JP2004117388A

JP2004117388A - Video projection device

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Publication number: JP2004117388A
Application number: JP2002276310A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Kato; 加藤　幾雄; Yasuyuki Takiguchi; 滝口　康之; Atsushi Takaura; 高浦　淳; Kazuya Miyagaki; 宮垣　一也; Keishin Aisaka; 逢坂　敬信; Kenji Kameyama; 亀山　健司; Takeshi Namie; 浪江　健史
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize high resolution exceeding the number of pixels even if using spatial light modulation means of the low number of pixels and low resolution as conventional, and to obtain a high quality image at low cost. <P>SOLUTION: The light from a high-pressure mercury lamp as a light source is separated into illumination light having spectral characteristics of R, G, B by a dichroic prism 10 as an illumination light separation means, and the illumination light is made incident to reflection type LV 12a, 12b, 12c as spatial light modulators. One spatial light modulator is made to switch the separated illumination light into periodical and sequential illumination by a rotary stage 11 as a spectrum illumination light switch so that the illuminated light is not illumination light having a special spectral characteristics but is the one having plurality of spectral characteristics, and the plurality of these spatial modulators are arranged at the positions where the optical positions with respect to the optical axis of their magnified optical systems (projection lens 14) are shifted by a half of the unit pitch of the spatial light modulators. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を複数の空間光変調器（空間光変調手段）に照明し、これらの空間光変調器で変調された照明光により形成させる映像を拡大像形成光学素子で拡大して観察する映像拡大装置等の映像投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、空間光変調器を用いた映像拡大装置としては、空間光変調器を１枚用いた単板式と呼ばれるものと、空間光変調器を３枚用いた３板式と呼ばれるものが一般に実用化されている。
単板式の場合には、空間的に３分割された３つの画素がＲ（Ｒｅｄ：赤）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ：緑）、Ｂ（Ｂｌｕｅ：青）の３つの分光特性を有する画素を形成し、この３分割された画素に白色の照明光を入射させることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂからなる画像表示を行なう方式と、空間的に３分割又は４分割されたサブフィールドからなるフィールド単位で、サブフィールドをＲ、Ｇ、Ｂ又はＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗ（Ｗｈｉｔｅ：白）の分光特性を有する照明光で空間光変調器のすべての画素に入射させることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ又はＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗからなる画像表示を行なう方式とがある。
【０００３】
これらの２つの方式のうち、前者の方式は、単純な照明装置のみで構成した場合には空間光変調器を１つしか用いないので映像拡大装置が作製しやすく部品代もかからず低コストであるが、照明光の光利用効率と解像度が約１／３となってしまい、画像品質が大きく低下してしまう。
３板式と同程度の照明装置と空間光変調器に微小光学素子を設けることにより、光利用効率を向上することができるが、解像度は１／３のままである。
光利用効率が非常に低いために単板式は４０型以下の小型の映像拡大装置に多く用いられるが、高い画像品質を有する５０型以上の大型には不向きである。
【０００４】
後者の３板式は、照明光学系が複雑ではあるが、白色の照明光をＲ、Ｇ、Ｂを基本に３つに色分離をして、その色分離された異なる分光特性のＲ、Ｇ、Ｂ照明光に対応させた３つの空間光変調器を用いてＲ、Ｇ、Ｂを独立に変調した後に、ダイクロイックプリズムでこれを色合成し、投射レンズで拡大像形成をするので、高コストではあるが高い光利用効率と解像度を実現することができる。
３板式で、空間光変調器に反射型空間光変調器を用いたものでは、上記の方式以外に、１つの偏光分離板（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｓｐｒｉｔｅｒ：以降、ＰＢＳと略す）と１つのダイクロイックプリズムからなる構成、２つ又は４つのＰＢＳと色選択性偏光板（カラーリンク社／米国、商品名＝セレクト）とからなる構成、１つのダイクロイックプリズムに斜入射させる構成等も考案されている。
しかしながらこれらのどの構成も、３つの空間光変調器を用いるので前記の単板式と比べて光利用効率は向上するものの、その空間光変調器の画素数の表示である解像度に関しては元の空間光変調器の解像度を向上させるものではない。
【０００５】
空間光変調器を用いた映像拡大装置としては、他にも空間光変調器として反射型空間光変調器を２枚用いた２板式と呼ばれるものが考案されている（Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ　２００１　ＤＩＧＥＳＴ、ｐ．１０８４−ｐ．１０８７／カラーリンク社）。
これは、アクティブな色選択性偏光板（カラーリンク社／米国、商品名＝カラースイッチ）と１つのＰＢＳを組み合わせたもので、白色の照明光がこのアクティブな色選択偏光板とＰＢＳにより、Ｒ＋Ｇ（シアン）となる照明光と、Ｒ＋Ｂ（マゼンタ）となる照明光の２種類に時分割で分離される。
さらに、ＲとＧ及びＲとＢの照明光は偏光方向が垂直な方向になるように通常のパッシブな色選択性偏光板により調整されているので、ＰＢＳにより、ＲとＧ又はＲとＢに分離される。
これらの照明光は、それぞれ空間光変調器で変調されて映像を形成した後、反射光はＰＢＳで合成されて、Ｒ＋Ｇ又はＲ＋Ｂからなる映像光となり、投射レンズにより拡大されてスクリーンに結像される。
【０００６】
しかしながら、これらのどの構成も、２つの空間光変調器を用いるので前記の単板式と比べて光利用効率は向上するものの、３板式の空間光変調器の場合と同様に画素数の表示である解像度に関しては元の空間光変調器の解像度を向上させるものではない。
他にも、空間光変調器の偏光依存性による光利用効率の低減を改善するために、Ｐ偏光とＳ偏光を同時に利用して約２倍の光利用効率とすべく、単板式を２倍の数の２板式に、２板式を２倍の数の４板式とし、時分割により複数の空間光変調器に入射する照明光の分光特性を周期的に変化させる方式が示されている（特開２００１−１８８２１４号公報、特開２００１−２２８４５５号公報、特開２００１−８３４６１号公報等）。
【０００７】
図２２は、従来の特開２００１−１８８２１４号公報に開示された２板式の映像拡大装置の一例となる構成図である。光源５０１から出射された照明光は、コリメートレンズ５０２を経て、カラースイッチング素子５０３によりＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗに時分割で周期的に色分割される。カラースイッチング素子５０３から入射される光はＰＢＳ５０４によりＰ偏光とＳ偏光に偏光分離されて光の進行方向を９０°変えられ、反射ミラー５０８、５０９によりそれぞれの偏光方向に対応した透過型空間光変調器（液晶パネル）５０６と５０７に入射されて変調された後、ＰＢＳ５０５で偏光合成され、像形成素子５１０によりスクリーン５１１に映像拡大される。
この偏光分離と偏光合成により、通常の偏光変換装置を用いた照明装置の場合の単板式の約１．３倍の光利用効率が得られることになり（偏光変換装置のない照明装置の場合との比較では約２倍）、さらにはＷ光の照明光の利用により、色再現範囲とのトレードオフではあるが、少なくとも１．２倍以上の光利用効率を得ることができ、結果として１．５倍以上の光利用効率の増加を実現できる。
【０００８】
図２３は、上記特開２００１−１８８２１４号公報に記載された２板式の２つの空間光変調器における分光分離された照明光の周期的な入射状況を示したものである。２枚の透過型空間光変調器５０６、５０７を用いたＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗカラーシーケンスアルゴリズムによる画像ディスプレー方法による最大明るさは、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗそれぞれの光量と時間の積の和であるので、本方式による輝度値は従来の３枚の透過型空間光変調器を通じてディスプレーさせる方式による輝度値と同じようになる。
カラースイチング素子を、偏光分離のＰＢＳ５０４の光源側に設けてあるので、２つの空間光変調器に入射する照明光の分光特性は同一のものである。
【０００９】
図２４は、従来の特開２００１−８３４６１号公報に開示された４板式の映像拡大装置の一例となる構成図である。光源１１２から出射された照明光は、カラースイッチングホイール１１４によりＲ＋Ｇ及びＢ＋Ｇにの照明光に時分割で周期的に色分割され、ＰＢＳ１２２によりＰ偏光とＳ偏光に偏光分離されて、それぞれ色選択性偏光板１２６及び１４４とＰＢＳ１３８及び１４６によってＲとＧ及びＢとＧが偏光分離される。
そしてそれぞれの分光特性と偏光方向に対応した透過型空間光変調器１５０、１４８、１３０及び１３２により変調された後、ＰＢＳ１３８で偏光合成され、投影レンズ１４０によりそれぞれの画像が投影される。
この偏光分離と偏光合成により、通常の偏光変換装置を用いた照明装置の場合の単板式の約１．３倍の光利用効率の増加を実現できる（偏光変換装置のない照明装置の場合との比較では約２倍）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−８３４６１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１８８２１４号公報
【特許文献３】
特開２００１−２２８４５５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開２００１−１８８２１４号公報で提案されたような周期的な方式で用いる２板式も、従来の単板式、２板式、３板式と同様に、光利用効率は向上するものの、その空間光変調器の３板式の場合と同様に画素数の表示である解像度に関しては元の空間光変調器の解像度を向上させるものではない。また、特開２００１−８３４６１号公報で提案された構成においても、光利用効率は向上するものの、その空間光変調器の３板式の場合と同様に画素数の表示である解像度に関しては元の空間光変調器の解像度を向上させるものではない。
【００１２】
そこで、本発明は、従来と同様に画素数の少ない低解像度の空間光変調手段を用いながらも、その画素数を超えた高解像度化を実現でき、低コストで高品質の画像が得られる映像投射装置の提供を、その目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、光源からの光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの分光特性を有する照明光に分離し、これを複数の空間変調器に対して、その１つの空間光変調器が照明される照明光が特定の分光特性を有する照明光ではなく複数の分光特性を有する照明光となるように照明光の分離をスイッチングして周期的に順次照明する照明態様とし、且つこれらの複数の空間光変調器の光学的位置をシフトして配置することとした。
【００１４】
具体的には、請求項１記載の発明では、照明光を空間光変調手段によって映像情報に応じた映像光に光変調して表示する映像投射装置において、上記空間光変調手段に入射する分光照明光を周期的に変化させると同時に、該空間光変調手段の配置をシフトさせることにより、時分割で高解像度化を行う、という構成を採っている。
【００１５】
請求項２記載の発明では、照明光を出射する照明光学手段と、該照明光学手段が出射する照明光を分光特性に応じて複数の分光照明光に分光する照明光分光手段と、上記分光照明光をフレームからなる映像情報に応じた映像光に光変調する空間光変調手段と、該空間光変調手段により光変調された映像光を投射する投射手段を有する映像投射装置において、上記空間光変調手段が複数設けられ、且つ、該複数の空間光変調手段の中で２つ以上からなる１組の空間光変調手段のそれぞれの上記投射手段の光軸に対する位置が、該空間光変調手段の最小単位ピッチをｐとした場合に、該空間光変調手段の面位置で略｛（１／２＋ｎ）×ｐ｝（但し、ｎは０以上の整数）となる光学的距離分だけ互いにシフトした位置に配置されており、上記複数の分光照明光の中で２つ以上からなる１組の分光照明光を上記１組の空間光変調手段に入射させ且つ上記１組の分光照明光のそれぞれを上記１組の空間光変調手段の全ての空間光変調手段へ周期的に入射させる分光照明光スイッチ手段を有している、という構成を採っている。
【００１６】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の映像投射装置において、上記シフトした１組の空間光変調手段の配置に対応して上記フレームからなる映像情報を空間的に分割することにより複数のサブフレーム映像情報を生成するサブフレーム映像情報生成手段と、該サブフレーム映像情報を時分割にして上記分光照明光スイッチ手段と同期させて上記空間光変調手段へ出力するサブフレーム映像情報出力手段を有している、という構成を採っている。
【００１７】
請求項４記載の発明では、請求項２又は３記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が反射型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ上記１組の空間変調手段の数が２つである、という構成を採っている。
【００１８】
請求項５記載の発明では、請求項２又は３記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が反射型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ上記１組み空間変調手段の数が３つである、という構成を採っている。
【００１９】
請求項６記載の発明では、請求項２又は３記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が反射型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ１組の空間変調手段の数が３つであり、且つ上記空間光変調手段で反射された分光照明光と、元の空間光変調手段で反射されていない分光照明光であって分離された後の該分光照明光とを合成する分光照明光合成手段を有する、という構成を採っている。
【００２０】
請求項７記載の発明では、請求項２又は３記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が反射型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ１組の空間変調手段の数が４つである、という構成を採っている。
【００２１】
請求項８記載の発明では、請求項２又は３記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が透過型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ１組の空間変調手段の数が２つである、という構成を採っている。
【００２２】
請求項９記載の発明では、請求項２又は３記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が透過型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ１組の空間変調手段の数が３つである、という構成を採っている。
【００２３】
請求項１０記載の発明では、請求項２乃至９の何れか１つに記載の映像投射装置において、上記照明光分光手段により分離された複数の分光特性を有する１組の分光照明光の数が４つ以上であり、且つ１組の空間光変調手段の数が２つ以上であり、且つ異なる分光特性を有する分光照明光が３種類以上あり、同一の空間光変調手段にこの３種類の分光照明のうちの少なくとも２つ以上を入射させる、という構成を採っている。
【００２４】
請求項１１記載の発明では、請求項１乃至１０の何れか１つに記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が強誘電性液晶を用いた空間光変調手段である、という構成を採っている。
【００２５】
請求項１２記載の発明では、請求項２乃至１０の何れか１つに記載の映像投射装置において、上記空間光変調素子と上記投射手段との間に、光軸をシフトする光軸シフト手段を有する、という構成を採っている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。
本実施形態では、３つの反射型のライトバルブ（Ｌｉｇｈｔ　Ｖａｌｖｅ：以降、ＬＶと略す）に対して、１つのＰＢＳと１つのダイクロイックプリズムを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
まず、図１に基づいて本実施形態における映像拡大装置の光学系構成の概要を説明する。映像拡大装置１は、高圧水銀ランプ２及び誘電体層反射コーティングを施したガラス放物面鏡３によって実現される照明光学手段、熱と紫外線とオレンジ領域の不要波長領域の複数の誘電体反射コーティングを有する色フィルタ４等を備えている。
高圧水銀ランプ２はＲ、Ｇ、Ｂの３色を含む白色光を放出し、ガラス放物面鏡３は高圧水銀ランプ２が放出した白色光を平行化し、色フィルタ４は平行化した白色光から不要波長領域を除去する。
【００２７】
また、映像拡大装置１は、ホモジナイズ用の第１及び第２フライアイレンズ５ａ、５ｂとコンデンサレンズ８とによって構成されるホモジナイザ、第１及び第２フライアイレンズ５ａ、５ｂとＰＢＳアレイ６とによって構成される偏光変換素子、クリーナ偏光子７、作像用のＰＢＳ９、色分解合成用のダイクロイックプリズム１０を有している。
ホモジナイザは、照明光学手段から出射される照明光から不要波長領域を除去した白色光の面積的な光強度分布を均一化し、偏光変換素子は作像用のＰＢＳ９へのＳ偏光照明の光の光利用効率を約１．５とする。
【００２８】
照明光分光手段としてのダイクロイックプリズム１０は、特定の波長域を通過させ他の波長域を反射させるような対角面を２つ有しており、各対角面はそれぞれ異なる波長領域を反射させる。本実施形態ではＲ、Ｇ、Ｂの３色を含む白色光から、Ｇ光（緑領域の分光特性を有する分離された照明光）を透過させＲ光を反射させる誘電体多層膜コーティングが施された対角面と、Ｇ光を透過させＢ光を反射させる誘電体多層膜コーティングが施された対角面との２つの対角面を有している。
【００２９】
ダイクロイックプリズム１０は、分光照明光スイッチ手段としての回転ステージ１１上に搭載され、回転ステージ１１の回転によって、１／６０秒毎に１／４回転ずつステップ的に回転する。ダイクロイックプリズム１０は、線対称であるため１／２回転周期となる。
さらに映像拡大装置１は、空間光変調手段（反射型空間光変調手段）としての３つの反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを有している。公知の技術であるため詳細な説明は省略するが、反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、電子回路を予め焼き付けたシリコンウエハに、ミラーを形成し、このシリコンウエハとガラスとの間に液晶を挟んだＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）である。
各反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。本実施形態では、各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されている。このため、２つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／３０秒に設定される（図２参照）。
【００３０】
特に図示しないが、映像拡大装置１は、演算手段とメモリー手段とを有し、フレームの画像データをサブフレームに応じて分割する図示しない電気計算回路を備えている。反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、分割されたサブフレーム情報に従って、照明光をサブフレーム単位で光変調する。
加えて、映像拡大装置１は、映像を拡大表示する投射手段（像形成光学手段）としての拡大用の投射レンズ１４、映像が拡大表示されるスクリーン１３を有している。特に図示していないが、映像拡大装置１は、コントラスト確保のためのクリーナ偏光子を、作像系のＰＢＳ９の光路後に設けている。
【００３１】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出した光を、放物鏡３により平行化した後、色フィルタ４により不要波長領域を除去した光とする。その後、ホモジナイザによって面積的な光強度分布を均一化し、偏光変換素子によって作像系のＰＢＳ９へのＳ偏光照明の光の光利用効率を約１．５とした照明光を、ＰＢＳ９を介してダイクロイックプリズム１０に入射する。
ダイクロイックプリズム１０は、入射された照明光を、反射型ＬＶ１２ａに向けて反射する分光照明光Ａと、反射型ＬＶ１２ｂに向けて透過する分光照明光Ｂと、反射型ＬＶ１２ｃに向けて反射する分光照明光Ｃとの３つの分光照明光に分光する。
各反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに入射する分光照明光Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ対応する反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって、分光照明光Ａ、Ｂ、Ｃの色に応じた映像光に光変調され、投射レンズ１４を介して、スクリーン１３上に拡大投射される。
【００３２】
図２は、反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに入射する照明光の動作を示すタイムスケールのチャートを示したものである。横軸は時間軸であり、サブフレーム２つにより、メインとなるフレームを構成している。上述のようにサブフレームは１／６０秒の期間であり、フレームは１／３０秒の期間である。
図２に示すように、上記のような構成によりダイクロイックプリズム１０をステップ的に回転することにより、反射されるＲ、Ｇ、Ｂ３色のうちの２色の方向を変えることができるので、Ｇ色の照明光は常に反射型ＬＶ１２ｂに対応する分光照明光Ｂのみを照明するが、他の２つの反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃに対応する分光照明光ＡとＣを、残りのＲとＢで交互に照明する。
このとき、２つの反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃの投射レンズ１４の光軸に対する相対位置を、画素の１／２分シフトして配置することにより高解像度の表示が可能となる。その理由を以下に説明する。
【００３３】
図３は、２つの反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃにおける画素の１／２分シフトされた位置関係を示している。図３（ａ）は、反射型ＬＶ１２ａの位置を、図３（ｂ）は反射型ＬＶ１２ｃの位置を、図３（ｃ）は２つの反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃの同時期における位置関係を示している。
２０１は反射型ＬＶ１２ａの画素のうちの１つであり、２０２は反射型ＬＶ１２ｃの画素のうちの１つである。２０３ａ、２０３ｂは同時期における反射型ＬＶ１２ａの画素のうちの１つ、及び反射型ＬＶ１２ｃの画素のうちの１つである。
２０５は画素ピッチであり、２０４は画素２０１と画素２０２との間隔であり、且つ画素ピッチの半分の距離である。
図３は、反射型ＬＶ面における位置を示しており、横軸はＸ座標であり、縦軸はＹ座標である。原点（０）は投射レンズ１４の光軸であり、単位は画素ピッチである。反射型ＬＶの開口率は図を解りやすくするために面積開口率で約１０％で隣接する画素が重ならない大きさとしてある。実際には、開口率は１００％であってもよい。
【００３４】
図２に示されるように、１つの照明光が２つの空間光変調器（反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃ）に入射されるので、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれ同時期において、同じ分光照明光が隣接する２０１及び２０２のように配置されて映像が表示される。このときの合成された映像は、図３（ｃ）に示すように、２０３ａ、２０３ｂとなり、図２に示すように、一方がＲであれば他方がＢであり、逆に一方がＢであれば他方がＲである。
このそれぞれのサブフレーム２つが、１フレームで合成された場合には、それぞれ２０３ａの位置にＲとＢ、２０３ｂの位置にも同様にＲとＢを表示することができる。これにより、ＲとＢの分光照明光に関しては、その実効的な画素数を２倍にできることになる。実際には、残りのＧの照明光を付加して表示が行われる。
【００３５】
図１において、図示していないが、元の高解像度のフレームからなる映像情報から図３の２０３ａ、２０３ｂ、及び下記で説明する図４の２０３ｃの画素の位置に対応して、サブフレームからなる映像情報を生成するサブフレーム映像情報生成手段と、このサブフレーム映像情報をメモリに一時的に格納した後に、図１で示す分光照明光のスイッチング手段となる回転ステージ１１とを同期させて、サブフレーム単位で反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに出力するサブフレーム映像情報出力手段を有している。
【００３６】
このとき、２つの反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃの位置での画素位置２０３ａ、２０３ｂに対応して、反射型ＬＶの４倍の高解像度の画素数の情報からなる元の映像情報のうちのＲとＢの情報を、縦方向に平均化して用い、それぞれサブフィールドにおいてＲ又はＢに相当する画素を表示するときに映像を出力し、Ｇは縦と横の両方向ともに４画素の値を平均化して１画素の値としてすべてのフレームで同じ映像を出力する。
Ｇの場合には、４画素及びその周辺画素の情報をもとに、入力された映像の階調性よりも高階調の表示を時間分割により行ってもよい。
【００３７】
図４は、１フレーム内のサブフィールド単位での周期的な表示が、１フレームとして合成された場合であり、図３に示したように、２０３ａ、２０３ｂは、それぞれＲとＢから表示される画素としての合成色であり、さらに２０３ｃの緑色が加わり白色表示を実現することができる。
このとき、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの原色のうちのすべての色の画素が２倍になるわけではないが、上述のように３つのうちのＲ、Ｂの２つの画素が２倍になることにより、全体的には１．６７倍の実効画素数とすることができ、１．６７倍の高解像度化を行うことができる。
図３、図４では、ＲとＢの色の画素数が２倍になる場合であるが、本発明の趣旨はこの２つの色に限定されるわけではない。例えばＧを他の色と組み合わせて２倍とすると、Ｇの比視感度が高いために、他の色よりも効果的である。
【００３８】
図４においては、符号１０５の画素ピッチｐに対して、２つの空間光変調器（反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃ）の画素のシフト量となる間隔１０４を１／２×ｐとしているが、画素ピッチｐの整数倍分シフトした上に１／２×ｐの位置をシフトしてもよい。
すなわち、略｛（１／２＋ｎ）×ｐ｝（但し、ｎは０以上の整数）となる光学的距離分だけ互いにシフトした位置に配置してもよい。
また、シフト量は、正確に１／２×ｐである必要はなく、高解像度の効果を生じさせるためには、好ましくはそのシフト量は、１／４×ｐ〜３／４×ｐであり、さらに好ましくは、３／８×ｐ〜５／８×ｐである。
１／４×ｐ未満及び３／４×ｐ以上の場合には、高解像度の効果があるものの、１ドットライン＆スペース等の高い空間周波数の場合の画像では、その高解像度の効果が薄れる。シフト量は、１／４×ｐ〜３／４×ｐは、位置合わせもしやすく、且つその高解像度の効果の視認性が向上する範囲である。さらに、３／８×ｐ〜５／８×ｐでは、正確に１／２×ｐであるときとほとんど同じ視認性が得られる。
【００３９】
上述のように、複数の任意の空間光変調器に、分光照明光を分光的にスイッチングする照明光が実現することにより、図４に示す３色のうちの２色以上の場合で且つメカニカルな手法に限らずに、複数の空間光変調器で時分割に実効画素数を増倍することができ、従来と同様に画素数の少ない低解像度の空間光変調手段を用いながらも、その画素数を超えた高解像度化を実現でき、低コストで高品質の画像を得ることができる。
【００４０】
次に、図５及び図６に基づいて第２の実施形態を説明する。本実施形態では、２つの反射型ＬＶを有する２板式の映像拡大装置への適用例を示す。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略し、要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
以下の各実施形態では、図１で示した構成におけるコンデンサレンズ８の光出射方向上流側を省略している。
図５に示すように、本実施形態における映像拡大装置２０は、図示を省略したコンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（反射型空間光変調手段）としての２つの反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂと、１つのＰＢＳ２２と、色選択性偏光板２３を有している。
ＰＢＳ２２と、色選択性偏光板２３とによって照明光分光手段が実現されている。
【００４１】
反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂは、フレームを３つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されている。このため、３つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／２０秒に設定される（図６参照）。
ＰＢＳ２３は、Ｐ偏光（図５中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図５中紙面平行方向）を透過する偏光面を有している。
色選択性偏光板２３は、特定波長領域の偏光をそのまま透過し、別の特定波長領域の偏光を選択的に回転させ、また別の特定波長領域の光を選択的に消光（吸収）する光学特性を有する。これにより、コンデンサレンズ８を介して出射される白色光に含まれるＲ、Ｇ、Ｂの各色のうち、１つの色の分光照明光を選択的に偏光回転させずに透過させ、別の色の１つの色の照明光を選択的に偏光回転させて透過させ、残りの１つの色の照明光を選択的に消光（吸収）することが可能になる。
【００４２】
色選択性偏光板２３の光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御によって切り換えることが可能であり、アクティブな色選択性偏光板である。本実施形態では、このアクティブな色選択性偏光板２３が分光照明光スイッチ手段として機能する。色選択性偏光板２３による光学特性のスイッチング周期は１／６０秒に設定されている。
色選択性偏光板２３は、例えば、複数枚の位相差板と液晶セル（いずれも図示せず）とを組み合わせることにより構成することが可能である。詳細な図示を省略するが、本実施形態では、特定の波長領域の照明光を選択的に偏光回転するλ／４波長板として作用させるカラーセレクト（商品名：カラーリンク社／米国）を位相差板とし、表面安定化した強誘電性液晶を液晶セルとする色選択性偏光板２３を用いることにより構成されている。
【００４３】
色選択性偏光板２３は上記構成に限るものではなく、例えば、液晶セルにネマチック液晶のπセルを用いたカラースイッチ（商品名：カラーリンク社／米国）によって代用することも可能である。
また、色選択性偏光板２３は、複数枚の位相差板と液晶セルとに加えて、通常の偏光子を組み合わせてさらに多段で構成することも可能である。さらに、色選択性偏光板２３は、公知の回転フィルタを用いたものや、液晶を用いて回折格子を実現するものであってもよい。
【００４４】
上記構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光は色選択性偏光板２３に入射される。色選択性偏光板２３は、入射された照明光のうち、１つの色の照明光を選択的に消光（吸収）するとともに、残り２色の分光照明光のうち一方をＰ偏光に回転させて色選択性偏光板２３を透過させ、ＰＢＳ２２に入射する。
ＰＢＳ２２は、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を反射型ＬＶ２１ａに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を反射型ＬＶ２１ａに向けて透過する。
各反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂに入射する分光照明光は、それぞれ対応する反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調され、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００４５】
色選択性偏光板２３の光選択性を図６に示すように周期的にスイッチングさせることにより、ＰＢＳ２２で反射する分光照明光とＰＢＳ２２で透過する分光照明光とを周期的に入れ替え、反射型ＬＶ２１ａと反射型ＬＶ２１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に周期的にスイッチングすることができる。
例えば、図６に示すように、フレーム１のサブフレーム１における色選択性偏光板２３のスイッチング状態が、Ｒ光の偏光をＰ偏光に回転させ、Ｇ光をＳ偏光のままとして、Ｂ光を消去させるような状態である場合、Ｐ偏光に回転されたＲ光は反射型ＬＶ２１ａに入射され、Ｓ偏光のままのＧ光が反射型ＬＶ２１ｂに入射される。
【００４６】
この状態から、Ｒ光を消去させ、Ｇ光の偏光をＰ偏光に回転し、Ｂ光をＳ偏光のままとするように色選択性偏光板２３をスイッチングさせると、Ｐ偏光に回転されたＧ光が反射型ＬＶ２１ａに入射され、偏光されずに透過されたＢ光が反射型ＬＶ２１ｂに入射される。
続いて、Ｒ光をＳ偏光のままととし、Ｇ光を消去させ、Ｂ光の偏光をＰ偏光に回転するように色選択性偏光板２３をスイッチングさせると、Ｐ偏光に回転されたＢ光が反射型ＬＶ２１ａに入射され、偏光されずに透過されたＲ光が反射型ＬＶ２１ｂに入射される。
【００４７】
本実施形態では、照明光をＲ、Ｇ、Ｂの３つの分光照明光に分光しているため、上述の状態から色選択性偏光板２３をまたさらにスイッチングさせることにより、図６中フレーム１のサブフレーム１に示す初期状態に戻り、Ｒ光の偏光をＰ偏光に回転させ、Ｇ光をＳ偏光のままとして、Ｂ光を消去させるようになる。
なお、図６では、色選択性偏光板２３の作用によって偏光回転されずに透過される光を上下方向の矢印で示し、色選択性偏光板２３の作用によって偏光回転されて透過される光を「・」で示し、色選択性偏光板２３の作用によって消光される光を「×」で示す。
図５においても色選択性偏光板２３の作用によって偏光回転されずに透過される光を上下方向（又は左右方向）の矢印で示し、色選択性偏光板２３の作用によって偏光回転されて透過される光を「・」で示している。図５において実線は入射光を示し、破線は変調光を示す（以上、以下の他の実施形態において同じ）。図６中、フレーム１のサブフレーム１は、図５で示す偏光状態を示している。
【００４８】
このように、色選択性偏光板２３の光学特性を周期的にスイッチングさせることで、反射型ＬＶ２１ａと反射型ＬＶ２１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に周期的にスイッチングすることができるので、２つの反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂによって得られるＲ、Ｇ、Ｂの各色の映像光の光利用効率を２つの反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂ間でそれぞれ平均化することができる。
図５に示す反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂは、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分シフトするように配置されている。このため、フレーム単位での表示は、全ての色のＲ、Ｇ、Ｂを２画素で表示できることになり、実効的な画素数を２倍にすることができ、解像度を２倍にできる。
【００４９】
スクリーンに投射される表示画像には、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つに分光した分光照明光のうち、光利用効率を平均化した２つの分光照明光が含まれているため、単板式の映像拡大装置と比較して、光利用効率の向上及び高解像度化を図れるとともに、時間的な均一性を改善してカラーブレイクの発生を抑制することができる。ところで、サブフレームの切り換えに際して、サブフレーム間に生じる映像光のクロストークを減じるためには、反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂの液晶における応答速度を１００μｓｅｃ以下にすることが好ましいとされるが、実際には、色選択性偏光板２３が有する液晶の応答速度を１００μｓｅｃ以下にした場合にも、サブフレーム周波数によっては若干のサブフレーム間のクロストークが生じる場合がある。
【００５０】
これに対し、サブフレームの切り換え光変調に際して、フレーム内での色バランスが均一になるように、クロストークが生じる期間である液晶の応答時間中に、反射型ＬＶ２１ａ又は２１ｂの全面を黒表示状態とするタイミングを設けることにより、サブフレーム間のクロストークを低減することができる。
この黒表示のタイミングは、数フレーム間に亘って変化させて混在させてもよいし、サブフレーム自体をさらに小さなサブフレームに分割し、この小さなサブフレームの順序を変化させて間に黒表示画像を表示させるようにしてもよい。これにより、周期的な画像情報の変化によって生じるフリッカ、カラーブレイク、擬的動画像等の不具合をより減少させることができる。
【００５１】
また、本実施形態では、照明光をＲ、Ｇ、Ｂの３色に分光させたが、これに限るものではなく、照明光をＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色に分光させ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗを１周期として、色選択性偏光板２３の光学特性をスイッチングさせるようにしてもよい。これにより、色再現性が若干低下するが、光利用効率を大きく向上させることができる。なお、照明光をＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色に分光させる場合、１フレームを４つのサブフレームによって構成する。
【００５２】
次に、図７及び図８に基づいて第３の実施形態を説明する。本実施形態では３つの反射型ＬＶを有する３板式の拡大映像装置への適用例を示す。
図７に示すように、本実施形態の映像拡大装置３０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（反射型空間光変調手段）としての３つの反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、４つのＰＢＳ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄと、３つのアクティブな色選択性偏光板３３ａ、３３ｂ、３３ｃとを有する。本実施形態では、ＰＢＳ３２ａ、３２ｂ、３２ｃと色選択性偏光板３３ａ、３３ｂとによって照明光分光手段が実現されている。
【００５３】
ＰＢＳ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、それぞれ、Ｐ偏光（図７中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図７中紙面平行方向）を透過する偏光面を有している。
色選択性偏光板３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、上述と同様に、複数枚の位相差板と液晶セルとを組み合わせることによって構成されており、入射される光の分光特性に応じて特定波長領域の偏光を選択的に回転する。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちのいずれか１色の偏光を回転することが可能になる。
色選択性偏光板３３ａ、３３ｂ、３３ｃの光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御により、周期的にスイッチングさせることが可能である。
本実施形態では、色選択性偏光板３３ａ、３３ｂ、３３ｃのスイッチング周期は、１／６０秒に設定されている。
【００５４】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色光は、色選択性偏光板３３ａに入射される。色選択性偏光板３３ａは、入射された照明光のうち、１つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて、ＰＢＳ３２ａに入射する。ＰＢＳ３２ａは、入射された照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光をＰＢＳ３２ｃに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を色選択性偏光板３３ｂに向けて透過する。
ＰＢＳ３２ｃに入射した分光照明光は、Ｐ偏光であるため、ＰＢＳ３２ｃで反射型ＬＶ３１ａに向けて反射され、反射型ＬＶ３１ａによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。光変調された映像光は、Ｓ偏光であるため、ＰＢＳ３２ｃ、３３ｄを透過して、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００５５】
色選択性偏光板３３ｂに入射した分光照明光は、色選択性偏光板３３ｂにより一方の偏光がＰ偏光に回転されて、ＰＢＳ３２ｂに入射する。ＰＢＳ３２ｂは、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を反射型ＬＶ３１ｂに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を反射型ＬＶ３１ｃに向けて透過する。
反射型ＬＶ３１ｂ、３１ｃに入射する分光照明光は、それぞれ対応する反射型ＬＶ３１ｂ、３１ｃによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調されて、色選択性偏光板３３ｃに入射される。色選択性偏光板３３ｃに入射された分光照明光は、Ｓ偏光をＰ偏光に回転されてＰＢＳ３２ｄに入射される。
ＰＢＳ３２ｄは入射されたＰ偏光は、偏光面で反射され、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００５６】
ここで、制御回路の動作によって２つの色選択性偏光板３３ａ、３３ｂの光学特性を図８に示すようにスイッチングすることにより、３つの反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃを照明する分光照明光をＲ、Ｇ、Ｂの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、色選択性偏光板３３ａ、３３ｂの分光照明光スイッチ手段としての機能が実現されている。
２つの色選択性偏光板３３ａ、３３ｂのスイッチング動作に合わせて、図８に示すように、色選択性偏光板３３ｃの光学特性をスイッチングさせることにより、色選択性偏光板３３ｃを介してＰＢＳ３２ｄに入射する光を全てＰ偏光として、ＰＢＳ３２ｄの偏光面で反射して投射レンズ１４へ入射させることができる。
【００５７】
図８（ａ）の場合には、サブフレームは１／６０秒の期間であり、フレームは１／３０秒の期間である。サブフレーム３つによりメインとなるフレームを構成している（ｂ）の場合には、サブフレームは１／６０秒の期間であり、フレームは１／２０秒の期間である。
画像情報は、フレームごとに映像拡大装置に入力されるが、図示しない演算手段とメモリー手段を有する電気計算回路により、サブフレーム情報に分割され、反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃはこのサブフレーム情報に従って照明光をサブフレーム単位で変調する。
【００５８】
このように、３板式とすることで、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させるとともに、特定の色の分光照明光の輝度を低下させることなく、各分光照明光間の輝度及び発色性を均一化した高精細な表示画像を得ることができる。
また、２つの反射型ＬＶ３１ｂ、３１ｃに関しては、光路を重複させることが可能になるため、表示画像品質の面内均一性の向上を図るとともに、各色に対してそれぞれ独立した光路を設ける構造の従来の３板式の映像拡大装置と比較して、部品点数を低減し、低コスト化を図ることができる。
【００５９】
ところで、本実施の形態では、１フレームを２つのサブフレームによって構成するか、３つのサブフレームによって構成するかによって、色選択性偏光板の光学特性を、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、２パターンに調整することが可能である。例えば、１フレームを２つのサブフレームによって構成する場合、色選択性偏光板３３ａ、３３ｂ、３３ｃの光学特性を図８（ａ）に示すようにスイッチングさせることにより、反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃを照明する分光照明光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に周期的にスイッチングすることができる。
【００６０】
図８（ａ）においては、３つの反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃのうちの、全てに対して、照明する色を変化させるものであり、このとき、３つの反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ同士で、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分だけ水平方向及び垂直方向（縦及び横方向）シフトするように配置されている。
このため、フレーム単位での表示は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちのすべての色に対して、実効的な画素数を３倍にすることができ、３倍の画素数により３倍の高解像度を実現することができる。
さらには、第２の実施形態の図５の場合と比較して、光利用効率を向上することにより、より明るい視認性の良好な画像表示を行うことができる。図７で示す偏光状態は、図８（ａ）のフレーム１のサブフレーム１に対応している。このときの、３つの位置の画素の配列は、正三角形を最密配置したものが最も好ましいが、直角三角形でもよく、また不等辺の３角形であってもよい。それぞれの配置に従って、サブフレーム映像情報を生成することが必要である。
【００６１】
また、図８（ｂ）は、３つの反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃのうちの、２つのみに対して照明する色を変化させるものであり、色選択性偏光板３３ａを実質的に動作させていないものである。この場合、２つの反射型ＬＶ３１ｂ、３１ｃ同士で、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分シフトするように配置されている。このため、フレーム単位での表示は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちの特定の２色に対して、実効的な画素数を２倍にすることができ、解像度を２倍にできる。
これは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色でのフルカラー場合には、実効的な画素数が１．６７倍になったことに相当し、これにより解像度が１．６７倍となる。さらには、第２の実施形態の図５の場合と比較して、光利用効率を向上することにより、より明るい視認性の良好な画像表示を行うことができる。
【００６２】
また、図８（ｂ）の場合には、アクティブな色選択偏光板３３ａを実質的に動作させていないので、これをカラーセレクトに交換して、より低コスト化することもでき、また、サブフレーム数を３から２に減少できるので、サブフレームの切り替え時に生じるコントラスト低下、又はこれを黒表示とした場合の全白輝度の低減等を改善することができる。さらには、アクティブな色選択板を３つ用いておいて、図８（ａ）のモードと（ｂ）のモードとを切り替える手段を設けてもよい。
また、いずれのＰＢＳもグリッドワイヤ格子を用いた反射型偏光板を用いてもよく、作像系以外のＰＢＳであれば、より軽量で低コストの立方体型ではない平板型の偏光分離板を用いてもよい。
【００６３】
次に、図９及び図１０に基づいて第４の実施形態を説明する。本実施形態では、３つの反射型ＬＶを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
図９に示すように、本実施形態の映像拡大装置４０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（反射型空間光変調手段）としての３つの反射型ＬＶ４１ａ、４１ｂ、４１ｃと、３つのＰＢＳ４２ａ、４２ｂ、４２ｃと、２つの色選択性偏光板４３ａ、４３ｂと、分光照明光合成手段としての複合機能プリズム（ダイクロイックプリズム兼ＰＢＳ）４４と、リレーレンズ４４と、偏光分光板４５ａ、４５ｂと、誘電体反射ミラー４６を有している。
本実施形態では、ＰＢＳ４２ａ、４２ｂ、４２ｃと色選択性偏光板４３ａ、４３ｂと偏光分光板４５ａ、４５ｂとによって照明光分光手段が実現されている。
【００６４】
反射型ＬＶ４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で入射光を光変調して映像光を生成する。各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されており、２つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／３０秒に設定される（図１０参照）。
ＰＢＳ４２ａ、４２ｂ、４２は、Ｐ偏光（図９中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図９中紙面平行方向）を透過する偏光面を有している。
【００６５】
色選択性偏光板４３ａ、４３ｂは、上述と同様に、複数枚の位相差板と液晶セルとを組み合わせることによって構成されており、入射される光の分光特性に応じて特定波長領域の偏光を選択的に回転する。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂｌｕｅのうちのいずれか２色の偏光を回転することが可能になる。色選択性偏光板４３ａ、４３ｂの光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御により、周期的にスイッチングさせることが可能である。
色選択性偏光板４３ａ、４３ｂのスイッチング周期は１／６０秒に設定されている。
【００６６】
複合機能プリズム４４は、Ｒ光を反射しＧ光、Ｂ光を透過する誘電体多層膜を一方の対角面に有し、偏光方向に応じて透過／反射により入射光を分光する偏光分光膜を他方の対角面に有しており、ダイクロイックプリズムとしての機能とＰＢＳとしての機能とを有する。これにより、複合機能プリズム４４に入射された光は、投射レンズ１４へ向けて出射される。
リレーレンズ４４は、正のパワーのレンズ４４ａ、４４ｂを組み合わせて構成されている。加えて、偏光分光板４５ａ、４５ｂは、Ｐ偏光（図９中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図９中紙面平行方向）を透過する。
【００６７】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光は、色選択性偏光板４３ａに入射される。
色選択性偏光板４３ａは、入射された照明光のうち、２つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて透過する。これにより、色選択性偏光板４３ａを透過した照明光は、偏光分光板４５ａによって偏光分光され、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光が、誘電体反射ミラー４６、リレーレンズ４４を介して、ＰＢＳ４２ｃに入射される。
ＰＢＳ４２ｃは、入射されたＳ偏光の光を反射型ＬＶ３１ａに向けて透過する。反射型ＬＶ３１ａに入射したＳ偏光は、反射型ＬＶ３１ａで分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。
【００６８】
色選択性偏光板４３ａによって反射された光は、色選択性偏光板４３ｂによって一方をＳ偏光に回転して偏光分光板４５ｂに入射することにより、ＰＢＳ４２ｂに向けて反射する分光照明光と、ＰＢＳ４２ｃに向けて透過する光とに分光される。ＰＢＳ４２ｂに入射した分光照明光は、Ｐ偏光であるため、ＰＢＳ４２ｂで反射型ＬＶ４１ｂに向けて反射され、反射型ＬＶ４１ｂによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。
ＰＢＳ４２ｃに入射した分光照明光は、Ｓ偏光であるため、ＰＢＳ４２ｃで反射型ＬＶ４１ｃに向けて反射され、反射型ＬＶ４１ｃによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。
【００６９】
反射型ＬＶ４１ａ、４１ｂ、４１ｃで光変調された映像光は、いずれも複合機能プリズム４４に入射し、複合機能プリズム４４で複合されて投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００７０】
制御回路の動作によって２つの色選択性偏光板４３ａ、４３ｂの光学特性を図１０に示すようにスイッチングすることにより、３つの反射型ＬＶ４１ａ、４１ｂ、４１ｃを照明する分光照明光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、色選択性偏光板４３ａ、４３ｂの分光照明光スイッチ手段としての機能が実現されている。
本実施形態では、色選択性偏光板４３ａは実質的に動作しないので、３つの反射型ＬＶ４１ａ、４１ｂ、４１ｃのうち２つの反射型ＬＶ４１ｂ、４１ｃを照明する分光照明光を、Ｇ、Ｂｌｕｅの２色で交互にスイッチングすることができる。
【００７１】
３つの反射型ＬＶ４１ａ、４１ｂ、４１ｃのうちの、２つのみに対して、照明する色を変化させるものであり、このとき、２つの反射型ＬＶ４１ａ、４１ｃ同士で、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分シフトするように配置されている。
このため、フレーム単位での表示は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちの特定の２色に対して、実効的な画素数を２倍にすることができ、解像度を２倍にできる。これは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色でのフルカラー場合には、実効的な画素数が１．６７倍になったことに相当し、これにより解像度が１．６７倍となる。さらには、第２の実施形態の図５の場合と比較して、光利用効率を向上することにより、より明るい視認性の良好な画像表示を行うことができる。
【００７２】
偏光分離板４５ａ、４５ｂは、照明系部分でるので、平面型の偏光分離板を用いているが、これは立方体型のＰＢＳを用いてもよいし、ワイヤグリッド偏光子を用いても良い。また、ダイクロイックプリズムとＰＢＳとの複合プリズムは、照明光にレーザやＬＥＤ又は狭帯域フィルタ用いた放電ランプのような各色の波長帯域の狭いものを用いた場合は、ＰＢＳの多層膜をこれらに最適に設計することにより、クロスのＰＢＳにしても、良好な効率で投射レンズに取り入れることができる。
また、図９においては、色選択性偏光板４３ａにアクティブな色選択偏光板を用いているが、図１０に示すように、実際には固定的な動作であるので、単なるカラーセレクトを用いても良い。
また、図１０においては、Ｒ色の照明光は、常に１つの反射型ＬＶ４１ａを照明しているが、これは比視感度の高いＧ色と、色差感度の高い青色の２色を組み合わせて用いて、これらの２色の組の照明光を２つの反射型ＬＶ４１ａに時間的に分散平均化しているので、解像度も数値的な１．６７倍以上に視認性を向上することができる。しかしながら映像情報の種類により他のＢ色又はＧ色のどちらかを、つねに１つの反射型ＬＶ４１ａに照明した方が効果的な場合もある。
【００７３】
次に、図１１及び図１２に基づいて第５の実施形態を説明する。本実施形態では４つの反射型ＬＶを有する４板式の映像拡大装置への適用例を示す。
図１１に示すように、本実施形態の映像拡大装置５０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（反射型空間光変調手段）としての４つの反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄと、４つのＰＢＳ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄと５つのアクティブな色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅとを有している。
本実施の形態では、ＰＢＳ５２ａ、５２ｂ、５２ｃと色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｄとによって照明光分光手段が実現されている。
【００７４】
図１２は、４つの反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄに入射する照明光の動作を示すタイムスケールのチャートを示したものである。横軸は時間軸であり、サブフレーム４つにより、メインとなるフレームを構成している。サブフレームは１／６０秒の期間であり、フレームは１／１５秒の期間である。画像情報は、フレームごとに映像拡大装置に入力されるが、図示しない演算手段とメモリー手段を有する電気計算回路により、サブフレーム情報に分割され、反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄはこのサブフレーム情報に従って照明光をサブフレーム単位で変調する。
但し、本実施形態の場合の観察はフレーム周期が長いために、フリッカが生じやすいので、比較的い暗い室内で、スクリーン輝度を小さくして使用する方が好ましい。フレーム周期は、反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの設計、周辺電気回路の設計により、１／４倍以上の１／６０秒以下とすることは、比較的容易であり、好ましい。
【００７５】
本実施形態の映像拡大装置５０は、１フレームを４つのサブフレームによって構成しているため、１フレーム周期が長い。このため、比較的暗い室内でスクリーン輝度を小さくして使用する方がフリッカの発生を抑制できるので好ましい。ＰＢＳ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは、Ｐ偏光（図１１中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図１１中紙面平行方向）を透過する偏光面を有している。ＰＢＳ５２ｄは、映像光合成用のＰＢＳである。
色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅは、上述と同様に、複数枚の位相差板と液晶セルとを組み合わせることによって構成されており、入射される光の分光特性に応じて特定波長領域の偏光を選択的に回転する。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂｌｕｅのうちの特定色の偏光を回転することが可能になる。色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅの光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御により、周期的にスイッチングさせることが可能である。本実施の形態では、色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅのスイッチング周期は、１／６０秒に設定されている。
【００７６】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光は、色選択性偏光板５３ａに入射される。
色選択性偏光板５３ａは、入射された照明光のうち、１つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて透過して、ＰＢＳ５２ｂに入射する。ＰＢＳ５２ｂは、入射された照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光は、色選択性偏光板５３ｄ、ＰＢＳ５２ｃを介して、反射型ＬＶ５１ａに入射し、反射型ＬＶ５１ａによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調され、色選択性偏光板５３ｅ、ＰＢＳ５１ｄ、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００７７】
一方、ＰＢＳ５２ｂは、入射された照明光のうち、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を透過させて、色選択性偏光板５３ｂに入射する。色選択性偏光板５３ｂは、入射された分光照明光の一方の偏光をＰ偏光に回転して、ＰＢＳ５２ｂに入射する。ＰＢＳ５２ｂは、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を反射型ＬＶ５１ｂに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を反射型ＬＶ５１ｃに向けて透過する。反射型ＬＶ５１ｂ、５１ｃに入射する分光照明光は、それぞれ対応する反射型ＬＶ５１ｂ、５１ｃによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調されて、色選択性偏光板５３ｃに入射される。色選択性偏光板５３ｃに入射された分光照明光は、Ｓ偏光をＰ偏光に回転されてＰＢＳ５２ｄに入射される。ＰＢＳ５２ｄに入射されたＰ偏光は、偏光面で反射され、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００７８】
制御回路の動作によって５つの色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅの光学特性を図１２に示すようにスイッチングさせることにより、４つの反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを照明する分光照明光をＲ、Ｇ、Ｂの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅの分光照明光スイッチ手段としての機能が実現されている。
【００７９】
このように、４板式とすることで、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させるとともに、特定の色の分光照明光の輝度を低下させることなく、各分光照明光間の輝度及び発色性を均一化した高精細な表示画像を得ることができる。
【００８０】
図１１においては、４つの反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄのうちの全てに対して、照明する色を変化させるものであり、このとき、４つの反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ同士で、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分だけ水平方向及び垂直方向（縦及び横方向）にシフトするように配置されている。
このため、フレーム単位での表示は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちのすべての色に対して、実効的な画素数を４倍にすることができ、４倍の画素数により４倍の高解像度を実現することができる。さらには、第２の実施形態の図５の場合と比較して、光利用効率を向上することにより、より明るい視認性の良好な画像表示を行うことができる。
【００８１】
図１１で示す偏光状態は、図１２のフレーム１のサブフレーム１に対応している。このときの、４つの位置の画素の配列は、正方形に配列したものが最も好ましいが、長方形や平行四辺形さらには、また不等辺の４角形であってもよい。それぞれの配置に従って、サブフレーム映像情報を生成することが必要である。
【００８２】
図１３に、このときの４つの位置にシフトされて配置された反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄにより時分割のサブフレーム表示が合成されて１つの高解像度のフレーム表示された例を示す。
図１３において、２０５は縦横同じ画素ピッチであり、２０４、２０６は横及び縦方向のシフトして配置された量であり、画素ピッチの１／２である。
【００８３】
次に、図１４及び図１５に基づいて第６の実施形態を説明する。本実施形態では、２つの透過型ＬＶを有する２板式の映像拡大装置への適用例を示す。
図１４に示すように、本実施形態の映像拡大装置６０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（透過型空間光変調手段）としての２つの透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂと、ＰＢＳ６２と、アクティブな色選択性偏光板６３と、偏光分光板６４と、誘電体反射ミラー６５ａ、６５ｂを有している。
色選択性偏光板６３と偏光分光板６４とによって照明光分光手段が実現されている。
【００８４】
透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂは、高温ポリシリコンＴＦＴによるＴＮ液晶方式の透過型ＬＶである。透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。サブフレーム期間は１／６０秒に設定されており、このため１フレーム期間は１／２０秒に設定される（図１５参照）。
ＰＢＳ６２は、Ｐ偏光（図１４中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図１４中紙面平行方向）を透過する偏光面を有している。偏光分光板６４は、Ｐ偏光（図１４中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図１４中紙面平行方向）を透過する。
【００８５】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光は、色選択性偏光板６３に入射される。色選択性偏光板６３は、入射された照明光のうち、１つの色の照明光を選択的に消光（吸収）するとともに、残り２色の分光照明光のうち一方をＰ偏光に回転させて色選択性偏光板６３を透過して、偏光分光板６４に入射する。偏光分光板６４は、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を誘電体反射ミラー６５ｂを介して透過型ＬＶ６１ａに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を誘電体反射ミラー６５ａを介して透過型ＬＶ６１ｂに向けて透過する。
【００８６】
各透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂに入射する分光照明光は、各透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂを透過する際にそれぞれ対応する透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調され、ＰＢＳ６２、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００８７】
色選択性偏光板６３の光選択性を図１５に示すように周期的にスイッチングさせることにより、偏光分光板６４で反射する分光照明光と偏光分光板６４で透過する分光照明光とを周期的に入れ替え、透過型ＬＶ６１ａと透過型ＬＶ６１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒ、Ｇ、Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、色選択性偏光板６３の分光照明光スイッチ手段としての機能が実現されている。
色選択性偏光板６３の光選択性を周期的にスイッチングさせることで、透過型ＬＶ６１ａと透過型ＬＶ６１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒ、Ｇ、Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができるので、２つの透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂによって得られるＲ及びＢｌｕｅの映像光の光利用効率を２つの透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂ間で平均化することができる。
【００８８】
２つの透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂは、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分シフトするように配置されている。このため、透過型液晶ライトバルブを用いた場合においても、フレーム単位での表示は、すべての色のＲ、Ｇ、Ｂを２画素で表示できることになり、実効的な画素数を２倍にすることができ、解像度を２倍にできる。図１４で示す偏光状態は、図１５のフレーム１のサブフレーム１に対応している。
【００８９】
なお、照明光を色に応じて偏光分光するアクティブな色選択性偏光板６３としては、ホログラフィック回折格子を有する高分子分散型液晶（ＨＰＤＬＣ）素子を多段で用いても、２つの透過型ＬＶに同様の周期的にすべての照明光を照射することができる。
【００９０】
次に、図１６及び図１７に基づいて第７の実施形態を説明する。本実施形態では、３つの透過型ＬＶを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
図１６に示すように、本実施の形態の映像拡大装置７０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（透過型空間光変調手段）としての３つの透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃと、分光照明光合成手段としての複合機能プリズム７２と、アクティブな色選択性偏光板７３と、偏光分光板７４と、誘電体反射ミラー７５ａ、７５ｂ、７５ｃと、ダイクロイックミラー７６を有している。色選択性偏光板７３と偏光分光板７４とによって照明光分光手段が実現されている。
【００９１】
透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されており、このためフレーム期間は１／３０秒に設定される（図１７参照）。
複合機能プリズム７２は、Ｒ光を反射しＧ光、Ｂを透過する誘電体多層膜を一方の対角面に有し、偏光方向に応じて透過／反射により入射光を分光する偏光分光膜を他方の対角面に有しており、ダイクロイックプリズムとしての機能とＰＢＳとしての機能とを有する。
これにより、複合機能プリズム７２に入射された光は、投射レンズ１４へ向けて出射される。
【００９２】
色選択性偏光板７３は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の照明光うちの１つの色の照明光を選択的に偏光を回転させずに透過させ、残りの２つの色を含む照明光を選択的に偏光を回転させて透過させる。色選択性偏光板７３の光学特性は、図示しない制御回路の制御によってスイッチングすることが可能である。
ダイクロイックミラー７６は、特定波長領域の光を透過し、この特定波長領域以外の光を反射する。本実施形態では、ダイクロイックミラー７６は、Ｒ光の分光照明光を透過する。
加えて、ダイクロイックミラー７６の後段には、ダイクロイックミラー７６を透過した照明光の光路上に、３つの分光照明光間で光路長差による問題が生じないように調整光路長を調整する図示しないリレーレンズが設けられている。
【００９３】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光は、色選択性偏光板７３に入射される。色選択性偏光板７３は、入射された照明光のうち、２つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて透過する。これにより、色選択性偏光板７３を透過した照明光は、偏光分光板７４によって偏光分光され、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光が、誘電体反射ミラー７５ａを介して、透過型ＬＶ７１ｃに入射する。透過型ＬＶ７１ｃは、入射されたＳ偏光を分光照明光の色に応じたＰ偏光の映像光に光変調して透過する。
【００９４】
偏光分光板７４によって反射された照明光は、ダイクロイックミラー７６により、反射されて透過型ＬＶ７１ｂに向けて入射する分光照明光と、透過されて誘電体反射ミラー７５ｂ、７５ｃを介して透過型ＬＶ７１ａに入射する分光照明光とに分光される。透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂは、入射された各分光照明光を分光照明光の色に応じた映像光に光変調して透過する。
透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃで光変調されて透過された映像光は、いずれも複合機能プリズム７２に入射し、複合機能プリズム７２で複合されて投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００９５】
ここで、制御回路の動作によって２つの色選択性偏光板７３の光学特性を図１４に示すようにスイッチングすることにより、３つの透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃを照明する分光照明光のうち、透過型ＬＶ７１ｂ、７１ｃを照明する分光照明光をＧ、Ｂｌｕｅの２色で交互にスイッチングすることができる。ここに、色選択性偏光板７３の分光照明光スイッチ手段としての機能が実現されている。
色選択性偏光板７３の光学特性をスイッチングさせることで、透過型ＬＶ７１ｂ、７１ｃを照明する分光照明光をＧ、Ｂの２色で交互にスイッチングさせることができるので、３つの透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃによって得られるＲ、Ｇ、Ｂの各色の映像光のうち、Ｇ、Ｂの２色の分光照明光を２つの透過型ＬＶ７１ｂ、７１ｃ間で平均化することができる。
このように、３板式とすることで、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させることができる。
【００９６】
３つの透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃうちの全てに対して、照明する色を変化させるものであり、このとき、３つの透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃ同士で、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分だけ水平方向及び垂直方向（縦及び横方向）シフトするように配置されている。
このため、透過型液晶ライトバルブを用いた場合においても、フレーム単位での表示は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちのすべての色に対して、実効的な画素数を３倍にすることができ、３倍の画素数により３倍の高解像度を実現することができる。
さらには、第２の実施形態の図５の場合と比較して、光利用効率を向上することにより、より明るい視認性の良好な画像表示を行うことができる。
【００９７】
図１６で示す偏光状態は、図１７のフレーム１のサブフレーム１に対応している。このときの、３つの位置の画素の配列は、正三角形を最密配置したものが最も好ましいが、直角三角形でもよく、また不等辺の３角形であってもよい。それぞれの配置に従って、サブフレーム映像情報を生成することが必要である。
【００９８】
次に、図１８及び図１９に基づいて第８の実施形態を説明する。本実施形態では、２つの透過型ＬＶを備える２板式の映像拡大装置への適用例を示す。
図１８に示すように、本実施形態の映像拡大装置８０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（透過型空間光変調手段）としての２つの透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂと、ＰＢＳ８２と、色選択性偏光板８３と、誘電体反射ミラー８４ａ、８４ｂと、色スクロール素子８５ａ、８５ｂと、２色スクロール元照明光形成光学素子８６とを有している。
色選択性偏光板８３と２色スクロール元照明光形成光学素子８６とによって照明光分光手段が実現されている。
【００９９】
２色スクロール元照明光形成光学素子８６は、２枚の偏光分光板８７ａ、８７ｂと、２枚の偏光分光板８７ａ、８７ｂ間に設けられた２枚の色回転偏光板８８ａ、８８ｂとを有している。２枚の色回転偏光板８８ａ、８８ｂには、偏光分光板８７ａ、８７ｂに対向する側に、誘電体多層膜コーティングによって形成された偏光分光板８９ａ、８９ｂが設けられている。
各色回転偏光板８８ａ、８８ｂは、同一の部材によって形成されて互いに異なる光学特性を有する２つの色回転偏光板によって形成されており、もとの有効口径の約２倍紙面に平行な方向の有効口径を有し、元の有効口径の大きさで２分されるような２種類の領域を有し、ほぼ同一平面にあるように形成されている。２色スクロール元照明光形成光学素子８６の光学特性は、図示しない制御回路の制御により、周期的にスイッチングすることが可能である。
【０１００】
色スクロール素子８５ａ、８５ｂは角柱形状を有しており、透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂによるサブフレーム単位での映像光の切り換えのフレーム周波数と同期して回転される。色スクロール素子８５ａ、８５ｂは、光軸方向における回転中心の位置が、透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂの中心と等しくなるように配設されている。
色選択性偏光板は８３、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の照明光うちの１つの色の照明光を選択的に偏光を回転させずに透過させ、他の色の１つの色の照明光を選択的に偏光を回転させて透過させ、残りの１つの色の照明光を選択的に消光する。
これにより、偏光方向の異なる２色の照明光を得ることができる。この後、偏光分光板４４ａ、４４ｂとこの偏光分光板に挟まれた斜入射式色選択性偏光板４５からなる２色スクロール元照明光形成光学素子５１により、２色スクロール用の照明光を形成する。
【０１０１】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光は、色選択性偏光板８３に入射される。色選択性偏光板８３は、入射されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光のうち、Ｒ色の分光照明光の偏光方向を４５度回転して、紙面に垂直な方向のＳ偏光と紙面に平行な方向のＰ偏光との２種類に分光する。また、特に図示しないが、同じサブフレームで照明に利用するＧとＢとの分光照明光は、色選択性偏光板８３により偏光回転を受けない状態とする。
【０１０２】
これにより、偏光分光板８７ａに入射するＲ、Ｇ、Ｂ光からなる白色照明光のうち、Ｒ色の１／２が偏光分光板８７ａによって反射されて、Ｒ色の残りの１／２とＧ、Ｂの分光照明光とが透過する。
色回転偏光板８８ａは、偏光分光板８７ａを透過したＲ、Ｇ、Ｂ３色の分光照明光を、全て９０度偏光回転させる。
色回転偏光板８８ｂは、色回転偏光板８８ａにより偏光回転されたＲ、Ｇ、Ｂ色からなる照明光のうち、Ｒ色のみを選択的に偏光回転してＰ偏光とし、偏光分光板８７ｂに入射させる。
偏光分光板８７ｂは、偏光回転して入射されたＰ偏光のＲ色の照明光を透過し、Ｓ偏光のままである他の２色のＧとＢとの分光照明光を反射する。偏光分光板８７ｂで反射された２色の照明光は、再び色回転偏光板８０ｂに入射し偏光回転されずに色回転偏光板８０ａに入射する。
【０１０３】
色回転偏光板８０ａは、２色の色の１つの色のみを偏光回転して透過し、偏光分光板８７ａに入射する。本実施の形態では、Ｇの照明光が偏光回転され、Ｂの照明光はそのままとなる。
偏光分光板８７ａは、入射された分光照明光のうち、Ｓ偏光のままのＢの分光照明光を反射し、Ｐ偏光となるＧの分光照明光を透過する。反射されたＢの分光照明光は、色回転偏光板８０ｂで回転されてＰ偏光となり、偏光分光板８７ｂを透過する。なお、偏光分光板８７ａで反射されたＢの分光照明光が入射する色回転偏光板８０ｂは、周期的に色選択の状態を変化させる必要がないので、広い帯域の１／２波長板をそのまま用いてもよいし、もれ光を減少するために、アクティブな色選択性偏光板を用いてもよい。
【０１０４】
これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ光を含む白色光は、Ｒ色が２つ、ＧとＢ色はそれぞれ１つずつの合計４本の照明光に分割されて、２つの透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂに２つづつ組となって入射する。このとき、透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂにおける各色の映像光は、透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂの単一の光変調面内で面積的にシェアし合う状態で入射される。これにより、単一の光変調面内に、異なる色の２つの分光照明光を照射することがきる。
すなわち、透過型ＬＶ８１ａにＲとＧの色の分光照明光を入射し、透過型ＬＶ８１ｂにＲとＢの色の分光照明光を入射することができる。
【０１０５】
ここで、２色スクロール元照明光形成光学素子８６の光学特性は、任意に変更することができるため、２色スクロール元照明光形成光学素子８６の光学特性をスイッチングさせることにより、図１９に示すように、Ｒ／Ｇ及びＢ／Ｒによって照明されていた透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂを、Ｂ／Ｒ及びＧ／Ｂにスイッチングさせ、さらに、Ｇ／ＢとＲ／Ｇとなるよう周期的にスイッチングさせることができる。ここに、２色スクロール元照明光形成光学素子８６分光照明光スイッチ手段としての機能が実現されている。
【０１０６】
これにより、２板式でありながら、常にＲ、Ｇ、Ｂの３色を表示に使用することができるので、フリッカの少ない光利用効率の高い映像拡大装置を実現するとともに、それぞれの透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂをＲ、Ｇ、Ｂの３色の分光照明光によって周期的に照明しているので、Ｒ、Ｇ、Ｂｌｕｅの３色の分光照明光のそれぞれを２つの透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂ間で平均化することができる。
【０１０７】
図１８及び１９に示す透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂは、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分シフトするように配置されている。このため、フレーム単位での表示は、すべての色のＲ、Ｇ、Ｂを２画素で表示できることになり、実効的な画素数を２倍にすることができ、解像度を２倍にできる。また、第２の実施形態の図５の場合と異なり、ＬＶの数は同じながらも光利用効率を大きくすることができる
【０１０８】
また、複数のフレームに亘って、サブフレームの組み合わせ状態を変化させることにより、フリッカの少ない画像を得ることができる。
本実施形態では、スクロールのようにブロック単位でＲ、Ｇ、Ｂからなる３色の照明領域を複数に分割しているが、これらは均等な面積に分割する必要はなく、２色形成される領域を小さくしたりしてもよい。さらには、このブロック単位での照明領域の大きさは、複数又は１つの走査線単位でもよく、また画素単位でもよい。
【０１０９】
このとき、それぞれの透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂへの光路の途中に角柱形状のスクロール変換素子を挿入し、これをフレーム周波数と同期させて回転させることにより、透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ上を同一方向にスクロールすることができる。２色に対応して、それぞれのスクロールの中心がＬＶの中心になるように２つの角柱形状の光学ブロックでスクロールすることが好ましい。
斜入射の色選択性偏光板は、レーザ光のような波長領域の少ない場合には、比較的に波長と入射角度のずれの許容値が大きいために作製しやすい。波長領域が広いＲ、Ｇ、Ｂ色を有する照明光の場合には、色純度を低減させないよに最適化することが好ましい。
【０１１０】
次に、図２０に基づいて第９の実施形態を説明する。本実施形態では、２つの透過型ＬＶを備える２板式の映像拡大装置への適用例の変形例で、斜入射の色選択偏光板を使用しない場合の例である。
図２０に示すように、本実施形態の映像拡大装置９０は、図１８で示した映像拡大装置に対して、２色スクロール元照明光形成光学素子８６に代えて、ステップ上に素子を形成した元照明光形成光学素子９１を備えており、その他の基本的な構成は図１８に示した映像拡大装置と同様である。
【０１１１】
元照明光形成光学素子９１は、２枚の偏光分光板９７ａ、９７ｂと、２枚の偏光分光板９７ａ、９７ｂ間に設けられた広い帯域の１／２波長板９２ａ、９２ｂと、通常と同様の色選択性偏光板９３ａ、９３ｂとを有する。
色選択性偏光板８３と元照明光形成光学素子９１とによって照明光分光手段としての機能が実現されている。
このような構成とすることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の波長領域をより広くするとともに、照明のＮＡをより大きくすることができる。
【０１１２】
次に、図２１に基づいて第１０の実施形態を説明する。本実施形態では、強誘電性液晶による反射型ＬＶを３枚備える３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
図２１に示すように、本実施形態の映像拡大装置１００の基本的な構成は、図７に示した映像拡大装置３０と同様であるが、空間光変調手段（反射型空間光変調手段）としての反射型ＬＶ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、表面安定化した強誘電性液晶によって構成されている。本実施の形態では、色選択偏光板３３ａ、３３ｂ、３３ｃとＰＢＳ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとによって照明光分光手段が実現されている。
【０１１３】
映像拡大装置１００は、ＰＢＳ１０２ｄの後段に、色選択性偏光板１０３と、光軸シフト手段としての光軸シフト素子１０４とを有している。公知の技術であるため、詳細な図示及び説明を省略するが、光軸シフト素子１０４は、表面安定化した２枚の強誘電性液晶素子とリチウムナイオベートとからなる２枚の複屈折板とによって構成されており、色選択性偏光板１０３から出射される映像光の光路をシフトさせる。
一般的に、表面安定化した強誘電性液晶によって構成される反射型ＬＶを複数用いて分光照明光の空間光変調を行なう場合、ネマチック液晶を用いる空間光変調素子とは異なり、良好な表示画像を得るためには基板間のギャップを１μｍ以下で制御する必要があるが、実際には、反射型ＬＶ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃにおける各画素の光変調面内での反射率のばらつきが大きく、スクリーンに投射される表示画像の輝度ムラや色ムラの発生を抑制することは、非常に困難である。
【０１１４】
これに対して、本発明の複数の強誘電性液晶を用いたライトバルブに対して複数の照明光を照射させることにより、解像度を増大するために高いサブフレーム周波数でＬＶのサブフレーム映像情報を書き換えた場合でも、空間光変調素子の応答速度の遅れによるサブフレーム間の映像のクロストークによる解像度の低下や、切り替え時の無表示期間による実効的な光利用の低下を生じることなく、高解像度で明るい映像拡大表示を行なうことができるようになる。
さらに、光軸シフト素子を組み合わせることにより、解像度の増倍率を制御することができるようになる。
【０１１５】
図２１において、高解像度が要求される映像の場合には、画素ピッチの１／４の光軸シフトを組み合わせることにより、１２倍の画素数として１２倍の解像度を実現することができる。また、階調性や均一性が要求される映像の場合には、特定の色に関して、それぞれのＬＶの配置のシフト量を０とするように光軸シフト素子が機能することにより、その高解像度化を低減することができる。
例えば、視感度の高いＧのみに着目して、この色が表示されるＬＶのシフト量が常に投射レンズ１４の光軸に対して一定の位置になるように光軸シフトを行い、且つ４つのサブフレームを用いて階調性を４倍とすることにより、階調の「なめらか」な高品位の表示を行うことができるようになる。この場合、緑色のＧが最も好ましいが、ＲやＢであっても、効果的である。
このように光軸シフト素子を用いて、サブフレームの数を２倍以上、好ましくは４倍にした場合には、従来よりも高速なフレーム速度が必要となり、これを満たすことができるのは、表面安定化した強誘電性液晶がさらに好ましい。
【０１１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、照明光を空間光変調手段によって映像情報に応じた映像光に光変調して表示する映像投射装置において、上記空間光変調手段に入射する分光照明光を周期的に変化させると同時に、該空間光変調手段の配置をシフトさせることにより、時分割で高解像度化を行う構成としたので、空間光変調手段が照明される照明光の分離スイッチングと光学的な位置シフトとの作用により、画素数の少ない低解像度の空間光変調手段を用いながらも、その画素数を超えた高解像度映像を実現でき、低コストで高品質の画像を得ることができる。
【０１１７】
請求項２乃至１２のうちの何れか１つに記載の発明によれば、光源からの光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの分光特性を有する照明光に分離し、これを複数の空間変調手段に対して、その１つの空間光変調手段が照明される照明光が特定の分光特性を有する照明光ではなく複数の分光特性を有する照明光となるように照明光の分離をスイッチングして、周期的に順次照明するようにし、且つこれらの複数の空間光変調手段の例えば拡大光学系に対する光学的な位置が空間光変調手段の少なくとも単位ピッチの１／２だけシフトして配置されているので、画素数の少ない低解像度の空間光変調手段を用いながらも、その画素数を超えた高解像度映像を実現でき、低コストで高品質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図３】反射型ＬＶにおける画素の１／２分シフトされた位置の配置状態を示す図である。
【図４】１フレーム内のサブフィールド単位での周期的な表示が１フレームとして合成された場合の配置状態を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図６】第２の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図７】本発明の第３の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図８】第３の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図９】本発明の第４の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図１０】第４の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図１１】本発明の第５の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図１２】第５の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図１３】４つの位置にシフトされて配置された反射型ＬＶにより時分割のサブフレーム表示が合成されて１つの高解像度のフレームに表示された状態を示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図１５】第６の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図１６】本発明の第７の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図１７】第７の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図１８】本発明の第８の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図１９】第８の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図２０】本発明の第９の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図２１】本発明の第１０の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図２２】従来のディスプレー装置における光学系の構成を示す概略図である。
【図２３】図２２で示した光学系における光量、時間及び輝度量の関係を示す図である。
【図２４】従来における投影表示システムの光学系の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１　映像投射装置としての映像拡大装置
２、３　照明光学手段
１０　照明光分光手段としてのダイクロイックプリズム
１１　分光照明光スイッチ手段としての回転ステージ
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ　空間光変調手段としての反射型ＬＶ
１４　投射手段としての投射レンズ
２３　分光照明光スイッチ手段としての色選択性偏光板
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ　空間光変調手段としての透過型ＬＶ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention illuminates a plurality of spatial light modulators (spatial light modulators) with light from a light source, and enlarges an image formed by the illumination light modulated by these spatial light modulators with an enlarged image forming optical element. The present invention relates to a video projection device such as a video magnifying device for observing by viewing.
[0002]
[Prior art]
For example, as an image enlargement device using a spatial light modulator, a device called a single plate type using one spatial light modulator and a device called a three plate type using three spatial light modulators are generally put into practical use. ing.
In the case of the single-panel type, three spatially divided three pixels form pixels having three spectral characteristics of R (Red: red), G (Green: green), and B (Blue: blue), A method of displaying an image consisting of R, G, and B by making white illumination light incident on the three-divided pixels, and a method of forming a sub-field in units of three or four spatially divided sub-fields. By making the field incident on all the pixels of the spatial light modulator with illumination light having spectral characteristics of R, G, B or R, G, B, W (White: White), R, G, B or R, There is a method of displaying an image consisting of G, B, and W.
[0003]
Of the two methods, the former method uses only one spatial light modulator when it is composed only of a simple lighting device, so that it is easy to manufacture an image magnifying device, and there is no cost for parts and low cost. However, the light use efficiency and the resolution of the illumination light are reduced to about 1/3, and the image quality is greatly reduced.
By providing a micro optical element in an illumination device and a spatial light modulator of the same degree as the three-plate type, the light use efficiency can be improved, but the resolution remains at 1/3.
Since the light use efficiency is very low, the single-panel type is often used for a small-sized image enlarging apparatus of 40 inches or less, but is not suitable for a large-sized apparatus of 50 inches or more having high image quality.
[0004]
In the latter three-plate system, the illumination optical system is complicated, but the white illumination light is color-separated into three based on R, G, and B, and the color-separated R, G, After independently modulating R, G, and B using three spatial light modulators corresponding to the B illumination light, color-combining them with a dichroic prism, and forming an enlarged image with a projection lens. However, high light use efficiency and high resolution can be realized.
In the three-plate type in which a reflection type spatial light modulator is used as the spatial light modulator, in addition to the above-described method, it is composed of one polarization beam splitter (hereinafter, abbreviated as PBS) and one dichroic prism. A configuration including two or four PBSs and a color-selective polarizing plate (Colorlink / US, trade name = select), a configuration in which one dichroic prism is obliquely incident, and the like have been devised.
However, in each of these configurations, although three spatial light modulators are used, the light use efficiency is improved as compared with the above-mentioned single-plate type, but the resolution, which is the display of the number of pixels of the spatial light modulator, is the original spatial light modulator. It does not improve the resolution of the modulator.
[0005]
As an image enlarging apparatus using a spatial light modulator, a so-called two-panel type using two reflective spatial light modulators as spatial light modulators has been devised (Symposium of International Display 2001 DIGEST, p.1084-p.1087 / Color Link Co.).
This is a combination of an active color-selective polarizer (Color Link / US, trade name = color switch) and one PBS, and white illumination light is R + G by this active color-selective polarizer and PBS. (Cyan) and R + B (magenta) illumination light are separated by time division.
Furthermore, since the illumination light of R and G and the illumination light of R and B are adjusted by a normal passive color-selective polarizer so that the polarization directions are perpendicular, the illumination light is converted to R and G or R and B by PBS. Separated.
Each of these illumination lights is modulated by a spatial light modulator to form an image, and then the reflected light is synthesized by a PBS to become an image light composed of R + G or R + B, which is enlarged by a projection lens and imaged on a screen. You.
[0006]
However, any of these configurations uses two spatial light modulators, so that the light use efficiency is improved as compared with the single-plate type, but the number of pixels is displayed as in the case of the three-plate type spatial light modulator. The resolution does not improve the resolution of the original spatial light modulator.
In addition, in order to improve the reduction in light use efficiency due to the polarization dependence of the spatial light modulator, the single-plate type is doubled in order to achieve approximately twice the light use efficiency by simultaneously using P-polarized light and S-polarized light. In the two-plate system, the two-plate system is doubled to the four-plate system, and the spectral characteristics of illumination light incident on a plurality of spatial light modulators are periodically changed by time division. JP-A-2001-188214, JP-A-2001-228455, JP-A-2001-83461, and the like.
[0007]
FIG. 22 is a block diagram showing an example of a two-panel type image enlarging apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-188214. The illumination light emitted from the light source 501 passes through the collimator lens 502 and is periodically color-divided into R, G, B, and W by the color switching element 503 in a time-division manner. The light incident from the color switching element 503 is polarized and separated by the PBS 504 into P-polarized light and S-polarized light, the traveling direction of the light is changed by 90 °, and the transmissive spatial light modulation corresponding to the respective polarization directions is performed by the reflection mirrors 508 and 509. After being incident on devices (liquid crystal panels) 506 and 507 and modulated, the polarization is synthesized by the PBS 505, and the image is magnified on the screen 511 by the image forming element 510.
By this polarization separation and polarization combination, light use efficiency about 1.3 times that of a single-plate type illumination device using a normal polarization conversion device can be obtained (as compared with an illumination device without a polarization conversion device). In addition, the use of illumination light of W light can achieve a light use efficiency of at least 1.2 times or more, although there is a trade-off with the color reproduction range. The light use efficiency can be increased five times or more.
[0008]
FIG. 23 shows a periodic incidence state of illumination light that has been spectrally separated in two two-plate spatial light modulators described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-188214. The maximum brightness by the image display method based on the R, G, B, W color sequence algorithm using the two transmissive spatial light modulators 506, 507 is the product of the light quantity of each of R, G, B, W and time. Since this is a sum, the luminance value according to the present method is the same as the luminance value according to the conventional method of displaying through three transmission type spatial light modulators.
Since the color switching element is provided on the light source side of the polarization-separated PBS 504, the spectral characteristics of the illumination light incident on the two spatial light modulators are the same.
[0009]
FIG. 24 is a block diagram showing an example of a four-panel image magnifying apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-83461. The illumination light emitted from the light source 112 is periodically color-divided into R + G and B + G illumination light by the color switching wheel 114 in a time-division manner, and is polarization-separated into P-polarized light and S-polarized light by the PBS 122, and has color selectivity. R and G and B and G are polarization-separated by the polarizers 126 and 144 and the PBSs 138 and 146.
After being modulated by the transmission spatial light modulators 150, 148, 130 and 132 corresponding to the respective spectral characteristics and polarization directions, the polarization is synthesized by the PBS 138 and the respective images are projected by the projection lens 140.
By this polarization separation and polarization synthesis, it is possible to realize an increase in light use efficiency of about 1.3 times that of a single-plate type illumination device using an ordinary polarization conversion device (as compared with an illumination device without a polarization conversion device). About 2 times in comparison).
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2001-83461 A
[Patent Document 2]
JP 2001-188214 A
[Patent Document 3]
JP 2001-228455 A
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the two-panel type used in a periodic system as proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-188214 also improves the light use efficiency, as in the conventional single-panel type, two-panel type and three-panel type. As in the case of the three-plate type optical modulator, the resolution of the display of the number of pixels does not improve the resolution of the original spatial light modulator. Also in the configuration proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-83461, although the light use efficiency is improved, the resolution which is the display of the number of pixels is the same as that of the spatial light modulator of the three-plate type. It does not improve the resolution of the optical modulator.
[0012]
Therefore, the present invention can realize a high resolution exceeding the number of pixels while using a low-resolution spatial light modulation unit having a small number of pixels as in the related art, and obtain a high-quality image at low cost. The aim is to provide a projection device.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention separates light from a light source into illumination light having R, G, and B spectral characteristics, and separates the light into a single spatial light for a plurality of spatial modulators. An illumination mode in which the separation of the illumination light is switched so that the illumination light illuminated by the modulator is not the illumination light having a specific spectral characteristic but the illumination light having a plurality of spectral characteristics, and the illumination is periodically and sequentially illuminated, and The optical positions of these spatial light modulators are shifted and arranged.
[0014]
More specifically, according to the first aspect of the present invention, in a video projection device that modulates illumination light into video light corresponding to video information by a spatial light modulator and displays the same, spectral illumination incident on the spatial light modulator is provided. At the same time as changing the light periodically, the arrangement of the spatial light modulating means is shifted so as to increase the resolution in a time-division manner.
[0015]
In the invention according to claim 2, illumination optical means for emitting illumination light, illumination light spectral means for spectrally dividing the illumination light emitted by the illumination optical means into a plurality of spectral illumination lights according to spectral characteristics, and the spectral illumination A spatial light modulator configured to modulate light into image light corresponding to image information composed of frames, and a projection unit configured to project the image light modulated by the spatial light modulator; A plurality of means are provided, and the position of a set of two or more spatial light modulating means among the plurality of spatial light modulating means with respect to the optical axis of the projecting means is the minimum of the spatial light modulating means. When the unit pitch is p, the spatial light modulating means is shifted to each other by an optical distance of approximately {(1/2 + n) × p} (where n is an integer of 0 or more) at the surface position. Are located and above multiple One set of two or more spectral illumination lights among the light illumination lights is made to enter the one set of spatial light modulators, and each of the one set of spectral illumination lights is converted into all of the one set of spatial light modulators. The configuration is such that a spectral illumination light switch means for periodically entering the spatial light modulation means is provided.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the video projection apparatus according to the second aspect, a plurality of pieces of video information composed of the frames are spatially divided according to the shifted arrangement of the set of spatial light modulators. A sub-frame video information generating means for generating sub-frame video information, and a sub-frame video information output means for outputting the sub-frame video information to the spatial light modulating means in synchronization with the spectral illumination light switch means in a time division manner. It has a configuration of having.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, in the image projection apparatus according to the second or third aspect, the spatial light modulating means is a reflection type spatial light modulating means, and a plurality of different spectral characteristics separated by the illumination light spectral means are provided. The number of the set of spectral illumination light is three or more, and the number of the set of spatial modulation means is two.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, in the image projection device according to the second or third aspect, the spatial light modulating means is a reflective spatial light modulating means, and a plurality of different spectral characteristics separated by the illumination light spectral means are provided. The number of one set of spectral illumination light is three or more, and the number of one set of spatial modulation means is three.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, in the image projection device according to the second or third aspect, the spatial light modulating means is a reflective spatial light modulating means, and a plurality of different spectral characteristics separated by the illumination light spectral means are provided. The number of one set of spectral illumination light included is three or more, and the number of one set of spatial modulation means is three, and the spectral illumination light reflected by the spatial light modulation means and the original spatial light The spectral illumination light combining means is configured to combine the spectral illumination light that has not been reflected by the modulation means and is separated from the spectral illumination light.
[0020]
According to a seventh aspect of the present invention, in the image projection device according to the second or third aspect, the spatial light modulating means is a reflective spatial light modulating means, and a plurality of different spectral characteristics separated by the illumination light spectral means are provided. The number of spectral illumination lights in one set is three or more, and the number of spatial modulation means in one set is four.
[0021]
According to an eighth aspect of the present invention, in the image projection device according to the second or third aspect, the spatial light modulating means is a transmission type spatial light modulating means, and a plurality of different spectral characteristics separated by the illumination light spectral means are provided. The number of spectral illumination lights in one set is three or more, and the number of spatial modulation means in one set is two.
[0022]
According to a ninth aspect of the present invention, in the video projection device according to the second or third aspect, the spatial light modulating means is a transmission type spatial light modulating means, and a plurality of different spectral characteristics separated by the illumination light spectral means are provided. The number of spectral illumination lights in one set is three or more, and the number of spatial modulation means in one set is three.
[0023]
According to a tenth aspect of the present invention, in the video projection device according to any one of the second to ninth aspects, the number of a set of spectral illumination light having a plurality of spectral characteristics separated by the illumination light spectral means is reduced. There are four or more, and the number of sets of spatial light modulating means is two or more, and there are three or more kinds of spectral illuminating lights having different spectral characteristics. A configuration is adopted in which at least two or more of the illuminations are made incident.
[0024]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the video projection device according to any one of the first to tenth aspects, the spatial light modulating means is a spatial light modulating means using a ferroelectric liquid crystal. ing.
[0025]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the video projection device according to any one of the second to tenth aspects, an optical axis shifting means for shifting an optical axis is provided between the spatial light modulator and the projection means. It has a configuration of having.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, an example of application to a three-plate image magnifying device having one PBS and one dichroic prism for three reflective light valves (Light Valve: hereinafter, abbreviated as LV) will be described.
First, the outline of the optical system configuration of the image enlarging apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The image magnifying device 1 includes an illumination optical unit realized by a high-pressure mercury lamp 2 and a glass parabolic mirror 3 provided with a dielectric layer reflective coating, a plurality of dielectric reflective coatings in unnecessary wavelength regions such as heat, ultraviolet rays, and an orange region. And the like.
The high-pressure mercury lamp 2 emits white light including three colors of R, G, and B, the glass parabolic mirror 3 parallelizes the white light emitted by the high-pressure mercury lamp 2, and the color filter 4 parallelizes the white light. To remove unnecessary wavelength regions.
[0027]
The image magnifying apparatus 1 includes a homogenizer including first and second fly-eye lenses 5a and 5b for homogenization and a condenser lens 8, a first and second fly-eye lenses 5a and 5b, and a PBS array 6. It has a polarization conversion element, a cleaner polarizer 7, a PBS 9 for image formation, and a dichroic prism 10 for color separation / synthesis.
The homogenizer equalizes the area light intensity distribution of white light obtained by removing unnecessary wavelength regions from the illumination light emitted from the illumination optical unit, and the polarization conversion element emits S-polarized light to the PBS 9 for image formation. Use efficiency is about 1.5.
[0028]
The dichroic prism 10 as the illumination light dispersing unit has two diagonal surfaces that allow a specific wavelength region to pass and reflect another wavelength region, and each diagonal surface reflects a different wavelength region. . In the present embodiment, a dielectric multilayer coating that transmits G light (separated illumination light having spectral characteristics in the green region) from white light containing three colors of R, G, and B and reflects R light is applied. Diagonal planes, and a diagonal plane coated with a dielectric multilayer coating that transmits G light and reflects B light.
[0029]
The dichroic prism 10 is mounted on a rotating stage 11 as a spectral illumination light switch unit, and rotates in a stepwise manner by 1/4 rotation every 1/60 second by the rotation of the rotating stage 11. Since the dichroic prism 10 is line-symmetric, it has a half rotation period.
Further, the image enlarging apparatus 1 has three reflective LVs 12a, 12b, and 12c as spatial light modulating means (reflective spatial light modulating means). Although a detailed description is omitted because it is a known technique, the reflection type LVs 12a, 12b, and 12c form mirrors on a silicon wafer on which electronic circuits are pre-baked, and sandwich a liquid crystal between the silicon wafer and the glass. LCOS (Liquid Crystal on Silicon).
Each of the reflective LVs 12a, 12b, and 12c generates video light by optically modulating incident light in subframe units obtained by dividing a frame into two. In the present embodiment, each subframe period is set to 1/60 second. Therefore, the frame period composed of two subframes is set to 1/30 seconds (see FIG. 2).
[0030]
Although not specifically shown, the video enlarging apparatus 1 includes an electric calculation circuit (not shown) that has an operation unit and a memory unit and divides the image data of the frame according to the subframe. The reflection type LVs 12a, 12b, and 12c light-modulate the illumination light in subframe units according to the divided subframe information.
In addition, the image magnifying apparatus 1 includes a projection lens 14 as a projection unit (image forming optical unit) for magnifying and displaying an image, and a screen 13 for magnifying and displaying the image. Although not particularly shown, the image enlarging apparatus 1 is provided with a cleaner polarizer for ensuring contrast after the optical path of the PBS 9 of the image forming system.
[0031]
In such a configuration, after the light emitted from the high-pressure mercury lamp 2 is collimated by the parabolic mirror 3, it is converted into light in which an unnecessary wavelength region is removed by the color filter 4. After that, an area light intensity distribution is made uniform by a homogenizer, and illumination light having a light utilization efficiency of about 1.5 for S-polarized illumination light to the PBS 9 of the image forming system is made dichroic through the PBS 9 by a polarization conversion element. The light enters the prism 10.
The dichroic prism 10 includes a spectral illumination light A that reflects the incident illumination light toward the reflective LV 12a, a spectral illumination light B that transmits toward the reflective LV 12b, and a spectral illumination that reflects the incident illumination light toward the reflective LV 12c. The light C is split into three spectral illumination lights.
The spectral illumination lights A, B, and C incident on each of the reflection type LVs 12a, 12b, and 12c are converted into image light corresponding to the colors of the spectral illumination lights A, B, and C by the corresponding reflection type LVs 12a, 12b, and 12c. The light is modulated and projected on the screen 13 via the projection lens 14 in an enlarged manner.
[0032]
FIG. 2 is a time scale chart showing the operation of the illumination light incident on the reflection type LVs 12a, 12b, and 12c. The horizontal axis is a time axis, and a main frame is constituted by two subframes. As described above, the subframe has a period of 1/60 second, and the frame has a period of 1/30 second.
As shown in FIG. 2, by rotating the dichroic prism 10 in a stepwise manner with the above-described configuration, the direction of two of the three reflected colors R, G, and B can be changed. Illumination light always illuminates only the spectral illumination light B corresponding to the reflection type LV 12b, but alternately illuminates the spectral illumination light A and C corresponding to the other two reflection type LVs 12a and 12c with the remaining R and B. I do.
At this time, by disposing the relative positions of the two reflection type LVs 12a and 12c with respect to the optical axis of the projection lens 14 so as to be shifted by の of a pixel, high-resolution display is possible. The reason will be described below.
[0033]
FIG. 3 shows a positional relationship of the two reflection type LVs 12a and 12c shifted by a half of a pixel. 3A shows the position of the reflective LV 12a, FIG. 3B shows the position of the reflective LV 12c, and FIG. 3C shows the positional relationship between the two reflective LVs 12a and 12c at the same time. .
Reference numeral 201 denotes one of the pixels of the reflective LV 12a, and reference numeral 202 denotes one of the pixels of the reflective LV 12c. 203a and 203b are one of the pixels of the reflective LV 12a and one of the pixels of the reflective LV 12c in the same period.
205 is a pixel pitch, 204 is an interval between the pixel 201 and the pixel 202, and is a half distance of the pixel pitch.
FIG. 3 shows the position on the reflective LV surface, where the horizontal axis is the X coordinate and the vertical axis is the Y coordinate. The origin (0) is the optical axis of the projection lens 14, and the unit is the pixel pitch. The aperture ratio of the reflection type LV is about 10% in terms of area aperture ratio to make the figure easy to understand, and is set to a size such that adjacent pixels do not overlap. In practice, the aperture ratio may be 100%.
[0034]
As shown in FIG. 2, one illumination light is incident on two spatial light modulators (reflection type LVs 12a and 12c). Therefore, as shown in FIGS. And the same spectral illumination light is arranged like 201 and 202 adjacent to each other to display an image. The combined images at this time are 203a and 203b as shown in FIG. 3C, and as shown in FIG. 2, if one is R, the other is B, and conversely, one is B. The other is R.
When these two sub-frames are combined in one frame, R and B can be displayed at the position of 203a, and R and B can be displayed at the position of 203b, respectively. As a result, the effective number of pixels of the spectral illumination light of R and B can be doubled. Actually, display is performed by adding the remaining G illumination light.
[0035]
In FIG. 1, although not shown, the video information is composed of subframes corresponding to the pixel positions of 203a and 203b in FIG. 3 and 203c in FIG. The sub-frame video information generating means for generating video information and the rotating stage 11 serving as the spectral illumination light switching means shown in FIG. It has sub-frame video information output means for outputting to the reflection type LVs 12a, 12b, 12c in frame units.
[0036]
At this time, corresponding to the pixel positions 203a and 203b at the positions of the two reflective LVs 12a and 12c, R and B of the original video information consisting of information of the number of pixels of four times higher resolution than the reflective LV. Is averaged in the vertical direction, and an image is output when a pixel corresponding to R or B is displayed in each subfield. G is averaged by averaging the values of 4 pixels in both the vertical and horizontal directions. The same video is output in all frames as pixel values.
In the case of G, display of a higher gradation than the gradation of the input image may be performed by time division based on information of four pixels and peripheral pixels.
[0037]
FIG. 4 shows a case where periodic display in sub-frame units within one frame is combined as one frame. As shown in FIG. 3, 203a and 203b are displayed from R and B, respectively. It is a composite color as a pixel, and further, a green color of 203c is added to realize a white display.
At this time, not all the pixels of the three primary colors R, G, and B are doubled, but two of the three pixels R and B are doubled as described above. Thereby, the number of effective pixels can be increased to 1.67 times as a whole, and the resolution can be increased to 1.67 times.
FIGS. 3 and 4 show a case where the number of pixels of the R and B colors is doubled, but the gist of the present invention is not limited to these two colors. For example, if G is doubled by combining it with another color, it is more effective than other colors because the relative luminous efficiency of G is high.
[0038]
In FIG. 4, the interval 104, which is the shift amount of the pixels of the two spatial light modulators (reflection type LVs 12a and 12c), is 1/2 × p with respect to the pixel pitch p of the reference numeral 105. Ｐp may be shifted after being shifted by an integral multiple of.
That is, they may be arranged at positions shifted from each other by an optical distance that is approximately {(1/2 + n) × p} (where n is an integer of 0 or more).
The shift amount does not need to be exactly ×× p, and in order to produce a high resolution effect, the shift amount is preferably １／ × p to ／ × p. And more preferably 3/8 × p to 5/8 × p.
In the case of less than ×× p and in the case of ／ × p or more, the effect of high resolution is obtained, but the effect of high resolution is weakened in an image in the case of a high spatial frequency such as one dot line & space. A shift amount of １／ × p to ／ × p is a range in which the alignment is easy and the visibility of the high resolution effect is improved. Further, in the case of ／ × p to ／ × p, almost the same visibility can be obtained as in the case of exactly ｐ × p.
[0039]
As described above, the illumination light that spectrally switches the spectral illumination light is realized in a plurality of arbitrary spatial light modulators, so that it is possible to use two or more of the three colors shown in FIG. The number of effective pixels can be multiplied in a time-division manner with a plurality of spatial light modulators, and the number of pixels can be increased while using a low-resolution spatial light modulator with a small number of pixels as in the past. And a high-quality image can be obtained at low cost.
[0040]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a two-panel type image enlarging apparatus having two reflective LVs will be described. The same parts as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration and the function already described is omitted unless necessary, and only the main part will be described (the same in other embodiments described below).
In the following embodiments, the upstream side in the light emission direction of the condenser lens 8 in the configuration shown in FIG. 1 is omitted.
As shown in FIG. 5, the image magnifying device 20 according to the present embodiment includes two reflective light modulating means (reflective spatial light modulating means) between the condenser lens 8 and the projection lens 14 (not shown). It has mold LVs 21a and 21b, one PBS 22, and a color-selective polarizing plate 23.
The PBS 22 and the color-selective polarizing plate 23 implement an illumination light spectral unit.
[0041]
The reflection type LVs 21a and 21b generate video light by optically modulating incident light in units of subframes obtained by dividing a frame into three. Each subframe period is set to 1/60 second. Therefore, the frame period composed of three subframes is set to 1/20 second (see FIG. 6).
The PBS 23 has a polarization plane that reflects P-polarized light (in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 5) and transmits S-polarized light (in a direction parallel to the paper surface in FIG. 5).
The color-selective polarizing plate 23 transmits the polarized light of a specific wavelength region as it is, selectively rotates the polarized light of another specific wavelength region, and selectively quenches (absorbs) the light of another specific wavelength region. Has characteristics. Accordingly, among the R, G, and B colors included in the white light emitted through the condenser lens 8, one color of the spectral illumination light is selectively transmitted without rotating the polarization, and another color of the other color is emitted. The illumination light of one color can be selectively rotated in polarization and transmitted, and the illumination light of the other one color can be selectively extinguished (absorbed).
[0042]
The optical characteristics of the color-selective polarizing plate 23 can be switched by controlling the polarization direction by a control circuit (not shown), and is an active color-selective polarizing plate. In the present embodiment, the active color-selective polarizing plate 23 functions as a spectral illumination light switch. The switching cycle of the optical characteristics by the color-selective polarizing plate 23 is set to 1/60 second.
The color-selective polarizing plate 23 can be configured by, for example, combining a plurality of retardation plates and a liquid crystal cell (both not shown). Although a detailed illustration is omitted, in the present embodiment, a color select (trade name: Color Link Co., USA) that acts as a λ / 4 wavelength plate for selectively rotating the illumination light of a specific wavelength region is used as a phase difference. It is constituted by using a color-selective polarizing plate 23 that uses a ferroelectric liquid crystal whose surface is stabilized as a liquid crystal cell.
[0043]
The color-selective polarizing plate 23 is not limited to the above-described configuration. For example, a color switch using a nematic liquid crystal π cell as a liquid crystal cell (trade name: Color Link Co., USA) can be used instead.
In addition, the color-selective polarizing plate 23 can be configured in more stages by combining a normal polarizer in addition to a plurality of retardation plates and a liquid crystal cell. Further, the color-selective polarizing plate 23 may be one using a known rotating filter or one that realizes a diffraction grating using liquid crystal.
[0044]
In the above configuration, the white illumination light including R, G, and B, which has been made uniform and polarization-converted from the high-pressure mercury lamp 2, is incident on the color-selective polarizing plate 23. The color-selective polarizing plate 23 selectively quenches (absorbs) one-color illumination light among the incident illumination light, and rotates one of the remaining two-color spectral illumination light to P-polarized light. The light passes through the color-selective polarizing plate 23 and enters the PBS 22.
The PBS 22 reflects the P-polarized Spectral illumination light of the incident Spectral illumination light toward the reflective LV 21a, and transmits the S-polarized S-polarized illumination light that is not polarized and rotated toward the Reflective LV 21a.
The spectral illumination light incident on each of the reflection type LVs 21a and 21b is light-modulated by the corresponding reflection type LV 21a and 21b into image light corresponding to the color of the spectral illumination light, and is expanded on the screen 13 via the projection lens 14. Is projected.
[0045]
By periodically switching the light selectivity of the color-selective polarizing plate 23 as shown in FIG. 6, the spectral illumination light reflected by the PBS 22 and the spectral illumination light transmitted by the PBS 22 are switched periodically, and the reflection type LV 21 a And the spectral illumination light for illuminating the reflection type LV 21b can be periodically switched to each of R, G, and B colors.
For example, as shown in FIG. 6, the switching state of the color-selective polarizing plate 23 in the subframe 1 of the frame 1 rotates the polarization of the R light to the P polarization, the G light remains the S polarization, and the B light In a state where the light is to be erased, the R light rotated to the P-polarized light enters the reflective LV 21a, and the G light remaining as the S-polarized light enters the reflective LV 21b.
[0046]
From this state, when the R light is erased, the polarization of the G light is rotated to P-polarization, and the color-selective polarizing plate 23 is switched so that the B light remains S-polarization, the G-light rotated to P-polarization is obtained. The light is incident on the reflective LV 21a, and the B light transmitted without being polarized is incident on the reflective LV 21b.
Subsequently, the R light is kept as S-polarized light, the G light is erased, and the color-selective polarizing plate 23 is switched so as to rotate the polarized light of B light to P-polarized light. Is incident on the reflective LV 21a, and the R light transmitted without being polarized is incident on the reflective LV 21b.
[0047]
In the present embodiment, the illumination light is split into three spectral illumination lights of R, G, and B, so that the color-selective polarizing plate 23 is further switched from the above-described state, so that the frame 1 in FIG. Returning to the initial state shown in the sub-frame 1, the polarization of the R light is rotated to the P polarization, the G light is kept as the S polarization, and the B light is erased.
In FIG. 6, light transmitted without being rotated by the action of the color-selective polarizing plate 23 is indicated by vertical arrows, and light that is transmitted by being rotated by the action of the color-selective polarizing plate 23 is indicated by an arrow in the vertical direction. Light that is quenched by the action of the color-selective polarizing plate 23 is indicated by “x” and “x” is indicated by “×”.
In FIG. 5 as well, light transmitted without being rotated by the action of the color-selective polarizing plate 23 is indicated by an arrow in the vertical direction (or the horizontal direction), and is transmitted by being rotated by the action of the color-selective polarizing plate 23. Light is indicated by “•”. In FIG. 5, a solid line indicates incident light, and a dashed line indicates modulated light (the same applies to other embodiments described below). 6, the sub-frame 1 of the frame 1 shows the polarization state shown in FIG.
[0048]
As described above, by periodically switching the optical characteristics of the color-selective polarizing plate 23, the spectral illumination light for illuminating the reflective LV21a and the reflective LV21b is periodically switched to each of the R, G, and B colors. Therefore, the light use efficiency of the video light of each color of R, G, and B obtained by the two reflective LVs 21a and 21b can be averaged between the two reflective LVs 21a and 21b.
The reflection type LVs 21a and 21b shown in FIG. 5 are arranged such that the optical position thereof is shifted by の of the pixel with respect to the optical axis of the projection lens 14. Therefore, in the display in frame units, R, G, and B of all colors can be displayed by two pixels, and the effective number of pixels can be doubled, and the resolution can be doubled.
[0049]
Since the display image projected on the screen includes two spectral illumination lights having averaged light use efficiency among the three spectral illumination lights of R, G, and B, a single-plate image is displayed. Compared with a magnifying device, it is possible to improve the light use efficiency and increase the resolution, and also to improve the temporal uniformity and suppress the occurrence of a color break. By the way, at the time of switching between subframes, in order to reduce crosstalk of video light generated between subframes, it is preferable that the response speed of the liquid crystal of the reflection type LVs 21a and 21b be 100 μsec or less. Even when the response speed of the liquid crystal of the color-selective polarizing plate 23 is set to 100 μsec or less, some crosstalk may occur between subframes depending on the subframe frequency.
[0050]
On the other hand, during the switching light modulation of the sub-frame, the entire surface of the reflection type LV 21a or 21b is displayed in a black display state during the response time of the liquid crystal during the period in which the crosstalk occurs so that the color balance in the frame becomes uniform. , The crosstalk between subframes can be reduced.
The timing of the black display may be changed and mixed over several frames, or the sub-frame itself may be divided into smaller sub-frames, and the order of the small sub-frames may be changed to change the black display image between the sub-frames. May be displayed. As a result, it is possible to further reduce problems such as flickers, color breaks, and pseudo-moving images caused by periodic changes in image information.
[0051]
Further, in the present embodiment, the illumination light is divided into three colors of R, G, and B. However, the present invention is not limited to this, and the illumination light is divided into four colors of R, G, B, and W, The optical characteristics of the color-selective polarizing plate 23 may be switched using G, B, and W as one cycle. Thereby, the color reproducibility is slightly lowered, but the light use efficiency can be greatly improved. When the illumination light is split into four colors of R, G, B and W, one frame is composed of four sub-frames.
[0052]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a three-panel magnifying image apparatus having three reflective LVs will be described.
As shown in FIG. 7, the image enlarging device 30 of the present embodiment includes three reflective LVs 31a and 31b as spatial light modulating means (reflective spatial light modulating means) between the condenser lens 8 and the projection lens. , 31c, four PBSs 32a, 32b, 32c, 32d and three active color-selective polarizers 33a, 33b, 33c. In the present embodiment, illumination light dispersing means is realized by the PBSs 32a, 32b, 32c and the color-selective polarizing plates 33a, 33b.
[0053]
Each of the PBSs 32a, 32b, 32c, and 32d has a polarization plane that reflects P-polarized light (in the front and back directions in FIG. 7) and transmits S-polarized light (in a direction parallel to the paper plane in FIG. 7).
The color-selective polarizing plates 33a, 33b, and 33c are configured by combining a plurality of retardation plates and liquid crystal cells in the same manner as described above, and have a specific wavelength range according to the spectral characteristics of incident light. Rotate polarized light selectively. This makes it possible to rotate the polarized light of any one of R, G, and B colors.
The optical characteristics of the color-selective polarizing plates 33a, 33b, and 33c can be periodically switched by controlling the polarization direction by a control circuit (not shown).
In the present embodiment, the switching cycle of the color-selective polarizing plates 33a, 33b, 33c is set to 1/60 second.
[0054]
In such a configuration, the light emitted from the high-pressure mercury lamp 2 is homogenized, and the white light including R, G, and B that has been polarization-converted enters the color-selective polarizing plate 33a. The color-selective polarizing plate 33a selectively rotates the polarization of one color of the spectral illumination light from the incident illumination light from the S-polarized light to the P-polarized light, and then enters the PBS 32a. The PBS 32a reflects the P-polarized spectral illumination light of the incident illumination light toward the PBS 32c, and transmits the S-polarized non-polarized illumination light toward the color-selective polarizer 33b.
Since the spectral illumination light incident on the PBS 32c is P-polarized light, the spectral illumination light is reflected by the PBS 32c toward the reflection type LV 31a, and is optically modulated by the reflection type LV 31a into image light corresponding to the color of the spectral illumination light. Since the optically modulated image light is S-polarized light, it passes through the PBSs 32c and 33d and is enlarged and projected on the screen 13 via the projection lens 14.
[0055]
In the spectral illumination light that has entered the color-selective polarizing plate 33b, one of the polarized lights is rotated to P-polarized light by the color-selective polarizing plate 33b, and is incident on the PBS 32b. The PBS 32b reflects the P-polarized spectral illumination light of the incident spectral illumination light toward the reflective LV31b, and transmits the S-polarized Spolarized illumination light that is not polarization-rotated toward the reflective LV31c.
The spectral illumination light incident on the reflection type LV 31b, 31c is light-modulated by the corresponding reflection type LV 31b, 31c into image light corresponding to the color of the spectral illumination light, and is incident on the color-selective polarizing plate 33c. The spectral illumination light incident on the color-selective polarizing plate 33c is rotated from S-polarized light to P-polarized light and is incident on the PBS 32d.
The P-polarized light that has entered the PBS 32 d is reflected by the polarization plane, and is enlarged and projected on the screen 13 via the projection lens 14.
[0056]
Here, by switching the optical characteristics of the two color-selective polarizers 33a and 33b as shown in FIG. 8 by the operation of the control circuit, the spectral illumination light for illuminating the three reflective LVs 31a, 31b and 31c is changed to R. , G and B can be switched periodically. Here, the function of the color-selective polarizing plates 33a and 33b as spectral illumination light switch means is realized.
As shown in FIG. 8, by switching the optical characteristics of the color-selective polarizer 33c in accordance with the switching operation of the two color-selective polarizers 33a and 33b, the PBS 32d is switched via the color-selective polarizer 33c. All the incident light can be reflected as the P-polarized light on the polarization plane of the PBS 32 d and incident on the projection lens 14.
[0057]
In the case of FIG. 8A, the subframe has a period of 1/60 second, and the frame has a period of 1/30 second. In the case of (b) in which a main frame is constituted by three subframes, the subframe has a period of 1/60 second and the frame has a period of 1/20 second.
The image information is input to the image enlarging apparatus for each frame, but is divided into sub-frame information by an electric calculation circuit having a calculation unit and a memory unit (not shown), and the reflection LVs 31a, 31b, and 31c follow the sub-frame information. The illumination light is modulated in subframe units.
[0058]
As described above, by using the three-plate system, all the spectral illumination light, which is separated into three light components of R, G, and B, can be light-modulated into image light and displayed in one subframe. It is possible to improve the efficiency and obtain a high-definition display image in which the luminance and the color development between the respective spectral illumination lights are made uniform without lowering the luminance of the specific color spectral illumination light.
In addition, since the two reflective LVs 31b and 31c can have overlapping optical paths, it is possible to improve the in-plane uniformity of the display image quality and to provide an independent optical path for each color. The number of parts can be reduced, and the cost can be reduced, as compared with the three-panel type image enlarging apparatus.
[0059]
By the way, in the present embodiment, the optical characteristics of the color-selective polarizing plate are shown in FIGS. 8A and 8B depending on whether one frame is composed of two sub-frames or three sub-frames. As shown, it is possible to adjust to two patterns. For example, when one frame is composed of two sub-frames, the reflection type LVs 31a, 31b, 31c are switched by switching the optical characteristics of the color-selective polarizing plates 33a, 33b, 33c as shown in FIG. The spectral illumination light to be illuminated can be periodically switched to each of R, G, and B colors.
[0060]
In FIG. 8A, the illumination color is changed for all of the three reflective LVs 31a, 31b, and 31c. At this time, the three reflective LVs 31a, 31b, and 31c are connected to each other. The mounting position is arranged such that the optical position thereof is shifted by half a pixel in the horizontal and vertical directions (vertical and horizontal directions) with respect to the optical axis of the projection lens 14.
For this reason, the display in the frame unit can triple the effective number of pixels for all the colors of R, G, and B, and can triple the high resolution by the triple number of pixels. Can be realized.
Further, compared to the case of FIG. 5 of the second embodiment, by improving the light use efficiency, it is possible to perform brighter image display with good visibility. The polarization state shown in FIG. 7 corresponds to sub-frame 1 of frame 1 in FIG. At this time, it is most preferable that the arrangement of the pixels at the three positions is one in which equilateral triangles are arranged in a close-packed manner, but it may be a right-angled triangle or a triangle having an unequal side. It is necessary to generate sub-frame video information according to each arrangement.
[0061]
FIG. 8B shows a case in which only two of the three reflective LVs 31a, 31b, and 31c are illuminated, and the color-selective polarizing plate 33a is substantially operated. Is not something. In this case, the two reflective LVs 31b and 31c are arranged such that the assembling position is shifted with respect to the optical axis of the projection lens 14 by の of the pixel. For this reason, display in a frame unit can double the effective number of pixels and double the resolution for two specific colors of R, G, and B.
This corresponds to the fact that the effective number of pixels is 1.67 times in the case of a full color of three colors of R, G, and B, and the resolution is 1.67 times. Further, compared with the case of FIG. 5 of the second embodiment, by improving the light use efficiency, it is possible to perform brighter image display with good visibility.
[0062]
In the case of FIG. 8B, since the active color selection polarizer 33a is not substantially operated, it can be replaced with a color select to reduce the cost. Since the number of frames can be reduced from three to two, it is possible to improve the reduction in contrast that occurs at the time of switching subframes, or the reduction in all white luminance when this is displayed in black. Further, means for switching between the mode shown in FIG. 8A and the mode shown in FIG. 8B may be provided by using three active color selection plates.
In addition, any PBS may use a reflective polarizing plate using a grid wire grid, and a PBS other than an imaging system may use a lighter, lower-cost, non-cubic, flat-plate type polarization separating plate. You may.
[0063]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a three-panel image enlarging device having three reflective LVs will be described.
As shown in FIG. 9, the image enlargement device 40 of the present embodiment includes three reflective LVs 41a and 41b as spatial light modulating means (reflective spatial light modulating means) between the condenser lens 8 and the projection lens 14. , 41c, three PBSs 42a, 42b, 42c, two color-selective polarizing plates 43a, 43b, a composite function prism (dichroic prism and PBS) 44 as a spectral illumination light combining means, a relay lens 44, It has plates 45 a and 45 b and a dielectric reflection mirror 46.
In the present embodiment, illumination light dispersing means is realized by the PBSs 42a, 42b, 42c, the color-selective polarizing plates 43a, 43b, and the polarization dispersing plates 45a, 45b.
[0064]
The reflective LVs 41a, 41b, and 41c generate video light by optically modulating incident light in subframe units obtained by dividing a frame into two. Each sub-frame period is set to 1/60 seconds, and a frame period composed of two sub-frames is set to 1/30 seconds (see FIG. 10).
Each of the PBSs 42a, 42b, and 42 has a polarization plane that reflects P-polarized light (a direction parallel to the paper surface in FIG. 9) and transmits S-polarized light (a direction parallel to the paper surface in FIG. 9).
[0065]
The color-selective polarizing plates 43a and 43b are configured by combining a plurality of retardation plates and a liquid crystal cell in the same manner as described above, and change polarization in a specific wavelength region according to the spectral characteristics of incident light. Selectively rotate. This makes it possible to rotate the polarized light of any two colors of R, G, and Blue. The optical characteristics of the color-selective polarizing plates 43a and 43b can be periodically switched by controlling the polarization direction by a control circuit (not shown).
The switching cycle of the color-selective polarizing plates 43a and 43b is set to 1/60 second.
[0066]
The composite function prism 44 has a dielectric multilayer film on one diagonal surface that reflects R light and transmits G light and B light, and a polarized light separating film that separates incident light by transmission / reflection according to the polarization direction. On the other diagonal surface, and has a function as a dichroic prism and a function as a PBS. Thus, the light that has entered the multi-function prism 44 is emitted toward the projection lens 14.
The relay lens 44 is configured by combining positive power lenses 44a and 44b. In addition, the polarization beam splitters 45a and 45b reflect P-polarized light (in the front and back directions in FIG. 9) and transmit S-polarized light (in a direction parallel to the paper surface in FIG. 9).
[0067]
In such a configuration, the white illumination light including R, G, and B, which is obtained by homogenizing the light emitted from the high-pressure mercury lamp 2 and polarization-converted, enters the color-selective polarizing plate 43a.
The color-selective polarizer 43a selectively rotates the polarization of the two colors of spectral illumination light from the incident illumination light from the S-polarized light to the P-polarized light and transmits the light. As a result, the illumination light transmitted through the color-selective polarizing plate 43a is polarized and separated by the polarization splitter 45a, and the S-polarized spectral illumination light that is not polarization-rotated is transmitted through the dielectric reflection mirror 46 and the relay lens 44 to the PBS 42c. Is incident on.
The PBS 42c transmits the incident S-polarized light toward the reflective LV 31a. The S-polarized light that has entered the reflection type LV 31a is optically modulated by the reflection type LV 31a into image light corresponding to the color of the spectral illumination light.
[0068]
The light reflected by the color-selective polarizing plate 43a is turned into S-polarized light by the color-selective polarizing plate 43b and is incident on the polarization splitting plate 45b, whereby the spectral illumination light reflected toward the PBS 42b and the PBS 42c are reflected. And the light that is transmitted toward Since the spectral illumination light that has entered the PBS 42b is P-polarized light, the spectral illumination light is reflected by the PBS 42b toward the reflective LV 41b, and is light-modulated by the reflective LV 41b into image light corresponding to the color of the spectral illumination light.
Since the spectral illumination light incident on the PBS 42c is S-polarized light, it is reflected by the PBS 42c toward the reflective LV 41c, and is modulated by the reflective LV 41c into image light corresponding to the color of the spectral illumination light.
[0069]
The image light modulated by the reflection type LVs 41a, 41b, and 41c is incident on the composite function prism 44, is combined by the composite function prism 44, and is enlarged and projected on the screen 13 via the projection lens 14.
[0070]
By switching the optical characteristics of the two color-selective polarizing plates 43a and 43b by the operation of the control circuit as shown in FIG. 10, the spectral illumination light for illuminating the three reflective LVs 41a, 41b and 41c is converted into R and G light. , B can be switched periodically. Here, the function of the color-selective polarizing plates 43a and 43b as spectral illumination light switch means is realized.
In the present embodiment, since the color-selective polarizing plate 43a does not substantially operate, the spectral illumination light for illuminating two of the reflective LVs 41b, 41c among the three reflective LVs 41a, 41b, 41c is divided into two of G, Blue. The color can be switched alternately.
[0071]
The color to be illuminated is changed for only two of the three reflective LVs 41a, 41b, 41c. At this time, the assembling position of the two reflective LVs 41a, 41c is different from that of the projection lens. With respect to the 14 optical axes, the optical positions are arranged so as to be shifted by の of the pixel.
For this reason, display in a frame unit can double the effective number of pixels and double the resolution for two specific colors of R, G, and B. This corresponds to the fact that the effective number of pixels is 1.67 times in the case of a full color of three colors of R, G, and B, and the resolution is 1.67 times. Further, compared to the case of FIG. 5 of the second embodiment, by improving the light use efficiency, it is possible to perform brighter image display with good visibility.
[0072]
Since the polarization separation plates 45a and 45b are the illumination system part, a plane polarization separation plate is used, but a cubic PBS may be used, or a wire grid polarizer may be used. If the dichroic prism and the PBS are combined prisms with a narrow wavelength band for each color, such as a laser, LED, or discharge lamp using a narrow band filter, the PBS multilayer film is optimal for these. With this design, even a cross PBS can be incorporated into the projection lens with good efficiency.
In FIG. 9, an active color selection polarizer is used as the color selective polarizer 43a. However, as shown in FIG. 10, the operation is actually a fixed operation. Is also good.
Further, in FIG. 10, the illumination light of R color always illuminates one reflection type LV 41a, but this is a combination of two colors of G color having high relative luminous efficiency and blue color having high color difference sensitivity. Since the illumination light of these two colors is temporally dispersed and averaged to the two reflection type LVs 41a, the visibility can be improved to a numerical value of 1.67 times or more. However, depending on the type of video information, it may be more effective to always illuminate one of the B color or G color on one reflection type LV 41a.
[0073]
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a four-panel type image enlarging apparatus having four reflective LVs will be described.
As shown in FIG. 11, the image enlarging device 50 of the present embodiment includes four reflective LVs 51a and 51b as spatial light modulating means (reflective spatial light modulating means) between the condenser lens 8 and the projection lens. , 51c, 51d, four PBSs 52a, 52b, 52c, 52d and five active color-selective polarizers 53a, 53b, 53c, 53d, 53e.
In the present embodiment, the illumination light spectral means is realized by the PBSs 52a, 52b, 52c and the color-selective polarizing plates 53a, 53b, 53d.
[0074]
FIG. 12 is a time scale chart showing the operation of the illumination light incident on the four reflective LVs 51a, 51b, 51c, 51d. The horizontal axis is a time axis, and a main frame is constituted by four subframes. A subframe has a period of 1/60 second and a frame has a period of 1/15 second. The image information is input to the video enlarging apparatus for each frame, but is divided into sub-frame information by an electric calculation circuit having a calculation unit and a memory unit (not shown), and the reflection type LVs 51a, 51b, 51c, and 51d The illumination light is modulated in subframe units according to the information.
However, since the observation in the present embodiment has a long frame period and is likely to cause flicker, it is preferable to use a screen in a relatively dark room with reduced screen luminance. It is relatively easy and preferable to set the frame period to 1/4 or more and 1/60 second or less by designing the reflection type LVs 51a, 51b, 51c and 51d and designing the peripheral electric circuit.
[0075]
In the video enlarging device 50 of the present embodiment, one frame is composed of four subframes, so that one frame period is long. For this reason, it is preferable to reduce the screen brightness in a relatively dark room because it can suppress the occurrence of flicker. Each of the PBSs 52a, 52b, 52c, and 52d has a polarization plane that reflects P-polarized light (in the front and back directions in FIG. 11) and transmits S-polarized light (in a direction parallel to the paper plane in FIG. 11). The PBS 52d is a PBS for image light synthesis.
The color-selective polarizing plates 53a, 53b, 53c, 53d, and 53e are configured by combining a plurality of retardation plates and a liquid crystal cell, as described above, and according to the spectral characteristics of incident light. Selectively rotate polarized light in a specific wavelength region. This makes it possible to rotate the polarized light of a specific color among R, G, and Blue. The optical characteristics of the color-selective polarizing plates 53a, 53b, 53c, 53d, 53e can be periodically switched by controlling the polarization direction by a control circuit (not shown). In the present embodiment, the switching cycle of the color-selective polarizing plates 53a, 53b, 53c, 53d, 53e is set to 1/60 second.
[0076]
In such a configuration, the white illumination light including R, G, and B, which is obtained by homogenizing the light emitted from the high-pressure mercury lamp 2 and polarization-converted, enters the color-selective polarizing plate 53a.
The color-selective polarizing plate 53a selectively rotates the polarization of one color of the spectral illumination light from the incident illumination light from the S-polarized light to the P-polarized light, and transmits the polarized light to the PBS 52b. In the PBS 52b, of the incident illumination light, the spectral illumination light rotated to the P-polarized light enters the reflection type LV51a via the color selective polarizing plate 53d and the PBS 52c, and the color of the spectral illumination light is reflected by the reflection type LV51a. The light is modulated into image light according to, and is enlarged and projected on the screen 13 via the color-selective polarizing plate 53e, the PBS 51d, and the projection lens.
[0077]
On the other hand, the PBS 52b transmits the S-polarized spectral illumination light that is not polarization-rotated among the incident illumination light, and enters the color-selective polarizing plate 53b. The color-selective polarizing plate 53b rotates one polarized light of the incident spectral illumination light into P-polarized light, and then enters the PBS 52b. The PBS 52b reflects the P-polarized Spectral illumination light of the incident Spectral illumination light toward the reflective LV51b, and transmits the S-polarized Spolarized illumination light without polarization rotation toward the Reflective LV51c. The spectral illumination light incident on the reflection type LVs 51b and 51c is light-modulated by the corresponding reflection type LVs 51b and 51c into image light corresponding to the color of the spectral illumination light, and is incident on the color-selective polarizing plate 53c. The spectral illumination light incident on the color-selective polarizing plate 53c is rotated from S-polarized light to P-polarized light and is incident on the PBS 52d. The P-polarized light that has entered the PBS 52d is reflected by the polarization plane, and is enlarged and projected on the screen 13 via the projection lens 14.
[0078]
By switching the optical characteristics of the five color-selective polarizers 53a, 53b, 53c, 53d, and 53e as shown in FIG. 12 by the operation of the control circuit, the four reflective LVs 51a, 51b, 51c, and 51d are illuminated. The spectral illumination light can be periodically switched to each of R, G, and B colors. Here, the function of the color-selective polarizing plates 53a, 53b, 53c, 53d, 53e as spectral illumination light switch means is realized.
[0079]
As described above, by using the four-plate system, all the spectral illumination light separated into three components of R, G, and B can be light-modulated into image light and displayed in one subframe. It is possible to improve the efficiency and obtain a high-definition display image in which the luminance and the color development between the respective spectral illumination lights are made uniform without lowering the luminance of the specific color spectral illumination light.
[0080]
In FIG. 11, the color to be illuminated is changed for all of the four reflective LVs 51a, 51b, 51c, and 51d. At this time, the four reflective LVs 51a, 51b, 51c, and 51d are connected to each other. The mounting position is arranged such that the optical position is shifted in the horizontal direction and the vertical direction (vertical and horizontal directions) by １／ of a pixel with respect to the optical axis of the projection lens 14.
For this reason, the display in a frame unit can quadruple the effective number of pixels for all the colors of R, G, and B, and quadruple the high resolution by the quadruple number of pixels. Can be realized. Further, compared to the case of FIG. 5 of the second embodiment, by improving the light use efficiency, it is possible to perform brighter image display with good visibility.
[0081]
The polarization state shown in FIG. 11 corresponds to subframe 1 of frame 1 in FIG. At this time, the arrangement of the pixels at the four positions is most preferably arranged in a square, but may be a rectangle, a parallelogram, or a non-equilateral square. It is necessary to generate sub-frame video information according to each arrangement.
[0082]
FIG. 13 shows an example in which the reflection-type LVs 51a, 51b, 51c, and 51d shifted to the four positions at this time combine the time-division sub-frame display and display one high-resolution frame.
In FIG. 13, reference numeral 205 denotes the same pixel pitch in the vertical and horizontal directions, and reference numerals 204 and 206 denote amounts arranged in the horizontal and vertical directions, which are １／ of the pixel pitch.
[0083]
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an example of application to a two-panel image enlarging device having two transmission LVs will be described.
As shown in FIG. 14, the image enlargement device 60 of the present embodiment includes two transmission LVs 61a and 61b serving as spatial light modulators (transmission spatial light modulators) between the condenser lens 8 and the projection lens. , A PBS 62, an active color-selective polarizing plate 63, a polarizing beam splitter 64, and dielectric reflection mirrors 65a and 65b.
An illumination light dispersing unit is realized by the color-selective polarizing plate 63 and the polarization dispersing plate 64.
[0084]
The transmission LVs 61a and 61b are transmission LVs of a TN liquid crystal system using a high-temperature polysilicon TFT. The transmissive LVs 61a and 61b generate video light by optically modulating incident light in subframe units obtained by dividing a frame into two. The sub-frame period is set to 1/60 second, so that one frame period is set to 1/20 second (see FIG. 15).
The PBS 62 has a polarization plane that reflects P-polarized light (in the direction parallel to the paper surface in FIG. 14) and transmits S-polarized light (in a direction parallel to the paper surface in FIG. 14). The polarization beam splitter 64 reflects P-polarized light (in the front and back directions in FIG. 14) and transmits S-polarized light (in a direction parallel to the paper surface in FIG. 14).
[0085]
In such a configuration, the light emitted from the high-pressure mercury lamp 2 is homogenized, and the white illumination light including R, G, and B that has undergone polarization conversion is incident on the color-selective polarizing plate 63. The color-selective polarizing plate 63 selectively quenches (absorbs) one-color illumination light among the incident illumination light, and rotates one of the remaining two-color spectral illumination light to P-polarized light. The light passes through the color-selective polarizing plate 63 and enters the polarizing beam splitter 64. The polarization spectroscopy plate 64 reflects, among the incident spectral illumination light, the spectral illumination light rotated to P-polarization toward the transmission type LV 61a via the dielectric reflecting mirror 65b, and the S-polarized spectral illumination without polarization rotation. The light is transmitted toward the transmission type LV 61b via the dielectric reflection mirror 65a.
[0086]
The spectral illumination light incident on each of the transmission LVs 61a and 61b is light-modulated into image light corresponding to the color of the spectral illumination light by the corresponding transmission LV 61a and 61b when transmitting through each of the transmission LVs 61a and 61b. The image is enlarged and projected on the screen 13 through the PBS 62 and the projection lens 14.
[0087]
By periodically switching the light selectivity of the color-selective polarizing plate 63 as shown in FIG. 15, the spectral illumination light reflected by the polarization splitter 64 and the spectral illumination light transmitted by the polarization splitter 64 are periodically switched. And the spectral illumination light for illuminating the transmission LV61a and the transmission LV61b can be periodically switched to each of the R, G, and Blue colors. Here, the function of the color-selective polarizing plate 63 as a spectral illumination light switch means is realized.
By periodically switching the light selectivity of the color-selective polarizing plate 63, the spectral illumination light for illuminating the transmission LV61a and the transmission LV61b can be periodically switched to each of the R, G, and Blue colors. Therefore, the light use efficiency of the R and Blue image light obtained by the two transmission LVs 61a and 61b can be averaged between the two transmission LVs 61a and 61b.
[0088]
The two transmissive LVs 61a and 61b are arranged such that the assembling position is shifted from the optical axis of the projection lens 14 by の of the pixel. For this reason, even in the case of using a transmissive liquid crystal light valve, display in a frame unit can display R, G, and B of all colors with two pixels, doubling the effective number of pixels. And the resolution can be doubled. The polarization state shown in FIG. 14 corresponds to subframe 1 of frame 1 in FIG.
[0089]
As the active color-selective polarizing plate 63 that polarizes and separates the illumination light according to the color, even if a polymer dispersed liquid crystal (HPDLC) element having a holographic diffraction grating is used in multiple stages, two transmission LVs can be used. And all the illumination light can be irradiated periodically.
[0090]
Next, a seventh embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a three-panel image enlarging device having three transmission LVs will be described.
As shown in FIG. 16, the image enlarging device 70 of the present embodiment includes three transmissive LV 71a as spatial light modulating means (transmissive spatial light modulating means) between the condenser lens 8 and the projection lens 14, 71b, 71c, a composite function prism 72 as a spectral illumination light combining means, an active color-selective polarizing plate 73, a polarizing splitter 74, dielectric reflecting mirrors 75a, 75b, 75c, and a dichroic mirror 76. ing. The color-selective polarizing plate 73 and the polarizing beam splitter 74 realize an illumination light splitting unit.
[0091]
The transmissive LVs 71a, 71b, and 71c optically modulate incident light to generate video light in subframe units obtained by dividing a frame into two. Each sub-frame period is set to 1/60 second, so that the frame period is set to 1/30 second (see FIG. 17).
The composite function prism 72 has a dielectric multilayer film that reflects R light, transmits G light, and B on one diagonal plane, and includes a polarization splitting film that splits incident light by transmission / reflection according to the polarization direction. It is provided on the other diagonal surface, and has a function as a dichroic prism and a function as a PBS.
Thereby, the light incident on the multifunction prism 72 is emitted toward the projection lens 14.
[0092]
The color-selective polarizer 73 selectively transmits one of the three colors of R, G, and B illumination light without rotating the polarization, and transmits the illumination light including the remaining two colors. The polarized light is selectively rotated and transmitted. The optical characteristics of the color-selective polarizing plate 73 can be switched by control of a control circuit (not shown).
The dichroic mirror 76 transmits light in a specific wavelength region and reflects light in a region other than the specific wavelength region. In the present embodiment, the dichroic mirror 76 transmits the spectral illumination light of the R light.
In addition, a relay (not shown) is provided downstream of the dichroic mirror 76 to adjust an adjustment optical path length on the optical path of the illumination light transmitted through the dichroic mirror 76 so as not to cause a problem due to an optical path length difference between the three spectral illumination lights. A lens is provided.
[0093]
In such a configuration, the light emitted from the high-pressure mercury lamp 2 is homogenized, and the white illumination light including R, G, and B that has been polarization-converted is incident on the color-selective polarizing plate 73. The color-selective polarizing plate 73 selectively rotates the polarization of the two-color spectral illumination light from the incident illumination light from the S-polarized light to the P-polarized light and transmits the light. As a result, the illumination light transmitted through the color-selective polarizing plate 73 is polarized and separated by the polarization splitter 74, and the S-polarized spectral illumination light that is not rotated is incident on the transmission type LV 71c via the dielectric reflection mirror 75a. I do. The transmission type LV 71c modulates the incident S-polarized light into P-polarized image light corresponding to the color of the spectral illumination light and transmits the light.
[0094]
The illumination light reflected by the polarizing beam splitter 74 is reflected by the dichroic mirror 76 and is incident on the transmission type LV 71b toward the transmission type LV 71b, and is transmitted and transmitted to the transmission type LV 71a via the dielectric reflection mirrors 75b and 75c. It is split into incident spectral illumination light. The transmission type LVs 71a and 71b light-modulate each of the incident spectral illumination light into image light corresponding to the color of the spectral illumination light and transmit the image light.
The image light that has been transmitted through the transmission type LVs 71a, 71b, and 71c after being modulated is incident on the composite function prism 72, is composited by the composite function prism 72, and is enlarged and projected on the screen 13 via the projection lens 14. You.
[0095]
Here, the optical characteristics of the two color-selective polarizers 73 are switched as shown in FIG. 14 by the operation of the control circuit, so that the transmission characteristics of the spectral illumination light illuminating the three transmission-type LVs 71a, 71b, and 71c are transmitted. Spectral illumination light for illuminating the molds LV 71b and 71c can be alternately switched between two colors of G and Blue. Here, the function of the color-selective polarizing plate 73 as the spectral illumination light switch means is realized.
By switching the optical characteristics of the color-selective polarizing plate 73, the spectral illumination light for illuminating the transmission type LVs 71b and 71c can be alternately switched between the two colors G and B, so that the three transmission type LVs 71a and 71b can be switched. , 71c, the spectral illumination light of two colors of G and B among the image light of each color of R, G and B can be averaged between the two transmission type LVs 71b and 71c.
As described above, by using the three-plate system, all the spectral illumination light, which is separated into three light components of R, G, and B, can be light-modulated into image light and displayed in one subframe. Efficiency can be improved.
[0096]
The illumination color is changed for all of the three transmissive LVs 71a, 71b, 71c. At this time, the assembling position of the three transmissive LVs 71a, 71b, 71c is the same as that of the projection lens 14. The optical position is arranged so as to be shifted in the horizontal direction and the vertical direction (vertical and horizontal directions) by ２ of a pixel with respect to the optical axis.
Therefore, even when a transmissive liquid crystal light valve is used, the display in a frame unit can triple the effective number of pixels for all the colors of R, G, and B. With three times the number of pixels, three times higher resolution can be realized.
Further, compared to the case of FIG. 5 of the second embodiment, by improving the light use efficiency, it is possible to perform brighter image display with good visibility.
[0097]
The polarization state shown in FIG. 16 corresponds to subframe 1 of frame 1 in FIG. At this time, it is most preferable that the arrangement of the pixels at the three positions is one in which equilateral triangles are arranged in a close-packed manner, but it may be a right-angled triangle or a triangle having an unequal side. It is necessary to generate sub-frame video information according to each arrangement.
[0098]
Next, an eighth embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a two-panel type image enlargement device including two transmission LVs will be described.
As shown in FIG. 18, an image enlargement device 80 of the present embodiment includes two transmission-type LVs 81a and 81b as spatial light modulation means (transmission-type spatial light modulation means) between a condenser lens 8 and a projection lens 14. , A PBS 82, a color-selective polarizing plate 83, dielectric reflection mirrors 84a and 84b, color scroll elements 85a and 85b, and a two-color scroll source illumination light forming optical element 86.
An illumination light dispersing unit is realized by the color-selective polarizing plate 83 and the two-color scroll source illumination light forming optical element 86.
[0099]
The two-color scroll source illumination light forming optical element 86 has two polarizing beam splitters 87a and 87b and two color rotating polarizing plates 88a and 88b provided between the two polarizing beam splitters 87a and 87b. are doing. The two color rotating polarizers 88a and 88b are provided with polarization splitters 89a and 89b formed by a dielectric multilayer coating on the side facing the polarization splitters 87a and 87b.
Each of the color rotating polarizers 88a and 88b is formed by two color rotating polarizers formed of the same member and having optical characteristics different from each other, and has an effective diameter approximately twice as large as the original effective aperture. It has a caliber, has two types of regions that are bisected by the size of the original effective caliber, and is formed to be substantially coplanar. The optical characteristics of the two-color scroll source illumination light forming optical element 86 can be switched periodically under the control of a control circuit (not shown).
[0100]
The color scroll elements 85a and 85b have a prismatic shape, and are rotated in synchronization with the frame frequency of switching of the image light in sub-frame units by the transmission type LVs 81a and 81b. The color scroll elements 85a and 85b are arranged so that the position of the rotation center in the optical axis direction is equal to the center of the transmission type LVs 81a and 81b.
The color-selective polarizer selectively transmits one of the 83, R, G, and B illumination lights without rotating the polarized light, and selects one of the other colors. Then, the polarized light is rotated and transmitted, and the remaining one color of the illumination light is selectively extinguished.
Thereby, two colors of illumination light having different polarization directions can be obtained. Thereafter, illumination light for two-color scrolling is formed by the two-color scroll source illumination light forming optical element 51 including the polarization beam splitters 44a and 44b and the oblique incidence type color selective polarizing plate 45 sandwiched between the polarization beam splitters. I do.
[0101]
In such a configuration, the white illumination light including R, G, and B, which is obtained by equalizing and polarizing-converting the light emitted from the high-pressure mercury lamp 2, enters the color-selective polarizing plate 83. The color-selective polarizing plate 83 rotates the polarization direction of the R-color spectral illumination light of the incident white illumination light including R, G, and B by 45 degrees, and sets the S-polarized light in a direction perpendicular to the paper surface and the paper surface. And P-polarized light in the direction parallel to. Although not particularly shown, the G and B spectral illumination lights used for illumination in the same sub-frame are in a state where they are not subjected to polarization rotation by the color-selective polarizing plate 83.
[0102]
As a result, of the white illumination light composed of the R, G, and B lights incident on the polarization beam splitter 87a, Ｒ of the R color is reflected by the polarization beam splitter 87a, and the remaining Ｒ of the R color and G , B are transmitted.
The color rotation polarizing plate 88a rotates the polarization illumination light of the three colors R, G, and B transmitted through the polarization beam splitter 87a by 90 degrees.
The color rotation polarizing plate 88b selectively rotates only the R color of the illumination light of R, G, and B colors rotated by the color rotation polarizing plate 88a to be P-polarized light, Make it incident.
The polarization beam splitter 87b transmits the R-polarized illumination light of P-polarized light that has been rotated and reflected, and reflects the other two colors of G and B spectral illumination light that remains S-polarized. The two colors of illumination light reflected by the polarization beam splitter 87b again enter the color rotating polarizer 80b, and enter the color rotating polarizing plate 80a without being rotated.
[0103]
The color rotation polarizer 80a rotates only one of the two colors and transmits it, and then enters the polarization splitter 87a. In the present embodiment, the G illumination light is polarized and rotated, and the B illumination light remains as it is.
The polarization beam splitter 87a reflects the S-polarized B spectral illumination light of the incident spectral illumination light as it is, and transmits the G spectral illumination light that is P-polarized light. The reflected B spectral illumination light is rotated by the color rotating polarizer 80b to become P-polarized light, and transmits through the polarization spectral plate 87b. Note that the color rotating polarizer 80b on which the B spectral illumination light reflected by the polarization spectroscopy plate 87a enters does not need to periodically change the state of color selection. Alternatively, an active color-selective polarizer may be used to reduce leakage light.
[0104]
As a result, the white light including the R, G, and B lights is divided into four illumination lights, two for the R color and one for each of the G and B colors, and is divided into two transmission-type LVs 81a and 81b. The light enters in pairs. At this time, the image light of each color in the transmission type LVs 81a and 81b is incident on the transmission type LVs 81a and 81b in a state where they share an area within a single light modulation plane. Thereby, it is possible to irradiate two spectral illumination lights of different colors into a single light modulation surface.
That is, spectral illumination light of R and G colors can be incident on the transmission LV81a, and spectral illumination light of R and B colors can be incident on the transmission LV81b.
[0105]
Since the optical characteristics of the two-color scroll source illumination light forming optical element 86 can be arbitrarily changed, the optical characteristics of the two-color scroll source illumination light forming optical element 86 are switched as shown in FIG. As described above, the transmissive LVs 81a and 81b illuminated by the R / G and the B / R are switched to the B / R and the G / B, and are periodically switched to the G / B and the R / G. be able to. Here, a function as a two-color scroll source illumination light forming optical element 86 spectral illumination light switch means is realized.
[0106]
As a result, three colors of R, G, and B can always be used for display in spite of being a two-panel type, so that an image magnifying device with less flicker and high light use efficiency can be realized, and each transmission type LV81a, Since 81b is periodically illuminated by the three colors of R, G, and B spectral illumination light, each of the three colors of R, G, and Blue spectral illumination light is averaged between the two transmission-type LVs 81a, 81b. can do.
[0107]
The transmission LVs 81a and 81b shown in FIGS. 18 and 19 are arranged such that the mounting position is shifted from the optical axis of the projection lens 14 by の of the pixel. Therefore, in the display in frame units, R, G, and B of all colors can be displayed by two pixels, and the effective number of pixels can be doubled, and the resolution can be doubled. Further, unlike the case of FIG. 5 of the second embodiment, the light use efficiency can be increased while the number of LVs is the same.
[0108]
Further, by changing the combination state of the sub-frames over a plurality of frames, an image with less flicker can be obtained.
In the present embodiment, the illumination region of three colors of R, G, and B is divided into a plurality of blocks in units of blocks like a scroll. However, these regions need not be divided into equal areas, and two colors are formed. The area may be reduced. Further, the size of the illumination area in units of blocks may be in units of a plurality of or one scanning line, or may be in units of pixels.
[0109]
At this time, a prismatic scroll conversion element is inserted in the optical path to each of the transmission LVs 71a and 71b, and is rotated in synchronization with the frame frequency to scroll the transmission LVs 71a and 71b in the same direction. can do. It is preferable to perform scrolling with two prism-shaped optical blocks so that the center of each scroll is the center of the LV corresponding to the two colors.
An obliquely incident color-selective polarizing plate is easy to manufacture when the wavelength range is small, such as laser light, because the tolerance between the wavelength and the incident angle is relatively large. In the case of illumination light having R, G, and B colors having a wide wavelength range, it is preferable to optimize the illumination light so as not to reduce the color purity.
[0110]
Next, a ninth embodiment will be described with reference to FIG. The present embodiment is a modification of the application example to a two-plate image magnifying device having two transmission-type LVs, in which an oblique incidence color selection polarizing plate is not used.
As shown in FIG. 20, the image enlargement device 90 of the present embodiment is different from the image enlargement device shown in FIG. 18 in that an element is formed on a step instead of the two-color scroll source illumination light forming optical element 86. An original illumination light forming optical element 91 is provided, and other basic configurations are the same as those of the image enlargement device shown in FIG.
[0111]
The original illumination light forming optical element 91 includes two polarization splitters 97a and 97b, and a wide band half-wave plate 92a and 92b provided between the two polarization splitters 97a and 97b, as usual. Color selective polarizing plates 93a and 93b.
The function as illumination light dispersing means is realized by the color-selective polarizing plate 83 and the original illumination light forming optical element 91.
With such a configuration, the wavelength range of each of the R, G, and B colors can be made wider, and the NA of illumination can be made larger.
[0112]
Next, a tenth embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a three-panel image enlarging apparatus including three reflective LVs made of ferroelectric liquid crystal will be described.
As shown in FIG. 21, the basic configuration of the video enlargement device 100 of the present embodiment is the same as that of the video enlargement device 30 shown in FIG. The reflective LVs 101a, 101b, and 101c are made of surface-stabilized ferroelectric liquid crystal. In the present embodiment, illumination light spectral means is realized by the color selection polarizing plates 33a, 33b, 33c and the PBSs 102a, 102b, 102c.
[0113]
The image enlarging device 100 includes a color-selective polarizing plate 103 and an optical axis shift element 104 as an optical axis shift unit after the PBS 102d. Although it is a well-known technique, detailed illustration and explanation are omitted, but the optical axis shift element 104 is composed of two birefringent plates composed of two surface stabilized ferroelectric liquid crystal elements and lithium niobate. And shifts the optical path of the image light emitted from the color-selective polarizing plate 103.
In general, when spatial light modulation of spectral illumination light is performed using a plurality of reflective LVs composed of surface-stabilized ferroelectric liquid crystals, unlike a spatial light modulator using a nematic liquid crystal, a good display image is obtained. It is necessary to control the gap between the substrates to be 1 μm or less in order to obtain the above, but in practice, the light use efficiency among the reflective LVs 101a, 101b, 101c and the variation in the individual reflective LVs 101a, 101b, 101c The variation in the reflectance of each pixel within the light modulation plane is large, and it is very difficult to suppress the occurrence of luminance unevenness and color unevenness of a display image projected on a screen.
[0114]
On the other hand, by irradiating a plurality of illumination lights to the light valve using the plurality of ferroelectric liquid crystals of the present invention, it is possible to increase the sub-frame image information of the LV at a high sub-frame frequency in order to increase the resolution. Even when rewritten, high resolution is achieved without causing a reduction in resolution due to crosstalk of video between sub-frames due to a delay in the response speed of the spatial light modulator and a reduction in effective light utilization due to a non-display period during switching. , A bright image can be enlarged.
Further, by combining the optical axis shift element, the multiplication factor of the resolution can be controlled.
[0115]
In FIG. 21, in the case of a video that requires high resolution, by combining an optical axis shift of 画素 of the pixel pitch, it is possible to realize 12 times the resolution as 12 times the number of pixels. Further, in the case of an image that requires gradation and uniformity, the optical axis shift element functions to set the shift amount of each LV arrangement to 0 for a specific color, thereby achieving high resolution. Can be reduced.
For example, focusing only on G having high visibility, the optical axis is shifted such that the shift amount of the LV in which this color is displayed is always at a fixed position with respect to the optical axis of the projection lens 14, and By increasing the gradation by four times using the sub-frames, it is possible to perform a “smooth” gradation high-quality display. In this case, green G is most preferable, but R and B are also effective.
When the number of subframes is doubled or more, and preferably quadrupled, by using the optical axis shift element in this way, a higher frame speed than before is required, and this can be satisfied. Surface stabilized ferroelectric liquid crystals are more preferred.
[0116]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, there is provided an image projection apparatus which modulates illumination light into image light corresponding to image information by a spatial light modulator and displays the image light. At the same time as the spatial light modulation means is shifted to shift the arrangement of the spatial light modulation means to increase the resolution in a time division manner. Due to the effect of the position shift, a high-resolution image exceeding the number of pixels can be realized while using a low-resolution spatial light modulator having a small number of pixels, and a high-quality image can be obtained at low cost.
[0117]
According to the invention as set forth in any one of claims 2 to 12, light from a light source is separated into illumination light having R, G, and B spectral characteristics, and the light is separated by a plurality of spatial modulation means. On the other hand, the separation of the illumination light is switched so that the illumination light illuminated by the one spatial light modulator is not the illumination light having a specific spectral characteristic but the illumination light having a plurality of spectral characteristics. , And the optical positions of the plurality of spatial light modulating means with respect to, for example, the magnifying optical system are shifted by at least half of the unit pitch of the spatial light modulating means. Even though a small number of low-resolution spatial light modulators are used, a high-resolution image exceeding the number of pixels can be realized, and a high-quality image can be obtained at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an optical system of an entire image enlarging apparatus as an image projecting apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time scale chart showing an operation of illumination light incident on a reflection type LV in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing an arrangement state of a position shifted by Ｌ of a pixel in a reflective LV.
FIG. 4 is a diagram showing an arrangement state in a case where periodic display in sub-frame units within one frame is combined as one frame.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical system of an entire image magnifying device as an image projecting device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a time scale chart illustrating an operation of illumination light incident on a reflection type LV according to the second embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical system of an entire image enlarging device as an image projecting device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a time scale chart showing an operation of illumination light incident on a reflection type LV in a third embodiment.
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical system of an entire image enlarging device as an image projecting device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a time scale chart showing an operation of illumination light incident on a reflection type LV in a fourth embodiment.
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical system of an entire image enlarging device as an image projecting device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a time scale chart showing an operation of illumination light incident on a reflection type LV in a fifth embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing a state in which time-division sub-frame displays are combined and displayed in one high-resolution frame by reflective LVs shifted and arranged at four positions.
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical system of an entire image enlarging device as an image projecting device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a time scale chart showing an operation of illumination light incident on a reflection type LV in a sixth embodiment.
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical system of an entire image enlarging device as an image projecting device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a time scale chart illustrating an operation of illumination light incident on a reflection type LV according to a seventh embodiment.
FIG. 18 is a schematic diagram showing a configuration of an optical system of an entire image enlarging device as an image projecting device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a time scale chart showing an operation of illumination light incident on a reflection type LV in the eighth embodiment.
FIG. 20 is a schematic diagram showing a configuration of an optical system of an entire image enlarging device as an image projecting device according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical system of an entire image enlarging device as an image projecting device according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a schematic diagram showing a configuration of an optical system in a conventional display device.
FIG. 23 is a diagram illustrating a relationship among a light amount, a time, and a luminance amount in the optical system illustrated in FIG. 22;
FIG. 24 is a schematic diagram showing a configuration of an optical system of a conventional projection display system.
[Explanation of symbols]
1 Image enlargement device as image projection device
2,3 illumination optical means
10 Dichroic prism as illumination light spectral means
11 Rotary stage as spectral illumination light switch means
12a, 12b, 12c Reflective LV as spatial light modulating means
14. Projection lens as projection means
23 Color-selective polarizing plate as switch for spectral illumination light
51a, 51b, 51c Transmission type LV as spatial light modulation means

Claims

In a video projection device that optically modulates illumination light into video light according to video information by a spatial light modulator and displays the video light,
An image projection apparatus, wherein the resolution is improved in a time-division manner by simultaneously changing the spectral illumination light incident on the spatial light modulating means and shifting the arrangement of the spatial light modulating means.

Illumination optical means for emitting illumination light; illumination light spectral means for spectrally dividing the illumination light emitted by the illumination optical means into a plurality of spectral illumination lights according to spectral characteristics; A spatial light modulating means for optically modulating the corresponding image light, and an image projecting device having a projecting means for projecting the image light light-modulated by the spatial light modulating means,
A plurality of the spatial light modulating means are provided, and a position of each of a set of spatial light modulating means including two or more spatial light modulating means with respect to the optical axis of the projecting means is the spatial light modulating means. Assuming that the minimum unit pitch of the modulating means is p, the spatial position of the spatial light modulating means is substantially {(1/2 + n) × p} (where n is an integer of 0 or more) by an optical distance. It is arranged at a shifted position, and a set of two or more of the plurality of spectral illumination lights is made incident on the one set of spatial light modulators, and the one set of spectral illumination lights is An image projection apparatus, comprising: a spectral illumination light switch means for periodically entering each of the spatial light modulation means of the set of spatial light modulation means.

The image projection device according to claim 2,
Sub-frame video information generating means for generating a plurality of sub-frame video information by spatially dividing the video information consisting of the frames corresponding to the shifted arrangement of the set of spatial light modulating means; An image projection apparatus comprising: a sub-frame image information output unit that outputs image information to the spatial light modulation unit in a time-division manner in synchronization with the spectral illumination light switch unit.

The video projection device according to claim 2 or 3,
The spatial light modulating means is a reflection type spatial light modulating means, and the number of one set of spectral illuminating light having a plurality of different spectral characteristics separated by the illuminating light spectral means is three or more, and the one set Wherein the number of spatial modulation means is two.

The video projection device according to claim 2 or 3,
The spatial light modulating means is a reflection type spatial light modulating means, and the number of a set of spectral illuminating lights having a plurality of different spectral characteristics separated by the illuminating light spectral means is three or more; An image projection device, wherein the number of spatial modulation means is three.

The video projection device according to claim 2 or 3,
The spatial light modulating means is a reflective spatial light modulating means, and the number of one set of spectral illuminating lights having a plurality of different spectral characteristics separated by the illuminating light spectral means is three or more, and one set of The number of the spatial light modulating means is three, and the spectral illuminating light reflected by the spatial light modulating means and the spectral illuminating light not reflected by the original spatial light modulating means are separated after being separated. An image projection apparatus, comprising: a spectral illumination light synthesizing unit that synthesizes illumination light.

The video projection device according to claim 2 or 3,
The spatial light modulating means is a reflective spatial light modulating means, and the number of one set of spectral illuminating lights having a plurality of different spectral characteristics separated by the illuminating light spectral means is three or more, and one set of An image projection device comprising four spatial modulation means.

The video projection device according to claim 2 or 3,
The spatial light modulating means is a transmissive spatial light modulating means, and the number of one set of spectral illuminating light having a plurality of different spectral characteristics separated by the illuminating light spectral means is three or more, and one set of An image projection device comprising two spatial modulation means.

The video projection device according to claim 2 or 3,
The spatial light modulating means is a transmissive spatial light modulating means, and the number of one set of spectral illuminating lights having a plurality of different spectral characteristics separated by the illuminating light spectral means is three or more, and one set of An image projection device comprising three spatial modulation means.

The image projection device according to any one of claims 2 to 9,
The number of one set of spectral illumination light having a plurality of spectral characteristics separated by the illumination light spectral means is four or more, the number of one set of spatial light modulation means is two or more, and different spectral An image projection apparatus, wherein there are three or more types of spectral illumination light having characteristics, and at least two or more of the three types of spectral illumination are made incident on the same spatial light modulator.

The image projection device according to any one of claims 1 to 10,
An image projection apparatus, wherein the spatial light modulator is a spatial light modulator using a ferroelectric liquid crystal.

The image projection device according to any one of claims 2 to 10,
An image projection apparatus, comprising: an optical axis shift means for shifting an optical axis between the spatial light modulation element and the projection means.