JP4167452B2 - Image display device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置、特にライトバルブの表示画像を拡大表示する画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示素子(LCD)などの小型画像表示素子の画像をレンズ系を介して拡大して表示する画像表示装置には、ヘッドマウントディスプレイと呼ばれる眼前に装着又はかざして拡大像を観察するタイプと、拡大像をスクリーンに投影して投影像を観察するいわゆる投射型の画像表示装置がある。
【0003】
一般に、この種の画像表示装置においては、画面の解像度が表示品質を決める上で重要な要因となる。従来の拡大投射型画像表示装置においては、画面の解像度を上げるためには、小型画像表示装置の表示画素数を増やす方法が採られてきた。小型画像表示素子としては一般に各画素に対応させてトランジスタを形成した液晶表示素子(TFT型LCD)が用いられている。このような素子においては、微細化には微細加工技術や配線抵抗、またトランジスタ領域や配線領域の確保の問題から限界がある上、このような素子は歩留まりの低下などのため高コストとなる。また、素子の画素密度を変えずに素子を大型化する方法では、素子の生産性が低下するため、同じくコストが高くなるという問題に加えて、照明光学系や投射光学系が大型化し、装置の大型化やさらなる高コスト化の問題を生ずる。
【0004】
一方、特許第2939826号公報によれば、投射型の画像表示装置において表示素子とスクリーンとの間(即ち、表示素子の出射光路中)に偏光方向を旋回できる光学素子と複屈折効果を有する透明素子とを設け、投影画像をシフトさせることによって高解像度化を実現する方法が開示されている。
【0005】
図29は同公報に示される画像表示装置の構成例を示す。図24において、表示用液晶パネル201によって光源202からの光が変調され、この変調された画像が投射レンズ203によってスクリーン204に拡大投射される。投射レンズ203と表示用液晶パネル201との間には偏光方向制御用液晶パネル205と水晶板206とが設けられている。水晶板206の主光軸は、光学系の光軸に対して傾斜して配置されている。
【0006】
なお、207,208はフレームメモリ、209は分配器である。
【0007】
このような構成によれば、偏光方向制御用液晶パネル205によって水晶板206に対して特定の方向に偏光した光の光路をシフトさせることができる。偏光方向制御用液晶パネル205を高速で動作させ、水晶板206に入射させる偏光状態を制御することで光路がシフトした状態とシフトしない状態を切替えることができ、結果としてより多くの画像情報を表示することができる。この方法は、廉価な画素数の少ない画像表示素子を用いて高解像度を実現することができるため、高精細化の有力な手法である。
【0008】
ここで、上記特許第2939826号公報に示される偏光方向制御用液晶パネル205と水晶板206との作用を図30に示す原理図を参照して説明する。偏光方向制御用液晶パネル205に入射した偏光光L211は偏光方向制御用液晶パネル205によって偏光方向が変調され、206aのような主光軸を有する水晶板206に入射する。このとき、水晶板206の主光軸206aと光学系の光軸のなす面に平行な方向に振動する偏光光L211pは水晶板206によって複屈折を受け光路がシフトされる。一方、水晶板206の主光軸206aと光学系の光軸のなす面に垂直な方向に振動する偏光光L211sは水晶板206による複屈折を受けず、光路を偏向されることなくそのまま出射する。
【0009】
図31は透過型液晶方式のライトバルブを用いた代表的な3板光学系方式の画像表示装置を説明するための模式図である。光源401を出た光はフライアイレンズ402,403等を用いて構成されたインテグレータ光学系404を介してライトバルブとしての液晶表示素子405r,405g,405bを照明する。光源401から液晶表示素子405r,405g,405bに至る光路中にはダイクロイックミラー406bg,406gが設けられ、白色光を赤色光R、緑色光G、青色光Bの3色光に分光し、各々の色光が各液晶表示素子405r,405g,405bを照明するよう構成されている。液晶表示素子405r,405g,405bで画像変調された画像光はクロスダイクロイックプリズム407で合成され、投射レンズ408によってスクリーンに拡大投射される。なお、409はフィールドレンズ、410は偏向用ミラー、411はリレーレンズである。
【0010】
ダイクロイックプリズム407に入射する画像光は、インテグレータ光学系404によって様々な入射角を有する光となる。ダイクロイックプリズム407のダイクロイック膜の入射角特性は1〜2nm/°程度の角度分布を有する。照明光の最大入射角は一般に数度から10度程度あるため、入射角によって10nmから20nmほどの色ずれを生ずることになる。この入射角特性は、表示の色むら、特に入射角が大きくなる周辺部の色むらとなって観測される。このようなむらを抑えるため、ダイクロイック膜の偏光特性を利用し、緑色光Gのみをp偏光で入射させ、赤色光R、青色光Bについてはs偏光で入射させることが行われている(光技術コンタクト、Vol37、No9参照)。これは、偏光特性に合わせてダイクロイック膜の設計を最適化することと、緑色光Gの照明光路中に偏光面を90°回転させるような光学素子412を挿入させ、又は、液晶表示素子405gの画像情報のオン・オフを反転させることで実現される。このとき、投射光は緑色光Gのみp偏光、他の赤色光R、青色光Bはs偏光としてスクリーンに投影される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の画像表示装置において特許第2939826号公報に示されるような画素シフト方式を適用する場合を考える。具体的には、図31に示すように、ダイクロイックプリズム407の出射光路上に偏光方向制御用液晶パネル205と水晶板206とを設けた場合を考える。
【0012】
図32は、その偏光方向制御用液晶パネル205と水晶板206とを抽出して示す動作説明図である。図32(a)は偏光方向制御用液晶パネル205によって入射偏光の状態が変化しない場合の説明図である。p偏光である緑の画像光L415は水晶板206によって光路シフトを受けるもののs偏光である青と赤の画像光L416は光路シフトを受けない。一方、図32(b)に示すように、偏光方向制御用液晶パネル205によって入射偏光の状態が90°変化させられる場合には、p偏光である緑の画像光L415はs偏光に変換されているため光路シフトを受けず、s偏光である青と赤の画像光L416はp偏光に変換されているため光路シフトを受けることとなる。即ち、色によって光路シフトの有無が変わることとなり、青と赤の画像光L416に対して緑の画像光L415だけずれた表示となってしまう。
【0013】
上例では、ダイクロイックプリズムによる色合成方式の場合を例に採り、その色むらを軽減させるためのケースで説明したが、この他、偏光ビームスプリッタを色合成手段として用いて偏光の異なる色光を合成する方式も知られており、このような色合成手段を用いた光学系構成の場合にも、同様な問題を生じ、画素ずれにより画像品質を損ねてしまう。
【0014】
そこで、本発明は、複数のライトバルブの異なる偏光状態の色光を合成し、かつ、光路シフトを行わせることで高精細表示を行わせる画像表示装置における画素ずれの問題を解消し、高精細で、均一性に優れた画像表示装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、画像変調を行う複数のライトバルブと、これらのライトバルブに対する画像情報の書き込みを制御する表示データ制御手段と、前記各ライトバルブを異なる色光で照明する照明装置と、前記各ライトバルブによって画像変調された画像光を合成する色合成手段と、合成された画像光の光路を前記ライトバルブの画像変調と同期して時分割で変調する光路変調手段と、合成された画像光を拡大表示するレンズと、を備え、前記色合成手段に入射する複数の画像光は、1色の色光と他の色光について偏光方向の異なる2つの偏光状態を有し、前記光路変調手段は、前記画像光の偏光面を前記2つの偏光状態の間で切替える偏光変調手段と、この偏光変調手段から出射される前記2つの偏光状態の出射光のうち、いずれか一方の偏光状態の出射光に対して光路を曲折させる光路偏光素子とを有し、前記ライトバルブの表示画像の表示位置を少なくとも2つの状態の間で変化させて表示位置の変化させられた画像を時分割で重畳させ、前記表示データ制御手段は、画像フレーム期間に前記各ライトバルブに書き込む表示画像として当該画像フレーム期間の前記光路変調手段の作用状態による各偏光光の光路シフト量に対応した表示位置の画像情報を書き込むようにした。
【0016】
従って、色合成手段に入射する複数の画像光のうち少なくとも1色の偏光状態が他の色光の偏光状態と異なることにより、色合成手段の入射角依存性に起因する表示むらを抑え、又は、高効率な色合成を行わせることができる画像表示装置において、合成された画像光の光路を変調する光路変調手段を備えるとともに、画像フレーム期間に各ライトバルブに書き込む表示画像として、当該画像フレーム期間の光路変調手段の作動状態による偏光状態に応じた光路シフト量に対応した表示位置の画像情報を書き込む構成とすることで、色ずれのない解像度の高い表示を行わせることができる。
【0017】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の画像表示装置において、前記色合成手段に入射する画像光の偏光は、直線偏光であり、偏光状態の異なる入射光は他の入射光と偏光方向が直交している。
【0018】
従って、画像光の偏光状態を直線偏光とし、偏光状態の違いを直交関係とすることで、光路シフト量が明確となり、ライトバルブに対する画像情報の書き込み位置の補正で適正に対処可能となり、光路変調手段によるシフトに伴う画素位置ずれのない高解像度の画像表示が可能となる。
【0019】
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の画像表示装置において、前記表示データ制御手段は、他の色光と偏光状態が異なる色光に対する前記ライトバルブに対しては、前記光路変調手段が第1の作用状態にある画像フレーム期間中には他色が第2の作用状態にある表示位置に対応する画像情報を、前記光路変調手段が前記第2の作用状態にある画像フレーム期間中には他色が前記第1の作用状態にある表示位置に対応する画像情報を書き込むようにした。
【0020】
従って、画像フレーム期間の光路変調手段の作用状態による偏光状態に応じた光路シフト量に対応した表示位置の画像情報を書き込む構成の具体的な情報書き込み方法が明らかとなり、色ずれのない解像度の高い表示が可能となる。
【0021】
請求項4記載の発明は、請求項1又は2記載の画像表示装置において、他の色光と偏光状態が異なる色光に対する前記ライトバルブは、前記光路変調手段による光路シフト量をs、前記ライトバルブの画素ピッチをp、整数をnとしたとき、その画素位置が他の前記ライトバルブの画素位置に対してp*(n+s)に相当する距離だけ光路のシフト方向にずれるように配置されている。
【0022】
従って、解像度の高い表示に加えて、より簡便な情報書き込み方法で実現可能となる。
【0023】
請求項5記載の発明は、請求項4記載の画像表示装置において、前記表示データ制御手段は、他の色光と偏光状態が異なる色光に対する前記ライトバルブの画素のアドレス位置として、他の前記ライトバルブの画素のアドレス位置に対して、前記光路変調素子が当該ライトバルブの出射偏光に対して作用するサブフレームにおいてはnだけ、前記光路変調素子が当該ライトバルブの出射偏光に対して作用しないサブフレームにおいてはn+1だけずらした画素位置に画像情報を書き込むようにした。
【0024】
従って、解像度の高い表示に加えて、より簡便かつ具体的な情報書き込み方法が明らかとなる。
【0025】
請求項6記載の発明は、請求項4又は5記載の画像表示装置において、n=0である。
【0026】
従って、n=0の場合が最も簡便で、周辺部の表示領域を最も有効に活用できる光学的構成及び情報書き込み方法となる。
【0027】
請求項7記載の発明は、請求項1ないし6の何れか一記載の画像表示装置において、前記表示データ制御手段は、各々1画面分の画像情報を記憶する容量を有して各々のライトバルブ用の各色の画像データ量に対応した記憶領域が確保された記憶素子と、この記憶素子から画像情報を読み出す際に時間的に重畳するために少なくとも必要なデータのみを読み出して各ライトバルブへ書き込むように前記記憶素子の前記各記憶領域への書き込み及び読み出しを制御する制御回路と、を備える。
【0028】
従って、ライトバルブ個別のサブフレームバッファ等の記憶素子を持たずに、データを更新するため、高速応答が必要な記憶素子、制御回路等の部品点数が減り、低コスト化を実現できる。また、各ライトバルブ毎に個別の記憶領域を確保することで、各色個別の制御を容易に行うことができ、制御回路の小型化、部品点数の低減による低コスト化が可能となる。
【0029】
請求項8記載の発明は、請求項1ないし6の何れか一記載の画像表示装置において、前記表示データ制御手段は、1画面分の画像情報を記憶する記憶素子と、この記憶素子と前記各ライトバルブとの間に設けられて前記ライトバルブの画素数よりも少ない容量で書き込み・読み出しが非同期で動作する転送用記憶素子と、を備える。
【0030】
従って、各ライトバルブと1画面の画像情報を記憶する記憶素子との間に転送用記憶手段を設けることで、フレームバッファ等の記憶素子のデータ転送速度を低減し、部品コストの低減と安定動作とが実現される。この際、サブフレーム用のバッファの場合と異なり、ライトバルブの画素数よりも少ない容量の転送用記憶素子を用いて、制御信号の期間をも使用して低速化を図っているため、部品コストの低減とともに安定した動作が確保される。
【0031】
請求項9記載の発明は、請求項3記載の画像表示装置において、前記表示データ制御手段は、1画面分の画像情報を記憶する記憶素子と、前記第1の作用状態、第2の作用状態にある表示位置に対応する画像情報を同一の前記記憶素子から読み出すためにその読み出し方法が少なくとも2種類設定された読み出し方法保持手段と、前記記憶素子からの画像情報の読み出し時に前記読み出し方法保持手段に設定された読み出し方法を切替える切替手段と、を備える。
【0032】
従って、請求項3記載の画像表示装置を実現する上で、予め画像情報の読み出し方法を2種類以上規定して読み出し方法保持手段に設定保持させておき、その読み出し方法を光路変調手段の第1,第2の作用状態の切替えに対応させて切替えることで、記憶素子からの画像シフト対応の画像情報の読み出しが可能なため、新規に演算することなく、回路の小型化と部品コストの低減とが可能となる。
【0033】
請求項10記載の発明は、請求項5記載の画像表示装置において、前記表示データ制御手段は、各々のサブフレーム分の画像情報を記憶する記憶素子を有し、この記憶素子の読み出しを制御する信号のタイミングを調整することにより対応するライトバルブに対して書き込む画像情報の画素位置を制御するようにした。
【0034】
従って、請求項5記載の発明を実現する上で、記憶素子は必要な画像情報量に応じた記憶容量を準備することで、記憶容量を無駄なく必要最低限の容量で構成することが可能となる。
【0035】
請求項11記載の発明は、請求項1ないし6の何れか一記載の画像表示装置において、前記表示データ制御手段は、入力されたデータの転送タイミングを調整する機能を有して各々のライトバルブの基板上に一体に実装されている。
【0036】
従って、個々のライトバルブ自体に入力された画像情報のデータの転送タイミングを調整する機能を持たせた表示データ制御手段を実装することで、既存の記憶素子やその制御回路を使用したままでライトバルブに対して画像情報のデータを入力させることができ、周辺回路等の部品コストを削減することができる。
【0037】
請求項12記載の発明は、請求項1ないし6の何れか一記載の画像表示装置において、前記表示データ制御手段は、1画面分の画像情報を記憶する記憶素子と、この記憶素子の出力端子と前記ライトバルブの入力端子との間に設けられてデータの転送タイミングの調整自在なタイミング制御手段とを備える。
【0038】
従って、ライトバルブの入力端子と記憶素子の出力端子との間にデータの転送タイミングの調整自在なタイミング制御手段を備えることで、既存のライトバルブ及び従来からの画像情報のシフトを考慮しない記憶素子の制御構成を使用したまま、画像情報のシフトを実現することで、新規な構成の付加を最低限として、低コスト化を実現する。
【0039】
請求項13記載の発明は、請求項12記載の画像表示装置において、前記タイミング制御手段は、前記ライトバルブに対するデータの転送のタイミングを設定された時間だけ選択的に遅延させる遅延素子を備える。
【0040】
従って、遅延素子を用いることにより、請求項12記載の画像表示装置を容易に実現できる。
【0041】
請求項14記載の発明は、請求項12記載の画像表示装置において、前記タイミング制御手段は、前記ライトバルブに対するデータ線上に直列に接続されて各々遅延量を異ならせた複数の遅延素子と、各遅延素子毎に対応する遅延素子を経由させるかバイパスさせるかを切替える切替え手段とを備え、これらの切替え手段の切替えの組合せによりデータの転送タイミングの遅延量を調整する。
【0042】
従って、請求項12記載の画像表示装置を実現する上で、遅延量の多段階制御が可能で、適正な表示位置制御が可能となる。
【0043】
請求項15記載の発明は、請求項12記載の画像表示装置において、前記タイミング制御手段は、前記ライトバルブに対するデータの転送のタイミングを設定された時間だけ遅延させる遅延素子と、前記ライトバルブに対して前記遅延素子を経由したデータ線と前記遅延素子をバイパスしたデータ線との接続を選択的に切替える接続切替え手段と、を備える。
【0044】
従って、請求項12記載の画像表示装置を実現する上で、遅延を必要とするライトバルブのみ、接続切替え手段の切替えのみで、信号を遅延させることができる。
【0045】
請求項16記載の発明は、請求項13ないし15の何れか一記載の画像表示装置において、前記遅延素子として、基準信号に基づき制御されるデジタル処理により遅延量の制御が可能なデジタル制御遅延素子を用いた。
【0046】
従って、請求項13ないし15の何れか一記載の画像表示装置を実現する上で、温度、設定時のバラツキ等に対しても安定で、再調整が不要なため、制御性に優れた遅延制御が可能となる。
【0047】
請求項17記載の発明は、請求項1ないし16の何れか一記載の画像表示装置において、前記色合成手段は、ダイクロイックプリズムを備える。
【0048】
従って、色合成手段の好適例が提供される。特に、ダイクロイックプリズムを用いた場合には、照明光の入射角特性によって、合成光の波長シフトが生じ、それに伴って表示に色むらを生じやすいが、色合成手段に入射する複数の画像光のうち少なくとも1色の偏光状態を他の色光の偏光状態と異ならせることにより、色合成手段の入射角依存性に起因する表示むらを抑えるとともに、高効率の色合成を行わせることができ、さらに、画像フレーム期間に各ライトバルブに書き込まれる画像情報は、当該画像フレーム期間の光路変調手段の作動状態による偏光状態に応じた光路シフト量に対応した表示位置の画像情報を書き込む構成とすることで、色ずれのない解像度の高い表示を行わせることができる。
【0049】
請求項18記載の発明は、請求項17記載の画像表示装置において、前記色合成手段がクロスダイクロイックプリズムであり、この色合成手段に入射する偏光を緑色光のみをp偏光とし、他の赤色光及び青色光はs偏光とした。
【0050】
従って、請求項14記載の画像表示装置のより具体的な構成例が明らかとなる。
【0051】
請求項19記載の発明は、請求項17又は18記載の画像表示装置において、前記照明装置の照明光路中に偏光回転手段を備えることにより、前記色合成手段に入射する複数の画像光のうち少なくとも1色の偏光状態が他の色光の偏光状態と異なる。
【0052】
従って、色合成手段に入射する複数の画像光のうち少なくとも1色の偏光状態が他の色光の偏光状態と異なるようにする具体例が提供される。
【0053】
請求項20記載の発明は、請求項17又は18記載の画像表示装置において、前記ライトバルブへ書き込む画像情報のオン・オフを反転させることにより、前記色合成手段に入射する複数の画像光のうち少なくとも1色の偏光状態が他の色光の偏光状態と異なる。
【0054】
従って、色合成手段に入射する複数の画像光のうち少なくとも1色の偏光状態が他の色光の偏光状態と異なるようにする簡便で効率的な具体例が提供される。
【0055】
請求項21記載の発明は、請求項1ないし16の何れか一記載の画像表示装置において、前記色合成手段は、偏光ビームスプリッタを備える。
【0056】
従って、色合成手段の好適例が提供される。特に、偏光ビームスプリッタでの合成では、合成光の偏光状態は異なる2種の偏光が混在するが、画像フレーム期間の光路変調手段の作動状態による偏光状態に応じた光路シフト量に対応した表示位置の画像情報を書き込む構成とすることで光路変調手段を設けた場合においても色による画素ずれのない、解像度の高い表示を行わせることができる。
【0057】
請求項22記載の発明は、請求項21記載の画像表示装置において、前記色合成手段は、特定の色光の偏光方向を直交する偏光方向に変換する偏光回転手段と、この偏光回転手段を出射した照明光を偏光によって光路分離する偏光分離素子と、この偏光分離素子により分離され各々前記ライトバルブにより変調されて出射する出射光を合成する偏光ビームスプリッタとを備える。
【0058】
従って、請求項21記載の発明を実現する上で、小型で、高効率な光学系構成が提供される。
【0061】
請求項23記載の発明は、請求項1記載の画像表示装置において、前記偏光変調手段が液晶素子であり、前記光路偏向素子が光軸に対して傾斜した主光軸を有する一軸性光学異方体である。
【0062】
従って、請求項1記載の発明を実現する上で、光路偏向素子の好適例が提供される。
【0063】
請求項24記載の発明は、請求項23記載の画像表示装置において、前記偏光変調手段としての前記液晶素子が、強誘電性液晶素子である。
【0064】
従って、請求項23記載の発明において、応答速度の速い強誘電性液晶による液晶素子を用いることで、入射偏光を高速で偏光面の直交する2つの偏光状態に切替える動作を応答性よく実現することができる。
【0065】
請求項25記載の発明は、請求項23又は24記載の画像表示装置において、前記光路偏向素子としての前記一軸性光学異方体が、ニオブ酸リチウム結晶によるものである。
【0066】
従って、請求項23又は24記載の画像表示装置において、一軸性光学異方体として安定性、コスト、透明性に優れたニオブ酸リチウム結晶を用いることで、好適な構成例を提供できる。
【0067】
請求項26記載の発明は、請求項1ないし25の何れか一記載の画像表示装置において、光路を曲折又はシフトさせる方向を異ならせた複数の前記光路変調手段を備え、これらの光路変調手段間の光路上に偏光面回転手段を備える。
【0068】
従って、2次元に光路変調を行うことができるため、さらに高い解像度を得ることができる。
【0069】
請求項27記載の発明は、請求項1ないし26の何れか一記載の画像表示装置において、前記ライトバルブは、強誘電性液晶による液晶表示素子である。
【0070】
従って、ライトバルブとしてデジタル的に動作する強誘電性液晶による液晶表示素子を用いることにより、好適な構成例が提供される。
【0071】
請求項28記載の発明は、請求項1ないし26の何れか一記載の画像表示装置において、前記ライトバルブは、反強誘電性液晶による液晶表示素子である。
【0072】
従って、ライトバルブとして応答速度に優れた反強誘電性液晶による液晶表示素子を用いることにより、中間調表現に適した好適な構成例が提供される。
【0073】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図1ないし図9に基づいて説明する。本実施の形態の画像表示装置は、拡大像をスクリーンに投影し、その投影像を観察する投射型画像表示装置への適用例を示す。
【0074】
図1は、このような画像表示装置全体の光学系構成を示す構成図である。まず、光源1を出た光はフライアイレンズ2,3等を用いて構成されたインテグレータ光学系4を介して透過型のライトバルブ5r,5g,5bを照明する。光源1からライトバルブ5r,5g,5bに至る光路中にはダイクロイックミラー6bg,6gが設けられ、白色光を赤色光R、緑色光G、青色光Bの3色光に分光し、各々の色光が各ライトバルブ5r,5g,5bを照明するよう構成されている。ライトバルブ5r,5g,5bで画像変調された画像光は色合成手段としてのクロスダイクロイックプリズム7で合成され、レンズとしての投射レンズ8によってスクリーンに拡大投射される。なお、9はフィールドレンズ、10は偏向用ミラー、11はリレーレンズである。これらの光源1、インテグレータ光学系4、ダイクロイックミラー6bg,6g、偏向用ミラー10、リレーレンズ11等によりライトバルブ5r,5g,5bに対する照明装置12が構成されている。
【0075】
各ライトバルブ5r,5g,5bで画像変調された光はクロスダイクロイックプリズム7で合成され、合成された画像光は投射レンズ8によってスクリーン(図示せず)に拡大投射される。
【0076】
ここに、照明装置12における照明光路中には必要に応じて偏光変換素子が設けられ、照明光の偏光を特定の直線偏光となるよう制御する。本実施の形態では、ライトバルブ5gに入射する緑色光Gの偏光方向を90°回転させるための1/2波長板のような偏光回転手段としての偏光回転素子13が設けられている。これにより、クロスダイクロイックプリズム7に入射する画像光の偏光は、緑色光Gのみをp偏光とし、他の赤色光R及び青色光Bはs偏光となるように設定されている。
【0077】
また、各ライトバルブ5r,5g,5bは入射光の偏光を90°回転させるか否かで画像表示を行わせるものである。このようなライトバルブ5r,5g,5bとしては、90°ねじれの液晶表示素子、垂直配向の液晶表示素子、強誘電性液晶を用いた液晶表示素子など公知の表示素子を用いることができる。
【0078】
なお、図1では、1/2波長板のような偏光回転素子13を用いた例を示したが、当該ライトバルブ5gの表示を反転、即ち、画像情報のオン・オフを反転させることで、当該ライトバルブ5gの出射光の偏光を変えることもできる。この方法によれば、画像データを反転させるだけで他に偏光回転素子13のような光学素子を必要としないので、より好ましい。
【0079】
各ライトバルブ5r,5g,5bで画像変調された光のうち非画像光は各ライトバルブ5r,5g,5bの出射側に設けられた偏光子(図示せず)により除去され、画像光のみがクロスダイクロイックプリズム7に入射する。このとき、緑色光Gはs偏光状態の赤色光Rと青色光Bとは90°異なった振動方向の直線偏光(p偏光)としてクロスダイクロイックプリズム7に入射する。このような構成にすることにより、前述したように、インテグレータ光学系4を用いることにより各ライトバルブ5r,5g,5bに対する照明光の入射角が大きい場合にも色むらになりにくい光学特性が得られる。
【0080】
さらに、クロスダイクロイックプリズム7と投射レンズ8との間の光路上には、画素シフトを行わせるための光路変調手段14が設けられている。このようにクロスダイクロイックプリズム7で色合成する場合の光路変調手段14の原理的構成例及びその作用を図2を参照して説明する。この場合の光路変調手段14は、入射する画像光の偏光面を制御する偏光変調手段15と、この偏光変調手段15からの特定の出射光の特定の偏光状態に対して光路を曲折(又はシフト)させる光路偏向素子16との組合せにより構成されている。
【0081】
照明装置12によって分光された各色光はライトバルブ5r,5g,5bによって偏光変調され、色合成手段であるクロスダイクロイックプリズム7に入射する。このとき、少なくとも1色、本実施の形態では緑色光は他の色光とは偏光面が90°異なる状態でクロスダイクロイックプリズム7に入射する。
【0082】
図2(a)は光路変調手段14がp偏光を曲折し、s偏光に対しては曲折しない状態、図2(b)は光路変調手段14がp偏光を曲折し、s偏光に対しては曲折しない状態を表す。
【0083】
このような光路変調手段14は、本実施の形態では、入射光の偏光方向を変調可能な偏光変調手段15と光路偏向素子16とにより構成されており、図2(a)は偏光変調手段15が作用せず、偏光が保たれた場合の光路を示している。光路偏向素子16に光軸に対して傾斜した主光軸を有する一軸性結晶を用いた場合を示している。結晶の光軸は偏光変調手段15の出射光の少なくとも一つの偏光方向の少なくとも一つの偏光面を含む面内にある。図2では16aが主光軸を表す。
【0084】
このような構成において、主光軸16aと光軸を含む面内で偏光した光(p偏光)は図2(a)の偏光光L18として示すように光路偏向素子16によって複屈折を受け、光路が曲折される。これに対して、主光軸16aと光軸を含む面に直交する偏光光L17,L19(s偏光)は光路偏向素子16による複屈折を受けず直進する。つまり、ライトバルブ5gからのp偏光は光路変調手段14によって光路が曲折され、ライトバルブ5r,5bからのs偏光は光路変調手段14を直進する。偏光変調手段15は出射偏光の偏光方向を制御するために設けられ、図では上下方向に振動する偏光(p偏光)と、紙面垂直方向に振動する偏光(s偏光)との間で切替えるよう作用する。
【0085】
図2(b)は偏光変調手段15を作用させ、クロスダイクロイックプリズム7からの出射光の偏光方向を90°回転させた場合の図である。この場合には、ライトバルブ5r,5bからのs偏光は偏光変調手段15によりp偏光に変換されるため光路偏向素子16によって光路が曲折され、ライトバルブ5gからのp偏光は偏光変調手段15によりs偏光に変換されるため光路偏向素子16を直進する。
【0086】
偏光変調手段15としては、上述のように入射偏光を高速で偏光面の直交する2つの偏光状態の間で切替える作用を有するものであり、表示装置用としての面積を低コストで実現できる点から、強誘電性液晶やπセル、ツイステッドネマティック液晶などの液晶デバイスが好適である。また、この中でも、液晶層厚を3μm以下としたツステッドネマティック液晶や2周波駆動のネマティック液晶方式、πセル、強誘電性液晶が応答速度が速いことから特に好適であり、中でも最も応答性に優れた強誘電性液晶が最適である。これらは旋光性作用又は1/2波長板としての作用を外部電場によって制御することで偏光変調手段として作用する。
【0087】
光路偏向素子16としては、特定の偏光方向の光に対して光路を曲折(又は、シフト)させるものであり、具体的には水晶、雲母、ニオブ酸リチウム、KHPO、LiTaOなどの光学結晶を主光軸に対して斜めに切り出した光学結晶が好適である。中でも安定性やコスト、透明性の点から水晶、ニオブ酸リチウム、LiTaOを特に好適に用いる。
【0088】
図3は、図2(a)(b)中の赤色光であるL17を例に光路変調手段14の作用を説明したものである。図では光路変調手段14は画像光をライトバルブ5rの画素のシフト方向のピッチpに対してp/2シフトさせる場合について説明している。図3(a)は偏光変調手段15が作用していない画像フレームにおけるライトバルブ5r上の画像を模式的に示したものである。図3(b)はその表示画像を示しており、シフトされていない。図3(c)は偏光変調手段15が作用している画像フレームにおけるライトバルブ5r上の画像を模式的に示したものである。図3(d)はその表示画像を示し、シフトされている。
【0089】
図3(a)と図3(c)の画像の切替えに同期させて、偏光変調手段15を動作させることで、図3(b)と図3(d)の表示画像を時分割で表示する。このとき、画像フレームのフレーム周波数が30Hz以上、好ましくは40Hz以上、特に好ましくは60Hz以上では、観察者の目には図3(b)と図3(d)の合成画像である図3(e)の画像がフリッカ無く観察され、元の画像の2倍の解像度が得られることになる。
【0090】
ところで、本実施の形態においては、上述したように、クロスダイクロイックプリズム7に入射する複数の画像光のうち少なくとも1色の偏光状態は他色の偏光状態と異なっている。図2では緑色光用のライトバルブ5gからの画像光L18はp偏光であるのに対して、他色の画像光L17,L19はs偏光となっている。このとき、図2に示したように画像光L18(p偏光)と画像光L17,L19(s偏光)とは光路変調手段14によって受ける光路シフトの作用が逆となってしまう。
【0091】
図4はこの現象を図3と同様の表記で図示したものである。即ち、図4(a)〜(e)は図3(a)〜(e)と同じ意味を有する。図4では、赤と緑を合成し、黄色の「A」なる字を合成表示する場合について例示している。図4中右側に示す緑の画像光L18は、上述のように光路変調手段14の作用が、図4中左側に示す赤の画像光L17とは異なるため、その画素ずれにより、表示画像は所望の画像状態から大きく変形してしまう。図5はこのときの合成画像であり、画素ずれが生じていることがわかる。
【0092】
このような画素ずれにより画像品質が劣化する現象を回避するため、本実施の形態では、他の色光と偏光状態が異なる色光に対するライトバルブ5gには、光路変調手段14が第1の作用状態にある画像フレーム期間中には他色が第2の作用状態にある表示位置に対応する画像情報を、光路変調手段14が第2の作用状態にある画像フレーム期間中には他色が第1の作用状態にある表示位置に対応する画像情報を表示するように、表示データ制御手段(後述する)によって当該ライトバルブ5gに対する画像情報の書き込みを制御するようにしたものである。
【0093】
このような画像情報の書き込み制御の原理を従来方式を含めて図6を参照して説明する。光路変調手段14の作用状態(オン・オフ)は表示フレームに対応する。全画面を表示するのに必要な画像フレーム期間を、光路変調手段14の作用状態の数で分割したサブフレームで構成し、表示データ制御手段は当該サブフレーム期間中に光路変調手段14によって決定される表示位置に対応する画像を書き込むことになる。このとき、従来のように出射偏光が全て同一である場合、隣接する画素1,画素2は光路変調手段14の切替えによって各色の情報が順次表示される。例えば、図6中の上段に示すように、隣接する画素1,2について画素1が青、画素2が黄色の場合、第1のサブフレームでライトバルブ5bの青を、第2のサブフレームでライトバルブ5r,5gの赤と緑を点灯することで表示を行うことができる。これに対して、本実施の形態の構成では、出射偏光が色光によって異なっており、偏光によって光路変調手段14の作用が逆となり、画素1と画素2の色情報が同じサブフレーム期間中に表示されることになる。そこで、本実施の形態では、本来第2のサブフレームで点灯させるべき他の偏光と異なる色光である(この場合は)緑を第1のサブフレームで点灯させることで、本来の画像位置に緑を表示させるものである。仮に、緑を画素1に表示させたい場合には、他色が画素2に対応した画像情報を表示している第2のフレームに緑を点灯させればよい。このように、本実施の形態では、他とは偏光の異なる色光に対しては、光路変調手段14が別の作用状態にあるサブフレームの画像情報を書き込むことで所望の色ずれのない表示を行わせるものである。
【0094】
図7は、このような画像情報書き込み原理に基づく本実施の形態による場合の画像表示装置の画像書き込み方法を図4の場合に対比させて図示したものである。これまでの図と同様に光路変調手段14はp/2の光路変調を行うものとする。図7(a)〜(e)は各々図3(a)〜(e)、図4(a)〜(e)の場合と同じ意味(状態)を有する。また、右側に示す偏光方向の異なる緑色光に対しては(a′)〜(e′)のようにして区別した。偏光方向の異なる緑色光に対してのライトバルブ5gの表示画像は、例えば赤色光に対して光路変調手段14が作用せず、緑色光に対しては作用する状態においては図7(b′)に示すように、光路変調手段14の他方の作用状態−即ち、赤色光に対して光路変調手段14が作用し、緑色光に対しては作用しない状態の赤色光の画像(図7(d))に対応する画像が表示される。
【0095】
このような構成により、合成画像は図7(e)(e′)に示すように所望の画像とすることができる。なお、図7では2色を同じ位置で合成して黄色を表示する例であるため、図7(b′)と図7(e′)とは同じ画像であるが、実際の書き込み画像は、一般には同一ではない。このように、本実施の形態では、同一画像フレーム期間において、偏光による光路変調手段14の作用状態による光路シフト量を考慮した画像情報をライトバルブ5に書き込むものである。このようにして動作させることで、出射偏光が色光により異なる画像表示装置においても、光路変調手段14の作用状態により高解像度の色ずれのない高品位画像が提供される。
【0096】
ここで、このような画像情報の書き込み制御を行う表示データ制御手段21の構成の一例を図8を参照して説明する。図示例の表示データ制御手段21は、各々1画面分の画像情報を記憶する容量を有して各々のライトバルブ5r,5g,5b(誘電性液晶を使用)用のRGB各色の画像データ量に対応した記憶領域が確保された記憶素子としてのフレームバッファ22r,22g,22bと、これらのフレームバッファ22r,22g,22bから画像情報を読み出す際に時間的に重畳するために少なくとも必要なデータのみを読み出して各ライトバルブ5r,5g,5bへ書き込むようにフレームバッファ22r,22g,22bへの書き込み及び読み出しを制御する制御回路としての記憶素子制御回路24とにより構成されている。
【0097】
入力される表示信号(画像情報)は、各々フレームバッファ22r,22g,22bに記憶される。本実施の形態では、複数の画面を時分割で重畳するための画像データを、記憶素子制御回路24の制御により、直接、このフレームバッファ22r,22g,22bから読み出すものである。フレームバッファ22r,22g,22bは、色の3原色RGBに対応して、各々RGB毎に個別素子が用いられている。これにより、3原色を一体化した場合に対して各色を個別に制御することができ、必要な色のみに制御を行うことで実現できる。もっとも、使用するライトバルブ5r,5g,5b各々が、個別にアクセスすることが可能であれば、フレームバッファ22r,22g,22bは必ずしも個別の素子でなくてもよい。即ち、図8中に点線で囲って示す部分を1つの記憶素子23として構成し、その内部が3バンクに分かれた製品を使用しても良い。この場合、さらに部品点数、実装工程等を低減することが可能となる。
【0098】
これによれば、ライトバルブ5r,5g,5b個別のサブフレームバッファを持たずに、データを更新するため、高速応答が必要な記憶素子、制御回路等の部品点数が減り、低コスト化を実現できる。また、RGB3原色に個別の記憶領域(フレームバッファ22r,22g,22b)を確保することで、各色個別の制御を容易に行うことができ、制御回路24の小型化、部品点数の低減による低コスト化が可能となる。
【0099】
具体的に、表示容量SXGA(1280×960)について試作を行ったところ、本実施の形態の方式では、各色一体化した場合に対して5%の部品点数の削減が実現できたものである。ちなみに、比較例として、図9に示すように、ライトバルブ5r,5g,5b毎に専用の記憶素子(サブフレームバッファ25r,25g,25b)を備える回路を作成した。比較例では、フレームバッファ26に書き込んだ後、フレームバッファ26から個別のライトバルブ5r,5g,5bに対応するサブフレームバッファ25r,25g,25bの画像データを読み出し、各々のライトバルブ5r,5g,5bに対応したサブフレームバッファ25r,25g,25bに書き込み、ライトバルブ5r,5g,5bからは、このサブフレームバッファ25r,25g,25bの内容に応じて表示を行わせたものである。
【0100】
両者の比較結果を示すと、本実施の形態によれば、記憶素子(フレームバッファ22r,22g,22b)の記憶容量は、ライトバルブ5r,5g,5bの表示容量(画素数)と同等であるのに対して、比較例では、フレームバッファ26の他に、サブフレームバッファ25r,25g,25bについて個別のライトバルブ5r,5g,5bの表示容量に同等の記憶容量が必要となってしまったものである。この記憶容量は、高速動作が必要なため、一般に高価で制御装置全体でも比較例では部品コストが、本実施の形態の場合よりも高くなったものである(約2.2倍)。回路規模についても、本実施の形態では制御回路24が直接フレームバファ22r,22g,22bの入出力制御を行うのに対して、比較例ではこのフレームバッファ26の入出力制御に加えて、ライトバルブ5r,5g,5b個別のサブフレームバッファ25r,25g,25b用の制御回路27r,27g,27bが必要となったものである(約1.8倍)。
【0101】
本実施の形態の表示データ制御手段21により、回路規模の小型化と、記憶素子数の低減、部品数の低減により、低コスト化が実現できたものである。
【0102】
ところで、前述の説明では、画素シフトを横方向(又は、縦方向)の1方向のみに行い、2倍に高解像度化させる例で説明したが、2倍に限らず、例えば縦横2方向に2次元の画素シフトを行い、4倍に高解像度化させる場合にも適用できる。
【0103】
図10は、x方向とy方向との光路変調手段を設けて2次元(縦横)の画素シフトを行わせる場合の書き込み制御の原理について説明する図である。この場合にも、図6でその原理を説明した1次元の場合と同様に、他とは偏光の異なる色光(この場合、緑色光)のライトバルブ5gに対しては、光路変調手段が別の作用状態にあるサブフレームの画像を書き込むことで所望の色ずれのない表示を行わせることができる。
【0104】
図11は図10に示すような2次元の画素シフトを行わせるための光学系の構成例を示し、図11(a)は側面図、図11(b)はその平面図である。この場合、x方向の光路変調を行わせる光路変調手段14xと、y方向に変調を行うための光路変調手段14yとが同一光路上に設けられている。各々の光路変調手段14x,14yは、偏光変調手段15x,15yと光路偏向素子16x,16yとの対により構成されている。この際、光路偏向素子16yの主光軸16yaは光路偏向素子16xの主光軸16xaの傾斜方向と直交する方向に傾斜している。また、両光路変調手段14x,14y間には光路変調手段14xを出射した偏光の偏光方向を90°回転させる偏光面回転手段17が設けられている。この偏光面回転手段17としては、1/2位相板やねじれ配向した液晶などを用いることができる。
【0105】
なお、図11(a)(b)は偏光変調手段15xが作用し、変更変調手段15yが作用していない状態での動作状態を示している。
【0106】
このような構成によって、光路変調手段14xによりx方向に光路変調された光線をさらに光路変調手段14yによりy方向に光路変調することが可能となる。よって、ライトバルブ5r,5g,5bの表示画素を実質的に縦横4倍に2次元に増倍して表示させることができ、より一層の高解像度化を図ることができる。
【0107】
何れにしても、本実施の形態及び以降の実施の形態において、表示画像フィールドは複数のサブフィールドに分割され、当該サブフィールド毎に光路変調手段14(14x,14y)によって画像光の光路を変調(曲折又はシフト)し、元画像に対して増倍された画素数の表示を時分割で表示させるものである。この際、ライトバルブ5r,5g,5bの表示画像は当該サブフィールドに応じて切替えられる必要がある。このため、ライトバルブ5r,5g,5bには光路変調手段14を用いない場合に比べて2倍以上の応答速度が要求され、また、ライトバルブ5r,5g,5bは上述のように照明光の偏光を変調するものが好適に用いられる。以上のことから、ライトバルブとしては、特に高速応答性の液晶ライトバルブ、例えば、強誘電性液晶や反強誘電性液晶、πセルなどの高速応答性の液晶表示モードを用いたものが好適である。特に、強誘電性液晶素子を用いた液晶表示素子によればデジタル的に動作するものでデジタル性に優れ、また、反強誘電性液晶素子を用いた液晶表示素子によれば応答速度が速いため中間調表現等に適したものとなる。
【0108】
また、本実施の形態及び以降の実施の形態において、光路変調手段14による光路シフト量sは、高解像度で均一な画像を得るためには、ライトバルブ5r,5g,5bの画素ピッチをp、mを整数としたとき、略(m±1/2)pであることが好ましい。整数mが大きすぎる場合には周辺部の画素を有効に用いることができなくなるため、mは0から10の範囲が好ましい。また、大きい光路シフト量を正確に制御することは技術的課題を有するため、現実的にはmは0〜4の範囲が好ましい。本実施の形態の好適例としては、略(m±1/2)pとは、(m+1/4)p〜(m+3/4)p又は(m−3/4)p〜(m−1/4)pの範囲を挙げることができる。シフト量がこの範囲以外であると、十分な解像度が得られにくい。
【0109】
本発明の第二の実施の形態を図12及び図13に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し説明も省略する(以降の実施の形態でも同様とする)。
【0110】
本実施の形態では、他の色光と偏光状態が異なる色光に対するライトバルブ(本実施の形態では、緑色光用のライトバルブ5g)の画素位置を他のライトバルブ(本実施の形態では、赤色光、青色光用のライトバルブ5r,5b)の画素位置に対して実質的に光路変調手段14の光路シフト量に相当する距離s(本実施の形態では、s=p/2)だけ光路のシフト方向にずらして配置して配置させるとともに、光路変調手段14の作用状態に応じて、画像情報のライトバルブへの書き込み位置を表示データ制御手段により制御することで、異なる偏光状態の投射画像が、同一の画像フレーム期間中に重なり合って表示されるように構成したものである。ここでいう「実質的」とは、光軸の曲折を考慮した相対的な位置関係をいう。
【0111】
図12はこのような構成作用を説明するためにクロスダイクロイックプリズム7、光路変調手段14付近の構成を抽出して示すもので、図12(a)は偏光変調手段15が作用していない状態(第1の作用状態)の側面図、図12(b)は偏光変調手段15が作用している状態(第2の作用状態)の側面図である。
【0112】
図12(a)に示す状態においては、s偏光である赤及び青の画像光L17,L19は実線で示すように光路偏向素子16による光路シフトを受けずに光路変調手段14を出射する。一方、p偏光である緑の画像光L18は光路偏向素子16によりpの光路シフトを受ける。このとき、緑の画像情報が書き込まれているライトバルブ5gの画素5gp1は、他色の画像情報が書き込まれているライトバルブ5r,5bの画素5rp1,5bp1に対して光路シフトに相当する距離s分シフトされて書き込まれているため、赤及び青の画像光L17,L19との光路シフト量は2s、即ち、ライトバルブの1ピッチに相当するずれ量となる。
【0113】
一方、偏光変調手段15が作用している場合、図12(b)に示すように、s偏光である赤及び青の画像光L17,L19は偏光変換手段15によりp偏光に変換されるため実線で示すように光路偏向素子16によりp/2の光路シフトを受ける。一方、p偏光である緑の画像光L18は偏光変換手段15によりs偏光に変換されるため光路偏向素子16による光路シフトを受けずに光路変調手段14を出射する。このとき、緑の画像情報が書き込まれているライトバルブ5gの画素5gp1は、他色の画像情報が書き込まれているライトバルブ5r,5bの画素5rp1,5bp1に対して光路シフトに相当する距離s分シフトされて書き込まれているため、結局、光路変調手段14を出射した光の光路は、他色と同一とすることができる。
【0114】
即ち、光路変調手段14が緑の画像光L18に対してのみ作用する状態(図12(a))においては他色と同じサブフレームに対する画像を、光路変調手段14が緑の画像光L18に対して作用せず他色に対して作用する状態(図12(b))においては同じ画像フレームで、隣接するアドレス位置の画像情報をライトバルブに書き込めばよい。図13は図7と同様にして記述した場合の、本実施の形態の場合におけるライトバルブ5に対する書き込み画像情報と表示画像との関係を表したものである。
【0115】
本実施の形態の構成の場合、ライトバルブ5r,5bとライトバルブ5gとに同時に書き込む画像は、同じサブフレームデータの表示画像の偶数列(行)又は奇数列(行)となるため、表示画像データからのライトバルブ書き込みデータの生成が容易となり、制御回路(表示データ制御手段)を簡略化できるというメリットがある。
【0116】
なお、本実施の形態では、p/2だけライトバルブ5gの画素位置をずらして配置する場合について述べたが、p*(n+1/2)ずらし、nに相当するだけ書き込み画像情報のアドレス位置を相対的にずらして書き込んだ場合にも、同様の効果が得られる。ここで、nは整数である。即ち、光路変調手段14の作用状態に応じて、他のライトバルブに対してnラインずれた画像情報とn+1ラインずれた画像情報とをサブフレームで切替えればよい。ただし、nの絶対値が大きくなると周辺画像が有効に利用できなくなるため、nの絶対値は10以下が好ましく、5以下がさらに好ましく、2以下がより好ましい。最も好ましくはn=0である。
【0117】
なお、本実施の形態の構成において、2次元の光路変調を行わせる場合には、図11に示した場合と同様の構成を採用し、他の色光と偏光方向の異なるライトバルブ5gの画素位置を他のライトバルブ5b,5rの画素位置に対してx方向及びy方向にp*(n+1/2)ずらして配置し、x用及びy用の光路変調手段14x,14yの動作の組合せで決まる画像サブフレームに、x方向及びy方向にnラインずれた画像情報又はn+1ラインずれた画像情報を表示するよう制御すればよい。
【0118】
本発明の第三の実施の形態を図14に基づいて説明する。本実施の形態は、透過型のライトバルブ5r,5g,5bに代えて、反射型のライトバルブ31r,31g,31bを用いて構成した画像表示装置への適用例を示す。基本的には、図1に示した場合と同様であるが、本実施の形態では、各ライトバルブ31r,31g,31bとクロスダイクロイックプリズム7との間に偏光ビームスプリッタ32r,32g,32bが介在されている。
【0119】
また、本実施の形態では、位相差板33を用いて緑色光のみの偏光状態を他の色光の偏光状態と異なるように構成されているが、偏光ビームスプリッタの構成、配置を工夫することにより位相差板33なしで構成してもよい。また、位相差板33のような光学素子を用いずに、ライトバルブ31gに対する画像情報の表示を反転(オン・オフを反転)させることで、ライトバルブ31gの出射偏光を変えることもできる。この方法は、画像データを反転させるだけで他に光学素子を用いないことから、より好ましい。
【0120】
本発明の第四の実施の形態を図15に基づいて説明する。本実施の形態は、色合成手段として、クロスダイクロイックプリズム7に代えて、偏光ビームスプリッタ41と偏光分離素子としてのダイクロイックプリズム42との組合せを用いて構成した場合への適用例を示す。
【0121】
照明装置による照明光の偏光ビームスプリッタ41に対する入射位置には偏光回転手段としての波長選択性位相差板43が設けられている。この波長選択性位相差板43は、特定波長の色光のみについてその偏光方向を直交する変更方向に変換させ得る機能を有する素子であって、例えば、カラーリンク社から「カラーセレクト」という商品名で市販されている光学素子が用いられ、ここでは緑色光をp偏光、青色光及び赤色光をs偏光で偏光ビームスプリッタ41に対して出射する。
【0122】
ダイクロイックプリズム42は偏光ビームスプリッタ41の反射側に隣接され、偏光ビームスプリッタ41で反射されたs偏光を赤色光成分と青色光成分とに分光させる機能を果たす。ダイクロイックプリズム42により分光される赤色光と青色光との進行方向には反射型のライトバルブ31r,31bが配設されている。ライトバルブ31r,31bで変調された画像光(p偏光)は偏光ビームスプリッタ41を透過し、前述したような光路変調手段14、投射レンズ8を介してスクリーンに向けて投射される。
【0123】
一方、偏光ビームスプリッタ41の透過側には光路長を一致させるためのガラスブロック44を介して反射型のライトバルブ31gが配設されている。偏光ビームスプリッタ41を透過しライトバルブ31gで変調された画像光(s偏光)は偏光ビームスプリッタ41で反射され、前述したような光路変調手段14、投射レンズ8を介してスクリーンに向けて投射される。
【0124】
なお、本実施の形態では、緑色光用のライトバルブ31gをp偏光照明で用いたが、他の色光をp偏光とすることもできる。
【0125】
本実施の形態の構成によれば、前述したようなクロスダイクロイックプリズム7を用いる場合に比べて光学系を比較的小型に構成できるという利点がある。
【0126】
本発明の第五の実施の形態を図16に基づいて説明する。本実施の形態は、色合成手段を偏光ビームスプリッタ51のみで構成した場合への適用例を示す。
【0127】
照明装置による照明光の偏光ビームスプリッタ51に対する入射位置には位相差板52が設けられている。この位相差板52は、例えば、カラーリンク社から「カラースイッチ」という商品名で市販されているような波長選択性があり、かつ、その作用を電気的に制御可能な光学素子である。この位相差板52は、例えば赤色光を常にp偏光として出射し、緑色光と青色光とをs偏光として出射するか否かを制御するものである。入射光に対する偏光ビームスプリッタ51の透過側には赤用の反射型のライトバルブ31rが配置され、反射側には青・緑兼用のライトバルブ31bgが配置されている。位相差板52の作用によって、順次、青色光と緑色光との間で出射するs偏光を切替え、それに同期させて青・緑兼用のライトバルブ31bgに対する画像情報を各色に対応する画像情報に書替えることで時間的に3色を合成することが可能となる。
【0128】
本実施の形態の構成では赤の画像光はs偏光として、緑と青の画像光はp偏光として出射することになる。
【0129】
本実施の形態によれば、光学系をさらに小型にできる。
【0130】
なお、これらの第三、第四、第五の実施の形態の場合も、前述した図11に示したようなx方向用とy方向用の光路変調手段14x,14yを用いることで2次元の光路シフトが可能となり、さらに高い解像度が得られるようになる。
【0131】
本発明の第六の実施の形態を図17及び図18に基づいて説明する。本実施の形態は、各ライトバルブ5r,5g,5b(31r,31g,31bでもよい)に対する画像情報の書き込みを制御する表示データ制御手段61の一例を示すものである。
【0132】
本実施の形態の表示データ制御手段61は、図17に示すように、1画面分の画像情報を記憶する記憶素子としてのフレームバッファ62、このフレームバッファ62と各ライトバルブ5r,5g,5bとの間に設けられて各ライトバルブ5r,5g,5bの画素数よりも少ない容量、例えば、1/10の容量で書き込み・読み出しが非同期で動作する転送用記憶素子としてのFIFO(First In First Out)メモリ63r,63g,63bとを備えている。これにより、フレームバッファ62からの表示信号(画像情報)は記憶素子制御回路64による制御によりこれらのFIFOメモリ63r,63g,63bを介して各ライトバルブ5r,5g,5bへ入力される。
【0133】
このような構成において、例えばFIFOメモリ63r,63g,63bを有しない構成によるデータ転送方法を図18(b)に示すタイムチャートを参照して説明する。この場合にあっては、一定の期間(例えば、走査線毎)に、同期信号により表示データの位置を特定して転送するため、表示データの転送に使用できる時間は図18(b)に示すように同期信号なる制御信号間に制限される。
【0134】
これに対して、本実施の形態の場合のデータ転送方法について図18(a)に示すタイムチャートを参照して説明すると、同期信号なる制御信号は表示データの入力開始を示すために使用するが、一旦、データ転送を開始すると、FIFOメモリ63r,63g,63bを利用して複数の走査線情報を連続したデータとして転送を行うため、図18(b)の方法に比べて制御信号による転送時間の制限は短くなる。全体としては、同じフレーム時間で比較するとデータ転送に利用できる時間が長くなるため、データの転送クロックを低下させることができる。
【0135】
このように、フレームバッファ62に対する転送クロックを低下させることができることから、使用する記憶素子(フレームバッファ62)とライトバルブ5r,5g,5bの動作周波数を低下させることができ、より低い動作周波数の製品を使用することができる。また、同じ動作周波数の製品を使用しても、本実施の形態による方法では、実際の駆動周波数に対してマージンが広がるため、より安定した動作を行わせることができる。さらには、図9の場合のようなサブフレーム用のバッファ25r,25g,25bとは異なり、ライトバルブ5r,5g,5bの画素数より少ない容量の記憶素子(FIFOメモリ63r,63g,63b)を使用して、制御信号の期間を使用して低速化を図っているので、部品コストの低減と安定した動作とを実現できる。
【0136】
本発明の第七の実施の形態を図19に基づいて説明する。本実施の形態も、各ライトバルブ5r,5g,5b(31r,31g,31bでもよい)に対する画像情報の書き込みを制御する表示データ制御手段71の一例を示すものである。
【0137】
本実施の形態の表示データ制御手段71は、図19に示すように、1画面分の画像情報を記憶するフレームバッファ等による記憶素子72r,72g,72bと、光路変調手段14が第1の作用状態、第2の作用状態にある表示位置に対応する画像情報を同一の記憶素子72r,72g,72bから読み出すためにその読み出し方法として少なくとも2種類の制御パターンが記憶素子制御信号発生回路73により予め設定された読み出し方法保持手段としてのEEPROM74(EPROM,ROM等であってもよい)と、記憶素子制御信号発生回路73による記憶素子72r,72g,72bからの画像情報の読み出し時に光路変調手段切替え信号に応じてEEPROM74に設定された読み出し方法で制御信号を切替える切替手段としてのマルチプレクサ等の切替え回路75とを備えている。
【0138】
即ち、本実施の形態では、フレームバッファ(記憶素子72r,72g,72b)のアドレスを出力する制御回路73に、予め2種類の出力制御パターンを準備しておく。この出力制御パターンは組合せ回路で作成し、各々制御信号を切替えることで各々の読み出しパターンを出力する構成とされている。この場合の制御信号としては、光路変調手段14の第1の作用状態、第2の作用状態を切替える光路変調手段切替え信号が使用されている。フレームバッファ(記憶素子72r,72g,72b)は切替え回路75により切替えられた制御信号で、各ライトバルブ5r,5g,5bに対する出力が制御される。
【0139】
このように、本実施の形態によれば、予め画像情報の読み出し方法を2種類以上規定して読み出し方法保持手段に設定保持させておき、その読み出し方法を光路変調手段の第1,第2の作用状態の切替えに同期させて切替えることで、フレームバッファ(記憶素子72r,72g,72b)からの画像シフト対応の画像情報の読み出しが可能なため、新規に演算することなく、回路の小型化と部品コストの低減とが可能となる。
【0140】
なお、本実施の形態の場合、図20に示すように、光路変調手段切替え信号で、直接、記憶素子制御信号発生回路73が参照するEEPROM74の制御パターンを切替え、フレームバッファ(記憶素子72r,72g,72b)に対して発生する制御信号を切替えるように構成してもよい。この場合、記憶素子制御信号発生回路73が切替手段の機能を果たすため、切替え回路(マルチプレクサ)75を省略することができ、部品点数を削減することができる。
【0141】
ちなみに、比較例として、光路変調手段14が、第1、第2の各々の作用状態に対応する画像情報を、フレームバッファから読み出し、サブフレームバッファに入力し、作用状態に応じて表示を切替える構成の回路を作成したところ、回路規模は、本実施の形態ではアドレスを変更する手段を設けるのみであるのに対して、比較例では各ライトバルブ5r,5g,5bの表示容量×2倍の記憶容量を持つ記憶素子72t,72g,72bが必要で、かつ、各々の記憶素子72r,72g,72bを制御する回路が必要となる上に、特に記憶素子72r,72g,72bには高速動作を要求されるため、部品コストが大幅に上昇してしまったものである。
【0142】
本発明の第八の実施の形態を図21に基づいて説明する。本実施の形態も、各ライトバルブ5r,5g,5b(31r,31g,31bでもよい)に対する画像情報の書き込みを制御する表示データ制御手段の一例を示すものである。
【0143】
本実施の形態の表示データ制御手段は、各々のサブフレーム分の画像情報を記憶する記憶素子(サブフレームメモリ)を有し、この記憶素子の読み出しを制御する信号のタイミングを調整することにより対応するライトバルブ5r,5g,5bに対して書き込む画像情報の画素位置を制御するようにしたものである。
【0144】
即ち、他の色光と偏光状態が異なる色光に対するライトバルブ5gの画素のアドレス位置を、他のライトバルブ5r,5bの画素のアドレス位置に対して、光路変調手段14が当該ライトバルブ5gの出射偏光に対して作用するサブフレームにおいてはnだけ、光路変調手段14が当該ライトバルブ5gの出射偏光に対して作用しないサブフレームにおいてはn+1だけずらした画素位置に画像情報を書き込む上で、記憶素子の読み出しを制御する信号のタイミングを調整することをことによりデータをシフトさせるようにしたものである。
【0145】
比較のために、記憶素子への書き込みタイミングを調整する方法で試作を行ったところ、この比較例では、読み出しは同じ制御信号を使用するため、表示信号をシフトするためにシフトしない画像を記憶する記憶素子は、不要な記憶容量が生じる。これに対して、本実施の形態では、読み出しタイミングの調整によるため、記憶容量を無駄にすることなく、必要な容量を使用することができたものである。
【0146】
具体的には、表示容量1024×768のライトバルブの場合について試作を行った結果、本実施の形態では、使用する記憶素子は、図21中の一番左側に示すように1024×768×8であった。これに対して、比較例では、入力時(書き込み時)に各々タイミングを揃えているため、異なる色を表示する記憶素子間で、スクリーン上では同じ位置に表示される各記憶素子に書き込まれるアドレスが記憶素子内では異なることから、使用する記憶素子は1画素シフトした場合で、図21中の中央に示すように1025×769×8となったものである。
【0147】
比較の結果、表示容量1024×768のライトバルブを使用した場合には、使用する記憶素子容量は、本実施の形態の場合には比較例に対して、2304画素(24bitカラー換算で2304Byte)少なくなる。
【0148】
ここに、一般に、記憶素子は、決まったセル数を元に生産されている。1024×768×24=18874368、18874368=1024×1024×18となり、規格に入る解像度では、本実施の形態の場合であれば、既製品の記憶素子を使用することができる。ところが、比較例では、XGA規格より少しではあるが画素数が多く、既製品の記憶素子を使用することができない。この場合、記憶素子は決まった容量毎に製品化されているため、容量を増加するか、制御性が低下しても複数の記憶素子に跨って画像データを記憶する必要がある。
【0149】
図21中の一番右側に示すように1サイズ上規格に対応したSXGA(1280×1024)なる既製の記憶素子を使用した場合、同じ制御性を確保するためには、約60%の容量を無駄にして各ライトバルブに対応させるか、極端に制御性を低下させて、3ライトバルブ分の画像データを2記憶素子を使用することになる。この場合も約10%の容量は使用されない。また、後者の場合、個別にライトバルブにデータを出力できないため、通常の記憶素子よりも高速動作させる必要があり、コストも大幅に上昇してしまう。
【0150】
このように、本実施の形態によれば、記憶素子の容量を既製の規格内とすることができ、部品点数を増加させることなく画像データのシフトを実現することができる。つまり、記憶素子は必要な画像情報量に応じた記憶容量を準備することで、記憶容量を無駄なく必要最低限の容量で構成することが可能となる。
【0151】
本発明の第九の実施の形態を図22に基づいて説明する。本実施の形態も、各ライトバルブ5r,5g,5b(31r,31g,31bでもよい)に対する画像情報の書き込みを制御する表示データ制御手段81の一例を示すものである。
【0152】
本実施の形態の表示データ制御手段81は、図22に示すように、ライトバルブ5r,5g,5b(31r,31g,31bでもよい)自体に入力されるデータの転送タイミングを調整し得る機能を持たせた制御機能回路82r,82g,82bをライトバルブ5r,5g,5bの基板83r,83g,83b上に一体に実装することにより構成されている。即ち、制御機能回路82r,82g,82b外部からの設定により、画像情報をシフトする量、方向、また、シフトを行うタイミングについて、予めその内容が設定されたもので、設定内容の保持にはEEPROM84r,84g,84bが用いられ、外部からのデータ更新にはJTAGが使用されている。図22において、85は1画面分の画像情報を記憶する通常のフレームバッファ(記憶素子)、86はこのフレームバッファ85に対する通常の記憶素子制御回路である。
【0153】
より具体的には、ライトバルブ5r,5g,5bとしてはその光変調を行う機能に強誘電性液晶を使用した液晶パネルが使用され、この液晶パネルを実装した基板83r,83g,83b上に、液晶パネルへのデータ入力、表示制御を行う機能を持つ制御機能回路82r,82g,82bが一体に作製されている。
【0154】
本実施の形態によれば、ライトバルブ5r,5g,5b自体に入力されたデータの転送タイミングを調整する機能を持たせた制御機能回路82r,82g,82bを実装することで、記憶素子(フレームバッファ85)や記憶素子の制御回路86としては従来構成のものを使用することができ、既存の記憶素子、記憶素子制御回路に新たな変更を施したり、交換を行う必要はなく、実現可能であり、周辺回路等の部品コストを削減することができる。
【0155】
本発明の第十の実施の形態を図23及び図24に基づいて説明する。本実施の形態も、各ライトバルブ5r,5g,5b(31r,31g,31bでもよい)に対する画像情報の書き込みを制御する表示データ制御手段91の一例を示すものである。
【0156】
本実施の形態の表示データ制御手段91は、図23に示すように、1画面分の画像情報を記憶する記憶素子としてのフレームバッファ92と、このフレームバッファ92の出力端子とライトバルブ5r,5g,5bの各入力端子との間に設けられてデータの転送タイミングの調整自在なタイミング制御手段93とにより構成されている。タイミング制御手段93は、例えば、各データ線上に設けた遅延回路94r,94g,94bとこれらの遅延回路94r,94g,94bを制御する制御回路95とにより構成されている。
【0157】
遅延回路94(94r,94g,94b)は、図24に示すように、フレームバッファ92に接続される入力端子Tinと各ライトバルブ5(5r,5g,5b)に接続される出力端子Toutとの間のデータ線上に設けられた遅延素子96と、この遅延素子96に並列な第1のスイッチ97と、遅延素子96に直列な第2のスイッチ98と、により構成されている。遅延素子96としては、例えば、アナログ制御の遅延素子(遅延量を抵抗とコンデンサ容量で調整する)で実現され、また、第1,第2のスイッチ97,98は制御回路95により開閉制御されるアナログスイッチ等により構成され、図24(a)(b)に示すように、一方がオンの時には他方がオフするよう互いに相補の関係にある。
【0158】
このような構成により、例えば、1画素分だけ画像データを遅延させる場合は、遅延回路94gを使用して制御信号に応じた遅延を発生させ(図24(b)に示すように、遅延回路94gの第1のスイッチ97をオフさせ、第2のスイッチ98をオフさせることで遅延素子96による遅延経路を通過させる)、逆に1画素分だけ画像データを他の信号線より前にシフトさせたい場合には、残りの2系統のデータを遅延回路94r,94bにより遅延させることで実現する。
【0159】
本実施の形態によれば、ライトバルブ5r,5g,5bのデータ入力端子とフレームバッファ92のデータ出力端子との間にデータの転送タイミングの調整自在なタイミング制御手段93を設けることで、既存のライトバルブ5r,5g,5b及び従来からのデータのシフトを考慮しない記憶素子(フレームバッファ92)の制御系(既存の制御回路99)を使用したまま、画像データのシフトを実現することができ、これらに新規な変更や交換を不要とし、低コストにて実現することができる。
【0160】
本発明の第十一の実施の形態を図25に基づいて説明する。本実施の形態は、第十の実施の形態に示した表示データ制御手段91中の遅延回路94(94r,94g,94b)に代えて、図25に示すように、各ライトバルブ5(5r,5g,5b)に対するデータ線上に直列に接続されて各々遅延量を異ならせた複数、例えば3個の遅延素子101,102,103と、各遅延素子101,102,103毎に対応する遅延素子101,102,103をバイパスさせるか経由させるかを切替える第1のスイッチ104,105,106と第2のスイッチ107,108,109とによる切替え手段とを備えた構成の遅延回路110が用いられ、これらの第1のスイッチ104,105,106と第2のスイッチ107,108,109との切替えの組合せによりデータの転送タイミングの遅延量を調整するようにしたものである。
【0161】
ここに、3個の遅延素子101,102,103はその遅延量を互いに2のべき乗とした組合せとされ、各遅延素子101,102,103の遅延量の比は1:2:4とされている。各遅延素子101,102,103自体は遅延素子96と同様の素子を用い得る。また、第1のスイッチ104,105,106と第2のスイッチ107,108,109とについてもスイッチ97,98の場合と同様にアナログスイッチ等で構成でき、かつ、一方がオンの時には他方はオフとなるよう互いに相補の関係にある。
【0162】
このような構成において、各遅延素子101,102,103に対する各スイッチ104〜109のオン、オフの切替え組合せにより、遅延回路110からは表1に示すような遅延量が得られる。なお、表1中、第1のスイッチ側がオフで遅延素子を経由する場合を○、第2のスイッチ側がオフで遅延素子をバイパスする場合を×で示し、また、遅延量は遅延素子101の遅延量を1とした相対値で示している。
【0163】
【表1】

Figure 0004167452
【0164】
本実施の形態によれば、データ線毎に細かい遅延量制御が可能であり、より適正な表示位置制御が可能となる。
【0165】
本発明の第十二の実施の形態を図26に基づいて説明する。本実施の形態は、第十の実施の形態の表示データ制御手段91中に示した遅延回路94(94r,94g,94b)に代えて、図26に示すように、フレームバッファ92からのデータ線毎に遅延素子111を経由するデータ線と、遅延素子111をバイパスするデータ線とを用意し、制御回路95からの制御信号に基づき各ライトバルブ5(5r,5g,5b)に対して何れのデータ線によるデータを出力させるかを選択的に切替える接続切替え手段としてのセレクタ112を設けた遅延回路113として構成されている。遅延素子111自体は遅延素子96と同様の素子を用い得る。また、ライトバルブ5の制御信号数は多いが、図26では説明を簡単にするため、3本のみを示している。
【0166】
このような構成により、遅延を必要とするライトバルブ5はセレクタ112を切替えることで、遅延素子111を経由した信号を、遅延を必要としないライトバルブ5へはセレクタ112を切替えることにより遅延素子111を経由しない信号を入力させることができる。
【0167】
ちなみに、セレクタ112の切替えには、1bitの制御端子を使用し、この制御端子を電源電圧又はGNDレベルに切替えることにより実行される。
【0168】
本実施の形態によれば、遅延を必要とするライトバルブ5のみ、セレクタ112の切替えのみで、信号を遅延させることができる。
【0169】
本発明の第十三の実施の形態を図27及び図28に基づいて説明する。本実施の形態は、第十の実施の形態の表示データ制御手段91の各遅延回路94r,94g,94b中のアナログ制御の遅延素子96に代えて、デジタル処理により遅延量の制御が可能なデジタル制御遅延素子としてのラッチ121r,121g,121bを遅延素子として用いたものである。ラッチ121は例えばフリップフロップ構成のもので、基準信号としてのサンプリング信号としてクロック信号が用いられ、データを遅延させる場合にはラッチ121を使用することでクロック信号に応じた遅延を発生させることとなる。逆に、他のデータより前にシフトさせたい時には、先に進めたいデータ以外のデータをラッチ121により遅延させればよい。
【0170】
図28にラッチ121の動作例を示す。遅延させる信号を元信号として示し、当該ラッチ121としてはクロックの立上りで動作するフリップフロップが用いられている。ラッチ121はクロックの立上りの度にサンプリングされ、遅延信号に示すように元信号に対して遅延が生ずることとなる。
【0171】
【実施例】
上述した各実施の形態に準じて構成した幾つかの実施例を以下に列挙する。
【0172】
[実施例1]
ライトバルブ5r,5g,5bとして強誘電性液晶を用いた画素ピッチ14μm、画素数1024×768画素の透過型のライトバルブを用い、図1に示すような構成の光学系を有する投射型の画像表示装置を作製した。光源1には120Wの高圧水銀ランプを使用した。偏光回転素子13には1/2波長板を用い、緑色光のみs偏光でライトバルブ5gに入射するように構成した。照明系のF値は2.8とした。フライアイレンズ2,3部には偏光変換素子(図示せず)を設け、他の色光はライトバルブ5r,5bに対してp偏光で入射するように構成した。ライトバルブ5r,5g,5bはオン時に入射偏光を90°回転させるような構成とし、これにより、クロスダイクロイックプリズム7に入射する偏光は緑に対してはp、他色光に対してはs偏光とした。光路変調手段14には強誘電性液晶素子からなる偏光変調手段15とニオブ酸リチウムを結晶軸に対して45°の方向に切り出した光路偏向素子16とを組合せて用いた。強誘電性液晶のレターデーションは0.22μmとし、コーン角は45°とした。投射光の偏光方向は強誘電性液晶の一方の双安定配向方向と一致又は直交するように構成し、負電圧印加持には入射偏光を維持し、正電圧印加持には入射偏光の偏光面を90°回転させるように構成した。これにより、強誘電性液晶素子からなる偏光変調手段15のスイッチングにより出射光の偏光をs偏光とp偏光とに切替えるよう構成した。ニオブ酸リチウムの板厚は0.18mmとし、結晶軸の傾斜方向はp偏光の方向とした。画像光は投射レンズ8により拡大投射し、フロントプロジェクション方式の画像表示装置を構成した。
【0173】
強誘電性液晶素子からなる偏光変調手段15は120Hzで動作されており、駆動タイミングをずらすことで、2種類のシフト方向の異なる2つのサブフレームを構成した。各々のサブフレーム毎にライトバルブ5r,5g,5bの書き込み画像情報及び偏光変調手段15を制御した。強誘電性液晶素子からなる偏光変調手段15に負電圧を印加した際には、緑のライトバルブ5gには図7(c′)のように偶数ラインの画像情報を、青と赤のライトバルブ5b,5rには図7(a′)のように奇数ラインの画像情報を書き込んだ。また、強誘電性液晶素子からなる偏光変調手段15に正の電圧を印加した場合には、逆に、緑のライトバルブ5gには奇数ラインの画像情報を、青と赤のライトバルブ5b,5rには偶数ラインの画像情報を書き込んだ。
【0174】
このような構成の本実施例の画像表示装置を動作させたところ、光路変調手段14の作用により元画像に対して横半ピッチ分ずれた表示と元画像の表示の間で高速の変調が可能であり、サブフレーム間で画素ずれのない1024×1536画素なる高解像度の表示を行わせることができたものである。また、画像に色むらはほとんど観測されなかったものである。従って、この画像表示装置による投影画像には色ずれはみられず、良好な表示が行えたものである。
【0175】
[実施例2]
実施例1において、照明光の偏光回転用の偏光回転素子13を用いずに緑のライトバルブ5gへの書き込み画像情報のオン・オフを反転させることで、緑色光のみダイクロイックプリズム7に入射する偏光をpとし、他色に対してはs偏光とした。他は実施例1と同様にして光学系を構成し、同様にして動作させた。
【0176】
このような構成の本実施例の画像表示装置を動作させたところ、光路変調手段14の作用により元画像に対して横半ピッチ分ずれた表示と元画像の表示の間で高速の変調が可能であり、サブフレーム間で画素ずれのない1024×1536画素なる高解像度の表示を行わせることができたものである。また、画像に色むらはほとんど観測されなかったものである。従って、この画像表示装置による投影画像には色ずれはみられず、良好な表示が行えたものである。
【0177】
[実施例3]
実施例2において、光路変調手段14(14x)の直後に、1/2波長板17を出射光の偏光面が90°回転するように設け、さらにその出射側にも光路変調手段14yを設けて図11のように構成した。光路変調手段14yは、光路変調手段14xと同様に構成したが、光路偏向素子16yとしてのニオブ酸リチウムの結晶軸の傾斜方向を光路偏向素子16xとは直交するように構成した。このような構成により、縦横4方向への光路シフトを可能とした。画像光は投射レンズ8により拡大投射し、フロントプロジェクション方式の画像表示装置を構成した。
【0178】
各々の光路変調手段14x,14yの2つの強誘電性液晶素子による偏光変調手段15x,15yは、各々120Hzで動作しており、駆動タイミングをずらすことで、4種類のシフト方向の異なる4つのサブフレームを構成した。各々のサブフレーム毎にライトバルブ5r,5g,5bの書き込み画像情報及び偏光変調手段15x,15yを制御した。強誘電性液晶に負電圧を印加した際には、緑のライトバルブ5gには図7(c′)に示したように偶数ラインの画像情報を、青と赤のライトバルブ5b,5rには図7(a′)に示したように奇数ラインの画像情報を書き込んだ。また、強誘電性液晶に正の電圧を印加した場合には、緑のライトバルブ5gには奇数ラインの画像情報を、青と赤のライトバルブ5b,5rには偶数ラインの画像情報を書き込んだ。
【0179】
このような構成の本実施例の画像表示装置を動作させたところ、光路変調手段14x,14yの作用により元画像に対して縦横半ピッチ分ずれた表示と元画像の表示の間で高速の変調が可能であり、サブフレーム間で画素ずれのない2048×1636画素なる高解像度の表示を行わせることができたものである。また、画像に色むらはほとんど観測されなかったものである。従って、この画像表示装置による投影画像には色ずれはみられず、良好な表示が行えたものである。
【0180】
[実施例4]
実施例3において、図12に示したように緑用のライトバルブ5gの画素位置を他のライトバルブ5r,5bの画素位置に対して画素の1/2ピッチずらして配置した。各ライトバルブ5r,5g,5bに同時に書き込む画素は表示データの偶数ライン又は奇数ラインの何れか一方とした。偏光変調手段15である強誘電性液晶素子に負電圧を印加した際には、緑のライトバルブ5gには光路シフト方向に対して半ピッチずれた画素位置に書き込みを行い(図12中の画素5rp1,5bp1に対する画素5gp1の位置)、強誘電性液晶素子に正電圧を印加する際には、光路シフト方向と逆方向に半ピッチずれた画素位置(5gp2)に書き込みを行うように制御した。
【0181】
このような書き込み制御により、赤、青と緑の画像光は同じ位置に投射され、偏光変調手段15である強誘電性液晶素子のスイッチングにより画素の半ピッチに相当するだけシフトする。
【0182】
このような構成の本実施例の画像表示装置を動作させたところ、光路変調手段14の作用により元画像に対して横半ピッチ分ずれた表示と元画像の表示の間で高速の変調が可能であり、サブフレーム間で画素ずれのない1024×1536画素なる高解像度の表示を行わせることができたものである。また、画像に色むらはほとんど観測されなかったものである。従って、この画像表示装置による投影画像には色ずれはみられず、良好な表示が行えたものである。
【0183】
[実施例5]
図15に示す光学系により投射型の画像表示装置を作製した。照明系には実施例1と同様の光源1及びインテグレータ光学系4を備える照明装置12を用いた。波長選択性位相差板43としてはカラーリンク社のgreen/magentaフィルタを用い、緑の偏光のみをp偏光に変換した。ライトバルブ31r,31g,31bには画素ピッチ14μm、画素数1024×768画素の反射型のライトバルブを用いた。
【0184】
本実施例の構成により、緑用のライトバルブ31gにはp偏光が、青、赤用のライトバルブ31b,31rにはs偏光が照明される。ライトバルブ31r,31g,31bはオン画素に対応する光を90°回転させるように作用するので、射出光は緑がs偏光、青と赤がp偏光として射出される。
【0185】
ライトバルブ31r,31g,31bに対する画像情報の書き込み方法を実施例1と同様にして本実施例の画像表示装置を動作させたところ、光路変調手段14の作用により元画像に対して横半ピッチ分ずれた表示と元画像の表示の間で高速の変調が可能であり、画素ずれのない1024×1536画素なる高解像度の表示を行わせることができたものである。また、画像に色むらはほとんど観測されなかったものである。従って、この画像表示装置による投影画像には色ずれはみられず、良好な表示が行えたものである。
【0186】
[実施例6]
実施例5において、緑のライトバルブ31gの画素位置を他のライトバルブ31r,31bの画素位置に対して半ピッチずらして配置し、動作方法については実施例4と同様に動作させた。
【0187】
本実施例の画像表示装置は、光路変調手段14の作用により元画像に対して横半ピッチ分ずれた表示と元画像の表示の間で高速の変調が可能であり、画素ずれのない1024×1536画素なる高解像度の表示を行わせることができたものである。また、画像に色むらはほとんど観測されなかったものである。従って、この画像表示装置による投影画像には色ずれはみられず、良好な表示が行えたものである。
【0188】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、色合成手段に入射する複数の画像光のうち少なくとも1色の偏光状態が他の色光の偏光状態と異なることにより、色合成手段の入射角依存性に起因する表示むらを抑え、又は、高効率な色合成を行わせることができる画像表示装置において、合成された画像光の光路を変調する光路変調手段を備えるとともに、画像フレーム期間に各ライトバルブに書き込む表示画像として、当該画像フレーム期間の光路変調手段の作動状態による偏光状態に応じた光路シフト量に対応した表示位置の画像情報を書き込む構成とすることで、色ずれのない解像度の高い表示を行わせることができる。
【0189】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の画像表示装置において、画像光の偏光状態を直線偏光とし、偏光状態の違いを直交関係とすることで、光路シフト量が明確となり、ライトバルブに対する画像情報の書き込み位置の補正で適正に対処可能となり、光路変調手段によるシフトに伴う画素位置ずれのない高解像度の画像表示が可能となる。
【0190】
請求項3記載の発明によれば、請求項1又は2記載の画像表示装置において、画像フレーム期間の光路変調手段の作用状態による偏光状態に応じた光路シフト量に対応した表示位置の画像情報を書き込む構成の具体的な情報書き込み方法が明らかとなり、色ずれのない解像度の高い表示が可能となる。
【0191】
請求項4記載の発明によれば、請求項1又は2記載の画像表示装置において、解像度の高い表示に加えて、より簡便な情報書き込み方法で実現可能となる。
【0192】
請求項5記載の発明によれば、請求項4記載の画像表示装置において、解像度の高い表示に加えて、より簡便かつ具体的な情報書き込み方法が明らかとなる。
【0193】
請求項6記載の発明によれば、請求項4又は5記載の画像表示装置において、n=0の場合が最も簡便で、周辺部の表示領域を最も有効に活用できる光学的構成及び情報書き込み方法となる。
【0194】
請求項7記載の発明によれば、請求項1ないし6の何れか一記載の画像表示装置において、ライトバルブ個別のサブフレームバッファ等の記憶素子を持たずに、データを更新するため、高速応答が必要な記憶素子、制御回路等の部品点数が減り、低コスト化を実現できる。また、各ライトバルブ毎に個別の記憶領域を確保することで、各色個別の制御を容易に行うことができ、制御回路の小型化、部品点数の低減による低コスト化が可能となる。
【0195】
請求項8記載の発明によれば、請求項1ないし6の何れか一記載の画像表示装置において、各ライトバルブと1画面の画像情報を記憶する記憶素子との間に転送用記憶手段を設けることで、フレームバッファ等の記憶素子のデータ転送速度を低減し、部品コストの低減と安定動作とが実現される。この際、サブフレーム用のバッファの場合と異なり、ライトバルブの画素数よりも少ない容量の転送用記憶素子を用いて、制御信号の期間をも使用して低速化を図っているため、部品コストの低減とともに安定した動作が確保される。
【0196】
請求項9記載の発明によれば、請求項3記載の画像表示装置を実現する上で、予め画像情報の読み出し方法を2種類以上規定して読み出し方法保持手段に設定保持させておき、その読み出し方法を光路変調手段の第1,第2の作用状態の切替えに対応させて切替えることで、記憶素子からの画像シフト対応の画像情報の読み出しが可能なため、新規に演算することなく、回路の小型化と部品コストの低減とが可能となる。
【0197】
請求項10記載の発明によれば、請求項5記載の発明を実現する上で、記憶素子は必要な画像情報量に応じた記憶容量を準備することで、記憶容量を無駄なく必要最低限の容量で構成することが可能となる。
【0198】
請求項11記載の発明によれば、請求項1ないし6の何れか一記載の画像表示装置において、個々のライトバルブ自体に入力された画像情報のデータの転送タイミングを調整する機能を持たせた表示データ制御手段を実装することで、既存の記憶素子やその制御回路を使用したままでライトバルブに対して画像情報のデータを入力させることができ、周辺回路等の部品コストを削減することができる。
【0199】
請求項12記載の発明によれば、請求項1ないし6の何れか一記載の画像表示装置において、ライトバルブの入力端子と記憶素子の出力端子との間にデータの転送タイミングの調整自在なタイミング制御手段を備えることで、既存のライトバルブ及び従来からの画像情報のシフトを考慮しない記憶素子の制御構成を使用したまま、画像情報のシフトを実現することで、新規な構成の付加を最低限として、低コスト化を実現することができる。
【0200】
請求項13記載の発明によれば、タイミング制御手段について遅延素子を用いることにより、請求項12記載の画像表示装置を容易に実現することができる。
【0201】
請求項14記載の発明によれば、請求項12記載の画像表示装置を実現する上で、遅延量の多段階制御が可能となり、適正な表示位置制御を行わせることができる。
【0202】
請求項15記載の発明によれば、請求項12記載の画像表示装置を実現する上で、遅延を必要とするライトバルブのみ、接続切替え手段の切替えのみで、信号を遅延させることができる。
【0203】
請求項16記載の発明によれば、請求項13ないし15の何れか一記載の画像表示装置を実現する上で、温度、設定時のバラツキ等に対しても安定で、再調整が不要なため、制御性に優れた遅延制御が可能となる。
【0204】
請求項17記載の発明によれば、請求項1ないし16の何れか一記載の画像表示装置において、色合成手段の好適例を提供することができる。特に、ダイクロイックプリズムを用いた場合には、照明光の入射角特性によって、合成光の波長シフトが生じ、それに伴って表示に色むらを生じやすいが、色合成手段に入射する複数の画像光のうち少なくとも1色の偏光状態を他の色光の偏光状態と異ならせることにより、色合成手段の入射角依存性に起因する表示むらを抑えるとともに、高効率の色合成を行わせることができ、さらに、画像フレーム期間に各ライトバルブに書き込まれる画像情報は、当該画像フレーム期間の光路変調手段の作動状態による偏光状態に応じた光路シフト量に対応した表示位置の画像情報を書き込む構成とすることで、色ずれのない解像度の高い表示を行わせることができる。
【0205】
請求項18記載の発明によれば、請求項17記載の画像表示装置のより具体的な構成例が明らかとなる。
【0206】
請求項19記載の発明によれば、請求項17又は18記載の画像表示装置において、色合成手段に入射する複数の画像光のうち少なくとも1色の偏光状態が他の色光の偏光状態と異なるようにする具体例を提供することができる。
【0207】
請求項20記載の発明によれば、請求項17又は18記載の画像表示装置において、色合成手段に入射する複数の画像光のうち少なくとも1色の偏光状態が他の色光の偏光状態と異なるようにする簡便で効率的な具体例を提供することができる。
【0208】
請求項21記載の発明によれば、請求項1ないし16の何れか一記載の画像表示装置において、色合成手段の好適例を提供することができる。特に、偏光ビームスプリッタでの合成では、合成光の偏光状態は異なる2種の偏光が混在するが、画像フレーム期間の光路変調手段の作動状態による偏光状態に応じた光路シフト量に対応した表示位置の画像情報を書き込む構成とすることで光路変調手段を設けた場合においても色による画素ずれのない、解像度の高い表示を行わせることができる。
【0209】
請求項22記載の発明によれば、請求項21記載の発明を実現する上で、小型で、高効率な光学系構成を提供することができる。
【0211】
請求項23記載の発明によれば、請求項1記載の発明を実現する上で、光路偏向素子の好適例を提供することができる。
【0212】
請求項24記載の発明によれば、請求項23記載の画像表示装置において、応答速度の速い強誘電性液晶による液晶素子を用いることで、入射偏光を高速で偏光面の直交する2つの偏光状態に切替える動作を応答性よく実現することができる。
【0213】
請求項25記載の発明によれば、請求項23又は24記載の画像表示装置において、一軸性光学異方体として安定性、コスト、透明性に優れたニオブ酸リチウム結晶を用いることで、好適な構成例を提供することができる。
【0214】
請求項26記載の発明によれば、請求項1ないし25の何れか一記載の画像表示装置において、2次元に光路変調を行うことができるため、さらに高い解像度を得ることができる。
【0215】
請求項27記載の発明によれば、請求項1ないし26の何れか一記載の画像表示装置において、ライトバルブとしてデジタル的に動作する強誘電性液晶による液晶表示素子を用いることにより、好適な構成例を提供することができる。
【0216】
請求項28記載の発明によれば、請求項1ないし26の何れか一記載の画像表示装置において、ライトバルブとして応答速度に優れた反強誘電性液晶による液晶表示素子を用いることにより、中間調表現に適した好適な構成例を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態の画像表示装置全体の光学系構成を示す構成図である。
【図2】光路変調手段の原理的構成例及びその作用を説明するための側面図である。
【図3】光路変調手段の作用を説明するために画像情報及び表示画像を示す模式図である。
【図4】単なる光路シフトによる欠点を説明するために画像情報及び表示画像を示す模式図である。
【図5】その合成画像の表示例を示す模式図である。
【図6】本実施の形態のライトバルブに対する画像情報の書き込み方式の原理を従来方式と対比させて示す説明図である。
【図7】本実施の形態の画像情報の書き込み方式を用いた場合の画像情報及び表示画像を示す模式図である。
【図8】表示データ制御手段の構成の一例を示すブロック図である。
【図9】対応する従来方式の構成例を示すブロック図である。
【図10】変形例として2次元シフトの場合のライトバルブに対する画像情報の書き込み方式の原理を示す説明図である。
【図11】2次元の場合の光路変調手段の原理的構成例及びその作用を説明するための側面図及び平面図である。
【図12】本発明の第二の実施の形態の光路変調手段等の原理的構成例及びその作用を説明するための側面図である。
【図13】その画像情報及び表示画像を示す模式図である。
【図14】本発明の第三の実施の形態の画像表示装置全体の光学系構成を示す構成図である。
【図15】本発明の第四の実施の形態の画像表示装置中の偏光ビームスプリッタ付近を抽出して示す構成図である。
【図16】本発明の第五の実施の形態の画像表示装置中の偏光ビームスプリッタ付近を抽出して示す構成図である。
【図17】本発明の第六の実施の形態の表示データ制御手段の構成例を示すブロック図である。
【図18】そのデータ転送制御例を従来方式と対比して示すタイムチャートである。
【図19】本発明の第七の実施の形態の表示データ制御手段の構成例を示すブロック図である。
【図20】その変形例を示すブロック図である。
【図21】本発明の第八の実施の形態の記憶容量に関する説明図である。
【図22】本発明の第九の実施の形態の表示データ制御手段の構成例を示すブロック図である。
【図23】本発明の第十の実施の形態の表示データ制御手段の構成例を示すブロック図である。
【図24】その遅延回路の構成例を示すブロック図である。
【図25】本発明の第十一の実施の形態中の遅延回路の構成例を示すブロック図である。
【図26】本発明の第十二の実施の形態中の遅延回路の構成例を示すブロック図である。
【図27】本発明の第十三の実施の形態の表示データ制御手段の構成例を示すブロック図である。
【図28】そのラッチ動作例を示すタイミングチャートである。
【図29】従来の画像表示装置全体の光学系構成を示す構成図である。
【図30】その光路シフトの原理を説明するための側面図である。
【図31】3板光学系方式の画像表示装置全体の光学系構成を示す構成図である。
【図32】画素シフト方式を適用した場合の動作を説明するための動作説明図である。
【符号の説明】
5r,5g,5b ライトバルブ、液晶表示素子
7 クロスダイクロイックプリズム、色合成手段
8 レンズ
12 照明装置
13 偏光回転手段
14 光路変調手段
15 偏光変調手段
16 光路偏向素子
17 偏光面回転手段
21 表示データ制御手段
22r,22g,22b 記憶素子、記憶領域
24 制御回路
31r,31g,31b ライトバルブ
33 偏光回転手段
41 偏光ビームスプリッタ
42 偏光分離素子
51 偏光ビームスプリッタ
61 表示データ制御手段
62 記憶素子
63r,63g,63b 転送用記憶素子
71 表示データ制御手段
72r,72g,72b 記憶素子
74 読み出し方法保持手段
75 切替手段
81 表示データ制御手段
83r,83g,83b 基板
85 記憶素子
91 表示データ制御手段
92 記憶素子
93 タイミング制御手段
94 遅延回路
96 遅延素子
101〜103 遅延素子
104〜109 切替え手段
110 遅延回路
111 遅延素子
112 接続切替え手段
113 遅延回路
121 デジタル制御遅延素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device, and more particularly to an image display device that displays an enlarged display image of a light valve.
[0002]
[Prior art]
In an image display device that enlarges and displays an image of a small image display element such as a liquid crystal display element (LCD) through a lens system, a type that is mounted or held in front of the eye called a head mounted display, There is a so-called projection type image display apparatus that projects an enlarged image on a screen and observes the projected image.
[0003]
In general, in this type of image display apparatus, the screen resolution is an important factor in determining the display quality. In a conventional enlarged projection type image display device, a method of increasing the number of display pixels of a small image display device has been adopted in order to increase the screen resolution. As a small image display element, a liquid crystal display element (TFT type LCD) in which a transistor is formed corresponding to each pixel is generally used. In such an element, miniaturization has a limit due to problems of microfabrication technology, wiring resistance, and securing of a transistor region and a wiring region, and such an element is expensive due to a decrease in yield. In addition, in the method of enlarging the element without changing the pixel density of the element, the productivity of the element is reduced, and in addition to the problem that the cost is increased, the illumination optical system and the projection optical system are enlarged, and the device This causes the problem of increasing the size and cost.
[0004]
On the other hand, according to Japanese Patent No. 2939826, a projection type image display apparatus has a birefringence effect with an optical element capable of turning a polarization direction between a display element and a screen (that is, in an output light path of the display element). A method for realizing high resolution by providing a transparent element and shifting a projected image is disclosed.
[0005]
FIG. 29 shows a configuration example of the image display device disclosed in the publication. In FIG. 24, light from the light source 202 is modulated by the display liquid crystal panel 201, and this modulated image is enlarged and projected onto the screen 204 by the projection lens 203. Between the projection lens 203 and the display liquid crystal panel 201, a polarization direction control liquid crystal panel 205 and a crystal plate 206 are provided. The main optical axis of the crystal plate 206 is arranged to be inclined with respect to the optical axis of the optical system.
[0006]
Reference numerals 207 and 208 denote frame memories, and 209 denotes a distributor.
[0007]
According to such a configuration, the optical path of light polarized in a specific direction with respect to the crystal plate 206 can be shifted by the polarization direction control liquid crystal panel 205. By operating the polarization direction control liquid crystal panel 205 at high speed and controlling the polarization state incident on the crystal plate 206, the optical path can be switched between the shifted state and the non-shifted state, and as a result, more image information is displayed. can do. This method is an effective method for high definition because high resolution can be realized using an inexpensive image display element with a small number of pixels.
[0008]
Here, the operation of the polarization direction controlling liquid crystal panel 205 and the crystal plate 206 disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 2939826 will be described with reference to the principle diagram shown in FIG. The polarized light L211 incident on the polarization direction control liquid crystal panel 205 is modulated in polarization direction by the polarization direction control liquid crystal panel 205, and is incident on a crystal plate 206 having a main optical axis such as 206a. At this time, the polarized light L211p oscillating in a direction parallel to the plane formed by the main optical axis 206a of the quartz plate 206 and the optical axis of the optical system is subjected to birefringence by the quartz plate 206 and the optical path is shifted. On the other hand, the polarized light L211s oscillating in a direction perpendicular to the plane formed by the main optical axis 206a of the quartz plate 206 and the optical axis of the optical system is not subjected to birefringence by the quartz plate 206 and is emitted as it is without being deflected in the optical path. .
[0009]
FIG. 31 is a schematic diagram for explaining a typical three-plate optical system image display apparatus using a transmissive liquid crystal type light valve. The light emitted from the light source 401 illuminates liquid crystal display elements 405r, 405g, and 405b as light valves through an integrator optical system 404 configured using fly-eye lenses 402 and 403 and the like. Dichroic mirrors 406bg and 406g are provided in the optical path from the light source 401 to the liquid crystal display elements 405r, 405g, and 405b. The dichroic mirrors 406bg and 406g are provided to split white light into three color lights of red light R, green light G, and blue light B. Are configured to illuminate the liquid crystal display elements 405r, 405g, and 405b. The image light modulated by the liquid crystal display elements 405r, 405g, and 405b is synthesized by the cross dichroic prism 407 and enlarged and projected onto the screen by the projection lens 408. 409 is a field lens, 410 is a deflecting mirror, and 411 is a relay lens.
[0010]
The image light incident on the dichroic prism 407 becomes light having various incident angles by the integrator optical system 404. The incident angle characteristic of the dichroic film of the dichroic prism 407 has an angular distribution of about 1 to 2 nm / °. Since the maximum incident angle of illumination light is generally about several degrees to 10 degrees, a color shift of about 10 nm to 20 nm occurs depending on the incident angle. This incident angle characteristic is observed as display color unevenness, particularly color unevenness in the peripheral portion where the incident angle becomes large. In order to suppress such unevenness, only the green light G is incident as p-polarized light and the red light R and blue light B are incident as s-polarized light by utilizing the polarization characteristics of the dichroic film (light See Technical Contact, Vol 37, No 9). This is because the design of the dichroic film is optimized according to the polarization characteristics, and an optical element 412 that rotates the plane of polarization by 90 ° is inserted in the illumination light path of the green light G, or the liquid crystal display element 405g This is realized by inverting the on / off of the image information. At this time, only green light G is projected onto the screen as p-polarized light, and other red light R and blue light B are projected as s-polarized light.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Consider a case in which a pixel shift method as disclosed in Japanese Patent No. 2939826 is applied to an image display device having such a configuration. Specifically, as shown in FIG. 31, consider a case where a polarization direction control liquid crystal panel 205 and a crystal plate 206 are provided on the outgoing light path of the dichroic prism 407.
[0012]
FIG. 32 is an operation explanatory view showing the polarization direction control liquid crystal panel 205 and the crystal plate 206 in an extracted manner. FIG. 32A is an explanatory diagram when the state of incident polarized light is not changed by the polarization direction control liquid crystal panel 205. The green image light L415 that is p-polarized light undergoes an optical path shift by the crystal plate 206, but the blue and red image light L416 that is s-polarized light undergoes no optical path shift. On the other hand, as shown in FIG. 32B, when the polarization state is changed by 90 ° by the polarization direction control liquid crystal panel 205, the green image light L415 that is p-polarized light is converted into s-polarized light. Therefore, the blue and red image lights L416, which are s-polarized light, are converted to p-polarized light and thus undergo an optical path shift. That is, the presence or absence of the optical path shift changes depending on the color, and the display is shifted by the green image light L415 with respect to the blue and red image light L416.
[0013]
In the above example, the case of the color synthesis method using the dichroic prism was taken as an example, and the case for reducing the color unevenness was explained, but in addition to this, the polarization beam splitter is used as a color synthesis means to synthesize color lights with different polarizations. There is also a known method, and even in the case of an optical system configuration using such a color synthesizing means, the same problem occurs, and the image quality is deteriorated due to pixel shift.
[0014]
Therefore, the present invention eliminates the problem of pixel shift in an image display device that performs high-definition display by combining color lights of different polarization states of a plurality of light valves and performing optical path shift. An object of the present invention is to provide an image display device with excellent uniformity.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a plurality of light valves that perform image modulation, display data control means that controls writing of image information to these light valves, and an illumination device that illuminates each light valve with different color light, Color combining means for combining image light modulated by each light valve, and optical path modulation means for modulating the optical path of the combined image light in time division in synchronization with image modulation of the light valve. A plurality of image lights that are incident on the color synthesizing means. It has two polarization states with different polarization directions for one color light and another color light, The optical path modulation means includes Polarization modulation means for switching the polarization plane of the image light between the two polarization states, and output light in one of the two polarization states emitted from the polarization modulation means. An optical path polarizing element that bends the optical path with respect to the The display position of the display image of the light valve is changed between at least two states to superimpose the image whose display position has been changed in a time-sharing manner, and the display data control means As the display image to be written, image information at a display position corresponding to the optical path shift amount of each polarized light according to the operation state of the optical path modulation means in the image frame period is written.
[0016]
Therefore, the display unevenness due to the incident angle dependence of the color composition means is suppressed by the polarization state of at least one color being different from the polarization state of the other color light among the plurality of image lights incident on the color composition means, or In an image display device capable of performing highly efficient color composition, the image frame period includes an optical path modulation unit that modulates the optical path of the synthesized image light, and the display image to be written to each light valve during the image frame period. By writing the image information at the display position corresponding to the optical path shift amount corresponding to the polarization state according to the operating state of the optical path modulation means, it is possible to display with high resolution without color shift.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, in the image display device according to the first aspect, the polarization of the image light incident on the color synthesizing means is linearly polarized light, and incident light having a different polarization state is polarized with other incident light. Are orthogonal.
[0018]
Therefore, by making the polarization state of the image light linearly polarized and making the difference in polarization state orthogonal, the amount of optical path shift becomes clear, and it becomes possible to appropriately deal with the correction of the writing position of image information with respect to the light valve. It is possible to display a high-resolution image without any pixel position shift accompanying the shift by the means.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in the image display device according to the first or second aspect, the display data control means includes the optical path modulation means for the light valve for color light having a polarization state different from that of other color light. During the image frame period in the first operation state, the image information corresponding to the display position in which the other color is in the second operation state is displayed during the image frame period in which the optical path modulation means is in the second operation state. The image information corresponding to the display position in which the other color is in the first operation state is written.
[0020]
Therefore, a specific information writing method for writing the image information at the display position corresponding to the optical path shift amount corresponding to the polarization state according to the action state of the optical path modulation means during the image frame period becomes clear, and the resolution is high without color shift. Display is possible.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, in the image display device according to the first or second aspect, the light valve for the color light having a polarization state different from that of the other color light has an optical path shift amount by the optical path modulation means of s, When the pixel pitch is p and the integer is n, the pixel position is shifted from the pixel position of the other light valve by a distance corresponding to p * (n + s) in the shift direction of the optical path.
[0022]
Therefore, in addition to display with high resolution, it can be realized by a simpler information writing method.
[0023]
According to a fifth aspect of the present invention, in the image display device according to the fourth aspect, the display data control means uses the other light valve as the address position of the pixel of the light valve for the color light having a polarization state different from that of the other color light. In the sub-frame in which the optical path modulation element acts on the output polarization of the light valve, the sub-frame in which the optical path modulation element does not act on the output polarization of the light valve. In FIG. 4, image information is written at pixel positions shifted by n + 1.
[0024]
Therefore, in addition to display with high resolution, a simpler and more specific information writing method becomes clear.
[0025]
According to a sixth aspect of the present invention, in the image display device according to the fourth or fifth aspect, n = 0.
[0026]
Therefore, the optical configuration and the information writing method are most simple when n = 0, and the display area in the peripheral portion can be most effectively used.
[0027]
According to a seventh aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to sixth aspects, the display data control means has a capacity for storing image information for one screen, and each light valve Read out and write to each light valve only the data required to superimpose in time when reading out the image information from the storage element, which has a storage area corresponding to the amount of image data for each color And a control circuit for controlling writing and reading of each storage area of the storage element.
[0028]
Therefore, since the data is updated without having a storage element such as a subframe buffer for each light valve, the number of parts such as a storage element and a control circuit that require a high-speed response is reduced, and cost reduction can be realized. Further, by securing a separate storage area for each light valve, each color can be easily controlled, and the control circuit can be reduced in size and the number of parts can be reduced.
[0029]
According to an eighth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to sixth aspects, the display data control means includes a storage element that stores image information for one screen, the storage element, and each of the storage elements. And a transfer storage element that is provided between the light valve and operates asynchronously with writing and reading with a capacity smaller than the number of pixels of the light valve.
[0030]
Therefore, by providing a transfer storage means between each light valve and a storage element that stores image information for one screen, the data transfer speed of the storage element such as a frame buffer is reduced, and the component cost is reduced and the operation is stable. Is realized. At this time, unlike the case of the subframe buffer, the transfer cost is reduced by using the transfer storage element having a capacity smaller than the number of pixels of the light valve and also using the period of the control signal. Stable operation is ensured with the reduction of the above.
[0031]
According to a ninth aspect of the present invention, in the image display device according to the third aspect, the display data control means includes a storage element that stores image information for one screen, the first action state, and the second action state. Reading method holding means in which at least two kinds of reading methods are set in order to read image information corresponding to a display position in the same storage element, and the reading method holding means when reading image information from the storage element Switching means for switching the readout method set in (1).
[0032]
Therefore, in realizing the image display device according to claim 3, two or more kinds of image information reading methods are defined in advance and set in the reading method holding unit, and the reading method is set as the first of the optical path modulation units. By switching according to the switching of the second action state, it is possible to read image information corresponding to the image shift from the storage element, so that the circuit size can be reduced and the component cost can be reduced without newly calculating. Is possible.
[0033]
According to a tenth aspect of the present invention, in the image display device according to the fifth aspect, the display data control means includes a storage element that stores image information for each subframe, and controls reading of the storage element. The pixel position of the image information written to the corresponding light valve is controlled by adjusting the signal timing.
[0034]
Therefore, in realizing the invention according to claim 5, the storage element can be configured with the minimum necessary capacity without waste by preparing a storage capacity corresponding to the required amount of image information. Become.
[0035]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to sixth aspects, the display data control means has a function of adjusting a transfer timing of inputted data, and each light valve Are integrally mounted on the substrate.
[0036]
Therefore, by implementing display data control means with a function to adjust the transfer timing of image information data input to each light valve itself, it is possible to write while using existing storage elements and their control circuits. Image information data can be input to the valve, and the cost of components such as peripheral circuits can be reduced.
[0037]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to sixth aspects, the display data control means includes a storage element that stores image information for one screen, and an output terminal of the storage element. And a timing control means which is provided between the light valve and the input terminal of the light valve and can adjust the data transfer timing.
[0038]
Therefore, by providing a timing control means capable of adjusting the data transfer timing between the input terminal of the light valve and the output terminal of the storage element, the existing light valve and the storage element that does not take into account the conventional shift of image information By realizing the shift of the image information while using this control configuration, the addition of a new configuration can be minimized and the cost can be reduced.
[0039]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the image display device according to the twelfth aspect, the timing control means includes a delay element that selectively delays a data transfer timing to the light valve by a set time.
[0040]
Therefore, the image display apparatus according to the twelfth aspect can be easily realized by using the delay element.
[0041]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the image display device according to the twelfth aspect, the timing control means includes a plurality of delay elements connected in series on the data line to the light valve and having different delay amounts, Switching means for switching between delay elements corresponding to each delay element or bypassing is provided, and a delay amount of data transfer timing is adjusted by a combination of switching of these switching means.
[0042]
Accordingly, in realizing the image display device according to the twelfth aspect, multistage control of the delay amount is possible, and appropriate display position control is possible.
[0043]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the image display device according to the twelfth aspect, the timing control unit is configured to delay the data transfer timing to the light valve by a set time, and to the light valve. Connection switching means for selectively switching the connection between the data line passing through the delay element and the data line bypassing the delay element.
[0044]
Accordingly, in realizing the image display device according to the twelfth aspect, the signal can be delayed only by the light valve that requires a delay and only by switching the connection switching means.
[0045]
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the thirteenth to fifteenth aspects, as the delay element, a digitally controlled delay element capable of controlling a delay amount by digital processing controlled based on a reference signal Was used.
[0046]
Therefore, in realizing the image display device according to any one of claims 13 to 15, the delay control is excellent in controllability because it is stable with respect to temperature, variation at the time of setting, etc., and does not require readjustment. Is possible.
[0047]
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to sixteenth aspects, the color synthesizing unit includes a dichroic prism.
[0048]
Accordingly, a preferred example of color composition means is provided. In particular, when a dichroic prism is used, the wavelength shift of the combined light occurs due to the incident angle characteristics of the illumination light, and the display tends to cause color unevenness, but a plurality of image light incident on the color combining means is likely to occur. By making the polarization state of at least one of the colors different from the polarization state of the other color light, it is possible to suppress display unevenness due to the incident angle dependency of the color synthesis means, and to perform highly efficient color synthesis. The image information written to each light valve during the image frame period is configured to write the image information at the display position corresponding to the optical path shift amount according to the polarization state according to the operating state of the optical path modulation means during the image frame period. Therefore, it is possible to perform display with high resolution without color misregistration.
[0049]
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the image display device according to the seventeenth aspect, the color synthesizing means is a cross dichroic prism, and the polarized light incident on the color synthesizing means is only green light as p-polarized light and other red light. The blue light was s-polarized light.
[0050]
Therefore, a more specific configuration example of the image display device according to the fourteenth aspect is clarified.
[0051]
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the image display device according to the seventeenth or eighteenth aspect, at least one of the plurality of image lights incident on the color synthesizing means is provided by providing a polarization rotation means in the illumination optical path of the illumination apparatus. The polarization state of one color is different from the polarization state of the other color light.
[0052]
Therefore, a specific example is provided in which the polarization state of at least one color among the plurality of image lights incident on the color composition unit is different from the polarization state of the other color light.
[0053]
According to a twentieth aspect of the present invention, in the image display device according to the seventeenth or eighteenth aspect, among the plurality of image lights incident on the color synthesizing means by inverting on / off of image information written to the light valve. The polarization state of at least one color is different from the polarization state of the other color light.
[0054]
Therefore, a simple and efficient concrete example is provided in which the polarization state of at least one color out of the plurality of image lights incident on the color composition means is different from the polarization state of the other color light.
[0055]
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to sixteenth aspects, the color synthesizing unit includes a polarization beam splitter.
[0056]
Accordingly, a preferred example of color composition means is provided. In particular, in the synthesis by the polarization beam splitter, two types of polarized light having different polarization states of the combined light are mixed, but the display position corresponding to the optical path shift amount according to the polarization state depending on the operation state of the optical path modulation means in the image frame period. With the configuration in which the image information is written, even when the optical path modulation means is provided, it is possible to perform display with high resolution without pixel shift due to color.
[0057]
According to a twenty-second aspect of the present invention, in the image display device according to the twenty-first aspect, the color synthesizing unit emits the polarization rotating unit that converts the polarization direction of the specific color light into the orthogonal polarization direction and the polarization rotating unit. A polarization separation element that separates the optical path of the illumination light by polarization; and a polarization beam splitter that combines the outgoing light beams that are separated by the polarization separation element and modulated by the light valves.
[0058]
Therefore, in realizing the invention according to claim 21, a compact and highly efficient optical system configuration is provided.
[0061]
Claim 23 The described invention Claim 1 In the image display device described above, the polarization modulation unit is a liquid crystal element, and the optical path deflecting element is a uniaxial optical anisotropic body having a main optical axis inclined with respect to the optical axis.
[0062]
Therefore, Claim 1 In realizing the described invention, a preferred example of an optical path deflecting element is provided.
[0063]
Claim 24 The described invention Claim 23 In the image display device described above, the liquid crystal element as the polarization modulation unit is a ferroelectric liquid crystal element.
[0064]
Therefore, Claim 23 In the described invention, by using a liquid crystal element composed of a ferroelectric liquid crystal having a high response speed, it is possible to realize an operation of switching incident polarized light to two polarization states having orthogonal polarization planes with high responsiveness.
[0065]
Claim 25 The described invention Claim 23 or 24 In the image display device described above, the uniaxial optical anisotropic body as the optical path deflecting element is made of a lithium niobate crystal.
[0066]
Therefore, Claim 23 or 24 In the image display device described above, a preferable configuration example can be provided by using a lithium niobate crystal having excellent stability, cost, and transparency as the uniaxial optical anisotropic body.
[0067]
Claim 26 The described invention Claims 1 to 25 The image display device according to any one of the above, further comprising a plurality of the optical path modulation means having different directions in which the optical path is bent or shifted, and a polarization plane rotating means on the optical path between these optical path modulation means.
[0068]
Therefore, since optical path modulation can be performed two-dimensionally, higher resolution can be obtained.
[0069]
Claim 27 The described invention Claims 1 to 26 In the image display device according to any one of the above, the light valve is a liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal.
[0070]
Therefore, a preferred configuration example is provided by using a liquid crystal display element of ferroelectric liquid crystal that operates digitally as a light valve.
[0071]
Claim 28 The described invention Claims 1 to 26 In the image display device according to any one of the above, the light valve is a liquid crystal display element made of antiferroelectric liquid crystal.
[0072]
Therefore, a suitable configuration example suitable for halftone expression is provided by using a liquid crystal display element made of antiferroelectric liquid crystal having excellent response speed as a light valve.
[0073]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The image display apparatus of the present embodiment shows an application example to a projection type image display apparatus that projects an enlarged image on a screen and observes the projection image.
[0074]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical system configuration of such an entire image display apparatus. First, light emitted from the light source 1 illuminates transmissive light valves 5r, 5g, and 5b through an integrator optical system 4 configured using fly-eye lenses 2, 3 and the like. Dichroic mirrors 6bg, 6g are provided in the optical path from the light source 1 to the light valves 5r, 5g, 5b, and the white light is split into three color lights of red light R, green light G, and blue light B, and each color light is separated. Each light valve 5r, 5g, 5b is configured to illuminate. The image light that has been image-modulated by the light valves 5r, 5g, and 5b is combined by a cross dichroic prism 7 as color combining means, and enlarged and projected onto a screen by a projection lens 8 as a lens. Reference numeral 9 is a field lens, 10 is a deflecting mirror, and 11 is a relay lens. The light source 1, the integrator optical system 4, the dichroic mirrors 6bg and 6g, the deflecting mirror 10, the relay lens 11 and the like constitute an illumination device 12 for the light valves 5r, 5g and 5b.
[0075]
The lights modulated by the light valves 5r, 5g, and 5b are combined by the cross dichroic prism 7, and the combined image light is enlarged and projected onto the screen (not shown) by the projection lens 8.
[0076]
Here, a polarization conversion element is provided in the illumination light path in the illumination device 12 as needed, and the polarization of the illumination light is controlled to be a specific linear polarization. In the present embodiment, there is provided a polarization rotation element 13 as a polarization rotation means such as a half-wave plate for rotating the polarization direction of the green light G incident on the light valve 5g by 90 °. Accordingly, the polarization of the image light incident on the cross dichroic prism 7 is set so that only the green light G is p-polarized light and the other red light R and blue light B are s-polarized light.
[0077]
Each light valve 5r, 5g, 5b displays an image depending on whether or not the polarization of incident light is rotated by 90 °. As such light valves 5r, 5g, and 5b, known display elements such as a 90 ° twisted liquid crystal display element, a vertically aligned liquid crystal display element, and a liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal can be used.
[0078]
In addition, although the example using the polarization | polarized-light rotation element 13 like a 1/2 wavelength plate was shown in FIG. 1, by reversing the display of the said light valve 5g, ie, turning on / off of image information, The polarization of the light emitted from the light valve 5g can be changed. This method is more preferable because only the image data is inverted and no other optical element such as the polarization rotation element 13 is required.
[0079]
Non-image light among the light modulated by the light valves 5r, 5g, and 5b is removed by a polarizer (not shown) provided on the emission side of the light valves 5r, 5g, and 5b, and only image light is present. The light enters the cross dichroic prism 7. At this time, the green light G is incident on the cross dichroic prism 7 as linearly polarized light (p-polarized light) having a vibration direction different from the red light R and the blue light B in the s-polarized state by 90 °. With such a configuration, as described above, the use of the integrator optical system 4 provides optical characteristics that are less likely to cause color unevenness even when the incident angle of illumination light with respect to each light valve 5r, 5g, 5b is large. It is done.
[0080]
Further, on the optical path between the cross dichroic prism 7 and the projection lens 8, an optical path modulation means 14 for performing pixel shift is provided. An example of the basic configuration of the optical path modulation means 14 and its operation when color synthesis is performed by the cross dichroic prism 7 will be described with reference to FIG. The optical path modulation means 14 in this case is a polarization modulation means 15 for controlling the polarization plane of the incident image light, and the optical path is bent (or shifted) with respect to a specific polarization state of the specific outgoing light from the polarization modulation means 15. ) To be combined with the optical path deflecting element 16.
[0081]
Each color light separated by the illumination device 12 is polarization-modulated by the light valves 5r, 5g and 5b and enters the cross dichroic prism 7 which is a color synthesizing means. At this time, at least one color, in the present embodiment, green light is incident on the cross dichroic prism 7 with a plane of polarization different from that of the other color light by 90 °.
[0082]
2A shows a state in which the optical path modulation means 14 bends the p-polarized light and does not bend the s-polarized light. FIG. 2B shows a state in which the optical path modulation means 14 bends the p-polarized light and s-polarized light. Represents a state without bending.
[0083]
In this embodiment, such an optical path modulation means 14 is composed of a polarization modulation means 15 capable of modulating the polarization direction of incident light and an optical path deflecting element 16, and FIG. Shows the optical path when polarization does not act and polarization is maintained. The case where the uniaxial crystal which has the main optical axis inclined with respect to the optical axis is used for the optical path deflection element 16 is shown. The optical axis of the crystal is in a plane including at least one polarization plane in at least one polarization direction of the outgoing light of the polarization modulator 15. In FIG. 2, 16a represents the main optical axis.
[0084]
In such a configuration, the light polarized in the plane including the main optical axis 16a and the optical axis (p-polarized light) is subjected to birefringence by the optical path deflecting element 16 as shown as polarized light L18 in FIG. Is bent. On the other hand, the polarized lights L17 and L19 (s-polarized light) orthogonal to the plane including the main optical axis 16a and the optical axis travel straight without being subjected to birefringence by the optical path deflecting element 16. That is, the optical path of the p-polarized light from the light valve 5g is bent by the optical path modulation means 14, and the s-polarized light from the light valves 5r and 5b travels straight through the optical path modulation means 14. The polarization modulation means 15 is provided to control the polarization direction of the outgoing polarized light, and in the figure, switches between polarized light that vibrates in the vertical direction (p-polarized light) and polarized light that vibrates in the direction perpendicular to the paper surface (s-polarized light). To do.
[0085]
FIG. 2B is a diagram when the polarization modulation means 15 is operated to rotate the polarization direction of the light emitted from the cross dichroic prism 7 by 90 °. In this case, since the s-polarized light from the light valves 5r and 5b is converted into p-polarized light by the polarization modulating means 15, the optical path is bent by the optical path deflecting element 16, and the p-polarized light from the light valve 5g is converted by the polarization modulating means 15. Since it is converted into s-polarized light, the light path deflecting element 16 goes straight.
[0086]
As described above, the polarization modulation means 15 has a function of switching incident polarized light between two polarization states whose polarization planes are orthogonal to each other at high speed, and can realize an area for a display device at a low cost. Liquid crystal devices such as ferroelectric liquid crystal, π cell, and twisted nematic liquid crystal are suitable. Of these, twisted nematic liquid crystal with a liquid crystal layer thickness of 3 μm or less, nematic liquid crystal system driven by two frequencies, π-cell, and ferroelectric liquid crystal are particularly suitable because of their fast response speed, and the most responsive. An excellent ferroelectric liquid crystal is optimal. These act as polarization modulation means by controlling the optical rotatory action or the action as a half-wave plate by an external electric field.
[0087]
The optical path deflecting element 16 bends (or shifts) the optical path with respect to light having a specific polarization direction. Specifically, the optical path deflecting element 16 is quartz, mica, lithium niobate, KH. 2 PO 4 LiTaO 3 An optical crystal obtained by cutting an optical crystal such as the above obliquely with respect to the main optical axis is suitable. Above all, from the viewpoint of stability, cost, and transparency, crystal, lithium niobate, LiTaO 3 Is particularly preferably used.
[0088]
FIG. 3 illustrates the operation of the optical path modulation means 14 by taking L17 as red light in FIGS. 2 (a) and 2 (b) as an example. In the figure, the case where the optical path modulator 14 shifts the image light by p / 2 with respect to the pitch p in the shift direction of the pixels of the light valve 5r is described. FIG. 3 (a) schematically shows an image on the light valve 5r in an image frame in which the polarization modulator 15 does not act. FIG. 3B shows the display image and is not shifted. FIG. 3 (c) schematically shows an image on the light valve 5r in an image frame in which the polarization modulation means 15 acts. FIG. 3D shows the display image, which is shifted.
[0089]
By operating the polarization modulation means 15 in synchronization with the switching of the images in FIGS. 3A and 3C, the display images in FIGS. 3B and 3D are displayed in a time-sharing manner. . At this time, when the frame frequency of the image frame is 30 Hz or higher, preferably 40 Hz or higher, particularly preferably 60 Hz or higher, the observer's eyes are the combined images of FIG. 3B and FIG. ) Is observed without flicker, and a resolution twice that of the original image is obtained.
[0090]
By the way, in the present embodiment, as described above, the polarization state of at least one color among the plurality of image lights incident on the cross dichroic prism 7 is different from the polarization state of the other colors. In FIG. 2, the image light L18 from the light valve 5g for green light is p-polarized, whereas the image lights L17 and L19 of other colors are s-polarized. At this time, as shown in FIG. 2, the image light L18 (p-polarized light) and the image light L17, L19 (s-polarized light) are reversely subjected to the optical path shift effect received by the optical path modulation means 14.
[0091]
FIG. 4 illustrates this phenomenon with the same notation as in FIG. That is, FIGS. 4A to 4E have the same meaning as FIGS. 3A to 3E. FIG. 4 illustrates a case where red and green are combined and a yellow “A” character is combined and displayed. The green image light L18 shown on the right side in FIG. 4 is different from the red image light L17 shown on the left side in FIG. 4 because the action of the optical path modulation means 14 is different from that shown in FIG. The image state is greatly deformed. FIG. 5 is a composite image at this time, and it can be seen that a pixel shift has occurred.
[0092]
In order to avoid the phenomenon that the image quality is deteriorated due to such pixel shift, in this embodiment, the light path modulation means 14 is in the first action state in the light valve 5g for the color light having a polarization state different from that of the other color light. The image information corresponding to the display position in which the other color is in the second operation state during one image frame period, and the other color is the first in the image frame period in which the optical path modulation means 14 is in the second operation state. The display data control means (described later) controls the writing of the image information to the light valve 5g so as to display the image information corresponding to the display position in the operating state.
[0093]
The principle of such image information writing control will be described with reference to FIG. The operating state (ON / OFF) of the optical path modulation means 14 corresponds to the display frame. An image frame period required to display the entire screen is composed of subframes divided by the number of operating states of the optical path modulation means 14, and the display data control means is determined by the optical path modulation means 14 during the subframe period. The image corresponding to the display position to be written is written. At this time, when all the outgoing polarizations are the same as in the prior art, the adjacent pixels 1 and 2 are sequentially displayed with information of each color by switching the optical path modulation means 14. For example, as shown in the upper part of FIG. 6, when the pixel 1 is blue and the pixel 2 is yellow for the adjacent pixels 1 and 2, the light valve 5b is blue in the first subframe and the second subframe. Display can be performed by turning on red and green of the light valves 5r and 5g. On the other hand, in the configuration of the present embodiment, the output polarization differs depending on the color light, and the action of the optical path modulation means 14 is reversed by the polarization, so that the color information of the pixels 1 and 2 is displayed during the same subframe period. Will be. Therefore, in the present embodiment, green light (in this case) that is different from other polarized light that should originally be lit in the second subframe is lit in the first subframe, so that the original image position is green. Is displayed. If it is desired to display green on the pixel 1, the second frame in which image information corresponding to the other color corresponding to the pixel 2 is displayed in green. As described above, in the present embodiment, for color light having a different polarization from the others, the optical path modulation means 14 writes the image information of the subframe in a different operation state, thereby displaying a desired color misalignment. It is what you want to do.
[0094]
FIG. 7 shows an image writing method of the image display apparatus according to the present embodiment based on such an image information writing principle, as compared with the case of FIG. As in the previous drawings, the optical path modulation means 14 performs p / 2 optical path modulation. 7A to 7E have the same meanings (states) as in FIGS. 3A to 3E and 4A to 4E, respectively. Further, green light having different polarization directions shown on the right side is distinguished as shown in (a ′) to (e ′). The display image of the light valve 5g for green light having a different polarization direction is shown in FIG. 7 (b ') in a state where, for example, the optical path modulation means 14 does not act on red light and acts on green light. As shown in FIG. 7, an image of red light in a state where the optical path modulation means 14 is in the other action state, that is, the optical path modulation means 14 acts on red light and does not act on green light (FIG. 7D). ) Is displayed.
[0095]
With such a configuration, the composite image can be a desired image as shown in FIGS. Note that FIG. 7 shows an example in which two colors are combined at the same position and yellow is displayed, so FIG. 7 (b ′) and FIG. 7 (e ′) are the same images, but the actual written image is Generally not the same. As described above, in the present embodiment, image information in consideration of the optical path shift amount due to the action state of the optical path modulation means 14 due to polarization is written into the light valve 5 in the same image frame period. By operating in this way, even in an image display device in which the output polarized light is different depending on the color light, a high-quality image without a color shift of high resolution is provided by the action state of the optical path modulation means 14.
[0096]
Here, an example of the configuration of the display data control means 21 that performs such image information writing control will be described with reference to FIG. The display data control means 21 in the illustrated example has a capacity for storing image information for one screen each, and the image data amount of each RGB color for each light valve 5r, 5g, 5b (using dielectric liquid crystal). Frame buffers 22r, 22g, and 22b as storage elements in which corresponding storage areas are secured, and only data that is at least necessary for temporal superposition when reading image information from these frame buffers 22r, 22g, and 22b The storage element control circuit 24 is configured as a control circuit for controlling writing and reading to the frame buffers 22r, 22g, and 22b so as to read and write to the light valves 5r, 5g, and 5b.
[0097]
The input display signals (image information) are stored in the frame buffers 22r, 22g, and 22b, respectively. In the present embodiment, image data for superimposing a plurality of screens in a time-sharing manner is read directly from the frame buffers 22r, 22g, and 22b under the control of the storage element control circuit 24. In the frame buffers 22r, 22g, and 22b, individual elements are used for each RGB corresponding to the three primary colors RGB. Accordingly, each color can be individually controlled with respect to the case where the three primary colors are integrated, and can be realized by controlling only the necessary colors. However, the frame buffers 22r, 22g, and 22b do not necessarily have to be individual elements as long as the light valves 5r, 5g, and 5b to be used can be individually accessed. That is, a part surrounded by a dotted line in FIG. 8 may be configured as one memory element 23, and a product in which the inside is divided into three banks may be used. In this case, it is possible to further reduce the number of parts, the mounting process, and the like.
[0098]
According to this, since the data is updated without having a separate subframe buffer for the light valves 5r, 5g, and 5b, the number of components such as a storage element and a control circuit that require a high-speed response is reduced, and cost reduction is realized. it can. Further, by securing separate storage areas (frame buffers 22r, 22g, and 22b) for the RGB three primary colors, each color can be easily controlled, and the control circuit 24 is downsized and the number of parts is reduced. Can be realized.
[0099]
Specifically, when a prototype was made for the display capacity SXGA (1280 × 960), the system of the present embodiment realized a 5% reduction in the number of parts compared to the case where each color was integrated. Incidentally, as a comparative example, as shown in FIG. 9, a circuit having a dedicated storage element (subframe buffer 25r, 25g, 25b) for each light valve 5r, 5g, 5b was created. In the comparative example, after writing to the frame buffer 26, the image data of the sub-frame buffers 25r, 25g, 25b corresponding to the individual light valves 5r, 5g, 5b is read from the frame buffer 26, and the respective light valves 5r, 5g, The subframe buffers 25r, 25g, and 25b corresponding to 5b are written, and the light valves 5r, 5g, and 5b display according to the contents of the subframe buffers 25r, 25g, and 25b.
[0100]
According to the present embodiment, the storage capacity of the storage elements (frame buffers 22r, 22g, 22b) is equal to the display capacity (number of pixels) of the light valves 5r, 5g, 5b. On the other hand, in the comparative example, in addition to the frame buffer 26, the sub-frame buffers 25r, 25g, 25b require a storage capacity equivalent to the display capacity of the individual light valves 5r, 5g, 5b. It is. Since this storage capacity requires high-speed operation, it is generally expensive, and the cost of parts in the comparative example as a whole is higher than in the case of this embodiment (about 2.2 times). Regarding the circuit scale, in the present embodiment, the control circuit 24 directly performs input / output control of the frame buffers 22r, 22g, and 22b, whereas in the comparative example, in addition to the input / output control of the frame buffer 26, the light valve The control circuits 27r, 27g, and 27b for the sub-frame buffers 25r, 25g, and 25b for 5r, 5g, and 5b are necessary (about 1.8 times).
[0101]
The display data control means 21 of the present embodiment can realize a reduction in cost by reducing the circuit scale, reducing the number of storage elements, and reducing the number of components.
[0102]
In the above description, the pixel shift is performed only in one direction in the horizontal direction (or the vertical direction) and the resolution is increased by two times. However, the resolution is not limited to two times. The present invention can also be applied to the case where the resolution is increased four times by performing a two-dimensional pixel shift.
[0103]
FIG. 10 is a diagram for explaining the principle of write control when two-dimensional (vertical / horizontal) pixel shift is performed by providing optical path modulation means in the x and y directions. In this case as well, as in the one-dimensional case whose principle is explained in FIG. 6, the light path modulation means is different for the light valve 5g of colored light having different polarization (in this case, green light). By writing the image of the subframe in the active state, it is possible to perform display without a desired color shift.
[0104]
11 shows an example of the configuration of an optical system for performing two-dimensional pixel shift as shown in FIG. 10, FIG. 11 (a) is a side view, and FIG. 11 (b) is a plan view thereof. In this case, an optical path modulation unit 14x that performs optical path modulation in the x direction and an optical path modulation unit 14y that performs modulation in the y direction are provided on the same optical path. Each of the optical path modulation means 14x and 14y is composed of a pair of polarization modulation means 15x and 15y and optical path deflection elements 16x and 16y. At this time, the main optical axis 16ya of the optical path deflection element 16y is inclined in a direction orthogonal to the inclination direction of the main optical axis 16xa of the optical path deflection element 16x. A polarization plane rotating unit 17 is provided between the optical path modulating units 14x and 14y to rotate the polarization direction of the polarized light emitted from the optical path modulating unit 14x by 90 °. As the polarization plane rotating means 17, a half phase plate, twisted liquid crystal, or the like can be used.
[0105]
11 (a) and 11 (b) show an operating state in a state where the polarization modulation means 15x acts and the change modulation means 15y does not act.
[0106]
With such a configuration, it is possible to further optically modulate the light path modulated in the x direction by the optical path modulator 14x in the y direction by the optical path modulator 14y. Therefore, the display pixels of the light valves 5r, 5g, and 5b can be displayed in a two-dimensional manner, substantially four times in length and width, and higher resolution can be achieved.
[0107]
In any case, in the present embodiment and subsequent embodiments, the display image field is divided into a plurality of subfields, and the optical path of the image light is modulated by the optical path modulation means 14 (14x, 14y) for each subfield. (Bending or shifting) and displaying the number of pixels multiplied with respect to the original image in a time-sharing manner. At this time, the display images of the light valves 5r, 5g, and 5b need to be switched according to the subfield. For this reason, the light valves 5r, 5g, and 5b are required to have a response speed that is at least twice that of the case where the optical path modulation means 14 is not used, and the light valves 5r, 5g, and 5b have the illumination light as described above. Those that modulate polarized light are preferably used. From the above, as the light valve, particularly a liquid crystal light valve having a high-speed response, for example, a liquid crystal display mode using a high-speed response liquid crystal display mode such as a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, or a π cell is suitable. is there. In particular, a liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal element operates digitally and has excellent digital characteristics, and a liquid crystal display element using an anti-ferroelectric liquid crystal element has a high response speed. This is suitable for halftone expression.
[0108]
In this embodiment and the following embodiments, the optical path shift amount s by the optical path modulator 14 is set to p, the pixel pitch of the light valves 5r, 5g, 5b is p, in order to obtain a uniform image with high resolution. When m is an integer, it is preferably approximately (m ± 1/2) p. If the integer m is too large, the peripheral pixels cannot be used effectively, so m is preferably in the range of 0 to 10. Moreover, since controlling a large optical path shift amount has a technical problem, m is preferably in the range of 0 to 4. As a preferable example of the present embodiment, substantially (m ± 1/2) p means (m + 1/4) p to (m + 3/4) p or (m−3 / 4) p to (m−1 / 4) The range of p can be mentioned. If the shift amount is outside this range, it is difficult to obtain a sufficient resolution.
[0109]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted (the same applies to the following embodiments).
[0110]
In this embodiment, the pixel position of the light valve (in this embodiment, the light valve 5g for green light) with respect to color light having a polarization state different from that of other color light is changed to the other light valve (in this embodiment, red light). The optical path shift by a distance s (s = p / 2 in the present embodiment) substantially equivalent to the optical path shift amount of the optical path modulation means 14 with respect to the pixel position of the blue light bulbs 5r, 5b). The display data control means controls the writing position of the image information to the light valve in accordance with the action state of the optical path modulation means 14 so that the projected images in different polarization states can be arranged. In this configuration, the images are displayed so as to overlap during the same image frame period. Here, “substantial” means a relative positional relationship in consideration of bending of the optical axis.
[0111]
FIG. 12 shows an extracted configuration in the vicinity of the cross dichroic prism 7 and the optical path modulation means 14 in order to explain such a configuration action. FIG. 12A shows a state in which the polarization modulation means 15 is not acting ( FIG. 12B is a side view of the state in which the polarization modulator 15 is acting (second action state).
[0112]
In the state shown in FIG. 12A, the red and blue image lights L17 and L19, which are s-polarized light, are emitted from the optical path modulation means 14 without being subjected to the optical path shift by the optical path deflecting element 16, as indicated by the solid line. On the other hand, the green image light L18 that is p-polarized light undergoes an optical path shift of p by the optical path deflecting element 16. At this time, the pixel 5gp1 of the light valve 5g in which the green image information is written is a distance s corresponding to the optical path shift with respect to the pixels 5rp1 and 5bp1 of the light valves 5r and 5b in which the image information of other colors is written. Since the writing is shifted by the minute amount, the optical path shift amount with respect to the red and blue image lights L17 and L19 is 2 s, that is, a shift amount corresponding to one pitch of the light valve.
[0113]
On the other hand, when the polarization modulator 15 is operating, as shown in FIG. 12B, the red and blue image lights L17 and L19, which are s-polarized light, are converted into p-polarized light by the polarization converter 15, so that the solid line. As shown in FIG. 2, the optical path deflecting element 16 receives an optical path shift of p / 2. On the other hand, the green image light L18, which is p-polarized light, is converted into s-polarized light by the polarization conversion means 15, so that it is emitted from the optical path modulation means 14 without being subjected to an optical path shift by the optical path deflecting element 16. At this time, the pixel 5gp1 of the light valve 5g in which the green image information is written is a distance s corresponding to the optical path shift with respect to the pixels 5rp1 and 5bp1 of the light valves 5r and 5b in which the image information of other colors is written. As a result, the optical path of the light emitted from the optical path modulation means 14 can be the same as the other colors.
[0114]
That is, in a state where the optical path modulation means 14 acts only on the green image light L18 (FIG. 12A), an image for the same subframe as the other colors is displayed, and the optical path modulation means 14 applies to the green image light L18. In the state where it does not act on other colors but acts on other colors (FIG. 12B), it is only necessary to write image information at adjacent address positions into the light valve in the same image frame. FIG. 13 shows the relationship between the image information written to the light valve 5 and the display image in the case of the present embodiment when described in the same manner as FIG.
[0115]
In the case of the configuration of the present embodiment, the images that are simultaneously written to the light valves 5r and 5b and the light valve 5g are even columns (rows) or odd columns (rows) of the display image of the same subframe data. There is an advantage that the light valve write data can be easily generated from the data and the control circuit (display data control means) can be simplified.
[0116]
In the present embodiment, the pixel position of the light valve 5g is shifted by p / 2. However, the address position of the write image information is shifted by p * (n + 1/2) and corresponding to n. The same effect can be obtained even when writing is performed with a relative shift. Here, n is an integer. That is, the image information shifted by n lines and the image information shifted by n + 1 lines with respect to the other light valves may be switched in subframes in accordance with the operation state of the optical path modulation means. However, since the peripheral image cannot be used effectively when the absolute value of n increases, the absolute value of n is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and even more preferably 2 or less. Most preferably n = 0.
[0117]
In the configuration of the present embodiment, when two-dimensional optical path modulation is performed, the same configuration as that shown in FIG. 11 is adopted, and the pixel position of the light valve 5g having a polarization direction different from that of other color light. Are shifted by p * (n + 1/2) in the x and y directions with respect to the pixel positions of the other light valves 5b and 5r, and are determined by the combination of the operations of the optical path modulation means 14x and 14y for x and y. Control may be performed so that image information shifted by n lines in the x direction and y direction or image information shifted by n + 1 lines is displayed in the image subframe.
[0118]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment shows an application example to an image display device configured by using reflective light valves 31r, 31g, and 31b instead of the transmissive light valves 5r, 5g, and 5b. Basically, it is the same as that shown in FIG. 1, but in this embodiment, polarizing beam splitters 32r, 32g, and 32b are interposed between the light valves 31r, 31g, and 31b and the cross dichroic prism 7. Has been.
[0119]
In the present embodiment, the phase difference plate 33 is used so that the polarization state of only the green light is different from the polarization state of the other color light. However, by devising the configuration and arrangement of the polarization beam splitter. You may comprise without the phase difference plate 33. FIG. Further, the output polarization of the light valve 31g can be changed by inverting the display of the image information on the light valve 31g (inverting on / off) without using an optical element such as the phase difference plate 33. This method is more preferable because it only inverts image data and does not use any other optical element.
[0120]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment shows an application example in the case where the color combining means is configured using a combination of a polarization beam splitter 41 and a dichroic prism 42 as a polarization separation element instead of the cross dichroic prism 7.
[0121]
A wavelength-selective phase difference plate 43 as a polarization rotating means is provided at a position where the illumination light from the illumination device is incident on the polarization beam splitter 41. This wavelength-selective phase difference plate 43 is an element having a function capable of converting only the color light of a specific wavelength into a change direction in which the polarization direction is orthogonal, and is, for example, a product name “Color Select” from Color Link. A commercially available optical element is used. Here, green light is emitted to the polarization beam splitter 41 as p-polarized light, blue light and red light as s-polarized light.
[0122]
The dichroic prism 42 is adjacent to the reflection side of the polarization beam splitter 41, and functions to split the s-polarized light reflected by the polarization beam splitter 41 into a red light component and a blue light component. Reflective light valves 31r and 31b are arranged in the traveling direction of red light and blue light separated by the dichroic prism. The image light (p-polarized light) modulated by the light valves 31r and 31b passes through the polarization beam splitter 41, and is projected toward the screen via the optical path modulation means 14 and the projection lens 8 as described above.
[0123]
On the other hand, a reflective light valve 31g is disposed on the transmission side of the polarization beam splitter 41 via a glass block 44 for matching the optical path length. The image light (s-polarized light) transmitted through the polarization beam splitter 41 and modulated by the light valve 31g is reflected by the polarization beam splitter 41 and projected toward the screen via the optical path modulation means 14 and the projection lens 8 as described above. The
[0124]
In the present embodiment, the light valve 31g for green light is used for p-polarized illumination, but other color light may be p-polarized light.
[0125]
According to the configuration of the present embodiment, there is an advantage that the optical system can be configured relatively small as compared with the case where the cross dichroic prism 7 as described above is used.
[0126]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment shows an application example in the case where the color synthesizing means is configured by only the polarization beam splitter 51.
[0127]
A phase difference plate 52 is provided at a position where the illumination light from the illumination device is incident on the polarization beam splitter 51. The retardation plate 52 is an optical element that has wavelength selectivity such as that commercially available from Color Link under the trade name “Color Switch” and that can electrically control the action thereof. The retardation plate 52 controls, for example, whether red light is always emitted as p-polarized light and whether green light and blue light are emitted as s-polarized light. A reflection light valve 31r for red is disposed on the transmission side of the polarization beam splitter 51 with respect to incident light, and a light valve 31bg for both blue and green is disposed on the reflection side. By the action of the phase difference plate 52, the s-polarized light emitted between the blue light and the green light is sequentially switched, and the image information for the blue / green combined light valve 31bg is written in the image information corresponding to each color in synchronization with it. By changing, it is possible to synthesize three colors in time.
[0128]
In the configuration of the present embodiment, red image light is emitted as s-polarized light, and green and blue image light is emitted as p-polarized light.
[0129]
According to this embodiment, the optical system can be further reduced in size.
[0130]
In the case of the third, fourth and fifth embodiments, the two-dimensional optical path modulation means 14x and 14y for the x direction and y direction as shown in FIG. Optical path shift is possible, and higher resolution can be obtained.
[0131]
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment shows an example of the display data control means 61 that controls the writing of image information to each light valve 5r, 5g, 5b (may be 31r, 31g, 31b).
[0132]
As shown in FIG. 17, the display data control means 61 of the present embodiment includes a frame buffer 62 as a storage element for storing image information for one screen, the frame buffer 62 and the light valves 5r, 5g, 5b, FIFO (First In First Out) as a transfer storage element that operates asynchronously with a capacity smaller than the number of pixels of each light valve 5r, 5g, 5b, for example, a capacity of 1/10. ) Memory 63r, 63g, 63b. As a result, the display signal (image information) from the frame buffer 62 is input to the light valves 5r, 5g, and 5b via the FIFO memories 63r, 63g, and 63b under the control of the storage element control circuit 64.
[0133]
In such a configuration, for example, a data transfer method using a configuration without the FIFO memories 63r, 63g, and 63b will be described with reference to a time chart shown in FIG. In this case, since the position of the display data is specified and transferred by the synchronization signal in a certain period (for example, every scanning line), the time that can be used for the transfer of the display data is shown in FIG. In this way, the control signal is limited between the synchronization signals.
[0134]
On the other hand, the data transfer method in the present embodiment will be described with reference to the time chart shown in FIG. 18A. The control signal serving as the synchronization signal is used to indicate the start of display data input. Once the data transfer is started, a plurality of scanning line information is transferred as continuous data using the FIFO memories 63r, 63g, and 63b. Therefore, the transfer time by the control signal is compared with the method of FIG. The limit is shorter. As a whole, since the time available for data transfer becomes longer when compared with the same frame time, the data transfer clock can be lowered.
[0135]
Thus, since the transfer clock for the frame buffer 62 can be lowered, the operating frequency of the storage element (frame buffer 62) and the light valves 5r, 5g, 5b to be used can be lowered, and the lower operating frequency can be reduced. The product can be used. Even when products having the same operating frequency are used, the method according to the present embodiment allows a more stable operation because the margin is wider than the actual driving frequency. Further, unlike the subframe buffers 25r, 25g, and 25b as shown in FIG. 9, storage elements (FIFO memories 63r, 63g, and 63b) having a capacity smaller than the number of pixels of the light valves 5r, 5g, and 5b are provided. Since the control signal period is used to reduce the speed, the component cost can be reduced and stable operation can be realized.
[0136]
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment also shows an example of the display data control means 71 that controls the writing of image information to each light valve 5r, 5g, 5b (may be 31r, 31g, 31b).
[0137]
As shown in FIG. 19, the display data control means 71 of the present embodiment includes storage elements 72r, 72g, 72b such as a frame buffer for storing image information for one screen, and an optical path modulation means 14 having a first action. In order to read out the image information corresponding to the display position in the state and the second operation state from the same storage element 72r, 72g, 72b, at least two kinds of control patterns are previously stored by the storage element control signal generation circuit 73 as the reading method. An EEPROM 74 (which may be an EPROM, a ROM, etc.) as a set readout method holding means and an optical path modulation means switching signal when the storage element control signal generation circuit 73 reads out image information from the storage elements 72r, 72g, 72b. As a switching means for switching the control signal by the reading method set in the EEPROM 74 according to the And a switching circuit 75 of the multiplexer or the like.
[0138]
That is, in this embodiment, two types of output control patterns are prepared in advance in the control circuit 73 that outputs the address of the frame buffer (storage elements 72r, 72g, 72b). This output control pattern is created by a combinational circuit, and each read pattern is output by switching each control signal. As a control signal in this case, an optical path modulation means switching signal for switching the first action state and the second action state of the optical path modulation means 14 is used. The frame buffer (storage elements 72r, 72g, 72b) is controlled by the switching circuit 75 and the output to each light valve 5r, 5g, 5b is controlled.
[0139]
As described above, according to the present embodiment, two or more types of image information readout methods are defined in advance and set in the readout method holding unit, and the readout method is set in the first and second optical path modulation units. By switching in synchronism with the switching of the operation state, image information corresponding to image shift can be read from the frame buffer (storage elements 72r, 72g, 72b), so that the circuit can be reduced in size without new calculation. Parts cost can be reduced.
[0140]
In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 20, the control pattern of the EEPROM 74 referred to by the storage element control signal generation circuit 73 is directly switched by the optical path modulation means switching signal, and the frame buffers (storage elements 72r, 72g) are switched. , 72b) may be configured to switch the control signal generated. In this case, since the memory element control signal generation circuit 73 functions as a switching unit, the switching circuit (multiplexer) 75 can be omitted, and the number of parts can be reduced.
[0141]
Incidentally, as a comparative example, a configuration in which the optical path modulation means 14 reads out image information corresponding to each of the first and second operation states from the frame buffer, inputs the information to the subframe buffer, and switches the display according to the operation state. In this embodiment, the circuit scale is merely provided with a means for changing the address, whereas in the comparative example, the display capacity of each of the light valves 5r, 5g, 5b.times.2 times storage. The storage elements 72t, 72g, and 72b having a capacity are required, and a circuit for controlling the respective storage elements 72r, 72g, and 72b is required. In particular, the storage elements 72r, 72g, and 72b are required to operate at high speed. As a result, the cost of parts has increased significantly.
[0142]
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment also shows an example of display data control means for controlling the writing of image information to each light valve 5r, 5g, 5b (31r, 31g, 31b).
[0143]
The display data control means of the present embodiment has a storage element (subframe memory) for storing image information for each subframe, and copes with it by adjusting the timing of a signal for controlling reading of this storage element. The pixel position of the image information written to the light valves 5r, 5g, and 5b to be controlled is controlled.
[0144]
That is, with respect to the address position of the pixel of the light valve 5g with respect to the color light having a polarization state different from that of the other color light, the light path modulation means 14 outputs the polarized light emitted from the light valve 5g with respect to the address position of the pixel of the other light valves 5r and 5b. When the image information is written in the pixel position shifted by n + 1 in the subframe acting on the optical path, and in the subframe in which the optical path modulator 14 does not act on the output polarized light of the light valve 5g, The data is shifted by adjusting the timing of the signal for controlling the reading.
[0145]
For comparison, a prototype was manufactured by adjusting the writing timing to the storage element. In this comparative example, since the same control signal is used for reading, an unshifted image is stored to shift the display signal. The storage element generates unnecessary storage capacity. On the other hand, in the present embodiment, since the read timing is adjusted, the necessary capacity can be used without wasting the storage capacity.
[0146]
Specifically, as a result of trial manufacture for the case of a light valve with a display capacity of 1024 × 768, in this embodiment, the memory element to be used is 1024 × 768 × 8 as shown on the leftmost side in FIG. Met. On the other hand, in the comparative example, since the timings are aligned at the time of input (writing), the address written to each memory element displayed at the same position on the screen between the memory elements displaying different colors. However, the storage element to be used is 1025 × 769 × 8 as shown at the center in FIG. 21 when the storage element used is shifted by one pixel.
[0147]
As a result of comparison, when a light valve having a display capacity of 1024 × 768 is used, the storage element capacity used is 2304 pixels (2304 bytes in terms of 24-bit color conversion) less than the comparative example in this embodiment. Become.
[0148]
Here, in general, the memory element is produced based on a fixed number of cells. 1024 × 768 × 24 = 188874368 and 18874368 = 1024 × 1024 × 18, and in the case of the present embodiment, a ready-made storage element can be used with a resolution that falls within the standard. However, in the comparative example, the number of pixels is larger than the XGA standard, but an off-the-shelf storage element cannot be used. In this case, since the storage elements are commercialized for each fixed capacity, it is necessary to store the image data across a plurality of storage elements even if the capacity is increased or the controllability is reduced.
[0149]
As shown in the rightmost part of FIG. 21, when using a ready-made memory element of SXGA (1280 × 1024) corresponding to one size upper standard, in order to ensure the same controllability, a capacity of about 60% is required. Either it is wasted and it corresponds to each light valve, or the controllability is extremely lowered, and the image data for three light valves is used by two storage elements. Again, about 10% capacity is not used. In the latter case, since data cannot be individually output to the light valve, it is necessary to operate at a higher speed than a normal storage element, resulting in a significant increase in cost.
[0150]
As described above, according to the present embodiment, the capacity of the storage element can be within the ready-made standard, and the shift of the image data can be realized without increasing the number of parts. In other words, the storage element can be configured with the minimum necessary capacity without waste by preparing a storage capacity corresponding to the required amount of image information.
[0151]
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment also shows an example of the display data control means 81 that controls the writing of image information to each light valve 5r, 5g, 5b (may be 31r, 31g, 31b).
[0152]
As shown in FIG. 22, the display data control means 81 of the present embodiment has a function capable of adjusting the transfer timing of data input to the light valves 5r, 5g, 5b (31r, 31g, 31b). The provided control function circuits 82r, 82g, and 82b are integrally mounted on the substrates 83r, 83g, and 83b of the light valves 5r, 5g, and 5b. That is, the contents of the amount, direction, and timing of shifting the image information are set in advance by setting from the outside of the control function circuits 82r, 82g, and 82b. , 84g, 84b, and JTAG is used for updating data from the outside. In FIG. 22, 85 is a normal frame buffer (storage element) for storing image information for one screen, and 86 is a normal storage element control circuit for this frame buffer 85.
[0153]
More specifically, as the light valves 5r, 5g, 5b, a liquid crystal panel using ferroelectric liquid crystal is used for the function of performing light modulation. On the substrates 83r, 83g, 83b on which the liquid crystal panel is mounted, Control function circuits 82r, 82g, and 82b having functions of performing data input and display control to the liquid crystal panel are integrally manufactured.
[0154]
According to the present embodiment, by mounting the control function circuits 82r, 82g, and 82b having a function of adjusting the transfer timing of the data input to the light valves 5r, 5g, and 5b themselves, the memory element (frame As the buffer 85) and the storage element control circuit 86, those having a conventional configuration can be used, and it is possible to implement without changing or replacing the existing storage element or storage element control circuit. Yes, it is possible to reduce the cost of parts such as peripheral circuits.
[0155]
A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment also shows an example of the display data control means 91 that controls the writing of image information to each light valve 5r, 5g, 5b (may be 31r, 31g, 31b).
[0156]
As shown in FIG. 23, the display data control means 91 of the present embodiment includes a frame buffer 92 as a storage element that stores image information for one screen, an output terminal of the frame buffer 92, and light valves 5r, 5g. , 5b, and a timing control means 93 that can adjust the data transfer timing. The timing control means 93 includes, for example, delay circuits 94r, 94g, 94b provided on each data line and a control circuit 95 that controls these delay circuits 94r, 94g, 94b.
[0157]
As shown in FIG. 24, the delay circuit 94 (94r, 94g, 94b) includes an input terminal Tin connected to the frame buffer 92 and an output terminal Tout connected to each light valve 5 (5r, 5g, 5b). A delay element 96 provided on the data line therebetween, a first switch 97 in parallel with the delay element 96, and a second switch 98 in series with the delay element 96 are configured. The delay element 96 is realized by, for example, an analog-controlled delay element (the delay amount is adjusted by a resistor and a capacitor capacity), and the first and second switches 97 and 98 are controlled to be opened and closed by the control circuit 95. 24. As shown in FIGS. 24A and 24B, they are complementary to each other so that when one is on, the other is off.
[0158]
With such a configuration, for example, when image data is delayed by one pixel, a delay circuit 94g is used to generate a delay corresponding to the control signal (as shown in FIG. 24B). The first switch 97 is turned off and the second switch 98 is turned off to pass the delay path of the delay element 96). Conversely, the image data is shifted by one pixel before the other signal lines. In this case, the remaining two lines of data are delayed by delay circuits 94r and 94b.
[0159]
According to the present embodiment, by providing the timing control means 93 with adjustable data transfer timing between the data input terminals of the light valves 5r, 5g, and 5b and the data output terminal of the frame buffer 92, the existing Shifting of image data can be realized while using the light valve 5r, 5g, 5b and the control system (existing control circuit 99) of the storage element (frame buffer 92) that does not consider the conventional data shift, These do not require new changes or replacements, and can be realized at low cost.
[0160]
The eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, instead of the delay circuit 94 (94r, 94g, 94b) in the display data control means 91 shown in the tenth embodiment, as shown in FIG. 25, each light valve 5 (5r, 5g, 5b), which are connected in series on the data line and have different delay amounts, for example, three delay elements 101, 102, 103, and delay elements 101 corresponding to the respective delay elements 101, 102, 103. , 102, and 103 are used, and a delay circuit 110 having a configuration including switching means using first switches 104, 105, and 106 and second switches 107, 108, and 109 for switching between bypassing and passing is used. The amount of delay in data transfer timing can be reduced by the combination of switching between the first switches 104, 105, 106 and the second switches 107, 108, 109. In which it was to be an integer.
[0161]
Here, the three delay elements 101, 102, and 103 are combined in such a manner that the delay amount is a power of 2, and the ratio of the delay amount of each delay element 101, 102, and 103 is 1: 2: 4. Yes. Each delay element 101, 102, 103 itself can use an element similar to the delay element 96. Further, the first switches 104, 105, 106 and the second switches 107, 108, 109 can also be configured by analog switches or the like as in the case of the switches 97, 98, and when one is on, the other is off. They are complementary to each other.
[0162]
In such a configuration, the delay amount shown in Table 1 can be obtained from the delay circuit 110 by the on / off switching combination of the switches 104 to 109 for the delay elements 101, 102, and 103. In Table 1, the case where the first switch side is OFF and the delay element is passed is indicated by ◯, the case where the second switch side is OFF and the delay element is bypassed is indicated by ×, and the delay amount is the delay of the delay element 101 The relative value with the amount set to 1 is shown.
[0163]
[Table 1]
Figure 0004167452
[0164]
According to the present embodiment, fine delay amount control can be performed for each data line, and more appropriate display position control can be performed.
[0165]
A twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, instead of the delay circuit 94 (94r, 94g, 94b) shown in the display data control means 91 of the tenth embodiment, as shown in FIG. A data line that passes through the delay element 111 and a data line that bypasses the delay element 111 are prepared for each of the light valves 5 (5r, 5g, 5b) based on a control signal from the control circuit 95. The delay circuit 113 is provided with a selector 112 as connection switching means for selectively switching whether to output data by the data line. As the delay element 111 itself, an element similar to the delay element 96 can be used. Although the number of control signals for the light valve 5 is large, only three signals are shown in FIG. 26 for simplicity of explanation.
[0166]
With such a configuration, the light valve 5 that requires a delay switches the selector 112 so that a signal that has passed through the delay element 111 is switched, and the light valve 5 that does not require a delay switches the selector 112 to the delay element 111. A signal that does not pass through can be input.
[0167]
Incidentally, the selector 112 is switched by using a 1-bit control terminal and switching the control terminal to the power supply voltage or the GND level.
[0168]
According to the present embodiment, it is possible to delay the signal only by switching the selector 112 and only the light valve 5 that requires a delay.
[0169]
A thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, instead of the analog-controlled delay element 96 in each of the delay circuits 94r, 94g, 94b of the display data control means 91 of the tenth embodiment, the delay amount can be controlled by digital processing. Latches 121r, 121g, and 121b as control delay elements are used as delay elements. The latch 121 has, for example, a flip-flop configuration, and a clock signal is used as a sampling signal as a reference signal. When data is delayed, a delay corresponding to the clock signal is generated by using the latch 121. . Conversely, when it is desired to shift before other data, data other than the data to be advanced may be delayed by the latch 121.
[0170]
FIG. 28 shows an operation example of the latch 121. A signal to be delayed is shown as an original signal, and a flip-flop that operates at the rising edge of the clock is used as the latch 121. The latch 121 is sampled every time the clock rises, and a delay occurs with respect to the original signal as shown in the delay signal.
[0171]
【Example】
Some examples configured according to the above-described embodiments will be listed below.
[0172]
[Example 1]
As a light valve 5r, 5g, 5b, a transmissive light valve having a pixel pitch of 14 μm and a pixel number of 1024 × 768 pixels using a ferroelectric liquid crystal is used, and a projection type image having an optical system configured as shown in FIG. A display device was produced. A 120 W high-pressure mercury lamp was used as the light source 1. A half-wave plate was used as the polarization rotation element 13 so that only green light was incident on the light valve 5g as s-polarized light. The F value of the illumination system was 2.8. The fly-eye lenses 2 and 3 are provided with polarization conversion elements (not shown), and the other color lights are incident on the light valves 5r and 5b as p-polarized light. The light valves 5r, 5g, and 5b are configured to rotate incident polarized light by 90 ° when they are turned on. As a result, the polarized light incident on the cross dichroic prism 7 is p for green and s polarized for other color light. did. The optical path modulation means 14 is a combination of a polarization modulation means 15 made of a ferroelectric liquid crystal element and an optical path deflection element 16 obtained by cutting lithium niobate in a direction of 45 ° with respect to the crystal axis. The retardation of the ferroelectric liquid crystal was 0.22 μm and the cone angle was 45 °. The polarization direction of the projection light is configured to coincide with or orthogonal to one of the bistable alignment directions of the ferroelectric liquid crystal, and the incident polarization is maintained when a negative voltage is applied, and the polarization plane of the incident polarization is maintained when a positive voltage is applied. Was configured to rotate 90 °. Thus, the polarization of the emitted light is switched between s-polarized light and p-polarized light by switching of the polarization modulation means 15 made of a ferroelectric liquid crystal element. The plate thickness of lithium niobate was 0.18 mm, and the tilt direction of the crystal axis was the direction of p-polarized light. The image light was enlarged and projected by the projection lens 8 to constitute a front projection type image display device.
[0173]
The polarization modulation means 15 composed of a ferroelectric liquid crystal element is operated at 120 Hz, and two subframes having two different shift directions are configured by shifting the drive timing. The writing image information of the light valves 5r, 5g, and 5b and the polarization modulation means 15 were controlled for each subframe. When a negative voltage is applied to the polarization modulation means 15 composed of a ferroelectric liquid crystal element, image information of even lines is displayed in the green light valve 5g as shown in FIG. 7 (c '), and blue and red light valves. The image information of odd lines is written in 5b and 5r as shown in FIG. On the other hand, when a positive voltage is applied to the polarization modulation means 15 made of a ferroelectric liquid crystal element, the image information of odd lines is applied to the green light valve 5g, and the blue and red light valves 5b, 5r. The image information of even lines is written in.
[0174]
When the image display apparatus of this embodiment having such a configuration is operated, high-speed modulation is possible between the display shifted by a horizontal half pitch with respect to the original image and the display of the original image by the action of the optical path modulation means 14. Thus, a high-resolution display of 1024 × 1536 pixels with no pixel shift between subframes can be performed. Also, almost no color unevenness was observed in the image. Accordingly, no color shift is observed in the projected image by this image display apparatus, and a good display can be performed.
[0175]
[Example 2]
In the first embodiment, polarization of only green light incident on the dichroic prism 7 is reversed by inverting the on / off state of image information written to the green light valve 5g without using the polarization rotation element 13 for rotating the polarization of illumination light. Is p, and other colors are s-polarized light. Other than that, the optical system was configured in the same manner as in Example 1 and operated in the same manner.
[0176]
When the image display apparatus of this embodiment having such a configuration is operated, high-speed modulation is possible between the display shifted by a horizontal half pitch with respect to the original image and the display of the original image by the action of the optical path modulation means 14. Thus, a high-resolution display of 1024 × 1536 pixels with no pixel shift between subframes can be performed. Also, almost no color unevenness was observed in the image. Accordingly, no color shift is observed in the projected image by this image display apparatus, and a good display can be performed.
[0177]
[Example 3]
In the second embodiment, the half-wave plate 17 is provided immediately after the optical path modulation means 14 (14x) so that the polarization plane of the outgoing light is rotated by 90 °, and the optical path modulation means 14y is also provided on the outgoing side. The configuration is as shown in FIG. The optical path modulation unit 14y is configured in the same manner as the optical path modulation unit 14x, but is configured so that the tilt direction of the crystal axis of lithium niobate as the optical path deflection element 16y is orthogonal to the optical path deflection element 16x. With such a configuration, it is possible to shift the optical path in four vertical and horizontal directions. The image light was enlarged and projected by the projection lens 8 to constitute a front projection type image display device.
[0178]
The polarization modulation means 15x and 15y by the two ferroelectric liquid crystal elements of the respective optical path modulation means 14x and 14y operate at 120 Hz, respectively, and by shifting the drive timing, four sub-types having four different shift directions are different. Configured the frame. The writing image information of the light valves 5r, 5g and 5b and the polarization modulation means 15x and 15y were controlled for each subframe. When a negative voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal, the green light valve 5g has even line image information as shown in FIG. 7C ', and the blue and red light valves 5b and 5r have image information. As shown in FIG. 7A ', image information of odd lines was written. When a positive voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal, odd line image information is written in the green light valve 5g, and even line image information is written in the blue and red light valves 5b and 5r. .
[0179]
When the image display apparatus of this embodiment having such a configuration is operated, high-speed modulation is performed between the display shifted from the original image by half the vertical and horizontal pitches by the action of the optical path modulation means 14x and 14y and the display of the original image. Thus, a high-resolution display of 2048 × 1636 pixels with no pixel shift between subframes can be performed. Also, almost no color unevenness was observed in the image. Accordingly, no color shift is observed in the projected image by this image display apparatus, and a good display can be performed.
[0180]
[Example 4]
In the third embodiment, as shown in FIG. 12, the pixel position of the green light valve 5g is shifted from the pixel positions of the other light valves 5r and 5b by ½ pitch of the pixels. Pixels that are simultaneously written to the light valves 5r, 5g, and 5b are either even lines or odd lines of display data. When a negative voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal element which is the polarization modulation means 15, writing is performed on the green light valve 5g at a pixel position shifted by a half pitch with respect to the optical path shift direction (the pixel in FIG. 12). When applying a positive voltage to the ferroelectric liquid crystal element, the pixel position (5gp2) shifted by a half pitch in the direction opposite to the optical path shift direction was controlled.
[0181]
By such writing control, red, blue and green image lights are projected at the same position, and are shifted by the half pitch of the pixel by switching of the ferroelectric liquid crystal element which is the polarization modulation means 15.
[0182]
When the image display apparatus of this embodiment having such a configuration is operated, high-speed modulation is possible between the display shifted by a horizontal half pitch with respect to the original image and the display of the original image by the action of the optical path modulation means 14. Thus, a high-resolution display of 1024 × 1536 pixels with no pixel shift between subframes can be performed. Also, almost no color unevenness was observed in the image. Accordingly, no color shift is observed in the projected image by this image display apparatus, and a good display can be performed.
[0183]
[Example 5]
A projection-type image display device was manufactured by the optical system shown in FIG. As the illumination system, the illumination device 12 including the light source 1 and the integrator optical system 4 similar to those in Example 1 was used. As the wavelength-selective retardation plate 43, a green / magenta filter manufactured by Color Link was used, and only green polarized light was converted to p-polarized light. As the light valves 31r, 31g, and 31b, reflective light valves having a pixel pitch of 14 μm and a number of pixels of 1024 × 768 pixels were used.
[0184]
With the configuration of this embodiment, the p-polarized light is illuminated on the green light valve 31g, and the s-polarized light is illuminated on the blue and red light valves 31b and 31r. Since the light valves 31r, 31g, and 31b act so as to rotate the light corresponding to the ON pixel by 90 °, green light is emitted as s-polarized light and blue and red as p-polarized light.
[0185]
When the image display apparatus of this embodiment is operated in the same manner as the embodiment 1 with respect to the method of writing image information to the light valves 31r, 31g, and 31b, the optical path modulation means 14 causes the horizontal half-pitch of the original image. High-speed modulation is possible between the shifted display and the display of the original image, and a high-resolution display of 1024 × 1536 pixels without pixel shift can be performed. Also, almost no color unevenness was observed in the image. Accordingly, no color shift is observed in the projected image by this image display apparatus, and a good display can be performed.
[0186]
[Example 6]
In the fifth embodiment, the pixel position of the green light valve 31g is shifted by a half pitch with respect to the pixel positions of the other light valves 31r and 31b, and the operation method is the same as in the fourth embodiment.
[0187]
The image display apparatus of this embodiment can perform high-speed modulation between the display shifted by a horizontal half pitch with respect to the original image and the display of the original image by the action of the optical path modulation means 14, and is 1024 × without pixel shift. The high-resolution display of 1536 pixels could be performed. Also, almost no color unevenness was observed in the image. Accordingly, no color shift is observed in the projected image by this image display apparatus, and a good display can be performed.
[0188]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the polarization state of at least one color among the plurality of image lights incident on the color composition unit is different from the polarization state of the other color light, which is caused by the incident angle dependency of the color composition unit. An image display apparatus capable of suppressing display unevenness or performing high-efficiency color composition is provided with an optical path modulation means for modulating the optical path of the synthesized image light, and writing to each light valve during an image frame period As a display image, high resolution display without color misregistration is performed by writing image information at a display position corresponding to an optical path shift amount corresponding to a polarization state depending on an operation state of the optical path modulation unit during the image frame period. Can be made.
[0189]
According to the second aspect of the present invention, in the image display device according to the first aspect, the polarization state of the image light is linearly polarized and the difference in polarization state is orthogonal, so that the optical path shift amount becomes clear and the light It is possible to appropriately cope with the correction of the writing position of the image information with respect to the bulb, and it is possible to display a high-resolution image without any pixel position shift caused by the shift by the optical path modulation means.
[0190]
According to a third aspect of the present invention, in the image display device according to the first or second aspect, the image information of the display position corresponding to the optical path shift amount corresponding to the polarization state according to the operational state of the optical path modulation means in the image frame period is obtained. A specific information writing method of the writing configuration is clarified, and display with high resolution without color misregistration is possible.
[0191]
According to invention of Claim 4, in the image display apparatus of Claim 1 or 2, it becomes realizable with a simpler information writing method in addition to a display with high resolution.
[0192]
According to the fifth aspect of the invention, in the image display device according to the fourth aspect, in addition to the display with high resolution, a simpler and more specific information writing method becomes clear.
[0193]
According to the sixth aspect of the present invention, in the image display device according to the fourth or fifth aspect, the optical configuration and the information writing method are most simple when n = 0, and the peripheral display area can be most effectively utilized. It becomes.
[0194]
According to the seventh aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to sixth aspects, since the data is updated without having a storage element such as a subframe buffer for each light valve, a high-speed response is provided. Therefore, the number of components such as storage elements and control circuits that are required can be reduced, and the cost can be reduced. Further, by securing a separate storage area for each light valve, each color can be easily controlled, and the control circuit can be reduced in size and the number of parts can be reduced.
[0195]
According to an eighth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to sixth aspects, a transfer storage means is provided between each light valve and a storage element for storing image information of one screen. As a result, the data transfer speed of the storage element such as the frame buffer is reduced, and the component cost and the stable operation are realized. At this time, unlike the case of the subframe buffer, the transfer cost is reduced by using the transfer storage element having a capacity smaller than the number of pixels of the light valve and also using the period of the control signal. Stable operation is ensured with the reduction of the above.
[0196]
According to the ninth aspect of the invention, in realizing the image display device according to the third aspect, two or more types of image information reading methods are defined in advance and set and held in the reading method holding unit. By switching the method corresponding to the switching of the first and second operation states of the optical path modulation means, it is possible to read out image information corresponding to the image shift from the storage element. It is possible to reduce the size and the cost of parts.
[0197]
According to the invention of claim 10, in realizing the invention of claim 5, the storage element prepares a storage capacity corresponding to a necessary amount of image information, so that the storage capacity can be minimized without waste. It is possible to configure with a capacity.
[0198]
According to the eleventh aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to sixth aspects, a function of adjusting a transfer timing of image information data input to each light valve itself is provided. By implementing the display data control means, it is possible to input image information data to the light valve while using the existing storage element and its control circuit, and to reduce the cost of components such as peripheral circuits. it can.
[0199]
According to the twelfth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to sixth aspects, the data transfer timing can be adjusted between the input terminal of the light valve and the output terminal of the storage element. By providing the control means, it is possible to shift the image information while using the existing light valve and the control structure of the storage element that does not take into account the shift of the image information. As a result, cost reduction can be realized.
[0200]
According to the thirteenth aspect, the image display device according to the twelfth aspect can be easily realized by using a delay element as the timing control means.
[0201]
According to the fourteenth aspect of the invention, in realizing the image display device according to the twelfth aspect, the delay amount can be controlled in multiple stages, and appropriate display position control can be performed.
[0202]
According to the fifteenth aspect of the present invention, in realizing the image display device according to the twelfth aspect, the signal can be delayed only by the light valve that requires a delay and only by switching the connection switching means.
[0203]
According to the sixteenth aspect of the invention, in realizing the image display device according to any one of the thirteenth to fifteenth aspects, since it is stable with respect to temperature, variation at the time of setting, and readjustment is unnecessary. Therefore, delay control with excellent controllability is possible.
[0204]
According to the seventeenth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to sixteenth aspects, it is possible to provide a suitable example of the color composition means. In particular, when a dichroic prism is used, the wavelength shift of the combined light occurs due to the incident angle characteristics of the illumination light, and the display tends to cause color unevenness, but a plurality of image light incident on the color combining means is likely to occur. By making the polarization state of at least one of the colors different from the polarization state of the other color light, it is possible to suppress display unevenness due to the incident angle dependency of the color synthesis means, and to perform highly efficient color synthesis. The image information written to each light valve during the image frame period is configured to write the image information at the display position corresponding to the optical path shift amount according to the polarization state according to the operating state of the optical path modulation means during the image frame period. Therefore, it is possible to perform display with high resolution without color misregistration.
[0205]
According to the eighteenth aspect, a more specific configuration example of the image display device according to the seventeenth aspect is clarified.
[0206]
According to the nineteenth aspect of the present invention, in the image display device according to the seventeenth or eighteenth aspect, the polarization state of at least one of the plurality of image lights incident on the color combining means is different from the polarization state of the other color light. A specific example can be provided.
[0207]
According to the twentieth aspect, in the image display device according to the seventeenth or eighteenth aspect, the polarization state of at least one of the plurality of image lights incident on the color synthesizing unit is different from the polarization state of the other color light. A simple and efficient specific example can be provided.
[0208]
According to the twenty-first aspect, in the image display device according to any one of the first to sixteenth aspects, a suitable example of the color synthesizing means can be provided. In particular, in the synthesis by the polarization beam splitter, two types of polarized light having different polarization states of the combined light are mixed, but the display position corresponding to the optical path shift amount according to the polarization state depending on the operation state of the optical path modulation means in the image frame period. With the configuration in which the image information is written, even when the optical path modulation means is provided, it is possible to perform display with high resolution without pixel shift due to color.
[0209]
According to the twenty-second aspect of the invention, it is possible to provide a compact and highly efficient optical system configuration for realizing the twenty-first aspect of the invention.
[0211]
Claim 23 According to the described invention, Claim 1 In realizing the described invention, a suitable example of an optical path deflecting element can be provided.
[0212]
Claim 24 According to the described invention, Claim 23 In the image display apparatus described above, by using a liquid crystal element composed of ferroelectric liquid crystal having a high response speed, an operation for switching incident polarized light to two polarization states having orthogonal polarization planes at high speed can be realized with high responsiveness.
[0213]
Claim 25 According to the described invention, Claim 23 or 24 In the image display device described above, a preferable configuration example can be provided by using a lithium niobate crystal having excellent stability, cost, and transparency as the uniaxial optical anisotropic body.
[0214]
Claim 26 According to the described invention, Claims 1 to 25 In the image display device according to any one of the above, since optical path modulation can be performed two-dimensionally, higher resolution can be obtained.
[0215]
Claim 27 According to the described invention, Claims 1 to 26 In the image display device according to any one of the above, a preferable configuration example can be provided by using a liquid crystal display element made of ferroelectric liquid crystal that operates digitally as a light valve.
[0216]
Claim 28 According to the described invention, Claims 1 to 26 In the image display device according to any one of the above, by using a liquid crystal display element made of antiferroelectric liquid crystal having excellent response speed as a light valve, a suitable configuration example suitable for halftone expression can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical system configuration of an entire image display apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view for explaining an example of the principle configuration of the optical path modulation means and its operation.
FIG. 3 is a schematic diagram showing image information and a display image for explaining the operation of the optical path modulation means.
FIG. 4 is a schematic diagram showing image information and a display image for explaining a defect due to a simple optical path shift.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a display example of the composite image.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the principle of a method for writing image information to the light valve of the present embodiment in comparison with a conventional method.
FIG. 7 is a schematic diagram showing image information and a display image when the image information writing method of the present embodiment is used.
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a configuration of display data control means.
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of a corresponding conventional method.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the principle of a method for writing image information to a light valve in the case of a two-dimensional shift as a modification.
FIGS. 11A and 11B are a side view and a plan view for explaining an example of the principle configuration of the optical path modulation means in the two-dimensional case and its operation. FIGS.
FIG. 12 is a side view for explaining an example of the basic configuration of the optical path modulation means and the like according to the second embodiment of the present invention and its operation.
FIG. 13 is a schematic diagram showing the image information and the display image.
FIG. 14 is a configuration diagram showing an optical system configuration of the entire image display apparatus according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a configuration diagram showing the vicinity of a polarization beam splitter in an image display device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a configuration diagram showing the vicinity of a polarization beam splitter in an image display device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration example of display data control means according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a time chart showing an example of the data transfer control in comparison with the conventional method.
FIG. 19 is a block diagram showing a configuration example of display data control means according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a block diagram showing a modified example thereof.
FIG. 21 is an explanatory diagram relating to the storage capacity according to the eighth embodiment of this invention;
FIG. 22 is a block diagram showing a configuration example of display data control means according to the ninth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a block diagram illustrating a configuration example of display data control means according to the tenth embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a block diagram illustrating a configuration example of the delay circuit.
FIG. 25 is a block diagram showing a configuration example of a delay circuit in the eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a block diagram showing a configuration example of a delay circuit in a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a block diagram illustrating a configuration example of display data control means according to the thirteenth embodiment of the present invention;
FIG. 28 is a timing chart showing an example of the latch operation.
FIG. 29 is a configuration diagram showing an optical system configuration of the entire conventional image display apparatus.
FIG. 30 is a side view for explaining the principle of the optical path shift.
FIG. 31 is a configuration diagram showing an optical system configuration of an entire three-plate optical system type image display apparatus.
FIG. 32 is an operation explanatory diagram for describing an operation when a pixel shift method is applied;
[Explanation of symbols]
5r, 5g, 5b Light valve, liquid crystal display element
7 Cross dichroic prism, color composition means
8 Lens
12 Lighting equipment
13 Polarization rotating means
14 Optical path modulation means
15 Polarization modulation means
16 Optical path deflecting element
17 Polarization plane rotating means
21 Display data control means
22r, 22g, 22b Storage element, storage area
24 Control circuit
31r, 31g, 31b Light valve
33 Polarization rotating means
41 Polarizing beam splitter
42 Polarization separation element
51 Polarizing beam splitter
61 Display data control means
62 Memory element
63r, 63g, 63b Transfer memory element
71 Display data control means
72r, 72g, 72b Memory element
74 Reading method holding means
75 switching means
81 Display data control means
83r, 83g, 83b substrate
85 memory elements
91 Display data control means
92 Memory elements
93 Timing control means
94 Delay circuit
96 delay elements
101-103 delay element
104-109 switching means
110 Delay circuit
111 Delay element
112 Connection switching means
113 Delay circuit
121 Digitally controlled delay element

Claims (28)

画像変調を行う複数のライトバルブと、
これらのライトバルブに対する画像情報の書き込みを制御する表示データ制御手段と、
前記各ライトバルブを異なる色光で照明する照明装置と、
前記各ライトバルブによって画像変調された画像光を合成する色合成手段と、
合成された画像光の光路を前記ライトバルブの画像変調と同期して時分割で変調する光路変調手段と、
合成された画像光を拡大表示するレンズと、
を備え、
前記色合成手段に入射する複数の画像光は、1色の色光と他の色光について偏光方向の異なる2つの偏光状態を有し、
前記光路変調手段は、前記画像光の偏光面を前記2つの偏光状態の間で切替える偏光変調手段と、この偏光変調手段から出射される前記2つの偏光状態の出射光のうち、いずれか一方の偏光状態の出射光に対して光路を曲折させる光路偏光素子とを有し、前記ライトバルブの表示画像の表示位置を少なくとも2つの状態の間で変化させて表示位置の変化させられた画像を時分割で重畳させ、
前記表示データ制御手段は、画像フレーム期間に前記各ライトバルブに書き込む表示画像として当該画像フレーム期間の前記光路変調手段の作用状態による各偏光光の光路シフト量に対応した表示位置の画像情報を書き込むようにした画像表示装置。
Multiple light valves for image modulation;
Display data control means for controlling writing of image information to these light valves;
An illumination device that illuminates each light valve with a different color light;
Color synthesizing means for synthesizing image light modulated by the light valves;
Optical path modulation means for modulating the optical path of the combined image light in time division in synchronization with the image modulation of the light valve;
A lens that magnifies and displays the combined image light;
With
The plurality of image lights incident on the color combining means have two polarization states having different polarization directions for one color light and another color light,
The optical path modulation unit is one of a polarization modulation unit that switches a polarization plane of the image light between the two polarization states, and an output light of the two polarization states emitted from the polarization modulation unit. An optical path polarizing element that bends the optical path with respect to the outgoing light in the polarization state, and changes the display position of the display image of the light valve between at least two states to display the image whose display position is changed. Superimpose by dividing,
The display data control means writes the image information of the display position corresponding to the optical path shift amount of each polarized light according to the operation state of the optical path modulation means during the image frame period as a display image to be written to each light valve during the image frame period. An image display device.
前記色合成手段に入射する画像光の偏光は、直線偏光であり、偏光状態の異なる入射光は他の入射光と偏光方向が直交している請求項1記載の画像表示装置。  The image display apparatus according to claim 1, wherein the polarization of the image light incident on the color combining unit is linearly polarized light, and incident light having a different polarization state has a polarization direction orthogonal to other incident light. 前記表示データ制御手段は、他の色光と偏光状態が異なる色光に対する前記ライトバルブに対しては、前記光路変調手段が第1の作用状態にある画像フレーム期間中には他色が第2の作用状態にある表示位置に対応する画像情報を、前記光路変調手段が前記第2の作用状態にある画像フレーム期間中には他色が前記第1の作用状態にある表示位置に対応する画像情報を書き込むようにした請求項1又は2記載の画像表示装置。  The display data control means has a second action on the light valve for the color light having a polarization state different from that of the other color light during the image frame period in which the optical path modulation means is in the first action state. Image information corresponding to the display position in the state, and image information corresponding to the display position in which the other color is in the first action state during the image frame period in which the optical path modulator is in the second action state. The image display device according to claim 1 or 2, wherein the image is written. 他の色光と偏光状態が異なる色光に対する前記ライトバルブは、
前記光路変調手段による光路シフト量をs、前記ライトバルブの画素ピッチをp、整数をnとしたとき、
その画素位置が他の前記ライトバルブの画素位置に対してp*(n+s)に相当する距離だけ光路のシフト方向にずれるように配置されている請求項1又は2記載の画像表示装置。
The light valve for color light having a polarization state different from that of other color light is
When the optical path shift amount by the optical path modulation means is s, the pixel pitch of the light valve is p, and the integer is n,
The image display device according to claim 1, wherein the pixel position is arranged so as to be shifted in a shift direction of the optical path by a distance corresponding to p * (n + s) with respect to the pixel position of the other light valve.
前記表示データ制御手段は、他の色光と偏光状態が異なる色光に対する前記ライトバルブの画素のアドレス位置として、他の前記ライトバルブの画素のアドレス位置に対して、前記光路変調素子が当該ライトバルブの出射偏光に対して作用するサブフレームにおいてはnだけ、前記光路変調素子が当該ライトバルブの出射偏光に対して作用しないサブフレームにおいてはn+1だけずらした画素位置に画像情報を書き込むようにした請求項4記載の画像表示装置。  The display data control means is configured such that the light path modulation element is connected to the address position of the pixel of the other light valve as the address position of the pixel of the light valve with respect to the color light having a polarization state different from that of the other color light. The image information is written at a pixel position shifted by n in a sub-frame that acts on outgoing polarized light and by n + 1 in a sub-frame in which the optical path modulation element does not act on outgoing polarized light of the light valve. 4. The image display device according to 4. n=0である請求項4又は5記載の画像表示装置。  6. The image display device according to claim 4, wherein n = 0. 前記表示データ制御手段は、各々1画面分の画像情報を記憶する容量を有して各々のライトバルブ用の各色の画像データ量に対応した記憶領域が確保された記憶素子と、この記憶素子から画像情報を読み出す際に時間的に重畳するために少なくとも必要なデータのみを読み出して各ライトバルブへ書き込むように前記記憶素子の前記各記憶領域への書き込み及び読み出しを制御する制御回路と、を備える請求項1ないし6の何れか一記載の画像表示装置。  The display data control means includes a storage element having a capacity for storing image information for one screen and a storage area corresponding to the amount of image data of each color for each light valve, and the storage element. A control circuit that controls writing to and reading from each storage area of the storage element so that at least only necessary data is read and written to each light valve in order to superimpose in time when reading image information The image display device according to claim 1. 前記表示データ制御手段は、1画面分の画像情報を記憶する記憶素子と、この記憶素子と前記各ライトバルブとの間に設けられて前記ライトバルブの画素数よりも少ない容量で書き込み・読み出しが非同期で動作する転送用記憶素子と、を備える請求項1ないし6の何れか一記載の画像表示装置。  The display data control means is a storage element that stores image information for one screen, and is provided between the storage element and each of the light valves, and is capable of writing and reading with a capacity smaller than the number of pixels of the light valve. An image display device according to claim 1, further comprising: a transfer storage element that operates asynchronously. 前記表示データ制御手段は、1画面分の画像情報を記憶する記憶素子と、前記第1の作用状態、第2の作用状態にある表示位置に対応する画像情報を同一の前記記憶素子から読み出すためにその読み出し方法が少なくとも2種類設定された読み出し方法保持手段と、前記記憶素子からの画像情報の読み出し時に前記読み出し方法保持手段に設定された読み出し方法を切替える切替手段と、を備える請求項3記載の画像表示装置。  The display data control means reads out from the same storage element the storage element that stores image information for one screen and the image information corresponding to the display position in the first operation state and the second operation state. 4. A reading method holding unit in which at least two types of reading methods are set, and a switching unit for switching the reading method set in the reading method holding unit when reading image information from the storage element. Image display device. 前記表示データ制御手段は、各々のサブフレーム分の画像情報を記憶する記憶素子を有し、この記憶素子の読み出しを制御する信号のタイミングを調整することにより対応するライトバルブに対して書き込む画像情報の画素位置を制御するようにした請求項5記載の画像表示装置。  The display data control means has a storage element for storing image information for each subframe, and image information to be written to the corresponding light valve by adjusting the timing of a signal for controlling the reading of the storage element. The image display device according to claim 5, wherein the pixel position is controlled. 前記表示データ制御手段は、入力されたデータの転送タイミングを調整する機能を有して各々のライトバルブの基板上に一体に実装されている請求項1ないし6の何れか一記載の画像表示装置。  The image display device according to claim 1, wherein the display data control unit has a function of adjusting a transfer timing of input data and is integrally mounted on a substrate of each light valve. . 前記表示データ制御手段は、1画面分の画像情報を記憶する記憶素子と、この記憶素子の出力端子と前記ライトバルブの入力端子との間に設けられてデータの転送タイミングの調整自在なタイミング制御手段とを備える請求項1ないし6の何れか一記載の画像表示装置。  The display data control means is a storage element that stores image information for one screen, and is provided between the output terminal of the storage element and the input terminal of the light valve, and is capable of adjusting the data transfer timing. And an image display device according to any one of claims 1 to 6. 前記タイミング制御手段は、前記ライトバルブに対するデータの転送のタイミングを設定された時間だけ選択的に遅延させる遅延素子を備える請求項12記載の画像表示装置。  The image display device according to claim 12, wherein the timing control unit includes a delay element that selectively delays a data transfer timing to the light valve by a set time. 前記タイミング制御手段は、前記ライトバルブに対するデータ線上に直列に接続されて各々遅延量を異ならせた複数の遅延素子と、各遅延素子毎に対応する遅延素子を経由させるかバイパスさせるかを切替える切替え手段とを備え、これらの切替え手段の切替えの組合せによりデータの転送タイミングの遅延量を調整する請求項12記載の画像表示装置。  The timing control unit is configured to switch a plurality of delay elements connected in series on the data line to the light valve and having different delay amounts, and whether the delay elements corresponding to each delay element are routed or bypassed. 13. The image display device according to claim 12, further comprising: means for adjusting a delay amount of data transfer timing by a combination of switching of the switching means. 前記タイミング制御手段は、前記ライトバルブに対するデータの転送のタイミングを設定された時間だけ遅延させる遅延素子と、前記ライトバルブに対して前記遅延素子を経由したデータ線と前記遅延素子をバイパスしたデータ線との接続を選択的に切替える接続切替え手段と、を備える請求項12記載の画像表示装置。  The timing control means includes: a delay element that delays a data transfer timing to the light valve by a set time; a data line that passes through the delay element with respect to the light valve; and a data line that bypasses the delay element The image display apparatus according to claim 12, further comprising: a connection switching unit that selectively switches a connection with the display. 前記遅延素子として、基準信号に基づき制御されるデジタル処理により遅延量の制御が可能なデジタル制御遅延素子を用いた請求項13ないし15の何れか一記載の画像表示装置。  16. The image display device according to claim 13, wherein a digitally controlled delay element capable of controlling a delay amount by digital processing controlled based on a reference signal is used as the delay element. 前記色合成手段は、ダイクロイックプリズムを備える請求項1ないし16の何れか一記載の画像表示装置。  The image display device according to claim 1, wherein the color synthesizing unit includes a dichroic prism. 前記色合成手段がクロスダイクロイックプリズムであり、この色合成手段に入射する偏光を緑色光のみをp偏光とし、他の赤色光及び青色光はs偏光とした請求項17記載の画像表示装置。  18. The image display device according to claim 17, wherein the color synthesizing means is a cross dichroic prism, and the polarized light incident on the color synthesizing means is only green light as p-polarized light and the other red light and blue light are s-polarized light. 前記照明装置の照明光路中に偏光回転手段を備えることにより、前記色合成手段に入射する複数の画像光のうち少なくとも1色の偏光状態が他の色光の偏光状態と異なる請求項17又は18記載の画像表示装置。  The polarization state of at least one of the plurality of image lights incident on the color composition unit is different from the polarization state of the other color light by providing a polarization rotation unit in the illumination optical path of the illumination device. Image display device. 前記ライトバルブへ書き込む画像情報のオン・オフを反転させることにより、前記色合成手段に入射する複数の画像光のうち少なくとも1色の偏光状態が他の色光の偏光状態と異なる請求項17又は18記載の画像表示装置。  19. The polarization state of at least one of the plurality of image lights incident on the color composition unit is different from the polarization state of the other color light by inverting on / off of image information to be written to the light valve. The image display device described. 前記色合成手段は、偏光ビームスプリッタを備える請求項1ないし16の何れか一記載の画像表示装置。  The image display device according to claim 1, wherein the color synthesizing unit includes a polarization beam splitter. 前記色合成手段は、特定の色光の偏光方向を直交する偏光方向に変換する偏光回転手段と、この偏光回転手段を出射した照明光を偏光によって光路分離する偏光分離素子と、この偏光分離素子により分離され各々前記ライトバルブにより変調されて出射する出射光を合成する偏光ビームスプリッタとを備える請求項21記載の画像表示装置。  The color synthesizing unit includes a polarization rotation unit that converts the polarization direction of specific color light into an orthogonal polarization direction, a polarization separation element that separates an optical path of the illumination light emitted from the polarization rotation unit by polarization, and the polarization separation element. The image display apparatus according to claim 21, further comprising: a polarization beam splitter that synthesizes outgoing light beams that are separated and modulated by the light valves and output. 前記偏光変調手段が液晶素子であり、前記光路偏向素子が光軸に対The polarization modulation means is a liquid crystal element, and the optical path deflecting element is opposite to the optical axis. して傾斜した主光軸を有する一軸性光学異方体である請求項1記載の画像表示装置。The image display device according to claim 1, wherein the image display device is a uniaxial optical anisotropic body having an inclined main optical axis. 前記偏光変調手段としての前記液晶素子が、強誘電性液晶素子である請求項23記載の画像表示装置。24. The image display device according to claim 23, wherein the liquid crystal element as the polarization modulation means is a ferroelectric liquid crystal element. 前記光路偏向素子としての前記一軸性光学異方体が、ニオブ酸リチウム結晶によるものである請求項23又は24記載の画像表示装置。The image display device according to claim 23 or 24, wherein the uniaxial optical anisotropic body as the optical path deflecting element is made of a lithium niobate crystal. 光路を曲折又はシフトさせる方向を異ならせた複数の前記光路変調手段を備え、これらの光路変調手段間の光路上に偏光面回転手段を備える請求項1ないし25の何れか一記載の画像表示装置。The image display device according to any one of claims 1 to 25, further comprising: a plurality of the optical path modulation units having different directions in which the optical path is bent or shifted, and a polarization plane rotation unit provided on the optical path between the optical path modulation units. . 前記ライトバルブは、強誘電性液晶による液晶表示素子である請求項1ないし26の何れか一記載の画像表示装置。27. The image display device according to claim 1, wherein the light valve is a liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal. 前記ライトバルブは、反強誘電性液晶による液晶表示素子である請求項1ないし26の何れか一記載の画像表示装置。27. The image display device according to claim 1, wherein the light valve is a liquid crystal display element made of antiferroelectric liquid crystal.
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