JP2005241870A - 空間変調ユニット及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高解像度化及び高表示品質化をはかることが可能な空間変調ユニットを提供する。
【解決手段】 照明光を、入力された映像信号に基づいて変調する空間変調ユニットであって、入力された映像信号に基づいて照明光を変調して直線偏光光である投影光を生成する第１及び第２の空間変調部３０１，３０２と、第１及び第２の空間変調手段で生成された投影光を、互いの偏光方向が直交する性質を用いて合成する光路合成部２００と、第１及び第２の空間変調手段の変調タイミングに同期して、光路合成手段で合成された各投影光の光線を投影光の偏光方向に基づいてシフトする又はシフトしないの２つの状態に切り換える光線シフト部４００とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空間変調ユニット及び空間変調ユニットを用いた画像投影装置に関する。

近年の撮像装置の高解像度化に伴い、撮像画像を表示するための画像投影装置においても高解像度化の要望が高まっている。それに伴い、高画素数の表示素子（空間変調素子）の開発も進められているが、撮像素子の解像度に対して十分な解像度を有しているとは言えない状況である。

従来、限られた画素数の空間変調素子（ＬＣＤ等）を用いて高解像度を達成する技術として、以下のような提案がなされている。

特許文献１及び特許文献２には、２つの空間変調素子（ＬＣＤ）と偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いて、高解像度化をはかる技術が提案されている。２つの空間変調素子は、互いの画像が半画素ピッチずれるように配置され、かつ互いの偏光方向が直交するように構成されている。２つの空間変調素子で生成された画像（Ｐ偏光画像及びＳ偏光画像）をＰＢＳによって合成することで、高解像度化をはかるようにしている。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２の提案では、２つの空間変調素子で生成された画像をＰＢＳによって合成するだけである。ＰＢＳは、その性質上、Ｐ偏光画像とＳ偏光画像の２つの画像しか合成することができないため、いわゆる２点画素ずらししか実現することができない。したがって、３点以上の画素ずらしを実現することはできず、十分な高解像度化をはかることは困難である。

特許文献３には、１つの空間変調素子を用い、空間変調素子からの画像をＰＢＳを通して光線シフト部（ウォブリングユニット）に供給することで、２点又は４点画素ずらしを実現するという提案がなされている。しかしながら、４点画素ずらしを行う場合、４点を時間的に順次ずらすため、１画素あたりの光強度は通常の１／４になり、十分な光強度を得ることが困難である。また、４点を時間的に順次ずらすため、タイムラグが生じ、画像のちらつきが発生するおそれがある。
特開平１０−３０４２８４号公報 特公平７−５２２６２号公報 特開２００２−２６８０１４号公報

このように、従来提案されている高解像度化技術では、十分な高解像度化をはかることが困難であるといった問題、十分な光強度を得ることが困難であるといった問題、ちらつきのない画像を得ることが困難であるといった問題があった。したがって、十分な高解像度化をはかることができ、しかも表示品質に優れた画像を得ることが困難であった。

本発明は、上記従来の課題に対してなされたものであり、高解像度化及び高表示品質化をはかることが可能な空間変調ユニット及び画像投影装置を提供することを目的としている。

本発明に係る空間変調ユニットは、照明光を、入力された映像信号に基づいて変調する空間変調ユニットであって、入力された映像信号に基づいて照明光を変調して直線偏光光である投影光を生成する第１及び第２の空間変調手段と、前記第１及び第２の空間変調手段で生成された投影光を、互いの偏光方向が直交する性質を用いて合成する光路合成手段と、前記第１及び第２の空間変調手段の変調タイミングに同期して、前記光路合成手段で合成された各投影光の光線を投影光の偏光方向に基づいてシフトする又はシフトしないの２つの状態に切り換える光線シフト手段と、を備えたことを特徴とする。

前記第１及び第２の空間変調手段は、前記第１及び第２の空間変調手段で生成された各投影光の前記光路合成手段で合成された後の各画素位置が、所定の一方向において互いに隣接するように、前記光路合成手段に対して位置決めされていることが好ましい。

前記光線シフト手段は、投影光の偏光方向を旋回することが可能な液晶パネルと、入射光が特定の方向に偏光されている場合に入射光の延長線上からずれた透過光を生じる複屈折板とを有し、前記液晶パネルは、前記空間変調手段の変調タイミングに同期して前記投影光の偏光方向を旋回することが好ましい。

前記第１及び第２の空間変調手段と前記光路合成手段とのセットを複数有し、前記各セットに含まれる第１及び第２の空間変調手段は同じ色の投影光を生成し、且つ前記各セット相互間の投影光の色は互いに異なり、前記各セットからの投影光を各投影光の色の波長の性質を用いて合成する色合成プリズムをさらに備え、前記光線シフト手段は、前記色合成プリズムで合成された投影光の光線を投影光の偏光方向に基づいてシフトすることが好ましい。

前記セットの数は３セットであり、各セットにおける投影光の色は赤、青及び緑であることが好ましい。

前記光路合成手段は、偏光分離面を有する６面体の偏光ビームスプリッタであり、前記第１及び第２の空間変調手段はそれぞれ、前記偏光ビームスプリッタを構成する６面のうち前記偏光分離面と直交しない第１及び第２の面に対向して配置された第１及び第２の空間変調素子によって構成され、前記照明光を前記偏光ビームスプリッタを構成する６面のうち前記偏光分離面と直交しない面であって前記第１及び第２の面とは異なる第３の面に入射させたときに、前記第１の空間変調素子は前記偏光分離面で反射した照明光のＳ偏光成分で照明され、前記第２の空間変調素子は前記偏光分離面を通過した照明光のＰ偏光成分で照明されることが好ましい。

前記第１及び第２の空間変調手段はそれぞれ、互いに色の異なる複数の投影光を生成する複数の空間変調素子と、前記複数の空間変調素子で生成された投影光を各投影光の色の波長の性質を用いて合成する色合成プリズムと、を有し、前記第１の空間変調手段の色合成プリズムから出射される投影光の偏光方向と、前記第２の空間変調手段の色合成プリズムから出射される投影光の偏光方向とが直交するように構成されていることが好ましい。

前記第１の空間変調手段及び第２の空間変調手段の一方は、第１の空間変調手段から出射される投影光の偏光方向と、第２の空間変調手段から出射される投影光の偏光方向とを直交させるためのλ／２板を有することが好ましい。

前記光路合成手段は、偏光ビームスプリッタであり、前記光線シフト手段には、Ｐ偏光の投影光及びＳ偏光の投影光が入射することが好ましい。

前記映像信号に含まれる入力画像情報量が前記第１及び第２の空間変調手段それぞれで表示可能な表示画像情報量より多い場合には、前記液晶パネルは投影光の偏光方向を９０度旋回させるか否かの２つの状態に順次切り換えられ、前記入力画像情報量が前記表示画像情報量より少ない場合には、前記液晶パネルは投影光の偏光方向を４５度旋回させる１つの状態を維持することが好ましい。

前記映像信号に含まれる入力画像情報量が前記第１及び第２の空間変調手段それぞれで表示可能な表示画像情報量より多い場合には、前記光線シフト手段は、前記第１及び第２の空間変調手段で生成された各投影光を、前記所定の一方向と直交する方向にシフトする又はシフトしないの２つの状態に順次切り換え、前記入力画像情報量が前記表示画像情報量より少ない場合には、前記光線シフト手段は、前記第１及び第２の空間変調手段で生成された各投影光に対して、前記所定の一方向と直交する方向に空間的なローパスフィルタ作用を施すことが好ましい。

本発明に係る画像投影装置は、前記空間変調ユニットと、前記第１及び第２の空間変調手段に照明光を供給する光源と、前記光線シフト手段からの投影光をスクリーン上に投影する投影光学手段と、を備えたことを特徴とする。

前記第１及び第２の空間変調手段は、前記第１及び第２の空間変調手段で生成された各投影光の前記光路合成手段で合成された後の画素位置が、所定の一方向において互いに半画素ピッチずれた状態なるように、前記投影光学手段に対して位置決めされており、前記光線シフト手段は、前記光路合成手段で合成された各投影光の前記スクリーン上での画素位置が、前記所定の一方向と直交する方向において、前記シフトする状態とシフトしない状態とで互いに半画素ピッチずれた状態となるように構成されていることが好ましい。

前記光路合成手段は、偏光ビームスプリッタであり、前記第１及び第２の空間変調手段で生成された各投影光の光線は、前記光線シフト手段によって一方の光線がシフトされる際には他方の光線はシフトされないことが好ましい。

本発明に係る画像投影装置は、前記空間変調ユニットを用いて、偏光方向が左右で直交する偏光眼鏡をかけた観察者が３次元映像を観察可能なように、入力された右眼用映像信号と左眼用映像信号に基づいた画像をスクリーンに投影する画像投影装置であって、前記第１及び第２の空間変調手段の一方が右眼用映像信号に基づいて照明光を変調する際には、前記第１及び第２の空間変調手段の他方は左眼用映像信号に基づいて照明光を変調し、前記第１及び第２の空間変調手段は、前記第１及び第２の空間変調手段で生成された各投影光の前記光路合成手段で合成された後の画素位置が、所定の一方向において互いに半画素ピッチずれた状態なるように、前記投影光学手段に対して位置決めされており、前記光線シフト手段は、前記光路合成手段で合成された各投影光の前記スクリーン上での画素位置が、前記所定の一方向と直交する方向において、前記シフトする状態とシフトしない状態とで互いに半画素ピッチずれた状態となるように構成されていることを特徴とする。

前記光線シフト手段から出射される画素毎の投影光に対応した信号を前記映像信号から抽出する抽出手段をさらに備え、前記第１及び第２の空間変調手段は、前記抽出手段で抽出された映像信号に基づいて照明光を変調することが好ましい。

本発明に係る空間変調ユニットは、照明光を、入力された映像信号に基づいて変調する空間変調ユニットであって、入力された映像信号に基づいて照明光を変調して直線偏光光である投影光を生成する少なくとも１つの空間変調手段と、前記空間変調手段の変調タイミングに同期して、前記空間変調手段で生成された投影光の光線を投影光の偏光方向に基づいてシフトする又はシフトしないの２つの状態に切り換える光線シフト手段と、を備え、前記映像信号に含まれる入力画像情報量が前記空間変調手段で表示可能な表示画像情報量より多い場合には、前記光線シフト手段は、前記投影光の光線をシフトする又はシフトしないの２つの状態に順次切り換え、前記入力画像情報量が前記表示画像情報量より少ない場合には、前記光線シフト手段は、前記投影光の光線をシフトする又はシフトしないの２つの状態に順次切り換えずに一つの状態に固定することを特徴とする。

前記光線シフト手段は、投影光の偏光方向を旋回することが可能な液晶パネルと、入射光が特定の方向に偏光されている場合に入射光の延長線上からずれた透過光を生じる複屈折板とを有し、前記入力画像情報量が前記表示画像情報量より多い場合には、前記液晶パネルは投影光の偏光方向を９０度旋回させるか否かの２つの状態に順次切り換えられ、前記入力画像情報量が前記表示画像情報量より少ない場合には、前記液晶パネルは投影光の偏光方向を４５度旋回させる１つの状態を維持することが好ましい。

本発明によれば、幾何学的な位置関係に基づく画素ずらしと、時間的な切り換え動作に基づく画素ずらしとを組み合わせることで、表示品質に優れた高解像度の画像を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態に係り、空間変調ユニットを用いた画像投影装置の概略を示した図である。

光源１１０には超高圧水銀ランプ、キセノンランプ或いはＬＥＤ等が用いられ、光源１１０からの照明光は、照明光学系１２０を介して、光路合成部２００、第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２からなる投影ユニットに入射するようになっている。

光路合成部２００は、偏光変換機能及び光路合成機能を有するものであり、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）プリズムが用いられる。ＰＢＳプリズムは６面体構造であり、ＰＢＳプリズムの構成面２０１を通して偏光分離面２０５に入射した照明光に対し、Ｐ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する性質を有している。

光路合成部２００で分離されたＳ偏光成分は、ＰＢＳプリズムの構成面２０２から出射され、構成面２０２に対向して配置された第１の空間変調素子３０１に入射する。光路合成部２００で分離されたＰ偏光成分は、ＰＢＳプリズムの構成面２０３から出射され、構成面２０３に対向して配置された第２の空間変調素子３０２に入射する。

第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２は、反射型液晶表示素子（反射型ＬＣＤ）で構成され、映像信号に応じて入射光を空間変調し、直線偏光光である投影光を生成する。すなわち、空間変調素子３０１では、入射したＳ偏光成分を映像信号に応じて旋回させ、Ｐ偏光成分をＰＢＳプリズムの構成面２０２に向けて出射し、空間変調素子３０２では、入射したＰ偏光成分を映像信号に応じて旋回させ、Ｓ偏光成分をＰＢＳプリズムの構成面２０３に向けて出射する。空間変調素子３０１からのＰ偏光成分は、ＰＢＳプリズム２００の偏光分離面２０５を透過し、ＰＢＳプリズム２００の構成面２０４から出射される。空間変調素子３０２からのＳ偏光成分は、ＰＢＳプリズム２００の偏光分離面２０５で反射され、ＰＢＳプリズム２００の構成面２０４から出射される。すなわち、光路合成部２００では、空間変調素子３０１からのＰ偏光と空間変調素子３０２からのＳ偏光とを、互いの偏光方向が直交する性質を用いて合成している。なお、光路合成部（ＰＢＳプリズム）と空間変調素子（反射型ＬＣＤ）との間に波長板を配置するようにしてもよい。

図２は、第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２の位置関係を模式的に示した図であり、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は側面図である。図３は、第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２それぞれの画素配列を示した図であり、図４は、光路合成部２００で合成された後の、第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２両者の投影面（スクリーン面）上での画素配列状態を示した図である。なお、図４に示した画素配列状態は、後述する光線シフト部４００を設けていない状態を想定した場合の、投影面（スクリーン面）上での画素配列状態を示している。

なお、図３以降に示す画素配列の説明図では、説明の都合上、各画素の開口率を小さくし各画素が重ならないようにして図示しているが、各画素の開口率は、例えば図４において、第１のＬＣＤと第２のＬＣＤの各画素が重なる程度に大きくてもよい。

図２（Ａ）に示すように、第１の空間変調素子３０１と第２の空間変調素子３０２とは水平方向に１／２画素ピッチ分、相対的にずらして配置されており、図４に示すように、第１の空間変調素子（第１のＬＣＤ）３０１の投影画素と第２の空間変調素子３０２（第２のＬＣＤ）の投影画素とが、水平方向で互いに隣接するように、第１の空間変調素子３０１と第２の空間変調素子３０２との位置関係が決められている。

光路合成部２００で合成された投影光（映像光）は、光線シフト部４００に入射する。この光線シフト部４００は、偏光を旋回可能な偏光旋回液晶パネル４１０と、複屈折性を有する複屈折板４２０とによって構成されている。

液晶パネル４１０は、ＴＮ型液晶パネルを用いて構成されており、印加電圧のオン・オフによって偏光の旋回を制御できるように構成されている。すなわち、液晶パネル４１０への印加電圧がオフの場合には、Ｐ偏光はＳ偏光に旋回し、Ｓ偏光はＰ偏光に旋回する。液晶パネル４１０への印加電圧がオンの場合には、Ｐ偏光は旋回せずにＰ偏光のまま液晶パネル４１０を通過し、同様にＳ偏光も旋回せずにＳ偏光のまま液晶パネル４１０を通過する。

複屈折板４２０は、複屈折性を有する無色透明の結晶板であり、水晶板やニオブ酸リチウム板等を用いることが可能である。通常は結晶軸が入射面に対して４５度になるように構成されており、入射光の偏光方向に応じて入射光を常光（ｎo）と異常光（ｎe）とに分離する性質を有している。本実施形態では、図１に示すように、Ｓ偏光の光線は複屈折板４２０でシフトせずに複屈折板４２０を通過し、Ｐ偏光の光線は複屈折板４２０でシフトするようになっている。シフト量は後述するように１／２画素ピッチ分であり、複屈折板４２０の材質と厚さによってシフト量を決めることができる。

図５は光線シフト部４００の作用を説明するための図であり、図５（Ａ）は液晶パネル４１０の印加電圧がオフの場合、図５（Ｂ）は液晶パネル４１０の印加電圧がオンの場合を示している。なお、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、説明の都合上、第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２を垂直方向にずらして描いており、同様に第１の空間変調素子３０１からの光線及び第２の空間変調素子３０２からの光線を垂直方向にずらして描いているが、第１の空間変調素子３０１と第２の空間変調素子３０２とは光学的に共役な位置関係にあり、例えば、第１の空間変調素子３０１から偏光旋回液晶パネル４１０までの光路長と、第２の空間変調素子３０２から偏光旋回液晶パネル４１０までの光路長とは等しい。また、説明の都合上、光路合成部２００は図示していない。

図６は、光線シフト部４００を通過した後の、第１の空間変調素子（第１のＬＣＤ）３０１及び第２の空間変調素子３０２（第２のＬＣＤ）両者の投影面（スクリーン面）上での画素配列状態を示した図である。図６（Ａ）は液晶パネル４１０の印加電圧がオフの場合、図６（Ｂ）は液晶パネル４１０の印加電圧がオンの場合を示している。

図５（Ａ）に示すように、液晶パネル４１０がオフの場合には、第１の空間変調素子３０１からのＰ偏光は液晶パネル４１０でＳ偏光に旋回され、液晶パネル４１０からのＳ偏光はシフトすることなく複屈折板４２０を通過する。第２の空間変調素子３０２からのＳ偏光は液晶パネル４１０でＰ偏光に旋回され、液晶パネル４１０からのＰ偏光は複屈折板４２０で垂直方向にシフトされる。したがって、液晶パネル４１０がオフの場合には、図６（Ａ）に示すように、第１の空間変調素子３０１からの投影光の画素位置は維持され、第２の空間変調素子３０２からの投影光の画素位置は１／２画素ピッチ分、垂直方向にシフトする。その結果、第１の空間変調素子３０１からの投影光の画素位置（ａ）及び第２の空間変調素子３０２からの投影光の画素位置（ｄ）は、図６（Ａ）に示すように、投影面（スクリーン面）上でにおいて水平方向及び垂直方向ともに、互いに１／２画素ピッチ分ずれた状態となる。

図５（Ｂ）に示すように、液晶パネル４１０がオンの場合には、第１の空間変調素子３０１からのＰ偏光は、液晶パネル４１０で旋回されることなく液晶パネル４１０を通過し、複屈折板４２０で垂直方向にシフトされる。第２の空間変調素子３０２からのＳ偏光は、液晶パネル４１０で旋回されることなく液晶パネル４１０を通過し、複屈折板４２０でシフトすることなく複屈折板４２０を通過する。したがって、液晶パネル４１０がオンの場合には、図６（Ｂ）に示すように、第１の空間変調素子３０１からの投影光の画素位置は１／２画素ピッチ分、垂直方向にシフトされ、第２の空間変調素子３０２からの投影光の画素位置は維持される。その結果、第１の空間変調素子３０１からの投影光の画素位置（ｂ）及び第２の空間変調素子３０２からの投影光の画素位置（ｃ）は、図６（Ｂ）に示すように、投影面（スクリーン面）上において水平方向及び垂直方向ともに、互いに１／２画素ピッチ分ずれた状態となる。

以上の説明からわかるように、液晶パネル４１０のオン・オフを切り換えることにより、光線シフト部４００への入射光の偏光方向に応じて、入射光をシフトするか否かの制御を行うことができる。したがって、第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２の変調タイミングに同期して、液晶パネル４１０のオン・オフを時間的に切り換えることで、図６（Ａ）に示した表示状態と図６（Ｂ）に示した表示状態とを時間軸方向で合成することができる。その結果、投影光学系５１０を介してスクリーン５２０上に画像を投影することで、図７に示すような表示状態を実現することが可能となる。すなわち、光路合成部２００、第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２からなる投影ユニットにおいて水平方向の画素ずらしが行われ、光線シフト部４００において垂直方向の画素ずらしが行われ、図７に示すような４点画素ずらしの表示状態を実現することが可能となる。

図８は、上述した画像投影装置において、図７に示したような４点画素ずらしの表示を実現するための構成を示したブロック図である。

入力映像信号は、フレームメモリー８０１に記憶される。画像情報生成回路８０２では、フレームメモリー８０１に記憶された映像信号から、図７に示した画素位置ａ、ｂ、ｃ及びｄに対応する信号成分を抽出（サンプリング）する。

タイミング信号発生器８０３からのタイミング信号により、第１フィールド（１フレームの前半のフィールド）では、画素位置ａ及び画素位置ｄの映像信号がそれぞれ駆動回路８０４及び駆動回路８０５に供給され、駆動回路８０４及び駆動回路８０５からの駆動信号によってそれぞれ第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２が駆動される。駆動回路８０６では、タイミング信号発生器８０３からのタイミング信号に基づき、第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２の駆動タイミング（表示タイミング）に同期して、偏光旋回液晶パネル４１０をオフ状態にする。その結果、第１フィールドでは図６（ａ）に示したような表示状態が得られる。

タイミング信号発生器８０３からのタイミング信号により、第２フィールド（１フレームの前半のフィールド）では、画素位置ｂ及び画素位置ｃの映像信号がそれぞれ駆動回路８０４及び駆動回路８０５に供給され、駆動回路８０４及び駆動回路８０５からの駆動信号によってそれぞれ第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２が駆動される。駆動回路８０６では、タイミング信号発生器８０３からのタイミング信号に基づき、第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２の駆動タイミング（表示タイミング）に同期して、偏光旋回液晶パネル４１０をオン状態にする。その結果、第２フィールドでは図６（ｂ）に示したような表示状態が得られる。

このようにして、図７に示したような４点画素ずらしの表示が得られ、スクリーン５２０上には１つの空間変調素子の画素数の４倍の画素数の画像が表示される。

以上述べたように、本実施形態では、光路合成部２００、第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２からなる投影ユニットにおいて水平方向の画素ずらしが行われ、光線シフト部４００において垂直方向の画素ずらしが行われる。すなわち、第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２の幾何学的な位置関係によって水平方向の画素ずらしが行われ、光線シフト部４００における光線シフト動作の時間的な切り換えによって垂直方向の画素ずらしが行われる。その結果、図７に示すような４点画素ずらしの表示が実現される。このように、幾何学的な位置関係に基づく画素ずらしと、時間的な切り換え動作に基づく画素ずらしとを組み合わせることにより、光強度を大幅に減少させることなく、ちらつきのない画像を得ることが可能である。したがって、本実施形態によれば、表示品質に優れた高解像度の画像を得ることが可能となる。

また、本実施形態では、図６に示すように、第１フィールドの画素配置方向（図６（ａ）参照）と第２フィールドの画素配置方向（図６（ｂ）参照）とが、互いにクロスするような関係になっている。そのため、表示画像の時間的及び空間的な偏りが少なく、この点においても表示品質の向上がはかられる。

なお、上述した実施形態では色については言及していないが、ＲＧＢの３色画素配列を有した単板液晶パネルを用いて、第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２をそれぞれ構成することも可能である。この場合の画素ピッチは、同色における画素ピッチに対応する。また、上述した実施形態では、投影ユニットにおいて水平方向（横方向）の画素ずらしを、光線シフト部４００において垂直方向（縦方向）の画素ずらしを行うようにしたが、これとは逆に、投影ユニットにおいて垂直方向の画素ずらしを、光線シフト部４００において水平方向の画素ずらしを行うようにしてもよい。さらに、上述した実施形態では、光線シフト部４００とスクリーン５２０との間に投影光学系５１０を配置したが、投影光学系５１０とスクリーン５２０との間に光線シフト部４００を配置してもよい。

（実施形態２）
図９は、本発明の第２の実施形態に係り、空間変調ユニットを用いた画像投影装置の概略を示した図である。なお、第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素については同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。

上述した第１の実施形態では、空間変調素子３０１及び３０２として反射型ＬＣＤを用いたが、本実施形態では、空間変調素子３１１及び３１２として透過型ＬＣＤを用いている。

本実施形態では、光源１１０からの照明光がＰＢＳミラー１３１に入射し、ＰＢＳミラー１３１によってＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離される。分離されたＳ偏光成分は直接、第１の空間変調素子３１１に入射する。第１の空間変調素子３１１では、第１の実施形態と同様にして、入射したＳ偏光成分を映像信号に応じて旋回させ、Ｐ偏光成分をＰＢＳプリズムからなる光路合成部２００に供給する。ＰＢＳミラー１３１によって分離されたＰ偏光成分は、ミラー１３２及び１３３によって反射され、第２の空間変調素子３１２に入射する。第２の空間変調素子３１２では、第１の実施形態と同様にして、入射したＰ偏光成分を映像信号に応じて旋回させ、Ｓ偏光成分を光路合成部２００に供給する。その他の基本的な動作は、第１の実施形態の動作と同様である。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第１の空間変調素子３１１と第２の空間変調素子３１２との間の相対的な位置関係によって水平方向の画素ずらし（１／２画素ピッチ分の画素ずらし）が行われ、光線シフト部４００における光線シフト動作によって垂直方向の画素ずらし（１／２画素ピッチ分の画素ずらし）が行われる。その結果、第１の実施形態と同様に４点画素ずらしを実現することができ、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態３）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係り、空間変調ユニットを用いた画像投影装置の概略を示した図である。なお、第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素については同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。

本実施形態では、第１の実施形態で示したような投影ユニットを３セット使用することで、カラー画像を表示するものである。

光源１１０からの照明光は、ダイクロイックミラー１４１でＲ（赤）光が反射され、その他の色成分が透過する。ダイクロイックミラー１４１を透過した光は、ダイクロイックミラー１４２で反射され、ダイクロイックミラー１４３に入射する。ダイクロイックミラー１４３では、Ｇ（緑）光が反射され、Ｂ（青）光が透過する。なお、本実施形態では、白色光源とダイクロイックミラーを用いて３原色を生成しているが、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれに専用の光源を用いてもよい。例えば、Ｒ色ＬＥＤ、Ｇ色ＬＥＤ及びＢ色ＬＥＤを光源として用いてもよい。

上記のようにして色分離されたＲ光、Ｇ光及びＢ光は、それぞれ光路合成部（ＰＢＳプリズム）２００Ｒ、２００Ｇ及び２００Ｂに入射する。これらの光路合成部２００Ｒ、２００Ｇ及び２００Ｂの構成は、第１の実施形態で示した光路合成部２００と同様であり、偏光分離面においてＳ偏光成分が反射するとともにＰ偏光成分が通過する。

光路合成部２００Ｒに対しては第１の空間変調素子３０１Ｒ及び第２の空間変調素子３０２Ｒが、光路合成部２００Ｇに対しては第１の空間変調素子３０１Ｇ及び第２の空間変調素子３０２Ｇが、光路合成部２００Ｂに対しては第１の空間変調素子３０１Ｂ及び第２の空間変調素子３０２Ｂが、それぞれ付随して設けられている。これらの空間変調素子（反射型ＬＣＤ）の構成及び機能は、第１の実施形態で示した空間変調素子と同様である。したがって、第１の実施形態と同様、光路合成部２００Ｒでは、第１の空間変調素子３０１ＲからのＰ偏光及び第２の空間変調素子３０２ＲからのＳ偏光が合成され、光路合成部２００Ｒから出射される。光路合成部２００Ｇ及び光路合成部２００Ｂについても同様である。

光路合成部２００Ｒ、２００Ｇ及び２００Ｂからそれぞれ出射されたＲ光、Ｇ光及びＢ光は、色合成プリズム６００に入射する。色合成プリズム６００は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光を各色の波長の性質を用いて合成するものであり、ダイクロイックプリズム（Ｘプリズム）で構成されている。なお、ＸプリズムにはＰ偏光及びＳ偏光の両者が入射するため、Ｐ偏光に対する特性とＳ偏光に対する特性との特性差（反射特性差及び透過特性差）が少ないことが望ましい。例えば、Ｐ偏光とＳ偏光との間で、反射率の差が２０％以下であることが望ましい。

色合成プリズム６００で合成された投影光は、第１の実施形態と同様に、光線シフト部４００及び投影光学系５１０を介してスクリーン５２０に到達する。その結果、第１の実施形態と同様に４点画素ずらしを実現することができる。なお、４点画素ずらしがなされた状態で、Ｒ、Ｇ及びＢの対応する画素位置が一致するように、各空間変調素子が配置されていることは言うまでもない。すなわち、図７に示した各画素位置（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）それぞれにおいて、Ｒ、Ｇ及びＢの投影画素位置が重なるように構成されている。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第１の空間変調素子３０１Ｒ、３０１Ｇ及び３０１Ｂと第２の空間変調素子３０２Ｒ、３０２Ｇ及び３０２Ｂとの間の相対的な位置関係によって水平方向の画素ずらし（１／２画素ピッチ分の画素ずらし）が行われ、光線シフト部４００における光線シフト動作によって垂直方向の画素ずらし（１／２画素ピッチ分の画素ずらし）が行われる。その結果、第１の実施形態と同様に４点画素ずらしを実現することができ、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態４）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係り、空間変調ユニットを用いた画像投影装置の概略を示した図である。なお、第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素については同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。

本実施形態も、第１の実施形態で示した４点画素ずらしと同様の原理により、カラー画像を表示するものである。

光源１１０からの照明光は、ＰＢＳミラー１５１に入射し、ＰＢＳミラー１５１によってＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離される。ＰＢＳミラー１５１によって分離されたＳ偏光は、ダイクロイックミラー１５２〜１５６によってＲ光、Ｇ光及びＢ光に色分離される。ＰＢＳミラー１５１によって分離されたＰ偏光は、ダイクロイックミラー１５７〜１６１によってＲ光、Ｇ光及びＢ光に色分離される。色分離されたＳ偏光は第１の空間変調部３３１に供給され、色分離されたＰ偏光は第２の空間変調部３３２に供給される。

第１の空間変調部３３１は、Ｒ色用の第１の空間変調素子３４１Ｒ、Ｇ色用の第１の空間変調素子３４１Ｇ及びＢ色用の第１の空間変調素子３４１Ｂ、並びに色合成プリズム６０１によって構成されている。第１の空間変調素子３４１Ｒ、３４１Ｇ及び３４１Ｂの基本的な構成は、図９に示した空間変調素子３１１と同様である。すなわち、第１の空間変調素子３４１Ｒ、３４１Ｇ及び３４１Ｂはいずれも、入射したＳ偏光をＰ偏光に旋回して出射する。色合成プリズム６０１の基本的な構成は、図１０に示した色合成プリズム６００と同様であり、第１の空間変調素子３４１Ｒ、３４１Ｇ及び３４１Ｂからそれぞれ出射されたＲ光、Ｇ光及びＢ光が合成され、色合成プリズム６０１からＰ偏光の投影光が出射される。

第２の空間変調部３３２も第１の空間変調部３３１と同様に構成されており、第２の空間変調素子３４２Ｒ、３４２Ｇ及び３４２Ｂからそれぞれ出射されたＲ光、Ｇ光及びＢ光が色合成プリズム６０２で合成され、色合成プリズム６０２からＳ偏光の投影光が出射される。

色合成プリズム６０１で色合成されたＰ偏光の投影光及び色合成プリズム６０２で色合成されたＳ偏光の投影光は、光路合成部２００に供給される。光路合成部２００から出射された投影光は、第１の実施形態と同様に、光線シフト部４００及び投影光学系５１０を介してスクリーン５２０に到達する。その結果、第１の実施形態と同様に４点画素ずらしを実現することができる。なお、第３の実施形態でも述べたように、４点画素ずらしがなされた状態で、Ｒ、Ｇ及びＢの対応する画素位置が一致するように、各空間変調素子が配置されていることは言うまでもない。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第１の空間変調素子３４１Ｒ、３４１Ｇ及び３４１Ｂと第２の空間変調素子３４２Ｒ、３４２Ｇ及び３４２Ｂとの間の相対的な位置関係によって水平方向の画素ずらし（１／２画素ピッチ分の画素ずらし）が行われ、光線シフト部４００における光線シフト動作によって垂直方向の画素ずらし（１／２画素ピッチ分の画素ずらし）が行われる。その結果、第１の実施形態と同様に４点画素ずらしを実現することができ、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態５）
図１２は、本発明の第５の実施形態に係り、空間変調ユニットを用いた画像投影装置の概略を示した図である。なお、第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素については同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。

本実施形態も、第１の実施形態で示した４点画素ずらしと同様の原理により、カラー画像を表示するものである。

本実施形態では、第１の空間変調部３６１によってＰ偏光の３原色画像を、第２の空間変調部３６２によってＳ偏光の３原色画像を、それぞれ生成している。

第１の空間変調部３６１は、空間変調素子ブロック３６１ａ、旋光板３６１ｂ、λ／２板３６１ｄ及び偏光板３６１ｃによって構成されている。空間変調素子ブロック３６１ａは、ＲＧＢ３板方式のＬＣＤユニットによって構成されており、Ｇ光についてはＰ偏光、Ｒ光及びＢ光についてはＳ偏光の投影光（映像光）が空間変調素子ブロック３６１ａから出射される。旋光板３６１ｂは、空間変調素子ブロック３６１ａから出射されたＧ光（Ｐ偏光）及びＲＢ光（Ｓ偏光）のうち、Ｇ光のみをＳ偏光に旋回させる。したがって、旋光板３６１ｂからは、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光いずれもＳ偏光が出射される。さらに、旋光板３６１ｂからのＳ偏光は、λ／２板３６１ｄによってＰ偏光に旋回される。λ／２板３６１ｄからのＰ偏光は、偏光板３６１ｃによってよりシャープなＰ偏光に整えられ、光路合成部２００に供給される。

第２の空間変調部３６２は、空間変調素子ブロック３６２ａ、旋光板３６２ｂ及び偏光板３６２ｃによって構成されている。空間変調素子ブロック３６２ａは、ＲＧＢ３板方式のＬＣＤユニットによって構成されており、Ｇ光についてはＰ偏光が、Ｒ光及びＢ光についてはＳ偏光の投影光（映像光）が空間変調素子ブロック３６２ａから出射される。旋光板３６２ｂは、空間変調素子ブロック３６２ａから出射されたＧ光（Ｐ偏光）、ＲＢ光（Ｂ偏光）のうち、Ｇ光のみをＳ偏光に旋回させる。したがって、旋光板３６１ｂからは、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光いずれもＳ偏光が出射される。旋光板３６１ｂからのＳ偏光は、偏光板３６１ｃによってよりシャープなＳ偏光に整えられ、光路合成部２００に供給される。

上述したことからわかるように、第１の空間変調部３６１と第２の空間変調部３６２の基本的な構成は同様であり、第１の空間変調部３６１では、λ／２板３６１ｄを付加することで、Ｓ偏光をＰ偏光に旋回させて光路合成部２００に供給している。

光路合成部２００で合成された投影光は、第１の実施形態と同様に、光線シフト部４００及び投影光学系５１０を介してスクリーン（図示せず）に到達する。その結果、第１の実施形態と同様に４点画素ずらしを実現することができる。なお、すでに述べたように、４点画素ずらしがなされた状態で、Ｒ、Ｇ及びＢの対応する画素位置が一致するように、各空間変調素子が配置されていることは言うまでもない。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、空間変調素子ブロック３６１ａに含まれる空間変調素子と空間変調素子ブロック３６２ａに含まれる空間変調素子との間の相対的な位置関係によって水平方向の画素ずらし（１／２画素ピッチ分の画素ずらし）が行われ、光線シフト部４００における光線シフト動作によって垂直方向の画素ずらし（１／２画素ピッチ分の画素ずらし）が行われる。その結果、第１の実施形態と同様に４点画素ずらしを実現することができ、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、本実施形態では、λ／２板３６１ｄを除いて、第１の空間変調部３６１と第２の空間変調部３６２との基本的な構成を共通化することが可能である。

（実施形態６）
図１３は、本発明の第６の実施形態に係り、空間変調ユニットを用いた画像投影装置の概略を示した図である。なお、第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素については同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。

上述した各実施形態では、空間変調素子にＬＣＤを用いたが、本実施形態では空間変調素子にＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を用いている。

光源１１０からの照明光は、ＲＧＢカラーホイール１７０を介してＰＢＳミラー１７１に到達し、ＰＢＳミラー１７１によってＰ偏光とＳ偏光に分離される。Ｐ偏光は、ＤＭＤで構成された第１の空間変調素子３７１で空間変調され、ミラー１７２を介して光路合成部２００に供給される。Ｓ偏光は、ＤＭＤで構成された第２の空間変調素子３７２で空間変調され、ミラー１７３を介して光路合成部２００に供給される。

光路合成部２００で合成された投影光は、第１の実施形態と同様に、光線シフト部４００及び投影光学系５１０を介してスクリーン５２０に到達する。その結果、第１の実施形態と同様に４点画素ずらしを実現することができる。なお、すでに述べたように、４点画素ずらしがなされた状態で、Ｒ、Ｇ及びＢの対応する画素位置が一致するように、各空間変調素子が配置されていることは言うまでもない。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第１の空間変調素子３７１と第２の空間変調素子３７２との間の相対的な位置関係によって水平方向の画素ずらし（１／２画素ピッチ分の画素ずらし）が行われ、光線シフト部４００における光線シフト動作によって垂直方向の画素ずらし（１／２画素ピッチ分の画素ずらし）が行われる。その結果、第１の実施形態と同様に４点画素ずらしを実現することができ、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態７）
本実施形態は、入力映像信号に含まれる入力画像情報量が各空間変調ユニットで表示可能な表示画像情報量より多いか少ないかを判断し、多い場合には（高解像度モード）、すでに説明したような４点画素ずらしによって相対的に高解像度の画像を表示し、少ない場合には（低解像度モード）、相対的に低解像度の画像を表示するものである。

例えば、高解像度画像としてＨＤＴＶ（1920画素×1080画素）を、低解像度画像としてＳＤＴＶ（960画素×540画素）を想定して説明する。ＳＤＴＶ用のＬＣＤを２つ用いて４点画素ずらしを行うことで、ＨＤＴＶ相当の画像を表示することが可能である。

ＳＤＴＶ画像が入力した場合、ＨＤＴＶ画像と同様に４点画素ずらしを行ってもＨＤＴＶ画像並の高解像度画像が得られるわけではなく、かえって画像のちらつきの原因となる。ＳＤＴＶ画像に対しては、光線シフト部４００でのシフト動作を行わない（液晶パネル４１０を常時オフ状態とする）ことも考えられるが、この場合には、常に図６（Ａ）で示したような画素表示状態となり、なめらかな表示が得られ難くなる。

そこで、本実施形態では、ＳＤＴＶ画像に対しては、液晶パネル４１０にオン状態とオフ状態の中間の状態の電圧を印加するようにしている。すなわち、液晶パネル４１０の偏光旋回角度が４５度程度となるような電圧を常時、液晶パネル４１０に印加するようにしている。このように偏光旋回角度を４５度にすると、複屈折板４２０によって常光（ｎo）と異常光(ｎe)の２方向に、ほぼ均一の光量で入射光線が分離する。したがって、液晶パネル４１０に所定の中間電圧を印加し続けることで、図１４に示すような画素表示状態を実現することができる。すなわち、各フィールドにおいて、画素位置ａと画素位置ｂに実質的に同一の画像が表示され、画素位置ｃと画素位置ｄに実質的に同一の画像が表示される。言い換えると、垂直方向において空間的なローパスフィルタ作用が施された画像が表示されることになる。

図１５は、本実施形態の動作を示したフローチャートである。

入力映像信号に含まれる入力画像情報量が各空間変調素子で表示可能な表示画像情報量より多いか少ないか、すなわち入力映像信号の画素数が各空間変調素子で表示可能な画素数（例えば960画素×540画素）よりも多いか少ないかが、図示しない解像度判断手段によって判断される。多い場合には高解像度モードが、少ない場合には低解像度モードが選択される。

高解像度の映像信号（ＨＤＴＶ等）が入力して高解像度モードが選択された場合には、すでに各実施形態で述べたような４点画素ずらしを実行する。すなわち、フィールド毎に液晶パネル４１０のオン・オフを繰り返すことで、液晶パネル４１０を投影光の偏光方向を９０度旋回させるか否かの２つの状態に順次切り換えるとともに、映像信号を画素位置ａ、ｂ、ｃ、ｄにおいてサンプリングする。

低解像度の映像信号（ＳＤＴＶ等）が入力して低解像度モードが選択された場合には、液晶パネル４１０を投影光の偏光方向を４５度旋回させる一定状態（中間調状態）に維持するとともに、映像信号を画素位置ａ、ｄ（或いはｂ、ｃ、或いはａ、ｃ、或いはｂ、ｄ）においてサンプリングする。これにより、図１４に示したような表示が得られる。

以上のように、本実施形態においても、高解像度モードにおいては、第１の実施形態と同様の４点画素ずらしを実行することで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、本実施形態では、高解像度モードと低解像度モードとで表示方法を異ならせるため、高解像度モード及び低解像度モードそれぞれに応じた適切な表示を実現することが可能となる。

（実施形態８）
本実施形態は、上述した第１〜第６の実施形態等で説明した手法と同様の手法を用いて、３次元画像（３Ｄ画像）表示を実現するものである。なお、基本的な構成は、第１の実施形態等と同様であり、以下の説明では、第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素については同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。

３Ｄ画像表示の画像投影装置として、偏光眼鏡方式と呼ばれているものがある。この偏光眼鏡方式では、例えば、左眼用画像（Ｌ画像）にＳ偏光画像を、右眼用画像（Ｒ画像）にＰ偏光画像を用いる。観察者は、左眼用としてＳ偏光用の偏光板を、右眼用としてＰ偏光用の偏光板を備えた眼鏡メガネをかけて３Ｄ画像を観察する。

３Ｄ画像を得るための画素配置は、第１の実施形態等で述べた画素配置（図４、図６、図７等参照）と同様であってもよいが、本実施形態では、以下に示すような画素配置を採用している。

第１の実施形態では、第１の空間変調素子３０１と第２の空間変調素子３０２とは、図４に示したように横方向（水平方向）においてのみ１／２画素ピッチ分ずらすように配置されていたが、本実施形態では、図１６に示すように、横方向（水平方向）に加えて縦方向（垂直）方向においても１／２画素ピッチ分ずらすように配置されている。なお、図１６は、図４で示したのと同様に、光路合成部で合成された直後の、第１の空間変調素子３０１及び第２の空間変調素子３０２両者の投影面（スクリーン面）上での画素配列状態を示した図である。

図１７は、本実施形態における空間変調ユニットの作用を説明するための図であり、図１７（Ａ）は液晶パネル４１０の印加電圧がオフの場合、図１７（Ｂ）は液晶パネル４１０の印加電圧がオンの場合を示している。なお、説明の都合上、光路合成部は図示していない。

図１８は、液晶パネル４１０及び複屈折板４２０からなる光線シフト部を通過した後の、第１の空間変調素子（第１のＬＣＤ）３０１及び第２の空間変調素子３０２（第２のＬＣＤ）両者の投影面（スクリーン面）上での画素配列状態を示した図である。図１８（Ａ）は液晶パネル４１０の印加電圧がオフの場合、図１８（Ｂ）は液晶パネル４１０の印加電圧がオンの場合を示している。

上述したように、第１の空間変調素子３０１と第２の空間変調素子３０２とは、水平方向に加えて垂直方向においても１／２画素ピッチ分ずらすように配置されているため、第１の空間変調素子３０１からのＰ偏光と第２の空間変調素子３０２からのＳ偏光とは、図１６に示すように、液晶パネル４１０に入射する前の段階で、すでに垂直方向において１／２画素ピッチ分ずれている。

したがって、図１７（Ａ）に示すように、液晶パネル４１０がオフの場合には、複屈折板４２０を通過した後の第１の空間変調素子３０１からの投影光と第２の空間変調素子３０２からの投影光とは、垂直方向において高さが一致している。その結果、第１の空間変調素子３０１からの投影光の画素位置（ａ）及び第２の空間変調素子３０２からの投影光の画素位置（ｄ’）は、図１８（Ａ）に示すように、投影面（スクリーン面）上において、水平方向では１／２画素ピッチ分ずれ、垂直方向ではずれていない。

また、図１７（Ｂ）に示すように、液晶パネル４１０がオンの場合には、複屈折板４２０を通過した後の第１の空間変調素子３０１からの投影光と第２の空間変調素子３０２からの投影光とは、垂直方向において１画素ピッチ分ずれている。その結果、第１の空間変調素子３０１からの投影光の画素位置（ｂ）及び第２の空間変調素子３０２からの投影光の画素位置（ｃ’）は、図１８（Ｂ）に示すように、投影面（スクリーン面）上において、水平方向では１／２画素ピッチ分ずれ、垂直方向では１画素ピッチ分ずれる。

すでに述べたように、本実施形態では、Ｌ画像としてＳ偏光画像を用い、Ｒ画像としてＰ偏光画像を用いている。したがって、液晶パネル４１０がオフのタイミングでは、第１の空間変調素子３０１による画素位置（ａ）のＳ偏光画像がＬ画像として表示され、第２の空間変調素子３０２による画素位置（ｄ’）のＰ偏光画像がＲ画像として表示される。液晶パネル４１０がオンのタイミングでは、第２の空間変調素子３０２による画素位置（ｃ’）のＳ偏光画像がＬ画像として表示され、第１の空間変調素子３０１による画素位置（ｂ）のＰ偏光画像がＲ画像として表示される。

図１９は、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）の表示状態を合成した画素配列状態を示した図である。図１９に示すように、画素位置（ａ）、（ｂ）、（ｃ’）及び（ｄ’）で単位表示領域が構成される。なお、図１９において、矩形領域Ｅ外の画像周辺部の画素では、横方向で隣接する画素が存在しない。そのため、画像周辺部では画像のギザギザ感やちらつき感が生じるおそれがあり、表示品質の悪化を招くおそれがある。したがって、矩形領域Ｅ外の画素については、黒画像を表示するようにしてもよい。

図２０は、本実施形態の３Ｄ画像投影装置における表示状態の時間的な流れを示した図である。

図２０に示すように、各フレームの第１フィールドでは、第１の空間変調素子によって画素位置（ａ）にＬ画像（Ｓ偏光画像）が表示されるとともに、第２の空間変調素子によって画素位置（ｄ’）にＲ画像（Ｐ偏光画像）が表示される。第２フィールドでは、第１の空間変調素子によって画素位置（ｂ）にＲ画像（Ｐ偏光画像）が表示されるとともに、第２の空間変調素子によって画素位置（ｃ’）にＬ画像（Ｓ偏光画像）が表示される。

このように、本実施形態においても、第１の実施形態等と同様に、幾何学的な位置関係に基づく画素ずらしと、時間的な切り換え動作に基づく画素ずらしとを組み合わせることで、表示品質に優れた高解像度の３Ｄ画像を得ることが可能である。また、水平方向におけるＬ画像とＲ画像の表示位置がフィールド毎に逆転するため、表示画像の時間的及び空間的な偏りが少ない、表示品質に優れた３Ｄ画像を得ることが可能である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係り、空間変調ユニットを用いた画像投影装置の概略を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係り、空間変調素子の位置関係を模式的に示した図である。 本発明の第１の実施形態に係り、空間変調素子の画素配列を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係り、光路合成部で合成された後の空間変調素子の投影面上での画素配列状態を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係り、光線シフト部の作用を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係り、光線シフト部を通過した後の空間変調素子の投影面上での画素配列状態を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係り、光線シフト部を通過した後の空間変調素子の投影面上での画素配列状態を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係り、画像投影装置の電気的な構成を示したブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係り、空間変調ユニットを用いた画像投影装置の概略を示した図である。 本発明の第３の実施形態に係り、空間変調ユニットを用いた画像投影装置の概略を示した図である。 本発明の第４の実施形態に係り、空間変調ユニットを用いた画像投影装置の概略を示した図である。 本発明の第５の実施形態に係り、空間変調ユニットを用いた画像投影装置の概略を示した図である。 本発明の第６の実施形態に係り、空間変調ユニットを用いた画像投影装置の概略を示した図である。 本発明の第７の実施形態に係り、光線シフト部を通過した後の空間変調素子の投影面上での画素配列状態を示した図である。 本発明の第７の実施形態に係り、画像投影装置の動作を示したフローチャートである。 本発明の第８の実施形態に係り、光路合成部で合成された後の空間変調素子の投影面上での画素配列状態を示した図である。 本発明の第８の実施形態に係り、空間変調ユニットの作用を説明するための図である。 本発明の第８の実施形態に係り、光線シフト部を通過した後の空間変調素子の投影面上での画素配列状態を示した図である。 本発明の第８の実施形態に係り、光線シフト部を通過した後の空間変調素子の投影面上での画素配列状態を示した図である。 本発明の第８の実施形態に係り、表示状態の時間的な流れを説明するための図である。

符号の説明

１１０…光源 １２０…照明光学系
１３１、１５１、１７１…ＰＢＳミラー
１３２、１３３、１７２、１７３…ミラー
１４１、１４２、１４３、１５２〜１６１…ダイクロイックミラー
１７０…ＲＧＢカラーホイール
２００、２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂ…ＰＢＳプリズム（光路合成部）
２０１、２０２、２０３、２０４…ＰＢＳプリズムの構成面
２０５…ＰＢＳプリズムの偏光分離面
３０１、３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂ…反射型ＬＣＤ（第１の空間変調素子）
３０２、３０２Ｒ、３０２Ｇ、３０２Ｂ…反射型ＬＣＤ（第２の空間変調素子）
３１１、３４１Ｒ、３４１Ｇ、３４１Ｂ…透過型ＬＣＤ（第１の空間変調素子）
３１２、３４２Ｒ、３４２Ｇ、３４２Ｂ…透過型ＬＣＤ（第２の空間変調素子）
３３１、３６１…第１の空間変調部
３３２、３６２…第２の空間変調部
３６１ａ、３６２ａ…空間変調素子ブロック
３６１ｂ、３６２ｂ…旋光板
３６１ｃ、３６２ｃ…偏光板
３６１ｄ…λ／２板
３７１…ＤＭＤ（第１の空間変調素子）
３７２…ＤＭＤ（第２の空間変調素子）
４００…光線シフト部 ４１０…偏光旋回液晶パネル
４２０…複屈折板
５１０…投影光学系 ５２０…スクリーン
６００、６０１、６０２…色合成プリズム
８０１…フレームメモリー ８０２…画像情報生成回路
８０３…タイミング信号発生器 ８０４、８０５、８０６…駆動回路

Claims (18)

1. 照明光を、入力された映像信号に基づいて変調する空間変調ユニットであって、
   入力された映像信号に基づいて照明光を変調して直線偏光光である投影光を生成する第１及び第２の空間変調手段と、
   前記第１及び第２の空間変調手段で生成された投影光を、互いの偏光方向が直交する性質を用いて合成する光路合成手段と、
   前記第１及び第２の空間変調手段の変調タイミングに同期して、前記光路合成手段で合成された各投影光の光線を投影光の偏光方向に基づいてシフトする又はシフトしないの２つの状態に切り換える光線シフト手段と、
   を備えたことを特徴とする空間変調ユニット。
2. 前記第１及び第２の空間変調手段は、前記第１及び第２の空間変調手段で生成された各投影光の前記光路合成手段で合成された後の各画素位置が、所定の一方向において互いに隣接するように、前記光路合成手段に対して位置決めされている
   ことを特徴とする請求項１に記載の空間変調ユニット。
3. 前記光線シフト手段は、投影光の偏光方向を旋回することが可能な液晶パネルと、入射光が特定の方向に偏光されている場合に入射光の延長線上からずれた透過光を生じる複屈折板とを有し、
   前記液晶パネルは、前記空間変調手段の変調タイミングに同期して前記投影光の偏光方向を旋回する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空間変調ユニット。
4. 前記第１及び第２の空間変調手段と前記光路合成手段とのセットを複数有し、前記各セットに含まれる第１及び第２の空間変調手段は同じ色の投影光を生成し、且つ前記各セット相互間の投影光の色は互いに異なり、
   前記各セットからの投影光を各投影光の色の波長の性質を用いて合成する色合成プリズムをさらに備え、
   前記光線シフト手段は、前記色合成プリズムで合成された投影光の光線を投影光の偏光方向に基づいてシフトする
   ことを特徴とする請求項１に記載の空間変調ユニット。
5. 前記セットの数は３セットであり、各セットにおける投影光の色は赤、青及び緑である
   ことを特徴とする請求項４に記載の空間変調ユニット。
6. 前記光路合成手段は、偏光分離面を有する６面体の偏光ビームスプリッタであり、
   前記第１及び第２の空間変調手段はそれぞれ、前記偏光ビームスプリッタを構成する６面のうち前記偏光分離面と直交しない第１及び第２の面に対向して配置された第１及び第２の空間変調素子によって構成され、
   前記照明光を前記偏光ビームスプリッタを構成する６面のうち前記偏光分離面と直交しない面であって前記第１及び第２の面とは異なる第３の面に入射させたときに、前記第１の空間変調素子は前記偏光分離面で反射した照明光のＳ偏光成分で照明され、前記第２の空間変調素子は前記偏光分離面を通過した照明光のＰ偏光成分で照明される
   ことを特徴とする請求項１に記載の空間変調ユニット。
7. 前記第１及び第２の空間変調手段はそれぞれ、互いに色の異なる複数の投影光を生成する複数の空間変調素子と、前記複数の空間変調素子で生成された投影光を各投影光の色の波長の性質を用いて合成する色合成プリズムと、を有し、
   前記第１の空間変調手段の色合成プリズムから出射される投影光の偏光方向と、前記第２の空間変調手段の色合成プリズムから出射される投影光の偏光方向とが直交するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の空間変調ユニット。
8. 前記第１の空間変調手段及び第２の空間変調手段の一方は、第１の空間変調手段から出射される投影光の偏光方向と、第２の空間変調手段から出射される投影光の偏光方向とを直交させるためのλ／２板を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空間変調ユニット。
9. 前記光路合成手段は、偏光ビームスプリッタであり、
   前記光線シフト手段には、Ｐ偏光の投影光及びＳ偏光の投影光が入射する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空間変調ユニット。
10. 前記映像信号に含まれる入力画像情報量が前記第１及び第２の空間変調手段それぞれで表示可能な表示画像情報量より多い場合には、前記液晶パネルは投影光の偏光方向を９０度旋回させるか否かの２つの状態に順次切り換えられ、
    前記入力画像情報量が前記表示画像情報量より少ない場合には、前記液晶パネルは投影光の偏光方向を４５度旋回させる１つの状態を維持する
    ことを特徴とする請求項３に記載の空間変調ユニット。
11. 前記映像信号に含まれる入力画像情報量が前記第１及び第２の空間変調手段それぞれで表示可能な表示画像情報量より多い場合には、前記光線シフト手段は、前記第１及び第２の空間変調手段で生成された各投影光を、前記所定の一方向と直交する方向にシフトする又はシフトしないの２つの状態に順次切り換え、
    前記入力画像情報量が前記表示画像情報量より少ない場合には、前記光線シフト手段は、前記第１及び第２の空間変調手段で生成された各投影光に対して、前記所定の一方向と直交する方向に空間的なローパスフィルタ作用を施す
    ことを特徴とする請求項２に記載の空間変調ユニット。
12. 請求項１に記載の空間変調ユニットと、
    前記第１及び第２の空間変調手段に照明光を供給する光源と、
    前記光線シフト手段からの投影光をスクリーン上に投影する投影光学手段と、
    を備えたことを特徴とする画像投影装置。
13. 前記第１及び第２の空間変調手段は、前記第１及び第２の空間変調手段で生成された各投影光の前記光路合成手段で合成された後の画素位置が、所定の一方向において互いに半画素ピッチずれた状態なるように、前記投影光学手段に対して位置決めされており、
    前記光線シフト手段は、前記光路合成手段で合成された各投影光の前記スクリーン上での画素位置が、前記所定の一方向と直交する方向において、前記シフトする状態とシフトしない状態とで互いに半画素ピッチずれた状態となるように構成されている
    ことを特徴とする請求項１２に記載の画像投影装置。
14. 前記光路合成手段は、偏光ビームスプリッタであり、
    前記第１及び第２の空間変調手段で生成された各投影光の光線は、前記光線シフト手段によって一方の光線がシフトされる際には他方の光線はシフトされない
    ことを特徴とする請求項１３に記載の画像投影装置。
15. 請求項１に記載の空間変調ユニットを用いて、偏光方向が左右で直交する偏光眼鏡をかけた観察者が３次元映像を観察可能なように、入力された右眼用映像信号と左眼用映像信号に基づいた画像をスクリーンに投影する画像投影装置であって、
    前記第１及び第２の空間変調手段の一方が右眼用映像信号に基づいて照明光を変調する際には、前記第１及び第２の空間変調手段の他方は左眼用映像信号に基づいて照明光を変調し、
    前記第１及び第２の空間変調手段は、前記第１及び第２の空間変調手段で生成された各投影光の前記光路合成手段で合成された後の画素位置が、所定の一方向において互いに半画素ピッチずれた状態なるように、前記投影光学手段に対して位置決めされており、
    前記光線シフト手段は、前記光路合成手段で合成された各投影光の前記スクリーン上での画素位置が、前記所定の一方向と直交する方向において、前記シフトする状態とシフトしない状態とで互いに半画素ピッチずれた状態となるように構成されている
    ことを特徴とする画像投影装置。
16. 前記光線シフト手段から出射される画素毎の投影光に対応した信号を前記映像信号から抽出する抽出手段をさらに備え、
    前記第１及び第２の空間変調手段は、前記抽出手段で抽出された映像信号に基づいて照明光を変調する
    ことを特徴とする請求項１２又は１５に記載の画像投影装置。
17. 照明光を、入力された映像信号に基づいて変調する空間変調ユニットであって、
    入力された映像信号に基づいて照明光を変調して直線偏光光である投影光を生成する少なくとも１つの空間変調手段と、
    前記空間変調手段の変調タイミングに同期して、前記空間変調手段で生成された投影光の光線を投影光の偏光方向に基づいてシフトする又はシフトしないの２つの状態に切り換える光線シフト手段と、
    を備え、
    前記映像信号に含まれる入力画像情報量が前記空間変調手段で表示可能な表示画像情報量より多い場合には、前記光線シフト手段は、前記投影光の光線をシフトする又はシフトしないの２つの状態に順次切り換え、
    前記入力画像情報量が前記表示画像情報量より少ない場合には、前記光線シフト手段は、前記投影光の光線をシフトする又はシフトしないの２つの状態に順次切り換えずに一つの状態に固定する
    ことを特徴とする空間変調ユニット。
18. 前記光線シフト手段は、投影光の偏光方向を旋回することが可能な液晶パネルと、入射光が特定の方向に偏光されている場合に入射光の延長線上からずれた透過光を生じる複屈折板とを有し、
    前記入力画像情報量が前記表示画像情報量より多い場合には、前記液晶パネルは投影光の偏光方向を９０度旋回させるか否かの２つの状態に順次切り換えられ、
    前記入力画像情報量が前記表示画像情報量より少ない場合には、前記液晶パネルは投影光の偏光方向を４５度旋回させる１つの状態を維持する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の空間変調ユニット。

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