が一度収束した後、第２の回折格子２に入射する場合について述べたが、ある程度収束していれば、収束中であっても同様の効果が得られる。また、本実施態様では、例えば第１の回折格子１で回折光の出射角度範囲を決める場合について述べたが、第１の回折格子１における収束角度を適当なものとし、第２の回折格子２によって観察範囲に適した出射角度で回折するようにしてもよい。この場合は、第２の回折格子２が比較的複雑になり、第１の回折格子１との位置合わせは正確に行う必要があるが、遮光板１１を挿入する場合に配置が容易になり、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長分布の選択が任意に行える。本実施態様では、例えば第１の回折格子１で回折光の垂直方向の出射角度範囲を決め、第２の回折格子２で水平方向の出射角度範囲を決める場合について述べたが、第１の回折格子１では装置構成上適当な位置に光が収束するようにし、第２の回折格子２において水平方向に加えて垂直方向の出射角度も適切にするような機能を持たせてもよい。この場合、例えば、遮光板１１を挿入する場合に配置が容易になり、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長成分の選択が任意に行える。本実施態様では、２枚の視差画像によって立体像を表示する場合について述べたが、これに限らず、複数枚の視差画像と、同数個の種類の第１の回折格子１又は第２の回折格子２を要素グループとして用意することにより、より自然な立体像が表示できる。このとき、要素グループ内の第１の回折格子１又は第２の回折格子２は夫々隣接する角度範囲に光を回折する機能を持っている必要がある。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のフルカラー画像表示装置は、次のような顕著な効果を奏する。
１）本発明の装置は、液晶ディスプレイのようなバックライトを必要とする表示装置において光の利用効率を非常に高くでき明るい像が観察できる。また、色ずれなどが極めて小さくできる効果を有する。
２）本発明の表示装置では、入射光の波長ごとの分光と収束の２つの機能をもつ第１の回折格子により１画素毎に対応したＲ，Ｇ，Ｂの収束光とし、この収束光のうち、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長成分を同一の角度範囲に回折する機能を有する第２の回折格子によりほぼ同じ出射角度範囲を持った光としている。このＲ，Ｇ，Ｂの各波長成分は夫々空間光変調器の各画素により光強度が変調され、原理的にカラーフィルタを用いることなくＲ，Ｇ，Ｂの夫々の光強度により任意の色調を表示することができる。
３）第１の回折格子における収束角度は、基本的に観察者に対する垂直方向の観察範囲によって決められる。一般的には垂直方向の観察範囲は狭くてよいため、回折格子における同方向の収束角度範囲は狭くてよい。第２の回折格子は第１の回折格子による波長ごとの分光時の出射角度の違いを補償するように機能し、従って観察範囲では色ずれなくフルカラー画像が観察できる。一方、観察範囲以外には光が殆ど漏れないため、光の利用効率は非常に高く、明るい画像を観察することができる。
４）第１，第２の回折格子を適切に設計することによって、観察可能範囲内での垂直方向および水平方向における光量分布を均一にできる。従って、観察可能範囲内において観察者はどの位置から見ても等しい明るさの画像を観察できる。
５）第１の回折格子からの光の垂直方向の収束位置付近に予め決められたＲ，Ｇ，Ｂの波長成分を通過するような開口部が設けられた遮光板を配置することにより、必要な波長成分の損失を避けて、且つ観察される色を形成するＲ，Ｇ，Ｂの各色の波長分布を適切に狭くすることができ、従って彩度の高いフルカラー画像を表示することができる。
６）空間光変調器の前、もしくは後に補助的なカラーフィルタを配置して、各色の波長分布を補正しても５）とほぼ同様な効果が得られる。
７）第２の回折格子アレイは全面均一な回折格子とすることも可能であり、この場合、第１の回折格子アレイとの位置合わせなどの必要なく、非常に簡便に実施できる。
８）複数種類の第１の回折格子又は第２の回折格子を要素グループとし、要素グループ内の各回折格子は、観察者に対し、夫々垂直方向には同じ角度範囲に光を回折し、水平方向には夫々隣接する角度範囲に回折する機能を持たせることにより、各回折格子について夫々独立、且つ隣接した観察範囲が設定でき、従って本発明の表示装置は観察する方向により独立して異なる視差画像を表示できるため、両眼視差を利用した立体像の表示が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフルカラー画像表示装置の実施の形態の概要構成を示す断面図。
【図２】本発明のフルカラー画像表示装置の実施の形態の構成と観察者との関係を示す斜視図。
【図３】水平方向の光を収束するように形成される第１の回折格子における水平方向の回折光を示す断面図。
【図４】遮光板を配設した本発明の実施の形態の構成を示す断面図。
【図５】図４における遮光板の平面図。
【図６】補助カラーフィルタを配設した本発明の実施の形態の構成を示す断面図。
【図７】曲線の要素を有する第１の回折格子を複数個配列した本発明の実施の形態の第１の回折格子アレイの平面図。
【図８】同一パターンの直線状の要素回折格子を有する第２の回折格子を複数個配列した本発明の実施の形態の第２の回折格子アレイの平面図。
【図９】立体像を形成するための第１の回折格子アレイを示す平面図。
【図１０】図９における遮光板の平面図。
【図１１】水平方向に光を透過する第１の回折格子および水平方向に回折する第２の回折格子を組み合わせした実施の形態における水平方向の回折光を示す断面図。
【図１２】図１１に示した第１の回折格子を使用する本発明のフルカラー画像表示装置に使用される遮光板の平面図。
【図１３】水平方向に光をそのまま透過する第１の回折格子の構造を示す平面図。
【図１４】水平方向に光を回折する機能と垂直方向に光を同様な出射角度範囲で回折する機能を有する第２の回折格子の平面図。
【図１５】立体像を形成するための第２の回折格子を示す平面図。
【符号の説明】
１    第１の回折格子
１Ａ  第１の回折格子アレイ
２    第２の回折格子
２Ａ  第２の回折格子アレイ
３    空間光変調器
４    入射光
５    光源
６    観察者
７    観察範囲
８    回折光
９    回折光
１０  透過光
１１  遮光板
１２  開口部
１３  遮光部
１４  補助カラーフィルタ
１５  曲線
１６  間隔
１７  回折格子
１８  回折格子
１９  曲線
２０  間隔
２１  遮光板
２２  開口部
２３  遮光部
２４  遮光板
２５  開口部
２６  遮光部
２７  Ｒ用回折格子
２８  Ｇ用回折格子
２９  Ｂ用回折格子
３０  曲線
３１  回折格子
３２  回折格子
３３  Ｒ用回折格子
３４  Ｇ用回折格子
３５  Ｂ用回折格子
３６  Ｒ用回折格子
３７  Ｇ用回折格子
３８  Ｂ用回折格子
３９  曲線
【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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【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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