JP2003098482A - 画像投射装置および画像投射方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で、低コストであり、光利用効率が高
く、高レベルの階調表示が可能な画像投射装置および画
像投射方法を得る。 【解決手段】 照明光を二つの異なる偏光方向を有する
偏光として、各々の光路に設けられたあわせて二つの画
像表示素子１０５１，１０５２を照明し、画像表示素子
からの画像光を再度偏光合成し、これを拡大投射するも
のである。その際、画像表示素子は２色以上の照明光が
時間的に切り替わって照明する新たなフィールドシーク
エンシャル表示方式を提供する。光源１０１と画像表示
素子１０５１，１０５２の間に、照明光色を選択すると
ともに照明光色に応じて偏光方向を制御する分光偏光制
御手段１４０を設けることによって画像投射装置を実現
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示素子に表
示される画像を拡大表示する画像投射装置および画像投
射方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子など小型の画像表示素子を
拡大して投射する画像投射装置には、画像表示素子の数
によって単板式と３板式に大別される。単板式はカラー
フィルターなどの分光機能を備えた表示素子を拡大投射
するもので、簡易な光学系で構成できるという利点があ
る。その反面、光利用効率が悪く、また高精細化するた
めには画素を非常に小さく構成する必要があるため、画
素の開口率が低下してさらに光利用効率が低下してしま
うという難点がある。そのため、比較的画素数が少なく
ても良い用途に限定されている。

【０００３】一方、３板式は、光源の光を３原色に分解
し、それらを別々の画像表示素子に照射して変調し、再
度ダイクロイックプリズムで合成する方式が一般的であ
る。この方式は、光の利用効率が高く、また、単板式に
比べて高精細化が容易であるという特徴を有している。
しかし、光学系の構成が複雑にあり、また画像表示素子
が３枚必要であることから、非常に高価なものとなって
いる。

【０００４】近年、画像表示素子として１枚の液晶パネ
ルを用い、照明光の色を順次切り替えることでカラー表
示を行う、いわゆるフィールドシークエンシャル方式画
像投射装置が開発された。図１０はこの方式による反射
型の画像投射装置の典型的例を示す。図１０において、
光源２０１を出た光はフライアイレンズ２０２，２０３
などからなる均一化照明光学系を通して、液晶パネルな
どからなる画像表示素子２０５を照明するようになって
いる。光源２０１から画像表示素子２０５に至る光路中
には、照明光の色を切り替える照明波長選択手段２１８
が配置されている。

【０００５】この例では、照明波長選択手段２１８の例
として、異なる分光特性を有する干渉フィルターを円盤
の周方向に順に配置した、一般にカラーホイールと呼ば
れるものを用いている。カラーホイールは、これを回転
させることでフィルターが順次切り替わり、たとえば、
赤、緑、青の順番で照明光を透過させ、画像表示素子２
０５を照明する。画像表示素子２０５の駆動・制御回路
と照明波長選択手段２１８の間で同期をとることで、各
照明光色に対応した画像データを画像表示素子２０５に
順次書き込むことになる。なお、図１０において、符号
２３０はスクリーン、２０８は投射レンズ、２０４は偏
光ビームスプリッター、１９はフィールドレンズをそれ
ぞれ示している。

【０００６】このようなフィールドシークエンシャル方
式画像投射装置は、照明波長選択手段２１８の付加を除
いては、単板式と同様の簡略化された構成を採用するこ
とができるため、比較的安価であり、装置を小型に構成
できるという利点がある。また、表示素子にカラーフィ
ルターなどを組み込む必要がないため、３板式と同様な
比較的大きな画素ピッチにおいて高精細画像を表示でき
るという利点もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィー
ルドシークエンシャル方式の画像投射装置では、３原色
のうち１色を選択している期間は、他の色光は利用でき
ない。例えば、カラーホイールの場合、１色を選択して
いる期間は、他の色光は反射によって光源に戻る。その
ため、原理的に光利用効率が１／３になってしまい、光
利用効率が悪いという問題がある。これは同じ表示輝度
を得るためには３倍の光出力が必要ということになり、
光源の消費電力を増大させることになる。

【０００８】また、一般に、画像表示素子による表示書
き換え周波数、いわゆるフレーム周波数は、３０Ｈｚ以
上好ましくは６０Ｈｚ以上でないとフリッカーと呼ばれ
るちらつきが観察されてしまう。そのため、フィールド
シークエンシャル方式ではこの６０Ｈｚに相当する１
６．６ｍｓｅｃの長さのフレーム期間を、各色用にさら
に３分割する必要がある。すなわち５．５ｍｓｅｃの間
に表示のリフレッシュを行う必要がある。代表的な画像
表示素子である液晶表示素子では、早くても２ｍｓｅｃ
程度の応答速度が限界であり、５．５ｍｓｅｃのサブフ
レーム期間では十分な光スイッチングを行わせることが
難しい。これは、光利用効率のさらなる低下につなが
る。

【０００９】より応答速度の速い強誘電性液晶を用いた
画像表示素子も開発されているが、この素子は原理的に
２値表示であり、階調表示を行わせるにはサブフレーム
をさらに分割して動作させる必要があり、階調数が大き
い場合には、上記の問題と同様に、光利用効率が低下す
るという問題があった。

【００１０】本発明は以上のような従来技術の問題点を
解消するためになされたもので、小型で、低コストであ
り、光利用効率が高く、高レベルの階調表示が可能な画
像投射装置および画像投射方法を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、照明光を二つの異なる偏
光方向を有する偏光として、各々の光路に設けられたあ
わせて二つの画像表示素子を照明し、画像表示素子から
の画像光を再度偏光合成し、これを拡大投射するもので
ある。その際、画像表示素子は２色以上の照明光が時間
的に切り替わって照明する新たなフィールドシークエン
シャル表示方式を提供するものである。このような構成
により、従来のフィールドシークエンシャル方式に比べ
て、光量損失を大幅に低減し、光利用効率が高く、消費
電力の少ない画像投射装置を提供することができる。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、光源と画像表示素子の間に、照明光色を選
択するとともに照明光色に応じて偏光方向を制御する分
光偏光制御手段を設けることによって画像投射装置を実
現したものである。

【００１３】請求項３記載の発明のように、請求項２記
載の発明における分光偏光制御手段としては、光源光の
うち２色を選択する色選択手段と、選択された色光の偏
光方向を制御する偏光制御手段を備えた構成が好まし
い。

【００１４】請求項３記載の発明における色選択手段と
しては、請求項４記載の発明のように、分光透過特性な
いし分光反射特性の異なる複数のカラーフィルターから
構成され、これらを切り替えることによって色選択を行
うようにしたものを用いることができる。あるいは、請
求項５記載の発明のように、色選択手段として、複数の
波長特性の異なる位相差板と光線の偏光方向を制御する
液晶素子とから構成され、これらを切り替えることによ
って色選択を行うようにしたものを用いることができ
る。上記位相差板は、特定の波長域とそれ以外の波長域
とで偏光方向を略９０°異ならせるように機能する。液
晶素子は位相差が１／２波長または０となるよう電界に
よって制御され、実質的にこのような位相差板を機能さ
せるか否かスイッチとして機能する。

【００１５】上記偏光制御手段は、色選択手段で選択さ
れた複数の色光の偏光方向を制御するために用いられ、
請求項６記載の発明のように、複数の波長特性の異なる
位相差板と光線の偏光方向を制御する液晶素子とから構
成されることが好ましい。

【００１６】なお、分光偏光制御手段は、請求項７記載
の発明のように、複数の波長特性の異なる位相差板と光
線の偏光方向を制御する液晶素子から構成し、偏光制御
手段と色選択手段の両方の機能を持たせることもでき
る。上記分光偏光制御手段としては、色選択手段と偏光
制御手段および偏光光路分割素子とから構成されるもの
を用いることができる。ここで言う偏光光路分割素子と
は、いわゆる偏光ビームスプリッターに代表され、入射
した偏光の偏光方向によって光路を分割するものであ
る。すなわち、色選択手段と偏光制御手段によって、色
ごとに偏光方向が制御された照明光を偏光によって光路
分離し、画像表示素子に導くものである。分光された光
路中には、必要に応じて偏光ビームスプリッターやダイ
クロイックミラー、偏光変調のための１／２波長板のよ
うな偏光変調素子などを設けることができる。

【００１７】このような構成のうち、好適な例として、
請求項９記載の発明のように、光源光のうち偏光方向が
多色とは異なる１色の光路を他の色光の光路から偏光ビ
ームスプリッターなどで分離したのち、複数色を含む光
路中に配置された色選択手段によって照明光の色を選択
するようにするとよい。この場合の色選択手段として
は、たとえば上述の複数の波長特性の異なる位相差板と
光線の偏光方向を制御する液晶素子から構成された素子
と偏光子の組み合わせを例示することができる。

【００１８】本発明に適用可能な照明方式の第一は、請
求項１１記載の発明のように、照明光を３色の照明光で
構成するとともに、二つの偏光成分のうち少なくとも一
方の照明光が３色の間で時間的に切り替わるように構成
したものである。特に、両方の画像表示素子に対する照
明光が上述のように構成されることが好ましい。このよ
うに構成することにより、各々の画像表示素子は照明光
のほとんど全波長域で照明されることとなり、良好な色
バランスと白色の再現性を実現できる。また２枚の画像
表示素子を併せて、理想的には全光線の２／３の光を利
用できるため、光利用効率が高いという利点がある。

【００１９】請求項１２記載の発明のように、上記二つ
の画像表示素子を同時に照明する二つの照明光色が異な
っていることが、分光および偏光制御の構成の簡略化お
よび効率の点で好ましい。また、このような構成におい
て、請求項１３記載の発明のように、各々の画像表示素
子に対応する投射画像が互いに画素ピッチの１／２の整
数倍ずれて表示されるように構成することにより、表示
画素数を２倍に構成することができ、高精細な表示を実
現することができる。投射画像をずらすには、光路の途
中に光路シフトさせるための素子を設けて光学的にずら
す方法や、画像表示素子自体をずらして配置する方法な
どをあげることができる。

【００２０】本発明に適用可能な照明方式の第二の例
は、請求項１４記載の発明のように、照明光を３色の照
明光で構成するとともに、各々の偏光成分の照明光色を
１色の共通色を含む２色から構成することである。より
具体的には、請求項１５記載の発明のように、照明光を
青、緑、赤の３色によって構成し、一方の画像表示素子
には青および緑を、他方には緑および赤を照明する、と
いうようにように共通色を緑とするものである。この方
式の利点は、限定された隣接波長域の光が各々の画像表
示素子を照明するため、画像表示素子や光学素子をその
波長域にあわせて最適化しやすいという点である。画像
表示素子に用いる液晶表示素子や、反射型の表示素子を
用いる際に用いられる偏光ビームスプリッターは波長依
存性があるため、このような構成によれば、よりコント
ラストや効率の高い設計が可能になる。

【００２１】請求項１６〜１８記載の発明は、画像投射
方法に関するもので、請求項１、２および１１に対応す
るものである。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明にかかる画
像投射装置および画像投射方法の実施の形態について説
明する。図１に本発明になる画像投射装置の好ましい実
施例を示す。本実施例では、画像表示素子に反射型の液
晶表示素子１０５１を用い、光源１０１には白色光を射
出する高圧水銀ランプ、リフレクター１０１１には回転
楕円ミラーを用いている。光源１０１を出た照明光は、
その光路中に設けられた色選択手段であるカラーホイー
ル１５０によって３原色のうち２色が選択的に透過する
ように構成されている。

【００２３】図２はカラーホイール１５０の構成を光軸
側から見た場合の模式図である。カラーホイールを構成
するフィルターは３つの領域１１８ｃ、１１８ｙ、１１
８ｍに分割されている。領域１１８ｃは青／緑の２色の
光を、領域１１８ｙは緑／赤の２色の光を、領域１１８
ｍは赤／青の２色の光をそれぞれ透過するように構成さ
れている。このフィルター自体が回転することにより透
過光の波長範囲を切り替えるものである。

【００２４】図１に戻って、本実施例では、光源のリフ
レクター１０１１として集光性を有する回転楕円ミラー
を用いているため、これを略平行な光に変換するために
コリメートレンズ１１９が設けられている。コリメート
レンズ１１９でコリメートされた照明光は、インテグレ
ータ光学系１０２，１０３を透過することにより、後述
の液晶表示素子を均一に照明するように構成されてい
る。符号１４０は偏光面回転手段を示している。この偏
光面回転手段１４０は、カラーホイール１５０のフィル
ターを射出した２色を含む光の偏光方向を互いに直交す
る関係に変換する。すなわち、偏光面回転手段１４０
は、選択された色光の偏光方向を制御する偏光制御手段
をなしている。

【００２５】図３は上記偏光面回転手段１４０の作用を
説明する図である。符号１４１ｒは位相差板を示してい
る。この位相差板１４１ｒは、入射偏光Ｐ１の特定波長
域（この場合は赤の色光）に対して１／２波長板として
機能し、他の波長域に対しては位相差０として機能す
る。符号１４２ｒは液晶素子を示している。この液晶素
子１４２ｒは、一対の基板間に液晶が挟持された構造に
なっている。基板内面に形成された透明電極間に電界を
印加することによって液晶の配向を変化させ、入射偏光
の偏光方向を９０°変調するものである。このような液
晶素子としてはホモジニアス配向させたネマティック液
晶や、強誘電性液晶があり、または垂直配向させたネマ
ティック液晶、ねじれ配向させたネマティック液晶など
を例示することができる。なかでも応答速度が速いこと
から強誘電性液晶やπセルと呼ばれる液晶および／また
は基板界面の液晶の傾き角を異ならせることによって、
液晶にスプレイ配向を誘起した液晶表示方式を用いるこ
とが特に好ましい。

【００２６】複屈折を用いる方式では、液晶は一方の配
向状態では１／２波長板として機能し、他方の配向状態
では光に位相差を生じさせないように作用する。図３に
おいて、符号１４１Ｘは位相差板の遅相軸を表し、１４
２Ｘは液晶として複屈折モードを用いた場合の、液晶の
一方の配向方向を例示したものである。入射偏光の偏光
方向に対する位相差板の遅相軸、液晶の配向方向を適宜
配置することにより、液晶素子１４２ｒのオン、オフに
よって特定色の偏光の方向を９０°変調することが可能
である。図３は１色の偏光変調について記載している
が、同様の構造を他の色光用にも設けることによって、
任意の色光の偏光方向を制御することができる。このよ
うな素子は、米国カラーリンク社からカラースイッチと
いう商品名で入手可能である。本素子はカラーホイール
１５０によって選択された２色の色光の偏光方向を互い
に直交する方向に変調する。図３はＧ．Ｄ．Ｓｈａｒ
ｐ，Ｅ．Ｇｉｌｍａｎ， Ｋ．Ｍ．Ｊｏｎｓｏｎ，Ｐｒ
ｏｃ．ＳＰＩＥ，３０１３，１０７（１９９７）から転
載した。

【００２７】図１において，照明光はフィールドレンズ
１０９によって集光されながら偏光ビームスプリッター
１０４に入射する。ここで二つの色光はその偏光方向に
よって分離され、液晶表示素子からなる二つの画像表示
素子１０５１，１０５２に表示された画像情報によって
変調を受け、画像表示素子１０５１，１０５２によって
偏光面を９０°変調された光のみが偏光ビームスプリッ
ター１０４によって再度合成され、投射レンズを介して
投射される。符号１１０１および１１０２は偏光ビーム
スプリッター１０４によるスキュー（ｓｋｅｗ）と呼ば
れる斜め入射光に対する偏光面変化を補正するための１
／４波長板である。このとき、二つの画像表示素子１０
５１，１０５２には、照明される色光に対応する画像情
報が書き込まれる。

【００２８】表１は、カラーホイール１５０の選択色と
偏光変調素子としての偏光面回転手段１４０での選択偏
光の例を示したものである。サブフレーム１〜３によっ
て各色が２回選択され、それぞれの色に対して偏光方向
が切り替わっている。この場合，画像表示素子１０５１
はＳ偏光の各色の書き込みを、画像表示素子１０５２は
Ｐ偏光の各色の書き込みを行うことになる。 表１

【００２９】このような構成により、各色が実質的に照
明されている時間はフレーム周期に対して２／３の時間
となり、図１０に示した従来例のような、単純なフィー
ルドシークエンシャル方式における１／３の照明時間に
比べて、２倍の光利用効率とすることができる。

【００３０】実施例２ 図４は、第２の実施例を示す。この実施例によれば、実
施例１と比較して、表示性能をさらに改善することがで
きる。実施例１では一つの偏光ビームスプリッターを用
いていたのに対し、本実施例では、４つの偏光ビームス
プリッター１０４１，１０４２，１０４３，１０４４を
用いている。偏光ビームスプリッター１０４１は入射光
をその偏光によって分離するためのものである。偏光ビ
ームスプリッター１０４１、１０４３はそれぞれＳ偏光
照明の光路、Ｐ偏光照明の光路に配置され、液晶表示素
子からなる画像表示素子１０５１、１０５２に対して偏
光子および検光子として作用する偏光ビームスプリッタ
ーである。偏光ビームスプリッター１０４４は偏光合成
用偏光ビームスプリッターである。本構成では、各偏光
ビームスプリッターを最適な偏光分離特性を与えるよう
に設計することができるため、コントラストをさらに改
善することができる画像投射装置を得ることができる。

【００３１】実施例３ 図５は、コントラスト性能をさらに改善することができ
る本発明の第３の実施例を示している。この実施例は、
偏光ビームスプリッター周辺の構成に特徴があり、実施
例２における偏光ビームスプリッターに変更手段を付加
したものである。図５において、４つの偏光ビームスプ
リッター１０４１、１０４２、１０４３、１０４４の間
の光路中には、符号１０２１，１０２２，１０２３，１
０２４で示す偏光手段が配置されている。これらの偏光
手段としては、特定の偏光面を有する直線偏光に対して
透過するような偏光特性が付与されており、その透過軸
は各偏光手段の配置された場所での光軸光の偏光方向に
一致するように配置される。その他の構成は実施例２と
同じである。

【００３２】このように構成された実施例３によれば、
偏光ビームスプリッター１０４１、１０４２、１０４
３、１０４４に斜めに入射し、偏光面が光軸光とずれた
偏光を、光軸光と同じ偏光に揃えることができる。この
ため、照明光と投射光の偏光度を高めることが可能とな
り、さらに高いコントラストを得ることができる。偏光
手段１０２１，１０２２，１０２３，１０２４として
は、プリズム型の偏光子や吸収型の偏光子を用いること
ができるが、偏光性能の入射角依存性が少ないことか
ら、吸収型の偏光子を用いることが特に好ましい。な
お、図５ではすべての偏光ビームスプリッターの境界に
偏光子を設けた構成について例示したが、いずれかの偏
光子を省略して構成することもできる。

【００３３】実施例４ 図６は、照明光の色および偏光を制御する別の好ましい
実施例を示す。この実施例は、図５に示す実施例３の４
つの偏光ビームスプリッターを用いた構成を変形したも
ので、前記コリメートレンズ１１９がなく、インテグレ
ータ光学系１０２、１０３の次に、第１の分光偏光変調
素子１４０１、偏光ビームスプリッター１０４５、第２
の分光偏光変調素子１４０２を配置し、そのあとに上記
４つの偏光ビームスプリッターを配置したものである。

【００３４】図６において、インテグレータ照明系１０
２，１０３から射出した照明光は、第１の分光偏光変調
素子１４０１によって１色の偏光方向が変調され、偏光
ビームスプリッター１０４５や偏光子１０２１，１０２
２，１０２３，１０４４などによって分離される。残り
の２色は第２の分光偏光変調素子１４０２によって互い
に偏光方向の異なるＳ偏光またはＰ偏光となって偏光ビ
ームスプリッター１０４１に入射するよう構成したもの
である。

【００３５】この実施例は、前記カラーホイール１５０
のような可動部を含まないため、静粛性に優れ、特に個
人用途の画像投射装置に適している。なお、本実施例
は、最もコントラストの優れた実施例３の構成をもとに
説明したが、他の実施例に係る構成であっても、これを
もとに実施例４のような、第１の分光偏光変調素子１４
０１、偏光ビームスプリッター１０４５、第２の分光偏
光変調素子１４０２を有する画像投射装置を構成するこ
とができる。

【００３６】実施例５ 図７は本発明の第５の実施例を示す。この実施例は、照
明光の色および偏光を制御するのに好ましい別の構成に
係るもので、図６に示す実施例４の４つの偏光ビームス
プリッター１０４１、１０４２、１０４３、１０４４の
うちの一つ１０４１を省略し、その代わりに、実施例４
において付加した偏光ビームスプリッター１０４５から
の反射光を反射して偏光ビームスプリッター１０４２に
導く偏光ビームスプリッターまたはミラー1０４６と、
偏光ビームスプリッター１０４５を透過し、さらに第２
の分光偏光変調素子１４０２を透過した光を反射して偏
光ビームスプリッター１０４３に導く偏光ビームスプリ
ッターまたはミラー１０４７を配置したものである。

【００３７】インテグレータ照明系を射出した光は、第
１の分光偏光変調素子１４０１によって１色の偏光方向
が変調され、偏光ビームスプリッター１０４５や偏光子
などによって分離される。残りの２色は第２の分光偏光
変調素子１４０２によって互いに偏光方向の異なるＳ偏
光またはＰ偏光となる。偏光ビームスプリッターまたは
ミラー１０４６，１０４７は、選択された２色の照明光
の光軸を偏光ビームスプリッター１０４３、１０５２に
導く。また、第１の分光偏光変調素子１４０１や第２の
分光偏光変調素子１４０２で選択される偏光によって
は、光路の途中に１／２波長板を設けて、所望の偏光方
向に変換することもできる。

【００３８】本実施例によれば、偏光分離のために配置
していた前記実施例における偏光ビームスプリッター１
０４１を省略できるという利点がある。また、偏光ごと
に入射光の光路を分離しているため、光路の途中に偏光
子を設けることが可能となり、照明光の偏光度を高める
ことによって、より高いコントラストを実現することが
できる。

【００３９】実施例６ この実施例では、実施例１とは別の、好ましい照明光色
および偏光の選択方法を採用している。表２はこの実施
例にもとづく照明方式を示したもので、連続するサブフ
レーム間で選択される色光および／または偏光状態が連
続するよう構成されている。表２に示す例では色光と偏
光状態の両方が連続している。このようにすることによ
り、色および偏光状態の切り替えに要する時間を相対的
に短くすることができ、光利用効率や表示色の純度を向
上させることができる。 表２

【００４０】実施例７ この実施例は、別の好ましい照明光色および偏光の選択
方法を採用したものである。表３は本実施例にもとづく
照明方式を示したものである。一方の偏光状態、たとえ
ばＳ偏光の色光は他方の偏光Ｐ偏光と共通する一色
（緑）を含む２色（赤、緑）で構成されている。同様に
して他方の偏光状態（Ｐ偏光）の色光も１色の共通色
（緑）とＳ偏光に含まれない１色（青）で構成されてい
る。このような構成において、特に共通色として緑を選
択した場合には、各偏光の光路中にある偏光ビームスプ
リッターなどの光学部品を連続する波長域、すなわち青
−緑、緑−赤に対して最適化できるため、コントラスト
や入射角分布に伴う色むらの少ない画像投射装置を構成
することができる。また、赤と青に対しては常に偏光方
向が一定であるため、照明光の色および偏光を制御する
構造が簡略化されるという利点もある。たとえば図５に
示す実施例の構成における分光偏光変調素子１４０の液
晶素子の枚数を緑用の１枚とすることが可能となる。

【００４１】表３

【００４２】実施例８ 図８、図９は本発明にかかる画像投射装置または投射方
法の別の好ましい実施例によって得られる投射画像の例
を模式的に示した図である。図８、図９において四角で
示す各領域は画像投射装置の各画素に対応する投射画像
を表し、白抜きの領域は一方の画像表示素子の画像を、
ハッチングが付された領域は他方の画像表示素子の画像
を意味する。図９では両画像表示素子の画像が横方向に
１／２ピッチずれて投射されており、図８では縦および
横方向に１／２ピッチずれて投射されている。このよう
な画像投射画像を得るためには、画像表示素子が互いに
実質的に１／２ピッチ分ずれるよう構成すればよく、具
体的には画像表示素子をずらして配置する方法、あるい
は、一方の画像表示素子の画像光の光路を１／２ピッチ
分ずらすような光学素子を設ける方法などがある。本発
明において、特に、画像表示素子を３原色で順次照明す
る方式においては、一方の画像表示素子のみでフルカラ
ー画像表示を行うことができる。そのため、このように
二つの画像表示素子の画像をずらしたとしても色抜けな
どを生ずることなく、画素密度を倍にすることができ
る。

【００４３】上述のカラー表示方式において、積算され
た合成光の分光スペクトルは、白色となることが好まし
い。白色とするためには光源の発光スペクトルおよび各
色光の照明時間または照明回数を適宜組み合わせること
で実現される。色再現性に優れた画像投射装置を提供す
ることができる。照明光の色を順次切り替えるに際し、
切り替えの速さは照明色が実質的に１巡する周波数をフ
レーム周波数として３０Ｈｚ以上、好ましくは４０Ｈｚ
以上、より好ましくは６０Ｈｚ以上とすることが好まし
い。

【００４４】二つの偏光を合成する偏光合成手段として
は偏光ビームスプリッタープリズムや平板状に形成した
偏光ビームスプリッターを用いることができる。画像投
射装置しては、偏光状態を変調できるものが好ましく、
ねじれネマティックモードや複屈折モードの液晶素子を
好ましく用いる。なかでも強誘電性液晶や反強誘電性液
晶を用いた液晶表示素子を高速応答性の観点から特に好
ましく用いる。

【００４５】二つの照明光偏光の少なくとも一方の光路
中に、所望の偏光方向以外の偏光を除去する偏光手段を
設けてもよい。照明光の偏光度を高くすることができる
ため、さらにコントラストの優れた画像投射装置を提供
することができる。画像表示素子は反射型の画像表示素
子とし、偏光子および検光子として作用する偏光ビーム
スプリッターを二つの画像表示素子に対して別個に設け
てもよい。異なる偏光に対して別個の偏光ビームスプリ
ッターを用いているため、偏光ビームスプリッターの設
計を各々の偏光に対して最適化できるため、コントラス
トや均一性などの表示性能をさらに改良することができ
る。

【００４６】偏光子および検光子として作用する偏光ビ
ームスプリッターと画像合成手段との間に、画像光に含
まれる所望の偏光方向以外の偏光を除去するための偏光
手段を設けてもよい。投射光の偏光度を上げることがで
きるため、偏光ビームスプリッターの入射角特性に基づ
く偏光度低下をなくすことができ、さらにコントラスト
や均一性に優れた画像投射装置を提供することができ
る。

【００４７】

【発明の効果】請求項１および１６記載の発明によれ
ば、フィールドシークエンシャル方式でありながら、高
い光利用効率を実現することができ、低消費電力で高い
表示性能を有する画像投射装置および画像投射方法を提
供することができる。また、フィールドシークエンシャ
ル方式であるため、用いる画像表示素子が少なく、光学
系が簡略であるため、低コストで小型の画像投射装置お
よび画像投射方法を提供することができる。この技術
は、反射型または透過型のデータプロジェクターやコン
ピューターモニターおよびテレビなどの投写型表示装置
および拡大虚像を直接観察する拡大表示装置に好適に用
いることができる。

【００４８】請求項２、３または４記載の発明は、請求
項１記載の発明における分光方法および偏光制御方法の
具体的実現方法を提供するもので、簡便な方法で高効率
の分光偏光制御手段を提供することができる。

【００４９】請求項５記載の発明は、請求項１記載の発
明における分光方法および偏光制御方法の具体的実現方
法を提供するもので、簡便な方法で高効率の分光偏光制
御手段を提供することができる。特に可動部がないた
め、静粛性に優れた分光偏光制御方法を提供することが
できる。請求項６記載の発明は、好適な偏光制御手段の
実現方法を提供するもので、静粛性に優れ、高効率の分
光偏光制御方法を提供することができる。

【００５０】請求項７記載の発明は、請求項１記載の発
明における分光方法および偏光制御方法の具体的実現方
法を提供するもので、簡便な方法で高効率の分光偏光制
御手段を提供することができる。本構成では２つの偏光
光を別の光路で画像表素子に導くため、各々の光路に光
学素子を配置することができ、簡単な構成で良好な偏光
状態を得ることができるという利点がある。また、画像
表示素子手前の偏光分割手段が不要になるという利点も
ある。

【００５１】請求項８記載の発明は、請求項１記載の発
明における分光方法および偏光制御方法の具体的実現方
法を提供するもので、簡便な方法で高効率の分光偏光制
御手段を提供することができる。本構成では２つの偏光
光を別の光路で画像表示素子に導くため、各々の光路に
光学素子を配置することができ、簡単な構成で良好な偏
光状態を得ることができるという利点がある。また、画
像表示素子手前の偏光分割手段が不要になるという利点
もある。

【００５２】請求項９記載の発明は、光路を分離する手
段の好ましい実現手段を提供するものであり、簡単な構
成で高効率の色および偏光分離を行わせることができ
る。請求項１０記載の発明は、色選択手段の好ましい実
現手段を提供するものであり、簡単な構成で高効率の色
および偏光分離を行わせることができる。

【００５３】請求項１１記載の発明は、照明光の好まし
い色選択方法を提供するものであり、色バランスに優
れ、高効率の照明方式を提供することができる。請求項
１２または１８記載の発明は、照明光の好ましい色選択
方法を提供するものであり、色バランスに優れ、高効率
の照明方式を提供するものである。同時に照明される色
光が重複しないことにより、簡便な構成で照明系および
分光系を構成することができる。

【００５４】請求項１３記載の発明は、画素数を２倍に
することができるため、高効率であることに加えて高精
細な画像表示素子を簡単な構成で実現することができ
る。請求項１４記載の発明は、照明光の好ましい色選択
方法を提供するものであり、色バランスに優れ、高効率
の照明方式を提供するものである。同時に照明される色
光が重複しないことにより、簡便な構成で照明系および
分光系を構成することができる。

【００５５】請求項１５記載の発明は、画像表示素子を
照明する色光の波長範囲が限定されるため、光学分品の
選択や画像表示素子の特性などをその波長範囲に適した
ように構成することができ、高効率でコントラストや均
一性などの表示性能に優れた画像投射装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる画像投射装置および画像投射方
法の一実施例を示す光学配置図である。

【図２】同上実施例中の色選択手段であるカラーホイー
ルの例を示す正面図である。

【図３】上記実施例中の分光偏光制御手段の例を示す斜
視図である。

【図４】本発明にかかる画像投射装置および画像投射方
法の別の実施例を示す光学配置図である。

【図５】本発明にかかる画像投射装置および画像投射方
法のさらに別の実施例を示す光学配置図である。

【図６】本発明にかかる画像投射装置および画像投射方
法のさらに別の実施例を示す光学配置図である。

【図７】本発明にかかる画像投射装置および画像投射方
法のさらに別の実施例を示す光学配置図である。

【図８】本発明にかかる画像投射装置および画像投射方
法のさらに別の実施例における画像ずらしの一例を模式
的に示す正面図である。

【図９】画像ずらしの別の例を模式的に示す正面図であ
る。

【図１０】従来の画像投射装置の例を示す光学配置図で
ある。

【符号の説明】

１０１ 光源 １０４ 偏光合成手段 １４０ 偏光制御手段 １５０ 色選択手段 １４１ｒ 位相差板 １４２ｒ 偏光制御手段 １０２１ 変更手段 １０２２ 変更手段 １０２３ 変更手段 １０２４ 変更手段 １０４１ 偏光ビームスプリッター １０４２ 偏光ビームスプリッター １０４３ 偏光ビームスプリッター １０４４ 偏光ビームスプリッター １０５１ 画像表示素子 １０５２ 画像表示素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 幾雄 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 逢坂 敬信 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 鴇田 才明 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2H099 AA12 BA09 BA17 CA02 CA07 CA08 CA11 5C060 BC05 EA01 GA01 HC00 HC17 HC19 HC22

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、光源から射出される照明光を異
   なる二つの偏光方向の照明光に分離する分割手段と、分
   割された各々の偏光に対して配置され各々の偏光によっ
   て照明される二つの画像表示素子と、各画像表示素子で
   変調された画像光を一つの光束に合成する偏光合成手段
   とを有し、合成光束を拡大投射する画像投射装置であっ
   て、各々の偏光方向の照明光色を時間的に切り替えるこ
   とを特徴とする画像投射装置。
2. 【請求項２】 光源と画像表示素子との間に、照明光色
   を選択するとともに照明光色に応じて偏光方向を制御す
   る分光偏光制御手段が配置されていることを特徴とする
   請求項１記載の画像投射装置。
3. 【請求項３】 分光偏光制御手段は、光源光のうち２色
   を選択する色選択手段と、選択された色光の偏光方向を
   制御する偏光制御手段を備えていることを特徴とする請
   求項２記載の画像投射装置。
4. 【請求項４】 色選択手段は、分光透過特性または分光
   反射特性の異なる複数のカラーフィルターから構成さ
   れ、これらを切り替えることによって色選択を行うこと
   を特徴とする請求項３記載の画像投射装置。
5. 【請求項５】 色選択手段は、複数の波長特性の異なる
   位相差板と光線の偏光方向を制御する液晶素子とから構
   成されていることを特徴とする請求項３記載の画像投射
   装置。
6. 【請求項６】 偏光制御手段は、複数の波長特性の異な
   る位相差板と光線の偏光方向を制御する液晶素子とから
   構成されていることを特徴とする請求項３記載の画像投
   射装置。
7. 【請求項７】 分光偏光制御手段は、色選択手段と偏光
   制御手段および偏光光路分割素子とから構成されている
   ことを特徴とする請求項３記載の画像投射装置。
8. 【請求項８】 分光偏光制御手段は、光源光のうち１色
   の光路を他の色光の光路から分離する手段と、２色を含
   む光路中に配置された色選択手段とを備えていることを
   特徴とする請求項７記載の画像投射装置。
9. 【請求項９】 光路を分離する手段は、複数の波長特性
   の異なる位相差板と偏光方向を制御する液晶素子および
   偏光ビームスプリッターとから構成されていることを特
   徴とする請求項７記載の画像投射装置。
10. 【請求項１０】 色選択手段は、複数の波長特性の異な
    る位相差板と光線の偏光方向を制御する液晶素子および
    偏光ビームスプリッターとから構成されていることを特
    徴とする請求項７記載の画像投射装置。
11. 【請求項１１】 照明光は３色の照明光で構成されると
    ともに、二つの偏光成分のうち少なくとも一方の照明光
    が３色の間で時間的に切り替わることを特徴とする請求
    項１から１０のいずれかに記載の画像投射装置。
12. 【請求項１２】 同時に照明される二つの偏光方向の照
    明光色が異なることを特徴とする請求項１１記載の画像
    投射装置。
13. 【請求項１３】 各々の画像表示素子に対応する投射画
    像が互いに画素ピッチの１／２の整数倍ずれて表示され
    るよう構成されていることを特徴とする請求項１１また
    は１２記載の画像投射装置。
14. 【請求項１４】 照明光は３色の照明光で構成されると
    ともに、各々の偏光成分の照明光色は１色の共通色を含
    む２色から構成されることを特徴とする請求項１から１
    ０のいずれかに記載の画像投射装置。
15. 【請求項１５】 ３色の照明光は青、緑、赤の色光であ
    り、共通色は緑であることを特徴とする請求項１４記載
    の画像投射装置。
16. 【請求項１６】 光源から射出される照明光を異なる二
    つの偏光方向の照明光として各々の偏光に対して配置さ
    れた二つの画像表示素子を照明し、各画像表示素子で変
    調された画像光を偏光合成手段により一つの光束に合成
    し、合成光束を拡大投射する画像投射方法であって、各
    々の偏光方向の照明光色を時間的に切り替えることを特
    徴とする画像投射方法。
17. 【請求項１７】 光源と画像表示素子の間に設けられた
    分光偏光制御手段によって照明光色を選択するとともに
    照明光色に応じて偏光方向を制御することを特徴とする
    請求項１６記載の画像投射方法。
18. 【請求項１８】 照明光は３色の照明光で構成するとと
    もに、二つの偏光成分のうち少なくとも一方の照明光を
    ３色の間で時間的に切り替えることを特徴とする請求項
    １６または１７記載の画像投射方法。