JP2008040116A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色むらを生じることなく、高品質かつ高解像で画像を表示できるとともに、簡単に組み立てできてコストダウンが図れる画像表示装置を提供する。
【解決手段】異なる色光で照明されて画像変調を行う複数の空間光変調素子6R,6G,6Bと、各空間光変調素子で画像変調された画像光を合成する色合成手段７と、色合成手段に入射する複数の画像光の少なくとも一色の偏光を他の色光の偏光と異なる偏光に変換する入射偏光制御手段10と、色合成手段で合成された画像光の光路を選択的にシフトする少なくとも一組の偏光変換素子21および複屈折板22を有する画素ずらし手段15とを備える画像表示装置において、画素ずらし手段の最初の組を構成する偏光変換素子21と複屈折板22との間に、画素ずらし手段と一体にユニット化されて配置され、偏光変換素子21を経た複数の画像光の偏光を揃えて複屈折板22に入射させる色選択性偏光変換手段25を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置に関するものであり、より詳しくは、複数の空間光変調素子により異なる色で画像変調された画像光を色合成手段により合成し、その合成された画像光の光路を画素ずらし手段により選択的にシフトして表示するようにした画像表示装置に関するものである。

従来の画像表示装置として、例えば、白色光源からの光を赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色および青（Ｂ）色に分光して、それぞれ空間光変調素子である液晶表示素子に照明光として入射させて画像変調し、これら画像変調されたＲ色，Ｇ色，Ｂ色の画像光を色合成手段である例えばダイクロイックプリズムで合成して、投影レンズを経てスクリーン上にカラー表示するようにした３板式画像表示装置が知られている。

このような３板式画像表示装置では、ダイクロイックプリズムのダイクロイック膜の入射角特性によって合成画像光に波長シフトが生じ、これにより表示画像に色むらが生じる場合がある。このような色むらは、照明光学系に白色光源からの照明光の照度分布を均一にするインテグレータ光学系を有すると、各液晶表示素子で変調された画像光が種々の入射角でダイクロイック膜に入射することになるため、特に発生し易くなる。

この問題を解決する方法として、ダイクロイック膜の偏光特性を利用し、Ｇ色の画像光はＰ偏光で入射させてダイクロイック膜を透過させ、Ｒ色およびＢ色の画像光はそれぞれＳ偏光で入射させてダイクロイック膜で反射させることにより、Ｒ色，Ｇ色，Ｂ色の画像光を合成することが知られている。

また、従来の画像表示装置として、空間光変調素子で画像変調された画像光の光路を画素ずらし手段により選択的にシフトして高解像度化を図ったものも種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、画素ずらし手段は、例えば図９に示すように、液晶パネル等の偏光変換素子１１０と水晶板等の複屈折板１１１とを有して構成され、図示しない空間光変調素子による画像変調に同期して、変調された画像光の直線偏光の方向を偏光変換素子１１０で選択的に９０°回転させることにより、その直線偏光の方向に応じて複屈折板１１１により画像光の光路を、例えば空間光変調素子における水平走査の画素配列に対して、１／２画素ピッチ分シフトさせるようにしている。なお、偏光変換素子１１０と複屈折板１１１との組を複数組配列して、表示画素位置を水平走査方向、垂直走査方向、斜め方向等の異なる複数の方向に選択的に画素ずらしさせるようにしたものも知られている。

一方、上述した３板式画像表示装置と図９に示した画素ずらし手段とを組み合わせ、ダイクロイックプリズムで合成された画像光の光路を、画素ずらし手段により選択的にシフトして高解像度化を図った画像表示装置も知られている。

図１０は、かかる画像表示装置の要部の構成を示すもので、Ｒ光を画像変調する液晶表示素子１２０Ｒと、Ｇ光を画像変調する液晶表示素子１２０Ｇと、Ｂ光を画像変調する液晶表示素子１２０Ｂと、これら液晶表示素子１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂでそれぞれ画像変調された画像光を合成するダイクロイックプリズム１２１と、合成された画像光の光路を選択的にシフトする画素ずらし手段１２２と、画素ずらし手段１２２を経た画像光を図示しないスクリーンに投影表示する投影レンズ１２３とを有している。なお、ここでは、画素ずらし手段１２２を、一組の偏光変換素子１１０と複屈折板１１１とで構成して、２点画素ずらしする場合を示している。

ところが、図１０に示す画像表示装置において、ダイクロイックプリズム１２１のダイクロイック膜の入射角特性による色むらの発生を防止するために、液晶表示素子１２０ＧによるＧ色の画像光はＰ偏光で入射させてダイクロイック膜を透過させ、液晶表示素子１２０ＲによるＲ色の画像光および液晶表示素子１２０ＢによるＢ色の画像光はそれぞれＳ偏光で入射させてダイクロイック膜で反射させて、Ｒ色，Ｇ色，Ｂ色の画像光を合成し、その合成された画像光の光路を画素ずらし手段１２２で選択的にシフトしようとすると、画素ずらし手段１２２に入射するＲ色，Ｇ色，Ｂ色の画像光の直線偏光方向が揃っていないために、Ｒ色およびＢ色の画像光に対して、Ｇ色の画像光の表示位置がずれることになる。

すなわち、図１０に示す画像表示装置においては、画素ずらし手段１２２の偏光変換素子１１０に対して、Ｇ色の画像光はＰ偏光で入射し、Ｒ色およびＢ色の画像光はＳ偏光で入射するため、例えば図１１（ａ）に示すように、偏光変換素子１１０により入射直線偏光の方向を変更することなく、Ｒ色，Ｇ色，Ｂ色の画像光を複屈折板１１１に入射させた場合には、Ｒ色およびＢ色の画像光の光路は画素ずらしを受けず、Ｇ色の画像光の光路のみが画素ずらしを受けることになる。逆に、図１１（ｂ）に示すように、偏光変換素子１１０により入射直線偏光の方向を９０°回転させて、Ｇ色の画像光をＳ偏光で、Ｒ色およびＢ色の画像光をＰ偏光で複屈折板１１１に入射させた場合には、Ｒ色およびＢ色の画像光の光路は画素ずらしを受け、Ｇ色の画像光の光路のみが画素ずらしを受けないことになる。このため、Ｒ色およびＢ色の画像表示位置に対して、Ｇ色の画像表示位置がずれて、高解像度化が図れないとともに、表示画像の品質を低下させることになる。

このような問題を解決する方法として、ダイクロイックプリズムと画素ずらし手段との間に、積層型位相差板からなる色選択性偏光面回転手段を配置し、これにより例えばＰ偏光のＧ光の偏光面を回転させてＳ偏光に変換し、Ｒ光およびＢ光に対しては偏光面を回転させることなく、Ｓ偏光のままとして、画素ずらし手段に入射する各色の画像光の偏光方向をＳ偏光に揃えるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第２８１３０４１号公報 特開２００３−２０７７４７号公報

ところで、上記特許文献１に開示されているような画素ずらし手段は、画素ずらし手段特有の特性を管理して組み立てることから、ユニット化することが一般的である。

このため、上記特許文献２に開示の画像表示装置のように、色選択性偏光面回転手段である積層型位相差板を、単に、ダイクロイックプリズムと画素ずらし手段との間に配置する構成の場合には、画像表示装置の組み立てに際して、画素ずらし手段と積層型位相差板とを別々に組み付けることになる。

また、積層型位相差板が外部に露出することになるため、その組み付けにあたっては、買い入れの積層型位相差板に予め反射防止コーテング等の処理を施したり、表面を清掃して付着したゴミを除去したりする工程が必要となる。このため、組み立てが面倒となって、コストアップを招くことが懸念される。

さらに、積層型位相差板が、ＰＳ変換の立ち上がりおよび立ち下がりである偏光変換の過渡領域、すなわち、図１２に示すように、Ｂ光の長波長領域とＧ光の短波長領域、およびＧ光の長波長領域とＲ光の短波長領域において、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とが混在する偏光変換特性を有する場合には、画素ずらしによって混色が生じることになる。

すなわち、Ｒ光とＧ光との間、およびＧ光とＢ光との境界部分にＰ偏光成分とＳ偏光成分とが混在するオーバラップが存在すると、Ｐ偏光がＳ偏光に切り替わる過程領域のＲ色の短波長領域（ＲＰ１）において、本来Ｓ偏光であるＲ光にＰ偏光要素を含む色光が存在し、Ｇ光の長波長嶺域（ＧＳ１）では、本来Ｓ偏光に変換すべきＧ光にＰ偏光要素を含む色光が存在することになる。同様に、Ｇ光の短波長嶺域（ＧＰ２）では本来Ｓ偏光に変換すべきＧ光にＰ偏光を含む色光が存在し、Ｂ光の長波長領域（ＧＳ２）では、本来Ｓ偏光であるべきＢ光にＰ偏光要素が存在することになる。このため、このようなＰＳ偏光が混在する状態で画素ずらしを行うと、混色が発生して、表示画質が損なわれることが懸念される。

なお、上記の問題は、色合成手段として偏光ビームスプリッタを用いる場合にも、同様に生じるものである。

本発明の主たる目的は、色むらを生じることなく、高品質かつ高解像で画像を表示できるとともに、簡単に組み立てできてコストダウンが図れる画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に係る画像表示装置の発明は、異なる色光で照明されて画像変調を行う複数の空間光変調素子と、上記各空間光変調素子で画像変調された画像光を合成する色合成手段と、上記色合成手段に入射する複数の画像光の少なくとも一色の偏光を他の色光の偏光と異なる偏光に変換する入射偏光制御手段と、上記色合成手段で合成された画像光の光路を選択的にシフトする少なくとも一組の偏光変換素子および複屈折板を有する画素ずらし手段とを備える画像表示装置において、
上記画素ずらし手段の最初の組を構成する上記偏光変換素子と上記複屈折板との間に、上記画素ずらし手段と一体にユニット化されて配置され、上記偏光変換素子を経た上記複数の画像光の偏光を揃えて上記複屈折板に入射させる色選択性偏光変換手段を有することを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、
上記色合成手段は、ダイクロイックプリズムを有することを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、
上記色合成手段は、偏光ビームスプリッタを有することを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
上記複数の空間光変調素子は、赤色光、緑色光および青色光を画像変調する３つの空間光変調素子からなり、
上記色合成手段には、上記緑色光をＰ偏光として、上記赤色光および上記青色光はそれぞれＳ偏光として入射させることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
上記複数の空間光変調素子は、緑色光を画像変調する空間光変調素子と、赤色光と青色光とを選択的に画像変調する空間光変調素子との２つからなり、
上記色合成手段には、上記緑色光をＰ偏光として、上記赤色光および上記青色光はそれぞれＳ偏光として入射させることを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
上記複数の空間光変調素子は、それぞれ透過型の空間光変調素子からなることを特徴とするものである。

請求項７に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
上記複数の空間光変調素子は、それぞれ反射型の空間光変調素子からなることを特徴とするものである。

請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
上記色選択性偏光変換手段は、当該色選択性偏光変換手段で偏光変換しない上記他の色光とオーバラップしない波長領域の光を偏光変換する偏光変換特性を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、画素ずらし手段を構成する最初の偏光変換素子と複屈折板との間に、画素ずらし手段と一体にユニット化して、偏光変換素子を経た複数の画像光の偏光を揃えて複屈折板に入射させる色選択性偏光変換手段を配置したので、色むらを生じることなく、高品質かつ高解像で画像を表示できるとともに、簡単に組み立てでき、コストダウンを図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る画像表示装置の実施の形態について説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。本実施の形態は、空間光変調素子として、例えば透過型の液晶表示素子からなる透過型のものを３板用い、色合成手段としてダイクロイックプリズムを用いたものである。図１において、水銀放電ランプ等の白色光源１から出射される照明光は、インテグレータ光学系２を経てダイクロイックミラー３に入射させ、ここでＲ光を透過、他の波長の光を反射させて、Ｒ光を分離する。

ダイクロイックミラー３で分離されたＲ光は、反射ミラー４および５を経てＲ用の空間光変調素子６Ｒに照明光として入射させ、ここで画像変調して色合成手段であるダイクロイックプリズム７に入射させる。

一方、ダイクロイックミラー３で反射された光は、ダイクロイックミラー８に入射させ、ここでＢ光を透過、Ｇ光を反射させて、Ｂ光とＧ光とを分離する。ダイクロイックミラー８で分離されたＢ光は、反射ミラー９を経てＢ用の空間光変調素子６Ｂに照明光として入射させ、ここで画像変調してダイクロイックプリズム７に入射させる。

また、ダイクロイックミラー８で分離されたＧ光は、入射偏光制御手段である１／２波長板１０で偏光面を９０°回転させた後、反射ミラー１１を経てＧ用の空間光変調素子６Ｇに照明光として入射させ、ここで画像変調してダイクロイックプリズム７に入射させる。

なお、インテグレータ光学系２は、公知のもので、空間光変調素子６Ｒ，６Ｇ，６Ｂへの照明光の照度分布をほぼ均一にするためのインテグレータロッドやフライアイレンズ等の光学系と、出射光を所定の直線偏光とするためのＰＳ変換素子とを有して構成する。

ダイクロイックプリズム７では、空間光変調素子６Ｒで画像変調されたＲ光および空間光変調素子６Ｂで画像変調されたＢ光をそれぞれ反射させ、空間光変調素子６Ｇで画像変調されたＧ光は透過させることにより、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光の画像を合成して出射させる。

本実施の形態では、インテグレータ光学系２からの出射光をＳ偏光とし、空間光変調素子６Ｒおよび６Ｂに対しては、それぞれＳ偏光のＲ光およびＢ光で照明して、それぞれ画像変調された画像光をＳ偏光でダイクロイックプリズム７に入射させ、空間光変調素子６Ｇに対しては、１／２波長板１０で照明光の偏光面を９０°回転させることによりＰ偏光のＧ光で照明して、画像変調された画像光をＰ偏光でダイクロイックプリズム７に入射させる。これにより、ダイクロイックプリズム７のダイクロイック膜７ａの入射角特性によって合成画像光に波長シフトが生じて、表示画像に色むらが生じるのを防止するようにしている。

ダイクロイックプリズム７から出射される合成された画像光は、画素ずらし手段１５により、空間光変調素子６Ｒ，６Ｇ，６Ｂによる画像変調に同期して光路をシフトし、この画素ずらし手段１５を経た画像光を投影レンズ１６により、図示しないスクリーンに投影表示する。

本実施の形態では、画素ずらし手段１５を、一組の偏光変換素子２１と複屈折板２２とを有する２点画素ずらし構成とする。また、偏光変換素子２１と複屈折板２２との間には、色選択性偏光変換手段である積層型位相差板２５を配置し、この積層型位相差板２５によりＧ光の偏光面を９０°回転せるようにして、偏光変換素子２１を経たＲ，Ｇ，Ｂの画像光の偏光を揃えて複屈折板２２に入射させるようにする。

ここで、画素ずらし手段１５は、偏光変換素子２１および複屈折板２２を保持部材３１に一体に保持してユニット化して構成する。また、積層型位相差板２５は、偏光変換素子２１および複屈折板２２とともに保持部材３１に保持して、画素ずらし手段１５と一体にユニット化する。なお、積層型位相差板２５は、例えば「カラーセレクト」（商品名；米国カラーリンク社製）を用いることができる。

本実施の形態において、画素ずらし手段１５を構成する偏光変換素子２１が、例えば液晶パネルからなる場合には、偏光変換素子２１に所要の電圧を印加すると（ＯＮ状態）、偏光変換素子２１は、入射光の偏光状態を維持したまま透過させ、偏光変換素子２１への電圧を遮断すると（ＯＦＦ状態）、偏光変換素子２１は、入射光の偏光面を９０°回転させて透過させる。

したがって、偏光変換素子２１のＯＮ状態では、図２（ａ）に概略図を示すように、ダイクロイックプリズム７で合成された画像光は、偏光変換素子２１で偏光面の回転を受けることなく、すなわちＧ光はＰ偏光で、Ｒ光およびＢ光はＳ偏光で積層型位相差板２５に入射することになるので、積層型位相差板２５でＧ光の偏光面のみが９０°回転されてＰ偏光からＳ偏光に変換される。これにより、ダイクロイックプリズム７で合成されたＲ，Ｇ，Ｂの各画像光は、Ｓ偏光に揃った状態で複屈折板２２に入射することになるので、各画像光は、例えば光路シフトを受けることなく複屈折板２２を透過することになる。

また、偏光変換素子２１のＯＦＦ状態では、図２（ｂ）に概略図を示すように、ダイクロイックプリズム７で合成された画像光は、偏光変換素子２１で偏光面の回転を受けるので、Ｇ光はＳ偏光で、Ｒ光およびＢ光はＰ偏光で積層型位相差板２５に入射し、積層型位相差板２５でＧ光の偏光面のみが９０°回転されてＳ偏光からＰ偏光に変換される。したがって、この場合には、ダイクロイックプリズム７で合成されたＲ，Ｇ，Ｂの各画像光は、Ｐ偏光に揃った状態で複屈折板２２に入射することになるので、各画像光は光路シフトを受けて複屈折板２２を透過することになる。

このように、本実施の形態によれば、ダイクロイックプリズム７に対して、Ｒ光およびＢ光の変調画像はＳ偏光で入射させ、Ｇ光の変調画像はＰ偏光で入射させて合成画像光を得、その合成画像光の偏光を積層型位相差板２５で揃えて画素ずらしを行うようにしたので、ダイクロイックプリズム７における入射角特性による色むらの発生を防止して、高品質かつ高解像で画像を表示することができる。しかも、画素ずらし手段１５を構成する偏光変換素子２１および複屈折板２２を保持部材３１に一体に保持して画素ずらし手段１５をユニット化するとともに、合成画像光の偏光を揃える積層型位相差板２５を、偏光変換素子２１と複屈折板２２との間に位置させて保持部材３１に保持することにより、画素ずらし手段１５と一体にユニット化したので、特に偏光変換素子２１と積層型位相差板２５と複屈折板２２とを同程度の屈折率の接着剤で固定でき、積層型位相差板２５に反射防止コーティング等の処理を施したり、清掃したりすることなく、簡単に組み立てでき、コストダウンを図ることができる。

（第２実施の形態）
図３は、本発明の第２実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。本実施の形態は、空間光変調素子として、例えば反射型の液晶表示素子や、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）からなる反射型のものを３板用い、色合成手段としてダイクロイックプリズムを用いたものである。

図３において、白色光源４１から出射される照明光は、インテグレータ光学系４２を経てＰ偏光で出射させてダイクロイックミラー４３に入射させ、ここでＲ光を反射、他の波長の光を透過させて、Ｒ光を分離する。

ダイクロイックミラー４３で分離されたＲ光は、偏光ビームスプリッタ４４に入射させて、その多層膜４４ａを透過させ、この偏光ビームスプリッタ４４から出射されるＲ光をＲ用の空間光変調素子４５Ｒに照明光として入射させて、空間光変調素子４５Ｒにより画像変調する。この空間光変調素子４５Ｒにより画像変調されたＲ光は、空間光変調素子４５Ｒが反射型であることから、その偏光がＳ偏光に変換されるので、偏光ビームスプリッタ４４の多層膜４４ａで反射させて色合成手段であるダイクロイックプリズム４６に入射させる。

一方、ダイクロイックミラー４３を透過した光は、反射ミラー４７を経てダイクロイックミラー４８に入射させ、ここでＢ光を透過、Ｇ光を反射させて、Ｂ光とＧ光とを分離する。ダイクロイックミラー４８で分離されたＢ光は、偏光ビームスプリッタ４９に入射させて、その多層膜４９ａを透過させ、この偏光ビームスプリッタ４９から出射されるＢ光をＢ用の空間光変調素子４５Ｂに照明光として入射させて、空間光変調素子４５Ｂにより画像変調するとともにＳ偏光に変換し、この空間光変調素子４５Ｂで画像変調されたＳ偏光のＢ光を、偏光ビームスプリッタ４９の多層膜４９ａで反射させてダイクロイックプリズム４６に入射させる。

また、ダイクロイックミラー４８で分離されたＧ光は、入射偏光制御手段である１／２波長板５０で偏光面を９０°回転してＳ偏光に変換した後、偏光ビームスプリッタ５１に入射させて、その多層膜５１ａで反射させ、この偏光ビームスプリッタ５１から出射されるＧ光をＧ用の空間光変調素子４５Ｇに照明光として入射させて、空間光変調素子４５Ｇにより画像変調するとともにＰ偏光に変換し、この空間光変調素子４５Ｇで画像変調されたＰ偏光のＧ光を、偏光ビームスプリッタ５１の多層膜５１ａを透過させてダイクロイックプリズム４６に入射させる。

ダイクロイックプリズム４６では、空間光変調素子４５Ｒで画像変調されたＳ偏光のＲ光および空間光変調素子４５Ｂで画像変調されたＳ偏光のＢ光をそれぞれ反射させ、空間光変調素子４５Ｇで画像変調されたＰ偏光のＧ光は透過させることにより、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光の画像を合成して出射させる。

ダイクロイックプリズム４６から出射される合成された画像光は、第１実施の形態と同様に、一組の偏光変換素子２１および複屈折板２２を保持部材３１に一体に保持してユニット化された２点画素ずらし構成の画素ずらし手段１５と、偏光変換素子２１と複屈折板２２との間に配置されて画素ずらし手段１５と一体にユニット化された積層型位相差板２５により、空間光変調素子４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂによる変調画像光の偏光を揃えながら画像変調に同期して光路をシフトして、投影レンズ１６により図示しないスクリーンに投影表示する。

本実施の形態においても、第１実施の形態と同様に、偏光変換素子２１のＯＮ状態では、図４（ａ）に概略図を示すように、ダイクロイックプリズム４６で合成された画像光は、偏光変換素子２１で偏光面の回転を受けることなく、すなわちＧ光はＰ偏光で、Ｒ光およびＢ光はＳ偏光で積層型位相差板２５に入射することになるので、積層型位相差板２５でＧ光の偏光面のみが９０°回転されてＰ偏光からＳ偏光に変換される。これにより、ダイクロイックプリズム４６で合成されたＲ，Ｇ，Ｂの各画像光は、Ｓ偏光に揃った状態で複屈折板２２に入射することになるので、各画像光は、例えば光路シフトを受けることなく複屈折板２２を透過することになる。

また、偏光変換素子２１のＯＦＦ状態では、図４（ｂ）に概略図を示すように、ダイクロイックプリズム４６で合成された画像光は、偏光変換素子２１で偏光面の回転を受けるので、Ｇ光はＳ偏光で、Ｒ光およびＢ光はＰ偏光で積層型位相差板２５に入射し、積層型位相差板２５でＧ光の偏光面のみが９０°回転されてＳ偏光からＰ偏光に変換される。したがって、この場合には、ダイクロイックプリズム４６で合成されたＲ，Ｇ，Ｂの各画像光は、Ｐ偏光に揃った状態で複屈折板２２に入射することになるので、各画像光は光路シフトを受けて複屈折板２２を透過することになる。

したがって、本実施の形態においても、第１実施の形態と同様に、ダイクロイックプリズム４６における入射角特性による色むらの発生を防止して、高品質かつ高解像で画像を表示することができるとともに、積層型位相差板２５は、画素ずらし手段１５と一体にユニット化されているので、積層型位相差板２５に反射防止コーテング等の処理を施したり、清掃したりすることなく、簡単に組み立てでき、コストダウンを図ることができる。

（第３実施の形態）
図５は、本発明の第３実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。本実施の形態は、空間光変調素子として、Ｇ用の透過型の空間光変調素子と、ＲＢ共用の透過型の空間光変調素子との２板を用い、色合成手段として偏光ビームスプリッタを用いたものである。

図５において、白色光源６１から出射される照明光は、インテグレータ光学系６２を経てＳ偏光で出射させてダイクロイックミラー６３に入射させ、ここでＧ光を反射、他の波長の光を透過させて、Ｇ光を分離する。

ダイクロイックミラー６３で分離されたＧ光は、入射偏光制御手段である１／２波長板６４で偏光面を９０°回転してＰ偏光に変換した後、Ｇ用の空間光変調素子６５Ｇに入射させて画像変調し、その画像変調されたＧ光を色合成手段である偏光ビームスプリッタ６６に入射させ、その多層膜６６ａを透過させて出射させる。

一方、ダイクロイックミラー６３を透過した光は、ダイクロイックミラー６７に入射させ、ここでＲ光を反射、Ｂ光を透過させて、Ｒ光とＢ光とを分離する。このダイクロイックミラー６７で分離されたＲ光は、シャッタ６８を経てダイクロイックミラー６９で反射させた後、ＲＢ共用の空間光変調素子６５ＲＢに入射させる。また、ダイクロイックミラー６７で分離されたＢは、反射ミラー７０、シャッタ７１および反射ミラー７２を経た後、ダイクロイックミラー６９を透過させて空間光変調素子６５ＲＢに入射させる。

シャッタ６８および７１は、交互に開放および遮光するように制御し、これにより空間光変調素子６５ＲＢでＲ光およびＢ光を時分割で画像変調してＳ偏光で偏光ビームスプリッタ６６に入射させる。

偏光ビームスプリッタ６６は、Ｐ偏光を透過、Ｓ偏光を反射させるもので、空間光変調素子６５Ｇで画像変調されたＰ偏光のＧ光は、偏光ビームスプリッタ６６の多層膜６６ａを透過させ、空間光変調素子６５ＲＢで画像変調されたＳ偏光のＲ光またはＢ光は、多層膜６６ａで反射されることにより、Ｇ光とＲ光またはＧ光とＢ光とを画像合成して出射させる。

偏光ビームスプリッタ６６から出射される合成されたＲ，ＧまたはＢ，Ｇの画像光は、上記実施の形態と同様に、一組の偏光変換素子２１および複屈折板２２を保持部材３１に一体に保持してユニット化された２点画素ずらし構成の画素ずらし手段１５と、偏光変換素子２１と複屈折板２２との間に配置されて画素ずらし手段１５と一体にユニット化された積層型位相差板２５により、空間光変調素子６５ＲＢ，６５Ｇによる変調画像光の偏光を揃えながら画像変調に同期して光路をシフトして、投影レンズ１６により図示しないスクリーンに投影表示する。

本実施の形態によると、偏光変換素子２１のＯＮ状態では、偏光ビームスプリッタ６６で合成されたＲ，ＧまたはＢ，Ｇの画像光は、偏光変換素子２１で偏光面の回転を受けることなく、すなわちＧ光はＰ偏光で、Ｒ光またはＢ光はＳ偏光で積層型位相差板２５に入射することになるので、積層型位相差板２５でＧ光の偏光面のみが９０°回転されてＰ偏光からＳ偏光に変換される。したがって、偏光ビームスプリッタ６４で合成されたＲ，ＧまたはＢ，Ｇの各画像光は、Ｓ偏光に揃った状態で複屈折板２２に入射することになるので、各画像光は、例えば光路シフトを受けることなく複屈折板２２を透過することになる。

また、偏光変換素子２１のＯＦＦ状態では、偏光ビームスプリッタ６６で合成されたＲ，ＧまたはＢ，Ｇの画像光は、偏光変換素子２１で偏光面の回転を受けるので、Ｇ光はＳ偏光で、Ｒ光またはＢ光はＰ偏光で積層型位相差板２５に入射し、積層型位相差板２５でＧ光の偏光面のみが９０°回転されてＳ偏光からＰ偏光に変換される。したがって、この場合には、偏光ビームスプリッタ６６で合成されたＲ，ＧまたはＢ，Ｇの各画像光は、Ｐ偏光に揃った状態で複屈折板２２に入射することになるので、各画像光は光路シフトを受けて複屈折板２２を透過することになる。このように、画素ずらし手段１５の偏光変換素子２１のＯＮ、ＯＦＦに同期して、Ｇ光および時分割されるＲ光，Ｂ光を変調することにより解像度の高い画像を得ることができる。

したがって、本実施の形態によれば、偏光ビームスプリッタ６６における入射角特性による色むらの発生を防止して、高品質かつ高解像で画像を表示することができるとともに、積層型位相差板２５は、画素ずらし手段１５と一体にユニット化されているので、積層型位相差板２５に反射防止コーティング等の処理を施したり、清掃したりすることなく、簡単に組み立てでき、コストダウンを図ることができる。

（第４実施の形態）
図６は本発明の第４実施の形態に係る画像表示装置を説明するための図で、図６（ａ）は全体の概略構成図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す回転色フィルタの一例の構成図である。本実施の形態は、空間光変調素子として、Ｇ用の反射型の空間光変調素子と、ＲＢ共用の反射型の空間光変調素子との２板を用い、色合成手段として偏光ビームスプリッタを用いたものである。

図６（ａ）において、白色光源８１から出射される照明光は、インテグレータ光学系８２を経てＳ偏光で出射させ、このＳ偏光の照明光を回転色フィルタ８６および入射偏光制御手段である色選択性偏光変換素子８３を経て色合成手段である偏光ビームスプリッタ８４に入射させる。

回転色フィルタ８６は、例えば図６（ｂ）に平面図を示すように、円周を６等分した領域に、Ｇ光およびＢ光を透過する色フィルタＧＢと、Ｇ光およびＲ光を透過する色フィルタＧＲとを交互に設けて構成し、この回転色フィルタ８６の回転によってＧＢ光とＧＲ光とを時分割で切り換える。色選択性偏光変換素子８３は、ここではＧ光をＰ偏光に変換するもので、上記実施の形態で説明した積層型位相差板を用いることができる。

偏光ビームスプリッタ８４は、Ｐ偏光を透過、Ｓ偏光を反射させるもので、この偏光ビームスプリッタ８４に時分割で入射するＧＢ光またはＧＲ光の照明光のうち、色選択性偏光変換素子８３でＰ偏光に変換されたＧ光は、多層膜８４ａを透過させてＧ用の反射型の空間光変調素子８５Ｇに入射させて画像変調するとともにＳ偏光に変換し、この空間光変調素子８５Ｇで画像変調されたＳ偏光のＧ光を、偏光ビームスプリッタ８４の多層膜８４ａで反射させて出射させる。

また、偏光ビームスプリッタ８４に時分割で入射するＳ偏光のＲ光またはＢ光は、多層膜８４ａで反射させてＲＢ共用の反射型の空間光変調素子８５ＲＢにより画像変調するとともにＰ偏光に変換して、この空間光変調素子８５ＲＢで画像変調されたＰ偏光のＲ光またはＢ光を、偏光ビームスプリッタ８４の多層膜８４ａを透過させることにより、空間光変調素子８５Ｇで画像変調されたＧ光と合成して出射させる。

偏光ビームスプリッタ８４から出射される合成されたＲ，ＧまたはＢ，Ｇの画像光は、上記実施の形態と同様に、一組の偏光変換素子２１および複屈折板２２を保持部材３１に一体に保持してユニット化された２点画素ずらし構成の画素ずらし手段１５と、偏光変換素子２１と複屈折板２２との間に配置されて画素ずらし手段１５と一体にユニット化された積層型位相差板２５により、空間光変調素子８５ＲＢ，８５Ｇによる変調画像光の偏光を揃えながら画像変調に同期して光路をシフトして、投影レンズ１６により図示しないスクリーンに投影表示する。

本実施の形態によると、偏光変換素子２１のＯＮ状態では、偏光ビームスプリッタ８４で合成されたＲ，ＧまたはＢ，Ｇの画像光は、偏光変換素子２１で偏光面の回転を受けることなく、すなわちＧ光はＳ偏光で、Ｒ光またはＢ光はＰ偏光で積層型位相差板２５に入射することになるので、積層型位相差板２５でＧ光の偏光面のみが９０°回転されてＳ偏光からＰ偏光に変換される。これにより、偏光ビームスプリッタ８４で合成されたＲ，ＧまたはＢ，Ｇの各画像光は、Ｐ偏光に揃った状態で複屈折板２２に入射することになるので、各画像光は、例えば光路シフトを受けて複屈折板２２を透過することになる。

また、偏光変換素子２１のＯＦＦ状態では、偏光ビームスプリッタ８４で合成されたＲ，ＧまたはＢ，Ｇの画像光は、偏光変換素子２１で偏光面の回転を受けるので、Ｇ光はＰ偏光で、Ｒ光またはＢ光はＳ偏光で積層型位相差板２５に入射し、積層型位相差板２５でＧ光の偏光面のみが９０°回転されてＰ偏光からＳ偏光に変換される。したがって、この場合には、偏光ビームスプリッタ８４で合成されたＲ，ＧまたはＢ，Ｇの各画像光は、Ｓ偏光に揃った状態で複屈折板２２に入射することになるので、各画像光は光路シフトを受けることなく複屈折板２２を透過することになる。このように、画素ずらし手段１５の偏光変換素子２１のＯＮ、ＯＦＦに同期して、Ｇ光および時分割されるＲ光、Ｂ光を変調することにより、解像度の高い画像を得ることができる。

したがって、本実施の形態においても、第３実施の形態と同様に、偏光ビームスプリッタ８４における入射角特性による色むらの発生を防止して、高品質かつ高解像で画像を表示することができるとともに、積層型位相差板２５は、画素ずらし手段１５と一体にユニット化されているので、積層型位相差板２５に反射防止コーティング等の処理を施したり、清掃したりすることなく、簡単に組み立てでき、コストダウンを図ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、画素ずらし手段１５は、一組の偏光変換素子２１と複屈折板２２とを有する２点画素ずらし構成に限らず、図７に示すように、二組の偏光変換素子２１ａ，２１ｂと複屈折板２２ａ，２２ｂとを保持部材３１に一体に保持してユニット化した４点画素ずらし構成としたり、三組以上の偏光変換素子および複屈折板を保持部材に一体に保持してユニット化した６点以上の画素ずらし構成としたりすることもできる。このように、画素ずらし手段１５を、複数組の偏光変換素子および複屈折板を有してユニット化して構成する場合には、図７に示すように、画素ずらし手段１５の最初の組を構成する偏光変換素子２１ａと複屈折板２２ａとの間に、画素ずらし手段１５と一体にユニット化して色選択性偏光変換手段９１を配置すればよい。

また、照明光の光源は、白色光源に限らず、例えばＲ，Ｇ，Ｂの３色の光を発光するＬＥＤ等の色光源を用いることもできる。さらに、画素ずらし手段と一体に設ける色選択性偏光変換手段は、Ｇ光の偏光を変換する場合に限らず、Ｒ光およびＢ光の偏光を変換するように構成することもできる。また、この色選択性偏光変換手段は、例えば図８に示すように、偏光変換する波長帯域の光と、偏光変換しない波長帯域の光とがオーバラップしない偏光変換特性を有するように構成することもできる。このようにすれば、Ｂ光の長波長領域とＧ光の短波長領域、およびＧ光の長波長領域とＲ光の短波長領域において、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とが混在することがないので、混色を生じることなく画素ずらしを行うことができ、より高画質で画像を表示することができる。なお、色選択性偏光変換手段の偏光変換特性を制御する代わりに、ダイクロイックプリズム、偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックミラー等の光学素子に塗布するコーティングの反射あるいは透過特性を、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長帯域がオーバラップしないように制御したり、またＬＥＤ等の色光源を用いる場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂの発光帯域がオーバラップしない狭帯域の色光源を用いたりすることで、同様の効果を得ることもできる。

本発明の第１実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 第１実施の形態における画素ずらしの動作を説明するための図である。 本発明の第２実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 第２実施の形態における画素ずらしの動作を説明するための図である。 本発明の第３実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 同じく、第４実施の形態に係る画像表示装置を説明するための図である。 画素ずらし手段の変形例を示す図である。 色選択性偏光変換手段の偏光変換特性の一例を示す図である。 画素ずらし手段の基本的構成を示す図である。 従来の画像表示装置の要部の構成を示す図である。 図１０の画像表示装置における画素ずらし動作を説明するための図である。 積層型位相差板の偏光変換特性を示す図である。

符号の説明

１ 白色光源
２ インテグレータ光学系
３，８ ダイクロイックミラー
４，５，９，１１ 反射ミラー
６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ 空間光変調素子
７ ダイクロイックプリズム
１０ １／２波長板
１５ 画素ずらし手段
１６ 投影レンズ
２１，２１ａ，２１ｂ 偏光変換素子
２２，２２ａ，２２ｂ 複屈折板
２５ 積層型位相差板
３１ 保持部材
４１ 白色光源
４２ インテグレータ光学系
４３，４８ ダイクロイックミラー
４４，４９，５１ 偏光ビームスプリッタ
４４ａ，４９ａ，５１ａ 多層膜
４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂ 空間光変調素子
４６ ダイクロイックプリズム
４７ 反射ミラー
５０ １／２波長板
６１ 白色光源
６２ インテグレータ光学系
６３，６７，６９ ダイクロイックミラー
６４ １／２波長板
６５Ｇ，６５ＲＢ 空間光変調素子
６６ 偏光ビームスプリッタ
６６ａ 多層膜
６６ａを透過させて出射させる。
６８，７１ シャッタ
７０，７２ 反射ミラー
８１ 白色光源
８２ インテグレータ光学系
８３ 色選択性偏光変換素子
８４ 偏光ビームスプリッタ
８４ａ 多層膜
８５Ｇ，８５ＲＢ 空間光変調素子
８６ 回転色フィルタ
９１ 色選択性偏光変換手段

Claims (8)

1. 異なる色光で照明されて画像変調を行う複数の空間光変調素子と、上記各空間光変調素子で画像変調された画像光を合成する色合成手段と、上記色合成手段に入射する複数の画像光の少なくとも一色の偏光を他の色光の偏光と異なる偏光に変換する入射偏光制御手段と、上記色合成手段で合成された画像光の光路を選択的にシフトする少なくとも一組の偏光変換素子および複屈折板を有する画素ずらし手段とを備える画像表示装置において、
   上記画素ずらし手段の最初の組を構成する上記偏光変換素子と上記複屈折板との間に、上記画素ずらし手段と一体にユニット化されて配置され、上記偏光変換素子を経た上記複数の画像光の偏光を揃えて上記複屈折板に入射させる色選択性偏光変換手段を有することを特徴とする画像表示装置。
2. 上記色合成手段は、ダイクロイックプリズムを有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 上記色合成手段は、偏光ビームスプリッタを有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 上記複数の空間光変調素子は、赤色光、緑色光および青色光を画像変調する３つの空間光変調素子からなり、
   上記色合成手段には、上記緑色光をＰ偏光として、上記赤色光および上記青色光はそれぞれＳ偏光として入射させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
5. 上記複数の空間光変調素子は、緑色光を画像変調する空間光変調素子と、赤色光と青色光とを選択的に画像変調する空間光変調素子との２つからなり、
   上記色合成手段には、上記緑色光をＰ偏光として、上記赤色光および上記青色光はそれぞれＳ偏光として入射させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
6. 上記複数の空間光変調素子は、それぞれ透過型の空間光変調素子からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
7. 上記複数の空間光変調素子は、それぞれ反射型の空間光変調素子からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
8. 上記色選択性偏光変換手段は、当該色選択性偏光変換手段で偏光変換しない上記他の色光とオーバラップしない波長領域の光を偏光変換する偏光変換特性を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像表示装置。

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