(57)【要約】【課題】従来と同様に画素数の少ない低解像度の空間光変調手段を用いながらも、その画素数を超えた高解像度化を実現でき、低コストで高品質の画像が得られるようにする。【解決手段】光源である高圧水銀ランプ２からの光を、照明光分光手段としてのダイクロイックプリズム１０によりＲ、Ｇ、Ｂの分光特性を有する照明光に分離し、これを空間変調器である反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに対して入射させる。１つの空間光変調器が照明される照明光が特定の分光特性を有する照明光ではなく複数の分光特性を有する照明光となるように、照明光の分離を分光照明光スイッチ手段としての回転ステージ１１でスイッチングして周期的に順次照明するようにし、且つこれらの複数の空間光変調器を、その拡大光学系（投射レンズ１４）の光軸に対する光学的な位置が空間光変調器の単位ピッチの１／２だけシフトした位置に配置する。【選択図】　　　　図１
2004117388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を空間光変調手段によって映像情報に応じた映像光に光変調して表示する映像投射装置において、
上記空間光変調手段に入射する分光照明光を周期的に変化させると同時に、該空間光変調手段の配置をシフトさせることにより、時分割で高解像度化を行うことを特徴とする映像投射装置。
【請求項２】
照明光を出射する照明光学手段と、該照明光学手段が出射する照明光を分光特性に応じて複数の分光照明光に分光する照明光分光手段と、上記分光照明光をフレームからなる映像情報に応じた映像光に光変調する空間光変調手段と、該空間光変調手段により光変調された映像光を投射する投射手段を有する映像投射装置において、
上記空間光変調手段が複数設けられ、且つ、該複数の空間光変調手段の中で２つ以上からなる１組の空間光変調手段のそれぞれの上記投射手段の光軸に対する位置が、該空間光変調手段の最小単位ピッチをｐとした場合に、該空間光変調手段の面位置で略｛（１／２＋ｎ）×ｐ｝（但し、ｎは０以上の整数）となる光学的距離分だけ互いにシフトした位置に配置されており、上記複数の分光照明光の中で２つ以上からなる１組の分光照明光を上記１組の空間光変調手段に入射させ且つ上記１組の分光照明光のそれぞれを上記１組の空間光変調手段の全ての空間光変調手段へ周期的に入射させる分光照明光スイッチ手段を有していることを特徴とする映像投射装置。
【請求項３】
請求項２記載の映像投射装置において、
上記シフトした１組の空間光変調手段の配置に対応して上記フレームからなる映像情報を空間的に分割することにより複数のサブフレーム映像情報を生成するサブフレーム映像情報生成手段と、該サブフレーム映像情報を時分割にして上記分光照明光スイッチ手段と同期させて上記空間光変調手段へ出力するサブフレーム映像情報出力手段を有していることを特徴とする映像投射装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の映像投射装置において、
上記空間光変調手段が反射型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ上記１組の空間変調手段の数が２つであることを特徴とする映像投射装置。
【請求項５】
請求項２又は３記載の映像投射装置において、
上記空間光変調手段が反射型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ上記１組み空間変調手段の数が３つであることを特徴とする映像投射装置。
【請求項６】
請求項２又は３記載の映像投射装置において、
上記空間光変調手段が反射型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ１組の空間変調手段の数が３つであり、且つ上記空間光変調手段で反射された分光照明光と、元の空間光変調手段で反射されていない分光照明光であって分離された後の該分光照明光とを合成する分光照明光合成手段を有することを特徴とする映像投射装置。
【請求項７】
請求項２又は３記載の映像投射装置において、
上記空間光変調手段が反射型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ１組の空間変調手段の数が４つであることを特徴とする映像投射装置。
【請求項８】
請求項２又は３記載の映像投射装置において、
上記空間光変調手段が透過型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ１組の空間変調手段の数が２つであることを特徴とする映像投射装置。
【請求項９】
請求項２又は３記載の映像投射装置において、
上記空間光変調手段が透過型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ１組の空間変調手段の数が３つであることを特徴とする映像投射装置。
【請求項１０】
請求項２乃至９の何れか１つに記載の映像投射装置において、
上記照明光分光手段により分離された複数の分光特性を有する１組の分光照明光の数が４つ以上であり、且つ１組の空間光変調手段の数が２つ以上であり、且つ異なる分光特性を有する分光照明光が３種類以上あり、同一の空間光変調手段にこの３種類の分光照明のうちの少なくとも２つ以上を入射させることを特徴とする映像投射装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１つに記載の映像投射装置において、
上記空間光変調手段が強誘電性液晶を用いた空間光変調手段であることを特徴とする映像投射装置。
【請求項１２】
請求項２乃至１０の何れか１つに記載の映像投射装置において、
上記空間光変調素子と上記投射手段との間に、光軸をシフトする光軸シフト手段を有することを特徴とする映像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を複数の空間光変調器（空間光変調手段）に照明し、これらの空間光変調器で変調された照明光により形成させる映像を拡大像形成光学素子で拡大して観察する映像拡大装置等の映像投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、空間光変調器を用いた映像拡大装置としては、空間光変調器を１枚用いた単板式と呼ばれるものと、空間光変調器を３枚用いた３板式と呼ばれるものが一般に実用化されている。
単板式の場合には、空間的に３分割された３つの画素がＲ（Ｒｅｄ：赤）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ：緑）、Ｂ（Ｂｌｕｅ：青）の３つの分光特性を有する画素を形成し、この３分割された画素に白色の照明光を入射させることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂからなる画像表示を行なう方式と、空間的に３分割又は４分割されたサブフィールドからなるフィールド単位で、サブフィールドをＲ、Ｇ、Ｂ又はＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗ（Ｗｈｉｔｅ：白）の分光特性を有する照明光で空間光変調器のすべての画素に入射させることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ又はＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗからなる画像表示を行なう方式とがある。
【０００３】
これらの２つの方式のうち、前者の方式は、単純な照明装置のみで構成した場合には空間光変調器を１つしか用いないので映像拡大装置が作製しやすく部品代もかからず低コストであるが、照明光の光利用効率と解像度が約１／３となってしまい、画像品質が大きく低下してしまう。
３板式と同程度の照明装置と空間光変調器に微小光学素子を設けることにより、光利用効率を向上することができるが、解像度は１／３のままである。
光利用効率が非常に低いために単板式は４０型以下の小型の映像拡大装置に多く用いられるが、高い画像品質を有する５０型以上の大型には不向きである。
【０００４】
後者の３板式は、照明光学系が複雑ではあるが、白色の照明光をＲ、Ｇ、Ｂを基本に３つに色分離をして、その色分離された異なる分光特性のＲ、Ｇ、Ｂ照明光に対応させた３つの空間光変調器を用いてＲ、Ｇ、Ｂを独立に変調した後に、ダイクロイックプリズムでこれを色合成し、投射レンズで拡大像形成をするので、高コストではあるが高い光利用効率と解像度を実現することができる。
３板式で、空間光変調器に反射型空間光変調器を用いたものでは、上記の方式以外に、１つの偏光分離板（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｓｐｒｉｔｅｒ：以降、ＰＢＳと略す）と１つのダイクロイックプリズムからなる構成、２つ又は４つのＰＢＳと色選択性偏光板（カラーリンク社／米国、商品名＝セレクト）とからなる構成、１つのダイクロイックプリズムに斜入射させる構成等も考案されている。
しかしながらこれらのどの構成も、３つの空間光変調器を用いるので前記の単板式と比べて光利用効率は向上するものの、その空間光変調器の画素数の表示である解像度に関しては元の空間光変調器の解像度を向上させるものではない。
【０００５】
空間光変調器を用いた映像拡大装置としては、他にも空間光変調器として反射型空間光変調器を２枚用いた２板式と呼ばれるものが考案されている（Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ　２００１　ＤＩＧＥＳＴ、ｐ．１０８４−ｐ．１０８７／カラーリンク社）。
これは、アクティブな色選択性偏光板（カラーリンク社／米国、商品名＝カラースイッチ）と１つのＰＢＳを組み合わせたもので、白色の照明光がこのアクティブな色選択偏光板とＰＢＳにより、Ｒ＋Ｇ（シアン）となる照明光と、Ｒ＋Ｂ（マゼンタ）となる照明光の２種類に時分割で分離される。
さらに、ＲとＧ及びＲとＢの照明光は偏光方向が垂直な方向になるように通常のパッシブな色選択性偏光板により調整されているので、ＰＢＳにより、ＲとＧ又はＲとＢに分離される。
これらの照明光は、それぞれ空間光変調器で変調されて映像を形成した後、反射光はＰＢＳで合成されて、Ｒ＋Ｇ又はＲ＋Ｂからなる映像光となり、投射レンズにより拡大されてスクリーンに結像される。
【０００６】
しかしながら、これらのどの構成も、２つの空間光変調器を用いるので前記の単板式と比べて光利用効率は向上するものの、３板式の空間光変調器の場合と同様に画素数の表示である解像度に関しては元の空間光変調器の解像度を向上させるものではない。
他にも、空間光変調器の偏光依存性による光利用効率の低減を改善するために、Ｐ偏光とＳ偏光を同時に利用して約２倍の光利用効率とすべく、単板式を２倍の数の２板式に、２板式を２倍の数の４板式とし、時分割により複数の空間光変調器に入射する照明光の分光特性を周期的に変化させる方式が示されている（特開２００１−１８８２１４号公報、特開２００１−２２８４５５号公報、特開２００１−８３４６１号公報等）。
【０００７】
図２２は、従来の特開２００１−１８８２１４号公報に開示された２板式の映像拡大装置の一例となる構成図である。光源５０１から出射された照明光は、コリメートレンズ５０２を経て、カラースイッチング素子５０３によりＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗに時分割で周期的に色分割される。カラースイッチング素子５０３から入射される光はＰＢＳ５０４によりＰ偏光とＳ偏光に偏光分離されて光の進行方向を９０°変えられ、反射ミラー５０８、５０９によりそれぞれの偏光方向に対応した透過型空間光変調器（液晶パネル）５０６と５０７に入射されて変調された後、ＰＢＳ５０５で偏光合成され、像形成素子５１０によりスクリーン５１１に映像拡大される。
この偏光分離と偏光合成により、通常の偏光変換装置を用いた照明装置の場合の単板式の約１．３倍の光利用効率が得られることになり（偏光変換装置のない照明装置の場合との比較では約２倍）、さらにはＷ光の照明光の利用により、色再現範囲とのトレードオフではあるが、少なくとも１．２倍以上の光利用効率を得ることができ、結果として１．５倍以上の光利用効率の増加を実現できる。
【０００８】
図２３は、上記特開２００１−１８８２１４号公報に記載された２板式の２つの空間光変調器における分光分離された照明光の周期的な入射状況を示したものである。２枚の透過型空間光変調器５０６、５０７を用いたＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗカラーシーケンスアルゴリズムによる画像ディスプレー方法による最大明るさは、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗそれぞれの光量と時間の積の和であるので、本方式による輝度値は従来の３枚の透過型空間光変調器を通じてディスプレーさせる方式による輝度値と同じようになる。
カラースイチング素子を、偏光分離のＰＢＳ５０４の光源側に設けてあるので、２つの空間光変調器に入射する照明光の分光特性は同一のものである。
【０００９】
図２４は、従来の特開２００１−８３４６１号公報に開示された４板式の映像拡大装置の一例となる構成図である。光源１１２から出射された照明光は、カラースイッチングホイール１１４によりＲ＋Ｇ及びＢ＋Ｇにの照明光に時分割で周期的に色分割され、ＰＢＳ１２２によりＰ偏光とＳ偏光に偏光分離されて、それぞれ色選択性偏光板１２６及び１４４とＰＢＳ１３８及び１４６によってＲとＧ及びＢとＧが偏光分離される。
そしてそれぞれの分光特性と偏光方向に対応した透過型空間光変調器１５０、１４８、１３０及び１３２により変調された後、ＰＢＳ１３８で偏光合成され、投影レンズ１４０によりそれぞれの画像が投影される。
この偏光分離と偏光合成により、通常の偏光変換装置を用いた照明装置の場合の単板式の約１．３倍の光利用効率の増加を実現できる（偏光変換装置のない照明装置の場合との比較では約２倍）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−８３４６１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１８８２１４号公報
【特許文献３】
特開２００１−２２８４５５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開２００１−１８８２１４号公報で提案されたような周期的な方式で用いる２板式も、従来の単板式、２板式、３板式と同様に、光利用効率は向上するものの、その空間光変調器の３板式の場合と同様に画素数の表示である解像度に関しては元の空間光変調器の解像度を向上させるものではない。また、特開２００１−８３４６１号公報で提案された構成においても、光利用効率は向上するものの、その空間光変調器の３板式の場合と同様に画素数の表示である解像度に関しては元の空間光変調器の解像度を向上させるものではない。
【００１２】
そこで、本発明は、従来と同様に画素数の少ない低解像度の空間光変調手段を用いながらも、その画素数を超えた高解像度化を実現でき、低コストで高品質の画像が得られる映像投射装置の提供を、その目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、光源からの光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの分光特性を有する照明光に分離し、これを複数の空間変調器に対して、その１つの空間光変調器が照明される照明光が特定の分光特性を有する照明光ではなく複数の分光特性を有する照明光となるように照明光の分離をスイッチングして周期的に順次照明する照明態様とし、且つこれらの複数の空間光変調器の光学的位置をシフトして配置することとした。
【００１４】
具体的には、請求項１記載の発明では、照明光を空間光変調手段によって映像情報に応じた映像光に光変調して表示する映像投射装置において、上記空間光変調手段に入射する分光照明光を周期的に変化させると同時に、該空間光変調手段の配置をシフトさせることにより、時分割で高解像度化を行う、という構成を採っている。
【００１５】
請求項２記載の発明では、照明光を出射する照明光学手段と、該照明光学手段が出射する照明光を分光特性に応じて複数の分光照明光に分光する照明光分光手段と、上記分光照明光をフレームからなる映像情報に応じた映像光に光変調する空間光変調手段と、該空間光変調手段により光変調された映像光を投射する投射手段を有する映像投射装置において、上記空間光変調手段が複数設けられ、且つ、該複数の空間光変調手段の中で２つ以上からなる１組の空間光変調手段のそれぞれの上記投射手段の光軸に対する位置が、該空間光変調手段の最小単位ピッチをｐとした場合に、該空間光変調手段の面位置で略｛（１／２＋ｎ）×ｐ｝（但し、ｎは０以上の整数）となる光学的距離分だけ互いにシフトした位置に配置されており、上記複数の分光照明光の中で２つ以上からなる１組の分光照明光を上記１組の空間光変調手段に入射させ且つ上記１組の分光照明光のそれぞれを上記１組の空間光変調手段の全ての空間光変調手段へ周期的に入射させる分光照明光スイッチ手段を有している、という構成を採っている。
【００１６】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の映像投射装置において、上記シフトした１組の空間光変調手段の配置に対応して上記フレームからなる映像情報を空間的に分割することにより複数のサブフレーム映像情報を生成するサブフレーム映像情報生成手段と、該サブフレーム映像情報を時分割にして上記分光照明光スイッチ手段と同期させて上記空間光変調手段へ出力するサブフレーム映像情報出力手段を有している、という構成を採っている。
【００１７】
請求項４記載の発明では、請求項２又は３記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が反射型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ上記１組の空間変調手段の数が２つである、という構成を採っている。
【００１８】
請求項５記載の発明では、請求項２又は３記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が反射型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ上記１組み空間変調手段の数が３つである、という構成を採っている。
【００１９】
請求項６記載の発明では、請求項２又は３記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が反射型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ１組の空間変調手段の数が３つであり、且つ上記空間光変調手段で反射された分光照明光と、元の空間光変調手段で反射されていない分光照明光であって分離された後の該分光照明光とを合成する分光照明光合成手段を有する、という構成を採っている。
【００２０】
請求項７記載の発明では、請求項２又は３記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が反射型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ１組の空間変調手段の数が４つである、という構成を採っている。
【００２１】
請求項８記載の発明では、請求項２又は３記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が透過型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ１組の空間変調手段の数が２つである、という構成を採っている。
【００２２】
請求項９記載の発明では、請求項２又は３記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が透過型空間光変調手段であり、上記照明光分光手段により分離された複数の異なる分光特性を有する１組の分光照明光の数が３つ以上であり、且つ１組の空間変調手段の数が３つである、という構成を採っている。
【００２３】
請求項１０記載の発明では、請求項２乃至９の何れか１つに記載の映像投射装置において、上記照明光分光手段により分離された複数の分光特性を有する１組の分光照明光の数が４つ以上であり、且つ１組の空間光変調手段の数が２つ以上であり、且つ異なる分光特性を有する分光照明光が３種類以上あり、同一の空間光変調手段にこの３種類の分光照明のうちの少なくとも２つ以上を入射させる、という構成を採っている。
【００２４】
請求項１１記載の発明では、請求項１乃至１０の何れか１つに記載の映像投射装置において、上記空間光変調手段が強誘電性液晶を用いた空間光変調手段である、という構成を採っている。
【００２５】
請求項１２記載の発明では、請求項２乃至１０の何れか１つに記載の映像投射装置において、上記空間光変調素子と上記投射手段との間に、光軸をシフトする光軸シフト手段を有する、という構成を採っている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。
本実施形態では、３つの反射型のライトバルブ（Ｌｉｇｈｔ　Ｖａｌｖｅ：以降、ＬＶと略す）に対して、１つのＰＢＳと１つのダイクロイックプリズムを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
まず、図１に基づいて本実施形態における映像拡大装置の光学系構成の概要を説明する。映像拡大装置１は、高圧水銀ランプ２及び誘電体層反射コーティングを施したガラス放物面鏡３によって実現される照明光学手段、熱と紫外線とオレンジ領域の不要波長領域の複数の誘電体反射コーティングを有する色フィルタ４等を備えている。
高圧水銀ランプ２はＲ、Ｇ、Ｂの３色を含む白色光を放出し、ガラス放物面鏡３は高圧水銀ランプ２が放出した白色光を平行化し、色フィルタ４は平行化した白色光から不要波長領域を除去する。
【００２７】
また、映像拡大装置１は、ホモジナイズ用の第１及び第２フライアイレンズ５ａ、５ｂとコンデンサレンズ８とによって構成されるホモジナイザ、第１及び第２フライアイレンズ５ａ、５ｂとＰＢＳアレイ６とによって構成される偏光変換素子、クリーナ偏光子７、作像用のＰＢＳ９、色分解合成用のダイクロイックプリズム１０を有している。
ホモジナイザは、照明光学手段から出射される照明光から不要波長領域を除去した白色光の面積的な光強度分布を均一化し、偏光変換素子は作像用のＰＢＳ９へのＳ偏光照明の光の光利用効率を約１．５とする。
【００２８】
照明光分光手段としてのダイクロイックプリズム１０は、特定の波長域を通過させ他の波長域を反射させるような対角面を２つ有しており、各対角面はそれぞれ異なる波長領域を反射させる。本実施形態ではＲ、Ｇ、Ｂの３色を含む白色光から、Ｇ光（緑領域の分光特性を有する分離された照明光）を透過させＲ光を反射させる誘電体多層膜コーティングが施された対角面と、Ｇ光を透過させＢ光を反射させる誘電体多層膜コーティングが施された対角面との２つの対角面を有している。
【００２９】
ダイクロイックプリズム１０は、分光照明光スイッチ手段としての回転ステージ１１上に搭載され、回転ステージ１１の回転によって、１／６０秒毎に１／４回転ずつステップ的に回転する。ダイクロイックプリズム１０は、線対称であるため１／２回転周期となる。
さらに映像拡大装置１は、空間光変調手段（反射型空間光変調手段）としての３つの反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを有している。公知の技術であるため詳細な説明は省略するが、反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、電子回路を予め焼き付けたシリコンウエハに、ミラーを形成し、このシリコンウエハとガラスとの間に液晶を挟んだＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）である。
各反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。本実施形態では、各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されている。このため、２つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／３０秒に設定される（図２参照）。
【００３０】
特に図示しないが、映像拡大装置１は、演算手段とメモリー手段とを有し、フレームの画像データをサブフレームに応じて分割する図示しない電気計算回路を備えている。反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、分割されたサブフレーム情報に従って、照明光をサブフレーム単位で光変調する。
加えて、映像拡大装置１は、映像を拡大表示する投射手段（像形成光学手段）としての拡大用の投射レンズ１４、映像が拡大表示されるスクリーン１３を有している。特に図示していないが、映像拡大装置１は、コントラスト確保のためのクリーナ偏光子を、作像系のＰＢＳ９の光路後に設けている。
【００３１】
このような構成において、高圧水銀ランプ２から放出した光を、放物鏡３により平行化した後、色フィルタ４により不要波長領域を除去した光とする。その後、ホモジナイザによって面積的な光強度分布を均一化し、偏光変換素子によって作像系のＰＢＳ９へのＳ偏光照明の光の光利用効率を約１．５とした照明光を、ＰＢＳ９を介してダイクロイックプリズム１０に入射する。
ダイクロイックプリズム１０は、入射された照明光を、反射型ＬＶ１２ａに向けて反射する分光照明光Ａと、反射型ＬＶ１２ｂに向けて透過する分光照明光Ｂと、反射型ＬＶ１２ｃに向けて反射する分光照明光Ｃとの３つの分光照明光に分光する。
各反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに入射する分光照明光Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ対応する反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって、分光照明光Ａ、Ｂ、Ｃの色に応じた映像光に光変調され、投射レンズ１４を介して、スクリーン１３上に拡大投射される。
【００３２】
図２は、反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに入射する照明光の動作を示すタイムスケールのチャートを示したものである。横軸は時間軸であり、サブフレーム２つにより、メインとなるフレームを構成している。上述のようにサブフレームは１／６０秒の期間であり、フレームは１／３０秒の期間である。
図２に示すように、上記のような構成によりダイクロイックプリズム１０をステップ的に回転することにより、反射されるＲ、Ｇ、Ｂ３色のうちの２色の方向を変えることができるので、Ｇ色の照明光は常に反射型ＬＶ１２ｂに対応する分光照明光Ｂのみを照明するが、他の２つの反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃに対応する分光照明光ＡとＣを、残りのＲとＢで交互に照明する。
このとき、２つの反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃの投射レンズ１４の光軸に対する相対位置を、画素の１／２分シフトして配置することにより高解像度の表示が可能となる。その理由を以下に説明する。
【００３３】
図３は、２つの反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃにおける画素の１／２分シフトされた位置関係を示している。図３（ａ）は、反射型ＬＶ１２ａの位置を、図３（ｂ）は反射型ＬＶ１２ｃの位置を、図３（ｃ）は２つの反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃの同時期における位置関係を示している。
２０１は反射型ＬＶ１２ａの画素のうちの１つであり、２０２は反射型ＬＶ１２ｃの画素のうちの１つである。２０３ａ、２０３ｂは同時期における反射型ＬＶ１２ａの画素のうちの１つ、及び反射型ＬＶ１２ｃの画素のうちの１つである。
２０５は画素ピッチであり、２０４は画素２０１と画素２０２との間隔であり、且つ画素ピッチの半分の距離である。
図３は、反射型ＬＶ面における位置を示しており、横軸はＸ座標であり、縦軸はＹ座標である。原点（０）は投射レンズ１４の光軸であり、単位は画素ピッチである。反射型ＬＶの開口率は図を解りやすくするために面積開口率で約１０％で隣接する画素が重ならない大きさとしてある。実際には、開口率は１００％であってもよい。
【００３４】
図２に示されるように、１つの照明光が２つの空間光変調器（反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃ）に入射されるので、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれ同時期において、同じ分光照明光が隣接する２０１及び２０２のように配置されて映像が表示される。このときの合成された映像は、図３（ｃ）に示すように、２０３ａ、２０３ｂとなり、図２に示すように、一方がＲであれば他方がＢであり、逆に一方がＢであれば他方がＲである。
このそれぞれのサブフレーム２つが、１フレームで合成された場合には、それぞれ２０３ａの位置にＲとＢ、２０３ｂの位置にも同様にＲとＢを表示することができる。これにより、ＲとＢの分光照明光に関しては、その実効的な画素数を２倍にできることになる。実際には、残りのＧの照明光を付加して表示が行われる。
【００３５】
図１において、図示していないが、元の高解像度のフレームからなる映像情報から図３の２０３ａ、２０３ｂ、及び下記で説明する図４の２０３ｃの画素の位置に対応して、サブフレームからなる映像情報を生成するサブフレーム映像情報生成手段と、このサブフレーム映像情報をメモリに一時的に格納した後に、図１で示す分光照明光のスイッチング手段となる回転ステージ１１とを同期させて、サブフレーム単位で反射型ＬＶ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに出力するサブフレーム映像情報出力手段を有している。
【００３６】
このとき、２つの反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃの位置での画素位置２０３ａ、２０３ｂに対応して、反射型ＬＶの４倍の高解像度の画素数の情報からなる元の映像情報のうちのＲとＢの情報を、縦方向に平均化して用い、それぞれサブフィールドにおいてＲ又はＢに相当する画素を表示するときに映像を出力し、Ｇは縦と横の両方向ともに４画素の値を平均化して１画素の値としてすべてのフレームで同じ映像を出力する。
Ｇの場合には、４画素及びその周辺画素の情報をもとに、入力された映像の階調性よりも高階調の表示を時間分割により行ってもよい。
【００３７】
図４は、１フレーム内のサブフィールド単位での周期的な表示が、１フレームとして合成された場合であり、図３に示したように、２０３ａ、２０３ｂは、それぞれＲとＢから表示される画素としての合成色であり、さらに２０３ｃの緑色が加わり白色表示を実現することができる。
このとき、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの原色のうちのすべての色の画素が２倍になるわけではないが、上述のように３つのうちのＲ、Ｂの２つの画素が２倍になることにより、全体的には１．６７倍の実効画素数とすることができ、１．６７倍の高解像度化を行うことができる。
図３、図４では、ＲとＢの色の画素数が２倍になる場合であるが、本発明の趣旨はこの２つの色に限定されるわけではない。例えばＧを他の色と組み合わせて２倍とすると、Ｇの比視感度が高いために、他の色よりも効果的である。
【００３８】
図４においては、符号１０５の画素ピッチｐに対して、２つの空間光変調器（反射型ＬＶ１２ａ、１２ｃ）の画素のシフト量となる間隔１０４を１／２×ｐとしているが、画素ピッチｐの整数倍分シフトした上に１／２×ｐの位置をシフトしてもよい。
すなわち、略｛（１／２＋ｎ）×ｐ｝（但し、ｎは０以上の整数）となる光学的距離分だけ互いにシフトした位置に配置してもよい。
また、シフト量は、正確に１／２×ｐである必要はなく、高解像度の効果を生じさせるためには、好ましくはそのシフト量は、１／４×ｐ〜３／４×ｐであり、さらに好ましくは、３／８×ｐ〜５／８×ｐである。
１／４×ｐ未満及び３／４×ｐ以上の場合には、高解像度の効果があるものの、１ドットライン＆スペース等の高い空間周波数の場合の画像では、その高解像度の効果が薄れる。シフト量は、１／４×ｐ〜３／４×ｐは、位置合わせもしやすく、且つその高解像度の効果の視認性が向上する範囲である。さらに、３／８×ｐ〜５／８×ｐでは、正確に１／２×ｐであるときとほとんど同じ視認性が得られる。
【００３９】
上述のように、複数の任意の空間光変調器に、分光照明光を分光的にスイッチングする照明光が実現することにより、図４に示す３色のうちの２色以上の場合で且つメカニカルな手法に限らずに、複数の空間光変調器で時分割に実効画素数を増倍することができ、従来と同様に画素数の少ない低解像度の空間光変調手段を用いながらも、その画素数を超えた高解像度化を実現でき、低コストで高品質の画像を得ることができる。
【００４０】
次に、図５及び図６に基づいて第２の実施形態を説明する。本実施形態では、２つの反射型ＬＶを有する２板式の映像拡大装置への適用例を示す。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略し、要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
以下の各実施形態では、図１で示した構成におけるコンデンサレンズ８の光出射方向上流側を省略している。
図５に示すように、本実施形態における映像拡大装置２０は、図示を省略したコンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（反射型空間光変調手段）としての２つの反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂと、１つのＰＢＳ２２と、色選択性偏光板２３を有している。
ＰＢＳ２２と、色選択性偏光板２３とによって照明光分光手段が実現されている。
【００４１】
反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂは、フレームを３つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されている。このため、３つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／２０秒に設定される（図６参照）。
ＰＢＳ２３は、Ｐ偏光（図５中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図５中紙面平行方向）を透過する偏光面を有している。
色選択性偏光板２３は、特定波長領域の偏光をそのまま透過し、別の特定波長領域の偏光を選択的に回転させ、また別の特定波長領域の光を選択的に消光（吸収）する光学特性を有する。これにより、コンデンサレンズ８を介して出射される白色光に含まれるＲ、Ｇ、Ｂの各色のうち、１つの色の分光照明光を選択的に偏光回転させずに透過させ、別の色の１つの色の照明光を選択的に偏光回転させて透過させ、残りの１つの色の照明光を選択的に消光（吸収）することが可能になる。
【００４２】
色選択性偏光板２３の光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御によって切り換えることが可能であり、アクティブな色選択性偏光板である。本実施形態では、このアクティブな色選択性偏光板２３が分光照明光スイッチ手段として機能する。色選択性偏光板２３による光学特性のスイッチング周期は１／６０秒に設定されている。
色選択性偏光板２３は、例えば、複数枚の位相差板と液晶セル（いずれも図示せず）とを組み合わせることにより構成することが可能である。詳細な図示を省略するが、本実施形態では、特定の波長領域の照明光を選択的に偏光回転するλ／４波長板として作用させるカラーセレクト（商品名：カラーリンク社／米国）を位相差板とし、表面安定化した強誘電性液晶を液晶セルとする色選択性偏光板２３を用いることにより構成されている。
【００４３】
色選択性偏光板２３は上記構成に限るものではなく、例えば、液晶セルにネマチック液晶のπセルを用いたカラースイッチ（商品名：カラーリンク社／米国）によって代用することも可能である。
また、色選択性偏光板２３は、複数枚の位相差板と液晶セルとに加えて、通常の偏光子を組み合わせてさらに多段で構成することも可能である。さらに、色選択性偏光板２３は、公知の回転フィルタを用いたものや、液晶を用いて回折格子を実現するものであってもよい。
【００４４】
上記構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光は色選択性偏光板２３に入射される。色選択性偏光板２３は、入射された照明光のうち、１つの色の照明光を選択的に消光（吸収）するとともに、残り２色の分光照明光のうち一方をＰ偏光に回転させて色選択性偏光板２３を透過させ、ＰＢＳ２２に入射する。
ＰＢＳ２２は、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を反射型ＬＶ２１ａに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を反射型ＬＶ２１ａに向けて透過する。
各反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂに入射する分光照明光は、それぞれ対応する反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調され、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００４５】
色選択性偏光板２３の光選択性を図６に示すように周期的にスイッチングさせることにより、ＰＢＳ２２で反射する分光照明光とＰＢＳ２２で透過する分光照明光とを周期的に入れ替え、反射型ＬＶ２１ａと反射型ＬＶ２１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に周期的にスイッチングすることができる。
例えば、図６に示すように、フレーム１のサブフレーム１における色選択性偏光板２３のスイッチング状態が、Ｒ光の偏光をＰ偏光に回転させ、Ｇ光をＳ偏光のままとして、Ｂ光を消去させるような状態である場合、Ｐ偏光に回転されたＲ光は反射型ＬＶ２１ａに入射され、Ｓ偏光のままのＧ光が反射型ＬＶ２１ｂに入射される。
【００４６】
この状態から、Ｒ光を消去させ、Ｇ光の偏光をＰ偏光に回転し、Ｂ光をＳ偏光のままとするように色選択性偏光板２３をスイッチングさせると、Ｐ偏光に回転されたＧ光が反射型ＬＶ２１ａに入射され、偏光されずに透過されたＢ光が反射型ＬＶ２１ｂに入射される。
続いて、Ｒ光をＳ偏光のままととし、Ｇ光を消去させ、Ｂ光の偏光をＰ偏光に回転するように色選択性偏光板２３をスイッチングさせると、Ｐ偏光に回転されたＢ光が反射型ＬＶ２１ａに入射され、偏光されずに透過されたＲ光が反射型ＬＶ２１ｂに入射される。
【００４７】
本実施形態では、照明光をＲ、Ｇ、Ｂの３つの分光照明光に分光しているため、上述の状態から色選択性偏光板２３をまたさらにスイッチングさせることにより、図６中フレーム１のサブフレーム１に示す初期状態に戻り、Ｒ光の偏光をＰ偏光に回転させ、Ｇ光をＳ偏光のままとして、Ｂ光を消去させるようになる。
なお、図６では、色選択性偏光板２３の作用によって偏光回転されずに透過される光を上下方向の矢印で示し、色選択性偏光板２３の作用によって偏光回転されて透過される光を「・」で示し、色選択性偏光板２３の作用によって消光される光を「×」で示す。
図５においても色選択性偏光板２３の作用によって偏光回転されずに透過される光を上下方向（又は左右方向）の矢印で示し、色選択性偏光板２３の作用によって偏光回転されて透過される光を「・」で示している。図５において実線は入射光を示し、破線は変調光を示す（以上、以下の他の実施形態において同じ）。図６中、フレーム１のサブフレーム１は、図５で示す偏光状態を示している。
【００４８】
このように、色選択性偏光板２３の光学特性を周期的にスイッチングさせることで、反射型ＬＶ２１ａと反射型ＬＶ２１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に周期的にスイッチングすることができるので、２つの反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂによって得られるＲ、Ｇ、Ｂの各色の映像光の光利用効率を２つの反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂ間でそれぞれ平均化することができる。
図５に示す反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂは、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分シフトするように配置されている。このため、フレーム単位での表示は、全ての色のＲ、Ｇ、Ｂを２画素で表示できることになり、実効的な画素数を２倍にすることができ、解像度を２倍にできる。
【００４９】
スクリーンに投射される表示画像には、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つに分光した分光照明光のうち、光利用効率を平均化した２つの分光照明光が含まれているため、単板式の映像拡大装置と比較して、光利用効率の向上及び高解像度化を図れるとともに、時間的な均一性を改善してカラーブレイクの発生を抑制することができる。ところで、サブフレームの切り換えに際して、サブフレーム間に生じる映像光のクロストークを減じるためには、反射型ＬＶ２１ａ、２１ｂの液晶における応答速度を１００μｓｅｃ以下にすることが好ましいとされるが、実際には、色選択性偏光板２３が有する液晶の応答速度を１００μｓｅｃ以下にした場合にも、サブフレーム周波数によっては若干のサブフレーム間のクロストークが生じる場合がある。
【００５０】
これに対し、サブフレームの切り換え光変調に際して、フレーム内での色バランスが均一になるように、クロストークが生じる期間である液晶の応答時間中に、反射型ＬＶ２１ａ又は２１ｂの全面を黒表示状態とするタイミングを設けることにより、サブフレーム間のクロストークを低減することができる。
この黒表示のタイミングは、数フレーム間に亘って変化させて混在させてもよいし、サブフレーム自体をさらに小さなサブフレームに分割し、この小さなサブフレームの順序を変化させて間に黒表示画像を表示させるようにしてもよい。これにより、周期的な画像情報の変化によって生じるフリッカ、カラーブレイク、擬的動画像等の不具合をより減少させることができる。
【００５１】
また、本実施形態では、照明光をＲ、Ｇ、Ｂの３色に分光させたが、これに限るものではなく、照明光をＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色に分光させ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗを１周期として、色選択性偏光板２３の光学特性をスイッチングさせるようにしてもよい。これにより、色再現性が若干低下するが、光利用効率を大きく向上させることができる。なお、照明光をＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色に分光させる場合、１フレームを４つのサブフレームによって構成する。
【００５２】
次に、図７及び図８に基づいて第３の実施形態を説明する。本実施形態では３つの反射型ＬＶを有する３板式の拡大映像装置への適用例を示す。
図７に示すように、本実施形態の映像拡大装置３０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（反射型空間光変調手段）としての３つの反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、４つのＰＢＳ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄと、３つのアクティブな色選択性偏光板３３ａ、３３ｂ、３３ｃとを有する。本実施形態では、ＰＢＳ３２ａ、３２ｂ、３２ｃと色選択性偏光板３３ａ、３３ｂとによって照明光分光手段が実現されている。
【００５３】
ＰＢＳ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、それぞれ、Ｐ偏光（図７中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図７中紙面平行方向）を透過する偏光面を有している。
色選択性偏光板３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、上述と同様に、複数枚の位相差板と液晶セルとを組み合わせることによって構成されており、入射される光の分光特性に応じて特定波長領域の偏光を選択的に回転する。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちのいずれか１色の偏光を回転することが可能になる。
色選択性偏光板３３ａ、３３ｂ、３３ｃの光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御により、周期的にスイッチングさせることが可能である。
本実施形態では、色選択性偏光板３３ａ、３３ｂ、３３ｃのスイッチング周期は、１／６０秒に設定されている。
【００５４】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色光は、色選択性偏光板３３ａに入射される。色選択性偏光板３３ａは、入射された照明光のうち、１つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて、ＰＢＳ３２ａに入射する。ＰＢＳ３２ａは、入射された照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光をＰＢＳ３２ｃに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を色選択性偏光板３３ｂに向けて透過する。
ＰＢＳ３２ｃに入射した分光照明光は、Ｐ偏光であるため、ＰＢＳ３２ｃで反射型ＬＶ３１ａに向けて反射され、反射型ＬＶ３１ａによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。光変調された映像光は、Ｓ偏光であるため、ＰＢＳ３２ｃ、３３ｄを透過して、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００５５】
色選択性偏光板３３ｂに入射した分光照明光は、色選択性偏光板３３ｂにより一方の偏光がＰ偏光に回転されて、ＰＢＳ３２ｂに入射する。ＰＢＳ３２ｂは、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を反射型ＬＶ３１ｂに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を反射型ＬＶ３１ｃに向けて透過する。
反射型ＬＶ３１ｂ、３１ｃに入射する分光照明光は、それぞれ対応する反射型ＬＶ３１ｂ、３１ｃによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調されて、色選択性偏光板３３ｃに入射される。色選択性偏光板３３ｃに入射された分光照明光は、Ｓ偏光をＰ偏光に回転されてＰＢＳ３２ｄに入射される。
ＰＢＳ３２ｄは入射されたＰ偏光は、偏光面で反射され、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００５６】
ここで、制御回路の動作によって２つの色選択性偏光板３３ａ、３３ｂの光学特性を図８に示すようにスイッチングすることにより、３つの反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃを照明する分光照明光をＲ、Ｇ、Ｂの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、色選択性偏光板３３ａ、３３ｂの分光照明光スイッチ手段としての機能が実現されている。
２つの色選択性偏光板３３ａ、３３ｂのスイッチング動作に合わせて、図８に示すように、色選択性偏光板３３ｃの光学特性をスイッチングさせることにより、色選択性偏光板３３ｃを介してＰＢＳ３２ｄに入射する光を全てＰ偏光として、ＰＢＳ３２ｄの偏光面で反射して投射レンズ１４へ入射させることができる。
【００５７】
図８（ａ）の場合には、サブフレームは１／６０秒の期間であり、フレームは１／３０秒の期間である。サブフレーム３つによりメインとなるフレームを構成している（ｂ）の場合には、サブフレームは１／６０秒の期間であり、フレームは１／２０秒の期間である。
画像情報は、フレームごとに映像拡大装置に入力されるが、図示しない演算手段とメモリー手段を有する電気計算回路により、サブフレーム情報に分割され、反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃはこのサブフレーム情報に従って照明光をサブフレーム単位で変調する。
【００５８】
このように、３板式とすることで、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させるとともに、特定の色の分光照明光の輝度を低下させることなく、各分光照明光間の輝度及び発色性を均一化した高精細な表示画像を得ることができる。
また、２つの反射型ＬＶ３１ｂ、３１ｃに関しては、光路を重複させることが可能になるため、表示画像品質の面内均一性の向上を図るとともに、各色に対してそれぞれ独立した光路を設ける構造の従来の３板式の映像拡大装置と比較して、部品点数を低減し、低コスト化を図ることができる。
【００５９】
ところで、本実施の形態では、１フレームを２つのサブフレームによって構成するか、３つのサブフレームによって構成するかによって、色選択性偏光板の光学特性を、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、２パターンに調整することが可能である。例えば、１フレームを２つのサブフレームによって構成する場合、色選択性偏光板３３ａ、３３ｂ、３３ｃの光学特性を図８（ａ）に示すようにスイッチングさせることにより、反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃを照明する分光照明光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に周期的にスイッチングすることができる。
【００６０】
図８（ａ）においては、３つの反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃのうちの、全てに対して、照明する色を変化させるものであり、このとき、３つの反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ同士で、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分だけ水平方向及び垂直方向（縦及び横方向）シフトするように配置されている。
このため、フレーム単位での表示は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちのすべての色に対して、実効的な画素数を３倍にすることができ、３倍の画素数により３倍の高解像度を実現することができる。
さらには、第２の実施形態の図５の場合と比較して、光利用効率を向上することにより、より明るい視認性の良好な画像表示を行うことができる。図７で示す偏光状態は、図８（ａ）のフレーム１のサブフレーム１に対応している。このときの、３つの位置の画素の配列は、正三角形を最密配置したものが最も好ましいが、直角三角形でもよく、また不等辺の３角形であってもよい。それぞれの配置に従って、サブフレーム映像情報を生成することが必要である。
【００６１】
また、図８（ｂ）は、３つの反射型ＬＶ３１ａ、３１ｂ、３１ｃのうちの、２つのみに対して照明する色を変化させるものであり、色選択性偏光板３３ａを実質的に動作させていないものである。この場合、２つの反射型ＬＶ３１ｂ、３１ｃ同士で、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分シフトするように配置されている。このため、フレーム単位での表示は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちの特定の２色に対して、実効的な画素数を２倍にすることができ、解像度を２倍にできる。
これは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色でのフルカラー場合には、実効的な画素数が１．６７倍になったことに相当し、これにより解像度が１．６７倍となる。さらには、第２の実施形態の図５の場合と比較して、光利用効率を向上することにより、より明るい視認性の良好な画像表示を行うことができる。
【００６２】
また、図８（ｂ）の場合には、アクティブな色選択偏光板３３ａを実質的に動作させていないので、これをカラーセレクトに交換して、より低コスト化することもでき、また、サブフレーム数を３から２に減少できるので、サブフレームの切り替え時に生じるコントラスト低下、又はこれを黒表示とした場合の全白輝度の低減等を改善することができる。さらには、アクティブな色選択板を３つ用いておいて、図８（ａ）のモードと（ｂ）のモードとを切り替える手段を設けてもよい。
また、いずれのＰＢＳもグリッドワイヤ格子を用いた反射型偏光板を用いてもよく、作像系以外のＰＢＳであれば、より軽量で低コストの立方体型ではない平板型の偏光分離板を用いてもよい。
【００６３】
次に、図９及び図１０に基づいて第４の実施形態を説明する。本実施形態では、３つの反射型ＬＶを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
図９に示すように、本実施形態の映像拡大装置４０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（反射型空間光変調手段）としての３つの反射型ＬＶ４１ａ、４１ｂ、４１ｃと、３つのＰＢＳ４２ａ、４２ｂ、４２ｃと、２つの色選択性偏光板４３ａ、４３ｂと、分光照明光合成手段としての複合機能プリズム（ダイクロイックプリズム兼ＰＢＳ）４４と、リレーレンズ４４と、偏光分光板４５ａ、４５ｂと、誘電体反射ミラー４６を有している。
本実施形態では、ＰＢＳ４２ａ、４２ｂ、４２ｃと色選択性偏光板４３ａ、４３ｂと偏光分光板４５ａ、４５ｂとによって照明光分光手段が実現されている。
【００６４】
反射型ＬＶ４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で入射光を光変調して映像光を生成する。各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されており、２つのサブフレームによって構成されるフレーム期間は１／３０秒に設定される（図１０参照）。
ＰＢＳ４２ａ、４２ｂ、４２は、Ｐ偏光（図９中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図９中紙面平行方向）を透過する偏光面を有している。
【００６５】
色選択性偏光板４３ａ、４３ｂは、上述と同様に、複数枚の位相差板と液晶セルとを組み合わせることによって構成されており、入射される光の分光特性に応じて特定波長領域の偏光を選択的に回転する。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂｌｕｅのうちのいずれか２色の偏光を回転することが可能になる。色選択性偏光板４３ａ、４３ｂの光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御により、周期的にスイッチングさせることが可能である。
色選択性偏光板４３ａ、４３ｂのスイッチング周期は１／６０秒に設定されている。
【００６６】
複合機能プリズム４４は、Ｒ光を反射しＧ光、Ｂ光を透過する誘電体多層膜を一方の対角面に有し、偏光方向に応じて透過／反射により入射光を分光する偏光分光膜を他方の対角面に有しており、ダイクロイックプリズムとしての機能とＰＢＳとしての機能とを有する。これにより、複合機能プリズム４４に入射された光は、投射レンズ１４へ向けて出射される。
リレーレンズ４４は、正のパワーのレンズ４４ａ、４４ｂを組み合わせて構成されている。加えて、偏光分光板４５ａ、４５ｂは、Ｐ偏光（図９中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図９中紙面平行方向）を透過する。
【００６７】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光は、色選択性偏光板４３ａに入射される。
色選択性偏光板４３ａは、入射された照明光のうち、２つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて透過する。これにより、色選択性偏光板４３ａを透過した照明光は、偏光分光板４５ａによって偏光分光され、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光が、誘電体反射ミラー４６、リレーレンズ４４を介して、ＰＢＳ４２ｃに入射される。
ＰＢＳ４２ｃは、入射されたＳ偏光の光を反射型ＬＶ３１ａに向けて透過する。反射型ＬＶ３１ａに入射したＳ偏光は、反射型ＬＶ３１ａで分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。
【００６８】
色選択性偏光板４３ａによって反射された光は、色選択性偏光板４３ｂによって一方をＳ偏光に回転して偏光分光板４５ｂに入射することにより、ＰＢＳ４２ｂに向けて反射する分光照明光と、ＰＢＳ４２ｃに向けて透過する光とに分光される。ＰＢＳ４２ｂに入射した分光照明光は、Ｐ偏光であるため、ＰＢＳ４２ｂで反射型ＬＶ４１ｂに向けて反射され、反射型ＬＶ４１ｂによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。
ＰＢＳ４２ｃに入射した分光照明光は、Ｓ偏光であるため、ＰＢＳ４２ｃで反射型ＬＶ４１ｃに向けて反射され、反射型ＬＶ４１ｃによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調される。
【００６９】
反射型ＬＶ４１ａ、４１ｂ、４１ｃで光変調された映像光は、いずれも複合機能プリズム４４に入射し、複合機能プリズム４４で複合されて投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００７０】
制御回路の動作によって２つの色選択性偏光板４３ａ、４３ｂの光学特性を図１０に示すようにスイッチングすることにより、３つの反射型ＬＶ４１ａ、４１ｂ、４１ｃを照明する分光照明光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、色選択性偏光板４３ａ、４３ｂの分光照明光スイッチ手段としての機能が実現されている。
本実施形態では、色選択性偏光板４３ａは実質的に動作しないので、３つの反射型ＬＶ４１ａ、４１ｂ、４１ｃのうち２つの反射型ＬＶ４１ｂ、４１ｃを照明する分光照明光を、Ｇ、Ｂｌｕｅの２色で交互にスイッチングすることができる。
【００７１】
３つの反射型ＬＶ４１ａ、４１ｂ、４１ｃのうちの、２つのみに対して、照明する色を変化させるものであり、このとき、２つの反射型ＬＶ４１ａ、４１ｃ同士で、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分シフトするように配置されている。
このため、フレーム単位での表示は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちの特定の２色に対して、実効的な画素数を２倍にすることができ、解像度を２倍にできる。これは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色でのフルカラー場合には、実効的な画素数が１．６７倍になったことに相当し、これにより解像度が１．６７倍となる。さらには、第２の実施形態の図５の場合と比較して、光利用効率を向上することにより、より明るい視認性の良好な画像表示を行うことができる。
【００７２】
偏光分離板４５ａ、４５ｂは、照明系部分でるので、平面型の偏光分離板を用いているが、これは立方体型のＰＢＳを用いてもよいし、ワイヤグリッド偏光子を用いても良い。また、ダイクロイックプリズムとＰＢＳとの複合プリズムは、照明光にレーザやＬＥＤ又は狭帯域フィルタ用いた放電ランプのような各色の波長帯域の狭いものを用いた場合は、ＰＢＳの多層膜をこれらに最適に設計することにより、クロスのＰＢＳにしても、良好な効率で投射レンズに取り入れることができる。
また、図９においては、色選択性偏光板４３ａにアクティブな色選択偏光板を用いているが、図１０に示すように、実際には固定的な動作であるので、単なるカラーセレクトを用いても良い。
また、図１０においては、Ｒ色の照明光は、常に１つの反射型ＬＶ４１ａを照明しているが、これは比視感度の高いＧ色と、色差感度の高い青色の２色を組み合わせて用いて、これらの２色の組の照明光を２つの反射型ＬＶ４１ａに時間的に分散平均化しているので、解像度も数値的な１．６７倍以上に視認性を向上することができる。しかしながら映像情報の種類により他のＢ色又はＧ色のどちらかを、つねに１つの反射型ＬＶ４１ａに照明した方が効果的な場合もある。
【００７３】
次に、図１１及び図１２に基づいて第５の実施形態を説明する。本実施形態では４つの反射型ＬＶを有する４板式の映像拡大装置への適用例を示す。
図１１に示すように、本実施形態の映像拡大装置５０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（反射型空間光変調手段）としての４つの反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄと、４つのＰＢＳ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄと５つのアクティブな色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅとを有している。
本実施の形態では、ＰＢＳ５２ａ、５２ｂ、５２ｃと色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｄとによって照明光分光手段が実現されている。
【００７４】
図１２は、４つの反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄに入射する照明光の動作を示すタイムスケールのチャートを示したものである。横軸は時間軸であり、サブフレーム４つにより、メインとなるフレームを構成している。サブフレームは１／６０秒の期間であり、フレームは１／１５秒の期間である。画像情報は、フレームごとに映像拡大装置に入力されるが、図示しない演算手段とメモリー手段を有する電気計算回路により、サブフレーム情報に分割され、反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄはこのサブフレーム情報に従って照明光をサブフレーム単位で変調する。
但し、本実施形態の場合の観察はフレーム周期が長いために、フリッカが生じやすいので、比較的い暗い室内で、スクリーン輝度を小さくして使用する方が好ましい。フレーム周期は、反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの設計、周辺電気回路の設計により、１／４倍以上の１／６０秒以下とすることは、比較的容易であり、好ましい。
【００７５】
本実施形態の映像拡大装置５０は、１フレームを４つのサブフレームによって構成しているため、１フレーム周期が長い。このため、比較的暗い室内でスクリーン輝度を小さくして使用する方がフリッカの発生を抑制できるので好ましい。ＰＢＳ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは、Ｐ偏光（図１１中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図１１中紙面平行方向）を透過する偏光面を有している。ＰＢＳ５２ｄは、映像光合成用のＰＢＳである。
色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅは、上述と同様に、複数枚の位相差板と液晶セルとを組み合わせることによって構成されており、入射される光の分光特性に応じて特定波長領域の偏光を選択的に回転する。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂｌｕｅのうちの特定色の偏光を回転することが可能になる。色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅの光学特性は、図示しない制御回路による偏光方向の制御により、周期的にスイッチングさせることが可能である。本実施の形態では、色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅのスイッチング周期は、１／６０秒に設定されている。
【００７６】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光は、色選択性偏光板５３ａに入射される。
色選択性偏光板５３ａは、入射された照明光のうち、１つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて透過して、ＰＢＳ５２ｂに入射する。ＰＢＳ５２ｂは、入射された照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光は、色選択性偏光板５３ｄ、ＰＢＳ５２ｃを介して、反射型ＬＶ５１ａに入射し、反射型ＬＶ５１ａによって分光照明光の色に応じた映像光に光変調され、色選択性偏光板５３ｅ、ＰＢＳ５１ｄ、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００７７】
一方、ＰＢＳ５２ｂは、入射された照明光のうち、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を透過させて、色選択性偏光板５３ｂに入射する。色選択性偏光板５３ｂは、入射された分光照明光の一方の偏光をＰ偏光に回転して、ＰＢＳ５２ｂに入射する。ＰＢＳ５２ｂは、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を反射型ＬＶ５１ｂに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を反射型ＬＶ５１ｃに向けて透過する。反射型ＬＶ５１ｂ、５１ｃに入射する分光照明光は、それぞれ対応する反射型ＬＶ５１ｂ、５１ｃによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調されて、色選択性偏光板５３ｃに入射される。色選択性偏光板５３ｃに入射された分光照明光は、Ｓ偏光をＰ偏光に回転されてＰＢＳ５２ｄに入射される。ＰＢＳ５２ｄに入射されたＰ偏光は、偏光面で反射され、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００７８】
制御回路の動作によって５つの色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅの光学特性を図１２に示すようにスイッチングさせることにより、４つの反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを照明する分光照明光をＲ、Ｇ、Ｂの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、色選択性偏光板５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅの分光照明光スイッチ手段としての機能が実現されている。
【００７９】
このように、４板式とすることで、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させるとともに、特定の色の分光照明光の輝度を低下させることなく、各分光照明光間の輝度及び発色性を均一化した高精細な表示画像を得ることができる。
【００８０】
図１１においては、４つの反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄのうちの全てに対して、照明する色を変化させるものであり、このとき、４つの反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ同士で、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分だけ水平方向及び垂直方向（縦及び横方向）にシフトするように配置されている。
このため、フレーム単位での表示は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちのすべての色に対して、実効的な画素数を４倍にすることができ、４倍の画素数により４倍の高解像度を実現することができる。さらには、第２の実施形態の図５の場合と比較して、光利用効率を向上することにより、より明るい視認性の良好な画像表示を行うことができる。
【００８１】
図１１で示す偏光状態は、図１２のフレーム１のサブフレーム１に対応している。このときの、４つの位置の画素の配列は、正方形に配列したものが最も好ましいが、長方形や平行四辺形さらには、また不等辺の４角形であってもよい。それぞれの配置に従って、サブフレーム映像情報を生成することが必要である。
【００８２】
図１３に、このときの４つの位置にシフトされて配置された反射型ＬＶ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄにより時分割のサブフレーム表示が合成されて１つの高解像度のフレーム表示された例を示す。
図１３において、２０５は縦横同じ画素ピッチであり、２０４、２０６は横及び縦方向のシフトして配置された量であり、画素ピッチの１／２である。
【００８３】
次に、図１４及び図１５に基づいて第６の実施形態を説明する。本実施形態では、２つの透過型ＬＶを有する２板式の映像拡大装置への適用例を示す。
図１４に示すように、本実施形態の映像拡大装置６０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（透過型空間光変調手段）としての２つの透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂと、ＰＢＳ６２と、アクティブな色選択性偏光板６３と、偏光分光板６４と、誘電体反射ミラー６５ａ、６５ｂを有している。
色選択性偏光板６３と偏光分光板６４とによって照明光分光手段が実現されている。
【００８４】
透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂは、高温ポリシリコンＴＦＴによるＴＮ液晶方式の透過型ＬＶである。透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。サブフレーム期間は１／６０秒に設定されており、このため１フレーム期間は１／２０秒に設定される（図１５参照）。
ＰＢＳ６２は、Ｐ偏光（図１４中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図１４中紙面平行方向）を透過する偏光面を有している。偏光分光板６４は、Ｐ偏光（図１４中紙面表裏方向）を反射し、Ｓ偏光（図１４中紙面平行方向）を透過する。
【００８５】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光は、色選択性偏光板６３に入射される。色選択性偏光板６３は、入射された照明光のうち、１つの色の照明光を選択的に消光（吸収）するとともに、残り２色の分光照明光のうち一方をＰ偏光に回転させて色選択性偏光板６３を透過して、偏光分光板６４に入射する。偏光分光板６４は、入射された分光照明光のうち、Ｐ偏光に回転された分光照明光を誘電体反射ミラー６５ｂを介して透過型ＬＶ６１ａに向けて反射し、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光を誘電体反射ミラー６５ａを介して透過型ＬＶ６１ｂに向けて透過する。
【００８６】
各透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂに入射する分光照明光は、各透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂを透過する際にそれぞれ対応する透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂによって、分光照明光の色に応じた映像光に光変調され、ＰＢＳ６２、投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００８７】
色選択性偏光板６３の光選択性を図１５に示すように周期的にスイッチングさせることにより、偏光分光板６４で反射する分光照明光と偏光分光板６４で透過する分光照明光とを周期的に入れ替え、透過型ＬＶ６１ａと透過型ＬＶ６１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒ、Ｇ、Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができる。ここに、色選択性偏光板６３の分光照明光スイッチ手段としての機能が実現されている。
色選択性偏光板６３の光選択性を周期的にスイッチングさせることで、透過型ＬＶ６１ａと透過型ＬＶ６１ｂとを照明する分光照明光を、Ｒ、Ｇ、Ｂｌｕｅの各色に周期的にスイッチングすることができるので、２つの透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂによって得られるＲ及びＢｌｕｅの映像光の光利用効率を２つの透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂ間で平均化することができる。
【００８８】
２つの透過型ＬＶ６１ａ、６１ｂは、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分シフトするように配置されている。このため、透過型液晶ライトバルブを用いた場合においても、フレーム単位での表示は、すべての色のＲ、Ｇ、Ｂを２画素で表示できることになり、実効的な画素数を２倍にすることができ、解像度を２倍にできる。図１４で示す偏光状態は、図１５のフレーム１のサブフレーム１に対応している。
【００８９】
なお、照明光を色に応じて偏光分光するアクティブな色選択性偏光板６３としては、ホログラフィック回折格子を有する高分子分散型液晶（ＨＰＤＬＣ）素子を多段で用いても、２つの透過型ＬＶに同様の周期的にすべての照明光を照射することができる。
【００９０】
次に、図１６及び図１７に基づいて第７の実施形態を説明する。本実施形態では、３つの透過型ＬＶを有する３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
図１６に示すように、本実施の形態の映像拡大装置７０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（透過型空間光変調手段）としての３つの透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃと、分光照明光合成手段としての複合機能プリズム７２と、アクティブな色選択性偏光板７３と、偏光分光板７４と、誘電体反射ミラー７５ａ、７５ｂ、７５ｃと、ダイクロイックミラー７６を有している。色選択性偏光板７３と偏光分光板７４とによって照明光分光手段が実現されている。
【００９１】
透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、フレームを２つに分割したサブフレーム単位で、入射光を光変調して映像光を生成する。各サブフレーム期間は１／６０秒に設定されており、このためフレーム期間は１／３０秒に設定される（図１７参照）。
複合機能プリズム７２は、Ｒ光を反射しＧ光、Ｂを透過する誘電体多層膜を一方の対角面に有し、偏光方向に応じて透過／反射により入射光を分光する偏光分光膜を他方の対角面に有しており、ダイクロイックプリズムとしての機能とＰＢＳとしての機能とを有する。
これにより、複合機能プリズム７２に入射された光は、投射レンズ１４へ向けて出射される。
【００９２】
色選択性偏光板７３は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の照明光うちの１つの色の照明光を選択的に偏光を回転させずに透過させ、残りの２つの色を含む照明光を選択的に偏光を回転させて透過させる。色選択性偏光板７３の光学特性は、図示しない制御回路の制御によってスイッチングすることが可能である。
ダイクロイックミラー７６は、特定波長領域の光を透過し、この特定波長領域以外の光を反射する。本実施形態では、ダイクロイックミラー７６は、Ｒ光の分光照明光を透過する。
加えて、ダイクロイックミラー７６の後段には、ダイクロイックミラー７６を透過した照明光の光路上に、３つの分光照明光間で光路長差による問題が生じないように調整光路長を調整する図示しないリレーレンズが設けられている。
【００９３】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光は、色選択性偏光板７３に入射される。色選択性偏光板７３は、入射された照明光のうち、２つの色の分光照明光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させて透過する。これにより、色選択性偏光板７３を透過した照明光は、偏光分光板７４によって偏光分光され、偏光回転されないＳ偏光の分光照明光が、誘電体反射ミラー７５ａを介して、透過型ＬＶ７１ｃに入射する。透過型ＬＶ７１ｃは、入射されたＳ偏光を分光照明光の色に応じたＰ偏光の映像光に光変調して透過する。
【００９４】
偏光分光板７４によって反射された照明光は、ダイクロイックミラー７６により、反射されて透過型ＬＶ７１ｂに向けて入射する分光照明光と、透過されて誘電体反射ミラー７５ｂ、７５ｃを介して透過型ＬＶ７１ａに入射する分光照明光とに分光される。透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂは、入射された各分光照明光を分光照明光の色に応じた映像光に光変調して透過する。
透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃで光変調されて透過された映像光は、いずれも複合機能プリズム７２に入射し、複合機能プリズム７２で複合されて投射レンズ１４を介してスクリーン１３上に拡大投射される。
【００９５】
ここで、制御回路の動作によって２つの色選択性偏光板７３の光学特性を図１４に示すようにスイッチングすることにより、３つの透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃを照明する分光照明光のうち、透過型ＬＶ７１ｂ、７１ｃを照明する分光照明光をＧ、Ｂｌｕｅの２色で交互にスイッチングすることができる。ここに、色選択性偏光板７３の分光照明光スイッチ手段としての機能が実現されている。
色選択性偏光板７３の光学特性をスイッチングさせることで、透過型ＬＶ７１ｂ、７１ｃを照明する分光照明光をＧ、Ｂの２色で交互にスイッチングさせることができるので、３つの透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃによって得られるＲ、Ｇ、Ｂの各色の映像光のうち、Ｇ、Ｂの２色の分光照明光を２つの透過型ＬＶ７１ｂ、７１ｃ間で平均化することができる。
このように、３板式とすることで、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つに分光された全ての分光照明光を映像光に光変調して１サブフレーム中に表示させることができるため、光利用効率を向上させることができる。
【００９６】
３つの透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃうちの全てに対して、照明する色を変化させるものであり、このとき、３つの透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ、７１ｃ同士で、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分だけ水平方向及び垂直方向（縦及び横方向）シフトするように配置されている。
このため、透過型液晶ライトバルブを用いた場合においても、フレーム単位での表示は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちのすべての色に対して、実効的な画素数を３倍にすることができ、３倍の画素数により３倍の高解像度を実現することができる。
さらには、第２の実施形態の図５の場合と比較して、光利用効率を向上することにより、より明るい視認性の良好な画像表示を行うことができる。
【００９７】
図１６で示す偏光状態は、図１７のフレーム１のサブフレーム１に対応している。このときの、３つの位置の画素の配列は、正三角形を最密配置したものが最も好ましいが、直角三角形でもよく、また不等辺の３角形であってもよい。それぞれの配置に従って、サブフレーム映像情報を生成することが必要である。
【００９８】
次に、図１８及び図１９に基づいて第８の実施形態を説明する。本実施形態では、２つの透過型ＬＶを備える２板式の映像拡大装置への適用例を示す。
図１８に示すように、本実施形態の映像拡大装置８０は、コンデンサレンズ８と投射レンズ１４との間に、空間光変調手段（透過型空間光変調手段）としての２つの透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂと、ＰＢＳ８２と、色選択性偏光板８３と、誘電体反射ミラー８４ａ、８４ｂと、色スクロール素子８５ａ、８５ｂと、２色スクロール元照明光形成光学素子８６とを有している。
色選択性偏光板８３と２色スクロール元照明光形成光学素子８６とによって照明光分光手段が実現されている。
【００９９】
２色スクロール元照明光形成光学素子８６は、２枚の偏光分光板８７ａ、８７ｂと、２枚の偏光分光板８７ａ、８７ｂ間に設けられた２枚の色回転偏光板８８ａ、８８ｂとを有している。２枚の色回転偏光板８８ａ、８８ｂには、偏光分光板８７ａ、８７ｂに対向する側に、誘電体多層膜コーティングによって形成された偏光分光板８９ａ、８９ｂが設けられている。
各色回転偏光板８８ａ、８８ｂは、同一の部材によって形成されて互いに異なる光学特性を有する２つの色回転偏光板によって形成されており、もとの有効口径の約２倍紙面に平行な方向の有効口径を有し、元の有効口径の大きさで２分されるような２種類の領域を有し、ほぼ同一平面にあるように形成されている。２色スクロール元照明光形成光学素子８６の光学特性は、図示しない制御回路の制御により、周期的にスイッチングすることが可能である。
【０１００】
色スクロール素子８５ａ、８５ｂは角柱形状を有しており、透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂによるサブフレーム単位での映像光の切り換えのフレーム周波数と同期して回転される。色スクロール素子８５ａ、８５ｂは、光軸方向における回転中心の位置が、透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂの中心と等しくなるように配設されている。
色選択性偏光板は８３、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の照明光うちの１つの色の照明光を選択的に偏光を回転させずに透過させ、他の色の１つの色の照明光を選択的に偏光を回転させて透過させ、残りの１つの色の照明光を選択的に消光する。
これにより、偏光方向の異なる２色の照明光を得ることができる。この後、偏光分光板４４ａ、４４ｂとこの偏光分光板に挟まれた斜入射式色選択性偏光板４５からなる２色スクロール元照明光形成光学素子５１により、２色スクロール用の照明光を形成する。
【０１０１】
このような構成において、高圧水銀ランプ２より放出された光を均一化、偏光変換されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光は、色選択性偏光板８３に入射される。色選択性偏光板８３は、入射されたＲ、Ｇ、Ｂを含む白色照明光のうち、Ｒ色の分光照明光の偏光方向を４５度回転して、紙面に垂直な方向のＳ偏光と紙面に平行な方向のＰ偏光との２種類に分光する。また、特に図示しないが、同じサブフレームで照明に利用するＧとＢとの分光照明光は、色選択性偏光板８３により偏光回転を受けない状態とする。
【０１０２】
これにより、偏光分光板８７ａに入射するＲ、Ｇ、Ｂ光からなる白色照明光のうち、Ｒ色の１／２が偏光分光板８７ａによって反射されて、Ｒ色の残りの１／２とＧ、Ｂの分光照明光とが透過する。
色回転偏光板８８ａは、偏光分光板８７ａを透過したＲ、Ｇ、Ｂ３色の分光照明光を、全て９０度偏光回転させる。
色回転偏光板８８ｂは、色回転偏光板８８ａにより偏光回転されたＲ、Ｇ、Ｂ色からなる照明光のうち、Ｒ色のみを選択的に偏光回転してＰ偏光とし、偏光分光板８７ｂに入射させる。
偏光分光板８７ｂは、偏光回転して入射されたＰ偏光のＲ色の照明光を透過し、Ｓ偏光のままである他の２色のＧとＢとの分光照明光を反射する。偏光分光板８７ｂで反射された２色の照明光は、再び色回転偏光板８０ｂに入射し偏光回転されずに色回転偏光板８０ａに入射する。
【０１０３】
色回転偏光板８０ａは、２色の色の１つの色のみを偏光回転して透過し、偏光分光板８７ａに入射する。本実施の形態では、Ｇの照明光が偏光回転され、Ｂの照明光はそのままとなる。
偏光分光板８７ａは、入射された分光照明光のうち、Ｓ偏光のままのＢの分光照明光を反射し、Ｐ偏光となるＧの分光照明光を透過する。反射されたＢの分光照明光は、色回転偏光板８０ｂで回転されてＰ偏光となり、偏光分光板８７ｂを透過する。なお、偏光分光板８７ａで反射されたＢの分光照明光が入射する色回転偏光板８０ｂは、周期的に色選択の状態を変化させる必要がないので、広い帯域の１／２波長板をそのまま用いてもよいし、もれ光を減少するために、アクティブな色選択性偏光板を用いてもよい。
【０１０４】
これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ光を含む白色光は、Ｒ色が２つ、ＧとＢ色はそれぞれ１つずつの合計４本の照明光に分割されて、２つの透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂに２つづつ組となって入射する。このとき、透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂにおける各色の映像光は、透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂの単一の光変調面内で面積的にシェアし合う状態で入射される。これにより、単一の光変調面内に、異なる色の２つの分光照明光を照射することがきる。
すなわち、透過型ＬＶ８１ａにＲとＧの色の分光照明光を入射し、透過型ＬＶ８１ｂにＲとＢの色の分光照明光を入射することができる。
【０１０５】
ここで、２色スクロール元照明光形成光学素子８６の光学特性は、任意に変更することができるため、２色スクロール元照明光形成光学素子８６の光学特性をスイッチングさせることにより、図１９に示すように、Ｒ／Ｇ及びＢ／Ｒによって照明されていた透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂを、Ｂ／Ｒ及びＧ／Ｂにスイッチングさせ、さらに、Ｇ／ＢとＲ／Ｇとなるよう周期的にスイッチングさせることができる。ここに、２色スクロール元照明光形成光学素子８６分光照明光スイッチ手段としての機能が実現されている。
【０１０６】
これにより、２板式でありながら、常にＲ、Ｇ、Ｂの３色を表示に使用することができるので、フリッカの少ない光利用効率の高い映像拡大装置を実現するとともに、それぞれの透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂをＲ、Ｇ、Ｂの３色の分光照明光によって周期的に照明しているので、Ｒ、Ｇ、Ｂｌｕｅの３色の分光照明光のそれぞれを２つの透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂ間で平均化することができる。
【０１０７】
図１８及び１９に示す透過型ＬＶ８１ａ、８１ｂは、その組み付け位置が、投射レンズ１４の光軸に対して、その光学的位置が画素の１／２分シフトするように配置されている。このため、フレーム単位での表示は、すべての色のＲ、Ｇ、Ｂを２画素で表示できることになり、実効的な画素数を２倍にすることができ、解像度を２倍にできる。また、第２の実施形態の図５の場合と異なり、ＬＶの数は同じながらも光利用効率を大きくすることができる
【０１０８】
また、複数のフレームに亘って、サブフレームの組み合わせ状態を変化させることにより、フリッカの少ない画像を得ることができる。
本実施形態では、スクロールのようにブロック単位でＲ、Ｇ、Ｂからなる３色の照明領域を複数に分割しているが、これらは均等な面積に分割する必要はなく、２色形成される領域を小さくしたりしてもよい。さらには、このブロック単位での照明領域の大きさは、複数又は１つの走査線単位でもよく、また画素単位でもよい。
【０１０９】
このとき、それぞれの透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂへの光路の途中に角柱形状のスクロール変換素子を挿入し、これをフレーム周波数と同期させて回転させることにより、透過型ＬＶ７１ａ、７１ｂ上を同一方向にスクロールすることができる。２色に対応して、それぞれのスクロールの中心がＬＶの中心になるように２つの角柱形状の光学ブロックでスクロールすることが好ましい。
斜入射の色選択性偏光板は、レーザ光のような波長領域の少ない場合には、比較的に波長と入射角度のずれの許容値が大きいために作製しやすい。波長領域が広いＲ、Ｇ、Ｂ色を有する照明光の場合には、色純度を低減させないよに最適化することが好ましい。
【０１１０】
次に、図２０に基づいて第９の実施形態を説明する。本実施形態では、２つの透過型ＬＶを備える２板式の映像拡大装置への適用例の変形例で、斜入射の色選択偏光板を使用しない場合の例である。
図２０に示すように、本実施形態の映像拡大装置９０は、図１８で示した映像拡大装置に対して、２色スクロール元照明光形成光学素子８６に代えて、ステップ上に素子を形成した元照明光形成光学素子９１を備えており、その他の基本的な構成は図１８に示した映像拡大装置と同様である。
【０１１１】
元照明光形成光学素子９１は、２枚の偏光分光板９７ａ、９７ｂと、２枚の偏光分光板９７ａ、９７ｂ間に設けられた広い帯域の１／２波長板９２ａ、９２ｂと、通常と同様の色選択性偏光板９３ａ、９３ｂとを有する。
色選択性偏光板８３と元照明光形成光学素子９１とによって照明光分光手段としての機能が実現されている。
このような構成とすることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の波長領域をより広くするとともに、照明のＮＡをより大きくすることができる。
【０１１２】
次に、図２１に基づいて第１０の実施形態を説明する。本実施形態では、強誘電性液晶による反射型ＬＶを３枚備える３板式の映像拡大装置への適用例を示す。
図２１に示すように、本実施形態の映像拡大装置１００の基本的な構成は、図７に示した映像拡大装置３０と同様であるが、空間光変調手段（反射型空間光変調手段）としての反射型ＬＶ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、表面安定化した強誘電性液晶によって構成されている。本実施の形態では、色選択偏光板３３ａ、３３ｂ、３３ｃとＰＢＳ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとによって照明光分光手段が実現されている。
【０１１３】
映像拡大装置１００は、ＰＢＳ１０２ｄの後段に、色選択性偏光板１０３と、光軸シフト手段としての光軸シフト素子１０４とを有している。公知の技術であるため、詳細な図示及び説明を省略するが、光軸シフト素子１０４は、表面安定化した２枚の強誘電性液晶素子とリチウムナイオベートとからなる２枚の複屈折板とによって構成されており、色選択性偏光板１０３から出射される映像光の光路をシフトさせる。
一般的に、表面安定化した強誘電性液晶によって構成される反射型ＬＶを複数用いて分光照明光の空間光変調を行なう場合、ネマチック液晶を用いる空間光変調素子とは異なり、良好な表示画像を得るためには基板間のギャップを１μｍ以下で制御する必要があるが、実際には、反射型ＬＶ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ間の光利用効率のばらつきや、個々の反射型ＬＶ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃにおける各画素の光変調面内での反射率のばらつきが大きく、スクリーンに投射される表示画像の輝度ムラや色ムラの発生を抑制することは、非常に困難である。
【０１１４】
これに対して、本発明の複数の強誘電性液晶を用いたライトバルブに対して複数の照明光を照射させることにより、解像度を増大するために高いサブフレーム周波数でＬＶのサブフレーム映像情報を書き換えた場合でも、空間光変調素子の応答速度の遅れによるサブフレーム間の映像のクロストークによる解像度の低下や、切り替え時の無表示期間による実効的な光利用の低下を生じることなく、高解像度で明るい映像拡大表示を行なうことができるようになる。
さらに、光軸シフト素子を組み合わせることにより、解像度の増倍率を制御することができるようになる。
【０１１５】
図２１において、高解像度が要求される映像の場合には、画素ピッチの１／４の光軸シフトを組み合わせることにより、１２倍の画素数として１２倍の解像度を実現することができる。また、階調性や均一性が要求される映像の場合には、特定の色に関して、それぞれのＬＶの配置のシフト量を０とするように光軸シフト素子が機能することにより、その高解像度化を低減することができる。
例えば、視感度の高いＧのみに着目して、この色が表示されるＬＶのシフト量が常に投射レンズ１４の光軸に対して一定の位置になるように光軸シフトを行い、且つ４つのサブフレームを用いて階調性を４倍とすることにより、階調の「なめらか」な高品位の表示を行うことができるようになる。この場合、緑色のＧが最も好ましいが、ＲやＢであっても、効果的である。
このように光軸シフト素子を用いて、サブフレームの数を２倍以上、好ましくは４倍にした場合には、従来よりも高速なフレーム速度が必要となり、これを満たすことができるのは、表面安定化した強誘電性液晶がさらに好ましい。
【０１１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、照明光を空間光変調手段によって映像情報に応じた映像光に光変調して表示する映像投射装置において、上記空間光変調手段に入射する分光照明光を周期的に変化させると同時に、該空間光変調手段の配置をシフトさせることにより、時分割で高解像度化を行う構成としたので、空間光変調手段が照明される照明光の分離スイッチングと光学的な位置シフトとの作用により、画素数の少ない低解像度の空間光変調手段を用いながらも、その画素数を超えた高解像度映像を実現でき、低コストで高品質の画像を得ることができる。
【０１１７】
請求項２乃至１２のうちの何れか１つに記載の発明によれば、光源からの光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの分光特性を有する照明光に分離し、これを複数の空間変調手段に対して、その１つの空間光変調手段が照明される照明光が特定の分光特性を有する照明光ではなく複数の分光特性を有する照明光となるように照明光の分離をスイッチングして、周期的に順次照明するようにし、且つこれらの複数の空間光変調手段の例えば拡大光学系に対する光学的な位置が空間光変調手段の少なくとも単位ピッチの１／２だけシフトして配置されているので、画素数の少ない低解像度の空間光変調手段を用いながらも、その画素数を超えた高解像度映像を実現でき、低コストで高品質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図３】反射型ＬＶにおける画素の１／２分シフトされた位置の配置状態を示す図である。
【図４】１フレーム内のサブフィールド単位での周期的な表示が１フレームとして合成された場合の配置状態を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図６】第２の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図７】本発明の第３の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図８】第３の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図９】本発明の第４の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図１０】第４の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図１１】本発明の第５の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図１２】第５の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図１３】４つの位置にシフトされて配置された反射型ＬＶにより時分割のサブフレーム表示が合成されて１つの高解像度のフレームに表示された状態を示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図１５】第６の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図１６】本発明の第７の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図１７】第７の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図１８】本発明の第８の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図１９】第８の実施形態における反射型ＬＶに入射する照明光の動作を示すタイムスケールチャートである。
【図２０】本発明の第９の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図２１】本発明の第１０の実施形態における映像投射装置としての映像拡大装置全体の光学系の構成を示す概略図である。
【図２２】従来のディスプレー装置における光学系の構成を示す概略図である。
【図２３】図２２で示した光学系における光量、時間及び輝度量の関係を示す図である。
【図２４】従来における投影表示システムの光学系の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１　映像投射装置としての映像拡大装置
２、３　照明光学手段
１０　照明光分光手段としてのダイクロイックプリズム
１１　分光照明光スイッチ手段としての回転ステージ
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ　空間光変調手段としての反射型ＬＶ
１４　投射手段としての投射レンズ
２３　分光照明光スイッチ手段としての色選択性偏光板
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ　空間光変調手段としての透過型ＬＶ
【図１】
2004117388.tif 000003
【図２】
2004117388.tif 000004
【図３】
2004117388.tif 000005
【図４】
2004117388.tif 000006
【図５】
2004117388.tif 000007
【図６】
2004117388.tif 000008
【図７】
2004117388.tif 000009
【図８】
2004117388.tif 000010
【図９】
2004117388.tif 000011
【図１０】
2004117388.tif 000012
【図１１】
2004117388.tif 000013
【図１２】
2004117388.tif 000014
【図１３】
2004117388.tif 000015
【図１４】
2004117388.tif 000016
【図１５】
2004117388.tif 000017
【図１６】
2004117388.tif 000018
【図１７】
2004117388.tif 000019
【図１８】
2004117388.tif 000020
【図１９】
2004117388.tif 000021
【図２０】
2004117388.tif 000022
【図２１】
2004117388.tif 000023
【図２２】
2004117388.tif 000024
【図２３】
2004117388.tif 000025
【図２４】
2004117388.tif 000026