(57)【要約】【課題】  本発明は、低コストで、高画素数化、高精細画像、高コントラスト比が可能な、画像表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の画像表示装置は、光源、偏光分離素子、光偏向素子、反射型空間光変調素子及び投射レンズを少なくとも有している。そして、光源からの直線偏光が入射される偏光分離素子は、直線偏光の電場の振動の方向に対して、偏光分離素子における偏光分離機能を有する面と平行になるように設けられている。また、反射型空間光変調素子は、直線偏光の電場の振動の方向に対して、反射型空間光変調素子が有する正方形状の画素の辺の水平方向及び垂直方向と一致しないように設けられている。更に、光偏向素子は、直線偏光の電場の振動の方向に対して平行な面内で直線偏光を偏向する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源、偏光分離素子、光偏向素子、反射型空間光変調素子及び投射レンズを少なくとも有し、
前記光源からの直線偏光が入射される前記偏光分離素子は、前記直線偏光の電場の振動の方向に対して、前記偏光分離素子における偏光分離機能を有する面と平行になるように設けられ、
前記反射型空間光変調素子は、前記直線偏光の電場の振動の方向に対して、前記反射型空間光変調素子が有する正方形状の画素の辺の水平方向及び垂直方向と一致しないように設けられ、
前記光偏向素子は、前記直線偏光の電場の振動の方向に対して平行な面内で前記直線偏光を偏向することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
光源、偏光分離素子、第１の位相器、光偏向素子、反射型空間光変調素子及び投射レンズを少なくとも有し、
前記光源からの直線偏光が入射される前記偏光分離素子は、前記直線偏光の電場の振動の方向に対して、前記偏光分離素子における偏光分離機能を有する面と平行になるように設けられ、
前記第１の位相器は、当該第１の位相器の遅相軸が前記直線偏光の電場の振動の方向に対して所定の角度、回転させて設けられ、
前記光偏向素子は、前記直線偏光の振動の方向に対して平行な面内で前記直線偏光を偏向することを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
光源、第１の偏光子、光偏向素子、反射型空間光変調素子、第２の偏光子及び投射レンズを少なくとも有し、
前記光源からの直線偏光が入射される前記第１の偏光子は、前記第１の偏光子が有する透過軸の方向に対して電場の振動方向が平行な振動方向の直線偏光を透過させ、
前記反射型空間光変調素子は、正方形状の画素の配列を有し、画素毎に入射した直線偏光の電場の振動方向を変調して出射し、前記第１の偏光子を透過する直線偏光の電場の振動方向に対して、画素の辺の水平及び垂直方向が一致しないように設けられ、
前記光偏向素子は、前記反射型空間光変調素子により変調され出射した光の所定の電場の振動方向に対して光路を偏向させ、
前記第２の偏光子は、前記第２の偏光子が有する透過軸が前記所定の電場の振動方向と平行となるように設けられていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
光源、偏光分離素子、第１の光偏向素子、反射型空間光変調素子、第１の位相器、第２の光偏向素子及び投射レンズを少なくとも有し、
前記第１、第２の光偏向素子は、直線偏光の電場の振動面内で光を偏向する機能を有し、
前記第１の位相器は、前記第１の光偏向素子と前記第２の光偏向素子の光路間に設けられ、かつ前記第１の位相器の遅相軸が、前記第１の位相器に入射する直線偏光の電場の振動面に対して水平及び垂直にならないように設けられることを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
光源、第１の偏光子、第１の光偏向素子、反射型空間光変調素子、第１の位相器、第２の光偏向素子、第２の偏光子及び投射レンズを少なくとも有し、
前記第１、第２の光偏向素子は、直線偏光の電場の振動面内で光を偏向する機能を有し、
前記第１の位相器は、前記第１の光偏向素子と前記第２の光偏向素子の光路間に設けられ、かつ前記第１の位相器の遅相軸が、前記第１の位相器に入射する直線偏光の電場の振動面に対して水平及び垂直にならないように設けられ、
前記第１の偏光子及び前記第２の偏光子は、前記第１の偏光子の透過軸と前記第２の偏光子の透過軸とは直交するように設けられることを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
前記第１の位相器は１／２波長板である請求項２記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記偏光分離素子と前記光偏向素子の光路間に、第２の位相器を設ける請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記第２の位相器は１／４波長板である請求項７記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記直線偏光の電場の振動の方向と、前記反射型空間光変調素子における正方形状の画素の辺の水平及び垂直方向の成す角は、４５°である請求項１〜８のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記第１の位相器の遅相軸と、前記直線偏光の電場の振動の方向との成す角は、２２．５°である請求項２、４〜６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記空間光変調素子には、赤、緑、青の３色の光が時分割で入射され、前記光偏向素子は、前記３色の光のうち１つの光のみ光偏向することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記光偏向素子は、前記３色の光のうち緑の光のみ光偏向する請求項１１記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記反射型空間光変調素子はマイクロレンズを有する請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記反射型空間光変調素子の前記正方形状の画素は凹面状である請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記所定の電場の振動方向は、前記第１の偏光子の有する透過軸と直交する方向である請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記第１の偏光子の光進行方向の後段に、前記第１の偏光子が出射した後の直線偏光の電場の振動方向に対して、遅相軸が回転した状態に設定された第３の位相器が設けられている請求項３又は１５に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記第１の偏光子、前記第２の偏光子又は前記偏光分離素子はワイヤグリッド偏光子である請求項３、４、５、１４又は１５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１８】
前記光偏向素子は、前記空間光変調素子と、前記第２の偏光子との光路間に設けられる請求項３、５、１５〜１７のいずれかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像表示装置に関し、詳細にはプロジェクタ装置における高画素数化、高品位な画質、低コスト化を可能とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のプロジェクタ装置において、画素数の増大（高精細化画像）、コントラスト比の向上、すなわち高品位の画質、また低コスト化が課題となっている。画素数の増大に関しては空間光変調素子の画素の作製、コントラスト比の向上に関しては、主として、光学素子及び投射光学系の設計、またコスト面に関しては、主として、用いる空間光変調素子の枚数が関係している。
【０００３】
プロジェクタ装置において用いる空間光変調素子の数によって方式が分けられる。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に対して、空間光変調素子を３枚用いる３板式方式、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちの２色に対して空間光変調素子を１枚、残りの１色に対して空間光変調素子を１枚用いる２板式方式、Ｒ、Ｇ、Ｂを時分割（フィールドシーケンシャル）で照射し、空間光変調素子を１枚用いる単板式方式がある。用いる空間光変調素子の数が少ないほど低コスト化が図れる。しかし、用いる空間光変調素子の数が少ないほど低画質となる問題もある。よって、低コストである単板式方式において、高品位の画質を実現することが課題の一つである。
【０００４】
反射型液晶空間光変調素子に、斜めから照明光を入射させるＯｆｆ−Ａｘｉｓ光学系（方式）と呼ばれる、光学系がある。この方式においては、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）の代わりに、既存の偏光子と検光子を用い、光源から入射する照明光と、反射型空間光変調素子から出射する映像光とを分離する。ＰＢＳの代わりに安価な偏光子、検光子を用いるため、低コスト化が図れる。この光学系においては、偏芯光学系の設計、更なる低コスト化が課題とされているが、低コスト化に有効な通常の光学系を用いた設計も非特許文献１に提案されている。しかしながら、この方式においても画素数の増大は、他の光学系とともに、共通の課題の一つである。
【０００５】
一方、空間光変調素子の高画素数化には、画素を物理的に小さく作製する方法があるがコスト高となる。これに対して光学的な手法を用いて、画素数を見かけ上増大させる方法がある。プロジェクタ装置の光学系に、光路を偏向（シフト）させる素子を導入し、この偏向の切り換えを、空間光変調素子の画像の表示のスイッチングと同期させて、少なくとも観察者がフリッカを感じない周波数で行うことにより、スクリーン（観察面）上に、空間光変調素子が有する画素数よりも多い画素数の画像を映し出すものである。見かけ上の画素増大とは、観察者の目の残像を利用しているためである。このような光路偏向に関する技術が特許文献１〜３に開示されている。簡単に説明すると、液晶素子に入射する直線偏光を、電場の振動の方向に対して水平方向に偏向させ、この液晶素子を２つ用い、偏向させる方向を直交させて、縦横の２方向に画素ピッチ（画素と画素との距離）の半分に相当する量だけシフトさせ画素数を４倍増にするものである。
【０００６】
空間光変調素子は透過型と反射型との二つに大別される。反射型空間光変調素子は透過型空間光変調素子よりも、駆動回路などの電気回路を反射電極（画素）の下側に作製できるため、開口率を向上させることができ、画素サイズの小型化、画質の高品位化が図れる。
【０００７】
また、ウォブリング素子を用いて、画素をずらし、水平方向の解像度を向上させる駆動方法、表示装置に関する技術が特許文献４に提案されている。この特許文献４の装置は表示素子（ｐ−Ｓｉ  ＴＦＴ  ＬＣＤ）、λ／２板、また画素を斜めにずらすウォブリング素子から構成されている。また、ウォブリング素子は位相変調光学素子と水晶の複屈折媒体との組合せから成っている。ここで、表示素子は透過型空間光変調素子である。
【０００８】
更に、特許文献５によれば、画素ピッチの半分に相当する距離の光偏向により増大された画素間には、一部重なりが生じる。この重なりを低減し、より高品位な画質を実現する技術として画素縮小技術がある。これは画素を光学的に縮小して、その縮小した像（或は中空像）を投射レンズの物面として、スクリーンに投射するものである。用いる素子はマイクロレンズアレイ、或は微小凹面鏡であり、大きさは画素と同じである。
【特許文献１】特開２００３−０５７６８９号公報
【特許文献２】特開２００３−２８００４１号公報
【特許文献３】特開２００３−０９０９９１号公報
【特許文献４】特開平１１−２５９０３９号公報
【特許文献５】特開２００３−２４８１８９号公報
【非特許文献１】“Ｏｐｔｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍ  Ｄｅｓｉｇｎｓ ｆｏｒ ＬＣｏＳ  Ｆｒｏｎｔ  Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒｓ”、Ｍａｔｔｈｅｗ  Ｂｏｎｅ、Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  １／０１、２００１年、１０頁〜１４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記いずれの従来例によっても、低コストである単板式方式において高品位の画質を実現することができていない。
【００１０】
本発明はこの問題点を解決するためのものであり、低コストで、高画素数化、高精細画像、高コントラスト比が可能な、画像表示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】
【００１１】
前記問題点を解決するために、本発明の画像表示装置は、光源、偏光分離素子、光偏向素子、反射型空間光変調素子及び投射レンズを少なくとも有している。そして、光源からの直線偏光が入射される偏光分離素子は、直線偏光の電場の振動の方向に対して、偏光分離素子における偏光分離機能を有する面と平行になるように設けられている。また、反射型空間光変調素子は、直線偏光の電場の振動の方向に対して、反射型空間光変調素子が有する正方形状の画素の辺の水平方向及び垂直方向と一致しないように設けられている。更に、光偏向素子は、直線偏光の電場の振動の方向に対して平行な面内で直線偏光を偏向する。よって、反射型空間光変調素子からの反射光を画素に対して斜めにシフトすることにより、見かけ上の画素数の増大が可能となり、高コントラスト比が可能で、かつ単板式であるために低コストな画像表示装置を提供できる。
【００１２】
また、本発明の別の画像表示装置は、光源、偏光分離素子、第１の位相器、光偏向素子、反射型空間光変調素子及び投射レンズを少なくとも有している。そして、光源からの直線偏光が入射される偏光分離素子は、直線偏光の電場の振動の方向に対して、偏光分離素子における偏光分離機能を有する面と平行になるように設けられている。また、第１の位相器は、当該第１の位相器の遅相軸が直線偏光の電場の振動の方向に対して所定の角度、回転させて設けられている。更に、光偏向素子は、直線偏光の電場の振動の方向に対して平行な面内で直線偏光を偏向する。よって、高画素数、低コストな画像表示装置を提供できる。
【００１３】
更に、本発明の別の画像表示装置は、光源、第１の偏光子、光偏向素子、反射型空間光変調素子、第２の偏光子及び投射レンズを少なくとも有している。そして、光源からの直線偏光が入射される第１の偏光子は、第１の偏光子が有する透過軸の方向に対して電場の振動方向が平行な振動方向の直線偏光を透過させる。また、反射型空間光変調素子は、正方形状の画素の配列を有し、画素毎に入射した直線偏光の電場の振動方向を変調して出射し、第１の偏光子を透過する直線偏光の電場の振動方向に対して、画素の辺の水平及び垂直方向が一致しないように設けられている。更に、光偏向素子は、反射型空間光変調素子により変調され出射した光の所定の電場の振動方向に対して光路を偏向させる。また、第２の偏光子は、第２の偏光子が有する透過軸が所定の電場の振動方向と平行となるように設けられている。よって、従来の２つの偏光子、反射型空間光変調素子の設置と直線偏光の電場の振動の方向との関係を考慮し、また光偏向素子を用いることによる、画素ずらしが可能であり、このため見かけ上の画素数の増大が可能で、低コストな画像表示装置を提供できる。
【００１４】
また、本発明の別の画像表示装置は、光源、偏光分離素子、第１の光偏向素子、反射型空間光変調素子、第１の位相器、第２の光偏向素子及び投射レンズを少なくとも有している。そして、第１、第２の光偏向素子は、直線偏光の電場の振動面内で光を偏向する機能を有している。また、第１の位相器は、第１の光偏向素子と第２の光偏向素子の光路間に設けられ、かつ第１の位相器の遅相軸が第１の位相器に入射する直線偏光の電場の振動面に対して水平及び垂直にならないように設けられる。よって、斜め偏向と横方向の偏向とを組み合わせることにより、見かけ上の画素数の増大が可能で高精細な画像表示装置を提供できる。
【００１５】
更に、本発明の別の画像表示装置は、光源、第１の偏光子、第１の光偏向素子、反射型空間光変調素子、第１の位相器、第２の光偏向素子、第２の偏光子及び投射レンズを少なくとも有している。そして、第１、第２の光偏向素子は、直線偏光の電場の振動面内で光を偏向する機能を有している。また、第１の位相器は、第１の光偏向素子と第２の光偏向素子の光路間に設けられ、かつ第１の位相器の遅相軸が、第１の位相器に入射する直線偏光の電場の振動面に対して水平及び垂直にならないように設けられている。更に、第１の偏光子及び第２の偏光子は、第１の偏光子の透過軸と第２の偏光子の透過軸とは直交するように設けられる。よって、二枚の偏光子の透過軸が直交するクロスニコルであるため、より高コントラストな画像表示装置を提供できる。
【００１６】
また、第１の位相器は１／２波長板であることが好ましい。更に、１／４波長板である第２の位相器を偏光分離素子と光偏向素子の光路間に設けることにより、位相補償を行い、より高いコントラスト比を実現できる。
【００１７】
更に、直線偏光の電場の振動の方向と、反射型空間光変調素子における正方形状の画素の辺の水平及び垂直方向の成す角は、４５°であることにより、画素数の増大が可能となり、より高品位な画質の画像表示装置を提供できる。
【００１８】
また、第１の位相器の遅相軸と、直線偏光の電場の振動の方向との成す角は、２２．５°とすることにより、４５°斜めの偏向を可能とし、より高品位な画質の画像表示装置を提供できる。
【００１９】
更に、空間光変調素子には、赤、緑、青の３色の光が時分割で入射され、光偏向素子は、３色の光のうち１つの光のみ光偏向する。よって、光偏向素子の切り換えが低速でよく、より低コスト化が図れる。また、光偏向素子は、３色の光のうち、比視感度最大の緑の光のみ光偏向することにより、より高品位な画像の画像表示装置を提供できる。
【００２０】
また、反射型空間光変調素子はマイクロレンズを有することにより、画像を光学的に縮小するため、高精細な画像の画像表示装置を提供できる。
【００２１】
更に、反射型空間光変調素子の正方形状の画素は凹面状であることにより、凹面鏡の収差の小さい特性を利用して、より高精細な画像の画像表示装置を提供できる。
【００２２】
また、所定の電場の振動方向は、第１の偏光子の有する透過軸と直交する方向であることにより、高画素数、より高品位な画質、低コストが可能な画像表示装置を提供できる。
【００２３】
更に、第１の偏光子の光進行方向の後段に、第１の偏光子が出射した後の直線偏光の電場の振動方向に対して、遅相軸が回転した状態に設定された第３の位相器が設けられていることにより、高画素数、より高品位な画質、低コストが可能な画像表示装置を提供できる。
【００２４】
また、第１の偏光子、第２の偏光子又は偏光分離素子はワイヤグリッド偏光子であることにより、より一層高コントラスト比を実現できる。
【００２５】
更に、光偏向素子は、空間光変調素子と、第２の偏光子との光路間に設けられることにより、高コントラスト比、より低コストが可能な画像表示装置を提供できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、偏光分離素子及び空間光変調素子の設置と直線偏光の電場の振動の方向との関係を考慮し、また光偏向素子を用いることによる、斜めの画素ずらしが可能であり、このため見かけ上の画素数の増大が可能で、単板式であるため低コストなプロジェクタ装置を提供できる。また、従来技術である水平方向の画素ずらし及び垂直方向の画素ずらしを行って斜めの画素ずらしを行う方式と比較して、従来２回の画素ずらしで斜め方向の画素ずらしを行っていたが本方式では１回の画素ずらしで斜め方向の画素ずらしが実現できる。１回の画素ずらしで斜め方向の画素ずらしが可能になったことに伴って、従来光偏向素子が２つ必要であったが、本方式では１つの光偏向素子でよくデバイスの簡素化が図れる。また、例えば、スクリーン上の表示を６０Ｈｚにするためには、光偏向素子を２つ設けた場合は２４０Ｈｚの反射型空間光変調素子が必要なのに対して、光変調素子を１つしか設けない場合は１２０Ｈｚの反射型空間光変調素子でよい。つまり低コストな反射型空間光変調素子を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は本発明の第１の実施の形態例に係る画像表示装置の概略を示す構成図である。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１０は、光源１１、偏光子１２、偏光分離素子１３、位相器としての１／４波長板１４、光偏向素子１５、反射型空間光変調素子１６、投射レンズ１７を含んで構成されている。また、スクリーン（観察面）１９が投射レンズ１７の光出射側にある。なお、光源１１は例えば超高圧水銀ランプなどの白色光源であり、無偏光の白色光を放射する白色ランプである。光源１１から出射した無偏光の白色光は、偏光子１２により直線偏光にされる。図１に示した座標（ｙ軸は図面に対して垂直とする）で、その直線偏光の電場の振動の方向はｙ軸に平行であるとする。また、光源１１と偏光分離素子１３との間には、白色光からＲ、Ｇ、Ｂの三原色を時分割で取り出す、後述するカラーホイール等の色分離光学系が入ってもよい。更に、偏光子１２は、単一の偏光素子に限られず、複数の光学・偏光素子からなる偏光変換光学系であっても構わない。また、光源１１の白色ランプには固有の配光分布が存在し、このまま空間光変調素子１６に照射、スクリーン１９に投射すると、その配光分布を反映した場所により明るさの異なる画像となる。これを低減するためのフライアイレンズ対、あるいはインテグレータロッドなどの均一照明光学系が、光源１１と偏光分離素子１３の間に入るのが望ましい。偏光分離素子１３（ＰＢＳ：ポーラリゼーションビームスプリッタ）は、異なる２つの偏向（ｐ偏光とｓ偏光）を分離する偏光分離機能を有する面１８を有し、その面１８には無機材料の多層膜が形成されている。１／４波長板１４は位相補償のためのものであり、より高いコントラスト比を実現するためのものである。直線偏光は、各光学素子を通過するときに、僅かな楕円偏光化、あるいは電場の振動面の回転といったことで、その消光比を低下し、プロジェクタ装置のコントラスト比を低下させる。この１／４波長板１４はこれを解消するために用いる。また、偏光分離機能を有する面１８はｙ軸に平行であり、入射する直線偏光の電場の振動の方向とも平行である。
【００２８】
ここで、図１の光偏向素子の構成を当該光偏向素子の概略断面図である図２を用いて説明する。図２に示す光偏向素子１５は液晶素子を用いた光偏向素子である。この光偏向素子１５は２枚の透明ガラス基板１５−１、１５−２を含んで構成され、この透明ガラス基板１５−１、１５−２の間に液晶分子１５−３が配分されている。透明ガラス基板１５−１、１５−２には図示していない透明電極が形成されており、この透明電極を介して液晶分子１５−３に電圧が印加される。よって、図２の（ｂ）〜（ｃ）に示すように、電圧の有無、高低により液晶分子の配向方向を変えることができる。この配向方向の違いにより、入射するｘ軸に電場の振動の方向が平行な直線偏光（ｐ偏光）の光路を偏向することができる。また、この光偏向素子１５は、ｙ軸（紙面に垂直）方向に電場の振動の方向が平行な直線偏光（ｓ偏光）に対して、図２の（ｃ）に示すように、直進させる。よって、図１において、１／４波長板１４を透過した直線偏光は、光偏向されずに空間光変調素子１６に入射する。なお、光偏向素子の液晶分子１５−３の材料は、高速な光偏向が求められるため、強誘電性液晶が好ましいが、光偏向の速度が遅くできれば従来のネマチック液晶等でもかまわない。
【００２９】
次に、図３は図１の空間光変調素子の構成を示す模式図である。同図において、空間光変調素子１６は、正方形状の画素（画素電極）が配列しており、座標２１は正方形状の画素の辺の方向により定めた座標であり、座標２２は図１、２で用いたｘｙｚの座標（ｚ軸は図面に対して垂直とする）である。この座標２１は座標２２のｚ軸の周りの回転により得られる。また、入射する直線偏光２３の電場の振動の方向は、ｙ軸に平行であり、正方形状の画素の水平方向と垂直方向と一致していない。ここで、空間光変調素子１６は液晶を用いた反射型であり、入射する直線偏光２３は、液晶層を透過し、画素電極により反射して液晶層透過の光路をとる。この光路において、空間光変調素子１６の液晶がオフのとき、入射する直線偏光２３は、その電場の振動の方向が９０°回転されて、出射され、オンのとき、電場の振動の方向は変らず、出射される。このようなスイッチングをする液晶を用いたものとする。また、液晶層の上下には液晶の配向を制御するためのラビング層が設けられている。このラビング層のうち一方のラビング方向は、例えばツイスト角４５°のツイストネマチック液晶で、光偏向の方向と一致しており、他方のラビング方向は直交している。ここで、ラビング方向の一方を、入射する直線偏光の電場の振動面と揃えておくことが好ましい。空間光変調素子１６の液晶がオンのとき直線偏光２３の電場の振動の方向は変らずｙ軸に平行であるため、光偏向素子１５を光偏向されることになしに透過し、次に１／４波長板１４を透過して、偏光分離素子の偏光機能を有する面１８で反射されて、光源の方に戻る。このためスクリーン１９では黒表示となる。一方、空間光変調素子１６の液晶がオフのとき、直線偏光２３の電場の振動の方向はｘ軸に平行となり、光偏向素子１５の印加電圧の有無、また高低により、光偏向され、１／４波長板１４を透過して、次に偏光分離素子の偏光分離機能を透過した後、投射レンズ１７を透過して、スクリーンで白（明）表示される。また、ここで光偏向素子１５はその偏向方向が、直線偏光２３の電場の振動の方向と一致するように設置されるものとする。また、光偏向の量としては、スクリーン上で、画素の半分のピッチ程度になるように図１の光偏向素子１５の厚み及び印加電圧を調整する。
【００３０】
よって、スクリーン上では、図４の（ａ）、（ｂ）に示した、２つの投射場所の異なる画像が、時間をわずかにずらして（時分割）で表示されることになる。図４の（ａ）、（ｂ）との表示の時間が非常に短ければ（例えば周波数で観察者がフリッカを感じない６０Ｈｚ以上）、残像のため、観察者は図４の（ｃ）のような画素数が２倍に増えた画像を見ることになる。また、上述した従来のウォブリング素子による画素ずらしは位相変調光学素子と水晶の複屈折媒体の２つの素子を用いているが、本発明においては液晶を用いた光偏向素子のみでよく、装置の小型化、そして低コスト化が図れる。
【００３１】
次に、図５は本発明の第２の実施の形態例に係る画像表示装置の概略を示す構成図である。同図において、図１と同じ構成要素は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置３０は、偏光分離素子にワイヤグリッド偏光子（グリッド偏光子）３１を用いており、また図１の１／４波長板１４を省いた構成である。ワイヤグリッド偏光子３１は、複屈折偏光子や２色性を利用した偏光子よりも、消光比を高くすることが可能であり、１／４波長板を省いても高いコントラスト比を得ることができる。ここで、ワイヤグリッド偏光子３１の模式的な図を図６の（ａ）、（ｂ）に示すように、ワイヤグリッド偏光子３１は、透光性の光学部材３１−１に金属の細線３１−２を等間隔で形成したものである。金属の細線３１−２のピッチｐは、用いる波長４００ｎｍ〜６５０ｎｍ程度の数分の一である。高画素数化に関しては上記の第１の実施の形態例と同様でありここでは省略する。
【００３２】
次に、図７は図１の空間光変調素子の別の構成を示す模式図である。同図の（ａ）に示す空間光変調素子は、ｘｙの座標において光偏向させる方向を、空間光変調素子の正方形状の画素４１の対角方向であるとしたものである。直線偏光の電場の振動の方向はｙ軸に平行である。光偏向させる方向を４５°でなく０°（水平）に近付けた場合、一方向の光偏向に近くなり、一方向しか画素数が向上しない。これに対して４５°であれば、光偏向においては、ｘ及びｙ軸ともに偏向量が同じであり、ｘ、ｙ方向の偏向を独立に行うのと近く、４倍の画素数増加に近い効果が得られると考えられる。また、図７の（ｂ）は偏光ビームスプリッタ５１と空間光変調素子の正方形状の画素配列５２との、ねじれた位置関係を示したものである。直線偏光５３はｙ軸に平行である。このとき空間光変調素子を除いた光学系がｚ軸（紙面に垂直）の周りに回転している必要がある。図７の（ｃ）に示すように、逆に偏光ビームスプリッタ５１と直線偏光５３がｚ軸を中心に回転して、正方形状の画素の辺の水平・垂直がｘｙ軸と一致していても、相対的な位置関係は同じことである。ただし、このようなねじれた位置関係にある光学素子をプロジェクタ装置の筐体に収まるように設計する必要がある。
【００３３】
図８は本発明の第３の実施の形態例の画像表示装置の概念的な構成を示す図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図の（ａ）に示す画像表示装置６０は、図１に示す第１の実施の形態例の画像表示装置１０と異なる構成要素として１／２波長板６１を設けている。１／４波長板１４を出射した時点で直線偏光の電場の振動の方向はｙ軸に平行である。ここで第２の位相器である１／２波長板６１の作用を図９に示すと、同図に示したｘｙ座標（ｚ軸は紙面に垂直方向）に対して１／２波長板６１は図９のように配置されている。また、この１／２波長板６１の遅相軸６２を図９に示す。今、１／２波長板６１に入射する直線偏光（１／４波長板出射後の）の電場の振動の方向は方向６３であり、これと遅相軸６２との成す角をθとする。入射する直線偏光の電場の振動の方向は１／２波長板６１の作用によりθ回転させられ、１／２波長板６１を出射するときには、入射時の直線偏光の電場の振動の方向からみると２θ回転している。この２θの角度でもって、空間光変調素子の画素に入射する。これ以降は第１の実施の形態例での説明と同様であり、画素数の増大効果が得られる。第１の実施の形態例においては、空間光変調素子の正方形状の画素配列と偏光ビームスプリッタとは、ねじれた位置関係にあったが（図６の（ｂ）、（ｃ）参照）、本実施の形態例においては、図１０に示すように、偏光ビームスプリッタ７１及び空間光変調素子の正方形状の画素の配列７２とはねじれた位置関係にはなく、直線偏光の電場の振動の方向７３がｘ（ｙ）軸から傾いていることになる。この実施の形態例においては、従来の光学系に１／２波長板をその遅相軸を調整して設置するだけでよく、より低コスト化が図れる。
【００３４】
図１１は本発明の第４の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図５と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図１１に示す第４の実施の形態例の画像表示装置８０において、図５の第２の実施の形態例の画像表示装置３０と異なる点は１／２波長板８１を設けた点である。本実施の形態例でも、偏光分離素子にワイヤグリッド偏光子３１を用いており、１／４波長板は省いている。ワイヤグリッド偏光子３１を用いることにより高コントラスト比が可能となる。１／２波長板８１の遅相軸と直線偏光の電場の振動の方向の、入射時に成す角度（図９におけるθ）を２２．５°とし、出射時の角度（入射時の直線偏光の電場の振動方向からの）を４５°とし、光偏向素子により光偏向の方向をｘ（ｙ）軸からみて４５°とするためのものである。これは、上述のようにｘ及びｙ軸からの偏向量が同じで最大の画素数増大の効果が得られる。また、スクリーン上での偏向量が画素ピッチの対角線の半分となるようになる。この効果は、ｘ，ｙ両方向に画素ピッチの半分を偏向した効果に近い。斜め一方向の偏向における最大の効果が得られ、より高精細な画像が可能となる。
【００３５】
次に、図１２は色分離光学系の一例を示す概略図である。同図に示すように、色分離光学系の一例としては、回転軸９５を中心に回転する赤、緑、赤のフィルタから成る円板を有するカラーホイール９２である。光源９１を出射した白色光９４は、カラーホイール９２により時分割で赤、青、緑の光の３原色に分離される。分離された３原色の各光９６に対して、光偏向素子９３は光偏向を行うが、高速な液晶のオフとオンとの切り換えが必要となる。３色のうち１色のみ光偏向をすることにより、光偏向素子９３の切り換え速度が１／３に低減される。高速応答する液晶に、垂直配向型液晶があるが、液晶ディスプレイなどにおいても現状ではまだ使われていない。速度が１／３になれば、従来からのツイストネマチック液晶等でも対応でき、より低コスト化が図れる。ここで、光偏向する色を緑にするものである。これは、緑の光が観察者にとって比視感度が最大であり、他の２色よりも、光偏向した際に、画素数増大の効果が有利と考えられるためである。よって、図４の（ｃ）において、光偏向により重ね合わされた画像には、画素間に重なりがあることが分かる。残像を用いているため、このままでも画素数増大の効果は得られる。しかし、図１３の（ａ）に示すように画素を縮小してから、図１３の（ｂ）に示すように光偏向して重ね合わせると、さらに高精細な画像が得られる。このように画素を縮小する方法としては、空間光変調素子の画素配列に合わせてマイクロレンズアレイを設ける方法がある。
【００３６】
その断面図を図１４に示す。同図の（ａ）に示す反射型空間光変調素子１００は、マイクロレンズアレイ１０１、樹脂（接着）層１０２、カバーガラス１０３、液晶層１０４、画素電極（画素）１０５、半導体基板１０６である。次に、図１４の（ｂ）に画素が縮小される原理を示す。入射する光１０７は、マイクロレンズ１０８により集光され、画素電極１０５で反射され、更にマイクロレンズ１０８により集光されて出射する。この過程において、光束が細くなる位置１０９が存在する。この位置１０９を投射レンズの物面とすれば、スクリーン上に図１３の（ａ）に示した縮小した画素を投射することが可能となる。なお、ここでの位置１０９を光束が細くなる位置としたが、入射光は発散角を有し、また光源の配光分布もあるため、これからずれた位置を投射レンズの物面としたときに、適切な縮小画素が得られる場合もある。
【００３７】
図１５に示す反射型空間光変調素子１１０は、カバーガラス１１１、対となる透明電極１１２、１１４、液晶層１１３、半導体基板１１７、凹面状の反射画素１１６、凹面を充填する透明部材１１５を含んで構成されている。入射する光線は、凹面鏡により、集光される。画素を縮小する機能は図１３に示すマイクロレンズの一例と同じであるが、凹面鏡を使うことに、色収差が低減でき、また曲率半径も大きくてよく、このため球面収差も低減でき、より高品位な画像を提供できる。
【００３８】
図１６は本発明の第５の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図１６に示す第５の実施の形態例の画像表示装置１２０は、光源１１、第１の偏光子１２１、光偏向素子１５、反射型空間光変調素子１６、第２の偏向子１２２、投射レンズ１７を含んで構成されている。また、第１の偏光子１２１及び第２の偏光子１２２は所謂、偏光子と検光子である。光源１１は上記各実施の形態例同様に白色ランプであり、無偏光光が出射される。
【００３９】
次に、図１６に示す第５の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の変化及び光路の偏向について、図１７を用いて説明する。図１７の（ａ）は第１の偏光子１２１であり、その透過軸１２１−１が、ｘｙの座標（ｚ軸は図面に対して垂直であり、この座標は図１７の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）においても共通とする）のｙ軸に平行である。図１６の光源１１からの光は、第１の偏光子１２１を透過した時点で、この透過軸の方向（ｙ軸）と電場の振動方向が平行な直線偏光となっている。そして、図１７の（ｂ）は、光偏向素子１５であり、その偏向方向を１５−４（ｘ軸と平行）とする。光偏向素子１５は、この偏向方向１５−４と平行な電場の振動方向の直線偏光がこの素子に入射したときには光路を偏向させることができ、一方偏向方向１５−４と垂直な電場の振動方向の直線偏光が入射した場合には、上述したように、光路を偏向させ得ない。第１の偏光子１２１を透過した直線偏光の電場の振動方向は、光偏向素子１５の偏向方向に対して垂直であるため、直線偏光は偏向されずに、光偏向素子を透過する。光偏向素子１５を透過した後の、直線偏光の電場の振動方向はｘ軸に平行である。図１７の（ｃ）は図３と同様に反射型空間光変調素子１６と、正方形状の画素配列を示している。正方形状の画素の辺の水平、垂直方向は、ｘ軸、ｙ軸の方向と一致している。画素に入射する直線偏光の電場の振動方向はｙ軸に平行、すなわち図１７の（ｃ）において方向１６−１である。この直線偏光は、反射型空間光変調素子１６の画素に入射し、反射画素電極で反射、光路を反転させて出射という過程を経る。この過程で、反射型空間光変調素子１６の変調機能により、直線偏光の電場の振動方向を９０°回転させて、図１７の（ｃ）の方向１６−２の状態で、出射させる。また、変調させない場合は、入射時と変らない図１７の（ｃ）の方向１６−１の状態で、出射される。反射型空間光変調素子１６は画素毎にこの変調が可能であり、方向１６−１、１６−２のいずれかは、画素毎により異なり、またこれは表示させたい画像による。なお、ここでは１画素に関して説明している。図１７の（ｄ）は、第２の偏光子１２２であり、その透過軸１２２−１を有する。反射型空間光変調素子１６を出射した直線偏光で電場の振動方向が方向１６−２の場合、第２の偏光子１２２を透過し、図１６の投射レンズ１７を経て、スクリーン１９に到達し、これが明状態（白表示）であり、一方電場の振動方向が方向１６−１の場合、第２の偏光素子１２２を透過することができず、ここで吸収、反射され、スクリーン１９に到達しない、これが暗状態（黒表示）である。
【００４０】
また、所定の電場の振動の方向と図１６の第１の偏光子１２１の透過軸とが直交する配置である。所謂クロスニコルの配置であり、精度良く所定の電場の振動の直線偏光を取り出すことができる。更に、所定の電場の振動の方向と第１の偏光子１２１の透過軸が直交しない場合を図１８に示す。このとき入射時に光偏向素子により偏向される場合があるが、画像の情報を持たないため、表示画像に問題はない。また、この場合第１の偏光子１２１と第２の偏光子１２２の透過軸が同じ方向であるため、この２つの偏光子を一体にした素子を用いても構わない。また、第１の偏光子１２１、１２２の偏向方向を９０°回転させることにより、ｙ軸方向のシフトも可能となる。
【００４１】
次に、光偏向素子による画素数増大の効果を図１９に示す。図１９の（ａ）は画素を全部白表示させた場合を示している。上述したように、光偏向素子の偏向方向をｘ軸に平行として、図１９の（ａ）の全白表を、偏向させた場合、図１９の（ｂ）のように、０の位置からｘ軸方向にずれた位置に、表示がずれる。このとき、光偏向素子の透明ガラスの屈折率、厚み、液晶の種類、また液晶の印加電圧の大小により、ずれる量がスクリーン上での１画素の半分の大きさになるように、偏向量を調節する。この図１９の（ａ）、（ｂ）の切り換えを高速で行うことにより、見かけ上、画素数が２倍に増大し、つまり２倍に増大して見える。見かけ上とは、観察者の残像によるためである。この表示の切り換えの速度は観察者がフリッカを感じない６０Ｈｚ以上が好ましい。また光偏向素子に用いる液晶材料としては、高速な切り換えが可能な垂直配向型の液晶が好ましい。
【００４２】
次に、図１６に示す第５の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の別の変化及び別の光路の偏向について、図２０を用いて説明する。図２０の（ａ）は第１の偏光子１２１であり、その透過軸１２１−１が、ｘｙの座標（ｚ軸は図面に対して垂直であり、光路と一致し、またこの座標は図２０の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）においても共通とする）に対して、ｚ軸を中心に回転している。光源からの光は、第１の偏光子１２１を透過した時点で、この透過軸の方向と電場の振動方向が平行な直線偏光になっている。次に、図２０の（ｂ）は、光偏向素子１５を示しており、その偏向方向を１５−４とする。この方向に平行な電場の振動方向の直線偏光がこの素子に入射したときに、光軸（ｚ軸）に沿ってこの方向に光が偏向する。また、この方向と直交する電場の振動方向の直線偏光が入射したときには、光は偏向しない。ここで、第１の偏光子１２１を透過した直線偏光の電場の振動方向は方向１２１−１と平行であり、これは光偏向素子１５の偏向方向１５−４と直交するため、光は偏向されずに、光偏向素子１５を透過する。図２０の（ｃ）は反射型空間光変調素子１６を示したものであり、正方形状の画素が配列している。このとき正方形状の画素の辺の水平、垂直方向はｘｙ座標と一致している。また、この正方形状の画素に入射する直線偏光の電場の振動方向は、この水平、垂直方向と一致していない。この説明において、入射する直線偏光の電場の振動方向は図２０の（ａ）で示した方向１２１−１であった。反射型空間光変調素子１６の変調機能により、入射した直線偏光の電場の振動方向は、図２０の（ｃ）において、入射時と変らない方向１６−１、あるいは入射時から９０度回転した方向１６−２の２つのいずれかを取る。図２０の（ｄ）は、第２の偏光子（検光子）１２２を示しており、透過軸１２２−１を有し、これは図２０の（ａ）の第１の偏光子１２１の透過軸１２１−１とは直交している。反射型空間光変調素子１６を出射した直線偏光は、図２０の（ｃ）において、その電場の振動方向が方向１６−２の場合、光偏向素子１５及び第２の偏光子１２２を透過して（偏光子の透過軸と直線偏光の電場の振動方向が一致するため）、図１６の投射レンズ１７を経て、スクリーンに到達する。これが明状態である。また光偏向素子１５の偏向機能により、光路が偏向され得る。一方、反射型空間光変調素子１６を出射した直線偏光の電場の振動方向が方向１６−１の場合、光偏向素子１５を透過した後、検光子で、その透過軸と偏向方向が直交するため、検光子により吸収、反射され、投射レンズ１７、スクリーンには到達しない。これが暗状態である。このように、図１７ではｘあるいはｙ軸方向の偏向であったが、図２０では斜め方向の偏向が可能となる。また、光偏向素子の配置に関して図２におけるｘ軸（あるいはｙ軸）は図２０の（ｂ）における光偏向素子１５の偏向方向１５−４と一致しているものとする。なお、斜め方向の光偏向による画素数増加の効果については上述した図４によって説明しているのでここでは省略する。
【００４３】
また、光偏向させる方向を、空間光変調素子の正方形状の画素の対角方向（ｘ軸あるいはｙ軸から４５°）であるとしたものである。光偏向させる方向を４５°でなく０°（水平）に近付けた場合、一方向の光偏向に近くなり、一方向しか画素数が向上しない。これに対して４５°であれば、光偏向においては、ｘ及びｙ軸ともに偏向量が同じであり、ｘ、ｙ方向の偏向を独立に行うのと近く、４倍の画素数増加に近い効果が得られると考えられる。また、正方形状の画素の対角方向であるため、４５°と等価な１３５°、２２５°、３１５°方向の偏向であっても構わない。このとき、光学系の各構成要素は、その偏向方向に対応するように配置する。
【００４４】
図２１は本発明の第６の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図１６と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図２１に示す第６の実施の形態例の画像表示装置１３０は、光源１１、第１の偏光子１２１、１／２波長板である位相器１３１、光偏向素子１５、反射型空間光変調素子１６、第２の偏向子１２２、投射レンズ１７を含んで構成されている。
次に、図２１に示す第６の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の変化及び光路の偏向について、図２２を用いて説明する。図２２の（ａ）は、第１の偏光子１２１であり、透過軸１２１−１を有している。第１の偏光子１２１を透過した後の直線偏光の電場の振動方向はｙ軸と平行である。図２２の（ｂ）に示す位相器（１／２波長板）１３１は、遅相軸１３２を有している。１／２波長板に入射するときの直線偏光の電場の振動方向が方向１３３であり、１／２波長板を出射した後の直線偏光の電場の振動方向が方向１３４である。入射時の電場の振動方向１３３と遅相軸１３２との成す角をθとすると、入射時の電場の振動方向１３３と出射時の電場の振動方向１３４との成す角は２θである（１／２波長板の機能による）。図２２の（ｃ）は、光偏向素子１５でありその光偏向方向が方向１５−４である。１／２波長板を出射した直線偏光の電場の振動方向は方向１３４であり、光偏向方向１５−４と直交するものとする。このとき光は偏向されない。図２２の（ｄ）は反射型空間光変調素子１６とその正方形状の画素配列である。正方形状の画素の辺の水平、垂直方向とｘｙ方向とは一致していない。反射型空間光変調素子１６の画素に図２２の（ｂ）の方向１３４の電場の振動方向の直線偏光が入射すると、空間光変調素子１５の変調機能により、直線偏光の電場の振動方向は図２２の（ｄ）の電場の振動方向１６−１と電場の振動方向１６−２との２つのうちいずれかとなる。このとき、電場の振動方向１６−１と図２２の（ｂ）の方向１３４の方向は一致しているものとする。次に、図２２の（ｄ）の電場の振動方向１６−１あるいは電場の振動方向１６−２の電場の振動方向の直線偏光は、光偏向素子１５を透過する。このとき、電場の振動方向１６−２の直線偏光は、偏向され、電場の振動方向１６−１の直線偏光は、偏向されない。次に、この２つの電場の振動方向の直線偏光は、１／２波長板である位相器１３１を通る。このとき、電場の振動方向が電場の振動方向１６−１の直線偏光は、１／２波長板の機能により、電場の振動方向がｙ軸と平行な直線偏光となり、電場の振動方向が電場の振動方向１６−２の直線偏光は、電場の振動方向がｘ軸と平行な直線偏光となる。図２２の（ｅ）は第２の偏光子１２２であり、その透過軸１２２−１でｘ軸に平行である。１／２波長板である位相器１３１を出射したｘ軸に平行な直線偏光は第２の偏光子１２２を透過、図２１の投射レンズ１７を経てスクリーン１９へ到達（明状態）、一方１／２波長板である位相器１３１を出射したｙ軸に平行な直線偏光は第２の偏光子１２２により吸収、反射され、投射レンズ１７、スクリーン１９へは到達しない（暗状態）。
なお、１／２波長板である位相器１３１の遅相軸１３２と直線偏光の電場の振動の方向の、入射時に成す角度（図２２の（ｂ）におけるθ）を２２．５°とし、出射時の角度（入射時の直線偏光の電場の振動方向からの）を４５°とし、光偏向素子により光偏向の方向をｘ（ｙ）軸からみて４５°とするためのものである。これは、上述のようにｘ及びｙ軸からの偏向量が同じで最大の画素数増大の効果が得られる。また２２．５°と等価な１１２．５°、２０２．５°、２９２．５°であっても構わない。
【００４５】
図２３は本発明の第７の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図１６と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図２３に示す第７の実施の形態例の画像表示装置１４０は、光偏向素子１５を、空間光変調素子１６と第２の偏光子１２２との光路（復路）にのみ設けるものである。本実施の形態例のようにすれば、光学系に余計な部材が入らず、それだけ消光比及びコントラスト比が向上するだけでなく、光偏向素子の大きさが、およそ半分の大きさですむため、さらに低コスト化が図れる。
【００４６】
図２４は本発明の第８の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図２１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図２４に示す第８の実施の形態例の画像表示装置１５０は、光偏向素子１５を、反射型空間光変調素子１６と位相器１３１との光路（復路）にのみ設けるものである。本実施の形態例のようにすれば、光学系に余計な部材が入らず、それだけ消光比及びコントラスト比が向上するだけでなく、光偏向素子の大きさが、およそ半分の大きさですむため、さらに低コスト化が図れる。
【００４７】
図２５は本発明の第９の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図２５に示す第９の実施の形態例の画像表示装置１６０は、光源１１、偏光子１２、偏光分離素子１３、第１の光偏向素子１６１、位相器１６２、第２の光偏向素子１６３、反射型空間光変調素子１６、投射レンズ１７を含んで構成されている。このような構成を有する本実施の形態例の画像表示装置１６０によれば、光源１１から出射した無偏光の白色光は、偏光子１２により直線偏光（ｓ偏光）にされ、当該ｓ偏光が偏光分離素子１３に入射される。そして偏光を分離する面１８で反射され、偏光分離素子１３を出射したｓ偏光は第１の光偏向素子１６１に入射し、偏向されずに出射し、位相器１６２に入射する。ここで、位相器１６２は１／２波長板であり、図９に示すように位相器１６２から出射する直線偏光は入射時から２θ、その電場の振動面が回転することなる。そして、第２の光偏向素子１６３は、その偏向面が出射する直線偏光の電場の振動面に対して垂直になるように設置され、よって位相器１６２を出射する直線偏光は第２の光偏向素子１６３に入射し、偏向されずに透過し、空間光変調素子１６に入射する。そして、液晶により電場の振動面が変調されなかった直線偏光は、空間光変調素子１６から出射後、第２の光偏向素子１６３に入射し、偏向されずに出射して、そして位相器１６２に入射する。この位相器１６２によりその電場の振動面を２θ、上記とは逆に回転させてｓ偏光となり、第１の光偏向素子１６１に入射する。第１の光偏向素子１６１の液晶の印加電圧によっては偏向されずに出射し、偏光分離素子１３に入射する。そして、偏光分離素子１３の偏光機能を有する面１８で反射されて光源１１へ戻る。このためスクリーン１９に光が到達することは無く、よってスクリーン１９上では暗（黒）表示となる。一方、液晶により電場の振動面が変調された直線偏光は、空間光変調素子１６から出射後、第２の光偏向素子１６３に入射し、偏向されて出射して、そして位相器１６２に入射する。この位相器１６２によりその電場の振動面を２θ、上記とは逆に回転させてｐ偏光となり、第１の光偏向素子１６１に入射する。第１の光偏向素子１６１の液晶の印加電圧によっては偏向されて出射し、偏光分離素子１３に入射する。そして、偏光分離素子１３の偏光機能を有する面１８を透過して投射レンズ１７を経てスクリーン１９に到達する。このためスクリーン１９上では明（白）表示となる。
【００４８】
このように、直線偏光は、第１の光偏向素子１６１及び第２の光偏向素子１６２によって、液晶の印加電圧によって偏向される。２つの光偏向素子で偏向するとスクリーン１９上では４つの異なる位置に光を到達させることができ、よって画素の像を投射させることができる。ここで明表示の９つの画素をスクリーンに投射した場合を一例にして説明すると、偏向されていないときの図２６の（ａ）から、図２６の（ｂ）のように第２の光偏向素子により斜めに偏向されて偏向量はスクリーン上で画素ピッチの半分になる。または、図２６の（ｃ）のように第１の光偏向素子により横に偏向される。また、図２６の（ｄ）のように第２の光偏向素子により図２６の（ｂ）とは逆方向に斜めに偏向される。このように図２６の（ａ）から図２６の（ｄ）までの一連の偏向を観察者がフリッカを感じない６０Ｈｚ以上の高速で行えば、観察者は滑らかな画像を見ていると感じる。特に斜め線の画像を表示させたときに目立つジャギィの低減に効果がある。また、この場合の画素数において４倍増に相当する画像が期待できる。
【００４９】
図２７は第１、第２の偏向素子及び空間光変調素子の印加電圧の波形を示すタイミングチャートである。ここでは第１の光偏向素子は斜め方向の偏向、第２の光偏向素子は水平（左右）方向の偏向とする。２つの光偏向素子により、（斜め下、左）、（斜め上、左）、（斜め上、右）、（斜め上、右）の４つの異なる偏向が可能となる。この間に空間光変調素子は４回点滅する。図２７の（ｃ）に示すように、これが１フィールドであり、すなわち４サブフィールドから成る。これは４サブフィールド駆動と呼ばれる。また、これをスクリーン上に投射した１画素として表現したものが図２８であり、周辺の画素をあわせて描くと図２６のようになる。なお、図２７において、２つの光偏向素子の印加電圧を矩形波に、空間光変調素子の印加電圧をδ関数的に表現しているが適宜的なものでこれに限定するものではない。
【００５０】
更に、図２９は第１、第２の偏向素子及び空間光変調素子の印加電圧の別の波形を示すタイミングチャートである。同図は３サブフィールド駆動と呼ばれている。図２７では、斜め上と斜め下の偏向、また右と左の偏向の電圧印加時間を等しくする駆動であったが、図２９ではこれらを等しくしない駆動である。つまり図３０に示すように、斜め方向の偏向は左にあるときのみ行う。このような偏向によってもスクリーン上を投射画素により隙間無く埋めることができ、画素の形状は三角形になるが、画素の高精細化が図れる。また、この３サブフィールド駆動によりだい１、第２の光偏向素子及び空間光変調素子の駆動周波数を４サブフィールド駆動の３／４に下げることができる。このため、より反応の遅い、従来の安価な液晶材料を用いることができ、低コスト化が図れ、また駆動周波数を下げることにより負荷が低減して耐久性が向上する。また、斜め方向の角度及び偏向の大きさを変えることにより、図３０の（ｄ）のように三角形の近い偏向も可能となる。
【００５１】
図３１は本発明の第１０の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図２５と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。１／２波長板である位相器１６２は、第１の光偏向素子１６１と第２の光偏向素子１６３の間にあればよく図３１のような配置も可能である。図３１に示す第１０の実施の形態例の画像表示装置１７０では、光偏光分離素子１３が第２の光偏向素子１６３と、位相器１６２及び第１の光偏向素子１６１との間にある構成であるが、上述したように１／２波長板である位相器１６２は、第１の光偏向素子１６１と第２の光偏向素子１６３との間に配置されている。第９の実施の形態例と同様に、画像の高精細化の効果が得られる。
【００５２】
図３２は空間光変調素子を光軸に回転させた配置にした様子を示す図である。図２５及び図３１に示す画像表示装置において反射型空間光変調素子のみを回転させ、この回転角を２θとする。この場合、画素に入射する直線偏光の電場の振動面が画素の辺と平行（又は垂直）となる。これは従来技術における画素の位置と入射する直線偏光との関係である。このため、従来の反射型空間光変調素子を、ラビング層等を変えることなく用いることができる。また、スクリーン上での画像は、図３３のように、ｘ，ｙ軸から斜めになって投射されるようになる。しかし、これは装置全体を回転させる機構を持たせれば問題ない。なお、図３３は１つの画素のみを示している。
【００５３】
図３４は本発明の第１１の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図２５と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１８０は、偏光分離素子にワイヤグリッド偏光子（グリッド偏光子）１８１を用いた構成である。ワイヤグリッド偏光子１８１は、複屈折偏光子や２色性を利用した偏光子よりも、消光比を高くすることが可能である。
【００５４】
図３５は本発明の第１２の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。同図において、図２５と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す第１２の実施の形態例の画像表示装置１９０は、光源１１、第１の偏光子１９１、１／２波長板である位相器１６２、第１の光偏向素子１６１、反射型空間光変調素子１６、第２の光偏向素子１６３、第２の偏光子１９２を含んで構成されている。第２の偏光子１９２は所謂検光子であり、第２の偏光子１９２の透過軸は第１の偏光子１９１の透過軸と直交している（クロスニコル）。この光学系はオフアクシス（Off-Axis）である。このような構成を有する第１２の実施の形態例の画像表示装置によれば、光源１１から無偏光の光が放射され、第１の偏光子１９１を透過したときは直線偏光となる。このとき、直線偏光の電場の振動面をｙ軸に平行とする。次に１／２波長板である位相器１６２の遅相軸はｙ軸からｚ軸周りに回転した位置にあり、ｘ軸，ｙ軸のどちらとも一致しないものとする。１／２波長板である位相器１６２に入射する直線偏光は、ｙ軸から２θ回転した電場の振動面を有する直線偏光となり、第１の光偏向素子１６１を透過して、反射型空間光変調素子１６に入射する。画素で反射された直線偏光が反射型空間光変調素子１６で変調されない場合、第１の光偏向素子１６１を透過して位相器１６２で上記とは逆に２θ、電場の振動面を回転して、ｙ軸に平行な直線偏光となる。そして、第２の光偏光素子１６３を透過し、第２の偏光子１９２で反射及び吸収される。この第２の偏光子１９２の透過軸の方向は、ｘ軸に平行であり、電場の振動面がｙ軸に平行な直線偏光は透過できない。このときスクリーン上に光は到達できず、暗表示（黒表示）となる。一方、空間光変調素子１６で電場の振動面が変調された直線偏光は、その電場の振動面が図９の方向６４に対して垂直となる。この直線偏光は、第１の光偏向素子１６１を透過し、位相器１６２で上記と逆に２θ回転して、ｘ軸に電場の振動面が平行な直線偏光となる。この直線偏光は、第２の光偏向素子１６３を透過した後、第２の偏光子１９２を透過してスクリーン１９に到達し、明表示（黒表示）となる。また、この行程において、第１の光偏向素子１６１及び第２の光偏向素子１６３で偏向が可能となり、これを全て偏向した場合、上述したような４サブフィールド駆動、つまりスクリーン１９上で４つの異なる位置をとり得られる。このため、見かけ上の画素数の増大による画質の向上が達成される。また、上述した３サブフィールド駆動も可能である。更に、このようなオフアクシスの光学系においては偏光子と検光子が用いられ、従来の偏光子を用いるため低コストとなる。また、この偏光子と検光子の構成においては、高い消光比が得られ、高コントラスト比が達成できる。また、１／２波長板である位相器１６２の遅相軸と、この位相器１６２に入射する直線偏光の電場の振動面との成す角を２２．５°とするとき、正方形の画素の辺と、入射する直線偏光の電場の振動面との成す角は４５°となり、これは正方形の対角線となって対角線上の光偏向となる。また、画素ピッチの対角線の半分に相当する距離にシフトさせれば、画素数を増大でき、高コントラストとなり、かつより高精細な画像が表示できる。
【００５５】
また、図３６は画素縮小を行い、斜め一方向と横方向の両偏向を行った場合の投射画素の様子を示す図である。同図に示すように、斜め一方向と横方向の両偏向を行うと、隙間無く画素の像を投射することが可能となり、実質４倍の画素数の増大となり、画素の縮小を１／２程度にしたときはさらに高精細な画像となる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施の形態例に係る画像表示装置の概略を示す構成図である。
【図２】図１の光偏向素子の構成を当該光偏向素子の概略断面図である。
【図３】図１の空間光変調素子の構成を示す模式図である。
【図４】第１の実施の形態例の画像表示装置によるスクリーン表示の様子を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態例に係る画像表示装置の概略を示す構成図である。
【図６】ワイヤグリッド偏光子の構成を示す模式図である。
【図７】図１の空間光変調素子の別の構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態例の画像表示装置の概念的な構成を示す図である。
【図９】１／２波長板の作用を示す図である。
【図１０】第３の実施の形態例における偏光ビームスプリッタ及び空間光変調素子の正方形状の画素の配列を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【図１２】色分離光学系の一例を示す概略図である。
【図１３】画素を縮小して光偏向を行ったときのスクリーン表示の様子を示す図である。
【図１４】マイクロレンズアレイを用いた反射型空間光変調素子の構成を示す断面図である。
【図１５】マイクロレンズアレイを用いた反射型空間光変調素子の別の構成を示す断面図である。
【図１６】本発明の第５の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【図１７】第５の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の変化及び光路の偏向の様子を示す図である。
【図１８】第５の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の変化及び光路の偏向の別の様子を示す図である。
【図１９】光偏向素子による画素数増大の様子を示す図である。
【図２０】第５の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の変化及び光路の偏向の別の様子を示す図である。
【図２１】本発明の第６の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【図２２】第６の実施の形態例における光学系の各素子また直線偏光の電場の振動方向の変化及び光路の偏向の様子を示す図である。
【図２３】本発明の第７の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【図２４】本発明の第８の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【図２５】本発明の第９の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【図２６】明表示の９つの画素をスクリーンに投射した一例を示す図である。
【図２７】第１、第２の偏向素子及び空間光変調素子の印加電圧の波形を示すタイミングチャートである。
【図２８】４サブフィールド駆動でスクリーン上に投射した１画素の偏向の様子を示す図である。
【図２９】第１、第２の偏向素子及び空間光変調素子の印加電圧の別の波形を示すタイミングチャートである。
【図３０】３サブフィールド駆動でスクリーン上に投射した１画素の偏向の様子を示す図である。
【図３１】本発明の第１０の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【図３２】空間光変調素子を光軸に回転させた配置にした様子を示す図である。
【図３３】図３２の空間光変調素子によるスクリーン上の１画素の表示の様子を示す図である。
【図３４】本発明の第１１の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【図３５】本発明の第１２の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す図である。
【図３６】斜め一方向と横方向の両偏向を行った場合の投射画素の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０；画像表示装置、１１；光源、１２；偏光子、
１３；偏光分離素子、１４；１／４波長板、１５；光偏向素子、
１６；空間光変調素子、１７；投射レンズ、１８；面、
１９；スクリーン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006178174.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006178174.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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