JP4653416B2 - Image display device - Google Patents

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Description

本発明は、空間光変調素子を用いた液晶プロジェクタ等の画像表示装置に関し、詳しくは、画素ずらし手段と、画素縮小手段を併せ持つ画像表示装置に関する。   The present invention relates to an image display device such as a liquid crystal projector using a spatial light modulation element, and more particularly to an image display device having both a pixel shifting unit and a pixel reduction unit.

空間光変調素子(以下ライトバルブと称する)のパネル上の表示画像を、拡大光学系によってスクリーン上に投射するプロジェクタ装置において、投影像の画素数増加による投影画像の高精細化が進展している。
投影画像を高精細化する最も一般的な方法は、ライトバルブの画素数そのものを増やす方法である。しかし、ライトバルブの画素数を増やすには1画素のサイズを小さくする必要がある。このことはライトバルブのコストアップに影響する。
画素サイズを小さくしないで画素数を増やすにはライトバルブの面積を大きくすればよい。しかし、ライトバルブの面積を大きくして照明光学系や投射光学系を小さくするのは難しい。投射装置の小型軽量化は重要であり、ライトバルブのサイズは小型化している。
In a projector apparatus that projects a display image on a panel of a spatial light modulation element (hereinafter referred to as a light valve) onto a screen using an enlargement optical system, the resolution of the projection image is increasing due to an increase in the number of pixels of the projection image. .
The most common method for increasing the definition of a projected image is to increase the number of pixels of the light valve. However, in order to increase the number of pixels of the light valve, it is necessary to reduce the size of one pixel. This affects the cost increase of the light valve.
In order to increase the number of pixels without reducing the pixel size, the area of the light valve may be increased. However, it is difficult to increase the area of the light valve and reduce the illumination optical system and the projection optical system. It is important to reduce the size and weight of the projection device, and the size of the light valve is reduced.

これとは別なる方法として、ライトバルブの画素数を増やすことなく、拡大投射画像の画素数が見かけ上多くなるようにする表示方法が提案されている。
それは、ライトバルブの画素を投影する位置を、微小量ずらして投影表示する方法である。この方法を以下、画素ずらし表示法と称する。
画素ずらし表示法を行うには、画素ずらし表示をしない場合の1フレームの表示情報を2つ以上のサブフレーム表示情報に分割し、分割したサブフレームの表示情報を、表示位置を僅かにずらして投影する。
ずらし方としては、複数のサブフレームで構成された複数の別なる画面を静的に重ねて投影する方法と、これらを時分割で投影表示する方法がある。
投影画素の移動量は投影画素サイズよりも小さくした方がよい。投影画素の1/2程度ずらすのが好ましい。
As another method, there has been proposed a display method in which the number of pixels of the enlarged projection image is apparently increased without increasing the number of pixels of the light valve.
This is a method of projecting and displaying the light valve pixel projection position with a slight shift. Hereinafter, this method is referred to as a pixel shift display method.
In order to perform the pixel-shifted display method, display information of one frame when pixel-shifted display is not performed is divided into two or more subframe display information, and the display position of the divided subframe display information is slightly shifted. Project.
As a method of shifting, there are a method of statically superimposing a plurality of different screens composed of a plurality of subframes, and a method of projecting and displaying these in a time division manner.
The amount of movement of the projection pixel should be smaller than the projection pixel size. It is preferable to shift about 1/2 of the projected pixel.

画素の投影位置をずらす方法としては、静的な重ね合わせ投影表示の場合には、複数の投射装置を用いて、その各々が分割したサブフレームの画像を投影するという方法がある。動的に時分割投影表示する場合には、アクティブな画素ずらし手段を以ってサブフレーム画像を時分割投影表示する。
時分割投影表示する場合には、画像の投影位置を、画像を表示する周波数よりも高速に、投影面上で移動させる。標準的なフレーム周波数を60Hzとすると、2つのサブフレームに分割して交互に画素ずらし表示する場合には、各サブフレームの表示周波数は120Hzとなる。同様に、4つのサブフレームに分割して交互に画素ずらし表示する場合には、各サブフレームの表示周波数は240Hzとなる。
As a method of shifting the projection position of the pixel, in the case of static superimposed projection display, there is a method of projecting sub-frame images each divided by using a plurality of projection devices. In the case of dynamic time-division projection display, the sub-frame image is time-divisionally projected and displayed using active pixel shifting means.
In the case of time-division projection display, the projection position of the image is moved on the projection plane at a speed higher than the frequency at which the image is displayed. Assuming that the standard frame frequency is 60 Hz, the display frequency of each subframe is 120 Hz when divided into two subframes and displayed by alternately shifting the pixels. Similarly, when the display is divided into four subframes and the pixels are alternately shifted and displayed, the display frequency of each subframe is 240 Hz.

画像の表示位置を移動させる方法としては、例えば、光透過性基板、ITO電極層、液晶層、ITO電極層、光透過性基板の積層構成素子を投射系の光路中におき、液晶層にITO電極によって電界を印加することにより、液晶の配向方向を電気的にスイッチングさせ、液晶層中を通過する光路を複屈折効果によって平行シフトさせる方法がある。
垂直配向型強誘電性液晶の長軸の方向を、光軸に対し、光軸を含む面内で±に傾くようにスイッチング動作させることにより、液晶層を通過する光線の出射位置を、光軸を含む面内で±にシフト動作させることができる。このような画素ずらし素子に関する説明の詳細は特開2002−214579号公報に記載されているので省略する。この他の方法によっても画素ずらし表示は可能であり、多くの開示例がある。
As a method for moving the display position of the image, for example, a laminated component of a light transmissive substrate, an ITO electrode layer, a liquid crystal layer, an ITO electrode layer, and a light transmissive substrate is placed in the optical path of the projection system, and ITO is placed on the liquid crystal layer. There is a method in which an electric field is applied by an electrode to electrically switch the alignment direction of the liquid crystal, and the optical path passing through the liquid crystal layer is parallel-shifted by a birefringence effect.
By switching the direction of the long axis of the vertical alignment type ferroelectric liquid crystal so that it is tilted to ± with respect to the optical axis in the plane including the optical axis, the emission position of the light beam passing through the liquid crystal layer is changed to the optical axis. Can be shifted to ± in the plane including the. Details of such pixel shifting elements are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-214579, and are omitted here. Pixel shift display is also possible by other methods, and there are many disclosed examples.

ところで、ライトバルブの画素を投影表示するとき、投影表示されるライトバルブの画素像の理想的な表示領域の大きさは、通常のプロジェクタ装置においては画素サイズ×投影倍率である。このときには、隣接する画素の像はほぼ隙間なく投影されている。厳密には、ライトバルブ本体の画素間に隙間があるので、隙間の領域は黒く表示されているが、黒く表示されている領域は画素と比べればはるかに細い。この状態において画素ずらし表示を行うと、表示される隣接画素の像が一部重なることになる。
図9に示すように、画素サイズの1/2ピッチずらして2つの画素を表示した状態では、図10に示すように、2つの画素の一部が重なってしまう。重なっている領域をハッチングして示している。このような表示状態では、CTF値が劣化し、画像パターンによっては輪郭・エッジのぼけた画像になる。輪郭のぼけは画像の濃淡差の大きいところにおいて特に顕著である。文字や図面などエッジが目立つ画像を表示する場合にこのぼけが目立つことになる。
By the way, when the pixels of the light valve are projected and displayed, the ideal display area size of the pixel image of the light valve that is projected and displayed is pixel size × projection magnification in a normal projector apparatus. At this time, the images of adjacent pixels are projected with almost no gap. Strictly speaking, since there is a gap between the pixels of the light valve body, the gap area is displayed in black, but the area displayed in black is much thinner than the pixels. If pixel-shifted display is performed in this state, the images of adjacent pixels that are displayed partially overlap.
As shown in FIG. 9, in a state where two pixels are displayed with a shift of ½ pitch of the pixel size, some of the two pixels overlap as shown in FIG. The overlapping area is hatched. In such a display state, the CTF value deteriorates, and an image with a blurred outline / edge is obtained depending on the image pattern. The blurring of the outline is particularly noticeable where the image has a large difference in shading. This blur is noticeable when displaying images with conspicuous edges such as characters and drawings.

上述の画像ぼけを改善する方法として、投影面上に投影するライトバルブの画素のサイズを縮小する方法がある。この方法を以下、画素縮小表示法と称する。
ここで、画素縮小表示法とは、投影画面全体のサイズを縮小してしまうことではなく、画面全体のサイズは変えずにライトバルブの画素の投影面上における表示像の大きさのみが縮小されるように表示する特殊な表示方法である。画素の投影像の大きさのみが縮小表示されるため、隣接する画素像同士は隙間を以って投影された状態となる。
図11に示すように、空間変調素子の画素を縮小し、その像を拡大投射するようにすると、拡大投射された画素の像のサイズは図9で示した例の場合より小さくなっている。画素縮小率を0.5とすると、拡大投影される画素のサイズは従来の1/2になっているので、この画素のサイズ相当、すなわち図9における画素のサイズの1/2相当画素ずらしして表示したときに、図12に示すように、2つの画素像の重なりはほとんどなくなる。
As a method of improving the above-described image blur, there is a method of reducing the size of the pixel of the light valve projected onto the projection plane. This method is hereinafter referred to as a pixel reduction display method.
Here, the pixel reduction display method does not reduce the size of the entire projection screen, but reduces only the size of the display image on the projection surface of the light valve pixels without changing the size of the entire screen. Is a special display method. Since only the size of the projected image of the pixel is reduced and displayed, adjacent pixel images are projected with a gap.
As shown in FIG. 11, when the pixels of the spatial modulation element are reduced and the image is enlarged and projected, the size of the image of the enlarged and projected pixel is smaller than in the example shown in FIG. Assuming that the pixel reduction ratio is 0.5, the size of the pixel to be enlarged and projected is ½ of the conventional size. Therefore, the pixel shift equivalent to this pixel size, that is, the pixel size in FIG. As shown in FIG. 12, there is almost no overlap between the two pixel images.

このように、画素縮小表示法を併用して、半画素相当の移動量を以って画素ずらし表示を行うことにより、隣接する画素像の重なりの問題をほぼ解消でき、これにより、画像のぼけは低減されうると、考えられてきた。
プロジェクタ装置の高解像化手段として、画素ずらし表示方式が提案されている。これは、DMD(デジタルマイクロミラーデバイス:登録商標:テキサスインストルメント社製)やライトバルブなどの空間変調素子の画素数を増加することなく表示画素数を増やす方法である。すなわち、空間変調素子上の画素を拡大表示する位置を光学的手段などにより1画素以下程度ずらして時分割表示し、ずらして表示される各々の画素には必要に応じて異なる画像情報を与えることによって、見かけ上空間変調素子の画素数よりも多くの画素を表示するという方式である。
時分割表示法の他には、複数台の画像投射装置を用いて、一枚の画像情報を複数に分け、分割された複数の画像を同一の投影面に重ね、投射位置をずらして、互いの画素がずれるように投射する方式もある。
In this way, by using the pixel reduction display method together and performing pixel-shifted display with a movement amount equivalent to a half pixel, the problem of overlapping of adjacent pixel images can be almost solved, thereby causing blurring of the image. Has been thought to be reduced.
A pixel shift display method has been proposed as means for increasing the resolution of a projector apparatus. This is a method of increasing the number of display pixels without increasing the number of pixels of a spatial modulation element such as a DMD (digital micromirror device: registered trademark: manufactured by Texas Instruments) or a light valve. In other words, time-division display is performed by shifting the position where the pixels on the spatial modulation element are enlarged and displayed by optical means or the like by about one pixel or less, and different image information is given to each pixel displayed by being shifted. Thus, the number of pixels that are apparently larger than the number of pixels of the spatial modulation element is displayed.
In addition to the time-division display method, a plurality of image projection devices are used to divide a piece of image information into a plurality of images, and the divided images are superimposed on the same projection plane, and the projection positions are shifted to each other. There is also a method of projecting so that the pixels are shifted.

画素毎に空間光変調器(例えば液晶素子)の画像を光学的に変位させて空間光変調器の解像度以上の画像を投影する方式としては、特開平4−113308号公報(特許第293926号)、特開平5−289044号公報、特開平9−152572号公報、特開平6−324320号公報、特開2000−98968号公報等に記載のものがある。
これらは、走査線に垂直な2つの位置、又は縦横4つの位置に画素を光軸シフトにより光学的に変位させることにより、変位させるサブフィールドを2枚又は4枚とすることにより、スクリーン上で、それぞれ2倍及び4倍の解像度を得ることができるとしている。
As a method for optically displacing an image of a spatial light modulator (for example, a liquid crystal element) for each pixel and projecting an image having a resolution higher than that of the spatial light modulator, JP-A-4-113308 (Patent No. 293926) is disclosed. JP-A-5-289044, JP-A-9-152572, JP-A-6-324320, JP-A-2000-98968, and the like.
These can be achieved on the screen by changing the subfield to be displaced by 2 or 4 by optically displacing the pixel by optical axis shift at two positions perpendicular to the scanning line, or at four vertical and horizontal positions. It is said that it is possible to obtain double and quadruple resolutions, respectively.

また、特開平8−194207号公報、特開平9−230329号公報、特開平9−015548号公報等には、画素の配列と光軸シフトの変位量及び変位方向を制御することにより、一方向に空間的にフィルタで空間分割したRGB画素を、同じ方向に3つの位置を変位させて重ねることにより3倍の解像度の向上を行ったり、シフトすることによってRGBのデルタ配列を実現したり、一部の画素のみをシフトして特定部分のみ高解像度化するという装置も開示されている。
また、特開平4−113308号公報には、既に画素ピッチよりも画素サイズが1/2より小さい画素を有する空間光変調素子の構成が表示され、これと画素ずらし手段を用いて解像度を高くする投射画像形成装置が開示されている。なお、ここでは隣接する画素間の重なりは指摘されていない。
JP-A-8-194207, JP-A-9-230329, JP-A-9-015548, and the like disclose that one direction is obtained by controlling the pixel arrangement, the displacement amount and the displacement direction of the optical axis shift. The RGB pixels, which are spatially divided by the filter, are overlapped with three positions displaced in the same direction to improve the resolution by a factor of three, or by shifting to realize an RGB delta arrangement. An apparatus is also disclosed in which only a specific pixel is shifted to increase the resolution only in a specific portion.
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 4-113308 discloses a configuration of a spatial light modulator having pixels whose pixel size is smaller than 1/2 the pixel pitch, and uses this and a pixel shifting means to increase the resolution. A projection image forming apparatus is disclosed. In addition, the overlap between adjacent pixels is not pointed out here.

上記の画素ずらし方式においては、表示される画素像の大きさが画素ずらしをしない場合と同一であると、画素をずらした際に隣接する画素領域と重なってしまうため、表示画素のサイズを縮小することが好ましい。画素像を縮小させるためには、空間光変調素子の各画素と拡大投射光学系の間に画素の縮小像を中間的に生成する手段を設け、縮小された中間像を拡大投射光学系によって表示させればよい。   In the above-described pixel shifting method, if the size of the displayed pixel image is the same as when not shifting the pixel, the pixel area overlaps when the pixel is shifted, so the size of the display pixel is reduced. It is preferable to do. In order to reduce the pixel image, a means for intermediately generating a reduced image of the pixel is provided between each pixel of the spatial light modulator and the enlarged projection optical system, and the reduced intermediate image is displayed by the enlarged projection optical system. You can do it.

特開平9−054554号公報には、画素ずらし手段により高解像度化を行う場合に、集光レンズによって透過型液晶パネルの開口よりも小さく集光する方法が開示されている。画素サイズを変形させる手段としては、透過型液晶パネルにマイクロレンズを組み合わせた構成が示されている。所定の形状サイズをもつ開口を有する透過型液晶ライトバルブの画素(開口)に対向してアクティブ素子を設けている。アクティブ素子によって全体の開口は小さくなる。その開口よりもさらに画素サイズを縮小するために、ここでは円形の外形形状を有するマイクロレンズを設けている。また、液晶ライトバルブと画素ずらし素子を用いた投射拡大装置によって一方向に2倍の高解像度化を行い、ライトバルブの画素開口ごとに対応する集光光学系群を用いて、表示画像を構成する各画素のサイズを縮小する例が示されている。なお、ここでは画素を形成する光強度分布の詳細については述べられていない。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-054554 discloses a method of condensing light with a condensing lens smaller than the opening of the transmissive liquid crystal panel when the resolution is increased by the pixel shifting means. As means for changing the pixel size, a configuration in which a microlens is combined with a transmissive liquid crystal panel is shown. An active element is provided to face a pixel (opening) of a transmissive liquid crystal light valve having an opening having a predetermined shape size. The active element reduces the overall aperture. In order to reduce the pixel size further than the opening, a microlens having a circular outer shape is provided here. In addition, a projection enlargement device using a liquid crystal light valve and a pixel shifting element increases the resolution twice in one direction, and a display image is constructed using a condensing optical system group corresponding to each pixel opening of the light valve. An example of reducing the size of each pixel is shown. Note that details of the light intensity distribution forming the pixels are not described here.

特開平4−113308号公報JP-A-4-113308 特開平5−289044号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-289044 特開平9−152572号公報JP-A-9-152572 特開平6−324320号公報JP-A-6-324320 特開2000−98968号公報JP 2000-98968 A 特開平8−194207号公報JP-A-8-194207 特開平9−230329号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-230329 特開平9−015548号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-015548 特開平9−054554号公報JP-A-9-055454

しかしながら、後述するように、画素縮小手段を付加することによって表示画素間の重なりが無くなるという説明は実は不充分である。そのときの各表示画素の光強度分布プロファイルがどのようになっていても画質は同等かというとそうではないからである。
特開平4−113308号公報に記載のものと同様に、MTFの高い投射レンズを用いた場合には、解像度は高くなるが、「ジャギー」等の視認性の問題が顕在化してくるのである。
このときに投射レンズのMTFを相対的に低くすれば「ジャギー」等が目立たなくなるが「鮮鋭性」が大きく減少するため、結果的には高解像度映像プロジェクタや高解像度データプロジェクタが本来狙っている画像特性を画素ずらし手段によって形成することができない。すなわち、画素ずらし手段を用いただけでは不充分であり、画素縮小するだけでもなお不充分である。
However, as will be described later, the explanation that the overlap between the display pixels is eliminated by adding the pixel reduction means is actually insufficient. This is because the image quality is not the same regardless of the light intensity distribution profile of each display pixel at that time.
Similar to the one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-113308, when a projection lens having a high MTF is used, the resolution becomes high, but visibility problems such as “jaggy” become obvious.
If the MTF of the projection lens is made relatively low at this time, “jaggy” or the like becomes inconspicuous, but “sharpness” is greatly reduced. As a result, high-resolution video projectors and high-resolution data projectors are originally aimed. Image characteristics cannot be formed by pixel shifting means. That is, it is not sufficient to use only the pixel shifting means, and it is still insufficient to reduce the pixels.

画素ずらし表示する場合には、画素縮小表示法を併用した方が良好な画像が得られる。例えば、上下左右に順次的に画素ずらし表示を行う場合、投射画素像の面積は通常の面積の1/4程度にすることが好ましい。
しかしながら、実際に投影される画素像は、図13に示すような矩形的な光強度分布を有するものではなく、図14に示すように、画素像の中心付近が明るく周辺が暗い分布特性になる。図13は、理想的な画素像の光強度分布L0を示している。この矩形の光強度分布L0は、隣の画素領域にはみ出しておらず、画素領域の境界で強度がゼロに落ちる。図13において縦軸は光強度を、横軸は距離を示している(他の図において同じ)。
図14に示すように、実際の画素像の光強度分布L1は、隣の画素領域にはみ出しており、画素領域の境界で強度がゼロに落ちない。
When displaying by shifting pixels, a better image can be obtained by using the pixel reduction display method together. For example, when the display is sequentially shifted in the vertical and horizontal directions, the area of the projected pixel image is preferably about 1/4 of the normal area.
However, the actually projected pixel image does not have a rectangular light intensity distribution as shown in FIG. 13, but has a distribution characteristic in which the vicinity of the center of the pixel image is bright and the periphery is dark as shown in FIG. . FIG. 13 shows an ideal pixel image light intensity distribution L0. The rectangular light intensity distribution L0 does not protrude into the adjacent pixel area, and the intensity falls to zero at the boundary of the pixel area. In FIG. 13, the vertical axis indicates the light intensity, and the horizontal axis indicates the distance (the same applies to other drawings).
As shown in FIG. 14, the light intensity distribution L1 of the actual pixel image protrudes into the adjacent pixel area, and the intensity does not drop to zero at the boundary of the pixel area.

上記の分布において、理想的な画素像の表示エリアは、1辺が「空間変調素子の画素サイズ×拡大投射倍率×0.5」なる正方形のエリアである。この理想的な表示エリアの内外における画素像の光強度分布のありようによって、画像の見え方、画質は変わってくる。
例えば、上記の画素像の理想的なる表示エリア内に画素像の光強度の全てが収まるようにすると、画素像のエリア内において中心は非常に明るいがエリアのエッジ近傍では暗すぎる状態になる。このような場合には、隣接する画素エリア間の画像の連続性が失われてしまう。
In the above distribution, an ideal pixel image display area is a square area having one side of “pixel size of spatial modulation element × enlarged projection magnification × 0.5”. The appearance and image quality of the image change depending on the light intensity distribution of the pixel image inside and outside the ideal display area.
For example, if all of the light intensity of the pixel image falls within the ideal display area of the pixel image, the center is very bright in the pixel image area but is too dark near the edge of the area. In such a case, image continuity between adjacent pixel areas is lost.

一方、上記の理想的なる表示エリアの隣接領域における光量比が多すぎると、これまで述べてきたように隣接画素間の分解能が劣化してしまう。このような場合、例えば1画素単位のラインアンドスペースの画像パターンを表示したときに、ラインとスペースの境界のシャープネスが劣化してしまう。
従って、図15に示すように、画素像の表示エリア内においては光強度が高く、表示エリアを越えた隣接領域においては光強度が急峻に立ち下がるような光強度分布L2が望ましい。隣接画素表示エリアの光強度が低いほどCTF特性の高い画像が再生できる。
このような光強度分布L2が得られるようにするには、画素縮小手段によって得られる画素縮小像の光強度分布を制御し、拡大投射光学系によって投影される画素像の光強度分布を制御することになる。
On the other hand, when the light amount ratio in the adjacent region of the ideal display area is too large, the resolution between adjacent pixels is deteriorated as described above. In such a case, for example, when a line-and-space image pattern in units of one pixel is displayed, the sharpness of the boundary between the line and the space deteriorates.
Therefore, as shown in FIG. 15, it is desirable to have a light intensity distribution L2 in which the light intensity is high in the display area of the pixel image, and the light intensity falls sharply in the adjacent region beyond the display area. As the light intensity in the adjacent pixel display area is lower, an image with higher CTF characteristics can be reproduced.
In order to obtain such a light intensity distribution L2, the light intensity distribution of the pixel reduced image obtained by the pixel reducing means is controlled, and the light intensity distribution of the pixel image projected by the enlargement projection optical system is controlled. It will be.

ここで、拡大投射光学系によって投影される投射画素像のサイズを基準とし、拡大投射光学系の倍率をN倍とするとき、画素縮小系で生成する縮小中間像のサイズを、前記投射画素像の1/Nとすれば、投射画素像のサイズは所望の大きさになるはずであるが、実際にはこれより大きくなり、特に理想的な表示エリアからはみ出した領域の光量比が増加してしまうということが判った。
拡大倍率Mをもつ拡大投射光学系は表示画面全体のサイズをM倍に拡大するが、このとき、M倍に拡大された画面を構成する画素の拡大表示サイズはM倍よりも大きくなってしまうということである。
Here, when the size of the projection pixel image projected by the enlargement projection optical system is used as a reference and the magnification of the enlargement projection optical system is N times, the size of the reduced intermediate image generated by the pixel reduction system is the projection pixel image. 1 / N, the size of the projected pixel image should be the desired size, but in reality it will be larger than this, and the light quantity ratio of the area that protrudes from the ideal display area will increase. I found out that
The magnifying projection optical system having the magnifying magnification M enlarges the size of the entire display screen to M times. At this time, the enlarged display size of the pixels constituting the M-magnified screen becomes larger than M times. That's what it means.

そこで、本発明は、画素縮小手段と画素ずらし手段を有する投射型の画像表示装置において、所望の大きさの投射画素像を得ることができるようにすることを、その主な目的する。   Accordingly, the main object of the present invention is to provide a projection pixel image having a desired size in a projection type image display apparatus having a pixel reduction means and a pixel shifting means.

上記目的を達成するために、請求項1記載の発明では、少なくとも、照明光源と、複数の画素をもつ空間光変調素子と、前記画素の縮小像を生成する画素縮小手段と、画素ずらし手段と、拡大投射光学系を有し、前記画素の縮小像は前記拡大投射光学系によって投影面に拡大投射され、かつ、前記画素ずらし手段によって、像面上に表示される画素の像の位置がずらして表示される画像表示装置において、前記画素縮小手段によって生成される前記空間光変調素子の画素の縮小像を画素縮小像とし、拡大投射光学系を介して投影面上に投影される前記画素の像を画素拡大像とするとき、前記画素縮小像は前記画素拡大像を拡大投影倍率で除した大きさよりも小さいことを特徴とする。 To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, at least an illumination light source, a spatial light modulation element having a plurality of pixels, a pixel reduction means for generating a reduced image of the pixels, and a pixel shifting means, An enlarged projection optical system, and the reduced image of the pixel is enlarged and projected onto a projection surface by the enlarged projection optical system, and the position of the image of the pixel displayed on the image plane by the pixel shifting means is In the image display device displayed in a shifted manner, the pixel projected on the projection plane via the enlargement projection optical system, wherein a reduced image of the pixel of the spatial light modulation element generated by the pixel reduction means is used as a pixel reduced image Is an enlarged pixel image, the reduced pixel image is smaller in size than the enlarged pixel image divided by the enlarged projection magnification.

請求項2記載の発明では、請求項1記載の画像表示装置において、前記画素拡大像及び前記画素縮小像の光強度分布を各々の最大光強度で規格化して得られる規格化光強度分布において、特に分布の周辺部における規格化光強度が、画素縮小像<画素拡大像の関係にあることを特徴とする。
ここでは、特に、画素ずらしして投影される画素拡大像の重なりによる画像ぼけの補正効果の高い画像表示装置を提供することを目的としている。
In the invention according to claim 2, in the image display device according to claim 1, in the normalized light intensity distribution obtained by normalizing the light intensity distribution of the pixel enlarged image and the pixel reduced image with each maximum light intensity, In particular, the normalized light intensity in the peripheral part of the distribution has a relationship of pixel reduced image <pixel enlarged image.
In particular, an object of the present invention is to provide an image display device having a high effect of correcting image blur due to overlapping of enlarged pixel images projected with pixel shift.

請求項3記載の発明では、請求項2記載の画像表示装置において、前記画素縮小手段は、前記空間変調素子が有する複数の画素の各々に対して1対1に対応して配列された正のパワーを有するマイクロレンズアレイを含んでいることを特徴とする。
ここでは、請求項1又は2における具体的な画素縮小手段を提供することを目的としている。
According to a third aspect of the present invention, in the image display device according to the second aspect, the pixel reduction means is a positive array arranged in a one-to-one correspondence with each of the plurality of pixels of the spatial modulation element. A microlens array having power is included.
Here, it aims at providing the concrete pixel reduction means in Claim 1 or 2.

請求項4記載の発明では、請求項3記載の画像表示装置において、前記マイクロレンズアレイは非球面を有することを特徴とする。
ここでは、特に、画素縮小像の特性が良好となる画素縮小手段を有する画像表示装置を提供することを目的としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the image display device according to the third aspect, the microlens array has an aspherical surface.
In particular, an object of the present invention is to provide an image display apparatus having a pixel reduction means that makes the characteristics of a pixel reduced image good.

請求項5記載の発明では、請求項4記載の画像表示装置において、前記非球面を規定する式におけるコーニック定数が負であることを特徴とする。
ここでは、特に、画素縮小像の特性が良好となる画像表示装置を提供することを目的としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the image display device according to the fourth aspect, a conic constant in an expression defining the aspheric surface is negative.
In particular, an object of the present invention is to provide an image display device in which the characteristics of the reduced pixel image are good.

請求項6記載の発明では、請求項5記載の画像表示装置において、前記マイクロレンズアレイの光軸と平行に入射する光線の集光特性よりも、前記光軸と非平行に入射する光線の集光特性の方が良好であることを特徴とする。
ここでは、特に、画素縮小像の特性が良好となる画像表示装置を提供することを目的としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the image display device according to the fifth aspect of the present invention, the collection of rays incident non-parallel to the optical axis rather than the condensing characteristic of the rays incident parallel to the optical axis of the microlens array. The optical characteristics are better.
In particular, an object of the present invention is to provide an image display device in which the characteristics of the reduced pixel image are good.

請求項7記載の発明では、請求項5記載の画像表示装置において、前記画素縮小像が最小となる位置よりも前記空間変調素子に近い位置に前記拡大投射光学系の物体面を配置したことを特徴とする。
ここでは、特に、良好な画像を得るに適した画素拡大像の光強度分布が得られる画像表示装置を提供することを目的としている。
According to a seventh aspect of the present invention, in the image display device according to the fifth aspect, the object plane of the magnifying projection optical system is disposed at a position closer to the spatial modulation element than a position where the pixel reduced image is minimized. Features.
In particular, an object of the present invention is to provide an image display device capable of obtaining a light intensity distribution of a pixel enlarged image suitable for obtaining a good image.

請求項8記載の発明では、請求項7記載の画像表示装置において、前記画素縮小手段により前記画素縮小像ができる位置である画素縮小像面と前記投影面としての画素拡大像面が光学的に共役なる関係を満たしていることを特徴とする。
ここでは、特に、画素縮小像を投影面に拡大投影する際に、画素拡大像を所望の大きさに収めるとともに、画面全体を正規の横倍率にて投影表示する画像表示装置を提供することを目的としている。
In the invention of claim 8, wherein, in the image display apparatus according to claim 7, wherein a pixel reduced image plane is a position where it is the pixel reduced image by the pixel reduction unit, the pixel enlarged image plane as the projection plane optical It is characterized by satisfying a conjugate relationship.
Here, particularly, when an enlarged image of a reduced pixel image is projected onto a projection surface, an image display device is provided that accommodates the enlarged pixel image in a desired size and projects and displays the entire screen at a normal lateral magnification. It is aimed.

請求項9記載の発明では、請求項8記載の画像表示装置において、前記画素縮小手段及び前記空間変調素子が発生する色収差とその他の光学系が発生する色収差は量が同一で符号が逆であることを特徴とする。
ここでは、特に、色収差を抑制することを目的としている。
According to a ninth aspect of the present invention, in the image display device according to the eighth aspect, the chromatic aberration generated by the pixel reducing means and the spatial modulation element and the chromatic aberration generated by the other optical system have the same amount and opposite signs. It is characterized by that.
Here, it aims at suppressing chromatic aberration especially.

請求項10記載の発明では、請求項8記載の画像表示装置において、前記画素縮小手段又は前記空間変調素子が発生する色収差とその他の光学系が発生する色収差は量が同一で符号が逆であることを特徴とする。
ここでは、特に、色収差を抑制することを目的としている。
According to a tenth aspect of the present invention, in the image display device according to the eighth aspect, the chromatic aberration generated by the pixel reducing means or the spatial modulation element and the chromatic aberration generated by another optical system have the same amount and opposite signs. It is characterized by that.
Here, it aims at suppressing chromatic aberration especially.

請求項11記載の発明では、請求項8乃至10うちの何れか1つに記載の画像表示装置において、照明光をRGBの3つの波長帯域に分離し、空間光変調素子をRGBの3つの波長帯域に対応して3個設け、RGB各々の画像を生成し、それらを合成し、拡大投射するとき、RGBの各波長帯域に対応する光路内に、倍率色収差を補正する補正光学素子を有することを特徴とする。
ここでは、特に、照明光をRGBの3波長帯域に分離し、各々の波長帯域に対して個別に空間光変調素子と画素縮小手段を設けてRGBの画像を生成し、分離生成されたRGBの画像を合成し、合成画像を画素ずらし投影する場合において、倍率色収差の補正が可能な画像表示装置を提供することを目的としている。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the eighth to tenth aspects, the illumination light is separated into three wavelength bands of RGB, and the spatial light modulation element is separated into three wavelengths of RGB. There are three correction optical elements for correcting chromatic aberration of magnification in the optical path corresponding to each wavelength band of RGB when generating three RGB images, combining them, and enlarging and projecting them. It is characterized by.
Here, in particular, the illumination light is separated into three wavelength bands of RGB, a spatial light modulation element and a pixel reduction means are separately provided for each wavelength band, and an RGB image is generated. An object of the present invention is to provide an image display device capable of correcting lateral chromatic aberration in the case of combining images and projecting the combined image by shifting pixels.

請求項1記載の発明によれば、少なくとも、照明光源と、複数の画素をもつ空間光変調素子と、前記画素の縮小像を生成する画素縮小手段と、画素ずらし手段と、拡大投射光学系を有し、前記画素の縮小像は前記拡大投射光学系によって投影面に拡大投射され、かつ、前記画素ずらし手段によって、像面上に表示される画素の像の位置がずらして表示される画像表示装置において、前記画素縮小手段によって生成される前記空間光変調素子の画素の縮小像を画素縮小像とし、拡大投射光学系を介して投影面上に投影される前記画素の像を画素拡大像とするとき、前記画素縮小像は前記画素拡大像を拡大投影倍率で除した大きさよりも小さいこととしたので、投影面における画素の像を適切な大きさに投影することができ、隣接する画素拡大像同士の重なりが少なくなり、画像ぼけの補正効果が高くなる。つまり、画素縮小像を小さめにしておくと、拡大投射された画素が隣接間で重ならないようにできる。 According to the first aspect of the present invention, at least an illumination light source, a spatial light modulation element having a plurality of pixels, a pixel reduction means for generating a reduced image of the pixels, a pixel shifting means, and an enlarged projection optical system , The reduced image of the pixel is enlarged and projected on the projection plane by the enlargement projection optical system, and the image of the pixel image displayed on the image plane is shifted and displayed by the pixel shifting means. In the display device, a reduced image of the pixel of the spatial light modulation element generated by the pixel reduction unit is used as a reduced pixel image, and the image of the pixel projected on the projection surface via the enlargement projection optical system is an enlarged pixel image. Since the reduced pixel image is smaller than the size obtained by dividing the enlarged pixel image by the enlarged projection magnification, the image of the pixel on the projection surface can be projected to an appropriate size. Expansion Overlap each other decreases, the effect of correcting the image blurring becomes higher. That is, if the pixel reduced image is made smaller, the enlarged projected pixels can be prevented from overlapping between adjacent ones.

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、前記画素拡大像及び前記画素縮小像の光強度分布を各々の最大光強度で規格化して得られる規格化光強度分布において、特に分布の周辺部における規格化光強度が、画素縮小像<画素拡大像の関係にあることとしたので、画素ずらし投影したときの、隣接画素間の重なりにより画像のエッジぼけが改善される。   According to a second aspect of the present invention, in the image display device according to the first aspect, a normalized light intensity distribution obtained by normalizing the light intensity distributions of the enlarged pixel image and the reduced pixel image with each maximum light intensity. In particular, since the normalized light intensity at the periphery of the distribution is in the relationship of pixel reduced image <pixel enlarged image, the edge blur of the image is improved due to the overlap between adjacent pixels when the pixels are shifted and projected. The

請求項3記載の発明によれば、請求項2記載の画像表示装置において、前記画素縮小手段は、前記空間変調素子が有する複数の画素の各々に対して1対1に対応して配列された正のパワーを有するマイクロレンズアレイを含んでいることとしたので、隣接する画素拡大像間に隙間のある画面を生成できる。
隙間のサイズを画素拡大像の大きさと略同一にして、画素ずらしする距離を隙間のサイズに等しく表示すると、隣接する画素拡大像同士の重なりが極めて少なく、表示画素数を見かけ上増加させることができる。請求項1又は2の条件を満たすことによって、隣接する画素拡大像同士の重なりは少なくなり、画像のエッジぼけが改善される。
According to a third aspect of the present invention, in the image display device according to the second aspect, the pixel reduction means is arranged in a one-to-one correspondence with each of the plurality of pixels of the spatial modulation element. Since a microlens array having a positive power is included, a screen having a gap between adjacent enlarged pixel images can be generated.
If the size of the gap is made substantially the same as the size of the enlarged pixel image and the pixel shift distance is displayed equal to the size of the gap, there is very little overlap between adjacent enlarged pixel images, and the number of display pixels can be increased apparently. it can. By satisfying the conditions of claim 1 or 2, the overlap between adjacent enlarged pixel images is reduced, and the edge blur of the image is improved.

請求項4記載の発明によれば、請求項3記載の画像表示装置において、前記マイクロレンズアレイは非球面を有することとしたので、画素縮小像の光強度分布を良好に制御することができ、特に光強度分布の周辺部の広がりを抑制することができる。これにより、画素拡大像の光強度分布についても、隣接する画素拡大像エリアへの広がりが抑制され、隣接する拡大画素像同士の重なりが少なくなり、CTF特性が向上し、画像のエッジぼけが改善される。   According to the invention of claim 4, in the image display device of claim 3, since the microlens array has an aspherical surface, the light intensity distribution of the reduced pixel image can be favorably controlled. In particular, the spread of the peripheral portion of the light intensity distribution can be suppressed. As a result, the light intensity distribution of the pixel magnified image is also prevented from spreading to the adjacent pixel magnified image area, the overlap between the adjacent magnified pixel images is reduced, the CTF characteristics are improved, and the edge blur of the image is improved. Is done.

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、前記非球面を規定する式におけるコーニック定数が負であることとしたので、画素縮小像の光強度分布の広がりを抑制する機能がさらに得られる。画素拡大像同士の重なりは少なくなり、CTF特性が更に向上し、画像のエッジぼけが改善される。   According to a fifth aspect of the present invention, in the image display device according to the fourth aspect, the conic constant in the expression defining the aspheric surface is negative, so that the spread of the light intensity distribution of the reduced pixel image is suppressed. The function to perform is obtained further. The overlap between enlarged pixel images is reduced, the CTF characteristics are further improved, and the edge blur of the image is improved.

請求項6記載の発明によれば、請求項5記載の画像表示装置において、前記マイクロレンズアレイの光軸と平行に入射する光線の集光特性よりも、前記光軸と非平行に入射する光線の集光特性の方が良好であることとしたので、   According to a sixth aspect of the present invention, in the image display device according to the fifth aspect, the light ray incident non-parallel to the optical axis rather than the light condensing characteristic of the light ray incident parallel to the optical axis of the microlens array. Because the light condensing characteristic is better,

請求項7記載の発明によれば、請求項5記載の画像表示装置において、前記画素縮小像が最小となる位置よりも前記空間変調素子に近い位置に前記拡大投射光学系の物体面を配置したので、さらに画素縮小像の光強度分布の広がりが抑制され、投影面に投影される画素拡大像の広がりも抑制される。ランプ照明光の配向分布は0°に光強度のピークをもたないことが多い。このことを考慮した集光特性を有するマイクロレンズを用いることによって、上記機能を得ることができ、隣接する画素拡大像同士の重なりが少なくなり、CTF特性が向上し、画像のエッジぼけが改善される。   According to a seventh aspect of the present invention, in the image display device according to the fifth aspect, the object plane of the enlargement projection optical system is disposed at a position closer to the spatial modulation element than a position where the pixel reduced image is minimized. Therefore, the spread of the light intensity distribution of the reduced pixel image is further suppressed, and the spread of the enlarged pixel image projected on the projection surface is also suppressed. The orientation distribution of lamp illumination light often has no light intensity peak at 0 °. By using a microlens having a condensing characteristic in consideration of this, the above function can be obtained, the overlap between adjacent enlarged pixel images is reduced, the CTF characteristic is improved, and the edge blur of the image is improved. The

請求項8記載の発明によれば、請求項7記載の画像表示装置において、前記画素縮小像面と前記画素拡大像面が光学的に共役なる関係を満たしていることとしたので、投影面に拡大投影される画素拡大像の大きさを所望の大きさに収めることができ、画面全体を正規の横倍率で投影表示できる。   According to the eighth aspect of the present invention, in the image display device according to the seventh aspect, the reduced pixel image plane and the enlarged pixel image plane satisfy an optically conjugate relationship. The size of the magnified pixel magnified image can be reduced to a desired size, and the entire screen can be projected and displayed at a normal lateral magnification.

請求項9記載の発明によれば、請求項8記載の画像表示装置において、前記画素縮小手段及び前記空間変調素子が発生する色収差とその他の光学系が発生する色収差は量が同一で符号が逆であることとしたので、投影画像の色収差を抑制することができる。   According to the ninth aspect of the present invention, in the image display device according to the eighth aspect, the chromatic aberration generated by the pixel reducing means and the spatial modulation element and the chromatic aberration generated by the other optical system have the same amount and opposite signs. Therefore, the chromatic aberration of the projected image can be suppressed.

請求項10記載の発明によれば、請求項8記載の画像表示装置において、前記画素縮小手段又は前記空間変調素子が発生する色収差とその他の光学系が発生する色収差は量が同一で符号が逆であることとしたので、投影画像の色収差を抑制することができる。   According to a tenth aspect of the present invention, in the image display device according to the eighth aspect, the chromatic aberration generated by the pixel reducing means or the spatial modulation element and the chromatic aberration generated by the other optical system have the same amount and opposite signs. Therefore, the chromatic aberration of the projected image can be suppressed.

請求項11記載の発明によれば、請求項8乃至10のうちの何れか1つに記載の画像表示装置において、照明光をRGBの3つの波長帯域に分離し、空間光変調素子をRGBの3つの波長帯域に対応して3個設け、RGB各々の画像を生成し、それらを合成し、拡大投射するとき、RGBの各波長帯域に対応する光路内に、倍率色収差を補正する補正光学素子を有することとしたので、残存する色収差の補正手段をRGBの3波長帯域に分離した各々の系内で副次的に独立補正することができ、画素ずらし投影した画像の倍率色収差を高い精度で補正し、色ずれのない画像を表示できる。   According to the eleventh aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the eighth to tenth aspects, the illumination light is separated into three wavelength bands of RGB, and the spatial light modulation element is made of RGB. A correction optical element that corrects chromatic aberration of magnification in the optical path corresponding to each wavelength band of RGB when three images corresponding to the three wavelength bands are provided, and RGB images are generated, combined, and enlarged and projected. Therefore, the correction means for the remaining chromatic aberration can be independently and independently corrected in each system separated into the three wavelength bands of RGB, and the lateral chromatic aberration of the projected image shifted by the pixel can be obtained with high accuracy. Correct and display images without color misregistration.

以下、本発明の第1の実施形態を図1乃至図6に基づいて説明する。
まず、本実施形態における画像表示装置の構成の概要を説明する。
ランプ光源から発生した照明光は無偏光の白色光である。これをフライアイレンズアレイなどを用いて照度の空間分布を均一化させる。これを偏光板によって直線偏光に変換する。次に、偏光分離素子によって照明光を反射させる。偏光分離素子としては偏光ビームスプリッタが代表的な素子である。
反射された照明光をスキュー補正板に通す。次に、色分解プリズムによってRGBの3色に分離する。ここから先はRGB3色に光路が分離されるので、そのうちの一つの光路について説明する。色分離した照明光を画素縮小手段に通す。次に反射型ライトバルブの画素面を照射する。照明光は反射される。この反射光を再び画素縮小手段に通す。
この過程において、照明光は都合2回画素縮小手段を通っている。ここで、画素縮小手段は、ライトバルブの画素のそれぞれについて画素縮小像を生成させるようにしたいので、複数の画素のそれぞれに対して1対1に対応するように設定している。画素縮小手段を1回目に通ったとき、照明光がやや集光されるようにする。これにより、照明光はライトバルブの画素全体ではなく、中心を含む一部を照明するようにする。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, an outline of the configuration of the image display apparatus according to the present embodiment will be described.
The illumination light generated from the lamp light source is unpolarized white light. The spatial distribution of illuminance is made uniform using a fly-eye lens array or the like. This is converted into linearly polarized light by the polarizing plate. Next, the illumination light is reflected by the polarization separation element. A typical example of the polarization separation element is a polarization beam splitter.
The reflected illumination light is passed through the skew correction plate. Next, it is separated into three colors of RGB by a color separation prism. From this point onward, since the optical paths are separated into RGB three colors, one of the optical paths will be described. The color-separated illumination light is passed through the pixel reduction means. Next, the pixel surface of the reflective light valve is irradiated. The illumination light is reflected. This reflected light is again passed through the pixel reduction means.
In this process, the illumination light conveniently passes through the pixel reduction means twice. Here, since the pixel reduction means wants to generate a pixel reduced image for each of the pixels of the light valve, it is set to correspond to each of the plurality of pixels on a one-to-one basis. When passing through the pixel reducing means for the first time, the illumination light is slightly condensed. Thereby, the illumination light illuminates a part including the center, not the entire pixel of the light valve.

さらに、ライトバルブを反射した照明光が画素縮小手段を2回目に通るときにも、やはり照明光が集光されるようにする。このようにして、一つの画素を照明した光束は絞られた状態にする。絞られているのであるから、光束の断面は画素よりも小さくなっている状態ができる。この状態を画素縮小像とする。
このような画素縮小像が全ての画素についてできている状態にする。光束は一回絞られた後再び発散状態に移行する。発散状態に移行した照明光を前出のスキュー補正板に通す。ここで3つの光路から戻ってきた3色の照明光を色合成プリズムによって合成する。次に合成した照明光を波長板に通す。この波長板は前記偏向板とクロスニコルの配置条件を満たすように設ける。
波長板を通過した照明光を画素ずらし手段に通す。画素ずらし手段としては液晶を用いた光路シフト機能をもつ画素ずらし手段が従来より提案されているので、これを用いることができる。画素ずらし手段を通過した照明光を拡大投射光学系に通す。拡大投射光学系を通り、照明光は投影面に至る。
Further, the illumination light is also condensed when the illumination light reflected from the light valve passes through the pixel reduction means for the second time. In this way, the light beam that illuminates one pixel is brought into a narrowed state. Since the aperture is narrowed, the cross section of the light beam can be smaller than the pixel. This state is referred to as a pixel reduced image.
Such a reduced pixel image is made for all pixels. After the light beam is focused once, it shifts to the divergent state again. The illumination light that has shifted to the diverging state is passed through the skew correction plate described above. Here, the illumination lights of the three colors returned from the three optical paths are synthesized by the color synthesis prism. Next, the synthesized illumination light is passed through the wave plate. This wave plate is provided so as to satisfy the arrangement condition of the deflecting plate and the crossed Nicols.
The illumination light that has passed through the wave plate is passed through the pixel shifting means. As the pixel shifting means, a pixel shifting means having an optical path shift function using liquid crystal has been proposed so far, and this can be used. The illumination light that has passed through the pixel shifting means is passed through the magnification projection optical system. The illumination light passes through the magnifying projection optical system and reaches the projection surface.

次に、図6に基づいて本実施形態における画像表示装置の構成の具体的一例を説明する。
ランプ光源31から射出される照明光は、UVカットフィルタ32とIRカットフィルタを通り、2枚のマイクロレンズアレイ板34によって照度の空間分布を均一化される。
その後、照明光は色分離フィルタ35で光路分離され、ミラー36により光路偏向される。符号37、38は光路分離された2つの光路長を補正するレンズを示し、符号39は色分離フィルタを示す。照明光は半波長板40で直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ41に入る。
符号42は反射型ライトバルブ素子と画像縮小素子を一体化した素子を示し、符号43は倍率色収差補正用レンズを示している。
色分離フィルタ35、39によりRGBに分離された照明光は、クロスプリズム44で色合成される。クロスプリズム44を出た照明光はリターダ偏光子45を通り、X方向への画素ずらし機能を有する画素ずらし素子46と、Y方向への画素ずらし機能を有する画素ずらし素子47、拡大投射光学系48を通って図示しない投影面に至る。
Next, a specific example of the configuration of the image display apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG.
The illumination light emitted from the lamp light source 31 passes through the UV cut filter 32 and the IR cut filter, and the spatial distribution of illuminance is made uniform by the two microlens array plates 34.
Thereafter, the illumination light is optically separated by the color separation filter 35 and deflected by the mirror 36. Reference numerals 37 and 38 denote lenses for correcting two optical path lengths separated from each other, and reference numeral 39 denotes a color separation filter. The illumination light is converted into linearly polarized light by the half-wave plate 40 and enters the polarization beam splitter 41.
Reference numeral 42 denotes an element in which a reflective light valve element and an image reduction element are integrated, and reference numeral 43 denotes a magnification chromatic aberration correction lens.
The illumination light separated into RGB by the color separation filters 35 and 39 is color-synthesized by the cross prism 44. Illumination light exiting the cross prism 44 passes through a retarder polarizer 45, a pixel shifting element 46 having a pixel shifting function in the X direction, a pixel shifting element 47 having a pixel shifting function in the Y direction, and an enlarged projection optical system 48. Through to a projection surface (not shown).

上記の構成と照明光の経路条件において、反射型ライトバルブ素子の構成例としては、シリコンバックプレーン上に画素面、液晶層、カバーガラス層が積層された構成が知られているが、ここでは、前記液晶層とマイクロレンズアレイ基板を、接着層を介して接合している。マイクロレンズアレイは、以下に説明するように画素縮小手段として機能する。
図1に示すように、反射型ライトバルブ素子15は、複数の画素エリア(以下、単に「画素」ともいう)14から成り立っている。図2に示すように、画素エリア14には、マイクロレンズ12が接着層13を介して配置されている。図2において、符号11はマイクロレンズ12のアレイに対する光透過性基板を示す。
上記のマイクロレンズアレイ基板上には複数のマイクロレンズ12が配列されており、それらは反射型ライトバルブ素子15が有する複数の画素14と1対1に対応して配置されており、マイクロレンズ12の光軸と画素14の中心は一致して構成されている。ここではマイクロレンズ12の開口形状は正方形にしている。
In the above configuration and illumination light path conditions, as a configuration example of the reflective light valve element, a configuration in which a pixel surface, a liquid crystal layer, and a cover glass layer are stacked on a silicon backplane is known. The liquid crystal layer and the microlens array substrate are bonded via an adhesive layer. The microlens array functions as a pixel reduction unit as described below.
As shown in FIG. 1, the reflective light valve element 15 includes a plurality of pixel areas (hereinafter also simply referred to as “pixels”) 14. As shown in FIG. 2, the microlens 12 is disposed in the pixel area 14 via the adhesive layer 13. In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a light transmissive substrate for the array of microlenses 12.
A plurality of microlenses 12 are arranged on the above-described microlens array substrate, and they are arranged in one-to-one correspondence with the plurality of pixels 14 included in the reflective light valve element 15. These optical axes and the center of the pixel 14 are configured to coincide with each other. Here, the opening shape of the microlens 12 is a square.

マイクロレンズ12の焦点距離は、マイクロレンズ12の主点から画素14の面までの距離の2倍より長いことが望ましい。このようにすれば、マイクロレンズ12側から照明光を導光すると、照明光はマイクロレンズ12を透過して集光ぎみになって画素14を照射する。画素14を照射した照明光は画素14で反射されて、マイクロレンズ12を透過し、さらに集光されるという状態ができる。
具体的に説明すると、図3に示すように、照明光は図の右側から入射し、マイクロレンズ12、接着層13を介して反射型ライトバルブ素子15の画素14の面で反射し、接着層13、マイクロレンズ12、光透過性基板11の順に進み、AA’の平面上において光束が集まり、画素14の縮小像ができる。図の右側に拡大投射光学系48が位置する。AA’を縮小像面位置とするとき、AA’の位置と光学的に共役な位置に投射面(図示せず)を配置する。
The focal length of the microlens 12 is preferably longer than twice the distance from the principal point of the microlens 12 to the surface of the pixel 14. In this way, when the illumination light is guided from the microlens 12 side, the illumination light is transmitted through the microlens 12 to be focused and irradiates the pixels 14. The illumination light that has been applied to the pixel 14 is reflected by the pixel 14, passes through the microlens 12, and is further condensed.
More specifically, as shown in FIG. 3, the illumination light enters from the right side of the drawing, is reflected by the surface of the pixel 14 of the reflective light valve element 15 through the microlens 12 and the adhesive layer 13, and is then applied to the adhesive layer. 13, the microlens 12, and the light-transmitting substrate 11 proceed in this order. An enlarged projection optical system 48 is located on the right side of the figure. When AA ′ is a reduced image plane position, a projection plane (not shown) is arranged at a position optically conjugate with the position of AA ′.

ランプ光源31から生成される照明光は所定の角度範囲の光線成分から成る光束であるので、集光位置における光束が完全に一点に集光されることはなく、有限の大きさになる。
そこで、前記光束が集光されている位置AA’を画素縮小像面と定義し、この面における中間像を画素縮小像と定義する。
画素縮小像は反射型ライトバルブ素子15の画素14よりも小さくなっていることは上記の説明から理解される。この状態を画素縮小されていると定義する。
上記したように、画素縮小像面AA’で集光された光束は再び発散光になり、拡大投射光学系48に導かれる。画素縮小像面AA’が、拡大投射光学系48の物体面となるように配置すると、前記物体面上の画素縮小像を拡大投射光学系48における像面上に拡大投影することができる。
Since the illumination light generated from the lamp light source 31 is a light beam composed of a light beam component in a predetermined angle range, the light beam at the condensing position is not completely condensed at one point, and has a finite size.
Therefore, the position AA ′ where the luminous flux is condensed is defined as a pixel reduced image plane, and an intermediate image on this plane is defined as a pixel reduced image.
It can be understood from the above description that the reduced pixel image is smaller than the pixel 14 of the reflective light valve element 15. This state is defined as pixel reduction.
As described above, the light beam condensed on the pixel reduced image plane AA ′ becomes divergent light again and is guided to the enlarged projection optical system 48. When the reduced pixel image plane AA ′ is arranged so as to be the object plane of the enlargement projection optical system 48, the reduced pixel image on the object plane can be enlarged and projected onto the image plane in the enlargement projection optical system 48.

このとき、図4に示すように、前記画素縮小像と前記画素拡大像の規格化空間光強度分布の特に周辺部における相対光強度をそれぞれL3、L4とするとき、L3<L4となるようにすることが好ましい。
光強度分布L3とL4は規格化したもので、光強度分布L3は光強度分布L4より幅が狭くなるようにする。また、光強度分布L4より光強度分布L3は周辺部の規格化光強度値も小さくしている。
なお、ここでの「周辺部」とは上述した理想的な画素像の表示エリアより外側の領域のことである。「周辺部」の定義について詳しく述べると、ここでは、画素像の理想的な表示領域を越えたエリア、つまり隣の画素像表示領域に及んでいる部分のことをいう。
ここでの画素拡大像の理想的な表示領域とは、表示画面の縦方向長さをA、横方向長さをBとし、縦方向の表示画素数をC、横方向の表示画素数をDとするとき、縦方向がA/Cで横方向がB/Dなる矩形領域のことである。またここでの画素縮小像の理想的な表示領域とは、画素縮小像から構成される中間像面の画面全域の縦方向長さをA/M、横方向長さをB/M(Mは拡大投射倍率)とするとき、縦方向がA/M/C、横方向がB/M/Dなる矩形領域のことである。厳密には、画素縮小像の場合には実際には表示しているわけではないが、ここでは説明のため便宜的に表示領域と表現した。
At this time, as shown in FIG. 4, when the relative light intensities in the normalized spatial light intensity distributions of the reduced pixel image and the enlarged pixel image, particularly in the peripheral part, are L3 and L4, respectively, L3 <L4. It is preferable to do.
The light intensity distributions L3 and L4 are standardized so that the width of the light intensity distribution L3 is narrower than that of the light intensity distribution L4. Further, the light intensity distribution L3 has a smaller normalized light intensity value in the peripheral portion than the light intensity distribution L4.
Here, the “peripheral portion” is a region outside the ideal pixel image display area described above. The definition of the “peripheral part” will be described in detail. Here, it means an area beyond the ideal display area of the pixel image, that is, a part extending to the adjacent pixel image display area.
The ideal display area of the enlarged pixel image here is that the vertical length of the display screen is A, the horizontal length is B, the vertical display pixel count is C, and the horizontal display pixel count is D. Is a rectangular area in which the vertical direction is A / C and the horizontal direction is B / D. The ideal display area of the reduced pixel image here is A / M for the entire length of the entire screen of the intermediate image plane composed of the reduced pixel image, and B / M (M is the horizontal length). (Enlarged projection magnification) is a rectangular area in which the vertical direction is A / M / C and the horizontal direction is B / M / D. Strictly speaking, in the case of a reduced pixel image, it is not actually displayed, but here it is expressed as a display area for convenience of explanation.

L3≧L4としてしまうと、投影面上の画素拡大像の光強度分布は広がってしまい、画面がぼけてしまう。
例えば、反射型ライトバルブ素子15の画素14を正方形とし、その辺長を10ミクロンとし、拡大投射光学系48の拡大倍率を60倍として、画素縮小と画素ずらし表示をしない通常の拡大投射を行う場合、反射型ライトバルブ素子15上に形成される画像は60倍に拡大されて投射される。
つまり、画面全体のサイズが60倍に拡大される。このとき、投影面上における理想的な画素拡大像の表示エリアの辺長は600ミクロンであるが、投影画面上における画素拡大像は600ミクロン以上になってしまう。
If L3 ≧ L4, the light intensity distribution of the pixel magnified image on the projection surface is widened and the screen is blurred.
For example, the pixel 14 of the reflective light valve element 15 is square, its side length is 10 microns, the enlargement magnification of the enlargement projection optical system 48 is 60 times, and normal enlargement projection without pixel reduction and pixel shift display is performed. In this case, the image formed on the reflection type light valve element 15 is enlarged and projected by 60 times.
That is, the size of the entire screen is enlarged 60 times. At this time, the side length of the display area of the ideal pixel magnified image on the projection surface is 600 microns, but the pixel magnified image on the projection screen is 600 microns or more.

次に、画素縮小と画素ずらし表示を併用して60倍の拡大投射を行う場合においては、投影面上における画素表示領域の理想的な辺長はさきほどの半分、すなわち300ミクロンとなる。このとき、画素縮小像の辺長を300ミクロン/60=5ミクロンとすると、実際に拡大投影された画素像のサイズは300ミクロン以上になってしまう。しかし、本実施形態においては、画素縮小像における辺長を5ミクロンよりも小さくしており、このようにすると、拡大投射光学系48を介して生成される拡大投影面上における拡大画素像の辺長を300ミクロン以上に広がるという問題を回避できる。
図5に、拡大投影像/拡大投射倍率の画素縮小像と、拡大投影像/拡大投射倍率より小さい画素縮小像の大きさの関係を示す。
Next, in the case of performing 60 times enlargement projection using both pixel reduction and pixel shift display, the ideal side length of the pixel display area on the projection plane is half that of the previous area, that is, 300 microns. At this time, if the side length of the reduced pixel image is 300 microns / 60 = 5 microns, the size of the pixel image that is actually enlarged and projected is 300 microns or more. However, in this embodiment, the side length in the reduced pixel image is smaller than 5 microns, and in this way, the sides of the enlarged pixel image on the enlarged projection surface generated via the enlarged projection optical system 48 The problem of extending the length to 300 microns or more can be avoided.
FIG. 5 shows the relationship between the size of the enlarged projection image / magnified projection magnification pixel reduced image and the size of the enlarged projection image / magnification projection magnification smaller pixel reduction image.

以上の説明に用いた数値はあくまでも一例にすぎないが、要するに、縮小画素像のサイズは、拡大画素像のサイズを拡大倍率で徐した値よりも小さい、ということが、画素縮小手段と画素ずらし手段を用いる画像表示装置においては非常に重要である。
ここで、「小さい」の定義を述べる。縦軸を光強度、横軸を画素像の中心からの距離として、画素縮小像と画素拡大像の光強度分布曲線を表現することができる。この光強度分布を、縦軸については最大光強度で規格化し、横軸については画素像の理想的な表示エリアで規格化する。このように規格化した光強度分布を規格化光強度分布とする。次に、画素縮小像の規格化光強度分布と、画素拡大像の規格化光強度分布を比較する。このときに、グラフの横軸のどの位置においても、画素縮小像の規格化光強度分布曲線(図4のL3)は、画素拡大像の規格化光強度分布曲線(図4のL4)に重なっているかそれよりも内側に入っている状態を以って、「小さい」と定義する。
The numerical values used in the above description are merely an example, but in short, the size of the reduced pixel image is smaller than the value obtained by grading the size of the enlarged pixel image by the enlargement factor. This is very important in an image display apparatus using means.
Here, the definition of “small” will be described. With the vertical axis representing the light intensity and the horizontal axis representing the distance from the center of the pixel image, the light intensity distribution curves of the reduced pixel image and the enlarged pixel image can be expressed. This light intensity distribution is normalized with the maximum light intensity on the vertical axis and with the ideal display area of the pixel image on the horizontal axis. The normalized light intensity distribution is defined as a normalized light intensity distribution. Next, the normalized light intensity distribution of the reduced pixel image is compared with the normalized light intensity distribution of the enlarged pixel image. At this time, the normalized light intensity distribution curve (L3 in FIG. 4) of the reduced pixel image overlaps the normalized light intensity distribution curve (L4 in FIG. 4) of the enlarged pixel image at any position on the horizontal axis of the graph. It is defined as “small” when it is inside or inside it.

上記の空間光変調素子(反射型ライトバルブ素子15)は、通常マトリクス状に配列された複数の画素領域14を有している。この各々の画素領域に対して、画素領域の中心とマイクロレンズ12の光軸が一致するようにマイクロレンズ12を配置することを既に述べた。画素14は複数あり、マイクロレンズ12はその各々に対応するように配置している。すなわち、マイクロレンズ12もマトリクス状に構成されている。
また、マイクロレンズ12を画素の縮小像を生成する手段として機能させるためには、マイクロレンズ12のパワーは正であることが望ましい(第2の実施形態)。また、マイクロレンズ12の焦点距離をfとすると、マイクロレンズ12の主点位置から画素14までの距離Lはf/2よりも短くすることが望ましい。
このようにすると、マイクロレンズ12によって絞られた光束は画素14の中心を含む画素14の一部を照明する状態となり、また、画素14から反射した光束はマイクロレンズ12に戻り、マイクロレンズ12を通過した後で最も光束が絞られる。
The spatial light modulation element (reflective light valve element 15) has a plurality of pixel regions 14 that are usually arranged in a matrix. As described above, the microlens 12 is arranged so that the center of the pixel area and the optical axis of the microlens 12 coincide with each pixel area. There are a plurality of pixels 14, and the microlenses 12 are arranged so as to correspond to each of them. That is, the microlenses 12 are also configured in a matrix.
In order for the microlens 12 to function as a means for generating a reduced image of a pixel, it is desirable that the power of the microlens 12 is positive (second embodiment). Further, if the focal length of the microlens 12 is f, the distance L from the principal point position of the microlens 12 to the pixel 14 is preferably shorter than f / 2.
In this way, the light beam focused by the microlens 12 illuminates a part of the pixel 14 including the center of the pixel 14, and the light beam reflected from the pixel 14 returns to the microlens 12, After passing through, the beam is most focused.

なお、上記のマイクロレンズアレイの屈折面が球面のときには、生成される画素縮小像の光強度分布を適切に制御することが難しいが、非球面化することによって(第3の実施形態)、画素縮小像の光強度分布を制御することができ、特に画素縮小像の光強度分布の周辺部の広がりを抑制することができるので、投射光学系でこの縮小像を投影したときにも、投影面に投影される画素像の周辺部の広がりが抑制され、隣接画素間の重なりが少なくなり、CTF特性が向上し、画像のエッジぼけが改善されるという効果が、上記実施形態による効果に相乗作用する。
図7に示すように、投射画素プロファイルの規格化による光強度分布は、マイクロレンズ12の形状が球面の場合(L5)よりも、非球面の場合(L6)の方が周辺の広がりは小さくなる。
When the refracting surface of the microlens array is spherical, it is difficult to appropriately control the light intensity distribution of the reduced pixel image to be generated, but by making it aspheric (third embodiment), the pixel The light intensity distribution of the reduced image can be controlled, and in particular, the spread of the peripheral portion of the light intensity distribution of the pixel reduced image can be suppressed, so even when this reduced image is projected by the projection optical system, the projection surface The effect of suppressing the spread of the peripheral portion of the pixel image projected onto the image, reducing the overlap between adjacent pixels, improving the CTF characteristics, and improving the edge blur of the image is synergistic with the effect of the above embodiment. To do.
As shown in FIG. 7, the light intensity distribution obtained by normalization of the projection pixel profile has a smaller peripheral spread when the shape of the microlens 12 is an aspherical surface (L6) than when the shape of the microlens 12 is a spherical surface (L5). .

マイクロレンズ12を非球面化する場合、コーニック定数をマイナス値にすると画素縮小像の周辺の広がりを抑制する効果がえられ(第4の実施形態)、拡大投射光学系でこの画素縮小像を投影したときに得られる、画質に直結する画素拡大像の光強度分布においても周辺部の広がりは抑制され、画素ずらし表示したときには隣接する画素拡大像同士の重なりが少なくなる。これによりCTF特性が向上し、画像のエッジぼけが改善されるという効果が、上記実施形態による効果に相乗作用するが、計算したところでは、コーニック定数が正の場合には効果がなく、コーニック定数値として−5〜−10程度が望ましいことが実験により判った。   When the microlens 12 is made aspherical, if the conic constant is set to a negative value, an effect of suppressing the peripheral spread of the reduced pixel image can be obtained (fourth embodiment), and this reduced pixel image is projected by the enlargement projection optical system. Even in the light intensity distribution of the enlarged pixel image directly obtained with the image quality, the spread of the peripheral portion is suppressed, and when the pixels are shifted and displayed, the overlapping of adjacent enlarged pixel images is reduced. As a result, the effect of improving the CTF characteristics and improving the edge blur of the image synergizes with the effect of the above embodiment. However, when calculated, there is no effect when the conic constant is positive. Experiments have shown that a numerical value of about −5 to −10 is desirable.

マイクロレンズ12に入射する光束がランプ光源である場合、既に述べたように、ランプ光源31の発光特性は必ずしも放射角度がゼロのところに光強度のピークはなく、角度が2〜3度付近に光強度のピークがあることがある。
このような特性の照明光束に対しては画角がゼロの光束に対する集光特性が最大になるような性能のマイクロレンズ12を用いるよりも、画角がゼロでない光束、望ましくはランプ光源31の光強度のピークがある角度に対応する成分の集光効率がよいマイクロレンズ12の方が望ましい(第5の実施形態)。
図8に示すように、投射画素プロファイルの規格化による光強度分布は、マイクロレンズ12の形状が非球面で、レンズ光軸と平行入射成分に対する集光特性の最適化ウェイトを最大にした場合(L7)よりも、非平行入射成分の集光特性の最適化ウェイトを最大にした場合(L8)の方が周辺の広がりは小さくなる。
図8は、入射角3度の最適化ウェイトを最大にした場合の例である。
このようにした場合、画素縮小像の光強度分布の周辺部の広がりを抑制する効果が高くなり、拡大投射光学系48でこの縮小像を投影したときにも、投影面に投影される画素像の周辺部の広がりが抑制されるので、画素ずらし表示したときには隣接する画素拡大像同士の重なりが少なくなり、CTF特性が向上し、画像のエッジぼけが改善される。
When the light beam incident on the microlens 12 is a lamp light source, as described above, the light emission characteristics of the lamp light source 31 do not necessarily have a light intensity peak when the radiation angle is zero, and the angle is around 2 to 3 degrees. There may be a peak in light intensity.
For the illumination light beam having such a characteristic, a light beam having a non-zero field angle, preferably the lamp light source 31 is used rather than using the microlens 12 having a performance that maximizes the condensing characteristic for a light beam having a zero field angle. The microlens 12 having a good light collection efficiency of a component corresponding to an angle at which the light intensity peak exists is more desirable (fifth embodiment).
As shown in FIG. 8, the light intensity distribution obtained by normalizing the projection pixel profile is obtained when the shape of the microlens 12 is aspherical and the optimization weight of the condensing characteristic with respect to the lens optical axis and the parallel incident component is maximized ( When the optimization weight of the condensing characteristic of the non-parallel incident component is maximized (L8), the peripheral spread is smaller than that of L7).
FIG. 8 shows an example in which the optimization weight at the incident angle of 3 degrees is maximized.
In this case, the effect of suppressing the spread of the peripheral portion of the light intensity distribution of the reduced pixel image is enhanced, and the pixel image projected on the projection surface even when the reduced image is projected by the enlarged projection optical system 48. Since the spread of the peripheral portion of the image is suppressed, when the pixels are shifted and displayed, the overlap between adjacent pixel enlarged images is reduced, the CTF characteristics are improved, and the edge blur of the image is improved.

得られた画素縮小像を拡大投射光学系48によって拡大して投影面に画素の像を生成する際に、拡大光学系の像面を投影面とするとき、拡大投射光学系48の物体面の位置と、画素縮小像の像面の配置関係によって、投影面上の画素拡大像の特性が変わってくる。
前記の物体面は、前記マイクロレンズアレイによって生成される画素縮小像の像面と略等しい位置、もしくは、前記像面よりも空間変調素子に近い位置に配置すると(第6の実施形態)、投影面上における画素の像を拡大投影して得られる画素像の光強度分布は周辺の広がりが少なくなるので、画素ずらし表示したときには隣接する画素拡大像同士の重なりが少なくなり、CTF特性が向上し、画像のエッジぼけが改善される効果が高くなる。
When the obtained pixel reduced image is enlarged by the enlargement projection optical system 48 to generate an image of the pixel on the projection surface, when the image surface of the enlargement optical system is used as the projection surface, the object plane of the enlargement projection optical system 48 is The characteristics of the enlarged pixel image on the projection plane change depending on the positional relationship between the position and the image plane of the reduced pixel image.
When the object plane is disposed at a position substantially equal to the image plane of the reduced pixel image generated by the microlens array, or at a position closer to the spatial modulation element than the image plane (sixth embodiment), projection is performed. The light intensity distribution of the pixel image obtained by magnifying and projecting the image of the pixel on the surface is less spread around the periphery, so that when the pixels are shifted and displayed, the overlapping of adjacent pixel magnified images is reduced and the CTF characteristics are improved. The effect of improving the edge blur of the image is increased.

拡大投射光学系48は、前記画素縮小像面と前記画素拡大像面が光学的な共役関係にない場合には、画素縮小像の光強度分布特性を最適化しても、その特性を画素拡大像面上に再生することができなくなる。
このため、画素縮小像面と画素拡大像面が光学的に共役なる関係を満たすようにする(第7の実施形態)。
When the pixel reduction image plane and the pixel enlargement image plane are not in an optical conjugate relationship, the enlargement projection optical system 48 can display the characteristics of the pixel enlargement image even if the light intensity distribution characteristic of the pixel reduction image is optimized. Cannot be played on the surface.
For this reason, the reduced pixel image surface and the enlarged pixel image surface satisfy an optically conjugate relationship (seventh embodiment).

画素縮小手段及び空間変調素子、あるいは(画素縮小手段又は空間変調素子)における色収差を、画素縮小手段及び空間変調素子、あるいは(画素縮小手段又は空間変調素子)によって補正することは現実的には困難である。
そこでこれらの色収差とキャンセルするような色収差(量が同一で符号が逆)を他の光学系で発生させることによって、システム全体における色収差の発生を抑制することができる(第8の実施形態)。
It is practically difficult to correct the chromatic aberration in the pixel reduction unit and the spatial modulation element or (pixel reduction unit or spatial modulation element) by the pixel reduction unit and the spatial modulation element or (pixel reduction unit or spatial modulation element). It is.
Thus, by generating these chromatic aberrations and chromatic aberrations (the same amount and the opposite sign) that cancel, the occurrence of chromatic aberrations in the entire system can be suppressed (eighth embodiment).

次に、第9の実施形態を説明する。
冒頭に述べたシステムの例にあるように、白色照明光を色分解素子によってRGBの3波長帯域に分離し、RGBの各々の照明光束を3枚の空間変調素子によってそれぞれ変調して画像を生成し、生成したRGBの3枚の画像を色合成素子によって合成して投影させる場合、RGBの各波長帯域において発生する倍率色収差量は異なっているので、色合成した後の光学系で3波長の倍率色収差を同時に補正することは難しかった。
しかしながら本実施形態では、図6に示すように、3色のそれぞれを補正する補正光学素子としての倍率色収差補正用レンズ43をRGB各々の光路内に設けるという構成を採ることによって、各色毎に調整が可能になるようにしたので、合成した後で一元的に補正するよりも合成された画像の倍率色収差の補正効果が高くなる。
上記各実施形態では、反射型ライトバルブ素子を用いた例を示したが、透過型ライトバルブ素子を用いた構成としても同様の機能を得ることができる。
Next, a ninth embodiment will be described.
As in the example of the system described at the beginning, white illumination light is separated into RGB three wavelength bands by color separation elements, and each RGB light beam is modulated by three spatial modulation elements to generate an image. When the generated three RGB images are combined and projected by the color combining element, the amount of chromatic aberration of magnification generated in each RGB wavelength band is different. It was difficult to correct lateral chromatic aberration at the same time.
However, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the magnification chromatic aberration correction lens 43 as a correction optical element for correcting each of the three colors is provided in each of the RGB optical paths, thereby adjusting each color. Therefore, the effect of correcting the chromatic aberration of magnification of the combined image is higher than the case where the combined correction is performed after the combining.
In each of the above embodiments, an example using a reflective light valve element has been described, but the same function can be obtained even with a configuration using a transmissive light valve element.

第1の実施形態における反射型ライトバルブ素子の概要平面図である。It is an outline top view of a reflective light valve element in a 1st embodiment. 第1の実施形態における反射型ライトバルブ素子の概要断面図である。It is a schematic sectional drawing of the reflection type light valve element in 1st Embodiment. 第1の実施形態における反射型ライトバルブ素子における照明光の反射特性を示す図である。It is a figure which shows the reflection characteristic of the illumination light in the reflection type light valve element in 1st Embodiment. 第1の実施形態における拡大投射画素の光強度分布と画素縮小像の光強度分布の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the light intensity distribution of the expansion projection pixel in 1st Embodiment, and the light intensity distribution of a pixel reduction image. 第1の実施形態における拡大投影像/拡大投射倍率の画素縮小像と、拡大投影像/拡大投射倍率より小さい画素縮小像の大きさの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the magnitude | size of the pixel reduction image of the enlarged projection image / magnification projection magnification in 1st Embodiment, and the pixel reduction image smaller than an enlarged projection image / magnification projection magnification. 第1の実施形態における画像表示装置の概要図である。1 is a schematic diagram of an image display device according to a first embodiment. マイクロレンズが球面の場合と非球面の場合とにおける光強度分布の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the light intensity distribution in the case where a micro lens is a spherical surface and the case of an aspherical surface. マイクロレンズが非球面で、レンズ光軸と平行に入射する場合と非平行に入射する場合における光強度分布の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the light intensity distribution in the case where a micro lens is aspherical and injects in parallel and the lens optical axis. 拡大投射された画素像と、1/2ピッチ画素ずらしして拡大投射された画素像の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the enlarged and projected pixel image, and the enlarged and projected pixel image shifted by 1/2 pitch pixel. 拡大投射された画素像の合成像を示す図である。It is a figure which shows the synthesized image of the enlarged and projected pixel image. 拡大投射された画素縮小像と、1/2ピッチ画素ずらしして拡大投射された画素縮小像の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pixel reduction image projected and enlarged, and the pixel reduction image enlarged and projected by shifting 1/2 pitch pixel. 拡大投射された画素縮小像の合成像を示す図である。It is a figure which shows the synthesized image of the pixel reduction image by which the expansion projection was carried out. 理想的な画素像の光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution of an ideal pixel image. 実際の画素像の光強度分布を示す図である。It is a figure which shows the light intensity distribution of an actual pixel image. 隣接画素表示エリアの光強度が低い光強度分布を示す図である。It is a figure which shows light intensity distribution with low light intensity of an adjacent pixel display area.

符号の説明Explanation of symbols

14 画素
15 空間光変調素子としての反射型ライトバルブ素子
31 照明光源としてのランプ光源
42 画素縮小手段としての素子
43 補正光学素子としての倍率色収差補正用レンズ
46、47 画素ずらし手段としての画素ずらし素子
48 拡大投射光学系
14 pixels 15 reflective light valve elements as spatial light modulation elements 31 lamp light sources as illumination light sources 42 elements as pixel reducing means 43 lenses for correcting chromatic aberration of magnification as correction optical elements 46 and 47 pixel shifting elements as pixel shifting means 48 Magnification Projection Optical System

Claims (11)

少なくとも、照明光源と、複数の画素をもつ空間光変調素子と、前記画素の縮小像を生成する画素縮小手段と、画素ずらし手段と、拡大投射光学系とを有し、前記画素の縮小像は前記拡大投射光学系によって投影面に拡大投射され、かつ、前記画素ずらし手段によって、像面上に表示される画素の像の位置がずらして表示される画像表示装置において、
前記画素縮小手段によって生成される前記空間光変調素子の画素の縮小像を画素縮小像とし、拡大投射光学系を介して投影面上に投影される前記画素の像を画素拡大像とするとき、前記画素縮小像は前記画素拡大像を拡大投影倍率で除した大きさよりも小さいことを特徴とする画像表示装置。
At least an illumination light source, a spatial light modulation element having a plurality of pixels, a pixel reduction unit that generates a reduced image of the pixel, a pixel shifting unit, and an enlarged projection optical system, and the reduced image of the pixel is In the image display device that is enlarged and projected onto the projection surface by the enlargement projection optical system, and is displayed by shifting the position of the image of the pixel displayed on the image plane by the pixel shifting means.
When the reduced image of the pixel of the spatial light modulation element generated by the pixel reducing means is a pixel reduced image, and the image of the pixel projected on the projection surface via the enlarged projection optical system is a pixel enlarged image, 2. The image display device according to claim 1, wherein the reduced pixel image is smaller than a size obtained by dividing the enlarged pixel image by an enlarged projection magnification.
請求項1記載の画像表示装置において、
前記画素拡大像及び前記画素縮小像の光強度分布を各々の最大光強度で規格化して得られる規格化光強度分布において、特に分布の周辺部における規格化光強度が、画素縮小像<画素拡大像の関係にあることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 1,
In the normalized light intensity distribution obtained by normalizing the light intensity distributions of the pixel enlarged image and the pixel reduced image with the respective maximum light intensities, the normalized light intensity particularly in the periphery of the distribution is the pixel reduced image <pixel enlarged An image display device characterized by being in an image relationship.
請求項2記載の画像表示装置において、
前記画素縮小手段は、前記空間変調素子が有する複数の画素の各々に対して1対1に対応して配列された正のパワーを有するマイクロレンズアレイを含んでいることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 2,
The pixel reduction means includes a microlens array having positive power arranged in a one-to-one correspondence with each of a plurality of pixels of the spatial modulation element. .
請求項3記載の画像表示装置において、
前記マイクロレンズアレイは非球面を有することを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 3.
The image display apparatus, wherein the microlens array has an aspherical surface.
請求項4記載の画像表示装置において、
前記非球面を規定する式におけるコーニック定数が負であることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 4.
An image display device, wherein a conic constant in an expression defining the aspheric surface is negative.
請求項5記載の画像表示装置において、
前記マイクロレンズアレイの光軸と平行に入射する光線の集光特性よりも、前記光軸と非平行に入射する光線の集光特性の方が良好であることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 5,
An image display device characterized in that the condensing characteristic of light incident non-parallel to the optical axis is better than the condensing characteristic of light incident parallel to the optical axis of the microlens array.
請求項5記載の画像表示装置において、
前記画素縮小像が最小となる位置よりも前記空間変調素子に近い位置に前記拡大投射光学系の物体面を配置したことを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 5,
An image display apparatus, wherein an object plane of the enlargement projection optical system is arranged at a position closer to the spatial modulation element than a position where the pixel reduced image is minimized.
請求項7記載の画像表示装置において、
前記画素縮小手段により前記画素縮小像ができる位置である画素縮小像面と前記投影面としての画素拡大像面が光学的に共役なる関係を満たしていることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 7,
The image display apparatus characterized by a pixel reduced image plane is a position where it is the pixel reduced image, and the pixel enlarged images surface as the projection plane meets optically conjugate relationship: by the pixel reduction unit.
請求項8記載の画像表示装置において、
前記画素縮小手段及び前記空間変調素子が発生する色収差とその他の光学系が発生する色収差は量が同一で符号が逆であることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 8.
An image display device characterized in that the chromatic aberration generated by the pixel reduction means and the spatial modulation element and the chromatic aberration generated by another optical system have the same amount and opposite signs.
請求項8記載の画像表示装置において、
前記画素縮小手段又は前記空間変調素子が発生する色収差とその他の光学系が発生する色収差は量が同一で符号が逆であることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 8.
An image display device characterized in that the chromatic aberration generated by the pixel reduction means or the spatial modulation element and the chromatic aberration generated by another optical system have the same amount and opposite signs.
請求項8乃至10のうちの何れか1つに記載の画像表示装置において、
照明光をRGBの3つの波長帯域に分離し、空間光変調素子をRGBの3つの波長帯域に対応して3個設け、RGB各々の画像を生成し、それらを合成し、拡大投射するとき、RGBの各波長帯域に対応する光路内に、倍率色収差を補正する補正光学素子を有することを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to any one of claims 8 to 10,
When separating the illumination light into three wavelength bands of RGB, providing three spatial light modulation elements corresponding to the three wavelength bands of RGB, generating RGB images, synthesizing them, and enlarging and projecting, What is claimed is: 1. An image display apparatus comprising: a correction optical element that corrects chromatic aberration of magnification in an optical path corresponding to each wavelength band of RGB.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04113308A (en) * 1990-09-03 1992-04-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Projection display device
JPH08248309A (en) * 1994-12-09 1996-09-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Projection lens and projection type display device
JPH1055029A (en) * 1996-08-12 1998-02-24 Fuji Xerox Co Ltd Projection type display device
JP2000155372A (en) * 1998-11-19 2000-06-06 Victor Co Of Japan Ltd Projector device
JP2003107400A (en) * 2001-07-26 2003-04-09 Ricoh Co Ltd Image display device
JP2003233124A (en) * 2002-02-13 2003-08-22 Minolta Co Ltd Projection optical system
JP2003248189A (en) * 2002-02-25 2003-09-05 Ricoh Co Ltd Image display device
JP2003315730A (en) * 2002-04-19 2003-11-06 Nikon Corp Color synthesizing optical system, projection display device provided with the optical system, and cross dichroic prism

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04113308A (en) * 1990-09-03 1992-04-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Projection display device
JPH08248309A (en) * 1994-12-09 1996-09-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Projection lens and projection type display device
JPH1055029A (en) * 1996-08-12 1998-02-24 Fuji Xerox Co Ltd Projection type display device
JP2000155372A (en) * 1998-11-19 2000-06-06 Victor Co Of Japan Ltd Projector device
JP2003107400A (en) * 2001-07-26 2003-04-09 Ricoh Co Ltd Image display device
JP2003233124A (en) * 2002-02-13 2003-08-22 Minolta Co Ltd Projection optical system
JP2003248189A (en) * 2002-02-25 2003-09-05 Ricoh Co Ltd Image display device
JP2003315730A (en) * 2002-04-19 2003-11-06 Nikon Corp Color synthesizing optical system, projection display device provided with the optical system, and cross dichroic prism

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