(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
各々が光を変調することができる複数の画素領域を有する画像表示パネルと、
前記光源からの光を波長域に応じて前記複数の画素領域のうちの対応する画素領域に集光させる光制御手段と、
前記画像表示パネルで変調された光によって被投影面上に画像を形成する光学系と、
を備えた投影型画像表示装置であって、
前記画像を構成する各フレーム画像のデータから複数のサブフレーム画像のデータを生成し、前記画像表示パネルによって前記複数のサブフレーム画像を時分割で表示させる回路と、
前記画像表示パネルによって表示される前記複数のサブフレーム画像のうち選択されたサブフレーム画像を前記被投影面上でシフトさせる画像シフト素子と、
を備え、
前記サブフレームの表示の切り替えは前記画像表示パネルの面書き込みによって行い、しかも、前記画像シフト素子によるシフト動作を前記切り替えに同期させて実行することにより、前記画像表示パネルの異なる画素領域で変調された異なる波長域に属する光で前記被投影面上の同一領域を順次照射し、
前記画像シフト素子は、
前記画像表示パネルによって変調された光の経路をシフトさせる少なくとも１つの光学装置を有しており、
前記光学装置は、光の偏光方向を変調する第１の素子と、光の偏光方向によって屈折率の異なる第２の素子とを有している投影型画像表示装置。
【請求項２】
光源と、
各々が光を変調することができる複数の画素領域を有する画像表示パネルと、
前記光源からの光を波長域に応じて前記複数の画素領域のうちの対応する画素領域に集光させる光制御手段と、
前記画像表示パネルで変調された光によって被投影面上に画像を形成する光学系と、
を備えた投影型画像表示装置であって、
前記画像を構成する各フレーム画像のデータから複数のサブフレーム画像のデータを生成し、前記画像表示パネルによって前記複数のサブフレーム画像を時分割で表示させる回路と、
前記画像表示パネルによって表示される前記複数のサブフレーム画像のうち選択されたサブフレーム画像を前記被投影面上でシフトさせる画像シフト素子と、
を備え、
前記サブフレームの表示の切り替えは前記画像表示パネルの面書き込みによって行い、しかも、前記画像シフト素子によるシフト動作を前記切り替えに同期させて実行することにより、前記画像表示パネルの異なる画素領域で変調された異なる波長域に属する光で前記被投影面上の同一領域を順次照射し、
前記画像シフト素子は、
前記画像表示パネルによって変調された光の経路をシフトさせる少なくとも１つの光学装置を有しており、
前記光学装置は、
偏光光に対して２以上の異なる屈折率を示す液晶層と、
前記液晶層を挟む２枚の基板と
を有しており
前記２枚の基板のいずれか一方の基板の液晶側表面には、前記２以上の屈折率のうちの少なくとも１つの屈折率と実質的に等しい屈折率を持つ材料から形成された微小プリズムまたは回折格子が形成されている投影型画像表示装置。
【請求項３】
光源と、
各々が光を変調することができる複数の画素領域を有する画像表示パネルと、
前記光源からの光を波長域に応じて前記複数の画素領域のうちの対応する画素領域に集光させる光制御手段と、
前記画像表示パネルで変調された光によって被投影面上に画像を形成する光学系と、
を備えた投影型画像表示装置であって、
前記画像を構成する各フレーム画像のデータから複数のサブフレーム画像のデータを生成し、前記画像表示パネルによって前記複数のサブフレーム画像を時分割で表示させる回路と、
前記画像表示パネルによって表示される前記複数のサブフレーム画像のうち選択されたサブフレーム画像を前記被投影面上でシフトさせる画像シフト素子と、
を備え、
前記サブフレームの表示の切り替えは前記画像表示パネルの面書き込みによって行い、しかも、前記画像シフト素子によるシフト動作を前記切り替えに同期させて実行することにより、前記画像表示パネルの異なる画素領域で変調された異なる波長域に属する光で前記被投影面上の同一領域を順次照射し、
前記画像シフト素子は、
前記画像表示パネルによって変調された光の経路をシフトさせる少なくとも１つの光学装置を有しており、
前記光学装置は、異なる表面状態にある複数の透明領域を持つ少なくとも１つの透明板を有しており、前記複数の透明領域には傾斜角の異なる微小プリズム、または格子間隔の異なる回折格子が形成されている投影型画像表示装置。
【請求項４】
前記サブフレームの表示の切り替えに際して、前記画像表示パネルからの光を遮断する遮光装置を有している請求項１から３のいずれかに記載の投影型画像表示装置。
【請求項５】
前記被投影面上における前記サブフレームのシフト量は、前記被投影面上において前記シフトの方向に沿って測定した画素ピッチの略整数倍である請求項１から４のいずれかに記載の投影型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に関し、特にカラーフィルタを用いずに１枚の画像表示パネルを用いてカラー表示を行うことができる単板式投影型画像表示装置に関している。本発明は、コンパクトな投影型カラー液晶テレビジョンシステムや情報表示システムに好適に用いられ得る。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルを用いた従来の投影型画像表示装置を説明する。
【０００３】
このような投影型画像表示装置は、液晶表示パネル自体が発光しないため、別に光源を設ける必要があるが、ＣＲＴを用いた投影型画像表示装置と比較すると、色再現範囲が広い、小型、軽量、コンバージェンス調整が不用などの非常に優れた特徴を持っている。
【０００４】
液晶表示パネルを用いた投影型画像表示装置によってフルカラー表示を行うには、３原色に応じて液晶表示パネルを３枚用いる３板式と、１枚のみを用いる単板式がある。
【０００５】
３板式の投影型画像表示装置では、白色光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の３原色それぞれに分割する光学系と、Ｒ、Ｇ、およびＢ色の光をそれぞれ変調して画像を形成する３枚の液晶表示パネルとを用い、Ｒ、Ｇ、およびＢ色の各々の画像を光学的に重畳することによってフルカラーの表示を実現している。
【０００６】
３板式の投影型画像表示装置では、白色光源から放射される光を有効に利用できるが、光学系が繁雑で部品点数が多くなってしまうため、一般に、コストおよびサイズの観点で単板式の投影型画像表示装置よりも不利である。
【０００７】
単板式の投影型画像表示装置は、モザイク状またはストライプ状に配列した３原色のカラーフィルタを備えた１枚の液晶表示パネルを用いる。そして、液晶表示パネルで表示したフルカラー画像を投影光学系によってスクリーンなどの被投影面に投影する。このような単板式の投影型画像表示装置は、例えば特開昭５９−２３０３８３号公報に記載されている。単板式の場合、１枚の液晶表示パネルを用いるので、光学系も３板式の場合に比較して単純な構成で済み、小型の投影型画像表示装置を低コストで提供するの適している。
【０００８】
しかし、カラーフィルタを用いる単板式の場合、カラーフィルタでの光吸収が発生するため、同等の光源を用いた３板式の場合と比較して画像の明るさが約１／３に低下してしまう。また、液晶表示パネルのＲ、Ｇ、Ｂに対応する３つの画素領域が１組となって１画素の表示を行う必要があるため、画像の解像度も３板式の解像度の１／３に低下してしまう。
【０００９】
光源を明るくすることは明るさ低下に対する１つの解決法であるが、民生用として使用する場合、消費電力の大きな光源を用いることは好ましくない。また、吸収タイプのカラーフィルタを用いる場合、カラーフィルタに吸収された光のエネルギーは熱に変わるため、いたずらに光源を明るくすると、液晶表示パネルの温度上昇を引き起こすだけでなく、カラーフィルタの退色が加速される。したがって、与えられた光をいかに有効に利用するかが、投影型画像表示装置の利用価値を向上させる上で重要な課題である。
【００１０】
単板式投影型画像表示装置による画像の明るさを向上させるため、カラーフィルタなしでフルカラー表示を行う液晶表示装置が開発されている（特開平４−６０５３８号公報）。この液晶表示装置では、光源から放射された白色光をダイクロイックミラーのような誘電体ミラーによってＲ、Ｇ、Ｂの各光束に分割し、液晶表示パネルの光源側に配置されたマイクロレンズアレイに異なった角度で入射させる。マイクロレンズに入射した各光束は、マイクロレンズを透過することによって、入射角に応じて対応する画素領域に集光される。このため、分離されたＲ、Ｇ、Ｂの各光束は、別々の画素領域で変調され、フルカラー表示に用いられる。
【００１１】
上記の誘電体ミラーを用いる代わりに、Ｒ、Ｇ、Ｂ光に対応する透過型のホログラム素子を用いて光利用率向上を図った表示装置が特開平５−２４９３１８号公報に開示され、画素ピッチに対応した周期的構造を透過型ホログラム素子に持たせ、誘電体ミラーおよびマイクロレンズの機能を与えた装置が特開平６−２２２３６１号公報に開示されている。
【００１２】
単板式のもう１つの課題である解像度については、フィールド順次方式を採用することによって１枚の液晶表示パネルで３板式と同等の解像度を得ることができる。フィールド順次方式では、人間の視覚で分解できない速さで光源の色の切替えを行うことにより、時分割表示される各画像の色が加法混色によって構成される現象（継続加法混色）を利用する。
【００１３】
フィールド順次方式でフルカラー表示を行う投影型画像表示装置は、例えば、図３２に示す構成を有している。この表示装置では、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタから構成された円盤を液晶表示パネルの垂直走査周期に合わせて高速に回転させ、カラーフィルタの色に対応した画像信号を液晶表示パネルの駆動回路に順次入力する。人間の目には、各色に対する画像の合成像が認識される。
【００１４】
このようなフィールド順次方式の表示装置によれば、単板方式と異なり、液晶表示パネルの各画素でＲ、Ｇ、Ｂ画像を時分割で表示するため、その解像度は３板式と同等レベルになる。
【００１５】
フィールド順次方式の他の表示装置として、Ｒ、Ｇ、Ｂの各々の光束で液晶表示パネルの異なる領域を照射する投影型画像表示装置がＩＤＷ’９９（Ｐ９８９〜Ｐ９９２）に開示されている。この表示装置では、光源から放射された白色光を誘電体ミラーによってＲ、Ｇ、Ｂの光束に分離し、Ｒ、Ｇ、Ｂの各々の光束で液晶表示パネルの異なる領域を照射する。液晶表示パネルに対するＲ、Ｇ、Ｂの光照射位置は、キューブ状のプリズムを回転させることによって順次切り換えられる。
【００１６】
また、特開平９−２１４９９７号公報に記載されている投影型画像表示装置では、上記の特開平４−６０５３８号公報に記載されている液晶表示装置と同様の液晶表示装置を用い、同様の方法で白色光を色毎の光束に分割し、各光束を異なった角度で画素領域に入射させている。この投影型画像表示装置では、光利用効率の向上と高解像度化の両立を実現するために、各フレーム画像を複数のサブフレーム画像に時分割し、液晶表示パネルの垂直走査周期に同期させて光束の入射角度を周期的に切り換えている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開平４−６０５３８号公報、特開平５−２４９３１８号公報、および特開平６−２２２３６１号公報等に記載されている装置によれば、確かに明るさは改善されるが、解像度は３板式の１／３のままである。その理由は、１つの画素（ドット）を表示するのに空間的に分離されたＲ、Ｇ、およびＢ用の３つ画素を１組として用いるためである。
【００１８】
これに対して、通常のフィールド順次方式の場合は解像度が３板式の解像度と同等レベルに改善される。しかし、画像の明るさに関しては、従来の単板式と同様の問題を有している。
【００１９】
一方、ＩＤＷ’９９に記載されている上記の表示装置の場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの光照射位置を相互に重複させないようにする必要があるが、そのためには平行度が非常に優れた照明光を必要とする。従って、照明光の平行度の規制によって光の利用効率が低下してしまうことになる。
【００２０】
以上のように、上述した従来技術では、何れも、単板式の課題である明るさおよび解像度の両方を改善させることは実現していない。
【００２１】
本出願人は、上記の課題を解決することを意図した投影型画像表示装置を特開平９−２１４９９７号公報に開示している。特開平９−２１４９９７号公報に開示した表示装置によれば、液晶パネルに対する光束の入射角度を液晶パネルの垂直走査周期に同期させて順次切り換える必要がある。この装置では、このような切替えを行うため、液晶表示パネルと光源との間に特別のスペースを確保し、そこで２組のホログラム素子やミラーを駆動する必要がある。
【００２２】
このような表示装置では、入射光角度の切替えを行うために複数の可動部が必要であり、その制御が複雑になる。また、液晶表示パネルの各画素が全ての色を順次表示するため、液晶表示パネルで色別の調整を行うことができない。
【００２３】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、明るく、高解像度で均一な表示を実現し、かつ小型化および低コスト化に適した投影型画像表示装置を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明による投影型画像表示装置は、光源と、各々が光を変調することができる複数の画素領域を有する画像表示パネルと、前記光源からの光を波長域に応じて前記複数の画素領域のうちの対応する画素領域に集光させる光制御手段と、
前記画像表示パネルで変調された光によって被投影面上に画像を形成する光学系とを備えた投影型画像表示装置であって、前記画像を構成する各フレーム画像のデータから複数のサブフレーム画像のデータを生成し、前記画像表示パネルによって前記複数のサブフレーム画像を時分割で表示させる回路と、前記画像表示パネルによって表示される前記複数のサブフレーム画像のうち選択されたサブフレーム画像を前記被投影面上でシフトさせる画像シフト素子とを備え、前記サブフレームの表示の切り替えは前記画像表示パネルの面書き込みによって行い、しかも、前記画像シフト素子によるシフト動作を前記切り替えに同期させて実行することにより、前記画像表示パネルの異なる画素領域で変調された異なる波長域に属する光で前記被投影面上の同一領域を順次照射する投影型画像表示装置。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記画像シフト素子は、前記画像表示パネルによって変調された光の経路をシフトさせる少なくとも１つの光学装置を有しており、前記光学装置は、光の偏光方向を変調する第１の素子と、光の偏光方向によって屈折率の異なる第２の素子とを有している。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記画像シフト素子は、前記画像表示パネルによって変調された光の経路をシフトさせる少なくとも１つの光学装置を有しており、前記光学装置は、偏光光に対して２以上の異なる屈折率を示す液晶層と、前記液晶層を挟む２枚の基板とを有しており、前記２枚の基板のいずれか一方の基板の液晶側表面には、前記２以上の屈折率のうちの少なくとも１つの屈折率と実質的に等しい屈折率を持つ材料から形成された微小プリズムまたは回折格子が形成されている。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記画像シフト素子は、前記画像表示パネルによって変調された光の経路をシフトさせる少なくとも１つの光学装置を有しており、前記光学装置は、異なる表面状態にある複数の透明領域を持つ少なくとも１つの透明板を有しており、前記複数の透明領域には傾斜角の異なる微小プリズム、または格子間隔の異なる回折格子が形成されている。
【００２８】
ある好ましい実施形態においては、前記サブフレームの表示の切り替えに際して、前記画像表示パネルからの光を遮断する遮光装置を有している。
【００２９】
前記被投影面上における前記サブフレームのシフト量は、前記被投影面上において前記シフトの方向に沿って測定した画素ピッチの略整数倍であることが好ましい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明では、例えばカラーフィルターを用いない単板式の投影型画像表示装置において、画像を構成する各フレーム画像のデータから複数のサブフレーム画像のデータを生成し、画像表示パネルによって複数のサブフレーム画像を時分割で表示させる。そして、これらのサブフレーム画像を被投影面上で順次シフトさせることにより、画像表示パネルの異なる画素領域で変調された異なる波長域に属する光（Ｒ、Ｇ、Ｂ光）で被投影面上の同一領域を順次照射し、それよって高解像度のフルカラー表示を実現する。
【００３１】
本発明の場合、被投影面上で1つの画素に相当する特定の領域に着目すると、或るサブフレームの表示期間（以下、「サブフレーム期間」と称する）において、その特定領域は例えば赤色の光（Ｒ光）で照射されるが、次のサブフレーム期間においては緑色の光（Ｇ光）で照射され、更に次のサブフレーム期間においては、青色の光（Ｂ光）で照射されることになる。このように本発明によれば、被投影面上の各画素の色がＲ、Ｇ、およびＢ光の時分割照射によって規定される。
【００３２】
従来のフィールド順次方式による投影型カラー画像表示装置と本発明との間には、以下に述べるような著しい相違点がある。
【００３３】
従来のフィールド順次方式の場合は、Ｒ、Ｇ、およびＢ光で交互に画像表示パネルを照らす。したがって、或る１つのサブフィールド期間においては、Ｒ、Ｇ、およびＢ光のいずれか1つの光で画像表示パネルの全画素領域が照射されることになる。その結果、被投影面上の各サブフレーム画像は、Ｒ、Ｇ、およびＢ光のうちの１色からなる画素によって構成されるが、Ｒ画像用サブフレーム、Ｇ画像用サブフレーム、およびＢ画像用サブフレームが人間の視覚の時間分解能以下の短い時間単位で時分割表示されるため、残像によって人間の目にはカラー画像が認識される。
【００３４】
これに対し、本発明で用いるサブフレーム画像のそれぞれは、後に詳述するように、Ｒ、Ｇ、およびＢ光の組み合わせによって構成される。すなわち、或る１つのサブフレーム期間において、被投影面は、画像表示パネルで変調されたＲ、Ｇ、およびＢ光によって照らされる。画像表示パネルによって変調されたＲ、Ｇ、およびＢ光は、それぞれ、サブフレーム期間毎に被投影面の異なる位置を照射し、時間的に合成され、フルカラーのフレーム画像を表示する。
【００３５】
本発明では、このようなＲ、Ｇ、およびＢ光の時間的合成を画像シフト素子によって行う。この画像シフト素子は、画像表示パネルと被投影面との間に配置され、画像表示パネルによって変調された光の経路（光路）を周期的・規則的に変化させる。
【００３６】
本発明の適用範囲は投影型画像表示装置に限定されず、ビュワーやヘッド・マウント・ディスプレイなどの直視型画像表示装置にも好適に適用されるが、以下においては、投影型の画像表示装置を例にとり、本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００３７】
まず、図１を参照しながら第１の実施形態にかかる装置構成を説明する。
【００３８】
（実施形態１）
本実施形態の投影型画像表示装置は、光源１と、液晶表示パネル８と、光源１からの光を波長域に応じて液晶表示パネル８の対応する画素領域に集光させる光制御手段と、液晶表示パネル８によって変調された光を被投影面上に投射する投影光学系とを備えている。
【００３９】
この投影型画像表示装置は、更に、光源１から後方に出た光（白色光）を前方に反射する球面鏡２と、光源１および球面鏡２からの光を平行光束にするコンデンサーレンズ３と、この光束を波長域に応じて複数の光束に分離するダイクロイックミラー４〜６を備えている。ダイクロイックミラー４〜６によって反射された光は、波長域に応じて異なる角度でマイクロレンズアレイ７に入射する。マイクロレンズアレイ７は液晶表示パネル８の光源側基板に取りつけられており、異なる角度でマイクロレンズ７に入射した光は、それぞれ異なる位置の対応する画素領域に集められる。
【００４０】
本投影型画像表示装置の投影光学系は、フィールドレンズ９および投影レンズ１１から構成されており、液晶表示パネル８を透過した光束１２をスクリーン（被投影面）１３に投射する。本実施形態では、フィールドレンズ９と投影レンズ１１との間に、画像シフト素子１０が配置されている。図１には、画像シフト素子１０によって被投影面に平行な方向にシフトされた光束１２ａ、１２ｂが示されている。光束のシフトを行うには、画像シフト素子１０は液晶表示パネル８とスクリーン１３との間の何れかの位置に挿入されていればよく、投影レンズ１１とスクリーン１３との間に配置されていても良い。
【００４１】
次に、本投影型画像表示装置の各構成要素を順番に説明する。
【００４２】
本実施形態においては、光源１として、光出力１５０Ｗ、アーク長５ｍｍ、アーク径２．２ｍｍのメタルハライドランプを用い、このランプをアーク長方向が図面の紙面と平行となるように配置している。光源１としては、メタルハライドランプ以外に、ハロゲンランプ、超高圧水銀ランプ、またはキセノンランプ等を用いてもよい。本実施形態で使用する光源１は、三原色に対応する３つの波長域の光を含む白色光を放射する。
【００４３】
光源１の背面には球面鏡２が配置され、光源１の前面には口径８０ｍｍφ、焦点距離６０ｍｍのコンデンサーレンズ３が配置されている。球面鏡２は、その中心が光源１の発光部の中心と一致するように配置されており、コンデンサーレンズ３は、その焦点が光源１の中心と一致するように配置されている。
【００４４】
このような配置構成により、光源１から出射された光は、コンデンサーレンズ３によって平行化され、液晶表示パネル８を照らすことになる。コンデンサーレンズ３を通過した光の平行度は、例えば、アーク長方向（図１の紙面に平行な方向）に約２．２°、アーク径方向に約１°となる。
【００４５】
本実施形態で使用する液晶表示パネル８は、光源側の透明基板上にマイクロレンズアレイ７が配置された透過型液晶表示素子である。液晶の種類や動作モードは任意であるが、高速動作し得るものであることが好ましい。本実施形態ではＴＮ（ツイステッド・ネマティック）モードで動作する。液晶表示パネル８には、光を変調するための複数の画素領域が設けられているが、本願明細書における「画素領域」とは、画像表示パネルにおいて空間的に分離された個々の光変調部を意味する。液晶表示パネル８の場合は、個々の画素領域に対応する画素電極によって液晶層の対応部分に電圧が印加され、その部分の光学特性が変化することによって光の変調が行われる。
【００４６】
この液晶表示パネル８では、例えば７６８（Ｈ）×１０２４（Ｖ）の走査線が画面全体一括的に駆動される。液晶表示パネル８の画素領域は透明基板上に二次元的に配列されており、本実施形態の場合、画素領域のピッチは水平方向に沿って測定した値も垂直方向に沿って計測した値も２６μｍである。そして、本実施形態の場合、Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用画素領域は、それぞれ、画面の水平方向に沿ってストライプ状に配列され、各マイクロレンズが３つの画素領域（Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用画素領域）からなるセットに割り当てられている。
【００４７】
液晶表示パネル８を照射するＲ、Ｇ、およびＢ光は、図１に示すように、光源１から放射された白色光をダイクロイックミラー４、５、および６によって分離したものであり、液晶表示パネル８上のマイクロレンズアレイ７へ異なる角度で入射する。Ｒ、Ｇ、およびＢ光の入射角度を適切に設定することにより、図２に示すように、マイクロレンズ７によって各波長域に対応する画素領域へ適切に振り分けられる。本実施形態では、マイクロレンズ７の焦点距離を２５５μｍとし、各光束がなす角度が５．８度になるように設計している。より詳細には、Ｒ光は液晶表示パネル８に対して垂直に入射し、Ｂ光およびＧ光は、それぞれ、Ｒ光に対して５．８度の角度で入射する。
【００４８】
ダイクロイックミラー４、５、および６は、図３に示すような分光特性を有しており、それぞれ、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）、および青色（Ｂ）の光を選択的に反射する。Ｇ光の波長域は５２０〜５８０ｎｍ、Ｒ光の波長域は６００〜６５０ｎｍ、Ｂ光の波長域は４２０〜４８０ｎｍである。
【００４９】
本実施形態では、３原色の光を対応する画素領域に集めるためにダイクロイックミラー４〜６およびマイクロレンズアレイ７を用いているが、他の光学的な手段（例えば、光の回折・分光機能を付与された透過型ホログラム）を用いてもよい。
【００５０】
前述のように液晶表示パネル８は画面全体が一括的に駆動されるため、１秒間に６０フレームの画像が表示され、各フレームに割り当てられる時間（フレーム期間）Ｔは１／６０秒、すなわち、Ｔ＝１／６０（秒）≒１６．６（ミリ秒）となる。
【００５１】
本実施形態では、画像を構成する各フレーム画像の情報（データ）を逐次フレームメモリに蓄え、そのフレームメモリから選択的に読み出した情報に基づいて複数のサブフレーム画像を順次形成する。以下、サブフレーム画像の形成方法を詳細に説明する。
【００５２】
例えば、或るフレームの画像（フレーム画像）が図４（ａ）に示すような画像であるとする。このフレーム画像はカラー表示されるべきものであり、各画素の色は、上記フレーム画像を規定するデータに基づいて決定される。
【００５３】
従来の３板式投影型画像表示装置の場合は、上記データから各画素についてＲ、Ｇ、およびＢ光用のデータを分離し、図４（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）に示すように、Ｒ画像用フレーム、Ｇ画像用フレーム、およびＢ画像用フレームの各データを生成する。そして、Ｒ、Ｇ、およびＢ用の３枚の画像表示パネルを用いて、Ｒ画像用フレーム、Ｇ画像用フレーム、およびＢ画像用フレームをそれぞれ同時に表示し、被投影面上で重畳する。図５（ａ）は、被投影面１３上における或る特定の画素について、Ｒ、Ｇ、およびＢ画像用フレームが重畳されている様子を模式的に示している。
【００５４】
これに対して、従来の単板式投影型画像表示装置の場合は、１枚の表示パネルにＲ、Ｇ、およびＢ用画素領域が別々の位置に設けられている。そして、Ｒ、Ｇ、およびＢ用データの各々に基づいてＲ、Ｇ、およびＢ用画素領域で光の変調が行われ、被投影面上にカラー画像が形成されることになる。この場合は、被投影面上において人間の視覚による空間的分解能よりも小さな領域内にＲ、Ｇ、およびＢ光が照射されるため、Ｒ、Ｇ、およびＢ光は相互に空間的に分離されているにもかかわらず、人間の目には１つの画素が構成されるように認識される。図５（ｂ）は、被投影面１３上における或る特定の画素について、Ｒ、Ｇ、およびＢ光の照射の様子を模式的に示している。
【００５５】
以上の従来方式と異なり、本実施形態では、１つの画像表示パネル８の異なる画素領域で変調されたＲ、Ｇ、およびＢ光が被投影面１３上の同一領域に順次照射され、その同一領域に１つの画素を表示する。すなわち、被投影面１３上の任意の画素に注目した場合、その画素の表示はフィールド順次方式に類似した方式で実行される。ただし、１つの画素を構成するＲ、Ｇ、およびＢ光は、１つの画像表示パネルの異なる画素領域で変調されたものである点で従来のフィールド順次方式とは大きく異なる。図５（ｃ）は、被投影面１３上における或る特定の画素について、時分割で照射されるＲ、Ｇ、およびＢ光が１フレーム期間にわたって合成される様子を模式的に示している。図５（ｃ）の左側部分に示されている画面は、１枚の画像表示パネル８における異なる３つのサブフレーム画像に対応している。
【００５６】
図５（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、本実施形態によれば、たった１枚の表示パネルを用いながら、３板式と同様の高解像度と明るさでフルーカラーの表示を実現することができる。
【００５７】
次に、図６を参照しながらサブフレーム画像の構成を詳細に説明する。
【００５８】
図６の左側部分には、Ｒ、Ｇ、およびＢ用フレームメモリに格納されたＲ、Ｇ、およびＢ画像フレームのデータが示されている。図６の右側部分には、表示サブフレーム１〜３が示されている。本実施形態によれば、或るフレームの最初の３分の１の期間（第１サブフレーム期間）において、被投影面上には表示サブフレーム１の画像が被投影面上に表示される。そして、次の３分の１の期間（第２サブフレーム期間）には、表示サブフレーム２の画像が表示され、最後の３分の１の期間（第３サブフレーム期間）には、表示サブフレーム３の画像が表示される。本実施形態では、これら３つのサブフレーム画像が図７に示すようにシフトし、時間的にずれながら合成される結果、人間の目には図４（ａ）に示すような原画像が認識されることになる。
【００５９】
次に、表示サブフレーム１を例にとり、サブフレーム画像のデータ構成を詳細に説明する。
【００６０】
まず、表示サブフレーム１の第１行画素領域用データは、図６に示すように、Ｒ用フレームメモリに記憶されている第１行目画素（Ｒ１）に関するデータから形成される。表示サブフレーム１の第２行画素領域用データは、Ｇ用フレームメモリに記憶されている第２行目画素（Ｇ２）に関するデータから形成される。表示サブフレーム１の第３行画素領域用データは、Ｂ用フレームメモリに記憶されている第３行目画素（Ｂ３）に関するデータから形成される。表示サブフレーム１の第４行画素領域用データは、Ｒ用フレームメモリに記憶されている第４行目画素（Ｒ４）に関するデータから形成される。以下、同様の手順で表示サブフレーム１のデータが構成される。
【００６１】
表示サブフレーム２および３のデータも、表示サブフレーム１の場合と同様にして構成される。例えば表示サブフレーム２の場合、第０行画素領域用データは、Ｂ用フレームメモリに記憶されている第１行目画素（Ｂ１）に関するデータから形成され、表示サブフレーム２の第１行画素領域用データはＲ用フレームメモリに記憶されている第２行目画素（Ｒ２）に関するデータから形成される。表示サブフレーム２の第２行画素領域用データはＧ用フレームメモリに記憶されている第３行目画素（Ｇ３）に関するデータから形成され、表示サブフレーム２の第３行画素領域用データはＢ用フレームメモリに記憶されている第４行目画素（Ｂ４）に関するデータから形成される。
【００６２】
このようにしてＲ、Ｇ、およびＢ用フレームメモリの各々から読み出したデータを予め設定された順序で組み合わせることによって、時分割表示されるサブフレームの各々のデータが生成される。この結果、サブフレーム用データの各々は、Ｒ、Ｇ、およびＢの全ての色に関する情報を含んでいるが、Ｒ、Ｇ、およびＢのそれぞれについて、空間的には全体の３分の１の領域に関する情報を有しているだけである。より詳細に述べれば、表示サブフレーム１の場合、Ｒの情報は、図６から明らかにように、形成すべきフレーム画像の第１、４、７、１０…行の画素に関するものだけである。フレーム画像の他の行における画素に関するＲの情報は表示サブフレーム２および３に割り振られている。
【００６３】
本実施形態では、画像表示パネルの各画素領域には常に同じ色の情報が表示されることになるが、各サブフレーム間で画像をシフトさせて投影させることによって、フレーム画像を合成することができる。なお、図６からわかるように、画像表示パネルの画素領域の全行数は、１つのサブフレーム画像を構成する画素の全行数よりも２行だけ多い。この２行は画像シフトのマージンとして機能する。
【００６４】
次に、図８および図９を参照しながら、シフトした複数のサブフレーム画像が１つのフレーム画像を合成する様子を説明する。
【００６５】
まず、図８を参照する。図８（ａ）は、スクリーンなどの被投影面に投影された３枚のサブフレーム画像の一部を示す斜視図である。図中の左から順番に表示サブフレーム１〜３、および合成されたフレーム画像が模式的に示されている。図８（ｂ）は、画素表示パネルの対応画素領域を示しており、左から順番に、表示サブフレーム１〜３の対応部分を示している。表示サブフレーム１の第３行〜第７行、表示サブフレーム２の第２行〜第６行、および表示サブフレーム３の第１行〜第５行が被投影面上で時間的にはズレながらも空間的に重なりあうことで１枚のフレーム画像が構成される。
【００６６】
画像表示パネル上のＲ、Ｇ、およびＢ用画素領域の位置は、図８（ｂ）に示されるように固定されているが、画像表示パネルと被投影面との間に配置された画像シフト素子の働きによってサブフレーム画像の光路がシフトし、図８（ａ）に示すようなサブフレーム画像の合成が達成される。
【００６７】
次に、サブフレーム画像のシフト方法を説明する。
【００６８】
本実施形態では、図９に示すような３つの透明領域Ａ〜Ｃを有する円盤状ガラス板（屈折部材）２０から作製した画像シフト素子を採用する。この円盤状ガラス板２０は、屈折率が１．５２のＢＫ７ガラスから形成されており、透明領域Ａの厚さは０．７ｍｍ、透明領域Ｂの厚さは１．１ｍｍ、透明領域Ｃの厚さは１．５ｍｍに設定されている。このガラス板は、円盤の中心を軸にして回転可能な状態で支持され、ガラス板の主面が光軸との間で７０．２度の角度を形成するよう配置される。図１０は、光軸を横切るガラス板の断面を部分的に模式的に示している。光軸に垂直な面とガラス板の主面との間の角度をθ０、ガラス厚をｄ、ガラスの屈折率をｎgとすると、屈折による光軸のシフト量Δｘは下記式で表現される。
【００６９】
Δｘ＝ｄ・ｓｉｎθ０（１−ｃｏｓθ０／（ｎg2−ｓｉｎ2θ０）1/2）
本実施形態では、ガラス厚ｄが透明領域Ａ〜Ｃの各々で異なる値を持つように設計されており、ガラス板２０の回転にともなって光軸のシフト量Δｘが周期的に変化することになる。
【００７０】
画像表示パネルで変調された光束は、不図示の駆動装置（モータなど）によって回転するガラス板２０の透明領域Ａ〜Ｃのいずれかを透過し、被投影面に到達する。本実施形態の場合、透明領域Ａを透過した光束の光路に対し、透明領域Ｂを透過した光束の光路は２６．１μｍだけシフトする。また同様に、透明領域Ｂを透過した光束の光路に対し、透明領域Ｃを透過した光束の光路は２６．１μｍだけシフトする。なお、ここでのシフト量（＝２６．１μｍ)は、画像表示パネル上でのシフト量として換算した値であり、画素領域の垂直ピッチに相当するように画像シフト素子を設計している。このシフト量は、各透明領域Ａ〜Ｃの厚さを調節すれば、他の任意の値に変更することができる。例えば、各透明領域Ａ〜Ｃの厚さを１．４倍にすれば、シフト量は２６．１×１．４μｍとなる。
【００７１】
本実施形態では、光束のシフトΔｘが生じる方向（シフト方向）が画像の垂直方向と等しいが、光束のシフト方向は画像の水平方向に等しい場合であっても、斜め方向であっても良い。重要な点は、シフト量が画素を単位とする大きさを持ち、各サブフレーム画像の画素が被投影面上において実質的に重なり合うことにある。言いかえると、被投影面上での画像のシフト量は、被投影面上でシフト方向に沿って測定した画素ピッチの略整数倍になればよい。
【００７２】
光束のシフト方向を画像の例えば水平方向に等しくする場合、図１０のガラス板を光軸中心に９０°回転させ、光束のシフトが画像の水平方向に沿って行われるようにすれば良い。
【００７３】
本実施形態では、上記ガラス板２０の回転を一定の速度で連続的に行うのではなく、古いサブフレーム画像から新しい新しいサブフレーム画像に切り替わるブランキング期間に透明領域の切り替えを行えば、1つのサブフレームが表示されている期間、ガラス板２０は静止していても良い。また、必ずしも、上記ブランキング期間内に透明領域の切り替えを完了する必要もない。
【００７４】
図１１は、画像表示パネル８において光を変調する部分（各画素領域）での電圧印加に対する光透過率の応答曲線を示している。本実施形態では、各画素領域は液晶層を電極で挟んだ構造を有しており、液晶の応答速度は有限であるため、電圧印加を開始した瞬間に光透過率が最大値に達することはない。すなわち、光透過率が最大レベルに達し、暗状態から明状態への変化が完成するのは、電圧印加開始から遅れている。また、電圧印加の停止時点から光透過率が最小値（ゼロ）に至るまでの間にも時間的な遅れが生じている。
【００７５】
本実施形態では、図８（ｂ）に示すようにサブフレーム期間毎に異なるサブフレーム画像を画像表示パネル上に表示する必要がある。もしも、サブフレーム画像の表示の切り替えに無視できない時間を要すると、各サブフレーム期間の最初の部分ではサブフレーム画像の明るさが不充分となる一方、サブフレーム期間（電圧印加期間）が終了した後も、しばらくは当該サブフレーム画像が不必要に表示されてしまう。そのため、サブフレーム画像がシフトしても、画像表示パネルの応答速度の遅さに起因して前のサブフレームの画像が表示されていたり、次のサブフレームの画像に重なってわずかに前のサブフレームの画像が表示されたりする。そのような場合、合成されたフレーム画像には輪郭等に滲みやゴースト（２重写り）が発生してしまう。
【００７６】
図１２を参照しながら、上記の滲みやゴーストが発生する理由を説明する。図１２は、第ｎ番目（ｎは正の整数）のフレーム画像を構成するサブフレーム画像の特定の画素列と、第ｎ＋１番目のフレーム画像を構成するサブフレーム画像の対応する画素列とを模式的に示している。各画素列が上下しているのは、画像シフト素子によってサブフレーム画像の光路が上下にシフトしているためである。図１２においては、画像表示パネルの応答の遅れに起因して、明状態から暗状態に移行する時期の遅れた画素が示されている。例えば、第ｎ番目のフレーム画像を構成する最初のサブフレーム画像において、明状態にある「Ｂ」画素は、次のサブフレームでは下方に１画素分だけシフトしているが、まだ、完全に暗状態に変化していない。更に次のサブフレームでは更に下方に１画素分だけシフトし、完全に暗状態に変化しているが、このサブフレームでは、その上の「Ｇ」画素がやや明状態を維持している。このような応答の遅れが存在すると、図１２の白表示の画素（「Ｗ」画素）に隣接した画素、および１画素おいて離れた画素に色づきが生じてしまう。
【００７７】
このような画像表示パネルの応答遅れに起因する色滲みやゴーストの発生を防止するには、画像表示パネルにおいてサブフレーム画像の切り替えが行われるとき、応答遅れが生じている画素領域で変調された光が被投影面に投影されないようにすれば良い。そのためには、応答遅れが生じている期間だけ、例えば液晶シャッターやメカニカルシャッターなどの遮光装置を用いて光路（光源から被投影面までの光路）の一部を一時的に遮断するか、あるいは光源を一時的に消燈または減燈すれば良い。
【００７８】
画像表示パネルの応答が遅れている期間だけではなく、画像表示パネルの表示タイミングと画像シフトのタイミングとがずれている期間においても、同様の問題が生じる。そのため、このようなタイミングのずれが生じている期間、または、タイミングのズレが生じる可能性のある期間は、光路を遮断すれば良い。
【００７９】
なお、上記のような遮光装置を特別に使用する代わりに、図９の画像シフト素子を改良して画像シフト素子自身に「遮光機能」を付与してもよい。例えば図１３に示すように、ガラス板２０のうち画像表示パネルの応答遅れ期間やタイミングのズレが生じる期間に光束を横切る部分に遮光領域２１を配置すれば、図１２の色滲みやゴーストの発生を抑制し、より高品位の画像を得ることができる。扇型遮光領域２１の中心角は、画像表示パネルの応答遅れの大きさ等に応じて決定される。遮光領域２１がガラス板２０の全体に占める割合が小さいほど、被投影面で表示される画像は明るくなる。
【００８０】
画像表示パネルの応答が始まってから終了するまでの期間に対する、画像シフトを開始してから次の画像シフトを開始するまでの期間の時間軸上における関係、すなわち、画像シフト期間のタイミングは、例えば図１１に示すように調節されることが好ましい。すなわち、画像表示パネルの各画素領域が充分な明るさを示している期間に同期させて、画像のシフトを行うことが好ましい。
【００８１】
本実施形態では、画像表示パネルとしてＴＮ（ツイステッド ネマティック）モードの液晶表示パネルを使用しているが、本発明はこれに限定されず、その他の様々なモードの液晶表示パネルを使用しても良い。より高速で応答することができる表示パネルを採用すれば、画像シフト素子に設ける遮光領域の面積割合を小さくすることができるので、より明るい高品位画像を得ることが可能になる。
【００８２】
本実施形態の投影型画像表示装置によれば、各フレーム期間に３つのサブフレーム画像を生成し、それらの画像を光学的にシフトさせながら合成するため、従来のカラーフィルタを用いた単板式投影型画像表示装置と比較して光利用率が大幅に向上し、しかも、３倍の解像度を実現できる。
【００８３】
なお、本実施形態では、画像表示パネルとして透過型の表示パネルを用いているが、図１４に示すような反射型の液晶表示パネルを用いてもよい。図１４に示す反射型液晶表示パネルは、例えば特開平９−１８９８０９号公報に開示されている。このような反射型の画像表示パネルを用いる場合、光源からの白色光をダイクロイックミラーで分光する必要が無く、表示パネル上の透過型ホログラムが白色光をＲ、Ｇ、およびＢ光に回折・分光し、対応する画素領域の反射電極（画素電極）に集光する。画素電極で反射された光は偏光成分の変化量に応じてホログラムを透過する。このような透過型ホログラムは、Ｒ用ホログラフィ・レンズアレイ層、Ｇ用ホログラフィ・レンズアレイ層、およびＢ用ホログラフィ・レンズアレイ層を積層することによって作製される。
【００８４】
なお、反射型の場合、反射電極の裏面側（下方）にトランジスタ領域を設けることができるので、サブフレーム画像の切り替えを画面一括で行う本発明の投影型画像表示装置にとって好適である。
【００８５】
このように本発明では、画像表示パネルの各画素領域には常に同じ色の情報が表示されるが、選択されたサブフレーム画像をシフトさせて投影させることにより、各画素領域がサブフレーム毎に異なる位置（画素）の情報を表示することができ、その結果として高い解像度が実現する。
【００８６】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
【００８７】
本実施形態の投影型画像表示装置も、基本的に第1の実施形態と同様の構成を有しており、主な相違点は、サブフレーム画像のシフト方法にある。従って、以下においては、この相違点のみを説明する。
【００８８】
実施形態１の場合は、図１２に示すように第ｎ＋１番目（ｎは正の整数）のフレーム画像を構成するサブフレーム画像をシフトさせる方向は、第ｎ番目のフレーム画像を構成するサブフレーム画像をシフトさせる方向と同一であるが、本実施形態では、図１５に示すように第ｎ＋１番目のフレーム画像を構成するサブフレーム画像をシフトさせる方向は、第ｎ番目のフレーム画像を構成するサブフレーム画像をシフトさせる方向と反対である。すなわち、第ｎ番目フレームでは、サブフレーム画像を下方向にシフトさせ、第ｎ＋１番目フレームでは、サブフレーム画像を上方向にシフトさせる。しかも、本実施形態では、第ｎ＋１番目フレームの最初のサブフレーム画像と、第ｎ番目フレームの最後のサブフレーム画像とが被投影面の同一位置に投影される。
【００８９】
また、本実施形態では、画像シフトの１周期が２フレーム期間に等しくなっており、しかも、その２フレーム期間内に画像シフトは４回しか生じていない。このため、画像表示パネルの応答遅れや画像シフトのタイミングのズレに起因して生じ得る画質劣化を低減することができる。また、隣接画素以外に色づく画素がなくなり、色づく画素の発生するサブフィールドも実施形態１の場合に比較して３分の２に減少し、ゴーストが発生することもなくなる
このように、フレームの切替え時にサブフレーム画像をシフトさせないようにするためには、各フレーム内の最後のサブフレームと次のフレームにおける最初のサブフレームとで、画像シフト素子による光束への作用を同一条件にするか、画像シフト素子の動きを停止すればよい。
【００９０】
このような画像シフトを行うための画像シフト素子の一例を図１６に示す。この画像シフト素子は、透明領域Ａ〜Ｆを有するガラス板２２を備えている。透明領域ＥおよびＦは、屈折率１．４９のＦＫ５ガラスから形成され、透明領域ＡおよびＤは屈折率１．５７のＢａＫ４ガラスから形成され、透明領域ＢおよびＣは屈折率１．６４のＳＦ２ガラスから形成されている。各透明領域の厚さは、いずれも２．０ｍｍである。
【００９１】
このような構成の円盤状ガラス板２２を主面が光軸に対して６５度の角度をなすようにする。そして、各透明領域が光路を横切るタイミングを、それに対応するサブフレームに切り替わるタイミングと同期させてガラス板２２を回転する。こうすることにより、透明領域ＥおよびＦに対して、透明領域ＡおよびＤでは３４．０μｍだけ光路がシフトし、透明領域ＡおよびＤに対して透明領域ＢおよびＣでは２６．６μｍだけ光路がシフトする。
【００９２】
透明領域Ｆが例えば図１５に示す第ｎフレームの最初のサブフレームに対応しているとする。この場合、透明領域Ａは第ｎフレームの次のサブフレームに対応し、透明領域Ｂは、第ｎフレームの最後のサブフレームに対応する。そして、透明領域Ｃは第ｎ＋１フレームの最初のサブフレームに対応し、透明領域Ｄは第ｎ＋１フレームの次のサブフレームに対応し、透明領域Ｅは第ｎ＋１フレームの最後のサブフレームに対応する。
【００９３】
透明領域Ｂと透明領域Ｃとは同一の屈折率および厚さを持つため、光路のシフト量も同一であり、図１５に示すように、対応する２つのサブフレーム画像の間ではシフトが生じない。同様のことが透明領域Ｅと透明領域Ｆとの間においても生じる。
【００９４】
ここでは透明領域ＢおよびＣ、更には透明領域ＥおよびＦについて、説明の都合上、それぞれを２つの領域に区分している（図１６では破線で区分している）が、実際には、それぞれを１枚の連続した部材から構成することができる。したがって、図１６の円盤状ガラス板２２は４つの扇形透明部材を組み合わせて作製され得る。
【００９５】
本実施形態においても画像表示パネルの応答遅れなどに起因して、画像シフトとサブフレーム切り替えとの間にタイミングのずれが発生し得る。そのため、図１７に示すように、ガラス板２２の適切な部分に遮光領域２１を設けることが好ましい。図１７では、画像シフトを行うべき2つの領域の境界（透明領域ＡおよびＤの各々の両側）に遮光領域２１を設ければ良い。
【００９６】
本実施形態でも、画像表示パネルとしてＴＮモードの液晶表示パネルを使用しているが、その他の様々なモードの液晶表示パネルを使用しても良い。より高速で応答することができる表示パネルを採用すれば、画像シフト素子に設ける遮光領域の面積割合を小さくすることができるので、より明るく高品位な画像を得ることが可能になる。また、本実施形態では画像表示パネルとして透過型の表示パネルを用いているが、例えば図１４に示すような反射型の液晶表示パネルを用いてもよい。
【００９７】
本実施形態の投影型画像表示装置によっても、カラーフィルタ無しの画像表示パネルを用いて各フレーム期間に３つのサブフレーム画像を生成し、それらの画像を光学的にシフトさせながら合成するため、従来のカラーフィルタを用いた単板式投影型画像表示装置と比較して光利用率が大幅に向上し、しかも、３倍の解像度を実現できる。
【００９８】
また、フレーム切り替え時にサブフレーム画像がシフトしないため、前述した画像表示パネルの応答遅れ等に起因する色滲みやゴーストを大幅に低減することができる。
【００９９】
（実施形態３）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
【０１００】
本実施形態の投影型画像表示装置も、基本的には第1の実施形態と同様の構成を有しており、主な相違点は、サブフレーム画像の構成およびシフト方法にある。以下、この相違点を説明する。
【０１０１】
本実施形態では、図１８に示すように、各フレーム画像を構成するサブフレーム画像の数は２つであり、各サブフレーム画像は被投影面上の異なる２つの位置に順次表示される。そして、各フレームにおいて、第1番目のサブフレーム画像における或る1つの画素と、その近傍に投影される第２番目のサブフレーム画像における２つの画素との合計３つの画素によって、被投影面上の1つの画素を構成するようにしている。被投影面上の上記1つの画素に隣接する他の1つの画素については、これとは逆に、第１番目のサブフレーム画像における２つの画素と、第２番目のサブフレーム画像における１つ画素とを合成している。こうすることにより、被投影面中に形成される画像の解像度は幾分低下するが、各フレームを２つのサブフレームで構成できるため、画像表示パネルを高速で駆動する必要がなくなり、応答遅れに起因する色滲みも低減される。
【０１０２】
本実施形態では、被投影面上の２つの異なる位置にサブフレーム画像を表示させるように構成された画像シフト素子を用いる。この画像シフト素子は、例えば、屈折率および厚さの少なくとも一方が異なる２種類の透明領域を有するガラス板から構成される。
【０１０３】
本実施形態でも、画像表示パネルとしてＴＮモードの液晶表示パネルを使用しているが、その他の様々なモードの液晶表示パネルを使用しても良い。より高速で応答することができる表示パネルを採用すれば、画像シフト素子に設ける遮光領域の面積割合を小さくすることができるので、より明るく高品位な画像を得ることが可能になる。また、本実施形態では画像表示パネルとして透過型の表示パネルを用いているが、例えば図１４に示すような反射型の液晶表示パネルを用いてもよい。
【０１０４】
本実施形態の投影型画像表示装置によれば、カラーフィルタ無しの画像表示パネルを用いて各フレーム期間に２つのサブフレーム画像を生成し、それらの画像を光学的にシフトさせながら合成するため、従来のカラーフィルタを用いた単板式投影型画像表示装置と比較して光利用率が大幅に向上し、しかも、より高い解像度を実現できる。
【０１０５】
（実施形態４）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。
【０１０６】
本実施形態の投影型画像表示装置も、基本的に第1の実施形態と同様の構成を有しており、主な相違点はサブフレーム画像の構成およびシフト方法にある。以下、この相違点を説明する。
【０１０７】
本実施形態では、図１９に示すように、各フレーム画像を構成するサブフレーム画像の数は２つであり、各サブフレーム画像は被投影面上の異なる３つの位置に順次表示される。各フレームが２つのサブフレームで構成できるため、画像表示パネルを高速で駆動する必要がなくなり、応答遅れに起因する色滲みも低減される。
【０１０８】
本実施形態によれば、図１９に示すように、各フレーム画像を構成するサブフレーム画像の数は２つであるが、各サブフレーム画像は被投影面上の異なる３つの位置に順次表示されるため、画像シフトの周期はフレーム期間の１．５倍となる。その結果、被投影面上の各画素においてＲ、Ｇ、およびＢの画素情報が重畳されるために、実施形態３の場合よりも高い解像度の画像を得ることができる。
【０１０９】
本実施形態では、２つのサブフレーム画像が、それぞれ、映像信号の原画フレームを構成するサブフレームに対応しているが、映像信号の原画フレームを構成するサブフレームと各表示サブフレームの表示タイミングを正確に一致させる必要はない。映像信号の原画フレームを構成する最後のサブフレームの表示が終わっていないのに、次のサブフレームの表示タイミングになれば、残った原画フレームの映像信号を破棄して、新たな原画フレームを構成する最初のサブフレームを表示してゆけばよい。通常の映像では、フレーム間またはサブフレーム間で、画像情報に大きな変化は生じないため、表示するフレームの周波数と原画フレームの周波数との間に差異が存在しても違和感なく表示を行うことが可能である。したがって、本実施形態によれば、表示品質を大きく損なうことなく、装置構成を簡素化できる。
【０１１０】
なお、第３実施形態と異なり、本実施形態の画像シフト素子は被投影面上の３つの異なる位置にサブフレーム画像を表示するため、実施形態１で用いた画像シフト素子をそのまま用い、その回転速度を３分の２に低減すれば良い。
【０１１１】
本実施形態でも、画像表示パネルとしてＴＮモードの液晶表示パネルを使用しているが、その他の様々なモードの液晶表示パネルを使用しても良い。より高速で応答することができる表示パネルを採用すれば、画像シフト素子に設ける遮光領域の面積割合を小さくすることができるので、より明るく高品位な画像を得ることが可能になる。また、本実施形態では画像表示パネルとして透過型の表示パネルを用いているが、例えば図１４に示すような反射型の液晶表示パネルを用いてもよい。
【０１１２】
本実施形態の投影型画像表示装置によれば、カラーフィルタを用いない画像表示パネルを用いて各フレーム期間に２つのサブフレーム画像を生成し、それらの画像を光学的にシフトさせながら合成するため、従来のカラーフィルタを用いた単板式投影型画像表示装置と比較して光利用率が大幅に向上し、しかも、より高い解像度を実現できる。
【０１１３】
（実施形態５）
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。
【０１１４】
本実施形態の投影型画像表示装置も、基本的には第1の実施形態と同様の構成を有しており、主な相違点は、サブフレーム画像の構成およびシフト方法にある。以下、この相違点を説明する。
【０１１５】
本実施形態では、各フレーム画像を構成するサブフレーム画像の数は４つであり、各サブフレーム画像は被投影面上の異なる３つの位置に順次表示され、各フレーム画像を構成する４つのサブフレーム画像のうち２つのサブフレーム画像は、被投影面上の同一位置に表示される。すなわち、本実施形態のサブフレームは、実施形態１と同様に生成したサブフレームのデータのうち、各フレーム内での２番目のサブフレームを最後にもう一度表示し、合計４つのサブフレームから各フレーム画像を構成している。
【０１１６】
以下、図２０を参照しながら、この点をより詳細に説明する。
【０１１７】
本実施形態における画像シフトは概ね１画素ピッチで行い、各フレーム内での第２番目および第４番目のサブフレーム画像を基準にして第１番目および第３番目のサブフレーム画像をそれぞれ上方向および下方向にシフトさせている。すなわち、各フレームが４つのサブフレームから構成され、４回の画像シフトによって１周期のシフトを行っている。
【０１１８】
本実施形態では、フレーム単位を周期として画像の往復運動を行うため、常に１画素単位で３つの異なる位置へ画像をシフトさせることが可能となる。そして、フレーム内においても、またフレーム間でも、１画素単位で常に画像のシフトを行うことができるため、図２０に示すようにゴーストの発生を防止できる。
【０１１９】
さらに図２１に示すように第４番目の表示サブフレームを黒表示とすれば、各フレーム内での各色の表示回数が等しくなるため、画素間の色バランスが良くなる。
【０１２０】
各フレームを５つ以上のサブフレーム画像から構成するようにしても良い。その場合は、各色の表示回数が各フレーム内で同じになるように、黒表示を行う複数のサブフレーム画像を各フレーム内に分散させることが好ましい。
【０１２１】
このように黒表示となるサブフレーム画像を各フレーム内に挿入する代わりに、被投影面上の同一位置に表示される２つのサブフレーム画像が、輝度の低減されたサブフレーム画像から構成されるようにしてもよい。具体的には、各フレームにおける第２番目および第４番目のサブフレーム画像の合計光量が第１番目または第３番目のサブフレーム画像の光量と等しくなるように、表示画像信号を補正するようにしても良い。そうすれば、各画素間の色バランスが良くなり、しかも、常に画素が表示されることになるため、チラツキ感も低減する。このような表示画像信号の補正量は、全画素、各フレームにおいて、いつも同じ補正であるので、簡単な回路構成で実現できる。
【０１２２】
本実施形態で用いる画像シフト素子は、図２２に示すように、４つの透明領域を有するガラス板２３から構成される。透明領域Ａは屈折率１．４９のＦＫ５ガラスから形成され、透明領域ＢおよびＤは屈折率１．５７のＢａＫ４ガラスから形成され、透明領域Ｃは屈折率１．６４のＳＦ２ガラスから形成されている。透明領域Ａ〜Ｄの厚さは、いずれも２．０ｍｍである。ガラス板２３は、その主面が光軸に対して６５度の角度をなすようにして光路を横切り、透明領域Ａ〜Ｄの各々がサブフレーム画像に対応するように回転する。そして、透明領域ＢおよびＤに対して、透明領域Ａでは光束が上方に３４．０μｍだけシフトし、透明領域Ｃでは光束が２６．６μｍだけシフトする。
【０１２３】
本実施形態でも、画像表示パネルとしてＴＮモードの液晶表示パネルを使用しているが、その他の様々なモードの液晶表示パネルを使用しても良い。より高速で応答することができる表示パネルを採用すれば、画像シフト素子に設ける遮光領域の面積割合を小さくすることができるので、より明るく高品位な画像を得ることが可能になる。また、本実施形態では画像表示パネルとして透過型の表示パネルを用いているが、例えば図１４に示すような反射型の液晶表示パネルを用いてもよい。
【０１２４】
本実施形態の投影型画像表示装置によれば、カラーフィルタ無しの画像表示パネルを用いて各フレーム期間に４つのサブフレーム画像を生成し、それらの画像を光学的にシフトさせながら合成するため、従来のカラーフィルタを用いた単板式投影型画像表示装置と比較して光利用率が大幅に向上し、しかも、３倍の解像度を実現できる。
【０１２５】
このように本発明の投影型画像表示装置では、各フレーム画像を複数のサブフレーム画像に時分割し、それらのサブフレーム画像をシフトさせながら重畳することにより、もとのフレーム画像を合成している。サブフレーム画像をシフトさせるタイミングは、画像表示パネルでサブフレーム画像を切り替えるタイミングに同期させて行うことが好ましい。
【０１２６】
サブフレーム画像を切り替える方式には、大きく分けて２種類ある。第１の方式は「線走査（ライン走査）方式」であり、この方式によれば、画像表示パネルにおいて行列状に配列した複数の画素領域を１行または数行毎に駆動し、画面の上部から下部に向けて垂直に新しいサブフレーム画像を表示していく。これに対し、第２の方式は「面（一括）書き込み方式」であり、この方式によれば、画像表示パネルにおいて行列状に配列した複数の画素領域の全てを一括的に駆動し、画面全体において同時に新しいサブフレーム画像を表示する。
【０１２７】
以下においては、「面（一括）書き込み方式」の実施形態を説明する。
【０１２８】
（実施形態６）
サブフレーム画像の切替えが画像表示パネルの全画面内で略同時に行われる本発明では、サブフレーム画像のシフトも画面全体で同時に行うことが好ましい。そうすることによって、サブフレーム画像の切替えと画像シフトの間にタイミングのずれが生じにくく、画質の劣化が防止されるからである。
【０１２９】
このような画像シフトは、垂直ブランキング期間内に行うことが好ましい。ただし、画像表示パネルの応答の遅れを考慮し、サブフレーム画像の切替え開始時点よりも遅れたタイミングで画像シフトを実行するようにしても良い。
【０１３０】
以下、本発明に好適に用いられる画像シフト素子の構成を説明する。
【０１３１】
まず、図２３および図２４を参照する。図示されている画像シフト素子は、画像表示パネルによって変調されたサブフレーム画像の偏光方向を変調する第１の素子（液晶素子）ｇ１と、光の偏光方向によって屈折率の異なる第２の素子（水晶板）ｇ２とを有している。この例では、画像表示パネルを出た光が垂直方向に偏光しているとする。液晶素子ｇ１の液晶層に電圧を印加していない場合には、図２３に示すように、画像表示パネルを出た光の偏光面は、光が液晶素子ｇ１を透過する過程で回転しない。これに対し、液晶素子ｇ１の液晶層に適切なレベル電圧を印加している場合は、図２４に示すように、画像表示パネルを出た光の偏光面は液晶層によって９０°だけ回転させられる。
【０１３２】
水晶板ｇ２は複屈折性を持つため、方位によって異なる屈折率を示す。本実施形態では、図２３に示すように偏光面が垂直な光が水晶板ｇ２に入射すると、光は水晶板内で異常光軸の傾いた方位に屈折し、光は垂直方向にシフトする。一方、図２４に示すように、偏光面が水平な光が水晶板ｇ２に入射すると、偏光面が水晶板ｇ２の異常光軸と直交するため、光は屈折せず、光束のシフトも生じない。言いかえると、液晶素子ｇ１に電圧を印加するか否かによって、水晶板ｇ２に入射する光の偏光面を制御し、光束のシフトを調節することができる。
【０１３３】
ここで、今、水晶板ｇ２の厚さをｔとし、水晶板ｇ２の異常光および常光の屈折率をそれぞれ、ｎe1およびｎo1とする。また、ｎe1が入射光の偏光方向に対して４５°傾斜している場合、光束のシフト量ΔＤは、以下の式で表される。
【０１３４】
ｔ＝ΔＤ・（２・ｎe1・ｎo1）／（ｎe12−ｎo12）
この式から、光束のシフト量ΔＤと水晶板ｇ２の厚さｔとは比例することがわかる。水晶板ｇ２の厚さｔを調節することによって、サブフレーム画像のシフト量を任意の値に設定することができる。
【０１３５】
本実施形態の画像シフト素子では、液晶層を一対の透明電極で挟み込み、それによって適切な電圧を液晶層の全体に一括的に印加することができるようにしている。このため、この画像シフト素子を用いれば、画面一括書込みモードでも、適切な画像シフトを実現することができる。
【０１３６】
（実施形態７）
次に、図２５および図２６を参照する。図示されている素子は、液晶層ｉ５と、この液晶層ｉ５を挟む２枚の透明基板とを有しており、一方の透明基板の液晶側表面に微小プリズムアレイが形成されている。より詳細には、本実施形態の画像シフト素子は、透明電極ｉ１および配向膜ｉ２で表面が覆われた微小プリズムアレイｉ３が形成された透明基板と、透明電極ｉ１および配向膜ｉ２で表面が覆われた透明基板とによってネマチック液晶層ｉ５を挟んだ液晶素子である。液晶層ｉ５はホモジニアス配向させられており、2つの透明電極ｉ１の間に電圧が印加されると、図２５に示すように基板と垂直な方向に配向するが、電圧を印加しない状態では、図２６に示すようにホモジニアスな配向状態にある。言いかえると、
電圧を印加しない場合における液晶層ｉ５の屈折率をｎe2、電圧を印加している場合における液晶層ｉ５の屈折率をｎo2とする。本実施形態では、屈折率がｎo2に近い材料から微小プリズムアレイｉ３を形成する。
【０１３７】
電圧を印加していないとき、液晶層と微小プリズムアレイｉ３との間に屈折率差が生じるため、微小プリズムアレイｉ３に入射した光束はスネルの法則に従って屈折する。これに対し、電圧を印加しているときは、印加電圧の大きさに応じて液晶層と微小プリズムアレイｉ３との間の屈折率差が減少する。屈折率差の減少に伴い、微小プリズムアレイｉ３に入射した光束の屈折角度も減少する。
【０１３８】
微小プリズムの頂角をθ4とし、微小プリズムアレイｉ３の屈折率をｎ2とすると、液晶層ｉ５に電圧を印加してないときの光束の屈折角δは以下の式で表される。
【０１３９】
δ＝（ｎe2−ｎ2）×θ4
なお、屈折角を大きくするには、屈折率異方性の大きな液晶層を用いることが好ましい。
【０１４０】
上記の素子を２個組み合わせて図２７に示すように配置すれば、本実施形態の画像シフト素子が形成される。この画像シフト素子による画像のシフト量ΔＤは、２つの微小プリズムアレイ間の距離をＬとすると、以下の式で表される。
【０１４１】
ΔＤ＝Ｌ・ｔａｎδ
本実施形態では、ガラス板の厚さを０．５ｍｍ、微小プリズムアレイ間隔を１．０ｍｍ、微小プリズムの頂角θ４を１０°とした上で、Ｍｅｒｃｋ社製の品番ＢＬ−００９の液晶材料を用いている。この場合、屈折率ｎe2は１．８２、屈折率ｎo2は１．５３であり、シフト量ΔＤの範囲は０〜５０．７μｍとなる。すなわち、本実施形態の画像シフト素子によれば、２画素分程度のシフトが可能になる。
【０１４２】
上記の微小プリズムアレイｉ３に代えて、所定の格子間隔を持つ回折格子を透明基板上に設けても良い。入射光の波長に応じて適切な格子間隔を選択すれば、所望の回折角で光を回折させることができる。
【０１４３】
なお、画面一括書込み方式の場合でも、画像表示パネルの応答遅れが生じると、前述の色の滲みやゴーストの問題が発生する。故に、液晶シャッタやメカニカルシャッタ等の遮光装置を光路上に配置し、画像表示パネルにおける応答の遅れが生じている間は、画像表示パネルから出る光を遮断することが好ましい。
【０１４４】
なお、本実施形態の画像シフト素子についても、その電極を複数の部分に分割し、分割された複数の部分を順次駆動する回路を設ければ、サブフレーム画像の切り替えを画面で順次行うタイプの画像表示パネルと組み合わせることが可能になる。この場合、画像の切り替えが線走査によって行われる場合だけでなく、複数行または複数列の画素からなるブロック単位で画像の切替えが行われる場合にも適用可能である。
【０１４５】
（実施形態８）
次に、図２８を参照しながら、本発明の投影型画像表示装置のシステムの構成例を説明する。
【０１４６】
本システムは、図２８に示されるように、主に、映像信号処理回路１００、照明光学系（光源など）１０２、画像表示パネル（液晶表示素子）１０４、画像シフト素子１０６、画像シフト素子制御回路１０８、および投影レンズ１１０から構成されている。
【０１４７】
照明光学系１０２、画像表示パネル１０４、画像シフト素子１０６、および投影レンズ１１０については既に説明したので、以下においては、映像信号処理回路１００および画像シフト素子制御回路１０８を中心にして各構成要素の関係を説明する。
【０１４８】
本実施形態での映像信号処理回路１００は、入力信号選択回路１２０、映像復調回路１２２、Ｙ／Ｃ分離回路１２４、スケーリング回路１２６、フレームレート変換回路１２８、フレームメモリ回路１３０、システム制御回路１３２、および色信号選択回路１３４から構成されている。
【０１４９】
入力信号選択回路１２０は、複数の種類の映像信号を受け取ることができ、その映像信号の種類に応じた処理を行う。映像信号には、Ｒ、Ｇ、Ｂに分離された信号（ＲＧＢ信号）、輝度信号Ｙと色差信号Ｂ−ＹおよびＲ−Ｙに分離された信号（Ｙ／Ｃ信号）、色搬送波を色差信号で変調した色信号Ｃと輝度信号Ｙを周波数多重化した複合映像信号（コンポジット信号）などがある。
【０１５０】
Ｙ／Ｃ信号は、入力信号選択回路１２０を経て映像復調回路１２２で復調される。また、コンポジット信号は、入力信号選択回路１２０を経てＹ／Ｃ分離回路１２４で輝度信号Ｙと色信号に分離されてから映像復調回路１２２に送られ、復調される。映像復調回路１２２からは、映像信号から復調されたＲＧＢ信号が出力される。
【０１５１】
入力信号選択回路１２０に入力されたＲＧＢ信号、および映像復調回路１２２から出力されたＲＧＢ信号は、スケーリング回路１２６に送られる。スケーリング回路１２６は、種々の入力信号の画素数を画像表示パネル１０４の画素数に変換する。フレームレート変換回路１２８は、入力された映像信号のフレームレートを本システムの動作に適合したフレームレートに変換する。
【０１５２】
フレームメモリ回路１３０は、Ｒ信号、Ｇ信号、およびＢ信号の各々を格納する３つのフレームメモリから構成されている。各フレームメモリから順次読み出されたデータは、色信号選択回路１３４によって適切な順序で選択され、画像表示パネル１０４の駆動回路部に送出される。画像表示パネル１０４は、色信号選択回路１３４から出力されたデータに基づいてサブフレーム画像を表示する。
【０１５３】
システム制御回路１３２は、入力信号選択回路１２０、フレームメモリ１３０、色信号選択回路１３４、および画像シフト素子制御回路１０８の動作を制御する。
【０１５４】
画像シフト素子制御回路１０８は、システム制御回路１３２から出力される信号に基づき、サブフレーム画像の表示と同期するように画像シフト素子１０６の動作を制御する。
【０１５５】
次に、図２９および図３０を参照しながらＲＧＢ信号のフレームメモリからのデータ読出しの手順を説明する。
【０１５６】
フレームメモリへの信号書き込みのレート（周波数ｆin）は入力信号に依存しているが、フレームメモリからの信号読み出しのレート（周波数ｆout）は、本システムのクロック周波数によって規定されている。周波数ｆinは、例えば６０ヘルツ（Ｈｚ）であり、周波数ｆoutは例えば１８０Ｈｚである。
【０１５７】
システム制御回路１３２から出力される制御信号に応答して、Ｒ用フレームメモリ１３０ａからはＲ信号が、Ｇ用フレームメモリ１３０ｂからはＧ信号が、Ｂ用フレームメモリ１３０ｃからはＢ信号が読み出される。これらの信号の読出しレートは、上述のようにｆoutであり、各フレーム期間に各フレームメモリ１３０ａ〜１３０ｃからの読み出し動作が繰り返して３回実行される。
【０１５８】
次に図３０を参照する。図示されているタイミングチャートは、図６に示す３種類のサブフレーム画像を形成する場合に対応している。図３０の最上部に記載されている数字は、原画フレームの走査線番号である。
【０１５９】
画像表示パネルに第１サブフレーム画像を表示するとき、各フレームメモリ１３０ａ〜１３０ｃの走査線番号１に対応するアドレスに格納されているデータが同時に読み出される。このタイミングでスタート信号が出力されるため、画像表示パネル１０４の線走査が開始される。各フレームメモリ１３０ａ〜１３０ｃから読み出されたデータ（Ｒ、Ｇ、およびＢ信号）は図２９に示す色信号選択回路１３４に送られるが、色信号選択回路１３４によってＲ信号だけが選択され、画像表示パネル１０４に送出される。色信号選択回路１３４は、Ｒ、Ｇ、およびＢ選択信号に応じて動作するＲ、Ｇ、およびＢスイッチング素子を有しており、論理Ｈｉｇｈの選択信号を受け取ったスイッチング素子のみが入力信号を出力部に伝達する。図３０の例では、Ｒ信号のみが選択され、画像表示パネル１０４の第１行目画素領域（Ｒ用画素領域）に与えられることになる。
【０１６０】
１水平走査期間（１Ｈ期間）の経過後、Ｒ選択信号が論理Ｌｏｗに変化するとともにＧ選択信号だけが論理Ｈｉｇｈに変化する。このため、各フレームメモリ１３０ａ〜１３０ｃにおいて原画フレームの走査線番号2に対応するアドレスに格納されていたデータのうち、Ｇ用フレームメモリから読み出されたＧ信号だけが色信号選択回路１３４を経て画像表示パネル１０４に送られる。このＧ信号に基づいて、画像表示パネル１０４の第２行目画素領域（Ｇ用画素領域）の表示が実行される。
【０１６１】
以下同様の手順によって、第１サブフレーム画像のためのデータが順次生成されるが、本発明の場合、別のフレームメモリ等にデータを一時的に蓄積するなどして、図６の右上に記載しているようなサブフレーム画像を画像表示パネルに一括的に表示する。
【０１６２】
第２サブフレーム画像を表示する場合は、図３０に示すように、スタートパルス信号および選択信号の印加タイミングを１Ｈ期間だけ遅らせる。すなわち、まず、原画フレームの走査線番号２に対応するデータのうち、Ｒ用フレームメモリに格納されていたＲ信号が色信号選択回路１３４によって選択される。そして、このＲ信号に基づいて画像表示パネル１０４における第１行目画像領域（Ｒ用画素領域）の表示が行われる。以降、同様の動作が繰り返され、図６に記載されているような第2サブフレーム画像が画像表示パネル１０４に表示されることになる。
【０１６３】
第３サブフレーム画像を表示する場合は、スタートパルス信号および選択信号の印加タイミングを更に１Ｈ期間だけ遅らせる。その結果、図６に記載しているような第3サブフレーム画像を表示することができる。
【０１６４】
以上のようにスタート信号の印加タイミングをサブフレーム毎にずらす代わりに、フレームメモリの読出し開始アドレスを走査線番号１〜３に対応する複数のアドレス間で巡回させてもよい。
【０１６５】
また、この例では、Ｒ、Ｇ、およびＢ用画素領域の各々を走査線に平行となるように配列した場合について説明しているが、本発明はこのようなシステムに限定されない。上記の１Ｈ期間をドットクロックの周期に置きかえると、Ｒ、Ｇ、およびＢ用画素領域の各々を走査線に直行するように配列したＲＧＢ縦ストライプ型画像表示パネルを用いた場合のシステム動作に対応する。
【０１６６】
（実施形態９）
以下、２枚の画像表示パネルを備えた投影型画像表示装置の実施形態を説明する。本実施形態の投影型画像表示装置は、図３１に示すように、光源１と、液晶表示パネル１８と、光源１からの光を波長域に応じて液晶表示パネル１８の複数の画素領域のうちの対応する画素領域に集光させる光制御手段と、液晶表示パネル１８で変調された光を被投影面上に投射する投影光学系とを備えている。更に、本実施形態の装置は、もう１枚の液晶表示パネル２８を備えており、光源１から出た白色光のうち特定波長域の光が液晶表示パネル２８に照射される。
【０１６７】
本装置は、ダイクロイックミラー１４〜１６を備えており、ダイクロイックミラー１４によって選択的に反射された波長域の光は、ミラー４０で反射された後、液晶表示パネル２８に照射される。一方、ダイクロイックミラー１５〜１６によって反射された光は、波長域に応じて異なる角度で液晶表示パネル１８のマイクロレンズアレイ１７に入射する。異なる角度でマイクロレンズ１７に入射した光は、それぞれ異なる位置の対応する画素領域に集められる。
【０１６８】
第１の液晶表示パネル１８で変調された光は、フィールドレンズ９ａ、画像シフト素子１０、偏光ビームスプリッタ４２、および投影レンズ１１を透過した後、スクリーン１３上に投射される。これに対し、第２の液晶表示パネル２８で変調された光は、フィールドレンズ９ｂ、偏光ビームスプリッタ（またはダイクロイックプリズム）４２、および投影レンズ１１を透過した後、スクリーン１３上に投射される。
【０１６９】
本実施形態では、他の実施形態について説明した方法と同様の方法により、第１の画像表示パネル１８で変調された光を画像シフト素子１０によってシフトさせる。第１の画像表示パネル１８では、例えばＲおよびＢ色から構成された２つのサブフレーム画像が表示され、サブフレーム画像間のシフト量はシフト方向に沿って測定した画素ピッチに略等しく設定される。各サブフレーム画像のデータは、図４（ｂ）および（ｄ）に示されるＲ画像フレームおよびＢ画像フレームのデータ（ＲおよびＢ信号）を組み合わせることによって作成される。
【０１７０】
これに対し、第２の画像表示パネル２８は、例えばＧ色のみから構成された画像を表示する。この画像は、図４（ｃ）に示すようなパターンを有し、フレーム画像の全ての画素に関するＧ色のデータを反映している。
【０１７１】
第２の画像表示パネル２８では、サブフレームに分割して画像を表示する必要がないため、被投影面を照らすＲ、Ｇ、およびＢ色光のバランスを適切なものするには、例えば第１の画像表示パネル１８と第２の画像表示パネル２８との間で輝度を補償するか、または表示期間を補償することなどが必要になる。例えば、第２の画像表示パネル２８から出てスクリーン上に投影される画像の表示期間は、１フレーム期間の約２分の１に限定されていてもよいし、その代わりに輝度が低減されていてもよい。
【０１７２】
本実施形態によれば、第1の画像表示パネル１８においてＲ、Ｇ、およびＢ色のうちの２色のみを表示する。残りの色については第２の画像表示パネル２８で表示する。第１の画像表示パネル１８では、各マイクロレンズが入射光を２色に分離して対応する画素領域に集光する。従って、マイクロレンズ１７のピッチおよび焦点距離は、単板式マイクロレンズ７のピッチおよび焦点距離に比べて３分の２にすることができる。
【０１７３】
以上、液晶表示素子（ＬＣＤ）を画像表示パネルとして用いる投影型画像表示装置について本発明の各種実施形態を説明してきたが、本発明はこれに限定されない。本発明は液晶表示素子以外の表示素子、例えばＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）等を画像表示パネルに用いる投影型画像表示装置にも適用可能である。
【０１７４】
また、本発明は直視型の画像表示装置にも適用可能である。この場合、カラーフィルタによってフルーカラー表示を行うタイプの画像表示パネルを用いてもよい。結像のための光学系を用いない通常の直視型の場合、スクリーンなどの被投影面は不要であるが、接眼レンズを介して画像を見る直視型の場合は、目の網膜が画像の被投影面として機能する。
【０１７５】
更に、本発明は、光源を別に必要としない自発光型の画像表示素子を画像表示パネルとして用いる直視型または投影型の画像表示装置に適用することも可能である。
【０１７６】
また、画像シフト素子の実施形態としては、光路を周期的に変化させる素子の例を説明してきたが、光源または光学系の少なくとも一部を運動させ、それによって光路を変化させるものであってもよい。例えば、図１に示している投影レンズ１１を振動させても、画像シフトは可能である。
【０１７７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の投影型画像表示装置では、光源からの光を例えばＲ、Ｇ、およびＢの三原色の光束に分割し、それぞれの色の光束を画像表示パネルの対応する画素領域に入射させることによって各画素領域でＲ、Ｇ、およびＢの変調を行う。そして、画像表示パネルからの出射光の光路を時分割で順次切り替えながら、それに対応させて表示画像を順次切り替えることによって、光の利用率を高めながら、高解像度のカラー画像表示を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投影型画像表示装置の模式図である。
【図２】液晶表示パネルの断面模式図である。
【図３】ダイクロイックミラーの分光特性である。
【図４】原画像フレームから色別画像フレームを生成する方法を説明するための図である。
【図５】従来のカラー表示と本発明のカラー表示との間にある原理上の差異を説明するための図である。
【図６】色別画像フレームのデータから３つのサブフレームデータを生成する方法を説明するための図である。
【図７】サブフレーム画像のシフト（画像シフト）の態様を示す図である。
【図８】複数のサブフレーム画像の合成を示す図である。
【図９】画像シフト素子を構成する回転板の正面図である。
【図１０】画像シフト素子を構成する回転板の断面図である。
【図１１】液晶表示パネルの応答曲線を示すグラフである。
【図１２】サブフレーム画像のシフトの他の態様を示す図である。
【図１３】図９の画像シフト素子を構成する回転板の改良例の正面図である。
【図１４】反射型液晶表示パネルの断面図である。
【図１５】画像シフトの更に他の態様を示す図である。
【図１６】画像シフト素子を構成する更に他の回転板の正面図である。
【図１７】画像シフト素子を構成する更に他の回転板の正面図である。
【図１８】画像シフトの更に他の態様を示す図である。
【図１９】画像シフトの更に他の態様を示す図である。
【図２０】画像シフトの更に他の態様を示す図である。
【図２１】画像シフトの更に他の態様を示す図である。
【図２２】画像シフト素子を構成する更に他の回転板の正面図である。
【図２３】画像シフト素子の斜視図である。
【図２４】画像シフト素子の斜視図である。
【図２５】画像シフト素子の斜視図である。
【図２６】画像シフト素子の斜視図である。
【図２７】画像シフト素子の断面図である。
【図２８】本発明による投影型画像表示装置のシステム構成例を示すブロック図である。
【図２９】サブフレーム画像を生成するための回路構成を模式的に示す図である。
【図３０】サブフレーム画像を生成する手順を示すタイミングチャートである。
【図３１】２枚の画像表示パネルを用いる投影型画像表示装置の実施形態を示す構成図である。
【図３２】従来のフィールド順次式投影型画像表示装置を示す図である。
【符号の説明】
１    光源
２    球面鏡
３    コンデンサーレンズ
４、５、６    ダイクロイックミラー
７、１７    マイクロレンズアレイ
８、１８、２８    画像表示パネル（液晶表示パネル）
９    フィールドレンズ
１０    画像シフト素子
１１    投影レンズ
１２、１２ａ、１２ｂ    光束
１３    被投影面
４０    ミラー
１００    映像信号処理回路
１０２    照明光学系（光源など）
１０４    画像表示パネル（液晶表示素子）
１０６    画像シフト素子
１０８    画像シフト素子制御回路
１１０    投影レンズ
１２０    入力信号選択回路
１２２    映像復調回路
１２４    Ｙ／Ｃ分離回路
１２６    スケーリング回路
１２８    フレームレート変換回路
１３０    フレームメモリ回路
１３２    色信号選択回路
１３４    システム制御回路
ｇ１    第１の素子（液晶素子）
ｇ２    第２の素子（水晶板）
【図１】
0003722205.tif 000002
【図２】
0003722205.tif 000003
【図３】
0003722205.tif 000004
【図４】
0003722205.tif 000005
【図５】
0003722205.tif 000006
【図６】
0003722205.tif 000007
【図７】
0003722205.tif 000008
【図８】
0003722205.tif 000009
【図９】
0003722205.tif 000010
【図１０】
0003722205.tif 000011
【図１１】
0003722205.tif 000012
【図１２】
0003722205.tif 000013
【図１３】
0003722205.tif 000014
【図１４】
0003722205.tif 000015
【図１５】
0003722205.tif 000016
【図１６】
0003722205.tif 000017
【図１７】
0003722205.tif 000018
【図１８】
0003722205.tif 000019
【図１９】
0003722205.tif 000020
【図２０】
0003722205.tif 000021
【図２１】
0003722205.tif 000022
【図２２】
0003722205.tif 000023
【図２３】
0003722205.tif 000024
【図２４】
0003722205.tif 000025
【図２５】
0003722205.tif 000026
【図２６】
0003722205.tif 000027
【図２７】
0003722205.tif 000028
【図２８】
0003722205.tif 000029
【図２９】
0003722205.tif 000030
【図３０】
0003722205.tif 000031
【図３１】
0003722205.tif 000032
【図３２】
0003722205.tif 000033