(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周期で第１および第２の状態が交互に切替わる切替制御信号を出力する光路切替制御部と、
所定色の第１および第２の映像光が前記所定周期で交互に切替わる前記所定色の映像光と、前記所定色とは異なる色の第３の映像光との供給を受けるとともに、前記光路切替制御部から前記切替制御信号の供給を受けて、前記切替制御信号が前記第１の状態であるときは、前記第１および第３の映像光を、当該映像光出力装置の入出力間の光路をそれぞれずらさずに出力する一方、前記切替制御信号が前記第２の状態であるときは、前記第２の映像光を当該映像光出力装置の入力側に対し光路をずらして出力側に出力する光路シフト部と、
を備え、
前記光路シフト部は、
前記所定色の映像光と前記第３の映像光との供給を受けて、前記所定色の映像光についてはこれを分光して一方の映像光を直進透過させるとともに他方の映像光を屈折させて光路をシフトして透過させ、前記第３の映像光についてはこれを直進透過させる複屈折光学部と、
前記切替制御信号が前記第１の状態であるときは、前記複屈折光学部からの第１の出力映像光について偏光方向を変調しない一方、前記切替制御信号が前記第２の状態であるときは、前記第１の出力映像光について偏光方向を変調する光位相変調部と、
この光位相変調部からの第２の出力映像光について、所定の偏光方向成分の映像光のみを透過させる偏光板と、
を備えることを特徴とする映像光出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像光出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
奇数フィールドの映像光の光路と偶数フィールドの映像光の光路とを、位相変調光学素子と複屈折光学素子とを用いてフィールドごとに切替えて、一方のフィールドの映像を、他方のフィールドの映像とは異なる位置に表示させるウォブリング技術が知られている。
このウォブリング技術を適用した表示装置として、液晶パネルと偏光スクリーンとの間に偏波面回転素子と複屈折光学素子とを設け、液晶パネルから射出された奇数フィールドの映像光と偶数フィールドの映像光とをフィールドごとに偏波面を回転させて、一方のフィールドの映像光の光路を他方のフィールドの映像光の光路に対して偏光スクリーン上垂直方向に一画素分シフトさせる光学ウォブリング表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の光学ウォブリング表示装置を用いて、一方のフィールドの映像光の光路を他方のフィールドの映像光の光路に対してスクリーン上垂直方向または水平方向に０．５画素分シフトさせて投射するようにすれば、シフト方向に２倍の解像度の映像を得ることができる。
しかしながら、この特許文献１記載の光学ウォブリング表示装置は、構成色全色の映像光の光路を複屈折光学素子によりシフトさせる構成であるため、この光学ウォブリング表示装置を用いて画素ずらし表示をさせるためには通常の２倍の映像情報量を必要とし、非効率的である。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、映像ソースを効率的に用いてウォブリング方式により画素ずらし表示を行う映像光出力装置を提供することを目的とする。それに加えて、本発明は、コントラストの良好な画素ずらし表示を行う映像光出力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、所定周期で第１および第２の状態が交互に切替わる切替制御信号を出力する光路切替制御部と、所定色の第１および第２の映像光が前記所定周期で交互に切替わる前記所定色の映像光と、前記所定色とは異なる色の第３の映像光との供給を受けるとともに、前記光路切替制御部から前記切替制御信号の供給を受けて、前記切替制御信号が前記第１の状態であるときは、前記第１および第３の映像光を、当該映像光出力装置の入出力間の光路をそれぞれずらさずに出力する一方、前記切替制御信号が前記第２の状態であるときは、前記第２の映像光を当該映像光出力装置の入力側に対し光路をずらして出力側に出力する光路シフト部と、を備え、前記光路シフト部は、前記所定色の映像光と前記第３の映像光との供給を受けて、前記所定色の映像光についてはこれを分光して一方の映像光を直進透過させるとともに他方の映像光を屈折させて光路をシフトして透過させ、前記第３の映像光についてはこれを直進透過させる複屈折光学部と、前記切替制御信号が前記第１の状態であるときは、前記複屈折光学部からの第１の出力映像光について偏光方向を変調しない一方、前記切替制御信号が前記第２の状態であるときは、前記第１の出力映像光について偏光方向を変調する光位相変調部と、
この光位相変調部からの第２の出力映像光について、所定の偏光方向成分の映像光のみを透過させる偏光板と、を備えることを特徴とする。
ここで、映像光出力装置が出力する映像光は、例えば、赤色、第１緑色、第２緑色、青色の各映像光である。所定周期とは、映像のフレーム周期であり、フィールド周期であってもよい。また、例えば、第１および第２の映像光は、それぞれ、第１緑色映像および第２緑色映像であり、第３の映像光は、赤色映像および青色映像である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、構成色のうち所望の色の映像光のみについての光路を時分割にシフトさせて、映像ソースの効率的な画素ずらし表示を行うことができる。それに加えて、本発明によれば、コントラストの良好な画素ずらし表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態である映像光出力装置を適用した投射型表示システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態における、信号発生装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】同実施形態における、光学ユニット部の機能構成を示すブロック図である。
【図４】同実施形態における、光路シフト部の機能構成を示すブロック図である。
【図５】同実施形態における、フレーム同期信号と切替制御信号との動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】同実施形態において、光位相変調素子の入出力それぞれにおける偏光状態を模式的に示す図である。
【図７】同実施形態において、複屈折光学素子に含まれる複屈折媒体中に２種類の光路が存在する様子を模式的に示した図である。
【図８】同実施形態において、光路シフト部の各部における偏光状態と光路とを模式的に示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態である映像光出力装置に含まれる光路シフト部の機能構成を示すブロック図である。
【図１０】同実施形態において、光位相変調素子の入出力それぞれにおける偏光状態を模式的に示した図である。
【図１１】同実施形態において、光路シフト部の各部における偏光状態と光路とを模式的に示す図である。
【図１２】映像のフレームの切替えタイミングと光位相変調素子の応答タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。
【図１３】映像のフレームの切替えタイミングと光位相変調素子の線形近似した応答タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。
【図１４】液晶により構成された光位相変調素子の応答速度とコントラストとの関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の第３実施形態において、コントラストが改善された場合における、映像のフレームの切替えタイミングと光位相変調素子の線形近似した応答タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。
【図１６】同実施形態において、コントラストが改善された場合における、コントラストと駆動シフト時間との関係を示すグラフである。
【図１７】同実施形態の変形例において、黒色の挿入によりコントラストが改善された場合における、コントラストと駆動シフト時間との関係を示すグラフである。
【図１８】緑色光表示素子を液晶表示素子とした場合の、フレーム上書きの状態を模式的に示す図である。
【図１９】本発明の第４実施形態において、フレーム画像の切替わりと切替制御信号ＳＣとの関係を模式的に示す図である。
【図２０】本発明の第５実施形態である映像光出力装置に含まれる光路シフト部と光路切替制御部との機能構成を示すブロック図である。
【図２１】同実施形態において、光路シフト部に含まれる光位相変調素子の素子表面を模式的に斜視した図である。
【図２２】同実施形態において、フレーム同期信号と切替制御信号との動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図２３】同実施形態において、光位相変調素子を用いた場合の、水平ライン数とコントラストとの関係を示すグラフである。
【図２４】本発明の第６実施形態において、物理的なシャッタ機構である回転シャッタを映像光の入射側より模式的に表した図である。
【図２５】本発明の第６実施形態である映像光出力装置における光路シフト部の機能構成を示すブロック図である。
【図２６】同実施形態において、光路シフト部を４段適用した場合の、光路シフト部と光路切替制御部との機能構成を示すブロック図である。
【図２７】本発明の第８実施形態である映像光出力装置における光路シフト部に含まれる複屈折光学部の概略の構成を示すブロック図である。
【図２８】本発明の各実施形態における投射型表示システムを、立体映像表示システムに適用した場合の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１実施形態である映像光出力装置を適用した投射型表示システムの全体構成を示すブロック図である。同図に示すように、投射型表示システム１は、信号発生装置１０と、映像信号切替装置２０と、投射型表示装置３０とを含んで構成される。
信号発生装置１０は、赤色映像の映像信号である赤色映像信号Ｒｉｎと、青色映像の映像信号である青色映像信号Ｂｉｎと、第１緑色映像の映像信号である第１緑色映像信号Ｇ１ｉｎと、第２緑色映像の映像信号である第２緑色映像信号Ｇ２ｉｎと、映像のフレーム周期に同期したフレーム同期信号ＦＴとを出力する。
映像信号切替装置２０は、第１緑色映像信号Ｇ１ｉｎと、第２緑色映像信号Ｇ２ｉｎと、フレーム同期信号ＦＴとの供給を受けて、フレーム同期信号ＦＴによるフレーム周期にしたがって、第１緑色映像信号Ｇ１ｉｎと第２緑色映像信号Ｇ２ｉｎとを交互に切替えて緑色映像信号Ｇｉｎを出力する。つまり、映像信号切替装置２０は、第１緑色映像と第２緑色映像とがフレームごとに交互に切替わる映像である緑色映像信号Ｇｉｎを出力する。この映像信号切替装置２０は、例えば２系統の映像入力×１系統の映像出力の構成を有するフレームスイッチャである。
【００１４】
投射型表示装置３０は、赤色映像信号Ｒｉｎと、青色映像信号Ｂｉｎと、緑色映像信号Ｇｉｎと、フレーム同期信号ＦＴとの供給を受けて、赤色映像と青色映像と第１緑色映像とのフレーム上の画素位置が一致するとともに、第２緑色映像のフレーム上の画素位置が第１緑色映像のフレーム上の画素位置に対して例えば垂直方向に１画素未満分（例えば、０．５画素分）ずれるように光路を設定した赤色映像光Ｒｏｕｔと、緑色映像光Ｇｏｕｔと、青色映像光Ｂｏｕｔとを投射する。
この投射型表示装置３０は、光学ユニット部３１と、光路シフト部３２と、光路切替制御部３３と、投射光学系３４とを備える。
なお、本実施形態の映像光出力装置は、光路シフト部３２と光路切替制御部３３とを含む装置である。
【００１５】
光学ユニット部３１は、赤色映像信号Ｒｉｎと、青色映像信号Ｂｉｎと、緑色映像信号Ｇｉｎとの供給を受けて電気信号から光信号に変換し、垂直の直線偏光である赤色映像光Ｒｌｐと、右円偏光である緑色映像光Ｇｃｐと、垂直の直線偏光である青色映像光Ｂｌｐとを出力する。
緑色映像光Ｇｃｐは、映像のフレーム周期にしたがって、第１緑色映像信号Ｇ１ｉｎによる第１緑色映像光（第１の映像光）と第２緑色映像信号Ｇ２ｉｎによる第２緑色映像光（第２の映像光）とが交互に切替わる光線である。また、赤色映像光Ｒｌｐおよび青色映像光Ｂｌｐは第３の映像光である。
光路シフト部３２は、光学ユニット部３１から、赤色映像光Ｒｌｐと、緑色映像光Ｇｃｐと、青色映像光Ｂｌｐとの供給を受けるとともに、光路切替制御部３３から切替制御信号ＳＣの供給を受けて、切替制御信号ＳＣの切替タイミングにしたがって、赤色映像光Ｒｌｐによる赤色映像と、青色映像光Ｂｌｐによる青色映像と、緑色映像光Ｇｃｐに含まれる第１緑色映像光による第１緑色映像とのフレーム上の画素位置が一致するとともに、緑色映像光Ｇｃｐに含まれる第２緑色映像光による第２緑色映像のフレーム上の画素位置が第１緑色映像のフレーム上の画素位置に対して垂直方向に１画素未満分ずれるように光路を設定した赤色映像光Ｒｏｕｔと、緑色映像光Ｇｏｕｔと、青色映像光Ｂｏｕｔとを出力する。
光路切替制御部３３は、フレーム同期信号ＦＴの供給を受けて、フレーム周期でＯＦＦ状態（第１の状態）とＯＮ状態（第２の状態）とを繰り返す切替制御信号ＳＣを生成して出力する。
投射光学系３４は、少なくとも投射レンズを含み、赤色映像光Ｒｏｕｔと、緑色映像光Ｇｏｕｔと、青色映像光Ｂｏｕｔとを投射レンズを通して外部に投射する。
【００１６】
なお、信号発生装置１０から映像信号切替装置２０および投射型表示装置３０に対しては、赤色・緑色・青色（ＲＧＢ）の映像信号の他、映像同期信号、クロック信号等の映像制御信号が供給されるが、本実施形態においては、ＲＧＢ映像信号系についてのみ説明および図示を行い、映像制御信号についてはその説明および図示を省略する。
【００１７】
次に、信号発生装置１０の構成について説明する。図２は、信号発生装置１０の機能構成を示すブロック図である。同図に示すように、信号発生装置１０は、映像データ記憶部１１と、映像データ読出部１２と、遅延処理部１３とを備える。
映像データ記憶部１１は、赤色映像と、青色映像と、第１緑色映像と、第２緑色映像との各フレームデータを含む映像データを記憶する。この映像データの１フレーム分の画像データは、例えば、赤色画像の画素と、青色画像の画素と、第１緑色画像の画素との配置位置が一致するとともに、第２緑色画像の画素が第１緑色画像の画素に対して０．５画素分垂直下方にずれた配置位置となってフレーム画像を構成する。映像データ記憶部１１は、例えば、赤色、青色、および２系統の緑色（デュアルグリーン）による４板式撮影装置により撮影された４系統の撮影データを映像データとして記憶する。または、高精細もしくは超高精細映像データから、画素ずらし映像データを信号処理により生成して映像データとして記憶してもよい。
【００１８】
映像データ読出部１２は、映像データ記憶部１１から映像データを読み出して、その映像データのうち、赤色映像データＲｄと、青色映像データＢｄとを遅延処理部１３に供給する。また、映像データ読出部１２は、読み出した映像データのうち、第１緑色映像データの映像信号である第１緑色映像信号Ｇ１ｉｎと、第２緑色映像データの映像信号である第２緑色映像信号Ｇ２ｉｎとを出力する。さらに、映像データ読出部１２は、映像制御信号の同期信号に基づいて、映像のフレーム周期に同期したフレーム同期信号ＦＴを生成して出力する。
【００１９】
遅延処理部１３は、赤色映像データＲｄと青色映像データＢｄとの供給を受けて、映像信号切替部２０の処理にかかる時間分だけ赤色映像データＲｄと青色映像データＢｄとの伝送タイミングを遅延させた後、赤色映像データＲｄの映像信号である赤色映像信号Ｒｉｎと、青色映像データＢｄの映像信号である青色映像信号Ｂｉｎとを出力する。
なお、遅延処理部１３は、信号発生装置１０側ではなく投射型表示装置３０内の光学ユニット部３１の前段に設けてもよい。
【００２０】
次に、投射型表示装置３０の各部のより詳細な構成について説明する。図３は、光学ユニット部３１の機能構成を示すブロック図である。同図に示すように、光学ユニット部３１は、光源部３１１と、青色光ダイクロイックミラー３１２と、黄色光ダイクロイックミラー３１３と、偏光ビームスプリッタ３１４，３１５，３１７，３１９，３２１と、青色光表示素子３１６と、緑色光ダイクロイックミラー３１８と、赤色光表示素子３２０と、緑色光表示素子３２２と、λ／４板３２３と、クロスダイクロイックプリズム３２４とを備える。
【００２１】
光源部３１１は、白色光源と偏光変換素子とを含んで構成される。白色光源が発光した白色光は、偏光変換素子を通過することによってその偏光成分がＳ偏光に揃えられたＳ偏光白色光Ｌとなる。青色光ダイクロイックミラー３１２は、光源部３１１から照射されたＳ偏光白色光Ｌのうち青色光波長成分を有する青色光Ｂを反射させて偏光ビームスプリッタ３１４に入射させる。偏光ビームスプリッタ３１４は、入射されたＳ偏光である青色光Ｂを反射させて偏光ビームスプリッタ３１５に入射させる。偏光ビームスプリッタ３１５は、入射されたＳ偏光である青色光Ｂを反射させて青色光表示素子３１６の表示部に入射させる。青色光表示素子３１６は、信号発生装置１０から青色映像信号Ｂｉｎの供給を受けて表示部に表示するとともに、表示部に入射された青色光Ｂを変調してＰ偏光である青色映像光Ｂｌｐを反射光として偏光ビームスプリッタ３１５に入射させる。なお、青色映像光Ｂｌｐは垂直の直線偏光である。偏光ビームスプリッタ３１５は、入射されたＰ偏光である青色映像光Ｂｌｐを透過させてクロスダイクロイックプリズム３２４に入射させる。
【００２２】
黄色光ダイクロイックミラー３１３は、光源部３１１から照射されたＳ偏光白色光Ｌのうち赤色光波長成分および緑色光波長成分のみを有する黄色光Ｙｅを反射させて偏光ビームスプリッタ３１７に入射させる。偏光ビームスプリッタ３１７は、入射されたＳ偏光である黄色光Ｙｅを反射させて緑色光ダイクロイックミラー３１８に入射させる。緑色光ダイクロイックミラー３１８は、入射された黄色光Ｙｅのうち赤色光波長成分を有する赤色光Ｒを透過させて偏光ビームスプリッタ３１９に入射させる。また、緑色光ダイクロイックミラー３１８は、黄色光Ｙｅのうち緑色光波長成分を有する緑色光Ｇを反射させて偏光ビームスプリッタ３２１に入射させる。
【００２３】
偏光ビームスプリッタ３１９は、入射されたＳ偏光である赤色光Ｒを反射させて赤色光表示素子３２０の表示部に入射させる。赤色光表示素子３２０は、信号発生装置１０から赤色映像信号Ｒｉｎの供給を受けて表示部に表示するとともに、表示部に入射された赤色光Ｒを変調してＰ偏光である赤色映像光Ｒｌｐを反射光として偏光ビームスプリッタ３１９に入射させる。なお、赤色映像光Ｒｌｐは垂直の直線偏光である。偏光ビームスプリッタ３１９は、入射されたＰ偏光である赤色映像光Ｒｌｐを透過させてクロスダイクロイックプリズム３２４に入射させる。
【００２４】
偏光ビームスプリッタ３２１は、入射されたＳ偏光である緑色光Ｇを反射させて緑色光表示素子３２２の表示部に入射させる。緑色光表示素子３２２は、映像信号切替装置２０から緑色映像信号Ｇｉｎの供給を受けて表示部に表示するとともに、表示部に入射された緑色光Ｇを変調してＰ偏光である緑色映像光を反射光としてλ／４板３２３に入射させる。なお、λ／４板３２３に入射される緑色映像光は垂直の直線偏光である。λ／４板３２３は、入射された緑色映像光の偏光状態を垂直の直線偏光から右円偏光に変換し、緑色映像光Ｇｃｐとしてクロスダイクロイックプリズム３２４に入射させる。
【００２５】
クロスダイクロイックプリズム３２４は、偏光ビームスプリッタ３１５から入射された青色映像光Ｂｌｐを反射させて出力し、偏光ビームスプリッタ３１９から入射された赤色映像光Ｒｌｐを反射させて出力し、λ／４板３２３から入射された緑色映像光Ｇｃｐを透過させて出力する。
なお、青色光表示素子３１６と、赤色光表示素子３２０と、緑色光表示素子３２２とは、例えばＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の反射型表示素子である。
【００２６】
図４は、光路シフト部３２の機能構成を示すブロック図である。同図に示すように、光路シフト部３２は、光位相変調素子３５１と、位相板３５２と、複屈折光学素子３５３とを備える。
光位相変調素子３５１は、光学ユニット部３１から、赤色映像光Ｒｌｐと、緑色映像光Ｇｃｐと、青色映像光Ｂｌｐとの供給を受けるとともに、光路切替制御部３３から切替制御信号ＳＣの供給を受ける。そして、光位相変調素子３５１は、切替制御信号ＳＣに基づいてフレームごとに、赤色映像光Ｒｌｐと緑色映像光Ｇｃｐと青色映像光Ｂｌｐとを、それぞれの偏光状態を変えずに透過させる状態と、右円偏光である緑色映像光Ｇｃｐの偏光状態のみを変えて透過させる状態とを、交互に繰り返す。
位相板３５２は、映像光が有する緑色光波長成分のみの偏光状態を変換する光学素子である。本実施形態において、位相板３５２は、映像光が有する緑色光波長成分のみについて、右円偏光を垂直の直線偏光に変換し、左円偏光を水平の直線偏光に変換する位相変調特性を有する。
複屈折光学素子３５３は、複屈折特性を有する光学素子であり複屈折媒体を含んで形成される。複屈折特性は、光線が複屈折媒体を通過する際に、光線の偏光状態に応じて２種類の方向に進む性質のことである。
【００２７】
図５は、フレーム同期信号ＦＴと切替制御信号ＳＣとの動作タイミングを示すタイミングチャートである。同図に示すように、フレーム同期信号ＦＴは、映像のフレーム周期で、各フレームの先頭の所定期間に立ち上がるパルス信号である。この先頭の所定期間は例えば垂直ブランキング期間であってよい。
切替制御信号ＳＣは、フレーム同期信号ＦＴの各パルスの立ち上がりに同期してＯＦＦ状態とＯＮ状態とを繰り返すトグル信号であり、ＯＦＦ状態を０（ゼロ）値とし、ＯＮ状態を任意のレベル値とする。切替制御信号ＳＣがＯＦＦ状態である期間は、第１緑色映像のフレーム期間に対応し、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態である期間は、第２緑色映像のフレーム期間に対応する。
なお、フレーム同期信号ＦＴはフレーム周期を検出できる信号であればよいため、フレーム同期信号ＦＴの動作タイミングを同図の切替制御信号ＳＣと同一にして信号を共通化してもよい。
【００２８】
次に、光位相変調素子３５１の位相変調特性について説明する。図６は、光位相変調素子３５１の入出力それぞれにおける偏光状態を模式的に示す図である。同図（ａ）は、切替制御信号ＳＣがＯＦＦ状態であるときの光位相変調素子３５１の偏光状態を示す図であり、同図（ｂ）は、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるときの光位相変調素子３５１の偏光状態を示す図である。同図（ａ）および（ｂ）ともに、光軸Ｏの方向は、同図に示すように光線の進行方向と同一の方向である。同図において、光軸Ｏを基準とした偏光方位角が０度、４５度、および９０度である直線偏光と、右円偏光とをそれぞれ入射した場合の、光位相変調素子３５１の出力後の偏光状態は次のようになる。
【００２９】
図６（ａ）に示すように、切替制御信号ＳＣがＯＦＦ状態であるときは、光位相変調素子３５１の入射前の偏光状態と出力後の偏光状態とは４種類とも同一である。また、同図（ｂ）に示すように、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるときは、偏光方位角が０度および９０度である直線偏光の光位相変調素子３５１への入射に対する出力後の偏光状態は２種類とも同一である。また、偏光方位角が４５度である直線偏光および右円偏光の光位相変調素子３５１への入射に対する出力後の偏光状態は、偏光方位角が１３５度である直線偏光および左円偏光である。
【００３０】
つまり、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるときの光位相変調素子３５１の偏光特性を数値化したミュラー行列Ｍ（ボールド体）は式（１）となる。なお、“（ボールド体）”という記載は、その直前の文字がボールド体で表されることを示し、当該文字により表現されるものが行列またはベクトルであることを意味する。
【００３１】
【数１】
0005426343.tif 000002
【００３２】
切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるとき、光位相変調素子３５１に偏光方位角が０度である直線偏光が入射されると、位相変調後のストークスベクトルＳ（ボールド体）’（ダッシュ）は式（２）となる。すなわち、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるとき、光位相変調素子３５１に偏光方位角０度の直線偏光が入射されると、偏光方位角が０度である直線偏光が出力される。
【００３３】
【数２】
0005426343.tif 000003
【００３４】
切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるとき、光位相変調素子３５１に偏光方位角が４５度である直線偏光が入射されると、位相変調後のストークスベクトルＳ（ボールド体）’（ダッシュ）は式（３）となる。すなわち、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるとき、光位相変調素子３５１に偏光方位角４５度の直線偏光が入射されると、偏光方位角が１３５度である直線偏光が出力される。
【００３５】
【数３】
0005426343.tif 000004
【００３６】
切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるとき、光位相変調素子３５１に偏光方位角が９０度である直線偏光が入射されると、位相変調後のストークスベクトルＳ（ボールド体）’（ダッシュ）は式（４）となる。すなわち、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるとき、光位相変調素子３５１に偏光方位角９０度の直線偏光が入射されると、偏光方位角が９０度である直線偏光が出力される。
【００３７】
【数４】
0005426343.tif 000005
【００３８】
切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるとき、光位相変調素子３５１に右円偏光が入射されると、位相変調後のストークスベクトルＳ（ボールド体）’（ダッシュ）は式（５）となる。すなわち、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるとき、光位相変調素子３５１に右円偏光が入射されると、左円偏光が出力される。
【００３９】
【数５】
0005426343.tif 000006
【００４０】
次に、複屈折光学素子３５３について説明する。図７は、複屈折光学素子３５３に含まれる複屈折媒体中に２種類の光路が存在する様子を模式的に示した図である。同図に示すように、複屈折光学素子３５３に含まれる複屈折媒体の光学軸をＺ軸７１とした場合に、複屈折光学素子３５３に光線７２が入射されると、Ｚ軸７１に対して垂直に振動する光線（常光線）７３は直進し、振動方向がこの直線と直角となる光線（異常光線）７４は複屈折媒体中を屈折して斜め方向に進行する。複屈折媒体としては、水晶、方解石、ルチル、液晶等が適用可能であり、これらの中では、人工的に作り易い等の点で水晶を適用するのが好ましい。
複屈折光学素子３５３の入射側の媒体結晶表面とＺ軸７１とがなす角度αと、常光線７３と異常光線７４とのビームスプリット角である角度βとの関係は、複屈折媒体の常光屈折率をｎｏとし、異常光屈折率をｎｅとすると式（６）で表される。
【００４１】
【数６】
0005426343.tif 000007
【００４２】
複屈折光学素子３５３の出力側の媒体結晶表面上における常光線７３の射出光軸に対する異常光線７４の射出光軸のずれである光路シフト量は、複屈折媒体の射出光軸方向の厚みによって定まる。例えば、複屈折光学素子３５３の複屈折媒体を水晶とした場合の常光屈折率ｎｏは１．５４４３、異常光屈折率ｎｅは１．５５３４であり、光路シフト量を５μｍとするためには、式（６）の計算によれば水晶の厚みを０．８５１ｍｍにする。なお、５μｍの光路シフト量は、緑色光表示素子３２２を対角１．７５インチのＬＣＯＳとした場合に、その表示部にスーパーハイビジョンと呼ばれる超高精細映像の水平７６８０画素×垂直４３２０画素のフレーム画像を表示させたときの１画素分のサイズに相当する長さである。
また、複屈折光学素子３５３の常光線７３に対する異常光線７４の光路シフトの方向は、常光線７３を回転軸とした場合の複屈折光学素子３５３の回転角度によって決定される。本実施形態では、複屈折光学素子３５３は、異常光線７４が常光線７３に対して映像のフレーム上垂直下方にずれるような向きに設けられる。
【００４３】
次に、光路シフト部３２の動作について説明する。図８は、光路シフト部３２の各部における偏光状態と光路とを模式的に示す図である。同図（ａ）は、切替制御信号ＳＣがＯＦＦ状態であるときの光路シフト部３２の動作状態を示し、同図（ｂ）は、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるときの光路シフト部３２の動作状態を示す。
【００４４】
図８（ａ）において、切替制御信号ＳＣがＯＦＦ状態であるとき、光位相変調素子３５１は、垂直の直線偏光である赤色映像光Ｒｌｐと、右円偏光である緑色映像光Ｇｃｐと、垂直の直線偏光である青色映像光Ｂｌｐとが入射されると、いずれの映像光も位相変調せずに出力する。
次に、位相板３５２は、光位相変調素子３５１から出力された赤色映像光（垂直の直線偏光）と、緑色映像光（右円偏光）と、青色映像光（垂直の直線偏光）とを入射させて緑色映像光のみの偏光状態を右円偏光から垂直の直線偏光に変換する。
次に、複屈折光学素子３５３は、位相板３５２から出力された赤色映像光（垂直の直線偏光）と、緑色映像光（垂直の直線偏光）と、青色映像光（垂直の直線偏光）とを入射させて、これら３色の映像光を常光線として複屈折媒体内を直進させて、いずれも光路シフトしない赤色映像光Ｒｏｕｔと、緑色映像光Ｇｏｕｔと、青色映像光Ｂｏｕｔとを出力する。
【００４５】
また、図８（ｂ）において、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるとき、光位相変調素子３５１は、赤色映像光Ｒｌｐと、緑色映像光Ｇｃｐと、青色映像光Ｂｌｐとが入射されると、緑色映像光Ｇｃｐのみ右円偏光から左円偏光に位相変調する一方、その他の２つの映像光については位相変調せずに出力する。
次に、位相板３５２は、光位相変調素子３５１から出力された赤色映像光（垂直の直線偏光）と、緑色映像光（左円偏光）と、青色映像光（垂直の直線偏光）とを入射させて、緑色映像光のみの偏光状態を左円偏光から水平の直線偏光に変換する。
次に、複屈折光学素子３５３は、位相板３５２から出力された赤色映像光（垂直の直線偏光）と、緑色映像光（水平の直線偏光）と、青色映像光（垂直の直線偏光）とを入射させて、これら３色の映像光のうち赤色映像光と青色映像光との２つの映像光については、常光線として複屈折媒体内を直進させて光路シフトしない赤色映像光Ｒｏｕｔと、青色映像光Ｂｏｕｔとを出力する。それとともに、複屈折光学素子３５３は、緑色映像光については、異常光線として複屈折媒体内を斜めに進行させて、映像のフレームにおいて垂直下方に光路シフトした緑色映像光Ｇｏｕｔを出力する。
【００４６】
つまり、光路シフト部３２は、緑色映像光Ｇｏｕｔのみについて、垂直下方に光路シフトされた状態と光路シフトされない状態とを映像のフレーム周期で繰り返す。緑色映像光Ｇｏｕｔは、切替制御信号ＳＣがＯＦＦ状態であるフレームにおいて第１緑色映像信号Ｇ１ｉｎに関する第１緑色映像光を含み、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるフレームにおいて第２緑色映像信号Ｇ２ｉｎに関する第２緑色映像光を含む。よって、赤色映像光Ｒｏｕｔと、第１緑色映像光と、青色映像光Ｂｏｕｔとの映像のフレームにおける表示位置が一致するとともに、第１緑色映像光に対して垂直下方に第２緑色映像光の表示位置をずらすことができる。
【００４７】
本実施形態によれば、垂直下方の光路シフト量が０．５画素分のサイズに相当する長さとなるように複屈折光学素子３５３の複屈折媒体の厚みを調整すれば、緑色映像のみの画素ずらし方向の解像度を、画素ずらしをしない場合の解像度の２倍にすることができる。
【００４８】
［第２の実施の形態］
本発明の第２実施形態は、上述した第１実施形態における投射型表示システム１のうち投射型表示装置３０に含まれる光路シフト部３２の構成を変更したものである。したがって、本実施形態では、第１実施形態とは構成の異なる光路シフト部について説明し、その他の共通する部分についての説明を省略する。
【００４９】
図９は、本発明の第２実施形態である映像光出力装置に含まれる光路シフト部の機能構成を示すブロック図である。同図に示すように、光路シフト部３２ａは、複屈折光学素子３５３と、光位相変調素子３５１ａと、偏光板３５４とを備える。
複屈折光学素子３５３は、第１実施形態において用いられたものと同一の光学素子である。しかし、本実施形態では、複屈折光学素子３５３は光路シフト部３２ａの初段に設けられているため、入出力の偏光状態が第１実施形態とは異なる。つまり、複屈折光学素子３５３は、光学ユニット部３１から、垂直の直線偏光である赤色映像光Ｒｌｐと、右円偏光である緑色映像光Ｇｃｐと、垂直の直線偏光である青色映像光Ｂｌｐとの供給を受けると、赤色映像光Ｒｌｐおよび青色映像光Ｂｌｐについては、複屈折媒体内を常光線として直進させ、緑色映像光Ｇｃｐについては、右円偏光のうち垂直方向成分を常光線として直進させ、水平方向成分を異常光線として斜め方向に進行させる。
【００５０】
光位相変調素子３５１ａは、複屈折光学素子３５３から、赤色映像光（垂直の直線偏光）と、第１の緑色映像光（垂直の直線偏光）と、第２の緑色映像光（水平の直線偏光）と、青色映像光（垂直の直線偏光）との供給を受けるとともに、光路切替制御部３３から切替制御信号ＳＣの供給を受けて、切替制御信号ＳＣに基づいて、これら映像光をそれぞれの偏光状態を変えずに透過させるか、偏光方向を９０度変調させて透過させる。光位相変調素子３５１ａは、例えば、液晶による位相変調素子であり、ツイストネマチック液晶による旋光機能によって偏光方向を回転させるもので実現できる。または、光位相変調素子３５１ａは、液晶の複屈折特性によって位相変調するものでもよく、強誘電性液晶素子を使用した偏光素子ではミリ秒以下の応答速度を得ることができる。
偏光板３５４は、垂直の直線偏光のみを通過させるように設けられた偏光子である。
【００５１】
次に、光位相変調素子３５１ａの位相変調特性について説明する。図１０は、光位相変調素子３５１ａの入出力それぞれにおける偏光状態を模式的に示した図である。同図（ａ）は、切替制御信号ＳＣがＯＦＦ状態であるときの光位相変調素子３５１ａの偏光状態を示す図であり、同図（ｂ）は、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるときの光位相変調素子３５１ａの偏光状態を示す図である。同図（ａ）および（ｂ）ともに、光軸Ｏの方向は、同図に示すように光線の進行方向と同一の方向である。同図において、光軸Ｏを基準とした偏光方位角が０度および９０度である直線偏光をそれぞれ入射した場合の、光位相変調素子３５１ａの出力後の偏光状態は次のようになる。
同図（ａ）に示すように、切替制御信号ＳＣがＯＦＦ状態であるときは、光位相変調素子３５１の入射前の偏光状態と出力後の偏光状態とは２種類とも同一である。また、同図（ｂ）に示すように、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるときは、偏光方位角が０度および９０度である直線偏光の光位相変調素子３５１への入射に対する出力後の偏光状態は、偏光方向が９０度変調される。
【００５２】
次に、光路シフト部３２ａの動作について説明する。図１１は、光路シフト部３２ａの各部における偏光状態と光路とを模式的に示す図である。同図（ａ）は、切替制御信号ＳＣがＯＦＦ状態であるときの光路シフト部３２ａの動作状態を示し、同図（ｂ）は、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるときの光路シフト部３２ａの動作状態を示す。
【００５３】
図１１（ａ）において、複屈折光学素子３５３は、垂直の直線偏光である赤色映像光Ｒｌｐと、右円偏光である緑色映像光Ｇｃｐと、垂直の直線偏光である青色映像光Ｂｌｐとが入射されると、赤色映像光Ｒｌｐおよび青色映像光Ｂｌｐについては、複屈折媒体内を常光線として直進させ、緑色映像光Ｇｃｐについては、右円偏光のうち垂直方向成分を常光線として直進させ、水平方向成分を異常光線として斜め方向に進行させる。これにより、第１の緑色映像光（垂直の直線偏光）に対して第２の緑色映像光（水平の直線偏光）は映像のフレームにおいて垂直下方に光路シフトされた状態となる。
【００５４】
次に、切替制御信号ＳＣがＯＦＦ状態であるとき、光位相変調素子３５１ａは、複屈折光学素子３５３から出力された、赤色映像光（垂直の直線偏光）と、第１の緑色映像光（垂直の直線偏光）と、第２の緑色映像光（水平の直線偏光）と、青色映像光（垂直の直線偏光）とを入射させて、これらの映像光をそれぞれの偏光状態を変えずに透過させる。
次に、偏光板３５４は、光位相変調素子３５１ａから出力された赤色映像光（垂直の直線偏光）と、第１の緑色映像光（垂直の直線偏光）と、第２の緑色映像光（水平の直線偏光）と、青色映像光（垂直の直線偏光）とを入射させて、水平の直線偏光である第２の緑色映像光のみを遮光し、その他の赤色映像光（垂直の直線偏光）と、第１の緑色映像光（垂直の直線偏光）と、青色映像光（垂直の直線偏光）とを透過させて、いずれも光路シフトしない赤色映像光Ｒｏｕｔと、緑色映像光Ｇｏｕｔと、青色映像光Ｂｏｕｔとして出力する。
【００５５】
また、図１１（ｂ）において、複屈折光学素子３５３は、垂直の直線偏光である赤色映像光Ｒｌｐと、右円偏光である緑色映像光Ｇｃｐと、垂直の直線偏光である青色映像光Ｂｌｐとが入射されると、赤色映像光Ｒｌｐおよび青色映像光Ｂｌｐについては、複屈折媒体内を常光線として直進させ、緑色映像光Ｇｃｐについては、右円偏光のうち垂直方向成分を常光線として直進させ、水平方向成分を異常光線として斜め方向に進行させる。これにより、第１の緑色映像光（垂直の直線偏光）に対して第２の緑色映像光（水平の直線偏光）は映像のフレームにおいて垂直下方に光路シフトされた状態となる。
【００５６】
次に、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるとき、光位相変調素子３５１ａは、複屈折光学素子３５３から出力された、赤色映像光（垂直の直線偏光）と、第１の緑色映像光（垂直の直線偏光）と、第２の緑色映像光（水平の直線偏光）と、青色映像光（垂直の直線偏光）とを入射させて、これらの映像光それぞれの偏光方向を９０度変調させて透過させる。
次に、偏光板３５４は、光位相変調素子３５１ａから出力された赤色映像光（水平の直線偏光）と、第１の緑色映像光（水平の直線偏光）と、第２の緑色映像光（垂直の直線偏光）と、青色映像光（水平の直線偏光）とを入射させ、垂直の直線偏光である第２の緑色映像光のみを透過させ、その他の赤色映像光（水平の直線偏光）と、第１の緑色映像光（水平の直線偏光）と、青色映像光（水平の直線偏光）とを遮光して、光位相変調素子３５１ａで光路シフトされた第２の緑色映像光を緑色映像光Ｇｏｕｔとして出力する。
【００５７】
つまり、光路シフト部３２は、緑色映像光Ｇｏｕｔのみについて、垂直下方に光路シフトされた状態と光路シフトされない状態とを映像のフレーム周期で繰り返す。緑色映像光Ｇｏｕｔは、切替制御信号ＳＣがＯＦＦ状態であるフレームにおいて第１緑色映像信号Ｇ１ｉｎに関する第１緑色映像光を含み、切替制御信号ＳＣがＯＮ状態であるフレームにおいて第２緑色映像信号Ｇ２ｉｎに関する第２緑色映像光を含む。よって、赤色映像光Ｒｏｕｔと、第１緑色映像光と、青色映像光Ｂｏｕｔとの映像のフレームにおける表示位置が一致するとともに、第１緑色映像光に対して垂直下方に第２緑色映像光の表示位置をずらすことができる。
【００５８】
本実施形態においても、垂直下方の光路シフト量が０．５画素分のサイズに相当する長さとなるように複屈折光学素子３５３の複屈折媒体の厚みを調整すれば、緑色映像のみの画素ずらし方向の解像度を、画素ずらしをしない場合の解像度の２倍にすることができる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、光路シフト部３２ａは、第１実施形態における光路シフト部３２で用いられた、映像光が有する緑色光波長成分のみの偏光状態を変換する位相板３５２が不要であり、より安価で一般的な偏光子である偏光板３５４を用いるため、光路シフト部３２よりも低コストに実現できる。
また、本実施形態における光路シフト部３２ａは、その最終段に偏光板３５４を設けたことにより、光位相変調素子３５１ａによって発生するクロストーク光を遮光することができるため、本実施形態における投射型表示装置は、第１実施形態における投射型表示装置３０よりもコントラストの高い映像を表示することができる。
【００６０】
［第３の実施の形態］
本発明の第３実施形態では、前述した第１実施形態における投射型表示システム１の表示のコントラストをより向上させた投射型表示システムについて説明する。第１実施形態においては、投射型表示装置３０が、第１緑色映像信号Ｇ１ｉｎと、これに対して画素ずらしした第２緑色映像信号Ｇ２ｉｎとを映像のフレーム周期で交互に切替えて投射表示した場合に、本来は第１緑色映像信号Ｇ１ｉｎによる第１緑色映像のみが表示されるべきときに、第２緑色映像信号Ｇ２ｉｎによる第２緑色映像が漏れて表示され、これによってクロストークが発生することがあり得る。そこで、光位相変調素子３５１の応答速度の遅延のみを考慮した場合の、光位相変調素子３５１の応答特性が緑色映像光Ｇｏｕｔのコントラストに与える影響について以下説明する。
【００６１】
図１２は、映像のフレームの切替えタイミングと光位相変調素子３５１の応答タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。同図は、フレームの切替えタイミング１２１と光位相変調素子３５１の応答特性を表す応答タイミング１２２とを、横軸である時間軸と縦軸である変調度の軸（最大値を“１”とする。）において重ね合わせて表示したものである。同図によれば、投射型表示装置３０は、フレームの切替えタイミング１２１が“１”である区間において第１緑色映像を表示させ、フレームの切替えタイミング１２１が“０”である区間において第２緑色映像を表示させる。なお、光路切替制御部３３が出力する切替制御信号ＳＣの時間軸方向の動作タイミングは、フレームの切替えタイミング１２１にほぼ一致する。
同図において、領域Ｓ１は、第１緑色映像が表示されるべき場所に表示された第１緑色映像、領域Ｎ１は、第１緑色映像が表示されるべき場所に漏れた第２緑色映像、領域Ｓ２は、第２緑色映像が表示されるべき場所に表示された第２緑色映像、領域Ｎ２は、第２緑色映像が表示されるべき場所に漏れた第１緑色映像である。
【００６２】
図１２において、第１緑色映像のコントラストＣ１と、第２緑色映像のコントラストＣ２と、第１緑色映像のクロストークＴ１と、第２緑色映像のクロストークＴ２とは、式（７）で表される。
【００６３】
【数７】
0005426343.tif 000008
【００６４】
図１２において、光位相変調素子３５１の立上り応答をｒ（ｔ）、立下り応答をｆ（ｔ）、立上り応答時間をｔｒ、立下り応答時間をｔｆ、光位相変調素子３５１の最大変調度をＴｍａｘ、１フレーム時間をＴとすると、領域Ｓ１、領域Ｎ１、領域Ｓ２、および領域Ｎ２は、それぞれ式（８）で表される。
【００６５】
【数８】
0005426343.tif 000009
【００６６】
ここで、計算を簡略化するために、光位相変調素子３５１の応答を線形に近似する。図１３は、映像のフレームの切替えタイミングと光位相変調素子３５１の線形近似した応答タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。同図は、フレームの切替えタイミング１２１と光位相変調素子３５１の線形近似した応答タイミング１２２ａとを、横軸である時間軸と縦軸である変調度の軸（最大値を“１”とする。）において重ね合わせて表示したものである。
図１３において、領域Ｓ１、領域Ｎ１、領域Ｓ２、および領域Ｎ２は、それぞれ式（９）で表される。
【００６７】
【数９】
0005426343.tif 000010
【００６８】
式（９）により、図１３における第１緑色映像のコントラストＣ１と、第２緑色映像のコントラストＣ２と、第１緑色映像のクロストークＴ１と、第２緑色映像のクロストークＴ２とは、式（１０）で表される。
【００６９】
【数１０】
0005426343.tif 000011
【００７０】
式（１０）によれば、光位相変調素子３５１の変調度が低い（つまり、Ｔｍａｘが小さい。）と、第２緑色映像のコントラストＣ２を下げることになるため、光位相変調素子３５１は十分な位相変調特性を必要とする。例えば、光位相変調素子３５１をネマティック液晶により構成し、Ｔ＝１／６０秒、ｔｒ＝３ミリ秒、ｔｆ＝６ミリ秒、Ｔｍａｘ＝０．９５とすると、式（１０）の計算により、Ｃ１＝０．６７０、Ｃ２＝０．７１９、Ｔ１＝０．１９８、Ｔ２＝０．１６３となる。
【００７１】
図１４は、液晶により構成された光位相変調素子３５１の応答速度とコントラストとの関係を示すグラフである。同図において、ネマティック液晶を用いた場合の応答速度ｔＬＣは数ミリ秒であり、その場合のコントラストＣは０．９よりも小さい。また、強誘電性液晶を用いた場合の応答速度ｔＬＣは１ミリ秒以下であり、その場合のコントラストＣは０．９以上である。
【００７２】
本実施形態では、光位相変調素子３５１を、これの応答時間に応じた時間分、映像のフレームの切替えタイミングよりも早く切替えるようにして、投影型表示装置のコントラストを改善する。具体的には、フレーム同期信号ＦＴに基づいて切替制御信号ＳＣを生成する光路切替制御部３３が、フレーム同期信号ＦＴが示す１フレーム時間の開始時よりも所定時間分だけ早く切替わる切替制御信号ＳＣを出力する。
【００７３】
図１５は、コントラストが改善された場合における、映像のフレームの切替えタイミングと光位相変調素子３５１の線形近似した応答タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。同図は、フレームの切替えタイミング１２１と光位相変調素子３５１の線形に近似した応答タイミング１２２ｂとを、横軸である時間軸と不図示の縦軸である変調度の軸（最大値を“１”とする。）において重ね合わせて表示したものである。光路切替制御部３３が、フレーム同期信号ＦＴが示す１フレーム時間の開始時よりも駆動シフト時間ｔｓだけ早く切替わる切替制御信号ＳＣを出力するようにした場合、同図に示すように、応答タイミング１２２ｂは、フレームの切替えタイミング１２１に対して駆動シフト時間ｔｓだけ早い方向にずれる。
図１５において、領域Ｓ１、領域Ｎ１、領域Ｓ２、および領域Ｎ２は、それぞれ式（１１）で表される。
【００７４】
【数１１】
0005426343.tif 000012
【００７５】
式（１１）により、図１５における第１緑色映像のコントラストＣ１と、第２緑色映像のコントラストＣ２と、第１緑色映像のクロストークＴ１と、第２緑色映像のクロストークＴ２とは、式（１２）で表される。
【００７６】
【数１２】
0005426343.tif 000013
【００７７】
図１６は、コントラストが改善された場合における、コントラストＣと駆動シフト時間ｔｓとの関係を示すグラフである。同図は、光位相変調素子３５１をネマティック液晶により構成し、Ｔ＝１／６０秒、ｔｒ＝４ミリ秒、ｔｆ＝６ミリ秒、Ｔｍａｘ＝１とした場合の、第１緑色映像のコントラストＣ１と、第２緑色映像のコントラストＣ２と、駆動シフト時間ｔｓとの関係を示す。
同図において、第１緑色映像のコントラストＣ１が最大となる駆動シフト時間ｔｓは、Ｃ１（ｔｓ）の曲線の傾きが０となる位置、つまり式（１３）により求められる。
【００７８】
【数１３】
0005426343.tif 000014
【００７９】
式（１３）より、式（１４）に示す駆動シフト時間ｔｓが得られる。
【００８０】
【数１４】
0005426343.tif 000015
【００８１】
光路切替制御部３３は、光位相変調素子３５１の応答の立上り応答時間ｔｒと立下り応答時間ｔｆとを用いて式（１４）を計算することにより、第１緑色映像のコントラストＣ１および第２緑色映像のコントラストを最大にすることができる。
【００８２】
駆動シフト時間ｔｓは、光位相変調素子３５１の応答の立上り応答時間ｔｒと、立下り応答時間ｔｆとを測定したり液晶等の位相変調媒体の特性データに基づいたりして、予め式（１４）の計算によって求められる。または、駆動シフト時間ｔｓは、実際に投射型表示装置からの映像の投射を行って緑色映像のコントラストを測定することにより、調整により決定される。
【００８３】
なお、光路切替制御部３３は、光位相変調素子３５１の応答特性である立上り応答ｒ（ｔ）と立下り応答ｆ（ｔ）とのそれぞれに対応させて、切替制御信号ＳＣの切替タイミングを個別に調整するようにしてもよい。
【００８４】
［第３の実施の形態の変形例］
上述した第３実施形態において、投射型表示装置３０は、映像のフレームごとに第１緑色映像と第２緑色映像とを交互に表示するものであった。この第３実施形態の変形例では、第１緑色映像と第２緑色映像との間に黒色表示が発生する時間を設けて、第１緑色映像および第２緑色映像の映像表示時間を制限する例について説明する。
具体的には、映像信号切替装置２０が、図１５に示す応答の立上り時間ｔｒおよび立下り時間ｔｆにおいてＯＮ状態となるマスク制御信号を生成し、このマスク制御信号がＯＮ状態であるときに、緑色映像信号Ｇｉｎの出力を遮断したり黒色画像信号に切替えたりする。これにより、光位相変調素子３５１の応答の立上り時間ｔｒおよび立下り時間ｔｆにおいて、緑色映像Ｇｏｕｔによる表示を黒色にすることができる。
【００８５】
第１緑色映像および第２緑色映像それぞれのフレームにおける表示時間をαＴ（０＜α＜１）とし、条件として、αＴ＜Ｔ−ｔｒ，αＴ＜Ｔ−ｔｆとすると、領域Ｓ１、領域Ｎ１、領域Ｓ２、および領域Ｎ２は、それぞれ式（１５）から式（１８）で表される。
【００８６】
【数１５】
0005426343.tif 000016
【００８７】
【数１６】
0005426343.tif 000017
【００８８】
【数１７】
0005426343.tif 000018
【００８９】
【数１８】
0005426343.tif 000019
【００９０】
ここで、式（１９）のように定義すると、式（１５）および式（１６）は、式（２０）および式（２１）となる。
【００９１】
【数１９】
0005426343.tif 000020
【００９２】
【数２０】
0005426343.tif 000021
【００９３】
【数２１】
0005426343.tif 000022
【００９４】
図１７は、黒色の挿入によりコントラストが改善された場合における、コントラストＣと駆動シフト時間ｔｓとの関係を示すグラフである。同図は、光位相変調素子３５１をネマティック液晶により構成し、Ｔ＝１／６０秒、ｔｒ＝４ミリ秒、ｔｆ＝４ミリ秒、Ｔｍａｘ＝０．９５、α＝０．５とした場合の、第１緑色映像のコントラストＣ１と、第２緑色映像のコントラストＣ２と、駆動シフト時間ｔｓとの関係を示す。同図において明らかなように、黒色を挿入することにより、図１６に示した第３実施形態よりもコントラストを向上することができる。
【００９５】
［第４の実施の形態］
第１実施形態における投射型表示装置３０の光学ユニット部３１に含まれる青色光表示素子３１６、赤色光表示素子３２０、および緑色光表示素子３２２が、例えば液晶表示素子である場合、その駆動方法の制限により表示画面全体の一括書換えを行うことができない。図１８は、緑色光表示素子３２２を液晶表示素子とした場合の第１緑色映像のフレームから第２緑色映像のフレームに書き換わる状態（フレーム上書きの状態）を模式的に示す図である。同図（ａ）は、前回フレーム画像である第１緑色映像のフレームＧ１から、現在フレーム画像である第２緑色映像のフレームＧ２に書き換わる最中の表示面の様子を示したものである。同図（ｂ）は、映像のフレームが順次書き換わる様子を時系列的に示した図であり、横方向が時間方向であり、縦方向が画面の水平ラインである。同図（ａ），（ｂ）が示すように、前回フレーム画像に現在フレーム画像が上書きされている途中段階では、同一表示画面上にフレームＧ１およびフレームＧ２の２つのフレーム画像が混在する状態となる。
【００９６】
そこで、本実施形態では、第１緑色映像のフレームＧ１と第２緑色映像のフレームＧ２との間に黒色のフレーム画像を挿入し、切替制御信号ＳＣのＯＦＦ状態とＯＮ状態との切替え周期を２倍にするとともに、水平ラインごとに、切替制御信号ＳＣの位相を水平表示期間ずつずらすようにする。
具体的には、映像信号切替装置２０が、第１緑色映像信号Ｇ１ｉｎの第１緑色フレーム画像と第２緑色映像信号Ｇ２ｉｎの第２緑色フレーム画像との間に１フレーム分の黒色画像を挿入して緑色映像信号Ｇｉｎとして出力する。
また、信号発生装置１０は、映像制御信号の中の水平同期信号をフレーム同期信号ＦＴとともに光路切替制御部３３に供給し、光路切替制御部３３は、水平同期信号とフレーム同期信号ＦＴとに基づいて、フレーム同期信号ＦＴの周期の２倍周期であって、水平ラインごとに位相が水平表示期間ずつずれるタイミングである切替制御信号ＳＣを生成して光路シフト部３２に供給する。
図１９は、フレーム画像の切替わりと切替制御信号ＳＣとの関係を模式的に示す図である。同図は、先頭ライン（Ｔｏｐ）から最終ライン（Ｂｏｔｔｏｍ）までの水平ラインのうち、先頭ライン（Ｔｏｐ）と中間ライン（Ｍｉｄｄｌｅ）と最終ライン（Ｂｏｔｔｏｍ）とに対応する切替制御信号ＳＣのタイミングを示すものである。
【００９７】
［第５の実施の形態］
本発明の第５実施形態では、第１実施形態における光路シフト部３２に含まれる光位相変調素子３５１を、映像のフレームの中間ライン付近で２分割して各光位相変調素子を切替えの位相をずらして駆動させる例について説明する。
図２０は、本実施形態である映像光出力装置に含まれる光路シフト部と光路切替制御部との機能構成を示すブロック図である。同図において、光路切替制御部３３ｂは、信号発生装置１０からフレーム同期信号ＦＴの供給を受けて、緑色光表示素子３２２の表示部の先頭ラインから中間付近のラインまでを含む上半分フレームを切替え制御するための切替制御信号ＳＣＵと、緑色光表示素子３２２の表示部の中間付近のラインから最終ラインまでを含む下半分フレームを切替え制御するための切替制御信号ＳＣＤとを生成する。
【００９８】
光路シフト部３２ｂは、光学ユニット部３１から、赤色映像光Ｒｌｐと、緑色映像光Ｇｃｐと、青色映像光Ｂｌｐとの供給を受けるとともに、光路切替制御部３３ｂから切替制御信号ＳＣＵ，ＳＣＤの供給を受ける。
光路シフト部３２ｂは、切替制御信号ＳＣＵの切替タイミングにしたがって、赤色映像光Ｒｌｐによる赤色映像と、青色映像光Ｂｌｐによる青色映像と、緑色映像光Ｇｃｐにおける第１緑色映像との上半分フレーム上の画素位置が一致するとともに、緑色映像光Ｇｃｐにおける第２緑色映像の上半分フレーム上の画素位置が第１緑色映像の上半分フレーム上の画素位置に対して垂直方向に１画素分以下（例えば、０．５画素分）ずれるように光路を設定した赤色映像光ＲＵｏｕｔと、緑色映像光ＧＵｏｕｔと、青色映像光ＢＵｏｕｔとを出力する。
【００９９】
また、光路シフト部３２ｂは、切替制御信号ＳＣＤの切替タイミングにしたがって、赤色映像光Ｒｌｐによる赤色映像と、青色映像光Ｂｌｐによる青色映像と、緑色映像光Ｇｃｐにおける第１緑色映像との下半分フレーム上の画素位置が一致するとともに、緑色映像光Ｇｃｐにおける第２緑色映像の下半分フレーム上の画素位置が第１緑色映像の下半分フレーム上の画素位置に対して垂直方向に１画素分以下（例えば、０．５画素分）ずれるように光路を設定した赤色映像光ＲＤｏｕｔと、緑色映像光ＧＤｏｕｔと、青色映像光ＢＤｏｕｔとを出力する。
【０１００】
図２１は、光路シフト部３２ｂに含まれる光位相変調素子の素子表面を模式的に斜視した図である。同図（ａ）は、光位相変調素子の素子表面に、フレームを中間の水平ライン付近で上下に分離するように光透過性を有する電極２１１Ｕ，２１１Ｄが設けられた様子を示す図である。電極２１１Ｕと電極２１１Ｄとの間には、製造工程上の理由や電気特性上の理由等によって数μｍの隙間が生じるため、この隙間は、位相変調されない緑色映像光が透過される部分となる。
また、同図（ｂ）は、電極２１１Ｕと電極２１１Ｄとの隙間部分に遮光物が設けられた様子を示す図である。同図に示すように、電極２１１Ｕと電極２１１Ｄとの隙間部分には、位相変調されない緑色映像光が透過されないようにするため、遮光物２１２が設けられるようにしてもよい。遮光物２１２の材質は、例えばアルミニウムである。
同図（ａ）に示すような電極２１１Ｕ，２１１Ｄ間の隙間および遮光物２１２は、表示素子面から光学的に距離が離れており投射映像には像として現れないため画質を損なうことはない。
【０１０１】
図２２は、フレーム同期信号ＦＴと切替制御信号ＳＣＵと切替制御信号ＳＣＤとの動作タイミングを示すタイミングチャートである。同図に示すように、フレーム同期信号ＦＴは、第１実施形態と同様に、映像のフレーム周期で各フレームの先頭の所定期間にパルスを発生する信号である。
切替制御信号ＳＣＵ、ＳＣＤは、フレーム同期信号ＦＴの２倍の周期で、ＯＦＦ状態とＯＮ状態とを交互に繰り返すトグル信号であり、ＯＦＦ状態を０（ゼロ）値とし、ＯＮ状態を任意のレベル値とする。切替制御信号ＳＣＵ，ＳＣＤともに、黒色映像フレームの期間中に状態を切替えるような動作タイミングとし、切替制御信号ＳＤＣは、切替制御信号ＳＣＵに対して駆動シフト時間ｔｓｃ分位相を遅くずらすようにする。駆動シフト時間ｔｓｃは、１フレーム時間の約半分程度が好ましい。切替制御信号ＳＣＵ，ＳＣＤがＯＦＦ状態である期間は、第１緑色フレーム映像のフレーム期間に対応し、切替制御信号ＳＣＵ，ＳＣＤがＯＮ状態である期間は、第２緑色フレーム映像のフレーム期間に対応する。
【０１０２】
図２３は、本実施形態における光位相変調素子を用いた場合の、水平ライン数とコントラストとの関係を示すグラフである。同図は、光位相変調素子をネマティック液晶により構成し、Ｔ＝１／６０秒、ｔｒ＝４ミリ秒、ｔｆ＝４ミリ秒、α＝０．５、Ｔｍａｘ＝０．９５、ｔｓｃ＝４ミリ秒とした場合の、水平ライン数と第１緑色映像のコントラストＣ１との関係を示す。
同図によれば、フレーム全体にわたって、第1緑色映像のコントラストＣ１はほぼ“１”となる。
なお、光位相変調素子３５１の分割数は２分割に限らず３以上に分割してもよい。その場合、光路切替制御部３３ｂは、時間をずらしてそれぞれの領域を駆動するようにする。
【０１０３】
［第６の実施の形態］
本実施形態では、図１８に示したような不要な残像光が投射されるのを防ぐために、物理的なシャッタ機構を、光位相変調素子３５１の後段の所望の場所に配置して、残像光を遮光する例について説明する。
図２４は、物理的なシャッタ機構である回転シャッタを、映像光の入射側より模式的に表した図である。同図に示すように、回転シャッタ２４１は、円板上のシャッタ板２４２に複数の扇形状の開口部２４３が設けられる。そして、回転シャッタ２４１は、例えば、投射型表示装置３０内の光路シフト部３２と投射光学系３４との間に、赤色映像光Ｒｏｕｔと緑色映像光Ｇｏｕｔと青色映像光Ｂｏｕｔとの光束が開口部２４３を通過する位置に設けられる。
【０１０４】
回転シャッタ２４１の回転角速度と開口部２４３の位置とは、図１８（ａ）に示す前回フレームの映像光が遮光されるように予め設定し調整される。
なお、回転シャッタ２４１は、投射光学系３４とスクリーンとの間に設けられてもよい。
【０１０５】
［第７の実施の形態］
第１実施形態では、投射型表示装置３０に１つの光路シフト部３２を設けて画面上垂直方向に０．５画素分の画素ずらしを行う例について説明した。本実施形態では、光路シフト部をＮ段（Ｎは２以上の整数）設けて、映像光の光路シフトを２のＮ乗通りにする例について説明する。
図２５は、本実施形態である映像光出力装置における光路シフト部の機能構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態における光路シフト部３２ｃは、第１実施形態における光路シフト部３２内部の構成の最終段にλ／４板３５５を追加した構成を有する。λ／４板３５５は、複屈折光学素子３５３から供給された映像光のうち、緑色光波長成分についての偏光状態を、垂直または水平の直線偏光から右円偏光に変換するものである。
【０１０６】
図２６は、光路シフト部３２ｃを４段適用した場合の、光路シフト部３２ｃ−１〜３２ｃ−４と光路切替制御部との機能構成を示すブロック図である。同図において、光路切替制御部３３ｃは、信号発生装置１０からフレーム同期信号ＦＴの供給を受けて、映像の１６フレーム期間で１６通りの状態の組み合わせとなるような切替制御信号ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３，ＳＣ４を生成して出力する。例えば、光路切替制御部３３ｃは、フレーム同期信号ＦＴを入力信号として入力パルスをカウントアップするカウンタ演算処理部を含めて構成する。光路シフト部３２ｃ−１〜３２ｃ−４は、４つ（Ｎ＝４）の光路シフト部３２ｃをカスケード接続したものである。
【０１０７】
図２６に示すように４つの光路シフト部３２ｃをカスケード接続した場合、２の４乗＝１６通りの光路を実現することができる。光路シフト部３２ｃ単体の光路シフト量は、複屈折光学素子３５３に含まれる複屈折媒体の光進行方向の厚みで定まるため、各光路シフト部３２の画素ずらし方向と、複屈折媒体の厚みとをそれぞれ同一にすることにより、整数倍の光路シフト量を得ることができる。
また、画素ずらし法によって高解像度化を実現するためには、画素の位置精度を、１画素の約２０分の１以上の精度とすることが要求される。よって、光路シフト部３２ｃをＮ段設けることにより、２のN乗分の１の精度で画素ずらしの量を微調整することが可能となる。
【０１０８】
［第８の実施の形態］
本発明の第８実施形態は、複屈折光学素子による光路シフトのシフト量を調整することを可能にする例について説明する。本実施形態における光路シフト部は、第１実施形態における複屈折光学素子３５３の代わりに、光路シフト量を調整可能な複屈折光学部を設ける。図２７は、本実施形態である映像光出力装置における光路シフト部に含まれる複屈折光学部の概略の構成を示すブロック図である。同図に示すように、複屈折光学部２７１は、２枚の複屈折板を貼り合わせて楔形状にした楔形サバール板２７１ａ，２７１ｂを含む。そして、複屈折光学部２７１は、楔形サバール板２７１ａ，２７１ｂを、それぞれの厚みの狭い方の端部同士が映像光の入射方向に相互にずれて突き合うようにして組み合わされる。楔形サバール板２７１ａは、映像光の入射方向に対して垂直方向である矢印Ａの方向に前後に可動に配置されるとともに、楔形サバール板２６１ｂは固定配置される。
複屈折光学部２７１は、楔形サバール板２７１ａを矢印Ａの方向に前後させることにより、楔形サバール板２７１ｂから射出される光線の常光線と異常光線との距離、すなわち光路シフト量ｄを調整することができる。
【０１０９】
［その他の実施の形態］
本発明の第１実施形態では、投射型表示装置３０は、光路シフト部３２を光学ユニット部３１と投射光学系３４との間に設けた構成を有していた。この光路シフト部３２の配置位置はこれに限らず、例えば、光路シフト部３２は、投射光学系３４を通した後に配置されてもよい。
また、第１実施形態では、三原色による各映像のうち緑色映像について画素ずらしを行う例について説明したが、この画素ずらしを行う映像は、緑色映像に限らず任意の色の映像としてよい。つまり、第１実施形態に示したように、信号発生装置１０は、画素をずらす特定色映像について２種類の特定色映像信号（第１および第２の映像光）を映像信号切替装置２０に供給して映像のフレームごとに切替えさせ、光学ユニット部３１は、特定色映像を右円偏光の偏光状態にして出力するとともに、特定映像以外の映像（第３の映像光）を縦方向の直線偏光にして出力する。
【０１１０】
また、第１実施形態は、順次走査（プログレッシブ）映像を対象とした例について説明したが、これ以外にも、飛越し走査（インターレース）映像にも適用することができる。この飛越し走査映像を用いた場合の投射型表示システムは、フレーム周期ＦＴの代わりに、飛越し走査映像のフィールド周期に同期したフィールド同期信号を用いて、第１緑色映像信号Ｇ１ｉｎと第２緑色映像信号Ｇ２ｉｎとを垂直方向に１画素分ずらすようにする。
また、第１実施形態では、映像光出力装置を投射型表示装置３０に含めた例について説明した。これ以外にも、本発明の実施形態である映像光出力装置は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の直視型ディスプレイ装置にも適用できる。この場合、映像光出力装置は、直視型ディスプレイ装置に含まれる表示素子の表示発光後の位置に組み込まれるようにすればよい。
【０１１１】
本発明の第４実施形態から第６実施形態までの各実施形態では、黒の映像信号を挿入する例（第４および第５実施形態）と回転シャッタ２４１を使用する例（第６実施形態）とについて説明した。これ以外にも、例えば、光学ユニット部３１に含まれる光源部３１１を点滅させることによって、各表示素子からの映像読出し光を間欠的に発光させ、投射型表示装置３０が不要な残像光を投射する等の画質劣化を防止することができる。このように動作させる場合の光源部３１１として、高速な点滅動作が可能なＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）光源を適用することが望ましい。
【０１１２】
本発明の第３実施形態から第８実施形態までの各実施形態は、第１実施形態をもとにした実施形態として説明したが、これらのうち第３実施形態から第６実施形態と第８実施形態とについては、第２実施形態をもとにすることができる。
【０１１３】
上述した各実施形態による投射型表示システムは、立体映像表示システムに適用するこができる。例えば、図２８に示すように、本発明の各実施形態による投射型表示システムからの投射光を、要素レンズが多数配置されたマイクロレンズアレイやレンチキュラーが設けられた複眼レンズ配列板４０を介して投影する。これにより、画素ずらしをした高精細映像や超高精細映像の立体映像を投影表示することができる。
【０１１４】
また、上述した各実施形態による投射型表示システムは、赤色映像と青色映像と第１緑色映像とのフレーム上の画素位置が一致するとともに、第２緑色映像のフレーム上の画素位置が第１緑色映像のフレーム上の画素位置に対して垂直方向に１画素未満分（例えば、０．５画素分）ずれるように光路シフトの方向を設定することによって、緑色映像のみの垂直方向の解像度を、画素ずらしをしない場合の解像度の２倍にする例であった。
投射型表示システムは、上記の例以外に、第２緑色映像のフレーム上の画素位置が第１緑色映像のフレーム上の画素位置に対して水平方向に１画素未満分（例えば、０．５画素分）ずれるように光路シフトの方向を設定してもよい。これによって、投射型表示システムは、緑色映像のみの水平方向の解像度を、画素ずらしをしない場合の解像度の２倍にすることができる。
また、投射型表示システムは、第２緑色映像のフレーム上の画素位置が第１緑色映像のフレーム上の画素位置に対して水平方向および垂直方向にそれぞれ１画素未満分（例えば、それぞれ０．５画素分）ずれるように（つまり、斜め方向にずれるように）光路シフトの方向を設定してもよい。これによって、投射型表示システムは、緑色映像のみの水平方向および垂直方向それぞれの解像度を、画素ずらしをしない場合の解像度の２倍にすることができる。
【０１１５】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【０１１６】
１  投射型表示システム
１０  信号発生装置
２０  映像信号切替装置
３０  投射型表示装置
３１  光学ユニット部
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ  光路シフト部
３３，３３ｂ，３３ｃ  光路切替制御部
３４  投射光学系
４０  複眼レンズ配列板
２１１Ｄ，２１１Ｕ  電極
２１２  遮光物
２４１  回転シャッタ
２４２  シャッタ版
２４３  開口部
２７１  複屈折光学部
２７１ａ，２７１ｂ  楔形サバール板
３５１，３５１ａ  光位相変調素子
３５２  位相板
３５３  複屈折光学素子
３５４  偏光板
３５５  λ／４板
【図１】
0005426343.tif 000023
【図２】
0005426343.tif 000024
【図３】
0005426343.tif 000025
【図４】
0005426343.tif 000026
【図５】
0005426343.tif 000027
【図６】
0005426343.tif 000028
【図７】
0005426343.tif 000029
【図８】
0005426343.tif 000030
【図９】
0005426343.tif 000031
【図１０】
0005426343.tif 000032
【図１１】
0005426343.tif 000033
【図１２】
0005426343.tif 000034
【図１３】
0005426343.tif 000035
【図１４】
0005426343.tif 000036
【図１５】
0005426343.tif 000037
【図１６】
0005426343.tif 000038
【図１７】
0005426343.tif 000039
【図１８】
0005426343.tif 000040
【図１９】
0005426343.tif 000041
【図２０】
0005426343.tif 000042
【図２１】
0005426343.tif 000043
【図２２】
0005426343.tif 000044
【図２３】
0005426343.tif 000045
【図２４】
0005426343.tif 000046
【図２５】
0005426343.tif 000047
【図２６】
0005426343.tif 000048
【図２７】
0005426343.tif 000049
【図２８】
0005426343.tif 000050