(57)【要約】【課題】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。【解決手段】光源１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８と、光源１からの光を波長域に応じて対応する画素領域に集光させる光制御手段４〜６と、画像表示パネル８で変調された光によって被投影面１３上に画像を形成する光学系９、１１とを備えている。更に、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、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１１とを備え、画像表示パネル８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被投影面１３上の同一領域を順次照射する。【選択図】図１
2006065334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示パネルを有する画像表示装置によって表示されるフレーム画像を構成する第１の色に関するデータを格納する第１記憶領域と、前記フレーム画像を構成する第２の色に関するデータを格納する第２記憶領域と、前記フレーム画像を構成する第３の色に関するデータを格納する第３記憶領域とを備えた回路装置であって、
前記第１記憶領域、第２記憶領域、および第３記憶領域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、時分割表示されるべき複数のサブフレームの各々のデータを生成する回路装置。
【請求項２】
前記画像を構成する或る画素についての前記第１の色に関するデータ、前記第２の色に関するデータ、および前記第３の色に関するデータを前記複数のサブフレーム画像の各々に割り当てる請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
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或る面上でシフトさせることによって、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面上の同一領域を順次照射させることができる請求項１または２記載の回路装置。
【請求項４】
画像表示パネルを有する画像表示装置によって表示されるフレーム画像を構成する第１の色に関するデータと、前記フレーム画像を構成する第２の色に関するデータと、前記フレーム画像を構成する第３の色に関するデータとから構成される複数のサブフレームを格納する複数の記憶領域を備えた回路装置であって、
前記第１の色に関するデータ、第２の色に関するデータ、および第３の色に関するデータを予め設定された順序で前記複数の記憶領域に書き込み、
各記憶領域のデータを順次読み出すことにより、時分割表示されるべき複数のサブフレーム画像の各々のデータを生成する回路装置。
【請求項５】
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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた３つ以上の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、
前記光路を屈折によってシフトさせる屈折部材と、
前記光路に対する前記屈折部材の相対的位置関係を周期的に変化させる駆動装置と、
を備えており、
前記屈折部材は、前記光路のシフト量が異なる複数の領域から構成されている画像シフト素子。
【請求項６】
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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた３つ以上の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、
前記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の素子とを有しており、
前記第１の素子および第２の素子を少なくとも２組有し、前記光路上において直列的に配列されるように配置され、
前記３つ以上の位置のうち隣接する位置に前記サブフレーム画像をシフトさせる際、光入射側に配置された第１の素子に対する電圧印加状態の選択が、その次に前記サブフレーム画像をシフトさせる方向によって異なることを特徴とする画像シフト素子。
【請求項７】
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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた３つ以上の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、
前記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の素子とを有しており、
前記第１の素子および第２の素子を少なくとも２組有し、前記光路上において直列的に配列されるように配置され、
前記３つ以上の位置のうちの中央部の位置に前記サブフレーム画像をシフトさせる際、光入射側に配置された第１の素子に対する電圧印加の状態を、光出射側に配置された第１の素子に対する電圧印加の状態と同じにすることを特徴とする画像シフト素子。
【請求項８】
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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた３つ以上の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、
前記光路上に配置される第１の画像シフト部分および第２の画像シフト部分を備え、
前記第１および第２の画像シフト部分は、それぞれ、前記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、
前記第１の画像シフト素子によるサブフレーム画像のシフト量と、前記第２の画像シフト素子によるサブフレーム画像のシフト量が相互に異なる、画像シフト素子。
【請求項９】
前記光路上で光が先に入射する側に位置する前記画像シフト部分によるサブフレーム画像のシフト量は、前記光路上で光が後に入射する側に位置する前記画像シフト部分によるサブフレーム画像のシフト量の２倍である請求項８に記載の画像シフト素子。
【請求項１０】
前記複数の素子を駆動する印加電圧の組み合わせは、ＯＮからＯＦＦへの遷移とＯＦＦからＯＮへの遷移を同時に含まない請求項８または９に記載の画像シフト素子。
【請求項１１】
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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた複数の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、
前記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の素子とを有しており、
前記第１の素子は、電圧印加に応答して光の偏光状態を切り替えることができる液晶素子を含み、
前記第２の素子は、光の偏光状態に応じて光軸位置をシフトさせる光複屈折素子を含んでおり、
前記光の偏光状態を切り替えるために前記液晶素子に印加する複数レベルの電圧は、いずれもゼロでない値を有している、画像シフト素子。
【請求項１２】
前記液晶素子は、前記複数レベルの電圧に含まれる第１の電圧が印加されていたとき、第１の偏光を出射し、前記複数レベルの電圧に含まれる第２の電圧が印加されたとき、前記第１の偏光に対して偏光面が実質的に９０°回転した第２の偏光を出射する、請求項１１に記載の画像シフト素子。
【請求項１３】
前記第１の電圧は、前記液晶素子の温度に応じて制御されるオフセット値を有している、請求項１２に記載の画像シフト素子。
【請求項１４】
前記第１の電圧は、前記液晶素子を透過する可視光の電圧透過率特性に基づいて設定されたオフセット値を有している、請求項１２または１３に記載の画像シフト素子。
【請求項１５】
前記第１の電圧は、前記液晶素子を透過する緑色光の電圧透過率特性に基づいて設定されたオフセット値を有している、請求項１２または１３に記載の画像シフト素子。
【請求項１６】
前記第１の電圧は、前記液晶素子を透過する赤色光の電圧透過率特性、緑色光の電圧透過率特性、および、青色光の電圧透過率特性に基づいて最適化されたオフセット値を有している、請求項１２または１３に記載の画像シフト素子。
【請求項１７】
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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた複数の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、
前記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の素子とを有しており、
前記第１の素子は、第１偏光変調素子と第２偏光変調素子とを有し、かつ、前記第２の素子は、第１複屈折素子と第２複屈折素子とを有しており、
前記第１偏光変調素子は、前記第１複屈折素子に対する常光または異常光を出射し、
前記第２偏光変調素子は、前記第２複屈折素子に対する常光または異常光を出射し、
前記第１複屈折素子は、前記光路を含む或る基準面に対してθ°の方向に前記画像を距離ａだけシフトさせ、
前記第２複屈折素子は、前記基準面に対してθ’°の方向に前記画像を距離ｂだけシフトさせ、
ｔａｎθ＝ａ／ｂの関係が成立する画像シフト素子。
【請求項１８】
更に、θ’°＝θ°＋９０°の関係が成立する請求項１７に記載の画像シフト素子。
【請求項１９】
更に、θ’°＝θ°の関係が成立する請求項１７に記載の画像シフト素子。
【請求項２０】
前記θは４５である請求項１８または１９に記載の画像シフト素子。
【請求項２１】
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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた３つ以上の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、
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、微小プリズムまたは回折格子が形成されている画像シフト素子。
【請求項２２】
前記微小プリズムまたは回折格子は、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ている請求項２１に記載の画像シフト素子。
【請求項２３】
前記液晶層および前記２枚の基板を少なくとも２組有し、前記組が前記光路上において直列的に配列され、
前記３つ以上の位置のうちの隣接する位置に前記サブフレーム画像をシフトさせる際、光出射側に配置された画像シフト素子に対する電圧印加の選択だけで前記サブフレーム画像をシフトさせることを特徴とする請求項２１に記載の画像シフト素子。
【請求項２４】
光路上に直列的に配列された少なくとも２組の画像シフト素子を備え、
各組の画像シフト素子は、それぞれ、２つの変位素子を含み、
各変位素子は、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、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、微小プリズムまたは回折格子が形成されており、
同一の組内に含まれる基板に形成された前記微小プリズムまたは回折格子の屈折角は相互に等しく、
前記光路上で光が先に入射する側に位置する組に含まれる基板に形成された前記微小プリズムまたは回折格子による屈折角は、前記光路上で光が後に入射する側に位置する組の基板に形成された前記微小プリズムまたは回折格子による屈折角の２倍である画像シフト素子。
【請求項２５】
光路上に直列的に配列された少なくとも２組の画像シフト素子を備え、
各組の画像シフト素子は、それぞれ、２つの変位素子を含み、
各変位素子は、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、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、微小プリズムまたは回折格子が形成されており、
同一の組内に含まれる基板に形成された前記微小プリズムまたは回折格子の屈折角は相互に等しく、
前記光路上で光が先に入射する側に位置する組に含まれる基板の距離は、前記光路上で光が後に入射する側に位置する組の基板の距離の２倍である画像シフト素子。
【請求項２６】
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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた４つの位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、
前記光路上において直列的に配列された第１のシフト素子および第２のシフト素子を有し、
前記第１のシフト素子によるサブフレーム画像のシフト量は、前記第１のシフト素子によるサブフレーム画像のシフト量の２倍に設定されている画像シフト素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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要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、例えば特許文献１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に適している。
【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。従って、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（特許文献２）。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許文献３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許文献４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り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７６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替えられる。
【００１６】
また、特許文献５に記載されている投影型画像表示装置では、上記の特許文献２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替えている。
【特許文献１】特開昭５９−２３０３８３号公報
【特許文献２】特開平４−６０５３８号公報
【特許文献３】特開平５−２４９３１８号公報
【特許文献４】特開平６−２２２３６１号公報
【特許文献５】特開平９−２１４９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記の特許文献２〜４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許文献５に開示している。特許文献５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替える必要がある。この装置では、このような切り替えを行うため、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、入射光角度の切り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。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
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。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、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前記被投影面上で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前記被投影面上でシフトさせる方向と同一である。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、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前記被投影面上で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前記被投影面上でシフトさせる方向と反対であり、第ｎ＋１番目のフレーム画像の最初のサブフレーム画像は、第ｎ番目のフレーム画像の最後のサブフレーム画像に対してシフトしない。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、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前記被投影面上の異なる２つの位置に順次表示される。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、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前記被投影面上の異なる３つの位置に順次表示され、前記サブフレーム画像のシフトの周期がフレーム期間の１．５倍である。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、各フレーム画像を構成するサブフレーム画像の数は４つ以上であり、各サブフレーム画像は前記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つ以上のサブフレーム画像のうち少なくとも２つのサブフレーム画像は、前記被投影面上の同一位置に表示される。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記被投影面上の同一位置に表示される前記少なくとも２つのサブフレーム画像は黒表示のサブフレーム画像を含んでいる。
【００３１】
ある好ましい実施形態において、前記被投影面上の同一位置に表示される前記少なくとも２つのサブフレーム画像は、輝度が低減されたサブフレーム画像を含んでいる。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、前記被投影面上でシフトする前記サブフレームの運動パターンが周期性を有しており、前記運動パターンの１周期が略２画素ピッチの移動を少なくとも２回含んでいる。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記サブフレームの運動パターンの１周期は、各々が順次表示される３枚のサブフレームの移動によって規定される６種類のサブセットから選択された複数のサブセットの組み合わせから構成されており、前記６種類のサブセットは、移動方向に関して対称関係にある２つの群のいずれかに属している。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、前記サブフレームの運動パターンの１周期は、前記２つの群の各々から選択されたサブセットを交互に含んでいる。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記サブフレームの運動パターンの１周期は、順次表示される１８枚のサブフレームの移動から構成されており、前記２つの群の各々から選択された６個のサブセットを交互に含んでいる。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記サブフレームの運動パターンの１周期は、順次表示される６枚のサブフレームの移動から構成されており、前記２つの群の各々から１個ずつ選択された２個のサブセットを含んでいる。
【００３７】
ある好ましい実施形態において、前記被投影面上でシフトする前記サブフレーム画像の運動パターンが周期性を有しており、前記運動パターンは、前記サブフレーム画像を同一直線上における４つ以上の異なる位置にシフトさせることを含む。
【００３８】
ある好ましい実施形態において、連続して表示されるサブフレーム画像間のシフト量は、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２倍以上にならない。
【００３９】
ある好ましい実施形態において、前記サブフレーム画像の運動パターンの１周期は、順次表示される１２枚のサブフレーム画像から構成されており、連続して表示されるサブフレーム画像間のシフト量は、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２倍以上にならない。
【００４０】
ある好ましい実施形態において、前記サブフレーム画像の運動パターンの１周期は、順次表示される６枚のサブフレーム画像から構成されており、連続して表示されるサブフレーム画像間のシフト量は、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２倍以上にならない。
【００４１】
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。
【００４２】
ある好ましい実施形態においては、前記画像表示パネルによって表示される前記サブフレーム画像が次のサブフレームに切り替わるとき、前記画像表示パネルによって変調された光が前記被投影面に達しないように前記光を遮断する。
【００４３】
ある好ましい実施形態において、前記光制御手段は、前記光源からの光を、波長帯域に応じて、同一面内に含まれる異なる方向に向け、前記画像シフト素子は、前記面に平行な方向に前記サブフレーム画像をシフトする。
【００４４】
ある好ましい実施形態において、前記画像シフト素子による前記サブフレーム画像のシフト方向は、前記画像表示パネルにおける表示画面の短辺方向に一致している。
【００４５】
本発明による画像表示装置は、各々が光を変調し得る複数の画素領域を有する画像表示パネルを備え、前記画像表示パネルで変調された光によって画像を形成する画像表示装置であって、前記画像を構成する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た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の光路をシフトさせる画像シフト素子を備え、前記画像表示パネルの異なる画素領域によって変調された異なる波長域に属する光を、前記サブフレームのシフトによって合成し、前記回路は、前記フレーム画像を構成する第１の色に関するデータを格納する第１記憶領域と、前記フレーム画像を構成する第２の色に関するデータを格納する第２記憶領域と、前記フレーム画像を構成する第３の色に関するデータを格納する第３記憶領域とを備え、前記第１記憶領域、第２記憶領域、および第３記憶領域の各々から読み出したデータを予め設定された順序で選択的に組み合わせることにより、前記複数のサブフレームの各々のデータを生成する。
【００４６】
本発明による画像表示装置は、各々が光を変調し得る複数の画素領域を有する画像表示パネルを備え、前記画像表示パネルで変調された光によって画像を形成する画像表示装置であって、前記画像を構成する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た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の光路をシフトさせる画像シフト素子を備え、前記画像表示パネルの異なる画素領域によって変調された異なる波長域に属する光を、前記サブフレームのシフトによって合成し、前記回路は、前記複数のサブフレーム画像のデータを記憶する複数の記憶領域を備えており、前記複数の記憶領域には、前記フレーム画像を構成する第１の色に関するデータと、前記フレーム画像を構成する第２の色に関するデータと、前記フレーム画像を構成する第３の色に関するデータとから構成されるデータが記憶される。
【００４７】
本発明による画像表示装置は、第１の波長域に属する第１色用画素領域、第２の波長域に属する第２色用画素領域、および第３の波長域に属する第３色用画素領域が周期的に配列された光変調部を有する画像表示パネルを備えた画像表示装置であって、前記光変調部によって変調された光の光路を周期的にシフトさせることができる画像シフト素子を更に備え、前記光路を横切る或る仮想面上における第１の画素の色は、第１の期間に前記第１色用画素領域で変調された光、第２の期間に前記第２色用画素領域で変調された光、および第３の期間に前記第３色用画素領域で変調された光によって規定され、前記仮想面上において前記第１の画素に隣接する第２の画素の色は、前記第１の期間に前記第２色用画素領域で変調された光、前記第２の期間に前記第３色用画素領域で変調された光、および前記第３の期間に前記第１色用画素領域で変調された光によって規定され、前記仮想面上において前記第２の画素に隣接する第３の画素の色は、前記第１の期間に前記第３色用画素領域で変調された光、前記第２の期間に前記第１色用画素領域で変調された光、および前記第３の期間に前記第２色用画素領域で変調された光によって規定される。
【００４８】
本発明による回路装置は、画像表示パネルを有する画像表示装置によって表示されるフレーム画像を構成する第１の色に関するデータを格納する第１記憶領域と、前記フレーム画像を構成する第２の色に関するデータを格納する第２記憶領域と、前記フレーム画像を構成する第３の色に関するデータを格納する第３記憶領域とを備えた回路装置であって、前記第１記憶領域、第２記憶領域、および第３記憶領域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、時分割表示されるべき複数のサブフレームの各々のデータを生成する。
【００４９】
ある好ましい実施形態においては、前記画像を構成する或る画素についての前記第１の色に関するデータ、前記第２の色に関するデータ、および前記第３の色に関するデータを前記複数のサブフレーム画像の各々に割り当てる。
【００５０】
ある好ましい実施形態においては、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或る面上でシフトさせることによって、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面上の同一領域を順次照射させることができる。
【００５１】
本発明による回路装置は、画像表示パネルを有する画像表示装置によって表示されるフレーム画像を構成する第１の色に関するデータと、前記フレーム画像を構成する第２の色に関するデータと、前記フレーム画像を構成する第３の色に関するデータとから構成される複数のサブフレームを格納する複数の記憶領域を備えた回路装置であって、前記第１の色に関するデータ、第２の色に関するデータ、および第３の色に関するデータを予め設定された順序で前記複数の記憶領域に書き込み、各記憶領域のデータを順次読み出することにより、時分割表示されるべき複数のサブフレーム画像の各々のデータを生成する。
【００５２】
本発明によ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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた３つ以上の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、前記光路を屈折によってシフトさせる屈折部材と、前記光路に対する前記屈折部材の相対的位置関係を周期的に変化させる駆動装置とを備えており、前記屈折部材は、前記光路のシフト量が異なる複数の領域から構成されている。
【００５３】
ある好ましい実施形態において、前記屈折部材は、屈折率および厚さの少なくとも一方が異なる複数の透明領域を有する回転板から構成され、前記光路を斜めに横切る配置で回転可能に支持されており、前記駆動装置は、前記回転板の複数の透明領域が前記光路を順次横切るように前記回転板を回転させる。
【００５４】
ある好ましい実施形態において、前記屈折部材は、屈折率および厚さの少なくとも一方が異なる複数の透明領域を有する透明板から構成され、前記光路を斜めに横切る配置で移動可能に支持されており、前記駆動装置は、前記透明板の複数の透明領域が前記光路を順次横切るように前記透明板を移動させる。
【００５５】
本発明によ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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた３つ以上の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、前記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の素子とを有しており、前記第１の素子および第２の素子を少なくとも２組有し、前記光路上において直列的に配列されるように配置され、前記３つ以上の位置のうち隣接する位置に前記サブフレーム画像をシフトさせる際、光入射側に配置された第１の素子に対する電圧印加状態の選択が、その次に前記サブフレーム画像をシフトさせる方向によって異なることを特徴とする。
【００５６】
本発明によ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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた３つ以上の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、前記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の素子とを有しており、前記第１の素子および第２の素子を少なくとも２組有し、前記光路上において直列的に配列されるように配置され、前記３つ以上の位置のうちの中央部の位置に前記サブフレーム画像をシフトさせる際、光入射側に配置された第１の素子に対する電圧印加の状態を、光出射側に配置された第１の素子に対する電圧印加の状態と同じにすることを特徴とする。
【００５７】
本発明によ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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた３つ以上の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、前記光路上に配置される第１の画像シフト部分および第２の画像シフト部分を備え、前記第１および第２の画像シフト部分は、それぞれ、前記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、前記第１の画像シフト素子によるサブフレーム画像のシフト量と、前記第２の画像シフト素子によるサブフレーム画像のシフト量が相互に異なる。
【００５８】
ある好ましい実施形態において、前記光路上で光が先に入射する側に位置する前記画像シフト部分によるサブフレーム画像のシフト量は、前記光路上で光が後に入射する側に位置する前記画像シフト部分によるサブフレーム画像のシフト量の２倍である。
【００５９】
ある好ましい実施形態において、前記複数の素子を駆動する印加電圧の組み合わせは、ＯＮからＯＦＦへの遷移とＯＦＦからＯＮへの遷移を同時に含まない。
【００６０】
本発明によ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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた複数の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、前記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の素子とを有しており、前記第１の素子は、電圧印加に応答して光の偏光状態を切り替えることができる液晶素子を含み、前記第２の素子は光の偏光状態に応じて光軸位置をシフトざせる光複屈折素子を含んでおり、前記光の偏光状態を切り替えるために前記液晶素子に印加する複数レベルの電圧は、いずれもゼロでない値を有している。
【００６１】
ある好ましい実施形態において、前記液晶素子は、前記複数レベルの電圧に含まれる第１の電圧が印加されていたとき、第１の偏光を出射し、前記複数レベルの電圧に含まれる第２の電圧が印加されたとき、前記第１の偏光に対して偏光面が実質的に９０°回転した第２の偏光を出射する。
【００６２】
ある好ましい実施形態において、前記第１の電圧は、前記液晶素子の温度に応じて制御されるオフセット値を有している。
【００６３】
前記第１の電圧は、前記液晶素子を透過する可視光の電圧透過率特性に基づいて設定されたオフセット値を有している。
【００６４】
ある好ましい実施形態において、前記第１の電圧は、前記液晶素子を透過する緑色光の電圧透過率特性に基づいて設定されたオフセット値を有している。
【００６５】
ある好ましい実施形態において、前記第１の電圧は、前記液晶素子を透過する赤色光の電圧透過率特性、緑色光の電圧透過率特性、および、青色光の電圧透過率特性に基づいて最適化されたオフセット値を有している。
【００６６】
本発明によ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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた複数の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、前記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の素子とを有しており、前記第１の素子は、第１偏光変調素子と第２偏光変調素子とを有し、かつ、前記第２の素子は、第１複屈折素子と第２複屈折素子とを有しており、前記第１偏光変調素子は、前記第１複屈折素子に対する常光または異常光を出射し、前記第２偏光変調素子は、前記第２複屈折素子に対する常光または異常光を出射し、前記第１複屈折素子は、前記光路を含む或る基準面に対してθ°の方向に前記画像を距離ａだけシフトさせ、前記第２複屈折素子は、前記基準面に対してθ’°の方向に前記画像を距離ｂだけシフトさせ、ｔａｎθ＝ａ／ｂの関係が成立する。
【００６７】
ある好ましい実施形態においては、θ’＝θ＋９０°の関係が成立する。
【００６８】
ある好ましい実施形態においては、θ’＝θの関係が成立する。
【００６９】
ある好ましい実施形態において、前記θは４５°である。
【００７０】
本発明によ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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた３つ以上の位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、偏光光に対して２以上の異なる屈折率を示す液晶層と、ある好ましい実施形態においては、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、微小プリズムまたは回折格子が形成されている。
【００７１】
ある好ましい実施形態において、前記微小プリズムまたは回折格子は、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ている。
【００７２】
ある好ましい実施形態においては、前記液晶層および前記２枚の基板を少なくとも２組有し、前記組が前記光路上において直列的に配列され、前記３つ以上の位置のうちの隣接する位置に前記サブフレーム画像をシフトさせる際、光出射側に配置された画像シフト素子に対する電圧印加の選択だけで前記サブフレーム画像をシフトさせる。
【００７３】
本発明による画像シフト素子は、光路上に直列的に配列された少なくとも２組の画像シフト素子を備え、各組の画像シフト素子は、それぞれ、２つの変位素子を含み、各変位素子は、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、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、微小プリズムまたは回折格子が形成されており、同一の組内に含まれる基板に形成された前記微小プリズムまたは回折格子の屈折角は相互に等しく、前記光路上で光が先に入射する側に位置する組に含まれる基板に形成された前記微小プリズムまたは回折格子による屈折角は、前記光路上で光が後に入射する側に位置する組の基板に形成された前記微小プリズムまたは回折格子による屈折角の２倍である。
【００７４】
本発明による画像シフト素子は、光路上に直列的に配列された少なくとも２組の画像シフト素子を備え、各組の画像シフト素子は、それぞれ、２つの変位素子を含み、各変位素子は、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、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、微小プリズムまたは回折格子が形成されており、同一の組内に含まれる基板に形成された前記微小プリズムまたは回折格子の屈折角は相互に等しく、前記光路上で光が先に入射する側に位置する組に含まれる基板の距離は、前記光路上で光が後に入射する側に位置する組の基板の距離の２倍である。
【００７５】
本発明によ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光路を周期的にシフトさせ、それによって、前記サブフレーム画像を或る面内の同一直線上における１画素ピッチ以上離れた４つの位置に選択的に振り向けることができる画像シフト素子であって、前記光路上において直列的に配列された第１のシフト素子および第２のシフト素子を有し、前記第１のシフト素子によるサブフレーム画像のシフト量は、前記第１のシフト素子によるサブフレーム画像のシフト量の２倍に設定されている。
【発明の効果】
【００７６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
本発明では、例えばカラーフィルタ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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。従って、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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
（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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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良い。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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
この液晶表示パネル８では、例えば７６８（Ｈ）×１０２４（Ｖ）の走査線がノンインターレースで駆動される。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。
【００９４】
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°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°の角度で入射する。
【００９５】
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。
【００９６】
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）を用いても良い。
【００９７】
前述のように液晶表示パネル８はノンインターレースで駆動されるため、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。
【００９８】
なお、インターレースで駆動される場合は、画面内の走査線を偶数ラインと奇数ラインに分け、交互に表示していくため、Ｔ＝１／３０（秒）≒３３．３（ミリ秒）となる。また、各フレームを構成する偶数フィールドおよび奇数フィールドの各々に割り当てられた時間（１フィールド期間）は、１／６０≒１６．６（ミリ秒）となる。
【００９９】
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。
【０１００】
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。なお、インターレース駆動の場合は、或るフィールドの画像が本願明細書における「フレーム画像」と同様に取り扱われ得る。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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カラーの表示を実現することができる。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
次に、サブフレーム画像のシフト方法を説明する。
【０１１６】
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°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。
【０１１７】
Δｘ＝ｄ・ｓｉｎθ0（１−ｃｏｓθ0／（ｎg2−ｓｉｎ2θ0）1/2）
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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良い。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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やメカニカルシャッタ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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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」を付与しても良い。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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
本実施形態では、画像表示パネルとしてＴＮ（ツイステッド ネマチック）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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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良い。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なく、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。
【０１３２】
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場合に好適である。
【０１３３】
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。
【０１３４】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
このように、フレームの切り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良い。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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°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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。従って、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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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良い。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
（実施形態３）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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良い。
【０１５３】
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。
【０１５４】
（実施形態４）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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良い。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。従って、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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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良い。
【０１６１】
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。
【０１６２】
（実施形態５）
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
以下、図２０を参照しながら、この点をより詳細に説明する。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
更に図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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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良い。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。
【０１７１】
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°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。
【０１７２】
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良い。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。画面を幾つかにブロックに分けて行毎に走査する方法も「線走査方式」に含めることとする。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。
【０１７６】
本発明は走査方式の種類には限定されない。以下においては、まず「線走査方式」の実施形態を説明する。
【０１７７】
（実施形態６）
図２３（ａ）〜（ｇ）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線走査によって行われる様子を示している。図２３（ａ）は、表示パネルの第１行目における画素領域のみが新しいサブフレーム画像（例えば第２サブフレーム画像）の表示に切り替わった状態を示している。この時点では、第２行目以降における画素領域は古いサブフレーム画像（例えば第１サブフレーム画像）の表示を継続している。図２３（ｂ）〜（ｇ）では、１行ずつ走査線が画面下方に移動し、それに伴って新しいサブフレーム画像の表示エリアが拡大していっている。図２３（ｇ）では、第１〜７行目の画素領域で新しいサブフレーム画像が表示されている。
【０１７８】
このように、通常の線走査で駆動する画像表示パネルでは、サブフレーム画像の切り替えによって、新しいサブフレーム画像と古いサブフレーム画像との境界線が１水平（１Ｈ）期間毎に移動してゆく。この場合、図１１の電圧印加の開始時刻は走査線（行）毎に一定間隔でずれている。
【０１７９】
従って、線走査で駆動する画像表示パネルを用いる場合は、各画素について、新しいサブフレーム画像の表示を開始するタイミングと、画像シフト素子による光路シフトを開始するタイミングとを同期させることが好ましい。そのためには、新しいサブフレーム画像の表示領域が増加する速度（走査線移動速度）と画像シフト素子によるシフト領域が増加する速度とが一致していることが好ましい。
【０１８０】
以下、このような動作に好適な画像シフト素子の種々の態様を説明する。
【０１８１】
本実施形態の画像シフト素子は、図２４に示すように、６つの透明領域を有したガラス板２４から構成されている。透明領域ＡおよびＤ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Ｅは屈折率１．５７のＢａＫ４ガラスから形成され、透明領域ＣおよびＦは屈折率１．６４のＳＦ２ガラスから形成されている。いずれも厚さを２．０ｍｍに統一した。
【０１８２】
この画像シフト素子をガラス板２４の主面が光軸に対して６５°の角度をなすように挿入することにより、透明領域ＡおよびＤに対して透明領域ＢおよびＥでは３４．０μｍ、透明領域ＣおよびＦでは２６．６μｍだけ画像がシフトした。各透明領域がそれぞれ表示サブフレームに対応する。本画像シフト素子では、ガラス板２４の厚さを一定にしているため、高速でも静かに安定して回転する。
【０１８３】
なお、前述の実施形態について説明した画像表示パネルの応答遅れ等に起因する色の滲みを抑制するためには、図２５に示すように、各透明領域の間に遮光領域２１を設けることが好ましい。
【０１８４】
また、図９のガラス板２０と同様に、ガラス材料として安価なＢＫ７ガラスのみを使用しても良い。その場合、各透明領域の厚さを比較的自由に選択できるため、より精度の高い画像シフト素子を安価に得ることができる。
【０１８５】
上記の画像シフト素子の改良例として、透明領域ＡおよびＤをガラス板２４の切り欠き部から構成し、残りの透明領域には屈折率が１．５２のＢＫ７ガラスを用いても良い。この場合、透明領域ＢおよびＥの厚さを０．７ｍｍ、透明領域ＣおよびＦの厚さを１．４ｍｍに設定し、画像シフト素子をガラス板２４の主面が光軸に対して８３．８°の角度をなすように挿入すれば、透明領域Ａ、Ｄに対して透明領域Ｂ、Ｅでは２６．０μｍ、透明領域Ｂ、Ｅに対して透明領域Ｃ、Ｆでも２６．０μｍの画像シフトを実現できる。このよう構成を採用することで、画像シフト素子を軽量化できる。また、透明領域ＡおよびＤに対応するサブフレーム画像は、ガラスを透過しないため、鮮明化されるという効果も奏する。
【０１８６】
他の画像シフト素子として、６つの透明領域を有するガラス板２４の構成を以下のようにしても良い。すなわち、透明領域ＡおよびＤは屈折率１．４９のＦＫ５ガラスから形成し、その厚さを２．０ｍｍとする。透明領域ＢおよびＥは屈折率１．５２のＢＫ７ガラスから形成し、その厚さを２．０９ｍｍとする。透明領域ＣおよびＦは屈折率１．６４のＳＦ２ガラスから形成し、その厚さを２．０ｍｍとする。この場合、このガラス板を光軸に対して６５°の角度をなすように挿入すれば、透明領域ＡおよびＤに対して透明領域ＢおよびＥでは２５．９μｍ、透明領域ＢおよびＥに対して透明領域ＣおよびＦでは２６．８μｍの画像シフトを実現できる。このように、比較的量産のしやすいガラス板を選択し、その厚さを調整することにより、透明領域間での厚さの差を比較的小さくしながら、精度のより高い画像シフト素子を安価に製造することが可能になる。
【０１８７】
なお、上記画像シフト素子の主要部は、いずれもガラス材料から形成された透明板から構成されているが、本発明における画像シフト素子はこれに限定されない。光路の屈折を引き起こす透明材料であれば、プラスティク等の樹脂であって良い。
【０１８８】
以上説明してきたように、光軸に対して傾斜する透明板を用いサブフレーム画像の光路をシフトさせるためには、屈折率および厚さの少なくとも一方が異なる複数の透明領域を有する透明板を作製すれば良い。透明板の厚さは、表面研磨やエッチングなどの技術によって容易に調整できる。
【０１８９】
透明板の主面を光軸に対して４５〜８５°の角度で傾斜させる場合、屈折率１．４５〜１．７程度の範囲から適切な値を選択して、必要な画像シフト量を実現することが可能である。このような屈折率を持つ透明板は、一般的なガラス材料から形成され得るので、安価に画像シフト素子を製造することができる。
【０１９０】
透明板の主面を光軸に対して６６〜８８°の角度で傾斜させる場合、透明板の厚さを０．５〜２．０ｍｍ程度の範囲から適切な値を選択して、必要な画像シフト量を実現することが可能である。また、透明板の主面を光軸に対して６１〜８０°の角度で傾斜させる場合は、透明板の厚さを０．５〜２．０ｍｍ程度の範囲、屈折率を１．４５〜１．７程度の範囲から適切な値を選択して、必要な画像シフト量を実現することが可能である。
【０１９１】
（実施形態７）
画面の垂直方向に線走査を行う場合、第ｎ番目のサブフレーム画像と第ｎ＋１番目のサブフレーム画像との境界部（画像切り替えの境界）は、図２６に示すように、水平な線分によって表され、この線分が上方から下方に移動する。
【０１９２】
上述したような回転板を用いて画像シフトを実行する場合、同じく図２６に示すように、ガラス板２４において隣接する透明領域の境界線（画像シフト領域の境界）は１点を中心にして回転するため、この境界線とサブフレーム画像の切り替え部とが平行にならず、ずれる場合がある。このようなズレが生じると、シフトされるべきサブフレーム画像の一部が適確にシフトされず、また、シフトされるべきでない古いサブフレーム画像の一部がシフトされてしまうことになる。
【０１９３】
このような弊害を排除するためには、実施形態１について説明したように、種々の方法を用いて上記タイミングのずれが発生する期間だけ画像表示パネルから出た光が被投影面に投射されないようにしても良い。
【０１９４】
本実施形態では、上記の弊害を排除するため、遮光部分を設ける代わりに、図２７に示すような３つの透明領域を有するガラス板２５から画像シフト素子を構成しており、このガラス板２５を駆動装置によって上下方向に往復移動させ、それにより画像のシフトを実現する。
【０１９５】
本実施形態において、ガラス板２５の透明領域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から形成されており、各透明領域の厚さは何れも２．０ｍｍに設定されている。このようなガラス板２４を主面が光軸に対して６５°の角度をなすようにして光路に挿入すれば、透明領域Ａに対して透明領域Ｂでは３４．０μｍ、透明領域Ｂに対して透明領域Ｃでは２６．６μｍの画像シフトが行われる。
【０１９６】
本実施形態によれば、ガラス板２５において隣接する透明領域の境界位置（画像シフト領域の境界）と、画像切り替えの境界とを一致させることができる。そのため、新しいサブフレーム画像の情報を表示した画素が何れも適切なタイミングでシフトするため、より色滲みの少ない画像を得ることができる。
【０１９７】
なお、本実施形態の画像シフト素子を用いる場合であっても、画像表示パネルによっては、応答遅れに起因する色滲み等の問題は生じ得る。そのような場合は、図２７に示す各透明領域Ａ〜Ｃの境界部に遮光領域（不図示）を設けることが好ましい。
【０１９８】
本実施形態によれば、画像表示パネルの走査線と複数の透明領域の境界線とを略平行に維持しながら、画像の切り替えと同期させて画像シフトを行っている。このような画像シフトを実現するため、本実施形態では、図２７に示すようなガラス板２５を往復させたが、各透明領域の境界線が画像表示パネルの走査線と平行な関係を維持できれば、他の手段を用いても良い。例えば、図２７に示す透明領域Ａ〜Ｃを別々のガラス板２６から形成し、それらのガラス板２７を図２８に示す駆動装置によって動作させても良い。このような動作によっても、複数の透明領域の境界線を画像表示パネルの走査線と略平行な関係を維持させながら、線走査と同期して移動させることができる。また、透明領域Ａ〜Ｃに相当する透明板を同じ光路上に配置して、順次光路上に来るようにずらしながら回転させることによっても同様の効果を奏することができる。
【０１９９】
（実施形態８）
次に、図２９〜図３１を参照しながら、画像シフト素子の他の実施形態を説明する。本実施形態の画像シフト素子は、被投影面上でのシフト量が異なるように設計された複数の微小プリズムまたは回折格子等から構成されており、この画像シフト素子を光路上に出し入れすることにより、画像シフトを行う。
【０２００】
まず、図２９を参照する。
【０２０１】
本実施形態では、屈折率ｎ１のガラスから形成された微小プリズム板のプリズム面が屈折率ｎ２の樹脂材料によって覆われている。この微小プリズム板の非プリズム面（平滑面）に対して垂直に入射した光が角度θ1で光路変更するとき、被投影面上で１画素分だけ画像がシフトするとする。更に、画像表示パネル８上の画素領域のピッチをＰ、画像表示パネル８の画素領域面とプリズム面（屈折面）との距離をＺとする。本実施形態では、θ1＝ｔａｎ-1（Ｐ／Ｚ）となるように微小プリズム板の構造を設計する。
【０２０２】
本実施形態では、微小プリズム板の材料としてＦＫ５ガラスを用い、プリズム面の表面にＵＶ硬化樹脂としてロックタイト社のロックタイト３６３を用い、プリズム面側のレベリングを行っている。
【０２０３】
画素領域のピッチＰを２６μｍ、距離Ｚを５ｍｍ、微小プリズムの傾斜角をθ2（＝微小プリズムの傾斜面への光線の入射角）、微小プリズムで屈折後の光線の出射角をθ3とすると、上記式よりθ1が０．３°になる。
【０２０４】
ここで、ガラスの屈折率がｎ１、樹脂の屈折率がｎ２であるので、θ２とθ３の関係はスネルの法則（ｎ１・ｓｉｎθ3＝ｎ２・ｓｉｎθ2）に従い、また、θ2＝θ3＋θ1の関係がある。このため、ＦＫ５ガラスの屈折率が１．４８７、ロックタイト３６３の屈折率が１．５２０であることを考慮すると、微小プリズムの傾斜角θ2を１３．７°にすれば、ピッチＰに相当したシフト量を得ることができる。
【０２０５】
なお、上記式を満足するように種々のパラメータを選択すれば、本実施形態の材料および数値に限定されない。また、樹脂でプリズム面をレベリングすることは不可欠のことではなく、省略しても良い。
【０２０６】
図２９に示すプリズム板や回折格子を画像シフト素子として用いる場合、画像表示パネル８と画像シフト素子との間の距離が一定の距離Ｚによって規定され、上述の光学設計が完了した後に、この距離を任意の大きさに変化させることはできない。
【０２０７】
このような制約がなく、光路上の任意の位置に挿入できる画像シフト素子を得るには、例えば図３０に示すように、前述の微小プリズム板または回折格子を相互に対向させれば良い。一対の微小プリズム板の間、または一対の回折格子の間をこれらの材料とは異なる屈折率ｎ２を有する樹脂材料などで充填すれば良い。２つの微小プリズム板を例えばＳＦ２ガラスから形成し、これら２つの微小プリズムを例えばロックタイト社のＵＶ硬化樹脂ロックタイト３６３を用いて貼り合わせることができる。微小プリズム板間の距離Ｚを例えば１ｍｍにする。この場合、ＳＦ２ガラスの屈折率が１．６４、ロックタイト３６３の屈折率が１．５２であるので、微小プリズムの傾斜角θを１９．６°にすれば、光路のシフト量ΔＤが２６μｍ程度になる。
【０２０８】
被投影面上の異なる３点間でサブフレーム画像を表示するには、図２９や図３０に示した素子を例えば図３１に示すように組み合わせた素子２７を作製すれば良い。この素子２７は、領域Ａおよび領域Ｂがそれぞれ異なるシフト量ΔＤをもたらすように設計されている。このような素子２７を、或るサブフレーム期間では光路に挿入せず、他のサブフレーム期間では光路に挿入するように周期的に動作させれば、適切な画像シフトを実行できる。
【０２０９】
上記の図２９および図３０の例では、図面の紙面内方向に光束のシフトが生じるが、シフト領域の境界線の移動方向と光束のシフト方向は独立に考えることができるために、光束の移動方向は、図示されている例に限定されない。
【０２１０】
なお、画像シフト素子を透過する光束は、透過する透明領域によって相互に異なる光路を経て被投影面に照射される。このため、画像表示パネルと被投影面との間の光路長がサブフレーム毎に変動し、各透明領域の全てに対応する画像について焦点を合わせることができなくなり、画質が劣化する。このような画質の劣化を防止するため、画像シフト素子の透明板に起因する光路長の差を補償する透明板を光路に挿入し、画像シフト素子の透明板と同期させながら動作（回転または移動）させることが好ましい。そうすれば、各サブフレームで均質な画質を得ることができる。
【０２１１】
（実施形態９）
サブフレーム画像の切り替えが画像表示パネルの全画面内で略同時に行われる場合、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り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。
【０２１２】
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り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。
【０２１３】
以下、画面一括書込み方式の場合に好適に採用される画像シフト素子の構成を説明する。
【０２１４】
まず、図３２および図３３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。本明細書において、「偏光方向」の語句は、光の電場ベクトルの振動方向を意味する。偏光方向は、光の伝搬方向ｋに垂直である。また、電場ベクトルと光の伝搬方向ｋの両方を含む平面を「振動面」または「偏光面」と称することとする。
【０２１５】
図示されている例では、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（偏光方向＝画面垂直方向）。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３２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３３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。なお、ここでは、回転角度が９０°の場合を例示しているが、液晶層の設計によっては、回転角度を任意に設定することが可能である。
【０２１６】
水晶板ｇ２は、単軸結晶（正結晶）であり、複屈折性を持つため、方位によって異なる屈折率を示す。水晶板ｇ２は、その光入射面が入射光の光軸（伝搬方向ｋに平行）と垂直となるように配置されている。水晶板ｇ２の光学軸は、図３２および図３３において、垂直な面内に含まれているが、水晶板ｇ２の光入射面からは傾斜している。このため、図３２に示すように、偏光方向が垂直な光が水晶板ｇ２に入射すると、光は水晶板内で光学軸の傾きに応じて、光学軸を含む面内で屈折し、光は垂直方向にシフトする。この場合、水晶板ｇ２の光学軸と入射光の光軸の両方を含む平面（以下、「主断面」と称する。）が入射光の偏光面と平行な関係にある。このように偏光面が主断面に平行な入射光は、水晶板ｇ２にとって「異常光」である。
【０２１７】
一方、図３３に示すように、偏光面が水平横方向の光が水晶板ｇ２に入射すると、偏光面が水晶板ｇ２の光学軸（または主断面）と直交するため、光は屈折せず、光束のシフトも生じない。この場合、水晶板ｇ２に入射する光は、水晶板ｇ２にとって「常光」である。
【０２１８】
このように、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方向を制御し、光束のシフトを調節することができる。
【０２１９】
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、光学軸が主断面内において入射面から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。
【０２２０】
ｔ＝ΔＤ・（２・ｎe1・ｎo1）／（ｎe12−ｎo12）
【０２２１】
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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
なお、液晶素子に設ける電極構造を改良すれば、液晶層のうちの選択された領域のみに電圧を印加することができる。このような電極を有する液晶素子を使用すれば、前述した線走査方式で駆動される場合にも適用可能な画像シフト素子を構成することができる。
【０２２４】
また、本実施形態では、液晶素子に所定の電圧を印加したとき、入射光の偏光方向を９０°回転させ、電圧を印加しないとき、偏光方向を回転させない例を説明したが、これらを反対の関係にしてもよい。
【０２２５】
（実施形態１０）
次に、図３４および図３５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をさ挟む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３４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３５に示すようにホモジニアスな配向状態にある。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。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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。
【０２２８】
δ＝（ｎe2−ｎ2）×θ4
【０２２９】
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。
【０２３０】
上記の素子を２個組み合わせて図３６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。
【０２３１】
ΔＤ＝Ｌ・ｔａｎδ
【０２３２】
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。
【０２３３】
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。
【０２３４】
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。
【０２３５】
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り替えが行われる場合にも適用可能である。
【０２３６】
（実施形態１１）
次に、図３７を参照しながら、本発明による投影型画像表示装置のシステムの構成例を説明する。
【０２３７】
本システムは、図３７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。
【０２３８】
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。
【０２３９】
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。
【０２４０】
入力信号選択回路１２０は、複数の種類の映像信号を受けとることができ、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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
次に、図３８および図３９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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
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。
【０２４９】
次に図３９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３９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。
【０２５０】
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３８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の選択信号を受けと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３９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。
【０２５１】
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。
【０２５２】
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、図６の右上に記載しているようなサブフレーム画像が画像表示パネルに表示されることになる。
【０２５３】
第２サブフレーム画像を表示する場合は、図３９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。
【０２５４】
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。
【０２５５】
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良い。
【０２５６】
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交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。
【０２５７】
図３８の回路は、サブフレーム画像のデータを格納するために特別のフレームメモリ備えてはいないが、そのようなフレームメモリを設けてサブフレーム画像を一時的に記憶するようにしても良い。
【０２５８】
（実施形態１２）
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４０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。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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（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。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。
【０２６１】
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製される。
【０２６２】
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。
【０２６３】
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良いし、その代わりに輝度が低減されていても良い。
【０２６４】
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。
【０２６５】
以上に説明してきたように、本発明ではサブフレーム画像をシフトして複数のサブフレーム画像を時間的に重積することにより、フレーム画像を得る。観察の視線が実質的に固定されている場合、図４１（ａ）に示すように、ＲＧＢの画素の重畳が適確に達成される。しかし、図４１（ｂ）に示すように観察者の視線がサブフレーム画像のシフトに応じて移動すると、観察者の網膜上では、あたかもサブフレーム画像が充分にシフトしていないように時間的に重積されることになる。視線移動の速度がサブフレーム画像のシフト速度に近づくと、図４１（ｃ）に示すように、観察者にとっては、サブフレーム画像のシフト速度が低下しているように見える。視線移動の速度とサブフレーム画像のシフト速度とが略等しくなると、サブフレーム画像がシフトしていないように見える。その結果、画像表示パネル上の画素配列が観察されるようになり、画像表示パネルを構成する画素配列の程度に解像度が低下することになる。
【０２６６】
このような現象は、視線移動方向および速度がサブフレーム画像のシフト方向およびシフト速度と略一致することによって起きる。このため、サブフレーム画像のシフトのパターンを工夫することにより、この現象の影響を低減することが可能になる。その低減の効果は、サブフレーム画像のシフト方向（例えばｙ方向）に沿った１列の画素を、時間軸（ｔ軸）に沿って並べた２次元画素配列のパターンの空間周波数特性（周波数スペクトル）を調べることによって評価することができる。この２次元的な画素配列は、ｙ軸方向に上下するサブフレームのシフトパターンを、縦軸がｙ軸で横軸が時間軸（ｔ軸）の空間（ｙ−ｔ空間）において表現したものである。被投影面上でｙ軸方向にシフトするサブフレーム画像の運動パターンを解析するために、ｙ−ｔ空間の画素配列に対して２次元フーリエ変換を行ない、ｙ軸方向の空間周波数およびｔ軸方向の空間周波数に関するスペクトルを評価することが有効である。ｙ−ｔ空間の画素配列は、画素が格子点上に規則的に並んだパターンを有しているため、その周波数スペクトルはフーリエ空間（ｆｙ−ｆｔ空間）において実質的に局在点として表現される。
【０２６７】
一例として、図１５に示されているｙ−ｔ空間における画素配列をフーリエ変換して得られたスペクトルを図４２（ａ）に示す。図４２（ａ）において○印で示される各局在点は、ｙ−ｔ空間における画素配列の空間周波数に対応する。
【０２６８】
図１５に示されるような比較的単調なパターンでサブフレーム画像をシフトする場合、特定方向に特定速度で視線が移動したとき、突然、前述した現象が生じる。これを避けるには、サブフレーム画像のシフトパターンを複雑にし、空間周波数を多数の成分に分散させる必要がある。具体的にいえば、ｙ−ｔ空間内において、例えば赤（Ｒ）の画素が斜め右上がりに一直線に延びる配列よりも、Ｒの画素が右上がりに並んだ部分と右下がり並んだ部分とが交互に含まれる配列の方が、画素配列の空間周波数が分散するため、好ましい。ｙ−ｔ空間における画素配列の空間周波数が分散すると、フーリエ空間内におけるスペクトルの局在点も分散することになる。
【０２６９】
故に、フーリエ空間（ｆｙ−ｆｔ空間）における局在点が、より分散するようにｙ−ｔ空間における画素配列のパターンを決定すれば、上記現象が特定の視線移動速度で発生するという弊害を抑制しやすくなる。
【０２７０】
また、フーリエ空間における局在点がｆｙ軸に対して対称的になるようにｙ−ｔ空間における画素配列のパターンを決定すれば、上記現象が特定の視線移動方向で発生するという弊害を抑制しやすくなる。
【０２７１】
更に、フーリエ空間における局在点ができるかぎりｆｙ＜ｆｔの領域内に位置するようにｙ−ｔ空間における画素配列のパターンを決定すれば、比較的遅い視線移動速度では上記現象が発生しにくくなる。
【０２７２】
本発明では、ＲＧＢの３つの画素が時間的に重畳されることにより、所望の色の画素が形成されるため、相互にシフトした３つのサブフレーム画像の組み合わせが単位となって画像が構成されることになる。図４３は、それぞれが３つのサブフレームから構成される６種類のサブセット１Ａ〜３Ａおよび１Ｂ〜３Ｂを示している。本発明で採用し得るシフトパターンは、図４３の６種類のサブセットを組み合わせることによって全て得られる。６種類のサブセットは、サブセット１Ａ〜３Ａを含むＡグループとサブセット１Ｂ〜３Ｂを含むＢグループに分類される。ＡグループとＢグループは、シフト方向が反対（対称）の関係にある。例えば、サブセット１Ａでは、サブフレーム画像が１画素ずつ＋ｙ方向にシフトしているが、サブセット１Ｂでは、サブフレーム画像が１画素ずつｙ方向にシフトしている。同様に、サブセット２Ａはサブセット２Ｂと対称であり、サブセット３Ａはサブセット３Ｂと対称である。
【０２７３】
後述する実施形態では、これらのサブセットを適切に組み合わせてシフトパターンを構成し、観察者の視線移動による表示品位の低下を抑制している。
【０２７４】
なお、視線移動に伴う上記現象の影響は、画像表示パネルの画素配列を工夫することによっても低減され得る。すなわち、この現象は、サブフレーム画像のシフトと視線の移動が完全に一致した場合に最も顕著に発生するが、その場合、観察者には画像表示パネル上の実際の画素配列が観察されることになる。このため、画像表示パネル上の画素配列（ｘ−ｙ空間）をフーリエ変換して、フーリエ空間で評価することが可能である。具体的には、シフト方向に沿ってＲＧＢの３つの画素が直線的に配列されるという条件を満たしながら、画素配列（ｘ−ｙ空間）のフーリエ空間において、できるかぎり原点からより遠い所に局在点が存在する画素配列（ｘ−ｙ空間）を選択することが好ましい。そのような画素配列（ｘ−ｙ空間）を採用すれば、色毎の空間解像度が向上することになる。
【０２７５】
これらのことを考慮し、サブフレーム画像のシフトパターンをより好ましいものに改良した実施形態を以下に説明する。
【０２７６】
（実施形態１３）
本実施形態の投影型画像表示装置は、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、前記の現象を緩和し得るサブフレーム画像のシフトパターンを採用した点にある。従って、以下においては、この相違点のみを説明する。
【０２７７】
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は３つあり、それら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４４に示すように、サブフレーム画像のシフトパターンが６つのサブフレーム画像（サブセット１Ａとサブセット２Ｂ）で１周期となる。サブセット１Ａとサブセット２Ｂを図４４に示すように組み合わせることにより、シフトパターンの１周期は２画素分のシフトを２回（＋ｙ方向と−ｙ方向の２回）含んでいる。図４４におけるシフトパターンは、対応するフーリエ空間では図４２（ｂ）に示されるようなスペクトルの局在点を有している。これを図４２（ａ）の場合と比較すると、同数のサブフレームからシフトパターンの１周期が構成されているにもかかわらず、図４２（ｂ）に示される局在点の方が分散していることがわかる。その結果、本実施形態では、特定の視線移動方向および特定の移動速度で前記の現象が実施形態１の場合よりも発生しにくくなる。また、６つのサブフレームで１周期を構成するため、１周期は比較的短く、画像シフト素子の構成も比較的単純なものとなる。
【０２７８】
本実施形態で用いるサブフレーム画像のシフトパターンによれば、１フレームを２つのサブフレームで構成することも、３つのサブフレームで構成することも可能である。
【０２７９】
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４５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２２ｅを備えている。透明領域ＡおよびＤ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Fは屈折率１．５７のＢａＫ４ガラスから形成され、透明領域CおよびE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。
【０２８０】
このような構成の円盤状ガラス板２２ｅを主面が光軸に対して６５°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２２ｅを回転する。こうすることにより、透明領域ＡおよびＤに対して、透明領域ＢおよびＦでは３４．０μｍだけ光路がシフトし、透明領域ＢおよびＦに対して透明領域ＣおよびＥでは２６．６μｍだけ光路がシフトする。
【０２８１】
透明領域Ａが例えば図４４に示す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Ｂは次のサブフレームに対応し、透明領域Ｃのあとも、順次対応していく。
【０２８２】
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。
【０２８３】
もちろん、画像シフト素子としては、他の実施形態に記載している画像シフト素子でも問題はない。
【０２８４】
なお、本実施形態では、画像表示パネルの画素配列として、図４６のような画素配列を採用した。例えば、図４７のような画素配列と、図４６の画素配列のフーリエ空間の様子を図４８（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す。図４８（ａ）の方がより原点から遠い所に局在点があるのが判る。これは、図４６と図４７における、同じ色の画素を結んだ直線同士の間隔が図４６の方が狭い、すなわち、色別の空間周波数が高いことを示す。以上のことからわかるように、図４６に示すような画素配列を採用することにより、視線移動とサブフレーム画像シフトが略一致して画像表示パネルの画素配列が視認されるようになったとしても、画質への悪影響がより少なくなる。
【０２８５】
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。もちろん、各フレーム期間に２つのサブフレーム画像を生成して、それらの画像を光学的にシフトさせながら合成しても良い。動画像において若干の動きのぎこちなさはあるが、サブフレーム切り替えのレートがその分遅いため、液晶が充分に応答し、より透過率の良い状態を得ることができる。
【０２８６】
（実施形態１４）
本実施形態の投影型画像表示装置も、基本的に実施形態１３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パターンにある。従って、以下においては、この相違点のみを説明する。
【０２８７】
実施形態１３の場合は、図４４に示すように、サブフレーム画像のシフトパターンの１周期が６つのサブフレーム画像（サブセット１Ａおよび２Ｂ）によって構成されていたが、本実施形態では、図４９に示すように、サブフレーム画像のシフトパターンの１周期が１８のサブフレーム画像（６個のサブセット）によって構成されている。本実施形態では、サブセットのＡグループからはサブセット１Ａおよびサブセット３Ａを選択し、サブセットのＢグループからはサブセット１Ｂおよびサブセット２Ｂを選択した上で、ＡグループのサブセットとＢグループのサブセットとを交互に配置している。ＡグループのサブセットとＢグループのサブセットとを交互に配置することは、＋ｙ方向へのシフトと−ｙ方向へのシフトを略等しい回数だけ交互に実行することを意味する。その結果、観察者が一方向へ視線を移動させたとしても、その視線移動方向と画像シフト方向とが一致する可能性が半減するし、また、仮にそれらの方向が一致したとしても、一致している時間が３サブフレーム期間を超えて連続することはない。
【０２８８】
図４９のシフトパターンのフーリエ空間における様子を図４２（ｃ）に示す。図４２（ｂ）の局在点に比較して、図４２（ｃ）の局在点の方が更に分散していることがわかる。従って、本実施形態では、特定の視線移動速度で前記現象が更に発生しにくくなっている。
【０２８９】
なお、１秒間に６０フレームの画像が表示される場合において、１フレームを３サブフレームから構成すると、１サブフレームの期間は１／１８０秒となる。本実施形態のシフトパターンの１周期は、１８のサブフレームから構成されているため、シフトパターンの１周期は１／１８０秒×１８＝１／１０秒となる。シフトパターンが１０Ｈｚで繰り返されることによる表示への影響を肉眼で確認することはできなかった。１８を超える数のサブフレームからシフトパターンの１周期を構成することも可能であるが、１周期が長くなり過ぎると、シフトパターンの周期的変化を肉眼で確認することが可能になり、表示品位が劣化するおそれがある。このため、シフトパターンの１周期は１８以下のサブフレームから構成することが好ましい。
【０２９０】
本実施形態で用いるサブフレーム画像のシフトパターンによれば、１フレームを２つのサブフレームで構成することも、３つのサブフレームで構成することも可能である。
【０２９１】
本実施形態で好適に用いられ得る画像シフト素子の一例を図５０に示す。
【０２９２】
この画像シフト素子は透明領域Ａ〜Ｒを有するガラス板２２ｋを備えている。透明領域Ａ、Ｄ、Ｈ、Ｌ、ＮおよびＰは、屈折率１．４９のＦＫ５ガラスから形成され、透明領域Ｂ、Ｆ、Ｉ、Ｋ、ＯおよびＲは屈折率１．５７のＢａＫ４ガラスから形成され、透明領域Ｃ、Ｅ、Ｇ、Ｊ、ＭおよびＱ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。
【０２９３】
このような構成の円盤状ガラス板２２ｋを主面が光軸に対して６５°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２２ｋを回転する。こうすることにより、透明領域Ａ、Ｄ、Ｈ、Ｌ、ＮおよびＰに対して、透明領域Ｂ、Ｆ、Ｉ、Ｋ、ＯおよびＲでは３４．０μｍだけ光路がシフトし、透明領域Ｂ、Ｆ、Ｉ、Ｋ、ＯおよびＲに対して透明領域Ｃ、Ｅ、Ｇ、Ｊ、ＭおよびＱでは２６．６μｍだけ光路がシフトする。
【０２９４】
透明領域Ａが例えば図４９に示す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Ｂは次のサブフレームに対応し、透明領域Ｃのあとも、順次対応していく。
【０２９５】
（画像シフト素子の改良例１）
次に、画像シフト素子の改良例を説明する。
【０２９６】
前述したように、液晶層を有する画像シフト素子は、画面一括書込み方式の画像表示パネルにも、ライン走査する方式の画像表示パネルのどちらにも好適に採用され得る画像シフト素子である。しかし、液晶層を有している以上、液晶に対する電圧印加時の応答特性（応答速度）が電圧ＯＮ時とＯＦＦ時で異なるため、応答速度の差が画像シフト素子の応答特性に影響を与える。すなわち、サブフレーム画像の切り替えと画像シフトのタイミングのずれにシフト方向によって差が生じ、画質の劣化を招いてしまう。
【０２９７】
液晶層の前後を平行ニコルの偏光板で挟んで、電圧印加に対する透過率を測定した場合、図５１に示すようにＯＮ時とＯＦＦ時で液晶層の応答速度に違いがある。このため、被投影面上の或る位置から他の位置へサブフレーム画像をシフトさせる際、ＯＮからＯＦＦへ変化させる場合と、ＯＦＦからＯＮへ変化させる場合との間で、液晶の状態変化に要する時間が異なることになる。
【０２９８】
ここで、２つの画像シフト素子を直列的に並べて画像シフトを行なう例を考える。そして、２つの液晶層のうち、光入射側の液晶層に印加する電圧をＯＦＦからＯＮにし、光出射側の液晶層に印加する電圧をＯＮからＯＦＦに切り替える場合を考える。この場合、光出射側の液晶の状態変化は、光入射側の液晶の状態変化よりも遅れることになる。その結果、ある時点では、光入射側の液晶がもうＯＮ状態に変化したのに、光出射側の液晶では、まだＯＮからＯＦＦに変化していない状況が発生し得る。図５２は、この状況を模式に示している。図５２の矢印は時間の経過を意味しており、図中の「ＯＮ」および「ＯＦＦ」の組は、光入射側（矩形内下部）および光出射側（矩形内上部）の液晶の状態がどのように遷移するかを示している。図５２に示されるように、液晶の応答特性に起因して両方の液晶がＯＮになる期間が存在する。両方の液晶が一時的にＯＮになれば、そのときだけ、一時的に画像が２重または３重像に表示されるため、画質が著しく劣化してしまうおそれがある。
【０２９９】
従って、２つ以上の液晶層を用い、それぞれの液晶層に対する電圧印加状態で３つの異なる位置を選択する場合は、ＯＮ→ＯＦＦの遷移遅れが過渡的に生じても、画質が劣化しないようなシフト素子を駆動することが必要になる。
【０３００】
以下、上記の問題が生じないように改善された画像シフト素子の駆動方法を説明する。
【０３０１】
（実施形態１５）
本実施形態の画像シフト素子は、図３２（または図３３）に示されるような素子を２つ用意し、この２つの素子を図５３に示すように光路上に直列的に配置することで得られる。本実施形態では、複屈折性を有する結晶板ｇ３および結晶板ｇ４を用いて画像シフト素子を構成する。この画像シフト素子によれば、光路上の光入射側および光出射側に位置する２つの液晶層への電圧印加状態にしたがって、被投影面上における３つの異なる位置を選択することができる。選択される３つの異なる位置は、第１の液晶層（光入射側）に対する電圧印加状態（ＯＮ／ＯＦＦ）および第２の液晶層（光出射側）に対する電圧印加状態（ＯＮ／ＯＦＦ）の組み合わせによって決定される。
【０３０２】
図５５は、光入射側と光出射側の液晶層に対する電圧印加状態における状態変化の様子を模式的に示す。例えば、光入射側の液晶層に電圧印加を行うか行わないかで２つの状態があり、更に、それぞれの状態から、次に光出射側の液晶層への電圧印加状態によって更に状態が細分化される。
【０３０３】
ここで、光入射側の電圧印加の状態により、光出射側の液晶層に入る光の偏波面の方向が９０°変わるので、光入射側の電圧印加状態によって光出射側の電圧印加状態に対する状態変化がちょうど逆の関係になる。従って、光入射側と光出射側の電圧印加状態の組み合わせに対する状態変化としては、図５５に示すように２種類の組みが考えられる。
【０３０４】
本明細書では、上記２種類の組み合わせを、それぞれ、「ＴｙｐｅＡ」および「ＴｙｐｅＢ」と称することとする。そして、３つの異なるサブフレーム画像の位置を状態Ａ、Ｂ、Ｃで表現することとする。更に、２つの液晶の電圧印加状態を表現するため、例えば、光入射順の液晶の電圧印加状態がＯＮで光出射側の電圧印加状態がＯＦＦの場合を、「ＯＮ・ＯＦＦ」と標記することとする。
【０３０５】
この場合、ＴｙｐｅＡでは、「ＯＦＦ・ＯＮ」で状態Ａ、「ＯＦＦ・ＯＦＦ」または「ＯＮ・ＯＦＦ」で状態Ｂ、「ＯＮ・ＯＮ」で状態Ｃになる。一方、ＴｙｐｅＢでは、「ＯＦＦ・ＯＦＦ」で状態Ａ、「ＯＦＦ・ＯＮ」または「ＯＮ・ＯＮ」で状態Ｂ、「ＯＮ・ＯＦＦ」で状態Ｃとなる。なお、ここで、状態Ａ、Ｂ、およびＣは、被投影面上における３つの異なる位置のいずれに対応していても良い。
【０３０６】
今、ＴｙｐｅＡでは、状態Ａ⇔状態Ｂの変化が行なわれ、ＴｙｐｅＢでは状態Ｂ⇔Ｃ間の変化が行なわれる場合を考える。ＴｙｐｅＡでは、「ＯＦＦ・ＯＮ」で規定される状態Ａと「ＯＮ・ＯＦＦ」で規定される状態Ｂとの間で遷移が生じるとする。また、ＴｙｐｅＢでは、「ＯＦＦ・ＯＮ」で規定される状態Ｂと「ＯＮ・ＯＦＦ」で規定される状態Ｃとの間で遷移が生じるとする。
【０３０７】
この場合、図５１および図５２を参照しながら説明した液晶の応答特性に起因して、ＴｙｐｅＡでは、状態Ａ⇔状態Ｂの変化が行なわれる過程で、一時的に両液晶層とも電圧印加された状態（「ＯＮ・ＯＮ」状態）が存在することになる。同様に、ＴｙｐｅＢでは状態Ｂ⇔Ｃ間の変化が行なわれる過程で、一時的に両液晶層が電圧印加された状態（「ＯＮ・ＯＮ」状態）が存在することになる。「ＯＮ・ＯＮ」は、図５６の太矢印で示すように、ＴｙｐｅＡでは状態Ｃを規定し、ＴｙｐｅＢでは状態Ｂを規定する。従って、ＴｙｐｅＡでは、状態Ａ⇔状態Ｂの変化が行なわれる過程で、一時的に、状態ＡおよびＢ以外の状態Ｃのサブフレーム画像が表示されることになる。これは、表示品位を劣化させる。これに対し、ＴｙｐｅＢでは、状態Ｂ⇔状態Ｃの変化が行なわれる過程で、一時的に、状態Ｂのサブフレーム画像が表示されるが、これは状態Ｂ⇔状態Ｃの変化がやや遅く生じるだけで、他の状態のサブフレーム画像が表示されるわけではない。
【０３０８】
ＴｙｐｅＡにおける上記問題を解決するには、状態Ａから状態Ｂへ、または、状態Ｂから状態Ａへと変化させる場合、「ＯＦＦ・ＯＦＦ」によって状態Ｂを実現すれば、過渡的に状態Ｃが生じることを防止できる。
【０３０９】
次に、状態Ｃから状態Ｂに変化する場合を考える。この場合は、「ＯＮ・ＯＮ」から「ＯＮ・ＯＦＦ」への変化と、「ＯＮ・ＯＮ」から「ＯＦＦ・ＯＦＦ」への変化が考えられる。両液晶層の応答特性差を考慮すれば、一般には、一方の液晶層に対する電圧印加状態だけを変化させることが望ましい。よって、「ＯＮ・ＯＮ」から「ＯＮ・ＯＦＦ」への変化を選択する方が望ましい。しかし、状態Ｂを「ＯＮ・ＯＦＦ」によって実現すると、状態Ｂから状態Ａに遷移する際に前述の問題が発生することになる。故に、状態Ｃから状態Ｂへ変化する際に、その次に状態Ａに変化するならば、「ＯＦＦ・ＯＦＦ」によって状態Ｂを実現する一方で、状態Ｂの次には状態Ｃにまた戻るならば、「ＯＮ・ＯＦＦ」によって状態Ｂを実現することが好ましい。これにより、遷移過程における画質劣化を最低限に抑えることができる。
【０３１０】
ＴｙｐｅＢにおいては、状態Ｂが「ＯＦＦ・ＯＮ」で規定されるとき、状態Ｂから状態Ｃへ、または状態Ｃから状態Ｂへ変化する過程で、ＴｙｐｅＡの場合と同様に、「ＯＮ・ＯＮ」の状態がある。しかし、「ＯＮ・ＯＮ」の状態は、図５６に示すように、状態Ｂが実現されるため、ＴｙｐｅＡの場合のような画質劣化は生じない。よって、ＴｙｐｅＢの組み合わせであれば、いずれの遷移過程においても、応答特性差による画質劣化がない。
【０３１１】
図５３に示す画像シフト素子によれば、光入射側の複屈折性を有する結晶板ｇ３と出射側の複屈折性を有する結晶板ｇ４の関係が正の複屈折性と負の複屈折性を有する関係であれば、ＴｙｐｅＡを実現できる。すなわち、図５９に示すように、光入射側（図中左側）と光出射側（図中右側）で光線のシフト方向を同じにしたとき、光入射側でシフトする光線と光出射側でシフトする光線の偏波方向が９０°異なる関係であれば良い。一方、光入射側と光出射側とで結晶板ｇ３およびｇ４の向きを一致させておけば、ＴｙｐｅＢが実現される。なお、本実施形態では、図５５における状態Ａ〜Ｃが被投影面上におけるサブフレーム画像の上中下のシフト位置に対応する。
【０３１２】
（実施形態１６）
本実施形態の画像シフト素子は、図３６に示される素子を２つ用意し、この２つの素子を図５４に示すように配置することによって得られる。
【０３１３】
各液晶層への電圧印加のＯＮ・ＯＦＦによって、画像シフト方向が決まる点では、本画像シフト素子は実施形態１５の画像シフト素子と類似している。図５７および図５８を参照しながら本実施形態に特徴的な点を説明する。
【０３１４】
図５７は、光入射側と光出射側の液晶層に対する電圧印加状態における状態変化の様子を模式的に示している。例えば光入射側の液晶層に電圧印加を行うか、または行わないことによって２つの状態を取り、更に、それぞれの状態から、光出射側の液晶層への電圧印加状態によって細分化された状態が決定される。
【０３１５】
ここで、図５２のように、両液晶層の電圧印加状態が変化する変化を図５７において太矢印で示している。一方、両液晶層に対する電圧印加状態が変化する過程で一時的に発生する「ＯＮ・ＯＮ」状態を図５８において太矢印で示す。
【０３１６】
図５７および図５８から明らかなように、本実施形態ではＴｙｐｅＢの構成を採用すれば状態遷移の過程で一時的に生じる変化の組み合わせが存在しない。すなわち、ＴｙｐｅＢの構成を採用することにより、遷移過程で別の状態が現れることを防止でき、画質劣化を招かないようにすることが可能になる。
【０３１７】
次に、サブフレーム画像のシフト量を検討する。既に説明してきたように、表示パネルの応答速度が遅い場合、画像のシフトと表示画像の切り替えとの間にタイミングのずれが生じる場合がある。このようなタイミングのズレが生じると、被投影面上に画像が２重表示される。
【０３１８】
図４３に示すサブセット１Ａによれば、画像は１画素ずつ順次＋ｙ方向にシフトするため、１画素分だけ＋ｙ方向にシフトした画像が応答差に応じてわずかに表示される。一方、図４３のサブセット１Ｂによれば、１画素分だけ−ｙ方向にシフトした画像が重なって表示される。すなわち、画像の輪郭ぼけは１画素程度の領域に発生する。
【０３１９】
これに対して、サブセット２Ａ、２Ｂ、３Ａ、および３Ｂは２画素の画像シフトを含むため、それぞれ、２画素分シフトした画像が重なって表示されることになる。この結果、２画素分の領域で輪郭のボケが観察されてしまう。サブセット間において２画素分の画像シフトが生じる場合でも、同様の輪郭のボケが生じ得る。
【０３２０】
このような輪郭のボケを抑えるには、連続して表示されるサブフレーム画像間のシフト量をできるため少なくすることが好ましい。また、視線移動方向および速度がサブフレーム画像のシフト方向およびシフト速度と略一致することによって生じる前述の問題を解決するには、シフトパターンの１周期に含まれるシフト位置の数を増加させることが好ましい。
【０３２１】
ここで、今、シフト方向に沿って１画素おきに輝度が大きく変化する画像を考える。このような画像には、例えば横縞、斜め線、クロスハッチなどを含む画像などが含まれる。このような画像が複数のシフト量（例えば１画素分のシフト量と２画素分のシフト量）でシフトすると、常に略１画素分のシフト量だけで画像がシフトする場合に比べて表示品位に差が生じる。図６０は、上記の画像がシフトするパターンを示している。図６０の例では、複数のシフト量（１画素分のシフト量と２画素分のシフト量）で画像がシフトしている。このように２種類のシフト量で画像かシフトすると、ある着目する画素における明暗の繰り返し周期が一定ではない。
【０３２２】
サブフレーム画像は映像信号のフレーム周波数の２倍以上の周波数で切り替わるため、明暗が短周期で繰り返されると、表示装置の液晶がサブフレーム期間内では充分に応答しきれない。逆に、複数のサブフレーム期間にわたって、明または暗の期間が長く続けば、液晶が充分に応答することができる。その結果、異なるシフト量で画像シフトが起こると、着目する画素の明るさ（暗さ）がサブフレームによって異なってしまう。シフト量の差に起因して生じる画素の明るさ変化は、シフトパターンの周期で繰り返して発生するため、観察者は画像がチラチラしているように感じることになる。
【０３２３】
これに対して、図６１は、上記の画像が常に１画素のシフト量でシフトするパターンを示している。図６１に示すシフトパターンによれば、ある着目する画素における明暗の繰り返しは一定である。この場合、各サブフレーム期間内で液晶が充分には応答していないために充分には明るく（暗く）ならない。しかし、規則的に明暗が繰り返されるため、チラチラ感は発生しない。
【０３２４】
上記の考察から、１回の画素シフト量を１画素程度に維持することが好ましい効果をもたらすことがわかる。
【０３２５】
以下、鮮明な画像を得るのに好適なシフトパターンを実行する実施形態を説明する。
【０３２６】
（実施形態１７）
本実施形態の投影型画像表示装置は、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、より鮮明な画像を得るのに適したサブフレーム画像のシフトパターンを採用した点にある。従って、以下においては、この相違点のみを説明する。
【０３２７】
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は３つあり、それら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、実施形態１３と同じように、サブフレーム画像のシフトパターンが６つのサブフレーム画像で１周期となる。実施形態１３では、サブセット１Ａとサブセット２Ｂを図４４に示すように組み合わせることにより、１周期のシフトパターンを構成した。その結果、このシフトパターンの１周期は２画素分のシフトを２回（＋ｙ方向と−ｙ方向の２回）含んでいる。
【０３２８】
これに対して本実施形態では図６２に示すシフトパターンを採用する。このシフトパターンの１周期は、６つのサブフレーム画像が同一直前上の４つの位置をシフトするパターンで構成されており、また、各シフトの大きさは１画素分である。
【０３２９】
図６２に示すシフトパターンは、対応するフーリエ空間においては、図４４のシフトパターンと等価である。故に、図６２に示すシフトパターンのスベクトル局在点は、図４２（ｂ）に示されるものと同一である。すなわち、本実施形態によれば、実施形態１３による効果を得ることができる。更に、本実施形態によれば、輪郭のにじみを±２画素分から±１画素分に半減できるという効果が得られる。なお、１フレームを２つまたは３つのサブフレームに分割する場合でも、図６２のシフトパターンを採用することができる。
【０３３０】
このようなシフトパターンを実行するための画像シフト素子の一例を図６３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２２ｅを備えている。ガラス材料として安価なＢＫ７ガラスのみを使用し、透明領域Ａは厚さが０．７ｍｍ、透明領域ＢおよびＦは厚さが１．４ｍｍ、透明領域ＣおよびＥは厚さが２.１ｍｍ、透明領域Ｄは厚さが２.８ｍｍで形成されている。各透明領域の屈折率は、いずれも１．５２である。
【０３３１】
このような構成の円盤状ガラス板２２ｅを主面が光軸に対して８３.８°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２２ｅを回転する。こうすることにより、透明領域Ａに対して、透明領域ＢおよびＦでは２６．０μｍだけ光路がシフトし、透明領域ＢおよびＦに対して透明領域ＣおよびＥでは２６．０μｍだけ光路がシフトし、透明領域ＣおよびＥに対して透明領域Ｄでは更に２６．０μｍだけ光路がシフトする。
【０３３２】
透明領域Ａが例えば図４４に示す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Ｂは次のサブフレームに対応し、透明領域Ｃのあとも、順次対応していく。
【０３３３】
もちろん、画像シフト素子としては、他の実施形態に記載している画像シフト素子でも問題はない。
【０３３４】
なお、本実施形態でも、画像表示パネルの画素配列として、図４６のような画素配列を採用した。従って、実施形態１３と同じく、視線移動とサブフレーム画像シフトが略一致して画像表示パネルの画素配列が視認されるようになったとしても、画質への悪影響がより少なくなる。
【０３３５】
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。もちろん、各フレーム期間に２つのサブフレーム画像を生成して、それらの画像を光学的にシフトさせながら合成しても良い。動画像において若干の動きのぎこちなさはあるが、サブフレーム画像の切り替えレートがその分遅くなるため、液晶が充分に応答し、より透過率の良い状態を得ることができる。更に、画像シフトとサブフレームの切り替えとの間に生じするタイミングズレに伴う画像の輪郭のにじみも１画素分以内の滲みに抑えることができる。
【０３３６】
（実施形態１８）
本実施形態の投影型画像表示装置も、基本的に実施形態１７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パターンにある。従って、以下においては、この相違点のみを説明する。
【０３３７】
実施形態１７の場合は、図６２に示すようにサブフレーム画像のシフトパターンの１周期が６つのサブフレーム画像によって構成されていたが、本実施形態では、図６３に示すように、サブフレーム画像のシフトパターンの１周期が１２のサブフレーム画像によって構成されている。
【０３３８】
図６３のシフトパターンのフーリエ空間における様子は、図６２のシフトパターンのフーリエ空間における様子に比べて、局在点の方が更に分散する。従って、本実施形態では、実施形態１７に比べて、特定の視線移動速度で前記現象が更に発生しにくくなっている。
【０３３９】
本実施形態で用いるサブフレーム画像のシフトパターンによれば、サブフレーム間でシフトしないパターンが、必ず、偶数サブフレームから奇数サブフレームにわたってあるので、１フレームを２つのサブフレームで構成することも、３つのサブフレームで構成することも可能である。
【０３４０】
本実施形態で好適に用いられ得る画像シフト素子の一例を図５０に示す。
【０３４１】
この画像シフト素子は透明領域Ａ〜Ｌを有するガラス板２２ｋを備えている。ガラス材料として安価なＢＫ７ガラスのみを使用し、透明領域Ａ、Ｌは厚さが０．７ｍｍ、透明領域ＢおよびＢ、Ｄ、Ｉ、Ｋは厚さが１．４ｍｍ、透明領域Ｃ、Ｅ、Ｈ、Ｊは厚さが２.１ｍｍ、透明領域Ｆ、Ｇは厚さが２.８ｍｍで形成されている。各透明領域の屈折率は、いずれも１．５２である。
【０３４２】
このような構成の円盤状ガラス板２２ｋを主面が光軸に対して８３．８°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２２ｋを回転する。こうすることにより、透明領域Ａ、Ｌに対して、透明領域Ｂ、Ｄ、Ｉ、Ｋでは２６．０μｍだけ光路がシフトし、透明領域Ｂ、Ｄ、Ｉ、Ｋに対して透明領域Ｃ、Ｅ、Ｈ、Ｊでは２６．０μｍだけ光路がシフトし、透明領域Ｃ、Ｅ、Ｈ、Ｊに対して透明領域Ｆ、Ｇでも２６．０μｍだけ光路がシフトする。
【０３４３】
透明領域Ａが例えば図４９に示す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Ｂは次のサブフレームに対応し、透明領域Ｃのあとも、順次対応していく。
【０３４４】
（画像シフト素子の改良例２）
次に、画像シフト素子の他の改良例を説明する。
【０３４５】
前述したように、液晶層を有する画像シフト素子は、画面一括書込み方式の画像表示パネルにも、ライン走査する方式の画像表示パネルのどちらにも好適に採用され得る画像シフト素子である。
【０３４６】
被投影面内における同一直線上の３箇所でサブフレーム画像の位置がシフトする場合は、前述したように、２つの画像シフト素子を光軸上に直接的に配列し、各々の画像シフト素子によりシフト量を略一致させれば良い。
【０３４７】
これに対し、被投影面内における同一直線上の４箇所でサブフレーム画像の位置がシフトする場合は、上記２つの画像シフト素子によるシフト量を異なるように設定すれば良い。
【０３４８】
以下、このような画像シフト素子の駆動方法を説明する。
【０３４９】
（実施形態１９）
本実施形態の画像シフト素子は、被投影面内における同一直線上の４箇所でサブフレーム画像の位置を１画素ずつシフトさせることができ、図６２および図６４のシフトパターンを実現するのに好適に用いられる。この画像シフト素子は、図３２（または図３３）に示されるような素子を２つ用意し、この２つの素子を図５３に示すように光路上に直列的に配置して、それぞれの画像シフト量を変えることで得られる。
【０３５０】
本実施形態では、複屈折性を有する結晶板ｇ３および結晶板ｇ４を用いて画像シフト素子を構成するため、これらの結晶板の厚さを変えれば容易に画像シフト量を変更できる。この画像シフト素子によれば、光路上の光入射側および光出射側に位置する２つの液晶層への電圧印加状態にしたがって、被投影面上における４つの異なる位置を選択することができる。選択される４つの異なる位置は、第１の液晶層（光入射側）に対する電圧印加状態（ＯＮ／ＯＦＦ）および第２の液晶層（光出射側）に対する電圧印加状態（ＯＮ／ＯＦＦ）の組み合わせによって決定される。
【０３５１】
この場合のシフトの態様は、光入射側の画像シフト量が光出射側の画像シフト量を比べて大きいか小さいかによって異なる。光入射側の画像シフト量が相対的には大きな場合が図６５に示され、光出射側の画像シフト量が相対的に大きな場合が図６６に示されている。図６５および図６６は、光入射側と光出射側の液晶層に対する電圧印加状態における状態変化の様子を模式的に示している。例えば、光入射側の液晶層に電圧印加を行うか行わないかで２つの状態があり、更に、それぞれの状態から、次に光出射側の液晶層への電圧印加状態によって更に状態が細分化される。
【０３５２】
ここで、光入射側の電圧印加の状態により、光出射側の液晶層に入る光の偏波面の方向が９０°変わるので、光入射側の電圧印加状態によって光出射側の電圧印加状態に対する状態変化がちょうど逆の関係になる。従って、光入射側と光出射側の電圧印加状態の組み合わせに対する状態変化としては、図６５および図６６の各々の上下に示すように２種類の組みが考えられる。
【０３５３】
ここでも、上記２種類の組み合わせをそれぞれ「ＴｙｐｅＡ」および「ＴｙｐｅＢ」と称することとする。そして、４つの異なるサブフレーム画像の位置を状態Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで表現することとする。更に、２つの液晶の電圧印加状態を表現するため、例えば、光入射順の液晶の電圧印加状態がＯＮで光出射側の電圧印加状態がＯＦＦの場合を、「ＯＮ・ＯＦＦ」と標記することとする。
【０３５４】
この場合、図６５におけるＴｙｐｅＡでは、「ＯＦＦ・ＯＮ」で状態Ａ、「ＯＦＦ・ＯＦＦ」で状態Ｂ、「ＯＮ・ＯＦＦ」で状態Ｃ、「ＯＮ・ＯＮ」で状態Ｄになる。一方、ＴｙｐｅＢでは、「ＯＦＦ・ＯＦＦ」で状態Ａ、「ＯＦＦ・ＯＮ」で状態Ｂ、「ＯＮ・ＯＮ」で状態Ｃ、「ＯＮ・ＯＦＦ」で状態Ｄとなる。なお、ここで、状態Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは、被投影面上における同一直前上の４つの異なる位置のいずれに対応していても良い。図６６における場合も同様に考えることができる。
【０３５５】
ここで、「ＯＮ・ＯＦＦ」から「ＯＦＦ・ＯＮ」、まはた「ＯＦＦ・ＯＮ」から「ＯＮ・ＯＦＦ」への状態変化を考える。図６５の例では、「ＯＮ・ＯＦＦ」から「ＯＦＦ・ＯＮ」、または「ＯＦＦ・ＯＮ」から「ＯＮ・ＯＦＦ」への状態変化は、ＴｙｐｅＡでは、状態Ａ⇔状態Ｃの変化に対応する。一方、上記状態変化は、ＴｙｐｅＢでは、状態Ｂ⇔状態Ｄの変化に対応する。同様に、図６６の例の場合、上記状態変化はＴｙｐｅＡで状態Ａ⇔状態Ｂの変化に対応し、ＴｙｐｅＢで状態Ｃ⇔状態Ｄの変化に対応する。
【０３５６】
以上の考察から、図６５の例では、「ＯＮ・ＯＦＦ」から「ＯＦＦ・ＯＮ」、または「ＯＦＦ・ＯＮ」から「ＯＮ・ＯＦＦ」への状態変化により、２画素分のシフトが行なわれることがわかる。これに対して、図６６の例では、「ＯＮ・ＯＦＦ」から「ＯＦＦ・ＯＮ」、または「ＯＦＦ・ＯＮ」から「ＯＮ・ＯＦＦ」への状態変化により、１画素分のシフトが行なわれる。
【０３５７】
図６２および図６４のシフトパターンにおける画像シフト量は１画素分であるため、図６５の構成では、「ＯＮ・ＯＦＦ」から「ＯＦＦ・ＯＮ」、および「ＯＦＦ・ＯＮ」から「ＯＮ・ＯＦＦ」への状態変化は生じない。その結果、画像シフト素子の応答遅れに起因する問題が回避される。
【０３５８】
図５３に示す画像シフト素子を採用する場合、光入射側の複屈折性を有する結晶板ｇ３と出射側の複屈折性を有する結晶板ｇ４の関係が正の複屈折性と負の複屈折性を有する関係であれば、ＴｙｐｅＡを実現できる。すなわち、図５９に示すように、光入射側（図中左側）と光出射側（図中右側）で光線のシフト方向を同じにしたとき、光入射側でシフトする光線と光出射側でシフトする光線の偏波方向が９０°異なる関係であれば良い。一方、光入射側と光出射側とで結晶板ｇ３およびｇ４の向きを一致させておけば、ＴｙｐｅＢが実現される。
【０３５９】
更に、結晶板ｇ３とｇ４の厚みを２：１の関係にすれば、それぞれの画像シフト素子の画像シフト量が２：１になる。そうすると、図６５および図６６におけるシフト位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが等間隔になり、１画素ピッチでのシフトが可能となる。
【０３６０】
（実施形態２０）
本実施形態の画像シフト素子も実施形態１６と同様に図３６に示される素子を２つ用意し、この２つの素子を図５４に示すように配置することによって得られる。
【０３６１】
各液晶層への電圧印加のＯＮ・ＯＦＦによって、画像シフト方向が決まる点では、本画像シフト素子は実施形態１５の画像シフト素子と類似している。図６７および図６８を参照しながら本実施形態に特徴的な点を説明する。
【０３６２】
図６７は、光入射側と光出射側の液晶層に対する電圧印加状態における状態変化の様子を模式的に示す。例えば、光入射側の液晶層に電圧印加を行うか、または行わないかによよって２つの状態を取り、更に、それぞれの状態から、光出射側の液晶層への電圧印加状態によって細分化からた状態が決定される。
【０３６３】
ここでも、「ＯＮ・ＯＦＦ」から「ＯＦＦ・ＯＮ」、または「ＯＦＦ・ＯＮ」から「ＯＮ・ＯＦＦ」への状態変化する場合を考える。図６７の例において、「ＯＮ・ＯＦＦ」から「ＯＦＦ・ＯＮ」、または「ＯＦＦ・ＯＮ」から「ＯＮ・ＯＦＦ」への状態変化により、ＴｙｐｅＡでは、状態Ｂ⇔状態Ｃの変化が生じ、ＴｙｐｅＢでは状態Ａ⇔状態Ｄでの変化が生じる。同様に、図６８の例においては、上記の状態変化により、ＴｙｐｅＡでは、状態Ｂ⇔状態Ｃの変化が生じ、ＴｙｐｅＢでは状態Ａ⇔状態Ｄの変化が生じる。
【０３６４】
以上のことから、図６７および図６８の例では、ＴｙｐｅＡで１画素分のシフトが「ＯＮ・ＯＦＦ」から「ＯＦＦ・ＯＮ」、または「ＯＦＦ・ＯＮ」から「ＯＮ・ＯＦＦ」への状態変化が生じ得るが、ＴｙｐｅＢでは、３画素分のシフトを行なう場合のみ、「ＯＮ・ＯＦＦ」から「ＯＦＦ・ＯＮ」、または「ＯＦＦ・ＯＮ」から「ＯＮ・ＯＦＦ」への状態変化が生じる。
【０３６５】
図６２および図６４のシフトパターンを採用する場合、画素シフト量が１画素分であるため、ＴｙｐｅＢの構成を採用すれば、遷移過程で別の状態が現れることを防止でき、画質劣化を招かないようにすることが可能になる。
【０３６６】
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。
【０３６７】
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カラー表示を行うタイプの画像表示パネルを用いても良い。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。
【０３６８】
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。
【０３６９】
また、画像シフト素子の実施形態としては、屈折部材によって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良い。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。
【０３７０】
（実施形態２１）
実施形態１１における投影型画像表示装置のシステム構成は、３つのサブフレームメモリがそれぞれ３種類の色に関するデータを記憶していた。実施形態１１では、各フレームを２つのサブフレームから構成する場合でも、常に３色の画像データをフレームメモリに格納するため、３つのサブフレームメモリが必要である。本実施形態では、各フレームを２つのサブフレームから構成する場合にメモリの使用効率を増加させることができるシステムを採用する。
【０３７１】
図６９を参照しながら、本発明による投影型画像表示装置のシステムの構成例を説明する。
【０３７２】
本実施形態も、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。
【０３７３】
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は、実施形態１１と同じである。
【０３７４】
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、システム制御回路１３２、色信号選択回路１３４０、フレームメモリ回路１３００から構成されている。
【０３７５】
システム制御回路１３２は、入力信号選択回路１２０、色信号選択回路１３４０、フレームメモリ１３００、および画像シフト素子制御回路１０８の動作を制御する。
【０３７６】
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。
【０３７７】
本実施形態と実施形態１１との間にある主な相違点は、フレームメモリ回路１３００および色信号選択回路１３４０の構成にあるので、以下、この点を説明する。
【０３７８】
本実施形態では、図６９に示される色信号選択回路１３４０によりＲ信号、Ｇ信号、およびＢ信号が適切な順序でフレームメモリ回路１３００に格納される。画像表示パネル１０４は、フレームメモリ回路１３００から送出されたデータに基づいてサブフレーム画像を表示する。
【０３７９】
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。
【０３８０】
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信号、Ｇ信号、Ｂ信号が、複数のフレームメモリに格納されていく。その際、各フレームメモリがサブフレーム画像のデータを格納する。このため、本実施形態では、１フレームが２つのサブフレームから構成されている場合、２つのフレームメモリを備えておれば充分であり、３つめフレームメモリは不要である。
【０３８１】
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からの読み出し動作が繰り返して２〜３回実行される。
【０３８２】
実施形態１１では、各色信号を合計３つのフレームメモリに格納した後、色信号選択回路１３４により、３つのフレームメモリから順次必要な信号を読み出して各サブフレーム画像を生成している。しかし、上述のように本実施形態では、各色信号を色信号選択回路１３４０によってフレームメモリ回路１３００にマッピングし、対応するフレームメモリに各サブフレーム画像を格納する。各フレームメモリに記憶されたサブフレーム画像のデータは順次読み出される。
【０３８３】
上述したように、１つのフレームが２つのサブフレームから構成される場合、実施形態１１の方式によれば、１つのフレームに含まれるサブフレームの数とは関係なく、各フレームのすべてのデータを格納するため、各色信号用に合計３つのフレームメモリが必要である。しかし、本実施形態によれば、サブフレーム画像をフレームメモリに対して直接的にマッピングするために、必要なサブフレーム画像のデータだけをフレームメモリ内に格納すれば良い。その結果、１つのフレームが２つのサブフレームから構成されている場合は、フレームメモリの数またはメモリ容量が実施形態１１の３分の２ですむという利点がある。
【０３８４】
（実施形態２２）
次に、液晶素子及び複屈折素子の組み合わせを少なくとも一組有する画像シフト素子を例にとり、画像の好ましいシフト方向を説明する。
【０３８５】
図２に示すようなマイクロレンズアレイを用いた単板式の投影型表示装置の場合、ＲＧＢの色毎に画素領域に入射角度が異なる。このため、表示パネルから出て、画像シフト素子内に複屈折素子に入射する光の角度もＲＧＢ毎に異なることになる。複屈屈折素子は、光入射面から傾斜した光学軸を有しており、光入射面に垂直に入射した光は、光学軸と入射光軸を含む平面（主断面）に平行な方向にシフトする。この場合、画像シフト方向は、複屈折素子の主断面に平行である。しかし、ＲＧＢ毎に複屈折素子の入射面に対する入射角度が異なると、光のシフト方向またはシフト量が変化する。
【０３８６】
まず、ＲＧＢの色分離方向と画像シフト方向とが一致する場合を考える。この場合、ＲＧＢの各色の光は複屈折素子の主断面に平行に入射するため、光のシフト方向はＲＧＢによって異ならないが、シフト量は変化する。シフト量の違いは僅かであり、無視できる。
【０３８７】
次に、ＲＧＢの色分離方向と画像シフト方向とが一致しない場合を考える。この場合、ＲＧＢ毎に画像シフトの方向がずれてしまい、その結果、各色の光が同じ場所で重積しないという問題が生じる。故に、ＲＧＢの色分離方向と画像シフト方向は、略一致させることが好ましい。
【０３８８】
図７０に示すように、通常の表示画面は、短辺Ｓ１が垂直方向（ｙ方向）で長辺Ｓ２が水平方向（ｘ方向）となる長方形の形状を有しており、線順次走査の場合、走査線は表示画面の短辺方向（ｙ）に沿って移動する。故に、ＲＧＢの色分離方向７００を表示画面の短辺方向（ｙ）に一致させると、ＲＧＢの色分離方向７００、すなわち画像シフト方向が画面の短辺方向（ｙ）と一致することになる。このため、色分離のためのダイクロイックミラーをより小さく設計できるという利点がある。
【０３８９】
（実施形態２３）
図７１に示すように、平行ニコル配置状態の偏光板（偏光子）７０１および偏光板（検光子）７０２の間にＴＮ液晶７０３を挿入し、電圧透過率特性を測定すると、図７２に示すような結果が得られる。ここでいう「透過率」とは、液晶７０３に入射する直線偏光の強度に対して、検光子７０２を透過する直線偏光の強度比率である。
【０３９０】
図７２からわかるように、ＴＮ液晶７０３に電圧を印加していないときでも、僅かながら光は透過し、数ボルト程度の電圧を液晶層に印加したとき、光の透過量が極小値をとる。ＴＮ液晶層７０３に電圧を印加していないときに生じる上記光の漏れは、ＴＮ液晶における残留旋光分散のため、ＴＮ液晶７０２に入射した直線偏光が僅かに楕円偏光化するために生じる。楕円偏光成分を持つ偏光が複屈折素子へ入射すると、入射した光が常光と異常光に分離するため、画像が二重になり、解像度が低下してしまうことになる。このような問題は、ＴＮ液晶に固有ではなく、他の液晶でも生じ得る。
【０３９１】
本実施形態では、画像シフト素子内に液晶素子をＯＦＦ状態にする場合でも、液晶素子にゼロでないオフセット電圧を印加する点に特徴を有している。
【０３９２】
なお、本明細書では、偏光方向制御用の電圧が液晶素子に印加され、その結果として、液晶素子から出射した光の偏光面が電圧無印加の場合に比べて約９０°回転するとき、「液晶素子はＯＮ状態にある」と称することとする。そして、液晶素子を「ＯＮ状態」にするために必要な電圧の大きさ（絶対値）よりも充分に小さい電圧を液晶素子の液晶に印加し、その結果、液晶素子が「ＯＮ状態」にあるときに得られる出射光の偏光面に対して略直交する偏光面を持つ光が液晶素子から出射されるとき、「液晶素子はＯＦＦ状態にある」と称することにする。
【０３９３】
前述した各実施形態では、液晶素子を「ＯＦＦ状態」にするとき、液晶素子の液晶層に印加する電圧の大きさをゼロにしていた。これに対して、本実施形態では、画像シフト素子内の液晶素子を「ＯＦＦ状態」にするときでも、ゼロでない値（例えば２．５ボルト）を有する電圧（オフセット電圧）を印加する点に特徴を有している。
【０３９４】
なお、図７３に示すように、オフセット電圧の好ましい値は、液晶の温度によって異なる。投影型表示装置の場合、照度の高い光が画像シフト素子に入射するため、液晶の温度が上昇しやすい。このため、室温で最適化したオフセット電圧を液晶に印加しても、液晶の温度上昇によって楕円偏光成分が発生してしまう。このため、温度センサによって液晶素子の温度を測定し、測定された温度に応じてオフセット電圧の大きさを適宜制御することが好ましい。
【０３９５】
オフセット電圧の好ましい大きさは、図７４に示すように、光の波長域によっても異なる。このため、人間の視覚に最も敏感な波長域に属するＧ光に関する値αが最も小さくなるようにオフセット電圧を設定することが好ましい。ただし、ＲＧＢの３原色でそれぞれの値αの差が最も小さくなるようにオフセット電圧を設定してもよい。
【０３９６】
オフセット電圧が液晶素子の温度に応じて変化する際、オフセット電圧の値がゼロになる場合もあるが、本明細書では、このときの印加電圧も「オフセット電圧」と称することとする。
【０３９７】
（実施形態２４）
複屈折素子は、前述したように、その光学軸を含む「主断面」内において、入射光線を常光と異常光に分離することができる。従って、複屈折素子へ入射する光の偏光方向が主断面に対して垂直であれば、常光線成分のみとなる。一方、複屈折素子へ入射する光の偏光方向が主断面に対して平行であれば、異常光線成分のみになる。液晶素子などを用いて、入射光の偏光方向を複屈折素子の主断面に対して垂直または水平な方向にスイッチングすれば、複屈折素子の主断面内において、入射光線をシフトさせることができる。
【０３９８】
前述した実施形態９に係る画像シフト素子は、画像を画面垂直方向にシフトさせることができる。この画像シフト素子は、画面垂直方向または水平方向に偏光方向を有する入射光を受けとり、そのような入射光のシフト動作を行っている。
【０３９９】
しかし、表示パネルによっては、パネルからでた光の偏光方向が、表示画面の水平方向に対して０°または９０°を形成する場合だけではなく、４５°を形成する場合がある。特に、マイクロレンズアレイを用いる単板方式では、色分離方向に広い視角を示すことが必要であるため、液晶表示素子から出射する光の偏光方向を表示画面の水平方向に対して４５°方向に設定することが好ましい。
【０４００】
表示パネルから出た光の偏光方向が画面の水平方向に対して傾斜している場合でも、画像シフト素子により、画像を画面の垂直方向または水平方向にシフトさせるべき場合がある。しかし、偏光方向が水平方向に傾斜した光が図３２などに示す画像シフト素子に入射すると、画像シフト素子内の複屈折素子に対して、常光成分および異常光成分の両方を含む光が入射することになる。その結果、入射光線が２本に分かれてしまうという問題が発生する。
【０４０１】
このような問題を解決するため、表示パネルから出た光が画像シフト素子に入射するまでの間に、位相差板などによって上記光の偏光方向を回転させ、この偏光方向が複屈折素子の光学軸を含む面に対して０°または９０°の関係になるようにすればよい。
【０４０２】
しかしながら、位相差板によって偏光状態を調節する場合は、可視域全体、または、ある特定の波長域全体にわたって、偏光方向を同様に回転させる必要がある。実際の位相差板によると、可視域全域にわたって偏光方向を同じように回転させること困難であり、波長が中心波長から外れるにしたがって、楕円偏光化し、複屈折素子に対しては常光成分と異常光成分の両方が入射することになる。その結果、光線の一部が望まぬ方向にシフトしてしまい、画像が二重になるため、解像度が低下する。
【０４０３】
本実施形態の画像シフト素子では、上述のような問題を解決するため、斜め方向に画像をシフトさせる複数の複屈折素子を組み合わせて用い、それによって画面垂直方向に画像をシフトさせる。
【０４０４】
図７５（ａ）〜（ｃ）を参照する。表示パネル７４０から画面水平方向（または垂直方向）に対して傾斜した偏光方向を持つ光（直線偏光）が出射され、第１の素子（第１液晶素子）７４１に入射する。第１液晶素子７４１は、印加電圧に応じて入射光の偏光方向を９０°回転させる状態と、偏光方向を回転させない状態との間をスイッチングする。
【０４０５】
本実施形態では、液晶素子７４１から出た光の偏光面に対して平行または垂直な光学軸を有する２枚の複屈折素子７４２および７４４が配置され、２枚の複屈折素子７４２および７４４の間に第２液晶素子７４３が配置されている。第２液晶素子７４３も、印加電圧に応じて、入射光の偏光方向を９０°回転させる状態と、偏光方向を回転させない状態との間をスイッチングする。
【０４０６】
本実施形態では、第１液晶素子７４１に近い位置に置かれている複屈折素子（第１複屈折素子）７４２の主断面（光学軸と入射光線の光軸の両方を含む平面）は、第１液晶素子７４１から相対的に遠い位置に置かれている複屈折素子（第２複屈折素子）７４４の主断面と直交する関係にある。言い換えると、第１複屈折素子７４２の光学軸と第２複屈折素子７４４の光学軸とは、入射光の光軸まわりに９０°（または−９０°）回転させた関係にある。
【０４０７】
第１複屈折素子７４２の主断面は、ある基準面（ここでは、「水平面」）に対してθ°の角度を形成しており、第２複屈折素子の主断面は、上記基準面に対してθ’°（＝θ°＋９０°）の角を形成しているとする。いま、偏光方向が第１複屈折素子の主断面に対して平行な光が複屈折素子７４２に入射した場合を考える。この場合、入射光の光軸は、まず、第１複屈折素子７４２の光学軸に平行な方向（θ方向）にシフトさせられる。そして、第２複屈折素子７４４にてよって偏光方向が９０°回転されられた後、第２複屈折素子７４４の光学軸に平行な方向（θ’方向）にシフトさせられる。
【０４０８】
ここで、第１複屈折素子７４２によるシフト量（移動距離）をａとし、第２複屈折素子７４４によるシフト量（移動距離）をｂとする。この場合、ａとｂの関係がｔａｎθ＝ａ／ｂを満足するとき、第１および第２複屈折素子７４２および７４４による最終的なシフト方向は上記基準面（＝「水平面」）に対して垂直な方向（画面垂直方向）に一致する。このときの画面垂直方向における画像シフト量は、（ａ2＋ｂ2）の平行根に等しい。なお、距離ａおよびｂは、それぞれ、第１複屈折素子７４２の厚さおよび第２複屈折素子７４４の厚さに比例した大きさを持つ。
【０４０９】
上記実施形態では、θ°が４５°である場合、θ’は１３５°になる。このとき、ｔａｎ４５°＝ａ／ｂ＝１の関係を満たせばよいので、同一材料からなる同一厚さの複屈折板を２枚用いて第１および第２の複屈折素子を作製することができる。
【０４１０】
なお、第１の素子には、ＴＮモードの液晶のほかに、垂直配向モード液晶、ＯＣＢモード液晶、強誘電液晶などを用いることができる。
【０４１１】
表示パネル７４０には、画面水平方向に対して斜めの方向に沿って同色の画素（例えば、Ｒ色の画素）が配列されている場合がある。この場合、画像シフト方向は、同色の画素列に対して垂直な方向に一致させればよい。このような画像シフトは、同じ材料から構成された同一厚さの複屈折板を２枚重ね、それらの光学軸の向きを一致させ（θ＝θ’）、同色画素列の向きとθ方向とが直交するように配置するとともに、第２液晶素子による偏光方向のスイッチングを行わなければよい。この場合、１枚の複屈折素子を用いてもよいし、また、第２液晶素子７４３を取り除いた構成を採用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０４１２】
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】
【０４１３】
【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】線走査によってサブフレーム画像が切り替わる様子を示す画像表示パネルの一部正面図である。
【図２４】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２５】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２６】サブフレーム画像の切り替えと画像シフトのタイミングが画像の位置によってずれることを示す図である。
【図２７】画像シフト素子を構成する透明板の正面図である。
【図２８】図２７の透明板の駆動方法を示す図である。
【図２９】画像シフト素子の断面図である。
【図３０】画像シフト素子の動作を示す図である。
【図３１】画像シフト素子の正面図である。
【図３２】画像シフト素子の斜視図である。
【図３３】画像シフト素子の斜視図である。
【図３４】画像シフト素子の斜視図である。
【図３５】画像シフト素子の斜視図である。
【図３６】画像シフト素子の断面図である。
【図３７】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３８】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３９】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４０】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４１】（ａ）は、観察者の視線移動がない場合における画像シフトを示す図であり、（ｂ）は観察者の視線移動がある場合における画像シフトを示す図であり、（ｃ）は、視線を移動させる観察者からみた画像シフトの状態を示す図である。
【図４２】ａ）から（ｃ）は、ｙ−ｔ空間における画素配列（シフトパターン）をフーリエ変換して得られた周波数スペクトルの局在点を示すグラブである。
【図４３】サブフレーム画像のシフトパターンを構成し得る６種類のサブセット１Ａ〜３Ａおよび１Ｂ〜３Ｂを示す図である。
【図４４】６つのサブフレーム画像（サブセット１Ａとサブセット２Ｂ）で１周期となるサブフレーム画像のシフトパターンを示す図である。
【図４５】図４４のシフトパターンを実現し得る画像シフト素子を構成する回転板を示す図である。
【図４６】本発明の実施形態で採用される画像表示パネルの画素配列の一例を示す図である。
【図４７】画像表示パネルの画素配列の他の一例を示す図である。
【図４８】（ａ）は、図４６の画素配列のフーリエ空間における周波数スペクトルの局在点を示すグラフであり、（ｂ）は、図４７の画素配列のフーリエ空間における周波数スペクトルの局在点を示すグラフである。
【図４９】１周期が１８のサブフレーム画像（６個のサブセット）によって構成されているサブフレーム画像のシフトパターンを示す図である。
【図５０】図４９のシフトパターンを実現し得る画像シフト素子を構成する回転板を示す図である。
【図５１】画像シフト素子に用いられる液晶層の応答曲線を示すグラフである。
【図５２】２組の画像シフト素子を光路上に直列的に並べて画像シフトを行なう場合に過渡的に生じる現象を示す図である。
【図５３】画像シフト素子の構成例を示す斜視図である。
【図５４】画像シフト素子の他の構成例を示す斜視図である。
【図５５】図５３の画像シフト素子における状態変化の様子を示す図である。
【図５６】図５３の画像シフト素子における状態変化の様子を示す図である。
【図５７】図５４の画像シフト素子における状態変化の様子を示す図である。
【図５８】図５４の画像シフト素子における状態変化の様子を示す図である。
【図５９】図５３の画像シフト素子における偏波方向を示す図である。
【図６０】１周期が６つのサブフレーム画像（２個のサブセット）によって構成され、画素シフト量が変化するサブフレーム画像シフトパターンを示す図である。
【図６１】１周期が６つのサブフレーム画像（２個のサブセット）によって構成され、画素シフト量が一定のサブフレーム画像シフトパターンを示す図である。
【図６２】１周期が６枚のサブフレーム画像（２個のサブセット）によって構成されているサブフレーム画像のシフトパターンを示す図である。
【図６３】画像シフト素子を構成する回転板の正面図である。
【図６４】１周期が１２枚のサブフレーム画像（４個のサブセット）によって構成され、画像シフト量が一定のサブフレーム画像シフトパターンを示す図である。
【図６５】図５４の画像シフト素子を更に改良した画像シフト素子における状態変化の様子を示す図である。
【図６６】図５４の画像シフト素子を更に改良した画像シフト素子における状態変化の様子を示す図である。
【図６７】図５４の画像シフト素子を更に改良した画像シフト素子における状態変化の様子を示す図である。
【図６８】図５４の画像シフト素子を更に改良した画像シフト素子における状態変化の様子を示す図である。
【図６９】本発明による投影型画像表示装置の他のシステム構成例を示すブロック図である。
【図７０】色分離方向と画面との関係を示す正面図である。
【図７１】平行ニコル配置の偏光板、および、偏光板間に挟まれた液晶を示す図である。
【図７２】図７１に示される構成における電圧透過率特性を示すグラフである。
【図７３】上記電圧透過率特性が液晶温度に依存して変化することを示すグラフである。
【図７４】上記電圧透過率特性が光の波長に依存して変化することを示すグラフである。
【図７５】（ａ）は、入射光の偏光方向とは異なる方向に画像をシフトさせる画像シフトの構成を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、その側面図である。（ｃ）は、表示パネルや、画像シフト素子を構成する各素子を光軸に垂直な方向からみた模式図である。
【図７６】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】
【０４１４】
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
７４０    表示パネル
７４１    第１偏光変調素子
７４２    第１複屈折素子
７４３    第２偏光変調素子
７４４    第２複屈折素子
１３００    フレームメモリ回路
１３４０    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）
ｇ３    第２の素子（複屈折性を有する結晶板）
ｇ４    第２の素子（複屈折性を有する結晶板）
【図１】
2006065334.tif 000003
【図２】
2006065334.tif 000004
【図３】
2006065334.tif 000005
【図４】
2006065334.tif 000006
【図５】
2006065334.tif 000007
【図６】
2006065334.tif 000008
【図７】
2006065334.tif 000009
【図８】
2006065334.tif 000010
【図９】
2006065334.tif 000011
【図１０】
2006065334.tif 000012
【図１１】
2006065334.tif 000013
【図１２】
2006065334.tif 000014
【図１３】
2006065334.tif 000015
【図１４】
2006065334.tif 000016
【図１５】
2006065334.tif 000017
【図１６】
2006065334.tif 000018
【図１７】
2006065334.tif 000019
【図１８】
2006065334.tif 000020
【図１９】
2006065334.tif 000021
【図２０】
2006065334.tif 000022
【図２１】
2006065334.tif 000023
【図２２】
2006065334.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2006065334.tif 000028
【図２７】
2006065334.tif 000029
【図２８】
2006065334.tif 000030
【図２９】
2006065334.tif 000031
【図３０】
2006065334.tif 000032
【図３１】
2006065334.tif 000033
【図３２】
2006065334.tif 000034
【図３３】
2006065334.tif 000035
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
2006065334.tif 000039
【図３８】
2006065334.tif 000040
【図３９】
2006065334.tif 000041
【図４０】
2006065334.tif 000042
【図４１】
2006065334.tif 000043
【図４２】
2006065334.tif 000044
【図４３】
2006065334.tif 000045
【図４４】
2006065334.tif 000046
【図４５】
2006065334.tif 000047
【図４６】
2006065334.tif 000048
【図４７】
2006065334.tif 000049
【図４８】
2006065334.tif 000050
【図４９】
2006065334.tif 000051
【図５０】
2006065334.tif 000052
【図５１】
2006065334.tif 000053
【図５２】
2006065334.tif 000054
【図５３】
2006065334.tif 000055
【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
2006065334.tif 000073
【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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