JP2007011395A - 投射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトで、コントラストのよい投射型映像表示装置を提供する。
【解決手段】光源ユニットから出射された光をＳ偏光光またはＰ偏光光の一方の偏光光にそろえるための偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタからの出射光の波長帯域を電子的に、かつ周期性を持って切り替える光学特性切替素子と、該光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、該光学特性切替素子から順次出射された複数の色の光を該映像表示素子に照射する手段とを備え、該映像表示素子から出射された光を該投射レンズに入射すると共に、光源ユニットから該投射レンズまでの光路をほぼＵ字状に構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネル、又は映像表示素子などのライトバルブ素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、投射型リアプロジェクションテレビ等の光学エンジン、投射型映像表示装置及び色切替方法に係わり、特にライトバルブ素子に入射する色を周期的に切り替え可能な電子式の時分割光学特性切替素子を用いて映像を投射する技術に関するものである。

非特許文献１には、特定波長帯域の光軸を偏光させることができる偏光回転制御素子、例えば、Ｐ偏光光であるＲ（赤）光の偏光軸を回転させてＳ偏光光に変換するＲ偏光回転制御素子、Ｐ偏光光であるＧ（緑）光の偏光軸を回転させてＳ偏光光に変換するＧ偏光回転制御素子、Ｐ偏光光であるＢ（青）光の偏光軸を回転させてＳ偏光光に変換するＢ偏光回転制御素子を用いてライトバルブ素子に入射する色を周期的に切り替えることができる電子式の時分割光学特性切替素子（以下、単に光学特性切替素子と言う）について記載されている。

また、非特許文献１には、光源からの光をリフレクタで反射させ、第１のレンズアレイ、第２のレンズアレイを通過させ、偏光ビームスプリッタでＰ偏光光に変換して、集光レンズを透過後、透過型の光学特性切替素子に入射してＲ光、Ｂ光及びＧ光を順次出力させ、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと言う）を透過して、反射型の液晶パネルに入射させ、この液晶パネルで反射させ、映像信号が白表示の時に、液晶パネルにてＰ偏光光をＳ偏光光に変換してＰＢＳで反射させ、この反射光を、投射レンズを通して拡大された映像を得ることが示されている。

ガリィ・ディ．シャープ、外（Gary D. Sharp et al.）、「スループット・カラー・スイッチ・フォア・シーケンシャル・カラー・プロジェクション（Throughput Color Switch for Sequential Color Projection）、エスアイディ２０００・ダイジェスト（SID 2000 DIGEST）

この光学エンジンは全体としてＬ型に構成されており、投射レンズと液晶パネル間の距離が長く、製品セットサイズが大きくなる。更に、投射型映像表示装置に使われる液晶パネルでは液晶の応答時間が長い。このため、従来の投射型映像表示装置のように、液晶パネルの画面全体にＲ光を投射し、次にＧ光を、更にその次にＢ光を投射するように偏光回転制御素子を切り替えるものにおいては、光の利用効率が悪い。

本発明の目的はコンパクトで、コントラストのよい投射型映像表示技術を提供することにある。本発明の他の目的は光の利用効率がよい、新規かつ有用な投射型映像表示技術を提供することにある。

本発明の目的を達成するために、第１の発明では、投射型映像表示装置は、光を放射する光源ユニットと、該光源ユニットから出射された光をＳ偏光光またはＰ偏光光の一方の偏光光にそろえるための偏光変換手段と、該偏光変換手段からの出射光の波長帯域を電子的に、かつ周期性を持って切り替える光学特性切替素子と、該光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、該映像表示素子に照射する手段照射と、前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段とを備え、該映像表示素子から出射された光を該投射手段に入射するように構成する。第１の発明において、光路変更素子を設け、該照射手段を偏光ビームスプリッタで構成し、該映像表示素子を反射型の映像表示素子で構成し、該光源ユニットから該投射手段に至る光路がＵ字状に形成される。又は、該光学特性切替素子は、電圧により光の回折を制御する構成を有し、上記光路上に配されていて、該照射手段を偏光ビームスプリッタで構成し、該映像表示素子を反射型の映像表示素で構成する。

第２の発明では、投射型映像表示装置は、光を放射する光源ユニットと、該光源ユニットから出射された光をＳ偏光光またはＰ偏光光の一方の偏光光にそろえるための偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタからの出射光の波長帯域を電子的に、かつ周期性を持って切り替える光学特性切替素子と、全反射プリズムと、該光源ニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成する反射型のマイクロミラー型映像表示素子と、投射レンズとを備え、該光学特性切替素子から順次出射された複数の色の光を該全反射プリズムで反射させて該反射型のマイクロミラー型映像表示素子に入力し、反射のうちＯＮ光を該全反射プリズムを透過して該投射レンズに入射するように構成される。

第３の発明では、投射型映像表示装置は、光を放射する光源ユニットと、該光源ユニットから出射された光をＳ偏光光またはＰ偏光光の一方の偏光光にそろえるための偏光変換手段と、該偏光変換手段からの出射光の波長帯域を電子的に、かつ周期性を持って切り替える光学特性切替素子と、該光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、複数のレンズから構成された結像光学系と、前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段とを備え、該光学特性切替素子から出射された複数の色の光を該結像光学系を通して該映像表示素子に照射し、該結像光学系が該光学特性切替素子の像を該映像表示素子上に結像させ、該映像表示素子から出射された光を該投射手段に入射する。第３の発明において、該光学特性切替素子は複数の色の光を同時に出射して該映像表示素子の異なった領域に照射し、該複数の光は該映像表示素子の該異なった領域を順次移動する。

第４の発明では、投射型映像表示装置は、光を放射する光源ユニットと、該光源ユニットから出射された光をＳ偏光光またはＰ偏光光の一方の偏光光にそろえるための偏光変換手段と、該偏光変換手段からの出射光の波長帯域を電子的に、かつ周期性を持って切り替える反射型の光学特性切替素子と、全反射プリズムと、該光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、複数のレンズから構成された結像光学系と、前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段とを備え、該偏光変換手段から出射された光は該全反射プリズムを反射して、該反射型の光学特性切替素子に入射され、その反射光は該全反射プリズムを透過し、該結像光学系を通して該映像表示素子に入射され、該映像表示素子から出射された光を該投射手段に入射する。第４の発明において、該結像光学系は非球面レンズを含む。

第５の発明では、投射型映像表示装置は、光を放射する光源ユニットと、該光源ユニットから出射された光をＳ偏光光またはＰ偏光光の一方の偏光光にそろえるための偏光変換手段と、該偏光変換手段からの出射光を複数の光に分割し、かつ各光を異なった位置に集光させることができ、該複数の光は該集光位置を順次移動させることができる光学特性切替素子と、該光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子とを備え、該光学特性切替素子から出射した該複数の光を該映像表示素子の異なった領域に照射し、該複数の光は該領域を順次移動する。第５の発明において、結像光学系を設け、該光学特性切替素子はホログラムタイプで、回折光を利用するもので、該光学特性切替素子から出射された該複数の光は該結像光学系の異なった場所に集光される。

第６の発明では、映像表示装置は、光を放射する光源ユニットと、該光源ユニットから出射された光をＳ偏光光またはＰ偏光光の一方の偏光光にそろえるための偏光変換手段と、該偏光変換手段の出射光から複数の光を順次出力する反射型の複数の光学特性切替素子と、該光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、該光学特性切替素子から出射される光を該映像表示素子に結像させるための結像光学系とを備え、該複数の光学特性切替素子から出射される互いに異なった光を該結像レンズの異なった場所に集光させ、各該光学特性切替素子から出射される光の色が順次切り替えられ、各光学特性切替素子から出射した該光は該映像表示素子の異なった領域に照射される。

第７の発明では、映像表示装置は、光を放射する光源ユニットと、該光源ユニットから出射された光をＳ偏光光またはＰ偏光光の一方の偏光光にそろえる第１の偏光ビームスプリッタと、該第１の偏光ビームスプリッタの出射光から複数の光を順次出力する透過型の第１の光学特性切替素子と、該第１の光学特性切替素子から出射された一方の偏光光の第１の光を反射し、他の偏光光を有する第２、第３の光を透過する第２の偏光ビームスプリッタと、該第２の光の偏光軸を変換する第２の光学特性切替素子と、該第２の光学特性切替素子からの出射光の内、該第２の光を反射し、該第３の光を透過させる第３の偏光ビームスプリッタと、該第３の偏光ビームスプリッタを透過した該第３の光を反射する反射ミラーと、該光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、結像光学系とを備え、該第２の偏光ビームスプリッタで反射される該第１の光と、該第３の偏光ビームスプリッタで反射される該第該第２の光と、該反射ミラーで反射される該第３の光を該結像光学系レンズの異なった場所に照射する。

第８の発明では、投射型映像表示装置は、光を放射する光源ユニットと、該光源ユニットから出射された光をＳ偏光光またはＰ偏光光の一方の偏光光にそろえるための偏光変換手段と、該偏光変換手段からの出射光の波長帯域を電子的に、かつ周期性を持って切り替え、複数の光を順次出射する光学特性切替素子と、該光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成するための応答時間を必要とする映像表示素子と、該映像表示素子に該光学特性切替素子から出射される色光に対応した映像信号を、ライン毎に、順次垂直方向に書き込む駆動回路と、該光学特性切替素子は該映像表示素子に該映像信号が書き込まれ、映像表示素子の応答時間が経過した該ラインに対して、順次該光学特性切替素子から出射される該色光を照射する。

第９の発明では、映像表示装置は、光を放射する光源ユニットと、該光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成するための応答時間を必要とする映像表示素子と、該光源ユニットからの光を複数の光に分割して該映像表示素子の異なった領域に照射し、該複数の光を順次移動させて該映像表示素子に照射する光学特性切替素子と、該光学特性切替素子から出射される複数の光に対応した映像信号を、各ライン毎に、順次垂直方向に、該映像表示素子に書き込む駆動回路とを備え、該光学特性切替素子は、該映像表示素子の異なった領域に該複数の色の該映像信号が書き込まれ、液晶の応答時間が経過した時、該各ラインに対して、該光学特性切替素子から出射される該複数の色光の各々を照射する。

第１０の発明では、映像表示装置は、複数の色光を順次切り替えて出射する光学特性切替素子と、該光学特性切替素子からの色光が順次照射され、の応答時間を必要とする映像表示素子と、該光学特性切替素子から出射される複数の光と、該複数の光の内、隣合う波長域の色光間の補色光とが交互に整列され、該色光及び該補色光に対応する映像信号を該映像表示素子に書き込む駆動回路とを備え、該光学特性切替素子から出射された色光は両側の該補色が書き込まれた部分にも照射される。

第１１の発明では、映像表示装置は、複数の色光の光学特性を順次切り替えて出射する光学特性切替素子と、該光学特性切替素子からの色光が順次照射され応答時間を必要とする映像表示素子と、該映像表示素子に該光学特性切替素子から出射される色光に対応した映像信号を、ライン毎に、順次垂直方向に書き込む駆動回路とを備え、該映像表示素子に該映像信号が書き込まれ、応答時間が経過した該ラインに対して、順次該光学特性切替素子から出射される該色光を該映像表示素子に照射する場合、該駆動回路は、該映像信号を書き込む直前の信号を黒又は白の一方の信号とし、応答時間経過時の信号を黒又は白の他方の信号として、該応答時間を短縮する。

第１２の発明では、映像表示装置は、複数の色光の光学特性を順次切り替えて出射する光学特性切替素子からの出射光を映像表示素子に照射する場合、該光学特性切替素子から複数の色光を順次出射する、または複数の色光に白を加えて順次出射する、又は複数の色光の照射時間を変更する、又は、複数の色光の何れかの光を２回に分けて照射する、又は複数の色光の間に補色光を挿入する、又は白のみとする。

第１３の発明では、映像表示装置は、光を放射する光源ユニットと、該光源ユニットから出射された光をＳ偏光光またはＰ偏光光の一方の偏光光にそろえるための偏光変換手段と、該偏光変換手段からの出射光の波長帯域を電子的に、かつ周期性を持って切り替える光学特性切替素子と、該光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、光を該映像表示素子に照射する照射手段と、前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段とを備え、該光学特性切替素子は、光学特性切替素子から出射された光が時系列的に二色以上の色光またはＲ、Ｇ、Ｂ光またはＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗ光またはシアン、イエロー、マゼンダ光またはシアン、イエロー、マゼンダ、Ｗ光または複数色光であり、およびまたは、その色光の出射時間が時系列的に各色同時間からそれぞれ異なった時間まで自由に出射時間を制御する。

第１４の発明では、光学エンジンは、光を放射する光源ユニットと、該光源ユニットから出射された光をＳ偏光光またはＰ偏光光の一方の偏光光にそろえるための偏光変換手段と、該偏光変換手段からの出射光の波長帯域を電子的に、かつ周期性を持って切り替える光学特性切替素子と、該光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、該光学特性切替素子から順次出射された複数の色光を該映像表示素子に照射する手段と、投射レンズとを備え、該映像表示素子から出射された光を該投射レンズに入射する。

第１５の発明では、投射型映像表示装置の色切替方法は、光源ユニットから出射された光をＳ偏光光またはＰ偏光光の一方の偏光光にそろえるためのステップと、偏光方向が揃えられた光の波長帯域を電子的に、かつ周期性を持って切り替え、複数の光を順次出射するステップと、該複数の光の内の一つの光に対応した映像信号を、ライン毎に、順次垂直方向に映像表示素子に書き込むステップと、該映像信号が書き込まれ、応答時間が経過した該映像表示素子の該ラインに対して該一つの光を照射するステップとを備える。

以上述べたように、本発明によれば、コンパクトで、コントラストのよい投射型映像表示装置が得られる。また、光の利用効率がよい映像表示装置が得られる。

以下、本発明の実施の形態について幾つかの実施例を用い、図を参照して説明する。まず、本発明について説明する前に、電子式の時分割光学特性切替素子（以下、光学特性切替素子と言う。）の原理について、図２６を用いて説明する。図２６は光学特性切替素子群の原理を説明するための模式図である。図において、２１１はＲ偏光回転制御素子、２１２はＧ偏光回転制御素子、２１３はＢ偏光回転制御素子、２２１、２２２は偏光板であり、これらの素子によって光学特性切替素子群が構成される。２３１は偏光ビームスプリッタ（以下、単にＰＢＳという。）であり、２３２は反射型液晶パネルである。図に示すように、光学特性切替素子群の後ろにＰＢＳ２３１が配置される場合には偏光板２２２はかならずしも必要ではない。偏光回転制御素子は、これに電圧を印加しないと、特定波長域の光の偏光軸が変換され、電圧を印加すると光の偏光軸が変換されずにそのまま出射される。例えば、図において、Ｒ偏光回転制御素子２１１に電圧を印加し、Ｇ及びＢ偏光回転制御素子に２１２、２１３に電圧を印加しないと、Ｒ光はＳ偏光光のままＲ、Ｇ及びＢ偏光回転制御素子２１１、２１２、２１３を透過してＰＢＳ２３１に入射されるが、Ｓ偏光光であるＧ光及びＢ光はそれぞれＧ偏光回転制御素子２１２及びＢ偏光回転制御素子２１３でＰ偏光光に変換されるため、Ｇ光及びＢ光は偏光板２２２を透過することができない。従って、Ｒ光がＰＢＳ２３１に入射され、ＰＢＳ膜で反射され、液晶パネル２３２に入射する。例えば、映像信号で白表示を行うときには、液晶パネル２３２でＰ偏光光に変換され、今度はＰＢＳ２３１を透過して出射される。順次Ｇ偏光回転制御素子２１２及びＢ偏光回転制御素子２１３に電圧を印加することによって、順次Ｐ偏光光のＧ光及びＢ光がＰＢＳ２３１を透過して出射され、図示しない投射レンズによりスクリーン上にＲ、Ｇ、Ｂと順次、投影される。この各切替の周期が短いために、人間の目には白が見える。

以上の説明では、Ｓ偏光光が光学特性切替素子群に入射することを前提に説明したが、Ｐ偏光光を入射するようにしてもよい。この場合には電圧が印加されない偏光回転制御素子で、このＰ偏光光はＳ偏光光に変換され、ＰＢＳ２３１に入射されない。

図１は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの概略構成を示す模式図である。図において、１９は光源、１はリフレクタであり、これらによって光を放射するランプが構成される。２は第１のレンズアレイ、３は第２のレンズアレイ、４はＰＢＳ、４ａはλ／２位相差板、５は集光レンズ（コリメータレンズ）、１４は反射ミラー、６はコンデンサレンズ、７は光学特性切替素子群、９ａは偏光板である。１０は直方体型ＰＢＳであり、偏光ビームスプリッタ膜１０ａを持っている。１１はλ／４位相差板、１２ａは映像信号に応じた光学像を形成する反射型の液晶パネル、９ｂは偏光板、１３は投射レンズである。以下の全ての実施例において、直方体型ＰＢＳは平板ＰＢＳで代用してもよい。

この実施例の投射型映像表示装置では、光源７から放射される光は楕円面または放物面または非球面のリフレクタ１にて集光され、この反射面鏡リフレクタ１の出射開口と略同等サイズの矩形枠に設けられた複数の集光レンズセルにより構成され、リフレクタ１から出射した光を集光して、複数の２次光源像を形成するための第一のアレイレンズ２に入射される。さらに複数の集光レンズセルにより構成され、前述の複数の２次光源像が形成される近傍に配置され、かつ液晶パネル１２ａに第１のアレイレンズ２の個々のレンズ像を結像させる第２のアレイレンズ３を通過する。

ここで、第１、第２のアレイレンズ２、３の作用について説明する。リフレクタ１を出射した後の照度分布は一般的に、周辺部が暗く、中央に近いほど高くなる。ただし、中央で、管球の極で光がけられるために、照度は低くなる。第１、第２のアレイレンズ２、３は、リフレクタ出射後の照度分布を細かく分割してから、総和することにより、液晶パネル１２ａ上に均一な照度分布を得るように作用する。出射光は第２のアレイレンズ３の各々のレンズ光軸の横方向のピッチに適合するように配置された各々のレンズ幅の略１／２サイズの菱形プリズムの列により構成された偏光ビームスプリッタ４に入射される。このプリズム面には偏光ビームスプリッタ膜の膜付けが施されており、入射光は、この偏光ビームスプリッタ膜にてＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。Ｐ偏光光は、そのまま偏光ビームスプリッタ膜を直行し、このプリズムの出射面に設けられたλ／２位相差板４ａにより、偏光方向が９０°回転され、Ｓ偏光光に変換され出射される。一方、Ｓ偏光光は、偏光ビームスプリッタ膜により反射され、隣接する菱形プリズム内で本来の光軸方向にもう一度反射してからＳ偏光光として出射される。出射光は、集光レンズ５を透過し、反射ミラー１６で反射され、コンデンサレンズ６を通して、偏光板９ａに入射される。偏光板９ａにより特定の偏光の純度を高めて、Ｒ、Ｇ、及びＢ光学特性切替素子群７に入射する。

この光学特性切替素子群７は前述したように、光の波長帯域が周期的に切り替えるため、光学特性切替素子群７の出射光は、例えば、ある時点でＲ光がＳ偏光光、Ｇ光とＢ光はＰ偏光光、次の時点でＢ光がＳ偏光光、Ｒ光とＧ光はＰ偏光光、その次の時点でＧ光がＳ偏光光、Ｂ光とＲ光はＰ偏光光となり、これら３つの状態は周期的に切り替えられる。その後、特定の偏光軸、ここではＳ偏光光のみ反射し、Ｐ偏光光は透過する偏光ビームスプリッタ膜１０ａを膜付けした直方体型偏光ビームスプリッタ１０に入射させることにより、ある時点ではＳ偏光光であるＲ光のみ反射し、次にＢ光、次にＧ光のみ反射することになる。不要光であるＰ偏光光は偏光ビームスプリッタ膜１０ａを透過し、液晶パネル１２ａへ入射することはない。このように、時分割色分離が行われた後、光は変調素子である反射型液晶パネル１２ａに照射される。ここで、位相補償によるコントラスト向上を可能にするλ／４位相差板１１をパネル１２ａ前に配置している。

この反射型液晶パネル１２ａには、表示する画素に対応する（例えば横１０２４画素縦７６８画素など）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より入力される映像信号に基づき駆動回路で駆動され、上記照射された光を該映像信号に対応して光の偏光状態を変調し、反射光として再び該偏光ビームスプリッタ１０内に出射する。光の偏光状態と偏光ビームスプリッタ膜１０ａの透過及び反射の偏光軸との関係で、投射レンズ１３側へ出射する光量と光源部１９側へ出射する量が決まる。このようにして、外部入力映像信号に従った画像を投影する。液晶パネル１２ａを出射した光のうちのＰ偏光光は偏光ビームスプリッタ膜１０ａを透過した後、偏光度を上げてコントラストを改善する偏光板９ｂを通して投射レンズ１３に入射される。この場合、直方体型偏光ビームスプリッタ１０は、反射型液晶パネル１２ａが黒表示を行う場合には、偏光方向は入射光と同等、即ちＳ偏光光であるため、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。その後、映像である光は、例えばズームレンズである投射レンズ２０を通過し、スクリーンに到達する。前記投射レンズ２０により、反射型液晶パネル１２ａに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。この映像液晶表示装置は、後述する駆動回路により、光源１９およびパネル１２及び光学特性切替素子７の駆動を行っている。

本実施例においては、図１に示すように、リフレクタ１から投射レンズ１３への光軸１８がＵ字状、即ち、リフレクタ１からの光の向きと投射レンズ１３からの光の向きが略並行で、かつ、逆向きになり、２回光軸１８を折り曲げた構成となるように各光学部品を配置する。これにより、同一の部品構成で、光学エンジンの外形サイズをより小型化でき、それに伴い、製品セットの外形サイズを、より小型化できる。

図２は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第２の実施例を示す模式図である。図において、図１と同じ構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。図１の実施例では、透過型の光学特性切替素子を使用したが本実施例では反射型の光学特性切替素子群が使用される。光学特性切替素子群７ａでは回折現象を利用して色分離を行っている。光学特性切替素子群７ａでＯＮ光１４ａとＯＦＦ光１４ｂとに分離され、各々別の方向へ光線を出射する。実線で示したＯＮ光１４ａは、光学特性切替素子群７ａで反射され、液晶パネル１２ａまで到達する光路へ向けて出射されるが、破線で示したＯＦＦ光１４ｂは、光学特性切替素子群７ａを透過して、コントラスト低下を防止するために黒塗りした遮光板１７に出射される。

本実施例でも、光路の折り曲げ部に反射型の電子的色分離手段７を用いることにより、第１の実施例と同様に、リフレクタ１から投射レンズ１３への光軸がＵ字状、即ち、リフレクタ１からの光の向きと投射レンズ１３からの光の向きが略並行で、かつ、逆向きになり、２回光軸を折り曲げた構成となるように各光学部品を配置する。これにより、同一の部品構成で、光学エンジンの外形サイズをより小型化でき、それに伴い、製品セットの外形サイズを、より小型化できる。

図３は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第３の実施例を示す模式図である。図において、図１〜図３と同じ構成要素には同一の符号を付し、本実施例において、光路はＬ字状に構成されている。色分離は、それ以降の光路にＰＢＳが設けられていないので、偏光板９ａ、９ｃ及び光学特性切替素子群７により行われる。この光学特性切替素子群７はコンデンサレンズ６の出射側に設けられる。偏光板９ｃによって、偏光方向が異なる光はカットされる。また、映像表示素子としては透過型の液晶パネル１２ｂが設けられている。光学特性切替素子群により、偏光回転制御素子郡７によってＲ光、Ｇ光及びＢ光が順次透過型液晶パネル１２ｂに入射される。

本実施例においては、透過型のパネルを用いているために、偏光ビームスプリッタが不要な分、軽くなり、液晶パネル１２ｂと投射レンズ１３間の距離が短く、バックフォーカスが短いので、投射レンズ１３を短くすること及び軽量化ができる。それにより、セットサイズの小型化が可能である。

図４は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第４の実施例を示す模式図である。図４は図２に示す反射型の光学特性切替素子群７ａが採用され、反射されたＯＮ光は透過型液晶パネル１２ｂを通して投射レンズ１３に入射される。ＯＦＦ光は遮光板１７で遮光される。この光学特性切替素子群７ａは偏光板９とコンデンサレンズ６の間に設けられる。電源１９からの光路はほぼ直角に曲げられ、Ｌ字状に構成される。この実施例においても、光学エンジンをコンパクトに構成することができる。

図５は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第５の実施例を示す模式図である。本実施例において、偏光板９ａ、９ｂ、光学特性切替素子７はコンデンサレンズ６の出射側に設けられ、その出射光はＴＩＲプリズム８に入射される。全反射プリズム８（ＴＩＲプリズム）に入射された光は反射防止膜３１（例えば、ＡＲマルチコート）で反射されて反射型のマイクロミラー型映像表示素子１２ｃに入射される。反射型のマイクロミラー型映像表示素子１２ｃには画素単位の小さい鏡が設けられており、電圧を印加することによって、この鏡を３０度ぐらい回転させることができる。ＯＮ光１４ａの時は投射レンズ１３の光軸方向に出射させ、ＯＦ光１４ｂは投射レンズ１３に入射しないように反射させる。投射スクリーンに黒を出したいときには、ＯＦＦ光１４ｂとする。投射スクリーンに白又その他の色を出したいときはＯＮ光１４ａとする。灰色にする場合には、ＯＮ光１４ａの時間と、ＯＦＦ光１４ｂの時間を変えて明るさの階調を制御することができる。

また、反射型のマイクロミラー型映像表示素子１２ｃは静電気力によってマイクロミラーを回転させるもので、ＯＮ光１４ａとＯＦＦ光１４ｂの切替えが速く切替え時間の損失を少なくすることができる。

図６は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第６の実施例を示す模式図である。本実施例においては、反射型の光学特性切替素子群７ａが採用され、表示素子として反射型のマイクロミラー型映像表示素子１２ｃが用いられ、光路はＵ字状に形成される。反射型の光学特性切替素子群７ａは集光レンズ９ａとコンデンサレンズ６の間に設けられる。コンデンサレンズ６の出射光側に全反射プリズム８が設けられ、全反射プリズム８で反射された光は反射型のマイクロミラー型映像表示素子１２ｃに入射される。この光学系において、光学特性切替素子群７ａの出射光は、図６の実施例と同様に動作に機能するし、ＯＮ光１４ａとＯＦＦ光１４ｂの切替えが早く切替時間の損失を少なくすることができる。また、光学エンジンをコンパクトにすることができる。

以上述べた実施例において、光学特性切替素子によって、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光は順次液晶パネル１２の全面に照射される場合、即ち、まず、Ｒ光が液晶パネルの全面に照射され、次に、Ｇ光が液晶パネルの全面に照射され、更にその次には液晶パネルの全面に順次照射される場合には、液晶パネルの集光領域についてはそれほど厳密ではないが、例えば、液晶パネルの１／３の領域にＲ光を照射し、他の１／３の領域にＧ光を照射し、残りの１／３の領域にＢ光を照射し、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光が照射される領域を順次変えるようにしたいわゆるスクロール方式を採用した場合には、光が照射される領域にきちんと集光させる必要がある。つまり、光学特性切替素子７の像を表示素子上に結像させる結像光学系が必要となる。

以下、図７〜図９を用いて、結像性能を上げて、決められた領域にきちんと結像させるための結像光学系を追加した実施例について説明する。図７（ａ）は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第７の実施例を示す模式図であり、図７（ｂ）、（ｃ）は液晶パネルに照射される光の領域を示す模式図である。本第７の実施例は、光学特性切替素子７上で、複数の分離した色光を各々、異なる位置に移動させつつ表示し、結像光学系１５により、該光学特性切替素子の像を表示素子１２ａ上に結像させるようにした場合の構成例である。

本実施例においては、ある時点で、図７（ｂ）に示すように、例えば、液晶パネル面の上部領域にＲ光が照射され、中央部領域にＧ光が照射され、下部領域にＢ光が照射され、次の時点で図７（ｃ）に示すように、液晶パネル面の上部領域にＢ光が照射され、中央部領域にＲ光が照射され、下部領域にＧ光が照射されるように、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の照射される場所が順次変化される場合には、各領域に照射された光が、その領域をはみ出さないように結像させて、色のにじみをなくすことが重要である。

本実施例では、結像性能を上げるために、光学特性切替素子７の出射光であるＳ偏光光を反射ミラー１６で反射させ、結像光学系１５ａを通して、偏光ビームスプリッタ１０に入射させ、偏光ビームスプリッタ膜１０ａで反射させて、λ／４位相差板１１を通して反射型液晶パネル１２ａに入射させている。従って、適切に設計された結像光学系１５ａを用いることによって、光学特性切替素子７上の像の各Ｒ光、Ｇ光及びＢ光は反射型液晶パネル１２ａの上部領域、中央部領域及び下部領域収差少なく集光され、表示素子である反射型液晶パネル１２ａ上に結像される。

かかる第７の実施例構成においては、上記光学特性切替素子７において、反射型表示素子の走査方向に対応する複数位置の電子的な制御条件を時間的にも変えることで、表示素子面上に複数色の光を時間的に多重して照射できる。例えば、光学特性切替素子７がＲ、Ｇ，Ｂ光に作用するとし、光学特性切替素子７上がフレームの横長方向ライン状態にｎ段階に分割されているとする。この時、第１の期間には、順次上から電圧印加あるいは不印加してＲ光出力が行われ、略１／３範囲すなわち、ｎ／３段階の範囲になった後、表示素子上での略１／３範囲の幅で順次下方向へＲ光出力が移動する。この時Ｒ光範囲が移動した後の光学特性切替素子７の上部からは今度はＧ光出力が光学特性切替素子７の例えば偏光制御により出力される。前記光学特性切替素子７は波長選択反射制御素子群７でもよく、この場合は、例えば反射ミラー１６の替わりに波長選択反射制御素子群７を配置して、光路上に反射部を配置して構成とすれば、光学特性切替素子７と同等機能が得られる。

同様に順次上から電圧印加あるいは不印加してＧ光出力が行われ、略１／３範囲すなわち、ｎ／３段階の範囲になった後、略１／３範囲の幅で順次下方向へＧ光出力が移動する。この時Ｂ光出力範囲が、光学特性切替素子７の上部から発生し、順次Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を交互に出力する。この光学特性切替素子７上でのＲＧＢ各色のラインごとの表示を結像光学系１５にて、反射型表示素子１２ａ上に結像させる構成である。この時、Ｒ、Ｇ、Ｂ光の組合せは、別の色光、例えばシアン、イエロー、マゼンダの組合せ、あるいはＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗ（ホワイト）でも可能であり、また、上記例は、ｎ／３ラインごとに切り替えたが、ｎ／Ｍ（Ｍはｎ以下の整数）でも良い。本実施例では、結像光学系１５は光学特性切替素子７の表示をリレーレンズ系にて表示素子１２ａ上に結像させる、少なくとも３枚以上のレンズ群からなる例であり、テレセントリックな光学系で構成されている。これは、必ずしも３枚のレンズでなくてもよく、反転するリレーレンズ系でなくても良い。さらには、コリメータレンズ５とコンデンサレンズ６とで構成された照明系もテレセントリックとし、光学特性切替素子７を通過する光の光軸が平行であることが、望ましい。ところで、光学特性切替素子７はコンデンサレンズ６に接着してもよく、または結像光学系１５の第一レンズに密着させても良い。また、偏光板９ａは偏光ビームスプリッタ１０の直前に配置してもよく、テレセントリックな結像光学系１５により平行光にされた後に配置した方が、光学特性が向上する傾向にある。また、光路中のＳ偏光光はＰ偏光光に特性を合わせて設定可能であり、この場合はＰＢＳ１０を透過して液晶パネルに入射させることも可能であるが、コントラストの特性重視ならば、偏光板９ａの前あるいは後ろに１／２λ位相差板を配置し、ＰＢＳ１０で反射して液晶パネルに入射させる構成も可能である。

このため、光の利用率を上げることができ、画面を明るくできる。その他の作用・効果については、上記各実施例の場合とほぼ同じである。

図８は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第８の実施例を示す模式図であり、図７の実施例の結像光学系１５ａの代わりに、非球面レンズを使った非球面結像光学系１５ｂを用いている。かかる第７の実施例構成によれば、結像光学系１５の結像性能を一層向上させることができるため、光学特性切替素子７の鮮明な像を表示素子１２ａ上に得られ、かつ、信号書込みの立上がり時間も短縮できる。また、球面レンズと同等以上の収差性能を得る構成した場合、球面レンズ使用時と比較して、光路長短縮、レンズ枚数削減、軽量化等の効果もある。非球面レンズの代わりにプラスチックレンズ、ハイブリッドレンズ等を用いてもよい。また、色収差の改善のため、色けしレンズを用いてもよい。従って、本実施例においては、図７の実施例のものに比べてより収差少なく、各領域にＲ光、Ｇ光及びＢ光を集光させて結像させることができる。

図９は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第９の実施例を示す模式図である。本第９の実施例は、反射型で、光の波長によって選択的に反射を制御する光学特性切替素子群７を用いる。全反射プリズム８を介して光学特性切替素子群７に入射及び光学特性切替素子群７から出射する光を今度は全反射プリズム８を通過する構成とする、すなわち、全反射プリズム８の反射角が、臨界角を挟んで、光学特性切替素子群７への光の入射角と出射角が存在するように最適化した構成とすることにより、光源側からの光の光路を略９０゜曲げた場合の構成例である。本実施例においては、コンデンサレンズ６の出射光を全反射プリズム８に入力し、反射防止膜３１で反射された光を反射型の光学特性切替素子群７ａに照射する。ここで反射された光（Ｓ偏光光）は全反射プリズム８を透過し、結像光学系１５ａを通して直方体型ＰＢＳ１０に入射される。直方体型ＰＢＳ１０の偏光ビームスプリッタ膜１０ａで反射されたＳ偏光光は反射型液晶パネル１２ａで反射され、映像信号が白表示のとき、Ｐ偏光光となって直方体型ＰＢＳ１０を透過して、投射レンズ１３に入射される。

本実施例は図４に示す第４の実施例を更に改善したものである。図４の実施例では、反射型の偏光回転制御素子郡７ａはほぼ直角に光を反射している。この場合、偏光回転制御素子郡７ａへの入射角自体が大きく、また、偏光回転制御素子郡７ａの上側（図面に向かって上方の縁の部分）に照射された光の入出射角と、下側の縁に照射された光とでは偏光回転制御素子郡７ａへの入出射角が大きく異なる。この入出射角の相違によって、ここから出射され、液晶パネルに入射された場合、液晶パネルの左右で色むらが生じる。これに対して、本実施例では、光は全反射プリズム８で反射されてから、光学特性切替素子群７ａに入射されるため、光学特性切替素子群７ａへの入出射角を小さくすることができる。また、ここで反射された光の大部分は、反射防止膜３１との間の角度が全反射の臨界角より小さい角度で反射防止膜３１に入射されるように設計するため、光は効率よく反射防止膜３１を透過して結像光学系１５ａに入射される。このように、偏光回転制御素子郡７ａへの入出射角を小さくすることができるので、角度特性の影響、即ち色むらを軽減することができる。また、光は効率よく全反射プリズム８を透過するので、光の利用効率がよい。

本実施例は、光学特性切替素子７への入射角、反射角が４５゜より小さい時に有効である。入射角、反射角が小さい場合、光路の重複する部分が長くなる。重複部分へのレンズ等の光学部品を配置する場合、光学部品の保持部が光路をケラれないようにすることや、入射時及び反射時の計２回の通過しても問題のない光学部品のみ配置できる等の設計及び部品配置上の制限が生じ、そのために光学エンジンの外形サイズも大きくなる。そこで、本構成により、上記の設計及び部品配置上の制限がなくなり、光学エンジンの外形サイズもより小型化できる。それに伴い、製品セットの外形サイズを、より小型化できる。さらに、電子的色分離手段７の取付けもし易い。また、本構成では、電子的色分離手段７に対し、入射光の入射角を小さい状態で入射させ、かつ、該反射面または回折面から出射光を反射角を小さい状態で出射させる構成のため、電子的色分離手段７の光学性能の良い状態で使用できる。

更に、本実施例においては、全反射プリズム８の出射光を、結像光学系１５ａを通して反射型液晶パネル１２ａに入射しているので、図７の実施例と同様各Ｒ光、Ｇ光及びＢ光は上部領域、中央部領域及び下部領域をはみ出すことなく、きちんと、収差なく集光され、そこに結像される。

次にホログラムタイプあるいは回折格子、フレネルレンズ等の電子的光学特性切替素子とスクロール方式を用いた第１０の実施例を図１０から図１２に示す。以下、図１０〜図１２を用いて、各Ｒ光、Ｇ光及びＢ光を順次液晶パネルの上部領域、中央部領域、下部領域に順次照射する、いわゆるスクロールを行わせるための構成について説明する。図１０（ａ）〜（ｃ）は本発明による投射型映像表示装置のＲ光用光学エンジンの実施例を示す模式図であり、これを用いて、Ｒ光をスクロールする場合について説明する。図１１（ａ）〜（ｃ）は本発明による投射型映像表示装置のＧ光用光学エンジンの実施例を示す模式図であり、これを用いて、Ｇ光をスクロールする場合について説明する。図１２（ａ）〜（ｃ）は本発明による投射型映像表示装置のＢ光用光学エンジンの実施例を示す模式図であり、これを用いて、Ｂ光をスクロールする場合について説明する。

本実施例においては、ホログラムタイプで、回折光を利用する光学特性切替素子を使用する。この光学特性切替素子はレンズ作用を持っている。Ｒ光用のホログラムタイプの光学特性切替素子として、例えば３枚の光学特性切替素子７Ｒ１〜７Ｒ３を用いる。この場合、光学特性切替素子７Ｒ１はレンズ作用あるいは回折によって、反射型液晶パネル１２ａの上部領域（図７（ｂ）のＲ領域）にＲ光を照射するように集光方向を変えることができる素子である。また、光学特性切替素子７Ｒ２はそのレンズ作用あるいは回折によって、反射型液晶パネル１２ａの中央部領域（図７（ｂ）のＧ領域）にＲ光を照射するように集光方向を変えることができる素子である。また、光学特性切替素子７Ｒ３はレンズ作用あるいは回折によって、反射型液晶パネル１２ａの下部領域（図７（ｂ）のＢ領域）にＲ光を照射するように集光方向を変えることができる素子である。同様に、Ｇ光用のホログラムタイプの光学特性切替素子として、例えば３枚の光学特性切替素子７Ｇ１〜７Ｇ３を用い、Ｂ光用のホログラムタイプの光学特性切替素子として、例えば３枚の光学特性切替素子７Ｂ１〜７Ｂ３を用いる。

光学特性切替素子７Ｒ１〜７Ｒ１、７Ｇ１〜７Ｇ３及び７Ｂ１〜７Ｂ３は、例えば、電圧を印加すると光はその素子を透過し、電圧を印加しないとレンズ作用あるいは回折によって特定波長域の光は光軸が変化される。これら光学特性切替素子７Ｒ１〜７Ｒ１、７Ｇ１〜７Ｇ３及び７Ｂ１〜７Ｂ３は重ね合わせて使用される。

説明を容易にするために、図１０はＲ光用の光学特性切替素子７Ｒ１〜７Ｒ３について示しており、図１１はＧ光用の光学特性切替素子７Ｇ１〜７Ｇ３を示しており、図１２はＢ光用の光学特性切替素子及び７Ｂ１〜７Ｂ３を示している。従って、時刻がｔ１、ｔ２、ｔ３と順次に流れていくとして、図１０（ａ）、図１１（ａ）及び図１２（ａ）はそれぞれ時刻ｔ１における状態を示し、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）はそれぞれ時刻ｔ２おける状態を示し、同様に、図１０（ｃ）、図１１（ｃ）及び図１２（ｃ）はそれぞれ時刻ｔ３における状態を示している。

図１０〜図１２において、ランプ１９からの光は偏光ビームスプリッタ４でＳ偏光光に変換された後、光学特性切替素子７Ｒ、光学特性切替素子７Ｇ及び光学特性切替素子７Ｂに入射される。本実施例では、結像光学系１５ａは、入射レンズの光源側の面を平面にし、この平面と反射型液晶パネル１２ａが結像するように設計している。また、反射型液晶パネル１２ａは、光源側の方に上部、投射レンズに下部を向けて置かれている。よって、入射レンズの平面の上部、中央部、下部がそれぞれ、映像表示素子の上部、中央部、下部と結像関係にある。

図１０（ａ）では、光学特性切替素子７Ｒの内、光学特性切替素子７Ｒ２及び７Ｒ３には電圧が印加されているが、光学特性切替素子７Ｒ１には電圧は印加されていない。従って、Ｓ偏光光であるＲ光は光学特性切替素子７Ｒ１で光軸が変換され、結像光学系１５ａの入射レンズの平面側の上部領域に集光される。また、図１１（ａ）では、光学特性切替素子７Ｇの内、光学特性切替素子７Ｇ１及び７Ｇ３には電圧が印加されているが、光学特性切替素子７Ｇ２には電圧は印加されていない。従って、Ｓ偏光光であるＧ光は光学特性切替素子７Ｇ２で光軸が変換され、結像光学系１５ａの入射レンズの平面側の中央部領域に集光される。また、図１２（ａ）では、光学特性切替素子７Ｂの内、光学特性切替素子７Ｂ１及び７Ｂ２には電圧が印加されているが、光学特性切替素子７Ｂ３には電圧は印加されていない。従って、Ｓ偏光光であるＲ光は光学特性切替素子７Ｂ３で光軸が変換され、結像光学系１５ａの入射レンズの平面側の下部領域に集光される。このようにして、図１０（ａ）〜図１２（ａ）では、反射型液晶パネル１２ａの上部領域にはＲ光が、中央部領域にはＧ光が、下部領域にはＢ光が照射される。

時刻ｔ２になると、図１０（ｂ）では、光学特性切替素子７Ｒ１、７Ｒ３に電圧が印加され、光学特性切替素子７Ｒ２には電圧が印加されないので、Ｓ偏光光であるＲ光は、光学特性切替素子７Ｒ２によって光軸が変換され、結像光学系１５ａの入射レンズの平面側の中央部領域に集光される。同様に、図１１（ｂ）では、光学特性切替素子７Ｇ１、７Ｇ２に電圧が印加され、光学特性切替素子７Ｇ３には電圧が印加されないので、Ｓ偏光光であるＧ光は、光学特性切替素子７Ｇ３によって光軸が変換され、結像光学系１５ａの入射レンズの平面側の下部領域に集光される。図１２（ｂ）では、光学特性切替素子７Ｂ２、７Ｂ３に電圧が印加され、光学特性切替素子７Ｂ１には電圧が印加されないので、Ｓ偏光光であるＢ光は、光学特性切替素子７Ｂ１によって光軸が変換され、結像光学系１５ａの入射レンズの平面側の上部領域に集光される。時刻ｔ３になると、図１０（ｃ）では、光学特性切替素子７Ｒ１、７Ｒ２に電圧が印加され、光学特性切替素子７Ｒ３には電圧が印加されないので、Ｓ偏光光であるＲ光は、光学特性切替素子７Ｒ３によって光軸が変換され、結像光学系１５ａの入射レンズの平面側の下部領域に集光される。同様に、図１１（ｃ）では、光学特性切替素子７Ｇ２、７Ｇ３に電圧が印加され、光学特性切替素子７Ｇ１には電圧が印加されないので、Ｓ偏光光であるＧ光は、光学特性切替素子７Ｇ１によって光軸が変換され、結像光学系１５ａの入射レンズの平面側の上部領域に集光される。図１２（ｃ）では、光学特性切替素子７Ｂ１、７Ｂ３に電圧が印加され、光学特性切替素子７Ｂ２には電圧が印加されないので、Ｓ偏光光であるＢ光は、光学特性切替素子７Ｂ２によって光軸が変換され、結像光学系１５ａの入射レンズの平面側の中央部領域に集光される。

このようにして、Ｒ光は液晶パネル１５ａの上部領域、中央部領域、下部領域に順次照射される。また、Ｇ光は液晶パネル１５ａの中央部領域、下部領域、上部領域に順次照射される。また、Ｂ光は液晶パネル１５ａの下部領域、上部領域、中央部領域に順次照射される。

本実施例では、液晶パネル１５ａの上下にスクロールする構成としたが、液晶パネル１５ａの左右にスクロールするように光学特性切替素子群７及び液晶パネルの向きをそれぞれの面内で回転させて配置してもよい。本実施例においては、このようにして、各Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞれをスクロールさせることができる。もちろん各Ｒ、Ｇ，Ｂ光は、Ｒ，Ｇ，Ｂ．Ｗ光でもよく、さらにはシアン、イエロー、マゼンダ、Ｗでも可能であり、かつ各色光の時間的長さは、映像のホワイトバランス、色純度、明るさ等の光学性能により自由自在に設定することが可能である。また、当然ながら、白黒表示や、２色表示など、製品仕様により自在に設定可能である。

本実施例は、結像光学系１５ａはコスト高となる。これを解決するために、各光学特性切替素子７Ｒ１〜７Ｒ３、７Ｇ１〜７Ｇ３、７Ｂ１〜７Ｂ３に複数の電圧供給用の電極を設ける。例えば、光学特性切替素子７Ｒ１に電圧を供給しないようにして、この光学特性切替素子７Ｒ１でＲ光の光軸を変更して、Ｒ光を上部領域に照射する場合、光学特性切替素子７Ｒ１の上部や下部、又は両方に設けられた電極に電圧を供給すると、その部分に照射されたＲ光は集光されなくなる。Ｒ光、Ｇ光及びＢ光が液晶パネル１２ａ上で各上部領域、中央部領域及び下部領域の端部が互いに重なるようにし、光の光軸を変換する光学特性切替素子の上部又は下部、又は両方の電極に電圧を印加して、その部分の光の光軸を偏光しないようにすると、集光させる光の領域が変化する。従って、例えば、図７（ｂ）において、Ｒ、Ｇ、Ｂの領域が上下に移動させて、Ｒ、Ｇ、Ｂの領域に連続性を持たせることができる。また、図７（ｂ）の場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの領域を拡大して、Ｒの領域とＧの領域がその端部で重なり合い、Ｇの領域とＢの領域がその端部で重なり合うようにし、各Ｒ、Ｇ、Ｂの領域を上下に少し移動させるようにし、重なりあった領域を補色とするとよい。もちろん、本実施例は、３段階のスイッチングによる反射型表示素子１２ａの色切り替えの方法であるが、３段階以上の複数段階の色切り替えでもよく、この場合は、表示素子を滑らかに画像が移動するので、カラーブレイクアップが見えにくい。この時は、電子的色分離手段７は、回折光軸を数段階に分けて積層する構成である。これを例えば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光用あるいはＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗ（ホワイト）用あるいはシアン、イエロー、マゼンダ用に用意する。

図１３は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第１１の実施例を示す模式図であり、図において、７ＲＧＢは図１０〜図１２で説明したホログラムタイプで回折光を利用する光学特性切替素子である。この光学特性切替素子７ＲＧＢを出射したＳ偏光光であるＲ光、Ｇ光及びＢ光はコンデンサレンズで集光され、反射ミラー１６で反射され、結像光学系１５ａで結像され、ＰＢＳ１０で反射され、映像信号が白表示のとき、Ｐ偏光光としてこのＰＢＳ１０を透過し、投射レンズ１３に入射される。本実施例において、光学特性切替素子７ＲＧＢは反射型のものを用い例えば反射ミラー１６の位置に配置してもよい。これにより、光学エンジン全体の大きさを小型化でき、図１３のようにＵ字型配置は、セットサイズを極小化できる。

図１４は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第１２の実施例を示す模式図であり、反射型のＲ、Ｇ及びＢ用の光学特性切替素子群７０ａ、７０ｂ、７０ｃが採用されている。光学特性切替素子群７０ａからの光は図に向かって、結像光学系１５ａの入射レンズの左領域に入射され、光学特性切替素子群７０ｂからの光は結像光学系１５ａの入射レンズの中央部に入射させ、光学特性切替素子群７０ｂからの光は結像光学系１５ａの入射レンズの右領域に入射される。時刻ｔ１において、光学特性切替素子群７０ａからはＳ偏光にされたＲ光が結像光学系１５ａに入射され、光学特性切替素子群７０ｂからはＳ偏光にされたＧ光が結像光学系１５ａに入射され、波長光学特性切替素子群７０ｃからはＳ偏光にされたＢ光が結像光学系１５ａに入射され、反射型液晶パネル１２ａの上部領域にはＲ光が、中央部領域にはＧ光が、下部領域にはＢ光が照射されるように構成される。時刻ｔ２では、光学特性切替素子群７０ａからはＧ光が、光学特性切替素子群７０ｂからはＢ光が、光学特性切替素子群７０ｃからはＲ光がそれぞれ出射され、それぞれ反射型液晶パネル１２ａの上部領域、中央部領域、下部領域に照射される。同様に、時刻ｔ３では、光学特性切替素子群７０ａからはＢ光が、光学特性切替素子群７０ｂからはＲ光が、光学特性切替素子群７０ｃからはＧ光がそれぞれ出射され、それぞれ反射型液晶パネル１２ａの上部領域、中央部領域、下部領域に照射される。このようにして、反射型液晶パネル１２ａの各領域には異なった色の光が照射される。

もちろん、７０Ｃは反射ミラーでもよく、また、本実施例では、液晶パネル１２ａを３分割して順次色光がスクロールする構成であるが、２分割や３分割以上も可能であり、この場合は順次滑らかに色切り替えが行われる。また、ＲＧＢの色切り替えのみならずＲＧＢＷ、等も可能である。

図１５は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第１３の実施例を示す模式図であり、透過型の光学特性切替素子群７０ｄ、７０ｅ、ＰＢＳ３２ａ、３２ｂ及び反射ミラー１６を用いる。図において、時刻ｔ１では、光学特性切替素子群７０ｄのＲ偏光回転制御素子よって、Ｒ光はＳ偏光光のままＰＢＳ３２ａに入射され、ここで反射されて結像光学系１５ａの左領域に入射される。Ｇ光及びＢ光は光学特性切替素子群７０ｄでＰ偏光光に変換され、ＰＢＳ３２ａを透過して、光学特性切替素子群７０ｅに入射される。Ｇ光及びＢ光の内、Ｇ光は光学特性切替素子群７０ｅでＳ偏光光に変換され、Ｂ光はＰ偏光光のままＰＢＳ３２ｂに入射される。Ｇ光はＰＢＳ３２ｂで反射され、結像光学系１５ａの中央領域に入射される。Ｐ偏光光のＢ光は反射ミラー１６で反射され、λ／２位相差板３３でＳ偏光光に変換されて、結像光学系１５ａの右領域に入射される。

同様に、時刻ｔ２では、光学特性切替素子群７０ｄでＧ光がＳ偏光光に変換され、ＰＢＳ３２ａで反射されて結像光学系１５ａの左領域に入射される。ＰＢＳ３２ｂからはＢ光が反射されて、結像光学系１５ａの中央領域に入射され、Ｐ偏光光であるＲ光は反射ミラーで反射され、λ／２位相差板３３でＳ偏光光に変換されて結像光学系１５ａに入射される。このように、結像光学系１５ａの左領域には、順次Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が入射され、中央領域には、順次Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光が入射され、右領域には順次Ｂ光、Ｒ光、Ｇ光が入射される。このようにして、液晶パネル１２ａの上部領域、中央部領域、下部領域には、順次異なった色の光が照射される。当然ながら、本実施例は、液晶パネル１２ａを３分割して順次色光がスクロールする構成であるが、２分割や３分割以上も可能であり、この場合は順次滑らかに色切り替えが行われる。また、ＲＧＢの色切り替えのみならずＲＧＢＷ、等も光学特性切替素子群７０ｄ、７０ｅの特性により可能である。

以下、本発明によるスクロール法について説明する。図２７は図２５で説明したＲ偏光回転制御素子２１１、Ｇ偏光回転制御素子２１２、Ｂ偏光回転制御素子２１３を用いて、ある時刻に、Ｒ光を液晶パネル２３２の全面に照射し、次の時刻に、Ｇ光を液晶パネル２３２の全面に照射し、次の時刻に、Ｂ光を液晶パネル２３２の全面に照射する事を繰り返すことによって、カラー映像を投射スクリーンに投射することについて説明した。

以下、図２７を用いて、液晶パネル２３２の応答波形と液晶パネル２３２上に照射される照明光の関係について説明する。図２７は液晶パネルの応答波形と照明光の波形を示す特性図である。図において、（ａ）は液晶パネル２３２の最上部の電極に映像信号を書き込んでいる状態を示し、（ｂ）は液晶パネル２３２の中央部の電極に映像信号を書き込んでいる状態を示し、（ｃ）は液晶パネル２３２の最下部の電極に映像信号を書き込んでいる状態を示している。また、（ｄ）は液晶パネル２３２に照射するＲ照明光の波形を示し、（ｅ）は液晶パネル２３２に照射するＧ照明光の波形を示し、（ｆ）は液晶パネル２３２に照射するＢ照明光の波形を示している。

液晶パネル２３２の全面に映像信号を書き込むのに、時刻ｔ１〜ｔ２を必要とする。時刻ｔ２〜ｔ３は液晶の応答時間であり、この時間を待ってＲ照明光が照射される。このＲ照明光は次に液晶パネル２３２の最上部の電極に映像信号を書き込む時刻ｔ４の前に立ち下げる必要がある。Ｒ照明光が時刻ｔ４を越えて照射されると、Ｇ光の映像を作り始めているので、混色がおきる。従って、Ｒ照明光は時刻ｔ４よりも前に立ち下げる必要がある。このように、Ｇ照明光は時刻ｔ５からｔ６の間、Ｂ照明光は時刻ｔ７〜ｔ８の間に液晶パネル２３２に照射される。このように、Ｒ照明光、Ｇ照明光及びＢ照明光を順次液晶パネル２３２に照射するやり方では光の利用効率が悪い。

以下、図１３及び図１４を用いて、改良されたスクロール法について説明する。このスクロール法を実現する回路としては、例えば、図２６に示すＲ偏光回転制御素子２１１、Ｇ偏光回転制御素子２１２、Ｂ偏光回転制御素子２１３の各々に水平方向に延びた電極を垂直方向に多数設け、これらの電極をオン、オフすることによって、液晶パネル上に照射されるＲ照明光、Ｇ照明光、Ｂ照明光の領域を変化させるようにする。

図１６は本発明によるスクロール法の第１の実施例を説明するための液晶パネルの応答波形と照明光の波形を示す特性図である。図において、（ａ）、（ｅ）、（ｉ）は液晶パネルの応答波形を示し、（ｂ）、（ｆ）、（ｊ）は液晶パネルに照射するＲ照明光の波形を示し、（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）は液晶パネルに照射するＧ照明光の波形を示し、（ｄ）、（ｈ）、（ｌ）は液晶パネルに照射するＢ照明光の波形を示す。

図１７は本発明によるスクロール方法の第２の実施例を説明するための液晶パネルの正面図であり、図１６の特性図に従ってＲ照明光、Ｇ照明光、Ｂ照明光をスクロールした場合の液晶パネル上における信号書込み及び液晶応答、照明光を示している。

図１６において、（ａ）に示すように、時刻ｔ１１に最上部の水平方向に延びた電極Ｌ１にＲの映像信号を書き始め、順次下方の電極に映像信号を書き込む。液晶の応答時間を待って、（ｂ）に示すように、時刻ｔ１２に電極Ｌ１部分にＲ照明光を照射する。液晶の最下端の電極にＲの映像信号を書き込んだ後、時刻ｔ１３には電極Ｌ１にＧの映像信号を書込み、（ｃ）に示すように、ｔ１４にＧ照明光を照射する。時刻ｔ１５には電極Ｌ１にＢの映像信号を書込み、（ｄ）に示すように、時刻ｔ１６には、Ｂ照明光を電極Ｌ１の部分にＢ照明光を照射する。（ｂ）に示すように、Ｒ照明光は時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の直前に立ち下がるように電極Ｌ１に供給される。Ｒの映像信号は液晶の電極Ｌ１から順次下方の電極に書き込まれ、（ｅ）では、時刻ｔ２１に中央部の電極ＬｍにＲの映像信号が書き込まれる。液晶の応答時間を待って、（ｆ）に示すように、時刻ｔ２２には液晶パネルの電極Ｌｍ部分にＲ照明光が照射される。その後、順次電極にＲの映像信号が書き込まれる。なお、（ｇ）では、時刻ｔ２４に、Ｇ照明光が電極Ｌｍに対応する液晶部分に照射され、（ｈ）では、時刻ｔ２６に、Ｂ照明光が電極Ｌｍに対応する液晶部分に照射される。

時刻ｔ３１には、（ｉ）に示すように、最下部の電極ＬｚにＲの映像信号が書込まれ、液晶の応答時間を待って、（ｊ）に示すように、時刻ｔ３２にはその電極に対応する部分にＲ照明光が照射される。また、Ｒ照明光は電極ＬｚにＧの映像信号が電極印加される時刻ｔ３３の直前に立ち下がるように供給される。また、（ｋ）に示すように、時刻ｔ３４〜ｔ３５までの間、Ｇ照明光が液晶パネルに照射され、（ｌ）に示すように、時刻ｔ３６〜ｔ３７までの間、Ｂ照明光が液晶パネルに照射される。

上記のように、Ｒ、Ｇ及びＢ照明光が順に液晶パネルに供給される場合を、液晶パネル面を用いて説明する。図１７（ａ）は、Ｂ照明光が液晶パネルに照射されており、電極Ｌ１への照射が完了した後、時刻ｔ１１に、電極Ｌ１にＲの映像信号が印加され始める。その後、順次電極にはＲ映像信号が印加され、液晶の応答時間を待ってその電極に対応する液晶部分にＲ照明光が照射される。

時刻ｔ１２〜ｔ２１間には順次Ｒの映像信号が液晶パネルの電極に印加され、液晶の応答時間だけ遅れてＲ照明光が照射される。従って、（ｂ）に示すように、Ｒ照明光が照射される。時刻ｔ２１〜ｔ２２までの間は電極Ｌｍに印加されたＲの映像信号の液晶応答時間である。Ｂ照明光は電極Ｌｍより下の領域にのみ照射されている。

（ｃ）に示すように、時刻ｔ３１では、電極ＬｚにＲの映像信号が書き込まれる。時刻ｔ３１〜ｔ３２までは液晶の応答時間である。時刻ｔ３２の直前には電極Ｌｚより上の電極に対応する液晶パネルの領域にはＲ照明光が照射されている。（ｄ）に示すように、電極Ｌ１にｔ１３からＧの映像信号が書き込まれる。電極Ｌ１以外にはＲ照明光が照射されている。ｔ１３〜ｔ１４の間は電極Ｌ１に印加されたＧの映像信号の液晶の応答時間である。時刻ｔ２３までは、電極Ｌ１から順次電極にＧの映像信号が印加され、液晶の応答時間を経た後、Ｇ照明光がそれらの電極に対応する液晶領域に照射されている。

（ｅ）に示すように、時刻ｔ２３では、電極Ｌ１にＧの映像信号が印加される。液晶の応答時間を経た後、Ｇ照明光が電極Ｌ１に対応する液晶領域に照射される。Ｒ照明光は電極Ｌｍより下側の電極に対応する液晶領域に照射されている。（ｆ）に示すように、時刻ｔ３３では電極ＬｚにＧに映像信号が書き込まれる。時刻ｔ３３〜ｔ３４までが液晶の応答時間である。このタイミングでは、電極Ｌ２より上の領域ではもはやＲ照明光は液晶には照射されていない。

（ｇ）に示すように、時刻ｔ１５になると、電極Ｌ１にＢの映像信号が書き込まれる。時刻ｔ１５〜ｔ１６までの間が液晶の応答時間である。この場合、電極Ｌ１より下の電極に対応する液晶領域にはＧ照明光が照射されている。（ｈ）に示すように、時刻ｔ２５では電極ＬｍにＢの映像信号が書き込まれ、時刻ｔ２５〜ｔ２６までが液晶の応答時間である。電極Ｌｍより下方の電極にはＧ照明光が照射され、Ｂ映像信号が書き込まれ液晶が応答済の上方の電極に対応する液晶領域にはＢ照明光が照射されている。

本実施例によれば、液晶パネル全体の応答を待つことなく、各部分に最適な照明条件をせっていできるため、図２７に比べて長い照明時間が実現できるので光を効率よく利用することができる。

図１８は本発明によるスクロール法の第２の実施例を説明するための液晶パネルの応答波形と照明光の波形を示す特性図である。図１９は本発明によるスクロール法の第２の実施例を説明するための液晶パネルの正面図である。

図１８は、図１９に示した液晶パネルの代表的な６領域における液晶の応答波形、ＲＧＢの照明光のタイミングを示したものである。図１８、図１９においては液晶パネルにはＲＧＢの各「信号書込み」と各「照明光が照射」の６つの状態が存在する。図１９で、Ｂ照明光、Ｇ照明光、Ｒ照明光の光が同時に液晶パネルの異なった領域に照射されており、これら照明光は液晶パネルを上から下に順次移動する。液晶パネルにＲ、Ｇ、Ｂ、の映像信号を書込み、液晶の応答時間が経過した電極には順次Ｒ、Ｇ、Ｂの光が照射される。

まず、時刻ｔ１１〜ｔ１２までについて説明する。図１８（ａ）〜（ｄ）、図１９（ａ）に示すように、領域１は時刻ｔ１１でＲの映像信号を印加した後、時刻ｔ１１〜ｔ１２の液晶の応答時間待ちとなっている部分であり、この領域には照明光は照射されない。図１８（ｅ）〜（ｈ）、図１９（ａ）に示すように、領域２にはＢ照明光が照射されている。図１８（ｉ）〜（ｌ）、図１９（ａ）に示すように、領域３は時刻ｔ１１でＢの映像信号を印加した後、時刻ｔ１１〜ｔ１２の液晶の応答時間待ちとなっている部分であり、この領域には照明光は照射されない。

図１８（ｍ）〜（ｐ）、図１９（ａ）に示すように、領域４には、Ｇ照明光が照射されている。図１８（ｑ）〜（ｔ）、図１９（ａ）に示すように、領域５の一部には時刻ｔ１１でＧの映像信号を印加した後、時刻ｔ１１〜ｔ１２の液晶の応答時間待ちとなっている部分であり、この領域には照明光は照射されない。図１８（ｕ）〜（ｘ）、図１９（ａ）に示すように、領域６にはＲ照明光が照射されている。

次に、時刻ｔ１２〜ｔ４１までについて、図１８及び図１９（ｂ）を参照して説明する。時刻ｔ１１において、液晶パネルの最上端電極から書き込まれたＲの映像信号は順次下端の電極に書き込まれる。同様に、時刻ｔ１１に書き込まれたＢの映像信号、Ｇの映像信号は順次下方の電極に書き込まれていく。領域１において時刻ｔ１１で書き込まれたＲの映像信号に対して、液晶の応答時間が経過した時刻ｔ１２から、Ｒ照明光が照射される。Ｂ照明光は徐々に下方に移動しているが、まだ領域２にはＢ照明光が照射されている。

領域３には、ｔ１１で書き込まれたＢの映像信号に対して液晶の応答時間が経過した時刻ｔ１２からＢ照明光が照射され始める。Ｇ照明光は順次下方に移動しているか、まだ、領域４にはＧ照明光が照射されている。領域５には、ｔ１１で書き込まれたＧの映像信号に対して液晶の応答時間が経過した時刻ｔ１２からＧ照明光が照射され始めており、Ｒ照明光は順次下方に移動しているが、まだ、領域６にはＲ照明光が照射されている。

次に、図１８及び図１９（ｃ）、（ｄ）を参照して、ｔ４１、ｔ４２以降について説明すると、液晶パネルの上方の領域でＲ照明光が照射される領域が増加し、Ｂ照明光、Ｇ照明光及びＲ照明光が照射される位置が順次下方に移動している。また、Ｒの映像信号、Ｂの映像信号及びＧの映像信号の書込み位置も順次下方に移動している。

本実施例を実施するには、Ｒ、Ｇ、Ｂ偏光回転制御素子からなる光学特性切替素子を３枚設け、各偏光回転制御素子に複数の電極を設け、この電極を制御する。第１７図では、表示パネルでは、１、２色の光しか同時利用できなかったので、残りの１〜２色の光は使われずに無駄になってしまうが、本実施例では、表示パネル上にＲ、Ｇ、Ｂの光が同時に照射できるので、光利用効率を高められる。以上述べたように、本実施例では更に、光の利用効率を高めることができる。

スクロール法に関する前述の説明では、液晶の応答時間には混色を防ぐために、照明光を液晶に照射しなかったが、以下、図２０、図２１を用いて、混色が目立たないように、液晶の応答時間にも照明光を照射する方法について説明する。図２０は本発明によるスクロール方法の第３の実施例を説明するための液晶パネルの応答波形と照明光の波形を示す特性図である。図２１は本発明によるスクロール方法の第２の実施例を説明するための液晶パネルの正面図である。図２０では図１６の上部に対応した動作波形を示している。図２０（ａ）〜（ｄ）に示すように、液晶パネルには、マゼンダ（Ｍ）、Ｒ、イエロー（Ｙ）、Ｇ、シアン（Ｃ）、Ｂの順に映像信号を書き込む。Ｒ照明光は時刻ｔ５２〜ｔ１３の間の時間まで照射される。即ち、液晶の応答時間が経過したＭの期間、液晶の応答時間ｔ１１〜ｔ１２を含めたＲの期間、及び液晶の応答時間ｔ５３〜ｔ５４を含めたＹの期間の間照射される。Ｇ照明光はｔ５４〜ｔ１５まで照射される。即ち、液晶の応答時間が経過したＹの期間、液晶の応答時間ｔ１３〜ｔ１４を含めたＧの期間、及び液晶の応答時間ｔ５５〜ｔ５６を含めたＣの期間の間照射される。Ｂ照明光はｔ５６〜ｔ１７まで照射される。即ち、液晶の応答時間が経過したＣの期間、液晶の応答時間ｔ１５〜ｔ１６を含めたＢの期間、及び液晶の応答時間ｔ５７〜ｔ５８を含めたＭの期間の間照射される。時刻ｔ１１は液晶パネルの最上端の電極へのＲ映像信号の書込み開始を示しており、それより下方の電極には順次Ｒ映像信号の書込みが行われる。

時刻ｔ１１における液晶パネル上の照射光の状態を示す図２１（ａ）及び時刻ｔ１２における液晶パネル上の照明光の状態を示す図２１（ｂ）を用いて説明すると、時刻ｔ１１では液晶の上部領域にＲ照明光が照射されており、Ｒ照明光が照射される領域が順次増加される。Ｒ照明光の次の領域にはＲ及びＢ照明光が照射されており、順次下方の領域に移動する。それに伴って、Ｂ照明光の領域が順次減少する。Ｍの映像信号が書き込まれ、液晶の応答時間が経過した後に、Ｒ及びＢの照明光が照射される。Ｙの映像信号が書き込まれ、液晶の応答時間が経過した後に、Ｒ及びＧの照明光が照射される。また、Ｃの映像信号が書き込まれ、液晶の応答時間が経過した後に、Ｇ及びＢの照明光が照射される。

本実施例においては、上記のように、各Ｒ、Ｇ、Ｂの映像信号の間にＹ、Ｃ、Ｍの映像信号を書き込むことにより、Ｒ照射光、Ｇ照射光、Ｂ照射光の照射する時間を延ばすことができるとともに、これら照明光の間を補色とすることにより、混色による色の劣化を改善することができる。

以下、図２２をもちいて、液晶の応答時間を短縮する方法について説明する。図２２は液晶の応答時間を短縮する方法を説明するための波形図であり、図（ａ）は液晶駆動波形を、（ｂ）は液晶の応答特性を、（ｃ）はＲ照明光の波形を、（ｄ）はＧ照明光の波形を、（ｅ）はＢ照明光の波形を示す。液晶の応答特性は中間階調から中間の階調に移行する場合には遅く、白から黒、又は黒から白への移行は比較的速い。従って、液晶に映像信号を書き込み始める前にパルス４０１〜４０３を印加して、映像信号中の黒に対応した電圧、または、それ以上の大きな正極性信号電圧を書き込んで液晶パネルをリセットする。同様にパルス４０４、４０５を印加して、映像信号中の黒に対応した電圧またはそれ以上の大きな負極性信号電圧を書き込んで液晶パネルをリセットする。このようにすると、液晶の応答時間も短くなり、混色の影響も軽減することができる。

以下、スクロール法における各種の照明光の切替え方法について説明する。図２３はスクロール法における照明光の切替え方法を説明するための模式図である。（ａ）では、Ｒ、Ｇ及びＢの照明光を順次切替えて液晶パネルに照射する。（ｂ）では、Ｒ、Ｇ、Ｂ及びＷ（白）の照明光を順次切替えて液晶パネルに照射することにより、（ａ）に比べて明るい映像を得る。（ｃ）では、照明光の照射時間を、例えば、ランプの分光分布特性に反比例させてＧ、Ｂ、Ｒの順に長くし、Ｒ、Ｇ及びＢの照明光を順次切替えて液晶パネルに照射することにより、ホワイトバランスの良い映像を得る。（ｄ）は（ｃ）において、Ｒ照明光を更に長く照射し、その分Ｇ照明光の照射時間を短くする。Ｇ照明光に比べて、Ｒ、Ｂ照明光が弱いのを補償したり色温度の切り替えができるようにする。（ｅ）は（ｂ）でＲ照明光の照射時間を他の照明光より長くする。（ｆ）は（ａ）で、視感度の高いＧ照明光を２回に分けて照射することにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの色映像が目に残る、いわゆるカラーセパレーションを防止する効果がある。（ｇ）は（ａ）で、各Ｒ、Ｇ、Ｂ照明光の間に補色光であるＹ（イエロー）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンダ）をそれぞれ入れることにより、明るさを確保するものである。（ｈ）はＷ（白）照明光のみとし、カラー画像に比べて明るい白黒画像を得る。

次に、図２３（ａ）〜（ｈ）を切り替えるための駆動回路ブロック図について、図２４を用いて説明する。図２４は画像表示回路の一実施例を示すブロック図である。図において、端子３１１にはパソコンなどからのデジタルの映像信号が入力されデコーダ３２１でデコードされ拡大縮小及びキーストン補正回路３２４に入力される。端子３１２にはパソコン等からアナログの信号が入力されＡＤ回路でデジタルに変換されて拡大縮小及びキーストン補正回路３２４に入力される。端子３１３にはＴＶなどから複合映像信号がビデオ信号処理回路で処理されて入力され拡大縮小及びキーストン補正回路３２４に入力される。拡大縮小及びキーストン補正回路３２４の出力はフレームレート変換回路３２５、特徴抽出回路３２８に入力される。特徴抽出回路３２８は入力された信号の特徴、例えば、赤が多いとか、青が多いという特徴を抽出し、タイミング制御回路３３２に出力する。フレームレート変換回路３２６の出力はＲＧＢ面順次信号処理回路３２６を通してライトバルブ駆動回路３２７に出力される。ＧＵＩ（Graphic User Interface）３３１では、ユーザが色温度の再生映像の種類を指示することにより、図２３（ａ）〜（ｈ）のいずれかを選択し、タイミング制御回路３３２に出力する。

点灯回路３４１はランプ３４２を点灯し、ここからの光は光学特性切替素子３４４に入射される。この光学特性切替素子３４４は色切替え駆動回路３４３で駆動される。光学特性切替素子３４４からの出射光は液晶パネル等のライトバルブ素子に照射される。光量センサ３２９はランプ３２４やライトバルブ素子３４５の経時変化やフィルタの経時変化による光量を計測する。光量センサ３２９の出力はタイミング制御回路３３２に入力される。タイミング制御回路３３２はＧＵＩ３３１、特徴抽出回路３２８及び光センサ３２９の入力を基に、特徴抽出回路３２８、フレームレート変換回路３２５、ＲＧＢ面順次信号処理回路３２６、ライトバルブ駆動回路３２７等の全ての回路を制御し、図２３（ａ）〜（ｈ）のいずれかで光学特性切替素子を切替えることができる。

以下、図２５を用いて、各種の色の照明光を出射する原理について説明する。図２５は本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの光学特性切替素子の模式図である。図２５（ａ）はＲ光を出射する場合の原理図であり、偏光回転制御素子２１１には電圧を印加し、他の偏光回転制御素子２１２、２１３には電圧を印加しない。Ｓ偏光光のＲ、Ｇ、Ｂ光の内、Ｇ光、Ｂ光は偏光回転制御素子２１２、２１３によってＰ偏光光に変換され、偏光板２２２によって、透過が阻止される。これに対して、Ｒ光はＳ偏光光として、ＰＢＳ２３１に入射され、ここで反射されて液晶パネル２３２に入射される。よって、Ｒ光のみを液晶パネル２３２に入射させることができる。図２５（ｂ）では、Ｇ偏光回転制御素子２１２にのみ電圧を印加し、他のＲ、Ｂ偏光回転制御素子２１１、２１３には電圧を印加しない。よって、Ｇ光のＳ偏光光が液晶パネル２３２に入射される。

図２５（ｃ）では、Ｂ偏光回転制御素子２１３にのみ電圧を印加し、他のＲ、Ｂ偏光回転制御素子２１１、２１２には電圧を印加しない。よって、Ｂ光のＳ偏光光が液晶パネル２３２に入射される。図２５（ｄ）では、Ｒ偏光回転制御素子２１１とＧ偏光回転制御素子２１２に電圧が印加され、Ｂ偏光回転制御素子２１３には電圧が印加されない。よって、Ｒ光とＧ光のＳ偏光光が液晶パネル２３２に印加されるので、液晶パネル２３２にはＹ（イエロー）光が照射される。

図２５（ｅ）では、Ｇ偏光回転制御素子２１２とＢ偏光回転制御素子２１３に電圧が印加され、Ｒ偏光回転制御素子２１１には電圧が印加されない。よって、Ｇ光とＢ光のＳ偏光光が液晶パネル２３２に印加されるので、液晶パネル２３２にはＣ（シアン）光が照射される。図２５（ｆ）では、Ｒ偏光回転制御素子２１１とＢ偏光回転制御素子２１３に電圧が印加され、Ｇ偏光回転制御素子２１２には電圧が印加されない。よって、Ｒ光とＢ光のＳ偏光光が液晶パネル２３２に印加されるので、液晶パネル２３２にはＭ（マゼンダ）光が照射される。

本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの概略構成を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第２の実施例を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第３の実施例を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第４の実施例を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第５の実施例を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第６の実施例を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第７の実施例を示す模式図及び液晶パネルに照射される光の領域を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第８の実施例を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第９の実施例を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置のＲ光用光学エンジンの実施例を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置のＧ光用光学エンジンの実施例を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置のＢ光用光学エンジンの実施例を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第１０の実施例を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第１１の実施例を示す模式図である。 本発明による投射型映像表示装置用光学エンジンの第１２の実施例を示す模式図である。 本発明によるスクロール方法の第１の実施例を説明するための液晶パネルの応答波形と照明光の波形を示す特性図である。 本発明によるスクロール方法の第２の実施例を説明するための液晶パネルの正面図である。 本発明によるスクロール方法の第２の実施例を説明するための液晶パネルの応答波形と照明光の波形を示す特性図である。 本発明によるスクロール方法の第２の実施例を説明するための液晶パネルの正面図である。 本発明によるスクロール方法の第３の実施例を説明するための液晶パネルの応答波形と照明光の波形を示す特性図である。 本発明によるスクロール方法の第３の実施例を説明するための液晶パネルの正面図である。 図２２は液晶の応答時間を短縮する方法を説明するための波形図である。 スクロール法における照明光の切替え方法を説明するための模式図である。 画像表示回路の一実施例を示すブロック図である。 光学特性切替素子の原理を説明するための模式図である。 光学特性切替素子の原理を説明するための模式図である。 液晶パネルの応答波形と照明光の波形を示す特性図である。

符号の説明

１…リフレクタ、２…第１のレンズアレイ、３…第２のレンズアレイ、４…偏光ビームスプリッタ、４ａ…λ／２位相差板、５…集光レンズ、６…コンデンサレンズ、７，７ａ…電子式の時分割光学特性切替素子（光学特性切替素子）、７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ…光学特性切替素子、８…全反射プリズム、９ａ，９ｂ，９ｃ…偏光板、１０，２３１…直方体型偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、１１…λ／４位相差板、１２ａ，２３２…反射型液晶パネル、１２ｂ…透過型液晶パネル、１２ｃ…反射型マイクロミラー型映像表示素子、１３…投射レンズ、１４ａ…ＯＮ光、１４ｂ…ＯＦＦ光、１５ａ，１５ｂ…結像光学系、１６…全反射ミラー、１７…遮光板、１８…光軸、１９…光源、３１…反射防止膜、３２ａ，３２ｂ…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、７０ａ，７０ｂ，７０ｃ…反射型偏光回転制御素子郡、７０ｄ，７０ｅ…透過型偏光回転制御素子、２１１…Ｒ偏光回転制御素子、２１２…Ｇ偏光回転制御素子、２１３…Ｂ偏光回転制御素子、２２１，２２２…偏光板、３１１…デコーダ、３２２…ＡＤ回路、３２３…ビデオ信号処理回路、３２４…拡大縮小キーストン補正回路、３２８…特徴抽出回路、３２５…フレームレート変換回路、３２５…ＲＧＢ面順次信号処理回路、３２７…ライトバルブ駆動回路、３２９…光量センサ、３３１…ＧＵＩ、３３２…タイミング制御回路、３４１…点灯回路、３４２…ランプ、３４３…色切替回路、３４４…光学特性切替素子、３４５…ライトバルブ。

Claims (2)

1. 光を放射する光源ユニットと、
   前記光源ユニットから出射された光をＳ偏光光またはＰ偏光光の一方の偏光光に揃える偏光変換手段と、
   前記偏光変換手段からの出射光の一部の波長帯域の光学特性を、電子的に、かつ、波長帯域の周期性をもって切り替える光学特性切替素子と、
   前記光学特性切替素子から出射した光を入射し、前記一部の波長帯域に偏光方向の光を出射する偏光板と、
   前記偏光板が出射した光が照射される液晶表示素子と、
   前記液晶表示素子が透過した光を投射する投射手段と、
   前記光源ユニットまたは前記液晶表示素子が出射する光を受光する光センサと、
   前記光センサの出力を受けて前記映像表示素子に順次照射する色光の時間的長さまたは色光の組合せを制御する制御部とを有することを特徴とする投射型液晶表示装置。
2. 請求項１記載の投射型液晶表示装置において、
   前記制御部は、前記光学特性切替素子から複数の色光を順次出射する、または複数の色光に白を加えて順次出射する、又は複数の色光の照射時間を変更する、又は、複数の色光の何れかの光を２回に分けて照射する、又は複数の色光の間に補色光を挿入する、又は白のみとすることを特徴とする投射型液晶表示装置。

Images