JP2008164811A - 画像表示方法および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の空間光変調素子を用いて形成した合成画像光の光路を、画質低下を招くことなくシフトでき、充分な画素シフト効果が得られる画像表示方法および画像表示装置を提供する。
【解決手段】異なる色の照明光をそれぞれ画像変調して複数色の画像光を形成し、これら複数色の画像光を合成して合成画像光を形成した後、該合成画像光の偏光を変調して、合成画像光の光路を選択的にシフトして表示するにあたり、異なる色の照明光に対応する複数の偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを用い、これら偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂにより異なる色の照明光に対応する画像光毎に偏光を変調して、合成画像光の偏光を変調する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示方法および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、その合成画像光の光路を画素シフト手段により選択的にシフトして表示することにより高解像度化を図った画像表示方法および画像表示装置に関するものである。

従来の多板式の画像表示装置として、例えば、図１１に概略構成図で示す３板式のものがある。この画像表示装置では、白色ランプ１０１からの照明光をダイクロイックミラー１０２に入射させ、ここでＲ（赤色）光を反射、他の光は透過させて、分離されたＲ光をミラー１０３で反射させてＲ用透過型液晶表示素子（ＬＣＤ）１０５Ｒに入射させている。また、ダイクロイックミラー１０２を透過した照明光は、ダイクロイックミラー１０６でＧ（緑色）光を反射、Ｂ（青色）光は透過させて、Ｇ光をＧ用透過型ＬＣＤ１０５Ｇに入射させ、Ｂ光はミラー１０７，１０８を経てＢ用透過型ＬＣＤ１０５Ｂに入射させている。

Ｒ用透過型ＬＣＤ１０５Ｒ、Ｇ用透過型ＬＣＤ１０５ＧおよびＢ用透過型ＬＣＤ１０５Ｂでそれぞれ画像変調されて形成された画像光は、合成プリズム１１０で合成し、その合成画像光の光路を画素シフト手段１１５で選択的にシフトして、投影光学系１１６によりスクリーン１１７に投影表示するようにしている。ここでは、画素シフト手段１１５は、ツイストネマティック（ＴＮ）液晶セル１２１Ａと光路偏向素子である複屈折板１２２Ａとで構成され、例えば水平方向に２点画素シフトを行うようにしている。

図１２は、従来の多板式画像表示装置の他の例を示す概略構成図である。この画像表示装置は、図１１に示した３板式の画像表表示装置において、画素シフト手段１１５を、水平方向に画素シフトを行うＴＮ液晶セル１２１Ａおよび複屈折板１２２Ａと、垂直方向に画素シフトを行うＴＮ液晶セル１２１Ｂおよび複屈折板１２２Ｂとで構成して、水平および垂直方向に４点画素シフトするようにしたもので、その他の構成は図１１と同様である。

図１３は、図１１や図１２に示した従来の画像表示装置における画像処理部の概略構成を示すブロック図である。この画像処理部１３０は、映像信号を受信し、クロックや同期信号およびデータ等を抽出する入力インターフェース（Ｉ／Ｆ）１３１を有している。入力Ｉ／Ｆ１３１は、アナログＩ／Ｆ１３１ＡおよびデジタルＩ／Ｆ１３１Ｄ等を有しており、アナログＲＧＢ信号、コンポーネントビデオ信号、コンポジットビデオ信号などのアナログ信号や、ＨＤＭＩやＤＶＩなどのデジタルビデオ信号といった所定の映像信号の受信が可能となっている。なお、特に図示はしないが、表示装置の対象がＴＶの場合には、入力Ｉ／Ｆ１３１は、アンテナ入力端子を有しており、アンテナから受信したＴＶ信号は、チューナ回路で映像・音声信号に復調された後、ビデオデコーダに転送されて処理されるようになっている。

このように、入力Ｉ／Ｆ１３１では、各種ビデオ信号を受信して、必要に応じてデジタル信号に変換する。入力Ｉ／Ｆ１３１から出力される画像データは、ＩＰ（インターレース／プログレッシブ）変換部１３２で、プログレッシブの画像データ（フレームデータ）に変換されて、メモリコントローラ１３３の制御のもとに、メモリ１３４に一旦書き込まれた後に、読み出されてサブフィールド分割部１３５に供給される。

サブフィールド分割部１３５では、入力フレームデータを、画素シフトを行うポイント数分（２点／４点）に応じてサブフィールドに分割して、各色のデータを対応するＬＣＤＩ／Ｆ１３６Ｒ，１３６Ｇ，１３６Ｂに送出する。ＬＣＤＩ／Ｆ１３６Ｒ，１３６Ｇおよび１３６Ｂは、対応するＲ用透過型ＬＣＤ１０５Ｒ、Ｇ用透過型ＬＣＤ１０５ＧおよびＢ用透過型ＬＣＤ１０５Ｂの面内ムラ補正やＶ−Ｔ（電圧−透過率）特性補正などを行い、かつ、ＬＣＤの駆動に必要なパルスの生成およびＬＣＤへのデータ転送を行っている。

また、画像処理部１３０は、メモリコントローラ１３３、メモリ１３４、サブフィールド分割部１３５、ＬＣＤＩ／Ｆ１３６Ｒ，１３６Ｇ，１３６Ｂを駆動する基準クロックを生成するための内部水晶発振器１３７を有しているとともに、画素シフト手段１１５を構成するＴＮ液晶セルを駆動する液晶セル制御部１３８を有している。液晶セル制御部１３８では、ＴＮ液晶セルの駆動に必要な信号を所定のＬＣＤＩ／Ｆから取得して、駆動パルスを生成している。なお、特に図示はしないが、画像変換部１３０には、ＩＰ変換のみでなく、台形補正、スケーリング、フレームレート変換、色信号処理、アスペクト変換などの処理部を設ける場合もある。

図１４（ａ）〜（ｄ）は、図１２に示した画素シフト手段１１５による４点画素シフトを説明するための図である。図１４（ａ）の状態は、水平方向画素シフト用のＴＮ液晶セル１２１Ａおよび垂直方向画素シフト用のＴＮ液晶セル１２１Ｂへの印加電圧がともにＯＦＦ状態にある。この状態では、合成プリズム１１０を経た光の偏光面が水平方向にあるとすると、ＴＮ液晶セル１２１Ａで９０°回転されて垂直方向の偏光面となって複屈折板１２２Ａで画素シフトされることなくそのまま透過し、さらにＴＮ液晶セル１２１Ｂで９０°回転されて水平方向の偏光面となって複屈折板１２２Ｂで画素シフトされることなくそのまま透過する。したがって、画素シフト手段１１５を透過した後の画素位置は、透過前の画素位置と同じ位置、すなわち一つの画素に注目すると位置Ａとなる。

その後、ＴＮ液晶セル１２１Ａへの印加電圧がＯＮになると、図１４（ｂ）に示すように、合成プリズム１１０からの光は、ＴＮ液晶セル１２１Ａで偏光面を回転されることなく透過して、複屈折板１２２Ａで水平方向に半画素ピッチシフトされ、さらにＴＮ液晶セル１２１Ｂで９０°回転されて垂直方向の偏光面となって複屈折板１２２Ｂで垂直方向に半画素ピッチシフトされることになる。したがって、画素シフト手段１１５を透過した後の画素位置は、水平および垂直方向に半画素ピッチずれた位置Ｂとなる。

次に、ＴＮ液晶セル１２１Ｂへの印加電圧がＯＮになると、図１４（ｃ）に示すように、ＴＮ液晶セル１２１Ｂでは入射光の水平方向偏光面が回転されることなくそのまま透過するので、複屈折板１２２Ｂでは画素シフトされることなく透過することになる。したがって、画素シフト手段１１５を透過した後の画素位置は、水平方向に半画素ピッチずれた位置Ｃとなる。

その後、ＴＮ液晶セル１２１Ａへの印加電圧がＯＦＦになると、図１４（ｄ）に示すように、合成プリズム１１０からの光はＴＮ液晶セル１２１Ａで偏光面が９０°回転されて垂直方向の偏光面となって複屈折板１２２Ａで画素シフトされることなくそのまま透過し、さらにＴＮ液晶セル１２１Ｂを垂直方向の偏光面のまま透過するので、複屈折板１２２Ｂで垂直方向に半画素ピッチシフトされることになる。したがって、画素シフト手段１１５を透過した後の画素位置は、垂直方向に半画素ピッチずれた位置Ｄとなる。

以上の動作により、図１２において、合成プリズム１１０で合成されるＲ用透過型ＬＣＤ１０５Ｒ、Ｇ用透過型ＬＣＤ１０５ＧおよびＢ用透過型ＬＣＤ１０５Ｂの各画素位置を、水平および垂直方向に半画素ピッチシフトした４点画素シフトを行うことにより、解像度を向上させることが可能となる。

このような、画素シフトについては、例えば特許文献１に開示されている。

また、従来の他の画像表示装置として、図１１や図１２に示したような３板式の画像表示装置において、合成プリズム１１０としてダイクロイックプリズムを用い、そのダイクロイック膜の偏光特性を利用して、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色の画像光を合成し、さらに、各画像光の偏光状態の不一致による画素ずれを防止するため、ダイクロイックプリズムと画素シフト手段との間に、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て、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、画素シフト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も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第２８１３０４１号公報 特開２００３−２０７７４７号公報

しかしながら、上述した従来の画像表示装置にあっては、画素シフト手段にＴＮ液晶セルを用いているため、ＴＮ液晶セルの波長分散（屈折率の波長依存性）の影響を受けて偽色（クロストーク）が発生し、画質が劣化するという問題がある。

また、ＴＮ液晶セルでは、透過率がリタデーションと入射波長との関数で表され、波長によって透過率、つまり出射光の楕円偏光の形が異なる。このため、例えば４点画素シフトを行ったとしても、実際には４点画素シフト分の効果が得られず、高解像度化の効果が薄れてしまうという問題がある。

ここで、ＴＮ液晶セルにおける楕円偏光は、直線偏光が液晶のねじれに追従できず、更に液晶の複屈折性（位相のズレ）によって発生する。さらに、この液晶の旋光性および複屈折性による楕円偏光は、液晶の背景色を黄色（イエローモード）や青色（ブルーモード）へ着色させてしまい、偽色の原因にもなる。

図１５は、ＴＮ液晶セルの透過率位相差依存性の一例を示す図であり、縦軸は透過率Ｔを示し、横軸は位相差ｕを示している。

ＴＮ液晶セルにおける位相差ｕは、入射光の波長をλ、ＴＮ液晶層の厚さ（セルギャップ）をｄ、液晶材料の屈折率異方性（複屈折率差）をΔｎとして、
ｕ＝２×Δｎ×ｄ／λ （１）
で表される。また、透過率Ｔは、位相差ｕをパラメータとして、
Ｔ＝（１／２）×sin^２｛π（１＋ｕ^２）^１／２／２｝／（１＋ｕ^２） （２）
で表される。したがって、例えば、入射光の波長λを、Ｒ＝６００ｎｍ，Ｇ＝５５０ｎｍ，Ｂ＝４５０ｎｍとすると、上記（１）および（２）式から、Ｒ，Ｇ，Ｂで透過率Ｔが異なることがわかる。これは、Ｒ，Ｇ，Ｂで楕円偏光の形が違うためである。なお、図１５は、可視光波長帯域のある条件下での透過率位相差依存性を示している。

ＴＮ液晶セルの透過率Ｔは、可視光領域でブロードな特性であることが理想であるが、実際にはＲ，Ｇ，Ｂの各波長帯域で異なった特性を持っている。このため、通常は人間の目の色分解能が高いＧ波長帯域での透過率が最適となるように、セルギャップｄ、複屈折率差Δｎのパラメータを調整している。

図１６は、ＴＮ液晶セルの透過率波長依存性を示す図で、セルギャップｄを２μｍとした場合に、Δｎが０．１６５、０．２１８、０．２４の３種について、式（１）、（２）から求めたものである。また、この透過率波長依存性は、ＴＮ液晶セルによるスイッチングの切替えの割合を示しており、透過率Ｔが０に近いほど、偏光の分離性能が良いことを表している。すなわち、透過率Ｔの変化は、ＴＮ液晶セルのスイッチング性能を示しており、スイッチング特性は波長に応じて変化することを示している。ＴＮ液晶セルの偏光スイッチング特性としては、一般に、透過率Ｔが０．１以下であれば問題ない。そのため、透過率Ｔが０．１以下となるように液晶材料を選定することが望ましい。

ＴＮ液晶セルの応答速度を向上させるためには、セルギャップｄを２μｍ程度とするのが好ましいが、この場合、可視光の波長帯域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）において、Δｎが０．１３の液晶材料を使用すると、ｕは１．３６〜０．６６の間の範囲で、透過率Ｔは最大０．３１となり、偏光スイッチング素子としての目標値である透過率Ｔ≦０．１を満足できなくなる。

図１６から明らかなように、λ＝３８０ｎｍ〜７８０ｎｍに亘ってＴ≦０．１を確保するには、Δｎが０．２１８よりも小さくないと実現できない。例えば、Δｎが０．２４の液晶材料を使用すれば、透過率Ｔを０．０７以下にすることが可能となる。つまり、透過率Ｔ≦０．１を満足するには、Δｎを大きくする一方で、セルギャップｄを小さくする必要がある。しかし、セルギャップｄを小さくすると、波長分散の影響が大きくなる。また、Δｎは、液晶材料に依存するが、材料の選択に際しては種類が限られ、入手性や性能安定性を考慮すると、Δｎが０．２６程度の液晶材料が最大という材料面での課題がある。しかも、Δｎが大きくなると、斜入射した光線に対する特性の変化である視野角特性も劣化する。

また、ＴＮ液晶セルには、上述した楕円偏光と絡んで、スイッチング特性の波長依存性による問題がある。図１７は、図１１に示した画像表示装置で２点画素シフトを行う場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。ここでは、説明を簡略化するため、ＴＮ液晶セルへの入射光をＰ偏光とし、ＴＮ液晶セルへの印加電圧ＯＦＦとすることにより得られるスイッチング特性の「Ｌｏｗ」期間では、ＴＮ液晶セルはＳ偏光を出射し、ＴＮ液晶セルへの印加電圧をＯＮとすることにより得られるスイッチング特性の「Ｈｉｇｈ」期間では、ＴＮ液晶セルはＰ偏光を出射するものとする。

図１７において、ＴＮ液晶セルは、ＯＦＦからＯＮにスイッチングする場合は、Ｒ，Ｇ，Ｂ光において、ともにＳ偏光からＰ偏光に急峻に遷移し、その応答特性はほぼ同じである。したがって、ＯＦＦからＯＮへの遷移期間における楕円偏光の影響は殆どない。しかし、ＯＮからＯＦＦにスイッチングする場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂ光ともに、Ｐ偏光からＳ偏光に緩やかに遷移し、その応答特性はともに異なっているため、この遷移期間における楕円偏光の影響が大きくなる。このため、通常は、人間の目の分解能が高いＧ光における応答特性を基準として、Ｇ光の遷移期間のほぼ中間のタイミングが、フィールドが切替わるタイミングと一致するように設定している。

この場合、図１７において、Ｇの画像光については、Ｍｏｖｉｅ１−ＣフィールドとＭｏｖｉｅ２−Ａフィールドとで、楕円偏光によるＰ偏光成分とＳ偏光成分とが、両フィールドの画像位置に均等に漏れ込むことになる。これに対し、Ｒの画像光では、Ｍｏｖｉｅ１−Ｃフィールドの画像位置から次のＭｏｖｉｅ２−Ａフィールドの画像位置に漏れ込むＳ偏光成分よりも、Ｍｏｖｉｅ２−Ａフィールドの画像位置から前のＭｏｖｉｅ１−Ｃフィールドの画像位置に漏れ込むＰ偏光成分のほうが大きくなる。また、Ｂの画像光では、Ｍｏｖｉｅ１−Ｃフィールドの画像位置から次のＭｏｖｉｅ２−Ａフィールドの画像位置に漏れ込むＳ偏光成分が多く、Ｍｏｖｉｅ２−Ａフィールドの画像位置から前のＭｏｖｉｅ１−Ｃフィールドの画像位置に漏れ込むＰ偏光成分は殆どない。このため、観察画像は、偽色が多いものとなる。

このように、ＴＮ液晶セルを画素シフト手段に用いる従来の多板式の画像表示装置にあっては、ＴＮ液晶セルの特性によって、偽色による画質低下が生じるなど、充分な画素シフト効果が得られないという問題がある。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、複数の空間光変調素子を用いて形成した合成画像光の光路を、画質低下を招くことなくシフトでき、充分な画素シフト効果が得られる画像表示方法および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に係る画像表示方法の発明は、異なる色の照明光をそれぞれ画像変調して複数色の画像光を形成し、これら複数色の画像光を合成して合成画像光を形成した後、該合成画像光の偏光を変調して、前記合成画像光の光路を選択的にシフトして表示するにあたり、
前記異なる色の照明光に対応する複数の偏光変調素子を用い、該複数の偏光変調素子により前記異なる色の照明光に対応する画像光毎に偏光を変調して、前記合成画像光の偏光を変調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に記載の画像表示方法において、
前記複数の偏光変調素子を独立制御して、対応する照明光の画像光の偏光を変調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または２に記載の画像表示方法において、
前記複数の偏光変調素子をパルス駆動して、対応する照明光の画像光の偏光を変調することを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する請求項４に係る画像表示装置の発明は、
異なる色の照明光を出力する光源と、該光源からの異なる色の照明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、これら複数の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、該色合成手段で合成された合成画像光の光路を選択的にシフトする画素シフト手段と、該画素シフト手段の動作を制御する制御手段とを有し、
前記画素シフト手段は、少なくとも、前記異なる色の照明光に対応する複数の偏光変調素子と、これら複数の偏光変調素子を経た前記合成画像光の光路を偏光に応じて選択的にシフトする光路偏向素子とを備え、前記制御手段により前記複数の偏光変調素子を制御して、対応する照明光の画像光の偏光を変調するよう構成した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４に記載の画像表示装置において、
前記制御手段は、前記複数の偏光変調素子を独立制御して、対応する照明光の画像光の偏光を変調す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４または５に記載の画像表示装置において、
前記制御手段は、前記複数の偏光変調素子をパルス駆動して、対応する照明光の画像光の偏光を変調す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４〜６のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
前記制御手段は、前記合成画像光を構成する複数の画像光の偏光を揃えて前記光路偏向素子に入射させるように、前記複数の偏光変調素子による対応する照明光の画像光の変調を制御す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４〜７のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
前記複数の偏光変調素子は、対応する照明光の主波長において最大の透過率を有することを特徴とするものである。

請求項９に係る発明は、請求項４〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
前記光源は、白色高圧水銀ランプと、該白色高圧水銀ランプの出射光から、前記異なる色の照明光を分離する色分離光学手段とを有することを特徴とするものである。

請求項１０に係る発明は、請求項４〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
前記光源は、白色ハロゲンランプと、該白色ハロゲンランプの出射光から、前記異なる色の照明光を分離する色分離光学手段とを有することを特徴とするものである。

請求項１１に係る発明は、請求項４〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
前記光源は、前記異なる色の照明光を出射する複数の発光ダイオードを有することを特徴とするものである。

請求項１２に係る発明は、請求項４〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
前記光源は、前記異なる色の照明光を出射する複数のレーザ光源を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、異なる色の照明光で形成した複数色の画像光からなる合成画像光の偏光を変調して、合成画像光の光路を選択的にシフトして表示するにあたり、異なる色の照明光に対応する複数の偏光変調素子を用い、これら複数の偏光変調素子により異なる色の照明光に対応する画像光毎に偏光を変調して、合成画像光の偏光を変調するようにしたので、合成画像光の光路を、画質低下を招くことなくシフトでき、充分な画素シフト効果を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図１０を参照して説明する。

（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。この画像表示装置では、白色ランプ１からの照明光を、色分離光学手段を構成するダイクロイックミラー２に入射させ、ここでＲ光を反射、他の光は透過させる。ダイクロイックミラー２で分離されたＲ光は、ミラー３で反射させて空間光変調素子であるＲ用透過型液晶表示素子（ＬＣＤ）５Ｒに照明光として入射させ、これによりＲ用透過型ＬＣＤ５Ｒで画像変調してＲ光の画像光を得る。

また、ダイクロイックミラー２を透過した照明光は、色分離光学手段を構成するダイクロイックミラー６でＧ光を反射させ、Ｂ光は透過させる。ダイクロイックミラー６で反射されたＧ光は、空間光変調素子であるＧ用透過型ＬＣＤ５Ｇに照明光として入射させ、これによりＧ用透過型ＬＣＤ５Ｇで画像変調してＧ光の画像光を得る。また、ダイクロイックミラー６を透過したＢ光は、ミラー７，８を経て空間光変調素子であるＢ用透過型ＬＣＤ５Ｂに照明光として入射させ、これによりＢ用透過型ＬＣＤ５Ｂで画像変調してＧ光の画像光を得る。

Ｒ用透過型ＬＣＤ５Ｒ、Ｇ用透過型ＬＣＤ５ＧおよびＢ用透過型ＬＣＤ５Ｂでそれぞれ画像変調されて形成された画像光は、色合成手段であるダイクロイックプリズム１０で合成し、その合成画像光の光路を画素シフト手段１１で選択的にシフトして、投影光学系１２によりスクリーン１３に投影表示する。なお、本実施の形態では、ダイクロイックプリズム１０に対して、Ｇ用透過型ＬＣＤ５Ｇからの画像光は、Ｐ偏光で入射させてダイクロイック膜を透過させ、Ｒ用透過型ＬＣＤ５ＲおよびＢ用透過型ＬＣＤ５Ｂからの画像光は、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，Ｇ，Ｂの各色の画像光を合成する。

白色ランプ１は、例えば、白色高圧水銀ランプまたは白色ハロゲンランプを用いる。したがって、本実施の形態では、白色ランプ１と、色分離光学手段を構成するダイクロイックミラー２，６とで、Ｒ，Ｇ，Ｂの異なる色の照明光を出力する光源を構成している。

本実施の形態では、ダイクロイックプリズム１０から得られる合成画像光を、画素シフト手段１１で２点画素シフトする。このため、画素シフト手段１１には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の照明光に対応する偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂと、光路偏向素子である複屈折板２２とを設け、偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを後述する制御手段により独立して制御して、対応する照明光の画像光の偏光を変調し、これら偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを経た合成画像光の光路を、複屈折板２２により偏光に応じて選択的にシフトして、２点画素シフトを行う。

偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、対応する照明光の主波長（ドミナント波長）において最大の透過率を有するように構成する。したがって、白色ランプ１として、例えば、図２に示すような分光分布を有する白色高圧水銀ランプを用いた場合には、その分光分布におけるＲ，Ｇ，Ｂの各色のピーク波長において、対応する偏光変調素子の透過率が最大となるように構成する。このように対応する照明光の画像光の偏光を選択的に変調する偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、例えば米国カラーリンク社製のカラースイッチを用いて、一体的にまたは別々に構成することができる。

図３は、本実施の形態に係る画像表示装置における画像処理部の概略構成を示すブロック図である。この画像処理部３０は、図１３に示した画像処理部１３０において、液晶セル制御部１３８に代えて、画素シフト手段１１の動作を制御する制御手段である偏光変調素子制御部３８を設け、この偏光変調素子制御部３８から偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇおよび２１Ｂにサブフィールドに同期したＲ制御信号、Ｇ制御信号およびＢ制御信号を供給して、偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇおよび２１Ｂを対応する制御信号により独立制御するようにしたものである。その他の構成および動作は、図１３と同様であるので、ここでは図１３に示した構成要素と同一作用を成す構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。

次に、本実施の形態に係る画像表示装置による画素シフト動作について、図４に示す模式図、図５および図６に示すタイミングチャートを参照して説明する。

図４に示すように、本実施の形態では、ダイクロイックプリズム１０に対して、Ｇ用透過型ＬＣＤ５Ｇからの画像光は、Ｐ偏光で入射させてダイクロイック膜を透過させ、Ｒ用透過型ＬＣＤ５ＲおよびＢ用透過型ＬＣＤ５Ｂからの画像光は、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，Ｇ，Ｂの各色の画像光を同軸上に合成している。なお、図４では、説明の便宜上、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画像光を分離して示している。

このため、偏光変調素子制御部３８から偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇおよび２１Ｂに供給するＲ制御信号、Ｇ制御信号およびＢ制御信号は、Ｒ制御信号およびＢ制御信号と、Ｇ制御信号とで極性を逆にする。これにより、偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂにおいて、対応する制御信号がＯＦＦのときは、入射光の偏光面を９０°旋光して、Ｐ偏光をＳ偏光に、Ｓ偏光をＰ偏光に変調して透過させ、対応する制御信号がＯＮのときは、入射光の偏光面を旋光することなくそのまま透過させる。

このようにして、後段の複屈折板２２に対して、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画像光の偏光を揃えたＰ偏光の合成画像光とＳ偏光の合成画像光とを、サブフィールドに同期して交互に入射させることにより、合成画像光の光路を偏光に応じて左右または上下、あるいは斜め方向に選択的にシフトして、２点画素シフトを行う。

なお、図４では、Ｒ制御信号のＯＦＦタイミング、Ｇ制御信号のＯＮタイミング、およびＢ制御信号のＯＦＦタイミングの位相を一致して示すとともに、Ｒ制御信号のＯＮタイミング、Ｇ制御信号のＯＦＦタイミング、およびＢ制御信号のＯＮタイミングの位相も一致して示しているが、各制御信号のＯＮ−ＯＦＦタイミングの位相は、対応する偏光変調素子の応答特性に応じて、偏光が切替わる中間のタイミングが、フィールドが切替わるタイミングと一致するように設定する。これにより、例えば、図５に示すように、偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇおよび２１Ｂが同様の特性を有する場合には、同じ特性でフィールドを切替えることができ、また、図６に示すように、偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇおよび２１Ｂが異なる特性を有する場合でも、対応する制御信号のＯＮ−ＯＦＦタイミング（駆動タイミング）を、特性に応じて適切に制御することにより、それぞれ偏光が切替わる中間のタイミングでフィールドを切替えることができる。

このようにすれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画像光について、サブフィールドの切替え時に、楕円偏光によるＰ偏光成分とＳ偏光成分とが、前後のフィールドの画像位置に均等に漏れ込むことになるので、偽色の発生を有効に低減することができる。したがって、画質低下を招くことなく、２点画素シフトによる高解像度化を図ることができる。

（第２実施の形態）
図７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。この画像表示装置は、図１に示した画像表表示装置において、画素シフト手段１１に、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の照明光に対応する偏光変調素子４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂと、光路偏向素子である複屈折板４２とを追加して、４点画素ずらしを行うようにしたものである。偏光変調素子４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは、偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂと同様に、例えば米国カラーリンク社製のカラースイッチを用いて、一体的にまたは別々に構成する。

図７では、偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂおよび複屈折板２２を経て出射される合成画像光を、偏光変調素子４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂにより対応する照明光の画像光の偏光を変調して、これら偏光変調素子４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを経た合成画像光の光路を、複屈折板４２により偏光に応じて選択的にシフトする。

偏光変調素子４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは、偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを制御する偏光変調素子制御部３８（図３参照）により独立して制御する。図７の場合には、複屈折板２２の後段に偏光変調素子４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを配置しており、複屈折板２２から出射される合成画像光を構成する各色の画像光の偏光は揃っている。したがって、サブフィールドに同期して偏光変調素子制御部３８から偏光変調素子４１Ｒ，４１Ｇおよび４１Ｂに供給するＲ制御信号、Ｇ制御信号およびＢ制御信号の極性は、同じとする。なお、４点画素シフトの動作は、図１４と同様であるので、ここではその説明を省略する。

本実施の形態によれば、第１実施の形態の場合と同様に、サブフィールドの切替え時における偽色の発生を有効に低減することができるので、画質低下を招くことなく、４点画素シフトによる高解像度化を図ることができる。

（第３実施の形態）
図８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。この画像表示装置では、光源として、Ｒ光の照明光を放射するＲ用レーザ光源５１Ｒと、Ｇ光の照明光を放射するＧ用レーザ光源５１Ｇと、Ｂ光の照明光を放射するＢ用レーザ光源５１Ｂとを用いる。また、空間光変調素子として、反射型のＲ用ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）５２Ｒ、Ｇ用ＤＭＤ５２ＧおよびＢ用ＤＭＤ５２Ｂを用いる。

Ｒ用レーザ光源５１Ｒから出射された照明光は、Ｒ用ＤＭＤ５２Ｒに入射させて画像変調し、その画像光を色合成手段であるダイクロイックミラー５３に入射させる。Ｇ用レーザ光源５１Ｇから出射された照明光は、Ｇ用ＤＭＤ５２Ｇに入射させて画像変調し、その画像光をダイクロイックミラー５４に入射させる。また、Ｂ用レーザ光源５１Ｂから出射された照明光は、Ｂ用ＤＭＤ５２Ｂに入射させて画像変調し、その画像光をダイクロイックミラー５４に入射させる。

ダイクロイックミラー５４では、Ｇ用ＤＭＤ５２Ｇからの画像光を反射させ、Ｂ用ＤＭＤ５２Ｂからの画像光は透過させることにより、両画像光を同軸上に合成してダイクロイックミラー５３に入射させる。また、ダイクロイックミラー５３では、Ｒ用ＤＭＤ５２Ｒからの画像光を反射させ、ダイクロイックミラー５４からのＧおよびＢの合成画像光は透過させることにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの画像光を同軸上に合成する。本実施の形態では、このダイクロイックミラー５３から得られる合成画像光の各画像光の直線偏光を揃えておく。

ダイクロイックミラー５３から得られる合成画像光は、画素シフト手段５５で光路を選択的にシフトして、投影光学系５６によりスクリーン５７に投影表示する。なお、図８では、各画像光の光路を明瞭に示すため、適宜、光路を分離して示している。

本実施の形態では、ダイクロイックミラー５３から得られる合成画像光を、画素シフト手段５５で、第１実施の形態と同様に、２点画素シフトする。このため、画素シフト手段５５には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の照明光に対応する偏光変調素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂと、光路偏向素子である複屈折板６２とを設ける。

偏光変調素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂは、対応するレーザ光源の出射光の波長において最大の透過率を有するように、偏光変調素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂと同様に、例えば米国カラーリンク社製のカラースイッチを用いて、一体的にまたは別々に構成して、図３に示した偏光変調素子制御部３８により独立して制御する。本実施の形態では、画素シフト手段５５に入射する合成画像光の各画像光の直線偏光が揃っているので、サブフィールドに同期して偏光変調素子制御部３８から偏光変調素子６１Ｒ，６１Ｇおよび６１Ｂに供給するＲ制御信号、Ｇ制御信号およびＢ制御信号の極性は、同じとする。

本実施の形態によれば、第１実施の形態と同様の効果が得られる他、光源として、Ｒ用レーザ光源５１Ｒ、Ｇ用レーザ光源５１Ｇ、Ｂ用レーザ光源５１Ｂを用いているので、各色の照明光として所望の強度の照明光を容易に得ることができ、表示画像の画質およびコントラストをより向上することが可能となる。また、各色の照明光として、Ｒ用レーザ光源５１Ｒ、Ｇ用レーザ光源５１Ｇ、Ｂ用レーザ光源５１Ｂから、直線偏光された照明光を直接得ることができるので、照明光を直線偏光する偏光板も不要となる。

（第４実施の形態）
図９は、本発明の第４実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。この画像表示装置では、光源として、ドミナント波長が例えば６００ｎｍのＲ光の照明光を放射するＲ用発光ダイオード（ＬＥＤ）７１Ｒと、ドミナント波長が例えば５５０ｎｍのＧ光の照明光を放射するＧ用ＬＥＤ７１Ｇと、ドミナント波長が例えば４７５ｎｍのＢ光の照明光を放射するＢ用ＬＥＤ７１Ｂとを用いる。

Ｒ用ＬＥＤ７１Ｒから出射された照明光は、Ｒ用偏光板７２Ｒで直線偏光として、Ｒ用ＤＭＤ５２Ｒに入射させて画像変調し、その画像光を色合成手段であるダイクロイックミラー５３に入射させる。Ｇ用ＬＥＤ７１Ｇから出射された照明光は、Ｇ用偏光板７２Ｇで直線偏光として、Ｇ用ＤＭＤ５２Ｇに入射させて画像変調し、その画像光をダイクロイックミラー５４に入射させる。また、Ｂ用ＬＥＤ７１Ｂから出射された照明光は、Ｂ用偏光板７２Ｂで直線偏光として、Ｂ用ＤＭＤ５２Ｂに入射させて画像変調し、その画像光をダイクロイックミラー５４に入射させる。その他の構成および動作は、第３実施の形態と同様であるので、図８に示した構成要素と同一作用を成す構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。

なお、本実施の形態では、Ｒ用ＬＥＤ７１Ｒ、Ｇ用ＬＥＤ７１Ｇ、Ｂ用ＬＥＤ７１Ｂから出射される照明光のドミナント波長が、それぞれ６００ｎｍ、５５０ｎｍ、４７５ｎｍであるので、画素シフト手段５５の偏光変調素子６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂは、図１０に示すように、対応するＬＥＤの出射光におけるドミナント波長で最大の透過率を有するように構成する。

本実施の形態によれば、第３実施の形態と同様の効果が得られる他、光源として、Ｒ用ＬＥＤ７１Ｒ、Ｇ用ＬＥＤ７１Ｇ、Ｂ用ＬＥＤ７１Ｂを用いているので、安価にできる利点がある。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更または変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、画素シフト手段を構成するＲ，Ｇ，Ｂの偏光変調素子を独立して制御するようにしたが、Ｒ，Ｇ，Ｂの偏光変調素子の特性が揃っており、かつ入射する合成画像光の各画像光の偏光が揃っていれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの偏光変調素子を共通の制御信号で一体に制御することも可能である。また、第３実施の形態および第４実施の形態では、２点画素シフトとしたが、第２実施の形態と同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂの偏光変調素子と複屈折板とを追加して、４点画素シフトとすることもできる。さらに、画素シフト点数は、Ｒ，Ｇ，Ｂの偏光変調素子と複屈折板との組を適宜追加することにより、さらに多点の画素シフトを行うことも可能である。また、第３実施の形態および第４実施の形態においては、ダイクロイックミラー５３に代えて、第１実施の形態と同様なダイクロイックプリズムを色合成手段として用いることもできる。さらに、本発明は、３板式の画像表示装置に限らず、２板式や４板式以上の多板式のものにも有効に適用することができる。

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。 白色高圧水銀ランプの分光分布を示す図である。 図１に示す画像表示装置の画像処理部の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す画像表示装置による画素シフト動作を説明するための模式図である。 図１に示す画像表示装置による画素シフト動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。 図１に示す画像表示装置による画素シフト動作の他の例を説明するためのタイミングチャートである。 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。 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。 本発明の第４実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 第４実施の形態におけるＬＥＤのドミナント波長と偏光変調素子の透過率特性との関係を示す図である。 ２点画素シフトを行う従来の３板式画像表示装置の概略構成図である。 ４点画素シフトを行う従来の３板式画像表示装置の概略構成図である。 従来の画像表示装置における画像処理部の概略構成を示すブロック図である。 図１２に示した画素シフト手段による４点画素シフトを説明するための図である。 ＴＮ液晶セルの透過率位相差依存性の一例を示す図である。 ＴＮ液晶セルの透過率波長依存性を示す図である。 図１１に示した画像表示装置で２点画素シフトを行う場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１ 白色ランプ
２，６ ダイクロイックミラー
５Ｒ Ｒ用透過型ＬＣＤ
５Ｇ Ｇ用透過型ＬＣＤ
５Ｂ Ｂ用透過型ＬＣＤ
１０ ダイクロイックプリズム
１１ 画素シフト手段
１２ 投影光学系
１３ スクリーン
２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ 偏光変調素子
２２ 複屈折板
３０ 画像処理部
３８ 偏光変調素子制御部
４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ 偏光変調素子
４２ 複屈折板
５１Ｒ Ｒ用レーザ光源
５１Ｇ Ｇ用レーザ光源
５１Ｂ Ｂ用レーザ光源
５２Ｒ Ｒ用ＤＭＤ
５２Ｇ Ｇ用ＤＭＤ
５２Ｂ Ｂ用ＤＭＤ
５３，５４ ダイクロイックミラー
５５ 画素シフト手段
５６ 投影光学系
５７ スクリーン
６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ 偏光変調素子
６２ 複屈折板
７１Ｒ Ｒ用ＬＥＤ
７１Ｇ Ｇ用ＬＥＤ
７１Ｂ Ｂ用ＬＥＤ
７２Ｒ Ｒ用偏光板
７２Ｇ Ｇ用偏光板
７２Ｂ Ｂ用偏光板

Claims (12)

1. 異なる色の照明光をそれぞれ画像変調して複数色の画像光を形成し、これら複数色の画像光を合成して合成画像光を形成した後、該合成画像光の偏光を変調して、前記合成画像光の光路を選択的にシフトして表示するにあたり、
   前記異なる色の照明光に対応する複数の偏光変調素子を用い、該複数の偏光変調素子により前記異なる色の照明光に対応する画像光毎に偏光を変調して、前記合成画像光の偏光を変調することを特徴とする画像表示方法。
2. 前記複数の偏光変調素子を独立制御して、対応する照明光の画像光の偏光を変調することを特徴とする請求項１に記載の画像表示方法。
3. 前記複数の偏光変調素子をパルス駆動して、対応する照明光の画像光の偏光を変調することを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示方法。
4. 異なる色の照明光を出力する光源と、該光源からの異なる色の照明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、これら複数の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、該色合成手段で合成された合成画像光の光路を選択的にシフトする画素シフト手段と、該画素シフト手段の動作を制御する制御手段とを有し、
   前記画素シフト手段は、少なくとも、前記異なる色の照明光に対応する複数の偏光変調素子と、これら複数の偏光変調素子を経た前記合成画像光の光路を偏光に応じて選択的にシフトする光路偏向素子とを備え、前記制御手段により前記複数の偏光変調素子を制御して、対応する照明光の画像光の偏光を変調するよう構成したことを特徴とする画像表示装置。
5. 前記制御手段は、前記複数の偏光変調素子を独立制御して、対応する照明光の画像光の偏光を変調することを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記制御手段は、前記複数の偏光変調素子をパルス駆動して、対応する照明光の画像光の偏光を変調することを特徴とする請求項４または５に記載の画像表示装置。
7. 前記制御手段は、前記合成画像光を構成する複数の画像光の偏光を揃えて前記光路偏向素子に入射させるように、前記複数の偏光変調素子による対応する照明光の画像光の変調を制御することを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の画像表示装置。
8. 前記複数の偏光変調素子は、対応する照明光の主波長において最大の透過率を有することを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の画像表示装置。
9. 前記光源は、白色高圧水銀ランプと、該白色高圧水銀ランプの出射光から、前記異なる色の照明光を分離する色分離光学手段とを有することを特徴とする請求項４〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置。
10. 前記光源は、白色ハロゲンランプと、該白色ハロゲンランプの出射光から、前記異なる色の照明光を分離する色分離光学手段とを有することを特徴とする請求項４〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置。
11. 前記光源は、前記異なる色の照明光を出射する複数の発光ダイオードを有することを特徴とする請求項４〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置。
12. 前記光源は、前記異なる色の照明光を出射する複数のレーザ光源を有することを特徴とする請求項４〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置。

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