(57)【要約】【課題】画素シフトによって表示画像を高解像度化する際に、表示内容とシフト位置との同期不整合による表示品位の低下を抑制する。【解決手段】光学モジュール２は、光源部３と、光変調素子４と、画素シフト機構５を備える。光変調素子４の各画素１０は、Ｒ光が入射する第１のサブ画素１１と、Ｇ光が入射する第２のサブ画素１２と、Ｂ光が入射する第３のサブ画素１３と、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が選択的に入射する第４のサブ画素１４を備える。光学モジュール２は、３つのシフト位置への画素シフトと、第４のサブ画素１４へ入射する色光の切替とを同期して行うことにより、１フレームの表示期間の間に、各サブ画素に対応する領域にＲ光、Ｂ光、Ｇ光を時分割で投射できる。従って、表示画像を高解像度化することができる。また、シフト位置の数が従来よりも少ないため、液晶の応答速度の遅れに起因する表示不良を抑制できる。【選択図】図４
2020154197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光を画素毎に変調する光変調素子と、画素シフト機構と、を有する光学モジュールであって、
前記光変調素子の各画素は、第１の色光が入射する第１のサブ画素と、第２の色光が入射する第２のサブ画素と、第３の色光が入射する第３のサブ画素と、前記第１の色光、前記第２の色光、および前記第３の色光のいずれかが入射する第４のサブ画素と、を備え、
前記画素シフト機構は、前記第１のサブ画素において変調された光が第１の位置に入射する第１の状態、前記第１のサブ画素において変調された光が第２の位置に入射する第２の状態、および、前記第１のサブ画素において変調された光が第３の位置に入射する第３の状態に遷移し、
前記画素シフト機構が前記第１の状態にあるとき、前記第４のサブ画素には前記第１の色光が入射し、
前記画素シフト機構が前記第２の状態にあるとき、前記第４のサブ画素には前記第２の色光が入射し、
前記画素シフト機構が前記第３の状態にあるとき、前記第４のサブ画素には前記第３の色光が入射することを特徴とする光学モジュール。
【請求項２】
前記画素シフト機構は、
前記第３の状態を、前記第１の状態へ遷移させる第３シフト動作と、を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記第１シフト動作では、前記光変調素子によって変調された映像光の入射位置を第１方向の一方側へシフトさせ、
前記第２シフト動作では、前記映像光の入射位置を前記第１方向と交差する第２方向の一方側へシフトさせ、
前記第３シフト動作では、前記映像光の入射位置を前記第１方向の他方側および前記第２方向の他方側へシフトさせることを特徴とする請求項２に記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記画素シフト機構は、
前記光変調素子により変調された映像光の光路を第１方向へシフトさせるシフト動作、および、前記映像光の光路を前記第１方向と交差する第２方向へシフトさせるシフト動作を組み合わせることにより、前記第１の状態、前記第２の状態、および前記第３の状態に遷移することを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記第１のサブ画素と前記第２のサブ画素は、前記第１方向に並んでおり、
前記第３のサブ画素と前記第４のサブ画素は、前記第１のサブ画素と前記第２のサブ画素とは前記第２方向に異なる位置で前記第１方向に並んでいることを特徴とする請求項３または４に記載の光学モジュール。
【請求項６】
前記第１方向と前記第２方向の一方を行方向とし、他方を列方向とする場合に、
前記第１のサブ画素、前記第２のサブ画素、前記第３のサブ画素、および、前記第４のサブ画素は、２行２列に配列されることを特徴とする請求項５に記載の光学モジュール。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載の光学モジュールと、
前記光学モジュールから入射する映像光を拡大投射する投射光学系と、を有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項８】
入射する光を画素毎に変調する光変調素子と、画素シフト機構と、を有する光学モジュールの制御方法であって、
前記光変調素子の各画素は、第１の色光が入射する第１のサブ画素と、第２の色光が入射する第２のサブ画素と、第３の色光が入射する第３のサブ画素と、
前記第１の色光、前記第２の色光、および前記第３の色光のいずれかが入射する第４のサブ画素と、を備え、
前記第１のサブ画素において変調された光が第１の位置に入射する間に、前記第４のサブ画素に前記第１の色光を入射させ、
前記第１のサブ画素において変調された光が第２の位置に入射する間に、前記第４のサブ画素に前記第２の色光を入射させ、
前記第１のサブ画素において変調された光が第３の位置に入射する間に、前記第４のサブ画素に前記第３の色光を入射させることを特徴とする光学モジュールの制御方法。
【請求項９】
前記画素シフト機構に、
前記第１のサブ画素において変調された光が前記第１の位置に入射する第１の状態を、前記第１のサブ画素において変調された光が前記第２の位置に入射する第２の状態へ遷移させる第１シフト動作と、
前記第２の状態を、前記第１のサブ画素において変調された光が前記第３の位置に入射する第３の状態へ遷移させる第２シフト動作と、
前記第３の状態を、前記第１の状態へ遷移させる第３シフト動作と、を行わせることを特徴とする請求項８に記載の光学モジュールの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学モジュールおよびその制御方法、ならびに投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、光変調素子として１枚の液晶パネルを用いた単板式のプロジェクターが開示される。このプロジェクターは、液晶パネルを透過した映像光の光路をシフトさせてスクリーン上に投影される画素位置をシフトさせる画素シフト機構として機能する偏光方向制御用液晶パネルを備える。偏光方向制御用液晶パネルは、印加電圧のオンオフを切り換えることにより、所定の方向へ光路をシフトさせる。これにより、スクリーン上に投影される各画素の画素位置が移動する画素シフトが行われる。
【０００３】
特許文献１では、液晶パネルの画素数より多い画素数の画像信号を複数の画像信号に分解して、シフト動作に同期して時分割表示する。例えば、１方向（水平方向、斜め４５度方向など）に画素ピッチの１／２ずらした画素シフトを行う場合には、１フレームで表示する画像を２画像に分解し、シフト動作と同期して画像を切り換える。あるいは、２方向（水平方向および垂直方向）にそれぞれ画素ピッチの１／２ずらした画素シフトを行う場合には、シフト方向の組合せによって４つのシフト位置が存在するため、１フレームで表示する画像を４画像とし、シフト動作と同期して表示画像を切り換える。これにより、スクリーン上では、画素ピッチより小さいピッチでの画素シフトに同期して表示画像が切り換わるので、見かけの画素数を増加させることができ、スクリーンに投影される画像を高解像度化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−６３３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
画素シフトによって表示画像を高解像度化する方法では、シフト位置の数に応じて、１フレーム内で各シフト位置に対応する画像を時分割して表示する。このため、液晶パネルおよび画素シフト機構を高速で駆動しなければならず、液晶パネルおよび画素シフト機構の駆動に即応性が求められる。例えば、１秒あたり６０フレームの画像を表示する場合に、１フレーム内でシフト動作に同期して画像を４回切り換えるとすれば、液晶パネルは１秒あたり２４０回の周期（２４０Ｈｚ）で各画素の表示内容を切り換えなければならない。
【０００６】
しかしながら、液晶パネルの場合、画素電位の変化に対して液晶が応答するまでに時間がかかるため、時分割表示を行う各画像についてシフト位置との同期不整合が発生するおそれがある。そのため、画素シフトによる表示品位の向上が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る光学モジュールは、入射する光を画素毎に変調する光変調素子と、画素シフト機構と、を有する光学モジュールであって、前記光変調素子の各画素は、第１の色光が入射する第１のサブ画素と、第２の色光が入射する第２のサブ画素と、第３の色光が入射する第３のサブ画素と、前記第１の色光、前記第２の色光、および前記第３の色光のいずれかが入射する第４のサブ画素と、を備え、前記画素シフト機構は、前記第１のサブ画素において変調された光が第１の位置に入射する第１の状態、前記第１のサブ画素において変調された光が第２の位置に入射する第２の状態、および、前記第１のサブ画素において変調された光が第３の位置に入射する第３の状態に遷移し、前記画素シフト機構が前記第１の状態にあるとき、前記第４のサブ画素には前記第１の色光が入射し、前記画素シフト機構が前記第２の状態にあるとき、前記第４のサブ画素には前記第２の色光が入射し、前記画素シフト機構が前記第３の状態にあるとき、前記第４のサブ画素には前記第３の色光が入射することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る投射型表示装置は、上記の光学モジュールと、前記光学モジュールから入射する映像光を拡大投射する投射光学系と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る光学モジュールの制御方法は、入射する光を画素毎に変調する光変調素子と、画素シフト機構と、を有する光学モジュールの制御方法であって、前記光変調素子の各画素は、第１の色光が入射する第１のサブ画素と、第２の色光が入射する第２のサブ画素と、第３の色光が入射する第３のサブ画素と、前記第１の色光、前記第２の色光、および前記第３の色光のいずれかが入射する第４のサブ画素と、を備え、前記第１のサブ画素において変調された光が第１の位置に入射する間に、前記第４のサブ画素に前記第１の色光を入射させ、前記第１のサブ画素において変調された光が第２の位置に入射する間に、前記第４のサブ画素に前記第２の色光を入射させ、前記第１のサブ画素において変調された光が第３の位置に入射する間に、前記第４のサブ画素に前記第３の色光を入射させることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る光学モジュールを備えた投射型表示装置の一例であるプロジェクターの光学的な構成を示す説明図である。
【図２】液晶パネルの各画素の平面構成を模式的に示す説明図である。
【図３】入射光変更機構を模式的に示す説明図である。
【図４】画素シフトによるシフト位置の変化およびサブ画素へ入射する色光の変化を示す状態遷移図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る光学モジュール２を備えた投射型表示装置の一例であるプロジェクター１の光学的な構成を示す説明図である。プロジェクター１は、外部から入力される映像信号に基づき、スクリーン１００に映像を表示する装置である。プロジェクター１は、光学モジュール２および投射光学系６を備える。光学モジュール２は、光源部３と、光変調素子４と、画素シフト機構５を備える。図１に示すプロジェクター１は、１つの光変調素子４によってＲ光（赤色光）、Ｇ光（緑色光）、Ｂ光（青色光）の３つの色光を変調する、いわゆる単板式のプロジェクターである。本明細書において、Ｒ光（赤色光）は第１の色光であり、Ｂ光（青色光）は第２の色光であり、Ｇ光（緑色光）は第３の色光である。
【００１２】
光源部３は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を射出する光源３０と、光源３０から射出されるＲ光、Ｇ光、Ｂ光を光変調素子４の各画素に入射させる光学系３１を備える。光源３０としては、例えば、半導体レーザーなどのレーザー光源を使用する。なお、光源３０は、レーザー光源とは異なる構成であってもよい。例えば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を選択的に反射するダイクロイックミラーやＲ光、Ｇ光、Ｂ光を選択的に透過するカラーフィルターなどの光学素子と白色光源を使用してＲ光、Ｇ光、Ｂ光を射出する構成であってもよい。
【００１３】
光変調素子４は、光源部３から射出されるＲ光、Ｇ光、Ｂ光を、画像情報に応じて、各画素１０において変調してフルカラーの映像光Ｌを生成する。本実施形態では、光変調素子４は、透過型の液晶パネル４０である。光変調素子４から射出される映像光Ｌは、画素シフト機構５を経由して投射光学系６へ入射し、投射光学系６によって拡大されてスクリーン１００に投射される。
【００１４】
図２は、液晶パネル４０の各画素１０の平面構成を模式的に示す説明図である。液晶パネル４０の表示領域４１には、マトリクス状に画素１０が配列される。なお、図２では、画素１０を実際より拡大して表示している。各画素１０は、液晶パネル４０の走査方向である第１方向Ｆ１、および、第１方向Ｆ１と直交する第２方向Ｆ２のそれぞれの方向にサブ画素が２個ずつ格子状に並んでいる。図２に示すように、各画素１０は、第１のサブ画素１１、第２のサブ画素１２、第３のサブ画素１３、および第４のサブ画素１４を備える。第１のサブ画素１１と第２のサブ画素１２、および、第３のサブ画素１３と第４のサブ画素１４は、それぞれ、第１方向Ｆ１に並んでいる。また、第２のサブ画素１２と第３のサブ画素１３、および、第１のサブ画素１１と第４のサブ画素１４は、それぞれ、第２方向Ｆ２に並んでいる。第２のサブ画素１２と第４のサブ画素１４は、第１のサブ画素１１と第３のサブ画素１３とは第２方向Ｆ２に異なる位置で、第１方向Ｆ１に並んでいる。
【００１５】
各画素１０を構成する４つのサブ画素には、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が以下のように分配される。第１のサブ画素１１には、Ｒ光が入射する。第２のサブ画素１２には、Ｇ光が入射する。第３のサブ画素１３には、Ｂ光が入射する。第４のサブ画素１４には、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれかが入射する。
【００１６】
図１に示すように、液晶パネル４０は、液晶パネル４０の画素ピッチλと同一ピッチで配列されたマイクロレンズアレイ４２を備える。マイクロレンズアレイ４２に対して互いに異なる角度で入射したＲ光、Ｂ光は、それぞれ、光変調素子４の各画素１０内の異なるサブ画素へ集光される。また、光学系３１は、第４のサブ画素１４へ入射する色光を切り換える入射光変更機構３６を備える。
【００１７】
図３は、入射光変更機構３６を模式的に示す説明図である。入射光変更機構３６は、第４のサブ画素１４へ入射する色光を射出する第４のサブ画素用光源３７と、第４のサブ画素用光源３７から射出される色光が入射する光学素子３８を備える。本実施形態では、第４のサブ画素用光源３７は、他のサブ画素へ入射する色光を射出する光源３０とは別に設けられている。第４のサブ画素用光源３７は、Ｒ光用レーザー光源ＬＲ、Ｇ光用レーザー光源ＬＧ、および、Ｂ光用レーザー光源ＬＢをそれぞれ１つずつ備える。Ｒ光用レーザー光源ＬＲ、Ｇ光用レーザー光源ＬＧ、および、Ｂ光用レーザー光源ＬＢは、いずれか１つのみを選択的にオンにするように制御される。
【００１８】
Ｒ光用レーザー光源ＬＲ、Ｇ光用レーザー光源ＬＧ、および、Ｂ光用レーザー光源ＬＢから光学素子３８へ入射する色光は、光学素子３８から同一の光路上へ射出されてマイクロレンズアレイ４２へ入射し、第４のサブ画素１４に入射する。従って、第４のサブ画素用光源３７のＲ光用レーザー光源ＬＲ、Ｇ光用レーザー光源ＬＧ、および、Ｂ光用レーザー光源ＬＢのオンオフを制御することにより、第４のサブ画素１４にＲ光、Ｇ光、Ｂ光が選択的に入射する。
【００１９】
画素シフト機構５は、光変調素子４と投射光学系６との間に配置される。画素シフト機構５は、光変調素子４から射出される映像光Ｌのスクリーン１００上の投射位置をシフトさせること（いわゆる、画素シフト）を行う。画素シフト機構５としては、例えば、アクチュエーターを用いて映像光Ｌを透過させるガラス等の透光性基板の姿勢を変更することで、屈折を利用して映像光Ｌの光路をシフトさせる機構が用いられる。
【００２０】
画素シフト機構５は、映像光Ｌの光路を所定の方向にシフトさせる。本実施形態では、各画素１０を構成するサブ画素の配列方向である第１方向Ｆ１、および、第１方向Ｆ１と直交する第２方向Ｆ２に映像光Ｌの光路をシフトさせる。これにより、スクリーン１００上に表示される各画素１０は、第１方向Ｆ１および第２方向Ｆ２にずらして表示される。
【００２１】
本実施形態では、画素シフト機構５は、各画素１０を構成するサブ画素の配列方向である第１方向Ｆ１および第２方向Ｆ２に光路をシフトさせる。これにより、スクリーン１００上に表示される各画素１０を、第１方向Ｆ１および第２方向Ｆ２にずらして表示する。画素シフト機構５は、第１方向Ｆ１および第２方向Ｆ２に光路をシフトさせる機構として、映像光Ｌを透過させる透光性基板を所定の軸線周りに揺動させる機構を備える。例えば、第１方向Ｆ１に光路をシフトさせる場合には、第１方向Ｆ１と直交する第１軸線周りに透光性基板を揺動させる。また、第２方向Ｆ２に光路をシフトさせる場合には、第２方向Ｆ２と直交する第２軸線周りに透光性基板を揺動させる。
【００２２】
なお、画素シフト機構５は、このような構成に限定されるものではない。例えば、映像光Ｌを透過させる光学素子の屈折状態を電気的に変化させる構成であってもよい。あるいは、ピエゾアクチュエーター、ステッピングモーターなどのアクチュエーターによって液晶パネル４０そのものを画素シフト方向へ移動させることにより、映像光Ｌのスクリーン１００上の投射位置をシフトさせるパネルシフト機構を用いることもできる。
【００２３】
本実施形態では、画素シフト機構５による画素シフト動作と、第４のサブ画素１４へ入射する色光の切替とを同期して行うことにより、スクリーン１００上に表示されるフルカラーの表示画像を高解像度化する。以下、画素シフト動作と、第４のサブ画素１４へ入射する色光の切替とを同期して行う制御について説明する。
【００２４】
図４は、画素シフトによるシフト位置の変化およびサブ画素へ入射する色光の変化を示す状態遷移図である。図４に示す第１シフト位置Ｐ１、第２シフト位置Ｐ２、および第３シフト位置Ｐ３は、映像光Ｌが投射される投射面上の位置であり、本形態では、画素１０で変調された映像光Ｌが投射されるスクリーン１００上の投射位置である。図２に示すように、液晶パネル４０の画素ピッチがλである場合に、スクリーン１００上に投射する際の投射倍率をＡとすると、スクリーン１００上の画素ピッチはＡλとなる。図４に示すように、液晶パネル４０の各画素１０における各サブ画素でそれぞれ変調された光は、第１方向Ｆ１および第２方向Ｆ２の２方向の画素シフトによって、スクリーン１００上の３つのシフト位置に順に投射される。３つのシフト位置は、第１シフト位置Ｐ１と、第１シフト位置Ｐ１に対して第１方向Ｆ１に画素ピッチＡλの２分の１ずれた第２シフト位置Ｐ２と、第２シフト位置Ｐ２に対して第２方向Ｆ２に画素ピッチＡλの２分の１ずれた第３シフト位置Ｐ３である。本実施形態では、第１シフト位置Ｐ１、第２シフト位置Ｐ２、および第３シフト位置Ｐ３にこの順で一定時間ずつ画素１０が表示される。
【００２５】
画素シフト機構５は、映像光Ｌの光路を第１方向Ｆ１へシフトさせるシフト動作、および、映像光Ｌの光路を第２方向Ｆ２にシフトさせるシフト動作を組み合わせることにより、第１の状態、第２の状態、および第３の状態に遷移する。第１の状態は、画素１０で変調された光が第１シフト位置Ｐ１に入射する状態である。第２の状態は、画素１０で変調された光が第２シフト位置Ｐ２に入射する状態である。第３の状態は、画素１０で変調された光が第３シフト位置Ｐ３に入射する状態である。本実施形態では、画素シフト機構５は、透光性基板が揺動することによって映像光Ｌの光路を変化させる。従って、第１の状態は、映像光Ｌが第１シフト位置Ｐ１へ入射するように透光性基板が位置する状態である。また、第２の状態は、映像光Ｌが第２シフト位置Ｐ２へ入射するように透光性基板が位置する状態である。そして、第３の状態は、映像光Ｌが第３シフト位置Ｐ３へ入射するように透光性基板が位置する状態である。
【００２６】
第４のサブ画素１４へ入射する色光は、シフト位置の変化と同期して変化する。本実施形態では、第１シフト位置Ｐ１では、第４のサブ画素１４にはＲ光が入射し、第２シフト位置Ｐ２では、第４のサブ画素１４にはＧ光が入射し、第３シフト位置Ｐ３では、第４のサブ画素１４にはＢ光が入射する。すなわち、画素シフト機構５が第１の状態にあるとき、第４のサブ画素１４にはＲ光が入射する。また、画素シフト機構５が第２の状態にあるとき、第４のサブ画素１４にはＧ光が入射する。そして、画素シフト機構５が第３の状態にあるとき、第４のサブ画素１４にはＢ光が入射する。
【００２７】
光学モジュール２は、液晶パネル４０の表示画面が１回書き換えられる１フレームの期間内に、第１シフト位置Ｐ１に画素１０を表示する第１表示工程ＳＴ１、第２シフト位置Ｐ２に画素１０を表示する第２表示工程ＳＴ２、および、第３シフト位置Ｐ３に画素１０を表示する第３表示工程ＳＴ３の３工程を１回ずつ行う。つまり、本実施形態では、画素シフト方向は２方向であるが、シフト位置の数は３である。従って、シフト位置の移動は、１フレームの書き換え周期の１／３の周期で行われる。例えば、１秒あたり６０フレームの画像を表示する場合、シフト位置の移動は、１秒当たり１８０回行われるため、周期は１８０Ｈｚである。
【００２８】
図４に示すように、本明細書において、画素１０で変調された光のスクリーン１００上の投射位置である第１シフト位置Ｐ１を第１方向Ｆ１および第２方向Ｆ２にそれぞれ２分割した格子状の４つの領域を、それぞれ、第１の位置Ｐ１１、第２の位置Ｐ１２、第３の位置Ｐ１３、第４の位置Ｐ１４とする。第１の位置Ｐ１１、第２の位置Ｐ１２、第３の位置Ｐ１３、第４の位置Ｐ１４は、それぞれ、スクリーン１００上の画素ピッチＡλの１／２の画素ピッチの領域である。第１の位置Ｐ１１と第２の位置Ｐ１２は、画素シフト方向である第１方向Ｆ１に並んでおり、第３の位置Ｐ１３と第４の位置Ｐ１４は、第１の位置Ｐ１１と第２の位置Ｐ１２に対して、第１方向Ｆ１と交差する第２方向Ｆ２に異なる位置で、第１方向Ｆ１に並んでいる。
【００２９】
画素シフト機構５は、第１の状態から第２の状態へ遷移する第１シフト動作と、第２の状態から第３の状態へ遷移する第２シフト動作と、第３の状態から第１の状態へ遷移する第３シフト動作の３つのシフト動作を行う。第１シフト動作は、スクリーン１００における映像光Ｌの投射位置を第１方向Ｆ１の一方側へシフトさせる動作である。第２シフト動作は、スクリーン１００における映像光Ｌの投射位置を第２方向Ｆ２の一方側へシフトさせる動作である。第３シフト動作は、スクリーン１００における映像光Ｌの投射位置を第１方向Ｆ１の他方側および第２方向Ｆ２の他方側へシフトさせる動作である。従って、第１シフト動作、第２シフト動作、および第３シフト動作を１回ずつ行うことにより、画素１０で変調された光は、第１シフト位置Ｐ１、第２シフト位置Ｐ２、第３シフト位置Ｐ３にこの順で１回ずつ投射されて第１シフト位置Ｐ１に戻る。
【００３０】
本実施形態では、第１シフト動作は、透光性基板を第１方向Ｆ１と直交する第１軸線周りの一方側へ揺動させる動作であり、第２シフト動作は、透光性基板を第２方向Ｆ２と直交する第２軸線周りの一方側へ揺動させる動作である。また、第３シフト動作は、透光性基板を第１軸線周りの他方側へ揺動させる動作、および、透光性基板を第２軸線周りの他方側へ揺動させる動作を組み合わせた動作である。
【００３１】
第１の状態では、第１のサブ画素１１において変調された光（Ｒ光）が第１の位置Ｐ１１に入射する。また、第２の状態では、第１のサブ画素１１において変調された光（Ｒ光）が第２の位置Ｐ１２に入射する。そして、第３の状態では、第１のサブ画素１１において変調された光（Ｒ光）が第３の位置Ｐ１３に入射する。
【００３２】
本実施形態では、１フレームの期間内に、画素１０で変調された光が３つのシフト位置にシフトし、さらに、第４のサブ画素１４へ入射する色光が切り換えられることによって、１フレームの期間内に、第１の位置Ｐ１１、第２の位置Ｐ１２、第３の位置Ｐ１３、第４の位置Ｐ１４のそれぞれの位置に、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の全色光が時分割で投射される。
【００３３】
第１の位置Ｐ１１に入射する色光の遷移は、以下のようになる。第１の状態では、第１の位置Ｐ１１に第１のサブ画素１１で変調された光（Ｒ光）が入射する。第２の状態では、第１方向Ｆ１の画素シフトの結果、第２のサブ画素１２で変調された光（Ｇ光）が第１の位置Ｐ１１に入射する。次に、第３の状態では、第２方向Ｆ２の画素シフトの結果、第３のサブ画素１３で変調された光（Ｂ光）が第１の位置Ｐ１１に入射する。つまり、第１の位置Ｐ１１には、Ｒ光→Ｇ光→Ｂ光の順で全色光が投射される。
【００３４】
第２の位置Ｐ１２に入射する色光の遷移は、以下のようになる。第１の状態では、第２の位置Ｐ１２に第２のサブ画素１２で変調された光（Ｇ光）が入射する。第２の状態では、第１方向Ｆ１の画素シフトの結果、別の画素１０の第１のサブ画素１１で変調された光（Ｒ光）が第２の位置Ｐ１２に入射する。次に、第３の状態では、第２方向Ｆ２の画素シフトの結果、別の画素１０の第４のサブ画素１４で変調された光（Ｂ光）が第２の位置Ｐ１２に入射する。つまり、第２の位置Ｐ１２には、Ｇ光→Ｒ光→Ｂ光の順で全色光が投射される。
【００３５】
第３の位置Ｐ１３に入射する色光の遷移は、以下のようになる。第１の状態では、第３の位置Ｐ１３に第３のサブ画素１３で変調された光（Ｂ光）が入射する。第２の状態では、第１方向Ｆ１の画素シフトの結果、別の画素１０の第４のサブ画素１４で変調された光（Ｇ光）が第３の位置Ｐ１３に入射する。次に、第３の状態では、第２方向Ｆ２の画素シフトの結果、別の画素１０の第１のサブ画素１１で変調された光（Ｒ光）が第３の位置Ｐ１３に入射する。つまり、第３の位置Ｐ１３には、Ｂ光→Ｇ光→Ｒ光の順で全色光が投射される。
【００３６】
第４の位置Ｐ１４に入射する色光の遷移は、以下のようになる。第１の状態では、第４の位置Ｐ１４に第４のサブ画素１４で変調された光（Ｒ光）が入射する。第２の状態では、第１方向Ｆ１の画素シフトの結果、第３のサブ画素１３で変調された光（Ｂ光）が第４の位置Ｐ１４に入射する。次に、第３の状態では、第２方向Ｆ２の画素シフトの結果、別の画素１０の第２のサブ画素１２で変調された光（Ｇ光）が第４の位置Ｐ１４に入射する。つまり、第４の位置Ｐ１４には、Ｒ光→Ｂ光→Ｇ光の順で全色光が投射される。
【００３７】
このように、第１の位置Ｐ１１、第２の位置Ｐ１２、第３の位置Ｐ１３、第４の位置Ｐ１４の全ての領域において、１フレームの表示期間の間に、Ｒ光、Ｇ光、およびＢ光が時分割で投射される。従って、４つの領域をＲ光、Ｂ光、Ｇ２光の重ね合わせによって独立した画素のように表示させることができるので、見かけ上、第１方向Ｆ１の解像度を２倍とし、且つ、第２方向Ｆ２の解像度を２倍にすることができる。
【００３８】
（本形態の主な作用効果）
以上のように、本実施形態の光学モジュール２は、入射する光を画素１０毎に変調する光変調素子４と、画素シフト機構５と、を有する。光変調素子４の各画素１０は、第１の色光（Ｒ光）が入射する第１のサブ画素１１と、第２の色光（Ｇ光）が入射する第２のサブ画素１２と、第３の色光（Ｂ光）が入射する第３のサブ画素１３と、第１の色光（Ｒ光）、第２の色光（Ｇ光）、および第３の色光（Ｂ光）のいずれかが入射する第４のサブ画素１４と、を備える。画素シフト機構５は、第１のサブ画素１１において変調された光が第１の位置Ｐ１１に入射する第１の状態、第１のサブ画素１１において変調された光が第２の位置Ｐ１２に入射する第２の状態、および、第１のサブ画素１１において変調された光が第３の位置Ｐ１３に入射する第３の状態に遷移し、画素シフト機構５が第１の状態にあるとき、第４のサブ画素１４には第１の色光（Ｒ光）か入射し、画素シフト機構５が第２の状態にあるとき、第４のサブ画素１４には第２の色光（Ｇ光）が入射し、画素シフト機構５が第３の状態にあるとき、第４のサブ画素１４には第３の色光（Ｂ光）が入射する。
【００３９】
また、本実施形態の光学モジュール２の制御方法は、第１のサブ画素１１において変調された光が第１の位置Ｐ１１に入射する間に、第４のサブ画素１４に第１の色光（Ｒ光）を入射させ、第１のサブ画素１１において変調された光が第２の位置Ｐ１２に入射する間に、第４のサブ画素１４に第２の色光（Ｇ光）を入射させ、第１のサブ画素１１において変調された光が第３の位置Ｐ１３に入射する間に、第４のサブ画素１４に第３の色光（Ｂ光）を入射させる。
【００４０】
このように、本実施形態では、画素シフト機構により、４つのサブ画素において変調された光が入射する投射面上の位置を変化させ、４つのサブ画素のうちの１つ（第４のサブ画素１４）に対しては画素シフトに同期して色光の入れ替えを行う。これにより、スクリーン１００上において、画素ピッチＡλよりも小さいサブ画素ピッチの領域に対して、それぞれ、Ｒ光、Ｂ光、Ｇ光を時分割で投射できるので、見かけ上、画素ピッチＡλよりも小さい領域を独立した画素のように表示させることができる。従って、高解像度化した画像を表示することができ、表示品位を向上させることができる。
【００４１】
また、第１のサブ画素１１、第２のサブ画素１２、第３のサブ画素１３に対しては、１フレームの表示期間の間に同一の色光が入射し続ける。従って、これら３つのサブ画素に関しては、表示内容とシフト位置との同期不整合が発生しない。一方、残りの１つのサブ画素（第４のサブ画素１４）へ入射する色光は１フレームの表示期間の間に３回切り換わるが、従来は、１フレームの間に４回シフト位置を切り換えていたのであるから、従来と比較すれば、本実施形態の方が、画素シフトに同期してサブ画素の表示内容を切り換える頻度が少ない。従って、第４のサブ画素１４の表示内容とシフト位置との同期不整合となる期間の割合が少ない。よって、シフト位置と表示内容との同期不整合による表示品位の低下が少ないので、画素シフトによる高解像度化によって表示品位を向上させることができる。
【００４２】
表示領域４１に配列された画素１０を順次駆動する液晶パネル４０の場合、表示領域４１の端から端まで駆動するのにおよそフレーム周波数分の１の時間だけかかるため、面内時間差が生じ、時分割表示を行う各サブ画素の表示内容とシフト位置との同期不整合が発生するおそれがあるが、本実施形態では、上記のように、画素シフトに同期してサブ画素の表示内容を切り換える頻度が少ない。従って、液晶の順次書き込み駆動に伴う面内時間差に起因して、第４のサブ画素１４の表示内容とシフト位置との同期不整合となる期間の割合が少ない。よって、応答速度の遅い液晶を用いた場合でも、高解像度化によって表示品位を向上させることができる。
【００４３】
本実施形態では、画素シフト機構５は、第１の状態を、第２の状態へ遷移させる第１シフト動作と、第２の状態を、第３の状態へ遷移させる第２シフト動作と、第３の状態を、前記第１の状態へ遷移させる第３シフト動作と、を行う。このようなシフト動作により、４つのサブ画素において変調された光が入射する投射面上の位置を変化させることができる。
【００４４】
本実施形態では、画素シフト機構５は、映像光Ｌの光路を第１方向Ｆ１へシフトさせるシフト動作、および、映像光Ｌの光路を第１方向Ｆ１と交差する第２方向Ｆ２へシフトさせるシフト動作を組み合わせることにより、第１の状態、第２の状態、および第３の状態に遷移する。このようにすると、２方向のシフト動作によって、３種類の状態への遷移が可能となる。２方向のシフト動作を組み合わせる例として、本実施形態の画素シフト機構５は、第１シフト動作では、光変調素子４によって変調された映像光Ｌの入射位置を第１方向Ｆ１の一方側へシフトさせ、第２シフト動作では、映像光Ｌの入射位置を第１方向Ｆ１と交差する第２方向Ｆ２の一方側へシフトさせ、第３シフト動作では、映像光Ｌの入射位置を第１方向Ｆ１の他方側および第２方向Ｆ２の他方側へシフトさせる。
【００４５】
また、本実施形態では、第１のサブ画素１１と第２のサブ画素１２は、第１方向Ｆ１に並んでおり、第３のサブ画素１３と第４のサブ画素１４は、第１のサブ画素と第２のサブ画素とは第２方向に異なる位置で第１方向に並んでいる。また、第１方向Ｆ１と第２方向Ｆ２の一方を行方向とし、他方を列方向とする場合に、第１のサブ画素１１、第２のサブ画素１２、第３のサブ画素１３、および、第４のサブ画素１４は、２行２列に配列されている。このようなサブ画素の配置および画素シフト方向の組合せにより、投射面上において２行２列の格子状に配列された４つの領域に、それぞれ、Ｒ光、Ｂ光、Ｇ光を時分割で投射して、見かけ上、独立した画素のように表示させることができる。従って、見かけ上、第１方向Ｆ１の解像度および第２方向Ｆ２の解像度をそれぞれ２倍にすることができる。よって、高解像度化した画像を表示することができ、表示品位を向上させることができる。
【００４６】
本実施形態の光学モジュール２は、第１の色光（Ｒ光）、第２の色光（Ｂ光）、および第３の色光（Ｇ光）を光変調素子４に入射させる光源部３を備えており、光学モジュール２から入射する映像光Ｌを拡大投射する投射光学系６を備えたプロジェクター１などの投射型表示装置に用いることができる、これにより、スクリーン１００に投射される画像の高解像度化を図ることができる。また、スクリーン１００に投射される画像の明るさの低下を抑制できる。
【００４７】
（変形例）
（１）第４のサブ画素１４へ入射する色光を切り換える機構は、上記実施形態の構成に限定されない。例えば、第４のサブ画素用光源３７に代えて白色光源を使用し、光学素子３８に代えて赤カラーフィルター領域、緑カラーフィルター領域、青カラーフィルター領域を備えた回転円板を配置した形態を採用することができる。この形態において、画素シフト動作に同期して回転円板の角度位置を制御することにより、第４のサブ画素１４に対して、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれかを選択的に入射させることができる。
【００４８】
（２）第４のサブ画素１４へ入射する色光を切り換える機構の他の形態としては、第４のサブ画素用光源３７に代えてＢ光用レーザー光源ＬＢを使用し、光学素子３８に代えて赤蛍光体領域、拡散板領域、緑蛍光体領域を備えた回転円板を配置した形態を採用することができる。この構成において、画素シフト動作に同期して回転円板の角度位置を制御することにより、第４のサブ画素１４に対して、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれかを選択的に入射させることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…プロジェクター、２…光学モジュール、３…光源部、４…光変調素子、５…画素シフト機構、６…投射光学系、１０…画素、１１…第１のサブ画素、１２…第２のサブ画素、１３…第３のサブ画素、１４…第４のサブ画素、３０…光源、３１…光学系、３６…入射光変更機構、３７…第４のサブ画素用光源、３８…光学素子、４０…液晶パネル、４１…表示領域、４２…マイクロレンズアレイ、１００…スクリーン、Ｆ１…第１方向、Ｆ２…第２方向、Ｌ…映像光、ＬＢ…Ｂ光用レーザー光源、ＬＧ…Ｇ光用レーザー光源、ＬＲ…Ｒ光用レーザー光源、Ｐ１…第１シフト位置、Ｐ１１…第１の位置、Ｐ１２…第２の位置、Ｐ１３…第３の位置、Ｐ１４…第４の位置、Ｐ２…第２シフト位置、Ｐ３…第３シフト位置、ＳＴ１…第１表示工程、ＳＴ２…第２表示工程、ＳＴ３…第３表示工程、λ…液晶パネルの画素ピッチ、Ａλ…スクリーン上の画素ピッチ。
【図１】
2020154197.tif 000003
【図２】
2020154197.tif 000004
【図３】
2020154197.tif 000005
【図４】
2020154197.tif 000006