JP2007199111A - 投射表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空間光変調器の整数倍の解像度を表示することができ、かつ、自然画表示に適した表示を可能とする投射表示装置を実現する。
【解決手段】本発明では、少なくとも、光を放出する光源１１と、画素を形成させる空間光変調器１３と、前記光を空間光変調器１３に均一照明させる照明光学系１２と、空間光変調器からの画像光をスクリーン１６に投影するための投射レンズ１５からなる投射表示装置において、空間光変調器１３の各画素はデルタ配列をなし、かつ、空間光変調器１３からスクリーン１６までの間に光路偏向素子１４を配置した構成とする。この投射表示装置では、空間光変調器１３がデルタ配列であるため自然画表示に適しており、光路偏向素子１４によって光路シフトを行うことにより、空間光変調器の整数倍の画素で表示することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタ装置等の投射表示装置に関し、特にウォブリング機能を搭載した投射表示装置に関する。

多数の画素の配列を有する空間光変調器（例えば液晶ライトバルブ等）を用いる投射表示装置（例えばプロジェクタ装置等）において、画素数の増大、画質の向上が課題となっている。画素数の増大に関しては、空間光変調器の表示面積を一定とすれば、画素のサイズを物理的に小さく作製すれば画素数は増大する。しかしながら、電気回路も含む画素は半導体作製技術を用いて作製されており、その最小サイズは、その時点での半導体作製技術に左右される。

そこで、空間光変調素子から出射する光の光路を周期的にずらして（例えば光路偏向して画素をシフトまたはウォブリングして）、見かけ上の画素数を増やす技術が提案されている。
例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３においては、主として液晶を用いた光路偏向素子に関する技術が開示されている。これは空間光変調器の駆動を高速で行い、光路偏向素子で高速に光を偏向させるものであり、これにより、スクリーン上で画素数を見かけ上増大することが可能となる。ここで見かけ上というのは、画素数が増大して見えるのは人の目の残像によるためである。また、このような光路偏向素子を用いれば、１０μｍ前後の画素サイズに対して、その半分の５μｍ前後といった、高い精度で偏向制御することが可能である。

特開２００３−０５７６８９号公報 特開２００３−２８００４１号公報 特開２００３−０９０９９１号公報

従来、プロジェクタ装置等の投射表示装置において、空間光変調器として用いられる液晶ライトバルブ等の画素配列はストライプ配列やマトリクス配列である。このため光路偏向素子（画素ずらし素子、ウォブリング素子、画素シフト素子などとも言う）と組み合わせても、空間光変調器の解像度（画素数）を上げないと自然な表示を得難いという課題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、画素配列がデルタ配列の空間光変調器と光路偏向素子とを組み合わせ、自然画表示に適した表示を可能とする投射表示装置を提供することを課題としている。

上述の課題を解決するため、本発明では以下のような手段を採っている。
特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、少なくとも、光を放出する光源と、画素を形成させる空間光変調器と、前記光を前記空間光変調器に均一照明させる照明光学系と、前記空間光変調器からの画像光をスクリーンに投影するための投射レンズからなる投射表示装置において、前記空間光変調器の各画素はデルタ配列をなし、かつ、前記空間光変調器から前記スクリーンまでの間に光路偏向素子を配置したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、少なくとも、光を放出する光源と、画素を形成させる空間光変調器と、前記光を前記空間光変調器に均一照明させる照明光学系と、前記空間光変調器からの画像光をスクリーンに投影するための投射レンズからなる投射表示装置において、前記空間光変調器の各画素はデルタ配列をなし、かつ、水平ライン上画素または水平ライン近傍の千鳥画素を順次走査して画像を更新することを特徴とし、かつ、前記空間光変調器の後に光路偏向素子を配置したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の投射表示装置において、前記光路偏向素子は、線順次駆動方式であることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射表示装置において、前記空間光変調器と前記光路偏向素子が２つ以上配置され、前記照明光学系は前記空間光変調器の数だけ分光して各空間光変調器に均一照明させ、前記空間光変調器から前記投射レンズまでの間には各空間光変調器からの画像光を合成する合成手段が付加されたことを特徴とする。
さらに請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の投射表示装置において、前記照明光学系で赤、緑、青の各色に分光し、前記空間光変調器は赤、緑、青の各色に対応するように３つ配置し、かつ、前記合成手段としてダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射表示装置において、前記空間光変調器が２つ以上配置され、前記光路偏向素子は１つ配置され、前記照明光学系は前記空間光変調器の数だけ分光して各空間光変調器に均一照明させ、前記空間光変調器から前記投射レンズまでの間には各空間光変調器からの画像光を合成する合成手段が付加されたことを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の投射表示装置において、前記照明光学系で赤、緑、青の各色に分光し、前記空間光変調器は赤、緑、青の各色に対応するように３つ配置し、かつ、前記光路偏向素子は緑用の空間光変調器の後に配置し、前記合成手段としてダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とする。
さらに請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の投射表示装置において、前記空間光変調器の後に、前記合成手段と、マクロレンズと、前記光路偏向素子とを配置したことを特徴とする。
さらにまた、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の投射表示装置において、前記照明光学系で赤、緑、青の各色に分光し、前記空間光変調器は赤、緑、青の各色に対応するように３つ配置し、前記合成手段としてダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムを配置したことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の投射表示装置において、前記空間光変調器は反射型液晶表示素子であることを特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の投射表示装置において、前記空間光変調器は透過型液晶表示素子であることを特徴とする。
さらに請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の投射表示装置において、前記透過型液晶表示素子の手前には各画素に対応して配列されたマイクロレンズアレイを配置したことを特徴とする。

本発明の投射表示装置では、画素配列がデルタ（三角形）配列の空間光変調器と光路偏向素子とを組み合わせることにより、自然な表示を得ることが可能となる。

以下、本発明の構成、動作および作用効果について、図面を参照して詳細に説明する。

基本構成および動作：
本発明の投射表示装置の基本構成は、空間光変調器の整数倍の解像度を表示し、かつ、自然な画像の表示を可能とするため、例えば図１に示すように、少なくとも、光を放出する光源（ランプ）１１と、画素を形成させる空間光変調器（例えば液晶ライトバルブ）１３と、前記光を空間光変調器１３に均一照明させる照明光学系１２と、空間光変調器１３からの画像光をスクリーン１６に投影するための投射レンズ１５を備えている。そして、空間光変調器１３の各画素はデルタ配列をなし、かつ、空間光変調器１３からスクリーン１６までの間に光路偏向素子１４を配置した構成としている。

ここで、本発明では、画素配列がデルタ配列の空間光変調器と、光路偏向素子（画素ずらし素子、ウォブリング素子、光路シフト素子などとも言う）を組み合わせたことを特徴としており、以下、本発明の投射表示装置に用いる空間光変調器と光路偏向素子の構成例について説明する。

図１０は本発明の投射表示装置に用いる空間光変調器の一例を示す構成説明図であり、ここでは空間光変調器として、液晶ライトバルブを例に挙げて説明する。図１の（ａ）は液晶ライトバルブ５０１の一部を拡大して示す概略要部平面図、（ｂ）は概略要部断面図である。
この液晶ライトバルブ５０１では、図示しないスペーサ等により所定の間隙を隔てて配置された２枚の透明基板５０３，５０４の間に液晶５０５が挟まれている。２枚の透明基板５０３，５０４のうち、一方の透明基板５０３には液晶層側に透明電極と配向膜（ともに図示せず）が設置されている。また、対向基板５０４には画素５０２に対応して駆動用トランジスタ（図示せず）がアレイ状に配置されている。この空間光変調器（液晶ライトバルブ）５０１の画素配列はデルタ配列と呼ばれ、３つの画素５０２Ｒ，５０２Ｇ，５０２Ｂで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に対応させている。すなわち液晶ライトバルブ５０１の３画素５０２Ｒ，５０２Ｇ，５０２Ｂで１画素分のカラー表示を行うことが一般的である。このように空間光変調器の画素配列が三角形（デルタ）の画素配置であるので、自然な表示を得ることができる。さらに、空間光変調器の解像度（画素数）に比べて自然な表示を得ることができる。

本発明では、比較的に簡素化された空間光変調器を用いて、自然な画像の表示を得るため、空間光変調器（液晶ライトバルブ）５０１は線順次で駆動される構成とする。具体的には図１０に示すように、空間光変調器本体の水平方向に並ぶ画素列ごとに画像信号を順次更新していく。この方式は線順次駆動方式と呼ばれる。すなわち、走査ライン１，２，３，４、・・・の順に画素データを更新していく。また、走査ラインの取り方は、図１１に示すよな千鳥状でもよい。すなわち、千鳥配置の画素配列を順次更新していっても良い。このように線順次駆動方式の空間光変調器を用いているので、各画素にメモリーを配置する必要がなくなる。なお、１本の走査ラインを一斉に更新せずに、走査ラインを便宜上、数分割して順次更新し、次の走査ラインに移る場合も本発明では線順次駆動方式と呼ぶことにする。

次に本発明の投射表示装置では、上記のようなデルタ配列の構成の空間光変調器（液晶ライトバルブ）に光路偏向素子を組み合わせた構成とする。このように、空間光変調器からの画像の光の光路を偏向させる（画素ずらし）ことが可能な光路偏向素子を用いているため、空間光変調器の整数倍の解像度で表示することができる。なお、整数倍は、光路偏向素子の組み合わせする数に応じて増減する。たとえば、２つの光路に偏向することが可能な光路偏向素子のみであれば、空間光変調器の２倍の解像度で表示することが可能であり、先の光路偏向素子を２つ組み合わせれば、光路偏向素子がライトバルブの走査線に対して水平方向にも鉛直方向にも光路をシフトすることが可能となる。
ここで、光路偏向素子としては、ゴースト画像を軽減するため空間光変調器の駆動方式に合わせて「線順次駆動方式」の光路偏向素子が用いられる。このように空間光変調器と光路偏向素子との駆動方式が線順次駆動方式であるため、ゴースト画像を排除することが可能となる。この「線順次駆動方式」の光路偏向素子の構成例を以下に示す。

図１２は本発明の投射表示装置に用いる光路偏向素子の一構成例を示す図である。図１２において符号２、３は互いに対向したガラス等の基板、４は液晶を垂直に配向させるための配向膜、５は液晶層、９はライン状電極列、３０は電圧制御手段をそれぞれ示す。基板２、３の間にはキラルスメクチックＣ相よりなる強誘電液晶なる液晶層５が充填されている。このような一対の基板２、３及び液晶層５を有する構造体に対して、目的とする光偏向方向に対応させて、図１２（ｂ）の正面図に示すようにライン状電極列９による電極が配置され、電圧印加手段を構成している。

この電圧印加手段は基板面に平行に配置されている。各電極は電圧制御手段３０に接続されており、電圧制御手段３０によって電圧が制御される。電極に印加される電圧は、液晶層の任意の一部の領域に印加される電界の方向が、他の領域と異なるよう制御され、これによって前記一部の領域のシフト特性を他の領域と異ならせることができる。また、このときの電界の方向は、基板面に平行となる。このような電界を発生させるためには、隣接する電圧印加手段に電位勾配を設けることで達成することができる。

図１３は、電圧印加の例の一部を示した線図である。
図において符号Ａ〜Ｄは電位勾配の線図を表し、符号Ｅｎは電圧印加手段としての電極番号を示す。線図Ａでは電極Ｅ１に電圧Ｖｌｏｗが、電極Ｅ８に電圧Ｖｈｉｇｈが印加されている。以後これらの電圧を単にＶｌ、Ｖｈと表す。ここでＶｈ＞Ｖｌとする。中間部の電極には電圧Ｖｌと電圧Ｖｈの中間電位が、電位勾配が連続的でほぼ一定になるよう与えられている。この場合、電位勾配はＥ１からＥ８に向けて正の勾配となる。なお、説明を簡略化するため、以後の電圧表示は基準電位０Ｖからの電位差として表現する。

いま、線図Ｂのように電極Ｅ３を電圧Ｖｌ、電極Ｅ１を電圧Ｖｈに変えたとすると、電極Ｅ１から電極Ｅ３の領域では負の電位勾配の電界領域に、また、電極Ｅ３から電極Ｅ８の間の領域では正の電位勾配の電界領域となって、領域によって電位勾配の極性を逆にすることができる。電極Ｅ３は正の領域と負の領域の境界、すなわち異なる光路シフトの境界になる。このとき液晶に印加される電界強度が、液晶の動作に十分な強度、すなわち閾値電界以上であれば、図１２に示したような２つのシフト特性を、同じ１つの素子内で領域によって制御することができる。さらに、線図Ｃ、Ｄのような電圧の印加の仕方を選ぶことで、正の勾配の領域と負の勾配の領域を任意に選択することができる。本例では、電極が８本の場合を示したが、さらに多くの電極を設けることで、より緻密な電圧制御が可能となる。

図１３では電圧Ｖｈを固定し、選択電極を電圧Ｖｌにしたが、その逆にしても構わない。また、端部電極の電圧を固定にしないで、選択電極に対応して複数の電圧レベルに切り替えることで、電位勾配の絶対値を等しくすることもできる。例えば、電極Ｅ３を正の領域と負の領域の境界の電極としたとき、電極Ｅ１にはＶｈとＶｌの電位差の７分の２、電極Ｅ８には前記電位差の７分の５を与え、中間の電極には隣り合う電極の間の電位差が前記電位差の７分の１ずつになるようにそれぞれの電位を与える。このようにすれば、場所によるシフト特性や応答特性を等しくできるので好ましい。ここで用いる電極は透明であることが好ましく、この構成によってより高い光透過率を獲得することができる。

電圧制御手段３０としては、リレーのような機械的動作のものも用いることができるが、ＦＥＴなどのスイッチング素子を利用し、電子的に構成することが応答速度等から見て好ましい。
図１４はスイッチング素子回路の一部を示した図である。図１４では５レベルの電位のスイッチングを行うものであり、分圧抵抗によって生成されたＶ０〜Ｖ４の５つの電位レベルが選択できるよう構成されている。このような回路を各電極に配し、これらを制御することで上述のような作動をさせることができる。
電極の幅は加工精度によって制限され、下限は１μｍ程度であり、上限は１００μｍ程度である。特に５μｍ〜５０μｍ幅であることが好ましい。ピッチは幅の数倍から数十倍であることが好ましい。

図１５は本発明の投射表示装置に用いる光路偏向素子の別の構成例を示す図である。
図１５において、符号９１、９２はライン状電極を示す。その他の符号は図１２に準ずる。図では上下基板２、３に実施例１と同様のライン状電極列９１、９２がそれぞれ設けられている。このようにすることで、より小さな印加電圧で液晶の閾値電界を確保する音ができる。ライン状電極列９１、９２は上下基板２、３の間で、図のように電極列の配列の略半ピッチずれていることが好ましい。本例でも電圧制御手段１２は、選択された電極を中心に左右で逆極性の電位勾配となるよう各電極に電圧が印加される。本例は、図１２に示した構成例に比べてさらに均一な電界が印加できるという特徴がある。

図１６は、本発明の投射表示装置に用いる光路偏向素子のさらに別の構成例を示す図である。
図１６に示す構成は、電極構造の更に好ましい例を示したものであり、電極と液晶層の間に誘電体層６、７が設けられている。このような構成によれば、更に均一性の高い電界強度分布を得ることができる。誘電体層としては、絶縁性であれば用いることができ、ガラスや、ゾルゲル法等で形成される各種無機膜、樹脂膜などの有機物膜を用いることができる。厚さは１０μｍ〜５００μｍ程度が好ましい。薄すぎる場合には電界の均一性が低下し、厚すぎる場合には液晶の駆動電圧が大きくなると言う不具合が生じる。なかでも、５０μｍから３００μｍ程度が好ましい。

これまでの例では、電圧印加手段を構成する各電極に電圧を印加する手段を設け、各電極に同時に所望の電圧を印加する構成について説明したが、以下に簡略化された電圧の制御方法を説明する。
図１７は、本発明の投射表示装置に用いる光路偏向素子のさらに別の構成例を示す図である。
図１７において符号３１は各電極間に設けられた電圧分配手段であり、具体的には抵抗素子で構成されている。抵抗素子相互は直列に接続されている。

図１８は電圧制御手段の好ましい構成例を５ラインの電極構成を用いて説明する図である。
図１８において、符号Ｅｎは電圧印加手段である各ライン状電極を示し、Ｒ１〜Ｒ４は電圧分配手段である抵抗で、ライン状電極列と並列に配置されている。
電圧制御手段には、両端の電圧印加手段に印加される電位レベルを選択する端部電位選択手段と、両端以外の中間部の少なくとも一つの電圧印加手段に印加される電位レベルを選択する中間部電位選択手段とを設ける。ＴＲ００〜ＴＲ０４は端部電極Ｅ１に印加される電位レベル（本例では５レベル）を選択するＦＥＴ、ＴＲ４０〜ＴＲ４４は端部電極Ｅ５に印加される電位レベルを選択するＦＥＴ、ＴＲ１０および１４、ＴＲ２０および２４、ＴＲ３０および３４、はそれぞれ中間部電極Ｅ２〜Ｅ４に印加される電位レベル（本例では２レベル）を選択するＦＥＴである。

中間部電極は少なくとも１本が選択されるが、いまこれがＥ３であり、印加電位がＶ０であるとする。このとき、Ｅ１、Ｅ５としてＶ２を選択し、Ｅ２およびＥ４に対するＦＥＴをｏｆｆとした場合を考える。Ｅ１とＥ３の間には抵抗Ｒ１、Ｒ２が存在するためＥ２にはＥ３とＥ１の中間電位が印加されることになる。同様にして、Ｅ４はＥ３とＥ５の中間の電位となる。このような構成によって、中間電極に多くの電位選択のためのＦＥＴを設けなくとも、抵抗を設けるという簡単な構成で中間電位を作れることになる。

さらに、選択される電極の電位は、最低限で最高電位と最低電位の２種で済むため、用いるＦＥＴが少なくて済むという利点がある。両端の電位は、選択電極の電位によって、選択電極の両側の電位勾配が逆となるよう選択すればよい。説明では電極Ｅ３が選択された場合について説明したが、他の中間電極を選択することで、光路偏向素子の作用領域を任意に選択することができる。中間電極の選択は、一方の端部電極から他方の端部電極に向けて時系列的に順次走査するのがよい。これは、表示素子として走査方式のものを用い縷々ことと密接な関係がある。画像表示装置としての構成及び作用は後述する。
選択電極を高電位に端部電極を低電位にすることで、電位勾配を上述の説明と逆にすることもできる。選択電極を常に低電位側、もしくは常に高電位側に限定することで、中間電極用のＦＥＴをさらに減らすこともできる。

図１８のような回路構成を、一つの光路偏向素子内に複数設け、回路によって定まる領域ごとに動作させることもできる。なお、図１８において、電極の構成は、図１５や図１６のように構成することもでき、この場合には上述の構成例と同様、さらに高い電界強度分布の均一性が得られる。

図１９は、電圧制御手段の別の構成例を説明するための図である。
同図において符号１９は電圧印加手段としてのライン状電極列を示す。このライン状電極列１９は、端部電極制御用のスイッチング回路に接続された端部電極１９１、１９９、中間電極スイッチング回路に接続された中間接続電極（例えば１９４）、および端部電極と中間接続電極の間、または中間接続電極間に設けられた中間電極（例えば１９２、１９３）から構成される。これら中間電極は直接的な電圧供給手段を持たない。なお、電源の電圧分配手段はＶ０からＶ４まで等間隔の電位差を与えるものとする。

各電極間には図のように電位分配手段である抵抗が配置されている。いま、電極１９４にＶ４の電位が印加されるようにスイッチを動作させ、電極１９１、１９５、１９６、１９９にはそれぞれＶ３、Ｖ３、Ｖ２、Ｖ１なる電位が印加されるようにスイッチを動作させた場合、接続電極間の電極には抵抗によって中間電位が印加されることになる。すなわち、本構成のように電極をグループ化して電極群とし、中間接続電極のいずれか１つと両端の電極のみを制御回路に接続し、かつ電極間に抵抗を設けた構成とすることで、より小さい回路規模で本発明による光路シフト素子の制御を行うことができる。
なお、この構成の場合、上記電圧印加例では、電極１９４にＶ４の電位が印加されているので、電極１９５、１９６にもスイッチ回路を介して電位を印加しているが、これらの電極には積極的に電位をかけなくても、抵抗素子にかかる分圧により、電極１９５にはＶ３、電極１９６にはＶ２の電位がかかる。

図２０は、本発明の投射表示装置に用いる光路偏向素子のさらに別の構成例を示す図である。
図２０において符号３３は面状抵抗体を示す。本例では電圧印加手段は、面状の抵抗体３３によって形成されており、これによって均一な横電界を得ている。基板上にはさらに、面状抵抗体３３に電圧を印加するための電極が複数設けられている。この構成では、ライン状電極よりさらに均一な電界強度が得られるという利点がある。さらに、それ自身が抵抗体であるので、電圧分配手段が不要となるという利点もある。通常、抵抗体と電極列は片側の基板のみに設けてもちろん構わないが、両側の基板に設ければ、より小さい印加電圧で、液晶に対する閾値電界を得ることができる。
このような構造を有する素子を動作させるには、電圧制御手段を各電極に接続して設ければよい。

ここで用いる抵抗体としては、厚さが０．１μｍから１００μｍ程度であり、抵抗値としては１０^３〜１０^８Ωｃｍ程度のものが好ましい。特に、表面抵抗が１０^７Ω／□ないし１０^１１Ω／□程度でのものが好ましい。
抵抗値が低すぎると電極の列から液晶内に漏洩する電界が少なすぎて、所望の傾き角が得られない。逆に抵抗値が高すぎると、周囲の電界の影響を受けやすくなって、いわゆるノイズが乗りやすくなる。

以上に説明した光路偏向素子は、特に走査型（線順次駆動方式）の空間光変調器と組み合わせて投射表示装置としたときに特に利用価値が高い。この光路偏向素子を投射表示装置に用いるには、図１に一例として示すような光学系の空間光変調器１３と投射レンズ１５の間に光路偏向素子１４を配置すれば良い。このとき、空間光変調器１３の走査方向と、光路偏向素子１４の走査方向を一致させた上で、同じフレーム周波数で画像更新および光路シフトの動作を行えばよい。このように空間光変調器と、光路偏向素子の走査方向を一致させて、画像更新と光路シフトを行うので、画像のサブフィールドの更新の直前に光路シフトを行うことによって、サブフィールドが分割されて異なるシフト位置に表示されてしまうということがなくなり、不要なゴースト画像の発生を防止することができる。

次に図２１は、空間光変調器（液晶ライトバルブ）１３の線順次駆動方式による行電極走査と光路偏向素子１４の電圧印加手段の走査との関係の一例を示した図である。
光路偏向素子１４は前述のように電界が与えられてから液晶の再配列が完了するまでの時間遅れが存在する。サブフレームとして許される時間から、光路偏向素子の応答遅れの時間ｔｓを差し引いた時間をｔｍとする。画像のサブフィールド走査開始から時間ｔｍ経過した時点で光路偏向素子の走査を開始する。応答遅れの時間ｔｓ後にシフト動作が完了した時点で次のサブフレームが開始される。シフト動作の過渡期においても画像を表示し続けた場合、サブフィールドが切り替わる直前に、異なるシフト位置に画像が一方から順に移動する現象が発生する。これは少しではあるが画像の解像力の低下につながる。

この問題を避けるためには、光路偏向素子の作動中は画像表示を停止し、いわゆるブラックアウトにするのがよい。すなわち、光路偏向素子の走査に同期して、空間光変調器も表示停止の走査をする。こうすることによって、隣接するフィールドが互いに完全に分離されて、異なるシフト位置に表示されるようになる。
なお、空間光変調器にも応答遅れがある場合は、空間光変調器の走査をその送れ時間分だけ早めに走査開始するのがよい。

次に、以上に説明したデルタ配列の空間光変調器と光路偏向素子を用いた投射表示装置の具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例を説明するための投射表示装置の概略構成図である。光源１１としては放電ランプ（例えば超高圧水銀灯）を用いる。放電ランプ１１からのランプ光は照明光学系１２によって空間光変調器（例えば透過型液晶ライトバルブ）１３を均一に照明する。液晶ライトバルブ１３は前述のデルタ配列で線順次駆動タイプとする。液晶ライトバルブ１３の後には光路偏向素子１４が配置される。光路偏向素子１４は前述の「線順次駆動方式」のものが望ましい。光路偏向素子１４を経た画像光は投射レンズ１５でスクリーン１６に拡大投射される。また、空間光変調器として、透過型液晶ライトバルブを用いると、光学系を小さくすることが可能となる。さらに、反射型液晶ライトバルブを用いても良いことは言うまでもない。

照明光学系１２は幾つかの方式を利用することができる。まず、均一照明させるための光学系としてはフライアイインテグレータを用いることができる。図示しないが、フライアイインテグレータは第１のレンズアレイと第２のレンズアレイ、および、コンデンサレンズで構成される。第１レンズアレイの各レンズの焦点が第２レンズアレイの対応するレンズに位置する。これによってランプ光の放射位置（アーク位置）と第２レンズの各アレイが結像関係にある。また、第２レンズアレイからの光は各々コンデンサレンズによって液晶ライトバルブ１３上で重ね合わされる。このため、第１レンズアレイの各アレイとライトバルブ面は結像関係にある。このようにレンズアレイでランプ光を分解して空間光変調器上で重ね合わせるために、ランプ光の不均一照度が平均化されて均一な照度分布が得られる。さらに、レンズアレイを用いているので、効率良く空間光変調器の開口に光を入射することが可能となり、光利用効率が向上する。

また、本実施例の照明光学系１２はフライアイインテグレータだけではなく、デルタ配列の各画素に所定の色の光を照射するために、ダイクロイックミラーとレンズアレイを用いてもよい。この場合の投射表示装置の別の構成例を図２を用いて説明する。なお、図１と同じ構成要素は同じ番号で記している。

図２において、フライアイインテグレータの第１レンズアレイ２１ａ、第２レンズアレイ２１ｂ、コンデンサレンズ２２の後にダイクロイックミラー２３ｒ，２３ｇ，２３ｂを所定の向きに配置する。空間光変調器（例えば透過型液晶ライトバルブ）１３の手前にはレンズアレイ２４が配置されている。レンズアレイ２４は空間光変調器１３のデルタ配列画素の３つに対して１つのアレイが対応している。空間光変調器１３の後には「線順次駆動方式」の光路偏向素子１４、投射レンズ１５が配置される。ダイクロイックミラー２３ｒは照明光のうち赤色を選択的に反射させ、同様に、２３ｇは緑色、２３ｂは青色の光を反射させる。レンズアレイ２４の各アレイ焦点位置が空間光変調器１３の画素面付近に設定すると、ダイクロイックミラー２３ｒ，２３ｇ，２３ｂで赤、緑、青の光が所定の方向でレンズアレイ２４に入射して、画素面では各色で分離したスポットが得られる。

図３（ａ）はレンズアレイ側２４から空間光変調器１３（例えば図１０の画素配列の液晶ライトバルブ）の画素を見た図である。ダイクロイックミラー２３ｒ，２３ｇ，２３ｂで各々の光の進む方向が異なった赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色光がレンズアレイ２４に入射する。レンズアレイの各アレイは空間光変調器１３の３画素分の面積でＬ字型である。このＬ字型領域が一つのレンズとして作用する。アレイ２５ａからの緑（Ｇ）の光は画素５０２Ｇに、赤（Ｒ）は５０２Ｒに、青（Ｂ）は５０２Ｂに照射することができる。なお、走査ラインの取り方が図１１に示すような千鳥状の場合には、レンズアレイ２４’は図３（ｂ）のような配置になる。

次に、「線順次駆動方式」の光路偏向素子１４は画像光を走査ラインに平行な方向または垂直な方向に光路をシフトする。図４は走査ラインに垂直な方向に光路偏向した例を示す図である。図４はスクリーン１６上の画素を図示している。サブフレーム１では画素は４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの位置で、サブフレーム２は４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの位置となるように設定する。光路偏向素子１４による光路偏向量は空間光変調器１３の走査ラインピッチの±１／４となる量、すなわち、スクリーン１６上では走査ライン方向に画素ピッチが１／２に縮まり、見かけ上、空間光変調器の２倍の解像度が得られることになる。

本構成によれば、空間光変調器１３がデルタ配列の画素を構成するため、自然画を表示するのに好適であり、光路偏向素子１４によって光路シフト（画素ずらし）を行うことにより、２倍の解像度、つまり整数倍の解像度を表示することができ、また、空間光変調器１３の線順次駆動に対応した「線順次駆動方式」の光路偏向を行うことによって不要なゴースト画像を低減することができる。

ここで、仮に光路偏向素子１４が「線順次駆動方式」ではなく、「一斉書き換え駆動方式」の場合の表示動作を説明する。
図２２は線順次駆動方式のライトバルブ（空間光変調器）による行電極走査と、一斉書き換え駆動方式の光路偏向素子の電圧印加手段の走査との関係を示す図である。
図２２のように、最上端走査位置のサブフレーム後半部分で光路偏向素子を一斉切り替え駆動すると、サブフレーム１の最上端は画像（例えば図４の４１Ｇ，４１Ｒ，４１Ｂ）がｔｍの時間表示されている。しかし、ライトバルブの走査位置が下ほど、画像位置４１Ｇ，４１Ｒ，４１Ｂの表示時間が少なくなり、その分、半ピッチシフトされた画像位置４２Ｇ，４２Ｒ，４２Ｂの表示時間が増える。このため、画面内でサブフレーム１の画像位置が二重（ゴースト）になり、かつ、画面の上下方向でゴーストの割合が異なる。
これに対して、本発明によれば、ライトバルブ（空間光変調器）の線順次駆動に対応した「線順次駆動方式」の光路偏向を行うことによって面内でゴーストの割合が変わらず、かつ、このゴーストを低減することができる。

（実施例２）
図５は本発明の第２の実施例を説明するための投射表示装置の概略構成図である。
図５において、放電ランプ１１からの放射光が照明光学系（例えば第１レンズアレイ２１ａ、第２レンズアレイ２１ｂ、コンデンサレンズ２２で構成されるフライアイインテグレータ）１２とダイクロイックミラー５１ａ，５１ｂやミラー５２を介して各空間光変調器（以下、ライトバルブと記す）５４ｒ，５４ｇ，５４ｂに照射され、各ライトバルブ５４ｒ，５４ｇ，５４ｂが均一に照明される。同図では、ダイクロイックミラー５１ａで赤（Ｒ）の光が透過し、ミラー５２で赤用のライトバルブ５４ｒに導かれる。緑（Ｇ）の光はダイクロイックミラー５１ａ，５１ｂでともに反射され緑用のライトバルブ５４ｇに届く。青（Ｂ）の光はダイクロイックミラー５１ｂを透過してミラー５２、リレーレンズ５３、さらにミラー５２を経て青用のライトバルブ５４ｂに到達する。ライトバルブ５４ｒ，５４ｇ，５４ｂは前述のとおり各画素がデルタ配列をなし、走査線毎に線順次駆動される。ライトバルブ５４ｒ，５４ｇ，５４ｂの後の光路偏向素子５５ｒ，５５ｇ，５５ｂは前述のとおり「線順次駆動方式」であり、各ライトバルブ５４ｒ，５４ｇ，５４ｂの走査線に垂直方向、または、平行方向に半ピッチ分の光路シフトするように駆動される。光路シフトされた各色の画像光はダイクロイックプリズム５６（光路合成素子、または、色合成素子として働く）で合光され、投射レンズ５７を介してスクリーン１６に拡大投射される。

本実施例によれば、光源（放電ランプ）１１からの光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に分離して各色に対応するライトバルブ５４ｒ，５４ｇ，５４ｂで各色の画像を作るため、単板方式の投射表示に比べて光利用効率が高くなる。また、各ライトバルブ５４ｒ，５４ｇ，５４ｂには直後に光路偏向素子５５ｒ，５５ｇ，５５ｂを配置するため、ライトバルブの解像度の２倍、つまり整数倍で、かつ、色再現範囲の広い画像を作成できる。さらに、ライトバルブとしては、前述のようなデルタ配列のライトバルブを用いているので、自然画に適した画像表示ができることは言うまでもない。
また、空間光変調器および光路偏向素子が線順次駆動方式を採用すると、ゴースト画像の少ない表示が可能となる。
なお、本実施例において、各色に対応するライトバルブに対して、光路偏向素子を配置しているが、緑用のライトバルブ５４ｇの直後のみに光路偏向素子を配置する構成としても良い。人間の視覚特性により、このように緑用のライトバルブ５４ｇの画素のみ解像度を整数倍にするのみであっても、画像の解像度が向上しているように見せることが可能となる。

（実施例３）
図６は、本発明の第３の実施例を説明するための投射表示装置の概略構成図である。図６において、図５と同符号のものは同じ構成部材である。
本実施例では、実施例２のような各ライトバルブ直後の光路偏向素子を取り除いた構成となっている。そしてダイクロイックプリズム５６で色合成し、マクロレンズ６１で各ライトバルブ５４ｒ，５４ｇ，５４ｂの画像を結像面６２に投影させる。そしてマクロレンズ６１の結像面の近傍に１つの光路偏向素子６３を配置させる。投射レンズ６４はマクロレンズの結像面６２の画像をスクリーンに拡大投射させる。なお、光路偏向素子６３は前述の線順次駆動方式であればゴースト画像を低減できるため好適である。
本実施例によれば、光路偏向素子が１つの場合でも空間光変調器の整数倍の解像度を得ることが可能となる。さらに、光路偏向素子を１つにする場合には、マクロレンズ６１を利用することが、実施例２と同様の画像を得るためには有用である。

（実施例４）
図７は、本発明の第４の実施例を説明するための投射表示装置の概略構成図である。図７において、図５と同符号のものは同じ構成部材である。
本実施例は、実施例２（図５）の投射表示装置にレンズアレイ７１を追加した例であり、各ライトバルブ５４ｒ，５４ｇ，５４ｂの直前にレンズアレイ７１が配置される。レンズアレイ７１はライトバルブ５４ｒ，５４ｇ，５４ｂの画素と同じ配列、同じ数のアレイ数で微細なレンズが形成されている。透過型ライトバルブ５４ｒ，５４ｇ，５４ｂの各画素は、画素の駆動のためのトランジスタや配線のために光の通らない領域があり、実質の開口率が１００％になることは無い。このために、レンズアレイ７１を各ライトバルブ５４ｒ，５４ｇ，５４ｂの手前に配置することによって照明光を効率良く画素に導き、光利用効率を高めることができる。

（実施例５）
図８は、本発明の第５の実施例を説明するための投射表示装置の概略構成図である。実施例３（図６）と同じ構成要素は同じ符号で記載している。
本実施例では、空間光変調器８１ｒ，８１ｇ，８１ｂは反射型液晶表示素子を用いている。反射型液晶表示素子としてはＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）を利用することができる。反射型液晶表示素子を含む作像系（空間光変調器）８１ｒ，８１ｇ，８１ｂの構成は、緑用の空間光変調器８１ｇを例として図９に図示した。

図９において、ダイクロイックミラー５１ｇからの緑（Ｇ）光はミラー５２で立ち上げられ、偏光ビームスプリッタ９２ｇに入射される。偏光ビームスプリッタ９２ｇで反射された光（図９の紙面に垂直に振動する偏光）は反射型液晶表示素子９１ｇに入射される。画素が明表示の場合には偏光状態が変化されて、紙面に平行に振動する光が偏光ビームスプリッタ９２ｇを透過し、ダイクロイックプリズム５６で赤（Ｒ）、青（Ｂ）の光と色合成され、光路偏光素子８３、投射レンズ８４を経てスクリーン１６に投射される。

本実施例では、空間光変調器（反射型液晶表示素子）８１ｒ，８１ｇ，８１ｂと光路偏向素子８３がともに面一斉書き換えの場合には、光路偏向素子８３は反射型液晶表示素子の近傍に配置する必要が無くなり、図８、図９のように、色合成された後に配置された１つの光路偏向素子８３で３色分の画像の光路シフトが可能になる。また、空間光変調器８１ｒ，８１ｇ，８１ｂに反射型液晶表示素子を用いているため、透過型液晶表示素子に比べて素子自体の解像度を高くすることができる。このため、元々高解像度の画像を光路偏向素子８３によって２倍にすることが可能となる。なお、反射型液晶表示素子はデルタ配列の画素配置であり、前述のように、自然画に適した画像表示を行うことができる。

以上、実施例１〜５について説明したが、全ての実施例において、光路偏向素子がライトバルブの走査線に対して水平方向にも鉛直方向にも光路をシフトするタイプ（すなわち２つの光路偏向素子を組み合わせて１つの光路偏向素子として用いる（図は省略））なら、空間光変調器の４倍の解像度を表示することができる。

本発明の第１の実施例を説明するための投射表示装置の概略構成図である。 第１の実施例の別の構成例を説明するための投射表示装置の概略構成図である。 図２に示す投射表示装置のレンズアレイ側から空間光変調器の画素を見たときの例を示す図である。 光路偏向素子で空間光変調器の走査ラインに垂直な方向に光路偏向したときの、スクリーン上の画素を示す図である。 本発明の第２の実施例を説明するための投射表示装置の概略構成図である。 本発明の第３の実施例を説明するための投射表示装置の概略構成図である。 本発明の第４の実施例を説明するための投射表示装置の概略構成図である。 本発明の第５の実施例を説明するための投射表示装置の概略構成図である。 反射型液晶表示素子を用いた空間光変調器の構成、動作の説明図である。 本発明の投射表示装置に用いる空間光変調器の構成例と走査ラインの一例を示す説明図である。 図１０と同様の構成の空間光変調器において、千鳥状に走査する場合の例を示す説明図である。 本発明の投射表示装置に用いる光路偏向素子の一構成例を示す図である。 電圧印加の例の一部を示した線図である。 スイッチング素子回路の一部を示した図である。 本発明の投射表示装置に用いる光路偏向素子の別の構成例を示す図である。 本発明の投射表示装置に用いる光路偏向素子のさらに別の構成例を示す図である。 本発明の投射表示装置に用いる光路偏向素子のさらに別の構成例を示す図である。 電圧制御手段の好ましい構成例を５ラインの電極構成を用いて説明する図である。 電圧制御手段の別の構成例を説明するための図である。 本発明の投射表示装置に用いる光路偏向素子のさらに別の構成例を示す図である。 空間光変調器の行電極走査と光路偏向素子の電圧印加手段の走査との関係を示した図である。 線順次駆動方式のライトバルブ（空間光変調器）による行電極走査と、一斉書き換え駆動方式の光路偏向素子の電圧印加手段の走査との関係を示す図である。

符号の説明

１、１４、５５ｒ、５５ｇ、５５ｂ、６３、８３：光路偏向素子
２：透明基板
３：透明基板
４：配向膜
５：強誘電液晶
６：誘電体層
７：誘電体層
８：液晶ダイレクタ
９、１９：ライン状電極列
１０：スペーサ
１１：光源（放電ランプ）
１２：照明光学系（フライアイインテグレータ）
１３、５４ｒ、５４ｇ、５４ｂ、５０１：透過型の空間光変調器（ライトバルブ）
１５、５７、６４、８４：投射レンズ
１６：スクリーン
２１ａ：第１レンズアレイ
２１ｂ：第２レンズアレイ
２２：コンデンサレンズ
２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ、５１ａ、５１ｂ：ダイクロイックミラー
２４：レンズアレイ
３０：電圧制御手段
３１：電圧分配手段
５２：ミラー
５３：リレーレンズ
５６：ダイクロイックプリズム
６１：マクロレンズ
６２：結像面
７１：レンズアレイ
８１ｒ，８１ｇ，８１ｂ：反射型の空間光変調器
９１ｇ：反射型液晶表示素子
９２ｇ：偏光ビームスプリッタ
５０１：空間光変調器（液晶ライトバルブ）
５０２Ｒ：赤色の画素
５０２Ｇ：緑色の画素
５０２Ｂ：青色の画素
５０３、５０４：透明基板
５０５：液晶

Claims (12)

1. 少なくとも、光を放出する光源と、画素を形成させる空間光変調器と、前記光を前記空間光変調器に均一照明させる照明光学系と、前記空間光変調器からの画像光をスクリーンに投影するための投射レンズからなる投射表示装置において、
   前記空間光変調器の各画素はデルタ配列をなし、かつ、前記空間光変調器から前記スクリーンまでの間に光路偏向素子を配置したことを特徴とする投射表示装置。
2. 少なくとも、光を放出する光源と、画素を形成させる空間光変調器と、前記光を前記空間光変調器に均一照明させる照明光学系と、前記空間光変調器からの画像光をスクリーンに投影するための投射レンズからなる投射表示装置において、
   前記空間光変調器の各画素はデルタ配列をなし、かつ、水平ライン上画素または水平ライン近傍の千鳥画素を順次走査して画像を更新することを特徴とし、かつ、前記空間光変調器の後に光路偏向素子を配置したことを特徴とする投射表示装置。
3. 請求項１または２記載の投射表示装置において、
   前記光路偏向素子は、線順次駆動方式であることを特徴とする投射表示装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の投射表示装置において、
   前記空間光変調器と前記光路偏向素子が２つ以上配置され、前記照明光学系は前記空間光変調器の数だけ分光して各空間光変調器に均一照明させ、前記空間光変調器から前記投射レンズまでの間には各空間光変調器からの画像光を合成する合成手段が付加されたことを特徴とする投射表示装置。
5. 請求項４記載の投射表示装置において、
   前記照明光学系で赤、緑、青の各色に分光し、前記空間光変調器は赤、緑、青の各色に対応するように３つ配置し、かつ、前記合成手段としてダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とする投射表示装置。
6. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の投射表示装置において、
   前記空間光変調器が２つ以上配置され、前記光路偏向素子は１つ配置され、前記照明光学系は前記空間光変調器の数だけ分光して各空間光変調器に均一照明させ、前記空間光変調器から前記投射レンズまでの間には各空間光変調器からの画像光を合成する合成手段が付加されたことを特徴とする投射表示装置。
7. 請求項６記載の投射表示装置において、
   前記照明光学系で赤、緑、青の各色に分光し、前記空間光変調器は赤、緑、青の各色に対応するように３つ配置し、かつ、前記光路偏向素子は緑用の空間光変調器の後に配置し、前記合成手段としてダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とする投射表示装置。
8. 請求項６記載の投射表示装置において、
   前記空間光変調器の後に、前記合成手段と、マクロレンズと、前記光路偏向素子とを配置したことを特徴とする投射表示装置。
9. 請求項８記載の投射表示装置において、
   前記照明光学系で赤、緑、青の各色に分光し、前記空間光変調器は赤、緑、青の各色に対応するように３つ配置し、前記合成手段としてダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムを配置したことを特徴とする投射表示装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一つに記載の投射表示装置において、
    前記空間光変調器は反射型液晶表示素子であることを特徴とする投射表示装置。
11. 請求項１〜９のいずれか一つに記載の投射表示装置において、
    前記空間光変調器は透過型液晶表示素子であることを特徴とする投射表示装置。
12. 請求項１１記載の投射表示装置において、
    前記透過型液晶表示素子の手前には各画素に対応して配列されたマイクロレンズアレイを配置したことを特徴とする投射表示装置。

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