(57)【要約】【課題】本発明は所定の波長帯域の表示画像のみに対して画素シフト表示を行う画素シフト手段のサイズを小さくでき、素子の量産性が向上し、より低コストの素子を提供できることにより、装置全体の低コスト化が図れる。また、本発明はシーケンシャル駆動方式の表示装置の比較的単純な構成を損なうことなく、低コストで高精細カラー表示を行うことができ、コストパフォーマンスの高い、かつ高品質な画像表示装置及び画像投影装置を提供する。【解決手段】本発明の画像表示装置は画像フレーム周期に応じて投影画像の光路を偏向する画素シフト手段を有し、画素シフト手段により投影画像の光路をシフトさせて見かけ上画素数を増加させて画像表示を行う。更に、本発明の画像表示装置は画素シフト手段を所定の波長帯域の画像を形成するライトバルブと画像表示部との間に配置し、所定の波長帯域に対応するライトバルブのみによる画素数増大表示を行うことに特徴がある。【選択図】        図１
2006154798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像フレーム周期に応じて投影画像の光路を偏向する画素シフト手段を有し、該画素シフト手段により投影画像の光路をシフトさせて見かけ上画素数を増加させて画像表示を行う画像表示装置において、
前記画素シフト手段を所定の波長帯域の画像を形成するライトバルブと画像表示部との間に配置し、所定の波長帯域に対応するライトバルブのみによる画素数増大表示を行うことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
光源と、複数の前記ライトバルブと、前記各ライトバルブに応じた所定の波長帯域の照明を行う照明手段と、前記各ライトバルブで形成された画像を合成する色合成手段とを有し、カラー画像表示を行う画像表示装置であって、前記画素シフト手段は、所定の波長帯域の画像を形成するライトバルブと前記色合成手段との間に配置した請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
光源と、複数の前記ライトバルブと、前記各ライトバルブに応じた所定の波長帯域の照明を行う照明手段と、前記各ライトバルブで形成された画像を合成する色合成手段とを有し、カラー画像表示を行う画像表示装置であって、前記画素シフト手段は、前記色合成手段と画像表示部の間に配置した請求項１記載の画像表示装置。
【請求項４】
所定の波長帯域以外の画像を形成する前記ライトバルブと前記色合成手段との間に、所定の波長帯域以外の画像を形成する前記ライトバルブによって形成される画像光の光路長と前記画素シフト手段によって画素シフトされた画像光の光路長とが等価となるように光路差を補正する光路差補正手段を配置した請求項１〜３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
所定の波長帯域の画像を形成する前記ライトバルブで形成された画像光と、所定の波長帯域以外の画像を形成する前記ライトバルブで形成された画像光とのいずれか一方の偏光を回転する色選択性波長板を、前記画素シフト手段の直後に配置する請求項１〜４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記ライトバルブは、透過型のライトバルブである請求項１〜５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記ライトバルブは、反射型のライトバルブである請求項１〜５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項８】
ライトバルブと、単色光を時分割して順次照明する時分割照明手段と、各色照明されている時間だけその色画像を形成するように前記ライトバルブの画像表示情報を制御する制御手段と、前記ライトバルブの投射画素を別の画素に重ならないようにシフトさせる画素シフト手段とを有する画像表示装置において、
前記時分割照明手段は、画像表示の１フレームを少なくとも４以上に分割し、所定の波長帯域の照明光を少なくとも２分割以上で表示し、前記画素シフト手段によりシフトして得られた複数のサブフレーム表示時間に応じて分割された照明を行う色切替手段を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
前記色切替手段は、画像表示の１フレームを少なくとも４以上に分割し、所定の波長帯域の照明光を少なくとも２分割以上で表示し、１フレーム内の時間内における照明光が白色となるように各色の照明時間を設定し、設定した照明光の時間に応じて前記画素シフト手段によりシフトして得られた複数のサブフレーム表示時間に応じて分割された照明を行う請求項８記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記色切替手段は、１フレーム画像表示時間内に、緑色の照明光の波長帯域を含む照明光を少なくとも２つ以上分割し、赤色の波長帯域の照明、青色の波長帯域の照明の合計４分割以上を１周期含む照明とし、第１の緑色、第２の緑色の各照明時間で画素位置をシフトさせ、緑色の表示について画素数増大表示を行う請求項８記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記第１の緑色の照明光の照明時間と前記第２の緑色の照明光の照明時間の間に、赤色の照明光又は青色の照明光が照明されるように照明順序を設定した画像表示装置であって、赤色の照明光あるいは青色の照明光による表示時間に画素の位置を切り替える請求項８〜１０のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記色切替手段は、単色カラー画像表示のタイミングに合わせて、並列配置したカラーフィルタを往復動作させることにより切り替え、照明光を波長選択し、時分割照明を行う請求項８〜１１のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記照明光はカラー単色の個体光源の発光を表示時間に同期して点灯制御した照明光とする請求項８〜１２のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記時分割照明手段は、白色光源からの白色光を切換え可能な複数の波長選択フィルタを通し、かつ前記波長選択フィルタの切換時間を各色別に異なるように設定して各色の照明時間を調整して各色の単色光を得る請求項８記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記時分割照明手段は、２分割以上に分けた色の単位時間あたりの光強度を他の色の光強度に比して低くし、１フレーム内でのカラーバランスを保つ照明を行う請求項８記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記波長選択フィルタの透過光量を調整して２分割以上に分けた色の単位時間あたりの光強度を他の色の光強度に比して低くする請求項１５記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記波長選択フィルタを構成するサブフレーム期間内に照明しない時間を設けて光強度を低減する請求項１６記載の画像表示装置。
【請求項１８】
前記時分割照明手段は、白色光源からの白色光から、液晶スイッチング素子を用いて選択的に、かつ前記波長選択フィルタの切換時間を各色別に異なるように設定して各色の照明時間を調整して各色の単色光を得る請求項８記載の画像表示装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の画像表示装置と、投射光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像表示装置及び画像投影装置に関し、詳細にはライトバルブにより画素単位で光の制御を行って表示させる表示素子、プロジェクタ装置、リアプロジェクション装置等の画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、表示素子を用いて変調した画像をスクリーンに投射する液晶プロジェクタ装置としては、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光及び青色（Ｂ）光のような３つの単色光をそれぞれ変調素子で変調する構成の装置が知られている。液晶プロジェクタ装置において、スクリーンに投射された画像を高解像度にするために高精細化する必要がある。そのために、液晶素子の画素数の増加、複数のプロジェクタ装置によるマルチ画面の構成、緑色光用の画素を半画素ピッチずらした２倍の配置が考えられている。ところが、液晶素子の画素数を増加させると、透過型液晶素子においては画素の開口率が低下し、投射輝度が不足するなどの不具合が発生する。また、マルチ画面の構成では、各画面を滑らかに接続することが難しい。更に、緑色光用の画素の半画素ピッチでの２倍の画素数の配置にすることは、ＲＧＢ全帯域の光を１つの投射レンズでスクリーン上に結像するため、投射レンズの有する倍率色収差によって各色に像は厳密に同じ大きさにならず、高解像度の画像は得られず、かつ十分なコントラスト比が得られない。
【０００３】
そこで、画素シフト素子により光路を高速に切り替え、見かけ上画素数を増やして高精細化表示を行う表示技術は、容易に高精細化できるため、非常に有望な技術である。また、時分割で高速にカラー３原色を照明して、その照明色に応じて画像を切り替え、順次単色画像を映し出して見かけ上カラー画像を表示する、いわゆるカラーシーケンシャル方式が従来からあるが、この方式も装置としては小型で低コストの為には非常に有望な技術である。そして、これらの技術を融合させることが考えられるが、単純に、Ｒ，Ｇ，Ｂ３原色に対応した３つのサブフレーム表示と、画素シフトの分割数を乗算したサブフレーム数が必要となる。３色表示と画素シフト位置を２とした場合、３×２＝６回のサブフレーム表示を行う必要があり、ライトバルブでは、１フレーム内で最低でも６回の画像更新が必要である。画素シフト素子も３回のスイッチングを行う必要がある。このような高速応答性を持ち合わせたライトバルブは研究レベルでは報告されているが、製品に搭載できるレベルの素子はまだ実現していない。
【０００４】
そこで、高精細化の従来例としては、ライトバルブの画素数を単純に増やす従来例があるが、ライトバルブのサイズが大きくなり非常に高コストとなる。また、従来より、高解像度で十分なコントラスト比が得られる液晶プロジェクタ装置がいつくか提案されている。その一つとして、特許文献１には、従来の液晶プロジェクタ装置の概略構成図である図３３に示すように、緑用の反射型液晶素子２１５、２１６を２枚用いて、斜め方向に画素をずらすように投射し、比視感度の高い緑の解像度を２倍とし、高精細化を図った液晶プロジェクタ装置２００が提案されている。また、特許文献２には、４枚の透過型液晶素子の液晶板を用い、透過型液晶パネルの投射システムが提案されている。
【特許文献１】特開２００３−３２２８５４号公報
【特許文献２】特開２００３−３２２９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらの特許文献１，２の従来例では、緑用のパネルを２枚用意してそれぞれの画像を画素ピッチ以下でずらして配置して、画素数を倍増させているが、パネルの総数が増え、更にはコスト高になってしまう。また、緑のパネルの位置合わせを画素の半ピッチという精度で合わせる必要があり、調整コストも加わり、更なるコスト高になる。
【０００６】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、所定の波長帯域の表示画像のみに対して画素シフト表示を行う画素シフト手段のサイズを小さくでき、素子の量産性が向上し、より低コストの素子を提供できることにより、装置全体の低コスト化が図れる画像表示装置及び画像投影装置を提供することを目的とする。
【０００７】
更に、本発明は、シーケンシャル駆動方式の表示装置の比較的単純な構成を損なうことなく、低コストで高精細カラー表示を行うことができ、コストパフォーマンスの高い、かつ高品質な画像表示装置及び画像投影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】
【０００８】
前記問題点を解決するために、本発明の画像表示装置は画像フレーム周期に応じて投影画像の光路を偏向する画素シフト手段を有し、画素シフト手段により投影画像の光路をシフトさせて見かけ上画素数を増加させて画像表示を行う。更に、本発明の画像表示装置は、画素シフト手段を所定の波長帯域の画像を形成するライトバルブと画像表示部との間に配置し、所定の波長帯域に対応するライトバルブのみによる画素数増大表示を行うことに特徴がある。よって、所定の波長帯域、例えば４６０ｎｍ〜５７０ｎｍの波長帯域、好ましくは５００ｎｍ〜５７０ｎｍの中心波長帯域の緑色の表示画像のみに対して画素シフト表示を行い、低コストで高精細カラー画像表示を行うことができる。
【０００９】
また、本発明の画像表示装置は、光源と、複数のライトバルブと、各ライトバルブに応じた所定の波長帯域の照明を行う照明手段と、各ライトバルブで形成された画像を合成する色合成手段とを有し、カラー画像表示を行い、画素シフト手段を所定の波長帯域の画像を形成するライトバルブと色合成手段との間に配置した。よって、画素シフト手段のサイズを小さくでき、素子の量産性が向上し、より低コストの素子を提供できることにより、装置全体の低コスト化が図れる。
【００１０】
更に、本発明の画像表示装置は、光源と、複数のライトバルブと、各ライトバルブに応じた所定の波長帯域の照明を行う照明手段と、各ライトバルブで形成された画像を合成する色合成手段とを有し、カラー画像表示を行い、画素シフト手段を色合成手段と画像表示部の間に配置した。よって、光路差が生じにくくなり、低コストで高精細カラー画像表示を行うことができる。
【００１１】
また、本発明の画像表示装置によれば、所定の波長帯域以外の画像を形成するライトバルブと色合成手段との間に、所定の波長帯域以外の画像を形成するライトバルブによって形成される画像光の光路長と画素シフト手段によって画素シフトされた画像光の光路長とが等価となるように光路差を補正する光路差補正手段を配置した。よって、所定の波長帯域の画像光と所定の波長帯域以外の画像光との間で光路差が生じても実質的に互いの光路長を等価にでき、色による倍率誤差、ディストーションの均一性、色収差による解像度劣化等を防ぐことができる。
【００１２】
更に、本発明の画像表示装置によれば、所定の波長帯域の画像を形成するライトバルブで形成された画像光と、所定の波長帯域以外の画像を形成するライトバルブで形成された画像光とのいずれか一方の偏光を回転する色選択性波長板を、画素シフト手段の直後に配置する。よって、各色の偏光を揃えることができ、画像表示部の偏光依存性に関係なく低コストで高精細カラー画像表示を行うことができる。
【００１３】
また、本発明の画像表示装置におけるライトバルブは、透過型のライトバルブであることにより、画素シフト手段をライトバルブの直後に配置でき、よってレンズバックに制約のある光学系においても画素シフト手段を配置でき、汎用性が極めて向上する。
【００１４】
更に、本発明の画像表示装置におけるライトバルブは反射型のライトバルブであってもよい。
【００１５】
また、本発明の画像表示装置は、ライトバルブと、単色光を時分割して順次照明する時分割照明手段と、各色照明されている時間だけその色画像を形成するようにライトバルブの画像表示情報を制御する制御手段と、ライトバルブの投射画素を別の投射画素に重ならないようにシフトさせる画素シフト手段とを有する。そして、本発明の画像表示装置における時分割照明手段は、画像表示の１フレームを少なくとも４以上に分割し、所定の波長帯域の照明光を少なくとも２分割以上で表示し、画素シフト手段によりシフトして得られた複数のサブフレーム表示時間に応じて分割された照明を行う色切替手段を有する。よって、比較的単純な構成で、低コストで高精細なカラー表示を行うことができる画像表示装置を提供できる。
【００１６】
更に、色切替手段は、画像表示の１フレームを少なくとも４以上に分割し、所定の波長帯域の照明光を少なくとも２分割以上で表示し、１フレーム内の時間内における照明光が白色となるように各色の照明時間を設定し、設定した照明光の時間に応じて画素シフト手段によりシフトして得られた複数のサブフレーム表示時間に応じて分割された照明を行うことにより、表示される画像が、所定の波長帯域の色に偏ることなくなり、カラーバランスの優れた高精細なカラー表示を行うことができる。
【００１７】
また、色切替手段は、１フレーム画像表示時間内に、比視感度特性の最も高い緑色の照明光の波長帯域を含む照明光を少なくとも２つ以上分割し、赤色の波長帯域の照明、青色の波長帯域の照明の合計４分割以上を１周期含む照明とし、第１の緑色、第２の緑色の各照明時間で画素位置をシフトさせ、緑色の表示について画素数増大表示を行う。よって、よりコストパフォーマンスの高い画像表示装置を実現できる。
【００１８】
更に、第１の緑色の照明光の照明時間と第２の緑色の照明光の照明時間の間に、赤色の照明光又は青色の照明光が照明されるように照明順序を設定した画像表示装置であって、赤色の照明光あるいは青色の照明光による表示時間に画素の位置を切り替えることにより、所定の波長帯域、例えば４６０ｎｍ〜５７０ｎｍの波長帯域、好ましくは５００ｎｍ〜５７０ｎｍの中心波長帯域の緑色のサブフレームの画像表示の解像性能を見かけ上向上させ、より高品質な画像表示装置を実現できる。
【００１９】
また、色切替手段は、単色カラー画像表示のタイミングに合わせて、並列配置したカラーフィルタを往復動作させることにより切り替え、照明光を波長選択し、時分割照明を行う。よって、画素シフトとカラー表示のシーケンスに適し、かつカラーフィルタをより低コストで単純な構成で実現できる。
【００２０】
更に、照明光はカラー単色の個体光源の発光を表示時間に同期して点灯制御した照明光とすることにより、メカニカル機構をなくし、信頼性の高い画像表示装置を実現できる。
【００２１】
また、時分割照明手段は、白色光源からの白色光を切換え可能な複数の波長選択フィルタを通し、かつ波長選択フィルタの切換時間を各色別に異なるように設定して各色の照明時間を調整して各色の単色光を得ることにより、簡易な構成の回転型のカラーフィルタ等を使用でき低コストに画像表示装置を構築できる。
【００２２】
更に、時分割照明手段は、２分割以上に分けた色の単位時間あたりの光強度を他の色の光強度に比して低くし、１フレーム内でのカラーバランスを保つ照明を行うことにより、高精細化な画像を得ることができる。
【００２３】
また、波長選択フィルタの透過光量を調整して２分割以上に分けた色の単位時間あたりの光強度を他の色の光強度に比して低くすることにより、より高精細化な画像表示を行うことができる。
【００２４】
更に、波長選択フィルタを構成するサブフレーム期間内に照明しない時間を設けて光強度を低減することにより、簡易な構成で、かつ低コストの画像表示装置を実現できる。
【００２５】
また、時分割照明手段は、白色光源からの白色光から、液晶スイッチング素子を用いて選択的に、かつ波長選択フィルタの切換時間を各色別に異なるように設定して各色の照明時間を調整して各色の単色光を得ることにより、メカ的な駆動部をなくなり、信頼性の高い制御を行うことができる画像表示装置を提供できる。
【００２６】
更に、ライトバルブは、透過型又は反射型の液晶パネル、あるいはマイクロミラーデバイスを用いたことにより、比較的単純な構成を損なうことなく、低コストで高精細なカラー画像表示を行うことができる。
【００２７】
また、別の発明としての画像投射装置は、上記記載の画像表示装置と、投射光学系とを有することに特徴がある。よって、単純な構成を損なうことなく、見かけ上の表示画素数を増やして高精細化と同時に小型で低コストの画像投影装置を実現できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、所定の波長帯域の表示画像のみに対して画素シフト表示を行う画素シフト手段のサイズを小さくでき、素子の量産性が向上し、より低コストの素子を提供できることにより、装置全体の低コスト化が図れる。また、シーケンシャル駆動方式の表示装置の比較的単純な構成を損なうことなく、低コストで高精細カラー表示を行うことができ、コストパフォーマンスの高い、かつ高品質な画像表示装置及び画像投影装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は本発明の第１の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。なお、同図に示した実施の形態例は単一の透過型の液晶ライトバルブを想定している。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１０は、単一のライトバルブ１１と、単色光を時分割して高速で順次照明する時分割照明手段１２と、各色照明されている時間に、照明されている色画像を形成するようにライトバルブ１１の画像表示情報を制御し、後述する色切替手段１２−３による色切替や後述する画素シフト手段１４による画素シフトを制御する制御手段１３と、ライトバルブ１１の投射画素を別の投射画素に重ならないように、具体的な一例としてライトバルブ１１の投射画素を画素ピッチ以下にシフトさせる画素シフト手段１４と、ライトバルブ１１を拡大投射する投影光学系１５と、パネル１６とを含んで構成されている。また、時分割照明手段１２は、白色の光源１２−１、集光素子１２−２、色切替手段１２−３、照度均一化手段１２−４、集光素子１２−５を含んで構成されている。なお、光源１２−１としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどが用いられ、あるいはＬＥＤランプ、ＬＤなどのカラー３原色の単色光も用いられる。近年高輝度な白色ＬＥＤも登場しており、本発明の照明光源としても適用できる。また、集光素子１２−２，１２−５としては、高効率な照明効率を得られるように照明光学系を搭載してもよく、回転楕円体リフレクタ、放物面リフレクタなどを利用し集光素子として兼ねてもよい。そして、白色照明光は色切替手段１２−３により、カラー３原色に時分割で選択される。なお、色切替手段１２−３としては、カラーフィルタを高速に切り替えるカラーフィルタ方式、カラーリンク社製の液晶素子によるカラースイッチング素子による方式でもよい。更に、照明効率を向上させるために、いわゆるインテグレータ光学系を配置してもよい。単色の個体光源を、例えばＲ，Ｇ，Ｂ色のＬＥＤ光源を順次点灯させて、時分割照明を行ってもよい。また、光源切替方式と、フィルタ切替方式の組み合わせにより、３原色の色空間を広げた高品質なカラー照明も可能である。照度均一化手段１２−４としては、ロッドインテグレータ等が好適である。また、他の手段としては、フライアイレンズアレイを組み合わせ、ライトバルブ１１上へ照明光を重畳させて均一化してもよい。ライトバルブ１１としては、透過型の液晶パネル、反射型の液晶パネル、マイクロミラーデバイス（ＤＭＤ（登録商標））などが用いられるが、液晶パネルを用いる場合、パネルに入射する光は直線偏光照明が必要なため、偏光子などを挿入し偏光を揃える必要がある。また、より光利用効率を向上させるために、図示はしないが偏光変換素子を照明系に搭載してもよい。ここで、本実施の形態例では透過型の例を示したが反射型の場合では、偏光ビームスプリッタにより照明光路と結像光路を分離し、画像表示を得ることができる。この場合も、液晶による偏光制御による光のスイッチングを行うため、偏光を揃える必要がある。また、マイクロミラーデバイスを用いてもよい。ミラーでは、特に偏光を揃える必要は無いが、画素シフト手段１４において偏光特性を利用し、光路を切り替えるために、画素シフト手段１４に入射する光束中に偏光子を挿入する必要がある。ここでの偏光子としては直線偏光子などがある。光利用効率を低下させないために、照明光路にＰＢＳと波長板を組み合わせた偏光変換素子などを挿入してもよい。
【００３０】
このような構成を有する第１の実施の形態例の画像表示装置１０では、偏光の揃った照明光を、図１の制御手段１３によって、例えばカラー３原色であるＲ、Ｇ、Ｂの照明光を得るように、図１の色切替手段１２−３にカラー選択制御信号を供給して色切替手段１２−３を高速に制御して照明光として取り出している。また、制御手段１３は、照明光の色に合わせ、そのカラーの画像を得るように、表示制御信号をライトバルブ１１に供給してライトバルブ１１を制御する。このとき、所定の波長帯域、例えば比視感度特性の最も高いＧの照明光を少なくとも１フレームに２回以上含むように時分割照明し、その分割した時間に応じて図１の画素シフト手段１４を、制御手段１３により、時分割照明手段１２、ライトバルブ１１と連動して高速に画素シフトを行う。また、画素シフト位置に応じた画像表示を行うように、ライトバルブ１１の駆動を行えばよい。また、それぞれのフレームの表示画像は、シフト位置に応じた画像を表示する。画素シフトの量は、分割数が２つなら、ピッチの半分、あるいは、１．５ピッチ、あるいは、２．５ピッチといった、１／２画素の奇数分だけシフトした位置での画像となるように、ライトバルブの画像の更新を行えばよい。画素間に２カ所補完するような３分割のシフトを行うならば、画素ピッチの１／３、２／３、あるいは、−１／３、＋１／３となるような位置でもよい。また、横と縦方向にそれぞれ１／２ピッチの画素だけシフトさせ、４倍の画素密度に対応し４分割の照明としてもよい。１フレーム内で、画素シフト位置に応じた画像表示を行うようにライトバルブの駆動を行っているので、人の目の残像効果によりあたかも画素が増大したかのように見える。なお、画素シフト手段１４としては、上述した光路変換素子や液晶を用いて光路シフトを生じさせ画素シフト素子が挙げられる。図１の画素シフト手段１４は、光路中に挿入し、光路を画素シフトする素子を想定しているが、図示はしないがパネル１６を直接微動シフトして画素シフトを行ってもよい。例えば、電磁駆動による駆動、ピエゾ駆動による駆動など、メカニカルに駆動させてもよい。また、光路中にミラーを配置し、微小角度だけ変位させた、いわゆるガルバノミラーにより光路を切り替えてもよい。更に、平行平板などを光路に設置し、この平行平板をチルトさせることで光路をシフトさせてもよい。
【００３１】
よって、Ｇの時に画素シフトを行って高精細画像とし、その他のＲ、Ｂの色の時は、特に画素シフトに対応したサブフレーム画像表示は必要としないようにし、所定の波長帯域、例えば比視感度特性の最も高いグリーンの表示に対し画素数を増やしたので、画素シフトの効果が最も現れる。その他のＲ、Ｂの色の時は、特に画素シフトに対応したサブフレーム画像表示の効果は比較的少ないため対費用効果が非常に大きくなる構成である。従って、１フレーム内で最大４つのサブフレームを表示すればよく、従来からある時分割照明に対応したライトバルブを数多く利用でき、低コストと同時に効果的に高精細化が可能となり、コストパフォーマンスの高い画像表示装置が提供できる。また、面サイズを拡大していると、画素が認識でき、画面のざらつき間、文字や、線のジャギーがより目立つようになる。そこで、本発明では、所定の波長帯域、例えば比視感度の最も高いＧ光の画素を高速にシフトさせて、見かけ上高精細化を行っているために、投射レンズと組み合わせて拡大投射しても、従来の画像表示装置より、高品質な画像を得ることができる。また、装置においても、単一のライトバルブによって、カラー画像と、高精細化を図っているので、装置が大がかりならず、低コストの装置が実現できる。
【００３２】
次に、色選択手段で得られる照明色と画素シフトのスイッチングのタイミングについてタイミングシーケンスを示す図２及び他の例のタイミングシーケンスを示す図３に従って説明する。図２の（ａ）に示すシーケンスは、ある画素フレームＦｉを構成するカラー画像として、Ｒ，Ｂ，Ｇ１，Ｇ２の順で分割照明するシーケンスである。画素シフト素子は１フレーム内では少なくともＧ１とＧ２の間でシフトを行う。所定の波長帯域、例えば比視感度の最も高いグリーン光で画素シフトが行われる。つまり、画素シフトの切り替えの時間を１フレーム内で等間隔としたシーケンスである。図２の（ｂ）の例は、Ｒ，Ｇ１，Ｇ２，Ｂの順で分割照明する例であり、図２の（ｃ）の例は、Ｒ，Ｇ１，Ｂ，Ｇ２の順で分割照明する例である。一方、図３に示すタイミングシーケンスでは、ある画素フレームＦｉを構成するカラー画像として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の順で分割照明して順次照明しているが、Ｇの照明時間内に、画素シフトを行う。画素シフト位置１に応じたＧの画像をＧ１ｆｉの時間に、画素シフト位置２に対応したＧの画像をとＧ２ｆｉの時間で表示させる。ちょうど、Ｇ光の照明時間内で画素シフトを行うタイミングとなる。図３の（ａ）のシーケンスは、Ｒ、Ｇ、Ｂ光の照明時間をほぼ同一にしたことにより、従来の照明系の変更をほとんど伴うことなく、画素シフトに対応した照明が可能である。図３の（ｂ）のシーケンスは、Ｇのシフト位置１、位置２の画像表示時間を図３の（ａ）の場合より長くとった。これにより、ライトバルブの画像更新に関して、図３の（ａ）の場合より、長い時間がとれることにより、ライトバルブの速度の制約に関して許容量が広がるようになる。
【００３３】
図４は１フレームで表示される画素の動作を模式的に示した図である。なお、同図におけるシーケンスの順は、Ｒ，Ｇ１，Ｂ，Ｇ２の順番とした。また、Ｒ，Ｇ１の表示の時は、画素シフトを行うことによって、画素の位置１及び位置２と表記した。更に、図中の正方形は画素の形状を示すものではなく、破線で示した正方形の大きさも画素ピッチ以下であればよい。例えば、Ｒ表示の時は、そのとき表示画素の中心は図示した画素位置１の一点鎖線のライン上に位置しているとする。Ｒ表示のあとに、画素位置はそのままで、Ｇ１の表示がされ、その後Ｇ２の表示になる間に画素位置２の表示画像になるように、ライトバルブの表示を制御する。
【００３４】
図５は１フレームで表示される別の画素の動作を模式的に示した図である。シーケンスの順は、Ｒ、Ｇ１、Ｇ２、Ｂの順番である。Ｇの照明時間に画素シフト位置１から画素シフト位置２にシフトさせる。Ｒ表示の時は、表示画素の中心は図示した画素位置１の一点鎖線のライン上に位置しているとする。Ｒ表示のあとに、Ｇ画像光の画素位置１の画像が得られるようにライトバルブで表示する。その後、画素シフト位置２に移動すると同時に、Ｇ２の表示になるようにライトバルブの表示を制御する。
【００３５】
ここで、図４及び図５における一例は画素位置１ないしは画素位置２の状態にする一方向画素シフト技術の説明であったが、斜め方向、縦、横方向いずれであってもよい。また、応答速度の許す限り、３段階としてもよいし、縦横併せて４倍実施してもよい。
【００３６】
なお、本実施の形態例によれば、これらのＲ，Ｇ，Ｂの照明の順番を制約するものではない。また、Ｒ，Ｂ画像の画素シフトの位置や回数を制約するものでない。１フレーム内において、所定の波長帯域、例えば比視感度特性の最も高い色の照明光を時間分割し、その分割された各々の時間で画素シフトを行って、その照明光の画像を高精細化するものである。
【００３７】
図６は表示色と画素シフト位置の関係を示す図である。同図に示すように、Ｒ，Ｇ１，Ｂ，Ｇ２が１フレーム（Ｆ１，Ｆ２）を構成し、このフレーム内で、Ｒ，Ｂを各１回、Ｇを２回表示する。Ｇの２回は、画素シフトに対応した画像を表示させる。このとき、Ｇの２回（Ｇ１，Ｇ２）の間に、Ｒ及びＢの表示を行い、Ｒ，Ｂの表示時間内に、画素シフトを行う。Ｒ，Ｂの画像は、必ずしも画素シフトに対応した画像でなくてもよい。このような構成であって、Ｒ及びＢの照明されている時間内で画素シフトを行っているため、所定の波長帯域、例えば比視感度特性の最も高いＧの画像Ｇ１とＧ２の画像の切り替えに対応した正確に画像を表示でき、高精細化の効果がもっとも得られる。
【００３８】
図７は図１の色切替手段の一例を示す図である。同図の（ａ），（ｂ）に示すように、Ｒ，Ｇ２，Ｂ，Ｇ１の順に選択的に通過する透過型のカラーフィルタ２０が回転し、順次、Ｒ，Ｇ２，Ｂ，Ｇ１の照明光が得られる。もちろん、反射型のフィルタを用いて、反射型光を選択してもよい。
【００３９】
図８は図１の色切替手段の別の一例を示す図である。同図の（ａ），（ｂ）に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ３０が並列に並んでおり、Ｇを中心として、一軸方向に高速に往復移動する。往復移動には、電気電磁誘導によるアクチュエータ機構（図示せず）などを搭載しており、ライトバルブや画素シフト素子を駆動制御する図１の制御手段１３により、駆動制御が同時に行われている。また、駆動周期を検出しフィードバック制御を行い、パネル表示画像と正確に連動してもよい。このような構成であって、図７に示す回転方式のカラーフィルタ２０では、Ｇの表示ために、Ｇフィルタが２つ必要であったが、本方式では往復移動するフィルタを用いることによってＧフィルタが１つでよく、第１の実施の形態例におけるシーケンスが可能となる。カラーフィルタ３０が上方に位置したときはＢを選択し、中央はＧを選択、下方に位置したときはＲを選択するようになっており、往復運動を行うことでＲ，Ｇ２，Ｂ，Ｇ１を繰り返すフィルタの切り替えが可能となる。Ｇのフィルタは一周期（往復）で２回通過させるようにできるため、図７のカラーフィルタ２０の場合は実質４つのフィルタが必要であるが、図８に示すように最低３枚のフィルタで構成することができ、非常に効率のよい配列が可能となった。Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｇのカラーシーケンスに最も好都合である。また、各色フィルタ形状は矩形形状とできるので、パネルへの矩形形状照明光としても非常に効率的な形状である。
【００４０】
図９は単色の３原色の固体光源を並列に配置した一例を示す図である。同図に示すように、単色の３原色の固体光源４１−１〜４１−３からの３原色の光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を効率よく照明するために集光素子４０を配置した。集光素子４０は一つで、３原色の光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を集光させている。
【００４１】
図１０は単色の３原色の各固体光源からの各単色光を集光する構成の一例を示す図である。同図に示すように、照明光の集光効率をさらに引き上げ、単色の３原色の各固体光源５０〜５２からの３原色の光それぞれに適した集光素子５３〜５５を配列し、カラーフィルタ等で合成手段を用いた。Ｒ反射、Ｒの補色は透過するフィルタ５６、そしてＢ反射、Ｂの補色は透過するフィルタ５７を組み合わせた、いわゆるクロスフィルタなどで構成している。ライトバルブの表示制御と、画素シフトの駆動制御と連動して、図示はしないが、発光素子の制御を行う。なお、光源の発光切り替えとしては、光源の発光を遮断したり、透過したりするシャッター機能により光のオン／オフを制御してもよい。
【００４２】
このような構成によれば、カラーフィルタを用いて白色光から、色を選択して照明する従来の場合よりも、メカニカルな駆動部分が無くなり、非常に信頼性の高い表示装置が実現する。
【００４３】
次に、ライトバルブに反射型液晶パネルを用いた実施の形態例について説明する。
図１１は本発明の第２の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。異なる構成要素としては、偏光子６０、反射型液晶パネル６１及び拡大投射レンズ６２を設けている。作用動作は、第１の実施の形態例の説明に準ずるので省略する。ＰＢＳなどの光路分離素子（図示せず）がパネル前方に配置し、このＰＢＳで照明光と、結像光に分離する構成が一般的である。もちろん、光路分離ができれば、ＰＢＳを無くして、斜入射方向から照明してもよい。ＰＢＳとしては、誘電体多層膜を用いたプリズムタイプのＰＢＳや、金線格子を形成したプレート状のＰＢＳ、有機多層膜で偏光分離を行うＰＢＳなどが用いられる。
【００４４】
図１２は本発明の第３の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。同図において、図１１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。異なる構成要素としては、本実施の形態例はマイクロミラーデバイス７０を用いた画像表示装置の一例である。同図において、マイクロミラーデバイス７０では光の反射があるか無いかで一画素表示を行っているので、偏光していない照明でも表示が可能となる。画素シフト素子としては、液晶による光の偏光特性を利用した光路シフト作用を利用する際は、偏光子などで偏光を揃える必要がある。図１２の例では偏光子３０を配置した構成を示したが、パネルを表示画面平面内で駆動する手段の場合は特に偏光を揃える必要がない。
【００４５】
図１３は本発明の第３の実施の形態例に係る画像表示装置の別の構成を示す概略図である。同図において、図１２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。異なる構成要素としては、本実施の形態例はライトバルブを表示素子面内で高速シフトする画素シフト手段とする微動アクチュエータ８０を用いた画像表示装置の一例である。この方式は、ＤＭＤに限らず、透過型、反射型液晶パネルなど、ライトバルブに適用できる。
【００４６】
次に、本発明の第４の実施の形態例に係る画像表示装置について説明する。本実施の形態例の画像表装置は、画像表示の１フレームの時間内に、所定の波長帯域、例えば比視感度特性の最も高い表示色を少なくとも２分割以上に分け、１フレーム内の時間では、照明光としては白色光となるように各色の照明する時間を設定している。例えば図１４に示すタイミングチャートからわかるように、Ｒ、Ｇ１，Ｂ、Ｇ２と、Ｇが２回照明され、画素シフト位置１と画素シフト位置２に相当する画像更新をこの期間中に行う。具体的な、照明方法としては、カラーフィルタなどを高速に切り替え、その切り替え時間を調整してもよい。高速変調が可能なＬＥＤ単色光源を使って、高速にきり換えてもよい。従来技術としては、カラーフィルタを円盤状にした所謂カラーホイールと呼ばれる回転型のカラーフィルタを照明光路に挿入し、回転動作させることによって、時間分割して照明する手段が従来例として用いられている。このような回転型のカラーフィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂのフィルタを等分してフィルタを設けているのが一般である。しかし、所定の波長帯域、例えば比視感度が最も高いグリーン光をＧ１、Ｇ２と２分割し、Ｒ、Ｇ１、Ｇ２、Ｂで１フレームとし、各照明時間が同等でＧ光が２回照明されるような場合、トータルのＧ光の光量が大きくなり、カラーバランスが損なわれる。本実施の形態例では、このような、一色だけ複数回照明するような場合のカラーバランスが狂うのを防ぐことができるようになる。一般にちらつきが生じない周波数として、１フレーム６０Ｈｚが目安とされている。すなわち、１フレーム１６．６ｍｓｅｃ以下の時間内に、Ｒ、Ｇ、Ｂ光の照明する時間を均等に分割している。例えば、図１５に示すように、Ｒ、Ｇ１，Ｇ２，Ｂの照明時間をそれぞれＴＲ、ＴＧ１、ＴＧ２，Ｂとしたとき、ＴＲ＝ＴＢ＝ＴＧ１＋ＴＧ２の関係を概略保つように照明時間を設定した。ここで、フィルタ等のばらつきや、ライトバルブの透過率のばらつきを吸収するために多少の調整は設計レベルで反映するためである。このような関係を保つことで、照明光としてトータル光量としては白色を保つことができ、ライトバルブの波長依存性にもよるが、ほぼ、表示画像として高品質なカラーバランスを保つことが可能となる。また、本実施の形態例では、単色光を時分割して順次照明する手段として、白色光源と、複数の波長選択フィルタを切り換える手段とを用いている。この波長選択フィルタとして、所謂カラーホイールなどが用いられる。赤色波長帯域を選択的に透過させる領域をＲ、緑色波長帯域を選択的に透過させる領域をＧ１，およびＧ２とし、青波長帯域を選択的に透過させる領域をＢとした。このような波長選択フィルタを図１６のような配置にし、図中の矢印のように回転させると、図中の右側から進んできた白色光を選択的に、Ｒ→Ｇ１→Ｂ→Ｇ２→Ｒ→Ｇ１→・・・・といった順番で単色光として取り出せることができる。一回転ちょうど１フレームの画像を得られるような線速で回転させることにより、１フレーム内でＧ光のみ２回照明できることとなる。このとき、Ｇ１及びＧ２を通過している時間は、それぞれ、ＴＧ１、ＴＧ２、Ｒを通過している時間はＴＲ、Ｂを通過している時間はＴＢであり、ＴＧ１とＴＧ２では、画素シフト位置が異なる様に、画素シフトを行い、それに応じたライトバルブの画像が更新される。ここで、Ｇ１とＧ２を通過する合計の時間が他のＲ、Ｂの時間とほぼ同じになるように設定している。つまり、ＴＧ１＋ＴＧ２＝ＴＢ＝ＴＲとなる。このような構成を採用することで、カラーバランスのとれた照明光を得ることができる。
【００４７】
図１７は別の色選択フィルタの一例を示す概略図である。同図に示すように、Ｇ１とＧ２の領域を隣接させることで、これまでのＲ、Ｇ、Ｂシーケンシャル照明のフィルタと同等な構成となり、従来の回転フィルタの設計、作成技術を容易に転用できるようになる。
【００４８】
ここで、単色光を時分割して順次照明する手段としての液晶スイッチが、例えば特表２０００−５１０９６１号公報に掲げているようなものがある。この素子は、電圧印加により偏光を制御する素子であり、この電圧印加量を制御して透過波長と、透過光量を制御できる素子である。具体的には、カラーリンク社製のカラースイッチの液晶素子と位相差板を用いた分光素子を用いることもできる。そのスイッチングスピードもＯＮ時０．３ｍｓｅｃ以下、ＯＦＦ時１０ｕｍｓｅｃ以下と非常に高速な制御が可能であり、照明の切り替え時間を自在に調整できるので非常に好適である。また、上述したような回転型のカラーフィルタを用いた場合にはメカニカルな駆動が必要であったが、液晶スイッチング素子を用いたので、メカ的な駆動部が無くなり信頼性の高い制御、装置が提供できるようになった。
【００４９】
次に、Ｇ１とＧ２の間に照明光を遮るための遮光時間を設けた場合について説明する。図１８の（ａ），（ｂ）に示すように、画素シフト位置ａから画素シフト位置ｂへ移動する時間は必ずしも０ではない。１フレームの時間をＦｔ必要とすると、Ｒ，Ｇ，Ｂの照明光にそれぞれ等分すると、各色Ｆｔ／３程となる。このうちＧ光の照明時に２つの画素シフト位置に対応して２分割すると、Ｆｔ／６ずつに分割する必要がある、Ｇ１とＧ２が連続して照明する際に、必要な表示時間に対する画素シフトしている時間の相対的な割合が増えてくる。図１９はＧ１とＧ２の間に遮光時間を設けた場合の様子を示す模式図である。この遮光時間が長くなれば、長くなるほど、２箇所の画素シフト位置に応じた表示ができなくなる。このため、画素シフト効果による高精細化の特徴が薄れてくる。より、高精細な表示のためにはこの移動時間への照明を行わないようにすればよい。具体的には、図１９に示すようにＧ１とＧ２の間に遮光部分（ＢＫ）を設けている。この遮光部分（ＢＫ）は、回転型フィルタの一部を反射膜や、吸収膜等により、光を遮る様な遮光部である。また、遮光期間は、ライトバルブの画像更新中、あるいは、画素シフトが行われる時間の一部分、あるいは全部の時間となるように、フィルタ部の遮光部分の領域を設定すればよい。この遮光部分（ＢＫ）の時間だけ、１フレーム時間からさし引き、残りの時間を３等分して、Ｒ，Ｇ，Ｂの照明時間に当てればよい。一方、ライトバルブの画像更新に関しても有限の時間が必要であり、この更新時間だけ、照明光を遮光する事で画素の滲みが無くなる。図２０に示すように、照明光の色が切り替わる瞬間にも、遮光することにより、ライトパネルの画像の更新中も、この瞬間の照明をカットすることで、色のにじみも防ぐことが可能となる。
【００５０】
次に、画像表示の１フレームの時間内に、所定の波長帯域、例えば比視感度特性の最も高いＧ光を分割し、分割数の多いＧ光の照明光量を意図的に調整することによって、照明時間が他の色より長い時間であっても光強度が高くならず、色バランスを保てるようにした場合について図２１を用いて説明する。図２１の（ａ）に示すように、１フレーム時間ＦｔにＲ、Ｂ、そしてＧ光は２回の４つのサブフレームで構成した場合を想定した。よって、１つのサブフレーム期間はＦｔ／４である。ライトバルブの画素更新の時間も、その時間に合わせて更新される。ここで、Ｇ光の光強度は、４サブフレームのうち２サブフレーム分を担うため、他の色に比べてトータルの照明時間が２倍と長くなる。そのため、照明光としては色バランスが狂ってくる。ここで、光の強度の図２１の（ａ）に示すように、Ｇ光における光の強度を他の色の場合より低く設定する、あるいは相対的に、Ｒ、Ｂの強度をＧ光の強度より高く設定することにより、ホワイトバランスを保って照明光を得るようにした。図２１の（ｂ）は、回転型色フィルタの場合の具体例であり、Ｇ１、Ｇ２の領域の透過率を低く設定した。よって、Ｇ色選択フィルタの透過率を低くしたり、あるいは、Ｇ色選択フィルタとＮＤフィルタが一体となったフィルタなどで光量を調整することも可能である。なお、１フレーム内でＧを３分割した場合、画素の１／３ピッチで３段回のシフトの場合は、５つのサブフレームとし、Ｇ光は１／３の強度とすればよい。また、Ｇのみ縦横２通りの４回とするときは、１フレームを６分割し、Ｇ光は１／４の強度とすればよい。
【００５１】
次に、上述したように、分割数の多いＧ光の照明の強度を意図的に調整した構成であったが、分割したサブフレーム期間内で、照明しない時間を設け、実質的に光強度を低減させた構成とする場合について図２２を用いて説明する。図２２の（ａ）に示すように、１フレームＦｔ時間内で、Ｇを２回、Ｒ、Ｂは各１回の合計４つのＦｔ／４の時間のサブフレームで構成している。Ｇ光の時間中のほぼ半分の時間Ｆｔ／８だけ、遮光の時間を設けている。このとき、Ｆｔ／４のサブフレーム表示時間でのＧ光のトータルの光量を実質低減でき、Ｒ、Ｂとのバランスが保てるようになる。図２２の（ｂ）に回転型色フィルタの形態にした場合の具体例を示す。本実施の形態例の遮光の位置は、ＲとＧ１、ＢとＧ２の間にしたが、Ｇ１とＢ、Ｇ２とＲの間にしてもよい、また、遮光時間を半分ずつにして、Ｇ１の位置での表示時間内に１／２時間だけ照明するように遮光層を設けてもよい。また、遮光層とＧ光の選択フィルタが交互にあってもよい。
【００５２】
図２３は本発明の第５の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。なお、同図に示す本実施の形態例の画像表示装置９０は三枚の透過型の液晶ライトバルブを用いた装置を想定している。図中の点線は赤色、一点鎖線は緑色、二点鎖線は青色の光路をそれぞれ示す。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置９０は、投射レンズ９１と、ハロゲンランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプなどの白色光源と、集光性を上げてかつ均一な照明が得られるようにするためのインテグレータ光学系（フライアイレンズによる重畳、あるいは、ロッドインテグレータ光学系：図示せず）等で構成された照明光学系９２と、赤のみを反射するダイクロイックミラー９３及び青のみを反射するダイクロイックミラー９４で構成された色分離ミラー光学系９５と、赤、緑、青に対応した画像を表示する透過型のライトバルブ９６〜９８と、クロスダイクロプリズムなどの色合成素子９９と、ミラー１００〜１０３と、各ライトバルブ９６〜９８の画像表示情報を制御し、後述する画素シフト手段１０５による画素シフトを制御する制御手段１０４と、ライトバルブ９７における投射画素を別の投射画素に重ならないようにライトバルブ９７の投射画素を画素ピッチ以下にシフトさせる画素シフト手段１０５とを含んで構成されている。また、本実施の形態例の画像表示装置９０によれば、所定の波長帯域、例えば視感度特性の最も高く、一般的に４６０ｎｍ〜５７０ｎｍの波長帯域の緑色の画像を形成する緑のライトバルブ９７と投射レンズ９１の間に画素シフト手段１０５を配置し、この画素シフト手段１０５によって、あたかも画素位置が画素ピッチの半分、あるいは、１．５ピッチ、あるいは、２．５ピッチといった、１／２画素の奇数分だけシフトした位置に配置（隣接画素に重ならないように）しているかのように投射画像を全体にシフトさせる。一方、ライトバルブ９６〜９８も、画素シフトに応じて、上述した制御によって、そのシフトした位置の画像を表示するようにライトバルブの画像の更新を行う。
【００５３】
ここで、本実施の形態例の画像表示装置における各ライトバルブの画素シフトについて画素シフトのタイミングシーケンスである図２４に従って説明する。ある画素フレームＦｉを構成するカラー画像として、ライトバルブ９６における照明光は赤色であり、ライトバルブ９７における照明光は緑色であり、ライトバルブ９８における照明光は青色である。また、ライトバルブ９６では、ある画素フレームＦｉで画像Ｒｆｉ、画素フレームＦｉ＋１で画像Ｒｆｉ＋１、画像フレームＦｉ＋２で画像Ｒｆｉ＋２を形成し、画素シフトは画像フレームＦｉ〜Ｆｉ＋２で画素位置１のままであるように、制御手段１０４によりライトバルブ９６の表示が制御される。更に、ライトバルブ９７では、画素シフト位置１に応じてＧの画像をＧｆ１ｉ、Ｇｆ１ｉ＋１、Ｇｆ１ｉ＋２とシフトさせて形成し、画素シフト位置２に応じてＧの画像をＧｆ２ｉ、Ｇｆ２ｉ＋１、Ｇｆ２ｉ＋２とシフトさせて形成し、制御手段１０４により画素シフト手段１０５が制御されて、ライトバルブ９７による表示が制御される。また、ライトバルブ９８では、ある画素フレームＦｉで画像Ｂｆｉ、画素フレームＦｉ＋１で画像Ｂｆｉ＋１、画像フレームＦｉ＋２で画像Ｂｆｉ＋２を形成し、画素シフトは画像フレームＦｉ〜Ｆｉ＋２で画素位置１のままであるように、制御手段１０４によりライトバルブ９８の表示が制御される。
【００５４】
このような画素シフトの応答速度及び画像更新は、１フレーム以内で高速に行われるので、人の目の残像効果によりあたかも画素が増大したかのように見える。画素シフト手段１０５としては、光路変換素子や液晶を用いて光路シフトを生じさせ画素シフト素子が挙げられる。なお、画素シフト手段１０５は、光路中に挿入し、光路をずらす素子を想定している。図示はしないが、パネルを直接微動シフトして画素ずらしを行ってもよい。例えば、電磁駆動による駆動、ピエゾ駆動による駆動など、メカニカルに駆動させてもよい。また、投射光学系のバックフォーカスが十分に長く取ることができれば、光路中にミラーを配置し、微小角度だけ変位させたいわゆるガルバノミラーにより光路を切り替えてもよい。また、画素シフト手段１０５は、ライトバルブ９７の直後で近接するように配置されることが望ましく、もっとも効果的である。なぜならば、投射レンズ９１の光束がライトバルブ９７に近くなればなるほど、ライトバルブ９７のサイズに近づき小さくなる。画素シフト手段１０５は、ミラーの場合はさほど大きさに関しての制約はないが、なるべく開口形状を小さくできれば、液晶材料を透明基板で挟み込んで、電界印可するタイプの素子では、サイズによるコストダウン効果が大きくなる。大きなサイズから切り出し、電極形成のための行程でも、素子サイズにより、取り数をより多くすることが可能であり、それだけ素子のコストを抑えることが可能となってくる。
【００５５】
このように、所定の波長帯域、例えば視感度特性の最も高い表示画像に対して画素シフト表示を行い、上述したように従来最低でも４枚のパネルが必要だった画像投射装置であったが、画素シフト手段を、緑色画像を生成するパネルと投射画像の間に配置し、画素シフトと、パネルの高速画像切り替えとにより、画素数増大化が可能となった。よって、ライトバルブの数を３枚で済み、装置の大型化を防ぎ、低コストで高精細表示画像を得ることができる。
【００５６】
図２５は本発明の第６の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。同図において、図２３と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。なお、同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１１０は三枚の透過型の液晶ライトバルブを用いた装置を想定している。図中の点線は赤色、一点鎖線は緑色、二点鎖線は青色の光路をそれぞれ示す。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１１０は、所定の波長帯域、例えば視感度特性の最も高い緑の画像を形成するライトバルブ９７と色合成素子９９の間に画素シフト手段１０５を配置し、更に画素シフト手段１０５を透過する際に生じる光路差と同じだけの光路差を発生させる光路長補正手段１１１、１１２をライトバルブ９６と色合成素子９９の間とライトバルブ９８と色合成素子９９の間にそれぞれ配置したものである。具体的には、画素シフト手段１０５で実質的に光路が長くなる分だけ、赤のライトバルブ９６及び青のライトバルブ９８と色合成素子９９のそれぞれの間に、画素シフト手段１０５の光路長と等価な光学素子を配置した。画素シフト手段１０５がガラス基板により液晶材料を平行に挟み込んだ構成であると、光路長補正手段１１１、１１２は、ガラスの平行平板とすればよい。画素シフト手段１０５の厚みに応じて、平行平板の厚みを設定すればよい。
【００５７】
このように、所定の波長帯域、例えば視感度特性の最も高い波長帯域を有した画像を形成するライトバルブ以外のライトバルブと色合成素子の間に画素シフト手段の光路長と等価となるような光学的に光路差を補正する光路長補正手段の光学素子を配置したことによって、色による倍率誤差、ディストーションの均一性、色収差による解像度劣化等を防ぐことが可能となる。
【００５８】
図２６は本発明の第７の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。同図において、図２３と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。なお、同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１２０は三枚の透過型の液晶ライトバルブを用いた装置を想定している。図中の点線は赤色、一点鎖線は緑色、二点鎖線は青色の光路をそれぞれ示す。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１２０は、直線偏光の照明光を色分離ミラー光学系９５で、赤、緑、青の光の三原色に分離したのち、それぞれの色に対応した、透過型のライトバルブ９６〜９８に照明光として入射させる。そして、それぞれのライトバルブ９６〜９８には、紙面に平行なＰ偏光の照明光とし、画素毎に変調されて白色光はＳ偏光となって色合成素子９９へと導かれる。ここで、色合成素子９９として、従来でも良く採用されているクロスプリズムなどが好適である。このクロスプリズムはもっとも光路をコンパクトにできるのが特徴であるが、通常、緑光は透過で用い、青、赤は、反射で用いられる。赤と青は反射で使われることから、Ｓ偏光でクロスプリズムに入射させることがよい。また、透過で使われる緑光はＰ偏光とすることで、赤、青の高い反射率と、緑色の高い透過率を有するダイクロイック膜を設計、製作することができる。すなわち、ダイクロイックプリズムで合成された直後では、緑色と他の色の偏光が互いに直交している。よって、図２６に示すように、色合成された光路中に、入射光の変更依存性のある画素シフト手段１０５を配置すると共にライトバルブ９７と色合成素子９９の間に１／２波長板１２１を設けている。よって、光路偏向は、所定の波長帯域、例えば視感度特性の最も高い波長帯域を有した画像を形成するライトバルブの画像、すなわち緑色のＰ偏光の光に対してのみしか光路シフトしないようになっている。そのため、その他のライトバルブで形成される画像の偏光方向は、光路シフトされずにそのまま投射レンズへと向かい、所定の波長帯域、例えば視感度特性の最も高い緑色の画像のみのシフトを行うに好都合な画素シフト手段１０５の位置である。なぜならば、各色の光路中に、光路シフト素子を実質配置していることから、色による光路差が生じにくい。
【００５９】
以上説明したように、第５〜第７の実施の形態例のように、ライトバルブとして透過型のライトバルブを採用したことにより、ライトバルブ直後に、光路シフト素子を配置でき、また色合成素子との間も極力小さくでき、投射レンズのバックフォーカスをもっとも短くできる。また、レンズバックに制約のある光学系においても画素シフト手段を配置できる。なお、透過型ライトバルブとしては、高温ポリシリコンのＴＦＴ液晶などがもっとも好適である。
【００６０】
図２７は本発明の第８の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。同図において、図２３と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。なお、同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１３０は三枚の反射型の液晶ライトバルブを用いた装置を想定している。図中の点線は赤色、一点鎖線は緑色、二点鎖線は青色の光路をそれぞれ示す。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１３０によれば、各色のライトバルブの作用としては、照明光源系９２からの直線偏光の照明光を色分離ミラー光学系９５及び色分離ミラー１３１で赤、緑、青の光の三原色に分離し、コンデンサレンズ１３２、１３６、１３９で集光された各色の光が色分離偏光ビームスプリッタ１３３、１３７、１４０にそれぞれ入射され、色分離偏光ビームスプリッタ１３３、１３７、１４０によって反射されたＳ偏光の照明光を画素単位で変調し、光をＯＮとする場合は偏光方向を９０度回転させ、偏光ビームスプリッタ１３３、１３７、１４０をＰ偏光として照明光と分離させる。このように、照明光と投射光を偏光ビームスプリッタ１３３、１３７、１４０で分離した後、各色の像を色合成素子９９で合成し、カラー画像を得る。また、本実施の形態例の画像表示装置１３０によれば、少なくともライトバルブ１３８と色合成素子９９の間に、画素シフト手段１０５を配置している。また、ライトバルブ１３４とライトバルブ１４１で変調された画像は、偏光ビームスプリッタ１３３，１４０をＰ偏光で透過し、色合成素子９９へと向かうが、色合成素子９９に入射する直前で１／２波長板１３５，１４２が配置されているので、９０度偏光方向を回転されＳ偏光となって色合成素子９９のダイクロイック膜で反射して投射レンズ９１へと向かう。一方、ライトバルブ１３８においては、偏光ビームスプリッタ１３７を透過したＰ偏光はそのまま色合成素子９９を透過する。また、図２７に示すように、画素シフト手段１０５を偏光ビームスプリッタ１３７とライトバルブ１３８の間に配置しているので、画素シフト手段１０５のサイズがより一層小さくできる。よって、画素シフト手段のサイズを小さくでき、素子の量産性が向上し、より低コストな素子を提供でき、従って、投射装置全体のコストを抑えることが可能となる。このように、偏光依存性のある画素シフト手段を用いたことによって、クロスプリズムの青、赤の高い反射特性と緑光の高い透過特性を生かすことができ、光の利用効率の高い明るい投射光学系を得ることができる。なお、画素シフト手段１０５を偏光ビームスプリッタ１３７と色合成素子９９の間であってもよい。
【００６１】
図２８は本発明の第９の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。同図において、図２３と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。なお、同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１３０は三枚の反射型の液晶ライトバルブを用いた装置を想定している。図中の点線は赤色、一点鎖線は緑色、二点鎖線は青色の光路をそれぞれ示す。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１５０によれば、投射レンズ９１と色合成素子９９の間に、画素シフト手段１０５を配置している。そして、ライトバルブ１３４とライトバルブ１４１で変調された画像は、偏光ビームスプリッタ１３３，１４０をＰ偏光で透過し、色合成素子９９へと向かうが、色合成素子９９に入射する直前で１／２波長板１３５，１４２が配置されているので、９０度偏光方向を回転されＳ偏光となって色合成素子９９のダイクロイック膜で反射して投射レンズ９１へと向かう。一方、ライトバルブ１３８においては、偏光ビームスプリッタ１３７を透過したＰ偏光はそのまま色合成素子９９を透過する。そのため、色合成素子９９で合成された直後では、緑色と他の色（赤、青）の偏光が互いに直交し、ここに偏光依存性のある画素シフト手段１０５を配置し、緑色のみ偏光機能が働くため、画素シフト方向に応じて緑色の画像を高速に切り替えることによって、見かけ上画素を増大できる。
【００６２】
図２９は本発明の第１０の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。同図において、図２８と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。なお、同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１６０は三枚の反射型の液晶ライトバルブを用いた装置を想定している。図中の点線は赤色、一点鎖線は緑色、二点鎖線は青色の光路をそれぞれ示す。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１５０によれば、図２８に示す第９の実施の形態例の画像投射装置１４０の構成に加え、画素シフト手段１０５の通過後に、色選択性波長板１５１を配置した。ここで、色選択性波長板１５１は、特定の色のみの偏向方向を９０度回転させる機能を有する波長板であり、例えばｃｏｌｏr  ｌｉｎｋ社のｃｏｌｏｒｓｅｌｅｃｔ（登録商標）という製品などがある。この色選択性波長板１６１により、所定の波長帯域、例えば視感度特性の最も高い波長帯域を有した画像光、あるいはその他の波長帯域の画像光の何れか一方のみの偏光を９０度回転して各色の偏光を揃えることができる。このような構成により、反射型スクリーンや透過型スクリーンなど、スクリーンには少なからず偏光依存性があり、そのため投射光によっては色バランスが崩れることが問題であったが、投射光の偏光が揃っているため、このような問題がなくなった。
【００６３】
図３０は本発明の第１１の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。同図の（ａ）において、図２８と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。なお、同図の（ａ）に示す本実施の形態例の画像表示装置１７０は２枚の透過型の液晶ライトバルブを用いた装置を想定している。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１７０によれば、直線偏光の照明光（図中、直線で表記）をＭ／Ｇ色分離素子、ダイクロイックミラーなどの色分離ミラー光学系１７１で、図中一点鎖線で示す緑（Ｇ）と図中破線で示すマゼンタ（Ｍ）光の２色に分離させる。分離されたＭ光は、色切替手段１７３を介してライトバルブ１７５を照明する。色切替手段１７３としては、赤（Ｒ）光と、青（Ｂ）光を選択的に透過するカラーフィルタで構成し、例えば同図の（ｂ）に示すような、Ｒ光のみ透過するカラーフィルタＲと、青光のみ透過するカラーフィルタＢで構成した回転式のカラーフィルタなどが用いられる。この回転式のカラーフィルタを画像切り替えのタイミングに応じた速度で、回転同期させ照明光の色を時間順次で行うことで、青と赤の画像を形成する。一方、色分離ミラー光学系１７１で分離された緑（Ｇ）光は、ライトバルブ９７を照明する。このライトバルブで形成された画像は、ライトバルブ９７の後に配置された画素シフト手段１０５によって画素シフト位置に応じた、画素シフト位置１及び画素シフト位置２のサブフレーム画像を形成し、ライトバルブ１７５で形成された青の画像又は赤の画像と色合成素子９９により合成され、投射レンズ９１により拡大表示される。
【００６４】
ここで、本実施の形態例の画像表示装置における各ライトバルブの画素シフトについて画素シフトのタイミングシーケンスである図３１に従って説明する。ある画素フレームＦｉを構成するカラー画像として、ライトバルブ９７における照明光は緑色であり、ライトバルブ１７５における照明光は赤色又は青色である。また、ライトバルブ９７では、画素シフト位置１に応じてＧの画像をＧｆ１ｉ、Ｇｆ１ｉ＋１、Ｇｆ１ｉ＋２とシフトさせて形成し、画素シフト位置２に応じてＧの画像をＧｆ２ｉ、Ｇｆ２ｉ＋１、Ｇｆ２ｉ＋２とシフトさせて形成し、制御手段１０４により画素シフト手段１０５が制御されて、ライトバルブ９７による表示が制御される。また、ライトバルブ１７５では、ある画素フレームＦｉで画像Ｒｆｉと画像Ｂｆｉ、画素フレームＦｉ＋１で画像Ｒｆｉ＋１と画像Ｂｆｉ＋１、画像フレームＦｉ＋２で画像ＲＦｉ＋２と画像Ｂｆｉ＋２を形成し、画素シフトは画像フレームＦｉ〜Ｆｉ＋２で画素位置１のままであるように、制御手段１０４によりライトバルブ１６５の表示が制御される。
【００６５】
図３２は本発明の第１２の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。同図の（ａ）において、図３０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。なお、同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１８０は２枚の反射型の液晶ライトバルブを用いた装置を想定している。同図に示す本実施の形態例の画像表示装置１８０によれば、直線偏光の照明光（図中、直線で表記）をＭ／Ｇ色分離素子、ダイクロイックミラーなどの色分離ミラー光学系１７１で、図中一点鎖線で示す緑（Ｇ）と図中破線で示すマゼンタ（Ｍ）光の２色に分離させる。分離されたＭ光は、色切替手段１７３を介して赤（Ｒ）光と青（Ｂ）光を選択的に透過する。透過した赤（Ｒ）光又は青（Ｂ）光は、偏光ビームスプリッタ１８３をＳ偏光で反射してライトバルブ１８４により赤又は青の画像を形成し、更に偏光ビームスプリッタ１８３をＰ偏光で透過する。一方、色分離ミラー光学系１７１で分離された緑（Ｇ）光は、偏光ビームスプリッタ１８１をＳ偏光で反射してライトバルブ１８２により緑の画像を形成し、更に偏光ビームスプリッタ１８１をＰ偏光で透過する。このライトバルブ１８２で形成された緑の画像は、色合成素子９９の後に配置された画素シフト手段１０５によって画素シフト位置に応じた、画素シフト位置１及び画素シフト位置２のサブフレーム画像を形成する。また、ライトバルブ１８２で形成された緑の画像とライトバルブ１８４で形成された青の画像又は赤の画像は、色合成素子９９により合成され、投射レンズ９１により拡大表示される。
【００６６】
このように、第１１、第１２の実施の形態例によれば、緑と、青、赤の照明する時間が異なり、人間の目ではその積算された時間で明るさが決定されるので、緑色の照明時間を２つのシフト位置に照明する時間をそれぞれ半分にするか、あるいは全体に光量を落としてカラーバランスを保てばよい。また、カラースクロール照明技術などを用いて光利用効率を落とすことない構成も採用できる。
【００６７】
なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２】色選択手段で得られる照明色と画素シフトのスイッチングのタイミングシーケンスを示す図である。
【図３】色選択手段で得られる照明色と画素シフトのスイッチングの他のタイミングシーケンスを示す図である。
【図４】１フレームで表示される画素の動作を模式的に示した図である。
【図５】１フレームで表示される別の画素の動作を模式的に示した図である。
【図６】表示色と画素シフト位置の関係を示す図である。
【図７】図１の色切替手段の一例を示す図である。
【図８】図１の色切替手段の別の一例を示す図である。
【図９】単色の３原色の固体光源を並列に配置した一例を示す図である。
【図１０】単色の３原色の各固体光源からの各単色光を集光する構成の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態例に係る画像表示装置の別の構成を示す概略図である。
【図１４】画像表示の１フレームの時間における各色の照明する時間を示すタイミングチャートである。
【図１５】回転型の色フィルタの一例を示す概略図である。
【図１６】回転型の色フィルタの動作の様子を示す概略図である。
【図１７】別の色選択フィルタの一例を示す概略図である。
【図１８】画素シフト位置から他の画素シフト位置へのシフトの様子を示す図である。
【図１９】Ｇ１とＧ２の間に遮光時間を設けた場合の様子を示す模式図である。
【図２０】各色の間に遮光時間を設けた場合の様子を示す模式図である。
【図２１】Ｇ光の照明光量を意図的に調整した場合の各色の照明する時間を示すタイミングチャートである。
【図２２】分割したサブフレーム期間内で照明しない時間を設けた場合の各色の照明する時間を示すタイミングチャートである。
【図２３】本発明の第５の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２４】第５の実施の形態例の画像表示装置における各ライトバルブの画素シフトについて画素シフトのタイミングシーケンスである。
【図２５】本発明の第６の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２６】本発明の第７の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２７】本発明の第８の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２８】本発明の第９の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２９】本発明の第１０の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図３０】本発明の第１１の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図３１】第１１の実施の形態例の画像表示装置における各ライトバルブの画素シフトについて画素シフトのタイミングシーケンスである。
【図３２】本発明の第１２の実施の形態例に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図３３】従来の液晶プロジェクタ装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０；画像表示装置、１１；ライトバルブ、
１２；時分割照明手段、１２−１；白色の光源、
１２−２；集光素子、１２−３；色切替手段、
１２−４；照度均一化手段、１２−５；集光素子、
１３、１０４；制御手段、１４、１０５；画素シフト手段、
１５；投影光学系、１６；パネル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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