JP2012225969A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの画像表示装置で２台スタック投射したときと同等の解像度で表示させることのできる画像表示装置を提供する。
【解決手段】第１波長の光と第２波長の光とを射出する第1光源系と、第１光変調素子と、第１波長の光を反射させ、かつ、第２波長の光を透過させる第１波長選択素子と、第２波長の光を反射させる第１反射素子とを含み、第３波長の光および第４波長の光、第５波長の光および第６波長の光についても同様であり、色合成素子と、色合成素子により合成された光を投射する投射光学系と、を含み、第１波長選択素子と第１反射素子とは、第１波長選択素子によって反射された第１波長の光と第１反射素子によって反射された第２波長の光とで第１光変調素子の水平方向または垂直方向の画素数以上異なる位置に表示されるように配置され、第３波長の光および第４波長の光、第５波長の光および第６波長の光についても同様である、画像表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置に関する。

プロジェクター等の画像表示装置には、複数画面の表示化、また表示される単一画面の高解像化が期待されている。液晶ライトバルブ等の光変調素子により形成された画像を表示する場合に、スクリーン等で表示される表示画像の画素数は、光変調素子の画素数と同じになる。光変調素子の画素数で複数画面表示させる場合には、画面を表示させる分の複数の画像表示装置が必要となる。光変調素子を高解像度にすると、製造コストが著しく増加してしまう。また、画像表示装置を複数台用意すると、表示装置の個体差による色むら、輝度差等補正が必要となる。更に、画像表示装置を複数台用意するとコストが増大する。

特許文献１のように、画像表示装置を複数台用意し、プロジェクターなどの投写光学ユニットを、水平方向または垂直方向にそれぞれ複数、または、水平方向と垂直方向にそれぞれ複数配置し、これらの複数のプロジェクターからの投写画像をスクリーンにスタック投写することにより１つの大画面画像を表示することのできるマルチプロジェクションディスプレイが知られている。なお、スタック投写とは、複数のプロジェクターの各投写領域をスクリーン上でタイル状に並べて配置して、１つの大画面画像の表示を可能とする投影方式である。

このようなマルチプロジェクションディスプレイにおいては、隣接するプロジェクターからの投写画像をスクリーン上で一部重複させることが従来から一般的に行われている。このように、隣接するプロジェクターからの投写画像をスクリーン上で一部重複させる場合、重畳部分の輝度が他の部分に比べて高くなることから、つなぎ目が目立ってしまうという問題がある。

上記課題を解決するために特許文献１では、プロジェクター筐体内部に遮光板を設置することによって、上述した問題点を解消し、かつ、重なり部の輝度とその他の部分の輝度との輝度変化を極力小さくすることを可能とし、高品質なスタック投写が可能となるマルチプロジェクションディスプレイおよびそのマルチプロジェクションディスプレイに用いられるプロジェクターが提案されている。

特開２００５−２２７４８０号公報

特許文献１の技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に使われているプロジェクターの１台１台は、それぞれの有する光変調素子の有効画素数で投射するため、スタック投写するとき、スタック投射させる数だけのプロジェクターを用意しなければならない。

そのため、スタック投射を目的とし、プロジェクターを複数台用意した場合にプロジェクターを用意するコスト、設置場所、使用電力等が著しく増加する。また、プロジェクターには、輝度むら、色むら等の個体差があるため、特許文献１では、用意した数のプロジェクターの組み合わせの個体調整が要求され、調整に多大な時間を要するという問題がある。

本発明は、前記事情を鑑み成されたものであり、１つの画像表示装置で２台スタック投射したときと同等の解像度で表示させることのできる画像表示装置を提供することを目的の１つとする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る画像表示装置は、第１波長の光と第２波長の光とを時間的に切替えて射出する第１光源系と、前記第１波長の光および前記第２波長の光を変調する第１光変調素子と、
前記第１光変調素子を通過した前記第１波長の光を反射させ、かつ、前記第１光変調素子を通過した前記第２波長の光を透過させる第１波長選択素子と、前記第１波長選択素子を透過した前記第２波長の光を反射させる第１反射素子と、
前記第１波長の光および前記第２波長の光よりも波長が短い第３波長の光と第４波長の光とを時間的に切替えて射出する第２光源系と、
前記第３波長の光および前記第４波長の光を変調する第２光変調素子と、
前記第２光変調素子を通過した前記第３波長の光を反射させ、かつ、前記第２光変調素子を通過した前記第４波長の光を透過させる第２波長選択素子と、
前記第２波長選択素子を透過した前記第４波長の光を反射させる第２反射素子と、
前記第３波長の光および前記第４波長の光よりも波長が短い第５波長の光と第６波長の光とを時間的に切替えて射出する第３光源系と、
前記第５波長の光および前記第６波長の光を変調する第３光変調素子と、
前記第３光変調素子を通過した前記第６波長の光を反射させ、かつ、前記第３光変調素子を通過した前記第５波長の光を透過させる第３波長選択素子と、
前記第３波長選択素子を透過した前記第５波長の光を反射させる第３反射素子と、
前記第１波長選択素子または前記第１反射素子により反射された光と、前記第２波長選択素子または前記第２反射素子により反射された光と、前記第３波長選択素子または前記第３反射素子により反射された光と、を合成する色合成素子と、
前記色合成素子により合成された光を投射する投射光学系と、を含み、
前記第１波長選択素子と前記第１反射素子とは、前記第１波長選択素子によって反射された前記第１波長の光と前記第１反射素子によって反射された前記第２波長の光とで前記第１光変調素子の水平方向または垂直方向の画素数以上異なる位置に表示されるように配置され、
前記第２波長選択素子と前記第２反射素子とは、前記第２波長選択素子によって反射された前記第３波長の光と前記第２反射素子によって反射された前記第４波長の光とで前記第２光変調素子の水平方向または垂直方向の画素数以上異なる位置に表示されるように配置され、
前記第３波長選択素子と前記第３反射素子とは、前記第３波長選択素子によって反射された前記第６波長の光と前記第３反射素子によって反射された前記第５波長の光とで前記第３光変調素子の水平方向または垂直方向の画素数以上異なる位置に表示されるように配置されている。

第１光源系から射出された光は、第１光変調素子により変調される。第１光変調素子により変調された第１波長の光は、第１波長選択素子によって反射され、色合成素子に入射する。色合成素子を経た第１波長の光は、投射光学系に入射し、投射光学系により投射され、表示される。また、第１光変調素子により変調された第２波長の光は、第１波長選択素子を透過し、第１反射素子によって反射され、色合成素子に入射する。色合成素子を経た第２波長の光は、投射光学系に入射し、投射光学系により投射され表示される。
同じく、第２光源系から射出された光は、第２光変調素子により変調される。第２光変調素子により変調された第３波長の光は、第２波長選択素子によって反射され、色合成素子に入射する。色合成素子を経た第３波長の光は、投射光学系に入射し、投射光学系により投射され、表示される。また、第２光変調素子により変調された第４波長の光は、第２波長選択素子を透過し、第２反射素子によって反射され、色合成素子に入射する。色合成素子を経た第４波長の光は、投射光学系に入射し、投射光学系により投射され表示される。
同じく、第３光源系から射出された光は、第３光変調素子により変調される。第３光変調素子により変調された第６波長の光は、第３波長選択素子によって反射され、色合成素子に入射する。色合成素子を経た第６波長の光は、投射光学系に入射し、投射光学系により投射され、表示される。また、第３光変調素子により変調された第５波長の光は、第３波長選択素子を透過し、第３反射素子によって反射され、色合成素子に入射する。色合成素子を経た第５波長の光は、投射光学系に入射し、投射光学系により投射され表示される。

ここで、第１波長の光と第２波長の光とが時間的に切替わり光源系から射出されるので、これらの光は第１光変調素子に交互に入射する。したがって、第１波長の光と第２波長の光とを、第１光変調素子の画素数と同等の解像度を有する画像にそれぞれ変調することができる。第１波長選択素子と第１反射素子とは、第１波長選択素子で反射された第１波長の光と第１反射素子で反射された第２波長の光とで第１光変調素子の水平方向または垂直方向の画素数以上異なる位置に表示されるように配置されているので、第１波長の光と第２波長の光とは、第１波長選択素子または第１反射素子を経ることにより光軸が互いに第１光変調素子の水平方向または垂直方向の画素数以上ずれる。これにより、第１光変調素子によってそれぞれ変調されて形成された第１波長の光による画像と第２波長の光による画像とを、第１光変調素子が持つ解像度の距離だけ互いにずれた位置に表示できる。
同様にして、第２光変調素子によって変調された第３波長の光による画像と第４波長の光による画像とを、投射される第２光変調素子が持つ解像度の距離だけ互いにずれた位置に表示できる。
同様にして、第３光変調素子によって変調された第５波長の光による画像と第６波長の光による画像とを、投射される第３光変調素子が持つ解像度の距離だけ互いにずれた位置に表示できる。
したがって、１台の画像表示装置を用いて、解像度を低下させることなく複数の画像を並べて表示することができる。

実施形態のプロジェクターの構成を示す模式図である。 実施形態のプロジェクターを用いた画像表示方法の概念図である。 表示される画像全体の平面概念図である。 光源系、光変調素子および制御部の構成を示す模式図である。 （a）は、光源系および光変調素子の動作タイミングの一例を示すチャートである。（b）は、動作タイミングの別の一例を示すチャートである。 波長選択素子の特性と、第１〜第６波長との関係を示すグラフである。 波長選択素子と光路の関係を示す一例の図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。また、実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。

図１は、実施形態のプロジェクター１（画像表示装置）の構成を示す模式図である。図２は、画素ずらしによるプロジェクターの画像表示方法を示す概念図であり、図３は、画素ずらしにより表示される画像の画素を拡大して示す平面図である。

プロジェクター１は、３つの光源系１１ｒ（第１光源系１１ｒ）、１１ｇ（第２光源系１１ｇ）、１１ｂ（第３光源系１１ｂ）、３つの光変調素子１３ｒ（第１光変調素子１３ｒ）、１３ｇ（第２光変調素子１３ｇ）、１３ｂ（第３光変調素子１３ｂ）、３つの波長選択素子１４１ｒ（第１波長選択素子１４１ｒ）、１４１ｇ（第２波長選択素子１４１ｇ）、１４１ｂ（第３波長選択素子１４１ｂ）、３つの反射素子１４２ｒ（第１反射素子１４２ｒ）、１４２ｇ（第２反射素子１４２ｇ）、１４２ｂ（第３反射素子１４２ｂ）、制御部１５、色合成素子１６および投射光学系１７を含んでいる。ここでは、色合成素子１６から射出される光の光軸に沿って、投射光学系１７と反対側に光源系１１ｇ、光変調素子１３ｇ、波長選択素子１４１ｇおよび反射素子１４２ｇが配置されている。光源系１１ｒ、光変調素子１３ｒ、波長選択素子１４１ｒおよび反射素子１４２ｒと、光源系１１ｂ、光変調素子１３ｂ、波長選択素子１４１ｂおよび反射素子１４２ｂとは、色合成素子１６から射出される光軸と略直交する方向において色合成素子１６を挟んで互いに対向して配置されている。第１波長選択素子１４１ｒと第１反射素子１４２ｒ、第２波長選択素子１４１ｇと第２反射素子１４２ｇ、第３波長選択素子１４１ｂと第３反射素子１４２ｂは、それぞれ互いにかつ平行に設置され、それぞれの光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの水平方向または垂直方向の画素数以上離れて表示されるような位置に配置されている。

プロジェクターは、概略すると以下のように動作する。
光源系１１ｒは、第１波長の光Ｌ１ｒと第２波長の光Ｌ２ｒとを時間的に切替えて射出する。光源系１１ｇは、第３波長の光Ｌ１ｇと第４波長の光Ｌ２ｇとを時間的に切替えて射出する。光源系１１ｂは、第５波長の光Ｌ１ｂと第６波長の光Ｌ２ｂとを時間的に切替えて射出する。

各光源系１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから射出された第１波長の光Ｌ１ｒ、第２波長の光Ｌ２ｒと第３波長の光Ｌ１ｇ、第４波長の光Ｌ２ｇと第５波長の光Ｌ１ｂ、第６波長の光Ｌ２ｂは、それぞれ光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂに入射して変調される。制御部１５は、光源系１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからそれぞれの光Ｌ１ｒとＬ２ｒ、光Ｌ１ｇとＬ２ｇ、光Ｌ１ｂとＬ２ｂが射出されるタイミングを制御し、このタイミングに同期させて、光Ｌ１ｒの変調用の第１の変調用信号Ｄ_14r、光Ｌ２ｒの変調用の第２の変調用信号Ｄ_24rを時間的に切替えて光変調素子１３ｒに供給し、光Ｌ１ｇの変調用の第１の変調用信号Ｄ_14g、光Ｌ２ｇの変調用の第２の変調用信号Ｄ_24gを時間的に切替えて光変調素子１３ｇに供給し、また光Ｌ１ｂの変調用の第１の変調用信号Ｄ_14b、光Ｌ２ｂの変調用の第２の変調用信号Ｄ_24bを時間的に切替えて光変調素子１３ｂに供給する。なお、光源系１１ｒと光変調素子１３ｒとの間には、光変調素子１３ｒ入射する光を平行化する照度均一化素子１２ｒを設けてもよい。同様に、光源系１１ｇと光変調素子１３ｇとの間に照度均一化素子１２ｂを、光源系１１ｂと光変調素子１３ｂとの間に照度均一化素子１２ｂをそれぞれ設けてもよい。

光変調素子１３ｒにより変調された光Ｌ１ｒ、Ｌ２ｒは、波長選択素子１４１ｒに時間順次で入射する。波長選択素子１４１ｒは、光Ｌ１ｒを反射させ、かつ、光Ｌ２ｒを透過させる特性を持つので、光Ｌ１ｒは反射されて色合成素子１６に入射する。波長選択素子１４１ｒを透過した光Ｌ２ｒは、反射素子１４２ｒに入射した後反射され、色合成素子１６に入射する。
同様に、光変調素子１３ｇにより変調された光Ｌ１ｇ、Ｌ２ｇは、波長選択素子１４１ｇに時間順次で入射する。波長選択素子１４１ｇは、光Ｌ１ｇを反射させる、かつ、光Ｌ２ｇを透過させる特性を持つ、波長選択素子１４１ｇを透過した光Ｌ２ｇは、反射素子１４２ｇに入射した後反射され、色合成素子１６に入射する。
また、光変調素子１３ｂにより変調された光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂは、波長選択素子１４１ｂに時間順次で入射する。波長選択素子１４１ｂは、光Ｌ２ｂを反射させる、かつ、光Ｌ１ｂを透過させる特性を持つ、波長選択素子１４１ｂを透過した光Ｌ１ｂは、反射素子１４２ｂに入射した後反射され、色合成素子１６に入射する。

色合成素子１６に入射した光Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂは、色合成素子１６によって合成され光軸が揃えられて光Ｌ１となり、投射光学系１７に入射され、スクリーンＳに表示される。同様に、色合成素子１６に入射した光Ｌ２ｒ、Ｌ２ｇ、Ｌ２ｂは、色合成素子１６によって合成され光軸が揃えられて光Ｌ２となり、投射光学系１７に入射され、スクリーンＳに表示される。色合成素子１６は、ダイクロイックプリズムにより構成されている。

ダイクロイックプリズムは、波長選択性を有する２種類の反射膜を内包している。２種類の反射膜の一方は、光Ｌ１ｒ、Ｌ２ｒを反射させ、光Ｌ１ｇ、Ｌ２ｇおよび光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂを透過させる特性を有している。２種類の反射膜の他方は、光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂを反射させ、光Ｌ１ｇ、Ｌ２ｇおよび光Ｌ１ｒ、Ｌ２ｒを透過させる特性を有している。２種類の反射膜は互いに直交するように設けられている。ここでは、一方の反射膜は、色合成素子１６に入射する光Ｌ１ｒ、Ｌ２ｒの光軸と略４５°の角度をなしている。また、他方の反射膜は、色合成素子１６に入射する光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂの光軸と略４５°の角度をなしている。

図２に示すように、色合成素子１６によって合成された光Ｌ１およびＬ２は、スクリーンＳに投射される。スクリーンＳに投射された光Ｌ１により第１の画像Ａ１が表示され、スクリーンＳに投射された光Ｌ２により第２の画像Ａ２が表示される。投射光学系１７から射出された光Ｌ１、光Ｌ２の光軸は互いにずれており、図３に示すように第１の画像Ａ１を構成する画素Ｐ１の位置は、第２の画像Ａ２を構成する画素Ｐ２の位置から各光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの解像度の距離分だけずれている。画像Ａ１、Ａ２は、観察者に認識されない程度に高速で時間的に切替えられて表示される（詳細については後述する）。したがって、画像Ａ１の画素Ｐ１と画像Ａ２の画素Ｐ２とが互いに重ならない位置に表示され、観察者には画像Ａ１とＡ２との切替えが認識されないので、観察され、実質的に１台プロジェクターで、Ｘ軸方向に２台のプロジェクターをスタック投影した画像が表示されることになる。以下、プロジェクター１の構成要素について詳しく説明する。

図１に示す様に、上記の構成により第１の表示期間において、光Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂは、略同じ位置に表示され、第１の画像Ａ１が表示される。第２の表示期間において、光Ｌ２ｒ、Ｌ２ｇ、Ｌ２ｂは、略同じ位置に表示され、第２の画像Ａ２が表示される。第２の画像Ａ２は、第１の画像Ａ１と画素の位置がずれてスクリーンＳに表示される。

図４は、光源系１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂおよび制御部１５の構成を示す模式図である。図５（a）と図５（b）は、光源系１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの動作タイミングおよび光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。

図４に示すように光源系１１ｒには、第１波長の光Ｌ１ｒを発光する複数の固体光源１１１ｒおよび第２波長の光Ｌ２ｒを発光する複数の固体光源１１２ｒが２次元配列されている。２次元配列の各配列方向において、第１波長の光Ｌ１ｒを発光する固体光源１１１ｒと第２波長の光Ｌ２ｒを発光する固体光源１１２ｒは交互に配置されている。同様に光源系１１ｇは、第３波長の光Ｌ１ｇを発光する複数の固体光源１１１ｇおよび第４波長の光Ｌ２ｇを発光する複数の固体光源１１２ｇが２次元配列され、２次元配列の各配列方向において、第３波長の光Ｌ１ｇを発光する固体光源１１１ｇと第４波長Ｌ２ｇの光を発光する固体光源１１２ｇは交互に配置されている。また同様に、光原系１１ｂは、第５波長の光Ｌ１ｂを発光する複数の固体光源１１１ｂおよび第６波長の光Ｌ２ｂを発光する複数の固体光源１１２ｂが２次元配列され、２次元配列の各配列方向において、第５波長の光Ｌ１ｂを発光する固体光源１１１ｂと第６波長の光Ｌ２ｂを発光する固体光源１１２ｂは交互に配置されている。

固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂおよび１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂは、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）等の固体光源により構成される。固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂおよび１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂをＬＥＤにより構成すると、ＬＤにより構成する場合と比較して緑色光を直接的に得ることが容易になる。ランプ光源を採用する場合と比較して、固体光源を持つ光源系は、低消費電力かつ長寿命にすることができる。固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂおよび１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂをＬＤにより構成すると、ＬＤから射出される光のスペクトル幅はＬＥＤ等から射出される光のスペクトル幅よりも格段に狭いので、波長選択素子にて第１波長の光を第２波長の光と高精度に分離することが容易になる。

ここでは、第１波長と第２波長は、赤の色相に属する波長帯（例えば波長が６２５ｎｍ以上７４０ｎｍ以下にスペクトルのピークを有する光）から選択されている。第２波長は、第１波長よりも短波長であるとする。第１波長と第２波長との差は、光Ｌ１ｒ、Ｌ２ｒを波長選択素子１４１ｒで分離可能な程度以上に大きく設定される。

ここでは、第３波長と第４波長は、緑の色相に属する波長帯（例えば波長が５００ｎｍ以上５６５ｎｍ以下にスペクトルのピークを有する光）から選択されている。第４波長は、第３波長よりも短波長であるとする。第３波長と第４波長との差は、光Ｌ１ｇ、Ｌ２ｇを波長選択素子１４１ｇで分離可能な程度以上に大きく設定される。

ここでは、第５波長と第６波長は、青の色相に属する波長帯（例えば波長が４５０ｎｍ以上４８５ｎｍ以下にスペクトルのピークを有する光）から選択されている。第５波長は、第６波長よりも短波長であるとする。第６波長と第５波長との差は、光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂを波長選択素子１４１ｂで分離可能な程度以上に大きく設定される。

光変調素子１３ｒは、制御部１５から供給される変調用信号Ｄ_14rとＤ_24rに基づいて入射光Ｌ１ｒおよびＬ２ｒを変調し、画像を形成する。光変調素子１３ｇは、制御部１５から供給される変調用信号Ｄ_14gとＤ_24gに基づいて入射光Ｌ１ｇおよびＬ２ｇを変調し、画像を形成する。光変調素子１３ｂは、制御部１５から供給される変調用信号Ｄ_14bとＤ_24bに基づいて入射光Ｌ１ｂおよびＬ２ｂを変調し、画像を形成する。光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂは、透過型もしくは反射型の液晶ライトバルブ、またはデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）等の空間光変調素子により構成される。ここでのプロジェクターの各光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂは、透過型の液晶ライトバルブにより構成されている。

制御部１５は、インターフェース１５１、タイミング生成回路１５２、画像処理回路１５３、および駆動部１５４を含んでいる。インターフェース１５１は、ＤＶＤプレイヤーやコンピューター等の信号源Ｓ１とＳ２から入力画像に対応した入力電気信号Ｄ₁₀およびＤ₂₀を受け取る。本実施形態においては、入力電気信号Ｄ₁₀が画像Ａ１を表し、入力電気信号Ｄ₂₀が画像Ａ２を表すものとする。インターフェース１５１は、同期信号Ｄ₁₁、Ｄ₂₁、と画像信号画像信号Ｄ₁₂、Ｄ₂₂を出力する。同期信号Ｄ₁₁、Ｄ₂₁には、入力画像のリフレッシュレート等の画像表示条件を示すデータが含まれており、画像信号Ｄ₁₂、Ｄ₂₂には、画素ごとの階調データが含まれている。同期信号Ｄ₁₁、Ｄ₂₁は、タイミング生成回路１５２に出力され、タイミング生成回路１５２は、同期信号Ｄ₁₁、Ｄ₂₁に基づいて、プロジェクター１における第１の表示期間と第２の表示期間とを示すタイミング信号Ｄ₁₃、Ｄ₂₃を生成し、画像処理回路１５３と駆動部１５４に出力する。

駆動部１５４は、タイミング信号Ｄ₁₃に基づいて複数の固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂを同期させて点灯させ、あるいは消灯させる。駆動部１５４は、複数の固体光源１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂについても同様に、タイミング信号Ｄ₂₃に基づいて同期させて点灯させ、あるいは消灯させる。固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂの点灯消灯の切替え、および固体光源１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂの点灯消灯の切替えを電気的に瞬時に行うことが可能になっている。駆動部は、制御部１５に設けられる代わりに、それぞれの光源系１１ｒ、１１ｇ、１１ｂに設けられていてもよい。

第１の画像Ａ１の表示期間（第１の表示期間）と、第２の画像Ａ２の表示期間（第２の表示期間）との比率（以下、デューティーという）は、可変値あるいは固定値として予め設定されている。デューティーは、例えば光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの応答速度に応じて設定される。デューティーが１に近づくほど、光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂに要求される応答速度が遅くなるので、光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを低コストにすることができる。

また、デューティーは、例えば光Ｌ１、Ｌ２の視角感度（人間の錐体細胞の光吸収率）に応じて設定されてもよい。画像Ａ１、Ａ２が略同じ明るさに観察されるようにするには、ここでは画像Ａ１を形成するＬ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂと画像Ａ２を形成するＬ２ｒ、Ｌ２ｇ、Ｌ２ｂでの錐体細胞の光吸収率の違いに基づいて、第１、第２の表示期間で人間の錐体細胞に吸収される光エネルギーが均等になるように、デューティーを設定するとよい。

タイミング生成回路１５２は、デューティーの設定値および入力画像のリフレッシュレートに基づいて、第１の表示期間と第２の表示期間とを示すタイミング信号Ｄ₁₃、Ｄ₂₃を生成する。

図５（a）に示す例では、デューティーが１に設定されており、第１の表示期間が第２の表示期間と重ならないように設定されている。１フレームの表示期間（画像Ａ１と画像Ａ２とを続けて表示する期間）の長さは、同期信号Ｄ₁₁とＤ₂₁により規定される。

例えば、リフレッシュレートが６０Ｈｚであって、１フレームに画像を表示しない期間（以下、非表示期間という）を含まない場合には、１フレームの表示期間の長さ（ｔ_N〜ｔ_N+1，Ｎ＝０、１、２・・・）は１／６０秒である。第１の表示期間の長さは１／１２０秒であり、第２の表示期間の長さは１／１２０秒である。

第１の表示期間の開始時刻（例えば、図５a中のｔ₀）は、第２の表示期間の開始時刻（例えば、図５a中のｔ_0.5）と、１フレームの表示期間の長さの略半分（１／１２０秒）だけずれている。タイミング信号Ｄ₁₃は、第１の表示期間の開始時刻を示すデータを含み、タイミング信号Ｄ₂₃は、第２の表示期間の開示時刻を示すデータを含んでいる。

タイミング信号Ｄ₁₃は、第２の表示期間の開始時刻を示すデータを含み、タイミング信号Ｄ₂₃は、第１の表示期間の開示時刻を示すデータを含んでいてもよい。

駆動部１５４は、タイミング信号Ｄ₁₃によって規定された第１の表示期間に、固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂを点灯させるとともに固体光源１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂを消灯させる。駆動部１５４は、タイミング信号Ｄ₂₃に規定された第２の表示期間に、第１の固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂを消灯させるとともに第２の固体光源１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂを点灯させる。

駆動部１５４は、タイミング信号Ｄ₁₃に規定された第１の表示期間に、固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂを消灯させるとともに固体光源１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂを点灯させ、タイミング信号Ｄ₂₃に規定された第２の表示期間に、第１の固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂを点灯させるとともに第２の固体光源１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂを消灯させてもよい。

画像処理回路１５３は、画像信号Ｄ₁₂、Ｄ₂₂にガンマ処理等の各種画像処理を施す。画像Ａ１を形成するＬ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂと画像Ａ２を形成するＬ２ｒ、Ｌ２ｇ、Ｌ２ｂとで色ずれ等が無いよう生成する。すなわち、画像処理回路１５３は、第１、第２の表示期間の間（すなわち、画像Ａ１と画像Ａ２との間）で人間の錐体細胞に吸収される光エネルギーが略均一になるように、ガンマ処理等の各種画像処理をすればよい。

画像処理回路１５３は、画像信号Ｄ₁₂、Ｄ₂₂に基づいて、第１の画像Ａ１用の第１の変調用信号Ｄ_14r、第２の変調用信号Ｄ_14g、第３の変調用信号Ｄ_14bおよび、第２の画像Ａ２用の第２の変調用信号Ｄ_24r、第２の変調用信号Ｄ_24g、第３の変調用信号Ｄ_24bを生成する。画像処理回路１５３は、タイミング信号Ｄ₁₃により定まる第１の画像Ａ１の表示タイミングに同期させて、第１の表示期間の変調用信号Ｄ_14r、Ｄ_14g、Ｄ_14bをそれぞれの光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂに供給する。画像処理回路１５３は、タイミング信号Ｄ₂₃により定まる第２の画像Ａ２の表示タイミングに同期させて、第１の表示期間の変調用信号Ｄ_24r、Ｄ_24g、Ｄ_24bをそれぞれの光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂに供給する。

第１の表示期間に各固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂが点灯することにより、第１の表示期間に光変調素子１３ｒには光Ｌ１ｒ、光変調素子１３ｇには光Ｌ１ｇ、光変調素子１３ｂには光Ｌ１ｂがそれぞれ入射する。光変調素子１３ｒは、第１の表示期間に変調用信号Ｄ_14rが供給されることにより、光Ｌ１ｒを変調し、光変調素子１３ｇは、第１の表示期間に変調用信号Ｄ_14gが供給されることにより、光Ｌ１ｇを変調し、光変調素子１３ｂは、第１の表示期間に変調用信号Ｄ_14bが供給されることにより、光Ｌ１ｂを変調する。変調された光Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂは、色合成素子１６に入射して合成され光軸が揃えられ、光Ｌ１となって第１の画像Ａ１を形成する。同様に、第２の表示期間に各個体光源１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂが点灯することにより、それぞれ第２の表示期間に光変調素子１３ｒには光Ｌ２ｒ、光変調素子１３ｇには光Ｌ２ｇ光変調素子１３ｂには光Ｌ２ｂが入射する。光変調素子１３ｒは、第１の表示期間に変調用信号Ｄ_24rが供給されることにより、光Ｌ２ｒを変調し、光変調素子１３ｇは、第２の表示期間に変調用信号Ｄ_24gが供給されることにより、光Ｌ２ｇを変調し、光変調素子１３ｂは、第１の表示期間に変調用信号Ｄ_24bが供給されることにより、光Ｌ２ｂが変調される。Ｌ２ｂ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｂは、色合成素子１６によって合成され光軸が揃えられ、光Ｌ２となって第２の画像Ａ２を形成する。

図５ｂは、図５aに示した例と異なる動作タイミングを示すタイミングチャートである。図５ｂに示す例では、１フレーム内に非表示期間が含まれている。つまり、１フレームの長さよりも、第１の表示期間と第２の表示期間との合計の時間の方が短い。このような場合にタイミング生成回路１５２は、非表示期間の長さを１フレームの長さから差し引いて１フレーム内の表示期間の長さを求め、１フレームの表示期間の長さとデューティーとに基づいて第１、第２の表示期間の長さを求める。タイミング生成回路１５２は、第１の表示期間と第２の表示期間との間が非表示期間になり、光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの動作が第１の画像用変調から第２の画像用変調に切替わる時刻（例えば、ｔ_0.5）を含むように非表示期間を設定して、タイミング信号Ｄ₁₃、Ｄ₂₃を生成する。駆動部１５４は、第２の表示期間および非表示期間において第１の固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂを消灯させ、第１の表示期間および非表示期間において第２の固体光源１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂを消灯させる。

ところで、それぞれの光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの応答速度は、光変調素子の種類（例えば液晶ライトバルブ）によって限界がある。第１の表示期間と第２の表示期間との間を非表示期間にすれば、第１の画像用の変調から第２の画像用の変調に切替わる過渡的な期間に、固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂおよび１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂが消灯になる。これにより、光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの応答が光Ｌ１、Ｌ２の切替わりに追従しきれないことによる画像品質の低下を回避することができる。

以上のように、制御部１５からの電気信号によって、第１光変調素子に第１波長の光が入射するタイミングと第１波長の光により表示すべき画像に応じて第１波長を変調するタイミングとを同期させ、第２光変調素子に第３波長の光が入射するタイミングと第３波長の光により表示すべき画像に応じて第３波長を変調するタイミングとを同期させ、第３光変調素子に第５波長の光が入射するタイミングと第５波長の光により表示すべき画像に応じて第５波長を変調するタイミングとを同期させることで、各波長の光を高精度に同期させることができる。また、第１光変調素子に第２波長の光が入射するタイミングと第２波長の光により表示すべき画像に応じて第２波長を変調するタイミングと、第２光変調素子に第４波長の光が入射するタイミングと第４波長の光により表示すべき画像に応じて第４波長を変調するタイミングと、第３光変調素子に第６波長の光が入射するタイミングと第６波長の光により表示すべき画像に応じて第６波長を変調するタイミングと、高精度に同期させることができる。したがって、画像Ａ１と画像Ａ２とを時間的に切替えて表示した場合に、高品質な画像を表示できる。

また、第１波長と第２波長を上述のように高速に切り替えることで、第１の画像と第２の画像が重畳されたように見える。つまり、第１の画像と第２の画像同時に投射されるように見える。単純に第１の光変調素子１３ｒが持つ２倍の有効画素数と同等の解像度で表示されるように見える。他の波長の画像についても同様であるので、１台のプロジェクター１を用いて、２台のプロジェクターでスタック投射したときと同等の解像度を得ることができる。

図６は、波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂの特性と、第１〜第６波長との関係を示すグラフである。

図６に示すように波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂは、可視光領域において相対的に短波長側が透過域になっており、可視光領域において相対的に長波長側が反射域になっている。各波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂの反射率は、各光源系１１ｒ、１１ｇ、１１ｂが持つ波長域の透過域にて最小値で飽和しており、反射域にて最大値で飽和している。各光源系１１ｒ、１１ｇ、１１ｂがもつ波長域の透過域と反射域との間の中間域において、入射光が長波長になるにつれて波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂでの反射率が単調増加している。

波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂで光Ｌ１、Ｌ２を高精度に分離するには、中間域の幅を狭くすることや光Ｌ１ｒとＬ２ｒ、光Ｌ１ｇとＬ２ｇ、光Ｌ１ｂとＬ２ｂの各スペクトル幅を狭くすることが有効である。各波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂをダイクロイックミラーで構成する場合に、ダイクロイックミラーに含まれる多層膜の層数を増やすほど各中間域の幅を狭くすることができる。また、各固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂ、１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂをＬＤにより構成することにより、光Ｌ１ｒとＬ２ｒ、光Ｌ１ｇとＬ２ｇ、光Ｌ１ｂとＬ２ｂのスペクトル幅を狭くすることができる。

反射素子１４２ｒ、１４２ｇ、１４２ｂを例えば波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂと同じ波長域において、短波長側が反射域、長波長側が透過域となっているダイクロイックミラー等により構成してもよい。このようにすれば、各光Ｌ１ｒ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｂの一部が波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂを透過して漏れ光となった場合に、漏れ光の一部が反射素子を透過する。反射素子を透過した漏れ光は、光軸調整系と投射光学系１７との間の光路から除去される。したがって、漏れ光による画像が認識されにくくなり、漏れ光による画像品質の低下が回避される。

ここでは、可視光領域での波長選択素子の反射率の最大値および最小値の平均値を中間値とし、反射率が中間値となるときの波長を閾値という。各入射光の波長が閾値よりも長波長であると波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂで入射光の反射が卓越し、入射光の波長が閾値よりも短波長であると波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂで入射光の透過が卓越する。

本実施形態での波長選択素子１４１ｒは、第２波長が閾値よりも短波長に設定されており、第１波長が閾値よりも長波長に設定されている。同様に、第４波長が閾値よりも短波長に設定されており、第３波長が閾値よりも長波長に設定され、第５波長が閾値よりも短波長に設定されており、第６波長が閾値よりも長波長に設定されている。光Ｌ２の波長帯が光Ｌ１の波長帯と重ならないように設定すると、各波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂでそれぞれ、光Ｌ１ｒとＬ２ｒ、光Ｌ１ｇとＬ２ｇ、光Ｌ１ｂとＬ２ｂとを高精度に分離することができるので、画像品質を向上させる上で有利である。

図６には第１波長〜第６波長で光強度の最大値が同じとして示しているが、それぞれの第１波長〜第６波長で光強度が異なっていてもよい。例えば、第１波長と第２波長とで前記した視角感度が異なる場合に、第１、第２の表示期間で人間の錐体細胞に吸収される光エネルギーが略均一になるように固体光源１１１ｒ、１１２ｒの出力を異ならせてもよい。これにより、画像Ａ１、Ａ２が略同じ明るさに観察され、画像Ａ１、Ａ２の切替わりが観察されにくくなることより画像品質を高めることができる。

波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂに入射した光Ｌ１ｒ、光Ｌ１ｇ、光Ｌ２ｂは、それぞれ波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂで反射し、色合成素子１６に向かって進行する。反射素子１４２ｒ、１４２ｇ、１４２ｂに入射した光Ｌ２ｒ、Ｌ２ｇ、Ｌ１ｂは、それぞれ波長選択素子１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂ透過して反射素子１４２ｒ、１４２ｇ、１４２ｂに入射し、色合成素子１６に向かって進行する。図７に示すように、反射素子１４２ｒからの射出後の光Ｌ２ｒは、波長選択素子１４１ｒの射出後の光Ｌ１ｒの光軸からＸ方向にΔＸだけ略平行にシフトしている。ΔＸは、波長選択素子１４１ｒと反射素子１４２ｒとの間隔をｄとすると下記の式（１）で表される。式（１）から分かるように、ずらし量であるΔＸは、波長選択素子１４１ｒと反射素子１４２ｒとの間隔ｄ、および波長選択素子１４１ｒに対する入射角θにより定まる。
ΔＸ＝２ｄｓｉｎθ ・・・式（１）
したがって、ΔＸが光変調素子１３ｒの画素数以上となるように、間隔ｄまたは入射角ｒを設定すればよい。また、式（１）で導かれたΔＸは、波長選択素子１４１ｇ、１４１ｂと反射素子１４２ｇ、１４２ｂでも同じく導くことができる。したがって、画像Ａ１と画像Ａ２とを１台のプロジェクター１を用いて並べて表示することができる。ここで、反射素子１４２ｒの反射面と波長選択素子１４１ｒの反射面とは、互いに平行であることが好ましい。波長選択素子１４１ｇ、１４１ｂと反射素子１４２ｇ、１４２ｂについても同様である。これにより、上記式（１）によって間隔ｄまたは入射角ｒを設定した場合に、適切かつ容易に画像Ａ１と画像Ａ２とを並べて表示することができる。

以上のような構成のプロジェクター１によれば、光Ｌ１、Ｌ２の光軸を固体光源１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂと１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂの点灯と消灯を繰り返すのみでずらすことができ、画像Ａ１、Ａ２が時間的および空間的にずれて表示され、画像Ａ１、Ａ２を合わせて１つの投射画像としてみたときの画素数が各光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの画素数よりも多くなる。したがって、光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの画素数を増やさなくとも高解像度な画像を表示することができ、高品質な画像を表示可能な画像表示装置を低コストで実現することができる。また、画像Ａ１、Ａ２では、各同じ光変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを使用していることから、光変調素子の個体差等がなく、色むら等の個体差がなくなる。また、１台のプロジェクターから２つの画面が投射されることにより、プロジェクターを複数台用意してスタック投射させる際にその半数のプロジェクターで事足りる。よって装置のメンテナンス性の低下等の不都合が回避される。

１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ・・光源系、
１１１ｒ、１１１ｇ、１１１ｂ、１１２ｒ、１１２ｇ、１１２ｂ・・固体光源、
１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ・・照度均一化素子、１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ・・光変調素子、
１４１ｒ、１４１ｇ、１４１ｂ・・波長選択素子、
１４２ｒ、１４２ｇ、１４２ｂ・・反射素子、
１５・・制御部、１５１・・インターフェース、１５２・・タイミング生成回路、
１５３・・画像処理回路、１５４・・駆動部、
１６・・・色合成素子、１７・・・投射光学系、Ｓ・・・スクリーン、
Ｌｒ１・・第１波長の光、Ｌｇ１・・第３波長の光、Ｌｂ１・・第６の波長の光、
Ｌｒ２・・第２波長の光、Ｌｇ２・・第４の波長の光、Ｌｂ２・・第５の波長の光、
Ｌ１・・Ｌｒ１、Ｌｇ１、Ｌｂ１が合成された光、
Ｌ２・・Ｌｒ２、Ｌｇ２、Ｌｂ２が合成された光、
Ａ１・・第１の表示画像、Ａ２・・第２の表示画像、
Ｐ１、Ｐ２・・画素位置、Ｓ１・・第１入力信号源、Ｓ２・・第２入力信号源、
Ｄ₁₀、Ｄ₂₀・・入力電気信号、Ｄ₁₁、Ｄ₂₁・・同期信号、Ｄ₁₂、Ｄ₂₂・・画像信号、
Ｄ₁₃、Ｄ_13r、Ｄ_13g、Ｄ_13b、Ｄ₂₃、Ｄ_23r、Ｄ_23g、Ｄ_23b・・タイミング信号、
Ｄ₁₄、Ｄ_14r、Ｄ_14g、Ｄ_14b、Ｄ₂₄、Ｄ_24r、Ｄ_24g、Ｄ_24b、・・変調用信号、
ｄ・・波長選択素子と反射素子の距離、Δｘ・・光軸のずれ量。

Claims (1)

1. 第１波長の光と第２波長の光とを時間的に切替えて射出する第1光源系と、
   前記第１波長の光および前記第２波長の光を変調する第１光変調素子と、
   前記第１光変調素子を通過した前記第１波長の光を反射させ、かつ、前記第１光変調素子を通過した前記第２波長の光を透過させる第１波長選択素子と、
   前記第１波長選択素子を透過した前記第２波長の光を反射させる第１反射素子と、
   前記第１波長の光および前記第２波長の光よりも波長が短い第３波長の光と第４波長の光とを時間的に切替えて射出する第２光源系と、
   前記第３波長の光および前記第４波長の光を変調する第２光変調素子と、
   前記第２光変調素子を通過した前記第３波長の光を反射させ、かつ、前記第２光変調素子を通過した前記第４波長の光を透過させる第２波長選択素子と、
   前記第２波長選択素子を透過した前記第４波長の光を反射させる第２反射素子と、
   前記第３波長の光および前記第４波長の光よりも波長が短い第５波長の光と第６波長の光とを時間的に切替えて射出する第３光源系と、
   前記第５波長の光および前記第６波長の光を変調する第３光変調素子と、
   前記第３光変調素子を通過した前記第６波長の光を反射させ、かつ、前記第３光変調素子を通過した前記第５波長の光を透過させる第３波長選択素子と、
   前記第３波長選択素子を透過した前記第５波長の光を反射させる第３反射素子と、
   前記第１波長選択素子または前記第１反射素子により反射された光と、前記第２波長選択素子または前記第２反射素子により反射された光と、前記第３波長選択素子または前記第３反射素子により反射された光と、を合成する色合成素子と、
   前記色合成素子により合成された光を投射する投射光学系と、を含み、
   前記第１波長選択素子と前記第１反射素子とは、前記第１波長選択素子によって反射された前記第１波長の光と前記第１反射素子によって反射された前記第２波長の光とで前記第１光変調素子の水平方向または垂直方向の画素数以上異なる位置に表示されるように配置され、
   前記第２波長選択素子と前記第２反射素子とは、前記第２波長選択素子によって反射された前記第３波長の光と前記第２反射素子によって反射された前記第４波長の光とで前記第２光変調素子の水平方向または垂直方向の画素数以上異なる位置に表示されるように配置され、
   前記第３波長選択素子と前記第３反射素子とは、前記第３波長選択素子によって反射された前記第６波長の光と前記第３反射素子によって反射された前記第５波長の光とで前記第３光変調素子の水平方向または垂直方向の画素数以上異なる位置に表示されるように配置されている、
   画像表示装置。

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