JP4020709B2 - 映像拡大装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像拡大装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、照明された照明光を、例えば、液晶パネル等の空間光変調器によって映像情報に応じた映像光に光変調して、スクリーン等に拡大して表示する映像拡大装置がある。このような映像拡大装置では、１つの空間光変調器を用いた単板式と呼ばれる映像拡大装置や、３つの空間光変調器を用いた３板式と呼ばれる映像拡大装置等が実用化されている。
【０００３】
単板式の映像拡大装置には、白色の照明光が入射される空間光変調器をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の画素の配列により構成し、空間光変調器における各画素の光変調状態を対応する色の映像情報に応じて動作させることで、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色を含む映像光をスクリーン等に投射する方式と、映像情報をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ(または、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ，Ｗｈｉｔｅ)の各色に応じて分割した複数のサブフィールド単位で空間光変調器の光変調状態を切り換えるとともに、この光変調状態の切り換えにタイミングを合わせて対応するＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ(または、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ，Ｗｈｉｔｅ)に分光された分光照明光を空間光変調器に照明してＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光をそれぞれスクリーン等に投射する方式とがある。単板式の映像拡大装置では、単一の空間光変調器しか使用しないので、３板式と比較して製造コストを抑えることが可能である。特に、前者の方式を採用した単板式の映像拡大装置は、単一の照明装置を用いるとともに該照明装置の構造の単純化を図ることができるので、部品代を抑えて低コスト化を図るとともに製造の容易化を図ることができる。
【０００４】
しかしながら、単板式の映像拡大装置は、製造の容易化や低コスト化を図ることができるが、３板式と比較して、照明光の光利用効率と解像度とが約１／３となり、画像品質が大きく低下してしまい、高い画像品質を要求される５０型以上の大型の拡大表示装置には不向きである。また、単板式の映像拡大装置のように、空間光変調器の数が分光数よりも少ない映像拡大装置では、表示する画像や視線等が大きく移動するような場合に表示画像が色分光して視認されるカラーブレイクが生じ易い。
【０００５】
これに対し、３板式の映像拡大装置は、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅに分光した各色の分光照明光に対応させて３つの空間光変調器を備えており、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の画像光をそれぞれ対応する空間光変調器によって独立に光変調した後に、ダイクロイックプリズム等を用いて合成し投射レンズで拡大像を形成するため、単板式の映像拡大装置と比較して照明光学系が複雑化したり高コスト化であったりするが、高い光利用効率と解像度とを実現することができる。
【０００６】
このような３板式の映像拡大装置には、入射光を光変調して反射する反射型空間光変調器を用いたものがあり、反射型空間光変調器に対して、例えば、偏光分離板(Polarization Beam Spriter：以降、ＰＢＳ)とダイクロイックプリズムとを１つずつ用いて分光照明光を入射させたり、２つまたは４つのＰＢＳと色選択性偏光板(カラーリンク社製、商品名：セレクト)とを用いて分光照明光を入射させたり、単一のダイクロイックプリズムを用いて分光照明光を入射させたり等、反射型空間光変調器に対して分光照明光を入射させる各種構成がある。
【０００７】
しかしながら、３板式の映像拡大装置では３つの空間光変調器を用いるので、例えば、実効反射率等の光変調特性が空間光変調器毎にばらついていると、空間光変調器の違いによって光利用効率にばらつきを生じ、特定色の映像光量が低下することがある。このような場合、スクリーン等に投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生してしまう。
【０００８】
また、単一の空間光変調器であっても、光変調面を構成する各画素の反射角度が不均一であると、光変調された映像光量が単一の光変調面内でばらついて、映像光量が部分的に低下することがある。これにより、色毎に光量が低下する位置がばらついてしまい、スクリーン等に投射される表示画像色毎にスクリーン等に投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生してしまう。
【０００９】
このような不具合は、透過型の空間光変調器であっても同様に発生する。
【００１０】
この対策として、ルックアップテーブル式に個々の空間光変調器の光変調特性を電気的に補正するようにした技術もあるが、この補正により空間光変調器が元々有していた階調性が犠牲となったり、余計な演算処理を行なうために電気部品や回路が増加したりすることに加えて、高解像度の画像等のように、フレームレートが高速である場合画像の切り換えに対応にしにくいという問題を抱えている。
【００１１】
ところで、空間光変調器を用いた映像拡大装置としては、単板式、３板式の他に、空間光変調器として２枚の反射型空間光変調器を用いた２板式の映像拡大装置が考案されている(Symposium of International Display 2001 DIGEST、p.1084-p.1087／カラーリンク社)。この映像拡大装置は、偏光をアクティブに選択できる色選択性偏光板(カラーリンク社／米国、商品名＝カラースイッチ)と１つのＰＢＳとを組み合わせ、このアクティブな色選択性偏光板とＰＢＳとによって白色の照明光をＲｅｄ＋Ｇｒｅｅｎとなる照明光とＲｅｄ＋Ｂｌｕｅとなる照明光との２種類の分光照明光に時分割で分光し、各分光照明光の偏光方向を調整することでさらにＲｅｄとＧｒｅｅｎおよびＲｅｄとＢｌｕｅとに分光した光を、対応する空間光変調器にそれぞれ入射させて光変調することにより映像光を生成し、生成した映像光をＰＢＳによってＲｅｄ＋ＧｒｅｅｎまたはＲｅｄ＋Ｂｌｕｅに合成してスクリーンに拡大表示する。
【００１２】
特開２００１−２２８４５５公報に開示された技術も、同様に、照明光をＲｅｄ＋Ｂｌｕｅ(マゼンタ)とＲｅｄ＋Ｇｒｅｅｎ(シアン)とに分光し、分光した各照明光を２枚の空間光変調器(液晶パネル)に交互に入射させることにより生成し映像光を合成してスクリーンに拡大表示するようにしている。
【００１３】
このような方式によれば、通常の単板式よりも光利用効率を向上させるとともに、空間光変調器の数が３板式よりも少なく、かつ、照明光学系をより単純化しているため、単板式よりも明るく、かつ、３板式よりも低コストの映像拡大装置を提供することができる。
【００１４】
しかしながら、この方式であっても、原理的に３板式より光利用効率が低い。また、上述した技術によれば、Ｒｅｄの映像光は単一の空間光変調器により形成されているので、別の空間光変調器による他の色となるＢｌｕｅやＧｒｅｅｎの画像との輝度ムラや色ムラを完全に解消することはできない。
【００１５】
これに対し、例えば、特開２００１−１８８２１４公報には、照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ，Ｗｈｉｔｅの各色に時分割して分光させ、偏光方向を調整することで各分光照明光を２枚の透過型空間光変調器に入射し、透過型空間光変調器による分光照明光の光変調により得られる映像光を偏光合成して、スクリーンに投射するようにした映像拡大が開示されている。同公報に開示された技術によれば、照明光を偏光分光した後に偏光合成することにより、通常の偏光変換装置を用いる場合と比較して、光利用効率を単板式の約１.３倍に高めることが可能になり(偏光変換装置のない照明装置の場合との比較すると約２倍)、また、Ｗｈｉｔｅ光の照明光を利用することにより、色再現範囲とのトレードオフではあるが、光利用効率を少なくとも１.２倍以上に高めることが可能になるため、結果として１.５倍以上の光利用効率の増加を実現できる。
【００１６】
他にも、例えば、特開２００１−８３４６１公報に開示されているように、２板式を２倍の数の４板式とすることで空間光変調器の偏光依存性による光利用効率の低減を改善するようにした技術が開示されている。
【００１７】
特開２００１−８３４６１公報には、Ｒｅｄ＋ＧｒｅｅｎおよびＢｌｕｅ＋Ｇｒｅｅｎに時分割で周期的に色分割した照明光を、さらにＲｅｄとＧｒｅｅｎおよびＢｌｕｅとＧｒｅｅｎに偏光分光し、それぞれの分光特性と偏光方向に対応した４枚の透過型空間光変調器に入射させ、透過型空間光変調器による分光照明光の光変調により得られる映像光を偏光合成して、スクリーンに投射するようにした映像拡大が開示されている。同公報に開示された技術では、Ｒｅｄ光とＢｌｕｅ光とは２枚の透過型空間光変調器を交互に照明するため、この２枚の透過型空間光変調器間でのばらつきが均一化される。同公報に開示された技術によれば、通常の偏光変換装置を用いた照明装置の場合の単板式の約１.３倍の光利用効率の増加を実現できる(偏光変換装置のない照明装置の場合との比較では約２倍)。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、単板式の映像拡大装置では、単一の空間光変調器を用いるので空間光変調器間の光変調特性が色毎にばらつくことはないが、光利用効率が低下してしまうため、多板式の映像拡大装置を用いると、単一の空間光変調器の各画素間の光変調特性にばらつきを生じている場合、単一の空間光変調器により光変調された画像光であっても面内での輝度ムラや色ムラが生じてしまう。
【００１９】
また、多板式の映像拡大装置であっても、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光した照明光により映像光を生成する２板式の映像拡大装置のように、空間光変調器の数が分光数よりも少ない映像拡大装置では、各色の映像光を時間に応じて切り換え表示するために時間的なばらつきを生じ、表示する画像や視線等が大きく移動するような場合に表示画像が色分光して視認されるカラーブレイクが生じ易い。
【００２０】
これに対し、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光した照明光をそれぞれ対応する空間光変調器によって映像光とする３板式の映像拡大装置のように、空間光変調器の数が分光数と同等以上である映像拡大装置では、高い光利用効率を得ることができるが、空間光変調器間の光変調特性のばらつきによって生じる輝度のばらつきにより特定色の画像光の輝度が低下し、スクリーン等に投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生してしまう。
【００２１】
また、特開２００１−１８８２１４公報に開示された技術のような２板式の映像拡大装置では、２枚の透過型空間光変調器のそれぞれに対して、通常の単板式と同様に、色時分割した分光照明光を同じタイミングで順次照明することで、空間光変調器の偏光依存性による光利用効率の低減を改善するようにしているために、単板式を２倍にした２板式の映像拡大装置と原理的に同じであり、表示画像の時間的な均一性を改善することができず、画像品質の向上が困難であり、カラーブレイクが生じやすい。
【００２２】
さらに、特開２００１−８３４６１公報に開示された技術では、Ｒｅｄ光とＢｌｕｅ光とは２枚の透過型空間光変調器を交互に照明するため、この２枚の透過型空間光変調器間での光利用効率のばらつきが均一化されるが、Ｇｒｅｅｎ光は特定の空間光変調器のみを照射するため、この２つの空間光変調器に基づく画素単位での光利用効率の不均一さを何ら低減することができないので、分光数よりも多い４つの透過型空間光変調器を用いるにも拘わらず、残りの２つの空間光変調器による他の色となるＲやＢの画像との間に生じる輝度ムラや色ムラを低減することはできない。
【００２３】
本発明の目的は、多板式の映像拡大装置で、空間光変調手段間の光学特性のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を低減することである。
【００２４】
本発明の目的は、空間光変調手段数が分光数よりも少ない多板式の映像拡大装置で、表示画像におけるカラーブレイクの発生を低減することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の映像拡大装置は、照明光を出射する照明光学手段と、前記照明光学手段が出射する照明光を分光特性に応じて複数の分光照明光に分光する照明光分光手段と、複数のシャッタ素子を有して前記照明光分光手段が分光した分光照明光のそれぞれを、前記照明光分光手段が分光する分光照明光に応じて分割した映像情報に応じた映像光に光変調する複数の空間光変調手段と、前記照明光分光手段が分光した複数の分光照明光によって複数の前記空間光変調手段を同時に照明するとともに、照明に用いる分光照明光を少なくとも２つの前記空間光変調手段の間で単一のフレームを構成する複数のサブフレーム単位で周期的にスイッチングさせるスイッチング手段と、前記各空間光変調手段が光変調した映像光を拡大して被照射体に投射する像形成光学手段と、を具備する。
【００２６】
したがって、照明光学手段によって出射された照明光は、照明光分光手段によって分光特性に応じた複数の分光照明光に分光されて複数の空間光変調手段に照明され、複数の空間光変調手段によって照明光分光手段が分光する分光照明光に応じて分割した映像情報に応じた映像光に光変調される。このとき、スイッチング手段によって、複数の空間光変調手段が複数の分光照明光によって同時に照明されるとともに、照明に用いる分光照明光は少なくとも２つの空間光変調手段の間で単一のフレームを構成する複数のサブフレーム単位で周期的にスイッチングされるため、同一の分光特性を有する分光照明光が２つ以上の空間光変調手段によって映像光に光変調される。これにより、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる映像光の光利用効率を、スイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化することが可能になる。
【００２７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段を２つ備え、前記照明光分光手段は照明光を３つの分光照明光に分光し、前記スイッチング手段は３つの分光照明光を２つの前記空間光変調手段の間で周期的にスイッチングさせる。
【００２８】
したがって、３つに分光された分光照明光のうち２つの分光照明光が空間光変調手段の間で周期的にスイッチングされるため、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる映像光のうち２／３の映像光の光利用効率をスイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化することが可能になる。
【００２９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段を３つ以上備え、前記照明光分光手段は照明光を３つ以上の分光照明光に分光し、前記スイッチング手段は２つの分光照明光を前記空間光変調手段の間で周期的にスイッチングさせる。
【００３０】
したがって、３つに分光された全ての分光照明光が映像光とされ、このうち２つの分光照明光が周期的にスイッチングされるため、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる２つの映像光の光利用効率をスイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化するとともに、全ての照明光を映像光として単一の表示画像中に投射させることが可能になる。
【００３１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段によって得られる複数の映像光を合成する分光照明光合成手段を具備して、前記像形成光学手段は、前記分光照明光合成手段が合成した映像光を拡大した拡大像光を被照射体に投射する。
【００３２】
したがって、像形成光学手段の前段に分光照明光合成手段を設けることで、空間光変調手段に照明されるまでに経由する光路による映像光の偏光状態に拘わらず映像光を被照射体に拡大して投射することが可能になる。
【００３３】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段を３つ以上備え、前記照明光分光手段は照明光を３つ以上の分光照明光に分光し、前記スイッチング手段は全ての分光照明光によって前記空間光変調手段をそれぞれ同時に照明するとともに、この分光照明光によって照明される前記空間光変調手段の間で分光照明光を周期的にスイッチングさせる。
【００３４】
したがって、３つ以上に分光された全ての分光照明光が映像光とされ、分光照明光に照明される全ての空間光変調手段間で分光照明光が周期的にスイッチングされるため、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる全ての映像光の光利用効率をスイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化するとともに、各空間光変調手段の有する階調性を犠牲にすることなく、全ての照明光を映像光として単一の表示画像中に投射させることが可能になる。
【００３５】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一に記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段は、前記分光照明光を映像情報に応じて反射する反射型空間光変調手段である。
【００３６】
したがって、反射型空間光変調手段を用いた映像拡大装置で、請求項１ないし５のいずれか一に記載の発明の作用を得ることができる。
【００３７】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一に記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段は、前記分光照明光を映像情報に応じて反射する反射型空間光変調手段である。
【００３８】
したがって、透過型空間光変調手段を用いた映像拡大装置で、請求項１ないし５のいずれか一に記載の発明の作用を得ることができる。
【００３９】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか一に記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段は、強誘電性液晶を用いた空間光変調手段である。
【００４０】
したがって、従来の強誘電性液晶を用いた場合に基板間の狭セルギャップが不均一であるために問題となっている単一の空間光変調手段における各画素間の性能のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を低減することが可能になる。
【００４１】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか一に記載の映像拡大装置において、前記空間光変調素子と像形成光学手段との間に設けられて光軸をシフトする光軸シフト手段を具備する。
【００４２】
したがって、光軸シフトにより表示画像の高解像度化を図るようにした従来の映像拡大装置で問題となっている隣接画素間の輝度ムラや色ムラの発生を低減することが可能になる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態について図１および図２を参照して説明する。本実施の形態は、３つの反射型のライトバルブ(Light Valve：以降、ＬＶ)に対して、１つのＰＢＳ(Polarization Beam Spriter)と１つのダイクロイックプリズムを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【００４４】
図１は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。映像拡大装置１は、高圧水銀ランプ２およびガラス放物面鏡３によって実現される照明光学手段、色フィルタ４を備えている。高圧水銀ランプ２はＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色を含む白色光を放出し、ガラス放物面鏡３は高圧水銀ランプ２が放出した白色光を平行化し、色フィルタ３は平行化した白色光から不要波長領域を除去する。ガラス放物面鏡３には、図示しない誘電体層反射コーティングが施されている。色フィルタ４には、熱、紫外線、およびオレンジ領域の不要波長領域の光を除去する図示しない複数の誘電体反射コーティングが施してある。
【００４５】
また、映像拡大装置１は、第１および第２フライアイレンズ５ａ，５ｂとコンデンサレンズ８とによって構成されるホモジナイザ、第１および第２フライアイレンズ５ａ，５ｂとＰＢＳアレイ６とによって構成される偏光変換素子、照明光と画像光とを分離するＰＢＳ９、色分解合成用のダイクロイックプリズム１０を有している。ホモジナイザは、照明光学手段から出射される照明光から不要波長領域を除去した白色光の面積的な光強度分布を均一化し、偏光変換素子は作像用のＰＢＳ９へのＳ偏光照明の光の光利用効率を約１.５とする。
【００４６】
本実施の形態のダイクロイックプリズム１０は、特定の波長域を通過させ他の波長域を反射させるような対角面を２つ有しており、各対角面はそれぞれ異なる波長領域を反射させる。本実施の形態ではＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色を含む白色光から、Ｇｒｅｅｎ光を透過させＲｅｄ光を反射させる誘電体多層膜コーティングが施された対角面と、Ｇｒｅｅｎ光を透過させＢｌｕｅ光を反射させる誘電体多層膜コーティングが施された対角面との２つの対角面を有している。
【００４７】
ダイクロイックプリズム１０は、回転ステージ１１上に搭載され、回転ステージ１１の回転によって、１／６０秒毎に１／４回転ずつステップ的に回転する。本実施の形態のダイクロイックプリズム１０は、線対称であるため１／２回転周期となる。
【００４８】
さらに、映像拡大装置１は、空間光変調手段(反射型空間光変調手段)としての３つの反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを有している。公知の技術であるため説明を省略するが、本実施の形態の反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、電子回路を予め焼き付けたシリコンウェハに、ミラーを形成し、このシリコンウェハとガラスとの間に液晶を挟んだＬＣＯＳ(Liquid Crystal on Silicon)である。各反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。本実施の形態では、各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されている。このため、２つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／３０秒に設定される(図２参照)。
【００４９】
特に図示しないが、映像拡大装置１は、演算手段とメモリー手段とを有し、フレームの画像データをサブフレームに応じて分割する図示しない電気計算回路を備えている。反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、分割されたサブフレーム情報にしたがって、照明光をサブフレーム単位で光変調する。
【００５０】
加えて、映像拡大装置１は、スクリーン１３上に映像を拡大表示する拡大用の投射レンズ１４、映像が拡大されるスクリーン１３である。本実施の形態では、投射レンズ１４によって像形成光学手段が実現されている。特に図示していないが、映像拡大装置は、コントラスト確保のためのクリーナ偏光子を、作像系のＰＢＳ９の後段に有している。
【００５１】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出した光を、放物鏡３により平行化した後、色フィルタ４により不要波長領域を除去した光とする。その後、ホモジナイザによって面積的な光強度分布を均一化し、偏光変換素子によって作像系のＰＢＳ９へのＳ偏光照明の光の光利用効率を約１.５とした照明光を、ＰＢＳ９を介してダイクロイックプリズム１０に入射する。
【００５２】
ダイクロイックプリズム１０は、入射された照明光を、反射型ＬＶ１２ａに向けて反射する分光照明光Ａと、反射型ＬＶ１２ｂに向けて透過する分光照明光Ｂと、反射型ＬＶ１２ｃに向けて反射する分光照明光Ｃとの３つの分光照明光に分光する。各反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃに入射する分光照明光Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ対応する反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって、分光照明光Ａ，Ｂ，Ｃの色に応じた映像光に光変調され、投射レンズ１４を介して、スクリーン１３上に拡大投射される。
【００５３】
このように、３板式とすることで、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させるとともに、特定の色の分光照明光の輝度を低下させることなく、各分光照明光間の輝度および発色性を均一化した高精細な表示画像を得ることができる。
【００５４】
ここで、ダイクロイックプリズム１０の一方の対角面はＲｅｄ光を反射し、他方の対角面はＢｌｕｅ光を反射するため、回転ステージ１１を矢印方向にステップ的に回転させて、ダイクロイックプリズム１０を１／４回転ずつ回転させることにより、ダイクロイックプリズム１０の２つの対角面は、反射型ＬＶ１２ａおよびＰＢＳ９に対向する位置(図１中左上から右下への対角面)と、反射型ＬＶ１２ｂおよびＰＢＳ９に対向する位置(図１中右上から左下への対角面)とに交互に入れ替わる。これにより、ダイクロイックプリズム１０で反射されて反射型ＬＶ１２ａを照明する分光照明光Ａと、ダイクロイックプリズム１０で反射されて反射型ＬＶ１２ｂを照明する分光照明光Ｃとを、図２に示すように、Ｒｅｄ光とＢｌｕｅ光とに交互に入れ替え、反射型ＬＶ１２ａと反射型ＬＶ１２ｃとをＲｅｄ光とＢｌｕｅ光とによって交互に照明することができる。以降、反射型ＬＶ１２ａ，１２ｃを照明する分光照明光Ａ，ＣをＲｅｄ光とＢｌｕｅ光とに入れ替える動作をスイッチングとする。ここに、スイッチング手段が実現されている。
【００５５】
このとき、反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、ダイクロイックプリズム１０の回転による分光照明光Ａ，Ｃのスイッチングと同じ１／６０秒の周期で入射される分光照明光Ａ，Ｂ，Ｃをサブフレーム単位で映像光に光変調する。本実施の形態の、ダイクロイックプリズム１０は１／２回転周期を有しているため、回転ステージ１１の回転によりダイクロイックプリズム１０を１回転させると、２フレーム分の画像を光変調することができる。
【００５６】
ところで、３つの反射型ＬＶと、１つのＰＢＳと１つのダイクロイプリズムとを用いた従来の３板式の映像拡大装置では、それぞれの反射型ＬＶに対してＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色のうちのいずれか１色をそれぞれ対応させて照明させるため、３つの反射型ＬＶの実効反射率の違いにより光利用効率にばらつきを生じ、輝度や発色性が色毎にばらついて、スクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラを発生させてしまう。また、単一の反射型ＬＶであっても、反射型ＬＶを構成する各画素の光変調面内での反射角度が不均一であると、輝度や発色性が単一の光変調面内でばらついて、スクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラを発生させてしまう。
【００５７】
これに対し、本実施の形態では、ダイクロイックプリズム１０を回転させることで、反射型ＬＶ１２ａと反射型ＬＶ１２ｃとをＲｅｄ光とＢｌｕｅ光とによって交互に照明することができるので、２つの反射型ＬＶ１２ａ，１２ｃによって得られるＲｅｄおよびＢｌｕｅの映像光の光利用効率を２つの反射型ＬＶ１２ａ，１２ｃ間で平均化することができる。
【００５８】
これにより、各色の分光照明光を単一の反射型ＬＶでそれぞれ光変調する場合と比較して、反射型ＬＶ１２ａと反射型ＬＶ１２ｃとの間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ１２ａ，１２ｃにおける各画素の光変調面内での反射角度のばらつきによって、スクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することを低減し、表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【００５９】
ここで、ダイクロイックプリズム１０の対角面はいずれもＧｒｅｅｎ光を透過させるため、反射型ＬＶ１２ｂには、常にＧｒｅｅｎ光が入射されるが、３つの反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃのうちＲｅｄおよびＢｌｕｅの２つの分光照明光を平均化することで、Ｇｒｅｅｎ光による輝度ばらつきや色ムラは実用上無視できるようになり、輝度ムラや色ムラが生じる割合を１／３程度に低減することができる。
【００６０】
なお、反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃにおけるサブフレーム光変調、および、ダイクロイックプリズム１０の回転に際しては、機械的な高速応答が要求されるため、反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを小型化し、小型の反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対して小型のダイクロイックプリズム１０を用いることが好ましい。このとき、ダイクロイック板や回折格子等を利用することで、反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよびダイクロイックプリズム１０の小型化を図ることも効果的である。
【００６１】
次に、本発明の第二の実施の形態について図３および図４を参照して説明する。本実施の形態は、２つの反射型ＬＶを有する２板式の映像拡大装置への適用例を示す。なお、第一の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。以下、同様とする。
【００６２】
図３は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置２０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(反射型空間光変調手段)としての２つの反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂと、ＰＢＳ２２と、色選択性偏光板２３と、を有している。本実施の形態では、ＰＢＳ２２と色選択性偏光板２３とによって照明光分光手段が実現されている。
【００６３】
反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂは、フレームを３つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。本実施の形態では、各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されている。このため、３つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／２０秒に設定される。
【００６４】
ＰＢＳ２３は、Ｐ偏光(図３中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図３中紙面平行方向)を透過する偏光面を有している。
【００６５】
色選択性偏光板２３は、特定波長領域の偏光をそのまま透過し、別の特定波長領域の偏光を選択的に回転させ、また別の特定波長領域の光を選択的に消光(吸収)する光学特性を有する消光する。これにより、コンデンサレンズ８を介して出射される白色光に含まれるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色のうち、１つの色の分光照明光を選択的に偏光回転させずに透過させ、別の色の１つの色の照明光を選択的に偏光回転させて透過させ、残りの１つの色の照明光を選択的に消光(吸収)することが可能になる。
【００６６】
本実施の形態の色選択性偏光板２３の光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御によって切り換えることが可能である。以降、光学特性の切り換えが可能な色選択性偏光板２３を、本実施の形態では、アクティブな色選択性偏光板２３とする。また、アクティブな色選択性偏光板２３が、選択的に偏光回転して透過させる光、選択的に偏光回転せずに透過させる光、選択的に消光(吸収)させる光を切り換える動作をスイッチングとする。本実施の形態では、色選択性偏光板２３による光学特性のスイッチング周期が、１／６０秒に設定されている。
【００６７】
色選択性偏光板２３は、例えば、複数枚の位相差板と液晶セル(いずれも図示せず)とを組み合わせることにより構成することが可能である。詳細な図示を省略するが、本実施の形態では、特定の波長領域の照明光を選択的に偏光回転するλ／４波長板として作用させるカラーセレクト(商品名：カラーリンク社／米国)を位相差板とし、表面安定化した強誘電性液晶を液晶セルとする色選択性偏光板２３を用いることにより構成されている。
【００６８】
なお、色選択性偏光板２３は、これに限るものではなく、例えば、液晶セルにネマチック液晶のπセルを用いたカラースイッチ(商品名：カラーリンク社／米国)によって代用することも可能である。
【００６９】
また、色選択性偏光板２３は、複数枚の位相差板と液晶セルとに加えて、通常の偏光子を組み合わせてさらに多段で構成することも可能である。
【００７０】
加えて、色選択性偏光板２３は、公知の回転フィルタを用いたものや、液晶を用いて回折格子を実現するものであってもよい。
【００７１】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出してガラス放物面鏡３により平行化し、色フィルタ４により不要波長領域を除去された光を、ホモジナイザによって面積的光強度分布を均一化し、偏光変換素子によってＳ偏光照明の光の光利用効率を約１.５にした状態で、色選択性偏光板２３に入射する。
【００７２】
色選択性偏光板２３は、入射された照明光のうち、１つの色の照明光を選択的に消光(吸収)するとともに、残り２色の分光照明光のうち一方をＰ偏光に回転させて色選択性偏光板２３を透過させ、ＰＢＳ２２に入射する。ＰＢＳ２２は、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を反射型ＬＶ２１ａに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を反射型ＬＶ２１ａに向けて透過する。各反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂに入射する分光照明光は、それぞれ対応する反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調され、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００７３】
ここで、色選択性偏光板２３の光選択性を図４に示すように周期的にスイッチングさせることにより、ＰＢＳ２２で反射する分光照明光とＰＢＳ２２で透過する分光照明光とを周期的に入れ替え、反射型ＬＶ２１ａと反射型ＬＶ２１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。
【００７４】
例えば、図４に示すように、フレーム１のサブフレーム１における色選択性偏光板２３のスイッチング状態が、Ｒｅｄ光の偏光をＰ偏光に回転させ、Ｇｒｅｅｎ光をＳ偏光のままとして、Ｂｌｕｅ光を消去させるような状態である場合、Ｐ偏光に回転されたＲｅｄ光は反射型ＬＶ２１ａに入射され、Ｓ偏光のままのＧｒｅｅｎ光が反射型ＬＶ２１ｂに入射される。
【００７５】
この状態から、Ｒｅｄ光を消去させ、Ｇｒｅｅｎ光の偏光をＰ偏光に回転し、Ｂｌｕｅ光をＳ偏光のままとするように色選択性偏光板２３をスイッチングさせると、Ｐ偏光に回転されたＧｒｅｅｎ光が反射型ＬＶ２１ａに入射され、偏光されずに透過されたＢｌｕｅ光が反射型ＬＶ２１ｂに入射される。
【００７６】
続いて、Ｒｅｄ光をＳ偏光のままととし、Ｇｒｅｅｎ光を消去させ、Ｂｌｕｅ光の偏光をＰ偏光に回転するように色選択性偏光板２３をスイッチングさせると、Ｐ偏光に回転されたＢｌｕｅ光が反射型ＬＶ２１ａに入射され、偏光されずに透過されたＲｅｄ光が反射型ＬＶ２１ｂに入射される。
【００７７】
本実施の形態では、照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つの分光照明光に分光しているため、上述の状態から色選択性偏光板２３をまたさらにスイッチングさせることにより、図４中フレーム１のサブフレーム１に示す初期状態に戻り、Ｒｅｄ光の偏光をＰ偏光に回転させ、Ｇｒｅｅｎ光をＳ偏光のままとして、Ｂｌｕｅ光を消去させるようになる。
【００７８】
なお、図４では、色選択性偏光板２３の作用によって偏光回転されずに透過される光を図４中上下方向の矢印で示し、色選択性偏光板２３の作用によって偏光回転されて透過される光を「・」で示し、色選択性偏光板２３の作用によって消光される光を「×」で示す。図４中フレーム１のサブフレーム１は、図３で示す偏光状態を示している。
【００７９】
このように、色選択性偏光板２３の光学特性を周期的にスイッチングさせることで、反射型ＬＶ２１ａと反射型ＬＶ２１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができるので、２つの反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂによって得られるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光の光利用効率を２つの反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂ間でそれぞれ平均化することができる。
【００８０】
これにより、反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂにおける各画素の光変調面内での反射角度のばらつきによって、スクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に関して低減し、表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【００８１】
また、スクリーンに投射される表示画像には、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光した分光照明光のうち、光利用効率を平均化した２つの分光照明光が含まれているため、単板式の映像拡大装置と比較して、光利用効率の向上および高解像度化を図るとともに、時間的な均一性を改善してカラーブレイクの発生を抑制することができる。
【００８２】
ところで、サブフレームの切り換えに際して、サブフレーム間に生じる映像光のクロストークを減じるためには、反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂの液晶における応答速度を１００μｓｅｃ以下にすることが好ましいとされるが、実際には、色選択性偏光板２３が有する液晶の応答速度を１００μｓｅｃ以下にした場合にも、サブフレーム周波数によっては若干のサブフレーム間のクロストークが生じる場合がある。
【００８３】
これに対し、サブフレームの切り換え光変調に際して、フレーム内での色バランスが均一になるように、クロストークが生じる期間である液晶の応答時間中に、反射型ＬＶ２１ａまたは２１ｂの全面を黒表示状態とするタイミングを設けることにより、サブフレーム間のクロストークを低減することができる。
【００８４】
この黒表示のタイミングは、数フレーム間に亘って変化させて混在させてもよいし、サブフレーム自体をさらに小さなサブフレームに分割し、この小さなサブフレームの順序を変化させて間に黒表示画像を表示させるようにしてもよい。これにより、周期的な画像情報の変化によって生じる、フリッカ、カラーブレイク、擬的動画像等の不具合をより減少させることができる。
【００８５】
また、本実施の形態では、照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色に分光させたが、これに限るものではなく、照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ，Ｗｈｉｔｅの４色に分光させ、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ，Ｗｈｉｔｅを１周期として、色選択性偏光板２３の光学特性をスイッチングさせるようにしてもよい。これにより、色再現性が若干低下するが、光利用効率を大きく向上させることができる。なお、照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ，Ｗｈｉｔｅの４色に分光させる場合、１フレームを４つのサブフレームによって構成する。
【００８６】
次に、本発明の第三の実施の形態について図５および図６を参照して説明する。本実施の形態は、映像拡大装置への適用例を示す。３つの反射型ＬＶを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【００８７】
図５は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置３０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(反射型空間光変調手段)としての３つの反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、４つのＰＢＳ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄと、３つのアクティブな色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃとを有する。本実施の形態では、ＰＢＳ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと色選択性偏光板３３ａ，３３ｂとによって照明光分光手段が実現されている。
【００８８】
本実施の形態の演算手段とメモリー手段とは、図示しない電気計算回路によってフレームの画像データを２つまたは３つのサブフレームに分割する。このため、反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、サブフレームの分割数にしたがって、入射光を光変調して映像光を生成する。各サブフレーム周期は、１／６０秒に設定されている。
【００８９】
ＰＢＳ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、それぞれ、Ｐ偏光(図５中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図５中紙面平行方向)を透過する偏光面を有している。
【００９０】
色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、上述と同様に、複数枚の位相差板と液晶セルとを組み合わせることによって構成されており、入射される光の分光特性に応じて特定波長領域の偏光を選択的に回転する。これにより、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅのうちのいずれか１色の偏光を回転することが可能になる。色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃの光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御により、周期的にスイッチングさせることが可能である。本実施の形態では、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃのスイッチング周期は、１／６０秒に設定されている。
【００９１】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出してガラス放物面鏡３により平行化し、色フィルタ４により不要波長領域を除去した光を、ホモジナイザによって面積的強度分布を均一化し、偏光変換素子によってＳ偏光照明の光利用効率を１.５にした状態で、色選択性偏光板３３ａに入射する。
【００９２】
色選択性偏光板３３ａは、入射された照明光のうち、１つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて、ＰＢＳ３２ａに入射する。ＰＢＳ３２ａは、入射された照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光をＰＢＳ３２ｃに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を色選択性偏光板３３ｂに向けて透過する。ＰＢＳ３２ｃに入射した分光照明光は、Ｐ偏光であるため、ＰＢＳ３２ｃで反射型ＬＶ３１ａに向けて反射され、反射型ＬＶ３１ａによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。光変調された映像光は、Ｓ偏光であるため、ＰＢＳ３２ｃ，３３ｄを透過して、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００９３】
色選択性偏光板３３ｂに入射した分光照明光は、色選択性偏光板３３ｂにより一方の偏光がＰ偏光に回転されて、ＰＢＳ３２ｂに入射する。ＰＢＳ３２ｂは、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を反射型ＬＶ３１ｂに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を反射型ＬＶ３１ｃに向けて透過する。反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃに入射する分光照明光は、それぞれ対応する反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調されて、色選択性偏光板３３ｃに入射される。色選択性偏光板３３ｃに入射された分光照明光は、Ｓ偏光をＰ偏光に回転されてＰＢＳ３２ｄに入射される。ＰＢＳ３２ｄは入射されたＰ偏光は、偏光面で反射され、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００９４】
ここで、制御回路の動作によって２つの色選択性偏光板３３ａ，３３ｂの光学特性を図６に示すようにスイッチングすることにより、３つの反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを照明する分光照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。このとき、２つの色選択性偏光板３３ａ，３３ｂのスイッチング動作に合わせて、図６に示すように、色選択性偏光板３３ｃの光学特性をスイッチングさせることにより、色選択性偏光板３３ｃを介してＰＢＳ３２ｄに入射する光を全てＰ偏光として、ＰＢＳ３２ｄの偏光面で反射して投射レンズ１４へ入射させることができる。
【００９５】
このように、３板式とすることで、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させるとともに、特定の色の分光照明光の輝度を低下させることなく、各分光照明光間の輝度および発色性を均一化した高精細な表示画像を得ることができる。
【００９６】
また、２つの反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃに関しては、光路を重複させることが可能になるため、表示画像品質の面内均一性の向上を図るとともに、各色に対してそれぞれ独立した光路を設ける構造の従来の３板式の映像拡大装置と比較して、部品点数を低減し、低コスト化を図ることができる。
【００９７】
ところで、本実施の形態では、１フレームを２つのサブフレームによって構成するか、３つのサブフレームによって構成するかによって、色選択性偏光板の光学特性を、図６(ａ)，(ｂ)に示すように、２パターンに調整することが可能である。例えば、１フレームを２つのサブフレームによって構成する場合、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃの光学特性を図６(ａ)に示すようにスイッチングさせることにより、反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。
【００９８】
このように、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃの光学特性をスイッチングさせることで、反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを照明する分光照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングさせることができるので、３つの反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃによって得られるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光の光利用効率を３つの反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ間でそれぞれ平均化することができる。
【００９９】
これにより、３板式とすることで光利用効率の向上を図るとともに、３つの反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃにおける各画素の光変調面内での反射角度のばらつきによってスクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの全ての分光照明光に関して低減し、表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０１００】
また、例えば、１フレームを３つのサブフレームによって構成する場合、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃの光学特性を図６(ｂ)に示すようにスイッチングさせる。このとき、色選択性偏光板３３ａは実質的には動作しないので、３つの反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃを照明する分光照明光を、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２つの分光照明光によって交互にスイッチングすることができる。
【０１０１】
このように、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃの光学特性をスイッチングさせることで、反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃを照明する分光照明光をＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色に交互にスイッチングさせることができるので、３つの反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃによって得られるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光うち、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色映像光の光利用効率を２つの反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃ間で平均化することができる。
【０１０２】
これにより、３板式とすることで光利用効率の向上を図るとともに、２つの反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃにおける各画素の光変調面内での反射角度のばらつきによってスクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の分光照明光に関して低減し、輝度の面内ばらつきや色ムラが発生する比率を１／３に低減して表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０１０３】
なお、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃの光学特性を図６(ｂ)に示すようにスイッチングさせる場合、色選択性偏光板３３ａは実質的に動作しないので、色選択性偏光板３３ａを上述したカラーセレクトに交換することが可能である。これによって、映像拡大装置の低コスト化を図ることができる。
【０１０４】
加えて、図６(ｂ)では、サブフレーム数を３から２に減少できるので、サブフレームの切り換え時に生じるコントラストの低下、または、これを黒表示とした場合の全白輝度の低減等を改善することができる。
【０１０５】
なお、図５に示す構成を有する映像拡大装置では、サブフレームの切り換えを図６(ａ)または(ｂ)のいずれか一方に限るものではなく、構成上は、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃを全てアクティブとし、図６(ａ)に示す動作モードと(ｂ)に示す動作モードとを切り換える手段を設けるようにしてもよい。これにより、図６(ｂ)に示す動作モードでは、サブフレーム数を３から２に減少できるので、サブフレームの切り換え時に生じるコントラストの低下を抑制することができる。また、図６(ｂ)に示す動作モードでは、サブフレームの切り換えに際しての映像光のクロストークを低減するために、サブフレームの切り換えに際して反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ全面を黒表示とするタイミングを設ける場合にも、全白輝度の低下を抑制することができる。
【０１０６】
なお、ＰＢＳは、グリッドワイヤ格子を用いた反射型偏光板を用いてもよい、また、作像系以外のＰＢＳであれば、より軽量で低コストの立方体型ではない平板型の偏光分光板を用いてもよい。
【０１０７】
次に、本発明の第四の実施の形態について図７および図８を参照して説明する。本実施の形態の映像拡大装置は、３つの反射型ＬＶを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１０８】
図７は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置４０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(反射型空間光変調手段)としての３つの反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、３つのＰＢＳ４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、２つの色選択性偏光板４３ａ，４３ｂと、分光照明光合成手段としての複合機能プリズム(ダイクロイックプリズム兼ＰＢＳ)４４と、リレーレンズ４４と、偏光分光板４５ａ，４５ｂと、誘電体反射ミラー４６とが設けられている。本実施の形態では、ＰＢＳ４２ａ，４２ｂ，４２ｃと色選択性偏光板４３ａ，４３ｂと偏光分光板４５ａ，４５ｂとによって照明光分光手段が実現されている。
【０１０９】
反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、フレームを３つに分割したサブフレーム単位で入射光を光変調して映像光を生成する。本実施の形態では、各サブフレーム期間は、１／６０秒に設定されている。このため、３つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／２０秒に設定される。
【０１１０】
ＰＢＳ４２ａ，４２ｂ，４２は、Ｐ偏光(図７中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図７中紙面平行方向)を透過する偏光面を有している。
【０１１１】
色選択性偏光板４３ａ，４３ｂは、上述と同様に、複数枚の位相差板と液晶セルとを組み合わせることによって構成されており、入射される光の分光特性に応じて特定波長領域の偏光を選択的に回転する。これにより、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅのうちのいずれか２色の偏光を回転することが可能になる。色選択性偏光板４３ａ，４３ｂの光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御により、周期的にスイッチングさせることが可能である。本実施の形態では、色選択性偏光板４３ａ，４３ｂのスイッチング周期は、１／６０秒に設定されている。
【０１１２】
複合機能プリズム４４は、Ｒｅｄ光を反射しＧｒｅｅｎ光，Ｂｌｕｅ光を透過する誘電体多層膜を一方の対角面に有し、偏光方向に応じて透過／反射により入射光を分光する偏光分光膜を他方の対角面に有しており、ダイクロイックプリズムとしての機能とＰＢＳとしての機能とを有する。これにより、複合機能プリズム４４に入射された光は、投射レンズ１４へ向けて出射される。
【０１１３】
リレーレンズ４４は、正のパワーのレンズ４４ａ，４４ｂを組み合わせて構成されている。
【０１１４】
加えて、偏光分光板４５ａ，４５ｂは、Ｐ偏光(図７中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図７中紙面平行方向)を透過する。
【０１１５】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出してガラス放物面鏡３により平行化を、色フィルタ４により不要波長を除去した光を、ホモジナイザによって面積的光強度分布を均一化し、偏光変換素子によってＳ偏光照明の光利用効率を１.５にした状態で、色選択性偏光板４３ａに入射する。
【０１１６】
色選択性偏光板４３ａは、入射された照明光のうち、２つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて透過する。これにより、色選択性偏光板４３ａを透過した照明光は、偏光分光板４５ａによって偏光分光され、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光が、誘電体反射ミラー４６、リレーレンズ４４を介して、ＰＢＳ４２ｃに入射される。ＰＢＳ４２ｃは、入射されたＳ偏光の光を反射型ＬＶ３１ａに向けて透過する。反射型ＬＶ３１ａに入射したＳ偏光は、反射型ＬＶ３１ａで分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。
【０１１７】
色選択性偏光板４３ａによって反射された光は、色選択性偏光板４３ｂによって一方をＳ偏光に回転して偏光分光板４５ｂに入射することにより、ＰＢＳ４２ｂに向けて反射する分光照明光と、ＰＢＳ４２ｃに向けて透過する光とに分光される。ＰＢＳ４２ｂに入射した分光照明光は、Ｐ偏光であるため、ＰＢＳ４２ｂで反射型ＬＶ４１ｂに向けて反射され、反射型ＬＶ４１ｂによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。また、ＰＢＳ４２ｃに入射した分光照明光は、Ｓ偏光であるため、ＰＢＳ４２ｃで反射型ＬＶ４１ｃに向けて反射され、反射型ＬＶ４１ｃによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。
【０１１８】
反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃで光変調された映像光は、いずれも複合機能プリズム４４に入射し、複合機能プリズム４４で複合されて投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【０１１９】
ここで、制御回路の動作によって２つの色選択性偏光板４３ａ，４３ｂの光学特性を図８に示すようにスイッチングすることにより、３つの反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。
【０１２０】
本実施の形態では、色選択性偏光板４３ａは実質的に動作しないので、３つの反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃのうち２つの反射型ＬＶ４１ｂ，４１ｃを照明する分光照明光を、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色で交互にスイッチングすることができる。
【０１２１】
このように、３板式とすることで、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させるとともに、特定の色の分光照明光の輝度を低下させることなく、各分光照明光間の輝度および発色性を均一化した高精細な表示画像を得ることができる。
【０１２２】
また、色選択性偏光板４３ｂの光学特性をスイッチングさせることで、反射型ＬＶ４１ｂ，４１ｃを照明する分光照明光をＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色で交互にスイッチングさせることができるので、３つの反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃによって得られるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光のうち、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の分光照明光を２つの反射型ＬＶ４１ｂ，４１ｃ間で平均化することができる。
【０１２３】
これにより、３板式とすることで光利用効率の向上を図るとともに、３つの反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃにおける各画素の光変調面内での反射角度のばらつきによってスクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の分光照明光に関して低減し、輝度の面内ばらつきや色ムラが発生する比率を１／３に低減して表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０１２４】
本実施の形態では、反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃの後段に、Ｒｅｄ光を反射しＧｒｅｅｎ光，Ｂｌｕｅ光を透過する誘電体多層膜を一方の対角面に有し、偏光方向に応じて透過／反射により入射光を分光する偏光分光膜を他方の対角面に有する複合機能プリズム４４を設けたので、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の映像光の偏光方向に拘わらず、Ｒｅｄの映像光を投射レンズ１４に向けて常に反射するとともにＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の映像光を投射レンズ１４に向けて照射することができる。
【０１２５】
なお、本実施の形態では、照明系部分である偏光分光板４５ａ，４５ｂに平面型の偏光分光板を用いるようにしたが、これに限るものではなく、例えば、立方体型のＰＢＳを用いてもよいし、ワイヤグリッド偏光子を用いても良い。
【０１２６】
また、照明光にレーザやＬＥＤまたは狭帯域フィルタ用いた放電ランプのような各色の波長帯域の狭いものを用いた場合、ダイクロイックプリズムとしての機能とＰＢＳとしての機能とを有する複合機能プリズム４４に代えて、ＰＢＳの多層膜をこれらに最適に設計してクロスのＰＢＳにしても、良好な効率で投射レンズに取り入れることができる。
【０１２７】
加えて、本実施の形態では、４３ａにアクティブな色選択性偏光板を用いるようにしたが、これに限るものではなく、本実施の形態のように固定的な動作を行なう場合には、単なるカラーセレクトを用いても良い。
【０１２８】
また、本実施の形態では、図８に示すように、Ｒｅｄ色の照明光によって反射型ＬＶ４１を常に照明するようにしたが、これにより、比視感度の高いＧ色と色差感度の高い青色の２色の組の照明光を２つの反射型ＬＶ４１ａに時間的に分散平均化することが可能になるので、３色の分光照明光のうちの２色を交互にスイッチングした場合にも、色ムラと輝度ばらつきを効果的に抑制できる。
【０１２９】
なお、反射型ＬＶ４１ａを常に照明する照明光はＲｅｄ色に限るものではなく、例えば、映像情報の種類によって、Ｂｌｕｅ色またはＧｒｅｅｎ色のどちらかによって反射型ＬＶ４１ａを常に照明するよう方が効果的な場合もある。
【０１３０】
次に、本発明の第五の実施の形態について図９および図１０を参照して説明する。本実施の形態は、４つの反射型ＬＶを有する４板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１３１】
図９は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置５０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(反射型空間光変調手段)としての４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄと、４つのＰＢＳ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄと５つのアクティブな色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅとを有している。本実施の形態では、ＰＢＳ５２ａ，５２ｂ，５２ｃと色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ，５３ｄとによって照明光分光手段が実現されている。
【０１３２】
反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、フレームを４つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されている。このため、４つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／１５秒に設定される。フレーム期間は、反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの設計、周辺電気回路の設計により、１／４倍以上の１／６０秒以下とすることは、比較的容易であり、好ましい。
【０１３３】
本実施の形態の映像拡大装置は、１フレームを４つのサブフレームによって構成しているため、１フレーム周期が長い。このため、比較的暗い室内でスクリーン輝度を小さくして使用する方がフリッカの発生を抑制できるので好ましい。
【０１３４】
ＰＢＳ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、Ｐ偏光(図９中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図９中紙面平行方向)を透過する偏光面を有している。ＰＢＳ５２ｄは、映像光合成用のＰＢＳである。
【０１３５】
色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅは、上述と同様に、複数枚の位相差板と液晶セルとを組み合わせることによって構成されており、入射される光の分光特性に応じて特定波長領域の偏光を選択的に回転する。これにより、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅのうちの特定色の偏光を回転することが可能になる。色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅの光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御により、周期的にスイッチングさせることが可能である。本実施の形態では、色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅのスイッチング周期は、１／６０秒に設定されている。
【０１３６】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出してガラス放物面鏡３により平行化を、色フィルタ４により不要波長を除去した光を、ホモジナイザによって面積的光強度分布を均一化し、偏光変換素子によってＳ偏光照明の光利用効率を１.５にした状態で、色選択性偏光板５３ａに入射する。
【０１３７】
色選択性偏光板５３ａは、入射された照明光のうち、１つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて透過して、ＰＢＳ５２ｂに入射する。ＰＢＳ５２ｂは、入射された照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光は、色選択性偏光板５３ｄ、ＰＢＳ５２ｃを介して、反射型ＬＶ５１ａに入射し、反射型ＬＶ５１ａによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調され、色選択性偏光板５３ｅ、ＰＢＳ５１ｄ、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【０１３８】
一方、ＰＢＳ５２ｂは、入射された照明光のうち、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を透過させて、色選択性偏光板５３ｂに入射する。色選択性偏光板５３ｂは、入射された分光照明光の一方の偏光をＰ偏光に回転して、ＰＢＳ５２ｂに入射する。ＰＢＳ５２ｂは、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を反射型ＬＶ５１ｂに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を反射型ＬＶ５１ｃに向けて透過する。反射型ＬＶ５１ｂ，５１ｃに入射する分光照明光は、それぞれ対応する反射型ＬＶ５１ｂ，５１ｃによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調されて、色選択性偏光板５３ｃに入射される。色選択性偏光板５３ｃに入射された分光照明光は、Ｓ偏光をＰ偏光に回転されてＰＢＳ５２ｄに入射される。ＰＢＳ５２ｄに入射されたＰ偏光は、偏光面で反射され、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【０１３９】
ここで、制御回路の動作によって５つの色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅの光学特性を図１０に示すようにスイッチングさせることにより、４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを照明する分光照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。
【０１４０】
このように、４板式とすることで、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させるとともに、特定の色の分光照明光の輝度を低下させることなく、各分光照明光間の輝度および発色性を均一化した高精細な表示画像を得ることができる。
【０１４１】
また、色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅの光学特性を周期的にスイッチングさせることで、反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができるので、４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄによって得られるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光の光利用効率を４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ間でそれぞれ平均化することができる。
【０１４２】
これにより、より多くの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄによって映像光の光利用効率を平均化することができるので、反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄにおける各画素の光変調面内での反射角度のばらつきによって、スクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に関して一層低減し、表示画像品質の面内均一性の向上を効果的に図ることができる。
【０１４３】
本実施の形態の映像拡大装置では、反射型ＬＶ５１ａにＲｅｄ，反射型ＬＶ５１ｂにＧｒｅｅｎ、反射型ＬＶ５１ｃにＢｌｕｅ色の分光照明光を入射させ、反射型ＬＶ５１ｄは無照明の状態としたが、反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂおよび反射型ＬＶ５１ｃ，５１ｄはそれぞれ対称的な位置関係にあるため、色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅの光学特性を対称的にスイッチングさせて偏光特性を反対にすることにより、例えば、ＡにＧｒｅｅｎ、ＢにＲｅｄ、Ｃに無照明、ＤはＢｌｕｅの状態にすることもできる。
【０１４４】
これ以外にも、それぞれ適切に偏光回転させる色と偏光回転させない色を、３つの色選択性偏光板の条件を変化させるだけで、自由にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの間で選択することもできる。
【０１４５】
これを利用して、反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを照明するＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの分光照明光および無照明の状態で周期的にスイッチングすることにより、４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄのうちのいずれの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄをいずれの色の分光照明光によって照明した場合にも、光利用効率を平均化した全ての映像光をスクリーン上に重ねあわせて拡大投射することができる。
【０１４６】
また、２フレームを使用して、フレーム１のサブフレーム１でＲｅｄ色照明光をＡに照明し、フレーム２のサブフレーム１で、フレーム１と異ならせてＲｅｄ色照明光をＤに照明することで、Ｒ照明光を４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄに照明することもでき、これらの動作は他の色でも同様に２フレーム単位で動作できる。このため、４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを用いて光変調を行なっていることになるので、個々の反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの面内および反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ間での光利用効率つまりは実効反射率、さらにこの角度特性の不均一さに起因する、輝度の面内ばらつき、色ムラを、４つのうちの４つ全ての反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄで平均化することで完全に解消することができる。
【０１４７】
また、図９において、図示はしていないが、色選択性偏光板５３ｄ，５３ｅと映像光合成用のＰＢＳ５２ｄとの間に、通常の偏光子をクリーナとして挿入することにより、コントラストの増加を図ることができる。
【０１４８】
次に、本発明の第六の実施の形態について図１１および図１２を参照して説明する。本実施の形態は、２つの透過型ＬＶを有する２板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１４９】
図１１は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置６０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(透過型空間光変調手段)としての２つの透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂと、ＰＢＳ６２と、アクティブな色選択性偏光板６３と、偏光分光板６４と、誘電体反射ミラー６５ａ，６５ｂとを有している。本実施の形態では、色選択性偏光板６３と偏光分光板６４とによって照明光分光手段が実現されている。
【０１５０】
透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂは、高温ポリシリコンＴＦＴによるＴＮ液晶方式の透過型ＬＶである。透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。サブフレーム期間は１／６０秒に設定されており、このため１フレーム期間は１／２０秒に設定される。
【０１５１】
ＰＢＳ６２は、Ｐ偏光(図１１中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図１１中紙面平行方向)を透過する偏光面を有している。
【０１５２】
偏光分光板６４は、Ｐ偏光(図１１中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図１１中紙面平行方向)を透過する。
【０１５３】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出した光を、ガラス放物面鏡３により平行化した後、色フィルタ４により不要波長領域を除去した光とする。その後、ホモジナイザによって面積的な光強度分布を均一化し、偏光変換素子によって作像系のＰＢＳ９へのＳ偏光照明の光の光利用効率を約１.５とした照明光を、色選択性偏光板６３に入射する。
【０１５４】
色選択性偏光板６３は、入射された照明光のうち、１つの色の照明光を選択的に消光(吸収)するとともに、残り２色の分光照明光のうち一方をＰ偏光に回転させて色選択性偏光板２３を透過して、偏光分光板６４に入射する。偏光分光板６４は、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を誘電体反射ミラー６５ｂを介して透過型ＬＶ６１ａに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を誘電体反射ミラー６５ａを介して透過型ＬＶ６１ｂに向けて透過する。
【０１５５】
各透過型ＬＶ６１ａ，６１ｂに入射する分光照明光は、各透過型ＬＶ６１ａ，６１ｂを透過する際にそれぞれ対応する透過型ＬＶ６１ａ，６１ｂによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調され、ＰＢＳ６２、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【０１５６】
ここで、色選択性偏光板６３の光選択性を図１２に示すように周期的にスイッチングさせることにより、偏光分光板６４で反射する分光照明光と偏光分光板６４で透過する分光照明光とを周期的に入れ替え、透過型ＬＶ６１ａと透過型ＬＶ６１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。
【０１５７】
このように、色選択性偏光板６３の光選択性を周期的にスイッチングさせることで、透過型ＬＶ６１ａと透過型ＬＶ６１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができるので、２つの透過型ＬＶ６１ａ，６１ｂによって得られるＲｅｄおよびＢｌｕｅの映像光の光利用効率を２つの透過型ＬＶ６１ａ，６１ｂ間で平均化することができる。
【０１５８】
これにより、各色の分光照明光を単一の反射型ＬＶでそれぞれ光変調する場合と比較して、透過型ＬＶ６１ａと透過型ＬＶ６１ｂとの間の光利用効率のばらつきや、個々の透過型ＬＶ６１ａ，６１ｃにおける各画素の光変調面内での透過率のばらつきによって、スクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することを低減し、表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０１５９】
なお、照明光を色に応じて偏光分光するアクティブな色選択性偏光板６３として、ホログラフィック回折格子を有する高分子分散型液晶(ＨＰＤＬＣ)素子を多段で用いても、同様に、２つの透過型ＬＶに対して周期的にすべての照明光を照射することができる。
【０１６０】
次に、本発明の第七の実施の形態について図１３および図１４を参照して説明する。本実施の形態は、３つの透過型ＬＶを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１６１】
図１３は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置７０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(透過型空間光変調手段)としての３つの透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃと、分光照明光合成手段としての複合機能プリズム７２と、アクティブな色選択性偏光板７３と、偏光分光板７４と、誘電体反射ミラー７５ａ，７５ｂ，７５ｃと、ダイクロイックミラー７６とを有している。本実施の形態では、色選択性偏光板７３と偏光分光板７４とによって照明光分光手段が実現されている。
【０１６２】
透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されており、このためフレーム期間は１／３０秒に設定される。
【０１６３】
複合機能プリズム７２は、Ｒｅｄ光を反射しＧｒｅｅｎ光，Ｂｌｕｅ光を透過する誘電体多層膜を一方の対角面に有し、偏光方向に応じて透過／反射により入射光を分光する偏光分光膜を他方の対角面に有しており、ダイクロイックプリズムとしての機能とＰＢＳとしての機能とを有する。これにより、複合機能プリズム７２に入射された光は、投射レンズ１４へ向けて出射される。
【０１６４】
色選択性偏光板７３は、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ３色の照明光うちの１つの色の照明光を選択的に偏光を回転させずに透過させ、残りの２つの色を含む照明光を選択的に偏光を回転させて透過させる。色選択性偏光板７３の光学特性は、図示しない制御回路の制御によってスイッチングすることが可能である。
【０１６５】
ダイクロイックミラー７６は、特定波長領域の光を透過し、この特定波長領域以外の光を反射する。本実施の形態では、ダイクロイックミラー７６は、Ｒｅｄ光の分光照明光を透過する。
【０１６６】
加えて、ダイクロイックミラー７６の後段には、ダイクロイックミラー７６を透過した照明光の光路上に、３つの分光照明光間で光路長差による問題が生じないように調整光路長を調整する図示しないリレーレンズが設けられている。
【０１６７】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出してガラス放物面鏡３により平行化し、色フィルタ４により不要波長を除去した光を、ホモジナイザによって面積的光強度分布を均一化し、偏光変換素子によってＳ偏光照明の光利用効率を１.５にした状態で、色選択性偏光板７３に入射する。
【０１６８】
色選択性偏光板７３は、入射された照明光のうち、２つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて透過する。これにより、色選択性偏光板７３を透過した照明光は、偏光分光板７４によって偏光分光され、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光が、誘電体反射ミラー７５ａを介して、透過型ＬＶ７１ｃに入射する。透過型ＬＶ７１ｃは、入射されたＳ偏光を分光照明光の色に応じたＰ偏光の映像光に光変調して透過する。
【０１６９】
偏光分光板７４によって反射された照明光は、ダイクロイックミラー７６により、反射されて透過型ＬＶ７１ｂに向けて入射する分光照明光と、透過されて誘電体反射ミラー７５ｂ，７５ｃを介して透過型ＬＶ７１ａに入射する分光照明光とに分光される。透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂは、入射された各分光照明光を分光照明光の色に応じた映像光に光変調して透過する。
【０１７０】
透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃで光変調されて透過された映像光は、いずれも複合機能プリズム７２に入射し、複合機能プリズム７２で複合されて投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【０１７１】
ここで、制御回路の動作によって２つの色選択性偏光板７３の光学特性を図１４に示すようにスイッチングすることにより、３つの透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃを照明する分光照明光のうち、透過型ＬＶ７１ｂ，７１ｃを照明する分光照明光をＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色で交互にスイッチングすることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。
【０１７２】
このように、色選択性偏光板４３ｂの光学特性をスイッチングさせることで、透過型ＬＶ７１ｂ，７１ｃを照明する分光照明光をＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色で交互にスイッチングさせることができるので、３つの透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃによって得られるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光のうち、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の分光照明光を２つの透過型ＬＶ７１ｂ，７１ｃ間で平均化することができる。
【０１７３】
このように、３板式とすることで、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させることができる。
【０１７４】
また、３板式とすることで光利用効率の向上を図るとともに、３つの透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃにおける各画素の光変調面内での光透過率のばらつきによってスクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の分光照明光に関して低減し、輝度の面内ばらつきや色ムラが発生する比率を１／３に低減して表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０１７５】
次に、本発明の第八の実施の形態について図１５および図１６を参照して説明する。本実施の形態は、２つの透過型ＬＶを備える２板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１７６】
図１５は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置８０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(透過型空間光変調手段)としての２つの透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂと、ＰＢＳ８２と、色選択性偏光板８３と、誘電体反射ミラー８４ａ，８４ｂと、色スクロール素子８５ａ，８５ｂと、２色スクロール元照明光形成光学素子８６とを有している。本実施の形態では、色選択性偏光板８３と２色スクロール元照明光形成光学素子８６とによって照明光分光手段が実現されている。
【０１７７】
２色スクロール元照明光形成光学素子８６は、２枚の偏光分光板８７ａ，８７ｂと、２枚の偏光分光板８７ａ，８７ｂ間に設けられた２枚の色回転偏光板８８ａ，８８ｂとを有している。２枚の色回転偏光板８８ａ，８８ｂには、偏光分光板８７ａ，８７ｂに対向する側に、誘電体多層膜コーティングによって形成された偏光分光板８９ａ，８９ｂが設けられている。各色回転偏光板８８ａ，８８ｂは、同一の部材によって形成されて互いに異なる光学特性を有する２つの色回転偏光板によって形成されており、もとの有効口径の約２倍紙面に平行な方向の有効口径を有し、元の有効口径の大きさで２分されるような２種類の領域を有し、ほぼ同一平面にあるように形成されている。２色スクロール元照明光形成光学素子８６の光学特性は、図示しない制御回路の制御により、周期的にスイッチングすることが可能である。
【０１７８】
色スクロール素子８５ａ，８５ｂは、角柱形状を有しており、透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂによるサブフレーム単位での映像光の切り換えのフレーム周波数と同期して回転される。色スクロール素子８５ａ，８５ｂは、光軸方向における回転中心の位置が、透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂの中心と等しくなるように配設されている。
【０１７９】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出してガラス放物面鏡３により平行化し、色フィルタ４により不要波長を除去した光を、ホモジナイザによって面積的光強度分布を均一化し、偏光変換素子によってＳ偏光照明の光利用効率を１.５にした状態で、色選択性偏光板８３に入射する。
【０１８０】
色選択性偏光板８３は、入射されたＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅを含む白色照明光のうち、Ｒｅｄ色の分光照明光の偏光方向を４５度回転して、紙面に垂直な方向のＳ偏光と紙面に平行な方向のＰ偏光との２種類に分光する。また、特に図示しないが、同じサブフレームで照明に利用するＧｒｅｅｎとＢｌｕｅとの分光照明光は、色選択性偏光板８３により偏光回転を受けない状態とする。
【０１８１】
これにより、偏光分光板８７ａに入射するＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ光からなる白色照明光のうち、Ｒｅｄ色の１／２が偏光分光板８７ａによって反射されて、Ｒｅｄ色の残りの１／２とＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの分光照明光とが透過する。
【０１８２】
色回転偏光板８８ａは、偏光分光板８７ａを透過したＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ３色の分光照明光を、全て９０度偏光回転させる。
【０１８３】
色回転偏光板８８ｂは、色回転偏光板８８ａにより偏光回転されたＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ色からなる照明光のうち、Ｒｅｄ色のみを選択的に偏光回転してＰ偏光とし、偏光分光板８７ｂに入射させる。
【０１８４】
偏光分光板８７ｂは、偏光回転して入射されたＰ偏光のＲｅｄ色の照明光を透過し、Ｓ偏光のままである他の２色のＧｒｅｅｎとＢｌｕｅとの分光照明光を反射する。偏光分光板８７ｂで反射された２色の照明光は、再び色回転偏光板８０ｂに入射し偏光回転されずに色回転偏光板８０ａに入射する。
【０１８５】
色回転偏光板８０ａは、２色の色の１つの色のみを偏光回転して透過し、偏光分光板８７ａに入射する。本実施の形態では、Ｇｒｅｅｎの照明光が偏光回転され、Ｂｌｕｅの照明光はそのままとなる。
【０１８６】
偏光分光板８７ａは、入射された分光照明光のうち、Ｓ偏光のままのＢｌｕｅの分光照明光を反射し、Ｐ偏光となるＧｒｅｅｎの分光照明光を透過する。反射されたＢｌｕｅの分光照明光は、色回転偏光板８０ｂで回転されてＰ偏光となり、偏光分光板８７ｂを透過する。なお、偏光分光板８７ａで反射されたＢｌｕｅの分光照明光が入射する色回転偏光板８０ｂは、周期的に色選択の状態を変化させる必要がないので、広い帯域の１／２波長板をそのまま用いてもよいし、もれ光を減少するために、アクティブな色選択性偏光板を用いてもよい。
【０１８７】
これにより、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ光を含む白色光は、Ｒｅｄ色が２つ、ＧｒｅｅｎとＢｌｕｅ色はそれぞれ１つずつの合計４本の照明光に分割されて、２つの透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂに２つづつ組となって入射する。このとき、透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂにおける各色の映像光は、透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂの単一の光変調面内で面積的にシェアし合う状態で入射される。これにより、単一の光変調面内に、異なる色の２つの分光照明光を照射することがきる。すなわち、透過型ＬＶ８１ａにＲｅｄとＧｒｅｅｎの色の分光照明光を入射し、透過型ＬＶ８１ｂにＲｅｄとＢｌｕｅの色の分光照明光を入射することができる。
【０１８８】
ここで、２色スクロール元照明光形成光学素子８６の光学特性は、任意に変更することができるため、２色スクロール元照明光形成光学素子８６の光学特性をスイッチングさせることにより、図１６に示すように、Ｒｅｄ／ＧｒｅｅｎおよびＢｌｕｅ／Ｒｅｄによって照明されていた透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂを、Ｂｌｕｅ／ＲｅｄおよびＧｒｅｅｎ／Ｂｌｕｅにスイッチングさせ、さらに、Ｇｒｅｅｎ／ＢｌｕｅとＲｅｄ／Ｇｒｅｅｎとなるよう周期的にスイッチングさせることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。
【０１８９】
これにより、２板式でありながら、常にＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色を表示に使用することができるので、フリッカの少ない光利用効率の高い映像拡大装置を実現するとともに、それぞれの透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂをＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色の分光照明光によって周期的に照明しているので、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色の分光照明光のそれぞれを２つの透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂ間で平均化することができるので、２つの透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂ間の光利用効率のばらつきや、個々の透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂにおける各画素の光変調面内での光透過率のばらつきによってスクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の分光照明光に関して低減し、輝度の面内ばらつきや色ムラが発生する比率を１／３に低減して表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０１９０】
また、複数のフレームに亘って、サブフレームの組み合わせ状態を変化させることにより、フリッカの少ない画像を得ることができる。
【０１９１】
なお、本実施の形態では、スクロールのようにブロック単位でＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅからなる３色の照明領域を複数に分割しているが、これらは均等な面積に分割する必要はなく、２色形成される領域を小さくしたりしてもよい。さらには、このブロック単位での照明領域の大きさは、複数または１つの走査線単位でもよく、また画素単位でもよい。
【０１９２】
このとき、それぞれの透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂへの光路の途中に角柱形状のスクロール変換素子を挿入し、これをフレーム周波数と同期させて回転させることにより、透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ上を同一方向にスクロールすることができる。２色に対応して、それぞれのスクロールの中心がＬＶの中心になるように２つの角柱形状の光学ブロックでスクロールすることが好ましい。
【０１９３】
斜入射の色選択性偏光板は、レーザ光のような波長領域の少ない場合には、比較的に波長と入射角度のずれの許容値が大きいために作製しやすい。波長領域が広いＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ色を有する照明光の場合には、色純度を低減させないよに最適化することが好ましい。
【０１９４】
次に、本発明の第九の実施の形態について図１７を参照して説明する。本実施の形態は、２つの透過型ＬＶを備える２板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１９５】
図１７は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置９０は、図１６に示す映像拡大装置に対して、２色スクロール元照明光形成光学素子８６に代えて、ステップ上に素子を形成した元照明光形成光学素子９１を備えており、その他の基本的な構成は図１６に示す映像拡大装置と同様である。
【０１９６】
元照明光形成光学素子９１は、２枚の偏光分光板９７ａ，９７ｂと、２枚の偏光分光板９７ａ，９７ｂ間に設けられた広い帯域の１／２波長板９２ａ、９２ｂと、通常と同様の色選択性偏光板９３ａ，９３ｂとを有する。本実施の形態では、色選択性偏光板８３と元照明光形成光学素子９１とによって照明光分光手段としての機能が実現されている。
【０１９７】
このような構成とすることにより、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ各色の波長領域をより広くするとともに、照明のＮＡをより大きくすることができる。
【０１９８】
次に、本発明の第十の実施の形態について図１８を参照して説明する。本実施の形態は、強誘電性液晶による反射型ＬＶを３枚備える３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１９９】
図１８は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置１００の基本的な構成は、図５に示す映像拡大装置３０と同様であるが、空間光変調手段(反射型空間光変調手段)としての反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃは、表面安定化した強誘電性液晶によって構成されている。本実施の形態では、色選択偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃとＰＢＳ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃとによって照明光分光手段が実現されている。
【０２００】
また、映像拡大装置１００は、ＰＢＳ１０２ｄの後段に、色選択性偏光板１０３と、光軸シフト手段としての光軸シフト素子１０４とを有している。公知の技術であるため、詳細な図示および説明を省略するが、光軸シフト素子１０４は、表面安定化した２枚の強誘電性液晶素子とリチウムナイオベートとからなる２枚の複屈折板とによって構成されており、色選択性偏光板１０３から出射される映像光の光路をシフトさせる。
【０２０１】
一般的に、表面安定化した強誘電性液晶によって構成される反射型ＬＶを複数用いて分光照明光の空間光変調を行なう場合、ネマチック液晶を用いる空間光変調素子とは異なり、良好な表示画像を得るためには基板間のギャップを１μｍ以下で制御する必要があるが、実際には、反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃにおける各画素の光変調面内での反射率のばらつきが大きく、スクリーンに投射される表示画像の輝度ムラや色ムラの発生を抑制することは、非常に困難である。
【０２０２】
しかしながら、反射型ＬＶを時分割で駆動して、光軸シフト素子を組み合わせることで実効画素数を増加させることにより表示画像の高精細化を図る場合、従来よりも高速なフレーム速度が必要となり、この高速化に対応することができるのは、表面安定化した強誘電性液晶が適しているため、分光照明光の空間光変調は表面安定化した強誘電性液晶によって構成される反射型ＬＶによって行なうことが好ましい。
【０２０３】
例えば、画素数を４倍に増加する場合、光軸シフト素子における１画素を４倍にして用いる必要があるが、１つの画素の光利用効率または反射率に不良が生じている場合、この不良が４倍の４画素分の影響を及ぼすため、画素を小さくして高解像度化を図っているにもかかわらず、１つの画素に不良が生じている場合でも不良画素の大きさは元の画素の４倍の大きさとして視認される。このため、不良が容易に発見されやすく、不良が目立つようになる。
【０２０４】
これに対して、本実施の形態の映像拡大装置１００は、分光特性に応じてＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色に分光した分光照明光のそれぞれを、反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃによって、分光照明光に応じて分割した映像情報に応じた映像光に光変調するとともに、光変調した映像光のそれぞれの光路を光軸シフト素子１０４によってシフトさせることで実効画素数を増加させ、表示画像の高精細化を図るとともに、複数の強誘電性液晶を用いた反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃに照明する分光照明光を複数色で周期的にスイッチングすることにより、分光照明光のスイッチングに関わる反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ間で平均化することができるので、スイッチングに関わる反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃにおける各画素の光変調面内での光透過率のばらつきによってスクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをスイッチングに関わる各色の分光照明光に関して低減し、輝度の面内ばらつきや色ムラの発生を実用上支障のないレベルまで低減して、表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０２０５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の映像拡大装置によれば、照明光学手段によって出射した照明光を分光特性に応じて複数に分光した分光照明光を複数の空間光変調手段に照明して、分光照明光のそれぞれを、分光照明光に応じて分割した映像情報に応じた映像光に複数の空間光変調手段によって光変調することで、複数の分光照明光を映像光に利用することができるので光利用効率の向上を図ることができ、また、複数の分光照明光を映像光として単一の表示画像中に投射することができるので表示画像の高精細化を図ることができる。このとき、複数の空間光変調手段を複数の分光照明光によって同時に照明するとともに、照明に用いる分光照明光を少なくとも２つの空間光変調手段の間で単一のフレームを構成する複数のサブフレーム単位で周期的にスイッチングさせて、同一の分光特性を有する分光照明光を２つ以上の空間光変調手段によって映像光に光変調することにより、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる映像光の光利用効率を、スイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化し、多板式の映像拡大装置で、空間光変調手段間の光学特性のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を低減することができる。これによって、画像品質の向上を図ることができる。
【０２０６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の映像拡大装置において、３つに分光した分光照明光のうち２つの分光照明光を空間光変調手段の間で周期的にスイッチングさせて、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる映像光のうち２／３の映像光の光利用効率をスイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化することで、従来の２板式の映像拡大装置と比較して、単一の空間光変調手段における各画素間の光学特性のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を１／３まで低減するとともに、カラーブレイクの発生を低減することができる。
【０２０７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の映像拡大装置において、３つに分光した全ての分光照明光を映像光に利用することができるので光利用効率を向上させカラーブレイクの発生を抑制するとともに省エネルギー化を図ることができる。また、全ての分光照明光を映像光として単一の表示画像中に投射するとともに、そのうちの２／３の映像光の光利用効率をスイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化するので、多板式の映像拡大装置で、空間光変調手段間の性能のばらつきや単一の空間光変調手段における各画素間の光学特性のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を低減することができる。また、各分光照明光にそれぞれ独立した光路を設ける従来の３板式の映像拡大装置と比較して、低コスト化を図ることができる。
【０２０８】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の映像拡大装置において、像形成光学手段の前段に分光照明光合成手段を設けることで、空間光変調手段に照明されるまでに経由する光路による映像光の偏光状態に拘わらず映像光を被照射体に拡大して投射することができる。
【０２０９】
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の映像拡大装置において、３つ以上に分光された全ての分光照明光を映像光とし、分光照明光に照明される全ての空間光変調手段間で分光照明光を周期的にスイッチングさせて、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる全ての映像光の光利用効率をスイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化することで、光利用効率を平均化した全ての照明光を映像光として単一の表示画像中に投射させることが可能になるので、空間光変調手段間の光学特性のばらつきや単一の空間光変調手段における各画素間の光学特性のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を全ての分光照明光に亘って低減し、表示画像の一層の高解像度化を図ることができる。また、各分光照明光にそれぞれ独立した光路を設ける従来の３板式の映像拡大装置と比較して、低コスト化を図ることができる。
【０２１０】
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一に記載の映像拡大装置において、反射型空間光変調手段を用いた映像拡大装置で、請求項１ないし５のいずれか一に記載の発明の効果を得ることができる。
【０２１１】
請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一に記載の映像拡大装置において、透過型空間光変調手段を用いた映像拡大装置で、請求項１ないし５のいずれか一に記載の発明の効果を得ることができる。
【０２１２】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし７のいずれか一に記載の映像拡大装置において、従来の強誘電性液晶を用いた場合に基板間の狭セルギャップが不均一であるために問題となっている単一の空間光変調手段における各画素間の性能のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を低減し、表示画像の高精細化を図ることができる。
【０２１３】
請求項９記載の発明によれば、請求項１ないし８のいずれか一に記載の映像拡大装置において、光軸シフトにより表示画像の高解像度化を図るようにした従来の映像拡大装置で問題となっている隣接画素間の輝度ムラや色ムラの発生を低減し、高品質な表示画像の高精細化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図２】ダイクロイックプリズムの回転により反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図４】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図５】本発明の第三の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図６】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図７】本発明の第四の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図８】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図９】本発明の第五の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図１０】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図１１】本発明の第六の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図１２】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図１３】本発明の第七の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図１４】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図１５】本発明の第八の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図１６】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化および反射型ＬＶの走査状態を示す説明図である。
【図１７】本発明の第九の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図１８】本発明の第十の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 映像拡大装置
２，３ 照明光学手段
１０ 照明光分光手段
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 空間光変調手段(反射型空間光変調手段)
２０ 映像拡大装置
２１ａ，２１ｂ 空間光変調手段(反射型空間光変調手段)
３０ 映像拡大装置
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 空間光変調手段(反射型空間光変調手段)
４０ 映像拡大装置
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 空間光変調手段(反射型空間光変調手段)
４４ 分光照明光合成手段
５０ 映像拡大装置
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ 空間光変調手段(透過型空間光変調手段)
６０ 映像拡大装置
６１ａ，６１ｂ 空間光変調手段(透過型空間光変調手段)
７０ 映像拡大装置
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ 空間光変調手段(透過型空間光変調手段)
７２ 分光照明光合成手段 ８０ 映像拡大装置
８１ａ，８１ｂ 空間光変調手段(透過型空間光変調手段)
９０ 映像拡大装置
１００ 映像拡大装置
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ 空間光変調手段(透過型空間光変調手段)
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像拡大装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、照明された照明光を、例えば、液晶パネル等の空間光変調器によって映像情報に応じた映像光に光変調して、スクリーン等に拡大して表示する映像拡大装置がある。このような映像拡大装置では、１つの空間光変調器を用いた単板式と呼ばれる映像拡大装置や、３つの空間光変調器を用いた３板式と呼ばれる映像拡大装置等が実用化されている。
【０００３】
単板式の映像拡大装置には、白色の照明光が入射される空間光変調器をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の画素の配列により構成し、空間光変調器における各画素の光変調状態を対応する色の映像情報に応じて動作させることで、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色を含む映像光をスクリーン等に投射する方式と、映像情報をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ(または、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ，Ｗｈｉｔｅ)の各色に応じて分割した複数のサブフィールド単位で空間光変調器の光変調状態を切り換えるとともに、この光変調状態の切り換えにタイミングを合わせて対応するＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ(または、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ，Ｗｈｉｔｅ)に分光された分光照明光を空間光変調器に照明してＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光をそれぞれスクリーン等に投射する方式とがある。単板式の映像拡大装置では、単一の空間光変調器しか使用しないので、３板式と比較して製造コストを抑えることが可能である。特に、前者の方式を採用した単板式の映像拡大装置は、単一の照明装置を用いるとともに該照明装置の構造の単純化を図ることができるので、部品代を抑えて低コスト化を図るとともに製造の容易化を図ることができる。
【０００４】
しかしながら、単板式の映像拡大装置は、製造の容易化や低コスト化を図ることができるが、３板式と比較して、照明光の光利用効率と解像度とが約１／３となり、画像品質が大きく低下してしまい、高い画像品質を要求される５０型以上の大型の拡大表示装置には不向きである。また、単板式の映像拡大装置のように、空間光変調器の数が分光数よりも少ない映像拡大装置では、表示する画像や視線等が大きく移動するような場合に表示画像が色分光して視認されるカラーブレイクが生じ易い。
【０００５】
これに対し、３板式の映像拡大装置は、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅに分光した各色の分光照明光に対応させて３つの空間光変調器を備えており、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の画像光をそれぞれ対応する空間光変調器によって独立に光変調した後に、ダイクロイックプリズム等を用いて合成し投射レンズで拡大像を形成するため、単板式の映像拡大装置と比較して照明光学系が複雑化したり高コスト化であったりするが、高い光利用効率と解像度とを実現することができる。
【０００６】
このような３板式の映像拡大装置には、入射光を光変調して反射する反射型空間光変調器を用いたものがあり、反射型空間光変調器に対して、例えば、偏光分離板(Polarization Beam Spriter：以降、ＰＢＳ)とダイクロイックプリズムとを１つずつ用いて分光照明光を入射させたり、２つまたは４つのＰＢＳと色選択性偏光板(カラーリンク社製、商品名：セレクト)とを用いて分光照明光を入射させたり、単一のダイクロイックプリズムを用いて分光照明光を入射させたり等、反射型空間光変調器に対して分光照明光を入射させる各種構成がある。
【０００７】
しかしながら、３板式の映像拡大装置では３つの空間光変調器を用いるので、例えば、実効反射率等の光変調特性が空間光変調器毎にばらついていると、空間光変調器の違いによって光利用効率にばらつきを生じ、特定色の映像光量が低下することがある。このような場合、スクリーン等に投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生してしまう。
【０００８】
また、単一の空間光変調器であっても、光変調面を構成する各画素の反射角度が不均一であると、光変調された映像光量が単一の光変調面内でばらついて、映像光量が部分的に低下することがある。これにより、色毎に光量が低下する位置がばらついてしまい、スクリーン等に投射される表示画像色毎にスクリーン等に投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生してしまう。
【０００９】
このような不具合は、透過型の空間光変調器であっても同様に発生する。
【００１０】
この対策として、ルックアップテーブル式に個々の空間光変調器の光変調特性を電気的に補正するようにした技術もあるが、この補正により空間光変調器が元々有していた階調性が犠牲となったり、余計な演算処理を行なうために電気部品や回路が増加したりすることに加えて、高解像度の画像等のように、フレームレートが高速である場合画像の切り換えに対応にしにくいという問題を抱えている。
【００１１】
ところで、空間光変調器を用いた映像拡大装置としては、単板式、３板式の他に、空間光変調器として２枚の反射型空間光変調器を用いた２板式の映像拡大装置が考案されている(Symposium of International Display 2001 DIGEST、p.1084-p.1087／カラーリンク社)。この映像拡大装置は、偏光をアクティブに選択できる色選択性偏光板(カラーリンク社／米国、商品名＝カラースイッチ)と１つのＰＢＳとを組み合わせ、このアクティブな色選択性偏光板とＰＢＳとによって白色の照明光をＲｅｄ＋Ｇｒｅｅｎとなる照明光とＲｅｄ＋Ｂｌｕｅとなる照明光との２種類の分光照明光に時分割で分光し、各分光照明光の偏光方向を調整することでさらにＲｅｄとＧｒｅｅｎおよびＲｅｄとＢｌｕｅとに分光した光を、対応する空間光変調器にそれぞれ入射させて光変調することにより映像光を生成し、生成した映像光をＰＢＳによってＲｅｄ＋ＧｒｅｅｎまたはＲｅｄ＋Ｂｌｕｅに合成してスクリーンに拡大表示する。
【００１２】
特開２００１−２２８４５５公報に開示された技術も、同様に、照明光をＲｅｄ＋Ｂｌｕｅ(マゼンタ)とＲｅｄ＋Ｇｒｅｅｎ(シアン)とに分光し、分光した各照明光を２枚の空間光変調器(液晶パネル)に交互に入射させることにより生成し映像光を合成してスクリーンに拡大表示するようにしている。
【００１３】
このような方式によれば、通常の単板式よりも光利用効率を向上させるとともに、空間光変調器の数が３板式よりも少なく、かつ、照明光学系をより単純化しているため、単板式よりも明るく、かつ、３板式よりも低コストの映像拡大装置を提供することができる。
【００１４】
しかしながら、この方式であっても、原理的に３板式より光利用効率が低い。また、上述した技術によれば、Ｒｅｄの映像光は単一の空間光変調器により形成されているので、別の空間光変調器による他の色となるＢｌｕｅやＧｒｅｅｎの画像との輝度ムラや色ムラを完全に解消することはできない。
【００１５】
これに対し、例えば、特開２００１−１８８２１４公報には、照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ，Ｗｈｉｔｅの各色に時分割して分光させ、偏光方向を調整することで各分光照明光を２枚の透過型空間光変調器に入射し、透過型空間光変調器による分光照明光の光変調により得られる映像光を偏光合成して、スクリーンに投射するようにした映像拡大が開示されている。同公報に開示された技術によれば、照明光を偏光分光した後に偏光合成することにより、通常の偏光変換装置を用いる場合と比較して、光利用効率を単板式の約１.３倍に高めることが可能になり(偏光変換装置のない照明装置の場合との比較すると約２倍)、また、Ｗｈｉｔｅ光の照明光を利用することにより、色再現範囲とのトレードオフではあるが、光利用効率を少なくとも１.２倍以上に高めることが可能になるため、結果として１.５倍以上の光利用効率の増加を実現できる。
【００１６】
他にも、例えば、特開２００１−８３４６１公報に開示されているように、２板式を２倍の数の４板式とすることで空間光変調器の偏光依存性による光利用効率の低減を改善するようにした技術が開示されている。
【００１７】
特開２００１−８３４６１公報には、Ｒｅｄ＋ＧｒｅｅｎおよびＢｌｕｅ＋Ｇｒｅｅｎに時分割で周期的に色分割した照明光を、さらにＲｅｄとＧｒｅｅｎおよびＢｌｕｅとＧｒｅｅｎに偏光分光し、それぞれの分光特性と偏光方向に対応した４枚の透過型空間光変調器に入射させ、透過型空間光変調器による分光照明光の光変調により得られる映像光を偏光合成して、スクリーンに投射するようにした映像拡大が開示されている。同公報に開示された技術では、Ｒｅｄ光とＢｌｕｅ光とは２枚の透過型空間光変調器を交互に照明するため、この２枚の透過型空間光変調器間でのばらつきが均一化される。同公報に開示された技術によれば、通常の偏光変換装置を用いた照明装置の場合の単板式の約１.３倍の光利用効率の増加を実現できる(偏光変換装置のない照明装置の場合との比較では約２倍)。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、単板式の映像拡大装置では、単一の空間光変調器を用いるので空間光変調器間の光変調特性が色毎にばらつくことはないが、光利用効率が低下してしまうため、多板式の映像拡大装置を用いると、単一の空間光変調器の各画素間の光変調特性にばらつきを生じている場合、単一の空間光変調器により光変調された画像光であっても面内での輝度ムラや色ムラが生じてしまう。
【００１９】
また、多板式の映像拡大装置であっても、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光した照明光により映像光を生成する２板式の映像拡大装置のように、空間光変調器の数が分光数よりも少ない映像拡大装置では、各色の映像光を時間に応じて切り換え表示するために時間的なばらつきを生じ、表示する画像や視線等が大きく移動するような場合に表示画像が色分光して視認されるカラーブレイクが生じ易い。
【００２０】
これに対し、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光した照明光をそれぞれ対応する空間光変調器によって映像光とする３板式の映像拡大装置のように、空間光変調器の数が分光数と同等以上である映像拡大装置では、高い光利用効率を得ることができるが、空間光変調器間の光変調特性のばらつきによって生じる輝度のばらつきにより特定色の画像光の輝度が低下し、スクリーン等に投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生してしまう。
【００２１】
また、特開２００１−１８８２１４公報に開示された技術のような２板式の映像拡大装置では、２枚の透過型空間光変調器のそれぞれに対して、通常の単板式と同様に、色時分割した分光照明光を同じタイミングで順次照明することで、空間光変調器の偏光依存性による光利用効率の低減を改善するようにしているために、単板式を２倍にした２板式の映像拡大装置と原理的に同じであり、表示画像の時間的な均一性を改善することができず、画像品質の向上が困難であり、カラーブレイクが生じやすい。
【００２２】
さらに、特開２００１−８３４６１公報に開示された技術では、Ｒｅｄ光とＢｌｕｅ光とは２枚の透過型空間光変調器を交互に照明するため、この２枚の透過型空間光変調器間での光利用効率のばらつきが均一化されるが、Ｇｒｅｅｎ光は特定の空間光変調器のみを照射するため、この２つの空間光変調器に基づく画素単位での光利用効率の不均一さを何ら低減することができないので、分光数よりも多い４つの透過型空間光変調器を用いるにも拘わらず、残りの２つの空間光変調器による他の色となるＲやＢの画像との間に生じる輝度ムラや色ムラを低減することはできない。
【００２３】
本発明の目的は、多板式の映像拡大装置で、空間光変調手段間の光学特性のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を低減することである。
【００２４】
本発明の目的は、空間光変調手段数が分光数よりも少ない多板式の映像拡大装置で、表示画像におけるカラーブレイクの発生を低減することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の映像拡大装置は、照明光を出射する照明光学手段と、前記照明光学手段が出射する照明光を分光特性に応じて複数の分光照明光に分光する照明光分光手段と、複数のシャッタ素子を有して前記照明光分光手段が分光した分光照明光のそれぞれを、前記照明光分光手段が分光する分光照明光に応じて分割した映像情報に応じた映像光に光変調する複数の空間光変調手段と、前記照明光分光手段が分光した複数の分光照明光によって複数の前記空間光変調手段を同時に照明するとともに、照明に用いる分光照明光を少なくとも２つの前記空間光変調手段の間で単一のフレームを構成する複数のサブフレーム単位で周期的にスイッチングさせるスイッチング手段と、前記各空間光変調手段が光変調した映像光を拡大して被照射体に投射する像形成光学手段と、を具備する。
【００２６】
したがって、照明光学手段によって出射された照明光は、照明光分光手段によって分光特性に応じた複数の分光照明光に分光されて複数の空間光変調手段に照明され、複数の空間光変調手段によって照明光分光手段が分光する分光照明光に応じて分割した映像情報に応じた映像光に光変調される。このとき、スイッチング手段によって、複数の空間光変調手段が複数の分光照明光によって同時に照明されるとともに、照明に用いる分光照明光は少なくとも２つの空間光変調手段の間で単一のフレームを構成する複数のサブフレーム単位で周期的にスイッチングされるため、同一の分光特性を有する分光照明光が２つ以上の空間光変調手段によって映像光に光変調される。これにより、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる映像光の光利用効率を、スイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化することが可能になる。
【００２７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段を２つ備え、前記照明光分光手段は照明光を３つの分光照明光に分光し、前記スイッチング手段は３つの分光照明光を２つの前記空間光変調手段の間で周期的にスイッチングさせる。
【００２８】
したがって、３つに分光された分光照明光のうち２つの分光照明光が空間光変調手段の間で周期的にスイッチングされるため、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる映像光のうち２／３の映像光の光利用効率をスイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化することが可能になる。
【００２９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段を３つ以上備え、前記照明光分光手段は照明光を３つ以上の分光照明光に分光し、前記スイッチング手段は２つの分光照明光を前記空間光変調手段の間で周期的にスイッチングさせる。
【００３０】
したがって、３つに分光された全ての分光照明光が映像光とされ、このうち２つの分光照明光が周期的にスイッチングされるため、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる２つの映像光の光利用効率をスイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化するとともに、全ての照明光を映像光として単一の表示画像中に投射させることが可能になる。
【００３１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段によって得られる複数の映像光を合成する分光照明光合成手段を具備して、前記像形成光学手段は、前記分光照明光合成手段が合成した映像光を拡大した拡大像光を被照射体に投射する。
【００３２】
したがって、像形成光学手段の前段に分光照明光合成手段を設けることで、空間光変調手段に照明されるまでに経由する光路による映像光の偏光状態に拘わらず映像光を被照射体に拡大して投射することが可能になる。
【００３３】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段を３つ以上備え、前記照明光分光手段は照明光を３つ以上の分光照明光に分光し、前記スイッチング手段は全ての分光照明光によって前記空間光変調手段をそれぞれ同時に照明するとともに、この分光照明光によって照明される前記空間光変調手段の間で分光照明光を周期的にスイッチングさせる。
【００３４】
したがって、３つ以上に分光された全ての分光照明光が映像光とされ、分光照明光に照明される全ての空間光変調手段間で分光照明光が周期的にスイッチングされるため、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる全ての映像光の光利用効率をスイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化するとともに、各空間光変調手段の有する階調性を犠牲にすることなく、全ての照明光を映像光として単一の表示画像中に投射させることが可能になる。
【００３５】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一に記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段は、前記分光照明光を映像情報に応じて反射する反射型空間光変調手段である。
【００３６】
したがって、反射型空間光変調手段を用いた映像拡大装置で、請求項１ないし５のいずれか一に記載の発明の作用を得ることができる。
【００３７】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一に記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段は、前記分光照明光を映像情報に応じて反射する反射型空間光変調手段である。
【００３８】
したがって、透過型空間光変調手段を用いた映像拡大装置で、請求項１ないし５のいずれか一に記載の発明の作用を得ることができる。
【００３９】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか一に記載の映像拡大装置において、前記空間光変調手段は、強誘電性液晶を用いた空間光変調手段である。
【００４０】
したがって、従来の強誘電性液晶を用いた場合に基板間の狭セルギャップが不均一であるために問題となっている単一の空間光変調手段における各画素間の性能のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を低減することが可能になる。
【００４１】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか一に記載の映像拡大装置において、前記空間光変調素子と像形成光学手段との間に設けられて光軸をシフトする光軸シフト手段を具備する。
【００４２】
したがって、光軸シフトにより表示画像の高解像度化を図るようにした従来の映像拡大装置で問題となっている隣接画素間の輝度ムラや色ムラの発生を低減することが可能になる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態について図１および図２を参照して説明する。本実施の形態は、３つの反射型のライトバルブ(Light Valve：以降、ＬＶ)に対して、１つのＰＢＳ(Polarization Beam Spriter)と１つのダイクロイックプリズムを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【００４４】
図１は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。映像拡大装置１は、高圧水銀ランプ２およびガラス放物面鏡３によって実現される照明光学手段、色フィルタ４を備えている。高圧水銀ランプ２はＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色を含む白色光を放出し、ガラス放物面鏡３は高圧水銀ランプ２が放出した白色光を平行化し、色フィルタ３は平行化した白色光から不要波長領域を除去する。ガラス放物面鏡３には、図示しない誘電体層反射コーティングが施されている。色フィルタ４には、熱、紫外線、およびオレンジ領域の不要波長領域の光を除去する図示しない複数の誘電体反射コーティングが施してある。
【００４５】
また、映像拡大装置１は、第１および第２フライアイレンズ５ａ，５ｂとコンデンサレンズ８とによって構成されるホモジナイザ、第１および第２フライアイレンズ５ａ，５ｂとＰＢＳアレイ６とによって構成される偏光変換素子、照明光と画像光とを分離するＰＢＳ９、色分解合成用のダイクロイックプリズム１０を有している。ホモジナイザは、照明光学手段から出射される照明光から不要波長領域を除去した白色光の面積的な光強度分布を均一化し、偏光変換素子は作像用のＰＢＳ９へのＳ偏光照明の光の光利用効率を約１.５とする。
【００４６】
本実施の形態のダイクロイックプリズム１０は、特定の波長域を通過させ他の波長域を反射させるような対角面を２つ有しており、各対角面はそれぞれ異なる波長領域を反射させる。本実施の形態ではＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色を含む白色光から、Ｇｒｅｅｎ光を透過させＲｅｄ光を反射させる誘電体多層膜コーティングが施された対角面と、Ｇｒｅｅｎ光を透過させＢｌｕｅ光を反射させる誘電体多層膜コーティングが施された対角面との２つの対角面を有している。
【００４７】
ダイクロイックプリズム１０は、回転ステージ１１上に搭載され、回転ステージ１１の回転によって、１／６０秒毎に１／４回転ずつステップ的に回転する。本実施の形態のダイクロイックプリズム１０は、線対称であるため１／２回転周期となる。
【００４８】
さらに、映像拡大装置１は、空間光変調手段(反射型空間光変調手段)としての３つの反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを有している。公知の技術であるため説明を省略するが、本実施の形態の反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、電子回路を予め焼き付けたシリコンウェハに、ミラーを形成し、このシリコンウェハとガラスとの間に液晶を挟んだＬＣＯＳ(Liquid Crystal on Silicon)である。各反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。本実施の形態では、各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されている。このため、２つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／３０秒に設定される(図２参照)。
【００４９】
特に図示しないが、映像拡大装置１は、演算手段とメモリー手段とを有し、フレームの画像データをサブフレームに応じて分割する図示しない電気計算回路を備えている。反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、分割されたサブフレーム情報にしたがって、照明光をサブフレーム単位で光変調する。
【００５０】
加えて、映像拡大装置１は、スクリーン１３上に映像を拡大表示する拡大用の投射レンズ１４、映像が拡大されるスクリーン１３である。本実施の形態では、投射レンズ１４によって像形成光学手段が実現されている。特に図示していないが、映像拡大装置は、コントラスト確保のためのクリーナ偏光子を、作像系のＰＢＳ９の後段に有している。
【００５１】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出した光を、放物鏡３により平行化した後、色フィルタ４により不要波長領域を除去した光とする。その後、ホモジナイザによって面積的な光強度分布を均一化し、偏光変換素子によって作像系のＰＢＳ９へのＳ偏光照明の光の光利用効率を約１.５とした照明光を、ＰＢＳ９を介してダイクロイックプリズム１０に入射する。
【００５２】
ダイクロイックプリズム１０は、入射された照明光を、反射型ＬＶ１２ａに向けて反射する分光照明光Ａと、反射型ＬＶ１２ｂに向けて透過する分光照明光Ｂと、反射型ＬＶ１２ｃに向けて反射する分光照明光Ｃとの３つの分光照明光に分光する。各反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃに入射する分光照明光Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ対応する反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって、分光照明光Ａ，Ｂ，Ｃの色に応じた映像光に光変調され、投射レンズ１４を介して、スクリーン１３上に拡大投射される。
【００５３】
このように、３板式とすることで、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させるとともに、特定の色の分光照明光の輝度を低下させることなく、各分光照明光間の輝度および発色性を均一化した高精細な表示画像を得ることができる。
【００５４】
ここで、ダイクロイックプリズム１０の一方の対角面はＲｅｄ光を反射し、他方の対角面はＢｌｕｅ光を反射するため、回転ステージ１１を矢印方向にステップ的に回転させて、ダイクロイックプリズム１０を１／４回転ずつ回転させることにより、ダイクロイックプリズム１０の２つの対角面は、反射型ＬＶ１２ａおよびＰＢＳ９に対向する位置(図１中左上から右下への対角面)と、反射型ＬＶ１２ｂおよびＰＢＳ９に対向する位置(図１中右上から左下への対角面)とに交互に入れ替わる。これにより、ダイクロイックプリズム１０で反射されて反射型ＬＶ１２ａを照明する分光照明光Ａと、ダイクロイックプリズム１０で反射されて反射型ＬＶ１２ｂを照明する分光照明光Ｃとを、図２に示すように、Ｒｅｄ光とＢｌｕｅ光とに交互に入れ替え、反射型ＬＶ１２ａと反射型ＬＶ１２ｃとをＲｅｄ光とＢｌｕｅ光とによって交互に照明することができる。以降、反射型ＬＶ１２ａ，１２ｃを照明する分光照明光Ａ，ＣをＲｅｄ光とＢｌｕｅ光とに入れ替える動作をスイッチングとする。ここに、スイッチング手段が実現されている。
【００５５】
このとき、反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、ダイクロイックプリズム１０の回転による分光照明光Ａ，Ｃのスイッチングと同じ１／６０秒の周期で入射される分光照明光Ａ，Ｂ，Ｃをサブフレーム単位で映像光に光変調する。本実施の形態の、ダイクロイックプリズム１０は１／２回転周期を有しているため、回転ステージ１１の回転によりダイクロイックプリズム１０を１回転させると、２フレーム分の画像を光変調することができる。
【００５６】
ところで、３つの反射型ＬＶと、１つのＰＢＳと１つのダイクロイプリズムとを用いた従来の３板式の映像拡大装置では、それぞれの反射型ＬＶに対してＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色のうちのいずれか１色をそれぞれ対応させて照明させるため、３つの反射型ＬＶの実効反射率の違いにより光利用効率にばらつきを生じ、輝度や発色性が色毎にばらついて、スクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラを発生させてしまう。また、単一の反射型ＬＶであっても、反射型ＬＶを構成する各画素の光変調面内での反射角度が不均一であると、輝度や発色性が単一の光変調面内でばらついて、スクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラを発生させてしまう。
【００５７】
これに対し、本実施の形態では、ダイクロイックプリズム１０を回転させることで、反射型ＬＶ１２ａと反射型ＬＶ１２ｃとをＲｅｄ光とＢｌｕｅ光とによって交互に照明することができるので、２つの反射型ＬＶ１２ａ，１２ｃによって得られるＲｅｄおよびＢｌｕｅの映像光の光利用効率を２つの反射型ＬＶ１２ａ，１２ｃ間で平均化することができる。
【００５８】
これにより、各色の分光照明光を単一の反射型ＬＶでそれぞれ光変調する場合と比較して、反射型ＬＶ１２ａと反射型ＬＶ１２ｃとの間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ１２ａ，１２ｃにおける各画素の光変調面内での反射角度のばらつきによって、スクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することを低減し、表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【００５９】
ここで、ダイクロイックプリズム１０の対角面はいずれもＧｒｅｅｎ光を透過させるため、反射型ＬＶ１２ｂには、常にＧｒｅｅｎ光が入射されるが、３つの反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃのうちＲｅｄおよびＢｌｕｅの２つの分光照明光を平均化することで、Ｇｒｅｅｎ光による輝度ばらつきや色ムラは実用上無視できるようになり、輝度ムラや色ムラが生じる割合を１／３程度に低減することができる。
【００６０】
なお、反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃにおけるサブフレーム光変調、および、ダイクロイックプリズム１０の回転に際しては、機械的な高速応答が要求されるため、反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを小型化し、小型の反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対して小型のダイクロイックプリズム１０を用いることが好ましい。このとき、ダイクロイック板や回折格子等を利用することで、反射型ＬＶ１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよびダイクロイックプリズム１０の小型化を図ることも効果的である。
【００６１】
次に、本発明の第二の実施の形態について図３および図４を参照して説明する。本実施の形態は、２つの反射型ＬＶを有する２板式の映像拡大装置への適用例を示す。なお、第一の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。以下、同様とする。
【００６２】
図３は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置２０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(反射型空間光変調手段)としての２つの反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂと、ＰＢＳ２２と、色選択性偏光板２３と、を有している。本実施の形態では、ＰＢＳ２２と色選択性偏光板２３とによって照明光分光手段が実現されている。
【００６３】
反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂは、フレームを３つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。本実施の形態では、各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されている。このため、３つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／２０秒に設定される。
【００６４】
ＰＢＳ２３は、Ｐ偏光(図３中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図３中紙面平行方向)を透過する偏光面を有している。
【００６５】
色選択性偏光板２３は、特定波長領域の偏光をそのまま透過し、別の特定波長領域の偏光を選択的に回転させ、また別の特定波長領域の光を選択的に消光(吸収)する光学特性を有する消光する。これにより、コンデンサレンズ８を介して出射される白色光に含まれるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色のうち、１つの色の分光照明光を選択的に偏光回転させずに透過させ、別の色の１つの色の照明光を選択的に偏光回転させて透過させ、残りの１つの色の照明光を選択的に消光(吸収)することが可能になる。
【００６６】
本実施の形態の色選択性偏光板２３の光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御によって切り換えることが可能である。以降、光学特性の切り換えが可能な色選択性偏光板２３を、本実施の形態では、アクティブな色選択性偏光板２３とする。また、アクティブな色選択性偏光板２３が、選択的に偏光回転して透過させる光、選択的に偏光回転せずに透過させる光、選択的に消光(吸収)させる光を切り換える動作をスイッチングとする。本実施の形態では、色選択性偏光板２３による光学特性のスイッチング周期が、１／６０秒に設定されている。
【００６７】
色選択性偏光板２３は、例えば、複数枚の位相差板と液晶セル(いずれも図示せず)とを組み合わせることにより構成することが可能である。詳細な図示を省略するが、本実施の形態では、特定の波長領域の照明光を選択的に偏光回転するλ／４波長板として作用させるカラーセレクト(商品名：カラーリンク社／米国)を位相差板とし、表面安定化した強誘電性液晶を液晶セルとする色選択性偏光板２３を用いることにより構成されている。
【００６８】
なお、色選択性偏光板２３は、これに限るものではなく、例えば、液晶セルにネマチック液晶のπセルを用いたカラースイッチ(商品名：カラーリンク社／米国)によって代用することも可能である。
【００６９】
また、色選択性偏光板２３は、複数枚の位相差板と液晶セルとに加えて、通常の偏光子を組み合わせてさらに多段で構成することも可能である。
【００７０】
加えて、色選択性偏光板２３は、公知の回転フィルタを用いたものや、液晶を用いて回折格子を実現するものであってもよい。
【００７１】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出してガラス放物面鏡３により平行化し、色フィルタ４により不要波長領域を除去された光を、ホモジナイザによって面積的光強度分布を均一化し、偏光変換素子によってＳ偏光照明の光の光利用効率を約１.５にした状態で、色選択性偏光板２３に入射する。
【００７２】
色選択性偏光板２３は、入射された照明光のうち、１つの色の照明光を選択的に消光(吸収)するとともに、残り２色の分光照明光のうち一方をＰ偏光に回転させて色選択性偏光板２３を透過させ、ＰＢＳ２２に入射する。ＰＢＳ２２は、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を反射型ＬＶ２１ａに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を反射型ＬＶ２１ａに向けて透過する。各反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂに入射する分光照明光は、それぞれ対応する反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調され、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００７３】
ここで、色選択性偏光板２３の光選択性を図４に示すように周期的にスイッチングさせることにより、ＰＢＳ２２で反射する分光照明光とＰＢＳ２２で透過する分光照明光とを周期的に入れ替え、反射型ＬＶ２１ａと反射型ＬＶ２１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。
【００７４】
例えば、図４に示すように、フレーム１のサブフレーム１における色選択性偏光板２３のスイッチング状態が、Ｒｅｄ光の偏光をＰ偏光に回転させ、Ｇｒｅｅｎ光をＳ偏光のままとして、Ｂｌｕｅ光を消去させるような状態である場合、Ｐ偏光に回転されたＲｅｄ光は反射型ＬＶ２１ａに入射され、Ｓ偏光のままのＧｒｅｅｎ光が反射型ＬＶ２１ｂに入射される。
【００７５】
この状態から、Ｒｅｄ光を消去させ、Ｇｒｅｅｎ光の偏光をＰ偏光に回転し、Ｂｌｕｅ光をＳ偏光のままとするように色選択性偏光板２３をスイッチングさせると、Ｐ偏光に回転されたＧｒｅｅｎ光が反射型ＬＶ２１ａに入射され、偏光されずに透過されたＢｌｕｅ光が反射型ＬＶ２１ｂに入射される。
【００７６】
続いて、Ｒｅｄ光をＳ偏光のままととし、Ｇｒｅｅｎ光を消去させ、Ｂｌｕｅ光の偏光をＰ偏光に回転するように色選択性偏光板２３をスイッチングさせると、Ｐ偏光に回転されたＢｌｕｅ光が反射型ＬＶ２１ａに入射され、偏光されずに透過されたＲｅｄ光が反射型ＬＶ２１ｂに入射される。
【００７７】
本実施の形態では、照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つの分光照明光に分光しているため、上述の状態から色選択性偏光板２３をまたさらにスイッチングさせることにより、図４中フレーム１のサブフレーム１に示す初期状態に戻り、Ｒｅｄ光の偏光をＰ偏光に回転させ、Ｇｒｅｅｎ光をＳ偏光のままとして、Ｂｌｕｅ光を消去させるようになる。
【００７８】
なお、図４では、色選択性偏光板２３の作用によって偏光回転されずに透過される光を図４中上下方向の矢印で示し、色選択性偏光板２３の作用によって偏光回転されて透過される光を「・」で示し、色選択性偏光板２３の作用によって消光される光を「×」で示す。図４中フレーム１のサブフレーム１は、図３で示す偏光状態を示している。
【００７９】
このように、色選択性偏光板２３の光学特性を周期的にスイッチングさせることで、反射型ＬＶ２１ａと反射型ＬＶ２１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができるので、２つの反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂによって得られるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光の光利用効率を２つの反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂ間でそれぞれ平均化することができる。
【００８０】
これにより、反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂにおける各画素の光変調面内での反射角度のばらつきによって、スクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に関して低減し、表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【００８１】
また、スクリーンに投射される表示画像には、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光した分光照明光のうち、光利用効率を平均化した２つの分光照明光が含まれているため、単板式の映像拡大装置と比較して、光利用効率の向上および高解像度化を図るとともに、時間的な均一性を改善してカラーブレイクの発生を抑制することができる。
【００８２】
ところで、サブフレームの切り換えに際して、サブフレーム間に生じる映像光のクロストークを減じるためには、反射型ＬＶ２１ａ，２１ｂの液晶における応答速度を１００μｓｅｃ以下にすることが好ましいとされるが、実際には、色選択性偏光板２３が有する液晶の応答速度を１００μｓｅｃ以下にした場合にも、サブフレーム周波数によっては若干のサブフレーム間のクロストークが生じる場合がある。
【００８３】
これに対し、サブフレームの切り換え光変調に際して、フレーム内での色バランスが均一になるように、クロストークが生じる期間である液晶の応答時間中に、反射型ＬＶ２１ａまたは２１ｂの全面を黒表示状態とするタイミングを設けることにより、サブフレーム間のクロストークを低減することができる。
【００８４】
この黒表示のタイミングは、数フレーム間に亘って変化させて混在させてもよいし、サブフレーム自体をさらに小さなサブフレームに分割し、この小さなサブフレームの順序を変化させて間に黒表示画像を表示させるようにしてもよい。これにより、周期的な画像情報の変化によって生じる、フリッカ、カラーブレイク、擬的動画像等の不具合をより減少させることができる。
【００８５】
また、本実施の形態では、照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色に分光させたが、これに限るものではなく、照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ，Ｗｈｉｔｅの４色に分光させ、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ，Ｗｈｉｔｅを１周期として、色選択性偏光板２３の光学特性をスイッチングさせるようにしてもよい。これにより、色再現性が若干低下するが、光利用効率を大きく向上させることができる。なお、照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ，Ｗｈｉｔｅの４色に分光させる場合、１フレームを４つのサブフレームによって構成する。
【００８６】
次に、本発明の第三の実施の形態について図５および図６を参照して説明する。本実施の形態は、映像拡大装置への適用例を示す。３つの反射型ＬＶを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【００８７】
図５は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置３０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(反射型空間光変調手段)としての３つの反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、４つのＰＢＳ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄと、３つのアクティブな色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃとを有する。本実施の形態では、ＰＢＳ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと色選択性偏光板３３ａ，３３ｂとによって照明光分光手段が実現されている。
【００８８】
本実施の形態の演算手段とメモリー手段とは、図示しない電気計算回路によってフレームの画像データを２つまたは３つのサブフレームに分割する。このため、反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、サブフレームの分割数にしたがって、入射光を光変調して映像光を生成する。各サブフレーム周期は、１／６０秒に設定されている。
【００８９】
ＰＢＳ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、それぞれ、Ｐ偏光(図５中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図５中紙面平行方向)を透過する偏光面を有している。
【００９０】
色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、上述と同様に、複数枚の位相差板と液晶セルとを組み合わせることによって構成されており、入射される光の分光特性に応じて特定波長領域の偏光を選択的に回転する。これにより、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅのうちのいずれか１色の偏光を回転することが可能になる。色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃの光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御により、周期的にスイッチングさせることが可能である。本実施の形態では、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃのスイッチング周期は、１／６０秒に設定されている。
【００９１】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出してガラス放物面鏡３により平行化し、色フィルタ４により不要波長領域を除去した光を、ホモジナイザによって面積的強度分布を均一化し、偏光変換素子によってＳ偏光照明の光利用効率を１.５にした状態で、色選択性偏光板３３ａに入射する。
【００９２】
色選択性偏光板３３ａは、入射された照明光のうち、１つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて、ＰＢＳ３２ａに入射する。ＰＢＳ３２ａは、入射された照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光をＰＢＳ３２ｃに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を色選択性偏光板３３ｂに向けて透過する。ＰＢＳ３２ｃに入射した分光照明光は、Ｐ偏光であるため、ＰＢＳ３２ｃで反射型ＬＶ３１ａに向けて反射され、反射型ＬＶ３１ａによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。光変調された映像光は、Ｓ偏光であるため、ＰＢＳ３２ｃ，３３ｄを透過して、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００９３】
色選択性偏光板３３ｂに入射した分光照明光は、色選択性偏光板３３ｂにより一方の偏光がＰ偏光に回転されて、ＰＢＳ３２ｂに入射する。ＰＢＳ３２ｂは、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を反射型ＬＶ３１ｂに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を反射型ＬＶ３１ｃに向けて透過する。反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃに入射する分光照明光は、それぞれ対応する反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調されて、色選択性偏光板３３ｃに入射される。色選択性偏光板３３ｃに入射された分光照明光は、Ｓ偏光をＰ偏光に回転されてＰＢＳ３２ｄに入射される。ＰＢＳ３２ｄは入射されたＰ偏光は、偏光面で反射され、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００９４】
ここで、制御回路の動作によって２つの色選択性偏光板３３ａ，３３ｂの光学特性を図６に示すようにスイッチングすることにより、３つの反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを照明する分光照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。このとき、２つの色選択性偏光板３３ａ，３３ｂのスイッチング動作に合わせて、図６に示すように、色選択性偏光板３３ｃの光学特性をスイッチングさせることにより、色選択性偏光板３３ｃを介してＰＢＳ３２ｄに入射する光を全てＰ偏光として、ＰＢＳ３２ｄの偏光面で反射して投射レンズ１４へ入射させることができる。
【００９５】
このように、３板式とすることで、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させるとともに、特定の色の分光照明光の輝度を低下させることなく、各分光照明光間の輝度および発色性を均一化した高精細な表示画像を得ることができる。
【００９６】
また、２つの反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃに関しては、光路を重複させることが可能になるため、表示画像品質の面内均一性の向上を図るとともに、各色に対してそれぞれ独立した光路を設ける構造の従来の３板式の映像拡大装置と比較して、部品点数を低減し、低コスト化を図ることができる。
【００９７】
ところで、本実施の形態では、１フレームを２つのサブフレームによって構成するか、３つのサブフレームによって構成するかによって、色選択性偏光板の光学特性を、図６(ａ)，(ｂ)に示すように、２パターンに調整することが可能である。例えば、１フレームを２つのサブフレームによって構成する場合、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃの光学特性を図６(ａ)に示すようにスイッチングさせることにより、反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。
【００９８】
このように、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃの光学特性をスイッチングさせることで、反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを照明する分光照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングさせることができるので、３つの反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃによって得られるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光の光利用効率を３つの反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ間でそれぞれ平均化することができる。
【００９９】
これにより、３板式とすることで光利用効率の向上を図るとともに、３つの反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃにおける各画素の光変調面内での反射角度のばらつきによってスクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの全ての分光照明光に関して低減し、表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０１００】
また、例えば、１フレームを３つのサブフレームによって構成する場合、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃの光学特性を図６(ｂ)に示すようにスイッチングさせる。このとき、色選択性偏光板３３ａは実質的には動作しないので、３つの反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃを照明する分光照明光を、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２つの分光照明光によって交互にスイッチングすることができる。
【０１０１】
このように、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃの光学特性をスイッチングさせることで、反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃを照明する分光照明光をＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色に交互にスイッチングさせることができるので、３つの反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃによって得られるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光うち、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色映像光の光利用効率を２つの反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃ間で平均化することができる。
【０１０２】
これにより、３板式とすることで光利用効率の向上を図るとともに、２つの反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ３１ｂ，３１ｃにおける各画素の光変調面内での反射角度のばらつきによってスクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の分光照明光に関して低減し、輝度の面内ばらつきや色ムラが発生する比率を１／３に低減して表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０１０３】
なお、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃの光学特性を図６(ｂ)に示すようにスイッチングさせる場合、色選択性偏光板３３ａは実質的に動作しないので、色選択性偏光板３３ａを上述したカラーセレクトに交換することが可能である。これによって、映像拡大装置の低コスト化を図ることができる。
【０１０４】
加えて、図６(ｂ)では、サブフレーム数を３から２に減少できるので、サブフレームの切り換え時に生じるコントラストの低下、または、これを黒表示とした場合の全白輝度の低減等を改善することができる。
【０１０５】
なお、図５に示す構成を有する映像拡大装置では、サブフレームの切り換えを図６(ａ)または(ｂ)のいずれか一方に限るものではなく、構成上は、色選択性偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃを全てアクティブとし、図６(ａ)に示す動作モードと(ｂ)に示す動作モードとを切り換える手段を設けるようにしてもよい。これにより、図６(ｂ)に示す動作モードでは、サブフレーム数を３から２に減少できるので、サブフレームの切り換え時に生じるコントラストの低下を抑制することができる。また、図６(ｂ)に示す動作モードでは、サブフレームの切り換えに際しての映像光のクロストークを低減するために、サブフレームの切り換えに際して反射型ＬＶ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ全面を黒表示とするタイミングを設ける場合にも、全白輝度の低下を抑制することができる。
【０１０６】
なお、ＰＢＳは、グリッドワイヤ格子を用いた反射型偏光板を用いてもよい、また、作像系以外のＰＢＳであれば、より軽量で低コストの立方体型ではない平板型の偏光分光板を用いてもよい。
【０１０７】
次に、本発明の第四の実施の形態について図７および図８を参照して説明する。本実施の形態の映像拡大装置は、３つの反射型ＬＶを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１０８】
図７は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置４０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(反射型空間光変調手段)としての３つの反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、３つのＰＢＳ４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、２つの色選択性偏光板４３ａ，４３ｂと、分光照明光合成手段としての複合機能プリズム(ダイクロイックプリズム兼ＰＢＳ)４４と、リレーレンズ４４と、偏光分光板４５ａ，４５ｂと、誘電体反射ミラー４６とが設けられている。本実施の形態では、ＰＢＳ４２ａ，４２ｂ，４２ｃと色選択性偏光板４３ａ，４３ｂと偏光分光板４５ａ，４５ｂとによって照明光分光手段が実現されている。
【０１０９】
反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、フレームを３つに分割したサブフレーム単位で入射光を光変調して映像光を生成する。本実施の形態では、各サブフレーム期間は、１／６０秒に設定されている。このため、３つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／２０秒に設定される。
【０１１０】
ＰＢＳ４２ａ，４２ｂ，４２は、Ｐ偏光(図７中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図７中紙面平行方向)を透過する偏光面を有している。
【０１１１】
色選択性偏光板４３ａ，４３ｂは、上述と同様に、複数枚の位相差板と液晶セルとを組み合わせることによって構成されており、入射される光の分光特性に応じて特定波長領域の偏光を選択的に回転する。これにより、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅのうちのいずれか２色の偏光を回転することが可能になる。色選択性偏光板４３ａ，４３ｂの光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御により、周期的にスイッチングさせることが可能である。本実施の形態では、色選択性偏光板４３ａ，４３ｂのスイッチング周期は、１／６０秒に設定されている。
【０１１２】
複合機能プリズム４４は、Ｒｅｄ光を反射しＧｒｅｅｎ光，Ｂｌｕｅ光を透過する誘電体多層膜を一方の対角面に有し、偏光方向に応じて透過／反射により入射光を分光する偏光分光膜を他方の対角面に有しており、ダイクロイックプリズムとしての機能とＰＢＳとしての機能とを有する。これにより、複合機能プリズム４４に入射された光は、投射レンズ１４へ向けて出射される。
【０１１３】
リレーレンズ４４は、正のパワーのレンズ４４ａ，４４ｂを組み合わせて構成されている。
【０１１４】
加えて、偏光分光板４５ａ，４５ｂは、Ｐ偏光(図７中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図７中紙面平行方向)を透過する。
【０１１５】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出してガラス放物面鏡３により平行化を、色フィルタ４により不要波長を除去した光を、ホモジナイザによって面積的光強度分布を均一化し、偏光変換素子によってＳ偏光照明の光利用効率を１.５にした状態で、色選択性偏光板４３ａに入射する。
【０１１６】
色選択性偏光板４３ａは、入射された照明光のうち、２つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて透過する。これにより、色選択性偏光板４３ａを透過した照明光は、偏光分光板４５ａによって偏光分光され、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光が、誘電体反射ミラー４６、リレーレンズ４４を介して、ＰＢＳ４２ｃに入射される。ＰＢＳ４２ｃは、入射されたＳ偏光の光を反射型ＬＶ３１ａに向けて透過する。反射型ＬＶ３１ａに入射したＳ偏光は、反射型ＬＶ３１ａで分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。
【０１１７】
色選択性偏光板４３ａによって反射された光は、色選択性偏光板４３ｂによって一方をＳ偏光に回転して偏光分光板４５ｂに入射することにより、ＰＢＳ４２ｂに向けて反射する分光照明光と、ＰＢＳ４２ｃに向けて透過する光とに分光される。ＰＢＳ４２ｂに入射した分光照明光は、Ｐ偏光であるため、ＰＢＳ４２ｂで反射型ＬＶ４１ｂに向けて反射され、反射型ＬＶ４１ｂによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。また、ＰＢＳ４２ｃに入射した分光照明光は、Ｓ偏光であるため、ＰＢＳ４２ｃで反射型ＬＶ４１ｃに向けて反射され、反射型ＬＶ４１ｃによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。
【０１１８】
反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃで光変調された映像光は、いずれも複合機能プリズム４４に入射し、複合機能プリズム４４で複合されて投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【０１１９】
ここで、制御回路の動作によって２つの色選択性偏光板４３ａ，４３ｂの光学特性を図８に示すようにスイッチングすることにより、３つの反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。
【０１２０】
本実施の形態では、色選択性偏光板４３ａは実質的に動作しないので、３つの反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃのうち２つの反射型ＬＶ４１ｂ，４１ｃを照明する分光照明光を、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色で交互にスイッチングすることができる。
【０１２１】
このように、３板式とすることで、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させるとともに、特定の色の分光照明光の輝度を低下させることなく、各分光照明光間の輝度および発色性を均一化した高精細な表示画像を得ることができる。
【０１２２】
また、色選択性偏光板４３ｂの光学特性をスイッチングさせることで、反射型ＬＶ４１ｂ，４１ｃを照明する分光照明光をＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色で交互にスイッチングさせることができるので、３つの反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃによって得られるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光のうち、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の分光照明光を２つの反射型ＬＶ４１ｂ，４１ｃ間で平均化することができる。
【０１２３】
これにより、３板式とすることで光利用効率の向上を図るとともに、３つの反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃにおける各画素の光変調面内での反射角度のばらつきによってスクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の分光照明光に関して低減し、輝度の面内ばらつきや色ムラが発生する比率を１／３に低減して表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０１２４】
本実施の形態では、反射型ＬＶ４１ａ，４１ｂ，４１ｃの後段に、Ｒｅｄ光を反射しＧｒｅｅｎ光，Ｂｌｕｅ光を透過する誘電体多層膜を一方の対角面に有し、偏光方向に応じて透過／反射により入射光を分光する偏光分光膜を他方の対角面に有する複合機能プリズム４４を設けたので、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の映像光の偏光方向に拘わらず、Ｒｅｄの映像光を投射レンズ１４に向けて常に反射するとともにＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の映像光を投射レンズ１４に向けて照射することができる。
【０１２５】
なお、本実施の形態では、照明系部分である偏光分光板４５ａ，４５ｂに平面型の偏光分光板を用いるようにしたが、これに限るものではなく、例えば、立方体型のＰＢＳを用いてもよいし、ワイヤグリッド偏光子を用いても良い。
【０１２６】
また、照明光にレーザやＬＥＤまたは狭帯域フィルタ用いた放電ランプのような各色の波長帯域の狭いものを用いた場合、ダイクロイックプリズムとしての機能とＰＢＳとしての機能とを有する複合機能プリズム４４に代えて、ＰＢＳの多層膜をこれらに最適に設計してクロスのＰＢＳにしても、良好な効率で投射レンズに取り入れることができる。
【０１２７】
加えて、本実施の形態では、４３ａにアクティブな色選択性偏光板を用いるようにしたが、これに限るものではなく、本実施の形態のように固定的な動作を行なう場合には、単なるカラーセレクトを用いても良い。
【０１２８】
また、本実施の形態では、図８に示すように、Ｒｅｄ色の照明光によって反射型ＬＶ４１を常に照明するようにしたが、これにより、比視感度の高いＧ色と色差感度の高い青色の２色の組の照明光を２つの反射型ＬＶ４１ａに時間的に分散平均化することが可能になるので、３色の分光照明光のうちの２色を交互にスイッチングした場合にも、色ムラと輝度ばらつきを効果的に抑制できる。
【０１２９】
なお、反射型ＬＶ４１ａを常に照明する照明光はＲｅｄ色に限るものではなく、例えば、映像情報の種類によって、Ｂｌｕｅ色またはＧｒｅｅｎ色のどちらかによって反射型ＬＶ４１ａを常に照明するよう方が効果的な場合もある。
【０１３０】
次に、本発明の第五の実施の形態について図９および図１０を参照して説明する。本実施の形態は、４つの反射型ＬＶを有する４板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１３１】
図９は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置５０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(反射型空間光変調手段)としての４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄと、４つのＰＢＳ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄと５つのアクティブな色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅとを有している。本実施の形態では、ＰＢＳ５２ａ，５２ｂ，５２ｃと色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ，５３ｄとによって照明光分光手段が実現されている。
【０１３２】
反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、フレームを４つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されている。このため、４つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／１５秒に設定される。フレーム期間は、反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの設計、周辺電気回路の設計により、１／４倍以上の１／６０秒以下とすることは、比較的容易であり、好ましい。
【０１３３】
本実施の形態の映像拡大装置は、１フレームを４つのサブフレームによって構成しているため、１フレーム周期が長い。このため、比較的暗い室内でスクリーン輝度を小さくして使用する方がフリッカの発生を抑制できるので好ましい。
【０１３４】
ＰＢＳ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、Ｐ偏光(図９中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図９中紙面平行方向)を透過する偏光面を有している。ＰＢＳ５２ｄは、映像光合成用のＰＢＳである。
【０１３５】
色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅは、上述と同様に、複数枚の位相差板と液晶セルとを組み合わせることによって構成されており、入射される光の分光特性に応じて特定波長領域の偏光を選択的に回転する。これにより、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅのうちの特定色の偏光を回転することが可能になる。色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅの光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御により、周期的にスイッチングさせることが可能である。本実施の形態では、色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅのスイッチング周期は、１／６０秒に設定されている。
【０１３６】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出してガラス放物面鏡３により平行化を、色フィルタ４により不要波長を除去した光を、ホモジナイザによって面積的光強度分布を均一化し、偏光変換素子によってＳ偏光照明の光利用効率を１.５にした状態で、色選択性偏光板５３ａに入射する。
【０１３７】
色選択性偏光板５３ａは、入射された照明光のうち、１つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて透過して、ＰＢＳ５２ｂに入射する。ＰＢＳ５２ｂは、入射された照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光は、色選択性偏光板５３ｄ、ＰＢＳ５２ｃを介して、反射型ＬＶ５１ａに入射し、反射型ＬＶ５１ａによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調され、色選択性偏光板５３ｅ、ＰＢＳ５１ｄ、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【０１３８】
一方、ＰＢＳ５２ｂは、入射された照明光のうち、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を透過させて、色選択性偏光板５３ｂに入射する。色選択性偏光板５３ｂは、入射された分光照明光の一方の偏光をＰ偏光に回転して、ＰＢＳ５２ｂに入射する。ＰＢＳ５２ｂは、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を反射型ＬＶ５１ｂに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を反射型ＬＶ５１ｃに向けて透過する。反射型ＬＶ５１ｂ，５１ｃに入射する分光照明光は、それぞれ対応する反射型ＬＶ５１ｂ，５１ｃによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調されて、色選択性偏光板５３ｃに入射される。色選択性偏光板５３ｃに入射された分光照明光は、Ｓ偏光をＰ偏光に回転されてＰＢＳ５２ｄに入射される。ＰＢＳ５２ｄに入射されたＰ偏光は、偏光面で反射され、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【０１３９】
ここで、制御回路の動作によって５つの色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅの光学特性を図１０に示すようにスイッチングさせることにより、４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを照明する分光照明光をＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。
【０１４０】
このように、４板式とすることで、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させるとともに、特定の色の分光照明光の輝度を低下させることなく、各分光照明光間の輝度および発色性を均一化した高精細な表示画像を得ることができる。
【０１４１】
また、色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅの光学特性を周期的にスイッチングさせることで、反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができるので、４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄによって得られるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光の光利用効率を４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ間でそれぞれ平均化することができる。
【０１４２】
これにより、より多くの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄによって映像光の光利用効率を平均化することができるので、反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄにおける各画素の光変調面内での反射角度のばらつきによって、スクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に関して一層低減し、表示画像品質の面内均一性の向上を効果的に図ることができる。
【０１４３】
本実施の形態の映像拡大装置では、反射型ＬＶ５１ａにＲｅｄ，反射型ＬＶ５１ｂにＧｒｅｅｎ、反射型ＬＶ５１ｃにＢｌｕｅ色の分光照明光を入射させ、反射型ＬＶ５１ｄは無照明の状態としたが、反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂおよび反射型ＬＶ５１ｃ，５１ｄはそれぞれ対称的な位置関係にあるため、色選択性偏光板５３ａ，５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ，５３ｅの光学特性を対称的にスイッチングさせて偏光特性を反対にすることにより、例えば、ＡにＧｒｅｅｎ、ＢにＲｅｄ、Ｃに無照明、ＤはＢｌｕｅの状態にすることもできる。
【０１４４】
これ以外にも、それぞれ適切に偏光回転させる色と偏光回転させない色を、３つの色選択性偏光板の条件を変化させるだけで、自由にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの間で選択することもできる。
【０１４５】
これを利用して、反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを照明するＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの分光照明光および無照明の状態で周期的にスイッチングすることにより、４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄのうちのいずれの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄをいずれの色の分光照明光によって照明した場合にも、光利用効率を平均化した全ての映像光をスクリーン上に重ねあわせて拡大投射することができる。
【０１４６】
また、２フレームを使用して、フレーム１のサブフレーム１でＲｅｄ色照明光をＡに照明し、フレーム２のサブフレーム１で、フレーム１と異ならせてＲｅｄ色照明光をＤに照明することで、Ｒ照明光を４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄに照明することもでき、これらの動作は他の色でも同様に２フレーム単位で動作できる。このため、４つの反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを用いて光変調を行なっていることになるので、個々の反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの面内および反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ間での光利用効率つまりは実効反射率、さらにこの角度特性の不均一さに起因する、輝度の面内ばらつき、色ムラを、４つのうちの４つ全ての反射型ＬＶ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄで平均化することで完全に解消することができる。
【０１４７】
また、図９において、図示はしていないが、色選択性偏光板５３ｄ，５３ｅと映像光合成用のＰＢＳ５２ｄとの間に、通常の偏光子をクリーナとして挿入することにより、コントラストの増加を図ることができる。
【０１４８】
次に、本発明の第六の実施の形態について図１１および図１２を参照して説明する。本実施の形態は、２つの透過型ＬＶを有する２板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１４９】
図１１は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置６０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(透過型空間光変調手段)としての２つの透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂと、ＰＢＳ６２と、アクティブな色選択性偏光板６３と、偏光分光板６４と、誘電体反射ミラー６５ａ，６５ｂとを有している。本実施の形態では、色選択性偏光板６３と偏光分光板６４とによって照明光分光手段が実現されている。
【０１５０】
透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂは、高温ポリシリコンＴＦＴによるＴＮ液晶方式の透過型ＬＶである。透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。サブフレーム期間は１／６０秒に設定されており、このため１フレーム期間は１／２０秒に設定される。
【０１５１】
ＰＢＳ６２は、Ｐ偏光(図１１中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図１１中紙面平行方向)を透過する偏光面を有している。
【０１５２】
偏光分光板６４は、Ｐ偏光(図１１中紙面表裏方向)を反射し、Ｓ偏光(図１１中紙面平行方向)を透過する。
【０１５３】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出した光を、ガラス放物面鏡３により平行化した後、色フィルタ４により不要波長領域を除去した光とする。その後、ホモジナイザによって面積的な光強度分布を均一化し、偏光変換素子によって作像系のＰＢＳ９へのＳ偏光照明の光の光利用効率を約１.５とした照明光を、色選択性偏光板６３に入射する。
【０１５４】
色選択性偏光板６３は、入射された照明光のうち、１つの色の照明光を選択的に消光(吸収)するとともに、残り２色の分光照明光のうち一方をＰ偏光に回転させて色選択性偏光板２３を透過して、偏光分光板６４に入射する。偏光分光板６４は、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を誘電体反射ミラー６５ｂを介して透過型ＬＶ６１ａに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を誘電体反射ミラー６５ａを介して透過型ＬＶ６１ｂに向けて透過する。
【０１５５】
各透過型ＬＶ６１ａ，６１ｂに入射する分光照明光は、各透過型ＬＶ６１ａ，６１ｂを透過する際にそれぞれ対応する透過型ＬＶ６１ａ，６１ｂによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調され、ＰＢＳ６２、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【０１５６】
ここで、色選択性偏光板６３の光選択性を図１２に示すように周期的にスイッチングさせることにより、偏光分光板６４で反射する分光照明光と偏光分光板６４で透過する分光照明光とを周期的に入れ替え、透過型ＬＶ６１ａと透過型ＬＶ６１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。
【０１５７】
このように、色選択性偏光板６３の光選択性を周期的にスイッチングさせることで、透過型ＬＶ６１ａと透過型ＬＶ６１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができるので、２つの透過型ＬＶ６１ａ，６１ｂによって得られるＲｅｄおよびＢｌｕｅの映像光の光利用効率を２つの透過型ＬＶ６１ａ，６１ｂ間で平均化することができる。
【０１５８】
これにより、各色の分光照明光を単一の反射型ＬＶでそれぞれ光変調する場合と比較して、透過型ＬＶ６１ａと透過型ＬＶ６１ｂとの間の光利用効率のばらつきや、個々の透過型ＬＶ６１ａ，６１ｃにおける各画素の光変調面内での透過率のばらつきによって、スクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することを低減し、表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０１５９】
なお、照明光を色に応じて偏光分光するアクティブな色選択性偏光板６３として、ホログラフィック回折格子を有する高分子分散型液晶(ＨＰＤＬＣ)素子を多段で用いても、同様に、２つの透過型ＬＶに対して周期的にすべての照明光を照射することができる。
【０１６０】
次に、本発明の第七の実施の形態について図１３および図１４を参照して説明する。本実施の形態は、３つの透過型ＬＶを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１６１】
図１３は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置７０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(透過型空間光変調手段)としての３つの透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃと、分光照明光合成手段としての複合機能プリズム７２と、アクティブな色選択性偏光板７３と、偏光分光板７４と、誘電体反射ミラー７５ａ，７５ｂ，７５ｃと、ダイクロイックミラー７６とを有している。本実施の形態では、色選択性偏光板７３と偏光分光板７４とによって照明光分光手段が実現されている。
【０１６２】
透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されており、このためフレーム期間は１／３０秒に設定される。
【０１６３】
複合機能プリズム７２は、Ｒｅｄ光を反射しＧｒｅｅｎ光，Ｂｌｕｅ光を透過する誘電体多層膜を一方の対角面に有し、偏光方向に応じて透過／反射により入射光を分光する偏光分光膜を他方の対角面に有しており、ダイクロイックプリズムとしての機能とＰＢＳとしての機能とを有する。これにより、複合機能プリズム７２に入射された光は、投射レンズ１４へ向けて出射される。
【０１６４】
色選択性偏光板７３は、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ３色の照明光うちの１つの色の照明光を選択的に偏光を回転させずに透過させ、残りの２つの色を含む照明光を選択的に偏光を回転させて透過させる。色選択性偏光板７３の光学特性は、図示しない制御回路の制御によってスイッチングすることが可能である。
【０１６５】
ダイクロイックミラー７６は、特定波長領域の光を透過し、この特定波長領域以外の光を反射する。本実施の形態では、ダイクロイックミラー７６は、Ｒｅｄ光の分光照明光を透過する。
【０１６６】
加えて、ダイクロイックミラー７６の後段には、ダイクロイックミラー７６を透過した照明光の光路上に、３つの分光照明光間で光路長差による問題が生じないように調整光路長を調整する図示しないリレーレンズが設けられている。
【０１６７】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出してガラス放物面鏡３により平行化し、色フィルタ４により不要波長を除去した光を、ホモジナイザによって面積的光強度分布を均一化し、偏光変換素子によってＳ偏光照明の光利用効率を１.５にした状態で、色選択性偏光板７３に入射する。
【０１６８】
色選択性偏光板７３は、入射された照明光のうち、２つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて透過する。これにより、色選択性偏光板７３を透過した照明光は、偏光分光板７４によって偏光分光され、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光が、誘電体反射ミラー７５ａを介して、透過型ＬＶ７１ｃに入射する。透過型ＬＶ７１ｃは、入射されたＳ偏光を分光照明光の色に応じたＰ偏光の映像光に光変調して透過する。
【０１６９】
偏光分光板７４によって反射された照明光は、ダイクロイックミラー７６により、反射されて透過型ＬＶ７１ｂに向けて入射する分光照明光と、透過されて誘電体反射ミラー７５ｂ，７５ｃを介して透過型ＬＶ７１ａに入射する分光照明光とに分光される。透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂは、入射された各分光照明光を分光照明光の色に応じた映像光に光変調して透過する。
【０１７０】
透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃで光変調されて透過された映像光は、いずれも複合機能プリズム７２に入射し、複合機能プリズム７２で複合されて投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【０１７１】
ここで、制御回路の動作によって２つの色選択性偏光板７３の光学特性を図１４に示すようにスイッチングすることにより、３つの透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃを照明する分光照明光のうち、透過型ＬＶ７１ｂ，７１ｃを照明する分光照明光をＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色で交互にスイッチングすることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。
【０１７２】
このように、色選択性偏光板４３ｂの光学特性をスイッチングさせることで、透過型ＬＶ７１ｂ，７１ｃを照明する分光照明光をＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色で交互にスイッチングさせることができるので、３つの透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃによって得られるＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の映像光のうち、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の分光照明光を２つの透過型ＬＶ７１ｂ，７１ｃ間で平均化することができる。
【０１７３】
このように、３板式とすることで、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させることができる。
【０１７４】
また、３板式とすることで光利用効率の向上を図るとともに、３つの透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ，７１ｃにおける各画素の光変調面内での光透過率のばらつきによってスクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの２色の分光照明光に関して低減し、輝度の面内ばらつきや色ムラが発生する比率を１／３に低減して表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０１７５】
次に、本発明の第八の実施の形態について図１５および図１６を参照して説明する。本実施の形態は、２つの透過型ＬＶを備える２板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１７６】
図１５は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置８０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段(透過型空間光変調手段)としての２つの透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂと、ＰＢＳ８２と、色選択性偏光板８３と、誘電体反射ミラー８４ａ，８４ｂと、色スクロール素子８５ａ，８５ｂと、２色スクロール元照明光形成光学素子８６とを有している。本実施の形態では、色選択性偏光板８３と２色スクロール元照明光形成光学素子８６とによって照明光分光手段が実現されている。
【０１７７】
２色スクロール元照明光形成光学素子８６は、２枚の偏光分光板８７ａ，８７ｂと、２枚の偏光分光板８７ａ，８７ｂ間に設けられた２枚の色回転偏光板８８ａ，８８ｂとを有している。２枚の色回転偏光板８８ａ，８８ｂには、偏光分光板８７ａ，８７ｂに対向する側に、誘電体多層膜コーティングによって形成された偏光分光板８９ａ，８９ｂが設けられている。各色回転偏光板８８ａ，８８ｂは、同一の部材によって形成されて互いに異なる光学特性を有する２つの色回転偏光板によって形成されており、もとの有効口径の約２倍紙面に平行な方向の有効口径を有し、元の有効口径の大きさで２分されるような２種類の領域を有し、ほぼ同一平面にあるように形成されている。２色スクロール元照明光形成光学素子８６の光学特性は、図示しない制御回路の制御により、周期的にスイッチングすることが可能である。
【０１７８】
色スクロール素子８５ａ，８５ｂは、角柱形状を有しており、透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂによるサブフレーム単位での映像光の切り換えのフレーム周波数と同期して回転される。色スクロール素子８５ａ，８５ｂは、光軸方向における回転中心の位置が、透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂの中心と等しくなるように配設されている。
【０１７９】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出してガラス放物面鏡３により平行化し、色フィルタ４により不要波長を除去した光を、ホモジナイザによって面積的光強度分布を均一化し、偏光変換素子によってＳ偏光照明の光利用効率を１.５にした状態で、色選択性偏光板８３に入射する。
【０１８０】
色選択性偏光板８３は、入射されたＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅを含む白色照明光のうち、Ｒｅｄ色の分光照明光の偏光方向を４５度回転して、紙面に垂直な方向のＳ偏光と紙面に平行な方向のＰ偏光との２種類に分光する。また、特に図示しないが、同じサブフレームで照明に利用するＧｒｅｅｎとＢｌｕｅとの分光照明光は、色選択性偏光板８３により偏光回転を受けない状態とする。
【０１８１】
これにより、偏光分光板８７ａに入射するＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ光からなる白色照明光のうち、Ｒｅｄ色の１／２が偏光分光板８７ａによって反射されて、Ｒｅｄ色の残りの１／２とＧｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの分光照明光とが透過する。
【０１８２】
色回転偏光板８８ａは、偏光分光板８７ａを透過したＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ３色の分光照明光を、全て９０度偏光回転させる。
【０１８３】
色回転偏光板８８ｂは、色回転偏光板８８ａにより偏光回転されたＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ色からなる照明光のうち、Ｒｅｄ色のみを選択的に偏光回転してＰ偏光とし、偏光分光板８７ｂに入射させる。
【０１８４】
偏光分光板８７ｂは、偏光回転して入射されたＰ偏光のＲｅｄ色の照明光を透過し、Ｓ偏光のままである他の２色のＧｒｅｅｎとＢｌｕｅとの分光照明光を反射する。偏光分光板８７ｂで反射された２色の照明光は、再び色回転偏光板８０ｂに入射し偏光回転されずに色回転偏光板８０ａに入射する。
【０１８５】
色回転偏光板８０ａは、２色の色の１つの色のみを偏光回転して透過し、偏光分光板８７ａに入射する。本実施の形態では、Ｇｒｅｅｎの照明光が偏光回転され、Ｂｌｕｅの照明光はそのままとなる。
【０１８６】
偏光分光板８７ａは、入射された分光照明光のうち、Ｓ偏光のままのＢｌｕｅの分光照明光を反射し、Ｐ偏光となるＧｒｅｅｎの分光照明光を透過する。反射されたＢｌｕｅの分光照明光は、色回転偏光板８０ｂで回転されてＰ偏光となり、偏光分光板８７ｂを透過する。なお、偏光分光板８７ａで反射されたＢｌｕｅの分光照明光が入射する色回転偏光板８０ｂは、周期的に色選択の状態を変化させる必要がないので、広い帯域の１／２波長板をそのまま用いてもよいし、もれ光を減少するために、アクティブな色選択性偏光板を用いてもよい。
【０１８７】
これにより、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ光を含む白色光は、Ｒｅｄ色が２つ、ＧｒｅｅｎとＢｌｕｅ色はそれぞれ１つずつの合計４本の照明光に分割されて、２つの透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂに２つづつ組となって入射する。このとき、透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂにおける各色の映像光は、透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂの単一の光変調面内で面積的にシェアし合う状態で入射される。これにより、単一の光変調面内に、異なる色の２つの分光照明光を照射することがきる。すなわち、透過型ＬＶ８１ａにＲｅｄとＧｒｅｅｎの色の分光照明光を入射し、透過型ＬＶ８１ｂにＲｅｄとＢｌｕｅの色の分光照明光を入射することができる。
【０１８８】
ここで、２色スクロール元照明光形成光学素子８６の光学特性は、任意に変更することができるため、２色スクロール元照明光形成光学素子８６の光学特性をスイッチングさせることにより、図１６に示すように、Ｒｅｄ／ＧｒｅｅｎおよびＢｌｕｅ／Ｒｅｄによって照明されていた透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂを、Ｂｌｕｅ／ＲｅｄおよびＧｒｅｅｎ／Ｂｌｕｅにスイッチングさせ、さらに、Ｇｒｅｅｎ／ＢｌｕｅとＲｅｄ／Ｇｒｅｅｎとなるよう周期的にスイッチングさせることができる。ここに、スイッチング手段としての機能が実現されている。
【０１８９】
これにより、２板式でありながら、常にＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色を表示に使用することができるので、フリッカの少ない光利用効率の高い映像拡大装置を実現するとともに、それぞれの透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂをＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色の分光照明光によって周期的に照明しているので、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色の分光照明光のそれぞれを２つの透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂ間で平均化することができるので、２つの透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂ間の光利用効率のばらつきや、個々の透過型ＬＶ８１ａ，８１ｂにおける各画素の光変調面内での光透過率のばらつきによってスクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの各色の分光照明光に関して低減し、輝度の面内ばらつきや色ムラが発生する比率を１／３に低減して表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０１９０】
また、複数のフレームに亘って、サブフレームの組み合わせ状態を変化させることにより、フリッカの少ない画像を得ることができる。
【０１９１】
なお、本実施の形態では、スクロールのようにブロック単位でＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅからなる３色の照明領域を複数に分割しているが、これらは均等な面積に分割する必要はなく、２色形成される領域を小さくしたりしてもよい。さらには、このブロック単位での照明領域の大きさは、複数または１つの走査線単位でもよく、また画素単位でもよい。
【０１９２】
このとき、それぞれの透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂへの光路の途中に角柱形状のスクロール変換素子を挿入し、これをフレーム周波数と同期させて回転させることにより、透過型ＬＶ７１ａ，７１ｂ上を同一方向にスクロールすることができる。２色に対応して、それぞれのスクロールの中心がＬＶの中心になるように２つの角柱形状の光学ブロックでスクロールすることが好ましい。
【０１９３】
斜入射の色選択性偏光板は、レーザ光のような波長領域の少ない場合には、比較的に波長と入射角度のずれの許容値が大きいために作製しやすい。波長領域が広いＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ色を有する照明光の場合には、色純度を低減させないよに最適化することが好ましい。
【０１９４】
次に、本発明の第九の実施の形態について図１７を参照して説明する。本実施の形態は、２つの透過型ＬＶを備える２板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１９５】
図１７は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置９０は、図１６に示す映像拡大装置に対して、２色スクロール元照明光形成光学素子８６に代えて、ステップ上に素子を形成した元照明光形成光学素子９１を備えており、その他の基本的な構成は図１６に示す映像拡大装置と同様である。
【０１９６】
元照明光形成光学素子９１は、２枚の偏光分光板９７ａ，９７ｂと、２枚の偏光分光板９７ａ，９７ｂ間に設けられた広い帯域の１／２波長板９２ａ、９２ｂと、通常と同様の色選択性偏光板９３ａ，９３ｂとを有する。本実施の形態では、色選択性偏光板８３と元照明光形成光学素子９１とによって照明光分光手段としての機能が実現されている。
【０１９７】
このような構成とすることにより、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ各色の波長領域をより広くするとともに、照明のＮＡをより大きくすることができる。
【０１９８】
次に、本発明の第十の実施の形態について図１８を参照して説明する。本実施の形態は、強誘電性液晶による反射型ＬＶを３枚備える３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
【０１９９】
図１８は、本実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。本実施の形態の映像拡大装置１００の基本的な構成は、図５に示す映像拡大装置３０と同様であるが、空間光変調手段(反射型空間光変調手段)としての反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃは、表面安定化した強誘電性液晶によって構成されている。本実施の形態では、色選択偏光板３３ａ，３３ｂ，３３ｃとＰＢＳ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃとによって照明光分光手段が実現されている。
【０２００】
また、映像拡大装置１００は、ＰＢＳ１０２ｄの後段に、色選択性偏光板１０３と、光軸シフト手段としての光軸シフト素子１０４とを有している。公知の技術であるため、詳細な図示および説明を省略するが、光軸シフト素子１０４は、表面安定化した２枚の強誘電性液晶素子とリチウムナイオベートとからなる２枚の複屈折板とによって構成されており、色選択性偏光板１０３から出射される映像光の光路をシフトさせる。
【０２０１】
一般的に、表面安定化した強誘電性液晶によって構成される反射型ＬＶを複数用いて分光照明光の空間光変調を行なう場合、ネマチック液晶を用いる空間光変調素子とは異なり、良好な表示画像を得るためには基板間のギャップを１μｍ以下で制御する必要があるが、実際には、反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃにおける各画素の光変調面内での反射率のばらつきが大きく、スクリーンに投射される表示画像の輝度ムラや色ムラの発生を抑制することは、非常に困難である。
【０２０２】
しかしながら、反射型ＬＶを時分割で駆動して、光軸シフト素子を組み合わせることで実効画素数を増加させることにより表示画像の高精細化を図る場合、従来よりも高速なフレーム速度が必要となり、この高速化に対応することができるのは、表面安定化した強誘電性液晶が適しているため、分光照明光の空間光変調は表面安定化した強誘電性液晶によって構成される反射型ＬＶによって行なうことが好ましい。
【０２０３】
例えば、画素数を４倍に増加する場合、光軸シフト素子における１画素を４倍にして用いる必要があるが、１つの画素の光利用効率または反射率に不良が生じている場合、この不良が４倍の４画素分の影響を及ぼすため、画素を小さくして高解像度化を図っているにもかかわらず、１つの画素に不良が生じている場合でも不良画素の大きさは元の画素の４倍の大きさとして視認される。このため、不良が容易に発見されやすく、不良が目立つようになる。
【０２０４】
これに対して、本実施の形態の映像拡大装置１００は、分光特性に応じてＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの３色に分光した分光照明光のそれぞれを、反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃによって、分光照明光に応じて分割した映像情報に応じた映像光に光変調するとともに、光変調した映像光のそれぞれの光路を光軸シフト素子１０４によってシフトさせることで実効画素数を増加させ、表示画像の高精細化を図るとともに、複数の強誘電性液晶を用いた反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃに照明する分光照明光を複数色で周期的にスイッチングすることにより、分光照明光のスイッチングに関わる反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ間で平均化することができるので、スイッチングに関わる反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃにおける各画素の光変調面内での光透過率のばらつきによってスクリーンに投射される表示画像に輝度ムラや色ムラが発生することをスイッチングに関わる各色の分光照明光に関して低減し、輝度の面内ばらつきや色ムラの発生を実用上支障のないレベルまで低減して、表示画像品質の面内均一性の向上を図ることができる。
【０２０５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の映像拡大装置によれば、照明光学手段によって出射した照明光を分光特性に応じて複数に分光した分光照明光を複数の空間光変調手段に照明して、分光照明光のそれぞれを、分光照明光に応じて分割した映像情報に応じた映像光に複数の空間光変調手段によって光変調することで、複数の分光照明光を映像光に利用することができるので光利用効率の向上を図ることができ、また、複数の分光照明光を映像光として単一の表示画像中に投射することができるので表示画像の高精細化を図ることができる。このとき、複数の空間光変調手段を複数の分光照明光によって同時に照明するとともに、照明に用いる分光照明光を少なくとも２つの空間光変調手段の間で単一のフレームを構成する複数のサブフレーム単位で周期的にスイッチングさせて、同一の分光特性を有する分光照明光を２つ以上の空間光変調手段によって映像光に光変調することにより、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる映像光の光利用効率を、スイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化し、多板式の映像拡大装置で、空間光変調手段間の光学特性のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を低減することができる。これによって、画像品質の向上を図ることができる。
【０２０６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の映像拡大装置において、３つに分光した分光照明光のうち２つの分光照明光を空間光変調手段の間で周期的にスイッチングさせて、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる映像光のうち２／３の映像光の光利用効率をスイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化することで、従来の２板式の映像拡大装置と比較して、単一の空間光変調手段における各画素間の光学特性のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を１／３まで低減するとともに、カラーブレイクの発生を低減することができる。
【０２０７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の映像拡大装置において、３つに分光した全ての分光照明光を映像光に利用することができるので光利用効率を向上させカラーブレイクの発生を抑制するとともに省エネルギー化を図ることができる。また、全ての分光照明光を映像光として単一の表示画像中に投射するとともに、そのうちの２／３の映像光の光利用効率をスイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化するので、多板式の映像拡大装置で、空間光変調手段間の性能のばらつきや単一の空間光変調手段における各画素間の光学特性のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を低減することができる。また、各分光照明光にそれぞれ独立した光路を設ける従来の３板式の映像拡大装置と比較して、低コスト化を図ることができる。
【０２０８】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の映像拡大装置において、像形成光学手段の前段に分光照明光合成手段を設けることで、空間光変調手段に照明されるまでに経由する光路による映像光の偏光状態に拘わらず映像光を被照射体に拡大して投射することができる。
【０２０９】
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の映像拡大装置において、３つ以上に分光された全ての分光照明光を映像光とし、分光照明光に照明される全ての空間光変調手段間で分光照明光を周期的にスイッチングさせて、同一の分光特性を有する分光照明光によって得られる全ての映像光の光利用効率をスイッチングに関わる空間光変調手段間で平均化することで、光利用効率を平均化した全ての照明光を映像光として単一の表示画像中に投射させることが可能になるので、空間光変調手段間の光学特性のばらつきや単一の空間光変調手段における各画素間の光学特性のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を全ての分光照明光に亘って低減し、表示画像の一層の高解像度化を図ることができる。また、各分光照明光にそれぞれ独立した光路を設ける従来の３板式の映像拡大装置と比較して、低コスト化を図ることができる。
【０２１０】
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一に記載の映像拡大装置において、反射型空間光変調手段を用いた映像拡大装置で、請求項１ないし５のいずれか一に記載の発明の効果を得ることができる。
【０２１１】
請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一に記載の映像拡大装置において、透過型空間光変調手段を用いた映像拡大装置で、請求項１ないし５のいずれか一に記載の発明の効果を得ることができる。
【０２１２】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし７のいずれか一に記載の映像拡大装置において、従来の強誘電性液晶を用いた場合に基板間の狭セルギャップが不均一であるために問題となっている単一の空間光変調手段における各画素間の性能のばらつきによる輝度ムラや色ムラの発生を低減し、表示画像の高精細化を図ることができる。
【０２１３】
請求項９記載の発明によれば、請求項１ないし８のいずれか一に記載の映像拡大装置において、光軸シフトにより表示画像の高解像度化を図るようにした従来の映像拡大装置で問題となっている隣接画素間の輝度ムラや色ムラの発生を低減し、高品質な表示画像の高精細化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図２】ダイクロイックプリズムの回転により反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図４】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図５】本発明の第三の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図６】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図７】本発明の第四の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図８】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図９】本発明の第五の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図１０】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図１１】本発明の第六の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図１２】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図１３】本発明の第七の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図１４】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化を示す説明図である。
【図１５】本発明の第八の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図１６】色選択偏光板の偏光状態のスイッチングにより反射型ＬＶに照明される分光照明光のスイッチング状態の変化および反射型ＬＶの走査状態を示す説明図である。
【図１７】本発明の第九の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【図１８】本発明の第十の実施の形態の映像拡大装置全体の光学系構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 映像拡大装置
２，３ 照明光学手段
１０ 照明光分光手段
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 空間光変調手段(反射型空間光変調手段)
２０ 映像拡大装置
２１ａ，２１ｂ 空間光変調手段(反射型空間光変調手段)
３０ 映像拡大装置
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 空間光変調手段(反射型空間光変調手段)
４０ 映像拡大装置
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 空間光変調手段(反射型空間光変調手段)
４４ 分光照明光合成手段
５０ 映像拡大装置
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ 空間光変調手段(透過型空間光変調手段)
６０ 映像拡大装置
６１ａ，６１ｂ 空間光変調手段(透過型空間光変調手段)
７０ 映像拡大装置
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ 空間光変調手段(透過型空間光変調手段)
７２ 分光照明光合成手段 ８０ 映像拡大装置
８１ａ，８１ｂ 空間光変調手段(透過型空間光変調手段)
９０ 映像拡大装置
１００ 映像拡大装置
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ 空間光変調手段(透過型空間光変調手段)
Claims (9)
- 照明光を出射する照明光学手段と、
前記照明光学手段が出射する照明光を分光特性に応じて複数の分光照明光に分光する照明光分光手段と、
複数のシャッタ素子を有して前記照明光分光手段が分光した分光照明光のそれぞれを、前記照明光分光手段が分光する分光照明光に応じて分割した映像情報に応じた映像光に光変調する複数の空間光変調手段と、
前記照明光分光手段が分光した複数の分光照明光によって複数の前記空間光変調手段を同時に照明するとともに、照明に用いる分光照明光を少なくとも２つの前記空間光変調手段の間で単一のフレームを構成する複数のサブフレーム単位で周期的にスイッチングさせるスイッチング手段と、
前記各空間光変調手段が光変調した映像光を拡大して被照射体に投射する像形成光学手段と、
を具備する映像拡大装置。 - 前記空間光変調手段を２つ備え、前記照明光分光手段は照明光を３つの分光照明光に分光し、前記スイッチング手段は３つの分光照明光を２つの前記空間光変調手段の間で周期的にスイッチングさせる請求項１記載の映像拡大装置。
- 前記空間光変調手段を３つ以上備え、前記照明光分光手段は照明光を３つ以上の分光照明光に分光し、前記スイッチング手段は２つの分光照明光を前記空間光変調手段の間で周期的にスイッチングさせる請求項１記載の映像拡大装置。
- 前記空間光変調手段によって得られる複数の映像光を合成する分光照明光合成手段を具備して、
前記像形成光学手段は、前記分光照明光合成手段が合成した映像光を拡大した拡大像光を被照射体に投射する請求項３記載の映像拡大装置。 - 前記空間光変調手段を３つ以上備え、前記照明光分光手段は照明光を３つ以上の分光照明光に分光し、前記スイッチング手段は全ての分光照明光によって前記空間光変調手段をそれぞれ同時に照明するとともに、この分光照明光によって照明される前記空間光変調手段の間で分光照明光を周期的にスイッチングさせる請求項１記載の映像拡大装置。
- 前記空間光変調手段は、前記分光照明光を映像情報に応じて反射する反射型空間光変調手段である請求項１ないし５のいずれか一に記載の映像拡大装置。
- 前記空間光変調手段は、前記分光照明光を映像情報に応じて透過する透過型空間光変調手段である請求項１ないし５のいずれか一に記載の映像拡大装置。
- 前記空間光変調手段は、強誘電性液晶を用いた空間光変調手段であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一に記載の映像拡大装置。
- 前記空間光変調素子と像形成光学手段との間に設けられて光軸をシフトする光軸シフト手段を具備する請求項１ないし１０のいずれか一に記載の映像拡大装置。
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