(57)【要約】  投影ディスプレイシステムは、画素構成ディスプレイ装置によってディスプレイ情報を付与される光を受ける複数の投影レンズ素子を有する投影レンズアセンブリを備える。投影レンズ素子は、ディスプレイスクリーンに向かって光を投影する。画素シフト素子は、投影レンズアセンブリの中に備えられ、投影レンズアセンブリの中の少なくとも２つの位置の間で周期的にシフトし、ディスプレイスクリーンで少なくとも２つのインターレース画素配列を形成する。電気機械振動子が、位置の間の周期シフトを行うために、画素シフト素子に結合される。
2007523360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素構成ディスプレイ装置と、
ディスプレイ情報を照明光に付与するために、該照明光を前記画素構成ディスプレイ装置に向ける照明システムと、
ディスプレイスクリーンに向かって前記照明光を投影するために、前記画素構成ディスプレイ装置から付与されたディスプレイ情報を有する前記照明光を受ける投影レンズアセンブリと、を備え、前記投影レンズアセンブリは、前記投影レンズアセンブリの中の少なくとも２つの位置の間で周期的にシフトする画素シフト素子を有し、前記ディスプレイスクリーンにおいて少なくとも２つのインターレース画素配列を形成する投影ディスプレイシステム。
【請求項２】
前記画素シフト素子は、２つのインターレース画素配列の間に垂直のずれを提供する２つの位置の間で周期的にシフトする、請求項１に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項３】
前記画素シフト素子は、４つの位置の間で周期的にシフトして、前記ディスプレイスクリーンで４つのインターレース画素配列を形成する、請求項１に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項４】
前記ディスプレイ装置は、赤色、緑色および青色の色サブフィールドでフィールド順次方式で動作され、前記画素シフト素子は、青色の色サブフィールドの中の少なくとも２つの位置の間で周期的にシフトする、請求項１に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項５】
前記画素シフト素子は、前記投影レンズアセンブリの中に配置される設定可能なくさびを備え、前記画素シフト素子の前記周期シフトは、第１の傾きおよび第２の傾きをもつ前記くさびを設定することを含む、請求項１に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項６】
前記画素シフト素子は、前記投影レンズアセンブリの中に配置される設定可能なくさびを備え、前記画素シフト素子の前記周期シフトは前記くさびを通って延在する軸を中心にして傾くことを含む、請求項１に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項７】
前記画素シフト素子は、前記投影レンズアセンブリの中に配置されるフォールドミラーを備え、前記画素シフト素子の前記周期シフトは前記フォールドミラーの周期的な傾きを含む、請求項１に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項８】
前記画素シフト素子は、少なくとも１つの曲面を有すると共に前記投影レンズアセンブリの中に配置されるレンズ素子を備え、前記画素シフト素子の前記周期シフトは前記レンズ素子の周期的な平行移動を含む、請求項１に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項９】
前記画素シフト素子は、電気機械振動子によって周期的にシフトされる、請求項１に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項１０】
前記電気機械振動子は、圧電振動子を含む、請求項９に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項１１】
前記電気機械振動子は、圧電振動子を含まない、請求項９に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項１２】
投影ディスプレイシステム用の投影レンズアセンブリであって、
複数の投影レンズ素子と、
前記投影レンズアセンブリの中の少なくとも２つの位置の間で周期的にシフトする画素シフト素子と、を備える投影レンズアセンブリ。
【請求項１３】
前記画素シフト素子は、２つの垂直のずれた位置の間で周期的にシフトする、請求項１２に記載の投影レンズアセンブリ。
【請求項１４】
前記画素シフト素子は、４つの位置の間で周期的にシフトする、請求項１２に記載の投影レンズアセンブリ。
【請求項１５】
前記画素シフト素子は、前記投影レンズアセンブリの中に配置される設定可能なくさびを備え、前記画素シフト素子の前記周期シフトは、第１の設定および第２の設定への前記くさびの傾斜を含む、請求項１２に記載の投影レンズアセンブリ。
【請求項１６】
前記画素シフト素子は、前記投影レンズアセンブリの中に配置される透明なくさびを備え、前記画素シフト素子の前記周期シフトは、前記くさびを通って延在する軸を中心にした回転を含む、請求項１２に記載の投影レンズアセンブリ。
【請求項１７】
前記画素シフト素子は前記投影レンズアセンブリの中に配置されるフォールドミラーを備え、前記画素シフト素子の前記周期シフトは、前記フォールドミラーの周期的な傾斜を含む、請求項１２に記載の投影レンズアセンブリ。
【請求項１８】
前記画素シフト素子は、少なくとも１つの曲面を有すると共に前記投影レンズアセンブリの中に配置されるレンズ素子を備え、前記画素シフト素子の前記周期シフトは、前記レンズ素子の周期的な平行移動を含む、請求項１２に記載の投影レンズアセンブリ。
【請求項１９】
隣接する画素の配列を有する画素構成ディスプレイ装置と、
ディスプレイ情報を照明光に付与するために、前記画素構成ディスプレイ装置に該照明光を向ける照明システムと、
ディスプレイスクリーンに向かって前記照明光を投影するために、前記画素構成ディスプレイ装置から付与されたディスプレイ情報を有する前記照明光を受ける投影レンズアセンブリと、を備え、前記投影レンズアセンブリは、付与されたディスプレイ情報を有する前記照明光のシフトを周期的に行う画素シフトくさび素子を備え、前記ディスプレイスクリーンにおいて少なくとも２つのインターレース画素配列を形成する投影ディスプレイシステム。
【請求項２０】
前記画素シフトくさび素子は、第１の設定と第２の設定との間で周期的に傾斜する、請求項１９に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項２１】
前記照明システムは、第１の光軸および第２の光軸に沿って交互に照明を向ける第１の照明源および第２の照明源を備え、前記画素シフトくさび素子は、前記第１の光軸および前記第２の光軸と位置合わせされた第１と第２の端部と端部が固定されたくさび素子を備える、請求項１９に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項２２】
画素構成ディスプレイ装置と、
ディスプレイ情報を照明光にフィールド順次方式で付与するために、該照明光を前記画素構成ディスプレイ装置に向ける照明システムであって、前記照明光が、連続的な赤色、緑色および青色の色サブフィールドを有する照明システムと、
ディスプレイスクリーンに向かって前記照明光を投影するために、前記画素構成ディスプレイ装置によってディスプレイ情報を付与された前記照明光を受けるように配置される投影レンズアセンブリと、
青色サブフィールドの中の少なくとも２つの位置の間で周期的にシフトして、ディスプレイスクリーンにおいて少なくともインターレース画素配列を形成する画素シフト素子と、を備える投影ディスプレイシステム。
【請求項２３】
前記画素シフト素子は、前記投影レンズアセンブリの中に配置される、請求項２２に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項２４】
前記画素シフト素子は、前記投影レンズアセンブリの中に配置される透明なくさびを備え、前記画素シフト素子の前記周期シフトは、第１の位置と第２の位置との間で前記くさびを傾けることを含む、請求項２２に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項２５】
画素構成ディスプレイ装置と、
ディスプレイ情報を照明光に付与するために該照明光を前記画素構成ディスプレイ装置に向ける照明システムと、
ディスプレイスクリーンに向かって前記照明光を投影するために、前記画素構成ディスプレイ装置から、付与されたディスプレイ情報を有する前記照明光を受ける投影レンズアセンブリと、
少なくとも２つの位置の間で非回転平行移動によって周期的にシフトして、ディスプレイスクリーンにおいて少なくとも２つのインターレース画素配列を形成する画素シフト素子と、を備える投影ディスプレイシステム。
【請求項２６】
前記照明光は、略第１の方向において前記投影レンズアセンブリを通過し、前記画素シフト素子は前記投影レンズアセンブリに備えられる複数のレンズ素子の１つを備え、前記非回転平行移動は前記第１の方向に対して横断する方向に生じる、請求項２５に記載の投影ディスプレイシステム。
【請求項２７】
前記画素シフト素子は、平面を有すると共に前記照明システムと前記ディスプレイスクリーンとの間に配置されるフォールドミラーを備え、前記非回転平行移動は前記フォールドミラーの前記平面に対して横断する方向に生じる、請求項２５に記載の投影ディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影ディスプレイシステム用の投影レンズアセンブリに関し、特にアドレス能力の向上のために画素の光学インターレースを行うための画素シフト素子を備える投影レンズアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイシステムのさまざまなタイプにおいて、画像は、従来の液晶ディスプレイ、ディジタルマイクロミラー装置、液晶オンシリコン変調器などの画素構成（ｐｉｘｅｌａｔｅｄ）光変調器によって形成される。これらの画素構成ディスプレイには多くの利点があるが、固定された、比較的粗いアドレス能力という欠点をもたらすことがある。解像度は画素構成ディスプレイパネルにおける画素の数に関連し、アドレス能力はディスプレイ画像における画素の場所の数（すなわち、ディスプレイパネルの解像度×各画素がディスプレイ画像に占めうる個別の位置の数）に関連する。
【０００３】
別の問題点は、一部の画素構成ディスプレイにおける各画素が、画像情報を透過または反射し、不透明な境界によって区画される中央画像形成領域または開口部を備えることにある。不透明な境界は、光学開口部に対して画素の大部分を包囲することがある。投影ディスプレイシステムにおいて、これらの画素の投影画像は、画素の境界に関連して識別できる程度のアーチファクトを含むことがある。画像アーチファクトは、一慣した画像における粗い画像エッジおよび目に見える黒っぽい破損を含みうる。
【０００４】
画素画像をシフトし、それによってアドレス能力を向上するために、画素構成ディスプレイ装置から光を物理的にシフトすることによって、画像の外観を改善する試みがなされてきている。ある場合には、画素構成フロントプロジェクタは、投影レンズアセンブリを前または後に伴う画素シフト装置を用いて、ディスプレイの画素をシフトした。一つの実現例では、画素シフトアセンブリは、２枚のガラス板の間に押圧されるシリコーン材料を備えていた。このアセンブリは投影レンズアセンブリの後に配置され、補充画素走査を行うために、３つのソレノイドは、互いに対してガラス板を傾斜させるための共に動作する。別の実現例では、補充画素走査も行うために、片持ち梁式のガラス板が、投影レンズアセンブリの前に配置され、１対の変調器によって駆動された。
【０００５】
画素補充走査を行う間、実現例のいずれも、最適の画像透明度を維持することに関連する不利益を被る可能性がある。投影レンズの後に配置される画素シフトアセンブリは、投影レンズからの光がディスプレイスクリーンに向かって伝搬するときに発散している発散光学空間で動作する。かかる発散光学空間におけるシフトする画素の位置は、ディスプレイスクリーンの異なる部分に向かって投影されている光の伝搬角の差に関連する欠点をもたらす可能性がある。投影レンズの前に配置される画素シフトアセンブリはテレセントリック光学空間で動作し、そこでは傾斜した板により非点収差を生じ、レンズ性能を低下させる。
【０００６】
フロントプロジェクタ用のアドレス能力改善法がリアプロジェクタに用いられた場合には、これらの欠点はさらに一層顕著に拡大される可能性がある。フロントプロジェクタは、任意の表示画像の目視者と共に、反射型ディスプレイスクリーンの前に配置される。対照的に、リアプロジェクタは、表示画像の目視者と対向して、透過型ディスプレイスクリーンの後に配置される。リアプロジェクタは一般に、ディスプレイスクリーンのサイズに対して比較的短い焦点距離を有するため、フロントプロジェクタの投影レンズアセンブリの約２５〜３０°の投影角に比べて、リアプロジェクタの投影レンズアセンブリは、約４５°に達するまでのはるかに急な投影角を有する。したがって、フロントプロジェクタの場合のアドレス能力の改善は、リアプロジェクタの場合より実質的に成功しにくい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、投影ディスプレイシステム用の投影レンズアセンブリを含む。投影レンズアセンブリは、画素構成ディスプレイ装置によってディスプレイ情報を付与される光を受ける複数の投影レンズ素子を備える。投影レンズ素子は、ディスプレイスクリーンに向かって光を投影する。画素シフト素子は、投影レンズアセンブリの中に備えられ、投影レンズアセンブリの中の少なくとも２つの位置の間で周期的にシフトし、ディスプレイスクリーンで少なくとも２つのインターレース画素配列を形成する。電気機械振動子が、位置の間の周期シフトを行うための画素シフト素子に結合される。本発明はまた、かかるレンズアセンブリを組み込んだ投影ディスプレイシステムを含む。
【０００８】
レンズ素子の中に画素シフト素子を備えた投影レンズアセンブリは多くの場合、画素構成ディスプレイ装置の実際の解像度の少なくとも２倍の解像度を提供することができる。さらに、投影レンズの中の光学空間は一般に、投影レンズの前または後に配置される画素スキャナより画像アーチファクトをはるかにもたらしにくい。さらに、投影レンズアセンブリの中で画素をシフトすることにより、画素シフト素子をより小さいサイズに形成することが可能であり、それによって必要な速度で画素シフト素子を操作する難しさを緩和することができる。
【０００９】
本発明のさらなる詳細および実施例は、添付図面を参照して以下の本発明の好ましい実施形態に関する詳細な説明から明白となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明による画素のアドレス能力を向上するための画素シフト光学インターレースを用いる投影ディスプレイシステム１０の概略側面図である。投影システム１０は、照明システム１２と、画素構成ディスプレイ装置１４と、画素シフト素子１８を備えたマルチレンズ投影レンズアセンブリ１６と、を備える。図１の概略図が投影ディスプレイの当業界では周知の種々の従来の光学素子を図示していないことは十分に認識されよう。
【００１１】
照明システム１２は、照明光を画素構成ディスプレイ装置１４に向け、画素構成ディスプレイ装置１４は、任意の従来の態様または類似の態様で、照明光にディスプレイ情報を付与する。画素構成ディスプレイ装置１４は、液晶ディスプレイ、ディジタルマイクロミラー装置または任意の他のタイプの画素構成ディスプレイ装置を備えていてもよい。照明光は、図示されているように、画素構成ディスプレイ装置１４を透過してもよく、あるいは画素構成ディスプレイ装置１４から反射されてもよい。投影レンズアセンブリ１６は、ディスプレイ面２０の上に画素構成ディスプレイ装置１４から受信したディスプレイ情報を投影し、それによって、ディスプレイ画像を形成する。ディスプレイ面２０は主に反射性であり、ディスプレイ画像がフロントプロジェクタの場合のように、１人以上の目視者に向かって反射されるようになっていてもよく、または主に透過性であり、ディスプレイ画像がリアプロジェクション・ディスプレイの場合のように、１人以上の目視者に向かって中を透過されるようになっていてもよい。反射型ディスプレイ面２０を備えた適切な投影ディスプレイシステムの例は、米国特許第６，４８６，９９７号明細書に記載されている。
【００１２】
画素シフト素子１８は、投影レンズアセンブリ１６の中に備えられ、少なくとも２つの位置の間で周期的にシフトし、光が投影レンズアセンブリ１６を通過するときに、光の光路をシフトすることによって、光路がディスプレイスクリーン２０と交わる場所を周期的にシフトする。画素構成ディスプレイ１４の画素によって付与される画像情報は、画像画素としてディスプレイスクリーン２０と交わるように、光路に沿って搬送される。画素シフト素子１８の周期的シフトによって、ディスプレイスクリーン２０における所定の位置にシフトされる画素を生じる。
【００１３】
図２は、シフトを行うことなく３つの部分的な行３１でディスプレイスクリーン２０の上に配置される削減した開口部の画素３０（太線で示す）の拡大図である。各画素３０は、従来の液晶ディスプレイ装置の特性と同様の中央の光開口部３２および不透明な境界３３を備える。画素構成ディスプレイ装置１４によって付与される画像情報は、開口部３２を通過するか、または開口部３２に当たる光に対応する。不透明な境界３３は、開口部３２間の区分を与えるように機能する。一部の投影ディスプレイシステムの光学素子はサイズが減少しているので、不透明な境界３３の面積は光開口部３２の面積に対して増大し、これにより画素３０のアドレス能力または解像能力を低下させる。
【００１４】
これに関連して、画素シフト素子１８は、行３１に対して（たとえば垂直に）横断する少なくとも１つの軸３４に沿って、ディスプレイスクリーン２０で画素を周期的にシフトするように機能する。その結果、画素３０は、１周期中に行３１に配置され、シフトされた画素３５（太線以外で示す）が第２の周期中に行３６に配置される。これは、画素３０および３５からなる２つのインターレース配列を形成する。行３１の画素３０および行３６のシフトされた画素３５は、ディスプレイスクリーン２０の上で交互に描画される。行３１および３６は、共有するピッチ３７の約２分の１だけお互いにずれているため、シフトされた画素３５は行３１の画素３０の不透明な境界３３と重なる光開口部３８を有する。この実施形態および本明細書に記載される他の実施形態において、画素をさらにシフトするか、またはこれに代えてシフトして、ずれた列を形成することが可能であることは理解されよう。たとえば、ずれのある行３１および３６の形成に類似の態様でずれた列を形成するために、画素を適切な方向にシフトすることが可能である。
【００１５】
行３２と３６との間の周期シフトは１次元のシフトを表し、これにより画素構成ディスプレイ装置１４における画素の数に対して、ディスプレイスクリーン２０における画素３０および３５の有効数を２倍にする。この二重化により、画像形成位置の見かけの数を２倍にし、画質の向上を結果として生じるという利点が得られる。
【００１６】
行３６のシフトされた画素３５が行３１の画素３０に対してシフトされるのと同程度に、行３１の画素３０は、行３６のシフトされた画素３５に対してシフトされることは十分に認識されよう。「画素３０」および「シフトされた画素３５」なる用語は、単に説明のために用いられ、画素３０と画素３５との間の機能的な差異を示すわけではない。
【００１７】
図３は、シフトすることなく離隔された対角線マトリクスの行４１においてディスプレイスクリーン２０に配置される画素４０（太線で示す）の拡大図である。離隔された対角線マトリクスは、一部の従来の液晶ディスプレイ装置の特性であるように、横方向４２にずれている連続する行４１の画素によって特徴付けられる。
【００１８】
これに関連して、画素シフト素子１８は、行４１に対して（たとえば垂直に）横断する少なくとも１つの軸４３に沿って、ディスプレイスクリーン２０で画素４０を周期的にシフトするように機能する。その結果、画素４０は、１つの期間中に行４１に配置され、シフトされた画素４４（太線以外で示す）が第２の期間中に隣接する行４１の画素４０の間に介在する。これは、各行４１の画素４０の数を２倍にする。画素４０およびシフトされた画素４４は、ディスプレイスクリーン２０の上で交互に描画される。
【００１９】
図４は、互いに入り込んだ行４７でディスプレイスクリーン２０に配置される画素４６（太線で示す）の拡大図である。行４７の互いへの入り込みは、隣接する画素４６の頂点を互いに面するようにすることによって行われ、それによって、画素４６に「ダイヤモンド形状」と時々呼ばれる外観を与える。画素４６のかかる配置は、ディジタルマイクロミラー装置などの高開口率画素構成ディスプレイ装置１４に用いてもよい。
【００２０】
これに関連して、画素シフト素子１８は、互いに入り込んだ行４７に対して（たとえば垂直に）横断する少なくとも１つの軸４８に沿って、ディスプレイスクリーン２０で画素４６を周期的にシフトするように機能する。その結果、画素４６は、１つの期間中に行４７に配置され、シフトされた画素４９（太線以外で示す）が第２の期間中に隣接する行４７に配置される。シフトされた画素４９は、行４７のピッチの約２分の１だけシフトされ、向上した画素のアドレス能力を提供する。画素４０およびシフトされた画素４９は、ディスプレイスクリーン２０の上で交互にされる。
【００２１】
図５は、２つの横断する軸５８および５９に沿った２次元の画素シフトから生じるディスプレイスクリーン２０における４つの異なる位置の画素５０〜５６の拡大図である。画素５０〜５６は、画素構成ディスプレイ装置１４の１つの画素からの光に対応する。画素構成ディスプレイ装置１４における各画素からの光は、横断方向５８および５９において同様にシフトされ、４つのインターレース画素配列を形成することは十分に認識されよう。
【００２２】
軸５８および５９に沿った周期シフトは、ディスプレイスクリーン２０に画素構成ディスプレイ装置１４における画素の数の４倍を提供する２次元のシフトを表す。１次元のシフトと同様に、この２次元のシフトは、画質の向上という利点を提供する。
【００２３】
図６は、複数のレンズ素子６２および画素シフト素子６４を有する本発明による投影レンズアセンブリ６０の概略側面図である。画素シフト素子６４は、シリコーンなどの圧縮性または変形可能な材料６３によって離隔された１対の透明な光学板６１から形成される設定可能なくさびを備える。図２に示されているように、１次元の画素シフトを行うために、くさび形状の画素シフト素子６４が軸６６を挟んで周期的に傾けられ、上向きの傾斜および下向きの傾斜を交互に形成する。
【００２４】
くさび形状の画素シフト素子６４は、投影レンズアセンブリ６０の中で瞳または絞り位置６５付近に配置される。画素シフト素子６４の少なくとも１つの板６１は、上向きの傾斜および下向きの傾斜を交互に提供するために、アクチュエータ６８によって変形可能な材料６３全体にわたって物理的に揺動される。アクチュエータ６８は制御回路７０に結合され、制御回路７０は画素構成ディスプレイ装置１４の画素の作動と協働する画素シフト制御信号を提供する。
【００２５】
アクチュエータ６８は、前後の揺動の動きを与える圧電振動子または圧電セラミック振動子によって実現されてもよい。また、電気機械システム設計において周知であるように、アクチュエータ６８は、ボイスコイル、ソレノイドを備えてもよく、または所望の動きを実現することができる任意の他の電磁効果によって実現されてもよい。一部の実施例においては、画素シフト素子６４は、方形波タイプの動きに近い動きで個別の位置に移動される。他の実施例において、画素シフト素子６４は、正弦波の共振の動きによって所定の位置に移動することができる。一般に、画素シフト素子６４は、帰線期間中などのディスプレイ画像が暗い（たとえば消去されている）または非活動状態である時間中に位置の間でシフトする。
【００２６】
図５に示されているように、２次元の画素シフトを行うために、くさび形状の画素シフト素子６４はまた、４つの方向において画素シフトを行うために、軸６６を中心にして揺動し、ずれた位相で動作する別のアクチュエータ（図示せず）によって、第２の軸（たとえば、図６に示される板６１の間の垂直線に略平行である。ただし第２の軸は図示されていない。）を中心にして揺動される。軸６６および第２の軸を中心として組み合わせた揺動は、画素の回転位置決めを効果的に行う。
【００２７】
図７は、フィールド順次方式ディスプレイシステムの色成分のサブフレーム８２に対する画素シフト８０のタイミング調整の一実現例を示す概略タイミング図である。一例として、かかる投影ディスプレイシステム１０は、テキサス・インスツルメント・インコーポレィテッド（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）から入手可能なタイプのディジタルマイクロミラー装置の形態の画素構成ディスプレイ装置１４を用いることが可能である。かかるシステム１０において、照明システム１２は、当業界では周知のように、少なくとも赤色、緑色および青色の色区分を有するカラーホイール（または他の色選択機構）を備えることが可能である。色成分サブフレーム８２は、Ｒ、Ｇ、Ｂとして示され、時間に関して連続的な赤色、緑色および青色のフィールド順次色成分に対応する。
【００２８】
この実施例において、第１の画素位置８４と第２の画素位置８６との間の画素シフト８０は、青色の色成分サブフレーム８２Ｂに調整され、約３ミリ秒の時間周期を表す。図７に示されるタイミング調整の実施例は、画像シフト８０中に生じることがある目に見えるアーチファクトを低減または最小限にするために、人間の視覚にとってより弱い輝度の青色の色成分および比較的低い解像度の青色の色成分を利用する。これは青色の色成分サブフレーム８２Ｂのわずかなぼかしを生じるが、ぼかしは青色光の低い解像度の低い輝度のために視覚的には問題にならないほどである。一部の実施例において、青色の色成分サブフレーム８２Ｂは、色成分サブフレームの「最も暗い」部分と考えてもよいが、他のディスプレイの実施例はさらに暗いサブフレームを含みうる。たとえば、一部のディスプレイシステムは、画像の更新または他のディスプレイ動作のために黒いサブフレームを含みうる。
【００２９】
人間の視覚系は、青色の波長に対する感度があまり良好でないことから、多くのカラーディスプレイでは、青色の色成分はわずか約８％の輝度に構成される。比較すると、均衡のとれた白色点で、緑色の色成分は一般に約６９％の輝度であり、赤色の色成分は約２３％の輝度である。その結果、青色の色成分中のシフトは殆ど見ることはできない。このことは、カラーテレビの動画像において、および画素シフトアクチュエータ６８の任意のオーバーシュートおよび他の複雑な動きの場合には好都合である。
【００３０】
図８は、複数のレンズ素子１０２およびフォールドミラーの形の画素シフト素子１０４を有する本発明による別の投影レンズアセンブリ１００の概略側面図である。図２に示されているように、１次元の画素シフトを行うために、画素シフトフォールドミラー素子１０４は、１つの中心回転軸１０６を中心にして前後に周期的に傾けられる。
【００３１】
画素シフトフォールドミラー素子１０４は、瞳または絞り位置１０８の付近で投影レンズアセンブリ１００の中心領域に配置される。画素シフト素子１０４はアクチュエータ１１０によって物理的に傾けられ、アクチュエータ１１０は素子１０４のエッジに傾斜の動きを付与するための圧電セラミック振動子または別のアクチュエータによって実現されてもよい。画素シフトフォールドミラー素子１０４は、回転軸１０６と位置合わせされたヒンジ又はピボットで支持される強固な軽量のフレーム（図示せず）によって、そのエッジで支持される。アクチュエータ１１０は、フレームに連結され、制御回路１１２によって制御される。制御回路１１２は、画素構成ディスプレイ装置１４の画素の作動と協働する画素シフト制御信号を提供する。
【００３２】
１次元の画素シフトに関する実施例において、画素シフト素子１０４は、画素ピッチの約２分の１の画素シフトを行うために、１対の位置の間で約０．０２°の範囲にわたって傾けることができる。この実施例は、対角線寸法が０．６インチ（１５．２５ｍｍ）、画素ピッチが１３．８μｍの画素構成ディスプレイ装置１４と、対角線寸法が５０インチ（１２７ｃｍ）のディスプレイスクリーン２０と、を備えることが可能である。かかる傾きは、周期的な傾斜中に画素シフト素子１０４のエッジを約１０μｍ平行移動するアクチュエータ１１０によって実現されることができる。かかる平行移動の距離は、市販の圧電装置の適用範囲内に収まる。
【００３３】
図９は複数のレンズ素子１２２およびフォールドミラーの形の画素シフト素子１２４を有する本発明による別の投影レンズアセンブリ１２０の概略側面図である。投影レンズアセンブリ１２０は、投影レンズアセンブリ１００と実質的に同一であるが、図５に示されているように、２次元の画素シフトを行うように構成される。したがって、画素シフトフォールドミラー素子１２４は、１対の回転軸１２６Ｘおよび１２６Ｙを中心にして前後に周期的に傾けられる。
【００３４】
画素シフト素子１２４は、１対のアクチュエータ１３０Ｘおよび１３０Ｙによって物理的に傾けられ、アクチュエータ１３０Ｘおよび１３０Ｙは、素子１２４のエッジに傾斜の動きを付与するように構成される圧電セラミック振動子または他のアクチュエータによって実現されることができる。画素シフトフォールドミラー素子１２４は、回転軸１２６Ｘおよび１２６Ｙと位置合わせされたヒンジ又はピボットで支持される強固な軽量のフレーム（図示せず）によって、そのエッジで支持される。アクチュエータ１３０Ｘおよび１３０Ｙは、フレームに連結され、それぞれの軸１２６Ｘおよび１２６Ｙを中心にした傾斜を提供する。制御回路１３２は、アクチュエータ１３０Ｘおよび１３０Ｙに画素構成ディスプレイ装置１４の画素の作動と協働する画素シフト制御信号を提供する。
【００３５】
図１０は、複数の投影光学レンズ素子１４２を有し、少なくとも１つの投影光学レンズ素子が画素シフト素子１４４として機能するように周期的に平行移動またはシフトされる本発明による別の投影レンズアセンブリ１４０の概略側面図である。投影レンズアセンブリ１４０は、交差型ダイクロイックコンバイナ１４５からの光を受けるように示されている。ダイクロイックコンバイナ１４５は、複数の画素構成ディスプレイパネルから異なる色成分経路に沿って通過する光を結合する。投影レンズアセンブリ１４０を用いることが可能なかかる投影ディスプレイシステムの実施例は、今井に付与された米国特許第６，０６７，１２８号明細書に記載されている。
【００３６】
図２に示されているように、１次元の画素シフトを行うために、画素シフト素子１４４は、１対の対向する横方向１４６において前後に周期的にシフトまたは平行移動される。図５に示されているように、２次元の画素シフトを行うために、画素シフト素子１４４はさらに、方向１４６に対して（たとえば垂直に）横断する別の対の対向する横方向（図示せず）に、前後に周期的にシフトまたは平行移動される。
【００３７】
投影レンズアセンブリ１４０は、画素シフトを行うためだけに機能する個別の素子（たとえば、画素シフトくさび素子６４）を備えないという点で、投影レンズアセンブリ６０とは区別される。代わりに、画素シフトレンズ素子１４４は、投影レンズアセンブリ１４０の光学特性を提供するために、レンズ素子１４４と協働する少なくとも１つの湾曲した主面を有する。画素シフト素子１４４として動作するための１つまたは複数のレンズ素子は、光学感度に応じて選択することができる。より大きな光学パワー（すなわち、より短い焦点距離）を備えたレンズ素子は、より高速の変位効果を有する。画素シフトを行うために、強力な負（たとえば凹面の）レンズ素子もまた用いることができる。
【００３８】
画素シフト素子１４４は、アクチュエータ１４８によって横方向１４６に物理的に移動される。アクチュエータ１４８は、横方向の動きを付与するように構成される圧電セラミック振動子または別のアクチュエータによって実現されてもよい。アクチュエータ１４８は、制御回路１５０に連結され、制御回路１５０は画素構成ディスプレイ装置１４の画素の作動と協働される画素シフト制御信号を提供する。１次元または２次元のいずれかの画素シフトに関する実施例において、いずれかの平行移動軸に沿って、たとえば２０μｍの距離の画素シフト素子１４４の平行移動シフトにより、投影画像で２分の１画素シフトを生じる。
【００３９】
図１１は、本発明による投影レンズアセンブリ１６０の概略側面図であり複数のレンズ素子１６２（２つのみを図示する）および１対の端と端を固定したくさび１６６Ａおよび１６６Ｂとして構成される画素シフト素子１６４を有する。１対の照明システム１６８Ａおよび１６８Ｂは、ずれた光軸１７２Ａおよび１７２Ｂに沿って画素構成ディスプレイ装置１７０を交互に照らす。
【００４０】
照明システム１６８Ａによる照明中には、画素構成ディスプレイ装置１７０は、画素１７４Ａ（１つのみを示す）を第１のオフセット位置に向けるくさび１６６Ａによって、画像形成される。照明システム１６８Ｂによる照明中には、画素構成ディスプレイ装置１７０は、画素１７４Ｂ（１つのみを示す）を第１の位置とは異なる第２のオフセット位置に向けるくさび１６６Ｂによって、画像形成される。照明システム１６８Ａおよび１６８Ｂは、交互の照明を提供するために交互に作動してもよく、交互に遮断されてもよい。
【００４１】
図１２は、画素のアドレス能力を向上するための画素シフト光学インターレースを用いる投影ディスプレイシステム１８０の部分概略側面図である。投影システム１８０は、照明システム（図示せず）と、画素構成ディスプレイ装置１８２と、収束フレネルレンズ１８４と、光をマルチレンズ投影レンズアセンブリ１８８に向けるフォールドミラー１８６と、を備える。図１２に示されているように、１次元の画素シフトを行うために、フォールドミラー素子１８６は、画素シフト素子として動作し、ミラー１８６の平面に対して略垂直である１対の対向する方向１９０において前後に周期的にシフトまたは平行移動される。
【００４２】
画素シフトフォールドミラー素子１８６は、アクチュエータ１９２によって対向する方向１９０に物理的に移動される。アクチュエータ１９２は、圧電セラミック振動子または別のアクチュエータによって実現されてもよい。ミラー１８６の平面に対して垂直である方向１９０におけるミラー１８６の平行移動シフトは、投影レンズアセンブリ１８８の光学的中心の変位を生じ、それによって、所望の２分の１の画素シフトを生じる。アクチュエータ１９２は制御回路１９４に連結され、制御回路１９４は画素構成ディスプレイ装置１８２の画素の作動と協働される画素シフト制御信号を提供する。別の実施例において、フレネルレンズ１８４もまた、ミラー１８６によってシフトされてもよい。
【００４３】
本発明の原理が適用される多くの可能な実施形態に関して、詳細な実施形態は説明のために過ぎず、本発明の範囲を限定するものと捉えるべきではないことを認識されたい。むしろ、本発明者らは、本発明として、かかる実施形態はすべて、特許請求の範囲およびその等価物の範囲および精神の範囲内に包含されるものであることを主張する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による画素のアドレス能力を向上するための画素シフト光学インターレースを用いる投影ディスプレイシステムの概略側面図である。
【図２】本発明による画素シフトの結果としてインターレース配列におけるディスプレイスクリーンに配置される画素の拡大概略図である。
【図３】シフトされる画素が各行の画素の間に介在している対角線マトリクスにおけるディスプレイスクリーンに配置される画素の拡大概略図である。
【図４】シフトされる画素を含む互いに入り込んだ行におけるディスプレイスクリーンに配置される画素の拡大図である。
【図５】２次元の画素シフトを行うために、２つの横断方向におけるシフトを生じるディスプレイスクリーンの４つの異なる位置における画素の拡大図である。
【図６】複数のレンズ素子およびくさびとして構成される画素シフト素子を有する本発明による投影レンズアセンブリの概略側面図である。
【図７】フィールド順次方式ディスプレイシステムの色成分のサブフレームに対する画素シフトのタイミング調整の一実現例を示す概略タイミング図である。
【図８】複数のレンズ素子および１次元の画素シフトを行うフォールドミラーの形の画素シフト素子を有する本発明による別の投影アセンブリの概略側面図である。
【図９】複数のレンズ素子および２次元の画素シフトを行うフォールドミラーの形の画素シフト素子を有する本発明による別の投影アセンブリの概略側面図である。
【図１０】複数の投影光学レンズ素子を有し、少なくとも１つの投影光学レンズ素子が画素シフト素子として機能するように周期的に平行移動またはシフトされる本発明による別の投影アセンブリの概略側面図である。
【図１１】１対の端と端を固定したくさびとして構成される投影アセンブリおよび画素シフト素子の概略側面図である。
【図１２】画素のアドレス能力を向上するための画素シフト光学インターレースを用いる投影ディスプレイシステムの部分概略側面図である。
【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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【国際調査報告】
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