JP2006178174A - Image display apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display apparatus in which a low cost, a large number of pixels, a high definition image, and a high contrast ratio are achieved. <P>SOLUTION: The image display apparatus includes at least a light source, a polarized beam splitter, an optical deflection element, a reflection type space light modulation element and a projection lens. The polarized beam splitter to which linearly polarized light from the light source is made incident is disposed in the direction of the vibration of the electric field of the linearly polarized beam so as to be parallel to the polarized-beam splitting function face of the polarized beam splitter. In addition, the reflection type space light modulation element is disposed in the direction of the vibration of the electric field of the linearly polarized beam so as not to coincide with the horizontal and vertical directions of the the side of a square pixel of the reflection type space light modulation element. Further, the optical deflection element deflects the linearly polarized beam within a plane parallel to the direction of the vibration of the electric field of the linearly polarized beam. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は画像表示装置に関し、詳細にはプロジェクタ装置における高画素数化、高品位な画質、低コスト化を可能とする技術に関する。   The present invention relates to an image display device, and more particularly to a technology that enables a projector device to have a high number of pixels, high image quality, and low cost.

現在のプロジェクタ装置において、画素数の増大(高精細化画像)、コントラスト比の向上、すなわち高品位の画質、また低コスト化が課題となっている。画素数の増大に関しては空間光変調素子の画素の作製、コントラスト比の向上に関しては、主として、光学素子及び投射光学系の設計、またコスト面に関しては、主として、用いる空間光変調素子の枚数が関係している。   In current projector apparatuses, increasing the number of pixels (high-definition image), improving the contrast ratio, that is, high-quality image quality, and cost reduction are problems. Regarding the increase in the number of pixels, the production of the pixels of the spatial light modulation elements, the improvement of the contrast ratio, mainly the design of the optical elements and the projection optical system, and the cost, mainly the number of spatial light modulation elements used. is doing.

プロジェクタ装置において用いる空間光変調素子の数によって方式が分けられる。赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に対して、空間光変調素子を3枚用いる3板式方式、R、G、Bのうちの2色に対して空間光変調素子を1枚、残りの1色に対して空間光変調素子を1枚用いる2板式方式、R、G、Bを時分割(フィールドシーケンシャル)で照射し、空間光変調素子を1枚用いる単板式方式がある。用いる空間光変調素子の数が少ないほど低コスト化が図れる。しかし、用いる空間光変調素子の数が少ないほど低画質となる問題もある。よって、低コストである単板式方式において、高品位の画質を実現することが課題の一つである。   The system is divided according to the number of spatial light modulation elements used in the projector apparatus. A three-plate system using three spatial light modulators for three colors of red (R), green (G), and blue (B), and a spatial light modulator for two of R, G, and B 2 plate system using one spatial light modulation element for the remaining one color, single plate system using one spatial light modulation element by irradiating R, G, B in time division (field sequential) There is. The cost can be reduced as the number of spatial light modulators used is smaller. However, there is a problem that the lower the number of spatial light modulation elements used, the lower the image quality. Therefore, one of the problems is to realize high quality image quality in a low cost single plate system.

反射型液晶空間光変調素子に、斜めから照明光を入射させるOff−Axis光学系(方式)と呼ばれる、光学系がある。この方式においては、偏光ビームスプリッター(PBS)の代わりに、既存の偏光子と検光子を用い、光源から入射する照明光と、反射型空間光変調素子から出射する映像光とを分離する。PBSの代わりに安価な偏光子、検光子を用いるため、低コスト化が図れる。この光学系においては、偏芯光学系の設計、更なる低コスト化が課題とされているが、低コスト化に有効な通常の光学系を用いた設計も非特許文献1に提案されている。しかしながら、この方式においても画素数の増大は、他の光学系とともに、共通の課題の一つである。   There is an optical system called an Off-Axis optical system (system) in which illumination light is incident on a reflective liquid crystal spatial light modulator from an oblique direction. In this system, an existing polarizer and analyzer are used instead of a polarizing beam splitter (PBS), and illumination light incident from a light source and video light emitted from a reflective spatial light modulator are separated. Since inexpensive polarizers and analyzers are used instead of PBS, the cost can be reduced. In this optical system, the design of a decentered optical system and further cost reduction are the issues, but a design using a normal optical system effective for cost reduction is also proposed in Non-Patent Document 1. . However, even in this method, the increase in the number of pixels is one of the common problems with other optical systems.

一方、空間光変調素子の高画素数化には、画素を物理的に小さく作製する方法があるがコスト高となる。これに対して光学的な手法を用いて、画素数を見かけ上増大させる方法がある。プロジェクタ装置の光学系に、光路を偏向(シフト)させる素子を導入し、この偏向の切り換えを、空間光変調素子の画像の表示のスイッチングと同期させて、少なくとも観察者がフリッカを感じない周波数で行うことにより、スクリーン(観察面)上に、空間光変調素子が有する画素数よりも多い画素数の画像を映し出すものである。見かけ上の画素増大とは、観察者の目の残像を利用しているためである。このような光路偏向に関する技術が特許文献1〜3に開示されている。簡単に説明すると、液晶素子に入射する直線偏光を、電場の振動の方向に対して水平方向に偏向させ、この液晶素子を2つ用い、偏向させる方向を直交させて、縦横の2方向に画素ピッチ(画素と画素との距離)の半分に相当する量だけシフトさせ画素数を4倍増にするものである。   On the other hand, in order to increase the number of pixels of the spatial light modulator, there is a method in which the pixels are physically made small, but the cost increases. On the other hand, there is a method of apparently increasing the number of pixels using an optical method. An element that deflects (shifts) the optical path is introduced into the optical system of the projector apparatus, and the switching of the deflection is synchronized with the switching of the image display of the spatial light modulation element, at least at a frequency at which the observer does not feel flicker. By doing so, an image having a larger number of pixels than the number of pixels of the spatial light modulation element is projected on the screen (observation surface). The apparent increase in pixels is because an afterimage of the observer's eyes is used. Techniques relating to such optical path deflection are disclosed in Patent Documents 1 to 3. Briefly, linearly polarized light incident on the liquid crystal element is deflected in the horizontal direction with respect to the direction of vibration of the electric field, two liquid crystal elements are used, and the directions of deflection are orthogonal to each other in two vertical and horizontal directions. The number of pixels is increased by a factor of four by shifting by an amount corresponding to half the pitch (distance between pixels).

空間光変調素子は透過型と反射型との二つに大別される。反射型空間光変調素子は透過型空間光変調素子よりも、駆動回路などの電気回路を反射電極(画素)の下側に作製できるため、開口率を向上させることができ、画素サイズの小型化、画質の高品位化が図れる。   Spatial light modulation elements are roughly classified into two types, a transmission type and a reflection type. A reflective spatial light modulator can produce an electrical circuit such as a drive circuit below the reflective electrode (pixel) than a transmissive spatial light modulator, thus improving the aperture ratio and reducing the pixel size. High quality image quality can be achieved.

また、ウォブリング素子を用いて、画素をずらし、水平方向の解像度を向上させる駆動方法、表示装置に関する技術が特許文献4に提案されている。この特許文献4の装置は表示素子(p−Si TFT LCD)、λ/2板、また画素を斜めにずらすウォブリング素子から構成されている。また、ウォブリング素子は位相変調光学素子と水晶の複屈折媒体との組合せから成っている。ここで、表示素子は透過型空間光変調素子である。   Further, Patent Document 4 proposes a driving method and a display device that use a wobbling element to shift pixels and improve the horizontal resolution. The device disclosed in Patent Document 4 includes a display element (p-Si TFT LCD), a λ / 2 plate, and a wobbling element that shifts pixels diagonally. The wobbling element is a combination of a phase modulation optical element and a quartz birefringent medium. Here, the display element is a transmissive spatial light modulation element.

更に、特許文献5によれば、画素ピッチの半分に相当する距離の光偏向により増大された画素間には、一部重なりが生じる。この重なりを低減し、より高品位な画質を実現する技術として画素縮小技術がある。これは画素を光学的に縮小して、その縮小した像(或は中空像)を投射レンズの物面として、スクリーンに投射するものである。用いる素子はマイクロレンズアレイ、或は微小凹面鏡であり、大きさは画素と同じである。
特開2003−057689号公報 特開2003−280041号公報 特開2003−090991号公報 特開平11−259039号公報 特開2003−248189号公報 “Optical−System Designs for LCoS Front Projectors”、Matthew Bone、Information Display 1/01、2001年、10頁〜14頁
Further, according to Patent Document 5, there is a partial overlap between pixels increased by light deflection at a distance corresponding to half the pixel pitch. There is a pixel reduction technique as a technique for reducing this overlap and realizing higher quality image quality. In this method, the pixels are optically reduced, and the reduced image (or hollow image) is projected onto the screen as the object surface of the projection lens. The element used is a microlens array or a micro concave mirror, and the size is the same as the pixel.
JP 2003-057689 A JP 2003-280041 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-090991 Japanese Patent Laid-Open No. 11-259039 JP 2003-248189 A “Optical-System Designs for LCoS Front Projects”, Matthew Bone, Information Display 1/01, 2001, pp. 10-14.

しかしながら、上記いずれの従来例によっても、低コストである単板式方式において高品位の画質を実現することができていない。   However, none of the above-described conventional examples can realize high-quality image quality in a low-cost single-plate system.

本発明はこの問題点を解決するためのものであり、低コストで、高画素数化、高精細画像、高コントラスト比が可能な、画像表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve this problem, and an object thereof is to provide an image display device capable of increasing the number of pixels, a high-definition image, and a high contrast ratio at low cost.

前記問題点を解決するために、本発明の画像表示装置は、光源、偏光分離素子、光偏向素子、反射型空間光変調素子及び投射レンズを少なくとも有している。そして、光源からの直線偏光が入射される偏光分離素子は、直線偏光の電場の振動の方向に対して、偏光分離素子における偏光分離機能を有する面と平行になるように設けられている。また、反射型空間光変調素子は、直線偏光の電場の振動の方向に対して、反射型空間光変調素子が有する正方形状の画素の辺の水平方向及び垂直方向と一致しないように設けられている。更に、光偏向素子は、直線偏光の電場の振動の方向に対して平行な面内で直線偏光を偏向する。よって、反射型空間光変調素子からの反射光を画素に対して斜めにシフトすることにより、見かけ上の画素数の増大が可能となり、高コントラスト比が可能で、かつ単板式であるために低コストな画像表示装置を提供できる。   In order to solve the above problems, the image display apparatus of the present invention includes at least a light source, a polarization separation element, a light deflection element, a reflective spatial light modulation element, and a projection lens. The polarization separation element to which the linearly polarized light from the light source is incident is provided so as to be parallel to the plane having the polarization separation function in the polarization separation element with respect to the direction of vibration of the linearly polarized electric field. The reflective spatial light modulator is provided so that the horizontal direction and the vertical direction of the side of the square pixel of the reflective spatial light modulator do not coincide with the direction of vibration of the linearly polarized electric field. Yes. Further, the light deflection element deflects the linearly polarized light in a plane parallel to the direction of vibration of the linearly polarized electric field. Therefore, by shifting the reflected light from the reflective spatial light modulation element obliquely with respect to the pixels, the apparent number of pixels can be increased, a high contrast ratio is possible, and the single plate type reduces the number of pixels. A costly image display device can be provided.

また、本発明の別の画像表示装置は、光源、偏光分離素子、第1の位相器、光偏向素子、反射型空間光変調素子及び投射レンズを少なくとも有している。そして、光源からの直線偏光が入射される偏光分離素子は、直線偏光の電場の振動の方向に対して、偏光分離素子における偏光分離機能を有する面と平行になるように設けられている。また、第1の位相器は、当該第1の位相器の遅相軸が直線偏光の電場の振動の方向に対して所定の角度、回転させて設けられている。更に、光偏向素子は、直線偏光の電場の振動の方向に対して平行な面内で直線偏光を偏向する。よって、高画素数、低コストな画像表示装置を提供できる。   Another image display apparatus of the present invention includes at least a light source, a polarization separation element, a first phase shifter, a light deflection element, a reflective spatial light modulation element, and a projection lens. The polarization separation element to which the linearly polarized light from the light source is incident is provided so as to be parallel to the plane having the polarization separation function in the polarization separation element with respect to the direction of vibration of the linearly polarized electric field. Further, the first phase shifter is provided by rotating the slow axis of the first phase shifter by a predetermined angle with respect to the direction of vibration of the electric field of linearly polarized light. Further, the light deflection element deflects the linearly polarized light in a plane parallel to the direction of vibration of the linearly polarized electric field. Therefore, an image display device with a high number of pixels and low cost can be provided.

更に、本発明の別の画像表示装置は、光源、第1の偏光子、光偏向素子、反射型空間光変調素子、第2の偏光子及び投射レンズを少なくとも有している。そして、光源からの直線偏光が入射される第1の偏光子は、第1の偏光子が有する透過軸の方向に対して電場の振動方向が平行な振動方向の直線偏光を透過させる。また、反射型空間光変調素子は、正方形状の画素の配列を有し、画素毎に入射した直線偏光の電場の振動方向を変調して出射し、第1の偏光子を透過する直線偏光の電場の振動方向に対して、画素の辺の水平及び垂直方向が一致しないように設けられている。更に、光偏向素子は、反射型空間光変調素子により変調され出射した光の所定の電場の振動方向に対して光路を偏向させる。また、第2の偏光子は、第2の偏光子が有する透過軸が所定の電場の振動方向と平行となるように設けられている。よって、従来の2つの偏光子、反射型空間光変調素子の設置と直線偏光の電場の振動の方向との関係を考慮し、また光偏向素子を用いることによる、画素ずらしが可能であり、このため見かけ上の画素数の増大が可能で、低コストな画像表示装置を提供できる。   Further, another image display device of the present invention includes at least a light source, a first polarizer, a light deflecting element, a reflective spatial light modulator, a second polarizer, and a projection lens. Then, the first polarizer to which the linearly polarized light from the light source is incident transmits linearly polarized light having a vibration direction in which the vibration direction of the electric field is parallel to the direction of the transmission axis of the first polarizer. The reflective spatial light modulator has an array of square pixels, modulates the direction of oscillation of the linearly polarized electric field incident on each pixel, emits it, and transmits linearly polarized light that passes through the first polarizer. It is provided so that the horizontal and vertical directions of the pixel sides do not coincide with the vibration direction of the electric field. Further, the light deflecting element deflects the optical path with respect to the vibration direction of a predetermined electric field of the light modulated and emitted by the reflective spatial light modulator. The second polarizer is provided such that the transmission axis of the second polarizer is parallel to the vibration direction of a predetermined electric field. Therefore, it is possible to shift the pixels by considering the relationship between the installation of the two conventional polarizers, the reflective spatial light modulator and the direction of vibration of the electric field of linearly polarized light, and using the light deflector. Therefore, the apparent number of pixels can be increased, and a low-cost image display device can be provided.

また、本発明の別の画像表示装置は、光源、偏光分離素子、第1の光偏向素子、反射型空間光変調素子、第1の位相器、第2の光偏向素子及び投射レンズを少なくとも有している。そして、第1、第2の光偏向素子は、直線偏光の電場の振動面内で光を偏向する機能を有している。また、第1の位相器は、第1の光偏向素子と第2の光偏向素子の光路間に設けられ、かつ第1の位相器の遅相軸が第1の位相器に入射する直線偏光の電場の振動面に対して水平及び垂直にならないように設けられる。よって、斜め偏向と横方向の偏向とを組み合わせることにより、見かけ上の画素数の増大が可能で高精細な画像表示装置を提供できる。   Another image display device of the present invention includes at least a light source, a polarization separation element, a first light deflection element, a reflective spatial light modulation element, a first phase shifter, a second light deflection element, and a projection lens. is doing. The first and second light deflection elements have a function of deflecting light within the vibration plane of the linearly polarized electric field. The first phase shifter is provided between the optical paths of the first optical deflection element and the second optical deflection element, and linearly polarized light whose slow axis of the first phase shifter is incident on the first phase shifter. It is provided so as not to be horizontal and vertical with respect to the vibration surface of the electric field. Therefore, by combining oblique deflection and lateral deflection, an apparent number of pixels can be increased and a high-definition image display device can be provided.

更に、本発明の別の画像表示装置は、光源、第1の偏光子、第1の光偏向素子、反射型空間光変調素子、第1の位相器、第2の光偏向素子、第2の偏光子及び投射レンズを少なくとも有している。そして、第1、第2の光偏向素子は、直線偏光の電場の振動面内で光を偏向する機能を有している。また、第1の位相器は、第1の光偏向素子と第2の光偏向素子の光路間に設けられ、かつ第1の位相器の遅相軸が、第1の位相器に入射する直線偏光の電場の振動面に対して水平及び垂直にならないように設けられている。更に、第1の偏光子及び第2の偏光子は、第1の偏光子の透過軸と第2の偏光子の透過軸とは直交するように設けられる。よって、二枚の偏光子の透過軸が直交するクロスニコルであるため、より高コントラストな画像表示装置を提供できる。   Furthermore, another image display device of the present invention includes a light source, a first polarizer, a first light deflection element, a reflective spatial light modulation element, a first phase shifter, a second light deflection element, a second light deflection element, It has at least a polarizer and a projection lens. The first and second light deflection elements have a function of deflecting light within the vibration plane of the linearly polarized electric field. The first phase shifter is provided between the optical paths of the first optical deflection element and the second optical deflection element, and the slow axis of the first phase shifter is a straight line that enters the first phase shifter. It is provided so as not to be horizontal and vertical to the plane of vibration of the polarized electric field. Furthermore, the first polarizer and the second polarizer are provided so that the transmission axis of the first polarizer and the transmission axis of the second polarizer are orthogonal to each other. Therefore, since the transmission axes of the two polarizers are crossed Nicols, the image display device with higher contrast can be provided.

また、第1の位相器は1/2波長板であることが好ましい。更に、1/4波長板である第2の位相器を偏光分離素子と光偏向素子の光路間に設けることにより、位相補償を行い、より高いコントラスト比を実現できる。   The first phase shifter is preferably a half-wave plate. Furthermore, by providing a second phase shifter that is a quarter-wave plate between the optical paths of the polarization separation element and the light deflection element, phase compensation can be performed and a higher contrast ratio can be realized.

更に、直線偏光の電場の振動の方向と、反射型空間光変調素子における正方形状の画素の辺の水平及び垂直方向の成す角は、45°であることにより、画素数の増大が可能となり、より高品位な画質の画像表示装置を提供できる。   Furthermore, the angle between the direction of vibration of the linearly polarized electric field and the horizontal and vertical directions of the sides of the square pixels in the reflective spatial light modulator is 45 °, so that the number of pixels can be increased. An image display device with higher image quality can be provided.

また、第1の位相器の遅相軸と、直線偏光の電場の振動の方向との成す角は、22.5°とすることにより、45°斜めの偏向を可能とし、より高品位な画質の画像表示装置を提供できる。   In addition, the angle formed by the slow axis of the first phase shifter and the direction of vibration of the electric field of linearly polarized light is 22.5 °, so that 45 ° oblique deflection is possible, resulting in higher quality image quality. Image display apparatus can be provided.

更に、空間光変調素子には、赤、緑、青の3色の光が時分割で入射され、光偏向素子は、3色の光のうち1つの光のみ光偏向する。よって、光偏向素子の切り換えが低速でよく、より低コスト化が図れる。また、光偏向素子は、3色の光のうち、比視感度最大の緑の光のみ光偏向することにより、より高品位な画像の画像表示装置を提供できる。   Furthermore, light of three colors of red, green, and blue is incident on the spatial light modulation element in a time-sharing manner, and the light deflection element deflects only one of the three colors of light. Therefore, the switching of the light deflection element may be performed at a low speed, and the cost can be further reduced. In addition, the light deflection element can provide an image display device of a higher quality image by deflecting only the green light having the maximum specific visibility among the three colors of light.

また、反射型空間光変調素子はマイクロレンズを有することにより、画像を光学的に縮小するため、高精細な画像の画像表示装置を提供できる。   Further, since the reflective spatial light modulator has a microlens, the image is optically reduced, so that an image display device for a high-definition image can be provided.

更に、反射型空間光変調素子の正方形状の画素は凹面状であることにより、凹面鏡の収差の小さい特性を利用して、より高精細な画像の画像表示装置を提供できる。   Furthermore, since the square pixel of the reflective spatial light modulator is concave, an image display device for a higher definition image can be provided by utilizing the small aberration characteristic of the concave mirror.

また、所定の電場の振動方向は、第1の偏光子の有する透過軸と直交する方向であることにより、高画素数、より高品位な画質、低コストが可能な画像表示装置を提供できる。   Further, since the vibration direction of the predetermined electric field is a direction orthogonal to the transmission axis of the first polarizer, it is possible to provide an image display device capable of high pixel count, higher quality image quality, and lower cost.

更に、第1の偏光子の光進行方向の後段に、第1の偏光子が出射した後の直線偏光の電場の振動方向に対して、遅相軸が回転した状態に設定された第3の位相器が設けられていることにより、高画素数、より高品位な画質、低コストが可能な画像表示装置を提供できる。   Further, a third phase is set in a state where the slow axis is rotated with respect to the vibration direction of the electric field of the linearly polarized light after the first polarizer exits after the light traveling direction of the first polarizer. By providing the phase shifter, it is possible to provide an image display device capable of high pixel count, higher quality image quality, and lower cost.

また、第1の偏光子、第2の偏光子又は偏光分離素子はワイヤグリッド偏光子であることにより、より一層高コントラスト比を実現できる。   Further, since the first polarizer, the second polarizer, or the polarization separation element is a wire grid polarizer, a higher contrast ratio can be realized.

更に、光偏向素子は、空間光変調素子と、第2の偏光子との光路間に設けられることにより、高コントラスト比、より低コストが可能な画像表示装置を提供できる。   Furthermore, the light deflection element is provided between the optical path between the spatial light modulation element and the second polarizer, so that an image display device capable of a high contrast ratio and a lower cost can be provided.

本発明によれば、偏光分離素子及び空間光変調素子の設置と直線偏光の電場の振動の方向との関係を考慮し、また光偏向素子を用いることによる、斜めの画素ずらしが可能であり、このため見かけ上の画素数の増大が可能で、単板式であるため低コストなプロジェクタ装置を提供できる。また、従来技術である水平方向の画素ずらし及び垂直方向の画素ずらしを行って斜めの画素ずらしを行う方式と比較して、従来2回の画素ずらしで斜め方向の画素ずらしを行っていたが本方式では1回の画素ずらしで斜め方向の画素ずらしが実現できる。1回の画素ずらしで斜め方向の画素ずらしが可能になったことに伴って、従来光偏向素子が2つ必要であったが、本方式では1つの光偏向素子でよくデバイスの簡素化が図れる。また、例えば、スクリーン上の表示を60Hzにするためには、光偏向素子を2つ設けた場合は240Hzの反射型空間光変調素子が必要なのに対して、光変調素子を1つしか設けない場合は120Hzの反射型空間光変調素子でよい。つまり低コストな反射型空間光変調素子を用いることができる。   According to the present invention, in consideration of the relationship between the installation of the polarization separation element and the spatial light modulation element and the direction of vibration of the electric field of linearly polarized light, and by using the light deflection element, diagonal pixel shift is possible, Therefore, the apparent number of pixels can be increased, and since it is a single plate type, a low-cost projector device can be provided. Compared to the conventional technique of performing pixel shift in the horizontal direction and pixel shift in the vertical direction to perform diagonal pixel shift, the conventional pixel shift in the diagonal direction is performed by two pixel shifts. In the method, pixel shift in an oblique direction can be realized by one pixel shift. In accordance with the fact that pixel shifting in an oblique direction can be performed with one pixel shift, two conventional optical deflection elements are required. In this method, one optical deflection element is sufficient, and the device can be simplified. . Further, for example, in order to set the display on the screen to 60 Hz, when two light deflection elements are provided, a 240 Hz reflection type spatial light modulation element is required, whereas only one light modulation element is provided. May be a 120 Hz reflective spatial light modulator. That is, a low-cost reflective spatial light modulator can be used.

図1は本発明の第1の実施の形態例に係る画像表示装置の概略を示す構成図である。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置10は、光源11、偏光子12、偏光分離素子13、位相器としての1/4波長板14、光偏向素子15、反射型空間光変調素子16、投射レンズ17を含んで構成されている。また、スクリーン(観察面)19が投射レンズ17の光出射側にある。なお、光源11は例えば超高圧水銀ランプなどの白色光源であり、無偏光の白色光を放射する白色ランプである。光源11から出射した無偏光の白色光は、偏光子12により直線偏光にされる。図1に示した座標(y軸は図面に対して垂直とする)で、その直線偏光の電場の振動の方向はy軸に平行であるとする。また、光源11と偏光分離素子13との間には、白色光からR、G、Bの三原色を時分割で取り出す、後述するカラーホイール等の色分離光学系が入ってもよい。更に、偏光子12は、単一の偏光素子に限られず、複数の光学・偏光素子からなる偏光変換光学系であっても構わない。また、光源11の白色ランプには固有の配光分布が存在し、このまま空間光変調素子16に照射、スクリーン19に投射すると、その配光分布を反映した場所により明るさの異なる画像となる。これを低減するためのフライアイレンズ対、あるいはインテグレータロッドなどの均一照明光学系が、光源11と偏光分離素子13の間に入るのが望ましい。偏光分離素子13(PBS:ポーラリゼーションビームスプリッタ)は、異なる2つの偏向(p偏光とs偏光)を分離する偏光分離機能を有する面18を有し、その面18には無機材料の多層膜が形成されている。1/4波長板14は位相補償のためのものであり、より高いコントラスト比を実現するためのものである。直線偏光は、各光学素子を通過するときに、僅かな楕円偏光化、あるいは電場の振動面の回転といったことで、その消光比を低下し、プロジェクタ装置のコントラスト比を低下させる。この1/4波長板14はこれを解消するために用いる。また、偏光分離機能を有する面18はy軸に平行であり、入射する直線偏光の電場の振動の方向とも平行である。   FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of an image display apparatus according to a first embodiment of the present invention. The image display apparatus 10 according to the present embodiment shown in the figure includes a light source 11, a polarizer 12, a polarization separation element 13, a quarter wavelength plate 14 as a phase shifter, a light deflection element 15, and a reflective spatial light modulation element. 16 and the projection lens 17 are comprised. A screen (observation surface) 19 is on the light exit side of the projection lens 17. The light source 11 is a white light source such as an ultra-high pressure mercury lamp, and is a white lamp that emits unpolarized white light. Unpolarized white light emitted from the light source 11 is converted into linearly polarized light by the polarizer 12. In the coordinates shown in FIG. 1 (y-axis is perpendicular to the drawing), the direction of vibration of the linearly polarized electric field is assumed to be parallel to the y-axis. Further, a color separation optical system such as a color wheel, which will be described later, may be inserted between the light source 11 and the polarization separation element 13 to extract the three primary colors R, G, and B from white light in a time division manner. Furthermore, the polarizer 12 is not limited to a single polarizing element, and may be a polarization conversion optical system including a plurality of optical / polarizing elements. In addition, the white lamp of the light source 11 has a unique light distribution. When the light is irradiated onto the spatial light modulator 16 and projected onto the screen 19 as it is, an image with different brightness is obtained depending on the location reflecting the light distribution. It is desirable that a uniform illumination optical system such as a fly-eye lens pair or an integrator rod for reducing this is interposed between the light source 11 and the polarization separation element 13. The polarization separation element 13 (PBS: Polarization Beam Splitter) has a surface 18 having a polarization separation function for separating two different polarizations (p-polarized light and s-polarized light), and the surface 18 has a multilayer film made of an inorganic material. Is formed. The quarter-wave plate 14 is for phase compensation and for realizing a higher contrast ratio. When the linearly polarized light passes through each optical element, the extinction ratio is lowered and the contrast ratio of the projector apparatus is lowered due to slight elliptical polarization or rotation of the vibration surface of the electric field. This quarter-wave plate 14 is used to eliminate this. The plane 18 having a polarization separation function is parallel to the y-axis and is also parallel to the direction of vibration of the incident linearly polarized electric field.

ここで、図1の光偏向素子の構成を当該光偏向素子の概略断面図である図2を用いて説明する。図2に示す光偏向素子15は液晶素子を用いた光偏向素子である。この光偏向素子15は2枚の透明ガラス基板15−1、15−2を含んで構成され、この透明ガラス基板15−1、15−2の間に液晶分子15−3が配分されている。透明ガラス基板15−1、15−2には図示していない透明電極が形成されており、この透明電極を介して液晶分子15−3に電圧が印加される。よって、図2の(b)〜(c)に示すように、電圧の有無、高低により液晶分子の配向方向を変えることができる。この配向方向の違いにより、入射するx軸に電場の振動の方向が平行な直線偏光(p偏光)の光路を偏向することができる。また、この光偏向素子15は、y軸(紙面に垂直)方向に電場の振動の方向が平行な直線偏光(s偏光)に対して、図2の(c)に示すように、直進させる。よって、図1において、1/4波長板14を透過した直線偏光は、光偏向されずに空間光変調素子16に入射する。なお、光偏向素子の液晶分子15−3の材料は、高速な光偏向が求められるため、強誘電性液晶が好ましいが、光偏向の速度が遅くできれば従来のネマチック液晶等でもかまわない。   Here, the configuration of the light deflection element in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 2 which is a schematic sectional view of the light deflection element. The optical deflection element 15 shown in FIG. 2 is an optical deflection element using a liquid crystal element. The light deflecting element 15 includes two transparent glass substrates 15-1 and 15-2, and liquid crystal molecules 15-3 are distributed between the transparent glass substrates 15-1 and 15-2. Transparent electrodes (not shown) are formed on the transparent glass substrates 15-1 and 15-2, and a voltage is applied to the liquid crystal molecules 15-3 through the transparent electrodes. Therefore, as shown in FIGS. 2B to 2C, the alignment direction of the liquid crystal molecules can be changed depending on the presence or absence of voltage and the height. Due to this difference in orientation direction, it is possible to deflect the optical path of linearly polarized light (p-polarized light) in which the direction of vibration of the electric field is parallel to the incident x axis. In addition, the light deflecting element 15 is linearly moved as shown in FIG. 2C with respect to linearly polarized light (s-polarized light) whose electric field vibration direction is parallel to the y-axis (perpendicular to the paper surface) direction. Therefore, in FIG. 1, the linearly polarized light transmitted through the quarter-wave plate 14 enters the spatial light modulator 16 without being deflected. The material of the liquid crystal molecules 15-3 of the light deflection element is preferably a ferroelectric liquid crystal because high speed light deflection is required, but a conventional nematic liquid crystal or the like may be used as long as the light deflection speed can be reduced.

次に、図3は図1の空間光変調素子の構成を示す模式図である。同図において、空間光変調素子16は、正方形状の画素(画素電極)が配列しており、座標21は正方形状の画素の辺の方向により定めた座標であり、座標22は図1、2で用いたxyzの座標(z軸は図面に対して垂直とする)である。この座標21は座標22のz軸の周りの回転により得られる。また、入射する直線偏光23の電場の振動の方向は、y軸に平行であり、正方形状の画素の水平方向と垂直方向と一致していない。ここで、空間光変調素子16は液晶を用いた反射型であり、入射する直線偏光23は、液晶層を透過し、画素電極により反射して液晶層透過の光路をとる。この光路において、空間光変調素子16の液晶がオフのとき、入射する直線偏光23は、その電場の振動の方向が90°回転されて、出射され、オンのとき、電場の振動の方向は変らず、出射される。このようなスイッチングをする液晶を用いたものとする。また、液晶層の上下には液晶の配向を制御するためのラビング層が設けられている。このラビング層のうち一方のラビング方向は、例えばツイスト角45°のツイストネマチック液晶で、光偏向の方向と一致しており、他方のラビング方向は直交している。ここで、ラビング方向の一方を、入射する直線偏光の電場の振動面と揃えておくことが好ましい。空間光変調素子16の液晶がオンのとき直線偏光23の電場の振動の方向は変らずy軸に平行であるため、光偏向素子15を光偏向されることになしに透過し、次に1/4波長板14を透過して、偏光分離素子の偏光機能を有する面18で反射されて、光源の方に戻る。このためスクリーン19では黒表示となる。一方、空間光変調素子16の液晶がオフのとき、直線偏光23の電場の振動の方向はx軸に平行となり、光偏向素子15の印加電圧の有無、また高低により、光偏向され、1/4波長板14を透過して、次に偏光分離素子の偏光分離機能を透過した後、投射レンズ17を透過して、スクリーンで白(明)表示される。また、ここで光偏向素子15はその偏向方向が、直線偏光23の電場の振動の方向と一致するように設置されるものとする。また、光偏向の量としては、スクリーン上で、画素の半分のピッチ程度になるように図1の光偏向素子15の厚み及び印加電圧を調整する。   Next, FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the spatial light modulation element of FIG. In the figure, the spatial light modulator 16 has square pixels (pixel electrodes) arrayed, coordinates 21 are determined by the direction of the sides of the square pixels, and coordinates 22 are those shown in FIGS. Xyz coordinates (z axis is perpendicular to the drawing). This coordinate 21 is obtained by rotating the coordinate 22 around the z-axis. In addition, the direction of vibration of the electric field of the incident linearly polarized light 23 is parallel to the y axis, and does not coincide with the horizontal direction and the vertical direction of the square pixel. Here, the spatial light modulation element 16 is a reflection type using a liquid crystal, and the incident linearly polarized light 23 is transmitted through the liquid crystal layer, reflected by the pixel electrode, and takes an optical path through the liquid crystal layer. In this optical path, when the liquid crystal of the spatial light modulator 16 is off, the incident linearly polarized light 23 is emitted with its electric field vibration rotated by 90 °, and when it is on, the electric field vibration direction is changed. Instead, it is emitted. It is assumed that a liquid crystal that performs such switching is used. In addition, a rubbing layer for controlling the alignment of the liquid crystal is provided above and below the liquid crystal layer. One rubbing direction of the rubbing layer is, for example, twisted nematic liquid crystal having a twist angle of 45 °, which coincides with the direction of light deflection, and the other rubbing direction is orthogonal. Here, it is preferable to align one side of the rubbing direction with the vibration plane of the electric field of the incident linearly polarized light. When the liquid crystal of the spatial light modulator 16 is on, the vibration direction of the electric field of the linearly polarized light 23 does not change and is parallel to the y-axis, so that the light is transmitted through the light deflecting element 15 without being deflected, and then 1 The light is transmitted through the / 4 wavelength plate 14 and reflected by the surface 18 having the polarization function of the polarization separation element, and returns to the light source. For this reason, the screen 19 displays black. On the other hand, when the liquid crystal of the spatial light modulator 16 is off, the direction of vibration of the electric field of the linearly polarized light 23 is parallel to the x-axis, and the light is deflected depending on the presence / absence of the voltage applied to the light deflector 15 and the height. After passing through the four-wave plate 14 and then passing through the polarization separation function of the polarization separation element, the light passes through the projection lens 17 and is displayed white (bright) on the screen. Here, it is assumed that the light deflection element 15 is installed so that the deflection direction thereof coincides with the vibration direction of the electric field of the linearly polarized light 23. Further, the thickness and applied voltage of the light deflection element 15 in FIG. 1 are adjusted so that the amount of light deflection is about half the pitch of the pixels on the screen.

よって、スクリーン上では、図4の(a)、(b)に示した、2つの投射場所の異なる画像が、時間をわずかにずらして(時分割)で表示されることになる。図4の(a)、(b)との表示の時間が非常に短ければ(例えば周波数で観察者がフリッカを感じない60Hz以上)、残像のため、観察者は図4の(c)のような画素数が2倍に増えた画像を見ることになる。また、上述した従来のウォブリング素子による画素ずらしは位相変調光学素子と水晶の複屈折媒体の2つの素子を用いているが、本発明においては液晶を用いた光偏向素子のみでよく、装置の小型化、そして低コスト化が図れる。   Therefore, on the screen, images different in two projection locations shown in FIGS. 4A and 4B are displayed with time shifted slightly (time division). If the display time of (a) and (b) in FIG. 4 is very short (for example, 60 Hz or more at which the observer does not feel flicker at the frequency), the observer is as shown in FIG. You will see an image with a doubled number of pixels. In addition, the pixel shifting by the above-described conventional wobbling element uses two elements, ie, a phase modulation optical element and a quartz birefringence medium. However, in the present invention, only an optical deflecting element using liquid crystal may be used, and the size of the apparatus can be reduced. And cost reduction.

次に、図5は本発明の第2の実施の形態例に係る画像表示装置の概略を示す構成図である。同図において、図1と同じ構成要素は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置30は、偏光分離素子にワイヤグリッド偏光子(グリッド偏光子)31を用いており、また図1の1/4波長板14を省いた構成である。ワイヤグリッド偏光子31は、複屈折偏光子や2色性を利用した偏光子よりも、消光比を高くすることが可能であり、1/4波長板を省いても高いコントラスト比を得ることができる。ここで、ワイヤグリッド偏光子31の模式的な図を図6の(a)、(b)に示すように、ワイヤグリッド偏光子31は、透光性の光学部材31−1に金属の細線31−2を等間隔で形成したものである。金属の細線31−2のピッチpは、用いる波長400nm〜650nm程度の数分の一である。高画素数化に関しては上記の第1の実施の形態例と同様でありここでは省略する。   Next, FIG. 5 is a block diagram showing an outline of an image display apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. 1 indicate the same components. The image display device 30 of the present embodiment shown in the figure uses a wire grid polarizer (grid polarizer) 31 as a polarization separation element, and omits the quarter wavelength plate 14 of FIG. is there. The wire grid polarizer 31 can have a higher extinction ratio than a birefringent polarizer or a polarizer using dichroism, and can obtain a high contrast ratio even if a quarter-wave plate is omitted. it can. Here, as shown in FIGS. 6A and 6B, schematic diagrams of the wire grid polarizer 31, the wire grid polarizer 31 includes a light-transmitting optical member 31-1 and a thin metal wire 31. -2 are formed at equal intervals. The pitch p of the metal thin wire 31-2 is a fraction of the wavelength of about 400 nm to 650 nm. The increase in the number of pixels is the same as in the first embodiment, and is omitted here.

次に、図7は図1の空間光変調素子の別の構成を示す模式図である。同図の(a)に示す空間光変調素子は、xyの座標において光偏向させる方向を、空間光変調素子の正方形状の画素41の対角方向であるとしたものである。直線偏光の電場の振動の方向はy軸に平行である。光偏向させる方向を45°でなく0°(水平)に近付けた場合、一方向の光偏向に近くなり、一方向しか画素数が向上しない。これに対して45°であれば、光偏向においては、x及びy軸ともに偏向量が同じであり、x、y方向の偏向を独立に行うのと近く、4倍の画素数増加に近い効果が得られると考えられる。また、図7の(b)は偏光ビームスプリッタ51と空間光変調素子の正方形状の画素配列52との、ねじれた位置関係を示したものである。直線偏光53はy軸に平行である。このとき空間光変調素子を除いた光学系がz軸(紙面に垂直)の周りに回転している必要がある。図7の(c)に示すように、逆に偏光ビームスプリッタ51と直線偏光53がz軸を中心に回転して、正方形状の画素の辺の水平・垂直がxy軸と一致していても、相対的な位置関係は同じことである。ただし、このようなねじれた位置関係にある光学素子をプロジェクタ装置の筐体に収まるように設計する必要がある。   Next, FIG. 7 is a schematic diagram showing another configuration of the spatial light modulator of FIG. In the spatial light modulation element shown in (a) of the figure, the direction of light deflection at the xy coordinates is assumed to be the diagonal direction of the square pixel 41 of the spatial light modulation element. The direction of vibration of the linearly polarized electric field is parallel to the y-axis. When the light deflection direction is close to 0 ° (horizontal) instead of 45 °, it becomes close to light deflection in one direction, and the number of pixels is improved only in one direction. On the other hand, if the angle is 45 °, the amount of deflection in the x and y axes is the same in light deflection, and it is close to performing the deflection in the x and y directions independently, and an effect close to a four times increase in the number of pixels. Can be obtained. FIG. 7B shows a twisted positional relationship between the polarization beam splitter 51 and the square pixel array 52 of the spatial light modulation elements. The linearly polarized light 53 is parallel to the y axis. At this time, the optical system excluding the spatial light modulator needs to rotate around the z axis (perpendicular to the paper surface). As shown in FIG. 7C, the polarizing beam splitter 51 and the linearly polarized light 53 are rotated about the z axis, and the horizontal and vertical sides of the square pixel coincide with the xy axis. The relative positional relationship is the same. However, it is necessary to design the optical elements having such a twisted positional relationship so as to fit in the housing of the projector apparatus.

図8は本発明の第3の実施の形態例の画像表示装置の概念的な構成を示す図である。同図において、図1と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図の(a)に示す画像表示装置60は、図1に示す第1の実施の形態例の画像表示装置10と異なる構成要素として1/2波長板61を設けている。1/4波長板14を出射した時点で直線偏光の電場の振動の方向はy軸に平行である。ここで第2の位相器である1/2波長板61の作用を図9に示すと、同図に示したxy座標(z軸は紙面に垂直方向)に対して1/2波長板61は図9のように配置されている。また、この1/2波長板61の遅相軸62を図9に示す。今、1/2波長板61に入射する直線偏光(1/4波長板出射後の)の電場の振動の方向は方向63であり、これと遅相軸62との成す角をθとする。入射する直線偏光の電場の振動の方向は1/2波長板61の作用によりθ回転させられ、1/2波長板61を出射するときには、入射時の直線偏光の電場の振動の方向からみると2θ回転している。この2θの角度でもって、空間光変調素子の画素に入射する。これ以降は第1の実施の形態例での説明と同様であり、画素数の増大効果が得られる。第1の実施の形態例においては、空間光変調素子の正方形状の画素配列と偏光ビームスプリッタとは、ねじれた位置関係にあったが(図6の(b)、(c)参照)、本実施の形態例においては、図10に示すように、偏光ビームスプリッタ71及び空間光変調素子の正方形状の画素の配列72とはねじれた位置関係にはなく、直線偏光の電場の振動の方向73がx(y)軸から傾いていることになる。この実施の形態例においては、従来の光学系に1/2波長板をその遅相軸を調整して設置するだけでよく、より低コスト化が図れる。   FIG. 8 is a diagram showing a conceptual configuration of an image display apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. The image display device 60 shown in FIG. 6A is provided with a half-wave plate 61 as a component different from the image display device 10 of the first embodiment shown in FIG. The direction of vibration of the linearly polarized electric field is parallel to the y-axis when it exits the quarter-wave plate 14. FIG. 9 shows the operation of the half-wave plate 61 as the second phase shifter. They are arranged as shown in FIG. Further, the slow axis 62 of the half-wave plate 61 is shown in FIG. Now, the direction of vibration of the electric field of the linearly polarized light (after exiting the quarter-wave plate) incident on the half-wave plate 61 is the direction 63, and the angle formed by this and the slow axis 62 is θ. The direction of vibration of the incident linearly polarized electric field is rotated by θ by the action of the half-wave plate 61, and when exiting the half-wave plate 61, the direction of vibration of the linearly polarized electric field at the time of incidence is viewed. It is rotating 2θ. The light enters the pixel of the spatial light modulator at an angle of 2θ. The subsequent steps are the same as those described in the first embodiment, and an effect of increasing the number of pixels can be obtained. In the first embodiment, the square pixel array of the spatial light modulator and the polarization beam splitter have a twisted positional relationship (see FIGS. 6B and 6C). In the embodiment, as shown in FIG. 10, the polarization beam splitter 71 and the spatial light modulation element square pixel array 72 are not in a twisted positional relationship, and the direction 73 of the linearly polarized electric field is vibrated. Is inclined from the x (y) axis. In this embodiment, a half-wave plate need only be installed in a conventional optical system with its slow axis adjusted, and the cost can be further reduced.

図11は本発明の第4の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図5と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図11に示す第4の実施の形態例の画像表示装置80において、図5の第2の実施の形態例の画像表示装置30と異なる点は1/2波長板81を設けた点である。本実施の形態例でも、偏光分離素子にワイヤグリッド偏光子31を用いており、1/4波長板は省いている。ワイヤグリッド偏光子31を用いることにより高コントラスト比が可能となる。1/2波長板81の遅相軸と直線偏光の電場の振動の方向の、入射時に成す角度(図9におけるθ)を22.5°とし、出射時の角度(入射時の直線偏光の電場の振動方向からの)を45°とし、光偏向素子により光偏向の方向をx(y)軸からみて45°とするためのものである。これは、上述のようにx及びy軸からの偏向量が同じで最大の画素数増大の効果が得られる。また、スクリーン上での偏向量が画素ピッチの対角線の半分となるようになる。この効果は、x,y両方向に画素ピッチの半分を偏向した効果に近い。斜め一方向の偏向における最大の効果が得られ、より高精細な画像が可能となる。   FIG. 11 is a diagram showing the configuration of an image display apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 5 denote the same components. The image display device 80 of the fourth embodiment shown in FIG. 11 differs from the image display device 30 of the second embodiment of FIG. 5 in that a half-wave plate 81 is provided. Also in this embodiment, the wire grid polarizer 31 is used as the polarization separation element, and the quarter wavelength plate is omitted. By using the wire grid polarizer 31, a high contrast ratio can be achieved. The angle formed at the time of incidence (θ in FIG. 9) between the slow axis of the half-wave plate 81 and the direction of vibration of the electric field of linearly polarized light is 22.5 °, and the angle at the time of emission (the electric field of linearly polarized light at the time of incidence). Is 45 °, and the direction of light deflection by the light deflection element is 45 ° when viewed from the x (y) axis. As described above, the effect of increasing the maximum number of pixels can be obtained with the same amount of deflection from the x and y axes. Further, the amount of deflection on the screen becomes half of the diagonal line of the pixel pitch. This effect is close to the effect of deflecting half the pixel pitch in both the x and y directions. The maximum effect in deflection in one oblique direction is obtained, and a higher definition image is possible.

次に、図12は色分離光学系の一例を示す概略図である。同図に示すように、色分離光学系の一例としては、回転軸95を中心に回転する赤、緑、赤のフィルタから成る円板を有するカラーホイール92である。光源91を出射した白色光94は、カラーホイール92により時分割で赤、青、緑の光の3原色に分離される。分離された3原色の各光96に対して、光偏向素子93は光偏向を行うが、高速な液晶のオフとオンとの切り換えが必要となる。3色のうち1色のみ光偏向をすることにより、光偏向素子93の切り換え速度が1/3に低減される。高速応答する液晶に、垂直配向型液晶があるが、液晶ディスプレイなどにおいても現状ではまだ使われていない。速度が1/3になれば、従来からのツイストネマチック液晶等でも対応でき、より低コスト化が図れる。ここで、光偏向する色を緑にするものである。これは、緑の光が観察者にとって比視感度が最大であり、他の2色よりも、光偏向した際に、画素数増大の効果が有利と考えられるためである。よって、図4の(c)において、光偏向により重ね合わされた画像には、画素間に重なりがあることが分かる。残像を用いているため、このままでも画素数増大の効果は得られる。しかし、図13の(a)に示すように画素を縮小してから、図13の(b)に示すように光偏向して重ね合わせると、さらに高精細な画像が得られる。このように画素を縮小する方法としては、空間光変調素子の画素配列に合わせてマイクロレンズアレイを設ける方法がある。   Next, FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of a color separation optical system. As shown in the figure, an example of a color separation optical system is a color wheel 92 having a disk made of red, green, and red filters that rotate about a rotation axis 95. The white light 94 emitted from the light source 91 is separated into three primary colors of red, blue, and green light by a color wheel 92 in a time division manner. The light deflection element 93 performs light deflection on the separated light beams 96 of the three primary colors, but it is necessary to switch the liquid crystal off and on at high speed. By deflecting light of only one of the three colors, the switching speed of the light deflection element 93 is reduced to 1/3. There is a vertical alignment type liquid crystal that responds at high speed, but it is not yet used in liquid crystal displays. If the speed is reduced to 1/3, a conventional twisted nematic liquid crystal or the like can be used, and the cost can be further reduced. Here, the light deflecting color is green. This is because green light has the highest specific visibility for the observer, and it is considered that the effect of increasing the number of pixels is more advantageous when the light is deflected than the other two colors. Therefore, in FIG. 4C, it can be seen that there is an overlap between pixels in the image superimposed by light deflection. Since an afterimage is used, the effect of increasing the number of pixels can be obtained even if it remains as it is. However, if pixels are reduced as shown in FIG. 13A and then light deflected and superimposed as shown in FIG. 13B, a higher definition image can be obtained. As a method of reducing the pixels in this way, there is a method of providing a microlens array in accordance with the pixel arrangement of the spatial light modulator.

その断面図を図14に示す。同図の(a)に示す反射型空間光変調素子100は、マイクロレンズアレイ101、樹脂(接着)層102、カバーガラス103、液晶層104、画素電極(画素)105、半導体基板106である。次に、図14の(b)に画素が縮小される原理を示す。入射する光107は、マイクロレンズ108により集光され、画素電極105で反射され、更にマイクロレンズ108により集光されて出射する。この過程において、光束が細くなる位置109が存在する。この位置109を投射レンズの物面とすれば、スクリーン上に図13の(a)に示した縮小した画素を投射することが可能となる。なお、ここでの位置109を光束が細くなる位置としたが、入射光は発散角を有し、また光源の配光分布もあるため、これからずれた位置を投射レンズの物面としたときに、適切な縮小画素が得られる場合もある。   A cross-sectional view thereof is shown in FIG. A reflective spatial light modulator 100 shown in FIG. 1A includes a microlens array 101, a resin (adhesion) layer 102, a cover glass 103, a liquid crystal layer 104, a pixel electrode (pixel) 105, and a semiconductor substrate 106. Next, FIG. 14B shows the principle of pixel reduction. Incident light 107 is collected by the microlens 108, reflected by the pixel electrode 105, and further collected by the microlens 108 and emitted. In this process, there is a position 109 where the luminous flux becomes narrower. If this position 109 is the object plane of the projection lens, it is possible to project the reduced pixels shown in FIG. 13A on the screen. Note that the position 109 here is the position where the luminous flux becomes narrower, but the incident light has a divergence angle and there is also a light distribution of the light source, so when the position shifted from this is the object surface of the projection lens In some cases, an appropriate reduced pixel can be obtained.

図15に示す反射型空間光変調素子110は、カバーガラス111、対となる透明電極112、114、液晶層113、半導体基板117、凹面状の反射画素116、凹面を充填する透明部材115を含んで構成されている。入射する光線は、凹面鏡により、集光される。画素を縮小する機能は図13に示すマイクロレンズの一例と同じであるが、凹面鏡を使うことに、色収差が低減でき、また曲率半径も大きくてよく、このため球面収差も低減でき、より高品位な画像を提供できる。   A reflective spatial light modulator 110 shown in FIG. 15 includes a cover glass 111, a pair of transparent electrodes 112 and 114, a liquid crystal layer 113, a semiconductor substrate 117, a concave reflective pixel 116, and a transparent member 115 filling the concave surface. It consists of Incident light is collected by a concave mirror. The function of reducing the pixels is the same as that of the example of the microlens shown in FIG. 13, but the use of a concave mirror can reduce chromatic aberration and increase the radius of curvature, thereby reducing spherical aberration and higher quality. Can provide a good image.

図16は本発明の第5の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図1と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図16に示す第5の実施の形態例の画像表示装置120は、光源11、第1の偏光子121、光偏向素子15、反射型空間光変調素子16、第2の偏向子122、投射レンズ17を含んで構成されている。また、第1の偏光子121及び第2の偏光子122は所謂、偏光子と検光子である。光源11は上記各実施の形態例同様に白色ランプであり、無偏光光が出射される。   FIG. 16 is a diagram showing the configuration of an image display apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. The image display device 120 of the fifth embodiment shown in FIG. 16 includes a light source 11, a first polarizer 121, a light deflection element 15, a reflective spatial light modulation element 16, a second deflector 122, and a projection lens. 17 is comprised. The first polarizer 121 and the second polarizer 122 are a so-called polarizer and analyzer. The light source 11 is a white lamp as in the above embodiments, and emits non-polarized light.

次に、図16に示す第5の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の変化及び光路の偏向について、図17を用いて説明する。図17の(a)は第1の偏光子121であり、その透過軸121−1が、xyの座標(z軸は図面に対して垂直であり、この座標は図17の(b)、(c)、(d)においても共通とする)のy軸に平行である。図16の光源11からの光は、第1の偏光子121を透過した時点で、この透過軸の方向(y軸)と電場の振動方向が平行な直線偏光となっている。そして、図17の(b)は、光偏向素子15であり、その偏向方向を15−4(x軸と平行)とする。光偏向素子15は、この偏向方向15−4と平行な電場の振動方向の直線偏光がこの素子に入射したときには光路を偏向させることができ、一方偏向方向15−4と垂直な電場の振動方向の直線偏光が入射した場合には、上述したように、光路を偏向させ得ない。第1の偏光子121を透過した直線偏光の電場の振動方向は、光偏向素子15の偏向方向に対して垂直であるため、直線偏光は偏向されずに、光偏向素子を透過する。光偏向素子15を透過した後の、直線偏光の電場の振動方向はx軸に平行である。図17の(c)は図3と同様に反射型空間光変調素子16と、正方形状の画素配列を示している。正方形状の画素の辺の水平、垂直方向は、x軸、y軸の方向と一致している。画素に入射する直線偏光の電場の振動方向はy軸に平行、すなわち図17の(c)において方向16−1である。この直線偏光は、反射型空間光変調素子16の画素に入射し、反射画素電極で反射、光路を反転させて出射という過程を経る。この過程で、反射型空間光変調素子16の変調機能により、直線偏光の電場の振動方向を90°回転させて、図17の(c)の方向16−2の状態で、出射させる。また、変調させない場合は、入射時と変らない図17の(c)の方向16−1の状態で、出射される。反射型空間光変調素子16は画素毎にこの変調が可能であり、方向16−1、16−2のいずれかは、画素毎により異なり、またこれは表示させたい画像による。なお、ここでは1画素に関して説明している。図17の(d)は、第2の偏光子122であり、その透過軸122−1を有する。反射型空間光変調素子16を出射した直線偏光で電場の振動方向が方向16−2の場合、第2の偏光子122を透過し、図16の投射レンズ17を経て、スクリーン19に到達し、これが明状態(白表示)であり、一方電場の振動方向が方向16−1の場合、第2の偏光素子122を透過することができず、ここで吸収、反射され、スクリーン19に到達しない、これが暗状態(黒表示)である。   Next, changes in the vibration direction of the electric field of each optical system or linearly polarized electric field and optical path deflection in the fifth embodiment shown in FIG. 16 will be described with reference to FIG. 17A shows the first polarizer 121, and its transmission axis 121-1 has xy coordinates (the z axis is perpendicular to the drawing. These coordinates are shown in FIGS. c) and (d) are also common to the y-axis). The light from the light source 11 in FIG. 16 is linearly polarized light whose transmission axis direction (y-axis) and the vibration direction of the electric field are parallel when it passes through the first polarizer 121. FIG. 17B shows the light deflection element 15 whose deflection direction is 15-4 (parallel to the x-axis). The optical deflection element 15 can deflect the optical path when linearly polarized light in the direction of vibration of the electric field parallel to the deflection direction 15-4 is incident on this element, while the direction of vibration of the electric field perpendicular to the deflection direction 15-4. When the linearly polarized light is incident, the optical path cannot be deflected as described above. Since the vibration direction of the electric field of the linearly polarized light transmitted through the first polarizer 121 is perpendicular to the deflection direction of the light deflecting element 15, the linearly polarized light passes through the light deflecting element without being deflected. The vibration direction of the electric field of linearly polarized light after passing through the light deflecting element 15 is parallel to the x-axis. FIG. 17C shows a reflective spatial light modulation element 16 and a square pixel arrangement as in FIG. The horizontal and vertical directions of the sides of the square pixel coincide with the x-axis and y-axis directions. The vibration direction of the electric field of linearly polarized light incident on the pixel is parallel to the y-axis, that is, the direction 16-1 in FIG. This linearly polarized light enters the pixel of the reflective spatial light modulator 16, is reflected by the reflective pixel electrode, passes through the process of being emitted after the optical path is reversed. In this process, by the modulation function of the reflective spatial light modulator 16, the oscillation direction of the linearly polarized electric field is rotated by 90 ° and emitted in the direction 16-2 in FIG. Further, when the light is not modulated, the light is emitted in the state 16-1 in FIG. The reflective spatial light modulation element 16 can perform this modulation for each pixel, and one of the directions 16-1 and 16-2 differs depending on the pixel, and this depends on an image to be displayed. Here, one pixel is described. FIG. 17D shows the second polarizer 122, which has a transmission axis 122-1. In the case of linearly polarized light emitted from the reflective spatial light modulator 16 and the direction of vibration of the electric field is the direction 16-2, it passes through the second polarizer 122, reaches the screen 19 via the projection lens 17 of FIG. When this is a bright state (white display) and the vibration direction of the electric field is in the direction 16-1, it cannot pass through the second polarizing element 122, is absorbed and reflected here, and does not reach the screen 19. This is a dark state (black display).

また、所定の電場の振動の方向と図16の第1の偏光子121の透過軸とが直交する配置である。所謂クロスニコルの配置であり、精度良く所定の電場の振動の直線偏光を取り出すことができる。更に、所定の電場の振動の方向と第1の偏光子121の透過軸が直交しない場合を図18に示す。このとき入射時に光偏向素子により偏向される場合があるが、画像の情報を持たないため、表示画像に問題はない。また、この場合第1の偏光子121と第2の偏光子122の透過軸が同じ方向であるため、この2つの偏光子を一体にした素子を用いても構わない。また、第1の偏光子121、122の偏向方向を90°回転させることにより、y軸方向のシフトも可能となる。   In addition, the vibration direction of the predetermined electric field and the transmission axis of the first polarizer 121 in FIG. 16 are orthogonal to each other. This is a so-called crossed Nicol arrangement, and linearly polarized light with a predetermined electric field vibration can be extracted with high accuracy. Further, FIG. 18 shows a case where the vibration direction of the predetermined electric field and the transmission axis of the first polarizer 121 are not orthogonal. At this time, it may be deflected by the light deflecting element at the time of incidence, but there is no problem in the display image because it does not have image information. In this case, since the transmission axes of the first polarizer 121 and the second polarizer 122 are in the same direction, an element in which these two polarizers are integrated may be used. Further, by rotating the deflection direction of the first polarizers 121 and 122 by 90 °, it is possible to shift in the y-axis direction.

次に、光偏向素子による画素数増大の効果を図19に示す。図19の(a)は画素を全部白表示させた場合を示している。上述したように、光偏向素子の偏向方向をx軸に平行として、図19の(a)の全白表を、偏向させた場合、図19の(b)のように、0の位置からx軸方向にずれた位置に、表示がずれる。このとき、光偏向素子の透明ガラスの屈折率、厚み、液晶の種類、また液晶の印加電圧の大小により、ずれる量がスクリーン上での1画素の半分の大きさになるように、偏向量を調節する。この図19の(a)、(b)の切り換えを高速で行うことにより、見かけ上、画素数が2倍に増大し、つまり2倍に増大して見える。見かけ上とは、観察者の残像によるためである。この表示の切り換えの速度は観察者がフリッカを感じない60Hz以上が好ましい。また光偏向素子に用いる液晶材料としては、高速な切り換えが可能な垂直配向型の液晶が好ましい。   Next, the effect of increasing the number of pixels by the optical deflection element is shown in FIG. FIG. 19A shows a case where all pixels are displayed in white. As described above, when the deflection direction of the optical deflecting element is parallel to the x-axis and the entire white table of FIG. 19A is deflected, the x position is shifted from the position 0 as shown in FIG. 19B. Display shifts to a position shifted in the axial direction. At this time, the amount of deflection is adjusted so that the amount of deviation is half the size of one pixel on the screen, depending on the refractive index, thickness, type of liquid crystal of the light deflecting element, and the magnitude of the applied voltage of the liquid crystal. Adjust. By switching (a) and (b) in FIG. 19 at high speed, the number of pixels apparently increases by a factor of two, that is, by a factor of two. The appearance is due to an afterimage of the observer. The display switching speed is preferably 60 Hz or higher so that the observer does not feel flicker. Further, as the liquid crystal material used for the light deflection element, a vertical alignment type liquid crystal that can be switched at high speed is preferable.

次に、図16に示す第5の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の別の変化及び別の光路の偏向について、図20を用いて説明する。図20の(a)は第1の偏光子121であり、その透過軸121−1が、xyの座標(z軸は図面に対して垂直であり、光路と一致し、またこの座標は図20の(b)、(c)、(d)においても共通とする)に対して、z軸を中心に回転している。光源からの光は、第1の偏光子121を透過した時点で、この透過軸の方向と電場の振動方向が平行な直線偏光になっている。次に、図20の(b)は、光偏向素子15を示しており、その偏向方向を15−4とする。この方向に平行な電場の振動方向の直線偏光がこの素子に入射したときに、光軸(z軸)に沿ってこの方向に光が偏向する。また、この方向と直交する電場の振動方向の直線偏光が入射したときには、光は偏向しない。ここで、第1の偏光子121を透過した直線偏光の電場の振動方向は方向121−1と平行であり、これは光偏向素子15の偏向方向15−4と直交するため、光は偏向されずに、光偏向素子15を透過する。図20の(c)は反射型空間光変調素子16を示したものであり、正方形状の画素が配列している。このとき正方形状の画素の辺の水平、垂直方向はxy座標と一致している。また、この正方形状の画素に入射する直線偏光の電場の振動方向は、この水平、垂直方向と一致していない。この説明において、入射する直線偏光の電場の振動方向は図20の(a)で示した方向121−1であった。反射型空間光変調素子16の変調機能により、入射した直線偏光の電場の振動方向は、図20の(c)において、入射時と変らない方向16−1、あるいは入射時から90度回転した方向16−2の2つのいずれかを取る。図20の(d)は、第2の偏光子(検光子)122を示しており、透過軸122−1を有し、これは図20の(a)の第1の偏光子121の透過軸121−1とは直交している。反射型空間光変調素子16を出射した直線偏光は、図20の(c)において、その電場の振動方向が方向16−2の場合、光偏向素子15及び第2の偏光子122を透過して(偏光子の透過軸と直線偏光の電場の振動方向が一致するため)、図16の投射レンズ17を経て、スクリーンに到達する。これが明状態である。また光偏向素子15の偏向機能により、光路が偏向され得る。一方、反射型空間光変調素子16を出射した直線偏光の電場の振動方向が方向16−1の場合、光偏向素子15を透過した後、検光子で、その透過軸と偏向方向が直交するため、検光子により吸収、反射され、投射レンズ17、スクリーンには到達しない。これが暗状態である。このように、図17ではxあるいはy軸方向の偏向であったが、図20では斜め方向の偏向が可能となる。また、光偏向素子の配置に関して図2におけるx軸(あるいはy軸)は図20の(b)における光偏向素子15の偏向方向15−4と一致しているものとする。なお、斜め方向の光偏向による画素数増加の効果については上述した図4によって説明しているのでここでは省略する。   Next, another change in the vibration direction of each element of the optical system or linearly polarized electric field and deflection of another optical path in the fifth embodiment shown in FIG. 16 will be described with reference to FIG. 20A shows the first polarizer 121, the transmission axis 121-1 of which is an xy coordinate (the z axis is perpendicular to the drawing and coincides with the optical path, and this coordinate is the same as FIG. 20). (B), (c), and (d) are also common to each other). When the light from the light source is transmitted through the first polarizer 121, the direction of the transmission axis and the direction of vibration of the electric field are linearly polarized light. Next, (b) of FIG. 20 shows the optical deflection element 15, and its deflection direction is 15-4. When linearly polarized light in the vibration direction of the electric field parallel to this direction is incident on this element, the light is deflected in this direction along the optical axis (z-axis). Further, when linearly polarized light in the vibration direction of the electric field perpendicular to this direction is incident, the light is not deflected. Here, the oscillation direction of the electric field of the linearly polarized light that has passed through the first polarizer 121 is parallel to the direction 121-1, which is orthogonal to the deflection direction 15-4 of the light deflection element 15, so that the light is deflected. Without passing through the light deflection element 15. FIG. 20C shows the reflective spatial light modulator 16 in which square pixels are arranged. At this time, the horizontal and vertical directions of the sides of the square pixel coincide with the xy coordinates. Further, the vibration direction of the linearly polarized electric field incident on the square pixel does not coincide with the horizontal and vertical directions. In this description, the vibration direction of the incident linearly polarized electric field is the direction 121-1 shown in FIG. Due to the modulation function of the reflective spatial light modulator 16, the vibration direction of the incident linearly polarized electric field is the direction 16-1 that is not different from the incident time in FIG. 20C, or the direction rotated 90 degrees from the incident time. Take either one of 16-2. FIG. 20D shows a second polarizer (analyzer) 122, which has a transmission axis 122-1, which is the transmission axis of the first polarizer 121 in FIG. It is orthogonal to 121-1. The linearly polarized light emitted from the reflective spatial light modulation element 16 is transmitted through the light deflection element 15 and the second polarizer 122 when the direction of vibration of the electric field is the direction 16-2 in FIG. (Because the transmission axis of the polarizer coincides with the vibration direction of the electric field of linearly polarized light), the light reaches the screen via the projection lens 17 of FIG. This is a bright state. Further, the optical path can be deflected by the deflection function of the optical deflection element 15. On the other hand, when the direction of vibration of the linearly polarized electric field emitted from the reflective spatial light modulator 16 is the direction 16-1, the transmission axis and the deflection direction are orthogonal to each other after passing through the light deflection element 15 and the analyzer. It is absorbed and reflected by the analyzer and does not reach the projection lens 17 or the screen. This is a dark state. As described above, in FIG. 17, the deflection is in the x- or y-axis direction, but in FIG. 20, the oblique deflection is possible. Further, regarding the arrangement of the optical deflection elements, the x-axis (or y-axis) in FIG. 2 is assumed to coincide with the deflection direction 15-4 of the optical deflection element 15 in FIG. The effect of increasing the number of pixels by the light deflection in the oblique direction has been described with reference to FIG.

また、光偏向させる方向を、空間光変調素子の正方形状の画素の対角方向(x軸あるいはy軸から45°)であるとしたものである。光偏向させる方向を45°でなく0°(水平)に近付けた場合、一方向の光偏向に近くなり、一方向しか画素数が向上しない。これに対して45°であれば、光偏向においては、x及びy軸ともに偏向量が同じであり、x、y方向の偏向を独立に行うのと近く、4倍の画素数増加に近い効果が得られると考えられる。また、正方形状の画素の対角方向であるため、45°と等価な135°、225°、315°方向の偏向であっても構わない。このとき、光学系の各構成要素は、その偏向方向に対応するように配置する。   In addition, the direction of light deflection is the diagonal direction of the square pixel of the spatial light modulator (45 ° from the x-axis or y-axis). When the light deflection direction is close to 0 ° (horizontal) instead of 45 °, it becomes close to light deflection in one direction, and the number of pixels is improved only in one direction. On the other hand, if the angle is 45 °, the amount of deflection in the x and y axes is the same in light deflection, and it is close to performing the deflection in the x and y directions independently, and an effect close to a four times increase in the number of pixels. Can be obtained. Further, since it is the diagonal direction of the square pixel, it may be deflected in the directions of 135 °, 225 °, and 315 ° equivalent to 45 °. At this time, each component of the optical system is arranged so as to correspond to the deflection direction.

図21は本発明の第6の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図16と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図21に示す第6の実施の形態例の画像表示装置130は、光源11、第1の偏光子121、1/2波長板である位相器131、光偏向素子15、反射型空間光変調素子16、第2の偏向子122、投射レンズ17を含んで構成されている。
次に、図21に示す第6の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の変化及び光路の偏向について、図22を用いて説明する。図22の(a)は、第1の偏光子121であり、透過軸121−1を有している。第1の偏光子121を透過した後の直線偏光の電場の振動方向はy軸と平行である。図22の(b)に示す位相器(1/2波長板)131は、遅相軸132を有している。1/2波長板に入射するときの直線偏光の電場の振動方向が方向133であり、1/2波長板を出射した後の直線偏光の電場の振動方向が方向134である。入射時の電場の振動方向133と遅相軸132との成す角をθとすると、入射時の電場の振動方向133と出射時の電場の振動方向134との成す角は2θである(1/2波長板の機能による)。図22の(c)は、光偏向素子15でありその光偏向方向が方向15−4である。1/2波長板を出射した直線偏光の電場の振動方向は方向134であり、光偏向方向15−4と直交するものとする。このとき光は偏向されない。図22の(d)は反射型空間光変調素子16とその正方形状の画素配列である。正方形状の画素の辺の水平、垂直方向とxy方向とは一致していない。反射型空間光変調素子16の画素に図22の(b)の方向134の電場の振動方向の直線偏光が入射すると、空間光変調素子15の変調機能により、直線偏光の電場の振動方向は図22の(d)の電場の振動方向16−1と電場の振動方向16−2との2つのうちいずれかとなる。このとき、電場の振動方向16−1と図22の(b)の方向134の方向は一致しているものとする。次に、図22の(d)の電場の振動方向16−1あるいは電場の振動方向16−2の電場の振動方向の直線偏光は、光偏向素子15を透過する。このとき、電場の振動方向16−2の直線偏光は、偏向され、電場の振動方向16−1の直線偏光は、偏向されない。次に、この2つの電場の振動方向の直線偏光は、1/2波長板である位相器131を通る。このとき、電場の振動方向が電場の振動方向16−1の直線偏光は、1/2波長板の機能により、電場の振動方向がy軸と平行な直線偏光となり、電場の振動方向が電場の振動方向16−2の直線偏光は、電場の振動方向がx軸と平行な直線偏光となる。図22の(e)は第2の偏光子122であり、その透過軸122−1でx軸に平行である。1/2波長板である位相器131を出射したx軸に平行な直線偏光は第2の偏光子122を透過、図21の投射レンズ17を経てスクリーン19へ到達(明状態)、一方1/2波長板である位相器131を出射したy軸に平行な直線偏光は第2の偏光子122により吸収、反射され、投射レンズ17、スクリーン19へは到達しない(暗状態)。
なお、1/2波長板である位相器131の遅相軸132と直線偏光の電場の振動の方向の、入射時に成す角度(図22の(b)におけるθ)を22.5°とし、出射時の角度(入射時の直線偏光の電場の振動方向からの)を45°とし、光偏向素子により光偏向の方向をx(y)軸からみて45°とするためのものである。これは、上述のようにx及びy軸からの偏向量が同じで最大の画素数増大の効果が得られる。また22.5°と等価な112.5°、202.5°、292.5°であっても構わない。
FIG. 21 is a diagram showing a configuration of an image display apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 16 denote the same components. The image display apparatus 130 of the sixth embodiment shown in FIG. 21 includes a light source 11, a first polarizer 121, a phase shifter 131 that is a half-wave plate, a light deflector 15, and a reflective spatial light modulator. 16, the 2nd deflector 122, and the projection lens 17 are comprised.
Next, changes in the vibration direction of the electric field of each optical system or linearly polarized electric field and deflection of the optical path in the sixth embodiment shown in FIG. 21 will be described with reference to FIG. FIG. 22A shows a first polarizer 121, which has a transmission axis 121-1. The vibration direction of the electric field of the linearly polarized light after passing through the first polarizer 121 is parallel to the y axis. A phase shifter (half-wave plate) 131 shown in FIG. 22B has a slow axis 132. The direction of vibration of the linearly polarized electric field when incident on the half-wave plate is direction 133, and the direction of vibration of the linearly polarized electric field after exiting the half-wave plate is direction 134. If the angle formed by the vibration direction 133 of the electric field at the time of incidence and the slow axis 132 is θ, the angle formed by the vibration direction 133 of the electric field at the time of incidence and the vibration direction 134 of the electric field at the time of emission is 2θ (1 / Depending on the function of the two-wave plate). (C) of FIG. 22 is the optical deflection | deviation element 15, and the optical deflection direction is the direction 15-4. The direction of vibration of the linearly polarized electric field emitted from the half-wave plate is the direction 134, and is orthogonal to the light deflection direction 15-4. At this time, the light is not deflected. FIG. 22D shows the reflective spatial light modulator 16 and its square pixel array. The horizontal and vertical directions of the sides of the square pixel do not coincide with the xy direction. When linearly polarized light in the vibration direction of the electric field in the direction 134 in FIG. 22B is incident on the pixel of the reflective spatial light modulator 16, the vibration direction of the linearly polarized electric field is illustrated by the modulation function of the spatial light modulator 15. 22 (d), the electric field vibration direction 16-1 and the electric field vibration direction 16-2. At this time, it is assumed that the vibration direction 16-1 of the electric field coincides with the direction 134 in FIG. Next, the linearly polarized light in the electric field vibration direction 16-1 or the electric field vibration direction 16-2 in FIG. 22D passes through the light deflection element 15. At this time, the linearly polarized light in the electric field vibration direction 16-2 is deflected, and the linearly polarized light in the electric field vibration direction 16-1 is not deflected. Next, the linearly polarized light in the vibration direction of the two electric fields passes through the phase shifter 131 that is a half-wave plate. At this time, the linearly polarized light whose electric field vibration direction is the electric field vibration direction 16-1 is the linearly polarized light whose electric field vibration direction is parallel to the y-axis by the function of the half-wave plate, and the electric field vibration direction is the electric field vibration direction. The linearly polarized light in the vibration direction 16-2 is linearly polarized light whose electric field vibration direction is parallel to the x-axis. (E) of FIG. 22 is the 2nd polarizer 122, and the transmission axis 122-1 is parallel to the x-axis. Linearly polarized light parallel to the x-axis emitted from the phase shifter 131 which is a half-wave plate is transmitted through the second polarizer 122 and reaches the screen 19 through the projection lens 17 of FIG. 21 (bright state). The linearly polarized light parallel to the y-axis emitted from the phase shifter 131 which is a two-wavelength plate is absorbed and reflected by the second polarizer 122 and does not reach the projection lens 17 and the screen 19 (dark state).
The angle (θ in FIG. 22B) between the slow axis 132 of the phase shifter 131 which is a half-wave plate and the vibration direction of the electric field of linearly polarized light is 22.5 °, and is emitted. The angle of time (from the vibration direction of the electric field of linearly polarized light at the time of incidence) is set to 45 °, and the direction of light deflection by the light deflection element is set to 45 ° when viewed from the x (y) axis. As described above, the effect of increasing the maximum number of pixels can be obtained with the same amount of deflection from the x and y axes. Also, it may be 112.5 °, 202.5 °, or 292.5 ° equivalent to 22.5 °.

図23は本発明の第7の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図16と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図23に示す第7の実施の形態例の画像表示装置140は、光偏向素子15を、空間光変調素子16と第2の偏光子122との光路(復路)にのみ設けるものである。本実施の形態例のようにすれば、光学系に余計な部材が入らず、それだけ消光比及びコントラスト比が向上するだけでなく、光偏向素子の大きさが、およそ半分の大きさですむため、さらに低コスト化が図れる。   FIG. 23 is a diagram showing the configuration of an image display apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 16 denote the same components. In the image display device 140 according to the seventh embodiment shown in FIG. 23, the light deflection element 15 is provided only on the optical path (return path) between the spatial light modulation element 16 and the second polarizer 122. According to the present embodiment, extra members are not included in the optical system, and not only the extinction ratio and contrast ratio are improved, but also the size of the light deflection element is about half the size. Furthermore, cost reduction can be achieved.

図24は本発明の第8の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図21と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図24に示す第8の実施の形態例の画像表示装置150は、光偏向素子15を、反射型空間光変調素子16と位相器131との光路(復路)にのみ設けるものである。本実施の形態例のようにすれば、光学系に余計な部材が入らず、それだけ消光比及びコントラスト比が向上するだけでなく、光偏向素子の大きさが、およそ半分の大きさですむため、さらに低コスト化が図れる。   FIG. 24 is a diagram showing the configuration of an image display apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 21 denote the same components. In the image display apparatus 150 of the eighth embodiment shown in FIG. 24, the light deflection element 15 is provided only on the optical path (return path) between the reflective spatial light modulation element 16 and the phase shifter 131. According to the present embodiment, extra members are not included in the optical system, and not only the extinction ratio and contrast ratio are improved, but also the size of the light deflection element is about half the size. Furthermore, cost reduction can be achieved.

図25は本発明の第9の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図1と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図25に示す第9の実施の形態例の画像表示装置160は、光源11、偏光子12、偏光分離素子13、第1の光偏向素子161、位相器162、第2の光偏向素子163、反射型空間光変調素子16、投射レンズ17を含んで構成されている。このような構成を有する本実施の形態例の画像表示装置160によれば、光源11から出射した無偏光の白色光は、偏光子12により直線偏光(s偏光)にされ、当該s偏光が偏光分離素子13に入射される。そして偏光を分離する面18で反射され、偏光分離素子13を出射したs偏光は第1の光偏向素子161に入射し、偏向されずに出射し、位相器162に入射する。ここで、位相器162は1/2波長板であり、図9に示すように位相器162から出射する直線偏光は入射時から2θ、その電場の振動面が回転することなる。そして、第2の光偏向素子163は、その偏向面が出射する直線偏光の電場の振動面に対して垂直になるように設置され、よって位相器162を出射する直線偏光は第2の光偏向素子163に入射し、偏向されずに透過し、空間光変調素子16に入射する。そして、液晶により電場の振動面が変調されなかった直線偏光は、空間光変調素子16から出射後、第2の光偏向素子163に入射し、偏向されずに出射して、そして位相器162に入射する。この位相器162によりその電場の振動面を2θ、上記とは逆に回転させてs偏光となり、第1の光偏向素子161に入射する。第1の光偏向素子161の液晶の印加電圧によっては偏向されずに出射し、偏光分離素子13に入射する。そして、偏光分離素子13の偏光機能を有する面18で反射されて光源11へ戻る。このためスクリーン19に光が到達することは無く、よってスクリーン19上では暗(黒)表示となる。一方、液晶により電場の振動面が変調された直線偏光は、空間光変調素子16から出射後、第2の光偏向素子163に入射し、偏向されて出射して、そして位相器162に入射する。この位相器162によりその電場の振動面を2θ、上記とは逆に回転させてp偏光となり、第1の光偏向素子161に入射する。第1の光偏向素子161の液晶の印加電圧によっては偏向されて出射し、偏光分離素子13に入射する。そして、偏光分離素子13の偏光機能を有する面18を透過して投射レンズ17を経てスクリーン19に到達する。このためスクリーン19上では明(白)表示となる。   FIG. 25 is a diagram showing the configuration of an image display apparatus according to the ninth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. The image display device 160 of the ninth embodiment shown in FIG. 25 includes a light source 11, a polarizer 12, a polarization separation element 13, a first light deflection element 161, a phase shifter 162, a second light deflection element 163, The reflective spatial light modulator 16 and the projection lens 17 are included. According to the image display device 160 of the present embodiment having such a configuration, unpolarized white light emitted from the light source 11 is converted into linearly polarized light (s-polarized light) by the polarizer 12, and the s-polarized light is polarized. The light enters the separation element 13. Then, the s-polarized light reflected by the plane 18 for separating polarized light and emitted from the polarization separating element 13 enters the first light deflecting element 161, exits without being deflected, and enters the phase shifter 162. Here, the phase shifter 162 is a half-wave plate. As shown in FIG. 9, the linearly polarized light emitted from the phase shifter 162 is 2θ from the time of incidence, and the vibration surface of the electric field rotates. The second optical deflecting element 163 is installed so that the deflecting surface thereof is perpendicular to the plane of vibration of the electric field of the linearly polarized light that is emitted, and thus the linearly polarized light that is emitted from the phase shifter 162 is the second optical deflection. The light enters the element 163, passes through without being deflected, and enters the spatial light modulation element 16. Then, the linearly polarized light whose electric field is not modulated by the liquid crystal is emitted from the spatial light modulator 16, then enters the second light deflector 163, exits without being deflected, and enters the phase shifter 162. Incident. This phase shifter 162 rotates the vibration surface of the electric field by 2θ, which is opposite to the above, and becomes s-polarized light, which is incident on the first light deflection element 161. Depending on the voltage applied to the liquid crystal of the first light deflecting element 161, the light exits without being deflected and enters the polarization separating element 13. Then, the light is reflected by the surface 18 having a polarization function of the polarization separation element 13 and returns to the light source 11. For this reason, the light does not reach the screen 19, and thus dark (black) display is provided on the screen 19. On the other hand, linearly polarized light whose electric field is modulated by the liquid crystal is emitted from the spatial light modulator 16, then enters the second light deflector 163, is deflected and exits, and then enters the phase shifter 162. . This phase shifter 162 rotates the vibration surface of the electric field by 2θ, which is opposite to the above, and becomes p-polarized light, which is incident on the first light deflection element 161. Depending on the voltage applied to the liquid crystal of the first light deflecting element 161, it is deflected and emitted, and enters the polarization separating element 13. Then, the light passes through the surface 18 having a polarization function of the polarization separation element 13 and reaches the screen 19 through the projection lens 17. For this reason, the display is bright (white) on the screen 19.

このように、直線偏光は、第1の光偏向素子161及び第2の光偏向素子162によって、液晶の印加電圧によって偏向される。2つの光偏向素子で偏向するとスクリーン19上では4つの異なる位置に光を到達させることができ、よって画素の像を投射させることができる。ここで明表示の9つの画素をスクリーンに投射した場合を一例にして説明すると、偏向されていないときの図26の(a)から、図26の(b)のように第2の光偏向素子により斜めに偏向されて偏向量はスクリーン上で画素ピッチの半分になる。または、図26の(c)のように第1の光偏向素子により横に偏向される。また、図26の(d)のように第2の光偏向素子により図26の(b)とは逆方向に斜めに偏向される。このように図26の(a)から図26の(d)までの一連の偏向を観察者がフリッカを感じない60Hz以上の高速で行えば、観察者は滑らかな画像を見ていると感じる。特に斜め線の画像を表示させたときに目立つジャギィの低減に効果がある。また、この場合の画素数において4倍増に相当する画像が期待できる。   Thus, the linearly polarized light is deflected by the applied voltage of the liquid crystal by the first light deflecting element 161 and the second light deflecting element 162. When the light is deflected by the two light deflecting elements, the light can reach four different positions on the screen 19, so that the image of the pixel can be projected. Here, the case where nine pixels of bright display are projected on the screen will be described as an example. From FIG. 26A when not deflected, the second optical deflection element as shown in FIG. And the amount of deflection becomes half the pixel pitch on the screen. Alternatively, as shown in FIG. 26C, the light is deflected laterally by the first light deflection element. Further, as shown in FIG. 26 (d), the second light deflector deflects obliquely in the opposite direction to FIG. 26 (b). In this way, if the series of deflections from (a) to (d) of FIG. 26 is performed at a high speed of 60 Hz or higher at which the observer does not feel flicker, the observer feels that he is seeing a smooth image. In particular, it is effective in reducing noticeable jaggies when an oblique line image is displayed. In addition, an image corresponding to a 4-fold increase in the number of pixels in this case can be expected.

図27は第1、第2の偏向素子及び空間光変調素子の印加電圧の波形を示すタイミングチャートである。ここでは第1の光偏向素子は斜め方向の偏向、第2の光偏向素子は水平(左右)方向の偏向とする。2つの光偏向素子により、(斜め下、左)、(斜め上、左)、(斜め上、右)、(斜め上、右)の4つの異なる偏向が可能となる。この間に空間光変調素子は4回点滅する。図27の(c)に示すように、これが1フィールドであり、すなわち4サブフィールドから成る。これは4サブフィールド駆動と呼ばれる。また、これをスクリーン上に投射した1画素として表現したものが図28であり、周辺の画素をあわせて描くと図26のようになる。なお、図27において、2つの光偏向素子の印加電圧を矩形波に、空間光変調素子の印加電圧をδ関数的に表現しているが適宜的なものでこれに限定するものではない。   FIG. 27 is a timing chart showing waveforms of voltages applied to the first and second deflection elements and the spatial light modulation element. Here, it is assumed that the first light deflecting element is deflected in an oblique direction, and the second light deflecting element is deflected in a horizontal (left / right) direction. With the two light deflection elements, four different deflections are possible: (diagonally lower, left), (diagonally upper, left), (diagonally upper, right), (diagonally upper, right). During this time, the spatial light modulator flashes four times. As shown in FIG. 27C, this is one field, that is, four subfields. This is called 4-subfield driving. FIG. 28 represents this as one pixel projected on the screen, and FIG. 26 shows the surrounding pixels together. In FIG. 27, the applied voltage of the two light deflection elements is expressed as a rectangular wave, and the applied voltage of the spatial light modulation element is expressed as a δ function, but it is appropriate and not limited to this.

更に、図29は第1、第2の偏向素子及び空間光変調素子の印加電圧の別の波形を示すタイミングチャートである。同図は3サブフィールド駆動と呼ばれている。図27では、斜め上と斜め下の偏向、また右と左の偏向の電圧印加時間を等しくする駆動であったが、図29ではこれらを等しくしない駆動である。つまり図30に示すように、斜め方向の偏向は左にあるときのみ行う。このような偏向によってもスクリーン上を投射画素により隙間無く埋めることができ、画素の形状は三角形になるが、画素の高精細化が図れる。また、この3サブフィールド駆動によりだい1、第2の光偏向素子及び空間光変調素子の駆動周波数を4サブフィールド駆動の3/4に下げることができる。このため、より反応の遅い、従来の安価な液晶材料を用いることができ、低コスト化が図れ、また駆動周波数を下げることにより負荷が低減して耐久性が向上する。また、斜め方向の角度及び偏向の大きさを変えることにより、図30の(d)のように三角形の近い偏向も可能となる。   Further, FIG. 29 is a timing chart showing another waveform of the voltage applied to the first and second deflection elements and the spatial light modulation element. This figure is called three-subfield driving. In FIG. 27, the driving is performed such that the voltage application times of the diagonally upper and lower deflections, and the right and left deflections are equalized, but in FIG. 29, these are not equalized. That is, as shown in FIG. 30, the oblique deflection is performed only when it is on the left. Even with such deflection, the screen can be filled with projection pixels without gaps, and the shape of the pixels becomes a triangle, but high definition of the pixels can be achieved. In addition, the driving frequency of the first and second light deflection elements and the spatial light modulation element can be reduced to 3/4 of the four subfield driving by the three subfield driving. For this reason, it is possible to use a conventional inexpensive liquid crystal material that is slower in reaction, and the cost can be reduced, and the load is reduced and the durability is improved by lowering the driving frequency. Further, by changing the angle in the oblique direction and the magnitude of the deflection, it becomes possible to deflect the triangle as close as shown in FIG.

図31は本発明の第10の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図25と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。1/2波長板である位相器162は、第1の光偏向素子161と第2の光偏向素子163の間にあればよく図31のような配置も可能である。図31に示す第10の実施の形態例の画像表示装置170では、光偏光分離素子13が第2の光偏向素子163と、位相器162及び第1の光偏向素子161との間にある構成であるが、上述したように1/2波長板である位相器162は、第1の光偏向素子161と第2の光偏向素子163との間に配置されている。第9の実施の形態例と同様に、画像の高精細化の効果が得られる。   FIG. 31 is a diagram showing a configuration of an image display apparatus according to the tenth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 25 denote the same components. The phase shifter 162, which is a half-wave plate, may be disposed between the first light deflecting element 161 and the second light deflecting element 163 and can be arranged as shown in FIG. In the image display device 170 of the tenth embodiment shown in FIG. 31, the configuration in which the light polarization separation element 13 is between the second light deflection element 163 and the phase shifter 162 and the first light deflection element 161. However, as described above, the phase shifter 162 that is a half-wave plate is disposed between the first optical deflection element 161 and the second optical deflection element 163. Similar to the ninth embodiment, the effect of increasing the definition of an image can be obtained.

図32は空間光変調素子を光軸に回転させた配置にした様子を示す図である。図25及び図31に示す画像表示装置において反射型空間光変調素子のみを回転させ、この回転角を2θとする。この場合、画素に入射する直線偏光の電場の振動面が画素の辺と平行(又は垂直)となる。これは従来技術における画素の位置と入射する直線偏光との関係である。このため、従来の反射型空間光変調素子を、ラビング層等を変えることなく用いることができる。また、スクリーン上での画像は、図33のように、x,y軸から斜めになって投射されるようになる。しかし、これは装置全体を回転させる機構を持たせれば問題ない。なお、図33は1つの画素のみを示している。   FIG. 32 is a diagram showing a state in which the spatial light modulator is arranged around the optical axis. In the image display device shown in FIGS. 25 and 31, only the reflective spatial light modulator is rotated, and the rotation angle is 2θ. In this case, the vibration plane of the linearly polarized electric field incident on the pixel is parallel (or perpendicular) to the side of the pixel. This is the relationship between the position of the pixel and the incident linearly polarized light in the prior art. For this reason, the conventional reflective spatial light modulator can be used without changing the rubbing layer or the like. The image on the screen is projected obliquely from the x and y axes as shown in FIG. However, this is not a problem if a mechanism for rotating the entire apparatus is provided. FIG. 33 shows only one pixel.

図34は本発明の第11の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図25と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置180は、偏光分離素子にワイヤグリッド偏光子(グリッド偏光子)181を用いた構成である。ワイヤグリッド偏光子181は、複屈折偏光子や2色性を利用した偏光子よりも、消光比を高くすることが可能である。   FIG. 34 is a diagram showing a configuration of an image display apparatus according to the eleventh embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 25 denote the same components. The image display apparatus 180 according to the present embodiment shown in the figure has a configuration in which a wire grid polarizer (grid polarizer) 181 is used as a polarization separation element. The wire grid polarizer 181 can have a higher extinction ratio than a birefringent polarizer or a dichroic polarizer.

図35は本発明の第12の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図25と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す第12の実施の形態例の画像表示装置190は、光源11、第1の偏光子191、1/2波長板である位相器162、第1の光偏向素子161、反射型空間光変調素子16、第2の光偏向素子163、第2の偏光子192を含んで構成されている。第2の偏光子192は所謂検光子であり、第2の偏光子192の透過軸は第1の偏光子191の透過軸と直交している(クロスニコル)。この光学系はオフアクシス(Off-Axis)である。このような構成を有する第12の実施の形態例の画像表示装置によれば、光源11から無偏光の光が放射され、第1の偏光子191を透過したときは直線偏光となる。このとき、直線偏光の電場の振動面をy軸に平行とする。次に1/2波長板である位相器162の遅相軸はy軸からz軸周りに回転した位置にあり、x軸,y軸のどちらとも一致しないものとする。1/2波長板である位相器162に入射する直線偏光は、y軸から2θ回転した電場の振動面を有する直線偏光となり、第1の光偏向素子161を透過して、反射型空間光変調素子16に入射する。画素で反射された直線偏光が反射型空間光変調素子16で変調されない場合、第1の光偏向素子161を透過して位相器162で上記とは逆に2θ、電場の振動面を回転して、y軸に平行な直線偏光となる。そして、第2の光偏光素子163を透過し、第2の偏光子192で反射及び吸収される。この第2の偏光子192の透過軸の方向は、x軸に平行であり、電場の振動面がy軸に平行な直線偏光は透過できない。このときスクリーン上に光は到達できず、暗表示(黒表示)となる。一方、空間光変調素子16で電場の振動面が変調された直線偏光は、その電場の振動面が図9の方向64に対して垂直となる。この直線偏光は、第1の光偏向素子161を透過し、位相器162で上記と逆に2θ回転して、x軸に電場の振動面が平行な直線偏光となる。この直線偏光は、第2の光偏向素子163を透過した後、第2の偏光子192を透過してスクリーン19に到達し、明表示(黒表示)となる。また、この行程において、第1の光偏向素子161及び第2の光偏向素子163で偏向が可能となり、これを全て偏向した場合、上述したような4サブフィールド駆動、つまりスクリーン19上で4つの異なる位置をとり得られる。このため、見かけ上の画素数の増大による画質の向上が達成される。また、上述した3サブフィールド駆動も可能である。更に、このようなオフアクシスの光学系においては偏光子と検光子が用いられ、従来の偏光子を用いるため低コストとなる。また、この偏光子と検光子の構成においては、高い消光比が得られ、高コントラスト比が達成できる。また、1/2波長板である位相器162の遅相軸と、この位相器162に入射する直線偏光の電場の振動面との成す角を22.5°とするとき、正方形の画素の辺と、入射する直線偏光の電場の振動面との成す角は45°となり、これは正方形の対角線となって対角線上の光偏向となる。また、画素ピッチの対角線の半分に相当する距離にシフトさせれば、画素数を増大でき、高コントラストとなり、かつより高精細な画像が表示できる。   FIG. 35 is a diagram showing the configuration of an image display apparatus according to the twelfth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 25 denote the same components. The image display apparatus 190 according to the twelfth embodiment shown in the figure includes a light source 11, a first polarizer 191, a phase shifter 162 that is a half-wave plate, a first light deflecting element 161, and a reflective space. The light modulation element 16, the second light deflection element 163, and the second polarizer 192 are included. The second polarizer 192 is a so-called analyzer, and the transmission axis of the second polarizer 192 is orthogonal to the transmission axis of the first polarizer 191 (crossed Nicols). This optical system is off-axis. According to the image display device of the twelfth embodiment having such a configuration, when non-polarized light is emitted from the light source 11 and passes through the first polarizer 191, it becomes linearly polarized light. At this time, the vibration plane of the electric field of linearly polarized light is made parallel to the y-axis. Next, the slow axis of the phase shifter 162, which is a half-wave plate, is at a position rotated about the z axis from the y axis, and does not coincide with either the x axis or the y axis. The linearly polarized light incident on the phase shifter 162, which is a half-wave plate, becomes linearly polarized light having a vibration surface of an electric field rotated by 2θ from the y-axis, is transmitted through the first light deflecting element 161, and is reflected-type spatial light modulation. Incident on the element 16. When the linearly polarized light reflected by the pixel is not modulated by the reflective spatial light modulator 16, it passes through the first light deflector 161, and the phase shifter 162 rotates the vibration surface of the electric field by 2θ opposite to the above. , Linearly polarized light parallel to the y-axis. Then, the light passes through the second light polarizing element 163 and is reflected and absorbed by the second polarizer 192. The direction of the transmission axis of the second polarizer 192 is parallel to the x-axis, and linearly polarized light whose electric field vibration plane is parallel to the y-axis cannot be transmitted. At this time, light cannot reach the screen, and dark display (black display) occurs. On the other hand, the linearly polarized light whose electric field vibration plane is modulated by the spatial light modulator 16 has the electric field vibration plane perpendicular to the direction 64 in FIG. This linearly polarized light is transmitted through the first light deflecting element 161 and rotated by 2θ opposite to the above in the phase shifter 162 to become linearly polarized light whose electric field vibration plane is parallel to the x axis. The linearly polarized light passes through the second light deflecting element 163 and then passes through the second polarizer 192 to reach the screen 19 to be bright display (black display). Further, in this process, the first light deflecting element 161 and the second light deflecting element 163 can be deflected, and when all of them are deflected, four sub-field driving as described above, that is, four on the screen 19 are performed. Different positions can be taken. For this reason, an improvement in image quality due to an increase in the apparent number of pixels is achieved. Further, the above-described 3-subfield driving is also possible. Further, in such an off-axis optical system, a polarizer and an analyzer are used, and the cost is low because a conventional polarizer is used. In addition, in the configuration of the polarizer and the analyzer, a high extinction ratio can be obtained and a high contrast ratio can be achieved. When the angle formed by the slow axis of the phase shifter 162 that is a half-wave plate and the vibration plane of the electric field of the linearly polarized light incident on the phase shifter 162 is 22.5 °, the side of the square pixel The angle between the incident linearly polarized electric field and the vibration plane of the electric field is 45 °, which becomes a square diagonal line and light deflection on the diagonal line. Further, if the distance is shifted to a distance corresponding to half of the diagonal line of the pixel pitch, the number of pixels can be increased, a high contrast and a higher definition image can be displayed.

また、図36は画素縮小を行い、斜め一方向と横方向の両偏向を行った場合の投射画素の様子を示す図である。同図に示すように、斜め一方向と横方向の両偏向を行うと、隙間無く画素の像を投射することが可能となり、実質4倍の画素数の増大となり、画素の縮小を1/2程度にしたときはさらに高精細な画像となる。   FIG. 36 is a diagram showing a state of a projection pixel when pixel reduction is performed and both deflection in one oblique direction and one lateral direction are performed. As shown in the figure, when both the oblique and lateral deflections are performed, it is possible to project a pixel image without a gap, which substantially increases the number of pixels by four times, and reduces the reduction of the pixels by 1/2. When it is set to about the level, a higher definition image is obtained.

なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications and substitutions are possible as long as they are described within the scope of the claims.

本発明の第1の実施の形態例に係る画像表示装置の概略を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing an outline of an image display apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1の光偏向素子の構成を当該光偏向素子の概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of the configuration of the light deflection element in FIG. 1. 図1の空間光変調素子の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the spatial light modulation element of FIG. 第1の実施の形態例の画像表示装置によるスクリーン表示の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the screen display by the image display apparatus of a 1st embodiment. 本発明の第2の実施の形態例に係る画像表示装置の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of the image display apparatus which concerns on the 2nd Example of this invention. ワイヤグリッド偏光子の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a wire grid polarizer. 図1の空間光変調素子の別の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another structure of the spatial light modulation element of FIG. 本発明の第3の実施の形態例の画像表示装置の概念的な構成を示す図である。It is a figure which shows the notional structure of the image display apparatus of the 3rd Example of this invention. 1/2波長板の作用を示す図である。It is a figure which shows the effect | action of a half-wave plate. 第3の実施の形態例における偏光ビームスプリッタ及び空間光変調素子の正方形状の画素の配列を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | sequence of the square pixel of the polarizing beam splitter and spatial light modulation element in the example of 3rd Embodiment. 本発明の第4の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image display apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 色分離光学系の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a color separation optical system. 画素を縮小して光偏向を行ったときのスクリーン表示の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of a screen display when light is deflected by reducing a pixel. マイクロレンズアレイを用いた反射型空間光変調素子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the reflection type spatial light modulation element using a micro lens array. マイクロレンズアレイを用いた反射型空間光変調素子の別の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another structure of the reflection type spatial light modulation element using a micro lens array. 本発明の第5の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image display apparatus which concerns on the 5th Example of this invention. 第5の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の変化及び光路の偏向の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the change of the vibration direction of each element of an optical system in the example of 5th Embodiment or a linearly polarized electric field, and the deflection | deviation of an optical path. 第5の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の変化及び光路の偏向の別の様子を示す図である。It is a figure which shows another mode of the change of the vibration direction of each element of the optical system in the example of 5th Embodiment or a linearly polarized electric field, and the deflection | deviation of an optical path. 光偏向素子による画素数増大の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the pixel number increase by an optical deflection | deviation element. 第5の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の変化及び光路の偏向の別の様子を示す図である。It is a figure which shows another mode of the change of the vibration direction of each element of the optical system in the example of 5th Embodiment or a linearly polarized electric field, and the deflection | deviation of an optical path. 本発明の第6の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image display apparatus which concerns on the 6th Example of this invention. 第6の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の変化及び光路の偏向の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of each element of the optical system in a 6th embodiment, the change of the vibration direction of the electric field of linearly polarized light, and the deflection | deviation of an optical path. 本発明の第7の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image display apparatus which concerns on the 7th Example of this invention. 本発明の第8の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image display apparatus which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image display apparatus which concerns on the 9th Example of this invention. 明表示の9つの画素をスクリーンに投射した一例を示す図である。It is a figure which shows an example which projected 9 pixels of bright display on the screen. 第1、第2の偏向素子及び空間光変調素子の印加電圧の波形を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the waveform of the applied voltage of a 1st, 2nd deflection | deviation element and a spatial light modulation element. 4サブフィールド駆動でスクリーン上に投射した1画素の偏向の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the deflection | deviation of 1 pixel projected on the screen by 4 subfield drive. 第1、第2の偏向素子及び空間光変調素子の印加電圧の別の波形を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows another waveform of the applied voltage of a 1st, 2nd deflection | deviation element and a spatial light modulation element. 3サブフィールド駆動でスクリーン上に投射した1画素の偏向の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the deflection | deviation of 1 pixel projected on the screen by 3 subfield drive. 本発明の第10の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image display apparatus which concerns on the 10th Embodiment of this invention. 空間光変調素子を光軸に回転させた配置にした様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the spatial light modulation element was arrange | positioned rotated to the optical axis. 図32の空間光変調素子によるスクリーン上の1画素の表示の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the display of 1 pixel on a screen by the spatial light modulation element of FIG. 本発明の第11の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image display apparatus which concerns on the 11th Example of this invention. 本発明の第12の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image display apparatus which concerns on the 12th Embodiment of this invention. 斜め一方向と横方向の両偏向を行った場合の投射画素の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the projection pixel at the time of performing both diagonal one direction and horizontal deflection | deviation.

符号の説明Explanation of symbols

10;画像表示装置、11;光源、12;偏光子、
13;偏光分離素子、14;1/4波長板、15;光偏向素子、
16;空間光変調素子、17;投射レンズ、18;面、
19;スクリーン。
10; Image display device, 11; Light source, 12; Polarizer,
13; polarization separation element; 14; quarter wave plate; 15; light deflection element;
16; spatial light modulation element, 17; projection lens, 18; surface,
19; Screen.

Claims (18)

光源、偏光分離素子、光偏向素子、反射型空間光変調素子及び投射レンズを少なくとも有し、
前記光源からの直線偏光が入射される前記偏光分離素子は、前記直線偏光の電場の振動の方向に対して、前記偏光分離素子における偏光分離機能を有する面と平行になるように設けられ、
前記反射型空間光変調素子は、前記直線偏光の電場の振動の方向に対して、前記反射型空間光変調素子が有する正方形状の画素の辺の水平方向及び垂直方向と一致しないように設けられ、
前記光偏向素子は、前記直線偏光の電場の振動の方向に対して平行な面内で前記直線偏光を偏向することを特徴とする画像表示装置。
At least a light source, a polarization separation element, a light deflection element, a reflective spatial light modulation element, and a projection lens;
The polarization separation element on which linearly polarized light from the light source is incident is provided so as to be parallel to a plane having a polarization separation function in the polarization separation element with respect to the direction of vibration of the electric field of the linearly polarized light,
The reflective spatial light modulator is provided so as not to coincide with the horizontal and vertical directions of the sides of the square pixels of the reflective spatial light modulator with respect to the direction of vibration of the linearly polarized electric field. ,
The image display device, wherein the light deflection element deflects the linearly polarized light in a plane parallel to a direction of vibration of the electric field of the linearly polarized light.
光源、偏光分離素子、第1の位相器、光偏向素子、反射型空間光変調素子及び投射レンズを少なくとも有し、
前記光源からの直線偏光が入射される前記偏光分離素子は、前記直線偏光の電場の振動の方向に対して、前記偏光分離素子における偏光分離機能を有する面と平行になるように設けられ、
前記第1の位相器は、当該第1の位相器の遅相軸が前記直線偏光の電場の振動の方向に対して所定の角度、回転させて設けられ、
前記光偏向素子は、前記直線偏光の振動の方向に対して平行な面内で前記直線偏光を偏向することを特徴とする画像表示装置。
Having at least a light source, a polarization separation element, a first phase shifter, a light deflection element, a reflective spatial light modulation element, and a projection lens;
The polarization separation element on which linearly polarized light from the light source is incident is provided so as to be parallel to a plane having a polarization separation function in the polarization separation element with respect to the direction of vibration of the electric field of the linearly polarized light,
The first phase shifter is provided by rotating the slow axis of the first phase shifter by a predetermined angle with respect to the vibration direction of the electric field of the linearly polarized light,
The image display device, wherein the light deflection element deflects the linearly polarized light in a plane parallel to a direction of vibration of the linearly polarized light.
光源、第1の偏光子、光偏向素子、反射型空間光変調素子、第2の偏光子及び投射レンズを少なくとも有し、
前記光源からの直線偏光が入射される前記第1の偏光子は、前記第1の偏光子が有する透過軸の方向に対して電場の振動方向が平行な振動方向の直線偏光を透過させ、
前記反射型空間光変調素子は、正方形状の画素の配列を有し、画素毎に入射した直線偏光の電場の振動方向を変調して出射し、前記第1の偏光子を透過する直線偏光の電場の振動方向に対して、画素の辺の水平及び垂直方向が一致しないように設けられ、
前記光偏向素子は、前記反射型空間光変調素子により変調され出射した光の所定の電場の振動方向に対して光路を偏向させ、
前記第2の偏光子は、前記第2の偏光子が有する透過軸が前記所定の電場の振動方向と平行となるように設けられていることを特徴とする画像表示装置。
At least a light source, a first polarizer, a light deflection element, a reflective spatial light modulation element, a second polarizer and a projection lens;
The first polarizer to which the linearly polarized light from the light source is incident transmits linearly polarized light having a vibration direction in which the vibration direction of the electric field is parallel to the direction of the transmission axis of the first polarizer,
The reflective spatial light modulator has an array of square pixels, modulates the direction of vibration of the linearly polarized electric field incident on each pixel, emits it, and transmits linearly polarized light that passes through the first polarizer. Provided so that the horizontal and vertical directions of the sides of the pixel do not match the vibration direction of the electric field,
The light deflection element deflects an optical path with respect to a vibration direction of a predetermined electric field of light modulated and emitted by the reflective spatial light modulation element,
The image display apparatus, wherein the second polarizer is provided so that a transmission axis of the second polarizer is parallel to a vibration direction of the predetermined electric field.
光源、偏光分離素子、第1の光偏向素子、反射型空間光変調素子、第1の位相器、第2の光偏向素子及び投射レンズを少なくとも有し、
前記第1、第2の光偏向素子は、直線偏光の電場の振動面内で光を偏向する機能を有し、
前記第1の位相器は、前記第1の光偏向素子と前記第2の光偏向素子の光路間に設けられ、かつ前記第1の位相器の遅相軸が、前記第1の位相器に入射する直線偏光の電場の振動面に対して水平及び垂直にならないように設けられることを特徴とする画像表示装置。
At least a light source, a polarization separation element, a first light deflection element, a reflective spatial light modulation element, a first phase shifter, a second light deflection element, and a projection lens;
The first and second light deflection elements have a function of deflecting light within a plane of vibration of a linearly polarized electric field,
The first phase shifter is provided between optical paths of the first optical deflection element and the second optical deflection element, and a slow axis of the first phase shifter is connected to the first phase shifter. An image display device provided so as not to be horizontal and vertical with respect to a vibration plane of an incident electric field of linearly polarized light.
光源、第1の偏光子、第1の光偏向素子、反射型空間光変調素子、第1の位相器、第2の光偏向素子、第2の偏光子及び投射レンズを少なくとも有し、
前記第1、第2の光偏向素子は、直線偏光の電場の振動面内で光を偏向する機能を有し、
前記第1の位相器は、前記第1の光偏向素子と前記第2の光偏向素子の光路間に設けられ、かつ前記第1の位相器の遅相軸が、前記第1の位相器に入射する直線偏光の電場の振動面に対して水平及び垂直にならないように設けられ、
前記第1の偏光子及び前記第2の偏光子は、前記第1の偏光子の透過軸と前記第2の偏光子の透過軸とは直交するように設けられることを特徴とする画像表示装置。
A light source, a first polarizer, a first light deflection element, a reflective spatial light modulation element, a first phase shifter, a second light deflection element, a second polarizer, and a projection lens;
The first and second light deflection elements have a function of deflecting light within a plane of vibration of a linearly polarized electric field,
The first phase shifter is provided between optical paths of the first optical deflection element and the second optical deflection element, and a slow axis of the first phase shifter is connected to the first phase shifter. Provided so as not to be horizontal and vertical to the vibration plane of the incident linearly polarized electric field,
The first polarizer and the second polarizer are provided so that a transmission axis of the first polarizer and a transmission axis of the second polarizer are orthogonal to each other. .
前記第1の位相器は1/2波長板である請求項2記載の画像表示装置。   The image display apparatus according to claim 2, wherein the first phase shifter is a half-wave plate. 前記偏光分離素子と前記光偏向素子の光路間に、第2の位相器を設ける請求項1又は2に記載の画像表示装置。   The image display apparatus according to claim 1, wherein a second phase shifter is provided between optical paths of the polarization separation element and the light deflection element. 前記第2の位相器は1/4波長板である請求項7記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 7, wherein the second phase shifter is a ¼ wavelength plate. 前記直線偏光の電場の振動の方向と、前記反射型空間光変調素子における正方形状の画素の辺の水平及び垂直方向の成す角は、45°である請求項1〜8のいずれかに記載の画像表示装置。   The angle formed by the direction of vibration of the linearly polarized electric field and the horizontal and vertical directions of the sides of the square pixel in the reflective spatial light modulator is 45 °. Image display device. 前記第1の位相器の遅相軸と、前記直線偏光の電場の振動の方向との成す角は、22.5°である請求項2、4〜6のいずれかに記載の画像表示装置。   The image display apparatus according to claim 2, wherein an angle formed between a slow axis of the first phase shifter and a direction of vibration of the electric field of the linearly polarized light is 22.5 °. 前記空間光変調素子には、赤、緑、青の3色の光が時分割で入射され、前記光偏向素子は、前記3色の光のうち1つの光のみ光偏向することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の画像表示装置。   Red, green, and blue light is incident on the spatial light modulator in a time-sharing manner, and the light deflector deflects only one of the three colors of light. The image display device according to claim 1. 前記光偏向素子は、前記3色の光のうち緑の光のみ光偏向する請求項11記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 11, wherein the light deflection element deflects only green light of the three colors of light. 前記反射型空間光変調素子はマイクロレンズを有する請求項1又は2に記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 1, wherein the reflective spatial light modulator has a microlens. 前記反射型空間光変調素子の前記正方形状の画素は凹面状である請求項1又は2に記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 1, wherein the square pixels of the reflective spatial light modulator are concave. 前記所定の電場の振動方向は、前記第1の偏光子の有する透過軸と直交する方向である請求項3に記載の画像表示装置。   The image display apparatus according to claim 3, wherein the vibration direction of the predetermined electric field is a direction orthogonal to a transmission axis of the first polarizer. 前記第1の偏光子の光進行方向の後段に、前記第1の偏光子が出射した後の直線偏光の電場の振動方向に対して、遅相軸が回転した状態に設定された第3の位相器が設けられている請求項3又は15に記載の画像表示装置。   The third phase is set in a state where the slow axis is rotated with respect to the vibration direction of the electric field of the linearly polarized light after the first polarizer exits after the light traveling direction of the first polarizer. The image display device according to claim 3, wherein a phase shifter is provided. 前記第1の偏光子、前記第2の偏光子又は前記偏光分離素子はワイヤグリッド偏光子である請求項3、4、5、14又は15のいずれかに記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 3, wherein the first polarizer, the second polarizer, or the polarization separation element is a wire grid polarizer. 前記光偏向素子は、前記空間光変調素子と、前記第2の偏光子との光路間に設けられる請求項3、5、15〜17のいずれかに記載の画像表示装置。   The image display device according to claim 3, wherein the light deflection element is provided between an optical path between the spatial light modulation element and the second polarizer.
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