JP2004205917A

JP2004205917A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP2004205917A
Application number: JP2002376655A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Shigeta; 正信茂田
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】「フィールドシーケンシャル表示方式」の投射型表示装置において、光源の光利用率を改善し、いわゆる「色割れ現象」を改善し、構成を簡素化し製造コストを低廉化し、かつ、高精細な画像表示を行えるようにする。
【解決手段】白色光を発する光源１と、この光源１より発せられた光から特定の色成分を選択する色選択フィルタ５と、この色選択フィルタ５を経た光を偏光状態に応じて分離させるワイヤグリッド６と、このワイヤグリッド６により分離された光がそれぞれ入射する第１及び第２の表示パネル９，１４と、これら第１及び第２の表示パネル９，１４を経た光を合成する偏光ビームスプリッタ１０と、この偏光ビームスプリッタ１０により合成された光を投射する投射レンズ１５とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像信号に応じて空間変調された光をスクリーンに投射して画像表示を行う投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示パネルの如き空間光変調素子を用いて投射光を画像信号に応じて空間変調し、この投射光をスクリーンに投射して画像表示を行う投射型表示装置が提案されている。
【０００３】
このような投射型表示装置としては、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の各原色成分に対応した３枚の空間光変調素子を備えて構成されたいわゆる「３板方式」のものが提案されている。
【０００４】
また、このような投射型表示装置として、図６に示すように、１枚の空間光変調素子（表示デバイス）１０１により、各原色成分を時分割して表示することによりカラー表示を実現したいわゆる「フィールドシーケンシャル表示方式」のものが提案されている。
【０００５】
このような投射型表示装置においては、白色光を発する光源１０２から発せられた光は、放物面鏡１０３により反射され集光レンズ１０４を経て集光され、ライトパイプ１０５に導かれて、カラーホイール１０６の色フィルタ部に入射される。このカラーホイール１０６は、中心軸回りに回転操作可能な円盤状に構成され、この円盤の周縁側に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の色フィルタ部を有している。このカラーホイール１０６の色フィルタ部を透過した光は、ミラー１０７、リレーレンズ１０８を経て、全反射プリズム１０９に入射する。
【０００６】
全反射プリズム１０９に入射した光は、この全反射プリズム１０９内の反射面１０９ａにより反射されてこの全反射プリズム１０９より出射し、空間光変調素子１０１に入射する。空間光変調素子１０１に入射した光は、この空間光変調素子１０１により強度変調を受けて反射され、全反射プリズム１０９を透過して投射レンズ（プロジェクションレンズ）１１０に入射する。そして、投射レンズ１１０に入射した光は、スクリーン１１１に投射されて、画像を表示する。
【０００７】
この投射型表示装置においては、カラーホイール１０６が所定の周期で回転操作され、光源１０２からの光は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のいずれかの色フィルタ部を時分割的に透過することとなる。そして、空間光変調素子１０１は、光源１０２からの光が赤色（Ｒ）の色フィルタ部を透過しているときには、表示画像の赤色成分に相当する光変調を行い、光源１０２からの光が緑色（Ｇ）の色フィルタ部を透過しているときには、表示画像の緑色成分に相当する光変調を行い、光源１０２からの光が青色（Ｂ）の色フィルタ部を透過しているときには、表示画像の青色成分に相当する光変調を行う。このようにして、スクリーン１１１上にカラー画像が表示される。
【０００８】
このような「フィールドシーケンシャル表示方式」の投射型表示装置は、用いている空間変調素子が１枚であり、また、この空間変調素子の像を投射するための光学系の構成を簡素化できるため、小型、軽量、かつ、安価な装置として構成することができる。
【０００９】
また、このような「フィールドシーケンシャル表示方式」においては、各原色成分に対応する画素を１枚のパネル上に平面的に集積する場合に比べて、表示画像の画素数を３倍にできるという利点がある。
【００１０】
なお、この投射型表示装置においては、光源１０２から発せられた光は、カラーホイールの色フィルタ部において、二原色に相当する２／３がカットされるため、光利用率は、一の原色に相当する１／３以下となる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２４１９１６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような投射型表示装置においては、光源としては、キセノンランプや超高圧水銀（UHP）ランプなど、白色光を発するものが一般的に用いられている。しかし、白色光源を用いた「フィールドシーケンシャル表示方式」においては、色フィルタにより、使用しない二原色に相当する光を吸収し、いわば捨ててしまうので、光利用率が低いという問題がある。この場合の光利用率は、原理的には、「３板方式」の１／３以下となる。このような光利用率の低さは、特に、大画面表示を行う投射型表示装置においては、重大な問題である。
【００１３】
また、「フィールドシーケンシャル表示方式」においては、瞬きをしたときなどに、白色の部分にいずれかの原色が見えてしまうといういわゆる「色割れ現象」が問題となる。
【００１４】
この「色割れ現象」を解消するには、表示画像のフレーム周波数を高くすればよい。しかし、フレーム周波数は、空間光変調素子の応答速度により制限される。しかも、この「色割れ現象」は、フレーム周波数を、例えば、３００Ｈｚ以上の周波数としても、瞬きのタイミングがフレームの切替時に合うと見えてしまう。そのため、このような「色割れ現象」は、「フィールドシーケンシャル表示方式」においては、解決できない宿命であると考えられていた。
【００１５】
ところで、投射型表示装置に用いられる空間光変調素子としては、変調物質に液晶を用いた液晶表示デバイスや、マイクロミラーを用いた「ＤＭＤ」（マイクロミラーデバイス）が知られている。
【００１６】
液晶表示デバイスは、すでに長い実績があり、比較的容易に製造できるという利点がある。また、液晶表示デバイスは、パネル面を大きくすれば、高精細化（高解像度化）が可能である。解像度（表示画素数）は表示装置の重要な性能の一つである。
【００１７】
しかし、液晶表示デバイスは、応答速度が遅く、「フィールドシーケンシャル表示方式」にそのまま用いるには十分な性能とはいえない。また、液晶表示デバイスに入射させる光は、必ず偏光光でなければならず、偏光ロスや複屈折によるコントラスト比の低下や、表示画像内の照度（濃度）ムラという問題がある。さらに、液晶表示デバイスを用いることには、光学系を含めてコストが高くなるという問題がある。
【００１８】
比較的応答速度が速く高精細化にも有利な液晶デバイスとして、反射型液晶デバイスが知られている。しかし、この反射型液晶デバイスを用いる場合には、光学系の構成が複雑になり、また、この光学系に含まれる偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の分光特性や光学材料の複屈折により、表示画像の特性が左右されるという問題がある。
【００１９】
一方、「ＤＭＤ」は、画素に相当するマイクロミラーの方向を個々に変えることにより入射光を直接強度変調する素子であり、入射光を偏光光とする必要がなく、応答速度も十分に速い。そのため、この「ＤＭＤ」は、「フィールドシーケンシャル表示方式」に用いる空間光変調素子として最適のものである。
【００２０】
しかし、この「ＤＭＤ」は、製造が困難であり、特に、高精細化が難しいという問題がある。現状で生産可能な「ＤＭＤ」を用いて、投射型表示装置における表示画像の解像度を２倍に上げる構成としては、図７に示すように、例えば４台の投射型表示装置１１２を設置し、それぞれの投射型表示装置１１２により表示画像を４分割した画像を表示させて、これら各画像をスクリーン１１１上でつなぎ合わせるという構成が考えられる。
【００２１】
このような構成においては、装置の大きさや価格が１台の投射型表示装置１１２の約４倍になるだけでなく、４台の投射型表示装置１１２の表示特性を揃えることや、各画像間のつなぎ目を目立たなくするといった調整が困難であり、経時変化に対応させるのも容易ではない。
【００２２】
なお、表示画像を高精細化するための構成としては、特開２０００−２４１９１６号公報に開示されているように、同一の表示画像について２以上の画像を用意し、これらを互いに画素をずらして重ねて表示するという構成が考えられる。しかし、この場合には、空間光変調素子の数が多くなるため、製造コストの上昇以外にも、空間光変調素子相互の空間的位置の調整が困難であるという問題がある。
【００２３】
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、光源の光利用率が改善されるとともに、「フィールドシーケンシャル表示方式」の欠点でもあるいわゆる「色割れ現象」が改善されながらも、構成が簡素化され製造コストが低廉化され、かつ、高精細（高解像度）な画像表示を行うことができる投射型表示装置を提供しようとするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る投射型表示装置は、白色光源と、前記光源から発した光から特定の色成分を時分割的に択一するとともに、前記択一した色成分の光を第１及び第２の偏光状態に分離する偏光分離手段と、前記偏光分離手段によって分離された第１及び第２の偏光光がそれぞれ入射する第１及び第２の空間光変調素子と、前記第１及び第２の空間光変調素子でそれぞれ光変調された光を合成する光合成手段と、前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを備えている。
【００２５】
本発明に係る投射型表示装置は、白色光源と、前記光源より発した光を第１の偏光成分にする第１の偏光変換手段と、前記第１の偏光変換手段を経た光から特定の色成分の第１の偏光状態を第２の偏光状態として出力する第２の偏光変換手段と、前記第１及び第２の偏光変換手段を経た光を第１及び第２の偏光状態によって分離する偏光分離手段と、前記偏光分離手段により分離された光がそれぞれ入射する第１及び第２の空間光変調素子と、前記第１及び第２の空間光変調素子でそれぞれ光変調された光を合成する光合成手段と、前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを備えていることが好ましい。
【００２６】
前記第１及び第２の空間光変調素子はマトリックス状の複数の画素で構成されており、前記第１の空間変調素子に対して前記第２の空間光変調素子の位置を調整する位置調整手段によって、投射画像に画素ずらしを生ぜしめることが好ましい。
【００２７】
第１及び第２の空間光変調素子を用いていることにより、これら空間光変調素子として「ＤＭＤ」（マイクロミラーデバイス）を用いた場合においても、構成を複雑化することなく、高精細（高解像度）な画像表示を行うことが可能となる。また、第１及び第２の空間光変調素子を経た光を合成する光合成手段を用いていることにより、スクリーン上において画像の合成をする必要がなく、装置の設置、調整が容易となる。
【００２８】
色選択手段及び分離手段が光源より発せられた光から特定の色成分を選択して分離させ、分離された光がそれぞれ第１及び第２の空間光変調素子に入射するので、光源の光利用率が改善されるとともに、「フィールドシーケンシャル表示方式」の欠点でもあるいわゆる「色割れ現象」が改善される。また、高精細（高解像度）な画像表示を行うことが可能となるとともに、スクリーン上において画像の合成をする必要がなく、装置の設置、調整が容易となる。
【００２９】
前記第１及び第２の空間光変調素子は、前記投射手段により投射されるこれら各空間光変調素子の画像において、この画像を構成する画素が斜め４５°方向に半画素ピッチ分ずれる位置に配置されていることであることが好ましい。
【００３０】
第１及び第２の空間光変調素子により表示される画像の画素が斜め４５°方向に半画素ピッチ分ずれるようになっているので、高精細（高解像度）な画像表示を行うことができることが好ましい。
【００３１】
前記第１及び第２の空間光変調素子の少なくとも一方は、移動機構によって支持され、光入射面に平行な方向について、少なくとも半画素ピッチ分移動可能となされていることであることが好ましい。
【００３２】
第１及び第２の空間光変調素子により表示される画像の画素が斜め４５°方向に半画素ピッチ分ずれている状態を容易に達成、維持することができ、高精細（高解像度）な画像表示を行うことができる状態を容易に維持することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００３４】
〔第１の実施の形態〕
本発明に係る投射型表示装置は、図１に示すように、光源１を有している。この光源１は、キセノンランプや超高圧水銀（UHP）ランプなど、白色光を発するものを用いることができるが、分光成分が均一な白色光でなくとも、少なくとも赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の成分を含む光を発するものであればよい。
【００３５】
この光源１から発せられた光は、放物面鏡２により反射され集光レンズ３を経て集光され、ライトパイプ４に導かれて、カラーホイール５の色フィルタ部に入射される。このカラーホイール５は、中心軸回りに回転操作可能な円盤状に構成され、この円盤の周縁側に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の色フィルタ部を有している。赤色の色フィルタ部は、赤色成分を透過させ、緑色及び青色成分を吸収する。緑色の色フィルタ部は、緑色成分を透過させ、青色及び赤色成分を吸収する。青色の色フィルタ部は、青色成分を透過させ、赤色及び緑色成分を吸収する。このカラーホイール５の色フィルタ部を透過した光は、ワイヤグリッド型ＰＢＳ６に入射される。
【００３６】
このワイヤグリッド型ＰＢＳ６は、入射光のうちのＰ偏光成分及びＳ偏光成分のいずれか一方を反射し、他方を透過させる。ワイヤグリッド型ＰＢＳ６がＰ偏光成分及びＳ偏光成分のいずれを反射するかは、このワイヤグリッド型ＰＢＳ６の光軸に対する傾斜方向を基準とした設置のしかた（グリッドの方向）によって決まる。この実施の形態においては、ワイヤグリッド型ＰＢＳ６の入射光のうちのＰ偏光成分がこのワイヤグリッド型ＰＢＳ６によって反射され、Ｓ偏光成分がこのワイヤグリッド型ＰＢＳ６を透過する。
【００３７】
ワイヤグリッド型ＰＢＳ６において反射されたＰ偏光成分は、リレーレンズ７を経て、全反射プリズム８に入射する。全反射プリズム８に入射した光は、この全反射プリズム８内の反射面８ａにより反射されてこの全反射プリズム８より出射し、第１の空間光変調素子９に入射する。この第１の空間光変調素子９に入射した光は、この第１の空間光変調素子９により強度変調を受けて反射され、全反射プリズム８を透過して、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０に入射する。
【００３８】
第１の空間光変調素子９は、いわゆる「ＤＭＤ」であって、画素に相当する多数のマイクロミラーを有して構成されている。この「ＤＭＤ」においては、表示画像に応じて、各マイクロミラーの方向を個々に変えることにより、入射光を直接強度変調する。「ＤＭＤ」への入射光は偏光光である必要はなく、応答速度は十分に速い。
【００３９】
第１の空間光変調素子９から偏光ビームスプリッタ１０に入射した光は、この偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対してＰ偏光となっており、この反射面を透過する。
【００４０】
一方、ワイヤグリッド型ＰＢＳ６を透過したＳ偏光成分は、ミラー１１及びリレーレンズ１２を経て、全反射プリズム１３に入射する。全反射プリズム１３に入射した光は、この全反射プリズム１３内の反射面１３ａにより反射されてこの全反射プリズム１３より出射し、第２の空間光変調素子１４に入射する。この第２の空間光変調素子１４に入射した光は、この第２の空間光変調素子１４により強度変調を受けて反射され、全反射プリズム１３を透過して、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０に入射する。第２の空間光変調素子１４も、第１の空間光変調素子９と同様に、いわゆる「ＤＭＤ」である。
【００４１】
第２の空間光変調素子１４から偏光ビームスプリッタ１０に入射した光は、この偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対してＳ偏光となっており、この反射面によって反射される。
【００４２】
したがって、この偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａにおいて、第１の空間光変調素子９からの光と第２の空間光変調素子１４からの光とが合成される。このようにして偏光ビームスプリッタ１０において合成された光は、この偏光ビームスプリッタ１０より出射されて、投射レンズ（プロジェクションレンズ）１５に入射する。そして、投射レンズ１５に入射した光は、スクリーン１６に投射されて、画像を表示する。
【００４３】
この投射型表示装置は、いわゆる「フィールドシーケンシャル表示方式」の表示装置であって、カラーホイール５が所定の周期で回転操作され、光源１からの光は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のいずれかの色フィルタ部を時分割的に透過することとなる。そして、第１及び第２の空間光変調素子９，１４は、光源１からの光が赤色（Ｒ）の色フィルタ部を透過しているときには、表示画像の赤色成分に相当する光変調を行い、光源１からの光が緑色（Ｇ）の色フィルタ部を透過しているときには、表示画像の緑色成分に相当する光変調を行い、光源１からの光が青色（Ｂ）の色フィルタ部を透過しているときには、表示画像の青色成分に相当する光変調を行う。このようにして、スクリーン１６上にカラー画像が表示される。
【００４４】
ところで、この投射型表示装置においては、第１及び第２の空間変調素子９，１４は、それぞれが表示する画像がスクリーン１６上で所定の精度で重なり合うように位置決めされて固定されている。ここで、この投射型表示装置における第１及び第２の空間変調素子９，１４を位置決めして固定する構成について説明する。
【００４５】
一方の空間変調素子、この実施の形態においては第１の空間変調素子９は、光学ステージに固定して配設されている。他方の空間変調素子、この実施の形態においては第２の空間変調素子１４は、図２に示すように、図示しない光学ステージ上に固定して配設されたフレーム１７内に移動可能に支持されたパネルホルダ１８に装着されている。このパネルホルダ１８は、フレーム１７内において、パネル面（表示面）の一側縁部及び下縁部を、フレーム１７に取付けられた押しバネ１９，２０によって押圧支持されるとともに、パネル面の他側縁部及び上縁部を、フレーム１７に取付けられたステッピングモータ２１，２２のスクリュー軸２１ａ，２２ａの先端部によって支持されている。ステッピングモータ２１，２２のスクリュー軸２１ａ，２２ａは、各ステッピングモータ２１，２２が駆動することにより、フレーム１７内において、パネルホルダ１８に対する進退方向に移動操作されるようになっている。
【００４６】
すなわち、このフレーム１７においては、各ステッピングモータ２１，２２の駆動により第２の空間変調素子１４を光学ステージに対して移動操作するアクチュエータが構成されている。各ステッピングモータ２１，２２が駆動されると、パネルホルダ１８は、Ｘ方向（図２中横方向）についてステッピングモータ２１のスクリュー軸２１ａと押しバネ１９とに挟まれ、また、Ｙ方向（図２中縦方向）についてもステッピングモータ２２のスクリュー軸２２ａと押しバネ２０とに挟まれた状態で、Ｘ方向及び／又はＹ方向に移動操作される。
【００４７】
なお、図２においては、Ｘ方向、Ｙ方向ともに、それぞれ２個のステッピングモータを設けた構成を示している。これら２個のステッピングモータを個別に駆動することにより、ローテーション、すなわち、パネル面に垂直な軸を中心とする回転（傾き）調整も可能である。
【００４８】
実際の作製においては、まず、フレーム１７について、第２の空間変調素子１４による画像表示をしながら位置を合わせをし、光学ステージに対して半田付け等により固定する。このときの位置合わせは、他方の空間変調素子（第１の空間変調素子９）の画素に対して正確に合わせる必要がないが、１画素ピッチ以内のずれに収めるのが好ましい。
【００４９】
そして、この投射型表示装置において、各空間光変調素子９，１４に対して入力される画像信号は、表示されるべき元画像の解像度の１／２の解像度に間引かれた画像を表示する信号となっている。各空間光変調素子９，１４に入力される画像信号は、互いに補完して元画像を構成するものとなっている。すなわち、元画像の画像信号について、行と列とのそれぞれの情報が交互に振り分けられて各空間光変調素子９，１４に供給される。例えば、第１の空間光変調素子９には、元画像の第１行、第３行、第５行・・・（奇数行）の第１列、第３列、第５列・・・（奇数列）の情報が供給され、第２の空間光変調素子１４には、元画像の第２行、第４行、第６行・・・（偶数行）の第２列、第４列、第６列・・・（偶数列）の情報が供給されることになる。
【００５０】
これら各空間光変調素子９，１４によって表示される画像は、偏光ビームスプリッタ１０において合成されることにより互いに補完し、投射レンズ１５を介して、スクリーン１６上に元画像を表示する。
【００５１】
なお、この投射型表示装置において、空間光変調素子９，１４の取り付け精度が十分でないと、実際に投影した画像において、所定の解像度が出ない場合がある。例えば、空間光変調素子９，１４における画素ピッチが１３．８μｍである場合、元画像の画素ピッチは６．９μｍである。したがって、一方の空間光変調素子が所定の位置より６．９μｍ（空間光変調素子における画素ピッチの半ピッチ分）縦、または、横にずれると、解像度を向上させる効果は、原理的にも全く無くなってしまう。実際には、所定位置からのずれが３μｍ以下である位置精度が確保されていれば、解像度を向上させる効果がある。
【００５２】
この実施の形態においては、表示装置内の温度が安定した状態で、例えば、図３に示すように、空間光変調素子の画素に対応した所定のパターンＡを表示する画像信号を各空間光変調素子９，１４に供給し、この画像信号に基づく画像をスクリーン１６に表示させ、この画像を見ながらアクチュエータを駆動して調整する。すなわち、一方の空間光変調素子によって表示されるパターンＡと他方の空間光変調素子によって表示されるパターンＡ´とが、空間光変調素子の半画素分ずれるように、空間光変調素子の位置を調整する。
【００５３】
空間変調素子の位置は、温度変化によってもずれが生じる。しかし、空間変調素子を支持する部材の材質や、固定方法を適宜工夫することにより、空間変調素子の位置精度を数μｍ程度以内に抑えることは可能である。この場合、定常状態で一旦調整されていれば、実用上間題がない。
【００５４】
経時変化や衡撃により、空間光変調素子の位置がずれた場合には、再調整が必要となる。この投射型表示装置においては、少なくとも一方の空間光変調素子がアクチュエータによって移動可能に支持されているので、容易に位置の調整、修正が可能であり、常に最高の解像度を維持できるようになっている。
【００５５】
〔第２の実施の形態〕
図４により、本発明に係る投射型表示装置の第２の実施の形態を示す。
【００５６】
この投射型表示装置においては、光源１から発せられた光は、放物面鏡２により反射され集光レンズ３を経て集光され、偏光変換素子２３により所定の一方向の偏光光となされてから、色分離素子２４に入射する。
【００５７】
偏光変換素子２３は、偏光分離プリズムアレイと、λ／２位相差板とを有して、全体として平板状に構成されている。すなわち、この偏光変換素子２３に表面側より入射した光は、まず、偏光分離プリズムアレイにおいて、この偏光分離プリズムアレイが有する偏光ビームスプリッタ膜面により、この偏光ビームスプリッタ膜面に対するＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。偏光ビームスプリッタ膜面は、偏光変換素子２３において、平行なストライプ状に複数設けられており、それぞれが偏光変換素子２３の主面に対して４５°の傾斜を有している。この偏光ビームスプリッタ膜面において、Ｐ偏光成分は透過して偏光変換素子２３の裏面側に出射され、Ｓ偏光成分は反射される。一の偏光ビームスプリッタ膜面によって反射されたＳ偏光成分は、光路を９０°曲げられ、隣接する他の偏光ビームスプリッタ膜面によって再び反射されて光路を９０°曲げられて、偏光変換素子２３の裏面側に出射される。そして、このようなＳ偏光成分が出射される領域には、λ／２位相差板が設けられている。このλ／２位相差板を透過したＳ偏光成分は、偏光方向を９０°回転され、偏光ビームスプリッタ膜面を透過したＰ偏光成分と同一の偏光方向となされる。
【００５８】
このようにして、偏光変換素子２３を透過した光は、所定の一方向の偏光光となされている。
【００５９】
そして、色分離素子２４は、分離したい原色成分の偏光軸を入射光束の偏光軸に対して直交する方向に変換する機能を有している。すなわち、この色分離素子２４は、入射光のうちの一の原色成分と他の一の原色成分とを、互いに直交する偏光方向の光として透過させることができる。また、この色分離素子２４においては、所定の電圧をかけることにより、偏光方向を変えて透過させる原色成分及び偏光方向を変えずに透過させる原色成分を選ぶことができる。
【００６０】
このような色分離素子は、位相差板を積層することで構成することができる。このような色分離素子については、例えば、「ＳｌＤ９９ダイジェスト（１０７２頁乃至１０７５頁）」に報告されており、また、例えば、カラーリンク（Color Link）社から「カラーセレクト（Color Select）」（商品名）として販売されているものは、このような色分離素子である。
【００６１】
色分離素子２４からの出射光は、ワイヤグリッド型ＰＢＳ６に入射される。このワイヤグリッド型ＰＢＳ６は、上述したように、入射光のうちのＰ偏光成分及びＳ偏光成分のいずれか一方を反射し、他方を透過させる。この実施の形態においては、ワイヤグリッド型ＰＢＳ６の入射光のうちのＰ偏光成分がこのワイヤグリッド型ＰＢＳ６によって反射され、Ｓ偏光成分がこのワイヤグリッド型ＰＢＳ６を透過する。
【００６２】
色分離素子２４からの出射光は、一の原色成分の偏光方向と他の一の原色成分の偏光方向とが互いに直交する状態となっているので、ワイヤグリッド型ＰＢＳ６においては、一の原色成分が反射（または、透過）され、他の一の原色成分が透過（または、反射）される。
【００６３】
ワイヤグリッド型ＰＢＳ６において反射されたＰ偏光成分である一の原色成分は、リレーレンズ７を経て、全反射プリズム８に入射する。全反射プリズム８に入射した光は、この全反射プリズム８内の反射面８ａにより反射されてこの全反射プリズム８より出射し、第１の空間光変調素子９に入射する。この第１の空間光変調素子９に入射した光は、この第１の空間光変調素子９により強度変調を受けて反射され、全反射プリズム８を透過して、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０に入射する。第１の空間光変調素子９は、上述したように、いわゆる「ＤＭＤ」である。
【００６４】
第１の空間光変調素子９から偏光ビームスプリッタ１０に入射した光は、この偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対してＰ偏光となっており、この反射面を透過する。
【００６５】
一方、ワイヤグリッド型ＰＢＳ６を透過したＳ偏光成分である他の一の原色成分は、ミラー１１及びリレーレンズ１２を経て、全反射プリズム１３に入射する。全反射プリズム１３に入射した光は、この全反射プリズム１３内の反射面１３ａにより反射されてこの全反射プリズム１３より出射し、第２の空間光変調素子１４に入射する。この第２の空間光変調素子１４に入射した光は、この第２の空間光変調素子１４により強度変調を受けて反射され、全反射プリズム１３を透過して、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０に入射する。第２の空間光変調素子１４も、第１の空間光変調素子９と同様に、いわゆる「ＤＭＤ」である。
【００６６】
第２の空間光変調素子１４から偏光ビームスプリッタ１０に入射した光は、この偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対してＳ偏光となっており、この反射面によって反射される。
【００６７】
このようにして、偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａにおいて、第１の空間光変調素子９からの光と第２の空間光変調素子１４からの光とが合成される。偏光ビームスプリッタ１０において合成された光は、この偏光ビームスプリッタ１０より出射され、投射レンズ１５によりスクリーン１６に投射され、画像を表示する。
【００６８】
この投射型表示装置は、いわゆる「フィールドシーケンシャル表示方式」の表示装置であるが、色分離素子２４は、例えば、ワイヤグリッド型ＰＢＳ６に対するＰ偏光成分を、Ｒ（赤）−Ｇ（緑）−Ｂ（青）−Ｒ−Ｇ−Ｂ・・・・という順に切替えて出射させる場合に、ワイヤグリッド型ＰＢＳ６に対するＳ偏光成分を、Ｇ（緑）−Ｂ（青）−Ｒ（赤）−Ｇ−Ｂ−Ｒ・・・・となるよう駆動する。
【００６９】
色分離素子２４からの出射光がこのように切替えられると、光源１からの光のうちのいずれか二の原色成分が常に画像表示に利用されていることになり、光利用率は、通常の「フィールドシーケンシャル表示方式」に比較して、約２倍となる。
【００７０】
したがって、この投射型表示装置においては、明るく高精細な画像を表示することができ、また、一の原色成分についての表示時間が通常の「フィールドシーケンシャル表示方式」に比較して２倍（すなわち、消失時間は１／２）となっているため、いわゆる「色割れ現象」を軽減させることができる。
【００７１】
この実施の形態においても、第１及び第２の空間変調素子９，１４は、それぞれが表示する画像がスクリーン１６上で所定の精度で重なり合うように位置決めされて固定されている。また、少なくともいずれか一方の空間変調素子は、上述の実施の形態におけると同様に、アクチュエータにより移動操作可能に支持されている。
【００７２】
〔第３の実施の形態〕
図５により、本発明に係る投射型表示装置の第３の実施の形態を示す。
【００７３】
この投射型表示装置においては、光源１から発せられた光は、放物面鏡２により反射され集光レンズ３を経て集光され、ライトパイプ４に導かれて、カラーホイール５の色フィルタ部に入射される。このカラーホイール５は、中心軸回りに回転操作可能な円盤状に構成され、この円盤の周縁側に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の色フィルタ部を有している。各フィルタ部の特性としては、一の原色成分を透過させ、他の一の原色成分を反射し、残る一の原色成分を吸収するものとなっている。例えば、赤色の色フィルタ部は、赤色成分を透過させ、青色成分を反射し、緑色成分を吸収する。緑色の色フィルタ部は、緑色成分を透過させ、赤色成分を反射し、青色成分を吸収する。青色の色フィルタ部は、青色成分を透過させ、緑色成分を反射し、赤色成分を吸収する。
【００７４】
このカラーホイール５の色フィルタ部により反射された一の原色成分は、偏光変換素子２５により所定の一方向の偏光光となされてから、リレーレンズ７を経て、全反射プリズム８に入射する。全反射プリズム８に入射した光は、この全反射プリズム８内の反射面８ａにより反射されてこの全反射プリズム８より出射し、第１の空間光変調素子９に入射する。この第１の空間光変調素子９に入射した光は、この第１の空間光変調素子９により強度変調を受けて反射され、全反射プリズム８を透過して、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０に入射する。第１の空間光変調素子９は、上述したように、いわゆる「ＤＭＤ」である。
【００７５】
第１の空間光変調素子９から偏光ビームスプリッタ１０に入射した光は、例えばこの偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対してＰ偏光となされており、この反射面を透過する。
【００７６】
一方、カラーホイール５の色フィルタ部を透過した他の一の原色成分は、ミラー１１を経て、偏光変換素子２６により所定の一方向の偏光光となされてから、リレーレンズ１２を経て、全反射プリズム１３に入射する。全反射プリズム１３に入射した光は、この全反射プリズム１３内の反射面１３ａにより反射されてこの全反射プリズム１３より出射し、第２の空間光変調素子１４に入射する。この第２の空間光変調素子１４に入射した光は、この第２の空間光変調素子１４により強度変調を受けて反射され、全反射プリズム１３を透過して、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０に入射する。第２の空間光変調素子１４も、第１の空間光変調素子９と同様に、いわゆる「ＤＭＤ」である。
【００７７】
第２の空間光変調素子１４から偏光ビームスプリッタ１０に入射した光は、例えばこの偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対してＳ偏光となされており、この反射面によって反射される。
【００７８】
このようにして、偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａにおいて、第１の空間光変調素子９からの光と第２の空間光変調素子１４からの光とが合成される。偏光ビームスプリッタ１０において合成された光は、この偏光ビームスプリッタ１０より出射され、投射レンズ１５によりスクリーン１６に投射され、画像を表示する。
【００７９】
この投射型表示装置も、いわゆる「フィールドシーケンシャル表示方式」の表示装置であるが、上述したようなカラーホイール５の色フィルタ部の特性により、光源１からの光のうちのいずれか二の原色成分が常に画像表示に利用されている。そのため、この投射型表示装置における光利用率は、通常の「フィールドシーケンシャル表示方式」に比較して、約２倍となっている。
【００８０】
したがって、この投射型表示装置においては、明るく高精細な画像を表示することができ、また、一の原色成分についての表示時間が通常の「フィールドシーケンシャル表示方式」に比較して２倍（すなわち、消失時間は１／２）となっているため、いわゆる「色割れ現象」を軽減させることができる。
【００８１】
この実施の形態においても、第１及び第２の空間変調素子９，１４は、それぞれが表示する画像がスクリーン１６上で所定の精度で重なり合うように位置決めされて固定されている。また、少なくともいずれか一方の空間変調素子は、上述の実施の形態におけると同様に、アクチュエータにより移動操作可能に支持されている。
【００８２】
上述した各実施の形態においては、画素を半画素ピッチ分ずらすための移動操作機構を設けているが、高解像度化が必要ない場合には、このような移動操作機構は不要となる。この場合にも、光利用率を向上させることができるとともに、いわゆる「色割れ現象」を軽減させることができる。
【００８３】
なお、本発明に係る投射型表示装置においては、光源からの光を偏光成分に応じて分離させたり、または、分離された光の偏光方向を揃えたりしているが、これは、分離させた光を再び合成するときのロスを防ぐためである。もともと偏光光を入射させることを必要としない「ＤＭＤ」では、液晶表示デバイスとは異なり、偏光状態の質によって表示性能が変わることはない。すなわち、この投射型表示装置においては、偏光ビームスプリッタなどの光学部品の特性によって、表示画像のコントラスト比の劣化が起こることはほとんどない。したがって、この投射型表示装置においては、高精度な偏光特性を有する高価な光学部品を用いずとも、高品位な画像表示ができる。
【００８４】
上述のように、本実施の形態の投射型表示装置においては、「フィールドシーケンシャル表示方式」によりフルカラー画像が表示できる空間光変調素子を２枚用いており、これらの表示画像の画素を互いにずらすことにより、容易に表示画像の解像度を約２倍にすることができる。さらに、二原色成分を２枚の空間光変調素子に振り分けることにより、「フィールドシーケンシャル表示方式」の欠点である光利用率の劣化といわゆる「色割れ現象」を改善することができる。
【００８５】
また、本実施の形態によれば、複数台の投射型表示装置からの投射光をスクリーン上で合成する方式と異なり、一台の投射型表示装置においてすでに２枚の空間光変調素子からの光が合成された光が一の投射レンズにより投射されるので、投射距離を変えても、焦点調整（ピント）以外の調整は不要であり、装置の移動も容易となる。
【００８６】
【発明の効果】
本発明は、光源の光利用率が改善されるとともに、「フィールドシーケンシャル表示方式」の欠点でもあるいわゆる「色割れ現象」が改善されながらも、構成が簡素化され製造コストが低廉化され、かつ、高精細（高解像度）な画像表示を行うことができる投射型表示装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る投射型表示装置の構成（第１の実施の形態）を示す平面図である。
【図２】前記投射型表示装置において空間光変調素子を支持する機構の構成を示す正面図である。
【図３】前記投射型表示装置における第１及び第２の空間光変調素子からの画像の画素の位置関係を示す正面図である。
【図４】本発明に係る投射型表示装置の構成（第２の実施の形態）を示す平面図である。
【図５】本発明に係る投射型表示装置の構成（第３の実施の形態）を示す平面図である。
【図６】従来の投射型表示装置の構成を示す平面図である。
【図７】従来の投射型表示装置の構成の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１光源
５カラーホイール
６ワイヤグリッド型ＰＢＳ
９第１の空間光変調素子
１０偏光ビームスプリッタ
１４第２の空間光変調素子
１５投射レンズ
２１，２２ステッピングモータ
２４色分離素子

Claims

白色光源と、
前記光源から発した光から特定の色成分を時分割的に択一するとともに、前記択一した色成分の光を第１及び第２の偏光状態に分離する偏光分離手段と、
前記偏光分離手段によって分離された第１及び第２の偏光光がそれぞれ入射する第１及び第２の空間光変調素子と、
前記第１及び第２の空間光変調素子でそれぞれ光変調された光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを備えていることを特徴とする投射型表示装置。
白色光源と、
前記光源より発した光を第１の偏光成分にする第１の偏光変換手段と、
前記第１の偏光変換手段を経た光から特定の色成分の第１の偏光状態を第２の偏光状態として出力する第２の偏光変換手段と、
前記第１及び第２の偏光変換手段を経た光を第１及び第２の偏光状態によって分離する偏光分離手段と、
前記偏光分離手段により分離された光がそれぞれ入射する第１及び第２の空間光変調素子と、
前記第１及び第２の空間光変調素子でそれぞれ光変調された光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを備えていることを特徴とする投射型表示装置。
前記第１及び第２の空間光変調素子はマトリックス状の複数の画素で構成されており、前記第１の空間光変調素子に対して前記第２の空間光変調素子の位置を調整する位置調整手段によって、投射画像に画素ずらしを生ぜしめることを特徴とする請求項１又は２記載の投射型表示装置。