光学システム及び投射型表示装置
【課題】二重変調を行うことにより高コントラスト画像を得ると同時に、光変調デバイスにかかる応答時間を大幅に短縮し得、更には立体表示も可能とする。
【解決手段】光学システム１００は、１：１リレーレンズ３５の光出射側に、９０度位相制御板５１、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３及びＹ１Ｙ２投射レンズ７０を配置することで高解像度で高コントラストの画像を得ると共に、光変調信号フレーム時間の半分をＰ偏光、残り半分をＳ偏光とすることで、第２光変調素子であるＹ２デバイス６４側にＰ偏光、第２光変調素子であるＹ１デバイス５８側にＳ偏光を分配し、それぞれに合わせて９０度位相制御板５１の動作を制御すると共に、Ｙ２デバイス６４及びＹ１デバイス５８を交互に時分割駆動することで、通常の液晶応答では不可能な約１／４と非常に速い応答時間を達成する。
【解決手段】光学システム１００は、１：１リレーレンズ３５の光出射側に、９０度位相制御板５１、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３及びＹ１Ｙ２投射レンズ７０を配置することで高解像度で高コントラストの画像を得ると共に、光変調信号フレーム時間の半分をＰ偏光、残り半分をＳ偏光とすることで、第２光変調素子であるＹ２デバイス６４側にＰ偏光、第２光変調素子であるＹ１デバイス５８側にＳ偏光を分配し、それぞれに合わせて９０度位相制御板５１の動作を制御すると共に、Ｙ２デバイス６４及びＹ１デバイス５８を交互に時分割駆動することで、通常の液晶応答では不可能な約１／４と非常に速い応答時間を達成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学システム及び投射型表示装置に係り、特に投射型表示装置（プロジェクタ）において、高コントラスト画像や立体画像を得る光学システム及び投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、投射型表示装置（プロジェクタ）は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）３枚の変調デバイスを用いた３板式プロジェクタが一般的で、また、その種類にはデバイスの種類によりＬＣＤ（Liquid Crystal Device）プロジェクタ、ＤＬＰ（Digital Light Processing）プロジェクタ、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）プロジェクタ等がある。
【０００３】
図５は従来の光学システムの一例の構成図を示す。同図において、ランプハウス１１（キセノンランプ、超高圧水銀ランプ、レーザーダイオード、発光ダイオード等）から出射した白色光である照明光は、コンデンサレンズ１２、コールドミラー１３、インテグレータ１４及びフィールドレンズ１５を経由してＢ／ＲＧクロスダイクロイックミラー（クロスダイクロミラー）１６に入射する。Ｂ／ＲＧクロスダイクロミラー１６は、入射した照明光のうち赤色光と緑色光の波長帯域の光と青色光とを分離し、赤色光と緑色光の波長帯域の光はＲＧミラー１７に入射し、青色光はＢミラー１８に入射する。ＲＧミラー１７で反射された赤色光と緑色光の波長帯域の光は、Ｒ／Ｇダイクロイックミラー（ダイクロミラー）１９で緑色光成分と赤色光成分とが分離されて、フィールドレンズ２０、２４に入射する。
【０００４】
フィールドレンズ２０を透過した緑色光成分及び、フィールドレンズ２４を透過した赤色光成分は、それぞれ偏光分離素子であるワイヤグリッド（ＷＧ）２１、２５でそのＳ偏光成分が反射され、更にＧ用１／４波長（λ／４）板２２、Ｒ用１／４波長（λ／４）板２６を通してＧデバイス２３、Ｒデバイス２７に入射し、ここで表示すべき画像の緑色信号、赤色信号で光変調された後、その光変調されたＰ偏光がＧ用波長板２２、Ｒ用波長板２６と、ＷＧ２１、２５をそれぞれ透過してＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム３２に入射する。
【０００５】
一方、Ｂミラー１８で反射された青色光は、Ｂフィールドレンズ２８を透過し、ＷＧ２９でそのＳ偏光成分が反射され、更にＢ用１／４波長（λ／４）板３０を透過してＢデバイス３１に入射し、ここで表示すべき画像の青色信号で光変調された後、その光変調されたＰ偏光がＢ用波長板３０と、ＷＧ２９をそれぞれ透過してＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム３２に入射する。
【０００６】
ＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム３２は、各々光変調されている緑色光、赤色光、及び青色光の各Ｐ偏光成分を再合成して、合成後の光をＰＪレンズ３３を透過させてスクリーン（図示せず）に入射結像させる。
【０００７】
このような光学システムを用いたプロジェクタにおいて、画像のメリハリを左右するコントラストは、光学システムとデバイス単体の性能で決定される。そこで、近年、二重変調を行うことでコントラストを飛躍的に改善したプロジェクタや液晶ディスプレイが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００８】
図６は二重変調を行う従来の光学システムの一例の構成図を示す。同図中、図５と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図６に示す従来の光学システムは、図５の光学システムのＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム３２とＰＪレンズ３３との間に、収差補正レンズ３４、１：１リレーレンズ３５、ミラー３６、収差補正レンズ３７、Ｙ用ＷＧ３８、Ｙ用波長板３９、Ｙデバイス４０及びＷＧアナライザ４１よりなるＹ変調光学システム部分を設けたものである。収差補正レンズ３４及び３７は、Ｙ用ＷＧ３８に４５度斜めに光軸が入っているために生じる収差を補正するためのシリンドリカルレンズである。
【０００９】
図６に示す従来の光学システムでは、ＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム３２から出射されたＲＧＢ合成光は、収差補正レンズ３４、１：１リレーレンズ３５をそれぞれ透過し、１：１リレーレンズ３５の光軸方向とＰＪレンズ３３の光軸方向とを揃えるためのミラー３６により反射されて光路が変えられた後、収差補正レンズ３７を透過し、そのＰ偏光がＹ用ＷＧ３８及びＹ用波長板３９を通してＹデバイス４０に入射する。
【００１０】
Ｙデバイス４０は例えばＬＣＯＳで構成されており、Ｒデバイス２７、Ｇデバイス２３及びＢデバイス３１でそれぞれ変調されたＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号と同じ画像信号の輝度信号で入射光を変調する。従って、表示される画像信号は、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色信号で一回変調された後、輝度信号で一回変調され、計２回変調されることとなる。Ｙデバイス４０から出射された変調光は、Ｙ用波長板３９を通してＳ偏光がＹ用ＷＧ３８で反射された後、ＷＧアナライザ４１でＳ偏光中に混入しているＰ偏光成分がカットされて高コントラストを保つようにされてからＰＪレンズ３３によりスクリーン（図示せず）に投射される。
【００１１】
図５に示した一般的な光学システムでは、光学Ｆナンバーと表示デバイス性能でコントラストが左右され、明るさをとりながらでは数千：１が限界である。しかし、図６に示す光学システムでは、図５と同様構成の第１の変調光学系の映像を、第２の変調光学系のＹデバイス４０上に結像して変調させた後、投映する構成のため、第１の変調光学系と第２の変調光学系の各コントラストを掛け算したコントラストが最終的に得られるので、数百万：１以上のコントラストが得られる。
【００１２】
しかし、図６に示した光学システムを用いたプロジェクタでは、Ｙデバイス４０の解像度（画素数）が最終的に投映される解像度を決定してしまう。この解像度は、現在市場で生産されている最も高解像度なデバイスでも４ｋ×２ｋ画素（水平方向４０９６画素、垂直方向２１６０画素）が最高解像度である。
【００１３】
そこで、近年より一層の高解像度の８ｋ×４ｋ画素（水平方向８１９２画素、垂直方向４３２０画素）を得るための図７に示す構成の投射型表示装置（プロジェクタ）が知られている。この図７に示すプロジェクタは、日本放送協会が提案しているスーパーハイビジョン（ＳＨＶ）と称される映像方式に適合したプロジェクタである。この従来のプロジェクタは、例えばＨＤＴＶ画像で１６チャンネル分を並列記録し再生するハードディスクレコーダ４５から出力されたＧ１Ｇ２画像信号と、ＲＢ画像信号とを、コンバージェンス補正装置４６でコンバージェンス補正した後、ＲＢプロジェクタ４７からスクリーン４９にＲＢ画像で変調された光を投射し、またＧ１Ｇ２プロジェクタ４８からスクリーン４９にＧ１Ｇ２画像変調された光を投射する。
【００１４】
ここで、８ｋ×４ｋ画素を得るためにＧ１Ｇ２プロジェクタ４８は、それぞれ４ｋ×２ｋ画素の２個のＧデバイス（Ｇ１デバイスとＧ２デバイス）を使用し、かつ、それらＧ１デバイスとＧ２デバイスの各画素は、共に水平方向の画素ピッチＰx、垂直方向の画素ピッチＰyで４ｋ×２ｋ画素の構成とされている。また、Ｇ１Ｇ２プロジェクタ４８は、図８に示すように互いに水平方向にＰx／２、垂直方向にＰy／２ずらされた、いわゆる４５度斜め半画素ずらしにより画像を重ね合わせ、信号もＧ１Ｇ２解像度にあった信号を入力することで等価的に８ｋ画素相当の解像度を得る構成とされている。一方、ＲＢプロジェクタ４７は、４ｋ×２ｋ画素のＲデバイスとＢデバイスとを用いている。
【００１５】
また、最近、８ｋ×４ｋ画素（水平方向８１９２画素、垂直方向４３２０画素）の表示デバイスが開発され、これをＲ、G、Ｂ用に３個用いたフル解像度の８ｋプロジェクタも考えられている。しかし、この方式では、図５に示した従来の光学システムと同じ３板式のため、コントラストを飛躍的に上げることができない。また、高解像度のデバイスを３枚使うことで光学システムが高価となってしまう。
【００１６】
そこで、図６に示した光学システムの第１の変調光学系に４ｋ×２ｋデバイス、第２の変調光学系に８ｋ×２ｋデバイスを用いた２重変調方式のプロジェクタも２００８年にＮＨＫ技術研究所で試作公開されている。
【００１７】
【特許文献１】特開２００５−１８１４３７号公報
【特許文献２】特開２００５−２４１７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、図６に示した従来の光学システムは、二重変調で高コントラスト画像は得られるが、表示デバイスの物理的液晶応答時間が、従来と同じレベル（約５ｍｓｅｃ前後）であり、高解像度な画像が動いた時の動画ボケや、画面が消える時の残像は静止時の画像の解像度が高い分余計に目立ってしまう。
【００１９】
これを、表示デバイス単体で解決するには、特に表示デバイスがＬＣＤやＬＣＯＳの場合、液晶の応答時間は液晶自体の物性で決まってしまうため、液晶の物理的特性を改善するしかない。しかし、液晶の厚みを小さくすれば、応答時間も早くなるが逆に液晶駆動に必要な電圧も高くする必要があり、ＩＣドライバーの耐電圧、液晶ギャップの耐電圧からむやみに上げられず、現在は液晶厚２〜３μｍで応答時間が４〜５ｍｓｅｃ程度になっており、より一層の液晶応答時間短縮を実現することができない。
【００２０】
また、図７に示した従来の投射型表示装置は、ＲＢプロジェクタ４７とＧ１Ｇ２プロジェクタ４８とからの光をスタック上でスクリーン４９に投影し、画像を合成している構成であるため、ＲＢプロジェクタ４７とＧ１Ｇ２プロジェクタ４８の投射位置が異なるために、特にスクリーン４９で周辺レジストレーション（又は周辺コンバージェンス）が大きくずれてしまう。このため、ＲＢ画像信号をデジタル的にずらしてＧ１Ｇ２画像信号に重ねるコンバージェンス補正装置４６が必須となる。
【００２１】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、二重変調を行うことにより高コントラスト画像を得ると同時に、光変調デバイスにかかる応答時間を大幅に短縮し得、更には立体表示も可能な光学システム及び投射型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】
【００２２】
上記の目的を達成するため、本発明の光学システムは、１／（２Ｔ）秒（Ｔは所定の値）単位で構成されるフレーム画像に関する三原色の色信号の連続する２フレームから得た１／Ｔ秒単位の三原色の各色信号毎に照明光を別々に光変調して得られた各変調原色光を波長合成し、その第１の合成光を第１の変調光として出力する変調光学系と、第１の変調光の偏光面を、１／（２Ｔ）秒毎に９０度回転と回転停止とを交互に繰り返して、第１の変調光を１／（２Ｔ）秒毎に交互にＳ偏光及びＰ偏光として出力する９０度位相制御手段と、連続する２フレームのうち、一方のフレームの１／（２Ｔ）秒単位の第１の三原色の各色信号から生成した第１の輝度信号で、９０度位相制御手段から出力されたＳ偏光を光変調して第２の変調光として出力する第１の輝度信号変調光学系と、連続する２フレームのうち、他方のフレームの１／（２Ｔ）秒単位の第２の三原色の各色信号から生成した第２の輝度信号で、９０度位相制御手段から出力されたＰ偏光を光変調して第３の変調光として出力する第２の輝度信号変調光学系と、第２及び第３の変調光をＰＳ合成して第２の合成光を生成する光合成手段と、第２の合成光を投射するための投射手段とを有することを特徴とする。
【００２３】
また、上記の目的を達成するため、本発明の光学システムは、第１の輝度信号変調光学系内のＳ偏光を第１の輝度信号で光変調する第１のデバイスと、第２の輝度信号変調光学系内のＰ偏光を第２の輝度信号で光変調する第２のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ２を、変調光学系内の三原色の各色信号毎に別々に光変調する第３のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ１よりも短く設定したことを特徴とする。
【００２４】
また、上記の目的を達成するため、本発明の光学システムは、第１の輝度信号変調光学系内のＳ偏光を第１の輝度信号で光変調する第１のデバイスの画素と、第２の輝度信号変調光学系内のＰ偏光を第２の輝度信号で光変調する第２のデバイスの画素とは、互いに水平方向及び垂直方向にそれぞれ半画素ピッチ分ずつずらした４５度斜め半画素ずらしの空間位置に配置されていてもよい。
【００２５】
また、上記の目的を達成するため、本発明の光学システムは、第１の三原色の各色信号及び第１の輝度信号を右目用画像及び左目用画像の一方の画像に関する信号とし、第２の三原色の各色信号及び第２の輝度信号を右目用画像及び左目用画像の他方の画像に関する信号としてもよい。
【００２６】
また、上記の目的を達成するため、本発明の投射型表示装置は、１／（２Ｔ）秒（Ｔは所定の値）単位で構成されるフレーム画像に関する三原色の色信号の連続する２フレームのうち、一方のフレームの第１の三原色の色信号に基づいて、帯域制限されていない第１の輝度信号を生成し、かつ、２フレームのうち他方のフレームの第２の三原色の色信号に基づいて、帯域制限されていない第２の輝度信号を生成する第１の信号生成手段と、第１及び第２の三原色の色信号をそれぞれ帯域制限し、その帯域制限された第１及び第２の三原色の色信号のそれぞれについて画素毎の最大値を求めると共に、帯域制限された第１及び第２の三原色の色信号に基づいて、帯域制限された第３及び第４の輝度信号を生成する第２の信号生成手段と、画素毎の最大値に基づいて色信号用補正係数を生成すると共に、画素毎の最大値と第３の輝度信号とに基づいて第１の表示用輝度信号を生成し、かつ、画素毎の最大値と第４の輝度信号とに基づいて生成した輝度信号を第１の表示用輝度信号に対して１／（２Ｔ）秒ずらして第２の表示用輝度信号を生成する第３の信号生成手段と、色信号用補正係数と帯域制限された１及び第２の三原色の色信号とを乗算して、１／（２Ｔ）秒単位で構成されるフレーム画像に関する三原色の色信号の連続する２フレームから得た１／Ｔ秒単位の表示用の三原色の色信号を生成する第４の信号生成手段と、表示用の三原色の各色信号毎に照明光を別々に光変調して得られた各変調原色光を波長合成し、その第１の合成光を第１の変調光として出力する変調光学系と、第１の変調光の偏光面を、１／（２Ｔ）秒毎に９０度回転と回転停止とを交互に繰り返して、第１の変調光を１／（２Ｔ）秒毎に交互にＳ偏光及びＰ偏光として出力する９０度位相制御手段と、９０度位相制御手段から出力されたＳ偏光を、第１の表示用輝度信号で光変調して第２の変調光として出力する第１の輝度信号変調光学系と、９０度位相制御手段から出力されたＰ偏光を、第２の表示用輝度信号で光変調して第３の変調光として出力する第２の輝度信号変調光学系と、第２及び第３の変調光をＰＳ合成して第２の合成光を生成する光合成手段と、第２の合成光を投射するための投射手段とを有することを特徴とする。
【００２７】
また、上記の目的を達成するため、本発明の投射型表示装置は、第１の輝度信号変調光学系内のＳ偏光を第１の表示用輝度信号で光変調する第１のデバイスと、第２の輝度信号変調光学系内のＰ偏光を第２の表示用輝度信号で光変調する第２のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ２を、変調光学系内の三原色の各色信号毎に別々に光変調する第３のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ１よりも短く設定したことを特徴とする。
【００２８】
また、上記の目的を達成するため、本発明の投射型表示装置は、第１の輝度信号変調光学系内のＳ偏光を第１の表示用輝度信号で光変調する第１のデバイスの画素と、第２の輝度信号変調光学系内のＰ偏光を第２の表示用輝度信号で光変調する第２のデバイスの画素とは、互いに水平方向及び垂直方向にそれぞれ半画素ピッチ分ずつずらした４５度斜め半画素ずらしの空間位置に配置されていることを特徴とする。
【００２９】
また、上記の目的を達成するため、本発明の投射型表示装置は、第１の三原色の色信号及び第１の表示用輝度信号を右目用画像及び左目用画像の一方の画像に関する信号とし、第２の三原色の色信号及び第２の表示用輝度信号を右目用画像及び左目用画像の他方の画像に関する信号としてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、表示デバイスの液晶自体の物理特性は、そのままでありながら、光学システム駆動方法を工夫することで従来に比し、変調駆動に伴うデバイス応答時間（液晶応答時間）を大幅に短縮することが可能になり、液晶駆動の欠点である動画再生時の液晶応答による動画像ボケを解決することができると共に、表示する画像を従来に比し極めて高いコントラスト及び高解像度とすることができる。更に、本発明によれば、偏光メガネを使用する立体表示もできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本発明になる光学システムの一実施の形態の構成図を示す。同図中、図６と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１に示すように、本実施の形態の光学システム１００は、光学照明システム部分１０１、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２、１：１リレーレンズ３５、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３、Ｙ１Ｙ２投射レンズ７０、及び切替信号発生回路７１から構成される。このうち、光学照明システム部分１０１、ＲＧＢ分離構成投影システム系１０２及び１：１リレーレンズ３５からなる構成部分は、図６の１：１リレーレンズ３５までの構成部分と同一である。ただし、Ｒデバイス２７、Ｇデバイス２３及びＢデバイス３１に入力するＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号の構成は、後述するように従来と異なる。
【００３３】
本実施の形態の光学システム１００は、上記の１：１リレーレンズ３５の光出射側に、９０度位相制御板５１、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３及びＹ１Ｙ２投射レンズ７０を配置することで高解像度で高コントラストの画像を得ると共に、後述するように、光変調信号フレーム時間の半分をＰ偏光、残り半分をＳ偏光とすることで、第２光変調素子であるＹ２デバイス６４側にＰ偏光、第２光変調素子であるＹ１デバイス５８側にＳ偏光を分配し、それぞれに合わせて９０度位相制御板５１の動作を制御すると共に、Ｙ２デバイス６４及びＹ１デバイス５８を交互に時分割駆動することで、通常の液晶応答では不可能な約１／４と非常に速い応答時間を達成するようにしたものである。
【００３４】
Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３は、入射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離するワイヤグリッド（ＷＧ）型の偏光分離素子であるＰＳ分離ＷＧ（例えば、商品名「Moxtek」）５２、Ｙ１フィールドレンズ５３、１／２波長板５４、Ｐ偏光カットのためのアナライザ５５、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過するＹ１ＷＧ５６、デバイス特性に合わせたリターダであるＹ１波長板５７、Ｙ１信号で入射光を変調するＹ１デバイス５８、Ｙ２フィールドレンズ５９、Ｙ２収差補正レンズ６０、アナライザ６１、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過するＹ２ＷＧ６２、デバイス特性に合わせたリターダであるＹ２波長板６３、Ｙ２信号で入射光を変調するＹ２デバイス６４、Ｙ１収差補正レンズ６５、１／２波長板６６、Ｙ１アナライザ６７、ＰＳ合成ＷＧ６８、及びＹ２アナライザ６９からなる。
【００３５】
ここで、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４は、いずれも例えば４ｋ×２ｋ画素（水平方向４０９６画素、垂直方向２１６０画素）のＬＣＯＳ（反射型液晶パネル）で構成されており、それらは互いに図８と共に説明した４５度斜め半画素ずらしの空間配置とされている。図６及び図７に示した従来の光学システム及び投射型表示装置では、Ｇ１デバイスとＧ２デバイスの４５度斜め半画素ずらしであったが、本実施の形態では、輝度信号で変調するＹ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４は、４５度斜め半画素ずらしの構成であるため、従来より高解像度の８ｋ×４ｋ（水平方向７６８０画素、垂直方向４３２０画素）が見込まれる。
【００３６】
なお、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７及びＢデバイス３１は、例えば４ｋ×２ｋ画素（水平方向４０９６画素、垂直方向２１６０画素）のＬＣＯＳ（反射型液晶パネル）で構成されているが、４５度斜め半画素ずらしの構成ではない。また、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７及びＢデバイス３１と、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４とは、いずれも６０Ｈｚの信号で駆動される。
【００３７】
また、Ｙ１アナライザ６７は反射光がＹ１デバイス５８に戻らないように約１０度傾けられている。同様に、Ｙ２アナライザ６９は反射光がＹ２デバイス６４に戻らないように約１０度傾けられている。また、１／２波長板５４は、Ｙ１ＷＧ５６で透過するＰ偏光にするため、ＰＳ分離ＷＧ５２で反射されたＳ偏光の偏光面を１／２波長回転してＰ偏光とするために設けられている。更に、１／２波長板６６は、Ｙ１ＷＧ５６で反射されたＹ１デバイス５８からのＳ偏光の偏光面を１／２波長（９０度）回転してＰ偏光として、ＰＳ合成ＷＧ６８を透過させるために設けられている。
【００３８】
更にまた、９０度位相制御板５１は、入射偏光の偏光面を９０度回転させて出力する動作と、偏光面の９０度回転を行わないで入射偏光をそのまま出力する動作停止のいずれかを行うように、外部からの切替信号により制御される。切替信号発生回路７１は、表示する輝度信号（Ｙ１映像信号及びＹ２映像信号）、Ｒ信号、Ｇ信号及びＧ信号に位相同期して、１フレームの半分の期間（１／１２０秒）毎に９０度位相制御板５１を偏光面９０度回転動作と動作停止とを交互に繰り返すように制御する切替信号を発生する。
【００３９】
次に、本実施の形態の動作について説明する。
【００４０】
Ｒデバイス２７、Ｇデバイス２３、Ｂデバイス３１は、それぞれ後述するように、１／１２０秒単位で構成されるフレームのＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号の連続した２フレームから得た、１／６０秒毎のＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号で変調（第一変調）されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光を反射する。これらのＲＧＢ三原色光は、ＲＧＢ合成ダイクロプリズム３２で合成されて合成光として射出される。この合成光は、ＲＧＢ画像をＹ１デバイス５８とＹ２デバイス６４にそれぞれ結像させるための１：１リレーレンズ３５を透過して、９０度位相制御板５１に入射する。
【００４１】
９０度位相制御板５１は、切替信号発生回路７１から供給される切替信号により制御され、表示する輝度信号（Ｙ１映像信号及びＹ２映像信号）、Ｒ信号、Ｇ信号及びＧ信号に位相同期して、１フレームの半分の期間（１／１２０秒）毎に入射偏光面の９０度回転動作と偏光面の回転動作停止とを交互に繰り返す。
【００４２】
この切替信号発生回路７１による９０度位相制御板５１の動作について、図２のタイミングチャートと共に更に詳細に説明する。
【００４３】
図２（Ａ）は、この光学システムの入力映像信号であるＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号を１／１２０秒単位で模式的に示す。ただし、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の駆動周波数は６０Ｈｚである。また、図２（Ｂ）は、図１中のＧデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１に入力される周波数６０ＨｚのＧ信号ＧHDR60、Ｒ信号ＲHDR60、Ｂ信号ＢHDR60を模式的に示す。また、図２（Ｃ）は、図１中のＹ１デバイス５８に入力されるフレーム周波数６０ＨｚのＹ１映像信号、図２（Ｄ）は、図１中のＹ２デバイス６４に入力されるフレーム周波数６０ＨｚのＹ２映像信号を模式的に示す。更に、図２（Ｅ）は、切替信号発生回路７１から９０度位相制御板５１へ供給される切替信号を示す。この切替信号は、入力映像信号に同期した、１／１２０秒毎に反転する、周期１／６０秒の矩形波である。
【００４４】
９０度位相制御板５１は、図２（Ｅ）に示す切替信号が「０」（ローレベル）のとき、Ｓ偏光である１：１リレーレンズ３５を透過したＲＧＢ三原色光からなる合成光の偏光面を９０度回転する動作を行ってＰ偏光として透過させる。また、９０度位相制御板５１は、図２（Ｅ）に示す切替信号が「１」（ハイレベル）のとき、Ｓ偏光である１：１リレーレンズ３５を透過したＲＧＢ三原色光からなる合成光の偏光面を回転する動作を停止して、そのままＳ偏光として透過させる。従って、９０度位相制御板５１からは、１／１２０秒毎にＰ偏光である合成光と、Ｓ偏光である合成光とが交互に出力されることになる。
【００４５】
再び図１に戻って説明する。Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３は、１：１リレーレンズ３５から出力され、更に９０度位相制御板５１により偏光面が９０度回転又は非回転制御された合成光を、Ｙ１デバイス５８、Ｙ２デバイス６４に一旦結像させて変調させ、その変調された光を再度ＰＳ合成ＷＧ６８でＰＳ合成し、Ｙ１Ｙ２投射レンズ７０に入射する。
【００４６】
すなわち、このＹ１Ｙ２画像合成部分１０３の詳細について説明するに、９０度位相制御板５１から出力される合成光がＰ偏光である期間（切替信号が「０」である期間）では、そのＰ偏光は、ワイヤグリッド（ＷＧ）型の偏光分離素子であるＰＳ分離ＷＧ５２を透過し、更に１：１リレーレンズ３５からの光を素子に集めるためのＹ２フィールドレンズ５９及びＹ２収差補正レンズ６０を透過した後、アナライザ６１によりＳ偏光成分がカットされる。Ｙ２収差補正レンズ６０は、入射光の光軸に対して４５度斜め半画素ずらしにより配置されたＰＳ分離ＷＧ５２、Ｙ２ＷＧ６２をＰ偏光が通過する際に発生するフォーカス劣化、特に非点収差を補正するためのシリンドリカルレンズやウェッジガラスである。
【００４７】
アナライザ６１は、Ｐ偏光がＹ２フィールドレンズ５９及びＹ２収差補正レンズ６０をそれぞれ透過する際に偏光が乱れる恐れがあり、仮に偏光が乱れてもＳ偏光成分をカットしてＰ偏光の消光比を上げるために設けられており、例えばＷＧで構成されている。ただし、Ｙ２デバイス６４のコントラストの影響がなければ、アナライザ６１を削除することも可能である。アナライザ６１を透過したＰ偏光は、Ｙ２ＷＧ６２を透過し、更に光の位相調整用のＹ２波長板（リターダ）６３を通してＹ２デバイス６４に入射結像してＹ２映像信号で変調される。
【００４８】
Ｙ２デバイス６４に入射して変調されたＰ偏光は、Ｓ偏光とＰ偏光とが混ざった光となってＹ２デバイス６４を反射し、Ｙ２波長板（リターダ）６３を通してＹ２ＷＧ６２によりＳ偏光成分が反射され、残りのＰ偏光成分が１：１リレーレンズ３５に戻っていく。Ｙ２ＷＧ６２により反射されたＳ偏光は、Ｙ２アナライザ６９を透過してＳ偏光の消光比を高め、ＰＳ合成ＷＧ６８で反射した後、Ｙ１Ｙ２投射レンズ７０で図示しないスクリーンに投射される。Ｙ２アナライザ６９は、Ｙ２ＷＧ６２でＰ偏光を透過した際に、Ｐ偏光が裏面反射の漏れＰ偏光をカットしている。また、Ｙ２アナライザ６９は、レンズ光軸に対して約１０度程度傾けられ、Ｙ２アナライザ６９の反射光がＹ２デバイス６４に戻らないように設けられている。
【００４９】
一方、９０度位相制御板５１から出力される合成光がＳ偏光である期間（切替信号が「１」である期間）では、そのＳ偏光は、Ｙ１デバイス５８に結像する画像サイズ、位置の微調整用のＹ１フィールドレンズ５３を透過し、更に１／２波長板５４により１／２波長ずらされて一旦Ｐ偏光とされる。１／２波長板５４からのＰ偏光は、消光比を高めるために混入している不要なＳ偏光成分がアナライザ５５により除去され、Ｙ１ＷＧ５６を透過し、更に光の位相調整用のＹ１波長板（リターダ）５７を通してＹ１デバイス５８に入射結像してＹ１映像信号で変調される。なお、Ｙ２収差補正レンズ６０と同様に、Ｙ１ＷＧ５６の透過光を補正する収差補正レンズをＹ１ＷＧ５６の入射側に設けてもよい。
【００５０】
Ｙ１デバイス５８に入射して変調されたＰ偏光は、Ｓ偏光とＰ偏光とが混ざった光となってＹ１デバイス５８を反射し、Ｙ１波長板（リターダ）５７を通してＹ１ＷＧ５６によりＳ偏光成分が反射され、残りのＰ偏光成分がＰＳ分離ＷＧ５２に戻っていく。Ｙ１ＷＧ５６により反射されたＳ偏光は、Ｙ１収差補正レンズ６５により、後段のＰＳ合成ＷＧ６８に４５度斜めに光軸が入っているためにＰＳ合成ＷＧ６８を通過する際の非点収差が補正される。このＹ１収差補正レンズ６５は、例えばシリンドリカルレンズやウェッジガラスにより構成されている。
【００５１】
Ｙ１収差補正レンズ６５を透過したＳ偏光は、１／２波長板６６でＰ偏光に戻された後、高コントラストを保つために、Ｙ１アナライザ（Ｐ偏光透過、Ｓ偏光カット）６７によりＹ１ＷＧ５６で反射するＳ偏光に混じるＰ偏光成分（実際は、１／２波長板６６を通過するので不要光はＳ偏光成分）がカットされた後、ＰＳ合成ＷＧ６８に入射する。ここで、Ｙ１アナライザ６７は、レンズ光軸に対して約１０度程度傾けられ、Ｙ１アナライザ６７の反射光がＹ１デバイス５８に戻らないように設けられている。
【００５２】
ＰＳ合成ＷＧ６８は、Ｙ１デバイス５８で変調されたＹ１アナライザ６７からのＰ偏光と、Ｙ２デバイス６４で変調されたＹ２アナライザ６９からのＳ偏光とを合成して、その合成光をＹ１Ｙ２投射レンズ７０を通してスクリーン（図示せず）に投射する。なお、Ｙ１デバイス５８とＹ２デバイス６４とは、マイクロモータで機械的にその位置が動かされ、画素レベルで一致できる構造を有している。
【００５３】
次に、本実施形態の各デバイスの表示タイミングと、第一光変調及び第二光変調の掛け算された投射画像出力との関係について、図２のタイミングチャートを併せ参照して説明する。本実施の形態では、１２０Ｈｚの倍速表示を目標としており、この場合１２０Ｈｚ時のフレーム数をｎ、６０Ｈｚ時のフレーム数をｍとすると、両者の関係は
ｎ＝２・ｍ、２・ｍ＋１、２・ｍ＋２、・・・
と表すことができる。
【００５４】
図２（Ａ）に示す１２０Ｈｚ時の目標とする入力映像信号は以下の（１）で表される。また、１２０Ｈｚ時のＲＧＢ映像信号と輝度信号はそれぞれ以下の（２）と（３）で表される。なお、ここでは、説明を簡単にするため、γ特性のγ値は「１.０」とし、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の各画素数は同じとし、以下のｉ，ｊは画面の画素位置と仮定する。
【００５５】
Ｒin（ｎ，ｉ，ｊ），Ｇin（ｎ，ｉ，ｊ），Ｂin（ｎ，ｉ，ｊ） （１）
ＲHDR120(ｎ,ｉ,ｊ)，ＧHDR120(ｎ,ｉ,ｊ)，ＢHDR120(ｎ,ｉ,ｊ) （２）
Ｙin（ｎ，ｉ，ｊ） （３）
このとき、輝度信号ＹとＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号との関係を（４）式のように定義するものとする。
【００５６】
Ｙ＝ＣＲ・Ｒ＋ＣＧ・Ｇ＋ＣＢ・Ｂ （４）
ただし、（４）式中、ＣＲはＲ信号の定数、ＣＧはＧ信号の定数、ＣＢはＢ信号の定数を示す。
【００５７】
また、図２（Ｂ）に示すフレーム周波数６０ＨｚのＲ信号ＲHDR60、Ｇ信号ＧHDR60、Ｂ信号ＢHDR60のｍフレームの画素位置ｉ，ｊにおける値は次式で定義される。
【００５８】
ＲHDR60(m,i,j)＝ＭＡＸ｛ＲHDR120(2m-1,i,j)，ＲHDR120(2m,i,j)｝ （５ａ）
ＧHDR60(m,i,j)＝ＭＡＸ｛ＧHDR120(2m-1,i,j)，ＧHDR120(2m,i,j)｝ （５ｂ）
ＢHDR60(m,i,j)＝ＭＡＸ｛ＢHDR120(2m-1,i,j)，ＢHDR120(2m,i,j)｝ （５ｃ）
すなわち、Ｒ信号ＲHDR60、Ｇ信号ＧHDR60、Ｂ信号ＢHDR60のｍフレームの画素位置ｉ，ｊにおける値は、フレーム周波数１２０ＨｚのＲ信号ＲHDR120、Ｇ信号ＧHDR120、Ｂ信号ＢHDR120の連続する２フレーム（２ｍ−１フレームと２ｍフレーム）の画素位置ｉ，ｊにおける値のうち大きな方の値を示す。なお、Ｒ信号ＲHDR60、Ｇ信号ＧHDR60、Ｂ信号ＢHDR60は、Ｒ信号ＲHDR120、Ｇ信号ＧHDR120、Ｂ信号ＢHDR120の連続する２フレームの平均値であってもよい。
【００５９】
また、図２（Ｃ）、（Ｄ）に示すフレーム周波数６０ＨｚのＹ１映像信号、Ｙ２映像信号のｍフレームの画素位置ｉ，ｊにおける値は次式で定義される。
【００６０】
Ｙ１(m,i,j)＝Ｙｉｎ(2m,i,j)／｛ＣＲ・ＲHDR60(m,i,j)＋ＣＧ・ＧHDR60(m,i,j)
＋ＣＢ・ＢHDR60(m,i,j)｝ （６ａ）
Ｙ２(m,i,j)＝Ｙin(2m-1,i,j)／｛ＣＲ・ＲHDR60(m,i,j)＋ＣＧ・ＧHDR60(m,i,j)
＋ＣＢ・ＢHDR60(m,i,j)｝ （６ｂ）
すなわち、ｍフレームのＹ１映像信号とＹ２映像信号は、２ｍフレームのフレーム周波数１２０Ｈｚの輝度信号Ｙｉｎを、ｍフレームのＲ信号ＲHDR60、Ｇ信号ＧHDR60、Ｂ信号ＢHDR60から（４）式のマトリクス変換により生成した値で除算した信号である。
【００６１】
前述したように、図２（Ｅ）に示した切替信号が「０」である期間では、９０度位相制御板５１から出力される合成光がＰ偏光であり、ＲＧＢ映像信号がＹ２デバイス６４に照射されて図２（Ｄ）に示したＹ２映像信号（以下、輝度信号Ｙ２ともいう）で変調されるので、Ｙ１Ｙ２投射レンズ７０からは、図２（Ｆ）に模式的に示すように、Ｙ２映像信号とＲＧＢ映像信号とがスクリーンに投射される。
【００６２】
一方、図２（Ｅ）に示した切替信号が「１」である期間では、９０度位相制御板５１から出力される合成光がＳ偏光であり、ＲＧＢ映像信号がＹ１デバイス５８に照射されて図２（Ｃ）に示したＹ１映像信号（以下、輝度信号Ｙ１ともいう）で変調されるので、Ｙ１Ｙ２投射レンズ７０からは、図２（Ｆ）に模式的に示すように、Ｙ１映像信号とＲＧＢ映像信号とがスクリーンに投射される。
【００６３】
ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２による第１の変調光学システムから出力された変調光を、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３による第２の変調光学システムで再度変調する、本実施の形態の二重変調光学システム１００において、見掛け上の解像度は第２変調光学システムのＹ１デバイス５８とＹ２デバイス６４の解像度で決まる。そのため、本実施の形態では、それぞれ例えば４ｋ×２ｋ画素（水平方向４０９６画素、垂直方向２１６０画素）のＬＣＯＳで構成されたＹ１デバイス５８とＹ２デバイス６８を前述した４５度斜め半画素ずらしの空間配置の構成としているため、従来より高解像度の８ｋ×４ｋ（水平方向７６８０画素、垂直方向４３２０画素）が見込まれる。
【００６４】
更に、本実施の形態によれば、６０Ｈｚで駆動されるＹ１デバイス５８とＹ２デバイス６４を交互に１／１２０秒単位で時分割駆動するようにしているため、ＦＰＤ（フラットパネル液晶ディスプレイ）に用いられる倍速駆動技術と同じような、動画応答の改善が期待できる。
【００６５】
このように、本実施の形態によれば、１／２フレームずらして１／１２０秒毎に交互に切り替えられたＹ１映像信号とＹ２映像信号で変調された光を投射するようにしているので、６０Ｈｚ駆動でありながら等価的に１２０Ｈｚ駆動と同じ効果が得られ、動画像の応答スピードが約４倍速くできる。これにより、本実施の形態によれば、高速応答が得られ、液晶駆動の欠点である動画再生時の液晶応答による動画像ボケを解決することができる。
【００６６】
また、本実施の形態によれば、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２による第１の変調光学システムにより得られる像のコントラストを１０００：１、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３による第２の変調光学システムで得られる像のコントラストを１０００：１とした場合、総合コントラストは１０００×１０００の掛け算になり、従来の２台スタックよりはるかに高い１００万：１という大幅な超高コントラスト画像が得られる。更に、本実施の形態によれば、Ｇ信号を二重にする場合に比べ、輝度信号を二重にしているので、より高解像度な画像が得られる。
【００６７】
また、本実施の形態の光学システム１００は、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２の光変調に使用されるＧデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１の応答時間Ｒｔ１と、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３の光変調に使用されるＹ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の応答時間Ｒｔ２との合計応答時間（Ｒｔ１∩Ｒｔ２）を、Ｒｔ１のみ、又はＲＴ２のみより短くすることができる。ここで、合計応答時間（Ｒｔ１∩Ｒｔ２）の「∩」は、Ｒｔ１，Ｒｔ２の両方が重なっている時間（ＡＮＤ）を表現している記号である。
【００６８】
例えば、上記の応答時間Ｒｔ１及びＲｔ２をそれぞれ同じ５ｍｓｅｃとした場合、応答時間もコントラストと同様に掛け算になり、合計応答時間は上記の応答時間の約半分の２.５ｍｓｅｃになる。基本的に、第一の光変調を行うＲＧＢ分離合成投影システム系１０２はＲＧＢ映像のバックライトの役目を果たす。一方、第二の光変調に使用されるＹ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４は、応答時間が速くなると動画像ボケが大きく改善される（人間の目の応答は、色より輝度の変化に敏感なため。）。理想的には、液晶ディスプレイの応答時間が１ｍｓｅｃ以下になれば、ＣＲＴ（陰極線管）を用いたディスプレイの応答時間に大きく近付き、液晶フラットパネルの黒挿入技術やオーバーシュート等の動画ボケ改善効果が有効に働く。
【００６９】
次に、本発明になる投射型表示装置の実施の形態について説明する。
【００７０】
図３は、本発明になる投射型表示装置の一実施の形態のシステムブロック図を示す。同図において、投射型表示装置８０は、所望の被写体を撮像するスーパーハイビジョンカメラ８１と、スーパーハイビジョンカメラ８１の撮像信号を記録／再生するスーパーハイビジョンレコーダ８２と、スーパーハイビジョンレコーダ８２から再生出力された緑色信号Ｇ１及びＧ２、赤色信号Ｒ１及びＲ２、青色信号Ｂ１及びＢ２を入力として受け、その入力信号をマトリクス変換して２種類の輝度信号Ｙ１、Ｙ２と、色信号ｒ、ｇ及びｂを出力するマトリクス変換デコーダ８３と、図示しないスクリーンに光学像を投射する光学システム１００とからなる。
【００７１】
なお、図３のスーパーハイビジョンカメラ８１に替えて、コンピュータ画像、フィルム画像などより作り出した原色光を用いることもできる。
【００７２】
スーパーハイビジョンカメラ８１はそれぞれ水平方向７６８０画素、垂直方向４３２０画素の緑色光用１枚、赤色光用１枚、青色光用１枚の計３枚の固体撮像素子を有し、それぞれの固体撮像素子より１２ビットのＲ１、Ｂ１及びＧ１よりなる三原色信号と、Ｒ２、Ｂ２及びＢ２よりなる三原色信号とをフレームレート６０ｐ（垂直周波数６０Ｈｚ）で出力する。
【００７３】
スーパーハイビジョンレコーダ８２は、スーパーハイビジョンカメラ８１が２倍速対応している場合は、入力がＲ１、Ｂ１及びＧ１よりなる三原色信号と、Ｒ２、Ｂ２及びＢ２よりなる三原色信号とが１／１２０秒毎に交互に入力される。また、スーパーハイビジョンレコーダ８２は、スーパーハイビジョンカメラ８１が２倍速対応してない場合は、スーパーハイビジョンレコーダ８２の内部で、次のフレーム相関からＲ２Ｇ２Ｂ２からなる三原色信号のフレーム信号を作り出している。スーパーハイビジョンレコーダ８２は、リアル８ｋ×４ｋ画素でフレームレート６０ｐの三原色信号を１２ビットで取り込み、再生する。伝送は、１２ビット伝送可能なＨＤＭＩ等の信号を光多重で行う。
【００７４】
マトリクス変換デコーダ８３は、後述する構成により、入力された量子化ビット数１２ビットの三原色信号（Ｒ１Ｇ１Ｂ１／Ｒ２Ｇ２Ｂ２）から、量子化ビット数１２ビットの２つの輝度信号（Ｙ１映像信号とＹ２映像信号）と、量子化ビット数１０ビットの三原色信号（ｒ信号、ｇ信号、ｂ信号）の計５チャンネル分の信号を生成して光学システム１００へ出力する。
【００７５】
光学システム１００は、前述した図１の構成の光学システム（狭義のプロジェクタ）で、マトリクス変換デコーダ８３からの信号Ｙ１、Ｙ２、ｒ、ｇ、ｂを受け、これらの信号をスクリーン（図示せず）に投射する。
【００７６】
図４は、マトリクス変換デコーダ８３の一実施の形態のブロック図を、図１の一部と共に示す。図４には、図１に示した切替信号発生回路７１及び９０度位相制御板５１を示してあり、それ以外の回路部がマトリクス変換デコーダ８３の一実施の形態を構成している。
【００７７】
図４において、マトリクス変換デコーダ８３は、スーパーハイビジョンレコーダ８２から出力された、１／１２０秒毎に切り替わる１２０Ｈｚの原色信号（赤色信号Ｒ１、緑色信号Ｇ１及び青色信号Ｂ１からなる第１の三原色信号と、赤色信号Ｒ２、緑色信号Ｇ２及び青色信号Ｂ２からなる第２の三原色信号）を入力として受け、その入力三原色信号を逆γ補正部９１により一旦逆γ補正して、ガンマ１のリニア信号に戻して内部演算をし易くした後、Ｙ１Ｙ２作成部９２により公知のマトリクス演算により、第１の三原色信号（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）から帯域制限されていない周波数帯域の第１の輝度信号Ｙ１FULLを作成すると共に、第２の三原色信号（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）から帯域制限されていない周波数帯域の第２の輝度信号Ｙ２FULLを作成する。
【００７８】
また、マトリクス変換デコーダ８３は、低域フィルタ（ＬＰＦ）９３により逆γ補正部９１からの三原色信号の高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分の原色信号Ｒ1LPF、Ｇ1LPF、Ｂ1LPF、Ｒ2LPF、Ｇ2LPF、Ｂ2LPFを取り出した後、最大値,Ｙ１Ｙ２計算部９４と乗算器９６にそれぞれ供給する。最大値,Ｙ１Ｙ２計算部９４は、帯域制限された原色信号Ｒ1LPF、Ｇ1LPF、Ｂ1LPF、Ｒ2LPF、Ｇ2LPF、Ｂ2LPFのうちの最大値ＭＡＸを画素毎に計算すると共に、帯域制限された第１の３原色信号（Ｒ1LPF、Ｇ1LPF、Ｂ1LPF）から公知のマトリクス演算により第１の輝度信号の低域周波数成分Ｙ１LPFを求め、帯域制限された第２の３原色信号（Ｒ2LPF、Ｇ2LPF、Ｂ2LPF）から公知のマトリクス演算により第２の輝度信号の低域周波数成分Ｙ２LPFを求める。
【００７９】
係数及び輝度信号生成部９５は、Ｙ１Ｙ２作成部９２からの輝度信号Ｙ１FULL及びＹ２FULLと、最大値,Ｙ１Ｙ２計算部９４からの最大値ＭＡＸと、輝度信号の低域周波数成分Ｙ１LPF及びＹ２LPFとを入力として受け、係数Ｃと輝度信号Ｙ１、Ｙ２とを以下の計算式により求める。
【００８０】
Ｃ＝（α／β）1/2・（ＭＡＸ）-1/2 （７）
Ｙ１＝Ｙ1FULL・（β／α）1/2・（ＭＡＸ）1/2／Ｙ1LPF （８）
Ｙ２＝Ｙ2FULL・（β／α）1/2・（ＭＡＸ）1/2／Ｙ2LPF （９）
ここで、上記の係数Ｃと輝度信号Ｙ１、Ｙ２の計算式について更に詳細に説明する。マトリクス変換デコーダ８３に供給される入力映像信号は、スーパーハイビジョンレコーダ８２から出力される原色信号（Ｒ１、Ｇ１及びＢ１、又はＲ２、Ｇ２及びＢ２）である。入力される三原色信号Ｒ１、Ｇ１及びＢ１とＲ２、Ｇ２及びＢ２とは、１／１２０秒毎に入力される三原色信号である。これらの三原色信号に対応する１／６０秒単位で出力される３つの光出力Ｆ1R、Ｆ1G、F1Bは、それぞれ次式で表記できる。
【００８１】
Ｆ1R＝Ｆ1(r)＝Ａ・(r1＋r2)＋α （１０ａ）
Ｆ1G＝Ｆ1(g)＝Ａ・（g1＋g2）＋α （１０ｂ）
Ｆ1B＝Ｆ1(b)＝Ａ・(b1＋b2)＋α （１０ｃ）
ただし、（１０ａ）式〜（１０ｃ）式中、αはＲＧＢ分離合成投影システム系１０２から出力される光のフレア成分である。また、Ａは比例定数である。また、r1、g1、b1、r2、g2、b2は、入力原色信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２のγ値を「１.０」としたときの各信号を示す。
【００８２】
また、この光出力Ｆ1R、Ｆ1G、F1Bは、それぞれ図１に示したＹ１Ｙ２画像合成部分１０３で更に変調されるので、最終的な光出力のＲＧＢ成分Ｆ2R、Ｆ2G、F2Bは、それぞれ次式で表記できる。
【００８３】
Ｆ2R＝Ｆ1(r)・（A・Y＋β）
＝A2・Y・(r1＋r2)＋A・Y・α＋A・(r1＋r2)・β＋α・β
＝Y・(r1＋r2)＋Y・α＋ (r1＋r2)・β＋α・β （１１ａ）
Ｆ2G＝Ｆ1(g)・（A・Y＋β）
＝A2・Y・(g1＋g2)＋A・Y・α＋A・(g1＋g2)・β＋α・β
＝Y・(g1＋g2)＋Y・α＋(g1＋g2)・β＋α・β （１１ｂ）
Ｆ2B＝Ｆ1(b)・（A・Y＋β）
＝A2・Y・(b1＋b2)＋A・Y・α＋A・(b1＋b2)・β＋α・β
＝Y・(b1＋b2)＋Y・α＋ (b1＋b2)・β＋α・β （１１ｃ）
ただし、（１１ａ）式〜（１１ｃ）式中、βはＹ１Ｙ２画像合成部分１０３から出力される光のフレア成分である。また、ＹはＹ１デバイス５８、Ｙ２デバイス６４に供給される輝度信号Ｙ１、Ｙ２のγ値を「１.０」としたときの輝度信号である（以下の説明では、便宜上、輝度信号Ｙ１、Ｙ２はまとめて輝度信号Ｙとして示す）。更に、比例定数Ａは簡単のため、「１」とする。
【００８４】
ところで、通常の３板式のプロジェクタであれば、最終出力であるＦ2R、Ｆ2G、F2Bは、入力映像信号に比例するが、フレアが存在したり、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２の各デバイスの画素数と、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３の各デバイスの画素数が異なる場合はそうはならない。そこで、説明を簡単にするため、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２の各デバイスの画素数が、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３の各デバイスの画素数よりも小さいとする。この場合、入力映像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２よりも映像信号ｒ1、ｇ１、ｂ１、ｒ２、ｇ２、ｂ２は高い周波数成分を持たない。
【００８５】
そこで、入力映像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２をＬＰＦ９３に通して、映像信号ｒ１、ｇ１、ｂ１、ｒ２、ｇ２、ｂ２と同じ周波数特性とした原色信号の低域周波数成分Ｒ1LPF、Ｇ1LPF、Ｂ1LPF、Ｒ2LPF、Ｇ2LPF、Ｂ2LPFを考え、その中の最大値をＭＡＸとする（これは画素毎に異なる値である）。Ｒ1LPF、Ｇ1LPF、Ｂ1LPF、Ｒ2LPF、Ｇ2LPF、Ｂ2LPFは、最大値を用いて次式で表現できる。ここで、ｒｘ、ｇｘ、ｂｘは０≦ｒｘ、ｇｘ、ｂｘ＜１.０なる値である。
【００８６】
ＲLPF＝Ｒ1LPF+Ｒ2LPF＝ＭＡＸ・ｒｘ (１２ａ)
ＧLPF＝Ｇ1LPF+Ｇ2LPF＝ＭＡＸ・ｇｘ (１２ｂ)
ＢLPF＝Ｂ1LPF+Ｂ2LPF＝ＭＡＸ・ｂｘ (１２ｃ)
説明の都合上、ＲLPFがＭＡＸであるとすると、（１１ａ）式のＦ2Rは、α・βの成分の値は小さいので、無視すると、次式で表される。
【００８７】
Ｆ2R≒Ｙ(r1＋r2)＋Ｙ・α＋(r1＋r2)・β （１３）
これからフレア成分を最小にするＹと（r1＋r2）を計算する。フレア成分がないとき（α＝β＝０）、Ｆ2R＝ＲLPFなので、（１２ａ）式とα＝β＝０を代入した（１３）式とより次式が得られる。
【００８８】
Ｆ2R≒Ｙ・(r1＋r2)＝ＲLPF＝ｒｘ・ＭＡＸ （１４）
また、（１３）式において、フレアの影響を最小にする条件は次式である。
【００８９】
Ｙ・α＝(r1＋r2）・β （１５）
よって、（１４）式と（１５）式とにより（１６）式と（１７）式とが得られる。
【００９０】
(r1＋r2)＝ｒｘ・（α／β）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （１６）
Ｙ＝（β／α）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （１７）
次に、緑色信号ｇについて説明する。Ｙは既に求まっているため、（１１ｂ）式でＦ2GがＧLPFと等しいとおき、フレア成分α、βを無視すると、（１１ｂ）式と（１２ｂ）式とから次式が得られる。
【００９１】
Ｆ2G≒Ｙ・（g1＋g2）＝ＧLPF＝ｇx・ＭＡＸ （１８）
従って、緑色信号ｇは（１８）式と（１７）式とから次式で表される。
【００９２】
(g1＋g2)＝ｇx・ＭＡＸ／Ｙ＝ｇx・（α／β）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （１９）
同様に、青色信号ｂも求めることができる。
【００９３】
なお、上記の計算では赤色信号の低域周波数成分ＲLPFがＭＡＸであるとして説明したが、以下のように表記するのであれば、ＲLPF、ＧLPF、ＢLPFのどれがＭＡＸであっても成立する。
【００９４】
(r1＋r2)＝ｒｘ・（α／β）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （２０ａ）
(g1＋g2)＝ｇｘ・（α／β）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （２０ｂ）
(b1＋b2)＝ｂｘ・（α／β）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （２０ｃ）
Ｙ＝（β／α）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （２０ｄ）
図４の乗算器９６は、ＬＰＦ９３から出力された低域周波数成分の原色信号Ｒ1LPF、Ｇ1LPF、Ｂ1LPF、Ｒ2LPF、Ｇ2LPF、Ｂ2LPFと、係数及び輝度信号生成部９５から出力された係数Ｃとから次式の乗算を行って、各１０ビットの赤色信号ｒ、緑色信号ｇ、青色信号ｂをそれぞれ生成する。
【００９５】
ｒ＝r1＋r2＝Ｃ・（Ｒ1LPF＋Ｒ2LPF）＝Ｃ・ＲLPF （２１ａ）
ｇ＝g1＋g2＝Ｃ・（Ｇ1LPF＋Ｇ2LPF）＝Ｃ・ＧLPF （２１ｂ）
ｂ＝b1＋b2＝Ｃ・（Ｂ1LPF＋Ｂ2LPF）＝Ｃ・ＢLPF （２１ｃ）
この結果、（１４）式、（１８）式、（２０ａ）式〜（２０ｄ）式、（２１ａ）式〜（２１ｃ）式などから、係数Ｃは前述した（７）式で表される。
【００９６】
これらの赤色信号ｒ、緑色信号ｇ、青色信号ｂは、それぞれｒｇｂ用γ補正部９７に供給されてγ補正された後、図３中の光学システム１００内の図１に示したＲデバイス２７、Ｇデバイス２３、Ｂデバイス３１にそれぞれ供給される。
【００９７】
ところで、（２０ａ）式〜（２０ｄ）式までは高周波数成分がないものとして計算したが、実際には高周波数成分が存在する。このため、（２０ａ）式〜（２０ｃ）式の信号ｒ、ｇ、ｂを用いて輝度信号Ｙを生成すると、高周波数成分が失われてしまう。また、輝度信号Ｙについては、図１に示したＹ１デバイス５８、Ｙ２デバイス６４に供給される輝度信号Ｙ１、輝度信号Ｙ２とを生成する必要がある。そこで、これらを考慮して、図４のＹ１Ｙ２作成部９２で前述したように、それぞれ帯域制限されていない周波数帯域の第１の輝度信号Ｙ1FULLと第２の輝度信号Ｙ2FULLを生成する。これらの輝度信号Ｙ1FULLとＹ2FULLとは次式で表される。
【００９８】
Ｙ1FULL＝Ｃ1・Ｒ１＋Ｃ2・Ｇ１＋Ｃ3・Ｂ１ （２２ａ）
Ｙ2FULL＝Ｃ1・Ｒ２＋Ｃ2・Ｇ２＋Ｃ3・Ｂ２ （２２ｂ）
ここで、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3は入力映像信号Ｒ１（Ｒ２）、Ｇ１（Ｇ２）、Ｂ１（Ｂ２）による輝度成分への寄与係数で、ハイビジョン信号の場合は、それぞれ0.2126，0.7152,0.0722である。
【００９９】
また、図４に示す最大値,Ｙ１Ｙ２計算部９４では帯域制限されている周波数帯域の第１の輝度信号Ｙ1LPFと第２の輝度信号Ｙ2LPFとを生成する。これらの輝度信号Ｙ1LPFとＹ2LPFとは次式で表される。
【０１００】
Ｙ1LPF＝Ｃ1・Ｒ１LPF＋Ｃ2・Ｇ１LPF＋Ｃ3・Ｂ１LPF （２３ａ）
Ｙ2LPF＝Ｃ1・Ｒ２LPF＋Ｃ2・Ｇ２LPF＋Ｃ3・Ｂ２LPF （２３ｂ）
ここで、（１７）式や（２０ｄ）式のＹは帯域制限されており、高周波数成分が存在しないので、高周波数成分を再現するには、（１７）式や（２０ｄ）式の輝度信号Ｙ（ＹＬＰＦ）に補正項Ｄを乗算して、帯域制限されていない輝度信号ＹＦｕｌｌを出力する必要がある。すなわち、ＹＦｕｌｌ＝Ｄ・ＹＬＰＦとする。
【０１０１】
従って、係数及び輝度信号生成部９５は、前述した（８）式と（９）式で表される輝度信号Ｙ１とＹ２とを生成する。ここで、（８）式中、Ｙ1FULL／Ｙ1LPFが上記の補正項Ｄであり、（９）式中、Ｙ2FULL／Ｙ2LPFが上記の補正項Ｄである。
【０１０２】
図４のＹ１用γ補正部９８は、係数及び輝度信号生成部９５からの（８）式により計算された輝度信号Ｙ１をγ補正し、それを量子化ビット数１２ビットのＹ１映像信号としてＹ１ディレイ部１１０に供給し、ここで、前述した１／１２０秒遅延された後図１に示した光学システム１００内のＹ１デバイス５８に供給する。これと同時に、図４のＹ２用γ補正部９９は、係数及び輝度信号生成部９５からの（９）式により計算された輝度信号Ｙ２をγ補正し、それを量子化ビット数１２ビットのＹ２映像信号として図１及び図３に示した光学システム１００内のＹ２デバイス６４に供給する。従って、図２（Ｃ）に示したようにＹ１映像信号は、同図（Ｄ）に示したＹ２映像信号に対して１/１２０秒遅延されてマトリクス変換デコーダ８３から出力される。
【０１０３】
なお、ｒｇｂ用γ補正部９７におけるγ値（＝γ１）と、Ｙ１用γ補正部９８及びＹ２用γ補正部９９における各γ値（＝γ２）とは、第１変調光と第２変調光とが掛け合わせされたときにトータルのγ値が「２.２」になり、かつ、γ１とγ２とはできるだけ近い値になるように振り分けられる。例えば、γ１＝１.０、γ２＝１.２に選ばれる。この場合、指数の掛け算なので、トータルのγ値は２.２（＝１.０＋１.２）になる。
【０１０４】
このような構成のマトリクス変換デコーダ８３から輝度信号Ｙ１、Ｙ２、色信号ｒ、ｇ及びｂの５信号が供給された光学システム１００からカラー画像がスクリーン（図示せず）に投射される。
【０１０５】
このように、図３に示した本実施の形態の投射型表示装置８０は、１台でＳＨＶを構成することでコンバージェンス補正を無くすことが可能となり、また、二重変調を行うので２台スタックより、はるかに高い１００万：１以上の高コントラストが得られ、更に、Ｇ信号を二重にする装置に比べ、輝度信号を二重にしているので、より高解像度な画像が得られる。
【０１０６】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例が考えられる。例えば、図１の実施の形態の光学システム１００では、Ｙ１デバイス５８に供給されるＹ１映像信号とＹ２デバイス６４に供給されるＹ２映像信号とを１／１２０秒（１／２フレーム）ずらすと共に、Ｙ１デバイス５８とＹ２デバイス６４とを１／１２０秒毎に交互にＰ偏光、Ｓ偏光を入射して交互に駆動するようにしている。このため、光学システム１００は、例えばＹ１映像信号とその生成要素の第１の三原色信号（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）を右目用画像及び左目用画像のうちの一方の画像に関する信号とし、Ｙ２映像信号とその生成要素の第２の三原色信号（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）を他方の画像に関する信号とすることで、視聴者が偏光メガネをかけて視聴する立体表示システムに適用することも可能である。
【０１０７】
また、光学システム１００において、入力映像信号が１２０Ｈｚに対応している場合において、６０Ｈｚのまま倍速駆動と同じ効果を得ているが、もし入力ＲＧＢ映像信号が６０Ｈｚの場合は、図３に示したマトリクス変換デコーダ８３の入力前のスーパーハイビジョンデコーダ８２内で画像読み出し速度を２倍にすることで対応可能である。
【０１０８】
更に、本発明は、図１に示すような、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２による第１の変調光学システムから出力された変調光を、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３による第２の変調光学システムで再度変調する二重変調光学システム１００において、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３の光変調に使用されるＹ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の応答時間Ｒｔ２を、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２の光変調に使用されるＧデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１の応答時間Ｒｔ１より短くすることで、合計応答時間（Ｒｔ１∩Ｒｔ２）を短くする構成も包含するものである。
【０１０９】
この変形例について以下詳細に説明する。表示デバイスとして用いられる液晶パネルは、同じ液晶厚（セルギャップ）の場合は、入射光の波長が短いほど低い駆動電圧で速く飽和に達する。このため、上記のＧデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１として同一の液晶パネルを用いた場合は、これらのうち最も波長の短い原色光Ｂが入射するＢデバイス３１が最も低い駆動電圧で飽和に達する。また、Ｇデバイス２３及びＲデバイス２７は、Ｂデバイス３１よりも駆動電圧を上げないと、Ｂデバイス３１と同じ時間で飽和に達しない。一方、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４は、同一のＲＧＢ合成光が入射するため、各々同じ駆動電圧で駆動されるが、入射ＲＧＢ合成光中の一番波長の短いＢ光成分に合わせて駆動電圧が決定される。
【０１１０】
このため、例えば、白１００％の信号の場合、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４に対して、入射するＢ光成分の駆動電圧で変調できる光に合わせて、Ｒ光成分とＧ光成分の駆動電圧を変えてホワイトバランス調整が行われる。これにより、必然的にＹ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の駆動電圧は、最大でもＢ光成分の１００％駆動時より大きくならないため、駆動電圧は低い電圧（Ｒの飽和電圧の半分位がＢの飽和電圧である）になる。
【０１１１】
一般に、表示デバイスのＬＳＩ露光ルールによって、駆動電圧の最大電圧が決まっているが、上記のＹ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の駆動電圧は、この最大電圧よりも低いため、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４のセルギャップを縮めることが可能である。そこで、この変形例では、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４のセルギャップを縮めることで、上記応答時間Ｒｔ２を、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１の応答時間Ｒｔ１より短くすることにより、より一層合計応答時間（Ｒｔ１∩Ｒｔ２）を短縮することができる。この場合の合計の応答時間は、上記の応答時間ＲＴ１とＲＴ２とを同じにした場合にはＲｔ１やＲｔ２の約５０％であるのに比べて、Ｒｔ１やＲｔ２の約３０％程度に速くなることが予想できる。
【０１１２】
なお、合計応答時間は（Ｒｔ１∩Ｒｔ２）で表されるので、応答時間Ｒｔ１を短くするためにＧデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１のセルギャップを縮めても数式上は合計応答時間は短くなる。しかし、この場合は、Ｒデバイス２７の飽和駆動電圧が上がり過ぎて飽和しなくなり、Ｒ信号の明るさが足りなくなってしまう。
【０１１３】
このように、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の応答時間Ｒｔ２を、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１の応答時間Ｒｔ１より短くすることにより、より一層合計応答時間（Ｒｔ１∩Ｒｔ２）を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、より自然な超高精細動画像が得られ、極めて臨場感ある映像再現が可能な投射型表示装置を実現できる。また、本発明は、応用としてインテグラル（ＩＰ）立体テレビ等への活用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の光学システムの一実施の形態の構成図である。
【図２】図１の実施形態の各デバイスの表示タイミングと、第一光変調及び第二光変調の掛け算された投射画像出力との関係及び切替信号を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の投射型表示装置の一実施の形態のブロック図である。
【図４】図３中のマトリクス変換デコーダの一実施の形態を示すブロック図である。
【図５】従来の光学システムの一例の構成図である。
【図６】二重変調を行う従来の光学システムの一例の構成図である。
【図７】従来の投射型表示装置の一例の構成図である。
【図８】４５度斜め半画素ずらしの説明図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１１ ランプハウス
１６ Ｂ／ＲＧクロスダイクロミラー
１７ ＲＧミラー
１８ Ｂミラー
１９ Ｒ／Ｇダイクロミラー
２３ Ｇデバイス
２７ Ｒデバイス
３１ Ｂデバイス
３２ ＲＧＢ合成ダイクロプリズム
３５ １：１リレーレンズ
５１ ９０度位相制御板
５２ ＰＳ分離ＷＧ（ワイヤグリッド）
５３ Ｙ１フィールドレンズ
５４、６６ １／２波長板
５５、６１ アナライザ
５６ Ｙ１ＷＧ（ワイヤグリッド）
５７ Ｙ１波長板
５８ Ｙ１デバイス
５９ Ｙ２フィールドレンズ
６０ Ｙ２収差補正レンズ
６２ Ｙ２ＷＧ（ワイヤグリッド）
６３ Ｙ２波長板
６４ Ｙ２デバイス
６５ Ｙ１収差補正レンズ
６７ Ｙ１アナライザ
６８ ＰＳ合成ＷＧ（ワイヤグリッド）
６９ Ｙ２アナライザ
７０ Ｙ１Ｙ２投射レンズ
７１ 切替信号発生回路
８０ 投射型表示装置
８１ スーパーハイビジョンカメラ
８２ スーパーハイビジョンレコーダ
８３ マトリクス変換デコーダ
９１ 逆γ補正部
９２ Ｙ１Ｙ２作成部
９３ 低域フィルタ（ＬＰＦ）
９４ 最大値,Ｙ１Ｙ２計算部
９５ 係数及び輝度信号生成部
９６ 乗算器
９７ ｒｇｂ用γ補正部
９８ Ｙ１用γ補正部
９９ Ｙ２用γ補正部
１００ 光学システム
１０１ 光学照明システム部分
１０２ ＲＧＢ分離合成投影システム系
１０３ Ｙ１Ｙ２画像合成部分
１１０ Ｙ１ディレイ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学システム及び投射型表示装置に係り、特に投射型表示装置（プロジェクタ）において、高コントラスト画像や立体画像を得る光学システム及び投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、投射型表示装置（プロジェクタ）は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）３枚の変調デバイスを用いた３板式プロジェクタが一般的で、また、その種類にはデバイスの種類によりＬＣＤ（Liquid Crystal Device）プロジェクタ、ＤＬＰ（Digital Light Processing）プロジェクタ、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）プロジェクタ等がある。
【０００３】
図５は従来の光学システムの一例の構成図を示す。同図において、ランプハウス１１（キセノンランプ、超高圧水銀ランプ、レーザーダイオード、発光ダイオード等）から出射した白色光である照明光は、コンデンサレンズ１２、コールドミラー１３、インテグレータ１４及びフィールドレンズ１５を経由してＢ／ＲＧクロスダイクロイックミラー（クロスダイクロミラー）１６に入射する。Ｂ／ＲＧクロスダイクロミラー１６は、入射した照明光のうち赤色光と緑色光の波長帯域の光と青色光とを分離し、赤色光と緑色光の波長帯域の光はＲＧミラー１７に入射し、青色光はＢミラー１８に入射する。ＲＧミラー１７で反射された赤色光と緑色光の波長帯域の光は、Ｒ／Ｇダイクロイックミラー（ダイクロミラー）１９で緑色光成分と赤色光成分とが分離されて、フィールドレンズ２０、２４に入射する。
【０００４】
フィールドレンズ２０を透過した緑色光成分及び、フィールドレンズ２４を透過した赤色光成分は、それぞれ偏光分離素子であるワイヤグリッド（ＷＧ）２１、２５でそのＳ偏光成分が反射され、更にＧ用１／４波長（λ／４）板２２、Ｒ用１／４波長（λ／４）板２６を通してＧデバイス２３、Ｒデバイス２７に入射し、ここで表示すべき画像の緑色信号、赤色信号で光変調された後、その光変調されたＰ偏光がＧ用波長板２２、Ｒ用波長板２６と、ＷＧ２１、２５をそれぞれ透過してＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム３２に入射する。
【０００５】
一方、Ｂミラー１８で反射された青色光は、Ｂフィールドレンズ２８を透過し、ＷＧ２９でそのＳ偏光成分が反射され、更にＢ用１／４波長（λ／４）板３０を透過してＢデバイス３１に入射し、ここで表示すべき画像の青色信号で光変調された後、その光変調されたＰ偏光がＢ用波長板３０と、ＷＧ２９をそれぞれ透過してＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム３２に入射する。
【０００６】
ＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム３２は、各々光変調されている緑色光、赤色光、及び青色光の各Ｐ偏光成分を再合成して、合成後の光をＰＪレンズ３３を透過させてスクリーン（図示せず）に入射結像させる。
【０００７】
このような光学システムを用いたプロジェクタにおいて、画像のメリハリを左右するコントラストは、光学システムとデバイス単体の性能で決定される。そこで、近年、二重変調を行うことでコントラストを飛躍的に改善したプロジェクタや液晶ディスプレイが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００８】
図６は二重変調を行う従来の光学システムの一例の構成図を示す。同図中、図５と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図６に示す従来の光学システムは、図５の光学システムのＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム３２とＰＪレンズ３３との間に、収差補正レンズ３４、１：１リレーレンズ３５、ミラー３６、収差補正レンズ３７、Ｙ用ＷＧ３８、Ｙ用波長板３９、Ｙデバイス４０及びＷＧアナライザ４１よりなるＹ変調光学システム部分を設けたものである。収差補正レンズ３４及び３７は、Ｙ用ＷＧ３８に４５度斜めに光軸が入っているために生じる収差を補正するためのシリンドリカルレンズである。
【０００９】
図６に示す従来の光学システムでは、ＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム３２から出射されたＲＧＢ合成光は、収差補正レンズ３４、１：１リレーレンズ３５をそれぞれ透過し、１：１リレーレンズ３５の光軸方向とＰＪレンズ３３の光軸方向とを揃えるためのミラー３６により反射されて光路が変えられた後、収差補正レンズ３７を透過し、そのＰ偏光がＹ用ＷＧ３８及びＹ用波長板３９を通してＹデバイス４０に入射する。
【００１０】
Ｙデバイス４０は例えばＬＣＯＳで構成されており、Ｒデバイス２７、Ｇデバイス２３及びＢデバイス３１でそれぞれ変調されたＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号と同じ画像信号の輝度信号で入射光を変調する。従って、表示される画像信号は、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色信号で一回変調された後、輝度信号で一回変調され、計２回変調されることとなる。Ｙデバイス４０から出射された変調光は、Ｙ用波長板３９を通してＳ偏光がＹ用ＷＧ３８で反射された後、ＷＧアナライザ４１でＳ偏光中に混入しているＰ偏光成分がカットされて高コントラストを保つようにされてからＰＪレンズ３３によりスクリーン（図示せず）に投射される。
【００１１】
図５に示した一般的な光学システムでは、光学Ｆナンバーと表示デバイス性能でコントラストが左右され、明るさをとりながらでは数千：１が限界である。しかし、図６に示す光学システムでは、図５と同様構成の第１の変調光学系の映像を、第２の変調光学系のＹデバイス４０上に結像して変調させた後、投映する構成のため、第１の変調光学系と第２の変調光学系の各コントラストを掛け算したコントラストが最終的に得られるので、数百万：１以上のコントラストが得られる。
【００１２】
しかし、図６に示した光学システムを用いたプロジェクタでは、Ｙデバイス４０の解像度（画素数）が最終的に投映される解像度を決定してしまう。この解像度は、現在市場で生産されている最も高解像度なデバイスでも４ｋ×２ｋ画素（水平方向４０９６画素、垂直方向２１６０画素）が最高解像度である。
【００１３】
そこで、近年より一層の高解像度の８ｋ×４ｋ画素（水平方向８１９２画素、垂直方向４３２０画素）を得るための図７に示す構成の投射型表示装置（プロジェクタ）が知られている。この図７に示すプロジェクタは、日本放送協会が提案しているスーパーハイビジョン（ＳＨＶ）と称される映像方式に適合したプロジェクタである。この従来のプロジェクタは、例えばＨＤＴＶ画像で１６チャンネル分を並列記録し再生するハードディスクレコーダ４５から出力されたＧ１Ｇ２画像信号と、ＲＢ画像信号とを、コンバージェンス補正装置４６でコンバージェンス補正した後、ＲＢプロジェクタ４７からスクリーン４９にＲＢ画像で変調された光を投射し、またＧ１Ｇ２プロジェクタ４８からスクリーン４９にＧ１Ｇ２画像変調された光を投射する。
【００１４】
ここで、８ｋ×４ｋ画素を得るためにＧ１Ｇ２プロジェクタ４８は、それぞれ４ｋ×２ｋ画素の２個のＧデバイス（Ｇ１デバイスとＧ２デバイス）を使用し、かつ、それらＧ１デバイスとＧ２デバイスの各画素は、共に水平方向の画素ピッチＰx、垂直方向の画素ピッチＰyで４ｋ×２ｋ画素の構成とされている。また、Ｇ１Ｇ２プロジェクタ４８は、図８に示すように互いに水平方向にＰx／２、垂直方向にＰy／２ずらされた、いわゆる４５度斜め半画素ずらしにより画像を重ね合わせ、信号もＧ１Ｇ２解像度にあった信号を入力することで等価的に８ｋ画素相当の解像度を得る構成とされている。一方、ＲＢプロジェクタ４７は、４ｋ×２ｋ画素のＲデバイスとＢデバイスとを用いている。
【００１５】
また、最近、８ｋ×４ｋ画素（水平方向８１９２画素、垂直方向４３２０画素）の表示デバイスが開発され、これをＲ、G、Ｂ用に３個用いたフル解像度の８ｋプロジェクタも考えられている。しかし、この方式では、図５に示した従来の光学システムと同じ３板式のため、コントラストを飛躍的に上げることができない。また、高解像度のデバイスを３枚使うことで光学システムが高価となってしまう。
【００１６】
そこで、図６に示した光学システムの第１の変調光学系に４ｋ×２ｋデバイス、第２の変調光学系に８ｋ×２ｋデバイスを用いた２重変調方式のプロジェクタも２００８年にＮＨＫ技術研究所で試作公開されている。
【００１７】
【特許文献１】特開２００５−１８１４３７号公報
【特許文献２】特開２００５−２４１７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、図６に示した従来の光学システムは、二重変調で高コントラスト画像は得られるが、表示デバイスの物理的液晶応答時間が、従来と同じレベル（約５ｍｓｅｃ前後）であり、高解像度な画像が動いた時の動画ボケや、画面が消える時の残像は静止時の画像の解像度が高い分余計に目立ってしまう。
【００１９】
これを、表示デバイス単体で解決するには、特に表示デバイスがＬＣＤやＬＣＯＳの場合、液晶の応答時間は液晶自体の物性で決まってしまうため、液晶の物理的特性を改善するしかない。しかし、液晶の厚みを小さくすれば、応答時間も早くなるが逆に液晶駆動に必要な電圧も高くする必要があり、ＩＣドライバーの耐電圧、液晶ギャップの耐電圧からむやみに上げられず、現在は液晶厚２〜３μｍで応答時間が４〜５ｍｓｅｃ程度になっており、より一層の液晶応答時間短縮を実現することができない。
【００２０】
また、図７に示した従来の投射型表示装置は、ＲＢプロジェクタ４７とＧ１Ｇ２プロジェクタ４８とからの光をスタック上でスクリーン４９に投影し、画像を合成している構成であるため、ＲＢプロジェクタ４７とＧ１Ｇ２プロジェクタ４８の投射位置が異なるために、特にスクリーン４９で周辺レジストレーション（又は周辺コンバージェンス）が大きくずれてしまう。このため、ＲＢ画像信号をデジタル的にずらしてＧ１Ｇ２画像信号に重ねるコンバージェンス補正装置４６が必須となる。
【００２１】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、二重変調を行うことにより高コントラスト画像を得ると同時に、光変調デバイスにかかる応答時間を大幅に短縮し得、更には立体表示も可能な光学システム及び投射型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】
【００２２】
上記の目的を達成するため、本発明の光学システムは、１／（２Ｔ）秒（Ｔは所定の値）単位で構成されるフレーム画像に関する三原色の色信号の連続する２フレームから得た１／Ｔ秒単位の三原色の各色信号毎に照明光を別々に光変調して得られた各変調原色光を波長合成し、その第１の合成光を第１の変調光として出力する変調光学系と、第１の変調光の偏光面を、１／（２Ｔ）秒毎に９０度回転と回転停止とを交互に繰り返して、第１の変調光を１／（２Ｔ）秒毎に交互にＳ偏光及びＰ偏光として出力する９０度位相制御手段と、連続する２フレームのうち、一方のフレームの１／（２Ｔ）秒単位の第１の三原色の各色信号から生成した第１の輝度信号で、９０度位相制御手段から出力されたＳ偏光を光変調して第２の変調光として出力する第１の輝度信号変調光学系と、連続する２フレームのうち、他方のフレームの１／（２Ｔ）秒単位の第２の三原色の各色信号から生成した第２の輝度信号で、９０度位相制御手段から出力されたＰ偏光を光変調して第３の変調光として出力する第２の輝度信号変調光学系と、第２及び第３の変調光をＰＳ合成して第２の合成光を生成する光合成手段と、第２の合成光を投射するための投射手段とを有することを特徴とする。
【００２３】
また、上記の目的を達成するため、本発明の光学システムは、第１の輝度信号変調光学系内のＳ偏光を第１の輝度信号で光変調する第１のデバイスと、第２の輝度信号変調光学系内のＰ偏光を第２の輝度信号で光変調する第２のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ２を、変調光学系内の三原色の各色信号毎に別々に光変調する第３のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ１よりも短く設定したことを特徴とする。
【００２４】
また、上記の目的を達成するため、本発明の光学システムは、第１の輝度信号変調光学系内のＳ偏光を第１の輝度信号で光変調する第１のデバイスの画素と、第２の輝度信号変調光学系内のＰ偏光を第２の輝度信号で光変調する第２のデバイスの画素とは、互いに水平方向及び垂直方向にそれぞれ半画素ピッチ分ずつずらした４５度斜め半画素ずらしの空間位置に配置されていてもよい。
【００２５】
また、上記の目的を達成するため、本発明の光学システムは、第１の三原色の各色信号及び第１の輝度信号を右目用画像及び左目用画像の一方の画像に関する信号とし、第２の三原色の各色信号及び第２の輝度信号を右目用画像及び左目用画像の他方の画像に関する信号としてもよい。
【００２６】
また、上記の目的を達成するため、本発明の投射型表示装置は、１／（２Ｔ）秒（Ｔは所定の値）単位で構成されるフレーム画像に関する三原色の色信号の連続する２フレームのうち、一方のフレームの第１の三原色の色信号に基づいて、帯域制限されていない第１の輝度信号を生成し、かつ、２フレームのうち他方のフレームの第２の三原色の色信号に基づいて、帯域制限されていない第２の輝度信号を生成する第１の信号生成手段と、第１及び第２の三原色の色信号をそれぞれ帯域制限し、その帯域制限された第１及び第２の三原色の色信号のそれぞれについて画素毎の最大値を求めると共に、帯域制限された第１及び第２の三原色の色信号に基づいて、帯域制限された第３及び第４の輝度信号を生成する第２の信号生成手段と、画素毎の最大値に基づいて色信号用補正係数を生成すると共に、画素毎の最大値と第３の輝度信号とに基づいて第１の表示用輝度信号を生成し、かつ、画素毎の最大値と第４の輝度信号とに基づいて生成した輝度信号を第１の表示用輝度信号に対して１／（２Ｔ）秒ずらして第２の表示用輝度信号を生成する第３の信号生成手段と、色信号用補正係数と帯域制限された１及び第２の三原色の色信号とを乗算して、１／（２Ｔ）秒単位で構成されるフレーム画像に関する三原色の色信号の連続する２フレームから得た１／Ｔ秒単位の表示用の三原色の色信号を生成する第４の信号生成手段と、表示用の三原色の各色信号毎に照明光を別々に光変調して得られた各変調原色光を波長合成し、その第１の合成光を第１の変調光として出力する変調光学系と、第１の変調光の偏光面を、１／（２Ｔ）秒毎に９０度回転と回転停止とを交互に繰り返して、第１の変調光を１／（２Ｔ）秒毎に交互にＳ偏光及びＰ偏光として出力する９０度位相制御手段と、９０度位相制御手段から出力されたＳ偏光を、第１の表示用輝度信号で光変調して第２の変調光として出力する第１の輝度信号変調光学系と、９０度位相制御手段から出力されたＰ偏光を、第２の表示用輝度信号で光変調して第３の変調光として出力する第２の輝度信号変調光学系と、第２及び第３の変調光をＰＳ合成して第２の合成光を生成する光合成手段と、第２の合成光を投射するための投射手段とを有することを特徴とする。
【００２７】
また、上記の目的を達成するため、本発明の投射型表示装置は、第１の輝度信号変調光学系内のＳ偏光を第１の表示用輝度信号で光変調する第１のデバイスと、第２の輝度信号変調光学系内のＰ偏光を第２の表示用輝度信号で光変調する第２のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ２を、変調光学系内の三原色の各色信号毎に別々に光変調する第３のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ１よりも短く設定したことを特徴とする。
【００２８】
また、上記の目的を達成するため、本発明の投射型表示装置は、第１の輝度信号変調光学系内のＳ偏光を第１の表示用輝度信号で光変調する第１のデバイスの画素と、第２の輝度信号変調光学系内のＰ偏光を第２の表示用輝度信号で光変調する第２のデバイスの画素とは、互いに水平方向及び垂直方向にそれぞれ半画素ピッチ分ずつずらした４５度斜め半画素ずらしの空間位置に配置されていることを特徴とする。
【００２９】
また、上記の目的を達成するため、本発明の投射型表示装置は、第１の三原色の色信号及び第１の表示用輝度信号を右目用画像及び左目用画像の一方の画像に関する信号とし、第２の三原色の色信号及び第２の表示用輝度信号を右目用画像及び左目用画像の他方の画像に関する信号としてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、表示デバイスの液晶自体の物理特性は、そのままでありながら、光学システム駆動方法を工夫することで従来に比し、変調駆動に伴うデバイス応答時間（液晶応答時間）を大幅に短縮することが可能になり、液晶駆動の欠点である動画再生時の液晶応答による動画像ボケを解決することができると共に、表示する画像を従来に比し極めて高いコントラスト及び高解像度とすることができる。更に、本発明によれば、偏光メガネを使用する立体表示もできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本発明になる光学システムの一実施の形態の構成図を示す。同図中、図６と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１に示すように、本実施の形態の光学システム１００は、光学照明システム部分１０１、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２、１：１リレーレンズ３５、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３、Ｙ１Ｙ２投射レンズ７０、及び切替信号発生回路７１から構成される。このうち、光学照明システム部分１０１、ＲＧＢ分離構成投影システム系１０２及び１：１リレーレンズ３５からなる構成部分は、図６の１：１リレーレンズ３５までの構成部分と同一である。ただし、Ｒデバイス２７、Ｇデバイス２３及びＢデバイス３１に入力するＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号の構成は、後述するように従来と異なる。
【００３３】
本実施の形態の光学システム１００は、上記の１：１リレーレンズ３５の光出射側に、９０度位相制御板５１、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３及びＹ１Ｙ２投射レンズ７０を配置することで高解像度で高コントラストの画像を得ると共に、後述するように、光変調信号フレーム時間の半分をＰ偏光、残り半分をＳ偏光とすることで、第２光変調素子であるＹ２デバイス６４側にＰ偏光、第２光変調素子であるＹ１デバイス５８側にＳ偏光を分配し、それぞれに合わせて９０度位相制御板５１の動作を制御すると共に、Ｙ２デバイス６４及びＹ１デバイス５８を交互に時分割駆動することで、通常の液晶応答では不可能な約１／４と非常に速い応答時間を達成するようにしたものである。
【００３４】
Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３は、入射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離するワイヤグリッド（ＷＧ）型の偏光分離素子であるＰＳ分離ＷＧ（例えば、商品名「Moxtek」）５２、Ｙ１フィールドレンズ５３、１／２波長板５４、Ｐ偏光カットのためのアナライザ５５、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過するＹ１ＷＧ５６、デバイス特性に合わせたリターダであるＹ１波長板５７、Ｙ１信号で入射光を変調するＹ１デバイス５８、Ｙ２フィールドレンズ５９、Ｙ２収差補正レンズ６０、アナライザ６１、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過するＹ２ＷＧ６２、デバイス特性に合わせたリターダであるＹ２波長板６３、Ｙ２信号で入射光を変調するＹ２デバイス６４、Ｙ１収差補正レンズ６５、１／２波長板６６、Ｙ１アナライザ６７、ＰＳ合成ＷＧ６８、及びＹ２アナライザ６９からなる。
【００３５】
ここで、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４は、いずれも例えば４ｋ×２ｋ画素（水平方向４０９６画素、垂直方向２１６０画素）のＬＣＯＳ（反射型液晶パネル）で構成されており、それらは互いに図８と共に説明した４５度斜め半画素ずらしの空間配置とされている。図６及び図７に示した従来の光学システム及び投射型表示装置では、Ｇ１デバイスとＧ２デバイスの４５度斜め半画素ずらしであったが、本実施の形態では、輝度信号で変調するＹ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４は、４５度斜め半画素ずらしの構成であるため、従来より高解像度の８ｋ×４ｋ（水平方向７６８０画素、垂直方向４３２０画素）が見込まれる。
【００３６】
なお、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７及びＢデバイス３１は、例えば４ｋ×２ｋ画素（水平方向４０９６画素、垂直方向２１６０画素）のＬＣＯＳ（反射型液晶パネル）で構成されているが、４５度斜め半画素ずらしの構成ではない。また、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７及びＢデバイス３１と、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４とは、いずれも６０Ｈｚの信号で駆動される。
【００３７】
また、Ｙ１アナライザ６７は反射光がＹ１デバイス５８に戻らないように約１０度傾けられている。同様に、Ｙ２アナライザ６９は反射光がＹ２デバイス６４に戻らないように約１０度傾けられている。また、１／２波長板５４は、Ｙ１ＷＧ５６で透過するＰ偏光にするため、ＰＳ分離ＷＧ５２で反射されたＳ偏光の偏光面を１／２波長回転してＰ偏光とするために設けられている。更に、１／２波長板６６は、Ｙ１ＷＧ５６で反射されたＹ１デバイス５８からのＳ偏光の偏光面を１／２波長（９０度）回転してＰ偏光として、ＰＳ合成ＷＧ６８を透過させるために設けられている。
【００３８】
更にまた、９０度位相制御板５１は、入射偏光の偏光面を９０度回転させて出力する動作と、偏光面の９０度回転を行わないで入射偏光をそのまま出力する動作停止のいずれかを行うように、外部からの切替信号により制御される。切替信号発生回路７１は、表示する輝度信号（Ｙ１映像信号及びＹ２映像信号）、Ｒ信号、Ｇ信号及びＧ信号に位相同期して、１フレームの半分の期間（１／１２０秒）毎に９０度位相制御板５１を偏光面９０度回転動作と動作停止とを交互に繰り返すように制御する切替信号を発生する。
【００３９】
次に、本実施の形態の動作について説明する。
【００４０】
Ｒデバイス２７、Ｇデバイス２３、Ｂデバイス３１は、それぞれ後述するように、１／１２０秒単位で構成されるフレームのＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号の連続した２フレームから得た、１／６０秒毎のＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号で変調（第一変調）されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光を反射する。これらのＲＧＢ三原色光は、ＲＧＢ合成ダイクロプリズム３２で合成されて合成光として射出される。この合成光は、ＲＧＢ画像をＹ１デバイス５８とＹ２デバイス６４にそれぞれ結像させるための１：１リレーレンズ３５を透過して、９０度位相制御板５１に入射する。
【００４１】
９０度位相制御板５１は、切替信号発生回路７１から供給される切替信号により制御され、表示する輝度信号（Ｙ１映像信号及びＹ２映像信号）、Ｒ信号、Ｇ信号及びＧ信号に位相同期して、１フレームの半分の期間（１／１２０秒）毎に入射偏光面の９０度回転動作と偏光面の回転動作停止とを交互に繰り返す。
【００４２】
この切替信号発生回路７１による９０度位相制御板５１の動作について、図２のタイミングチャートと共に更に詳細に説明する。
【００４３】
図２（Ａ）は、この光学システムの入力映像信号であるＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号を１／１２０秒単位で模式的に示す。ただし、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の駆動周波数は６０Ｈｚである。また、図２（Ｂ）は、図１中のＧデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１に入力される周波数６０ＨｚのＧ信号ＧHDR60、Ｒ信号ＲHDR60、Ｂ信号ＢHDR60を模式的に示す。また、図２（Ｃ）は、図１中のＹ１デバイス５８に入力されるフレーム周波数６０ＨｚのＹ１映像信号、図２（Ｄ）は、図１中のＹ２デバイス６４に入力されるフレーム周波数６０ＨｚのＹ２映像信号を模式的に示す。更に、図２（Ｅ）は、切替信号発生回路７１から９０度位相制御板５１へ供給される切替信号を示す。この切替信号は、入力映像信号に同期した、１／１２０秒毎に反転する、周期１／６０秒の矩形波である。
【００４４】
９０度位相制御板５１は、図２（Ｅ）に示す切替信号が「０」（ローレベル）のとき、Ｓ偏光である１：１リレーレンズ３５を透過したＲＧＢ三原色光からなる合成光の偏光面を９０度回転する動作を行ってＰ偏光として透過させる。また、９０度位相制御板５１は、図２（Ｅ）に示す切替信号が「１」（ハイレベル）のとき、Ｓ偏光である１：１リレーレンズ３５を透過したＲＧＢ三原色光からなる合成光の偏光面を回転する動作を停止して、そのままＳ偏光として透過させる。従って、９０度位相制御板５１からは、１／１２０秒毎にＰ偏光である合成光と、Ｓ偏光である合成光とが交互に出力されることになる。
【００４５】
再び図１に戻って説明する。Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３は、１：１リレーレンズ３５から出力され、更に９０度位相制御板５１により偏光面が９０度回転又は非回転制御された合成光を、Ｙ１デバイス５８、Ｙ２デバイス６４に一旦結像させて変調させ、その変調された光を再度ＰＳ合成ＷＧ６８でＰＳ合成し、Ｙ１Ｙ２投射レンズ７０に入射する。
【００４６】
すなわち、このＹ１Ｙ２画像合成部分１０３の詳細について説明するに、９０度位相制御板５１から出力される合成光がＰ偏光である期間（切替信号が「０」である期間）では、そのＰ偏光は、ワイヤグリッド（ＷＧ）型の偏光分離素子であるＰＳ分離ＷＧ５２を透過し、更に１：１リレーレンズ３５からの光を素子に集めるためのＹ２フィールドレンズ５９及びＹ２収差補正レンズ６０を透過した後、アナライザ６１によりＳ偏光成分がカットされる。Ｙ２収差補正レンズ６０は、入射光の光軸に対して４５度斜め半画素ずらしにより配置されたＰＳ分離ＷＧ５２、Ｙ２ＷＧ６２をＰ偏光が通過する際に発生するフォーカス劣化、特に非点収差を補正するためのシリンドリカルレンズやウェッジガラスである。
【００４７】
アナライザ６１は、Ｐ偏光がＹ２フィールドレンズ５９及びＹ２収差補正レンズ６０をそれぞれ透過する際に偏光が乱れる恐れがあり、仮に偏光が乱れてもＳ偏光成分をカットしてＰ偏光の消光比を上げるために設けられており、例えばＷＧで構成されている。ただし、Ｙ２デバイス６４のコントラストの影響がなければ、アナライザ６１を削除することも可能である。アナライザ６１を透過したＰ偏光は、Ｙ２ＷＧ６２を透過し、更に光の位相調整用のＹ２波長板（リターダ）６３を通してＹ２デバイス６４に入射結像してＹ２映像信号で変調される。
【００４８】
Ｙ２デバイス６４に入射して変調されたＰ偏光は、Ｓ偏光とＰ偏光とが混ざった光となってＹ２デバイス６４を反射し、Ｙ２波長板（リターダ）６３を通してＹ２ＷＧ６２によりＳ偏光成分が反射され、残りのＰ偏光成分が１：１リレーレンズ３５に戻っていく。Ｙ２ＷＧ６２により反射されたＳ偏光は、Ｙ２アナライザ６９を透過してＳ偏光の消光比を高め、ＰＳ合成ＷＧ６８で反射した後、Ｙ１Ｙ２投射レンズ７０で図示しないスクリーンに投射される。Ｙ２アナライザ６９は、Ｙ２ＷＧ６２でＰ偏光を透過した際に、Ｐ偏光が裏面反射の漏れＰ偏光をカットしている。また、Ｙ２アナライザ６９は、レンズ光軸に対して約１０度程度傾けられ、Ｙ２アナライザ６９の反射光がＹ２デバイス６４に戻らないように設けられている。
【００４９】
一方、９０度位相制御板５１から出力される合成光がＳ偏光である期間（切替信号が「１」である期間）では、そのＳ偏光は、Ｙ１デバイス５８に結像する画像サイズ、位置の微調整用のＹ１フィールドレンズ５３を透過し、更に１／２波長板５４により１／２波長ずらされて一旦Ｐ偏光とされる。１／２波長板５４からのＰ偏光は、消光比を高めるために混入している不要なＳ偏光成分がアナライザ５５により除去され、Ｙ１ＷＧ５６を透過し、更に光の位相調整用のＹ１波長板（リターダ）５７を通してＹ１デバイス５８に入射結像してＹ１映像信号で変調される。なお、Ｙ２収差補正レンズ６０と同様に、Ｙ１ＷＧ５６の透過光を補正する収差補正レンズをＹ１ＷＧ５６の入射側に設けてもよい。
【００５０】
Ｙ１デバイス５８に入射して変調されたＰ偏光は、Ｓ偏光とＰ偏光とが混ざった光となってＹ１デバイス５８を反射し、Ｙ１波長板（リターダ）５７を通してＹ１ＷＧ５６によりＳ偏光成分が反射され、残りのＰ偏光成分がＰＳ分離ＷＧ５２に戻っていく。Ｙ１ＷＧ５６により反射されたＳ偏光は、Ｙ１収差補正レンズ６５により、後段のＰＳ合成ＷＧ６８に４５度斜めに光軸が入っているためにＰＳ合成ＷＧ６８を通過する際の非点収差が補正される。このＹ１収差補正レンズ６５は、例えばシリンドリカルレンズやウェッジガラスにより構成されている。
【００５１】
Ｙ１収差補正レンズ６５を透過したＳ偏光は、１／２波長板６６でＰ偏光に戻された後、高コントラストを保つために、Ｙ１アナライザ（Ｐ偏光透過、Ｓ偏光カット）６７によりＹ１ＷＧ５６で反射するＳ偏光に混じるＰ偏光成分（実際は、１／２波長板６６を通過するので不要光はＳ偏光成分）がカットされた後、ＰＳ合成ＷＧ６８に入射する。ここで、Ｙ１アナライザ６７は、レンズ光軸に対して約１０度程度傾けられ、Ｙ１アナライザ６７の反射光がＹ１デバイス５８に戻らないように設けられている。
【００５２】
ＰＳ合成ＷＧ６８は、Ｙ１デバイス５８で変調されたＹ１アナライザ６７からのＰ偏光と、Ｙ２デバイス６４で変調されたＹ２アナライザ６９からのＳ偏光とを合成して、その合成光をＹ１Ｙ２投射レンズ７０を通してスクリーン（図示せず）に投射する。なお、Ｙ１デバイス５８とＹ２デバイス６４とは、マイクロモータで機械的にその位置が動かされ、画素レベルで一致できる構造を有している。
【００５３】
次に、本実施形態の各デバイスの表示タイミングと、第一光変調及び第二光変調の掛け算された投射画像出力との関係について、図２のタイミングチャートを併せ参照して説明する。本実施の形態では、１２０Ｈｚの倍速表示を目標としており、この場合１２０Ｈｚ時のフレーム数をｎ、６０Ｈｚ時のフレーム数をｍとすると、両者の関係は
ｎ＝２・ｍ、２・ｍ＋１、２・ｍ＋２、・・・
と表すことができる。
【００５４】
図２（Ａ）に示す１２０Ｈｚ時の目標とする入力映像信号は以下の（１）で表される。また、１２０Ｈｚ時のＲＧＢ映像信号と輝度信号はそれぞれ以下の（２）と（３）で表される。なお、ここでは、説明を簡単にするため、γ特性のγ値は「１.０」とし、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の各画素数は同じとし、以下のｉ，ｊは画面の画素位置と仮定する。
【００５５】
Ｒin（ｎ，ｉ，ｊ），Ｇin（ｎ，ｉ，ｊ），Ｂin（ｎ，ｉ，ｊ） （１）
ＲHDR120(ｎ,ｉ,ｊ)，ＧHDR120(ｎ,ｉ,ｊ)，ＢHDR120(ｎ,ｉ,ｊ) （２）
Ｙin（ｎ，ｉ，ｊ） （３）
このとき、輝度信号ＹとＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号との関係を（４）式のように定義するものとする。
【００５６】
Ｙ＝ＣＲ・Ｒ＋ＣＧ・Ｇ＋ＣＢ・Ｂ （４）
ただし、（４）式中、ＣＲはＲ信号の定数、ＣＧはＧ信号の定数、ＣＢはＢ信号の定数を示す。
【００５７】
また、図２（Ｂ）に示すフレーム周波数６０ＨｚのＲ信号ＲHDR60、Ｇ信号ＧHDR60、Ｂ信号ＢHDR60のｍフレームの画素位置ｉ，ｊにおける値は次式で定義される。
【００５８】
ＲHDR60(m,i,j)＝ＭＡＸ｛ＲHDR120(2m-1,i,j)，ＲHDR120(2m,i,j)｝ （５ａ）
ＧHDR60(m,i,j)＝ＭＡＸ｛ＧHDR120(2m-1,i,j)，ＧHDR120(2m,i,j)｝ （５ｂ）
ＢHDR60(m,i,j)＝ＭＡＸ｛ＢHDR120(2m-1,i,j)，ＢHDR120(2m,i,j)｝ （５ｃ）
すなわち、Ｒ信号ＲHDR60、Ｇ信号ＧHDR60、Ｂ信号ＢHDR60のｍフレームの画素位置ｉ，ｊにおける値は、フレーム周波数１２０ＨｚのＲ信号ＲHDR120、Ｇ信号ＧHDR120、Ｂ信号ＢHDR120の連続する２フレーム（２ｍ−１フレームと２ｍフレーム）の画素位置ｉ，ｊにおける値のうち大きな方の値を示す。なお、Ｒ信号ＲHDR60、Ｇ信号ＧHDR60、Ｂ信号ＢHDR60は、Ｒ信号ＲHDR120、Ｇ信号ＧHDR120、Ｂ信号ＢHDR120の連続する２フレームの平均値であってもよい。
【００５９】
また、図２（Ｃ）、（Ｄ）に示すフレーム周波数６０ＨｚのＹ１映像信号、Ｙ２映像信号のｍフレームの画素位置ｉ，ｊにおける値は次式で定義される。
【００６０】
Ｙ１(m,i,j)＝Ｙｉｎ(2m,i,j)／｛ＣＲ・ＲHDR60(m,i,j)＋ＣＧ・ＧHDR60(m,i,j)
＋ＣＢ・ＢHDR60(m,i,j)｝ （６ａ）
Ｙ２(m,i,j)＝Ｙin(2m-1,i,j)／｛ＣＲ・ＲHDR60(m,i,j)＋ＣＧ・ＧHDR60(m,i,j)
＋ＣＢ・ＢHDR60(m,i,j)｝ （６ｂ）
すなわち、ｍフレームのＹ１映像信号とＹ２映像信号は、２ｍフレームのフレーム周波数１２０Ｈｚの輝度信号Ｙｉｎを、ｍフレームのＲ信号ＲHDR60、Ｇ信号ＧHDR60、Ｂ信号ＢHDR60から（４）式のマトリクス変換により生成した値で除算した信号である。
【００６１】
前述したように、図２（Ｅ）に示した切替信号が「０」である期間では、９０度位相制御板５１から出力される合成光がＰ偏光であり、ＲＧＢ映像信号がＹ２デバイス６４に照射されて図２（Ｄ）に示したＹ２映像信号（以下、輝度信号Ｙ２ともいう）で変調されるので、Ｙ１Ｙ２投射レンズ７０からは、図２（Ｆ）に模式的に示すように、Ｙ２映像信号とＲＧＢ映像信号とがスクリーンに投射される。
【００６２】
一方、図２（Ｅ）に示した切替信号が「１」である期間では、９０度位相制御板５１から出力される合成光がＳ偏光であり、ＲＧＢ映像信号がＹ１デバイス５８に照射されて図２（Ｃ）に示したＹ１映像信号（以下、輝度信号Ｙ１ともいう）で変調されるので、Ｙ１Ｙ２投射レンズ７０からは、図２（Ｆ）に模式的に示すように、Ｙ１映像信号とＲＧＢ映像信号とがスクリーンに投射される。
【００６３】
ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２による第１の変調光学システムから出力された変調光を、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３による第２の変調光学システムで再度変調する、本実施の形態の二重変調光学システム１００において、見掛け上の解像度は第２変調光学システムのＹ１デバイス５８とＹ２デバイス６４の解像度で決まる。そのため、本実施の形態では、それぞれ例えば４ｋ×２ｋ画素（水平方向４０９６画素、垂直方向２１６０画素）のＬＣＯＳで構成されたＹ１デバイス５８とＹ２デバイス６８を前述した４５度斜め半画素ずらしの空間配置の構成としているため、従来より高解像度の８ｋ×４ｋ（水平方向７６８０画素、垂直方向４３２０画素）が見込まれる。
【００６４】
更に、本実施の形態によれば、６０Ｈｚで駆動されるＹ１デバイス５８とＹ２デバイス６４を交互に１／１２０秒単位で時分割駆動するようにしているため、ＦＰＤ（フラットパネル液晶ディスプレイ）に用いられる倍速駆動技術と同じような、動画応答の改善が期待できる。
【００６５】
このように、本実施の形態によれば、１／２フレームずらして１／１２０秒毎に交互に切り替えられたＹ１映像信号とＹ２映像信号で変調された光を投射するようにしているので、６０Ｈｚ駆動でありながら等価的に１２０Ｈｚ駆動と同じ効果が得られ、動画像の応答スピードが約４倍速くできる。これにより、本実施の形態によれば、高速応答が得られ、液晶駆動の欠点である動画再生時の液晶応答による動画像ボケを解決することができる。
【００６６】
また、本実施の形態によれば、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２による第１の変調光学システムにより得られる像のコントラストを１０００：１、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３による第２の変調光学システムで得られる像のコントラストを１０００：１とした場合、総合コントラストは１０００×１０００の掛け算になり、従来の２台スタックよりはるかに高い１００万：１という大幅な超高コントラスト画像が得られる。更に、本実施の形態によれば、Ｇ信号を二重にする場合に比べ、輝度信号を二重にしているので、より高解像度な画像が得られる。
【００６７】
また、本実施の形態の光学システム１００は、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２の光変調に使用されるＧデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１の応答時間Ｒｔ１と、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３の光変調に使用されるＹ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の応答時間Ｒｔ２との合計応答時間（Ｒｔ１∩Ｒｔ２）を、Ｒｔ１のみ、又はＲＴ２のみより短くすることができる。ここで、合計応答時間（Ｒｔ１∩Ｒｔ２）の「∩」は、Ｒｔ１，Ｒｔ２の両方が重なっている時間（ＡＮＤ）を表現している記号である。
【００６８】
例えば、上記の応答時間Ｒｔ１及びＲｔ２をそれぞれ同じ５ｍｓｅｃとした場合、応答時間もコントラストと同様に掛け算になり、合計応答時間は上記の応答時間の約半分の２.５ｍｓｅｃになる。基本的に、第一の光変調を行うＲＧＢ分離合成投影システム系１０２はＲＧＢ映像のバックライトの役目を果たす。一方、第二の光変調に使用されるＹ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４は、応答時間が速くなると動画像ボケが大きく改善される（人間の目の応答は、色より輝度の変化に敏感なため。）。理想的には、液晶ディスプレイの応答時間が１ｍｓｅｃ以下になれば、ＣＲＴ（陰極線管）を用いたディスプレイの応答時間に大きく近付き、液晶フラットパネルの黒挿入技術やオーバーシュート等の動画ボケ改善効果が有効に働く。
【００６９】
次に、本発明になる投射型表示装置の実施の形態について説明する。
【００７０】
図３は、本発明になる投射型表示装置の一実施の形態のシステムブロック図を示す。同図において、投射型表示装置８０は、所望の被写体を撮像するスーパーハイビジョンカメラ８１と、スーパーハイビジョンカメラ８１の撮像信号を記録／再生するスーパーハイビジョンレコーダ８２と、スーパーハイビジョンレコーダ８２から再生出力された緑色信号Ｇ１及びＧ２、赤色信号Ｒ１及びＲ２、青色信号Ｂ１及びＢ２を入力として受け、その入力信号をマトリクス変換して２種類の輝度信号Ｙ１、Ｙ２と、色信号ｒ、ｇ及びｂを出力するマトリクス変換デコーダ８３と、図示しないスクリーンに光学像を投射する光学システム１００とからなる。
【００７１】
なお、図３のスーパーハイビジョンカメラ８１に替えて、コンピュータ画像、フィルム画像などより作り出した原色光を用いることもできる。
【００７２】
スーパーハイビジョンカメラ８１はそれぞれ水平方向７６８０画素、垂直方向４３２０画素の緑色光用１枚、赤色光用１枚、青色光用１枚の計３枚の固体撮像素子を有し、それぞれの固体撮像素子より１２ビットのＲ１、Ｂ１及びＧ１よりなる三原色信号と、Ｒ２、Ｂ２及びＢ２よりなる三原色信号とをフレームレート６０ｐ（垂直周波数６０Ｈｚ）で出力する。
【００７３】
スーパーハイビジョンレコーダ８２は、スーパーハイビジョンカメラ８１が２倍速対応している場合は、入力がＲ１、Ｂ１及びＧ１よりなる三原色信号と、Ｒ２、Ｂ２及びＢ２よりなる三原色信号とが１／１２０秒毎に交互に入力される。また、スーパーハイビジョンレコーダ８２は、スーパーハイビジョンカメラ８１が２倍速対応してない場合は、スーパーハイビジョンレコーダ８２の内部で、次のフレーム相関からＲ２Ｇ２Ｂ２からなる三原色信号のフレーム信号を作り出している。スーパーハイビジョンレコーダ８２は、リアル８ｋ×４ｋ画素でフレームレート６０ｐの三原色信号を１２ビットで取り込み、再生する。伝送は、１２ビット伝送可能なＨＤＭＩ等の信号を光多重で行う。
【００７４】
マトリクス変換デコーダ８３は、後述する構成により、入力された量子化ビット数１２ビットの三原色信号（Ｒ１Ｇ１Ｂ１／Ｒ２Ｇ２Ｂ２）から、量子化ビット数１２ビットの２つの輝度信号（Ｙ１映像信号とＹ２映像信号）と、量子化ビット数１０ビットの三原色信号（ｒ信号、ｇ信号、ｂ信号）の計５チャンネル分の信号を生成して光学システム１００へ出力する。
【００７５】
光学システム１００は、前述した図１の構成の光学システム（狭義のプロジェクタ）で、マトリクス変換デコーダ８３からの信号Ｙ１、Ｙ２、ｒ、ｇ、ｂを受け、これらの信号をスクリーン（図示せず）に投射する。
【００７６】
図４は、マトリクス変換デコーダ８３の一実施の形態のブロック図を、図１の一部と共に示す。図４には、図１に示した切替信号発生回路７１及び９０度位相制御板５１を示してあり、それ以外の回路部がマトリクス変換デコーダ８３の一実施の形態を構成している。
【００７７】
図４において、マトリクス変換デコーダ８３は、スーパーハイビジョンレコーダ８２から出力された、１／１２０秒毎に切り替わる１２０Ｈｚの原色信号（赤色信号Ｒ１、緑色信号Ｇ１及び青色信号Ｂ１からなる第１の三原色信号と、赤色信号Ｒ２、緑色信号Ｇ２及び青色信号Ｂ２からなる第２の三原色信号）を入力として受け、その入力三原色信号を逆γ補正部９１により一旦逆γ補正して、ガンマ１のリニア信号に戻して内部演算をし易くした後、Ｙ１Ｙ２作成部９２により公知のマトリクス演算により、第１の三原色信号（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）から帯域制限されていない周波数帯域の第１の輝度信号Ｙ１FULLを作成すると共に、第２の三原色信号（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）から帯域制限されていない周波数帯域の第２の輝度信号Ｙ２FULLを作成する。
【００７８】
また、マトリクス変換デコーダ８３は、低域フィルタ（ＬＰＦ）９３により逆γ補正部９１からの三原色信号の高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分の原色信号Ｒ1LPF、Ｇ1LPF、Ｂ1LPF、Ｒ2LPF、Ｇ2LPF、Ｂ2LPFを取り出した後、最大値,Ｙ１Ｙ２計算部９４と乗算器９６にそれぞれ供給する。最大値,Ｙ１Ｙ２計算部９４は、帯域制限された原色信号Ｒ1LPF、Ｇ1LPF、Ｂ1LPF、Ｒ2LPF、Ｇ2LPF、Ｂ2LPFのうちの最大値ＭＡＸを画素毎に計算すると共に、帯域制限された第１の３原色信号（Ｒ1LPF、Ｇ1LPF、Ｂ1LPF）から公知のマトリクス演算により第１の輝度信号の低域周波数成分Ｙ１LPFを求め、帯域制限された第２の３原色信号（Ｒ2LPF、Ｇ2LPF、Ｂ2LPF）から公知のマトリクス演算により第２の輝度信号の低域周波数成分Ｙ２LPFを求める。
【００７９】
係数及び輝度信号生成部９５は、Ｙ１Ｙ２作成部９２からの輝度信号Ｙ１FULL及びＹ２FULLと、最大値,Ｙ１Ｙ２計算部９４からの最大値ＭＡＸと、輝度信号の低域周波数成分Ｙ１LPF及びＹ２LPFとを入力として受け、係数Ｃと輝度信号Ｙ１、Ｙ２とを以下の計算式により求める。
【００８０】
Ｃ＝（α／β）1/2・（ＭＡＸ）-1/2 （７）
Ｙ１＝Ｙ1FULL・（β／α）1/2・（ＭＡＸ）1/2／Ｙ1LPF （８）
Ｙ２＝Ｙ2FULL・（β／α）1/2・（ＭＡＸ）1/2／Ｙ2LPF （９）
ここで、上記の係数Ｃと輝度信号Ｙ１、Ｙ２の計算式について更に詳細に説明する。マトリクス変換デコーダ８３に供給される入力映像信号は、スーパーハイビジョンレコーダ８２から出力される原色信号（Ｒ１、Ｇ１及びＢ１、又はＲ２、Ｇ２及びＢ２）である。入力される三原色信号Ｒ１、Ｇ１及びＢ１とＲ２、Ｇ２及びＢ２とは、１／１２０秒毎に入力される三原色信号である。これらの三原色信号に対応する１／６０秒単位で出力される３つの光出力Ｆ1R、Ｆ1G、F1Bは、それぞれ次式で表記できる。
【００８１】
Ｆ1R＝Ｆ1(r)＝Ａ・(r1＋r2)＋α （１０ａ）
Ｆ1G＝Ｆ1(g)＝Ａ・（g1＋g2）＋α （１０ｂ）
Ｆ1B＝Ｆ1(b)＝Ａ・(b1＋b2)＋α （１０ｃ）
ただし、（１０ａ）式〜（１０ｃ）式中、αはＲＧＢ分離合成投影システム系１０２から出力される光のフレア成分である。また、Ａは比例定数である。また、r1、g1、b1、r2、g2、b2は、入力原色信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２のγ値を「１.０」としたときの各信号を示す。
【００８２】
また、この光出力Ｆ1R、Ｆ1G、F1Bは、それぞれ図１に示したＹ１Ｙ２画像合成部分１０３で更に変調されるので、最終的な光出力のＲＧＢ成分Ｆ2R、Ｆ2G、F2Bは、それぞれ次式で表記できる。
【００８３】
Ｆ2R＝Ｆ1(r)・（A・Y＋β）
＝A2・Y・(r1＋r2)＋A・Y・α＋A・(r1＋r2)・β＋α・β
＝Y・(r1＋r2)＋Y・α＋ (r1＋r2)・β＋α・β （１１ａ）
Ｆ2G＝Ｆ1(g)・（A・Y＋β）
＝A2・Y・(g1＋g2)＋A・Y・α＋A・(g1＋g2)・β＋α・β
＝Y・(g1＋g2)＋Y・α＋(g1＋g2)・β＋α・β （１１ｂ）
Ｆ2B＝Ｆ1(b)・（A・Y＋β）
＝A2・Y・(b1＋b2)＋A・Y・α＋A・(b1＋b2)・β＋α・β
＝Y・(b1＋b2)＋Y・α＋ (b1＋b2)・β＋α・β （１１ｃ）
ただし、（１１ａ）式〜（１１ｃ）式中、βはＹ１Ｙ２画像合成部分１０３から出力される光のフレア成分である。また、ＹはＹ１デバイス５８、Ｙ２デバイス６４に供給される輝度信号Ｙ１、Ｙ２のγ値を「１.０」としたときの輝度信号である（以下の説明では、便宜上、輝度信号Ｙ１、Ｙ２はまとめて輝度信号Ｙとして示す）。更に、比例定数Ａは簡単のため、「１」とする。
【００８４】
ところで、通常の３板式のプロジェクタであれば、最終出力であるＦ2R、Ｆ2G、F2Bは、入力映像信号に比例するが、フレアが存在したり、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２の各デバイスの画素数と、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３の各デバイスの画素数が異なる場合はそうはならない。そこで、説明を簡単にするため、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２の各デバイスの画素数が、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３の各デバイスの画素数よりも小さいとする。この場合、入力映像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２よりも映像信号ｒ1、ｇ１、ｂ１、ｒ２、ｇ２、ｂ２は高い周波数成分を持たない。
【００８５】
そこで、入力映像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２をＬＰＦ９３に通して、映像信号ｒ１、ｇ１、ｂ１、ｒ２、ｇ２、ｂ２と同じ周波数特性とした原色信号の低域周波数成分Ｒ1LPF、Ｇ1LPF、Ｂ1LPF、Ｒ2LPF、Ｇ2LPF、Ｂ2LPFを考え、その中の最大値をＭＡＸとする（これは画素毎に異なる値である）。Ｒ1LPF、Ｇ1LPF、Ｂ1LPF、Ｒ2LPF、Ｇ2LPF、Ｂ2LPFは、最大値を用いて次式で表現できる。ここで、ｒｘ、ｇｘ、ｂｘは０≦ｒｘ、ｇｘ、ｂｘ＜１.０なる値である。
【００８６】
ＲLPF＝Ｒ1LPF+Ｒ2LPF＝ＭＡＸ・ｒｘ (１２ａ)
ＧLPF＝Ｇ1LPF+Ｇ2LPF＝ＭＡＸ・ｇｘ (１２ｂ)
ＢLPF＝Ｂ1LPF+Ｂ2LPF＝ＭＡＸ・ｂｘ (１２ｃ)
説明の都合上、ＲLPFがＭＡＸであるとすると、（１１ａ）式のＦ2Rは、α・βの成分の値は小さいので、無視すると、次式で表される。
【００８７】
Ｆ2R≒Ｙ(r1＋r2)＋Ｙ・α＋(r1＋r2)・β （１３）
これからフレア成分を最小にするＹと（r1＋r2）を計算する。フレア成分がないとき（α＝β＝０）、Ｆ2R＝ＲLPFなので、（１２ａ）式とα＝β＝０を代入した（１３）式とより次式が得られる。
【００８８】
Ｆ2R≒Ｙ・(r1＋r2)＝ＲLPF＝ｒｘ・ＭＡＸ （１４）
また、（１３）式において、フレアの影響を最小にする条件は次式である。
【００８９】
Ｙ・α＝(r1＋r2）・β （１５）
よって、（１４）式と（１５）式とにより（１６）式と（１７）式とが得られる。
【００９０】
(r1＋r2)＝ｒｘ・（α／β）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （１６）
Ｙ＝（β／α）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （１７）
次に、緑色信号ｇについて説明する。Ｙは既に求まっているため、（１１ｂ）式でＦ2GがＧLPFと等しいとおき、フレア成分α、βを無視すると、（１１ｂ）式と（１２ｂ）式とから次式が得られる。
【００９１】
Ｆ2G≒Ｙ・（g1＋g2）＝ＧLPF＝ｇx・ＭＡＸ （１８）
従って、緑色信号ｇは（１８）式と（１７）式とから次式で表される。
【００９２】
(g1＋g2)＝ｇx・ＭＡＸ／Ｙ＝ｇx・（α／β）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （１９）
同様に、青色信号ｂも求めることができる。
【００９３】
なお、上記の計算では赤色信号の低域周波数成分ＲLPFがＭＡＸであるとして説明したが、以下のように表記するのであれば、ＲLPF、ＧLPF、ＢLPFのどれがＭＡＸであっても成立する。
【００９４】
(r1＋r2)＝ｒｘ・（α／β）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （２０ａ）
(g1＋g2)＝ｇｘ・（α／β）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （２０ｂ）
(b1＋b2)＝ｂｘ・（α／β）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （２０ｃ）
Ｙ＝（β／α）1/2・（ＭＡＸ）1/2 （２０ｄ）
図４の乗算器９６は、ＬＰＦ９３から出力された低域周波数成分の原色信号Ｒ1LPF、Ｇ1LPF、Ｂ1LPF、Ｒ2LPF、Ｇ2LPF、Ｂ2LPFと、係数及び輝度信号生成部９５から出力された係数Ｃとから次式の乗算を行って、各１０ビットの赤色信号ｒ、緑色信号ｇ、青色信号ｂをそれぞれ生成する。
【００９５】
ｒ＝r1＋r2＝Ｃ・（Ｒ1LPF＋Ｒ2LPF）＝Ｃ・ＲLPF （２１ａ）
ｇ＝g1＋g2＝Ｃ・（Ｇ1LPF＋Ｇ2LPF）＝Ｃ・ＧLPF （２１ｂ）
ｂ＝b1＋b2＝Ｃ・（Ｂ1LPF＋Ｂ2LPF）＝Ｃ・ＢLPF （２１ｃ）
この結果、（１４）式、（１８）式、（２０ａ）式〜（２０ｄ）式、（２１ａ）式〜（２１ｃ）式などから、係数Ｃは前述した（７）式で表される。
【００９６】
これらの赤色信号ｒ、緑色信号ｇ、青色信号ｂは、それぞれｒｇｂ用γ補正部９７に供給されてγ補正された後、図３中の光学システム１００内の図１に示したＲデバイス２７、Ｇデバイス２３、Ｂデバイス３１にそれぞれ供給される。
【００９７】
ところで、（２０ａ）式〜（２０ｄ）式までは高周波数成分がないものとして計算したが、実際には高周波数成分が存在する。このため、（２０ａ）式〜（２０ｃ）式の信号ｒ、ｇ、ｂを用いて輝度信号Ｙを生成すると、高周波数成分が失われてしまう。また、輝度信号Ｙについては、図１に示したＹ１デバイス５８、Ｙ２デバイス６４に供給される輝度信号Ｙ１、輝度信号Ｙ２とを生成する必要がある。そこで、これらを考慮して、図４のＹ１Ｙ２作成部９２で前述したように、それぞれ帯域制限されていない周波数帯域の第１の輝度信号Ｙ1FULLと第２の輝度信号Ｙ2FULLを生成する。これらの輝度信号Ｙ1FULLとＹ2FULLとは次式で表される。
【００９８】
Ｙ1FULL＝Ｃ1・Ｒ１＋Ｃ2・Ｇ１＋Ｃ3・Ｂ１ （２２ａ）
Ｙ2FULL＝Ｃ1・Ｒ２＋Ｃ2・Ｇ２＋Ｃ3・Ｂ２ （２２ｂ）
ここで、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3は入力映像信号Ｒ１（Ｒ２）、Ｇ１（Ｇ２）、Ｂ１（Ｂ２）による輝度成分への寄与係数で、ハイビジョン信号の場合は、それぞれ0.2126，0.7152,0.0722である。
【００９９】
また、図４に示す最大値,Ｙ１Ｙ２計算部９４では帯域制限されている周波数帯域の第１の輝度信号Ｙ1LPFと第２の輝度信号Ｙ2LPFとを生成する。これらの輝度信号Ｙ1LPFとＹ2LPFとは次式で表される。
【０１００】
Ｙ1LPF＝Ｃ1・Ｒ１LPF＋Ｃ2・Ｇ１LPF＋Ｃ3・Ｂ１LPF （２３ａ）
Ｙ2LPF＝Ｃ1・Ｒ２LPF＋Ｃ2・Ｇ２LPF＋Ｃ3・Ｂ２LPF （２３ｂ）
ここで、（１７）式や（２０ｄ）式のＹは帯域制限されており、高周波数成分が存在しないので、高周波数成分を再現するには、（１７）式や（２０ｄ）式の輝度信号Ｙ（ＹＬＰＦ）に補正項Ｄを乗算して、帯域制限されていない輝度信号ＹＦｕｌｌを出力する必要がある。すなわち、ＹＦｕｌｌ＝Ｄ・ＹＬＰＦとする。
【０１０１】
従って、係数及び輝度信号生成部９５は、前述した（８）式と（９）式で表される輝度信号Ｙ１とＹ２とを生成する。ここで、（８）式中、Ｙ1FULL／Ｙ1LPFが上記の補正項Ｄであり、（９）式中、Ｙ2FULL／Ｙ2LPFが上記の補正項Ｄである。
【０１０２】
図４のＹ１用γ補正部９８は、係数及び輝度信号生成部９５からの（８）式により計算された輝度信号Ｙ１をγ補正し、それを量子化ビット数１２ビットのＹ１映像信号としてＹ１ディレイ部１１０に供給し、ここで、前述した１／１２０秒遅延された後図１に示した光学システム１００内のＹ１デバイス５８に供給する。これと同時に、図４のＹ２用γ補正部９９は、係数及び輝度信号生成部９５からの（９）式により計算された輝度信号Ｙ２をγ補正し、それを量子化ビット数１２ビットのＹ２映像信号として図１及び図３に示した光学システム１００内のＹ２デバイス６４に供給する。従って、図２（Ｃ）に示したようにＹ１映像信号は、同図（Ｄ）に示したＹ２映像信号に対して１/１２０秒遅延されてマトリクス変換デコーダ８３から出力される。
【０１０３】
なお、ｒｇｂ用γ補正部９７におけるγ値（＝γ１）と、Ｙ１用γ補正部９８及びＹ２用γ補正部９９における各γ値（＝γ２）とは、第１変調光と第２変調光とが掛け合わせされたときにトータルのγ値が「２.２」になり、かつ、γ１とγ２とはできるだけ近い値になるように振り分けられる。例えば、γ１＝１.０、γ２＝１.２に選ばれる。この場合、指数の掛け算なので、トータルのγ値は２.２（＝１.０＋１.２）になる。
【０１０４】
このような構成のマトリクス変換デコーダ８３から輝度信号Ｙ１、Ｙ２、色信号ｒ、ｇ及びｂの５信号が供給された光学システム１００からカラー画像がスクリーン（図示せず）に投射される。
【０１０５】
このように、図３に示した本実施の形態の投射型表示装置８０は、１台でＳＨＶを構成することでコンバージェンス補正を無くすことが可能となり、また、二重変調を行うので２台スタックより、はるかに高い１００万：１以上の高コントラストが得られ、更に、Ｇ信号を二重にする装置に比べ、輝度信号を二重にしているので、より高解像度な画像が得られる。
【０１０６】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例が考えられる。例えば、図１の実施の形態の光学システム１００では、Ｙ１デバイス５８に供給されるＹ１映像信号とＹ２デバイス６４に供給されるＹ２映像信号とを１／１２０秒（１／２フレーム）ずらすと共に、Ｙ１デバイス５８とＹ２デバイス６４とを１／１２０秒毎に交互にＰ偏光、Ｓ偏光を入射して交互に駆動するようにしている。このため、光学システム１００は、例えばＹ１映像信号とその生成要素の第１の三原色信号（Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１）を右目用画像及び左目用画像のうちの一方の画像に関する信号とし、Ｙ２映像信号とその生成要素の第２の三原色信号（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）を他方の画像に関する信号とすることで、視聴者が偏光メガネをかけて視聴する立体表示システムに適用することも可能である。
【０１０７】
また、光学システム１００において、入力映像信号が１２０Ｈｚに対応している場合において、６０Ｈｚのまま倍速駆動と同じ効果を得ているが、もし入力ＲＧＢ映像信号が６０Ｈｚの場合は、図３に示したマトリクス変換デコーダ８３の入力前のスーパーハイビジョンデコーダ８２内で画像読み出し速度を２倍にすることで対応可能である。
【０１０８】
更に、本発明は、図１に示すような、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２による第１の変調光学システムから出力された変調光を、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３による第２の変調光学システムで再度変調する二重変調光学システム１００において、Ｙ１Ｙ２画像合成部分１０３の光変調に使用されるＹ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の応答時間Ｒｔ２を、ＲＧＢ分離合成投影システム系１０２の光変調に使用されるＧデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１の応答時間Ｒｔ１より短くすることで、合計応答時間（Ｒｔ１∩Ｒｔ２）を短くする構成も包含するものである。
【０１０９】
この変形例について以下詳細に説明する。表示デバイスとして用いられる液晶パネルは、同じ液晶厚（セルギャップ）の場合は、入射光の波長が短いほど低い駆動電圧で速く飽和に達する。このため、上記のＧデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１として同一の液晶パネルを用いた場合は、これらのうち最も波長の短い原色光Ｂが入射するＢデバイス３１が最も低い駆動電圧で飽和に達する。また、Ｇデバイス２３及びＲデバイス２７は、Ｂデバイス３１よりも駆動電圧を上げないと、Ｂデバイス３１と同じ時間で飽和に達しない。一方、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４は、同一のＲＧＢ合成光が入射するため、各々同じ駆動電圧で駆動されるが、入射ＲＧＢ合成光中の一番波長の短いＢ光成分に合わせて駆動電圧が決定される。
【０１１０】
このため、例えば、白１００％の信号の場合、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４に対して、入射するＢ光成分の駆動電圧で変調できる光に合わせて、Ｒ光成分とＧ光成分の駆動電圧を変えてホワイトバランス調整が行われる。これにより、必然的にＹ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の駆動電圧は、最大でもＢ光成分の１００％駆動時より大きくならないため、駆動電圧は低い電圧（Ｒの飽和電圧の半分位がＢの飽和電圧である）になる。
【０１１１】
一般に、表示デバイスのＬＳＩ露光ルールによって、駆動電圧の最大電圧が決まっているが、上記のＹ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の駆動電圧は、この最大電圧よりも低いため、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４のセルギャップを縮めることが可能である。そこで、この変形例では、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４のセルギャップを縮めることで、上記応答時間Ｒｔ２を、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１の応答時間Ｒｔ１より短くすることにより、より一層合計応答時間（Ｒｔ１∩Ｒｔ２）を短縮することができる。この場合の合計の応答時間は、上記の応答時間ＲＴ１とＲＴ２とを同じにした場合にはＲｔ１やＲｔ２の約５０％であるのに比べて、Ｒｔ１やＲｔ２の約３０％程度に速くなることが予想できる。
【０１１２】
なお、合計応答時間は（Ｒｔ１∩Ｒｔ２）で表されるので、応答時間Ｒｔ１を短くするためにＧデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１のセルギャップを縮めても数式上は合計応答時間は短くなる。しかし、この場合は、Ｒデバイス２７の飽和駆動電圧が上がり過ぎて飽和しなくなり、Ｒ信号の明るさが足りなくなってしまう。
【０１１３】
このように、Ｙ１デバイス５８及びＹ２デバイス６４の応答時間Ｒｔ２を、Ｇデバイス２３、Ｒデバイス２７、Ｂデバイス３１の応答時間Ｒｔ１より短くすることにより、より一層合計応答時間（Ｒｔ１∩Ｒｔ２）を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、より自然な超高精細動画像が得られ、極めて臨場感ある映像再現が可能な投射型表示装置を実現できる。また、本発明は、応用としてインテグラル（ＩＰ）立体テレビ等への活用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の光学システムの一実施の形態の構成図である。
【図２】図１の実施形態の各デバイスの表示タイミングと、第一光変調及び第二光変調の掛け算された投射画像出力との関係及び切替信号を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の投射型表示装置の一実施の形態のブロック図である。
【図４】図３中のマトリクス変換デコーダの一実施の形態を示すブロック図である。
【図５】従来の光学システムの一例の構成図である。
【図６】二重変調を行う従来の光学システムの一例の構成図である。
【図７】従来の投射型表示装置の一例の構成図である。
【図８】４５度斜め半画素ずらしの説明図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１１ ランプハウス
１６ Ｂ／ＲＧクロスダイクロミラー
１７ ＲＧミラー
１８ Ｂミラー
１９ Ｒ／Ｇダイクロミラー
２３ Ｇデバイス
２７ Ｒデバイス
３１ Ｂデバイス
３２ ＲＧＢ合成ダイクロプリズム
３５ １：１リレーレンズ
５１ ９０度位相制御板
５２ ＰＳ分離ＷＧ（ワイヤグリッド）
５３ Ｙ１フィールドレンズ
５４、６６ １／２波長板
５５、６１ アナライザ
５６ Ｙ１ＷＧ（ワイヤグリッド）
５７ Ｙ１波長板
５８ Ｙ１デバイス
５９ Ｙ２フィールドレンズ
６０ Ｙ２収差補正レンズ
６２ Ｙ２ＷＧ（ワイヤグリッド）
６３ Ｙ２波長板
６４ Ｙ２デバイス
６５ Ｙ１収差補正レンズ
６７ Ｙ１アナライザ
６８ ＰＳ合成ＷＧ（ワイヤグリッド）
６９ Ｙ２アナライザ
７０ Ｙ１Ｙ２投射レンズ
７１ 切替信号発生回路
８０ 投射型表示装置
８１ スーパーハイビジョンカメラ
８２ スーパーハイビジョンレコーダ
８３ マトリクス変換デコーダ
９１ 逆γ補正部
９２ Ｙ１Ｙ２作成部
９３ 低域フィルタ（ＬＰＦ）
９４ 最大値,Ｙ１Ｙ２計算部
９５ 係数及び輝度信号生成部
９６ 乗算器
９７ ｒｇｂ用γ補正部
９８ Ｙ１用γ補正部
９９ Ｙ２用γ補正部
１００ 光学システム
１０１ 光学照明システム部分
１０２ ＲＧＢ分離合成投影システム系
１０３ Ｙ１Ｙ２画像合成部分
１１０ Ｙ１ディレイ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１／（２Ｔ）秒（Ｔは所定の値）単位で構成されるフレーム画像に関する三原色の色信号の連続する２フレームから得た１／Ｔ秒単位の三原色の各色信号毎に照明光を別々に光変調して得られた各変調原色光を波長合成し、その第１の合成光を第１の変調光として出力する変調光学系と、
前記第１の変調光の偏光面を、前記１／（２Ｔ）秒毎に９０度回転と回転停止とを交互に繰り返して、前記第１の変調光を前記１／（２Ｔ）秒毎に交互にＳ偏光及びＰ偏光として出力する９０度位相制御手段と、
連続する２フレームのうち、一方のフレームの前記１／（２Ｔ）秒単位の第１の三原色の各色信号から生成した第１の輝度信号で、前記９０度位相制御手段から出力された前記Ｓ偏光を光変調して第２の変調光として出力する第１の輝度信号変調光学系と、
連続する２フレームのうち、他方のフレームの前記１／（２Ｔ）秒単位の第２の三原色の各色信号から生成した第２の輝度信号で、前記９０度位相制御手段から出力された前記Ｐ偏光を光変調して第３の変調光として出力する第２の輝度信号変調光学系と、
前記第２及び第３の変調光をＰＳ合成して第２の合成光を生成する光合成手段と、
前記第２の合成光を投射するための投射手段と
を有することを特徴とする光学システム。
【請求項２】
前記第１の輝度信号変調光学系内の前記Ｓ偏光を前記第１の輝度信号で光変調する第１のデバイスと、前記第２の輝度信号変調光学系内の前記Ｐ偏光を前記第２の輝度信号で光変調する第２のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ２を、前記変調光学系内の前記三原色の各色信号毎に別々に光変調する第３のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ１よりも短く設定したことを特徴とする請求項１記載の光学システム。
【請求項３】
前記第１の輝度信号変調光学系内の前記Ｓ偏光を前記第１の輝度信号で光変調する第１のデバイスの画素と、前記第２の輝度信号変調光学系内の前記Ｐ偏光を前記第２の輝度信号で光変調する第２のデバイスの画素とは、互いに水平方向及び垂直方向にそれぞれ半画素ピッチ分ずつずらした４５度斜め半画素ずらしの空間位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光学システム。
【請求項４】
前記第１の三原色の各色信号及び前記第１の輝度信号を右目用画像及び左目用画像の一方の画像に関する信号とし、前記第２の三原色の各色信号及び前記第２の輝度信号を前記右目用画像及び左目用画像の他方の画像に関する信号としたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の光学システム。
【請求項５】
１／（２Ｔ）秒（Ｔは所定の値）単位で構成されるフレーム画像に関する三原色の色信号の連続する２フレームのうち、一方のフレームの第１の三原色の色信号に基づいて、帯域制限されていない第１の輝度信号を生成し、かつ、前記２フレームのうち他方のフレームの第２の三原色の色信号に基づいて、帯域制限されていない第２の輝度信号を生成する第１の信号生成手段と、
前記第１及び第２の三原色の色信号をそれぞれ帯域制限し、その帯域制限された前記第１及び第２の三原色の色信号のそれぞれについて画素毎の最大値を求めると共に、帯域制限された前記第１及び第２の三原色の色信号に基づいて、帯域制限された第３及び第４の輝度信号を生成する第２の信号生成手段と、
前記画素毎の最大値に基づいて色信号用補正係数を生成すると共に、前記画素毎の最大値と前記第３の輝度信号とに基づいて第１の表示用輝度信号を生成し、かつ、前記画素毎の最大値と前記第４の輝度信号とに基づいて生成した輝度信号を前記第１の表示用輝度信号に対して前記１／（２Ｔ）秒ずらして第２の表示用輝度信号を生成する第３の信号生成手段と、
前記色信号用補正係数と帯域制限された前記１及び第２の三原色の色信号とを乗算して、前記１／（２Ｔ）秒単位で構成されるフレーム画像に関する三原色の色信号の連続する２フレームから得た１／Ｔ秒単位の表示用の三原色の色信号を生成する第４の信号生成手段と、
前記表示用の三原色の各色信号毎に照明光を別々に光変調して得られた各変調原色光を波長合成し、その第１の合成光を第１の変調光として出力する変調光学系と、
前記第１の変調光の偏光面を、前記１／（２Ｔ）秒毎に９０度回転と回転停止とを交互に繰り返して、前記第１の変調光を前記１／（２Ｔ）秒毎に交互にＳ偏光及びＰ偏光として出力する９０度位相制御手段と、
前記９０度位相制御手段から出力された前記Ｓ偏光を、前記第１の表示用輝度信号で光変調して第２の変調光として出力する第１の輝度信号変調光学系と、
前記９０度位相制御手段から出力された前記Ｐ偏光を、前記第２の表示用輝度信号で光変調して第３の変調光として出力する第２の輝度信号変調光学系と、
前記第２及び第３の変調光をＰＳ合成して第２の合成光を生成する光合成手段と、
前記第２の合成光を投射するための投射手段と
を有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項６】
前記第１の輝度信号変調光学系内の前記Ｓ偏光を前記第１の表示用輝度信号で光変調する第１のデバイスと、前記第２の輝度信号変調光学系内の前記Ｐ偏光を前記第２の表示用輝度信号で光変調する第２のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ２を、前記変調光学系内の前記三原色の各色信号毎に別々に光変調する第３のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ１よりも短く設定したことを特徴とする請求項５記載の投射型表示装置。
【請求項７】
前記第１の輝度信号変調光学系内の前記Ｓ偏光を前記第１の表示用輝度信号で光変調する第１のデバイスの画素と、前記第２の輝度信号変調光学系内の前記Ｐ偏光を前記第２の表示用輝度信号で光変調する第２のデバイスの画素とは、互いに水平方向及び垂直方向にそれぞれ半画素ピッチ分ずつずらした４５度斜め半画素ずらしの空間位置に配置されていることを特徴とする請求項５又は６記載の投射型表示装置。
【請求項８】
前記第１の三原色の色信号及び前記第１の表示用輝度信号を右目用画像及び左目用画像の一方の画像に関する信号とし、前記第２の三原色の色信号及び前記第２の表示用輝度信号を前記右目用画像及び左目用画像の他方の画像に関する信号としたことを特徴とする請求項５乃至７のうちいずれか一項記載の投射型表示装置。
【請求項１】
１／（２Ｔ）秒（Ｔは所定の値）単位で構成されるフレーム画像に関する三原色の色信号の連続する２フレームから得た１／Ｔ秒単位の三原色の各色信号毎に照明光を別々に光変調して得られた各変調原色光を波長合成し、その第１の合成光を第１の変調光として出力する変調光学系と、
前記第１の変調光の偏光面を、前記１／（２Ｔ）秒毎に９０度回転と回転停止とを交互に繰り返して、前記第１の変調光を前記１／（２Ｔ）秒毎に交互にＳ偏光及びＰ偏光として出力する９０度位相制御手段と、
連続する２フレームのうち、一方のフレームの前記１／（２Ｔ）秒単位の第１の三原色の各色信号から生成した第１の輝度信号で、前記９０度位相制御手段から出力された前記Ｓ偏光を光変調して第２の変調光として出力する第１の輝度信号変調光学系と、
連続する２フレームのうち、他方のフレームの前記１／（２Ｔ）秒単位の第２の三原色の各色信号から生成した第２の輝度信号で、前記９０度位相制御手段から出力された前記Ｐ偏光を光変調して第３の変調光として出力する第２の輝度信号変調光学系と、
前記第２及び第３の変調光をＰＳ合成して第２の合成光を生成する光合成手段と、
前記第２の合成光を投射するための投射手段と
を有することを特徴とする光学システム。
【請求項２】
前記第１の輝度信号変調光学系内の前記Ｓ偏光を前記第１の輝度信号で光変調する第１のデバイスと、前記第２の輝度信号変調光学系内の前記Ｐ偏光を前記第２の輝度信号で光変調する第２のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ２を、前記変調光学系内の前記三原色の各色信号毎に別々に光変調する第３のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ１よりも短く設定したことを特徴とする請求項１記載の光学システム。
【請求項３】
前記第１の輝度信号変調光学系内の前記Ｓ偏光を前記第１の輝度信号で光変調する第１のデバイスの画素と、前記第２の輝度信号変調光学系内の前記Ｐ偏光を前記第２の輝度信号で光変調する第２のデバイスの画素とは、互いに水平方向及び垂直方向にそれぞれ半画素ピッチ分ずつずらした４５度斜め半画素ずらしの空間位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光学システム。
【請求項４】
前記第１の三原色の各色信号及び前記第１の輝度信号を右目用画像及び左目用画像の一方の画像に関する信号とし、前記第２の三原色の各色信号及び前記第２の輝度信号を前記右目用画像及び左目用画像の他方の画像に関する信号としたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の光学システム。
【請求項５】
１／（２Ｔ）秒（Ｔは所定の値）単位で構成されるフレーム画像に関する三原色の色信号の連続する２フレームのうち、一方のフレームの第１の三原色の色信号に基づいて、帯域制限されていない第１の輝度信号を生成し、かつ、前記２フレームのうち他方のフレームの第２の三原色の色信号に基づいて、帯域制限されていない第２の輝度信号を生成する第１の信号生成手段と、
前記第１及び第２の三原色の色信号をそれぞれ帯域制限し、その帯域制限された前記第１及び第２の三原色の色信号のそれぞれについて画素毎の最大値を求めると共に、帯域制限された前記第１及び第２の三原色の色信号に基づいて、帯域制限された第３及び第４の輝度信号を生成する第２の信号生成手段と、
前記画素毎の最大値に基づいて色信号用補正係数を生成すると共に、前記画素毎の最大値と前記第３の輝度信号とに基づいて第１の表示用輝度信号を生成し、かつ、前記画素毎の最大値と前記第４の輝度信号とに基づいて生成した輝度信号を前記第１の表示用輝度信号に対して前記１／（２Ｔ）秒ずらして第２の表示用輝度信号を生成する第３の信号生成手段と、
前記色信号用補正係数と帯域制限された前記１及び第２の三原色の色信号とを乗算して、前記１／（２Ｔ）秒単位で構成されるフレーム画像に関する三原色の色信号の連続する２フレームから得た１／Ｔ秒単位の表示用の三原色の色信号を生成する第４の信号生成手段と、
前記表示用の三原色の各色信号毎に照明光を別々に光変調して得られた各変調原色光を波長合成し、その第１の合成光を第１の変調光として出力する変調光学系と、
前記第１の変調光の偏光面を、前記１／（２Ｔ）秒毎に９０度回転と回転停止とを交互に繰り返して、前記第１の変調光を前記１／（２Ｔ）秒毎に交互にＳ偏光及びＰ偏光として出力する９０度位相制御手段と、
前記９０度位相制御手段から出力された前記Ｓ偏光を、前記第１の表示用輝度信号で光変調して第２の変調光として出力する第１の輝度信号変調光学系と、
前記９０度位相制御手段から出力された前記Ｐ偏光を、前記第２の表示用輝度信号で光変調して第３の変調光として出力する第２の輝度信号変調光学系と、
前記第２及び第３の変調光をＰＳ合成して第２の合成光を生成する光合成手段と、
前記第２の合成光を投射するための投射手段と
を有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項６】
前記第１の輝度信号変調光学系内の前記Ｓ偏光を前記第１の表示用輝度信号で光変調する第１のデバイスと、前記第２の輝度信号変調光学系内の前記Ｐ偏光を前記第２の表示用輝度信号で光変調する第２のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ２を、前記変調光学系内の前記三原色の各色信号毎に別々に光変調する第３のデバイスの各デバイス応答時間Ｒｔ１よりも短く設定したことを特徴とする請求項５記載の投射型表示装置。
【請求項７】
前記第１の輝度信号変調光学系内の前記Ｓ偏光を前記第１の表示用輝度信号で光変調する第１のデバイスの画素と、前記第２の輝度信号変調光学系内の前記Ｐ偏光を前記第２の表示用輝度信号で光変調する第２のデバイスの画素とは、互いに水平方向及び垂直方向にそれぞれ半画素ピッチ分ずつずらした４５度斜め半画素ずらしの空間位置に配置されていることを特徴とする請求項５又は６記載の投射型表示装置。
【請求項８】
前記第１の三原色の色信号及び前記第１の表示用輝度信号を右目用画像及び左目用画像の一方の画像に関する信号とし、前記第２の三原色の色信号及び前記第２の表示用輝度信号を前記右目用画像及び左目用画像の他方の画像に関する信号としたことを特徴とする請求項５乃至７のうちいずれか一項記載の投射型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１４５４３１（Ｐ２０１０−１４５４３１Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１９０６６（Ｐ２００８−３１９０６６）
【出願日】平成２０年１２月１６日（２００８．１２．１６）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１６日（２００８．１２．１６）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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