JP2009116099A - 光学システム及び投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成で投射画像の重ね合わせの調整を不要とし、高コントラスト画像と多原色画像や立体画像を得る。
【解決手段】第１変調光学系１０１で変調されたＲＧＢ三原色光は、リレーレンズ３６を透過してＰＳ分離ＷＧ３７により、Ｐ偏光とＳ偏光とに２分される。分離されたＳ偏光は、波長分光フィルタ３９で、６１５ｎｍの赤色光成分Ｒ１と、５１５ｎｍの緑色光成分Ｇ１と、４５０ｎｍの青色光成分Ｂ１とがそれぞれ波長選択された後、Ｙ１デバイス４４に入射結像して変調される。分離されたＰ偏光は、波長分光フィルタ４６で６５０ｎｍの赤色光成分Ｒ２と、５５０ｎｍの緑色光成分Ｇ２と、４７５ｎｍの青色光成分Ｂ２とがそれぞれ波長選択された後、Ｙ２デバイス５１に入射結像して変調される。Ｙ１デバイス４４、Ｙ２デバイス５１で変調された三原色光はＰＳ合成ＷＧ５５で合成されて投射される。
【選択図】図１

Description

本発明は光学システム及び投射型表示装置に係り、特に投射型プロジェクタにおいて、高コントラスト画像と多原色や立体画像を得る光学システム及び投射型表示装置に関する。

従来、投射型表示装置（プロジェクタ）は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）３枚の変調デバイスを用いた３板式プロジェクタが一般的で、また、その種類にはデバイスの種類によりＬＣＤ（Liquid Crystal Device）プロジェクタ、ＤＬＰ（Digital Light Processing）プロジェクタ、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）プロジェクタ等がある。しかしながら、上記の１台の３板式プロジェクタの色再現可能な領域は、３次元の色空間で３次元の色ベクトルの和として表される領域に限られ、正確な色再現が行えない場合がある。

そこで、より正確な色再現を行うために、４原色以上の多原色のプロジェクタが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。これら特許文献１、２記載の従来の投射型表示装置では、２台のプロジェクタを用意し、一台のプロジェクタには互いに異なる可視域の波長域に発光スペクトルが分布している原色Ｃ１及びＣ２の２つのデータを入力し、もう一台のプロジェクタには、互いに異なり、かつ、上記のＣ１及びＣ２とも異なる可視域の波長域に発光スペクトルが分布している原色Ｃ３及びＣ４の２つのデータを入力し、各プロジェクタからスクリーンにそれぞれの原色データに応じた光を投射することで、上記の３原色よりも色再現範囲の広い４原色の色再現範囲を実現している。

また、近年、４原色のプロジェクタよりも更に色再現範囲の広い６原色の多原色投射型表示装置も知られている（例えば、非特許文献１参照）。図１０はこの６原色の多原色投射型表示装置の一例の構成図を示す。この従来の多原色投射型表示装置は、６原色信号処理変換ブロック１と、２台のＤＬＰプロジェクタ８Ａ及び８Ｂとからなり、２台のプロジェクタ８Ａ、８Ｂからスクリーン９に画像を投映する構成である。

６原色信号処理変換ブロック１は、デコーダ２から送られてくるデュアルリンク（Dual Link）のＳＤＩ信号を一旦出力メモリ装置３に記憶し、そのままＴＭＤＳでＤＬＰプロジェクタ８Ａ、８Ｂに供給する場合と、一旦フォーマットコンバータ４でフォーマットした後３−６色変換装置５で６原色に変換した後、ＳＤＩ信号をＤＬＰプロジェクタ８Ａ、８Ｂに供給する場合がある。また、出力メモリ装置３と３−６色変換装置５は多原色変換ワークステーション装置６と３原色変換ワークステーション装置７とにより動作が制御され、３原色から６原色まで変換できる。

ここで使用可能なプロジェクタは、ＤＬＰプロジェクタ８Ａ、８Ｂ以外でも良く、例えばＬＣＯＳプロジェクタの場合は図１１に示す構成とされている。同図において、ランプハウス１１内のランプ（キセノンランプ、超高圧水銀ランプ、レーザーダイオード、発光ダイオード等）から出射した白色光は、コンデンサレンズ１２により一旦平行光とされた後、表示デバイスや途中の光学部品にとって不要なＵＶ光やＩＲ光をカットするためのコールドミラー１３で反射され、インテグレータ（ロッドインテグレータやフライアイインテグレータ等）１４及びフィールドレンズ１５を透過してＢ／ＲＧクロスダイクロイックミラー（クロスダイクロミラー）１６に入射する。

Ｂ／ＲＧクロスダイクロミラー１６は、入射した照明光のうち赤色光と緑色光の波長帯域の光と青色光とを分離し、赤色光と緑色光の波長帯域の光はＲＧミラー１７に入射し、青色光はＢミラー１８に入射する。ＲＧミラー１７で反射された赤色光と緑色光の波長帯域の光は、Ｒ／Ｇダイクロイックミラー（ダイクロミラー）１９により赤色光成分が透過してＲフィールドレンズ２４に入射し、緑色光成分が反射してＧフィールドレンズ２０に入射する。

Ｇフィールドレンズ２０を透過した緑色光成分及び、Ｒフィールドレンズ２４を透過した赤色光成分は、それぞれ偏光分離素子であるワイヤグリッド（ＷＧ）２１、２５でそのＳ偏光成分が反射され、更にＧ用１／４波長（λ／４）板２２、Ｒ用１／４波長（λ／４）板２６を通してＧデバイス２３、Ｒデバイス２７に入射し、ここで図１０の６原色信号処理変換ブロック１からの表示すべき画像の緑色信号、赤色信号で光変調された後、その光変調されたＰ偏光がＧ用λ／４板２２、Ｒ用λ／４板２６と、ＷＧ２１、２５をそれぞれ透過してＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム３２に入射する。

一方、Ｂミラー１８で反射された青色光は、Ｂフィールドレンズ２８を透過し、ＷＧ２９でそのＳ偏光成分が反射され、更にＢ用１／４波長（λ／４）板３０を透過してＢデバイス３１に入射し、ここで図１０の６原色信号処理変換ブロック１からの表示すべき画像の青色信号で光変調された後、その光変調されたＰ偏光がＢ用λ／４板３０と、ＷＧ２９をそれぞれ透過してＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム３２に入射する。

ＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム３２は、入射した各々光変調されている緑色光、赤色光、及び青色光の各Ｐ偏光成分を再合成して、合成後の光をＰＪレンズ３３を透過させスクリーンに入射結像させる。

ここで、ＲＧミラー１７、Ｂミラー１８、Ｒ／Ｇダイクロミラー１９などの特性により、２台のうちの一方のＬＣＯＳプロジェクタ８ＡのＲデバイス２７、Ｇデバイス２３、Ｂデバイス３１に入射する赤色光、緑色光、青色光の各波長領域は、図１２（Ａ）にＲ２、Ｇ２、Ｂ２でそれぞれ示す波長領域とされており、もう一方のＬＣＯＳプロジェクタ８ＢのＲデバイス２７、Ｇデバイス２３、Ｂデバイス３１に入射する赤色光、緑色光、青色光の各波長領域は、図１２（Ｂ）にＲ１、Ｇ１、Ｂ１でそれぞれ示す波長領域とされているため、これら２台のＬＣＯＳプロジェクタ８Ａ及び８Ｂからの光により投射されてスクリーン９上に結像させるカラー画像情報は、図１２（Ｃ）に示すように色度図において、６つの波長領域のそれぞれを結んだ６原色の色再現範囲で表示される。この色再現範囲は、上記の４原色の色再現範囲よりも広く、従来のＲＧＢ色再現表示では出せなかった血の色や紫色、群青色などを再現することが可能となり、絵画や陶磁器の美術品や医術画像の再現等の、色が重要な役割を果たす画像の評価などに使われ始めている。

なお、これらプロジェクタを使い、ＲＧＢ色帯域分離フィルタを追加し、プロジェクタ２台スタックで多原色表示や右目用、左目用に使用した立体表示が知られている（例えば、非特許文献２参照）。

特開２０００−２５３２６３号公報 特開２０００−３３８９５０号公報 Masahiro Yamaguchi,et.al,"High-fidelity video and still-image communication based on spectral information:Natural Vision system and its applications",［平成19年10月5日検索］、インターネット＜http://www.isl.titech.ac.jp/~guchi/NV/EI06-6062-16c.pdf＞ ［平成19年10月9日検索］、インターネット＜http://www2. aimnet.ne.jp/nakahara/3dart/3genri9.html＞

しかしながら、図１０、図１１に示した従来の光学システム及び投射型表示装置では、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示した光学システム特性を備えた色の分離合成を変えた２台のプロジェクタ８Ａと８Ｂとを用意し、それぞれのプロジェクタ８Ａ、８Ｂに合わせた信号を入力すると共に、スクリーン９上で２台プロジェクタ８Ａ、８Ｂからの投射画像を画素単位に合成する必要があるため、ＰＪレンズ３３の投映歪を0.05%（2000画素で１画素相当）以下になるような特殊レンズ設計が必要になる。それでも、設置するスクリーン９の種類によっては、二台のプロジェクタ８Ａ、８Ｂの画像合わせにＣＧＰ（Computer Graphic Processor）を使った信号処理で歪補正をかける必要がある。

このように、従来の光学システム及び投射型表示装置では、設置調整面、及び２種類の光学システム特性を備えたプロジェクタ８Ａ、８Ｂを必要とするため、コストが高く簡単ではなかった。このため、この従来の光学システム及び投射型表示装置は、国などの公的機関による研究援助によってしか実現はできていない。

また、２台のプロジェクタ８Ａ、８Ｂの投射画像を重ね合わせるため、各々のプロジェクタの黒レベルが２倍になりコントラストが半分になり、原色の色再現に黒（実際はダークグレー）がかぶり、濁った色再現（白っぽい原色）になり色再現範囲が狭くなるという欠点もある。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、従来の三原色デバイスでそれぞれ変調（第１変調）された後合成された光を、二系統に分離して各々の分離光を別々に対応した信号で変調（第２変調）する二重変調を行う構成とすることにより、高コントラスト画像と多原色画像や立体画像を得ることができる光学システム、及び安価な構成でしかも投射画像の重ね合わせの調整を不要とし得、更には立体画像表示も可能な光学システム及び投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、第１の発明の光学システムは、画像信号から生成した三原色の色信号で三原色の各原色光毎に別々に変調して得られた各変調原色光を、波長合成して第１の合成光を生成して出力する変調光学系と、第１の合成光を反射及び透過して２分岐すると共に、各原色光の光波長帯域よりも狭い複数の第１の原色光成分からなる第２の合成光と、各原色光の光波長帯域よりも狭く、かつ、第１の原色光成分と光波長帯域が異なる複数の第２の原色光成分からなる第３の合成光とを分光する色分光手段と、第２の合成光を、画像信号から生成した２種類の輝度信号のうちの一方の輝度信号で変調して第１の変調光を生成すると共に、第３の合成光を、２種類の輝度信号のうちの他方の輝度信号で変調して第２の変調光を生成する変調手段と、第１及び第２の変調光を合成して第４の合成光を生成する光合成手段と、第４の合成光を投射するための投射手段とを有することを特徴とする。

この発明では、変調光学系と変調手段とにより２回の変調を行うと共に、２回目の変調の際には、複数の第１の原色光成分からなる第２の合成光を第１の輝度信号で変調し、かつ、複数の第２の原色光成分からなる第３の合成光を第２の輝度信号で変調してそれらを合成して出射するようにしたため、４原色以上の色再現ができる。

ここで、上記の色分光手段は、右目用画像信号で変調された３つの第１の原色光成分からなる第２の合成光と、左目用画像信号で変調された３つの第２の原色光成分からなる第３の合成光とをそれぞれ分光する手段とし、変調手段は、右目用画像の輝度信号で第２の合成光を変調して第１の変調光を生成すると共に、左目用画像の輝度信号で第３の合成光を変調して第２の変調光を生成する手段としてもよい。この場合は、立体画像の４原色以上の表示ができる。

また、上記の目的を達成するため、第２の発明の投射型表示装置は、表示すべき画像の入力画像信号から生成した複数の第１の原色光成分に対応した複数の第１の原色信号と、第１の原色光成分と光波長帯域が異なる複数の第２の原色光成分に対応した複数の第２の原色信号とのうち、第１の原色信号に基づいて帯域制限されていない第１の輝度信号を生成し、かつ、第２の原色信号に基づいて帯域制限されていない第２の輝度信号を生成する第１の信号生成手段と、第１及び第２の原色信号を帯域制限し、その帯域制限された第１及び第２の原色信号のそれぞれについて画素毎の最大値を求めると共に、帯域制限された第１及び第２の原色信号のそれぞれに基づいて、帯域制限された第３及び第４の輝度信号を生成する第２の信号生成手段と、第２の信号生成手段で求めた、帯域制限された第１及び第２の原色信号の画素毎の最大値に応じた第１及び第２の色信号用係数を生成すると共に、帯域制限された第１及び第２の原色信号の画素毎の最大値と第１及び第３の輝度信号とに基づいて第１の表示用輝度信号を生成し、かつ、帯域制限された第１及び第２の原色信号の画素毎の最大値と第２及び第４の輝度信号とに基づいて第２の表示用輝度信号を生成する第３の信号生成手段と、第１及び第２の色信号用係数と帯域制限された第１及び第２の原色信号とに基づいて、表示用の三原色信号を生成する第４の信号生成手段と、表示用の三原色信号の各原色光毎に別々に変調して得られた各変調原色光を、波長合成して第１の合成光を生成して出力する変調光学系と、第１の合成光から、第１の原色光成分からなる第２の合成光と、第２の原色光成分からなる第３の合成光をそれぞれ分光して出射する色分光手段と、第２の合成光を、第１の表示用輝度信号で変調して第１の変調光を生成すると共に、第３の合成光を、第２の表示用輝度信号で変調して第２の変調光を生成する変調手段と、第１及び第２の変調光を合成して第４の合成光を生成する光合成手段と、第４の合成光を投射するための投射手段とを有することを特徴とする。

この発明では、変調光学系と変調手段とにより２回の変調を行うと共に、２回目の変調の際には、複数の第１の原色光成分からなる第２の合成光を第１の輝度信号で変調し、かつ、複数の第２の原色光成分からなる第３の合成光を第２の輝度信号で変調してそれらを合成して投射するようにしたため、表示画像を４原色以上の色再現ができる。

ここで、第２の発明における表示すべき画像を、右目用画像と左目用画像とからなる立体画像とし、第１の信号生成手段を、３つの第１の原色光成分に対応した複数の第１の原色信号として右目用画像の原色信号を生成すると共に、第１の原色光成分と光波長帯域が異なる３つの第２の原色光成分に対応した複数の第２の原色信号として左目用画像の原色信号を生成し、第１の輝度信号として右目用画像の輝度信号を生成し、かつ、第２の輝度信号として左目用画像の輝度信号を生成する手段とし、色分光手段を、右目用画像の原色信号で変調された３つの第１の原色光成分からなる第２の合成光と、左目用画像の原色信号で変調された３つの第２の原色光成分からなる第３の合成光とをそれぞれ分光する手段とし、変調手段を、右目用画像の輝度信号で第２の合成光を変調して第１の変調光を生成すると共に、左目用画像の輝度信号で第３の合成光を変調して第２の変調光を生成する手段としてもよい。

本発明によれば、変調光学系と変調手段とにより２回の変調を行うことにより、通常、数千：１のコントラストしかない通常のプロジェクタに比べ、二重変調により１００万：１（1000×1000＝100万）の高コントラストが得られると共に、４原色以上の多原色表示が可能となり、ＨＤＴＶ(ＳＭＰＴＥ２４０)規格よりも色範囲の広い正確な色再現が１台のプロジェクタで実現できる。

また、本発明によれば、スクリーンに投映する投射レンズも通常設計レベルの歪でよく、さらにはＣＧＰ等で入力信号を変換して画像合わせをする必要もなく、設置性及びコストも大幅に改善できる。

更に、本発明によれば、３つの第１の原色光成分に対応した３つの第１の原色信号を右目用画像の原色信号とすると共に第１の輝度信号を右目用画像の輝度信号とし、３つの第２の原色光成分に対応した３つの第２の原色信号を左目用画像の原色信号とすると共に第２の輝度信号を左目用輝度信号とすることにより、上記の第１の原色光成分を選択する右目用眼鏡と上記の第２の原色光成分を選択する左目用眼鏡とからなる立体メガネを視聴者に装着させて表示画像を見ることで立体画像として使用することも可能となる。これにより、本発明によれば、被写体の立体感が重要な場合、彫刻等立体が重視される場合には、入力信号を立体（３Ｄ）対応するだけで超高コントラストな立体表示でき、色再現が重視される絵画、写真等の芸術品の場合は多原色表示することで忠実な色再現を行うことができる。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に詳細に説明する。

図１は本発明になる光学システムの第１の実施の形態の構成図を示す。同図中、図１１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態の光学システムは、第１変調光学系（ＲＧＢ分離合成投影システム系）１０１と、第２変調光学系（Ｙ１Ｙ２画像合成部分）１０２と、これら変調光学系１０１及び１０２の間に設けられた１／４波長板３５、及び１：１リレーレンズ３６とから構成される。第１変調光学系１０１は、図１１に示した従来のプロジェクタの光学系のうちＰＪレンズ３３を除去した三原色デバイスで変調する構成の光学系である。

１／４波長板３５は、第１変調光学系１０１のＲＧＢ合成ダイクロプリズム３２より射出される、ＲＧＢ三原色光を合成した合成光であるＳ偏光をλ／４回転させ、第２変調光学系１０２内のＰＳ分離ＷＧ３７で、２系統に分離可能にするために設けられている。なお、１／４波長板３５の回転量でＰＳ偏光分離比率を変えることも可能である。１：１リレーレンズ３６は、前記ＰＪレンズ３３の替りに第２変調光学系１０２内の表示デバイスであるＹ１デバイス４４とＹ２デバイス５１とに投影結像するために設けられている。第２変調光学系１０２は、本実施の形態特有の構成である。

次に、本実施の形態の特有の構成及び動作について説明する。第１変調光学系１０１で変調されたＲＧＢ三原色光を合成した合成光は、１：１リレーレンズ３６を透過してワイヤグリッド（ＷＧ）型の偏光分離素子であるＰＳ分離ＷＧ（例えば、商品名「Moxtek」）３７により、Ｐ偏光とＳ偏光とに２分される。分離されたＳ偏光はＹ１デバイス４４に結像する画像サイズ、位置の微調整用のＹ１フィールドレンズ３８を透過してＬ側波長分光フィルタ３９に入射して、ここでその三つの原色光成分の内、図２に示す三原色光のうちのＬ側の原色光成分、すなわち、波長６１５ｎｍの赤色光成分Ｒ１と、波長５１５ｎｍの緑色光成分Ｇ１と、波長４５０ｎｍの青色光成分Ｂ１とがそれぞれ波長選択される。

Ｌ側波長分光フィルタ３９により波長選択されて取り出された三原色光成分Ｒ１、Ｇ１及びＢ１からなるＳ偏光は、１／２波長板４０により１／２波長ずらされて一旦Ｐ偏光とされた後、消光比を高めるためにアナライザ４１により混入している不要なＳ偏光成分が除去され、Ｙ１ＷＧ４２を透過し、更に光の位相調整用のＹ１波長板（リターダ）４３を通してＹ１デバイス４４に入射結像して変調される。

一方、ＰＳ分離ＷＧ３７により分離されたＰ偏光は、Ｙ２デバイス５１に結像する画像サイズ、位置の微調整用のＹ２フィールドレンズ４５を透過してＲ側波長分光フィルタ４６に入射して、ここでその三つの原色光成分の内、図２に示す三原色光のうちのＲ側の原色光成分、すなわち、波長６５０ｎｍの赤色光成分Ｒ２と、波長５５０ｎｍの緑色光成分Ｇ２と、波長４７５ｎｍの青色光成分Ｂ２とがそれぞれ波長選択される。

Ｒ側波長分光フィルタ４６により波長選択されて取り出された三原色光成分Ｒ２、Ｇ２及びＢ２からなるＰ偏光は、Ｙ２収差補正レンズ４７に入射して、１：１リレーレンズ３６から出射される光がＰＳ分離ＷＧ３７、及び後述のＹ２ＷＧ４９をそれぞれ透過する際に生じる歪が補正される。このＹ２収差補正レンズ４７は、例えばシリンドリカルレンズかウェッジガラスにより構成されている。

Ｙ２収差補正レンズ４７を透過したＰ偏光は、消光比を高めるために混入している不要なＳ偏光成分がアナライザ４８により除去され、Ｙ２ＷＧ４９を透過し、更に光の位相調整用のＹ２波長板（リターダ）５０を通してＹ２デバイス５１に入射結像して変調される。なお、本実施の形態では、Ｙ１デバイス４４及びＹ２デバイス５１は、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１と同様に、例えば水平方向４０９６画素、垂直方向２１６０画素（４ｋ画素）のＬＣＯＳ(Liquid Crystal On Silicon)が用いられる。

Ｙ１デバイス４４で変調された光はＳ偏光となり、Ｙ１波長板４３を透過してＹ１ＷＧ４２に入射して今度は反射された後、Ｙ１収差補正レンズ５２により、後段のＰＳ合成ＷＧ５５に４５度斜めに光軸が入っているためにＰＳ合成ＷＧ５５を通過する際の非点収差が補正される。このＹ１収差補正レンズ５２は、例えばシリンドリカルレンズやウェッジガラスにより構成されている。Ｙ１収差補正レンズ５２を透過したＳ偏光は、１／２波長板５３でＰ偏光に戻された後、高コントラストを保つために、Ｙ１アナライザ（Ｐ偏光透過、Ｓ偏光カット）５４によりＹ１ＷＧ４２で反射するＳ偏光に混じるＰ偏光成分（実際は、５３を通過するので不要光はＳ偏光成分）がカットされた後、ＰＳ合成ＷＧ５５に入射する。ここで、Ｙ１アナライザ５４は、レンズ光軸に対して約１０度程度傾けられ、Ｙ１アナライザ５４の反射光がＹ１デバイス４４に戻らないように設けられている。

一方、Ｙ２デバイス５１で変調された光はＳ偏光となり、Ｙ２波長板５０を透過してＹ２ＷＧ４９に入射して今度は反射された後、Ｙ２アナライザ５６によりＹ２ＷＧ４９で反射するＳ偏光に混じるＰ偏光成分がカットされた後、ＰＳ合成ＷＧ５５に入射する。ここで、Ｙ２アナライザ５６は、レンズ光軸に対して約１０度程度傾けられ、Ｙ２アナライザ５６の反射光がＹ２デバイス５１に戻らないように設けられている。

ＰＳ合成ＷＧ５５は、Ｙ１デバイス４４で変調されたＹ１アナライザ５４からのＰ偏光と、Ｙ２デバイス５１で変調されたＹ２アナライザ５６からのＳ偏光とを合成して、その合成光をＹ１Ｙ２投射レンズ５７を通してスクリーン（図示せず）に投射する。なお、Ｙ１デバイス４４とＹ２デバイス５１とは、マイクロモータで機械的にその位置が動かされ、画素レベルで一致できる構造を有している。

本実施の形態によれば、第１変調光学系１０１のＲＧＢ合成ダイクロプリズム３２より射出される、ＲＧＢ三原色光を合成した合成光を、第２変調光学系１０２内のＬ側波長分光フィルタ４０により三原色光成分Ｒ１、Ｇ１及びＢ１からなる第１の三原色光をＹ１デバイス４４に入射結像して変調させると共に、第２変調光学系１０２内のＲ側波長分光フィルタ４６により三原色光成分Ｒ２、Ｇ２及びＢ２からなる第２の三原色光をＹ２デバイス５１に入射結像して変調させた後、それらＹ１デバイス４４とＹ２デバイス５１からの各変調光をＰＳ合成ＷＧ５５で合成した後、スクリーンに投射するようにしたため、スクリーンには６原色画像が表示される。

図３はＩＥＣ３９０で規定されている一般的なｘｙ色度図を示す。このｘｙ色度図は、人間が識別できる色範囲を示しており、ディスプレイやプロジェクタ等で再現できる色範囲はできるだけ広い方が良いが、実際にディスプレイで使用いする色再現範囲は、４２０ｎｍ〜７００ｎｍが多く、４２０ｎｍ以下の紫外線に近い光や、７００ｎｍ以上の赤外線に近い光は、人体に対する安全性や光学部品の信頼性で表示されないようにカットされている。

ここで、本実施の形態の上記の６原色は図２に示したＲ１（615nm）、Ｇ１（515nm）、Ｂ１（450nm）、Ｒ２（650nm）、Ｇ２（550nm）、Ｂ２（475nm）であるので、図３のｘｙ色度図において、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の各波長点をつないだ実線の中が、本実施の形態の色再現可能な範囲Iに相当する。図３に示すように、この本実施の形態の色再現可能な範囲Iは、ＳＭＰＴＥ２４０で規定されている点線の三角形で示すＨＤＴＶの色再現可能な範囲IIに比べて大きく２倍以上あり、人間がほぼ認識できる色再現範囲の９０％以上をカバーしており、従来に比べて大幅に広い正確な色再現ができる。

なお、Ｌ側波長分光フィルタ３９の挿入位置は、Ｙ１デバイス４４の入射側のアナライザ４１の手前か、Ｙ１デバイス４４の出射側のＹ１アナライザ５４の手前でもよい。同様に、Ｒ側波長分光フィルタ４６の挿入位置は、Ｙ２デバイス５１の入射側のアナライザ４８の手前か、Ｙ２デバイス５１の出射側のＹ２アナライザ５６の手前でもよい。

また、図１の構成では、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７、及びＢデバイス３１をＹ１デバイス４４及びＹ２デバイス５１と同じ解像度の水平方向４０９６画素、垂直方向２１６０画素のＬＣＯＳを使用したが、第１変調光学系１０１のＧデバイス２３、Ｒデバイス２７、及びＢデバイス３１は、色帯域で動作させているのでもっと低い解像度（例えば水平方向２０４８画素、垂直方向１０８０画素のＨＤＴＶ相当）でもよい。最終的にはＹ１デバイス４４、Ｙ２デバイス５１で変調された画像の解像度はＹ１デバイス４４とＹ２デバイス５１の解像度で決まる。

次に、本発明になる光学システムの第２、第３の実施の形態について説明する。

図４（Ａ）は本発明になる光学システムの第２の実施の形態の要部の構成図、図４（Ｂ）は本発明になる光学システムの第３の実施の形態の要部の構成図を示す。図４（Ａ）、（Ｂ）中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。これら第２、第３の実施の形態は、いずれもダイクロミラー（ＤＭ）６０を使用して色分離、合成をした光学システムである。

図４（Ａ）に示す第２の実施の形態では、図１の第２変調光学系１０２において、６原色の実現に波長分光フィルタ３９、４６を使わず、ＰＳ分離ＷＧ３７とＰＳ合成ＷＧ５５の替りに、ダイクロミラー６０（ＤＭ１）、６１（ＤＭ２）を配置することで、６原色を実現するものである。

図４（Ａ）において、図１の第１変調光学系１０１で変調されたＲＧＢ三原色光を合成した合成光は、図４（Ｃ１）に示すスペクトラムを有しており、この合成光は、１：１リレーレンズ３６を透過して第１のダイクロミラー（ＤＭ１）６０に入射し、ここで図４（Ｃ２）に示す、波長６１５ｎｍの赤色光成分Ｒ１と、波長５５０ｎｍの緑色光成分Ｇ２と、波長４５０ｎｍの青色光成分Ｂ１とが透過され、図４（Ｃ３）に示す、波長６５０ｎｍの赤色光成分Ｒ２と、波長５１５ｎｍの緑色光成分Ｇ１と、波長４７５ｎｍの青色光成分Ｂ２とが反射される。

ダイクロミラー（ＤＭ１）６０を反射した赤色光成分Ｒ２、緑色光成分Ｇ１及び青色光成分Ｂ２からなる合成光は、Ｙ１フィールドレンズ３８、１／２波長板４０、アナライザ４１、Ｙ１ＷＧ４２、Ｙ１波長板４３をそれぞれ通してＹ１デバイス４４に入射結像されて変調される。一方、ダイクロミラー（ＤＭ１）６０を透過した赤色光成分Ｒ１、緑色光成分Ｇ２及び青色光成分Ｂ１からなる合成光は、Ｙ２フィールドレンズ４５、Ｙ２収差補正レンズ４７、アナライザ４８、Ｙ２ＷＧ４９、Ｙ２波長板５０をそれぞれ通してＹ２デバイス５１に入射結像されて変調される。

Ｙ１デバイス４４で変調されて射出されたＳ偏光は、Ｙ１波長板４３を通してＹ１ＷＧ４２で反射され、更にＹ１収差補正レンズ５２、１／２波長板５３、Ｙ１アナライザ５４を通してＰ偏光とされて第２のダイクロミラー（ＤＭ２）６１に入射する。一方、Ｙ２デバイス５１で変調されて射出されたＳ偏光は、Ｙ２波長板５０を通してＹ２ＷＧ４９で反射され、更にＹ２アナライザ５６を通して第２のダイクロミラー（ＤＭ２）６１に入射する。

第２のダイクロミラー（ＤＭ２）６１は、第１のダイクロミラー（ＤＭ１）６０とは、透過／反射特性が逆に設定されている。従って、ダイクロミラー（ＤＭ１）６０を反射した波長光成分からなる、１／２波長板５３によりＰ偏光とされたＹ１デバイス４４で変調された光はダイクロミラー（ＤＭ２）６１を透過し、ダイクロミラー（ＤＭ１）６０を透過した波長光成分からなる、Ｙ２デバイス５１で変調されたＳ偏光は、ダイクロミラー（ＤＭ２）６１で反射し、ダイクロミラー（ＤＭ２）６１で合成されて、それぞれＹ１Ｙ２投射レンズ５７に入射し、これにより図示しないスクリーンに投射される。

本実施の形態により投射される光のｘｙ色度図は、図４（Ｄ）に実線で示す範囲IIIで示され、その外周が４００ｎｍの紫色から７００ｎｍの深紅色までの範囲に相当し、これは一般に使われているＨＤＴＶ(ＳＭＰＴＥ２４０)規格の色再現範囲IIよりも大幅に広い色再現域を有している。また、本実施の形態によれば、図１の実施の形態における波長分光フィルタ３９及び４６、ＰＳ分離ＷＧ３７、ＰＳ合成ＷＧ５５をそれぞれ使用しない分、透過効率が良くなり、光利用効率が向上するという特長がある。なお、ダイクロミラー６０、６１の替りに、波長選択フィルタ等（商標：カラーセレクト等）を使用することも可能である。

次に、図４（Ｂ）に示す第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態は、図１の第２変調光学系１０２において、Ｙ１デバイス４４とＹ２デバイス５１の配置を変え、Ｙ１ＷＧ４２、Ｙ２ＷＧ４９を透過光とした構成であり、ＰＳ合成にはダイクロミラーではなく、ＰＳ合成ＷＧ５５を使用した構成である。

図４（Ｂ）において、ダイクロミラー（ＤＭ１）６０を反射した赤色光成分Ｒ２、緑色光成分Ｇ１及び青色光成分Ｂ２からなる合成光は、Ｙ１フィールドレンズ３８、アナライザ４１をそれぞれ通してＳ偏光とされた後、Ｙ１ＷＧ４２で反射され、更にＹ１波長板４３を通してＹ１デバイス４４に入射結像されて変調される。一方、ダイクロミラー（ＤＭ１）６０を透過した赤色光成分Ｒ１、緑色光成分Ｇ２及び青色光成分Ｂ１からなる合成光は、Ｙ２フィールドレンズ４５、アナライザ４８をそれぞれ通してＳ偏光とされた後、Ｙ２ＷＧ４９で反射され、更にＹ２波長板５０を通してＹ２デバイス５１に入射結像されて変調される。

Ｙ１デバイス４４から変調されたＰ偏光が出射され、このＰ偏光はＹ１波長板４３、Ｙ１ＷＧ４２、Ｙ１収差補正レンズ５２、Ｙ１アナライザ５４をそれぞれ透過してＰＳ合成ＷＧ５５に入射する。一方、Ｙ２デバイスから変調されたＰ偏光が出射され、このＰ偏光はＰＳ合成ＷＧ５５でＹ１デバイス４４からの変調光とＰＳ合成するために、Ｙ２収差補正レンズ６２を通して１／２波長板６３に入射してＳ偏光とされた後、Ｙ２アナライザ５６で不要光成分をカットされた後ＰＳ合成ＷＧ５５に入射する。ＰＳＷＧ５５は、Ｙ１アラナイザ５４からのＰ偏光とＹ２アナライザ５６からのＳ偏光とを合成し、その合成光をＹ１Ｙ２投射レンズ５７を通して図示しないスクリーンに投射させる。

本実施の形態により投射される光のｘｙ色度図は、図４（Ａ）に示した第２の実施の形態と同様に、図４（Ｄ）に実線で示す範囲IIIで示され、その外周が４００ｎｍの紫色から７００ｎｍの深紅色までの範囲に相当し、これは一般に使われているＨＤＴＶ(ＳＭＰＴＥ２４０)規格の色再現範囲IIよりも大幅に広い色再現域を有している。

また、図４（Ａ）に示した第２の実施の形態では、ＰＳ合成のために用いるダイクロミラー（ＤＭ２）６１は、Ｙ１Ｙ２投射レンズ５７に近い位置に配置され、映像光が広がるため、サイズの大きな精度の高いダイクロミラーが必要となるのに対し、本実施の形態では、ＰＳ合成ＷＧ５５を用いているので構成上有利である。ただし、本実施の形態では、第２の実施の形態と比較して、ＰＳ合成するために、Ｙ２デバイス５１側に１／２波長板６３やＹ２収差補正レンズ６２が必要となる。

次に、本発明になる光学システムの第４の実施の形態について説明する。

図５（Ａ）は本発明になる光学システムの第４の実施の形態の要部の構成図を示す。図５（Ａ）中、図４（Ｂ）と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態は、図４（Ｂ）に示した第３の実施の形態中のダイクロミラー６０の替りに、図５（Ｂ２）、（Ｂ３）に示す分離帯域特性、又は図５（Ｃ２）、（Ｃ３）に示す分離帯域特性のダイクロミラー６５を用いた点に特徴がある。

図５（Ａ）において、図１の第１変調光学系１０１で変調されたＲＧＢ三原色光を合成した合成光は、図５（Ｂ１）に示すスペクトラムを有しており、この合成光は、１：１リレーレンズ３６を透過してダイクロミラー６５に入射し、ここで図５（Ｂ２）に示す、赤色光成分Ｒ２と、緑色光成分Ｇと、青色光成分Ｂ１とが透過され、図５（Ｂ３）に示す、赤色光成分Ｒ１と青色光成分Ｂ２とが反射される。

ダイクロミラー６５を反射した赤色光成分Ｒ１及び青色光成分Ｂ２からなる合成光は、Ｙ１フィールドレンズ３８、アナライザ４１をそれぞれ通してＳ偏光とされた後、Ｙ１ＷＧ４２で反射され、更にＹ１波長板４３を通してＹ１デバイス４４に入射結像されて変調される。一方、ダイクロミラー６５を透過した赤色光成分Ｒ２、緑色光成分Ｇ及び青色光成分Ｂ１からなる合成光は、Ｙ２フィールドレンズ４５、アナライザ４８をそれぞれ通してＳ偏光とされた後、Ｙ２ＷＧ４９で反射され、更にＹ２波長板５０を通してＹ２デバイス５１に入射結像されて変調される。

Ｙ１デバイス４４、Ｙ２デバイス５１でそれぞれ変調された光は、第３の実施の形態と同様の光学系を通してＰＳ合成された後、Ｙ１Ｙ２投射レンズ５７によりスクリーン（図示せず）に投射される。

図５（Ａ）に示す実施の形態において、第１変調光学系からの入射光が、図５（Ｂ１）にスペクトラムを示すように、Ｒで示す赤色光帯域とＢで示す青色光帯域とが、Ｇで示す緑色光帯域よりも広く設定されている場合は、ダイクロミラー６５が図５（Ｂ２）、（Ｂ３）に示すように赤色光帯域と青色光帯域とをそれぞれ半分ずつにする分離帯域特性を有している。これにより、この本実施の形態により投射される光のｘｙ色度図は、図５（Ｄ）に示すように、実線IVで示す５原色の色再現範囲が得られる。この５原色の色再現範囲IVは、一般に使われているＨＤＴＶ(ＳＭＰＴＥ２４０)規格の色再現範囲IIよりも広い色再現域を有しており、ＨＤＴＶ規格よりも正確な色再現ができる。

また、図５（Ａ）に示す実施の形態において、ダイクロミラー６５を図５（Ｃ２）、（Ｃ３）に示す分離帯域特性を有する構成としてもよい。この場合は、第１変調光学系からの入射光が、図５（Ｃ１）にスペクトラムを示すように、Ｇで示す緑色光帯域とＲで示す赤色光帯域とが、Ｂで示す青色光帯域よりも広く設定されている場合である。

このときは、ダイクロミラー６５は図５（Ｃ２）、（Ｃ３）に示すように緑色光帯域と赤色光帯域とをそれぞれ半分ずつにする分離帯域特性を有しており、図５（Ｃ２）に示す、緑色光成分Ｇ１と赤色光成分Ｒ２とを透過し、図５（Ｃ３）に示す、青色光成分Ｂと緑色光成分Ｇ２と赤色光成分Ｒ１とを反射する。

これにより、この本実施の形態により投射される光のｘｙ色度図は、図５（Ｅ）に示すように、実線Vで示す５原色の色再現範囲が得られる。この５原色の色再現範囲Vは、一般に使われているＨＤＴＶ(ＳＭＰＴＥ２４０)規格の色再現範囲IIよりも広い色再現域を有しており、ＨＤＴＶ規格よりも正確な色再現ができる。

ダイクロミラー６５として、図５（Ｂ２）、（Ｂ３）に示す分離帯域特性を有するものを使用するか、図５（Ｃ２）、（Ｃ３）に示す分離帯域特性を有するものを使用するかは、どの色を重視するかで決まる。勿論、赤色光の分離帯域を１つとすることも可能である。

次に、本発明になる光学システムの第５の実施の形態について説明する。

図６（Ａ）は本発明になる光学システムの第５の実施の形態の要部の構成図を示す。図６（Ａ）中、図４（Ｂ）と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態は、図４（Ｂ）に示した第３の実施の形態中のダイクロミラー６０の替りに、図６（Ｂ２）、（Ｂ３）に示す分離帯域特性のダイクロミラー６６を用いた点に特徴がある。

図６（Ａ）において、図１の第１変調光学系１０１で変調されたＲＧＢ三原色光を合成した合成光は、図６（Ｂ１）に示すスペクトラムを有しており、この合成光は、１：１リレーレンズ３６を透過してダイクロミラー６６に入射し、ここで図６（Ｂ２）に示す、緑色光成分Ｇ１と赤色光成分Ｒとが透過され、図６（Ｂ３）に示す、青色光成分Ｂと緑色光成分Ｇ２とが反射される。

ダイクロミラー６６を反射した赤色光成分Ｒ及び緑色光成分Ｇ１からなる合成光は、Ｙ１フィールドレンズ３８、アナライザ４１をそれぞれ通してＳ偏光とされた後、Ｙ１ＷＧ４２で反射され、更にＹ１波長板４３を通してＹ１デバイス４４に入射結像されて変調される。一方、ダイクロミラー６６を透過した青色光成分Ｂ及び緑色光成分Ｇ２からなる合成光は、Ｙ２フィールドレンズ４５、アナライザ４８をそれぞれ通してＳ偏光とされた後、Ｙ２ＷＧ４９で反射され、更にＹ２波長板５０を通してＹ２デバイス５１に入射結像されて変調される。

Ｙ１デバイス４４、Ｙ２デバイス５１でそれぞれ変調された光は、第３の実施の形態、第４の実施の形態と同様の光学系を通してＰＳ合成された後、Ｙ１Ｙ２投射レンズ５７によりスクリーン（図示せず）に投射される。

図６（Ａ）に示す実施の形態は、第１変調光学系からの入射光が、図６（Ｂ１）にスペクトラムを示すように、Ｇで示す緑色光帯域がＲで示す赤色光帯域とＢで示す青色光帯域よりも広く設定されている場合である。この実施の形態では、ダイクロミラー６６が図６（Ｂ２）、（Ｂ３）に示すように緑色光帯域をそれぞれ半分ずつにする分離帯域特性を有している。

これにより、この本実施の形態により投射される光のｘｙ色度図は、図６（Ｃ）に示すように、実線VIで示す４原色の色再現範囲が得られる。この４原色の色再現範囲VIは、５２０ｎｍの光波長付近を除けば、一般に使われているＨＤＴＶ(ＳＭＰＴＥ２４０)規格の色再現範囲IIよりもかなり広い色再現域を有しており、ＨＤＴＶ規格よりも正確な色再現ができる。

なお、ダイクロミラーにより青色光帯域あるいは赤色光帯域を二分して４原色の色再現範囲を得ることも可能であるが、図６（Ｃ）のｘｙ色度図から分るように、色度図は緑色光帯域側に広がっているので、緑色光帯域を広げる方がより色再現範囲を広く取れ有利である。

次に、本発明になる投射型表示装置の実施の形態について説明する。図７は本発明になる投射型表示装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図において、投射型表示装置７０は、所望の被写体を撮像するスーパーハイビジョンカメラ７１と、スーパーハイビジョンカメラ７１の撮像信号を記録／再生するスーパーハイビジョンレコーダ７２と、スーパーハイビジョンレコーダ７５から再生出力された緑色信号Ｇ１及びＧ２と赤色信号Ｒと青色信号Ｂとを入力として受け、その入力信号をマトリクス変換して２種類の輝度信号Ｙ１、Ｙ２と、色信号ｒ、ｇ及びｂを出力するマトリクス変換デコーダ７３と、図示しないスクリーンに光学像を投射する光学システム７４とからなる。なお、図７のスーパーハイビジョンカメラ７１に替えて、コンピュータ画像、フィルム画像などより作り出した６原色光を用いることもできる。

スーパーハイビジョンカメラ７１は、例えば、カメラ内のGダイクロフィルターを２光波長とし、それぞれ水平方向３８４０画素、垂直方向２１６０画素（４ｋ画素）の、緑色光用２枚、赤色光用１枚、青色光用１枚の計４枚の固体撮像素子を有し、それぞれの固体撮像素子より１０ビットの原色信号を出力する。光学システム７４は、図１〜図６と共に説明した各実施の形態のうち任意の実施の形態の光学システムで、マトリクス変換デコーダ７３から輝度信号Ｙ１、Ｙ２、色信号ｒ、ｇ及びｂの５信号が供給される。

図８はマトリクス変換デコーダ７３の一実施の形態６原色の場合のブロック図を示す。マトリクス変換デコーダ７３は、例えば、図２に示したＲ１（615nm）、Ｇ１（515nm）、Ｂ１（450nm）、Ｒ２（650nm）、Ｇ２（550nm）、Ｂ２（475nm）の各光波長の信号からなる６原色の映像信号を入力として受け、その入力映像信号を逆γ補正部８１により一旦逆γ補正して、ガンマ１のリニア信号に戻して内部演算をし易くした後、Ｙ１Ｙ２作成部８２により公知のマトリクス演算により、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１からなる第１の３原色信号から帯域制限されていない周波数帯域の輝度信号Ｙ１_FULLを作成すると共に、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２からなる第２の３原色信号から帯域制限されていない周波数帯域の輝度信号Ｙ２_FULLを作成する。

また、マトリクス変換デコーダ７３は、低域フィルタ（ＬＰＦ）８３により逆γ補正部８１からの６原色信号の高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分の６原色信号Ｒ_1-LPF、Ｇ_1-LPF、Ｂ_1-LPF、Ｒ_2-LPF、Ｇ_2-LPF、Ｂ_2-LPFを取り出した後、最大値、Ｙ１、Ｙ２計算部８４と乗算器８６にそれぞれ供給する。最大値、Ｙ１、Ｙ２計算部８４は、帯域制限された第１の３原色信号Ｒ_1-LPF、Ｇ_1-LPF、Ｂ_1-LPFのうちの最大値ＭＡＸ１と、帯域制限された第２の３原色信号Ｒ_2-LPF、Ｇ_2-LPF、Ｂ_2-LPFのうちの最大値ＭＡＸ２とを画素毎に計算すると共に、帯域制限された第１の３原色信号Ｒ_1-LPF、Ｇ_1-LPF、Ｂ_1-LPFから公知のマトリクス演算により第１の輝度信号の低域周波数成分Ｙ_1-LPFを求め、帯域制限された第２の３原色信号Ｒ_2-LPF、Ｇ_2-LPF、Ｂ_2-LPFから公知のマトリクス演算により第２の輝度信号の低域周波数成分Ｙ_2-LPFを求める。

係数及び輝度信号生成部８５は、Ｙ１Ｙ２作成部８２からの輝度信号Ｙ_１FULL及びＹ_２FULLと、最大値、Ｙ１、Ｙ２計算部８４からの最大値ＭＡＸ１及びＭＡＸ２と、輝度信号の低域周波数成分Ｙ_1-LPF及びＹ_2-LPFとを入力として受け、係数Ｃ_１、Ｃ_２と輝度信号Ｙ_１、Ｙ_２とを以下の計算式により求める（ただし、Ａ１、Ａ２はゲインを定める定数）。

Ｃ₁＝Ａ１・（ＭＡＸ１）^-1/2 （１）
Ｃ₂＝Ａ２・（ＭＡＸ２）^-1/2 （２）
Ｙ₁＝Ａ１・Ｙ_1FULL・（ＭＡＸ１）^1/2／Ｙ_1-LPF （３）
Ｙ₂＝Ａ２・Ｙ_2FULL・（ＭＡＸ２）^1/2／Ｙ_2-LPF （４）
上記の係数Ｃ_１、Ｃ_２は、スクリーンに投射される光のフレア成分を最小にするための係数である。

乗算器８６は、ＬＰＦ８３から出力された低域周波数成分の６原色信号Ｒ_1-LPF、Ｇ_1-LPF、Ｂ_1-LPF、Ｒ_2-LPF、Ｇ_2-LPF、Ｂ_2-LPFと、係数及び輝度信号生成部８５から出力された係数Ｃ₁、Ｃ₂とから次式の乗算を行って、各８ビット以上の赤色信号ｒ、緑色信号ｇ、青色信号ｂをそれぞれ生成する。

ｒ＝Ｃ₁・Ｒ_1-LPF＋Ｃ₂・Ｒ_2-LPF （５）
ｇ＝Ｃ₁・Ｇ_1-LPF＋Ｃ₂・Ｇ_2-LPF （６）
ｂ＝Ｃ₁・Ｂ_1-LPF＋Ｃ₂・Ｂ_2-LPF （７）
これらの赤色信号ｒ、緑色信号ｇ、青色信号ｂは、それぞれｒｇｂ用γ補正部８７に供給されてγ補正された後、例えば図１に示したＲデバイス２７、Ｇデバイス２３、Ｂデバイス３１にそれぞれ供給される。

一方、Ｙ１用γ補正部８８は、係数及び輝度信号生成部８５からの（３）式により計算された輝度信号Ｙ₁をγ補正し、それを８ビット以上のＹ１用映像信号として例えば図１に示したＹ１デバイス４４に供給する。これと同時に、Ｙ２用γ補正部８９は、係数及び輝度信号生成部８５からの（４）式により計算された輝度信号Ｙ₂をγ補正し、それを８ビット以上のＹ２用映像信号として例えば図１に示したＹ２デバイス５１に供給する。

このような構成のマトリクス変換デコーダ７３から輝度信号Ｙ１、Ｙ２、色信号ｒ、ｇ及びｂの５信号が供給された光学システム７４からは４原色以上の多原色のカラー画像がスクリーン（図示せず）に投射される。

光学システム７４は図１〜図６と共に説明した各実施の形態の光学システムのうち任意の実施の形態の光学システムで、第１変調光学系１０１で変調されたＲＧＢ三原色光を合成した合成光を、第２変調光学系１０２において２分して、一方の合成光を三つ又は二つの原色光からなる第１の光に分光してＹ１デバイス４４で変調し、他方の合成光を第１の光とは異なる波長帯域の三つ又は二つの原色光からなる第２の光に分光してＹ２デバイス５１で変調した後、それらを合成するようにしたため、４原色以上の多原色表示が可能となり、ＨＤＴＶ(ＳＭＰＴＥ２４０)規格よりも正確な色再現が１台のプロジェクタで実現できる。

さらに、通常、数千：１のコントラストしかない通常のプロジェクタに比べて、第１変調光学系と第２変調光学系の二重変調をすることで第１と第２のコントラストの掛け算（例えば、コントラスト1000:1の場合1000×1000）になり、１００万:１以上の高コントラストな画像を表現できる上に、多原色表示をすることで人間が識別できる色範囲（例えば、ＣＩＥ９３０色度図）をほぼカバーした色再現範囲の表示ができ、いままでのＴＶや映画フィルム等では再現できない色まで再現が可能となり、絵画、工藝品、デザイン，自然等の再現が可能となり、実物では経年変化、劣化、破壊等で失われてしまってもそのままの再現がいつでも可能であり、文化的に計り知れない価値が生まれる。

また、本実施の形態の投射型表示装置（プロジェクタ）が１台で、しかも、Ｙ１デバイス４４、Ｙ２デバイス５１で変調された光が合成されて投影されるため、スクリーンに投影する投射レンズ５７も通常設計レベルの歪でよく、更にはＣＧＰ等で入力信号を変換して画像合わせをする必要もなく、設置性、コストも大幅に改善することができる。

次に、本発明の光学システムの応用例について説明する。図９は本発明になる光学システムの一応用例の要部の構成図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図９の応用例は、図１の波長分光フィルタ３９、４６の替りに、波長分光フィルタ９１、９２を用いた点に特徴がある。

図１に示した波長分光フィルタ３９は、図２に示す三原色光のうちの赤色光成分Ｒ１、緑色光成分Ｇ１、青色光成分Ｂ１とをそれぞれ波長選択し、波長分光フィルタ４６は、図２に示す三原色光のうちの赤色光成分Ｒ２、緑色光成分Ｇ２、青色光成分Ｂ２とをそれぞれ波長選択して、６原色光表示を実現するためのものである。これに対し、この応用例においては、リレーレンズ３６を透過したＲＧＢ合成光のうち、波長分光フィルタ９１で波長選択されるＲ１、Ｇ１、Ｂ１の光波長帯域の光成分は右目用画像信号で変調された３原色光成分であり、波長光フィルタ９２で波長選択されるＲ２、Ｇ２、Ｂ２の光波長帯域の光成分が左目用画像信号で変調された３原色光成分である。

これにより、波長分光フィルタ９１により右目用画像信号で変調された３原色光成分が波長選択された後、Ｙ１デバイス４４で右目用画像信号の輝度信号で更に変調され、また、波長分光フィルタ９２により左目用画像信号で変調された３原色光成分が波長選択された後、Ｙ２デバイス５１で左目用画像信号の輝度信号で更に変調される。この結果、スクリーン９３には、右目用画像と左目用画像とが合成された立体像９４が投影表示される。視聴者は、右目の眼鏡が波長分光フィルタ９１と同じ波長選択特性をもち、左目の眼鏡が波長分光フィルタ９２と同じ波長選択特性をもつ立体メガネ９５をかけて立体像９４を見ることにより、スクリーン９３に投影された画像を視聴者の頭の中で立体像として合成して認識することができる。

このように、本発明の光学システムでは、被写体の立体感が重要な場合、彫刻等立体が重視される場合には、入力信号を立体（３Ｄ）対応するだけで超高コントラストな立体表示ができ、色再現が重視される絵画、写真等の芸術品の場合は多原色表示することで忠実な色再現ができる。

なお、スクリーン９３は、波長選択フィルタにより画像を認識させ偏光によって左右されないため、ゲイン１.０のホワイトスクリーンでもよく、どのようなスクリーンでも立体像の再現が可能である。また、投射側がスタック投映ではなく、単レンズなので変形スクリーン（カーブスクリン）でも信号補正無しで投映可能である。

本発明は、従来２台スタックでしか達成できなかった６原色を１台のプロジェクタで達成でき、しかも高コントラスト画像して映し出すことが可能となる。これによって、今まで、自動車デザイン、芸術品、工芸品、印刷物、医療画像、等でほぼ人間が認識できる色再現、高コントラストを実現でき、しかも水平４ｋ画素以上もある高解像度と相まって、国宝級芸術品の画像保存、映画や貴重な絵画等が発見や製作された当時のままに画像データとして保存可能となる。さらに、レントゲンや手術で患部の微妙な色違い、等にも利用可能で価値は計り知れない。

また、本発明は図９のように立体メガネ９５を必要とするが、立体画像用の光学システムとしても使えるため、工業デザイン、ゲーム、シミュレータ等への応用もそのままで可能となる。

本発明の光学システムの第１の実施の形態の構成図である。 図１中の波長分光フィルタの一例の分光特性の説明図である。 ＩＥＣ３９０で規定されている一般的なｘｙ色度図と本発明の第１の実施の形態の色再現範囲等を示す色度図である。 本発明の光学システムの第２、第３の実施の形態の要部の構成図と、ダイクロミラーの帯域分離特性図と、ｘｙ色度図である。 本発明の光学システムの第４の実施の形態の要部の構成図と、ダイクロミラーの帯域分離特性図と、ｘｙ色度図である。 本発明の光学システムの第５の実施の形態の要部の構成図と、ダイクロミラーの帯域分離特性図と、ｘｙ色度図である。 本発明の投射型表示装置の一実施の形態のブロック図である。 図７中のマトリクス変換デコーダの一実施の形態のブロック図である。 本発明の光学システムの一応用例の要部の構成図である。 従来の投射型表示装置の一例の構成図である。 図１０中のプロジェクタの一例の構成図である。 図１０の装置の色再現範囲の説明図である。

符号の説明

１１ ランプハウス
１６ Ｂ／ＲＧクロスダイクロミラー
１７ ＲＧミラー
１８ Ｂミラー
１９ Ｒ／Ｇダイクロミラー
２３ Ｇデバイス
２７ Ｒデバイス
３１ Ｂデバイス
３２ ＲＧＢ合成ダイクロプリズム
３５ １／４波長板
３６ １：１リレーレンズ
３７ ＰＳ分離ＷＧ（ワイヤグリッド）
３８ Ｙ１フィールドレンズ
３９ Ｌ側波長分光フィルタ
４０、５３、６３ １／２波長板
４１、４８ アナライザ
４２ Ｙ１ＷＧ（ワイヤグリッド）
４３ Ｙ１波長板
４４ Ｙ１デバイス
４５ Ｙ２フィールドレンズ
４６ Ｒ側波長分光フィルタ
４７、６２ Ｙ２収差補正レンズ
４９ Ｙ２ＷＧ（ワイヤグリッド）
５０ Ｙ２波長板
５１ Ｙ２デバイス
５２ Ｙ１収差補正レンズ
５４ Ｙ１アナライザ
５５ ＰＳ合成ＷＧ（ワイヤグリッド）
５６ Ｙ２アナライザ
５７ Ｙ１Ｙ２投射レンズ
６０、６１、６５、６６ ダイクロミラー
７１ スーパーハイビジョンカメラ
７２ スーパーハイビジョンレコーダ
７３ マトリクス変換デコーダ
７４ 光学システム
８１ 逆γ補正部
８２ Ｙ１Ｙ２作成部
８３ 低域フィルタ（ＬＰＦ）
８４ 最大値、Ｙ１、Ｙ２計算部
８５ 係数及び輝度信号生成部
８６ 乗算器
８７ ｒｇｂ用γ補正部
８８ Ｙ１用γ補正部
８９ Ｙ２用γ補正部
９１、９２ 波長分光フィルタ
９３ スクリーン
９４ 立体像
９５ 立体メガネ
１０１ 第１変調光学系（ＲＧＢ分離合成投影システム系）
１０２ 第２変調光学系（Ｙ１Ｙ２画像合成部分）

Claims (4)

1. 画像信号から生成した三原色の色信号で、三原色の各原色光毎別々に変調して得られた各変調原色光を、波長合成して第１の合成光を生成して出力する変調光学系と、前記第１の合成光を反射及び透過して２分岐すると共に、前記各原色光の光波長帯域よりも狭い複数の第１の原色光成分からなる第２の合成光と、前記各原色光の光波長帯域よりも狭く、かつ、前記第１の原色光成分と光波長帯域が異なる複数の第２の原色光成分からなる第３の合成光とを分光する色分光手段と、
   前記第２の合成光を、前記画像信号から生成した２種類の輝度信号のうちの一方の輝度信号で変調して第１の変調光を生成すると共に、前記第３の合成光を、前記２種類の輝度信号のうちの他方の輝度信号で変調して第２の変調光を生成する変調手段と、
   前記第１及び第２の変調光を合成して第４の合成光を生成する光合成手段と、
   前記第４の合成光を投射するための投射手段と
   を有することを特徴とする光学システム。
2. 前記色分光手段は、右目用画像信号で変調された３つの前記第１の原色光成分からなる前記第２の合成光と、左目用画像信号で変調された３つの前記第２の原色光成分からなる前記第３の合成光とをそれぞれ分光する手段であり、
   前記変調手段は、右目用画像の輝度信号で前記第２の合成光を変調して前記第１の変調光を生成すると共に、左目用画像の輝度信号で前記第３の合成光を変調して前記第２の変調光を生成する手段である
   ことを特徴とする請求項１記載の光学システム。
3. 表示すべき画像の入力画像信号から生成した複数の第１の原色光成分に対応した複数の第１の原色信号と、前記第１の原色光成分と光波長帯域が異なる複数の第２の原色光成分に対応した複数の第２の原色信号とのうち、前記第１の原色信号に基づいて帯域制限されていない第１の輝度信号を生成し、かつ、前記第２の原色信号に基づいて帯域制限されていない第２の輝度信号を生成する第１の信号生成手段と、
   前記第１及び第２の原色信号を帯域制限し、その帯域制限された前記第１及び第２の原色信号のそれぞれについて画素毎の最大値を求めると共に、帯域制限された前記第１及び第２の原色信号のそれぞれに基づいて、帯域制限された第３及び第４の輝度信号を生成する第２の信号生成手段と、
   前記第２の信号生成手段で求めた、帯域制限された前記第１及び第２の原色信号の画素毎の最大値に応じた第１及び第２の色信号用係数を生成すると共に、帯域制限された前記第１及び第２の原色信号の画素毎の最大値と前記第１及び第３の輝度信号とに基づいて第１の表示用輝度信号を生成し、かつ、帯域制限された前記第１及び第２の原色信号の画素毎の最大値と前記第２及び第４の輝度信号とに基づいて第２の表示用輝度信号を生成する第３の信号生成手段と、
   前記第１及び第２の色信号用係数と帯域制限された前記第１及び第２の原色信号とに基づいて、表示用の三原色信号を生成する第４の信号生成手段と、
   前記表示用の三原色信号の各原色光毎に別々に変調して得られた各変調原色光を、波長合成して第１の合成光を生成して出力する変調光学系と、
   前記第１の合成光から、前記第１の原色光成分からなる第２の合成光と、前記第２の原色光成分からなる第３の合成光をそれぞれ分光して出射する色分光手段と、
   前記第２の合成光を、前記第１の表示用輝度信号で変調して第１の変調光を生成すると共に、前記第３の合成光を、前記第２の表示用輝度信号で変調して第２の変調光を生成する変調手段と、
   前記第１及び第２の変調光を合成して第４の合成光を生成する光合成手段と、
   前記第４の合成光を投射するための投射手段と
   を有することを特徴とする投射型表示装置。
4. 前記表示すべき画像は、右目用画像と左目用画像とからなる立体画像であり、前記第１の信号生成手段は、３つの前記第１の原色光成分に対応した３つの前記第１の原色信号として前記右目用画像の原色信号を生成すると共に、前記第１の原色光成分と光波長帯域が異なる３つの前記第２の原色光成分に対応した３つの前記第２の原色信号として前記左目用画像の原色信号を生成し、前記第１の輝度信号として前記右目用画像の輝度信号を生成し、かつ、前記第２の輝度信号として前記左目用画像の輝度信号を生成する手段であり、
   前記色分光手段は、前記右目用画像の原色信号で変調された３つの前記第１の原色光成分からなる前記第２の合成光と、前記左目用画像の原色信号で変調された３つの前記第２の原色光成分からなる前記第３の合成光とをそれぞれ分光する手段であり、
   前記変調手段は、前記右目用画像の輝度信号で前記第２の合成光を変調して前記第１の変調光を生成すると共に、前記左目用画像の輝度信号で前記第３の合成光を変調して前記第２の変調光を生成する手段である
   ことを特徴とする請求項３記載の投射型表示装置。

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